- •1 Пассивные элементы электрической сети
- •1.1 Резисторы
- •1.2 Конденсаторы
- •Обозначение конденсаторов
- •1.3 Индуктивность
- •2 Полупроводники
- •2.1 Основные понятия
- •2.2. Виды проводимости полупроводников.
- •2.3 Электронно–дырочный переход
- •2.4 Классификация и обозначение диодов
- •2.5 Выпрямительные диоды
- •2.6 Высокочастотные импульсные диоды
- •2.7 Импульсные диоды
- •2.8 Стабилитроны
- •2.9 Варикапы
- •2.10 Туннельные и обращенные диоды
- •2.11 Фотодиоды
- •2.12 Светодиоды (электролюминесцентные диоды)
- •3 Маломощные выпрямители
- •3.1 Основные понятия
- •3.3 Мостовая схема выпрямителя
- •3.4 Сглаживающие фильтры
- •3.5 Параметрические стабилизаторы напряжения
- •4 Транзисторы
- •4.1 Биполярные транзисторы
- •4.2 Схемы включения и статические характеристики
- •4.3. Статические характеристики транзистора с общей базой
- •4.4. Статические характеристики транзистора с общим эмиттером
- •4.5 Статические характеристики транзистора с общим коллектором
- •4.6 Параметры транзисторов
- •4.7 Составные биполярные транзисторы
- •4.8 Полевые транзисторы
- •4.9 Статические вах полевых транзисторов с p – n переходом
- •4.10 Параметры полевых транзисторов с p – n переходом
- •5. Тиристоры
- •5.1 Основные определения
- •5.2 Тиристор
- •5.3 Симметричный тиристор
- •5.4 Параметры тиристоров
- •5.5 Буквенно – цифровая система обозначения тиристоров
- •6 Практическое применение транзистора
- •6.1Выбор рабочей точки транзистора
- •6.2 Схемы питания транзисторов
- •6.3 Стабилизация рабочей точки
- •6.4 Схемы стабилизации
- •6.5 Шумовые свойства транзисторов
- •7 Электронные усилители
- •7.1 Основные понятия и классификация усилителей
- •7.2 Структурная схема однокаскадного усилителя и основные параметры
- •7.3 Частотная характеристика усилителей
- •7.4 Динамическая характеристика усилителя
- •7.5 Обратная связь в усилителях
- •7.6 Однокаскадный резисторный усилитель с емкостной связью с оэ
- •7.7 Усилители постоянного тока
- •7.8 Усилитель постоянного тока с противоположной симметрией
- •7.9 Двухтактные упт
- •7.10 Усилители с трансформаторной связью
- •7.11 Дифференциальный усилитель
- •7.12 Операционные усилители
- •7.13 Структурные схемы операционных усилителей
- •7.14 Применение операционных усилителей
- •8 Импульсные устройства
- •9 Триггеры
- •9.1 Основные понятия
- •9.2 Способы запуска симметричных триггеров
- •9.3 Несимметричный триггер с эмиттерной связью
- •9.4 Мультивибраторы
- •9.5 Одновибраторы
- •9.6 Одновибраторы на интегральных схемах
- •9.7 Блокинг – генератор
- •9.8 Триггеры на логических схемах
- •9.9 Мультивибраторы на оу
- •9.10 Логические элементы и схемы
- •9.11 Счетчики импульсов
- •9.12 Регистры
- •Содержание
- •1 Пассивные элементы электрической сети
- •1.1 Резисторы 4
2.12 Светодиоды (электролюминесцентные диоды)
Светодиоды преобразуют энергию электрического поля в нетепловое оптическое излучение, называемое электролюминесценцией.
Основой светодиода является p – n переход, смещенный внешним источником напряжения в проводящем направлении. При таком смещении электроны из n – области полупроводника инжектируют в p – область, где они являются не основными носителями, а дырки – во встречном направлении.
В последующем происходит рекомбинация избыточных неосновных носителей с электрическими зарядами противоположного знака.
Рекомбинационные процессы в арсениде галия (GaAs), фосфиде галия (GaP), имеющих большую ширину запрещенной зоны, сопровождается выделением энергии в виде квантов света, которые частично поглощаются объемом полупроводника, а частично излучаются в окружающее пространство. Поэтому внешний квантовый выход, фиксируемый зрительно, всегда меньше внутреннего.
Основными характеристиками светодиодов являются: ВАХ – ; зависимость мощности и яркости излучения от величины прямого тока, соответственно и ВАХ аналогична характеристике диодов универсального назначения (рисунок 14,б) .
Мощность и яркость излучения во многом определяется конструкцией светодиода. Чем больший ток можно пропустить через диод при допустимом нагреве, тем больше яркость излучения (рисунок 14, а,б).
К основным параметрам светодиода относятся мощность излучения Р, длина волны излучаемого света и КПД. Длина световой волны определяет цвет свечения, зависит от разности энергий , между которыми осуществляется переход электронов, и определяется равенством , где эрг. – постоянная Планка.
Светодиоды применяются для индикации и вывода информации в электронных устройствах. Управляемые светодиоды (с подвижной границей светящегося поля) используются для замены стрелочных приборов, в оптронах и т.д. В таблице 4 приведен пример основных параметров светодиода.
Таблица №4 Основные характеристики светодиода
Тип |
|
|
|
|
Цвет св. |
Масса, гр. |
АЛ102А–102Г |
10 – 20 |
– |
5 – 40 |
– |
красный |
0,25 |
3 Маломощные выпрямители
3.1 Основные понятия
Выпрямителями называют электрические схемы, для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.
Питание электронной аппаратуры чаще всего осуществляется с помощью маломощных выпрямителей, работающих от сети переменного тока. Для питания мощных промышленных установок используют выпрямители средней и большой мощности, работающих от трехфазной сети.
Структурная схема включает в себя (рисунок 15): силовой трансформатор, вентильную группу, сглаживающий фильтр, стабилизатор напряжения или тока и нагрузку. С помощью трансформатора производится преобразование величины входного напряжения, а также электрическое разделение отдельных цепей выпрямителя. Вентили обеспечивают одностороннее протекание тока в цепи нагрузки. В результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения к выходным зажимам выпрямителя подключают сглаживающий фильтр.
Характер сопротивления нагрузки (активной, емкостной или индуктивный) существенно сказывается на режиме работы всех устройств выпрямителя и должен учитываться при его расчете и конструировании.
В состав выпрямителя очень часто входит стабилизатор напряжения или тока, который можно включить на выходе (по постоянному току) или на входе (по переменному току).
Однофазные выпрямители подразделяют на однополупериодные и двухполупериодные.
В однополупериодных выпрямителях по вторичным обмоткам трансформатора ток протекает только один раз за полный период, в двухполупериодных выпрямителях, напряжение сети используется оба полупериода, ток во вторичной обмотке трансформатора протекает дважды за период в противоположных направлениях.
К основным параметрам выпрямителей относят выходные параметры: среднее значение выпрямленных напряжений и тока ; внешнюю характеристику – зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки ; коэффициент полезного действия – отношение мощности постоянного тока выделяемой на нагрузке, к входной мощности переменного тока, определяется для резистивной нагрузки и коэффициент пульсаций . Коэффициентом пульсаций называется отношение амплитуды переменной составляющей основной гармоники к среднему значению выпрямленного напряжения:
Выпрямители могут иметь многочисленные варианты схем. Рассмотрим схемы выпрямителей, широко применяемые в промышленной электронике.
3.2 Схема выпрямителя с выводом нулевой точки\\
В двухполупериодном выпрямителе в течение одной половины периода переменного напряжения ток протекает через вентиль VD1, а в течении другой половины периода – через вентиль VD2 (рисунок 16). Трансформатор выполнен с двумя вторичными обмотками, имеющими общий (нулевой) вывод. Временные диаграммы напряжений и токов первичной и вторичных обмоток трансформатора, а также сопротивления нагрузки представлены на рисунок 17.
В первый полупериод (интервал от ) потенциал анода вентиля VD1 (точка а), положителен, а вентиля VD2 (точка в) – отрицателен. Поэтому в цепи вентиль VD1 резистор протекает анодный ток , вентиль VD2 заперт. В следующий полупериод (интервал ) фазы Э.Д.С. во вторичных обмотках изменяются на 180 гр. При этом вентиль VD1 заперт, а вентиль VD2 открыт и в цепи вентиль VD2 – нагрузка протекает ток . Таким образом, ток в нагрузке в течении всего периода переменного напряжения протекает в одном и том же направлении за счет чередующихся токов и вентилей. Этот ток вызывает на нагрузке пульсирующее напряжение .
Рисунок 17
,
где – действующее значение фазной Э.Д.С., определяется из выражения:
.
Среднее значение выпрямленного тока:
.
Среднее значение выпрямленного тока через каждый вентиль в два раза меньше тока нагрузки:
К запертому вентилю прикладывается обратное напряжение, равное по величине напряжению на вторичной обмотке трансформатора, так как анод неработающего вентиля присоединен к одной фазе, а катод через проводящий вентиль, падение напряжения на котором в предположении идеальности вентиля равно нулю, – к другой фазе вторичной обмотки трансформатора. Максимальное значение обратного напряжения равно двойной амплитуде фазного напряжения:
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора:
Поскольку во вторичной обмотке токи протекают поочередно и имеют противоположные направления, по первичной обмотке проходит чисто синусоидальный ток.
Действующее значение тока в первичной обмотке может быть выражено через средне значение этого тока с учетом коэффициента трансформации:
Следует отметить, что дополнительное подмагничевание сердечника отсутствует, т.к. постоянные составляющие токов вторичных обмоток направлены встречно.
Расчетная (типовая) мощность трансформатора определяется по формуле:
Из временных диаграмм Рисунок12 видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума дважды за период напряжения сети. Поэтому частота основной гармоники пульсирующего напряжения равна удвоенной частоте напряжения сети .
Для определения коэффициента пульсаций нужно найти амплитуду основной гармоники, разложив в ряд Фурье несинусоидальное выпрямленное напряжение. Для рассматриваемой схемы:
Следовательно, коэффициент пульсаций: