Prof. Paolo Colantonio a.a. 2012 13 -...

Prof. Paolo Colantonioa.a. 2012‐13

Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 3 | 36

1a Legge di Ohm

Il rapporto fra la d.d.p. V tra due punti di un conduttore metallico a temperaturacostante e l’intensità di corrente I che fluisce in esso è costante.

Tale rapporto, caratteristico di ciascun conduttore, viene individuato dal simbolo R eprende il nome di resistenza elettrica del conduttore.

I

-

+

V

v tR

i t

R

Un elemento circuitale che presenta una resistenza elettrica è detto resistore I conduttori che seguono la legge di Ohm sono detti ohmici. I semiconduttori NON sono conduttori ohmici. Nel caso di conduttori non ohmici, il rapporto R fra v(t) ed i(t) dipende dal valore della

d.d.p., ovvero R=f(V)

111

VA

Unità di misura della resistenza: ohm ()

Conduttanza elettrica C=1/R Unità di misura: Ω-1 o Siemens (S)

11 1S


Fissi Variabili

Trimmer, potenziometri e

reostati

Dipendenti da grandezze fisiche

Resistori

TrimmerPotenziometri

Fotoresistenze

Termistori (PTC o NTC)

0 1R T R T La resistenza varia con la temperatura secondo la legge

R0 = resistenza a 0°C


A strato di carboneIl valore ohmico di questa resistenza viene fissatoasportando una quantità più o meno grande di carbonecosì da formare una spirale lungo il cilindro.Questo tipo di resistenza è disponibile sul mercato indifferenti formati che corrispondono a potenze di 1/8,1/4, 1/3, 1/2, 1 e 2 watt con tolleranza dell’1%, 2%, 5%,10% e 20%.

BobinataViene utilizzata esclusivamente nei casi in cui siprevede una forte dissipazione di calore (potenzenell’ordine dei 100 watt) e non si richiede una grandeprecisione del valore ohmico (tolleranza tipica 10%).

R=24 ±5% R=0.1k ±10%


Colore Valore Moltiplicatore Tolleranza (%)

Nero 0 0 -

Marrone 1 1 ±1

Rosso 2 2 ±2

Arancio 3 3 ±0.05

Giallo 4 4 -

Verde 5 5 ±0.5

Blue 6 6 ±0.25

Violetto 7 7 ±0.1

Grigio 8 8 -

Bianco 9 9 -

Oro - -1 ±5

Argento - -2 ±10

Niente - - ±20

Esempio 4 Anelli(Marrone=1), (Nero=0), (Arancio=3)

10 x 103 = 10k ohmTolleranza (Oro) = ±5%

Esempio 5 Anelli(Giallo=4), (Violetto=7), (Nero=0),

(Rosso=2)470 x 102 = 47k ohm

Tolleranza (Marrone) = ±1%

1nR R R


E6 10 15 22 33 47 68

E12 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82

E2410 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30

33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 91

E48

100 105 110 115 121 127 133 140 147 154 162 169

178 187 196 205 215 226 237 249 261 274 287 301

316 332 348 365 383 402 422 442 464 487 511 536

562 590 619 649 681 715 750 787 825 866 909 953

E96

100 102 105 107 110 113 115 118 121 124 127 130

133 137 140 143 147 150 154 158 162 165 169 174

178 182 187 191 196 200 205 210 215 221 226 232

237 243 249 255 261 267 274 280 287 294 301 309

316 324 332 340 348 357 365 374 383 392 402 412

422 432 442 453 464 475 487 499 511 523 536 549

562 576 590 604 619 634 649 665 681 698 715 732

750 768 787 806 825 845 866 887 909 931 953

La serie totale di tutti i valori di tutta la gamma si ottiene moltiplicando per 10, 100, 1.000,10.000, 100.000, 1.000.000 le cifre della tavola precedente.


Materiale r

ARIA 1,0059

POLISTIROLO 2,5

CARTA PARAFFINATA 2,5 ÷ 6

MICA 6,8

Pentossido di TANTALIO 26

CERAMICA 35 ÷ 50.000

La proprietà fondamentale del condensatore, di accogliere e diconservare cariche elettriche, prende il nome di capacità.

QCV

Unità di misura: Farad (F) o sottomultipli

Q è la carica elettrica espressa in Coulomb (C) V è la tensione espressa in Volt (V)

111

CFV

0 rSCd

ARMATURE

DIELETTRICO

dS

Il valore capacitivo è determinato dalla superficie delle armature (S), la loro distanza (d) e dalla natura del dielettrico interposto (0r)

-12 -10 8.854187817 10 F m


Equazione costitutiva del condensatore dv ti t C

dt

I j C V In regime sinusoidale

Legge di carica (o scarica) di un condensatore in un circuito RC

t

finale finale inizialev t V V V e

RC


Avvolti A carta A carta metallizzata

A Mica


Ceramici Il dielettrico dei condensatori ceramici è costituito generalmente da una massa ceramica la

cui costante dielettrica può essere variata tra 10 e 10.000 mediante opportune composizioni.

I condensatori ceramici a bassa costante dielettrica si distinguono per la stabilità del valore capacitivo e per le perdite molto basse, e quindi sono i preferiti per l'utilizzo nei circuiti oscillanti e ad alta precisione.

I condensatori ad elevata costante dielettrica permettono di ottenere capacità elevate con scarso ingombro.

I condensatori ceramici hanno in generale piccole dimensioni, e vengono utilizzati di preferenza nella tecnica delle alte frequenze.

A seconda delle necessità sono disponibili in molte forme costruttive. La forma di condensatore ceramico più diffusamente utilizzata è quella a disco, formata cioè da un dischetto di ceramica metallizzato sulle due facce, sulle quali vengono saldati i terminali.


Elettrolitici

Realizzano le capacità più elevate, mediante la grande superficie delle armature e ilpiccolissimo spessore del dielettrico.

Un’armatura (anodo) è costituita da un foglio di metallo (alluminio o tantalio), sullaquale è stato formato, con un processo elettrochimico, uno strato di ossido checostituisce il dielettrico; l’altra armatura è costituita da un fluido conduttore(elettrolita) trattenuto da uno strato di carta porosa; il collegamento con l’elettrolita èrealizzato mediante un secondo foglio di metallo (catodo).


Elettrolitici

Il condensatore elettrolitico è polarizzato,cioè può essere collegato soltanto in un senso polo positivo all’anodo, polo negativo al catodo

Se si inverte la polarità il processoelettrochimico che si innesca tende aconsumare lo strato di ossido sull’anodo performarlo sul catodo, portando alla rottura delcondensatore. Anche una breve inversione dipolarità è dannosa, poiché il catodo inizia adossidarsi diminuendo la capacità.

Possono funzionare in corrente continua ocon tensione continua a cui e’ sovrappostauna tensione alternata di valore massimoinferiore.


RARM = resistenza delle armature RDIEL = perdite nel dielettrico C = valore nominale del condensatore LT = valore induttivo dovuto ai terminali del componente (reofori)

CT = effetto capacitivo dei reofori

Alla frequenza di risonanza, il condensatore è in auto‐risonanza ed ha un impedenza piùbassa, rappresentata soltanto nella resistenza serie.Perché possa funzionare correttamente da cortocircuito per le correnti di disturbo ad altafrequenza, è necessario che la frequenza di tali correnti rimanga al di sotto di quella dirisonanza f.

La Lt e la C formano un circuito risonante alla frequenza1

2 t

fL C


Questi valori sono reperibili a partire dal pF fino ad arrivare ad alcune centinaia di µF inmultipli che vanno di 10 in 10. Per sintetizzare valori non in tabella, si può far ricorso aconnessioni serie o parallelo di condensatori

1 2

11 1 1eq

n

C

C C C

1 2eq nC C C C

Tabella dei valori commerciali di C

1 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2

Come per le resistenze, esistono dei valori standard, rappresentati dalla seguente tabella

Il valore di capacità di un condensatore normalmente viene stampato sul suo corpo consigle alfanumeriche di diverso tipo.

(Esiste anche un codice basato sull’utilizzo di fasce colorate, ma èusato molto raramente).


Purtroppo, a differenza dei resistori, esistono diversi tipi di codifiche per determinarel'effettivo valore di capacità; e la tipologia di codice dipende anche dal tipo dicondensatore considerato.

Sigla americana: il valore di capacità viene sempre espresso in µF, non vieneutilizzato lo zero prima della virgola la quale è rappresentata da un punto.Esempio: Una sigla come .022 indica una capacità di 22 nF.

Sigla europea: il valore di capacità viene scritto sostituendo alla virgola il simbolo delsottomultiplo relativo al valore.Esempio: Una sigla come 4p7 indica una capacità di 4,7 pF.

Sigla asiatica: è simile al codice colori ma, anziché stampare le bande colorate,vengono scritte 2 cifre valore ed una terza moltiplicativa che indica quanti zeriaggiungere dopo le cifre valore. Il valore finale che indica la capacità è espresso in pF.Esempio: La sigla 103 indica una capacità di 10.000 pF che equivale a 10 nF.


Oltre alla sigla valore sul corpo si trovano altri simboli che indicano la tolleranza delcondensatore e la tensione di esercizio.Questi due valori sono standard per tutti i tipi di sigle e si compongono in questo modo.Tolleranza: Viene indicata da una lettera subito dopo la sigla valore, le lettere di uso piùfrequente sono J ‐ K ‐ M, ed indicano rispettivamente 5% ‐ 10% ‐ 20%.Tensione di esercizio: Viene espressa direttamente in volt stampando subito il valore.

332 J 250: La sigla indica un condensatore di 3300pF, 5% di tolleranza e 250V di tensione massima.

.012 K 600: La sigla indica un condensatore di 12nF, tolleranza 10% e 600V come tensionemassima di funzionamento.

5p6 J 63: La sigla indica un condensatore di 5,6pF, tolleranza del 5% e 63V di esercizio.

ESEMPI


E’ un elemento elettrico duale del condensatore.

A

N

Ie +-

l

H

Quando il filo avvolto è attraversato da corrente, si genera un flusso magnetico cheè direttamente proporzionale alla corrente che lo attraversa, attraverso una costante Lche prende in nome di induttanza:

di tv t L

dt t L i t


2

N AL

Permeabilità magnetica del nucleo (solenoide) A sezione del solenoide ℓ lunghezza del solenoide N numero di spire

LAA

Per la realizzazione degli induttori, si utilizzano nuclei ferromagnetici, di cuiin genere viene fornito l’indice di induttanza


AKAK

0 1AK

T

vVi t I e

I0 = corrente inversa di saturazionevAK= d.d.p. applicata tra anodo (A) e

catodo (K)η = costante di valore 1 per il

germanio e compreso tra 1 e 2per il silicio

VT=(K∙T)/q = tensione equivalente ditemperatura (26 mV a 300 K)


Modello in continua con linearizzazione a tratti.


All’ aumentare della tensione inversa, cresce l’intensità del campo elettrico all’internodella regione di svuotamento, fino a quando il diodo entra nella regione di rottura.Il valore della tensione in corrispondenza della quale avviene la rottura è dettatensione di rottura o di Zener VZ che può assumere valori da 2 a 2000 V.

I

∆IZ

VZK∆VZ

IZ

VAKVS

IZ IZ

KK

A A


Un LED è una giunzione p‐n polarizzata in diretta, in cui i portatori iniettati nelle regionidove sono minoritari (quindi elettroni nella zona p e lacune in quella n) ricombinanoradiativamente, portando all’emissione di luce. Questo processo accade in una zona acavallo della zona di svuotamento


LED per display


In assenza di luce incidente il fotodiodo sicomporta come un normale diodo e ha unacaratteristica passante per l’origine.

Se si illumina una giunzione p‐n polarizzatain inversa con una radiazione di lunghezzad’onda sufficientemente bassa (tale cioèche l’energia del fotone incidente siasuperiore al gap del materiale), si ha unaumento della corrente inversa legato allacreazione e raccolta di portatori, inpresenza di illuminazione la corrente dibuio modifica la caratteristica I‐V delfotodiodo, come mostrato in figura.

I fotodiodi sono dei dispositivi a semiconduttore che sono in grado di “trasformare” la luce che li colpisce in corrente elettrica.


Struttura semplificata e simboli circuitali dei transistori bipolari


IbIc

Ie

be ie b re ce

c fe b oe ce

v h i h vi h i h v


IbIc

Ie

'm feb eg r h

Relazioni di equivalenza con il modello ibrido

'1oe ce fe b ch g h g

' ' iebb b er r h

'

' '

b ere

b e b c

rh

r r

CQm

T

Ig

V


2

1 2

1 21 2

1 2

//

th CC

th

RV V

R RR R

R R RR R

CC CE C E C

th th B BE E C

C FE B

V V R R IV R I V R II h I


Limiti Termici PD(max): è la massima potenza dissipabile sul dispositivo ad una temperatura ambiente

precisata (tipicamente 25°C). TJ(max): è la temperatura massima della giunzione.

Limiti di corrente IC(max): è la massima corrente continua di collettore ammissibile. ICM(max): è la massima corrente impulsiva sopportabile dal dispositivo, misurata in

condizioni specificate.

Limiti di tensione BVEB0: tensione di rottura della giunzione base emettitore misurata per una corrente IE

precisata, a collettore aperto BVCB0: è la tensione di rottura della giunzione collettore base misurata per una corrente IC

precisata a emettitore aperto, è normalmente dell’ordine delle decine di volt. BVCE0: è la tensione di rottura collettore emettitore per una corrente di IC precisata. BVCER: è la tensione di rottura collettore emettitore per una corrente IC precisata, con una

resistenza R di valore indicato, inserita tra base ed emettitore BVCES: è la tensione di rottura collettore emettitore misurata per una corrente IC precisata,

con base ed emettitore cortocircuitati. BVCEX: è la tensione di rottura collettore emettitore misurata per una IC precisata, con la

giunzione base emettitore polarizzata inversamente ad un valore di tensione specificato.


E

C

B

Prof. Paolo Colantonio a.a. 2012 13 -...

Documents

Transcript of Prof. Paolo Colantonio a.a. 2012 13 -...