Ответы на вопросы по эл технике 1-61. Цепи постоянного тока. Основные понятия и определения. Топологические понятия тэц, напряжение, сила тока, сопротивление, единицы измерения

• Название: Цепи постоянного тока. Основные понятия и определения. Топологические понятия тэц, напряжение, сила тока, сопротивление, единицы измерения
• Дата: 06.03.2023
• Размер: 1.04 Mb.
• Имя файла: Ответы на вопросы по эл технике 1-61.doc
• Тип: Документы; #971548
• страница: 4 из 5

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

При работе многих механизмов, приводящихся во вращение асинхронными двигателями, в соответствии с технологическими требованиями возникает необходимость регулировать скорость вращения этих механизмов. Способы регулирования частоты (скорости) вращения асинхронных двигателей раскрывает соотношение:

n=(1−S)n₀=(1−S)60f/p.

Отсюда следует, что при заданной нагрузке на валу частоту вращения ротора можно регулировать:

1. 
   изменением скольжения;
   
2. 
   изменением числа пар полюсов;
   
3. 
   изменением частоты источника питания.
   

Изменение скольжения

Этот способ используют в приводе тех механизмов, где установлены асинхронные двигатели с фазным ротором. Например, в приводе подъемно-транспортных машин. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. Увеличение активного сопротивления ротора не влияет на величину критического момента, но увеличивает критическое скольжение

Изменение числа пар полюсов

Эти двигатели (многоскоростные) имеют более сложную обмотку статора, позволяющую изменять ее число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор. При работе асинхронного двигателя необходимо, чтобы обмотки ротора и статора имели одинаковое число пар полюсов.

Изменение частоты источника питания

В качестве таких источников питания в настоящее время начали находить применение преобразователи частоты (ПЧ), выполняемые на мощных полупроводниковых приборах – тиристорах.

Тормозные режимы асинхронных машин

При работе многих производственных механизмов возникает необходимость в быстрой остановке (торможении) двигателя. состоянии.

Различают следующие тормозные режимы асинхронных машин:

1. 
   генераторное торможение;
   
2. 
   динамическое торможение;
   
3. 
   торможение противовключением.
   

Генераторное торможение

Машина переходит в режим генератора, если n>n₀, т.е. если ротор вращается быстрее магнитного поля. Этот режим может наступить при регулировании скорости вращения увеличением числа пар полюсов или уменьшением частоты источника питания, а также в подъемно-транспортных машинах при опускании груза, когда под действием силы тяжести груза ротор начинает вращаться быстрее магнитного поля.

Динамическое торможение

Этот тормозной режим используется для точной остановки мощных двигателей. На время торможения обмотка статора отключается от сети переменного напряжения и подключается и источнику с постоянным напряжением. При этом обмотка статора будет создавать постоянное неподвижное магнитное поле.

Торможение противовключением

Этот тормозной режим возникает при реверсе двигателя, а также широко используется для быстрой остановки двигателя. Достоинством этого тормозного режима является быстрое торможение, т.к. тормозной момент действует на всем тормозном пути.

31. Машина постоянного тока. Конструкция. Назначение. Принцип действия ДПТ и ГПТ.

Магнитная система двухполюсной машины и картина поля в ней.

Основные полюсы укреплены на внутренней поверхности полого стального цилиндра-станины. На полюсах- катушки, соединенные последовательно и образующие обмотки возбуждения. Магнитное поле создается током возбуждения I_в в катушках. Цепь возбуждения- вспомогательная цепь машины. Магнитное поле изображается магнитн. линиями. Магнитная система симметрична относительно продольных осей N_o-S_o.

Ротор с рабочей обмоткой в машинах постоянного тока называется якорь.

Для равномерного распределения магнитной индукции в зазоре между полюсами и якорем служат полюсные наконечники. Так как обмотка якоря вращается, то соединение ее с внешней цепью осуществляется скользящим контактом с помощью неподвижных щеток.

Цепь якоря- главная цепь машины.



магнитное поле 2-хполюсной машины

Принцип действия на примере генератора:

Пусть якорь машины вращается в магнитном поле с помощью какого-либо приводного двигателя. В проводниках вращающегося якоря возникает э.д.с. Если к зажимам якоря подключить приемник, то э.д.с. якоря вызовет в цепи ток. Это, в свою очередь, вызовет появление в проводниках якоря электромагнит. сил. Электромагнитные силы( по правилу левой руки) создают момент, противодействующий вращению якоря.



32. Характеристика холостого хода машины постоянного тока.

Характеристика холостого хода генератора представляет собой зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения, снятую при отсутствии нагрузки и постоянном числе оборотов.

Для генераторов независимого возбуждения при отсутствий; нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю. Так как э.д.с, индуктированная в обмотке якоря, равна Е = СпФ, то при постоян­ной скорости вращения э. д. с. окажется прямо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характери­стика холостого хода представляет магнитную характеристику машины.

При Iв=0 магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Ф₀, который индукти­рует в обмотке якоря э.д. с. Е₀(рис. 144, а). Эта э.д.с. составляет несколько процентов (2—5%) номинального напряжения машины. С увеличением тока в обмотке возбуждения увеличивается как магнитный поток, так и э. д. с, индуктированная в обмотке якоря. Таким образом, при постоянном постепенном увеличении I_в увели­чивается и э.д.с. (кривая 1). Если после снятия восходящей ветви зависимости от точки А начать постепенно уменьшать ток возбуж­дения I_в, то э.д. с. также начнет уменьшаться, но за счет намагни­чивания стали нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько выше



восходящей ветви этой характеристики. Изменяя I_в не только по величине, но и по направлению, можно снять весь цикл перемагничивания стали машины.

Практически восходящая и нисходящая ветви магнитной харак­теристики имеют крайне незначительное расхождение, и за основ­ную характеристику принимается средняя зависимость (кривая3).

На рис. 144, б показаны характеристики холостого хода, снятые при различных скоростях вращения якоря генератора.

Кривая 1 соответствует вращению якоря машины с номиналь­ной скоростью п_н, указанной в паспорте генератора. Для всех ма­шин нормального типа точка номинального напряжения (точка А) находится на перегибе магнитной характеристики, что соответству­ет наиболее удачным рабочим и регулировочным свойствам гене­ратора.

Выбор точки номинального напряжения на линейном участке Магнитной характеристики приводит к резким изменениям напряже­ния на зажимах генератора при изменениях нагрузки, так как не­значительные изменения намагничивающей силы вызывают резкие изменения э.д. с. Выбор этой точки на пологом участке магнитной Характеристики приводит к ограничению регулирования напряжения на зажимах генератора, так как для изменения э. д. с. требуются очень большие изменения тока возбуждения.

При изменении скорости вращения якоря  генератора изменит свое положение характеристика холостого хода, так как э. д. с. про­порциональна скорости. При n'>n_н характеристика холостого хода пойдет выше (кривая 2), а при n"<n_н — ниже (кривая 3), чем при номинальной скорости.

33. Реакция якоря и коммутация машины постоянного тока.

Реакцией якоря называется воздействие тока якоря на магнитное поле машины. Реакция якоря – нежелательное явление, искажающее главное магнитное поле и тем самым ухудшающее условия работы машины. Коммутацией в электрических машинах называется вся совокупность явлений при изменении направления тока в секциях обмотки якоря во время замыкания щетками этих секций накоротко.

34. Работа машины постоянного тока в режиме двигателя. Основные характеристики.

Под действием напряжения, подведенного к якорю двигателя, в обмотке якоря появится ток Iя. При взаимодействии тока с магнитным полем индуктора возникает электромагнитный вращающий момент.

Ток в проводнике направлен от нас. Направление электромагнитного вращающего момента определится по правилу левой руки. Якорь вращается против часовой стрелки. В проводниках якорной обмотки индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. Эта ЭДС направлена встречно току якоря, ее называют противо-ЭДС.
35. Регулирование частоты вращения в ДПТ.

Для регулирования частоты вращения двигателя изменением сопротивления цепи якоря используют регулировочный реостат, включенный последовательно с якорем.

В отличие от пускового регулировочный реостат должен быть рассчитан на длительное прохождение тока. В сопротивлении регулировочного реостата происходит большая потеря энергии, вследствие чего резко уменьшается кпд двигателя.

Регулируют частоту вращения якоря двигателя изменением магнитного потока, который зависит от тока в обмотке возбуждения.

В двигателях параллельного и смешанного возбуждения для изменения тока включают регулировочный реостат, а в двигателях последовательного возбуждения для этой цели шунтируют обмотку возбуждения каким-либо регулируемым сопротивлением.

