Dispozitive electrice

Sorin POHOATA

Adrian GR,AUR

DISPOZITIVE ELECTRONICE $t ELECTRONTCA ANALOGICA

Editura Universitti i Suceava2007

Cuprins

CUPRINSDescrierea CIP a Bibliotecii Nationale a Romniei POHOATA, SORTN

Dispozitive electronice gi electronic

analogic : aplicalii i Sorin Pohoa[, AdrianGraur

Suceava, 2007Bibliogr.

-

Suceava, Editura Universittii din Prefa!".. 1. Dioda semiconductoare................ 2. Dioda Zener. Stabilizatorde tensiune cu diod Zener-.. 3. Redresoare monofazate cu diode semoconductoare'...........'.1

tsBN 978-973-666-260-7l. Graur, Adrian 621.38

I15

4. Caracteristicile statice ale unui TB in conexiune emitor comun..... .....' 225. P olarizareatranzistorulu

i bipolar...

..

.

2633 38

6. Parametrii h ai tranzistorului bipolar....7. Repetor pe emitor...... Referen!i gtiin{ifici:8. Amplificatoare cu tranzistoare bipolare

4351

Ir*iv.,,$tefan cel!\are

Prof. dr. ing. GavTiITODEREAN Universitatea Tehnic Cluj-Napoca _ Prof. dr. ino. Valentin POPA

9. Tranzistoare cu efect de cmp,......10. Aplica[ii ale11

TEC........

....."...... .'.'.'.'

J/

1. Dispozitive optoeleclronice............... .. ..... ..... .....

ol6872

S t.} $ EAVA IBI*ITEQA

2. Studiul tinstorului......3. Studiul dispozitivelor multijonc{iune

1

-

diacul 9i triacul........

14. Stabilizator serie de tensiune..15. Circuite de alimentare

82

Coperia:

Conf.dr. Evelyn GRAUR

1

6. Prezentarea 5i testarea dispozitivelor semicond uctoare utilizate

in

aplicaliipractice.........- probleme...................

...' 89.....'.".. 100.....'..'. 104.. '.'.'. 113

17. Diode semiconductoare18. Tranzistoare bipolare

- probleme...

19. Polarizarea tranzistoarelor bipolare

- probleme...

20. Modelarea funclionrii tranzistorului bipolar la semnal mic......""..... 12221.

\#i!J'_

.".,,ti,1';

iDiiuilunivi?)iiaiii)ucava

Anex..... Biblioorafie...

.....'..' 133,,...,..' 144

ill

Prefal

PREFATA

Aplica!iile legate nemijlocit de dispozitivele electronice si electronica analogic igi asociaz in prezent, intr-o msur tot mai mare, divrse sectoare care produc, prelucreaz gi ofer diverse sisteme electronice, antrennd in sensbiunivoc att cercetarea ct qi educatia.

Progresele inregistrate in "lumea electronicii", sunt considerate pe bun dreptate uimitoare 9i cu greu se pot gsi exemple comparalive in spatiul tehnic. Fr evolu{ia electronicii gi "lumea calculatoarelor" ar fi fost cu siguran! maisrac.

Aceste progrese se bazeaz pe valorificarea in practica inginereasc a

de electricitate gi componente pasive de circuit cu ajutorul anexei prezentate la sfrgitul c(ii. Fiecare aplica{ie in parte prezint o abordare teoretic, general, cu prezentarea clar gi succint a solufiilor de ansamblu, urmat de partea de desfgurare practic ce abordeaz diverse scheme electronice particulare, care se pot modifica in funclie de dotarea laboratorului gi de evolufia dispozitivelor 9i 'abordare circuitelor. o astfel de esle foarte flexibil gi modern permitndutilizarea crtii pe o perioad de timp mai mare.

cunogtin{elor oferite de fizic. Astfel, cititorul igi poate reimprospta cunogtintele

Din volumul foarte mare de cunogtinle, s-au selectat aplicaliile cele mai lmportante pentru o infelegere facil gi corect a problematicii abordate gi penlrrr dobndirea de ctre cititor a unor cunogtin{e de baz, strict necesare oricrui inginer de profil electric sau neelectric. Din acest punct de vedere, acoaslli

lucrare poate

fi

utilizat

in

detaliu

de studen!ii

specializrilor: Electrorric,

Automatic, calculatoare, sisteme electrice, Energetic industrial, Mecatronic sau Utilaje 9i instalalii de proces gi utilizat partial de studen!ii specializrilor: Tehnologia construcfiilor de magini, lnginerie industrial, Inginerie economic, Ingineria gi managementul calitlii sau Ingineria gi protectia mediului. Pentru inlelegerea problematicii prezentate, fiecare capitol se incheie cu intrebri sau probleme menite s fixeze cunogtintele respective. De asemenea, ultimele patru capitole sunt rezervate problemelor care analizeaz func{ionarea circuitelor electronice, punnd in evident utilizarea modelelor de circuit aledispozitivelor electronice.

Prezenta lucrare este rezultatul imbinrii dintre experienla electronic, proprie autorilor, cu experienta didactic, dobndit de autori in activitatea cu studenfii pe parcursul a mai multor ani. ln scopul desfgurrii aplicatiilor in condifii optime, este necesar s serespecte urmtoarele indicafii: - s se parcurg in prealabil materialul teoretic prezentat la flecare aplicafie gi s se studieze cu atentie modul de lucru; - studenlii vor efectua singuri conexiunile necesare fiecrei aplicatii de laborator, folosind machetele gi aparatele de msur de pe masa de lucru;

Ittrrl;tli

lJrrrrlir scmiconductoare

-

[)uncrr)a sub lensiune se va face numai dup verificarea conexiunilor de ctrc caclrul didactic care conduce activitatea de laborator; studenlii vor selecla gamele de msur ale aparatelor in concordant cu valorile mrimilor msurate, pentru a putea efectua msurtorile indicale in aplicatia de laborator, studenlii vor nota rezultatele experimentale culese, vor prelucra datele oblinute (calcule, tabele, reprezentri grafice) gi vor desena formele de und vizualizate pe osciloscop. re{eaua de c.a. 220 V 50 Hz, trebuie respectate cu strictele normele de protectia muncii:

1. DIODA SEMICONDUCTOARE1.1. Obiectivele lucrrii

-

familiarizarea

cu

caracteristica static

a jonc{iunii p-n (dioda

semiconductoare);

Deoarece toate lucrrile de laborator necesit alimentri

de

la

determinarea valorilor elementelor ce intervin in modelele de regim static gi dinamic ale diodei semiconductoare; observarea influentei temperaturii asupra caracteristicii statice a diodeisemiconductoare,

-

aplicaliile de laborator

se vor desfgura numai sub conducerea gi

supravegherea unui cadru didactic; nu se vor atinge cu minile prtile neizolate ale circuitelor ce lucreaz cu tensiuni mai mari de 24 V gi nu se vor atinge concomitent dou puncte rnetalice aflate la poten{iale diferite; nu se vor face conexiuni, in interiorul machetelor in timpul funclionrii, ci cloar cu alimentarea oprit; in cazul apariliei unor anomalii in regimul de funclionare al machetelor sau echipamentelor de laborator, se va intrerupe imediat alimentarea postului de lucru, comunicndu-se cadrului didactic cele constatare.

prezentarea principiului de funclionare al ohmmetrului gi verificarea unor diode semiconductoare prin msurarea rezlstenlei electrice in conducfie direct gi invers.

1.2. Considera(ii teoretice Dloda semiconductoare fionctiunea p-n) este un dispozitiv electronic fundamental foarte utilizat in realizarea circuitelor electronice, datorit multiplelor roluri funcfionale: redresarea curentului alternativ, detectia semnalelor modulate in amplitudine sau frecven!, proteclia termic a unor circuite, comutarea unor elemente de circuit etc. Utilizrile variate ale diodei semiconductoare se datoreaz caracteristicii sale neliniare (figura 1.1), ct gi proprietlilor sale de dispozitiv unidireclional (permite trecerea curentului intr-un singur sens).1.2.1. Generalitli

Autorii doresc s adreseze multumiri tuturor celor care i-au sprijinit sau prin rbdarea 9i intelegerea de care au dat dovad, au fcut posibil elaborareaacestei lucrri.

Autorii

9rrr:cav;r, scpternbrie 2007

Figura 1

1

I

)to(l;t sorniconductoare

Dioda semiconductoare Dioda semiconductoare este un dispozitiv erectronic cu dou termrnare _

lnod

(A) 9i catod (K).

/uro

Pentru tensiuni apricate cu prusur pe anod gi minusur pe catod (figura I ?rr), dioda se afl in conductie direct gi permite tfecerea unui curent rerativ n|lf rc care vartaz aproximativ exponential cu tensiunea aplicat la borne. pentru larrsiuni aplicate cu prusur pe catod gi minusur pe anod (figura 1.2b), dioda se afl irr conducfie invers gi curentul care trece est foarte ri.ri, putnoi,-r" .onrio"r,Uo

considernd caracteristlca din figura 1.3a pentru diod, se poate inlocui dioda cu un circuit eclivalent (figura 1.3b) care se numeste model static liniarizat al diodei semiconductoare. in acest caz modelul D, este o diod ideal. U' esie

tensiunea de deschidere,(

iar q,IdI =

uut" rezistenta diodei, unde U1

este

tensiunea termic I

A

- t >-----:rliodei este

/:_I\

K

oFigura 1.2

r--\

U1

['

-- =:kr)l. U"q)Dr

avnd o rezisten.t foarte mare in conduclie invers, in cur"nt

se observ c dioda poate fi considerat ca fiind un bun

R-'d

TT

comutator, ;;nti;;, rezrstenta

-E-lFJr_--5abFigura 1.3

Up

Id

acesleta,

siliciu tensiunea de prag ia varori cuprinse intre 0,6...0,g v. La cregterea tensiunii peste varoarea de prag, curentur prin diod va cre$te exponentiar cu varoarea

Pentru a intra in conduclie, o diod semiconductoare trebuie poranzat clrrect, cu o tensiune minim (numit tensiune de prag up) a crei varoare (le semiconductorul din care este realizat dioda. Astfel, pentru depinde diodele cu (|ermaniu tensiunea de prag este cuprins intre 0,2...0,4 V, iai pentru diodele cu

semiconductoare.

in regim variabil de semnal mic comportarea diodei este dat numai de rezlstenla r, care constituie 9i modelul de semnal mic ai joas frecvent al diodeiDiodele de mic gi medie pulere se incapsuleaz in material plastic sau

timpul funclionrii.

I ensrunrte aptrcate unei diode nu pot depgi anumite limite. in conduciie direct curentul prin diod ar cre$te foarte murt gi puterea disipat p; ;1il; lt, = LIu Io ar depgi puterea disipat admisibir , dioda distrugndu-se {. lermic in conductie invers pentru U; prea mare (in valoare absolut), dioda se strpunge, curentur prin ea cregte brusc ai necontrorat (regiunea pndat din figura 1), dioda putndu-se distruge, dac cesta nu este limitat de o rezistent ::rl:,-.,^t?riq.rl.V3loarea U"1, a tensiunii U6 la care se strpunge OioOa esie specrtrcata de tubricant, in cataloagele de productor gi nu tieouJe dep9it in

1

sticl, catodul fiind marcat cu unul sau mai multe cercuri colorate. Diodele de putere au capsul metalic, forma capsulei permi!nd fixarea diodei pe un msurtori cu ohmmetrul. in sensul in care dioda prezint rezistenl mic aceasta este polarizat direct gi terminalul legat la "plusul" ohmmetrului rrstcradiator utilizat pentru rcire. Dac marcajul este^gters, se identific terminalele anod gi carod prin

anodul diodei. De remarcat, c in cazul folosirii unui multimetru, ca ohmmetru polaritatea bornelor este inversat,

in turrcliorruroir

Degi caracteristica diodei este profund neriniar, pentru foarte murte aplicafii ea-poate fi aproximat ca liniar pe portiuni, aga cum este prezentat in figura 3a. Panta dreptei ce aproximeaz caracteristica, tgo, este egar cu pantatangentei la caracteristic m =

Schema electric a unui ohmmetru este prezentat in tigrrra 1 4

i

Instrumentul

de

msur indic valoarea curentului dtn oit(irltl.

r,irtrr

depinde de valoarea rezisten{ei necunoscute R,, prin

relatia:

t;I

*!, du.,

t,

punctut

in care se face

aproximatia.

l{,, r l{ ,,rorrrlr{rrkruA

Punctul in care acest dreapt intersecteaz axa tensiunrlor este lensiunea Up de deschidere a diodei.

cu ajulorul potentiometrului Rp se regleaz curentul nr.rxrlil lrilrl instrumentul de msur (pentru Rx = 0, Iru, = E/Rp), realiznc1tr-srr rr:.llr,l

proprietti ale scalei ohmmetrului: este neliniar 9i are zeroul in dreaplrr

Dependen{a Rx(i) fiind

de invers propo(ionalitate,

2

[ )tr

rtlir sr:tlticot)ducloare

Dioda semiconductoare

c:alibrar()a ohrnrlelrului (reglarea zeroului). in acest aceleiagi scale pentru toate gamele de msur.

fel este posibil

folosirea

mai mici de 1 mA. Se vor citi valclrile lui U1 pentru curenlii1.2.

16

notali in tabelul

Tabelul 1.2

Figura 1.4irttr-adevr, clac dotr game au lmur2 = Il . lp6y1, und 1p211 = E/Rp1 gi lp3y2 = E/R1,,, alrrrrci R1,1 = n.Rr,:,$i cele dou rezistente R11 gi Rx2, care dau aceeagi rlcvur{ir,pc} c(}lc tlorrii garne (1.,= n. l,) vorfi in raportul:

It,,r _It

1,./tl

Nr,, r)'--

t)

..

li.lt

,

t\,

- tl

adicR11

=n

Rxz

Figura

'1.5

Dcci irrairrlea ctecturii unei msurtori cu ohmmetrul trebuie reglat,,zcroul" aparalrrlui prin scurtcircuitarea testerelor de msur (Rx = 0) valorii ltri R1 . Rcglajul lrebuie refcut la trecerea dintr-o gam in alta.

3. Se observ influenta temperaturiitabelul 1.3.

;i

ajustarea

asupra caracteristicii statice a diodei, utiliznd stalia de lipit la o temperatur de 300oC. Astfel, pentru lo= 10 mA se va pune in contact direct vrful statiei de lipit cu un terminal al diodei timp de 30 s. Se citesc valorile lui U6 gi 16, inainte Si dup inclzire. Se completeaz

1.3. Modul de lucruTabelul 1.3

1.

se vor msura rezistentele unor diode cu Ge gi si in conduc{ie direct gi invers, pe toate gamele ohmmetrului. Rezultatele obtinute se noteaz intabelul1

.1

.

Tabelul 1.1

Rt0Gamax'1 x 10

Germanitr Direct Invers

4.

Pentru trasarea caracterisiicil

in

conduclie invers se inlocuiegte rezistenla

de 330 Q cu alta de 1 K0 gi se inverseaz pozifia diodei. Voltmetrul se conecteaz in pozitia 1. Se flxeaz E = 0, voltmetrul pe gama de 25 V $i miliampermetrul pe gama de 50 pA. Se modific E de la 0 la 24 V gi secompleteaz tabelul 1.4.

x 100 x 1K

Tabelul 1.4

2.

