Elemente de circuit

Elementele de circuit sunt dispozitivele folosite pentru realizarea circuitelor electrice. Ele sunt de doua tipuri: pasive (rezistoare, condensatoare, bobine) si active (diode, tranzistoare, circuite integrate, surse de tensiune). Elementele active, spre deosebire de cele pasive, pot comanda fluxul de energie electrica intr-un circuit. In functie de forma semnalului de alimentare a unui circuit electric (curent continuu sau curent alternativ), toate elementele componente se aleg astfel incat sa corespunda parametrilor circuitului.

Elemente pasive de circuit

Rezistoarele (rezistentele) sunt componente de circuit care limiteaza valoarea curentului la trecerea sa prin rezistorul respectiv, conform legii lui Ohm (R = U/1 . Unitatea de masura pentru rezistenta (marimea fizica ce caracterizeaza rezistoarele) este ohmul (Ω).

Cele mai folosite unitati de masura pentru rezistente sunt: 1K Ω (kiloohm) 10³ Ω; 1M Ω (Megaohm)     Ω; 1G Ω (Gigaohm)

Marcarea rezistoarelor cu puteri mai mari de 0,5 W se face cu litere si cifre (literele R,K,M,G reprezinta coeficientii de multiplicare a unitatii de masura). Litera se afla pe pozitia virgulei valorii rezistentei, de exemplu 2K7 = 2,7K = 2700 Ω; 332K = 332K = 332 000 Ω.

Pentru rezistoare cu puteri sub 0,5 W, marcarea se face cu ajutorul codului culorilor. Codul culorilor cuprinde patru benzi colorate, primele trei reprezentand valoarea rezistentei, iar a patra toleranta. Toleranta reprezinta abaterea acceptata fata de valoarea rezistentei. Prima banda se traseaza mai aproape de unul dintre capetele rezistorului, iar citirea se face incepand cu acest capat. Exemplu de marcare a rezistoarelor: banda 1 - maro; 2 - rosu; 3 - portocaliu = 12 x 10³ Ω = 12 kΩ.

Principalele tipuri de rezistoare sunt:

a. Rezistoare pentru curenti slabi (< 1 A)

Bobinate    

Materiale folosite

materiale conductoare cu rezistenta specifica mare (aliaje fier-crom-nichel);

suport izolator pe care se bobineaza conductorul (sticla, ceramica);

acoperire de protectie (lacuri, glazuri de portelan sau de ciment).

Utilizari:

in constructia potentiometrelor folosite in circuitele electronice din echipamente radio-tv;

In construirea reostatelor de pornire pentru actionarea masinilor electrice.

Chimice - peliculare

strat de carbon sau metal;

suport izolant ceramic;

acoperire de protectie.

de volum

fire din pasta de grafit (sau negru de fum); argila (sau caolin) si rasini sintetice;

acoperire de protectie.

Utilizari:

la circuite electronice de puteri mici (radio-tv, telecomunicatii, automatizari);

la fabricarea aparaturii electronice, de automatizare, a aparaturii electronice de uz casnic (masini de spalat cu program, combine frigorifice etc.).

b.      Rezistoare pentru curenti tari (> 1 A)

Materiale folosite:

fonta, tabla stantata, banda metalica;

sarma cu sectiune circulara sau dreptunghiulara;

suport izolant.

in construirea rezistoarelor de mare putere folosite in energetica, electrotehnica;

in constructia aparatelor electrice pentru incalzit de uz casnic (radiatoare etc.).

2. Condensatoarele sunt dispozitive formate din doua conductoare (armaturi) separate printr-un mediu izolant (dielectric). Functionarea se bazeaza pe inmagazinarea unei cantitati de electricitate pe armaturi.

Unitatea de masura pentru capacitate este Faradul (F), dar acesta fiind foarte mare, sunt folositi submultipli ai acestuia:

1 pF = 10^-12 F    (picofarazi)

1 pF = 10^-9 F    (nanofarazi)

1 pF = 10^-6 F    (microfarazi)

Marcarea condensatoarelor se face ca si la rezistoare, cu litere si cu cifre pentru capacitati si toleranta (literele corespund submultiplilor faradului).

Exemple de marcari cu litere si cifre: p15 = 0,15pF; 33p2 = 33,2 pF; 1n0 = 1nF; 3n 32 =3,32 nF; 33μ2 = 33,2 μF.

Marcarea in codul culorilor se face cu trei benzi: primele doua benzi sunt pentru primele doua cifre semnificative, iar a treia banda pentru ordinul de multiplicare exprimat in pF

Principalele tipuri de condensatoare sunt:

a.      Condensatoare pentru curenti slabi (< 1 A)

Materiale folosite:

dielectric ceramic metalizat in vid;

dielectric material plastic (stiroflex) si armaturi din folie metalica;

dielectric aer si placi de aluminiu (condensatoare variabile);

dielectric solid (mica, hartie);

dielectric electrolit (lichid sau solid);

material de protectie.

Utilizari

in radio si televiziune pentru circuite de acord si filtrare;

in telefonie, telegrafie, automatizari (traductoare capacitive), in tehnica fotografiei;

condensatoarele electrolitice se folosesc la realizarea schemelor de filtrare a semnalului alternativ redresat.

b.      Condensatoare pentru curenti tari ( > 1 A)

Materiale folosite:

dielectric hartie impregnata cu uleiuri, film si plastic alternand cu hartie.

Utilizari

in energetica, la realizarea schemelor de pornire a motoarelor electrice de putere;

pentru protectie la supratensiuni in liniile de medie si inalta tensiune.

2. Bobinele sunt elemente de circuit formate dintr-un conductor electric infasurat astfel incat sa formeze una sau mai multe spire cu scopul de a crea un camp magnetic.

