llllll#RICHARD MARSCHALKO

ELECTRONICAP€NTRU

€LEcTRoTd'Tffi,tlEfriVOLUMUL I

DISPOZITIVE5| c|RcU|T€

€LEc|.RoNlcEFUNDAM€NTAL€

Editura MEDIAMIRÁstr. Iuüu Maniu nr. 2ó

3400 Cluj-Napocac.P. 117, O.P. I

COLECTIA INGINERULUIRichard MARSCHALKO -

E lectronica p entru ingineri elecf rotuhni ci eni :disp oziíive,i circuite electroni ce fundament ale

Recenzenli: Prof. dr: ing. Radu MI'jNTEÁ}IUUníyersÍtated Ibhnicd dín Cluj-NapocaProf. dr. lng. Emi| volcÜLBiscUUniyersítqtea Tehnicd din CI4i -NapocaProf. dr. ing. Iu|iu sZEKirLíUníversitatea',,I|ansíhlanía'' din Brapv

D-escri€rea cIP a Bib|loÍec|l Nat|onate a RománieíI,Í,4'RscH^LKo, RICHARD.-

ElectroDica pentru iuglneri elecEotehoicleni:dlsPozitiv€ {i clrcuite e|ecbonlce fundam€nta|e /Richard Marscbalko. - Cluj_Napoca: Mediamim, 2OO3

224 p.; 17x24 cn.Bibüogr.ISBN 973-93J7.63-

621.38

@ Toate drephrrile xupra acest€i editii 8pa{in autorului.bipolaÍe !i concluzii geqerale

CUPRINSUL

l.lnlÍoducere.

2.componeDte c|ec!Íooicc pasive $i active.GeoeÍa]itáJi.

3. Dispozitive semicoo'ductoare.3. l .JoDcliÜ.oea semicoÁductoaÍe po.3.2.Co actul Betal - seEiconductor.

4.Diode semicotdlctoare.4.l.Diodc redresoaÍc.4.2.Diode de sernDal.4.3.circuite clectÍoDice simple cu diode.

-5.Tralzistoarc bipolare $i ciÍcuite fundamenlale cü

t.alzisloare bipolaÍo.

li dinamice,5. l.Suucrulá, calact.ristici statice

5.2.Model de semnal mic.5.3.Func'iomrca IlalzistoÍului bipolar in

conexiune emilor comuD.5.4.Funclionarea tranzistorului bipola! in

colexiuÍle colecto! comuo.5.5. Functionarea trarzistorului bipolar i!

conexiule baá comuná.5.6.ciÍcui|e de stabiliÍe a pünctului slatic

dc funcliotare.

6.TÍalzistoaÍe cu efect.. cámp $i ciÍcuitefundamentale cu tla'zistoale cu . ct de cámp'

ti dinamice.ó.l.strucrurá, c2.acteristici slaticc

6.2.Model de ser.mal mic.6'3.Ana'logia fonnalá cu tra-ozistoale|e

PaB. 7

Pag.3lPaE. 34Pag.45

Pag.5

Pa8.5lPag.5lPag. 66Pag.70

Pag. 92Pag.l0l

PaB.l03

Pag.l19

PaE.l2l

PaE.l23

Pag.l35 -Pag.135P^8.142

Pag.143

T.Dispozitive seoicotrductoale mulrijoÍrcliune.7' l.Tiristorul co1vctrtioÁal.7.2,Triacd.7.3.Tiristorul cu comaldá de revcoire

pe Poaná' GTo'7.4.Dispozitivc scmicoEductoáÍc l,eotru

ciÍcuite de comaldá, Trigger Deviccs'

S.TraEistoare bipolarc cu comanda prin cemp, IGBT.8.l.Circuire de comaldli specifrce

tralzistoaÍe|or biPolare cu cooandá prin cáop' !GBT.8.z.Circuite de proteqie specifice

tlaDzisloaÍc|or bipolarc cu comaldil prin cáEp, !GBT.

Pag.l48Pag.l49Pag.l57

Pag.l59

Pag.161

PaE.L79 ^

Pag.188

Pag-198 -Pag.205

PaE,217

PaE.Z24

9.Dispozitive oproelectroBice.

l0.Bibliografia.

ll.Itrtcmet - Adlese utile.

1. IIVIRODUCERE,

LuctaÍcá de f4á, sub titlul comu! dc 'Electrolicá peDtlu iogfureri electrotehnicieli.,f8c. Parte dintÍ.u! ciclu de trei B.a.Euale, destilate sruditúui dispozítivelol !i circuiteloÍelocEolice nrtrdamcDtale, al cilcuiteloÍ clectroDico pcntru seE.Dale coDti.Düe 9i, in sÍiir$it, alcircuiElot clectroDicr dc ilDpulsuri. Ea se adÍcscaá lo primú ránd studenlilor ítr ingiDerieelectricá !i aÍe un ptedoEioaot caractcr de c1rrs ulive$itar, lucntri care s-au luat ínconsidcraliulc atat la selectarca ea.c.ialului cát 9i la saucfuraÍca cspitolelor. Pe de o paíe s-aavut lo vedetc abotdaÍca a cát mai Eulte problcmc care pot iDteresa pe sp€cialistul io ilginerieelcctÍicá. Pc dc allá paÍrc voluEul dc idorEalio a t.ebuit limitat ia coocordanJá cu pÍevederileach]alelor planuri de ílválámiol si prcgra.E€ aÍaliticc. ca umare ín raportul analiá - sintcás^a pus acc€At pc chcstiunilc de analiá a circuitelor elcctÍonice. De asemenea se pune accentp€ fenoDenel€ fundaEeltalc cale stau la baza fiEclionáÍii circuitelor olectrouice. Nu seopercaá clr schcoe cchivaleste 5i llodcle' peotnr introducerca acestoTa DeaváDdu-sc ladispoziJic tiEpul nccesar.

stüdeo|ii i! bginelie €lectrÍcá au o pregátiÍc i! domeoiul electroDicii cáÍe sercpartizeazá pe trci semestrc, dintÍe carc ultimul estc dedicat problemelor de electronicá de

Puterc. Totuli Eaterialul abordat, caÍe 5e ÍefeIá la primele douá scBestÍe dc studiu, s-adistribuit in trei mari capitole' carc s. constituio ca eDtitá]i de sinc státátoare' De altfel aurorulisi expriEá cotrvin8erea ctr fie..re dio celc trei mMuale ále ciclului care iDcepe cu aceastácartc' ar tÍebui sá Íie sfudiat intr-utr sem6tru apaItc.

Cartea se adrcseazi 9i sp€ci.listiloÍ di' cercetarc, pioiectale !i pÍoduc}ie in domeniulelectÍoteboicii 9i clertÍotricii, bclcÍiciild do avaltajú cá intr.u! voluE relativ ÍtstÍáns sunttratate aproape toate pÍoblemclc specific€ electroaicii. Ea a fost elaboratá integral prin cforfurilepersonale ale autonrlui

'i reflectá coDccp}ia sá asupra modului cuE trcbúq'(e studiatá

elccrrolica dc cáEc snrde4ii facultáliloÍ cu profil clcctrotchlic.Lucrarca sc bazeazá p€ o bibliogÍaÍie bogat! sel€ctatl cu grijá din literatura teblicá de

specialitatc' cu ac{eot pe titluile in limba Íománá. In acest fel cititoruI va Íi direct orientat sprecursuri uniYe$itare' cá4i sau tratate cu ajutorul cálola poatc obJile detalii suplimentare cuprivÍe la oric8rc din temele abordate i! qrrsul udversitar de fajá. Di]xke ccle 9l ti|luribiblio$af,cc cuprinsc Írl capitolu] 10, sc Íeqrarcá luqádle [62], [63], [64] cale pot ncolsideÍate ca sursá de rcfeli!,á datoritá faprului cá abordcaá problematica electrodcii cxactdil puncnrl de vedere speciflc prcgátirii ingilerului elect.oteh!.ician. ca urtoale Yor fi DorEalemultiple|e rcferi'i |a aceste Íratate.

cu scopul orieutárii pÍactict a viitorului specialist, s.a optai 9i peotnr un scurt capitol

i6

l l cc conline cáteva adrcsc de INTERNET' deosebit de uüle celor care ltt s€ voÍ rezuma lalspcctclc teoÍctice alc electrolicii.

Áuto.ul, el íDsuli de pÍofesie ingincr electromecanic, arc o specializarE iliJialá i!ac|io!ári c|ectÍicc si elcciÍonicá de puterc. heze!ful cÜrs u vcrsitaÍ cste rezullaful experieojcidc prcdarc r discip|inelo. de Electronica, ilccPá'td cu anut 1992, la s€cJiilc de Elcctrotch!'icá.AcJionári elcctrice, Másurád clectricc

'i lnsrruEcltajie, ElecrÍomecádcá 9i Energetici

indusrria'lá de la Facultatea de Electrotebdcá din cadrut Ut|iversitátii Tcbnicc Cluj. Io paralelcu elabo'area |i Bodemizarea coBtiButr a materialului cuprils in accást]Í lucraÍc' s.a proc€dat$i la íofii4alea li dotarca utrui laborator adccvat, car€ ioainte de 1992 nu exista in coofigura1iafáculdJii' In paÍalel cu plcgáti.ea aceshri Eanual univeÍsitar a fosl fi''a'Iizat $i gb:idul pÍac.icpeltÍu seminarii $i lucÍári de laboÍator, care coEplcteazá íÍ mod nahr.al cursul

caÍea de fall, iltitulatá 'Dispozitive 'i

circuitc elccttonicc fuadameltalc. se 'efeÍála cunoa{tcrca elementelor dc circuit cu care opcrcazá elcctloBica' atát ca strucfurá sÍfuÁclioíare, cát si ca model matcmatic, utilizabil id Eod direct í! araliza

'r proiectaÍea

circuitelor clectÍonice. A,|áturat se iítIoduc o scÍic dc cilcuite si'ple carc fudcpli.csc fuuctiutriprimafc de amplificaÍc, stabilire a pulcteloÍ staticc de fulcJional;' comandá sau protec1ie.

^ .vo.-l aboIdatc toatc dispozitivcle serDiconductoare spccificc electroDicü EoderBe,incepátrd cu'diodcle semiconductoare !i páDa la.traÚzistoarcle bipolare cu conanrtá pril cámp,IGBT. Tratáld. lucrurite di! unghiul specific ingincrului clectmtehnician, nu se voÍ dctaliachestiud de fizica $i rehlolo8ia scmiconductoÍilol $i lrici Du Yor fi tntatc problemetc speciÍicecompoleltélor si circuitclor de foane gi ultra Ílaltá frecYcütá. Áclst

.curs aváod ca scop

pIimordia'l cunoa$tcrea dispozitiveloÍ electronicc' circuitele complexe, petrtru seÍntrale contiDuesau disqete, vor fi abordalc iu cclclalte douá lucr&i.

l.a íDchcierca acestei iDtroduclÍi, autorul se siEtc obli8at str mullumcascá edifurii cáres-a oferit sá Publice aceasüi serie de trei ma[uale lÉltru stud.;Jii i! in8.iocrie electricá.

Cluj-Hllledoala-Toplilat997 - 2002

Cluj,01.01.2003.

Autonrl poate fi cootactat pri0 posrá la adresa:uliversiratea Tehdcá clujFaru]tatea de ElectlotehnicácetedJa d. .A.c}ioúi E!e.tÍ!ce 5i Robo]i, ..&RRO - 3400 ClujStr, C. Daicoviciu, Nr.15Tet. : 0040-264_t9316t, exr. t65Fax.:0040-264-192055

sau prin E-mait : Richard.Marschalko@edr.utcluj.rorEaÍschalko@yahoo. coo

2.COMPONENTE ELECTROMCE PASIVE SI ACTI\TE.GENERALITATI.

scopul electrolicii este accla de a dezvolta o nouá categoÍie de ciÍcuite' careindeplinesc o serie de func;iuni speciale, numite 'func1iuni electronice". Aceste funcliunielectronice suDt extlem dc Dcccsate in cclc mai diversc aplica}ii Practice, incepánd cu ce|e de

uz gospodárcsc.i páná la cele industrialc 'i

de celceÍare 9tiilJificá. Ele se caracterizeazá prinfaptul cá, in general' ou pol fi Íealizate cu circuitele electrice clasice, sau se pot realiza greoi

si cu ralldameBÍe lcduse.Pe[tru ilrdepliÍliÍea scopurilol salc, electrolica foloseste loare componentcle ciÍcuilelot

electlice asociat cu o serie de componente specificc' numiÍe dispozilive electronice'componentelc circuitelor elcctÍonice prcluat€ diE e|ectrotehnicá sunl cele pasive,

rezistenle, bobine 9i coÍldensatoare. Penlíu necesitálilc clcctroÍricii, accslea se produc inlr.ogamá laI8á de valori $i tipodimensiuni standaldizate. lmpreuná cu dispoitivele el€ctÍonice,componcntele pasive alcátuiesc circuitele electÍonice. Aceste circuite se pot realizacu tehnologieclasicá saü fo|05ind tcbnica circuit€lor imprinatc uni. sau mu]tisl.at. Asupra acestor aspecle deordin tchlologic Ítu se va insista Ín lucrarea de fa|á, dcoarecc pÍoblematica face obiectuldisciplinei de "Tehnologie m€ca'icá !i e|ectÍicá" care se gáse$le in pIaJruI de ínvátámánt pellruanul inlái al studeqilor in electrolchüicá. se cuvine sá pÍecizám cá proiectaÍea tehnoloBicá aacesto! circuite electronice se face as|ázi cu ajutorul unor medií de proiectaÍe asistatá d.ca|culator, cAD . compute. Áided Desigo, care sunt 9i ele cunoscute de cárre inginerulelectrotehnician, gralie disciplinei de .lngioeÍia proiectfuii cu ca]culatorul nunleric., prevázutáio anul trei de studiu. La data la cale s-a pregátit prezenrul manrral universitar, mediul deproi€ctare tehnologica sudiat este oRcAD 7. To| aici este locÚl sá aÍátám faptul cá pe ba?ainformaliiloÍ din acest ciclu de lucrá.i de .E|ectlonicá pentÍu ingineri eleclrolehnicje i., se poateaborda pÍoieclar€a tehnicá a unui numáÍ rcmalcabil de mare de circuite electronice' ln acesldomelriu' al proiectárii tehnice, calculatorul este de asemenea de ncinlocuit' unul din medii]ede pÍoiectaÍe cAD ce| mai culoscut fiind PsPICE, [59]. studentul in electrotehnicá vacunoaste9i acest aspect al proiectárii asislate de cálculatoÍ a circuilelor e]eclronice, ín cadrul activitáliide seminar, pIevázule ín ambele semestre de studiu al electrc.icii'

Revenim aclJm la obiec|ul propÍiu-zis al acestui cairiill. Pe de o pane €1 se ÍeÍeÍá laanaliza unor relele pasiYe Rc cu largá utili:ore atát in circuite|e electronice pentrusemnal€ continue cát !i in ciÍcÜite|e €lectronice de impu|suri, [62], [63}, [64]. Áceste relelepasive' cunoscute $i sub numele de fillre pasive sau linii de inláJzjere au fost studiate ladisciptine|e de Bazele Electro(ehoicii' ceea ce ne pÍopunem aici fiind definirea unoÍ funcliielectÍonice specifice ale acesÍor cilcuile' Ele vor |t foaÍle des regásite' ia structuÍa inierná a

ö

unor e(aje din configuralia circuiteloí electíonice conplcxe sau ca elemenl de cuplar. inrreelaje. IÍt ambele cazuri' prczenÍa acestoÍ ÍeJelc pasive va avea efecte iEPoltanre' Unele doÍile,altele nu' a'upÍa comportáÍii circuilului io ansamblu'

Pe ru inccput vom ana|iza cél mai simplu ciÍcuit cu caracter de filtru. trece sus'indicat ín Figura 2.l' t62]' t63], t64]. Ne vom riferi pe rfud la cazuÍilc cánd scmnalul u(t)aplicat Ia jntrare csÍe un seÍmal sinusoidal, lespectiv' un seÍntral in foroá de impulsuri ietensiune.

uc(t)

úi) lv

T.L

FiguÍa 2.l. Filtrul Rc

ue(t)

"lrece sus'

Peotru p.ima etapá a aflalizEi plesupunem cá Ia inrarea circuitului avem seÍnnalu| u(t)de foÍnra:

u(t) = '/z tIsínoü

canctenzat plin valoalea ef€ctivá U gi frecven1a f, datá de expresia:

Zn

. Lucránd cu Ieprezelrtalea in complex a márimi|or electÍiceamplifi.a!ea complexl a circuiruhi ob.linem simplu:

_l" jrrc

(2 .2)

care intervin, pentru

u.=AeJg

!2 .3112.7)

Di! Íelalía de mai sus, peDtru modulul aBpliÍicárii si pcotlu defazajul dintre seírrlalul de iltÍare

si cel dc iesite, rezultá urmátoarelc cxpresii:

to = arctan 1 >o' oRC (2 .4)

se coÍlstatá cá modulul a$pliÍicfuii este totdeaurra subunitat, deci circuinr] atenue2",l semnalul

aplicat la futrare. De asemcíea lezultá faptul cá s€Etralul de la ielire este iü avans de íaá faláde c€l de la iltrare. P€ ru a putea calactcliza mai bile cilcuitul aDalizat vom intÍoducenoJiunea de frccvenJá limitá de fuDcJiomrc a ciÍcuiÍ-rlui' ca fiind acea frecvenlá de lucru la care

atcnuaÍea seBlalului de iltÍaÍe devine:

(2 .5)

IntÍoducánd DáÍimea dclinitá mai sus i! rela1iile (2.4), Tezultá urÍIá|oalele ValoÍi pentru

pulsalia limitá, frecv.nta limitá, rcspectiv, difef€nta de fazá dintre semrralul dc intrare gi cel de

icliÍe la ftccvenía limitá:

a,=zrt"=]a

'0, J as'

(2.6)

Deci pulsalia limirá a ciÍcuifului arralizat este ega|á cu inversul constaÍltei sale de timP'seguralele de iDtrare avand pulsa,ia egalá cu pulsatia limitá suBt d€fazatc exact cu 45.. Revenimtot la rclaÍiile (2.4) i.n carc intÍoduccm acum pulsa}ia limitá- Rezultá urmitoaÍele expresiiextrem de utile:

(t-(t

<a!--;

s:llEt -l

'li, .

J:i.

i

I

i

:

10

cu ajutorul acestoÍ relalii suntem itr lrásruá sá ana]izám compoíarca circuinrlui, atuuci cá.odfrecvcnla seÍnnalului aplicat la intrare sc modificá ítr limile larqi.

(2.8)

Dacá frecvenla semnalului de intrale esle mult Eai micá decát frccvén'a liEitá arunci.raponul dinlrc pulsaJia limitá $i pulsaJie ia valori Pozitive mari. ca urmarc' trcglÜánd termenulega] cÜ unilalea de sub radical, atenualea cu caÍe opereazá circuitul deyioe:

A= ('Rc=21Í'fRC

:

l

li

l

ll

.t

:l

r.tr

Iil,l

tI

1

:

Deci atenuarea ale valori foárte mici, áteÍruare "Putemicá",

'i cÍe'te propo4iolal cu frccvenJa.

DefazaÍea serrnalelor de frecventá joasá este practic ae qo;. t-a.frccvcnle.ae lucru mul. oaimaÍi decát frccvenla limitá, raporful pulsaÍilor din expÍeliile (2.7) tindc la zero. Ca uroarei alenu:ue! circuifului sc apÍopie de unitate iar defazaju.l de zero. Prio urma& seEnalele de'IÍecven'a m.Úe trec tárá a Íi atenuate !i ffuá a fi dcía.zatc. Acesle observajii asociate cudiagrame|e de atenuale si fazá iÍdicate r]n Figura 2.2, expliciteazá func1iunea de itltru pasiY(rece sus al circuitului analizat, atunci cáÍtd semnale|e de intrale suot sinusoidate.

FiEuÍ^ z.2. Diagramele de atenuale . ía2á peDtru futrul Rc 1reccsus"

Io regim de impulsuri comDoÍtalea ac€luiaJi circuil trebuie$te abordatá diÍr alt ulghi.Presupunem cá la intraIe se aplicá un semna aiscret, contonn cíicű.;.;. Acest semnal

11

este desc s, pe intervalele corespunzátoare dc timp, prin cxpresiile:

u(t) =+U. daca 0<C< !2

u(t) = 0 daca

T

(2.e\j<t'r

c u"(t)

o u"(t)

+ul

.ut

I

-----f-I

u€(lJ

Figura 2.3. Releaua RC 'llece sus" in legim de impulsud.

72

seoualul de inrraÍe es(e deci de frecventá coÍtsta'rlá f = l/T !i are factorul r€lativ de umplerel/2. Dacá admiÍem cá círcuitul studiat ínc1ioneazá l' c"'. á; ;üi; co"nJctut tu ior,a,.a::j::t'::l:.1".:1*':á

cu impeda!Ía de iot.." l"fi.i;'.;il"i-;;;;io..i"o'il,.o"n.",o. "...11:::l':"

*,."*: trcce prin rezisrenla R' deoarece cureÍtlul de i"li.".es[ *l' Ca urmarerunc|looalea circuitului va Íi descrisá de ecualia diferentialá:

^ duc( t\ u- ( t)L ---'..i.:-_ - - =oac R -

PentÍu ambele intervale de timp, caJe caracterizeáz; semrtalul discret aplical la rnlraÍe, aceslaesl. constant, deci difereÜia|a sa este nu|á. Ca urma.re scriiod ccu"iiu J!.i.n.ru* " ",."ul."rui

analiza(, prin diferenJiere rezultá:

duc(t) = dfu(6) - ue(ü)] = - du.(ü) (2.11)

ffiii:Tl.Ti'il:1*tat jn ecualia (2.lo)

'i procedá[d la separarea variabilelor se ajun.e la

du-( t) Aru"( t) RC (2 . 12)

Ac.aJta ecualie are solulia:

ue(c, = (Ui - U.) e Rc (2 . 13 )

penlru inteÍvalul de timp cüprins iotle íncelutul unui ciclu 9i T/2, Uc" fiind tenslunea la careestc ilcárcat condensalor.tl in momenlu|.initial, t = 0. Pentru io.".""i"uia"ii-p "upr,n..n.."T/2 5i sfár$ilul ciclului, T, solu'ia ecualiei difeÍenjiale este:

_ __zue\t) =-Uüe Rc í2.14}

Ucr fiind tensiunea la bomele condensatorului C, la timpul t = T/2.Pe baza rezultateloÍ de mai sulregim de impulsuri. vom folosi í" "":'|]::i

proceda la. analiza func1ioná-rii cilcuifului illexpresia (2.6t..primu, ; p" ;; i';'T:il

"Ti::i:*: |::ffl[ ,iH1jlJl:,1",j,#::l, esle mult mai male decát frccvenÍa limitá a circuitutui. .e,ltra s.pis, pi,io"i" i.p'.,',ir". "al

l-3

cste mult mai micá decet constaDta de tiElP a circuitului, adicá:

T<21ÍRC=21tÍ

ln accasta sifualie iD primul inrcrval al ciciuiui de furrcliomre coniiensatorui fiu ajunge tatelsiunca Ui |i in al doilca iBterval al ciclului de fuÍIcJionaÍe nu are la dispoziJie timPul nec€salpentru a se descárca comPler. ca urmarc, dupi terEimlea regiDului tntrzitoriu, tensiunea dela ie9ire reproduce impulsutile aplicate la iltrajc, $tb forEa tIalslatatá cu o constajrtá DegativáK:

12.1,5)

u"(L)=u(t)+K t2.r6)

4,, | ts\'' íf\ = p. uq\U/-aE (2.L?)

circui(ul coovqte$tc impulsurile unipolale de la int.are i! impulsuÍi bipolare de tensiutre laiesiÍe' FiguÍa 2.3' b.

Al doilea caz corespulde sifuatiei ín carc p€rioada seurna]rrlui discret aplicat la iotrareeste de acela5i o.din de máIiD]e cu constanta de timp a circuirului analizat. Acum cottde$atorulse incarcá astfel ilcfu relsiunca la bomele salc ajulge la valoaÍea Ut la momentul T/2,rcspectiv' se descaÍcá astfel iÍcát tensiu&a la bomele salc devine zero la timpul T. soÍÍroa]ulla iesirea relelei Rc sfudiate va corcspuíde cu forma de Bndá prezeotatá in Figura 2'3, c.ci'cuíul lralsferá lhial !i difercnliazá semrralul de intÍare, acest Ícgim de fir'c}ioÍlarenlmindu.se regim de supradiferenlieÍe. seEtralul discret, in foÍmá de impulsuíi uÁipolare, dela iDtrare' se tÍansforEa' practic, lntl.uo semlral bipolar, tliuDghiular, la ie$ire.

Ultimul caz se lef9rá la siNalia íD care pe.ioada semtralului de intlale esle mu|t maimare d€cát coustanta de tiÍlp a circuifului. Acum condensatorul se íncaÍcá la tensiunea Ui i!tr-uÚ inlcíva'l de timp mult mai scuÍt d€cát T/2, Íespectiv, sc descarcá complet índalá ce seÍnnalulde intrare a devenit zero. ca urmaÍe |ensiunca de ieliÍe va fi nulá pe toatá durata ciclului, maipuJiÍl veci!átatca momeutclor celld se schimbá starea i'{ráÍii. cjrcuitul func|ioDcazá cadiferen aror, soÍualul de la ie'ire Íiind:

o folma de uodá caractedsticá acesrui regim de funcíionare rezul!á din Figura 2.3, d' circuitulconveÍtelte se@[alul discret unipolar de la inrrare in impulsuri bipolaIe, scune, la ieliÍe. El secomponá ca u! circuit de iBgustare a iEPulsurilor.

Nc voÚ Íeferi iq cotrtinuare la un circuit dual celui abordat in paragraful anteÍior- EsteYorba de rcJeaua Rc iEdicatá iD Figura 2.4, cale itr coÍlditiilc unui serunal sinusoidal u(),aplicar la intrale, fudepliüelte fuDcliulea de liltru lrece jos, [62]' |63]' [64]. Adnriteru irtcontiluare exPresia (2.l), petrtÍusemnalul u(t). Afuncj atenuarea complexá a circuitului va deve i:

L4

t

^ - Yz iuc" ;toc

(2.18)1 + joRC

I

uR(i)

FiguÍa 2'4. Filtnrl Rc "tlcce ios'.

sepírá.od parrea realá si partea imaginará a expresiei de mai sus, vom obtine urrnátoarele relaÍiipenlru modulu| atenuárii si pentru faza sennalului de la iesire in raport cu semnalul aplicat lainIÍare:

,1L + a2 R2 c2

g=-arctano-RC<O(2 .1,s)

si in acest caL ^'|^|iz^

fuíctionáÍii circuitului va fi u{uratá prin i[tíoducerea noFunii defrecven1á limitá, ca fii'ld &ecventa acelui semnal de intrare c*"''" n "i""u"-"-roÍm reladei:

-u-11{=-=-:u ,lE(2.20)

Folosind aceastá conditie in priÍDa din.r€ lelalii]e (2.l9), rezultá in mod dilect exprestilecunoscute pentru pulsajia'i frecvelF limiü, constatándu-se insá cá la acest punct de func1ionarescmnalul de la iesire ve fi cu 45. in ulma semnalului de in;rare,-'- -'--''**

15

1Eó' 2ÍtRc Q.zL)

Revcnind acum diB nou la reláJiile (2'19), ií cale iltÍodlccm valoaÍea pulsaliei limitá pe carea.m stabilit.o mai sus' obJinelr uÍmátoaÍele forEule adecvate alalizei funclionárii circuituiui dat:

. !)2

a! (2.22)

g=-6a6g4n-!L@_

qí1

íT2

Figura 2.5. Diagramele de atenuare. fazá penlnl fihÍul R."trece ios".

i""'.". """rn

ín rnásurá sá concluzionám: Dacá Pulsatia semnalului de inrale €sle mul( maimicá dccál pulsa|ia limitá a circuitului atunci raponul pulsaiiiloÍ tinde la zero gi dÍepl ulmaÍemodulul atenuárii devins unita! iaI faza seÍnnalului de icaire devioe zero. Deci seÍnnalu| de laintra.re va fi regásit la ic5üea circuitului, fáÍá a fi nici alcnuat 9i Bici defazát. Dacá circuitulprelucreaá un seünal de i'ltraÍe calacteÍiz't print.-o írccventá egalá cu frecvenla limitá' atuncisernnalul de la iesirc va avea ateíuaÍea confouná cu IelaIia (2.2o)

'i va fi in urmá cu 45' fa}á

de s€rÍmalut de intÍare. ln sfár9it, ultimul caz este cel in care flccven1a semnalului de i'traÍeeste mult mai Ínalc decát frecveop limi!á care calactedzeazá cilcuitul' ln acest caz moduluIaÍeÍIuárii tindc |a z€.o iar faza senrralului de ie'i.€ cátre.9oT. Deci ac€st seÍnnal dc inrrare vafi practic suprimat' asociat cu dcfazaÍea co.espunáloare. cele de mai sus, impreuná cudiagÍamelc de atenuare $i fazá plezcDtate in Figura 2.5, jusrificá fulcjíunea de filtru Írece - iosal relelei studiate.

PcntÍu alaliza in Íe8im de impulsuri, presupunem.cá la iquarea cilcuilului se aplicáselÍualul discrer, unipolar conform cu expresiile (2.9)' Ecuaia difeÍenJialá care caÍaclerizea2ifunclionaÍea retclei Rc va fi:

(2 .23)

,,/|\-,,|É\-|| 11 -+.ue\L/ - qc\ L,r - [,,j \'l. - e .'-,

u(É) = R r(t) +

solujia geneÍalá a acestei ecuaii csle de forma:

pentru intervalu| d€ timp cuprins iotre 0 li T/2, Íespectiv:

1

t-jué(ü) = uc(t) = tli e. ---ad-

(2 .24].

(2 .2s)

pentnr iltcrvalul de rimp cupÍilts intre T/2 $i T. s-a p.esupus cá la iocePutul ciclu|uicondeDsato.ul c este descárcat iaÍ la momentul T/2 tensiunea la bomcle sa'le aJe valoarea +Ui.

Exp.esiil€ (2.24) si (2.25) ne oferI posibiliraÉa iÍIterPÍetárii fudcjionáÍii Íqe|ei Rcanalizate, in Íc8im de impulsuri. Daci perioada impülsuÍilor de tcrsiune u(o eslc muh maimaIe decá( coqstaDla de timp a circuitului afunci condensatorul c se lncarcá foane repcde, chiar|a inceputul cic]ului. la tensiu'ea +Ui, r€spectiv, se descarcá comple( imediat dupá t : T/2.Asa cum Íczultá 9i din Figura 2.6, b' circuitul leproduce la iegire icmnalul aplicar la intrare.E| funcIioneazá ca o linie de lransíeÍ a impulsurilor fiind destinat eliminárii ínor zgomote oeinaltá frccvenJá caIc insoJesc semnalul de intrare sau pentru eventuale adaptári dc impedaB,á.Asemánátor cu cele @nstatale la circuiful analizat ín paragraful anteri-or, dacá frecvenJaseE[alului de intra.c €sle in jurul valorii frecvenJei limitá, atuBci condensatorut 5e va incáÍcacomplet itl inteÍvalul de úmp 0 - T/2, resp€ctiv, se va descijca pántr la ielsiune lulá iotremomentele T/2 $i T. Telsiunea dreptutrghiulaÉ de la iltlare va d convenirá intr-un semna,]quasi-triunghiular u.uipolaÍ. circuih{ tÍaflsferá liniar $i integreaza scÍrualul u(t)' regimul defutrclioÍraÍe numindu-se de supraintcgrare. o situalie de ac€st fel cste evideDJiatá in Figura 2.6,c. ln sfáÍlit, ultimul caz este cel in caÍe perioada seÍnnalului d€ itrtrarc este;ult Eal micá decár

colstaota de tiBp a rejelei Rc luate ln considerare. coDdensatorul c Du se poale iícárca latessiunea +UI i! iÍervalul de timp 0 . T/2 dar nici nu se Poate dcscáÍca comPlet intÍe T/2 $iT. TeDsiuÍtca la bomelq sale evolueaza perttraneD,t expouetr}ial ío jurul uBei valori cale este

rccmai media t€Dsiünii u(t) aplicate la intrare. circuitul' a5a cum lezultá 9i din Figura 2.6' c,functioneaá ca integrator, conveÍti-Bd imPulsul iDtÍ-uü Divel de tensiu]e ProPo4ional cu factorulde uEplere al seBíálului de i.atÍa..e, la amPlitudiDe +U| coasta'utá a acestuia.

d U€(t)

Figura 2.6. Releaua Rc 'tÍece jos' iE Íe8im dc impulsuri.

18

vo. fi aia|izate in continuare alrc douá reÍele Rc mult aplicare in circuilele electronicedestinatc prelucrárii seÚnalelor cootiüue. La inccput nc vom ÍcfeÍi |a filtrul pasiv .rece .bandá di! Figura 2.7' t62]' t63]' t64l.

űt) I

I

L

Figwa 2.7 . Filtrul pasiv ''tre.e bandá'.

Ácesta este alcátuit dintr.un ciÍcuil Rc serie si unul para'lel. valorile peElÍu reastenlarezistorului R si péntÍu capacilatea condensalorulr.ri C din cele áouá circuite sunirespectiv egalc.lmpeda$a circuitului serie de Ia intrarea ÍiltÍului este:

4=p*_]_-' j@c

ImpedanÍa circuitului para]el de la ielire ale valoarea:

Ádmi!ánd cá filrrul studiat funcJioneaá practic iÍl gol, pe baza celor douá relalii (2.26) ti(2.27), penrru atenuarea complex' a ciÍcuitului vom puteá scrie:

.r - '; - -;---.---= =Yi 3_s - !4i @RC

11 + joRC)2 + joRC

Introducem ufmátoarele notalii pentru pulsa'ia limitá a ciÍcuitului 9i penru lapoíul dintrepulsalia semnalului de inr.are' u(t) si pulsajia limitá:

.o=-L o=

l U€(r}

ÍI

(tÜ)o

12.28)

(2 .29)

19

Atunci atenuarea complexá deviDe:

"=n;;*t.,nca uÍmare obÍ.lem urÚátoarele expresii p€ntlu modulul atequárii ciÍcuitului:

(2.30)

(2.31)

12 -32)

rcspectiv peotru faza seÍnnalululde ie$ire, ín Íaporr cu scÍtulalul u(t) aplicat la intrare:

r - Ci2Q = arcEan

-::

Fi8ura 2'8. DiaEramete de atenualc . fazá pentÍu filtrulpasiv 'trecc banda".

20

s€ constalá simplu c" anrnci cá-ud Du|saÍia semlalului dc iDtÍare are tocmai valoaÍea pulsajieiljmitá a circuitului, atunci sernnaluí cules |a i"5ire e.tci,, ráJu-Ji"il.ifi,"l 9l .*"

"."no.,de 3 ori. PÍin ÍÍecere Ia limi!á ln exprcsiile iz.ztl si a.zzi:l ,"Ái;l;;ilá semnalele deinlrare cu frecven1a mult Eai micá á.car.rrecveni" timiu :il;;;"i;;,".e ' a(eoua'eacilcuitu|ui devenind o si faza seonalului d€ ielir€ tinziind cátre +9P. Atenuarea ciÍcuituluitinde de aseme.rea cátre 0, asociat cu o'der"-.. i' 'áe .. s0", o.*..,l#l."." o" i"..",.calaclenzate PriÍlk-o fre.venJá mult mai mare dec r'".""nl. ri*iir.a.J.*i.t jui. ca urmare9| ace.te seÍruule sunt pÍactic eliminate.. Acesrc fapte justifici fu".d;;;;;. ..ece bandá

:"::::Hl'""::'*". Figura 2. 8 evid€nliaá

""".t i""í si pii".áid.".jJ oJ."L'"*",,,-n

"n ,1,

Í

uo(t)

Figura 2.9. Filtru "opreste - ba[dá. iÍl punte wien -Robiuson.

In sfárgit, ultimul circuit De care íl vom aborda este puntea wieD - Robinson, careindep|ilette funqiunea de fi|tru ooreste - bandü, [62], rea'^toqj. p""* "

irratiza rapiaa afrrnc1ionirii aceslui fiItru vom tace ou."."a}ia'ce t"*iun;;;idil ;;ffi il másuraü faláde porenrialul masei circuirului. Ea aDare^ca diferenya dintre ren jun"ul"iu -i"iir.u uoui olui.o,rc?istiv si rensiuDea de la ielirea unui fittru. ,r*" u-ol-_"i"il;;rd"i',1, anteno.. ca

ij]íi,".'.i}T'tri*Tl cá rezistcÍIJelc divizorului au valoril€ zr, i-i,.si.ioro,ioo,.r"li"

rIQt-1--7--

3 * j (2.33)

2L

PeÁtru tensiunea !L' confornl acum circuifului diu Figura 2.9, se ob1ine simplu expresia:

)au-= t1 -J

Prin separaÍea páqii reale 9i imaginare io ecua1iaatenuádi Íiltrului opre''te - bandá:

3+j (2 .34)

(2.35)

or_1--T--

(2.34) se poare rapid

1

deteÍmina mo].lulul

f1Í,a

Figura 2.l0. Diagrame de atenuare . fazá peot.u punteaWie! - RobinsoE.

Plecum !i faza seElalului cules la iegire in mpoí cu cel aplicat la intrar€:

22

Q = arctan 30ar- ; O*O (2.36)

. .. . Figura 2.10 prezintá diagramele de arenuare si fazá construite pe baza uhimelo. douáÍelalii si cale caracterizeazi funcÍiomlea ca filtru opre$re . bandá a pun1ii wien . Robinson. LafrecveoJe dc lucru mult mai mici sau mult mai-nad rrccát frecvenla l;Jtá a circuifului,

seÍmalul de injÍare se regáse5te la iegirc, atenuat de 3 ori !i practic fáría |r defazat. Semnalclede intraÍe cu frecven'á apÍopiatá de frecveota limitá a ciriuitutui.unt piacrl" supnoare.Este evident cá cxisrá multe alte retele pasive utilizate dcs in;leci;nicá' Áboldarealor devine facilá pe bazá metodelor expuse mai sus.

Al doilea obie.tiv al acesrui capitol se refed la rcluarea, pe scult, in coltextul specilical 'tiinJei

electro cii, a unor no|iuni fundamentale privind dispo"iti"á" J"ct.ooic", Jrs].Aceste noÍiuni. se considerá in buná pane cuuoscute di la disciplina de "Fizicá-, sMiati arát|n ltceu cat $t |a tacultale, pe paÍculsul a douá semestrc. De asemenea mulle ilformaÍiilmportante sunt furnizate de cátrc disciplina de Materiale electrotehnice.Dispczitivele eleckonice sult acele componeqrc ale circuitelor elechce a cárorcornponare se bazeaá pe coltrolul mi$cfuii purtátoriloI de saÍciná ín corpul solid, ín gaze sauin vid.fn prezen! aproap€ toare dispozitivel; eléctronicl folos.sc conffia ii corpur sorio, deregulá in semicooducloare.Reamjntim cá in tuburile elect.onice coÍrduc}ia alc loc pritr deplasarea el€ctÍoni'|or invid, intre electrozi mcralici intre carc se aplicá o áifcren1á ae porcnlla. riactic viaut ain

tuburiIe. elefiÍonice este un gaz foarte rarefiát' in care parcursut tiur Jitociu a ctectronito.este m]rll rnai maíe decat dislanÍa dintre electrozi. In acrualul stadiu a" ae"iott"re a cr"cr,o,.iclituburile elecrronice pot fi considerate de domeniul istoricului, ca u.ruu." * oi

"oru Ínui ..rcrila ele pe Parcursul acestui ciclu de lucÍári. Subliniem insá faptut ca toate |ircu.itet" ete"t.oniccisi au.un-echivalent in tcblologia tubuÍilor electronice. De asemcn""

'" *uio"ii *"i ot,"-a.fapol cí tubul.electroqic mai este pÍactic ulica soIu1ie ta erri1eoar"r"á" ii." 5i ro*" .u."putere, respectiv in televiziutre' tebnica de.calcul 9i másurárile elecroni"", *á" oo ,-" *pu,íncá utr inlocuitor defilitiv al fubului catodic.

ln dispozitivele semiconductoaÍe Dafura colducliei cste tot elccronicá' DupI cum biaese 9tie, peotru descrierea cár mai iDruitivtr a fenomenáor ..'" io.oÁ-".onoo.ria cuÍenluluielectric ín dispozitivele semiconductoare, aláturi de coocepful d" ereJtroniiuJ. io corpur .oriasc iítÍoduce !i concepful de gol. Reamintilr ci golut csie o p"ni".IE ni.i"e' carc Poaía osarciná el€ctricá egalá daí de semtr opus cu a etectronuIui gi cá se poate áffi" suu u"1iuo""cánDului e!ec!ric-

^ -^^.. 11

O"n"Ui" de mai sus a dispozirivului electronic s-a folosir termenul de "cootrol".Acest termen se referá fic Ia cont.olul milcfuii punátorilor de saÍci!á, fie la controlul iajec1ieide punálori de sarciná in zona activá a dispozitiwlui . Accst com.r '"

po"t"-"*er"'r" pu air".irc:1l]

L1 mal.ea.:ajoÍitate a dispozitivelo.electIonice se 'p"I"Ji;í" J;;.ilectric exteriordatolat unei diferenle de potcnlial. TeusiuÍlea aplicatá conuoleaá "u."o,,i|

|",. ..."" p.,ndispoziliv. In cazul componentelor optoeiectronice, prio efectul uoui flux Iuminos se conrroleazánumáÍuj de purlátoÍide sarciná diDtr.o anumitá zonía dispozitivului "i".i.oii".t oi.po,i,i'"r"

diclectÍice cu uÁdá d€ supÍafatá, sub influcn'a unol clecrozi metalici disputi pe suPrafaladielectricului se poate influen1a propagarea rrnoÍ uade de vibralie la nivelul acestol suprafete.Ín sfársit, comPonarca Ünor relele de mici domenii dc magnetizare sepaÍate' format€ in corpulsolid , este contÍolatá itr cazul dispozitivelo! cu bule magnetice. Dintre cele Patru principii defunc|ionare enun'ate mai sus, primcle doul sunt mai ráspáDdite 9i, drept urmaie, vor fi aDa'lizálesi in cursul de faÍá.

Deci s-a aÍárat cá circuilele electricc care folosesc si dispozitive electrolic€ se numesccilcuite electtoBicc. scopul cíIcujlclor elcctÍonicc cste dc a lealiza funcJiuDile electronicespecifice' [18]. Diútre acestc funcjiuni puÍero aici Ec'}}iona, cu scop de exemplificare:rcdlesarea, ampliÍicarea uDor semlale' geBcrarea de oscilalii aJmonice' stabi|izarca teosiuniisau a cureüfului, convclsia serEnalelor de .€Niuoe íD selÍrn3le de cuten! sau invers. modlla'ea.demodularca sau detecJiaunot semoale, prelucÍarea unor scnnale discrete cu aiutorul circuiteloÍde impuIsuÍi, etc. Pe lfugá scopurile eÍtlEcrate mai sus, considerate ',primo;diale"' ciÍcuilele€lectÍonice mai au !i un scop "secundaI"' si cl foane importa-Dt. Acesr scop "secundal. constáin a ctea condiliile ca disPozitivelc clectroDíce sá poatá indeplini optim func1ia 'primordialá".Este vorba aici de circuitele de stabilire a punclclor optime de funcíionaÍe, de proÍeclie, demásuÍá a Üoor parametri' de supraveghere !i de colrandá, etc.

DisPozitivele electroÍlice folositein aplicaÍiile practice au calac|erisÍicile difeÍite de celeideale, foaÍte des luate in considerarc in proiectare. De asemcnca' DaÍamerri indicaÍi incalaloagele de produse ele4tÍoníce sult oÍientativi' fiind afeclali de o seriüá dispersie de ordintehnologic a valorilor. Uo circuit electronic bine proiectat va asigura in mod optim hrnclia saspeciÍicá, exploatáld calitá1üc dispozitivelor electrolice folosite $i 'mascánd'' defectele loÍ. E|va tÍebui sá asi8ulc itr acelasi timp posíbilitatea producJieí de seIie, permilánd schimbareacoulponentelor cu altele de acala$i tip, fá!á ajustáÍi $i Ie8tajc suplimcntale.

Revenind la problcmatica funcJiunilor electÍonice specifice, din punctul de vedele alput€rii transmise pÍio scÍrnalele prelucrate, circuitele electronice pot Íi de douá categorii. Pedc o pane existá categoria circuitelor care pÍelucreazá

'i tralsmit semnalcle electÍice puíátoare

de itrforma|ie. ln acesr caz cstc esetrtialá acurate}ea irt prelucrare 9i transmilerea DcalleÍatá asernnalului. Put€rea transmisá nu este un paÍamelÍu serrBificativ' cilcuitele de aceastá naluráse Ílumesc cúcuite electronice pentru scmnale continüe' Íespectiv' de iopulsuri. Pe de alrá pane8á5im ciÍcuilclc clcctrodce de pu(ere, destinate controlului si coÍtveÍsiunii eneÍgiej, la cai:efactorii cei mai imponanli sult putelea transmsmisá 9i randamenrul conversiei- Este evidenr cáaceastá din urmá clasificarc tlebuie|te privitá Ín mod clastic, g.anilelc dintÍe cel€ douá calegoriide funcliutti neftind !i8id dclimitate. Mai ales ín ultimii ani, pÍin aPariÍia dispozitivelorelectlonice dc purere $i de inaltá frecven'x, asociat cu te}motogii modeme de comandá sileglare, ca tehnica moduláríi i! duratá a impulsuIiIor - MDI, a de\,enit exlrem de aclualá siProblema calitátii eneráici prelucrate de circuitele electÍonice dc putere.

Acest ciclu de lrci lucÍáÍi de "Electronicá pentru ingineri electrotehnicieni" nu vaaborda problemcle circuitelo! electlonice de purere. Aiestea voú studiate s€parat, pe baza uneibibliografii bogaÍo, exis(enre in litcratuÍa tehlicá de spccialitate iÍl limba románá' [l), [3l].t32]' [35]' t36]' t37]' t38], t46]' [47]' t48], [49]' tso], t6o], 16l], etc. Tofusi' aceastá caneva aborda detaliat si disPozitivele semiconduclcaÍe specifice circtri'elor elect.^:..ce de putere.

Dispozi|ivele electrodce' indifeIeít de tiP sau tetEolo :' au o serie je proPrietálifundamenta-le, comune, [IE]. Aceste propÍieláli vor fi analizare :' -cd sinrer.c in conlinuale.Dispozitivele electronicc 'funcJioneazá in circuite e|ectrice frlj;l .e, impÍei.lná cu surse deenergie, .ezistori, bobine |i condensatoaÍe. Márimi|e care apar '.:erfa1i di"lIe dispoirivul

e|ectronic $i celela]te elemente de circuit sunt, in general, curen,i clectlici 'i

tensiuni elec!Íice'A9a curD rezullá din Figura 2'll, dispozitivele clccronice Pot avca 2' 3 sau mai multe bone.compoíarea in regim staliooaÍ a unú disPoziriv electronic cu douá boÍne este caÍacte'iz2!á priocalacleristica sa staticá caÍe este o filtclie cc rcprezintá valoarca curcntului i pliD dispoátiv

ot.po!l||v .l€ct.Ó!c cU 2 bo.q

OE

+

Dtspozltlv elect.6tc cu 3 bo.n.

Figura 2.1l. Explicative privind proprietá,ilc generaleale dispozitiveloÍ electronice.

peutnr o tensirue u aplicatá la bomele salc:

\z '.t , t

Se va vedea cá ín dispozitivele electronicc starea dc coDducÍie sau de blocale 5erealizeazá plin modificalea uoo! conceÍltralii de puíátoii de saÍciflá' prcces cale tlecesilá uÍraÁumit inteÍval de timp, numit tiop de comuta}ie' ca urmarc caracteristicile statice tru po!descrie complel componarea dispozitivelor eleclronice, in special afunci cánd se prelucreazáscmnale de foane lnaltá frecvenlá sau semltale discretc, (Iegim de impulsuÍi). In aceste cazuridevile necesaÍá $i cunoa'terea caracteristicilor dinamice ate dispozitivului. PetrtÍu dispozitiYulelectrcoíc cu douá bome caÍacteristica dilamicá este o firqclie de forma:

(2.38)i = i (u, t\

caracteristicile statice|i cele diBamice ale dispozitivelor semiconductoaÍe se dau uneorisub formá ana|iticá, dar cel mai des el€ suÍt indicate grafic. In acest din ulmá caz' impus de

25

caIacterul lor neliDia!, caracte.islicile dioa.o.ice se speciÍicá süb fo.ma de fulc.lii de timp, avándtensiuEea u ca parametru.

h gencral pcntru disPozitivul el€ctrooic cu trei bomc sunt valabile rela1iile:

i.=-(i.+i.)

ur=- (u1 + u2) 12'39)

ca uÍmaÍe díspozitíWl elccrroDic cu trei bome va fi calacterizat prin douá caracteristici staticcde forma:

i, = j,(u,, u.)

i, = ir(u, u"\

rcsp€ctiv, p n douá caÍacteIistici dioamice conforrne cu exprcsiile:

.í' = í' ( u.. u', t)

i" = ir(i, u, t)

(2 .40)

(2 .4L)

se cuvioe sá precizáB cá iD majoritatea cazurilor' la circuirele electronice careprcluÜcazá serÜralc continuc dc flecvcEÉ industdalá, propÍietálilc dc iDteles a]e dispozitivelorelectronicc pot fi descrise cu rcferire la caracteristicile lor statice.

subliliem lBcá o datá proprietatea speciÍicá tururor dispozitivelor clect.onice de a aveacaracteristicilc statico neliliale. Aceastá nclilialitate a caractoristicilo! statice poate fi utilá, cumestc. de excEplu . nelinialitatca caracteristicii statice a diodei seniconductoare, exploatatí ínrchnica ledresárii sau detecli€i seuuralelor electdce. In multc aplicatii de electronicáqeliniaÍitatca caracteristicilor statice a dispoátivclo! seBicondüctoaÍc poate insá deranja, cazi! ca'e tÍebuie'te sá se pÍoccdoze la liniarizarca acestor caÍacterisüci statice.

o a'lt! proprietate iopoltan.á a dispozitivelor electronice este aceea cá cle au uncaractcr parametric' Aceasta ilsearüá cá cel puJin una dintre márimile caracteristicedispozitiYului poate fi controlatá Pe cale electlicá. Decxemplu, in cazul tÍa'ristoarelor bipolale,cuÍeÍrtul din circuin colectoÍ - cmitor se poate controla PTin interrnediul cureotuluidio circuitulbazá . eEitor, aceastá proPÍietate aflándu-se la baza utilizárii acestor tíajEistoáJe in circui|elede a.mplificaÍe. La tTanzistoarcle cu €fect de cámp, lezistenja dÍená.sulsá este o funclie detcosiuüea grilá . sursá, caracteIisticá ce Permito folosirea tÍaIEistoalelor cu efect de camp caIezisten}e coEa.Bdat€ í! tensiune. I! sfaÍsit, un uhim exeBPlu se Iefe.a la cazul diodclorsemiconductoaÍe cu jon4iune pn. La funcjionaÍca ín cadranül 3, iB regim de polarizare inve$á'capacitatea atrod - catod a díodei este o iülcjie de teDsiunea inversá aplicatá, pÍoprietateexploahrá in cazul diodelol valicap ce inEá in alcánrirca unor cilcuite oscilatoare comandate,pe post de caPacitate coEaodaü i'! tensiuoe.

o ultimá propÍietate generalá lenalcabilá, coBuná majoIitáJii dispozjtivelor electroniceeste aceea cá ele au un caracter activ. Prin aceasta Ítrlel9geE cá dispozitive]e electronice potasiguta ransformarea putcrii de cureDt contiouü, absorbite de la sursele d€ cc, íD pulere de

seÍroal' Pentru in]elegeÍca ioponatrjei cu totul deosebite a accslei proprietáJi, vom aborda ün

26

exemplu di! domctriul ciÍcuirelor simPlc cu tranzistoarc bipolaIc. FuncJíonaÍca aopliÍicatoruluide tensiun€ di! Figura 2.l2, a, o vom analiza i! continua.re apelánd la curro5tiio1c oobanaite ladisciplineIe de Fizicá'

t".

?I

I t^.

)1

Figura 2.12. Explicativá privind calacterul activ al dispozitiveloÍel€ctÍonicc.

caÍacteristica circuitului bazá - emitor a traÍEistorului, prezentatá iÍr Fi8ura 2.12' b o

pÍesupunem liniarízatá 'i,

in plus, admiteD cá tensiunea bazá . emiroÍ, usE nu dcpinde de

valoarca rensiunii colector. emitoÍ, ucE. FaÍá dc un punct static de functionare, caracterizat

printr.o valoarc stationará a rensiunii bazá - emitor, UBE presupunem o micá modificale a

setnnalului de íntlaÍe. ca urmaÍe, í! condiliile ipot€zelor simPlificatoáre admise, curenful de

baá se va schimba !i el cu cantiiatea:

(2 .42)Á u'n =

Á,,"Íat r gs

PÍesupunem acum cá si caÍacteristicile de ie'ire din Figura 2.l2, c, sunt oTizontale' adicá

I€zisten'a diferenlialá colector. emitoI, rcE liode cátre iofinit' ca urmale Yarialiile mici ale

curentului de colectoI vor depinde numai de modificfuile corcspunzátoarc ale cuÍentului de

bazá. Putem scrie atuÍlci:

Ái"=pÁj"=Icz_Íc, (2 .43]'

In aceste condiliuni, modificarea tensiunii de iegire, care este 5i tensiunea colector - errulor,

UcE, a tÍanzistoíului, devine:

2B

cu AÚ s.a notat factorul de ampliÍicare íü reÍrsiuqe al circuirului, caÍe in mod uzual ia valoride ordinul sutelor. Rczuhí cá:

A ujes > A ui,

Áic; Aj8

Aui". = ( Li" _ RcÍcz) - (./5 _ Rcrc1) =

- Rc(rc2 - t;) = - Ry' j"

ApeláÍd acum la relaliile alterioare, (2'42) '1(2.43),

mai putem scrie:

Aui.,=-PRy'j"=

- F;: A u". = Á,Au,'LBE

Apj. = A ujnA i,Apr"" = A uru"A j.

pentru íactorul de amplificaÍe in puteÍe, AP' oblinem:

ÁP'.'ÁPi,,

Í"t

t2 . 44)

(2 .46],

AdmiF.qd urmátoaÍgle expÍesii pentru modificárile puieÍii de la intrarea, respectiv' de la iesiÍeaciÍcuitului :

(2 .47 )

- n "cnrst

t2 - 48't

Este evidelt cá $i acEst factor de ampliÍicare fu putere are valori mari. Diu analiza cfecluatáÍczultá clar cá tensiunea !|are de la ie'ire, precum $i PuteÍea mare disPonibilá la ie$ireacilcuirului srrnt o consecinJá a culentului din circuitul de colector a] trarEistorulul, curenÍ caleel(e de valoaÍ€ controlalá de tIa.ozistor daÍ cale este furnizar de cátre sulsa de Étrsiune continuáslabilizatá care alimenteazá circuitul de colectoÍ. D€ci put€rea de iesire nu este datá de

29

generatorul seonalului de intra'e. Putereá dc ia{ire este fumiza!á de o sursá de tensiutrecontilui Rolul dispozitivúui elecEonic, i! acest context, cste de a tralsforma o putere decurcnt cootinuu ltr Putere de scmnal, dc o foroá oarecare' deterniDatá de evolulia márimiiaplicare la intrarca cir itului

Inainte de a iDcheia acest capitol este ncgesa! sá Áe íefeIiril pi scun ii la cáievaprincipii fuÜdamentale .le studiu 8l circuitelor electronice, [18]. Din cauza ploprietáJiloIspecia-lc ale dispozitivclor electroqice, prczeniate llai sus' teoIia circuil.Ior liliaÍe tru esteaplicabilá circuiteloí electÍoaice' Totugi aceastá ÍeoÍie este utilizatá, in condijiulile ín caÍefutrc]ioo'jea dispoátivelor elecEolice poate fi 'lilializatá". Prin liniarizare ín1elegemaploximarea liliará a caracteristicilol statice pe porjiudle aJlate in vecinátalca unor punctemedii d€ firDcliolaÍe' Liniuizarea este valabilá doar in jurul respectivului punct mediu defillcliooare. De aici tezultá ir mod automat restdclii rBferitoaÍe la aüplirudinea semnalelolPrelucrate, c{re trebuie sá lie "sclrnale mici.' ce evolueazá evident io junrl puqctului mediual€s. se objhe i! ac€st fel ciÍcuihrl echivalent dc semnal mic al circuitului e|cctronic srudia!'Ac€sta coÚinc elemelte obi$nuite de circuit: sulse de tensiuDe' suse de culent, Íezistenle,caPacitá'i sau iDducrivitáJi. ceea ce este speciÍic este faPful cá sulsele caÍe apar in modelul desemtral mic al dispoziúvelor glcctrodcc !u sult independente ci sunt comandate iar paramelride circuit depind dc puttctelc Eedii de frtoc}ioDaÍe a'lese.

Un eleBent ajuüro! dc maximá importaDlá iD a.üaliza gi sinleza circuitelor electrodceeste posibililatea íEpárJirii circuitului complex io mai multe bloculi sau elaje. Un astfel de elajpe de o paíe tÍebuie'te sá fudeplineascá o fuDcliune electloÜicá clará li pe de a]tá paíe esle dedolit sá aibe iEpedaDja de intrare cát mai mare

'i iBpedanJa de ie$ire cát mai rnicá. o impá4ire

optiBi a uDui circuit elect'ouic ls etaje permite Bulte simplificári de calcul, inJele8elca mai. buDá a lolului coDpolcnteloÍ

'i o proiectarc Bai facilá. Asupra aceslor probleme se va Íeveni

detaliar ín a douaJucralc diD prezetrtul ciclu' destiBatá analizei circuitelol electronice.

coBsid€Iente practica legate de caracterul statistic al dateloÍ de catalog penrudispozitivele electfooíce !i legate de dispelsia tehlologicá mare a palametrilor fac in majoritateacazuÍilor inutil calculul exact al circuit€loÍ electÍonice.

In razul cilcuitelo! €lectrolice pÍofund nelioile regimul dinamic se poate studia fiepri! rezolvaÍea ecua}iilor difeÍe4iale adecvate, fte plin metode gÍaÍ'ice sau grafo - analitice. seaPelcazá des la metode de aProximarc linialá pe po4iuli a caraclerislicilol dispozitive|olelectronice, dcci o aproximare prin lülii fÍánte.

Este extÍem de i-EportaDt sá sublinieE cá iD prezent o alaliá sau o siDleza de ciÍcuitelectÍolic Du 5e poate Íace decát aPeláld la mediile spcciÍice de proiectare asislatá de calculalor,diltlc caÍe menjionám aici cátcva dintre c€le mai cunoscute in prezeDt: sP]cE, dezvoltat laBoIkelcy UnivcÍsity, califomia' USA; PSpice' produs de Microsim coÍpolatio!, UsA, (

www.miclosim'com , E.mail: sales@microsim.com ); simPlorer, dezvolta| de ílrma sIN{EcGmbH & co KG' Deutschland, ( www.simplorer.com , E-mail: info@simec.com ); ÁPLÁcCircuit Simulation & Design Tool, produs de firma APLAC Solulions Inc., USA,

**.,*,.,.*.=..ail.:'s.les@aplac.com ' :upport@aplac.com ); $i' ín sfársit' sn,ÍcAD,al Ílrmei PoweÍsim Inc., USA, ( www'porversimtech.com , E-mail: info@powersiqtech.coÍn). vaJiante ale acestol suporturi CeD ipeciírce .I".oo"i"íi .*iJi"p"*oiíí" in laboraror. IocadÍul activitátii de seminaÍiza.e' doÚqíi sIudetrIi se vor raniriuizaá neáiur Pspice, [59].

singura metodá de cercetare cu adeváTat performa á estc cea fu carc inginerulana]jzeazá sau proiecteaá un circuit Dc. baz" "uooEio;ao. ""t.

g"".ia" 5i "..,in"l, .op*,i"

:To":11]j:l::.::"'*l prin modelare 9i simulare pc calculator. Trecerea.la faz.I. supeÍioaleoe experunentaÍe' respecliv' Íealizare prorotip, nu mai este perEis! ínainte de índePlinireaetapelor anterio! nreÜionate'

. Mai subliniem si fapful cá desi sfudiul circuitelo. electlolice ale tordeaula un caÍactelapro:dmaliv, cel püJin dia cauza linia 2erecuonice ."dil" ** ;;;" ;-.;*l:i"ff1,ff :1:':,L*,:J:r#.:"rxffi1.':.:f iT:rehnologie de serie. Ác€st lucru c;te posibir-nu.a prin int,áJuc"io-ii-J,J,i."

" "'"^.o.",o.de.ajwtare 5i reglare oecesare, evidelit ín oumáÍ mini. pcltÍu a reaoce msturil"' !i, mai ales'pri! íolosirea cu succes a rcac;iilor Ío utocu.lte automaa.' aici-," ."p.rJ'i" plimul IáBdtaletlul de ploiecta.ot al ingioerului,

3.DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE.

Dispozitivele electloüice folosite in prezent sult apÍoape iD exclusivitate dispozitivesemiconductoare. Dispozitivele eleetronicc bazate pe dispozitiveie seniconJuctoare oot n nAjonc}iuni'

':u uoa sáu mai multe joncJiuní sau urilizeazá' contacrur

'"ta . ,.^i.onáu"ro..ln-

categoria dispozitivelol clcctronicc fárájonctiuli sunt cup lse o büná Parte dintle tranzistoarelecu cfect de cámP. Dispoátivele electronicc cu jonc;iuni pot avca ojonc1iuue' in cazul diodelorcu joncliu''c pn, a'I tra'zistoaÍelor cu efcct dc cárop cu jonc1iune,

.IFEi sau al tra'zistoarelor

unijolctiuíe,. UJT. o cxtlen de Iargi utilizae h e]ccrrónici o au tranzistoarele bipolare, caresunt dispo"itiy€ electrotrice cu douá joncliuni. cu prc.ádcIe Ío clectronica de putcrc, dat gi inmultecircuite elec*onice care prelucreazá sem.nale áiscretc, se folosesc dispozilrvele electronicecu mai mult de douá jooc;irrni' numite' de aJtfel' chia. dispozitivc sem'colductoarcmu|tijoÍlcJiune. Din aceastá categorie- Üjen,ioDá'o: tiristoalele dc iifcrite tipuÍi, rriacuÍile,lranzistoarcle un'oncjiune pro8raBabile, tiristoarele tctlodá, etc. In sfálsit' contactul melal -scmiconductor' de obicci cu caÍacteÍ ohmic' este plezeut la tenoiqalele fururor dispoitiYelorelcctronice' iar ccl cu calactcr semiconductoÍ iir stÍuctuÍa diodelor schottkY.

. ]n plezcnt o cate8orie apane, dar deosebit de imponalrá, o "oo,iitui"

dispozilivelescmiconducroale hibride' rezultate ío urma integrárii uipótar - ubs, dintrc care ctemenfulreprezeruativ care sc reoarcá esle tranzistorul bipolar cu iomandá prin cárnD. IGBT.

Aceastá primá lucraÍc di! ciclul de electÍonicá penrru ingineri electÍotehlicicniaboldeazá tocmai sfudiul detaliat al acestor dispozitive etictronice

"asociat cu .unoa$tereacircuitelor fundameÍrtale i! caÍc acestea funcÍioneázá.

In scurta clasificaJ€ dc mai sus !u au fost luate in considerare circuirele iutegrate,liaiarc sau logice, -deoarece

ele nu rePrezintá a'ltceva decát o realizare r"l',,orogi"a a" "a,r,calaclerizatá p.in faptuI cá íntr-o singurá caPsulá' cu un numáÍ adecvaI de termilale' es(eincorporal.un circuit elecÚoÍric complex. Acest circuit eleclrooic con}ine, la urma urmei, totun ansamblu de blocuri fuqcíionalc sau €taje care se bazca'á pe dispo;itiv;te semiconductoaJesus. menlionate, utilizate in circuite ce reatizeaá funqiunile elec;onjce fundamentale.

se cuvine sá facem cáteva scune considera1iuni pe marginea proprielá'i|or fizicefundamenlale ale matelialelo! semiconductoa_re. Ele yor avea * aio",.r'r,.i"t recaplaulativ,pornind de la idcea cá la disciplina dc Fizicá' ln capirolcle de nzi.' .o.pulul solid' aceslechestiufu au fost detaliat investigate. De asemenea eie au fost studi..lc ín.moa amánultJit Jadisciplina de Materiale elccrrotehnice.

MajoÍitarea dispozitivclor elecllonice mode,ne srrnt realizate Pe substlat de siliciu' si;o laI8á ráspáldire avánd í!sá |i cele pe subst.at dc germaqiu, oe; gaio.",."o, GaAs; indiu.f::for' Ín|; etc. Principalele mateliale semiconductoare' siliciul si i"'.-i"'' sun! elementechimice aflate in grupa a lv-a a tabelului Lavoisier - NÍendeleev, a""ii"t,"ui"nt",

""'u"t".i,"."pnn patÍu elecÜoni de valenJá. Rezistivitatea e]ect'icá a materia]elo. semicoÍlductoarc es{e deodinul 10.| . l0+J ncm' fiind mai ma{e decát a Íleta|elor, c"'".."'l'u.. á" uJo.i "ub

lüJ ocm$i EIai micá decát cea a izolatolilor, caÍacte za1i prin valon Peste 1o.l;o;;.

Condilia cc se impune Pentru ca matcrialele semiconductoare sá prezinte proprletá1ileneccsare'funcJionárii ca dispozitiv elcctrorric este ac€ea de a avea o srrucfutá de monocristal.Aceasta insearnná cá releaua c staliná a materialului tlebuie sá fie cát mai pe.fectá posibil sinumárul de defecte ale Íejelei tlebuie sá fie placric neglÜabil' Aceste defectá sunt darorate, ínprincipal, apariJiei inEEplátoaÍe a unor atomi oe impuiitaji íntrc atogtii seritconductonrlui'Precizlm cá iÍr Pfezent, pe Páment, cu tehnologiile acrual",...uu pu.u, i"uli,u''onocÍistale dcmaterial semicotrductor cu diametrul in.jur de 70 nm' Se sperl cá in coqdi1iile dln spaliu 5evor putea cre$te $i monocristale mai mari, márindu-sc astfe| capabiIitatea ín curent adispozitivelor electronice de putere.

Presupunánd un mateÍial serniconductol pur, Dumit inlrinsec, ín le,eaua sa cristalioáfiecare atom se inveciüeazá cu patru atomj uniforE distribuili io spatiu. éei patru ercctroni oevaleljá ai atomului @nsiderat sunt pu9i in comun cu aromií din jur, in laorul legáturilorcovalcnre caIe se folmeazá. La o.K toJi etectronii de vale4á sunt cup;in$i i; I;;átWi covarenc,nu suÍrt Punátori de salciná liberi 9i deci nu pot aparc cure4i ilcctricr dc conduc1ie.semicoüductoÍul se componi ca u'' izolaror perfeci' Principii'e mecauicii-c.u.i,,uce, apticate t"co'pul solid semiconducto! studiat aratá cá ío acest caz to'i electrolii de vaenia a atomiror aematerial

-semiconductor au o energie corespuoátoarc unii uena ac

"nc'gie áo.nlte bandá devalenJá. La tempeÍaturi diferite de trK, o pane diotÍe elecrronii cuprin'i itiiffilite covalentepot primi eneÍgie sufrcientá de Ia re1eaua cristali!á penrru a parlii

"to.uiÉ" ia ""re

p,ovio.Nivelul elergetic al acestol electtoDi cre$te, ci trecánd iotú dte baldá de energle, numitábalda de conducJie. Ace'ti electroni, cale provin diD Íupelea üÍlor lcgáturi coáente qi care seaflá in bandade colduc}ie sc pot dcPlasa liber in ittterio.ul le1elei cri;alin;. l;'locul caÍe a foípfuásil de electronul trecut in banda de. conduclie .r.án" o '''"inj ii""..i"r po"i.i"r

necompensatá. spunem cá in releaua crislaliná a apárut un gol pozitiv. Pe ac€aslá Pozilie sepoa|e d€Plasa un alt el€ctÍon, aflat ín ba'da de vateo,á, care ic.}rimbá doar o legáture covalentácu

"lta. Prin aceasla' in mod apaÍent, go|ul pozitiv s-a dep|asat direc1ie opuiá

"ÍectroouI' anur

lÍr oanqa oe valeolá. ca urmarc DÍin ruperea lcgáturilor covalente au apá'rut douá catcgorii dcpafiicul€ "libcÍe'. ín materialul iemicond*.o'i "I."iooii

n.g"ii"iii.eil'.i'".o""ui"". vnpreciám incí o datá cá milcalea eIectÍonilor Íregativi se datore;tc deplas.&ii ci;Eonllol trecu,iin banda eo€rgeticá de conductie iar miscarea gó|urilor pozitive s"o."r*"'i" ;.pi.'á'ii, io s"^iÍrve.s, a electronilol afla1i irt banda etrergcticá de r'áen1á 9i care sctrirnor áoar o regituracovale.utá cu. alta' cele douá cate8orii de punátori u"

'","i'i "r."t'i":a,'"i*trinii 9i golurileasigurá conduc1ia culentului electric in scmiconductoare. r"

'".l.á'i""i"*i i"lnnsec insácolccntraliile de electÍotli, n si goluri, p,.sunt cgale' Valoarea n' = n = p se nuDc'teconceltralie intrinsecá de purtátoÍi' fiitrd datá de relatia' '

I

I

I

I

I

I

I

I

lEoAT' 2 e 2k"

33

(3 ' 1)

Itr cxprcsia de mai sus A este o constaltá, k este coDstanta lui Bolzmann, E6 este difelenjadiítre livelul ercrgetic tniDiE al beDzii de conductie gi nivelul encrgeÍic maxim at beozii devalenfi iar T este lemP€ranua absolutá. Peltru siliciu Eo ale vatoarla de 1'l2 ev $i pcntrugeEBaEiu YaloaÍea de 0,67 ev. I.á tcmpera(ula de 3oo K;coDc€ntlajia iEtrhsecá de purtÍtoride sarciná alc va]oaÍea de 1,45xl0lo cm.3 peolru siliciu, resPectiv, 2xl0|3 cmo pentru germaniu'c\!B coBcetrtr4ia de ato.i .1Á

Date.ia'lul semicooductol este de ordbut to.l cnij rezulix iroediatci muánrl de purt}tori de saIciDí c.stc 'Ielativ" redus doci, semicoüductorul inÍinsec prezutáo

'ezisteoJá 'Íelativ' mare. RezisteEla aceasta este !i neliniará, 9a depiBde dc cureor, cÍe$terca

ac{sfuia' conducá,od la márirea puterii d.isipatc care colduce la cregrerea tempelatuÍii $i caurmare la cresterca coDcentr4iei intriN€ci de puíátori de sarci!á. Intrucet nurnálul de punáto.ide sarci!á electlicá negativá, electlotri este egal cu Eumárul de purtátori de saÍciná electricápozilivá, adicá de goluri, materialul semiclnductor il]trinsec nu Plezintá alte ploprietá'i speciaje.

Pentnr ca Elaterialele scmiconductoaÍe sá dobáldeascá proprietáÍile soeciale cerute deutilizare'loÍ ín teblologia dispoitivelor electronice' esteneces;cu p.io i.pu.in"*"

"on.,oluiasá se .ealizeze semicolductoaÍe cu exces de elecÍroni liberi, resíectiv, semiconductoare cuexc€s de 8oluri libere. Precizán de la inceput cá Prií opcralia de jmpulihcale marerialulárnárre rleutru din punct de vedeÍe eleatlic daÍ coDceBtralia unei ca(e8orii le pu.tátoÍi libgri desarcitrá dcvine mult Eai mare decát concentÍatia celeilalte categoiii de punátori liberi desarciBá.

PetrtÍu lealizarea ului semico'ductor cu exces de electroli, numit '.ser.lconductor detíp n'' la ca'.e raPortul colcentraJiilor de puÍtátofi de sarciná este' n > p, se Procedeazá laimpuIificare cu elemente Pentayalente, Dumitc "donoaje.. Din aceastá caiesorie de elementeme!Íio!trm fosforul, arseniul sau stibiul. Uo atom de .iÍnpulitate

doDoare., ;rbstifuie un atomde semiconductor di.

'"jeaua cristalhá. PatÍu di'tÍe electÍ;Bii sái de valenlá vo. forma legáluri

cova.leDte cu atomii vecini, ial al ciacelea, slab l€gat' la teÍlperatura camerei primeglc suf'icientáenergie peDtru a sc desp trde de atoEul donor Si a se transforma iotr-un eleciron de conduclie.ApariJia pc aceastá ca]€ a electrolilor de coDducle itr monoc.istal nu este insolitá $i dc llarÍiadc.8olui, ca uÍmarc coDceltrajia de purtátori de sarciná ncgaIivi va deveni prc<lonlittaotá.Evideot cá fu material vor exista |i goluri' formate confórm celor pÍecizate la n|la|izasemicoodt]cto.ului intÍiÍIsec da! colceltÍatia acestor goluri esrc practic ncPIiiabi|á'

PeotÍu obtileÍea uDui semiconductor cu exces de goturi, numit ''sirnicoIt<Juctot r|c ttpp" la carc IapolNl colceutr4iilor punátorilor de sarciná este p > n, in rclcauí cristi|l|||Í ilsemicooductorului iotrilsec so introduc' atomi de €lcmentc irivalente, nrirnitc 'irIr1rrrritá1iacceploare". Dintre aceste eleme e tÍivalente me4ionám borul, indiul, galiuI sau i|Iul|llll|ll|'Atoeul de impuritate va satisface Bumai trei legaNri covalente cu atomii dc sonrcor(llrirofv€ciní. Rámise plin urmare o legáhlli covalentá Desatísfácutá. Ea se poalc colt)l)Iui| (l| l|||electroo diDtr-o legáturl covalentá veciná, proces carc lasá iD urEa lui un go| pozlttv' Al,.ll||líacesto! goluri Ílu a fost inso'itá de fomaJea simultaná 9i a unui

"l.ct'oulibc.. Ca unl)i|lc i|!seBicolduclorul astfel impuÍifical vor fi goluri í! erces adicá, conceDtralia dc purtlllot i {|csalci!á pozitiYá va deveni preponderentá. Confonu mecanismului de formare descris ]a anlrlizasemicoDductorului iotrinsec, in semiconductolul de tip p vo! fi ji electroni liberi dirrconcentÍajia lol va fi leglÜabilá in rapoÍt cu concentlaJia 8olurilor.

I

I

I

I

I

T

Coucentra1ia de electroni libeÍi ditr semiconductorul de tip o' respectiv, concentraliade goluri din semiconductorul de tip p dcpinde de gradul de impÜiicare a materia]ului, ca csteo chestiune de ordin tehnologic daÍ ale conseciJrlc extfem dc i.ponalte asupra caÍacteris|icilorfimcliona]e ale dispozitivelor €lecronice realizate. I! placticá seiolos€sc des;i semiconductoaÍccu gÍad foaíe mare de impurificare, notate cu simbolurile n+, respectiv, pl.

Majoritatea dispozitivelor eleclronice bazate pe matcÍialele scmióDductoaro se obtinpÍin reaiizarca pe molocrislalul de siliciu sau de germa.oiu a mai multoÍ straturi, de rip u saude tip p. NumáÍul acestor strafuli| amplasar€a lor 9i colceDtraJiile de puntrtori überi deiarcinávor deild calactelisticile funcJionale ale dispozitivului electrodc' In lucraJ.ea de faJá voT fldescrise mai multe catcgorii de astfel de dispozitive, fÍÍá nici o ptctcntic de a cpuizaproblemarica, íntrucai ítr acest doEcEiu !ámáne descbis un cámp larg de ccrcehrc.

3.1.JoncliUn€a s€miconduc.oare pn.

Aqa cum s.a pÍccizat mai sus, disPozitivelc electrodce scmiconductoaÍe au ínconstruclia lor ÍegiuDi ale rcJelei monocristaline cu divcrse inpuríficári, atát ca márime aconcenlraliei cát $i ca tip de impuritáti. Jorctiunea pn rcprezintá o structurá fizicá lealizatá intr.un moÍtoc.istal, care are douá regiuni vecine, una de tip p gi a'tta de tip n' Linia de dcmarca1iedintre cele douá regiuni se nuBelle jorcIiurc E€talur8icá. sublideD ircá o datá cá majeamajoÍitate a diJpoziÍivelor electronicc semicoaductoalc conlin uDa sau mai multe jonctiuni !icá c€l mai simplu dispoziliv electrolic, realizat cu o sin8urá joBc'iune este diodasemicolductoare. Preciám Ínsá si faprul cá o diodá scmiconductoari nu se confuEdá cuJoncÍiunea pd caÍe sttr la baza ei, [18].

p

Figura 3.1. Joncliunea semiconductoare pn.

sá admitem cá coEceDtralia de impuritáti diq materialul semicoDductor este N^ perrtrupartea p,.respectiv' ND pentru partea n.a materialului. ÁfuÍci, definhd prin r.i^-. NoconceotÍalia netá de impuritáti, Eodelul Íeal, unidimerrsional, al jonc1iunii pn va fi conform cu

Jf

ccl prezentat ín Figura 3.l. Dcscrielea Batematicá exacü a fcnomeDeloÍ din joncliuoea püfolosegre sistemul ecualiilor de bazá ale dispozitivelor semiconductoale, scrise pentru iorvolumul joncJiu.uii.] AceasB este o problemá de fizica corpului solid care coDduce la calculelaborioase Írr care sunt interesali specialillii implicali iÍl pÍoblem€ de tehnologiasemicotrductorilor.

P .---1.++. n

Figura 3,2. Explicativá privind caracteristicile joncJiuniipn.

l! 8ene!a,l' in cazul lostru dc utilizatori ai dispozitivelof elecÍronice' studiul joDc'iuniipn se poale lace in mod satisfácátor pe un caz particular dc iE|pu|iÍicare' $i a'lume pe profilulabrupt al concenu.aliei dc imPuritáti' In acest caz admitem ipoteza simplificaioaÍc cá in zonap se gásesc lumai iÍrpuritáli acceptoaÍe in colceotlatie colstantá N^ iar io zona n se gásescnumai imPuritá'i donoÜe, in conceDtlalie to! constatrtá, ND. ca urmaÍe curba conceolraiei netede impuritá1i devine confoÍmá cu Figua 3.2'b. PuÍátolii de saÍciná, electÍonii

'i golurile, sunt

in peÍmaflentá mj$cajc, si d€ aceea, irBediat dupá realizarea tehnolo8icá ajoltcliunii metaluÍgice,utr nuoár de elecuooi din zona n mig.eazá fu partea p, rcsPectiv un numár de goluri migreazádin zona p id zoDa D a subslranrlui de matelial semicotrductor. Ca urmarc, confolmaproximatiei de golire, mateÍia'lul semiconductor, in jurul jo!9liutrií metalÜrgice, se imPaÍte i\rei re8iuni: o Íegiune de lÍecere, aflatá tocmai ÍB jurul joBcJiunii metaluÍgice, marcatá in \Fi8ura 3.2,a prin domedul . l," ( x ( +l- $i douá Ícgiuni leutrc' p Ei n' aflate relativ '1

deparle la stánga, respecriv, la dleapta de joncliulea metatuÍ8icá. Toatc fcnoBenel€ specifice \joncJiunii se petrec in regiunea de trccerc. Aici coDcentratiile de elecrloni 5i de goluri sunr ',

dife.ite de cele diü zoncle p gi n cxtrcmalo, Fi8uÍa 3.2,c. Cooform aproxima1iei de golife. inregiunea de trecerc nu oai exislá puíltoÍi liberi de sarciná electricá. Ele€troBii caJe au migratin zona p din slenga joDcliunii metalurgice s-au combitrat cu golurile aflate initial io aceastápaJte a semiconduclolului. De asemenea, goluÍile care au trecüt in zooa D din dreaptajoDcÍiuniimetalurgic€ s-au combinat cu electronii liberi gásiji. ca urma|e delsilatea de sarciná de volumdi! regiunea de recele va fi:

Q"=_QÜa --lpo<x<oo<x<l-no

_ N, 1V^

(3 .2)

Pe de altá parte golurile acumulate i! paíea n si e|cctrotrii acumula'i in paíea p conduc laapaÍilia unui cemp electric impri'Bat E' Acest cámp are o iBtcDsitate de valoaÍe relativ marcdeoarcce diíeÍen}ele de potenlia'I mici datoÍate procesclor descdse mai sus se slabilesc iqrrePuncte íoaíe aplopiarc diÍl spaliul imcdiat ve.in jonctiunii metalurgice. Rezumánd, pc dc oPa.rte, in legiulea de trecere Bu se mai gáscsc punÍod libed, ceea ce justificl si ltuEele deÍegiune golirá

'i, pe de altá Parte, eiistá acumulári de saÍcíni elect.ice caÍe geÍereazz uD cámp

e|ectric impÍimar, E, ceea ce justiÍicá 9i oumele de legiune de saIciná spaJialá dat aceleaJiregiuÍli.

Regiulile p si ! exueÜrale au o comportare idelticá cu aceea a douá s€micotrductoaleseParate. In acgste re8iuqi neutIe Bu existá saÍcioá electricá netá.

Revenind la Íe8iunca de trecere, difereop de potenlial diDtÍe limitele regiunii desaÍciDá spatialá se Dumelte difere4á intemá de poten'ial, [l8l. Valoarea ei este datá dcunnátoarea expresie:

x -&T,uo' Z (3.3)

In relalia de mai sus semnifica'ia márimilo! care intervh este: k . constanra lui Bolzmann, T.temperatuÍa absolutá, q. sarcina elementalá a electroDului' N^ . concentra}ia impuritá|ilor

a.:ceptoaIe' No . concentra1ia impuritátiloÍ doltoare !i n' - coúceítralia iÁtrinsecá de puÍtátoridiJl substÍarul de semico'ducloÍ. Cunoscánd difer€nJa inlcmá de PoteÚial care caracreriz€azá

37

Íegiuo€a de sarcioá spalalá, láÍgieca ei totalá se poate stabili cu expresia:

F;;-----;-------fo= fno *loo=^l + (+ **) TroI !J '"D rv.

fr ' 7,r '

Mai sus cu € s-a notat Pcrmitivitatea electricá absolutá a matelialului semiconductor.IYíulte dispoátivé eiecÍronice dobándesc plopri€táJi specia.le printr.o dopare selectivá

a joncliuúilol. Estc vorba de r€alizarea de cooc.nr'Jii mult mii nari de impuritáIi inrr-o partea joncjiutrij.faJá de]cealaltá. Aceste jonc1iuoi se noteázá cu p+n dacá N^> >No, respectiv, cupn+'dacá N^< (No' lo ac€st caz regiuoea dc lrccelc se gásc;te praciic numi ía panea desemicouductor slab doPat. De exetlplu' lárgimea ulei joac1iuni p+l va fi:

(3-4)

(3.s)

ID cazul acestoÍjonc}iuni, plopríetáJiIe sPecifice depild lumai de conceqtlajia de impudtá}i diBÍegiunea slab dopatá.

caracteris'ticr staficö a joncliu[ii p!.

caracteristica starici a jouctiunii pA se refeÍá la fuuc}ia caÍc eIpliciteaá dependenlacuÍenfului pri.o joncJiune' I^, de teD5iurea de polarizaÍe a accs|eia, v^. Luáld in considerarenotaliilc din FiguÍa 3.3, distingem douá stáÍi posibile dc Polalizarg a jonc1iunii: polarizareadircctá, cálld v^ este poátiv, curerrtul pÍi! joncliuoc, I^' tczultind gi et pozitiv, I^>0,lespectiv, polarizarea inveÍsá' c,!d v^ cste D.gariv' cureDh' pri.Ejotrcliun€ fiind

'i el neáiv'

I^<0.Áplicarea teNiuqii de polarizaÍe v^ mnduce la schimbalea cámPului electric E di!

vecinálalea jolcjiunii cu cfe4l a$pra DodiÍicárii echiliblului iaiJial existent intÍe cuíentii dinjoncJiunc' care sunt cuteoli de difuzie 9i cuIeDJi de cámP.

PolarizalEa directá a jooc1iuuii pn conduce la micsolarea YaloÍii cámpului €lectriciÍ€m, páná la dispadjia complctá a accstuia. curcnJii de cámp scad in timp ce cuíen|ii dedifuzie cÍesc' Apale procesul de itrjecjie dc pWtárori minoritari, feDomenelc de recombinarea pgechilor elecuotr . gol dcvedtrd prepoDdercnte. cuIeEful pozitiv priD joncjiuÍIe, I^ > o, aÍetrei compooente: curentul de difuzie a goltri.lor, (a), curentul de difuzie al elictronilor, (b) 9icurentul de rccombi.oare a perechilor elcctron - gol din.regiuoea de trecere, (c). Cureltutpoziüv Pri-u joncliune are valori relaüve mari.

Polarizalea inversá ajoocJiunii po conduce l a cre.'terea valorii cámpului elecrric intem.ca uÍmale cr,[e4iide difuzie scad gi cureflIii de cámp cresc. Datoritá cárnpului electÍic cresc]rtpredo'nií; feüomelele dc geu€laÍe de Perecbi €lectrcn - 8ol, carc Punát; de sarciná, odatáapántji' 5c li despart. cuÍeütul negativ priljoncliune, I^ <o' are

'i el trei componente: culeÍrtul

de difitzic al electronilor, (a), curetrnrt de difuzie al goluriloÍ, (b) $i cu[enful de generaÍe alperechilor electro[. gol' (c)' cu!€nrul legativ PriD joflc]iuBe aIe va]ori lelative foarte n ci inÍaport cu curenjii Poátivi coÍespuDzáloÍi funcJionárii la polarizaÍe dircctá.

OJV^

3B

Figura 3.3. ConvenJia de semne pedru tensiunigi curenli la studiul joncliunii semiconductoarepn.

Fárá demonstlalie prccizám cá expresia maiematicá a caracteristicii statice ajoncjiuniipn, la polarizare dirccÍá áre foma:

, 1:-4 . gaT. = T-.(e kr - 1) + T- (e zkr - L\.Á .od'- .o9r '

In cxpíesia (3.6), lod esle co&ponenta cuÍenrului de saruÍaÍic corcspuDzátoale proceselo. dedifuzie gi Io!. este componenta curctrfului de sarura}ie corespuDzátoare fenoEeoelor de 8eneÍaÍe .IecoEbinaE cale caÍacterizeazá p(occsul conducíiei in joncliunea pn. Pentru ca]culele plactice'

in diferitele schemc clectronice, rezultatc sarisEcátoare se obJi.o cu ElaÍia aprcxiEativá:

qV,

Í = T |é ntr - 1\:0 \e

(3.6)

(3.7)

Mai sus, m reprezintá o coDstantá coostructiYá carc i! mod uzual ia valoÍi cupÍinse intre l gi

2. FiguÍa 3'4 prozintá po4iunea de caÍacteristicá slaticá a jonc'iunii pn cuprinse in cadranul t

$i contbrmá cu expresiile (3.ó), respectiv' (3.7). Tensiunea vF nu poate depá'9i ín mod uzualvalori cupÍinse íntle 0,8 9i 0,9 volt, avánd ca márime tipicá 0,3 v in cazul jooctiuÍtilor pnÍealizate pe substÍat dc germaniu 9i 0,7 v in cazul joncliuoilor pn realizate pe substrat dcsiliciu. La dispozitivele optoelectronice pe substrat de oa As, aceastá tensiurre esre injur dc l

si.ápu geiea joncíiunii Í'í este uÍl fenonie& carc aparc la funcjioBaIca in cadÍanul lll,]a polarizare inversá, atutrci cáod tensiuoea aplicatá circuitului arlodic' v^, devine mai micádecit o valoaÍe vBR, numi(á t€nsiune de strápungerc. Figüra 3.5. strápuígerea invelsá a uDeijoncliuoi pn nu este uq fenomeo dislÍuctiv. In másura in caÍe curcoful itrvers prin joncJiuíe estelimi{aÍ la o valoare IRM la care puterca disipatá rárfne sub valoarea máxiÍt admisibilá, adicá;

39

(3.8)Pj=V,rÍ*=3P1ux

Figura 3.5. Caracteristica staticála polarizare inversá.

fcnomcnul Íáminc reversibil deoaEce temPelafura in veci.trátatca joncjiunii nu ajunge la ovaloáÍe la carc mat.dalul seBicolductor gi-ar schimba iremcdiabil p.opli€tátite prin topire'

Figura 3.4. caIacteristica staticá a joncJiunii pncuprirxá in cadÍanul I.

strápungcrea invcrsá a uneijonc;iuni pn poare apare darolitá urmátoarelor douá Dloccse: Pe deo Paíe .tlápungerea inversá este u! rezultat al multiplicjrii 1n avalalsá a punát;rilor liberi desaJchá electricá. Acest íenomcrr apare iotrucát cámpul electric foaÍte in.ens din retiunea desarciná spaÍia]á poaÍe imprima o ener8ie cÍescuttr purtiÍ(orilor de sarcini-

a joncJiunii pn

40

Pe de altá Parte, in cazul ma(erialeloÍ semicotrductoaÍe cu concentralii mali de

impuril4i, ca.c depá|esc va'loÍi de ordinul lollcm.J' strápungerea inveÍsá poate apaIe pÍin efectzener. Acest efect conltá ín apari'ia uÍlui trum;J maÍe de Purtátoli liberi de sarciná electlicápÍin ruper€a legáturiloÍ covaletlte din monocristalul de semiconductor' datoÍitá aclíuqii direclea cempului electric. In Íegiunea de srápungc.c inveÍsá a caracteristicii statice, tensiuBea labomele joncJiunii pn cste Practic ildepende á de curentul prin joncliune. Aceastá Ícgiune acaÍactclislicii stalice se nume$te Íegiune de stabilizaÍe. PrczcBla acestei regiuni de stabílizaÍeeste exploata!á d€ disPozÍivele electÍonice folosite in ciÍcuirelB electronice 8eÍreratoare detensiune sau curen! cons(a!!, Íespectiv, in ciÍcuitele de |imitare ímPotÍiva supíatensiunilor de!c|ea sau dc comutalie. Aláturi de valoÜea curentului direct prin joncjiuoe, tensiunea destrápungere, VgR esre un al doilea palametru es€nlial in ca'actedzaÍea uíeijonctíuni pn. In moduzual, Íensiunea de stÍápungeíe este cuprinsá inrre valori de ceJiva volti

'i valo.i de ordinul

míiloÍ de volli.ID general ín analiza circuirelor electÍonice €ste dificil de lucral cu modelul rea'l al

joncJiunii Pn, dar de expresia (3.6) sau de expresia (3.7). De aceea esle util sá |uám inconsideraÍe cáleva mode|e simplificale ale joncliunii.

sA^ ^rt'^ ^x

í}uA -- xH){J-=-..--o

Figura 3.6. Modelul idealizat al joncliunii pn.

o PÍimá vaÍianlá este aceea de a admile o analogie totalá intre o jolcJiuoe pq si uDcontacl electromecanic s. Figura 3.6,a. Prin aceastá simplificaÍe extÍemá, calacteÍistica slalicáa joncÍiunii devine de forma plezentatá in Figuía 3.6,b, joncliunea polaÍizatá inveÍs fiind luaÉ

4tin coNiderare ca o rezisteoü dc valoale iBfinitá' iaIjoncjiunea polarizatá direct ca o lezistenláde valoarc nulá.

ln accst rEodel foaÍ|'e sinpijíicat sÉ E.Elijeazá deci cure!.iii irrY€Isi prin joDcliulieá blocati,ÍespcctÍv, cádedle de teDsiule pe joncJiunea aflatá itr coEducjie. Acest Dodel estc deosebit deulil la alaliza calitativá a circuitelo! cu dispoitive clectÍotric€ de putere. Prill utilizarea sa sepicrde instr posibilitatea dc a se obíne informalii cu priúrc la pierdelile in dispozitiltlelectrcnic.

Dacá uu se Poate tr€glija cáderea de tenóiune pe joncliunea aÍlatá ín conduc;ie gi dacáin bilanIul pierd€liloÍ dc pulctc iDjoncJiune co eaá doai pielde lo directe' atunci unul dintreurEároarclo Úci model€ silDplifrcat€ ale jouc1iunii pn poate fi eventual luat iD considelare: |ncazul joDcliunílo. pü cu caractcÍistica apÍopiatá de fo.ma venicalá fu cadlanul I se poate abordavarialta diB Figura 3.7, la cale joncJiuüea blocatá este consideratá ca o lezistenJá de va'loare

Figura 3.7. Modelul simplificat al joDcÍiunii pncu cádere de tensiune constant.i la polarizaredirectá '

iD|rtritá iar io stale de cooducJie este asimi|atá cu o sursá de leDsiune clltinuá constantá devaloare v^o, cu rezistelta bterná !ulá:

daca Vn < ORax= 0 daca 7n)O

Rar= - daca VA < VAo.RÁí = 0 si V^ = Vao daca vA > vAo

(3.10)

42

Figura 3.8. Modelul simpliÍicat al joncÍiunii pnpentru aplicalii la curenli de valoare mare.

In cazul jonc'iunilor pn car€ funcJioneaá fie in stare btocatá, ne in cotrducÍie' lacuren;i direc1i dc valoare semnificativá, se rccomaídá utilizalea uDui oodcl conform cu cel dinFigura 3.8. Aici l^w reprezi[tá curenrul Prinjoncliune la punctul sbtíc dc func|ionale iar v^wcádeÍea de teNiune la bornele joncjiuBii, coiesPunzátoarc cuIeltului I^w 9i stabilitá pecaÍac.erislica stalicá Íealá sau cu ajutorul modelului exact al joncliuüii. JorcJiufta va fi luatáín considerare ca o rezistenJá de valoare inÍilitá aturci cá.od este polarizatá invcrs, Iespectiv'ca o rezislen}á de valoale constatrtá, R^x, atunci cánd se gáseste in conducIie:

Eex=- daca V"<0v,".

Rax = -!! daca V^ ) 0(3.11)

Expre5ia simPlificatá a caÍacteÍisticii staticesimplá:

a joucjiutrii aflate ín conducJic estc si ea foane

\3 . tz )

se poale imediat constata cá folosiBd modelul simplificat din Figura 3.8, joBcJiurca esteasimila!á cu un elemerrt de circuit care are pierderi nurrrai in cotrductie $i aceste picrderi suntpropo4ionale cu patratul cureDtului prio joncjiunc.

43

Figura 3.9. Modelul combinat al joncliunii pn.

. Modelul iodicat io Figura 3.9 lepÍezintá o combinalie a celor douá variante anteriordescrise. Este luatá io considerare atá! tensiuoea V^o cát 9i rizisteop R^* |a punctul static defungiomlc. ca uÍmale ti íü acest cazjoncJiunea va fi reprczentatá prirrtr-ltzilsren1i ae valoareidioitá la teruiuni mai mici decár v^o 9i priotr-o rezisten1á de vaioare finitá R^* la t€nsiunilede lucÍu mai maÍi decát v^o :

daca v^ ( veo

Va z VooR^* = \!:l!! daca (3.13)

Expresia-analiticá corespuizátoale furc|ionárii joncliunii pn ín cadrarrul I, la lensiuni v^

Í^=+ (vA _ vA).'AK (3.14)

Degi.implicá ud model ceva Eai complex' acestá uItimá variantá ofeÍá lezultate supc.|oarc, maia'Ies in a'aliza si sinteza circuiteloÍ dc putere.

44

Ld

Figura 3.10. Modelul de senmal mic al joncliuniipn.

In circuitele elcctronice liDiare, atunci cánd jotrcliunea pn prelucreazá semnal€ mici,modelul din Figula 3.l0 este c€l mai recomatrdat. se lemarcá fapful cá acesr model esre a'lcátuitdin douá rezislenJe 5i douá condensatoaÍe. RezistenJa R. es(e rezistenla interná a joncliunii,avánd valoarea datá de expEsia:

KT: (3.15)

cb este capacitatea de baIierá, a cáIei márime rezultá di.tr relatia:

vb0cb

-ó;

In relajia (3.16)' C' reprezintá valoarea capacitáJii pentru V^ = o, adicá:

QENp2ü

"o

(3. 16)

(3.L7|

cd teprezintá capacitatea de difuzie, care aÍe va'loarea:

cd = @or.zkr (3.18)

45schcEa echivaleEtá a jonctiuoii Bai cooli-oe li rczisteB}a serie a strucfurii' Rs, a cárei va]oafese shbil.sre di! calacteristica stalicá !i cale modelcjzá efectele de la nivel riare de injec1ie apuItátolilor.

-. ..I!ÍelaliilcdeDaisus4rcprezitrtáariajorctiuoiiscÍEiconductoaropllialÍoTeplezlntátinpul de vialá aJ punátoÍilor mobiIi de sarciná. se'miÍicalia tuturor c€lotlalte n]áJimi careintervi! a fost explicítatá pe Pa'cutsul plez€Bh ui capitol.

Mgdul de folosire al modelului din Figura 3.10 este derermiuat de polaiizatea in cu.entcoEíinuu a joüciiünii. I-a polaiiz€Íc invcisá caPacitatca dc diFüzic cstc ncglijabilá, iczistc$ainler!á se coasidcrá lrrfrnitá 9i lczisten1a serie 5e Ee8lÜeazá si ea. Coite"'l deci Íumai:Pacllat€a de barierá, C"' desprc caIe sublioiem cá depinde de tensiunea v^. lá PoladzalediÍectá,.la nivele mici dc semlal' se poatc ne8lija capacitatea de baIierá $i Íe;isten1a serie \.Modelul va c.4i.Be dcci nuDai tcziste4a intemá Ri

'i caPacitatea de difuzie Co. In sfárlit, ia

culcnJi IÁ de valoaÍe Elale se Ya lua in considemre doar valoarea Ieziste4ei serie, R... Trecerca unei jotrc}iu!]i pB di! starc blocatá in stalc d€ conducJie $i inveÍs nu se facei.ustatrtaDeu dirl cauá cÍ eslc itrsoJitá de proc.se de acumu'laÍe sau de elirninare de purtátori desarciDá. Acesk feqomene, Dumite dc coÍDutaÍie' vor fi detalial ana]izare la studiulcaÍacterisliciloÍ ditramice ale dispozitivelor electÍonice bazate pe joncliuDi semiconductoare'

3'2.contactul metll . semicoíductor.

co acful dillre u.! metal !i u! seEicolductoÍ replezintá o strucfurá Íizicá cuProplieuí' speciftc€ cÜe apare in toatc dispoitivele electÍonice' [l8]. In mod automat, priÍltebnologia de [oollaÍe a temiDalelol compotrentelol electronicc se cleeaá coDtacte metal -semicotrductol' cale este de dorir sá prezinte un caracter ohmic, cu lczistenJá cát mai rnicá. 1na.uumite coudijii iEsá contacful metal - semiconductot poatc avea si o comportale asemánátoaJeuoei jolcliuni, caz ín caÍe el se numegte contact redresol. Proprietá1ile de care beneficia7ico acrÜl dir]tre uu Eetal si un semic,Bductol depiad de natura metalului. de nafuÍaseídiconductoÍului 9i dc gradul de impurificaÍe al scEicoDductorului. In conrinuaIe se vaploceda la o aDaliá succintá gi cát mai intuitivá posibil a PÍoblemelor legate de conractul meta'l- semicolducroa,

Supraf4a semiconductorului lepreintá o discoEünuitate in taPort cu stÍuctu ra pododicáa solidului di'' i.uteriorul monocÍistalului. Atomii de la supnfala semiconductorului nu mai auveciqi in cxterior pentru foroaÍea le8áfuliloÍ covaleote. Ca rrrmare, pcntru aceastá regiunemi'carea electronilor va fi guYematií de aPaliJia in banda interzisá a unot nivele eoergelicesPccifice, lumite srá.i mpide de suprafalá. ExisteD|a acestor stáÍi rapide de suprafalá co;ducela modificári ií zola adiacentá a solidului care se tIaduc pril apa'i1ia unor reliuni golite.

ln cazul unui semiconductor de tip n, electrcoii din apropierea supraf4ei au tendiuFde a ocupa complet stáIilglaPide dc supÍafalá. Rczultá cá la suPlafala mooocristalului se voracuBula salcini electiice negative ia! in volumul sáu saIcini electÍice pozitive. h acest fel seva forEa o tegiune golitá, caracteIizatá printr.un cámp electric imprimat E' orientat di'spÍeinteriolul Eaterialului cátre suplafa}a sa' FiguB 3.l1' Accst cámp electlic E se oounetÍansferului.ltr coutinuare al electronitor citrc suprafa,á. ca urmaÍe se va ajunge la o stare deecbilibru dinamic caracterizat Pritr faptul c' trumai o Pane din stáÍile -rapide dJ suprafa1á suntcomPletate cu electÍorri. Sá presupunem acum cá semicotrductoíul de tiD n aÍralizat se aduce incontact Bemijlocit cu un metal' Figura 3.12. Rezultá imediat o láÍ8ire a regiunii golite de la lo'

46

la lo di! cauza unui proces suplimeDtaÍ de transfer de electroni, pe de o par1e din balda deconduclie a semiconductofului cátre orctal !i, pe de alü PaÍte, din meta] pe stílilc rapide de

E'

t'4 +++ Jn

suprafalá neocupatc. strucrura caIe a r€zultat ln acest fel aÍe un cancter ledresor, asemánárorjooc|il.utii Pn. Éa stá la baza diodeloÍ schottky, a{a cu se va vedea in capitolul urmátor.

, I'o ,

Figura 3.11. Contactul metalsemiconductor de tip n, (a).

I l* * + +

-l+++ SM : l. + + + + +

++ ++ n

Figura 3.12. Contactul metalsemiconductor de tip n, (b)-

Irr cazul unul semiconductor de tip p' la supÍafa1a de separare cu mediul au loc procesesimilaÍe celor descrise mai sus.

4'7

E'________-____>

t4 Sp

+

Figura 3.13. Conractulsemiconductor de űp p, (a).

metal

. Electlonii.caIe ocupau doja stárile rapide de supÍafalá trcc iB banda de va]enJá, undesuut livclc eÍrelgcticc liberc. ca u.Eare potenJialul suprifgei semiconauctoruluiacviné pozitivjar al volutrului sáu devinc rcgativ. si in acest caz apare un cáEp electfic imprimat E, orientarinsá.cátÍe interiorul semicooduclorului, Figura 3.i3. Acest cámp sc o|uíc i.an"re.tui incontlnuaÍe de electroni' ca utmare, |a echilibru zona golirl va

"'ea o lá.giie to,. t,, rnom"nrul

p*M W''- Sp

Figura 3.14. Contactul metalsemiconductor de tip p, O).

ín cate supÍafa|a libeÍá a acesrui semiconduclor de tip p 8e aduce iÍr conlact cu ün metal' ÍnccpeuÍl proccs de traDsfer de el€cllotri dinsprc mctal spre scmiconductol. Acegti electroni ocupás|árilc rapide de suprafa'í si micaoreazá saÍcina pozitivá existentá aici inainte de contact. Poareapa.e chiaÍ un€xcedent de saÍciná negativá la suprafa1a de cootact' rn .|"'iiJ ..giun"" goriteva dispare, apáÍánd chial un sIrat de acumulare áe goiu.i ta sup.ar4a, riguial.tq. contactulastfel rezultat, futre-un metal gi, un semiconductoioe tip p, are uí

"a'"lt.. or.rnl",

"t tiinacaracreristic terminalclor tun.or dispozitivelor electronici.

. Cáracteristica staticá a contactu|ui Deta| . serBicorrductor.

. . Figula'3'15 prezinrá modul de atasaÍe al te.minaielor la contactul mctal .semicooductor gi co[vcnlia de s€nDe adoptatá pentru rensiuneala bo-", v^, iiö."uu .u."n,utprin dispozitiY, tÁ'

48

Figura 3.15. Terminalele gi convenlia desemne pentm contactul metalsemiconductor.

I' acesle condi'iu$i, peDtru contacful metal . semiconductoÍ de tip n' car9 alc caracterÍedreso!, forEa caracteristicii statice rezuliá di! Figura 3.16 9i este datá.de exoresia:

qv^

r = r ÍaTi - rr.Á Ll(3.19)

ln re|alia (3'l9), b esrc cuÍ€n|ul de polarizare invelsá, dat de legea emisiei a lui RichaldsoD:

s0.Ío=AoA,T2e kT (3-20)

FaJá de EáÍimile folosite deja in acest caPitol, in exPresia de mai sus mai aPa': 4 . adastÍucfurÍ, A. . o cotrsta.otá cu valoaÍea de l2o A cm.z K.2 $i bariera de potenlial Q",calactelisticá contactului $i ildepeldeltá dc PolaIizale'

se poate constata cá formula caÍacieristicii statice a coütaclului metal . semicolduclorcu calacEÍ redÍesor esle similará cu cea a joncJiunii pn, pe[ru cazul m = l. cáderea deÍelrsluDe pe strucora polafizatá dircct rezultá mai micá, ín cazul siliciului, de exemplu,jonctiuea ptr are 0,5 - 0,7 V iB tiEp ce contactul metal _ semiconductor de siliciu arc doar 0,3- 0.4 v.

49

coltacful Eetal . seEimlductor cu calacter oh.Eic are caracteristica staticá de formaplezeütatá i! Figula 3.17. Áceastá caÍacIeristicá slaticá este bidircclionalá !i poate fi aproximatácu relalia:

& leprczintá ÍezisteqJa contacnrlui, care Pritr tchnologie adecvatá trebuieste Íealizatá de valoajccet mai micá.

,_L-,-A--p uA"c

Figura 3.16. Caracteristica staticá a contacNluimetal . semiconductor cu caracter ÍedÍesor.

o problcoá dcosebilá apare la accle termimle ale dispozitivclol electronice uDdecolhcnrl metal - seBiconductol a'c calacter ledlcsor, afectánd fu accst fel caracte sticilefuncJiolale ale iltregului alsamblu. Itr acesl c..tz se procedeazá Ia impuÍificarcaseEicoDductolului cu iEPuritá}i io cotrceltraJic mare, realiáldu.se o stlucfurá n+. ca umaJeregiuuca de sarciná spa;ialá va Íl foaíe sub1ire gi curenrul invers lo va deveni foarle mare'Accst faPt este e{hivalent cu o colduclic iD aabel€ seosuri' Asa cum se va Yedea lot incapitolu.l urmátor, anulajea caracterului ledr€soI al contactului metal . semiconductorse face de fapt pdtr cÍearea colrdijiilo! de apaÍijie a efecfului tuÍlel.

50

Figura 3 . 1 7 . caÍactelistica staticá a contach:luimetal - semiconductor cu caracter ohmic.

Consideraliunilc de mai sus reprezintá doaro succintá recapitulare a problemelor legatede mecanismul conducÍiei cuÍeurului electric in semicoÁducloare, suficieDtá insá pentruinlelegerea functiootJii difedtelor dispozitive elecEonice, cu care ne voqr ocupa iu caDirolcleurmátoale.

4.DIODE SEMICONDUCTOARE.

Ácesr capitol este dcstinat culoastelii diodelo! ca elemeff de circuit electÍonic. se vorabolda caÍacteIisticile fiuctionale si performantele diferitelo! categoiii de diode, asociat cucunoa|terea unor circuite fundaEcDrale in caÍe rolul definitoliu pÍivind furcIia electronicáindeplinitá il au tocmai accstc componente clectronice. se va evila insá analiza acelor cateeoÍiíde circuite cu diode ledlesoarc ca'c iltrá ío domeniul de pÍcocupári al e|ectronicii de puiere'

Io geEelal prin diode vom iBtelege dispozitivele electronice car€ se bazeazá pecaBcteristica staticá ajolcfulii pn sau pc caracteristici stalice asem.áDáoare acesteia. Vom tritadiodele conform unei clasificári func;ionale' clasificare carc lc ímpanc fu Ü.mátoaÍele categorii:diode redresoare, diode de.eúoare, diode de comutatie, diode Yaricap, diodestabí|izatoare,diode tunel' diode schottky' etc. Diodel€ redlcsoare, care au o selie de cancteÍisticifuncJional . colstluctive si aplicative specifice se vor analiza iDtr.un para8raí separat.

4.1.Díode redresoare.

Diodele ledresoarc, tl7]' tl8]' t35]' t361' t37]' t38], t46], t66]' suut d€stinateaplicaÍiiloÍ de conyersie a ener8iei de curent alte.nativ iD energie de curent continuu. Inaceste aplicalii paÍametrul cel mai imponalt cse cei iiá.ianía -encrdéticzliiilceii

ilcirivdiodele redlesoare se realizeaá iÍttl-o gar!á foaIte laIgá de tensiuní li cufcnÍi, cupriDzeBd vatoride la zeci de volJi si amperi páná la cáteva mii de volti si cáteva mii de amDeri. Din DuÍlct devedeÍe tehnologic' aceste diode folosesc aproape in exc|usivitate cá mate;ial semic;nductorsiliciul. Acestapoatc fu.Ectiona la temperaruri marj, deci dispozitiyul electronic obJurur va pulealucÍa cu incárcarc in curent mare !i la tensiuoi iqverse de stIápungere mari. Dc asemeneaculenJii inverli sunt mulr mai mici in cazul folosirii substrafului c. siliciu fa!á de cazul celuide germaaiu, deci pierderíle iu dispozirivul afla! in sure blocaüí sunt 9i ele riduse.

Diodele redresoare suÍt diode cu joncliune pn. Ele r€'zultá prin atala'ea lacele douázone-ale oonocÍistalului, dc tip p, Iespcctiv, dc lip n, a doi clectrozi numi|i anod, respectiv,catod $i incaPsularea corespu]tzátoaÍe a dispozitiwlui' ÁspecruI caPsulei esle detcmüna( decurentul direct maxim admisibil, ..nsiunile iíveÍse maxime suportate ín stare blocatá 5i dedomeniul fÍecvcnlelor dc lucrr! recoÍlaldate. :]ractic roli ace'ti pJametri stabilesc pieÍde.ilede Pute.e care apar ln dispozitivul e]ecllonic h timpul lucrului s;. in u|tímá instanÍá, cantitaÍeade cálduÍá ce va trcbui evacuatá din vecinátatea joncliunii. Dioce]: redÍesoare d€ micá Dutercsünt montaIe in capsule de material plasíc sau din melal. Ele se monteazá direct pe ciicuitul

52

impÍima!' aláturi de ahe componen(c| ráciÍea lor fiind natu.alá, Íá'á a Íi posibilá arasaIea !Íluiradialor. La diode|e de medie Putere se folosesc capsu]e ásemánátoare tra&isto;lor. cuPosibiliúrE de montarc Pe circuitul imprimat í iozeslraIe cu radiatol adecvar salt cu oosibilitatcde montaJe directtr pe ."diator. Acesae lucnrri s-au tratar detaliat Ia disciprina dc rehnorogiielectric. |i electronice' La diodele redresoale d€ maÍe !i foart€ ..e pui"," se Drocedeazánumai la o incapsu]a'e adecvatá montárii pe radiator' cu posibilitate de rácire cu aer sau culichid. RáciÍea poate fi uuilateralá sau bilatcralá. In cazul iácirii cu ael' aceasta Poate fi princooveclic naturalá sau fo4atá. La ráctea íoíatá cu lichide se pot folosi chiar 9i gaze lichefiare.

Fig.4.1. Explicativá privindconstrucÍia unei diode redresoalede medie putere.

Cu scop de exemplificaJe, in Figura 4.l se redá o sec}iuae pÍint.-o diodá redresoarede PuteÍe, prévázutá penEu a fuÍrcliooa montalá pe Édiator, cu rácire unilareralá cu aer, prilrconveclie naturalá sau fo4atá' Monoclistalul dc siliciu care stí la baza dispozitivului ele.!.onic

53

este malcat cu cifla l, ítind de forma unui cilildru cu díametÍul de 10 . 25 m'E si ioáltimca de0.3 .0.4 Erm. Acest moBocÍisIal se 8ásc'te intr€ douá discuri compeusatoale de temierarurá'3, realizate ditr wolfram sau molibdeE. Acest a.osaúblu se gáselte fu corpul diodei, 5, contactulelec|ric adecvat rezultánd prin presare cu o fo4á plesrabilitá' cu ajutorul unor arculi taler saua] unor aÍcuÍi ilelaÍe, 4. corpul diodci, priD piesa de legáfuÉ 2 se poate moota' prinitl'uÍubaÍc, pe radiator' Acesta reprczhtá 9i ulul di.Dtre terBi-oalele disF|oziti!'ului electronic.celálalt termioal este accesibil pdn piesa de colexiuoe 8 care, prin conductoÍul flcxibil 7,pátÍulde in ilteriorul corpului diodei printr-o trecerc izolaDtá, 6' realizatá din sticlá sauc€Ialricá. Din Eotive de siDplificarc a tchnologiei de Eontare-a ciÍcuitului electronic' seploduc diode cale au fi€ anodul, fie catodul legat la Piesa de legáturá 2. se colstatá cá o diodáredresoaÍe aÍe o tehDologie de rcalizaro mmplcxl caÉ inÍlÜenleazá intr.o utásurá lelativ mar€chiaÍ 5i palaBetri síi dc oaturá electricá. De oxemplu, Íeziste4a diodei aflate in conduc}ie esteo rezultantá atat a ParamctriloÍ semicotrductorului cát !i a rszisteo'ei obmice a pieselo! ceiDteÍvií i! PÍocesul tehlologic de realizafc a disPozitivului electronic.

IA

EEtl 'É;

Iosr,r

Ionu

towlrIA

UR

A -. ro----ttt-

Fig,4.2. Caracteristica staticá sisimbolul diodelor redresoare.

Rezultá deci clar cá o diodá Tedresoare nu este tot una cu joncJiunea pn caie stá la bazaei' Putem reveni acum la Problcmatica Plopriu-zisá a paragraf,rlui nostru. Figura 4.2 prezintácaracteriíica staticá- a unei diode redresoare asociat cu simbolul ei. Aceaslá caÍacteÍisticástáticá, rcP.eziltá depelde4a cuÍetrfului alodic I^ d€ valoarea tensiunii aÍ]od-catod, U^,

'i esre

cupri$á itr cadralele I !i III. Po4iunea din cadÍalul I corespulde diodei polarizate diÍect !iaflatc ln conducíie, respectiv, poÍiunea din cdraoul IlI corespunde dispoátivului electroüicblocat, caÍe preia t€nsiuDea de PolarizaÍe iovelsá la bolDel€ sale. FigüÍa 4.2 Du lespectá intru-

54

tonrl p(oPorJiile dintÍe ÍüÍimile clectrice caÍe intervin, ea avánd in primul ránd uo caracterexplic.ativ. sunt Íeprezentali o serie d€ para.oetri calacteristici cárc au utr rol €seotial in

'Iegereaunei diode peltru o aplicatie datá. vom plezeota succint acc$ti PaÍámetri. Pe Poíiulca decaÍacterislicá staticá ditr cadranul III lomarcám:

- URWM, tensiurca invers' de lucnt maiim admisibilá. ÁmDlitudilea tcNiunii sursci dealimen|are a moútajului electroúic il care fuflc1ioneaá dioda nu ari voie sá depá$cascá aceaJtávaloale. Intl.uí punct de funcJionaré, la o teNiuDe inversa U1, prio diodá va trccc urr curen.rezidual invers IR. Deci in dioda blocatá apar Pierderi care la tcnsiuni invcrse de lucru normalese Íncadreazá ln valorile indicate io cataloage 9i care, in foatte multe cazuri sunt ncglijabile''

- U"*u, tensiuuea invcÍsá repetitivtr Daximá. Este o tensiÜne ioveÍsá dc valoalc maIecaÍe poa{e apale' pentru utr tíEp íoaIte scurt, o singu!á datá, in ficcare ciclu de frulgiouarc aldiodei. cre$lerea curentului ilvcls p€ durata existe4ci tensiunii UnnM nu modiÍicl scmlificalivpjerderile lotal€ din dispozitiwl clectroÍlic. Acesr paramctru este iöame ieponaDt di.u cauzá cáel permile o alegeÍe ralionalá a circuitelor de proteclie ímPot.iva supratensiunilor de comuta1ie$t a celor caÍe proviE din reÍeaua de a]incnlarc.

. UrsM, tensiunea inversá de suprasarcbá maximá. R.prezintá uo livcl de telsiulc caÍepoate apare numai accideqtal la bomele dispoitivului electlo'ic. Accastá tcnsiuc invcrsáconduce la o crcotere nepermisá a curcnniui rezidual invers, ceea ce are ca efect suoralncllziÍrajoncliutlii' De ac€ca teNiunile de valoare apropiata de U$M tlebuícsc detecűre cu releeelectro\Lice de tensiune de várf, circuiful in care firnc1ioneaá dióda Íebuind a fi decuplar inE-uninterval.de timp dat sí ce| puti'u petrlÍu un interval de timp prccizat Ío cata]o8. Dulata minimáa decuplálii este $i ea datá, fiitrd depcBdent' de condiíiite áe rácirc.

MáIinile semnificativc de p€ po4iurca de caracteristicá staticá din cad.anul l sunt:- IowM' cuÍentul de lucru Eaxim. El este curentul co inuu de dÜatá la care picrderile

directe pritr dispoziti!.ul electronic au o astfcl de valoarc incát cálduÍa produsá iq veci!átatcajoncliunii poate fi evacuatá in cooditiile de ÍáciIe indica.e dc cátre póducátor. Dioda poatefuncJiona timp nelimita! in orice putct de functionarc inferior, caracteiizat prin curennrl aaodicl^ si tensiunea anod . carod U^. Di! pulct de ved€Ie pu. func|iolal iosá' di;poátivut elec!ÍoBicpoate píe|ua in conduclie curenli de valoalc Eulr mai mare.

- IDRM, curentul direct .epctitiv tnaxim. Este valoaÍea maximá a curenfului prin diodacáre poate sa apará, o sidgurá datá, iu fiecare ciclu dc funclionaÍe' fárá a afecta re8imul tcÍmical dispozitívului electrorric. In geneIal váIfurile .epe(itive de culeÍIt apar in circuit€lc elegronicedio cauza procese|or de comu(alie !i valorile lor pót fi influeotate pri; modifica-rea pantei dl^.ldtde varialie a curenIilor prin diodá.

. IosM, curenful direct de suprasarciná maxim' RepÍeiDtá cea mai mar. valoaÍc 8dmisápentnr curentul dc suprasarciná prio diodí' In urma apaÍiJiei u.ui curent de aceastá valoarecáderea.de. teflsiune. diÍectá U^ deviüe ata! de mare.íuút pierdeÍile de puterc coDduc lasuplaincálzirea plactic instaotance a monocris(alului, supraírcilzire care nu mai poate dispareiii cielufiié urmáioaie dc fuacjiolarc. ca uima:c uü curent de '''a!oare :propia* áe I^". poelerl suponat de dispozitívul elcctronic uÁ timp limitat, dupá carc circuitui tr;uicltc dcconeclalpentlu-un inrcrval de limp dat. Ace$ti timpi sunt precitati i! cataloage. IJr general o alegereco.ectá a' siguranJelor ult(aÍapide evitá defcctaÍea diodclo! datoritá depájirii cueo1ilol desupÍasarciná accidentalá. Totusi, acolo unde frecve!'a accstol culenJi cstc;el.ativ EáJe sq poareapela la o delectare a lor cu rclee electmnice de cuÍent de vári 9i se poate prcceda |a odeconectare rapidá de ávárie. Astfel se poate evita interven1ia siguran1elor uitrarapide' ore esreprea coStisitoare.

55

calaloagcle de diode indicá de obicei scpalat cele douá po4iutri ale caÍactcrísticiistatice. Figura 4.3 eyideÍ|iuÁ car8c-t€ristica staticá la polarizare directá pentru o diodárcdrcsoale. se remarcá fapnrl cá la d€qsitáti de curcnt mici, de ordinul a 10A/cm2 aceastácaÍactclisticá este o dleaptá, aploape veíicdí. La densitáÍi de curent ma!i, de ordinull00A./cm2 caracteristica ilccpe sá se illcliJrc, iD rcgim dc suplasarciná dioda componándu.seca o Íezisteníá. ca$cteÍistica di.ccÍá depinde !i de tempcratura la caÍe |ucÍeazá EoDocrista'lul.lo doEeniul incáicárii de duatá' cldelea de leDsíuÍlc dircctá cste Eai micá Ia t, = loo"c decátla t, = rs.6. La incárcáÍi mai mari,

.ln domeniu| suprasaJciíiloÍ de scuíá du;atá, cáderea de

tensiurc la bomele unei diodc creste pronunlar cu temperatura.

Fig.4.3. Caracteristica staticá a diodeiÍedresoare la polarizare directá'

Pentru calculul pierderi|or difectc iÍ! dioda ledresoare vom lua iq considerarecaracteristica directá din Fi8uÍa 4-4, pe caJe pÍin inrermediul talgeotei la caracteÍisticá s.adefilit tensiunea de la coful dc sarurare a joncliunii, U^o, caje á!e valori uzuale Ín jur de o.75v.Tot pe baza Íigulii 4.4 s€ poate defid

'i rezistenÍa difcrenJialá a diodei, in jurul ultui punct

static de funcJionalc I^, dupá cuE ufEeázá:

du. (i,) LU.-d- --;; - - l:. -

".A alATI . U.^- - A-----l!! = nrnn

In acesle cotrditiuni' cáderea de tensiune u^(t) la bomele diodei va fi:

(4.1)

56

se poate acum calcula puterea disipatá de o diodá in conducJie, dacá aceasta aÍe un rcgimciclicde fuDcjiotlaÍe:

ue(E) jA(ü) dt

Fig'4.4. Explicativá privind calcululpierderilor directe in diodele redresoare.

ua( t) = UAo + Íd iA(t) (4.2\

(4.3)

Inlocuiod io expresia (4.3) Íelalia (4.2) se va obJiÍre:

1 fT,, = =, Jn LUA' + rdiA(t\ ] já(ü) dt l4 L\

Apelfud acum la definiJiile bilgcunoscute ale valolii medii ii Yalorii efective, pentÍu pute.eaPo rezultá explesia fiBalá:

Po = O.l5 IAn.d + rd l:err (4.5)

Se remarcá deci faPful cá picrderilc de pulere prin dioda aflatá in cooduclie au douácoÍIPonent€. lo calculele practice determinqrea aceslol pierderi esre mult u$uratá de faplul cáin caraloagele de specialitate producirorii dau direcr diagrame cu valorile precalculate alepÍerde.iloÍ pentru difelite forme de undá ale cureotului pri! dioda redresoaJe.

^ 1 rrto=iJo

5'7

Figura 4.5 se Í€fcÍá la cBracteristicile statice la polarizare iDversá ale diodelor. seremaÍcá cde douá po4iuni spe.ifice, cotespunzátoale stfuii de blocarc' lesp€ctiv' s!áÍii destrÁpungere. staÍca de blocarc cstc o starc noEDalá de funcJiomlc a diqdci Polarizate iüven.Dispozitiwl el€ctroBic preia la bomele sal€ tensiulea atrod.catod Eegativá Ur in cotrdiliíle incaÍe cule!ful alodic negaüv Pástreaá o valoa.re rcdusá lri, uumitá cu!e!! rezidual invers. Acestculcot rezidual i.Bvers este cel mult de oldtrul miliaEPeri-lol, iü cazu.l diodelor redresoaÍedestinate aplicaliilor de putere foaÍtc tture. Dacá tensiÜnea inversá Us depá9elte valoal.ea destrápungere' Ugr, atuqci puocnrl de {unc1ionare aI diodei trEce fu zoua de sirápuÍtgerc'strápuBcÍea diodci poatc fi de nafurá electricá, aturci cend se da1ole$te cámpului etectric foaíeintens ditr vechátaEajoDcJiuoii saÜ poate Íi de naBrá tcrmicá' atunci cánd se datoreste crcsteriicoocentratiei de puÍtátoli de sarciná sub ac]iurca tempeÍafurii márite a mooocristalului desíliciu. Ása gum s.a €xPlicat clal la snrdíul jotrc]iunii semicolductoale ptr, fuücjionarea í! zonade slrápun8erc !u estc leapátat distructivá. In cazul diodclor rcdrcsoare nu este insá permisáopdarca íÁ aclst dolreEiu. Rcved'ud acu-E 8suPra func,io!áÍii in zola dc blocarc estc Íec€sa.sá P.eciám cí la o teDsíutc iDvelsá Ur datá, curennll i.trvers dePinde de tempeÍatutá, in modpractic dublándu-|i valoarea la fiecare cre'tele a rcDrl,€rahr.ii cu l0 . 15 .c. Ca urmare la oteÍnpenturá güfitI a jorciulii caractedslica de blocaIc va fl cea coÍcsPuÍPátoare culbei trasatecu liqio punctatá iu Figura 4.5. Se reroarci deci faptul cá crest€tea temperafuIii joncJiuniiconduce Ia scáderca pietdcrilol dLecte dal' in acela'i timp 9i la crc$terea nedoritá a pierde.ilorinversc' caÍc apar iD dioda blocatá.

Fig.4.5. Caractetistica staticá a diodelorIedresoare la polarizare inversá.

fualiza 5i sinteza circuitelol Gu diode implicá 5i luarea in considenre a

caracteristicilor |or d€ coDut8JÍe. Tlecerca uoei diode diü staÍea de blocaÍe in cea deconduc}ie, sau iavqs' nu se face instantaleu ci treccsitá uu interval de rimp numit tim! deÍeveoile' ca uftuaÍe iítre ccle douá stíÍi staIioDare iltervine utr Íe8im traDzitoriu' deterBiDatde faPful cá fi.caje staÍe este caÍacterizatá de o anumitá colccntlalie a purtátorilor de sarciná

T.t2 )r..r t

58

din vecioárareajonctiunii, coDcenlratie care trcbuielte modificatá la schimbarea stárii. Trecercaunei diode din stare blocatá iq srale dc conducJie se nunre$tc reveDilc diÍecrá. h modcorespun"itor, treceÍca diodei din sta'e dc coÍtductie in starc de blocarc poaÍtá nuoclc dereve0iÍ. ioveIsá. La fiecale prcces de comulatic se pierdc o ca.nlitate de cuergie caÍe depiodcde parametÍi diodei

'i de Parametíi electrici ai circuiÍuluí in cáÍc funqioneazá dioda. Aclste

pierdeli cÍesc cu frecveoJa comutatiilor' astfel cá [a fÍccveE}e dc lucru mai mÜi de 4oo Hz elenu mai pot ft neglijate. I! acest caz, Peltru esli[urea corectá a Pieldcrilor totale prin diodtr,Ia pierderile ln conduc|ie 9i pierderilc tn sla'c blocará trebuicste aduDará si suma pieÍderilor caleapaÍ la comutaJia directá, rcspectiv, la comuta|ia ilversá. EIo se por stabili exact cunoscáldevolulia tensiunii la bomele diodei !i a cuÍenrului prin ea in timpul prccesului de comutaÍie. oevaluarc absolu! sarisfácátoaje din puncNl de veder€ al calculului termic rezultá p.in luarea inconsiderare a eneÍgiei pierdu(e Ín tiBlpul comutatiei !i a timpilor de comutalic, palamelri carese indicá in cataloage.

In acest paragraf se va aqaliza p€ scun comutalia directá, sau altfcl spus, revenireain sens direct, [l7l. Dacá unei diod. aflate ín slaÍe de blocarc i se aplicá o teosiulc dilectá'U^ > 0, atrrnci este necesaÍ utr interval de tjÍ|p Pentru ca stÍalul c€;tra'I aljonc1iunii sá Íicinvadat de punáto.i, PentÍu a deveni büJr conducát'or. ln acest Íinp la bomele diodei apale ocáde.c de tensiun€ dircctá, a cárci yaloale depinde atát de Panta de cre9(e!e a cuIetrfului cár $ide valoalca staliolará a culentului care se va stabiliza duPá termiDaÍea Íe8imului tlaDzitoriu.valoaÍea acestor palametri cste dictatá i! primul !átrd de circuinrl iÍt care functioncazá dioda'Fi8ura 4-6 evidenliazá procesul comutaliei directe. sc coDstatá cá cÍesterea vjorii curentuluigi a pan(ei sale de clcstere conduc !i la máÍiÍea supfalensiunii la bomele dispozitiwluielectronic ín timpul comutaliei. ca urmaÍc, ala cum rezultá si di! Figura 4.6, c, si pie|derilevor lua valori márite. Intervalul de timp cupÍins inlrc momentul apÜiJiei tensiulii dc polarizarediíectá, UA, 9i momentut cánd lcnsiunea anod - catod ajunge la valoaJea stalionarácorespunzátoaÍe punctului static de funcíionaÍe, U^w, se nume'te timp de levenire directá, td,valoa'ea sa f.iiÍld ín general indicatá de catáloage. Pc durata revenirii dircctc puteÍea disiDatáin diodá va f'i:

F.a(t) = ur( t) . i,q( L) (4.6)

Aceastá putere poate lua valori instantanee maxime, PM^x, mari, de oldioulmiilorde watt. cuminsá timpul de revenire directá' t'd, este foane mic, pierderile medii care apaÍ suot leglÜabilein cazul diodelor care lucreaá ín circuitc la frccvenla relelei publice de 50 sau 60 Hz:

(4.7'

Ll frecv€nle de lucru mari Du se mai poate face abstÍac}ie de pierderile calc apar la comulaliadirectá deoarec€ va]oalea lor medie cresle pÍin scáderea duratei T a cíclului di lucru. Pentru

fr Iot,"p"d( t\ dt

59

( ',,',..\.

I

Fig.4'6' Comutatia directá la diodele redresoare.

cootrolul Pierderilor la comutalea direcÍá a diodelor Du se impune numai |imitarca vaioriiculentului de lucru I^w ci sí a pa!Íei lui de cregtere, la valori mai mici decát pantele de cre$teremaxime permise de producáto! 9i indicat€ de cátrc acesra in cataloage. Din acesr puncr oev€dere inductivitáliIe existente in circuilele electÍonice sunt binevenite. In!'.adeváÍ' intr.uí

60

circuit R . L, la colectaÍea telsiutrii directe, U^ panta de crestere a cure ului va Íi:

dia(t) _dt

Ii

U^z

61

precizári. PÍima se teferá la fapn c! cale prezeDtate sutrt conforme c.u notaJiile folosite in

Figua 4.7. A doua precizaÍe este lecesará pcDtru a sublida faptul cá Dici timpul de comutare

iÁveÍstr Li gi uici tiEpul de ÍeveBire inveÍsá t,i rru au valori cortsta[te. Ei depind de tehnologia

de realizale a diodei dar 9i d€ conditiüe io cal€ se desfilsoalá pÍocesul' adicá de tensiudlc care

apaÍ $i de co!figuÍajia circuitului. Tiopul de revenire, to, dat i! cataloagele dc diode este

orieltativ, ÍefcTildu-se la ni9te coldiliuíi medii de comutare.

Aceastá valoale trebuie sá Íie trlai micá decat cea datá itr catalogul dc diode,

consideraÍe a unú coeficient dc siguíanJá subuuitar k,:

(4.8)

cu luarea in

(4.10)

(4.9)

Dacá inductivitatea L a circuirului nu este suÍicientá pentru limitaÍea adecvatá a pantei de

c.e9tere a curentului la comutaÍea di&c!á a diodei' atunci in serie cu aceasta se prevád bobine

de comutaÉe. MontaÍea lor se va facc nuEai atunci cár1d cle sunt lealmeÍlte lecesale deoarcce

a{a cum se Ya vedea chiaÍ in Pa'agraful uÍmátoÍ, efectül lor este defavorabil di! puncü'l de

vedere al comutaÉei inverse. Pomiod de la rela.tiile (a.8) 9i (a'9)' inducrivitatea minimá

lecesaÍá in circuitul unei diode redresoÜe se va putea stabili Pc baza expresiei:

di"(r) ...di^._______:-<Kt-r-

dt --'s'dt'a@

r. > á;^t \ att / udrn

Fi8ura 4.7 este d€stiaatá lámuririi procesclor c.re ínsolesc blocare5 sau. cu alte

cuvinte. r€venirca inversá a diodclor, tl71' [35]' [37}' [38]. Dacá la un momeÍlt t" ciÍcuitu|ui

unei diode allate in cogductie i se aplicá' inr.utr fcl oarecaÍe, o tensiurc ne8ativá .U^' atulciíncepe rr!. proc€s tlaÍzitoriu ce se va finaliza pÍin blocalea dispoitivului electro'ic. Dioda nu

poate comuta i$taotaÍeu deoaÍece PuÍtárolii cáIe se gásesc in cantitate EraÍ! iü stratul ccntral

al jonctiunii tÍebuiesc iBdePánali Prü recombinaÍe si difuzie' l,a inceput, datorirá t€lsiuniinegrtite -UÁ, cureotul prin diodá i.ocepe sá scadá, cu o lege dc varia|ie cotrforÍ!á conÍigulaliei

circuitului' curetrtul i^ prin diodá cste pozitiv si, ca urmale, sta!€a de coÍrducI€ a dispozilivului

electlonic este neafectatá. Numai dupá momerrfu| tl cel|d cuÍenful anodic devine negativ incepe

proccsul propriu.zis de comutale inversá. Pátrá la t,, deci pe durata timpului de comutale

inv€rsá t.i, tensiunca atrod-catod a diodei isi pástreazá neschimbatá valoarca pozitivá

coÍespuozátoaJe státii de conduclie. In acest timp cureDtul Eegativ prin dispozitiv cre'le cu o

Pantá doterminatá de paÍa.Betli circuilului, alin8ánd valoarea sa maximá lrúÁx la momenlul t!.

Agum joncJiunea ili recapátá capacitatea de blocare gi ca urmare cuÍetrrul invers scade rapid lavaloarea sa staÍionará, lR. Ac4st proces se incheie la momentul t!. lnterva'lul de tiÍrp cuprins

ínne momentul tI, cand cuÍenful pozitiv pritr diodá se aoulcaá 9i momeotul tr, cánd se termjEá

procesul de blocare al diodei se numelte |iEtp de revenile inveÍsá t,i. se cuvin aici douá

Fíg,4.7 . Revenirea inversá a diodelor redtesoare.

PÍoblemele Bu suüt de loc simPlc deoaJec€, a|a cuB se poat€ vedea si diq Fi8uía 4.7'

b' dupá btocalea diodei, caÍe aIe loc la t,, tensiunea la bomelc sale Du evoluea7á direct cátÍe

tensiunea inversá.U^ > UrwM, ci, ín primul moment tiíde sá ia valori ne8ative mull mai mari.

Procesul tralzítoriu prezentat io Figura 4.7 are un caÍacter put€mic amo.tizal dar in pÍacticá

'ui

!

62

apar ío multe cazuri oscilalii de tcnsiune de mai lungI duralá. supÍatelsiuDile rezultá ínrucárelcrgia reacrivá stocatá Ia t! in inductivitálil€ L din ciÍcuitul diodei, (cel pulil inductivilater de

comuralie LmiJ| se tÍansfeÍá páná Ia t], deci irüI.un inrervalul de timp foaíe scuí' pe

condensatorul din schema cchivalcutá a dispozitivului electÍoüic. Accst proces cstc uÍtul rcpetitiv

deoarece se desfisoalá o datá íÍl fiecare ciclu de fiüc'ionaÍe a] diodei. TensiuDca i.ovclsá

maximá caÍe apare, UxMN(, nu are ca utmaÍc voie sá deptrseascá teosiunea inveÍsá Tcpedrivá

maxiÍuá a dispozitivului electronic' URRM, luatá ín consideraÍe cu un f!rctoI de sigüra.trlá

subunitar, lg"- Acest deziderat sc poate atinge prin folosirca unui circuit dc protecJic adecval.

lntrucat producátorii !u dau iB general indicatii privind cureÁtul iovers háxim IiM|\,dimensionarea circuitelot de proteclie se face pc baza sarcinii de reveniÍe invelsá Q.' care esre

proporlionalá cu a a cupdtrsá iltrc curba cur€nnllui din FiguÍa 4.7, a, $i axa absciseloÍ, il re

momentele tl gi t!. sarcitra de revenire inversá este chíár caíitatea de puntrtori de sarciná dinjoncíiuÍle ce trebuielte elimhatá peÍttru ca aceasta sá isi recapctc capacitatea dc blocáre.

cataloagele de diode tedresóare con|in si o diagramá cu cubelc de valialie a sarcidi de

ÍeveniÍe inveÍstr Q.' exprimatá i! }rC sau pAs, variabila de pc axa absciselor fiind pana de

scádere a curenNlui anodic' diA/dt iar paÍametrul caracteristicilor curenfu| alodic itrilia|' l^w

care trecea pÍir! dispozitiwl clectÍoÍIic inainle de ini'ieÍea procesului de blocare. Pen|ru

lámuriÍea modului de calcul al circuitului de limitare a supratensiunilor de comutalie vom

aborda un model simplificai al comutalici idverse, conform cu Figura 4.8.

Fig.4.8. Modelul simpiificat al procesuluirevenirii inverse.

se constatá ctr admitem ipoteza ctr cureotul invers prin dispozitiv scMe practicinstantaneu la ze(o in momeútul io care acesta i;i iecapátá capacitatea de blocale. ca urmarepe acest model simplificat al procesüIui timpul d€ comutáre inversá, td si timpul dc revenireinversá' t.i coincid. Mái admitem cá Paffa de scádere a cuEntului anodic este coostalrá. [n

63

acesle coodiliuoi, din considercntc geometlice simple, sarcina de rcveoile iÍlversá Q. calecalactelizeazá procesul de comuta1ie inversá atralizat va fi:

O,, (4.1,1)

De aseEeuea, pentru valoalea maximá a cuÍentului iDvels, IRMN(, vom putea scrie:

_1-- a .auex "ri

14 .1-2]

(4.rs)

Pe baza celor douá relatii de mai sus, p€trtÍu sarcina de rcvenile inveÍsá se mai poale stabilicxDresra:

^ - ! -2 din",, - Z..i ZE

Acum rezultá simplu va'lorile care caracterizeaá timpul de Icveaire iDveÍsá:

(4.r-3)

(4.14)

li curentul invers maxim, IRM^X:

di.-- aE

in cazul pÍocesului de blocaÍc ana-lizat. sunter' acum in oásurá sá determinám caPacitateanecesará a'condensatonrlui caÍe,trebuielte monta| i! palalc| cu dioda peotru ca supÍalensiuneatÍalzitoric la comutaÍoa illvüsá sá ou dePá$eascá o valoarc apropiatá de tensiunea inversáÍepetilivá marimá. PeDtru ac€asta Punem condilia ca toatá energia reaclivá slocalá ininduclivitáJile circuitului la momentu| t2 sá fic traJrsfe.attr coldensatoru]ui de protectie. Rezulrá:

64

12

t12 _l-2

^ t-2 rrz I ^ 1<\u ^su UÁ]w

Prin urmaÍe formula peDtru calculul capacitálii condelsalorului va devcrd:

IntÍoducánd acum sarcina de revenire inversá 'i

paflta de scáderc a cureotului pÍin diodá,má.imi caÍe caÍaclerizadzá plocesul de blocare iDvestigat 9i care se pot deteÍmioa Pe bazacunoa$terii circuitului

'i al datelor de catalog. rezulrá relalia definitivá de dimensionarc:

Í2g = L !touM- 1ga tprl

^su u,tilt

di.)n6 2 1,

-- --9!- 1so tppl

^ su u P,tul

(4.1,7)

(4.18)

In geneÍal valoaÍea capacitáÍii acestui coDdensator dc ploteclie rezultá de ordinul 0.2 - 2 pF.Aplicarea sa este insolitá de dezavantajul caÍe Íezultá din faptul cá el se descaÍcá prin ciÍcuirulanodic al diodei la írcepurul uÍmátorului ciclu de fuDclionale. Peotru ca energia .eactivá stocaláin coldclsatorul dc proteclie sá nu 6e disipe tocÍMi pe rezisteBla diodei 9i pentru a limitacurentul maxim la coúutaÍ.a dilectá a dispozitivului in serie cu condensatolul se plevede oÍezistcnlá de descárcarc, R' valoáÍea ei se estimeázá id func|ie de coÍrribuJia admisá aciÍcüitulüi de protecÍie la cu.eDtul de comutaÍc diÍectá, caÍe un poate depá'i culclrul repetitivdirect al dispozitivului, lslM. In mod uzual rezultá valori de ordinul a l0 - 50 o' PutereadisiPatá de aceastá rczisteolá trcbuieltc de asemenca estimaü cu 8rijá' luand.r! consideraredurata regimului tranzitoriu de ilcáIcare, Íespecliv descárcare a condeDsatolului de protec'ie;duÍata ciclului de funciionarc a diodei redÍesoaJe $i cner8iile vehiculate Pdn accsle pÍocese.PIactic se folosesc rczistente caÍe pot disipa purefi cupÍinse i re valori de oldiltul uBitátilor dewatt' ajungáÍdu-se la puteri maxiBc de cejiva zeci dc watt. Prezenla rezistenJei dc proteclie este

beneficá !i din punctul d€ vedere al elimiláÍii pÍoceseloÍ oscilante la blocaÍea diodelor'T.ebuieste gásit un echilibÍu iDtre valoatea si Putclea disipatá de rezistenJa R si capacitateacoDdensatorului c, pentru ca la pierderi ralionalc in circuiful de protec1ie sá avem o |imitareeficace a suprateDsiuoilor de comutalie.

cele pÍezentate mai sus ne pe.Eit sá tra8cm concluzia cá o diodá Íedreloare ou semonteaá singurá ín círcuirul electrouic. Á5a cum se vede din Figurá 4.9, este nevoie de íutregansamblul elemente carc Yor asigura si funclioDarea ei sigurá, inclusiv siguranJa ultralapidá s,caÍe se alegc ditt catalog conform prescrip;iilor peBtru dioda datá.

se cuvine sá mai subliniem !i íaptul cá cele aíalizate Bai sus privind comutalia sunl

65

lD parte valabile 9i pcotru dispoátivele multÜoDc]iule, tiristoaÍe, tÍiaculi sau tirisloare GTo,motiv pe ru care la capitolclc lesp€ctive 6c Ya reveni

'tueai cu preciárile suPlimentáre

uecesafe.

Fig.4.9. Circuit de utilizare pentrudiode redresoare.

' Inabte de a incheia accst Para8raf destinat comutaliei diodelor rcdlesoaÍe Yom face sicáteva colsideraÍiuni cu PriYire la timpul de TeYenire al diode|or redr€soare. AcestParametÍu se PoaÍc iDfluenJa plin tehnologia de lealiza.re a diodci. Existá diode redresoa.edcstilate aplicaliilor la rcJeaua publicl de 50 sau 60 de Hz, caÍe au tiEpul mediu de ÍeveEiIe't., cu vaJoli cuprilse iDtre 50 9i 2oo lls. Pentru aplica}ii la frervco1e de ordinul cátorva kHz seploduc diodcle redresoare rapide care au timpul de levenire.rntre 10 9i 50 ps. AcesÍea ausárcína de levedÍc inversá Bai Bicá de{át cca a diodclor red(esoare leote' de rEea, itr schimbau pí€rdeÍi mai mari gi sunt mai scumpe.

Alegerea colectá a uDei diodc, iütr-o aplicalie dará, implicá verificarea ei din punctde YedeÍe a| ÍncáIzirii. Rcmatcám aici cá ÍiÍmele specializatc idicá, in general' radiatoÍul 9imodul de rácire lecolqaüdat. I! plus se PÍeÍizeAzÁ, in foile de catalo8 coIespunátoare.lezisteolele tcrEice di.ltrejolcJiuoc

'i capsula, R-g, capsrrlá 9i radialo!, RÚ,cll !i dint'e radiato!

9i ambieot, Rll\x^. Peotru Í.gimuri de fulcjionaÍe io impulsuri se indicá 'i

diagramclcimpeda!Íclor te|úice, z,n, dc aseEeBea lntre difelitcle elemeDtc coÍtsttuctive ale diod;i

'i in

frJ.oclie de caracFristici'le ciclului de frrlctiomre. Dacá se €stiEeazá corect pierdeÍile prindispozitivul eleclÍodc' i! conduclie, in comutalie 5i íD stare blocaü, atunci, cu rezisten1cle 9iiEpeda4ele sus.meqionatc se poatc stabili cu prccizie tempeÍalura la cale va luclamouocristalul in coudi,iitc aPlica}iei date' Pen(Íu aceasta, asa cum s-a studiat la disciplinete deteíloteh!'icl, t.ebuieste intocmitá schema echivaleDtá termicá a disPozitivllui elect.onic, pentruregim sta}ioml, Íespectiv, peotÍu regim traJEitoliu. hoblema, desi foane importantá' nu poatefi üaratá detaliat iD acest cadÍu' ltr actiYilarea d€ProiectaÍe no'iunile de.ja cunoscute se vorputeacolTleta cu inforEatiile din catatoagele de pÍoduse eleckonice' eaterialele dc informare alefumelol de specialihe, p8], sau din lucrári ltii4ific€ destinatc alalizei comoortárii termicea dispozirivelor clectronice,

Petrtru a íncbeia complct accst asPect de calcul telÍlic al circujtelor electlonice tÍebuie5á pleciz5m !i aici cá celc prgzeltatc mai sus sun| pcrfect valabile

'i pentru celelalte dispozitivc

electronica. traDzistoare sau disPoátive multijonc1iune. calculul termic nu trebuie|te neglijatdeoarece el esle o coEpoDe á de bazá ce asi8urá fiabilitatea circuitelor electlonice comDlexc.

66

4.Z.Diode de semnal.

Diodele de sennal vol fi in coutinuare prezenrab Pc scurt, in ordinea confortná

clasificáÍii fuuclíonale de la inccpuful acestui capitol, [l8].

Diodele detectoarc, [18]' suÍtt diode caÍe se folosesc pentÍu demodulalea senrnalclor

radio' video' etc. Func1ia loÍ este asemáqátoaÍe cu cea a diodclor redresoare. ceea c. cste

specific aplicatiilor in caÍe se utilizeazá diodele dctectoare este aceca cá seÍÍmalele prelucrate

au ftecvenle maÍi, de sut€ dc kHz, MHz sau chiar GHz dar put€.ile tansferatc sunr

nesemnificative. Ca urmare acesre diode trebuiesc s[ aibe capacitáJile asociate joncliutrii pn de

valoare cár mai micá. Ácest lucru se asigu.á pe cale tehnologicá prin realizaÍea unoÍ jotrcliuor

cu ade foaÍte redusá.

Diodele dc comutalie, [l8]' sunt diode folosite in circuiÍelc eleclronice de impulsuÍi.

P€ntru a ítrdcplini opti4 functiunile ccrute dc regimul de iípu]suri principalii pa'amctÍi carc

intcrescaz{ sunt timiii de comutalic directá, respectiv, ilveÍsá. Acc'ti rimpi este de doÍit sá fie

cát mai mici posibil cu scopul mfuirii vitezei de comutaÍie a dispozitiwlui electmnic. Io acesl

sens trebuie redw timpul di via1á al pun orilor mobilí de sarci!á, Ío, lucru care se rc.lizeaápe cale rehnologicá, PÍiÍl iEpurificalca suplinentará a stnrcNrii cu' Eateriale adecvatc. De

exemplu, in cazul siüciului se foloseste aurul. RcalizáÍile acnra'lc itr domedul coButirlici cu

diode cu joncÍiune pn se Íeferá la timpi minimi de comutatié dc circa 5 ís- Diodéle de

comulalie nu sunt iqsá necesalc numai la circuitele eleciroDice caÍe prelucreazá scÍnnalc itr

formá de impülsuri. Ele i5i gásesc o aric laÍgá de aplicalii 9i la circuitcle clccEonicc de

impulsuri de putere, dintÍe cale uo loc apaÍte il leprczi]rtá circuitele caJc fuocloneazi cu

modulare duratá a impulsurilor, t491, t50], t70]' t83]' t85]. ln acest caz se folosesc diode

scmiconductoare de comu(alie de Putere, cu joncfiune Pn. Performanlclc superioaE de

comutalie aduc insá cu ete pieÍdeÍi lDárite i! diod', deoalecc calact.risticilc static€ devin mai

ínclinate in urEra inrpurificádi suplimcntare.

Diodele Yaricáp, 1181' t62l' t63]' t64]' servesc dÍept cooderrsatoaÍc cu cápacitate

v&iabilá pe calc ele€tricá. Ele se utiliz€aá iü circuitele acordare' oscilaloare, ÍilÍrc, etc. PenrÍu

a futrcÍiona ca condeDsator cu capacitate variabilá leglatá p€ cale electricá, ac.ste diode lucrcazá

iÍt mod normal pola.izate ilvers, pc por'iunea de blocale a canctcristicii static€. Teh.Eologic

aceste diode suít aslfel coícepute ircát la tetrsiuni aqod - catod Begative, ln schema .cNvaleorá

sá apaÍá doa.r capacitatea de barie!á. Márimea acestei capacitáJi de balierá se controlcazá prin

valoarea teosiurui de polaÍizare itrveÍsá aplicate. Pctrtru a se atilge o varialie maximá de

capacitate la o varialie datá de tensiuoe, diodele vaÍicap se construíesc cu jolctiune de tiP P+n.A'a cum s-a pÍezentat iD cáPitolul 3 qi cum rezulti gi din Figura 4.l0 in acest caz sc apclcazá

la o structurá specialá cu un profil bipcrabÍupt al concentrali€i de impuritáÍi. |n acest fel seob|ine peqtru dioda varicap o caÍactcristicá C = f(UxJ de felul celei prezentate itr Figürá 4.l1.Alát'rÍat s.a iodicat $i rqodut de sinbolizare al aceslor diode itr circuirele elec(ronice.

Diodele st.bi|izatoare, Zener, u8]' [22l' t62]' [631' [64], folosesc r.giud€a destÍápungere a calacteristicii statice in vedeÍea stabiliáii teísiunii contiDue. se 9tie cá la

6'7

Fig.4.10. Explicativá privindcaÍactelisticile joncIiunii p+n.

depáliíea icnsiunii ncgative de strápulgeÍe vrR curelNl invers Printr-o joncliune incepe sác.eascá in timp ce tensiunea preluatá Íámane aproximativ constaítá. Acest lucru se dalore5tein principal fenomenului zeler, dacá dioda are tensiunea V." mai micá d.qat 5,7 v 5i sedatorelte in príncipal fenomeoului de Eultiplicare in avalan!á a punábÍilor da satciná dacádioda.este cara.terízatá de o tensiune vs. suPerioaÍá valorii de 5,7 v.

fig.+. f l. Simbolul gi caracterisrica uneidiode varicap.

In geoera'l se foloseslc denumilca de diodá zener pc ru toate diode|e stabilizatoare'indiferent de fenomeDul fizic ce stá la baza Procesului de strápungere i!ve:sá. ceea cedeosebel|e ploccsul dc strápunge.e inversá Ia diodele stabilizatoaÍe in raDort cu diodele

^tJ'-rl.l

68

obi$nuite esle modul de distribuire a curen|ului invers in secliunea jonciiunii. l-a diodele zeneÍtebnologia de fabricare asigurá o distribuire uliformá a cuíelru'lui invers. Ca urmarc aceste

diode por funclioÍla un rimp nelim,itat pe poíiuoea de strápungere a cáracleÍisticii slatice cu

condi|ia ca pulerca disipatá in jonqiunc sá nu d€Pá'eascá valo.ile indicate dc pÍoducátor.

Fig.4.12. Simbolul gi caracteristica staticáa diodelor stabilizatoare.

Figura 4' 12 pune in evidelJá caracteristica staticá a unei diode zene.' aláturi de douádiútre simbolurile cele mai folosire peDlrÜ acestc diode. Diodele itabilizaroaIe se pÍoduc lumaipe substrat de siliciu. Ca urmale, tcnsiunea lor de plag la polarizare direcá' U^o, este cuprinsáintÍe 0.5 !i 0.8 v. caÍacteristica sta(icá pe po4iunca de blocaÍe la polarizare iaversá estepIactic orizoota'lá deci reástcüIa intemá coÍesPuDátoale are valori lDa.ri. Cureu1ii inver5i inaceeasi po4iuDe a caÍacterisricii slatice sunt d€ ordinut pA' dcpá'iod llutt valorile caracteristic€altor diodc. Dupá atiogerca teDsiunii de strápuo8ere UBr, trumitá aici teosiune Zelet, Uz,curentul prin dirPoziti\tl electrooic ínc€pe sá creáscá ln mod semnifrcativ. PÍopÍietatea destabilizare a acestor diode derivtr tocmai din proPrietetca remalcabilá cá la valialii Íclativ mariÁl ale curcntului invers coÍespuDd modificá'i ÁU mici ale tensiuBii iíveÍse anod . catod' Altfelspus, cfectul de stabilizare es|e cu atát Bai bun cu cat rezis(elta intemá difeÍen|ialá:

_ _Lu" Lr (4.19)

est€ mai mici. Afilmaia esre echivalentá 9i cu observalia cá pe po{iunea de strápungerecaÍacterisrica staticá adiodelol stabilizatoar€ trebuie sá fie cát mai veÍticalá cu putiltá. condiJiade mai sus este cel mai bine indeplinitá de cátre diodelc stabilizatoaÍe cale au Uz = 8 v.Probleme deoscbite ín aplicaliile cu diode Zener |e ridicá !i modificarea cu tempemtura alensiunii de stabilizare Uz. Este de dolit ca factoÍul de abatere Íclativá cu temperatura atelsiulii de stlápuDgere, ÁUzl(ÁT.UJ sá fie 9i el cát mai mic posibil. La diodele stabilizatoare

l+T,l

69care au uz < 5,7 V, canct.rizate prin predominanJa efectului zencr, acest factor de abatereo" Y"ü.]. La diodcle' stabilizatoarc Pcste 5'7 v' undc predominá multiplicarea in ava]aD$áa-pu.tátolilor, factorul de abatelc este pozitiv 9i poatc lua valori destul de mari. CompensariaefecteloÍ ne8ative caÍc apa! i! acest caz se fac€ simplü folosind íolosind factorul de abaterenegativ al unei diode obi9Duirc care se corcctcáá i! serie cu dioda stabi|izatoare in cauzá. Ceeace se ob}ine cste ur a'a nüoit element de Í€felintá.

a,J

arT

Fig.4. t3. Siníbolul gi caracteristica staticáa diodelor stabilizatoare simetrice.

In aPlicatiile pracúce se poatc folo'i si dioda stabilizatoare siÍletricá a cáÍeicaÍactcristici slaticá cstc daü ín Fi8ura 4.l3' impreun! cu simbolul specific. Diodastabilizatoárc simeÜicá s. Poate si.Dplu Í.aliza |i ptitr coDcctajea in scric a douá diode zenerobi9'uite,Í! a'a fel ilcát sá aibe u! electrod de acrlasi nu.€ pu! i.o clmun. Ac€ste diode seutilizeazá lDai ales iB circuitele de P.otccJic, de exemplrr Ia intÍáÍile anplificatoaÍeloropeÍa}iona]c sau i! ci'cuitclc grilá - sursá la (ranzistoaÍele cu efect dc cámp.

D,iodele tulel' [l8]' sunt diode de sen.nal caÍacterizate Pri! faptul cá la polarizaredirctá, dcci i! cadra.uul |, au o caÍacteristicá staticá ío formá de S. AclEstá formá panicularáse datoreste po4iuoii P. v a caracteristicii, Figura 4.l4, por1iune care pÍezintá rezistcnládiforeulialá n€8alivá. Eá

'ezultá tehnologic, dioda tu l baáadu-se pe o joncliune

serniconductoarc de tip p+a}, cu colce ralii foaíc DaIi dc iEpuritáJi in anbele Íegiuni'Regiun€a de sarciaá spa1ialá la accste diode are o lá1ime foarie uricx. Ca urmare aparePosibilitatea recerii electÍotrilor diB banda dc coBduclie a regiunii n, printr-un efect specia],numit cíect tuoel' dircct iE banda de váleDjá a regiulii p. AceaJtá trccere se face la energiecolstatrtá. cureDtul corespu.Dzátor caÍe aparc, oumit cureut nrnel' írn.l' se aduná la cuÍentllobi'nuit al jonc}iunii pl. Ácest cureD! cxisrá trumai la tensiuni diricte mici, pentÍu cale seasiBurá

-s uprapuBelea bc'ziloÍ enc.gctice. Electrolii ajun$i Plin efcct tunel in^regiunea p se

gás€sc deja in balda de valcljá, pÍitr urmalc Bu voÍ mai fi supu9i pÍocescloÍ de Íecombinale-

70

Din ac.astá scurtá prezeotaÍc rezultá cá diodelc tunel au ca pri-ocipal' caTac(elisticá o viteá d€comulalie foaIte nraré, fiind folosite cu precádere circuitele electÍonice de impulsuri de ílaltáfrecveDÉ. Figura 4.14 preziotá caÍacteristica staticá a diodcloi funel.

Fig.4.14. Caracteristica staticá a diodelortunel.

Diodele Schottky, [ 18.], suDt dispozitive ele{rronice realizate pe baza co actului metal. semiconductoÍ cu camcter redresor. simbolul acestordiode, asociat cu caracredstica lor staticárezul!á din Figura 4.l5. Aceltc diode sunt caractcrizate prin tensiuni de st!ápungerc invefsámici insá au tirDpi de leveAire inferioÍi válorii de l00 ps, ceea ce le lecomandá ill (ebnicacircui!.lor de deteclie de frecve!Íá foarte ridicatá 9i in 1ehnica circui.clor intcgrate logice rapidedin íemilia TTL . schottky. Diodele schot(ky de tedsiune Bedie au o lalgá utilizat€ inelecrronica do putere, cu prccádere h tehÍica surselo! d€ tensiunc contiDuá cu fulctioüare itrregim de comutaiie, t491, t501, [54], t831, t841, [85].

4.3.Circuite electronice simple cu diode,

se vor analiza in contiouare ceteva circuite ir carc f,rncJia electÍonicá spcciílcá esteindeplinid de diode de semnal !i de diode redresoale de micá putere. Ála cum s-a precizat lila inceputul acestui capitol, circuitele de r€dresare de putere nu voI fi aici aboÍdate, e|econsliruindu-se ca uÍt capilol de baá al cursului de Elccrronicá de Putere. circuitele deredresare de micá putere, cale ilDt.á ín cooÍigura1ia sursclor de alimeutare cu etrergie electÍicáa circuilelor electroDice de semnal vor fi relativ succint luate itr consideraJe. Aceste ci_rcuite cudiode' in coofiguralie monofazatá monoalremanÍá, monofaza!á cu nul, monofazatá iu puorcGraelz sau trifazatá 9i íqzestrate cu filtraÍe capacitivá a tensiunii de iegirc sutrr pÍezentate

.tl

deraliat in m]rlte lucráfi de sperialilate' t62]' t631, t64l. In plus funclioDaÍea lor 'i

mcÍodc|c decalcul spe.iflce pot fi deduse pri! paíiculÜizarea circuitelol comaniale, de pulerc, de ace]asitlume, [l5], t1ó]' tl7]' t3u' t32]' t35], t36], t37], t38], t46].

.l

+-l

Fig.4.15. Caracteristica staticá $i simboluldiodelor Schottkv-

vom prczenta i! cootinuare o clasá de circuilc destinate generáÍii uoei teDsiuni deiesirc de valoare mare, io coodi1iile i! caÍe curentul de sarciná plsreazá valoli modelate.Aceste circuite Poaíá numclc de circuite de mu|tiplicare a tersiunii, t62], tó3], t64] si sefolosesc iD aplicajii de e'ectrostaticá sau de c|€cÍonicá plofesionatá 9i másuá'Jetectronice, inmajoritatca cazuÍilol in cale se utilizeázá tuburi catodice. rigura +.t6 se referá Ia circuiÍuldut,|or d€ tensiune Greinach.r - De|on' El nai poaná 9i nu'"le áe circuit dub|umonoalt€rnan|I din cauza modului sáu speciflc dc funcJionale. Pentru desc.ierea pe scun afunclionáÍii Yom plesupune ci la intrare se aplicá o tensiune ahemativá siDusoidalá' ui"(t), cafeaÍe valoalea efcctivá Ui":

u.ía ( t) = ,/2 Uin sir'@ t t4 .20)

lí secundalul trarrsformatorului T Íegásim o lensiune de aceea5i fonná cu valoarea etectivá U:

,. u(a) = ,/1 u sinat (4 .2L)

Peparcursul semialtemanlelor pozitive funclioneazá rcdÍesorul molrofazal monoa.Itemantá ba2alpe dioda Dl gi care are ca sarciná condensatorul cl. Dacá admitem cá circuiÍul functloneazá in

72

gol atunci acesr condensatoÍ se va incárca la valoaÍea de várf a teísiunii din sccuadarul

tralsformatorulÜi. In Ílod ascmá!átoÍ' pe duÍara semialtema$Jelor ncgativc estc operaBt

redÍesoÍul monofazát motroaltemaí}á bazat pe dioda D2' condensatorul q' ca'e Ícprezintá

circuitul de sarciná al acesrui redÍesoÍ sc va incáÍca si el lá amplitudinea teEsiuíii u(t). Prinumrarc tensirrne.a de la icsilca circuitului analiza!, u.(l)' la fuoc'ionaÍe io got, va lua valoarea:

U"= U., * uc,=2 '11 u (4'22)

La ie$ire rezultá deci o tensiule continutr care are Yaloalea egalá cu dublul amplitudinii tensiunii

altemative de la iútía.e.

Fig.4.16. Circuitul de multiplicare a tensiuniiGreinacher-Delon.

ln practicá, in prezen1a unui curent de ie9irc I.' pÍesupus chiar constant, teÍrsiuleá de

ie$ire va avea o valoare medie IDai micá decat cea estimatá mai sus !i nu va Íi colstantá, ÍiindcaÍacteÍizatá de o prrlsatie ÁU' Intr.adeváÍ, diodele conduc numai afuíci cátrd suít polarizate

direct' adicá aNnci cend valoaJea installanee a tensiunii altemative u(t) este superioad tensiunii

de pc condensa|orul colespurEátoÍ. lE acesle htcrvale de timP Yaloarca insrantalee a tensiunii

de iesire cl€!!e. Atunci cánd diodele suot blocate, lensiulea de ielife scade, ene.gia de cureÍIt

continuu Íiind fumizatlÍ de condensatoare' Valoarea medie a telsiunii de ie$iÍe 9i pulsa}ia ei

dcpiJrd deci de valoarea curentului dc sarciná. In geoeÍal circuitele de multiplicar€ á tensiunii

funqioneaá cu salciná micá si coNtantá la ie5ire. Din accst motiv intcreseazi iD primul rátrd

valoal.ea prrlsatiei, sau attfel spus Íiplul tensiunii de iesire' o €stimale satislácátoare oblinem

dacl adrEitem cá diodele conduc intervale de timP foarte mici, Practic neglijabilc in raport cu

perioada seÍnnalului alternatiy de la inttare. Irl acest caz saÍcina electricá Q lransferatá

circuitului de iesire va fi:

Q = r,r (4.23)

(4.24)

c rcpreáltá capacitatea condelsatorului echivalcnt coldeDsatoarctol c| si q, legate in serie.

T_-l'"''Jj

Fig.4.l7. circuit dublol de teDsiuDe vi'llaÍd ín casczdá.

Figula 4.l7 puBe í! cvidetrlá o altá codigulalie dc circúl dublor de tensiuDe. Est€Yorba da un círcuit in c-oscadá cu un singur €taj, nüBit 9i circuit villard. Petrtru desclicreafulcJíotráfii admiteE tcasiulile de i.DtÍarc descrisc tot pdn cxp&süle (4.2o), respecliv, (4.2l).Pr€supurem si in acrst caz, la iÁceput, filDc'iotrarca i! 8ol a cilcuifului. Aruaci, pe parcursuls€mialrcrlalr,elor Degalive ale te$iulii de iltÍaÍe, u(t)' tcnsiuoea condensatolului cl, ucl' vadeveni:

uc.=tl7 u @.25)

Cooiorm cu aota1iile din figurá rensiunea dc la bornele diodei Dl cste datá dc exPÍesla:

uDt=u(t)+Ucl (4.26)

=LÍ

lD lelalia de mai sus f este frecvenla telsiunii altemative de la i rale, cáracterizatá prinperioadu T.IBtrucát aE leglijat intervalele de tiEp de coDduqie a diodelor, toatá salcina eleclricá QploYine d9 pe areáturile cotrdeEatoarelol, deci Dodificarea de tcnsiuüe corrtinüá de la iesireva fi:

'.,1

CÍoc

o2

Altfel spus rco.iulea de la bomelc diodei Dl este tot tensiuoea de i.otrare dar translatatá cu

74

valoalea tensiunii dc la bornele condelsa.oÍului cl. Prin dioda D2, condensatorul

íncárca la tensiuneai

u,=,lZU t Uc,=2,8u

C! sc va

(4.27)

(4.?8)

Deci si io acest caz, in legim stalioDar, t€nsiurca dc ic|iÍe este dublul amplirudilii lcnsiunii

altemative de itrtra.e. ForÍnele dc undií caracteristice, conforme cu descrierea de mai sus a

funcÍioná.ii circuittllui sült evidcntiate prin Figura 4.18.

Fig.4.18. Forrne de undá caracteristice circuifului dublol de tensiurcin cascadá.

Pulsatia tensiutrii de ielire estc d.tcÍmitratil de váloárea curennrlui de ie9iÍc li de

capacitatea condensatorului q. Aseoá!á(oÍ cilcuifului Gleinacher - Delon, |í aici se Poa(esimplu determina expresia de calcul a riplului ÍeDsiutrii:

I"

C,Í

Preciám cá itr cazul ciÍcuifului dublor de tensiuÁe villad cáderea ile tensiule la cre!(cleasarcinii iÍl circuitul de ie$ire depinde de capacitatea condcnsaloÍului ct 9i dc rezistenla inremáa iÍarlsformatoiülui dc a]imcBtale.

Figura 4. 19 aratá modul simplu in carc circuin' sNdiat Bai sus se poate dezvolta prinsuplineútarea numáJului de etaje. TeNiunea de iesirc la funcJioqarc iu gol devioc:

u'=?n'/2u

Riplul tensiunii de ie$ire, la curent de sarciná constMt l., áre vatöaÍea:

(4.?9)

75

€.rJ l acz

T

cl

tl"h(!r I Iri

Fig.4' 19. ciÍcuít multiPlicalol de tensiuDe cu 3 etaje.

AU I-+L1

AU,-

_t

(4.30)

(4.32)

+......)

ln exPresiile dc mai sus n seonificá numáÍul de elajc al cilcuitului dc multip]icale a ÍensiuÍtii.Fi8urd 4.l9 sc rcferá in mod cvidcot la un circuit cu 3 etajc. Avantajul deosebit a] folosiriicircuiNlui villard cu mai multe etaje coDstá ío faptul cá pe o cale relariv simplá se pot oblinercnsiuDi continue ma!i' solicitarca dispozitivclor electronice 9i a condensatoarelor nedepá5indvaloaJea dc:

uc=2au (4.31)

vor fl aboÍdate in cotlrinuare cáteva aplicalii ale diodclor stabili2atoare de tensiune.Í22], Í62.t, Í63]' Í641.Inainte de a trece la prezentalea cilcuitelor electronice specificc este binesá evidcDliem fapful cá filtrele cu cajacler trcce jos, Rc sau I-c, analizáte in capitolul 2 nustabilizeazá tensiulea de ielire. Ele indeplinesc doaÍ o funcliuDe de filtrare. Folosirca cilcuitelo.cu diode zeBer este insoÍitá dc avantajul cá funcJia de stabilizare cste asocialá cu funcíia defiltrarc a semmlului de iesirc al circuitului. Factorul s, defioit prin:

poaÍtá numele de factor de filtraJe dacá ne referim la componenta de altemaliy a tensiunii deinlÍaÍc si de factoÍ absolut dc stabilizaIe dacá ne refedm la circuilul de ie|ire. I' expresia(4.32)

^U'. $i ÁU. sunt mici modificári ale, :espectiv, tensiunii de inlrare $i telsiuÍrii de ie$ire,

injurul valorilor lor dc regim sta1ionar, resp€ctiv, Ui" $i U.. Facton!] l.: fi|traÍe al diodei Zenernu depinde de fÍecvenF. Ape|ánd iÍt continuare la nota.'ii|e folosite r .: sus' se poate definj si

I'uloaoa

Dl

0t

c:i c2: ;,

76

facrorul relativ de stabilizare pri! relalia:

(4.33)

lR

Fig.4'20. circuit simplü de stabilizaÍc a tensiunii cu diodazeneÍ.

Figura4.20 preziDtá cel mai simplu circuit de stabilizaÍe cunoscut' El se compune doardi.otr-o diodá ZeocÍ si o rezístenlá R. Factorul de ÍiltTaIc al circuilului este:

R+r, Rs=---,-----":=-r, l.

!i are valori cuprinse iBtÍe l0 !i 1000. Pentru íactorul rclativ de stabilizale al teBsiünii continueoutem sc e:

(4.3 s)

auJuh _

^u lu,

s=

aui^ u,au" ui,

- " u"

ur^

Acesla refle.tá calitatea stabilizárii tensiuílii contiBue. AdmiJánd o calacteristicá stalicá aploape

veÍticalá pcntnr dioda zcneI, deci o Í€zistentá Í. foane micá, tensiunea la bornele d.ispoátiwlrrielectronic va fi colstaltá

'i cgólá cu Uz, iídePcndcnt de lcnsiunca circuitului de inttare'

(filtaIe) !i indcpcldeot de curenful pí! diodá 9i prin circuitul de ie'ire' (stabilizare).

tu"

(4.34)

(4.36)

Performanlele circuitului suBt buoe dacá remalcám faptul cá rczisleola sa de icsitc este:

Deci.io aÍe valori Í!.ici 9i este iEdependeltá de rezistenta cilcuitului de intÍare 'i

de valoaÍea PresuPulem cá la irrtrarea circuinrlui se aplicá o teosiune variabilá cu cel mult ^U

in jurul

ll

rczistetrFi R.

'o[ucat este vorba dc uÁ circuit relativ des aplicat

.t.o Practicá vom p-roceda la o analiá

ceva Eai detaliatá a fuoclioDlrii si modului sÍu de ploiectarc.

l1

Iz mln

I7

Iz ra"

Fig.4.2l. Explicativá peltÍu calculul circuitului de stabilizarecu diodi ZcD.r.

l.E acesr scop, í.o FiguÍa 4.2l vom relua si caracteristica staticá a unei diodestabilizaloare. ln timpul fulc}io!áÍii circuifului, cuÉnh)l pritr diodá tÍebuie$te sá cvolueze intÍevalori biae defiaite:

I^n3i"3I-- (4.37)

valoÜea EiliEi a cu'eotului pri.u dispozitiYul electrooic, L . €ste impusá de necesitatea dc anu opeÍa cu curenJi Zener prea mici, deoarece in acca zoná a carac|elisticii stalice rezistenJaÍ, iícrpe 5á cÍ.asci in mod prolu4at, factoÍul de stabilizare scade gi influen1a zgomote|orasupÍa semnalului de ie9iie devine de.anjaltá. FuaclioBalca cu cuÍenli plea mari prin diodastabilizaloaB, apropiati de vrloaÍea LE, cste de asemenea de evitat deoarece ne apropiem deliEita de pute|e carc poate fi disipatá de dispozitiv, ac,esta se incálze9tc si se poate distrugeleÍÍnlc.

Fulc}ioEaÍea satisfácátoa'e a ciTcuifului analizat impuDe ca valoalea medie a lensiuniide intraIe, Uh sá fle suÍicieüt dc mare iB lapon cu tetrsiulea diodei stabi]izatoaÍe folosite, U.:

U."=(7.5 +3)U, (4.38)

'r8

valorii medii U:

un=U+hU (4.39)

Mai admitem cá curennrl de iclire se poate rDodinca cu ÁI. ií jurul vatorii sale dominale L:

i,=1,+LI" (4.40)

(4.43)

(4.44)

Pentru simplificaÍe coosideráE teísiunea U" constatrtá, adicá operám cu o caÍacteristicá staticá

practic venicalá pentru dioda zcÍcr |i avánd r" foaíe mic. Atunci' peutru ca la curent de i€íirenominal punctul static de funclíoDare al diodei sá sc gáseascá la curetrtul I. di.o Figura 4.2l'valoarer rezisten1ei R se va stabili cu €xpresia:

u-u,. (4.41)I" * I.

In condiliÍ normale de funcJiooare, cuÍenntl Daxim prin ac€astá rezisteojá aparc atunci cend

tensiunea de intÍare cste maximá:

I** U+LU-UzR

(4.42)

In regim de avarie, cáad rezislenla circuitului de iesire €ste foaÍte micá, curentul p!i[ dioda

stabilizatoale scade sub I-i" si pulctul ei de funclionare lrece pe poíiulea practic orizontaláde blocare, caracterizatá Prinil-o lezistcnlá difere4ialá foarlc marc. In acest caz culentul pdnrezistenla R va cÍeste pesrc IxM1;g, Iuclu cc trebuie$te evitat prin eliminaÍca posibilitátiloÍ dcapari;ie a scuncircuitului la ie!i|e. Revednd la funclionalci Eonnalá, pe baza relaliei (4.42)

putem cstima puterea necesará a rezistorului R peBtÍu a satisface aplicaliei date:

R=

P" t t"ft l2rru ; k">1

lDtrucát pe baza tooreme' lui Kirchoff p€ntru curcnJi putem scrie ci:

suntem ín Ínásurá sá stabilim limitcle intre cale evolu€azá cuÍcntul prio dioda stabilizatoaÍe.Curentul minim apare afunci cánd teosiunea de intlaÍe este miüiml !i cule ul de ic'ire iavaloarea sa maximá:

79

condi]ia impusá itr relalía (4.45) asigurá funcJiorrarea permaneütá a circÜitului de snbilizarc,cvitándu.se blocaIea diodei Zcoer. curentul maxiE pÍjn dioda stabilizatoalé se stabilesre afuncicánd tensiunca de intlale alc valoÍi maximc ai curcntul de ie$ire d€vine minim:

Izut* = Iaun - I,ytx =

U-AU_U-- (1" * aI) > I^.

Ir*, = I*u - lepn =

Il+LIl-U- _ (r, _ Lr') < ru,",

(4.45)

(4.46)

s€ obline o funcJionare cu at,át mai satisfácitoaÍc a circuitului cu ce! Yarialia cuÍentului prindioda stabilizatoarc,

^I,iAI = I _ I-'. -ZMAX - Z-LIIN

(4.4't)

esie mai micá. I! mod evidetrt rclalia (4.46) nu ne dá cea mai mare valoaÍe a curelu|ui Drindispozitiwl elecüoDic. Ácest culenl apale atunci cánd ciÍcuiful func;ioneaá in go| 5i tensiuneade intrale cste maxiÍü. Deci:

Irr^ru^x = Iru^x (4.48)

cu ajutorul valorii date de relaÍía (4.48) se poatc stabili Puterea maximx disipatá dc dioda ZeneÍdin aDlicatia analizatá:

Pr.^r^x = Ur lrr^*r^, 3 k" Pro*, ; k" < I (4.49)

Explesia perÍnite verificarca sau alegerea dispozitiyului €lectronic, puterea disipatá admisá' P'"."fiiíd una dintre daEle de calalog a]c diodelor zener.

Inainte dc a iocheia prezentarea acestui circuit simplu de stabilizare se cuvile sápreciám cá nu cstc neccsará montaÍea unoÍ coÍdensatoarc de Íihrare la iesire. Ete nu au niciun efect, tcnsiulea dc ierire fiind impusá de dioda stabilizatoare. condensatoare de filtÍare laintrare sult ínsá binevelite deoarece poi contdbui la Tcducerea pulsaliei cilrenrului prindispozjtiv,

^I.. s.a prccizat deja cá reducelea domedului de yaria}ie al curentului Zcner are

ca efecl cre$terea factoÍului de stabilizáre.Pentru aplicatiile ca'e necesitá tensiuni foarre precis stabilizale se foloseste un ci.cuil

80

cu dou: ctaje conform cu FiguÍa 4.22.

te

Fig.4.22. circuit de stabilizare cu douá etaie.

Dacá cu iodicii t |i 2 notám factorii do stabilizarc corespu0zátoÍi fiecárui claj, atuncÍ factorultolal de stabilizaÍe tezultá din produsul fac|orilor i.dividuali. Deci facrorul di Íiltrarc devine:

La ace.r circuit, in mod uzual S ia valori de ordinul lo: - loó. PriD inlroducotca tensiuniip.esEbilizatc Ull, diD punctul de vedeíe al intrárii circuitul stabilizeazá foarte birte. In raDoncu.varialiile saJcinii insá períormaltele nu se modificá fa}á d€ cazul confi8ura|iei dio Fiiura4.20 dcoaÍec€ rezistenla dc iclire rámáne la valoarea:

In mod asemá!átoÍ'

s=sls2

factorul rclativ de stabilizarc va Íi:

S=SrS,

PUc-"'D "i^

(4.50)

(4.51)

(4.52)

(4.53)

Itr cazul in care sunt necesale tetrsiuni stabilizate de valoare micá tru se Íe'comandá fo|osií9adiodeloÍ zcleÍ din cauzá cá pÍeántá caracte stici de stabilizare Eqsatisfácátoale. Perfolmanlesuperioarc rezultá pliD utilizarea circuiteloÍ cu diode obilnuite, funcÍionánd la polarizaledirectá' Utr exemplu de astfel dc circuit este da! in Figura 4.23. F'clolul sáu ;lativ deslabilizaJc cste dat de expresia evideltá:

Pentru a apre.ia rezisteBJa difereDJialá a diodei' ID' vom lua in consideÍale exp.esla analiticá

8l

Fi8.4.23. circuit d€ stabiüzarc pcntru teDsiuoi dc ie'ire mici.

cuoosottá a caÍacleristicii salc statice:

u,tx

I^= I.(D Gut - L)

in cale cu UT s.a trolat factolul DkT/q din Íelalia (3.7). Efecfuánd derivata pa4ialá in funcliedc teDsiunea anod - catod oblitero:

'A

(4.54)

(4.55)

(4.s6)

UAT

-u-I dl,t , Io"-' I^

. Afl tt=.sr r, ,,D -v,tK v,r J7.

ca urmare rczisteD]a diferen1ialá a uuei diode din circuiful de stabilizarc di.u Fisura 4.23 se vaputea dctermila cu Íelajia aploxirBativá:

Pleciám cá aceaslá Íelalie va rnai Íi folosilá si iu capitolele urmátoaÍe ale acestui curs-h Ycde.ea stabilizjdi sau limitárii telsiuqilor a]temative se recomandá uo circuit

simplu care íoloseste douá diodc zeler montate a'a cum rezultá din Figura 4.24. Dacá facenrabslraclie de cádeÍea de teNiune pe dioda polaÍizatá diÍect' atunci lensiu.nea

82

Fig.4.24. ciÍcuil de limitare a tensiunilor altemalivc.

másuraü la iegirea ciÍcuitului, ü.(r), va lua uÍmátoaÍele valori:

u,(t) = - Ur daca uin < -U,

= utn daca

= ' Uz daca

u"(t)

u"(t)

lu,^l < U.

Lin 2 u,

(4 s7)

Atunci cáld este necesará aceea$i func}iune da! la leDsiuDi de valoale micá, de ex€ruplu pcntru

pÍoteja-rea intráÍii unor circuite el€ctronice, se rccomandá cilcuinrl similal prez.Í't'at iq Figura

Lt-tll"lll'""i" ló "tv x lt { | "rl I

IrtllFig.4.25. Circuit de limitare a tensiunilor altemativc oici.

o altá categorie de aplicalii [a cale De vom referi pe scun este legatá de folosircadiodelor de seEl'lal iD circuitele redresoare de másurá. Itr acest caz redresorul tlcbuie ságeíereze la iegirea sa un nivel de teosiu[e continuá care sá Íie propo4ional Íie cu valoarea deválf, fie cu valoalea medie a tensiunii vaÍiabile de la intrare.

Fi8ura 4'26 pune in eYidentá modul in care se poate m'sura anplitudinea unui seinoal

83

alrcnativ uii cu ajutorul utrui apaÍat care indicá valoarea mcdie. Te$iulea arátatá de voltmetruva Íi:

(4 58)

Fig.4.26. Circuit cu diode pentlu másurarea amplitudiniiunui seEoal altemativ, l.

Deci vor fi másurate corect semlale caIe au amplifudinca suficient de maÍe pcntru ca sá sepoatá ueglija cáderea de tensiune pe dioda rcdresoale polaÍizattr direct. condensaroÍul c s€incarcá prirl rczistcoÍa de ialire a cilcuitului B'surat. Dacá acestá lezistenlá aÍe valori maIi,de exemplu í! cazul circuitelor prevázulc cu condensato. pe PaÍtea de iesire, atunci eroarea demásuraÍe cÍeste iüadmisibil do mult.

u,=Ú,^_IJ^o

c

'" I

I

ÍL

Fig.4.27' Circuit cu diode pentru másuralea amplitudiniiuÍrui seÍual a]temativ. 2.

se lecomandá ín acest caz folosirea unui a'lt ciIcuit de másurá, a cárui configura1ie esreprezenlatá in Figl)ta 4 '2.I ' Pe duIala semialteÍnanlelor negative condeisatorul c se incarcá la

84

amplitudilea rcnsimii de iotrarc.'Pdn urma.rc teosiusea ur la bomele diodei Si in acelagi timpla bomele apajatului de másurá va Íi;

u,= Ú,n* u^ (4.5e)

Dacá semlalul de iltrare este simetric a.unci yaloarea sa mcdie este zero !i apararul d€ másuráva irdica amplitudioea lui.

Pentru Básurarca tensiu-oii várf la várf a unui semnal a|temativ se poate apela lacircuitul simPlu dirt FiguÍa 4.28. se observá imediat cá este vorba de uo cilcuit multiplicato.de teNiune cu un etaj. Tcnsiunea cootinuá de la bonele apaÍarului va fi totdeauna egalá cudiferenja dintÍe cea mai pozitivá

'i cea mai negativá valoale a teosiunii de intrare u'".

:r* ---*= --i "+ ^",i

{1""

Fig.4'28. circuil cu diode peÍltru Ínásurarea tensiunilo! devárf, U*'

In practicá cel mai des sulrlem intcresa in cuDoa'teÍea valoÍii efective a tensiuniialtemative. Acest lucru sc poate face siurplu prin másurarea va]orii de várf $i etalonalea scaleiapalatului corespulzáto! Yalorii efective, pe baza relaiiei cunoscute:

(4.60)

solu'ia este satisfácátoare lumai atunci cfud setnnalul Ínásurat este silusoidal simetÍic.La orice alte fonoc de uldá aPlicatc la intÍaÍea circuífului de E'suÍá vor apale crori inadmisibild€ mali. Din acest moÍiv se preferá stabilir€a Yalorii medii a modulului serutalului periodic deintrarc, conform expresiei:

'"r=4t''12

85

lil dt

Inkucal sc ltie cá valoaÍea efectivá a seEnalului este datá de Íelatiai

l^t;

(4.61)

(4.62)

(4.63)

(4.64)

, I rr^ T JO

pe ru etalolaÍea corcc(á a apantulú va trcbui stabilitá rela}ia diltre I^ si I.Í. ln cazulcureqtului cootiDuu gi a'l iEpulsulilor poÍiodicc bipolare simetrice ccle douá tDárimi sunt egale'PentÍu semnale siÍrusoidalc, conform cu ecua,iilc (4.61) 9i (4.62), puten scrie:

- Í rt , .t, = -l lsrnotl d, =^ T,to 1l

respectiv:

ca urmaÍe coeflcietrtul de etalonalc se va stabili ie baza telalieii

,_71,.f - -

'A (4.ó5)

IÍt mod asesáDátoI se pot calcula coeficieBJii de elalonare Peqlru semlale de alte formeaplicate la intrarea circuitului.

Io' * a'

ÍT . a

Jo sln'ol dt

86

ln finalul acesfui pa.agraf prezenti|m $ ts6i ci.cuite siople destinate stabiliÍii medicivalorii absolute a ouentului de intfaÍe ln circuiful de Íuá$Iá' Figura 4.29' Figura 4.30 ri Figura4'3 l . se rema.cá faptul cá se folose|te un circuit de rcdresare caÍe stabile$e valoalea absolu|á asemnalulú de intrare, asociat cu un apar.at de másulá ce ildicá valoarea Eedie.

lh

Fi8ura 4.29. cúcuit de másufare a valoÍiimedii a senr.Í}alului de i!tÍa!:e' l.

lln

Figura 4.30. circuit de másurare a va|oÍiimedii a seonalutui de int-áre. 2.

FiguÍa 4.3l. ciÍcuit de másumrc a valoriimedii a seEmalului de intrare, 3.

8'I

Vom exemplifica acum' prin figurilc 4.32 9i 4.33' douá apücajii ale diodelor varicap'[eZ], [63], [6a], io circuite de acord, coealdate in tensiune. ln ambele cazuri diodele varicapsunt concctBte in paralel cu condensatonrl C din circuind oscilang reistenla R avand scopul dea separa generatorul teÍtsiulii de coEand." uo de scmnalul de iDaltá fiecveorá' ciÍcuilele se potfolosi, de exemplu, in tehnica oscilatoaÍelo. comandate in tensiune sau pentru controlul automatal frecventei.

FigEa 4.]2. ExeÍlplu de aplicaÉe a diodelor valicap, l .

Figura 4,33. Exemplu de aplicalie a diodelor varicap, 2.

I'ltrucel circüitele de redresarc dc micá 'i

de medie putere fac Parte integÍantá dirrpaitea de alimenta.o cu energic a echipamsntelor de electionicá industrialá, in continuue nevoÍl referi, foarte succint, la o serie de aplicatii din acest domeniu, [62], t631, t6al. Figura a.3aPíezintá configu.alia unui

'edresor monofazat EoDoalteman!á. Presupunem cá tensiunea

alternativá din secundaÍul transformatorului T este de forma:

uJt) = 'fzu sin(a t)valoar€a medie a tensiunii de ieqire este Ui.! 9i rezis..oF d€ intÍaÍe

eleclronic din aval se considerá Rs. Rolul filtrului capacitiv.onectat la iesire

(4.6ó)

a circuituluieste Pus in

88

evidenlá pÍin Figura 4.35. Dacö rezishÍa inlerná a EansforEatorului este R.b, iaÍ tecv€nÍatensiunii de alimentare u(t) este {, ahmci principalelc caÍacteristici al acestrri ledÍesoÍ vor íi:

.amplifudhea tcnsiunii de i9'iie la Á,nclioÍlare ín go| ;

LI^o = {2rl - rl'uod€ UD este cáderea de tensiune p6 dioda Íed!€soare;

l1(t) Ites

iulrtrI ut".lcTl

Figura 4.34. ciÍcuinrl electlotric al r€dlesonrlui monofazat monoalteman!á.

-cád€rea intemá relativá de tensiune:

rI -II- r?r0 - r.r -IT

dacá:

< 0.4

1(t)

*"!JT

r 0.04

{4.67)

(4'ó8)

(4.69)

(4.70)

(4.7t)

(4.72)

Rs

R.

n-riplul teísiunii de ietire:

IU =-s-CÍ-tensiun€a inversá maxiná pe dioda redresoare:

U- =2J'U

-curenful mediu prin dioda redresoa.e:

I^= I

.Cuenrul de várf periodic;

n.

x

T't - " irso

-/R. n-crrÍeohtl Eaxio de cuplare a circuitrrlui:

t:..! <''ttu

R.

u 6s (t)

ut(t)

< 0.8

-riplul tensiunii de ietiro:

I.[! x ---]L- 2CÍ

.teqsiunea inversá oaxirná pe dioda redresoare:

89

(4.73)

(4.'t4)

(4.7 s)

(4.71)

(4.78)

I

Figua 4.35. EYPlicatiYá privind efechrl condensatorului do filtrare a knsiuniide iegire.

Figura 4.36 se refe!á la un circuit redresor cu diodg ln co!figuÍalie molofazatá cu nu|,pentru care principalele performan|e se pot estima cu ajutonrl uÍEátoareloi exuesu:

-amplifudinea tensiuü de ie$Ie la fudc|ionale i! gol:

u,,"o=,f2[] -u,rrnde UD este cád€.ea d€ tensiule pe dioda rcdresoa!.e;

.cáderea intemá relativá de tensirrne:

U -TI 0.04 (4.76)

;

dacá:

90

(4.80)

'"'Il

Fi8u.a 4.36. RedIesorul monofazat, dublá alteÍlranlá' cu nul.

.cuentul de yárf pe.iodic:

u.-Í ? ------.]'L" 't;R.l..cuÍentul m&\im de cup|are a cifcuitu|ui:

l: ,,I

""ux,FigüIa 4.37 evidenliazá coífiguralia lcdresorului monofa"át ín punte necoEa'datá cu

diode, numit des gi redresor í! puBte crátz. si pentru acest circuít se indicá lo continuareexpresiile caÍe pefuit determinarea pÍincipalelo. caracteristici fi.rnclionale:

-amplifudineá tensiuÍlii de iELe la frmcÍionaÍe l! gol:

u^-*

-cujenlul tuediu prin dioda redresoare:

= ZJ'U

{l '""o

= ^FZLI - ZU ,unde UD este cáderea de tensiune pe dioda rcd.csoaÍe:

-teosiulea inversá maximá pe dioda redresoare:

_l'n - 2'iu

(4.7e)

(4.81)

(4.82)

(4.83)

1(f)

{ ulttl

{uzttr

12G)

u^ = Jlu (4.84)

9l

celelalte camcteristici pot fi deteÍEi[ate cu cxpresiile date pentru ciÍcuiful ÍDonofazat dubláa]temanlá cu nu|, cafe rámen Yalabile qiPentru aceastá con.figwafie.

rtft)

lff)

'*-ltltlrto_J

rlt)

Figura 4.37' circuinÍ elecnonic al redresorului monofazat, dublá altemanÍá, ín punte.

sp€rám ca pri! aceast{oqiuo€ de scutá prczeftaÍe a ciÍcuitelo! Íedresoare cu diode lafuele.acesfui capitol nu !e suprap\rnem cu programa disiiplinei de Electronicá de putere, lnschimb acordám un ajutor ingiaerilor care 5e pregátesc la s,étiii c€ íu sfudiaá aplica1iile deElccÚonicá itrdustrialá.

)

s.TRÁb{zIsToARE BIPoLARE sI CIRCUITEFUNDAMENTALn cU TRÁNZISToARE BIPoLARE

Acest capitot este destinat cunoatterii tranzistoarelor bipolae ca element de cbcuit

e|ectronic. Se va pune accent asupra aspectului inginercsc al problemelor sfudiat€, Íenunláldu-

se la chestirmile de frzica 9i tehnologia acestor disPozitive elechonico. Pe.manent se va avea invedele scopul filral al ac€stui GuÍs unive$iiaÍ, 9i arrume acela de a ofcÍi cititorului un instrumeít

eficient' prin intermediul cáruia el poate pÍoiecta !i exp€rimenta ciÍcuite|e electÍonice cerute inplactica inginerului electrotehnician.

5.l.Structurá, caracleristici static€ 9i dinamice.

Tranzistorul estc uo dispozitiv electsonic cu ajutorul cáÍuia po( fi amP|ificatc sau

comutate semnale electricc, [l8], t62], [63], [64l. se produc tranzisioare bipolaÍe pe substrat de

gemraniu sau pc substrat de siliciu. Ele suot dgstinate atát pÍelucrárii de s€rínale, contEÚe sau

áiscrete, numindu.se tranzistoare de micá putere sau tÍanzistoaÍe de seBmal cat li aplicáliilor de

electronicá de putere, cáz in care srmt cunoscute sub nuoele dc tralzistoare de putere.

Pdncipial stÍuchlra de tr"anzistor bipolar rezuhá plin Íealizara pc monocdstal a douá jonctiuni

semicónductoale pn, pÍií impuriÍicarea adecvatá a Baterialului. ca urmare vom distinge douá

categorii de tta'zistoaÍe biPolaÍe, de tip ..npÍl'' 9i de tip ..pnp''' simbolul $i scbeEE ecbivalentá

cu diode a ttaDzistoa.elol bipolaÍe este datá in FigÜa 5'l pentfu t.anzistoarelo de tip npn,

respectiv, in FiguÍa 5.2, penku tralrzistoalele de tip pnp.

.._ a

Dt

Figura 5.1. simbolul $i schenú echivalentá cu diode Pelltru traÍEistoaÍe ..npn''

se constatá cá traÍzistorul poate fi echivalat cu douá diode crr jonc1iuoe po care au

straful p. Íespectiv! str6ful n comutt. Ácest strat de mateÍial semicolductoÍ, ca de altfel !i

93

electrodul ata5at lui, poaíá nuEele de baá' B. Ceílal$ doi electrozi ai acesfui disPozitivelectsollic, ata$aÉ stratuÍilor extreoale de mateÍial semiconductoÍ, poaÍtá numele de colector, c'respectiv, emitor, E.

Figu'a 5.2. sitobolul 'i

schema echivalentá cu diode pcntru üaÍrzistoare ..pnp''.

cilcuiful de inbale, plin c€Íc 5e comandií tsaDzistorul, este rcalizat in juÍul electrozilorde bazá 9i cmitoI

'i, íÍr foaÍte multe apüca1ii, circuiful de iegire, wrde se culege senutalul

preluqel cste construit ín juírl electroálor de colcctoÍ 9i emitor. Preciám cá schemaechivalentá cu diodc care s.a prczeAtat Eai sus este foalte simplá, daÍ ea nu De oferá nici un felde infomalii cu privire la tDodul d€ fimcÉoDare al tanzistorului bipolaÍ' ln schimb ca aredcosobinrl avantaj de a ne da o imagine zugestivá asupra modului dc polarizaÍe co.ectá a acestuídispozitiv electonic. Dioda ec.bivalentá din cLclitul emitor-baá flmclioneaá polarizatá direct,

ín zona actirá iar polen}ialul colectorului tsebuie sá aibe un astfel de seon incát, fárá semnal de

cooandil ín baz4 dioda ecbivalentá colector-bazá sá fio polalizatá invels. ln acest context,Figura 5.3 indicá polaÍizarea corectá a trarEistoarelol de tip.hpn'' iaÍ Fi8ula 5.4 pola'izareacorectá a lraÍzistoarclor de tip ..prtp''.

ot

l,t.tuVrhr>o I

I

Í

Figura 5.3. Explicatiyá privind polarizarca corectá a tiaízistoa'eloÍ .bpn''

94

Inainte de á trece.mai depaÍte in €xpuíerca noasEá' se cuvine sá fac€m ttrEátoáÍele

pr€cizáti foarte intportante: In cursul nostu uoiversitar de vom leferi cu precádere la

tranzistoare si circuite cu tra'rzistoale de tip .hpn'', frlosind 'tumai

acolo rrnde cstc n€apálat

nevoie tranzistofu.e de tip ..pnp''. De altfel, orice circuii clectíolic cu Fa'rzistoar. .ttpn'' íli are

un echivslent iÍt tehnica ci.cútelor electronicc cu eaDzistoaÍc '.pÁP''. TÍccerea de la un circuitcu t.anzistor ..npn'' la círcuÍhrl similar ctr tanzbtor .bnP,' cu par"aEetri echivaleÍlÍi

'i pe acela'i

substrat, se poate face foalte simplu, prin inYeBaÍea PolaÍit|tÍii tuhtÍor su.selor de alimentarc dincircuit' a polaÍitátii fuNroÍ diodcloÍ li a pol''itáÍii futuÍo. condensatoaÍelor electroliticc - dacá

existá. sub|iniem cá bansptmerea unui circuit rcalizat cu traozistoaÍe pe subsEat de silíciu íncircuitul similaf cu t"aDzistoare pe substrat dc 8ermirniu, sau inven, nu este at?lt de simplá din "

cauzá cá cel pulin cafacteristicíIe de intÍa'e gi curen1ii reziduali invergi ai joncÉunii colectoi.baá suot diferili. In acest din urmá caz se impune reproiectarea circuittrlui'

I9(O

carac.eristica de intraÍe a tranzistotului biDolar

(5.1)

di.otse curenNl debezá 16 si tensiunea baá.emitor, UBE. cuÍt jodcliunea ptr bazá-emit]ol Íoprezintá o diodásemiconductoare Polarizátá direct' aceastá caractelisticá este Practic identicá cu caractedsticás|aticá a unei diode. Figura 5.5 se referá la caracteristica de intrare a rmui tanzistor .hpn.',

násuratá iü condiliile unei tensitrni U6g de valoare constantá. Tensiunea UBE^ de safuraric ajoBcliunii baá.emitor ale valori injur de 0,5 - 0'8 v la tÍa'zisto8Íele cu si[ciu ri dc auoai 0,l- 0,4 V la tranzistoaIe|e cu g€rEadu. Pelhu ca un tránziíor sá poatá plelucra seElraleleapücate la iqtÍare este occesa! ca ÍÍr prealabil circuifului bazá-cÍqitor sá i ss stabileascá un punctstatic de frnclionare, A, adicá sá se gencreze rtn cu.ent de bazá 161, cáruia li corespunde otensiune bazá.emitoÍ UBEI. Asupra acesfui lucÍrr 9e va teveni in paÍa8Íafele special destinatestudiu|ui funcÍiei electTonice secundare de stabilie a prmclelor statice de frnc|ionarc.

Fi$Ía 5.4. Polarizarea corcclá a trarvistoatelor..pnP''.

Putem abolda atralizs caracteristicilor ltátice dc intrrÍé $ dc ie|ir. a tanzistoarclordupá ce Yom aiáta cá pÍoDrielatea fuldamcllllá . .ranzi'&gl9!9l.u!pd3l9.9{g3s!9.!é'!-Dolarizale corectá. cureDful de colector. I.' este un multiplu biíe deterBinat al curenfului debazá' IB. RaPortul:

B=--L

ReÍÍraÍcám aici doa! faptul cá i! Puícful A dc pe ca':acterisüca de intral. putem defini orezistenlá staticá a cLcuihrlui baá-€mitor RBÉ, pÍin Íelalia:

u_^..'RE

I-aI(s.2)

valoaÍea acestei .ezisteolc ilteÍcscáá din punctul de vedele al pÍoiectárii circűtului destabiliÍc a prrnch ui static dc fiEc|ioBaÍe dar preziotá un intcres redus !a sh]diul funclieielectÍonice pÍincipale 8 cíÍcuihrlui' adicá al fuocliei de prelucrale a seÍmalului de inuale.

Figura 5.5. calactcíistica de intrale a tsaDzistoal€lor bipolaÍe.

Itr cilcuitele €l€ctsonice caÍe pÍelucteaá seínnale continue, aceste seíuale trebuie sáfie suficicnt de mici peútlu cá puDcn de füclionarc ál dispozitivului electÍonic sá sc modilicenumai in jÜul puncfului A. In acest fel ciÍcuiful de iltröe nu va ayea nici tendínla de blocare,

ci de saturare profundá, evitándu.se distorsiuoile 'i

8sigurándu.se cottdilíuni conforme culiniaÍiziÍile pe caÍe le vom efechra. sá admitem cá semn8lul dc intrarc variazá cel mult cu

^uBE,iÍr mod corespunzitoÍ culenful de intÍaÍe evoluínd .rntse liEitele Ái6 . Ásimilánd acumcaractcTistica dc inüare unci drepte, vom putea dcEÍi rg$9str-!'fcjen[!E-.de-t|s!9g-traozistorului prin uÍúátoaÍea relalie:

(5.3)

Aceastá rezistenlá difeÍentia|á dc intr.are ne aÍalá ce sa.ciná reP!rzü!!á ba!4!!9q.p9!I'ugct!!B!gru] semDalului de iqtraÍe. Va|oarea sa depinde írr mod evident de modul de aleg€le alPWch'ui Á. Pentru a putea esiima comeniu| de valoli intse ca'c este cupÍils !oÉ, reluáÍnexplesia caracteÍisticii statice a rÚtei joncliuni, valabilá pentru semnale rnici:

96

(5.4)

In Elalia (5.4), I este cuÍentul de bazá.ud(€sle-t9!$!s@*F.{9lj'adJ'T_=LT.q'.aFlu{! 5c

lti" -.: '"L'i-ó'elq'" t"t." z.ali-45.oV.Difereopind-acruo'expresia.de-m3ls'us, obtinem:

(s.5)1

= o'r, =lu")Luo LduCE )lB=

csí(5.6)

are semnilica$a inversl,h'; l'n!i ..actoa.i!e-.qo.p!i!-c3p.í! tensiu4e:li..cg19!g'!9g.?i:.'r!g!Íiaintemá.. din tarrzistor. Cum-ralorile-sáá-sunr-dé-ordinul-10: -.-t0:;.il..Yom- 4eelÜa inmaj oritatea demonítsati,ilol-uoastre.'

crracteristic! d€ ie'ire a EaÍlzííoalelor bipotaÍe, Figuls 5.6, este datá in 8ena-al sub

foImá graficá, 9i nc indicá reia$a existeltá lítle cuÍenful de colector, 16 $i tensitmea colector

emitor,-Uc.. rninrcat cu'cnh de colcctor depinde de cuÍentul de bazá, vom distinge o familie

de caracteristici de ie$ire, aváad ca para.Bebu pe IB. coÍespunzátor Ülui qrrent de baá nul,

vom regási o curbí care Du .ste 'altceva decát chial caracteÍistic. sBticá a jonctiuíii coléotor-

baá la- polarizate invcÍsá.'Acesstá c8racteÍisticá de6ne$e $ doÚeoiul de frnc$onare aI

tJalrzistorului irr carc starea acesfilia se considerá blocatá. Pe másuÍá ce valorile constante ale

curentului de bazá dcviD din ce fu ce mai ma!i, Íezultá cuÍbe caracteÍizate pÍin cur€nÍi de

co|ectoí lofuili, pentnr acelea$ valori ale tensiunii oolector.emitor' calitati\ putem afirBa' cá

prin valorile óurentrÍui injectat in circuihi baá.emitor controlá' ..calacterislica staticá inversá

a jonc$unii colector.baá... caractelistica superioaÉ, co'espunzátoalc Iú- IDMÁj( peÍDite

generarea de curen1i de colectoÍ apropiaf de valoaÍea ÚÁ.{imá da!á prin .atalog, lcr.N(' Este

;údent cá la uí cufeut de baá dat, tensiunea colectoÍ.emitor, UcE , poate lua o.ice valo.i .mtre

o gi UcEitÁj(: valoaÍea nraxiúá a teDsiuíii nu poate fi dep4itá in tiopul fr'EctionnÍii din raliuni

legate de protcjarea dísPoziüvulú electonic lmpoiriva fenomeuelol d€ slrálrtoge.e inversá. Lap."lu""*ea seonal€lor continue se Íecomandá utilizarea ünor telsiuni de lucfu ^m circuiful

iolector.emitor maí Bici decet UcEM,{x

'i peuttu a se evita aparilia distorsiuniloÍ. Tot ín

ciÍcuitele elechooice peítÍu semnale cootiÁue este necesaÍ ca teosiürrea UcE sá nu scadá la

YaEUÍ' -l

(t - r.L

prea micá.Inainte de a Íinaliza acest paragEf mai precizám dou! lucruri imponaole' Pe de o paÍte

at€niionám alupra faPtului ce, lj cure* dc baá constalt, telsiuíea ba2á-emitor a unui

j-ffimffi*:l*:*::l:ói""'t a"

.uá. ií.''r*i modifrcarea ie$iunii colector.€l!'ito!-jDllu€oleazí.-!94s.iulea--baaá.

:mitgr. j F4!-!o_ry!-Y'.d.9-q4!Lpd4-i

97

valoÍi apropi8te de UcFs,{t. I! sccst di! urmá caz cai.acteristicile statice se incliná mult, cuÍeífuldc colectoÍ lncepe sá depindá í! mod seonificativ de teusiunea colectoÍ.emito!, efecful

modiEcárii qrrenhúui de baá devcnind secutrdáÍ. spunem cá puncn dc f.rnc|ionare aI

dispozitivului elecbonic a intrat ft! zlna de safuBÍic, principalul efect fiind de asemenea

disiorsiooarea semlalelor Felucrate. ca rrrearq tÍaDzistorul va tscbui sá opereze la culeni de

colector stDeriori zonci de blocarc 9i la tensiuli colectol-emitor supefioale zonei de safuÍafe.

Este cec8 ce Errmim fuDcsoú'r.r ln zoEr rclivá a ca..ct€rlsticii statice de ie9ire a

trglzistorrelor bipolare. Accst deáderat se asígurá prin proiectare8 itrgÍijitá a ciÍcuitelor c6Íe

indeplinesc fiEcÍia elec&oDicl secundaÍá de stabilile a pulctului static de funclionarc.

Figura 5'6. caÍacieristicile de ic$iÍe ale tranzistoaÍeloÍ biPolaÍe.

Dacá adtaitsE acrrm cá tensiÜrea colector.cEitoÍ arc valoarea UcEl, coÍespunzátor

Duncfului static Á di' caracteristica de intrare a tÍalzistoÍului bipolal, vom regási prmctul static

áe frrnc[onaro A1 lrr ptanul camctcristicilor de ie'iré, curenhtl de colector stabilildu.se,conform cxpresiei (5.t), la valoateá staliooará lcr. Peotsu áccst punct static dc funclionÚeputom d€fini o rezistcu{á static! d. ic|irc prio r'Í8átoaÍea c\plesie:

u^^.p - ___!g.J-^cr - I-,cl(5.7)

vrloaÍea acesteí r€zistonle depiíde de putrcful static de funclionare ales 9i ea are o sem:riÍica1ie

ÍcdÚsá in ploiectaÍea circuitelo. elecboníce cu tsanzistoaÍe.

óacá la cuÍent coDstant 1n'cjrcuihüba1éel!9]'ts!!l!!pq.cplpgtp!:9qlql99$'-o.Qificá

e-cqiralra{sGlaq,4!isii"".+.J"":!:lir:=i,.:!*bl+9gll1:=::l:*t"*"^ic.

Putern atrrDci d:fini rezisteD|q dilelelfialá'co|ellor..rB-i!9rj-nn rela|ta:

98

(5.8)

Deoarece in afara zonei de satrrra1ie caraiiéfrsticil6 d6.iegE suot ápiúlc orizontale, aceaste

UÁ al doilea parameüu iEPortaot al caÍácterístícilor de iegire ll putcm de6ni dacá ltrámín consideraliuno o Eodifica.. micá a cuÍcnfului dc bázá, de la IDl la IB2 , la tcnsiune colectol.eEito' constatrttr A'a cum se poate vedea li ín Figura 5.6, roa'tá o EodiÍicárc corcspulzáloarca curenhrlui de colectoÍ' dc la lcl la Ic'. suntem ln másurá afurci sá dc6dÍ'' asemánátoÍ

rezisten(á aÍe valorí ma.i, cuP.ilse, de obicei' lnhe l0 kí) si 1 túíL La tranzistorul biPoláÍ i{eal

I-el-s!9li4.dif9Ie4ialtrcole9taLem(o.[9stejDÍÁi6. Preci"im cI la valori mari ale cureífu]ru decolector, valorile acestei Íeistente scád deoarece creste upÍ iíclinarca caracteristicíloÍ deie{ir.e.

^t-p=i=B

(s.e)

Preciám cá i.o expÍesia (5.9) ^

ic este e8al cu Icl . Ic,9i, din motive de spaÍiu, nÚ este

evidenliat separat pe FiguÍa 5'ó'In general factorul=0-llfeléJuin_d9 .factorul dc arnplificare ií curent contiBuu, B,

definit anteÍior. Figua 5'7 evidenliaá felul ín carc faclorul de aopIificale ín cuÍent. de seÍDnal

eis'd€p.lqd9-d9JuloaleLcuÍrnilul.d9..99leo!9n acE-asü-6ú6eííiiEEp6i cá16 víoilieamplificári mari irr circuitele cu tralEistoarc bipolarc dacá puncful static de fihcÍionate se vaselecta la cuÍenli medii, (pentÍu traízistorul dat), deci ín c€qEul zooei active de fimclionaIe.Acest factor de aÍíPlificare depinde !i de fr€cvenla semlal€lor va.iabilc preluffate. Páná laÍecvenÍe de lucru Íelativ mari, Figura 5.8, p est€ practic €gal cu B. I,{ iecveEla limitá, f. eldevine de = l.41 ori Ílai glíc dccat factorul de amplificale in orÍent coDtinuu iaI la aecvenla detáiere, fT, p devine egal cu unitatea, adicá dispoátivul clectsonic nu nai adplificá ln cur€ot.Pentru inginerrrl electrotehnician, care lucreaá cu circuite de electonicá industrialá,dependenla Prezentatá in Figura 5.8 arc lm caEotgr informati1 pe parcursrrl acesfui cursuniversitaÍ noi admiÍánd egalitatea p = B = colstant.

Figura 5.7. Dcpendeola factorului de alrplificaÍe in qnent, d€ seiloal Eicde valoaÍea culcütului d9 colector

FiguÍa 5.8. Explicativá privind depcndenp factonrlui p dc aecvenp.

Tlecem acum la invcíigarea, pc scurt' a caracteristicilor dilamicc aletÍalistoarelor bipolarc' [18], t25]' t38], [39]' Í1o)' Í72I, Í.l3]' [E2]. Irr acest caz' in regimquasístalioDar, Fmchrl de frrnc1ionare al tranzístoÍului bipolal Poatc fi gásit doar in douá poiliidistincte: fie i! zona de bloc6le, (l) . pe Figura 5.6, caz in care tcrtsiuÍta colecto. . .mitor arevaloíi maÍi $ culenful dc colcctor estc foartc mic' fic ín zona de sanrrare, caz ín care tensiuneacolecto! - emitoÍ este apropíatá de U65511 iar c!Íenful de colector aÉ valori mari, (2) - peFigua 5.6.

rg

Figu.a 5.9. coEutalia dfuectá la tr.aruistoalele bipolale.

DeplasaÍea punctului de funclionare intÍe cele douá puncte lldicaie poaíá numele decofiutaÍie a tÍanzistoÍului bipolaÍ- Áceastá coEutalie nu se face inslan:aneu. din motive detaliat

p{JcErc

r00

expuse.Úl capitolul 4 'i

ea este iísolitá de pi€rderi de puteÍe. FiguÍa 5.9 scoate iÍt €videnÍáproccsul tra.Dzito.iu de sanrrarc a unui traDzistoÍ bipolar, calacterislic deplasárii puÍrchrlui deÁ$clionare din (l) io (2), conforE cu Figt'..a 5.6. safuraÍea dispozitiwlui electroruc este

contÍolatá io circuihrl de bazá' prin injectarea unui cwent iBl co!st8^l 9i de valoaÍe suficient demare. Ploccsul inveÍs, nulrit ploces de blocaÍe al tratEisio!ülui, este prezent8t.m Figua 5.l0.Blocarea este controlatá tot in circuitul bazá-emitor, pÍin alu|al€a curenfului caÍ€ menFneastarca safuÍatá a tÍanzisroNliri. cure[É b:anzitorii negativi, i6, , pe durate procesului de bloc$ePot avea efecte benefice asuPra coBpoÍtárii i! alsamblu a dispozitiwlú electroíic. Etapele dedesEiuÍaÍe ale acestor procese dinamice de comutare sunt de asemenea de|nite pe figurilementiouate, [38]. Modul coAcret in cafe putrcful de frMclionale paÍcurge zona activá ln timpulproc€sului traDzitoriu de comutaÉe depinde de caracterul circuitului' [70]' fiind dc imponanFcsenlialá dií puncful de vedere al siguran|ei iÍ| funcÍionare a tranzistorului.

Fi8ura 5.10. PÍocesul de blocaÍe al tÍaizistonrlui bipolar.

FurtofionaÍea in leg|m de coButalie a tranzistoarolor bipolare 9i cunoa'terea proceselorde coElutalie ln intimitatea lol sunt esenliale la iuv.stigar.a círcuitelor el.ctroEice deimpuburi' Faptul cá ín stárile quasista1ionuc de blocare sau sahu.aÍe Pierderile de putere, p, inciÍcuihrl colecto.-emitol sunt Íeduse, fec aplicabi|e tnBzistoarele lD electrouici d. putcre'unde se opeÍeaá aproape ix exclusivitate ín regim de cotEutaÍie. Pierderile de put€Íe de la unipotetic punct static de fuúc|ionaÍe amplasat iD Eijlocul zonei active a haizistonÍui de puteresult de neacceptat dií cauza imposíbilitálii evacua i cáldWii produse.

Asupra problematicii caracteristicilor dinamice, de coEutalie, alebipolaÍe se va Ieveni in voluúd al treiIea al acesrui cuÍs univ€rsital, care..Electonicá

P€uau itrgheri ele.hotehnicieíi - ciÍcuit€ electÍonice de imPulsuri''

tranzi5toarelorse va intitula

t0l

cele expusc roai sus devin utilc in IÍásuÍa in caÍe P.oiectantul circútelor clectroniceva a'lege di! c.t.loagelé cü coEpou.Dtc .lectrolic. tralziíoa'cle calc sunt necesare uneiaplioaÉi dat€ 9i din caracteristicile grafice igi calouleaá parametri specifci Punctelor defrroc1ionare selectate. o se.ie de valod nuEeÍic! tipice, minime' respectiv, maxime indicatetabclat, wuleaá aclst pror€s.

5.2.Model de semnal mic.

In paI-agrafirl ani€rior s.au iatsodus o setie dc prrsmetli cere perrcit caÍacleri.arcanuEericá a utrui punct de funclionaÍc al telzistorului bipolar, precum

'i a condiliilor salo do

functionalc i! juru| aceshri putrct de i,ríclioÍtaÍc. ccea cc cste oec€saÍ acr|! este stabilirea unuiBodel malsnatic.al-dispazitiwlui.electsoÁic csÍ€ sá descrie cát mai satisfácátor-hütF6íáieaacestuia ln jüIul acesfuí Punct da frroclioíate. cum caÍactcÍisticile st8tice Prezeotate süntp.ofrtnd oeliDiáIe, acest Bodel Eateoatic va putea fi dezvoltat' prií liíializarc, numai in juÍulpuoctrrluí stsüc selectat lezultat€le obliuute 6i!d valabile nuEai in oásura in care semaale|eprelu.Íate vor cvolua ín junrl pulch'ui de futrcliolaÍe abordat. vofu iDt'oduce acest modelmateEBtic, care sc va nuBi modelul de scrlurl Eic al tralzistorului bipolar. In acesi scoprcmarcáú cá atát modificáÍile oici ale teNiuíii baá.€Eitol, cát 9i 8le crrÍentului de colectol$mt funcliuoi de douá vatiabilq depklzeld de vaJiaÉa cur.ntului de bazá

'i de vaÍiaÍia rensiunii

colector{mi tor:

. - I. \tc = rc\r a,ru)(5.r0)

(5.1 1)

(5.12)

! dur, = ,rrdi, * ,,du",

di, = Pdi, +I

- a u^-

CE

Ecuafiile (5.l2) Íeprezintá r!ode|ul de scmna| EiG'aI traDzistoÍului bipolar" sub.jqlma s{bcafe ie voo foiosi in

"ootinuare in prczeotul .r'rs u.oiveiJitar. I-uana i,'

"pi'.lliodti.]í".}"pliirc}''r"'ti" ' ' Iii "" " i ll(l') i;

u". = u",(i,,u^.\-"L _ :t \.'-. :" ,

calculám dife.enlialele totale ale celo. douá el?lesü dül r€laliile (5' l 0):

",, =lAf,**, d i, * lhf ,,=-,' "*

I ai^l I ai- f0,, = li),*=o,

d i, * ldft ), "=.,

d,,,,

Folosind acum lotaÍiile i.otsoduse in Paraglafu| alterio., rezuli2í:

LO?

toate constantele din cele douá ecualii sunt crmoscute pen1nr un tranzistor dat li pentru uo punctd€ fuícíionare ales, asociind ccuali'i.lor (5.l2) cclelalte ecualii dc tcnsiuni 9i curen1i spetificecircuitului elect.oDic sfudiat, vom putea aborda orice pÍoblcrnc tle analizá sáu siEÍ.rá acircuitului.

IÍformativ, plecizám cá fonla matricialá a sistemului de ecualii (5.l2) este:

Recuuoastem aici matricea de paramehi hibridá' I{" , cunoscutá di! tcoÍiaelectrici:

Prin identificare, rezultá cá, .baÍeehi.tÍritoÍ comt]n''' vof t:

| 0,,"

1h.,,,

in b" ai

l:::1=l'; !l:',",1

oo"1

ho,]

(s.13)

cuadripolilor

(s.14)

conqxirmea

(5.1s)'r, = hr,

f = hr,.

tranzistorului bipolar, pentu

| \2.

'cE - "22.

Áce'ti parametri sedau in.ataloagele de t.anzistoale bir'ol8.e, asociat cu condi}iile speci.fice demásllrar.€. In t.atatele de electÍodicá' pe baza acestor párametsi s€ deduc modele de iucru, utileingineriloÍ electroni'ti. Á!a cufu s-a precizat gi mai sus, noi vom aboída ch€stiunile de anaiizá $sjoteá a circuiteloÍ electrouice pe baza sisteBului de ecuatii (5.l2), prin Eijloace mai apropiatede formalia inginerului electÍotehniciart.

o.sisteEatizaÍe fu aíaliza !i sinteza ciÍcuitelor electronice eleoentale cu htlzistoa1edevile Posibilá Pe baza conc.ptului de coDexiutre r dispozitivului clcctronic. clasiÍicaÍea arela bazá identi.ficarea acelui electrod al tra-qzistorului caÍc;ste coneclat |a poteo1ial coasranr, sau,ir mod particular, la pote!$alur masei sursei sau sulselor de alime'tare a circuit_rrui. I,, acestcontext distingeru circuite cu traIzistoa.re bipolare iÍr conoxiune €mito. comu& colccto. comunsau baá coBruná. I"D coltinuaÍe se vo. studia cifcuite electÍonice fuodameotali' cu tranzistoarebipolale, confom clasificárii de mai sus. se va urnáIi punerea in evidenp a func|ei electronicepri.ücipale a circuifului, asociat cu stabilirea rezisten|ei;ale de intrare, ."'p""tlu, á! ."qi,".

sry ;)5,4.Funclionarea tranzistorului bipolar in conexiune ernitor comun.

Circuitul clectonic cel mai simplu in caÍe un tranzisto. bipolar, T' flmctioneazá inconexiune emitor bomun cstc prezentat ln Figura 5.l l. In continuare vom demonstra cá acestcircuit electronic íÍldeDlinest. frtnctitmea de a.opli6catoI de tensiune' vom calcula factoÍul deámplificarc pr€cum $ rezistenta de intrare

'i de ie'ire a ciÍcuihrlui.

Figua 5.l l. AEplificator cu traÍLzistoÍ bipolar fu coo€xiune emito! comu! simp|á

Luánd i! consideraÉune Figura 5.5 9i Figura 5.6, admítem pentru fuceput cá, print-unmijloc oarecaÍe' punctul static de func|ionare al circuifului de intÍaÍe s.a stabilit in A, respectiv'cá puncnrl static al ciÍcuinrlui dé ieti'e s-a stabilit in Al. Aceasta insearDná cá potentialul decuÍeÍt continuu al bazei €ste UBEI, cueoful prinjoncliunea baá-emitoÍ este lDI iar cuÍenful decolecroÍ aÍe valoarca Ic|. Intc curenní dc bazá si culenful de colectol este evident lespectatárelaliá (5.l). PÍesupunánd deocamdatá ca circuiful din FiguÍa 5.ll funclioneaá in go1 sau aÍeca sa.ciÍrá un alt circuit electÍolic cu iepeda!ía de intraÍe infnitá, cuÍenful dc ie$ire, i."', va fi liel Írul. Atunci culeltul cotltinuu de colector, Icl este asi8rrrat de sursa de tensiuoe continuá'+Us, prin rezistenÍa fu, nu.g tá rezistenlá de colector. PÍin alegerea valorii acestei rczisten|econfolE Íelatiei:

''r=r%=+

103

(s.16)

104

impunem ca te siunea de ie$irc sá ia va!9g9a.ooqinu19gagc9-uc61. Facem douá precizáriimDortante. Pe 3é-o Dde sublinieE cá aceastá ..imou!reÍe'' a tensiurrii colectot-emitor est€poiiuita ain cauá cí nanzistonrl bipolaÍ preziniá caracteristici dc ie$irc Practic oÍizoítale,pentru rensiuÍli mai maÍi decát v{IoaJeá de saturaÍie. Pe de alÉ páÍe sublinienr cá alegereavalorü tensiunii U661 poate fi dependentá de apücaÍie' dar in gen.Íal se lreferá ca ea sá fie chiarjumátate di'l Yaloa.ea tensiunii stabilizate de alimentarc a circuifului, plasándu.ne 'in ccntrulfamiliilor de caracteristici de ie'üe.

suntem acum in má5ulá sá analiz&tr oodul in carc Prcluc.eazá ciÍcuiful electronic unsernnal mic uio aplicat la intrare. vom aborda mai intei o analiá siÍnPliÍicatá íí aP.oximativá.RemaÍcám fapfuI cá int'ajca circüitului sfudiat coincide cu ciÍcuihrl de inbare, baá-emitor, a|

trarlzistorului T. Ca urmare:

(5.r 7)

este o relalie ce l ámáne valabilá $i pelltru vaÍialiile mici ale serÍmalu.lui de int.are:

du = du-^ (5. r 8)

AdmiÍánd cá teNiunea bazá.emitoÍ este independeotá de tensiuoea colector-€mitol,modificarea dqn a sernnalului de intrarc va geneÍa o schimbare co.esPulzátoare a curgnfului debazá|

du^- dudiF = ---tz = -----tt

" 'rE fu

Penbu un tÍanzistoÍ bipolal ideal, c1r caracteristici de ie|ire orizontale' rcE + .o ii,dÍept umare, modificárile cÜÍenhrlui d€ colector depind numai de modificárile curenfului debazá.'

di" = B di,

PenEu tensirmea colector.eúitoÍ a tlaüistoÍului putem sá scriem:

u"r=Ur-R"i" (s.21)

rclalie carc, prin difer.en;ier.e, cu luaÍea in considet.ale a fapfului cá tensiunea colectoI.emitoreste tocmai tensiulrga de iesíre' ne dá:

dr,o = drr, = -Rcdic. (5.22)

deoal€ce tensiutrea coÁtinuá de alimentaÍe a circuifuluj este plesuPusá const8ntá. Efectuándacum ín]ocLliÍile succesive Íezu|tá simolu:

(5. t e)

(s.20)

du,o = - P R"di,D

= - p---:Ld u

105

(5.23)

(s.25)

,BE

Prin rrÍmaÍe Írctorul dG alrpliÍrcare al scBDalului .le tensiune aplicat la intTarc va fi:

(s.24)du n^

Á,,=_:É=-p.--9-" du. ,^-

Din cauza si.BPlificá.iloÍ pÍezeotate pe parcursul demonsbr|iei, expresia (5.24) are un

caiact€Í 8ploxiEativ. ionr5i ea cstc folositá cu dcosebit succes í! practicá' conducánd la

Íezultate r;bdv satisÍácátoarc' se poate constata siBplu cá facton' de aBplilicaÍe depinde de

tranzistorul ales, prirr valoarca coeEcierrtrrlui p, precrrm gi de puncnrl static de firoclionaÍe prin

valorile reziste4ilor Rg 9i lgE. Deoarcc€ valoÍi márite ale Íezistentei de colector conduc la

t€Biuni roici ae ie'ire eűciat cu oe'ter€a t€Ddinlelo| de distoÍsiona.e, iar valori redtrse ale

Í€zisteltei difeÍeÁliale bazá-emitor 8fecteazá in mod n€dorit reástcnla de inü.aÍe a

aooMütonrlui. rezelva de ajustale a lui ÁU plin leProiectatea punctului static da firncgonáre

est! rehtiv ti.roitatá. Sernnul minus dil rcla1ia (5'24) evidcnliaá fapful cá accst ci'cuit simplu de

ampliícare defazeazá semnalul de ie9i'e cu l80" falá de semnalul aplicat la inüarea sa.

Ne propunem acrrm sá faceo calculul €xact al factorului de abplificEre al circuih'ui

snrdiar In acesfscop ata5álo ecu.liilor din modelul de seonal mic al tranzistorului, ecualiile

soecífice circuiului. ReaÍtá urDátorul sisteú de e.ualü:

d u^-

d i"

= rrrdi, t ,,dr",t

= pdi" + =dr",CE

du^- = du.

d'r, = d'",du- = -R"6;"

Efechrá.od acuE toate substituliile necesare, ob1inem sistemul do ecualii mult mai

sinplu:

(du =r,-di-+vdu.|-Ebóf1 du Il- h" = Bdi- + Ldu.fPr"sL-?cE

(5:26)

106

Iotnrcat urmáim deterBi0aÍea factorului de a$plificaro íü teosiune a'l citcuifuluielectÍonic, vom ÍÍrÍnul1i a doua ecua1ie cu factoíul . ÍBE / p 9i apoi o adunáru la prima:

d, + 3, r-..^i" , pÉ^,íu"" = vrduks - ff.o","" (5.27)'c t" cE

Din relalia (5.27) oblineo imediat rezultatul doíit:

duA-.=---j!!-=-" du

BE

p't;;CE

B-1n"l

Relalia (5.28) ne dá v!|oaÍes exactií á factoru|ui d. rmp|ificar. i! l€lsiuoe aarnplilicatorului

-cu tranzístor bipolar in conexiune cmitor comun simplá. Deoarecc glpresi8 din

paranteza rotundá de la nümitol are valori cuprinse intre o.l si o.dl' ea poat€ fi n;dÜatá $iafunci 4ungcm din nou la expresia (5.24), determhatá Pe cái mu|t mai simpte, pomind ac talpotezele accePtate cá rqg = co fi v, = 0 . Practica proiedárii cilcuiteloÍ elecEolicc a9":9.,n1. cá tofu$ aFoxima|iile fonButa (5.24). suqt **"i p*" targi, aat, io accla'i timp,fo1owea formr'rlei (5.28) este p-rea greoaie. sá negliiám afunci ú (5.zs).níoa'ractonrr v.. vooajun8e arunc| la expÍesia v'lorii practice a ÍactoruIuí de aElpliÍicrre:

e,, = --iR"-ss__- = -BR" *'",

" ru\R" + r") tne(5.29)

(5.28)

(5.30)

'" ^^'^^.T:.::::.:"r"ot"serva cá'din PuncruI de vctlere al factorului de amplificarq rczistenla

.::::i"-.:"^1.::5 ::i1tf. in paralel cu Íezistella difeÍenÍialá colector.emitor,iapt eüácn1iat 9i '

'Pfur slmDolul x Íoloslt in al doilea termen din.elalia de Eai sus. 10 [62], t63], Í6a], de e;eo;Iu,pot 6 gásile o seÍie de considenliuíi suplimentare asupt'a cslculului.a.it"Áiíi i"

"-pIin""o.^ . , .Y:: aborda-in conlinuare ploblema reáste;Íei dc inbare 8 anplific;torului sfudiat.rÍrn oelraÍ|e, ca stab||elte cum evolueaá curenful de intraro in circuit, i6 dacá se rrodiÍicá

tensiunea de íntÍaIe, uin :

^u du

l. = ----14 = ----lL- ^t.

dit'tin

observánd cá semnalul de intrare in circuiful aÍlpliÍicato! este chia. telsiunea bazá.eüdto. a tÍan?istorului bipolar, cá cu.eafijl de iatrare .coinciáe

;" ;il]l do baá altranzistoíului |i neglüá.od factorul v* oriEa ecua1ic dín modelul de s"^na .i" ím.-.to.l|tui'(5.12), devine:

d',n = 'rrd i,

107

De aici 8.flám foa.te sioplu rczlstcnta dc iltr.rc a circuitului:

Deci rezistenta dc inbaÍc a aopliEcaroÍului cu tra!2istor bipolaÍ ln conexiune €mitol-comun este egalá cu leástenla difefenlialá baá-6mitor, coEspunzátoare punctului static dcfunclionaÍe ales. Rezultá de aici ca puocful íatic d€ nttrcEoDare Ya aebui selectat cu deosebitágÍijá, pentÍu ca factorul de ampliEcaÍe in tensiune sá fie suficient dc mare lo condi$ile io carerczistenla do iltrarc nu scade prca ríult.

Putero proccda 8cum la stabilirea reziíenlei de iesfue a ampliÍicatorului itrYesti8at. Prindefinilie rezistctrÍa de ic'ire a cilcuifuluÍ s1abiloltc qr ce valoale scade tensiurrea de ie!|Tcatunci cánd cuennÍ de iegire cÍ9$te:

ó'u |a" ft = ----.J!!^ = - |-.-Ár|'"er ^t

I di. luur=o,t4 L ta)

(5.32)

(5.35)

(5.36)

este diferit de zero, pentru tensiunea

(5.33)

I.otIuút teDsirmea baá-emitoÍ este constantl oeglÜánd factorul v., pÍima ecüa|ic di]! modelulde semnal mic al tranzistorului devine:

durr=rrrdir=o (5.34)

de unde, in mod evidcnt:

diD = 0

In ac€st€ condiliuli cea dc a doua ecualic din.modelul de semnal mic al tlalzistontluiva |ua 5i ea íorma simPlá:

i; I -'-.utC = -AUCECE

Remarcánd incá o datá cá cuÍeítul de ie$recolector.emitor putem sá sc.iem:

(5.31)

,c, =U, - x"i*" = u, - n (i" +;,o" ) (5.37)

108

r.i. .

Prin diÍerenlieÍea expresiei (5.37) Íezu|tá.

a ur, = - Rr(d r" (5.38)

cu observa|ia cá telsiÜrea col€cto'-gmitor a tranzisto.ului este tocmai tensiunea deie$re din ciÍcuiful amplificator' inlocuind exP.esia (5.36) in r€lalia stBbilitá mai sus, obli.le.Íni

*d, l (5.3e)

' P.in umare rezistelta de i.'L. a ampüEcatorului de tensiune cu tranzistor bipolar inconexiune emitor coEtun va 6:

+l I

a;,"" = -n"lja,,*

sau" scris simbolic:

(5.41)

sedoul inus se rgferá la fapful cá teasíuoea de ia'ire scade odatá cu 6e$ereacurenfului de ie$Íe. Expresia (5.41) ne aratá cá din punchrl de vedere a.l rcástentei de iq'fue ovaloare cát mai micá peot!ü Rc este binevenitá. Áceasta dgplassazá insá punctul static de

functioqar. írr dooreoiul tc{siuqilor maÍi, favoriánd distorsirrnile si leduce fac1oÍul deaorplificare 1n tensiune al cjJcuitului. Dacá tsa.ozistorul luat ill coDsideÍaliuo. cste de bunácalitate $ putem admite cá reástEnla sa difercnÍialá colector.emitor' la puqcbrl static denDqionarc' este in{initá' atunci se poate lua in coruiderale ful proiectáre formu|a mult maisimolá:

du n- R^ r--',"" = i: - - , 14- = -

^;iT (540)

tc' I + ----e,CE

r. = R^ x r^-

r.=R^ (s.42)

Figura 5.l2 pÍezintá un model al af,pli-ücatorului de tensiune sfudiat, intocmit pe bazaanalizei de mai sus' Petrtru odce circuit electÍonic putem concepe modole si.rnilare, dar vomevita introducerea 1or in coütexful acestei lucráÍi destinate ineioerilor electrotebnicieni'

109

Ilaintc de a inchcia ac€í subcaPitol, subliniem cá ln vütor voÍ! renunta, tot di-u motivedc timp 9i spa1iq la deoolstÍar.a exactá a valorilor caractc.isticilor ciÍcuitelor clecEonicesü,tdiate. voú 8boÍda o aDalid indirectá, pollhd dc la bazcle Íizice alc func1iooárii circt.rirelor,8ÍguoeDtánd ítrsá solid expresiile de calcul inbodtrse. P€ntru dgmonstra1ii oxacte lecoEandármconsulta.€a r'tneia dioEe lucrárile [62], [63] sau [64].

FiguÍa 5.l2. scheúa echivalentá a arnplificato*T;u o*iuo. u'lolat in conexiune emitor

circuitul 8mpliícatoÍ cu Ealzistor bipolá! ilr conexjrue cÍútoÍ conun' sfudiat 6ai sus,se caracteÍizaá PÍin valori rclativ oari ale factolului de amplificarc in tensiune daÍ aPlicá}iilepractice d€oronstreazá cl est€ telatiy insabil 9i predispus la distorsionaÍea seÚnalului deintrale. Dc ac€ea se prefeÍá folosirca unor giÍcuite fiDdanentale prevázute cu reaclie negativá.Aceste circuite au factor d€ ampliÍicarc mai redus, i! schiDb prezintá stabi|itate ÍnáÍitá 9itendinlc de distorsionare dimiduate.

vom analiza acu& un circuit simplu dc smp|ilicare cu tÍánziJtoÍ bipolar incoletju!! €Eitor coEuí' preYlzut cu rcacfic uegativá de l.Esiule. circuiful electloíicinvcstigat, cu u! numáÍ milim de notalii Decesar€ aDalizÉi funclionárii sale, este prezentat inFigura 5.13. si io accst ac.st caz P!€supu!.o c! printÍ.un mijloc oarecáre cste stabilít punctulstatic de functionaÍe al tsalzistorului T. Ac€asta íilseao!á cá t.Ílsiunea baá-emitor are valoareaUrEt, cuÍeDful continuu iE ciroui$l de baá este IEl iar cuÍentul din circuitul de colector este lcr.calguláDd yaloaÍea reisteolei Rc tot cu telatia (5.16)' iopuneE tensiunea de iegiÍe, in liPsaseonalului dc LtraÍe' la valoarea Uer .

Fácánd abshaclie dc cele do!á Íezistenlo Rl 9i R3, circuitrrl din Figura 5.13 este c€l alunui amplificatol simplu de tensiune nn congxiunc emitoT-comun, caÍe aJe ca márime de inbaretcDsiulea l.de coúandá" uo ideÁticá cu t€Dsiuüea baá.€mitol, uDE a tÍalzistorului T. ca üÍmaÍeciÍcuitul va Íata aceastá tensiule de coloaÍdá 6xact ín conformitate cu cele €xpuse i'lp8ra8Íafií alterior. caÍacte.ul de Boutate al circuihrlui 8nalízat este aceta cá, datoritá píezenleicclo! douá rezistenle Rl

'i R!, telsiulea l\ depiDde atát de tensiunea de int.arc, ui", cát 9i de

tensiunea de iegire, r!"'. celc douá Íezistenle Een}ionate formeazá, de altfel, tocmai releaua de

rcaclie a arBplificatorului. P€ntru a illelege modul de fiDcÍionare al cfucuifului vom pÍesupune

ll0

cá la htrare se aplicá seÍoíálul mic Lql li vom investiga regimu.l t']zitoriu caíe car.ácterízeázáevolu|ia tensiuÍlii de iegLe cátre noua sa YaloaÍc stalioDari. In accst scop vom admite cáculenít.l de bazá al tÍa'zistoÍului T, iB este neglijEbil ín rapoÍt cu curenlii pri! reistenlelE dinleÍeaua de reactie.

lnt lne If lu,*t

t

I lnv- |

't

l"^ - ('u,n ",.")]*

(uo, * ,,",)

Figr.ra 5.13. AfuplificatoÍ cu tÍa[zistor bipolar in conexjune emitor comun cu reaclie negativádc teflsiune

conform teoremei lui KiÍchoff pent'u cuÍen1i, apl,icatá in nodut dirr vecinátatca bazeitranzistorului T, rezultá cá iRl = - iR2' ceca ce s.ratá cá cclc douá Íezistenle sunt paÍcuÍse deacelaíi curent. Prit! urmate, pomind de la teoÍema lui Kirchoffpentru teositmi' scrisí referitor laochiul care corrline acestc Íezisteolg lezult?i:

ís í1)," * Uur, =R,

'R, + 'R,

Diferenliind acum relafa de mai sus gi luánd:in considera1iue fapnrl cá tensiuÍlea depolarizaÍe a bazei, respectiv' tensiunea de ie9iÍe la pulcful static de fl'rncÍio.áre sunr constantc,obfinenr:

Imediat dupá aplicarea semnalutui de intrare, modificarea clu;o a acesfuia ou gene.eazási o modifcare Eicá, iníaotaqee, a se8nalulüi de ie'iÍe, deci d!ti.'

'álnáne egal Ju 0' Prin

urmare, modificarea ioifialá a teffiunii de coEandá va fi|

t, , \lau. -au l+du\ nr tes ! tes(s.44)du =

&Rl+n2

&,

i, *R,du (5.45)

(5.51)

lll

Datoricí acestei tensiuni iniÉale de comandá íncepe insá 9i schimbarea teosiunií deiegLe' conform rela1ieí cunoscute:

du = -A..du^ (s.46)

urrdé AU este factorul dc ámplificár€ ín tcnsiuno al aroplificatonrlui fárá Íeactie, calculabil cuexp!esia:(5.29). Pe másuÍá cc olodificarea tensíutrii de ie$iÍe crelte, schimbarea ini|ialá atensiuíii dc comsndá devinc:

(s.47)

Relalia de mai stÚ rezultá dín (5.44) prin tÍansformáÍi simpl€. Dacá admitem cá modificareatensiunÍ de irrtraÍe a fost pozitivá, tensiunea de ie'irc scade, deci dui.' , coníora expresiei(5'46)' este n€gativ. A'9a cum s-a cvideíÍiat in (5.47), modificaÍea tcnsirmii de comanda scade giea, fenomen canctedstic reacÉei negative' RegiEul quasistalionar ln ci'cuitul de i€$ire se atingeafulci cáÍld modificarea tensiunii de ieíir€ cre$te atft dc Buh incet anuleazá modiÍicareatensiunii de comandá, du.1 devenind egal cu 0. Din lela$a (5.47) putem scíe atrrocí:

R^du. + R.du =0 (s.48)

Prin rrrmare factorul d6 aBplificate ln tensiune al acesfui anplificator cu reac|ic negativá detensiuue este:

,!r, * R' ,lu < du-- nt +R2 te'

'u

, - d'',"

- R,

^t_ n __nül

Rezultaful obilrut este aproximativ' deoarece admi1ánd cá in regimmodi5carea teÍ$iuttii de coÍlandá tinde la 0, adicá:

du.dt1 = - ---::t- --; g

"u

du'' -du" * d''*-d'' = 'l, R,

se remarcá fapful cá aplicarca condiliei (5.50) ne conduce imediat la rela1ia (5.49).

R,

.rt, + -&,

aE presupus cá factorul de ampli'ficare in tensiune al aEP]ificatoÍului fá'á reacÍie, AU tinde lain.finit. Acest Íezultat apÍoxioativ Futea fi stabilit 9i pe cái mult mai simple, folosild teorema luiKirchoff pentru cuÍeoli, aplicátá pentÍu Bodul din jurul bazei foaÍrzistorului T' iJ! conditiileipotezeloÍ simpliEcatoaÍe acccpta.e mai sus:

(5-4e)

quasistalionaÍ

(5.50)

rt2

vom abolda acum o pÍocedurá de calcul care ne va conduce la o formulá .xactá decalcul a amplificárii ci'cuin ui investigat. RenuÍ!Íend la becerca la limitá din (5.50)

'i apelánd

la o formá u5o! modificatá a exPresiei (5.44)' putem scrie:

du R.du = ----E - = du,, - =-t _-{au -du I G.5Z)Á, ,' fi.+qt ih iát

EfecfuáÍd acr[B toate calculele necesare $i grupánd corespu!átor telEenii oblhemurmátorul Íezultat s€ÍDDiÍicativ:

1 du ri= rz = __-: _

Á. d u' A...U

Dacá in par. anteza Iotunda adgriteo oá teroenul l /AU es(e mult mai mic decát unitatea. anrnciobÍirrem formula pÍacticá $ ..exactá.. de c8lcul a fadorului de áEplificaÍe..in buclá.. :

(5.54)

R( r)o,lt. uJ (553)

R-'l

\I =_ l _A, Áu

Di.o aceastá expresie obtineE evidqÍ relalia aProxinativá (5.49) atunci cánd, pdn tleceÍe |alimitii' péDtlu Au foaÍtc maIc, prthul terEien din meÍlbrul drept dispaÍe. De 8ici Íezultá fapfulcá factoful dc gmPlificare AU al abplificatorului Íárá reac1ic folosit in ciÍcuit trebuie sá fi. cuatát mai male cu cet do.im un factoÍ de amplifica.re ..in buclá.. mai maÍc si atunci putem 8pela laformula aproxiEativá, fiiÍá a fac€ erori oari' Mai mult, fapful cá factorul de arEplificare alalplificatolului fárá reac1ie nu mai intervine in caracterizaÍea circuitului ampiificator, íiconferá acestuia stabilitate, imuqitate la zgomote) tendinle de disto.siolaÍe rcdusc asociat cuPosibilitates scbimbáÍii tcanzistolului T, fárá ca factoÍul de amplificaÍe al amplificatonrlú cureacÉe sá fie afectat ín mod seElificativ.

In sÍárgit vom aÍáta acum faptul cá la concluzü similare plteam ajunge in mod directabordánd an?'iza cilcuitÜlui PÍivit ca sistem automat de Íoglarc, pÍevázut cu l€aclie negativá.Din automaticá se itie cá pentiu uo sistem cu amplificaÉa AU pe bucla directá 9i pr€vázut cu uncoeficient de reac1ie lg pe calea de reac1ie negativ4 factoÍul de alEplifrcate Ab afe valoaÍea:

/s {{\1+ ÁU k,

Remarcánd cá io cazul ciÍcuitului inYestigat í.o acest paragraf coeficienful de ieaclic este cgalcu:

n,

\k=

9i "f""tuaoa ""t"ut.l"

n"ccsare ..o (5.55), vom obtile incá o datá rela,'" t,.,ii, o"."..*.u'l]

alÍe cái'Inainte de a continua exPunerea legalá de analiza ac€sNi circuit Íeorafcárn cá s-a

rtrbilit prh 4 mijloace diferit. valoaÍea aproximativá' respectiv; cxacü a factorului deamplificaÍe' s-a Procedat iD Bod intenlionat ií acest fel pcntÍu a a!áta citito.ului cá in analiza lisinteza ciÍcuitelor electronice existá totdeauna mai mujte posibilitáli de lucru, cunoaiteÍea nrai

multoÍ úetode putánd Íi bcneficá la pÍoiectaÍ€a eÍicicntá a circuit.loÍ complexe'Pe[üu deterBibaÍea factolului de am.plificare Ag al amplificatorului fáÍá Íeaclie se .va

folosi in mod evident expresia clltloscutlí (5.29). Rem-a|cám insá fapful cá iezistenla R2

r€prezintá o sarciná in ctcuitul de iegiÍe iar r€ástenÍa Ri deteÍminá o cádeÍe de tensiune celiEiteaá culentul de intÍaÍe. ca u'ma.e sc Íecomaídá utiliiaIea urmátoarei forme corectate a

relali.i (5.29):

R-xr-^xR^e,,=-P#"t 'af

(s.5'1)

Pentru deteminaÍea rczistcnlei de int.are a alEpliícatoÍului studiat vonr investiga

modul in care evolueazá cuentul prin rezisten1a & í.o u!Ína apari|iei tensiunii de comandá.

conform cu FigÜ-a 5.l3 putem scrie:

a, - (-t\a" (t* e..\a" durli _ c \ ut . _ \ ut . z _. (5.59)"'n2 - R, x, lt

Au

ExpÍesia dete.Binatá teflectá faptul cá rezistenla Rl ..se compoíá* din punctul de vedere al

iítrárii ca 'i

cum ar fi legatá in paralel cu 196 9i ar avea valoarea de AU o.i mai micá. Ca urmaÍe

rezistenla de intrarc a ciÍcuihrlui se poate stabili cu fordula:

r = n. + lr^- x

Notend cu g "cettigul" buclei dc reglare:

Á

A.

putem determina rezistenía de ie|ire a amplificatoIului de tensiune cr] tranzistor bípolaÍ in

cooexiune emito. comurt cu reac1ie negativá de tensiune píin exPresia:

&)Áu)

* i, (5.59)

(s.60)

(s.s6) ,;".=*(R.,,,,,\) (s.61)

i

I

ll4

ca o concluzic generalá a acesnri pamgrafputcm afi'ma cá circuitul studiat aÍe factorde amplificarc in tensiune mai Ícdus decat al amplificaronrlui íárá reac1ie d ca$igá instabilitate ;i are teldinle de distorsionarc reduse, este dezavantajat de o reáste4á de inhaÍe devaloaÍe micá, fu schimb se bucuÍá de o rezistenÍá dc ie$irc cu valoaÍ€ scBnificativ r€dusá. AlteaEánunte pot fi consultate inb.una di.tr lucrárile [62] sau [63].

Ne vom ocupa in continuare tot de un cilcuit amplific.toí cu tranzistor bipolar inconexiure emitor coEun, prevázut ilsá cu Íeac|i. legativi dc cuÍcnt. cLcuiful clectroíic,asociat cu máÍimile elec&ice nccesare analizci finctiotrádi salc ín caaú uoui sennal mic deintrare' qn este prezentat in Figura 5.t4. A|a cum se poate u5or obscrva, acest circuit rcarltá dincel al amplificatoÍulú síoPlu, f&á reaclie, cu tanzistoÍ bipolar ín concxiune emitor comur1prin completarca cu o sitlgÜá reziícnÍá' RE, dc valoalc Bicá, amplasgtá fut ciÍcuiful emiton|luidispozitivului electronic. PÍecizám de la Ínceput fapnrl cá valoarca micá r aceslei rezist.tlleasigurá ín continuare ctcuihrlui analizat caiacterul dé conedurre cmitot comurl

FiguÍa 5.14. Amplificator cu tÍanzistor bipola! in conexitme emitor comutr cu leaclie ne8ativáde cÜent

Admitem cá puncful static de -írnc1ionarc al disDozitivului electÍonic a fost stabilitprin&-un mijloc oaÍecare, h condilii simi|aÍc celor exprse.ín paragrafele a'!t.rioaÍe. Tensiuoeade comandá a tranzistorutui T, egalá cu tensiunea baá-€mitor..dife; si.l! acest caz de semnalulmic de tensiune aplicat Ia intraÍea circuitului. Intr.adevfu, Iuánd in consideraÍiune o modiÍicaredu;n a semlalului de intrare, putem sqie:

+ug

du,=durr+duu (s.62) De aicirezulül ío mod evident cá:

(5.68)

I l5

Dat pcntru evoluÍia curenfuIui pÍín rezistenla din circuin de eEitoÍ este adevár-at]l relalia;

di^-=di^+di^

ca rrrúare cád€íea de tensirÍre pe rezistenla R€:

(5.ó3)

(5.67)

duo = Rud io (5.64)

crelte mai ales datoritá evoluliei curenfului de colector, tinzánd sá reducá Ia 0 modificarealedsiunii bazá-.Eitot pe máswá cc cÜenhí de colectoI' Íespectiv, tensiunea de ie$ire, ti4d sáatíngá noua st8re staÍionaÍá. Deci varialia tensiunii bazá-€mitor reprezintá nuoai o Fac1iunc dinvariaÍia tensiEü de intraTe' prezeoÍa rezistenlei RÉ aváld utr efect de Íeaclie negativá de cuÍent,coeficicntul de reac$e fiind:

k^. (s.65)

Ca urmarg privind cfuauiful ca rtn sistem autooat cu leaclie oegativá 5i apelánd la rela|ia (5.55)'puteB stabili dire.t factorul de á.oplificale i! lensiune al circuifului cu exp.esia;

(5.6ó)

fu care factoml dc amplifcare An se poate calcula cu (5.29).Inmtcet ciÍcuirul arralizát este des utilizat, coísidedlr ca binevenilá 9i efecfuarea

calcÚlelor exactc pdviud peformantelg sale. Pentsu stabilirea valorü factorului de ampliícaleiÍt teÍIsíune, vom lua ín considerare mai lntái prima ecualie din modelul de sefinal mic al!:arrzistoÍului bipolar' (5.l2). coDfom cu notaÉile din FiguÍa 5.l4, admitind cá factontl v. cstercglijabil putem scrie:

n--4

rlR-_:___:_____LA, Á, R"

Pentru modificarea curenlului de colector in funcfie de varia|ia teEsiunii de ie$iÍeÍámáne valabilá Íelafia (5.22). Mai mult, neglijánd contribulia curenfutui din circüful de bazáasupia cáderii de tensiune l8 bomele rezistctrÍeí R5 obtilem:

d u^^ du. - du^-di, = ---P-'

'tt 'o

du du-_d i- = - -----!!- =

K!

"RrR"

l1ó

d u^^

du l___-L=_:=_du. Á.

n-= ----Ld u

d u---f = Bat,

xc(5.ó9)

(5.71)

(s.72)

relaÉe cale ests biDe íDdepliniuí ín practicá" observeld cá iE conforEitate cu notarrile di!FiguÍa 5.l4:

du--=du. -du^- (5.70)

9i iElocuind Ar Eod corespunz"ltor rslaliile de mai sus ln cea dc a doua ecualie din (5.12), vomobline:

'cE

Efechúnd acum toate calculelc algebrice úeaesare ajuogem u;or la expresia:

'at- í1n*,;analogá rela1iei (5.66).

Vom proceda in continuare la stabilirca valorii rezist€Írlei dc fubsre a gircuitului, peb8za rel8liei de ílefifriÉe (5.30). In cazul cilclifului studiat aici tensiunc8 dc ijnFalc diferá deteDsiuoca baá-eEitor a ta.uistorului dar cuefirl de htraÍe táDlnc c8al cu curentrrl dc bazá.Fárá a face o €f,oaÍe plea mae} ín acéastá deBonsalie PuteE admito caract€risticilc dc iegirealc tlaDzistonrlui c8 orizootale iÍl zona activá ds ftrncliolaÍe' Atunci l/rgE tinde la 0 9i va.ialiilecureohíui de colector depind !ümai de EodificáÍile mici ale cuentului de baá:

di" = Fd i, (5.73)

Admiteo' ca 9i mai sus' cá rczistetrla di'r cmito. éste parcursá lumai de cuÍcnhrl de colector altraizistorului:

íRE = íB + t = (t * f)t, o pt, =," (s-'14)

R.jv q --Lf,,d u. t" R^ i.!

F-+_'c 'BE

n_;̂

c

n_du + --!-duiB D í.'

^c

Atuoci:

(5.75)du =du^-q ju^-adu^- (5.82)

consideránd teÍIsirmea baá.emitoÍ á ifaJrzistorului indePendentá decolectoÍ-€mitoÍ, cste valabil giÍul de ralalii:

I l7

modiÍicárile tensiu4ii

': i' -du'- FR'di"" ,,,

valoarea cáutalá a Íezistenlei de intraÍe fiind:

In Practicá aceastá rezistenlá de intraÍe are valori mari.

calculul reástentei de ie'irc a ampliÍicatoÍului shrdiat in acest parr8raf il vom face tot

pomind de la rela1ia dc dcüíiÉc' (5.33),' fur care insá telsiunea de intÍare este constantá.

Adnipánd 5i iDdePenden|a teBsiunii bazá.emitoÍ faÍá de tensiunea colector-emitor, vom putea

scrie:

di"

Cu ajutorul lui (5.?5) se ajunge la:

du

Deoafece expÍesla:

du-- du - d u^^__-_J!_______-__

'BE 'Bs(5.76)

(s.77)

(5.78)

(5.80)

baza ultinrelor douá relalii

= durr+ dro = ,r"di, + Rrd iu = 0 (5.79)

rámfure valabilá pentÜ cuÍeÍlhtlrezultá:

)i _)í !)i

de emiror al traozistorului, pe

(s.81)

Pentrll cá lcásten|a din emitoÍul baízistorului T are valori mici' modificárile tensiunii

de iesire 5e datoÍesc in priDcipal varialiilor tensiunii colertoÍ-emitor a tranzistoÍului. Pfin

tumà:

r18

cu ajutonrl expresiilor (5.El) 'i

(5.82), a doua ecuatie din modelul de seÚíal mic al

tranzistonrlüi d€vine:

I--7----Tt\r^-l | + Brl(!l i I\ .

BE,/

r. R^

(5.83)

Renun|áod acum $i la diB, caÍe cste neglíjabil irt raport c1t dic si efegtuánd cálculelealgebrice in (5.83), vom obline:

(5.84)

stim lí acest fel cum se úodificá cuÍeíhrl de colector al ts"anzistorului dií circuifulsfudiat ahlci cánd tensiunea de ic|fuc variazá. PentÍu variaria tcÍlsiuíii dc ie$Íe dinaÍüpli.ficator mai Pltelt scrie ínsá:

I t - ,, \'ldu = d|U. _ R^|di^ + di..||= -R^dí^ - R.di.'. (5.85)Pr I r L\ L tttJ

Pásbánd numai primül 9i ultimul Éembru al expresiei de mai sus gi idocuindmodiÍicarea curenfulüi de colector cu valoaJea daul de Íelalia (5.84)' dupá regupareatermeniloÍ $i efectuaíea calculelor se oblríe:

di r r(5.86)

D1

a i, = - n5(ai- + r,t-'l a -L7r,C , / \ B Ct r té.BE CE

du.

du.,*(,*, x_)

"l, BE,

Rezultá cá lezistenla de iesiÍe a anplificatorului va fi:

(5.87)

1

| ( n-)lL=-l o" *'.rll* P;-ll=-^,

L \'at/ l

Din cele demonstrate mai su! Putenr coocluziona cá ampliÍicatoÍul cu lránástoÍ bipolaÍin conexiune emitor comun cu reaclie negativá de cllrent 'are li €l factorul de amplificare intensiwte mai mic decet amplificatoÍul ffuá reacEe dar este mai stabi|' cu tendinte dedistorsionare a stmnalului mai reduse íi permite schimbalca dispozitivului elecbonic fáÍámodifrcári majore ale peÍfotmanlelor. ciÍcuiful se buqllá de o rezist€nlá de intrare maÍe, iÍlcondi$ile in care rezisteola de ie|íÍe Íámáne la valorile caracteristicc circuifului neprcváant cuÍeacJle.

n9

5.4.Funclionarea tranzistoru|ui bipolar ln conexiune col€ctorcomun.

Figura 5.l5 pÍezintá cifcuirul clectrouic al aÍnplificatorului cu tsalzistor bipo|ar ínconexiune colcclor coEun. se ÍeEaÍcá fapful cá circuitul dc iltÍare estE identic cu cel alampli.ficatorului de teDsiune cu &alzistoI bipolaI íD concduno €$itor comuD' pÍevázut cureac1ie negativá de ouÍent. semnalul de ie'iÍc se cülege dio eEitorul trarEistoÍului T. lntrucáttezistetrF de colcqtoÍ estc Rc = 0, Putem asioila ampliícatoÍul cu tra.ozistoÍ bipolar incoDexiune colector comun unui aoplificatoÍ in conexiune emitor comu.n' cu reaqie negativáEaximá de curent.

^co 'í, | ".=t16 rc

T

Fig. 5.15. ÁmpliÍicatoÍ cu taÍPistor bipolarfu conex'une colecto. comun.Cfucuit reDetor De editor

Dacá la intrarea circuifului ap|icá& o tensiune mai marc decát 0,6 v, atuncí tensitmeade ie9ire, caÍe este locmai tensiunea de la bomele rezisteí|ei RÉ" cre'tc páná cánd:

lles I

lutesY

?I

t_

üt",=t,n_Uuoxu,_0,6Y

Afunci peÁtru factoru| de ampiiÍicaÍe Ín tensirme a] circuituil'|i puteur scrie:

' u du.Á = --]9L = -----l![ ^J

lu du -

(s.88)

(s.8e)

Deci factorul de ampli.ficare este practic bitar' circuiful .te!'etá. la iegire seranalr:laplicat la intra!€a sa. Aceastii propÍietate leElarcabilá a amp|ificatoÍului sfudiat justificá

'i

+us

120

deúuEiÍea sa' mult folositlí iu practici, de ..circuit lepctor pe emitor''. Teoretic amplificaÍea este

uloÍ subulitartr, valoalea sa exactÁ fij'odi

A=r- ,"' t-rf lR''.')

Elgrcsia de mai sus se poate uloÍ deduce pe bazá modelului de seonal mic al

tÍaazistorului' asocist cu eruafrile .suplimetrtaÍe sp€.ifice circuifului. DeúooskB$a poate ti

gásitá ln [62] sau [63].- ientrrr calculul rezistenl€i de intraÍe ie poate folosi Í€laÍia dedusá la amplific5totul cu

tranzistor bipolaI lo con€xiurc eoitor cooun, cu rcaclie oe8ativá de cuÍerrt:

(s.e0)

(s.e3)

rn=ror+ FRg (5.er)

deoaÍece, a$a cüID' s-a speci.Ecat si Eai srts, circuitele de intlare suot idetrtice. Áceastá lezííeÍrláde iDtrare are valori mari.

valoalea Íeásteulei do ie9ile cste datá de:

r-_,*=R,*oí (5-e2)

dacá admitem cá geoeÍatoÍul semíalului aplicat la intsare are rezisten|á de iesile nülá. Dacágeoer.torul s"-nilului de inbaÍr ale reástcnla de ie9te R!' afurci, coÍtform [62]' [63]'rezisteuta dc ieiire a ciÍcuihrlui repetor pc eDJtoÍ cÍe$e |a:

t +RI = l(- x

t1

Mai preciám Íncá o datá faph' cá s€Enul x in ultiEele douá rel4ii aÍe Pe rdai depaíeseonificalia de ..conectarc ín palalel''. Rcástenla de ie$Íe stlbilitá cu (5'92) sau, duPá caz' cu(5.93), are valori míci.

Avánd amplificalea practic uqitaÍá, Íeástsnlá dc intsale Bare 9i rezístenp de iegbcmicá, circuitd repetol p€ emito! se folose$e fu elecüonicá p9 post de ciÍcuit de adaPtate deimpeda4á. se poate Eoíta la iltraÍea unui ciÍcuit, dacá acgsta are rezistenla de intsalc plcaroicá' la iegirea rrnui circuit ce prczidá rezisten|á de ie|ire inadmisibil de maÍ€ sau intre douá

circuite la caÍe, pÍin ouplale, dívizorul forÍdat din rezisteDÍele de ie'i!e, Espectiv, de intÍÜe aÍ

atenua i] !]od seoÍrificativ seEnalul dg pTelucrat.

Mai sublinieE 9i fapful cá 8mplificatorul cu tÍanzistol bipola! in conexjuoe colectorcomun nu distoNioneazá seE-Ealul prelucrat din cauza reac1iei oegative foaÍte maÍi. o reástcBtáde valoale micá introóusá in cicuiful de colector nu Eodificá i! mod seElificatiY fuucfionarcarepetoÍului pe emito! deoarcce valoarca tensiunii colector-emitor Bu i!íueDleazá tensiWea de

ieliÍg atát timp cet u cE > U cE.'.

121

U.mare a avantajelor specifice, vom re8ási tranzislonrl biPolaÍ in conexiune coleclorcoÍDun in multe ciÍcuite electronjce coúplexe.

5.5.Func|ionarea tranzistorului bipolar in conexiune bazá comuná.

Acest páragraf este destinat analizei firÍlclionárii tÍanzistoaÍeloÍ bipolaÍe in cea de atÍeia variantá de cilcuit fundaBcÁtal, caracterizat Pdn fapful cá potgnftalul bazei dispozitiwluielectronic este constant. circuiful, prezeÍtat ií Figura 5'16' aÍe multip|e asemánári cu cel ala.ÚPlificatolului cu Eanzistor bipolaÍ in conexiune emitoÍ comuB simPlá.

t-E

Iig.5.l6. Explicativá privhd fiDclionarca tranzistorului bipolarin conexiuoe baá comuná.

Dacá baza traÍzistoÍului este cbiaÍ la poten$alul masei srlrsei de alimentare, afuncisinguÍa dife.enÉ este aceea cá semlalul de inEaÍe dcviÍe:

tl. = -u-- (5.94)

Deci circuitul va Putea pÍelucra semnale continue negative sau, in cazul fo|osiÍii unuicircur! adecvat de stabiliJe a punctului static de funclionare. semnale altemative. Valoareafactorului de ampliÍicare !n tensiutre Íálnáne aceeasi ca !i la conexitlÍlea emitor comun simplá:

I u,".

I

t

"l^lY

t

R^ x r^- lR^A=p L Lt-p L

'at 'BE

+us

(5.es)

r22

cu m.nliunca cá scmnalul de iclilr aEplificat va fi in faá cu seÍmalul aplicat la inEareacircuifului. stabililea expresici de mai sus' po baza modElului de semna| mic al tÍalzistorului,poate Íi gásitá, de exemplu' in [62] sau [63].

Pentru estimarea valorii rezistenlei de iítrafe a acesfui ciÍcui| alDplificator' vomÍemaJca fapful cá cur.nful de inhaÍe este chiar culenful din circuiful de emitor al ta!'zistorului.Prin umare:

du du^- du^^ du^-,,, - áf = -

d l;Í?i = _ ( --- p) ; i "

_ p;?, (5.96)

lvlai sus afi! aduris faPful evidetrt cá p €ste mult fiai Eale decát rtnitatea. PresupunáÍrd acum cáín pdma ecuaÉe din modelul de sern.oal mic al tranzístorului' tensiunea baá.emitor depiídenumai de cuÍenful de bazá, pentru Íezistetrla de intsaÍe obÍinem !€lalia siDplá:

t1

Aceastá reisien|á de intraJe ale valori Eici.Din cauza identitálií ci'cuitelor electÍoÍ\ice pe paÍÍea de ieiile, pentru q. rámáne

valabilá expl€sia demonstratá la ampliÍicatofu.l in conexirme eurito! comuJ! simplá:

',u = R" "cr o Rc (5.e8)

Deci rezistenla de iegire a amPli-ficatorului dc tensiune cu harEistor bipolsÍ ínconexiune baá comuná nu se modificá i! llod seúnificariv, ía rapon cu celelalte citcuitesfudiate páná in prezeut.

Vom analiza in continuáre factonrl de aoplificare in cuÍeÍrt' ct' al circuitului. Putemsclie Ín nlod direc1:

(5.e7)

(5.ee)di-p

1+ B

Rela1ia de mai sW scoate in evideÍlá p.oprietatea remaJcabilá a cilcuifului sfudiat, 9ianume aceea de a avea factorul de aEpliÍicaÍe in cur€nt, .! unitaÍ. Aceasta ílscarrrná cá curcnfu|de colector al tranzistoíului iÍrcarcá gencratoÍul semnalului de intr8Íe \í, carc trcbuic'te sápoatá fimiza acest cÚent De. altfel, aceasta este prcprietatea caÍe justiÍicá majoritateaaplica1iilor ac€sfui ctcuit, pentru fi$cliunea de amplificatoÍ neiDversor de terrsiuoe existándnrulte alte ciÍcuite avantaioase.

P di,

l?3

5.6.Circuite de stabilire a punctu|ui static de íunclionaré

Á Íámas descbisá o probleÍoá de Eaximá ioponanF legatá d€ folosfuea aalzistoarelorín circuitele electro c€ de pÍelucrarc a scmnalelor continue' Este vorba de modul de realizare a

fimctiei electÍonice secundare a circuinrlui, 9i constá ln cunoaiteíea metodeloÍ de stabilirc a

puncn:lui static de firnclionare al dispoátivelor elecEonice. Chestimea este Íelativ spiloasáinaucát circútete cáÍe i.Ddeplinesc ac€astá fimctirmc electÍoúicá secuüdaÍá trebuíesc sáiníuenlez€ cat mai pu|i! posibil paÍtea de ciÍcuit elecEonic caÍe indeplineste fllncÉtmea

p'ímoldialá vord aboÍda acest subiect ín cazÍ particular al ciÍcuitelor firúdameutale iÓ&odus€

in paragrafele antetioarc. Dacá seÍolalul de iítsáÍe este contiluu, rríipolar' vadábil, adicá de

forrna:

tt =U +uiu in tn alt(5.100)

9i componeota sa de cuÍetrt continu! Ui,,' falá de valoarca v&f la várf a componentei de

altemativ' Uio a. w, índeplín€*e coídiliai

Un 2 Ur** *Urtt*U ottw + 0'61/ (5.1 01)

atunci stabilirea puncfului static de ímclionare ale o lezolvaÍe Íelativ siúplá, cu ajutorul unei

rezistenle sau a uuui divizor rezistiv dc tensiune cuplal direct la inbarea circuitului.lo foalte Eulte aplicaÉi tÍebuicste ilsá pr€lucratá !uÍ!ai compoDcnta altemativá a

sednalelot de forEa (5.loo). I! Eod paÍticulaÍ seEnalul fi si sinusoidal' Potgnlialul de cuÍenl

continuu al 8EneÍatorulú semnalului uii poate E zero sau poa|e avea o valoare oarecuc U;n..

Perrtru a elimila efectele acesfui poteníial de cureot continuu' bebuie ca el sá nu apará la

iítsaÍea cücuifului electloEic. Aceasta se face cu ajutonrl unui condensator de intraÍe cü. Ellasá sá teacá numai coúpooeüta de altemativ a seronaldui dc intraÍe, d€ci ceea ce .!ede''

cilcuiful elechoqic se rezt'lúá Ia:

(5.102)

Io acest fgl í'5á poteníalul de cuÍent coÁtinuu al intÍárii !áoáne nedefinit. stabilfuea

punctutui static de frmclionare at circuihrlui electronic coüstá tocmaí in pÍocedÜIile pÍin ca.c'ie la surse indepelde e de sennalul de intarc' aplicám la intraÍea cí.cuitului un nivel de

telsiune contínuá, asociat cu moDtalea uÍror eleúente de circuit suplimentaÍe, caÍe ímpreuná sá

defineáscá punctete de fuícliola'e pe cáÍacteÍistica de intÍaÍe, lespectiv, pe ca'actedstica de

ie$ire a tTa.Dzistonrlui. Existá mai multe procedee de ÍgiolvaÍe a acestei probleme. Áíaliza ovóm face cu nuoeroase l€ferid la paraglaful 5.l, cu deosebilB la !i8uÍa 5.5 $i la Figura 5.ó,

cale, in cootinurre, trebuíesc perEatreot a fi avute ln vedeÍe.

5.6.1'stabilírea pulctuluí siatic de fuÁclionare t! tÍanzistoarele bipo|are incotreíuue €mitor.comun. Vom aborda mai inta cca mai siúplá metodá de stabiliÍe á

puncn-rlui static de fimc1ionare, pIiB utilizalea unui divizor rezistiv de t€Dsiunc coDtiüuá..Circuitul electronic esti prezentat fu Figua 5.17. semnalul (e i[tlaÍo se aplicá bazei

trarrzistorului ampüficator i prin intermedíut condensatoÍului de ;ntraÍe cú, iaÍ semnalul de

t24

ie$i'e amplificat s€ cl ege tot din colectorul dispozitivului electsonig dal pdn interEediulconrleosaioníui de iesirc, ci"". Puícful static do firno$onarc a trarrzistorului se stabilc9te cuajuto l divizonrlui de tetlsiuue continuá forEat din rezistedlele & !i R2' aliDental de la suÍsadc t€nsiuno stabilizaül a circuih ui' +Us'

FiguÍa 5. l 7. stabilirea punchrlui static de firacliona& cu diYizolTeistiv de tcnsiune coltiaüá

Pentu calculul valotilo! acestor reástente, ÍuEitc ai Í€zistcnle de polarizare,pÍesupunem Pi'Btru írrceput cá seE!.lül de iltrsre €ste nul' ui! = 0. lo acestc condi$i, luind inconsiderarE datele de catalog alc ü-alzistorului selcctat pentru aplicaÉa dát!' impuneB pulcfulstatic de firDclionarc pe caÍacterística dc ielirc a taDzistoÍulüi, A1( UqEl, 161 )' Figua 5.6.Crrrenhrl contiauu de iegire fiind nul, curennrl de colector al tr8nzistonrluí parcu.8é tí reásteÍllade colector, Rc' carc trebuic sá aibe valoaÍea:

u--u^-. u^-u..fic=-tr:

'cl 'ct

Punctului statÍc de f!.BcÉolafe At ales pe caBcte.istica de iésiÍq li corespunde puncfulde fibcÍionr'e A( UBE|, IBl ), pe caÍacteristica de intraÍg Figui-á 5.5' TinAnd cont de dispeÍsiatehoolo€icá de paÍaoetri a disPozitivelo. se.oiconductoaÍ€, este suficieot ua calcul aproxiEratival reÍelei de poladzare. coDfoÍB cu ligua 5.l7:

(5. r03)

i*, = i, + io (s.104)

rela|ie generalá, valabilá $i in cureÁt contirruu. Álegánd un cuÍent de polalizale ID cel pulio curm ordin dc ürárime mai mare decet cuÍenful de baá IB, Putem scriei

, _I -I'p -'at-'nz

Pent u reziste{a Rr oblineE atunci valoarea:

(5.10s)

(5.r06)

(5.107)

(5.109)

iaÍ pentru R, rezultá:

u- - u ^^.n' = -"1:

In gene.al .ezistenlele astfel calculate au valori ÍelatiY mici. Rezistenta infe.ioará de

PolaJizaÍe trebuie sá fie vaÍiBbilá pentru ajustaÍea experfuíentalá a puncfului static de

funclionare.Teísiunea colecloÍ - emitor a tralEistonrlui ompLificato! va fi datá de relalia:

,,,o,=U",+ ÁUuD,= Au(U,,, * u,,) (5.r08)

in cale fu are sernnificalia din expresia (5.29). Rezuká cá d€Íiva cu temperAtura a tensiuniibaá - emito! a tranzistorului va 6 amplificatá cu acela'i 6ctor de amplificarc cu caIe este

aruplificat gi semrralul util, dc prelucíat. sputrcm ca acest ciÍcuit de stabili'e a puncfului staticde frbclionaíe aÍc amplificaÍea derivei, AD, egalá cu amplificarea ío tensiunc:

Á,= Ao

Acesta este un prim dezsvantaj al circuitului.Din punctul de vedere al intÍáIii, Ieástenlelc de Polarizare sunt ..vázute'' in PaÍalel cu

rBE

'i din ácest ríotiv Íeástenla de insaÍ€ a a$pliÍicatolului scade mult:

,,, = Rr* \rrre (5.110)

Acest al doilea dezavantaj al cbcünÍui poate fr pa4ial eliminat' prin alegerea rezistenÍelor de

polaÍizare de valoaÍe nu foarte micá. prinh.un compromis acceptabil lelativ la relalia (5.l05).

condensatoid de iegire, C1.. eliminá din tensiunea datá de expresia (5.103)

coEponenta de curent continuq astfel incát tensiunea r\", va conline ntrmai senrnalul de intraÍe

aopliircat:

u = Á'.u. (5.1 1 1)

Dacá ftecv€nla seEnilului de Latrare este constantá, ahmci caPacitáile condesatoaÍelor

de intrare, respectiv' de ie'iÍe, se pot alege astfel íncat la aecvenla di lucru a ampliÍicatorrrlrti

126

ele sá prezinre o leactanlá capacitivá cAt Eai micá. DÍePt ufEtarc toate cele pr€zentatc llai sussunt exact valabile, Dacá frecvenla serülalului este vaÍiabilá, atulci condensatoÜele de itrtsaÍe,respectiv' de iegire' formeaá impreuná cu Íeásten'a de intraÍe a arnplificatonrlui, Íespcctiv,rezistenla de sarciná, relele Rc, cárc sunt responsabile de at€üuáÍea 9i defazarea supliDcnta.á asemnalului prelucrat, falá dc cel de intraÍe. Efect9lc sunt seEnifrcaúve mai ales dacl accveulade lucru dif€Íá mult de &ecvenfa pcnbu c.re s.au stabilit capacitátile condcnsatoarc|or dinciÍcuit. In acest caz amplificaton'' priüt ca cua&ipol, bcbuie$t€ completat pc paÍtea de intraÍegi de ielire cu cele douá Íelele' uÍmánd a se face calculul complet, conform capirolului 2 dinpÍezenhrl crtÍs.

o stabilitate temricá EáÍitá a puncnrlui static de funclionaÍe se poate obÍinc pÍiífolosiÍea circuifului bazat pe gencralor de curenl de bazá cu Íedst.ntá ohmicá rr|are,prezentat in Figua 5.18.

Figura 5.18. Stabilirea punchJui static de funclionare prin injectareacuÍenfului de baz.á.

stabilirea valoÍii rezistenlei d6 colector gi ale8eÍa punctelor de funcfonarc A1'respectiv, A se fac la fcl ca gi ltr cazul circuifului an8lizat anterioÍ' cuooscánd valoarea necesaráa cuÍentu|ui continuu de bazá' Íezistenla Rt de Polárizare rczultá simplu din:

*,_\+=%+"u

Aceastá Íezistenfá áIe o valoate orare gi, pcntru ajustaÍea puncfului static de fDcÍionárc, p.actico frac|iune micá a ei se montcazá rcglabilá.

stabili|atea puDcfului static de fimcÍiolare, iÍt caa accsfui circút este irúluenlatá devaÍjalia cu atemp9ratu.a 8 facto.ului d€ amp]iEcare fur cürent continuu a tranzistorului, B' caÍepoate cre9te páná la de 4 o'i la loo oc, in raport cu valoB.ea pe ca.re o avea Ia tcmperafuÍaambientrrlui. Un efect defavoÍabij íl are

'i dispeÍsia tehnolo8icá de paÍa'etri a tsanzistoare|or.

(s.l l2)

121

In cazul paíiculáÍ al ciÍcuitelor cu tralzistoare cu germaniu' cuenhrl reádual inverspdljoncÉuoea colcctot.bazá' IcBo' nu Bai poate fi neglijat' el avánd valori de acela9i ordin demá.ime ca gi cuÍeÍttul de baá. htrucát cu luarca in considcráre a cÜrenfului Í€ádual colector-bazt cuenful de colecto! al tsalzistoníui este:

I"xBI"+BI"ro

la calculul .ezistenÍei de polarizare se va op.ra cu un cuÍe[t de bazá pÍopo4ional scázut.

RczistenÍa de intraÍc a circuitului:

r = -R. x rinrBE

(5.113)

(5.r 14)

cste mult mai oaÍe decát ceá a ciÍcúnrlui analizat in paragraful aEterior, lucru care se constituieca un avantaj. Din pácate accst cicuit este trrai predispus la distonionarea seÚnalului prelucrat

deoaÍece' la seÍIroalc dc intlare Eari, Íarrzistorul poate ÍámáDc blocat pe anumite iítervale detiop, deoar€ce condensátonrl de i!tsare sc íücatcá rapid prin ÍBE de valoale Íelativ micá, dar se

descaÍcá leot priÍr Rl, care áÍe rezistenlá obmicá úaíe'Si in cazul acesfui circuit, ampli-&carea deriv€i cu teEpentuÍa este egalá cu

amplificarea semalului util. In pÍactícá aÍoplificarea derivei cu tempérahrÍa a puncfului státic

de funcÍionarc trebuie sá fie cel pufin cu un ordin de mlrime mai Íoicá decet ámplificaÍea

scDmalului de intrare. In accst scop se recotbaudá Íolosirea r€ácliiloÍ ln ciÍcuitele dc stabilir€a punctului static de futrclionare a tranzistoarelor.

ID acest seos uo prim exeBplu este ofedt de ckcuitul prevázut cu reacÍic negativá det.nsiu!e din FigÜÍa 5.l9.

)r t

lu,o,-l

t

1",*

t

Figura 5. l 9' Explicativá privind polarizarea tlaÍEistoaÍelor PÍinreaclie Áegativá de teasiune

PentÍu a simplifica de |a iDceput cxpuneÍea sá admitem cá ín sinteza circuifului vomalegc pentÍu Íeástenlele Rt ti &, care stabilesc reaclia negativá irl teosiuíe continuá, valori

128

sufici€nt de Eici peBtru ca crrrenn de baá al tranzistorului sá fie negtijabil faF de cuÍ€:trful

pril aceste rezistá1e gi, siEulta!' vBloti sűicieDt d9 Bari peotÍu ca curetrtul pÍin Iezisteolele

i"pt"i a"."""1iu "a

n" neglijabil fa1á rte curennrl de colectoÍ al t.aüzistoÍului, presuPus egál cu

ortennrl prin rezistcn1a dJ cotector, 1ímc6onare ln gol sau pe sarciná cu imledaDlá in.fiDitii.).

Precizám'cá accste cóadilii su .elativ u9oÍ de tnd€Pliíit ln practicá- Afunci putcm ad.Bite cá

divizolul dc telsiune continux format din ieástentcle rePlei de re5clie firnc$oneaá 1n gol 9i:

pt! =+4,-BE p +P i.rl-'t 2

Áu=_

a'a cum s-a stabiüt la studiul conexiunii emilor.comuo cu teactie negativá de tensiuDe.

Reástenta de int.aÍe a ciÍcútului sMíat este dat?Í de:

(s.1r s)

Alegand pe!tru cureshrl di! relcaua dc reaclie o va'loale lp mult Ílai mare decet

doroeniul crier{iror de baz ai tralzístonrlui' daÍ Eult mai Dicá decet va'lorile curen$lor de

colecto., pentsu.ezistenla R2 oblineE:

u .-u^-

In acaleali condiÍii, peDtsu & reanltá yaloarea:

u__R = ---pL---l I

AmpliEcaÍea dcrivei cu tsoperatuÍa a punctulü static de funcliooare este:

LU. .

Á,= ^ű=

]L= L + --'L << Á..

4Use coostatá ulo! cá pÍin alegerea de valori apropiate pcnEu ÍezisteDlele din ctcuiful dc reacfie

de teosirue continuá, aceastá ampliÍcae a dcrivei cu temperatura Poate fi redusá in mod

seEniÍicativ fa1á de ampliícarea ieoroalului de intr.are, u;n, care !ámáne conformá ergresiei

(5.29), deorÍece aúplificatoÍul !u preziDt]i reacÉe fu curent altemÁtiv. condilia lcceseÉ este ca

rezistáF dc iegire a generatorului seoíaldui de i!tsa.e, \ sá fie foaÍte Bicá" Dacá aceastá

ÍeástenÍá nu este neglijabilá' iotsucát ea apaÍo io serie cu condensatonrl de intrare, lÍlpleuná cu

reástenta & ea fomreazá o !€lca de reaclio de teDsiung ín cuÍgnt altemativ, aüpliÍicarea

semnalului de iflkaÍe scázánd li ea' do la valoarea dadÍ dc (5.29) la valoaÍ€a:

4+&4

(5.116)

(s.117)

(s.r 18)

(s.1 1e)&n

' 'r='nE " r, * f,

íi ale va|oricÍeqtiv redus€dispune de un anplificatoÍ cu re'istenlá de iÍltÍare mai merc, sc poate

proceda la stabilirea putlctului staüc de. fitnc$ona!€ cu ajutorul urrui circuit d€ polarizsrc cu

ieac1ie negativá rlc curent, asa cum se indicá ín Figura 5.20. -*

Íigwa 5.20. Poluizarea tÍaJEistoaÍaloÍ folosind ciÍcuite cu

reac;ie negativá de cuÍ€nt

conforúcelorcunoscute.ÍelastudiulfunctiooáriiarnplificatoÍuluidetensiunecontiour-"u-niozi'toi bipotar Ín conexrÚno cmiloÍ-coÍruí cu Teacle negadvá de cure$t'

amotificarea dcÍivei cu temPcÍanEa a punctului static de fr'nclionBÍe este:

129

(5.120)

(s.121)Rc

n-

Reásten1a din emitor va nebui aleasá de valoare Telativ maÍe, pentlu ca sá avenr o valoale mlca

"ii*.i'ii, J."i,

" uuná stabilinrc lemücá a circuitului. DeoaÍece coúdematoÍul cE püne la

l;-';..1id'd;i enitolutui ttalzistontlui T in cuÍ€nt altomativ, cLcuiful funclioneazá ÍáÍá

i]"u""áii i'il*i a" "Je.e

oi s",noalutui de intraÍe' ui.' care oste ampliícat cu factoÍul de

-oiin..t" io r*.i*" dc valoare mare, dat tot de rolalia (5 29)'*.'..---ca"Jú_"i'"oit.'rui de polarizarc se poaie face in mai dlulte moduri- De exemplu, dupá

h"-;*;;;ü;;i; p.oti, u.prin.-i" derivei cu teoperatura a puÁctului static de

ffi;;;;; s "j"urur tui nc pe tiza Íela$ei (5.l2t)' Putem stabili PotenÉalÜ| dc cuÍent

cootinurr al emitorului tÍanzistoÍului T falá de másá' P€ baza Íelallel:

Aoo -

130

(s.t22)

Atutrci tensiunea continuá la inbalea amptificatolului cu reaclie negativá d€ cweÍrt vatrebiu sá aibe valoarea aproximativá:

U, = R, t r, = nr(I r, * I"r) o Rr I",

u*r-ur*ura (5.123)

Mai intai remarcám faptul cá am considerat Íezistenla din eÍnitoí de valoare neglüabilá fatá de

reactanla capacitivá a condensatorului de decuPlaÍe. In al doilea Íánd subliniem cá in condiliilein care relaÍia (5.124) este valabilá semnalul de intÍaÍe este mai pulin amplficat 9i dcfazatsuplimentar. Aga curn se indicá in [62]' [63]' condensatonrl de decuplare se poate alcge 9isubordonat criteriu.|ui de a avea, la aecvenÍa minimá de lucru a círcuitului, f., o reducere amodulului ampliticárii serru]alului util la valoa.ca:

Á

cunoscend acum tensiunea la bomele l€zistenlei i'fe.ioare dc polarizare, apellind laipotezele simplí.ficatoaÍe adecvate li folosind mcIodcle dc calcrrl din paragrafele antcdoare, 5epot stabili siEplu Yalorile celor douá rezistenle neccsare'

Esle foaÍtc impoÍtánt de subliniat faphú cá dacá aecvcola de lucfu a ciTcuifului diferámult de cea pentÍu care s-a ales condensatorul cE de decuplare in cureqt altemativ, atunci

circuiful va lucta cu reaclie ncgativá de cwent gi din puctul dc vedere al sernnalului dc intraÍe,amplifi carea acesn-ria devenind:

io C- I.1-,_-_e- = -.] _ (5.t24)Ao A, f" A, jo: R"C,

(5.12s)

Folosind circuittrl de pola.izáIe cu reaclie negativá de curent, din puncfuI de vede.e alsemnalului de intrare, de prelucÍat, rezistenÍá dc intraÍe este:

r. = r-- x .l?. x f- (5.126)

valoárea ei cste evident mai male decát cea din rela1ia (5.120), caractefisticá ciÍcuitelor depolaÍizaÍe cu reacÍie negativá de teÍ|siune.

cifcuiful de po|arízaÍe al unui tIaÍlzistor, folosiqd leacÍia negativá de curent' devinefoarte simplu in cazul in cá'e circuiful electronic este álimenlát dé la sursá dÜb|á de tea'iunecontiEuá' fapt ca.acteristic majoritá|ii aplica1iilor modeme' Á5a cum rezulrá din Figura 5.2l

' nu

n]ai este necesaÍ condensatonjl de inbare, potenlialul de cuÍent conthuu al bazei tranzistoruluiamplificatoÍ, T' fiind 0 prin rczistenF intemá de valoare nr-.rlá a generalorului senmalului deamplificat, q.. Este evident afunci cá, in cazul in care s€mnalul de intraÍe este zem' atátpotenBalul colectoÍului tranzistorului fa'á de masá, cát

'i seEmalul de iegire' voÍ fi nu]e.

calculul circuifului de pola'Iizare se reduce la deterÍoinaEa valorii rezistenlei de reactie

131

negrtivá de cÜetrt !i a capacitáÉi coldensatoníui de decuplare' lucru caÍe se poate face pe bazaalgoítmului descrfu mai sus. Rezistgnla dc intrare a ctcuinrlui este 9i ca favoÍabilá, crescand lnraport culelaÍia (5.l26) la valoalea:

r._ = r-. (5.12'l)

s.a constatat cá ánali"A circuítelor de stabilire a puncfului strtíc de fuüclionale s.afácut pentru cazul amplificatoaÍelo! in conexiue emitor comua simplá. Este evident fapful cáprincipiilc .xpuse rá'nán v'Iabil€

'i p.!trü amPlificatocrcle lí coEeIiuné émitor coEluu cu

reacli. n.gatfuá .l. tcEsiuD. sau de cureDt. In acest caz este extsem d€ iEpoÍtert modul dealegerc $ ampl8saÍc a cilcuit.lol da rracÍie, in a5a fet íncát reac|ia din circuítul álrplificatorului,pe caÍe o PuteÉ nr'mi si tcáclie Pridcipalá' 9Á ib.flu€qeze cát Eai pu!i! ciÍcuitele de reaclie dinpaftea de polarizáIe, 9i Íeciproc. In acest sens sunt cxtscE de uüle cond.nsatoaÍele de decuPláre9i bobinele de bloc8lc a cwentilor altematiü, calculate in mod coreslunátor $i amplasale cutalelt. DiD Botive dc timp, aceste chestiuni voÍ fi analizáte detaliat la semina! 9i laborator.

FiguÍa 5.2l. circuiful de polariza'e cu reaclie rlegativá de crrÍent, in cazulaliDentáJii afipüficatoÍului do la suÍsá dublá de tensiune continuá

5.6.2'stabilirea pulctului strtic de funclioua.e la tranzistoar€Ic bipol're ^ln

coúcxiüüc colectoÍ.comuE. PeÍtru polarizarea traí"jíoatelor care f'rnclioneaá iÁ circuitele.epetor pe emitor se foloselte des divizoÍul Íezistiv de tensiue coBtiDuá. A$a cuE rezultá din

+u5

-Ug

Figura 5.22' acest divizor slabile$te ttn poteílial constant in baza tatuistonrlui T. De obiceiscest potenÉál sc 6legc de valoaÍc +Us / 2, pentru a asigura un domed'] maxiú de variatiep€ntlu telsiunea de icaire, q.. calcrtlul valoÍilo! celoÍ douá rczisteqle de polarizare se faceconform metodelor expuse ín paÍagrafele a.tt€ÍioaÍe. stabilitatea punchrlui s|atic de funcÉonaÍeeste deosebit de buná, avfud irr vede.e cá aBplifica.ea de.ivei cu tempeÉnrr4 ca de altfel $amplifcaÍ€a ín tensiune altemativá a ciÍcuitulü, sunt subunilaÍe.

Figura 5.22. circuit de polariz8Íe plio diYizor rczistiv de te'siunc continuá pen&utralrzistoare fu trc$o!áJld ítt coBcxiune colectol-coDun

Rczistenla de i!foarc a cilcuihrlui de sarciná' conectat la ie'iÍe nu ar€ voie sá scadá subvaloa.ea rezistenlei din emitorul baozistorului deoarece io evantualitatea acestui caz, pesemialtemánÍele ne8atíve ale crrÍeífului de iesirg cuÍentul de colecto. al t.anzistorului seaíuleaá

'i seDíalul de iegi.e cste .liiaf'' ciÍc1]itul distolsiorcaá seEnalul 8plicat la iffrale.

Roásteífa de in&.aÍe a circuifului c1r tra'zistor bipolar iÍl cotrexiune colectol comlm,polarizat pÍin divizor de tensiuüo cotrtinuá' este lelativ úicá:

x Rt x,R2 (s.128)

PeD&ua se elimina ac€st dezavaltaj, s€ Íecomandá utilizalea, acolo unde este posibil, arrnei sulse duble do alimenta.e, ala cum se indicá iÍ! Figrrra 5.23' Aceasta conduc€ lasimPlificalea circuitului de poluizare, lrr condiÍiile iÍl ca.e rczistenta de inbare se pástreazá lavaloarea c.respunzátoare circuiírlui Íepetot Pe eoitor n'Íá polarizaro.

5.6.3'stabiliÍea puuctului strtic de fulcÍion.re la traEzistoerele bipolar€ csreíulcfiolesá ln conetiune bazá.coitu!á. Din cauza similifudbilo! de topologie 9i defrDclionare cu oilcuitele in coaerdune eBitor-coouq 9i principiile de polarizate atÍaízistoarelor crÍe fimcÍioneazá in conexirrne baá.coüItÁá se asea.Enáná.

,, -- (r* + I nr)

+|.,lg

+u5

-us

Figua 5.23. Explicativá pÍivild polarizalea tranzistorului in conexiune colectorcomun in cazul alimelrtáÍii circuifului de |a sulsá dublá de tensiune'

Figura 5.24 se referá la rezolváÍea stabilirii Puncfului static de funclionare alba.ozistoÍulú T, care func1ioneaá lrr conexirrnc bazá comuná, pliu r€aclüe E.gativá de(ousiuu. coEtiuuá.

""i-lr+ ll*-Ir

Figura 5.24. PolaÍizarea tranzistorului in colexiune bazá-comuná o.üreacÍie negativá de tensiune continuá.

semrtalul de intraje se aplicá anplificatorului PÍin transformatorul de impulsuri l. lncurent contittuq pÍin leáí€nla intená nulá a acesfuí transfomator' emitorul tlajrzistorului este

Clesl----1

I

lutesY

Í

+u5

134

la IDasá. PotenÍialul dc curcnt continuu al bazci ncccsat polaÍizáÍii, sc ob'ile ditl colector, pÍinÍeÍeaua obi$nuitá de r€aclie, foíEatá din rczist€ílele Rt li Rt. ÁpaÍilia circuin ui de polalizarcIlu schfuEbá cu nimic fimclionareá ciÍcuifului, fa|á de cclc prczcntate fu paragraful 5.5, deoaÍacepriu Plezenla condensatorulÜi de decuplare Cg, in cuÍent altemativ, potenlialul baz€itranzisioíului se pásheazá tot la valoare trulá.

'"1I

1

Í.igura 5.25. PolaÍizalea tlaízistonrlui ílt conexiune bazá<omuná,pdn leactie ncgativá de cuÍent.

Un ultim cilcuit dc polaIizale PÍczcrttat íí Fi8tü".5.25, aboÍdeaá pToblema stabili.iipuúctu|ui static de firnctionare al traízistorului folosind uE ciÍcuit cu rcacÉc lcgativá dc cur. .

In acest caz potenlialul de cureot continuu al bazei se stabile|te prin divizo! rqzistiv de teDsiÜnecoítinuá' Din punchrl de vedere al sernnalului de intráié' de amplificat cilcuiful rámáne fáÍárcactie.

calculul circüitelor electronice prezentate ln Figura 5.24

'i lq FiguÍa 5.25 se face in

mod asemánáto! cifcuitelor coresprrízátoáre in conexiune eldtoI-comÜl.

+u5 6.TRANztsToARE CU Er'EcT DE cÁMP sI CIRCUITEFT]NDAMENTALE CU TRANZISTOARX CU EFECT DE

cÁMP

TraDzistoaÍ€le cu efect de ceEp . TEc' field.effect tíalsistors - FET ln literafuratebnicá de spccialitate de limba engleá' spre deosebire de baÍEistoaIele bipolare, suntdispoátive electronice semiconductoale cate se comaDdá pÍin intermediul unui cámp electric,decí, PÍactic fáÍá coÍsuo de putere, [34], [62], t63]' [64]' t70]' [75]' [87]. E\iíá douá tipuri detranzistoaÍe cu efect de cámp. Pe de o palte siuDt cunoscute EaDzistoarele cu ef€ct de cáÍrp cujoncÉune, TEC-J sau J-FET, la care cuÍcíful dir cLcuiful p.incipal se poate cont'ola prinschtrrbarea sec1iunii de conduc1ie. Pe de alüt paÍte existá t.a.Úzistoarcle cu efect de cáEp cugritá izolatá' insulated.gate field-€ffect aalsisto$, IG.FET' la care curennú din circuinrlprincipal €ste coítrolat pÍio iotermediul tensiunii elecEice aplicate uneí pelechi de electroziizolali. La ambele tiptrTi de aE]zistoaÍe cu efect de cámp curenful pri'tcipal ciÍculá pÍfutr-o zonáde malo.ial scDícoíductor, fie de tip ..n''' fie de tip ..p'', caÍe poartá numele de ..cáJtal deconductie", sau mai simplu, 'tanal".

TíalzistoáÍele cu ef€ct dc cemP au o 9erie de plop.ietáli comune, speciale, caÍe leimpun, pe scará laJgá, atát ín ciÍcuitele elcctronice pentsu seEnale coítiíue sau disclete cat 9i inciÍcuitcle elecbo ce de puteÍc.

6.1.Structurá, caracteristici statice gi dinamice'

Deoarece tsaDzistoarelc cu efect de cemp cu joncliuu€ li tralzistoaÍele cu efect decámp cu grilá izolatá au priDcipii constnrctíve 9i firnc1ionale diferite, h prima fazá suntemnevoili sá le studiem s€parat.

Figura 6.l pemite tlmuÍirea s&uctuÍü 'i

a modului de funcfionaÍe a uÍrui trrn'islorcu cf.ct d. cenp cu JotrcÍiunc' TECJ' cu canal de tip 'n''' [87]. Eleqbozii aferenti ciÍcüih]luiprincipat al trat\zistolului, NmiÍi dr€Da - D sau colector 9i sursa - S sau emitor sunt ata'aliunei po4iuni de Eatcrial semiconductoÍ de tip .h"' cu cotrcentÍ.alie redusá do impuÍitáli.Aceastá zoná a Eaterialului seoiconductor coostihlie úiar caDalul tra.ozistorului. Electsodul decomandá, numit grÜá - G' €ste coBectat la zonelc de tip .!.'', cu concentraiie mare deimpuÍitáÉ, realizate pe acelagi rncnccristal. Ai3 c'Jm elte bb. eúdelrli3t in figu!á, ciÍc'.littJ gri]á- sursá se nu este altceva decát o joncliune p.q la caJe zooa de salcioá spa{ialá se extinde cuprecádere in po4iunea q a seBicotrdu.tolului. In particular mai precízám gi fapnú cá in tinpulf,nclionálii aanzistorulű, aceastá zoná golitil va fi Eai eÉiÍlsá Pe paíea drenei, felomen car.entt afecteazá Bodul de lucru in ansamblu al dispoátivului. FiguÍia 6.2 evid€nliaá familía decalactedstíci statice alE cilcuitului de ie5ire a tralzistorului TEc - J. Palametrul carc defile$teaceste caracteristicí este tensiunea gliiá - suÍsá. Pentlu ioceput adBiteE ca aceastá tensíune decomandá grilá . strÍsá' Uos, este zeÍo. Máriíd i! Bod pÍoglesiv telsiunea poátivá dreoá . s!rsá'UDs, colstatám cá curenful de dÍená, notal cu Io in figurite luate í'l consideraÍiunq cÍelte,

136

oonfoíD caracteristicii de rezÍstenlÁ leliniaÍá a seEicotrductorului. L8 o valoale UDEo a tensiutrii

dÍelá - sulsá, toJi purtátorü de saÍcíqá electsicá din canal sunt impüca|i io Procesd de

conduo|ie. spuueB cá ln acesl mom€nt c{ulul se blocheaá, cuÍeítul de dtcná rimá.tránd

constant' degi teDsiuúea dÍeDá - suÍsá cleíe i.n continuare' ccle prezentate cor€spund cubeisupeÍioaÍe din Figura 6'2.

FigÜIa ó.1. PÍincipiul constluctiv al traÍlzistoafelor cu efe{t de cáop cujolcÍiule' TEC.J.

Dacá aplicám acum o teísiule poátivá circuittdui g'ilá - suÍsá" zola de sarciíáspalialá se leducc, apaÍÉ rttr cürcut pozitiv de grilá' lnsá numárul de pu'táto.i libeÍi dj! c8.oal nuse schiEbá saóniffcatí% moúv PentÍu ca'c cárcateristica do ielite, lD = Ií Uos ), rámáne lavaloÍi apropi8te dc cclc c.rc au coÍespuEs situaliei ln c8re tensiuoea 8!ilá . sursá a fost nulá'TocBai din aq€st Eotiv, la acest tip de tsaDzistor, ín mod nomal se opeÍ€aá numai lapolarizare inversá a circuifului de coEand?L Aplicánd o teÍrsiune 8ri!l . sursá negativá, zona desarciná spa1ialá corcspunátoare jonc1iunii p*n sc o(titlde, cu p.ecádeÍe ín scmiconductorul n,slab iDpurificat' adicá fu canal. Ca urmare, canalul, adicá secÍiutrca de colduclie, se IeduceIizig nuaárul de puÍtátoli überi dc sarcinÁ dininuáídu.se gi 6l, fu. Dod cotespurzátor. Prinuroare blocarea canalrrlui va avea loc Ia o tensiune UD6o ceva Erai !dicá' iaÍ cureffí, praúiccoestant pri.tr caüalul blocat' va fi 9i el diBinuat, caÍacteÍistica colespunzátoare lui Uosr ioFiguÍa 6.2. Negativarca in continuare a grilei f8lá de sulsá co[duce la tensíuni UDso, Iespegtiv lacuren1i de dreoá 5i mai mici'

RemaÍcám fapn cá tralzístoÍu.l cu efect de cáep cu grilá izolatí studiat are, formal,cancteristici de iegire asemánátoaÍe cu ccle ale banzistorului bipola.. Dacá t€nsiunea drcná .sursá arc valoÍi ldai mici decat UD6o anrnci oe situám in zona dc lugu cu carralul neblocat sicurenhÍ de dÍeaá depinde ln principal dc lelsiulea drcná - swsá' símilal functiontriitralzistoaÍeloÍ bipolaÍ€ in zona sahtlatá. I.a tensiüni dr€oá . s\Esá ce dePá5€sc telsiunea UDsocuÍe.hrl de dÍená €ste practic indepondent de tensiunea d.€ná - suÍsá, fiind coltlolat doaÍ de

131

tensiulea grilá - srrrsá. ca 9i la EaBzistoÍul bipolaÍ, suntco ín zona actívá de func1ionare adispozitiwlui electroíic, cu deosebfuea cá ..controlul'' asupra crtÍcnh'rlui se face printÍ-orensiu.rre gi rrrr printr-un cuÍ€Dt. Acest ..co!tÍol'' cste bine evideÍ{iat dc cátre calacteÍistica de

comandá, Ítumit]i 'i

caÍact€Íisticá de tsansfe! a tranzistorului cu efect de cáÍnp cu joncliune

'icanal n, pr€zootaiá !D FiguÍa 6.3' [64]. Conform celor descrise mai sus devine evideÍltá sipolarizaf€a corectá a acestor tratrzistoaÍe' corespulzáto! cu FiguÍa 6.4.

t-ucst{cs

%sa<tsr

uosgocsz

uBt uos

FiguÍa ó.2.caracteristici,le dc iegire ale tranzistoarelor TEC.J

FiguÍ'a 6.2 ne pcnoite sá de6Íim, asemáíátor ca 9i in cazul traizistoarcloÍ bipolaÍe,Íezistenla difeleíÍialá dleuÁ. suÍsá a t8lrzistorrrlui TEc:

Á!o

Figura 6.caracteÍistica de transfer a trarrzistoaÍelo. TEC-J cu canal .tl'..

138

,,,=^:r=l+),",=-, (6.1)

Deasemenea'lateDsiuncdÍeDá-sulsáconstantl'lnzonaactivád€fi&c|ionaÍeadispoátiwlui, se poate inEoduce panta caÍactcristicii de tra$fer, s:

^t^ I^,-t^. la',)s,= -- p__ 'pt -pz

=l -2 1.. =*, (6.2)" o uo, Uorr- Uor, l?uor)uos'

Este evident cá aceastá pantá a caract€risticii de tansf€r repr.ízintá matEuraric chiai panta curbei

áin rieu.u e's, ng*a p; baza c&eia se putea de asemenea proceda la definire.

FiguÍa 6.4'PolaÍi2aÍea corectá a tÍanzistoarcloÍ TEC-J cu ca.nal .tl''.

Nu puteR intÍoducr o característicá dc iÍtraÍe a accstor trarrzistoar€, .rn

accep1iunea

celei specific.e tranzistoareloÍ bipolarc. Aid cum's-a precizat,circuihí.de intraÍe este cel al unei

ionctirrlri care luqeazá la polarizare inversá. Ca urmare schema cchivalenül a cacuifului de

i"-"i" gla . sutsá' este predominant cápacitivá, cwen|ii continui din ac€st circuit fiind de

"'át'"rio'n. lopA, rezisten1a de intrari lncadrándu-se h domeniul: l0l0... lo'' o. Aceaslá

áilrrr.a p.op.i"t"i" i".arcabíe sprijiná afrrna$a confom c.Úeia accste dispozitive electsoDice

filoclíoneazá in mod practic la put€re de comandá nulá.

Penlru a introduco tranzistoaí.t. cu efect dc clmp cu gÍill izo|atü' IG. FET' n€

vom referi la Figr.rra 6.5, care ia in consideraliunc de asem'nea un dispoitiv cu canal n' [8?]' Pe

o-i.pte u unui.o.,o"ii'tul d" tip p' cu impurificaÍe medie, se depune un.strar sub|iÍ€ de

mat"rial izolato.. Prin acest mateÍial izolator pátsun4 prin iDterÍnediul tmol treceÍi metalice,

electroli principali, dÍená, respectiv, suÍsá, la douá zonc de contact, d€ tip n-' putemic

impuriflcate. Int." a"est" zooe de contact rxistá spaliul r! mediu iÚPu.ificat, care constifuie

canalr-rl trarrzistorului. Grila de comandá a ttanzistorului €ste ata$8tá, prin interÍDediul uÍlui

electrod m€talic, materialului izolato! din drcptul canalului. stÍatului de tip p i se ataseazi $ ogÍilá au{lialá, Gl, conectatá de obicei

'i la caPsu|a dispoátiwlui $ fotositi ín circtritelc de

;rorcclie. ci'cuiful dintÍe grila de comandá li sulsa Eanzistorului este cel al utrui coÍrdeNator' o.a.menrÍe

" aceshria fiind slecEodul G, ia. ccalaltá alnátuÍá insu$ canalul de tip D aI

tÍazistoÍului.Alalizám modul de fi-rnc1ionarc al aceshri dispoziÍiv cu refeÍiÍe la Figura 6.6' cate

evidentiazá familia sa de caÍacteÍistici de ie9ire' Dacá tensiunea de comandá gÍilá - sursá este de

.. t39

va|oare nulá' ca 9i la tranzistorul J . FE,I, Pená la blocarea canaIulr.ri cuÍenfut de drená cré$e,dupá cale Iá.oáne la valoalea aproximativ coDstantá conformá cu antr€Ílalea fufuroÍ purtátoriloÍlib€ri d€ sarchá electricá din caDal Ín procesul de cotrducÍie.

Figlra 6.5. Principiul constructiv aI tranzistoalelor cu efect de cámpcu 8lilá izolatá'

Dacá aplicim o tensiu.B€ de comaldá g.ilá - sursá pozitivá, condensatolul din schcma

echivalentá se incalcá poátiv Pe paIt€a gdlei. Ac€asta inseaÍmá o Begativare a canalului, ceea

ce corespundo unei acuoulfui de €lectroni suplimentali in canal, ca

'i cuo aÍ fi cresot endul

de impuriÍicare al 8cestuia' ca uÍmale c8nalul se va boca la o tensiune UDso Bai rBaÍe,

corespruEátor gi unui cureot dc dÍená 6escut. Rezultá caÍacteÍisticile statice superioaÍ€ dinFigrrra ó.6. spunem cá t.anzistorul este coobolat ln doEeDiul de fi!'ctiolare cu acumulale depuÍtátori de salciná ltr caDal. Dac! teosiunea grilá - sursá este negativá, canalul se poátiveaá.Aceasta inseaqmá cá íJr canalul tranzistorului apar goluri poátive carc se rcconrbiná cuelectroÍlii libeli eYi$eqi iÁi|ial. hirt uÍmare, ln mod apa.ent' gÍadul de impurificare al canaluluiscade ii, cu cet tensíunea de coEaDdá esto mai micá, cu atát loai lepede se inslaleaá blocareacanalrr!'.r!, !a !E c\Eert de dÍená dimiíuat. Se ob1in caracteristicile inferioare din Figua 6.6,speciÍice regimului de fltnctiouaÍe cu leducere de Punátori de satci.ná din canal.

b practicá tranzistoáÍele ]G . FET se produc PeBüu a futrcliona numái ínts.unul dintecele douá domeaii posibile. Pe de o paÍte existá tranzistoarele ''cu canal indus''' conductive latensirme grilá - suÍsá nulá, cáÍc lucreaá in doBeíiul cu leducele de purtátoÍi de sa.ciná'caiacteristicile lor seamáná oult tráJrzistoafelor J . FET. Pe de altá paÍte cuooa$emtranzistoalele IG . FET ..fárá canal indus''. blocate la teDsiuíe íulá de comandá' cale lucreaáln domeniul de firnctionare cu acumlÍale de puÍtátori de saÍciná Ío canal. Accst Proces defunclionaÍe mai Poaltá si Dumele de í'BcÉonaÍe pÍin ..imbogáliÍe.'. Aceste din rrÍná tranzistoarc

u6s

140

IG.FET, fiind blocate la tensiuqe aulá grilá-sursá, sunt 9i singuole care se pot aPlica t!elecbooica de putere.

si íÍ caa tralzistoalclor IG - FET se pot defrni paÍatDetÍi i!tsodugi pentiu

talzistoaÍele ce efect de cámp cu jonc1iune' ln acest caz performaa1cle sunt suP€Íioare'

deoarece cuÍeítii de ilEaÍe scad la Yalori de ordíNl l0..,..,'l0... A, ÍÁ Ííod co!$punzátoÍ'

Íezisteota de intÍaÍ€ ros crescáod la 1oll....lol5 o.

ilt"l

{

ij

uossxcsl

uc*tbs

uosr(bs

ksz<tst

uGs30csz

Figula 6.6.caÉcteristicile de ie9ire ale tranzistoaÍelol cu efe.t de cáúpcu grilá izolatá ti caüal dc tip . D''.

Este imPortant sá speci5cáo faptul cá, irr oarea majoritatc a caZriloÍ, materia.lul

izolatol folosit este un oxid metalic, de ace€a se spule cá taozistoaclc IG . FET sunt rcalizatein tebnologie metal-oxid-seEiconductor, numitá

'i tehnolo8ie MoS. Ca rrrmare aceste

tr8ízistoarc au primit nuÍnele de tlaDzisloare MosFET. Dcoalec€ izolatonrl oxid betalic !upoate supoda teÁsiuni mai maIi de +/- 20 v, circuinrl de intsaÍe a.l acestor üanzistoale este

seísibi'l. Elc sunt sensibile $i din cauza rczisteÍ{ei de intsaie ioaÍte maÍi care facc ca zgomote

elecbice Dedorite 5á poati deíaqja fiDcÍionalca traÚzistoarclor TÉC' Sublinien cá respectánd

indica|iile producátoriloÍ, so pot proi.4ta circuite foaÍe sigure 9i stabile qr t.aDzistoaÍe cu cfectde ceBp. Mai atragem ateoÉa asuFa fapfului ú lD domeoiul acestor EalzistoaÍe, mai ales d€

PuteÍe Eedie gi lDarg €xistá o Ílullioc de lll'Be coBe'cialq de "íImá.' SIRET' sIPMos' etc.Figgra 6.7' [63], [64], ilustreaá clasí.ficarca tr"alzistoaÍeloÍ cu efect de cámp, asociat

cu siEboluile gi caracteristicile de tansf€r 9i de ie'ire specifice. Dcoarece tranzistoa'ele cuefcct de cámp pot fi cu canal de tip n sau P, constatán cá existá lase cat€goÍü distincte dc

u06

t4l

'.'. ' :

traazistoare de acist iel. Polarizarea lor corectá poate fi |i ea ulor s|ábilitá pe baza inforrnaliiloIolente oe fl8uÍ:| o. /.

Trmzlstod.€ oJ oíoc' de cÜÍp - TÉc

TEC.J TIOSFET

}.|osf€t cu cáÍ]6l l'dus l.lorf6t f..6 c8n6l tndug

C6ml p cÜEl P C6n.l p

,1 Í ctP'"-1

5

.'-..|

.DIGIP''-1os

?o...1

t^l

IE,V--1

lb::=:=-

-lYÉ-./ |

llolr^^

/lup LES

.Io{ - - -.b.l I'I up / ,_\!

aJoc|É.úÍ. d€ ctrűllto dé C|.c1nt6 dc Ctr(lrtt6 d6 clr.Úró de cl.cl-tÍo do

Á'Pllf|calo-o

cI í6r€lcg cI lr€loglc. Cl dlglt.le CI dtslt.lc cI djgÚi!]o CI digltolo

ElgcLo!'ca

Figura 6.7.clasificareg gelcralá a kanzistoaÍelor cu efect de camP.

Sunt necesare o serie de precizári suplimeotale cu privirc la calacteristica de sansfer.PeÍt'u orice tip de l.anzistor TEc ea este desciisá dc rela|i4 [64]:

(6.3)

I.B .elatia de mai sus Up rePrezintá tensiunea de pÍag sau dc blocare, pinct.off voltage inliteratura tehnicá de limbá englczí Pentsu tensiruri de comandá mai mici decet aceastá teDsime

de pr"ag, cuÍentul de dretrá scad€ sub valo.i de ordinul nano.amperilor, circuiful dlená . suÍsá

fiind plactic blocat' IDs este o valoaÍe a cufentului de dÍená, deEüitá disti[ct fu Íilllclie de tipultanzis(oÍului TEc. La tÍaÍEistoalele c€ conduc la teBsiune grilá . sulsá nulá, lEJ este tocmai

r"=r^[,-t)'

t42

cuÍenful de dreÍ!á másrrÍat la Uos = o. ln cazul tralEistoa.elor blocate la tensiune grilá . sürsá

il;,..l"" ;;;*l"*"" curentttluide dÍeú stabititá l8 o tensiunc de comandá Uos egalá cu 2Up..r".r*ríi

"ú"r ielatia de defurilie a pantei caracteristicii dc comandl (6.2), valabitá pcntru

orice iíterval, voú putea scÍie:

s.a oblinut ín acest fe| o rela1ie remarcabilá pe caÍe o vom mai folosi in continuare.

6.2.Model de semnal mic

Intrucát, confoÍm cu Figura 6.7, toate tralzistoa'ele cu efect de. cámp au aliuÍa

n"n"."ral "-J".i"itii statice a-circuíníui de ielire precum li a caracteristicii de transfcr

";;ffi";;l"-;pJ.u fi t.atat" i.. p.ocescle dc analizá 9i siorezá dc ciÍcrrit elecbonic' pe

baza unui model de semnaf Eic wric, [62]' [63], [64]'--__..a"-ahvedefecárezisten1acircuitrrluigrilá-suÍsáestepractici'!'fitút?ljecuatia

"o.".puÁo*" "i,"uitului de intÍee devine foáÍtc simplá 9i se poate scrie direct:

(6.4)

(ó.5)

(6 8)

dio x 0

Pentru a stabili ecua$a a doua din modelul de seEDal Eic al tsanzistoarelor cu efcct de

"a.p, "* "o..puoae circuiirrlui de icaire, pomim de la fapntl cá cur€oful de dlená depindc de

tensiunea grilá.sursá 5i de tensiulrea dlená.$rÍsá:

/\i, = iol'or''^) (6'6)

Efectuánd acum diferenliala totalá a aceshti cu.en! de dÍená oblinem urmátoarca

relatie:

|aif |at^).t; =l -'p I tu .+ | _JLl du^ (6.1)

"'o - | 'a- lun.=ur'"cs | 2r, lu6s-'rtL" "cs J ^ L-_Ds.t __

Remalcand acum in rela|ia (ó'7) prez€Ílta parametrilor defiííli Pe caracteristica de

iesiÍe a trarrzistoarelor cu efect de cámp, Putcm scrie:

dir=Sttu^*lOr^-DS

Rela|iile (6.5) 9i (6.8) stabilite in acest sübcápitol constifuie modelul dc s.mDal mic altráDzistoareloÍ cu eíccl de cemp' Pe baza acestui modcl sc pot studia circuitele cu acesie

disDozitive semiconductoaÍe. in conexiune sursá cornuDá, drená comüDá sáu grilá colEüíá.

tos'o

143

Precizám cá in tebnica ciÍcuitclor clectionice cu tlaÍrzistoare cu efect de cámp conexiunea gÍilá

comuná sc foloseste extrem de rar.

6.3.Anatogia forma|á cu tranzistoarele bipolare 9i concluzii generale.

Functia electronicá ítrdeplitritá de ciÍc1ritele cu traízistoarc cu efect de cáÍlp, Iezistenla de

intrar€, repectiv, cea de iegire a ac€stor ctcuite so pot ínsá stabili in mod direst, pe cái mult mai

siople' pe baza uoei alalogü formale cu tsaDzistoaÍel€ bipolarc. Peotru a eüdenlia aceasE

arxioeie-foIrdatá. ''D

pri&a ecualie d.rn aosaurblu'l de rcla$i (5.l2) sá adEitem cá variasile tensiunii

.ol"cior-emitor ou influörueaa teosiunea bazátEitor. Atunci devile va]abilá .elaÉa:

d u^-d i, = --st-

BE

lnloolind rezútaful obtinut rlai sus íÍl a doua ecuaÉe din (5.l2) ajungem la rezultanrl

renarcabil:

(6.e)

(6.10)di'=-!-6"'*J-du"'' BE .CE

care coresprmde rrnui tranzistor bipolaÍ ..contsolaf'pÍi! tensiune.

Figura 6.8.Trsnzisto!u1 cu efect de cámp TEC.J, ín conexiunesttrsá comrrná

144

T.ecáld acuú la o compaÍaÍe a lolaÉilo. (6.8).

'i (6.10)' putcr! afirma cá rclaliile

fimdaEeltale cal€ c€racte.ízeaá circlitelc cu tranzistoare cu ef€cl de cáúp se Pot stabili PorÍindde la exFcsiilc stabilite pentsu ciÍcútelc ..echivalelte'' cu tralzistoarc bipolaE, ln|ocüiÍd, acolouíd. apar' pe rE. cu rcs

= co' pc p / r31 cu S, resp.ctiv, p. rcE cu ÍD!. I.o [64] ac€astá .bnalogie

forEalá.. este coÁdusá rlai depaíc, c€i inleresali fiind ilvitaÉ sá consult€ aceast|í lucrale di!bibüografic.

se vor p,ezenta lD colti'luaÍe ceEva ci'cútc silople ou EaBzistoaÍe cu cfect de cámP. cadispozitiv scmiconductor ya 6 luat ln consíderaÍ€ taDzistoful J-FET c1r canal dc tip .h''. Figura 6.Ese referá la frücioDarca tBnzistorului í! conexiuÍl€ su$á.coBlt!á, ca aEplificator de t€osiunecontinuá fuelánd |a analogia stabilidl rnai sus, &ctonrl de amplifcarc fo teÍrsiüne. Tezistenla deintrarc íi rczisteola de i€9iÍe a ciÍcuifului 5e Pot stabiü cu lEEÉtoat€le

'€lalii;

(6.11)

',"" = Ro * 'rs

Figura 6.9' Ámplificátol d€ seElal alternativ cu Ealzistor ql efectde cáop cujonqiune.

In caaú amplificárii scEnalelor alt€mative devine necesará Polalizarea co'ectá atanzistonúui. Figura 6'9 iÁdicá u.u asÉel de cfucút' la carc stabilirca Puncfului static de frmclionarese face cu reac1ie negativá de curenl Rgzistenta Ro menliÍe glila Ealzistonrlui la potenÍial rul, íntiEp ce

'eástents R6 aduce $rsa la pote!}ial poátiv. EüdeDL rezisteflla din circuinrl sursei este..decuplaüí . ín cwent altelDativ, de condensatonl conectat fu paÍalel cu ea.

Figula 6.10 plezintá circuihrl io conexiuoc dreoá comrrná, nrroit gi.tepetoI pe sursá...Caracteristicile sale sunt urBátoaf ele:

z=-s(nrxr^)lor=/cso'

?---'{uln I

V

ÍI

145

Á=

IL="n"ca $i ín cazul circuinjlui repeto. pe emitor' amplificarea ín tensiune este practic ur tará.

I

..l!+-.sP- -ls

Figura 6. l 0. circ1tit rcpeto. pe suÍsá cu tiatrzistor cu efect de cfunpcujoncliune, TEC_J.

. Nu putem ílcheia acast capitol Í!rá a scoate in eüden|á o propÍietate specificátra'zistoarelor TEc. A;a cum rea{tá claÍ din cal-.cteristicile de ie'i'e din Figwa 6.2, ta tinsiunidreuá.sursá mici trábzistoar.l€ cu ef€ct d. clmp s. coEportö aproJrtativ ca Dble r€ásteo!eobBicq a cáIoÍ valoare poatc fi modificaüt tn limite laÍgi prin reglarea tensiunii grila.sursi.cooforrrr [64], dacá tensíunea drená-sursá irrdeplineste condilia:

(6.12)

uDs << ucs - up

ahrÍrci rczjstenla drená-sursá depinde de tensiunea g:ilá-suÍsá coofoml relaliei:

(6.13)

t46

u^" {J" I/Í = : = ---..=.----.-.--i = ="Ds I, zlDslucs - up) .t

(6.14)

Figura 6.11 prezintá ciÍc|tihtl rmui divizor de tensiune comandat, la c.Íe s.Íínalul de

ieiire este:

n^"

",* = Tf n_"- (6.15)

9i ea depinde de tensiunea de conandá care aste chiaÍ tesirmea gÍilá.sursó a tranzistonrlui.

Figura 6. l l .Divizor dc teÍIsirmc coEaodat cu talzistoÍ cu efecl de cemp

pe post de ÍezistenÉ coítsolatá irr tensiune.

DeoaÍec. ca''acterísticile circuihrlui din Figura 6'Il sunt n.liniaÍ., p€ÍforBánle

superioa.e pot fr 'oblinute nuloái c|t ciÍcuihtl indicat ln Figua 6.]'2. L1Í].'aó?'Íea se ob1irrc cu

a;útorul reai1iei negatiYe iltrodrrse de reásteDlele R2 9i Rr caJe se recoEandá sá fie egale intse ele

si rnuk mai maÍi decát rezistenla dÍená.suÍsá comaÍrd,a6. Datoritá PEzeílei acestor rezisteíle,

tensiun€a grilá.sursá a Faízistonjlui \/"a fi:

lt \,c, -- 1\rc + uor)

Drep! Íealttat rezistenla dÍcná-suÍsá vá deve i:

(6.16)

147

f^ (6.17)

si ln acest cáz valoaÍ.a seüralului de la ie!írea divizorului coEandat de teú'sirme va fidatá tot de rctaía (6.15).

UF= ----7t--------T

al |'-. rr I"Ds\ruc - 'JP)

Figura 6.12.va.ianta d€ lezistenÍá liniadzatá' cotDarrdatá ín teÍtsiuüe cu' trdnzisto. TEC-J

Estc iEportant de subliniat cá t.a.ziíorul TEc, funcfonánd ca lezistenÍá comandatá ínteDsirrne rámále un cfucuit clectÍonic' cu cornpoB.Dte active gi nu are proPriet4i absolutidentice cu rezistent. ohmicá.

T.DISPOZITWE SEMICOIYDUCTOAREMULTIJONCTruNE

conv€Ísía eneÍgiei electriae de anulriÉ parametli lo energie €lectsicá de alti parametda figuÍat totdeauÍa prfutÍe preocuPá.ilc impoÍtrnte ale speci8liltilor trr elecbolicá. Este ÜldoEcniu specífic, ln carc, sple deosebiÍe de elecbolica de semnal, s9 lucreazá [a tensiuniclecüice Elari, cu curenti clectrici de valoare mare si undo prevaleaá aÉt calitatea €noÍgicielectricc coovcrtite cet 9i Íalda$enful coDversiei.

La inc€puful aoilor .50 ai sccolului trecut dispoátivel€ elecbonice semiconductoareproduse, diode, tralzistoare bipol8Ír 9i balzistoare cu efect do cáEP se puteau aplica i!electlooica de sem'ral dar' din motivc dc ordin tehnologic, accesul lor ir doÁeniul conversieico$giei electric€ se limita la aplica}ii modeste, cu putgri de ordinul maxi8 al sutelor de watt. lnelectsoEica de putere dooinau ventilsle cu vid sau cu vaPoÍi de oelcÜ' excitÍolul, ignitronulsau tiratronul, veÍrtile cÜe astázi suot de doBeníul tlecufului' prezeataod doar ün ilte.es d€ordiÍl iíoric.

PomiÍd de la ideea 9á un nueár mai mare de sbahjri de mat€dal semicoBductot peacelagi monocrístal ar putga mfui perforna!Íele ín teosiune ale diqpoátívelol, Shock'ley a pusiapunct sauctuÍ8 ..plrpB'' cu patsu sbatu.i gi 3 jooc1iuni' [15]' t3u' [32]' I35]' t38], t4o]' t56],[6l]' [7l]' p8,]. Ac€ástá skucfurá aÍe caracteristica staücá indicatá ín Figua ?.l.

,^lT \

F,)'"

Fig.7.1. ExPlicativá plivitrd structura,.pnPn'' shockley.

149

Ea este cuprinsá .rn cadranelc I $ IIl, este nelinia.á' discontínuá $i prezintá o zonásihiátá ín cad.anul I, caBctc'izati prin Í.ást.olá diferco1ialá .negativá: P;laÍizatá inveÍsstnrctura cstc ilr Dod tlorEal blocatá 9í pená b tensiunea de strápungeÍe, UBR' Poate suPoÍtatensiuni dc oÍdinul Diilor de vol|g curen|ii rcziduali inverg! IeR, trcdePá'ind cáliva miliamperi.Polalizatá direct, ac€ca'i stíucfuÍá rárlene ío state blocatá, prczintá stare de impedanlá maie,curentül r€zidua| direct, IRD' estc ncglÜabil $ poate p.elua tot tcnsiuÍli dc ordinul miilor áe vol1i.Dacá se dePá'e'te a'a luEita tensiune de basculaÍe dírectá, UBD*, strucfuÍa trece in slare deimpedanlá Eicá' peÍmiÍánd trecgea unor cuÍ€rrli de sute de amperi, cu cáderi de tensiun€ labome de oÍdinul vollilor. Trecerca de la o staÍe la cealaltá se face prin parorrgerca zonei curezistenÍá diferenlialá negativá, pe csJe dispoátivul nu poate firnctiorra súbil. condiliasupliee ará de hbarc.In conduclie a stÍuch'uii :!npn'' este aceea ca cuÍenful pÍin dispoátiv,deteíninat de tensiunca de aliBentare

'i caracte.isticile cbcuifului oxterio; acesfuia, sá

dePá!€asca o valoare minimá, ttumiti ..cuÍent de acroiare'' sau de ..agá|are''' ..]atchin8 curÍent''in literafura tehnicá de sPecialitate de limbá engleá, IL. odatá aflatá in coÍrductic. structura..pnpo'' nu se mai blocheazá, decát dacá' uÍmale a pfoceselor din circuih]l exIcáor, curenhrlprin dispoátiv scade sub o valoarc mai roicá decát un curent minim de funcÍIonaÍe, nurfu!..culent de menlioere'' sau, ío limba cnglezá' ..ho|ding curren!'', 1lr.

Pomfuld dc la struchÜa .t'npo'' descrisá mai sus, in anul l958, fiIma amedcarrá Gen€ÍalElectric a scos pe piatá tiristorul conven1ional, urmat rapid de o intÍeagá familie dc dispoátiveelecEonice bazate pe acela'i princípiu de funclionaÍe. Toate aceste componente e|ectsoniceactive, cu mai mult de douá joac1iuni' srmt cunoscutg in literafura tehnicá ame.icaÍ!á ca scR .si|icon conholed Reclifiers, adici .tcdÍesoaÍ€ co&artdate cu siliciu''' la noi incetátenindu.senumele de dispozitive semiconductoare multijoncliune.

Dispozitivele semicoDductoare multijoDcliune au avut un succes imens gi au dominatpiala electsonicii d€ putere páná aFoape de sÍáI9itul secolului )o(. In aplicaliile de foaÍe maÍeputere nu au nici acum ul lnlocuitor rcdutabil. La put€ri Eedii |í 'oari

suÍ|t ínsá in pÍezen|concurate, in modu| cel mai scrios, d. cáüe tranzistoaÍele bipolare dc puteÍe, t.anzistoaÍeleMoSFET de putere gi, mai ales' dc cátÍe &anzistoaÍele IGBT.

Ac€st capitol al p.ezrÍ|fului curs un,iversitar este dedicat crttroastaii dispozitivelorsemiconductoare multijoncÉung inclusiv al celor d€ rnicá putere, cuprinse in categoria largá aala numitelol .,dispozitive de aEorsarc''' .\lrigger devices''. cáteva c}cuite fundamerrtaleasociate vor conf€ri $ rrn caÍacte. practic.aplicativ €xpunerii. sfudenful in electÍot€hnicá vabebui sá acorde o deosebitá at€nlie acesfui capitol deoarece, ^rn actualul sistem de invá!ámántuniversital de pfofll elect.ic din Románia, el cste cel mai in másurá a se implica in chestiuilepÍactice legate de conversia staticá a ener8ici eleclrice. cele mai impoíante aplicalii aledispoziti!.€lor sfudiate aici voÍ fi abordatc la disciPlinele viitoars de ElectÍonicá de putcÍe,convertoare statice, Aclionári clecbice sau Uti|izáÍile cnergiei electrice-

Este evident cá spatiul limítat al cursului nu permite epuizarea luturor p'ob|emelorlegate de dispoáüvele multijonc1iune' de aceea se recomandá cititorului consulta'eabiblíograIiei asociate.

7.1.Tiristoru| conv€n'tional

PaÍagraful intoductiv al capitolului a scos in mod clar in eviden!á fapful cá strucfula.!npn'' shockley din FigÜÍa 7'l este lm dispoátiY electronic cu douá bome' deci un dispozjtivnecomandat. TiÍistorul convenlíonal a fost dezvoltat pdn asocierea la cei doi €lec&ozi terminaliai strucfurii ..pDpn'., nuni[i anod, Í€spectiv, catod, a utui a| tTeilea electÍod- nurüjt g lá saupoaÍtá. Acest al trcilca electrod s-a coo€clat la skah' ..p'' sifuat pe partea catodului. El are roldc elecüod dB comáldá li, ala cum se va detalia ín contiouare' iÍl acest fel s-a ajuns la un

150

dispoátiv el€ctronic activ, semicomandat, numit tirislor. Fuoc{iomrca 9i c.Íacteristiciletiristorului pot fi detaliat analizate pomind de la bazele fizice ale conducÉci ilt dispoziüvelesemiconductoaÍe' [3l]' [32]' [38]' pl]. PenEu inginerul elecEot.hnicía.Í\ care €ste un utilizatoral acestol componente, este iÍrsá suficientá o prezelltare mult mai simplá, dal foarre iífuitivá, a

fuoc$onárii tiristorului' pomind chial de la stÍuchüa sa, indicatá in Figua ?.2.

Figura 7.2. structura tiÍistorului conv€nlional.

Redesenatá, in Bod simplificat aceastá stlucturá esle pÍezentá li in FiguÍa 7.3,a' oanaliá atentá a acestui modcl, eviden$aá faptul cá tiristonrl poate fi priút ca un aísaEblídedouá hanzistoale unul supcrior, de tip ..pnp'' li alful inferior, de tip ..npn'', con€ctate ca inFigÜJa 7.3'b.

c)

JH

b)

Figura 7.3. Schema echivalentá cir tra'EistoaÍe a tiristorului

l5t

Ánodul tiristonrlú este conectat la emitontl lÍanzistolului superior, catodul Ia cEitoÍultraruistorului inferior ial gríla de comandá se conf.rndá cu baza traruisionrlui inferior. Figura7.3'c scoate iD eüdenÍá 9i

'oai bfue aceastá analogie a tirííorului cu un ansamblu de douá

barrzistoarc. In plus, €ste foarte iEportant sá renarcá.E ploprietatea specialá a confguratiei detiristor, Iegatá de fapfuI cá curentrí d6 colectoI al unui tanástor ene ü acela5i timp 9i cureutulde bazá al tranzistorului complcrnetrtaÍ din stÍucturá' Figura ?.4 sc referá Ia cácterisúca staticáa circuinrlui dc ieiire, áÍod.€atod, a unui tiristor conven1iona|' impÍeuná cu douá dilt.esi'bolufile sale c€le Eai folosite' Ac€ástá figurá, írnpreuná cü Figura.7.3 Permite explicareapropríetáliloÍ tíÍistorulü conven1ional, inclusiv analiza gadului sá'de conbólabilitate.

I4

I1

IL

un IH

(Im >oc2)xlc l)>ÜG.{}

90

d-+F...KI

Figrrra 7.4. característica staticá a tilistoaÍelor convert1iooale

Dacá tcnsiuoea alod-catod est€ tregativá' strucfuÍa fiDclioDeazá in cád&nul uI.Joncliünile extremale, de pe paÍteá catodicá, J.", respectiq

""" *odi"í JA si'nt poladzate

inve{s ii tiristorul aÍe o co.portarc similaÍá cu a diodei cu jonc1iuoe .bn'' in stare blocatá. Dacátensiunea anod.catod devine poátivá afunci puncful statíc de filncÉo;ale a ti'istoruIui sc mutáin cadranul I. De- aceaslá datá joncliunea medie' JM €ste cea calc preia tensiunca de polarizaredirectá a dispozitivului, carc se gáse$tc tot ln star€ blocatá. Prin tüistor circulá curenfi'l ÍezidualdiÍect, IRD' de valoare micá. conform cu Figufa 7.3,c, acest cuÍent estg tocmai su$a cureDliorreziduali inver'i, IcBo, p.i.o joncliuaile colector-bazá a celor douá tralzistoaÍe din schemaechivalenlá. Dácá tensiunea de polarizare directá a tiÍistolulu] cre$te' cíesc in modco.espunzátoÍ 9i acegti crÚenfi reziduali inver;i. La teosiunea de autoamorsaÍe, numitá si

t152

teÍrsirríe de basculaÍe directá' Um',."., cuÍenful rezidual i'tvels colector-bazá al unuia dintrctraDzistoaÍe, caÍe este tl ac.la$ timp 9i curenntl din circuitul baá€mitor al tÍanzistoruluicompleeentaÍ di! saucfu!á' deYiDe sufici€nt de Dare P€ltnr a ini$a Eecerea ln zona activá defrt.octioBa.e Á accshri Ültim tratrzistot. cuÍenful sáu de col€ctof este Írsá tocEai curgnful bazá-cEitor al priEului tanzisto'. ca urBare

'i clücnhrl de colectoÍ al prisului tralzistor crelte in

coDti rarc' accontuánd tcndida de sahnare a aobelor trsDzisloare. P.ocesul descris ostccaractEristic stucnrrii cu Patsu #afuri .bdpn''

9i dc6're$e a'a numita .t€aclie pozitivá iltemáfuncÍioMlá.. care caractgÍizeaá toato dispozitivcle EultijolrcÍiüne. Datoritá acestei reacliit'ozitive cotrstructivc' aDbelc Faozistoate ajuDB iD starc firlalt s8turadl' ca vroa'e Pulcful statícdc funcfiolale se Eutá de pc po4iulrce 3 a c8r8cteÍisticii statice. pe po{iunea 5.cor.sPuazátoa'e stáIií de coBductie, cuieÍrtut I^ prin dispoitiv fiind dictat de teasiunea de labome 5i pararoeri cclorlalte coEpoleEte íns€.iate cu titistorul. TeDsiulea dintse anod

'i catod

scade la o valoarc !dcá' de ordiDul volÉor, dep€ndeítá de stuchÜi 'i

de modul de incaps.ularea disPoátÍvului. In tiEpul tec€rü din stae blocatá ln stare de conduclie, s€ parcwge, datolitáÍeacliei poátive intemq zoia 4 a c&acteristicii static€, zoÁá lÍ care reástella difeÍenfialá a!od.catod cste negativá.

PÍezenla electrodu'lui de coúandá Permite ilsá ini|ierea procesului de reaclie iltemádin structuÍá la tensiuni mai Eici decát tensiule3 de autoamorsale. Intt.adevár' ciÍcuiful de gríláal tiristonrlui nu est. altceva decát ciÍcuihrl de intare, baá-€úitoÍ, aI tÍanzistorulüi .hpn'''

inferioÍ, din schema ec!úvalentá. lojcctánd in circuinrl dc comandá un cÜent Io|, Bic, cureotulde colecto! al ttanzistorulüi incepc sá cleascá lD mod senmificativ la o tensiunc U8Dt, mai micádecáI UBD*, declansándu.se asfel procenrl de i.otsaÍe in conducÉe a stluchrrii. cu cet cureonrlde g:ilá idectat are valori mai DaIi, cu a€t scade tensiunea de amorsate a tiÍistorului, UDD'Dupá tscceÍea putrctului dc filnclioüre a dispoátivutú pe po4irmea 5 a caracteristicii statice,semnalul de cuÍelt Ín circuinrl de grilá ou mai cste Dacesal deoarec€ leac|ia Pozitivá btemá dinstÍuchfá men|ine ln stare satrtlatá c4le douá EatrzistoaÍe din schema echivalenuí.

Blocalea tirístorului poate avea loo numai pdn reducerea crrreohrlui dil circuinrlanodic zub va]oarea crrÍenhrlű de Benlin€re IE. Precizám cá puocní $atic de firoclionare adispozitivului nu se Poate muta de É por|iÜr€a 5 a ca.actedsticii static€ dilect p€ po4iuncB 3.starca de blocarc la poladzaÍ€ directá se poate *inge nuoai dupá o ctapá intermediará defirnc1ionare la polarizare iÁve.sá, Pe po4iutrea l a caractelisticii statica.

Din celc de oai sus t€zultá cá pÍiÍ seEnalul aplicat io circuiful de comandá gÍilá.catodputeÍB corrtrola nÜnai aÉoÍsaÍe8 tiristorului, blocaroa sa fácándu-s. prin alto mijloace. De aceeasPutreE cá tiristorul cotlv.!|ioBal cst€ u! dispozitiv électroDic slBicoEaldát'

caracteristica staticá a ciÍcuifului de iÁt.aÍe 8rilá-catod, Figua 7.5, ne aratá crrmtrebúe9te selectat ín mod corect seEmalul dc coEandá. ciÍcuitul de gÍilá este cel al unei diodecu jonc1iune ..pl'', care frrnclioneaá in mod normal la polarizare direaá. Din motive de ordintehAologjc, paÉnretri acestei joncliuni vaÍíaá io limite largi. cele mai perfonuaate exemplarecor.spuÁd crrÍbei iDfelioa$ di! Figura 7,5, respecti1 cele mai pu1in porfomralte, care impuntensiuni Ína.i penEu acelasi cuÍent de gÍilá' corespund curbei superioaÍ. din ÍiguÍá. Puncfulstatic de funclionaÍe trebuiegte selectat í!tse cele ilouá catactcristicí limitá, fárá a se depá$i niciputerca de comandá ÍlaxiEá lecourandatá. Este indicat a se lug'a permaleDt $i in 8faradoÉeoiului de amoÍsaÍe condilionatá de 1empcraturá. Este iEportant de subliniat 9i fapN cáparametri de amoÍsaÍe ín curelt continuu, da1i sub formá aumericá in cátaloage, sunt ní5teparametri minimi care nu garmte8z! fimcÉooa'ea optiBá a disPozitiwlú. ca u1aaÍe, puncntlstatic de filrclionale al ciÍcuih'ui de coEandÉ se recomandá a fi stabilit in ceotrql caÍactefisticiistatic€ dc aBorsare Uo = UoGd. Peotru cei interesa}i privild aplicaÉila practice ale ciÍcuitelorcu tiÍistoare se cuvine sá Prociát! cá joDcliuB9a .!tr'' grilá catod' din Elotive de ordiDtehnologic, poate supoÍta doar teDsiuni invers€ modeste, de ordilrul vollilor. Tofu$, íÍt ult.leaplicarii practice se procedeaá la o u5oará po|aÍizare invelsá ín circuinrl de comandá al

tiristoaÍeloÍ, deoarece aceasta már€'te pulin panta admisibiláPola.izare di'cciá in stare bloc8lá a dispoátivüIui.

153

de cr€9tcr€ a tensiunii de

Figu.a 7.5' caracteristica staticá a cilcüifului grilá-catod

Dín ce|e exprrse ÍDai sus se Poate trage concluzia ilportantá cá tiristoar€Ie suotdispozitiv€ clectroEicc care ou amp|iÍicá. Ele func.ioneüzl !umai iE Íeginr de conuta|ie,pÍezeítand doar douá stáÍi gtabil.: stÜea blocatá, Íespectiv' staÍea safuratá, in conduclie.

comutaÍia dir.c6 a tiristoaÍclor rep.czintá pÍocesul tlaozitoriu lcgat de inkarea inconduclic a dispozitivului polaliz8t diÍect. comutalia directá' numitá si amorsare, Poate avealoc lcoretic pc 4 cái diferite:

l.comulaÍi' dir.ctá priD lutoaEorslre, datorilá depá$irii valoÍii tensiunii debasculaÍe dLect?l, Uaouo. Metoda nu se folos€gte la tiÍistoa.Íele de put€re deoaÍece stabilirealeactiei pozitive interne este l€ntá' pieÍd€ril€ de co&utafie diÍectii cÍesc, strucfuIa 5e inoálzeste$ se poatc diskuge' PentÍu a pleveni amorsári nedorítc pe aceastá cale' tensiunea deautoatBorsaÍe a tiristoarelor tr€bui. sá Íie cat mai mare' Acest dezidcrat so realizcaá in practicáPe cale tehnologicá, ccle douá tÍanzistoaÍe din sohema echivalentá avánd factorii de amplificalein cuÍent, p, aproxirnativ egali 9i de valoare cát mai micá. sublíniem fapful cá utilizaton nicinu curroa$te toDsiunea de basculare directá nraximá a dispozitiv€loI cu carc |ucrcaá'pÍoiectarea fácándu-se pe baza tcnsiuoilo! Dormale de lucru date ín catalog, [35]' [38].

2.cooutalis ilirectá datoratá vitez.i de cre$tere mari a tensiuDii d€ polariz,rediÍ.ctá in sÍare blocatá. I.D acest caz crrr€ntul capacitiv prin capacitatea joÍcliunii medii este ce|care joacá lolul uflui virfual cuent de comandá, [r|}' [38]' 9i ini'iaá procesul de reacriepozitiYá iltcmá dirr sbucnuá. Metoda tru se poaÍc fo|osi, din motive identice cu oe|6 de lap8ÍagÍafi' anterior. In mod norrüal, dacá viteza dc cre'tere a tensiunii d€ po1aÍizare diÍectá nudepále$e valoarea criticá daüi in cat8log, ahlrci sunt excluse comutaÍiile dijecte nedorile ca'epot apare Pe aceastá cale.

r54

3.cotButalia directá pÍiB comrtrdá pr Ycrtic.tá. Este.o metodá de comandá

teoreticá c€ se b^z;aú pe controlul valodi teosirmii de amorsare prin valoalaa cuenfului de

gÍilá injectat circuitului dc comandá. Ala cum s.a arátat deja, cu cát valoarea anplitudinii

curentulrri de grilá este mai maÍe cu atát scade tensi*ea la cate se iniliaá re.ac1ia poitivá caÍe

conduce la inlrarea in conductie a tiÍistonrlui. cuül ínsá seEmalul de comandá este ..slab'',

parcurgerea zonei cu Íezisten!á difeÍenÉalá negativá se face leDt, pierderi]e de coButa|rc cresc

9i, d'"p1ufÍoa'e, -"toda descrísá aici nu estc recomaudatá. Practic ea poate duce foaÍte u'orla distrugerea seúiconductorului'

1.comuta|ia directá pritr coltrol de frztr cste modul nor'rral 'i

corect de comandá

al tiÍistoaJelor de putere. Figura ?.6 reflectá proceselc t'anzitoÍii corespu!átoare acelnri caz

Figura 7'6. Explicativá pÍivind colruÍalia diÍectá a tiÍistoruluiconvennonal

Presupunánd tiristorul polaÍizat direct, la moEetrtu| do.it se aplicá ciÍcuifului dc comandá un

impuls de curcnt cu panmetÍi optimi, selectali confom caracteristicii de amorsare a

dispoátivuIui. Éentru a aYca'o öbinuta|ie satisfilcátoafe' impulsul trebuic sá ..asistc' comutaliachiar gi pe pri4a párte á tiinpulú de stabiliÍc. Ásemá!átor cu coEutaÉa dircctá a diodeloÍ

redresoare' Figiriá.4'6; 9i aÍéi apiir:pierderile de putere, cale pot fi dimbuate prin inüoduceÍeain ci'cuit a unor Eobide de óoÍiútatie astfel calculate incát panta de cre'telc a cu.rentului sá

rámáná totdearroa süb váloáüea ridÍíisibilá indicatá de pÍoducátor in catalog. Ideea folosiriibobírrelor de comutalie constá in a defaza in uÍmá cuienful pÍiÍl tiÍistoÍ, in a|a feI incát el sá iavalori semi.ificativ mari numai dupá ce teÍlsiunea la bomele strucfurii a scázut la valoareastalionará, micá, coÍespur]zátoare stárii de conduclie. Evident, ac€ste bobine monlate ín ciÍcuit

Itrr.t1rP1

155

voÍ fi respoÍs8bilc dc supratensiuni la blocaré, daÍ, iD cazul particular al dispoátivelölEultijo[cliunc' 9i urroai al lor, cle nu ridicá problemq putánd fi con&olate cu circuite deprotectic simplc 9i economica. calcuN inductivitálii bobioelor de comutaÉe se poate fac€confoÍB celol Prez entate ln capitohl 4. l .

CoEutati! lnversl a tiristoarelor de putere este procesul tralzitoriu de trecerc aacestora din stare de conduc1ie ln starc blocat'Í la polarizare dircctá. Procesul poatc ave6 locteoretic prin 9utltaÍca tifistoru!ú cu u! alt dispozitiv, cu impcdanÍá mai micá, daÍ, d6 obicei, seprocedeaá la blocáre contsolatll, cu ajutoÍul ud6i leDsiuÁi negative aplicatc in circuit, asdelincát sá se genercze procesul de scádere á cüenfulú anodic sub valoarea curenhrlü deB€!tinere.

|Írt-llt I

L trz tg t.í |

,il1

Fi$aa 7.7. comutalia inversá la tiristoalele convenlionale

Figura 7.7 se referá la irn astfe! de proces dc ilocarc a tiÍiston'ui de puiefe.Felromenele care apar seamáná cu cele desclise ln capitolul 4.l pentfu diodele ÍedresoaÍe cujoncÉue .!n''. P.ezetrla in skuch]ra tiristolului a mai multor jonc1iuni, conferá o serie depaÍticulá.litáÍi procezului. La momenhrl t2 numai jolcliunea de pe paÍtea catodicá' lq seblocheazá 9í se stripunge, preluánd o tensiune invelsá de ordinul zecilor de volt. Prin urmarecurenful inveÍs prin dispoátiv corrtinuá sá crcascá, da! cu o-pantá mai micá, pená b momenfult' cánd gi jotrcÉulrea de Pe partea alodicá, J^ se blochéaá. Acu.o dispoátiwl Ílí recapá|ácapacitatea de blocáre la pola.izare inversá $i cltl€Btul scade Tapid la valoarca corespunzátoarre a

lrcv

t56

cureltului Íeádual ilvcrs, IR't. Id acest Eorüeot joncliutre3 Eedic incá nu esJc revenitá' ca

.rro'f aispoativr'r nu poate prelua teDsiunc alod.catod poátivá. Proc€sut de trece.e la

;ffiil il;a fuie íicepe iel m t drrpá rnom.nhrl t5 care mrÍche.zá ti.Epul de revenire'

í;.d'ú""'líő;i ta dioáo, revenirca inveÍsá a tiristoaielor cst€ iDsolitá de supratelsiuni de

;;"..,t;. ; "fu;;

;io"'" t"uú"r," limitatá cu cücuitc de Foteclie adecvate. sinplifqáÍile

adoputi ji meto<lete dc calcut iídicate ií capitolrrl 4.1 rámán valabile.---.'-'- Á"".eolto' aiodelor, 5i tiristoareté, din puocnrl de vederc al tiEpului de Íevenire' se

produc pentru aPlicalii "lcote;, ia releaua de 50 sau 60 Herft, cu !- do oldinul a 200 - 300 ps'."oo

o"n.ru "ptic"tii

ae freoveo!á ridicauí, cánd q- este mai mic decst 50 ps. Primele, mai ieffine

;,í.-; il;tJar" ooiaalc, cclc di! a douo catcgoÍie, mai scuÍnPq nulritrdu.sg liÍistoaÍe

oo'u".

^," u-*..n,e pliviqd tListoalele de pute'e pot fi coDsultate ln oricare dintro lucrárite

indicate la ínceputul aceshri capitol'ixisu -utt" apücalii lD cate tiÍistoarele de pute.e, prevázute cu-diode suPresoale, de

cuÍelt invers, montate ü -tip*a"L t,.tui" .a ftnqióneze la ficcvenle ddicate, de ordinul 20 .

25 kl]a fiiná necesari timpi tlc revenire sub l }rs' ln acest caz tfuistoaÍ.ele Íapid. rru oai sunt

"atisfiáoarc' Peon,r astfei dc aplicatii s.au dezvoltat insá douá c.tegoÍii de tilistoare sPecialq

ijái. l" "-u,

."n.4a''au-sc h p;rfoioaílele supelioaÍe la polaÍizáÍc inversá, s-a pufut ajurge

iil; ;" .;;;" ú"ersá foarte favorabú. Pe áe o parte existá tiristoarcle asi'etrlcc, AsT,;^!y^""i"J üyristors', la care t€nsiurea de strápuogere inversá, Ugn, €ste Bult mai micá

aecÉ t*siuo"a .a"

autoamorsaÍe, UBDBú, respectiv decat tensiuEea directá de lucnr maximá,

UDWM. caracte.istica staticá a 8cestof tiristode esto Prezgítatá ln Figura 7'8.

Figura 7'8. Calacteristica staticá a tbistoaÍolol asím€trice

Fapful cá tensiunea de stápungere inversá estc Eicá Du pIezintá nici tm fel de

pr.oblemc irr aplicafi deoaÍece olicuB, datolitá pÍezenlei diodei supresoare, tensiuÍtile inverse

157

de lucru sunt de ordinul a l volt. Pe de altá paÍte au fost prrse la Punct tiristoaÍele cu conduclieiuv..si, RcT,..reverse conducting thyrislors'', carc pieziqtá in cadranul III o comportaÍe dediodá PolaÍüatá dilect' Fi8uÍa 7.9. In accst caz nici nu mai este nevoie de !Úontarea diodei decurcnt irrveÍs in ciÍcuitele electronice de putere respective.

FiguÍa 7.9. caÍacteristica st8ticá a tiristoarelor cu conduclie invqsá

Ti'istoatele asimetÍice !i tiÍistoÜole cu coBduclie inversá ili gásesc aplica|ii in specialirr teh.oica cooveÍtoarelor rezonarrte din clectroterÍnie.

7.2.Triacul

Existá o categolie largá de aplica|ii' in special in domeniul conversiei dtecte de cuÍentaltemativ la frecv€nlá coDstantá, cu ajuton' variatoarelor de cuÍedt altemativ, unde circuihrlelectoÍric de putere constá din tiÍistoare moltate in antipaÍalel sau ansámbluri de tifistoaretDoqtate iD aoÍipaIalel' Con.6gura$a acesfui ciÍcuit elccEonic impuoe transferul semnaleloÍ decomandá cátÍe tiristoarc pfin haDsformatoa'e dc impulsuri, faPt care coÚtplicá 9i scumpe;teaplica$a ío ansamblu.

Dín motiYelc expuse mai sus a fost lecesará dezvoltalea unui dispozitiv electÍonicmultijotrcliune, dotat cu urr si.oguÍ eleclrod de coDrandá 9i care sá permitá atát conlro|ulcuellilo! poátivi, cet

'i pe cel al cu!.alilor tregatiü. cu alte cuvinte, €ste vorba de o

compooentá calc aÍe caÍacteÍistica staticá simet'icá falá dc oÍigine 5i sifuatá iD cadÍanele I !i 1II'Ea poaÍtá numele de triodá.tiÍistor bidilecliona|á, Triac sau BTT - ..Bidirectional triodeth}TistoÍ" in litcrahlra tehnicá de limba englezá sau de ..sieistor'' in literafura tebnicá de limbáfl.ancezá' respectiv, fusá. In Románia s-a incetálenit nuoele de tliac'

uov/tt UBD*"

158

Funclional, pe parteá de puterc, triacul este identic cu douá tilistoafe montatc ínáltiparalel. Necesitatea de a avea rro clcctrod de comand]l utric face ín5á ca stuctura sa sá 6eceva mai complexá, Figura 7.l0.

E21Í%. c &--""J* I

Figufa 7.l0. sEuch.Úa gi siEbolurile uzuale ale tiacului.

Este voIba de tm dispoátiv multijoncÍiune cu 6 stÍa.uri' electlozii principali Íiind El 9iE2. iaÍ electodul de comandá fiind grila G. cánd difcÍ.íía de potential dintre elecbozii El gí

E2 este Pozitivá, í'l conduc'ia curentului pÍincipal $nt acdve stÍafuÍile pl.n2-p2-n3, impulsulde cuÍeot de comandá aplicat ínlr€ grilá 9i al€ctlodul E2 Íiind t€coEandat a fi pozitiv. Dacádiferenla de potenÍial dintre etecboái principali El $i E2 est€ [egativa' atrrrrci sunt activestrafuÍile p2.D2.pl.nl, comanda alceqdu-se tot cu curent injectat intre grilá $i elechodul 2,curentul recomaldat {iind insá ncgativ. h acest ultim caz' a'a cum indicá si c8Íacteristicastaticá din Figua 7.l1' puucful static de a.rnclionarc al triacului se gásEte in cadranul III.Urmárind cu atenlie FiguÍa 7.l0, se reBarcá faptul cá, indif.rent dc semnul dif.Íenlei depotenlial dintre electTozii principali, curentul de comandá poate fi pozitiv sau negativ' Modul decomatldá optim este irrsá cel rtcomandat mai sus. Chiar 9i fu acest caz' curenlii de.c.ola!e $úenrinc.e din cadranul III sult apreciabil mai mari decát cei din cadranul I. Ace'li cur€ntiminimi c.esc la valori nepermis de mari la folosüca |lno. cuÍenti de comand]Í cu s€dn. difc tede cele recomandáte. DIePt uIEaJe scade s€nsibilitatea la amoÍsaÍe a riacului, devin neccsalevaloíi máite de curent de g'ilá' apaÍ lncálziri locale iÍl structurá, aceasta iÍnbáüfuliod prcmatur.lucnr care se manifestá in |tnal prin intrerupeÍea cilcuifuIui dc comaldjl'

comutalia triacului este aseÍ!ánátoáre cu cea a tifistorului de putere' problemedeosebite ridicándu.se la contlolul sarcinilor inductive' unde Ia blocarea dispoitivului€lectronic panta de cre$ere a tensitmii la bome poate depási valoaÍea c ticá admisá d. catatog.ca u.ÍnaÍe pot apare amors&i ..false'', fárá comandá in grilá, pertulbáltdu-sc funclionar€aconvertoÍului. De aceea, io acost caz se ccre o p.oieciare foarte i'grijitá a circuitcloÍ d€protecfe, U5l, [6], [35], [36], [37], [38].

EI

c,z

EI

159

l=Ip3lg3

ILtlxt

Fi8ua 7.11. cÜacteÍistica staticá a triacurilor.

Motiv€ de oldin tcbnolo8ic au limitat PerfoÍmanlele in curent ale triacuriloÍ l8 valorisub 60 A. In schiEb cu tsiacurile modeme se pot rezohá diÍect, fEÍá traasforEator de seDarale.aplicaÍii dirccte la Íelea' lucÍu caÍe le ofeíá utl cámp foaíe latg de aplicalii.

7.3.Tirjstorul cu conandá de revenire pe poartá, GToIn capitolul 7.l s.a evideÍ{iat faphÍ cá tjÍistoaÍele de putere sunt dispoátive

s€Eiconductoale úultijoncÉrrnc semicomandate. Ete pot fi comutate in conduclie cu aiutorulimpulsului de cureDt iljectat in gritá dar qu pot fi blocate pIin intervenlie in circuitul decoEandá. Procesul de Íeac|ie pozitivá intemÍ odatá stabilil este cel caÍe üu Doate fi ittÍeluDtprin iaterven1ic pe grila de cooandá.

Tfuistoarele cu comaodli de revenfue pe poartá, GTo . ..Gate tum-offth},risto's" sunt o clasá de dispozitive Bultijonc|iune intsate Pe piala seroiconductorilor dePuteÍe la mijlocul alilor ,80 ai secolului trecut $ care futruncsc toáte proprietá1ile tiristoarclorde Puterq asociát cu posibilitatea blocáÍii, la polarizare directá' prio intervcn1ie pe grila decoÚlárldá' [38]' [56.l.

Figura 7.l2 prezintá simbolul tiristorului cu comaodá de revenire Pe poaItá' asociat cu8cheúa sa echiv.leatá cu tÍaízistoaJe bipo|are 9i principirr| sátr de comaoáá..srructuÍa acesnridispozitiv clectonic nu difeÍá' in pritrcipiu, de c€a a tiÍistoaÍelor de puteÍe. ca uÍmaÍecaracteristica lor staticá €ste asemán:i3ale, Figura 7.4. Deci li aceí dispoáliv arc caracteristicaleliniará, discoltinuá, c8Íac:erizatá je o zoná c]r Íezistenli dife.enÍialá negativá. comuraliadilectá se face 9i ca asemánitor' c! ajutonr| unui iopu.ls de cure;rt pozitiv injectat i! grila decomaldá. ProprietáÍile specifice ale iJistoaletoÍ GTo r.zu|tá din fapfut ce priltr.o tebnologieingrijitá' stlatu.ile .!"

9i "n'' de pe paíea catodicá a dispoátil,ului se fac iub1iri, factonrl de

160

alrplificare in culent, p. al traÍzistorutú iderior de tip ..npn'' din scheBa echivalentá deveníndfoaÍte Da.e. ca uÍEarc, dacá cu ajutorul unei tensiuÁi ne8ative aplicatc ciÍcuihrlui gdlá catodputelu extsage pÍin electrodul de glilá o fractiule IcoE diD culentul aÍodic I^ al tiristolului,atÜnci Pocesul de leaclie poátivá htená se íntscÍupc ti Puncbl de fr'llc|ioDare aldiJpozitivului poate tÍece de pe porlirmca 5 a ca'acteristicü statice' dtect p€ poíiuDea 3.

I^ "[-+"4''(

|lr

FiguÍa 7.l2. sinbolul, structura 9i principiul de conandá al tilistoaÍeloÍ GTo'

Tilrprtl de rcvenirc al tiristonrlui GTo afo valori ÍcDaraabilc, fiind sub 0,5 ps.Palámet.ul &í definit ca:

o = I'I.coÍ

(7.1)

9i numít ,tá9tig la blocEe''' estc o márime speci.Ecá acestoÍ dispozitive 9i !e aratá cet dincureníÍ anodic bebuic extms prin g lá penbu ca tiristonrl GTo sá se blochezc. cu cát acestparametÍu ale valori mai naÍi, cu atet componenta luatá in coDsiderarc este mai pelfonna[tá.UauI valolile sale sunt cuprinse lÍlae 2 |i 20. Subliniem cá valoarea crrrerrhrlui negativ debloc8Íe poate fi aFecíabilá. De exeEplu la un dilpoátiY dc 600A, ctr &E = 20, curenhrl iavslori de peste 30 A !

se cuvile sá úai pr€ciáE cá acest ploces de ..exbagcrc'' a cEenfului ín vedereablocáÍii titistorului GTo rru este de loc simplü. Á'a cum rczultá 9i din FiguÍa 7.12,c, cuÍenhíoegaüv din ciÍcuiful de gdlá tebuie9te ..instalaf' ua timP foart€ Bic, de ordiaul timpului dcreveniÍe, cu ajutorul uoeí su.se d€ tensiune negativá. caÍe Du poate depáli valoaÍea de 20 v

161

iltrucát joncliunea grilá-cato4 asemáÍrátor ca la tidstoarclg conyeolionale, nu admite tensiuniiíverse de luclu Eai maÍi' Din 9cc5t tDotiv' sursa de tensiune negativá pentru blocaÍe trebuie sácooli!á un condensato. de joasá tensiune' cu capacitate foalte EráJe, picrderi rcduse giinductivitare paraitá practic neglijabilá. Ace8s|a imPune folosiÍea rrnor circuite de comandá cucomponedte scumpe, a cálor valoale poate depáii chiaÍ pretul tiÍistorului GTo Eplicat'

TiÍistoalcle GTo stmt dispozitive electronjce dc neinlocút írr aplicatii de tensiune gicuÍent maÍe' cirto ar fi c.le din domeniul inve.toalelor peÍrtru comanda 5i reglarea vitezeimotoáÍelor de acÍionare de pe vcbiculele de t'actiune fcroüará. Pent! vghicule de tÍaÍ]sporturban, sububatr

'i rame de metrou sunt insá deja scrios concrrÍate de cátre tranzistoaÍe|e IGBT.

PenEu infoÍmalii suplimentaÍe in doldeniul ti.istoarelor cu comandá de revenire pepoaíá, recomartdám cititorului mai ales lucralea [56].

7.4.Dispozitive semiconductoare pentru circuite de comandá.Trigger Devic€s.

Acest subcapitol al prezentului cuÍs universitaÍ éste dedicat prezentárii unei clase decomponente electsoíice speciale cBIe sunt utilizate cu precádere ín implemenlarea ci.cuiteloÍ decomaÍdil a dispoátivelol semicolductoale de pute.e. o buDá paÍte a acesto! colBponente sunt

'iele disPoziti!.e multÜonc1iuoo. Ele se foloscsc cu u rinlá la tealizaÍca circuÍtelor de comandácu componente d;scrcte. Fiild ulot integrabile, lc gásirD $ ín st.uchrÍa multor circuitc integÍatespecializate' AsIc. Appfication spcciflc integÍat€d ciÍcuits, destinate aceluia'i scop. Elé suntfolositc de ascmenea la rcalizarea unor circuite logice dc seÍEal, aplicate lndeosebi incomunicalii.

Rolul dispozitivelor scmiconductoare pentru circuitele de comaídá poate fi usorlnleles dacá mai subliniem incá o datá faptul cá tiÍistoar€l., triacuÍile sau ti.isroaÍete GTo secont.oleaá prin..comaud! pe oÍizontaláq' amo.salea lor avánd loc prin impulsuri decomandá aplicatc la momentc binc dcfiíitc. Acéastá comandá Pe oÍizontalá se poate face Pedouá cái. Pe de o Prrte cxistá o catego.ie foarte largá de echipamente, ledÍesoare sau vafiatoalede curent altematiY, undc contsolul íuxulú de energie pdn convertor se face plin ..cotrtro| d€Í'zi... lll acest caz, a$a ouB se evidenliazá li in Figura 7.l3, dispoátivele de putere se comandáuíldeva in iltcrvalul de tiEp cát sutrt Polarizate diÍect. cu cá! aÍrorsarca este mai intatziatá faláde trecerea prio zero a teÍLsiuni'i de polaÍizÜe, cu atát puteÍea tÜrsferatá la iegiÍe estc mai micá.Pe de altá parte se folosesc deshrl dc mult li convertoale la care pute.ea medie transferatá laie|ile rezuttá din rapoÍful dintrc numárul de altemanle pe parcursul cáIoÍa dispozitivele deputele conduc

'i numáÍul de altemanlc in care aceloa'i dispozitive sunt blocate. In acest caz,

conform cu FiguÍa 7.l4, comatrda 5c face in ..pachcte de alter!r!íe'' li díspozitivele secomandá imediat dupá üeccÍea ür sels Poitiv a tensiunii de Polarizale directá' In amándouádinee sifuaÍiilc p.czcítate íEPulsurile dG comandtr l.ebuiesc sá Íie sincroDizále cu telsiuu€aJi' i! priBu| ca4 iotárziet. iE rÍod coÍespuDzátor. Aceste douá funcliuni' asociat cu oamplificare de putere pe pa.tea de ie'irc trebuiesc sá l€ indeplineascá cát mai simpludispozitivele electronice Pentlu ci'cuite de comaÍrdá.

NÜmim disPozitive 6€mi.onducto9Íe d. amorsarc' ..trigg€r devices''' [23], [40],[42], Í43), t44l, [6l]' [7l]' accle componcnte clectÍonice, de Éicá putere, caIe au ocaracteristicá stalicá a circuihrlui de ie$te Ír€liniaÍá cafacterizatá prinE-o po4iune cu Íezisten!ádif.renlialá Degativá. La baza nmcÍiotrádi acestor dispoitive stá pÍocesul dc .teaclie pozitiváfuncliona|á inremá..ca.e face ca ürtse c€le douá stári stábile de funcfionale tsecerea sá sc,facápÍintÍ-un proces automat de comutalie numit ..basculare". Ca urmaÍe' utilizáld dispozitivele deamorsare, devine posibilá descfuca'ea rapidá, lamomente bíne prccizáte, a unui condensatoÍ,

b)

Figura 7.13. Principiul comcnzii dispozitivelo. semiconductoale multijoncliune de putere princontrol de fazá aplicat ]a

'edresoaÍe' a 9i la vaÍiatoaÍe de curcnt alteTnativ. b.

II!

a)

163

dintr-ua cücrrit RC, sí generarea, pe aceastá cale a unor impulsui de amorsaÍe a dispozitívelormultijoncliune do putere.

b)

Figu.a 7.l4. kincipiul comenzii dispozitivelor s€miconductoaÍe multijoncliuue de putere pÍinpachere de altemaÍlíq aplicat la variatoare de cu.reDt altemativ, s $i la ledltsoare, b'

h c.ntinuare vor fi prezentate cele mai cunoscute dispozitive eleckonice de amorsa.e.IntÍucát asupra lor nu sc va mai leveoi pe paÍculsul acesfui ctrTs' voÍ fi indicate

'i cáteva

circuite de aplica$e simple.

TrauziltorÚI uuijoucÍiun.' TuJ, UnijoÍctiorr üalzistor, UJT' ií limba englezá' [40],[44], eíe uful dintrc ce|e úaí des folosite dispozitive pcntru coúanda tiristoarelor. In .ealitateel nu are nimic coEun c1t aanzistoarele, ln accepliunea ín care acestea au fost studiate iÍcapitolele anterioáre !i. nu este nici dispoátiv electronic multÜoocliune. T.anzistorulunijolcÉune eío in principiu doar Ü! doDocÍistal de Eaterial semiconductol PutemjciBpurificÁt. El are proprietatea cá curcoful care circulá íntre elechoái principali, Bl $i 82,lttsÍi baze, poare fi Eárit 1o avatan9á prin inj€ctarca de puÍtátoli pÍin electÍodul de comandá E,nuBit emitoI. Iigura 7.l5'a evidenli8zá sinbolul 9i polarizalca corectá a acesfui t.anzistor.scheEa echivalentá din FiguÍa 7.l5'b Íe aratá cá intre cele douá baze tralzistorul utrijoncliunepoate fi priür ca uo ansámblu de douá ÍuzisteoÍe' RDl $i RB,' Potenlialul emitoÍului, aplicat pdndioda D6la puncnrl comun al Íezistcn|elor, poate conbola valoÜea reásteplei iderioa.e, RaI.sá presupMelo cá tensiunea din cilcuihtl celoÍ douá baz€ estc UBB li cá dispozitiwl este blocat.Atunci cuÍenful care trece prin circuitul celor douá bázE Ya fi:

a)

t64

Doci acest cu.eBt depildo doaÍ d€ teosirrüearoásuátil iltÍe celo douá baze.

aplicatá de

Q.z)

rezistcqa semiconductorului,

Figura 7.15. Simbolul, polaÍizáÍea coÍ€ctá

'i schema echivaleatiÍ a baDzistorului uÍijoncliune.

cule!ful prin dioda Dr íind nut, diüzorul folEat dlo leástenlele RsI li RszfiEcÉoneaá itr gol li poten$alrrl nodului A din Figu.a 7.l5'b, arc valoarea:

u^^I =

--2L- 82 xr, * Ru,

"BBp"tB

álil

u,=u*D

.'BR

x'lRr, * R- (7.3)

(7.4)

Factorul de Íeduce.e ál telsiuoii intodus pri! explesia (7.3) define$t€ un palaeetrü alü"dÍlzistorului unijoncliune, notat cu 1:

n-_- - ___.pL'l-p

^ns

valoarea acsstui parametíu este in jur de 0,5 |i 0,8 $ nu poate fi modificatá, fiind denaturá constÍuctivá.

Pálrá cand diodá Dr este blocatá, adicá PotEnlialul emitorului este Eai Eic decáti

U-<U.+U^=U- (7.s)

ráúá! valabile telaliile de rnai sus

'i cuÍentul din circuitrrl bazelor are valoaÍea ledusá stabilitá

A'a cua indicá 9i cuba sup€rioaÍá din FiguÍa 7.16, iE mo.oc€Btul ín care Ug devi[e mai maÍedecat UÉ* valoalea rezisteÍrlei RBl scade bÍusc, cre$te cu.e[ful din ciÍcúfu| de emitor la

t65

valoaíea de sanJrarie IEs |i scade potenlialul emitorului la U65. In mod corespunáror voí cre$le9i curen1ii bazelor 1

'i, iespecliv, 2, ceca c€ conducc la ücotcreal lesPectiv, scáder€a

pot.n$alelol electJozilor Espéctivi. Modific!Íile de cuÍenÍi gi potenfiale descrise roai 5u5 slrntevident posibile datoritá pÍezellei elem€otelor externe d€ circuit.

Zo.! cul.zste|tá(üff€ítíd!rB06tlvd

Figura 7'16. caÍacteIistica staticá a tranzistoÍului unijonctiune, la tensiuDc nüIá intre baze' A sipentru o yaloare const8ntá a tcnsiunii dintre baze, B.

GeneÍatorul de impulsrrri cu taÍrzistor rmijorrc[iune din Fi8u.a 7.l7 fuircÍioneazá pebaza pÍincipiilor de clmutatic descrisc mai sus. Deoarece yalooea tcnsiunii de basculaIe UE...depinde mult de temperatuli' este necesafá compensalea termicá a circuitului' lucru careimpune alegerea rezistenlelor R| $ R! astfel incet 5á fie índepliDitá condi|ia, [40]:

Frecvenlá de oscilálie a generatoÍului se Poáte stabili ugoÍ cuTeldlia simplá:

_ 0,7R"" (1- 7)R,R =-, ,lUt rl

I

cn-h I

' l- n

(7.6)

(7 .1)

Impulsurile pozitive culese de la electlodul Bl pot fi direct folosite pentÍu cornandaunui tiristoI de Putere. lÍúocuind Íoástenla R| cu priloanrl unui transformator de impulsrrri, sepoate obline $ o separare galvanicá' foaÍte necesará in multc 8plicálii. ÁlimeDtánd circuitul cutensiune Íedlesatá dublá alt€manlá sau cu tensiune trapezoidalá' prin reglarea potenliometÍului& se pot obline impulsuri de comandá defazate faÍá de tÍeceíile prin zero ale tensiunii de

I

I

intlaÍe, deci se poate proceda la .'control de faá... I ocuind acest poten|ioBetÍu cu tm ci'cuit

"i""o"J" g"*á"' a"

"*"nt *,tunt' "b'*dat

fur tcnsiune, s9 Poate asigura comenda cl€ctsicá

;;"""t t'"o""lill"; g*erate, foute utilá tn sisteDre lutomate d€ reglaÍe a convcÍsici de €nergie.

FiguÍa 7.17. Principiul de frDcÍionare al 8eleratoalelorde impulsuli cu t.anzistoaÍe uÍlijonctiuÍ|e.

Pentíu aplicaÍii speciale, in domeniul ciÍcuitclor de impulsuri, se produc $ tranzistoar€

'"ij"*lil;l; ;í;b'1. Iri electróoica de puterc iísá s.au generalizat tI.aÍlzistoafele unijonctiune

J"',".i.J ."i ** i" iip .tt'', déoaJece csr; avantajoasá generarea diÍectá 8 impulsurilor pozitiYe

falá de poten}ialul masei ci'cuihtlui.celernaicünoscutetranastoaÍeunijonc|iunesuítBsv57,AEcPTelefirnken;TlS43'

Texas Instrúents; 2 SH 14, Toshiba; 2 N 4E}l, Motorola sau 2N 2646, General Electric. Acest

din urmá tÍanziso! unijooc;irrue se produce 9i in Románia.

Un al doilea dispozitiv de amorsare des utilizat esta discul, Bidirectional Diode

ThYÍistoÍ in limba englezá., [40], [?t]. caÍactelistica sá stBticá 9i douá dintrc simbotuÍile sale

."i.á""'r"r".t" sunt.prezentati in ÉiguÍa ?.l8. Díacul aÍ€ o stÍucfurá cu 3 strafuri 'i

douá

io*tio"i. r.." deci asimánátor unui tÍajrzistor bipolaÍ' fáÍá a avea bazá accesíbi|á. Pentru a,ud.it"

"u.enfi pozitivi !i negativi de valoaÍc aproximativ egalá, straturile de haterial

.".i1o,,au"ro. a" p" partea coleitorrrlui 9i a emitorului sút asemánátoar. e, din Puhct de vcdeÍe

tehnologic. Folosfuea diacului €ste mult mai siEplá decát a tÍanzistolului uoijonctiuoe d€oaÍece

i" ur*a.j" Íeleaua de temporizare Rc nu este necesaÍ nici rrn alt clcment exterior de circuit.

161

D€oalece teosiunea dc basculare a diacului, de 28 . 36 v, are valoa!€ Íelativ mare, cl se poateaplica numai la circuite de teDsiulc ínaltá. Un astfel de circuit tipic este arátat lrr Figura 7. l9.

**- *@-

Figura 7. l 8. Simbolurile uzuále !i caÍacte.istica staticá a diacului.

cele Bai crrnoscute diacuÍi aflate pe pia'á 9i fu prezent srmt: A 9903, siemens; DA 3,DibatheÍm; BR l00, Philips; sT 2, General Elecaic; V 413 lví, ITT; MPT.28, Motorola; TI.43'Texas hstÍumenB; N 4l3, NEc.

Figura ?' l 9. PÍiocipiul cilcuitelor de a&orsá.e a tÍiacrrriloÍ cu diaculi.

r68

TraDzisaorul uuijodcllune prognErabil, TUP, Programmable UnijonctionTransistor, Pl'r, fu üteIatura tohíicá de limba eÍlglez4 [a0]' [7l]' a fost dezvoltat pe[tru a

elimina dezavantajú t.a.ozistoarelor rmijooc|iune conven1ionale, lggat de fapnrl ci factontl

i.ote,Ío n ttu estg ajustabil, decí basculaÍca arc loc la o teosiune coast&tá' a cárci valoaÍe

dcpioile nrurrai de teüsiuneá de aliDentare din circuinl bazelor' PÍoprietátea caEctedsticá

tranzistoaÍelor rmÜoncfiune pÍograBabile este tocBai ace€a cá telsiulea de basculsre directá

este ajustabilá Gu ajutorul unui si.Bplu divizor tezistiv de t.!si!íe.

UpVanff

zona clr rozlsfentadf€contlala n€gatlva

Vale,V

Upuv

lrrP Lv 1F

Figura 7.20. simbolu'l, schema echivaleotll cu tÍalEistoale $i caractcrisüca staticá atra.ozistolului n-oijoocliune programabil.

Nusele acestui dispoátiv electroAic estc absolut impropriu' deoarece ia Íealitate eleste asemá.oátoÍ unui tiÍistor' la cale este accelibilá grila de Pe partea anodicá. Din acest nlotivse mai

'i folosesc denumirilc de tiristor cu comandá 8nodicá, (cu impulsufi negative), sau de

tilisto. complcmentaÍ. In áplicaÍiile practic€ .rnsá grila nu se utilizeazá peotru comalrda dearuorsare, pe orizontalá, a dispozitivului' Tranzistorul unijoncliune progÍamabil se controleaáio mod normal prin comandá pe ve*icalá. UA divizor de teosiune concctat in ciÍcuihrl gÍilei.brogrameazá. nivclul tétrsiunii cootinue la crre va avca loc autoalooÍsarea din ciÍcuiful anod-catod. spre deosebte de ttistoarcle de putere, aici nivelurile de curenÍi $i tensiuni sunt mici $i,ca urmare, bascularea directá pri.a comandá pe velticalá nu este periculoasá Potru strucfura dematerial semiconducto..

Figua 7.20 ne aÍatá simbolul, schema echivalentá cu tÍanistoaÍe li calacteristicastaticá a taszistorului utrijorrc1iune programabil. caractelistica staticá a acestüi dispozitiv estefoa.te asemánátoaÍe cu cea a L.anzistorului un'oncliune. speciíic este fapful cá puncfu| static defirrrc1ionare din .!árf'' . peak''' P(Ir ' U.), Íespcctiv din .!ale'', ..valley,', v(Iv , Uv) auParanetri contÍolabili prin..p!ogÍanaÍe''.

FigrÜa 7.2l. ciÍcuiful de aplicalie speciÍic al tranzistoruluiunijoncliune progra.nabil

Luánd in considerare ci-rcútul specific de aplicarie pÍezentat ín FiBura 7.21, valoafeateosiunii de P.ográ.mal€, Us, pe caracteristica staticá din Figua 7.20'c, este:

u'=ut{h; (7 8)

Tensiunea din ,,várf', Up, diferá de U5 doar prin cádeÍea de lensiuíe pe o joncliune,carc aÍe valoaÍea aproximativá de 0,6.0,7 v. Rezistenta €chivalentá a circuiNlui de gdlá:

170

n,&P =

--:.----:-"o f,*&

iníu€nleaá valorile curenlilor sPecifici punct€lo. de .aeÍP' 9i

.,vale'', catc cí€sc dacá aceastá

'czisteÍllá scade. Áccst fapt este nolmal áeoacce diüzorul folosit p€lEu prognmare guntcazá

circuiful b:anzistorului unijoncliun€ pograÍnabil ti, prin urúar.' scade sensibilitatea lui.

(7.e)

,{x8YTi I

Figura ?.22. variatoÍ de cur€nt altemativ cu tiÍistor, @mandat cu" tra.ozistor unijoncliune programabil

FiguÍa 7.22 evidenliazá o aplica$e a acestui dispozitiv de amo(sare in cazül concret al

"o'.n"ii.iiui ti,i.to., iut-o schemá economicá de variator de curent altemativ monofazat.

Traízistoarel€ unijoncFune programatile se foloscsc cu. precádera in circuitele

"r""uoni"" a" i.pur,uri, crr aplica1ii in co.municalii. ca dispozitive

-de. aToÍs= sunt preferate

il;#;;";;.;lÍtitate oare in ciÍcuitele caÍe funi1ioneaze la tensiuni joase, unde'

ái""JL'.á" *''pr", nu Pot fi aplicate. Dc asemenea au avantajul cá 5e iÍtegreaá ulor Tn

i""r"*ir. "r'*iér"i integrate speciatizate, unde sutrt aplicate, prin urmalc, pc scará largá.

'"'''* ii.t--r"a."1e u'i]oncli'une progr'aurabile suttt Produse de -relativ puline flrme'

,,'"ntiona. "u

."ii.'*tutl'i. n3v ssi, "AEc.Telefi$ken; D 13 T l, GeneÍal ElectÍic; MPU

l31, MotoÍola; N13 T, NEc.

Diodele cu prtru li cinci siraturi repÍ€zintá o. altá. categoÍie de dispozitivc de

..ooal"-roto,i* in "t.cnonióa

de putere 9í in circuitele de inpulsuri. de uz geleral' [40], [7l].

rr" uulu tu,a stÍuctufile bine cunoscute ale tiristorului coüvenlioÁal, resp€ctiy, al tliacului la-á inJ nu

""t" """"sibil nici un fel de electrod de comaídá. Dioda cu patru stÍaturr este

Lll

uneori ntruritá 9i diac, lucnr caÍs corrduce la contrrzii clt diacul prop.iu.zis, cu sürrcfu.á deaa'zistoÍ. Figu.a 7.23 eÁdeÍL|íaü' simbolul, schema echivaleutá clt tranzi3toáre bipolale $icaracteristica staticá a acestoÍ dispozitívc ENltijonc!íune. se lemaÍcá fapn cá circuifulcltrloscut cu douá tÍal]zistoare coBp|ementaÍe este coÚpletat cu 2 rczisten1e $i o diodástabiüzatoaÍe. Rolul acestei diode este impoÍtant deoarcce stabile9te valoaÍea tensiunii debasculaÍe dircctil a dispozitivului in aÍBaDblu. caÍactgÍistica staticá aÍe o formá aDroDiatá decea a sbuci]ríi shockley, dat plezintá o modificaIe a pantci chial io zooa rle comutáe, carc, pehngá ÍezísteÍlla difelen1ialá uegativá prezintá $ rrn calactel capacitiv difemtial negativ. Acestfapt influenleazá cooportarea dinamicá a dispoátiwlui.

Figura 7.23. Simbolul, schema echivalentá cu traÍIzistoaÍe si caracteristicastaticá a diodeloÍ cu 4 strafuri

Diodele cu patnr stÍafuIi se pot folosi in locul diacurilor, pentsu comandá directá atiÍistoarelor sau triacuÍilor, io circuit€ aseEáoároale celuí adtat ií Figtua 7.l9' Ele suÁt produs€in Rusia, sub numele,{ 22,l A.....vI5i Á 2z8 A..'.I4' lespectiv de cátc frma ITT. cu siobolul4E20....4E200.

Diodele cu cinci st!.atuÍi au evident caÍactelistica staticá sibehicá fatá de oriEi!€.DepetrdenF accenfuatá d. teEperatÜrá a cemcteristiciloÍ diodelor cu a $il stÍafuri,

precum li fapí cá au perfoÍEanle dinaEíce Íelativ modeste le fac sá fie mai putin folosite irrÍapoÍt cu alto dispoátive de amorsare.

comutatorul ÜDllaleral cu liliciu, ..silicon UnilateBl switch'', sus, este un circuitintegrat specializat Pentru comaJtda tiristoaÍelo. care a fosl dezvoltat Dentlu a eliminad€zavantajele p€ ca.e le preziítá diodele cu patÍu strahÜi' [4o], [7t]. struchna sa inremá,simbolul li caÍacte.istica sa staticá sunt a!átat€ in FiguÍa 7.24' Din motive legate de aplicaliispecia'le di! doBeniul circuitelor de irrpulswi' cilcuiful integÍat Bonolitic a'e accesibil 5i€lcctrodul de g!ilá. Figua 7 '24,c evideí!|iazá fapful cá comutatorul unilateÍal cu siliciu arecaractcristica foarte apropiatá dc dispozitirr.rl de amorsare ideal. Tensiunea de basculare dircctá.cu o valoare in jur de 6'8V' il íace util in aplica|iile la joasá tensiuüe. coeficienful detemp9ÍafuIá al diodei zener compenseazá teÍmic círcuiful bazá-emitor al tra'zistoÍului suoerior.

:

,72,

de üp .!np''. ca rrrEa.e cíÍcuitul se buouÍá de o derivá cu temleratu.a remaÍcabil de micá' de

ordinul a +0,02%/ "C.

Figura ?.24. stucfura intemá' siEbolul li caÍacteristica staticá a

contactoÍulú unilateral qr siliciu

Dacá se plocedeaá la modificarea telsirrÁí de ba,sculaÍe dircct|t prifl .!.ogÍamarca''

potenlialului gruii, anurci cotlutatoÍul unilateral cu siliciu are perfoÍEsnle asemáJrátoa.e

tanzistorului inijoncliune pÍogramabil' DQ aseBeoca' c1r diodc stabilizatoaÍc úaí mici cuplate

íntre grilá 'i

catoa' putem reduce teDsiünea de aütoaloorsaÍe

'i máÍi simultan várful de ouÍent de

ie$ire.

Figura 7.25. ciÍcuit de coÍEaldá pentÍu tiristo! cu contactorunilateral qü siliciu.

t73

Figua 7.25 se refe'á la un Íedresor motrofazat integral comandat, la care impulsur.ilede codandá apücate in gila tiÍistorului Í€gulatoÍ suÍlt geneBte de ulr circuit de comandá cucomutator uuilatelal cu siliciu. PentÍu ca acest ciÍcuit de cooandá sá nu fie afectat de histeÍezis.la lDcepufuI ficcárui ciclu de funcÍionaÍe condensatoÍul din ÍeÍeaua de temporizare trebuie;te sáfie complet descá.cat. Acest lucÍu este asigurat de rcástenla de loko' montatá in paÍale| cucircnitul de control.

Figua 7'2ó. strucfura intemá, simbolul li crracteristica staticá acontactoÍrrlui bilateÍal cu siliciu.

comutatoaÍe utrilaterale cu siliciu sunt produse mai ales de cátre firÍnele americane,menÍionám aici MUs 4987 al firmei Motorola sau 2 N 4967 al ftrEei Gen€ral Electric.

comutatorul bilatcra| cü siliciu, ..silicon Bi|ateral switch''' sBs eíe varialtasimekicá a comutatorulú unilateral cu siliciu, dezvoltatá special penku circuitele de comandá siteglare a triacurilor, [40], [7l]. Figura 7.26 aÍatá stÍuctuÍa intcmá, simbolul 9i caracteristicastaticá a coÍoutatorului bilateral cu siliciu. Se constatá cá si acest dispoziiiv de amorsare este defapt un ciÍcuit integat loonolitiq care are accesibilá grila de pe partea electlodului A?. carrrEaÍc, la circu[ele mai pÍetenlioas9 se poate controla valoarea tensiunii de basculaIe directá'ca un exemplu tipic de aplicaÍe a comutatonÍui bilateÍal cu siliciu, FiguÍa 7.27 indicá ciÍcuifuIunui sislem de ÍeglaÍe a iluminárii unui bec, conholat prin variator monofaza| de cürenta.lternativ cu &iac.

cele mai cunoscute tipuÍi de coButatoate bil8teÍa]e cu siliciu sunt MBs 4991 al fifiteiMotorola sau 2 N 4991 al 6rmei General Elccric-

A$a cum s-a plccizat in paÍagraÁtl aÍlterior, ciÍcuitele simple de comandá a tiristoarelorsau tsiacurilor, realizat€ ou diac, contactor unilatcral cu siliciu sau contactol bi|ateÍal cu siliciu,pot prezenta un fenomeo de histerezis, dato.at faph]lui cá condensatoÍul din circuitul detemporizare al amorsárii nu se descarcá complet la sfiij9iful Íiecárui ciclu de lucru' 9i, caurmale, urEátoalea etapá a controlului de faá incepe ditr condilii initale Deoule. Peítru

t14

Figua 7.27. ciÍcuit de aplica$e a contactonrluí bilateral cu siliciu.

eliminaÍea acestui ferromen nedolit, fil.ma GcÍreÍal Electric a dczvoltat coEulltorul asim€tÍic

;tffi;;-.t ;tlt"tu;-i'e"yt"ttl""i silicon Bilatcral switch'' AsBs sau "Asymetrical AC

irireer switctr'' ae tip sT 4. Prezenlr unei diode zener supliEentare, ln s€ric c! stÍucnÜa unul

ilffii";;til'J "'.

sti"i.," "onf"ia

nesimetria doÍitá a caracteristicii statice a conlactontlui

asimetric bilateral cu siliciu.

TiÍfutoÍul t€troilá, trumit li comutator conholat cu siliciu, ..silicon controled switch"'

scs, i" tii;;;fu; rchnicá íe limbi englezá' Í€P..e.ziÁ. tá -Ultittlu't

dispozitiv 'filttÜorrcliutre

de

u.oi.*" p" "-"

ir abo!d?!m ií acest suÚcapitol, [40], t]-'l. ElaT 'a.

b* sPcmra cunoscutá

c",é "",u"i".izenze

tiÍistorul cotrvcnÍioml, ivánd accesibil atet clectrodul de comandá de pc

oartea catodicá cát si pe cel de pe paÍtea anodicá. Figura 7.28 arat?l stÍucfura, schema

!JI'i'"r*.e "" "-'i.ioaie

bipot"'" ji si-tolrrl fistorului tetrodá. cafacteristica Iui staticá este

;;;;;i;;* ;' """

p."""ot"te-i'' -rig*"

7.4 pentsu tkistor. Anmci cánd nu. sc apeleaá Ia

i"-i*a" p" *" ai''o" g.il",.co""tc.i.Í"u static' a tiJistoÍului tctrodá corcspunde Dnei diode cu

i .ilt".l'."l. ""- ." r'ia"íin rigu.l.zl,". se poate ploduce sioplB.cu tchnologie planaÍá li

"* .s"l í"g"uir. Este dispútiwl .le amorsaÍe cel mai versatil, fap| dovedit li pdn

posibi|Íálile de a fi utilizat ca:

.diodá cu patÍu strófuri, fáÍá comandá pe gÍilá;

-tiristoÍ cu comandá de stingere pe g!ilá' GTo, aEorsabil $ blocabil p.in comandá pe

oricare dintre gÍile;

t.t5

.tiistor care s€ amolseazá cu ímpuls pozitiv $i so stilge cu impuls negativ pe grilacatodicá, fa|á de catod;

-tilistoI cale se amorseazá cu impuls negativ gi se stinge cu impuls pozitiv pe gilaalodicá' fata de anod;

.banzistor rmijoncÉutre píogÍamabil pe grila anodicá' conforB cu Figl,t.d..l.29,a;

-tranzistor unijonctíune progÍanabil compleÍnentar prin control pe gÍila catodic4coíforE cü Figura 7'29'b.

Figura 7.28. sÍructul4 schema echivalentá cu tranzistoale

'i simbolul tiÍistorulüi tctrodá.

cuÍennrl sárr de menlineÍe, deci sensibilitatea dispozitiwlui, poate fi EáÍit pÍinprocedeelc .xpuse la tÍaÍrzistolul ulijoncliune. Tiristorul teüodá se foloselte crt precádcre lnciÍcuitele dc imPulsuli daÍ nici Íolul sáu ca dispoátiv de amorsare !u poate fi neglÜat. Figulá7.30 aiatá o aplicaÉe tipicá din a.est doE€niu. Esle Yolt'a dE uo circuit redresor monofazatmoüoaltematrIá comandat, cafe !e caÍacteÍizeazá priDtÍ.un grad Eálil de stabilitare la unghiuride conducfe mici. TidstoÍul tetrodá se folose'le ca dispoitiv de amorsare contlolat pe grilaanodicá. Afutrci cáíd tiristorul telÍodá basculeaá in conducíie, etrergia stocatá i! condensatolulc este Fa$feratá in ciÍcuibl gÍilei tiÍistoÍului T caÍe adorseazá lí colduce páná la siLgifulsemiaItemanlei Pozitive corcspunzltoare. TiÍistonrl teEodá comutá ínsá ío conduc1ie numaicánd potenlialul grilei salc de coEandá devine mai mic decát potenliálul anodului. Pe durataprieei jumátáti a seEialtcmanlei poátive aceastá condi|ie nu este l-ndeplitridt, deoalecEpotenlialul gilei' alimentat plin divizo.ul rezistiv, creíe Úai repede decát potenlialul anodului,

c)ú)

1'16

conectat la condeDsatorul din circuíhrl de intárziere. situatia sc inveGeaá dupá 90 .' cu

potentiooatrul de 4? ko putáldu-se stabiü ungbiuÍi d9 coIoaldá de l20. 178 8rade. Mai oult'íi dú "

doua a scmialteman1ci pozitive teosiuíea la bomcle coldcnsatorului c !á$á're

relátiv coostaotá 9i asigurá eqergie oPtilrá peílÍu aoorsaÍe. tiristorului. CircuinÍ are 9i

""-t"j''r a"

" p'"""ot. -o stabilitaL büíá la Bodificarea r.alorii lensiulii de aliroentarc de la

Íelea.

b2

t,,|Á

fr [-'- I lu,

Figura 7.29. Explicativá priviod utilizarea tiristoru|ui tetsodá ca ttrnzistoÍ unijoncliune- programátit, a 9i ci tralzistor unijoÁclilme plograÍo.abil compl€oeÍltar, b-

Din c8uza avantajelor pe caÍe le ofeÍá, tiristoarele tetrodá sunt produse de cátre mai

multe fiÍoe. MeotionáE aici urÍnátoaÍ€le üpuri: BRY 46, ITT; BRY 39' Plúlips; 3 N 8l'Geoeral Electric sau BRY 20, Sienens.

InaíDlc dg a lúctreia acest capitol, se cuvile a fi subliniate douá pÍobleme legate de cele

prez€trtate' P6 de o paÍte s-a ovitat iDdicaÍea de date de catalog pontsu dispozitivele

mulújonc1irmo de putcie 9i de amorsale abordatc. sifualia pe pialá este foarte dinamicá' d9

aceei reómand?ln shrdiul cataloagelor oferito de bátre firme sau' mai bine, a paginilor lor de

Inte.net. Pe de altÁ paÍtc trcbuie sá DceoliooáE cá existá Ün nuoár iDpresioDant de maÍe de

cilc'rrite integrate spicializate peí&u c.manda dispozitivelor multijonc$urre de puteÍG, [23],

t371, t38], i4o1. o schemá bloc geocraüí peotÍu ac€stc ci'cuite este dat?l fu Figuía 7.3l. rtmcÍiileind;piiniio sunt relativ simple. stud.Ílhrt in electsotehnic!, la labo.ato' va face cuno}tiinlá cu

douá 8s6el de ciÍcuite, pÁA l45 'i

MAA 436, destinate sistemeloí de co.daídá $ IeglaÍe a

*r&*

a

a

t1'l

Figu.8 7.30. ciÍcuir pe!tsu comand2l plin co!tsol de fazá cu tiristo' t€hodá.

convertoarelor crr tiristoarc de putere gi, Íesp€ctiv, hiacuri. Priucipiul fr'ulcÍional al etajelor dinconÍ8u.alia unor astfel de circuite iíte$atc Eono|itice s€ vA Putca bine hlelege dupá

PafcuÍ8eÍea urEátoaÍelor douá volume alc plezEnfului cu.s universitar.

JTJ1JL

Figura 7.31. Schema bloc de pdlcipiu a cLcuitelor integrate spccializate pentnr comanda princontÍol de faá.

178

AváÍrdu-se in vedeÍe íapful cá in volu'ncle uÍmátoarc nu sc va Eai Íevcni la

disDozitivele multiionctiune' mai zubtiniem aici cá p.qtru activit4i de PloiectaÍeaezvoltaÍe ln

ace.st domeniu. sJ r.comandá lucrfuile [90] $ [9l] din bibliografie, care abordcazá in oodfoarte detaliat problcmatica sfudiatá.

8.Trarrzistoare bipolare cu comanda prin cámp, IGBT.

Atát llaDzistoarcle bipolare de putcre, cát !i tta'zistoarele cu cf€ct de cámp dc putere,MosFET, au o selie de avaltaje' rcspcctiY dczavaqtaje' atunci cáqd func}ioneazá itr Íegim decotuutalic. hteresant este faptul cá avaDtajele, Ícspectiv, dezava ajele acestor douá categoriide compoleíte electrolic. se cooplctea2á oarecum rcciproc.

Utilizalea tra&isloÍu|ui bipol de putele itr convenoalcIc statice este favoÍizatá decáderea de telsiule mictr ltr ci&uitul colectoÍ - cmitor, í-D sta.re safuratá' dar estc fu accla5i timpscÍios limitatá din cauza putcrii dc coEötdá aprcciabilc lec€saÍc in circútul bazá - cmitoI.TraDzistoarcle cu efect de cáEp dc putcre, MosFET, sutrr si ele iots.o situatic similatá. Putereade comandá Piactic lulá iq circuitul 8Íilá - sutsá Ie rccomaldÍ p.ntfu aplicatiile de electronicáde puteÍe dar rcziíco'a Íelativ Eale d.e!á - sursá ín stalc sanllatá cotrduce la picrderiapreciabile de putere i! conductie. TraDzistorul bipolat cu comanrlÍ prin cámp, IGBT,j.osulated.8ate bipolal tÍatrsislor íD literafun tebnicá de liEbi etrgleá, luroit uqeori si truzistorcu grilá izolatá, IGT, iosulated.gatc tralsistor' este tocmai un rezultat al cercetl'ilol privind.htcgra.ea funcJio!Álá bipolar . Mos, dcsfáJurate cu scopul dczvoltátii unuí dispozitiYsemicoDductol care str elimi.ue dezavantajelc tra.0zistoaleloÍ bipolare 9i MosFET' exploatándinsá calitáÍilc loÍ' [5q. Intr.adeváÍ, tralzistorul IGBT esle un dispozitiv scmicolductoÍ caÍc dinpuncBl dc vederc al utilizatorului se comportá ca un tranziltoT cu efect de cáep in circuinrl decomandá grilá - emitor 9i ca u! tÍalzistor bipolal itr circuitul de ie$irc, colector . emitol.

Tlaízistorul bipolaÍ cu comaldá prin cámp a fost pus la pulct de citre firma Harrissemiconductol ln atrul 1980 9i a intIat pe piala dispozitiveloÍ de puter€ dupá 1990, aslázipIoducÍndu.se i! mod Dormal unitáli care lucreaá ín domeniul sutclor de amperi 5i al miilorde volÍi, ftccvenlcle dc coEutajie Íiiod de ordinul a l00 kHz. In lit€ratura lcblicá in limbaromáoá existá foartc pulilr Iefcriri la tra'zistoaÍele IGBT, [a9], [50], [56]. Tounai diB ácqsteEotive, prczentul capitol va aborda in mod de|alíat problcmatica tralzistoarelor bipolale cucomandá prin cámp' IGBT' prin pÍisma pe.formante|or, caracteristicilor firqcíioEale $í acirc]titelor de coBa!(u

'i pÍotecIe specifice. Ififormatiilc prezentate vor permile ilgineílor i!

.lectlctlbnic! sá dcYiDi íE Eod efectiv ' újl i7atori ai traruistoárelor IGBT. Imoortart de subliniat

este fapful cá itr acest crpiÍol se preziotá pri.DciPii fu.Ddamcnta]e' diDtre care mulre pot Íi folositesi iB proiectaÍca circuitelo! cu tranzistoale bipolarc de putere sau cu tranzistoa.Íc cu efcct decámp de putere' MosFET.

IlairBte de a sc abolda detaliat problematica tra.nzistoárelol bipolare cu comandá princámp, IGBT, prin tabelul umátor, [74], se evidentiazá cáteva dintre calitátile sau defectcle lol'comparativ cu tralzistoar.le bipoláfe li MosFET:

180

cÁRACTERIsTIcI TÍalzistor bipolar MOSFET IGBT

Limita supelioaá detcosiuDe de lucÍu Dedic joasá i!altá

ciÍcuihrl de c{irBanda- cheltuieü- puterc Ílzuc

rcduscEicá roicá

ca(acteÍistici dccornutalie

- timp de satularc- timp de blocare- pierderi de putere

EediuluogrtlalT

scurtscunmici

mediuEediumedii

Caractelistici decoEduclie

- deusitatc de cureotadroisibilá

- pierderi de puterettureÍqici

oicttlrari

Illaremici

FÜncJio&re .lD

scurtcircuit iBposibil inposibil posibil

Frccvclta de lucÍu(limila pentru o.sxlc.D)

- uzualá. rDarioá

l0 kHz50 kllz

100 tltz250 kltz

20tJlz80 kHz

Figrrra 8'l Preziütá strucfura, schema echivaleotá 9i douá diotr€ simbolurilc uztale

folosite peltÍu tralzistoaÍele bipolarc cu coDandá prin cáop' IGBT' [6]. structura acestor

ttanzistoarg astc foarte ascotr!átoaÍg cu ceíl a tralzistoarclor de puteÍe cu efect dc cámp'

MosFET, cu cánal de tip "tr. , cu functiolaÍe fu doDeíiul de acumulaE dc PuÍtátoli de sarciná.

stratul supli.mctrtar P+, Ícalizat pÍi! impurificarc adecvalÁ pe paltca colcctonrlui, conduce la

un traüzistor bipolaÍ PNP suplímcltal, cale lEPleu!á cu tlalzistoÍul MosFET existcnt

alcátuicsc loul tlanzistor IGBT' DiD pácate iÁ ötÍucfura semiconductoaIe apare íu mod automat

9i tÍalzislorul NPN "PaÍazitar,, care' inrprouoá cu tÍatrzistorul PNP conduce Ia o $rucnlrá

Bedoritá.dc tiÍistor caig poate fi ÍesPoDsabil dc fenomeoc de acÍolarc in rimpul fulcÍionáÍii

traDzistorului cu comaldí pIiD cámp. Acest tiristo! supli.EentaÍ este i!5á dezactivat Prinilrtegralea Íezistcnlei Rs de valoale íoaÍte Eicá ti pril realizaÍeá pe cale tebno|ogicá a

tla.ozistorului palazitaÍ NPN cu u! factol do aEplificare iD curcnt cát oai mÍc. Ca urmare

tralzistoaÍele IGBT modemc fuícJioÁeaá la teDsiuli colccto. . cmitor Ead, si íD codiJiileulor varia1ü rapide alc tensiuDú colcctor . €mitor fá'á a ac.o9a ítr mod ac.ideltal, altfel spus

caÍacteÍiáldu.se priqtr.o sltucfurá "latch.up free", tq' tlz]' t41]'

l8l

10rö tJ

L--"

"2)

C-Colecror

Figura 8.1. Simbolul si st.ructuratranzistoarelor IGBT.

Tranzistoarele IGBT pot sá fuBc|iouez€ in zona activá a caract€Iisticii dc ie|i!e, inIegím de amplificarc. Ele se utilízcazá íD5á foaÍ.e ral in astfel de aplicalii. Ca gi in cazuttÍatrzistoaÍelor bipolaÍ€ dc putere si al traqzistoaÍelor cu efect de cámp de puteÍ€' conditiilc deevacuarc a cáldurii Produs€ ín rimpul funclio!fuii |imitcazá sevcr plterea disipaltr maximá, inrcgitu de amplificale perfonEatr|elc acesbr dispozitive semicoDducloare neputánd fi exploatatcdecát lotí-o propo4ie extrem de Eicá. Tralzisloarcle bipolare cu comandá prin cámp sefolosesc in tBod oormal ld Tcgim de coEutalie, stá.ile stabile fiind cca blocatá, cánd tensiuneacolector. emito. estc máÍc' cureoful de colcctor fiiod practic nul' Íespecliv cea saturatá cárrdl€nsiuÍca colcctoT. emitoÍ ale valoaJea micá, colespuÍrzatoare satuÍaliei' curentul de col.{lorfi ind c.r'Íenfu l saÍcinii.

TreceÍea tlaflzistorului IGBT din srarca blocatá in stare de colducJie se num€9tecomuta|ie directá. Ac€sr proccs cstc pÍezeotat i! Figura 8.2 pentru cazul unei salcini Íezistivein col€clorul tralzistorului, p4]. Circútul de ÍuásuraÍe folosit rezultá din Figura 8.3. comutaliadiroctá se de-sfásoaÍá sub cfcctul aplicáIii teüsiunii dc comandá v6g\ io circuirul 8rilá - emitora] tÍanzistorului. Tensiuuea dc grilá vcE evolueazá exponeniial, dupá o legc cale dePinde $i derezisteula dill ciÍcuitul de grilá, R!. Procesul de comutaJie este carac|erizat de douá iÍItervalede timp distinctei timpul de intárziere sau de stocaÍe' Id, respectiv rimpul de comulaÍe propriu .

zisá sau timPul de cre|tcre, t.. ca urmare, timpul de comutare directá, t*, va fi:

E

I\aÁ

c

I\aá

c

o

I

I

E-Emuor

ta2

(8.1)

PieÍderite in timpul comuta|iei dirocte cvolueaá conform cubci PoN din Figura 8.2.

"u"'"" ""*1* |áia"'i,.peqtÍu tctr;iune colector . cnitot si curent de colcclo! date, depindc

á" J*"ü ""*""ii"i'

.oot.l"bilá p.io '""is!en!a

dirr ciÍcuiol dc grilá' Rc.

I 1,0loot"'"

iC,

Pon

0,1

a

,1,0tII

"GE

o

Figura A.2.tranzistoarelor

comuEatiaÍGBT .

direct.a

Figura 8.3 . círcuiEu1comuEatiei directe.

de Lestare

183

Procesul de comutalie iDversá' uumit si de blocarc, este evidcÚiat prin Fi8uÍa 8.4. Asacum rezultÍ ditr cilcuiful de Eásu.aÍe alátuÍat, Figula 8.5' blocaÍea tlanzistoalelor IGBT esteluatá io colsidcÍarc iu conddiile ünei saiciDi rczistiv - inductive in ciÍcuitul de colector aldispozitii'ulüi semiconductor'

Fi$ra 8.4. Comutatia inversat'ranzistoarelor ÍGBT.

coúutalia ilve.sá aÍe loc prin aplicaIea tcusiunii negative VEGM c;lcuitului 8rilá .elqito. al traJEistoÍului. ca urmale tetrsiut&a de grilá v* va evolua cátre rroua sa valoaÍestaliolará tot expone!,ial, coDstada de timp fiiud ajustabilá cu ajutorul accleiasi rezistenle Rc'comutalia ilvelsá a acestol tanzistoare are loc tot in douá etape, caracterizate oritl rrrmitoaÍeleintenale de timp: timpul de intárziere la blocare l $i timpul de coÍlutale propriu'zisá sau decádere, tÍ' Timpul total de coEutare' toí, va fi priB urmare:

184

t.lrt'tt

Nu este obligatorie folosirca urci tetsiutri Degative vEcM pettlu blocaEa tla.nzistoruluiiGBT. cotuutalia invcrsá poate avea loc 9i prig aducc'ea PoteEtiahlui gri|ci la valoaÍea ocorespulzátoare potenlialului emitorului. ÁvaÁtaje lcgate itr special de viteza de corDutalie !ide siguta4a io funclionare fac lnsá prima metodá pleforabilá.

(8.2)

Figura 8.5. CircuitulcomuLatiei inverse.

de E.estare a1

coDform figuÍii E.5' iD paralcl cu sarcitra este prevazutá o diodá de cuÍent ilvers.Accasta nu exclude i!5á ío lntregiEe supratcosiunile la boroele circuitului coleciof . emito!'caractedzate pÍin valoalea maximá vcEH a telsiunü la blocaÍe- Ac€ste supntcDsiuEi suntrezultantl prczÉojei i.oductiYit]íjilol paÍazite diÁ circuit care nu pot fi climitrate ío totalitate Áicicu cea mai lngrijitá ptoiectaÍe a cablajului.

curba ÍqaIcat]í c1! P.í iü Figura 8.4 eviden]iaá picldcrile de pulere in timpulcoButaleí invefse, pierderi de purere care depiÍtd de timpul de comutaÍe, deci pot fi ioflueÍr'aregi cle pdtr Yaloarea reziste4ei P.c de la iqlirca etajului finat de cotrandl al tÍa.uzistonrlui. lncazul tranzistoaÍeloÍ IGBT o ateBlic deosebitá Írebuieste acordatá faptului cá curenful decoleclo! lrai pástle2zá o valoalc redusá un ti.op relativ lung dupá terminaÍea procesului decomutale, cáld teosiulca colector . emi.or a atils deja valoaÍea sa de ÍcgiÍtr staJionar, vcE.Datolicl acostui cutent ledus. nuüit i! literatula tehnicá dc lioba etrgleá "tail curÍent"'pielderile totale de putcrc la lcvedÍca itrveÍsá sult aPleciabil E'rite.

In regim de impulsud, fu cazul ulei sarcini Íczistiv . iÍductive í! cifqtiful de colecto.al trá.uzistolului, condiJiile de comutalie devin mai scvere deoarece ía momeohrl comenzii desaturare dioda de !ú DF se gáse'le iE colduclie. ca urmale la coEularea cureahJui de salciuáin circuiful de colector al talzistorului accsta va prelua íB mod suplimetrtaÍ !i cuÍeotul dcIevcliÍe iqvclsá al diodei' Figura 8.6 evideo1iaá comutalia diredá a talzistorului itr accst cazpnctic, ciÍcuib, luat i! colsideI8re fiisd prezeqtat íD Fí8ura 8.7. curenful maxim printraIzistor poate fi rcdus pri.o ategeÍea optiDá a timpului de coEuta}ie, apclándu.se din rcu larczistenJá Ro. Aceasta este ilsá doar o posibilitate de iEburrátá,tire a comutaÍiei, efectul maxim

0- |' "ce I

I

185

tczultánd prin folosiEa unoÍ diode supresoa&, DF adecvat€ tIaÍEistoaÍeloI IGBT. Aceste diodesunt caÍacteriza(e PrintÍ.o caÍacrcristicá de levclirc i.oversá moale' trumitá .soft lecovery! ínliterafura teh.Íicá de specialitate de limbá engleá.

IvcE

Clncult prlnctpal

Cl|cult de supresare

Figura 8.6. comut'atía directatranzistorului cu functionareregim de impulsuri si sarcina RLcolector.

:L,"-'JI

CEJ.V

ainin

r86

\ UD factoÍ caÍe maÍelte sigÜa$a in fuÁclionale a circuitelor clccttonicc clr ÍÍalzisloale

rcsr ".teii;"a" ca p,oau"lto;i tivr"uzl dc oüicei modute care couli'n uo ráízistor asociat

cu dioda de cuÍent invers co.espulzá toaJ€, caracleristicilc din catalog refeÍiudu.sc la ve ilul

á" .i*i"* ^a"r "uriout.

Moduielc complexc cu douá ttálzistoatc ai douá diodc' desti.Bate unui

.'brat" de coíverlor polifazat ulurej ín másurá 9i mai mare pÍoiectarca ckcuiteloÍ cu

traÉisroare 168T, etiminánd 9i o maÍc pane din problemelc de supÍate.siuni de comuta1lc

cÍeate de ilducrivitálile parazite datolarc unui cablaj i.lsulicleDt opllmrzat.

E i^rr'. A 1comuE.atl,el Ln

circuitul de tesEare arregim de impulsuri pe sarcína

ln mod aseEánátor tranzisloa(elor bipolale de put€re sau tralzistoarelor cu cfect de

cem9 de Dutere, in Bici un regim de lucru puncnrl de firnciionare al tralzistoareloÍ IGBT nu aÍe

;fu:;"':d;; ilio^"Jo uio" a"r'ir al caÍacteristicii dc ielir?, lc = f(UcJ, numit alia

á".í."ir""'" si8urá, soAR. FiguÍa 8.8 cvidetrtiazá aÍia de furrctioíaÍe siguÍá peDtÍu

i,"-i,i","'" iog'i. ioo e si tooo v, produse de cátre írrma SEMIKRoN, [52]. Diagrana

se .eicra ra fuBc}io[aÍe in regim de cu."ot "onti''.'o

$i in Íc8in dc ilopulsuri. Este foaÍej*oo.t-. a" '".-""r

ca a1i p;oducátori fumizeazá diagra.Ea pcntru aÍia de fuoc on.re sigurá

ilil;;;;;. .d',ire nep..ioaice ae fuEctionale rcspcctiy pcntru ÍeBimuÍilc p€riodice de

t|.ln"1io,we ale tranzistorului bipolar cu comandá prin cánp' t74].

ceea ce conferá un giad supcrior de robustclc tralzistoalelor lGBT in rapon cu

t,-'i,to*"l" bipola.re dc putcre 5i tranzistoarele cu cÍect de cálip dc purere €stc faptul cá

i"""ti"''"" l"Égi. de sc.,nci.cuit este posibilá, [52]. Evide , acest inod dr ]ucru rrebuie sá

;;;;".pd;i ;" ; regulá. Regirrtul de iucru periodic csle adnis Dirnai in.inreÍioÍul aliei de

fuoc1ionare sigurá, unáe temPeÍatuÍa jolcliulii rámán..la vatori admisibile dacá ráctrea

ii'pJ.'i*l'i i" r*" iu condi1-iile prescrise' FuuctionaÍca ín rcgim periodic d€ scuncircuit nu

..ti "a.l.x.

Un traizistoÍ IGBT poaie intrcrupe pÍin comandá adecvatá Pc 8rilá un scuÍtcilcuit

oF

'cE I.t,

187

care ajuge la cure4i de páBá la 8 ori curcBtul nomiÍlal' la telsiuni de lucru de 80% din UcE

* cu coüditia ca semnalul de comandá de blocaÍe sá Íie genemt ln mai puÍiu de l0nricrosecuode de la aparijia scuÍtci.cuinrlui. Aceastá performan1á rezultá pfin fapful cá structura

de tListor parazitar din conÍigÜra|ia tralzistorului IGBT ÍáEetle .l8tch.up ftee' chiar $i itr acest

regim deosebi. de sever de futrclioflare. Performatrla aceasta este exploatatá de proiectanli inseosut fiabili?itií circuiteloÍ cu IGBT, p!ür folosirea utro! reaclii de curent chiar in etajul finaldc coma!d,Í, p€utru comcDzi de blocaÍe rapÍdá in caz de scuÍcircuit, asociat cu rezistenle de

blocaIe iD cilcuitul de gÍilá, RdY, de valoaJe BáÍitá'peBtÍu a evita suPratensiunile $i oscilaliiledc tc'siuo€ la blocare. In mod suplimeitar se Íecomandá iB acest caz 9i diode Zeoer de 16 V,de coÍoutatie, ltr antipalalel, montate dircct itr circuitul gri'lá - emitor auxiliar' pentÍu a preveni

distÍugqca stÍarului de oxid izolator, datolatá uoei supÍatclsiuni urai Darí de 20 v ltr circuitulde gÍilá.

pigura I .8. Aria de functionare sigura at ranz istoarel"or IGBT.

Figura 8.9 sc refe!á la uB ciÍcuit de testale a tegimului dc scuncircuit Pntrut.alzistoaiele IGBT. Accst cacuit coÍ€sputrde unui choppcr de utr cadran la caÍe salclBa cst€

scurtcircuitalá. lD mod Dormal trur 'tul scurtcilcuiteIo! eliliinatile prin comandá se indicá incatalog si are o valo8rc liDitará, ca urmaÍe aParilia loI iqtr.un conveÉcr tÍebuieste coltorizatá,asociat cu informarea sistemului c. comzndá al iBstalaÍiei, íE vederea decuplárii automate incazu! rcpetáÍii eveaimeÁtului.

u s -r0-r5v

- >ü.---L

188

Scrrr crcut

_rL-+|+-

l0lrs

Enlio. .uxlll..

Fi$Ea 8.9. CircuiEul de tesEaretranzistoarelor IGBT la functionareacurtcircuit

siguraDJa i! fuoc'iooare a conYcnoarelor clcctonice dc puterc cu üanzistoarc IGBTse poate asi8uÍa prin folosirca ciÍClilelot de comandiÍ optine, asociat cu circuite

corespuozátoaIe de proteclie iDpotriva suPrateDsiutrilor 'i

cuÍenJiloÍ dc scurtcircÜit. Un

conYertor bhe proícctat trcbuie sá ofcrc un grad cát mai ridicat de autoProtccJic, chiar 'i

íncazul u!o! seruale de comaldá glegite sau afectate de utr Divel ridicat dc zgoEote. Tocmai ditr

accste motive io coBtiuuaie Ee vor alaliza detaliat pritrcipiilc spccific. de coBandá si de

proleclic peotlu circuitele elcctrolicc cu tra.Dzistoarc IOBT.

8.l.Circuite de comandá specífice tranzistoarelor bipolare cucomandá prin cámp' IGBT.

PeÍrtru uo singur tranzistor bipolaÍ cu coEatrdá pria cánp dia configur4ia unui

cotrve.toÍ electronic de puteÍe circútul dc comaÍrd]í adecvat lezuliá din Figura 8.10' [76]. sepresupule cá sisteEul de reglaÍe $i c.Ealdá al cotrvgrtorului se bazeaá pe uD microcalculator,(Pc, oicÍocalculatol spccializat, DsP, microcoÍttIolcr' etc'). Impulsulile propIiu-zis€ de

comandá suut generate dc uo circuit sP€cializat p@tru ÚodulaÍe íD duÍatá a inpulsurilor, PWM

!i sult tralsfelatc in circúnrl dc comaldá aJ tlalzistoruluí pÍi-ü intermediul utrui tlansfo.mator

dc impulsuri iu vederca scparáÍii galvalice. Folosirea de oplocuPloare fu acest scop cste de

asemelea larg ráspáoditá. sepaarea ga]vaDici cslc vital nec,€salá .rntrucát

pe de o Paíe circuiblelecEonic dc putere estc afectat de serioase z8omorc de DatuÉ electricá $i po de altá paÍte

potcnFalul cmitorului tlanzistorului IGBT coBandar poate Íi Yariabil íD tinPul fuucjioÍiáÍii

coDvertorului. circuitul de comaldá al t.aDzistonrlui co4ine ütr etaj de coEandá prefinal si unulfinal. Etaju] dc comaídá prefEal preia seümalul dc comandá 9i íl tÍansíerá aoplifrcat etajului

filal dacá nu se coDstatá u! rcgim de avaÍic fu ve{hátatea tlarEistorului. Elajul de coma'dá

fiDal coEaodá Úa.lzistorul io asdcl de condiJii iÍcát sá Íczultc comutaÍia optimá in circuhulcolector - emitor. IDputsul de comandá se poate supriEa sau iotlcruPe dacá temPeÍa|uÍajoncliudi depá'este valoÍile admisibile, dacá iD star€ blocatá a tralzistonrlui teüsiunea col€cloÍ -

eEitor nu este suficieqt dc mare $i íD c.olduclie ou csle ati.osá starca coEplet safuíatá sau, in

ain

189

ultiEá iDsta4á, dacá se sesiz€az! uo cureor de scuncircuit in circuinrl colectol. elritoÍ. Pentrua sc exploata posibilitatea iralzistoarclo! IGBT de a eliEioa Dri! coÍuandá cuIentii descuncircuit' scmnalele de croaÍc se transfcrá in timp midm diÍect cti.jului prefroat oe comande.circuitcle integrate Eodemc peEtÍu colralda tra.ÚzistoaÍelor IGBT refu!úcazá' cu separaÍegalvanicá senmalul de croale gi cát.c Eic.ocalculatontl care comaDdá converrcrul, sau iniregulproces, p€nru coltorizarc $i decupla& defilitivÍ dacá abaterca aparc de mai roulte ori io modsucccsiv. Evident realizaÍg círcuifului dc comand]l in coDfiguÍalia pÍezentatá cste rclativ dificiládal utilizarea ttaDzistoatelot IGBT Du se poate concepe fárá circuite integÉte de comaldáspccialízate. Acestca cxistá pe pia1á, producátorii dc tralzistoale ofeÍind circuitele de comandáadecvate Drodusclor loÍ.

;--_-________i

Figura 8.10. Circuit de comanda cu funct.ii de

. protectie bazate pe senzori integrat.i. Schema bloc.

Figura 8. 1l Pule ín evide!É u! circuit de comaodá pentru tranzistoaÍe IGBT la caÍeseDnalul aplicat in ciIcuiful gfilá . cnitor est€ prelucrat de un amplificato! integÍat 9i transf€Iatin grilá prinr.m etaj final cu tra.Dzistoare bipolalc compleBcntare. se foloso|te sulsa dublá det€nsiuno co inuá peltÍu a lrenJilc le8ativatá 8!ila traozistontlui IGBT ln timpul stárii deblocaÍe. Intre icairea etajului fual9i grilá se aflá o siogurá rezistenÉ Ro' cofisianta de timp acÍguihllui dc cama'odá ftind aceca'i atát peBtru proc€sul dc saturare cáÍ si pentru procesul deblocaÍe' [76). Formele de u.odá carc cÜactcrizeaá evolulia telsiuDii si cureÍ.fului din grilá in

190

cazul folosirii ci'cuitului descris mai $rs, suDt prezeotate prin Figura 8.12. Prin modiÍicarca

'io.li .""i'.""r.i RG se poate ajusta durata de stabi'lire a regimului quasista1ionar in círcuiml

á" giiil qi p.t" -"";ta oirimizi lo mod relativ comÜÍaÍia ÚalzistoÍului.

Fiqura 8.11. schemap.át..'' círcuitu1tranzístor IGBT.

elecEronica de PrinciPiude comanda al unur

Este foarte important sá reYenim mai delaliat asupra problcÍÍIelor pe care le ridicá

,"zi.tcul" Ro dio ci.cuin,l d" gÍilá al tÍa.ozistorului IGBT intrucát aceasta ijtflue4eazá iotr.o

J*a t,oteiato.'" proccsele áe conutalic diÍectá si inversá. Figura 8.l3_scoare in evidenÉ

á"p"'J*r" ii.pir"i de comutaÍie de valoarca acestei rezislentc, [76}. Petr(ru optimizaÍea

"oioututi.i traniistoarelor bipolue cü comandá pril cámP s.au dezvoltat citcuire de comandá

"". o"á,.""r" superioare in carc eujul final dc comandá cstc örfel conccput incli douá

i""i.,rcoi. oir.,ir",.noE respec(iv &R impuo independent consta.orele de tinp de incárcaÍe

Íespectiv de descárcare a capacitáiii gÍilá . eEito!' [52].

crc$terta valorii lezistenlei R{F are drcpt consecinJe: Pierdcri máÍilejn rralzisior la

,"*.aÍ"' pi..a",i.xrite la revenirea inversá a diodei supÍe.soaÍe, pieÍderi totalc de coBulalie

márite' iimp de stocare márit la rcvenirea dírectá, viteza d€ vaÍialie a !.ísiu!'ii col.ctor - editoÍ

áulát i"auá si "u'"nt

inveÍs maxim diminuat ín dioda supresoare. La alegeÍca valoÍii rezistenÍei

RoF trcbuieste gtsit uo compromis iÍrtre Ümátoarcle elemenle:

. pieÍdeÍilc totale dc comuralie directá adEtisibil€ in lraDzistorul loBT 9i pierdeÍi|e de

blocarc ín dioda supresoarc;

- timpr:l maxim admisibil de stocare la saruraÍc rapoía! la cuÍetrtul naxim comutat 5i

fÍecvenla maxim! de comulalie;

l9l. curennrl inYers Baxim in dioda süpresoaÍe gi curcnnrl máxim coEutat.

ri'G I

Pigura 8.12. Tensiunea si curentul incircuitul grila- emitor al E'razí!:orului

ltr cazul lezistouJci Ro", m-árirea valorii sale arc drcpt rezultai urÚátoarele coDs€ciBlerelativ la procesul de blocare gi performan1ele geneÍalc ale traDzistoru]ui IGBT: cresc picrdcdlcde comutalic la blocare i! tÍa'zistor, creste timpul dc futárzieÍe la blocaÍe' cre$te tiEpul decádere' scade viteza de valialie a tensiu.trii colector - eEito!' dv/dt' scad váÍfuÍile de teDsiune

VLR

"l 0n 0ff 0n

II

II

hvncI

I

II

I

)'r'vec

| Í.-.>

tE2

la blocaÍe si, i.B sfáÍgit, crestc selsibilitatea la vaIialii mpide de tensiulo a tralzistorului blocat.Il dimensionarea valorii tezistenJei RaR va trebui 8á5it uo coDpromis íotle urEáto8releeleEcDte:

. pierderile totale la blocarEa tralzistoÍului $i futárzierea admisibilá la blocare ca.reiaflueo1eazá cureonrl maxim comutar si ftecveÚa Eaxií'.á d€ lucru:

. suprateüsiuuea Eaxitl adBisibilá la cuteBtul DáIir! comuta1' eveDtual scuÍtcircuit;

. seosibilitatea adoisibilá la dv/dt.

rÍ ltoffrp sl

0.5

vLF- vLR - lsv rv!- 25oCtv;- t2spc

lr1i

4a- -'

g,l0,5

Ro tíll.-Figura 8.13. Influenta rezistenEei din circuitul decomanda asupra t.impilor de comuiatie.

hformativ se poate preciza cá la tÍaIEistoarcle IGBT acfualc cataloasele ÍecomandápeltÍu ccle douá EzisteDje Yalori cupdlse intre 3.3 si 27 ohm, dar nu mai mari-decat 50 ohm'De aseEenea se Eai recoÍDa.gdá ca rcisleÍ{a &R sá nu depá'cascá cu oai Eult dc l8 ofunYaloaÍea rezistetrlei Rcr.

Iu contiÁuare s€ prezintá cáteva circuite de comandá la crre se pot oPtimizabdepeudeDt plocesele de coEutalie diÍectá !i ilversá a tranzistotului prin componelte adecvatalese h circüih' de g!ilá' [76]. Figua 8.14 se referá la un circuit i.o care etajul plefioal eslerealizat cu un circuit amlificator iotegrat ial etajul fi'rl se bazcazá pc ua circuit cu tralzistoaJefu contratiED .

t93

Figura 8.14. principiul circuj-tuIui decomanda cu tranzistoare in contratimp.

vadalta explicitatá de Fi8ura 8' 15 aIe utr singur etaj caIe folose$te un cilcuit integÍarsPecializat pcntru comalda tralzistoatelor bipolate cu comaDdÍ pfin cámp.

Figura 8 - 15. Principiul comenz.r-r,tranzistorului cu circuiL inteqratspeciaIízaE.

circuiful plezentat i! Figura 8.1ó atp di.u nou o confrgura.l'ie iÍt douá etaje, pdmul bazatpe uú amplificator i.ot.grat ial al doilea folosind tlanzistoare complementare. o calacteristicácomuná a tutuloÍ circuitelol de comatrdá ildicate este aceea cá folosesc' Pentnr fiecaÍetranzistoÍ IGBT comandat c.arc douá surse de tcBiuae coÍrtiquá flotalte. Acest fapt 5e constituie

lo r \lt\I "cE

194

ca utr dezavaDtaj, dacá luám in considerare faptul cá un coÍlvcltor modcm poatc avea un numát

relativ mare de Yentilc

Figura 9.16. Princj,piul circuitsuluicomanda cu tranzisLoare complementare .

de

ln configuta1ia sa. Pe dc o paíe acestc swse de tensiule pot apela la un siBguÍ tÍansformatol

de inalt' frecvcnÍá cu un nuÍrüÍ adecvat de sccundare gi stabilizare localá. IuYcstitia esle

acceptabilá dacá se ia iq consideraÍe consumul de putere PTactic neglijabil al circuitelor de

coBaodá ProPliu-zisc.

Figura 8.17- Pij,ncipiul comenzii fara sursede tensiune locale.

195

Pe de altá paÍte, acolo unde acest lucru este posibil, se rccoÍIuÍIdá circuiful de comandádin Figura 8.l7' u2]' care aÍc calacrcIistic faptul cá tcosíuDea de aliEeltaÍe necesará se iachial din circuiful de teDsiuue cootitrui de alim€ntare a pá4ii clecrronice de putcrc in carefi .ldclioneaztr tnnzistoml.

circuitele plezcítalc @ai sus au un cancter principial . Pentru pÍoiectalc s€ reclmá.odáconsultaÍea documeEtaÍiei oferire de producá(orii t(aDzistoarelor IGBT caÉ modemiz€azápermanent 5i ofena colclcdÍ io doEedul circuitelo! de coÍMndá.

loformátiv, FiguÍa 8.18 evideDtiaz! uD cu|z coDcre! iÍr carc etajul p.efila'l se bazcazápe amplificatorul operaÉolal dc uz general LM3ll iaI etajul Enal este rcalizat cu ciÍcuitulintcBlat monolitic SGl644.

JL

Fígura 8.18. ExemP1u practic de circuiE de comanda.

A5a cüE s-a prccizai la aaaliza schemci genercle de coÍ.atrd! 3 lragistorutu! bipolarcu cog|aBdií pÍiD c3!rp, IGBT, fiEcjionaÍea sa sigurá esre coDdi}iolatá de detectarea la timp $icu aculateje a gurEnlilor de scuncircuit, io vederea elimioárii lor príD comaodá directá deblocare. h co inuare se iau ín considererc cáteva cotrfiguatii posibile peltnr detcctaÍea opdmáa acestor culenJi de scuíciÍEuit. Bte.videDt ca sem.nalelc de Íeacjio astfel obtinute pot seÍviSi pcntru scopuri de supravcgbere gi rcglarc ^t! condi i nomrale de fuuclioaare, in circuitul decoEaldjí iera'hic supcrioÍ, itr acesr scop Íiild necesará doar amplificarea gi tlansEiterea lor'cu luarea in colsid€raÍe a separárii ga'Iva.üice.

ía'il

196

FiquIa 8. 19. Principiul detecEaríi curenti}orde scurEcircuit in circuiEul inEermediar detensiune continua.

ci&uitut ditr FiguÍa 8.l9 con}ínc ut! singul punct de supraYeghetc al supracuÍeo,ilor,

amplasat ín circuitul sursií de tensiuoe cootinÜá care alinentcaá colvenoÍul' dcci in circuitul

de iotrare' Circuin'rl plefiEal de comandá al fiecaÍui tÍanzistor tra!$fcÍá seEíalül de coEaDdii

cálÍe etajul final numai in condiliile ln caÍc cuÍenful dc iÁtraÍe itr colveÍtor se gáselte i!!re

liEite aámisibile. PliÍcipiul este siEplu, ecouomic ilsá Du asiguá decát o plotcctie rclativá a

vetrtil€loÍ seluiconductoarc. origiÍea supÍacuJeltilor di! circuinrl sü'sei nu este evideoliará.

solulia ploPusá s€ poatc folosi ol succcs la convertoare cu lÍaDzistoare IGBT, ln gama dc puteri

mici.

ln cazul vaÍiatrtei din Figula 8'2o arnplasaÍea purctelo! de Dá5uÍá se face í! ctcuirul

de iesiÍe al c.nvgrtorului eleclroÁic d€ puleÍc. Prelücralea celor doú sennale de rcacJie sc facc

asemfuátor ca 9i ín cazul ckcuítului aBtcÍiol. Fiecare di! celc douá scE.oale de rcacJie de cur€lt

trebuie sá s€ glseascá íntrc límitele adeisibite !i circuitul de comaldá al fiecanri tra'istoÍ

IGBT al coavcrtorului Úebuie sá ia 10 coraidÜare accste semnale. Daca saÍcila este le8atl in

stea,fárácouexiuaedenuldeJilreEidormatiecuprivirelacurcn1i.idiBtoatefazelesarciliitrifáre. Nu se iau fu coDsidctare supracurcE}ii caÍe Plovio iÁ urma dcfcctárii uoui dispoitivsemicoÁductor de PuteTc. De aseEclea Du se sesizeáá eve!fuale scunci'cuite pe blal rcaltate

print..o comaBdá gre'itx. Aceastá comaldá gÍelitá poatc uJor apaÍc in ufBa uBoÍ zgorBotc pe

ii,,i" d. t.-"-i."." a impulsÜJiloÍ sau prin paiametri iocorecJi folosiJi la calculul semnalului

PwM de modulale in duratá a irrpulsurilor. Dia cauza acestor limitári priBcipiul de identif'icare

al supracurenlilor din FiguÍa 8.2o estc folosit doaÍ la cotrveíoafele cu putcre instalatá medic.

t9'l

Figura 8.20. Principiul detectariicurenti1or de scuItcírcuit pe parteasarcinii.

o valiantlÍ de ideD|ifica're optiEá a supÍacureolilor in vederea protejáÍíi ÍranzistoaÍelorIGBT' aPlicabilá la toate tipurilc dc convertoarc, inclusiv cele de putcre ma!e, 5e Prezintá inFigura 8.2l. l! accst caz sc aÍlplaseaá puncte de másurá a cureotului itr circuitul coleclor.emitor al fiecáÍui tranzistor.

Figura 8.21.curentilor detranzistor in

Pri.ncipiul identificariiscurtcircuit 1a fiecare

parEe.

198

La puteri maÍi toate scÍotralclc de Ícaclie dc curcnt runt lua|e in cousideraÍe lÍt etajul

pÍefinal dc comand]Í al ficcarui tralzistoÍ. La puteli mici 9i medii se poate opela in circuitul

hecárui traruistor de pu(ere lcBT Dumai cu reaclia de cur.nt proprie.

Fiqura a .22. Princípiul identifícariicuientilor de scurEcircuit prin valoareatensj.unií colector-emitor a tranzistoare}orsaturat e -

Irl toate cazuÍile este biEevenitá o prelucÍa'e supIimeütaIá a sem[a]eloÍ de reaclie'

pÍiÍlcipial bazatá pe o logicá de tip sAU' iÁformalia rezultattr fiind retumatá $i Bistemului de

"o..aa $ regláre ieÍaÍhic sup€rior. Aparcol solulia este costisitoaÍc, iqsá cxistenÍa pe Pia'áa unei ofeíe foaÍte lalgi in matcric de taductoaÍc de curent cu separarc galvenicá infirmá

aceastá ipotezá.Dacá prot€jaJea ficcáÍui tranzistor impotriva supracurcn1ilor din circuitul proPnu esle

coosidcráiá suficictrtá atutrci se poate apela la o m}Ísurale ildilectá de curcnt prin inÍcrm€diul

tensiunii colector - emitor a trarzistorului sanuat. UD cilcuil care corespunde accstui principiu

cs(e indicat iD Figura 8.22. Rczultate satisfácátoare se oblin itr spccial itr cazul in care ciÍcuirul

de supravegherc, prezeÍltat priDcipial 9i io Figura 8.10, pcrmitc $ rcnrmarea cu separare

galvanicá a seEmalului de eroaÍc, dacá accsta exislá, cátre sistemul de Íeglarc al convertoru|lJi.

8.2.Circuite de protecfie specifice trarzistoarelor bipolare cucomandá prin cámp' IGBT.

o ultimá probl€Íiá Ioai trcbuiEfe explicitatá Peot$ ca accst capitol sá dcviná cu

adevárar ulil celor care dbresc sá proicctczc' sá experimcnteze sau s' producá conveíoarc de

ca,/cc cu Epdulate in duÍatá a impulsurilor folosind ca dispoziriv seÍruconduclor t.anzistoalele

bipolare cu comandá prin cámp' IGBT. Estc vorba de chestiunea extrcm dc imPonaítá a

199

prorejáÍii dispozilivelol scmicolductoarc !i a conveÍtolului ímPotÍiva supratensiunilor dccoEut4ie si a supratelsíuniloÍ extcmc. Acestc supÍatcnsiuni sunr incrente itt orice convenordeoarece lici cu cea !!ai ingrijitá proicctarc a cilcuin ui tru se poi elimina comple(inducrir.itá'ile parazitc, LP.

{-"'{--

4ü: d+''Htra) | RIL

Figura 8.23. circuit de protectíe índiwidualapentru tranzistoare IGBT.

Figura 8.23 preziDtá cáteva circuito de protcc'ie individuatá ímpotriva suprateasiuoilor,circuite carc tlebücsc utilizate ín partc' peltru ficcarc dispozitív semicooáuctor at unuicoDvenoÍ. Figura 8.23.a se referá la varia. elc foane simple cu grup Rc de Proteclie, cu diodezencr cc putcrc' rcspcctiv o conliguratic combinatlÍ cu grup Rc asociat, in paralel, cu diodastabiliz'lroarc de putere. Un ciÍcuit superio!' bazat pe o Ie'ea RcD este eviáetrÍiat dc Figura8.23.b, [74].

valoarca capaciüjü condensatorului de protecÍie se poate determina cu formula:

C s>i cM!(dvcJdt) (8.3)

200

Pe ru valoareá ÍezisteElei Rs din cilcuitul do Prctcctie se pot folosi expÍesiilc:

lcllc, <Rfth,út(4.c) (8.4)

Pdtcrea disipa''í d9 leistorul ciÁ circuiBl de protectie se stabile're cu etPresn

urltrltoiEe:

P vRs=o.5.c Jvcr)z1"(8.5)

seÍLoificatia Eárimilo! caÍe au htervcoít itr fo[Dulele de loaí sus €ste:

i"- : cuÍetrnrl de colector oaxim íÁ regim de fuDclionaÍe nomE];

ai.'lar : pann ae cre'tcre admisibilá pcítÍu tensiuuea mlector - eEitoÍ a blocarEa

tralzistorului;

I"*: Íelsiunea colec(or - eüitor inaiDE de satulaÍea tlaDzistoníui IGBT;

: curetrhrl de colectol dc víÍf pcTiodic, maxiE admisibil;

: durata minilrú a teosiulii grilá - emitor, ta fuDcJio&rc íormalá a

colveÍtonrlui;f. : frecvenía maximá de lucnt a tralzistorului.

Dioda D5 llebuieltc sá Íio o diodií ÍaPidá sau de comutalie.

Picrderilc de Pute.e i! acest ciÍcuit de pÍolec}ie suDt relativ ridicale ca valoa'e li cresc

io mod seonificativ cu crcaterca flecvcÚei de lucru a truzisloaÍeloT din cotrveíor- Ditr acest

motiv acest circuit de protec|ie se utilizcaá in convettoarele cu ua Dutolk redus de tralzistoarc

á" put".". ra "i'".'ir"le

io puntc trifazatá folosiÍea aclsfui ciÍcuit este posibilí, a5a qrtrr rezultá

ii áio rig*. 8.24, dar se rccomatrdá numai Pentru cotrverloirrele cu putere iDstalatá micá'

destbate a functioüa la ftecvc!}e de lucru ÍelatiY reduse.

Pentru coEveÍoaÍele gaÍe opereazá p€ baza teblicii de modularc in düratá a

imFÍsuriloÍ, cu fit.Ectii dc coBpararE de inaltá ftecve4á, 5c r€comandá rlte ciTcuite de proteclie

impolÍiva suplaleDsiunlor de comuta}ic !i ditr Íe,eaua de aliEeotaÍe.. rigura 8.25 prczilt' uÁ circuit de protec'ie ímpotliva suplatc.siuniloi, adecvat

convertoare]or io punte trifazatá cu IGBT, c8Í9 futrc}ioneaá pd' modulaÍe itr duratá a

imDulsurilor.ProEcJiasefacecurclclcRcDcomuDepentruunbraJalconveÍtoÍului.valoaIeacapacitáIü coodensatoruluí din ciÍcuirul de pÍotecio se calculeaá cu exprcsial

c a,.Gl.L?)tÍ(k1-DY,cd(8.6)

r" - inductivitatea paÍazitá a circuitului cuprins íotfc sursa de9i nodul coÍcspulzátoÍ brajului coDvertoÍului;

201

Figura 8.24. Aplicarea protectiei individuale laEranzistoarele IGBT ale unui converLor in Dunt-e.

Dimensionar.a .eásteolei de proteclie este posibilá cu formula:

R,=u&Í..CB)

Putcrca disipatá dc ÍczistcoJá de protcclie va ft:

(8.7)

P vr|=o.5'c a.(: -D,V:c.Í" (8.8)

Márimilc car€ intcrvin io erpresiile de dim€nsiolare Plezenhre mai sus au urmátoaleaseíurificaJie:

. valoalea maximá a curentului coltiluu comutat:

frffi.'rlilrlici lll': o'j ii {'l:\

,, ,,,,,-..1. ./,

202

V". . teNiuDea coBtinuá din ciÍcuitul ií€rmcdial;

h . suPIatcnsiulea admisibilá, corcspuúde Íaportului v"u",./V66 admisibil:

Vceu - tensiulea colecto! . emiÍor maxim admisibilá la blocarca raDzistorului:

f. - fÍgcven|a maximá de rcPetale a procesului de blocare a ta.lzistonrlui.

Dioda DB trebuielte sá Íio o diod:Í rapidá sau de Comutalie.

Figura 8.25. Princípiul proLecEiei tranzistoarélorIGBT cu grup RCD Pe brat '

PierdeÍile ín cazul folosirii acestui circuít dc proteclie suat scDsibil reduse falá de cazul

circuitului preze0tat iD Figua 8.24. De aceca coufigunlia descrisá itr Figura 8.25 sc Íccoma.odá

in cazul converloareloÍ cu |GBT cu putere iostalatá maÍe.

In cazul cchipameDtelor cu tlalrástoiue biPolaÍc cu comáldl prin cánp, cu putere

iosta]atá medie $i cu circuit io puBte trifazatá se poate folosi cu succcs 'i

circuiNl de protcclie

comun pÍezentat io Figura 8.26. Dimeüsioüalea elemeotclor coEporcrrtc se poate face

asemánáior cazului snrdiat Eai sus. In flnc, írl cazul PutcÍilor mici se recomatrdá un ctcuit

simplu indicat í! Figula 8.27. Efecn' inductivitátilor panzite de pc ficcaÍe bral este clotrola(

local cu coodensatoarelc cD. un si.lgur grup RcD este folosit pentm controlul suprarensiunilor

geDe.a(e de induclivitátea parázitá din circuitul sursei dc curent continuu.

203

Figura 8.26 . principiul prot.ectieitranzistoarelor cu grup RCD comun.

Existá o docuroentaÍie tebnicá rclativ bogatá ln doneniul circuitelor cu tÍanzistoarebipolare cu comandá pri.n cámp, IGBT. Áccasta sc lcferá ater h. caIacteristici firnctionale'prilcipii de coEandá !i plotcclie specifice cát si Ia o serie de aplicalii colcrete ln cc|c maidiverse domenii alc electronicii de PuÍeÍe, Í21], Í29],'Í49), tso], t55], t58]' I7?].

Figura 8.27. Prj,nciplul protectiei distribuitetaanzistoarelor dintr-un convertor trifazat.

-l l"-

:.l"- +'"

204

h prezent producátotii de traDzistoaÍe bipolare cu coEartÍlá pdlr cáE. p se orientead

tot Bai muli in di.rectia "oodulelor i.BteligeDte de Putcrc', IPM - btelliSe Powcr Modules'

caÍe lncorporeaá iEt!.o síngu!á Ülitatc frltrc}ionalá dispozitivele semicolductoare de putere

asociat cu circuitele de ptotecJic. sunt accesibilc ps Pia|á modulc iqdividuale, IBodulc de bra}

de convcnoÍ sau modúc coúplete in puBte, mono. sau trifazatá. Folosind accstc module

inteli8ente de putere, asociat c.tt Úodulelc úpizate d€ comaldá, [52], [78] 'i

tespcctánd

docuáeata1ia iodi""ta a" cái.s plodÜcátori, P.sll!!Íeg cilEuitelcl elec&olicc se simplifrcá iomod semliÍicativ. Rolul sp€cialisfului s€ reolieltcaá fu dircctia strategiilor de coEaDdá 9i

rcglare sPecifice aplicatiilol dc electionicá.- -ca" prez€ntate io ac€st capitol se coDsrihrie itr ac€s! context, intI-un minimuB dc

iíforEalie, suficie á ilsá sfudeBtiloÍ in electrotebüicá peltlu a aplica cu succes acesrc

dispozidYe seodcotrductoaTe performante iD cilcútele ele4tronic€ de putere.

9.DISPOZITTVE OPTOELECTRONICE

DisPozitivele optoelechonice reprezin6 9i ele o categorie impoÍtant?i de componeítenecesare in proiecrarea sistemelor dc comandá $i reglaÍe electronicá a echipamenteloÍ deuülizare a energiei elecb.ice. Dispozitivele optoelectÍonice convcrtesc senuBlele electrice inseÍEralc optice sau invers $i cuprind: dispozitive rec€ptoaÍe' dispozitive e'rifátoale 9idispozitive de tÍansmite.e diÍectá a semnalelor optice' [ó2], [63]' [64]' t69]' [88]' [89]. Pe de oparte aceste dispozitive elecbonice permit ilrplementa.ca de sisteme de reglare in carepararnetri controla1i sunt úárimi de Eanüá luminoasá. Pe de altá PaÍte folosind dispozitiveleoptoelectonice se pot realiza simplu |i sigur linii de tÍansmite.c a ínfomatiei, aco|o uÍrdevolumul marc de date sau nivelu] ridicat de zgoÍlote de DahÜá electricá limiteaá aplicabilitatealiíiilor clasice dc tÍansúitere. PeútÍu specia'listul in ingincrie o|eckicá ac€astá din urmáaplicalie prezintá lm interes cu tohrl deosebit.

Dispoátivele optoelectooicc Iealizeaá o punte de |egáfurá inke douá sisteme fizicedistincte, de nahrrá electÍicá 9i opticá. Ca urmare investigarea lor in doialiu iEplicá pe lángácutrogtinp de clechicitate $ qmogtinÍe de bazá lcgate de úfuimile fotometsice. Plezentu|capitol va -E dczvoltat pomind d. la preüriza cá aceste cunoltinle de opticá au fost dobenditE ladisciplinele de Fizicá din liceu 5i facultát€' La nevoie sc poate aPela la brevia'ul ÍccapitltlativcaIe insoÍ€lte Eajo.itátea lucÍáÍilor dedicate díspozitivelo. optoelectÍonic€' [63]' [6a]' [ó9].

se vor analiza ín cootinuarq pe scurt' dispozitivele optoelect.onice de iÍtt€Íes penfuaplicaliile in electrotehlicá. Este eüdent cá exPuner]ea scultá care uJmcazá nu poate epuiza nicipe departe aceastá problematicá complexá.

Foloréástoalele sltnt c.le mai simple dispozitive optoelectÍonice receptoaÍe' Ele suntdispozitive semicooductoaJe fá.á jooc|iuni' caÍc au propdetatea cá rezistenla lor ohmicádepilde de gÍadul de iluninare, [62j' [63]' [64]. si$bolul9i caracteristica lor staticá este datá inFiguÍa 9.l. FotoÍezistoarcle 5e cotlportá aseEánátor rczistoaÍeloÍ obiyrúte, in seusul cávaloa'ea Ieásten|ei loÍ nu dePinde de valoaÍea gi seBulul tensirmii electrice aplicate la borne. Lailttninári de valoaÍe medie reistenla ohoicá a unui fotoÍeástoÍ evolueazá propoÍfional cuiluminaÍea. c.nform relaliei:

(e.l)

coeficienful Y fiild cuprins intÍe:

/ = (o,s .... r) (e.2)

206

Pdn crclt€rea ilu.úiná'ii lezistenla scade cátÍc o valoaÍe miÁiEá. coeficienhrl 1 nu cste

absolut constant' valoalea sa márindu.se la iluminári reduse. lo accst dín rrrmá domeniu gi

rezistenla titd€ sá creasc[ la E!Íimca de htuleric. Rrportul dbtre valoarea de infimeric aIezistenlei li cca corespunátoate iluDináÍii EaxitDe poatc ajtmgc la l0o. va|oaÍea rczbtentei,la iluminári rcdusc, depindc foade mult gi de teBperaturá. In plus, se constatá 9i rm fenomen de..ine4ie opticá selcctivá,,, caiacterizat prin faptrú cá valoalea rczistenlei de Pe caracteristicastaticá se atiíge dupáun tiEp dé stabiliré destul de lun& d€ o.díÁul milísecuídelor la ilumi!fuide mü de lux si de ordínul s€cundelor la ihrloiuáÍi mici dio domcoiul l lux. valoaÍea staliooa!áa rezistenlei nu depinde numai de valoalea staliolaÍá a ilulinárii ci gi de ..stáÍile antcÍioarc'' aledispozitiwlui. Mai pÍccis, pentru o ilumiíale actualtr datá, vom oblinc o r.zisteÍrlá mai maredupá iluminarc anterioaÍá putcmicá li de duÍatá' decát dupá staÍe de iftuneric.

Figura 9.1. Expticativá privind simbolul 9i ca..cateristica staticá afotorezistoarelor.

PeBtIu realizarea rrnor fotorezistoaÍc cu ráspu.s maÍ€ in dooeniul viábil se folose'tesulfura de cadmiu, CdS

'i selcniura de cadmiu' cdsa FotorezistoaÍele Íeálizate pe baá de

sulfuÍá de plumb' Pbs li seleniurá de pluÍnb, Pbse' au ráspunsul maxim io inaarolu, la 2,5 pm

$i, respectiv, 4 pnt' [88].suprafala fotosensibilá a fotoÍezistoaÍeloÍ poate varia inhe l mm' 5i cá$va centimerri

pátÍali. se incapsulcazá í! plastíc, Eetal, cerámicá sau íiclÉ. Pot avca puteri dísipate de cálivawatt, motiv p€ntÍu carc pot 6 aPlicgte la comanda dir€c|á a unoÍ lici cleEente de execulie.

FotorezistoaÍele se íolosesc cu precádere in másu!átori optice' automatizári sauecbipaÍüente deprotecÍia mrrícii.

Fotodiodel. au fost dezvoltate pomind de la Proprietatea joncliuoii semiconductoaÍe..pn'' de a avea cÜenful invers ProporÍiodal cu iluminaÍea ap|icatji' [62]' [63]' [64]. simbolul

'icaÍacteristica staticá a fotodiodclor Íezultá din Figu.á 9.2.se constatá cá la cuÍent anodic nul gi |a iluminare redusá a jonctiunii, la bomele anod-

catod ale unei diode pe substsat de siliciu put€m másu.a o cáderc de tensiune de apÍoximativ0,5 v. Aceastá cádeÍe de t€rrsiule nu este practic inlluentatá de modiÍicaIea iluminárii. Dacá

207

terminalele dlodci se scuÍtciÍcuiteaá íEsá' deci la tensiune anod.catod nulá. cuÍeln'l descurtcicút prin dispozitiv €ste proporrioíal cu iluminarea. sensibilitatea are valori tipice indotleniul 0'l lÁ./l1r)(. Prin mári!6a progcsivá a tcnsiunii invcrse la bomele diodci, valoaÍeacurcntului inv.ers íu se modi6cá ín mod seE.EíÍicativ, la i,lumulale constant," Deci fotodiodelevor nrncliona ín ci'cuitele elcctronice polarízáte negativ' seÍÍrnalul electric de ie$Ío Eind chiafvaloaÍca culgnüllui Íezidual invers. sc Íemarcá deci faptul cá málimea vadabilá cu iluEinaJeaeste Éicá' aváíd va'lori sub l00 rrA.

Figura 9.2. siobolul si caracteÍistica staticá a fotodiodeloÍ.

rotodiodele se pot realiza pe subst!.at de seleniu. Acestea au o sensibilitate redusá- daÍse pot uiiliz4 cu succes ln convcnía energiei luninoase tr energie electricá. Fotodiodele D6substral de siliciu se pot folosi irr domeniul lrrngimilor de undá de 0'6'....l lo" h tinp ccfotodiodele Í€álizate Pe substr&t de gennaniu sult cel mai sensibile íl1 plaja de o,5.....l,7.rlD,lo€4ia fotodiodelor estc mult mai micá decát cea a fotoreástoareloÍ' ca uIIDaÍe fiecventeleliEiüt de lucru se sífueazá lrr juÍ de 50 kHz. Din acest punct de vedeÍe, fotodiodele pin suílt |imai performante, fiecvenlele Eaxitre de lucnt ajmgerrd la valori de ordilul a I GHz

Ala cuE 5.a prÉcizat mai sus, seo'ralul fumizat de fotodiodo este Eult Eaj úic decátcel 8eneiat de fotorczistoaÍe. ca u.mar€ €ste decesaÍá o a'plificaÍe colespulzátoare. Utilizlreafotodiodelor cu avalan$á controlatá €liminá acest dezavarrtaj al fotodiodelor obigauite.sendbilitatea acestol dispoátive optoelectonice poate fi márítá 9i prin cre'terea supÍafeleifotoscísibile.

In catcgoÍia coErponéBt€lor oploetectÍonice rec€ptoare cu tr.i t.nÍinale suntcuprinse fotot.aÍlzistoarele, fotofet.urile

'i fototi'istoaÍele. FototrrDástorul este uÍ! lraÍzistor

bipolar la cale joncÍiu!€a colector-bazá fibctioneazá ca o fotodiodá. Deci cuÍenful de colectoIaI fototraozistoareloÍ este contolat pÍin cu'enful rezidual invers al jonclirj'ii colector.bazá,cureát caÍe la Íándul lui depinde de iluminare. Figura s i eviden;iaa sinbolulfototlanzistorului, schema 5a echivalentá pecuul gi schema echivalentil a fototraazistorutuicompus, Darlingtotl configuraÉa concretá a ciÍcuiful'ri de aplicálie i:lprrne sau nu coíectaÍeabazei fototÍanzistoaÍolor. FotoÚanzistoaÍele coúPuse, fur configura|ie Dallington suEt necesarepentru áeplificalea Ínai accenfuatá a selhnalulú de iesiÍe.

I

248

Domeuiul lrmgimilor de lrodá la carc disPoátivul pÍezintá sensibilitate oaximá 'ifrecvqrlelc limitií do lrroru srllt dictate de pcÍformaílcle fotodiodei di.o coDfiguralia

trálzistonÍui.

lc\l{

l.

FiguÍa 9.3. simbolú fototlaDzistorului, sc}rcDa sa cchivalentá ;i schEma cchivalentáa fototsaúzistorului compus, Dallingtoí.

Foto.fotul este utr t.alzistol cu efect de cámP de tipul J-FET' la carcjoncliunoa grilá -caual9ste o fotodiodá' [62]' [63]' [64]. schema ecbivalentá a foto.fefului si circuiful principialde uÉli'9Íc suít date in Figura 9'4'

Figura 9.4. Scheoa echivaleqtá $i principalul circuit de aplicalie alfoto-fetului.

--J+l."? I

:___J__t("lI

El

209

se remaÍcá faPtul cá este un cilcuit irt co4exiune drená comuÍIá culenful fotodiodeiproduce o cáderede teosiunc negativá P€ Íezistenla & cádeÍe de tensiurre care comandáFaízisto.ul cu cfcct de cerop. Intsucat crrrentd de intÍaÍe este foarte mic, valoaÍea rezistenlci Rpoate fi BaÍe, circuitul fiind sensibil 9i la culenli fotoelecbici mici. Ceea ce avantaieaá foto-fenríilc cste nivelu|

'edus de zgotnote in timPul funqionárii.

aJ b)

Figura 9.5. scheEa echivalentá 'i

siBbolul fototiristonr]ui.

Folotiristorul' pnezentat c{r scheEá echival€ntá 9i simbol ín Figura 9.5, este ocombinalie intc fotodiodá 9i tiristorul de puterc conven$onal, t62], t63l, t64Í. curerrful ioveBpÍin fotodiodá injecteaá in circuiful grilá.catod puÍtáto'ii care determiná basculalea irtconduc1ie a tiÍistorului PolaÍizat diÍect. coDectaÍea el€ctroduhi de grilá ln ciÍcuit depinde deapücarie.

Figura 9.6. Explicatitá privind coEandá amplificatoare|or cu Eanzistoare prinfototraízistoaJe de tiF ..n''.

,

2to

FototiristoÍul este deosebit de avaÍrtajos, mai des la aplicalijle dc tcísíune ilaliil iociÍcuiful anodic. FolosiÍea sa este Íáspánditá 9i din cauzá cá estc posibilá comatrda diÍectá prin

fibrá opticá, eliminándu.sc dezavantajcle legate de evenhr8lele z8omote dc nafurá clecEicá dinciÍcuihi dc comandá, zgomotc injectate pe linia de tansmiteÍe a imputsurilor, [89l. De altfel'

din aceleasi motive se produc li fototr.Dzistoare|€ uEiionc'iutr€ progÍaoabilc sau tEtrodelc

folotiristor, [38], [71].

BC 2r3 B

Figua 9.7. circuite de comandá opticá a ámplificatoarclor cu tranzistoarefolosind fotodiode.

Figun 9.8. Comanda in tensiwre a amplificatoarelor cu t anzistoare, folosindfototranzistoaÍe de tiD .h''.

-Us

2ll'

Nu putcm incheia ac€st subcalitol d€stinat djspozitivelor optoelectronice receptoareíárá a indica 9i cáteva ciÍcuitc specifice dE aplicalic, [69]. Figura 9'6 cüdeÍrliazá pri.ncipiile decoeaüdá ln cuÍeat a amPlifcatoalelor, folosínd fototrdnzistoale de tip .hpn''. Tot pentrucomaoda io cnrelt a amplificatoalclor cu balzistoare, dar folosind fotodiode ca disDozitivoptoelecEonic, srtr recollaDdate ciÍcuitelé din Figura 9.7. PeíEu coÍEanda in tens.irrne aampüficaloaÍeloÍ, tot cu fotoaaDzistoaÍe de tip .t!p!'', se poate apela Ia co'ÍgüaÉi de circuitasemánátoale celoÍ din FiguÍa 9.8. Evidcat, €xistá 9i o mullimc do cil.cuite caÍc foloscscamplificatoaÍe operalionale, dár ele vot putea fi abo.date doal tl al doilea voluru al prezenn.rluicws uniyersitar. coEaoda unü tiÍistor cu ajutorul unui fototraDzistor coEpus, DaÍIügron, esteprezentatá i! FigrrÍa 9'9.

Figura 9.9. circuit de cooandá a unui tiristor prin fotobalzistorcoltrpus Darlington.

In categoda dispozitivolor opto.|cctrolic€.rniíEtoarc aunt cupÍiúse .liod€t€.léctro|umilisceEte. Aceste diode au propdetatea de a emite luEiná dacá srEt DatcuÍse de uncuÍent anodic direcl, [62], [63], [64]. Intensitatea lrrrrrinii emise depinde dc caracteristicilediodei

'i de valoarea cuÍenfulrli cale o stábate. spectrul de tecvenlc a lumidi emise qste bine

definibil pi lrmgimea sa dc undá depilde de materialul folosíL Urmátonrt tabcl, [88], pune ineüden}á cátevapcrfomran1e ale diodelor clectoluminiscente:

Materialulse!]:icoíductor

LungiDeade ud?la luminii

emisc írrcr)

Culoarealuminiieilise

LáÍgi4eaintervalului

iipecbal (Í!Ín)

Merit vizual(lÍÍ/w electric)

Ga As 920 intarosu 30 0GaAso óPi l 660 tosu 30 0,012GaA& 5; o r 6l ' poÍtocaIiu 30 0,200CaAso rrPorr 590 galben 25 0,200GaP JttU verde 25 0,300

zt2

RÁídaúeDtul diodeloí clectsoluminiscentg dq'inde dc materialrrl folosit, cáteva válori

tiDice fiind: 57q perrtsu c.le in iDftalo9u, o,5% pe!tru c,cle ro$, 0,o5% penÜu cele v6zi.

éiá".* a" t*'i"i" ai'ectá da.ulde 'i

ea de tcbnologie, aváod valori intse t,6 v la c€le Ío$ii |i2'6 v la cele yerzi. Áceste periorma$e lc asiguá ul larg doúcni! de aplicabilitgte in tehnica

eiementelor de afigále. Diódcle electÍolrroioiscente se pot gási ca unitá1i iodiüduale. De

aseEeuea éle i!.M'ln coD6guraiia eleldeDtelor de afi9are cu Eatsice de puucte' Ele suít !ieleoennrl de baá al circúielor rte afi'are uuoerice sau alfanumericc cu 7 seglDgntq uDde

fie{arc segnent se oaterializeaá dg obicei pritr cooeatalea fu selic a douá diode

ele.hol||minisc€nte.Diodele clectÍoluEiais.e$te pot futtclicla siloplu c..! o Íezisten|á serie de limitaÍe a

curennÍui, a$a cuo sc aTatá t! Figura 9.l0, [69].

Figur8 9.1o. FuDcÉonarea diodelor electrolrrrrrinisceqte iÍl ciÍcuitesiople cu rezistoÍ serie.

o stabilitate supcrioará se poate obline insá la ali.Bentarea diodelor el€cboluminiscente

Prin genetaloÍ de cu.ent constant, realizabil cu traÍzistoare cu efect de cáep, ca iro FiguÍa 9.l lsau Ju traozistoare bipoláre, conform cu Figua 9'l2. De altí€l pomind de la ultiBele douá

c.iÍcuito indicate, se pót coocepe coo.figrrra1ii ín caÍe starea diodelor electroluúiaiscente sá fiecoúrolatá ln fimcÉe de diferite condi1ii de firnclio4aÍe a ciÍcuih'ui elecbooic'

IE catcgoda .lispoát|v€loÍ optoelcctÍoDtcc d. tralsBitere a scmnolelor distiogem

diferitele tipuri de cuplóarc optice. El€ serv€sc de obicei la iltorcolcctaÍea rmor circuite

clcctrice saú electroníce caro au poton1ialc dif€ritc Alc puncteloÍ d€ masá' U! cuplor optic, [62],

[63], t6a], se obiilc pliü asámblarea unui dispoátiv optoelrcbonic emiláto! cu u! dispozitivi"cipto".-e5o cu-.""ulu

'i ditr Figura 9'l3, cuplontl optic s€ poate baza pe mai multe

com.bina1ii posibile de coldpoleote opto€lechoDicc, [88]. De obicei el se gáse$te sub foÍmauBui

circuit útegrat Eonolitíc. Penbu a se dispunc de un di8oátiy cu Íatr.Iameít satisfácátor'

cuplorul optic fi!üclioúeaá iú iÚ.trdJoqu Cel mai iBportaít palametÍu al optocuploalelor este

factoru'l de tÍader Cq deEoit ca:

"=*(e.3)

213

ls6./ F

Figua 9. t l . FulcliomÍea diodelol electroluminiscente alimentatc DrinsuÍsá de cuÍent constant cu hanzistoaE J-FET'

FigÜa 9. l2. ExPlicatiye privind fiEclionarea diodelor elecEolruninjscentelegate iÍl serie li alieeDtate Prin generator de cuÍent constant'

Acest pamm€tru este determinat íB Prjncipal de peÍformanlele dispoitiw|ui receptotdin stÍuctul8 optocuplorului. E| este dat de obicei in proc,cnte. Urmátorul tabel ne pemite ocompan1ie a crtploarelor optice, corlfoIÍ! cÍite.iului anlerior:

214

se poate otserva cá factonrl de EansfeÍ cel mai bun il árc cuplonrl optic bazat pe

."""pto. "o

íoiot""-rstor compus, ín schimb fiecvenF sa m&Yimá dc lucru estc cea úai micá.

La cealattá extÍeEö se gáse$c optocuplorul cu fotodiodlí, cu factor de tra'BfcÍ Íood€st da!

;ild";J pa''a t" t"únlé rre .ordinul

a lo MHz. kecizám cá oplocuploarcle suot apte a

#..f;.;.í;;;"ie logil cát $ scornale analogice, continue. In configuraÉi de cLcuit

.p_*ili", tesl, teat' cu amlüficatoare opera$onale incluse, ele pot.prelucra.li semnale continuc

bioolare. esr.rpia ác esfui lucru se va Putca Ícveoi ín volrrmul tr al c{rsului, dupá intÍoducelea

aÁolificatorului operaliona|, ca e|eúent de ciÍcuit elecbonic.

6áffiEeFisura 9.13. Posibiütáli de realizarc a cuploarelor optico: a) bec cu incandescenlá. fo|oÍezistoÍ,

líaioaa "tect'ot.'^ioi.ccgtá

. fotodiodá, c) diodá e|ectsolttoiniscentá . folot.aluisto., d) diodil-..i..notu-i''isc.r'tr

. celutá fotovollaicá' e) diod:l elcctÍoluminisceítá . fotothistoÍ, f) diodá

electloluminiscentá. fototÍartzisto' compus Darlington.

Pentru a se exploata oPtim peffoÍman|ele unui optocuilor cu fototlanzistoÍ se

recomandá folosirea pe paÍtea dc ie9ire a rrnui circuít asemánátor celui p.ezentát in Figua 9.l4.

Acest circuit asigurá o va.loare redusá a capacitálii Miüer:

Cr=C"r(,e,+t) (e.4)

Figura 9. I 5. Circuit de amplificare pentsu fiecvenle de lucru rbari.

2t5

FigÜa 9. 1 4. circÚit i.! cascad?l penbu opiiEizar€a perfoÍmatrÍeloÍ unui cuplor optic.

216

pri! fapnÍ cá ampuacaÍea i! telsiune a plimrúui etaj, A- este micá. ca uIDEre blocárea

fototraízistoruluí est€ rapidá 9i tecvenlele d€ lucÍu ridicate. Pentru fte.vcnle de luoru páqá la1oo kllz sc poatg folosi ti circuiful di! FiguÍa 9.15. lo accst caz frecvenf. maÍ€ de operare

devi.oe posibilá fiindcÁ plin rezistenÍa de l00k corcctatá iÍlEc baza $ cEritoÍul fotots8ozistoluluise asiguá descárc8Íea ÍaPidií a capacitáÍii Mill6.

Inainte de a itrcheia acest capitol precizáB cá in doEedul dispozitiveloroptoelectÍonica de af5arc existá uD |már rema.cabi| de maÍe de ci'cuite iltegÍatc úotrolitice,bazate pe diode electroluminiscE e sau pe dispozitivc de afi;are cu cristale lichide. Uoexemplu de astfol de ciÍcui! asocial cu oilcuiful ilotegrat de coEaqdá adccvat este dat iu Figu.a9.16.

9t 7{{6 All

Figqra 9.16. ci'cuit de afilare cu 7 sepelte peBbu seoíale logice.

Se cuviae sá mai subliliem 'i

faphrl cá folosirca eleeeltelor de afi9ale cu cÍistalelichide 9i tÍajrsnitelea de date prin fibrá oPticá ciltigá tot Bai Dult teÍen fu optoelecboaicá,

t6el, [8e].

lO.BIBLIOGRAFTA

l.Alexa' D.; HÍubaru, o. . Aplica'ii ale conveíoarelo! statice dc puterc, Editura Tchoicá'Bucure'ti' Romália' 1989'

2.Alexa, D.; Gátlan, L'; IoDescu, F.; kzár, A. . convertoale de putere cu circuite lezonaDte,Edirula Tcbnicá' Bucuresti, Roloá.lia' 1998.

3.Ardclcan, I. 9i col. . circuite integrale cMos' Edihra Tehnicá' BucuÍesti, Románia, l986.

4.Balabanian' N.; Bicl(an' T. - TeoÍia modemá a cilcuitelor, Editura Tehnicá, Bucuregti.Romáoia' l95.

s.Bama, A. - Ámplificatoare operalionale' 227 exemp|e 9i problemc' Edifuia Tehnicá,Bucurelti, RomáDia, 1974.

6'Bayercr' R.; Teigclkön.r, J. - IGBT. Halbbrücken mi| ultraschíellen Dioden. etz Bd'108(198?), Heft 19, Seite 922 - 924, 1987.

7.Bober, G.; Heumann' K.; Papp' o. . QualiÍication of IGBT'S and SIRET for high frequeocyinveltcr aPplication, Archiv fuÍ Elekrotechoik 74(1990), pp.3 . 14' l99o'

8.Bodeá' M' 'i

col. - circuitc ior€nte lioiare. Manual de üliliza'e, vol.l' Editura Teh-nicá,Bucuresti' Romália, 1982.

9.Bodea, M. !i col' - circuire inlegrate lidare' Malual de uli|izale, vo|.II, Editura Tchnicá,t'ucuesÍl' Komanla. lyóJ.

lo.Bodea, M. si col. . circuite i egrate liniare. Malual de utilizare, vol.III ' Edifu.a TehÍIicá.Bucure9tí, Ro!|á.üia, t984.

l l.Bodea' M' !i col. - circuire inte8rare liniaÍe. Manual de urilizafe, vol.Iv. Editura Tehlicá,Bucurciti, Románia, 1985.

2LA

l2.Böstcrting' w.; Kausseo, F.; soÍnmcr, K.H.; Tschartr, M- . IGBT - Modules in Invcners:

Coucepr, Gate Drive, Fault Protection, PEMC'9O' Power Electro cs and Motion Control

Conference, pp.35 - 41, Budapcst, Hungary, 1990.

l3.Browo, c. - Tratrzisroarc. Itrtrebári 9i ráspulsuri, Editura Tehnicá, Bucure9ti, Románia,

r9't6.

l4.Bulucea, c' si col. - circuite integrate liniare, Editura Tebnicá Bucur€sd' RomeÁia' 1975.

l5.csáki' F. 9i col. - TeljesitményelektÍonika, Miiszaki KóÁyvkiado, Budapest, Hungary, l973.

L6.Csáki, F. si col. - Teljesitményelektronika. Példatár' Müszaki Kötryvkiado' Budapesl,

Huogary, 1975.

l7'Dan' Í.; Moseanu, Al. - RedresoaÍo cu seÍúconduc(oare' Edirura Tchnicá, Bücurclti,

Romenia, 1975.

l8.Dascálu. D. |i col. . Dispozitive $i circuitc electÍonice, Editura Didacticá 9i Pedagogicá,

BucuÍe9li, Romáoia, l982.

lg.Dascálu' D. 'i

col. . Dispozitivc 'i

cilcuitc electroqice, Probleme' EdifuÍa Didaclicá 5i

pedagogicá, Bucuresti' Románia, l982

2o'DúDtr' w.c. . Driving and Plotection of High Side NMos Powcr switches, IEEETÍalsactions on Industry Applications, vol.28, No.l, pp.26 .30, Jartuary . Fcbruary' 1992.

21.Eschrich, F. - IoBT Modules Simpli{ InveÍtcr Design, Power conve'sion & Intclligeut

Morion, PCIM - Europe, No.4, July/August 1996, pp.284 - ?86, NiimberS, Gennany' 1996'

zz.FeieÍ, |. 9i col. . Dioda zeíner. Aplicalii, EdiNÍa TebJ cá, Buc1rlelti' Románia, 1975.

z3.FeÍe^czi, o. . TeljcsitméÁyszabályozo áÍárnkörök, Müszakí Kötryvkiado, Budapelt'

Hungary, 1981.

24.Festilá, cl'; szakács, E.; ciu.a, J. - Powe! electronics in automatic coDtrol, Mediamirascience Publisb€Í, cluj, Románia, 1999.

25.GoldeflbeTg, L.M. . Teoria 9i calculul circuitelor dc itlpulsuri. EdiruÍa Tcbnicá' Bucurelli'Romália' l972.

26'cray, P.E'; Searle, C.E. - Bázele clectÍonicii modeme, Edihrra Tebnicá, Bucure'ti'Romá-oia' 1973.

27.Gray' P.R'; MeyeÍ, R.c. - circuite itrteglate analo8ice, Analiá si proiectarc' EdiruIaTehnicá' Bucuresli' Románia' 1983.

2L9

z8,Háza'án,I. . ElektroDikai cr.isitók, Müszaki Kónyvkiado' Budapcst' Huagary, 1979.

29.He, X.; Willia.Bs, B.W.; Fioney, S.J.; Qiao, Z. - Snubber Eoergy Recovery Circuits withsoft - clamping for High Powcr Invencr ApPlicatiols, EPE JouÍlal' vol.ó, No.1, May t996,pp.16 - 21, 1996.

30.Her!covici, H. - Circuitele i.otegrat. iu aparatura de autolratizát.e, seria Elecronicá,Automaticá, Matragemeot, Edifura Tehnicá' Buculc$ti, Románia' 1976.

3l.H€una!o, K.; sfuDpe, A.c. . Tilisztonechqika, MÍiszaki Könyvkiado, Budapest, Hutrgary,19'14.

32.Heumalrl, K. - A teljesitmfuyclektronika alapjai' Müszaki Könyvkiado Budape'st, Hutrgary,1979.

33.Hibbcrd, R, G. . Circuite iotegrate. lntrebári |i táspunsuri, Editura Tehnicá, BucuÍe9ti,Romtuia. 1975.

34.Hillebrald, F'; Heierling, H. . Térvezérlésü tralzisáolok ana'log és digitális áramk{'rökben,Müszaki Kö[yvkiado' Budapest' Hulgary' 1975.

35.KelcEe!, A.; Maria Inecs . Mutatoare, EdifuÍa DidaclicáRomtuia, 1978.

si Pedagogicá, BucuÍegti,

36.Kelcmen, A. !i col. . MutaroáÍe. Aplicatii, Edi.ura Didacticá 9i Pedago8icá' Buclrle'ti,Roraania, 1980.

37.KeleEcn' A.; Mafia Imecs; MaÍschalko, R.; voiqrlcscu, E.; Koos, F.; Bloscoi, A' .Eléctrolicá Industriall. Mutatoarc, IndnrmátoÍ de laboratol, vo|.I, Lito IPC.N, c|uj, RoElália,t9t2-

38.Kelemco, A.; MaÍia lEecs . Electrodcá dc putere, E(litula Didacticá si Pedagogicá,Bucuresti, Romitia, 1983.

39.Kocsís' M. - FélvezctösiBpulzustcch.nika, lvÍÍiszaki Kóoyvkiado Budapest, Hungary' 1973.

40.i-anb€n' M. - TeljesíEény szabátyzok integiá|[ áÉEkör€i; Ivíüszáki Könyvkiado, Budapest,Hulgary, 1980.

4l.I-okuta, F.; Heisig, M.; ÁÍlt' B. .IGBT - das Kürzel fit! mod€mc IJi$fulgselekroDik,Elektronik 15/1991, Seire 82 - 87.

42.I,ska, P. - Kistetjesitméuyü motorok tirisztorcs szabáljozása, Műszaki Köuyvkiado'BudaPest' HüÍr8ary' l98 l.

220

43.bska' P. - Tirisztor Eérések' Múszati KötryvLiado Budapes!, Hun8aÍy' 198l.

44.I-oska, P' . Az egyÉtegii tralzisztoÍ alkalmazása' Müszaki Kösyvkiado Budapest' HuDgary'

1919.

45.Lu.ugrr, S.; voiculescu, E.; Palaghitá, N. . Dispozitivc !i circuitc electioai.e, lodrumáror

de laborator, Lito. IPC-N, Cluj' Ronánia' 1983.

46'Matlac, I. - coovertoare elBctroencrgetic€' Editura Facla, TiBisoara, Románia. 1987.

4?'Mágueanu' R.; Micu, D. - coüvcÍtizoaE statice de frecveDÍa in acÍioBali cu motoale

asiocrole' Editura Tchqicá, Buculalti, RoEelia, 1985.

48'Marschalko' R. - convcÍtoare dc putere peBtÍu re8larca vite7Pi tDotoarelor asi.BcÍooe prin

oriclrr'e dupa cfurp' Teá.te doctorat, Facultatea dc Electrotebnicá, Uuiversitatea TclEicá

Cluj, Romtuia, 1989.

49.Marschalko'R..coDveÍtoaredeca/cccumodula'eiDduratáaiEPulsurilo!,FjituraMediamira, cluj, RoBália, 1997.

so.M8rschalko' R.; Micu, D.o. . coovertoale de calc. cu modrrlare ia duralá a ímpulsurilol

si aplicatii, Editula M€diaDira, clÚ, RomáÍia, 1997.

sl.MorÍis' R.L.; Miller, J.R. . Ptoioctarea cu circuitc btegrate TTL' Editura Teh!'icá,

BucuÍe''li, Roltláda, 1974.

52.Mourick, P. - IGBT Module Application aod Control, SEMIKRON Application News'

scr'lu<nor.i INTBRNATIoNAL' Dr. FÍitz MaÍti! GmbH & co. KG' Germatry' 1992.

53.Rápeanu, R' si col. - circuite istegratc enalogicc, catalog, Edifura Tehnicá' Bucutelti,

Románia' 1983.

54.Rcdl, R. . Achievií8 coBpliance with New Line. HaÍBotric.r Regrrlations, PCM'96'Power éonversion and Intelligent Motioo Codereace, semila! 5, NiirnbeÍg, GerEa'ry' 1996.

ss.Rinehart, L'; Grafbam' D. - Half Blidgc Dliver chipscts, PoweÍ c-onv€.sion & Int€lligeÍlt

MotioD, PCIM EuroP, August/SePteorber, pp 'ZOZ - ZlO, l99l '

56.silald, A.P. . Tidstoare cu bloca.Íc pe poattá' GTo, Editura Tebdcá' Bucure$ti' Románia,

1990.

s7.simioo' E. . Electrotehdcá' Editura Didactici $i Pedagogicá, Buculelti, RoEánia' 1977.

221-

58.skiD!e!, A. . IGBT Plus for Molor DÍivc ApplicátioDs, PoweI coBvcrsio! & IntclligentMolion, PCIM . Eulope, No.4,

'uly/ÁÜgust |996, Pp.274 .271' 1996.

sg.sztojanov' l.; Pa'ca' s. - Alaliza asistatá de calculator a circuitelor clectrouicc, Ghidpractic' Pspicc' Editula Teora, Bucue'li, Románia' 1997.

6o.stÍáinescu, I. . Variaroarc statice dc tcnsiune coDtinuá, Editura Tehnicá, BucuÍes|i,RomáDia. 1983.

6l.stráilcscu, I.; condruc, M. - Tirislorul, caracteristici' coÍnandá, protecJie' uti|iári' EdituÍaTelEicá, Bucurcati, RoBfuia' 1983.

6z-Íie|zr, u.| schent' ch. . Halblcitel - s.haltun8stcchnit, splinger verlag, Bcrli[ -Hcidclbcrg - Ncw-YoÍk, D.u(schland, l98o.

61.Tietze, v.i scheDk, o. - Analog éN di8itális áIajTl'kiirök' Integrált é5 diszkrét félvezetökkapcrclástcchDikája' Miiszaki KöD).vkiado. Budap€s(' HulgaÍy' l98l.

64.Tietze, U.; sche*, ch. . HalbleitcÍ " scháltungstecbnik' z€hnle Auflage, Springer Verlag,BcÍli.E - Hcidelbgrg - Ncw Yort - l.ndo0 .PaÍis - Tokyo - llong Kong. Barcclona. BudaPest,DeutschlaDd, 1993.

65.vátá'cscu' A' 'i

cól. . ciÍcuire cu seEicolductoa'e i! induslrie, ÁmPlificatoaÍe |ioscilatoare, Edifura Tcbnic'' BucÜc'ti, Ro&ania, l97l.

ó6.vátá!cscu, A. !i col.. Dispozitive seniconductoare. Matrual dc utiliza.re' Editura Tehaicá,BucuÍc$ti, Románia, 1975'

67.x x x - Das TTL - Kocbbuch. herausgegeben vod Tcxas lttstÍuments Deutschlald GmbH,ApPlitatiolslabo!' TExAs - TTL Receptek' Müszaki KöByvkiado, Budapest' Hulgary' 1978.

68.x x x - IDtegrieÍte Li.lcaJ. Ü!d I crface - schalfungen, Texas lJrstrumclts DeutscblaldGmbH, IJsrniug center' TEXAS . Alalog és illesztö integrált áIaDkóIök, MüszakiKönyv}iado, Budap€st, Hulgary' l979'

69.x x x - Das oPTo . Kochbucb, Tens Instrumenls Deutschland GmbH, karniÍlg ceDt€r,TExAs. optoelelírooikai ReclPtek' Müszaki Kiinyvkiado' Budapcst, Hun8afy, 1979.

70.x x x - Powel üajlsislor and Mosfet ÁPPlications, MoToRolÁ Inc., switzeÍland, 1983.

7l.X X X - SCR MANUAL, Ltrcluding triacs and other Thyristors. Sixth Editio!, GENERALELECTRIC' PtepaÍcd by App)icatioo Euginccring centels Auburn' New.YoIk and Paris,France' FiitoÍs -D.R.G!aÍham; F.B.Golden' Aubum, UsA' 1979.

222

72'x x x . Ad\ántageous coDtrol of bipolar powel tansistols' AEG, Techical Informatiotl

15, GerE|arY, 1991.

?].x x x .'Power tralsis(oÍ modules, Technical Information, AEG At1i€Bgesellschaft,

lndustriekomporf, nten, Edition 1987, GermaÁy, 1987.

?4.x x X - ICBT - Pov/crblocks' Tcchlical lnforEation' AEG Aktieogesellschaft'

Leishrngshalbleiler, Edition 1989, Germany, 1989'

75.xxx.Po,'VersemicoüductoÍs,sIPMosandIGBT,PÍoducthformation'Publishcdbyi.rJ"*a"".. Ct""p ' SIEMENS Altieogesellschaft' GedDany' 1992'

7ó'x x x - To controt IoBT modul€s: cbaÍacteÍistics . electlooics .dÍivers, EUPEC' AEc &

."ú#Ni, .E.;";;l"h"

Gcsellschaft fiir L.istulgshalbleiteÍ mbH + co Kc' TechBicál

Information ló, Gcrmaly, 1991.

77.x x X - Design in lcBTs . Motol DÍive Applicatiors, Toshiba . clytr GmbH, DeccÍnber

1990' G€rmany' 1990.

?8.xXx-SEMIKRoNluovation+service,PowerElectroqi6-LrisNngselektronik'99'NiimberS, Germany, 1999.

79.x X x - NatioMl Power ICs DatabooklNATIONAL SEMICONDUCToR' crawfordsville'

usA. 1995

8o.x x x . Power compolells' The databook, dc.dc colveÍtc's, tÍa$formers, inductols'

Niivponr cor"lpoNrNTs, vitton xevnes MK14 5NA' EnglaBd' 1996'

8l.xxx.Halbleiter1999/2000,IXYSSemiconductorGmbH'Lampeítheim,Germany'1999

82'x x x - Powel semiconductors. APplication Notes for lodrrstrial Electronics, PÍoduct

lnfo.malion 05.97' slEMENs A}tiengesellschaft' Nümberg' UerÍnany' lyyl '

83.x x x - Power supply circuits' Data Book, TExÁs INSTRUMENTS' owensville,

Missouri, USA, 1996.

84.X X X - &micotrductor Compore[ts Selector Guide, ADalog' Logic and Discretes'

icils/D. R*0, 5/1999, MoroRoLA, semicoEductor components Group' Deover'

coloÍado' UsA, |999.

85.x x X - switchmoderM Power Supplics, Reference Manual and Design Guide' SMPSRMi D'

Rev.o. 5/1999, MoToRoLA, Semiioodrrctor Components Group' DeoveÍ, colorado' UsA,

86.x x x - PoveÍ Pagcs 2000, The Europeatr Power Electronics Addrcss Dilecrory' Á specialEditio!,of PCIM Europe, vol.l, POWER ELECTRONIC Components, Tecbrology,ApplicaÍioDs Systems, ZM Communicatiols cmb}l' NÍtrabcrg, Gcruany' 1999.

87.x x x . ElektÍolecblikai Kisl€xikon, Milszaki Kölyvkiado' Budapcst' Hungary, 1973.

88.Nc$eá!u, M. 9i Bálu1á, Gh. . De la cfectr' fotoel€ctÍic la celula solad, Edifura Atbatros,Bucuresti, RoErilria, 1981.

89.x-x.x . 9o:ial & Fiber opúcs catalog, Pastemack Eqterpriscs, cataloB#2ool.sA, Irvile,cA, usA, 2001.

9o.Bodea' M. !i col. - Diodc $i tiÍisroare de putere, Matruál de utilizátc, volumul I,Perfomanje, EdifuÍa Tcbdcá, Bucuclti, Roofuia, t989.

9l.Bodea, M. 5i col. - Diodc $i tiristoarc_de puterc, Matual de utilizatE, voluuul II, Aplicatii,EdituÍa Tebdcá, Buclr€9ti, RoEánia' 1989.

t999.

II.INTERNET - ADRESE UTILE

l. ABB coúrrol2. ABB Semicolductors AG3. Ádvanccd Povef coDversion4. Advatrced Power Tecb.Bolo8y

5. AEG E.M.I. GEbE & Co'KG6, Allegro Microsyíoms Europc lld.7. Á!a!o8 Dsvic€s I!c.8. DaDfoss Silico! Powcr GBbH9. Eupec GmbH10. Fairchitd s€Eicooductor cory.11. FeÍaz shawBut12.. Fuji Electric GnbH13. GLYN GmbH & Co

14. HTTACHI15. loÍineon Tech.trologies AG16. Intcmational Rertifier Co Ltdll. btcrsilColPoratioD18. DrYS ScBiconductor GmbH19. LEM llsrume[ts GmbH

20. Lin€aÍ Tecbnology corp.2f . MACCON vertriebs GBbH22. MoToRoLAseo-icoíductor23' Natiomt seEicotrductoÍ GmbH24. NEc ElectÍonics (EuÍopc) GebH25. NEW?ORT COMPONENTS26. ON SEMICONDUCTOR21. PhilipsscoicllductoÉz8. Power Elcctlotric's McásurcBents Ltd

29. PoweÍsem GobH30- SEMIKRONlnterDatioDal3I. SIEMENS AG32. TExÁs INSTRUMENTS33. TOSHIBAELECTRONICS34, VacuuEscbmelzeCmbH35. wEsTcoDEseEicouductoÍs

wwv.abb.comwww. abbseE.corí.www.apcuk.coEwww. advaÍcedpower.comwww. aegcEi.dewww. all.gÍoBicÍo. coBvww.a[alog-cotBwww, danfoss,/silicllpower.coBwww.eup€c.coEwww.fafuchildseúi.coEwww.feÍrazshawmut.comwY/w.fitji.coBwrPw.glytr.dewww.bitachi.€u'com,/hevecgwww.i!íulco!.co!üwww.írf.coBv/v,/w,btersil.comw$qr. rxys. uer

wv,rw.leE.comwrrw.lircar.comwww.oácmD.dewlvw.Eotorola.comvww. Datio!ál'colo

www.ncwpoÍ.co.ukn4,,w.ollselli.comwww.s€Eicolductors.coEwvw-pcmuk.coBwlvw.povcÍsem.delvww. semilcrotr.comwríw. sicmcns.delsemicondüctorwww.ti.comwvw. toshiba.comwww.vacuuEschEelze. de

ufww.wcslcode.corn

etc, etc, etc.....