electrònica analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICATEMA 3

1. Introducció a l’electrònica. Camps d’aplicacióFins ara hem estudiat electricitat:

• Circuits elèctrics bàsics

• Producció electricitat

• Distribució d’electricitat

• Màquines elèctriques

1. Introducció a l’electrònica. Camps d’aplicació

L’electrònica és la part de la ciència i de latècnica que tracta de l’estudi dels electronsi de les seves aplicacions en el tractamenti la transmissió d’informació

• Una mica d’història

En electrònica hi ha 3 etapes molt diferenciades:

• L’electrònica de les vàlvules termoiòniques de buit.

• L’electrònica dels transistors

• L’electrònica dels circuits integrats

1. Introducció a l’electrònica. Camps d’aplicació

1. Introducció a l’electrònica. Camps d’aplicació• L’electrònica de les vàlvules termoiòniques

de buit.

L’origen de l’electrònica es situa a finals de segle XIXThomas A. Edison va descobrir l’efecte termoiònic: Quan s'escalfa un material metàl·lic es produïa una emissió d’electrons.

1. Introducció a l’electrònica. Camps d’aplicació

Vàlvules termoiòniques de buit

J. A. Fleming va construir el 1904, la vàlvula de buit amb la qual va detectar senyals de radio.

Semblants a les làmpades d’incandescència.

Fonamentades en l’emissió d’electrons d’un metall incandescent.

1. Introducció a l’electrònica. Camps d’aplicacióVan afavorir nous descobriments:

• La radio

• La televisió

• EL radar

• EL primer ordinador

1. Introducció a l’electrònica. Camps d’aplicació

ENIAC. El primer ordinador de la història

•L’electrònica dels transistorsEls díodes i transistors va representar un salt qualitatiu en l’electrònica.

1. Introducció a l’electrònica. Camps d’aplicació

Díode

Avantatges:

• Eren sòlids i robusts

• més resistents als cops

• Volum més reduït

• Vida útil més llarga

• Milloraven el tractament de la senyal

1. Introducció a l’electrònica. Camps d’aplicació

• El circuit integrat (xip)

Va permetre miniaturitzar els equips electrònics. El 1971 l’empresa INTEL va fabricar el primer xip microprocessador.

1. Introducció a l’electrònica. Camps d’aplicació

Tot això ha permès un desenvolupament elevat:

Informàtica

Robòtica

Telecomunicacions

Transports

Electromedicina

Investigació científica i espacial.

1. Introducció a l’electrònica. Camps d’aplicació

2. Corrent altern i corrent continu

Hi ha dos tipus de corrent elèctric :

• Corrent continu

El desplaçament dels electrons és sempre en el mateix sentit

El voltatge es manté constant en el temps

La intensitat es manté constant en el temps

2. Corrent altern i corrent continu

• Corrent altern

És un corrent variable

Les magnituds que el defineixen (voltatge i intensitat) canvien constantment de valor i de sentit.

2. Corrent altern i corrent continu

Té molts avantatges pel que fa a:

• Producció

• Transport

• Distribució

• Utilització

2. Corrent altern i corrent continu

• El més avantatjós de l’ús de CA és el transportde l’energia perquè permet minimitzar les pèrdues de la xarxa elèctrica.

Pel transport s’ha de

2. Corrent altern i corrent continu

VOLTATGE TRANSFORMADORS

CORRENT ALTERN

• El corrent altern que produeixen els generadors

a les centrals és de tipus sinusoïdal

2. Corrent altern i corrent continu

A casa es fa servir el corrent altern de Voltatge : 230 V Freqüència: 50 hertzs

Els paràmetres que defineixen el corrent altern són:

• Cicle: Part del senyal que es va repetint en el temps

• Període (T): Temps de durada d’un cicle complert

2. Corrent altern i corrent continu

•

2. Corrent altern i corrent continu

2. Corrent altern i corrent continuValor instantani (v, i) És el valor que pren elsenyal a cada instant de temps.La unitat de tensió és el volt, (V) i

la d’intensitat és l’ampere (A).

