Intensitatea curentului dintr-un circuit este direct proporțională cu tensiunea aplicată și invers proporțională cu rezistența din circuit.

Incarcați în falstad circuitul

• Basics→Resistors
• Basics→Capacitor
• Basics→Inductor

Divizorul de tensiune este circuit ce produce la ieșire o tensiune ce reprezintă o fracție din tensiunea de intrare. Un exemplu de un astfel de circuit ar putea fi două rezistențe în serie sau un potentiometru.

Curentul este același prin ambele rezistențe, , iar tensiunea pe a doua este ; de aici rezultă:

Utilizări:

• Tensiune de referință
• Sursă de tensiune (Not a good idea :) see here why)

Transformatorul este un dispozitiv electric ce permite transferul energiei dintr-un circuit primar în altul, secundar. Daca un curent alternativ străbate circuitul primar, el produce un flux magnetic variabil în miezul transformatorului; acest flux produce o tensiune variabilă în circuitul secundar.

Tensiunea generată în circuitul secundar depinde de numărul de spire ale bobinelor și de tensiunea din primul circuit după formula:

N = numarul de spire V = tensiunea

Randamentul transformatorului se defineşte ca fiind raportul dintre puterea activă P2 furnizată de circuitul secundar şi puterea activă P1 primită de către circuitul primar. Randamentul unui transformator poate ajunge la valori destul de mari, chiar și 99%.

P = puterea

k = raportul dintre N2 si N1 (N secundar si N primar) Dacă k>1 atunci avem un transformator de ridicare; tensiunea de la circuitul secundar va fi mai mare decât cea de la cel primar. Dacă k<1 atunci avem un transformator de coborare; tensiunea de la circuitul secundar va fi mai mica decât cea de la cel primar.

• Transportul curentului electric pe distante lungi(zeci de km sau sute de km) ridica problema pierderii puterii electrice pe linia de transport.

• Sa presupunem ca dorim sa transportam o putere electrica P intre punctele A si B. Dorim ca puterea pierduta pe linia de transport sa fie minima. Privind intr-un mod simplificat, intre punctele A si B, linia de transport are o rezistenta R_ab. Puterea pierduta pe linia de transport este Pc= I ^2 *R, adica depinde foarte mult de curentul ce trece prin fir. Pentru a micsora cat putem puterea pierduta pe linie, trebuie micsorat curentul electric ce trece prin linia de transport.

• Intrucat P=U * I, daca dorim sa micsoram curentul(I), trebuie sa crestem tensiunea. In functie de distante si de consumatori, se folosesc diferite valori ale tensiunii utilizate pe liniile de transport. Pentru consumatorii casnici standardul este de 0.4kV(faza la faza), iar liniile de transport se numesc linii de joasa tensiune. Liniile de transport de 20kV sunt linii de medie tensiune, iar liniile de 110kV, 200kV, 400kV si 750kV sunt linii de inalta tensiune. Cu cat tensiunea este mai mare, cu atat pierderea de putere pe linia de transport este mai mica.

• Pentru ridicarea sau coborarea tensiunii pentru liniile de transport se folosesc statii de transformare ale caror componente esentiale sunt transformatoarele de tensiune.
• Transformator 220kV/20kV, 360MVA

• Transformator 20kV/0.4kV de mica putere

Releu este un switch controlat electric. Este format dintr-un electromagnet(bobină), un braț mobil și unul sau mai multe contacte. Când nu circulă curent prin releu, brațul mobil este ținut la unul dintre contacte de un arc; în momentul în care prin bobină începe sa circule curent, se creează un câmp magnetic și brațul se mută la celălalt contact.

