Curs Electronica

ELECTRONICA APLICATA

1. Noţiuni introductive

1.1.Semnale electrice
Def: - semnal - orice variabilă în timp purtătoare de informaţie.
Semnalul electric - orice semnal de natură electrică - tensiunea electrică, intensitatea curentului electric .
Semnale- pot fi continue sau variabile.
Daca un semnal poate lua toate valorile posibile dintr-un interval finit sau infinit semnal cu valori continue. Atat
semnalele analogice cat si cele discrete pot avea valori continue.
Semnal variabil - orice semnal care variază în timp, s = s(t). (Aceasta se aplică la orice tip de semnal: curent
alternativ i = i(t), forţa electromotoare alternativa (e.m.f.) e = e(t), flux magnetic Φ = Φ(t), si altor mărimi electrice
(tensiunea, etc.) si magnetice.)

În funcţionarea circuitelor, mărimile electrice (tensiuni, curenţi, etc.) nu rămân constanţi, ci variază.
Se prezintă în continuare semnalele cele mai întâlnite în practică.
a) Semnale sinusoidale
- sunt frecvent utilizate atât în descrierile teoretice, cât şi în verificările experimentale privind circuitele
electrice.
- un semnal alternativ care variază cu timpul astfel ca oricare din valorile sale se repeta la intervale regulate de
timp T, este numit semnal periodic.
Un semnal sinusoidal are expresia generală: s(t) = A sin ( ωt + φ) , cu ω = 2πν = 2π/T
unde A – amplitudinea semnalului, ω – pulsaţia semnalului, φ – faza iniţială, ν – frecvenţa , T – perioada semnalului.

De obicei semnalele urmărite în practică sunt tensiuni, caz în care amplitudinea se măsoară în volţi. Frecvenţa
semnalului se măsoară în Hz, pulsaţia (ω) în rad/s.
Pentru exprimarea amplitudinii unui semnal periodic se utilizează uneori valoarea efectivă - egală cu valoarea
tensiunii continue (sau a curentului continuu), care ar dezvolta într-o rezistenţă dată aceeaşi putere ca şi tensiune
periodică (curentul periodic) considerată.

În cazul semnalului sinusoidal de forma u = U
m
sin( ωt + φ) , relaţia dintre tensiune efectivă U
ef
şi amplitudinea U
m
a
unei tensiuni este: U
ef
=
2
U
m
m
U 707 , 0 ≅
Analog pentru curenţi: I
ef
=
2
I
m
m
I 707 , 0 ≅
Rezultă putere efectivă : P = U
ef
I
ef
=
2
I U
m m


b) Semnale rectangulare
În fig. următoare s-au reprezentat semnale de tip rectangular numite şi impulsuri - definite prin durată
(lăţimea impulsului) şi amplitudine.
În fig. a şi b sunt reprezentate impulsuri pozitive iar în fig. c şi d – impulsuri negative, reprezentate deasupra
respectiv sub nivelul de referinţă.
După sensul de variaţie pe durata primului front se disting – impulsuri crescătoare( u
1
şi u
4
) şi impulsuri
căzătoare ( u
2
şi

u
3
).

(a) (b)

(c) (d)

c) Alte tipuri de semnale
• semnale treaptă unitate – pentru care se foloseşte notaţia γ (t), simulează comutarea la momentul t
o
a unui
întrerupător.

• semnale dinte de fierăstrău







• semnale triunghiulare



1.2. Curentul electric
O deplasarea ordonată de particule încărcate cu sarcină electrică sub acţiunea câmpului electric formează un curent
electric. Astfel de particule poartă numele de purtători de sarcină.
Curentul electric se poate datora mai multor tipuri de purtători de sarcină.
- în gaze purtătorii de sarcină sunt atât electronii cât şi ionii încărcaţi pozitiv, în metale ei sunt electronii de
conducţie, în semiconductori sunt electronii şi golurile, etc.
Deci, pentru a avea un curent electric intr-un mediu oarecare acesta trebuie să conţină purtători de sarcină
electrica capabili să se deplaseze sub acţiunea unui câmp electric. Un mediu fără purtători de sarcină capabili să se
deplaseze sub acţiunea unui câmp electric poartă numele de izolator.
t
u
γ(t)
u
u
t
t
În cazul unui metal, aflat la o temperatură peste 0 K, electronii sunt într-o continuă stare de agitaţie termică. Prin
aplicarea unui câmp electric, peste mişcarea de agitaţie termică se suprapune o mişcare ordonată a electronilor ce vor fi
dirijaţi în sens invers câmpului electric. Un astfel de mediu poartă numele de conductor.
Se numeşte curent electric - mişcarea dirijată a sarcinilor electrice sub influenţa câmpurilor electrice create
de sursele de energie electrică.
Există mai multe tipuri de surse: acumulatoare, baterii uscate, baterii solare, celule termoelectrice, celule
fotoelectrice, etc. Cei mai utilizaţi sunt generatorii electrici, care transferă energia mecanică în energie electrica.
Starea electrocinetică poate fi pusă în evidenţă prin anumite efecte:
- efectul magnetic - în vecinătatea conductoarelor parcurse de curenţi electrici asupra unui ac magnetic se
manifestă forţe şi cupluri care nu existau în lipsa stării electrocinetice. Aceste forţe şi cupluri acţionează atât asupra
corpurilor aflate în mişcare şi încărcate cu sarcină electrică cât şi asupra unor corpuri aflate în stare de magnetizare;
- efectul mecanic - acesta trebuie corelat cu efectul magnetic deoarece este vorba de forţe ce se exercită asupra
conductoarelor parcurse de curenţi electrici aflate în câmp magnetic sau între conductoarele parcurse de curenţi
electrici;
- efectul caloric - conductoarele parcurse de curenţi se încălzesc;
- efectul chimic - la trecerea curenţilor electrici prin soluţii de acizi, baze sau săruri în interiorul acestora apar
reacţii chimice;
- efectul luminos - apare în anumite condiţii ca o consecinţă a efectului caloric (ex. filamentul unei lămpi cu
incandescenţă) sau alteori apare independent ca în cazul descărcărilor electrice în gaze rarefiate;

1.2.1 Intensitatea curentului electric
Existenţa unui câmp electric în conductoare determină o stare specifică, numită stare electrocinetică. În această
stare, conductoarele electrice sunt sediul unor transformări energetice, semnalate prin efecte mecanice, termice,
magnetice sau chimice.
Intensitatea curentului electric este o mărime fizică scalară care reprezintă sarcina electrică netă care
traversează suprafaţa transversală a unui conductor, în unitatea de timp:
t
q
I
∆
∆
=
Dacă curentul nu este constant în timp, atunci vom considera limita raportului:
dt
dq
t
q
lim i
0 t
=
∆
∆
=
→ ∆
,

În SI, intensitatea este considerată ca o mărime fizică fundamentală, unitatea sa de măsură fiind amperul (A).
Amperul este curentul electric care, menţinut în două conductoare paralele şi rectilinii, de lungime infinită şi secţiune
circulară neglijabilă, aflate în vid la distanţa de 1m unul de altul, produce o forţă între conductoare de 2x10
-7
N/m.
Se admite prin convenţie că sensul pozitiv al curentului I este opus sensului de deplasare al electronilor.



1.3.Tensiunea electrica
Definitii:
Tensiunea electrică între două puncte ale unui circuit electric - diferența de potențial între cele două puncte și este
proporțională cu energia necesară deplasării de la un punct la celălalt a unei sarcini electrice.
Tensiunea electromotoare (caracterizează sursa) - mărimea fizică scalară egală cu raportul dintre lucrul total efectuat
de câmpul electric pentru a transporta sarcina electrică pe întregul circuit și mărimea sarcinii electrice.
Pentru tensiunea electrică se vor folosi notaţiile U şi u.
U=
q
L

unde: U - tensiune electromotoare; L - lucrul forței electrice; q - sarcina electrică.
Tensiunea electrică- diferenta de potential electric între oricare doua puncte dintre circuit.
Tensiunea electromotoare, E - diferenta de potential între bornelele unei surse de tensiune (baterii).
Tensiunea electromotoare a unei surse este egală cu suma dintre tensiunea la bornele sursei și căderea de tensiune
internă.
E = U + u .

Unitatea de măsură pentru t. e. m., în SI este voltul, [V]. Aparatul de măsură – voltmetru.

Surse de tensiune au simbolurile de circuit:






1.4. Conducţia electrică
Prin conducţie electrică se înţelege fenomenul de transport al sarcinilor electrice sub influenţa câmpurilor
electrice.
În marea majoritate a materialelor conductoare aflate în stare electrocinetică se constată că densitatea de curent
J
r
în orice punct este proporţională cu suma dintre intensitatea câmpului electric şi intensitatea câmpului electric
imprimat: ( )
i
E E J
r r r
+ σ = respectiv J E E
i
r r r
ρ = + unde
ρ
= σ
1

Constanta de proporţionalitate - conductivitate electrică σ, iar
ρ
= σ
1
- rezistivitatea electrică şi este o constantă de
material.
Rezistivitatea electrică ρ - proprietatea specifică unui anumit material de a se opune trecerii curentului prin acesta.
Conductivitatea electrică, denumită şi conductibilitate electrică, caracterizează capacitatea unui material de a
permite deplasarea electronilor prin acesta.
Rezistivitatea materialelor conductoare variază cu temperatura după o lege de forma:
( ) [ ]
1 2 1 t t
t t t 1
1 2
− α + ρ = ρ ,
în care: ρ
t2
, ρt
1
sunt rezistivităţile la temperatura finală t
2
, respectiv iniţială t
1
;
α
t1
reprezintă coeficientul de temperatură, la temperatura t
1
.
Unităţile de măsură ale rezistivităţii şi conductivităţii în SI sunt [ρ]
SI
= Ω m, respectiv, ia[σ]
SI
= S / m iar în tehnică,
datorită în special a caracterului filiform a conductoarelor, adesea se utilizează Ω mm
2
/m, sau S m / mm
2
.
Principalele materiale conductoare au la temperatura de 20
o
C, conductivităţile: σ
Cu
(20
o
C) = 56, …, 59 S m / mm
2
,
σ
Al
(20
o
C) = 33,3, …, 35,7 S m / mm
2
.
- conductivitatea electrică şi rezistivitatea electrică sunt mărimi fizice caracteristice materialelor utilizate în
electrocinetică .
Trebuie menţionat faptul că inclusiv materialele izolante folosite în tehnică nu au o conductivitate electrică nulă, ele nu
sunt izolatoare perfecte.
Materialele se împart, după valorile rezistivităţii în:
- materiale izolante, la care rezistivitatea ρ = ÷ ⋅ 10 10
8 20
Ω m;
- materiale conductoare, cu rezistivitatea ρ = ÷ ⋅
− −
10 10
6 8
Ω m;
- materiale semiconductoare, cu rezistivitatea . m 10 10
8 5
⋅ Ω ÷ = ρ
−

Dintre materialele conductoare metalice folosite în tehnică, argintul are rezistivitatea cea mai mică, dar fiind
un material preţios utilizarea lui este limitată.
Materialul conductor de bază folosit pentru conductoarele electrice este cuprul, având o rezistivitatea cu puţin mai
mare decât a argintului. De aceea cuprul este un metal deficitar, el este frecvent înlocuit cu aluminiul (cabluri electrice,
linii aeriene, colivii ale unor maşini asincrone etc.) .


1.4.1 Legea conducţiei electrice. (Legea lui Ohm pe o prtiune de circuit)
Pentru conductoare liniare şi izotrope, legea conducţiei electrice numită şi legea lui Ohm se poate scrie sub forma:
E J σ = respectiv: J E ρ =
unde σ este o constantă de material numită conductivitatea electrică.
Pentru a deduce forma integrală a legii conducţiei electrice vom integra expresia pentru o porţiune 1-2 a unui conductor


∫ ∫
ρ = ⋅
2
1
2
1
s d J s d E
Integrala se va efectua în lungul liniei mijlocii a conductorului, vectorul ds fiind orientat dinspre punctul 1 spre 2.
Vom presupune că în conductor vectorii E şi J sunt colineari, şi având aceeaşi orientare cu ds .
Dar:
∫ ∫ ∫ ∫
ρ ⋅ = =
ρ
ρ = ρ =
2
1
2
1
2
1
2
1
12
S
l
i
S
ds
i ds
i
s d J iar u s d E
prin urmare:
S
l
i u
12
12
ρ ⋅ =
Am presupus că suprafaţa S a secţiunii transversale a conductorului este constantă, materialul conductorului are
rezistivitatea ρ; l
12
este lungimea conductorului.
Mărimea:
S
l
S
l
R
σ
= ρ = - rezistenţa electrică a conductorului între două puncte.
Rezistenţa electrică R a unui conductor depinde de rezistivitatea acestuia, simbolizată prin litera grecească ρ (ro), de
lungimea conductorului (l) şi de aria secţiunii transversale.
Rezistenţa conductorului creşte odată cu lungimea acestuia şi scade odată cu creşterea ariei secţiunii transversale.
Se scrie - U = IR - legea lui Ohm pentru o porţiune de circuit.
Conductorul - R sau r, si poartă numele de rezistor. Frecvent în limbajul curent se utilizează pentru rezistor denumirea
de “rezistenţă”.
Mărimea inversă, notată cu G: G = 1/R se numeşte conductanţă şi se măsoară în siemens (S). Dacă mediul conductor
este neliniar simbolul rezistorului este cel din cazurile c,d.

1.4.2. Legea lui Ohm pentru un circuit electric închis
Dacă la bornele unei surse se leagă în exterior un consumator de rezistenţă R în circuit apar două căderi de
tensiune, una pe rezistenţa exterioară:
R I U ⋅ =
şi alta pe rezistenţa interioara a sursei: r I u ⋅ = ,
și un curent:
R
U
R
V V
I =
−
=
2 1









- legea lui Ohm arată că între tensiunea electromotoare E a sursei şi căderile de tensiune există relaţia:
u U E + = sau r I R I E ⋅ + ⋅ = ;
( ) r R I E + = .
sau
r R
E
I
+
= – Legea lui Ohm pentru un circuit închis.
Valoarea curentului din circuit este constantă atâta timp cât şi valoarea tensiunii electromotoare a sursei şi a
rezistenţelor este constantă.
E; r
R
Pentru o porţiune de circuit, forma integrală a legii lui Ohm este:
R
V V
R
U
I
2 1
−
= =

1. 4. 3. Legea Joule-Lenz
Deplasarea sarcinilor electrice sub formă de curent printr-un circuit electric se face în contul energiei debitate de
sursa de curent din circuit. În interiorul rezistorului (conductorului) la trecerea curentului electric are loc o conversie
ireversibilă de energie electrică în energie internă (termică) a rezistorului.
Joule şi Lenz au observat experimental că în rezistor apare o căldură proporţională cu rezistenţa lui, cu pătratul
curentului şi cu timpul:
t I R Q
2
⋅ = – Legea Joule-Lenz
Dacă intensitatea este variabilă în timp, atunci:

∫
=
t
dt Ri Q
0
2
- Legea Joule-Lenz (forma integrală),
unde i – intensitatea curentului variabil.
Considerăm un conductor omogen, la capetele căruia se aplică tensiunea
2 1
V V U − =
, dupa un timp dt, prin
fiecare secţiune a conductorului trece sarcina: idt dq =
şi se cheltuie un lucru mecanic: dt Ri Uidt Udq dW
2
= = = , efectuat de forţele câmpului electric asupra
sarcinilor electrice.
Legea lui Joule – Lenz exprimă căldura produsă pe întregul conductor considerat.
Pentru a determina căldura în diferite puncte ale conductorului (domenii infinitezimale) se consideră un element
de conductor de lungime l.
Conform legii Joule-Lenz, în timpul dt se produce căldura ∆Q.
( ) Vdt j dt j S
S
l
dt Ri Q ∆ = ⋅
∆
= = ∆
2 2 2
ρ ρ
unde S l V ⋅ ∆ = ∆ este volumul elementului de conductor.
Astfel căldura ∆Q raportată la unitatea de timp şi unitatea de volum se numeşte putere specifică (W) a
curentului.
2
j W ⋅ = ρ – forma diferenţială a legii Joule-Lenz

1.5. Legi şi teoreme fundamentale privind circuitele electrice
Daca pentru descrierea unui circuit simplu legile lui Ohm sunt de ajuns, pentru retele electrice sunt necesare alte legi.
Analiza circuitelor electrice de orice configuraţie si complexitate este mult simplificata prin aplicarea legilor lui
Kirchhoff.

1.5.1 Teorema I a lui Kirkhoff
O consecinţă imediată a legii conservării sarcinii electrice este prima teoremă a lui Kirchhoff – aplicata circuitelor
ramificate.
Un circuit ramificat se caracterizează prin următoarele elemente de circuit:
- Prezintă noduri de reţea – care reprezintă punctul de întâlnire (conectare) a cel puţin 3 conductoare
- Ramura (latura) rețelei este portiunea retelei cuprinsa intre doua noduri succesive(este parcursa de acelasi
curent);
- Ochiuri de reţea – porţiune de circuit închisă cuprinsă între cel puţin 2 noduri de reţea
Kirchoff Robert a stabilit două legi care se pot determina unele elemente din circuit (curenţi, tensiuni, rezistenţe) atunci
când se cunosc altele.
Teorema I se refera la curentii care intrea si ies dintr-un nod de rețea:.
Relaţia precedentă devine:
∑
=
=
n
1 k
k
0 I
Enunț: suma algebrică a intensităţii curenţilor electrici ce ies printr-o suprafaţă închisă este nulă, sau suma
curenților care intra intr-un nod este egal cu suma curentilor care ies din acelasi nod.



1.5.2.Teorema a II-a a lui Kirchhoff
A doua lege a lui Kirchoff se referă la ochiuri de reţea.
In lungul unui contur închis format din laturi de circuit având rezistenţele R
k
şi parcurse de curenţi de intensitate i
k

suma algebrică a căderilor de tensiune pe rezistenţele din circuit este egală cu suma algebrică a tensiunilor
electromotoare din laturile circuitului .
∑ ∑
= =
± = ⋅ ±
n
1 k
n
1 k
e k k
) U ( ) i R (
k

Teorema se poate aplica atât pe contururi închise prin porţiuni conductoare cât şi în lungul unor porţiuni mixte ce
cuprind atât laturi parcurse de curenţi cât şi tensiuni între borne .



2. Componente pasive de circuit

Se numesc pasive acele elemente de circuit care nu pot realiza funcţia de amplificare.
- rezistoare, condensatoare, bobine.

2.1 Rezistorul
2.1.1 Clasificare. Parametrii. Simboluri
Rezistorul - elementul de circuit care are tensiunea la borne proporţionala cu intensitatea curentului, oricare ar
fi valoarea curentului.
Factorul de proporţionalitate este rezistența R a rezistorului este : U=RI , pentru orice I .
Ce este rezistenţa electrică ?
- rezistenţa electrică este opoziţia pe care o întâlneşte curentul electric la trecerea sa printr-un anumit
material.
Rezistenţa electrică este importantă pentru că afectează în mod direct intensitatea curentului electric.
Asta înseamnă că, dacă avem un generator electric (de exemplu o baterie), la bornele căruia legăm un fir
metalic, cu cât rezistenţa electrică a acestuia va fi mai mare, cu atât mai mică va fi intensitatea curentului electric (şi
invers).
- multă lume are impresia că dacă rezistenţa electrică a unui echipament electric este mare asta înseamnă că şi
consumul de energie electrică este mare. Situaţia stă exact invers: rezistenţa electrică frânează trecerea curentului
electric, la fel cum un furtun subţire sau parţial înfundat îngreunează trecerea apei prin el.
Nu se poate spune că rezistenţa electrică este un lucru bun sau rău, ci doar potrivit sau mai puţin potrivit unei
anumite situaţii. De exemplu, pentru a micşora pierderile, rezistenţa electrică a cablurilor de alimentare cu energie
electrică trebuie să fie cât mai mică. Pe de altă parte, rezistenţa electrică a izolaţiei cablurilor respective trebuie să fie
cât mai mare pentru a reduce cât mai mult riscul de electrocutare.
Ca şi componentă electronică, rezistenţa electrică este folosită în principal pentru reducerea/limitarea
curenţilor şi tensiunilor electrice.
Puterea pe rezistor:
R
U
RI IU P
2
2
R
= = =

este o putere activă şi se măsoară în watt [W].
Deoarece parametrul R este pozitiv, aceste ecuaţii arată că puterea are întotdeauna o valoare pozitivă, ceea ce
înseamnă că rezistorul întotdeauna absoarbe (consumă) putere.
Rezistorul funcţionează doar ca receptor de energie electrică.
Puterea primita la borne se regăseşte sub forma de căldură dezvoltata in unitatea de timp, prin efect Joule.
Modelul fizic ideal al unui rezistor îl reprezintă un conductor omogen cu secţiunea constantă.
Se ştie că pentru un conductor de secţiune S şi de lungime l realizat dintr-un material caracterizat prin rezistivitatea ρ,
rezistenţa lui electrică este dată de relaţia următoare: R=ρ
S
l
.
Unitatea de măsură în sistem internaţional pentru rezistenţa electrică este Ω (ohm).

Clasificări ale rezistoarelor:

În functie de relatia între tensiunea si curentul la bornele sale, pot fi clasificate în:

- rezistoare liniare, care au un raport tensiune - curent constant (U/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 însasi constructia ei, rezistența este un consumator activ de energie electrică, pe care o transforma în caldura
(efect Joule-Lenz).

În funcţie de intensitatea curenţilor care le străbat pot fi:
- rezistoare pentru curenţi tari;
- rezistoare pentru curenţi slabi.
După destinaţie pot fi:
- rezistoare profesionale:
- rezistoare de uz general.
Din punctul de vedere constructiv rezistoarele se clasifică în: rezistoare fixe şi rezistoare variabile,
iar din punctul de vedere al realizării părţii rezistive există trei tipuri de rezistoare:
- rezistoare bobinate - la care partea rezistivă este un conductor metalic de mare rezistivitate bobinat pe un
suport izolant;
- rezistoare peliculare - la care elementul rezistiv este format dintr-o depunere peliculară, rezistivă, cu grosime
mai mică decât 100 µm, pe un suport izolant;
- rezistoare de volum - cu elementul rezistiv format dintr-un corp "masiv" de diferite forme (de obicei
cilindrică). Rezistoarele de acest tip se numesc şi rezistoare chimice fiind realizate după o tehnologie de
tip chimic.
Rezistoarele fixe (grafic reprezentat în fig.) sunt caracterizate prin:
- rezistenţa nominală, n R şi toleranţa acesteia exprimată în procente din n R . Rezistoarele etalon au
toleranţa de ± 1% sau ± 2,5%, rezistoarele deprecizie au toleranţa de ± 2,5% şi ± 5%, iar cele de uz curent
au toleranţe dela ± 5% până la ± 20%;
- puterea de disipaţie nominală - puterea electrică maximă R
n
I
n
2
ce poate fi dezvoltată în rezistor fără ca
temperatura acesteia să depăşeasca valoarea maximă admisă;
- tensiunea nominală, U
n
, - tensiunea maximă de durată ce poate fi aplicată la bornele rezistorului;
- intervalul temperaturilor de lucru, în limitele căruia se asigură funcţionarea de durată a rezistorului.

Rezistoarele variabile sunt caracterizate în funcţie de tipul lor constructiv prin:
- rezistenţă iniţială, 0 r , definită ca rezistenţa în poziţia iniţială a contactului mobil;
- rezistenţa saltului iniţial, s r definită ca variaţia minimă a rezistenţei la deplasarea
contactului mobil din poziţia iniţială;
- rezistenţa de contact, k r , -rezistenţa dintre contactul mobil şi partea fixă (rezistivă);
- rezoluţia sau precizia reglării exprimată prin variaţia minimă posibilă a rezistenţei la
deplasarea contactului mobil;
-- puterea necesară acţionării contactului mobil, numit şi cursor.
Contactul mobil se execută în diverse moduri ca: lamelă, perie sau plot din bronz fosforos,
alamă sau oţel "apăsat" pe parte fixă cu ajutorul unui arc spiral sau lamelar.
Din punct de vedere constructiv, rezistoarele variabile pot fi de formă rectilinie sau circulare. În montaje, rezistoarele
variabile se pot conecta în două moduri: reostatic şi potenţiometric

Mod reostatic Mod potenţiometric
Rezistoarele sunt reprezentate convenţional printr-o serie de simboluri:

a: rezistor, semn general
b: rezistor, semn tolerat
c: rezistor, semn nestandardizat
d: rezistor cu rezistența variabilă
e: rezistor cu contact mobil
f: rezistor cu contact mobil cu poziție de
întrerupere
g: potențiometru cu contact mobil
h: potențiometru cu contact mobil,semn general
i: potențiometru cu ajustare predeterminata
j: rezistența cu două prize fixe
k: șunt
l: element de încalzire
m: rezistor cu rezistență neliniară dependentă de
temperatură (termistor)
n: rezistor cu rezistență neliniară dependentă de
temperatura,semn tolerat(termistor)
o: rezistor cu rezistență neliniară dependentă de
tensiune (varistor)
p: rezistor cu rezistență neliniară dependentă de
tensiune, semn tolerat (varistor)


Marcarea rezistorilor poate fi realizată prin mai multe metode :
- cu ajutorul unui cod format din niste benzi colorate (codul culorilor)
- cu ajutorul literelor
- cu ajutorul unui cod alfanumeric.
Marcarea în codul culorilor a rezistorilor :
Pentru a "decoda" valoarea unui rezistor marcat in codul culorilor se utilizează tabelul urmator:

Primele doua culori marcate pe rezistor ne indică valoarea rezistorului ( aceste valori se aleg din codul culorilor in
functie de culoarea marcata pe rezistorul respectiv ) .A treia culoare marcată pe rezistor reprezintă coeficientul de
multiplicare al acestuia .Banda patru reprezintă toleranța rezistorului respectiv (deviatia valorii pe care poate avea
rezistorul fata de valoarea inscriptionata ; exprimată în procente )





2.1.2 Conectarea rezistoarelor
În circuitele electronice, uneori este nevoie de o anumită valoare nominală în seriile de valori; prin conectarea
în serie, paralel sau mixtă a mai multor rezistoare, se poate ajunge la valoarea dorită.

Gruparea serie a rezistoarelor
Un rezistor poate înlocui o grupare serie formată din mai multi rezistori dacă, prin conectarea acestuia între aceleasi
puncte, nu va modifica tensiunea electrica de la borne. Altfel spus, curentul electric prin rezistorul echivalent trebuie
sa aibă aceeasi intensitate ca și curentul prin generatorul conectat între acele puncte.

Pt. n rezistoare legate în serie, rezistenţa echivalentă este dată de suma rezistenţelor componente:
R
e
= R
1
+ R
2
+ …..+ R
n
=
∑
=
n
1 i
i
R

Gruparea în paralel a rezistoarelor
Pentru n rezistoare legate în paralel rezistenţa echivalentă este dată de relaţia:

n 2 1 e
R
1
...
R
1
R
1
R
1
+ + + = =
∑
=
n
1 i i
R
1




Aplicaţii ale rezistoarelor fixe
• Divizorul de tensiune (aplicație a conectării serie a rezistoarelor)

- circuit format din 2 sau mai multe rezistoare conectate în serie şi
alimentate cu o sursă de tensiune continuă.
Pe fiecare rezistor cade o fracţiune din valoarea tensiunii de alimentare în
funcţie de valoarea rezistorului respectiv.
-
ambele rezistoare sunt parcurse de acelasi curent I, determinat cu legea lui
Ohm: I=
2 1
R R
E
+

dar U
1
=I R
1
rezultă U
1
=
1
2 1
R
R R
E
+

U
2
=I R
2
rezultă U
2
=
2
2 1
R
R R
E
+


• Divizorul de curent

- aplicaţie practică a conectării rezistoarelor în paralel o reprezintă divizorul de curent - este un circuit format din
două sau mai multe rezistoare conectate în paralel şi alimentate de la o sursă de tensiune continuă.
-prin fiecare rezistor trece o fracţiune din valoarea curentului absorbit de la sursa de alimentare în funcţie de valoarea
rezistorului respectiv.
- Se va determina formula divizorului de curent cu ajutorul căreia se poate
determina rapid curentul prin fiecare rezistor din circuitul divizorului.
Aplicând repetat legea lui Ohm în circuitul din figura avem: U= I
1
R
1
și U=
I
2
R
2

sau U= R
e
I cu R
e
=
2 1
2 1
R R
R R
+

Re – rezistenţa echivalentă a celor 2 rezistoare conectate în paralel
I
1
= I
2 1
2
R R
R
+
, I
2
= I
2 1
1
R R
R
+


2.2 Condensatorul
2.2.1. Definiții. Clasificare. Simboluri. Parametrii.

Condensatorul este un dispozitiv electronic pasiv ce înmagazinează energie electrică între două armături
încărcate cu sarcină egală dar de semn opus. Mai este cunoscut si sub numele de capacitor.

Din punct de vedere constructiv un condensator este alcătuit dintr-un mediu
(izolator) dielectric plasat între două armături conductoare. În interiorul
condensatorului terminalele sunt conectate la două plăci de metal separate de un
material dielectric (non-conductor:ex, mica, ceramic, sticla, celuloza, porțelan,teflon,
oxizi si chiar aerul) .

Dacă se aplică unui condensator o tensiune continuă U, acesta se va încărca cu o
sarcină Q, raportul dintre ele fiind o mărime constantă şi caracteristică pentru
condensatorul considerat; acest raport se numeşte capacitatea condensatorului C:
C=
U
Q

cu unitatea de măsură în SI( Farad):
V 1
C 1
F 1 = .
Deoarece faradul este o unitate enormă, în tehnică sunt utilizaţi frecvent submultiplii
faradului: cu următoarele ordine de mărime: 1 F = 10
6
µ µµ µF = 10
9
nF = 10
12
pF.

Cum funcţionează condensatorul ? Atunci când generatorul furnizează o tensiune pe bornele condensatorului,
practic acesta ia electroni de pe o armătură şi îi trimite pe cealaltă. Neavând cum trece de dielectric, tensiunea electrică
(dezechilibrul de sarcini electrice) astfel formată, se păstrează chiar şi dacă deconectăm generatorul. În această situaţie,
se spune că avem un condensator încărcat.


- între orice suprafeţe între care există o tensiune electrică, apare şi o capacitate electrică.
- în cazul suprafeţelor obişnuite, care sunt şi mici şi separate de distanţe destul de mari, capacităţile electrice care apar
sunt de multe ori neglijabile. De aceea, pentru capacităţile necesare în electronică, se folosesc condensatori realizaţi din
foiţe metalice cu suprafeţe mari, plasate foarte aproape una de alta şi rulate ca o shaorma (adica în formă cilindrică)
pentru a obţine un gabarit cât mai redus.

Capacitarea electrică este importantă în special pentru că:
a)- este o sursă de energie electrică şi astfel, în cazul în care tensiunea generatorului nu este chiar constantă,
condensatorul ajuta la stabilizarea ei astfel:
când tinde să scadă, condensatorul începe să se descarce cedând energie electrică către generator,
iar când tinde să crească, condensatorul începe iar să se încarce consumând energie electrică de la generator;
b)- permite trecerea curentului electric doar în momentul încărcării sau al descărcării.
Între armăturile unui condensator nu poate circula nici un electron din cauza dielectricului care este izolator, însă pe
durata încărcării/descărcării condensatorului, electronii care sunt luaţi de pe o armătura şi duşi pe cealaltă tot un curent
electric formează.
c)-permite filtrarea curenţilor în funcţie de viteza de variaţie a acestora: cei care variază suficient de rapid pot
trece mai departe de un condensator iar cei care variază foarte lent, sunt blocaţi.

Clasificarea condensatoarelor
din punct de vedere constructiv, există:
- condensatoare fixe ( au capacitatea constantă tot timpul funcţionării);
- condensatoare reglabile;
- condensatoare variabile.
după natura dielectricului, există:
- condensatoare cu dielectric gazos (aer, vid, gaze electronegative);
- condensatoare cu dielectric lichid (ulei);
- condensatoare cu dielectric solid organic şi anorganic;
- condensatoare cu dielectric peliculă de oxizi metalici.
Dielectricul folosit dictează tipul condensatorului si pentru ce este folosit. În funcție de mărimea si tipul dielectricului,
unii condensatorisunt mai buni pentru curenți electrici de frecvențe înalte, in timpce alții pentru tensiuni înalte.
după regimul de lucru:
- condensatoare pentru curent continuu
- condensatoare pentru curent alternativ
după tensiunea de lucru:
- condensatoare de joasă tensiune (sub 100V)
- condensatoare de înaltă tensiune (peste 100V)
după material:
- condensatoare ceramice
- condensatoare cu carcasa metalică
- condensatoare cu carcasa din material plastic
modul de realizare practică se întâlnesc mai multe variante constructive de condensatoare:
• condensator plan se întâlneste în construcția condensatoarelor cu capacități de valori mici si medii, având ca
dielectric: aer, materiale ceramice, mică, sticlă, etc. Aceste condensatoare au inductivitate parazită mică, fiind destinați
circuitelor de radiofrecvență si decuplării etajelor cu tranzistoare.
• condensator multistrat, care constă din mai multe condensatoare tip plan (n condensatoare plane) conectate
în paralel. Se pot obține, în acest fel, valori mai mari ale capacității, la caracteristici apropiate de cele ale
condensatoarelor plane.
• condensator cilindric se întâlneste la construcția condensatoarelor cu dielectrici materiale ceramice si oxizi
metalici (condensatoarele electrolitice).
• condensator bobinat se întâlneste la construcția condensatoarelor cu dielectrici, care se pot compacta prin
roluire, asa cum sunt foliile din hârtie si din materiale plastice. Datorită modului de realizare (prin bobinare) aceste
condensatoare prezintă inductivități parazite, ceea ce face ca domeniul de frecvență în care se pot utiliza să fie limitat.

Principalii parametrii ai condensatoare - necesari pentru proiectarea electrică a circuitelo:
- capacitatea nominala Cn[F] - valoare capacitatii condensatorului care trebuie realizată prin procesul de fabricatie si care este
inscrisă pe corpul acestuia. Valoarea capacităţii este măsurată în anumite condiţii, prezentate de producător în catalog.
- Toleranţa , t, numită şi toleranţă de fabricaţie - abaterea maximă a capacităţii reale faţă de cea nominală, rezultată în urma
procesului de fabricaţie.
Toleranţele pot fi simetrice sau asimetrice. Iau valori de la ± 0,2% la - 20%, + 80% (100%). Sunt marcate în general pe corpul
condensatoarelor.
- Tensiunea nominală Un[V]- tensiunea continua maxima sau tensiunea alternativa eficace maxima care poate fi aplicata
continuu la terminalele condensatorului in gama temperaturilor de lucru.
- Tensiunea admisibilă, U
A
- valoarea maximă efectivă a tensiunii ce poate fi aplicată la bornele condensatorului, ce funcţionează
în anumite condiţii precizate.
- Curentul nominal, I
N
, este valoarea efevtivă maximă a curentului sinusoidal ce poate parcurge un condensator la o funcţionare
îndelungată. Curentul nominal este limitat de rezistenţa electrică a armăturilor, zonelor de contactare şi terminalelor sau de
inductanţa condensatorului.
- Curentul admisibil, IA, constituie valoarea efectivă maximă a curentului ce poate parcurge un condensator pentru anumite
condiţii de funcţionare precizate. Valorile uzuale sunt de la mA la 10A(20A).
- intervalul temperaturilor de lucru (Tmin-Tmax) -limitele de temperatura între care condensatorul functioneaza un timp
indelungat.
-Puterea nominală, P
N
- puterea maximă ce poate să o evacueze un condensator către mediul ambiant avînd temperatura egală cu
temperatura nominală.

Simbolizarea si marcarea condensatoarelor
a: condensator in general
b: condensator in general simbol tolerat
c: condensator de trecere
d: condensator de trecere simbol tolerat
e: condensator de trecere simbol nestandardizat
f: condensator electrolitic
g: condensator electrolitic simbol tolerat
h: condensator electrolitic simbol nestandardizat
i: condensator variabil
j: condensator variabil simbol tolerat
k: condensator semireglabil
l: condensator semireglabil simbol tolerat

Pentru marcarea condensatoarelor există o
multitudine de coduri (alfanumerice, literale,
numerice, culori), - standardizate internaţional sau
naţional, dar şi coduri specifice firmelor producătoare.
Pe corpul unui condensator pot fi inscripţionate: capacitatea nominală, toleranţa de fabricaţie, coeficientul de
variaţie cu temperatura, tensiunea nominală, tipul de dielectric, clasa, data de fabricaţie, fiabilitatea, polaritatea
bornelor, terminalul conectat la armătura exterioară, firma producătoare.
Capacitatea nominală, C
N
, este în general marcată. Codul numeric pentru marcarea capacitatii nominale este format
din trei cifre. Primele doua reprezinta cifrele semnificative a capacitatii, iar a treia este factorul de multiplicare.
Exemple de condensatori



2.2.2 Capacitatea unui condensator
Condensatorul este o componentă pasivă care este frecvent utilizat în circuitele electronice cu proprietatea de–a
acumula sarcini electrice.
Constructiv, condensatorul este alcătuit din două suprafeţe metalice numite armături, între care se află un
mediu dielectric de permitivitate ε (constanta dielectrică de material).
Pentru un condensator plan, (două suprafeţe metalice, plane, de arie S, aflate la distanţa d, într-un mediu cu
permitivitatea ε, încărcate cu sarcinile ±q, reprezintă un condensator plan)
capacitatea C este dată de relaţia: C=
d
S
d
S
r o
ε ε
=
ε

unde:
o
ε = permitivitatea dielectrică absolută a vidului; ε = permitivitatea absolută a dielectricului
condensatorului;
o
r
ε
ε
= ε = permitivitatea relativă a dielectricului; S = suprafaţa armăturilor plane; d = distanţa dintre
armături.
Pentru un condensator cilindric, (un sistem de două armături metalice de forma unor mantale cilindrice coaxiale,
infinit lungi, între care există un dielectric de permitivitate ε, constantă) ,
valoarea capacităţii se determină cu ajutorul relaţiei:
1
2
cil
R
R
ln
l 2
C
⋅ ε ⋅ π
=
unde
o
ε , ε ,
r
ε au semnificaţiile de mai sus, l = lungimea cilindrului, R
1
= raza cilindrului interior, R
2
= raza cilindrului
exterior.


2.2.3 Capacitatea echivalentă a condensatoarelor
Condensatoarele pot fi conectate în serie, paralel, sau mixt, în funcţie de necesităţi şi disponibilităţi.
Conectarea în serie a condenstoarelor
- n condensatori conectaţi în serie, alimentaţi cu tensiunea U
AB
, poate fi înlocuit cu un condensator, a cărui capacitate
echivalentă este C
e
, acumulează sarcinile ±q, atunci când este alimentat cu tensiunea U
AB
.
Schema electrică de legare în serie a condensatoarelor.

Prin aplicarea pe conturul Γ a legii conservării sarcinii, (contur format din armătura negativă a condensatorului C
1
şi
armătura pozitivă a condensatorului C
2
), cele două cantităţi de sarcini acumulate vor fi egale:
q q q = + = −
2 1
,
iar tensiunea aplicată la bornele de intrare se va distribui pe fiecare condensator în parte:
n AB
U U U U + + + = ,...,
2 1
,

n e
C
q
C
q
C
q
C
q
+ + + = ,...,
2 1
, iar după simplificare:
n e
C C C C
1
,...,
1 1 1
2 1
+ + + = ,

∑
=
=
n
k k e
C C
1
1 1
.

Conectarea în paralel a condenstoarelor
- n condensatori conectaţi în paralel, alimentaţi la borne cu tensiunea U
AB
, poate fi înlocuit cu un condensator, a cărui
capacitate echivalentă este C
e
, acumulează sarcinile ±q, atunci când este alimentat cu tensiunea U
AB
.
Schema electrică de legare în paralel a condensatoarelor.

La conectarea în paralel, (în conformitate cu legea conservării sarcinii), suma sarcinilor acumulate pe armăturile
pozitive ale condensatoarelor va fi egală cu sarcina acumulată pe armătura pozitivă a condensatorului echivalent:

n
q q q q + + + = ,...,
2 1
,
care cu ajutorul relaţiei va deveni:
AB n AB AB AB e
U C U C U C U C + + + = ,...,
2 1
,
iar după simplificare:
n e
C C C C + + + = ,...,
2 1
,

∑
=
=
n
k
k e
C C
1
.



2.3 Bobina
2.3.1 Noțiuni introductive

- bobinele (inductoarele) - componentele pasive capabile să acumuleze energie magnetică.
Bobina electrică - elementul de circuit constituit dintr-o succesiune de spire în serie –
- destinată producerii câmpului magnetic (bobine de excitaţie) - când spirele sunt "parcurse" de curent
-destinată producerii prin inducţie electromagnetică a curenţilor, când circuitul bobinei se află în câmp magnetic
variabil în timp.
( Aceste două tipuri de bobine intră în componenţa maşinilor şi aparatelor electrice cum sunt maşinile rotative,
aparatele de măsurat, releele, contactoarele etc.).
-destinată limitării vitezei de creştere a curentului în circuit ca urmare a fenomenului autoinducţiei (în acest caz se
spune că bobina este destinată introducerii într-un anume loc din circuit a unei inductanţe (inductivităţi) sau a unei
reactanţe). Aceste bobine se pot constitui ca bobine autonome cum sunt bobinele de inductanţă, bobinele de reactanţă,
bobinele etalon, bobinele de şoc etc

2.3.2Comportamentul şi funcţionarea bobinei în circuit

Curentul electric produce un câmp magnetic concentrat în jurul bobinei, iar acest flux magnetic reprezintă o stocare de
energie cinetică datorată deplasării electronilor prin înfăşurare.
Cu cât valoarea curentului prin bobină este mai mare, cu atât va fi mai puternic câmpul magnetic şi cu atât mai mare
va fi energia stocată de bobină.
Datorită faptului că bobinele stochează energia cinetică a electronilor ce se deplasează prin înfăşurare sub forma
câmpului magnetic, comportamentul acestor dispozitive este foarte diferit de cel al rezistorilor (care pur şi simplu
disipă energia sub formă de căldură) dintr- un circuit. Energia stocată într-o bobină depinde de cantitatea de curent ce o
străbate. Abilitatea unei bobine de a stoca energie în funcţie de curent se traduce printr-o tendinţă de menţinere
constantă a curentului ce o străbate. Cu alte cuvinte, bobinele tind să se opună variaţiei curentului.
Concluzii:
• Atunci când curentul prin bobină creşte, aceasta se comportă precum o sarcină: va exista o cădere de
tensiune la bornele sale pe măsură ce absoarbe energie din circuit (negativă la intrarea curentului în bobină şi
pozitivă la ieşire, precum un rezistor). În această situaţie, spunem că bobina se încarcă, deoarece energie
stocată sub formă de câmp magnetic creşte.
• Atunci când curentul prin bobină descreşte, aceasta se comportă precum o sarcină: crează o tensiune la
bornele sale pe măsură ce eliberează energie în circuit (pozitivă la intrarea curentului şi negativă la ieşire,
precum o baterie). În această situaţie, spunem că bobina se descarcă, deoarece stocul de energie descreşte,
fiind elibertă în circuitul extern.

2.3.3. Structura constructivă
Structura constructivă depinde de tipul inductorului fiind în general compusă din:
• bobinaj,
• miez magnetic,
• suport izolant (carcasă),
• zone de contactare şi terminale,
• element de protecţie,
• ecran electromagnetic.

Inductanţa corpurilor obişnuite este de multe ori neglijabilă şi de aceea nu prea ne putem folosi de ea. Pentru a
obţine inductanţe de valori mai mari, firul a cărui inductanţă dorim să o mărim se modelează sub forma unei bobine
(vezi bobina cu aer – stânga).
Dacă este nevoie de o inductanţă şi mai mare, în interiorul bobinei se pune un miez fabricat din materiale
feromagnetice (vezi bobina cu miez– dreapta). Aceste materiale, prin simpla lor prezenţă în interiorul bobinelor,
reuşesc să le mărească inductanţa chiar şi de câteva zeci de ori.

Anumite elemente pot lipsi din structura constructivă sau un element poate îndeplini două funcţii, de exemplu
se pot realiza bobinaje direct pe suportul izolant care poate fi un miez de ferită, acesta fiind din punct de vedere electric
un izolator sau se poate utiliza un material ceramic pentru inductanţe de valori mici.

2.3.4.Parametrii bobinei
Cei mai importanţi parametrii caracteristici ai unei bobine reale, cu pierderi sunt:
A) Măsura capacităţii unei bobine de stocare a energiei pentru o anumită valoare a curentului poartă numele de
inductanţă. Inductanţa măsoară şi intensitatea opoziţiei variaţiei de curent.
Inductivitatea (inductanţa) L – definită ca raportul dintre fluxul magnetic propriu Φ şi curentul I care parcurge
bobina: L =
I
Φ

Acest parametru depinde de forma, dimensiunile, numărul de spire al bobinei, de permeabilitatea relativă a mediului
(miezului) şi de temperatura de lucru. El caracterizează o bobină ideală şi are valori uzuale de ordinul nH…H.
Tensiunea la bornele unei bobine depinde de inductanţa sa precum şi de variaţia curentului cu timpul la bornele
sale. Bobinele nu au o „rezistenţă” stabilă precum rezistorii totuşi, există o relaţie matematică dintre tensiune a şi
curentul unei bobine, astfel: u = L
dt
di

Inductanţa unei bobine fără miez, de lungime l [ ] cm , diametru D[ ] cm (sau secţiune S[ ]
2
cm ) şi având N spire se
poate calcula cu relaţiile: L[ ] H µ =
l
S N 4
2
π
dacă l >>D

Inductanţa bobinei cu miez magnetic ( de permeabilitate magnetică µ) se determină cu relaţia generală:
L=
l
S N
2
µ

Inductanţa este importantă în special pentru că:
- permite filtrarea curenţilor electrici în funcţie de viteza de variaţie a acestora: cei care variază suficient de
repede nu pot trece mai departe de o bobină (de o inductanţă) iar cei care variază foarte lent, pot trece complet
nestingheriţi;
- inductanţele a două bobine plasate suficient de aproape una de cealaltă, comunică între ele.

B) Rezistenţa totală la pierderi R [ ] Ω - determinată de pierderile prin conductor ( prin efect Joule – în cc/ca. şi efect
pelicular în c.a.) cât şi de pierderile în materialul magnetic şi de rezistenţa de izolaţie.
C) Impedanţa Z a bobinei se manifestă la alimentarea acesteia cu tensiunea alternativa: Z=
I
U

D) Reactanţa inductiva X
L
=2πfL
Impedanţa se poate calcula în funcţie de rezistenta si de reactanţa inductiva: Z
2
=R
2
+X
L
2

E) Factorul de calitate Q este raportul dintre reactanţa inductivă si rezistența:Q=
R
X
L

- definit la o anumită frecvenţă de lucru ca raportul dintre energia maximă existentă în câmpul magnetic al bobinei şi
energia disipată sub formă de căldură într-o perioadă. ( Q=0…300).
F) Capacitatea (parazită) proprie, C
p
[ ] pF - determinată de suma capacităţilor distribuite între spirele bobinei
precum şi dintre acestea şi masă.
G) Stabilitatea (parametrilor bobinei) – definită prin variaţia parametrilor de mai sus în funcţie de timp.
H) Puterea, tensiune, şi curentul maxim admise pentru a nu produce transformări ireversibile în bobină.
O bobina parcursa de curent inmagazineaza, în campul magnetic o energie:
2
L
LI
2
1
W =


2.3.5. Simboluri grafice și clasificare a bobinelor
• Din punctul de vedere funcţional bobinele pot fi fixe (a) – pentru care inductivitatea L este constantă în tot
timpul funcţionării şi variabile (b) – pentru care variaţia inductivităţii este funcţional necesară.

• Dupa natura circuitului magnetic sunt:
- bobine fara miez- alcatuite dintr-un numar de spire, realizate în aer, sau pe un suport izolator, fara alta
componenta magnetica sau feromagnetica, in interiorul ei. Se mai numeste si solenoid.
- bobine cu miez – pot avea în centru materiale feromagnetice, fier moale, otel, aliaje diferite cu nichel sau
cobalt, diferite tipuri de ferite, etc, si nemagnetice , cupru, alama, aluminiu.
• După domeniul de utilizare:
- bobine pentru curenţi slabi (telecomunicaţii, automatizări)
- bobine pentru curenţi tari (declanşatoare, electromagneţi, transformatoare, bobine de reactanţă,etc.)
- bobine de inducţie (aparate electromedicale, aprinderea amestecurilor explozive)
• După construcţie:
- bobine fără carcasă, când numărul spirelor este mic şi grosimea conductorului suficientă pentru a asigura rigiditatea
bobinei, uneori realizate direct pe miezul magnetic.
- bobine cu carcasă, din materiale stratificate (pertinax,textolit), din materiale termoplastice şi termorigide (bachelita,
melamina, poliester sau din ceramică/porţelan)
• După formă:
- bobine cilindrice
- bobine paralelipipedice
- bobine toroidale
• După frecvenţa de utilizare:- bobine de joasă frecvenţă,- bobine de înalta frecvenţă (radiofrecvenţa),-
bobine de audiofrecvenţa

Aplicaţie:
Transformatorul
Un transformator este o mașină electrică care transferă energie electrică dintr-un circuit (primarul transformatorului) în
altul (secundarul transformatorului), funcționând pe baza legii inducției electromagnetice.
- constă din două sau mai multe bobine cuplate – amplasate pe acelaşi miez magnetic.
- funcţionarea transformatorului se bazează pe fenomenul de inducţie: câmpul magnetic variabil al curentului din
înfăşurarea primară determină apariţia unei tensiuni electromotoare în înfăşurarea secundară.
În varianta cea mai simplă transformatorul conţine două bobine L
1
, L
2
– independente cuplate exclusiv prin câmp
magnetic.

Schema de principiu a unui transformator
Aplicând la bornele de intrare a înfăşurării primare L
1
, o putere electrică P
1
( sub tensiunea U
1
şi curentul I
1
), rezultă la
bornele de la ieşire ale înfăşurării secundare L
2
, puterea electrică P
2
(sub tensiunea U
2
şi curentul I
2
), astfel încât, dacă
U
2
> U
1 →
I
2
< I
1
şi dacă U
2
< U
1 →
I
2
> I
1
.
Considerând în mod ideal, că P
1
= P
2
( în realitate P
1
> P
2
datorită pierderilor în miezul magnetic şi în înfăşurări),
rezultă raportul de transformare:
n =
2
1
1
2
I
I
U
U
=
În funcţie de destinaţia lor, transformatoarele se pot clasifica astfel:
• transformatoare de alimentare;
• transformatoare de semnal (de audiofrecvenţă sau de radiofrecvenţă).
Cele două funcţii importante ale transformatorului, în blocurile de alimentare, sunt:
• transformă tensiunea reţelei într-o tensiune de valoare adecvată
• asigură " separarea galvanică " a circuitelor alimentate faţă de reţeaua de alimentare.






3. Dispozitive electronice semiconductoare

3.1.Noţiuni de fizica semiconductorilor
Materialele semiconductoare stau la baza tuturor componentelor electronice discrete sau integrate.
Ce sunt materialele semiconductoare ?
- sunt materiale care au conductivitatea electrică cuprinsă între cea a metalelor şi cea a materialelor izolatoare.
- Ce le face însă cu adevărat importante în electronică este faptul că în anumite condiţii îşi pot schimba radical
conductivitatea electrică.
Conducţia se datorează deplasării unor particule încărcate electric, denumite purtători mobili de sarcină. Mărimile
care caracterizează conducţia sunt conductivitatea şi reciproca ei rezistivitatea.
Din p.d.v. electric, corpurile solide se împart în trei grupe: conductori, semiconductori şi izolatori.
- în metale conducţia este asigurată de electronii de valenţă care sunt foarte slab legaţi de atomi. În consecinţă
metalele vor avea o rezistivitate foarte mică, de ordinul 10
-6
Ω⋅m.
- materialele izolatoare au toţi electronii puternic legaţi de atomi, concentraţia de electroni liberi fiind foarte
scăzută, de aproximativ 10
7
purtători/m
3
. De aceea rezistivităţile substanţelor izolatoare sunt foarte mari, de
ordinul 10
15
Ω⋅m.
- materialele semiconductoare sunt constituite din elementele grupei a IV-a a tabelului lui Mendeleev (germaniu,
siliciu) aflate în stare cristalină din combinaţii între grupele III şi V (AsGa, InSb) sau din grupele II şi VI. Siliciul
este de departe cel mai utilizat material semiconductor.
- cristale semiconductoare pure din punct de vedere chimic cele formate numai din atomi de Si sau Ge.

Cum funcţionează materialele semiconductoare ?
Cristalul reprezintă o formă de dispunere în reţele regulate a atomilor unei substanţe. Atomii sunt fixaţi în
nodurile reţelei prin "legături covalente" - realizate prin punerea în comun de către doi atomi învecinaţi a câte un
electron de valenţă.
Cristalul de siliciu sau germaniu este construit prin întrepătrunderea unor celule cubice cu feţe centrate având latura de
5,43A.
Aceste materiale sunt speciale prin faptul că absolut toţi electronii de pe ultimul strat sunt folosiţi la crearea de legături
cu atomii vecini. Acest lucru se observă foarte bine în figura. Sferele albastre reprezintă electronii de pe ultimul strat.
Fiecare atom de Ge îşi împarte toţi cei 4 electroni de pe ultimul strat cu patru atomi învecinaţi, ceea ce îl face să se
simtă ca şi cum nu ar avea nici un electron lipsă. În chimie, această înţelegere poartă denumirea de legătură covalentă.

Această situaţie lasă materialul semiconductor fără electroni liberi. Fără prezenţa electronilor liberi, semiconductoarele
nu pot conduce curentul electric şi deci, teoretic, sunt materiale perfect izolatoare. De ce le-am vrea izolatoare ?
Următoarea etapă în fabricarea materialelor semiconductoare constă în transformarea lor din izolatori electrici în
conductori electrici. Această transformare se obţine prin doparea (amestecarea) semiconductoarelor cu nişte impurităţi
speciale, numite impurităţi de tip P sau impurităţi de tip N.
Impurităţile de tip P constau în cantităţi foarte mici de bor (B) sau galiu (Ga). În semiconductorii dopaţi cu atomi de
tip P, mereu vor exista locuri libere pentru alţi electroni (proveniţi de undeva din exteriorul materialului). În literatura
tehnică de specialitate, aceste locuri libere se numesc goluri. Deoarece aceste goluri pot primi electroni de undeva din
exterior, rezultă că în acest caz semiconductorul poate conduce curentul electric. Materialele semiconductoare dopate
cu impurităţi de tip P se numesc materiale semiconductoare de tip P.


Impurităţile de tip N constau în cantităţi foarte mici de fosfor sau arsenic. Situaţia este reprezentată în figura de jos,
unde se observă cum funcţionează doparea cristalelor de germaniu cu atomi de arseniu (cărora de pe ultimul strat le
lipsesc doar 3 electroni). Cu toate că ar avea nevoie doar de 3 atomi, atomul de arseniu încearcă să se “integreze în
societate” şi formează 4 legături covalente cu 4 atomi de Ge vecini. Astfel atomul de As simte că s-a ales cu 4
electroni, deci cu unul în plus faţă de cât ar avea nevoie pentru a-şi completa ultimul strat. Electronul care este în
plus nu este acceptat de nici unul din atomii vecini, pentru că aceştia au format deja toate legăturile covalente
posibile. Asta înseamnă că electronul rămas în plus este de fapt un electron liber, care poate ajuta oricând la formarea
unui curent electric.

Materialele semiconductoare dopate cu impurităţi de tip N se numesc materiale semiconductoare de tip N.

3.1.1 Joncţiunea pn
Atât semiconductoarele de tip P cât şi cele de tip N, luate separat, sunt materiale conductoare. Când însă sunt puse în
contact, electronii liberi din semiconductorul N se deplasează să ocupe golurile de electroni din semiconductorul P.
Zona de contact dintre semiconductorul de tip N şi cel de tip P poartă numele de joncţiunea PN.
Procesele care au loc într-o joncțiune (sau în urma interacțiunii mai multor joncțiuni), determină proprietățile electrice
ale dispozitivelor semiconductoare.
Datorită diferenţei de concentraţie de purtători majoritari de acelaşi fel din cele două zone, și pe măsură ce electronii
liberi din N ocupă golurile din P se întâmplă următoarele lucruri:
în semiconductorul P creşte numărul de electroni, fapt pentru care în acesta încep să apară ioni negativi
(punctele albastre din figură );
în semiconductorul N scade numărul de electroni, fapt pentru care în acesta încep să apară ioni
pozitivi(punctele roşii din figură).

Ca urmare a acestui proces de difuzie va apare o sarcină spaţială negativă în regiunea iniţial de tip P şi o sarcină
spaţială pozitivă în regiunea iniţial de tip N. Astfel, în vecinătatea joncţiunii se va genera o zonă sărăcită de purtători
majoritari, zonă care se numeşte regiune de trecere.
Datorită acestei separări de sarcină, în regiunea de trecere va apare un câmp electric intern, E
int,
câmp a cărui
intensitate creşte odată cu creşterea cantităţii de sarcină difuzate şi care se opune procesului de difuzie. Trecerea
curentului electric prin joncţiunea PN este totuşi posibilă dacă se neutralizează efectul barierei de potenţial aplicând o
tensiune electrică de aceeaşi valoare dar de sens contrar. Această tensiune electrică “de neutralizare” poartă denumirea
de tensiune de prag. Valoarea tensiunii de prag depinde de materialul de bază din care este construită joncţiunea PN.
De ex. pt. cele din Si este de cca. 0,65V, pentru cele cu Ge este în jur de 0,15V .
Cea mai importantă proprietate pe care o posedă joncţiunea PN este faptul că nu conduce curentul electric decât într-un
singur sens.
În continuare - despre ce se întâmplă în joncţiunea PN atunci când o conectăm la o sursă de tensiune electrică, în
fiecare din cele două sensuri posibile.
Joncţiunea PN polarizată în sens direct:

În acest mod, electronilor din zona N li se adaugă electroni trimişi de borna (–) a sursei, iar nr. de goluri din P este
crescut de electronii absorbiţi de borna (+).
- practic se măreşte nr. de electroni liberi din N şi nr. de goluri din zona P.
- în sens direct, joncţiunea PN conduce curentul electric (bineînţeles, dacă la bornele ei aplicăm o tensiune electrică
cel puţin egală cu tensiunea de prag).
Joncţiunea PN polarizată în sens invers:
În acest caz, toţi electronii liberi din materialul N sunt înghiţiţi de borna (+) iar toate golurile din P sunt completate de
electronii veniţi de la borna (–).
- semiconductorul de tip N devine izolator pt. că fără electroni liberi nu mai are cine conduce curentul electric, iar
materialul P devine izolator pentru că nemaiavând locuri libere, nu mai poate accepta electroni de nicăieri.


Concluzie:
în sensul direct, tensiunea aplicată pe joncţiunea PN reduce grosimea barierei de potenţial, putând-o chiar anula
dacă are o valoare mai mare decât tensiunea de prag;
în sensul indirect, tensiunea aplicată pe joncţiunea PN măreşte grosirea barierei de potenţial.












3.2. Dioda semiconductoare

Ce este dioda ?
- dispozitiv electronic a cărei funcţionare este bazată pe o joncţiune pn.
- componentă electronică a cărei rezistenţă electrică depinde de valoarea şi sensul tensiunii aplicate între cele două
borne ale acesteia.
- principala proprietate - lasă curentul electric să treacă doar într-un singur sens. Echivalentul ei mecanic este
supapa (de sens).
Spre deosebire de rezistenţe, bobine şi condensatorii nepolarizaţi, bornele unei diode au semnificaţii diferite şi de
aceea fiecare a primit un nume special – anod şi catod.
- anod A – conectat la zona de tip p și catodul C este conectat la zona de tip n

Clasificări:
După materialul din care se realizează:
- diodă cu germaniu,
- diodă cu siliciu.
După caracteristicile joncțiunii:
- diodă redresoare
- diodă stabilizatoare de tensiune (diodă Zener)
- diodă de comutație
- diodă cu capacitate variabilă (varactor sau varicap)
- diodă tunel
- diodă diac
- diodă Gunn


3.2.1. Dioda redresoare

Structura şi funcţionare:
Diodele redresoare este folosită în principal la redresarea curentului alternativ, adică la obţinerea curentului continuu
din curent alternativ. Structura tipică de diodă (realizată prin difuzie planară) este prezentată în fig. 3.3
A C
contacte metalice

SiO
2


n regiune de trecere
Fig. 3.3 Joncţiune pn cu difuzie planară

- este un dispozitiv electronic constituit dintr-o joncțiune pn prevăzută cu contacte metalice la regiunile p și n (anod
A – conectat la zona de tip p și catodul C este conectat la zona de tip n) și introdusă într-o capsulă din sticlă,
metal, ceramică sau plastic.
- simbolul diodei - o săgeată care străpunge o barieră (bara verticală din dreapta triunghiului) (fig.3.4).
- sensul săgeţii din simbolul diodei arată sensul în care dioda permite trecerea curentului electric.

Fig.3.4. Simbolul diodei semiconductoare
- dioda poate fi conectată într-un circuit în două moduri:
polarizare directă (în care dacă legăm + la anod şi - la catod, dioda conduce curentul electric);
polarizare inversă (în care dacă legăm + la catod şi - la anod, dioda nu conduce curentul electric).

p

-am considerat dioda într-o situaţie idealizată: dacă este
polarizată direct va conduce curentul electric (va avea
rezistenţa electrică egală cu zero) iar polarizată invers nu va
conduce curentul electric (va avea o rezistenţă electrică
infinit de mare).
În realitate nimic nu e perfect, nici măcar dioda.
Când este polarizată direct, rezistenţa ei electrică nu este
chiar zero, iar când este polarizată invers dioda lasă să
treacă un mic curent, chiar dacă acesta este extraordinar de
mic.
Dependenţa curentului direct i
D
de tensiunea u
D
este
puternic neliniară (exponențială), (fig.3.5).


O diodă de putere mică cu Si începe să conducă semnificativ (se deschide) abia pentru valori ale tensiunii
directe u
D
>0,5V. În continuare, curentul creşte exponenţial cu tensiunea aplicată.
Diodele cu Ge se deschid la tensiuni directe u
D
≅ 0,2V.

Fig.3.5 Caracteristica curent- Fig.3.6 Montajul pentru
tensiune a diodei cu Si ridicarea caracteristicii statice tensiune-curent

Notarea generală a diodelor
-cum anume recunoşti o diodă într-un cablaj imprimat sau într-o cutie cu piese electronice -
Pentru cele de mare putere este cel mai simplu: indiferet de capsulă,
indiferent de tipul ei, este pictat pe ea simbolul general al diodei (cel
din figura 3.4).
În cazul celor de mică putere, nu prea este spaţiu pentru pictarea
simbolului diodei. De aceea, în cazul lor singurul indiciu că avem de a
face cu o diodă este un inel plasat la unul din capetele piesei, inel care
are evident altă culoare decât restul suprafeţei. În plus, acest inel arată
că borna din imediata lui apropiere este catodul diodei (vezi figura).


Parametrii de bază ai diodelor
O foaie de catalog a unei diode poate conţine chiar şi zeci de parametri, însă doar puţini dintre ei au o
importanţă critică în practică. Dintre aceştia amintesc:
-valoarea medie a curentului maxim admis pentru o perioadă, care este determinată de încălzirea admisă a
dispozitivului la aplicarea tensiunii directe;
-valoarea tensiunii inverse sub forma impulsurilor repetabile, care este egală cu aproximaţii 0,7 din valoarea
tensiunii de străpungere şi care limitează valorile admise de tensiune inversă pe diodă;
-valoarea impulsului de tensiune directă, care caracterizează diferenţierea faţă de situaţia reală a curbei
directe a caracteristicii volt-amper şi se determină pentru cazul valorii maxime admise a curentului mediu direct;
-curentul maxim invers, care caracterizează situaţia de neliniaritate a curbei inverse a caracteristicii volt-
amper;

Descrierea analitică a caracteristicii diodei redresoare
Atât teoretic cât şi experimental se constată că, o mare parte din caracteristica statică tensiune-curent a diodei
redresoare poate fi modelată prin relaţia: I
D
= I
S
(
¸
(

¸

−
|
|
¹
|


\
|
1
kU
U
exp
T
D
,


unde: I
S
– curentul de saturaţie(rezidual) al diodei polarizată invers;
U
T
– tensiunea termică având valoarea tipică de 25mV la 25
o
C;
k – coeficient dependent de tehnologie, cu valori cuprinse între 1 şi 2.
Pe porţiuni, relaţia poate fi aproximată prin expresii mai simple.
Considerând pentru simplitate, k = 1 se constată că pentru U
D
> 0,1V, exp (U
D
/U
T
) >>1 şi deci se poate scrie relaţia:
I
D
≅ I
S
exp(U
D
/U
T
) , pentru U
D
> 0,1V
sau I
D
≅ I
S
exp(
D
U
mV 25
V 1
⋅ ) = I
S
exp(40 U
D
),
unde U
D
intervine aici ca număr adimensional de volţi.
Dimpotrivă, în domeniul U
D
< - 0,1V, exp (U
D
/U
T
) <<1 şi, ca urmare, expresia poate fi aproximată prin:
I
D
≅ - I
S
, pentru U
D
<-0,1V.
Expresia caracteristicii statice a diodei conţine implicit influenţa temperaturii prin parametrii I
S
şi U
T
. Ca o
bună aproximare pentru practică, se consideră că la fiecare creştere a temperaturii cu 10
o
C, curentul rezidual se
dublează. De asemenea, se constată că dacă temperatura creşte, acelaşi curent direct prin diodă corespunde unei
tensiuni U
D
mai mică.
Această comportare se reflectă printr-un coeficient de temperatură negativ: C / mV 5 , 2
T
U
o
. const I
D
D
− =
∆
∆
=
.

Dreapta de sarcină şi punctul static de funcţionare

Metoda dreptei de sarcină este un procedeu grafic util în analiza circuitelor care conţin elemente neliniare.
- considerăm montajul :
Comportarea diodei este descrisă prin caracteristica statică curent-tensiune:
I
D
= I
S
(
¸
(

¸

−
|
|
¹
|


\
|
1
kU
U
exp
T
D
,

Pe de altă parte, se poate scrie relaţia impusă de circuit între aceleaşi mărimi:
E = RI
D
+ U
D

Geometric ecuaţia reprezintă dreapta de sarcină şi aceasta poate fi
trasată grafic prin tăieturi la axe.
Astfel, pentru I
D
= 0 rezultă U
D
= E, iar pentru U
D
= 0 se obţine I
D
=E/R.
Deoarece curentul prin diodă şi tensiunea la bornele
acesteia trebuie să satisfacă simultan relaţiile de mai sus, rezultă că
tensiunea şi curentul prin dispozitiv corespund intersecţiei dintre
caracteristica diodei şi dreapta de sarcină.
Punctul P(U
o
D
, I
o
D
) se numeşte punct static de
funcţionare (PSF) al diodei. Similar, deoarece mărimile electrice
din circuit nu variază, dreapta de sarcină se numeşte statică.
În figură sunt reprezentate şi dreptele de sarcină pentru
R
1
<R, respectiv pentru E
1
<E. Se poate remarca deplasarea dreptei
de sarcină şi modificarea PSF la schimbarea tensiunii E sau a
rezistenţei de sarcină R. În această interpretare, ridicarea
experimentală a caracteristicii statice a diodei revine la
determinarea mărimilor U
o
D
şi I
o
D
pentru PSF obţinute la diferite
valori ale tensiunii E.



3.3. Dioda stabilizatoare (Zener)
- realizată pe baza unei joncţiuni pn obişnuite - se utilizează în circuite de străpungere a caracteristicii, cu
proprietatea de control a tensiunii de străpungere.
- pentru funcţionare ca diodă stabilizatoare dioda Zener se utilizează în polarizare inversă.
- o diodă este polarizată invers, până la o anumită valoare a tensiunii pe joncţiune, curentul prin ea este foarte mic
(Is). Dacă tensiunea inversă creşte mai mult, (la o valoare a ei care depinde de tipul de diodă), curentul poate creşte
foarte rapid şi joncţiunea se poate distruge.
Există însă diode la care acest curent invers poate fi controlat în anumite limite şi dioda polarizată invers
este folosită ca stabilizatoare de tensiune sau ca referinţă de tensiune. Acest lucru este posibil deoarece în timp ce
curentul invers poate varia în limite largi, tensiunea pe joncţiunea polarizată invers rămâne aproape constantă.
Această tensiune este numită tensiune de stabilizare sau tensiune Zener (U
Z
).
Există două mecanisme de creştere a curentului la o valoare dată a tensiunii inverse.
a) - multiplicarea în avalanşă a purtătorilor de sarcină, mecanism prin care purtătorii primari, acceleraţi între
două ciocniri de către câmpul electric intens, determină apariţia purtătorilor secundari, terţiari şi aşa mai
departe.
b) - efectul Zener în care purtătorii de sarcină sunt generaţi chiar de către câmpul electric care se creează în
joncţiune. Efectul Zener se poate produce dacă există o dopare foarte mare a semiconductorului corelată cu
un câmp electric foarte intens.
Dacă intensitatea curentului invers creşte necontrolat atunci structura semiconductoare se încălzeşte şi are loc
distrugerea joncţiunii prin ambalare termică. Pentru evitarea acestui proces, în circuitul de polarizare a diodei se va
conecta întotdeauna o rezistenţă de limitare a curentului.

(a) (b)
Fig.3.10 Simbolul diodei Zener - (a), caracteristica tensiune-curent - (b)

La polarizare directă dioda Zener se comportă ca o diodă redresoare. Caracteristica statică la polarizare în
sens direct este identică cu a unei diode obişnuite.
La polarizarea joncţiunii în sens invers, caracteristica prezintă o porţiune abruptă situată la tensiunea
z
U u − = , unde o variaţie mică a tensiunii provoacă o variaţie mare a curentului fără ca dioda să se străpungă.
Datorită acestei proprietăţii, dioda Zener se utilizează în circuitele stabilizatoare de tensiune (surse de c.c stabilizate ).
Calitatea stabilizării este cu atât mai bună cu cât rezistenţa diferenţială r
Z
măsurată în jurul unui punct de funcţionare
PF, este mai mică şi caracteristica de străpungere mai verticală.
Deoarece dioda Zener funcţionează polarizată invers şi deoarece curentul prin ea va circula da la catod la anod,
se alege ca sens pozitiv al tensiunii şi curentului cel de la catod la anod.
Principalii parametrii caracteristici ai diodei stabilizatoare sunt:
• tensiunea de stabilizare UZ, cuprinsă în intervalul 2 – 180V.
• curentul invers maxim IZmax, determinat de puterea maximă pe care o poate disipa joncţiunea. Ea depinde de tipul
de diodă şi este în jurul valorii de 10W. Funcţionarea diodei este limitată în domeniul I
min
(1…3mA) şi I
max
(20mA, 2A)
şi la tensiuni inverse în domeniul (1,5…150V).
• rezistenţa internă r
Z
- definită pe porţiunea liniară din jurul tensiunii de stabilizare ca: r
Z
=
Z
Z
I
U
∆
∆
( cu valori tipice de
1…20Ω).
• Coeficientul de temperatură a tensiunii de stabilizare - variatia tensiunii de stabilizare pentru o variatie a
temperaturii de 1grad C :
dT
dU
V
1
K
z
z
TUz
⋅ =
- acest coeficient este negativ pentru tensiunea la bornele diodei adica Uz mai mic de 6V și pozitiv pentru tensiuni mai
mari de 6V.
Datorită faptului că dioda Zener are tensiunea la borne constantă şi egală cu U
Z
, pentru variaţii ale curentului
I
min
…I
max
, se foloseşte ca stabilizator de tensiune, conectând-o în paralel cu sarcina.
Cea mai simplă modalitate de folosire a diodei ca element de stabilizare a tensiunii este prezentată în fig .3.11.
În schemă, rezistenţa de sarcină Rs , pe care dorim o tensiune constantă, este conectată în paralel cu dioda
stabilizatoare. Totodată, în circuitul de polarizare a diodei este prezentă şi rezistenţa de limitare a curentului, R.

(a) (b)
Fig.3.11 Montajul pentru ridicarea caracteristicii de ieşire (a şi forma caracteristicii de ieşire a diodei Zener - (b)

O măsură a nivelului de stabilizare a tensiunii de ieşire este factorul de stabilizare: S=
stab
nestab
U
U
∆
∆

Fenomenul de stabilizare se explică prin prezenţa rezistenţei R în amonte de diodă şi pe care cade surplusul de
tensiune apărut ca urmare a variaţiei tensiunii U
nestab
. De precizat că pentru stabilizare U
stab
< U
nestab
.
Aplicând teorema a II-a a lui Kirchoff se obţine:
U
nestab
= U
stab
+ U ∆ = U
stab
+ R(I + I
1
), cu I
1
=
S
stab
R
U

Înlocuind şi explicitând se obţine:
U
stab
= U
nestab
- R(I + I
1
),
U
stab
= U
nestab
– R (I +
S
stab
R
U
),
U
stab
= U
nestab I
R R
R R
R R
R
S
S
S
S
⋅
+
⋅
−
+
⋅

Aceasta este ecuaţia dreptei de sarcină a diodei Zener şi care se translatează cu variaţia tensiunii U
nestab.
. Punând
condiţia ca această curbă să treacă prin punctele limită se obţin ecuaţiile:
U
stab
= U
min
nestab I
R R
R R
R R
R
S
S
S
S
⋅
+
⋅
−
+
⋅ max

U
stab
= U
max
nestab I
R R
R R
R R
R
S
S
S
S
⋅
+
⋅
−
+
⋅ min

Cunoscând U
stab
şi U
min
nestab
, U
max
nestab
, R
S
şi se adoptă I
min
, se calculează R şi I
max
, pe baza căruia se alege dioda Zener.
Puterea disipată: P = U
Z
⋅I
Z
este principalul factor restrictiv în utilizarea diodelor Zener.
Cunoscând P
max
şi U
Z
, curentul maxim admisibil este I
Z max
= P
max
/ U
Z
.
Efectul Zener şi multiplicarea prin avalanşă coexistă, iar temperatura are o influenţă diferită asupra lor.
- la tensiuni mai mici de 6V predomină influenţa efectului Zener, iar coeficientul K
TUz
este negativ.
- la tensiuni mai mari de 8V predomină multiplicarea prin avalanşă iar K
TUz
este pozitiv.
- cele mai bune diode Zener se obţin prin urmare pentru tensiuni de 6 ...8 V, la care K
TVz
se compensează singur.
- Aplicaţiile diodelor Zener de obicei au ca scop obţinerea unor tensiuni de referinţă stabilizate.
4. Tranzistorul bipolar

Tranzistoarele - dispozitive semiconductoare capabile de a amplifica semnale electrice.
Amplificarea fiind o operaţie esenţială pentru prelucrarea şi transmiterea la distanţă a semnalelor electrice,
tranzistoarele sunt dispozitive de maximă importanţă, prezente practic în toate circuitele electronice. La realizarea
tranzistoarelor se pot identifica două tehnologii de bază:
- tehnologia bipolară, prima din punct de vedere cronologic;
- tehnologia bazată pe efectul de câmp, mai modernă şi mai eficientă, care pare să fie tehnologia viitorului.

4.1 Structura şi funcţionarea tranzistorului bipolar _ TB
TB - structură monocristalină cu trei straturi pnp sau npn şi două joncţiuni p-n una polarizată în sens direct şi cealaltă
polarizată invers. Stratul din mijloc este slab impurificat şi foarte subţire (aprox.5µm), mai subţire decât lungimea de
difuziune a purtătorilor care difuzează prin joncţiuni.
- se numeşte bipolar deoarece conducţia electrică este asigurată atât de purtătorii majoritari cât şi de cei
minoritari.
Cele două joncţiuni npn şi pnp sunt astfel denumite după poziţia relativă a semiconductoarelor de tip n şi p:
tranzistorul npn prezintă două regiuni de tip n separate printr-o regiune de tip p, în timp ce în tranzistorul pnp regiunea
de tip n este încadrată de două regiuni de tip p .

Deoarece purtători de sarcină majoritari şi minoritari sunt diferiţi în cele două tipuri de materiale semiconductoare,
mecanismul intern al conducţiei curentului în cele două tipuri de tranzistoare este diferit.
Cele trei zone pnp sau npn sunt conectate la 3 electrozi care se numesc:
• Emitor (E), - corespunde zonei puternic dopate, - are proprietatea de a emite o cantitate mare de purtători de
sarcină.
• Baza (B), zona din mijloc, deoarece primele tranzistoare se realizau prin alierea unui semiconductor de bază
cu impurităţi donoare de o parte şi de alta.
• Colector (C), - corespunde zonei externe de suprafaţă mai mare, - proprietatea de a colecta sarcinile emise de
emitor.
În această triplă structură există două joncţiuni de electroni şi de goluri: joncţiunea de emitor (EB) dintre emitor şi
bază şi joncţiunea de colector (CB) dintre colector şi bază.
- figura 4.1 a şi b - modul de realizare a celor două joncţiuni şi schema tranzistoarelor de tipul p-n-p şi n-p-n.

(a) (b)
Fig.4.1 Structura şi reprezentarea în schemă a tranzistorului de tip p-n-p - (a) şi n-p-n - (b)

Simbolul tranzistorului pune în evidenţă prin sensul săgeţii, existenţa unei circulaţii uşoare de curent într-o joncţiune
p-n. Materialul de bază pentru realizarea tranzistoarelor este siliciul sau germaniul.
Efectul de tranzistor - trecerea unui curent important printr-o joncţiune polarizată invers, datorită vecinătăţii
unei joncţiuni polarizate direct.
Se creează astfel posibilitatea controlării curentului din circuitul de colector prin curentul injectat în bază cu
ajutorul circuitului de polarizare a joncţiunii EB.
Această polarizare se asigură cu circuite de polarizare exterioare structurii tranzistorului (fig.4.2).
- modul de polarizare a tranzistorului pnp este invers faţă de cel npn.
Rolul principal al circuitelor de polarizare este de a stabili regimul de funcţionare al tranzistorului.










Fig.4.2 Modul de polarizare a tranzistorului pnp - (a) şi npn - (b)

Pentru obţinerea efectului de tranzistor trebuiesc luate două măsuri constructive esenţiale prin care se creează condiţii
ca influenţa joncţiunii de emitor să se extindă peste regiunea bazei, asupra colectorului:
a) Baza trebuie să fie foarte îngustă în comparaţie cu lungimea de difuzie a purtătorilor minoritari în ea;
b) joncţiunea EB trebuie asimetrizată prin doparea mult mai puternică a emitorului.
Pentru tranzistoarele npn funcţionarea este identică, inversându-se doar polarităţile tensiunilor şi tipul purtătorilor.


În fig. 4.3 este prezentată o secţiune transversală printr-un astfel de tranzistor. Formele difuziilor şi
metalizărilor văzute de sus nu sunt relevante şi depind de destinaţia tranzistorului şi de proiectant.
C B E C B E


Si O
2





difuzia p de difuzia n difuzia n de difuzia p
emitor de bază emitor de bază
substrat p - colector substrat n - colector

Fig. 4.3. Tranzistoare dublu difuzate pnp şi npn

Pentru modelarea matematică a TB trebuie studiată conducţia în interiorul său.
i
B

(1- α’)⋅ ⋅⋅ ⋅i
pM

i
nM
I
CB0
p
+
n p
i
nM
I
CB0

i
E
i
C

i
pM
α’⋅ ⋅⋅ ⋅i
pM







Fig.4.4.Curenţii în tranzistorul pnp bipolar
♦ i
E
curentul de emitor, cel mai mare dintre curenţi, este compus din:
- i
pM
, curentul de goluri difuzate din E în B;
- i
nM
, curentul de electroni difuzaţi din B în E.
Cum joncţiunea EB este asimetrică, raportul i
pM
/i
nM
este mare, uzual apropiat de 100.
♦ i
C
, curentul de colector este compus din:
- i
pM
, cea mai mare parte a i
pM
. α’ factorul de transfer al curentului de goluri are valori uşor subunitare;
- I
CB0
, curentul rezidual al joncţiunii CB polarizată invers.
♦ i
B
, curentul de bază, rezultă aplicând legea conservării sarcinii electrice, care face ca suma algebrică a celor trei curenţi din terminale să fie
nulă: i
E
=i
C
+i
B
. Cele trei componente ale i
B
vor fi în consecinţă i
nM
, I
CB0
şi (1-α’)⋅ ⋅⋅ ⋅i
pM
, fracţiunea din curentul de goluri care se pierde în bază.
Pentru mărimile electrice variabile se folosesc litere mici, de exemplu i
B
, iar pentru cele constante litere mari, de exemplu I
CB0
.
În figura 4.4 se prezintă sensurile acestor curenţi interni tranzistorului, care nu prezintă însă un interes practic, neputând fi decelaţi prin
măsurători. Pentru utilizatori prezintă interes doar cei trei curenţi ai terminalelor, singurii care pot fi măsuraţi din exterior. Sistemul de ecuaţii prin
care se trece la curenţii terminalelor este următorul:
i
C
= α’ i
pM
+ I
CBO

i
B
= (1 - α’) i
pM
+ i
nM
- I
CBO

i
E
= i
C
+ i
B

Înlocuind α’ cu α, factorul de transfer în curent emitor-colector, care se referă la curentul global de emitor şi nu doar la curentul de
goluri, rezultă:
i
C
= α i
E
+ I
CBO

i
B
= (1 - α) i
E
- I
CBO

i
E
= i
C
+ i
B
α este un parametru constructiv, valoarea sa fiind în general cuprinsă între 0,95 şi 0,99. El caracterizează eficienţa tranzistorului.
Referitor la creşterea eficienţei, pe lângă măsurile constructive deja menţionate mai trebuie adăugat modul în care construcţia TB facilitează rolul
colectorului. Dubla difuzie planară (fig.4.4) este avantajoasă în acest sens prin faptul că baza este efectiv ”îngropată" în colector, care are şanse
maxime de a capta purtătorii injectaţi de emitor. Emitorul la rândul său este foarte bine plasat, fiind "îngropat" în bază. Dezavantajul acestei
soluţii apare însă prin faptul că terminalul prin care trece cel mai important curent, emitorul, este şi cel mai mic, limitând astfel drastic curentul
maxim al TB.În majoritatea aplicaţiilor I
CB0
poate fi neglijat. Abordând din alt unghi sistemul se poate evidenţia rolul de comandă al
bazei, prin i
B
. Eliminăm i
E
din cele trei ecuaţii, pentru a se obţine dependenţa i
C
(i
B
):

α 1
I i
i
CB0 B
E
−
+
= ,
CB0 B C
I
α 1
1
i
α 1
α
i ⋅
−
+ ⋅
−
=
Se introduce β ββ β, factorul de transfer în curent bază - colector definit astfel:
α 1
α
β
−
=
de obicei cuprins între 20...1000. Cu aproximaţia 1≅ ≅≅ ≅α obţinem relaţia:i
C
= β ββ β i
B
+ β ββ β I
CBO
Termenul β ββ β I
CB0
se va nota cu I
CE0
, şi reprezintă curentul rezidual dintre colector şi emitor, măsurat cu baza în gol (deconectată). Rezultă în
final:i
C
= β ββ β i
B
+ I
CEO
,relaţie fundamentală, care exprimă măsura în care i
B
este amplificat în colector.
Deşi I
CE0
> I
CB0
, şi el poate fi neglijat, deoarece:- atunci când curenţii de lucru sunt mult mai mari decât curenţii reziduali, erorile produse prin
neglijare sunt foarte mici: β ββ βi
B
>> β ββ βI
CBO
;
- când curenţii de lucru sunt foarte mici β ββ β scade din cauza scăderii eficienţei tranzistorului. Pentru ca efectul de tranzistor să existe trebuie ca
purtătorii minoritari injectaţi în bază să fie suficient de mulţi încât pierderile prin recombinare în bază să fie "mascate". În caz contrar,
recombinările din bază deşi puţine, vor anula efectul de tranzistor. Utilizarea TB la curenţi foarte mici este în concluzie neadecvată.
Factorul β ββ β (în cataloage este de obicei echivalat cu h
21E
) este un parametru fundamental al TB, el caracterizând capacitatea de
amplificare în curent a acestora. În practică se constată o mare împrăştiere tehnologică a lui β. La acelaşi tip de tranzistor, de exemplu BC177, β ββ β
poate fi cuprins de între 70 şi 800!O concluzie fundamentală care se desprinde din cele de mai sus este faptul că TB este un dispozitiv
semiconductor comandat în curent.
Principiul de funcţionare a tranzistorului npn este similar, deosebirea constând în inversarea direcţiei curenţilor, a purtătorilor de sarcină şi a
polarităţii tensiunilor aplicate.



Aplicaţiile cele mai importante ale TB :
- în domeniul amplificării (tensiune, curent, putere), deci în circuitele de prelucrare analogică a semnalelor.
-utilizarea sa drept comutator (posibilitatea de a bloca curentul de colector prin anularea curentului de bază) a permis
realizarea de circuite logice şi numerice.












4.2. Regimuri de funcţionare ale tranzistoarelor bipolare
În cele de mai sus s-a considerat joncţiunea CB polarizată invers şi joncţiunea EB polarizată direct, regim în
care tranzistorul este capabil de amplificare. Această polarizare nu este însă unica. În tabelul următor vor fi prezentate
toate posibilităţile de polarizare, fiecare dintre ele corespunzând câte unui regim diferit de funcţionare.

Regim de funcţionare Polarizarea joncţ. EB Polarizarea joncţ. CB
activ normal directă inversă
blocat inversă inversă
saturat directă directă
activ invers inversă directă

♦ Regimul activ normal este utilizat pentru amplificarea lineară a semnalelor; joncţiunea CB este blocată iar
joncţiunea EB este deschisă.
♦ Regimul blocat se caracterizează prin curenţi foarte mici, ambele joncţiuni fiind blocate; tensiunile dintre
terminale sunt determinate de circuitele externe. Se obţine prin anularea curentului de bază
♦ Regimul saturat se caracterizează prin tensiuni mici între terminale, ambele joncţiuni fiind deschise; curenţii
sunt determinaţi de circuitele externe. Apare atunci când curentul de colector iese de sub controlul bazei
♦ Regimul activ invers este asemănător cu cel activ normal, dar eficienţa tranzistorului este mult mai slabă (E
îşi schimbă rolul cu C).
În foarte multe aplicaţii actuale, atât din domeniul conversiei energiei cât şi în calculatoarele numerice,
tranzistoarele operează în regim de comutaţie între regimurile blocat şi saturat, trecând prin regimul activ numai pe
durata scurtă a comutaţiilor.


4.2.1.Conexiunile tranzistorului bipolar
Pentru studierea amplificatoarelor este clasică noţiunea de cuadripol - circuit cu patru borne: două de
intrare, prin care se aplică semnalul care se doreşte a fi amplificat şi două de ieşire, de unde se obţine semnalul
amplificat.

I
1
I
2



U
1
U
2




Fig. 4.5 Definirea cuadripolului

Tranzistorul este caracterizat de 6 parametrii, 3 curenţi şi 3 tensiuni, dar nu sunt independenţi. Pentru aceasta dacă se
cunosc 4 parametrii se pot determina şi ceilalţi doi.
Deoarece tranzistorul are 3 terminale, este convenabil să se aleagă unul dintre acestea ca electrod de referinţă şi să
se conecteze la potenţial zero (masă), faţă de acest electrod se vor măsura toate tensiunile în schemă. În raport cu
electrodul de conectat la masă(comun) - 3 scheme: bază comună (BC), emitor comun (EC), colector comun (CC).
I
C

I
C
C I
E
I
C
I
B
E
I
B

B E C B

U
BE
U
CE
U
EB
U
CB
U
BC
U
EC


E B C

Emitor comun Bază comună Colector comun

Mărimi de intrare:
- U
1
- tensiune de intrare;
- I
1
- curent de intrare;

Mărimi de ieşire:
- U
2
- tensiune de ieşire;
- I
2
- curent de ieşire.

CUADRIPOL
Se remarcă avantajele conexiunii EC care este singura capabilă de a amplifica simultan semnalele de tensiune şi de
curent. Mărimile de intrare în această conexiune sunt curentul de bază i
B
şi tensiunea bază-emitor u
BE
iar cele de
ieşire sunt curentul de colector i
C
şi tensiunea colector-emitor u
CE
.
În conexiune EC, TB este abordat ca un amplificator de curent comandat prin i
B
, amplificarea de tensiune fiind
obţinută prin circuitul extern. În continuare vom considera această conexiune implicită.

4.2.2.Caracteristicile statice ale tranzistorului bipolar
Starea electrică a unui tranzistor bipolar este definit de patru mărimi electrice: doi curenţi ( al treilea se deduce
din relaţia I
E
= I
C
+I
B
) şi două tensiuni (a treia se deduce din relaţia U
CE
=U
CB
+U
BE
).
Cele patru variabile nu sunt independente; dacă valorile a două dintre ele sunt fixate de către un circuit pentru un
tranzistor dat, celelalte capătă valori perfect determinate. De exemplu, dacă circuitul fixează valorile tensiunilor pe
joncţiuni (U
BE
şi U
CB
), curenţii tranzistorului sunt perfecţi determinaţi.
În fig.4.7 sunt prezentate toate cele 6 mărimi caracteristice pentru TB. Sensurile curenţilor şi tensiunilor prezentate sunt
cele reale şi corespund regimului activ normal, pentru ambele tipuri de tranzistoare, npn respectiv pnp.

C I
C
I
C

C
I
B
U
CB
I
B
U
BC

U
CE
U
EC

B B

U
BE
I
E
U
EB
E
E I
E


Fig. 4.7. Mărimile caracteristice tranzistoarelor bipolare

Între aceste mărimi există din start două relaţii de interdependenţă, impuse de legea conservării sarcinii electrice şi de
Legea a II-a a lui Kirchoff:
i
E
= i
C
+ i
B

U
CE
= U
CB
+ U
BE
pentru npn, respectiv U
EC
= U
BC
+ U
EB
pentru pnp
Cele 4 mărimi independente pot fi alese în orice mod. Pentru conexiunea EC se preferă excluderea U
CB
care nu
influenţează funcţional tranzistorul (deoarece este o tensiune de polarizare inversă a joncţiunii CB) şi a lui I
E
care
poate fi de regulă aproximat cu I
C
. Oricum I
E
se obţine uşor din suma celorlalţi doi curenţi, între care există relaţia
esenţială.
Rămân caracteristicile statice (fig. 4.8), tipice pentru un tranzistor npn în conexiune EC:
- familia de caracteristici statice de ieşire de colector Ic = f(U
CE
), când I
B
= const. variind în trepte, (cadranul I);
- caracteristica statică de intrare I
B
= f(U
BE
), cu parametrul U
CE
= const. (cadranul III);
- caracteristica statică de transfer în curent I
C
= f (I
B
), cu parametrul U
CE
=constant , ( cadranul II);
- caracteristica statică de transfer în tensiune U
CE
= f(U
BE
) cu parametrul I
B
=constant (cadran IV), o dependenţă
mai puţin interesantă, deoarece interdependenţa celor două tensiuni este neglijabilă.
I
C

I
B2
= 2· I
B1


II U
CE
constant I
I
B1
≠ 0

I
B
= 0



I
B
I
B
constant U
CE

IV
III U
CE
constant
U
BE

Fig. 4.8 Caracteristicile unui tranzistor npn în conexiune EC
0,6V

Caracteristicile I
C
=f(U
CE
) - o importanţă primordială, deoarece determină interacţiunea tranzistor-sarcină. De regulă
proiectarea unui circuit electronic se face în sensul ieşire→intrare, tocmai pentru a garanta deservirea optimă a
sarcinii.
♦ Pentru I
B
=0, tranzistorul este blocat. Singurul curent existent este I
CE0
, iar tensiunea U
CE
este dictată de circuitele
exterioare.
♦ Pentru I
B
≠0, caracteristicile I
C
se prezintă sub forma unor drepte cvasiparalele cu axa U
CE
, indicând faptul că U
CE
influenţează într-o măsură foarte mică curentul de colector, care este dependent în principal de curentul de bază
(I
C
≅ ≅≅ ≅β ββ β⋅ ⋅⋅ ⋅I
B
).
În cazul creşterii U
CE
peste valoarea limită indicată în catalog, tranzistorul se va distruge prin străpungerea joncţiunii
CB.
Dintre parametrii electrici ai tranzistoarelor bipolare se pot menţiona:
β- factorul de amplificare în curent, (h
21E
- altă notaţie )
U
CES
- tensiunea de saturaţie; I
CE0
-curentul rezidual; f
T
- frecvenţa de tranziţie, până la care tranzistorul poate
amplifica.
Cele mai importante valori limită sunt: I
C
- curentul maxim de colector; U
CE0
- tensiunea de străpungere CE cu Baza
în gol; P
tot
- puterea maximă disipată.
Funcţionarea tranzistorului cuplat în schemă cu emitor comun (EC) este determinată de familiile caracteristicilor de
intrare şi ieşire.
Tranzistoarele bipolare sunt comandate în curent şi deci consumă putere din circuitul de intrare, motiv pentru care
nu pot fi utilizate pentru amplificarea semnalelor de putere mică.

Categorii de tranzistoare.
Chiar dacă toate în esenţă fac acelaşi lucru, există o sumedenie de categorii de tranzistoare.
Deosebirea dintre acestea este dată de parametrii caracteristici, care sunt optimizaţi de către producător pentru anumite
game de aplicaţii.
- pentru a folosi la maxim performanţele unui tranzistor trebuie să se utilizeze doar în aplicaţiile pentru care a fost
proiectat şi construit.
Tranzistoare de mică putere. Sunt tranzistoare care de regulă:
suportă curenţi de colector sau de drenă (I
C
sau I
D
) de maxim de 200-300mA (0,2-0,3 A);
suportă tensiuni între colector şi emitor (V
CE
) sau între sursă şi drenă (V
DS
) de maxim 100-200V;
în cazul tranzistoarelor bipolare, au un factor de amplificare β de cel puţin 200-300;
sunt capabile de o puterea disipată (puterea electrică pe care o pot transforma în căldură) de cel mult 500-
600mW (0,5-0,6W);
nu au capsula construită în aşa fel încât să poată fi montate pe radiatoare de răcire:
au frecvenţa maximă de lucru (frecvenţa maximă a semnalelor electrice cu care pot lucra) de circa 200-250
MHz (megaherţi).
Tranzistoare de medie putere. Sunt tranzistoare care de regulă:
suportă curenţi de colector sau de drenă (I
C
sau I
D
) de maxim de 2-3 A;
suportă tensiuni între colector şi emitor (V
CE
) sau între sursă şi drenă (V
DS
) de maxim 100-200V;
în cazul tranzistoarelor bipolare, au un factor de amplificare β între 40-150;
sunt capabile de o putere disipată situată undeva în intervalul 0,5 – 40W;
sunt construite în aşa fel încât să poată fi montate pe radiatoare de răcire;
au frecvenţa maximă de lucru sub 5-10MHz.
Tranzistoare de mare putere. Sunt tranzistoare care de regulă:
suportă curenţi de colector sau de drenă (I
C
sau I
D
) de cel puţin 2-3 A;
suportă tensiuni între colector şi emitor (V
CE
) sau între sursă şi drenă (V
DS
) de cel puţin 50-100V;
în cazul tranzistoarelor bipolare, au un factor de amplificare β între 40-150;
sunt construite în aşa fel încât să poată fi montate pe radiatoare de răcire;
sunt capabile de o putere disipată de cel puţin 40-50W;
au frecvenţa maximă de lucru sub 2-3 MHz.
Toate categoriile de tranzistoare menţionate până acum mai sunt cunoscute şi sub denumirea de tranzistoare de uz
general.
Pe lângă acestea există şi categorii mai speciale, denumite conform aplicaţiilor pentru care au fost optimizate:
Tranzistoare de înaltă frecvenţă (sau de radiofrecvenţă). Sunt tranzistoare care au frecvenţa maximă de lucru de cel
puţin câteva sute de MHz. Acestea sunt folosite cel mai frecvent în radioelectronică (emiţătoare radio, amplificatoare
radio, convertoare de frecvenţă etc.).
Tranzistoare de comutaţie (rapidă). Sunt tranzistoare care sunt folosite pe post de comutator pornit-oprit, adică în
regim de lucru închis-deschis. În acest scop, aceste tranzistoare sunt optimizate astfel încât trecerea de la regimul închis
la cel deschis (sau invers) să se poată face foarte rapid (în timpi mai mici de câteva sute sau chiar zeci de nanosecunde).
Principalele aplicaţii ale acestor tipuri de tranzistoare sunt în domeniul circuitelor logice şi a surselor de alimentare în
comutatie.
Tranzistoare audio. Sunt tranzistoare care au o amplificare liniară pe tot domeniul de lucru al tranzistorului. Cu alte
cuvinte, în cazul tranzistoarelor audio, indiferent de cât de mari sunt curenţii care trec prin ele, se păstrează foarte bine
proporţionalitatea dintre mărimea semnalului de intrare (I
B
sau U
PS
) şi semnalul de ieşire (I
C
sau I
D
). După cum
sugerează şi numele, tranzistoarele audio sunt tranzistoare folosite în electronica audio.
Tranzistoare de zgomot mic. Teoretic, semnalul de ieşire al unui tranzistor ar trebui să “asculte” doar de semnalul de
intrare al acestuia. În realitate însă, din motive care ţin de tehnologia de fabricaţie, peste semnalul de ieşire se suprapun
şi alte semnale decât cele dictate de semnalul de intrare. Aceste semnale parazite sunt numite “zgomotul unui
tranzistor”.



5. Tranzistoare cu efect de câmp (TEC) sau FET (engl. Field Effect Transistor)

5.1 Structură şi funcţionare

TEC - dispozitiv electronic semiconductor – pt. a comanda intensitatea curentului electric dintr-un circuit.
- este tranzistor unipolar - în interiorul lui conducţia electrică este asigurată de un canal semiconductor cu
un singur tip de purtători de sarcină: fie electronii, fie golurile.
Se numesc “cu efect de câmp” - se bazează pe controlul efectuat de un câmp electric asupra curentului care
trece prin dispozitiv, intensitatea curentului între două terminale este controlată de potenţialul câmpului electric generat
de un al treilea terminal - deci TEC este un element activ comandat în tensiune.
În principiu un TEC este constituit din două joncţiuni p-n, semiconductorul comun celor două joncţiuni
constituind calea de circulaţie a curentului (canal), iar prin semiconductorii laterali se controlează curentul de
circulaţie (fig.5.1.).

Fig.5.1 Structura tranzistorului cu efect de câmp – cu canal n

TEC este un dispozitiv cu trei terminale active, fiind format din următoarele domenii : canalul, sursa, drena, poarta şi
substratul.
Canalul – regiune semiconductoare a cărei conductibilitate poate fi comandată şi prin care circulă curentul
tranzistorului cu efect de câmp. După modul de aranjare a joncţiunilor canalul - de tip p sau n.
Drena (D) – regiunea semiconductoare către care migrează purtătorii de sarcină majoritari, prin canal.
Sursa (S) - regiunea semiconductoare din care îşi încep migraţia lor purtătorii de sarcină majoritari, în interiorul
canalului. Drena D şi sursa S sunt conectate la canal, între ele circulând curentul util I
D
(curentul de drenă). Deplasarea
purtatorilor are loc datorita diferentei de potential aplicată între drenă și sursă.
Poarta (G sau P) - regiune semiconductoare sau metalică, care este folosită pentru comandarea intensităţii curentului
prin canal.
Substratul – este un domeniu pasiv, pe care se construieşte tranzistorul cu efect de câmp
Câmpul electric care modulează conductanța canalului este obţinut prin aplicarea unei tensiuni de comandă între al
treilea terminal, poarta (grilă) G şi S. Curentul prin canal - este controlat de tensiunea aplicată pe grilă.
În funcţie de tipul purtătorilor există TEC -uri cu canal n, respectiv cu canal p.
Din cauza mobilităţii sporite a electronilor faţă de goluri, TEC -urile cu canal n sunt mai rapide decât cele cu canal p.
Purtătorii minoritari nu participă la conducţia tranzistoarelor FET, numite de aceea şi monopolare, spre
deosebire de TB la care şi purtătorii minoritarii participă într-o oarecare măsură la conducţie. Tipică pentru
tranzistoarele TEC este proprietatea de a fi comandate în tensiune, spre deosebire de TB care sunt comandate în
curent.
După modul de construcţie TEC se împart în 3 grupe:
a) Tranzistoare cu efect de câmp şi grilă joncţiune (TECJ sau JFET) ;
b) Tranzistoare cu efect de câmp cu grilă izolată (TECMOS sau MOSFET) ;
c) Tranzistoare cu efect de câmp cu straturi subţiri (TFET)

5.2. Tranzistorul cu efect de câmp cu joncţiuni (TECJ)
În funcţie de tipul purtătorilor există TECJ -uri cu canal n, respectiv cu canal p.
Ex: TECJ cu canal p.
Structura: - pe o bară de semiconductor de tip p se realizează, prin dopare cu impurităţi, două pelicule tip n.
-pe cele două zone şi pe capetele plăcuţei semiconductoare se realizează 4 contacte electrice.
Cele două zone n sunt conectate electric între ele formând grila sau poarta tranzistorului (G) iar la capetele barei p se
fixează contactele sursei S şi a drenei D.
Prin S se injectează purtători majoritari în bară, prin D se culeg aceştia iar prin G se controlează câmpul din
interiorul canalului.
Simbolurile folosite în schemele electronice pentru TECJ sunt prezentate în fig.b și c.

Fig.5.2 Structura - (a), reprezentarea în schemă (b)- cu canal tip p, (c)- cu canal tip n

Principiul de funcţionare la tipurile n şi p este acelaşi, deosebirea constă în aceea că direcţia curenţilor şi polaritatea
tensiunilor aplicate sunt opuse.
Modul normal de funcţionare a TECJ - cu grila polarizată invers faţă de sursă şi drenă.
- intensitatea curentului care circulă prin canal - este dat de electronii care se deplasează de la S spre D și
controlată de diferenţa de potenţial U
DS
(pozitivă) dintre drenă şi sursă.
Caracteristici statice ale tranzistorului cu efect de câmp cu joncţiuni
- reprezintă modul de variaţie a curentului de drenă I
D
în funcţie de tensiunile drenă-sursă U
DS
și grilă- sursă U
GS.

Cele mai utilizate caracteristici statice sunt caracteristicile de ieşire I
D
= f(U
DS
) în condiţia U
GS
= cst. şi
caracteristicile de transfer I
D
= f(U
GS
) pt. U
GS
= cst..
În fig, s-au reprezentat trei caracteristici statice de ieşire
din familia de caracteristici a TECJ (partea din dreapta) şi
o singură caracteristică statică de transfer (partea din
stânga).
Se poate remarca asemănarea caracteristicilor statice de
ieşire ale TECJ cu cele ale TBJ, cu remarca că aici
mărimea de comandă nu mai este un curent ci o tensiune.

Privind o singură caracteristică, pentru o valoare dată a
tensiunii UGS, se poate observa că:
-la tensiuni UDS mici tranzistorul se comportă ca o
rezistenţă ohmică, dependenţa ID=ID(UDS) fiind
liniară.
-la tensiuni UDS mai mari se constată o limitare a
curentului de drenă, el rămânând aproape constant pe o plajă largă a tensiunii UDS.
Se poate afirma că TECJ este în conducţie maximă atunci când U
GS
= 0.
Valoarea maximală a curentului de drenă, obţinută cu tensiunea U
GS
= 0, se notează I
DSS
şi este de obicei de ordinul a
câţiva miliamperi. În notaţia curentului de drenă I
DSS
semnificaţia simbolurilor utilizate este următoarea: primul S
corespunde la „sursă comună”, iar cel de-al doilea S corespunde la „scurt circuit” deoarece se scurtcircuitează grila
prin legarea ei la sursă.
Tensiunea de prag U
P
şi curentul I
DSS
sunt cei doi parametri caracteristici ai TECJ.

Conexiuni fundamentale ale tranzistorului cu efect de câmp - în montaje electronice sunt următoarele:

a)Sursă comună (SC), b)drenă comună (DC) şi c)grilă comună (GC)


a) b) c)

Cea mai folosită schemă este cea cu sursa comună SC:

Funcţionarea TEC - determinată de procesele care au loc la joncţiunile dintre
canal şi straturile vecine.
- când tensiunea de comandă U
GS
= 0 şi se cuplează sursa de tensiune între D
şi S adică U
DS
, prin canal va trece curentul a cărui valoare este determinată
de rezistenţa canalului.
Tensiunea U
DS
uniform aplicată pe lungimea canalului provoacă deplasarea
inversă a joncţiunii p-n între canalul de tip p şi stratul de tip n, astfel încât
tensiunea inversă mai mare la joncţiunea p-n se găseşte în zona apropiată de
drenă, iar în apropierea sursei joncţiunea p-n se aplică în stare de echilibru.
Prin creşterea tensiunii U
DS
domeniul stratului electric dublu din joncţiunea
p-n, sărăcit de purtători mobili de sarcină, se va lăţii respectiv are loc
îngustarea canalului. (fig.5.4 a).






(a) (b)

Fig.5.4 Îngustarea canalului tranzistorului cu efect de câmp la aplicarea tensiunii

Forma canalului, şi implicit intensitatea curentului prin el, pot fi controlate şi cu ajutorul tensiunii UGS.
- când se aplică tensiune pozitivă pe grilă (U
GS
> 0) joncţiunea p-n se deplasează şi mai mult în zona tensiunii
inverse iar lăţimea joncţiunii creşte, cum se observă din fig.5.4.b. Ca rezultat se îngustează canalul
conductor de curent şi curentul de drenă I
D
se micşorează (fig.5.2d).
- pt. o anumită valoare a lui U
GS
- tensiune de blocare, curentul de drenă practic dispare.
Raportul dintre variaţia curentului de drenă ∆I
D
şi variaţia tensiunii dintre grilă şi sursă ∆U
GS
care o provoacă
se numeşte pantă, în condiţia când U
DS
= cst.

const U
D
DS
GS
U
I
S
=
∆
∆
=
Din modul de funcţionare internă a unui TECJ şi din aspectul familiei de caracteristici statice ID = ID(UDS) putem
observa existenţa a trei regiuni de lucru posibile:
• regiunea liniară din vecinătatea originii în care rezistenţa canalului este constantă. De regulă, acest lucru se petrece
la tensiuni drenă-sursă mai mici de 0,5V.
• regiunea de saturaţie în care curentul de drenă creşte foarte puţin la valori UDS >UDSsat.
• regiunea de străpungere în care are loc multiplicarea în avalanşă a purtătorilor de sarcină, creşterea curentului de
drenă fiind limitată doar de rezistenţa din circuitul de polarizare.
Sectorul de creştere rapidă a caracteristicii se foloseşte în schemele de comutare, iar sectorul al doilea pentru
amplificarea semnalelor.

Precizări importante:
• Deoarece joncţiunea este polarizată invers curentul de poartă este foarte mic ( IG ≈ nA ) şi rezistenţa de intrare a
tranzistorului este foarte mare ( rgs ≅ 10
11
− 10
15
Ω).
• în regim de funcţionare normal joncţiunea este polarizată invers. Tranzistorul poate lucra şi cu joncţiunea polarizată
direct dar nu la tensiuni UGS > 0,5V. Dacă nu se respectă această condiţie tranzistorul se va distruge.
Utilizări:
• Pe o anumită porţiune a caracteristicii de ieşire ( la UDS mici) dispozitivul se comportă ca o rezistenţă
comandată în tensiune. Ca aplicaţii tipice pentru TEC-J în rol de rezistenţă variabilă se menţionează
atenuatoarele controlate prin tensiune şi circuitele pentru reglarea automată a amplificării.
• La UDS mari tranzistorul TEC-J se comportă faţă de drenă ca un generator de curent comandat de
tensiunea UGS. Dacă punctul de funcţionare al TEC-J este stabilit pentru un curent de drenă maxim IDmax,
pentru o variaţie destul de mare a tensiunii UDS vom obţine o variaţie neglijabilă a lui ID.
• TEC-J sunt folosite şi în etaje de amplificare de semnal mic la joasă şi înaltă frecvenţă. TEC nu oferă
câştiguri mari în tensiune, dar câştigurile sunt foarte mari în curent şi în putere. Oferă de asemenea impedanţă
mare la intrarea amplificatorului şi distorsiuni de neliniaritate reduse .
• Se mai pot utiliza ca şi comutatoare de semnal analogic folosite în circuite de eşantionare şi memorare sau
multiplexarea şi demultiplexarea semnalelor analogice .
Observaţie: Aceste dispozitive nu acoperă însă domeniul de aplicaţii la puteri mari. Acest domeniu este rezervat
tranzistoarelor bipolare şi TEC- MOS de putere.






5.3 Tranzistoarele cu efect de câmp de tipul MOS (metal-dielectric-semiconductor)

TEC tip Metal-Oxid-Semiconductor prescurtat TEC-MOS sau MOSFET, (Field Effect Tranzistor) este un dispozitiv
semiconductor electronic bazat pe conducţia curentului electric la suprafaţa semiconductorului. Proprietăţile
conductive ale suprafeţei semiconductorului sunt controlate de un câmp electric aplicat printr-un electrod izolat de
semiconductor (poarta).
Are 3 terminale :
Sursa => electrodul de unde pleaca sarcinile electrice,
Drena => electrodul catre care se indreapta sarcinile electrice,
Grila (Poarta) => electrodul care comanda comportarea dispozitivului.
Aceste tipuri de tranzistoare au grila izolată. La suprafaţa cristalului semiconductor care reprezintă suportul cu
conductivitate de tip p sunt formate două zone cu conductivitate de tip n, legate între ele printr-o punte subţire care
reprezintă canalul.
Zonele de tipul n sunt prevăzute cu borne pentru cuplarea în circuitul exterior (drena şi sursa). Cristalul
semiconductor este acoperit cu o peliculă de oxid dielectric pe care se dispune grila metalică G legată în circuitul
exterior. În acest fel grila este izolată din punct de vedere electric de circuitul drenă sursă.
Structura schematică a unui TECMOS cu canal iniţial de tip n este prezentată în fig. :


Suportul se leagă cu sursa, legătura se face în interiorul acestuia sau în exteriorul acestuia.
Grila este un film metalic izolat de semiconductor printr-un strat de SiO2. Din fabricaţie, între sursă şi drenă (zone de
tip n puternic dopate) există un canal conductor tot de tip n, astfel încât, chiar şi atunci când poarta nu este polarizată,
prin canal va trece un curent nenul.
Secţiunea transversală a canalului poate fi modificată prin aplicarea unui potenţial pe poartă. De regulă,
terminalul conectat la substrat (care se numeşte bază) se conectează la terminalul sursei, astfel încât sursa şi substratul
vor avea acelaşi potenţial.
Dacă diferenţa de potenţial dintre poartă şi sursă este negativă, atunci canalul se îngustează (electronii din el sunt
“alungaţi” în substrat) şi rezistenţa lui creşte. Se spune despre tranzistor că lucrează în regim de “sărăcire” .
Dacă diferenţa de potenţial dintre poartă şi sursă este pozitivă, atunci canalul se lărgeşte (electroni din substrat sunt
atraşi în canal) şi rezistenţa lui scade. Se spune despre tranzistor că lucrează în regim de “îmbogăţire”.

Fig. 5.5 Structura - (a) şi caracteristica de drenă- la tranzistoarele MOS cu canal inițial (b)

Caracteristicile de drenă (de ieşire): I
D
= f(U
DS
) pentru U
GS
=cst. sunt prezentate în fig.5.5.b. Se poate remarca
asemănarea caracteristicilor statice de ieşire ale TECJ cu cele ale TB, cu remarca că aici mărimea de comandă nu mai
este un curent ci o tensiune.
Porţiunea din caracteristica statică unde curentul de drenă atinge un palier se numeşte „zonă de saturaţie”, iar porţiunea
corespunzătoare valorilor reduse ale U
DS
se numeşte „zona ohmică” sau „zona nesaturată”.
Valoarea maximală a curentului de drenă, obţinută cu tensiunea U
GS
= 0, se notează I
DSS
şi este de obicei de ordinul a
câţiva miliamperi. (În notaţia curentului de drenă IDSS semnificaţia simbolurilor utilizate: primul S corespunde la
„sursă comună”, iar cel de-al doilea S corespunde la „scurt circuit” deoarece se scurtcircuitează grila prin legarea ei la
sursă.)
În lipsa tensiunii de comandă când U
GS
=0, prin canal între zonele de tipul n trece curentul I
D
. Prin creşterea
tensiunii sursei U
DS
, joncţiunea p-n dintre substrat şi canal se deplasează în sens invers, astfel încât tensiunea inversă
mai mare pe joncţiune se realizează în apropierea drenei. Prin deplasarea inversă a joncţiunii p-n se produc lărgirea
stratului electric dublu, sărăcit de purtătorii mobili de sarcină şi se îngustează canalul care conduce curentul.
Pe măsura creşterii U
DS
rezistenţa canalului se măreşte, creşterea curentului de drenă se încetineşte şi atunci când
joncţiunea acoperă secţiunea canalului prin creşterea lui U
DS
, curentul I
D
practic se stabilizează.
-când se aplică tensiunea pozitivă pe grilă U
GS
>0 , se produce atragerea electronilor din suport, electronii care se
acumulează în zona canalului, rezistenţa acestuia se micşorează iar curentul de drenă I
D
creşte .
- când pe grilă se aplică tensiune negativă, U
GS
<0, câmpul electric respinge electronii din canal în suport,
rezistenţa canalului creşte iar curentul I
D
scade (regim de sărăcire).
În acest fel prin modificarea tensiunii de comandă U
GS
se modifică curentul de ieşire a tranzistorului I
D
, astfel
încât raportul dintre creşterile mărimilor de ieşire şi intrare sunt determinate de panta:
. const
U
I
S
DS
GS
U
D
=
∆
∆
=
Datorită faptului că grila este izolată de restul circuitului, curentul acesteia este foarte mic I
G
şi este determinat
numai de rezistenţa izolării, motiv pentru care puterea necesară pentru comanda tranzistoarelor MOS este practic
nulă.
În mod analog funcţionează şi tranzistoarele MOS cu canal de tip p, la care suportul este de tip n, sensul
curenţilor şi polaritatea tensiunilor fiind inversă față de cazul analizat anterior (MOS de tip p).
Canalul unui tranzistor cu poartă izolată poate exista chiar în absenţa unei tensiuni aplicate pe poartă (U
GS
=0).
Acest tip de tranzistor poartă numele de tranzistor cu canal iniţial.
Se disting deci 4 tipuri de tranzistoare cu efect de câmp cu poartă izolată:
• tranzistoare cu canal n indus;
• tranzistoare cu canal n iniţial;
• tranzistoare cu canal p indus;
• tranzistoare cu canal p iniţial;
Simbolizarea TECMOS de tipul n şi p cu canalul încorporat se arată în fig. 5.6a şi respectiv b.


(a) (b) (c) (d)
Fig.5.6 Reprezentarea în schemă a tranzistoarelor MOS

Funcţionare şi utilizări
• TEC-MOS sunt foarte mult utilizate în realizarea circuitelor integrate în special în circuite digitale. Ele sunt
utilizate atât ca dispozitive active cât şi ca rezistenţe sau capacităţi . Circuitele integrate cu TEC-MOS pot fi
produse cu un nivel mare de complexitate la preţuri de cost reduse. Creşterea gradului de integrare prin
micşorarea dimensiunilor duce la reducerea capacităţilor parazite şi la creşterea vitezei de lucru.
• O aplicaţie importantă a tranzistorului TEC –MOS este inversorul CMOS . Acesta face parte dintr-o familie
de circuite care utilizează tranzistoare cu simetrie complementară. Avantajul principal al familiei CMOS este
consumul de putere foarte mic. Inversorul CMOS poate fi utilizat şi ca amlificator de semnal mic.
• Pot fi folosite şi în comutaţie, un circuit CMOS important fiind comutatorul bilateral pentru semnale
analogice.
Defecte
Un dezavantaj al TEC-MOS este marea fragilitate faţă de apariţia unor tensiuni accidentale pe poartă. Sarcini extrem
de mici pot determina tensiuni de ordinul sutelor care pot distruge tranzistorul . Din această cauză la utilizarea TEC-
MOS trebuie luate precauţii speciale de punere la masă a tuturor elementelor cu care iau contact ( mâna operatorului,
ciocanul de lipit) .
Pentru a evita distrugerea componentelor MOS
• pinii acestora vor fi scurtcircuitaţi printr-un fir conductor până după introducerea în circuit
• toate intrările neutilizate vor fi conectate la masă , la ES sau la ED
• utilizatorul va evita folosirea în îmbrăcăminte a unor materiale care favorizează acumularea de sarcini
electrice
• este indicată folosirea unei brăţări metalice prin care mâna operatorului să fie conectată la potenţialul de
referinţă
Trebuie precizat că unele dispozitive MOS sunt prevăzute cu circuite de protecţie încapsulate.

Asemănări între TEC-J şi TEC - MOS
• ambele sunt comandate în tesiune
• au curentul de intrare mic ( la TEC-MOS ID = 10
12 −
A)
• impedanţă de intrare foarte mare ( la MOS 10
12
- 10
18
Ω)
• frecvenţa de lucru foarte mare
• dependenţă mică de temperatură

Observaţii. TEC-MOS sau TB ?
• Zgomotul tranzistoarelor TEC-MOS este destul de mare şi ca urmare nu sunt adecvate aplicaţiilor unde nivelul
semnalului este mic.TB în general sunt mai performante decât TEC, au transconductanţa mai mare şi
comportarea cu frcvenţa mai bună de aceea sunt preferate în multe aplicaţii. La puteri mari însă , tranzistorul
TEC-MOS are o mai bună liniaritate decât TB. De asemenea , comutatoarele cu TEC-MOS au o comutaţie
rapidă în comparaţie cu TB, care are o semnificativă întârziere datorită intrării în saturaţie. Preţul de cost mai
ridicat al tranzistoarelor TEC-MOS face ca alegerea între cele două tranzistoare să nu fie uşoară.

Concluzii:
Tranzistoarele cu efect de câmp sunt larg utilizate în prezent, datorită avantajelor:
• Tranzistorul bipolar este un dispozitiv comandat în curent, iar TEC, un dispozitiv comandat în tensiune;
• Impedanţa de intrare emitor-bază a tranzistoarelor bipolare este mică – de ordinul x (0.1 … 1) kΩ -
reprezentând impedanţa unei diode polarizate direct. Tranzistoarele unipolare au impedanţă de intrare foarte mare – de
ordinul x 100 MΩ. La TEC-J, această impedanţă corespunde unei joncţiuni polarizate invers (în circuitul de intrare
grilă-sursă);
• TEC prezintă o capacitate de intrare şi ieşire mai redusă, comparativ cu cele bipolare, ceea ce le conferă
avantaje la amplificarea semnalelor de frecvenţe înalte;
• Structurile TEC-MOS se obţin cu o tehnologie mai simplă decât tranzistoarele bipolare (circuitele integrate
TEC-MOS se formează prin utilizarea a numai 2/3 din numărul de operaţii necesar circuitelor integrate bipolare) şi
implicit, au un preţ de cost mai redus;
TEC prezintă unele dezavantaje faţă de tranzistoarele bipolare, cum ar fi:
• viteză de comutaţie mai redusă;
• tensiune de saturaţie mai mare;
• pericol de distrugere în prezenţa câmpurilor electrice, prin străpungerea instalaţiei dintre grilă şi substrat (la
tranzistoarele TEC-MOS).































6. Tranzistorul unijoncţiune (TUJ)

6.1.Structură şi funcţionare
- dispozitive - prezintă regiune de rezistenţă negativă, proprietate ce le face utilizabile în schemele de oscilatoare de
relaxare, circuite de comandă a tiristoarelor şi a triacurilor, circuite de temporizare.
Structura TUJ: o bară de siliciu de tip n având rezistivitatea ρ=100Ωcm, cu lungimea mult mai mare decât
celelalte două dimensiuni, este dopată într-un punct pe lungime, formând o regiune de tip p şi în acea zonă apare o
joncţiune p-n.
Dispozitivului astfel construit i se ataşează 3 terminale corespunzător capetelor barei şi regiunii p, denumite
respectiv baza B
1
, baza B
2
şi emitorul E, ( fig.6.1).
- joncţiuna p-n în bara de siliciu n este poziţionată la distanţele l
1
, l
2
faţă de capete.
- r
1
, r
2
rezistenţele ohmice ale barei pe lungimile l
1
şi l
2
, cu
ajutorul cărora se defineşte raportul intrinsec de divizare al barei
η=
2 1
1
r r
r
+
.
Deoarece baza este omogenă, raportul teoretic η∈(0,1) şi
dă poziţia joncţiunii pe lungimea barei de siliciu şi care practic ia
valori în domeniul (0,4…0,9).
Dispozitivul astfel construit este o diodă cu două baze
deoarece are o singură joncţiune şi se numeşte – diodă cu două
baze sau tranzistor unijoncţiune.


Fig.6.1 Structura - (a) şi simbolul -(b) tranzistorului unijoncţiune

6.2 Caracteristica statică a tranzistorului unijoncţiune
Se consideră schema (fig. 6.2) în care cele două baze au fost polarizate cu tensiunea U
B1B2
iar între emitorul E
şi B
1
este tensiunea pozitivă U
EB1
.
Prin tranzistor circulă curentul I
B2B1
dat de relaţia:

2 1
B B
B B
r r
U
I
1 2
1 2
+
= (6.1)

iar tensiunea între joncţiune şi B
1
este dată de relaţia:

1 2 1 2 1 2
B B B B
2 1
1
1 B B
U U
r r
r
r I U ⋅ η = ⋅
+
= ⋅ = ∆ (6.2)


Fig.6.2 Montaj pentru ridicarea caracteristicii TUJ-ului

Se constată că U
EB1
şi
1 2
B B
U U ⋅ η = ∆ sunt în opoziţie, ceea ce înseamnă că dacă U ∆ >U
EB1,
între emitorul E
şi B
1
nu circulă decât un curent foarte mic, tranzistorul fiind blocat deoarece joncţiunea este polarizată invers adică
I
E
≈0.
- dacă U
EB1
creşte, U
EB1
> ∆U, atunci joncţiunea este polarizată direct şi rezistenţa sa devine neglijabilă ceea
ce înseamnă că r
1
≈0 şi ∆U≈0, curentul I
E
prin circuitul EB
1
creşte brusc la valoarea maximă, tranzistorul
comportându-se ca o diodă polarizată direct.
- În cazul în care bazele B
1
B
2
se leagă între ele, ceea ce înseamnă că U
B2B1
=0 tranzistorul unijoncţiune se comportă ca o
diodă (caracteristica 1, fig. 6.3).
Caracteristica statică a TUJ-ului este I
E
= f(U
EB1
) pt. diferite valori U
B2B1
şi este prezentată în fig.6.3.
Tensiunile U
EB1
,U
EB2
sunt tensiuni de deschidere sau basculare a TUJ-ului şi ele cresc o dată cu creşterea
tensiunilor U
B2B1
.

Fig.6.3 Caracteristica statică a tranzistorului unijoncţiune

Porţiunile ab, a’b’ din caracteristici se numesc porţiuni cu rezistenţă negativă. Aceste porţiuni dau o caracteristică
deosebită TUJ-ului fiind utilizat ca generator de oscilaţii comandat.
Din analiza funcţionării TUJ-ului rezultă că acesta funcţionează ca o diodă a cărei rezistenţă r
1
este controlată
prin tensiunea U
EB1
.

Aplicaţii ale TUJ
• Generator de impulsuri
În fig.6.6 se prezintă o aplicaţie a TUJ-ului în circuitul de realizare a unui oscilator, generator de impulsuri
în dinţi de ferăstrău, sincrone cu tensiunea alternativă u
2
.

Fig.6.6 Generator de impulsuri
Tensiunea alternativă U
2
este redresată prin puntea de
diode D apoi stabilizată la o valoare maximă U
z
prin
dioda Zener DZ şi aplicată prin circuitul PC pe emitorul
TUJ-ului. Condensatorul C se încarcă cu constanta de
timp PC şi când tensiunea pe condensator devine egală
cu tensiunea de basculare U
o
a TUJ-ului acesta intră în
conducţie şi C se descarcă peste R
1
producând un
impuls. Fenomenul se repetă, frecvenţa impulsurilor se
modifică prin potenţiometrul P.













7. Dispozitive semiconductoare optoelectronice

7.1 Introducere
Optoelectronica reprezintă acea parte a ştiinţei şi tehnicii în care sunt studiate problemele de generare,
prelucrare, memorare şi păstrare a informaţiei pe baza folosirii în comun a fenomenelor electrice şi optice.
Dispozitivele optoelectronice folosesc radiaţia spectrului optic. Utilizarea canalelor optice de comunicaţie permite
asigurarea izolaţiei electrice fermă la oricare sistem, elimină componentele reactive şi de conexiune mari şi costisitoare,
măreşte siguranţa în funcţionare.
Elementele de bază în optoelectronică sunt:
• sursele optice care transformă energia electrică în energie luminoasă;
• receptoarele fotoelectrice de radiaţie care transformă energia luminoasă în electricitate;
• dispozitive pentru izolaţie electrică la transmiterea energiei şi informaţiei prin canale optice adică dispozitivele
optoelectronice sau optocuploarele;
• conductoarele optice.
Dispozitivele optoelectronice sunt acele dispozitive care convertesc energia electrică într-o radiaţie optică şi
care detectează o radiaţie optică traducând-o într-un semnal electric.
Funcţionarea dispozitivelor optoelectronice se bazează pe fenomenele fizice legate de trecerea electronilor
între benzile de valenţă şi de conducţie.
Dispozitivele optoelectronice se împart în două mari categorii, şi anume:
• dispozitive fotosensibile (fotoreceptoare);
• dispozitive fotoemisive.
Dispozitivele în care o radiaţie luminoasă formată din fotoni cedează energia sa electronilor unui solid
provocând trecerea acestora în banda de conducţie se numesc dispozitive fotosensibile.
În dispozitive fotoemisive se produce fenomenul invers, energia eliberată prin trecerea electronilor pe un nivel
energetic inferior, este regăsită sub formă de fotoni.

7.2 Dispozitive fotosensibile
La baza funcţionării dispozitivelor fotosensibile (fotoreceptoare), stă efectul fotoelectric intern. Sub acţiunea
luminii, în materialul dispozitivului apar electroni şi goluri suplimentare necompensate care determină apariţia unui
fotocurent sau fototensiune.
Fotoelementul - un dispozitiv optoelectronic care nu necesită alimentarea de la o sursă de tensiune exterioară,
el generând o anumită tensiune atunci când este iluminat. Valoarea tensiunii care este măsurată pe o asemenea celulă
care nu este conectată într-un circuit poartă denumirea de tensiune de circuit deschis şi are o variaţie pronunţată la
iluminări mici, iar curentul care străbate terminalele celulei în timpul unui scurtcircuit poartă denumirea de curent de
scurtcircuit şi are o variaţie pronunţată cu cât iluminarea este mai puternică. Cu cât aria unei celule este mai mare cu
atât curentul de scurtcircuit este mai mare.
Dacă în aplicaţii dorim să utilizăm curentul unei astfel de celule se vor utiliza rezistori de sarcini mici, iar
dacă dorim utilizarea tensiunii, rezistorul de sarcină trebuie să aibă o valoare mare. Valoarea curentului de scurtcircuit
depinde şi de lungimea de undă a luminii (culoarea) care lumineaza fotocelula.

Sensibilitatea fotoreceptoarelor este determinată de nivelul de modificare a caracteristicilor sale electrice sub
influenţa radiaţiei luminoase.
Sensibilitatea la curent apare dacă în urma iluminării creşte curentul electric, şi se defineşte astfel:
I
S =
Φ
φ
I
,
unde Φ este fluxul de radiaţie care cade pe material. Sensibilitatea la tensiune apare în urma iluminării creşte
tensiunea de la ieşire cu
φ
U , şi se defineşte astfel:
Φ
φ
=
U
S
U
. În general sensibilitatea depinde de fluxul Φ,
dependenţa ( ) Φ
φ
I şi ( ) Φ
φ
U sunt neliniare.
Dispozitivele fotosensibile prezintă caracteristici electrice diferite în funcţie de expunerea lor la radiaţia
incidentă. Cele mai importante dispozitive sunt.
• Fotorezistenţele
• Fotodiodele
• Fototranzistoarele
• Fototiristoarele
• Celulele solare
Caracteristicile electrice sunt în funcţie de cantitatea de electroni liberi în dispozitiv. Un foton poate "ridica" un
electron din banda de valenţă în banda de conducţie, lăsând un gol în locul său ( deci creează un electron liber), dacă
energia sa este superioară lărgimii benzii interzise a semiconductorului ∆ W. Astfel spus, lungimea de undă a radiaţiei
trebuie să fie mai mică decât:
W
c h
o
∆
⋅
= λ , ( ) m µ λ < ( ) m
o
µ λ =
( ) eV W
237 , 1
∆

Se constată că pentru semiconductorii uzuali, efectul fotoelectric se plasează în infraroşu:
• Germaniu: W ∆ = 0,65eV m 85 , 1
o
µ = λ →
• Siliciu: W ∆ = 1,1eV m 12 , 1
o
µ = λ →
• Arsenura de galiu W ∆ = 1,4eV m 883 , 0
o
µ = λ →

Fotorezistorul - dispozitiv electronic ce prezintă o conductivitate dependentă de iluminarea la care este supusă.

- este constituită dintr-o peliculă semiconductoare depus pe un substrat ceramic cu extremităţile legate la
contacte ohmice. Această peliculă se protejează de obicei prin acoperire cu lac sau peliculă de masă plastic.
Fotorezistoarele pot avea ca element sensibil monocristalul semiconductor, pelicula de semiconductor pe dielectric sau
o pastilă din material de pulbere presată (fotorezistoare din sulfid sau seleniu de cadmiu).
Materialele cele mai utilizate pentru construcţia fotorezistenţelor sunt: sulfura de cadmiu(CdS), germaniul, siliciu,
arsenura de galiu, arsenura de indiu, teliura şi seleniura de plumb, sulfura de zinc, etc.

Fig.7.1
-au proprietatea de a-şi modifica valoarea rezistenţei electrice sub acţiunea fluxului luminos. Într-un circuit care
conţine un astfel de dispozitiv alimentat de la o sursă de tensiune constantă, curentul va creşte odată cu iluminarea
fotorezistorului.

Principalii parametri ai fotorezistenţei sunt:
• Rezistenţa de întuneric, (R
0
);
• Sensibilitatea, (S).
•
Principalele domenii de aplicaţie sunt:
□ măsurarea luminii (când aceasta variază încet)
□ celulele fotoelectrice;
□ exponoetrele !in "p"r"tele foto#r"fice;
□ comanda iluminatului public.





Fotodioda
- nu diferă din punct de vedere a structurii fizice faţă de diodele obişnuite.
- este constituită dintr-o jonctiune pn de construcţie specială, astfel încât să facă posibilă incidenţa razelor de
lumină în domeniul zonei de difuzie a acesteia. În funcţionarea normală jonctiunea pn este polarizată invers cu ajutorul
unei sursei externe. Incidenţa razelor de lumină în zona de difuzie determină o creştere a curentului invers.
- fotodiodele sunt dispozitive semiconductoare formate dintr-o joncţiune pn al cărui curent invers se modifică
în funcţie de iluminare, datorită efectului fotoelectric intern. Pot fi folosite la frecvenţe de ordinul miilor de Hz.
- fotodiodele care se comportă ca surse de curent atunci când sunt luminate .
Capsula fotodiodei are o fantă transparenta, sub forma unei ferestre palne sau a unei lentile care permite
pătrunderea luminii către joncțiunea pn.
Simbolul fotodiodei:



În fotodiode se poate disocia efectul fotoelectric, modelat printr-o sursă de curent, de
comportarea clasică a diodei. Astfel se poate reprezenta fotodioda prin schema
echivalentă :

Expresia caracteristicii curent – tensiune este dată de relaţia:
i(u) = I
s −
(
¸
(

¸

− |
¹
|

\
|
1
kT
qu
exp
φ
I


Graficele caracteristicii volt-amper ale joncţiunii p-n la iluminare :

În funcţie de modul în care este conectată o fotodiodă într-un circuit se obţin
regimuri de funcţionare diferite. Ea joacă rolul de consumator (curentul intră
în dispozitiv prin borna care are potenţialul cel mai ridicat):
• În primul cadran (u>0, I>o) - comportare de diodă clasică
• În al treilea cadran (u<0, I<o) comportare de sursă de curent
• În al patrulea cadran (u>0, I<o), fotodioda joacă rolul de
generator (curentul iese din diapozitiv prin borna care are
potenţialul cel mai ridicat)


Utilizarea fotodiodelor are ca scop aflarea de informaţii despre valoarea unui flux luminos. Se folosesc astfel în circuite
numerice pentru citirea cartelelor şi benzilor perforate, sesizoare de capăt la benzile magnetice, pentru telecomenzi pe
cale optică dar şi în circuite analogice ca traductoare iluminare curent.
Principalii parametrii ai unei fotodiode sunt:
• Curentul de întuneric, (I
D
);
• Tensiunea inversă maximă, (U
RM
);
• Curentul de iluminare, (I
L
);
• Sensibilitatea, (S).







Fototranzistorul
Fototranzistoarele au o structură asemănătoare tranzistoarelor clasice, dar construcţia lor permite expunerea
joncţiunii bază colector la un flux de fotoni. Au o structură compusă din straturi succesive p-n-p şi n-p-n. Tensiunea
externă polarizează joncţiunea p-n a emitorului în sens direct, iar joncţiunea colector – bază în sens invers.

Fig.7.4 Fototranzistorul : structura şi simbolul

În absenţa iluminării toată tensiunea externă cade pe joncţiunea colectorului.
Când se produce, iluminarea are loc pe bază prin stratul subţire al emitorului.
Fotoelectronii care apar în ambele joncţiuni ajung în domeniul emitorului şi colectorului iar golurile se adună
în bază. Ca rezultat pe joncţiunea din stânga apare o tensiune suplimentară în sens direct şi se produce injecţia
electronilor de întuneric prin bariera din bază şi în continuare în joncţiune colectorului. În acest fel curentul iniţial al
purtătorilor va fi amplificat de 100 de ori.
Fotocurentul generat în joncţiunea colector (polarizată în sens invers) este injectat în bază, plasând astfel
tranzistorul în regim normal direct. Curentul de colector este proporţional cu cel din bază, deci şi cu fluxul incident: I
C

=
φ
β I
F
.
Sensibilitate fototranzistorului este mult mai mare decât a fotodiodei. De ex. sensibilitatea integrală a
fototranzistorului cu germaniu este egală cu 0,2-0,5A/lm, tensiunea de lucru este de 3V iar curentul de întuneric
300µA.
Caracteristicile de ieşire ale unui fototranzistor:

- se remarcă următoarele: în lipsa iluminării prin
fototranzistor trece un curent I
CEo
, curent de întuneric.
-în prezenţa iluminării în zona joncţiunii BE apar purtători
electron-gol datoraţi efectului fotoelectric intern, la fel ca la
fotodiodă. Electronii vor fi injectaţi în volumul bazei şi vor ajunge
direct în zona de trecere a joncţiunii colector-bază de unde vor fi
acceleraţi şi vor ajunge în colector. Golurile vor rămâne în zona bazei
şi vor micşora bariera de potenţial al joncţiunii emitoare astfel că vor
creşte numărul purtătorilor injectaţi din emitor ce vor ajunge în
colector.
Apare deci un fenomen de amplificare a purtătorilor
formaţi. Ca urmare şi sensibilitatea fototranzistorului va fi mai mare
decât a fotodiodei.
Se observă forma aproape paralelă cu axa a caracteristicii
fototranzistorului ceea ce înseamnă că el se comportă ca un generator de curent, a cărui valoare depinde numai de
intensitatea fluxului luminos.

