Circuite electrice si circuite electronice - definitia circuitelor electronice

1. Circuite electrice si circuite electronice
2. Elemente active si elemente pasive
3. Amplificatorul
4. Factorul de amplificare
5. Decibelul

Intr-un circuit electronic, curentul este controlat de curent

[block:adsense_managed=1]

Definitia circuitelor electronice

Circuitele electrice reprezinta conexiuni ale conductorilor electrici cu elemente de circuit, in cadrul carora are loc o deplasare uniforma de electroni. Circuitele electronice adauga o noua dimensiune circuitelor electrice, prin faptul ca deplasarea electronilor este controlata, intr-o oarecare masura, de un semnal electric aditional, fie sub forma de curent, fie sub forma de tensiune.

Controlul curentului nu este neaparat specific electronicii. Intrerupatoarele si potentiometrele controleaza si ele deplasarea electronilor. Prin urmare, diferenta dintre electric si electronic este data de modul in care acest control este exercitat in circuit, si nu neaparat de existenta sau absenta acestuia. Intrerupatoarele si potentiometrele controleaza curentul mecanic, printr-un element actionat de o anumita forta fizica externa circuitului. In electronica, pe de alta parte, avem de a face cu elemente speciale, capabile sa controleze curentul cu ajutorul unui alt curent, sau prin aplicarea unei tensiuni statice. Cu alte cuvinte, intr-un circuit electronic, curentul controleaza curentul.

Efectul Edison

Din punct de vedere istoric, precursorul electronicii moderne a fost inventat de Thomas Edison in 1880, pe cand acesta lucra la dezvoltarea becului cu incandescenta. Edison a descoperit ca exista un curent electric intre filamentul becului si o placa metalica instalata in interiorul invelisului vidat (figura alaturata (b)). Astazi, acest comportament este cunoscut sub numele de „efectul Edison”. De mentionat ca bateria este necesara doar pentru incalzirea filamentului. Daca am folosi orice alta modalitate de incalzire a filamentului, efectul ar fi acelasi.

Dioda si trioda cu vid

In 1904, John Fleming a descoperit ca introducerea in circuit a unui curent extern (bateria atasata placii, figura de mai sus (b)) se poate realiza doar intr-o singura directie, de la filament la placa, dar nu si invers. Aceasta inventie este cunoscuta sub numele de „dioda cu vid”, folosita pentru transformarea (redresarea) curentului alternativ in curent continuu. Adaugarea celui de al treilea electrod de catre Lee De Forest (figura de mai sus (c)), a facut posibil controlul curentului de la filament la placa cu ajutorul unui semnal mai mic. Inventia triodei cu vid de catre De Forest a marcat practic inceputul erei electronice.

Tranzistorul

Tehnologia electronici a cunoscut o revolutie in anul 1948, odata cu inventia tranzistorului. Acest component electronic minuscul joaca acelasi rol ca si un tub cu vid, dar ocupa un loc mult mai mic si este mult mai ieftin. Tranzistorii realizeaza controlul curentului cu ajutorul materialelor semiconductoare si nu prin vid

Elemente active si elemente pasive

Elemente active

Un element de circuit activ este orice tip de component ce poate controla deplasarea electronilor (curentul) pe cale electrica. Pentru ca un circuit sa poarte numele de circuit electronic, acesta trebuie sa contina cel putin un astfel de element activ.

Elementele active includ, printre altele, tuburile cu vid, tranzistoarele, redresoarele cu semiconductoare, si triacurile.

Toate dispozitivele active controleaza curentul prin ele. Unele dispozitive active realizeaza acest lucru prin intermediul unei tensiuni, iar altele prin intermediul curentului. Cele care utilizeaza o tensiune statica ca si semnal de control, sunt denumite dispozitive controlate in tensiune. Cele care folosesc un alt curent pentru controlul curentului in cauza sunt cunoscute sub numele de dispozitive controlate in curent. Tuburile cu vid sunt dispozitive controlate in tensiune iar tranzistoarele pot fi de ambele tipuri.