Avantaje:

• Separarea completă a circuitelor

Dezavantaje:

• Se pot uza părțile mecanice
• Viteză relativ scăzută

• AND. Funcția ȘI se poate realiza legând releele în serie. Fiecare intrare este un releu; contactul closed e legat în gol, iar contactul open este legat la intrarea urmatorului releu. Când toate releele sunt deschise avem “1” la iesire, altfel avem “0”.
• OR. Funcția OR se poate realiza legând releele în paralel. Fiecare intrare este un releu; contactul closed e legat în gol, iar contactul open este legat la ieșire. Când oricare dintre relee este deschis avem “1” la ieșire.
• XOR. Funcția XOR se poate realiza legând punctele de contact a doua relee invers (open la closed).

• Un flip-flop este un circuit electronic care simulează un bit de memorie.
• Se folosesc în general două intrări Set si Reset.

Dioda Zener este o diodă ce conduce în ambele direcții. Când este polarizată direct se comportă ca o diodă normală, însă permite trecerea curentului și când este polarizată invers dacă tensiunea este suficient de mare (> tensiunea Zener a diodei).

O diodă normală nu suportă o tensiune de polarizare prea mare; dacă este aplicată o tensiune inversă prea mare, ea se străpunge. Această tensiune se numeste tensiune de străpungere si se notează Vs.

Dioda Zener permite o străpungere controlată. Are o tensiune de străpungere redusă (denumită tensiune Zener); daca este atinsă aceasta tensiune, ea va permite trecerea curentului, însă va limita tensiunea la tensiunea Zener.

Diodele pot fi folosite pentru a transforma curentul alternativ în curent continuu. Un redresor parțial permite trecerea doar a parții negative sau doar a parții pozitive. Sunt foarte ineficiente din punctul de vedere al transferului de putere, pentru ca jumatate din forma de undă este pierdută. Se pot realiza cu o singura diodă:

• dacă tensiunea este mai mare ca 0.6V, ea va putea trece la ieșire
• dacă tensiuena este sub 0.6V, ea este blocată

Redresorul total permite tranformarea întregii forme de unde într-una polarizată pozitiv. Pentru a realiza acest lucru este folosită o punte de diode. Doua diode dintre cele 4 vor fi mereu polarizate pozitiv, deci vor permite trecerea curentului, iar celalalte două vor fi polarizate invers.

Atât redresorul monoalternanță, cât și redresorul bialternanța produc variații în tensiunea de la ieșire. Pentru a netezi forma de undă se utilizeaza un condensator.

După cum am spus mai sus, dacă o diodă Zener este strapunsă, ea permite trecerea curentului și ține o tensiune egală cu tensiunea zener. Se poate profita de acest lucru pentru a realiza o sursă de tensiune stabilă sau o referință.

Switchul cu tranzistoare bipolare permite controlul unui curent mare folosind un curent mic. Mod de operare:

• Când switchul mecanic este deschis, nu avem curent în bază. Cum Ic depinde Ib( Ic=βIb ), nu avem curent nici în colector, deci becul este stins
• Când switchul mecanic este închis, tensiunea în bază ajunge la 0.6V. Tensiunea pe rezistorul din bază va fi 5.4V, deci Ib=5.4mA. Teoretic Ic=βIb; presupunând β=100, am avem Ic=540mA. Însă tranzistorul este saturat, deci Ic=Vcc/Rc.

• Un flip-flop este un circuit electronic care simulează un bit de memorie.
• Se folosesc în general două intrări Set si Reset.

Curentul din colector este independent de tensiunea din colector.

Tensiunea în bază poate fi produsă prin:

• divizor de tensiune
• dioda Zener
• mai multe diode în serie

O astfel de sursă de curent poate produce curent constant doar pentru o anumita plajă de valori ale tensiunii pe sarcină.

Tranzistoarele cu efect de câmp sunt componente active în care conductibilitatea dintre două borne (numite sursă și drenă) este controlată de un câmp electric aplicat asupra materialului semiconductor dintre ele. Câmpul este controlat printr-o a treia bornă (Gate). Aceste trei borne sunt similare ca funcție cu cele 3 borne ale tranzistorului bipolar. Gate-ul permite trecerea electronilor între sursă și drenă. O a patra bornă o reprezintă Baza (sau Body), care de obicei este legată la cea mai mare/mică tensiune din circuit. Body-ul este suportul fizic pe care sunt puse Sursa, Drena și Gate-ul în circuitele integrate.

Dintre tranzistoarele cu effect de câmp (FET), cele mai folosite sunt MOSFET-urile (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). În acestea Gate-ul este separat de canalul pe care îl controlează print-un strat izolator de oxid. După tipul dopajului canalului, MOSFET-urile sunt pMOSFET sau nMOSFET.

nMOS-urile au un canal de tip n, Body de tip p și Sursa cu Drena n+ (dopate puternic). Atunci când tensiunea între Gate și Sursă este peste o valoare de prag, purtătorii de sarcină (în cazul acesta electronii) se deplasează în regiunea dintre Sursă și Drenă (venind în principal dinspre Sursă), formând un canal de conductibilitate. Astfel tranzistorul devine deschis. Comportarea pMOS este exact opusă, purtătorii de sarcină sunt golurile, venite într-o zonă a Bazei dopată n.

Avantajele MOSFET-urilor față de tranzistoarele bipolare sunt următoarele:

• Impedanță mare de intrare –> Dispozitiv controlat în tensiune (ușor de controlat): Tranzistoarele bipolare au nevoie să se mențină un curent în bază de 10-100 de ori mai mic decât în colector, ceea ce face circuitul ce le controlează mai complicate. MOSFET-urile pe de altă parte sunt controlate de o tensiune în poartă (Gate), izolată de suprafața semiconductorului. Curentul fiind mic în poartă în toate situațiile, circuitul de control este mai simplu și mai ieftin de fabricat.
• Dispozitiv unipolar: Tranzistoarele bipolare folosesc ambele tipuri de purtători pentru conducție. Mai mult, tranzistoarele bipolare folosesc purtătorii în minoritate pentru conducție (electroni în zone P și goluri în zone N). FET-urile folosesc un singur tip de purtători, fie electroni, fie goluri și în plus curentul este dat de purtători majoritari (electroni în zone N și goluri în zone P). Aceste caracteristici fac MOSFET-urile să poată schimba starea la o frecvență mult mai mare decât TBIP (cu câteva ordine de mărime).
• Au limite de funcționare mult mai mare (suportă mai bine curenți/tensiuni mari)

• Dacă switchul este deschis, tensiunea în poartă va fi 0V, deci tranzistorul va fi închis.
• Dacă switchul este închis, tensiunea din poartă va fi mai mare ca 0, iar cea din sursa va fi 0. Vg > Vs, deci tranzistorul conduce.

Poarta de transmisie este un element electronic ce se comportă ca un releu non-mecanic. Este format din punerea în paralel a unui tranzistor nMOS cu unul pMOS cu intrarea pe poarta unuia fiind complementară intrării celuilalt.

Numite și porți analogice, ele permit trecerea curentului în oricare direcție cu cădere de tensiune minimă. * Când intrarea tranzistorului nMOS este 0 și intrarea tranzistorului pMOS este 1, amândouă sunt oprite. * Când intrarea tranzistorului nMOS este 1 și intrarea tranzistorului pMOS este 0, cele două tranzistoare sunt deschise.

Porțile de transmisie sunt folosite pentru a simplifica logica CMOS, cât și în construirea multiplexoarelor.

Un amplificator operational (op-amp) este un amplificator de voltaj cu input diferențial (nu contează atât de mult voltajul de pe intrări, ci diferența de voltaj dintre intrări). Amplificarea poate să fie cu 2-3 ordine de mărime mai mare ca diferența de la intrare.

Original folosite în calculatoare analogice, în rezolvarea de probleme matematice, acum este folosit în principal pentru a amplifica semnale.