Upload
adriana-stoica
View
60
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
1/47
1
Componente i circuitepasive - CCP
Cursul 2
Noiuni introductive
https://sites.google.com/site/classpecc/home
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
2/47
2
Cuprins
Mrimi electrice Surse ideale i surse reale
Semnale electrice
Topologia circuitelor electrice
Transmitane Legea lui Ohm
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
3/47
3
Mrimi electrice
Tensiunea electric reprezint diferena de potenial
electric dintre dou puncte. Se msoar n voli [V].Notaii: u sau v. Tensiunea apare ntre bornelecomponentelor.
Curentul electric reprezint o deplasare ordonat asarcinilor electrice. Se msoar n amperi [A]. Un curentde 1 A reprezint transferul unei sarcini de un coulombprin seciunea conductorului pe durata unei secunde. Senoteaz cu i. Curentul curge, trece, prin bornelecomponentelor.
Curentul electric apare numai prin materialele care auproprieti conductoare.
ntr-un circuit apare curent numai dac exist o caleconductoare nchis (bucl).
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
4/47
4
Mrimi electrice
Produsul dintre tensiune i curent reprezint
putere (electric). Se msoar n wai [W]. Puterea furnizat sau consumat de un circuit n
unitatea de timp reprezint energie electric. Semsoar n jouli [J]. n msurarea energiei
furnizate de reeaua electric se foloseteunitatea [kWh].
Pentru informaii suplimentare consultai:http://scienceworld.wolfram.com/http://www.megaconverter.com/Mega2/
http://scienceworld.wolfram.com/http://www.megaconverter.com/Mega2/http://www.megaconverter.com/Mega2/http://scienceworld.wolfram.com/7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
5/47
Msurarea mrimilor electrice
5
Circuit
electronic 1
Circuit
electronic 2V
A
B
V AB
Circuit
electronic 1
Circuit
electronic 2
A
I
Folosirea unui voltmetru pentru msurarea
tensiunii ntre punctele AB
Folosirea unui ampermetru pentru
msurarea curentului ce parcurge traseul
dintre cele doua circuite
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
6/47
6
Sensurile convenionale pentru tensiune icurent
Sensul convenional al tensiunii electricedintre dou puncte este sensul orientat de lapunctul de potenial mai ridicat spre punctul depotenial mai sczut.
Sensul convenional al curentului electric estesensul micrii ordonate a unor purttori mobilide sarcin electric pozitiv care ar produceacelai efect ca micarea purttorilor mobili care
formeaz de fapt curentul electric considerat.
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
7/47
7
Sensuri pozitive arbitrare pentru tensiune
i curent
nainte de analiza unui circuit nucunoatem sensurile convenionaleale tensiunilor i curenilor.
De aceea, naintea scrierii relaiilor
ce descriu funcionarea lui, sefixeaz pentru fiecare element decircuit un sens pozitiv arbitar alespentru curent i un sens pozitivarbitrar ales pentru tensiunile dintre
dou puncte. Aceste sensuri se figureaz prin
sgei distincte ca n figura alturat.
element de circuitA B
vAB
element de circuitA B
i
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
8/47
8
Asocierea sensurilor pozitive arbitrare
Convenia circuitelorreceptoare sauconsumatoare
Convenia circuitelorgeneratoare
element de circuitA B
vAB
i
element de circuitA B
vAB
i
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
9/47
9
Circuit generator i circuit receptor
Dac asocierea care se face corespunde funcionrii reale a
elementului de circuit atunci puterea calculat la borneleelementului este pozitiv ceea ce nseamn c circuitulgenerator cedeaz sau debiteaz putere electric, iarcircuitul receptor absoarbe sau consum putere. (De
exemplu, este evident c n cazul unei rezistene aceastputere poate fi numai consumat).
)()()( titvtp
T
med dttitv
TP )()(1
Puterea instantanee
Puterea medie
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
10/47
10
Surse ideale
Aplicarea mrimilor electrice n circuite poate fisimbolizat prin introducerea unor elemente decircuit numite surse de tensiune sau surse decurent.
Sursa ideal de tensiune este un element de circuitcare are tensiunea de la borne independent decurentul prin borne.
Sursa ideal de curenteste un element de circuit care
este strbtut de un curent independent de tensiuneape care o are la borne.
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
11/47
11
Simbolurile standardizate pentru sursele
ideale
Uneori alturi de simbolul sursei mai apare un simbolcare arat natura (forma) semnalului generat.
Simboluri pentru forma
semnalului generat
I2
V1
I1
V2
V
Simbolul standardizat pentru
sursa ideal de tensiune
I
Simbolul standardizat pentru
sursa ideal de curent
Alte simboluristandardizate
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
12/47
12
Observaie important!
Urmtoarele interconectri sunt interzisenschemele electrice:Surse ideale de tensiune n paralel
Surse ideale de curent n serie
Surse ideale de tensiune cu bornele n scurtcircuit
Surse ideale de curent cu bornele n gol
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
13/47
13
Modelul surselor reale
Surse ideale de tensiune sau curent nu exist n practic. Ele
sunt utilizate pentru a descrie comportarea surselor reale can figurile alturate. Bornele AB reprezint bornele de ieiredin cele dou tipuri de surse reale, iar RO modeleazrezistena intern sau de ieire a surselor.
V
Modelul suresei de
tensiune reale
I
Modelul sursei de
curent reale
A A
BB
RO
RO
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
14/47
14
Cine produce tensiune electric?
O baterie
O central electric
Sursele de laborator
Celulelenervoase
1.5 V
9 V
13,500 V
Civa voli
Celulele solare
Civa millivolicnd este
activat sinapsa
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
15/47
15
Sursa de tensiune tipic din laborator
Important: O tensiune se msoar ntre dou puncte
Poate furniza tensiunipna la 10 V
Borna roie (+) iborna neagr (-)sunt echivalente cubornele unei baterii.
Tensiunea este reglabildin acest buton
Terminalul alb esteconectat la pmntareavnd rol de protece
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
16/47
16
Msurarea tensiunilor
Tensiunile se pot msura cu un multimetru
I COM V
volts Se conecteaz borna Vla borna roie a sursei
Se conecteaz borna COM(comun) la borna neagr a sursei
Se citete tensiunea
Se seteaz multimetrupentru msurarea tensiunilor
+2.62
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
17/47
17
Exerciiu
Modificm sursa sfurnizeze 3.2 V.
Ce va arta multimetrul
n urmtoarea situaie?
I COM V
3.2 V
Rspuns: 3.2 V
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
18/47
18
Semnale electrice
Noiunea de semnal este ataat unei mrimifizice variabile, susceptibil de a purtainformaie.
Dac mrimea fizic variabil nu este suportul
unei informaii, ea se numete zgomot. n circuitele electrice se ntlnesc dou tipuri de
semnale electrice: Tensiunea electric (prescurtat tesiune)
Curentul electric(prescurtat curent)
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
19/47
19
Notaii pentru semnale electrice
Orice semnal electric se noteaz printr-un simbolliterali unul sau mai muli indici.
Att simbolul ct i indicii au dubl semnificaie:
Prin numele literei Prin caracterul acesteia (majuscul sau minuscul)
vo .... ? Vo .... ?
vO .... ? VO ... ?
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
20/47
20
Semnificaia numelui literei
Numelei literei folosite ca simbol arat naturafizic a semnalului: isau Ipentru cureni i vsauVpentru tensiuni.
Numele literei folosite ca indice precizeaz
condiiile de msurare sau de definire asemnalelor: locul din circuit, starea circuitului,felul valorii (valoare medie, maxim, etc.).Exemple: indicii i sau I nseamn intrare (de la
input), iar o sau O nseamn ieire (de la output).
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
21/47
21
Semnificaia caracterului literelor utilizateca simbol
Simbolul imprimat cu caracter majusculdesemneaz o valoare constant (tensiunecontinu sau curent continuu) sau arat o valoarecaracteristic a semnalului variabil (valoaremaxim, medie, eficace etc.)
Simbolul imprimat cu caracter minuscul aratvaloarea instantanee a unei mrimi variabile n
timp.
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
22/47
22
Semnificaia caracterului literelor utilizateca indice
Majuscula utilizat ca indice arat o valoaretotal (constant sau variabil).
Indicele minuscul arat o valoare acomponentei variabile a semnalului (valoareconstant sau variabil).
n cazul textelor editate, inclusiv scrierea cu caractere roman,italic sau bold are semnificaii standardizate. Pentru a
identifica aceste semnificaii vizitai:http://physics.nist.gov/cuu/Units/
http://physics.nist.gov/cuu/Units/http://physics.nist.gov/cuu/Units/7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
23/47
23
Exemplificri pentru notaii
vO valoarea instantanee total; combinaia simbolminuscul i indice majuscul este notaia generic pentruorice tip de semnal.
VO valoarea constant total numit i valoare static
sau medie; este valoarea tensiunii n regim static (regim decurent continuu).
vo valoarea instantanee a componentei variabile atensiunii de ieire; ea este egal prin definiie cu diferenadintre valoarea instantanee total i valoarea static.
Vo valoarea eficace a componentei variabile a tensiuniide ieire.
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
24/47
24
Valoare medie, instantanee i efectiv
Ov
dttvT
V
T
)(1
OO
Valoarea ei medie peintervalul de timp T
Notaia pentru o tensiunede ieire oarecare
OOo Vvv
Valoarea instantanee acomponentei variabile
T
dttvT
V )(1 2oo Valoarea eficace (efectiv) acomponentei variabile
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
25/47
25
Ilustrarea notaiilor pentru semnale
]V[2000sin5,1
]V[
2000sin1
2
sin
2sinsin
]V[5,1
OoO
o
O
tVvv
ttTAftAtAv
V
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
26/47
26
Forme tipice de semnale ntlnite n
sistemele electronice
ZpTpkTpTtA
kTpTpTtBtv
])1(;[;
];[;)(
t
v
0
A
B
TkT
AkkBVmed
)1(
Semnal
dreptunghiular
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
27/47
27
Alte forme de semnal
Semnal trapezoidal
Semnal triunghiular
Semnal dinte defierstru
t
v
0
A
B
t0
v
A
B
t0
v
A
B
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
28/47
28
Topologia circuitelor electrice Interconectarea unui set de componente elctrice/electronice se numete
reea sau schem electric/electronic.
Prin nlocuirea componentelor din schema electronic cu elemente de circuit(ce descriu proprietile electrice ale componentelor) se obine circuitulelectric/electronic echivalent.
Fiecare tip de element de circuit se individualizeaz prin funcia pe care orealizeaz ntre tensiunea la bornele sale i curentul prin borne.
Baterie
Lamp
comutator
R R
L
BAT L
LvBAT
Schem electric Circuit electric echivalent
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
29/47
29
Topologia circuitelor electricen implementarea practic a schemelor electrice
componentele se interconecteaz prin intermediul
unor fire, trasee, conductoare, etc.Elementele de circuit din schemele echivalente se
interconecteaz prin intermediul unor noduri.Nodurile pot fi simple (cnd interconecteaz numaidou elemente de circuit) sau multiple (cnd
interconecteaz trei sau mai multe elemente decircuit)Calea strbtut de curent ntre dou noduri se
numete ramur de circuit.Dac fiecare component din circuit este modelat
printr-un singur element de circuit, atunci graficschema electic i circuitul echivalent pot fi identice.
C d h l t i i it
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
30/47
30
Componente
interconectate prin fire
Corespondena schem electric circuitechivalent
ramur
noduri
Elemente de circuit
Nod multiplu
Nod multiplu
Nod simplu
C i i i ?
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
31/47
31
Ce este masa unui circuit?
Masa unui circuit reprezint unnod de referin comun, fa decare se msoar tensiunile dindiferitele noduri ale schemei.
Teoretic alegerea punctului demas este o problem relativcare nu influeneaz n nici unfel funcionarea circuitului.
R1
R2VI
Practic nu este indiferent unde se alege masa circuitului.De obicei, masa se alege n nodul cu cele mai multe laturiconvergente.
M i i i
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
32/47
32
Masa unui circuit
ntr-o schem electric pot fi definite mai multe tipuri depuncte de mas: mas de for, mas analogic, masdigital, etc.
Diferitele puncte de mas pot fi separate galvanic sau nu.
Simboluri pentru nodul de mas ?
C t t i hi t?
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
33/47
33
Ce este pmntarea unui echipament?
Conectarea aparatelor sau aechipamentelor la pmntservete pentru proteciapersoanelor, animalelor i abunurilor materiale care vin n
contact cu acestea.n principiu conductorul de
pmntare este parcurs decurent numai n caz de defect.
n principiu legtura depmntare nu afecteazfuncionarea circuitului.
R1
R2VI
C n i ni ri i p r l l
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
34/47
34
Conexiuni serie i paralel
Dou sau mai multe elemente de circuit (sau
componente) sunt conectate n serie dac suntparcurse de acelai curent. Dou sau mai multe elemente de circuit (sau
componente) sunt conectate n paralel dac au
aceeiai tensiune la borne.i1
i2 i3
v1
vs
v2es
e1
e2 e3
Uniport diport m ltiport
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
35/47
35
Uniport, diport, multiport
Borna punctul de
acces ntr-un circuit; Poarta o perche de
borne la care curentulcare intr ntr-o borneste egal cu curentul
care iese din cealalt; Uniport un circuit
cruia i s-a pus neviden o singurpoart;
Diport, triport, multiport-....
Circuit electronic
born
Poart deintrare
Poart deieire
Poart de test
Poart de alimentare
iI
iI
iO
iO
v I vO
Situaii de funcionare limit pentru o
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
36/47
36
Situaii de funcionare limit pentru opoart
Funcionarea n gol curentul prin borne estenul;
Funcionarea n scurtcircuit tensiunea la borneeste nul;
Cele dou situaii sunt duale: la funcionarea ngol tensiunea ntre borne este maxim, respectivla funcionarea n scurtcircuit curentul prin borne
este maxim.
Transmitane
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
37/47
37
Transmitane
Transmitana raportul a dou semnale electrice:
Adimensional semnalele sunt de acelai fel;Dimensional (imitan) un semnal este tensiune iar
cellalt curent: Impedan tensiune/curent (se noteaz cu Z i se
msoar n ohmi - )Admitan curent/tensiune (se noteaz cu Y i se
msoar n simensi S)
Imitanele definite n curent continuu se numesc: impedana rezisten - Radmitana conductan - G
Transmitane de transfer
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
38/47
38
Transmitane de transfer
Sunt transmitane definite ntre semnale de la pori
diferite. Dac cele dou pori sunt cea de intrare i cea de ieire,
atunci avem:Transmitan direct semnal de ieire/semnal de intrare
Transmitan invers semnal de intrare/semnal de ieire Important: n general transmitana invers nu reprezint
funcia matematic invers a unei transmitane directe.
Legea lui Ohm
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
39/47
39
Legea lui Ohm
Tensiunea electric labornele unei rezisteneeste egal cu produsuldintre valoarea rezisteneii valoarea curentului ce o
strbate.
RiRv
AB
R
A B
iR
v
AB
Legea lui Ohm forme echivalente
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
40/47
40
Legea lui Ohmforme echivalente
Din punct de vederematematic legea lui Ohmpoate fi rescris sub ncdou forme:
R
RR
i
vR
R
viiRv
ABAB
AB
R
A B
iR
v
AB
Conectarea serie a rezistenelor
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
41/47
41
Conectarea serie a rezistenelor
Prin conectarea n serie a dou rezistene seobine o rezisten echivalent egal cu sumacelor dou rezistene:
R1 R2 Rec h A AB B
2;1
21
RRRR
RRR
echech
ech
Divizorul de tensiune
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
42/47
42
Divizorul de tensiune
Prin conectarea n serie a dou rezistene ntre bornele
AB se obine pe fiecare rezisten o divizare a tensiuniide la bornele AB:
R1 R2 A B
VAB
VR1
VR2
;21
2
;21
1ABR2ABR1 V
RR
R
VVRR
R
V
Conectarea paralel a rezistenelor
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
43/47
43
Conectarea paralel a rezistenelor
Prin conectarea n paralel a dou conductane se
obine o conductan echivalent egal cu sumacelor dou conductane. Sau pentru rezistene:
2;121
2121
RRRR
RR
RRRRR
echech
ech
RechA B
R1
R2
A B
Divizorul de curent
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
44/47
44
Divizorul de curent
Prin conectarea n paralele a dou rezistene ntrebornele AB se obine prin fiecare rezisten o divizare acurentului ce circul ntre bornele AB:
;21
1;21
221 ABRABR
IRR
RIIRR
RI
R1
R2
A B
IAB
IR1
IR2
Rezistena echivalent vzut la o
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
45/47
Rezistena echivalent vzut la opoart a circuitului analizat
45
CIRCUIT PASIVIZAT
A
B
VTEST
ITEST
RECH
TEST
TEST
ECH I
VR
Exemplu
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
46/47
Exemplu
46
V I
R2
R3
R1
A
B
C
1 K2 K
3 K
KK
KKKKKRRRR
ECHAB 33,1
6
242||)31(2||)31(
KK
KKKKKRRRRECHBC 5,1
6
333| |)21(3| |)21(
KKKKKKKRRRR
ECHAC 83,0
6151| |)32(1| |)32(
Sarcini individuale
7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)
47/47
47
Sarcini individuale Deducei descrierea
matematic pentru
semnalele prezentate nslide-ul 26.
Calculai pentru fiecaresemnal valoarea mediepe o perioad.
Identificai pentrucircuitele alturateelementele saucomponeneteleconectate n serie i
cele conectate n paralel
e2
e1
e3
e4
e6
e7e5 R1
R2
R3C2C1V1
R1
C2
C1V1
R3
R1 R3C2C1V1
R2
R2 C3
e1 e6e4e2 e5e3 e1 e6
e4
e2 e5
e3
C2C1
V1
R1 R2
C3 C5
V1
R3 R4
R1 R2
C1
C2
C3
C4