Componente şi circuite electronice pasive - CCP

1. Componente şi circuite electronice pasive - CCP

CURSUL 1
CURS INTRODUCTIV
Componente şi circuite electronice pasive - CCP
1

2. Cuprins

1.1 Concepte de structurare a produselor electronice
1.2 Relația dintre componenta electronică şi elementul de circuit
1.3 Mărimi electrice
1.4 Topologia circuitelor electrice
1.5 Legea lui Ohm
2

3. Structurarea produselor

Sistem electronic
Echipament electronic 1
Aparat electronic 1
Aparat
electronic 2
Echipament
electronic 2
Subansam blu 1
Com ponente
electronice
Com ponente
electronice
Subansam blu k
Subansam blu 2
Subansam blu 3
Aparat
electronic 3
Echipament
electronic 3
Aparat
electronic i
3

4. Componente pasive şi active

Componentele pasive nu permit, numai prin funcţionalitatea
lor, transformarea energiei de curent continuu în energie de
curent alternativ. Ca o consecinţă cu ele nu se poate realiza
amplificarea în putere a semnalelor variabile. Exemple de
componente pasive: rezistorul, condensatorul, bobina, dioda,
etc.
Componentele active permit transformarea energiei de
curent continuu în energie de curent alternativ. Această
proprietate permite să se obţină amplificarea semnalelor
variabile în putere. Exemple: tranzistoare, tiristoare, etc.
4

5. Componente pasive şi active

5

6. Componenta electronică şi elementul de circuit

Elementul de circuit este o abstractizare
care oglindeşte o singură proprietate
electrică. Exemple: rezistenţă, capacitate,
inductivitate, etc.
Această proprietate poate fi sugerată prin
simboluri electrice standardizate, însoţite
de numele variabilei care caracterizează
proprietatea respectivă (R,C,L).
R
rezistenţă
C
capacitate
L
inductivitate
6

7. Relaţia dintre componenta electronică şi elementul de circuit

Elemente de
circuit
R1
C1
R2
C2
R3
V
R4
L1
L2
C3
Componente
electronice
7

8. Mărimi electrice

Tensiunea electrică reprezintă diferenţa de potenţial electric
dintre două puncte. Se măsoară în volţi [V]. Notaţii: u sau v.
Tensiunea apare între bornele componentelor.
Curentul electric reprezintă o deplasare ordonată a sarcinilor
electrice. Se măsoară în amperi [A]. Un curent de 1 A reprezintă
transferul unei sarcini de un coulomb prin secţiunea
conductorului pe durata unei secunde. Se notează cu i. Curentul
curge, trece, prin bornele componentelor.
Curentul electric apare numai prin materialele care au proprietăţi
conductoare.
Într-un circuit apare curent numai dacă există o cale conductoare
închisă (buclă).
8

9. Mărimi electrice

Produsul dintre tensiune şi curent reprezintă putere (electrică). Se
măsoară în waţi [W].
Puterea furnizată sau consumată de un circuit în unitatea de timp
reprezintă energie electrică. Se măsoară în jouli [J]. În măsurarea
energiei furnizate de reţeaua electrică se foloseşte unitatea [kW h].
Pentru informaţii suplimentare consultaţi:
http://scienceworld.wolfram.com/
http://www.megaconverter.com/Mega2/
9

10. Măsurarea mărimilor electrice

A
Circuit
electronic 1
V
V AB
Circuit
electronic 2
B
A
Circuit
electronic 1
I
Circuit
electronic 2
Folosirea unui voltmetru pentru
măsurarea tensiunii între punctele AB
Folosirea unui ampermetru pentru
măsurarea curentului ce parcurge
traseul dintre cele doua circuite
10

11. Sensurile convenţionale pentru tensiune şi curent

Sensul convenţional al tensiunii electrice dintre două puncte
este sensul orientat de la punctul de potenţial mai ridicat spre
punctul de potenţial mai scăzut.
Sensul convenţional al curentului electric este sensul mişcării
ordonate a unor purtători mobili de sarcină electrică pozitivă
care ar produce acelaşi efect ca mişcarea purtătorilor mobili care
formează de fapt curentul electric considerat.
11