Lucrare: Modificarea tamplariilor - infocad Eseu: Normativ pentru prevenirea si remedierea defectiunilor la imbracamintile rutiere moderne

Elemente pasive

Componentele ce nu pot controla curentul prin intermediul unui alt semnal electric, sunt denumite elemente de circuit pasive. Rezistorii, condensatoarele, bobinele, transformatoarele si chiar si diodele, toate sunt considerate elemente de circuit pasive

Amplificatorul

Definitia amplificarii

Practic, elementele active sunt folosite pentru proprietatea lor de amplificare. Indiferent daca dispozitivul in cauza este controlat in tensiune sau in curent, puterea necesara pentru semnalul de control este de obicei mult mai mica decat puterea disponibila in curentul controlat. Cu alte cuvinte, un element activ nu permite pur si simplu controlul curentului de catre curent, ci, face posibil controlul unui curent mare de catre un curent mic.

Datorita acestei diferente dintre puterea controlata si puterea de control, elementele active de circuit pot fi folosite pentru comanda unei cantitati mari de putere (putere controlata) de catre o cantitate mica de putere (putere de control). Acest comportament poarta numele de amplificare.

Masina perfecta

O lege fundamentala a fizicii, cea a conservarii energiei, spune ca energia nu poate fi creata dar nici distrusa. Daca aceasta lege este adevarata, atunci construirea unui dispozitiv care sa ia o cantitate mica de energie si sa o transforme intr-o cantitate mare de energie, pe cale magica, nu este posibila.

Toate masinile, incluzand circuitele electrice si electronice, au o eficienta maxima de 100%. In cele mai fericite cazuri, puterea de intrare este egala cu puterea de iesire.

Masina reala

In realitate insa, de cele mai multe ori, masinile nu ating nici macar aceasta limita superioara, deoarece o parte din energia de intrare se pierde sub forma de caldura radiata in spatiul din jur, iar aceasta energie pierduta nu se regaseste in valoarea energiei de iesire.

Perpetuum mobile

Au existat numeroase incercari, fara succes insa, de a proiecta si construi o masina a carei putere de iesire sa fie mai mare decat puterea de intrare. Acest lucru nu doar ca ar viola legea conservarii energiei, dar ar duce lumea intr-o revolutie tehnologica fara precedent, deoarece acest tip de masina s-ar putea alimenta singura, intr-o bucla circulara, si ar putea genera putere „gratuita”. Aceasta masina este cunoscuta sub numele de perpetuum mobile.

Desi au existat multe incercari in acest domeniu, pana acum nu s-a reusit construirea unei masini capabile sa se alimenteze singura, cu propria ei energie plus generarea unei energii suplimentare.

Amplificatorul

Totusi, exista o gama de masini denumite amplificatoare, in cadrul carora, semnalele de putere mica de la intrare sunt „transformate” (cu ajutorul unei surse externe de putere) in semnale de iesire de o putere mult mai mare. Pentru a intelege cum pot amplificatoarele sa existe fara a viola legea conservarii energiei, trebuie sa intelegem modul de functionare al dispozitivelor active.

Principiul de functionare al amplificatoarelor

Pentru ca elementele active de circuit pot controla cantitati mari de putere electrica cu ajutorul unei cantitati mici de putere electrica, acestea pot fi utilizate in circuite pentru duplicarea formei semnalului de intrare cu ajutorul unei surse externe de putere electrica. Rezultatul este un dispozitiv ce pare a transforma pe cale magica un semnal electric de putere mica intr-un semnal identic, dar de o putere/amplitudine mai mare. Legea conservarii energiei nu este violata, deoarece puterea aditionala este introdusa in circuit de o sursa externa, de obicei o baterie de curent continuu sau o sursa echivalenta. Amplificatorul nu creaza si nici nu distruge energie, ci doar o „remodeleaza” intr-o forma de unda dorita.

Cu alte cuvinte, abilitatea de control al curentului pe care elementele active le poseda, este folosita pentru „transformarea” puterii de curent continuu dintr-o sursa externa in aceeasi forma de unda precum a semnalului de intrare, forma semnalului produs la iesire fiind in acest caz identica cu cea de la intrare, dar de o amplitudine mult mai mare. Tranzistorul, sau alte dispozitive active continute intr-un amplificator, formeaza pur si simplu o copie a formei de unda a semnalului de intrare cu ajutorul sursei externe de curent continuu „brute”.

Eficienta amplificatoarelor

Eficienta amplificatoarelor, precum este cazul tuturor masinilor, este limitata la un maxim de 100%. De obicei, amplificatoarele electronice au o eficienta mult sub acest nivel, datorita pierderilor considerabile de energie sub forma de caldura

Factorul de amplificare

Definitie

Deoarece amplificatoarele pot sa mareasca amplitudinea semnalului de intrare, ar fi foarte util daca am descrie aceasta proprietatea a lor printr-un raport iesire/intrare, raport ce poarta numele de factor de amplificare, sau amplificare. Acest factor nu are unitate de masura, fiind un raport dintre doua marimi cu aceeasi unitate de masura. Matematic, simbolul amplificarii este „A”.

Exemplu

De exemplu, daca la intrarea unui amplificator avem un semnal de tensiune alternativa efectiva de 2 V, iar la iesire avem o tensiune alternativa efectiva de 30 V, spunem ca factorul de amplificare in tensiune al amplificatorului este de 15, adica 30 impartit la 2.

Prin aceeasi metoda, daca stim factorul de amplificare si amplitudinea semnalului de intrare, putem calcula amplitudinea semnalului de iesire. De exemplu, daca un amplificator cu un factor de amplificare in curent alternativ de 3,5, are la intrare un semnal de 28 mA efectiv, semnalul de iesire va fi 98 mA efectiv, sau 3,5 * 28 mA:

In exemplele de mai sus, toate semnalele si amplificarile au fost considerate in curent alternativ. Trebuie mentionat un principiu important: amplificatoarele electronice raspund diferit semnalelor de intrare in curent alternativ si curent continuu, iar amplificarea celor doua poate sa fie diferita. Inainte de a putea face calculele amplificarilor, trebuie sa intelegem cu ce semnale avem de a face in primul rand, alternative sau de curent continuu.

Conectarea in serie a amplificatoarelor

Daca conectam mai multe amplificatoare in etaje, factorul de amplificare total va fi egal cu produsul amplificarilor individuale.

In figura alaturata, un semnal de 1 V este aplicat intrarii unui amplificator cu factorul de amplificare 3. Iesirea acestuia, de 3 V, este introdusa la intrarea unui amplificator cu factorul de amplificare 5, semnalul de la iesire fiind 15 V

Decibelul

Definitie

In cea mai simpla forma, factorul de amplificare al amplificatorului este un raport dintre semnalul de iesire si cel de intrare, fiind o marime fara unitate de masura. Totusi, exista o unitate de masura pentru reprezentarea amplificarii, si anume, bel-ul.

Ca si unitate, bel-ul a fost folosit pentru reprezentarea pierderilor de putere din liniile telefonice, si nu pentru reprezentarea amplificarilor. Unitatea poarta numele inventatorului scotian, Alexander Graham Bell, a carui munca fundamentala a dus la dezvoltarea sistemelor telefonice. Sub forma sa originala, bel-ul reprezenta cantitatea de semnal pierduta datorita rezistentei pe o anumita lungime de conductor electric. Acum, acesta este definit ca logaritm din baza zece a raportului dintre semnalul de iesire si cel de intrare:

Comparatie

Deoarece bel-ul este o unitate logaritmica, acesta este ne-liniar. Sa consideram urmatorul tabel, ca si o comparatie intre pierderile de putere exprimate sub forma de raport si aceleasi pierderi exprimate sub forma de bel:

Mai tarziu a fost realizat faptul ca bel-ul este o unitate de masura prea mare pentru a fi utilizata direct; prin urmare, a inceput sa fie folosit tot mai des prefixul metric deci (1/10, sau 10^-1), si anume decibel-ul, sau dB. Astazi, expresia „dB” este atat de raspandita incat majoritatea nu realizeaza ca aceasta este o combinatie dintre „deci” si „bel”, sau ca macar exista o unitate de masura numita „bel”. Urmatorul tabel este asemanator celui precedent, dar de data aceasta valorile sunt exprimate in dB: