электро техника / 64-76

№ 64. Синхронные машины. Устройство трехфазной синхронной машины.

Электрические машины, как правило, выполняются с одной вращающейся частью – ротором и неподвижной частью – статором. Когда вращается ротор, машина имеет одну степень свободы. Такие машины называются одномерными. Электромагнитный момент в электрических машинах приложен и к ротору, и к статору. Если дать возможность вращаться обеим частям машины, они будут перемещаться в противоположные стороны. У машины, в которой может вращаться и ротор, и статор, - две степени свободы. Это двумерные машины. В навигационных приборах ротором может быть шар, который вращается двумя статорами, расположенными под углом 90 градусов. Такие машины имеют три степени свободы. В космической электромеханике приходится рассчитывать шестимерные электромеханические системы, в которых статор и ротор имеют три степени свободы.

В синхронных машинах вращающееся поле в большинстве случаев создается обмотками, расположенными на статоре, и его угловая скорость равна Wc. Ротор вращается с такой же угловой скоростью, что и поле (Wc= Wр) поэтому в обмотке ротора электрическая частота f=0 и в ней протекает постоянный ток. Поля статора и ротора в синхронный машине неподвижны относительно друг друга.

Из модели обобщенной электрической машины синхронные машины можно получить, если к обмоткам статора подвести переменные токи, а к обмоткам ротора – постоянный ток. Процессы преобразования энергии происходят так же, если в обмотках ротора протекают переменные токи, а на статоре находятся обмотки, в которых протекают постоянные токи. Такие машины находят меньшее применение, так как мощность возбуждения значительно меньше мощности машины и удобнее силовые обмотки располагать в неподвижной части.

Как и во всех электрических машинах, поля статора и ротора в синхронных машинах неподвижны относительно друг друга, а так как а обмотках ротора протекают постоянные токи (f=0), поля статора и ротора неподвижны относительно ротора.

Таким образом, основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор (обмотка возбуждения).

Якорь представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле (так называемое поле реакции якоря), которое сцепляется с полем индуктора и таким образом происходит преобразование энергии. В генераторах поле реакции якоря создается переменными токами, индуцируемыми в обмотке якоря от индуктора.

№ 65. Принцип действия синхронной машины.

Принцип действия синхронной машины основан на взаимодействии вращающегося переменного магнитного поля якоря и постоянных магнитных полей 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), в маломощных - постоянные магниты. Есть так-же обращенная конструкция двигателей, где якорь расположен на роторе, а индуктор - на статоре (в устаревших двигателях, а так же в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники).

Двигатель требует разгона до номинальной скорости вращения или частотного пуска, прежде чем может работать самостоятельно. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора (если индуктор расположен на статоре, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря (ротора) неподвижно относительно постоянного поля индуктора (статора), если индуктор на роторе, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора (ротора) неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря (статора) (рис1,2)) -- это называется "вошел в синхронизм". Для разгона до номинальной скорости обычно используется дополнительный двигатель (чаще всего асинхронный). Так-же используется частотный пуск, когда частоту тока якоря постепено увеличивают от очень малых до номинальных величин.

Частота вращения (об/мин) синхронного двигателя напрямую связана с частотой тока питающей сети соотношением

на второй там формула: n=60*f/p , где p - число пар полюсов,

где - число пар полюсов машины.

Синхронные двигатели обладают ёмкостной нагрузкой, поэтому их выгодно использовать для компенсации индуктивной нагрузки (повышения коэффициента мощности). Синхронные двигатели применяют там, где нет необходимости частого пуска/остановки и регулирования скорости вращения (например в системах вентиляции).

№ 66. Основы электроники. Электрические измерения и приборы.

Электроника — это наука о взаимодействии электронов с веществами и электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и устройств, используемых в основном для получения, усиления, преобразования, запоминания и измерения параметров электрического сигнала.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, измерение электрических величин, таких, как напряжение, сопротивление, сила тока, мощность. Измерения производятся с помощью различных средств – измерительных приборов, схем и специальных устройств. Тип измерительного прибора зависит от вида и размера (диапазона значений) измеряемой величины, а также от требуемой точности измерения. В электрических измерениях используются основные единицы системы СИ: вольт (В), ом (Ом), фарада (Ф), генри (Г), ампер (А) и секунда (с).

ЭТАЛОНЫ ЕДИНИЦ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.

Электрическое измерение – это нахождение (экспериментальными методами) значения физической величины, выраженного в соответствующих единицах (например, 3 А, 4 В). Значения единиц электрических величин определяются международным соглашением в соответствии с законами физики и единицами механических величин. Поскольку «поддержание» единиц электрических величин, определяемых международными соглашениями, сопряжено с трудностями, их представляют «практическими» эталонами единиц электрических величин. Такие эталоны поддерживаются государственными метрологическими лабораториями разных стран. Например, в США юридическую ответственность за поддержание эталонов единиц электрических величин несет Национальный институт стандартов и технологии. Время от времени проводятся эксперименты по уточнению соответствия между значениями эталонов единиц электрических величин и определениями этих единиц. В 1990 государственные метрологические лаборатории промышленно развитых стран подписали соглашение о согласовании всех практических эталонов единиц электрических величин между собой и с международными определениями единиц этих величин.

Электрические измерения проводятся в соответствии с государственными эталонами единиц напряжения и силы постоянного тока, сопротивления постоянному току, индуктивности и емкости. Такие эталоны представляют собой устройства, имеющие стабильные электрические характеристики, или установки, в которых на основе некоего физического явления воспроизводится электрическая величина, вычисляемая по известным значениям фундаментальных физических констант. Эталоны ватта и ватт-часа не поддерживаются, так как более целесообразно вычислять значения этих единиц по определяющим уравнениям, связывающим их с единицами других величин.

№ 67. Элементная база. Полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы, индикаторные приборы.

Элементная база электроники — это отдельные детали или модули, представляющие собой предварительно собранные из отдельных деталей схемы неразъемных соединений. Элементную базу принято разделять на три группы элементов: — активные, преобразующие и пассивные.

Активными элементами называются электронные приборы, с помощью которых можно получить усиление электрического сигнала по мощности. Такими элементами служат транзисторы, электровакуумные и газоразрядные приборы, некоторые типы полупроводниковых диодов (туннельный диод) и тиристоры.

Преобразующими элементами называются приборы, которые служат для преобразования сигнала одного вида энергии в сигнал другого вида либо в тот же самый, но с другими значениями параметров преобразуемого сигнала. В качестве преобразующих элементов могут быть электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые преобразуют электрический сигнал в световой, выпрямительный диод, преобразующий синусоидальный сигнал в пульсирующий, и др.

Пассивными элементами называются приборы, которые служат для задания определенного режима работы активных и преобразующих элементов. Пассивными элементами являются резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности (дроссели), трансформаторы и др.

Полупроводниковые приборы – это устройства, работающие на основе элементов, состоящих из одного или нескольких p-n-переходов.

Полупроводниковые приборы — это электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках.

В полупроводниках свободных электронов сравнительно немного, поэтому собственная проводимость полупроводников невелика. При наличии примесей в полупроводнике дополнительно возникает примесная проводимость, определяющая в основном силу тока в полупроводнике.

Примеси, атомы которых легко отдают электроны, увеличивают число свободных электронов в полупроводнике. Такой полупроводник называется полупроводником n-типа. Примеси, которые способствуют образованию дырок, увеличивают дырочную проводимость полупроводника. Полупроводник с преобладанием дырочной проводимости над электронной называется полупроводником р-типа.

При сплавлении двух полупроводников различных типов на границе спая образуется р-n-переход. При прямом подключении спая полупроводников в электрическую цепь проводимость спая будет большой (сопротивление малым). При обратном подключении спая полупроводников в электрическую цепь ток в цепи будет малым (сопротивление р-n-перехода большое). Полупроводники чаще всего изготовляют из кремния, арсенида галлия, селена, германия, разных оксидов, нитридов и карбидов. Интегральная микросхема (ИС) представляет собой конструктивно законченное изделие электронной техники, содержащее совокупность электрически связанных в фундаментальную схему транзисторов, конденсаторов, резисторов и других электрорадиоэлементов, изготовленных в едином технологическом цикле. Интегральные схемы являются основным продуктом микроэлектронного производства ИСявляется элементной базой средств электронной техники, предназначенной для преобразования, обработки и хранения информации. Интегральный логический элемент представлен на рисунке (рис.1).

Индуктор состоит из полюсов - электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов. Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Явнополюсная отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока. При неявнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, не заполненное проводниками (так называемый большой зуб). Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.

Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную конструкцию из электротехнической стали (то есть набранную из отдельных листов). Электротехническая сталь обладает рядом интересных свойств. В том числе она имеет повышенное содержание кремния, чтобы повысить её электрическое сопротивление и уменьшить тем самым вихревые токи Фуко.

Двигатель требует разгона до номинальной скорости вращения или частотного пуска, прежде чем может работать самостоятельно. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора (если индуктор расположен на статоре, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря (ротора) неподвижно относительно постоянного поля индуктора (статора), если индуктор на роторе, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора (ротора) неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря (статора)).

Таким образом, в случае, когда обмотка якоря располагается на роторе, а обмотка возбуждения – на статоре, необходимо изменить подачу напряжения и установить трехфазную систему (рис).

Полупроводниковые индикаторы (ППИ) примечательны прежде всего тем, что могут перекрыть весь видимый диапазон спектра (рис. 3.4). Яркое и чистое свечение, удобство управлеиия, экономичность, технологичность, долговечность открывают перед этими приборами безграничные перспективы.

Исторически освоение цветовой гаммы идет справа налево: от красного, через оранжевый и желтый к зеленому.

В полупроводниковых индикаторах используются две основные конфигурации высвечиваемых элементов:

— семисегментная, позволяющая воопроизводить все дөсять цифр и несколько букв (цифровой индикатор);

— матричная с числом точөк 36 (7x5+1), воспроиэводящая все цифры, буквы и знаки стандартного кода для обмөна информацией (универсальный цифро-буквенный индикатор).

Для малых по размеру индикаторов используется монолитная конструкция, для больших — в целях экономии дорогостоящих материалов — гибридная, т. е. наборная из отдельных кристаллов. Высокая яркость свечения светодиодоа позволяет использовать различные способы увеличения изображевия. Кроме простейшего линзового увеличения достаточно широко используются «псевдосветоводные» конструкции. Здесь кристалл помещөн в основании конически расширяющейся прорези в пластмассовой пластине. Иногда внутренние стенки такого световода металлизируют, а сверху помещают пластмассовую линзорастровую пластину, «выравнивающую» яркость свечения по площади прорези. Такая конструкция позволяет получать светящиеся площадки, на порядок превышающие площадь кристалла. Основная масса полупроводниковых индикаторов имеет малые размеры знаков (Н=3 ... 7,5 мм), использование оптического увеличения позволяет продвинуться до Н = 12,5 ... 17,5 мм, в наборных конструкциях реализуют Н = 25 ... 50 мм, что позволяет считывать информацию с расстояния 10 ... 15 м.

Для удобства применения изготавливаются многоразрядные индикаторы (три, четыре, шесть, девять и т. д. знаков в одном корпусе), иногда в тот же корпус помещается и монолитная схема управления (дешифратор-формирователь).