Последний способ регулирования частоты практически не создает дополнительных потерь и экономичен.
36. Работа машины постоянного тока в режиме генератора. Основные характеристики.

В машинах постоянного тока при работе происходит потеря энергии, которая складывается из трех составляющих.

Первой составляющей являются потери в стали на гистерезис и вихревые токи, возникающие в сердечнике якоря. Ко второй составляющей относятся потери энергии на нагревание проводов обмоток возбуждения и якоря проходящими по ним токами. Третья составляющая - механические потери, представляющие собой потери энергии на трение в подшипниках, трение вращающихся частей о воздух и щеток о коллектор.

Кпд машины в процентах:

кпд= P2/P1 x 100%

где Р2 - полезная мощность; Р1 - потребляемая машиной мощность.
37. КПД и потери машины постоянного тока.

В машинах постоянного тока при работе происходит потеря энергии, которая складывается из следующих потерь:

1.         Потери в стали Рст на гистерезис и вихревые токи, возникающие в сердечнике якоря. При вращении якоря машины сталь его сердечника непрерывно перемагничивается. На перемагничивание стали затрачивается мощность, называемая потерями на гистерезис. Одновременно, при вращении якоря в магнитном поле в сердеч­нике его индуктируются вихревые токи. Потери на гистерезис и вихревые токи, называемые потерями в стали, обращаются в тепло и нагревают сердечник якоря.

Потери в стали зависят от магнитной индукции и частоты перемагничивания сердечника якоря.

2.         Потери энергии на нагревание проводов обмоток возбужде­ния и якоря протекающими по ним токами, называемые потерями в меди,— Роб.

Потери в обмотке якоря и в щеточных контактах зависят от тока в якоре, т. е. являются переменными — меняются при изменениях нагрузки.

3.         Механические потери Рмех, представляющие собой потери энергии на трение в подшипниках, трение вращающихся частей о воздух и щеток о коллектор. нагрузки.

К. п. д. машины в процентах



где  Р2 — полезная мощность,

Р1- потребляемая машиной мощность.

При работе машины генератором полезная мощность ее равна:



где U — напряжение на зажимах генератора,

 I— ток в нагрузке, потребляемая мощность



и к. п. д.



При работе машины двигателем потребляемая мощность



где U — напряжение питающей сети,

 I— ток в , потребляемый двигателем из сети;

полезная мощность



и к. п. д.

 



38. Способы возбуждения МПТ. Характеристики МПТ (ГПТ и ДПТ).

Способы возбуждения электродвигателей постоянного тока

Под возбуждением электрических машин понимают создание в них магнитного поля, необходимого для работы электродвигателя. Схемы возбуждения электродвигателей постоянного тока показаны на рисунке.

 



Схемы возбуждения электродвигателей постоянного тока: а - независимое, б - параллельное, в - последовательное, г - смешанное

По способу возбуждения электрические двигатели постоянного тока делят на четыре группы:

1. С независимым возбуждением, у которых обмотка возбуждения НОВ питается от постороннего источника постоянного тока.

2. С параллельным возбуждением (шунтовые), у которых обмотка возбуждения ШОВ включается параллельно источнику питания обмотки якоря.

3. С последовательным возбуждением (сериесные), у которых обмотка возбуждения СОВ включена последовательно с якорной обмоткой.

4. Двигатели со смешаным возбуждением (компаундные), у которых имеется последовательная СОВ и параллельная ШОВ обмотки возбуждения.
39. Синхронная машина. Назначение. Конструкция. Принцип действия.

Синхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.

Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор. Наиболее частым исполнением является такое исполнение, при котором якорь располагается на статоре, а на отделённом от него воздушным зазором роторе находится индуктор.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе.
40. Работа синхронной машины в режиме генератора.

Обычно синхронные генераторы выполняют с якорем, расположенным на статоре, для удобства отвода электрической энергии. Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3...2%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух контактных колец не вызывает особых затруднений. Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции; при вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, сцепляется поочередно с каждой из фаз обмотки статора, индуцируя в них ЭДС. В наиболее распространенном случае применения трехфазной распределенной обмотки якоря в каждой из фаз, смещенных друг относительно друга на 120 электрических градусов, индуцируется синусоидальная ЭДС. Соединяя фазы по стандартным схемам «треугольник» или «звезда», на выходе генератора получают трехфазное напряжение, являющееся общепринятым стандартом для магистральных электросетей.Частота индуцируемой ЭДС [Гц] связана с частотой вращения ротора [об/мин] соотношением: , где p — число пар полюсов ротора.