Pe de altă parte este binecunoscută dependenţa curentului de saturaţie de temperatură. De aceea pentru a
discerne care este contribuţia fluxului luminos la valoarea curentului şi care este contribuţia temperaturii, se utilizează
scheme termostatate sau scheme cu două fototranzistoare cuplate termic, dintre care unul este ţinut la întuneric.
Efectul temperaturii asupra fototranzistorului este nedorit: odată cu creşterea temperaturii are loc şi creşterea
curentului prin dispozitiv, situaţie care poate fi interpretată ca o creştere a iluminării.






Celule solare
- sunt fotodiode utilizate ca surse de energie fiind plasate în regimuri de funcţionare corespunzând celui de al
patrulea cadran al caracteristicilor
Materialele utilizate la confecţionarea celulelor solare sunt: siliciul, arsenura de galiu, sulfura de cadmiu şi
teliura de cadmiu.


Parametrii caracteristici celulei solare sunt:
• Curentul de scurtcircuit I
cc
– reprezintă curentul pe care îl poate debita celula în scurtcircuit pentru un nivel
de iluminare dat:
u=0 → I
cc
=
φ
I .
• Tensiunea în gol U
co
– reprezintă diferenţa de potenţial măsurată între bornele celulei în absenţa unei sarcini
externe, la un nivel de iluminare fixat şi pentru o temperatură dată:
i = 0 → U
co
=
s
s
I
I I
ln
q
kT + φ

• Curentul optimal I
m
– este curentul debitat de celulă în rezistenţa de sarcină optimală R
m
, în condiţiile
obţinerii unei puteri electrice maxime (punctul de funcţionare optimal);
• Tensiunea optimală U
m
– este tensiunea în punctul de funcţionare optimal;
• Randamentul - este raportul între energia luminoasă recepţionată şi energia electrică furnizată:
• Temperatura limită de funcţionare (aprox.100
o
C).
Alimentarea electrică cu ajutorul celulelor solare ( mergând de la câţiva waţi până la zeci de kilowaţi), este utilizată
în cazurile în care alimentarea prin alte mijloace este dificilă sau costisitoare, ca de exemplu:
- în telecomunicaţii : fascicule hertziene, reemiţătoare radio şi televiziune, balize radio, legături
telefonice sol-aer, sateliţi, etc;
- în balizajul luminos: balize de aeroport, balize în mare;
- în telemăsurători: detecţia incendiilor, supravegherea curenţilor marini, a vulcanilor, a conductelor;
- în semnalizare feroviară, treceri de nivel automatizate.


7.3. Dispozitive optoelectronice electroluminiscente

Dioda electroluminiscentă (LED)
LED-ul se bazează pe fenomenul invers fotodiodei. Culoarea luminii emise depinde de semiconductorul utilizat.
- este realizat dintr-o joncţiune pn impurificată cu materiale deosebite (galiu, arsen) încapsulată într-un material
transparent şi polarizată direct.
- emisia de lumină este rezultatul recombinării în zonele neutre ale diodei ale perechilor electron-gol.
- o parte din energia avută înainte de recombinare va fi cedată sub formă de emisie de factori pentru a ajunge
într-o stare energetică mai scăzută decât cea a benzii de valenţă.
Această structură se realizează din aliaje semiconductoare speciale. Nu se utilizează Si sau Ge deoarece se încălzesc și
nu emit bine lumina. Toate aceste elemente sunt introduse în capsule din rășini sintetice de diverse culori sau forme.
Culoarea radiației luminoase depinde de aliajul folosit la realizarea structurii semiconductoare.



Caracteristicile electrice (curent-tensiune) ale unui LED sunt asemănătoare celor ale diodelor clasice (fig.7.11).
Se observă forma tipică unei joncţiuni pn polarizate direct având o tensiune de deschidere de aprox.1,5-2V. Rezistenţa
dinamică în regim de conducţie este mică (5-10). Intensitatea radiaţiei luminoase este aproximativ proporţională cu
valoarea curentului prin diodă. Lungimea de undă a radiaţiei emise (culoarea) depinde de materialele folosite la
realizarea diodei şi se află de obicei în domeniul verde până la infraroşu.
Pentru obţinerea emisiei de lumină trebuie ca valoarea curentului de polarizare directă să depăşească un anumit
prag I
LIM
(de ex. 10mA pentru anumite tipuri de LED), tensiunea directă U
F
fiind pentru LED-urile uzuale de ordinul
1,5V. Tensiunile de străpungere (polarizate în sens invers) sunt relativ reduse.
Diodele LED se utilizează ca indicatoare optice, în sisteme de afişaj digital. LED-ul emite lumina într-o
anumită bandă foarte îngustă de lungimi de undă care este caracteristică unei anumite culori.


Fig.7.11 LED. Simbol şi caracteristica curent-tensiune

Pentru LED-uri RGB, poate fi un singur LED cu trei structuri (Red/Green/Blue) încorporate care sunt comandate pe
trei linii separate de comandă a culorii, sau un “punct luminos", compus din structuri LED roşu/verde/albastru
distincte. Prin comanda separată a fiecărei culori din cele trei se obţin peste 16 milioane de nuanţe (principiu care este
utilizat şi în monitoarele cu LED-uri .
Parametrii electrici ai LED-urilor sunt identici cu cei ai diodelor:
• Curentul direct, (I
F
);
• Tensiunea de deschidere a joncţiunii, (U
F
);
• Tensiunea inversă, (U
R
).













Optocuplorul
- ansamblul format dintr-un LED şi un receptor luminos (fotodiodă, fototranzistor) montat într-o capsulă comună
opacă.

Simbolul optocuplorului

Aceste dispozitive au o gamă largă de aplicaţii ele putând înlocuii relee, putând izola partea de forţă de partea de
comandă în sistemele automate şi în multe alte aplicaţii. Într-un astfel de dispozitiv se transmit într-un singur sens de la
intrare la ieşire.


De obicei randamente de transfer relativ ridicate se obţin în domeniul frecvenţelor infraroşii.
Optocuploarele pot fi utilizate pentru transfer de semnale atât de curent continuu, cât şi de curent alternativ, frecvenţa
limită fiind ordinul zecilor de MHz.
Pe lângă parametrii ce se referă separate la emiţător şi receptor, parametrii specifici optocuplorului sunt:
• Tensiunea de lucru care este diferenţa de potenţial între emitor şi receptor;
• Factorul de transfer în curent care este egal cu raportul dintre variaţia curentului la ieşire şi variaţia curentului la
intrare;
• Timpul de răspuns care reprezintă timpul scurs între momentul aplicării semnalului luminos şi cel la care
fotocurentul creşte până la 0,1 din valoarea sa maximă.
















8. Circuite de redresare


8.1. Noţiuni generale

Pentru funcționarea aparaturii electronice industriale și de uz casnic sunt necesare tensiuni continue de alimentare de
ordine de mărime cuprinseîntre câțiva volți și zeci de volți.
În majoritatea cazurilor acestea se obțin prin redresarea tensiunii alternative (f=50Hz) sau a unor fracțiuni a acesteia.
Procesul de redresare constă în transformarea energiei electromagnetice de curent alternativ în energie
electromagnetică de curent continuu.
Redresoarele au numeroase întrebuințări, cel mai frecvent pentru alimentarea receptorilor de energie electrică
cu funcționare în curent continuu de la rețele de curent alternativ. Concret se pot menționa:
- pentru alimentarea receptorilor (consumatori) de curent continuu de la rețele de curent alternativ ,
- pentru legătură electrică energetică între rețele electrice aflate la mare distanță,
- pentru cuplarea rețelelor de energie electrică de c.a. nesincrone (defazate reciproc) prin legătură în c.c. la tensiune
înaltă (kilovolți),
- în componenţa aparatelor electronice de măsurare, reglare şi control ,
- în tehnica radio, de exemplu pentru demodularea semnalelor radio ce sunt modulate în amplitudine pentru transmisie
(emisie) la distanță,
- in componența echipamentelor de telecomunicaţii.
Cele mai multe redresări de curent alternativ se fac cu diode normale (nu cu tiristoare) la un randament energetic de
până la 95%.

Schema bloc a unui redresor monofazat :

Redresorul propriu-zis, R, - separat de reţeaua de alimentare prin intermediul unui transformator, care oferă
totodată posibilitatea obţinerii unei game largi de tensiuni redresate (prin modificarea raportului de transformare).
Transformatorul T are rolul de a separa consumatorul de reţea şi de a modifica tensiunea reţelei la valoarea necesară
pentru a obţine o anumită tensiune continuă. În anumite cazuri, transformatorul T poate să lipsească.
Dispozitivul redresor R este constituit din elemente electronice (neliniare) care permit trecerea curentului numai
pentru o anumită polaritate a tensiunii alternative aplicate. Datorită acestei proprietăţi, de conductibilitate într-un
singur sens, curentul din circuitul redresorului va fi un curent pulsatoriu. Filtrul F serveşte la netezirea pulsaţiilor
tensiunii (curentului) redresate, în vederea obţinerii unei tensiuni (sau unui curent) cît mai aproape de forma continuă.
În unele redresoare (în special, în cele polifazate), filtrul poate să lipsească.

Se deosebesc două categorii de redresoare monofazate :
-redresoare care redresează o singură alternanţă, numite şi redresoare monoalternanţă;
-redresoare care redresează ambele alternanţe, numite şi redresoare dublă alternanţă.

În funcţie de natura sarcinii, redresoarele monofazate pot fi de mai multe tipuri:
-redresoare cu sarcină rezistivă (R);
-redresoare cu sarcină inductivă (RL);
-redresoare cu sarcină capacitivă (RC);
-redresoare cu sarcină R, sau RL, sau RC, conţinind însă şi o tensiune contraelectromotoare E.








8.2. Redresoare monofazate
8.2.1 Redresorul monofazat monoalternanţă cu sarcină rezistivă

Schema electrică a unui redresor monoalternanţă cu sarcină rezistivă fără filtru este :


La aplicarea unei tensiuni alternative în primar, ia nastere în secundar tot o tensiune alternativa, ce se aplica pe anodul
diodei de redresare.
în primar tensiunea : ( ) t sin U u
1 1
⋅ ω ⋅ = ,
în secundar se obţine: ( ) t sin U u
2 2
⋅ ω ⋅ =
Rezistenţa de pierderi a transformatorului poate fi calculată cu formula :
1
2
1
2
2 T
r
n
n
r R ⋅
|
|
¹
|


\
|
+ =

Pe durata alternantelor pozitive dioda conduce, în circuit apare un curent proportional cu tensiunea aplicata, deci
avînd aceeasi forma cu ea. Curentul prin sarcina circula deci într-un singur sens, sub forma unor alternante (curent
pulsatoriu). În alternanţa negativă dioda D este blocată.
Formele de undă care corespund funcţionării unui redresor monoalternanţă fără filtru:
Time
0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms
V(TX1:3)
-15V
-10V
-5V
0V
5V
10V
15V
Time
0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms
V(D1:2)
-4V
0V
4V
8V
12V


Curentul prin rezistorul de sarcină se deduce analitic:
i
S
= I
S
sin (ωt) , pentru 0 < ωt < π
i
S
= 0 , pentru π< ωt < 2π
unde I
S
reprezintă valoarea maximă a curentului prin sarcină:
S i
2
S D T
2
S
R R
U
R R R
U
I
+
=
+ +
=

R
D
reprezintă rezistenţa diferenţială a diodei care rezultă din liniarizarea caracteristicii acesteia şi R
i
reprezintă
rezistenţa internă a redresorului.
Tensiunea pe sarcina rezistivă R
S
are expresia :
u
S
= R
S
I
S
= U
S
sin (ωt) , pentru 0< ωt < π
u
S
= 0 , pentru π< ωt < 2π
Tensiunea medie (redresată) în sarcină este: ∫
π ⋅
π
= ⋅ ω ⋅ ω ⋅ ⋅
π ⋅
=
2
0
S
S 0
U
) t ( d ) t sin( U
2
1
U
Tensiunea efectivă : U
ef
=
2
U U
) t ( d ) t sin( U
2
1
S
2
1
2
0
S
S
=
|
|
¹
|


\
|
π
= ⋅ ω ⋅ ω ⋅ ⋅
π ⋅
∫
π ⋅

La proiectarea unui redresor sunt cunoscute, de obicei, tensiunea şi curentul redresat
d
U şi
d
I şi valoarea efectivă a
tensiunii alternative de alimentare U. Cu aceste date se pot determina parametrii electricii ai redresorului, cu ajutorul
cărora se alege elementul redresor şi se dimensionează transformatorul de reţea.
În cazul unei tensiuni de alimentare sinusoidale t sin U u
m
ω = , curentul mediu redresat este:

∫
π
π
=
π
= ω ω
π
=
0
dm
s
m
d
I
R
U
) t ( td sin
2
1
I
în care:
s
m
dm
R
U
I =

Tensiunea inversă maximă pe diodă apare în timpul alternanţei negative, când elementul redresor nu conduce, şi este
egală cu valoarea maximă (de vârf) a tensiunii secundarului transformatorului :

d 2 m max i
U U 2 U U π = = = cu
π
=
m
d
U
U

Valoarea efectivă a curentului din înfăşurarea secundară :

2
I
I
2 R
U
2
1
) t ( i
2
1
I
dm
d
s
2
0
2
d 2
=
π
= = ω
π
=
∫
π

Valoarea efectivă a curentului în primar:
d
2
0
2 d d
2
0
2
1 1
I
n
21 . 1
) t ( d )
n
I i
(
2
1
) t ( d i
2
1
I = ω
−
π
= ω
π
=
∫ ∫
π π

Puterea de curent continuu sau puterea utilă este :
d d
s
2 2
s
2
2
m 2
d s d
I U
R
U 2 U 2
R
U
I R P =
π
⋅
π
=
π
= =

Puterea aparentă în secundar este:
d d d d d 2 2 2
P 49 , 3 U I 49 . 3 U I
2
2
I U P = =
π
⋅
π
= =

Puterea aparentă în primar, dacă neglijăm curentul de mers în gol, are valoarea
d d d 1 2 1 1 1
P 69 , 2 I U
n
21 . 1
2
n
nI U I U P = ⋅ ⋅
π
= = =

Media aritmetică a acestor puteri dă puterea de gabarit a transformatorului:
d d
1 2
T
P 09 , 3 P
2
69 , 2 49 , 3
2
P P
P =
+
=
+
=

Primul termen al seriei este componenta continuă sau medie a curentului redresat, adică:
π
=
dm
d
I
I

Randamentul redresării în cazul unui element redresor ideal se calculează facînd raportul dintre puterea utilă de
curent continuu: d d
s
2
2
m
d
I U
R
U
P =
π
=

şi puterea medie primită de circuitul redresor:
( )
( )
( )
s
2
m
0 s
2
m
0
d m
R 4
U
t d
R
t sin U
2
1
t d ui
2
1
P = ω
ω
π
= ω
π
=
∫ ∫
π π
,
adică:
0
0
2
m
d
i
6 , 40
4
P
P
r =
π
= =
Diferenţa dintre
m
P şi
d
P se datorează armonicelor care circulă în rezistenţa
s
R . Pentru redresoare reale
randamentul este şi mai mic.
Greutatea relativ mare a transformatorului, folosirea neraţională a fierului şi cuprului şi pulsaţiile mari de
curent sînt dezavantajele principale ale redresorului monoalternanţă. El poate fi utilizat numai atunci cînd curenţii
redresaţi au valori reduse şi cînd randamentul scăzut al transformatorului este compensat de economia obţinută prin
utilizarea unui singur element redresor.


8.2.2 Redresorul monofazat dublă alternanţă cu sarcină rezistivă

O îmbunatăţire esenţială a formei de undă a curentului redresat se poate obţine prin folosirea schemelor de redresare
dublă alternanţă:
A. scheme de redresare cu priză mediană, în secundarul transformatorului de reţea;
B.scheme de redresare în punte .

A.Redresor dublu alternanţă cu priză mediană
- se utilizează un transformator monofazat cu priză
mediană în secundar, ( această priză având rolul de punct neutru).
Admiţînd ca sens pozitiv sensul de la punctul median spre
capetele exterioare se observă că tensiunile celor două secţiuni
ale înfăşurării secundare sunt în opoziţie de fază.
Ca urmare, curentul electric va circula într-o
semiperioadă prin dioda
1
D (dioda D
2
este blocată), iar în
cealaltă semiperioadă, prin dioda
2
D (dioda D
1
este blocată).
Curentul prin rezistenţa de sarcină R are acelaşi sens în ambele
alternanţe și reprezintă suma curenţilor prin diodele
1
D şi
2
D
Dezavantajul acestei configuraţii îl reprezintă faptul că
tensiunea inversă maximă pe dioda blocată este dublul tensiunii
maxime din secundarul transformatorului.

Se observă că atunci când una dintre diode conduce, potenţialul catodului său devine practic egal cu al anodului,
astfel că cealaltă diodă (în stare de blocare), al cărui catod este legat direct cu catodul primei diode, este supusă unei
tensiuni aproximativ egale cu dublul tensiunii de fază în valoare instantanee.
Rezultă deci că valoarea maximă a tensiunii inverse aplicate unei diode :
d 2 max i
U U 2 2 U π = =
În circuitele de redresare dublă alternanţa, curentul de sarcină traversează bobinajul secundar în sensuri opuse de la
priza mediană spre extremităţi. Dacă cele două elemente redresoare şi cele două secţiuni ale înfăşurării secundare sunt
identice; tensiunile magnetomotoare continue sunt egale şi de semne contrare, anulându-se reciproc. Astfel nu apare
saturaţie în miezul de fier, fiind posibilă o utilizare mai bună a
acestuia.

B. Acest dezavantaj este eliminat de redresorul dublă
alternanţă în punte.
- se utilizează un transformator fără priză mediană şi un număr
dublu de elemente redresoare.
Elementele sunt montate în punte, astfel încît curentul să
treacă prin rezistenţa de sarcină (conectată în una din
diagonalele punţii) totdeauna în acelaşi sens, indiferent de
polaritatea tensiunii de alimentare.
Valorile medii ale tensiunii şi curentului redresat, precum şi
valorile curentului anodic prin fiecare element sunt aceleaşi ca
şi în cazul schemei precedente.
Tensiunea inversă maximă, însă, este de două ori mai mică, deoarece în fiecare semiperioadă a tensiunii de
alimentare, curentul trece prin două elemente redresoare legate în serie.
Rezultă deci :
d 2 max i
U
2
U 2 U
π
= =
Cu alte cuvinte, la aceeaşi tensiune redresată, schema de redresare în punte este mai avantajoasă decât schema cu
priză mediană, într-ucât tensiunea inversă maximă a unui element poate fi de două ori mai mică.
$n alternanţa pozitivă a tensiunii u
2
conduc diodele D
1
şi D
4
(D
2
şi D
3
sunt blocate), iar în alternanţa negativă conduc
diodele D
2
si D
3
(D
1
si D
4
sunt blocate).
Formele de undă ale tensiunilor din secundarul transformatorului şi din sarcină sunt prezentate în figura :
Time
0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms
V(D6:2)
-4V
0V
4V
8V
12V

Tensiunea medie (redresată) la iesirea redresorului dublă alternanţă este : U
0
=
π
S
U 2

tensiunea efectivă: U
ef
=
2
U
S
, unde U
S
valoarea maximă a tensiunii din sarcină: U
S
=
S 1
2 S
R R
U R
+
⋅


Performanţele redresorului dublă alternanţă fără filtru :
a) Caracteristica externă: U
0
=
o i
2
I R
U 2
−
π

b) Randamentul redresării : % 80
8
P
P
2
ca
cc
=
π
= = η dublă față de redresorul monoalternanță

c) Factorul de ondulaţie : 11 , 1
2 2
U 2
2
U
U
U
S
S
o
ef
=
π
=
π
= = γ
d) Tensiunea inversă maximă pe diodă este tensiunea maximă din secundarul transformatorului

Obs:
- Se observa ca forma tensiunii redresate este aceeasi ca si în cazul redresorului folosind un transformator cu
priza mediana, tensiunea inversa maxima pentru fiecare dioda fiind însa Ui
m
, ca si în cazul redresorului
monoalternanta.
- Dezavantajele acestui montaj constau în numarul marit de diode folosite (patru) si necesitatea unei bune izolari
fara de restul elementelor a capatului nelegat la masa al rezistentei de sarcina.





8.2.3 Redresorul monofazat monoalternanţă cu sarcină RC

Schema unui redresor monoalternanţă cu sarcină RC :

- dioda D conduce doar o parte din alternanţa pozitivă, când tensiunea din secundarul transformatorului este mai
mare decât tensiunea de pe condensator. Condensatorul se încarcă spre vârful tensiunii e
2
, când dioda conduce,
interval în care u
R
= u
2
. Când dioda este blocată condensatorul se descarcă prin sarcină.

Formele de undã ale semnalelor :

Notând cu U
2
amplitudinea tensiunii din secundarul transformatorului şi cu U
o
tensiunea medie de pe
rezistenţa de sarcină, variaţia tensiunii din sarcină se poate scrie astfel :
( )
0 2 0
U U 2 U − ⋅ = ∆
Tensiunea la bornele diodei redresoare este egală cu:
c 2 a
u u u − = şi de aceea dioda nu este străbătută de
curent în tot timpul alternanţei pozitive, ci numai în timpul în care
c 2
u u > .
În perioada de timp în care
c 2
u u < , condensatorul se descarcă pe rezistenţa de sarcină, tensiunea la bornele sale
variind după legea:
RC
t
c c
e U u
−
=
în timpul de conducţie a diodei curentul are valoarea :
c R
i i i + =
în care: t sin
R
U
I
m
R
ω =
iar t cos CU
dt
du
C i
m c
ω ω = =
( ) ( ) ϕ + ω ⋅ ω + = t sin C
R
1
U i
2
2
m
unde CR arctgω = ϕ
În momentul încetării procesului de încărcare a condensatorului începe descărcarea condensatorului pe
rezisteţa de sarcină. Dacă circuitul are o constantă de timp RC suficient de mare, descărcarea are loc destul de lent şi
curentul prin sarcină îşi păstrează o valoare diferită de zero până la începerea unei noi perioade de conducţie a
elementului redresor.
Datorită efectului de netezire a undei curentului şi tensiunii redresate condensatoarele sunt utilizate
frecvent ca elemente de filtraj în redresoarele monofazate cu sarcina rezistivă.
Performanţele redresorului monoalternanţă cu sarcină RC:
a) Caracteristica externă se determină punând condiţia de regim staţionar, adică sarcina acumulată de
condensator la încărcare să fie egală cu sarcina pierdută la descărcare.
-pentru încărcare :
0
U C q ∆ ⋅ = ∆
-pentru descărcare :
ω
⋅ π ⋅
= ⋅ = ⋅ = ∆
0
0 C 0
I 2
T I t I q
Din aceste relaţii se obţine caracteristica externă a redresorului monoalternanţă cu filtru
capacitiv :
0 2 0
I
C
U U ⋅
⋅ ω
π
− =
b) factorul de ondulaţie :
R C
2
U
U
0
0
⋅ ⋅ ω
π ⋅
=
∆

c) raportul dintre curentul maxim prin diodă şi curentul mediu prin sarcină se determină presupunând
curentul maxim prin condensator constant în intervalul de conducţie al diodei.
-pentru încărcare:
ω
θ
⋅ = ⋅ = ∆
C
max D C max D
I t I q
-pentru descărcare:
ω
⋅ π ⋅
= ∆
0
I 2
q
deci :
C 0
max D
2
I
I
θ
π ⋅
=
d) tensiunea maximă pe diodă este dublul tensiunii maxime din secundarul transformatorului.


8.2.4. Redresorul monofazat monoalternanţă cu sarcină RL

Schema redresorului monofazat monoalternanţă cu sarcină RL :

Inductanţa L poate aparţine consumatorului (motoare de curent
continuu, electrornagneţi, relee etc.) sau poate fi introdusă ca element
separat în serie cu rezistenţa de sarcină, pentru "netezirea" undei
curentului redresat.

Funcţionarea schemei este ilustrată de formele de undă :

Curba curentului este diferită de curba tensiunii de alimentare,
curentul circulând şi în cursul unei fracţiuni din alternanţa negativă.
Aceasta se explică prin faptul că inductanţa L absoarbe o anumită
cantitate de energie în timpul alternanţei pozitive, pe care o
cedează atunci cînd tensiunea tinde să-şi schimbe sensul.

Deci, pe lângă tensiunea exterioară, în circuit apare tensiunea
electromotoare de autoinducţie:
t
i
L
d
d
L e − =

în timpul
conducţiei elementului redresor, este valabilă ecuaţia :
t sin U iR
d
d
L e
m
t
i
ω = + =
a cărei soluţie este de forma :
( )
( )
(
(
¸
(


¸

ϕ + ϕ − ω
ω +
=
− t
L
R
2 2
m
e sin t sin
L R
U
i
în care:
R
L
arctg
ω
= ϕ
În cazul redresorului monoalternanţă, inductanţa măreşte durata impulsurilor de curent, prin elementul redresor, dar nu
poate asigura în permanenţă o tensiune la bornele rezistenţei de sarcină.
Efectul de netezire dat de inductanţă L este mai puternic dacă se foloseşte schema de redresare dublă-
alternanţă (fig.8.11a). Din formele de undă prezentate în figura 8.11b se observă că acest curent redresat nu scade la
zero la sfîrşitul unei alternanţe.
Din analiza lor se constată că odată cu creşterea inductanţei, pulsaţiile curentului redresat scad foarte mult.
Aceasta se explică, prin impedanţa mare opusă de inductanţă la trecerea armonicilor curentului redresat, care are ca
efect reducerea amplitudinilor acestora faţă de componenta medie. Din aceste motive, inductanţa este folosită ca
filtru de netezire curentului redresat.

(a) (b)
Fig.8.11 Redresorul dublă alternanţă cu sarcină RL:a) schema de principiu; b) forme de undă

O netezire mai bună a curentului redresat se poate obţine şi cu un redresor monoalternanţă cu sarcină RL
şuntată de o a doua diodă, montată ca în figura 8.12a.
Această schemă permite ca prin folosirea unei inductanţe mari să se obţină un curent cu un factor de
ondulaţie mic (pe seama energiei înmagazinate în câmpul magnetic al bobinei L) şi să se elimine astfel necesitatea
unor filtre complicate.
Forma curentului redresat de această schemă se prezintă în figura 8.12b.
Avantajul principal al acestei scheme constă în puterea de calcul mai redusă a transformatorului de reţea.
Ea este utilizată pentru alimentarea bobinelor de curent continuu ale releelor, contactoarelor sau ale altor
dispozitive din schemele de automatizare.


(a) (b)

Fig. 8.12 Redresorul monofazatcu sarcină RL şuntată de o diodă de descărcare (diodă de nul):
a) schema de principiu; b) forme de undă
















9.Circuite de stabilizare

9.1.Noţiuni generale
Funcționarea circuitelor și aparatelor electronice necesită pentru alimentare cu energie, surse de tensiune
continuă.
Indiferent de tipul sursei de energie folosite, consumatorul trebuie alimentat cu o tensiune și un curent de o
anumită mărime, iar această mărime trebuie să fie menținută în limitele determinate de parametrii de funcționare ai
circuitului sau dispozitivului respectiv.
Pentru aceasta se utilizează stabilizatoare de tensiune respectiv stabilizatoare de curent.
Tensiunea obtinuta la iesirea unui redresor cu filtru are, pe lânga componenta continua, dependenta de
tensiunea rețelei și o componentă variabilă (ondulatiile). In plus, aceasta tensiune scade mult odată cu creșterea
curentului de sarcina si este dependenta și de temperature de lucru.

9.1.1.Definiții
Aparatul sau dispozitivul electronic care realizează funcția de stabilizare a parametrilor unui semnal poartă
numele de stabilizator.
În funcție de tipul mărimii fizice care caracterizează semnalul de intrare, stabilizatoarele pot fi de tensiune
(continuă sau alternativă), de curent, de frecvență, etc.
Un stabilizator de tensiune este un cuadripol, care menține tensiunea de ieșire în limite foarte strânse (teoretic
constantă), indiferent de variația tensiunii de intrare, a curentului prin sarcină, sau a temperaturii mediului ambiant, in
domenii specificate prin standarde sau norme tehnice.
Variația temperaturii mediului ambiant în care funcționează sistemul se considera un semnal de intrare al
acestuia.
Stabilizatorul de tensiune ideal este un circuit care asigura la iesire o tensiune independenta de tensiunea de
intrare, de curentul de sarcina si de temperatura.
Stabilizatorul de tensiune real nu poate realiza o independență totala a tensiunii de ieșire de factorii mentionati
mai sus, dar le micsorează dependența.
Stabilizatorul de tensiune, împreuna cu redresorul si filtrul formeaza o sursa de tensiune stabilizata.

Deci, stabilizatoarele de tensiune continuă fac parte din structura surselor de alimentare alături de compenentele
acesteia: sursa de tensiune (transformator), blocul redresor și blocul de filtraj.

9.1.2.Construcția stabilizatoarelor se poate realiza astfel:
a ) una din cele mai simple metode se bazează pe capacitatea unor componente electronice (diode Zener, tuburi cu
descarcari în gaze), de a menține într-un domeniu dat (domeniul de stabilizare) tensiunea constantă la bornele lor.
Performanțele de stabilizare a tensiunii de ieșire, asigurate de un stabilizator bazat pe acest principiu, sunt strict
determinate de caracteristica tensiune-curent a componentei folosite.
b) o altă metodă de construcție a stabilizatoarelor de tensiune continuă, constă în utilizarea unei scheme electrice de
amplificator cu reacție.

9.1.3. Rolul stabilizatorului de tensiune în sistemele electronice
Redresoarele realizează conversia energiei de curent alternativ, furnizată de rețea, în energie de curent continu
solicitată de consumatori. Exceptând consumurile pe care le reclamă instalțiile de putere, sursele de tensiune de curent
continu utilizate la alimentarea aparaturii electronice sunt de putere relativ mici. Majoritatea schemelor necesită fie
tensiuni pozitive, fie tensiuni negative de ordinul ±24V și curenți de pâna la 5A....10A. Variațiile relativ mari ale
tensiunii rețelei, se transmit și se resimt și în tensiunea obținută la ieșirea redresorului.
Pentru a asigura funcționarea normală a unui aparat electronic se impune ca variația tensiunii sursei de
alimentare să nu depașească anumite limite, dependente de performanțele aparatului.
Cu cât aparatul electronic este mai sensibil, sau mai precis, cu atât trebuie să fie mai stabilă sursa de alimentare a
acestuia; de exemplu, pentru un microscop electronic tensiunea de alimentare nu trebuie să varieze cu mai mult de
0,005%, în timp ce amplificatoarele de curent continu și unele aparate de masurare de mare precizie necesită tensiuni
cu o stabilitate superioară cifrei de 0,0001%.
Stabilizatoarele sunt circuite electronice, care se conectează între sursa de alimentare și consumator, având
rolul de a menține constante tensiunea sau curentul consumatorului în raport cu variațiile tensiunii sursei, ale rezistenței
de sarcină, ale temperaturii ambiente și ale altor factori perturbatori.
În principiu, stabilizarea unei tensiuni continue se poate asigura fie:
-”înainte” de redresor, menținând constantă tensiunea alternativă de alimentare (stabilizator de tensiune alternativă),
- după redresor, intercalând între acesta și sarcină un element capabil să preia variațiile de tensiune.



Fig.9.1 Prezentarea stabilizatorului de tensiune continuă în blocul sursei de alimentare

Dacă prima variantă stabiliza numai variațiile tensiunii de rețea , cea de a doua prezintă avantajul că menține
constantă tensinea pe sarcină indiferent de cauzele care tind să o modifice.

9.1.4.Clasificarea stabilizatoarelor

În funcție de modul de acționare a elementului regulator distingem:
- stabilizatoare cu acțiune continuă, (stabilizatoare liniare) la care elementul regulator funcționează continuu.
- stabilizatoare cu acțiune discontinuă (stabilizator în comutație), la care elementul regulator funcționează în regim de
comutație, încărcând un element acumulator de energie(un condensator), care furnizeză tensiunea de ieșire pe sarcină
pe durata când încarcarea condensatorului este întreruptă

În raport cu metoda de stabilizare există două tipuri principale de stabilizatoare:

a) Stabilizatoare parametrice, bazate pe neliniaritatea caracteristicii curent - tensiune a dispozitivului folosit
(în general , o diodă stabilizatoare)
b) Stabilizatoare cu reacţie, la care funcţia de stabilizare se realizează printr-o reacţie negative,dispozitivele
electronice folosite lucrând liniar
c) Stabilizatoare în regim de comutaţie , care sunt tot stabilizatoare cu reacţie , dar la care elementul
regulator al tensiunii de ieşire lucrează în comutaţie.

Stabilizatorul parametric are structura cea mai simpla si isi bazeaza functionarea pe neliniaritatea caracteristicii curent
– tensiune a dispozitivului electronic folosit (in general o dioda stabilizatoare).
Stabilizatoare cu reactie realizeaza functia de stabilizare printr-o reactie negativa, dispozitivele electronice folosite
lucrând liniar. Acest tip de stabilizatoare sunt intr-o prima aproximatie, circuite liniare.
Stabilizatoare in regim de comutatie sunt tot stabilizatoare cu reactie, in care insa elementul regulator al tensiunii de
iesire nu lucreaza liniar, ci in regim de comutatie. Creste astfel mult randamentul stabilizatorului.

După modul de conectare al elementului regulator în raport cu sarcina de la ieşirea stabilizatorului, stabilizatoarele de
tensiune pot fi clasificate în:
a) Stabilizatoare serie
b) Stabilizatoare paralel

În funcție de puterea disipată maximă admisă se disting următoarele tipuri:
- stabilizatoare de mică putere P
dmax
% 1W;
- stabilizatoare de medie putere 1W % P
dmax
% 15W ;
- stabilizatoare de mare putere P
dmax
>15W.

La stabilizatoarele de tensiune fixă precizia de menținere a tensiunii la ieșire permite clasificarea în:
- stabilizatoare uzuale, la care nivelul tensiunii de ieșire se garantează cu o precizie de 2-5% și un coeficient de
temperatură de ordinul sutelor de ppm/°C,
- stabilizatoare de precizie (referințe de tensiune), al căror nivel de tensiune de ieșire se garantează cu o precizie mai
mare de 2,5% și un coeficient de temperatură sub 1ppm/°C.



9.1.5. Parametrii stabilizatoarelor de tensiune
Parametrii unui stabilizator de tensiune continuă se clasifică în două categorii:
- valori limită absolută,
- caracteristici electrice.
Valori limită absolută, care descriu încărcarea maximă a stabilizatorului, reprezintă parametrii prin a căror respectare
se garantează funcționarea stabilizatorului în conformitate cu specificațiile caracteristicilor electrice.
Valorile limită absolută (indicate de obicei de producătorii de circuite stabilizatoare de tensiune) sunt:
- tensiunea maximă de intrare, U
iMAX
,
- puterea dispată, P
DMAX
,
- domeniul temperaturii ambiente de funcționare, T
AMAX
,T
AMIN
,
- domeniul temperaturii de stocare, T
SMAX
, T
SMIN
.
Caracteristicile electrice, descriu funcționarea propriu zisă a stabilizatorului:
a.) limitele de intrare și de ieșire.
- tensiunea de intrare U
i
,
- tensiunea de ieșire U
0
,
- diferența de tensiune intrare- ieșire (U
i
-U
0
),
- curentul de vârf la ieșire I
OM
,
- curentul de ieșire în scurtcircuit I
SC
,
- curentul consumat în gol I
G
.
b.) precizia cu care se controlează nivelul tensiunii la ieșire în domeniul de variație, la acțiunea unor factori
perturbatori variabili (tensiune de intrare, curentul de ieșire, temperatura ambiantă, etc.), astfel :
Coeficientul de stabilizare:
0
i
i
0
0
U
U
u
u
1
S
∆
∆
≅
∂
∂
=

- reprezintă variația procentuală a tensiunii de ieșire pentru o variație specificată a tensiunii de intrare, în
condițiile menținerii constante a curentului de ieșire și a temperaturii mediului ambiant
- exprimă cât de puţin e influenţată tensiunea de ieşire de variaţiile tensiunii de intrare.
Rezistenţa de ieşire:
cst T , u
0
0
0
0
0
|
I
U
i
u
r
=
∆
∆
− ≅
∂
∂
− =

- reprezintă variația procentuală a tensiunii de ieșire pentru o variație specificată a curentului de ieșire în condițiile
menținerii constante a tensiunii de intrare și a temperaturii mediului ambiant.
- exprimă cât de puţin e influenţată tensiunea de ieşire de variaţiile consumului.

Sarcina “vede” stabilizatorul de tensiune ca un generator real de tensiune:


0
0
0
0 0 0
0 0 0
i
u
r
r ) i ( u
r i E u
∂
∂
− = ⇒
∂ − = ∂ ⇒
− =

Cu cât rezistenţa internă r
o
este mai mică cu atât ne apropiem mai mult de generatorul ideal de tensiune.
Rezistenţa de ieşire r
o
este o mărime de calcul, şi există stabilizatoare care pe porţiuni au rezistenţa internă negativă (la
creşterea curentului de ieşire , tensiunea de ieşire creşte); în funcţie şi de modul de realizare practică (cablaj).
Coeficientul de temperatură:
ct
0
I ,
i
U
0 0
T
|
T
U
T
u
S
=
∆
∆
≅
∂
∂
=

- reprezintă raportul dintre variația tensiunii de ieșire măsurate la extremitațile domeniului temperaturii
ambiente de funcționare și marimea acestui domeniu, exprimat procentual față de valoarea tensiunii de ieșire
măsurate la TA= 25°C, în condițiile menținerii constante a tensiunii de intrare și a curentului de ieșire.
- trebuie să fie cât mai mic în domeniul temperaturilor de lucru.

Z
S
u
0
E
r
0
i
0
Tensiunea de zgomot la ieșire, U
N
reprezintă valoarea eficace a tensiunii de zgomot măsurată la ieșirea
stabilizatorului, într-o bandă de frecvență specificată, în condițiile menținerii tensiunii de intrare și a curentului de
ieșire la valori constante și a absenței tensiunii de ondulație.


9.1.6. Principii de funcționare

Stabilizarea serie - constă în plasarea elementului de reglare în serie cu rezistența de sarcină Rs.
În acest caz, elementul de reglare se comportă ca o rezistență variabilă a cărei marime este controlată de tensiunea de
ieșire U
0
prin bornele 2-3, când tensiunea de intrare U
i
crește, tensiunea U
0
de ieșire tinde să urmăreasca această
creștere și acționează asupra elementului regulator, care-și mărește rezistența între bornele 1-2.

Fig 9.2 a.)Schema de principiu a unui stabilizator de tensiune - cu element de reglare serie;

Evident, în acest mod creșterea tensiunii la intrare va fi compensată de căderea de tensiune ce se înregistrează între
bornele 1-2 și ca atare, tensiunea la ieșire va reveni la valoarea anterioară.
Odată cu scăderea tensiunii la intrare, rezistența între bornele 1-2 își micșorează valoarea astfel încât tensiunea le
ieșire să rămână de asemenea neschimbată. Simbolul rezistor variabil marcat pe schema bloc din fig. 9.2a pune în
evidență faptul că elementul regulator serie funcționeză ca un rezistor variabil în serie cu sarcină ajustându-și
mărimea rezistenței în scopul menținerii constante a tensiunii de ieșire.

Stabilizarea paralel, constă în plasarea elementului de reglare în paralel cu sarcina (fig.9.2 b).
Elementul de reglare în acest caz - este un dispozitiv cu o rezistență dinamică foarte mică în zona de lucru,
ceea ce permite ca variațiile curentului care îl starbate să nu producă schimbări neânsemnate ale tensiunii la bornele
lui (situație tipică întânlită în cazul unei diode Zener).


Fig 9.2 b.)Schema de principiu a unui stabilizator de tensiune-cu element de reglare paralel








Procesul de stabilizare în acest caz este astfel:
- odată cu creșterea tensiunii U
i
la intrare, crește și curentul de intrare i
I
. Elementul de reglare , având rezistența
dinamică foarte mică în comparație cu rezistența de sarcină R
S
, va prelua întreaga variație a curentului de
intrare.
Rezistorul R (de balast) contribuie la realizarea stabilizării preluând variațiile de tensiune de la intrare; în acest mod
creșterea tensiunii U
i
va fi compensată de căderea suplimentară de tensiune pe această rezistență. Dacă tensiunea la
ieșire va scădea, căderea de tensiune pe rezistorul R se va micșora cu aceeași valoare.
Efectul de stabilizare se manifestă și în cazul în care variază rezistența de sarcină, iar tensiunea U
i
rămâne constantă.
În acest caz căderea de tensiune Ur, pe rezistorul R rămâne neschimbată, deoarece creșterea curentului de sarcină se
obține pe seama scăderii curentului prin elementul regulator.
Stabilizarea în paralel se bucură de avantajul unei construcții mai simple cât și dacă ieșirea este pusă accidental în
scurtcircuit la masă, acesta nu suferă defecțiuni deoarece la bornele sale tensiunea va fi nulă; dacă în aceste
condițiisursa de alimentare poate furniza fără distrugere curentul U
i
/R si rezistorul R poate disipa puterea
corespunzătoare acestui curent, elementele componente ale stabilizatorului nu se defectează.
Stabilizarea serie a tensiunii, deși conduce la scheme mai complexe asigură un reglaj mai bun. Acest tip de reglaje,
comparativ cu stabilizarea în paralel, are un randament mai mare, în special în cazul curenților mici de sarcină.
Punerea în scurtcircuit la masă a ieșirii ”stabilizarii” serie poate conduce la distrugerea elementului de reglatj; de aceea
pentru evitarea efectelor unui scurtcircuit stabilizatoarele de acest tip sunt prevazute cu circuite de protecție, care sunt
fie limitatoare de curent (limiteaza intensitatea curentului prin sarcină la o valoare prereglată), fie circuite care
deconectează alimentarea, îndată ce a fost depașită o anumită intensitate a curentului prin sarcină.


9.2. Stabilizatoare parametrice

Stabilizatoarele de acest tip reprezintă un dispozitiv electronic destinat să mențină cât mai constantă tensiunea la
bornele unei sarcini pe baza caracteristicii sale tensiune-curent, fără să se recurgă la circuite suplimentare de reacție.
Utilizarea acestor tipuri de stabilizatoare este utilă atunci când este necesar să se alimenteze o sarcină cu o tensiune
relativ constantă.
Element de reglaj în aceste stabilizatoare - dioda Zener dar și tuburile cu descărcări în gaze de tip stabilivolt precum
și unele rezistoare cu o caracteristică (așa-numită) neliniară.

A. Stabilizatorul parametric cu diodă Zener

Schema de principiu a celui mai simplu stabilizator de tensiune cu diodă Zener este cazul în care dioda este conectată
în paralel cu rezistența de sarcină Rs.
Stabilizatorul parametric se bazează pe nelinearitatea caracteristicii curent-tensiune a dispozitivului electronic
folosit.

D4 D3
C1 Rs
D1 D2
Rb
DZ

Stabilizatorul parametric cu diodă Zener se bazează pe proprietatea unei joncțiuni p-n polarizată invers de a
avea în regiunea de străpungere o tensiune la borne relativ constantă într-o gamă largă de variație a curentului.
Mai exact, tensiunea la bornele diodei Zener crește și, respectiv, scade foarte puțin față de creșterea sau scăderea
curentului care o străbate. Deci, se utilizează zona negativă a caracteristicii (dioda Zener se polarizează invers)
respectiv regiunea între I
xmin
și I
zmax
. I
zmin
este intensitatea minimă la care apare efectul de stabilizare, iar I
zmax

intensitatea maximă permisă.
Dioda Zener funcționează deci într-un regim de străpungere controlat. Intensitatea curentului și puterea disipată
sunt menținute la valori pe care dioda Zener le poate suporta fără să se distrugă.
În acest sens, pentru ca stabilizatorul parametric cu diodă Zener să funcționeze în condiții optime trebuie respectată
condiția I
zmax
= P
zmax
/U
z
, unde P
zmax
este puterea maximă disipată
permisă pe diodă, U
z
este tensiunea stabilizată, iar I
zmax
a fost definită
anterior. Aceste valori sunt date în catalog, iar montajul nu trebuie în
niciun caz să permită depășirea I
zmax
sau P
zmax
. Din motive de siguranță
în exploatare se lucrează sub aceste valori cu un coeficient de siguranță
convenabil.
- formele de undă la intrarea redresorului, la ieșirea
redresorului și la ieșirea stabilizatorului.

Valoarea rezistenței de balast, R
b
(sau de limitare) este dată de
relația R
b
=(U
i
– U
z
)/I
zmax
,
unde U
i
este tensiunea de intrare în stabilizator.
De asemenea, din motive de siguranță, se alege o valoare mai mare
decât cea care rezultă pentru R
b
. Pe de altă parte, trebuie avut de
asemenea în vedere ca valoarea curentului prin diodă să fie mai mare
decât I
zmin
chiar și când U
i
are cele mai mici valori. Aceste condiții nu
sunt însă greu de îndeplinit având în vedere plaja de valori ale I
z
între
I
zmin
și I
zmax
care este, în general, foarte largă.
Dacă apare o creștere a tensiunii la intrarea stabilizatorului, aceasta
va provoca o creștere importantă a curentului prin dioda Zener, iar
creșterea de tensiune va fi practic preluată de o creștere a tensiunii pe
rezistența de balast R
b
, datorită creșterii I
z
iar I
s
rămâne în domeniul de
stabilitate. În mod similar, dacă apare o scădere a tensiunii la intrarea
stabilizatorului, aceasta va fi compensată prin scăderea tensiunii pe R
b

datorită scăderii curentului I
z
prin diodă.
Se produc diode Zener cu tensiuni de stabilizare între 4 și 200V.



B. Stabilizatorul parametric cu diodă Zener și tranzistor

În cazul în care curentul furnizat în sarcină de schemele de stabilizare cu diodă Zener este mai mare decât curentul
pe care-l poate suporta dioda Zener, schemelor li se pot adăuga unul sau mai multe tranzistoare cu ajutorul cărora se
amplifică acest curent.
În funcție de modul în care se conectează în schemă acest tranzistor sunt posibile trei configurații de stabilizatoare:
configurație serie, configurație paralel și configurație serie-paralel.

Configurația serie:
În acestă configurație schemelor cu diode Zener li se adaugă un tranzistor bipolar în serie cu rezistenta de
sarcina, pentru a li se extinde (amplifica) curentul de ieșire. De multe ori acest montaj este considerat cu reacție.
Dioda Zener se alege astfel încât prin conectarea tranzistorului tensiunea la ieșirea stabilizatorului să fie
”fixată” la valoarea dorită, egală cu tensiunea diodei Zener, minus căderea de tensiune emitor-bază a tranzistorului
U0=Uz-UBE .


2.3.Stabilizator parametric cu tranzistor serie

Dacă tensiunea pe sarcină crește, datorită unei cauze oarecare, concomitent se micșorează și tensiunea între bază și
emitorul tranzistorului serie. În acest caz, astfel încât tensiunea la ieșire revine la valoarea sa normală.
Odată cu micșorarea tensiunii de ieșire, se produce și creșterea tensiunii bază-emitor a tranzistorului, curentul de
colector al acestuia crește și drept urmare tensiunea la ieșirea stabilizatorului revine la valoarea inițială.
În figura de mai jos se prezintă un alimentator stabilizat de 9V/250mA, realizat pe baza schemei anterioare.

Tensiunea furnizată de transformatorul TR, cu priză mediană, de 2x12 U
ef
, este redresată prin intermediul a
două diode 1N4002.
Rezistorul R
1
de 1Ω limitează vârfurile de curent prin diodele redresoare, care pot apărea datorită capacitații
C1 de 500µF. Tensiunea de ondulație în colectorul tranzistorului este redusă prin intermediul filtrului R2-C2.
Dioda stabilizatoare DZ(PL10Z) este alimentată prin rezistorul de 300Ω și furnizează o tensiune de 10V pe
baza tranzistorului BD135. Rezistența de 200Ω este o rezistență de presarcină care asigură un curent de pornire pentru
tranzistor în lipsa sarcinii (Bleeder-eng.-;asigură polarizarea directă a tranzistorului, astfel încât tensiunea de ieșire în
gol să fie menținută la valoarea dorită).
Tranzistorul disipă o putere de aproximativ 2W în condițiile cele mai dificile de funcționare și de aceea trebuie
montat pe un radiator (de exemplu o placă de aluminiu de 7,5X7,5 cm, cu o grosime de 2 mm).
Performanțele schemei de bază pot fi îmbunatațite fie prin utilizarea unor tranzistoare compuse – configurație
Darlington (fig.9.4), fie prin dispunerea în paralel a mai multor tranzistoare bipolare (fig.9.5.)



Fig.9.4. Configurația Darlington pentru elementul regulator serie Fig.9.5 Configurația paralel
a) cu tranzistoare NPN; b)cu tranzistoarePNP;
c)cu tranzistoare complementare

Schema din figura 9.5 se utilizeză în cazul în care puterea admisă pe un tranzistor este insuficientă pentru furnizarea
curentului de sarcină necesar. Tranzistoarele legate în paralel se selecționează după mărimea factorului β și se
protejează prin rezistențele R
E
de egalizare a curenților.

Configurația paralel:
- se prezintă două variante de scheme. Tensiunea la ieșire în aceste cazuri este egală cu suma dintre tensiunea diodei
Zener și tensiunea emitor-bază a tranzistorului, Uo=Uz+U
BE
.


Fig.9.6 Stabilizator parametric cu tranzistor paralel

Pentru a pune în evidență acțiunea de stabilizare a schemelor prezentate se presupune că tensiunea de ieșire are
o creștere mică; în acest caz tensiunea U
BE
crește (conform relației de mai sus) deoarece Uz= constant. Rezultă că atât
I
B
cât și I
C
cresc, și deci și căderea de tensiune R
1
crește, făcând ca U
0
să scadă. Evident, în acest caz însuși tranzistorul
își reglează curentul de colector, care la rândul său ajustează căderea de tensiune pe rezistența de balast R
1
, contribuind
prin aceasta la menținerea constantă a tensiunii la ieșire.
Acțiunea de stabilizare a schemei la modificarea tensiunii de intrare se explică prin aceea că variațiile acestei
tensiuni determină variații ale curentului prin tranzistor. Căderea de tensiune provocată de varițiile curentului prin
rezistența R
1
compensează variațiile tensiunii de intrare. Astfel, dacă tensiunea de intrare crește, tensiunea de ieșire
tinde, de asemenea, să crească. Ca urmare, tensiunea bază-emitor și curentul prin tranzistor se măresc, căderea de
tensiune pe R
1
crește și în final tensiunea de ieșire revine aproape de valoarea sa inițială.
Avantajul înlocuirii unei diode Zener de putere printr-o asociere ”Diodă Zener de mică putere – Tranzistor
bipolar” (cazul din figura 9.6), avantaj concretizat , atât prin creșterea puterii comandate (factor de multiplicare β), cât
și prin reducerea rezistenței dinamice, este cel mai bine pus în evidență în figura 9.7, unde ca element de reglare paralel
se folosește o configurație Darlington. În acest caz, cu o diodă Zener de putere sub 1W se poate stabiliza o putere de
peste 10W.


Fig. 9.7 Stabilizator simplu cu configurație Darlington paralel





În figura de mai jos se prezintă o astfel de schemă, în care tranzistoarele T2 și T3 constituie un etaj în contratimp
comandat de etajul colector comun realizat cu tranzistorul T1, care reproduce pe emitorul său tensiunea diodei Zener
Z, compensată în temperatură cu diodele D1 și D2.


Căderile de tensiune la bornele diodelor D1D2 compensează și tensiunile Vbe ale tranzistoarelor T1 și T2, astfel că la
ieșirea montajului se regasește o tensiune egală cu tensiunea Uz a diodei Zener Z.


9.3. PROTECȚIA STABILIZATOARELOR DE TENSIUNE
Atât sursele de tensiune stabilizată cât și cele nestabilizate pot constitui obiectul unor influențe dăunătoare
exercitate în principal de: suprasarcini, scurt-circuite, supra-tensiuni permanente sau în impulsuri, încălziri anormale.
Pentru a li se asigura fiabilitatea și deci pentru a se evita defectarile majore ” în cascadă”, alimentatoarele stabilizate
trebuie să fie prevăzute cu dispozitive de protecție automată eficiente, destinate protejării lor proprii, cât și protejării
circuitelor pe care le alimentează.
În general suntem tentați să ne bazăm pe siguranțele fuzibile pentru a proteja sursele de tensiune stabilizată.
Însă de obicei acestea nu asigură în mod operativ protecția , deoarece ele au o inerție mare în funcționare ceea
ce defapt necesită metode de protecție diferențiate pentru fiecare din influențele dăunătoare ce pot apărea în timpul
funcționării acestora.
De exemplu, pentru a evidenția această inerție a influențelor dăunatoare menționate mai sus, se ia cazul unui
tranzistor; care la încălzirea, respectiv străpungerea sa prin ambalare termică, antrenează distrugerea succesivă a
componentelor propriului circuit ( în general rezistoare ), apoi a elementului regulator, apoi a redresorului, apoi a
sursei de curent și în final a siguranței fuzibile.
Oricare ar fi metoda de protecție utilizată, aceasta trebuie să fi e aleasă astfel încât să nu perturbe funcționarea
stabilizatorului, sau să-i înrăutățescă performanțele.

9.3.1 SUPRASARCINI POSIBILE
În funcționarea alimentatoarelor stabilizate pot apărea regimuri de suprasarcini sau de scurtcircuit accidentale,
care în majoritatea cazurilor conduc la defectarea stabilizatorului.

Regimul de supracurent se manifestă în următoarele situații:
- în scurtcircuit, caz în care curentul nu este limitat decât prin rezistența internă a sursei și prin rezistența firelor de
conexiune,
- la suprasarcină, când fără să atingă valoarea critică într-un inteval de timp scurt , intensitatea depășește net valoarea
sa nominală. Dacă acest regim se manifestă pe o durată mai mare de timp pot fi defectate unele părți componente ale
circuitului ca de exemplu componentele semiconductoare, izolația conductoarelor (în special bobinajul
transformatoarelor) .
Regimul de supratensiune poate apărea în urma unor procese tranzitorii care se produc, în alimentatorul stabilizat și
anume:
- la scurtcircuitarea la masă a ieșirii stabilizatorului, în acest caz întreaga tensiune de intrare se aplică elementului
regulator,
- la conectarea la rețea a alimentatorului în cazul în care conține o capacitate pe ieșire; cazul se reduce la cel anterior,
- la variația bruscă a sarcinii; acest regim este mai periculos în cazul circuitelor cu inductanțe.

1. Dispozitive cu acțiune rapidă pentru protejare contra scurtcircuitelor; ele trebuie să acționeze rapid pentru a se
evita distrugerea componentelor stabilizatorului sau a circuitelor de sarcină. Aceste circuite nu trebuie să se declanșeze
accidental, de exemplu la apariția unor supraintensități de foarte scurtă durată ( în general la punerea sub tensiune a
stabilizatorului ). Rolul acestui mijloc de protecție poate fi îndeplinit de siguranțe fuzibile rapide sau ultrarapide, de
relee de protecție electromagnetice, sau de mijloace de protecție electronice.
2. Dispozitive temporizatoare, care să întrerupă circuitul numai în cazul unei suprasarcini prelungite. Rolul acestor
dispozitive poate fi îndeplinit de siguranțe fuzibile normale, sau relee de protecție termice.
3. Dispozitive de protecție la supratensiuni, care pot fi în general electronice.



9.3.2 PROTECȚIA LA SUPRASARCINĂ
9.3.2.1 LIMITAREA CURENTULUI DE SCURTCIRCUIT
O serie de stabilizatoare de tensiune, sunt autoprotejate prin construcție în cazul în care elementul serie este
supradimensionat pentru a disipa o putere suficientă.
În continuare vom analiza câteva exemple, care vor scoate în evidență acest tip de protecție.
Cu ajutorul montajului din figura 9.3.1 curentul de scurt circuit devine practic nul. În acest caz, curentul de
bază al tranzistorului T1, în configurație de generator de curent, este furnizat prin intermediul tranzistorului de
protecție T2, normal saturat. În caz de scurtcircuit dioda cu germaniu D2 devine conductoare și curentul de bază al lui
T2 este trecut la masă, blocându-l; prin aceasta se blocheză și tranzistorul T1.



Fig.9.3.1. Stabilizator autoprotejat.


Stabilizatorul tip serie din figura 9.3.2 are sursa de referință alimentată cu tensiunea stabilizată ( montaj în aval ). În
acest caz, la scurtcircuit la ieșire, sursa de referință scade la zero, curentul de scurtcircuit al montajului fiind limitat prin
rezistența R1 de pornire la punerea în funcțiune.

Fig.9.3.2. Protejarea stabilizatorului prin căderea referinței la zero.


Cea mai simplă metodă de protejare a unui stabilizator de tensiune care acționează prin limitarea curentului prin
elementul de reglare rezultă din figura 9.3.3


Fig.9.3.3. Schema de limitare automată a curentului de scurtcircuit.

Atâta timp cât căderea de tensiune la bornele rezistenței Rsc este mai mică decât tensiunea de deschidere a
joncțiunii emitor-bază a tranzistorului T2, acesta este blocat și elementul regulator serie T1, funcționează normal.
Rezistorul Rsc găsindu-se în interiorul buclei de reacție a stabilizatorului de tensiune, căderea de tensiune la bornele lui
este compensată și nu influențează decât în foarte mică măsură rezistența dinamică de ieșire.

Folosind schema din figura 9.3.3 există două modalități de realizare a protecției prin limitarea curentului:
- prin realizarea unui stabilizator de tensiune cu mai multe game de limitare (figura 3.4a). Pentru aceasta va fi suficient
să se comute diferite valori ale rezistenței Rsc,

Fig.9.3.4. Scheme de planificare a curentului de scurtcircuit.

- să regleze mai precis curentul de limitare (figura 9.3.4b), prin modificarea tensiunii bazei tranzistorului T2 cu ajutorul
potențiometrului PSC de reglare fină, montat în paralel cu rezistorul RSC; această metodă nefiind indicată decât pentru
variații mici ale curentului Isc, deoarece în caz contrar, necesită o cădere de tensiune relativ mare la bornele rezistenței
RSC în special în cazul unor curenți mai importanți prin sarcină.

O variantă a montajului din figura 9.3.3 mai utila și la îndemâna utilizatorului este ilustrată in figura 3.9.5. În
acest caz, dioda luminiscentă (LED) dispusă în serie cu, colectorul tranzistorului T2 constituie un mijloc de
semnalizare a supracurentului.

Fig.9.3.5. Utilizarea unei diode LED pentru semnalizarea curentului de scurtcircuit.

În locul diodei electroluminiscente poate fi introdus un optocuplor care comandă un releu temporizator prevăzut să
întrerupă alimentarea stabilizatorului în caz de suprasarcină, sau în caz de scurtcircuit prelungit;

9.3.2.2. PROTECȚIA PRIN RELEE
O altă metodă de protecție a stabilizatorului de tensiune la scurtcircuit constă în întreruperea tensiunii aplicate
stabilizatorului în momentul în care la ieșirea acestuia apar suprasarcini periculoase. În acest caz se utilizează două
tipuri de circuite de protecție, pe care convențional le putem numi relee de protecție cu dispozitive semiconductoare
și anume: cu armare automată după dispariția suprasarcinii și cu rearmare manuală.
Relee semicoductoare cu rearmare automată
În figura 9.3.9 tranzistorul T5 este normal blocat , iar elementul regulator serie, constituit dinT1-T2 în
configurație Darlington, primește curentul în bază prin intermediul rezistorului R1. Dacă apare o suprasarcină ,
tensiunea de ieșire cade sub o valoare critică și tranzistorul T4 nu va mai primi pe bază sa un curent suficient pentru a
menține tranzistorul T5 blocat; în acest caz o fracțiune din curentul de bază al lui T2, cu atât mai mare, cu cât
tensiunea de ieșire va fi mai mică ( cu cât suprasarcina este mai mare ) va fi deviat prin T5; în caz de scurtcircuit T5 va
fi saturat și T1-T2 vor fi blocate. Odată cu dispariția scurtcircuitului montajul se va ”rearma automat” prin curentul din
R5-R6-R7 și R.


Fig.9.3.9. Protecție la suprasarcină cu revenire automată la starea de funcționare normală după înlăturarea defectului.
9.3.3 PROTECȚIA LA SUPRATENSIUNI

În alimentatoarele stabilizate, numeroase cauze pot provoca la ieșire tensiuni mult mai mari decât cele normale,
ceea ce are ca efect consecințe dăunătoare pentru sarcină.
Cauzele care conduc la apariția de supratensiuni la ieșirea unui stabilizator pot fi multiple; câteva din acestea ar
fi:
- scurtcircuitarea tranzistorului regulator (tranzistorul de comutație în cazul stabilizatoarelor în comutație),
- defectarea unor componente din circuitul de reacție: întreruperea rezistorului din divizorul de tensiune la
ieșire sau defectarea amplificatorului de eroare,
- defectarea sursei de referință a cărei mărime poate să crească brusc până la valoarea tensiunii de intrare.

Circuitul utilizat pentru detectarea și protejarea sarcinii stabilizatorului contra supratensiunilor este
reprezentată în figura 9.3.15.
În acest caz, detectorul de supratensiune comandă tiristorul T, pentru a scurtcircuita alimentarea.
Aceasta duce fie la punerea în funcțiune a circuitului limitator de curent al stabilizatorului, fie la declanșarea releului de
protecție, fie la arderea siguranței fuzibile după caz.

Fig. 9.3.15. Schema de principiu a circuitului de protecție a sarcinii stabilizatorului la supratensiuni.


În figura 9. 3.16a se prezintă o schemă simplă de protecție la supratensiune a unui stabilizator; considerând că acesta
alimentează un montaj , caracterizat prin:
- tensiunea nominală de alimentare: 5V;
- condițiile normale de alimentare: 4,75 V.....5,25 V;
- tensiunea maximă de alimentare (valoare limită absolută): 7V, va trebui ca alimentatorul stabilizat de 5V să fie
prevăzut cu un circuit detector, care să acționeze dispozitivului de protecție la depășirea unei tensiunui de prag
prestabilite.


Fig.9.3.16. Circuite de protecție a unui stabilizator la supratensiuni






9.3.4 PROTECȚIA LA REDUCEREA TENSIUNII

Tensiunea la bornele bateriilor de acumulatoare, care alimentează o anumită categorii de module electronice,
nu trebuie să scadă sub o anumită valoare. Pentru aceasta este indicat ca aceste module să dispună de circuite capabile
să întrerupă curentul și eventual să acționeze o alarmă în caz de scădere anormală a tensiunii.
În figura se prezintă un montaj care permite întreruperea alimentării când tensiunea scade sub o anumită
mărime care depinde de tensiunea Uz a diodei Zener Z și de poziția cursorului potențiometrului P.


Circuit de protecție la scăderea tensiunii de alimentare.

Atâta timp cât tensiunea de alimentare este mai mare decât mărimea de referință, dioda Zener permite trecerea
unui curent suficient pentru a satura tranzistoarele T1, T2.

Când tensiunea de supravegheat, Ui, se micșorează sub valoarea de referință, dioda Zener nu mai conduce
provocând blocarea tranzistoarelor T1, T2. Condensatorul C1 se folosește pentru pornirea montajului, furnizând
curentul de bază pentru T1 la apariția tensiunii Ui.

În concluzie stabilizatorul constituie una din verigile importante ale lanțului de alimentare electrică a aparaturii
electronice în general.





















10.Amplificatoare


10.1.Noţiuni generale

Circuitul în care semnalul de la intrare, de mică putere comandă transmiterea unei puteri mult mai mari din
sursa de alimentare în sarcină, se numeşte amplificator.
Amplificatoarele se pot realiza cu elemente amplificatoare semiconductoare sau cu tranzistori bipolari şi cu
efect de câmp. În acelaşi scop se folosesc şi circuitele integrate amplificatoare care încorporează totalitatea
componentelor de bază ale schemei electronice. Celula de baza cea mai simplă care realizează amplificarea se numeşte
etaj amplificator.
Semnalele electrice emise la intrarea amplificatoarelor pot fi de mărime variabilă în mod continuu, în mod
particular sub forma oscilaţiilor armonice, precum şi sub forma impulsurilor de polaritate diferită.
În regimuri tranzitorii, şi îndeosebi în caz de avarie, aceleaşi mărimi fizice se pot modifica rapid.
Un amplificator poate fi considerat ca un cuadripol :

Fig.10.1. Reprezentarea unui amplificator – schema cuadripolară

Cele mai des utilizate în practică sunt amplificatoarele care pot funcţiona atât cu semnale variabile cât şi cu semnale
continue sau lent variabile. Aceste amplificatoare se numesc de curent continuu, cu toate că ele amplifică şi
componenta alternativă şi în marea lor majoritate ele sunt amplificatoare de tensiune şi nu de curent.

Amplificarea
Amplificarea sau câştigul se defineşte ca raportul dintre mărimea semnalului de ieşire a amplificatorului
şi măriea semnalului de intrare, şi poate fi de tensiune, curent sau putere.
Parametrul cel mai important al uni amplificator este amplificarea sau coeficientul de amplificare care
reprezintă raportul dintre mărimea electrică de ieşire şi mărimea electrică de intrare (în c.a.)
& Amplificarea în tensiune A
U
=
1
2
U
U

& Amplificarea în curent A
I
=
1
2
I
I

& Amplificarea în putere A
P
=
1
2
P
P

Valoarea amplificării se poate exprima adimensional sau în unităţi logaritmice: decibeli sau neperi.

Clasificarea amplificatoarelor
După banda de frecvenţă se împart în:
• Amplificatoare de curent continuu, care amplifică semnale cu variaţie în timp oricât de lentă;
• Amplificatoare de joasă frecvenţă, cu banda de funcţionare cuprinsă între 20Hz-20kHz;
• Amplificatoare de videofrecvenţă sau bandă largă funcţionând de la frecvenţe de ordinul hertzilor până la
ordinul MHz;
• Amplificatoare de radiofrecvenţă, care amplifică semnale de frecvenţe foarte înalte.

După lărgimea benzii de frecvenţă există:
• Amplificatoare aperiodice sau neacordate, care permit amplificarea unor semnale cuprine într-o bandă largă
de frecvenţe;
• Amplificatoare selective sau acordate, care amplifică semnale într-o bandă îngustă de frecvenţe;

După mărimea semnalului amplificat se disting:
• Amplificatoare de semnal mic (amplificatoare de curent sau de tensiune) ;
• Amplificatoare de semnal mare (amplificatoare de putere).
Clasificarea amplificatoarelor se poate face după regimul de funcţionare al dispozitivului electronic
amplificator şi anume: amplificatoare clasă A, clasă B sau clasă C. Deosebirea dintre ele se face după durata de
conducţie a dispozitivului electronic amplificator într-o perioadă (2π) a semnalului amplificat.
După tipul cuplajului folosit între etaje:
o cu cuplaj RC
o cu circuite acordate
o cu cuplaj prin transformator
o cu cuplaj rezistiv (amplificatoare de curent continuu)

Distorsiunile amplificatoarelor
• Distorsiunile de amplitudine
Datorită dependenţei de frecvenţă a modulului amplificării, componentele de diferite frecveţe ale semnalului
vor fi neuniform amplificate, apărând distorsiuni de amplitudine. Aprecierea distorsiunilor de amplitudine se face
cu ajutorul valorii normate M a amplificării: M=
o
A
A
, unde A
o
se numeşte amplificarea la frecvenţe medii sau
centrale.
• Distorsiunile de fază
Între răspunsul amplificatorului şi semnalul de intrare există un defazaj, datorat atât elementelor reactive din
circuit cât şi datorită dispozitivului electronic. Distorsiunile de amplitudine şi de fază se numesc distorsiuni
liniare, deoarece sunt produse de elemente reactive din scheme şi care au un comportament liniar.
• Distorsiuni neliniare
Aceste distorsiuni apar datorită prezenţei elementelor neliniare în circuitul amplificatorului ca: dispozitive
electronice, transformatoarele şi bobinele realizate pe miezuri feromagnetica. Din această cauză, dacă la intrarea
amplificatorului se aplică un semnal sinusoida, forma răspunsului se abate de la sinusoidă, fiind un semnal
periodic, cu aceeaşi perioadă ca a semnaluluide la intrare. De aceea poate fi descompus într-o serie Fourier, de
unde rezultă că este format dintr-o componentă fundamentală şi o infinitate de armonici. Astfel, apar la ieşirea
amplificatoarelor componente de frecveţe care nu existau la intrare.


10.2.Amplificatoare cu tranzistoare bipolare

Una dintre funcţiile cele mai importante ale tranzistorului este cea de amplificare.
Tranzistorul poate fi folosit atât pentru amplificarea curentului continuu cât şi pentru amplificarea semnalelor
variabile în timp.

Construcţia amplificatorului cu tranzistoare
Amplificatorul electronic – este un cuadripol (circuit electronic prevăzut cu o poartă de intrare şi o poartă
de ieşire), care are rolul de a dezvolta în circuitul de ieşire o putere mai mare decât cea din circuitul de intrare, fără a
distorsiona (modifica) forma semnalului amplificat.
Un amplificator de semnal mic cu tranzistoare bipolare poate avea unul sau mai multe etaje.
Tranzistorul – este elementul principal al etajului de amplificare şi reprezintă elementul de amplificare.
Reţea de rezistoare - care polarizează tranzistorul în curent continuu.
Elemente de cuplaj şi separare galvanică – se află la intrarea şi ieşirea unui etaj de amplificare şi au rolul de
a separa semnalul de curent alternativ care trebuie amplificat, de componenta de curent continuu care polarizează
tranzistorul amplificatorului. Cele mai utilizate elemente de cuplaj şi separare sunt condensatoarele.
Un circuit amplificator primeşte la intrare semnalul de amplificat, furnizat de un generator de semnal şi
furnizează la ieşire pe o sarcină un semnal amplificat.
Funcţionarea tranzistorului ca amplificator depinde de modul său de conectare, de impedanţa internă a
generatorului de semnal şi de impedanţa de sarcină.
Pentru simplificare se consideră în continuare un generator de semnal cu impedanţa internă nulă.


10.2.1.Amplificator cu tranzistor bipolar în conexiune emitor comun
Una dintre cele mai folosite conexiuni pentru amplificarea semnalelor variabile (în particular a celor armonice) este
conexiunea emitor comun.


Elementele amplificatorului cu emitorul comun:
C1, C2 – condensatoare de cuplaj – blochează componenta continuă, împiedicând astfel modificarea tensiunii
continue de polarizare a tranzistorului T. În c.a. condensatorul - un scurtcircuit şi permite semnalului alternativ să le
parcurgă.
Ce – condensator de decuplare – decuplează în curent alternativ rezistenţa din emitorul tranzistorului (Re). În c.a.
această rezistenţă are un efect negativ asupra amplificării în sensul că micşorează amplificarea semnalului de c.a.
R1, R2 – rezistenţe de polarizare a tranzistorului T –divizor de tensiune care asigură în baza tranzistorului tensiunea
optimă de polarizare
Re – rezistenţă de stabilizare termică – asigură funcţionarea stabilă a tranzistorului în c.c. la variaţia temperaturii sau
a parametrilor tranzistorului.
Rc – rezistenţa de sarcină a amplificatorului
GS – generator de semnal – generează un semnal alternativ sinusoidal de o anumită amplitudine şi frecvenţă
Mărimi caracteristice ale amplificatorului cu emitorul comun
& semnalul de intrare se aplică pe bază prin intermediul unui condensator de cuplaj,
iar semnalul de ieşire se culege din colector prin intermediul unui condensator de cuplaj.
& impedanţa de intrare este medie (500 Ω -1500 Ω)
& impedanţa de ieşire este mare (30 kΩ – 50 kΩ)
& amplificarea în curent mare (10 – 100)
& amplificarea în tensiune mare (peste 100)
& amplificarea în putere foarte mare (până la 10.000)
& semnalul de ieşire este defazat cu 180° faţă de semnalul de intrare

10.2.1.1. Caracteristica de transfer a etajului cu tranzistor în emitor comun
Semnalul care se vrea a se amplifica se aplică între baza tranzistorului şi borna de masă. În funcţie de relaţia
dintre amplitudinea semnalului variabil şi poziţia punctului static de funcţionare al tranzistorului pot exista mai multe
clase de funcţionare a amplificatoarelor de semnale variabile. Pentru a le explica, ne vom folosi de caracteristica de
transfer în tensiune
- schema amplificatorului cu emitor comun cu tranzistorul de tipul n-p-n.

Fig.10.2

Semnalul de intrare se amplifică în baza tranzistorului sub forma tensiunii u
BE
şi curentului i
B
.
Relaţia u
CE
= f(u
BE
) se numeşte caracteristica de transfer a etajului. Prin creşterea tensiunii u
BE
creşte curentul i
B

precum şi curentul i
C
conform relaţiei: i
C
= (β+1)Ic
B
i + βi
B

Ca rezultat se măreşte căderea de tensiune pe rezistorul Rc şi se micşorează tensiunea: u
CE
= Ec - R ic
Când tensiunea u
CE
ajunge la valoarea U
CES
creşterea în continuare a lui u
BE
nu mai provoacă modificarea
tensiunii u
CE
si a curentului i
C
, care curge prin rezistenţa de sarcină Rc. În acest regim, pe rezistenţa de sarcină R
C
se
aplică tensiunea E
C
- U
CES
şi din acest motiv curentul de colector este egal cu: i
C
= I
CS
=
C
CES C
R
U E −


Caracteristica de transfer a etajului cu tranzistor în emitor comun arată că, prin variaţia tensiunii u
BE
sau a
curentului i
B
în circuitul de mică putere a sursei de semnal se pot varia valorile curentului i
C
si a tensiunii u
CE
din
circuitul sursei E
c
de mai mare putere. Modul în care variază aceasta depinde de poziţia punctului static de funcţionare,
M, pe caracteristica de transfer.
Tensiunea de colector se poate schimba numai in limitele:
U
CES
= u
CE
= E
C
iar curentul in limitele: I
CBi
= i
C
=
C
CES C
R
U E −

care corespunde secţiunii a II-a pe caracteristica de transfer din fig. de mai sus. Pentru valori negative ale lui u
BE
si
pe secţiunea I a caracteristicii de transfer, prin tranzistor trece numai curentul mic recomandat al joncţiunii de colector,
iar pe secţiunea a III a, u
CE
= U
CES
iar tranzistorul îşi pierde calitatea de amplificator. De asemeni, se constată din
secţiunea a II-a că prin creşterea lui u
BE
se micşorează u
CE
.
Regimurile de funcţionare ale etajului de amplificare se numesc clase de amplificare şi pot fi analizate pe
baza caracteristicii de transfer.
În figura de mai sus, la intrarea etajului se aplica semnalul de intrare u
int
(t) de forma oarecare cu ambele
polarităţi şi forma tensiunii pe colector u
CE
(t) în diferite clase de amplificare.
Clasa de amplificare B este caracterizată de u
BE
= u
int
. Datorită neliniarităţii caracteristicii de transfer a
etajului în clasa B, la ieşirea acestuia se transmite semnalul numai de o singura polaritate pentru u
int
>0. Aceasta clasă
de amplificare se foloseşte atunci când este necesară amplificarea impulsurilor de o singură polaritate.
În cazul transmiterii semnalului cu ambele polarităţi la intrare, forma acestuia la ieşire este distorsionată, iar o parte
din informaţia conţinută în semnal este pierdută definitiv.
În cazul funcţionării etajului în clasa de amplificare A, la intrarea acestuia se aplică pe lângă semnalul u
int
(t) şi
o tensiune constantă care deplasează punctul de lucru pe caracteristica de transfer, astfel încât: u
BE
= u
int
+ U
d

Datorită tensiunii de deplasare, semnalul de intrare se poate reproduce în totalitate, fără distorsiuni de formă,
pentru că valoarea lui u
BE
corespunde în mod continuu secţiunii a II-a pe caracteristica de transfer. Regimul de repaus
corespunde regimului de funcţionare al amplificatorului, când la acesta se aplică tensiunea sursei de alimentare şi
tensiunea de deplasare, dar în lipsa tensiunii de semnal.
În acest regim, u
BE
= U
BEr
şi i
B
= I
Br
iar u
CE
= U
CEr
. Când se aplică tensiunea u
int
negativă sau pozitivă, se
micşorează sau respectiv se măresc curenţii i
B
si i
C
precum şi căderea de tensiune pe R
c
in mod corespunzător, astfel
încât u
CE
se măreşte sau respectiv se micşorează: u
CE
= U
CEr
+ ∆U
CE
, unde: ∆U
CE
= u
iesire
- efectul de amplificare.
În regimul de funcţionare cu semnal mare la intrare, modificarea tensiunii de intrare cuprinde toate
secţiunile caracteristicii de transfer (I-III), iar forma semnalului transmis este distorsionată şi limitată în amplitudine.
Asemenea situaţii sunt specifice în tehnica impulsurilor, unde limitarea amplitudinii impulsurilor dreptunghiulare nu
are urmări semnificative.
Alegerea clasei de amplificare şi a regimului de repaus determină nu numai forma semnalului transmis,
dar şi pierderile de putere care produc încălzirea tranzistorului, astfel:
P
C
= dt i u
T
1
C
T
0
CE
⋅
∫

Pe diagrama de mai sus cu linie punctată se arată variaţia puterii P în regim de repaus, în funcţie de tensiunea
de deplasare U
BEr
. Se constată că prin alegerea valorii lui U
BEr
, în mijlocul secţiunii a II-a, pe caracteristica de transfer,
corespunde pierderilor maxime de putere in tranzistor.

10.2.1.2. Regimul de repaus în etajul cu emitor comun
Pentru analiză se consideră că etajul cu emitor comun funcţionează în clasa A de amplificare.
Schema din figura 10.4 conţine suplimentar rezistenţa sarcinii de colector R
CS
pe care se aplică tensiunea
de ieşire u
ieş
iar circuitul de intrare este reprezentat în mod convenţional sub forma cuplării în serie a două surse de
tensiune u
int
şi U
d
.
În fig.10.5 se prezintă diagramele de timp ale tensiunilor şi curenţilor pentru etajul de amplificare cu
emitor comun. Când u
int
= 0, în regimul de repaus prin tranzistori există curenţii continui, I
Br
, I
Cr
, I
Er
, iar pe baza şi pe
colectorul tranzistorului se aplică tensiunile continue U
BEr
, şi U
CEr
≠ 0. Pentru ca U
ies
= 0, în regim de repaus, în
circuitul sarcinii R
S
este necesară introducerea sursei de tensiune continuă, pentru compensare U
comp
= U
CEr
.

Fig. 7.4. Etaj cu emitor comun Fig. 7.5. Diagramele curenţilor şi tensiunilor la etajul cu EC

La aplicarea tensiunii de intrare, curenţii şi tensiunile în tranzistori se modifică cu valorile ∆U
BE
= u
int
, ∆I
B
,
∆I
C
, ∆I
E
, ∆U
CE
= U
ies
, care sunt arătate în figura 10.5 pentru cazul când semnalul la intrare are o formă oarecare.
Valorile instantanee ale curenţilor şi tensiunilor în tranzistor se pot determina cu ajutorul metodei grafice, care
reprezintă una dintre metodele eficiente de analiză a circuitelor neliniare.
Caracteristica de ieşire a schemei din figura 10.2. care conţine un singur element neliniar - tranzistorul, se
determină astfel:
i
C
= f (u
CE
) pentru I
B
= constant
Dacă se consideră că în circuitul de sarcină se cuplează sursa tensiunii de compensare U
comp
= U
CEr
, atunci în
regim de repaus, curentul, în circuitul de sarcina (R
S
, U
comp
) nu se divide, iar ecuaţia părţii lineare a schemei de serie
este de forma:
i
C
=
C
CEr C
R
u E −

Pentru realizarea sistemului de ecuaţii se foloseşte metoda grafică în care scop pe familia caracteristicilor de
ieşire ale tranzistorului (fig. 10.6) se trasează linia de sarcină în curent continuu. Astfel, se obţine că, pentru i
C
= 0, u
CE
= E
C
, iar pentru u
CE
= 0, i
C
=
C
C
R
E
. Prin aceste două puncte stabilite, se trasează linia dreaptă.
Dacă curentul bazei în regim de repaus este I
Br
, atunci intersecţia dreptei de sarcină pe curent continuu cu
caracteristica de ieşire a tranzistorului pentru i
B
= I
Br
va corespunde soluţiei de rezolvare a sistemului de ecuaţii,
respectiv punctului de repaus O (U
CEr
, I
Cr
).

Fig. 10.6. Calculul grafic al etajului cu emiter comun - caracteristica de ieşire când I
B
= I
Br
şi este încălzire

În mod general condiţia U
comp
= U
CEr
nu se îndeplineşte şi curentul de colector se împarte şi prin circuitul R
S
.
În acest caz, partea lineară a schemei compusă din E
C
, R
C
, U
comp
, R
S
se înlocuieşte cu valorile rezistenţelor şi
tensiunilor echivalente R
echiv
şi E
echiv
, care se determină pe baza teoremei generatorului echivalent astfel:

( )
S C
S C
echiv
R R
R R
R
+
=
|
|
¹
|


\
|
+
(
¸
(

¸

+
=
C
C
S
echiv
S C
S C
echiv
R
E
R
U
R R
R R
E
Valorile lui R
echiv
şi E
echiv
se introduc în locul lui R
C
şi respectiv E
C
şi pe această bază se construieşte linia de
sarcină în curent continuu.
Analiza grafică a etajului în prezenţa semnalului la intrare se face în mod analog. În acest scop se urmăreşte
circuitul de trecere al curentului ∆I
C
prin partea lineară a schemei. Acest curent poate trece prin R
C
şi E
C
, precum şi
prin U
comp
şi R
S
. Având în vedere ca rezistenţa surselor de tensiune continuă pentru modificarea curentului ∆I, adică
rezistenţa acestora la acţiunea componentei alternative a curentului este egală cu zero, iar ecuaţia părţii lineare a
schemei are forma:
I
C
=
( )
S C
S C CE
R R
R R U + ∆
=
S C
CE
R R
U ∆
)
unde, R
C
R
S
reprezintă valoarea rezistoarelor respective legate în paralel.
- se rezolvă în comun ecuaţiile în care scop pe familia caracteristicilor de ieşire ale tranzistorului (fig.10.6.) se
trasează dreapta de sarcină pe curent alternativ AOB prin punctul de repaus în concordanţă cu expresia (10.11). Pentru
că R
C
>(R
C
R
S
), linia dreapta AOB este mai înclinată decât dreapta de sarcina pe curent continuu.
Prin creşterea curentului i
B
, punctul de lucru al etajului determinat de valorile lui u
CE
şi i
C
, se deplasează în sus
pe dreapta OA, curentul i
C
creşte iar tensiunea u
CE
scade. Prin micşorarea curentului din bază, punctul de lucru se
deplasează pe dreapta OB, curentul i
C
scade iar tensiunea u
CE
creşte. Dreapta AOB reprezintă traiectoria punctului de
lucru al etajului.
Metoda grafică de analiză permite studierea neliniarităţii caracteristicilor tranzistorului şi permite
analiza acţiunii semnalelor oarecare în orice clasă de amplificare. Metoda grafică este totuşi greoaie şi nu permite
alegerea parametrilor elementelor constitutive ale etajului pe baza condiţiilor date apriori. Calitatea esenţială a metodei
grafice de analiză constă însă în aceea că oferă o reprezentare concludentă asupra funcţionării etajului ca schemă cu
elemente neliniare.
Trebuie de remarcat că prin creşterea temperaturii, creşte valoarea lui Icr iar caracteristica de ieşire se
deplasează în sus prin menţinerea egalităţii I
B
= I
Br
, aşa cum se vede în figura 10.6., cu linie întreruptă. Punctul de
repaus se deplasează în sus pe linia de sarcină pe curent continuu din punctul O in O', ceea ce face ca modificările de
semnal să iasă din secţiunea a II-a a caracteristicii de transfer (fig. 10.5.) iar forma curbei semnalului să fie
distorsionată (curba u
ies
în cazul încălzirii pe fig. 10.6.).
Datorită acestui fapt, la amplificatoarele cu tranzistoare este necesară stabilizarea punctului de repaus; în mod
practic nu se folosesc etaje cu tranzistoare fără măsuri corespunzătoare de stabilizare a punctului de repaus. Această
stabilizare este de asemeni necesară şi pentru prevenirea situaţiilor în care prin înlocuirea tranzistoarelor se modifică de
regulă regimurile de lucru, datorită faptului că marja de variaţie a caracteristicilor tranzistoarelor este mare in jurul
datelor de catalog.

10.2.1.3. Reacţii inverse şi stabilizarea regimului de repaus
Pentru stabilizarea regimului de repaus se introduce legătura de reacţie inversă care se referă la transmiterea
informaţiei sau energiei de la ieşirea etajului sau sistemului la intrarea acestuia. Cu ajutorul legăturii inverse se
pot obţine scheme noi, cu calităţi deosebite. Teoria legăturilor inverse constituie baza teoriei reglării automate.
Semnalul de legătura inversă depinde de unul din parametrii de ieşire ai instalaţiei de tensiune, de curent, de frecvenţa
de rotire a motorului, de temperatură, şi altele.
La intrarea schemei are loc însumarea semnalului de intrare şi a semnalului de legătură inversă.
Dacă aceste semnale se însumează astfel încât tensiunile lor se însumează algebric, atunci legătura inversă se
numeşte în serie.
Dacă se însumează curenţii algebric, atunci legătura inversă este paralelă.
Dacă la intrare se adună semnale de semne diferite, legătura inversă este negativă, iar semnalul rezultat este mai mic
decât semnalul de la intrare. În acest caz, semnalul la ieşire se micşorează însă sporeşte stabilitatea mărimii de ieşire.
În amplificatoare se foloseşte reacţia negativă care asigură îmbunătăţirea unor performanţe în schimbul reducerii
amplificării .
În cazul legăturii inverse pozitive la intrare, se aplică suma semnalului de intrare şi semnalul invers.
Semnalul la ieşire se măreşte, dar stabilitatea parametrilor de ieşire scade. Reacţia inversă pozitivă se foloseşte pentru
accelerarea proceselor tranzitorii precum şi în schemele generatoarelor si ale instalaţiilor cu funcţionare în impulsuri.
Pentru stabilizarea punctului de repaus al etajului cu emitor comun, se introduce in schema acestuia rezistorul
R
E
pe care cade tensiunea u
E
= i
E
R
E
≈i
C
R
E
şi care se aplică la intrarea tranzistorului astfel:U
BE
= u
in t
+ U
d
- u
E

Tensiunea u
E
reprezintă semnalul de reacţie inversă care este proporţională cu curentul de ieşire a tranzistorului
i
E ≈
i
C
, adică în cazul dat, reacţia inversă este pe curent. La intrare se produce scăderea tensiunilor, din care motiv
reacţia inversă este de tip serie şi negativă.
S-a arătat că prin încălzirea tranzistorului se măreşte β şi I
Cr
, datorită cărui fapt creşte componenta continuă a
tensiunii de reacţie inversă : U
Er
= I
Er
· R
E
≈ I
Cr
R
E

-U
BEr
= U
d
– U
Er
se micşorează, se reduce tensiunea directă pe joncţiunea de emitor şi, ca rezultat, se
micşorează curenţii tranzistorului I
Br
, I
Cr
şi I
Er
.
Astfel, reacţia inversă stabilizează curenţii tranzistorului în regim de repaus, cu atât mai mult cu cât este mai
mare R
E,
pentru că în acest fel creşte semnalul de reacţie inversă. Stabilizarea punctului de repaus se face însă cu
pierderi. Astfel, când la intrarea etajului se aplică semnal de intrare pozitiv, sau negativ u
int
, se măresc sau respectiv se
micşorează curenţii i
E
si i
C
, precum şi căderea de tensiune pe R
E
care reprezintă semnalul de reacţie inversă.
- se determină modificarea de tensiune dintre bază şi emitor:
∆U
BE
= u
int
- ∆U
E
Tranzistorul se comandă cu tensiunea | ∆U
BE
| < |u
int
|, din care cauză ∆ I
B
, ∆I
C
şi ∆U
CE
devin mai mici, se
micşorează astfel şi u
ies
şi coeficientul de amplificare al etajului
Pentru limitarea acţiunii negative a reacţiei inverse asupra amplificării etajului, se limitează în practică
tensiunea U
Er
la nivelul de maximum 0,1 E
C
, chiar dacă şi în acest caz acţiunea reacţiei inverse este suficient de mare.
Contradicţia dintre cerinţele de stabilitate ale punctului de repaus şi de obţinere a unei amplificări cât mai mari, se
rezolvă în etajul diferenţial.
La alegerea punctului de repaus în clasa A este necesară eliminarea distorsiunilor semnalului în care scop
traiectoria punctului de lucru trebuie limitată la sectorul AOB din figura 10.6.
În acest caz, puterea dirijată pe tranzistor trebuie sa fie minimă. Pentru îndeplinirea acestor condiţii este suficientă
alegerea următoare:
U
CEr
= U
CES
+ ∆U
C r
+ U
ieşmax


I
Cr
= (β+1)I
Cbi
+ U
iesmax
/(R
C
R
S
)
unde, U
CES
este valoarea tensiunii care corespunde intersecţiei sectorului de creştere rapidă a caracteristicilor de ieşire
ale tranzistorului; ∆U
Cr
este rezerva la deplasarea punctului de repaus O, datorită încălzirii; ∆U
iesmax
este amplitudinea
maximă a semnalului de ieşire.
Prin respectarea relaţiilor de mai sus, traiectoria punctului de lucru a etajului nu depăşeşte domeniul u
C
>U
CES
,
i
C
>i
CBi
(β+1) care corespunde sectorului II pe caracteristica de transfer din fig 10.5. atât pentru temperaturi minimale cât
si maximale.
Când: U
comp
= U
CEr


atunci I
Cr
=
C
Er CEr C
R
U U E − −

Rezistenţa din circuitul colectorului se determină din rezolvarea acestei ecuaţii astfel:

( )
S
max ieş
CBi
max ieş CEr C
C
R
U
1 I
U U E
R
+ + β
− −
=

10.2.1.4. Schema echivalentă şi parametrii principali ai etajului cu emitor comun
O analiză mai detaliată a funcţionării amplificatorului se poate face construind schema echivalentă la variaţii a
amplificatorului.
Pentru calculul parametrilor de amplificare a etajelor se foloseşte metoda bazată pe liniarizarea caracteristicilor volt-
amper a tranzistorului. Prin metoda liniarizării caracteristicilor neliniare, se pierd informaţii despre elementul real şi
despre limitările determinate de neliniaritate.
Analiza amplificatoarelor se poate face numai pentru componentele alternative de curent si tensiune, în clasa de
amplificare A.
Elementul de amplificare se înlocuieşte cu schema lineară echivalentă. În zona în care caracteristicile de
ieşire sunt paralele cu abscisa, tranzistorul funcţionează ca sursă de curent i
C
, a cărei variaţie se poate scrie sub forma:
∆I
C
= β ∆I
B
+
*
C
CE
r
U ∆


unde: r
C*
=
C
CRE
I
U
∆
∆

este rezistenţa dinamică de ieşire a tranzistorului cu emitor comun când I
B
= constant, cauzată de înclinarea secţiunii
caracteristicilor de ieşire. Rezistenţa r
C*
este de ordinul10
4
Ω.
În acest fel, circuitul de ieşire, de colector a tranzistorului reprezintă o sursă comandata de curent cu rezistenţa
internă egala cu r
C*.
Circuitul de intrare în baza tranzistorului este descris de ecuaţia următoare:
∆I
B
=
E int
BE
r
U ∆
,
unde, r
intE
este rezistenţa dinamică de intrare a tranzistorului cu emitor comun. Pentru tranzistoarele de putere mică,
această rezistenţă are valoarea de ordinul 10kΩ, iar pentru tranzistoarele de putere, ea este mai mică.
Schema echivalentă a tranzistorului pentru componentele alternative se prezintă în figura 10.7:
Fig. 10.7.

În tabel se arată corespondenţa dintre parametrii schemelor de substituţie din figura 10.8 şi parametrii schemei de
substituţie din fig. 10.7.


Parametrii
schemei din
figura 10.7
Mărimea parametrului prin parametrii altor scheme de substituţie
Schema de substituţie în parametrii h
(fig.10.8a)
Schema de substituţie în parametrii fizici
(fig.10.8b)
r
intE
h
11E r
B
+r
E
(β+1)
β
E 21
h
β
r
C
E 22
h
1

r
C*


(a) (b)
Fig. 10.8. Schema de substituţie a tranzistorului cu emiter comun pe componentă alternativă: cu parametrii h - (a); cu
parametrii fizici- (b)

Etapele de calcul pentru componentele variabile ale curenţilor şi tensiunilor etajului este următoarea:
• Se înlocuieşte tranzistorul cu schema de substituţie din figura 10.7.
• Se înlocuieşte partea lineară a schemei etajului cu rezistenţele
echivalente pentru curentul alternativ, având în vedere că sursele de tensiune constantă (E
C
, U
d
, U
comp
) pentru
componenta variabilă a curentului au rezistenţa nulă şi deci se pot pune în scurt-circuit.
• Se calculează pe baza schemei de substituţie obţinută a etajului, parametrii electrici ai circuitului linear prin
metode cunoscute.
În figura 10.9a, se prezintă schema de substituţie a etajului cu emitor comun pe baza figura 10.4.


(a) (b)

Fig. 10.9 Schema de substituţie a tranzistorului cu emiter comun pe componenta alternativă - (a); schema generatorului
de substituţie a amplificatorului - (b)

La colectorul tranzistorului se cuplează în paralel rezistoarele R
C
(sursa E
C
prin scurtcircuitarea punctelor 1 şi 2 din
figura 10.4) şi R
S
(prin scurtcircuitarea U
comp
) la emitor se cuplează rezistorul R
E
, iar între bază şi punctele 1,2 se
cuplează sursa semnalului de intrare. Pe baza schemei de substituţie a etajului din fig.10.9 a, se determină parametrii
care caracterizează calităţile lui de amplificator, fără a lua în considerare influenţa lui r
C*
datorită faptului că valoarea
acesteia este mare.
• Determinarea rezistenţei de intrare
Se defineşte rezistenţa de intrare prin relaţia: R
int
=
int
int
i
u

u
int
= ∆I
B
r
intE
+ ∆I
E
R
E
= ∆I
B
[r
intE
+(β+1)R
E
],
pentru că ∆I
E
= ∆I
B
+ ∆I
C
= (β+1) ∆I
B.


Astfel: R
int
= r
intE
+ (β+1)R
E


Când R
E
=0, adică atunci când etajul nu are stabilizare a punctului de repaus, R
int
= r
intE
Valoarea lui R
int
la etajele cu emitor comun de putere mică, este de ordinul a 10kΩ.
• Determinarea coeficientului de amplificare pe tensiune în regim de mers în gol K
U0

K
U0
=
int
ies
u
u
pentru R
S
=∞ se face prin exprimarea tensiunii prin curenţi astfel:
K
U0
=
( )
E E int
C
int B
C C
R 1 r
R
R I
R I
+ β +
β
=
⋅ ∆
⋅ ∆

Când R
E
= 0, atunci K
U0
= βR
C
/ r
intE.

Valoarea lui K
U0
este de ordinul 10kΩ la etajele la care R
C
>>R
E.

• Determinarea rezistenţei de ieşire R
ies

- se determină pe baza teoremei generatorului echivalent. Această rezistenţă se găseşte între bornele de ieşire ale
amplificatorului când sunt decuplate toate sursele de semnal, adică sunt întrerupte sursele de tensiune şi sursele de
curent sunt scurtcircuitate.
Se consideră că: u
int
= 0, atunci β ∆I
B
= 0

Rezultă : R
ies
= R
C

La amplificatoarele de putere mică R
ies
este de ordinul 10
3
Ω. Cu ajutorul schemei generalizate de substituţie
din figura 10.9.b se pot determina şi ceilalţi parametrii ai etajului de amplificare cu emitor comun, parametrii care sunt
derivaţi din R
int
şi R
ies
. Se consideră că generatorul de semnal Eg are rezistenţa internă Rg. Coeficientul de amplificare
pe tensiunea etajului, când R
S
este diferit de 0 se determină astfel:
ieş
int Uo
ieş S
S
g S
int
Uo
g
ies
U
K
R R
R
R R
R
K
E
u
K γ ⋅ γ =
+ +
= =
unde: γ
int
si γ
ies
sunt coeficienţii care iau în considerare pierderea de semnal în circuitul de intrare pe rezistenţa R
g
şi
respectiv în circuitul de ieşire pe rezistenţa R
ies
.
Întotdeauna coeficientul K
U
<K
Uo
, deci:
Coeficientul de amplificare pe curent a etajului se determină din:
K
I
=
int
ies
i
i

=
ies S
int uo
R R
R K
+

Dacă se are în vedere că la etajul de amplificare cu emitor comun K
Uo
>1, atunci K
I
>1. Coeficientul de
amplificare in putere:
K
p
=
int
ies
P
P

= K
U
K
I
>>1
Pentru obţinerea amplificării maxime în tensiune este necesar ca R
int
>> R
g
şi R
ies
<<R
g
. La etajele cu emitor
comun este dificilă obţinerea acestor condiţii.
Se constată că datorită raporturilor neoptimale dintre R
int
, R
g
si R
ies
, coeficientul de amplificare s-a micşorat de 4 ori.


10.2.1.5. Amplificator diferenţial
- utilizarea etajelor cu emitor comun este dificilă pentru că, stabilizarea regimului de repaus cu ajutorul
rezistenţei R
E
este însoţită de reducerea substanţială a coeficientului de amplificare al etajului. De asemenea, cuplarea
etajelor de amplificare este însoţită de micşorarea amplificării datorită pierderilor pe elementele rezistive pentru
eliminarea micşorării lui K
U
, fiind necesară utilizarea schemei cu sursa de alimentare complexă şi costisitoare în
condiţiile totuşi de existenţă a dreifului nulului.
Dificultăţile arătate pot fi substanţial reduse în etajul diferenţial,
Amplificatorul diferenţial constituie un tip aparte de etaj elementar de amplificare, atât prin faptul că poate fi excitat
simultan de către două surse de semnal, cât şi pentru faptul
că semnalul de ieşire se poate culege în mai multe moduri
(mod diferenţial sau mod comun).
Schema de principiu al unui amplificator diferenţial:
Tranzistoarele T
1
, T
2
, şi rezistoarele R
C1
si R
C
,
formează puntea în una din diagonalele cărora se cuplează
sursa de alimentare +E
C1
şi –E
C2
iar în cealaltă diagonală se
cuplează sarcina.
Etajul diferenţial se mai numeşte şi etaj paralel
balansat. Parametrii superiori se pot însă obţine în
condiţiile asigurării înalte a simetriei punţii.




Fig.10.10. Etaj simetric diferenţial


În etajul simetric trebuie ca R
C1
= R
C2
= R
C
iar tranzistorii trebuie să fie identici, condiţie care se poate respecta prin
realizarea tranzistoarelor pe un singur cristal şi cu aceeaşi tehnologie, motiv pentru care etajele diferenţiale se utilizează
în prezent numai sub forma sau în componenţa circuitelor integrate.
Regimul de repaus corespunde situaţiei când U
int1
= U
int2
= 0.
Tensiunea de deplasare la ambele tranzistoare este aceeaşi:
U
BEr1
= U
BEr2
= -U
E

U
Er
= -E
C2
+ (I
Er1
+ I
Er2
)R
E
<0
Datorită faptului că tensiunile pozitive de deplasare pe bazele tranzistoarelor sunt egale, curenţii vor fi egali: I
Br1
= I
Br2,

I
Cr1
= I
cr2
şi I
E1
= I
Er2
.
Curenţii de colector determină căderi de tensiune pe rezistoarele R
C1
si R
C2
motiv pentru care:
U
CEr1
= U
CEr2
= E
C1
-I
cr1
R
c1
- U
Er
= E
C1
- I
CRr2
R
C2
- U
Er

La ieşirea etajului: u
ies
= U
CE2
–U
CE1
= 0
În acest etaj se realizează stabilizarea regimului de repaus.
Dacă prin încălzire I
Cr1
si I
Cr2
cresc, atunci creşte si curentul care curge prin rezistenţa R
E
, iar tensiunea U
Er

creşte. Tensiunea U
BEr1
= U
BEr2
= U
Er
se micşorează, funcţiunile de emitor ale tranzistoarelor vor permite trecerea unui
curent mai mic şi ca rezultat curenţii de colector I
cr1
si I
cr2
se vor stabiliza.
Tensiunea ∆U
Er
reprezintă semnalul care stabilizează curentul total (I
Er1
+ I
Er2
).
La etajul diferenţial, R
E
este mare, datorită cărui fapt stabilizarea punctului de repaus se face cu mare precizie,
astfel încât se poate considera că I
Er1
+ I
Er2
= const. adică prin rezistorul R
E
se transmite în schema etajului un curent
stabilizat. Funcţionarea etajului nu se modifică dacă se înlocuieşte R
E
cu o sursă corespunzătoare de curent (I
Er1
+ I
Er2
).

