02. notiuni introductive (curs 2)

Upload: adriana-stoica

Post on 15-Oct-2015

59 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    1/47

    1

    Componente i circuitepasive - CCP

    Cursul 2

    Noiuni introductive

    https://sites.google.com/site/classpecc/home

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    2/47

    2

    Cuprins

    Mrimi electrice Surse ideale i surse reale

    Semnale electrice

    Topologia circuitelor electrice

    Transmitane Legea lui Ohm

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    3/47

    3

    Mrimi electrice

    Tensiunea electric reprezint diferena de potenial

    electric dintre dou puncte. Se msoar n voli [V].Notaii: u sau v. Tensiunea apare ntre bornelecomponentelor.

    Curentul electric reprezint o deplasare ordonat asarcinilor electrice. Se msoar n amperi [A]. Un curentde 1 A reprezint transferul unei sarcini de un coulombprin seciunea conductorului pe durata unei secunde. Senoteaz cu i. Curentul curge, trece, prin bornelecomponentelor.

    Curentul electric apare numai prin materialele care auproprieti conductoare.

    ntr-un circuit apare curent numai dac exist o caleconductoare nchis (bucl).

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    4/47

    4

    Mrimi electrice

    Produsul dintre tensiune i curent reprezint

    putere (electric). Se msoar n wai [W]. Puterea furnizat sau consumat de un circuit n

    unitatea de timp reprezint energie electric. Semsoar n jouli [J]. n msurarea energiei

    furnizate de reeaua electric se foloseteunitatea [kWh].

    Pentru informaii suplimentare consultai:http://scienceworld.wolfram.com/http://www.megaconverter.com/Mega2/

    http://scienceworld.wolfram.com/http://www.megaconverter.com/Mega2/http://www.megaconverter.com/Mega2/http://scienceworld.wolfram.com/
  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    5/47

    Msurarea mrimilor electrice

    5

    Circuit

    electronic 1

    Circuit

    electronic 2V

    A

    B

    V AB

    Circuit

    electronic 1

    Circuit

    electronic 2

    A

    I

    Folosirea unui voltmetru pentru msurarea

    tensiunii ntre punctele AB

    Folosirea unui ampermetru pentru

    msurarea curentului ce parcurge traseul

    dintre cele doua circuite

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    6/47

    6

    Sensurile convenionale pentru tensiune icurent

    Sensul convenional al tensiunii electricedintre dou puncte este sensul orientat de lapunctul de potenial mai ridicat spre punctul depotenial mai sczut.

    Sensul convenional al curentului electric estesensul micrii ordonate a unor purttori mobilide sarcin electric pozitiv care ar produceacelai efect ca micarea purttorilor mobili care

    formeaz de fapt curentul electric considerat.

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    7/47

    7

    Sensuri pozitive arbitrare pentru tensiune

    i curent

    nainte de analiza unui circuit nucunoatem sensurile convenionaleale tensiunilor i curenilor.

    De aceea, naintea scrierii relaiilor

    ce descriu funcionarea lui, sefixeaz pentru fiecare element decircuit un sens pozitiv arbitar alespentru curent i un sens pozitivarbitrar ales pentru tensiunile dintre

    dou puncte. Aceste sensuri se figureaz prin

    sgei distincte ca n figura alturat.

    element de circuitA B

    vAB

    element de circuitA B

    i

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    8/47

    8

    Asocierea sensurilor pozitive arbitrare

    Convenia circuitelorreceptoare sauconsumatoare

    Convenia circuitelorgeneratoare

    element de circuitA B

    vAB

    i

    element de circuitA B

    vAB

    i

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    9/47

    9

    Circuit generator i circuit receptor

    Dac asocierea care se face corespunde funcionrii reale a

    elementului de circuit atunci puterea calculat la borneleelementului este pozitiv ceea ce nseamn c circuitulgenerator cedeaz sau debiteaz putere electric, iarcircuitul receptor absoarbe sau consum putere. (De

    exemplu, este evident c n cazul unei rezistene aceastputere poate fi numai consumat).

    )()()( titvtp

    T

    med dttitv

    TP )()(1

    Puterea instantanee

    Puterea medie

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    10/47

    10

    Surse ideale

    Aplicarea mrimilor electrice n circuite poate fisimbolizat prin introducerea unor elemente decircuit numite surse de tensiune sau surse decurent.

    Sursa ideal de tensiune este un element de circuitcare are tensiunea de la borne independent decurentul prin borne.

    Sursa ideal de curenteste un element de circuit care

    este strbtut de un curent independent de tensiuneape care o are la borne.

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    11/47

    11

    Simbolurile standardizate pentru sursele

    ideale

    Uneori alturi de simbolul sursei mai apare un simbolcare arat natura (forma) semnalului generat.

    Simboluri pentru forma

    semnalului generat

    I2

    V1

    I1

    V2

    V

    Simbolul standardizat pentru

    sursa ideal de tensiune

    I

    Simbolul standardizat pentru

    sursa ideal de curent

    Alte simboluristandardizate

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    12/47

    12

    Observaie important!

    Urmtoarele interconectri sunt interzisenschemele electrice:Surse ideale de tensiune n paralel

    Surse ideale de curent n serie

    Surse ideale de tensiune cu bornele n scurtcircuit

    Surse ideale de curent cu bornele n gol

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    13/47

    13

    Modelul surselor reale

    Surse ideale de tensiune sau curent nu exist n practic. Ele

    sunt utilizate pentru a descrie comportarea surselor reale can figurile alturate. Bornele AB reprezint bornele de ieiredin cele dou tipuri de surse reale, iar RO modeleazrezistena intern sau de ieire a surselor.

    V

    Modelul suresei de

    tensiune reale

    I

    Modelul sursei de

    curent reale

    A A

    BB

    RO

    RO

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    14/47

    14

    Cine produce tensiune electric?

    O baterie

    O central electric

    Sursele de laborator

    Celulelenervoase

    1.5 V

    9 V

    13,500 V

    Civa voli

    Celulele solare

    Civa millivolicnd este

    activat sinapsa

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    15/47

    15

    Sursa de tensiune tipic din laborator

    Important: O tensiune se msoar ntre dou puncte

    Poate furniza tensiunipna la 10 V

    Borna roie (+) iborna neagr (-)sunt echivalente cubornele unei baterii.

    Tensiunea este reglabildin acest buton

    Terminalul alb esteconectat la pmntareavnd rol de protece

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    16/47

    16

    Msurarea tensiunilor

    Tensiunile se pot msura cu un multimetru

    I COM V

    volts Se conecteaz borna Vla borna roie a sursei

    Se conecteaz borna COM(comun) la borna neagr a sursei

    Se citete tensiunea

    Se seteaz multimetrupentru msurarea tensiunilor

    +2.62

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    17/47

    17

    Exerciiu

    Modificm sursa sfurnizeze 3.2 V.

    Ce va arta multimetrul

    n urmtoarea situaie?

    I COM V

    3.2 V

    Rspuns: 3.2 V

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    18/47

    18

    Semnale electrice

    Noiunea de semnal este ataat unei mrimifizice variabile, susceptibil de a purtainformaie.

    Dac mrimea fizic variabil nu este suportul

    unei informaii, ea se numete zgomot. n circuitele electrice se ntlnesc dou tipuri de

    semnale electrice: Tensiunea electric (prescurtat tesiune)

    Curentul electric(prescurtat curent)

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    19/47

    19

    Notaii pentru semnale electrice

    Orice semnal electric se noteaz printr-un simbolliterali unul sau mai muli indici.

    Att simbolul ct i indicii au dubl semnificaie:

    Prin numele literei Prin caracterul acesteia (majuscul sau minuscul)

    vo .... ? Vo .... ?

    vO .... ? VO ... ?

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    20/47

    20

    Semnificaia numelui literei

    Numelei literei folosite ca simbol arat naturafizic a semnalului: isau Ipentru cureni i vsauVpentru tensiuni.

