Бесконтактные аппараты на базе полупроводниковых приборов

Свойство выпрямителей (германиевых, кремниевых) проводить ток в одном направлении и не проводить в другом может быть использовано для облегчения процесса коммутации цепей переменного тока. Простейшим выпрямителем является диод.

Диодом называют электронный прибор с резко выраженной односторонней проводимость электрического тока: он хорошо пропускает через себя ток в одном направлении и очень плохо — в другом.

Схематическое устройство и условное графическое обозначение полупроводникового диода показаны на рисунке.

 

 

 

Диод представляет собой небольшую пластинку германия или кремния, одна область (часть объема) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть «дырочной», другая — электропроводимостью n-типа, то есть электронной. Границу между ними называют p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в латинских словах positiv — «положительный», и negativ — «отрицательный». Область p-типа исходного полупроводника такого прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа — катодом (отрицательным электродом) диода.

Принцип работы диода иллюстрируют схемы, приведенные на рисунке.

 

 

Если к диоду VD через лампу накаливания HL подключить батарею GB так, чтобы вывод положительного полюса батареи был соединен с анодом, а вывод отрицательного полюса с катодом диода (рис а), тогда в образовавшейся электрической цепи появится ток, о чем будет сигнализировать загоревшаяся лампа HL. Максимальное значение этого тока зависит от сопротивления p-n перехода диода и поданного на него постоянного напряжения. Такое состояние диода называют открытым, ток, текущий через него,— прямым током Iпр, а поданное на него напряжение, благодаря которому диод оказался в открытом состоянии,— прямым напряжением Uпр.

Если полюсы батареи GB поменять местами, как показано на рис. б, то лампа HL не загорится, так как в этом случае диод находится в закрытом состоянии и оказывает току в цепи большое сопротивление. Небольшой ток через p-n переход диода в обратном направлении все же пойдет, но по сравнению с прямым током будет столь незначительным, что нить накала лампы даже не среагирует. Такой ток называют обратным током Iобр, а напряжение, создающее его,— обратным напряжением Uобр.

Если контакты ЭА шунтировать диодом, то можно сократить время горения дуги при отключении цепи переменного тока. Дуга на контакте будет гореть только в непроводящий период.

Тиристор представляет собой четырехслойную кремниевую структуру пира p-n-p-n с выводами от двух крайних областей (анад-катод) и от внутренней области управляющий электрод. Управляющий электрод, можно сказать, "спусковой крючок" - используется для резкого перевода тиристора во включенное состояние.

Когда на анод подан положительный потенциал относительно катода, при возрастании напряжения ток будет небольшим, что соответствует отключенному состоянию тиристора. При достижении напряжения переключения происходит резкое уменьшение сопротивления и тиристор включается. Напряжение переключения имеет максимальное значение при отсутствии тока в цепи управляющего электрода. При увеличении тока управления величина напряжения переключения снижается. Выключение тиристора происходит по току анодной цепи: тиристор переходит в выключенное состояние при анодном токе, равном нулю.

Нижеследующие пункты раскрывают четыре основных свойства тиристора:

- тиристор, как и диод, проводит в одном направлении, проявляя себя как выпрямитель;

- тиристор переводится из выключенного состояния во включенное при подаче сигнала на управляющий электрод и, следовательно, как выключатель имеет два устойчивых состояния. Тем не менее, для возврата тиристора в выключенное (разомкнутое) состояние необходимо выполнить специальные условия;

- управляющий ток, необходимый для перевода тиристора из закрытого состояния в открытое, значительно меньше (несколько миллиампер) при рабочем токе в несколько ампер и даже в несколько десятков ампер. Следовательно, тиристор обладает свойствами усилителя тока;

- средний ток через нагрузку, включенную последовательно с тиристором, можно точно регулировать в зависимости от длительности сигнала на управляющем электроде. Тиристор при этом является регулятором мощности.

Тиристор совмещает в себе функции выпрямителя, выключателя и усилителя. Часто

он используется как регулятор и используется для управления электродвигателями

 

Датчики – электрические аппараты, осуществляющие восприятие контролируемой (входной) величины и преобразование ее к виду, удобному для передачи по линиям связи и дальнейшего преобразования и измерения.

Параметрические датчики – датчики, в которых контролируемая физическая величина преобразуется в изменение таких параметров, как активное сопротивление (резистивные), индуктивность (индуктивные) или емкость (емкостные). Параметрические датчики относятся к пассивным элементам и требуют источника питания для выявления изменения входной величины.

Генераторные датчики - датчики, в которых изменение контролируемой величины преобразуется в изменение ЭДС на выходе. В этих датчиках не требуется отдельного источника питания для изменения выходной величии (термопары, трансформаторные, тахогенераторы и др.)