- •Глава 1. Электростатика
- •Глава 2. Постоянный ток
- •Глава 3. Электромагнетизм и электромагнитная индукция
- •Глава 4. Однофазный переменный ток
- •Глава 5. Трехфазная система переменного тока
- •Глава 6. Электрические измерительные приборы и измерения
- •66. Общие сведения
- •Глава 7. Трансформаторы стр. 119.
- •Глава 8. Асинхронные двигатели
- •Глава 9. Синхронные машины
- •Глава 10. Машины постоянного тока
- •Глава 11. Электрическая аппаратура управления и защиты
- •Глава 12. Производство, передача и распределение электрической энергии
- •Глава 13. Электровакуумные приборы
- •Глава 14. Газорязрядные приборы
- •Глава 15. Полупроводниковые приборы
- •Глава 1
- •§ 1. Понятие об электронной теории строения вещества
- •§2. Взаимодействие зарядов. Закон кулона
- •§ 3. Электризация тел
- •§ 4. Электрическое поле
- •§ 5. Потенциал
- •§ 6. Напряженность поля
- •§ 7. Понятие об электрическом токе
- •§ 8. Проводники и диэлектрики
- •§ 9. Электрическая емкость. Конденсаторы
- •§ 10. Заряд и разряд конденсатора
- •§11. Соединения конденсаторов
- •§ 12. Понятие об электроискровом способе обработки металлов
- •Контрольные вопросы
- •Глава II
- •Постоянный ток
- •§ 13. Электрическая цепь постоянного тока
- •§ 14. Электродвижущая сила
- •§ 15. Электрическое сопротивление
- •§ 16. Закон ома
- •§ 17. Последовательное соединение сопротивлений
- •§ 18. Первый закон кирхгофа
- •§ 19. Параллельное соединение сопротивлений
- •§ 20. Смешанное соединение сопротивлений
- •§ 21. Второй закон кирхгофа
- •§ 22. Работа и мощность электрического тока
- •§ 23. Коэффициент полезного действия или отдача
- •§ 24. Закон ленца —джоуля
- •§ 25. Нагревание проводников электрическим током
- •§ 26. Электрическая дуга
- •§ 27. Химическое действие электрического тока
- •§ 28. Гальванические элементы
- •§ 29. Аккумуляторы
- •§ 30. Атомные элементы
- •§ 31. Термоэлементы
- •§ 32. Солнечные батареи
- •Глава III
- •Электромагнетизм
- •И электромагнитная индукция
- •§ 33. Общие сведения
- •§ 34. Магнитное поле электрического тока
- •§ 35. Понятие о природе магнетизма
- •§ 36. Магнитная индукция
- •§ 37. Напряженность магнитного поля
- •§ 38. Магнитный поток
- •§ 39. Намагничивание стали. Магнитная проницаемость
- •§ 40. Перемагничивание стали. Коэрцитивная сила
- •§ 41. Потери энергии на перемагничивание
- •§ 42. Электромагниты и их применение
- •§ 43. Электромагнитная индукция.
- •§ 44. Самоиндукция. Индуктивность
- •§ 45. Величина и направление э. Д. С. Самоиндукции
- •§ 46. Взаимоиндукция
- •§ 47. Вихревые токи
- •Контрольные вопросы
- •Глава IV однофазный переменный ток
- •§ 48. Получение переменной электродвижущей силы
- •§ 49. Основные величины, характеризующие переменный ток
- •§ 50. Понятие о сложении переменных напряжений и токов.
- •§ 51. Понятие о векторах и векторных диаграммах
- •§ 52. Активное сопротивление в цепи переменного тока
- •§ 53. Индуктивность в цепи переменного тока
- •§ 54. Емкость в цепи переменного тока
- •§ 55. Цепь переменного тока с активным и индуктивным сопротивлениями
- •§ 56. Цепь переменного тока с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями
- •§ 57. Цепь переменного тока с параллельно соединенными сопротивлениями
- •§ 58. Понятие о резонансе напряжений
- •§ 59. Понятие о резонансе токов
- •§ 60. Мощность однофазного переменного тока
- •Глава V трехфазная система переменного тока
- •§ 61. Трехфазные генераторы
- •§ 62. Соединения обмоток генератора
- •§ 63. Включение нагрузки в сеть трехфазного тока
- •§ 64. Мощность трехфазного тока
- •§ 65. Вращающееся магнитное поле
- •Контрольные вопросы
- •Глава VI электрические измерительные приборы и измерения
- •§ 66. Общие сведения
- •§ 67. Электромагнитные приборы
- •§ 68. Магнитоэлектрические приборы
- •§ 69. Термоэлектрические приборы
- •§ 70. Электродинамические приборы
- •§ 71. Индукционные приборы
- •§ 72. Измерение силы тока. Расширение пределов измерения амперметра
- •§ 73. Измерение напряжения. Расширение пределов измерения вольтметра
- •§ 74. Измерение сопротивлений
- •§ 75. Мегомметр
- •§ 76. Универсальный электроизмерительный прибор
- •§ 77. Мост для измерения сопротивлений
- •§ 78. Измерение электрической мощности и энергии
- •§ 79. Понятие об измерении неэлектрических величин
- •Контрольные вопросы
- •Глава VII трансформаторы
- •§ 80. Общие сведения о трансформаторах
- •§ 81. Принцип действия и устройство трансформатора
- •§ 82. Рабочий процесс трансформатора
- •§ 83. Трехфазные трансформаторы
- •§ 84. Опыт холостого хода и короткого замыкания
- •§ 85. Определение рабочих свойств трансформаторов по данным опытов холостого хода и короткого замыкания
- •§ 86. Автотрансформаторы
- •§ 87. Измерительные трансформаторы
- •Глава VIII асинхронные двигатели
- •§ 88. Общие положения
- •§ 89. Принцип действия асинхронного двигателя
- •§ 90. Обмотки машин переменного тока
- •§ 91. Устройство асинхронного двигателя
- •§ 92. Работа асинхронного двигателя под нагрузкой
- •§ 93. Вращающий момент асинхронного двигателя
- •§ 94. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
- •§ 95. Пуск в ход асинхронных двигателей
- •§ 96. Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
- •§ 97. Регулирование скорости вращения трехфазных асинхронных двигателей
- •§ 98. Однофазные асинхронные двигатели
- •Глава IX синхронные машины
- •§ 100. Принцип действия синхронного генератора
- •§ 101. Устройство синхронного генератора
- •§ 102. Работа синхронного генератора под нагрузкой
- •§ 103. Синхронные двигатели
- •Глава X машины постоянного тока
- •§ 104. Принцип действия генератора постоянного тока
- •§ 105. Устройство генератора постоянного тока
- •§ 106. Обмотки якорей машин постоянного тока
- •§ 107. Э. Д. С. Машины постоянного тока
- •§ 108. Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
- •§ 109. Коммутация тока
- •§ 110. Работа машины постоянного тока в режиме генератора
- •§ 111. Способы возбуждения генераторов постоянного тока
- •§ 112. Характеристики генераторов постоянного тока
- •§ 113. Работа машины постоянного тока в режиме двигателя
- •§ 114. Пуск двигателей постоянного тока
- •§ 115. Характеристики двигателей постоянного тока
- •§ 116 Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока
- •§ 117. Потери и к. П. Д. Машин постоянного тока
- •§ 118. Коллекторные двигатели переменного тока
- •Глава XI электрическая аппаратура управления и защиты
- •§ 119. Выключатели и рубильники
- •§ 120. Автоматы
- •§ 121. Предохранители
- •§ 122. Реостаты
- •§ 123. Контроллеры
- •§ 124. Контактор. Магнитный пускатель
- •§ 125. Тепловое реле
- •Контрольные вопросы
- •Производство, передача и распределение электрической энергии
- •§ 126. Производство и передача электрической энергии
- •§ 127. Трансформаторные подстанции
- •§ 128. Оборудование трансформаторных подстанций
- •§ 129. Защита электрооборудования
- •Глава XIII электровакуумные приборы
- •§ 130. Электронная эмиссия
- •§ 131. Двухэлектродная лампа (диод)
- •§ 132. Характеристика и параметры диода
- •§ 133. Выпрямление переменного тока
- •§ 134. Трехэлектродная лампа (триод)
- •§ 135. Характеристика и параметры триода
- •§ 136. Принцип усиления электрических колебаний
- •§ 137. Ламповый генератор
- •§ 138. Триод в электронном реле
- •§ 139. Четырехэлектродная лампа (тетрод)
- •§ 140. Пятиэлектродная лампам (пентод)
- •§ 141. Электроннолучевая трубка. Осциллограф
- •Глава XIV газоразрядные приборы
- •§ 142. Ионные приборы
- •§ 143. Неоновая лампа
- •§ 144. Газосветная лампа
- •§ 145. Стабилитрон
- •§ 146. Тиратрон
- •§ 147. Ртутный выпрямитель
- •§ 148. Газоразрядный счетчик радиоактивных излучений
- •Глава XV полупроводниковые приборы
- •§ 149. Строение и электропроводность полупроводников
- •§ 150. Понятие об электронной и дырочной проводимости
- •§ 151. Примесная проводимость полупроводника
- •§ 152. Образование электронно-дырочного перехода
- •§ 153. Полупроводниковые диоды
- •§ 154. Полупроводниковые выпрямители
- •§ 155. Транзисторы
- •§ 156. Тиристоры
- •§ 157. Фотоэлементы и фотореле
- •Контрольные вопросы
§ 155. Транзисторы
Транзисторы служат для тех же целей, что и ламповые триоды, т. е. для усиления и генерирования колебаний, но они по сравнению с электронными лампами обладают рядом преимуществ: очень большим сроком службы, малыми размерами, большой механической прочностью, отсутствием расхода энергии на накал, незначительным собственным потреблением энергии.
Транзистор представляет собой пластинку из кремния или германия, состоящую из трех областей. Две крайние области всегда обладают одинаковым типом проводимости, а средняя — противоположной проводимостью.
Транзисторы, у которых средняя область имеет электронную проводимость, сокращенно называются транзисторами типа р-n-р; транзисторы, у которых средняя область обладает дырочной проводимостью,— транзисторами типа n-р-n.
Физические процессы, происходящие в транзисторах двух типов, аналогичны.
Рассмотрим работу плоскостного кремниевого транзистора типа n-р-n. Такой транзистор (рис. 215) содержит два электронно-дырочных перехода, отделяющих две крайние области с электронной проводимостью от средней области с дырочной проводимостью.
В условиях работы транзистора к левому слою прикладывается прямое постоянное напряжение, а к правому — обратное. Под действием электрического поля большая часть электронов из левой
n-области, преодолевая р — n-переход, переходит в очень узкую среднюю р-область. Здесь большая часть электронов продолжает движение по направлению ко второму переходу. Приближаясь к нему, электроны попадают в электрическое поле, созданное внешним положительным напряжением батареи Uк. Под влиянием этого поля электроны быстро втягиваются в правую n-область, что вызывает увеличение тока в цепи этой батареи, так как сильно снижается сопротивление второго перехода.
При увеличении напряжения батареи Uэ число электронов, двигающихся из левой области в среднюю, будет расти и, следовательно, число электронов, переходящих из средней области в правую, также будет увеличиваться.
Каждая из трех областей транзистора имеет свое название: левая область, испускающая (эмиттирующая) электроны — носители зарядов, называется эмиттером Э; правая область, собирающая носители зарядов,— коллектором К, а средняя область — основанием или базой Б. В известной мере можно считать, что эмиттер по своему назначению подобен катоду, коллектор — аноду, а база — управляющей сетке трехэлектродной лампы. Если в цепь эмиттера включить
переменное напряжение Uс ( рис. 216), то оно будет складываться с напряжением батареи Uэ и изменять ток эмиттера. В результате этого через левый эмиттерный переход будет протекать не постоянный, а пульсирующий электрический ток.
Изменение силы тока в цепи эмиттера ΔIэ вызовет изменение тока в цепи коллектора ΔIк. Однако поскольку не все электроны, испускаемые эмиттером, достигают коллектора, а небольшая часть из них рекомбинирует, т. е. заполняет некоторое количество дырок в средней области триода (базе), изменение силы тока в цепи коллектора ΔIк будет несколько меньше, чем в цепи эмиттера.
Практически сила тока коллектора составляет 98—99% тока эмиттера.
Так как к эмиттерному (левому) n — р-переходу приложено
напряжение в прямом направлении, этот переход обладает малым сопротивлением. Правый же коллекторный р — n-переход, на который напряжение подано в обратном направлении, имеет большое сопротивление. По этой причине напряжение, прикладываемое к эмиттеру, обычно весьма невелико, а напряжение, подаваемое напряжение в прямом на коллектор, может быть достаточно большим.
Изменение силы тока в цепи, создаваемого малым напряжением Uэ. вызывает почти такое же изменение силы тока в цепи коллектора, где действует значительно большее напряжение Uк. В результате этого в транзисторе осуществляется усиление мощности.
Простейшая схема усилителя с транзистором изображена на рис. 217.
На вход трансформатора подается усиливаемый сигнал. В цепь эмиттера включена вторичная обмотка трансформатора, а для ограничения силы тока введено сопротивление. В цепь коллектора (на выходе триода) включена нагрузка Rн.
Батарея Uэ подсоединяется в прямом направлении и поэтому эмиттерный n — р-переход обладает малым сопротивлением. Батарея Uк подсоединяется в обратном направлении, в связи с чем сопротивление коллекторного n — р-перехода имеет значительную величину.
Сопротивление нагрузки Rн при соответствующем подборе напряжения батареи Uк может быть достаточно большим по сравнению с сопротивлением на входе усилителя.
