AUXILIAR CURRICULAR CLASA A XI-A DOMENIUL: TEHNICIAN IN AUTOMATIZARI CALIFICAREA: ELECTRONIST IN AUTOMATIZARI

    MINISTERUL EDUCAŢIEI sI CERCETĂRII

PROGRAMUL PHARE TVET RO 2002/000-586.05.01.02.01.01

                                                      

AUXILIAR CURRICULAR

CLASA A XI-A

     DOMENIUL: TEHNICIAN ÎN AUTOMATIZĂRI

     CALIFICAREA: ELECTRONIST ÎN AUTOMATIZĂRI

  

MODULUL : UTILIZAREA COMPONENTELOR sI CIRCUITELOR ELECTRONICE

2006

CUPRINS

1.                 Cuprins............................	3
2.                 Introducere...........................	3
3.                  Fisa de descriere a activitatii..............................................................	7
4.                  Fise pentru înregistrarea progresului elevului..................................	9
5.                  Materiale de referinta pentru elevi................	17
6.                  Glosar de termeni.................................................................................	28
7.                  Materiale de referinta pentru profesori .............	29
8.                  Solutii si sugestii metodologice.................	94
9.                  Breviar de calcul pentru proiect................	110
10.             Cerintele proiectului .....................	112
11.             Bibliografie..........................	156

         Structura modulara a Standardului de Pregatire Profesionala necesita o ordonare cât mai eficienta a elementelor tehnice pe care profesorul trebuie sa le predea elevilor. Prezentul auxiliar didactic îsi propune sa ofere un sprijin în procesul de predare-învatare atât profesorului, cât si elevului.

Profesorul care utilizeaza materialele de învatare trebuie sa cunoasca si sa valorifice continutul acestora, deoarece structurarea informatiilor este generata de curriculum modular alcatuit pe baza Standardului de Pregatire Profesionala.

În afara unitatii de competenta pentru care se utilizeaza explicit, în Ghidul profesorului sunt vizate si abilitati cheie, prin exercitiile propuse si, mai ales, prin modul de organizare a activitatilor (individual, în grup, frontal).

Înainte de aplicarea propriu-zisa a materialelor de învatare propuse, profesorul trebuie sa cunoasca particularitatile colectivului de elevi si, îndeosebi, stilurile de învatare ale acestora, pentru reusita centrarii pe elev a procesului instructiv.

Materialele de învatare sunt usor de citit si de înteles, informatiile fiind formulate într-un limbaj adecvat nivelului elevilor, accesibil si sustinut prin exemple sugestive si imagini.

S-au utilizat schemele si structurarea sistematizata, în scopul cresterii gradului de atractivitate si pentru evitarea redundantei.

Structurarea continuturilor se bazeaza pe principiul subordonarii la competentele de format si la criteriile de performanta ale fiecarei competente: astfel, au fost selectate si organizate corespunzator, informatii care permit formarea unei competente si atingerea criteriilor de performanta prevazute în SPP.

Fiecare etapa de învatare este urmata de execitii prin care sunt exersate diferite stiluri de învatare si, de asemenea, abilitatile cheie.

Materialele de învatare urmaresc cu strictete conditiile de aplicabilitate ale criteriilor de performanta pentru fiecare competenta, asa cum sunt acestea precizate în Standardele de Pregatire Profesionala.

 Sunt incluse o serie de materiale didactice, precum:

v     folii transparente

v     teste

v     materiale informative

v     fise de lucru

v     aplicatii  tip proiect

v     calculatorul personal si soft-uri specializate

Prezentul auxiliar nu acopera întreaga temetica cuprinsa în Standardul de Pregatire Profesionala si în Curriculum.

UNITATEA DE COMPETENŢĂ 24: uTILIZAREA COMPONENTELOR sI CIRCUITELOR  ELECTRONICE

24.1.       Competenta 1 - Identifica componentele electronice discrete.

24.2.       Competenta 2 - Verifica functionalitatea componentelor electronice discrete.

24.3.    Competenta 3 - Analizeaza functionarea circuitelor electronice.

24.4.    Competenta 4 - Realizeaza circuite electronice cu componente discrete practic si prin simulare computerizata.

Tabelul de corelare a competentelor si continuturilor

Unitate de competenta	Competente	Continuturi tematice
Realizarea circuitelor cu dispozitive electronice discrete	Identifica componentele electronice discrete	Componente electronice discrete Ø      Diode semiconductoare Ø      Tranzistoare bipolare Ø      Tranzistoare cu efect de câmp Ø      Dispozitive multijonctiune (diacul, triacul, tiristorul), Ø      Dispozitive optoelectronice Ø      Realizare practica. Recunoasterea componentelor electronice discrete dupa criteriile precizate.
	Verifica functionalitatea componentelor electronice discrete	Functionarea componentelor electronice discrete Ø      Principii de functionare: fenomenele fizice care stau la baza functionarii  dispozitivelor semiconductoare Ø      Regimuri de functionare: static, dinamic, caracteristici statice, circuite de polarizare, dreapta de sarcina statica, circuite echivalente Ø      Parametrii: conform documentatiei tehnice Ø      Defecte: strapungerea jonctiunilor, modificarea parametrilor electrici Ø      Realizare practica: Stabilirea regimurilor de functionare ale componentelor electronice discrete, masurarea parametrilor specifici, identificare defectelor
	Analizeaza functionarea circuitelor electronice.	Tipuri functionale de circuite Ø      Surse de electroalimentare Ø      Amplificatoare (de tensiune, de putere, de curent, cu reactie),  amplificatoare operationale Ø      Oscilatoare (RC, LC, cuart) Ø      Circuite pentru formarea impulsurilor (comparatoare, limitatoare, circuite de derivare, circuite de  integrare) Ø      Circuite pentru generarea impulsurilor (circuite monostabile, astabile, circuite basculante bistabile, generatoare de tensiune liniar variabila) Ø      Realizare practica. Explicarea functionarii circuitelor electronice si rolul componentelor
	Realizeaza circuite electronice cu componente discrete practic si prin simulare computerizata	Simulare computerizata a circuitelor Ø      Pentru surse de electroalimentare (tensiuni, curenti si puteri nominale, factor de ondulatie) Ø      Pentru amplificatoare (amplificare, distorsiuni, raport semnal/zgomot, gama dinamica, sensibilitate) Ø      Pentru oscilatoare (forma semnalului, domeniu de frecventa, stabilitatea frecventei, frecventa de oscilatie) Ø      Realizare practica. Verificarea functionarii montajului.

      Recunoasterea componentelor electronice discrete dupa criteriile precizate

      Stabilirea dispunerii  pe capsula a terminalelor componentelor electronice discrete

      Montarea componentelor electronice discrete în circuite respectând reguli de protectie antistatica.  

      Interpretarea principiilor de functionare a componentelor electronice.

      Stabilirea regimurilor de functionare ale componentelor electronice discrete.

      Masurarea parametrilor componentelor electronice discrete.

      Identificarea defectelor specifice ale componentelor electronice discrete.

      Explicarea functionarii circuitelor electronice.

       Explicarea functionarii circuitelor electronice.

      Realizarea practica a circuitelor electronice utilizând scule si dispozitive  specifice.

       Simularea circuitelor electronice utilizând soft specializat.

Nume si prenume elev...........................

Tabelul urmator detaliaza sarcinile incluse în: Modulul II

Utilizarea COMPONENTELOR sI CIRCUITELOR ELECTRONICE.

Acest tabel va va fi folositor în procesul de colectare a dovezilor pentru portofoliul vostru.

Bifati în rubrica "^"Rezolvat"  sarcinile de lucru pe care le-ati efectuat.

Compe-tenta	Sarcina de lucru	Obiectiv	Rezolvat
C 24 Utilizarea COMPONENTELOR sI circuitelor ELECTRONICE
C 24.1	Exercitiul 1,2, 3 Lucrare de laborator	·       Identificarea componentelor electronice utilizate dupa: simbol, aspect fizic, codificare
	Exercitiul 3 4 Lucrare de laborator	·       Caracteristici ale componentelor electronice
	Exercitiul 3	·       Stabilirea corecta a parametrilor circuitelor si componentelor electronice
	Exercitiul 5,6 Lucrare de laborator	·       Precizarea parametrilor amplificatoarelor operationale
	Exercitiul 1,2,3,4,5,6 Lucrare de laborator	·       Citirea, selectarea si sintetizarea informatiilor din documente simple ·       Utilizarea soft-ului specializat în proiectarea si simularea functionarii circuitelor electronice
C 24.2	Exercitiul 4	·       Enumerarea parametrilor circuitelor electronice de tipul AO utilizate din schemele bloc ·       Utilizarea corecta a termenilor de specialitate
	Lucrare de laborator	·       Prezinta functionarea circuitelor integrate utilizate în schema bloc ·       Alegerea circuitelor integrate ·       Selectarea circuitelor integrate ·       Pregatirea si manevrarea corecta a  ustensilelor de laborator
C 24.3	Lucrare de laborator	·       Executarea montajelor cu circuite integrate pentru implementare
C 24.4	Lucrare de laborator	·       Descoperirea defectelor în functionarea montajelor cu circuite electronice ·       Remedierea defectelor

FIsA nr. 1

sCOALA:................

DISCIPLINA :............

DATA:..................... .........

CLASA................... ...........

TABEL DE EVALUARE sI NOTARE

Nr.crt	Nume si Prenume	Punctaj obtinut la aplicatii practice	Sarcina de rezolvat Aritmogrif	Total puncte	Nota obtinuta
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
-17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24,
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.

Nota: La 10 puncte corespunde nota zece, fractiunile sub 0,5 puncte nu se aduna, iar cele peste

0,5 puncte se majoreaza la un punct.

FIsA nr. 2

FIsA  PENTRU ÎNREGISTRAREA PROGRESULUI ELEVULUI

Aceasta format de fisa este un instrument detaliat de înregistrare a progresului elevilor. Pentru fiecare elev se pot realiza mai multe astfel de fise pe durata derularii modulului, acestea permitând evaluarea precisa a evolutiei elevului, furnizând în acelasi timp informatii relevante pentru analiza.

FIsA pentru înregistrarea progresului elevului

Modulul (unitatea de competenta)

Numele elevului _________________________

Numele profesorului  _______________________

_____________________

Competente care trebuie dobândite	Data	Activitati efectuate si comentarii	Data	Aplicare în cadrul unitatii de competenta	Evaluare
					Bine	Satis-facator	Refa-cere
Comentarii			Prioritati de dezvoltare
Competente care urmeaza sa fie dobândite  (pentru fisa urmatoare)			Resurse necesare

 

Competente care trebuie dobândite

Aceasta fisa de înregistrare este facuta pentru a evalua, în mod separat, evolutia legata de diferite competente. Acest lucru înseamna specificarea competentelor tehnice generale si competente pentru abilitati cheie, care trebuie dezvoltate si evaluate.

Activitati efectuate si comentarii

Aici ar trebui sa se poata înregistra tipurile de activitati efectuate de elev, materialele utilizate si orice alte comentarii suplimentare care ar putea fi relevante pentru planificare sau feedback.

Aplicare în cadrul unitatii de competenta

Aceasta ar trebui sa permita profesorului sa evalueze masura în care elevul si-a însusit competentele tehnice generale,tehnice specializate si competentele pentru abilitati cheie, raportate la cerintele pentru întreaga clasa. Profesorul poate indica gradul de îndeplinire a cerintelor prin bifarea uneia din urmatoarele trei coloane.

Prioritati pentru dezvoltare

Partea inferioara a fisei este conceputa pentru a identifica activitatile pe care elevul trebuie sa le efectueze în perioada urmatoare, ca parte a modulelor viitoare. Aceste informatii ar trebui sa permita profesorilor implicati sa pregateasca elevul pentru ceea ce va urma, mai degraba decât pur si simplu sa reactioneze la problemele care se ivesc.

Competente care urmeaza sa  fie dobândite

În aceasta casuta, profesorii trebuie sa înscrie competentele care urmeaza a fi dobândite. Acest lucru poate sa implice continuarea lucrului pentru aceleasi competente sau identificarea altora care trebuie avute în vedere.

Resurse necesare

Aici se pot înscrie orice fel de resurse speciale solicitate: manuale tehnice, retete, seturi de instructiuni si orice fel de fise de lucru care ar putea reprezenta o sursa de informare suplimentara pentru un elev ce nu a dobândit competentele cerute.

 FIsA nr. 3

PLAN DE ACŢIUNE

Numele elevului:

Descrierea activitatii care ma va ajuta sa îmi dezvolt abilitatile:		Abilitati cheie asupra carora îmi planific sa ma concentrez: Ö
			Comunicare si numeratie
			Lucrul în echipa
			Asigurarea calitatii la locul de munca
Cum planific sa realizez acest lucru:
De ce anume voi avea nevoie:
Cine altcineva este implicat:	Pâna la ce data va fi realizat:		Unde anume se va realiza:
"Confirm ca am planificat ce anume trebuie sa fac si am convenit acest lucru cu profesorul meu"
Semnaturi: Elev:	Profesor:		Data:

Acestea sunt exemple de actiuni si planuri efectuate de elevi care vor fi folositoare în cadrul procesului de evaluare din timpul si de la finalul unei unitati de competenta sau al unui modul.

FIsA nr. 4

ANALIZA unei activitati

Nume:

Activitatea:
Ce am facut:		Ce a mers bine:
Ce modificari am adus planului:		Ce ar fi putut merge mai bine:
Cine m-a ajutat:	Dovezi pe care le am în mapa de lucru:	Abilitatile cheie pe care le-am folosit:
			Comunicare si numeratie
			Lucrul în echipa
			Asigurarea calitatii la locul de munca

"Confirm ca informatiile de mai sus sunt corecte si au fost convenite cu profesorul meu". Semnaturi: Elev:                     Profesor:                       Data:

Acest tip de fisa îl ajuta pe elev  în analiza propriei activitati, în sesizarea reusitelor si nereusitelor, inclusiv în analizarea abilitatilor dobândite pe parcursul desfasurarii unei activitati.

FIsA nr. 5

Lucrul în echipa

(în pereche sau în grup)

Care este sarcina voastra comuna? (ex. obiectivele pe care vi s-a spus ca trebuie sa le îndepliniti)
Cu cine veti lucra?
Ce anume trebuie facut?	Cine va face acest lucru?	De ce fel de materiale, echipamente, instrumente si sprijin va fi nevoie din partea celorlalti?
Ce anume vei face tu?
Organizarea activitatii: Data/Ora începerii: Data/Ora finalizarii: Cât de mult va dura îndeplinirea sarcinii?		Unde vei lucra?
"Confirm faptul ca elevii au avut discutii privind sarcina de mai sus si: ·      s-au asigurat ca au  înteles obiectivele ·      au  stabilit ceea ce trebuie facut ·      au  sugerat modalitati prin care pot ajuta la îndeplinirea sarcinii   ·      s-au asigurat ca au înteles cu claritate responsabilitatile care le revin si modul de organizare a activitatii" Martor/evaluator (semnatura):                                                                 Data: (ex.: profesor,  sef catedra) Nume elev:

Aceasta fisa stabileste sarcinile membrilor grupului de lucru, precum si modul de organizare  a activitatii.

FIsA nr. 7

FIsA  de evaluare

Cum sunt evaluate învatarea si rezultatele obtinute

Metoda de evaluare	Da	Nu	Evaluarea este initiala, formativa si/sau sumativa?	Este nevoie de informatii suplimentare
Teste prestabilite
Examinari pe parcurs
Examinari finale
Teme stabilite
Proiecte
Teste practice
Prezentari orale
Evaluare a unor activitati de lucru
Mapele de lucrari
Evaluare continua
Analize /rapoarte formale
Demonstratii

Altele: ...........................................................................................................................................

Comentarii: ..................................................................................................................................

Fisele 6 si 7 sunt utile pentru a verifica modul în care se face evaluarea si care sunt tipurile de evaluari ce vor fi utilizate.

FIsA nr. 8

Nume elev:

sCOALA:

clasa:

NORME DE TEHNICA SECURITĂŢII MUNCII

sI DE PREVENIRE sI STINGERE A INCENDIILOR

ÎN LABORATORUL DE TEHNOLOGIE

Respectarea normelor de tehnica securitatii muncii contribuie Ia asigurarea conditiilor de munca nonnale si Ia înlaturarea cauzelor care pot provoca accidente de munca sau îmbolnaviri profesionale.

În aceasta directie responsabilitatea pe linie tehnica a securitatii muncii si prevenirea si stingerea incendiilor, revine atât celor care organizeaza, controleaza si conduc procesul de munca, cât si celor care lucreaza direct în productie.

Conducatorul laboratorului trebuie sa ia masuri pentru realizarea urmatoarelor obiective:

.                 Sa se asigure iluminatul, încalzirea si ventilatia în laborator;

.                 Sa se asigure expunerea vizuala prin afise sugestive, privitoare atât la protectia muncii, cât si la prevenirea si stingerea incendiilor;

.                 Masinile si instalatiile din laborator sa fie echipate cu instructiuni de folosire;

.                 Sa se asigure legarea la pamânt si la nul a tuturor masinilor actionate electric;

.                 În laborator sa se gaseasca la locuri vizibile mijloace pentru combaterea incendiilor;

.                 Sa se efectueze instructaje periodice pe linie de protectie a muncii, de prevenire si stingere a incendiilor;

.                 Înainte de începerea orei se va verifica daca atmosfera nu este încarcata cu vapori de benzina sau cu gaze inflamabile;

.                 Daca s-a utilizat benzina sau alte produse usor inflamabile pentru spalarea mâinilor, acestea trebuie din nou spalate cu apa si sapun si sterse cu un prosop;

.                 Machetele sau exponatele trebuie sa fie bine fixate în suport, iar utilizarea lor se va face numai în prezenta inginerului sau laborantului;

.                 Materialele utilizate se vor manevra cu grija, pentru a nu se produce accidente precum: raniri ale mainilor, raniri ale ochilor, insuficiente respiratorii, etc.

.        Manevrarea instrumentelor, a mijloacelor de lucru, a machetelor mai grele se va face cu atentie pentru a evita riscul de lovire.

          Elevii:

.        Vor utiliza materialul didactic doar sub supravegherea profesorului, iar în timpul pauzelor vor aerisi sala de clasa pentru a pastra un microclimat corespunzator de lucru;

.                 Nu vor folosi în joaca instrumentele puse la dispozitie;

.                 Nu vor introduce obiecte în prizele electrice;

.                 Vor avea grija de mobilierul si mijloacele didactice din dotarea laboratorului;

.                 Vor efectua lucrarile de laborator în prezenta profesorului sau laborantului;

.                 Vor pastra o atmosfera de lucru în timpul orelor, în liniste si cu seriozitate.

          Nerespectarea regulilor mai sus mentionate poate conduce la accidente nedorite, de aceea, abaterile vor fi sanctionate conform prevederilor legale si ale regulamentului de ordine interioara.

FIsA nr. 9

Proces-verbal,

Încheiat astazi ......cu elevii clasei.....cu ocazia efectuarii instructajului pentru protectia muncii

Nr. crt.	NUMELE sI PRENUMELE	SEMNĂTURA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.		,
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.

Profesor,

            Fisa conspect 1

Problema se rezolva mai întâi pe caiet, desenându-se schema electronica si forma de unda care trebuie sa se obtina, explicandu-se la tabla, de catre un elev, modul de functionare. Dupa aceea se deseneaza circuitul în program specializat si se face simularea functionarii circuitului. Forma de unda care rezulta trebuie sa fie la fel cu cea desenata pe tabla. Se realizeaza apoi circuitul pe platforma experimentala si se vizualizeaza pe osciloscop formele de unda comparându-se cu cele obtinute în programul de simulare. (Fisa conspect 1)

Sa se deseneze redresorul monofazat dubla alternanta în punte cu filtrarea tensiunii redresate si apoi sa se realizeze circuitul în programul DE SIMULARE si pe platforma experimentala DL 3155 M10 comparându-se formele de unda obtinute.

Realizati redresorul fara condensator de filtrare si explicati forma de unda rezultata.

Cum functioneaza dioda redresoare din punte?

Cu ce scop este introdus condensatorul în circuit?

Explicati forma de unda care rezulta.

Dioda semiconductoare este formata din doua regiuni semiconductoare, una de tip n si una de tip p.

Completati spatiile libere cu termenii corespunzatori/sintagmele corespunzatoare astfel ca enuntul sa fie corect. lucrând în perechi  (eventual cu colegul de banca) consultându-va si ajutându-va reciproc. Veti verifica corectitudinea rapunsurilor prin confruntare cu folia prezentata de profesor. Specificati pe schema.

( Vezi folia 1).

1.    Dioda  semiconductoare este in esenta  o ........  p-n care conduce curentul electric atunci cand este polarizata .........   si care este blocata atunci când este polarizata ...........

2.    Când dioda este polarizata direct se aplica borna + a sursei exterioare pe zona .. si borna - pe zona n

3.    La redresorul .......... monoalternata cu o dioda  se va redresa doar una din cele doua .......... ale tensiunii sinusoidale de la intrare.

4.    Tensiunea inversa la care dioda conduce se numeste tensiune inversa de ............

5.    Efectul de strapungere al jonctiunii p-n polarizata invers este folosit în special în cazul diodei ........ care este în asa fel construita încât  prin ea sa circule un curent ....... de valoare semnificativa

Consultati  glosarul termenilor de specialitate si alte surse de informare

indicate de profesor si rezolvati exercitiul de mai jos acasa, lucrând individual!

( Vezi folia 3)

Scrieti în dreptul fiecarui termen semnificatia acestuia:

	..............................

Dioda

	.............................

Tranzistorul

	.............................

AO

..............................

Strapungere

	................................