O bobina este formata din infasurarea dispusa sau nu pe o carcasa din material izolant, straturi de izolator (daca este nevoie), miez feromagnetic (care poate sa lipseasca) si un invelis de protectie a spirelor din material izolant.

Principalii parametri ai bobinei sunt:

tensiunea nominala (Un) exprimata in volti (V) reprezinta tensiunea maxima pentru care se dimensioneaza izolatia bobinei;

rezistenta (R) se evidentiaza in curent continuu;

inductanta proprie (L) caracterizeaza functionarea bobinei in curent alternativ si e definita ca raportul dintre fluxul F prin bobina si curentul I prin spirele bobinei (L = F/I).

Unitatea de masura a inductantei bobinei este Henry (H), dar, fiind o unitate de masura foarte mare, se lucreaza cu submultiplii sai: 1 mH = 10^-3 H (miliHenri); 1 mH = 10^-6H (microHenry).

Bobina este un element important care intra in componenta transformatorului.

Transformatorul este un element pasiv de circuit, care transforma parametrii curentului electric (tensiune sau curent) in sensul cresterii sau scaderii lor. Transformatorul este format din doua parti principale: miezul de fier si infasurarile (bobinajul). Miezul de fier este realizat din mai multe bucati de tabla (numite tole), care se imbina formand un contur inchis. Rolul miezului magnetic este acela de a inchide campul magnetic al transformatorului. Orice transformator are cel putin doua bobine: una primara si una secundara. Bobina (infasurarea) primara se conecteaza la sursa de alimentare, iar cea secundara se leaga la consumator (circuitul care urmeaza dupa transformator). Bobinele sunt realizate pe un suport izolant (carcasa) cu sarma izolanta.

Principalele tipuri de bobine sunt:

a.      Concentrate

Materiale folosite:

conductor de cupru cu sectiune circulara sau dreptunghiulara, izolat cu email sau lacuri termoizolante;

materiale izolatoare pentru carcasa si pentru izolarea straturilor de spire;

materiale pentru miezul magnetic al bobinei;

materiale auxiliare.

Utilizari:

in electronica (transformatoare de puteri mici), in automatizari, electronica (bobinele aparatelor de masura, transformatoare de putere, bobine de inductie folosite la motoare cu ardere interna).

b.      Repartizate

Materiale folosite:

sarma rotunda si conductor profilat izolat cu email sau email si fibra de sticla.

Utilizari:

in constructia motoarelor si a generatoarelor electrice de puteri mari, a transformatoarelor de putere.

Elemente active de circuit

Dispozitive semiconductoare

Functionarea tuturor dispozitivelor semiconductoare se bazeaza pe procese fizice ce au loc in jonctiunea pn.

a)      Diodele semiconductoare contin o singura jonctiune pn introdusa intr-o capsula etansa de sticla, ceramica, material plastic sau metal. In functie de structura jonctiunii si de utilizare, diodele semiconductoare sunt intalnite intr-o mare varietate constructiva. Simbolurile lor au in componenta un triunghi ce reprezinta cristalul de tip p, numit anod, si o bara ce reprezinta cristalul de tip n, numit catod. Varful triunghiului indica sensul de trecere a curentului direct.

b)      Tranzistorul este prescurtarea notiunii de TRANsfereZISTOR. Are doua jonctiuni ce delimiteaza trei regiuni pnp sau npn, numite emitor (E), baza (B) si colector(C). Emitorul este marcat printr-o sageata care arata sensul real al curentului prin tranzistor.

c)      Tiristorul (dioda comandata) este un dispozitiv cu trei jonctiuni pn, are trei electrozi numiti anod, catod si poarta (grila). Tiristorul se comanda pe grila cu un semnal foarte mic si la polarizare directa (+ pe anod si - pe catod) intretine un curent mare intre anod si catod.

d)     Circuitele integrate, cunoscute sub denumirea de cipuri, reprezinta o etapa superioara in realizarea circuitelor electronice. Toate componentele electronice, inclusiv interconexiunile dintre ele, sunt realizate simultan, intr-un unic proces de productie pe un singur cristal de siliciu. Circuitele integrate pot fi lineare (analogice) si digitale (logice). Microprocesoarele sunt exemple de circuite integrate.

2. Sursele de alimentare sunt elemente active de circuit, generatoare de tensiune electrica. Sunt reprezentate de:

a) Pilele electrice - generatoare electrochimice de curent continuu, formate din doi electrozi metalici introdusi intr-o solutie de electrolit. Cand se introduce un electrod metalic intr-o solutie de electrolit, apare o tensiune intre electrod si solutie. Valoarea tensiunii depinde de materialul din care este construit electrodul, de concentratia electrolitului, de temperatura. Marimi caracteristice:

tensiunea electromotoare - tensiune la borne in gol;

rezistenta interioara echivalenta.

In componenta pilelor intra: anodul - electrodul pozitiv - construit din carbune, o solutie de clorura de amoniu si electrodul negativ - fabricat din zinc. Pilele electrice sunt elementele bateriilor folosite pentru alimentarea aparatelor de radio portative, lanterne etc.

b). Acumulatoarele nu genereaza energie electrica, ci sunt folosite numai la acumularea sau inmagazinarea acesteia. Acumulatoarele contin electrozi din placi de plumb sau nichel si solutie de acid sulfuric; sunt niste "rezervoare de electroni" care se incarca de la o sursa de curent continuu dupa o anumita schema.

Se folosesc pentru alimentarea aparatelor mobile (radio, TV, automobile, dispozitive utilizate in minerit etc.).

Tipurile, modurile si utilizarile elementelor de circuit