12. Sensuri pozitive arbitrare pentru tensiune şi curent

Înainte de analiza unui circuit nu cunoaştem
sensurile convenţionale ale tensiunilor şi
curenţilor.
De aceea, înaintea scrierii relaţiilor ce
descriu funcţionarea lui, se fixează pentru
fiecare element de circuit un sens pozitiv
arbitar ales pentru curent şi un sens pozitiv
arbitrar ales pentru tensiunile dintre două
puncte.
A
B
element de circuit
vAB
A
B
element de circuit
i
Aceste sensuri se figurează prin săgeţi
distincte ca în figura alăturată.
12

13. Asocierea sensurilor pozitive arbitrare

i
A
Convenţia circuitelor receptoare
sau consumatoare
element de circuit
B
vAB
i
A
element de circuit
B
Convenţia circuitelor generatoare
vAB
13

14. Circuit generator şi circuit receptor

Dacă asocierea care se face corespunde funcţionării reale a elementului
de circuit atunci puterea calculată la bornele elementului este pozitivă
ceea ce înseamnă că circuitul generator cedează sau debitează putere
electrică, iar circuitul receptor absoarbe sau consumă putere. (De
exemplu, este evident că în cazul unei rezistenţe această putere poate fi
numai consumată).
p(t ) v(t ) i (t )
Pmed
1
v(t ) i (t )dt
TT
Puterea instantanee
Puterea medie
14

15. Surse ideale

Aplicarea mărimilor electrice în circuite
poate fi simbolizată prin introducerea unor
V
I
elemente de circuit numite surse de
tensiune sau surse de curent.
Simbolul standardizat pentru
Simbolul standardizat pentru
◦ Sursa ideală de tensiune este un
sursa ideală de tensiune
sursa ideală de curent
element de circuit care are tensiunea de
la borne independentă de curentul prin
V1
V2
borne.
Alte simboluri
◦ Sursa ideală de curent este un element
standardizate
de circuit care este străbătut de un
I2
I1
curent independent de tensiunea pe
care o are la borne.
15

16. Observaţie importantă!

Următoarele interconectări sunt interzise în schemele electrice:
◦ Surse ideale de tensiune în paralel
◦ Surse ideale de curent în serie
◦ Surse ideale de tensiune cu bornele în scurtcircuit
◦ Surse ideale de curent cu bornele în gol
16

17. Modelul surselor reale

Surse ideale de tensiune sau curent nu există în practică. Ele sunt
utilizate pentru a descrie comportarea surselor reale ca în figurile
alăturate. Bornele AB reprezintă bornele de ieşire din cele două tipuri
de surse reale, iar RO modelează rezistenţa internă sau de ieşire a
surselor.
RO
A
A
V
B
Modelul suresei de
tensiune reale
I
B
RO
Modelul sursei de
curent reale
17

18. Cine produce tensiune electrică?

Sursele de laborator
O baterie
Celulele solare
9V
1.5 V
Câţiva volţi
O centrală electrică
13,500 V
Celulele
nervoase
Câţiva millivolţi
când este
activată sinapsa
18

19. Sursa de tensiune tipică din laborator

Poate furniza tensiuni
pâna la 10 V
Borna roşie (+) şi
borna neagră (-)
sunt echivalente cu
bornele unei baterii.
Important:
Tensiunea este reglabilă
din acest buton
Terminalul alb este
conectat la pământare
având rol de protecţe
O tensiune se măsoară între două puncte
19

20. Măsurarea tensiunilor

Tensiunile se pot măsura cu un multimetru
Se setează multimetru
pentru măsurarea tensiunilor
+2.62
volts
Se conectează borna V
la borna roşie a sursei
Se conectează borna COM
(comună) la borna neagră a sursei
I COM V
Se citeşte tensiunea
20

21. Exerciţiu

Modificăm sursa să
furnizeze 3.2 V.
Ce va arăta multimetrul
în următoarea situaţie?
–3.2
V
I COM V
Răspuns: –3.2 V
21

22. Topologia circuitelor electrice

Interconectarea unui set de componente elctrice/electronice se numeşte reţea sau schemă
electrică/electronică.
Prin înlocuirea componentelor din schema electronică cu elemente de circuit (ce descriu
proprietăţile electrice ale componentelor) se obţine circuitul electric/electronic echivalent.
Fiecare tip de element de circuit se individualizează prin funcţia pe care o realizează între
tensiunea la bornele sale şi curentul prin borne.
Baterie
RBAT
comutator
v
BAT
R
LL
Lampă
Schemă electrică
L
Circuit electric echivalent
22