    Numele literei folosite ca indice precizeaz

    condiiile de msurare sau de definire asemnalelor: locul din circuit, starea circuitului,felul valorii (valoare medie, maxim, etc.).Exemple: indicii i sau I nseamn intrare (de la

    input), iar o sau O nseamn ieire (de la output).

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    21/47

    21

    Semnificaia caracterului literelor utilizateca simbol

    Simbolul imprimat cu caracter majusculdesemneaz o valoare constant (tensiunecontinu sau curent continuu) sau arat o valoarecaracteristic a semnalului variabil (valoaremaxim, medie, eficace etc.)

    Simbolul imprimat cu caracter minuscul aratvaloarea instantanee a unei mrimi variabile n

    timp.

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    22/47

    22

    Semnificaia caracterului literelor utilizateca indice

    Majuscula utilizat ca indice arat o valoaretotal (constant sau variabil).

    Indicele minuscul arat o valoare acomponentei variabile a semnalului (valoareconstant sau variabil).

    n cazul textelor editate, inclusiv scrierea cu caractere roman,italic sau bold are semnificaii standardizate. Pentru a

    identifica aceste semnificaii vizitai:http://physics.nist.gov/cuu/Units/

    http://physics.nist.gov/cuu/Units/http://physics.nist.gov/cuu/Units/
  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    23/47

    23

    Exemplificri pentru notaii

    vO valoarea instantanee total; combinaia simbolminuscul i indice majuscul este notaia generic pentruorice tip de semnal.

    VO valoarea constant total numit i valoare static

    sau medie; este valoarea tensiunii n regim static (regim decurent continuu).

    vo valoarea instantanee a componentei variabile atensiunii de ieire; ea este egal prin definiie cu diferenadintre valoarea instantanee total i valoarea static.

    Vo valoarea eficace a componentei variabile a tensiuniide ieire.

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    24/47

    24

    Valoare medie, instantanee i efectiv

    Ov

    dttvT

    V

    T

    )(1

    OO

    Valoarea ei medie peintervalul de timp T

    Notaia pentru o tensiunede ieire oarecare

    OOo Vvv

    Valoarea instantanee acomponentei variabile

    T

    dttvT

    V )(1 2oo Valoarea eficace (efectiv) acomponentei variabile

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    25/47

    25

    Ilustrarea notaiilor pentru semnale

    ]V[2000sin5,1

    ]V[

    2000sin1

    2

    sin

    2sinsin

    ]V[5,1

    OoO

    o

    O

    tVvv

    ttTAftAtAv

    V

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    26/47

    26

    Forme tipice de semnale ntlnite n

    sistemele electronice

    ZpTpkTpTtA

    kTpTpTtBtv

    ])1(;[;

    ];[;)(

    t

    v

    0

    A

    B

    TkT

    AkkBVmed

    )1(

    Semnal

    dreptunghiular

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    27/47

    27

    Alte forme de semnal

    Semnal trapezoidal

    Semnal triunghiular

    Semnal dinte defierstru

    t

    v

    0

    A

    B

    t0

    v

    A

    B

    t0

    v

    A

    B

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    28/47

    28

    Topologia circuitelor electrice Interconectarea unui set de componente elctrice/electronice se numete

    reea sau schem electric/electronic.

    Prin nlocuirea componentelor din schema electronic cu elemente de circuit(ce descriu proprietile electrice ale componentelor) se obine circuitulelectric/electronic echivalent.

    Fiecare tip de element de circuit se individualizeaz prin funcia pe care orealizeaz ntre tensiunea la bornele sale i curentul prin borne.

    Baterie

    Lamp

    comutator

    R R

    L

    BAT L

    LvBAT

    Schem electric Circuit electric echivalent

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    29/47

    29

    Topologia circuitelor electricen implementarea practic a schemelor electrice

    componentele se interconecteaz prin intermediul

    unor fire, trasee, conductoare, etc.Elementele de circuit din schemele echivalente se

    interconecteaz prin intermediul unor noduri.Nodurile pot fi simple (cnd interconecteaz numaidou elemente de circuit) sau multiple (cnd

    interconecteaz trei sau mai multe elemente decircuit)Calea strbtut de curent ntre dou noduri se

    numete ramur de circuit.Dac fiecare component din circuit este modelat

    printr-un singur element de circuit, atunci graficschema electic i circuitul echivalent pot fi identice.

    C d h l t i i it

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    30/47

    30

    Componente

    interconectate prin fire

    Corespondena schem electric circuitechivalent

    ramur

    noduri

    Elemente de circuit

    Nod multiplu

    Nod multiplu

    Nod simplu

    C i i i ?

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    31/47

    31

    Ce este masa unui circuit?

    Masa unui circuit reprezint unnod de referin comun, fa decare se msoar tensiunile dindiferitele noduri ale schemei.

    Teoretic alegerea punctului demas este o problem relativcare nu influeneaz n nici unfel funcionarea circuitului.

    R1

    R2VI

    Practic nu este indiferent unde se alege masa circuitului.De obicei, masa se alege n nodul cu cele mai multe laturiconvergente.

    M i i i

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    32/47

    32

    Masa unui circuit

    ntr-o schem electric pot fi definite mai multe tipuri depuncte de mas: mas de for, mas analogic, masdigital, etc.

    Diferitele puncte de mas pot fi separate galvanic sau nu.

    Simboluri pentru nodul de mas ?

    C t t i hi t?

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    33/47

    33

    Ce este pmntarea unui echipament?

    Conectarea aparatelor sau aechipamentelor la pmntservete pentru proteciapersoanelor, animalelor i abunurilor materiale care vin n

    contact cu acestea.n principiu conductorul de

    pmntare este parcurs decurent numai n caz de defect.

    n principiu legtura depmntare nu afecteazfuncionarea circuitului.

    R1

    R2VI

    C n i ni ri i p r l l

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    34/47

    34

    Conexiuni serie i paralel

    Dou sau mai multe elemente de circuit (sau

    componente) sunt conectate n serie dac suntparcurse de acelai curent. Dou sau mai multe elemente de circuit (sau

    componente) sunt conectate n paralel dac au

    aceeiai tensiune la borne.i1

    i2 i3

    v1

    vs

    v2es

    e1

    e2 e3

    Uniport diport m ltiport

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    35/47

    35

    Uniport, diport, multiport

    Borna punctul de

    acces ntr-un circuit; Poarta o perche de

    borne la care curentulcare intr ntr-o borneste egal cu curentul

    care iese din cealalt; Uniport un circuit

    cruia i s-a pus neviden o singurpoart;

    Diport, triport, multiport-....

    Circuit electronic

    born

    Poart deintrare

    Poart deieire

    Poart de test

    Poart de alimentare

    iI

    iI

    iO

    iO

    v I vO

    Situaii de funcionare limit pentru o

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    36/47

    36

    Situaii de funcionare limit pentru opoart

    Funcionarea n gol curentul prin borne estenul;

    Funcionarea n scurtcircuit tensiunea la borneeste nul;

    Cele dou situaii sunt duale: la funcionarea ngol tensiunea ntre borne este maxim, respectivla funcionarea n scurtcircuit curentul prin borne

    este maxim.

    Transmitane

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    37/47

    37

    Transmitane

    Transmitana raportul a dou semnale electrice:

    Adimensional semnalele sunt de acelai fel;Dimensional (imitan) un semnal este tensiune iar

    cellalt curent: Impedan tensiune/curent (se noteaz cu Z i se

    msoar n ohmi - )Admitan curent/tensiune (se noteaz cu Y i se

    msoar n simensi S)

    Imitanele definite n curent continuu se numesc: impedana rezisten - Radmitana conductan - G

    Transmitane de transfer

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    38/47

    38

    Transmitane de transfer

    Sunt transmitane definite ntre semnale de la pori

    diferite. Dac cele dou pori sunt cea de intrare i cea de ieire,

    atunci avem:Transmitan direct semnal de ieire/semnal de intrare

    Transmitan invers semnal de intrare/semnal de ieire Important: n general transmitana invers nu reprezint

    funcia matematic invers a unei transmitane directe.

    Legea lui Ohm

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    39/47

    39

    Legea lui Ohm

    Tensiunea electric labornele unei rezisteneeste egal cu produsuldintre valoarea rezisteneii valoarea curentului ce o

    strbate.

    RiRv

    AB

    R

    A B

    iR

    v

    AB

    Legea lui Ohm forme echivalente

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    40/47

    40

    Legea lui Ohmforme echivalente

    Din punct de vederematematic legea lui Ohmpoate fi rescris sub ncdou forme:

    R

    RR

    i

    vR

    R

    viiRv

    ABAB

    AB

    R

    A B

    iR

    v

    AB

    Conectarea serie a rezistenelor

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    41/47

    41

    Conectarea serie a rezistenelor

    Prin conectarea n serie a dou rezistene seobine o rezisten echivalent egal cu sumacelor dou rezistene:

    R1 R2 Rec h A AB B

    2;1

    21

    RRRR

    RRR

    echech

    ech

    Divizorul de tensiune

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    42/47

    42

    Divizorul de tensiune

    Prin conectarea n serie a dou rezistene ntre bornele

    AB se obine pe fiecare rezisten o divizare a tensiuniide la bornele AB:

    R1 R2 A B

    VAB

    VR1

    VR2

    ;21

    2

    ;21

    1ABR2ABR1 V

    RR

    R

    VVRR

    R

    V

    Conectarea paralel a rezistenelor

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    43/47

    43

    Conectarea paralel a rezistenelor

    Prin conectarea n paralel a dou conductane se

    obine o conductan echivalent egal cu sumacelor dou conductane. Sau pentru rezistene:

    2;121

    2121

    RRRR

    RR

    RRRRR

    echech

    ech

    RechA B

    R1

    R2

    A B

    Divizorul de curent

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    44/47

    44

    Divizorul de curent

    Prin conectarea n paralele a dou rezistene ntrebornele AB se obine prin fiecare rezisten o divizare acurentului ce circul ntre bornele AB:

    ;21

    1;21

    221 ABRABR

    IRR

    RIIRR

    RI

    R1

    R2

    A B

    IAB

    IR1

    IR2

    Rezistena echivalent vzut la o

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    45/47

    Rezistena echivalent vzut la opoart a circuitului analizat

    45

    CIRCUIT PASIVIZAT

    A

    B

    VTEST

    ITEST

    RECH

    TEST

    TEST

    ECH I

    VR

    Exemplu

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    46/47

    Exemplu

    46

    V I

    R2

    R3

    R1

    A

    B

    C

    1 K2 K

    3 K

    KK

    KKKKKRRRR

    ECHAB 33,1

    6

    242||)31(2||)31(

    KK

    KKKKKRRRRECHBC 5,1

    6

    333| |)21(3| |)21(

    KKKKKKKRRRR

    ECHAC 83,0

    6151| |)32(1| |)32(

    Sarcini individuale

  • 7/13/2019 02. Notiuni Introductive (Curs 2)

    47/47

    47

    Sarcini individuale Deducei descrierea

    matematic pentru

    semnalele prezentate nslide-ul 26.

    Calculai pentru fiecaresemnal valoarea mediepe o perioad.

    Identificai pentrucircuitele alturateelementele saucomponeneteleconectate n serie i

    cele conectate n paralel

    e2

    e1

    e3

    e4

    e6

    e7e5 R1

    R2

    R3C2C1V1

    R1

    C2

    C1V1

    R3

    R1 R3C2C1V1

    R2

    R2 C3

    e1 e6e4e2 e5e3 e1 e6

    e4

    e2 e5

    e3

    C2C1

    V1

    R1 R2

    C3 C5

    V1

    R3 R4

    R1 R2

    C1

    C2

    C3

    C4