COMPONENTE ELECTRONICE PASIVE SI DE CIRCUIT.

COMPONENTE ELECTRONICE PASIVE SI DE CIRCUIT.
TUBURI ELECTRONICE

    1.1. Rezistoare

    Rezistoarele, in functie de relatia intre tensiunea si curentul la bornele sale, pot fi clasificate in:
    - rezistoare liniare, care au un raport tensiune - curent constant (V/I=R=const.) si o dependenta neglijabila fata de valorile tensiunii,curentului sau  ale altor factori exteriori;
    - rezistoare neliniare, care au valoarea rezistentei puternic dependenta de actiunea unor factori cum ar fi:

o        rezistoare dependente de tensiunea de la bornele sale (varistoare);

o        rezistoare dependente de temperatura (termistoare);

o        rezistoare dependente de intensitatea luminoasa (fotorezistoare).

    Prin insasi constructia ei, rezistenta este un consumator activ de energie electrica, pe care o transforma in caldura (efect Joule-Lenz).

    1.1.1. Rezistoare liniare

Rezistoarele liniare se pot clasifica in functie de modul de realizare a materialului rezistiv in: rezistoare de volum, peliculare si bobinate sau, din punct de vedere al principiului constructiv in: rezistoare fixe si rezistoare variabile.
Caracterizarea performantelor rezistoarelor se face printr-o serie de parametri electrici si neelectrici.
Principalii parametri electrici sunt :

o        rezistenta nominala (R_n) si toleranta acesteia in procente, valori ce sunt nominalizate in clase;

o        puterea de disipatie nominala (P_n) si tensiunea nominala (V_n) reprezinta valorile maxime ce nu produc transformari ireversibile in rezistor;

o        rezistenta critica:

(1.1)

- coeficientul termic al rezistentei:

(1.2)

- coeficientul de variatie al rezistentei:

, (1.3)

unde R₁ si R₂ sunt valorile rezistentei inainte si respectiv dupa actiunea unuia din factori.

Parametrii neelectrici se refera la rezistenta la vibratii, rezistenta la eforturi mecanice, sudabilitate.

Rezistoarele variabile sunt caracterizate in plus de parametrii specifici:

o        rezistenta minima obtinuta, r_o ;

o        rezistenta de contact r _k , intre cursor si elementul rezistiv;

o        precizia reglarii ;

o        legea de variatie a rezistentei (liniara, exponentiala, etc.)

Simbolurile rezistoarelor sunt date in figura 1.1.

Fig. 1.1. Simbolurile pentru: a) rezistor fix ; b) rezistor variabil;

c) varistor, termistor, fotorezistor

Schema echivalenta a rezistorului real in regim variabil

In regim variabil admitanta rezistorului are expresia :

, (1.4)

unde : L este inductanta serie a rezistorului ;

C - capacitatea echivalenta;

w - frecventa unghiulara (pulsatia), w = 2p F.

La frecvente mari admitanta se comporta capacitiv , iar pentru frecvente mici se comporta inductiv daca .

Fig.1.2. Schema echivalenta a rezistorului real

    Schema echivalenta a rezistorului real este data in figura 1.2.
    Valorile lui L si C din schema echivalenta depind de materialul rezistiv si distributia sa geometrica. Pentru rezistoarele bobinate, unde efectul inductiv este crescut, prin constructie trebuie luate masuri de micsorare a inductivitatii, care constau in: micsorarea sectiunii transversale, bobinaj incrucisat, bobinaj bifilar, etc.

    Tipuri de rezistoare

    - Rezistoarele bobinate sunt realizate prin infasurarea pe un suport a unui conductor cu rezistivitatea ridicata, obtinându-se valori de zeci de W pâna la sute de kW , cu o toleranta initiala de 0,1% . Toleranta scade in timp, in functionare si puternic cu temperatura. Dintre materialele rezistive, cel mai folosit este aliajul NiCr.
    - Rezistoarele de volum sunt realizate dintr-un amestec de material conductor (grafit, negru de fum) si un material izolant de umplutura. Sunt robuste, dar majoritatea proprietatilor electrice sunt inferioare altor tipuri.
    - Rezistoarele peliculare sunt realizate prin depunerea unui strat de material rezistiv (carbon aglomerat, carbon cristalin, metale, oxizi metalici) pe un suport izolant.
    - Rezistoarele variabile pot fi, ca si rezistoarele fixe, bobinate, de volum si peliculare. Materialul rezistiv este dispus circular, liniar sau elicoidal, pentru ultimele unghiul total de variatie de j cursorului fiind un multiplu de 2p , daca variatia rezistentei se face prin rotatie.

1.1.2. REZISTOARE DEPENDENTE DE TEMPERATURA
(TERMISTOARE)

    In functie de modul de variatie al rezistivitatii cu temperatura se obtin termistoare cu coeficient de temperatura negativ sau pozitiv. Termistoarele cu coeficient de temperatura negativ se obtin din oxizi de Cr, Mn, Fe, Co sau Ni. In stare pura acesti oxizi au o rezistivitate foarte mare, putând fi transformati prin impurificare cu ioni straini in semiconductoare, marindu-le conductibilitatea si variatia acestora cu temperatura. Rezistivitatea acestor materiale semiconductoare scade odata cu cresterea temperaturii. In practica, pentru dependenta rezistenta-temperatura se foloseste relatia aproximativa:

, (1.5)

unde : A - este o constanta de proportionalitate;
B - o constanta ce depinde de material si de tehnologia utilizata.

    Dupa modul cum se face incalzirea, termistoarele pot fi cu incalzire proprie, care isi modifica rezistenta datorita incalzirii prin efect Joule si termistoare cu incalzire indirecta, la care caldura este pr 313c24d odusa de un curent ce trece printr-un element de incalzire. In figura 1.3. este prezentata dependenta tensiune-curent pentru un termistor cu coeficient de temperatura negativ.

Fig.1.3. Dependenta tensiune-curent pentru un termistor cu coeficient de temperatura negativ

    Termistoarele cu coeficient de temperatura negativ sunt utilizate ca elemente neliniare pentru stabilizarea amplitudinii oscilatiilor la oscilatoare, pentru stabilizarea tensiunii, compensarea variatiei cu temperatura a altor elemente, traductoare de temperatura, etc.
    Termistoarele cu coeficient de temperatura pozitiv sunt realizate din oxizi de Ba, Ti, Sr. Legea de variatie a rezistentei se poate scrie :

    ; T_a<T< T_c (1.6)

    unde A, B, C sunt niste constante, iar T_c este temperatura Curie (fig. 1.4).
    Dependenta rezistentei de temperatura pentru asemenea tip de termistor este prezentata in figura 1.4.

Fig. 1.4. Dependenta rezistentei de temperatura pentru un termistor cu coeficient de temperatura pozitiv

    Termistoarele cu coeficient de temperatura pozitiv se folosesc la realizarea traductoarelor de temperatura, stabilizatoarelor si limitatoarelor de curent, etc.

1.1.3. REZISTOARE DEPENDENTE DE TENSIUNE (VARISTOARE)

    Varistoarele sunt rezistoare a caror valoare este determinata de tensiunea de la bornele sale. Relatia curent tensiune este de forma:
    I = K₁V + K₂Vⁿ, (1.7)
    unde K₁, K₂ sunt constante ( n> 1).
    Relatia (1.7) este bine aproximata de relatiile
    I = KVa ; V = CIb , (1.8)
    unde K este o constanta care fixeaza tensiunea de lucru a varistorului, iar a si b sunt constante care indica neliniaritatea caracteristicii. In figura 1.5 este prezentata dependenta tensiune-curent in cazul unui varistor.
 
 

Fig. 1.5. Dependenta tensiune-curent a varistorului

Utilizarile cele mai frecvente ale varistoarelor sunt pentru protectia aparaturii, a diferitelor componente, pentru stabilizarea tensiunii si curentului. Sunt folosite la realizarea modulatoarelor de amplitudine si faza si a multiplicatoarelor de frecventa.

1.1.4. REZISTOARE DEPENDENTE DE FLUXUL LUMINOS (FOTO-REZISTOARE)

    Rezistoarele dependente de fluxul luminos sunt componente ce au la baza efectul fotoelectric intern din semiconductoare. Relatia intre rezistenta si iluminarea L se poate scrie cu o buna aproximatie sub forma:

    R = AL^-a, (1.9)
    unde A si a sunt constante.
    Doi parametri importanti ai fotorezistoarelor sunt:

o        rezistenta la intuneric (R_d), care reprezinta valoarea rezistentei la iluminare nula;

o        sensibilitatea la fluxul luminos care poate fi:

o        sensibilitatea integrala S, care reprezinta raportul dintre fotocurent si fluxul luminos incident:

        S = , (1.10)

    unde I este curentul prin fotorezistor la iluminarea F , iar I_d este curentul de intuneric.

o        sensibilitatea spectrala Sl , care reprezinta raportul dintre fotocurent si fluxul luminos incident la iluminarea monocromatica;

o        sensibilitatea specifica:

        S₀ = ; (1.11)

    - sensibilitatea fotorezistorului:

    S_R = , (1.12)

    unde R este rezistenta fotorezistorului supus radiatiei.

1.2. CONDENSATOARE

    Condensatoarele pot fi clasificate in functie de natura dielectricului utilizat in condensatoare cu dielectric: gazos, lichid, anorganic si organic solid sau din punct de vedere constructiv in: fixe si variabile.
    Principalele caracteristici electrice ale condensatoarelor sunt:

·         capacitatea nominala (C_n) si toleranta acesteia, specificate la o anumita frecventa (50, 800 sau 1000 Hz);

·         tensiunea nominala (V_n) care reprezinta valoarea maxima a tensiunii continue sau a tensiunii efective care nu produce strapungerea condensatorului in functionare indelungata;

·         rezistenta de izolatie (R_iz), care reprezinta valoarea raportului tensiune-curent continuu la un minut dupa aplicarea tensiunii;

·         tangenta unghiului de pierderi (tg d_c) care reprezinta raportul dintre puterea activa si cea reactiva, masurate la aceeasi frecventa la care a fost masurata capacitatea nominala.

    Exista si alti parametri pe care insa nu-i vom mai prezenta aici.
    Condensatoarele variabile mai au urmatorii parametri:
    - capacitatea minima (C_min);
    - legea de variatie a capacitatii data de functia
    C = f(C_min, C_max, j ), (1.13)
    unde j este unghiul de rotatie, variabil intre 0 si j_max.
    Astfel, ca legi de variatie a capacitatii pot fi: legile liniara, exponentiala etc. In figura 1.6 sunt date simbolurile unor tipuri de condensatoare:

                                                            a                                                    b                                    c                             d

Fig. 1.6. Simbolurile condensatoarelor: a) fix; b) variabil;

c) condensator electrolitic; d) condensator semivariabil (trimer)

Capitolul 1

COMPONENTE ELECTRONICE PASIVE SI DE CIRCUIT.
TUBURI ELECTRONICE

    1.1. Rezistoare

    Rezistoarele, in functie de relatia intre tensiunea si curentul la bornele sale, pot fi clasificate in:
    - rezistoare liniare, care au un raport tensiune - curent constant (V/I=R=const.) si o dependenta neglijabila fata de valorile tensiunii,curentului sau  ale altor factori exteriori;
    - rezistoare neliniare, care au valoarea rezistentei puternic dependenta de actiunea unor factori cum ar fi:

o        rezistoare dependente de tensiunea de la bornele sale (varistoare);

o        rezistoare dependente de temperatura (termistoare);

o        rezistoare dependente de intensitatea luminoasa (fotorezistoare).

    Prin insasi constructia ei, rezistenta este un consumator activ de energie electrica, pe care o transforma in caldura (efect Joule-Lenz).

    1.1.1. Rezistoare liniare

Rezistoarele liniare se pot clasifica in functie de modul de realizare a materialului rezistiv in: rezistoare de volum, peliculare si bobinate sau, din punct de vedere al principiului constructiv in: rezistoare fixe si rezistoare variabile.
Caracterizarea performantelor rezistoarelor se face printr-o serie de parametri electrici si neelectrici.
Principalii parametri electrici sunt :

o        rezistenta nominala (R_n) si toleranta acesteia in procente, valori ce sunt nominalizate in clase;

o        puterea de disipatie nominala (P_n) si tensiunea nominala (V_n) reprezinta valorile maxime ce nu produc transformari ireversibile in rezistor;

o        rezistenta critica:

(1.1)

- coeficientul termic al rezistentei:

(1.2)

- coeficientul de variatie al rezistentei:

, (1.3)

unde R₁ si R₂ sunt valorile rezistentei inainte si respectiv dupa actiunea unuia din factori.

Parametrii neelectrici se refera la rezistenta la vibratii, rezistenta la eforturi mecanice, sudabilitate.

Rezistoarele variabile sunt caracterizate in plus de parametrii specifici:

o        rezistenta minima obtinuta, r_o ;

o        rezistenta de contact r _k , intre cursor si elementul rezistiv;

o        precizia reglarii ;

o        legea de variatie a rezistentei (liniara, exponentiala, etc.)

Simbolurile rezistoarelor sunt date in figura 1.1.

Fig. 1.1. Simbolurile pentru: a) rezistor fix ; b) rezistor variabil;

c) varistor, termistor, fotorezistor

Schema echivalenta a rezistorului real in regim variabil

In regim variabil admitanta rezistorului are expresia :

, (1.4)

unde : L este inductanta serie a rezistorului ;

C - capacitatea echivalenta;

w - frecventa unghiulara (pulsatia), w = 2p F.

La frecvente mari admitanta se comporta capacitiv , iar pentru frecvente mici se comporta inductiv daca .

Fig.1.2. Schema echivalenta a rezistorului real

    Schema echivalenta a rezistorului real este data in figura 1.2.
    Valorile lui L si C din schema echivalenta depind de materialul rezistiv si distributia sa geometrica. Pentru rezistoarele bobinate, unde efectul inductiv este crescut, prin constructie trebuie luate masuri de micsorare a inductivitatii, care constau in: micsorarea sectiunii transversale, bobinaj incrucisat, bobinaj bifilar, etc.

    Tipuri de rezistoare

    - Rezistoarele bobinate sunt realizate prin infasurarea pe un suport a unui conductor cu rezistivitatea ridicata, obtinându-se valori de zeci de W pâna la sute de kW , cu o toleranta initiala de 0,1% . Toleranta scade in timp, in functionare si puternic cu temperatura. Dintre materialele rezistive, cel mai folosit este aliajul NiCr.
    - Rezistoarele de volum sunt realizate dintr-un amestec de material conductor (grafit, negru de fum) si un material izolant de umplutura. Sunt robuste, dar majoritatea proprietatilor electrice sunt inferioare altor tipuri.
    - Rezistoarele peliculare sunt realizate prin depunerea unui strat de material rezistiv (carbon aglomerat, carbon cristalin, metale, oxizi metalici) pe un suport izolant.
    - Rezistoarele variabile pot fi, ca si rezistoarele fixe, bobinate, de volum si peliculare. Materialul rezistiv este dispus circular, liniar sau elicoidal, pentru ultimele unghiul total de variatie de j cursorului fiind un multiplu de 2p , daca variatia rezistentei se face prin rotatie.

1.1.2. REZISTOARE DEPENDENTE DE TEMPERATURA
(TERMISTOARE)

    In functie de modul de variatie al rezistivitatii cu temperatura se obtin termistoare cu coeficient de temperatura negativ sau pozitiv. Termistoarele cu coeficient de temperatura negativ se obtin din oxizi de Cr, Mn, Fe, Co sau Ni. In stare pura acesti oxizi au o rezistivitate foarte mare, putând fi transformati prin impurificare cu ioni straini in semiconductoare, marindu-le conductibilitatea si variatia acestora cu temperatura. Rezistivitatea acestor materiale semiconductoare scade odata cu cresterea temperaturii. In practica, pentru dependenta rezistenta-temperatura se foloseste relatia aproximativa:

, (1.5)

unde : A - este o constanta de proportionalitate;
B - o constanta ce depinde de material si de tehnologia utilizata.

    Dupa modul cum se face incalzirea, termistoarele pot fi cu incalzire proprie, care isi modifica rezistenta datorita incalzirii prin efect Joule si termistoare cu incalzire indirecta, la care caldura este pr 313c24d odusa de un curent ce trece printr-un element de incalzire. In figura 1.3. este prezentata dependenta tensiune-curent pentru un termistor cu coeficient de temperatura negativ.

Fig.1.3. Dependenta tensiune-curent pentru un termistor cu coeficient de temperatura negativ

    Termistoarele cu coeficient de temperatura negativ sunt utilizate ca elemente neliniare pentru stabilizarea amplitudinii oscilatiilor la oscilatoare, pentru stabilizarea tensiunii, compensarea variatiei cu temperatura a altor elemente, traductoare de temperatura, etc.
    Termistoarele cu coeficient de temperatura pozitiv sunt realizate din oxizi de Ba, Ti, Sr. Legea de variatie a rezistentei se poate scrie :

    ; T_a<T< T_c (1.6)

    unde A, B, C sunt niste constante, iar T_c este temperatura Curie (fig. 1.4).
    Dependenta rezistentei de temperatura pentru asemenea tip de termistor este prezentata in figura 1.4.

Fig. 1.4. Dependenta rezistentei de temperatura pentru un termistor cu coeficient de temperatura pozitiv

    Termistoarele cu coeficient de temperatura pozitiv se folosesc la realizarea traductoarelor de temperatura, stabilizatoarelor si limitatoarelor de curent, etc.

1.1.3. REZISTOARE DEPENDENTE DE TENSIUNE (VARISTOARE)

    Varistoarele sunt rezistoare a caror valoare este determinata de tensiunea de la bornele sale. Relatia curent tensiune este de forma:
    I = K₁V + K₂Vⁿ, (1.7)
    unde K₁, K₂ sunt constante ( n> 1).
    Relatia (1.7) este bine aproximata de relatiile
    I = KVa ; V = CIb , (1.8)
    unde K este o constanta care fixeaza tensiunea de lucru a varistorului, iar a si b sunt constante care indica neliniaritatea caracteristicii. In figura 1.5 este prezentata dependenta tensiune-curent in cazul unui varistor.
 
 

Fig. 1.5. Dependenta tensiune-curent a varistorului

Utilizarile cele mai frecvente ale varistoarelor sunt pentru protectia aparaturii, a diferitelor componente, pentru stabilizarea tensiunii si curentului. Sunt folosite la realizarea modulatoarelor de amplitudine si faza si a multiplicatoarelor de frecventa.

1.1.4. REZISTOARE DEPENDENTE DE FLUXUL LUMINOS (FOTO-REZISTOARE)

    Rezistoarele dependente de fluxul luminos sunt componente ce au la baza efectul fotoelectric intern din semiconductoare. Relatia intre rezistenta si iluminarea L se poate scrie cu o buna aproximatie sub forma:

    R = AL^-a, (1.9)
    unde A si a sunt constante.
    Doi parametri importanti ai fotorezistoarelor sunt:

o        rezistenta la intuneric (R_d), care reprezinta valoarea rezistentei la iluminare nula;

o        sensibilitatea la fluxul luminos care poate fi:

o        sensibilitatea integrala S, care reprezinta raportul dintre fotocurent si fluxul luminos incident:

        S = , (1.10)

    unde I este curentul prin fotorezistor la iluminarea F , iar I_d este curentul de intuneric.

o        sensibilitatea spectrala Sl , care reprezinta raportul dintre fotocurent si fluxul luminos incident la iluminarea monocromatica;

o        sensibilitatea specifica:

        S₀ = ; (1.11)

    - sensibilitatea fotorezistorului:

    S_R = , (1.12)

    unde R este rezistenta fotorezistorului supus radiatiei.

1.2. CONDENSATOARE

    Condensatoarele pot fi clasificate in functie de natura dielectricului utilizat in condensatoare cu dielectric: gazos, lichid, anorganic si organic solid sau din punct de vedere constructiv in: fixe si variabile.
    Principalele caracteristici electrice ale condensatoarelor sunt:

·         capacitatea nominala (C_n) si toleranta acesteia, specificate la o anumita frecventa (50, 800 sau 1000 Hz);

·         tensiunea nominala (V_n) care reprezinta valoarea maxima a tensiunii continue sau a tensiunii efective care nu produce strapungerea condensatorului in functionare indelungata;

·         rezistenta de izolatie (R_iz), care reprezinta valoarea raportului tensiune-curent continuu la un minut dupa aplicarea tensiunii;

·         tangenta unghiului de pierderi (tg d_c) care reprezinta raportul dintre puterea activa si cea reactiva, masurate la aceeasi frecventa la care a fost masurata capacitatea nominala.

    Exista si alti parametri pe care insa nu-i vom mai prezenta aici.
    Condensatoarele variabile mai au urmatorii parametri:
    - capacitatea minima (C_min);
    - legea de variatie a capacitatii data de functia
    C = f(C_min, C_max, j ), (1.13)
    unde j este unghiul de rotatie, variabil intre 0 si j_max.
    Astfel, ca legi de variatie a capacitatii pot fi: legile liniara, exponentiala etc. In figura 1.6 sunt date simbolurile unor tipuri de condensatoare:

                                                            a                                                    b                                    c                             d

Fig. 1.6. Simbolurile condensatoarelor: a) fix; b) variabil;

c) condensator electrolitic; d) condensator semivariabil (trimer)

1.2.1. SCHEMA ECHIVALENTA A CONDENSATORULUI REAL IN REGIM VARIABIL

    Schema echivalenta a condensatorului real in regim variabil este data in figura 1.7.
 
 

 Fig. 1.7. Schema echivalenta a condensatorului real

    Impedanta echivalenta a condensatorului real (vezi fig. 1.7.) este:

, (1.13)
    unde R_S si C_S sunt rezistenta, respectiv capacitatea serie a condensatorului.
    Exista o valoare a frecventei, numita frecventa de rezonanta w _r, care daca este depasita, condensatorul real isi pierde caracterul de condensator.
    Pentru condensatoarele electrolitice schema echivalenta se complica datorita electrolitului.
 

1.2.2. TIPURI DE CONDENSATOARE

    Condensatoare cu mica. Ca material dielectric se foloseste mica sub forma de folii, iar armaturile metalice sunt folii de Sn, Cu electrolitic, Al, Ag. Dupa impachetare se ermetizeaza cu ceara minerala, rasini, ceramica sau sticla.
    Condensatoare cu hârtie. Dielectricul este format din 2-3 folii de hârtie, iar armaturile din folii de Al sau prin depunere in vid din Zn sau Al. Dupa bobinare condensatorul se impregneaza cu dielectric.
    Condensatoare cu pelicule plastice. Dielectricul este format din folii de materiale termoplaste (polietilen tereftalat, policarbonat, polistiren, polietilena etc.).
    Condensatoare ceramice. Materialele folosite la constructia acestor condensatoare sunt materiale ceramice cu polarizare temporara sau spontana, cum ar fi titanatul de bariu. Fenomenul de polarizare, care apare ca urmare a aplicarii asupra dielectricului a unui câmp electric, determina aparitia in dielectric a unei orientari a sarcinilor, astfel incât acesta se comporta ca un condensator.
    Condensatoare electrolitice. Ca dielectric se folosesc oxizi metalici, iar ca armaturi, una dintre ele este reprezentata de metalul din care se obtine oxidul, iar a doua este constituita dintr-un electrolit (lichid sau solid) in contact cu o folie metalica ce constituie al doilea electrod.
    Cele mai utilizate sunt condensatoarele cu Al (la constructia lor se folosesc o folie de Al asperizata pentru marirea suprafetei efective si oxidata, iar ca electrolit se foloseste acidul boric, hidroxidul de amoniu etc. ce impregneaza o folie de hârtie) si cu Ta (anodul este sinterizat din pulbere de Ta, care apoi se oxideaza, iar ca electrolit se utilizeaza o pelicula solida semiconductoare de MnO₂). Condensatoarele cu tantal sunt superioare celor cu aluminiu.

1.3. BOBINE

    Pentru bobine nu exista o productie de serie standardizata, in general, fiind fabricate de utilizator in functie de necesitate. Principalele caracteristici ale unei bobine sunt:

·         inductanta (L);

·         factorul de calitate (Q_L) sau tangenta unghiului de pierderi tgd_L, care reprezinta raportul dintre puterea reactiva si puterea activa disipata in bobina:

    Q_L = ; (1.14)

·         capacitatea parazita a bobinei;

·         puterea, tensiunea si curentul maxim admis pentru a nu produce transformari ireversibile in bobina.

    Bobinele se pot realiza fara miez magnetic (in general pentru inductivitati mici) si pe miezuri magnetice de diferite forme (bara, tor, oala si alte forme inchise U+I, E+I etc.). Constructiv ele se pot realiza fix (inductanta constanta pe timpul functionarii), variabile (prin pozitionarea unui miez magnetic) sau bobine cuplate magnetic (fix sau variabil). Realizarea unei bobine se face prin infasurarea unui fir conductor pe carcase având diferite sectiuni si proprietati dielectrice foarte bune. Exista mai multe tipuri de bobinaje (intr-un singur strat, multistrat, piramidal, sectionat, fagure) fiecare imprimând anumite caracteristici bobinei.
    Conductorul de bobinaj este, in marea majoritate a cazurilor, alcatuit din fir de cupru monofilar sau multifilar (pentru frecvente mari).
    Pentru frecventa ultrainalta, datorita efectului pelicular, se folosesc conductoare de cupru argintat, practic curentul trecând prin pelicula de argint. In bobinele de putere se utilizeaza si conductoare de aluminiu.
    Ecranarea bobinelor. Diminuarea efectului câmpurilor electromagnetice exterioare se face prin ecranarea cu materiale feromagnetice pentru câmpuri perturbatoare de joasa frecventa si materiale bune conducatoare de electricitate pentru frecvente inalte.
    Impotriva tensiunilor parazite prin cuplaje capacitive se utilizeaza ecrane electrostatice (Cu, Al) legate la punctul de masa.
    In figura 1.8 sunt reprezentate câteva simboluri ale unor tipuri de bobine.

                            

                                        a                                       b                                     c                                     d

Fig. 1.8. Simboluri ale bobinelor: a) fara miez; b) cu miez feromagnetic; c) cu miez ferimagnetic (ferita);
d)cu inductanta variabila continuu si miez magnetic

    In tehnica radio se foloseste un tip de bobine numite variometre, care reprezinta un ansamblu de doua bobine fara miez care asigura modificarea cuplajului magnetic (inductanta mutuala) dintre ele. O bobina este fixa (stator), iar cealalta este mobila (rotor) având acelasi ax cu prima. Se utilizeaza in circuitele de acord de iesire ale emitatoarelor radio si cele de intrare ale radioreceptoarelor gonio.

1.3.1. SCHEMA ECHIVALENTA A BOBINEI REALE IN REGIM VARIABIL

    Schema echivalenta paralel a bobinei este data de figura 1.9.

Fig. 1.9. Schema echivalenta paralel a bobinei

    Admitanta bobinei la bornele 1 si 2:
    , (1.15)
    unde: R_p este rezistenta de pierderi,
    L_p - inductanta echivalenta paralel.

1.4. DISPOZITIVE PIEZOELECTRICE

1.4.1. FENOMENUL DE PIEZOELECTRICITATE

Piezoelectricitatea este proprietatea de modificare a starii de polarizare sub actiunea tensiunilor mecanice (efect piezoelectric direct) si de deformare a retelei cristaline sub actiunea câmpului electric exterior (efect piezoelectric invers).

Pot fi piezoelectrice numai cristalele ale caror retele nu au centru de simetrie al sarcinilor electrice punctuale.

1.4.2. DISPOZITIVE PIEZOELECTRICE CU UNDA ELASTICA DE VOLUM

Dintre materialele piezoelectrice folosite in dispozitivele cu unda elastica de volum se disting prin frecventa utilizarii: cuartul, titanatul de bariu, titanatul-zirconatul de plumb si niobatul de sodiu si potasiu.
Cuartul este dioxid de siliciu cristalizat in sistem trigonal trapezoiedric. Daca pe o anumita directie se aplica o forta mecanica, atunci pe suprafetele perpendiculare pe aceasta directie apar sarcini electrice care sunt cantitativ proportionale cu marimea fortei si depind de sensul ei (compresiune sau intindere).
Sistemul electromecanic oscilant format din placuta de cuart, terminale si suportul sau se numeste rezonator de cuart. Aplicarea unei tensiuni electrice pe placile rezonatorului determina polarizarea cristalului si deformarea lui. Aceste deformari vor fi alternative când se aplica o tensiune alternativa. Variind frecventa tensiunii aplicate, se poate gasi o anumita frecventa pentru care amplitudinea oscilatiilor creste mult, iar transformarea energiei electrice in energie mecanica se produce cu un randament bun. Aceasta reprezinta frecventa de rezonanta a rezonatorului. Se realizeaza rezonatoare cu cuart pentru frecvente cuprinse intre zeci de kHz si zeci de MHz.
Simbolul rezonatorului este dat in figura 1.10, a, iar schema echivalenta in figura 1.10, b.

 

a b

Fig. 1.10. Rezonator cu cuart: a) simbol; b) schema echivalenta

Principalii parametri sunt:

·         frecventa de rezonanta;

·         factorul de calitate echivalent;

·         coeficientul de temperatura al frecventei, egal cu variatia relativa a frecventei rezonatorului pentru o variatie a temperaturii cu 1^oC.

Se utilizeaza la constructia generatoarelor de semnale cu frecventa foarte stabila in timp si a filtrelor electrice cu performante net superioare celor realizate cu bobine si condensatoare.

Titanatul de bariu a fost primul utilizat dintre ceramicele piezoelectrice, dispozitivele realizate fiind mai ieftine decât cele din cuart.

Dispozitivele cu titanat de bariu se folosesc in special pentru producerea oscilatiilor ultrasonore.

1.4.3. DISPOZITIVE PIEZOELECTRICE CU UNDA ELASTICA DE SUPRAFATA

Dispozitivele cu unda elastica de suprafata reprezinta o familie de dispozitive piezoelectrice pentru care semnalul electric este transformat in unda elastica ce se propaga pe suprafata unui substrat piezoelectric, unda care este prelucrata si transformata sub forma de semnal electric la iesire. Pe acest principiu pot fi realizate filtre de banda, linii de intârziere, codoare si decodoare pentru semnale modulate in faza etc.

Principalele cristale utilizate in dispozitivele piezoelectrice cu unda elastica de suprafata sunt: cuartul, niobatul de litiu monocristalin, germaniatul de bismut si ceramicele piezoelectrice.

1.5. RELEE ELECTROMAGNETICE

    Releul este un aparat electric care sub actiunea unei marimi de intrare (curent, tensiune etc.) produce o variatie brusca a unei marimi de iesire.
    In mod obisnuit releul inchide sau deschide un circuit prin comutarea mecanica (cu contacte) sau statica (fara contacte) si deci poate avea doua stari stabile:

·         actionat (de functionare) prin care contactele isi schimba starea fata de cea de repaus;

·         neactionat (de repaus), starea contactelor nu este modificata.

1.5.1. CONSTRUCTIE SI FUNCTIONARE

    In figura 1.11 sunt prezentate elementele constructive ale releului electromagnetic.

 
 

Fig. 1.11. Elementele componente ale releului electromagnetic

1 - izolator; 2 - lamela cu contact mobil; 3 - miez; 4 - bobina; 5 - carcasa bobinei; 6 - armatura; 7 - izolator; 8 - contact fix

    Bobina cu miez magnetic, fiind parcursa de curent continuu sau alternativ, va crea un câmp magnetic care va atrage armatura din material feromagnetic. Armatura, la rândul ei, va actiona asupra grupului de contacte mobile, care la rândul lor vor determina inchiderea, deschiderea sau comutarea circuitelor unde sunt legate contactele releului. Armatura poate avea o miscare de basculare, de rotire sau de translatie. La disparitia curentului de actionare, contactele revin la starea initiala datorita eliberarii (demagnetizarii armaturii) si datorita elasticitatii (ca resort antagonist) lamelei cu contact mobil.

                                    

Fig. 1.12. Reprezentari ale unor relee:

    Reprezentarea simbolica a releului electromagnetic este dependenta de tipul sau. In figura 1.12 sunt reprezentate organele de comanda ale unor tipuri de relee si câteva tipuri de contacte.

a) organele de comanda pentru: releu (in general), releu cu doua infasurari, releu polarizat; b) contacte: normal deschis, normal inchis, contact comutator

1.5.2. PARAMETRI AI RELEELOR

    Numim in continuare câtiva parametri ai releelor:

·         tensiunea nominala, U_n;

·         curentul nominal, I_n;

·         frecventa maxima de actionare (numar maxim de cicluri de anclasare/declansare pe minut);

·         timpul de anclasare (actionare), t_a;

·         timpul de declansare (eliberare), t_e.

1.5.3. RELEE POLARIZATE

    Releele polarizate sunt relee de curent continuu sau curent obtinut prin redresare, prevazute si cu magneti permanenti (piese polare) care asigura un flux constant in intrefier, marindu-i astfel mult sensibilitatea. Armatura se va deplasa in directia unde fluxul de excitatie se insumeaza cu cel permanent.

1.5.4. RELEE REED

    La acest tip de relee contactele sunt inchise ermetic intr-un tub de sticla vidat in interior, asigurând astfel o mai buna protejare a contactului impotriva substantelor gazoase care contribuie la deteriorarea acestuia prin diverse procese fizico-chimice ce apar in special datorita arcului electric ce se formeaza la deschidere. Contactul, impreuna cu tubul de sticla, se numeste contact Reed.

1.6. EMISIA ELECTRONICA.
CATOZI TERMOELECTRONICI

    In tuburile electronice, functionarea se bazeaza pe fluxul de electroni emisi de un electrod special numit catod.
    Fenomenul de "generare" a electronilor de catre catod poarta numele de emisie electronica. Pot exista mai multe moduri de a realiza emisia electronica, care se deosebesc prin modul in care se transmite catodului energia necesara producerii emisiei, dintre care amintim: emisia termoelectronica, emisia prin câmp electric puternic, emisia secundara, emisia fotoelectronica etc.
    Eficacitatea cea mai mare a emisiei se obtine in vid. Daca emisia electronica s-ar produce in aer, electronii emisi nu ar putea sa parcurga distante corespunzatoare, iar functionarea tuburilor ar fi imposibila. In plus, la temperaturile mari necesare obtinerii emisiei electronice marea majoritate a metalelor se transforma in prezenta aerului in oxizi. Pentru motivele de mai sus, in tuburile electronice se creaza vid.
    Emisia termoelectronica se realizeaza prin incalzirea catodului metalic la o temperatura suficient de mare, astfel incât, energia cinetica a electronilor liberi sa creasca suficient de mult pentru ca o parte dintre acestia sa paraseasca definitiv catodul.
    Emisia prin câmp electric puternic se obtine ca urmare a aplicarii unui câmp electric tubului, de o anumita orientare si intensitate.
    Emisia secundara este rezultatul smulgerii unui numar de electroni din catod si din alti electrozi ca urmare a bombardarii acestora cu particule sau a excitarii lor cu radiatii electromagnetice.
    Catozii termoelectronici pot fi:
    - catozi din metale pure (wolfram, tantal);
    - catozi din metale aliate (wolfram-bariu);
    - catozi cu oxizi;
    - catozi cu nichel.
    Cea mai buna eficacitate de emisie o au catozii cu oxizi. Ei sunt construiti dintr-un suport de metal pur (platina, wolfram) si un strat de oxid. Ca oxizi utilizati sunt cei de bariu, de strontiu, de calciu.
    In functie de tipul incalzirii, catozii pot fi cu:
    - incalzire directa;
    - incalzire indirecta.
    Cei cu incalzire directa sunt realizati sub forma unor filamente din metale pure sau aliate (W, Ta, Mo) sau cu oxizi. Necesita tensiune continua de incalzire.
    Catozii cu incalzire indirecta sunt realizati prin intercalarea unui strat izolator intre catodul emitor de electroni si filamentul de incalzire. Aceasta separare intre partea care emite electronii si cea care primeste energia necesara incalzirii permite utilizarea curentului alternativ la incalzire. Utilizarea tensiunilor alternative la incalzirea catozilor, simplifica schema blocului de alimentare a unui aparat cu tuburi electronice si mareste randamentul de utilizare a energiei electrice furnizate de retea (prin eliminarea redresoarelor din alimentarea filamentului).
    La punerea in functiune a unui aparat cu tuburi electronice trebuie luate urmatoarele precautii:
    - intâi se aplica tensiunea de incalzire a filamentului V_F si apoi se aplica tensiunile pe restul electrozilor, daca aparatul permite aceste manevre distincte; intervalul de timp dintre cele doua manevre este indicat sa fie de aproximativ 10 minute, in caz contrar, câmpul tensiunilor anodice si de ecran smulge din suprafata emisiva portiuni de catod uzându-l;
    - V_F si I_F sa fie crescute treptat la valoarea normala, aceasta deoarece catodul la temperatura scazuta prezinta o rezistenta coborâta si se poate suprasolicita sursa de incalzire, iar curentul prin filament poate creste brusc ceea ce poate duce la arderea filamentului.
    - este recomandat ca V_F si I_F sa fie mentinute constante intrucât orice supraincalzire micsoreaza viata tubului prin evaporarile mai intense de la suprafata sa.

1.7. DIODA CU VID (KENOTRONUL)

    Dispozitivul electronic neliniar cu doi electrozi: anod si catod, inclusi intr-un balon vidat, poarta numele de dioda cu vid sau kenotron.
    Fenomenele fizice de baza in functionarea diodei se evidentiaza ca fenomene de baza si pentru restul tuburilor conventionale.
    Simbolul diodei cu vid este prezentat in figura 1.13.

Fig. 1.13. Simbolul diodei cu vid: A - anodul; C - catodul

    Catodul diodei cu vid poate fi atât cu incalzire directa cât si cu incalzire indirecta.

1.7.1. SARCINA SPATIALA

    Presupunem ca catodul este alimentat cu tensiune, rezultând emisie termoelectronica, iar anodul este nealimentat (deci neconectat la nici o sursa de tensiune). Catodul incalzit va emite electroni care il vor inconjura sub forma unui nor de sarcina spatiala negativa. Acest nor de sarcina nu se poate dispersa, deoarece catodul, ca urmare a emisiei de electroni, se incarca pozitiv fata de norul de sarcina spatiala negativa. Deci, electronii care formeaza norul sunt supusi unei forte coulombiene care-i atrage spre catod si-i impiedica sa se indeparteze. Când acest sistem este in echilibru (o anumita temperatura a catodului), electronii sunt emisi in mod continuu de catod, in timp ce alti electroni din sarcina spatiala sunt atrasi de catod, reintrând in acesta si mentinând in felul acesta o stare de echilibru dinamic. Starea de echilibru se schimba daca anodul este conectat la o sursa de tensiune, astfel incât potentialul sau electrostatic difera de cel al catodului. Daca potentialul anodului in raport cu catodul este negativ (fig. 1.14, a), electronii din sarcina spatiala sunt respinsi de catre anod si, ca urmare, se vor aduna cu densitate si mai mare in jurul catodului. In consecinta, nu va circula nici un curent in circuitul anod-catod.

Fig. 1.14. Dependenta curent-tensiune in dioda cu vid

    Daca anodul va avea un potential pozitiv fata de catod, electronii din sarcina spatiala sunt atrasi de anod si intra in circuitul exterior anod-catod, dând nastere unui curent anodic (fig. 1.14, b). Numarul de electroni care strabat spatiul dintre electrozi in unitatea de timp depinde de diferenta de potential dintre anod si catod.
    Daca tensiunea anod-catod creste, cantitatea de sarcina spatiala din jurul catodului creste, deci creste curentul anodic (fig. 1.14, c). In acest domeniu de tensiuni curentul anodic este controlat de catre cantitatea de sarcina spatiala si este numit ca fiind cu limitare prin sarcina spatiala. Acest lucru accentueaza rolul sarcinii spatiale in izolarea catodului fata de influenta potentialului atractiv al anodului. Cu toate ca viteza electronilor emisi de catod este cu mult mai mare decât viteza electronilor ce se indreapta spre anod, in acest domeniu de tensiuni electronii emisi sunt respinsi de sarcina spatiala si majoritatea lor reintra in catod.
    Pe masura ce tensiunea anod-catod se mareste, densitatea de sarcina spatiala scade si devine, in cele din urma, atât de mica incât prezenta ei nu mai este eficace in ecranarea electronilor de la suprafata catodului. Când s-a ajuns in aceasta situatie, practic, fiecare electron emis de catre catod este colectat de anod, astfel incât curentul anodic devine aproape independent de tensiunea anod-catod.
    In aceasta gama de lucru curentul anodic este determinat de temperatura catodului, care la rândul ei determina viteza de emisie si este numit ca fiind cu limitare prin emisie sau cu limitare prin temperatura.

1.7.2. LEGEA DE VARIATIE A CURENTULUI ANODIC

    Tensiunea anod-catod (vezi 1.7.1.) poarta numele de tensiune anodica (V_A), iar curentul din circuitul exterior tubului de curent anodic (I_A).
    Legea teoretica care da expresia curentului anodic in functie de tensiunea anodica este legea lui Longmuir:
    I_A = AV_A^3/2, (1.16)
    Cunoscuta si sub numele de legea 3/2.
    Constanta A poarta numele de perveanta si are valoarea dependenta de geometria electrozilor.
    Grafic I_A = f(V_A), conform legii 3/2, este reprezentata in figura 1.15, a. Aceasta este caracteristica statica ideala a diodei. Idealitatea rezulta din ipotezele simplificatoare facute pentru a se ajunge la forma (1.16).
    Caracteristica statica ideala (I_A - V_A) este prezentata in fig. 1.15, b.
    Se observa o mare asemanare intre caracteristica statica reala si reprezentarea dependentei curent-tensiune din fig. 1.14, c, la care insa curentul I_A = 0 pentru V_A = 0, ceea ce o apropie de caracteristica ideala. In mod real insa, pentru V_A = 0 exista electroni emisi de catod care au energie cinetica suficienta ca sa ajunga la anod, obtinându-se astfel un curent anodic I_A > 0, mic ca valoare, in absenta tensiunii anodice (V_A = 0), numit curent rezidual sau initial (I₀).

Fig. 1.15. a) Caracteristica statica ideala (reprezentarea grafica a legii 3/2); b) Caracteristica statica reala a diodei cu vid

    Se demonstreaza ca in vecinatatea originii variatia curentului anodic respecta o lege exponentiala si nu legea 3/2.
    Portiunea crescatoare a caracteristicii urmeaza legea 3/2, caracteristica putând fi in aceasta zona liniarizata. La o anumita tensiune anodica, apare limitarea prin emisie, ceea ce duce la faptul ca curentul anodic corespunde valorii curentului de emisie, care are o valoare limitata pentru o temperatura de incalzire data. Zona caracteristicii aproximativ orizontala, care se abate total de la legea 3/2 se numeste zona de saturatie. Se pune insa problema, de ce aceasta caracteristica (fig. 1.15, b) la care zona de saturatie a curentului corespunde unei valori constante a curentului de emisie, nu este insensibila la cresterea tensiunii anodice, in realitate, curentul crescând usor cu cresterea acesteia. Raspunsul se obtine daca se tine seama ca odata cu cresterea tensiunii anodice se intensifica câmpul electric intre cei doi electrozi si se favorizeaza aparitia unei emisii prin câmp electric (efect Schottky). Electronii emisi astfel se suprapun fluxului de electroni proveniti prin emisia termoelectronica, iar curentul anodic creste. Este evident ca zona de saturatie a curentului prin dioda, incepe cu atât mai sus pe curba cu cât temperatura de incalzire este mai mare.
    Pentru temperaturi diferite de incalzire (tensiuni de filament diferite) se obtin caracteristici diferite (vezi fig. 1.15, b).

1.7.3. PARAMETRI SI VALORI CARACTERISTICE ALE DIODEI CU VID

In practica, dioda se utilizeaza in scheme de redresare, limitare, detectie. Pentru ca circuitele respective cu diode sa functioneze in mod optim, se cer diodelor utilizate anumite proprietati, a caror apreciere se face pe baza parametrilor si valorilor caracteristice ale diodelor.

Parametrii diodei rezulta din legea reala de variatie a curentului anodic in raport cu tensiunea anodica. In general, ei se interpreteaza in doua moduri:

·         ca parametri diferentiali specifici fiecarui punct de pe caracteristica I_A = f(V_A), numiti si parametri statici;

·         ca parametri diferentiali medii, care indica proprietatile globale ale diodei si nu pe cele punctuale, numiti si parametri de curent continuu.

Ambele interpretari apartin regimului de curent continuu.

Un parametru diferential de punct difera de cel diferential mediu de aceeasi natura numai in cazul elementelor neliniare de circuit.

Ca parametru static dioda cu vid are rezistenta interna, R_i, care este raportul dintre variatia tensiunii anodice si variatia corespunzatoare a curentului anodic, adica:

. (1.17)

Rezistenta interna R_i se poate insa calcula si grafo-analitic cu relatia:

, (1.18)

unde D V_A si D I_A au semnificatiile din figura 1.16.

 

Fig. 1.16. Reprezentarea marimilor si a variatiilor acestora pentru calculul rezistentei medii si a celei interne

Rezistenta medie (sau de curent continuu) se calculeaza cu relatia:

, (1.19)

reprezentând o limita a parametrului diferential punctual, pentru cazul unor variatii maxime, nesimetrice de curent sau tensiune: D I_A = I_A0, respectiv D V_A = V_A0. Rezistenta R_i0 este rezistenta pe care o "simte" sursa de tensiune când la bornele ei se conecteaza dioda.

Uneori, in practica, se procedeaza la liniarizarea caracteristicii diodei (fig. 1.17).

a b

Fig. 1.17. Liniarizarea caracteristicii diodei

In cazul din figura 1.17, a este valabila pentru zona liniara relatia:

I_A = , (1.20)

iar pentru cazul din figura 1.17, b este valabila pentru zona liniara relatia:

I_A = , (1.21)

unde V₀ este tensiunea de deschidere a diodei.

Liniarizarea face ca parametrii diferentiali punctuali sa se confunde cu cei diferentiali medii.

Rezistenta interna se masoara in ohmi (W ). Ordinele de marime ale acesteia variaza in functie de puterea diodei, astfel:

- pe portiunea liniara crescatoare R_i = 100 ¸ 1000 W ;

- pe portiunea de saturatie R_i = 10 ¸ 100 W .

Functionarea diodei in portiunea liniara crescatoare a curbei I_A = = f(V_A) este specifica utilizarii acesteia ca redresoare si detectoare, iar functionarea in portiunea de saturatie se utilizeaza in etajele de limitare.

Valorile caracteristice ale diodei sunt: curentul de filament (I_F), tensiunea de filament (V_F), curentul de saturatie (I_e), curentul de vârf (I_v), tensiunea anodica directa maxima (V_A.max.adm)_., puterea de disipatie anodica maxima (P_d.max.adm), curentul invers (I_inv), tensiunea inversa maxima (V_inv.max), timpul de viata (t ).

Aceste valori sunt indicate de cataloagele de tuburi pentru orice tip de dioda.

Puterea de disipatie anodica are doua componente:

·         puterea provenita din cedarea energiei cinetice de catre electronii ajunsi la anod si care se transforma in energie calorica;

·         puterea provenita din caldura filamentului sau catodului si radiata de acesta.

In mod obisnuit, alaturi de caracteristica de lucru, in planul I_A-V_A se gaseste trasata curba limita pentru puterea de disipatie admisa de dioda si care pentru P_d = const. este o hiperbola de disipatie (vezi fig. 1.16, curba trasata punctat). Aceasta curba permite sa situam punctul de functionare (M) in pozitii care sa nu depaseasca puterea de disipatie maxim admisa de dioda (respectiv sub aceasta).

Legea curentului anodic, asa cum a fost ea stabilita, corespunde regimului direct de functionare a diodei, adica aplicarii intre anod si catod a unei tensiuni de accelerare a electronilor emisi de catod inspre anod, deci a unei tensiuni cu plusul pe anod si minusul pe catod. Exista insa si un regim invers de functionare cu plusul la catod si minusul la anod, situatie intâlnita când dioda indeplineste functia de redresare, in cazul alternantei negative a tensiunii. Acest regim este caracterizat prin aceea ca tensiunea aplicata intre anod si catod determina deplasarea electronilor emisi de catod spre acesta, intrerupând conductia in tub si rezultând o rezistenta interna denumita rezistenta inversa, R_inv de ordinul zecilor de MW . In aceasta situatie curentul invers rezultat, I_inv, este foarte mic (fig. 1.18). Pe masura ce tensiunea aplicata astfel, denumita tensiune inversa, V_inv creste, moleculele gazului rezidual (vidul nu este perfect) din tub incep sa fie ionizate de câmpul electric puternic si rezistenta inversa scade. Crescând tensiunea inversa, la atingerea tensiunii de strapungere a spatiului anod-catod curentul invers prin dioda creste foarte mult, ceea ce produce distrugerea tubului.

La utilizarea diodei trebuie sa se tina seama de valoarea de regim invers care apare in diferite montaje si sa nu se depaseasca valorile indicate de catalog, pe tipuri de diode.

Fig. 1.18. Dependenta dintre tensiunea inversa si

curentul invers din dioda cu vid

1.7.4. UTILIZAREA DIODEI

    Pentru a utiliza dioda in diferite montaje este necesar sa se cunoasca cum se apreciaza curentul prin dioda, caderea de tensiune pe dioda in raport cu celelalte elemente ale montajului si cum se stabileste punctul static de functionare (PSF) a diodei.
    Consideram circuitul din figura 1.19.

a b

Fig. 1.19. Conectarea unei diode in circuit (a) si modul de determinare grafo-analitica a punctului de functionare (b)

Circuitul din figura 1.19, a este format din dioda D, sursa de alimentare anodica E_A si rezistenta de limitare R. in figura 1.19, b e trasata caracteristica statica I_A = f(V_A) a diodei. Pentru a gasi punctul de functionare a diodei D se poate urma o cale teoretica, fie una grafo-analitica.

    Metoda teoretica consta in rezolvarea sistemului de ecuatii:

             (1.22)

    Deoarece prima ecuatie este neliniara, rezolvarea sistemului (1.22) este greoaie. In mod practic nu se utilizeaza metoda analitica, ci o metoda simpla, grafo-analitica in care se procedeaza la trasarea pe caracteristica neliniara a diodei I_A = f(V_A), a dreptei descrisa de ecuatia a doua din sistemul (1.22) prin taieturi. La intersectia lor se obtine punctul M (V_A0, I_A0) care da solutiile montajului folosit (M este in acest caz PSF al diodei).
    Ecuatia E_A = V_A + RI_A se numeste ecuatia dreptei de sarcina, iar dreapta de inclinare a , in planul caracteristicii statice se numeste dreapta de sarcina si se obtine prin taieturi.
    Redresarea monoalternanta a unei tensiuni alternative este aratata in figura 1.20. Se alege ca PSF chiar originea facând E_A = 0. Sursa de tensiune alternativa se inseriaza cu dioda si cu rezistenta de sarcina, R_L.

                                                                                                            a                                                         b

Fig. 1.20. Redresarea monoalternanta a unei tensiuni

alternative cu ajutorul diodei cu vid

1.8. TRIODA

    Trioda este un tub electronic in care exista un al treilea electrod, grila, plasat intre anod si catod. Daca rolul anodului, respectiv al catodului sunt bine cunoscute de la dioda, rolul grilei este unul de comanda.
    In figura 1.21. este prezentat simbolul triodei.

Fig. 1.21. Simbolul triodei

    Electrozii pot fi dispusi intr-o constructie plana sau una cilindrica la diferite sectiuni. Grila are diferite solutii constructive. La triodele cu constructie cilindrica grila imbraca catodul, pe când la cele având o constructie plana ea este cuprinsa intr-un plan intermediar intre anod si catod.
 
 

1.8.1. CÂMPUL ELECTRIC SI CIRCULATIA ELECTRONILOR IN TRIODA

    Fie schema din figura 1.22, care pune in evidenta cele doua circuite principale ale triodei:

Fig. 1.22. Circuitele triodei

·         circuitul anodic, in care se conecteaza o sursa de alimentare anodica, E_A;

·         circuitul de grila, in care se conecteaza o sursa de tensiune continua, denumita sursa de polarizare a grilei sau sursa de negativare a grilei E_G, când tensiunea continua aplicata pe grila unei triode este (in majoritatea cazurilor) negativa. Catodul se presupune incalzit la temperatura normala, deci in trioda ia nastere sarcina spatiala.

