c14-mtce- tehnologia componentelor pasive discretevega.unitbv.ro/~nicolaeg/mtce-...
TRANSCRIPT
Cursul 14TEHNOLOGIA COMPONENTELOR
PASIVE DISCRETE – R, C, L -
MTCE MTCE MTCE
Cuprins1. Memento! –> Materiale , parametri si tipuri2. Materiale conductoare. Rezistoare3. Materiale dielectrice. Condensatoare4. Materiale magnetice. BobineBIB. [1]; [3] Cap. 3
Dr.ing.ec. George NICOLAE
ObiectivevSa aprofundeze cunostintele practice despre
materialele electrotehnice in electronica;vSa cunoasca constructia si particularitatile
functionale ale componentelor R, L, C discrete;vSa explice parametri specifici ai componentelor
pasive discrete;vSa aplice corect relatiile de calcul a parametrilor
componentelor R, L si C discrete;vSa conoasca domeniile si particularitatile de
utilizare in practica a componentelor L, R, Cdiscrete;
Materiale electotehnice pentru electronica
Legile si parametrii de material permit descriereaproprietatilor diferitelor materiale si clasificarea acestora.
Fiecărei proprietăţi de material ii este asociata o mărime fizică (scalară, vectorială, tensorială) numită
- parametru de material -Ø Parametrii de material caracterizeaza comportarea unui
material in anumite conditii. Acesti parametri sunt:q Conductivitatea electrica - σ -> [1 / Ω m]q Rezistivitatea electrica - ρ -> [Ω mm2 /m]q Permitivitatea electrica - ε -> [F/m]q Permeabilitatea magnetica - µ -> [H/m]
1.Memento!
ØLegile de material sunt introduse pe baza de experiment si descriu comportarea materialului sub acţiunea unei solicitări exterioare:
q Legea conducţiei electrice:
q Legea legăturii în câmp electric:
q Legea legăturii în câmp magnetic:
Memento!
Tipuri de materiale folosite in electronica:qMateriale conductoare (Au, Ag, Cu,…., Solutii ..);
σ = (106 – 108) 1/Ωm si permit I = A -> kAqMateriale semiconductoare (Si, P, B, In, Ga, As.. );
σ = (10-5 – 106) 1/Ωm si permit I = μA -> mA qMateriale izolatoare (electroizolante, dielectrice) =
mica, portelanul, materialele plastice, ρ = (108 – 1010)Ωm si permit I = nA àpA.
qMateriale magnetice (Fe+Si, ferita, permaloiul),acestea permit trecerea fluxului magnetic in
functie de parametrul μr - perm. mag. relativa? Unde? La ce se … ?
Memento!
Scara conductivitati σ si a rezistivitatii electrice ρpentru diferite tipuri de materiale
Memento!
2. Materiale conductoare. Rezistoare
Categorii de materiale conductoare: Ø Conductoare de mare conductivitate (Au, Ag, Cu, Al, Fe…) - Rezistivitate electrica mica, efect pelicular neglijabil;
conductivitate termica ridicat; rezisteta si elesticitateamecanica mare, se pot lamina si trefila. Ø Conductoare de mare rezistivitate – se obtin prin
impurificarea controlata a metalelor pure si prezinta:- Rezistivitate electrica mare, temperatura de topire ridicat,
dependenta mica a rezistentei de temperatura, tensiuneelectromotoare fata de Cu cat mai mica.
- Ex.: Manganina (Cu+Mn) si +Ni+Al; ρ=200E-8 ΩmNichelina (Cu+35%Ni); Aliaje de: Cr+Ni; Cr+Ni+Fe
Dr.ing.ec. George NICOLAE
Exemplu:
Exemplu:
Exemplu:
Aplicatie:
Să se determine lungimea l şi diametrul d sârmei din nichelina si din constantan necesare pentru obţinerea unei rezistenţe R=100 Ω cu P=1000 W. (J=5A/mm2).Rezolvarea pentru conductor de constantan ρ=50 E-8 Ωm
Valori nominale - Vn - si tolerante - t% -
Serii de fabricatie(Toleranta)
Valoarea nominală Vn - corespunde cu valoarea tipizată aparametrului de bază (Rn; Cn; Ln).Valorile nominale Vn se succed în serii discrete ce formează seriilede valori nominale ce formeaza o serie geometrica cu ratia r
Rezistoare. Clasificare. Simboluri, Tehnologii
Dr.ing.ec. George NICOLAE
Tipuri constructive de Rezistoare
Simboluri de rezistoare
Clasificarea Rezistoarelora) In funcţie de dependeţa U sau I:Ø rezistoare liniareØ rezistoare neliniare - R depinde de: T, lumina, c.mag.
b) Dupa modul de modificare a valorii rezistenţei (la utilizare):Ørezistoare fixe – au valoarea satbilita in fabrica.Ørezistoare variabile şi semivariabile
c) După modul de realizare al elementului rezistiv:Ø rezistoare peliculare - realizate prin depunerea unei pelicule conductoare (semiconductoare) pe un suport izolant (ceramica, sticla, sintetice);Ørezistoare bobinate, realizate prin înfăşurarea unui conductor metalic pe un suport izolant (ceramica, materialesintetice, …);Ørezistoare de volum, realizate prin formarea elementului rezistiv dintr-o masă rezistivă compactă.
Dr.ing.ec. George NICOLAE
Rezistoare neliniare:a) si b) – Termistoare (PT si NT)c) - Fotorezistoare
Constructia Rezistoarelor fixe- Element rezistiv- Suport izolator- Contacte (cu sau fara pini)
Rezistente peliculare
Pentru pelicula plana: g – grosimea; L – lungimea;w - latimea
Caracteristicile unor materiale pt pelicule rezistive
Partile componente ale unui rezistor pelicular:
Rezistoare bobinate: suport izolator, fir rezistiv, capacele si terminalesau capete suport fixate cu surub (c), pt. P > 40W
Toleranta, Puterea nominala, Tensiunea de zgomot termic
= abaterea maxima de la valoareareala a R
- Puterea nominala Pn, (W) = puterea maxima disipata la temperatura de 70 C.
Puterile normalizate sunt: 0,063; 0,125, 0,25; 0,5; 1, 2, 3, 4, 6, 12, 25, 40, 50, 100 W
- Tensiunea de zgomot termic – este cauzata de miscareahaotica a electronilor cauzata de temperatura.
Δf – banda de freceventa in care eate utilizat; k=1,38E-23 J/K
Imagini cu rezistoare de diferite puteri disipate
Marcarea rezistoarelor:Ø in codul culorilor;Ø in clar
MarcareafolosindCodulculorilor, cu 2 sau 3 cifre (inelecolorate)
3. Materiale dielectrice. Condensatoare
Dielectricii = materiale caracterizate de starea de polarizareelectrica.
Stare de polarizaţie electrică - starea materiei, caracterizată prin moment electric al unităţii de volum (p) diferit de zero.
Polarizaţia electrică poate fi:Ø temporară, dacă depinde de intensitatea locală a câmpului electric Eo în care este situat dielectricul.Ø permanentă, dacă nu depinde de intensitatea locală a câmpului electric Eo .
Dr.ing.ec. George NICOLAE
a) Polarizarea electrică
Fenomenul de polarizare constă în deformarea şi/sau deplasarea microscopică a sistemului de sarcini electrice legate din structura dielectricului sub acţiunea câmpului electric Eo siapritia de momente electrice dipolare –p – si atomice –pa -.
- Moment electric dipolar;
- - Moment electric atomic.
Permitivitatea electrica – caracterizeaza interactiuneadintre dielectric si campul electric, in baza
Legii legaturii in camp electric:
b) Permitivitatea electrica relativa – εr - indica de cate orieste mai mica E in dielectric decat in vid.Curentul electric de conductie – datorat sarcinilorelectrice libere si legate se stabileste atat prin volumulmaterialului cat si la suprafata.Tangenta unghiului de pierdere tg δ caracterizeazadielectricul dpdv al conductiei electrice si al polarizarii.
Rigiditatea dielectrica – corespunde Estr si aceasta ->c) Tensiunea de strapungere – Ustr -
Dr.ing.ec. George NICOLAE
Strapungerea dielectricului poate fi : -Termica - cauzata de caldur > determinatea de I; -Electrica (intrinseca) – creste nr. de electroni liberi;-Prin descarcari partiale – cauzata de cavitatile cu gaze;
MEMENTO! Unghiul de pterderi:
Parametri electrici ai unor materiale dielectrice
Condensatoare. Tipuri. Simboluri. Caracterristici
Condensatoare fixe. Tipuri constructive,
Pentru mai multe informatii, a se vedea Bibliografia [1]
Caracteristici ale condensatoarelora) Capacitatea electrica – C –[F]; si: mF, uF, nF, pF,
- pentru condensatorul plan:
Dr.ing.ec. George NICOLAE
Energia acumulata in dielectric:
Parametrii condensatoarelor:a) Capacitatea nominala Cn –[F]b) Tensiunea nominala Un – [V]
Ex.: 6, 12, 16, 25, 63, 70, 125, 250, 350, 450, 500, 650, 1000 V
a) Tangenta unghiului de pierdere tgδb) Factorul de calitatae Q –[20-200]
Q = 1/ tgδ
In care: I = dQ/dt = d(CU)/dt = CdU/dt
Dr.ing.ec. George NICOLAE
Memento!
Tehnologia condensatoarelora) Peliculare – dielectricul poate sa fie acoperit cu
pelicula metalica;- foliile conductoaresunt separate cu dielectric.
b) Stratificate –
- armaturi din folii de Al - (5-15)um- dielectricul: hartie, mat plastice
care au caracteristici superioare, nu au goluri, sunt mai subtiri.
c) Condensatoare ceramice
Dielectricii ceramici: titanaţii de calciu, magneziu, bariusau stronţiu (εr =5…200); titanaţii şi zirconaţii de bariusau stronţiu ((εr >500); materiale feroelectrice (titanatulde bariu ) =(εr >10E4 la 10E5).
c) Condensatoare electrolitice – contin electrolit si un metal formand oxizi metalici cu rol de dielectric (Al2O3, Ta2O5, Mb2O5, TiO2);
- Metalul este una din armaturi (-) si electrolitul = (+);- Valori: C = (1 -10.000) uF; t = (-20% - +100%)
ConstructiaCE cu Al
Condensatorul electrolitic cu Tantal- Anodul (-) = pulbere de tantal care se oxideaza;- Electrolitul (+) = o pelicula semiconductoare de MnO2
Avantaje fata de CE cu Al:• gama frecvenţelor de lucru este mai largă;• temperatura minimă de funcţionare este mai coborâtă;• fiabilitatea este mai ridicată;• timpul de stocare este mai mare;• curentul de fugă este extrem de mic.
Domeniul de frecventa al Condensatoarelorin functie de natura dielectricului
Memento!
4. Materiale magnetice. Bobine
Materiale magnetice – materiale caracterizate prin stareade magnetizare - M-
Stare de magnetizare -M - starea materiei caracterizată prin moment magnetic al unităţii de volum (m) diferit de zero.
M = Δm/ΔV
Permeabilitatea magnetica (absoluta –μ- si relativa – μr )–caracterizeaza starea de magnetizare potrivit Legiilegăturii în câmp magnetic:
μr–indica intensificarea campul magnetic in interiorul mat. magnetice
Clasificarea materialelor magnetice
ØMaterialele magnetice cu magnetizaţie temporară(materialelor cu ordonare magnetică):
- diamagnetice μr < 1 ; Ex.: Au, Ag, Cu, Sb, Pb, Bi ..- paramagnetice μr > 1 ; Ex.: Al, Alama, Mg, Cr, ..
ØMaterialele magnetice cu magnetizaţie permanentă(materialelor cu ordonare magnetică):
- feromagnetice: μr > 1 ; Ex.: Fe, Ni, Co, Fe+Si, - ferimagnetice: μr >> 1 ; Ex.: Ferite, permaloi, …
EX. de ordinul: sutelor / feromagneticeDe ordinul: (mii - sute de mii) / ferimagnetice
Dr.ing.ec. George NICOLAE
Scara permeabilitatii magnetice a materialelor
Dependenta B=f(H)-pt diferite categoriide materiale magnetice
Ciclul histerezis la materialele magneticecu magnetizare permanentaMemento!
Mat. magnetice:-Dure (Br mare): otel-Moi (Br mic): Fe, Ferite
Tehnici de obtinere a Feritelor:- Au la baza reactia in faza solida si se desfasoara in 2 etape:
1. Calcinarea – asigura formarea partiala a feritei prin incalzireala 1000 C a unor amestecuri de oxizi de Fe, Zn, Mn, … -cristale de ordinul μm
2. Sinterizarea – este macinata pulberea obtinuta la calcinare, amestecata cu lianti organici, presata la T>1200 C
Se obtin miezuri magneticepentru Bobine, Transformatoare,Capete magnetice, …
Caracteristici ale feritelor MnZn si NiZn
Utilizari ale materialelor magnetice
A) Domeniul ingineriei electrice:1. transformatoare, statoare şi rotoare pentru motoare şi
generatoare2. ecrane magnetice;3. linii de întârziere (acoustic delay lines);4. traductoare;5. filtre.
B) Domeniul Electronic:1. Componente pentru surse în comutaţie;2. Bobine şi filtre de AF şi RF;3. Traductoare magneto-elastice;4. Capete magnetice pentru înregistrare;6. Electromagneţi pentru relee;7. Dispozitive magneto – acustice (microfoane, difuzoare);8. Memorii magnetice.
Dr.ing.ec. George NICOLAE
Bobine. Tipuri. Simboluri. Parametri-definire –constructie-simboluri/tip:
Bobine de semnal L< 1mH
Parametri principali ai Bobinelora) Inductanta sau Inductivitatea – L – [H] ; [mH; uH]
- Reluctanta magnetica Rm - [Ω]
b) Factorul de calitate QL cu valori --> la 300
Memento!
c) Unghiul de pierdere δL ; δL = 1/QL = R/ωL
Dr.ing.ec. George NICOLAE
Tipuri constructive de Bobinaje:
Tipuri de Bobinaje: Vezi si alte tipuri in bibliografie
tip OALABobine cu miez de feritatip OALA
Vezi - Calculul Inductantei bobinelorcu miez cilindric si cu miez toroidal
Calculul inductantei pentru - Bobina Solenoid -a) bobina fara miez -
b) bobina cu miez – Se si μe sunt valoriechivalente dupa caracteristicile miezului.
Bobine pe cablaj imprimat- sunt realizate pe cablaj imprimat (la fv > 30 MHz - AFI);
Dr.ing.ec. George NICOLAE
EX.: Calculul inductantei bobinei spirala
Dr.ing.ec. George NICOLAE
Schema echivalenta a bobinei. Comportarea cu frecventa
Schema echivalenta a bobinei ecranate
Efectele capacitatilor parazite:- Reduce valoarea reactantei inductive aparente la borne;- la frecvente inalte apare rezonanta circuitului “L – C” pe fv:
Ce – capacitatea echivalenta
- La frecvente > foL bobina se comporta ca o capacitate.
- folosita in constructia liniilor de intarziere -
[1] Oltean I.D, George Nicolae, Componente pasivede circuit. Reprografia Universitatii Transilvania din Brasov, 1999
[2] Oltean I.D., Tehnologie electronica. Tehnologiadispozitivelor semiconductoare şi a circuitelorintegrate, Editura MATRIX ROM, Bucureşti, 2004
[3] Oltean I.D, Materiale si tehnologii pentrucomponente si subansamble electronice. Note decurs si aplicatii. Editura Universitatii Transilvaniadin Brasov. 2014.ISBN 978-606-19-0387-0
Bibliografie
Dr.ing.ec. George NICOLAE
64
Intrebari ......
Completari .........
De la participanti
Urmeaza:
VERIFICAREA FINALA
Dr.ing.ec. George NICOLAE