Electronică aplicată I

1. Noţiuni introductive

1.1.Semnale electrice

Def: - semnal - orice variabilă în timp purtătoare de informaţie.

Semnalul electric - orice semnal de natură electrică.

- tipuri de semnale electrice : tensiunea electrică şi intensitatea curentului electric

Semnale- pot fi continue sau variabile.

Daca un semnal poate lua toate valorile posibile dintr-un interval finit sau infinit, el se numeste cu valori

continue. Atat semnalele analogice cat si cele discrete pot avea valori continue.

Termenul de semnal variabil îl vom considera ca referindu-se la orice semnal care variază in timp, de exemplu s =

s(t). (Aceasta se aplica la orice tip de semnal: curent alternativ i = i(t), forţa electromotoare alternativa (e.m.f.) e = e(t),

flux magnetic  = (t), si altor mărimi electrice (tensiunea, etc.) si magnetice.)

1.2. Curentul electric

 Curentul electric - mişcarea ordonată a purtătorilor mobili de sarcini electrice pozitive sau negative în raport

cu corpul care-i conţine.

Curentul electric se poate datora mai multor tipuri de purtători de sarcină.

- în gaze purtătorii de sarcină sunt atât electronii cât şi ionii încărcaţi pozitiv, în metale ei sunt electronii de

conducţie, în semiconductori sunt electronii şi golurile, etc.

- mediu fără purtători de sarcină capabili să se deplaseze sub acţiunea unui câmp electric - izolator.

În cazul unui metal, aflat la o temperatură peste 0 K, electronii sunt într-o continuă stare de agitaţie termică.

Prin aplicarea unui câmp electric, peste mişcarea de agitaţie termică se suprapune o mişcare ordonată a electronilor ce

vor fi dirijaţi în sens invers câmpului electric. Un astfel de mediu poartă numele de conductor.

Se numeşte curent electric - mişcarea dirijată a sarcinilor electrice sub influenţa câmpurilor electrice create

de sursele de energie electrică.

- tipuri de surse: acumulatoare, baterii uscate, baterii solare, celule termoelectrice, celule fotoelectrice, etc. Cei

mai utilizaţi sunt generatorii electrici, care transferă energia mecanică în energie electrica.

Starea electrocinetică poate fi pusă în evidenţă prin anumite efecte:

- efectul magnetic - în vecinătatea conductoarelor parcurse de curenţi electrici asupra unui ac magnetic se manifestă forţe

şi cupluri care nu existau în lipsa stării electrocinetice. Aceste forţe şi cupluri acţionează atât asupra corpurilor aflate în mişcare şi

încărcate cu sarcină electrică cât şi asupra unor corpuri aflate în stare de magnetizare;

- efectul mecanic - acesta trebuie corelat cu efectul magnetic deoarece este vorba de forţe ce se exercită asupra

conductoarelor parcurse de curenţi electrici aflate în câmp magnetic sau între conductoarele parcurse de curenţi electrici;

- efectul caloric - conductoarele parcurse de curenţi se încălzesc;

- efectul chimic - la trecerea curenţilor electrici prin soluţii de acizi, baze sau săruri în interiorul lor apar reacţii chimice;

- efectul luminos - apare în anumite condiţii ca o consecinţă a efectului caloric (ex. filamentul unei lămpi cu

incandescenţă) sau alteori apare independent ca în cazul descărcărilor electrice în gaze rarefiate;

Intensitatea curentului electric

- mărime fizică scalară care reprezintă sarcina electrică netă care traversează suprafaţa transversală a unui

conductor, în unitatea de timp:

Dacă curentul nu este constant în timp, atunci vom considera limita raportului:

În SI, intensitatea este considerată ca o mărime fizică fundamentală, unitatea sa de măsură fiind amperul (A).

Se admite prin convenţie că sensul pozitiv al curentului I este opus sensului de deplasare al electronilor.

1.3.Tensiunea electrica

Tensiunea electrică între două puncte ale unui circuit electric - diferența de potențial electric între cele două puncte.

Tensiunea electromotoare (caracterizează sursa) - mărimea fizică scalară egală cu raportul dintre lucrul total

efectuat de câmpul electric pentru a transporta sarcina electrică pe întregul circuit și mărimea sarcinii electrice.

U=

q

L

unde: U- tensiune electromotoare; L - lucrul forței electrice; q - sarcina electrică.

Tensiunea electromotoare (E) - diferenta de potential între bornelele unei surse de tensiune (baterii).

Tensiunea electromotoare a unei surse - suma dintre tensiunea la bornele sursei U și tensiunea internă u.

E = U + u .

Unitatea de măsură pentru t. e. m., în SI este voltul, [V]. Aparatul de măsură – voltmetru.

Se defineşte ca sens convenţional al tensiunii electrice dintre două puncte, sensul orientat de la punctul cu potenţial electric mai

ridicat spre punctul cu potenţial electric mai scăzut ( ambele potenţiale fiind raportate unui punct de referinţă oarecare comun).

Când valoarea numerică a intensităţii curentului este negativă, sensul lui convenţional este opus sensului pozitiv ales.

Cele mai utilizate simboluri utilizate pentru reprezentarea unei surse de tensiune sunt:

Simbol general surse de

tensiune

Sursă de tensiune Continuă

(DC)

Sursă de tensiune alternativă

(AC)

sau

1.4. Conducţia electrică

- fenomenul de transport al sarcinilor electrice sub influenţa câmpurilor electrice.

Rezistivitatea electrică  - proprietatea unui anumit material de a se opune trecerii curentului prin acesta.

- este o constantă de material.

Conductivitatea electric (conductibilitate electrica)- caracterizează capacitatea unui material de a permite

deplasarea electronilor prin acesta.

Unităţile de măsură ale rezistivităţii şi conductivităţii în SI sunt:

[]SI =  m, []SI = S / m

iar în tehnică, datorită în special a caracterului filiform a conductoarelor, adesea se utilizează  mm2/m, sau S m / mm2.

Rezistivitatea materialelor conductoare variază cu temperatura după o lege de forma:

   t t t 2 1 1 t t

2 1 1

     ,

în care: t2, t1 sunt rezistivităţile la temperatura finală t2, respectiv iniţială t1;

t1 reprezintă coeficientul de temperatură, la temperatura t1.

Principalele materiale conductoare au la temperatura de 20 oC, conductivităţile: Cu(20oC) = 56, …, 59 S m / mm2, Al(20oC) =

33,3, …, 35,7 S m / mm2.

Materialele se împart, după valorile rezistivităţii în:

- materiale izolante :   10 10  8 20  m;

- materiale conductoare:       10 10 6 8  m;

- materiale semiconductoare: 10 10 m. 5 8     

Dintre materialele conductoare metalice folosite în tehnică, argintul are rezistivitatea cea mai mică, dar fiind un material preţios

utilizarea lui este limitată.

Materialul de bază folosit pentru conductoare electrice este cuprul, având o rezistivitatea cu puţin mai mare decât a argintului.

- cuprul un metal deficitar este frecvent înlocuit cu aluminiul (cabluri electrice, linii aeriene, colivii ale unor maşini asincrone etc.)