    Tensiunea dintre grila si catod se numeste tensiune de grila si se noteaza cu V_G. Când aceasta tensiune este pozitiva, o parte din electronii din sarcina spatiala sunt atrasi de grila, deci apare un curent de grila I_G.
    Grila prin potentialul ei, poate modifica configuratia câmpului electric dintre catod si anod, deci poate controla circulatia electronilor in tub. Când potentialul grilei se mareste (V_G > 0), electronii sunt accelerati spre anod intr-o masura mai mare, deci curentul anodic creste. Dimpotriva, cu cât potentialul grilei se micsoreaza, câmpul electric accelereaza electronii intr-o mai mica masura si curentul anodic scade. Astfel, in cazul V_G = 0 (deci potentialul grilei este nul), atragerea electronilor din sarcina spatiala de catre grila dispare, dar curentul de grila I_G continua sa existe datorita captarii de catre grila a electronilor emisi cu energie cinetica ridicata si a celor proveniti din respingerile de electroni, care au loc in norul sarcinii spatiale (analog curentului rezidual dintr-o dioda). Anodul continua sa atraga electronii din sarcina spatiala, insa intr-un numar mai mic, rezultând un curent anodic I_A mai mic când V_G > 0.
    In situatia când V_G < 0 grila incepe sa joace rol de frâna fata de electronii din sarcina spatiala, precum si fata de cei emisi de catod, respingându-i inapoi catre
catod. Curentul anodic se micsoreaza cu cât este mai mare, el devenind nul pentru o valoare a tensiunii de grila, numita tensiune de taiere, V_Gt.
    Cresterea tensiunii anodice determina, pentru o tensiune de grila data, cresterea curentului anodic.
    Curentul anodic depinde deci atât de tensiunea anodica (ca intr-o dioda) cât si de tensiunea de grila. Grila este insa mai apropiata de catod si de aceea influenteaza mai puternic circulatia electronilor; o anumita variatie a potentialului grilei are asupra curentului anodic un efect mai mare decât o variatie egala a potentialului anodului.
In practica, situatia cea mai des intâlnita este functionarea triodei cu grila negativa. Curentul de grila este neglijabil in raport cu curentul anodic existent la < . Acest lucru confera triodei proprietatea de amplificare de putere in sensul ca la o putere practic nula in circuitul grilei, apare o putere diferita de zero in circuitul anodic. Aceasta proprietate de amplificare, asociata cu proprietatea de a obtine o tensiune anodica de valoare mare pentru tensiuni de grila reduse, arata ca trioda poate fi considerata deopotriva atât amplificator de putere cât si de tensiune.
    Câmpul electric in trioda este influentat mai puternic de potentialul grilei decât de cel anodic. Efectul de ecranare al anodului de catre grila se caracterizeaza prin factorul de patrundere, D al grilei, definit astfel incât o tensiune V_A aplicata intre anod si catod produce in tub acelasi efect ca si o tensiune DV_A aplicata intre grila si catod.
    Factorul de patrundere sau, pe scurt, patrunderea, este o marime subunitara si masoara raportul dintre numarul liniilor de câmp care se inchid de la anod prin grila la catod si numarul total de linii de câmp care pleaca de la anod. Cu cât grila este mai rara si firul ei este mai subtire, patrunderea D este mai mare.
    Inversul factorului de patrundere poarta numele de factor de amplificare in tensiune, m , adica:

m = . (1.23)

1.8.2. LEGEA DE VARIATIE A CURENTULUI PRIN TRIODA

Conform celor afirmate mai sus, tensiunea echivalenta de grila poate fi scrisa:

= V_G + DV_A. (1.24)

In consecinta, trioda poate fi inlocuita cu o dioda echivalenta in care anodul este asezat in locul grilei.

Curentul total in tub, numit curent catodic sau spatial,

I_C = I_A + I_G (1.25)

este dat in regim de sarcina spatiala de legea 3/2 aplicata diodei echivalente. Astfel:

I_C = A_tr(V_G + DV_A)^3/2, (1.26)

unde A_tr este perveanta triodei, determinata de forma si dimensiunile electrozilor.

Daca tensiunea de grila este negativa, I_G » 0 si relatia (1.26) va da direct valoarea curentului anodic:

I_A = A_tr(V_G + DV_A)^3/2. (1.27)

Conditia de anulare a curentului anodic (I_A = 0) conduce la

V_Gt + DV_A = 0,

de unde tensiunea de taiere este:

V_Gt = - DV_A = (1.28)

1.8.3. CARACTERISTICILE STATICE ALE TRIODEI

    Plecând de la legea 3/2 pentru triode si de la relatia curentului spatial se vede ca pentru diferite valori V_A si V_G se obtin diferite valori ale lui I_C, I_A si I_G.
    Functia I_C depinzând de doua variabile V_A, V_G ar trebui reprezentata in spatiu, dar aceasta reprezentare fiind laborioasa, in practica se prefera reprezentarea functiei in plan.
    Caracteristicile statice ale triodei, unde marimile au semnificatia din figura 1.23, sunt:

Fig. 1.23. Marimile la borne ale triodei

        - caracteristica anodica sau de iesire ;

        - caracteristica de transfer ;

        - caracteristica de intrare ;

        - caracteristica de reactie .

    In general se folosesc primele doua tipuri de caracteristici care sunt reprezentate in figura 1.24.

 
 

a) b)

Fig. 1.24. Caracteristici statice de: a) iesire; b) de transfer

1.8.4. RELATIA DIFERENTIALA A CURENTULUI ANODIC SI PARAMETRII STATICI AI TRIODEI

Proprietatile triodelor se apreciaza prin valorile parametrilor lor.
Plecând de la functia I_A = f(V_G, V_A), diferentiala curentului anodic este:

dI_A = , (1.29)

iar variatiile finite in jurul unui punct de functionare sunt legate prin relatia:

D I_A = . (1.30)

1) Panta (statica) triodei, denumita si conductanta mutuala sau transconductanta, reprezinta variatia curentului anodic raportata la variatia corespunzatoare a tensiunii de grila in jurul unui punct de functionare M, la tensiune anodica constanta, adica:

S = . (1.31)

Se mai noteaza g_m si se masoara in . Geometric, S reprezinta panta tangentei la caracteristica de transfer intr-un punct de functionare (fig. 1.25).

2) Factorul de amplificare (static) se defineste ca raportul dintre variatia tensiunii anodice si variatia corespunzatoare a tensiunii de grila in jurul unui punct de functionare M, mentinând curentul anodic constant, adica:

m = . (1.32)

3) Rezistenta interna (statica) se defineste ca raportul dintre variatia tensiunii anodice si variatia corespunzatoare a tensiunii de grila in jurul punctului M, mentinând constanta tensiunea de grila, adica:

R_i = . (1.32)

Intre cei trei parametri statici exista relatia:

m = S× R_i sau D× S× R_i = 1 (s-a inlocuit m cu ). (1.33)

Relatia (1.29) devine:

dI_A = S dV_G + dV_A, sau (1.34)

R_i dI_A = m dV_G + dV_A. (1.35)

Pentru variatii finite relatiile (1.34) si (1.35) se scriu:

D I_A = S D V_G + D V_A, sau (1.36)

R_i D I_A = m D V_G + D V_A. (1.37)

Parametrii statici pot fi determinati grafo-analitic folosind caracteristicile anodice si de transfer.
Parametrii diferentiali medii se definesc prin relatiile:

S₀ = ; R_i0 = ; m₀ = . (1.38)

Parametrii statici ai triodei variaza cu curentul anodic. Acest lucru evidentiaza ca parametrii definiti depind de punct si ca caracteristicile statice nu sunt liniare.
Triodele se impart in trei categorii in functie de valorile factorului de amplificare static:

·         trioda de mica amplificare cu m < 20;

·         trioda de amplificare medie cu m = 30 ¸ 60;

·         trioda de amplificare mare cu m > 60, dar nu mai mare de aproximativ 100.

Tot in trei categorii, se impart triodele in raport cu rezistenta interna. Astfel exista:

·         triode de putere cu R_i < 2 kW ;

·         triode amplificatoare de tensiune cu R_i = 2 ¸ 5 kW ;

·         triode amplificatoare de tensiune cu R_i = 5 ¸ 50 kW .

1.8.5. POLARIZAREA TRIODEI. PUNCTUL STATIC DE FUNCTIONARE

Consideram circuitul din figura 1.26. Presupunem curentul de grila nul (I_G = 0).

Pentru determinarea analitica trebuie rezolvat sistemul de ecuatii:

(1.39)

In practica nu se lucreaza dupa aceasta metoda laborioasa, ci se prefera calculul grafo-analitic, in care pe caracteristicile statice ale triodei se realizeaza intersectia dintre (fig. 1.27):

·         caracteristica statica de functionare cu ecuatia:

I_A = A_tr (V_G +D V_A)^3/2, cu V_G = - E_G = V_G0;

·         dreapta de sarcina definita de ecuatia:

E_A = V_A + R_AI_A.

La intersectia dreptei de sarcina cu caracteristica statica aleasa (pentru V_G = - E_G) se obtine punctul M (V_A0, V_G0, I_A0). O alta schema de polarizare a triodei este schema cu negativarea automata a grilei (fig. 1.28).

Tensiunea grila-catod este V_GC = V_G - V_C = - I_GR_G - I_AR_C = = - I_AR_C, adica grila este negativa in raport cu catodul.

In cazul acestei scheme pentru determinarea PSF mai trebuie adaugata si ecuatia:

R_CI_A = , (1.40)

reprezentând dreapta de sarcina catodica.

Dreapta de sarcina totala va avea ecuatia:

E_A = V_A + (R_A + R_C) I_A (1.41)

Intersectia celor trei curbe: caracteristica statica anodica pentru V_G = V_G0, dreapta de sarcina totala si dreapta de sarcina catodica determina punctul static de functionare M (fig. 1.29).

 

 

Fig. 1.29. Stabilirea punctului static de functionare in cazul polarizarii triodei cu schema de negativare automata a grilei

Pentru curentul I_A = I_A0 tensiunea de negativare automata este V_GC = - R_CI_A0 = - V_G0.

Determinarea PSF se poate face si cu ajutorul caracteristicilor de transfer pentru ambele scheme de polarizare. In figura 1.30 sunt prezentate modalitatile de determinare a punctelor statice de functionare cu ajutorul caracteristicilor de transfer.

 

a) b)

Fig. 1.30. Stabilirea punctului static de functionare pentru:

a) schema de polarizare cu sursa separata de negativare a grilei;

b) schema de polarizare cu negativare automata a grilei.

In practica se folosesc ambele tipuri de negativare. Se remarca insa ca utilizarea negativarii automate determina o economie de surse de alimentare in c.c., ca si o mai buna stabilitate a PSF la variatiile tensiunilor surselor de alimentare in c.c. Exista insa situatii când tubul trebuie sa lucreze cu tensiuni pozitive de grila, sau cu tensiuni negative mai mari decât tensiunea de grila de taiere pentru o tensiune anodica stabilita. Evident, in asemenea cazuri numai schema cu sursa separata satisface.

1.8.6. FUNCTIONAREA TRIODEI IN REGIM DINAMIC DE SEMNAL UNIC

Pentru studiul acestui regim functional vom considera cazul functionarii in regim armonic (sinusoidal).
Consideram etajul de amplificare din figura 1.31.

Pe grila triodei se aplica, pe lânga tensiunea de polarizare V_G, o tensiune sinusoidala de mica amplitudine v_g = V_g sinw t (V_g << V_G).
In figurile 1.32 si 1.33 este reprezentata variatia punctului dinamic de functionare M, intre negativarile indicate de punctele M₁ si M₂, care semnifica extremitatile tensiunii de semnal aplicate pe grila.

Fig. 1.32. Utilizarea caracteristicilor statice de iesire pentru stabilirea variatiei punctului dinamic de functionare M intre limitele M₁, M₂ si prezentarea marimilor instantanee totale si a celor de semnal

Fig. 1.33. Utilizarea caracteristicilor statice de transfer pentru stabilirea variatiei punctului dinamic de functionare M intre limitele M₁, M₂ si prezentarea marimilor instantanee totale si a celor de semnal

La aplicarea unei alternante pozitive peste nivelul V_G0 = E_G, i_A creste, caderea de tensiune pe rezistenta anodica, R_Ai_A creste, deci v_A scade, pâna ce M ajunge in M₁. La aplicarea alternantei negative, negativarea grilei se mareste, curentul anodic se micsoreaza, caderea de tensiune R_Ai_A scade, deci v_A creste, pâna ce M ajunge in M₂.

Analizând modul cum variaza marimile de semnal putem spune ca i_a este in faza cu v_g si in antifaza (opozitie de faza) cu v_a, ceea ce se scrie in felul urmator:

(1.42)

Regimul dinamic al triodei cu negativare automata nu se deosebeste de cazul anterior, doar ca apare variatia potentialului catodului odata cu aparitia tensiunii de semnal aplicate pe grila. Acest lucru se datoreaza faptului ca aplicarea lui v_g pe grila determina aparitia curentului i_a in faza cu v_g, ceea ce duce la aparitia unei caderi de tensiune variabile egala cu R_Ci_a. Tensiunea totala pe R_C va fi R_Ci_A = R_C(I_A0 + I_asinw t). Tensiunea dintre grila si catod devine:

v_GC = v_G - R_Ci_A = (V_G + V_gsinw t) - R_C(I_A0 + I_asinw t) = = (V_g - R_CI_a) sinw t - R_CI_A0. (1.44)

Analizând relatia (1.44), se observa ca, intre grila si catod nu actioneaza semnalul de amplitudine V_g ci unul de amplitudine (V_g - R_CI_a), ceea ce inseamna ca curentul anodic resimte mai putin influenta semnalului aplicat, iar amplitudinile rezultate in anod se micsoreaza.

Se impune deci o evitare a acestui fapt, lucru ce se realizeaza prin scurtcircuitarea lui R_C in regim dinamic, adica prin decuplarea catodului cu o capacitate C_C, ca in figura 1.34. Scurtcircuitarea lui R_C cu ajutorul lui C_C se face cu atât mai greu cu cât frecventa semnalului aplicat este mai mica.

Fig. 1.34. Scurtcircuitarea lui R_C cu condensatorul C_C in regim dinamic

Circuite echivalente de semnal mic ale triodei

Metoda frecvent folosita in practica este aceea prin care tubul se inlocuieste in regim dinamic cu o serie de elemente pasive (rezistente, capacitati) si generatoare de tensiune sau curent comandate, rezultând asa-numitele circuite echivalente.

Relatia diferentiala dintre curentul anodic si parametrii statici ai triodei: dI_A = SdV_G + dV_A, devine in regim dinamic de semnal mic:

di_A = Sdv_G + dv_A, (1.45)

sau

i_a = Sv_g + v_a. (1.46)

Tinând cont de relatia SR_i = m , relatia (1.46) mai poate fi scrisa:

R_ii_a = m v_g + v_a. (1.47)

Pentru curentul alternativ sursele de tensiune continua reprezinta un scurtcircuit (a se vedea NOTA). In consecinta, circuitul din figura 1.34, tinând cont si de scurtcircuitarea lui R_C de catre C_C, devine cel din figura 1.35.

 
 

Fig. 1.35. Circuitul echivalent in curent alternativ al circuitului din fig. 1.34.

Plecând de la circuitul din fig. 1.35, rezulta:

v_a = - R_Ai_a. (1.48)

Inlocuind pe v_a dat de (1.48) in (1.47), obtinem:

R_ii_a = m v_g - R_Ai_a

i_a = . (1.49)

Inlocuind pe i_a dat de (1.48) in (1.46), obtinem:

= Sv_g + v_a

v_a = - Sv_g (1.50)

Interpretarea relatiei (1.49) permite substituirea in regim dinamic a schemei reale a circuitului, printr-un circuit echivalent, in care tubul este inlocuit printr-o sursa de curent constant comandat in tensiune de valoare Sv_g, având o rezistenta interna R_i in paralel, ca in figura 1.36, a. Interpretarea relatiei (1.50) permite substituirea in regim dinamic a schemei reale a circuitului, printr-un circuit echivalent, in care tubul este inlocuit printr-o sursa de tensiune electromotoare de valoare m v_g, având o rezistenta interna R_i in serie, ca in figura 1.36, b.

a) b)

Fig. 1.36. Circuitul echivalent al unui tub:

a) cu un generator de curent;

b) cu un generator de tensiune electromotoare

NOTA.

Punctele dintr-o schema reala ale caror potentiale sunt fixe (invariabile in timp), sunt denumite puncte reci sau puncte puse la masa. Punctele ale caror potentiale pot oscila (pot avea o componenta variabila) fata de masa montajului, sunt denumite puncte calde. Punerea la masa trebuie inteleasa din punct de vedere al curentului alternativ, in sensul ca intre punctul respectiv si masa nu exista tensiune alternativa, dar poate exista tensiune continua. Astfel, bornele surselor de polarizare de curent continuu sunt puncte reci, deci nu intervin in circuitele echivalente, fiind considerate ca scurtcircuite pentru curentul alternativ.

In circuitele echivalente toate punctele reci apar suprapuse, adica exista un singur punct pus la pamânt.

Circuitele din figura 1.36. sunt valabile pentru oricare din tuburile studiate.

Parametrii dinamici ai tuburilor electronice in domeniul frecventelor centrale din spectrul de audiofrecventa

Orice amplificator poate fi reprezentat ca un cuadripol (diport) ca in figura 1.37, caracterizat de urmatorii parametrii dinamici: amplificarea de tensiune (A_V), amplificarea de curent (A_I), impedanta de intrare (Z_i) si impedanta de iesire (Z_o). Toti acesti parametri pot fi calculati folosind unul din circuitele echivalente (fig. 1.36, a sau 1.36, b). In continuare, vom folosi echivalarea tubului cu un generator de curent constant comandat in tensiune.

Fig. 1.37. Schema cuadripolara a unui amplificator de tensiune

Un tub electronic poate fi folosit in etajele de amplificare conectat cu:

- catodul la masa;

- grila la masa;

- anodul la masa.

De remarcat ca electrodul mentionat se afla conectat la masa, din punct de vedere alternativ (in regim dinamic), conectarea la masa realizându-se cu ajutorul unor condensatoare care constituie scurtcircuit pentru frecventa corespunzatoare semnalului sinusoidal aplicat la intrarea etajului de amplificare.

Parametrii dinamici ai tubului cu catodul la masa

In figura 1.38 este prezentata schema electrica a unui etaj de amplificare cu trioda in conexiunea cu catodul la masa.

Fig. 1.38. Etaj de amplificare cu trioda cu catodul la masa

Rolul componentelor din schema:

o        R_g si R_c realizeaza negativarea automata a grilei;

o        C_i are rolul de a bloca componenta continua I_G a curentului de grila sa afecteze curentul furnizat de generatorul de semnal;

o        C_o nu permite componentei continue I₀ a curentului de iesire sa treaca prin rezistenta de sarcina R_L;

o        C_c conecteaza in regim dinamic catodul la masa.

Inlocuind tubul cu schema echivalenta cu generator de curent constant, in regim dinamic de semnal mic rezulta schema din figura 1.39.
 
 

Fig. 1.39. Schema echivalenta in regim de semnal mic a circuitului din fig. 1.38.

Amplificarea de tensiune

A_V,T = 

= - m. (1.51)

Amplificarea in curent

A_I,T = . (1.52)

Impedanta de intrare

Z_i,T = . (1.53)

Daca potentialul grilei se mentine tot timpul negativ, nu exista curent anodic in grila, deci sursa de semnal lucreaza in gol, ceea ce inseamna ca tubul prezinta la intrare o impedanta infinita si circuitele principale ale tubului, cel de intrare si cel de iesire, sunt independente unul de celalalt. Când se lucreaza la frecvente inalte, cele doua circuite se cupleaza prin capacitatea grila-anod si in circuitul de grila ia nastere un curent diferit de zero (fig. 1.40).

Fig. 1.40. Circuitul echivalent pentru determinarea lui Z_i

Z_i,T =  =

= .(1.54)

Impedanta de iesire a tubului este definita astfel:

Z_o,T = , (1.55)

unde V₁ este tensiunea aplicata la iesire in conditiile pasivizarii sursei de semnal (E_g = 0) si conditii de functionare in gol la iesire (R'_L ® ¥ ). E_g = 0 implica V_g = 0, deci generatorul de curent SV_g din circuitul de iesire nu exista, rezultând circuitul din figura 1.41.
 
 

Fig. 1.41. Schema echivalenta a circuitului pentru calculul impedantei de iesire a tubului

Z_o,T =  (1.52)

In acelasi mod se pot calcula si parametrii dinamici ai tubului pentru conexiunile grila la masa si anod

1.8.7. CARACTERISTICA DINAMICA

In regim dinamic, punctul instantaneu de functionare descrie in planul caracteristicilor statice ale tubului un loc geometric denumit caracteristica dinamica (segmentul M₁M₂ din figurile 1.32 si 1.33).
Consideram circuitul de amplificare din fig. 1.38. In regim dinamic rezistenta de sarcina este R'_L=R_AïçR_L. In acest caz, caracteristica dinamica nu se mai gaseste pe dreapta de sarcina statica, ci pe dreapta de sarcina dinamica.

Fig. 1.42. Caracteristica dinamica

Dreapta de sarcina dinamica are panta tg a_d = R'_L = , diferita de panta dreptei de sarcina statica tg a = R_A + R_C.

Ecuatia dreptei de sarcina dinamica reprezentata in planul i_a(t) - - v_a(t) este:

v_a(t) = - R'_L×i_a(t). (1.53)

Lungimea caracteristicii dinamice depinde de amplitudinea semnalului. Caracteristica dinamica trebuie sa se gaseasca in intregime in interiorul regiunii permise. Astfel, nu se permite ca sa se depaseasca curba limita corespunzatoare puterii de disipatie maxima. De asemenea, pentru a se reduce distorsiunile, se alege o zona mai liniara din planul caracteristicilor statice si se evita patrunderea semnalului in zona de taiere sau saturatie.

1.9. TETRODA

Tetroda este tubul cu patru electrozi, dintre care doua grile aflate intre anod si catod. Una din grile este grila de comanda sau simplu grila, iar cea de-a doua este grila ecran sau simplu ecranul.
Ecranul joaca rolul unui ecran electrostatic intre grila si anod, reducând apreciabil capacitatea dintre acesti doi electrozi. Grila a doua se face cu atât mai deasa, cu cât ecranarea trebuie sa fie mai completa.
Intre ecran si catod se aplica o tensiune continua pozitiva, numita tensiune de ecran, care, de obicei, este mai mica sau cel mult egala cu tensiunea anodica. Potentialul ecranului fiind pozitiv in raport cu catodul, o parte din electronii plecati de la catod sunt atrasi de ecran, deci prin tub circula un curent de ecran, care este de obicei de câteva ori mai mic decât curentul anodic.
Curentul catodic este egal cu suma curentilor corespunzatori tuturor electrozilor pozitivi fata de catod, adica anodul si ecranul. In figura 1.43. este reprezentata polarizarea tetrodei cu ajutorul a trei surse de tensiune continua.
Familiile de caracteristici statice cuprind, in principal:

·         caracteristicile statice de transfer:  si 

Fig. 1.43. Polarizarea tetrodei

·         caracteristicile statice de iesire:  si 

In figura 1.44. sunt reprezentate câte o singura caracteristica de iesire corespunzatoare acelorasi valori pentru V_G si V_E.