CBA

 

 Stabiliti, încercuind litera A (adevarat) sau F (fals), valoarea de adevar a urmatoarelor afirmatii :

Amplificatorul Operational este un element de circuit descris prin  urmatorii parametri electrici:

a.      amplificare de tensiune mare (>10⁴)

b.      impendanta de intrare mare (>10⁴Ω)

c.      impendanta de iesire mica (<10²Ω)

d.      deriva a tensiunii la iesire cât mai mica posibil

e.      în conexiune AO inversor tensiunea amplificata de la iesirea AO este în antifaza cu tensiunea de la intrare

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Este un exercitiu care solicita rabdare si cunostinte de complexitate medie, care îsi propune sa antreneze toti elevii. Permite elevului sa-si autoevalueze cunostintele. Se pot organiza si grupe de câte 2 elevi care sa-si corecteze lucrarile reciproc. Raspunsurile vor fi afisate de profesor pe tabla sau pe folie.

            Un exercitiu care face apel la inventivitatea elevilor. El poate fi rezolvat individual, pe grupe, sub forma de concurs sau împreuna cu profesorul, la tabla. Rezolvarea poate fi facuta si pe calculator.     

              Folosindu-va de cunostintele dobândite încercati sa rezolvati urmatorul: ARITMOGRIF, utilizând termenii de mai jos:

Lista termenilor specifici :
TRANSISTOR	CARACTERISTICI
DIODA	REDRESARE
CONECTARE	TENSIUNE
PULSATORIE	INTRARE
SINUSOIDALA	CURENT
AMPLIFICATOR	REZISTENTA
OPERATIONAL	STRAPUNGERE
BASCULANT	ZENER
BISTABIL	POTENTIAL
ASTABIL	INVERSOR

							A
				2	9	19	20	1	2	9	12
				15	16	5	18	1	20	9	15	14	1	12
							1	19	20	1	2	9	12
2	1	19	3	21	12	1	14	20
				16	21	12	19	1	20	15	18	9	5
	16	15	20	5	14	20	9	1	12
			18	5	26	9	19	20	5	14	20	1
						19	20	18	1	16	21	14	7	5	18	5
	9	14	22	5	18	19	15	18
			26	5	14	5	18
							B

 

 

 

·        Aceasta lucrare se va desfasura în laborator.

·        Veti lucra în grupe de 4 - 5 elevi.

1.     Pregatirea

 

Se vor respecta normele de protectia si securitatea muncii în laborator

( FIsA 8, 9 );

Tema: AMPLIFICATOARE OPERAŢIONALE

2.     Obiectivele lucrarii:

 

1.   Elevul sa poata lucra practic cu circuite integrate, obisnuindu-se cu configuratiile, simbolurile, modul de conectare, marimile tensiunilor de alimentare, intrare si iesire specificate.

2.   Se studiaza caracteristicile si modul de lucru pentru AO

3.  Cunostinte teoretice necesare:

Amplificatoarele operationale au o foarte larga utilizare( Fisa conspect 2, 3) .

Amplificatorul Operational

Amplificatorul Operational este, de fapt, un amplificator de curent continuu cu performante foarte înalte: câstig, banda de trecere si impendata de intrare, cât mai mari posibil (astfel incât, de exemplu, câstigul sa poata fi considerat ) si decalaj de tensiune raportata la intrare, deriva si impedanta de iesire cât mai mici posibil.

În figura de mai jos se observa cum amplificarea AO scade odata cu cresterea frecventei

Schema electronica a amplificatorului operational este data în figura de mai jos:

 

4. Tipuri de Amplificatoare Operationale

 

• µA 741
• LM 741
• SA 741
• AD 704

5. Materiale necesare:

-       Platforma DL 3155 E 10R;

-       Platforma DL 3155 M18;

-       Cordoane de legatura.

-       Sursa de tensiune stabilizata de 6V cc;

-       Program de simulare

6. Indicatii de lucru

 

Se va urmari cu multa atentie, data fiind sensibilitatea circuitelor integrate la supratensiuni, sa se verifice corectitudinea montajelor (în special a polaritatilor) si sa nu se depaseasca tensiunile indicate.

6.1 Procedura experimentala de lucru si inregistarea datelor obtinute

 

 

6.6.1 Analiza unui AO folosind platforma experimentala DL 3155 E 10R

 

• ·      Conectati intrarea + a AO la generatorul de semnal. ·      Conectati iesirea AO la sonda unui osciloscop cu doua spoturi. ·      Alimentati modulul. ·      Modificati valoarea tensiunii de intrare de la generatorul de semnal. ·      Analizati variatia tensiunii la iesirea AO direct pe forma de unda care apare pe ecranul osciloscopului. ·      Conectati intrarea - a AO la generatorul de semnal si parcurgeti toate etapele din cazul aplicarii semnalului pe borna. ·      Comentati diferentele aparute în cele doua cazuri. ·      Desenati pe caiete formele de unda, schema electronica si interpretati rezultatele.

  Executati un amplificator de tensiune utilizand AO µA 741

:

           

      

Sa se analizeze functionarea unui circuit sumator cu AO de tipul AD 704, utilizând un program specializat

 

Sa se deseneze formele de unda obtinute atât în programul de simulare computerizata, cât si direct pe osciloscop, dupa realizarea montajului pe platforma.

Executati schema amplificatorului operational inversor si simulati functionarea ei într-un program specializat.

 

Executati schema amplificatorului operational neinversor si simulati functionarea ei într-un program specializat.

 

6.6.4 Prelucrarea si interpretarea datelor experimentale obtinute din executia schemelor pe platformele experimentale Dl 3155 E 10R si Dl 3155 M18

 

            Se compara formele de unda simulate cu cele obtinute pe osciloscop. Se interpreteaza rezultatele obtinute, pe baza teoriei predate la AO

 

redresor                    - este un circuit electronic capabil sa transforme energia electrica de curent alternativ în energie electrica de curent continuu.

monofazat                - o singura faza

monoalternanta      - o singura alternanta

bialternanta              - doua alternante

transformatorul       - are rolul de a modifica tensiunea retelei la valoarea necesara pentru a obtine o anumita tensiune continua.

stabilizator                - este un circuit electronice care se conecteaza între sursa de alimentare nestabilizata si consumator, având rolul de a mentine constanta tensiunea sau curentul consumatorului, în raport cu variatiile tensiunii sursei, ale rezistentei sarcinii, ale temperaturii ambiante si a altor factori perturbatori.

stabilizator                - utilizeaza caracteristicile curent-tensiune ale diodei Zener fara sa parametric                        mai   recurga la circuite suplimentare de comanda.       

     

filtre de netezire       - au rolul de a micsora componenta variabila care se mentine în tensiunea de iesire, cât mai mult posibil.

amplificatoare         - sunt cuadripoli activi capabili sa redea la iesire semnale electrice

electronice               de putere multmai mare decât cele de intrare

amplificatoare         - au rolul de a debita puterea necesara în sarcina în conditiile unui

de   putere                randament energetic cât mai ridicat, a unei amplificari de putere maxime cu distorsiuni   minime ale semnalului amplificat.

amplificatoare         - sunt amplificatoare de curent continuu cu structura complexa, operationale          având reactie negativa interioara si care fiind prevazute cu bucla de

                                reactie negativa externa       

amplificator - semnalul de intrare este aplicat pe intrarea inversoare

operational

inversor

amplificator - semnalul de intrare este aplicat pe intrarea neinversoare

operational

neinversor

FIsA CONSPECT 1

Dioda semiconductoare

Este formata din doua zone semiconductoare, una de tip p si una de tip n, iar la suprafata lor de contact definim jonctiunea p-n.

În figura am desenat golurile cu rosu , electronii cu albastru, iar  zona desenata cu verde este chiar jonctiunea.

Polarizarea inversa a diodei

            În continuare aplicam pe jonctiune un câmp electric extern cu + pe catodul diodei si - pe anod. Dioda este polarizata invers, electronii care sunt purtatori majoritari în zona n (desenati cu albastru) sunt atrasi de borna +, golurile  care sunt purtatori majoritari in zona p (desenate cu rosu) sunt atrase de borna -, regiunea de trecere desenata cu verde se mareste si prin ea nu vom avea circulatie de purtatori majoritari de la zona p la zona n si invers si deci nu circula curent electric prin jonctiune.

Polarizarea  directa a diodei

Inversam acum polii sursei de alimentare aplicând + pe zona p si  - pe zona n. stim ca, în acest caz, dioda conduce si prin ea trece un curent semnificativ format din purtatori majoritari (electronii din zona n si golurile din zona p). Pentru ca dioda sa conduca, este necesar ca potentialul sursei exterioare sa fie mai mare  de 0,2 V pentru  Germaniu si  de 0,6 V pentru Siliciu pentru ca sa fie depasita bariera de potential din zona jonctiunii care apare în mod natural atunci cand am realizat jonctiunea p-n, dar nu aplicam nici un câmp electric exterior.

Diodele semiconductoare au marcat cu un cerc catodul, sau zona n, ca în figura de mai jos:

Caracteristica de transfer a diodei semiconductoare

Graficul din figura de mai sus reprezinta caracteristica de transfer a diodei semiconductoare. U_d reprezinta tensiune de polarizare directa a diodei iar U_INV este tensiunea inversa de polarizare a diodei. În polarizare directa dioda începe sa conduca numai daca tensiunea directa aplicata pe ea este mai mare decât  valoarea barierei de potential care este de 0,2 V la Ge si 0,6 V la Si. În cazul în care tensiunea de polarizare inversa, U_INV, aplicata diodei depaseste valoarea tensiunii de strapungere inversa, dioda va conduce din nou. Acest mod de lucru al diodei este însa periculos si poate conduce la distrugerea diodei, daca nu limitam curentul invers prin dioda cu rezistente exterioare. Fenomenul de strapungere al jonctiunii p-n în polarizare inversa este numit:

-          efect Zener, daca valoarea tensiunii inverse de strapungere este mai mica de 5V;

-          efect de avalansa, daca valoarea tensiunii inverse de strapungere este mai mare de 5V;

Dioda semiconductoare este foarte folosita în schemele electronice de amplificatoare, oscilatoare, circuite de detectie si modulatie dar si în alimentatoare ca dioda redresoare.

2.3.1. DIODE REDRESOARE

 Simbolul diodei redresoare

    Simbolul utilizat pentru dioda redresoare este semnul general al diodei semiconductoare.

 
     Simbolul sugereaza ca dispozitivul conduce într-un singur sens, cel direct (de la A la C), care este indicat de sageata. Aceasta proprietate, de conductie unidirectionala, este fundamentala pentru dioda redresoare.

    O dioda redresoare ideala ar trebui sa posede o caracteristica statica de forma celei din figura de mai jos, adica dispozitivul sa se comporte ca un scurtcircuit (rezistenta nula) în sens direct si ca un întrerupator deschis (rezistenta infinita) în sens invers.

                                         

Caracteristica statica a diodei ideale

În sens direct, curentul prin dioda apare, practic, numai de la o anumita tensiune aplicata, numita tensiune de deschidere, V_D (sau de prag V_P), cu valori de 0,2 - 0,3 V la Ge si 0,6 - 0,7 V la Si. Din acest punct de vedere, dioda redresoare cu Ge este mai avantajoasa, randamentul de redresare fiind mai bun.

Redresorul monofazat monoalternantã                                                                        

Schema electricã

Forma de undã

                   

     Functionarea are loc astfel: la aplicarea unei tensiuni alternative în primar, ia nastere în secundar tot o tensiune alternativã, ce se aplicã pe anodul diodei, dioda conduce, în circuit apare un curent proportional cu tensiunea aplicatã, deci având aceasi formã cu ea. Pe durata alternantelor negative, dioda este blocatã si curentul prin circuit este nul. Curentul prin sarcinã circulã deci într-un singur sens, sub forma unor alternante (curent pulsatoriu).

FILTRE CU CONDENSATOR

  

    În acest caz, se monteaza un condensator în paralel cu rezistenta de sarcinã. Condensatorul are tendinta de a se opune variatiilor de tensiune, deci tensiunea de la bornele sale, care este si tensiunea de sarcinã, are tendinta de a se mentine constantã. Condensatorul se încarcã pânã la valoarea de vârf a tensiunii redresate si se descarca prin rezistenta de sarcinã între intervalele de conductie ale diodei. Încarcarea condensatorului se face rapid, prin circuitul alcatuit din rezistenta de conductie a diodei si cea a înfãsurãrii transformatorului, deci cu o constantã de timp micã. Descãrcarea se face lent, prin rezistenta de sarcinã de valoare mare. În consecintã, tensiunea pe sarcinã se apropie de o valoare constantã.

    Un dezavantaj îl poate constitui valoarea mare a curentului prin dioda, ce se reprezinta în acest caz sub forma unor impulsuri de duratã mai micã decât  si de amplitudine relativ mare, ce pot duce, în anumite cazuri, la distrugerea diodei.

SCHEMA ELECTRICĂ

FORMA DE UNDĂ

 

DIODA ZENER

 

 Efectul de strapungere al jonctiunii p-n polarizata invers este folosit în special în cazul diodei Zener care este în asa fel construita încât  prin ea sa circule un curent invers de valoare semnificativa. Un rezistor trebuie conectat întotdeauna în serie cu dioda Zener pentru a preveni distrugerea ei ca urmare a cresterii excesive a curentului invers prin ea. Dioda Zener stabilizeaza tensiunea continua aplicata la circuitul de intrare la o valoare corespunzatoare valorii de strapungere la care lucreaza. De exemplu dioda marcata 5V6 va stabiliza tensiunea continua în circuitul de iesire la o valoare de 5,6 V. Dioda Zener reprezinta cel mai simplu circuit de stabilizare a tensiunii continue: stabilizatorul parametric cu dioda Zener pe care îl vom prezenta în continuare.

            Tensiunea continua nestabilizata are o variatie cuprinsa între 8 si 12 V. Rezistorul R_S  limiteaza curentul prin dioda Zener în scopul prevenirii distrugerii acesteia. Rezistorul R_S si dioda Zener formeaza un circuit serie. Se observa ca tensiunea de intrare este suma dintre tensiunea pe dioda Zener si tensiunea pe R_S. Daca presupunem ca tensiunea continua de intrare este de 12 V atunci caderea de tensiune pe rezistenta R_S va fi U_Rs= 12 V - 5.6 V = 6.4 V. Se stie ca prin dioda Zener curentul invers este aproximatv egal cu  din valoarea maxima a curentului absorbit de  rezistenta de sarcina.R_sarcina care are valoarea de 100 mA. Rezulta ca prin dioda Zener vom avea un curent invers de aproximativ 10 mA. Dioda Zener si rezistenta de sarcina R_sarcina sunt conectate în paralel astfel încât suma curentilor de pe cele doua ramuri este chiar curentul care circula prin rezistenta R_S.

I_Rs= I_Rsarcina + I_Z = 100 mA + 10 mA = 110 mA.

Tensiunea pe R_S este

U_Rs = 12 V - U_Z = 12 V - 5.6 V = 6.4 V (Volti). Unde:

12 V este tensiunea continua maxima de intrare

5.6 V este tensiunea pe dioda Zener

Acum putem aplica legea lui Ohms pentru a calcula valoarea rezistentei R_S

            Acum putem calcula si puterea pe rezistenta R_S

            Acesta este cel mai simplu stabilizator de tensiune: stabilizatorul parametric cu dioda Zener.

Alte tipuri de diode: dioda varactor sau varicap, LED -ul (Light Emitting Diode -dioda electrol-luminiscenta), dioda Tunel, dioda cu contact punctiform, dioda Pinn, etc.

                      

FIsA DE CONSPECT 2

           

TRANZISTORUL BIPOLAR

            La modul cel mai simplu, tranzistorul bipor poate fi privit ca  doua diode semiconductoare legate în serie.

            În partea de jos avem o zona de semiconductor de tip n cu un contact metalic, care reprezinta Emitorul. Deasupra acesteia exista o zona semiconductoare foarte subtire de tip p, la care se conecteaza un electrod metalic, numit Baza. Apare astfel prima jonctiune p-n. A doua zona de tip n cu un contact metalic reprezinta Colectorul si, împreuna cu zona n a Bazei, formeaza a doua jonctiune p-n. Rezulta în final tranzistorul npn.

            Acest tranzistor bipolar are urmatoarele caracteristici constructive:

Ø      regiunea Bazei este foarte subtire si slab dopata;

Ø      regiunea Emitorului este puternic dopata;

Ø      Regiunea Colectorului este mare si de obicei este conectata la capsula metalica pentru disiparea usoara a caldurii

Dupa cum se poate vedea jonctiunea Emitor-Baza este polarizata direct iar jonctiunea Colector-Baza este polarizata invers. Emitorul puternic dopat va emite spre regiunea Bazei purtatori majoritari, electronii care vor penetra adanc în Baza deoarece aceasta  este  foarte subtire si slab dopata. O mica parte din acesti electroni se vor recombina cu golurile majoritare din baza. Ceilalti electroni care au ajuns în Baza devin aici purtatori minoritari pentru jonctiunea Colector-Baza polarizata invers si ei vor fi antrenati spre Colector datorita tensiunii Ucc de valoare mare care polarizeaza invers jonctiunea Colectorului. Putem spune ca suprafata mare a Colectorului va "colecta" electronii care vin din Baza. Se poate observa ca are loc un transfer al electronilor majoritari din Emitor în Baza datorita polarizarii directe a jonctiunii p-n. Acesti electroni care vin din Emitor devin în Baza purtatori minoritari si sunt antrenati spre Colector datorita tensiunii inverse aplicate pe Colector. Astfel electronii minoritari din Baza sunt trasferati în Colector unde devin din nou purtatori majoritari asigurând asfel un curent mare de Colector. Acest efect se numeste efect de transistor (transfer resistor) de unde si denumirea de transistor. Doua diode montate in opozitie (de fapt transistorul este format din 3 regiuni n, p, n sau altfel spus din doua jonctiuni p-n)care în mod normal nu functioneaza în aceasta conexiune. Gratie efectului de transistor descris anterior functionarea transistorului bipolar devin posibila.

Cel mai important aspect al functionarii transistorului bipolar este faptul ca printr-un curent mic de Baza putem controla un curent mare de colector.

Putem folosi aici  analogia cu robinetul care sa ajute mai mult la intelegerea fenomenului din transistorul bipolar. Apa potabila de la sistemul de canalizare din oras are un debit si o presiune de valori ridicate la fel cum valoarea curentului de Colector este mult mai mare decat curentul de Baza. Debitul prin robinet este controlat de o forta foarte mica, generata mecanic de mâna noastra prin învârtirea acestuia. La fel se petrece si în cazul transistorului bipolar unde printr-un curent mic de Baza putem controla un curent mare de colector.

Din tot ceea ce am aratat pâna acum rezulta ca tranzistorul se comporta ca un amplificator de curent cu factorul de amplificare directa in curent β care este definit în curent continuu ca raportul dintre curentul de Colector si curentul de Emitor.

β=..   De aici rezulta ca    I_C= β*I_E

            Teoretic β ia valori cuprinse între 19 si 499 dar practic el are valori cuprinse între 50 si 200.

            Celalalt tip de transistor bipolar este cel de tipul pnp ca în figura de mai jos :

GENERALITĂŢI. STRUCTURA TRANZISTORULUI BIPOLAR

    Tranzistoarele bipolare (TB) sunt dispozitive semiconductoare alcatuite dintr-o succesiune de trei regiuni realizate prin impurificarea aceluiasi cristal semiconductor, regiunea centrala fiind mult mai îngusta si de tip diferit fata de regiunile laterale. Regiunea centrala este mult mai slab dotata cu impuritati decât celelalte regiuni si se numeste baza (B). Una dintre regiunile laterale, puternic dotata cu impuritati, se numeste emitor ©, iar cealalta, mai saraca în impuritati decât emitorul, se numeste colector (C). Regiunile TB formeaza cele doua jonctiuni ale acestuia.
    În figura 1 sunt reprezentate cele doua structuri ale TB si simbolurile acestora.

Fig. 1. Structura si simbolul TB de tip : a) pnp ; b) npn

   

Structurile din fig.1. ale celor doua tipuri de TB reprezinta modelele structurale unidimensionale ale acestora. Denumirile regiunilor extreme sunt corelate cu functiile lor. E este sursa de purtatori, care determina în general curentul prin tranzistor, iar C colecteaza purtatorii ajunsi aici. B are rolul de a controla (modifica) intensitatea curentului prin tranzistor în functie de tensiunea dintre B si E. Tranzistorul transfera curentul din circuitul de intrare de rezistenta mica în circuitul de iesire de rezistenta mare, de unde si denumirea de tranzistor (TRANSISTOR = TRANSFER RESISTOR).

Ce doua jonctiuni ale tranzistorului sunt :
    - jonctiunea de emitor sau : - emitor-baza (EB) pentru TB pnp ;
    - baza-emitor (BE) pentru TB npn ;
    - jonctiunea de colector sau : - colector-baza (CB) pentru TB pnp ;
    - baza-colector (BC) pentru TB npn.

  TB este un dispozitiv activ care are ca functie de baza pe cea de amplificare. Proprietatea de amplificare a TB se datoreste asa-numitului efect de tranzistor. Pentru TB se pot defini trei curenti si trei tensiuni, asa cum sunt prezentate în fig. 2.

Fig.2. Marimile la borne ale TB: a) pnp; b) npn

Tensiunile sunt legate prin relatia: v_CB = v_CE + v_EB, (1) iar curentii prin relatia: i_E = i_C + i_B. (2)
    Pentru a obtine relatia (2), TB este asimilat cu un nod în care suma algebrica a curentilor este zero. Ca urmare a relatiilor (1) si (2), numai doua tensiuni si doi curenti sunt marimi independente. Alegerea marimilor electrice care descriu comportarea tranzistorului se poate face în moduri diferite. Criteriul este urmatorul: se considera tranzistorul ca un diport (un bloc cu doua borne ce formeaza poarta de intrare si alte doua borne ce formeaza poarta de iesire). Deoarece tranzistorul are doar trei borne (terminale), una dintre ele trebuie sa fie comuna intrarii si iesirii. Borna comuna defineste conexiunea tranzistorului.

CONEXIUNI FUNDAMENTALE ALE TRANZISTORULUI BIPOLAR

    Asa cum am mai spus, TB trebuie tratat ca un diport (cuadripol), dar având doar trei borne, una dintre ele va fi comuna circuitelor de intrare si iesire. TB are trei noduri de conectare fundamentale :
    - conexiunea BC (cu baza comunaa) (fig. 3, a) ;
    - conexiunea EC (cu emitorul comun) (fig. 3, b) ;
    - conexiunea CC (cu colectorul comun) (fig. 3,c)

Fig. 3. Conexiunile fundamentale ale TB:

a)     conexiunea BC; b) conexiunea EC; c) conexiunea CC

1.c. Regimurile de functionare ale tranzistoarelor

Dupa felul polarizarii aplicate celor doua jonctiuni ale unui tranzistor, se pot deosebi patru regimuri de functionare:

Ø                  regim activ normal:    - jonctiunea emitorului polarizata direct;

                                             - jonctiunea colectorului polarizata invers;

Ø           regim de saturatie         - jonctiunea emitorului polarizata direct;

                                                - jonctiunea colectorului polarizata direct;

Ø                  regim de taiere          - jonctiunea emitorului polarizata invers;

                                                   - jonctiunea colectorului polarizata invers;

Ø                  regim activ invers       - jonctiunea emitorului polarizata invers;

                                                   - jonctiunea colectorului polarizata direct;

·  Regim activ normal a fost prezentat pâna acum.

·  Regim de saturatie. Ambele jonctiuni sunt polarizate direct. Pe tranzistor sursele sunt montate în opozitie, având valori apropiate. Tensiunea rezultanta colector-emitor va fi:

                               

Valoarea  de saturatie este de valoare mica, aproximativ de 0,2 - 0,3 V. Curentul ce trece prin tranzistor are valori relativ mari, dar mai mici decât în cazul regimului activ normal; aceasta deoarece, prin jonctiunea colectorului, trec în sens contrar atât curentul de goluri al emitorului, cât si curentul de difuziune dat de golurile majoritare ale colectorului dirijate spre baza. Curentul rezultat, de saturatie este egal cu diferenta celor doi curenti.

·  Regimul de taiere (de blocare) se caracterizeaza prin faptul ca, ambele jonctiuni fiind polarizate invers, curentii care circula prin tranzistor sunt curenti reziduali de valoare mica. Când tranzistorul se afla în acest regim, tensiunea la bornele sale este foarte mare, deci si rezistenta sa echivalenta este foarte mare. În acest regim el se comporta ca un comutator ce întrerupe circuitul, un comutator deschis.

·  Regim activ invers. În acest caz emitorul joaca rolul colectorului, iar colectorul pe cel al emitorului. Jonctiunea colectorului fiind polarizata direct, colectorul injecteaza goluri în baza iar emitorul, a carui jonctiune este polarizata invers, le colecteaza. În acest regim tranzistoarele sunt folosite forte rar, deoarece coeficientul de amplificare în curent este mai mic ca în regim activ normal. În adevar, tehnologic suprafata colectorului se face mai mare decât a emitorului, tocmai pentru a îmbunatati procesul de captare. În situatia inversa, electrodul care capteaza (emitorul) are o suprafata mai mica decât cel ce injecteaza (colectorul), deci amplificarea în curent este mai scazuta. Se utilizeaza câteodata în regim de comutatie.

 CARACTERISTICILE STATICE ALE TRANZISTORULUI BIPOLAR

       Pentru calcule practice ale circuitelor cu tranzistoare se utilizeaza caracteristicile statice ridicate experimental. Exista trei tipuri de caracteristici în TB:

1. caracteristicile de intrare care coreleaza doua marimi de intrare, parametru fiind o marime de iesire;
2. caracteristicile de transfer care coreleaza o marime de iesire cu una de intrare, ca parametru putând fi, în principiu, oricare alta marime;
3. caracteristicile de iesire care coreleaza doua marimi de iesire, parametru fiind o marime de intrare.

    Întrucât caracteristicile statice depind de tipul schemei de conectare, în cele ce urmeaza le prezentam pe cele corespunzatoare conexiunii EC.

Caracteristicile statice ale tranzistoarelor bipolare în conexiunea EC

   Vom considera cazul unui TB npn de mica putere. În schema EC, tensiunile au ca nivel de referinta potentialul emitorului. Ca marimi de intrare avem: V_BE = -V_EB si I_B, iar ca marimi de iesire pe V_CE si I_C.

    a) Caracteristici de intrare
    Consideram caracteristica I_B = I_B(V_BE) cu V_CE = ct. În figura  sunt reprezentate caracteristicile de intrare tipice pentru un TB cu Si.

 

Fig. 4 Caracteristica statica de intrare

I_B = I_B(V_BE) cu V_CE = ct. (conexiune EC)

    Examinând caracteristicile, observam ca daca plecam de la V_BE = 0 si, marind valoarea acestei tensiuni, curentul I_B este practic nul pâna la o anumita valoare V_BED = (V_BE,on = Vα ) numita tensiune de deschidere sau de prag. În jurul acestei valori curentul creste exponential cu V_BE, dupa care variatia acestuia poate fi considerata practic liniara.

Se defineste rezistenta diferentiala de intrare a tranzistorului în montaj EC cu relatia:    (32)

Trebuie remarcat ca TB în montaj EC, datorita variatiilor mici al lui I_B, poseda o rezistenta diferentiala de intrare de valoare mare (mii de Ω ), spre deosebire de cazul montajului BC, pentru care R_in,BC are o valoare foarte mica (zeci de Ω).

   

 b) Caracteristici de transfer

Consideram caracteristica I_C = I_C(I_B) pentru V_CE = ct. (fig.5  ).

Fig. 5 Caracteristica de transfer (conexiune EC) I_C = I_C(I_B) pentru V_CE = ct.

    În regiunea valorilor medii ale curentilor dependenta experimentala I_C = I_C(I_B) este cvasiliniara, astfel încât în zona acestor curenti    (33)    poate fi considerat constant.

Caracteristici de iesire

    În figura 6 este reprezentata familia caracteristicilor experimentale de iesire I_C = I_C(V_CE) cu I_B = ct., caracteristice pentru un tranzistor npn.

Caracteristica I_B = 0 nu este, de fapt, limita regiunii de taiere. Pentru a bloca tranzistorul este necesara blocarea jonctiunii emitorului. În acest caz, pentru TB I_C este egal cu I_CE0. Functionarea TB în regim de saturatie este întâlnita frecvent în circuitele digitale, deoarece în aceasta regiune se asigura o tensiune de iesire bine specificata, care reprezinta o stare logica. În circuitele analogice se evita în mod uzual regiunea de saturatie, deoarece factorul de amplificare al TB este foarte mic.

Fig. 6. Caracteristicile de iesire I_C = I_C(V_CE) cu I_B = ct.

              2) Tensiuni tipice pe jonctiunile tranzistorului

    Consideram caracteristica de transfer I_C = I_C(V_BE) pentru tranzistorul npn cu Ge, respectiv cu Si (fig. 7).

Tabelul 1. Valori tipice ale tensiunilor pe jonctunile tranzistorului npn

Tensiune [V] Tip tranzistor	VCE,sat	VBE,sat = V	VBE,reg.activ	VBED (V )	VBE,taiere
Si	0,2	0,8	0,7	0,5	0,0
Ge	0,1	0,3	0,2	0,1	- 0,1

Fig. 7. Valori tipice ale tensiunilor pe jonctunile tranzistorului npn

MULTIPLICAREA ÎN AVALANŢĂ LA JONCŢIUNEA COLECTORULUI

Caracteristicile electrice ale tranzistoarelor sunt afectate de fenomenul de multiplicare în avalanta a purtatorilor de sarcina. Acest fenomen este provocat de câmpul electric intens din regiunea de sarcina spatiala. Tensiunile mai apar, de regula, pe jonctiunea colectorului si aici apare multiplicarea curentului initial cu un factor:

(34) :unde V_a este tensiunea de strapungere a jonctiunii colectorului.

4.5. POLARIZAREA TRANZISTORULUI ÎNTR-UN PUNCT DAT DE FUNCŢIONARE, ÎN REGIUNEA ACTIVĂ NORMALĂ

    Ca si în cazul tuburilor electronice, circuitele de polarizare au rolul de a plasa functionarea tranzistorului în PSF ales în cadrul regiunii permise de pe caracteristicile statice ale TB. Consideram cazul TB în conexiune EC.
    Punctul static de functionare (PSF) se gaseste la intersectia unei caracteristici I_C = I_C(V_CE) pentru o anumita valoare I_B cu dreapta de sarcina statica.
    PSF al TB trebuie sa fie situat în regiunea permisa (fig. 8), delimitata de urmatoarele curbe:

Figura 8

a.     dreapta I_C = I_Cmax pentru a feri TB de distrugerea jonctiunilor;

b.     hiperbola de disipatie maxima corespunzatoare puterii maxime admisibile;

c.     dreapta V_CE = V_Cemax pentru a nu aparea fenomenul de strapungere a TB;

d.     dreapta I_C = I_Cmin pentru mentinerea jonctiunii emitorului polarizata direct si în prezenta semnalului; I_Cmin este situata în regiunea activa a caracteristicilor;

e.     dreapta V_CE = V_Cemin = V_C,sat; pentru ca tranzistorul sa nu intre în regim de saturatie este necesar ca V_CE sa fie mai mare decât tensiunea corespunzatoare acestui regim.

    Mentinerea unei functionari liniare a TB este legata de fixarea PSF în regiunea liniara a caracteristicilor statice. PSF se fixeaza pe dreapta de sarcina astfel încât, în regim dinamic, în functie de amplitudinea semnalului care se aplica la intrare, tranzistorul sa nu intre nici în blocare nici în saturatie (fig. 9).

Ecuatia dreptei de sarcina statica (pentru schemele din fig.10) este: V_CC = I_C(R_C + R_E) + V_CE, (35) obtinuta daca se considera I_C = I_E.

Fig. 9. Stabilirea PSF pentru TB

    În practica exista trei tipuri fundamentale de retele care asigura polarizarea TB (fig.10).

                    

Fig. 10. Circuite de polarizare pentru TB

Aplicând teorema lui Thévenin la stânga punctelor AB (fig. 10, a) obtinem un circuit de forma celui din fig. 10, b, unde

,

    Rezistentele R₁ si R₂ pot fi alese de valoare suficient de mica pentru ca R_B sa satisfaca conditia
    (β_F + 1) R_E >> R_B. (38)
    Satisfacerea conditiei (38) determina ca reactia negativa introdusa de R_E, sa duca la micsorarea dependentei lui I_C de β_F, care depinde puternic de temperatura.
    Consideram schema din figura14, b. Conform teoremei a II-a a lui Kirchhoff vom avea:
    V_BB = R_BI_B + V_BE + R_EI_E (.38, a)
    stim ca I_C = β_FI_B + I_CE0. În regim uzual β_FI_E >> I_CE0, deci frecvent se foloseste relatia
    I_C = β_F I_B. (38, b)
    Din (38, a) si (38, b) rezulta I_E = β_FI_B + I_B = (β_F+ 1)I_B,
    V_BB = R_BI_B + V_BE + R_E(β_F+ 1)I_B =  V_BE + [R_B + (β_F+ 1)R_E]I_B,
               
    Din (38, b) si (38, c) rezulta

Conform lui (38, d) se observa ca cresterea lui β_F determina atât o crestere a numaratorului cât si a numitorului. I_C devine independent de β_F doar când acesta tinde la infinit.

Daca V_BB este egal cu V_CC se obtine schema din figura 10, c

În figura 14.a avem schema de polarizare uzuala a tranzistorului bipolar. Pentru a calcula valorile punctului static de functionare I_C , U_CE , apoximând  I_E=I_C, si U_BE =0.6 V, se procedeaza în felul urmator:

Aplic teorema lui Kirchhoff II pe ochiul de retea care cuprinde jonctiunea Baza - Emitor. Calculam în prealabil tensiunea între punctele A, B aplicând teorema lui Thevenin:

U_BE - U_BB + I_E*R_E=0

I_E = ;  dar  I_E = I_C

Aplic teorema lui Kirchhoff II pe ochiul de retea care cuprinde jonctiunea Colector-Emitor pentru a calcula U_CE:

 U_CE  + I_C*(R_C + R_E) = U_CC

U_CE = U_CC - I_C*(R_C + R_E)

Rezulta în felul acesta valorile pentru punctul static de functionare I_C, U_CE.

        

Amplificator cu transistor bipolar Forma de unda 

Daca modificam valorile generatorului de semnal V_AMPL=50mV si frecventa Freq=3KHz rezulta urmatoarea forma de unda:

REACŢIA ÎN AMPLIFICATOARE

INTRODUCERE. STRUCTURI GENERALE

Reactia constituie un procedeu prin intermediul caruia se infIuenteaza diversi parametri ai unei scheme electronice. Acest procedeu se foloseste în eleetronica mai ales pentru a controla performantele sau functionarea anumitor montaje. Cele mai cunoscute aplicatii ale reactiei sunt cele din cadrul amplificatoarelor si al generatoarelor de semnal (oscilatoarelor).

    În cazul unui amplificator, prin reactie se întelege aplicarea unei tensiuni­ proportionale cu unul din parametrii sai de iesire (tensiune, curent sau putere), înapoi la intrare, împreuna cu semnalul de intrare.

Reactia confera amplificatoarelor proprietati deosebite: îmbunatatirea stabilitatii functionarii; marirea impedantei de intrare si micsorarea impedantei de iesire (pentru anumite tipuri de reactie); reducerea distorsiunilor de toate tipurile si a tensiunilor perturbatoare provenite din amplificator.

Daca se tine seama atât de modul în care se culege de la iesire, cât si de modul în care se aplica la intrare semnalul de reactie, se disting urmatoarele tipuri generale de reactie: serie-serie (fig 1.a), serie-paralel (fig. 1.d), paralel-serie (fig. 1.c), paralel-paralel (fig. 1.b). Schemele bloc de principiu pentru aceste tipuri de reactie sunt redate în figurile urmatoare:

               

                                      a                                                                   b                  

               

                                     c                                                                  d                                          

Considerând atât amplificatorul (A), cât si cuadripolul de reactie (ß) descrisi prin parametrii de cuadripol, în cele patru figuri sunt indicati parametrii recomandati pentru calcule.

            Astfel, daca prin amplificator cu reactie se întelege cuadripol rezultant, de borne de intrare 1'- 1' si iesire 2'-2', parametrii acestuia se obtin prin însumarea parametrilor cuadripol constituienti precum urmeaza:

|| Z'|| = || z || + || z_ß || ;            || h'|| = || h || + || h_ß||

|| g'|| = || g || + || g_ß || ;            || y'|| = || y || + || y_ß ||

Cunoscând parametrii de cuadripol ai amplificatorului cu reactie, marimile caracteristice ale acestuia se pot determina pe baza relatiilor valabile în cazul unui cuadripol oarecare. Aceste procedee generale de calcul sunt riguroase dar, adesea, incomod de aplicat în practica datorita dificultatilor de identificare a cuadripolilor constituenti (amplificator de reactie), în schemele complexe cu reactie.

            Structurile cu reactie mai frecvent întâlnite în practica sunt cele serie-paralel si paralel-paralel, denumite pe scurt amplificatoare cu reactie serie respectiv amplificatoare cu reactie paralel

Influenta reactiei negative asupra caracteristicilor amplitudine-frecventa

 

            În cazul aplicarii unei reactii negative, caracteristica de frecventa se modifica dupa cum se observa din figura IV.1 obtinându-se o largire a benzii de frecvente. Se poate demonstra ca frecventele limita superioare si inferioare devin:

 unde

 unde

            Influenta reactiei negative asupra distorsiunilor neliniare

 

            Sa presupunem ca la intrarea amplificatorului se aplica un semnal sinusoidal, iar la iesire datorita caracteristicii neliniare a tranzistorului, semnalul apare distorsionat. Prin circuitul de reactie negativa, este aplicat din nou la intrare în opozitie de faza, deci cu o deformare contrara celei de la iesire. În consecinta, semnalul rezultat va fi mai putin deformat prin compensare.

           

Factorul de distorsiuni în cazul amplificatorului cu reactie negativa, este dat de formula:

 unde

Influenta reactiei negative asupra impedantelor de intrare si de iesire ale amplificatorului

            În cazul amplificatorului cu reactie serie, impedanta de intrare creste fata de cazul amplificatorului fara reactie. Într-adevar plecând de la formulele:

si folosind relatiile  si  si faptul ca I₁ = I'₁, rezulta:

Se poate demonstra ca impedanta de iesire scade în cazul folosirii reactiei negative, dupa formula:   unde

            În general, daca se foloseste o reactie negativa foarte puternica  înlocuind în relatia  rezulta  adica amplificarea cu reactie devine independenta de parametri amplificatorului, obtinându-se astfel amplificatoare de mare stabilitate.

            Aceste consecinte ale aplicarii reactiei negative în amplificatoare justifica pentru ca este nelipsita din amplificatoare.

Fisa de conspect 3

Amplificatoare operationale

            Amplificatorul Operational este, de fapt, un amplificator de curent continuu cu performante foate înalte: câstig, banda de trecere si impendata de intrare cât mai mari posibil (astfel încât, de exmplu, câstigul sa poata fi considerat ) si decalaj de tensiune raportata la intrare, deriva si impedanta de iesire cât mai mici posibil. Daca i se ataseaza, niste retele de reactie si de intrare, poate realiza o serie de transformari ale semnalelor analogice aplicate la intrare, astfel ca raspunsul reprezinta prelucrarea matematica a semnalului (schimbarea semnului, adica înmultirea cu -1, înmultirea cu o constanta, însumarea - atunci când la intrare se aplica mai multe semnale). Astfel, raspunsul y se obtine prin aplicarea unui operator matematic O asupra semnalui x, adica y=Ox, de unde si denumirea de amplificator operational. Cu ajutorul amplifica- toarelor operationale se mai poate realiza si sinteza unor retele sau semnale în dome-niul frecventelor sau a timpului cu erori minime, multe din acestea cu aplicatii în aparatele de masurat electronice (ca, de exemplu: filtre active RC, divizoare analogi-ce).

Amplificatorul Operational este un element de circuit descris prin parametri electrici extremi si prin caracteristicile sale. AO sunt scheme electronice complexe de la care se doreste obtinerea unor performante:

Ø      amplificare de tensiune mare (>10⁴)

Ø      impendanta de intrare mare (>10⁴Ω)

Ø      impendanta de iesire mica (<10²Ω)

Ø      caracteristica de transfer cât mai liniara, care sa treaca prin origine (U₁=0 U_e=0)

Ø      puncte de intersectie cu axele stabile

Parametri amplificatoarelor operationale reale - Aspecte teoretice.

Simbolul utilizat pentru amplificatoare operationale este prezentat în figura 1.1. Pe lânga bornele prezentate amplificatoarelor pot avea terminale pentru compesarea marimilor reziduale, pentru compesarea în domeniul de frecventei sau terminale cu functii speciale vor fi prezentate la fiecare tip de circuit analizat.

1.Amplificatorul Operational inversor

Schema de principiu (de curent alternativ) este reprezentata în fig.1. Semnalul se aplica pe borna notata (-), iar borna notata (+) este legata la masa.

Aplicând teorema I a lui Kirchhoff în jurul nodului de intrare se obtine relatia:

Fig.1.Amplificator proportional inversor

unde  este curentul dat de tensiunea aplicata la intrarea (-)

       curentul de reactie, ce apare prin bucla deschisa formata de rezistenta

 este curentul prin intrarea amplificatorului operational.

Deoarece , deci , dar

                                                deoarece,

                                              

                                               .Se obtine astfel

                                                si deci

            Se observa semnul (-), indicând ca tensiunea de iesire este în opozitie de faza cu cea de intrare.

Unele proprietati ale amplificatoarelor operationale se pot deduce din aceasta relatie. Astfel

Înmultirea cu o constanta.

 Punând conditia

,  k>1 se obtine

Împartirea cu o constanta.

 Daca

, k>1 atunci

Deci tensiunea de iesire este o fractiune a tensiunilor de intrare.

Circuit repetor

 Pentru   avem

Se observa ca, prin montarea în cascada a unui numar de amplificatoare operationale, se pot obtine tensiuni în faza ce cea de intrare.

Circuit sumator. În cazul când la intrarea inversoare se aplica mai multe tensiuni, prin intermediul unor rezistente, la iesire se obtine un semnal în antifaza, proportional cu suma lor. În schema din fig.2 se pot scrie relatiile urmatoare aplicând prima teorema a lui Kirchhoff în jurul nodului A

dar

Fig.2 Amplificator operational inversor sumator

Presupunând, pentru simplificare

 rezulta

2. Amplificatorul Operational  neinversor

           

În acest caz semnalul se aplica pe borna cu (+) .Schema amplificatorului este reprezentata în figura II.3. În acest caz, pentru a deduce valoarea amplificarii se observa ca tensiunea între borna A si masa se obtine tensiunea de iesire astfel

Dar, deoarece , atunci  deci ( reprezinta tensiune de intrare). In acest caz .

Notând

se observa ca semnalul de iesire este în faza cu cel de intrare.

Proprietatile acestui amplificator se pot deduce ca si în cazul celui inversor din formula amplificarii. Se observa ca el nu poate diviza deoarece , decât în cazul în care una dintre rezistentele se înlocuieste cu un dispozitiv ce prezinta o                                         

                                                                                   

Cu elemente fizice obisnuite el poate realiza urmatoarele:

Înmultirea cu o constanta. Se pune conditia:

 Atunci

Sumator

Pe circuitul din fig. 4 se pot stabili urmatoarele relatii:

.

În jurul nodului B aplicând prima teorema a lui Kirchhoff obtinem:

Fig.5. Amplificator proportional neinversor sumator

Fig 6. Forma de unda a amplificatorului proportional neinversor sumator

      în care

Înlocuind, obtinem

                       

Pentru simplificare presupunem ca  gasim

                        Dar   si deci

 si daca :

            Se observa ca la iesire s-a obtinut suma tensiunilor aplicate la intrare în aceeasi faza.

            Pentru a functiona în curent alternativ, amplificatorul operational trebuie sa fie prevazut cu condensatoare pe circuitele de semnal sau pe cele de reactie, dupa scopul urmarit. Obtinerea unei amplificari liniare impune alegerea judicioasa a valorilor condensatoarelor folosite.

Circuit integrator derivator proportional integrator, proportional derivator cu Amplificator Operational

1. Circuit de integrare cu AO

Obtinerea functiei de transfer. Pentru obtinerea functiei de transfer de tip integrator(I) se foloseste schema din figura 1 cu aplicare semnalului de intrare la borna inversoare, cu o rezistenta  în circuitul de intrare si o capacitate în circuitul de reactie

Pentru curentul  prin rezistenta  rezulta relatia , iar pentru curentul  prin

Fig.1 Circuit de integrare cu AO

. Fig 2 Circuit de integrare cu AO  si caracteristica sa

capacitatea  se obtine relatia , unde tensiunea  de la bornele capacitatii  are expresia                   

                                                                       .

Din ultimele doua relatii rezulta ca                      

            stiind ca , rezulta ca   sau ;

Integrând aceasta relatie se obtine:

Aceasta expresie arata ca schema din figura de mai sus realizeaza o lege de integrare, tensiunea de iesire  fiind proportionala cu integrala tensiunii de intrare . Notând:

 expresia capata aspectul

Semnul minus al expresiei este determinat de aplicarea semnalului de intrare la borna inversoare.

2. Circuit de derivare cu AO

Obtinerea functiei de transfer. Functia de transfer de tip derivativ (D) nu se foloseste separat, dar componenta derivativa intervine în legile PD si PID. Pentru obtinerea functiei de transfer D se foloseste schema din fig.2, cu folosirea bornei de intrare inversoare, cu capacitatea  în circuitul de intrare si cu rezistenta  în circuitul de reactie; datorita schimbarii pozitiilor rezistentei si capacitatii (în raport cu schema din fig.1. ) în locul unui efect de integrare se obtine un efect de derivare.

           

Fig.2 Circuit de derivare cu AO

Fig 2.Forma de unda a circuitului de derivare cu AO

Mentinând aproximatiile anterioare pentru amplificatorul operational rezulta relatia:

 ; si înlocuind aceste valori în relatia  se obtine

  respectiv 

Se obtine astfel o lege D, semnalul de iesire  fiind proportional cu semnalul de intrare si notând , relatia va capata aspectul

Circuit de derivare cu AO Forma de unda

Fisa de conspect 4

Circuite basculante, generatoare de impulsuri

Generalitãti

     Pentru generarea directã a impulsurilor se foloseste frecvent o categorie mare de circuite electronice, numite circuite basculante. Aceste circuite se caracterizeazã obisnuit printr-o functionare care are loc în douã etape diferite. Într-o etapa se produc variatii rapide ale tensiunilor si curentilor, etapã care dureazã, de obicei, un timp foarte scurt si poartã numele de etapã de basculare si o etapã în care tensiunile si curentii variazã foarte lent, sau rãmân eventual neschimbati. De obicei, circuitele basculante sunt realizate cu ajutorul unor dispozitive semiconductoare introduse prin scheme cu reactie. Bucla de reactie functioneazã în etapa de basculare si este întrerupta în cealalta etapa. Circuitele basculante pot fi clasificate dupa numarul starilor stabile distincte, în care se pot gasi astfel:

-         circuite basculante astabile;

-         circuite basculante bistabile;

-         circuite basculante monostabile.                                                           

·        Circuitele basculante astabile trec automat dintr-o stare în alta, stari care dureaza intervale de timp bine determinate. Trecerea dintr-o stare în alta nu este provocata de impulsuri aplicate din exterior. Acest circuit transforma tensiunea continua  într-o succesiune de impulsuri de forma dreptunghiularã si durata fixa.

·        Circuitele basculante bistabile pot ramâne un timp oricât de lung în una din cele doua stari stabile pe care le pot avea. Trecerea dintr-o stare în alta este provocata prin aplicarea unui impuls scurt de comandã din exterior.

·        Circuitele basculante monostabile au o singura stare stabila în care pot ramâne un timp nedefinit. La aplicarea unui impuls din exterior, în perioada stabila, aceste circuite trec într-o noua stare care dureaza un interval de timp bine determinat dupa care revin la starea stabila anterioara.

      În afarã de circuitele basculante mentionate mai sus, mai exista si alte tipuri de generatoare de impulsuri care au o functionare mai aparte. Acestea sunt:

-         circuitul basculant autoblocat denumit uneori si blocking generator, circuit ce este capabil sa furnizeze impulsuri foarte scurte, de amplitudine foarte mare;

-         circuitul basculant Schmitt, denumit si trigherul Schmitt, circuit capabil sa transforme variatii foarte lente ale tensiunii de intrare în impulsuri dreptunghiulare cu fronturi foarte abrupte.

Circuitul basculant astabil

Fig. 1.1 Schema de principiu a unui circuit basculant astabil.

Circuitul multivibrator astabil este un oscilator RC, denumit si oscilator de relxare. Un oscilator de relaxare utilizeazã unul sau mai multe condensatoare, care prin timpul lor de încarcare si descarcare, prin rezistente, produc la iesire o tensiune variabila de forma dreptunghiulara sau o succesiune de impulsuri dreptunghiulare. Acest circuit sau generator de impulsuri se utilizeaza pentru producerea semnalelor de sincronizare necesare în aproape toate instalatiile electronice de automatizari sau calcul. Din acest motiv el este denumit si ceas sau orologiu, de unde semnalele produse se numesc semnale de sincronizare, de ceas,de orologiu sau de tact.

Multivibratorul astabil produce la iesire un semnal de forma aproximativ dreptunghiulara si frecventa fixa.

El este utilizat pentru comanda vitezei de desfasurare a operatiilor pe care le realizeaza instalatiile electronice de automatizare si calcul.

     

Circuitul basculant astabil simetric cu tranzistoare

·        Functionarea circuitului. Circuitul prezentat în figura 1.1 este un circuit oscilator în adevaratul sens al cuvântului, deoarece oscilatiile iau nastere prin existenta reactiei pozitive existenta între iesirea si intrarea circuitului.

      Pentru a întelege functionarea circuitului, vom merge din aproape în aproape, desenând circuitul din figura 1.1, format din doua parti, conform figurii 1.2, a si b.

      În figura 1.2, a se prezinta prima parte din care este format acest circuit, adica tranzistorul Q₁ si toate componentele aferente circuitului sau. În figura 1.2, b se realizeaza acelasi lucru, însa pentru circuitul tranzistorului Q₂.

 

                                        a                                             b

Fig. 1.2 Circuitele componente ale schemei prezentate în figura 1.1

Se observã ca circuitul din care face parte Q₁ este un amplificator inversor, în configuratia emitor comun, amplificând astfel orice semnal ce i se aplica pe baza, daca prin polarizare punctele de functionare a tranzistorului se afla în regiunea activa sau liniara. Se presupune ca, într-adevar, punctul de functionare se afla în regiunea liniara, ca amplificarea etajului este 10 si ca pe baza lui Q₁ se aplica un semnal de +1µV. Acesta pozitiveaza si mai tare dioda emitor-baza, curentul de colector va creste, ceea ce va duce la scaderea tensiunii de pe colector cu 10 µ V.

Se considera acum circutul lui Q₂ care este identic cu circuitul lui Q₁ si este deci tot un amplificator inversor. Se presupune, ca mai sus, ca punctul de functionare al lui Q₂ este tot în regiunea activa si ca amplificarea etajului este tot de 10. Se observa însa ca variatia de tensiune 10µV de pe colectorul lui Q₁ se aplica pe baza lui Q₂. Fiind o variatie de tensiune, ea se va transmite integral prin C_C1. În acest moment, faza lui Q₂ va fi polarizata cu o tensiune spre negativ de 10 µ V.

O tensiune mai putin negativa pe baza lui Q₂ va avea ca rezultat o oarecare închidere a diodei emitor-baza, deci va produce o micsorare a curentului colector, care fiind mai mic va produce o cadere de tensiune mai mica pe R_C2. Ca urmare, V_C2, în urma amplificarii etajului, va creste spre pozitiv cu +10 µ V. Acesti curenti de +10 µ V se aplica însa pe baza lui Q₁. Se vede deci clar ca reactia pozitiva a circuitului (necesara aparitiei oscilatiilor) deoarece semnalul de la iesire, respectiv tensiunea de colector a lui Q₂, se aplica în faza pe intrarea circuitului (baza lui Q₁) cu semnalul de intrare aplicat initial.

S-a precizat anterior ca prin aplicarea unui semnal care deschide tranzistorul Q₁, acesta îl va amplifica si inversa si îl va aplica pe baza lui Q₂, actionând în sensul închiderii acestuia. Acest fenomen se repeta pentru tensiuni de amplificat din ce în ce mai mari pâna când Q₁ va fi complet deschis (saturat), iar Q₂ complet închis (blocat).

Pentru Q₁ saturat si Q₂ blocat, circuitul se afla în aceasta stare numai un timp dat, dupa care Q₁ se blocheaza si Q₂ se satureaza, acestei stari urmându-i din nou prima, dupa aceeasi perioadã de timp. Practic, perioada de tranzitie între cele douã stari ale circuitului este foarte scurta, astfel încât tensiunea pe colectorul lui Q₁ sau Q₂ (V_C1 si respectiv V_C2), vor avea o forma de unda dreptunghiulara care va varia între +V_CC (blocat) si 0 V (saturat).

Circuitul din figura 1.1 se poate foarte bine compara cu circuitul din figura 1.3, cu formele de unda corespunzatoare punctelor A si B.

În acest circuit tranzistoarele au fost înlocuite comutatoarele C₁ si C₂. Trebuie precizat ca niciodata ambele comutatoare nu pot fi închise sau deschise în acelasi timp.

Fig. 1.3 Circuitul basculant astabil prezetat sub formã de circuit cu comutatoare

   

    Sa vedem acum datorita carui fapt cele doua stari ale circuitului (Q₁ saturat-Q₂ blocat si Q₁ blocat-Q₂ saturat) se succed neîntrerupt. Se va redesena circuitul din figura 1.1, dând de data aceasta valori diverselor componente, conform figurii 1.4.

