Dispozitive și Circuite Electronice

Seminar 1. Analiza circuitelor electronice.

1.1 Considerente privind analiza circuitelor electronice

Analiza circuitelor electronice are ca scop final determinarea valorilor marimilor electrice (tensiuni si curenti) dintr-un circuit dat.

Relatiile si teoremele din electrotehnica - relatii ce vor fi amintite în continuare - sunt aplicabile doar pentru circuitele cu componente exclusiv liniare. În cazul circuitelor electronice, circuite ce înglobeaza componente active (diode, tranzistoare, ...) ce au un caracter puternic neliniar este exclusa utilizarea directa a acestora.

Pentru analiza unui circuit electronic exista urmatoarele alternative:

- Rezolvarea analitica cu ajutorul relatiile lui Kirchhoff;

- Rezolvarea grafica; sau

- Modelarea (liniarizarea) elementelor neliniare si aplicarea teoremelor si relatiilor din electrotehnica.

Problema 1.1 prezinta în cazul unui circuit simplu cele trei metode de rezolvare mai sus amintite.

Problema 1.1

Pentru circuitul din figura 1.1 sa se calculeze valoarea curentului iD si a tensiunii uD. Se considera cunoscute valorile marimilor UT, h, IS, rD.

Figura 1.1

Metoda analitica cu relatiile lui Kirchhoff

Pentru ochiul circuitului se scrie cea de a doua teorema a lui Kirchhoff:

iar relatia ce reda dependenta curentului prin dioda functie de tensiunea la bornele ei este:

Se obtine astfrel un sistem cu doua ecuatii, cu doua necunoscute. Înlocuind expresia lui iD in prima relatie se obtine:

relatie care poate oferi valorea teniunii uD. Rezolvarea acestei ecuatii însa poate ridica probleme ea putând fi rezolvata fie pe cale numerica (prin aproximatii succesive) fie prin dezvoltarea în serie a exponentialei.

Având valoarea tensiunii pe dioda (uD) se poate obtine din prima relatie valoarea curentului iD.

Asa dupa cum se poate observa, aceasta prima metoda conduce la expresii complicate greu de abordat, chiar si pentru acest circuit simplu.

Metoda rezolvarii grafice

Rezolvarea grafica presupune trasarea într-un plan (i,u) a caracteristicii componentei active si a dreptei de sarcina aferente ei, drepta obtinuta prin taieturi (vezi figura 1.2). Coordonatele punctului de intersectie a celor doua curbe reprezinta solutia problemei.

Figura 1.2

Însa solutia este dificila în cazul circuitelor electronice complicate. Necesita precizii de reprezentare deosebite (de obicei aplicarea acestei solutii se face pe hârtie milimetrica) acuratetea rezultatului fiind direct legata de aceasta.

Metoda modelarii componentelor neliniare

Modelarea componentelor electronice presupune înlocuirea acestora cu scheme echivalente care sa contina doar elemente liniare, înlocuirea facându-se în functie de regimul de semnal în care lucreaza dispozitivul elctronic. Se pot distinge urmatoarele regimuri de functionare:

- regim de curent continuu;

- regim dinamic permanent de semnal mic; si

- regim dinamic permanent de semnal mare.

Toate cele trei regimuri de functionare vor fi tratate pe parcursul seminarului din acest semestru.

Schema electrica ce modeleaza dioda semiconductoare în regim de curent continuu este prezentata în figura 1.3. (Seminarul 2 va aprofunda modelarea diodei semiconductoare pentru diferite regimuri de functionare, aici prezentându-se doar atât cât este necesar pe moment.)

Figura 1.3

Grafic modelul anterior ar putea fi reprezentat astfel: