книги из ГПНТБ / Шилов, В. Ф. Элементы электронной автоматики учебное пособие

- 100 -

половине первичной обмотки выходного трансформатора падение напряжения, которое о закону электромагнитной индукции на­ водит на вторичной обмотке выходное напряжение, приложенное к сопротивлению выгрузки.

Когда открыт транзистор Т3 напряжение Ui , созданное юллекторным током этого транзистора, наводит на другой по­ ловине первичной обмотки выходного трансформатора TPg напря­ жение U < с полярностями, указанными на схеме. Между эмит­ тером и коллектором запертого транзистора Т£ приложена оум-

го транзистора приложено напряжение, равное удвоенному напряжению коллекторного питания.

В усилителях мощности применяют только включение типа 09 (с общим эмиттере 0 , поскольку оно дает максимальное уси­ ление мощности. При включении 09 допустимое коллекторное напряжение равно приблизительно 0,6 относительно допустимо­ го коллекторного напряжения лривключении ОБ. Кроме того, при повышении температуры от 20 до 55°С коллекторное напряжение необходимо снизить на 30% во избежание пробоя коллекторного перехода р - п .

Выбрать рабочую точку транзистора в классе В можно графически. Для примера возьмемнапряжение коллекторного питания равным 10 в и отложим эту величину на оои коллектор­ ных напряжена.' характеристики (рис. 89). Иа полученной точ­ ки L проведем прямую, которая должна пересекать в точке пе­ региба коллекторную характеристику, соответствующую выбран­

нимальному коллекторному напряжению Ук.мш. <> Прямая линия, проведенная через точки Б и С, будет соответствовать актив­ ному выходному сопротивлению транзистора

• W - J k-m . I f 25-0,04

Для sore чтобы согласовать выходное сопротивление открытого транзистора и сопротивление нагрузки, применят выходной трансформатор Тр2 о коэффициентом трансформации

где >£т - коэффициент полезного действия трансформатора, до 0,8. Оба транэистора отдают мощность в нагрузку

п_ (Укмк. ~Jk.hVEk^? _

Г н - 2. “ 2 М 5 И

На коллекторе одного транзистора рассеивается мощность

оледовательно, ..'входная мощность будет

4,85

= 35 мвт

РВ„ 138

Для уменьшения нелинейных искажений нужно подобрать оба транзиотора приблизительно с одинаковыми коллекторными ха­ рактеристиками. Кроме того, для уменьшения нелинейных иска­ жений при слабых сигналах на базы обоих транзисторов необхо­ димо подать отрицательное напряжение смещения, которое но-

- 103 -

ного напряжения электроны и положительные ионы, содержащиеся в газе за счет естественной ионизации (она происходит под влиянием космических лучей и радиоактивного излучения земной коры), приходят в упорядоченное движение: электроны устрем­ ляются к аноду I, а положительные ионы - к электроду 2 (катоду). При увеличении напряжения от нуля до Ui , ток возрастает от нуля до (рис. 92, участок ОА). Под дейст­ вием ионизатора в единице объема газа образуется оцределенное число ионов и электронов, которые, сталкиваясь, рекомби­ нируют, т.е. образуют нейтральные молекулы. Поэтому концент­ рация ионов и электронов в единице объема газа при неизмен­ ной температуре остается постоянной. При повышении напряже­ ния между электродами все меньшая часть ионов и электронов будет рекомбинировать. А при напряжении, соответствующем точке А все электроны и ионы, возникшие под действием иони­ затора, устремляются к электродам.

Участок АБ показывает, что при дальнейшем увеличении напряжения между электродами рост тока прекращазтся, по­ скольку все электроны газового промежутка достигают анода. Поэтому участок кривой АБ называют участком насыщения. При дальнейшем повышении напряжения до значения Uj. (участок ЕВ) движение электронов под действием усиливающегося электриче­ ского поля ускоряется. Сталкиваясь с нейтральными молекула­ ми, они выбивают из этих молекул электроны и создают тем са­ мым дополнительную ионизацию, а появившиеся новые электроны вызывают еще большую ионизацию молекул газа. В результате общее количество ионов и свободных электронов в межэлектрод­ ном пространстве и ток через лампу нарастают лавинообразно (участок ЕВ) и лампа зажигается. Так происходит потому, что при достаточно высокой напряженности электрического поля между электродами электроны приобретают такие скорости, что при столкновении с молекулой газа ионизируют ее; в свою оче­ редь ионы "бомбардируют" катод и выбивают из него электроны. Освободившиеся электроны обладают разным запасом энергии и

при столкновении с томами газа сообщают электронам этих газов добавочную энергию. При определенной величине порции

- 104 -

добавочной энергии электрон атома может "перескочить" на более удаленную от ядра орбиту или даже совсем покинуть атом. Атом,потерявший электрон, становится ионизированным. А если электрон остается в системе атома и лишь переходит на более удаленную от ядра орбиту, то атом становится воз­

бужденным. В последнем состоянии может пребывать очень малое время (порядка 1СГ® сек). Затем электрон возвращается на прежнюю орбиту, а запасенная им энергия выделяется в виде электромагнитного излучения определенной длины волны. Еоли испускаемые лучи относятся к видимой части спектра, то наб­ людается свечение газа. Это послужило поводом назвать опи­ санное явление тлеющим разрядом.

Переход к тлеющему разряду происходит при вполне опре­ деленном для каждого ионного прибора напряжении на электро­ дах - напряжении зажигания. Возникновение тлеющего разряда происходит скачком. При этом резкое возрастание тока приво­ дит к снижению напряжения на приборе до величины Uг (учас­ ток ВД). Понижение напряжения объясняется перераспределением подводимого напряжения EQ между внутренним сгопротивленш^амо-

велико, а сила тока в цепи мала, падением напряжения на ог­ раничительном резисторе можно пренебречь и считать, что все

Таким образом, возникновение тлеющего разряда можно об­ наружить по характерным скачкам тока вверх и напряжения вниз, что легко заметить по измерительным приборам.

Приложенное к прибору напряжение в основном падает вблизи катода, где наблюдается скопление тяжелых и поэтому малоподвижных ионов, образующих положительный пространст-

- 105 -

венный заряд. Этот заряд образует в лаыпе как бы газовый анод, который расположен ближе к катоду, чем анод лампы. Расстояние между катодом и положительным пространственным зарядом в установившемся режиме определяется током через прибор: чем больше величина тока, тем ближе расположен к катоду пространственный заряд. Таким образом,при увеличении подводимого напряжения ток возрастает (участок ДБ), но так как рабочая прверхность газового свечения увеличивается, то сопротивление лампы уменьшается, а произведение Hi. - остается постоянным. При дальнейшем увеличения Еа ток воз­ растает, а рабочая поверхность катода остается неизменной и плотность тока начинает расти. Это вызывает увеличение

падения напряжения на приборе (участок БД). Увеличение нап­ ряжения на приборе ведет к возникновению дугового разряда (участок 13). Это обменяется тем, что при большой плотнос­ ти тока бомбардируемый ионами катод нагревается до такой температуры, при которой с его поверхности начинается термозлектронная эмисоия. Количество электронов, производящих ионизацию, во много раз возрастает, что приводит к резкому уменьшению сопротивления прибора и уменьшению падения напря­ жения на нем. Такой разряд для многих ионных приборов являетоя аварийным видом работы.

Вид электрического разряда в приборе во многом опреде­ ляется величиной ограничительного сопротивления. Бели оно большое (порядка десятков мегом), то разряд будет темным, при значительно меньшем сопротивлении возникает тлеющий разряд, а дальнейшее уменьшение Rer/J. приводит к переходу тлеющего разряда в дуговой.

Так как эти приборы не имеют накаливаемых электродов, то их можно назвать жямпями о холодным катодом. К числу их относятся неоновые лампы, стабилитроны, тиратроны, защитные газовые разрядники, декатроны, цифровые индикаторы.

Н е о н о в а я д а м п а состоит из стеклянного баллона, наполненного неоном, я двух электрг лов. При повыше­ нии напряжения на электродах лампы, при некотором напряжении, называемом напряжением зажигания , в цепи лампы (ри .91)

-106 -

возникает ток и она начинает светиться. Ограничительное сопротивление ставится с целью предовращения возникновения дугового разряда при повышении напряжения питания. При плав­ ном уменьшении напряжения питания ток уменьшается и при неко­

объясняется тем, что перед зажиганием газ в мевдуэлектродном пространстве практически не ионизирован и для возникновения разряда необходимо высокое напряжение. А перед погасанием газ находится в состоянии ионизации, и поэтому разряд может существовать при более низком напряжении. Неоновая лампа как бы затягивает горение и обладает так называемой гистере­

зисной вольт-амперной характеристикой (рис. 93). Это свойст­ во неоновых ламп используется в генераторах релаксационных колебаний.

С т а б и л и т р о н представляет собой стеклянный баллон цилиндрической формы, наполненный инертна! газом (ар­ гоном, гелием, неоном) при давлении в несколько десятков миллиметров ртутного столба. В баллоне два концентрически расположенных электрода: анс i в виде тонкого стержня, катод - в виде цилиндра (рис. 94).

Принцип работы стабилитрона основан на использовании нормального тлеющего разряда в газах. Из вольт-амперной ха­ рактеристики (рис. 92) видно, что при изменении тока в широ­ ких пределах напряжение на электродах стабилитрона сохраня­ ется постоянны:-.. Для ограничения тока, протекающего через лампу, последовательно со стабилитроном включают резистор

- 107 -

Rorp.(рис. 95). При номинальной величине тока его сопротив­ ление подбирается так, чтобы ток соответствовал примерно вредней точке рабочего участка Д Е характеристики. Обыч­ но это сопротивление имеет величину порядка нескольких килоом.

При увеличении входного напряжения, увеличивается ток, проходящий череэ стабилитрон. Это вызывает увеличение площа­ ди катода, охваченного свечением, что приводит к уменьшению

уменьшении входного напряжения ток стабилитрона уменьшается, а его сопротивление увеличивается. Величина же падения нап­ ряжения на нагрузочном сопротивлении почти не изменяется.

Пределы стабилизации в стабилитроне ограничены минималь­ ным и максимальным З ьг токами стабилитрона. При изменении тока в этих пределах падение напряжения на стабилитроне поч­ ти не изменяется.

Включение стабилитрона без нагрузки недопустимо, так как прохождение-.большого трк'а через прибор может вывести

(рис. 96) кроме катода и анода имеет еще управляющий (пуско­ вой) электрод, который играет роль вспомогательного анода. Стеклянная колба, внутри которой помещаются электроды, на­ полнена обычно неоном с незначительной примесью аргона при общем давлении 40-45 мм рт. ст. Расстояние между электрода­ ми и давление газа подобраны так, что разряд между управляю­ щим электродом (3) и катодом (I) возникает цри более низком напряжении, чем разряд между анодом (2) и катодом. На схеме (рис. 97) напряжение Еп и Еа меньше, чем напряжение зажига­ ния между соответствующими электродами, но достаточны для того, чтобы поддержать уже существующий разряд.

После подачи в цепь управляющего электрода добавочного

напряжения.нацример, в форме импульса, между управляющим электродом и катодом начинается разряд, который вследствие

- 109 -

Бажной особенностью тиратрона с холодным катодом явля­ етон то, что при токе пуокового электрода порядка нескольких микроампер мокло управлять анодным током дорядка 10 ма ■ выше. Поэтому такие тиратроны получили широкое применение в автоматических и телемеханических устройствах.

§33. Ионные приборы о несамостоятельным разрядом

Вгазоразрядных приборах о несамостоятельным разрядом, как и в электронных лампах, используется явление термоэлект­ ронной эмиссии с накаленного катода. К ним относятся тират­ роны и газотроны.

Тиратроны с накаленным катодом представляют собой на­ полненную газом лампу, в которой, кроме катода и анода, име­ ется третий электрод - управляющая сетка.

Устройство тиратрона о накаленным катодом и его схемати­ ческое изображение показаны на рисунке 99. Сетка (2) тират­ рона устроена так, что она полностью закрывает .;атод (3) от воздействия электрического поля анода (I). Обычно сетка вы­ полняется в виде диска о одним.или несколькими отверстиями

исоединяется с гщлиндр.ом, охватывающим катод и анод. Такое устройство сетки исключает*возможность попадания электронов на анод помимо сетки.

На рисунке 100 показана анодно-сеточные характеристики

тиратрона. При больших отрицательных напряжениях U& на сет­ ке электрическое поле между сеткой и катодом тормозит движе­ ние электронов к аноду. Степень ионизации газа при э^ом очень мала, и анодный ток практически равен нулю. При уменьшении отрицательного потенциала сетки ионизация газа усиливается,

и при некотором значении напряжения Uc c U C|ix. в тиратроне возникает дуговой разряд, сопровождающийся резким увеличени­