2. Corrent altern i corrent continu• Valor màxim (Vmàx, Imàx) En corrent altern és el

valor més gran del senyal dins un període.

També s’anomena amplitud de senyal. Hi ha dosvalors màxims un de positiu( Vmàx) i un denegatiu (- Vmàx)

2. Corrent altern i corrent continu• Valor eficaç ( Vef o simplement V)

Equival al valor d’un corrent continu que produeix el mateix treball elèctric en un receptor.

Ex: produiria la mateixa calor en una estufa.

MOLT I MOLT IMPORNTANT!

•

2. Corrent altern i corrent continu

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsicsEl conjunt d’elements que composen els circuits electrònics s’anomenen

components electrònics.N’hi ha de dos classes:

PASSIUS

ACTIUS

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics•Components electrònics passius

No són capaços per si sols, d’amplificar ni de generar corrent elèctric.

Ex: RESISTORS

CONDENSADORS

BOVINES

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics•Components electrònics actius

Són capaços de generar, modificar i amplificar el valor del senyal elèctric.

Ex:

MATERIALSSEMICONDUCTORS

DÍODESTRANSISTORS

SILICI I GERMANI

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics•Components electrònics passius

Resistors

Es fan servir, sobretot, per limitar la intensitat del corrent elèctric en un punt determinat del circuit.

També s’utilitzen per dividir el valor total de la tensió.

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsicsEls resistors són components passius que ofereixen una determinada resistència al pas del corrent elèctric.

El seu valor es mesura en Ohms (Ω)

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

Principals característiques dels resistors:

• VALOR ÒHMIC

• TOLERÀNCIA

• POTÈNCIA que dissipa.

Depèn de la calor que pot cedir sense que es faci malbé.

Com més potència, més gran sol ser.

Valors usuals de potència són: 1/8 de watt, fins a 2 watts.

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

• Els resistors:• S’utilitzen per disminuir el corrent

• Per protegir els receptors

• Símil hidràulic: aixeta que tanca el pas de l’aigua

• Es mesuren en ohms (Ω)

• Símbol :

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

Divisor de tensió

Vs

Circuit amb resistor limitadord’intensitat

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

•

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

I

•

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics• El potenciòmetre i reòstats són resistors

variables que es poden graduar manualment.

Serveixen per:

• Variar el volum d’un aparell de música

• Variar la intensitat de la llum d’una bombeta

• La velocitat d’un motor

Potenciòmetre Reòstat

• Resistors no lineals:

• Resistor LDR ( Light-Depending Resistor) Com més llum hi incideix, menor resistència.

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

• Resistor NTC (Negative TemperatureCoefficient Resistor). Quan augmenta la temperatura disminueix la resistència. Coeficient de temperatura negatiu.

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

• Resistor PTC (Positive TemperatureCoefficient Resistor)Augmenta la seva resistència al augmentar la temperatura

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

• Condensadors

És un component que serveix per emmagatzemar temporalment càrregues elèctriques sobre una superfície relativament petita.

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

La càrrega podrà ser tornada al circuit quan calgui en un espai reduït de temps

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsicsConstitució interna d’un condensador:

• ARMADURES: Són dues plaques metàl·liques paral·leles.

• DIELÈCTRIC: Material aïllant a l’interior. Pot ser de paper, ceràmica, polièster, mica, etc.

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

PARÀMETRES QUE ELS DEFINEIXEN:

Capacitat d’emmagatzematge d’un condensador és la relació que existeix entre :

• La càrrega elèctrica que rep

• El potencial que adquireix

Es mesura en farad (F) en el Sistema Internacional (SI)

La tensió de treball. Expressada en volts (V)

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics• La bobina

És un component format per un conductor elèctric aïllat i enrotllat sobre una superfície cilíndrica que serveix per crear un camp magnètic quan hi circula un corrent elèctric.

PARÀMETRES QUE LA DEFINEIXEN:

Coeficient d’autoinducció (L) o inductància. La seva unitat és el Henry (H).

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics• Relés

No se’l pot considerar com a component electrònic passiu.

S’utilitza tant en circuits elèctrics com en circuits electrònics.

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

El relé està format per una bobina, quan hi circula un circuit elèctric, genera un camp magnètic que atrau una làmina metàl·lica que acciona un contacte, que s’obre o tanca.

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics• Els components actius

• Els díodes

Permeten el pas de corrent en únic sentit. Es basen en les propietats físiques que presenten els semiconductors: silici i germani

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsicsA aquests materials se’ls hi fa un tractament anomenat

Dopatge : consisteix en el procés d’afegir impureses al material semiconductor:

Impureses de tipus P: accepten electrons

Impureses de tipus N: cedeixen electrons

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

PERMET EL PAS DEL CORRENTPolarització directa

Es comporta com un interruptor tancat

NO PERMET EL PAS DEL CORRENT ELÈCTRICPolarització inversa

Es comporta com un interruptor obert

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsicsEls díodes són molt utilitzats, en fonts d’alimentació per convertir:

Corrent altern

Corrent continu

També s’utilitzen com:

• Elements de protecció

• Circuits limitadors

• Funcions lògiques

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

càtode

S’ha de destacar dos valors límits importants:

• Corrent directe màxim (Imàx): màxima intensitat que pot suportar

• Tensió inversa màxima (VAKr): màxima tensió que pot suportar si està polaritzat inversament i no condueix.

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

• El díode LED (Light Emitting Diode)

El LED és un component electrònic que emet llum quan és travessat per un corrent elèctric.

Molt semblant als altres díodes, però :

Energia elèctrica Energia lluminosa

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

Avantatges dels LED, respecte les bombetes pilot de filament:

• Alt rendiment energètic

• Poca producció de calor

• Vida útil molt elevada

• Mida reduïda

• Carcassa resistent

• Disponibilitat en diversos colors

• Consum baix

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

Les intensitats a que treballen els LEDS estan compreses entre 10 i 30 mA

Sempre es connecten amb un resistor en sèrie per limitar-los la intensitat-

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

•

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

S’utilitzen en :

I molts més.....

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics• Els transistors

Es van inventar l’any 1948.

Són uns components electrònics formats per tres parts diferenciades:

- Emissor (E)

- Base (B)

- Col·lector (C)

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

Emissor

Base

Col·lector

Sandvitx entre capes de material semiconductor de signe oposat (P o N). Poden ser PNP o NPN

• Hi ha dos tipus de transistors:

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

• L’aplicació d’un petit corrent a la unió BASE-EMISSOR,

provoca un gran corrent entre el

COL·LECTOR-EMISSOR.

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

Circuit govern

Circuit utilització

•

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

• FUNCIONAMENT DEL TRANSISTOR

Dues maneres diferents:

• El mode no lineal o en commutació:

• Estat obert. (OFF) RESISTÈNCIA EMISSOR-COL·LECTOR

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

• Estat tancat (ON) RESISTÈNCIA EMISSOR-COL·LECTOR

Funcionament semblant a un interruptor

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

• El mode lineal

Les intensitats i tensions de sortida (col·lector –emissor) són funció de les intensitats i tensions d’entrada (base –emissor)

Permet regular:

• la lluminositat d’una bombeta

• la velocitat d’un motor de CC

• El volum d’un amplificador

3.- Estudi i experimentació dels components electrònics bàsics

4. Muntatges tecnològics bàsics

• Exemple de funcionament dels transistors

Transistor en estat de blocatge (OF)

Transistor en estat de conducció (ON)

• La base del transistor no rep corrent d’entrada, ja que està connectada al pol negatiu a través de l’interruptor (pot ser un final de cursa)

• Si l’interruptor s’obre, la base rep corrent a través del resistor de polarització i s’estableix el corrent base-emissor.

4. Muntatges tecnològics bàsics

4. Muntatges tecnològics bàsics