Важной и сложной является задача получения приборов с перестройкой цвета свечения. Простейшее решение — помещение нескольких разных кристаллов в один корпус — для индикаторов не подходит. Более перспективными представляются структуры с двумя p—n - переходами и с общей базовой областью.

Усложнение светоизлучающего элемента позволяет расширить его функциональные возможности и в схемотехническом плане. Так, в структуре типа р+—n—і—n+ фоточувствительная і - область образует внутреннюю положительную обратную связь, поэтому такой светодиод имеет динисторную вольт-амперную характеристику, т. е. обладает «памятью».

Прогресс физики и технологии светоизлучающих диодов позволяет перейти к созданию монолитных много-элементных матриц: вполне достижимо получение 103 ... 104 светящихся точек (т. е. 30 ... 300 знаков) на одном кристалле площадью 1,5 ... 15 см2. Такие матрицы явятся элементарной ячейкой наборного полупроводникового экрана, для технической реализации которого необходимо решение проблем многоуровневой коммутации, отвода тепла, схем управления. При использовании элементов, обладающих памятью и перестройкой цвета, могут быть созданы достаточно экономичные, малогабаритные, многоцветные экраны индивидуального использования с объөмом одновременно отображаемой информа-ции, эквивалентной 0,3—0,5 стр. машинописного текста.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.

Электроизмерительные приборы чаще всего измеряют мгновенные значения либо электрических величин, либо неэлектрических, преобразованных в электрические. Все приборы делятся на аналоговые и цифровые. Первые обычно показывают значение измеряемой величины посредством стрелки, перемещающейся по шкале с делениями. Вторые снабжены цифровым дисплеем, который показывает измеренное значение величины в виде числа. Цифровые приборы в большинстве измерений более предпочтительны, так как они более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны. Цифровые универсальные измерительные приборы («мультиметры») и цифровые вольтметры применяются для измерения со средней и высокой точностью сопротивления постоянному току, а также напряжения и силы переменного тока. Аналоговые приборы постепенно вытесняются цифровыми, хотя они еще находят применение там, где важна низкая стоимость и не нужна высокая точность. Для самых точных измерений сопротивления и полного сопротивления (импеданса) существуют измерительные мосты и другие специализированные измерители. Для регистрации хода изменения измеряемой величины во времени применяются регистрирующие приборы – ленточные самописцы и электронные осциллографы, аналоговые и цифровые.

№ 68. Классификация полупроводниковых приборов. Полупроводниковые резисторы, диоды, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры.

Полупроводниковые приборы - электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. В электронике полупроводниковые приборы служат для преобразования различных сигналов, в энергетике - для непосредственного преобразования одних видов энергии в другие.

К основным классам полупроводниковых приборов относят следующие:

1. электропреобразовательные приборы, преобразующие одни электрические величины в др. электрические величины (полупроводниковый диод, транзистор, тиристор);

2. оптоэлектронные приборы, преобразующие световые сигналы в электрические и наоборот (оптрон, фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор, полупроводниковый лазер, светоизлучающий диод, твердотельный преобразователь изображения - аналог видикона и т.п.);

3. термоэлектрические приборы, преобразующие тепловую энергию в электрическую и наоборот (термоэлемент, термоэлектрический генератор, солнечная батарея, термистор и т.п.);

4. магнитоэлектрические приборы (датчик, использующий эффект Холла и т.п.);

5. пьезоэлектрический и тензометрический приборы, которые реагируют на давление или механическое смещение.

К отдельному классу полупроводниковых приборов следует отнести интегральные схемы, которые могут быть электропреобразующими, оптоэлектронными и т.д. либо смешанными, сочетающими самые различные эффекты в одном приборе.

Резисторы – полупроводниковый (п/п) прибор с двумя выводами, в которых используется зависимость электрического сопротивления п/п-ка от напряжения. В п/п-х резисторах применяют п/п-ик, равномерно легированный (смешанный) примесями. В зависимости от типа примесей удается получить различные зависимости сопротивления от напряжения.

Резисторы служат для регулирования эл энергии м/у цепями и элементами схем. Классификация резисторов 1 :

1.Номинальное сопротивление; 2.номинальная мощность рассеивания; 3.предельное рабочее напряжение; 4.температурный коэф сопротивления; 5.уровень собственных шумов; 6.Макс температура окр среды для номинальной мощности рассеивания; 7.коэф напряжения; 8.влагочувствительность и термостойкость.

Классификация резисторов 2 :

1.линейные рез

2.варисторы 4.терморезисторы

3.тензорезисторы 5. Фоторезисторы

1,2 – имеют электрич характеристики, слабозависящие от внеш факторов: температуры, вибрации, влажности, освещения и др.

4 – зависит от температуры; 5 – от освещения; 3 – от мехнич напряжения.

Диоды – п/п прибор с лодним электрич p-n-переходом и двумя выводами. В зависимости от технологич процессов, исп-х при их изготовлении, различают точечные, сплавные и микросплавные, с диффузионной базой и др. по функцион назначению делят на выпрямительные, универсальные, импульсные и др. большинство п/п-х диодов выполняют на основе не симметричных p-n-переходов. Низкоомную область диода назыв эмиттером, высокоомную – базой.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в

№ 69. Классификация интегральных микросхем. Гибридные и полупроводниковые микросхемы.

Интегральная схема - конструктивно законченное изделие электронной техники, содержащее совокупность электрически связанных в функциональную схему транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и др электрорадиоэлементов, изготовленных в едином технологическом цикле.

Классификация ИС:

1.Конструктивно-технологическое решение:

1.1.монолитные; 1.2.гибридные; 1.3.прочие (пленочные, вакуумные, керамические и др).

2.степень интеграции:

2.1.МИС (малые ИС); 2.2.БИС; 2.3.СИС; 2.4.СБИС (супербольшие); 2.5.УБИС (ультрабольшие).

3.функциональное назначение:

3.1.цифровые; 3.2.аналоговые; 3.3.вычислительные устройства (устройства обработки и микропроцессорные комплекты); 3.4.источники вторичного питания (преобразователи, выпрямители); 3.5.многофункциональные устройства (матрицы, коммутаторы); 3.6.базовые матричные кристаллы; 3.7.фоточувствительные ПЗС-элементы.

4.применяемость в аппаратуре:

4.1.общего применения; 4.2. специальные.

5.конструктивное исполнение:

5.1.корпусные; 5.2.бескорпусные.

6.технология производства:

6.1.кремниевая; 6.2.гибриднная; 6.3.кремний-германиевая; 6.4.аренид-галлиевая.

Полупроводниковые интегральные микросхемы называют ИС, элементы которой выполнены в объеме или на поверхности полупроводниковой подложки. Элементом ИС считается неотделимая составная часть ИС, выполняющая функцию какого-либо электрорадиоэлемента.

По типу используемых активных элементов, полупроводниковые (монолитные) ИС делятся:

Униполярные (полевые и др);

Биполярные;

Комбинированные (биполярно-полевые);

n-канальные;

p-канальные;

комплементарные.

В свою очередь, в зависимости от используемого типа логических структур и конструктивно-технологических решений биполярные ИС делятся на:

- резисторно-транзисторную логику;

№ 70. Операционные усилители и схемы на их основе.

ОУ представляет собой микроэлектронное устройство, предназначенное для усиления как постоянного тока, так и электрических колебаний.

ОУ обязательно имеют внешние цепи, предназначенные для выполнения некоторых линейных и нелинейных операций. В некотором смысле ОУ являются элементной базой для аналоговых преобразователей. В основе схемы усилителя лежит дифференциальный усилительный каскад (рис.1). Два идентичных транзистора Т1 и Т2 и диффузионные резисторы R1 и R2 формируют два транзисторных усилителя, включенных симметрично. У дифференциального усилителя есть 2 входа и 2 выхода. При передаче на входы диф усилителя одинаковых сигналов, напряжение на входах практически не меняется. Разность напряжений, формируемых на входах (базах транзисторов Т1 и Т2) называют дифференциальными входными сигналами, а полусумму этих напряжений – синфазным (одинаковым) входным сигналом.

Uвх=U1-U2; Uвх.синф=(U1+U2)/2.

Входным сигналом диф усилителя является напряжение м/у коллекторами транзисторов. Появление на входе диф сигнала приводит к нарушению симметричного режима работы усилителя. Сигнал на входе диф усилителя пропорционален разности входных токов: ∆I=I2-I1/ синфазная составляющая входного сигнала определяется как часть входного тока, которая одинакова для каждого входа диф каскада или Ie=(I1+I2)/2. Тогда I1=Io-∆I/2; I2=Ie+∆I/2. Наиболее важными параметрами диф усилителя являются:

- коэф усиления Ku=dUвых/dUвых=αIR2/(2αt)$

- входное сопротивление Rвх= dUвых/(d(∆I))=2αt(1+β)/I,

Где α – коэф передачи тока транзистора в схеме с общей базой;

β – коэф передачи тока базы биполярн транз-ра в сх-е с общ эмиттером;

I – ток в эмиттерной цепи; αt – тепловой потенциал;

R2 – коллекторный резистор; αt=KT/q.

Диф усилитель мощности можно реализовать на основе полевых транзисторов. Полевые транзисторы по сравнению с МДП-транзисторами обладает большей стабильностью характеристик и малым уровнем собственных шумов.

№ 71. Основы цифровой электроники. Импульсные, автогенераторные и микропроцессорные устройства.

В современном физическом эксперименте все чаще применяется сложная радиотехническая аппаратура, измерения выполняются с высокой степенью точности, а количество информации, подлежащее обработке, значительно. В связи с этим возникает необходимость в преобразовании выходного сигнала в цифровую форму и в обработке его на быстродействующей ЭВМ, которая нередко является частью экспериментальной установки. Переход к интегральным микросхемам существенно изменил способы построения электронной аппаратуры, поскольку изделия микросхемотехники представляют собой законченные функциональные узлы.

Большинство электронных цифровых схем представляет собой электрические цепи из резисторов, диодов и транзисторов.

Импульсная техника, область техники, исследующая, разрабатывающая и применяющая методы и технические средства генерирования (формирования), преобразования и измерения электрических импульсов. В И. т. также исследуют и анализируют процессы, возникающие при воздействии электрических импульсов на различные электрических цепи, устройства и объекты.

  Электрические импульсы тока и напряжения широко используются для тех или иных целей в различных областях науки и техники. Наиболее широко электрические импульсы применяются в электронике при импульсном режиме работы электронных устройств различного назначения. Здесь находят применение как одиночные импульсы (радиоимпульсы и видеоимпульсы), так и главным образом последовательности импульсов (серии импульсов), образующих импульсные сигналы, несущие информацию или выполняющие функции управления работой электронных устройств.

  При импульсном режиме электронные устройства подвергаются воздействию электрических сигналов не непрерывно (в течение всего времени работы устройства), а прерывисто. При этом прерывистая структура импульсных сигналов составляет принципиальную основу полезных функций устройства, работающего в импульсном режиме. Импульсные сигналы различаются по амплитуде и длительности импульсов, частоте их следования, а также по относит. взаимному расположению в серии. На рис. 1 изображен импульсный сигнал в виде серии из 3 импульсов, сгруппированных согласно некоторому условному коду, определяемому, в частности, расстановкой импульсов в серии. Импульсные сигналы могут иметь более сложную структуру, зависящую от вида модуляции и формы импульса.

- диодно-транзисторную логику;

- транзисторно-транзисторную логику;

- интегрально-инжинерную логику;

- эмиттерно-связанную логику.

В комбинированных ИС одновременно используются биполярные и полевые транзисторы и эта технология получила название БиМОП.

Гибридной интегральной схемой называют ИС, в которой элементы и компоненты выполнены на диэлектрической подложке. Под компонентами понимаются миниатюрные навесные дискретные электрорадиоэлементы.

Пассивные элементы гибридных ИС могут быть выполнены на основе толстопленочной и тонкоплоночной технологий, а активные компоненты выполняются по полупроводниковой технологии и монтируются на поверхность диэлектрической подложки.

постоянный, к быстродействию, емкости, емкости p-n-перехода и стабильности параметров которых обычно не предъявляют специальных требований. Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в импульсных цепях. От выпрямительных диодов они отличаются малыми емкостями p-n-перехода и рядом параметров, определяющих переходные характеристики диода. Варикапы - диоды, предназначенные для управления емкости p-n-перехода ч/з изменение напряжения диода.

Транзисторы. В зависимости от принципа действия и конструктивных признаков транзисторы делятся на биполярные и полевые. Биполярные транзисторы – п/п прибор с двумя взаимодействующими электрическими p-n-переходами и тремя выводами, усилительные свойства которых обусловлены явлениями инжекции и экстракции носителей заряда. В зависимости от типа электропроводности внешнего слоя транзистора, различают транзисторы p-n-p и n-p-n- типов. Транзисторы, в кот p-n-переходы создаются у поверхностей соприкосновения полупроводниковых слоев, называют плоскостными.

Принцип действия транзисторов таков, что при подаче напряжения на электрод-базу, проходит ток, преобразуясь из эмиттерного в коллекторный и наоборот. Полевые – п/п прибор, работа которого основана на модуляции сопротивления п/п-го материала поперечным электрическим полем. У них в создании электрического тока учавствуют носители заряда одного типа (электроны или дырки). Полевые транзисторы бывают 2-х видов: с управляющим p-n-переходом (рис.1) и со встроенным каналом(рис.2). Первые представляет собой пластину из п/п-го материала, имеющего электропроводность определенного типа, от концов которого сделаны два вывода – электроды стока С и истока И. Вдоль пластины выполнен электрический переход, от кот сделан третий вывод – затвор З. внешнее напряжение прикладывают так, что м/у электродами С и И протекает электрический ток, а напряжение, приложенное к затвору, смещает электрический переход в обратном направлении. Сопротивление области, расположенной под электрическим переходом, которая носит название канала, зависит от напряжения на затворе. Т.о., работы полевого транзистора с упр. p-n-переходом основана на изменении сопротивления канала за счет изменения размеров области, объединенной основными носителями заряда, кот происходит под действием приложенного к затвору обратного напряжения.

Тиристоры – п/п приборы с тремя p-n-переходами, предназначенными для использования в качестве электронных ключей в схемах переключения электрических токов. В зависимости от индуктивных особенностей и свойств, тиристоры делят на динисторы и тинисторы. Тиристоры обычно изготавливают из кремния.

Некоторые электрические колебания сложной формы (рис. 2), в отличие от синусоидальных, имеют разрывной характер; им свойственны весьма широкий частотный спектр и наличие характерных точек, точнее участков весьма малой временной протяжённости, в которых скорость изменения колебательного процесса претерпевает резкие скачки (разрывы). Эти свойства сближают колебания сложной формы с типичными импульсными процессами. В И. т. часто применяют импульсные сигналы с частотным заполнением от десятков гц до десятков Ггц.

Автогенератор - электрический генератор с самовозбуждением.

Автогенератор вырабатывает электрические (электромагнитные) колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход. Это будет обеспечено тогда, когда нарастание колебательной энергии будет превосходить потери. При этом амплитуда начальных колебаний будет нарастать.

Такие системы называют автоколебательными системами или автогенераторами, а генерируемые ими колебания - автоколебаниями. В них генерируются стационарные колебания, частота и форма которых определяются свойствами самой системы.

Автогенераторы применяются, например, в радиопередающих устройствах.

Микропроцессоры и устройства на его основе в современной микроэлектронике явл наиболее значимыми и распространенными изделиями. Однако применение микропроцессора без системной поддержки ряда др устройств употребляется весьма ограничено. Микропроцессор нуждается в расширении ОЗУ. ОЗУ и запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ) используется с микропроцессорами для хранения системных переменных и в качестве рабочее области поля ОЗУ. ОЗУ в ОС требуется для размещения управляющей программы в целях организации стека для временного хранения данных. Часть оЗУ предназначена для оперативного хранения небольших программ и данных. При использовании растрового дисплея часть ОЗУ применяется для экранной памяти. ПЗУ в микропроцессорных системах используется для хранения управляющих программ, ОС и интерпритаторов языков программирования высокого уровня. Поэтому применяются разные типы ПЗУ. Микроконроллер представляет собой микропроцессорную систему, предназначенную для управления, которая выполнена на основе одной или нескольких микропроцессорных БИС и способна к программированию. Микро-ЭВМ представляет собой конструктивно завершенное вычислительное устройство, реализованное на базе микропроцессорного комплекса СБИС и оформленное в виде автономного устройства с источником питания, интерфейсом, устройством отображения информации и комплектом программного обеспечения. Микро-ЭВМ получили название ПК и широко распространились во всех сферах человеческой деятельности. На базе микропроцессоров создаются мультипроцессорные системы, в которых используются более одного микропроцессора и которые предназначены для обработки информации, в том числе и для параллельной обработки.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ОУ.

ОУ имеет в основе диф усилитель и поэтому способен реагировать только на диф сигнал. (рис.2)

Диф каскад реализован на полевых транзисторах Т1 и Т2, входы которых условно обозначены как инвертирующий, обозн знаком « - «, и неинверт (прямой) – знаком «+». В данном случае, диф усилитель выполнен по схеме с однофазным выходом, чтобы выходной ток обеспечивал перезарядку интегрирующей емкости С. В качестве коллекторной нагрузки диф усилителя используются источники тока I.

Согласование диф каскада и интегратора достигается при условии сохранения симметрии плеч диф усилителя.

Для увеличения статического коэф-та усиления ОУ в базовую цепь интегрирующего транзистора Т6 для сохранения симметрии плеч в отражатель тока также включается эмиттерный повторитель, реализованныйна транзисторе Т3.

Выходной каскад выполнен по схеме двухтактного эмиттерного повторителя, реализованного на Т10 и Т11.

Это позволяет снизить мощность, рассеиваемую каскадом в статическом режиме.

Эмиттерный повторитель подключается к выходу интегратора ч/з диоды D1 и D2.

Выходное напряжение ОУ снимается с делителя, реализованного на резисторах R2 и R3. Эти резисторы одновременно защищают выходные каскады от короткого замыкания. ОУ питается от двухполярного источника питания. Коэф усиления ОУ К: , входное сопротивление достигает 100 Мом, а выходное 100 Ом. ОУ имеют малый уровень собственных шумов.

№ 72. Регистры, дешифраторы, мультиплексоры, мультивибраторы.

Регистры – устройства, предназначенные для записи и выдачи информации, представленной в форме цифрового кода. Схемы их выполняют так, чтобы имелась возможность записать и обеспечить выдачу информации в виде параллельно и последовательного кодов. Для этого предусматривают соответствующее количество входных и выходных выводов. Имеютя регистры, у кот входные и выходные выводы объединены м/у собой. По спец командам они используются как входные и как выходные. В зависимости от назначения регистры делят на регистры хранения, сдвигов, последовательных приближений. Регистры хранения обеспечивают запись и хранение кода числа. В сдвиговых регистрах записанная информация сдвигается вправо или влево при подаче каждого импульса, управляющего импульсом.

Регистры последовательных приближений предназначены для построения аналогово-цифровых преобразователей и позволяют при измерении сигнала неизвестной величины реализовать метод поразрядного уравновешивания. В них запись информации начинается со старшего разряда регистра и записанное значение остается или стирается при следующем импульсе записи в зависимости от выходного сигнала компаратора напряжений, который сравнивает измеряемый и образцовый сигналы.

Регистры подразделяются на статические и динамические. Статические выполняют на триггерах. Они могут как угодно долго хранить записанную информацию. В динамических регистрах функции элементов памяти выполняют конденсаторы. Они могут сохранять информацию только в течение определенного промежутка времени. Поэтому в динамических регистрах записанная информация должна постоянно находиться в движении.

Дешифратором в вычислит технике назыв комбинационный узел, предназначенный для преобразования n-разрядного двоичного кода в однопозиционный или в совокупность однопозиционных кодов. Примерами однопозиционных кодов могут быть адрес ячейки, однозначный сигнал установки счетчика в нулевое состояние и др. Дешифраторы как и шифраторы выполняются в виде интегральных схем.

Рассмотрим рисунки 1и2.

Переменные дешифрируемого двухразрядного двоичного кода обозначены Хо и Х1, однопозиционный выход дешифратора обозначен как I. Он перерабатывает активные сигнал 0 или 1.

№ 73. Источники вторичного электропитания. Классификация выпрямителей.

Питание электрической энергией устройств измерительной техники, электроники, ЭВМ и автоматики очень редко удается осуществить непосредственно от первичного источника электроэнергии. Это обусловлено тем, что стандартная электрическая сеть или автономный первичный источник электрической энергии обычно непригодны для питания электронных устройств из-за из несоответствия требования по величине напряжения, его стабильности, форме и частоте. Поэтому в большинстве случаев приходится применять источники вторичного электропитания (ИВЭП). Под этим термином обычно понимаются преобразователи вида электрической энергии, выполняющие преобразования исходя из требований, предъявляемых к источнику питания конкретного электрического или электронного устройства.

В большинстве случаев с помощью источника вторичного электропитания преобразуется энергия переменного напряжения электрической сети в постоянные напряжения требуемого уровня, кот с помощью электр устройств стабилизации поддерживаются неизменными. Более редко встречаются вторичного электропитания, обеспечивающие обеспечение требуемого значения электрического тока.

В следствии того что ИВЭП является массовым функциональным узлом, необходимым для функционирования большинства электронных устройств, разработано достаточно много способов их построения.

Простейшие структуры ИВЭП, состоящие из сочетания сетевого трансформатора, выпрямителя, сглаживающего фильтра и стабилизатора непрерывного действия, все больше вытисняются сложными преобразовательными устройствами, работающими на частотах в десятки- сотни КГц. При этом обеспечивается получение рекордно малых массогабаритных показателей, но появляются свои специфические проблемы. Если преобразователь спроектирован небрежно, сложно получить высокую надежность, хорошую воспроизводимость характеристик и высокие удельные показатели. ИВЭП принято характеризовать рядом показателей и признаков: условиями эксплуатации; параметрами входной и выходной электр энергии; выходной мощностью; КПД; удельными показателями; временем непрерывной работы; временем готовности к работе; числом каналов.

Схемы выпрямителей классифицируют по ряду признаков

1.В зависимости от числа фаз питающего источника переменного напряжения

различают схемы однофазного и трёхфазного питания.

