Circuite electronice în tehnica de calcul Material de învăţare – partea I domeniul: Informatică Calificarea: Tehnician echipamente de calcul Nivel 3 avansat

Criterii de apreciere / verificare



Atenţie!

Este interzis să ...

Recomandări cu privire la termene –limită

Semnificaţia semnelor grafice utilizate pentru activităţile de învăţare

II. Resurse

Prezentul material de învăţare cuprinde diferite tipuri de resurse care pot fi folosite de elevi:

• 
  fişe de documentare
  
• 
  activităţi de învăţare
  

Elevii pot folosi atât materialul prezent (în forma printată) cât şi varianta echivalentă online.

Alte surse pot fi:

• 
  www.wikipedia.com
  

- www.google.ro

Tema 1. Componente pasive de circuit

Fişa de documentare 1.1. Rezistoare

Componentele pasive sunt elemente disipative (consumă putere activă şi o transformă în căldură) şi nu pot controla fluxul de energie dintr-un circuit electric. Exemplu: rezistoare, condensatoare, bobine de inductanţă, transformatoare . Circuitele formate numai din componente pasive nu pot efectua cea mai importantă funcţie electronică: amplificarea.

Rezistorul este o piesă componentă din circuitele electrice şi electronice a cărei principală proprietate este rezistenţa electrică ( proprietatea de a se opune trecerii curentului electric).

Rezistoarele sunt de forme şi dimensiuni variate, putând fi clasificate după mai multe criterii.

• 
  În funcţie de tipul constructiv: - fixe
  

- variabile – potenţiometre

- semireglabile

• 
  În funcţie de intensitatea curenţilor care le străbat:
  

pentru curenţi slabi: - liniare – peliculare

- bobinate

- de volum

- neliniare – termistoare

- varistoare

- fotorezistenţe

• 
  După modul de marcare: - în clar
  

- în codul culorilor



Simbolizarea

Rezistoarele sunt reprezentate convenţional printr-o serie de simboluri, ce ilustrează tipul acestora.

a: rezistor,semn general

b: rezistor,semn tolerat

c: rezistor, semn nestandardizat

Fig.1.1.1.

d: rezistor cu rezistenţă variabilă; e: rezistor cu contact mobil

f: rezistor cu contact mobil cu poziţie de întrerupere

g: potenţiometru cu contact mobil ; h: potenţiometru cu contact mobil, semn general

i: potenţiometru cu ajustare predeterminată; j: rezistenţă cu două prize fixe

k: şunt; l: element de încălzire

m: rezistor cu rezistenţă neliniară dependentă de temperatură (termistor)

n: rezistor cu rezistenţă neliniară dependentă de temperatură,semn tolerat (termistor)

o: rezistor cu rezistenţă neliniară dependentă de tensiune (varistor)

p: rezistor cu rezistenţă neliniară dependentă de tensiune, semn tolerat (varistor)

Parametri

Principalii parametrii ce caracterizează un rezistor sunt :

- rezistenţa nominală Rn , este valoarea în ohmi , pentru care a fost construit rezistorul, măsurată la 20⁰ C;

- toleranta t , exprimată în procente, reprezintă abaterea maximă admisibilă a valorii reale a rezistenţei, faţă de valoarea nominală Rn;

- tensiunea nominală Un, exprimată în volţi, reprezintă tensiunea electrică maximă ce se poate aplica rezistorului în regim de funcţionare îndelungată, fără a-i modifica caracteristicile.

Marcare

Indiferent de modalitatea de marcare, pe orice tip de rezistor se trece obligatoriu:

• 
  Rezistenţa nominală, R_n ( Ω)
  
• 
  Toleranţa valorii nominale ( %)
  

Marcarea poate fi realizată prin:

1.Codul în clar sau codul de litere şi cifre

Codul cuprinde trei sau patru caractere, în funcţie de numărul cifrelor semnificative ce trebuie marcate pe rezistoare.

Literele codului înlocuiesc virgula zecimală.