Транзистор будет усиливать мощность подаваемого сигнала, так как мощность, подводимая к его входу (Рвх=I2 Rвх), меньше полезной мощности сигнала на выходе, т. е. в нагрузке (Рн = I2 Rн).
Коэффициент усиления по мощности
Ввиду того что база рассмотренного транзистора является общей для цепи эмиттера и коллектора, такая схема включения называется схемой с общей базой.
При применении этой схемы выходной ток —ток коллектора практически равен току эмиттера — входному току, поэтому при включении триода по схеме с общей базой нет усиления по току, а происходит усиление мощности и напряжения.
Отличительные особенности транзистора типа р-n-р по сравнению с транзисторами типа n-р-n заключаются в обратной полярности включения источников питания, а также в том, что электрический ток в этих транзисторах создается в основном не электронами, а дырками.
Кроме этой схемы, применяют еще две схемы включения транзисторов: схема с общим (заземленным) эмиттером и схема с общим коллектором. В схеме с общим эмиттером (рис. 218, а) усиливаемый сигнал подается к зажимам «Вход» между базой и эмиттером, а усиленное напряжение снимается с сопротивления нагрузки Rн.
В этой схеме эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепи транзистора.
Батарея Uб обеспечивает подачу постоянного напряжения на базу, а батарея Uк — подачу напряжения на коллектор транзистора. Особенностью этой схемы включения транзистора является ее способность обеспечить усиление по току и высокое усиление по мощности (достигает 10 000 раз), что и определяет ее широкое применение.
В схеме с общим коллектором (рис. 218, б) усиливаемый сигнал подается на зажимы «Вход» между базой и заземлением, а усиленное напряжение снимается с сопротивления нагрузки Rн, подключенного к зажимам «Выход» — между эмиттером и заземлением. В этой схеме коллектор является общим электродом для входной и выходной цепи транзистора. Схема с заземленным коллектором используется в основном в первом входном усилительном каскаде. Это связано с тем, что схема имеет высокое входное сопротивление и не может обеспечить усиления напряжения сигнала больше единицы.
Важными параметрами транзисторов являются коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности. Коэффициент усиления по току для схемы с общей базой обозначается буквой α, а для схемы с общим эмиттером — буквой β.
Коэффициент усиления по току α определяется отношением изменения силы тока в цепи коллектора ΔIк к изменению тока в цепи эмиттера ΔIэ при неизменном напряжении коллектор — база:
Коэффициент усиления по току β определяется отношением изменения силы тока в цепи коллектора ΔIк к изменению тока в цепи базы ΔIб при неизменном напряжении коллектор — эмиттер:
Коэффициент усиления по напряжению определяется по формуле
где ΔU2 — изменение напряжения на выходе, в,
ΔU1 — изменение напряжения на входе, в,
I2 — сила тока в цепи выхода, а,
I1 — сила тока в цепи входа, а,
Rн — сопротивление нагрузки, ом,
Rвх — входное сопротивление, ом.
Коэффициент усиления триода по мощности равен отношению выходной мощности Р2 к мощности Р1 подаваемой на его вход:
Этот коэффициент можно определить произведением коэффициентов усиления по току на коэффициент усиления по напряжению:
На рис. 219 показана принципиальная схема многокаскадного усилителя низкой частоты с применением транзисторов. При входном напряжении 150 мв мощность на выходе усилителя достигает 1 вт при нагрузке 5 ом. Мощность, потребляемая от источника электрической энергии, примерно 4,5 вт.
На входе усилителя применен каскад на транзисторе с заземленным по низкой частоте коллектором. Выходное напряжение с этого каскада снимается с переменного сопротивления нагрузки R4, включенного в цепь эмиттера. С помощью этого сопротивления, включенного как потенциометр, осуществляется регулировка усиления. Сопротивление R3, включенное в цепь коллектора транзистора первого каскада, обеспечивает получение необходимого напряжения на коллекторе транзистора.
Второй каскад усилителя работает на транзисторе П202, включенном по схеме с заземленным эмиттером. Эта схема характеризуется высоким коэффициентом усиления по напряжению. Сопротивление R8 — сопротивление нагрузки каскада.
Выходной каскад усилителя работает на транзисторе, включенном по схеме с заземленным эмиттером. Каскад нагружен на трансформатор Тр, во вторичную обмотку которого подключается звуковая катушка громкоговорителя типа 1ГД-9 сопротивлением 5—6 ом. В усилителе использованы сопротивления МЛТ и ВС мощностью 0,25 вт, малогабаритные переменные сопротивления и малогабаритные конденсаторы.