Dispozitive electronice - electronist pentru aparate si echipamente deautomatizari

ELECTRONICA SI AUTOMATIZARI

ELECTRONIST PENTRU APARATE SI ECHIPAMENTE DEAUTOMATIZARI

MODULUL: DISPOZITIVE ELECTRONICE

      Tranzistoarele unipolare asigura conductia printr-un singur tip de purtatori de sarcina (fie e^- , fie goluri⁺ ).

      Comanda curentului in tranzistor se realizeaza cu un camp electric motiv pentru care se mai numesc tranzistoare cu efect de camp (TEC).

      Are 3 sau 4 terminale : - sursa (S)

- drena (D)

- grila (G) sau poarta (P)

- baza (B) sau substrat, care poate fi legat cu G, in interiorul capsulei.

      Zona din semiconductor prin care se deplaseaza purtatorii de sarcina (calea de curent) de la sursa la drena, se numeste canal.

      Dupa natura semiconductorului, canalul poate fi de tip n sau de tip p.

      Dupa modul de variatie a rezistentei canalului, datorita grilei de comanda, pot fi:

cu grila jonctiune TEC-J

cu grila izolata TEC-MOS

      La TEC-J campul electric de comanda se obtine prin polarizarea inversa a unei jonctiuni.

      La TEC-MOS campul electric se creeaza prin aplicarea unei tensiuni intre G si S. G si S sunt separate printr-un izolator foarte bun, uzual un oxid, rezultand o structura metal-oxid-semiconductor (MOS).

Curentul prin canalul n este format din sarcini negative (electroni), deci polaritatea drenei fata de sursa trebuie sa fie pozitiva.

Polarizarea negativa a grilei G introduce un efect de respingere electrostatica a electronilor spre centrul canalului. Cu cat negativarea grilei este mai intensa, cu atat se reduce mai mult sectiunea canalului, cu efect de crestere a rezistentei intre sursa si drena si implicit de micsorare a curentului de drena.

Structura unui TEC-J cu canal p este asemanatoare cu structura TEC-J cu canal n, cu observatia ca se inverseaza structurile p si n intre ele, precum si polaritatile bornelor G si D. In acest caz, curentul prin canalul p este format din sarcinile pozitive, antrenate spre drena polarizata negativ.

Datorita celor doua jonctiuni polarizate invers, curentul de grila este practice nul. Sensul sagetii din grila – in prelungire spre sursa – indica sensul tehnic al curentului in sursa si implicit al curentului intre drena si sursa.

Din sensul curentului de drena rezulta polaritatea drenei (fata de sursa).

Tipul canalului (p sau n) si polaritatea grilei (fata de sursa) sunt opuse polaritatii drenei.

De exemplu pentru un TEC-J cu canal n, prelungirea sagetii arata sensul tehnic de circulatie, spre exterior a curentului sursei, rezultand astfel sensul curentului de drena (de la drena spre sursa).

Deci, fata de sursa, drena va fi polarizata pozitiv, canalul va fi de tip n (semn invers fata de D), iar grila fata de sursa va fi polarizata negativ (aceeasi polaritate cu a canalului).

Caracteristicile statice de iesire reprezinta variatia curentului de drena in functie de tensiunea intre drena si sursa, atunci cand se mentine constanta tensiunea grila-sursa.

Curentul de drena are valoarea maxima atunci cand tensiunea U_GS=0 . Valoarea lui este cu atat mai mare cu cat tensiunea de drena este mai mare.

Caracteristica de transfer reprezinta variatia curentului de drena in functie de tensiunea pe grila, pentru o anumita valoare a tensiunii de drena.

Parametrii specifici:

     curentul I_Dmax este curentul de drena maxim garantat de fabricant

     curentul I_DSS pentru U_GS=0 este curentul de saturatie pentru tensiunea de grila nula

     tensiunea de prag (de taiere) este tensiunea de grila pentru care curentul prin tranzistor se anuleaza

2.2. FOLIE 1

2.3. FISA CONSPECT 2

Caracteristica curent-tensiune a tiristorului

Caracteristica tiristorului pentru diferite tensiuni aplicate pe poarta

	Tiristorul este un dispozitiv unidirectional, adica se poate comanda prin grila (poarta) numai la polarizare directa (+ pe anod). Polarizat invers el se comporta ca o dioda redresoare blocata. Dezamorsarea tiristorului se obtine prin reducerea curentului anodic sub valoarea curentului de mentinere sau prin inversarea polaritatii tensiunii aplicate intre anod si catod.

2.4. FISA CONSPECT 3

ESEU: Formarea condensului pe sufrafata interioara a unitatilor de geam termopan termoizolator, respectiv a ramelor ESEU: Aspectul exterior al cladirilor

2.5. FOLIE 2

Tranzistoare

Tiristoare

2.6. GLOSAR DE TERMENI

• amorsare                       – comutarea dispozitivului electronic din starea de

blocare in starea de conductie

• antiparalel                     – legarea in paralel a doua diode sau tiristoare avand

sensuri de conductie opuse

comutatie                      – trecerea rapida a unei jonctiuni din stare de

conductie in stare de blocare si invers

• dezamorsare                 – comutarea dispozitivului electronic din starea de

conductie in starea de blocare

polarizare directa         – aplicarea unei diferente de potential unei jonctiuni

pn astfel ca + sa fie conectat la regiune p, iar – la regiunea n

polarizare inversa – aplicarea unei diferente de potential unei jonctiuni

pn astfel ca - sa fie conectat la regiune p, iar + la regiunea n

validitate                        – indeplinirea conditiilor pentru o functionare

normala, de catre un dispozitiv electronic

Aceasta lista de termeni poate fi completata cu termenii noi pe care ii invatati.

3.4. EXERCITII SI ACTIVITATI

&Exercitiul 1. Identificati dupa simbol tipul de tranzistor.

a) b) c) d)

Exercitiul 2.           Folosind cataloage de componente, selectati cate 3 dispozitive electronice din fiecare tip: tranzistoare bipolare, tranzistoare unipolare si tiristoare. Completati tabelul urmator cu codul lor de marcare si parametrii specifici cu valorile lor limita.

Lucrati impreuna cu colegul de banca.

Exercitiul 3. Completati spatiile libere din textul de mai jos cu cuvintele corespunzatoare informatiilor corecte referitoare la parametrii tranzistorului bipolar.

Temperatura maxima a jonctiunilor unui tranzistor de Si se situeaza intre ___1___. Reprezentarea puterii maxime de disipatie se face printr-o curba numita ___2_______. Valoarea maxima a curentului ce poate circula prin tranzistor reprezinta _________3__________. In regim activ normal puterea totala disipata este practic egala cu puterea disipata in jonctiunea _____4_______. Tensiunea maxima admisibila reprezina ____5_____ cea mai mare admisa a tensiunii ______6_______. Valorile maxime admisibile ale curentului, ____7_____ si a puterii disipate ale unui tranzistor delimiteaza _____8______ de lucru permis in care se poate gasi ______9_______ de functionare al tranzistorului.

Din oficiu se acorda 1 punct.

Exercitiul 4. Metoda cubului

Cerinte:Tratati tema „Tranzistoare bipolare”,dupa cum vi se prezinta cubul desfasurat:

Cubul desfasurat arata astfel:

Exercitiul 5. Inscrieti in spatiile de mai jos 3 parametri specifici ai tranzistoarelor cu efect de camp.

ªExercitiul 6. Identificati simbolurile dispozitivelor electronicedin tabel, scriind in coloana alaturata denumirea lor.

Exercitiul 7. Fisa de lucru

Caracteristicile tranzistoarelor bipolare

Tranzistorul este un element neliniar, a carui comportare se poate studia cu ajutorul familiilor de caracteristici curent-tensiune.

Cele mai folosite sunt caracteristicile statice:

de iesire – care exprima variatia curentului de iesire in functie de tensiunea de iesire pentru diferite valori ale curentului, respectiv ale tensiunii de intrare.

I_ies=f (U_ies); I_i=ct. si I_ies=f (U_ies); U_i=ct.

de intrare – care exprima variatia curentului de intrare in functie de tensiunea de intrare pentru diferite valori ale tensiunii de iesire.

I_i=f (U_i); U_ies=ct.

de transfer – reprezinta dependenta curentului de iesire in functie de curentul, respectiv tensiunea de intrare, pentru diferite valori ale tensiunii de iesire.

I_ies=f (I_i); U_ies=ct. si I_ies=f (U_i); U_ies=ct.

Fiecare punct de pe o caracteristica corespunde unui anumit regim de functionare posibil. Un asemenea punct caracterizat de ansamblul valorilor a trei marimi electrice (care apar pe caracteristica) se numeste punct de functionare.

Un tranzistor, aflat intr-un circuit dat de polarizare, are un punct static de functionare, fixat prin elementele circuitului.

Cerinte:

Folosind materiale de documentare, desenati caracteristicile de iesire pentru un tranzistor in conexiune cu emitorul comun.

Aratati, delimitand pe grafic, regiunile corespunzatoare regimurilor de functionare posibile (RAN, RS Si RT).

Daca tranzistorul se gaseste in circuitul de polarizare dat mai jos, trasati dreapta de sarcina statica, conform ecuatiei de tensiune de la iesirea circuitului.

Determinati dreapta prin „taieturi”, adica prin intersectia ei cu axele.

Alegeti arbitrar un punct static de functionare, situat pe dreapta statica de sarcina si precizati in ce regim functioneaza tranzistorul pentru p.s.f. (punctul static de functionare) ales.

ª Exercitiul 8.            Inscrieti numele terminalelor TEC-J in spatiile alaturate lor.

Exercitiul 9.  Conexiunile TEC-J sunt : sursa comuna (SC), drena comuna (DC) si grila comuna (GC). Aratati ce terminale apar in circuitul de intrare si ce terminale vor fi in circuitul de iesire.

Exercitiul 10. TURUL GALERIEI

Tema activitatii: Comparatie intre tranzistoarele bipolare si unipolare (TEC).

Activitatea este recapitulativa si utilizeaza coevaluarea, ca metoda de evaluare.

Turul galeriei presupune evaluarea interactiva si profund formativa a produselor realizate de elevi.

Etapele pentru desfasurarea activitatii

v    In grupuri de 3-4, elevii lucreaza pe tema data care se poate materializa intr-un produs (o diagrama, de exemplu), pe cat posibil pretandu-se la abordari variate.

v    Produsele sunt expuse pe peretii clasei.

v    La semnalul profesorului, grupurile se rotesc prin clasa, pentru a examina si a discuta fiecare produs. Isi iau notite si pot face comentarii pe hartiile expuse.

v    Dupa turul galeriei, grupurile isi reexamineaza propriile produse prin comparatie cu celelalte si citesc comentariile facute pe produsele lor.

Exercitiul 11. Stabiliti valoarea de adevar a urmatoarelor enunturi. Pentru enunt adevarat notati litera A iar pentru enunt fals notati litera F.

Din oficiu se acorda 1 punct.

Exercitiul 12. Lucrare de laborator

Testarea validitatii jonctiunilor tranzistorului bipolar

Metoda consta in masurarea rezistentelor intre terminalele E, B, C ale tranzistorului.

Eventualele defecte de scurtcircuit sau intreruperi in tranzistor se depisteaza prin masurarea rezistentelor de polarizare directa a jonctiunilor, REB, RCB si a rezistentei RCE corespunzatoare polarizarii inverse a colectorului si directe a emitorului.

Tranzistorul se considera ca o structura cu doua diode in opozitie.

Limitele orientative de variatie a rezistentelor REB, RCB si RCE pentru tranzistoarele de mica putere si de putere sunt independente de structura (pnp sau npn) dar sunt sensibil diferite la Ge si Si.

Sarcini de lucru

Masurati rezistentele REB si RCB intre terminalele tranzistoarelor, polarizand direct jonctiunile EB si EC. Intre C si E veti masura rezistenta RCE corespunzatoare polarizarii inverse a colectorului si directe a emitorului.

Comparati valorile obtinute cu limitele de variatie ale rezistentelor indicate in tabelul lucrarii. Inscrieti rezultatele obtinute in tabelul de mai jos, dupa exemplul dat.