2.В зависимости от количества импульсов тока, протекающего за полный период по

вторичным обмоткам трансформатора:

№74. Управляемые выпрямители – инверторы. Преобразователи напряжения.

Управляемые выпрямители – это вентильные устройства, у которых открытое и закрытое состояние нелинейных элементов зависят как от полярности приложенного напряжения, так и от момента появления управляющего сигнала на управляющем электроде. Выпрямители этого типа выполняются на основе тиристоров, используемых самостоятельно или в составе схеме, содержащих дополнительные диоды.

Принципиальные схемы управляемых выпрямителей переменного напряжения приведены на рисунке 1.

Так же как выпрямители на диодах, управляемые выпрямители позволяют реализовать схемы однополупериодного и двухполупериодного регулируемого выпрямления. От неуправляемых схем выпрямителей управляемые отличаются тем, что для открывания нелинейного элемента, с помощью кот осуществляется выпрямление, необходимо кроме наличия на нем прямого напряжения, подать на управляющий электрод электрический сигнал Uупр. Он может быть постоянным или иметь форму импульса. Изменяя момент подачи управляющего сигнала, можно изменить значение средневыпрямленного напряжения (рис. 2).

Так, если управляющий сигнал приходит на управляющие электроды в момент времени t1 (рис. 2), то средневыпрямленное значение напряжение на нагрузке будет иметь одно значение. Если момент прихода управляющих импульсов изменится и станет равным t2, то соответственно изменится значение средневыпрямленного напряжения на сопротивлении нагрузки. Меняя момент прихода упр сигналов, можно регулировать средневыпрямленное значение напряжения от достаточно малой величины, когда фазовый сдвиг упр сигнала приближается к 180 градусам, до

№ 75. Структурная схема электропривода. Элементы кинематической системы привода.

Преобразование электрической энергии в механическую при электрификации и автоматизации рабочих процессов происходит в электромеханическом устройстве, называемом электроприводом. Электропривод состоит из преобразовательного, электродвигательного, передаточного и управляющего устройств. В преобразовательном устройстве происходит изменение или напряжение, или частоты тока. Передаточное устройство служит для изменения угловой скорости. При непосредственной передаче движения от двигателя к машине скорость не изменяется и передаточное устройство не применяется.

Типы приводов. Электропривод может быть: групповым, одиночным и многодвигательным. Электропривод, в кот исполнительные органы нескольких энергетических машинных устройств приводятся в движение одним электродвигателем, называется групповым. Электропривод. В кот исполнит органы одного энергетического машинного устройства приводятся в движение одним электродвигателем, назыв одиночным.

Электропривод, в кот каждый исполнительный орган энергетического машинного устройства приводится в движение одним или несколькими электродвигателями, назыв многодвигательным.

Основные характеристики.

К основным параметрам электрического двигателя тоносятся номинальные величины: напряжение, ток, мощность, частота вращения, коэф мощности, КПД. Они приводятся приводятся на заводском щитке электродвигателя. Например, двиг. 3  50 Гц; 0,55 кВт; cosφ=0,7; 1370 об/мин; 22,8 ; ∆/Y; 220/380 В; 2,9/1,7 А; КПД 70,5%. Параметры расшифровываются след образом: двигатель трехфазного тока с короткозамкнутым ротором предназначен для работы при напряжениях сети 220 и 380 В частотой 50 Гц. Номинальная мощность данного двигателя 0,55кВт. При моменте сопротивления на валу двигателя, соответствующем мощности 0,55 кВт, ток в проводящих проводах сети составляет 2,9 А при напряжении сети 3  380 В. Эти величины токов являются номинальными при соответствующих номинальных напряжениях. При частоте трехфазного переменного тока 50 Гц и номинальной нагрузке на валу 0,55 кВт частота вращения двигателя соответствует 1370 об/мин , КПД равен 70,5%, а коэф мощности (cosφ) – 0,7. Все эти величины являются также номинальнвми. С изменением величины напряжения, частоты или нагрузки на валу все остальные параметры двигателя изменяются.

а) Однотактные – ток протекает один раз за полный период. Отношение частоты

пульсаций выпрямленного напряжения (mП) к частоте сети в однотактных схемах равно

числу фаз вторичной обмотки трансформатора. В таких схемах кроме простейшего одно-

фазного однополупериодного выпрямителя обязательно выводится нулевая точка транс-

форматора

б) Двухтактные – в каждой фазе вторичной обмотки трансформатора ток проте-

кает дважды за один период, причём в противоположных направлениях. Кратность пуль-

саций выпрямленного напряжения в таких схемах в 2 раза больше, чем число фаз вторич-

ной обмотки трансформатора. Эти схемы также называют мостовыми. В

мостовых схемах ток во вторичной цепи всегда проходит последовательно по двум венти-

лям.

3. По степени сложности:

а) простые;

б) сложные – несколько простых схем выпрямителей соединяют последовательно

или параллельно.

4. По числу пульсаций за период питающего напряжения:

а) с однофазными пульсациями;

б) с двухфазными пульсациями;

в) схема с трёхфазными пульсациями;

г) схемы с четырёхфазными пульсациям;

д) схемы с шестифазными пульсациями;

е) схемы с двенадцатифазными и более пульсациями. Представляют собой

последовательное и параллельное соединения предыдущих схем.

5. В зависимости от назначения выпрямители могут быть управляемыми и

неуправляемыми.

Возможны различные модификации схем выпрямителей: с включением вторичной

обмотки трансформатора в треугольник, в зигзаг, несимметричные схемы, схемы с на-

грузкой шунтированной диодом и др.

Выходные сигналы I1, I2, I3 определяются функцией алгебры логики и зависят от переменных Х0 и Х1. Условное обозначение – рис.2. Цифры 2 и 1 слева обозначают двоичные веса разрядов дешифруемого двоичного кода, а кружки справа свидетельствуют о том, что активными сигналами выхода являются уровни о положительной логики. Их отсутствие свидетельствует о том, что активными сигналами выхода являются 1. На интегральных схемах дешифратора маскируются буквы DC – decoder.

Мультиплексором в вычислит технике называется цифровой комбинированный узел, осуществляющий адресную передачу данных от одного из многих входов в один единственный выход.

Передача n-разрядного слова м/б осуществлена с помощью n-однобитовых мультиплексоров. Мультиплексор м/б реализован как логический узел, составленный из интегральных логических элементов, в кот адрес задается двоичным кодом. Мультиплексор на четыре входных однобитовых данных D0, D1, D2, D3 реализован на четырех 3-входовых элементах И и на одном 4-входовом элементе ИЛИ. Адресные переменные а1 и а0 характерны для разрядности адреса входного направления равного 2.

На основе мультиплексора можно создать многоканальный селектор, позволяющий осуществлять коммутацию n входов и m выходов. При этом возможна передача данных с любого входа на любой выход, при условии использования м/у входами и выходами минимального числа линий связи.

Мультивибратор.

Для получения импульсов прямоугольной формы широко используются релаксационные генераторы, построенные на основе усилителей с положительной обратной связью. Релаксационные генераторы, в которых положительная обратная связь создается с помощью RC-цепей, называют мультивибраторами. Причем глубина положительной обратной связи остается почти постоянной в широкой полосе частот. Если положительная обратная связь создается с помощью импульсного трансформатора, то такие релаксационные генераторы называют блокинг-генераторами.

Мультивибраторы могут работать в двух режимах: автоколебательном и ждущем.

В автоколебательном режиме схема имеет два квазиустойчивых состояния, длительность каждого из которых определяется времязадающей цепью.

В ждущем режиме схема имеет одно устойчивое состояние, в котором может находиться неограниченно долго. Под действием короткого запускающего внешнего импульса схема скачком переходит в квазиустойчивое состояние, а затем самостоятельно возвращается в исходное состояние, формируя импульс заданной длительности.

того значения, которое было бы в случае использования вместо тиристоров полупроводниковых диодов (фазовый сдвиг упр сигналов и напряжения сети стремится к нулю).

Управляемые выпрямители позволяют реализовать высокоэффективные стабилизаторы напряжения и тем самым совместить процессы выпрямления и регулирования значения выпрямленного сигнала. Однако, из-за существенной нелинейности контура регулирования и необходимости создавать сложную систему управления управляемые выпрямители, в основном применяют при создании ИВЭП достаточно большой мощности.

Инвертор - устройство для преобразования постоянного тока в переменный (с изменением величины напряжения или без).

Инвертор автомобильный. Преобразует напряжение бортовой сети (12v) в российский стандарт (220v).

Существуют две группы инверторов, которые различаются по стоимости примерно в 1,5 раза:

Первая группа более дорогих инверторов обеспечивает синусоидальное выходное напряжение.

Вторая группа обеспечивает выходное напряжение в виде упрощённого сигнала, заменяющего синусоиду. Чаще всего используется сигнал в виде трапецеидального синуса

Для подавляющего большинства бытовых приборов можно использовать упрощённый сигнал. Синусоида важна только для некоторых телекоммуникационных приборов. Выбор инвертора производится исходя из пиковой мощности энергопотребления стандартного напряжения 220В/50Гц.

Существуют два режима работы инвертора:

Режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора.

Режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течении нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,5 раза большую номинальной.

В течение нескольких секунд большинство моделей инверторов могут отдавать мощность в 2,5-3,5 раза большую номинальной. Сильная кратковременная перегрузка возникает, например, при включении холодильника. Как правило, мощность инвертора примерно равна расчётной мощности ВЭУ.

Преобразователь напряжения относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в системах электропитания устройств автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения -повышение надежности преобразователя путем обеспечения активного запирания силовых транзисторов при нулевом уровне напряжения обмотки управляющего трансформатора.

№ 76. Режимы работы электропривода.

Различают три основных режима работы двигателей: продолжительный, повторно-кратковременный и кратковременный. Продолжительным называется режим работы двигателя при постоянной нагрузке и продолжительностью не менее, чем необходимо для достижения установившейся температуры при неизменной температуре окр воздуха. Повторно-кратковременным назыв такой режим работы, при котором кратковременная неизменная нагрузка чередуется с отключениями двигателя, причем во время нагрузки температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время паузы двигатель не успевает охладиться до температуры окр среды. Кратковременным называется такой режим, при кот за время нагрузки двигателя температура его не достигает установившегося значения, а за время паузы успевает охладиться до темп окр воздуха.

Теплоемкость двигателя – величина значительная, поэтому нагрев его до установившейся температуры может продолжаться несколько часов. Двигатель кратковременного режима за время нагрузки не успевает нагреться до установившейся температуры, поэтому он работает с большей нагрузкой на валу о большей подводимой мощностью, чем такой же двигатель продолжительного режима работы. Двигатель повторно-кратковременного режима работы также работает с большей нагрузкой на валу, чем такой же двигатель продолжительного режима работы. Чем больше меньше продолжительность включения двигателя, тем больше допустимая нагрузка на его валу.

Для большинства машин (компрессоры, вентиляторы и др) применяются асинхронные двигатели общего применения продолжительного режима работы. Для приемников, кранов, кассовых аппаратов применяются двигатели повторно-кратковременного режима работы. Двигатели кратковременного режима работы используются для машин, применяемых во время работ, например, электрических талей, кранов.