Dispozitive și Circuite Electronice

Cap.1. INTRODUCERE

În curs se prezinta dispozitivele si circuitele electronice fundamentale ce intervin în prelucrarea electronica a semnalelor analogice. Termenul de "electronic" este asociat mecanismului electronic de conductie electrica.

Prin componenta electronica se întelege realizarea fizica a unui element electric individual, într-un corp fizic independent, care nu poate fi redus mai departe sau divizat, fara a distruge posibilitatea de a îndeplini functia pentru care a fost realizat. Componentele electronice se împart în doua categorii: pasive si active. Componentele pasive sunt elemente disipative (consuma putere activa si o transforma în caldura) si nu pot controla fluxul de energie dintr-un circuit electric. Ex.: rezistoare, condensatoare, bobine de inductanta, transformatoare etc. Circuitele formate numai din componente pasive nu pot efectua cea mai importanta functie electronica: amplificarea. Aceasta poate fi realizata de componentele active, care sunt elemente care pot comanda sau modula fluxul de energie dintr-un circuit. Ex.: dioda semiconductoare, tranzistoare, tuburi cu vid sau cu gaz, dispozitive optoelectronice etc. Uzual, pentru componentele pasive se foloseste termenul de "componente", iar pentru cele active, termenul de "dispozitive". Dispozitivele electronice se bazeaza pe controlul miscarii purtatorilor de sarcina în corpul solid (de regula în semiconductoare), în gaze sau în vid.

Circuitele electronice sunt acele circuite electrice care folosesc dispozitive electronice. Ele realizeaza diverse functii electronice: amplificarea, redresarea, stabilizarea tensiunii, generarea de oscilatii armonice, modularea, demodularea etc. Circuitele electronice se împart în doua categorii:

1) circuite digitale (numerice, logice): acele circuite care prelucreaza semnale binare, adica semnale care pot avea numai doua valori (0 sau 1);

2) circuite analogice: circuitele la care semnalul de iesire variaza continuu în timp, urmarind dupa o anumita lege variatia semnalului de intrare. Dupa natura functiei de transfer, adica a relatiei dintre marimea de intrare si cea de iesire, circuitele analogice se împart în circuite liniare si neliniare.

Dispozitivele electronice sunt în general neliniare, dar ele pot fi considerate suficient de liniare în domenii de functionare limitate.

Tubul electronic a fost primul dispozitiv folosit în electronica. Înca din anul 1883, Thomas Edison, a studiat si a construit o lampa cu filament de carbon, atragându-i atentia înnegrirea tubului de sticla dupa câteva ore de functionare. Cu intentia de a capta unele din particulele care înnegreau sticla, a introdus în balonul de sticla o placa metalica si a fost surprins sa descopere ca daca facea placa pozitiva în raport cu filamentul, în circuit aparea un curent. Timp de douazeci de ani nimeni nu a stiut ca acest efect termoelectronic numit "efect Edison", era datorat electronilor emisi de filamentul cald si captati de anodul (placa) încarcat pozitiv. Înnegrirea lampii a fost studiata si de Ambrose Fleming, cercetând realizarea unui detector evoluat pentru undele radio ale lui Marconi. În 1904 el si-a patentat "tubul oscilator" cu doi electrozi (dioda) care permitea trecerea curentului într-o singura directie. Lee de Forest a construit în 1907 un tub electronic cu o grila (retea) metalica între catod si anod, numit trioda. Urmeaza tetroda (Schottky, 1919), pentoda (Tellegen, 1928) etc.

În anii ’30 au aparut redresoarele cu diode metal-semiconductor (cu seleniu, cu oxid cupros), apoi cu germaniu (Ge) si cu siliciu (Si). Primul tranzistor bipolar a fost cel cu contacte punctiforme, realizat de Bardeen si Brattain în 1948, dar nu s-a impus din cauza puterii foarte mici. Cel mai important dispozitiv electronic este, la ora actuala, tranzistorul bipolar cu jonctiuni, inventat de Shockley în 1949.

Cu exceptia unor aplicatii specializate (în emitatoarele radio, tuburile catodice), tuburile electronice au fost înlocuite dupa 1960 de dispozitivele semiconductoare discrete si integrate.

Un circuit integrat este o unitate constructiva inseparabila de microelemente interconectate electric, plasate în volumul sau pe suprafata unui substrat comun. D.p.d.v. tehnologic, ele pot fi realizate sub forma monolitica sau sub forma hibrida. Circuitele integrate monolitice se obtin integral pe aceeasi placuta (“cip”) de material semiconductor. Cele hibride contin si unele elemente neintegrabile (condensatoare si inductante mari).

Pentru analiza circuitelor electronice se utilizeaza legile fundamentale ale circuitelor (legea lui Ohm, legile lui Kirchhoff), precum si o serie de teoreme (superpozitiei, Thèvenin, Norton etc.).

Teorema superpozitiei poate fi enuntata în doua forme: una în termenii unei retele de impedante si alta în termenii unei retele de admitante. În orice retea liniara de impedante si generatoare, curentul dintr-o ramura este egal cu suma curentilor ce strabat acea ramura datorita fiecarui generator considerat separat, cu toate celelalte generatoare înlocuite prin impedantele lor interne.

În exemplul din figura 1.1 vom aplica teorema superpozitiei pentru a calcula curentul I din ramura circuitului cu rezistorul având rezistenta de 5*.