Exemplu: R = 4K5 = 4,5 KΩ = 4500 Ω

La marcarea rezistoarelor se folosesc literele R, K, M, G, T, pentru a reprezenta coeficienţii de multiplicare. Semnificaţia acestor coeficienţi, este dată în tabelul 1.1.1

Tab. 1.1.1.

Litera	R	K	M	G	T
Coeficient de multiplicare	1	10^3	10^6	10^9	10^12

Exemplu: R = 75M = 75∙10⁶ Ω

Iar pentru marcarea toleranţelor, corespondenţa din tabelul 1.1.2

Tab. 1.1.2

Litera	B	C	D	F	G	J	K	M	N
Toleranţa %	±0,1	±0,25	±0,5	±1	±2	±5	±10	±20	±30

Exemplu: R = 25 GJ = 25∙10⁹ Ω ±5%

2. Codul de culori. Acest cod cuprinde benzi, inele colorate, pe corpul rezistorului, având următoarea semnificaţie:

marcarea cu cinci benzi colorate: marcarea cu patru benzi colorate:

Fig. 1.1.2 Fig.1.1.3

- primele trei culori indică primele - primele două culori indică primele

trei cifre semnificative; două cifre semnificative;

- a patra culoare indică - a treia culoare indică coeficientul de

coeficientul de multiplicare; multiplicare;

- a cincea culoare, toleranţa; - a patra culoare, toleranţa

- pentru toleranţa de 20%, există doar trei, respective patru inele colorate pe rezistor;

- citirea se face începând cu banda cea mai apropiată de unul dintre terminale;

Caracteristici 1. Rezistoarele sunt elemente de circuit cu două borne ( dipoli ), care respectă legea lui Ohm.

2. Pentru regimul de curent continuu, tensiunea la bornele rezistorului este direct proporţională cu intensitatea curentului prin acel rezistor:

U= f(I), U = RI

caracteristică statică care defineşte caracterul de element liniar al rezistorului.

3. Pentru regimul de curent alternativ, curentul la un moment, depinde numai de tensiunea la momentul respectiv:

u(t)=Ri(t),

ceea ce înseamnă că rezistorul este un element de circuit fără memorie.

4. Rezistenţa R, fiind o constantă pozitivă, tensiunea şi curentul au în orice moment acelaşi semn. În consecinţă, rezistorul este un consumator de energie.

Codul culorilor pentru rezistoare:

Tab.1.1.3

Culoare

Argintiu

Auriu

Negru

Maro

Roşu

Portocaliu

Galben

Verde

Albastru

Violet

Gri

Alb

Valoare

Prima, a doua şi a treia cifră semnificativă

- -

-

0

1 1

2 2

3 3

4 4

5 5

6 6

7 7

8 8

9 9

Multiplicator

10^-2

10^-1

1

10

10^2

10^3

10^4

10^5

10^6

10^7

10^8

10^9

Toleranţă( % )

±10

± 5

± 1

± 2

fără culoare ± 20

Activitatea de învăţare 1.1. Identificarea tipurilor de rezistoare

Competenţa : Identifică circuitele cu componente electronice analogice
Obiectivul/obiective vizate:
Să recunoască tipurile de rezistoare după simbol, aspect fizic şi marcaj
50 min

Tipul activităţii: Învăţare prin categorisire

Sugestii :

• 
  activitatea se poate face individual, sau pe grupe mici de elevi ( 2- 3 elevi)
  

Conţinutul: Rezistoare

Obiectivul: La sfârşitul acestei activităţi vei fi capabil să identifici rezistoarele după simbol, valoarea rezistenţei nominale şi a toleranţei.

Enunţ:

Completează spaţiile libere din tabelul de mai jos:

1a.Valoarea rezistenţei	1.b.Codul în clar	1.c.Codul culorilor	2.a.Simbol	2.bTip de rezistor
				termistor
	2K5M
0,25Ω ± 1%				potenţiometru cu contact mobil
	25MJ			Rezistor cu rezistenţă variabilă

Alte sugestii şi recomandări :

• 
  se va utiliza codul culorilor ( tabelul 1.1.3.), marcarea toleranţelor ( tabel 1.1.2.), din fişa de documentare 1.1.
  

Evaluare: - pentru fiecare valoare de rezistenţă corect trecută, câte 2puncte

- pentru fiecare simbol, tip de rezistor corect marcat, câte 1punct

Tema 1. Componente pasive de circuit

Fişa de documentare 1.2. Condensatoare

Condensatorul reprezintă o componentă pasivă de circuit, caracterizată prin proprietatea , numită capacitate, de-a înmagazina o cantitate de electricitate, când i se aplică o tensiune la borne. Este format din două suprafeţe metalice numite armături, separate printr-un material izolator, numit dielectric.

Tipuri

Condensatoarele se pot clasifica după următoarele criterii:

• 
  După natura dielectricului - gazos
  

- solid

- lichid

• 
  După tipul constructiv:
  

- fixe

- semireglabile

- variabile

• 
  După domeniul frecvenţelor de lucru:
  

- pentru curent continuu ( f=0)

- pentru frecvenţe joase: 30 – 20kHz

- pentru frecvenţe înalte: 0,1 – 100 MHz

- pentru regim de impulsuri: f > 108 Hz

• 
  După tensiunea nominală:
  

- de joasă tensiune – sub 100 V

- de înaltă tensiune – peste 100 V

• 
  După material : - în carcasă de material plastic
  

- în carcasă metalică

- ceramice

Simboluri

a. condensator (în general)

b. condensator ( în 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 Fig. 1.2.1.

h. condensator electrolitic, simbol nestandardizat

i. condensator variabil

j. condensator variabil, simbol tolerat

k. condensator semireglabil, semiajustabil, trimer

l. condensator semireglabil, semiajustabil, trimer, simbol tolerat

Marcare

Condensatoarele pot fi marcate :

1. în clar, cunoscându-se în acest caz:

- valoarea nominală şi unitatea de măsură

- tensiunea nominală

- coeficientul de temperatură

- polaritatea ( dacă este cazul)

2. în codul culorilor: notarea se face începând cu extremitatea mai apropiată de terminalele condensatorului plachetă, sau de la inelul, banda mai groasă pentru condensatorul tubular. Semnificaţia benzilor colorate este în acest sens:

- prima culoare – coeficient de variaţie cu temperatura

- a doua şi a treia culoare – primele cifre semnificative ale capacităţii

- a patra culoare – coeficient de multiplicare

- a cincea culoare - toleranţa

Fig.1.2.2.

Tab.1.2.1

		Negru	Maro	Roşu	Portocaliu	Galben	Verde	Albastru	Violet	Gri	Alb	Auriu
Coeficient de variaţie cu temperatura (ppm/^0C)		0	-33	-75	-150	-220	-330	-470	-750	-	+120	+100
Valoarea capacităţii	Prima cifră semnificativă		1	2	3	4	5	6	7	8	9	-
	A doua cifră semnificativă	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	-
	Coeficient de multiplicare	1	10	10^2	10^3	10^4	10^5			10^-2	10^-1	-
Toleranţa	c>10pF	20	1	2	2,5	100	5	-	-	-	10	-
	c<10pF	2	0,1	0,25	-	-	0,5	-	-	0,25	1	-

Valoarea capacităţii rezultată conform tabelului 1.2.1. este exprimată în picofarazi.

Parametri

Principalii parametrii electrici ai condensatoarelor sunt:

- capacitatea nominală – C_n- valoarea pentru care a fost construit condensatorul – exprimată în farazi;

- tensiunea nominală – U_n – este tensiunea continuă maximă, sau tensiunea alternativă eficace maximă ce poate fi aplicată la bornele condensatorului timp îndelungat la temperatura maximă de funcţionare;

- tensiunea de străpungere – U_str – reprezintă valoarea tensiunii la care dielectricul îşi pierde proprietăţile izolante;

- reactanţa capacitivă – X_C- mărime caracteristică condensatorului în curent alternativ, de natura unei rezistenţe, măsurate în ohmi

X_c =

Caracteristici

1. În curent continuu, condensatorul constituie un element de blocare a curentului, el prezentând o rezistenţă infinită. Aplicând o tensiune continuă la bornele condensatorului, datorită proprietăţilor de izolant ale dielectricului, prin circuit nu apare curent.

2. Dacă unui condensator ideal i se aplică la borne o tensiune alternativă, în circuit apare un curent alternativ defazat cu 90⁰ în faţa tensiunii.

Activitatea de învăţare 1.2. Identificarea condensatoarelor

Competenţa: Identifică circuitele cu componente electronice analogice
Obiectivul/obiective vizate:

Să recunoască tipurile de condensatoare după simbol, aspect fizic şi marcaj

50 min

Tipul activităţii: Învăţare prin categorisire

Sugestii :

• 
  activitatea se poate face individual, sau pe grupe mici de elevi ( 2- 3 elevi)
  

Conţinut: Condensatoare

Obiectiv: La sfârşitul acestei activităţi vei fi capabil să identifici condensatoarele după simbol şi marcaj

Enunţ :

Completaţi spaţiile libere din tabelul de mai jos:

1a.Condensatoare marcate în codul culorilor	1b.Valoarea capacităţii	1c.Toleranţă	2a.Simbol	2b.Tip de condensator
				Condensator, semn general
				Condensator variabil

Alte sugestii şi recomandări :

• 
  se va utiliza codul culorilor ( tabelul 1.2.1.) şi noţiunile legate de marcarea condensatoarelor, din fişa de documentare 1.2.
  

Evaluare: - pentru fiecare valoare de capacitate şi toleranţă corect trecută câte 2puncte

- pentru fiecare simbol, tip de condensator corect marcat câte 1punct

Tema 1. Componente pasive de circuit

Fişa de documentare 1.3. Bobine

Bobina reprezintă un conductor electric astfel înfăşurat încât să formeze una sau mai multe spire.

Tipuri

Bobinele pot fi clasificate după mai multe criterii:

• 
  După domeniul de utilizare:
  

- pentru curenţi slabi

- pentru curenţi tari

- de inducţie

• 
  După construcţie:
  

- fără carcasă

- cu carcasă

• 
  După formă:
  

- cilindrice

- paralelipipedice

- toroidale

• 
  După frecvenţa de utilizare:
  

- de joasă frecvenţă

- de înaltă frecvenţă ( radiofrecvenţă)

- de audiofrecvenţă

Simboluri

Parametri

- Inductivitatea – L - reprezintă mărimea specifică a unei bobine, definită prin proprietatea acesteia de a se opune oricărei variaţii a curentului electric ce-o străbate. Fiind o mărime care caracterizează producerea fluxului de inducţie electromagnetică într-un circuit, se poate exprima ca raportul dintre variaţia fluxului magnetic Φ şi variaţia intensităţii curentului electric ce l-a provocat:

L =

se măsoară în SI în Henry ( H )

a). Dacă fluxul este produs de curentul electric ce străbate circuitul considerat, inductivitatea se numeşte proprie, dacă fluxul este produs de un alt circuit, inductivitatea se numeşte mutuală.

b). Bobinele fără miez, sau cu miez din material neferomagnetic au inductanţe scăzute, iar bobinele cu miez din material feromagnetic, au inductanţe mari.

- Reactanţa inductivă - X_L - se manifestă numai în curent alternativ, are semnificaţia de rezistenţă, se măsoară în ohmi.

X_L= ωL

Caracteristici

1.În curent alternativ, datorită fenomenului de autoinducţie, la aplicarea unei tensiuni la bornele unei bobine ideale, curentul prin bobină prezintă o întârziere, ceea ce face ca tensiunea să fie defazată cu 90⁰ în faţa curentului.

2.În curent alternativ, bobina prezintă o rezistenţă mult mai mare decât în curent continuu.

3. O bobină este cu atât mai bună cu cât puterea de pierderi ( P) este mai mică în comparaţie cu cea reactivă ( P_r), raportul acestora determinând factorul de calitate al bobinei ( Q_L)

Q_L = =

4. Bobina este un acumulator de energie magnetică ( W_L), energie care datorită dependenţei de curentul electric , este de tip cinetic.

W_L = LI²

5. Curentul ce străbate o bobină şi respectiv tensiunea la bornele sale, depind de reactanţa acesteia adică de frecvenţă, ceea ce impune limitarea curentului şi tensiunii, pentru ca bobina să nu se distrugă.

6. În domeniul frecvenţelor joase, solicitarea bobinei se datorează în principal curentului, care dă naştere la forţe electrodinamice între spire. În acest domeniu tensiunea la borne creşte aproape liniar cu frecvenţa . În concluzie, curentul nu trebuie să depăşească o valoare maximă admisibilă Imax.

7. Pentru frecvenţe înalte trebuie limitată tensiunea la o valoare maximă Umax, pentru a evita străpungerea izolaţiei dintre spire, izolaţie în care pierderile dielectrice sunt importante.

Tema 1. Componente pasive de circuit

Fişa de documentare 1.4. Transformatoare

Două sau mai multe bobine cuplate, amplasate pe acelaşi miez magnetic, formează un transformator. Rolul transformatorului este de a transfera tensiunea şi curentul alternativ dintr-o bobină ( numită primar), în altă bobină ( numită secundar), prin intermediul câmpului magnetic, fără o pierdere importantă de energie.

Tipuri

Cele mai semnificative transformatoare utilizate în electronică se pot clasifica în funcţie de destinaţie, astfel:

• 
  Transformatoare de alimentare, în general la frecvenţa reţelei, 50 Hz;
  
• 
  Transformatoare de semnal de radiofrecvenţă, frecvenţe înalte, folosite în radiocomunicaţii;
  
• 
  Transformatoare de semnal de audiofrecvenţă, joasă frecvenţă, utilizate pentru:
  

- adaptarea impedanţelor sau nivelelor tensiune / curent;

- cuplarea etajelor de amplificare;

- izolarea galvanică, în curent continuu a unor circuite;

- trecerea frecvenţei din banda de lucru a amplificatorului, fără a se produce distorsiuni .

Simbol



Parametri

- raportul de transformare al transformatorului – n -

n = = = , unde

n₁ = numărul de spire din primar

n₂ = numărul de spire din secundar

U₁ = tensiunea la bornele primarului

U₂ = tensiunea la bornele secundarului

I₁ = intensitatea curentului din primar

I₂ = intensitatea curentului din secundar

Raportul de transformare poate fi supraunitar, pentru transformatorul coborâtor

n > 1; U₂ < U₁;

sau subunitar pentru transformatorul ridicător

n < 1; U₂ > U₁

- puterea transformatorului – P - exprimată în waţi

La transformatorul ideal, puterea din primar se transferă integral în secundar. La transformatorul real, datorită pierderilor în rezistenţele înfăşurărilor şi în miez, puterea obţinută în secundar este mai mică decât cea din primar.

Activitatea de învăţare 1.3. Bobinele şi aplicaţiile lor

Competenţa: Identifică circuitele cu componente electronice analogice

Obiectivul/obiective vizate:

Să identifice parametrii şi comportarea bobinelor

50 min

Tipul activităţii: Problematizarea

Sugestii :

• 
  activitatea se poate face individual
  

Conţinut: Bobinele şi aplicaţiile lor

Obiectiv: La sfârşitul acestei activităţi vei putea opera corect cu parametrii bobinelor şi ai transformatoarelor

Enunţ : Alege varianta corectă de răspuns din enunţurile de mai jos:

1. La bornele unei bobine ideale, tensiunea este defazată faţă de curentul ce o străbate cu un unghi:

a. egal cu -; b. aparţinând intervalului (0, ); c. egal cu

2. Reactanţa unei bobine are valoare maximă dacă tensiunea la bornele acesteia este:

a .alternativă de joasă frecvenţă

b. alternativă de înaltă frecvenţă

c. continuă

3. O bobină este cu atât mai bună cu cât factorul de calitate al ei este:

a. mai mare decât unu

b. egal cu unu

c. mai mic decât unu

4. Raportul de transformare pentru un transformator coborâtor, este:

a. subunitar

b. supraunitar

c. egal cu unu

5. Relaţia corectă pentru definirea raportului de transformare a unui transformator, este:

a. b. c.
Evaluare: Pentru fiecare răspuns corect se acordă câte 2 puncte