Fig. 1.4. Circuit basculant bistabil. Schemã cu valori practice

Pânã acum, asupra acestui circuit se cunosc urmatoarele: în momentul aplicarii tensiunii de polarizare, unul din tranzistoare va intra în saturatie, iar celalalt se va bloca automat, iar dupa un anumit timp situatia se va inversa, tranzistorul blocat va intra în conductie si se va satura, iar celãlalt se va bloca.

Dacã Q₁ este saturat, conduce tensiunea sa de colector V_C1=0 V prin emitorul pus la masa. Deci, în punctul A tensiunea este zero. Pe de altã parte, Q₂ este blocat si deci tnsiunea sa de colector V_C2 =+V_CC = +12 V.

Placa din dreapta a condensatorului C_C2 este la potentialul +12 V, deoarece este conectatã în punctul B care este de fapt si colectorul tranzistorului Q₂ (blocat). Placa din stanga lui C_C2 este la potentialul 0 V, prin baza tranzistorului saturat Q₁, astfel încât acest condensator va fi încarcat cu o diferentã de potential de 12 V, atâta timp cât Q₂ este blocat.

Dacã se presupune acum cã Q₂ începe sa conduca, acesta va intra în saturatie într-o perioadã foarte scurta de timp, datorita reactiei pozitive a circuitului. Dar C_C2 nu are timp sa se descarce în aceeasi perioada de timp si poseda aici o diferenta de potential de 12 V. Deoarece aceasta diferenta de 12 V ramâne, iar placa din dreapta este pusa la pamânt prin colectorul lui Q₂ în saturatie, placa din stânga se va schimba brusc pe - 12 V, deoarece un condensator nu-si poate schimba brusc tensiunea la borne.

În figura 1.5, a condensatorul este încarcat cu 12 V, dupa cum se vede. Placa din stânga este la masa, iar placa din dreapta la +12 V. Daca în continuare placa din dreapta este pusa brusc la masa, în acelasi timp placa din stânga va avea o tensiune mai negativa decât masa si va trebui sa scada la -12 V.

     

                                      a                                            b

Fig. 1.5 Schimbarea bruscã a tensiunii pe una din plãcile unui condensator încarcat.

Sarcina pe condensator nu îsi poate schimba brusc valoarea:

a-polarizare initiala;  b-polarizare dupa schimbsrea tensiunii aplicate brusc pe una din armaturi.

Vedem acum cã prin schimbarea bruscã a tensiunii pe placa din stânga a lui C_C2, pe baza lui Q₁ vor exista -12 V, tensiune ce va bloca puternic tranzistorul Q_1. Totodata, în tot circuitul nu exista nici o sursa de tensiune negativa care sa mentina placa din stânga a lui C_C2 la acest potential. Datorita acestui fapt, C_C2  se va descarca prin rezistenta R_B1 catre 0 V si apoi va cauta sa se încarce la o tensiune egala cu cea a sursei de polarizare V_CC = +12V ai cursei de polarizare.

În cadrul acestei excursii de tensiune, potentialul placii din stânga a lui C_C2 va atinge si tensiunea de +0,7 V tensiune suficienta pentru polarizarea în sens direct a diodei emitor-baza a lui Q₁ (blocat).

Aplicarea pe baza tranzistorului a unei tensiuni de +0,7 V este suficienta pentru a deschide aceasta diodã si a trece tranzistorul în conductie.

Fig. 1.6 Curba de descarcare-încarcare a condensatorului C₂.

    Odata intrat în conductie, el va trece rapid în saturatie, datorita reactiei pozitive a circuitului. De data aceasta însa C_C1 va juca rolul condensatorului care posedã diferente de potential de 12 V si va declansa prin descarcarea lui intrarea in conductie a lui Q₂, blocând astfel pe Q₁. Se vede astfel ca prin descarcarea succesiva a celor doua condensatoare C₁ si C₂, cele doua tranzistoare conduc si se blocheaza succesiv, realizând astfel la iesire, pe colectoare o tensiune variabila în timp de forma dreptunghiulara (tren de impulsuri colectoare) de durataa si amplitudine constanta (+12 V si 0 V).

      În figura 6.8 se da diagrama tensiunilor, functie de timp, în diverse puncte ale circuitului.

      O altã problema importanta a acestui circuit este perioada de timp pentru care un tranzistor este blocat si celalalt saturat, aceasta fiind bineînteles legata de constanta de timp a circuitului RC (în cazul nostru: R_B1C_C2 si R_C2C_C1).

Aceasta este constanta de timp a circuitului pentru o jumatate de circuit, dar conform figurii 6.7, tensiunea de pe placa stânga a condensatorului nu atinge valoarea de 0,7 V în perioada egala cu o constanta de timp T_c, ci mai devreme, practic la aproximativ 0,7 T_c.

      Deci :                                                                                               

     

      Aceasta durata corespunde numai perioadei de timp cât un tranzistor este blocat, iar celalalt saturat. Durata unui ciclu complet (Q₁ saturat si apoi blocat) corespunde cu:

                                                                                                                

                                                                

    

      Frecventa este inversa perioadei si deci va fi:

                                                            

      Oscilatorul va oscila pe o frecventa fixa de 22 kHz si va genera 22 000 impulsuri dreptunghiulare pe secundã.

CIRCUITUL BASCULANT ASTABIL ASIMETRIC

      Formele de unda ale circuitului astabil sunt considerate simetrice, deoarece perioada cât tranzistorul Q₁ este blocat si Q₂ saturat este egala cu perioada cât Q₁ este saturat si Q₂ blocat. Aceasta este o consecinta a simetriei circuitului, adica a identitatii paralele a componentelor care îl compun. Daca aceste componente nu ar fi simetrice, perioada cât un tranzistor este blocat nu ar mai fi egala cu perioada cât acesta este saturat. În acest caz, formele de unda generate nu mai sunt simetrice, iar circuitul se numeste multivibrator astabil asimetric.

Fig. 1.8 Circuit basculant astabil asimetric

      Simetria multivibratorului astabil simetric constã din egalitatea constantelor de timp, adica R_B1C_C2 = R_B2C_C1, adica R_B1 = R_B2 si C_C1 = C_C2.

      Asimetria circuitului prezentat in figura 6.9 constã din faptul cã aceste constante de timp nu mai sunt egale. Dupa cum se poate observa R_B1 ≠ R_B2, ceea ce duce la :

                                               

                                                             T_C1 ≠ T_C2,

adica : 

                                                         R_B1C_C2 ≠ R_B2C_C1

      Se vor calcula aceste contacte, pentru valorile date în figura 6.9:

 

ceea ce înseamna ca C_C2 se poate descarca într-o perioada de 3,3 ori mai scurta decât cea a lui C_C2. Ca urmare, timpul total pentru care Q₁ este blocat este aproximativ  , iar timpul pentru care Q₂ este blocat,

      Suma celor doua durate de conductie sau blocare este:

       

                            T_C = T_C1 + T_C2 = 30µs 

                                             sau

                   T_C = 0,7(R_B1C_C2 + R_B2C_C1) ≈ 30  µs.

      Frecventa de oscilatie va fi deci:

CIRCUITUL BASCULANT  BISTABIL

Circuitul basculant bistabil sau multivibratorul bistabil este un circuit care poseda doua stari stabile si care este asemanator ca structura si ca principiu de functionare multivibratorului astabil. Între cele doua tipuri de circuite exista o mare diferenta de functionare si anume: circuitul basculant astabil nu poseda o stare stabila, conductia trecând alternativ pe un tranzistor sau pe celalalt, pe când circuitul bistabil poseda doua stari stabile, conductia ramânând stabila pe un tranzistor pâna ce, prin aplicarea unui semnal exterior, conductia va trece pe celalalt tranzistor, circuitul atingând astfel cea de-a doua stare stabila a sa. Datorita acestui fapt, circuitul bistabil îndeplineste o functie de memorare.

Fig. 1.9 Schema de principiu a circuitului bistabil (multivibratorul bistabil)

Circuitul de memorare este circuitul al carui semnal de iesire depinde atât de semnalul aplicat pe intrare, cât si de starea initialã în care se afla circuitul.

Conform celor spuse mai sus, semnalul de iesire al circuitului basculant bistabil va depinde atât de semnalul aplicat, cât si de starea initiala a circuitului.

Circuitul basculant bistabil este un circuit cu doua stari stabile care produce la iesire impulsuri de forma dreptunghiulara. Durata starilor stabile depinde de succesiunea impulsurilor semnalului de intrare. Acesta este utilizat ca circuit de memorie, circuit de deplasare, circuit de numarare sau pentru divizarea frecventei.

Dupa utilizarile pe care le are, circuitul bistabil este unul din cele mai importante circuite din domeniul electronicii industriale, automaticii si tehnicii de calcul.

BISTABILUL DE TIP D (TRIGGER SCHMITT)

Bistabilul (triggerul) Schmitt reprezintã un circuit basculant cu doua stari stabile de echilibru, având însa o schema asimetrica. Cuplajul între tranzistoare este asigurat din colectorul lui T₁ în baza lui T₂ prin rezistenta R, iar invers, între T₂  T₂, prin intermediul rezistentei R_e. Din aceasta cauza, circuitul mai este numit circuit bistabil cu cuplaj prin emitor.

Fig. 4.3 Circuit basculant bistabil Schmitt

Functionarea bistabilului este urmatoarea: se considera în starea initiala T₁ blocat si T₂ în conductie puternica: la aplicarea la intrare a unui semnal a carui amplitudine depaseste tensiunea de blocare ("nivelul de prag"), T₁ începe sa conduca. Tensiunea sa de colector scade, se aplica prin cuplaj rezistiv pe baza lui T₂ care îsi micsoreazã conductia, pe rezistenta comuna R_E apare o micsorare a caderii de tensiune, determinând o conductie însa mai puternica a lui T₁, ducând într-un timp extrem de scurt la situatia: T₁ saturat, T₂ blocat (a doua stare stabila).

Starea dureaza pâna când semnalul exterior scade sub o anumita valoare fata de valoarea de deschidere a tranzistorului T₁. În acest caz T₁ îsi micsoreaza conductia, determinând aparitia starii initiale (T₁ blocat, T₂ saturat).

Datorita specificului sau de functionare circuitul basculant bistabil Schmitt poate avea urmatoarele utilizari:

-    Formator de impulsuri pentru un semnal e intrare alcãtuit dint-o succesiune

de impulsuri de polaritati diferite; circuitul basculeaza ori de câte ori se schimba polaritatea impulsurilor de intrare;

-    Discriminator de amplitudine a impulsurilor; circuitul basculeaza, deci da semnalul de iesire ori de intrare (de câte ori semnalul de intrare sau impulsurile de intrare depãsesc tensiunea de prag);

-    Memorator de impulsuri pentru un semnal de intrare alcatuit dintr-o

succesiune de impulsuri de polaritãti diferite; circuitul basculeazã ori de câte ori se schimbã polaritatea impulsurilor de intrare.

Exemplu de circuit astabil.

Forma de unda simpla a CA