41. Работа синхронной машины в режиме двигателя и компенсатора.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт щетка - кольцо), в маломощных — постоянные магниты. Существует обращённая конструкция двигателей, в которой якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре (в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники.) Запуск двигателя. Двигатель требует разгона до частоты, близкой к частоте вращения магнитного поля в зазоре, прежде чем сможет работать в синхронном режиме.

42. Классификация полупроводниковых приборов. Полупроводниковые резисторы.

Полупроводниковые приборы, относящиеся к основному классу: 

оптоэлектронные приборы – фототранзисторы, фототиристоры, фоторезисторы, фотодиоды, полупроводниковые лазеры и др. Они реорганизуют сигналы света в электрические и наоборот;

термоэлектрические приборы – термисторы, термоэлементы, солнечные батареи, термоэлектрические генераторы и т. п. Они реорганизуют внутреннюю энергию в электрическую и наоборот;

электропреобразовательные приборы – тиристоры, транзисторы, полупроводниковые диоды. Они преобразуют одни электрические величины в другие.

Далее рассмотрены некоторые устройства, область и действие применения которых широко применяется в электротехнике полупроводниковых приборов – тиристоров, полупроводниковых диодов и транзисторов.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЗИСТОРЫ

      Классификация и условное обозначение полупроводниковых резисторов

Первые две группы полупроводниковых резисторов в соответствии с этой классификацией – линейные резисторы и варисторы – имеют электрические характеристики, слабо зависящие от внешних факторов: температуры окружающей среды, вибрации, влажности, освещенности и др. Для остальных групп полупроводниковых резисторов, наоборот, характерна сильная зависимость их электрических характеристик от внешних факторов. Так, характеристики терморезисторов существенно зависят от температуры, характеристики тензорезисторов – от механических напряжений.

          Рассмотрим подробнее разновидности полупроводниковых резисторов.

Варисторы

Варистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения и, обладающий нелинейной симметричной вольт – амперной характеристикой (ВАХ).

          Варисторы изготавливают методом керамической технологии, т.е. путем высокотемпературного обжига заготовки из порошкообразного карбида кремния SiC со связующим веществом, в качестве которого используют глину.

Терморезисторы

Терморезисторы – это полупроводниковые резисторы, в которых используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры.

          Различают два типа терморезисторов: термистор, сопротивление которого с ростом температуры падает (с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления ТКС), и позистор, у которого сопротивление с повышением температуры возрастает (с положительным ТКС).

Тензорезисторы

Тензорезистор – это полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления от механической деформации.

          Назначение – измерение давлений и деформаций.

          Принцип действия полупроводникового тензоризистора основан на тензорезистивном эффекте – на изменении электрического сопротивления полупроводника под действием механических деформаций.

          Для изготовления тензорезисторов чаще всего используют кремний с электропроводностью n- и p-типов. Заготовки такого кремния режут на мелкие пластинки, шлифуют, наносят контакты и присоединяют выводы.

43. Полупроводниковый диод. Основные параметры. ВАХ. Принцип работы

диода.

Полупроводниковые диоды:

По технологии изготовления делятся на плоскостные и точечные.

1. выпрямительные диоды – используются для выпрямления переменного тока. (рисунок)

2. стабилитрон – это стабилизатор напряжения, в котором напряжение в области электрического пробоя практически не зависит от тока. (рисунок)

3. туннельный диод – имеет отрицательную дифференциальную эл. проводимость. Используется в импульсной технике. (рисунок)

4. варикап – элемент с эл. управляемой ёмкостью. (рисунок)

5. обращённый диод – эл. проводимость при обратном подключении больше, чем при прямом. (рисунок).

6. фотодиод – при увеличении освещённости величина обратного тока увеличивается. (рисунок)

7. фотоэлемент – при увеличении освещённости увеличивается напряжение. (рисунок)

3) полупроводниковые транзисторы:

1. биполярные (рисунок)

2. полевые – это транзисторы с управляющим переходом.

4) теристоры.

Полупроводниковый диод представляет собой кристалл с электронно-дырочным переходом, к противоположным областям которого присоединены контакты для включения в цепь. Рассмотрим процессы протекания тока через диод при различной полярности внешнего напряжения. 5 В (рис. 3.27а).

При повышении температуры происходит разрыв ковалентных связей в полупроводниках, что приводит к увеличению концентрации носителей и, соответственно, уменьшению сопротивления. Поэтому при повышении температуры прямая ветвь вольт-амперной характеристики приближается к оси силы тока (рис. 3.28).

Если к диоду приложить напряжение обратной полярности (обратное подключение), то направление напряженности внешнего поля совпадет с направлением напряженности запирающего электрического слоя (рис. 3.26 в).

Работа диода в режиме электрического пробоя используется в специальных типах диодов – полупроводниковых стабилитронах.

44. Неуправляемые полупроводниковые выпрямители. Однофазные и трехфазные.

Выпрямителем называется статическое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный 1. Необходимость в таком преобразовании возникает, когда питание потребителя осуществляется постоянным током, а источником электрической энергии является источник переменного тока, например промышленная сеть частотой 50 Гц.
Процесс выпрямления осуществляется непосредственно вентильными элементами схемы выпрямления и заключается в том, что нагрузка циклически переключается с одной фазы источника переменного напряжения на другую. В настоящее время разработано и применяется на практике много схем выпрямителей однофазного и трехфазного тока. Выбор той или иной схемы определяется свойствами применяемых вентилей и условиями работы выпрямителя.



Рис. 16. Однофазные выпрямители



Рис. 18. Трехфазный выпрямитель с нулевой точкой

45. Биполярный транзистор. Технологическое исполнение. Принцип действия. УГО. Схема замещения. Транзистор как источник тока. Режимы работы транзистора.

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя р-n переходами и тремя выводами, служащий для усиления мощности. В транзисторе имеется три области – эмиттер (э), база (б) и коллектор (к). В зависимости от типа проводимости этих областей различают транзисторы n-p-n и p-n-p типа. Таким образом, в транзисторе имеется два p-n перехода: эмиттер-база (эмиттерный) и коллектор-база (коллекторный). Стрелка на условных обозначениях транзисторов (см. в начале главы) указывает направление от p области к n области. Принцип работы обоих типов транзисторов одинаков.

В зависимости от того, какое напряжение (прямое или обратное) подано на переходы транзистора, выделяют четыре режима работы транзистора. В активном режиме (он является основным) напряжение на эмиттерном переходе прямое, на коллекторном – обратное. В режиме отсечки (запирания) на оба перехода подается обратное напряжение. В режиме насыщениянапряжение на обоих переходах прямое. В инверсном режиме на коллекторном переходе напряжение прямое, а на эмиттерном – обратное.

Р ассмотрим работу транзистора n-p-n типа в активном режиме без нагрузки (рис. 3.30). На рисунке темными кружками изображены электроны, светлыми – дырки. Поскольку на переход база-эмиттер подано прямое напряжение, то сопротивление эмиттерного перехода мало и для получения тока на этом переходе достаточно напряжения Е₁ в десятые доли вольта. Сопротивление коллекторного перехода велико (на него подано обратное напряжение) и напряжение Е₂ обычно составляет единицы и десятки вольт.

При увеличении прямого напряжения на эмиттерном переходе электроны из эмиттера переходят в базу. Благодаря малой толщине базы и малой концентрации в ней дырок лишь незначительная часть электронов рекомбинирует с дырками базы, образуя ток базы (его стараются сделать как можно меньше). Основная часть электронов достигает коллекторного перехода и под действием его обратного напряжения втягивается в коллектор (электроны являются неосновными носителями для базы и поле запирающего слоя на переходе коллектор-база является для них ускоряющим). Поэтому ток коллектора лишь немного меньше тока эмиттера: i_э=i_к+i_б.

Когда на эмиттерный переход не подано прямое напряжение, то через коллектроный переход протекает только небольшой обратный ток, созданный неосновными носителями. Таким образом, прямое напряжение эмиттерного перехода существенно влияет на токи эмиттера и коллектора: чем больше это напряжение, тем больше токи эмиттера и коллектора. Такое свойство транзистора позволяет использовать его в качестве электронного ключа, а также для усиления электрического тока.

Для расчета схем с транзисторами необходимо знать их характеристики (зависимости между токами и напряжениями). Для схемы включения транзистора с общим эмиттером (рис. 3.30) входная характеристика представляет собой зависимость силы тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном напряжении коллектр-эмиттер. Она имеет такой же вид, как прямая ветвь ВАХ полупроводникового диода. Выходные характеристики биполярного транзистора при схеме включения с общим эмиттером представляют собой зависимости силы тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при различных постоянных значениях тока базы (рис. 3.31).