În analiza proprietăţilor de amplificare se remarcă faptul că etajul permite cuplarea surselor de diferite
moduri astfel:
a) Sursa de semnal se cuplează între bazele tranzistoarelor, aşa cum se arată punctat în figura 10.10. La
intrarea tranzistorului T
1
se aplică u
int
= e/2.
Sub influenţa tensiunii pozitive pe bază apare modificarea pozitivă a curentilor
.
Creşterea curentului i
C1
care trece
prin rezistorul R
C1
micşorează tensiunea u
CE1
iar ∆U
CE1
<0. La intrarea tranzistorului T
2
se aplică tensiunea u
RS2
= -
e/2, care produce micşorarea curentului bazei, cu ∆I
B2
şi micşorarea curentului colectorului a tranzistorului T
2
.
Tensiunea u
CE1
se măreşte ∆u
CE
>0. Pe sarcină tensiunea de iesire u
ies
= ∆U
CE2
- ∆Uc
E1
= 2 ∆U
CE2
.
În situaţia când u
int1
= - u
int2
, şi ∆I
E1
= - ∆I
E2
deci i
E1
+i
E2
=const., atunci semnalul de reacţie inversă ∆U
E
= 0 iar
căderea de tensiune pe R
E
nu influenţează asupra coeficientului de amplificare.
Se poate concluziona că în etaj este eliminată contradicţia dintre necesitatea stabilizării regimului de repaus şi
reducerea coeficientului de amplificare datorită reacţiei inverse.
b) Sursa de semnal se cuplează numai la intrarea tranzistorului T
1,
iar intrarea celui de al doilea
tranzistor se scurtcircuitează.
Sub influenţa semnalului de intrare se modifică curentul bazei cu ∆I
B1
>0 când e>0, creşte i
C1
şi căderea de
tensiune pe R
C1
, la colector ∆U
CE1
<0. Prin creşterea lui i
B
se măreşte şi i
E1
. Reacţia inversă negativă corespunzătoare
curenţilor (i
E1
+i
E2
) stabilizează acest curent care trece prin rezistenţa R
E
, adică i
E1
+i
E2
=const motiv pentru care ∆I
E2
=
- ∆I
E1
. Pe sarcină tensiunea de ieşire este egală cu U
ies
>0. Astfel, prin amplificarea semnalului util numai la o intrare, se
modifică şi tensiunile la ambele tranzistoare datorită stabilizării curentului i
E1
+i
E2
. În acelaşi fel se poate analiza şi
situaţia când semnalul se aplică la intrarea lui V
2
:
u
int2
= e iar u
int1
=0
Când e>0, ∆U
CE1
>0 , ∆U
CE2
<0 iar pe sarcină u
ies
= ∆U
CE2
- ∆U
CE1
<0.
Prin aplicarea semnalului la intrarea V
1
, polaritatea semnalului la ieşire corespunde cu polaritatea acestuia la
intrare, motiv pentru care intrarea V
1
se numeşte intrare directă. În cazul aplicării semnalului la intrarea tranzistorului
T
2,
polaritatea u
ies
si e sunt de polarităţi diferite, iar această intrare se numeşte intrare invertoare.
c) La ambele intrări ale etajului diferenţial se pot cupla surse independente de semnal u
int1
si u
int2
în
regim de amplificare liniară de clasa A. Tensiunea de ieşire se poate determină prin metoda superpoziţiei pentru
fiecare dintre semnale.
Pentru aprecierea cantitativă a parametrilor de amplificare a etajului diferenţial, se utilizează schema de
substituire a etajului pentru componente alternative. În acest scop, tranzistorii sunt înlocuiţi cu schemele de
substituire din figura 10.7., neglijând r
C*
= ∞, se scurtcircuitează sursa de curent continuu E
C1
si –E
C2
şi se desface
circuitul de curent continuu I
E1
+I
E2
, se înlocuieşte R
E
prin desfacerea circuitului respectiv, pentru că prin R
E
trece
curentul în care lipsesc modificările variabile pentru care rezistenţa acesteia este infinită.
Schema de substituire a etajului diferenţial este arătată în figura 10.11:

Fig.10.11.

Pentru că i
E1
+ i
E2
=const.,
atunci i
B1
+ i
B2
=
1
i i
2 E 1 E
+ β
+
= const,
astfel încât: ∆I
B2
= - ∆I
B1
.
Modificările curentului de intrare al sursei u
int1
trece prin tranzistorul T
1
, prin circuitul de emitor a lui T
2
şi se
închid prin sursa de semnal u
int2
, care are punct comun cu sursa u
int1
. Pe circuitul de substituţie acest traseu al curentului
este marcat prin linie punctată. Aplicând legea lui Ohm la acest circuit, se obţine relaţia:
I
B1
=
E int
2 int 1 int
r 2
u u −

= - ∆I
B2

I
C1
= β ∆I
B1
= β
E int
2 int 1 int
r 2
u u −
= - ∆I
C2

Când R
S
=∞, atunci ∆U
CE1
= - R
C1
∆I
C1
şi ∆U
CE2
= - R
C2
∆I
C2
= - ∆U
CE1

astfel, K
U0
=
E int
C
2 int 1 int
1 CE 2 CE
2 int 1 int
ies
r
R
u u
U U
u u
u β
=
−
∆ − ∆
=
−

Se confirmă astfel din nou că circuitul de emitor care serveşte pentru stabilizarea regimului de repaus nu
influenţează asupra coeficientului de amplificare în etajele diferenţiale. Reacţia inversă pe componenta alternativă în
aceste etaje nu există.
Rezultă deci că: R
int
=
int
2 int 1 int
I
u u
∆
−
=
unde ∆I
int
= ∆I
B1
.
Prin egalarea lui U
int1
= 0 şi a U
int2
= 0, se determină R
ies
. În cazul semnalelor nule de intrare, rezistenţa etajului
din partea de ieşire este:
R
ies
= 2R
C


Valorile obţinute pentru K
U0
fără semnal la intrare, pentru R
int
si R
ies
se utilizează pentru realizarea schemei
generalizate de substituţie a etajului diferenţial, la intrarea căruia se aplică diferenţa semnalelor u
int1
-u
int2
.
Calculul parametrilor de amplificare ai etajului :
Etajul diferenţial amplifică diferenţa semnalelor: u
ies
= K
U
(u
int1
-u
int2
) = 0

atunci când la ambele intrări ale etajului diferenţial se aplică semnale egale u
int1
= u
int2
.

În figura 10.12a se prezintă schema etajului diferenţial realizat sub forma circuitului integrat semiconductor:
Rezistenţa de valoare mare R
E,
care este dificil de realizat în compunerea circuitului integrat, este înlocuită cu
sursa de curent (i
E1
+ i
E2
) realizată cu tranzistorul T
3
în circuitul său de emitor se introduce rezistenţa de valoare mica
R'
E
care asigură amplificarea pe joncţiunea de emitor a semnalului de reacţie inversă negativă.
La încălzire se măreşte tensiunea u'
E
= i'
E
R'
E
sub influenţa căreia, curentul prin joncţiunea de emitor a
tranzistorului T
3
se micşorează. Dioda D
0
serveşte de asemeni pentru stabilizarea curentului. Prin creşterea
temperaturii, tensiunea pe această diodă, şi ca urmare şi pe baza lui T
3
se reduce, micşorându-se astfel curentul prin
joncţiunea de emitor T
3
.


Fig.10.12 Scheme practice pentru etajele diferenţiale: simetrice - (a)şi nesimetrice - (b).

Deficienţa etajului diferenţial constă în lipsa punctului comun dintre sursele de semnal şi sarcină. Această deficienţă
este eliminată în etajul diferenţial nesimetric din fig. 10.12b, la care semnalul se culege de pe colectorul
tranzistorului T
2
.

Realizarea practică a unui amplificator cu emitorul comun

Valori osciloscop
U
in
= 10 mV
Uies = 1796 mV
Valori voltmetru
U
in
= 7,07 mV
Uies = 1270 mV
AMPLIFICAREA:
A
U
=
in
ies
U
U
=
10
1796

A
U
= 179



10.2.2. Amplificator cu tranzistor bipolar în conexiune colector comun (CC)

Amplificatorul în conexiune CC se mai numeşte şi repetor pe emitor deoarece tensiunea de intrare este
reprodusă la ieşire.
Mărimi caracteristice ale amplificatorului cu colectorul comun
& semnalul de intrare se aplică pe bază prin intermediul unui condensator de cuplaj, iar semnalul de ieşire se
culege din emitor prin intermediul unui condensator de cuplaj.
& impedanţa de intrare este mare (2 KΩ - 500 KΩ)
& impedanţa de ieşire este mică (50 Ω – 1500 Ω)
& amplificarea în curent mare (peste 10)
& amplificarea în tensiune unitară (1)
& amplificarea în putere mare (peste 10)
& semnalul de ieşire este în fază cu semnalul de intrare
Etajul cu emitor comun, aşa cum s-a arătat, nu permite obţinerea amplificării superioare pe tensiune, pentru
care ar trebui ca R
int ∞ →
şi R
ies ∞ →
. Datorită valorii mici a lui R
int
, aceste amplificatoare consumă putere
semnificativă din sursa de alimentare. Valoarea mare a lui R
ies
nu permite funcţionarea etajului pe sarcină cu rezistenţa
mică datorită pierderii semnalului pe R
ies
.
În etajul cu colector comun se obţin valori mari a lui R
int
pentru valori mici a lui R
ies
. Acest avantaj însă se
obţine prin sacrificarea parametrului de amplificare, care la aceste scheme este K
U
<1. Etajul cu colector comun nu
permite amplificarea pe tensiune a semnalului.
Etajul se foloseşte numai ca etaj auxiliar ajutător, de legătură a schemei cu emitor comun cu sursa
semnalului de mică putere sau cu rezistenţa de sarcină de mică valoare. Deşi rolul acestui etaj este auxiliar,
utilizarea sa este totuşi frecventă. Schema etajului cu colector comun este prezentată în figura 10.13.a.
Colectorul tranzistorului este cuplat la sursa E
c
de
alimentare. În circuitul de emitor se introduce rezistorul R
E
care
formează reacţia inversă negativă care stabilizează punctul de
repaus.
Sarcina R
S
se cuplează spre circuitul de emitor. În clasa A de
amplificare, la intrare se aplică tensiunea u
int
şi tensiunea de
deplasare U
d
. Sursa de semnal u
int
se leagă între baza şi conductorul
comun iar sarcina între emitor şi conductorul comun. Acesta, prin
sursa de alimentare E
c
, care are rezistenţa nulă pentru componentele
alternative, este legat cu colectorul.

Fig.10.13(a) Etaj cu colector comun

În cazul când semnalul de intrare u
int
este pozitiv, sau negativ, curenţii în
bază şi emitor se măresc sau respectiv se micşorează, şi în mod
corespunzător şi căderea de tensiune pe R
E.
Polaritatea semnalelor de
intrare şi ieşire în schema cu colector comun coincid, etajul fiind
amplificator neinvertor. La joncţiunea de emitor a tranzistorului se aplică
tensiunea de comandă ∆U
BE
= u
int
- u
ies
. Semnalul u
ies
se aplică la intrare
ca semnal de reacţie inversă negativă: ∆U
ri
= u
ies
. Dacă u
BE
este pozitivă,
atunci: u
ies
<u
int
, adică K
u
=
int
ieş
u
u
<1.
Schema de substituire a etajului cu colector comun este prezentată în
figura 10.13.b.

Fig 10.13. (b)

Parametrii de amplificare a etajului cu colector comun se determină astfel:
1) Rezistenţa de intrare
R
int
= u
int
/ ∆I
int

R
int
= r
intE
+ (β+1)(R
E
R
g
)

2) Coeficientul de amplificare pe tensiune în regim de mers în gol:

( )
( )
( ) [ ]
( )
( )
E E int
E
E
E int B
B E
0 int B
E E
0 U
R 1 r
R 1
R 1 r I
I R 1
R I
R I
K
+ β +
+ β
=
+ β + ∆
∆ + β
=
∆
∆
=

Însă datorită faptului că r
intE
<<(β+1) R
E
, valoarea lui K
U0
≈1.
3) Rezistenţa de ieşire
Se determină pe baza teoremei generatorului echivalent, în care scop se consideră ca Eg = 0. Astfel, pe baza
schemei de substituţie:
∆U
ies
= ∆I
B
(r
intE
+ R
g
) = ( )
g E int
E
R r
1
I
+ ⋅
(
¸
(

¸

+ β
∆

1
R r
|| R R
g E int
E ies
+ β
+
=
Datorită faptului că semnalul de comandă în schema cu colector comun este mic, forma semnalului transmis nu
este distorsionată decât pentru tensiuni de intrare foarte mari, când amplitudinea semnalului este de (0,2-0,4)Ec.

Realizarea practică a unui amplificator cu colectorul comun

AI =
in
ies
I
I
=
087 , 0
972 , 1
,
,
AI = 22,6


10.2.3.Amplificator cu tranzistor bipolar în conexiune baza comună

Mărimi caracteristice ale amplificatorului cu baza comună
& semnalul de intrare se aplică pe emitor prin intermediul unui condensator de cuplaj, iar semnalul de ieşire se
culege din colector prin intermediul unui condensator de cuplaj.
& impedanţa de intrare este mică (30 Ω – 160 Ω)
& impedanţa de ieşire este mare (250 KΩ – 550 KΩ)
& amplificarea în curent unitară (1)
& amplificarea în tensiune mare (până la 1000)
& amplificarea în putere mare (până la 1000)
semnalul de ieşire este în fază cu semnalul de intrare

Realizarea practică a unui amplificator cu baza comună

Valori osciloscop
U
in
= 20 mV
U
ies
= 800 mV
Valori voltmetru
U
in
= 14 mV
U
ies
= 561 mV
AMPLIFICAREA: A
U
=
in
ies
U
U
=
20
800
, A
U
= 40























10.3. Amplificatoare operaţionale (AO)

Noțiuni generale

Dezvoltările în domeniul microtehnologiei au modificat metodele de proiectare şi realizare a dispozitivelor
amplificatoare. La proiectarea acestora se caută utilizarea circuitelor integrate care, din punct de vedere al eficienţei
economice, a soluţiilor tehnice utilizate, sunt mai elaborate în comparaţie cu soluţiile discrete de realizare a
amplificatoarelor.
- cele mai frecvent utilizate sunt, circuitele integrate de tipul amplificatoarelor operaţionale, în care
sunt concentrate calităţile funcţionale ale schemelor de amplificare.
AO ideal are coeficientul de amplificare pe tensiune foarte mare K
U
=
int
ies
u
u
∞ →
, rezistenţa de intrare foarte
mare R
int ∞ →
, rezistenta de la ieşire foarte mică R
ies
→0.
AO- are intrare diferenţială, astfel se scrie u
int
= K
U
(u
int1
- u
int2
), iar când semnalul se aplică la intrarea directă,
tensiunea la ieşire este u
ies
= -K
U
u
int1
, când semnalul se aplică la intrarea inversoare, la ieşire tensiunea este u
ies
= -
K
U
u
int2
.
În figura 10.16 se arată modul de reprezentare a amplificatorului operaţional (AO)în schemă:


(a) (b)
Fig.10.16.Reprezentarea în schemă - (a) şi simplificată a AO - (b)

În figura 10.16b se prezintă schema structurala a AO. Primul etaj se realizează pe baza schemei simetrice
diferenţiale în care se face compensarea maximală a derivei nulului. În al doilea etaj se foloseşte frecvent
amplificatorul diferenţial cu ieşire nesimetrică. Ultimul etaj se realizează pe schema repetorului pe emitor (cu colector
comun) ceea ce asigură rezistenţa mică la ieşire.


Fig.10.17. Caracteristica de transfer a AO
.


Tensiunea de alimentare E
a
şi consumul de curent pentru alimentare I
con
permite alegerea corespunzătoare a sursei bipolare pe tensiune şi putere.
Parametrii K
U
, R
int
şi R
ies
caracterizează calităţile amplificatoare ale
circuitelor integrate. Parametrul I
int
caracterizează curentul de repaus la
borna de intrare a AO în regim static. Se arată de asemenea, valoarea
coeficientului de reducere a semnalului difazat K
redsf
.








10.4.1. Surse de alimentare pentru amplificatoare operaţionale

Tensiunea nominală de alimentare pentru majoritatea amplificatoarelor operaţionale este egală cu ±15V. Dacă
tensiunea este mai mare, AO intră în regim de saturaţie şi se va găsi în afara spectrului de liniaritate a
amplificatorului. Dacă tensiunea se micşorează, se îngustează domeniul de liniaritate.
Dacă tensiunea sursei de alimentare este de circa 4V sau mai mică, atunci sursele interne de curent nu mai
funcţionează. Nu întotdeauna se pot folosi sursele bipolare de alimentare pentru amplificatoarele operaţionale.
Există însă şi metode de utilizare a amplificatoarelor operaţionale în
configuraţii cu surse de alimentare monopolare.
Una dintre posibilele soluţii se referă la împământarea minusului sursei de
alimentare, iar plusul acesteia să se cupleze la borna de alimentare
corespunzătoare a amplificatorului operaţional.
O astfel de schemă se prezintă în figura 10.18.
Intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional se leagă la punctul
mediu al divizorului de tensiune.
Din această cauză, potenţialul punctului de lucru a instalaţiei se ridică peste
potenţialul punctului de împământare.


Fig.10.8. Utilizarea sursei monopolare de tensiune pentru alimentarea AO



10.4.2. Amplificator operaţional neinvertor cu reacţie inversă

AO nu pot fi folosite însă singure în schemele de amplificare datorită faptului că secţiunea lineară AOB pe
caracteristica de transfer este limitată de valori relativ mici a tensiunilor
Ur
max ies
K
U
.
Prin creşterea tensiunii de intrare în afara acestor limite, tensiunea de ieşire nu se modifică, cu alte cuvinte se
constată distorsionarea neliniară a semnalului.
De asemeni, coeficientul de amplificare a AO K
U
variază în limite mari de la un exemplar la altul, şi acesta
depinde de regimul de funcţionare, în special de temperatura de lucru, determinată de dependenţa puternică a lui β de
temperatura rezistoarelor, care compun AO.
Pentru îmbunătăţirea parametrilor dispozitivelor de amplificare cu AO se foloseşte reacţia inversă.
Reacția constituie un procedeu prin intermediul căruia sunt influențate diversele performanțe ale unui circuit
electronic.
În cazul amplificatoarelor, prin reacție se înțelege transferul unei părți a semnalului de ieșire înapoi la
intrarea amplificatorului.
Dupa modul în care se combină la intrarea amplificatorului semnalul de reacție cu cel dat de generator, se
poate vorbi de reacție negativă sau de reacție pozitivă.
Aplicarea unei reacții pozitive mărește modulul amplificarii, iar aplicarea unei reactii negative micșoreaza
modulul amplificarii. De regula, în amplificatoare se foloseste reacția negativă.
Prin folosirea reactiei negative scade modulul amplificarii dar se obtin o serie de avantaje importante cum ar fi:
- creste banda de frecvente a amplificatorului;
- impedantele de intrare si de iesire ale amplificatorului se modifica in sens convenabil, amplificatorul tinzand
sa se transforme intr-unul ideal cu amplificarea aproximativ independenta de proprietatile sursei de semnal si de cele
ale sarcinii;
- îmbunatatește stabilitatea functionarii prin reducerea efectului destabilizant al unor reactii parazite care apar
in amplificator la anumite frecvente;
- reduce dependenta amplificarii de modificarea parametrilor dispozitivelor active si a conditiilor de mediu;
- reduce nivelul de zgomot la iesire si al distorsiunilor neliniare determinate de etajele amplificatorului,
exceptand primul etaj.



În figura 10.19a se arată schema amplificatorului neinvertor cu AO:


(a) (b)

Fig. 10.19. AO neinversor cu reacţie inversă negativă - (a) şi caracteristica sa de transfer - (b)

De la ieşirea AO se culege tensiunea pentru reacţia inversă u
ri
care se aplică la intrarea inversoare a AO. În
acest fel la intrarea AO acţionează tensiunea de intrare u
int
şi tensiunea u
ri
, adică reacţia inversă se obţine prin
însumarea tensiunilor care se referă la reacţia inversă. Tensiunea la ieşirea AO se determină din diferenţa (u
int
-u
ri
),
iar această reacţie inversă este negativă.
Coeficientul de amplificare se determină pe baza schemei din fig. 10.19a. În acest scop se consideră că
R
g
>>R
ies
, R
int
>>R
1
şi că R
2
>>R
ies
, condiţii care sunt îndeplinite în AO.
Tensiunea de reacţie inversă : γ ⋅ =
+
=
ieş
2 1
1
ieş ri
u
R R
R
u u
Tensiunea de ieşire se determină din diferenţa tensiunilor la intrarea AO:
u
ies
= K
u
(u
int
- u
ri
) = K
u
(u
int
- γu
ies
),
unde γ =
2 1
1
R R
R
+

În acest fel, coeficientul de amplificare a AO cu reacţie inversă negativă se determină:

U
U
U
int
ieş
ri
u
K
K 1
K
u
u
K ≤
γ +
= =
Datorită faptului ca la AO K
U
este foarte mare, atunci pentru K
U
→∞ se obţine:

1
2 1
ri
U
R
R R 1
K
+
=
γ
=
adică K
Uri
se determină numai din raportul rezistenţelor şi nu depinde de valoarea lui K
U
. În acest fel introducerea
reacţiei negative inverse permite stabilizarea coeficientului de amplificare a circuitului integrat. Astfel, dacă K
U
se
micşorează, se micşorează şi u
ies
şi u
ri
, creşte diferenţa acestor valori, ceea ce face ca u
ies
să crească, compensând
micşorarea iniţială a tensiunii de ieşire.
Tensiunea la ieşirea AO este u
ies
<< U
iesmax
, coeficientul de amplificare a circuitului integrat K
U
∞ → , rezultă
că u
int
- u
ri
=
U
ies
K
U
= 0 adică u
int
≈u
ri
.
Deşi coeficientul de amplificare al schemei depinde numai de raportul rezistenţelor R
1
şi R
2
, rezistenţa minimă
a acestora este limitată de capacitatea de sarcină a circuitului integrat. De asemeni valoarea maximă a rezistorului este
limitată pentru că curenţii mici care curg prin rezistenţe de mare valoare, vor fi comparabili cu curenţii de intrare a AO
şi aceasta situaţie amplifică influenţa faptului ca AO nu este ideal asupra funcţionarii schemei. Practic, valoarea
rezistenţei se găseşte în limitele 10
3
-10
6
Ω.
Stabilizarea coeficientului de amplificare a AO datorită introducerii reacţiei inverse face ca rezistenţa de ieşire
a schemei din fig. 10.19a să fie mai mică decât rezistenţa de ieşire a AO însuşi: R
iesri
<< R
ies
, ceea ce reprezintă de
asemeni o calitate obţinută datorită reacţiei inverse.
Rezistenţa de intrare a schemei din figura 10.19a se determină din: R
intri
=
int
int
i
u

unde i
int
este curentul dintre intrările AO: i
int
=
int
ri int
R
u u −
,
unde R
int
este rezistenţa de intrare a AO.
Dat fiind că (u
int
-u
ri
) ≈0, atunci şi i
int
≈0, iar rezistenţa de intrare se măreşte substanţial: R
int ri
>>R
int
, ceea ce de
asemeni reprezintă o calitate cauzată de reacţia inversă. Tensiunea de ieşire a AO este limitată de valorile ± U
ies max
.
În schema din figura 3.19a, regimul de amplificare lineară corespunde tensiunilor de intrare limitate de valorile
± U
iesmax
/ K
Uri
. Dat fiind că K
Uri
<< K
U
, caracteristica de transfer a AO cu reacţie inversă are un domeniu mare de
amplificare lineară (fig.3.19b). Înclinarea caracteristicii de transfer în sectorul linear AOB este determinată de
coeficientul de amplificare K
Uri
, linia 1 este trasată pentru K
Uri
= 4, linia 2 pentru K
Uri
=10. În acest fel introducerea
reacţiei inverse permite lărgirea domeniului linear a caracteristicii de transfer şi micşorarea distorsiunilor neliniare.
În figura. 10.20 se prezintă forma tensiunii de intrare u
int
care se aplică la schema din figura 10.19a şi a
tensiunii de ieşire a schemei u
ies
pentru diferite valori ale coeficientului de amplificare .



Fig.10.20. Forma semnalelor de la
intrarea şi ieşirea amplificatorului din
fig.10.19 pentru diferiţi coeficienţi de
amplificare




10.4.3. Amplificatorul operaţional inversor cu reacţie inversă

În cazul transmiterii tensiunii sinusoidale se realizează deplasarea fazei semnalului amplificat la 180
o
. Este larg
utilizată schema AO inversor cu reacţie inversă negativă.
Semnalul de intrare şi semnalul reacţiei inverse negative se
aplică la intrarea inversoare a AO şi are loc însumarea curenţilor
i
int
si i
ri
, adică are loc reacţia inversă negativă cu însumarea curenţilor,
care se numeşte reacţie inversă paralelă.

Pentru determinarea parametrilor de amplificare, se consideră R
S
>>R
ies
,
R
int
>>R
1
, R
ies
<<R
2
, condiţii care sunt realizate în AO.
Pentru că la circuitele integrate R
int ∞ →
, atunci i
int
= -i
ri
= i.

Tensiunea dintre intrările AO este nulă pe sectorul linear al
caracteristicii sale de transfer, atunci se scrie: u
int
= i
int
R
1
= iR
1


u
ies
= i
ri
R
2
= -iR
2


Coeficientul de amplificare al schemei se determină astfel: K
Uri
=
1
2
int
ieş
R
R
u
u
− =
Semnul minus arată că polaritatea semnalelor la intrare si ieşire este diferită. Coeficientul de amplificare K
Uri
depinde
numai de raportul rezistenţelor R
2
/R
1
, datorită cărui fapt stabilitatea sa este foarte mare.
Rezistenţa de intrare a AO cu reacţie inversă negativă:
int
int
ri int
i
u
R =
Deoarece: i
int
= i ⇒ R
intri
= R
1
.
Deosebirea, dintre AO analizat şi schema din figura 10.19a constă în faptul că valoarea rezistenţei de intrare
este finită prin stabilizarea coeficientului de amplificare, rezistenţa de ieşire se micşorează astfel încât R
ies ri
<<R
ies
,
ceea ce reprezintă o calitate obţinută datorită reacţiei inverse negative:
U
ieş
iesri
K 1
R
R
∗
γ +
=
unde = γ
∗
2 1
1
R R
R
+

Când K
U ∞ → ,
atunci R
ieşri
=0.
În acest mod, introducerea reacţiei inverse negative în schema AO inversor permite îmbunătăţirea parametrilor
acestuia astfel: se măreşte stabilitatea coeficientului de amplificare, se micşorează rezistenţa de ieşire, se lărgeşte
domeniul linear al caracteristicii de transfer şi se reduc distorsiunile în cazul semnalelor mari.


10.4.4. Scheme operaţionale cu A.O.

Cu ajutorul AO se pot constitui scheme care să realizeze operaţii matematice asupra semnalelor de intrare:
însumarea, scăderea, integrarea, extragerea modulului funcţiei, ş.a.
Aceste scheme sunt frecvent utilizate în instalaţiile de conducere automată şi constituie baza matematică a
calculatoarelor analogice. Dintre aceste scheme, prezintă interes deosebit schemele cu AO pentru însumare şi integrare,
precum şi schemele în care AO se foloseşte în regim neliniar.

A). Sumatorul inversor
În figura 10.22a se arată schema sumatorului inversor realizată pe baza AO cu intrare inversoare şi circuit
paralel de reacţie inversă negativă.


(a) (b)

Fig 10.22. Sumator inversor cu AO - (a) ;
diagramele de timp a semnalelor de la intrarea şi ieşirea acestuia - (b)

Pentru că R
int
a AO este mare: i
1
+i
2
+i
3
= - i
ri

Se exprimă curentul i
ri
=
ri
ies
R
u
.
Curenţii de intrare se determină având în vedere că între intrările circuitului integrat AO tensiunea este nulă:
i
1
=
R
u
1 int
; i
2
=
R
u
2 int
; i
3
=
R
u
3 int
.
Din expresia aceasta rezultă:
inv
ies 3 int 2 int 1 int
R
u
R
u u u
− =
+ +

de unde tensiunea de ieșire:
( )
R
R u u u
u
inv 3 int 2 int 1 int
ies
+ +
− =
Semnul minus indică că pe lângă sumarea semnalelor se produce şi inversarea polarităţii.

B). Sumatorul neinversor

În figura 10.23a se arata schema sumatorului neinversor cu amplificator operaţional.
La baza realizării acestei scheme stă AO neinversor cu reacţie inversă din figura 10.19a.
Prin înlocuirea acestuia cu schema de substituire care conţine R
int

ri
= ∞ şi sursa de tensiune K
Uri
u
sum
(rezistenţa de ieşire este nulă) se obţine schema din figura 10.23b.

Fig 10.23. Sumator neinversor cu AO -(a);schema sa de substituţie - (b);

Pentru R
int

ri
= ∞, atunci i
1
+i
2
+i
3
=0 şi pe baza legii lui Ohm rezultă că:


0
R
u u
R
u u
R
u u
sum 3 int sum 2 int sum 1 int
=
−
+
−
+
−

de unde
sum
3 int 2 int 1 int
u
n
u u u
=
+ +
, unde n = numărul de intrări ale sumatorului.

Tensiunea la ieşirea AO se determină astfel:

1
2 1
sum Uri ies
R
R R
u K u
+
= =
n
u u u
3 int 2 int 1 int
+ +
cu
1
2 1
ri
U
R
R R 1
K
+
=
γ
=

Rezultă că tensiunea de ieşire este proporţională cu suma semnalelor de intrare.
Coeficientul de transfer pe tensiune a schemei din fig. 10.22a depinde însă de numărul intrărilor n.
Tensiunea de ieşire u
ies
este determinată de valoarea medie a semnalelor de la intrare.











C). Schema de scădere a semnalelor

Pentru analizarea acestei scheme se foloseşte metoda
superpoziţiei.
Pentru început se consideră ca u
int2
=0 adică se
scurtcircuitează sursa u
int2
, în care caz schema devine
neinversoare, (fig.10.19a), la intrarea căreia se cuplează divizorul
de tensiune cu coeficientul de transfer egal cu:
4 3
4
R R
R
+
= γ


Având în vedere relatia intre tensiuni: γ ⋅ =
+
=
ieş
2 1
1
1 int ri
u
R R
R
u u se poate scrie:
U
ies
=
|
|
¹
|


\
| +
|
|
¹
|


\
|
+
⋅
1
2 1
4 3
4
1 int
R
R R
R R
R
u
În continuare se consideră că u
int
=0, schema transformându-se astfel în AO inversor, pentru că cuplarea la
intrarea directă a rezistoarelor R
3
şi R
4
nu modifică potenţialul la intrarea directă a AO ideal, la care curentul de intrare
este foarte mic.
În acest caz : u"
ies
=
1
2 int
R
R u
−
Ca rezultat al acţionării ambelor semnale, tensiunea de ieşire a AO este egală cu:
= + =
ies ies ies
' ' u ' u u
|
|
¹
|


\
| +
|
|
¹
|


\
|
+
⋅
1
2 1
4 3
4
1 int
R
R R
R R
R
u -
1
2
2 int
R
R
u

Atunci când R
1
=R
3
şi R
2
=R
4
, se obţine:
u
ies
= ( )
2 int 1 int
1
2
u u
R
R
−
Sursa de tensiune comandată în curent se obţine din schema din figura 10.21a pentru R
1
=0.
În acest caz R
int
= 0 şi sursa de semnal u
int
funcţionează în regim de sursă a curentului i
int
.

Tensiunea de ieşire se determină astfel: u
ies
= i
ri
R
2
= -i
int
R
2

Sursa de curent comandată în tensiune, se obţine de asemeni din schema 10.21a, dacă se cuplează sarcina în calitate de
R
2
, atunci:

1
int
int iri ies
R
u
i i i − = − = =












D). Integratorul
Integratorul cu AO se realizează de asemeni pe baza AO inversor din fig. 10.24a.

Fig. 10.24. Integrator cu amplificator operaţional - (a);
diagramele de timp ale semnalelor la intrarea şi ieşirea acestuia - (b);

În figura 10.24b se prezintă diagramele de timp care ilustrează funcţionarea integratorului.
Când la intrarea acestuia se aplică tensiune constantă, la ieşire se obţine tensiune liniar variabilă.
În circuitul de reacţie inversă se cuplează condensatorul C, astfel încât tensiunea pe acesta este egală cu:
u
C
= ( )
∫
dt t i
C
1
C

pentru că R
int
= ', atunci i
C
= - i
int
= -
R
u
int

Tensiunea între intrările circuitului integrat cu AO este egală cu zero, din care motiv u
ies
= u
C
.

Având în vedere expresiile de mai sus, tensiunea de ieșire:

u
ies
=
( )
( )
∫ ∫
− = − dt t u
RC
1
dt
R
t u
C
1
int
int


În acest fel schema realizează operaţia matematică de integrare, care în forma determinată se poate scrie:
u
ies
= u
ies
(0) - ( )
∫
t
0
int
dt t u
RC
1


Tensiunea de ieşire depinde de condiţiile iniţiale adică de tensiunea iniţială pe condensator în momentul t =0, u
ies
(0).