ОП.02 Электротехника и электроника

КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине
ОП.02 Электротехника и электроника

базовая подготовка

Специальность: 23.02.01 Организация перевозок и управление на транспорте (по видам)

 Профиль: технический

Квалификация выпускника: техник

Форма обучения: очная; заочная

 

Воронеж 2017 г.

 

 

Автор-составитель преподаватель высшей категории Гукова Н.С.

_{(уч. звание, должность, Ф.И.О)}

предлагает курс лекций дисциплины

ОП.02 Электротехника и электроника

_{(код по учебному плану и название дисциплины)}

в качестве материала для реализации основной образовательной программы –программы подготовки специалистов среднего звена филиала РГУПС в г. Воронеж и осуществления учебно-воспитательного процесса в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 22.04.2014 г. №376                                                для специальности 23.02.01 Организация перевозок и управление на транспорте (по видам)

Учебный план по основной образовательной программе –программе подготовки специалистов среднего звена утвержден директором филиала РГУПС в г. Воронеж от 29.08 2017г.

Курс лекций дисциплины рассмотрен на заседании цикловой комиссии общепрофессиональных дисциплин

Председатель цикловой комиссии_________________________ Гукова Н.С.

                                                                                                  _{(подпись)                             (Ф.И.О.)}

Рецензент курса лекций  Андреещева Е.Ф.

_{(Ф.И.О рецензента)}

Преподаватель ВКК филиала РГУПС в г.Воронеж

_{(уч. звание, должность)}

_{(основное место работы)}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 1. Электротехника

Тема 1.1. Электрическое поле

Тема 1.2. Электрические цепи постоянного тока

Электрический ток

Направленное движение заряженных частиц в проводнике под действием электрического поля называется электрическим током. Интенсивность электрического тока выражается понятием силы тока, которая равна количеству заряда (Q), прошедшего через поперечное сечение проводника за определенное время (t).

Единицей измерения силы тока является Ампер (1А=1Кл/с).

       Положительным направлением тока считается направление, в котором движутся положительные заряды или направление, противоположное движению электронов.

       Отношение силы тока (I) к площади поперечного сечения проводника (S) называется плотностью тока, обозначается δ и измеряется в системе СИ в А/м² (в расчетах используют единицу измерения А/мм²).

Тема 1.3. Электромагнетизм

Закон полного тока

       Закон полного тока позволяет установить зависимость между напряженностью маг6нитного поля и создающими его токами. Рассмотрим произвольный замкнутый контур длиной l, ограничивающий поверхность S, через которую протекают токи I₁ и I₂ , создающие магнитное поле.

       Алгебраическая сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром, называется полным током и обозначается ΣI.

       Закон полного тока формулируется следующим образом: намагничивающая сила вдоль контура равна полному току, проходящему сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.

Электрон в магнитном поле

       На электрон, движущийся в магнитном поле, действует сила, которая называется силой Лоренца. Она возникает в результате взаимодействия данного магнитного поля с магнитным полем, которое образуется в результате движения электрона. Сила Лоренца определяется по формуле:

где  – заряд электрона, B – магнитная индукция, v – скорость движения электрона, α – угол между вектором магнитной индукции и скоростью.

Направление вилы Лоренца определяется по правилу левой руки: расположим левую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, четыре пальца были направлены навстречу скорости, тогда отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на электрон.

  1.3.6. Явление электромагнитной индукции

       Явление электромагнитной индукции было открыто английским физиком М.Фарадеем и заключается в следующем: всякое изменение магнитного поля, в которое помещен проводник произвольной формы, вызывает в последнем возникновение ЭДС электромагнитной индукции. Рассмотрим это явление для проводника и замкнутого контура (рамки).

       Пусть проводник длиной l движется в однородном магнитном поле со скоростью v. Тогда на свободные электроны, движущиеся вместе с проводником, будет действовать сила Лоренца, что приведет к разделению зарядов в проводнике и возникновению ЭДС индукции:

где B – магнитная индукция, v – скорость движения проводника, l – длина проводника, α – угол между проводником и вектором магнитной индукции.

       Направление ЭДС в проводнике определяется по правилу правой руки: расположим правую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, отогнутый большой палец направим по скорости, тогда четыре пальца укажут направление ЭДС

       Рассмотрим движение прямоугольного контура (рамки) в неоднородном магнитном поле. Рамка перемещается в плоскости, перпендикулярной линиям магнитной индукции в сторону ослабления магнитного поля. При этом, в поперечных сторонах рамки, пересекающих линии магнитной индукции, наводятся ЭДС. Результирующая ЭДС в контуре будет представлять собой скорость изменения магнитного потока, пересекаемого контуром при движении:

Т.к. контур замкнутый, то при его движении в неоднородном магнитном поле в нем возникает индукционный тока, направление которого определяется по правилу Ленца:

при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, в последнем возникает ЭДС такого направления, что вызванный ею ток своим магнитным потоком противодействует изменению первоначального магнитного потока, явившемуся причиной возникновения данного тока.

Основные понятия о переменном токе

       Переменным называется ток, величина и направление которого изменяются с течением времени по периодическому закону.

       Если между полюсами магнита поместить рамку и начать ее вращать с определенной частотой, то магнитный поток, пронизывающий рамку, будет изменяться, и в рамке возникнет ЭДС, изменяющаяся по синусоидальному закону. Ток, идущий по рамке можно описать следующей функцией:

График переменного тока (волновая диаграмма) изображен на рис. 1.4.1.

Для количественной характеристики переменных величин (тока, напряжения, ЭДС) служат следующие параметры:

1. Мгновенные значения – значения переменных величин в любой момент времени.

2. Амплитудные значения (I_m, U_m, E_m) - максимальные значения величин.

3. Период (Т) – временной промежуток, в течение которого величина совершает полное колебание. Период измеряется в секундах.

4. Угловая частота (ω), характеризующая скорость вращения рамки в магнитном поле. Угловая частота измеряется в радианах, деленных на секунду (рад/с).

5. Частота (f) – это величина, обратная периоду. . Единицей измерения частоты является Герц (1Гц=1/с). Промышленной частотой в нашей стране является частота 50 Гц.

6. Действующие значения переменного тока, напряжения, ЭДС (I, U, E) – это те значения, которые показывают измерительные приборы в цепях переменного тока. Действующее значение переменного тока равно такому значению постоянного тока, которое за время, равное периоду, выделяет на данном сопротивлении одинаковое количество теплоты с переменным током. Связь действующих значений с амплитудными можно выразить следующими соотношениями:

Векторная диаграмма

       При расчете цепей переменного тока часто необходимо производить операции сложения и вычитания переменных величин. При изображении их с помощью волновых диаграмм операции оказываются громоздкими, поэтому часто переменные величины изображаются в виде вращающихся векторов. Совокупность векторов, изображающих на одном рисунке несколько переменных величин, называется векторной диаграммой. Так как частота переменных величин одинакова, то их взаимное расположение на диаграмме неизменно. Поэтому один из векторов располагается произвольно (чаще горизонтально), а остальные откладываются от него под соответствующими углами сдвига фаз (при положительных углах вверх, при отрицательных – вниз). Векторные диаграммы строят для действующих значений, поэтому длины векторов должны быть им пропорциональны.

       Сложение и вычитание токов и напряжений на векторной диаграмме производят по правилу треугольника или параллелограмма.

1.4.4. Цепь переменного тока с активным сопротивлением

       Активным сопротивлением обладает любой элемент цепи переменного тока, в котором происходит преобразование электрической энергии в тепловую. При низких частотах активным можно считать сопротивление реостата, нити ламп накаливания.

При подаче в цепь (рис.1.4.2, а) синусоидального напряжения

ток в цепи будет иметь вид:

На векторной диаграмме (рис.1.4.2,б) видно, что ток совпадает по фазе с напряжением. Для данной цепи закон Ома для действующих значений имеет вид:

       Мощность в цепи переменного тока с активным сопротивлением имеет активный характер и представляет собой скорость преобразования электрической энергии в тепловую:

       Единицей измерения активной мощности является ватт (Вт).

Резонанс токов

       Резонансом токов называется явление в цепи с параллельным колебательным контуром, при котором ток в неразветвленной части цепи совпадает с напряжением источника по фазе.

       На рис.1.4.8 изображен параллельный колебательный контур с потерями.

В первую ветвь включено активное сопротивление и индуктивность, во вторую – емкость. В цепь подано синусоидальное напряжение:

 Ток катушки в первой ветви имеет активно-индуктивный характер, поэтому его можно разложить на активную составляющую, совпадающую по фазе с напряжением:

И индуктивную составляющую, отстающую от напряжения на угол π/2:

Ток во второй ветви имеет чисто емкостный характер и опережает напряжение по фазе на угол π/2:

Для того, чтобы ток в неразветвленной части цепи совпадал с напряжением по фазе, необходимо, чтобы индуктивная и емкостная составляющие токов были равны по величине (I_L=I_C). Тогда они скомпенсируют друг друга, и полный ток цепи будет равен активной составляющей тока. Ток в неразветвленной части цепи в момент резонанса примет свое минимальное значение. Векторная диаграмма токов для случая резонанса представлена на рис.1.4.9.

       Равенство реактивных составляющих токов в ветвях возможно, если равны реактивные проводимости ветвей (b_L=b_C).

- реактивная проводимость катушки,  – реактивная проводимость конденсатора.

Тогда полная проводимость цепи будет равна активной проводимости и примет минимальное значение:

Здесь  – активная проводимость цепи.

       При резонансе токов ток совпадает по фазе с напряжением, поэтому коэффициент мощности будет максимален (cosφ=1). В этом случае реактивная мощность цепи равна нулю.

 

 

Тема 1.5. Трехфазные цепи

1.5.1. Трехфазные системы

       Трехфазной системой электрических цепей называется система, состоящая из трех электрических цепей переменного тока одной частоты, ЭДС которых имеют разные начальные фазы (различаются по фазе на угол 2π/3).

       Трехфазная система обеспечивает более экономичную передачу электроэнергии, а также позволяет создать простые и надежные генераторы, двигатели и трансформаторы. Изобретение трехфазной системы принадлежит русскому инженеру М.О.Доливо-Добровольскому.

       Отдельные цепи трехфазной системы называются фазами. Трехфазную систему электрических цепей, соединенных друг с другом, называют трехфазной цепью. Совокупность токов, напряжений или ЭДС, действующих в фазах трехфазной цепи, называется трехфазной системой токов, напряжений или ЭДС.

       Трехфазный генератор, в отличие от однофазного, имеет не одну, а три одинаковые обмотки (AX, BY, CZ), оси которых расположены в пространстве под углом 120° (2π/3 рад.). При вращении системы обмоток в магнитном поле в них возникают ЭДС одинаковой амплитуды, сдвинутые по фазе друг относительно друга на одну треть периода (2π/3 радиан).

       Волновая и векторная диаграммы трехфазной системы ЭДС показаны на рис.1.5.1

Тема 1.6. Трансформаторы

Синхронный генератор

       На современных электростанциях механическая энергия превращается в электрическую, как правило, с помощью синхронных генераторов. Статор синхронного генератора устроен подобно статору асинхронной машины. Он представляет собой основание, в которое встроен сердечник из отдельных листов электротехнической стали. В пазы сердечника укладываются провода обмотки. Ротор синхронного генератора приводится во вращение независимым источником механической энергии (паровой или водяной турбиной) и несет на себе обмотку возбуждения, обтекаемую постоянным током. Создаваемый этим током магнитный поток возбуждения вращается с неизменной частотой n и наводит в трехфазной обмотке статора ЭДС, величина которой определяется по формуле:

где k_р – коэффициент распределения обмотки статора, f – частота переменного тока, w – количество витков, Φ_в – магнитный поток обмотки возбуждения.

ЭДС фазных обмоток будут сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120°. Если к обмотками статора присоединить нагрузку, то появится трехфазный ток. Этот ток создаст магнитный поток статора, часть которого будет создавать вращающееся магнитное поле. Частота сращения магнитного поля статора равна частоте вращения магнитного поля ротора, поэтому генератор называется синхронным.

Общие сведения

       Электроприводом называется энергетическое устройство, предназначенное для приведение в движение, управления и регулирования рабочей машины или исполнительного механизма. Элементами электропривода являются: электродвигатель, аппаратура управления и механическая передача от электродвигателя к рабочей машине. Различают три вида электропривода: групповой (трансмиссионный), одиночный и многодвигательный. При групповом электроприводе несколько рабочих машин приводятся в движение от одного общего электродвигателя при помощи трансмиссий. Одиночным называется электропривод, при котором каждая рабочая машина имеет отдельный электродвигатель. В многодвигательном приводе механическое распределение энергии внутри рабочей машины заменяется более простым за счет установки для привода различных органов машины отдельных двигателей.

 

 

Защитное заземление

       Установлено, что проходящий через тело человека электрический ток силой 50 мА является опасным для жизни, а ток силой 100 мА и выше смертельным. Сила тока зависит от напряжения и сопротивления цепи, поэтому опасность поражения электрическим током возрастает при увеличении напряжения и уменьшении сопротивления тела человека. Увеличить сопротивление можно применением резиновой обуви и перчаток. Для защиты обслуживающего персонала от поражения током при соприкосновении с металлическими частями оборудования, которые могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции, используется защитное заземление.

       Защитным заземлением называется преднамеренное соединение с землей металлических частей оборудования, нормально не находящихся под напряжением. Оно осуществляется при помощи заземлителей – стальных уголков, находящихся на достаточной глубине в почве. Заземлители соединяются с заземляемыми частями установки стальными полосами. При малых сопротивлениях заземления большая часть тока замыкания на землю будет проходить через заземлитель и лишь незначительным ток пройдет через тело человека. Поэтому защитные свойства заземления тем выше, чем меньше его сопротивление. Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом. Не реже одного раза в год производится проверка состояния заземляющего устройства и измеряется его сопротивление.

Раздел 2. Электроника

Электронно-дырочный переход

       Рассмотрим неоднородный полупроводник, одна часть которого имеет электронную электропроводность, а другая – дырочную. При этом речь идет не о простом контакте двух различных полупроводников, а о едином монокристалле, у которого одна область легирована акцепторной примесью, а другая – донорной. Между электронной и дырочной областями рассматриваемой полупроводниковой структуры всегда существует тонкий переходный слой, обладающий особыми свойствами. Этот слой называется электронно-дырочным или p-n-переходом.

Электронно-дырочный переход является основным структурным элементом большинства полупроводниковых приборов, его свойствами определяется принцип действия и функциональные возможности этих приборов.

Вследствие большой концентрации электронов в n-области и дырок в p-области происходит диффузия основных носителей заряда через границу p-n перехода. В тонком приграничном слое полупроводника n - типа возникает положительный объемный заряд, а в слое полупроводника p-типа – объемный отрицательный заряд. Между разноименно заряженными слоями возникает разность потенциалов (потенциальный барьер) и образуется электрическое поле напряженностью E_пер., которое препятствует дальнейшей диффузии основных носителей заряда через границу.

Если подать на p-область положительный потенциал, а на n-область отрицательный, получим внешнее электрическое поле, направленное навстречу внутреннему полю p-n перехода. Под действием этого поля уменьшится потенциальный барьер и сопротивление внутри p-n перехода. При этом в цепи перехода установится ток, обусловленный движением основных носителей заряда, который будет значительным даже при относительно небольшом напряжении источника питания. Такой ток называется прямым током, а включение p-n перехода соответственно прямым включением.

Если подать на p-область отрицательный потенциал, а на n-область положительный, получим внешнее электрическое поле, направленное в ту же сторону, что и внутреннее поле p-n перехода. Под действием этого поля потенциальный барьер и сопротивление внутри p-n перехода возрастут. При этом в цепи перехода установится ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, который будет очень мал, и в ряде практических случаев может считаться равным нулю. Такой ток называется обратным током, а включение p-n перехода соответственно обратным включением.

Исходя их вышесказанного, можно сказать, что p-n переход обладает явно выраженной односторонней проводимостью, то есть обладает вентильными (выпрямляющими) свойствами.

Вентильные свойства p-n перехода отображаются его вольт-амперной характеристикой (зависимостью тока через p-n переход от приложенного к нему напряжения) (рис.2.1.2). Зависимость прямого тока от прямого напряжения называется прямой ветвью вольт-амперной характеристики, зависимость обратного тока от обратного напряжения – обратной ветвью.

  На прямой ветви видно, что зависимость тока от напряжения вначале имеет нелинейный характер. Это происходит до тех пор, пока внешнее поле полностью не скомпенсирует внутреннее поле p-n перехода. Далее зависимость прямого тока от напряжения становится практически линейной. Обратная ветвь показывает, что при приложении обратного напряжения ток очень мал и довольно быстро перестает возрастать, несмотря на увеличение обратного напряжения. Это обусловлено малым количеством неосновных носителей заряда. При достижении обратным напряжением некоторого критического значения происходит резкое возрастание обратного тока. Напряжение при этом остается неизменным. Этот режим называется пробоем p-n перехода. Различается два вида пробоя: электрический и тепловой. Электрический пробой возникает под действием ударной ионизации атомов и туннельного эффекта. Ударная ионизация заключается в том, что под действием сильного электрического поля электроны приобретают энергию, достаточную для отрыва других электронов при столкновении с атомами кристалла. При этом происходит лавинообразное увеличение количества носителей заряда и ток возрастает. Туннельный эффект выражается тем, что электрон преодолевает потенциальный барьер без потери энергии. При увеличении обратного напряжения вероятность таких переходов возрастает и ток увеличивается. Электрический пробойне опасен для p-n перехода.При отключении источника обратного напряжения его свойства восстанавливаются. Тепловой пробой происходит при недостаточном охлаждении кристалла. Повышение температуры приводит к тепловой генерации носителей заряда, ток возрастает, что приводит к дельнейшему увеличению температуры. При этом кристалл разрушается. Для уменьшения вероятности теплового пробоя приборы снабжаются устройствами, улучшающими теплоотдачу.

Полупроводниковые диоды

       Полупроводниковым диодом называется прибор с одним p-n переходом и двумя выводами, который служит для преобразования переменных величин в величины одной полярности (выпрямления).

       Диоды могут быть точечными и плоскостными. Точечный диод представляет собой кристалл полупроводника n - типа площадью порядка 1 мм², к которому прижимается металлическая игла с акцепторной примесью на конце. В процессе формовки через контакт иглы с кристаллом пропускают мощные импульсы тока. При этом часть акцепторной примеси внедряется в кристалл и образуется микроскопическая область p - типа. При этом образуется p-n переход, имеющий малую площадь и, вследствие этого, малую емкость. Точечные диоды применяются для выпрямления сигналов малой мощности и высокой частоты.

       Плоскостной диод состоит из пластины полупроводника n – типа, на которой расположена таблетка акцепторной примеси. В процессе изготовления происходит нагрев до температуры около 500° C, при которой акцепторная примесь плавится и происходит ее диффузия в пластину. При этом образуется p-n переход значительной площади и емкости. Плоскостные диоды используются для выпрямления сигналов большой мощности и низкой частоты.

       Основной характеристикой диода служит его вольт-амперная характеристика, вид которой совпадает с видом характеристики p-n перехода. Вольт-амперная характеристика существенно зависит от температуры окружающей среды. При повышении температуры прямой ток диода при одном и том же напряжении может увеличиться в несколько раз. Обратный ток также возрастает с увеличением температуры. При этом может произойти тепловой пробой p-n перехода и диод выходит из строя. Работоспособность германиевых диодов теряется при температуре около 70° C, а кремниевых – при 200° C. Высокая термическая устойчивость кремния является его важнейшим преимуществом перед другими полупроводниковыми материалами.

Одной из важных характеристик полупроводникового диода является пробивное обратное напряжение.

       Обозначение полупроводникового диода состоит из пяти элементов. Первый элемент – это буква, указывающая на исходный материал (Г – германий, К – кремний, А – арсенид галлия). Второй элемент – буква, указывающая на тип прибора (Д – диод). Третий элемент – число, указывающее назначение прибора (1 – диод малой мощности, 2 – диод средней мощности, 3 – диод большой мощности). Четвертый элемент – число, указывающее на порядковый номер разработки прибора (от 1 д 99). Пятый элемент – буква, обозначающая деление технологического цикла на группы (от А до Я).

       Например: КД210Б – кремниевый диод средней мощности, номер разработки 10, группа Б.

       Полупроводниковые диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока, называются выпрямительными. Плоскостные диоды средней и малой мощности применяются в схемах питания радиоаппаратуры, устройств автоматики и вычислительной техники. Диоды большой мощности используют в силовых установках для питания тяговых двигателей, привода механизмов и т.д. Для характеристики выпрямительных свойств диодов вводится коэффициент выпрямления, равный отношению прямого и обратного токов при одном и том же напряжении.

Диоды, предназначенные для работы в условиях высокой и сверхвысокой частоты, называются высокочастотными. Они используются в устройствах преобразования частоты радиоприемных устройств. В качестве высокочастотных диодов обычно применяются точечные диоды.

       Диоды, применяемые в качестве конденсаторов с управляемой емкостью, называются варикапами.

Диод, используемый для стабилизации напряжения, называется стабилитроном. Стабилитрон работает при обратном напряжении в режиме электрического пробоя. При этом обратный ток диода может изменяться, а напряжение при этом остается постоянным.

       Условные обозначения различных типов диодов показаны на рис.2.1.3.

Биполярный транзистор

       Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий два p-n перехода, три вывода, который может служить для усиления переменных сигналов. Биполярным транзистор называется потому, что в создании токов транзистора участвуют носители заряда двух полярностей (электроны и дырки).

       Для создания биполярного транзистора в пластину полупроводника n – типа вплавляют с двух сторон таблетки акцепторной примеси. При этом в объеме полупроводника возле акцепторной примеси образуются две области p – типа, разделенные тонким слоем полупроводника n – типа. Таким образом, в биполярном транзисторе сформированы два p-n перехода, один из которых называется эмиттерным, а другой - коллекторным. Соответственно области (и выводы) биполярного транзистора носят названия: эмиттер, коллектор, база. Толщина базовой области, разделяющей эмиттер и коллектор, должна очень малой (порядка единиц микрометра). Такой транзистор называется биполярным p - n - p транзистором. Основными носителями заряда в таком транзисторе являются дырки, а неосновными – электроны. Если в качестве базы использовать полупроводник p-типа, а эмиттер и коллектор выполнить при помощи диффузии донорной примеси, то получим биполярный n - p - n транзистор, основными носителями заряда в котором будут электроны, а неосновными – дырки. Обозначение биполярных транзисторов на схеме показано на рис.2.1.4,а.

       Если подать на p-n-p транзистор питание, как показано на рис.2.1.4,б, то можно утверждать, что эмиттерный p-n переход транзистора включен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. При этом концентрация дырок в эмиттерной области много больше концентрации электронов в базе. Прямое сопротивление эмиттерного перехода мало, поэтому ток, идущий из эмиттера в базу I_э, обусловленный движением основных носителей заряда, сравнительно велик. В базе незначительная часть дырок рекомбинирует с электронами, убыль которых восполняется электронами, поступающими из внешней цепи и образующими ток базы I_б. В базе основная часть дырок продолжает движение к коллектору и под действием электрического поля (обратного для коллекторного перехода) проходит через границу в коллектор. Таким образом, возникает коллекторный ток I_к=I_э – I_б.

       Возможны три основные схемы включения биполярного транзистора, каждая из которых имеет свои усилительные свойства.

 

 

       Схема включения транзистора с общей базой показана на рис.2.1.5,а. Как видно, входным током в данной схеме является ток эмиттера I_э, а выходным – ток коллектора I_к. При этом коэффициент усиления по току:

Следовательно, схема с общей базой не усиливает ток.

       Входное напряжение подается между эмиттером и базой, а выходное напряжение снимается между коллектором и базой. При этом коэффициент усиления по напряжению:

Следовательно, схема усиливает напряжение.

       Усиление напряжения в схеме с общей базой происходит за счет разности входного и выходного сопротивлений. Входным сопротивлением является малое сопротивление эмиттерного p-n перехода, включенного в прямом направлении, а выходным - большое сопротивление коллекторного p-n перехода, включенного в обратном направлении.

       Коэффициент усиления по мощности:

Следовательно, схема усиливает мощность.

Схема включения транзистора с общим эмиттером показана на рис.2.1.5,б. Как видно, входным током в данной схеме является ток эмиттера I_б, а выходным – ток коллектора I_к. При этом коэффициент усиления по току:

Следовательно, схема с общей базой усиливает ток.

       Входное напряжение подается между эмиттером и базой, а выходное напряжение снимается между коллектором и эмиттером. При этом коэффициент усиления по напряжению:

Следовательно, схема усиливает напряжение.

       Коэффициент усиления по мощности:

Следовательно, схема усиливает мощность.

       Как видно из приведенного выше, схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером усиливает переменный сигнал по току, напряжению и мощности, то есть, обладает наилучшими усилительными свойствами.

Схема включения транзистора с общим коллектором показана на рис.2.1.5,в. Как видно, входным током в данной схеме является ток базы I_б, а выходным – ток эмиттера I_э. При этом коэффициент усиления по току:

Следовательно, схема с общим коллектором усиливает ток.

       Входное напряжение подается между коллектором и базой, а выходное напряжение снимается между коллектором и эмиттером. При этом коэффициент усиления по напряжению:

Следовательно, схема не усиливает напряжение.

       Отсутствие усиления напряжения в схеме с общим коллектором происходит за счет того, что входное сопротивление данной схемы велико, а выходное - мало. Поэтому произведение входного тока на сопротивление примерно равно произведению выходного тока на сопротивление. 

       Коэффициент усиления по мощности:

Следовательно, схема усиливает мощность.

       Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором называется также эмиттерным повторителем напряжения.

       Характеристики выражают зависимость между напряжениями и токами в цепях транзистора. На рис.2.1.6,а представлены входные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой. Они представляют собой зависимость входного тока (тока эмиттера) от напряжения на входе (между эмиттером и базой) при неизменном напряжении между коллектором и базой. Как видно из рисунка, при отсутствии напряжения на коллекторе характеристика представляет собой график, аналогичный прямой ветви вольт-амперной характеристики p-n перехода. При подаче отрицательного напряжения на коллектор характеристика смещается влево из-за незначительного увеличения эмиттерного тока вследствие влияния поля, созданного напряжением на коллекторе на эмиттерный переход.

       Выходные характеристики, показанные на рис.2.1.6,б, представляют собой зависимость выходного тока транзистора (тока коллектора) от выходного напряжения (между коллектором и базой) при неизменном токе эмиттера. Как видно из рисунка, напряжение между коллектором и базой слабо влияет на коллекторный ток, так как в основном он зависит от количества носителей заряда, впрыскиваемых из эмиттера в базу, то есть от тока эмиттера.

       Обозначение полупроводниковых транзисторов имеет пять элементов.. Первый элемент – это буква, указывающая на исходный материал (Г – германий, К – кремний, А – арсенид галлия). Второй элемент – буква, указывающая на тип прибора (Т– транзистор). Третий элемент – число, указывающее назначение прибора (1 – транзистор малой мощности низкой частоты, 2 – транзистор малой мощности средней частоты, 3 – транзистор малой мощности высокой частоты, 4 – транзистор средней мощности низкой частоты, 5 – транзистор средней мощности средней частоты, 6 – транзистор средней мощности высокой частоты, 7 – транзистор большой мощности низкой частоты, 8 – транзистор большой мощности средней частоты, 9 – транзистор большой мощности высокой частоты). Четвертый элемент – число, указывающее на порядковый номер разработки прибора (от 1 д 99). Пятый элемент – буква, обозначающая деление технологического цикла на группы (от А до Я).

       Например: КТ540А – кремниевый транзистор средней мощности, средней частоты, номер разработки 40, группа А.

Тиристоры

       Тиристоры представляют собоймногослойные полупроводниковые структуры,основное которых состоит в способности находиться в двух устойчивых с