Intocmiti un referat al lucrarii de laborator care sa cuprinda:

¯          metoda de lucru folosita

¯          schemele electrice de masurare (simple)

¯          limitele orientative ale rezistentelor (tabel)

¯          rezultatele masuratorilor

¯          concluzii referitoare la functionalitatea tranzistoarelor masurate

¯          eventualele defecte depistate si justificarea lor.

Exercitiul 13.                       REFERAT

Tiristorul poate fi folosit ca intrerupator pentru inchiderea sau deschiderea unui circuit electric. El are urmatoarele avantaje:

gabarit si greutate redusa in raport cu puterea comandata

randament foarte ridicat

gama mare de curenti si tensiuni. Tiristorul conduce, in sens direct, curenti de ordinul sutelor de A, la caderi de tensiune de 1V-2V si este capabil sa blocheze tensiuni de ordinul a 1000 V

cu puteri de intrare de ordinul mW – in grila, se pot comanda puteri de iesire de ordinul kW – in anod

viteza mare de comutatie, pentru tiristoarele speciale

Tinand seama de importanta lui vi se cere sa intocmiti un referat cu tema „Tiristorul” care sa contina (printre alte informatii selectate de voi), informatii despre: - simbol

- tipuri de capsule

- parametrii importanti

- caracteristica – in polarizare directa

- cateva domenii de utilizare.

Puteti folosi ca surse de informare cirti de specialitate, reviste, cataloage de componente electronice, site-uri de Internet.

Adrese utile unde gasiti informatii pe Internet pentru intocmirea referatului:

- www.preferatele.com

3.5. TESTE DE EVALUARE

Test 1.             Autoevaluare

Stabiliti valoarea de adevar a urmatoarelor propozitii.

Scrieti in prima casuta A pentru propozitia adevarata si F pentru propozitia falsa. Fiecare raspuns corect este cotat cu 1 punct in a doua casuta.

Din oficiu se acorda 1 punct.

1. Daca un tranzistor bipolar are ambele jonctiuni polarizate direct,

atunci lucreaza in regim activ invers.                             o o

2. β reprezinta factorul de amplificare in curent pentru tranzistorul cu

emitor comun.                                  o o

3. Un tranzistor npn care lucreaza in regim activ normal are toate

tensiunile pozitive fata de E.          o o

4. Caracteristica statica de iesire pentru un tranzistor cu EC este

dependenta grafica dintre curentul de emitor si tensiunea colector-emitor. o o

5. Daca ohmmetrul arata 0 la masurarea jonctiunilor unui tranzistor in

ambele sensuri, atunci tranzistorul are jonctiunile intrerupte.                     o o

6. Inelul elastic ce scurtcircuiteaza terminalele unui TEC-MOS la livrare,

se indeparteaza dupa montarea in circuit.                   o o

7. Toate tipurile de TEC pot lucra bine la frecvente foarte inalte.  o o

8. TEC-J este un dispozitiv electronic comandat prin tensiune.                        o o

9. Curentul maxim de drena la TEC-J se obtine cand tensiunea pe

poarta este nula. o o

Test 2. TEST DE EVALUARE

Alegeti raspunsul corect pentru urmatoarele intrebari:

1. TEC-urile sunt comandate

a. in curent

b. in tensiune

c. in curent sau in tensiune, in functie de aplicatie

2. Pentru functionare normala, TEC-urilor li se aplica o tensiune de alimentare intre drena si sursa astfel:

a. pentru canal p: pozitiv la S si negativ la D

b. pentru canal n: pozitiv la S si negativ la D

c. pentru canal p: negativ la S si pozitiv la D

3. Curentul maxim de drena la un TEC-J se obtine cand:

a. tensiunea intre poarta si sursa este nula

b. poarta este polarizata direct fata de S

c. poarta este polarizata invers fata de S

4. La conductia curentului electric in TEC participa:

a. numai electroni

b. numai golurile

c. un singur tip de purtatori in functie de canal

d. ambele tipuri de purtatori

5. Electrozii unui tranzistor cu efect de camp se numesc:

a. emitor, baza si colector

b. sursa, drena si poarta

c. anod, catod si poarta

6. Tensiunile de polarizare ale jonctiunilor unui TEC-J trebuie sa asigure:

a. polarizarea directa a jonctiunilor

b. polarizarea inversa a jonctiunilor

c. polarizarea directa a unei jonctiuni si polarizarea inversa a celeilalte.

7. Fata de tranzistoarele bipolare, TEC-urile au un curent de intrare:

a. mult mai mic

b. mult mai mare

c. aproximativ la fel.

8. TEC-urile au impedanta de intrare:

a. foarte mare

b. foarte mica

c. mare sau mica, in functie de semnalul de la intrare.

9. Care dintre urmatoarele afirmatii despre TEC-uri este adevarata:

a. nu pot amplifica semnalele de inalta frecventa

b. au frecvente de lucru foarte mari

c. au viteza mare de comutatie.

Din oficiu se acorda 1 punct.

Cap. IV. SOLUTII SI SUGESTII METODOLOGICE

Rezolvare exercitiul 1.

a.     tranzistor bipolar pnp

b.     tranzistor bipolar npn

c.      tranzistor cu efect de camp cu grila jonctiune (TEC-J) cu canale p

d.     tranzistor cu efect de camp cu grila jonctiune (TEC-J) cu canale n

Sugestie exercitiul 2.

Profesorul bifeaza rubrica „Verificat”:

In caz corect „ ” , in caz gresit „¡

Rezolvarea exercitiului 3.

1. 175°C - 200° C

2. hiperbola

3. curentul de colector maxim

4. colectorului

5. valoarea

6. de colector

7. tensiunii

8. domeniul

9. punctul static.

Sugestie exercitiul 4.

Metoda cubului este o metoda didactica interactiva care se preteaza la temele recapitulative. Sunt utilizate stilurile de invatare favorite ale elevilor: vizual, auditiv si practic.

Aceasta activitate se poate desfasura pentru o tema de recapitulare a cunostintelor despre tranzistorul bipolar.

Subiectele urmarite sunt: - tipurile de conexiuni

- regimurile de functionare

- caracteristicile statice.

Etapele metodei sunt urmatoarele:

• se formeaza grupe de cate 6 elevi
• fiecare grupa isi alege un lider care sa coordoneze activitatea grupei
• se impart 6 foi de forma patrata care contin fiecare cerinta de lucru pentru un elev
• liderul imparte sarcinile membrilor grupului, fiecare membru primind o foaie de hartie din cele 6 primite de grupul respectiv
• dupa rezolvarea sarcinilor se construieste cubul

Rezolvare exercitiul 5.

- curentul I_Dmax

- curentul I_DSS

- tensiunea de prag (de taiere)

Rezolvare exercitiul 6.

1      - tiristor

2      - triac

3      - diac

4      - TEC-J cu canal p

Rezolvare exercitiul 8.

sus – drena                    mijloc – grila jos – sursa

Rezolvare si sugestii exercitiul 9.

Pentru raspuns corect se va nota cu , iar pentru raspuns gresit cu -.

Rezolvarea exercitiului 11.

1. A 2. F 3. A 4. A 5. A 6. F 7. A 8. F 9. A

Sugestie exercitiul 12.

Acest referat va constitui un material din portofoliul personal al elevului.

Rezolvarea testului 1.

Rezolvarea testului 2.

1. b 2. a 3. a 4. c 5. b 6. b 7. a 8. a 9. b

BIBLIOGRAFIE

[1] Damachi, E., Tunsoiu, A. : Electronica. Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1999

[2] Componente si circuite electronice - manual pentru cl. a X - a licee industriale. Editura

Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1996

[3] Diode si tiristoare de putere – manual de utilizare. Editura Tehnica, Bucuresti, 1989

[4] Colosi, T., Morar, R., Miron, C. : Tehnologie electronica – componente discrete.

IPCN Facultatea de Electrotehnica, 1979

[5] Ion, M., Goaga, F. : Ghid metodic de evaluare pentru invatamantul profesional si tehnic

preuniversitar. Editura INFO, Craiova, 1999

[6] Ghid metodologic pentru aplicarea programelor scolare Tehnologii. Consiliul National

pentru Curriculum, 2002

[7] Dragulanescu, N. : Agenda radioelectronistului. Editura Tehnica, Bucuresti, 1989.