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

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice

Fişa de documentare 3.1. Redresoare

Redresoarele sunt circuite electronice capabile să transforme energia electrică de curent alternativ în energie electrică de curent continuu.

Schema bloc a unui redresor conţine următoarele elemente:

Fig. 3.1.1.

TR – transformatorul de reţea, cu ajutorul căruia se modifică valoarea tensiunii de alimentare, obţinându-se în secundar valoarea tensiunii altenative ce trebuie redresată;

R – elementul redresor, cu proprietăţi de conducţie unilaterală, care transformă tensiunea alternativă într-o tensiune pulsatorie de aceeaşi polaritate;

F – filtru de netezire, care micşorează pulsaţiile tensiunii redresate, obţinând o tensiune apropiată ca formă, de cea continuă.

Clasificarea redresoarelor

Se pot clasifica după mai multe criterii:

• 
  După tipul tensiunii alternative redresate ( număr de faze ):
  

- monofazate

- polifazate

• 
  După numărul de alternanţe ale curentului alternativ pe care le redresează:
  

- monoalternanţă

- bialternanţă

• 
  După posibilitatea controlului asupra tensiunii redresate:
  

- necomandate

- comandate ( reglabile )

• 
  După natura sarcinii:
  

- cu sarcină rezistivă – R

- cu sarcină inductivă – RL

- cu sarcină capacitivă – RC

Identificarea redresoarelor după schema electronică şi forma de undă

Tab. 3.1,1

Tipul constructiv	Schema electronică	Forma de undă a tensiunii
monofazat monoalternanţă

monofazat dublă alternanţă cu priză mediană
monofazat dublă alternanţă în punte

1. Redresor monofazat monoalternanţă

Funcţionare

La aplicarea unei tensiuni alternative în primarul transformatorului, ia naştere în secundarul acestuia o tensiune alternativă modificată, ce se aplică pe anodul diodei redresoare. Pe durata alternanţelor pozitive dioda conduce, apare în circuit un curent proporţional cu tensiunea aplicată. Pe durata alternanţelor negative, dioda este blocată, curentul prin circuit fiind zero. Curentul prin sarcină circulă într-un singur sens, sub forma unui curent pulsatoriu.

Tensiunea la bornele sarcinii, u_s, are expresia:

u_s = U_sm sinωt, în intervalele în care dioda conduce, 0< t < ;

componenta continuă a tensiunii redresate U₀

U₀ = ≈ 0,45 U_s

şi u_s = 0 ; în intervalele în care dioda este blocată.

Parametri

- tensiunea redresată - Pentru a aprecia cât de apropiată este forma tensiunii redresate de forma tensiunii continue , se defineşte factorul de ondulaţie ca raportul dintre amplitudinea componentei fundamentale ( tensiunea din primar) şi amplitudinea componentei continue.

Pentru redresorul monofazat monoalternanţă, valoarea factorului de ondulaţie este 1,57, apreciindu-se că forma tensiunii redresate nu este mulţumitoare. ( pentru un redresor ideal factorul de ondulaţie este zero)

- randamentul redresorului , definit ca raportul dintre puterea utilă de curent continuu furnizată în sarcină şi puterea consumată, absorbită de la reţea

În cazul acestui redresor randamentul este de 0,4 ( 40% )

2. Redresor monofazat dublă alternanţă cu priză mediană

Funcţionare

Transformatorul din schema redresorului are două înfăşurări secundare identice legate astfel încât tensiunile la bornele lor variază în antifază. Există astfel posibilitatea ca o diodă să fie polarizată direct , determinând apariţia curentului în circuit, în timp ce cealaltă diodă este blocată. La schimbarea polarităţii alimentării, funcţionarea diodelor se inversează. Cea care a condus se blochează, iar cea care a fost blocată, conduce. Curentul ce apare în circuit în acest caz, coincide ca sens, cu cel din alternanţa anterioară.

U_s = U_smax sinωt,

Componenta continuă: U₀ =

Parametri

- factorul de ondulaţie devine = 0,67 , forma de undă redresată este mai apropiată de cea continuă

- randamentul redresorului = 0,8 ( 80 %)

3. Redresor monofazat, dublă alternanţă, în punte

Funcţionare

Puntea este formată din patru diode, alimentarea realizându-se pe o diagonală a punţii, iar tensiunea redresată obţinându-se pe cealaltă diagonală. În timpul aplicării alternanţei pozitive la o extremitate a secundarului transformatorului, conduc diodele aflate pe laturi opuse, care sunt polarizate direct, determinând un curent prin rezistenţa de sarcină, în timp ce celelalte două diode sunt blocate.

La schimbarea alternanţei tensiunii de alimentare, se blochează diodele care au fost în conducţie, deschizându-se acelea care au fost blocate, curentul rezultant având acelaşi sens prin sarcină.

U_s = U_smax sinωt,

Componenta continuă: U₀ = ≈ 0,9 U_s

Randamentul redresorului este de 80%

Activitatea de învăţare 3.1.1. Identificarea tipurilor de redresoare

Competenţa: Identificarea circuitelor cu componente electronice analogice

Obiectivul/obiective vizate:

Să identifice tipuri de redresoare

50 min

Tipul activităţii: Rezumare

Sugestii:

Activitatea se poate realiza individual sau pe grupe de câte 3 - 4 elevi

Conţinut: Redresoare.

Obiectiv: La sfârşitul acestei activităţi vei şti să recunoşti tipurile de redresoare după schema de principiu şi vei putea să explici funcţionarea acestora.

Enunţ:

Folosind surse diferite ( fişa de documentare 3.1, internet, caiet de notiţe, catalog de componente electronice etc), obţineţi informaţii despre:

a. redresorul monoalternanţă;

b. redresor dublă alternanţă cu punte de diode;

c. redresor dublă alternanţă cu transformator cu priză mediană,

după următoarea structură de idei: schema de principiu, funcţionare.

Rezultatele le veţi înregistra sub formă tabelară, conform exemplului:

Tipul redresorului	Schema de principiu	Funcţionare

Evaluare:
Pentru fiecare schemă de principiu corect reprezentată se acordă câte 4 puncte.

Pentru fiecare explicaţie corectă a funcţionării redresorului se acordă câte 5 puncte.

Activitatea de învăţare 3.1.2. Funcţionarea circuitelor redresoare

Competenţa: Analizează funcţionarea montajelor cu circuite electronice

Obiectivul/obiective vizate:
Să identifice tipuri de redresoare şi să analizeze funcţionarea acestora

50 min

Tipul activităţii: Experiment

Sugestii:
În funcţie de dotarea laboratorului , activitatea se poate realiza pe trei echipe, fiecare echipă având de studiat un anumit tip de redresor. Fiecare echipă se poate forma din 2 grupe de câte 3 – 4 elevi în funcţie de sarcina redresorului ( R, RC).

Conţinut: Analiza funcţionării montajelor redresoare în funcţie de tensiunile redresate.

Obiectiv:

La sfârşitul acestei activităţi vei şti să măsori tensiunile de intrare şi ieşire dintr-un redresor şi să vizualizezi aceste mărimi cu ajutorul unui osciloscop catodic.

Enunţ:

Realizaţi măsurarea tensiunilor de intrare şi de ieşire dintr-un circuit redresor, precum şi vizualizarea acestor mărimi cu ajutorul osciloscopului catodic.

Alte sugestii şi recomandări:
Se pot face simultan trei variante de montaje:

-redresor monofazat monoalternanţă,

- redresor monofazat dublă alternanţă în punte şi

- redresor monofazat dublă alternanţă cu transformator cu priză mediană.

De asemeni fiecare variantă de montaj poate fi studiată pentru sarcină rezistivă, respectiv RC.

Se vor folosi schemele electronice pentru redresoare din fişa de documentare 3.1, tabelul 3.1.1.

Se vor măsura tensiunile la intrarea (U₁) respectiv ieşirea transformatorului (U₂) şi la bornele sarcinii (U_S), valorile acestor mărimi înregistându-se în tabelul 3.1.2.1 ; 3.1.2.2. şi 3.1.2.3, în funcţie de tipul de redresor

Tabelul 3.1.2.1 redresor monofazat monoalternanţă

Tensiuni alternative		Tensiuni continue
U1(V)	U2(V)	Us(V) măsurată	Us(V) calculată Us = 0,45U2 ( sarcină rezistivă)	Us(V) calculată Us=(1- )U2max ( sarcină RC )

Tabelul 3.1.2.2 redresor monofazat dublă alternanţă în punte

Tensiuni alternative		Tensiuni continue
U1(V)	U2(V)	Us(V) măsurată	Us(V) calculată Us = 0,9U2 ( sarcină rezistivă)	Us(V) calculată Us=(1- )2U2 ( sarcină RC )

Tabelul 3.1.2.3 redresor monofazat dublă alternanţă cu transformator cu priză mediană

Tensiuni alternative		Tensiuni continue
U1(V)	U2(V)	Us(V) măsurată	Us(V) calculată Us = 0,9U2 ( sarcină rezistivă)	Us(V) calculată Us=(1- )2U2 ( sarcină RC )

Se conectează osciloscopul în circuit pentru vizualizarea tensiunilor U₂ şi U_s
Evaluare:
- pentru montarea corectă în circuit a voltmetrelor se acordă câte 2 puncte

- pentru înregistrarea corectă a valorilor de tensiune se acordă câte 1 punct

- pentru calculul corect a tensiunii redresate se acordă câte 2 puncte

- pentru conectarea corectă a osciloscopului se acordă 2 puncte

- pentru interpretarea corectă a rezultatelor se acordă pentru fiecare tip de redresor câte 5 puncte

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice

Fişa de documentare 3.2. Stabilizatoare

Stabilizatoarele sunt circuite electronice care se conectează între sursa de alimentare şi consumator, având rolul de a menţine constantă tensiunea sau curentul consumatorului, faţă de variaţiile tensiunii sursei, ale rezistenţei de sarcină sau ale temperaturii mediului.

Fig. 3.2.1.

Tensiunea de ieşire de la bornele rezistenţei de sarcină U_s, trebuie menţinută constantă.

Tipuri

Clasificarea stabilizatoarelor folosite în aplicaţiile electronice se face după:

• 
  parametrul electric menţinut constant:
  

- stabilizatoare de tensiune

- stabilizatoare de curent

• 
  metoda de stabilizare:
  

• 
  stabilizatoare parametrice
  
• 
  stabilizatoare electronice
  

• 
  modul de conectare a elementului de reglaj:
  

• 
  stabilizatoare de tip derivaţie
  
• 
  stabilizatoare de tip serie
  

Parametri

Variaţiile tensiunii de ieşire de la bornele rezistenţei de sarcină, pot apărea datorită variaţiilor tensiunii de intrare (Δ U_a) cât şi datorită variaţiilor rezistenţei de sarcină (Δ R_s), ( fig.3.2.1 ).Se definesc astfel:

• 
  factorul de stabilitate în raport cu tensiunea- F_u
  
• 
  factorul de stabilizare în raport cu rezistenţa de sarcină -F_R
  

Factorul de stabilizare reprezintă raportul dintre variaţia relativă a mărimii care produce nestabilitatea şi variaţia relativă a mărimii de ieşire, atunci când cel de-al doilea parametru de nestabilitate se menţine constant. Cu cât valorile lor sunt mai mari, cu atât calitatea stabilizării este mai bună.

Funcţionarea stabilizatoarelor se bazează pe:

1. comportarea neliniară a unui element ( de exemplu diodă Zener ), care la o variaţie mare a unui parametru ( curent ) menţine constant alt parametru ( tensiunea la bornele diodei)

2. o schemă mai complexă în care, un element activ de circuit ( tranzistor ), numit element regulator, preia variaţiile de tensiune sau de curent ale sarcinii, menţinând constant parametrul de ieşire.

Stabilizatoare parametrice

Circuite stabilizatoare care conţin un element neliniar, caracterizat printr-un parametru variabil cu valoarea curentului ce îl parcurge. Pot fi de tensiune şi de curent.

Stabilizatoarele parametrice de tensiune se pot realiza cu diode Zener.

Fig.3.2.2.

Din caracteristica diodei se poate observa că la variaţii mari ale curentului de intrare I_Z, se obţine o variaţie mică a tensiunii la borne.

1. Pentru a obţine tensiuni stabilizate mai mari, pot fi conectate mai multe diode Zener în serie.

2. Pentru a mării valoarea factorului de stabilizare se pot folosi mai multe celule dispuse în cascadă.

Activitatea de învăţare 3.2. Identificarea stabilizatoarelor

Competenţa: Analizează funcţionarea montajelor cu circuite electronice

Obiectivul/obiective vizate:

Să descrie funcţionarea circuitelor de stabilizare după schema electrică

50 min

Tipul activităţii: Expansiune

Sugestii: Activitatea se poate realiza individual sau pe grupe mici de elevi (2-3 elevi)

Conţinut: Stabilizatoare parametrice

Obiectiv: La sfârşitul acestei activităţi vei putea explica funcţionarea şi rolul unui stabilizator de tensiune

Enunţ: Pornind de la următoarele enunţuri incomplete, realizaţi un eseu de aproximativ 20 rânduri în care să dezvoltaţi ideile conţinute în enunţuri. În realizarea eseului trebuie să folosiţi minim 10 cuvinte din lista de mai jos:

 

Stabilizatoarele sunt circuite electronice care se conectează între sursa de alimentare şi consumator, având rolul de a menţine constantă tensiunea sau curentul consumatorului, faţă de variaţiile tensiunii sursei, ……………………………...

Factorul de stabilizare reprezintă raportul dintre variaţia relativă a mărimii care produce nestabilitatea şi variaţia relativă a mărimii de ieşire, atunci când cel de-al doilea parametru de nestabilitate ……………………..

Lista de cuvinte:  
diodă Zener, element regulator, parametrii, mod de conectare, metodă de stabilizare, factor de stabilitate, diodă Zener în serie, stabilizatoare parametrice, celule în cascadă, comportare neliniară

Evaluare:

Criteriile de evaluare vor fi stabilite de comun acord cu elevii.

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice

Fişa de documentare 3.3. Amplificatoare

Amplificatorul reprezintă un cuadripol activ, prevăzut cu două borne de intrare şi două borne de ieşire, capabil să furnizeze la ieşire semnale electrice de putere mult mai mare decât cele de la intrare, fără a modifica forma semnalului amplificat.


Fig.3.3.1.

Tipuri

Un amplificator poate aparţine simultan mai multor criterii de clasificare:

• 
  După natura semnalului cu preponderenţă amplificat:
  

- amplificatoare de tensiune

• 
  amplificatoare de curent
  
• 
  amplificatoare de putere
  

• 
  După valoarea benzii de frecvenţă a semnalelor amplificate:
  

• 
  amplificatoare de curent continuu
  
• 
  amplificatoare de joasă frecvenţă (audiofrecvenţă:20 Hz -20KHz)
  
• 
  amplificatoare de înaltă frecvenţă (radiofrecvenţă: 20 KHz –30MHz)
  
• 
  amplificatoare de foarte înaltă frecvenţă: 30MHz – 300MHz
  

• 
  După lăţimea benzii de frecvenţă amplificată:
  

• 
  amplificatoare de bandă îngustă ( 9 ÷ 30 kHz)
  
• 
  amplificatoare de bandă largă ( de la câţiva Hz, până spre 6 MHz)
  

• 
  Există şi alte criterii de clasificare: tipul elementelor active; tipul cuplajului folosit între etaje; simetria etajului, etc.
  

Parametri

Performanţele amplificatoarelor se identifică prin:

- amplificare( coeficient de amplificare) , raportul dintre mărimea electrică de la ieşire şi mărimea corespunzătoare de la intrare. Se pot definii:

a. amplificarea în tensiune - A_u

b. amplificarea în curent- A_i

c. amplificarea în putere- A_p

- caracteristicile de frecvenţă, reprezintă dependenţele amplificare – frecvenţă şi defazaj - frecvenţă

Dependenţa amplificare – frecvenţă, poartă denumirea de caracteristică de frecvenţă( fig.3.3.2) Domeniul de Fig.3.3.2.

frecvenţă în care amplificarea este aproximativ constantă, se numeşte bandă de trecere. Ea reprezintă intervalul pe axa frecvenţelor în care amplificarea nu scade cu mai mult de 3 dB, faţă de amplificarea de la frecvenţa medie a benzii.

Dependenţa defazaj – frecvenţă se numeşte caracteristică de fază. Elementele reactive din amplificator introduc defazaje variabile cu frecvenţa, ceea ce determină distorsiuni de fază. ( f= frecvenţa de tăiere la frecvenţe joase; fi = frecvenţa de tăiere la frecvenţe înalte)

Pentru a mări amplificarea unui semnal se pot utiliza mai multe amplificatoare legate în cascadă. În acest caz, semnalul de la ieşirea unui amplificator devine semnal de intrare pentru amplificatorul următor, iar amplificarea totală este egală cu produsul amplificării.

-impedanţa de intrare - reprezintă raportul dintre amplitudinea tensiunii alternative aplicate la intrarea amplificatorului şi amplitudinea curentului de intrare, cu ieşirea în gol.

-impedanţa de ieşire - reprezintă raportul dintre amplitudinea tensiunii alternative obţinute la ieşirea amplificatorului şi amplitudinea curentului de ieşire, cu intrarea în gol.

-factorul de distorsiune neliniară – semnalul de la ieşirea amplificatorului nu reproduce exact forma semnalului de la intrare, datorită distorsiunilor care apar din cauza limitărilor în funcţionarea tranzistorului, frecvenţei sau influenţei diferitelor circuite

folosite în amplificatoare.

- raportul semnal – zgomot – reprezintă raportul între tensiunea de ieşire produsă de semnalul amplificat şi tensiunea de zgomot. Prin zgomotul amplificatorului se înţelege semnalul obţinut la ieşirea amplificatorului în lipsa semnalului de intrare.
- gama dinamică – reprezintă raportul între semnalul de putere maximă şi cel de putere

minimă la ieşirea amplificatorului.

- sensibilitatea – reprezintă tensiunea necesară la intrarea amplificatorului pentru a obţine la ieşire tensiunea sau puterea nominală.

Activitatea de învăţare 3.3. Determinarea amplificării

Competenţa: Analizează funcţionarea montajelor cu circuite electronice

Obiectivul/obiective vizate:

Să descrie funcţionarea amplificatorului.

50 min

Tipul activităţii: Exerciţiu practic

Sugestii: Activitatea se poate realiza pe grupe mici elevi – 4 elevi

Conţinut: Amplificatoare

Obiectiv: La sfârşitul acestei activităţi vei putea să măsori tensiunile de curent alternativ într-un amplificator şi să calculezi amplificarea

Enunţ: Se consideră schema unui amplificator de semnal mic (fig.3.3.1). Calculaţi amplificarea

Aparate şi dispozitive:

- tranzistor bipolar BC107

- sursă de tensiune continuă de 24V

- multimetru

- rezistenţe de polarizare: R_B1 = 82 kΩ,R_B2 = 54 kΩ, R_C = 4,7 kΩ, R_E = 100 Ω

- condensatoare de cuplaj: C_B = 10 nF,C_E = 1,5 nF, C_C = 10 nF

Fig. 3.3.1

Mod de lucru:

- Se alimentează circuitul de la o sursă de tensiune continuă. Se conectează la intrarea sa un generator de audiofrecvenţă ( semnal sinusoidal cu f = 50 Hz şi amplitudine între 50 mV şi 500 mV).

- Se măsoară tensiunea de la intrarea ( V₁ c.a.) şi de la ieşirea amplificatorului (V₂ c.a.)

- Se calculează amplificarea

- Se repetă măsurările modificând valoarea tensiunii de intrare din generator

Indicaţiile aparatelor de măsură precum şi valoarea calculată a amplificării ( A = U_ieş/U_i) se înregistrează în tabelul:

Uin	Uieş	A

Evaluare :
Se acordă 5 puncte pentru realizarea corectă a montajului ( alimentarea circuitului, montarea voltmetrelor)

Se acordă câte 2 puncte pentru fiecare măsurare corectă şi 3 puncte pentru calculul amplificării.

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice

Fişa de documentare 3.4. Circuite pentru impulsuri

Sunt circuitele care generează impulsuri sau care acţionează asupra impulsurilor, schimbându-le forma, durata, perioada, poziţia sau alţi parametri. Prin impuls se înţelege o variaţie rapidă de tensiune sau de curent, care durează un timp scurt în comparaţie cu perioada de succesiune a acestor variaţii precum şi cu procesele tranzitorii pe care acestea le produc în circuite.

Tipuri de impulsuri:

a b c d

Fig.3.4.1.

a – dreptunghiulare

b – trapezoidale

c – în dinte de ferăstrău

d – triunghiulare

Parametri

Cei mai importanţi parametri ai unui impuls sunt:

• 
  amplitudinea impulsului A
  
• 
  perioada de succesiune T ( sau frecvenţa f = )
  
• 
  durata impulsului
  
• 
  coeficient de umplere Q =
  
• 
  se mai pot aminti: durata frontului anterior, durata frontului posterior, descreşterea palierului
  

Circuite pentru formarea impulsurilor

Formarea impulsurilor se bazează pe obţinerea unei succesiuni periodice de impulsuri, pornind de la semnale periodice de altă formă ( de regulă sinusoidale ).

1. Circuite de limitare

Furnizează la ieşire o mărime proporţională cu mărimea de la intrare, numai atunci când aceasta se află cuprinsă între anumite limite, numite praguri de limitare.

1. Limitarea se poate aplica oricărei forme de semnal.

2. Circuitele de limitare se realizează cu elemente neliniare: diode semiconductoare sau tranzistoare.

2. Circuite de derivare ( de ascuţire )

Sunt circuite RC folosite pentru obţinerea unor impulsuri de scurtă durată (ascuţite), din impulsuri de durate mari, de regulă impulsuri dreptunghiulare.

Pentru ca la ieşirea circuitului să se obţină impulsuri scurte, este necesar ca încărcarea şi descărcarea condensatorului să se producă într-un interval de timp mai redus decât durata impulsului dreptunghiular aplicat.

3. Circuite de integrare ( de netezire )

Sunt circuite RC folosite pentru obţinerea unor impulsuri cu fronturi modificate faţă de cele ale semnalului de intrare.

Asociind corespunzător cele trei tipuri de circuite pentru formarea impulsurilor : de limitare, de derivare şi de integrare, se pot obţine diverse forme de impulsuri.

Activitatea de învăţare 3.4. Identificarea circuitelor pentru formarea impulsurilor

Competenţa: Identificarea circuitelor cu componente electronice analogice

Obiectivul/obiective vizate:

Să identifice circuitele pentru formarea impulsurilor

50 min

Tipul activităţii: Rezumare

Sugestii:

Activitatea se poate realiza individual sau pe grupe de câte 3 - 4 elevi

Conţinut: Circuite de impulsuri.

Obiectiv: La sfârşitul acestei activităţi vei putea să recunoşti circuitele pentru formarea impulsurilor după schema de principiu şi vei putea să explici funcţionarea acestora.

Enunţ:

Folosind surse diferite ( fişa de documentare 3.4, internet, caiet de notiţe, etc), obţineţi informaţii despre:

a. circuite de derivare;

b. circuite de integrare;

c. circuite de limitare ,

după următoarea structură de idei: schema de principiu, funcţionare.

Rezultatele le veţi înregistra sub formă tabelară, conform exemplului:

Tipul circuitului	Schema de principiu	Funcţionare

Evaluare:
Pentru fiecare schemă de principiu corect reprezentată se acordă câte 4 puncte.

Pentru fiecare explicaţie corectă a funcţionării redresorului se acordă câte 5 puncte.

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice

Fişa de documentare 3.5. Circuite basculante

Sunt circuite electronice folosite la generarea impulsurilor, prevăzute cu o buclă de reacţie pozitivă.

Ele prezintă în funcţionare două stări: una de acumulare, în care tensiunile şi curenţii variază foarte lent şi una de basculare, în care au loc variaţii foarte rapide ale tensiunilor şi curenţilor. De obicei durata acestor stări este inegală. Procesul de basculare este un proces cumulativ care se dezvoltă în avalanşă. Amorsarea proceselor de basculare se poate face sau cu semnale de comandă aplicate din exterior, sau în urma unui proces intern de variaţie relativ lentă ( descărcarea unui condensator)

Tipuri

Clasificate după numărul de stări stabile pe care le prezintă, se cunosc:

• 
  circuite basculante astabile
  
• 
  circuite basculante monostabile
  
• 
  circuite basculante bistabile
  

1. Circuite basculante astabile ( multivibratoare)

Se utilizează pentru generarea impulsurilor dreptunghiulare periodice. Semnalul la ieşire apare fără a necesita un semnal de comandă la intrare.

a. Nu prezintă nici o stare stabilă.

b. Trece dintr-o stare în alta fără intervenţia unor impulsuri de comandă exterioară

c. Perioada semnalelor generate depinde de valorile parametrilor circuitului.

Schema circuitului - funcţionare

Tranzistoarele se află pe rând în regim de

conducţie sau de blocare pe anumite intervale de timp, fără intervenţia unor

semnale de comandă exterioare. Schema

este simetrică, executată cu elemente egale; cele două condensatoare realizând

. Fig.3.5.1.

stări instabile. Rezultă o basculare permanentă din starea T₁ saturat şi T₂ blocat, în starea T₁ blocat şi T₂ saturat şi invers. Durata basculării este mult mai mică decât durata stărilor instabile. Variaţiile tensiunilor din colectoarele tranzistoarelor pot fi considerate ca impulsuri de formă aproximativ dreptunghiulară.

În mod obişnuit stabilitatea perioadei impulsurilor generate de multivibrator nu este satisfăcătoare, motiv pentru care se realizează sincronizarea prin impulsuri exterioare.Acestea se aplică pe bazele tranzistoarelor prin condensatoare de capacităţi mici, determinând deschiderea tranzistorului mai repede decât în absenţa impulsului şi asigurând şi frecvenţa de lucru necesară.

2. Circuite basculante monostabile

a. Prezintă o singură stare stabilă în care poate rămâne un timp îndelungat.

b. Trec dintr-o stare în altă stare cu ajutorul unui impuls exterior de comandă

c. Rămân în starea basculată un interval de timp determinat de elementele circuitului, după care revin la starea iniţială

Schema circuitului - funcţionare

Schema nu mai este simetrică.

Baza tranzistorului T₂ se polarizează prin legarea lui R₃ direct la tensiunea de alimentare. La conectarea acesteia, T₂ este saturat şi T₁ blocat – stare stabilă.

Dacă se aplică impuls negativ în baza lui T₂, circuitul basculează, T₂ se blochează iar T₁ devine saturat. Ca urmare, tensiunea la bornele condensatorului suferă Fig.3.5.2.

un salt negativ, cu valoarea aproximativ E.

Această stare este însă instabilă deoarece condensatorul se încarcă prin R₃, potenţialul bazei lui T₂ creşte ducând la deschiderea acestuia, circuitul basculând în starea iniţială, stabilă.

3. Circuite basculante bistabile

Sunt elementele de bază în schemele logice de comandă, numărătoare, registre, circuite de memorizare.

a, Se caracterizează prin două stări stabile, în care pot rămâne un timp îndelungat.

b. Trecerea dintr-o stare în altă stare se face prin aplicarea unui impuls scurt de comandă din exterior.

Schema circuitului – funcţionare

În practică, simetria montajului nu este perfectă. La

conectarea tensiunii de alimentare unul dintre tranzistori se va găsi în stare de conducţie, celălalt în

stare blocată, stare ce se va menţine şi în continuare – stare stabilă. Dacă tranzistorul T₁ este blocat ( de exemplu prin aplicarea unui impuls negativ pe bază sau prin scurtcircuitarea de scurtă durată la masă, a bazei lui T₁ sau a colectorului lui T₂), curentul în Fig.3.5.3.

baza lui T₁ scade brusc, potenţialul colectorului lui creşte brusc, determinând apariţia unui curent în baza lui T₂. Acesta trece în conducţie. În acest caz scade potenţialul colectorului lui T₂, T₁ se menţine în stare blocată, stare care este stabilă. În această stare circuitul poate rămâne un timp oricât de lung. Bascularea apare numai în urma aplicării unui impuls exterior.

Activitatea de învăţare 3.5. Circuite basculante

Competenţa: Analizează funcţionarea montajelor cu circuite electronice

Obiectivul/obiective vizate:

Să descrie funcţionarea circuitelor basculante

50 min

Tipul activităţii: Cubul

Sugestii: Activitatea se poate realiza pe grupe mici de elevi ( 2 -3 )

Conţinut: Circuite basculante

Obiectiv: La sfârşitul acestei activităţi vei şti să faci deosebirea între tipurile de circuite basculante şi să explici funcţionarea lor.

Enunţ:

Folosiţi un cub care, în mod simbolic, semnifică tema ce urmează a fi explorată: Circuite basculante. Cubul are înscrise pe fiecare dintre feţele sale: Descrie, Compară, Analizează, Asociază, Aplică, Argumentează. Pe tablă, profesorul detaliază cerinţele de pe feţele cubului:

Descrie: Descrie la modul general, circuitele basculante.

Compară: Fă o comparaţie între circuitele basculante astabile, monostabile şi bistabile.

Analizează: Analizează funcţionarea circuitului basculant bistabil.

Asociază: Asociază unul din circuitele basculante cu alt circuit electronic.

Aplică: Unde poţi utiliza circuitele basculante?

Argumentează: Argumentează afirmaţia: simetria schemelor circuitelor basculante, determină tipul circuitului.

Reprezentantul fiecărei grupe va rostogoli cubul. Grupa sa, va explora tema din perspectiva cerinţei care a căzut pe faţa superioară a cubului şi va înregistra răspunsul pe o foaie de flip-chart.

După 15 min, grupurile se reunesc şi-şi prezintă în faţa clasei rezultatul analizei.

Evaluare:

Criteriile de evaluare precum şi punctajele corespunzătoare, vor fi stabilite împreună cu elevii.

Tema 3 – Circuite cu componente electronice analogice

Fişa de documentare 3.6. Modulatoare, demodulatoare

.

Tipuri

Clasificarea tipurilor de modulaţie se poate face în funcţie de :

• 
  Natura agentului purtător
  

• 
  oscilaţii sinusoidale
  
• 
  succesiunile de impulsuri dreptunghiulare
  

• 
  Natura parametrului ce se modifică la agentul purtător
  

- amplitudinea ( MA - modulaţie în amplitudine)

- frecvenţa ( MF – modulaţie în frecvenţă)

- faza ( MP – modulaţie în fază)

1. Modulaţia de amplitudine – parametrul ce variază în ritmul semnalului modulator, este amplitudinea purtătoarei, ceilalţi parametri rămânând constanţi.

Se realizează cu modulatoare, montaje ce conţin elemente neliniare de circuit: diode, tranzistoare sau cu circuite integrate

2. Modulaţia de frecvenţă – variază frecvenţa purtătoarei în ritmul semnalului modulator, amplitudinea rămânând constantă. Banda de frecvenţe a semnalelor cu modulaţie de frecvenţă este foarte largă ( teoretic infinită ), practic limitată la valoarea componentelor a căror amplitudine nu scade sub 2% din amplitudinea purtătoarei modulate.

Avantajele modulaţiei de frecvenţă faţă de modulaţia de amplitudine, sunt:

- amplitudinea semnalului modulat menţinându-se constantă, face ca etajele postului de emisie să lucreze în condiţii optime;

- randamentul emiţătoarelor este îmbunătăţit;

- calitatea transmisiei este ridicată datorită, pe de o parte faptului că spectrul de frecvenţe este bogat în armonice, iar pe de altă parte distorsiunilor reduse atât la emisie cât şi la recepţie, precum şi datorită raportului semnal / zgomot îmbunătăţit.

Ca dezavantaj principal se menţionează banda de frecvenţe foarte largă.

3. Modulaţia de fază – se modifică faza semnalului purtător în ritmul semnalului modulator, ceilalţi parametri rămân constanţi. Modulaţia în frecvenţă atrage după sine şi o modificare a fazei, datorită dependenţei dintre faza şi pulsaţia unei oscilaţii.

Demodularea ( detecţia) este procesul invers modulaţiei, prin care sunt puse în evidenţă semnalele utile de audiofrecvenţă. Acest semnal util extras va trebui să fie cât mai fidel faţă de cel folosit iniţial la modulare.

Tipuri

Pentru demodularea semnalelor cu purtătoare sinusoidală se folosesc:

• 
  Detectoare – demodulatoare pentru semnale MA
  
• 
  Discriminatoare de fază şi detectoare de raport – demodulatoare pentru semnale MF
  
• 
  Demodulatoare pentru semnale MP
  

Parametri

Demodularea este caracterizată de următorii parametri:

- randamentul (eficienţa) demodulării, care exprimă dependenţa dintre amplitudinea tensiunii utile de la ieşirea demodulatorului şi amplitudinea tensiunii modulate la intrare;

- rezistenţa de intrare, exprimată prin raportul dintre tensiunea de radiofrecvenţă aplicată detectorului şi fundamentala curentului de radiofrecvenţă din circuitul de intrare;

- coeficientul total de distorsiuni, care defineşte calitatea detecţiei.

În procesul de demodulare trebuie să se separe o frecvenţă joasă pornind de la o frecvenţă înaltă

Circuitele de demodulare se realizează cu dispozitive electronice neliniare ( tuburi electronice, diode semiconductoare, tranzistori).

La semnalele cu modulare de frecvenţă informaţia utilă este conţinută în variaţiile frecvenţei, în timp ce zgomotele provoacă variaţii ale amplitudinii.

Un demodulator de semnale cu modulare de frecvenţă trebuie să îndeplinească funcţiile:

- să furnizeze un semnal proporţional cu variaţia frecvenţei semnalului de intrare;

- să nu reacţioneze la variaţiile de amplitudine ale semnalului recepţionat. Acest lucru se realizează introducând în calea semnalelor de intrare un limitator de amplitudine care să elimine zgomotele modulate în amplitudine.

Activitatea de învăţare 3.6. Modulaţia şi demodulaţia semnalelor

Competenţa: Analizează funcţionarea montajelor cu circuite electronice

Obiectivul/obiective vizate:

Să cunoască şi să selecteze tipul de circuit electonic

50 min

Tipul activităţii: Diagrama paianjen

Sugestii: activitatea se poate realiza pe grupe mici ( 2-3 elevi), sau individual

Conţinut: Modulatoare, demodulatoare

Obiectiv: La sfârşitul acestei activităţi vei putea explica fenomenele de modulaţie şi demodulaţie ale semnalelor

Enunţ:

Folosind diferite surse (fişa de documentare 3.6, internet, caiet de notiţe, reviste de specialitate), culegeţi informaţii despre modulatoare, demodulatoare şi organizaţi-le după modelul următor:

Evaluare:
Punctajul se acordă în funcţie de numărul, corectitudinea şi capacitatea de sintetizare a informaţiilor furnizate.