La toate schemele de redresare studiate a rezultat că tensiunea redresată care se aplică sarcinii nu este ideal continuă. Obţinerea la bornele rezistenţei de sarcină a unei tensiuni cât mai continue (cu factor de ondulaţie mic) necesită diminuarea componentei alternative din tensiunea redresată, operaţie ce se realizează cu ajutorul filtrelor. Funcţionarea filtrelor se bazează pe proprietatea bobinelor conectate în serie cu Rs de a avea o rezistenţă neglijabilă pentru componenta continuă a curentului şi o reactanţă mare pentru componena alternativă din curentul redresat, respectiv pe proprietatea capacităţilor mari, conectate în paralel cu sarcina de a şunta componenta alternativă.
La toate schemele de redresare studiate a rezultat că tensiunea redresată care se aplică sarcinii nu este ideal continuă. Obţinerea la bornele rezistenţei de sarcină a unei tensiuni cât mai continue (cu factor de ondulaţie mic) necesită diminuarea componentei alternative din tensiunea redresată, operaţie ce se realizează cu ajutorul filtrelor. Funcţionarea filtrelor se bazează pe proprietatea bobinelor conectate în serie cu Rs de a avea o rezistenţă neglijabilă pentru componenta continuă a curentului şi o reactanţă mare pentru componena alternativă din curentul redresat, respectiv pe proprietatea capacităţilor mari, conectate în paralel cu sarcina de a şunta componenta alternativă.
Filtrele utilizate frecvent la redresoarele de mică putere au schemele din Fig.5.13.
Filtrele utilizate frecvent la redresoarele de mică putere au schemele din Fig.5.13.
Schema unui redresor monofazat monoalternanţă cu filtru capacitiv este prezentată în Fig.5.14.
Schema unui redresor monofazat monoalternanţă cu filtru capacitiv este prezentată în Fig.5.14.
Sunt fabricate special pentru funcţionarea în zona de străpungere nedistructivă (cu polarizare inversă), zonă în care tensiunea pe diodă rămâne practic constantă pentru un interval larg de variaţie al curentului prin diodă.
Sunt fabricate special pentru funcţionarea în zona de străpungere nedistructivă (cu polarizare inversă), zonă în care tensiunea pe diodă rămâne practic constantă pentru un interval larg de variaţie al curentului prin diodă.
Se observă că pentru un interval mare de variaţie a curentului din diodă cuprins între Izm şi IzM , tensiunea pe diodă variază într-un interval foarte mic cuprins între Uzm şi UzM putând fi considerată că rămâne practic constantă.
În Fig.5.17 este prezentată o schemă de principiu a unui stabilizator derivaţie. Din caracteristica diodei Zener (Fig.5.16) se observă că la variaţii mari ale curentului prin diodă ΔIz, datorate unor variaţii mari ale tensiunii de intrare ΔUin se obţine o variaţie mică a tensiunii la bornele diodei şi deci şi la bornele sarcinii ΔUz= ΔUs=constant.
În Fig.5.17 este prezentată o schemă de principiu a unui stabilizator derivaţie. Din caracteristica diodei Zener (Fig.5.16) se observă că la variaţii mari ale curentului prin diodă ΔIz, datorate unor variaţii mari ale tensiunii de intrare ΔUin se obţine o variaţie mică a tensiunii la bornele diodei şi deci şi la bornele sarcinii ΔUz= ΔUs=constant.
Aceste stabilizatoare se folosesc pentru a stabiliza tensiuni de ordinul 4-50V, pentru curenţi de sarcină de 10-500mA. Pentru a obţine tensiuni stabilizate mai mari se pot conecta mai multe diode Zener în serie. Rolul rezistenţei R este de a limita curentul prin dioda Zener la valori cuprinse între Izm şi IzM.
Se numesc bipolare întrucât la conducţia curentului electric participă atât purtătorii ambele tipuri de purtători: goluri şi electroni. Un tranzistor bipolar este constituit din trei zone alternante ca dotare, PNP sau NPN, realizate pe acelaşi monocristal de Si sau Ge. Zona centrală este foarte subţire comparativ cu cele extreme şi se numeşte bază (B). Zonele extreme se numesc emitor (E) şi respectiv colector (C). Există două tipuri de tranzistoare : NPN şi PNP.
Se numesc bipolare întrucât la conducţia curentului electric participă atât purtătorii ambele tipuri de purtători: goluri şi electroni. Un tranzistor bipolar este constituit din trei zone alternante ca dotare, PNP sau NPN, realizate pe acelaşi monocristal de Si sau Ge. Zona centrală este foarte subţire comparativ cu cele extreme şi se numeşte bază (B). Zonele extreme se numesc emitor (E) şi respectiv colector (C). Există două tipuri de tranzistoare : NPN şi PNP.
Săgeata din simbolul tranzistorului indică sensul de trecere al curentului principal între colector şi emitor.
Datorită modului de realizare, apar două joncţiuni PN: joncţiunea E-B (joncţiunea emitorului) şi joncţiunea B-C (joncţiunea colectorului).
Se pot defini trei curenţi şi trei tensiuni, dar pentru descrierea funcţionării nu sunt necesare toate aceste şase mărimi. Tensiunile şi curenţii sunt legate prin relaţiile:
Se pot defini trei curenţi şi trei tensiuni, dar pentru descrierea funcţionării nu sunt necesare toate aceste şase mărimi. Tensiunile şi curenţii sunt legate prin relaţiile:
uCB = uCE + uEB şi iE = iB + iC
În funcţie de tensiunile aplicate unui tranzistor bipolar se deosebesc 4 regiuni (zone de funcţionare):
În funcţie de tensiunile aplicate unui tranzistor bipolar se deosebesc 4 regiuni (zone de funcţionare):
1 – regiunea activă normală, în care joncţiunea emitorului este polarizată direct iar joncţiunea colectorului este polarizată invers;
2 – regiunea de blocare, în care ambele joncţiuni sunt polarizate invers
3 – regiunea de saturaţie în care ambele joncţiuni sunt polarizate direct
4 – regiunea activă inversă în care colectorul ia locul emitorului şi invers, deci joncţiunea colectorului este polarizată direct în timp ce joncţiunea emitorului este polarizată invers.
Efectul de tranzistor apare în regiunea activă normală.
Pentru a studia acest efect vom considera funcţionarea unui tranzistor PNP, în regiunea activă normală.
Polarizările celor 2 joncţiuni se fac cu circuite de polarizare exterioare tranzistorului. Datorită polarizării directe a joncţiunii emitorului, purtătorii majoritari ai acestuia (golurile) vor difuza masiv în volumul bazei formând curentul IpE, iar electronii din bază vor difuza în emitor formând curentul InB. Deoarece baza este foarte subţire şi slab impurificată cea mai mare parte a golurilor din emitor vor ajunge în joncţiunea colectorului. Această joncţiune fiind polarizată invers cu tensiunea EC, apare un câmp electric care accelerează deplasarea golurilor spre borna minus a sursei EC. Doar o mică parte din golurile injectate în bază nu trec în colector, recombinându-se cu electronii din bază şi formând curentul IpB. Curentul ICBO este curentul purtătorilor minoritari din colector (electroni) care difuzează în bază datorită polarizării inverse a joncţiunii colectorului.
Polarizările celor 2 joncţiuni se fac cu circuite de polarizare exterioare tranzistorului. Datorită polarizării directe a joncţiunii emitorului, purtătorii majoritari ai acestuia (golurile) vor difuza masiv în volumul bazei formând curentul IpE, iar electronii din bază vor difuza în emitor formând curentul InB. Deoarece baza este foarte subţire şi slab impurificată cea mai mare parte a golurilor din emitor vor ajunge în joncţiunea colectorului. Această joncţiune fiind polarizată invers cu tensiunea EC, apare un câmp electric care accelerează deplasarea golurilor spre borna minus a sursei EC. Doar o mică parte din golurile injectate în bază nu trec în colector, recombinându-se cu electronii din bază şi formând curentul IpB. Curentul ICBO este curentul purtătorilor minoritari din colector (electroni) care difuzează în bază datorită polarizării inverse a joncţiunii colectorului.
De menţionat că sensul convenţional al curenţilor de electroni InB şi ICB0 este invers sensului deplasării electronilor.
Caracteristicile statice ale unui tranzistor bipolar sunt grafice ce reprezintă dependenţa dintre curenţii ce trec prin bornele tranzistorului şi tensiunile ce se aplică la aceste borne.
Caracteristicile statice ale unui tranzistor bipolar sunt grafice ce reprezintă dependenţa dintre curenţii ce trec prin bornele tranzistorului şi tensiunile ce se aplică la aceste borne.
Tranzistorului fiind un dispozitiv cu trei borne, în orice schemă electrică el poate fi conectat în trei moduri diferite: conectare cu baza comună (BC) (Fig. 4.2.1.a), conectare cu emitorul comun (EC) (Fig. 4.2.1.b) şi cu colectorul comun (CC) (Fig. 4.2.1.c).
Putem însă folosi ceva total diferit pentru a controla o lampă (pornit/oprit). De exemplu, putem folosi o pereche de celule solare pentru generarea unei tensiuni de 1 V, pentru depăşirea tensiunii directe de 0,7 V (VBE) între bază şi emitor, tensiune necesară pentru apariţia curentului de bază
Putem însă folosi ceva total diferit pentru a controla o lampă (pornit/oprit). De exemplu, putem folosi o pereche de celule solare pentru generarea unei tensiuni de 1 V, pentru depăşirea tensiunii directe de 0,7 V (VBE) între bază şi emitor, tensiune necesară pentru apariţia curentului de bază
Sau putem folosi mai multe termocuple conectate în serie pentru generarea curentului bazei necesar pornirii tranzistorului.
Sau putem folosi mai multe termocuple conectate în serie pentru generarea curentului bazei necesar pornirii tranzistorului.
Putem folosi chiar şi un microfon, care cu o tensiune şi un curent (printr-un amplificator) suficient de mari, ar putea pune tranzistorul în funcţiune. Desigur, ieşirea microfonului va trebui redresată din curent alternativ în curent continuu, pentru ca joncţiunea emitor-bază să fie tot timpul polarizată direct.
Putem folosi chiar şi un microfon, care cu o tensiune şi un curent (printr-un amplificator) suficient de mari, ar putea pune tranzistorul în funcţiune. Desigur, ieşirea microfonului va trebui redresată din curent alternativ în curent continuu, pentru ca joncţiunea emitor-bază să fie tot timpul polarizată direct.
Observaţii
Observaţii
Ceea ce vrem să demonstrăm, este că orice sursă de tensiune în curent continuu, capabilă să pornească tranzistorul, poate fi folosită pentru controlul lămpii, iar puterea acestei surse de tensiune trebuie să fie doar o fracţiune din puterea circuitului controlat. Tranzistorul în acest caz nu se comportă doar ca un întrerupător, ci şi ca un amplificator: folosind un semnal de putere relativ mică pentru controlul unui semnal de putere relativ mare.
Atenţie, puterea necesară aprinderii lămpii este furnizată de bateria din circuitul principal, şi nu de celula solară, termocuplă sau microfon. Acestea din urmă doar controlează puterea bateriei pentru aprinderea lămpii.
Dispozitivele optoelectronice reprezintă elemente care transformă energia radiaţiilor luminoase (sau a altor radiaţii din spectrul invizibil) în energie electrică sau invers. Transformarea energiei radiaţiei electromagnetice în energie electrică şi invers se face în mod direct, fără intermediul altor forme de energie.
Dispozitivele optoelectronice reprezintă elemente care transformă energia radiaţiilor luminoase (sau a altor radiaţii din spectrul invizibil) în energie electrică sau invers. Transformarea energiei radiaţiei electromagnetice în energie electrică şi invers se face în mod direct, fără intermediul altor forme de energie.
Funcţionarea dispozitivelor optoelectronice se bazează pe următoarele fenomene fizice:
- conversia energiei electrice în energie de radiaţie electromagnetică datorită combinării radiative a purtătorilor mobili de sarcina în semiconductoare (pentru LED-uri);
- conversia radiaţiei electromagnetice (absorbita in corpul solid) in energie electrica (pentru fotoelemente, fotodiode, fototranzistoare, fototiristoare, etc.).
Fotoelementul, reprezintă un dispozitiv optoelectronic care nu necesită alimentarea de la o sursă de tensiune exterioară, el generând o anumită tensiune atunci când este iluminat.
Fotoelementul, reprezintă un dispozitiv optoelectronic care nu necesită alimentarea de la o sursă de tensiune exterioară, el generând o anumită tensiune atunci când este iluminat.
Variaţia rezistenţei lor cu temperatura şi inerţia ridicată în funcţionare, constituie inconvenientele acestor dispozitive.
Variaţia rezistenţei lor cu temperatura şi inerţia ridicată în funcţionare, constituie inconvenientele acestor dispozitive.
Principalii parametri ai fotorezistenţei sunt:
- Rezistenţa de întuneric, (R0);
- Sensibilitatea, (S).
Principalii parametrii ai unei fotodiode sunt:
Principalii parametrii ai unei fotodiode sunt:
- Curentul de întuneric, (ID);
- Tensiunea inversă maximă, URM);
- Curentul de iluminare, (IL);
- Sensibilitatea, (S).
În circuite fototranzistorul se montează în conexiune emitor comun, polarizarea făcânduse ca şi la tranzistor, emitorul la potenţialul negativ iar colectorul la potenţialul pozitiv pentru un tranzistor npn.
În circuite fototranzistorul se montează în conexiune emitor comun, polarizarea făcânduse ca şi la tranzistor, emitorul la potenţialul negativ iar colectorul la potenţialul pozitiv pentru un tranzistor npn.
Inerţia în funcţionare a fototranzis-torului este mai mare decât a fotodiodei.
Joncţiunile realizate cu GaAs emit radiaţii electromagnetice în domeniul infraroşu (IR), iar introducerea atomilor de fosfor deplasează maximul de emisie spre regiunea vizibilă a spectrului. Se realizează astfel LED-uri emiţând lumină de culoare roşie, galbenă sau verde, în funcţie de dopant.
Joncţiunile realizate cu GaAs emit radiaţii electromagnetice în domeniul infraroşu (IR), iar introducerea atomilor de fosfor deplasează maximul de emisie spre regiunea vizibilă a spectrului. Se realizează astfel LED-uri emiţând lumină de culoare roşie, galbenă sau verde, în funcţie de dopant.
Parametrii electrici ai diodelor electroluminiscente sunt apropiaţia ca valoare de cei ai diodelor obişnuite:
- curentul direct maxim are valori de ordinul zecilor de miliamperi;
- tensiunea de deschidere a joncţiunii variază de la 1,2V pentru un LED ce emite în IR şi poate ajunge la 3V pentru cele ce emit lumină verde.
- tensiunea inversă poate avea valoarea maximă de câţiva volţi.
Printr-o tehnologie specială se pot realiza diode electroluminiscente a căror lumină emisă are caracteristicile luminii laser – monocromaticitate pronunţată, directivitate, coerenţă. Acest dispozitiv poartă numele de diodă laser.
Optocuplorul, este ansamblul format dintr-un LED şi un receptor luminos (fotodiodă, fototranzistor) montat într-o capsulă comună opacă.
Optocuplorul, este ansamblul format dintr-un LED şi un receptor luminos (fotodiodă, fototranzistor) montat într-o capsulă comună opacă.
Aceste dispozitive au o gamă largă de aplicaţii ele putând înlocuii relee, putând izola partea de forţă de partea de comandă în sistemele automate şi în multe alte aplicaţii. Într-un astfel de dispozitiv se transmit date într-un singur sens, de la intrare la ieşire.
De obicei randamente de transfer relativ ridicate se obţin în domeniul frecvenţelor infraroşii. Optocuploarele pot fi utilizate pentru transfer de semnale atât de curent continuu, cât şi de curent alternativ, frecvenţa limită fiind ordinul zecilor de MHz.
De obicei randamente de transfer relativ ridicate se obţin în domeniul frecvenţelor infraroşii. Optocuploarele pot fi utilizate pentru transfer de semnale atât de curent continuu, cât şi de curent alternativ, frecvenţa limită fiind ordinul zecilor de MHz.
Pe lângă parametrii ce se referă separate la emiţător şi receptor, parametrii specifici optocuplorului sunt:
- Tensiunea de lucru care este diferenţa de potenţial între emitor şi receptor;
- Factorul de transfer în curent care este egal cu raportul dintre variaţia curentului la ieşire şi variaţia curentului la intrare;
- Timpul de răspuns care reprezintă timpul scurs între momentul aplicării semnalului luminos şi cel la care fotocurentul creşte până la 0,1 din valoarea sa maximă.