Самая нижняя выходная характеристика построена для i_б=0. Она похожа на обратную ветвь вольт-амперной характеристики полупроводникового диода. Чем больше сила тока базы, тем выше расположена выходная характеристика.

Активная область на семействе выходных характеристик транзистора (рис. 3.32) ограничена максимально допустимым током коллектора, максимально допустимым напряжением коллектор-эмиттер, гиперболой максимально допустимой мощности рассеяния и неуправляемым током коллектора (ток коллектора при i_б=0). Для уменьшения нелинейных искажений рабочую область ограничивают также слева (см. штриховую линию на рис. 3.32).

Характеристики транзисторов, как и всех полупроводниковых элементов, очень сильно зависит от температуры. При увеличении температуры сопротивление полупроводников уменьшается и токи в них увеличиваются. Поэтому семейство выходных характеристик при увеличении температуры смещается вверх (рис. 3.33).


46. Схемы включения биполярного транзистора. Коэффициенты усиления транзистора при различных схемах его включения. ВАХ биполярного транзистора. Характеристические параметры транзистора.

Существует три основные схемы включения транзисторов. При этом один из электродов транзистора является общей точкой входа и выхода каскада. Надо помнить, что под входом (выходом) понимают точки, между которыми действует входное (выходное) переменное напряжение. Основные схемы включения называются схемами с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).

Схема с общим эмиттером (ОЭ). Такая схема изображена на рисунке 1. Во всех книжках написано, что эта схема является наиболее распространненой, т. к. дает наибольшее усиление по мощности.



Рис. 1 - Схема включения транзистора с общим эмиттером

Услительные свойства транзистора характеризует один из главных его параметров - статический коэффициент передачи тока базы или статический коэффициент усиления по току ?. Поскольку он должен характеризовать только сам транзистор, его определяют в режиме без нагрузки (R_к = 0). Численно он равен:



при U_к-э = const

Этот коэффициент бывает равен десяткам или сотням, но реальный коэффициент k_i всегда меньше, чем ?, т. к. при включении нагрузки ток коллектора уменьшается.

Коэффициент усиления каскада по напряжению k_u равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является перемнное напряжение u_б-э, а выходным - перемнное напряжение на резисторе, или что то же самое, напряжение коллектор-эмиттер. Напряжение база-эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное достигает едениц и десятков вольт (при достаточном сопротивлении нагрузки и напряжении источника E₂). Отсюда вытекает, что коэффициент усиления каскада по мощности равен сотням, тысячам, а иногда десяткам тысяч.

Важной характеристикой является входное сопротивление R_вх, которое определяется по закону Ома:


Биполярныйтранзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n(negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Биполярный точечный транзистор был изобретен в 1947 году, в течение последующих лет он зарекомендовал себя как основной элемент для изготовленияинтегральных микросхем, использующих транзисторно-транзисторную, резисторно-транзисторную и диодно-транзисторную логику.
47. Усилительный каскад. Назначение элементов. Принцип работы. Режимы работы усилительного каскада.

Поскольку характеристики транзистора существенно нелинейны, то в процессе усиления входного сигнала имеют место искажения, которые называют нелинейными. Величина искажений в большой степени зависит от выбора начальной рабочей точки на линии нагрузки и от амплитуды входного сигнала. В зависимости от этого различают следующие основные режимы работы усилителя:

Выводы:

КПД усилительного каскада определяется режимом работы транзистора и связан с углом отсечки.

Различают режимы работы транзистора с отсечкой выходного тока (AB, B, C, D) и без отсечки (A), когда выходной ток протекает в течение всего периода входного сигнала.

Усилительный каскад, работающий с отсечкой выходного тока, имеет наибольший КПД.

48. Усилители постоянного тока. Операционные усилители. Компаратор. Сумматор.

Усилителями постоянного тока называют такие устройства, которые могут усиливать медленно изменяющиеся электрические сигналы, то есть они способны усиливать и переменные и постоянные составляющие входного сигнала. Усилители постоянного тока имеют много разновидностей (дифференциальные, операционные, усилители с преобразованием входного сигнала и др.). Операционным усилителем называют усилитель постоянного тока, предназначенный для выполнения различного рода операций над аналоговыми сигнала при работе в схемах с отрицательной обратной связью.

Операционные усилители обладают большим и стабильным коэффициентом усиления напряжения, имеют дифференциальный вход с высоким входным сопротивлением и несимметричный выход с низким выходным сопротивлением, малым дрейфом нуля. То есть под операционным усилителем понимают высококачественный универсальный усилитель.

Р ис. 3.50. Условные обозначения операционных усилителей

Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator — сравнивающее устройство^[1]) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного, и выходного каскадов:

Сумматор — логический операционный узел, выполняющий арифметическое сложение кодов двух чисел. При арифметическом сложении выполняются и другие дополнительные операции: учёт знаков чисел, выравнивание порядков слагаемых и тому подобное. Указанные операции выполняются в арифметическо-логических устройствах (АЛУ) или процессорных элементах, ядром которых являются сумматоры.
49. Полевые транзисторы. Тиристоры.

Полевые транзисторы, называемые также униполярными или канальными, в отличие от биполярных имеют большое входное сопротивление. Полевые транзисторы подразделяются на полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором. Полевые транзисторы с изолированным затвором в свою очередь подразделяются на транзисторы со встроенным каналом и транзисторы с индуцированным каналом. Канал в полевых транзисторах может быть  n или p типа. Канал - это область полевого транзистора, через которую протекают основные носители заряда. Величина тока в канале управляется электрическим полем.  Транзисторы, как правило, имеют три вывода. Вывод, от которого в канал приходят основные носители заряда, называется истоком.  Вывод, к которому носители заряда приходят из канала, называется стоком. Вывод, на который подается управляющее напряжение относительно истока или стока, называется затвором. Название транзисторы получили вследствие особенностей работы. Полевыми транзисторы называют потому, что управление током в выходной цепи транзистора осуществляется электрическим полем во входной цепи. Канальными транзисторы называют потому, что ток в выходной цепи транзистора протекает через его канал. Униполярными транзисторы называют потому, что в работе транзистора принимают носители одной полярности. Условные обозначения полевых транзисторов приведены в начале этой главы. В условных обозначениях полевых транзисторов на принципиальных схемах стрелка направлена к каналу n-типа, или от канала p-типа. И ндуцированный (наведенный электрическим полем) канал, обозначается пунктиром.

Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например тринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы).

50. Логические элементы. Триггеры.

Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме (последовательности сигналов высокого — «1» и низкого — «0» уровней в двоичной логике, последовательность «0», «1» и «2» в троичной логике, последовательности «0», «1», «2», «3», «4», «5», «6», «7», «8» и «9» в десятичной логике). Физически логические элементы могут быть выполнены механическими, электромеханическими (на электромагнитных реле), электронными (на диодах и транзисторах),

Логические элементы выполняют логическую функцию (операцию) с входными сигналами (операндами, данными).

Всего возможно   логических функций и соответствующих им логических элементов, где   — основание системы счисления,   — число входов (аргументов),   — число выходов, то есть бесконечное число логических элементов. Поэтому в данной статье рассматриваются только простейшие и важнейшие логические элементы.

Всего возможны   двоичных двухвходовых логических элементов и   двоичных трёхвходовых логических элементов (Булева функция).

ТРИГГЕРЫ 1. Общие сведения Устройство, имеющее два устойчивых состояния, называют триггером. Он имеет два выхода, один из них называют прямым, а другой - инверсным. Потенциалы на них взаимно инвертированы: лог. 1 на одном выходе соответствует лог. 0 на другом. С приходом переключающих (запускающих) сигналов переход триггера из одного состояния в другое происходит лавинообразно, и потенциалы на выходах меняются на противоположные. В интервале между переключающими сигналами состояние триггера не меняется, т. е. триггер "запоминает" поступление сигналов, отражая это величиной потенциала на выходе. Это дает возможность использовать его как элемент памяти
51) Электропроводимость, проводники, полупроводники, диэлектрики

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ, способность проводить электричество. По своей способности проводить электрический ток все тела делятся на две группы—проводники первого и второго рода. Проводники 1-го рода, представленные металлами и потому называемые также металлическими проводниками, обладают электронной проводимостью: перенос электричества совершается у них путем перемещения свободных электронов. Напротив, у проводников 2-го рода электроны могут перемещаться только совместно с материальными частицами, в виде ионов.

Электри́ческая проводи́мость (электропроводность, проводимость) — это способность тела проводить электрический ток, а также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению.