Se realizeaza rllonl,rilrl rlirr lirlrrra 1.5 pentru trasarea caracteristicii diodei in cortduclie dtroclil ltt, lrxcrrzli E = 0, miliampermetrul pe gama de 25 mA gi vollmetrttl trrc (lirnr;t rlt' 1 V Vollnrelnrl va fi coneclat in pozi!ia 1 pentru curen{i

A

Dioda scttttr:of l(,u(jloil c Dioda semiconductoare

5.

ac,eleagi condilii ca la conduclia direct. Rezultatele oblinute se trec in tabelul1.5.

Proba de incarzire pentru conductia invers se efectueaz pentru U, = 2 V in

7

'

care sunt avantajere utirizrii dioderor cu si fat de cere cu Ge?

lndicati dac urmtoarele afirmalii sunt adevrate, argumentnd rspunsurire:

Tabelul 1.5

8. 9.

direct. ohm).1

o diod realizar din si, porarizat cu,,+" pe anod cu o tensiune de 0,35 V este polarizat direct gi ,,deschis',. curentul 16 printr-o diod cu si, scade exponenfiar cu tensiunea apricat

10. in conduclie direct, dioda cu

si

are rezistenl foarte mic (zecimi de

.4. Confinutul referatuluiTabelele cu datele experimentale. se traseaz pe aceragi grafic caracteristicire ceror dou diode (ca

1'1

. Deoarece dioda este o component unidireclionar, anodul este situat instnga catodului.digital).

1. 2

12. Dioda semiconductoare se poate msura cu voltmetrul (anaiogic sau

3

1 1).

in figura

Se calculeaz rezistentele de c.c (R U6/16) gi de semnal = mic (r, = dUo/dlo) ale diodelor in punctere 16.= 1 mA, 10 mA gi 2o mA. pentru acereagi functe se determin tensiunea de prag up, prerngind tangenta ra caratteristic in punctul considerat pn cnd intersecteaz axa absciselor. Rezurtatere obtinute se trec in tabelul nr. 1.6.

de msur indic ,,0", ra verificarea unei diode semiconductoare, atunci dioda este intreruot. Tensiunea de strp-ungere a dioderor cu si arevaroarea de 220 v. 15. In regiunea polarizrii inverse, caracteristica unei diode semiconductoare este liniar.13. Dac aparatul

l4

Tabelul 1.6

4.

determin puterire disipate pentru cere dou diode, corespunztor punctului 2 al modurui de lucru. se reprezint grafic depend"nl. po j(ro).

Se

1.5. Evaluarea cunogtinfelor

1. Utilizrile diodei semiconductoare. 2. care sunt conditiire necesare ca o diod semiconductoare I 4 5 6sern icond uctoa re.

s intre in conductie? in ce conditii s-ar putea produce strpungerea ciiodei? Notati in ce constau fenomenere frzice care produc strpungerea diodei

si.

Precizati valorile tensiunii de deschidere (de prag) pentru diodele cu Ge gi

Argumenlnd rspunsul, precizali starea de conduclie a unei diode cu Si, dac lensiunea de polarizare este mai rnic dect tensiunea decleschidere

fi

l )tor l,r

.1rnr,r. Stabilizator cu diod Zener

Dioda Zener. Stabilizator cu diod Zener

2. DIODA ZENER. STABILIZATOR DE TENSIUNE CUDIODA ZENER2.1. Obiectivele lucrrii

Repre; entnd

grafic dependen!a curentului prin

diod

tensiunea aplicr,t invers se obline o curb ca cea din figura 2.1ise observ c pn la strpungere, curentul prin diod este foarte mic (egal cu curentul Invers al strpungere. Dup ce dioda a ajuns in regiunea de strpungere tensiunea la bornele ei practic nu se modific, ci rmne egal cu tensiunea de strpungere. Printr-o rezisten! serie exterioar valoarea curentului trebuie limilat pentru a nu depgi puterea disipat maxim admisibil pe diod.1

,in

funclie

de

unei joncliuni obignuite), acesta crescnd brusc la atingerea tensiunii

de

2.

familiarizarea cu caracteristica diodei Zener; cunoagterea modelului echivalent al diodei Zener, studiul unui stabilizator de tensiune - aplicatie direct a diodei Zener: determinarea principalilor parametri ai unui stabilizator de tensiune cu diod Zener.

2. Consideratii teoretice

serniconductoare, la care strpungerea are ca efect distrugerea iremediabil a jonctiunii, la dioda stabilizatoare are loc o strpungere nedistructiv. Aceast strpungere este caracterizat de o cregtere puternic a curentului invers prrn diod 9i menlinerea aproximativ constant a tensiunii inverse la terminalelediodei.

2.2,1. Generalitli Dioda Zener este o diod de construclie special, capabil s functioneze irr rer;iunea de strpungere fr a se distruge. in comparalie cu dioda

strpungerea unei diode semiconductoare

se produce prin unul

din

Qi

;dg5ntoarele

mecanisme:

qultiolicarea in avalans - fenomen ce se produce pentru intensitfi mari ale cmpului electric in regiunea de tranzilie a jonctiunii (tensiuni la borne mar mari de 8 V); electronii accelerafi de cmp acumuleaz suflcient energie pentru ca prin ciocnirea cu atomii retelei cristaline s produc ionizarea acestora, adic eliberarea altor electroni care, la rndul lor, provoac noiionizri etc.

Figura 2.1

O

se produce prin ambele mecanisme.

electronilor prin regiunea de tranzilie a jonctiunii p-n, chiar dac au o energre mai mic dect cea necesar depgirii barierei de potential. Pentru tensiuni la borne cuprinse intre 5 V gi g V strpungerea jonctiunii

efectul tunel (Zener) - fenomen ce se produce pentru tensiuni la borne mar mici dect 5 V gi care se explic^lund in consideralie comportarea dual und - corpuscul a electronilor. in esent fenomenul consi in trecerea

in conduclie direct, caracteristica unei diode Zener este identic cu cea a unei diode semiconductoare obignuite. Cotul caracteristicii in regim de strpungere este mai abrupt pentru diodele cu tensluni de strpungere mai mari de 8 V.

coeficientul

Constructiv, diodele Zener sunt asemntoare cu diodele semiconductoare obiqnuite, avnd diferit doar materialul semiconductor care are o concentralie mai mare de impuritti. Alegnd in mod corespunztor geometria jonctiunii gi doparea cristalului se pot construi diode cu tensiunea de strpungere de la mai pulin de 2 V la ctiva kV. puterea disipat admisibil pe diod depinde de tipul capsulci Ei variaz de la 0,25 W la peste 50 W.ldenliticarea torminalelor se facediotJa sernicrlrrrirrcloarul.

procentual a tensiunii de strpungere pentru o vanaiie a temperaturii diodei cu 1oc. Acest coeficient este pozitiv pentru diodele cu U2 mai mare de s V gi negativ pentru cele cu U7 mai mic de 5 V. Pentru diodele cu U2 in jurul valorii de s V, coeficientul de temperatur este apropial de zero. De re{inut c in funclionarea normal dioda Zener trebuie oolarizat invers. Simbolurile diodei Zener sunt iluslrate in figura 2.2.

de

temperatur

al

diodei zener reprezint variatia

in acelagi mod cu cel descrrs

penrruD

Figura 2.2

I

i

Q, t \ti,n.n"l



caracteristica static_a diodei Zener poate fi aproximat ca in figura 2.3, aceast caracteristic liniar fiind modelat pe portiuni ca in figura 2.4.

diode ideale modeleaz regiunea cuprins intre uzcurentului prin diod este zero.

punctului in care caracteristica inlersecteaz axa tensiunilor gi reprezint de fapt valoarea tensiunii pe dioda Zener lucrnd in regiunea de strpungere. cele dou

semiconductoare obignuit. Elementele din ramura inferioar modeleaz comportarea diodei Zener in conducfie invers. Rezistenfa 17 = dUTldlT se nume$te rezisten! diferential (sau dinamic) gi reprezint inversul pantei caracteristicii in regiunea de strpungere. Tensiunea uz reprezint abscisa

in

conductie direct

Elementelc din ramura superioar modeleaz comportarea diodei Zener

gi au aceeagi

semnificalie

c gi

pentru dioda

rln alrmentare u1 gi curentur prin sarcin rs, Mrimire de mai sus trebuie s satisrur:!l relatia:

varorii rezistorului atunci cnd se cunosc limitele de varialie ale tensiunii

conectat ra bornere diodei Zener va fi arimentat ra o tensiune constant. Deci dioda Zener rearizeaz o srabirizare a tensiunii pe sarcin lrigura 2.51. proiectarea unui circuit stabirizator cu dlod Zener cnst inieterminarea

in cere mai

U., =

gi

p,

*unde

admisibil pe diod.

defavorabile conditii gi

R.(I, _ I, )* U. s nu permit

dep5irea puterii rlisrrratp

varoarea

ttL

Dz lU,

RL

/

),

Figura 2.5

Tinnd cont de faptul c curentul prin diod (suma lorvaloareUu,

la

cregterea curentulul prin sarcin scade

I. +I- = U't ,r 'z -

dat), rezult:

U, R

p( esle constant pentru

o

Uul .o* =

R.(Ir,*

+

Ir.*

)+

u,

Rmn -

"* -Uz Ir*n *Ir_*

U'l

Uur-,n =

R.(I..* +I,^")+IJ,

TI -IT _ R max -dt m -Z Ir..* *Irr_

Valoarea lui R se alege in intervalul [R.n, Rr"r]. Performan{ele unui stabilizator Oe tensiune e apreciaz prin: coeficientul de stabilizare So = rezistenta de iegire R,, =

Figura 2.42.2.2. Stabilizator de tensiune cu dioda Zener Deoarece in regiunea de strpungere tensiunea la bornele diodei Zenelr nu se modiflc pentru variafii mari ale curentului prin diod rezulr c o sitrc;irur10

*!, oUr

11

= constant

-

9, olr-

U", = constant

ll

l)trrrl;r

i,rrcr

Stabilizator cu diod Zener


4.2.3. Modul de lucru

1.

Se realizeaz montajul din figura 2.6 gi se traseaz caracteristica diodei in conducfie invers completndu-se tabelul 2.1. Aparatele de msur vor fi pozilionate pe gamele de 10 V gi respectlv 25 mA. Determinrile se fac cu voltmetrul pe pozitia 1 pentru curenli de pn la 1 mA 5i cu voltmetrul pe pozilia2 pentru curenti mai mari de 1mA.

se realizeaz montajul din figura 2.7 gi :;e traseaz caracteristica de iegire u1 = f(lL) a stabilizatorului pentru U21 = 20 V conform tabelului 2.4. Aoaratele se pozi{ioneaz astfel: | - pe 100 mA, ls - pe 25 mA $i UL pe 10 V Se va avea grij ca la conectarea sursei, R1 s nu fie pe zero ohmi.

Tabelul 2.4

D7

Rt

Figura 2.6

Tabelul2.llzlmAlUz

Figura 2.70,1

0,05

0.5

n.e

1

a

5

10

.t

E,

25

[M Pentru 17= 10 mA se citegte cu precizie valoarea U21 a tensiunii U7, apoi se va pune in contact direct vrful stafiei de lipit cu un terminal al diodei timp de 30 s (se regleaz stalia de lipit la o temperatur de 300"C). Se citegtevaloarea final U72 a tensiunii U7. Datele se noteaz in tabelul 2.2.

5.

2.

Aparatele rmn pozitionate ca la punctul nr. 4. Tabelul2.5 U"rlVj U, IVI {o to

se inlocuiegte potentiometrul Ri cu o rezistent fix de 1 ko gi se citesc valorile lui u1 pentru mai multe valori ale lui uul, conform tabelului 2.5.

tz

15

20

zz

24

Tabelul2.2

2.4. Conlinutul referatului

3.

Se inverseaz dioda Zener gi se traseaz caracteristica direct. Aparatele de rnsur vor fi pozitlonate pe gamele de msur de 1 V, respectiv 25 mA. Deterrninrile se fac respectnd indicatiile de la punctul 1, referitor la pozitiavoltmetrului. Se comoleteaz labelul 2.3.

1. se traseaz 2. 3. cu

Zener. Se determin grafic U7, Up,

pe acelagi grafic caracteristicile direct 5i invers ale diodeir,

gi r2.de

valorile oblinute

temperatur al tensiunii de stabilizare:

la proba de inclzire se calculeaz coeficientul

Tabelul2.3

frl-riil L_v_A.tyJ.l

ft,1mn1 'l

I or II I

o,s

1

q

'10

t"

15

20

25

CTUZ =Tf

Il r*7.1 I .T"L: -

IL

Diocla Zencr, Stabilizalor cu diod Zener

Redresoare monofazate cu diode semiconductoare

4. 5'

unde T se apreciaz :a fiind aproximativ 50oc. Rezurtatur se noteaz in tabelul 2.2. Se reprezint grafic caracleristicile de iegire UL f(lJ gi de transfer U1 = = f(Uu) ale stabilizatorurui de tensiune gi se determin parameirii ss gi R6.

3.-

REDRESOARE MONOFAZATE

SEMICONDUCTOARE3.1. Obiectivele lucrrii

CU

DIODE

se determin R6, cunoscnd c Ro =determinat la punctul precedent.

tt'B rz -K

gi se compar cu

varoarea

2.5. Evaluarea cunogtinfelor

1. 3. ! 5 6 7 I

, osciroscopuiui a tormetoi' oe und, corespunztoare varialiei in timp a tensiunii sau curentului redresat; evidenfierea efectelor diferitelor tipuri de filtre de netezire.ajul0rur

vizuarizarea

prezentarea principalelor scheme de redresoare monofazate;

cu

2. De ce este

aplicat.

Dependenla curentului printr-o diod Zener in funclie de tensiunea invers necesar conectarea

3.2. Consideratii teoretice3,2.1. Generatit{i Redresarea monoarternant are ra baz scnema din figura 3.1, forma de und a tensiunii redresate flind cea din figura 3.2.

rezistenle? Diferen{ere dintre o diod Zener gi o diod semiconductoare. Enrmerali parametrii caracterisitici importanfi ai diodei Zener. Precizali modul normal de lucru al unei diodei Zener. Explicali func,tionarea diodei Zener in conductie invers. Utilizrile diodei Zener.

in

serie cu dioda Zener

a

unei

Indicati dac urmtoarele afirma{ii sunt adevrate, argumentnd rspunsurile: Tensiunea de stabilizare a unei diode Zener este tensiunea care se aplic direct diodei. I Puterea disipat maxlm la o diod Zener este o functie de temperatur. 10. Dioda Zener poate avea rol de proteclie la supracurenli. 11. Diodele Zener se pot monta in serie.

mt!rFigura3.1

'12. Tensiunea

de stabilizare a dou diode Zener montate diferenla dintre cele dou tensiuni de stabilizare.

in serie este

Figura 3.2

La un redresor monoalternant, ca cel prezentat in figura 3.1, dioda redresoare conduce pe durata alternantelor pozitive, iar curentul prin R1 este1415

l.{t'rlrrr,,o;rre tnonolazate cu diode semiconductoare


propor]iortal cu lensiunea aplicat diodei. Pe durata alternantelor negative, dioda esle blocat, iar curentul prin circuit este nul. Se demonstreaz c valoarea medie a tensiunii iar amplitudinea primei armonici, redresate ste Uu = i,

in acest caz vom avea: )II Tt - -" n

Ti

Sl Y=-=U.OO3

.2

U, = i.

Ti z

\celei

Se definegte factorul de ondulalie ca fiind raportul dintre amplitudinea mai mari armonici si componenta continu. in cazul redresrii1

Deaorece tensiunea de la iegirea redresorului este de form pulsatorie, iar pentru necesittile curente este necesar o netezire mult mai mare a tensiunii redresate (adic un factor de ondula{ie mult mai mic), pentru imbunttirea formei de und se utilizeaz filtrele. 3.2.2. Filtre cu inductant Functionarea acestora se explic prin acumularea de energie in cmpul electromagnetic al bobinei gi cedarea acesteia in sarcin, in alternanla negativ. In figurile 3.5 gi 3.6 sunt ilustrate schema redresorului monoalternant crr filtru inductiv gi formele de und ale tensiunii redresate fr inductant (linic intrerupt) gi cu inductant (linie continu), in acesr caz.

monoalternan!,

=2L

= 1,51

Rezult penlru componenta de curent alternativ o valoare mai mare dect cea de curent continuu, ceea ce este dezavantajos. De asemenea, randamentul csle sc2u1, deoarece se folosegte numai o alternant a re{elei. Pentru imbunt{i rea performanlelor se folosesc redresoare bialternan! (ligura 3.3). Forma de und a tensiunii redresate este prezentat in figura 3.4.Dr ^\lI

t,,,+

Err

Tt,,,

ftV-J7lD2

I\L

ninductivdemonstra c y = '

-

\r

DL

EIU,

RL

1'Figura 3.5

r

U1

Figura 3.3

Figura 3.6

Figura 3.4

in figurile 3.7 gi 3.8 sunt date schema redresorului bialternant cu filtru 9i formele tensiunilor redresate, fr gi cu inductant. Se poare

lransformalor cu priz median,

Schema redresorului bialternan! din figura 3.3, utilizeaz un in care secundarul este realizat din dou

inf5urri identice legaie in serie, la care se conecteaz cele dou diode D1 9i D2. Pe timpul alternan{ei pozitive conduce dioda Dr, iar dioda D2 este blocat. Pe timpul alternantei negative se inverseaz strile de conductie - dioda D2 va conduce, iar dioda D1 va fi blocat. De remarcal, c prin rezistenta de sarcin RL, curenlul trece intr-un singur sens, in ambele alternante. to

---' - , dac o.L )) R,urlSe observ c 1 scade o dat cu

R.

micgorarea sarcinii

Ri (deci cu

cresterea curentului de sarcin), cu cresterea inductantei gi cregterea pulsafiei. in general, filtrul inductiv nu se folosegte la redresarea monoaiternan!. El devine cu att mai eficient cu ct pulsatia este mai mare Deci, filtrele inductive se17

Rerlr(rsoarc nlonofazale cu diode semiconductoare


folosesc pentru redresoare bialternant. Efectul de filtraj se mai poate explica prin micgorarea curenlilor de inalt frecvent de ctre bobin, a crei impedan! este proportional cu frecventa.

fr

^\rI

U1

C.R,_.crt

E3.10).

lu 21VI

l(1**J

:I

luI

Ug

7l n v2Figura 3.7 fr

Figura 3.1 0

L

nl cuL

Tensiunea medie redresat nu se schimb esential la redresarea bialternan! cu filtru capacitiv. Filtrarea poate fi imbunttit utiliznd filtre LC giT

in punte (punte redresoare), unde pe timpul alternanlei pozitive a tensiunii

in figura 3.11 este ilustrat schema electric a unui redresor bialternan!u2,

Figura 3.8 3.2.3. Filtre cu capacitate in figura 3.9, condensatorul C se incarc rapid prin dioda D, la valoarea maxim a tensiunii din secundarul transformatorului, pe durata alternan{ei pozitive

conduc diodele D1 gi D3, iar diodele D2 9i D4 sunt blocate. pe timpul alternantei negative, starea de conduclie a perechilor de diode se inverseaz, dar sensul cderii de tensiune pe rezistenta de sarcin R1 va rmne acelasi. pentru

netezirea ondula{iilor se utilizeaz, in schemele practice, filtrul capacitiv. Acestfiltru se monteaz in paralel cu sarcina.

9i se descarc lent pe Rs cnd dioda D este blocat (in mpul alternanlei negative)" Descrcarea condensatorului este exponen{ial, dar penlru oconstant de timp R,'C suficient de mare, tensiunea scade practic liniar (figura

n

nto

\r

n

tl

II

RL lU,

,1Figura 3.11

tl

t,

c*

Rr

IFigura 3.9

/

lu

tdtd

v

Se observ c tensiunea pe sarcin se apropie mult de cea ideal, constant, deci factorul de ondula{ie y scade. Curentul prin diod circul un timp limitat solicitnd dioda mai pufin din punct de vedere al puterii. Se poate rta c:

Figura 3.12

19

Redresoa re monofazate cu

d

iode semicond uctoare


3.3. Modul de lucruSe identific componentele schemei electrlce din figura 3.13. Se realizeaz schema redresorului monoalternant. Se conecteaz voltmetrul si se msoar tensiunea medie redresat monoalternan! U6 in gol 4. Se realizeaz conexiunea intre punctele 2 gi 6, se conecteaz voltmetrul gi se msoar tensiunea medie redresat bialternan! in gol U6.

1. 2. 3.

4. Ce este factorul de ondula{ie? 5. Explicati funclionarea redresoarelor monofazate 6. 7.transformator cu priz median.Ce sunt filtrele? Care este rolul lor?

bialternan!

cu

)1 23:7

L-

Indicati dac urmtoarele afirmalii sunt adevrate, argumentnd rspunsurile: La un redresor monofazat bialternan! in punte, diodele conduc ambele alternanle. 8. Redresarea este procesul prin care un semnal continuu este transformat in semnal alternativ. 9. Un filtru capacitiv utilizeaz proprietatea condensatorului de a se 0pune varia{iilor de curent. 10. Un filtru inductiv utilizeaz proprietatea bobinei de a se opune varialiilor de tensiune. 11. Un redresor performant are un factor de ondulalie mare. 12. Dac se intrerupe sarcina unui redresor bialternan! cu transformator cu priz median, tensiunea de iegire va fi nul.

Figura 3.1 3

5. Se realizeaz conexiunile dintre punctele 2 - 3, 3 - 7 gi se conecteaz osciloscopul intre punctele 7 gi 8. Se vizualizeaz forma tensiunii redresatepentru cele dou tipuri de redresoare (monoalternan! gi bialternant), fr filtru. 6. Se introduce in circuit inductan{a L. Se vizualizeaz pe osciloscop efectul

filtrajului inductiv pentru redresorul bialternant, variind curentul redresat

10, cu

ajutorul reostatului R. 7. Se scurcircuiteaz inductanla L gi se introduce condensatorul de filtraj C1 (conexiune 5 - 7). Se vizualizeaz efectul filtrajului pentru redresorul bialternan!, variind curentul redresat.

8.

Se introduc in circuit L $i Cz, realiznd filtrul

z.

Se vizualizeaz

cu

ajutorul osci loscopu lu i efectu I filtrul u i pentru redresoru I bialternan!. 9. Se traseaz caracteristica U6 = f(ls) pentru redresoarele monoalternan{ gi bialternan! cu filtru capacitiv C2. Curentul l0 se msoar cu ajutorul miliampermetrului conectat in circuit.

3.4. Evaluarea cunogtintelor

1 2. 320

Ce sunt redresoarele?

Clasificati redresoarele monofazate. Utilizrile redresoarelor monofazate.zl

r

.flr'lr trril!,lt{ ilrr :,lirlrr:o alt) unui tranzistor bipolar in conexiune emitor comun

itir(;lt'li!'lr(:ilt, rl;rltt:l itlt'

rrrlrrr

tr?lll/istor birlolar in conexiune emitor comun

4.

CARACTERISTICILE STATICE ALE UNUI TRANZISI OR BIPOLAR iTI CONEXIUNE EMITORCOMUN

/Regiunea activ pentru care jonctiunea emitordirect, iar joncllunea colector

normal

4.1. Obiectivele lucrrii

caracteristlcile sunt drepte paralele gi echidistante, avnd panta mai mare dect la conexiunea baz comun. Pentru explicarea acestei particularitti se porne$te de la relalia de legtur intre lc gi ls, care este de forma:

de funclionare a tranzistorului ca amplificatoy in aceast

-

- baz este polarizat baz este polarizat invers, constituie regiunearegiune

-

ridicarea familiilor de caracteristici de iegire, caracteristici de intrare gi de transfer pentru un tranzistor de Si de tip npn: evidentierea regimurilor de funclionare'ale unui tranzistor bipolar.

'o-l l.=unde

l_;

Ir Fl_0" I.rn =Fr'[r-1"n,, i F,

4.2. Consideratii teoreticecaracteristicile statice .reprezint grafic interdependen!a dintre curentii tranzistorului gi tensiunile aplicate intre terminale. Aeste ,uni specificate de ctre firmele productoare in cataloage, in "r""t*iirti"i tipul funclie de conexiunii 9i de tipul tranzistorului. Schema pentru trasarea experimental a caracteristicilor statice ale unui tranzistor npn in conexiune EC este ilustrat in figura 4.1. Toate famiriire de caracteristici se reprezint in primul cadran, degi tensiunile gi curentii pol avea

I.uo = (F, + 1)-IcBo

I."o

16 prin intermediul factorului 1l(1-a). De asemenea, datorit modului de conectare, o anumit fracliune a tensiunii VcE actioneaz direct asupra jonctiunii emitor - baz. 4egiunea de blocare se caracterizeaz prin faptul c ambele joncliurri

reprezint curentul de tiere al colectorului in conexiune EC, cnd le = 0. Rezult c varialii mici ale lui or cauzate de V6p au o influen! mai mare asupra curentului

diferite sensuri.

sunt polarizate invers. Aceast regiune este cuprins intre caraclerislicacorespunztoare lui ls = 0, cnd lc = lceo gi abscisr/aloarea minirn a curclrrlrrlrri de colectoreste 1669i se obtine cnd lE = 0. in acest cazdin relatia:

I, = -(l - uo J. I, - I.r,,rezult In = -lcao.

4egiuna de saturalie, spre deosebire de conexiun ea baz comun, cslrr situat in primul cadran gi intervine canO lV..l

Documents

Dispozitive electrice