23. Ce este masa unui circuit?

Masa unui circuit reprezintă un nod de
referinţă comun, faţă de care se măsoară
tensiunile din diferitele noduri ale
schemei.
R1
V
I
R2
Teoretic alegerea punctului de masă este
o problemă relativă care nu influenţează
în nici un fel funcţionarea circuitului.
Practic nu este indiferent unde se alege
masa circuitului. De obicei, masa se alege
în nodul cu cele mai multe laturi
convergente.
?
23

24. Ce este pământarea unui echipament?

Conectarea aparatelor sau a
echipamentelor la pământ serveşte
pentru protecţia persoanelor,
animalelor şi a bunurilor materiale
care vin în contact cu acestea.
R1
V
I
R2
În principiu conductorul de
pământare este parcurs de curent
numai în caz de defect.
În principiu legătura de pământare
nu afectează funcţionarea
circuitului.
24

25. Conexiuni serie şi paralel

Două sau mai multe elemente de circuit (sau componente) sunt
conectate în serie dacă sunt parcurse de acelaşi curent.
Două sau mai multe elemente de circuit (sau componente) sunt
conectate în paralel dacă au aceeaşi tensiune la borne.
e1
i1
v1
vs
es
i2
e2
i3
v2
e3
25

26.

26

27. Legea lui Ohm

Tensiunea electrică la bornele
unei rezistenţe este egală cu
produsul dintre valoarea
rezistenţei şi valoarea
curentului ce o străbate.
v
AB
A
B
iR
R
vAB R iR
vAB
vAB
vAB R iR iR
R
R
iR
27

28. Conectarea serie a rezistenţelor

Prin conectarea în serie a două rezistenţe se obţine o rezistenţă
echivalentă egală cu suma celor două rezistenţe:
A
R1
R2
B
A
Rech
B
Rech R1 R 2
Rech R1; Rech R 2
28

29. Divizorul de tensiune

Prin conectarea în serie a două rezistenţe între bornele AB se obţine
pe fiecare rezistenţă o divizare a tensiunii de la bornele AB:
V
AB
A
R1
V
R1
R2
V
B
R2
R1
R2
VR1
VAB ; VR2
VAB ;
R1 R 2
R1 R 2
29

30. Conectarea paralelă a rezistenţelor

Prin conectarea în paralel a două conductanţe se obţine o conductanţă
echivalentă egală cu suma celor două conductanţe. Sau pentru
rezistenţe:
R1
B
A
R2
Rech
Rech
A
Rech
B
R1 R 2
R1 R 2
R1 R 2
R1; Rech R 2
30

31. Divizorul de curent

Prin conectarea în paralele a două rezistenţe între bornele AB se obţine
prin fiecare rezistenţă o divizare a curentului ce circulă între bornele AB:
IAB
R1
IR1
B
A
R2
R2
R1
I R1
I AB ; I R 2
I AB ;
R1 R 2
R1 R 2
IR2
31

32. Rezistenţa echivalentă văzută la o poartă a circuitului analizat

ITEST
A
VTEST
CIRCUIT PASIVIZAT
RECH
RECH
VTEST
ITEST
B
32

33. Exemplu

R1
RECHAB ( R1 R3) || R 2 (1K 3K ) || 2 K
B
RECHBC ( R1 R2) || R3 (1K 2K ) || 3K
R2
1K
2K
R3
V
4K 2K
1,33K
6K
A
I
3K 3K
1,5K
6K
3K
C
RECHAC ( R2 R3) || R1 (2K 3K ) || 1K
5K 1K
0,83 K
6K
33

34. Sarcini individuale

e2
Identificaţi pentru circuitele
alăturate elementele sau
componenetele conectate
în serie şi cele conectate în
paralel
e6
e1
e5
e4
R2
e7
V1
R1
C1
R3
C2
e3
e2
e1
e2
e4
e3
e5
e6
e5
e1
e3
e6
e4
Parcurgeți subcapitolele 1.6
– 1.8.
C2
V1
C1
R1
R3
C2
V1
C1
R2
Rezolvați exercițiile de la
sfârșitul capitolului
R3
R1
C1
V1
R1
C2
C3
R2
R1
C3
R2
R2
C1
C3
C2
C4
C5
V1
R3
R4
34