 
 
 
 

Fig. 1.44. Caracteristicile statice de iesire I_A = I_A(V_A), I_E = I_E(V_A) pentru V_G = ct., V_E = ct. si efectul dinatron

    Forma caracteristicilor de iesire se explica prin efectele emisiei secundare la anod si ecran. Astfel, pentru V_A = 0V, fluxul de electroni strabate spatiul dintre catod si ecran, rezultând un curent I_E mare, provenit din sarcina spatiala, iar I_A = 0. Pe portiunea OA, pe masura ce V_A creste, curentul anodic creste si el, intrucât câmpul anodic incepe sa extraga tot mai multi electroni din sarcina spatiala ce formeaza un catod fictiv intre ecran si anod. Aceasta sarcina spatiala se constituie din electronii de emisie secundara ce apar la ecran pentru V_E > 10 V. Acesti electroni sunt atrasi de anod si sunt cu atât mai multi cu cât V_A este mai mare. Rezulta o crestere a curentului I_A (portiunea OA). Deoarece I_C este aproximativ constant, I_E scade (portiunea OA').
    Aceasta situatie se mentine pâna când V_A atinge 10-15 V, la care electronii captati de anod (cei care formeaza curentul I_A) sunt accelerati suficient pentru a crea emisie secundara la anod. Deoarece V_E > V_A = 10-15 V, electronii proveniti din emisia secundara de la anod sunt atrasi de ecran, rezultând cresterea lui I_E. Cum curentul total prin tetroda (I_C) este aproape constant, rezulta ca I_A = I_C - I_E descreste ca valoare, deci A'B' este crescatoare, iar AB este descrescatoare. Aceasta situatie se mentine pentru domeniul de tensiuni anodice cuprinse intre cea minima necesara declansarii emisiei secundare (10 ¸ 15 V) si valoarea V_A mai mica, dar apropiata de valoarea tensiunii de alimentare a ecranului V_E, adica pâna când ecranul se mentine pozitiv in raport cu anodul si este in stare sa atraga electronii proveniti din bombardamentul anodului. Pe portiunea BCD (pentru I_A) si B'C'D' (pentru I_E), tensiunea anodica creste la valori mai mari decât V_E, iar electronii secundari de la anod revin pe acesta intrând in componenta lui I_A. La valoarea aproximativ constanta a curentului I_C, cresterii lui I_A ii corespunde o scadere a lui I_E, ceea ce corespunde portiunilor de caracteristici BCD (crescatoare) si B'C'D' (descrescatoare).

    Pentru V_A > V_E o parte mica a liniilor de câmp anodic strabat in spatiul grila-catod, cresterea lui I_A fiind de mica valoare (portiunea CD a caracteristicii).
    Portiunea ABC a caracteristicii I_A = I_A(V_A) poarta numele de zona cu efect dinatron si se caracterizeaza pe portiunea AB prin aparitia unei rezistente interne negative in circuitul anodic:

, (1.53)

deoarece la o crestere D V_A a tensiunii anodice ii corespunde scaderea (-D I_A) a curentului anodic.
    Efectul dinatron inceteaza când V_A»V_E. Situarea punctului static de functionare a tetrodei in zona de rezistenta negativa se caracterizeaza prin instabilitate functionala si prin determinarea aparitiei oscilatiilor in sistem. Aceasta zona (AB) este zona in care tetroda functioneaza ca oscilator.
    Daca tetroda functioneaza in regim de amplificator, zona utilizata este zona pentru care V_A > V_E, adica la tensiuni anodice mari, ceea ce determina o limitare drastica a domeniului de functionare a tetrodei ca amplificator. Din aceasta cauza tetrodele obisnuite se folosesc ca amplificatoare doar in cazuri foarte rare sau in scopuri speciale

1.10. TETRODA CU FASCICUL DIRIJAT

    Tetroda cu fascicul dirijat are proprietatea ca inlatura zona cu efect dinatron caracteristica tetrodelor obisnuite. S-a constatat ca efectul dinatron (efect deranjant) dispare daca distanta dintre ecran si anod este de 8-10 ori mai mare decât distanta dintre catod si ecran. Un efect similar se obtine prin marirea densitatii de sarcina electrica in spatiul ecran-anod. Pentru a mari densitatea de sarcina in spatiul ecran-anod, electronii care circula de la catod la anod sunt dirijati in fascicule inguste, de unde si denumirea tubului. In fig. 1.45 este prezentata o sectiune si simbolul tubului.

a) b)

Fig. 1.45. Tetroda cu fascicul dirijat: a) sectiune; b) simbol

    Pentru a preveni trecerea electronilor spre pantele marginale ale anodului si a realiza concentrarea lor in fascicule, tubul are doua placi de deflexie, diametral opuse, situate in spatiul anod-catod. Ele au acelasi potential cu catodul. Particularitatea constructiva esentiala este marea distanta dintre anod si ecran. In acest fel, electronii de emisie secundara de la anod intâlnind in spatiul anod-ecran electroni primari care se deplaseaza spre anod sunt respinsi de acestia spre anod si sunt atrasi in cantitate mica de ecran. Ca urmare, in zona anod-catod se formeaza o sarcina spatiala, obtinându-se un câmp de frânare in calea electronilor de emisie secundara, care continua sa fie produsi si sa imbogateasca sarcina spatiala, marindu-i proprietatile de frânare.

1.11. PENTODA

    Schimbul de electroni secundari intre anod si ecran poate fi impiedicat prin introducerea intre acesti electrozi a unei grile suplimentare denumita grila de oprire sau grila supresoare sau, simplu, supresor.
    Rezulta un tub cu cinci electrozi numit pentoda. Un circuit de amplificare cu pentoda este prezentat in fig. 1.46.

Fig. 1.46. Circuit de amplificare cu pentoda

    Rolul supresorului este de a frâna electronii din emisia secundara anodica. Mecanismul neutralizarii efectului dinatron este urmatorul: supresorul este polarizat fie negativ in raport cu catodul, fie la acelasi potential cu el, astfel incât electronii de emisie secundara anodica sunt respinsi de câmpul de frânare dintre anod si supresor si returnati anodului, astfel incât curentul anodic nu mai scade, iar curentul de ecran nu mai creste.
    De asemenea, scade capacitatea anod-grila, ceea ce determina o comportare foarte buna in regim de amplificare si o buna stabilitate functionala, comportarea la frecvente mari fiind lipsita de fenomene oscilatorii parazite, intr-un anumit regim dat.
    Caracteristicile statice anodice ale pentodei sunt reprezentate in figura 1.47.

Fig. 1.47. Caracteristicile statice anodice ale pentodei

1.12. TUBURI SCHIMBATOARE DE FRECVENTA

    Fenomenul de schimbare de frecventa este folosit intr-o serie de echipamente radioelectronice, dar cel mai mult este folosit in receptoarele superheterodina.
    Exista doua tipuri de schimbare a frecventei:
    - multiplicativ;
    - aditiv.

1.12.1. SCHIMBATORUL DE FRECVENTA MULTIPLICATIV

    In figura 1.48. este prezentata schema bloc a unui schimbator de frecventa multiplicativ.

Fig. 1.48. Schimbator de frecventa multiplicativ

    Schimbatorului de frecventa i se aplica din exterior, pe doi electrozi diferiti, semnalul util v_s de frecventa f_s, asupra caruia trebuie sa se faca schimbarea de frecventa si un semnal auxiliar v_h de frecventa f_h provenind de la un oscilator local. Tubul schimbator de frecventa este polarizat astfel incât sa functioneze neliniar. Semnalul de iesire din schimbator este un semnal v_i având frecventa f_i, cunoscuta sub numele de frecventa intermediara, mai mica decât frecventa f_s.
    Schimbarea de frecventa multiplicativa este folosita in mod curent la frecventele obisnuite (gamele de unde lungi, medii si scurte) si poate fi efectuata cu ajutorul pentodelor, dar fara rezultate prea bune. De aceea, pentru schimbarea de frecventa s-au construit tuburi speciale multigrile.
    Dupa modul in care se aplica semnalul util si cel auxiliar exista tuburi amestecatoare de frecventa, la care ambele semnale se aplica tubului din exterior si tuburi convertoare de frecventa, la care se aplica din exterior numai semnalul util, iar semnalul auxiliar (local) este generat chiar de catre tub.

1.12.2. HEXODA, HEPTODA SI OCTODA

    In figura 1.49 este prezentat simbolul hexodei. Rolul grilelor este:
    G1 - grila de semnal;
    G2 - grila ecran;
    G3 - grila de comanda pentru oscilatia locala;
    G4 - grila ecran.

 
 

Fig. 1.49. Simbolul hexodei

    Grilele 2 si 4 se conecteaza impreuna. Hexoda are dezavantajul ca, la anod sa se comporte ca o tetroda, adica sa apara efectul dinatron. Acest neajuns se elimina introducând intre G4 si anod a o grila supresoare care se conecteaza la catod. Se obtine astfel heptoda amestecatoare de frecventa. Daca grila supresoare se conecteaza la un potential pozitiv ea functioneaza ca ecran, iar heptoda va fi convertoare. In acest caz, catodul si grilele G₁ (negativa) si G₂ (pozitiva) formeaza o trioda care indeplineste functia de oscilator local. Grila G₂ indeplineste rolul de anod in aceasta trioda. Intre grilele G₃ si G₄ se formeaza o sarcina spatiala care indeplineste rolul unui catod fictiv, care, impreuna cu grilele G₄, G₅ si anod formeaza o tetroda. Catodul fictiv al acestei "tetrode" nu are o emisie continua ci una determinata de oscilatia locala, deci o emisie având frecventa semnalului oscilatiei locale. Din acest catod cu emisie fluctuanta pornesc mai departe electroni care trec prin G₄ spre anod. Pe G₄ se aplica semnalul util v_s, astfel incât fluxul electronic va suferi o noua transformare in intensitate datorita semnalului v_s. La anod se va obtine un semnal care are o componenta de frecventa intermediara.
    Adaugând la heptoda inca o grila supresoare, G₆, care se conecteaza la masa, se obtine octoda convertoare a carei functionare este identica cu a tubului de mai sus, dar care in locul tetrodei de la iesire are o pentoda.

1.12.3. SCHIMBATORUL DE FRECVENTA ADITIV

    In cazul schimbatorului de frecventa aditiv, atât semnalul v_s cât si semnalul v_h se aplica la acelasi electrod al tubului. Schimbarea de frecventa aditiva poate fi realizata cu triode sau pentode la care se aplica ambele semnale v_s si v_h pe grila de comanda. Acest tip de schimbare de frecventa nu se foloseste la frecvente obisnuite ci, in special, in domeniul frecventelor ultrainalte.