Удельной проводимостью называют меру способности вещества проводить электрический ток. Согласно закону Ома в линейном изотропном веществе удельная проводимость является коэффициентом пропорциональности между плотностью возникающего тока и величиной электрического поля в среде:



где

σ — удельная проводимость,

 — вектор плотности тока,

 — вектор напряжённости электрического поля.

Электрическая проводимость G проводника длиной L с площадью поперечного сечения S может быть выражена через удельную проводимость вещества, из которого сделан проводник, следующей формулой:



Диэлектрики – это вещества, которые существенно препятствуют протеканию через них электрического тока ввиду высокого удельного сопротивления, часто превышающего 10⁸ Ом • м. Диэлектрики, которые применяют в качестве изоляции, например, проводов, обычно обладают на много порядков более высоким сопротивлением.

Проводники – это материалы, которые почти не препятствуют протеканию по ним электрического тока благодаря низкому удельному сопротивлению, обычно не превышающему 10^–5 Ом • м. Металлические проводники используют в кабелях и проводах в качестве токоведущих шин.

Полупроводники – это вещества, удельное сопротивление которых зависит от внешних условий, например, флюктуаций температуры, изменений интенсивности облучения световым потоком и прочего. В результате, в определённых условиях полупроводники могут менять своё удельное сопротивление, и оно может стать со всеми промежуточными градациями либо таким, как у проводников, либо как у диэлектриков. При температуре вблизи абсолютного нуля полупроводники обладают диэлектрическими свойствами, а при нагреве выше определённой критической температуры они проявляют свойства проводников. Зависимость их сопротивления от температуры нелинейна.
52)Расчёт электрической цепи методом наложения.

Метод наложения

Метод наложения основан на свойстве линейности электрических цепей. Метод наложения справедлив только для линейных цепей. Метод наложения применяется для определения токов в ветвях схемы с несколькими источниками.

Алгоритм метода наложения:

1) выбирают положительные направления токов в ветвях цепи;

2) находят частичные токи в ветвях, вызванные каждым источником по отдельности (схему рассчитывают столько раз, сколько источников действует в схеме);

3) токи в ветвях по методу наложения находят как алгебраическую сумму частичных токов (знак частичного тока при суммировании определяется по положительному направлению тока ветви).
53)Магнитная и диэлектрическая проницаемость

Магнитная проницаемость — физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией B и напряжённостью магнитного поля H в веществе. В общем случае зависит как от свойств вещества, так и от величины и направления магнитного поля.

Обычно обозначается греческой буквой μ. Может быть как скаляром (у изотропных веществ), так и тензором (у анизотропных). В общем виде вводится следующим образом:



Для изотропных веществ справедливо:



В системе СГС магнитная проницаемость — безразмерная величина, в системе СИ вводят как размерную (абсолютную), так и безразмерную (относительную) магнитные проницаемости:

,

где μ_r — относительная, а μ — абсолютная проницаемость, μ₀ — магнитная постоянная (магнитная проницаемость вакуума).

Магнитная проницаемость связана с магнитной восприимчивостью χ следующим образом:

μ = 1 + χ

Вообще говоря магнитная проницаемость зависит от частоты изменения намагничивающего поля, но при сравнительно низких частотах (небольшой быстроте изменения поля) ее можно (обычно) считать в этом смысле константой. Магнитная проницаемость вещества зависит от температуры, причем по-разному для разных типов магнетиков.

Диэлектрическая проницаемость, величина, характеризующая диэлектрические свойства среды — её реакцию на электрическое поле. В соотношении D = eЕ, где Е — напряжённость электрического поля, D — электрическая индукция в среде, Д. п. — коэффициент пропорциональности e. В большинстве диэлектриков при не очень сильных полях Д. п. не зависит от поля Е. В сильных электрических полях (сравнимых с внутриатомными полями), а в некоторых диэлектриках (например, сегнетоэлектриках) в обычных полях зависимость D от Е — нелинейная (см. Нелинейная оптика).

Величина Д. п. существенно зависит от типа вещества и от внешних условий (температуры, давления и т.п.). В переменных электрических полях Д. п. зависит от частоты поля Е (см. Диэлектрики).
55) Преобразователи неэлектрических величин

Преобразователь (датчик) устройство, предназначенное для выра-

ботки сигнала измерительной информации в форме, удобной для ее пере-

дачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения.