Классификация машин постоянного тока

Машины постоянного тока (двигатели и генераторы) различают по способу включения обмоток главных полюсов или возбуждения в сеть (рис. 5.3):

- машины постоянного тока с независимым возбуждением (рис. 5.3, а), электрическая цепь обмотки возбуждения является независимой от силовой цепи ротора; для генераторов это практический единственный вариант схемного решения;

- машины постоянного тока с параллельным возбуждением (рис. 5.3, б), обмотка возбуждения включается параллельно с цепью якоря;

- машины постоянного тока с последовательным возбуждением (рис. 5.3, в) обмотка статора включается последовательно с обмоткой ротора, что обуславливает зависимость магнитного потока от тока якоря; на практике такой способ возбуждения используются редко;

- машины постоянного тока со смешанным возбуждением (рис. 5.3, г), присутствуют две обмотки возбуждения: параллельно и последовательно включенные с цепью якоря.

33. Индуктивное сопротивление. Сопротивление катушки или проводника переменному току, вызванное действием э. д. с. самоиндукции, называется индуктивным сопротивлением. Оно обозначается X_L и измеряется в омах. Физическая природа индуктивного сопротивления совершенно другая, чем активного. Э. д. с. самоиндукции e_L направлена против приложенного напряжения u, которое заставляет изменяться ток; согласно закону Ленца она препятствует изменению тока i, т. е. оказывает прохождению переменного тока определенное сопротивление.

Чем большая э. д. с. самоиндукции e_L индуцируется в проводнике (катушке), тем большее они имеют индуктивное сопротивление X_L. Э. д. с. самоиндукции согласно формуле (68) прямо пропорциональна индуктивности L и скорости изменения тока?i/?t, т. е. частоте его изменения f (значению?). Поэтому индуктивное сопротивление X_L =?L

Следовательно, индуктивное сопротивление не зависит от материала, из которого изготовлен проводник (катушка), и от площади поперечного сечения проводника.

Закон Ома для цепи с индуктивностью I = U / x_L = U / (? L )

34Мультивибраторы устройства аналого-импульсной электроники и позволяют простейшим методом сформировать синхронизированные тактовые импульсные последовательности, а также дают возможность расширить длительность коротких импульсов, сгенерировать их требуемой длительности, задавать различные интервалы времени, создавать петли фазовой автоподстройки частоты.

Первый конденсатор по цепочки R1- C1- переход БЭ второго биполярного транзистора корпус.

Вторая емкость зарядится по цепи R4 - C2 - переход БЭ первого транзистора - корпус.

Так как на транзисторах имеется базовый ток, то они почти открываются. Но так как двух одинаковых транзисторов не бывает, какой то из них откроется чуть раньше своего коллеги.

Предположим, у нас раньше откроется первый транзистор. Открывшись он разрядит емкость С1. Причем разряжаться она будет в обратной полярности, закрывая второй транзистор. Но первый находиться в открытом состоянии только на момент, пока конденсатор С2 не зарядится до уровня напряжения питания. По окончании процесса зарядки С2, Q1 запирается.

Но к этому времени С1 почти разряжен. А это значит, что через него потечет ток, открывающий второй транзистор, который, разрядит емкость С2 и будет оставаться в открытом состоянии до повторной зарядки первого конденсатора. И так из цикла в цикл, пока не отключим питание от схемы.

Как легко заметить время переключения здесь определяется номиналом емкости конденсаторов. Кстати и сопротивление базовых сопротивлений R1, R3 здесь тоже вносит определенный фактор.

Вернемся в первоначальное состояние, когда первый транзистор у нас открыт. В этот момент емкость С1 у нас уже не только успеет разрядится, но и начнет заряжаться в обратной полярности по цепи R2- С1- коллектор-эммитер открытого Q1.

Но сопротивление у R2 достаточно большое и C1 не успевает зарядиться до уровня источника питания, но зато при запирании Q1 она разрядится через базовую цепочку Q2, помогая ему скорее открыться. Это же сопротивление увеличивает и время зарядки первого конденсатора C1. А вот коллекторные сопротивления R1, R4 являются нагрузкой и на частоту генерации импульсов особого влияния не оказывают.

35. Емкостное сопротивление. Сопротивление, которое оказывает емкость переменному току, называют емкостным. Оно обозначается X_с и измеряется в омах. Физически емкостное сопротивление обусловлено действием э. д. с. е_с, возникающей в конденсаторе С. Эта э. д. с. направлена против приложенного напряжения u, так как заряженный конденсатор можно рассматривать как источник с некоторой э. д. с. е_с, действующей между его пластинами. Поэтому э. д. с. е_с препятствует изменению тока под действием напряжения u, т. е. оказывает прохождению переменного тока определенное сопротивление.

Из формулы (70) следует, что чем больше емкость С и скорость изменения напряжения?u/?t, т. е. частота его изменения f (значение?), тем больше ток i в цепи с емкостью и тем меньше емкостное сопротивление: X_с = 1 /(?C)

Закон Ома для цепи с емкостью: I = U / X_с = U / (1 /(?C))

36. p-n -перехо́д, или электронно-дырочный переход — область соприкосновения двух полупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому.

 

 

38 Устройство полупроводниковых диодов

Подавляющее большинство полупроводниковых диодов представляет собой структуру, состоящую из областей гс-типа и р-типа, имеющих различную концентрацию примеси и разделенных электронно-дырочным переходом. Область с высокой концентрацией примеси (порядка 10¹⁸ см^-3) называют эмиттером, область с низкой концентрацией примеси (порядка 10¹⁴-10¹⁶ см~³) называют базой. Существуют различные методы создания электронно-дырочных структур.

При изготовлении р-п-структуры методом вплавления в кристалл германия со слабо выраженной электронной электропроводностью вплавляют таблетку индия, галлия или бора. В процессе термической обработки таблетка и прилегающий к ней слой германия расплавляются, и германий растворяется в расплавленной примеси. После остывания на поверхности кристалла образуется тонкий слой германия с резко выраженной дырочной проводимостью. Электронно-дырочный переход в этом случае получается резким.

При изготовлении диода диффузионным методом на поверхности кремниевой пластины со слабо выраженной электронной электропроводностью методом вакуумного напыления создают слой алюминия. В процессе термической обработки атомы алюминия диффундируют вглубь кристалла, в результате чего образуется слой с дырочной проводимостью. Особенностью диодов, полученных этим способом, является то, что концентрация введенной примеси уменьшается с глубиной, поэтому р-тг-переход получается плавным.

При изготовлении диодов методом эпитаксиального наращивания на кремниевую пластину с определенным типом электропроводности осаждают атомы кремния из паров хлорида кремния, содержащего донорную или акцепторную примесь. Осаждающиеся атомы повторяют кристаллическую структуру кремниевой пластины, в результате чего образуется монокристалл, одна часть которого имеет электронную проводимость, другая — дырочную.

Существуют также точечные диоды, у которых в хорошо отшлифованную пластину германия или кремния с электронной электропроводностью упирается металлическая игла. В процессе производства контакт иглы с полупроводником подвергают электрической формовке, которая заключается в пропускании через контакт мощных импульсов тока. При этом происходит местный разогрев контакта, и кончик иглы сплавляется с полупроводником, что обеспечивает стабильность и механическую прочность контакта. Кроме того, в процессе формовки часть материала иглы диффундирует в полупроводник, образуя под точечным контактом полусферическую область с дырочной электропроводностью.

Независимо от способа изготовления полупроводникового диода концентрация примеси в базе всегда меньше, чем в эмиттере, поэтому электронно-дырочный переход оказывается сдвинутыми в область базы, то есть является несимметричным. Вследствие низкой концентрации примеси база обладает значительным сопротивлением г'_б. Ширина базы W₆ во многих случаях оказывается меньше диффузионной длины дырок L_p.

На рис. 3.1 показана ^-«-структура, изготовленная по комбинированной технологии, широко используемой при производстве интегральных схем. На кремниевой подложке я⁺-типа выращивают эпитаксиальный слой я-типа. Затем поверхность выращенного слоя окисляют, в результате чего образуется слой Si0₂ толщиной около 1 мкм, в котором создают окна и через них методом диффузии вводят акцепторную примесь, изменяющую тип электропроводности выращенного кристалла. В результате образуется р* -слой с высокой концентрацией примеси, отделенный от и-области электронно-дырочным переходом. Затем осуществляют омические контакты с п*- и р⁺-областями путем напыления алюминия. В процессе изготовления на кремниевой пластине создается большое количество одинаковыхр-я-структур. Такую пластину разделяют на отдельные кристаллики, каждый из которых монтируют в герметичном металлическом, пластмассовом или стеклянном корпусе, защищающем кристалл от воздействия окружающей среды, а базу и эмиттер через омические контакты соединяют с внешними выводами.

Преобразование переменного тока диодом происхо­дит следующим образом. Во вторичной обмотке тран­сформатора индуцируется переменное напряжение с ча­стотой 50 Гц. При положительных полупериодах на ее верхнем выводе (на рис. 16 показано знаком «+»)диод открывается. В эти моменты времени через диод и его нагрузку (лампочку) течет прямой ток диода Iпр. При от­рицательных полупериодах на аноде диод закрывается, и в цепи течет лишь незначительный обратный ток Iобр. Диод как бы отсекает большую часть отрицательных по­луволн переменного тока (на графике рис. 16 показано штриховыми линиями), в результате через нагрузку вы­прямителя течет пульсирующий ток — ток одного направ­ления, но изменяющийся по силе с частотой 50 Гц. Гра­фик такого тока можно увидеть только на экране осцил­лографа.