ספריה טכנית בחינם

הנדסת אלקטרוניקה וחשמל כללית. דף רמאות: בקצרה, החשוב ביותר

מדריך / הערות הרצאה, דפי רמאות

הערות למאמר

תוכן העניינים

1. היסטוריה של האלקטרוניקה
2. מוליכים למחצה
3. תנועת אלקטרונים בשדה חשמלי אחיד
4. תנועת אלקטרונים בשדה חשמלי לא הומוגני
5. תנועת אלקטרונים בשדה מגנטי אחיד
6. אלקטרונים במוצקים
7. מוליכות אלקטרונית פנימית וחורים חשמליים
8. מוליכות חשמלית של טומאה
9. פיזור של נושאי מטען במוליכים למחצה
10. מעבר אלקטרון-חור בהעדר מתח חיצוני
11. מעבר אלקטרון-חור בפעולת מתח קדימה
12. מעבר אלקטרון-חור במתח הפוך
13. מאפיין וולט-אמפר של דיודה מוליכים למחצה
14. קיבול דיודה מוליכים למחצה
15. יישום של דיודות מוליכים למחצה לתיקון AC
16. מידע כללי על טרנזיסטורים
17. תהליכים פיזיקליים בטרנזיסטור
18. מעגלי מיתוג טרנזיסטור בסיסיים
19. תכונות תדר של טרנזיסטורים
20. מצב דופק טרנזיסטור
21. סוגים עיקריים של טרנזיסטורים
22. מידע כללי על מכשירי אלקטרו ואקום ועקרונות הסיווג שלהם
23. המכשיר ועיקרון הפעולה של הדיודה
24. טריודה והמעגלים שלה
25. קתודות פשוטות ומורכבות
26. קתודות של חימום ישיר ועקיף
27. כוח של חוק שלוש שניות עבור דיודה
28. תהליכים פיזיים בטריודה
29. מתח הפעלה וחוק העוצמה של שלוש שניות לטריודה
30. זרם רשת בטריודה
31. ביצועים של טריודה
32. המכשיר ותפעול הטטרודה
33. אפקט דינאטרון בטטרודה
34. המכשיר ותפעול הפנטוד
35. פרמטרים של טטרודים ופנטודים
36. המכשיר ותפעול הטטרוד beam
37. עקרון המרת תדר
38. מנורות להמרת תדר
39. מאפיינים ופרמטרים של מנורות בקרה כפולות
40. סוגים מיוחדים של צינורות משדרים
41. סוגי פריקות חשמליות בגזים
42. פריקת זוהר
43. דיודות זנר
44. גזוטרונים
45. פריקת קשת תיראטרון
46. צינורות קרן קתודית
47. תכונות של פעולת מנורות בתדרים גבוהים במיוחד
48. עכבת כניסה ואובדן אנרגיה במנורות
49. קליסטרון מעופף
50. צינורות גל נסיעה והפוך
51. מושגים כלליים של חשמל ותאוריה אלקטרונית
52. חוק קולומב. שדה חשמלי
53. מוליך ודיאלקטרי בשדה חשמלי
54. חומרי הבידוד החשמליים העיקריים
55. הרעיון של זרם חשמלי. חוק אוהם
56. חיבור מוליכים זה לזה. החוק הראשון של קירכהוף
57. החוק השני של קירכהוף. שיטת שכבת-על
58. הַפרָדָה חַשְׁמָלִית. החוק הראשון והשני של פאראדיי
59. מצברים
60. מנורות ליבון חשמליות
61. ריתוך חשמלי
62. אלקטרומגנטיות
63. השראות אלקטרומגנטית
64. מקבל AC
65. מעגלי AC
66. מעגל תנודה
67. AC תלת פאזי
68. רובוטריקים
69. מכשיר וסוגי שנאים
70. מנועים אסינכרוניים
71. גנרטורים סינכרוניים
72. מכשיר מחולל DC
73. סוגי גנרטורים DC
74. מנועים חשמליים
75. מיישרים
76. מכשירי מדידה חשמליים
77. מכשיר מכשירי המדידה
78. שנאי מכשירים
79. ריאוסטטים
80. מדידת הספק חשמלי פעיל
81. מדידת אנרגיה חשמלית פעילה
82. כונן חשמלי
83. בידוד, צורות ביצוע וקירור של מכונות חשמליות
84. הגנה על מנועים חשמליים
85. מגעים ובקרים
86. דרכים להתניע מנועים
87. בקרת מהירות של מנועים חשמליים
88. סוללות נטענות
89. מצב סוללה
90. בטיחות במכשירים חשמליים

הבסיס להופעתה ולהתפתחות האלקטרוניקה הונחה על ידי עבודתם של פיזיקאים במאות ה-XNUMX וה-XNUMX. המחקרים הראשונים בעולם על פריקות חשמליות באוויר בוצעו במאה ה-XNUMX. ברוסיה על ידי אקדמאים לומונוסוב и ריצ'מן וללא תלות בהם, מדענים אמריקאים פרנקלין. אירוע חשוב היה גילוי קשת חשמלית על ידי האקדמאי פטרוב בשנת 1802. מחקרים על מעבר זרם חשמלי בגזים מוזלים בוצעו במאה האחרונה באנגליה קרוקס, תומסון, טאונסנד, אסטון, בגרמניה גייסלר, גיטורף, פלוקר ואחרים. ב-1873 לודיגין המציא את מכשיר הוואקום החשמלי הראשון בעולם - מנורת הליבון. ללא תלות בו, קצת אחר כך אותה מנורה נוצרה ושופרה על ידי ממציא אמריקאי אדיסון. הקשת החשמלית שימשה לראשונה למטרות תאורה יבלוצ'קוב בשנת 1876. בשנת 1887, פיזיקאי גרמני הרץ גילה את האפקט הפוטואלקטרי.

פליטה תרמיונית התגלתה בשנת 1884 על ידי אדיסון. בשנת 1901, ריצ'רדסון ביצע מחקר מפורט על פליטה תרמיונית. שפופרת הקרן הקתודית הקרה הראשונה נבנתה בשנת 1897. חום (גֶרמָנִיָה). השימוש במכשירים אלקטרוניים בהנדסת רדיו החל עם העובדה שב-1904 המדען האנגלי פלמינג השתמש במנורת שתי אלקטרודות עם קתודה להט כדי לתקן תנודות בתדר גבוה במקלט רדיו. בשנת 1907 מהנדס אמריקאי לי דה פורסט הכניס רשת למנורת הבקרה, כלומר יצר את הטריודה הראשונה. באותה שנה, פרופסור במכון הטכנולוגי של סנט פטרבורג רוסינג הציע להשתמש בשפופרת קרן קתודית לקבלת תמונות טלוויזיה ובשנים שלאחר מכן ביצע אישור ניסיוני לרעיונותיו. בשנים 1909-191 ברוסיה קובלנקוב יצר את הטריודות הראשונות להגברת התקשורת הטלפונית למרחקים ארוכים. להמצאת הקתודה המחוממת הייתה חשיבות רבה. צ'רנישב בשנת 1921. בשנת 1926, הגיהנום בארצות הברית שיפר מנורות עם רשת מיגון, ובשנת 1930 הוא הציע פנטודה, שהפכה לאחת המנורות הנפוצות ביותר. בשנת 1930 קובקי המציאו מכפילי פוטו, שבעיצובם תרמו Vekshinskiy ו- Timofeev תרומה משמעותית. ההצעה הראשונה לשידורי טלוויזיה מיוחדים הוגשה באופן עצמאי בשנים 1930-1931. קונסטנטינוב וקטייב. צינורות דומים, המכונים איקונוסקופים, נבנו בארצות הברית זווריקין.

המצאת צינורות כאלה פתחה הזדמנויות חדשות לפיתוח הטלוויזיה. מעט מאוחר יותר ב-1933. שמקוב и טימופייב הציע צינורות שידור חדשים ורגישים יותר (סופריקונוסקופים או מפלטי על), שאפשרו לבצע שידורי טלוויזיה ללא תאורה מלאכותית חזקה. רדיופיזיקאי רוסי רוז'נובסקי ב-1932 הוא הציע ליצור מכשירים חדשים עם אפנון מהירות של זרימת האלקטרונים. על פי רעיונותיו, ארסנווה והייל ב-1939 בנו את המכשירים הראשונים מסוג זה להגברה ויצירת תנודות מיקרוגל, הנקראים קליסטרון חולף. בשנת 1940 קובלנקו המציא קליסטרון רפלקטיבי פשוט יותר, שנמצא בשימוש נרחב ליצירת תנודות מיקרוגל.

חשיבות רבה לטכניקה של גלי דצימטר היו העבודות Devyatkova, Daniltseva, Khokhlova и גורביץ', אשר בשנים 1938-1941. עיצב טריודות מיוחדות עם אלקטרודות דיסק שטוח. על פי עיקרון זה, מנורות cermet יוצרו בגרמניה ומנורות משואות בארה"ב.

2. התקני מוליכים למחצה

בהשוואה לשפופרות ואקום, למכשירי מוליכים למחצה יש משמעות יתרונות:

1) משקל קל וגודל קטן;

2) אין צריכת אנרגיה לחימום;

3) אמינות גבוהה יותר בפעולה וחיי שירות ארוכים (עד עשרות אלפי שעות);

4) חוזק מכני גבוה (התנגדות לרעידות, זעזועים וסוגים אחרים של עומס מכני);

5) מכשירים שונים (מיישרים, מגברים, גנרטורים) עם התקני מוליכים למחצה הם בעלי יעילות גבוהה, שכן הפסדי אנרגיה במכשירים עצמם אינם משמעותיים;

6) מכשירים בעלי הספק נמוך עם טרנזיסטורים יכולים לפעול במתחי אספקה ​​נמוכים מאוד;

7) עקרונות התכנון והתפעול של התקני מוליכים למחצה משמשים ליצירת כיוון חשוב חדש בפיתוח האלקטרוניקה - מיקרואלקטרוניקה מוליכים למחצה.

במקביל, למכשירי מוליכים למחצה יש כרגע את הדברים הבאים חסרונות:

1) לפרמטרים ולמאפיינים של מופעים בודדים של מכשירים מסוג זה יש התפשטות משמעותית;

2) מאפיינים ופרמטרים של מכשירים תלויים מאוד בטמפרטורה;

3) יש שינוי בתכונות המכשירים לאורך זמן (הזדקנות);

4) הרעש שלהם, במקרים מסוימים, גדול מזה של מכשירים אלקטרוניים;

5) רוב סוגי הטרנזיסטורים אינם מתאימים לפעולה בתדרים מעל עשרות מגה-הרץ;

6) התנגדות הכניסה של רוב הטרנזיסטורים קטנה בהרבה מזו של צינורות ואקום;

7) טרנזיסטורים עדיין לא מיוצרים עבור הספקים כה גבוהים כמו מכשירי אלקטרו ואקום;

8) פעולתם של רוב מכשירי המוליכים למחצה מתדרדרת בחדות בהשפעת קרינה רדיואקטיבית.

טרנזיסטורים משמשים בהצלחה במגברים, מקלטים, משדרים, גנרטורים, טלוויזיות, מכשירי מדידה, מעגלי פולסים, מכונות חישוב אלקטרוניות ועוד. השימוש במכשירי מוליכים למחצה נותן חיסכון עצום בצריכת אנרגיה חשמלית ממקורות חשמל ומאפשר להפחית גודל הציוד פי כמה.

מתבצע מחקר לשיפור התקני מוליכים למחצה על ידי שימוש בחומרים חדשים עבורם. נוצרו מיישרים מוליכים למחצה עבור זרמים של אלפי אמפר. השימוש בסיליקון במקום גרמניום מאפשר להפעיל מכשירים בטמפרטורות של עד 125 "C ומעלה. נוצרו טרנזיסטורים לתדרים של עד מאות מגה-הרץ ויותר, וכן סוגים חדשים של התקני מוליכים למחצה לתדרי מיקרוגל. החלפת צינורות אלקטרונים בהתקני מוליכים למחצה בוצעה בהצלחה במכשירי הנדסת רדיו רבים.התעשייה מייצרת מספר רב של דיודות מוליכים למחצה וטרנזיסטורים מסוגים שונים.

3. תנועת אלקטרונים בשדה חשמלי הומוגני

האינטראקציה של אלקטרונים עם שדה חשמלי היא התהליך העיקרי במכשירי אלקטרו ואקום ומוליכים למחצה.

אלקטרון הוא חלקיק חומר בעל מטען חשמלי שלילי, שערכו המוחלט הוא e = 1,610-19C. המסה של אלקטרון חסר תנועה שווה ל-m = 9,110-28g. ככל שמהירות התנועה עולה, מסת האלקטרונים עולה. תיאורטית, במהירות שווה ל-c = 3·108m/s, המסה של אלקטרון צריכה להיות גדולה לאין שיעור. במכשירי אלקטרו ואקום קונבנציונליים, מהירות האלקטרונים אינה עולה על 0,1 שניות. במצב זה, מסת האלקטרון יכולה להיחשב קבועה, שווה ל-m.

אם הפרש הפוטנציאל בין האלקטרודות הוא U, והמרחק ביניהן הוא d, אז עוצמת השדה היא: E \uXNUMXd U / d. עבור שדה חשמלי אחיד, הערך של E קבוע.

הניחו לאלקטרון עם אנרגיה קינטית W0 ומהירות התחלתית v0 המכוונת לאורך קווי השדה להיפלט מאלקטרודה בעלת פוטנציאל נמוך יותר, למשל, מקתודה. השדה פועל על אלקטרון ומאיץ את תנועתו לאלקטרודה בעלת פוטנציאל גבוה יותר, כמו אנודה. כלומר, האלקטרון נמשך לאלקטרודה בעלת פוטנציאל גבוה יותר. במקרה זה, השדה נקרא מאיץ.

בשדה האצה, האנרגיה הקינטית של האלקטרון עולה עקב עבודת השדה להזיז את האלקטרון. בהתאם לחוק שימור האנרגיה, הגידול באנרגיה הקינטית של האלקטרון W-W0 שווה לעבודת השדה, אשר נקבעת על ידי מכפלת המטען הנע e על ידי הפרש הפוטנציאלים U: WW! = mv2/2 - mv20/2 = eU. אם המהירות ההתחלתית של האלקטרון היא אפס, אז W0 = mv20/2 = 0 ו-W=mv2/2 = eU, כלומר האנרגיה הקינטית של האלקטרון שווה לעבודת השדה. מהירותו של אלקטרון בשדה מאיץ תלויה בהפרש הפוטנציאל העובר דרכו.

תנו לכיוון המהירות ההתחלתית של האלקטרון v0 להיות מנוגד לכוח F הפועל על האלקטרון מהשדה, כלומר האלקטרון עף החוצה במהירות התחלתית מסוימת מהאלקטרודה בעלת פוטנציאל גבוה יותר. מכיוון שהכוח F מכוון לעבר המהירות v0, האלקטרון מואט ונע בקו ישר, באופן אחיד לאט יותר. השדה במקרה זה נקרא בלימה. כתוצאה מכך, שדה זה מואץ עבור כמה אלקטרונים, ומאט עבור אחרים, בהתאם לכיוון המהירות ההתחלתית של האלקטרון. בשדה בלימה, אלקטרון מוותר על אנרגיה לשדה. בכיוון ההפוך, האלקטרון נע ללא מהירות התחלתית בשדה מואץ, המחזיר לאלקטרון את האנרגיה שאיבד בזמן הילוך איטי.

אם אלקטרון טס עם מהירות התחלתית v0 בזווית ישרה לכיוון קווי השדה, אז השדה פועל על האלקטרון בכוח F שנקבע על ידי הנוסחה f = eE ומכוון לפוטנציאל גבוה יותר. בהיעדר כוח, ה-Rpotential יבצע תנועה אחידה על ידי אינרציה במהירות v0. ותחת פעולת הכוח F, האלקטרון חייב לנוע בתאוצה אחידה בכיוון הניצב ל-v0. התנועה הנובעת של האלקטרון מתרחשת לאורך פרבולה, והאלקטרון מוסט לעבר האלקטרודה החיובית. אם האלקטרון לא נופל על אלקטרודה זו ויעבור מעבר לשדה, אז הוא ימשיך לנוע באינרציה בקו ישר ובאופן אחיד. אלקטרון נע לאורך פרבולה מסוימת, או פוגע באחת האלקטרודות, או עוזב את השדה.

שדה חשמלי תמיד משנה את האנרגיה הקינטית והמהירות של אלקטרון בכיוון זה או אחר. לפיכך, תמיד יש אינטראקציה אנרגטית בין אלקטרון לשדה חשמלי, כלומר, חילופי אנרגיה. אם המהירות ההתחלתית של האלקטרון אינה מכוונת לאורך קווי הכוח, אלא בזווית כלשהי אליהם, אז השדה החשמלי גם מכופף את מסלול האלקטרון.

4. תנועת אלקטרונים בשדה חשמלי לא הומוגני

עבור שדות חשמליים לא הומוגניים מאופיין במבנה מגוון ולעיתים מורכב. ישנם שדות לא הומוגניים רבים שאינם דומים זה לזה, בהם העוצמה משתנה מנקודה לנקודה על פי חוקים שונים, וקווי הכוח הם בדרך כלל עקומות בצורה כזו או אחרת. הפשוט ביותר הוא השדה הרדיקלי הלא-הומוגני שנתקל בו לעתים קרובות במכשירי אלקטרו-וואקום, שנוצר בין אלקטרודות גליליות. אם המהירות ההתחלתית של אלקטרון הנפלט מפני השטח של האלקטרודה הפנימית מכוונת לאורך קווי הכוח, אזי האלקטרון ינוע בקו ישר ויאוץ לאורך הרדיוס. אבל ככל שמתרחקים מהאלקטרודה הפנימית, עוצמת השדה והכוח הפועל על האלקטרון הופכים קטנים יותר, מה שאומר שגם התאוצה פוחתת.

במקרה כללי יותר, לשדה לא הומגני יש קווי כוח בצורה של קווים מעוקלים. אם השדה הזה מואץ, אז האלקטרון עם המהירות ההתחלתית v0 נע לאורך מסלול עקום בעל אותה עקמומיות כמו קווי הכוח. הכוח F פועל על האלקטרון מהצד של השדה, המכוון בזווית לווקטור המהירות של האלקטרון עצמו. כוח זה מכופף את מסלול האלקטרון ומגביר את מהירותו. במקרה זה, מסלול האלקטרונים אינו עולה בקנה אחד עם קו השדה. אם לאלקטרון אין מסה, ולכן אין אינרציה, אז הוא היה נע לאורך קו הכוח. עם זאת, לאלקטרון יש מסה והוא נוטה לנוע באינרציה בקו ישר במהירות שנרכשה במהלך התנועה הקודמת. הכוח הפועל על האלקטרון מופנה באופן משיק לקו השדה, ובמקרה של קווי שדה מעוקלים, יוצר זווית עם וקטור מהירות האלקטרון. לכן, מסלול האלקטרון מעוקל, אך "נגרר מאחור" בעקמומיות זו מקו הכוח בשל האינרציה של האלקטרון.

במקרה של שדה לא-הומוגני מאט עם קווי שדה מעוקלים, הכוח הפועל על האלקטרון מהשדה גם מכופף את מסלול האלקטרון ומשנה את מהירותו. אבל העקמומיות של המסלול מתקבלת בכיוון ההפוך לזה שאליו כפופים קווי הכוח, כלומר, מסלול האלקטרון נוטה להתרחק מקו הכוח. במקרה זה, מהירות האלקטרון יורדת, כאשר הוא עובר לנקודות בעלות פוטנציאל שלילי יותר.

הבה נבחן את התנועה של זרימת אלקטרונים בשדה לא הומוגני, תוך התעלמות, לשם הפשטות, את האינטראקציה של אלקטרונים. תנו לזרימת האלקטרונים לנוע בשדה לא-הומוגני מואץ, שהוא סימטרי ביחס לקו הכוח הישר הממוצע. במקרה זה, קווי הכוח מתכנסים לכיוון תנועת האלקטרונים, כלומר, עוצמת השדה עולה. בואו נקרא לתחום כזה מתכנסים.

תן לזרם של אלקטרונים לעוף לתוך השדה הזה, המהירויות שלו מכוונות במקביל. מסלולי האלקטרונים מכופפים באותו כיוון שבו מכופפים קווי הכוח. ורק האלקטרון הממוצע נע בצורה ישרה לאורך קו הכוח הממוצע. כתוצאה מכך, האלקטרונים מתקרבים זה לזה, כלומר מתקבל המיקוד של זרימת האלקטרונים, המזכיר את המיקוד של שטף האור בעזרת עדשה מתכנסת. בנוסף, מהירות האלקטרונים עולה.

אם קווי הכוח מתפצלים לכיוון תנועת האלקטרונים, אז ניתן לקרוא לשדה באופן קונבנציונלי מִסתַעֵף. בו מפוזרת זרימת האלקטרונים, שכן מסלולי האלקטרונים מתרחקים זה מזה במהלך העקמומיות. לכן, השדה הדיברגנטי המאיץ הוא עדשה מתפצלת לקרן האלקטרונים.

אם השדה מאט ומתכנס, אז אין התמקדות, אלא פיזור של אלקטרונים עם ירידה במהירות שלהם. ולהיפך, בשדה מתפצל מאט, מתקבל המיקוד של קרן האלקטרונים.

5. תנועת אלקטרונים בשדה מגנטי אחיד

חלק ממכשירי אלקטרו ואקום משתמשים בתנועת אלקטרונים בשדה מגנטי.

הבה נבחן את המקרה שבו אלקטרון טס לתוך שדה מגנטי אחיד עם מהירות התחלתית v0 המכוונת בניצב לקווי השדה המגנטי. במקרה זה, האלקטרון הנע מושפע ממה שנקרא כוח לורנץ F, הניצב לווקטור h0 ולווקטור של השדה המגנטי H. גודל הכוח F נקבע על ידי הביטוי: F = ev0H.

ב-v0 = 0, הכוח P שווה לאפס, כלומר, השדה המגנטי אינו פועל על אלקטרון נייח.

הכוח F מכופף את מסלול האלקטרונים לקשת מעגלית. מכיוון שהכוח F פועל בזווית ישרה למהירות h0, הוא לא עובד. האנרגיה של האלקטרון ומהירותו אינם משתנים בגודלם. יש רק שינוי בכיוון המהירות. ידוע שתנועת גוף במעגל (סיבוב) במהירות קבועה מתקבלת עקב פעולת כוח צנטריפטלי המכוון למרכז, שהוא בדיוק הכוח F.

כיוון הסיבוב של אלקטרון בשדה מגנטי בהתאם לכלל יד שמאל נקבע בנוחות על ידי הכללים הבאים. במבט לכיוון קווי השדה המגנטי, האלקטרון נע בכיוון השעון. במילים אחרות, סיבוב האלקטרון עולה בקנה אחד עם תנועת הסיבוב של הבורג, המוברג לכיוון קווי השדה המגנטי.

הבה נקבע את רדיוס r של המעגל המתואר על ידי האלקטרון. לשם כך, אנו משתמשים בביטוי לכוח הצנטריפטלי המוכר מהמכניקה: F = mv20/r. הבה נשווה אותו לערך הכוח F = ev0H: mv20/r = ev0H. כעת מהמשוואה הזו ניתן למצוא את הרדיוס: r= mv0/(eH).

ככל שמהירות האלקטרון v0 גדולה יותר, כך הוא נוטה לנוע בצורה ישרה על ידי אינרציה, ורדיוס העקמומיות של המסלול יהיה גדול יותר. מצד שני, עם הגדלת H, הכוח F גדל, עקמומיות המסלול גדלה ורדיוס המעגל יורד.

הנוסחה הנגזרת תקפה לתנועה של חלקיקים עם כל מסה ומטען בשדה מגנטי.

שקול את התלות של r ב-m ו-e. חלקיק טעון בעל מסה גדולה יותר m נוטה לעוף בצורה ישרה על ידי אינרציה ועקמומיות המסלול תקטן, כלומר, תגדל. וככל שהמטען e גדול יותר, הכוח F גדול יותר והמסלול מתעקל יותר, כלומר, הרדיוס שלו קטן יותר.

לאחר שעבר את השדה המגנטי, האלקטרון עף הלאה באמצעות אינרציה בקו ישר. אם רדיוס המסלול קטן, אז האלקטרון יכול לתאר מעגלים סגורים בשדה מגנטי.

לפיכך, השדה המגנטי רק משנה את כיוון מהירות האלקטרון, אך לא את גודלו, כלומר, אין אינטראקציה אנרגטית בין האלקטרון לשדה המגנטי. בהשוואה לשדה חשמלי, השפעתו של שדה מגנטי על אלקטרונים מוגבלת יותר. זו הסיבה ששדה מגנטי משמש להשפעה על אלקטרונים בתדירות נמוכה הרבה יותר מאשר שדה חשמלי.

6. אלקטרונים במדינות מוצקות

הפיזיקה המודרנית הוכיחה שלאלקטרונים בגוף אין אנרגיות שרירותיות. האנרגיה של כל אלקטרון יכולה לקבל רק ערכים מסוימים, הנקראים רמות אנרגיה (או רמות אנרגיה).

לאלקטרונים הממוקמים קרוב יותר לגרעין האטום יש אנרגיות נמוכות יותר, כלומר, הם נמצאים ברמות אנרגיה נמוכות יותר. כדי להוציא אלקטרון מהגרעין, יש צורך להתגבר על המשיכה ההדדית בין האלקטרון לגרעין. זה דורש קצת אנרגיה. לכן, לאלקטרונים רחוקים מהגרעין יש אנרגיות גבוהות; הם ברמות אנרגיה גבוהות יותר.

כאשר אלקטרון עובר מרמת אנרגיה גבוהה יותר לרמה נמוכה יותר, משתחררת כמות מסוימת של אנרגיה, הנקראת קוונטי (או פוטון). אם אטום סופג קוונט אחד של אנרגיה, אז האלקטרון עובר מרמת אנרגיה נמוכה יותר לרמה גבוהה יותר. לפיכך, האנרגיה של אלקטרונים משתנה רק בקוואנטה, כלומר בחלקים מסוימים.

התפלגות האלקטרונים לפי רמות האנרגיה מוצגת באופן סכמטי: האנרגיה W של האלקטרון משורטטת אנכית, ורמות האנרגיה מוצגות בקווים אופקיים.

בהתאם למה שנקרא תיאוריית אזור המצב המוצק, רמות האנרגיה משולבות לאזורים נפרדים. האלקטרונים של המעטפת החיצונית של האטום ממלאים מספר רמות אנרגיה המרכיבות את פס הערכיות. רמות אנרגיה נמוכות יותר הן חלק מרצועות אחרות המלאות באלקטרונים, אך רצועות אלו אינן ממלאות תפקיד בתופעות של מוליכות חשמלית ולכן הן אינן מוצגות באיור. במתכות ובמוליכים למחצה, יש מספר רב של אלקטרונים הממוקמים על I רמות אנרגיה גבוהות יותר. רמות אלו מרכיבות את רצועת ההולכה. האלקטרונים של אזור זה, הנקראים אלקטרוני הולכה, נעים באקראי בתוך הגוף, נעים מאטום אחד לאחר. אלקטרוני ההולכה הם אלו המספקים את המוליכות החשמלית הגבוהה של מתכות.

אטומים של חומר שתרם אלקטרונים לרצועת ההולכה יכולים להיחשב כיונים חיוביים. הם מסודרים בסדר מסוים, ויוצרים סריג מרחבי, הנקרא אחרת יונית, או גבישית. מצב הסריג הזה מתאים לשיווי המשקל של כוחות האינטראקציה בין אטומים ולערך המינימלי של האנרגיה הכוללת של כל חלקיקי הגוף. תנועה אקראית של אלקטרוני הולכה מתרחשת בתוך הסריג המרחבי.

מבנה אנרגיה שונה מאפיין דיאלקטריות. יש להם פער פס בין פס ההולכה לפס הערכיות, התואם לרמות אנרגיה שבהן אלקטרונים לא יכולים להיות.

בטמפרטורה רגילה, לדיאלקטרי יש רק מספר קטן מאוד של אלקטרונים ברצועת ההולכה, ולכן לדיאלקטרי יש מוליכות זניחה. אבל כאשר מחומם, כמה אלקטרונים של רצועת הערכיות, המקבלים אנרגיה נוספת, עוברים לרצועת ההולכה, ואז הדיאלקטרי מקבל מוליכות חשמלית ניכרת.

מוליכים למחצה הם מבודדים בטמפרטורות נמוכות, ובטמפרטורות רגילות עובר מספר לא מבוטל של אלקטרונים מפס הערכיות לפס ההולכה.

כיום, גרמניום וסיליקון, בעלי ערכיות של 4, נמצאים בשימוש הנפוץ ביותר לייצור התקני מוליכים למחצה.סריג הגביש המרחבי של גרמניום או סיליקון מורכב מאטומים הקשורים זה לזה על ידי אלקטרוני ערכיות. קשר כזה נקרא קוולנטי או זוג-אלקטרון.

7. מוליכות חשמלית של אלקטרון וחור

מוליכים למחצה הם חומרים שמבחינת המוליכות החשמלית שלהם, תופסים מיקום אמצעי בין מוליכים ודיאלקטריים.

עבור מוליכים למחצה מאופיין במקדם טמפרטורה שלילי של התנגדות חשמלית. ככל שהטמפרטורה עולה, ההתנגדות של מוליכים למחצה יורדת ולא עולה כמו ברוב המוליכים המוצקים. בנוסף, ההתנגדות החשמלית של מוליכים למחצה תלויה מאוד בכמות הזיהומים, כמו גם בהשפעות חיצוניות כמו אור, שדה חשמלי, קרינה מייננת וכו'.

ישנם שני סוגים של מוליכות חשמלית במוליכים למחצה. בדומה למתכות, גם למוליכים למחצה יש מוליכות חשמלית אלקטרונית, הנובעת מתנועה של אלקטרוני הולכה. בטמפרטורות הפעלה רגילות, מוליכים למחצה מכילים תמיד אלקטרוני הולכה, הקשורים בצורה חלשה מאוד לגרעיני האטומים ומבצעים תנועה תרמית אקראית בין האטומים של סריג הגביש. אלקטרונים אלה, תחת פעולת הפרש פוטנציאלים, יכולים לקבל תנועה נוספת בכיוון מסוים, שהוא זרם חשמלי.

למוליכים למחצה יש גם מוליכות חשמלית של חור, שאינה נצפית במתכות. במוליכים למחצה, סריג הגביש חזק למדי. היונים שלו, כלומר, אטומים חסרי אלקטרון אחד, אינם זזים, אלא נשארים במקומם.

היעדר אלקטרון באטום נקרא בדרך כלל חור. זה מדגיש שחסר אלקטרון אחד באטום, כלומר נוצר חלל פנוי. חורים מתנהגים כמו מטענים חיוביים אלמנטריים.

עם מוליכות חורים, אלקטרונים למעשה גם זזים, אך באופן מוגבל יותר מאשר מוליכות אלקטרונים. אלקטרונים עוברים מהאטומים האלה רק לאלו השכנים. התוצאה של זה היא תנועה של מטענים חיוביים - חורים - בכיוון המנוגד לתנועת אלקטרונים.

אלקטרונים וחורים שיכולים לנוע ולפיכך ליצור מוליכות חשמלית נקראים ספקי טעינה ניידים או פשוט נושאי מטען. נהוג לומר שבהשפעת החום נוצרים זוגות של נושאי מטען, כלומר נוצרים זוגות: אלקטרון הולכה - חור הולכה.

בשל העובדה שאלקטרוני ההולכה והחורים מבצעים תנועה תרמית כאוטית, התהליך ההפוך של יצירת זוגות נושאים מתרחש בהכרח. אלקטרוני הולכה שוב תופסים מקומות חופשיים ברצועת הערכיות, כלומר, הם מתחברים עם חורים. היעלמות זו של זוגות נשאים נקראת שילוב מחדש של נושאי מטען. תהליכי היצירה והשילוב מחדש של זוגות נשאים מתרחשים תמיד בו זמנית.

מוליך למחצה ללא זיהומים נקרא מוליך למחצה מהותי. יש לו מוליכות חשמלית משלו, המורכבת ממוליכות אלקטרונית ומוליכות חשמלית חורים. במקרה זה, למרות העובדה שמספר האלקטרונים וחורי ההולכה במוליך למחצה הפנימי זהה, המוליכות החשמלית האלקטרונית שוררת, אשר מוסברת על ידי ניידות גדולה יותר של אלקטרונים בהשוואה לתנועתיות של חורים.

8. מוליכות חשמלית טומאה

אם המוליך למחצה מכיל זיהומים של חומרים אחרים, אז בנוסף למוליכות החשמלית הפנימית, מופיעה גם מוליכות חשמלית של טומאה, אשר, בהתאם לסוג הטומאה, יכולה להיות אלקטרונית או חור. לדוגמה, לגרמניום, בהיותו ארבע ערכי, יש מוליכות אלקטרונית של טומאה אם ​​מוסיפים לו אנטימון מחומש וארסן. האטומים שלהם מקיימים אינטראקציה עם אטומי גרמניום עם ארבעה מהאלקטרונים שלהם בלבד, והאלקטרון החמישי ניתן לרצועת ההולכה. כתוצאה מכך מתקבלת כמות מסוימת של אלקטרוני הולכה נוספים. זיהומים שבהם אטומים תורמים אלקטרונים נקראים תורמים. אטומים התורמים מאבדים אלקטרונים ונעשים מטען חיובי.

מוליכים למחצה עם דומיננטיות של מוליכות חשמלית אלקטרונית נקראים מוליכים למחצה אלקטרוניים או מוליכים למחצה מסוג n.

חומרים שלוקחים אלקטרונים ויוצרים מוליכות חשמלית של חור טומאה נקראים מקבלים. אטומים מקובלים, הלוכדים אלקטרונים, הופכים בעצמם למטען שלילי.

מוליכים למחצה עם דומיננטיות של מוליכות חשמלית של חור נקראים מוליכים למחצה חורים או מוליכים למחצה מסוג p.

התקני מוליכים למחצה משתמשים בעיקר במוליכים למחצה המכילים זיהומים תורם או מקבל ונקראים טומאה. בטמפרטורות הפעלה רגילות במוליכים למחצה כאלה, כל אטומי הטומאה משתתפים ביצירת מוליכות חשמלית של טומאה, כלומר, כל אטום טומאה תורם או לוכד אלקטרון אחד.

על מנת שהמוליכות החשמלית של הטומאה תגבר על זו הפנימית, ריכוז אטומי הטומאה התורם או הטומאה המקבלת חייב לעלות על ריכוז נושאי המטען הפנימיים.

נושאי מטען, שריכוזם במוליך למחצה נתון שורר, נקראים בסיסיים. הם אלקטרונים במוליך למחצה מסוג n וחורים במוליך למחצה מסוג p. נקראים נושאי המטען במיעוט, שריכוזם קטן מריכוזם של נושאי הרוב. ריכוז נשאי המיעוט במוליך למחצה טומאה יורד פי כמה שריכוז נשאי הרוב עולה.

אם היה מספר מסוים של אלקטרונים בגרמניום, ולאחר הוספת טומאת תורם, ריכוז האלקטרונים גדל בפקטור של 1000, אז ריכוז נשאי המיעוט (חורים) יקטן בפקטור של 1000, כלומר, זה יהיה פי מיליון פחות מריכוז המובילים העיקריים. זה מוסבר בעובדה שעם עלייה של פי 1000 בריכוז אלקטרוני ההולכה המתקבלים מאטומים התורמים, רמות האנרגיה הנמוכות של פס ההולכה מתבררות ככבושות ומעבר האלקטרונים מפס הערכיות אפשרי רק ל רמות גבוהות יותר של רצועת ההולכה. אבל בשביל מעבר כזה, האלקטרונים חייבים להיות בעלי אנרגיה גבוהה, ולכן מספר קטן בהרבה של אלקטרונים יכול לבצע אותו. בהתאם, מספר חורי ההולכה ברצועת הערכיות יורד באופן משמעותי.

לפיכך, כמות קטנה באופן זניח של טומאה משנה באופן משמעותי את אופי המוליכות החשמלית ואת גודל המוליכות של המוליך למחצה. השגת מוליכים למחצה עם תכולה כה נמוכה ובמינון קפדני של הטומאה הרצויה היא תהליך מורכב מאוד. במקרה זה, המוליך למחצה הראשוני שאליו מתווספת הטומאה חייב להיות טהור מאוד.

9. פיזור של נושאי תשלום במוליכים למחצה

במוליכים למחצה יתכן בנוסף לזרם ההולכה גם זרם דיפוזיה, שהגורם לו אינו הפרש הפוטנציאלים, אלא ההבדל בריכוזי הנשאים. הבה נגלה את המהות של זרם זה.

אם ריכוז נושאי המטען מופץ באופן אחיד על המוליך למחצה, אז זה שיווי משקל. בהשפעת השפעות חיצוניות כלשהן בחלקים שונים של המוליך למחצה, הריכוז עלול להיות לא שוויוני, כלומר לא שיווי משקל. למשל, אם חלק ממוליך למחצה נחשף לקרינה, אז תהליך יצירת זוגות של נשאים יתעצם בו ויופיע ריכוז נוסף של נשאים, הנקרא מיותר.

מכיוון שלנשאים יש אנרגיה קינטית משלהם, הם תמיד נוטים לעבור ממקומות עם ריכוז גבוה יותר למקומות עם ריכוז נמוך יותר, כלומר. ה. נוטים להשוות את הריכוז.

תופעת הדיפוזיה נצפית עבור חלקיקי חומר רבים, ולא רק עבור נושאי מטען ניידים. הדיפוזיה נגרמת תמיד על ידי ריכוז לא אחיד של חלקיקים, והדיפוזיה עצמה מתבצעת עקב האנרגיה העצמית של התנועה התרמית של חלקיקים.

התנועה המפוזרת של נושאי מטען ניידים (אלקטרונים וחורים) היא זרם מפוזר /. זרם זה, כמו זרם ההולכה, יכול להיות אלקטרון או חור. הצפיפות של זרמים אלה נקבעת על ידי הנוסחאות הבאות: i = eDn ?n /?x ו-ip=- eDp?p /?x, כאשר הערכים ?n/?x ו-?c/?x הם כך הנקראים דרגות ריכוז, ו-Dn ו-Dp הם דיפוזיה של מקדמים. שיפוע הריכוז מאפיין באיזו חדות הריכוז משתנה לאורך המרחק x, כלומר מה השינוי בריכוז n או p ליחידת אורך. אם אין הבדל ריכוז, אז ?n=0 או ?p =0 ולא מתרחש זרם דיפוזיה. וככל שהשינוי בריכוז ?n או ?p גדול יותר במרחק נתון ?x, כך זרם הדיפוזיה גדול יותר.

מקדם הדיפוזיה מאפיין את עוצמת תהליך הדיפוזיה. זה פרופורציונלי לניידות של נשאים, שונה עבור חומרים שונים, ותלוי בטמפרטורה. מקדם הדיפוזיה עבור אלקטרונים תמיד גדול יותר מאשר עבור חורים.

סימן המינוס בצד ימין של הנוסחה עבור צפיפות זרם הדיפוזיה של החור נקבע מכיוון שזרם החור מכוון לכיוון של ירידה בריכוז החור.

אם, עקב השפעה חיצונית כלשהי, נוצר ריכוז עודף של נשאים בחלק כלשהו של המוליך למחצה, ואז ההשפעה החיצונית נפסקת, אזי הנשאים העודפים יתחברו מחדש ויתפשטו על ידי דיפוזיה לחלקים אחרים של המוליך למחצה.

הערך המאפיין את תהליך הפחתת הריכוז העודף עם הזמן נקרא משך החיים של נשאים ללא שיווי משקל.

השילוב מחדש של נשאים ללא שיווי משקל מתרחש בחלק הארי של המוליך למחצה ועל פני השטח שלו ותלוי מאוד בזיהומים, כמו גם במצב המשטח.

במהלך התפשטות מפוזרת של נשאים ללא שיווי משקל, כגון אלקטרונים, לאורך מוליך למחצה, הריכוז שלהם יורד גם עם המרחק עקב רקומבינציה.

10. מפרק אלקטרון-חור בהעדר מתח חיצוני

האזור בגבול שני מוליכים למחצה עם סוגים שונים של מוליכות חשמלית נקרא חור אלקטרוני, או p-p-transition.

למעבר אלקטרון-חור יש תכונה של מוליכות אסימטרית, כלומר, יש לו התנגדות לא ליניארית. הפעולה של רוב מכשירי המוליכים למחצה המשמשים באלקטרוניקה רדיו מבוססת על השימוש במאפיינים של צומת pn אחד או יותר. הבה נבחן את התהליכים הפיזיים במעבר כזה.

שלא יהיה מתח חיצוני על הצומת. מכיוון שנשאי מטען בכל מוליך למחצה מבצעים תנועה תרמית אקראית, כלומר, יש להם מהירויות משלהם, מתרחשת הדיפוזיה (חדירה) שלהם ממוליכים למחצה אחד לאחר. נשאים נעים מהמקום שבו הריכוז שלהם גבוה למקום שבו הריכוז נמוך. לפיכך, אלקטרונים מתפזרים ממוליכים למחצה מסוג n אל מוליכים למחצה מסוג p, וחורים מתפזרים בכיוון ההפוך ממוליך למחצה מסוג p למוליך למחצה מסוג n.

כתוצאה מפיזור הנשא, נוצרים מטענים חללים של סימנים שונים משני צידי הממשק בין שני מוליכים למחצה בעלי מוליכות חשמלית מסוגים שונים. באזור n נוצר מטען חלל חיובי. הוא נוצר בעיקר על ידי אטומי טומאה תורם בעלי מטען חיובי ובמידה קטנה על ידי חורים שנכנסו לאזור זה. באופן דומה נוצר מטען חלל שלילי באזור p, שנוצר על ידי האטומים הטעונים שלילי של טומאת המקבל ובחלקו על ידי האלקטרונים שהגיעו לכאן.

בין מטעני החלל שנוצרו יש מה שנקרא הפרש פוטנציאל מגע ושדה חשמלי.

בצומת p-n נוצר מחסום פוטנציאלי, המונע מעבר דיפוזיה של נשאים.

ככל שריכוז הזיהומים גבוה יותר, כך ריכוז הנשאים העיקריים גבוה יותר וכמותם מתפזרת דרך הגבול גדולה יותר. צפיפות מטענים החלל גדלה והפרש פוטנציאל המגע גדל, כלומר, גובה המחסום הפוטנציאלי. במקרה זה, עובי צומת pn יורד.

במקביל לתנועה המפוזרת של נושאי הרוב על פני הגבול, התנועה ההפוכה של הנשאים מתרחשת תחת פעולת השדה החשמלי של הפרש פוטנציאל המגע. שדה זה מעביר חורים מאזור p בחזרה לאזור p ואלקטרונים מאזור p בחזרה לאזור p. בטמפרטורה מסוימת, צומת pn נמצא במצב של שיווי משקל דינמי. בכל שנייה, מספר מסוים של אלקטרונים וחורים מתפזר דרך הגבול בכיוונים מנוגדים, ותחת פעולת השדה, אותו מספר שלהם נסחף בכיוון ההפוך.

תנועת הנשאים עקב דיפוזיה היא זרם דיפוזיה, ותנועת הנשאים בהשפעת שדה היא זרם הולכה. בשיווי משקל דינמי של המעבר, זרמים אלו שווים ומנוגדים בכיוון. לכן, הזרם הכולל דרך הצומת הוא אפס, מה שאמור להיות המקרה בהיעדר מתח חיצוני. לכל אחד מהזרמים יש אלקטרון ומרכיב חור. הערכים של רכיבים אלה שונים, מכיוון שהם תלויים בריכוז ובניידות של הנשאים. גובה מחסום הפוטנציאל תמיד מוגדר אוטומטית בדיוק לנקודה שבה מתרחש שיווי משקל, כלומר, זרם הדיפוזיה וזרם ההולכה מבטלים זה את זה.

11. מעבר אלקטרון-חור תחת פעולת מתח קדימה

תן למקור מתח חיצוני להיות מחובר עם הקוטב החיובי שלו למוליך למחצה מסוג p, ועם הקוטב השלילי שלו למוליך למחצה מסוג n.

השדה החשמלי שנוצר בצומת pn על ידי מתח ישיר פועל לכיוון השדה של הפרש פוטנציאל המגע. השדה המתקבל נחלש יותר והפרש הפוטנציאל בצומת יורד, כלומר, גובה מחסום הפוטנציאל יורד, וזרם הדיפוזיה גדל. אחרי הכל, מחסום נמוך יותר יכול להתגבר על מספר רב יותר של נשאים. זרם ההולכה כמעט ואינו משתנה, שכן הוא תלוי בעיקר רק במספר נושאי המיעוטים אשר בשל מהירויותיהם התרמיות, נכנסים לאזור צומת p-n מנפחי אזורי n-ו-p.

בהיעדר מתח חיצוני, הזרם המפוזר וזרם ההולכה שווים ומפצים זה את זה. עם מתח קדימה idif> iprov ולכן הזרם הכולל דרך הצומת, כלומר זרם ישר, כבר אינו שווה לאפס: ipr = idif - iprov> 0.

אם המחסום ירד משמעותית, אז idif "iprov ונוכל להניח ש-ipr ~ idif, כלומר, הזרם הקדמי בצומת הוא דיפוזיה.

התופעה של החדרת נושאי מטען דרך מחסום פוטנציאלי נמוך לאזור בו נושאי מטען הם מינוריים נקראת הזרקת נושאי מטען. האזור של התקן מוליכים למחצה שממנו מוזרקים נשאים נקרא אזור פולט, או פולט. והאזור שאליו מוזרקים נושאי מטען שהם מיעוט לאזור זה נקרא אזור הבסיס, או הבסיס. לפיכך, אם ניקח בחשבון את הזרקת אלקטרונים, אז אזור ה-p הוא הפולט, ואזור ה-p הוא הבסיס. עבור הזרקת חורים, להיפך, אזור ה-p משמש כפולט, ואזור ה-p משמש כבסיס.

בהתקני מוליכים למחצה, ריכוז הזיהומים, וכתוצאה מכך, של רוב הנשאים, באזורי n ו-p הוא בדרך כלל שונה מאוד. לכן, ההזרקה מהאזור עם ריכוז גבוה יותר של הנשאים העיקריים שולטת מאוד. בהתאם, זריקה עיקרית זו נותנת את השם פולט ובסיס. לדוגמה, אם pp "pp, אז הזרקת אלקטרונים מאזור n לאזור p גדולה בהרבה מהזרקת חורים בכיוון ההפוך. במקרה זה, אזור n נחשב לפולט, ו אזור ה-p נחשב לבסיס, מכיוון שניתן להזניח את הזרקת החורים.

עם מתח קדימה, לא רק המחסום הפוטנציאלי יורד, אלא גם עובי שכבת המחסום יורד. זה מוביל לירידה בהתנגדות של שכבת המחסום. ההתנגדות שלו בכיוון קדימה קטנה.

מכיוון שגובה המחסום בהיעדר מתח חיצוני הוא כמה עשיריות וולט, כדי להוריד משמעותית את המחסום ולהפחית משמעותית את התנגדות השכבה החוסמת, מספיק להפעיל מתח קדימה על צומת p-n של עשיריות בלבד. של וולט. לכן, ניתן לקבל זרם קדימה משמעותי עם מתח קדימה קטן מאוד.

ברור, במתח קדימה מסוים, ניתן להרוס לחלוטין את מחסום הפוטנציאל בצומת pn. אז ההתנגדות של המעבר, כלומר, שכבת המחסום, תתקרב לאפס וניתן להזניח אותה. הזרם הקדמי במקרה זה יגדל ויהיה תלוי בהתנגדות של הנפחים של אזורי pi p. כעת לא ניתן להזניח את ההתנגדויות הללו, מכיוון שהן נשארות במעגל וקובעות את גודל הזרם.

12. חיבור אלקטרון-חור במתח הפוך

תן למקור מתח חיצוני להיות מחובר עם קוטב חיובי לאזור n, וקוטב שלילי לאזור p. תחת מתח הפוך זה, מעט מאוד זרם הפוך זורם דרך המעבר, אשר מוסבר כדלקמן. השדה שנוצר על ידי המתח ההפוך מתווסף לשדה של הפרש פוטנציאל המגע. השדה המתקבל מוגבר. אפילו עם עלייה קלה במחסום, תנועת הדיפוזיה של נושאי הרוב דרך המעבר נעצרת, שכן המהירויות של הנשאים עצמם אינן מספיקות כדי להתגבר על המחסום. וזרם ההולכה נשאר כמעט ללא שינוי, מכיוון שהוא נקבע בעיקר על ידי מספר נושאי המיעוט הנכנסים לאזור של צומת p-n מהנפחים של אזורי n ו-p. הרחקה של נשאי מיעוטים דרך צומת pn על ידי שדה חשמלי מואץ שנוצר על ידי מתח חיצוני נקראת מיצוי נושאי מטען.

לפיכך, הזרם ההפוך הוא למעשה זרם הולכה הנוצר על ידי תנועה של נושאי מיעוטים. הזרם ההפוך מתברר כקטן מאוד, מכיוון שיש מעט נושאי מיעוט ובנוסף, ההתנגדות של שכבת המחסום עם מתח הפוך היא גבוהה מאוד. ואכן, עם עלייה במתח ההפוך, השדה באזור המעבר מתחזק, ותחת פעולתו של שדה זה "נדחקים" יותר נושאי רוב אל מחוץ לשכבות הגבול אל פנים אזורי הפיירו. לכן, עם עלייה במתח ההפוך, לא רק גובה המחסום הפוטנציאלי עולה, אלא גם עובי שכבת המחסום. שכבה זו מתרוקנת עוד יותר מנשאים, וההתנגדות שלה עולה משמעותית.

אפילו עם מתח הפוך קטן יחסית, הזרם ההפוך מגיע לערך כמעט קבוע, שניתן לקרוא לו זרם הרוויה. הסיבה לכך היא שמספר הנשאים של מיעוטים מוגבל. עם עליית הטמפרטורה, הריכוז שלהם עולה והזרם ההפוך עולה, וההתנגדות ההפוכה פוחתת. הבה נבחן ביתר פירוט כיצד מוגדר הזרם ההפוך כאשר המתח ההפוך מופעל. ראשית, קיים תהליך חולף הקשור לתנועת הנשאים העיקריים. אלקטרונים באזור p נעים לעבר הקוטב החיובי של המקור, כלומר, הם מתרחקים מהמעבר p-p. ובאזור p, מתרחק מצומת p-n, חורים נעים. באלקטרודה השלילית, הם מתחברים מחדש עם אלקטרונים המגיעים מהחוט המחבר את האלקטרודה הזו לקוטב השלילי של המקור.

מכיוון שהאלקטרונים עוזבים את אזור ה-n, הוא הופך להיות טעון חיובי, שכן נשארים בו אטומים טעונים חיובית של טומאת התורם. באופן דומה, אזור ה-p הופך לטעון שלילי, החורים שלו מתמלאים באלקטרונים נכנסים, ונשארים בו אטומי טומאה קבצים בעלי מטען שלילי.

התנועה השקולה של המובילים הראשיים בכיוונים מנוגדים נמשכת רק פרק זמן קטן. זרם חולף זה דומה לזרם הטעינה של קבל. משני צידי צומת pn מתעוררים שני מטענים מנוגדים, וכל המערכת הופכת להיות דומה לקבל טעון עם דיאלקטרי גרוע, שבו יש זרם דליפה (תפקידו ממלא את הזרם ההפוך). אבל זרם הדליפה של הקבל, בהתאם לחוק אוהם, הוא פרופורציונלי למתח המופעל, והזרם ההפוך של צומת p-n תלוי מעט יחסית במתח.

13. מאפייני וולט-אמפר של דיודה מוליכים למחצה

עבור כל מכשיר חשמלי, הקשר בין הזרם דרך המכשיר לבין המתח המופעל חשוב. לדעת תלות זו, ניתן לקבוע את הזרם במתח נתון או להיפך, את המתח המתאים לזרם נתון.

אם ההתנגדות של המכשיר קבועה, ללא תלות בזרם או במתח, היא מתבטאת בחוק אוהם: i=u/R, או i=Gu.

הזרם עומד ביחס ישר למתח. מקדם המידתיות הוא המוליכות G =1/R.

גרף הקשר בין זרם ומתח נקרא "מאפיין המתח" של מכשיר זה. עבור מכשיר המציית לחוק אוהם, המאפיין הוא קו ישר העובר דרך המוצא.

מכשירים המצייתים לחוק אוהם ובעלי מאפיין זרם-מתח בצורת קו ישר העובר דרך המוצא נקראים ליניאריים.

ישנם גם מכשירים בהם ההתנגדות אינה קבועה, אלא תלויה במתח או בזרם. עבור מכשירים כאלה, הקשר בין זרם ומתח אינו מתבטא בחוק אוהם, אלא בצורה מורכבת יותר, ומאפיין המתח-זרם אינו קו ישר. מכשירים אלה נקראים לֹא קָוִי.

צומת אלקטרונים-חור הוא בעצם דיודה מוליכים למחצה.

הזרם ההפוך גדל במהירות ככל שהמתח ההפוך גדל. זאת בשל העובדה שכבר במתח הפוך קטן, עקב עלייה במחסום הפוטנציאלי בצומת, יורד בחדות זרם הדיפוזיה, המופנה לכיוון זרם ההולכה. כתוצאה מכך, הזרם הכולל גדל בחדות. עם זאת, עם עלייה נוספת במתח ההפוך, הזרם גדל מעט, כלומר, מתרחשת תופעה הדומה לרוויה. העלייה בזרם מתרחשת עקב חימום הצומת על ידי הזרם, עקב דליפה על פני השטח, וגם עקב ריבוי מפולת של נושאי מטען, כלומר, עלייה במספר נושאי המטען כתוצאה מיינון פגיעה. .

תופעה זו מורכבת מהעובדה שבמתח הפוך גבוה יותר, האלקטרונים רוכשים מהירות גדולה יותר, ובפגיעה באטומים של סריג הגביש, דופקים מהם אלקטרונים חדשים, שבתורם מואצים על ידי השדה וגם דופקים אלקטרונים מ. האטומים. תהליך זה מתעצם עם הגדלת המתח.

בערך מסוים של המתח ההפוך, התקלקל pn-junction, שבו הזרם ההפוך עולה בחדות וההתנגדות של שכבת המחסום יורדת בחדות. יש צורך להבחין בין התמוטטות חשמלית ותרמית של צומת pn. תקלה חשמלית היא הפיכה אם במהלך תקלה זו לא מתרחשים בצומת שינויים בלתי הפיכים (הרס של מבנה החומר). לכן, פעולת הדיודה במצב של התמוטטות חשמלי מותרת. יתכנו שני סוגים של תקלות חשמליות, שלעתים קרובות מלווים זה את זה: מַפּוֹלֶת שְׁלָגִים и מִנהָרָה.

התמוטטות המפולת מוסברת על ידי הכפלה הנחשבת של מפולת הנשא עקב יינון ההשפעה. פירוק זה אופייני ל-pn-junctions בעובי רב, המתקבל בריכוז נמוך יחסית של זיהומים במוליכים למחצה. מתח השבר עבור התמוטטות מפולת הוא בדרך כלל עשרות או מאות וולט.

התמוטטות המנהור מוסברת על ידי תופעה מעניינת מאוד של אפקט המנהור. המהות שלה טמונה בעובדה שעם שדה חזק מספיק עם חוזק של יותר מ-105 V / ס"מ, הפועל בצומת p-g בעובי קטן, כמה אלקטרונים חודרים דרך הצומת מבלי לשנות את האנרגיה שלהם. מעברים דקים, בהם אפקט המנהור אפשרי, מתקבלים בריכוז טומאה גבוה. מתח התמוטטות המתאים להתמוטטות המנהרה בדרך כלל אינו עולה על כמה וולטים.

14. קיבולת של דיודה מוליכים למחצה

צומת P-n במתח הפוך דומה לקבל עם דליפה משמעותית בדיאלקטרי. לשכבה החוסמת התנגדות גבוהה מאוד, ומשני צידיה יש שני מטענים מנוגדים שנוצרים על ידי אטומים מיוננים של זיהומי התורם והמקבל. לכן, לצומת pn יש קיבול דומה לזה של קבל עם שתי לוחות. מיכל זה נקרא יכולת מחסום.

קיבול המחסום, כמו הקיבול של קבלים קונבנציונליים, עולה עם עלייה בשטח של צומת pn ובקבוע הדיאלקטרי של החומר המוליך למחצה ועם ירידה בעובי שכבת המחסום. תכונה של קיבול המחסום היא שזהו קיבול לא ליניארי, כלומר, הוא משתנה עם שינוי במתח בצומת. אם המתח ההפוך גדל, אז עובי שכבת המחסום גדל. ומכיוון ששכבה זו ממלאת את התפקיד של דיאלקטרי, קיבול המחסום פוחת.

קיבול המחסום מזיק לתיקון AC מכיוון שהוא מסמן את הדיודה וזרם AC זורם דרכה בתדרים גבוהים יותר. אבל באותו זמן, יש גם יישום שימושי של קיבול המחסום. דיודות מיוחדות נקראות דליות, משמשים כקבלים משתנים לכוונון מעגלים מתנודדים, כמו גם במעגלים מסוימים, אשר פעולתם מבוססת על שימוש בקיבול לא ליניארי. שלא כמו קבלים משתנים קונבנציונליים, שבהם השינוי בקיבול מתרחש באופן מכני, ב-varicaps שינוי זה מושג על ידי התאמת גודל המתח ההפוך. שיטת כוונון מעגלים נדנודים באמצעות varicaps נקראת הגדרה אלקטרונית.

במתח קדימה, לדיודה, בנוסף לקיבול המחסום, יש מה שנקרא קיבול דיפוזיה, שגם הוא לא ליניארי ועולה עם הגדלת המתח קדימה. קיבול דיפוזיה מאפיין הצטברות של נושאי מטען ניידים באזורי n-ו-p בנוכחות מתח קדימה בצומת. הוא קיים רק במתח ישר, כאשר נושאי מטען מתפזרים במספרים גדולים דרך מחסום פוטנציאלי מופחת, וללא זמן לשלב מחדש, מצטברים באזורי n ו-p. אז, למשל, אם בדיודה מסוימת אזור p הוא הפולט, ואזור n הוא הבסיס, אז כאשר מתח קדימה מופעל מאזור p לאזור n, מספר רב של חורים ממהרים דרך הצומת, ולכן, מתח חיובי מופיע במטען אזור n. במקביל, תחת פעולת מקור מתח ישיר, אלקטרונים נכנסים לאזור n מחוט המעגל החיצוני ומטען שלילי מתעורר באזור זה. חורים ואלקטרונים באזור n אינם יכולים להתחבר מחדש באופן מיידי. לכן, כל ערך של המתח הקדמי מתאים לערך מסוים של שני מטענים מנוגדים שווים שנצברו באזור n עקב דיפוזיה של נשאים דרך הצומת.

קיבול הדיפוזיה גדול בהרבה מקיבול המחסום, אך ברוב המקרים אין לו השפעה משמעותית על פעולת הדיודה, וגם לא ניתן להשתמש בו, שכן הוא תמיד מנותק על ידי ההתנגדות הישירה הנמוכה של הדיודה עצמה . ככלל, רק קיבול המחסום הוא בעל חשיבות מעשית.

15. יישום של דיודות מוליכים למחצה לתיקון AC

תיקון AC הוא אחד התהליכים העיקריים באלקטרוניקה רדיו. במיישר, אנרגיית AC מומרת לאנרגיית DC.

דיודות מוליכות למחצה מוליכות זרם טוב בכיוון קדימה ומוליכות גרוע בכיוון ההפוך, ולכן המטרה העיקרית של רוב הדיודות היא תיקון AC.

במיישרים להנעת ציוד אלקטרוני, שנאי כוח המחובר לרשת החשמל משמש בדרך כלל כמחולל EMF משתנה. במקום שנאי, לפעמים משתמשים בשנאי אוטומטי. במקרים מסוימים, המיישר מופעל על ידי רשת השנאי. תפקידו של נגד העומס, כלומר, הצרכן של אנרגיית זרם ישר, במעגלים מעשיים משוחק על ידי אותם מעגלים או מכשירים המופעלים על ידי מיישר. בעת יישור זרמים בתדר גבוה, למשל, בשלבי גלאים של מקלטי רדיו, שנאי בתדר גבוה או מעגל תנודות תהודה משמש כמחולל EMF משתנה, ולנגד עומס שנכלל במיוחד יש התנגדות גדולה.

השימוש בקבל מכפיל את המתח ההפוך לעומת ערכו בהיעדר קבל. מסוכן מאוד הוא קצר חשמלי של העומס, אשר, במיוחד, מתרחש כאשר הקבל של מסנן ההחלקה מתקלקל. אז כל מתח המקור יופעל על הדיודה והזרם יהפוך לבלתי מקובל. ממשיך התמוטטות תרמית של הדיודה.

היתרון של דיודות מוליכים למחצה בהשוואה לוואקום הוא לא רק היעדר חימום קתודה, אלא גם ירידת מתח קטנה על פני הדיודה עם זרם ישר. ללא קשר לגודל הזרם, כלומר, ההספק שעבורו מיועדת דיודה מוליכים למחצה, המתח קדימה על פניה הוא עשיריות וולט או קצת יותר מ-1 V. לכן, היעילות של מיישרים עם דיודות מוליכים למחצה גבוהה מ- עם דיודות ואקום. בעת תיקון מתחים גבוהים יותר, היעילות עולה, שכן במקרה זה אובדן מתח של כ-1V על הדיודה עצמה אינו משמעותי.

לפיכך, דיודות מוליכים למחצה חסכוניות יותר מדיודות ואקום ופולטות פחות חום במהלך הפעולה, מה שיוצר חימום מזיק של חלקים אחרים הנמצאים בקרבת מקום. כמו כן, לדיודות מוליכים למחצה יש חיי שירות ארוכים מאוד. אבל החיסרון שלהם הוא מתח הפוך מגביל נמוך יחסית של לא יותר ממאות וולט, בעוד שלקנוטרונים במתח גבוה הוא יכול להגיע לעשרות קילו-וולט.

דיודות מוליכים למחצה יכולות לשמש בכל מעגלי מיישר. אם מסנן ההחלקה של המיישר מתחיל עם קבל גדול, אז כאשר מתח AC מופעל, מתרחשת דופק זרם לטעינת הקבל, לעתים קרובות חורג מהזרם קדימה המותר של דיודה זו. לכן, כדי להפחית זרם כזה, לפעמים נגד מגביל עם התנגדות בסדר גודל של יחידות או עשרות אוהם מחובר לפעמים בסדרה עם הדיודה.

בדיודות מוליכים למחצה הפועלות במצב מיישר, ניתן לצפות בפולסי זרם הפוך משמעותיים כאשר קוטביות המתח מתהפכת. דחפים אלו מתעוררים משתי סיבות. ראשית, בהשפעת המתח ההפוך, מתקבלת דופק זרם המטעין את קיבול המחסום של צומת pn. ככל שהקיבול הזה גדול יותר, כך המומנטום הזה גדול יותר. שנית, תחת מתח הפוך, נשאי מיעוטים שהצטברו באזורי n ו-p מתפוגגים. בפועל, בשל השוני בריכוזי הטומאה באזורים אלה, את התפקיד העיקרי ממלא המטען הגדול יותר שנצבר באחד האזורים.

16. מידע כללי על טרנסיסטורים

בין מכשירי המוליכים למחצה הממירים חשמלית, כלומר מכשירים המשמשים להמרת כמויות חשמל, מקום חשוב תופס על ידי טרנזיסטורים. הם התקני מוליכים למחצה המתאימים להגברת הספק ויש להם שלושה מסופים או יותר. לטרנזיסטורים יכולים להיות מספר שונה של מעברים בין אזורים עם מוליכות חשמלית שונה. הטרנזיסטורים הנפוצים ביותר עם שני מעברי pn. טרנזיסטורים אלו נקראים דו קוטבי, שכן עבודתם מבוססת על שימוש בנשאי מטען של שני השלטים. הטרנזיסטורים הראשונים היו מסוג נקודתי, אך הם לא היו יציבים מספיק. כיום מיוצר ומשמש באופן בלעדי מישוריים טרנזיסטורים.

טרנזיסטור דו קוטבי מישורי הוא לוח של גרמניום או מוליך למחצה אחר שבו נוצרים שלושה אזורים בעלי מוליכות חשמלית שונה.

האזור האמצעי של הטרנזיסטור נקרא בסיס, אזור קיצוני אחד הוא הפולט, והשני הוא האספן. לפיכך, לטרנזיסטור שני צמתים pn - צומת פולט בין הפולט לבסיס וצומת קולט בין הבסיס לקולט. המרחק ביניהם צריך להיות קטן מאוד, לא יותר מכמה מיקרונים, כלומר שטח הבסיס צריך להיות דק מאוד. זהו התנאי החשוב ביותר לפעולה טובה של הטרנזיסטור. בנוסף, בדרך כלל ריכוז הזיהומים בבסיס נמוך בהרבה מאשר בקולט ובפולט. מסקנות מוסיקות באמצעות אלקטרודות מתכת מהבסיס, הפולט והאספן. (

טרנזיסטור יכול לפעול בשלושה מצבים בהתאם למתח בצמתים שלו. הפעולה במצב פעיל מתקבלת אם המתח בצומת הפולט הוא ישיר, ובצומת הקולטור הוא הפוך. מצב הניתוק או החסימה מושג על ידי הפעלת מתח הפוך על שני הצמתים. אם המתח בשני הצמתים ישיר, הטרנזיסטור פועל במצב רוויה. המצב הפעיל הוא העיקרי. בפרט, הוא משמש ברוב המגברים והמתנדים.

במעגלים מעשיים עם טרנזיסטורים נוצרים בדרך כלל שני מעגלים. מעגל הקלט, או הבקרה, משמש לשליטה על פעולת הטרנזיסטור. במעגל הפלט, או מבוקר, מתקבלות תנודות משופרות. מקור התנודות המוגברות כלול במעגל הקלט, והעומס כלול במעגל המוצא.

תלות בין זרמים ומתחים בטרנזיסטורים מתבטאות במאפיינים הסטטיים שלהם, כלומר, מאפיינים שנלקחו בזרם ישר ובהיעדר עומס במעגל המוצא.

מאפייני הכניסה והיציאה של טרנזיסטור קשורים קשר הדוק למאפיין מתח הזרם של דיודה מוליכים למחצה. מפרטי הקלט מתייחסים לצומת פולט הפועל במתח קדימה. לכן, הם דומים למאפיין הזרם ההפוך של דיודה. מאפייני המוצא דומים למאפיין הזרם ההפוך של דיודה בכך שהם משקפים את המאפיינים של צומת אספן הפועל במתח הפוך.

ישנם גם מאפייני משוב המראים כיצד המתח בכניסת הטרנזיסטור משתנה בהשפעת שינוי במתח המוצא, בתנאי שזרם הכניסה קבוע.

17. תהליכים פיזיים בטרנסיסטור

הבה נבחן כיצד טרנזיסטור פועל במצב סטטי ללא עומס, כאשר רק מקורות של מתחי אספקה ​​קבועים מופעלים. הקוטביות שלהם היא כזו שבצומת הפולט המתח הוא קדימה, ובצומת הקולט הוא הפוך. לכן, ההתנגדות של צומת הפולט נמוכה ומספיק מקור עם מתח בסדר גודל של עשיריות וולט כדי לקבל זרם תקין בצומת זה. התנגדות צומת האספן גבוהה והמתח הוא בדרך כלל כמה או עשרות וולטים.

עקרון הפעולה של הטרנזיסטור הוא שהמתח הקדמי של צומת הפולט משפיע באופן משמעותי על זרם הקולט: ככל שהמתח גבוה יותר, כך זרמי הפולט והקולט גדולים יותר. במקרה זה, השינוי בזרם הקולט קטן רק במעט מהשינוי בזרם הפולט. לפיכך, מתח הכניסה שולט בזרם האספן. הגברה של תנודות חשמליות בעזרת טרנזיסטור מבוססת בדיוק על תופעה זו.

תהליכים פיזיקליים בטרנזיסטור מתרחשים כדלקמן. ככל שמתח הכניסה קדימה עולה, מחסום הפוטנציאל בצומת הפולט פוחת והזרם דרך צומת זה, זרם הפולט, גדל בהתאם. אלקטרונים של זרם זה מוזרקים מהפולט לבסיס ובשל תופעת הדיפוזיה חודרים דרך הבסיס לאזור צומת הקולט, ומגדילים את זרם הקולט. מכיוון שצומת האספן פועל במתח הפוך, נוצרים מטענים בחלל באזור צומת זה. נוצר ביניהם שדה חשמלי. הוא מקדם את תנועת האלקטרונים המגיעים לכאן מהפולט דרך צומת האספן, כלומר, הוא מושך אלקטרונים לאזור צומת האספן.

אם עובי הבסיס קטן מספיק וריכוז החורים בו נמוך, אז לרוב האלקטרונים, לאחר שעברו דרך הבסיס, אין זמן לשלב מחדש עם חורי הבסיס ולהגיע לצומת האספן. רק חלק קטן של אלקטרונים מתחבר מחדש עם חורים בבסיס. כתוצאה מרקומבינציה זו, קיים זרם בסיס שזורם בחוט הבסיס. כתוצאה מהרקומבינציה, מספר מסוים של חורים נעלמים בכל שנייה, אך אותו מספר של חורים חדשים מופיעים בכל שנייה עקב אותו מספר אלקטרוני היוצא מהבסיס לכיוון קוטב המקור. לא יכולה להיות הצטברות של מספר רב של אלקטרונים בבסיס. זרם הבסיס חסר תועלת ואף מזיק. רצוי שזרם הבסיס יהיה קטן ככל האפשר. לשם כך, הבסיס נעשה דק מאוד וריכוז הזיהומים בו, הקובע את ריכוז החורים, מופחת. בתנאים אלה, מספר קטן יותר של אלקטרונים יתחבר מחדש בבסיס עם חורים.

השם "פולט" שניתן לאחת האלקטרודות מדגיש כי אלקטרונים, כביכול, פולטים מאלקטרודה זו אל הבסיס. למעשה, זו לא פליטה, אלא הזרקת אלקטרונים מהפולט לבסיס. השימוש במונח זה הכרחי על מנת להבחין בין תופעה זו לבין פליטת אלקטרונים, אשר מביאה לייצור אלקטרונים בוואקום או בגז מודח.

יש לקרוא לפולט אזור הטרנזיסטור, שמטרתו הזרקת נושאי מטען לבסיס. קולט הוא אזור שמטרתו לחלץ נושאי מטען מהבסיס. והבסיס הוא האזור שאליו מוזרקים נושאי מטען שהם מינוריים לאזור זה על ידי הפולט.

ניתן להחליף את הפולט והקולטן. אבל בטרנזיסטורים, ככלל, צומת האספן נעשה עם שטח גדול בהרבה מצומת הפולט, שכן ההספק המתפזר בצומת האספן גדול בהרבה מאשר בצומת הפולט.

18. סכמות בסיסיות של הפעלת טרנסיסטורים

להגיש מועמדות שלוש תוכניות עיקריות הכללת טרנזיסטורים במפלי הגברה או אחרים. במעגלים אלה, אחת מאלקטרודות הטרנזיסטור היא נקודת הכניסה והיציאה המשותפת של הבמה.

מעגלי המיתוג הבסיסיים של טרנזיסטורים נקראים, בהתאמה, מעגלים עם פולט משותף, בסיס משותף ואספן משותף.

מעגל הפולט המשותף הוא הנפוץ ביותר, מכיוון שהוא נותן את רווח ההספק הגבוה ביותר.

רווח הזרם של שלב כזה הוא היחס בין אמפליטודות של פלט או זרמי חילופין קלט, כלומר, הרכיבים המשתנים של זרמי האספן והבסיס. מכיוון שזרם האספן גדול פי עשרות מזרם הבסיס, רווח הזרם הוא בסדר גודל של עשרות.

תכונות ההגברה של טרנזיסטור כשהוא מופעל במעגל עם פולט משותף מאופיינים באחד הפרמטרים העיקריים שלו - רווח הזרם הסטטי עבור מעגל עם פולט משותף. מכיוון שהוא צריך לאפיין רק את הטרנזיסטור עצמו, הוא נקבע במצב ללא עומס, כלומר, במתח אספן-מפיץ קבוע.

רווח המתח של המפל שווה ליחס בין המשרעות של מתחי החילופין של הפלט והקלט. הקלט הוא מתח הבסיס-פולט, והמוצא הוא מתח החילופין על פני נגד העומס או בין הקולט לפולט.

מעגל הבסיס המשותף נותן הרבה פחות רווח כוח ויש לו עכבת כניסה נמוכה אפילו יותר ממעגל הפולט המשותף, ובכל זאת נעשה בו שימוש לעתים קרובות למדי, מכיוון שהוא הרבה יותר טוב ממעגל הפולט המשותף מבחינת תכונות התדר והטמפרטורה שלו.

הרווח הנוכחי של שלב עם בסיס משותף הוא תמיד מעט פחות מאחדות. זה נובע מהעובדה שזרם האספן תמיד קטן רק במעט מזרם הפולט.

הפרמטר החשוב ביותר של טרנזיסטורים הוא רווח הזרם הסטטי עבור מעגל עם בסיס משותף. הוא נקבע למצב ללא עומס, כלומר במתח קבוע של בסיס אספן.

עבור מעגל בסיס משותף, אין שינוי פאזה בין מתח המוצא למתח הכניסה, כלומר, הפאזה של המתח לא מתהפך במהלך ההגברה.

תכנית עם אספן משותף. בו, הקולט הוא אכן נקודת הכניסה והיציאה הנפוצה, שכן ספקי כוח תמיד עוקפים עם קבלים גדולים ויכולים להיחשב כקצר לזרם חילופין. המוזרות של מעגל זה היא שמתח הכניסה מועבר לחלוטין בחזרה לכניסה, כלומר יש משוב שלילי חזק מאוד. מתח הכניסה שווה לסכום של מתח ה-AC של פולט הבסיס ומתח המוצא.

הרווח הנוכחי של המפל עם אספן משותף כמעט זהה למעגל עם פולט משותף, כלומר, יש לו ערך בסדר גודל של עשרות. רווח המתח קרוב לאחדות, אבל תמיד פחות ממנו.

מתח המוצא נמצא בפאזה עם מתח הכניסה וכמעט שווה לו בגודלו. כלומר, מתח המוצא חוזר על הקלט.

19. מאפייני תדירות של טרנסיסטורים

ככל שהתדר עולה, ההגבר שמספקים הטרנזיסטורים פוחת. ישנן שתי סיבות עיקריות לתופעה זו. ראשית, בתדרים גבוהים יותר, זה מזיק קיבול צומת אספן. בתדרים נמוכים, התנגדות הקיבול גדולה מאוד, גם התנגדות האספן גדולה מאוד, וניתן לשקול שכל הזרם עובר לנגד העומס. אבל בתדר גבוה מסוים, ההתנגדות של הקיבול נעשית קטנה יחסית וחלק ניכר מהזרם שנוצר על ידי הגנרטור מסתעף לתוכו, והזרם בנגד יורד בהתאם. כתוצאה מכך, מתח המוצא והספק המוצא מופחתים.

גם הקיבול של צומת הפולט מפחית את ההתנגדות שלו בתדירות הולכת וגוברת, אך הוא תמיד מונע על ידי ההתנגדות הנמוכה של צומת הפולט ולכן השפעתו המזיקה יכולה להופיע רק בתדרים גבוהים מאוד. בפועל, בתדרים נמוכים יותר, הקיבול, המונע על ידי התנגדות צומת אספן גדולה מאוד, כבר מושפע כל כך חזק עד שהפעולה של טרנזיסטור שעלול להיות מושפע מהקיבול הופכת לבלתי מעשית. לכן, ניתן להתעלם מהשפעת הקיבול ברוב המקרים.

הסיבה השנייה לירידה ברווח בתדרים גבוהים יותר היא פיגור פאזה AC קולט מפולט זרם חילופין. היא נגרמת על ידי האינרציה של תהליך העברת הנשאים דרך הבסיס מצומת הפולט לצומת הקולט, וכן על ידי האינרציה של תהליכי הצטברות המטען והפיזור בבסיס. נשאים, כמו אלקטרונים בטרנזיסטור מסוג npn, מבצעים תנועת דיפוזיה בבסיס ולכן מהירותם אינה גבוהה במיוחד. זמן המעבר של נשאים דרך הבסיס בטרנזיסטורים קונבנציונליים הוא בסדר גודל של 10-7 שניות, כלומר 0,1 מיקרוגרם או פחות. כמובן שהזמן הזה קצר מאוד, אבל בתדרים בסדר גודל של יחידות ועשרות מגה-הרץ ומעלה, הוא גורם להסטת פאזה בולטת בין זרמי הקולט והפולט. בשל הסטת פאזה זו בתדרים גבוהים, זרם החילופין הבסיסי גדל, וזה מקטין את רווח הזרם.

הבה נסמן את רווח הזרם עבור המעגל עם פולט משותף, ואת רווח הזרם עבור המעגל עם בסיס משותף b.

ככל שהתדירות עולה, v יורד הרבה יותר מ-b. מקדם b יורד עקב השפעת הקיבול, והערך של c מושפע גם מהסטת הפאזה בין זרמי הקולט והפולט עקב זמן הנסיעה של הנשאים בבסיס. למעגל הפולט המשותף, בהשוואה למעגל הבסיס המשותף, יש תכונות תדר גרועות משמעותית.

נהוג לשקול את הירידה המרבית המותרת בערכי b ו-c ב-30% בהשוואה לערכיהם בתדרים נמוכים.

אותם תדרים שבהם מתקבלת ירידה כזו בהגבר נקראים תדרי ההגבר הגבול, או המגבילים, עבור מעגלים עם בסיס משותף ופולט משותף.

בנוסף לתדרי ההגברה המגבילים, הטרנזיסטור מאופיין גם בתדר ייצור מקסימלי, שבו רווח ההספק המדורג יורד ל-1.

בתדרים גבוהים, לא רק הערכים של ו-c משתנים. בשל השפעת קיבולי הצומת וזמן מעבר הנשא דרך הבסיס, כמו גם תהליכי הצטברות ופיזור המטענים בבסיס, הפרמטרים הפנימיים של הטרנזיסטור בתדרים גבוהים משנים את ערכם ואינם עוד התנגדויות אקטיביות גרידא. כל שאר הפרמטרים משתנים גם הם.

ניתן להשיג תדרי חיתוך גבוהים יותר באמצעות מוליכים למחצה בעלי ניידות נושאת גבוהה יותר.

20. מצב דופק של טרנזיסטורים

טרנזיסטורים, כמו דיודות מוליכים למחצה, משמשים במכשירים פולסים שונים. לפעולת טרנזיסטורים במצב דופק, המכונה אחרת מצב מפתח או מיתוג, יש מספר תכונות.

לשקול מצב דופק טרנזיסטור משתמש במאפייני הפלט שלו עבור מעגל פולט משותף. אפשר לכלול נגד עומס במעגל האספן. בדרך כלל, לפני שהכניסה של הטרנזיסטור מקבלת דופק של זרם כניסה או מתח כניסה, הטרנזיסטור במצב כבוי. זרם קטן זורם במעגל האספן, ולכן, מעגל זה יכול להיחשב כפתוח. מתח המקור מופעל כמעט כולו על הטרנזיסטור.

אם דופק זרם עם ערך מרבי מופעל על הקלט, אז הטרנזיסטור נכנס לאזור הרוויה. מתברר דופק זרם אספן עם ערך מרבי. לפעמים זה מכונה זרם רוויה. במצב זה, הטרנזיסטור פועל כמפתח סגור וכמעט כל מתח המקור יורד על הנגד, ויש רק מתח שיורי קטן מאוד בסדר גודל של עשרה שברי וולט על הטרנזיסטור, הנקרא בדרך כלל מתח רוויה.

אם דופק זרם הכניסה קטן מהערך המרבי, דופק זרם הקולט יקטן גם הוא. אבל מצד שני, עלייה בדופק זרם הבסיס מעל הערך המקסימלי כבר לא נותנת עלייה בפולס זרם המוצא.

מצב הפולס מאופיין גם בהגברת הזרם, שבניגוד ל-v, נקבע לא באמצעות תוספת הזרמים, אלא כיחס הזרמים התואם למצב הרוויה.

במילים אחרות, β הוא פרמטר המאפיין את ההגברה של אותות קטנים, והרווח הזרם מתייחס להגברה של אותות גדולים, בפרט פולסים, ושונה במקצת מ-β בגודלו.

הפרמטר של מצב הדופק של הטרנזיסטור הוא גם התנגדות הרוויה שלו. הערך של התנגדות הרוויה עבור טרנזיסטורים המיועדים לפעולה פולסית הוא בדרך כלל בסדר גודל של יחידות, לפעמים עשרות אוהם.

בדומה למעגל הנחשב עם פולט משותף, המעגל עם בסיס משותף פועל גם במצב פולס.

אם משך פעימת הקלט ארוך פי כמה מזמן תהליכי הצטברות ופיזור מטענים חולפים בבסיס הטרנזיסטור, אזי לפולס זרם המוצא יהיו כמעט אותו משך וצורה כמו לפולס הקלט. אבל עם פולסים קצרים, ניתן להבחין בעיוות משמעותי של צורת הפולס של זרם המוצא ועלייה במשכו.

העלייה ההדרגתית בזרם קשורה לתהליך הצטברות הנשאים בבסיס. בנוסף, לנשאים המוזרקים לבסיס בתחילת פעימת זרם הכניסה יש קצבים שונים של תנועת הדיפוזיה שלהם ולא כולם מגיעים לקולט בבת אחת. לאחר סיום פעימת הקלט עקב תהליך פיזור המטען שנצבר בבסיס, הזרם נמשך זמן מה, ולאחר מכן יורד בהדרגה במהלך זמן ההתפרקות. כתוצאה מכך, תהליך ההפעלה והכיבוי של מעגל האספן מאט, הזמן שבו הוא במצב סגור מתעכב. במילים אחרות, בשל האינרציה של תהליכי הצטברות ופיזור המטען בבסיס, הטרנזיסטור אינו יכול לבצע כיבוי וכיבוי מהיר מספיק, כלומר, הוא אינו מספק מהירות מספקת עבור מצב המיתוג.

21. סוגים עיקריים של טרנזיסטורים

הסוגים הקיימים של טרנזיסטורים מסווגים לפי שיטת הייצור, החומרים בהם נעשה שימוש, תכונות הפעולה, המטרה, הספק, טווח תדרי הפעולה ותכונות אחרות. טרנזיסטורים נקודתיים, היסטורית הראשונים, אינם בשימוש עוד. לשקול טרנזיסטורים מישוריים. כמוליכים למחצה לטרנזיסטורים המיוצרים על ידי התעשייה, נעשה שימוש בגרמניום ובסיליקון. לפי ההספק המרבי המשתחרר בצומת האספן, ישנם טרנזיסטורים בהספק נמוך, בינוני וגבוה. בהתאם לתדר ההפעלה המגביל, הטרנזיסטורים הם בתדר נמוך (עד 3 מגה-הרץ), תדר בינוני (מ-3 עד 30 מגה-הרץ) ותדר גבוה (מעל 30 מגה-הרץ).

עבור הרוב המכריע של הטרנזיסטורים, התהליך הפיזי העיקרי הוא הזרקת נשא, אך ישנה קבוצה של טרנזיסטורים הפועלים ללא הזרקה. אלה כוללים, במיוחד, טרנזיסטורי שדה (ערוץ). טרנזיסטורי הזרקה יכולים להיות בעלי מספר שונה של צומת pn.

נפוצים בצורה יוצאת דופן הם טרנזיסטורים דו-קוטביים עם שני חיבורי pn. ישנם שני סוגים של טרנזיסטורים כאלה: סחיפה, שבה העברת נושאי מטען מינוריים דרך הבסיס מתבצעת בעיקר על ידי סחיפה, כלומר, בפעולת שדה חשמלי מאיץ, וסחיפה, שבה העברה כזו מתבצעת בעיקר. על ידי דיפוזיה.

לטרנזיסטורים ללא סחיפה יש את אותו ריכוז זיהומים בכל נפח הבסיס. כתוצאה מכך, לא נוצר שדה חשמלי בבסיס, והנשאים בו מבצעים תנועת דיפוזיה מהפולט לקולט. המהירות של תנועה כזו קטנה ממהירות הסחף הנשא בשדה האצה. לכן, טרנזיסטורים חסרי סחיפה מיועדים לתדרים נמוכים יותר מאלה של סחיפה.

בטרנזיסטורי סחיפה, השדה החשמלי בבסיס מאיץ את נושאי המיעוטים כשהם נעים לעבר הקולט. לכן, התדירות המגבילה והרווח הנוכחי גדלים. לרוב, השדה החשמלי בבסיס נוצר עקב ריכוז לא שוויוני של זיהומים בחלק הארי של הבסיס, אשר ניתן להשיג בשיטת הדיפוזיה של ייצור צומת pn. טרנזיסטורים שנעשו בצורה זו נקראים ריכוך.

טרנזיסטורים ללא סחיפה לרובם יש צמתים מסגסוגת המתקבלים באמצעות טכנולוגיה הדומה לדיודות. טרנזיסטורים אלו נקראים טרנזיסטורי סגסוגת. זיהומים מתמזגים לצלחת המוליכים למחצה הראשית משני הצדדים, ויוצרים את אזורי הפולט והאספן. מכיוון שצומת האספן מפזר יותר כוח, הוא בדרך כלל גדול בהרבה מצומת הפולט. עם זאת, ניתן לייצר טרנזיסטורי סגסוגת סימטריים בהם שני הצמתים זהים.

טרנזיסטורי סחף מיוצרים בתדרים מגבילים הגבוהים פי עשרה מאלו של טרנזיסטורי סגסוגת. תחת פעולת השדה המאיץ, המובילים נעים הרבה יותר מהר בבסיס. בייצור טרנזיסטורי סחיפה משתמשים בשיטת הדיפוזיה, שבה ניתן להפוך את הבסיס לדק מאוד. מעבר האספן מתברר חלק ואז הקיבולת שלו קטנה בהרבה מזו של מעברי סגסוגת. בשל העובי הקטן של הבסיס, הרווחים b ו-c גבוהים בהרבה מאלה של טרנזיסטורי סגסוגת. שיטת הדיפוזיה מאפשרת לייצר טרנזיסטורים בצורה מדויקת יותר, עם פיזור קטן יותר של פרמטרים ומאפיינים.

22. מידע כללי על מכשירי אלקטרו ואקום ועקרונות הסיווג שלהם

מכשירי אלקטרו-וואקום נמצאים בשימוש נרחב. בעזרת מכשירים אלו ניתן להמיר אנרגיה חשמלית מסוג אחד לאנרגיה חשמלית מסוג אחר, השונה בצורה, גודל ותדירות הזרם או המתח, וכן אנרגיית קרינה לאנרגיה חשמלית ולהיפך.

באמצעות מכשירי אלקטרו ואקום ניתן לבצע ויסות של כמויות חשמל, אור ואחרות בצורה חלקה או בשלבים, במהירות גבוהה או נמוכה ובעלויות אנרגיה נמוכות לתהליך הוויסות עצמו, כלומר ללא הפחתה משמעותית ביעילות, האופיינית לשיטות רבות אחרות. של רגולציה ובקרה.

יתרונות אלו של מכשירי אלקטרו ואקום הביאו לשימושם לתיקון, הגברה, יצירה והמרת תדרים של זרמים חשמליים שונים, אוסצילוגרפיה של תופעות חשמליות ולא חשמליות, בקרה וויסות אוטומטיים, שידור וקליטת תמונות טלוויזיה, מדידות שונות ותהליכים נוספים.

מכשירי אלקטרו-וואקום הם מכשירים שבהם חלל העבודה, המבודד על ידי מעטפת אטומה לגז, הוא בעל דרגת נזילות גבוהה או מלא בתווך מיוחד (אדים או גזים) ואשר פעולתם מבוססת על שימוש בתופעות חשמליות בוואקום. או גז.

מכשירי אלקטרו-וואקום מתחלקים למכשירים אלקטרוניים, שבהם עובר זרם אלקטרוני גרידא בוואקום, ומכשירי יונים (פריקת גז), המתאפיינים בפריקה חשמלית בגז או באדי.

במכשירים אלקטרוניים, יינון כמעט נעדר, ואם הוא נצפה במידה קטנה, אין לו השפעה ניכרת על פעולתם של מכשירים אלה. הנדירות של גז במכשירים אלה מוערכת לפי לחץ של גזים שיוריים של פחות מ-10-6 מ"מ כספית. אמנות, מאפיין ואקום גבוה.

במכשירי יונים, הלחץ של גזים שיוריים הוא 10-3 מ"מ כספית. אומנות. וגבוה יותר. בלחץ כזה, חלק ניכר מהאלקטרונים הנעים מתנגשים במולקולות גז, מה שמוביל ליינון, ולכן, במכשירים אלה, התהליכים הם אלקטרונים-יון.

פעולתם של מכשירי אלקטרו-וואקום מוליכים (ללא פריקה) מבוססת על שימוש בתופעות הקשורות לזרם חשמלי במוליכים מוצקים או נוזליים בגז נדיר. במכשירים אלו אין פריקה חשמלית בגז או בוואקום.

מכשירי אלקטרו-וואקום מחולקים לפי קריטריונים שונים. קבוצה מיוחדת מורכבת מצינורות ואקום, כלומר מכשירים אלקטרוניים המיועדים להמרות שונות של כמויות חשמל. על פי ייעודם מנורות אלו הן גנרטור, מגבר, מיישר, ממיר תדרים, גלאי, מדידה וכו'. רובן מיועדות לפעול במצב רציף, אך הן מייצרות גם מנורות למצב פולס. הם יוצרים דחפים חשמליים, כלומר זרמים קצרי טווח, בתנאי שמשך הדחפים קטן בהרבה מהמרווחים בין הדחפים.

מכשירי אלקטרו-וואקום מסווגים גם לפי קריטריונים רבים אחרים: לפי סוג הקתודה (חמה או קרה), לפי עיצוב הגליל (זכוכית, מתכת, קרמיקה או משולב), לפי סוג הקירור (טבעי, כלומר קורן, מאולץ). אוויר, מים).

23. התקן ועיקרון הפעלה של הדיודה

המטרה העיקרית של מנורת שתי אלקטרודות, המכונה דיודה, היא תיקון AC.

לדיודה שתי אלקטרודות מתכת במיכל ואקום מזכוכית, מתכת או קרמי. אלקטרודה אחת היא קתודה מחוממת, המשמשת לפליטת אלקטרונים. אלקטרודה נוספת, האנודה, משמשת למשוך אלקטרונים הנפלטים מהקתודה וליצור זרימה של אלקטרונים חופשיים. הקתודה והאנודה של דיודת ואקום דומים לפולט ולבסיס של דיודה מוליכים למחצה. האנודה מושכת אלקטרונים אם יש לה פוטנציאל חיובי ביחס לקתודה. במרווח שבין האנודה לקתודה נוצר שדה חשמלי, אשר בפוטנציאל חיובי של האנודה מאיץ את האלקטרונים הנפלטים מהקתודה. אלקטרונים הנפלטים מהקתודה עוברים אל האנודה בהשפעת השדה.

במקרה הפשוט ביותר, הקתודה עשויה בצורה של חוט מתכת, אשר מחומם על ידי זרם. אלקטרונים נפלטים מפני השטח שלו. קתודות כאלה נקראות קתודות של חימום ישיר וישיר.

גם בשימוש נרחב קתודות של חימום עקיף, המכונה גם מחומם. לסוג זה של קתודה יש ​​גליל מתכת ששטחו מכוסה בשכבה פעילה הפולטת אלקטרונים. בתוך הגליל ישנו תנור חימום בצורת חוט המחומם בזרם.

בין האנודה לקתודה, האלקטרונים יוצרים מטען חשמלי שלילי המופץ בחלל, הנקרא נפחי או מרחבי, ומונע את תנועת האלקטרונים אל האנודה. אם הפוטנציאל החיובי של האנודה אינו גדול מספיק, לא כל האלקטרונים יכולים להתגבר על ההשפעה המעכבת של מטען החלל וחלקם חוזרים לקתודה.

ככל שפוטנציאל האנודה גבוה יותר, יותר אלקטרונים מתגברים על מטען החלל ועוברים לאנודה, כלומר, זרם הקתודה גדול יותר.

בדיודה, האלקטרונים שעוזבים את הקתודה מועברים לאנודה. זרימת האלקטרונים שעפים בתוך המנורה מהקתודה לאנודה ונופלים על האנודה נקראת זרם האנודה. זרם האנודה הוא הזרם הראשי של צינור הוואקום. האלקטרונים של זרם האנודה נעים בתוך המנורה מהקתודה לאנודה, ומחוץ למנורה - מהאנודה לפלוס של מקור האנודה, בתוך האחרון - מהפלוס למינוס ולאחר מכן מהמינוס של המקור. לקתודה של המנורה. כאשר הפוטנציאל החיובי של האנודה משתנה, זרם הקתודה וזרם האנודה השווה משתנים. זהו העיקרון האלקטרוסטטי של שליטה בזרם האנודה. אם פוטנציאל האנודה שלילי ביחס לקתודה, אזי השדה בין האנודה לקתודה מעכב את בריחת האלקטרונים מהקתודה. אלקטרונים אלה מעוכבים על ידי השדה וחוזרים אל הקתודה. במקרה זה, זרמי הקתודה והאנודה הם אפס. לפיכך, המאפיין העיקרי של דיודה הוא יכולתה להוליך זרם בכיוון אחד. לדיודה מוליכות חד כיוונית.

דיודות גלאים בעלות הספק נמוך מיוצרות עם קתודות מחוממות בעקיפין. יש להם אלקטרודות קטנות, מיועדות לזרמי אנודה קטנים, כוח מגביל נמוך המשתחרר באנודה ומתח הפוך נמוך. דיודות גלאים לתדרים גבוהים ואולטרה-גבוהים מיוצרות עם הקיבול הקטן ביותר האפשרי. דיודות חזקות יותר (קנוטרונים) לתיקון זרם חילופין של רשת החשמל מיוצרות עם קתודות של חימום ישיר ועקיף, ומיועדות למתח הפוך גבוה יותר. דיודות כפולות נמצאות בשימוש נרחב, כלומר שתי דיודות בצילינדר אחד.

24. טריודה והמעגלים שלה

בניגוד לדיודות, לטריודות יש אלקטרודה שלישית - רשת בקרה, נקראת בדרך כלל רשת פשוטה וממוקמת בין האנודה לקתודה. הוא משמש לבקרה אלקטרוסטטית של זרם האנודה. אם תשנה את הפוטנציאל של הרשת ביחס לקתודה, השדה החשמלי ישתנה וכתוצאה מכך, זרם הקתודה של המנורה ישתנה. זוהי פעולת הבקרה של הרשת.

הקתודה והאנודה של טריודות זהות לאלו של דיודות. הרשת ברוב המנורות עשויה מחוט המקיף את הקתודה. הקתודה, הרשת והאנודה של דיודת ואקום מקבילים, בהתאמה, לפולט, הבסיס והקולטן של טרנזיסטור דו-קוטבי, או למקור, לשער ולניקוז של טרנזיסטור אפקט שדה.

כל מה שקשור לרשת מסומן באות "ג".

לטריודה יש ​​מעגלי נימה ואנודה דומים לאלו של דיודה, ומעגל רשת. במעגלים מעשיים, נגדים וחלקים אחרים כלולים במעגל הרשת.

הפרש הפוטנציאלים בין הרשת לקתודה הוא מתח הרשת (מתח הרשת) והוא מסומן Uc. עבור מנורה עם קתודה נימה ישירה, מתח הרשת נקבע ביחס לקצה הקתודה המחובר לקוטב השלילי של מקור האנודה. עם מתח רשת חיובי, חלק מהאלקטרונים הנפלטים מהקתודה פוגעים ברשת, וזרם רשת (זרם רשת), המסומן ic, נוצר במעגל שלה. החלק של הטריודה, המורכב מקתודה, רשת ומרווח ביניהם, דומה בתכונותיו לדיודה, ומעגל הרשת דומה למעגל האנודה של דיודה. תפקיד האנודה בדיודה זו מבוצע על ידי הרשת.

הזרם העיקרי והשימושי בטריודה הוא זרם האנודה. זה מקביל לזרם האספן של טרנזיסטור דו-קוטבי או לזרם הניקוז של טרנזיסטור אפקט שדה. זרם רשת, בדומה לזרם הבסיס של טרנזיסטור, הוא בדרך כלל חסר תועלת ואפילו מזיק.

בדרך כלל זה הרבה פחות מזרם האנודה. במקרים רבים הם שואפים להבטיח שאין זרם רשת כלל. לשם כך, מתח הרשת חייב להיות שלילי. ואז הרשת דוחה אלקטרונים וזרם הרשת כמעט נעדר. ישנם מקרים שבהם טריודות פועלות במתחי רשת חיוביים גדולים יחסית, ואז זרם הרשת משמעותי.

האפשרות לפעול של טריודה ואקום ללא פעולת רשת מזיקה מבדילה אותו באופן משמעותי מטרנזיסטור דו קוטבי, שאינו יכול לפעול ללא זרם בסיס.

בחוט הקתודה, זרמי האנודה והרשת זורמים יחד. הזרם הכולל כאן הוא זרם הקתודה, או זרם הקתודה, והוא מסומן ik; ic = ia + ic.

זרם הקתודה דומה לזרם הפולט של טרנזיסטור דו-קוטבי או לזרם המקור של טרנזיסטור אפקט שדה והוא נקבע על ידי זרימת האלקטרונים הכוללת הנעה מהקתודה לכיוון הרשת. בדיודה, זרם הקתודה תמיד שווה לזרם האנודה, ובטריודה זרמים אלו שווים רק כאשר Uc < 0, שכן במקרה זה ic = 0.

בטריודה עם קתודה מחוממת ישירה במעגל הלהט, זרם הקתודה מסתעף לשני חלקים, המתווספים באופן אלגברי עם זרם הלהט. כדי למדוד את זרם הקתודה במקרה זה, עליך להפעיל את המיליאממטר.

כמו דיודות, טריודות הן מוליכות חד כיווניות וניתן להשתמש בהן כדי לתקן זרם חילופין. אבל אין טעם להשתמש בהן בשביל זה, שכן דיודות הן פשוטות יותר בעיצובן וזולות יותר. היכולת לשלוט בזרם האנודה באמצעות רשת קובעת את המטרה העיקרית של טריודות - הגברה של תנודות חשמליות. טריודות משמשות גם ליצירת תנודות חשמליות בתדרים שונים. עבודתן של טריודות בגנרטורים ובמעגלים מיוחדים רבים אחרים מסתכמת ברוב המקרים בהגברת תנודות.

25. קתודות פשוטות ומורכבות

קתודות פשוטות, כלומר קתודות מתכת טהורות, עשויות כמעט אך ורק מטונגסטן (לעיתים רחוקות טנטלום) ומחוממות ישירות.

היתרון העיקרי של קתודה טונגסטן הוא יציבות פליטתה. בליבון קבוע, הפליטה פוחתת רק בהדרגה במהלך חיי הקתודה. ולפרקי זמן קצרים, אין כמעט שינויים בפליטות. לאחר התחממות יתר זמנית, לא ארוכה במיוחד, הפליטה לא יורדת. התחממות יתר חזקה היא מסוכנת, שכן הקתודה עלולה להימס.

התחממות יתר ממושכת מפחיתה משמעותית את העמידות של קתודה טונגסטן. הגדלת מתח הנימה ב-5% בלבד מפחיתה את חיי השירות פי 2, הורדת החוט ב-5%, להיפך, מכפילה את חיי השירות.

קתודת הטונגסטן אינה נהרסת ואינה מפחיתה פליטות מפגיעות יונים. ההתנגדות של קתודית הטונגסטן להפצצת יונים הופכת אותה למתאימה במיוחד עבור מנורות בעלות הספק גבוה הפועלות במתחי אנודה גבוהים. קתודות טונגסטן משמשות גם במנורות אלקטרומטריות מיוחדות, בהן חשובה פליטה קבועה. עבור מנורות עם קתודה טונגסטן, חלקיקי טונגסטן מתאדים יוצרים שכבה על פני הצילינדר שסופגת גזים ומשפרת את הוואקום. החיסרון העיקרי של קתודה טונגסטן הוא יעילות נמוכה. מכל הקתודות זה הכי פחות חסכוני. הפליטות שלו נמוכות יחסית. אבל בגלל הטמפרטורה הגבוהה, נפלטות קרני חום ואור בצורה אינטנסיבית, מה שמבזבז כמעט את כל כוח הליבון. זה מה שגרם ליצירת קתודות מורכבות חסכוניות יותר.

קתודות מורכבות יכול להיות מכשיר אחר, ב. בסוגים רבים של קתודות מונחת שכבה מפעילה על פני מתכת טהורה המפחיתה את תפקוד העבודה ומאפשרת לקבל פליטה גבוהה בטמפרטורות נמוכות יחסית.

היתרון העיקרי של קתודות מורכבות הוא היעילות שלהן. טמפרטורת הפעולה של חלק מסוגי הקתודות היא 1000 K. העמידות מגיעה לאלפי ואף לעשרות אלפי שעות. עד סוף תקופה זו חלה ירידה בפליטות מירידה בכמות הזיהומים המפעילים, למשל, עקב אידוי. סוגים מסוימים של קתודות מורכבות נותנות פליטה גבוהה במיוחד במצב דופק, כלומר לפרקי זמן קצרים המופרדים זה מזה על ידי הפסקות ארוכות בהרבה.

החיסרון העיקרי של קתודות מורכבות הוא היציבות הנמוכה של הפליטה. קתודות אלה מפחיתות את הפליטה במהלך חימום זמני, אשר מוסברת על ידי אידוי של חומרים מפעילים בטמפרטורות גבוהות. כדי להפחית את אפשרות היינון במנורות עם קתודות מורכבות, חשוב לשמור על ואקום גבוה מאוד. זה מושג באמצעות בולם גז מיוחד.

קתודות מורכבות יכולות להיות סרט ומוליכים למחצה.

משתמשים בסוגים חדשים של קתודות: בריום-טונגסטן-ראם, תוריום-אוקסיד ועוד מספר אחרות. קתודות בריום-טונגסטן מייצרות חימום עקיף. סרט הפעלה נקבובי של בריום וסטרונציום נוצר על פני השטח של טונגסטן נקבובי. הסרט, מתאדה, מתחדש עקב דיפוזיה של אטומי בריום וסטרונציום דרך טונגסטן מטבלית תחמוצות של מתכות אלה. היתרון שלהם הוא עמידות בפני הפצצות אלקטרונים ויונים.

במה שנקרא קתודות סינטרות, התחמוצת מופקדת על ספוג ניקל או רשת. ההתנגדות של קתודה כזו מופחתת באופן משמעותי, והיא הרבה פחות נוטה לעיוות ולהתרחשות של נקודות חמות.

26. קתודות של חום ישיר ועקיף

קתודות מחוממות ישירות הן חוטים בחתך עגול או מלבני. העובי שלו משתנה בין 0,01 מ"מ עבור המנורות בעלות ההספק הנמוך ביותר ועד 1-2 מ"מ עבור מנורות חזקות. קתודות קצרות עשויות ישרות. ארוכים יותר מכופפים בצורה של קו שבור. במכשירי יונים, הקתודה היא לרוב בצורה של סולנואיד. קתודות עוצמתיות של מכשירים אלה עשויות מקלטת, "אקורדיון" מעוקל או לאורך קו סליל.

היתרונות של קתודות בחימום ישיר הם הפשטות של המכשיר והאפשרות לייצור שלהם עבור מנורות בעלות הספק נמוך ביותר בצורה של חוטים דקים עבור זרם נימה קטן. קתודות מחוממות ישירה משמשות במנורות מחולל גבוה עבור תחנות רדיו ניידות וניידות בעלות הספק נמוך המופעלות על ידי סוללות יבשות או סוללות, שכן במקרים אלו חשוב לחסוך באנרגיה ממקורות שוטפים.

הקתודה, בצורת חוט נימה דק, מתחממת במהירות לאחר הפעלת החוט, וזה מאוד נוח. אבל החיסרון הגדול של הקתודות הללו הוא הפעימות הטפיליות של זרם האנודה כאשר חוט הלהט מסופק בזרם חילופין. הם יוצרים הרבה הפרעות, מעוותים ומטביעים אותות שימושיים. כאשר הם מתקבלים אודיורית, הפעימות הללו מתבטאות כזמזום אופייני - "רקע זרם חילופין".

החיסרון של קתודות דקות מחוממות ישירות הוא אפקט המיקרופון. זה מורכב מהעובדה שזרם האנודה פועם במהלך ניעור מכני של המנורה. זעזועים חיצוניים יוצרים רעידות בקתודה. המרחק בין הקתודה לאלקטרודות אחרות משתנה. זה מוביל לאדוות של זרם האנודה.

קתודות מחוממות בעקיפין נמצאות בשימוש נרחב. בדרך כלל, הקתודה של חימום עקיף יש צינור ניקל עם שכבת תחמוצת, שבתוכו מוכנס דוד טונגסטן, מפותל בלולאה. לבידוד מהקתודה, המחמם מכוסה במסה של אלומינה מפוחדת, הנקראת אלונדום. עם אורך ניכר, המחמם כפוף מספר פעמים או מעוות לאורך קו סליל. במנורות מסוימות, הקתודה עשויה בצורה של גליל נמוך עם בסיס עליון מצופה תחמוצת. בתוך הגליל ישנו תנור חימום עם בידוד אלונדום, בעל צורה של לולאה, מפותל לספירלה. קתודות מחוממות בעקיפין הן בדרך כלל תחמוצת.

היתרון העיקרי של קתודות מחוממות בעקיפין הוא חיסול כמעט מוחלט של אדוות מזיקות כאשר מופעל באמצעות זרם חילופין. אין כמעט תנודות בטמפרטורה, מכיוון שהמסה, ומכאן גם קיבולת החום, של קתודות אלה גדולה בהרבה מזו של קתודות מחוממות ישירה. לקתודה המחוממת בעקיפין יש אינרציה תרמית גדולה. עשרות שניות חולפות מרגע הפעלת זרם הנימה ועד שהקתודה מתחממת לחלוטין. אותו פרק זמן נדרש לקתודה להתקרר.

הקתודה של חימום עקיף היא שווי פוטנציאל. לאורכו אין נפילת מתח מזרם הלהט. מתח האנודה עבור כל הנקודות של פני השטח שלו זהה. הוא אינו פועם כאשר מתח הנימה משתנה.

היתרון של קתודות מחוממות בעקיפין הוא אפקט מיקרופון קל. מסת הקתודה גדולה יחסית, וקשה להביאה למצב של תנודה.

לקתודות מחוממות בעקיפין יש כמה חסרונות. הם מורכבים יותר בעיצובם ובעל יעילות מעט נמוכה יותר. קתודות נימה בעקיפין קשות לתכנון עבור זרמים נמוכים מאוד ולכן פחות מתאימות למנורות סוללות חסכוניות בהספק נמוך.

27. חוק הכוח של שלוש שניות לדיודה

עבור דיודה הפועלת במצב טעינת חלל, זרם האנודה ומתח האנודה מחוברים על ידי קשר לא ליניארי, אשר, בהתבסס על חישובים תיאורטיים, מתבטא בערך על ידי מה שנקרא כוח של שלוש שניות: /a = dia3/2 , כאשר המקדם תלוי במידות הגיאומטריות ובצורת האלקטרודות, וגם מהיחידות שנבחרו.

זרם האנודה פרופורציונלי למתח האנודה בחזקת 3/2, ולא להספק הראשון, כמו בחוק אוהם. אם, למשל, מתח האנודה מוכפל, אז זרם האנודה גדל פי 2,8 בערך, כלומר יהפוך ל-40% יותר ממה שהוא אמור להיות לפי חוק אוהם. לפיכך, זרם האנודה גדל מהר יותר ממתח האנודה.

מבחינה גרפית, חוק המידה של שלוש שניות מיוצג על ידי קו עקום שנקרא פרבולה חצי-קובית.

כוחו של חוק שלוש שניות תקף עבור מתחי אנודה חיוביים, הנמוכים ממתחי הרוויה.

אם נפענח את מקדם q בחוק החזקה של שלוש שניות, אז החוק הזה עבור דיודה עם אלקטרודות שטוחות צריך להיכתב כך:

ia \u2,33d 10 6-2 (Qa / d3a. k) Ua2 / XNUMX,

כאשר Qa הוא שטח האנודה, דא. k - מרחק "אנודה - קתודה".

עבור דיודות עם אלקטרודות בעלות צורה שונה, כמה תיקונים מוכנסים למקדם הקבוע, ו-Qa מייצג את פני השטח היעילים של האנודה, כלומר, המשטח שמקבל את זרימת האלקטרונים הראשית. בנוסחה זו, הזרם מתקבל באמפר אם המתח נלקח בוולט, ו-Qa ו-d2ak באים לידי ביטוי בכל יחידה זהה, למשל, במילימטרים רבועים. הזרם הוא ביחס הפוך לריבוע של מרחק האנודה-קתודה. צמצום המרחק הזה מגדיל בחדות את זרם האנודה הזה.

חוק העוצמה של שלוש שניות, למרות אי הדיוק שלו, שימושי, שכן הוא לוקח בחשבון את התכונות הלא-לינאריות של צינור האלקטרונים בצורתו הפשוטה ביותר.

הבה נבחן את הגזירה של הנוסחה לחוק העוצמה של שלוש שניות עבור דיודה עם אלקטרודות שטוחות. נניח שמטען החלל q, הכולל את כל האלקטרונים המעופפים לאנודה, ממוקם כל כך קרוב לקתודה, שניתן לקחת את המרחק בין מטען זה ל"אנודה" שווה למרחק האנודה-קתודה dа.к . אם זמן הטיסה של אלקטרונים לאורך המרחק dа.к. שווה ל-t, אז הערך של זרם האנודה שווה ל: ia, = q/t.

ניתן לבטא את המטען q במונחים של מתח האנודה וקיבול האנודה-קתודה Saq: q= Sa.k. Ua.

במקביל, למיכל סא.ק. יש לנו את הנוסחה: Sa.k. = ?0Qа / dа.к., כאשר ?0 = 8,86 · 10-16F/m הוא הקבוע הדיאלקטרי של ואקום, ו-Qа הוא אזור האנודה. בואו נקבע את זמן הטיסה t דרך המהירות הממוצעת: t= dа. k. / ?ср, אבל ?ср = v/2, כאשר v היא המהירות הסופית.

למעשה, בשל חוסר ההומוגניות של השדה, המהירות הממוצעת קטנה במקצת מזו שנקבעה בנוסחאות לעיל.

בשל הקירוב של הגזירה, המקדם הקבוע בביטוי זה מוערך במידת מה. גזירה קפדנית יותר נותנת ערך מדויק יותר של המקדם הקבוע, אך מסקנה זו מבוססת גם על הנחות שאינן תואמות את המציאות. בפרט, ההנחה היא שמהירות האלקטרונים ההתחלתית היא אפס, וההנחה היא שהתפלגות הפוטנציאלים תהיה זהה למשטר הרוויה, אם כי חוק העוצמה של שלוש שניות חל רק על משטר מטען החלל.

28. תהליכים פיזיים בטריודה

הקתודה והאנודה פועלים בטריודה באותו אופן כמו בדיודה. במצב טעינת החלל, נוצר מחסום פוטנציאלי ליד הקתודה. כמו בדיודה, גודל זרם הקתודה תלוי בגובה המחסום הזה.

פעולת הבקרה של הרשת בטריודה דומה לפעולה של אנודה בדיודה. אם תשנה את מתח הרשת, אזי עוצמת השדה שנוצרת על ידי הרשת משתנה. בהשפעת זה, גובה המחסום הפוטנציאלי ליד הקתודה משתנה. כתוצאה מכך, מספר האלקטרונים שמתגברים על מחסום זה, כלומר, ערך זרם המחסום, ישתנה.

כאשר מתח הרשת משתנה לצד החיובי, מחסום הפוטנציאל יורד, מספר רב יותר של אלקטרונים שנפלטים מתגבר עליו, פחות מהם חוזרים לקתודה וזרם הקתודה גדל. וכאשר מתח הרשת משתנה בכיוון השלילי, מחסום הפוטנציאל בקתודה עולה. אז הוא יוכל להתגבר על מספר קטן יותר של אלקטרונים. מספר האלקטרונים שחוזרים לקתודה יגדל וזרם הקתודה יקטן.

הרשת פועלת על זרם הקתודה חזק בהרבה מהאנודה, מכיוון שהיא ממוקמת קרוב יותר לקתודה מאשר לאנודה ומהווה מסך לשדה החשמלי של האנודה.

היחס בין ההשפעות של הרשת והאנודה על זרם האנודה מאפיין את הפרמטר החשוב ביותר של הטריודה - הרווח. רווח הוא מספר מופשט שמראה כמה פעמים מתח הרשת משפיע על זרם האנודה יותר ממתח האנודה.

מתח רשת שלילי קטן יחסית יכול להפחית משמעותית את זרם האנודה ואף לעצור אותו לחלוטין.

עלייה במתח הרשת של הרשת מלווה בעלייה בזרמי האנודה והרשת.

במתחי אנודה חיוביים גדולים של הרשת, זרם הרשת גדל עד כדי כך שזרם האנודה עלול אפילו לרדת.

מה שנקרא אפקט האי. בשל המבנה הלא-הומוגני של הרשת, גם השדה שנוצר מהרשת אינו הומגני, והוא משפיע בצורה שונה על המחסום הפוטנציאלי ליד הקתודה בחלקים שונים שלה. לרשת, לפי השדה שלה, יש השפעה חזקה יותר על המחסום הפוטנציאלי ליד אותם חלקים של הקתודה הקרובים יותר למוליכים של הרשת.

המאפיינים של טריודה כאשר פועלים על זרם ישר וללא עומס נקראים סטָטִי.

ישנם מאפיינים תיאורטיים וממשיים של טריודות. מאפיינים תיאורטיים יכולים להיבנות על בסיס החוק של שלוש שניות ואינם מדויקים. מאפיינים בפועל מוסרים בניסוי. הם יותר מדויקים. הסיבות לסטייה של המאפיינים בפועל מהתיאורטיים של הטריודה זהות לאלו של הדיודה. השפעה משמעותית מופעלת על ידי חוסר אחידות הטמפרטורה בנקודות שונות של הקתודה, אי-השוויון הפוטנציאלי של הקתודה וחימום נוסף של הקתודה על ידי זרם האנודה. אזורי המאפיינים של זרמי האנודה הקטנים מושפעים מאוד ממהירות האלקטרונים הראשונית, הפרש פוטנציאל המגע והתרמו-EMF.

בטריודה, גורמים אלה משפיעים חזק יותר מאשר בדיודה, שכן פעולתם משתרעת לא רק למעגל האנודה, אלא גם למעגל הרשת.

29. מתח פעיל וחוק הכוח של שלוש שניות לטריוד

מתח טריודה יעיל מאפשר לך לחשב את זרם הקתודה של הטריודה על ידי החלפת הטריודה בדיודה מקבילה. החלפה זו היא כדלקמן. אם בטריודה ממוקמת אנודה במקום הרשת, בעלת אותו משטח כמו שהרשת תופסת, הרי שבדיודה זו, בחלק ממתח האנודה שלה, זרם האנודה שווה לזרם הקתודה בטריודה. המתח המופעל על האנודה של דיודה מקבילה ויוצר בה זרם אנודה השווה לזרם הקתודה של דיודה אמיתית נקרא מזהה המתח האפקטיבי. פעולתו שווה ערך לפעולה המשולבת של מתחי רשת ואנודה. כלומר, מתח ההפעלה צריך ליצור את אותו חוזק שדה ליד הקתודה של הדיודה המקבילה כפי שנוצר ליד הקתודה של הטריודה.

גודל המתח האפקטיבי נקבע בקירוב על ידי הנוסחה Ud ~ Uc + Dia = Uc + Ua /?.

מתח הרשת פועל על ידי השדה שלו מבלי להיחלש, והשדה שנוצר על ידי מתח האנודה בחלל הרשת-קתודה נחלש עקב אפקט המיגון של הרשת. היחלשות פעולת האנודה מאופיינת בחדירות D או רווח ?. לכן, לא ניתן להוסיף את הערך של Ua ל-Uc, אלא יש להכפיל תחילה ב-D או לחלק ב-? (? ו-D הם כמויות הדדיות רק עבור ic = 0).

הנוסחה המשוערת של Ud היא משוערת, מכיוון שהיא לא לוקחת בחשבון שהשדה ליד הקתודה עשוי להיות לא הומוגני. נוסחה זו משמשת במקרים בהם הרשת אינה דלילה מדי (עבור D<0,1 או ?>10).

המטען האפקטיבי qd חייב להיות שווה לסכום המטען q1 שנוצר על הקתודה על ידי פעולת שדה הרשת והמטען q2 שנוצר על ידי השדה שחודר לרשת מהאנודה. בואו נבטא את המטענים הללו במונחים של מתחים וקיבולים: q1= Csk, Uc ו-q2 = Cac Ua. המטען q2 על הקתודה שווה לאותו חלק קטן ממטען האנודה הכולל, שממנו עוברים קווי הכוח החשמליים דרך הרשת אל הקתודה. החלפת qD בסכום q1 + q2, נקבל: ud = (q1 + q2) / Cs.c. \uXNUMXd (CC.c. uc + Ca.c. ua) / Cc.c. = uс + uаСа.к. / Ssk. נסמן D= Sa.k. / Ssk. ואז סוף סוף נקבל: ud = uc + DUa,

בדיודה מקבילה, זרם האנודה שווה לזרם הקתודה של הטריודה, והמתח האפקטיבי ממלא את התפקיד של מתח האנודה. לכן, ניתן לכתוב את חוק דרגת שלוש שניות לטריודה כך: ik = dd3/2= g(is + Duа)3/2.

בהתחשב בכך שבדיודה המקבילה האנודה ממוקמת במקום רשת הטריודה האמיתית, מקדם g עבור טריודה עם אלקטרודות שטוחות הוא: g = 2,33 10-6(Qа/d2s.k.).

משטח האנודה של הדיודה המקבילה במקרה זה שווה לפני השטח של האנודה האמיתית.

חוק העוצמה של שלוש שניות עבור טריודות הוא משוער מאוד. חוסר הדיוק בקביעת המתח האפקטיבי הוא חיוני. אף על פי כן, חוק כוחן של שלוש שניות שימושי בבחינת התיאוריה של פעולת הטריודה ובתכנון מנורות.

30. זרם רשת בטריודה

בשל המהירויות הראשוניות של אלקטרונים הנפלטים מהקתודה, הפרש פוטנציאל המגע והתרמו-EMF הפועלים במעגל הרשת, מאפיין זרם הרשת מתחיל באזור קטן מתחי רשת שליליים. למרות שזרם הרשת באזור זה קטן מאוד, ולמנורות קליטה-הגברה מדובר בשברים קטנים של מיליאמפר, במקרים רבים יש לקחת זאת בחשבון. מאפייני זרם רשת המתחילים באזור של מתחי רשת חיוביים פחות נפוצים. הם מתקבלים כאשר הפרש פוטנציאל המגע יוצר מתח שלילי על הרשת ופועל חזק יותר מהמהירות ההתחלתית של האלקטרונים.

במנורות הפועלות במתחים חיוביים משמעותיים על הרשת, כמו גנרטורים, עם עלייה במתח הרשת החיובי, זרם הרשת גדל תחילה ומגיע למקסימום, שלעתים ממוקם באזור ערכי הזרם השליליים. עם עלייה נוספת במתח הרשת, הזרם עולה שוב.

תופעה זו מוסברת על ידי הפליטה המשנית של הרשת. תחת פגיעות של אלקטרונים ראשוניים במתח רשת חיובי, אלקטרונים משניים נדפקים ממנו. ככל שמתח הרשת עולה, מקדם הפליטה המשני גדל והשטף של אלקטרונים ראשוניים שמפציצים את הרשת גדל. כתוצאה מכך, מספר האלקטרונים המשניים גדל. הזרימה שלהם מכוונת לאנודה, שיש לה פוטנציאל חיובי גבוה יותר.

זרם של אלקטרונים משניים מופיע במעגל הרשת, שיש לו כיוון הפוך לזרם האלקטרונים הראשוניים. זרם הרשת המתקבל יורד ואף עלול להפוך את הכיוון אם גורם הפליטה המשני גדול מ-1. במקרה זה, זרם האנודה גדל, מכיוון לזרם האלקטרונים המשניים מתווסף לזרם האלקטרונים הראשוניים שעפים מהקתודה.

התופעה של התרחשות זרם של אלקטרונים משניים נקראת אפקט דינאטרון.

כאשר מתח הרשת עולה על מתח האנודה, השדה בין האנודה לרשת יהפוך לעיכוב עבור האלקטרונים המשניים של הרשת והם יחזרו לרשת. אבל מצד שני, האלקטרונים המשניים שנפלטו מהאנודה יואצו על ידי השדה הזה ויעופו לרשת, כלומר, נוצר אפקט דינאטרון מצד האנודה. במקרה זה, זרם הרשת גדל בנוסף בגלל הזרם של אלקטרונים משניים, וזרם האנודה יורד במקצת.

עם מתח רשת שלילי, יש מעט מאוד זרם רשת. זה נקרא זרם רשת הפוך מכיוון שהכיוון שלו הפוך לזה של זרם הרשת כאשר מתח הרשת חיובי (אלקטרוני הזרם ההפוך בחוטים החיצוניים של מעגל הרשת נעים לכיוון הרשת). לזרם הרשת ההפוכה יש מספר מרכיבים: זרם יוני, טרקויל וזרם דליפה.

עם ירידה במתח השלילי של הרשת, זרם האנודה גדל והיינון עולה. מספר גדול יותר של יונים מתקרב לרשת, וזרם היונים עולה. עם מתח רשת חיובי, זרם האלקטרונים גדל בחדות ושולט כל כך על זרם היונים, עד שהאחרון למעשה אינו ממלא תפקיד כלשהו. אם לרשת יש טמפרטורה גבוהה, אזי עשוי להתרחש זרם פליטה תרמיוני (זרם תרמי) של הרשת. כדי להפחית זרם זה, הרשתות עשויות מתכת עם פונקציית עבודה גבוהה ומקדם פליטה משני נמוך.

31. מאפייני הביצוע של הטריודה

מאפיין רשת אנודה נקרא גרף התלות של זרם האנודה במתח הרשת בערכים קבועים של המתח של מקור האנודה והתנגדות העומס. בניגוד למאפיינים הסטטיים, מאפיין הפעולה אינו כפוף לתנאי הקביעות של מתח האנודה, מכיוון שהוא משתנה במצב הפעולה. צורת מאפיין הפעולה ומיקומו תלויים בגודל ובאופי ההתנגדות לעומס האנודה.

כדי לבנות מאפיין הפעלה של רשת האנודה, יש לציין משפחה של מאפיינים סטטיים של רשת האנודה, מתח מקור האנודה והתנגדות העומס.

אם מתח האנודה שווה למתח מקור האנודה, והזרם הוא אפס, אז המנורה כבויה, שכן רק במקרה זה אין נפילת מתח על פני התנגדות העומס.

למאפיין האנודה-רשת העבודה יש ​​תלילות נמוכה יותר מהמאפיינים הסטטיים. ככל שזרם האנודה גדול יותר, מתח האנודה הופך נמוך יותר. לכן, עקומת הביצועים עוברת תמיד בחציית העקומות הסטטיות. השיפוע של מאפיין הפעולה תלוי בהתנגדות העומס. ככל שהתנגדות העומס עולה, זרם האנודה יורד ועקומת הביצועים הופכת שטוחה יותר. כאשר התנגדות העומס קבועה, עקומת הביצועים עוברת ימינה אם מתח מקור האנודה יורד, או שמאלה אם מתח האנודה עולה.

באמצעות מאפיין ההפעלה, ניתן לחשב את השינויים בזרם האנודה עם שינוי במתח הרשת. ניתן גם לקבוע את מתח האנודה, בהתחשב בכך שכל נקודה של מאפיין ההפעלה מתאימה למתח אנודה מסוים.

כדי לבנות מאפיין הפעלה של האנודה, יש לציין משפחה של מאפייני אנודה סטטיים, כמו גם מתח האנודה והתנגדות העומס. מאפיין ההפעלה הוא קו העומס.

באמצעות קו העומס, ניתן לקבוע את זרם האנודה ומתח האנודה בכל מתח רשת. קו העומס מאפשר לך לפתור בעיות אחרות. אפשר, למשל, למצוא באיזה מתח רשת מתקבל זרם האנודה בערך הרצוי.

למאפיין האנודה הפועל בהשוואה למאפיין האנודה-רשת יש כמה יתרונות. מכיוון שמדובר בקו ישר, הוא בנוי על שתי נקודות ומדויק יותר. בעזרתו, נוח יותר לקבוע את מתח האנודה, מכיוון שהוא מתווה לאורך האבססיס. עבור חישובים מעשיים, מאפיין האנודה העובד משמש לעתים קרובות יותר, אם כי במקרים מסוימים מאפיין האנודה-רשת מתברר כנוח יותר.

השיפוע של המאפיין הנדון תלוי בהתנגדות העומס. ככל שהתנגדות העומס גדולה יותר, כך קו העומס שטוח יותר. אם התנגדות העומס היא אפס, אז קו העומס הופך לקו ישר אנכי.

כאשר מתח העומס שווה לאינסוף, קו העומס חופף לציר האבססיס. במקרה זה, בכל מתח, זרם האנודה הוא אפס.

במקרים מסוימים יש צורך לבנות עקומת ביצועים של רשת האנודה אם רק מאפיינים סטטיים של האנודה זמינים.

32. התקן ותפעול ה-TETRODE

מנורות ארבע אלקטרודות, או טטרודס, יש רשת שנייה, הנקראת screening, או מסך, וממוקמת בין רשת הבקרה לאנודה. מטרת רשת המיגון היא להגדיל את הרווח וההתנגדות הפנימית ולהפחית את קיבול התפוקה.

אם רשת המיגון מחוברת לקתודה, אז היא מגינה על הקתודה ורשת הבקרה מפני פעולת האנודה. רשת המיגון מיירטת את רוב השדה החשמלי של האנודה. ניתן לומר שרק חלק קטן מקווי הכוח החשמליים היוצאים מהאנודה חודרים לרשת הסינון. היחלשות שדה האנודה של רשת ההקרנה נלקחת בחשבון על ידי ערך החדירות של רשת זו.

השדה החשמלי החודר דרך רשת ההקרנה מיירט לאחר מכן על ידי רשת הבקרה, שדרכה חודר גם חלק קטן מקווי השדה. היחלשות שדה האנודה על ידי רשת הבקרה תלויה בחדירותו. דרך שתי הרשתות מהאנודה ועד למחסום הפוטנציאלי ליד הקתודה, חודר חלק לא משמעותי מסך קווי השדה, המתאפיין בתוצר של חדירות רשת. החדירות המתקבלת של שתי הרשתות נקראת החדירות של הטטרודה.

החדירות של הטטרודה מאפיינת את היחס בין ההשפעות של האנודה ורשת הבקרה על זרם הקתודה. זה מראה איזה חלק מהשפעת מתח רשת הבקרה על זרם הקתודה הוא ההשפעה של מתח האנודה.

בעזרת שתי רשתות לא מאוד צפופות, מושגים רווח גבוה והתנגדות פנימית גבוהה. במקרה זה, אם מתח חיובי משמעותי מופעל על רשת ההקרנה, אזי מאפייני האנודה-רשת של הטטרודה "שמאליים", כלומר, הטטרודה יכולה לפעול כרגיל באזור של מתחי רשת שליליים.

זרם הקתודה בטטרודה הוא סכום הזרמים של רשתות האנודה, המיגון והבקרה.

מתח חיובי קבוע מופעל על רשת המיגון, בהיקף של 20-50% ממתח האנודה. הוא נוצר בסעיף "קתודה - רשת מיגון - שדה מאיץ", תוך הורדת מחסום הפוטנציאל בקתודה. זה הכרחי לתנועת אלקטרונים לאנודה.

לאנודה, דרך שתי רשתות, יש השפעה חלשה מאוד על המחסום הפוטנציאלי ליד הקתודה. אם המתח של רשת המיגון הוא אפס, אזי השדה המעכב שנוצר מהמתח השלילי של רשת הבקרה חזק בהרבה מהשדה המאיץ החלש החודר מהאנודה. השדה המתקבל בסעיף "רשת בקרה - קתודה" מתברר כבלם. במילים אחרות, המתח האפקטיבי במקרה זה הוא שלילי ומחסום הפוטנציאל בקתודה כה גבוה עד שהאלקטרונים אינם יכולים להתגבר עליו. לכן, המנורה סגורה וזרם האנודה הוא אפס.

הקיבול בין האלקטרודות של המנורה יורד בערך פי כמה ככל שהגבר גדל. ככל שרשת ההקרנה עבה יותר, החדירות שלה נמוכה יותר, כושר התפוקה פוחת יותר. אם רשת המיגון הייתה רציפה, קיבול המעבר היה פוחת לאפס, אך הרשת הייתה מפסיקה להעביר אלקטרונים לאנודה.

33. אפקט DYNATRONE ב-TETRODE

חסרון משמעותי של tetrode הוא אפקט דינאטרון של האנודה. אלקטרונים הפוגעים באנודה מוציאים ממנה אלקטרונים משניים. פליטה משנית מהאנודה קיימת בכל המנורות, אך בדיודות ובטריודות היא אינה גורמת לתוצאות ונשארת בלתי מורגשת. במנורות אלו, האלקטרונים המשניים שיצאו מהאנודה חוזרים כולם, שכן לאנודה יש ​​את הפוטנציאל החיובי הגבוה ביותר בהשוואה לפוטנציאלים של אלקטרודות אחרות. לכן, לא נוצר זרם של אלקטרונים משניים.

בטטרודה, פליטה משנית מהאנודה אינה באה לידי ביטוי אם מתח רשת ההקרנה נמוך ממתח האנודה. במצב זה, אלקטרונים משניים חוזרים לאנודה. אם הטטרודה פועלת במצב עומס, אז עם עלייה בזרם האנודה, ירידת המתח על פני העומס עולה, ומתח האנודה במרווחי זמן מסוימים עשוי להיות פחות מהמתח הקבוע של רשת ההקרנה. אז האלקטרונים המשניים, לאחר שעפו החוצה מהאנודה, אינם חוזרים אליה, אלא נמשכים לרשת ההקרנה, בעלת פוטנציאל חיובי גבוה יותר. יש זרם של אלקטרונים משניים המכוון הפוך לזרם של אלקטרונים ראשוניים. זרם האנודה הכולל יורד וזרם רשת ההקרנה עולה. תופעה זו נקראת אפקט דינאטרון האנודה.

אפקט הדינאטרון משפיע באופן משמעותי על מאפייני האנודה של הטטרודה. במתח האנודה אפסי, קיים זרם אנודה התחלתי קטן מאוד שבדרך כלל ניתן להזניח. זרם רשת ההקרנה הוא הגבוה ביותר. בדיוק כפי שהיה במצב החזרה בטריודה, במקרה זה, האלקטרונים שעפו דרך רשת ההקרנה משתתפים ביצירת הזרם שלה יחד עם אותם אלקטרונים שיירטו על ידי רשת זו. שינוי מתח האנודה משתנה iגובהו של מחסום זה, כתוצאה מכך התפלגות שטף האלקטרונים בין האנודה לרשת ההקרנה משתנה בחדות.

ניתן לציין ארבעה אזורים במאפייני האנודה של הטטרודה. האזור הראשון מתאים למתחי אנודה קטנים, עד 10-20 V בקירוב. עדיין אין פליטה משנית מהאנודה, מכיוון שמהירות האלקטרונים הראשוניים אינה מספיקה כדי לדפוק אלקטרונים משניים. עם עלייה במתח האנודה, נצפית עלייה חדה בזרם האנודה וירידה בזרם רשת ההקרנה, שאופיינית למצב ההחזרה.

למתח האנודה יש ​​השפעה מועטה על זרם הקתודה, מכיוון ששדה האנודה פועל על מחסום הפוטנציאל בקתודה דרך שתי רשתות. לכן, זרם הקתודה משתנה מעט והמאפיין שלו הולך עם עלייה קלה.

אם מתח האנודה עולה על 10-20 וולט, מופיעה פליטה משנית ומתרחשת אפקט דינטרון. עם עלייה במתח האנודה, הפליטה המשנית של האנודה עולה, זרם האנודה יורד וזרם רשת ההקרנה עולה. זרם האנודה המינימלי מתקבל עם אפקט הדינאטרון הבולט ביותר. במשטר כזה, זרם האלקטרונים המשניים הוא הגדול ביותר. זרם זה תלוי בגודל הפליטה המשנית ובמתח של האנודה של רשת הסינון, היוצרת שדה האצה עבור האלקטרונים המשניים.

כאשר מתח האנודה הופך גבוה ממתח רשת המסך, יש עלייה קלה בזרם האנודה וירידה קלה בזרם רשת המסך. פליטה משנית מהאנודה קיימת באזור זה, אך האלקטרונים המשניים חוזרים כולם לאנודה, כלומר, אין אפקט דינאטרון מהאנודה. מצד שני, אלקטרונים משניים שהופלו מרשת ההקרנה פגעו באנודה, עקב כך זרם האנודה גדל במקצת, והזרם של רשת ההקרנה יורד.

כדי למנוע את התרחשות אפקט הדינאטרון, מתח רשת המיגון חייב להיות תמיד נמוך ממתח האנודה.

34. התקן ותפעול ה-PENTOD

החיסרון העיקרי של הטטרודה - אפקט הדינאטרון - הוביל לפיתוח ושימוש נרחב ב מנורות חמש אלקטרודות הנקראות פנטודות. בהם, כל המאפיינים החיוביים של טטרודים בולטים עוד יותר, ובמקביל, אפקט הדינאטרון מתבטל.

בפנטודה, כדי לבטל את אפקט הדינאטרון, ישנה רשת אחת נוספת הממוקמת בין האנודה לרשת ההקרנה. זה נקרא רשת מגן, שכן הוא מגן על המנורה מפני התרחשות של אפקט הדינאטרון. ישנם גם שמות נוספים לרשת זו: antidynatron, antidynatron, pentode, third.

רשת המגן מחוברת בדרך כלל לקתודה, כלומר יש לה פוטנציאל אפס ביחס לקתודה ושלילי ביחס לאנודה. במקרים מסוימים, מתח DC קטן מופעל על רשת המגן. לדוגמה, כדי להגדיל את ההספק השימושי, פנטודות גנרטור פועלות במתח חיובי על רשת המגן, וכדי לווסת תנודות על ידי שינוי המתח של רשת המגן, נקבעת עליה הטיה שלילית. עם זאת, גם במקרים אלה, פוטנציאל הרשת המגן בדרך כלל נשאר נמוך בהרבה מפוטנציאל האנודה, והשפעת האנטי-דינאטרון של רשת זו זהה בערך לפוטנציאל האפס שלה.

בפנטודים רבים, רשת המגן מחוברת לקתודה שבתוך המנורה, ואז המתח ברשת זו תמיד אפס. אם יש פלט רשת מגן, אז החיבור שלה עם הקתודה מתבצע בהתקנת המעגל.

תפקידה של רשת המגן הוא שנוצר שדה חשמלי בינה לבין האנודה, אשר מאט, עוצר ומחזיר לאנודה את האלקטרונים המשניים שנפלטו מהאנודה. הם אינם יכולים לחדור לרשת המיגון, גם אם המתח שלה גבוה יותר מהאנודה, ואפקט הדינאטרון מתבטל לחלוטין.

באזור שבין רשתות המיגון וההגנה לאלקטרונים המעופפים מהקתודה נוצר שדה האטה, ואולי נראה כי הדבר יגרום לירידה בזרם האנודה. עם זאת, האלקטרונים, לאחר שקיבלו מהירות גבוהה בפעולת השדה המאיץ של רשת ההקרנה ועפים דרכה, מגיעים לרשת המגן ואינם מאבדים לחלוטין את מהירותם, שכן ברווח שבין הסיבובים של רשת זו הפוטנציאל אינו אפס, אלא חיובי.

קיים פוטנציאל אפס על מוליכים של רשת המגן, וברווחים ביניהם הפוטנציאל גבוה מאפס, אך נמוך יותר מאשר באנודה. ברווח בין האנודה לרשת המיגון, נוצר מחסום פוטנציאל משני, שלא ניתן להתגבר עליו על ידי אלקטרונים משניים שנפלטו מתוך האנודה. מחסום זה משפיע באופן משמעותי על תהליך ההפצה הנוכחית בפנטוד.

פנטודים שונים מטטרודים ברווח גבוה יותר, ומגיעים לכמה אלפים בחלק מהפנטודים. זאת בשל העובדה שרשת המגן פועלת כרשת סינון נוספת. כתוצאה מכך, בפנטוד, פעולת האנודה חלשה אפילו יותר מאשר בטטרודה בהשוואה לפעולת רשת הבקרה. בהתאם, גם ההתנגדות הפנימית עולה, אשר עבור חלק מהפנטודים מגיעה למיליוני אוהם. קיבול המעבר הופך אפילו קטן יותר מזה של טטרודים. התלולות של הפנטודים היא באותו סדר כמו של טריודות וטטרודות, כלומר, בטווח של 1-50 mA / V.

ניתן להמיר את הפנטודה לדיודה מקבילה באותו אופן כפי שנעשה עבור הטטרודה. החדירות של פנטוד היא ערך קטן מאוד. כתוצאה מכך, רווח הפנטוד יכול להיות גדול מאוד.

35. פרמטרים של TETRODES ו-PENTODES

פרמטרים סטטיים של טטרודים ופנטודים נקבעים בדומה לפרמטרים של הטריודה. לקביעה מעשית של הפרמטרים, נלקח היחס בין המרווחים הסופיים.

רשת הבקרה בטטרודות ובפנטודות ממוקמת ביחס לקתודה באותו אופן כמו בטריודות. לכן, התלולות של טטרודים ופנטודים היא באותו סדר כמו של טריודות, כלומר. e. הוא יחידות או עשרות מיליאמפר לוולט, אם כי מתקבלת ירידה מסוימת בשיפוע עקב העובדה שזרם האנודה תמיד קטן מזרם הקתודה.

בשל העובדה שפעולת מתח האנודה בטטרודה או בפנטודה נחלשת פעמים רבות, ההתנגדות הפנימית גדולה בעשרות ומאות מונים מזו של הטטרודה, ומגיעה למאות קילו אוהם.

ההתנגדות הפנימית תלויה מאוד בתהליך חלוקת הזרם, שכן כאשר מתח האנודה משתנה, זרם האנודה משתנה עקב תהליך זה. אנו יכולים להניח שההתנגדות הפנימית של הפנטוד מורכבת משתי התנגדויות המחוברות במקביל. אחת מהן נקבעת על ידי פעולת שדה האנודה דרך שלוש הרשתות על מחסום הפוטנציאל בקתודה, עקב כך יש שינוי קטן מאוד בזרם האנודה. ככל שהרשת עבה יותר, כך ההתנגדות הזו גדולה יותר. ההתנגדות השנייה נקבעת על ידי השינוי בזרם האנודה עקב תהליך חלוקת הזרם והיא בדרך כלל פחותה בהרבה מההתנגדות הראשונה.

מקדם ההגברה יכול להיות גדול פי עשרות ומאות אלפי מונים מזה של טריודות, כלומר ערכו מגיע למאות ואלפים.

בטטרודות ובפנטודות, זרם הקתודה תמיד גדול יותר מזרם האנודה, שכן זרם רשת ההקרנה קיים תמיד יחד עם זרם האנודה.

בשל המאפיינים הלא ליניאריים המשמעותיים של הטטרודה והפנטודה, הפרמטרים משתנים די חזק כאשר המצב משתנה. עם עלייה במתח השלילי של רשת הבקרה, כלומר, עם ירידה בזרם האנודה, השיפוע יורד, וההתנגדות והרווח הפנימיים גדלים. תכונה של טטרודים ופנטודים בהשוואה לטריודות היא התלות החזקה של הרווח במצב.

אם המאפיינים שלובים זה בזה במצב החזרה, אז השיפוע והרווח יכולים להיות בעלי ערכים של אפס ופחות מאפס.

עם עלייה במתח השלילי של רשת הבקרה, מאפייני האנודה באזור העבודה הולכים שטוחים יותר וקרובים יותר זה לזה, מה שמתאים לעלייה בהתנגדות הפנימית וירידה בשיפוע.

במעגלים מסוימים משתמשים בטטרודה או בפנטוד כך שחלק הטריודה שלו, המורכב מקתודה, רשת בקרה ורשת מסך, פועל בשלב אחד, והמנורה כולה היא חלק משלב אחר.

השיפוע והרווח של רשת המיגון אינם מעניינים בדרך כלל, שכן רשת המיגון, ככלל, אינה משמשת כרשת בקרה והמתח עליה קבוע.

בנוסף לפרמטרים הנחשבים, ישנם אחרים הדומים לאלו שצוינו עבור הטריודה. בעת חישוב מצבי הפעולה והיישום המעשי של טטרודים ופנטודים, יש צורך לקחת בחשבון את הערכים המגבילים של זרמים, מתחים והספקים, בפרט, ההספק המגביל המשתחרר ברשת ההקרנה חשוב.

36. התקן ותפעול של BEAM TETRODE

מאוחר יותר פותחו והתרבו פנטודים קרן טטרודים. בהם, אפקט הדינאטרון מתבטל על ידי יצירת מחסום פוטנציאלי בלתי עביר עבור אלקטרונים משניים שנפלטו מהאנודה, הממוקם בין רשת ההקרנה לאנודה.

ל-Beam tetrode בהשוואה לטטרודה רגילה יש את תכונות העיצוב הבאות. המרחק בין רשת המיגון לאנודה הוגדל. לרשת הבקרה והמיגון יש אותו מספר סיבובים, והסיבובים שלהם ממוקמים בדיוק זה מול זה.

זרימות האלקטרונים ממוקדות בחלל שבין הרשתות. הודות לכך, אלקטרונים עפים מהקתודה לאנודה באלומות צפופות יותר - "קרניים". כדי למנוע מעוף אלקטרונים לכיוון מחזיקי הרשת, ישנם מסכים מיוחדים, או לוחות יוצרי קרן, המחוברים לקתודה. בנוסף, חלקי משטח הקתודה הממוקמים כנגד מחזיקי הרשת אינם מכוסים בשכבת תחמוצת ולכן אינם פולטים.

טטרודה קרן מייצרת זרימות אלקטרונים צפופות יותר מאשר טטרודה רגילה. עלייה בצפיפות הזרם גורמת לעלייה בצפיפות מטען החלל. זה, בתורו, גורם לירידה בפוטנציאל במרווח שבין האנודה לרשת המיגון. אם מתח האנודה נמוך מרשת המיגון, אזי נצפה אפקט דינאטרון בטטרודה קונבנציונלית, אך הוא לא יתרחש בטטרודה קרן, מכיוון שנוצר מחסום פוטנציאלי לאלקטרונים משניים בפער "רשת ההקרנה - האנודה". .

אלקטרונים משניים, בעלי מהירויות ראשוניות נמוכות יחסית, אינם יכולים להתגבר על מחסום הפוטנציאל ולהגיע לרשת ההקרנה, אם כי המתח על האחרון גבוה יותר מאשר על האנודה. האלקטרודות הראשוניות, בעלות מהירויות גבוהות המתקבלות עקב המתח של רשת ההקרנה, מתגברות על מחסום הפוטנציאל ונופלות על האנודה.

בטטרודים קונבנציונליים, רשת ההקרנה "שוברת" את זרמי האלקטרונים ומיירטת הרבה אלקטרונים. למחזיקי רשת יש את אותו אפקט. לכן, בטטרודים רגילים, לא מתקבלות זרימות אלקטרונים צפופות מספיק ולא נוצר מחסום הפוטנציאל הדרוש לאלקטרונים משניים.

היווצרותו של מחסום פוטנציאלי מוקל על ידי מרחק מוגבר בין רשת ההקרנה לאנודה. ככל שהמרחק הזה גדול יותר, כך ממוקמים כאן יותר אלקטרונים מעוכבים בעלי מהירויות נמוכות. האלקטרונים הללו הם שמגדילים את נפח המטען השלילי והירידה בפוטנציאל הופכת משמעותית יותר.

היתרון של טטרודים קרן בהשוואה לטטרודים רגילים הוא גם זרם רשת סינון נמוך משמעותית. זה חסר תועלת והקטנתו רצויה מאוד. בטטרודי קרן, אלקטרונים עפים דרך הרווחים של רשת ההקרנה וכמעט אינם יורטים על ידה. לכן, זרם רשת ההקרנה אינו עולה על 5-7% מזרם האנודה.

מאפייני האנודה-רשת של טטרודות קרן זהות לאלו של טטרודות או פנטודות קונבנציונליות.

בשלבי הגברה עוצמתיים בתדר נמוך וגבוה, טטרודי קרן מחליפים בהצלחה את הפנטודים. כדי להשיג ביצועים משופרים, מיוצרים פנטודות קרן. הרשתות שלהם דומות לאלו של טטרודת קרן, והאלקטרונים עפים אל האנודה בקורות דרך הרווחים ברשת המגן. לכן, עבור פנטודים קרן, זרם רשת ההקרנה נמוך בהרבה מאשר עבור פנטודים רגילים.

37. עיקרון המרת תדר

המרת תדר היא כל שינוי בתדר. לדוגמה, כאשר מיישרים זרם חילופין עם תדר, הוא הופך לזרם ישר, שבו התדר הוא אפס. בגנרטורים, אנרגיית זרם ישר בתדר השווה לאפס מומרת לאנרגיית זרם חילופין בתדר הרצוי.

מתח עזר מתקבל מגנרטור בעל הספק נמוך הנקרא אִבּוּכִי. במוצא הממיר מתקבלת תנודה עם תדר מומר חדש, הנקרא תדר ביניים.

יש להשתמש בהתקן לא ליניארי או פרמטרי כממיר תדרים.

אם ממיר התדרים היה התקן ליניארי, אז הוא פשוט היה מוסיף שתי תנודות. לדוגמה, הוספת שתי תנודות עם תדרים קרובים, אך לא מרובים, תגרום לפעימות, כלומר, תנודה מורכבת שבה התדר ישתנה בגבולות מסוימים סביב הערך הממוצע, והמשרעת תשתנה בתדר השווה לתדר. הֶבדֵל. פעימות כאלה אינן מכילות תנודת רכיב בתדר חדש. אבל אם מזוהים פעימות (מתוקנות), אז בשל חוסר הלינאריות של תהליך זה, מופיע רכיב עם תדר ביניים.

ביציאה של ממיר התדרים מתקבלת תנודה מורכבת, בעלת רכיבים של תדרים רבים.

כל התדרים החדשים, שהם שילובים של תדרים והרמוניות שלהם, נקראים תדרי שילוב. בבחירת תדר עזר מתאים, ניתן לקבל תדר חדש.!

בין התדרים החדשים ניתן למצוא את ההרמוניות של התנודות המקוריות עם תדרים גבוהים פי כמה מהמקוריים. אבל ניתן להשיג אותם ביתר קלות עם עיוות לא ליניארי של אחד ממתחי הכניסה. נוכחותם של שני מתחים להתרחשות הרמוניות אינה הכרחית.

ככלל, האמפליטודות של תנודות משולבות (והרמוניות) קטנות ככל שערכי התדר גבוהים יותר. לכן, ברוב המקרים, תנודת תדר ההפרש, ולעיתים התדר הכולל, משמשת כתנודה של תדר ביניים חדש. לעתים נדירות נעשה שימוש בתדרי שילוב בסדר גודל גבוה יותר.

המרת התדרים במקלטי רדיו ברוב המקרים מתבצעת באופן שכאשר מקבלים אותות מתחנות רדיו שונות הפועלות בתדרים שונים, נוצרות תנודות של אותו תדר ביניים. זה מאפשר להשיג רווח גבוה וסלקטיביות גבוהה, והם נשארים כמעט קבועים על פני כל טווח התדרים של האותות המתקבלים. בנוסף, בתדר ביניים קבוע מתקבלת פעולה יציבה יותר של שלבי ההגברה והם הרבה יותר פשוטים בעיצוב משלבים המיועדים לטווח תדרים.

במקלטי רדיו ובמכשירי מדידת רדיו, תדר ההפרש משמש לרוב כתדר ביניים, ותדר העזר בדרך כלל גבוה יותר מתדר האות המומר. קשר זה בין התדרים נחוץ אם תדר הביניים אמור להיות גבוה מתדר האות.

38. מנורות להמרת תדר

מכשירים לא ליניאריים או פרמטריים שונים משמשים להמרת תדרים. לדוגמה, במקלטים עבור גלי דצימטר וסנטימטר, דיודות ואקום או מוליכים למחצה פועלות בממירי תדר. טריודות משמשות להמרת תדרים בטווחי גל הדצימטר והמטר.

טרנספורמציה מתבצע באופן הבא. מתח מופעל על המנורה עם התדרים של האות ותדר העזר. ואז זרם האנודה של המנורה פועם בו זמנית עם התדרים הללו. בשל העובדה שהמנורה היא מכשיר לא ליניארי, או פרמטרי, רכיבים בעלי תדרים משולבים מופיעים בזרם האנודה שלה. מעגל תנודת אנודה מכוון לאחד מהם, בדרך כלל ההבדל. יש לו התנגדות גבוהה רק לזרם התדר התהודה והוא מייצר מתח מוגבר רק עם תדר ביניים. לפיכך, המעגל מדגיש את התנודות של תדר הביניים.

במעגלי ממירי תדר, יש צורך לבטל את הקשר בין מעגלי האותות הנכנסים למעגלי המתנד המקומיים, במידת האפשר. בדרך כלל בשניהם ישנם מעגלים מתנודדים. אם יש ביניהם קשר, ישנה השפעה של מעגל אחד על מעגל אחר, פגיעה בכוונון הנכון שלהם, הרעה ביציבות תדר המתנד המקומי ובהיעדר מגבר בתדר גבוה, קרינה מזויפת של תנודות המתנד המקומי ובהעדר מגבר בתדר גבוה, קרינה טפילית של תנודות המתנד המקומי דרך אנטנת המקלט.

בעת שימוש בטריודה, מתחי האות וה-LO מוזנים למעגל הרשת והתוצאה היא צימוד משמעותי בין מעגלי האות ל-LO. שיטה דומה של המרת תדר נקראת רשת אחת.

הנחתה של הצימוד בין האות למעגלי המתנד המקומי מושגת על ידי המרת תדר כפולה, שניתן להשיג באמצעות פנטודה אם משתמשים בה כצינור מבוקר כפול. במקרה זה, תוספת של תנודות אות ומתנד מקומי מתרחשת בזרימת האלקטרונים בתוך המנורה בשל העובדה שהתנודות מופעלות על רשתות שונות. מתח האות מסופק לרשת הבקרה, ומתח המתנד המקומי מסופק לרשת המגן, המשמשת כרשת בקרה שנייה. אם המתח של רשת זו נשאר משמעותית מתחת למתח האנודה המינימלי, אז הוא עדיין פועל כרשת מגן. רשת המיגון מבטלת כמעט לחלוטין צימוד קיבולי טפילי בין האות למעגלי המתנד המקומיים.

המנורה שבה מתבצעת המרת תדר נקראת לפעמים עִרבּוּב, שכן מתווספות בו שתי תנודות בתדרים שונים, והמפל שבו פועלת המנורה הזו נקרא מִיקסֵר. לפיכך, המרת התדר מורכבת ממיקסר ומתנד מקומי, שלכל אחד מהם יש מנורה משלו.

מנורות מרובות אלקטרודות עם בקרה כפולה להמרת תדר - הפטודות - בעלות שתי רשתות בקרה ופועלות בו זמנית במיקסר ובמתנד מקומי, כלומר מחליפות שתי מנורות; הן משמשות במקלטי גל בינוני וקצר, אך אינן פועלות היטב על VHF.

להפטוד יש חמש רשתות. היתרון של ההפטודות הוא נוכחות של רשת מגן, שבגללה ההתנגדות הפנימית של המנורה עולה.

כאשר ההפטודות פועלות באורכי גל קצרים מ-20 מ', היציבות של תדר המתנד המקומי מתבררת כלא מספקת ויש צורך להשתמש במתנד מקומי עם מנורה נפרדת, כלומר, להשתמש בהפטוד רק כמערבול, ולא כממיר מנורה. על גלים אלה, פנטודות וטרודיות נותנות את התוצאות הטובות ביותר בממירי תדרים.

39. מאפיינים ופרמטרים של מנורות עם שליטה כפולה

כל מנורות multigrid בקרה כפולה יש להם רשת סינון והם דומים לפנטודים או טטרודים, אליהם מתווספים רשתות, היוצרות חלק טריודה (הטרודין). מבחינת המאפיינים והפרמטרים שלהן, מנורות אלו דומות לפנטודות ולטרודות, ומבחינת המאפיינים והפרמטרים של חלק הטריודה, הן דומות לטריודות קונבנציונליות. בנוסף, למנורות בקרה כפולות יש מאפיינים ופרמטרים נוספים בשל נוכחותן של שתי רשתות בקרה.

זרם האנודה גדל עם שינוי חיובי במתחים של שתי הרשתות. התלולות לאורך הרשת הראשונה היא גדולה יותר, ככל שמתח הרשת גבוה יותר. אם המתח משתנה בכיוון חיובי, מחסום הפוטנציאל בקתודה יורד ומספר הולך וגדל של אלקטרודות מתגבר על מחסום זה. בהתאם, זרם הקתודה, זרם האנודה וזרם רשת ההקרנה גדלים.

כאשר המתח משתנה, חלוקת הזרם בין האנודה לרשת משתנה, בדומה לזו הנצפית בפנטודה כאשר המתח של רשת המגן שלה משתנה.

שליטה כפולה בזרם האנודה מסתכמת בעובדה ששינוי המתח של רשת בקרה אחת משנה את השיפוע של המאפיין על פני רשת הבקרה השנייה. בשל השינוי בשיפוע, הפרמטר העיקרי המאפיין את פעולת הבקרה של הרשת, בהשפעת המתח של רשת בקרה אחרת, המנורה היא מכשיר פרמטרי המתאים להמרת תדר.

ניתן להסביר את תהליך המרת התדר במנורת בקרה כפולה באמצעות משפחת המאפיינים ההפטודות. מכיוון שמעגל תנודת האנודה מכוון לתדר ביניים ובעל התנגדות נמוכה בתדרי האות והתדירות המקומית, המנורה פועלת למעשה במצב ללא עומס עבור תנודות של תדרים אלה ושינויים בזרם האנודה נקבעים ממאפיינים סטטיים.

הפרמטר החשוב ביותר המאפיין מנורות המרת תדר הוא תלילות ההמרה. הוא מייצג את היחס בין משרעת ההרמונית הראשונה של הרכיב המשתנה של תדר הביניים, המתקבל בזרם האנודה, למשרעת של מתח האות. במקרה זה, המתחים על רשתות המיגון וההגנה והאנודה קבועים.

תלילות ההמרה גדלה עם הגדלת המשרעת של מתח המתנד המקומי.

לצינורות רבים להמרת תדרים יש מאפיינים מורחבים לבקרת רווח אוטומטי של שלב ההמרה. אבל אז, כאשר מקבלים אותות חזקים, כלומר, כאשר נקודת הפעולה מועברת לקטעים הלא-לינארים התחתונים של המאפיין, האמפליטודות של תנודות שילוב גדלות בחדות, מה שעלול לגרום להפרעות במקלט.

בציוד מודרני משתמשים במנורות משולבות, שיש להן שתיים, ולפעמים שלוש או ארבע מערכות נפרדות של אלקטרודות בצילינדר אחד. השימוש במנורות כאלה מקטין את ממדי הציוד ומפשט את ההתקנה. בייצוגים סכמטיים של מנורות משולבות, למען הפשטות, מוצגים לעתים קרובות רק דוד אחד וקתודה אחת. במנורות רבות, במיוחד אלו המיועדות לתדרים גבוהים, מותקנים מסכים לביטול צימוד קיבולי טפילי בין מערכות אלקטרודות בודדות.

העיצוב של האלקטרודות של מנורות משולבות שונה. לעתים קרובות יש מערכות אלקטרודות נפרדות עם מסך. בכמה מנורות נוצרת קתודה משותפת, וזרמי האלקטרונים המגיעים מחלקים שונים של פני השטח משמשים כל אחד במערכת האלקטרודות שלו. ניתן להתקין מערכות אלקטרודות עם מסכי הפרדה לאורך הקתודה המשותפת.

40. סוגים מיוחדים של מנורות קבלה ומגבר

תלילות הולכת וגוברת מושגת על ידי הפחתת מרחק הרשת-קתודה לכמה עשרות מיקרונים. אבל ייצור מנורות עם מרחק רשת-קתודה קטן הוא קשה ולא אמין מספיק, שכן קיימת סכנה של קיצור הרשת עם פני השטח הלא אחידים של קתודה תחמוצת. שיטה נוספת להגדלת ההולכה היא להשתמש ברשת קתודה הממוקמת בין רשת הבקרה לקתודה ובעלת פוטנציאל חיובי כלשהו. אלקטרונים הנפלטים מהקתודה מואצים על ידי רשת הקתודה, עפים לתוך הרווחים שלה ויוצרים אזור של צפיפות מטען חלל מוגברת ומחסום פוטנציאלי שני במרחק קצר מאוד מרשת הבקרה. המתח של רשת הבקרה משפיע מאוד על גובהה. כתוצאה מכך, רשת הבקרה יכולה לשלוט בזרימת האלקטרונים ביעילות רבה.

עלייה משמעותית בטרנסמוליכות מושגת במנורות עם פליטה משנית. מחקר על שימוש בפליטות משניות במנורות בוצע כבר זמן רב, אך במשך זמן רב לא ניתן היה לבנות מנורות כאלה הפועלות ביציבות ואינן יוצרות יותר מדי רעש משלהן. הסיבה לרעש זה היא חוסר האחידות של תהליך הפליטה המשני. נמצאו סגסוגות חדשות של מתכות כבדות עם קלילות, למשל נחושת עם בריליום, שנותנות פליטות משניות גבוהות ויציבות. בעת השימוש בהם, הרעש מופחת, אם כי הוא עדיין גדול יותר מאשר במנורות קונבנציונליות.

למנורות עם פליטה משנית יש אלקטרודה נוספת - קתודה פליטה משנית (דינודה). פוטנציאל חיובי מופעל עליו, פחות מאשר על האנודה. אלקטרונים ראשוניים שעפים מהקתודה פוגעים בקתודית הפליטה המשנית ומפילים ממנה אלקטרונים משניים, שעפים אל האנודה, בעלת פוטנציאל חיובי גבוה יותר. זרימת האלקטרונים המשניים גדולה פי כמה מזרימת האלקטרונים המשניים. לכן תלילות המנורה גבוהה.

הזרם של קתודה הפליטה המשנית מעט פחות מזרם האנודה ובחלק החיצוני של המעגל יש כיוון הפוך לזרם האנודה. שיפוע המנורה במונחים של זרם של קתוד הפליטה המשנית הוא בדרך כלל מעט פחות מהשיפוע במונחים של זרם האנודה. האלקטרונים של זרם האנודה נעים לאורך המוליך של החלק החיצוני של מעגל האנודה מהאנודה, והאלקטרונים של הזרם של קתודה הפליטה המשנית במעגל החיצוני נעים לכיוון הקתודה הזו, שכן בתוך המנורה יוצאים יותר אלקטרונים משניים. זה מאשר אלה העיקריים מגיעים אליו.

כאשר מתח חילופין מופעל על הרשת, עקב הכיוונים ההפוכים של הזרמים של האנודה וקתודה הפליטה המשנית, נגדי העומס הכלולים במעגלים של האלקטרודות הללו מקבלים מתחי חילופין מוגברים הנמצאים באנטיפזה.

שלב ההגברה הרגיל הופך את שלב המתח. ובמעגל של קתודה הפליטה המשנית, מתקבל מתח מוגבר, החופף בשלב עם מתח החילופין של הרשת. תכונה זו מקלה מאוד על יישום משוב חיובי בין המעגלים של קתוד הפליטה המשנית ורשת הבקרה כדי ליצור תנודות בצורות שונות, להגביר את הרווח, להפחית את רוחב הפס של תנודות משודרות ולמטרות אחרות.

מיוצרות טריודות וטטרודות מתכת-קרמיות תת-מיניאטורות, הנקראות נוביסטורים. הם נועדו להגביר, ליצור ולהמיר תדר. יש להם גליל קרמי-מתכת מיניאטורי.

41. סוגי פריקה חשמלית בגזים

הבדיל בין פריקות עצמאיות ולא מקיימות את עצמן בגז. פריקה עצמית נתמך רק על ידי מתח חשמלי. פריקה לא עצמית יכול להתקיים בתנאי שבנוסף למתח החשמלי, ישנם עוד כמה גורמים מייננים חיצוניים. הם יכולים להיות קרני אור, קרינה רדיואקטיבית, פליטה תרמיונית של אלקטרודה מחוממת וכו '. הבה ניקח בחשבון את הסוגים העיקריים של פריקות חשמליות המצויות במכשירי יונים.

הפרשה כהה (או שקטה) אינה מקיימת את עצמה. הוא מאופיין בצפיפות זרם בסדר גודל של מיקרואמפר לסנטימטר רבוע וצפיפות מטען בנפח נמוך מאוד. השדה שנוצר על ידי המתח המופעל כמעט ואינו משתנה במהלך פריקה חשוכה עקב מטענים בחלל, כלומר, ניתן להזניח את השפעתם. אין זוהר גז. במכשירי יונים לאלקטרוניקה רדיו, פריקה כהה אינה משמשת, אך היא מקדימה את תחילתם של סוגי פריקה אחרים.

פריקת זוהר מתייחסת לעצמאי. הוא מאופיין בזוהר של גז, המזכיר זוהר של גוף עשן. צפיפות הזרם בזמן פריקה זו מגיעה ליחידות ועשרות מיליאמפר לסנטימטר רבוע ומתקבלים מטענים בחלל המשפיעים באופן משמעותי על השדה החשמלי בין האלקטרודות. המתח הנדרש לפריקת זוהר הוא עשרות או מאות וולט. הפריקה נשמרת עקב פליטת אלקטרונים של הקתודה תחת פגיעת יונים.

התקני פריקת זוהר העיקריים הם דיודות זנר - מייצבי מתח יונים, מנורות אור גז, תיראטרונים של פריקת זוהר, מנורות חיווי דיגיטליות ודקטרון - מכשירים לספירת יונים.

פריקת קשת מתקבלת בצפיפות זרם גבוהה הרבה יותר מאשר בפריקה זוהרת. התקני פריקת קשת שאינם מקיימים את עצמם כוללים גסטרונים ותירטונים חמים קתודה; בשסתומי כספית (אקזטרונים) ובאיגניטרונים בעלי קתודה כספית נוזלית, כמו גם במפרקי גז, מתרחשת פריקת קשת עצמאית.

פריקת הקשת יכולה להיות לא רק בלחץ אטמוספרי מופחת, אלא גם בלחץ אטמוספרי רגיל או מוגבר.

פריקת ניצוץ דומה לפריקת קשת. זוהי פריקה חשמלית קצרת טווח (אימפולס) בלחץ גז גבוה יחסית, למשל, בלחץ אטמוספרי רגיל. בדרך כלל, סדרה של פריקות פעימות עוקבות בזו אחר זו נצפית בניצוץ.

פריקות בתדירות גבוהה יכולות להתרחש בגז תחת פעולת שדה אלקטרומגנטי מתחלף גם בהיעדר אלקטרודות נושאות זרם (פריקה ללא אלקטרודות).

פריקת קורונה היא עצמאית ומשמשת בהתקני יונים לייצוב מתח. הוא נצפה בלחצי גז גבוהים יחסית במקרים שבהם לפחות לאחת מהאלקטרודות יש רדיוס עקמומיות קטן מאוד. ואז השדה בין האלקטרודות מתברר כלא הומגני וליד האלקטרודה המחודדת, הנקראת קורונה, עוצמת השדה גדלה בחדות. פריקת קורונה מתרחשת במתח בסדר גודל של מאות או אלפי וולט ומאופיינת בזרמים נמוכים.

42. פריקת זוהר

שקול פריקת זוהר בין אלקטרודות שטוחות. בהיעדר פריקה, כאשר אין פריקות נפחיות, השדה אחיד והפוטנציאל בין האלקטרודות מתחלק לפי חוק ליניארי. במכשיר אלקטרוני (וואקום), בנוכחות פליטה, קיים מטען חלל שלילי היוצר מחסום פוטנציאלי ליד הקתודה. מחסום זה מונע יצירת זרם אנודה גדול.

במכשיר יונים עם פריקת זוהר נוצר מטען חלל חיובי עקב ריבוי יונים חיוביים. זה גורם לשינוי בפוטנציאל בחלל האנודה-קתודה בכיוון חיובי.

במכשיר יונים, חלוקת הפוטנציאל היא כזו שכמעט כל מתח האנודה יורד בשכבה דקה של גז ליד הקתודה. אזור זה נקרא חלק קתודה של פער הפריקה. העובי שלו אינו תלוי במרחק בין האלקטרודות.

שדה תאוצה חזק נוצר ליד הקתודה. האנודה, כביכול, מתקרבת אל הקתודה. תפקיד האנודה מבוצע על ידי ענן יונים בעל מטען חיובי "תלוי" מעל הקתודה. כתוצאה מכך, השפעת מטען החלל השלילי מפוצה ואין מחסום פוטנציאלי ליד הקתודה.

החלק השני של פער הפריקה מאופיין במפל מתח קטן. חוזק השדה בו קטן. זה נקרא אזור הגז, או האלקטרון-יון, פלזמה. חלק צמוד לאנודה ונגרם על ידי חלק האנודה של פער הפריקה, או אזור נפילת הפוטנציאל של האנודה, מבודד ממנו. השטח בין הקתודה לאנודה נקרא עמוד הפריקה. חלק האנודה אינו חשוב, ועמודת הפריקה וחלק האנודה יכולים להיחשב כאזור פלזמה אחד.

פְּלַסמָה הוא גז מיונן מאוד שמספר האלקטרונים והיונים בו כמעט זהה. בפלזמה, התנועה האקראית של החלקיקים גוברת על התנועה המכוונת שלהם. אבל עדיין, אלקטרונים עוברים לאנודה, ויונים עוברים לקתודה.

כוחות השדה הפועלים על אלקטרונים ויונים זהים ורק מנוגדים בכיוון, שכן המטענים של חלקיקים אלה שווים, אך מנוגדים בסימן. אבל המסה של יון גדולה פי אלפי מונים מהמסה של אלקטרון. לכן, היונים מקבלים תאוצות קטנות יותר בהתאם ורוכשים מהירויות נמוכות יחסית. בהשוואה לאלקטרונים, יונים כמעט ואינם ניידים. לכן, הזרם במכשירי יונים הוא למעשה תנועת אלקטרונים. החלק של זרם היונים קטן מאוד וניתן להתעלם ממנו. היונים עושות את עבודתן. הם יוצרים מטען חלל חיובי, העולה בהרבה על מטען החלל השלילי והורס את מחסום הפוטנציאל ליד הקתודה.

אזור מתח הקתודה ממלא תפקיד חשוב. היונים שחדרו לאזור זה מהפלזמה מואצים כאן. היונים פוגעים בקתודה במהירות גבוהה ומפילים ממנה אלקטרונים. תהליך זה הכרחי כדי לשמור על הפריקה. אם מהירות היונים אינה מספקת, אז פליטת האלקטרונים לא תעבוד והפריקה תיפסק. האלקטרונים הבורחים מהקתודה מואצים גם באזור נפילת הקתודה ועפים לתוך הפלזמה במהירות גדולה הרבה יותר מהדרוש ליינון אטומי גז. אלקטרונים מתנגשים עם אטומי גז בחלקים שונים של הפלזמה. לכן, יינון מתרחש בכל הנפח. הרקומבינציה מתרחשת גם בפלזמה.

רק חלק קטן מהיונים שעלו בפלזמה משתתפים ביצירת פליטת האלקטרונים של הקתודה. רוב היונים מתחברים מחדש עם אלקטרונים ואינם מגיעים לקתודה.

43. סטביליטרון

התקני זוהר או פריקת קורונה הם דיודות זנר. דיודות הזנר עם פריקת זוהר הנפוצה ביותר פועלות במצב מתח קתודה רגיל.

מכיוון שהפריקה הכהה שלפני פריקת הזוהר אינה בשימוש, אינה מעניינת, היא אינה מוצגת במאפיין וולט-אמפר של דיודת הזנר. נקודת הפריקה מוצגת על הציר האנכי. בפועל זה המצב, כי מיליאממטר למדידת זרם פריקת זוהר לא יראה זרם פריקה כהה זניח.

אזור נפילת הקתודה הרגילה המתאים לייצוב מוגבל על ידי הזרמים המינימליים והמקסימליים. בזרם נמוך מהמינימום, הפריקה עלולה להיפסק. הזרם המרבי מתאים לתחילת מצב נפילת הקתודה האנומלית, או בו מגיעים לחימום המגביל של האלקטרודות.

גל הזרם כאשר מתרחשת פריקה יכול להיות שונה בהתאם להתנגדות של הנגד. אם הוא גדול, אז מופיע זרם קטן יחסית, ואם לוקחים אחד קטן, אז מופיע זרם גדול. עבור ייצוב, זה חסרון, שכן אזור ייצוב המתח מצטמצם. עם התנגדות נמוכה, קפיצת זרם יכולה להתרחש אפילו באזור של נפילת קתודה חריגה, והייצוב לא יעבוד כלל. לפיכך, נגד מגביל עם התנגדות מספקת נחוץ משתי סיבות: כדי שלא תתרחש עלייה מוגזמת בזרם (קצר חשמלי) וכדי שמצב ייצוב מתח יוכל להתקיים.

ככל ששטח הקתודה גדול יותר, כך מתקבל אזור הייצוב רחב יותר, שכן הזרם המינימלי נשאר ללא שינוי, והזרם המרבי גדל ביחס לאזור הקתודה. לכן, דיודות זנר מאופיינות בקתודה בעלת משטח גדול. האנודה עשויה קטנה בגודלה, אך היא לא צריכה להתחמם יתר על המידה מהזרם המרבי.

דיודות זנר פריקות זוהר שתי אלקטרודות הנפוצות ביותר עם קתודה גלילית עשויה ניקל או פלדה. האנודה היא חוט בקוטר של 1-1,5 מ"מ. הבלון מלא בתערובת של גזים אינרטיים (ניאון, ארגון, הליום) בלחץ של עשרות מילימטרים של כספית.

הפרמטרים של דיודת הזנר הם: מתח הפעלה רגיל או מתח ייצוב התואם לנקודת האמצע של אזור הייצוב, מתח התחלת פריקה, זרם מינימלי ומקסימלי, שינוי מתח ייצוב והתנגדות פנימית לזרם חילופין. באמצעות תערובות שונות של גזים, הערך הרצוי של מתח הייצוב נבחר.

דיודות זנר פריקת קורונה מאופיינות במתחים גבוהים ובזרמים נמוכים. בדיודות זנר כאלה, אלקטרודות גליליות עשויות מניקל. הגליל מלא במימן, ומתח הייצוב תלוי בלחץ הגז. זרמי הפעלה הם בטווח של 3-100 μA. התנגדות ה-AC הפנימית של דיודות זנר אלו היא מאות קילו אוהם. תהליך הפריקה של דיודות זנר פריקת קורונה נמשך 15-30 שניות.

דיודות זנר פועלות לרוב במצב שבו התנגדות העומס קבועה ומתח המקור אינו יציב.

כדי לייצב מתחים גבוהים יותר, דיודות זנר מחוברות בסדרה, בדרך כלל לא יותר משניים או שלוש. הם יכולים להיות עבור מתחים שונים, אבל עבור אותם זרמים מינימום ומקסימום.

44. גז טרונס

גזוטרונים - אלו הן דיודות יונים עם פריקת קשת שאינה מתקיימת בעצמה, אשר נשמרת על ידי פליטה תרמיונית של הקתודה. מטרת הגסטרון היא לתקן זרם חילופין. כיום משתמשים בגסטרונים בעלי גז אינרטי בצורת ארגון או תערובת קסנון-קריפטון בלחץ בסדר גודל של כמה מילימטרים של כספית.

לרוב הגסטרונים יש קתודה תחמוצת של חימום ישיר או עקיף. בגסטרונים חזקים יותר, יש לו שטח פנים משמעותי. האנודה בצורת דיסק, חצי כדור או גליל יש גודל קטן יחסית. Gasotrons מאופיינים במתח נימה נמוך, לא יותר מ-5 V. אם מופעל מתח גבוה יותר, עלולה להתרחש פריקת קשת בין קצוות המחמם, שתבזבז את האנרגיה של מקור הנימה. במתח חימום נמוך יש להזין את הקתודות של גסטרון חזקות בזרם גבוה. היתרון של הגסטרונים על פני הקנוטרונים טמון במפלת המתח הנמוכה על פני הגסטרון עצמו. זה בערך 15-20 V וכמעט לא תלוי בזרם האנודה. לכן, היעילות של מיישרי גסטרון גבוהה מזו של מיישרי הקנוטרון, והיא ככל שהמתח המיושר גבוה יותר. במיישרים מתח גבוה המבוססים על גסטרון, היעילות יכולה להיות עד 90% או יותר.

לפני שהפריקה מתרחשת, נצפה בזרם אלקטרוני בגסטרון, שגדל עם הגדלת המתח באותו אופן כמו בדיודה ואקום. זרם זה קטן מאוד ואין לו משמעות מעשית.

התרחשות פריקת קשת מתקבלת במתח שהוא מעט יותר מפוטנציאל היינון. מכיוון שהגסטרון מופעל בהכרח דרך נגד מגביל, לאחר תחילתה של פריקה מופיעה נפילת מתח על פני הנגד והמתח על הגסטרון יורד מעט.

עם עלייה במתח המקור, הזרם בגסטרון עולה, וירידת המתח על פניו משתנה מעט, אם כי אינה נשארת קבועה, כמו בדיודות זנר. השימוש בגסטרון לייצוב אינו בא בחשבון, שכן לא משתלם להשיג מתח נמוך בהוצאה משמעותית של אנרגיה לחימום הגסטרון. מתח ההפעלה על הגסטרון הוא באותו סדר כמו פוטנציאל היינון, כלומר 15-25 V.

הקביעות היחסית של המתח על הגסטרון אינה מתקבלת עקב משטר המתח הקתודי האופייני למכשירי פריקת זוהר. בגסטרון, אזור הקתודה אינו משתנה, אך ככל שהזרם עולה, התנגדות המכשיר לזרם ישר יורדת, שכן היינון ובהתאם לכך גדל מספר האלקטרונים והיונים ליחידת נפח. בנוסף, מטען החלל החיובי של היונים מתקרב לקתודה, דבר המקביל לירידה במרחק האנודה-קתודה.

בגסטרון, חלוקת הפוטנציאל בחלל "אנודה-קתודה" זהה בקירוב לזו במכשירי פריקת זוהר, אך מתח האנודה נמוך יותר ויש מחסום פוטנציאל ליד הקתודה, כמו בצינורות אלקטרונים.

הקתודה בגסטרון פועלת בתנאים קשים עקב הפצצתה ביונים חיוביים. עם מסה גדולה יחסית, היונים הורסים את שכבת התחמוצת אם מהירותם עולה על הערך המותר.

45. ARC DISCHARGE THYRATRONS

טירטרונים קתודיים חמים, פועלים כמו גסטרונים במצב פריקת קשת, הם משמשים לתיקון זרם חילופין וכממסרים באוטומציה, שליטה טלפונית, טכנולוגיית דופק, מכ"ם ובתחומים אחרים.

במאפיינים ובעיצוב רבים, תיראטרונים דומים לגסטרונים, אך הרשת מאפשרת לך לשלוט בגודל מתח התחלת הפריקה.

הרשת בטירטרונים חייבת להיות כזו שהפריקה תעבור רק דרכה, ולא בסיבוב. לכן, הרשת עצמה או בשילוב עם מסך תרמי מכסה את הקתודה כמעט מכל הצדדים. החלק העובד של הרשת עשוי עם מספר חורים, והשאר הוא מסך. בחלק מהטירטרונים בהספק נמוך, עיצוב האלקטרודה כמעט זהה לזה של צינורות ואקום.

הקתודה והאנודה בתיראטרון פועלות באותו אופן כמו בגסטרון. תכונות הפעולה וכלל הפעולה של גסטרונים חלים במלואם על תיראטרונים.

תפקידה של הרשת בתיראטרון הוא לשמור על הטיראטרון במצב נעול עם מתח אנודה חיובי באמצעות מתח רשת שלילי. וכאשר המתח הזה יורד או מתח האנודה גדל, מתרחשת פריקה, כלומר, ה-thyratron אינו נעול. ככל שמתח הרשת השלילי גדול יותר, כך מתח האנודה מתרחשת פריקה גבוהה יותר. זה מוסבר על ידי העובדה שעם מתח רשת שלילי, נוצר מחסום פוטנציאל גבוה במרווח הרשת-קתודה עבור אלקטרונים הנפלטים מהקתודה. אלקטרונים לא יוכלו להתגבר על המחסום הזה ולעוף אל האנודה. הקטנת פוטנציאל הרשת השלילי או הגדלת מתח האנודה מורידה את מחסום הפוטנציאל. כאשר אלקטרונים מתחילים להתגבר עליו, הם נעים לכיוון האנודה, מקבלים את המהירות הדרושה ליינון, תהליך היינון מתגבר כמו מפולת ומתרחשת פריקת קשת.

הקשר בין מתח האנודה של התרחשות הפריקה לבין מתח הרשת מראה את מאפיין ההתחלה או מאפיין ההצתה. הוא מוסר באמצעות אותו מעגל כמו למחקר של טריודה ואקום, אך עם נגד מגביל במעגל האנודה. קל יותר להוריד אותו. עבור כל נקודה, מתח האנודה מוגדר תחילה לאפס ומתח רשת שלילי כלשהו. אז מתח האנודה גדל וערכו מצוין כאשר מתרחשת פריקה. לאחר מכן, מתח האנודה יורדים לאפס, הנקודה הבאה מוסרת וכו'.

מאפיין ההתחלה מראה כי עם עלייה במתח השלילי של הרשת, מתח האנודה עולה, דבר הכרחי כדי שהפריקה תתרחש.

מאפייני ההתחלה במהלך פעולת ה-thyratron עם מתח חילופין שונים במקצת ממאפייני ההתחלה הסטטיים שנלקחו בזרם ישר. זאת בשל העובדה כי במתח חילופין, זרם הרשת שלפני הפריקה (לפני ההתחלה) משפיע. זה מתעורר בגלל העובדה שבמהלך חצי המחזור השלילי, כאשר התיראטרון נעול, הרקומבינציה אינה מתרחשת באופן מיידי וישנם אלקטרונים ויונים בין האלקטרודות. זה גורם לזרם האנודה ההפוכה להתרחש. במקביל, יונים חיוביים נמשכים לרשת הטעינה שלילית, ויוצרים זרם טרום פריקה במעגל שלה. הפליטה התרמיונית של הרשת יכולה גם לשחק תפקיד בהיווצרות זרם טרום פריקה. ככל שזרם האנודה גדול יותר והתדירות גבוהה יותר, כך זרם טרום הפריקה חזק יותר. נוכחותו של זרם כזה מקלה על ההצתה של הטיראטרון.

46. ​​צינור RAY CATHOTRON

התקני קרני קתודה כוללים צינורות קרני קתודה לאוסילוגרפיה, קליטת תמונות טלוויזיה והתקני חיווי מכ"ם, להעברת תמונות טלוויזיה, צינורות זיכרון למחשבים אלקטרוניים, מתגי אלומת קתודה והתקנים אחרים. כל המכשירים הללו יוצרים אלומה דקה של אלקטרונים (קרן) הנשלטת על ידי שדה חשמלי או מגנטי, או שניהם השדות.

צינורות יכולים להיות עם מיקוד של אלומת האלקטרונים על ידי שדה חשמלי או מגנטי ועם סטייה חשמלית או מגנטית של האלומה. בהתאם לצבע התמונה במסך הזוהר, ישנם שפופרות עם זוהר ירוק, כתום או צהוב-כתום - לצפייה ויזואלית, כחול - לצילום אוסצילוגרמות, לבן או תלת-צבעי - לקליטת תמונות טלוויזיה.

צינורות קרן קתודית מבוקרת אלקטרוסטטית, כלומר עם מיקוד והסטת אלומה על ידי שדה חשמלי, נקראות בקיצור צינורות אלקטרוסטטיים, בשימוש נרחב במיוחד באוסילוסקופים.

בלון הצינור הוא בצורת גליל עם שלוחה חרוטית או לפעמים בצורת גליל. מסך זוהר מוחל על פני השטח הפנימיים של בסיס החלק המורחב - שכבה של חומרים המסוגלים להאיר בהשפעת אלקטרונים. בתוך הצינור יש אלקטרודות שיש להן מובילים לפינים של הבסיס.

הקתודה היא בדרך כלל תחמוצת מחוממת בעקיפין בצורת גליל עם מחמם. מסוף הקתודה משולב לפעמים עם מסוף מחמם אחד. שכבת התחמוצת מופקדת על החלק התחתון של הקתודה. מסביב לקתודה יש ​​אלקטרודת בקרה, הנקראת מודולטור, בעלת צורה גלילית עם חור בתחתיתה. קתודה זו משמשת לשליטה בצפיפות קרן האלקטרונים ולמיקודה מראש.

מתח שלילי מופעל על המאפנן. ככל שהמתח הזה גדל, יותר ויותר אלקטרונים חוזרים לקתודה. במתח מאפנן שלילי כלשהו, ​​הצינור נעול.

האלקטרודות הבאות, גם גליליות, הן אנודות. במקרה הפשוט ביותר, יש רק שניים. באנודה השנייה המתח הוא מ-500 וולט למספר קילו-וולט, ובאנודה הראשונה המתח קטן פי כמה. בתוך האנודות יש בדרך כלל מחיצות עם חורים (דיאפרגמות).

תחת פעולת השדה המאיץ של האנודות, האלקטרונים רוכשים מהירות משמעותית. המיקוד הסופי של זרימת האלקטרונים מתבצע באמצעות שדה חשמלי לא אחיד במרווח שבין האנודות, וכן עקב דיאפרגמות. מערכות מיקוד מורכבות יותר מורכבות מיותר צילינדרים.

מערכת המורכבת מקתודה, מאפנן ואנודות נקראת זרקור אלקטרוני (אקדח אלקטרוני) ומשמשת ליצירת אלומת אלקטרונים, כלומר זרם דק של אלקטרונים שעף במהירות גבוהה מהאנודה השנייה אל המסך הזוהר.

הסטייה של קרן האלקטרונים והנקודה הזוהרת על המסך היא פרופורציונלית למתח על הלוחות המסיטים. מקדם המידתיות בתלות זו נקרא רגישות לצינור.

47. תכונות של פעולת מנורה בתדרים אולטרה-גבוהים

מנורות לגלים בינוניים וקצרים פועלות לא מספק על המיקרוגל, אשר מוסבר על ידי הסיבות הבאות.

השפעת קיבולים בין-אלקטרודות ושראות עופרת. קיבולים ושראות משפיעים מאוד על פעולת מנורות בטווח המיקרוגל. הם משנים את הפרמטרים של מערכות התנודות המחוברות למנורה. כתוצאה מכך, התדר הטבעי של מערכות תנודות פוחת ואי אפשר לכוון אותן לתדר מעל גבול מסוים.

כל מנורה מאופיינת בתדר מגביל מסוים, התואם את תדר התהודה של מעגל התנודה הנובע מקצר של הלידים מאלקטרודות המנורה.

השראות עופרת וקיבולים בין-אלקטרודות, כאשר הם נכללים במעגלי מנורה מסוימים, יוצרים משוב חיובי או שלילי לא רצויים והזזות פאזה הפוגעות בפעולת המעגל. השראות של מסוף הקתודה מושפעת במיוחד. הוא נכנס בו-זמנית למעגלי האנודה והרשת ויוצר משוב משמעותי, וכתוצאה מכך משתנה מצב הפעולה ועכבת הכניסה של המנורה פוחתת, שעליה נטען המקור של מתח חילופין מוגבר. קיבולים בין-אלקטרודים עוזרים גם להפחית את התנגדות הכניסה של המנורה. בנוסף, קיבולים אלה, בעלי התנגדות קטנה מאוד בתדרי מיקרוגל, עלולים לגרום להופעת זרמים קיבוליים משמעותיים במנורות חזקות יותר, לחמם את הלידים מהאלקטרודות וליצירת הפסדי אנרגיה נוספים.

השפעת אינרציה של אלקטרונים. בשל העובדה שלאלקטרונים יש מסה, הם לא יכולים לשנות באופן מיידי את מהירותם ולעוף באופן מיידי את המרחק בין האלקטרודות. המנורה מפסיקה להיות התקן ללא אינרציה או אינרציה נמוכה. במיקרוגל מתבטאת האינרציה של אלקטרונים. האינרציה של התהליכים האלקטרוניים במנורה יוצרת הזזות פאזה מזיקים, מעוותת את צורת פעימות זרם האנודה וגורמת לזרמי רשת משמעותיים. התוצאה היא ירידה חדה בהתנגדות הכניסה של המנורה, עלייה בהפסדי האנרגיה במנורה, כמו גם ירידה בכוח השימושי.

כאשר בוחנים את פעולת המנורות, לשם הפשטות, רואים שהזרם במעגל של אלקטרודה נוצר עקב זרימת אלקטרונים שעפים בתוך המנורה אל האלקטרודה הזו. זרימת אלקטרונים זו נקראת זרם הסעה. הזרם במעגל החיצוני של כל אלקטרודת מנורה הוא זרם מושרה (אינדוקטיבי).

בצינורות אלקטרונים, תפקידו של מטען אינדוקטיבי נע ממלא את זרימת האלקטרונים המעופפים מאלקטרודה אחת לאחרת, כלומר, זרם ההסעה. זרמי הסעה בתוך המנורה תמיד מעוררים זרמים מושרים בחוטים החיצוניים המחוברים לאלקטרודות של המנורה. הזרם המושרה גדל עם עלייה במספר ובמהירות של אלקטרונים מעופפים, כמו גם עם ירידה במרחק בינם לבין אלקטרודה זו.

בעזרת זרם מושרה, ניתן להבין טוב יותר את המרת האנרגיה המתרחשת כאשר אלקטרונים נעים בשדה חשמלי. זרימת האלקטרונים המעופפים בתוך המנורה יוצרת זרם מושרה במעגל הסוללה, שכיוונו עולה בקנה אחד עם כיוון זרם ההסעה. במקרה של שדה מאיץ, הזרם המושרה העובר דרך הסוללה יהיה זרם הפריקה עבורה. הסוללה מתרוקנת, כלומר צורכת את האנרגיה שלה, המועברת לאלקטרונים מעופפים בעזרת שדה חשמלי ומגבירה את האנרגיה הקינטית שלהם. בשדה האטה, אלקטרונים נעים עקב האנרגיות הראשוניות שלהם. במקרה זה, הזרם המושרה, להיפך, יהיה זרם הטעינה של הסוללה, כלומר האלקטרונים בשדה המעכב מוותרים על האנרגיה שלהם, אשר מצטברת בסוללה.

48. התנגדות קלט ואיבוד כוח במנורות

שלב המגבר מאופיין בהגברת הספק K, המראה כמה פעמים ההספק מוגבר: K = Pout / Pin, כאשר Pout הוא הכוח השימושי שמספקת המנורה, ו-Pin הוא הכוח המסופק לכניסת המנורה.

עם ערך קטן של התנגדות הכניסה, ההספק יכול לגדול עד כדי כך שהמקדם ישתווה לאחד או אפילו פחות. ברור שזה לא מתאים להשתמש במגברים שמספקים הגברה של פחות מפי 2-3. עם המעבר למיקרוגל, עכבת הכניסה של מנורות קונבנציונליות יורדת בחדות ורווח הכוח קטן או אפילו נעדר. הירידה בהתנגדות הכניסה של מנורות מיקרוגל מוסברת על ידי התרחשותם של זרמים מושרים במעגל הרשת.

בהתאם ליחס בין זמן הטיסה ותקופת התנודה, היחס בין המרחקים של הקטעים "קתודה - רשת" ו"רשת - אנודה", ערכי המתח על האלקטרודות, התהליכים ב- טריודה יכולה להתרחש אחרת, אבל בכל מקרה, בגלל הביטוי של אינרציה של אלקטרונים במיקרוגל, התוצאות הן זרמים מושרה גדולים במעגל הרשת, המובילים לירידה חדה בהתנגדות הכניסה.

התוצאה הלא נעימה ביותר של האינרציה של תהליכים אלקטרוניים היא הופעתו של מרכיב פעיל בזרם הרשת. היא גורמת למנורה התנגדות אקטיבית לכניסה, אשר פוחתת עם הגדלת התדירות ומקטינה את רווח ההספק. התנגדות הכניסה הפעילה של המנורה מאפיינת את אובדן האנרגיה של מקור התנודה הכלול במעגל הרשת. במקרה זה, אנרגיה זו מועברת על ידי המרכיב הפעיל של הזרם המושרה ממקור התנודה אל השדה החשמלי ומועברת לאלקטרונים, המגדילים את האנרגיה הקינטית שלהם ומוציאים אותה על חימום האנודה. אם 1 המנורה פועלת בתדרים נמוכים יותר וניתן להזניח את זמן הטיסה, ואז במתח רשת הזרמים יהיו בעלי אותה צורה ומשך מלבניים כמו המתח, והם לא יוזזו בזמן זה ביחס לזה. מכיוון שזרמים אלה שווים והפוכים בכיוון, זרם הרשת הכולל הוא אפס. כתוצאה מכך, אין צריכת אנרגיה ממקור התנודה במקרה זה.

עם מתח חילופין סינוסואידי, כל התהליכים מסובכים יותר, אך במיקרוגל יתרחש בהכרח זרם מושרה פעיל במעגל הרשת, שיצירתו צורכת את האנרגיה של מקור התנודה. אנרגיה זו אובדת בסופו של דבר לחימום נוסף של האנודה והקתודה על ידי זרם ההסעה. ואכן, חצי הגל החיובי של מתח הרשת, המאיץ את האלקטרונים המעופפים מהקתודה, נותן להם אנרגיה נוספת, ובמהלך חצי המחזור השלילי של הרשת, הוא דוחה את האלקטרונים הנעים לעבר האנודה, והם גם מקבלים תוספת נוספת. אֵנֶרְגִיָה. כתוצאה מכך, אלקטרונים מפציצים את האנודה בכוח רב יותר, אשר מחומם בנוסף. בנוסף, אלקטרונים שלא עפו דרך הרשת, אלא פנו חזרה לקתודה, נדחים גם הם על ידי הרשת במהלך חצי המחזור השלילי ומקבלים אנרגיה נוספת. אלקטרונים אלה מפציצים את הקתודה הנוספת וגורמים לה להתחמם עוד יותר. כך, במהלך כל התקופה, מקור התנודה נותן אנרגיה לאלקטרונים, והם מוציאים אותה בהפצצת האנודה והקתודה.

הפסדי אנרגיה במנורות מיקרוגל מתרחשים לא רק בגלל האינרציה של אלקטרונים, אלא גם ממספר סיבות אחרות.

בשל אפקט פני השטח, ההתנגדות הפעילה של האלקטרודות והמובילים שלהן עולה. זרמים משמעותיים עוברים לאורך פני השטח של מוליכים מתכת, אשר יוצרים חימום חסר תועלת.

במיקרוגל, ההפסדים גדלים בכל הדיאלקטריים המוצקים שנמצאים תחת השפעת שדה חשמלי מתחלף.

49. טיסה קלסטר

עבור גלי סנטימטר, הוחל בהצלחה קליסטרונס, שעבודתו מבוססת על שינוי מהירות זרימת האלקטרונים.

במכשירים אלו, זמן טיסה משמעותי של אלקטרונים אינו מזיק, אלא הכרחי לפעולתו הרגילה של המכשיר. Klystrons הם מתפרש (שני תהודה ורב תהודה) מתאים להפקה והגברה של תנודות, וכן מחזיר אור (מהוד יחיד), עובד רק כמחוללים.

זרימת האלקטרונים מהקתודה לאנודה עוברת דרך שני זוגות של רשתות, שהם חלקים מהקירות של שני מהודים חללים. המהוד הראשון משמש כמעגל הקלט. תנודות מוגברות עם תדר מסופקות אליו בעזרת קו קואקסיאלי וסליל תקשורת. הרשתות שלו יוצרות אפנן שבו מהירות האלקטרון מווסתת.

המהוד השני משמש כמעגל פלט להגברת התנודות. האנרגיה שלהם נלקחת בעזרת סליל תקשורת וקו קואקסיאלי. מתח חיובי מופעל על שני המהודים ועל האנודה, מה שיוצר שדה האצה בין הרשת לקתודה, שבהשפעת האלקטרונים עפים לתוך המאפנן במהירות התחלתית משמעותית.

אם תנודות מוכנסות לתוך המהוד הראשון, אז קיים שדה חשמלי מתחלף בין הרשתות, שפועל על זרימת האלקטרונים ומשנה (מווסת) את מהירותו. באותו חצי מחזור, כאשר יש פוטנציאל חיובי ברשת השנייה, ופוטנציאל שלילי ברשת הראשונה, השדה בין הרשתות יאיץ והאלקטרונים העוברים דרך המאפנן יקבלו מהירות נוספת.

אלקטרונים בעלי מהירות גבוהה מדביקים את האלקטרונים הנעים במהירויות נמוכות יותר, וכתוצאה מכך זרימת האלקטרונים מתפרקת לקבוצות נפרדות וצפופות יותר של אלקטרונים - צרורות אלקטרונים. כלומר, בזכות אפנון זרימת האלקטרונים לפי מהירות במרחב הקיבוץ, מתקבל אפנון של זרימה זו לפי צפיפות.

רק אלקטרונים שעפים דרך המאפנן במהלך חצי תקופה אחת מקובצים. קיבוץ טוב אפשרי רק אם השינוי במהירות האלקטרונים בהשפעת שדה החילופין המאפנן אינו משמעותי בהשוואה למהירות שהם קיבלו ממתח האצה הקבוע. לכן, מתח ה-AC בין רשתות התהודה חייב להיות נמוך בהרבה ממתח ה-DC. קיבוץ האלקטרונים לחבורה חוזר על עצמו במהלך חצי תקופה אחת.

לאחר נקודת הריכוז הגדולה ביותר של זרימת האלקטרונים, האלקטרונים מתפצלים שוב.

צרורות אלקטרונים עפות דרך המהוד השני כאשר השדה החשמלי בו מתעכב. האלקטרונים שעברו דרך המהוד השני פגעו באנודה ומחממים אותה. חלק מהאלקטרונים פגעו גם ברשתות התהודה.

אם זרימת האלקטרונים לא הייתה מווסתת, אז היא לא הייתה יכולה לשמור על תנודות במהוד השני.

Klystrons כפול חלל משמשים כמגברים במשדרי מיקרוגל, וההספק השימושי שלהם בפעולה רציפה יכול להגיע עד עשרות קילוואט, ובמצב פולס - עד עשרות מגה וואט. ככל שאורך הגל מתקצר, עוצמת המשדרים פוחתת.

כדי להגביר אותות חלשים במקלטים, קליסטרון מועיל מעט, מכיוון שהם יוצרים רעשים פנימיים גדולים.

50. מנורות גל נסיעה והיפוך

חסרונות הטמונים בקליסטרון, מסולק במנורת גל נוסע (TWT). הרווח והיעילות ב-TWT יכולים להיות הרבה יותר גבוהים מאשר בקליסטרון. זה מוסבר על ידי העובדה שזרימת האלקטרונים ב-TWT מקיימת אינטראקציה עם שדה חשמלי מתחלף על פני קטע גדול מהנתיב שלו ומוותרת על חלק משמעותי מהאנרגיה שלו כדי ליצור תנודות משופרות. זרימת האלקטרונים ב-TWT חלשה הרבה יותר מאשר בקליסטרון, ולכן רמת הרעש נמוכה יחסית. פס התדרים יכול להיות גדול מאוד, מכיוון שאין מערכות תנודות ב-TWT. רוחב הפס אינו מוגבל על ידי המנורה עצמה, אלא על ידי מכשירים נוספים שונים המשמשים לחבר את המנורה עם מעגלים חיצוניים ולתאם את האלמנטים הבודדים של התקנים נוספים אלה זה עם זה. למנורות גל נוסע לתדרים בסדר גודל של אלפי מגה-הרץ יש פס תדרים של תנודות משודרות בסדר גודל של מאות מגה-הרץ, שמספיק למדי עבור מכ"ם וכל סוגי תקשורת הרדיו המודרנית. LBV מסודרים כך. בחלק השמאלי של הגליל המוארך, מוצב זרקור אלקטרוני, בעל קתודה מחוממת, אלקטרודת מיקוד ואנודה. אלומת האלקטרונים שנוצרת על ידי המקרן האלקטרוני עוברת הלאה בתוך ספירלת החוטים, הממלאת את התפקיד של החוט הפנימי של הקו הקואקסיאלי. החוט החיצוני של הקו הזה הוא צינור מתכת. הספירלה קבועה על מבודדים מיוחדים. סליל מיקוד המופעל באמצעות זרם ישר משמש לדחיסת קרן האלקטרונים לכל אורכה. במקום סליל מיקוד, ניתן להשתמש גם במגנטים קבועים. מאחר ומערכות מיקוד מגנטי מגושמות מאוד, פותחו שיטות אלקטרוסטטיות למיקוד קרן אלקטרונים ב-TWT, כלומר, מיקוד באמצעות שדה חשמלי.

ב-TWT עבור אורכי גל קצרים יותר של סנטימטר, הסליל מוחלף על ידי סוגים אחרים של מערכות ממתן, מכיוון שקשה ליצור סליל קטן מאוד. מערכות מעכבות אלו הן מובילי גל בעיצוב זיגזג מורכב או בעלות קירות דמויי מסרק. לאורך מוליכי גל כאלה, אלומת האלקטרונים מועברת בקו ישר, והגל האלקטרומגנטי מתפשט במהירות מופחתת. מערכות דומות של גלים איטיים משמשות גם ב-TWT עם הספק גבוה, מכיוון שהסליל אינו יכול לעמוד בפיזור הספק גבוה בו.

עקרונות הפעולה של ה-TWT שימשו בסיס ליצירת צינור גל לאחור (BWO), הנקרא לפעמים גם קרצינוטרון. מנורה זו, בניגוד ל-TWT, מיועדת רק ליצירת גלים בסנטימטר וקצרים יותר. ב-BWOs משתמשים גם במערכות גל איטי של מוליכי גל, כמו ב-TWTs, אבל הגל וקרן האלקטרונים נעים זה לכיוון השני. התנודות החלשות הראשוניות ב-BWO מתקבלות מהתנודות של קרן האלקטרונים, לאחר מכן הן מוגברות ומתרחשת היצירה. על ידי שינוי המתח הקבוע שיוצר את אלומת האלקטרונים, ניתן לבצע כוונון אלקטרוני של ה-BWO בטווח תדרים רחב מאוד. BWTs בעלי הספק נמוך נוצרו עבור תדרים של עשרות אלפי מגה-הרץ, עם הספק שימושי של תנודות שנוצרו עד עשרות שברי וואט ביעילות בסדר גודל של אחוזים בודדים. עבור תדרים של עד 10 מגה-הרץ, פותחו BWOs עם הספק שימושי של עשרות קילוואט בפעולה רציפה ומאות קילוואט בפעולה פעימה.

מחולל BWO של הספק נמוך ובינוני עם אלומת אלקטרונים ישרה נקראים קרצינוטרונים מסוג 0. עבור הספקים גבוהים משתמשים ב-BWO, המכונים קרצינוטרונים מסוג M, בהם אלומת האלקטרונים נעה במעגל בהשפעת שדה מגנטי. מערכת העיכוב במנורות אלו ממוקמת סביב ההיקף, והשדה המגנטי הרוחבי נוצר על ידי מגנט קבוע באותו אופן כמו במגנטרון.

51. מושגים כלליים על חשמל ותאוריה אלקטרונית

במשך זמן רב הייתה דעה שאטומים הם חלקים ראשוניים, בלתי ניתנים לפירוק ובלתי משתנים של כל גופי הטבע, ומכאן השם "אטום", שפירושו ביוונית "ניתן לחלוקה". בסוף המאה התשיעית, העברת זרם חשמלי במתח גבוה דרך צינור עם גז נדיר ביותר, הבחינו פיזיקאים בזוהר ירקרק בזכוכית הצינור, שנגרם על ידי פעולת קרניים בלתי נראות. הנקודה הזוהרת הייתה ממוקמת מול האלקטרודה המחוברת לקוטב השלילי של מקור הזרם (קתודה). לכן, הקרניים נקראות קתודי. בהשפעת שדה מגנטי, הנקודה הזוהרת זזה הצידה. קרני קתודה התנהגו באותו אופן כמו מוליך נושא זרם בשדה מגנטי. הסטת הכתם הירקרק התרחשה גם בהשפעת השדה החשמלי, כאשר הגוף הטעון חיובי מושך את הקרניים, והגוף בעל המטען השלילי דוחה אותן. זה הוביל לרעיון שקרני הקתודה עצמן הן זרם של חלקיקים שליליים - אלקטרונים.

הפיזיקה הקלאסית רואה את ההבדל בין דיאלקטריים למוליכים בעובדה שבדיאלקטריק כל האלקטרונים מוחזקים בחוזקה ליד גרעין האטום. במוליכים, להיפך, הקשר בין האלקטרונים לגרעין האטום חזק ויש מספר רב של אלקטרונים חופשיים, שתנועתם המסודרת גורמת לזרם חשמלי. הפיזיקה הקלאסית מאפשרת כל ערך של האנרגיה של האטום, ורואה את השינוי באנרגיה של האטום להתרחש ברציפות בחלקים קטנים באופן שרירותי. עם זאת, חקר הספקטרום האופטי של יסודות ותופעות הקשורות לאינטראקציה של אטומים עם אלקטרונים מצביע על האופי הרציף של האנרגיה הפנימית של אטומים. הפיזיקה האטומית והמולקולרית מוכיחה שהאנרגיה של אטום אינה יכולה להיות כל שהיא ולוקחת רק ערכים די מסוימים האופייניים לכל אטום. הערכים האפשריים של האנרגיה הפנימית של אטום נקראים אנרגיה או רמות קוונטיות. רמות אנרגיה שאטום אינו יכול להחזיק נקראות רמות אסורות.

ישנם מספר חלקיקים אלמנטריים: פרוטונים ונויטרונים, מזוונים חיוביים ושליליים, אלקטרונים, פוזיטרונים, ניטרינו ואנטי פרוטונים.

תופעות חשמל ידועות לאנשים כבר זמן רב מאוד (שפשוף ענבר עם בד). גופים המסוגלים להוליך מטענים חשמליים נקראים מוליכים חשמליים. גופים שמוליכים חשמל בצורה גרועה מאוד נקראים לא מוליכים, מבודדים או דיאלקטריים.

הבחינו שגופים מחושמלים נמשכים זה לזה או דוחים זה את זה. כתוצאה מחשמול של גופים שונים מתקבלים שני סוגי חשמל. באופן קונבנציונלי, סוג אחד של חשמל נקרא חיובי, והשני שלילי. כתוצאה מכך, גופים טעונים בחשמל באותו שם דוחים זה את זה, וגופים טעונים בחשמל באותו שם מושכים זה את זה.

חשמל הוא תכונה של חומר (צורה מיוחדת של תנועה של חומר), שיש לה אופי כפול ומתגלה בחלקיקי חומר יסודיים (חשמל חיובי בפרוטונים, פוזיטרונים ומזונים, חשמל שלילי באלקטרונים, אנטי-פרוטונים או מזנונים).

52. חוק קולומב. שדה חשמלי

שני גופים מחושמלים פועלים זה על זה בכוח פרופורציונלי לכמות המטען או כמות החשמל על הגופים הללו ובפרופורציה הפוך לריבוע המרחק בין הגופים, אם הממדים הנכונים של הגופים הללו קטנים בהשוואה למרחק שבין הגופים. אוֹתָם. תלות זו של כוח האינטראקציה בגודל המטענים והמרחק ביניהם נקבעה באופן אמפירי על ידי פיזיקאי תליון. מחקרים מאוחרים יותר הראו שעוצמת האינטראקציה בין מטענים תלויה גם בסביבה שבה נמצאים המטענים.

הניסויים הובילו את קולומב לקבוע את החוק הבא: שני מטענים נקודתיים פיזיקליים q1 ו-q2, הנמצאים בתווך הומוגני עם חדירות חשמלית יחסית e במרחק r, פועלים זה על זה בכוח F פרופורציונלי למכפלת המטענים הללו. ביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם. מטענים נקודתיים פיזיים נקראים אם הממדים שלהם קטנים בהשוואה למרחק ביניהם. לנוסחה של קולומב יש את הצורה: F =(q1q2)/(4??·?0r 2), כאשר ?0=8,85 · 10-12F/m היא החדירות החשמלית של הריק. ? - חדירות חשמלית יחסית. הוא מראה כמה פעמים, בהיותם שווים, כוח האינטראקציה בין שני מטענים בכל תווך קטן מאשר בחלל ריק. היתריות חשמלית יחסית היא כמות חסרת מימד.

עוצמת השדה החשמלי מוערכת על פי הכוחות המכניים שבהם פועל השדה על גופים טעונים. מאחר שלפי חוק קולומב, כוח האינטראקציה בין מטענים בתווך נתון תלוי בגודל המטענים ובמרחק ביניהם, אז הכוח המכני שבו פועל השדה ברגע נתון של מרחב על יחידה חיובית. מטען שהוצב בנקודה זו נלקח כמדד כמותי של השדה. ערך זה נקרא עוצמת השדה החשמלי ומסומן ב-E. לפי ההגדרה של E=F/q. משווים אחד מהמטענים בנוסחת קולומב לאחדות, נקבל ביטוי לעוצמת השדה E בנקודה מרוחקת במרחק r מהמטען הנקודתי הפיזי: E = q/(4???0r2), ועבור ריק, שבו החדירות החשמלית היחסית שווה לאחד: Е = q/(4??0r 2).

יחידת מדידת המתח היא V/m.

שדה חשמלי שעוצמתו בנקודות שונות בחלל זהה בגודלה ובכיווןו נקרא שדה אחיד.

כאשר לומדים תופעות פיזיקליות שונות, יש להתמודד עם כמויות סקלריות ווקטוריות.

מטען חשמלי חיובי המוכנס לשדה של גוף כדורי טעון חיובי, מרוחק ממטענים אחרים, יידחה בקו ישר, שהוא המשך לרדיוס הגוף הטעון. על ידי הצבת מטען חשמלי בנקודות שונות בשדה של כדור טעון וציון מסלולי המטען בפעולת הכוחות החשמליים שלו, אנו מקבלים סדרה של קווים ישרים רדיקליים המתפצלים לכל הכיוונים. קווים דמיוניים אלו שלאורכם נוטה לנוע מטען חיובי ללא אינרציה המוכנס לשדה חשמלי נקראים קווי כוח חשמליים. ניתן לצייר כל מספר של קווי כוח בשדה חשמלי. בעזרת קווים גרפיים, אתה יכול לתאר בצורה גרפית לא רק את הכיוון, אלא גם את עוצמת השדה החשמלי בנקודה נתונה.

כמות החשמל ליחידת משטח של גוף טעון נקראת צפיפות פני השטח של המטען החשמלי. זה תלוי בכמות החשמל על הגוף, כמו גם בצורת פני השטח של המוליך.

53. מנצח ודיאלקטרי בתחום החשמלי

אם מוליך מבודד לא טעון מוכנס לשדה חשמלי, אז כתוצאה מפעולת כוחות השדה החשמלי במוליך, מטענים חשמליים מופרדים. האלקטרונים החופשיים של המוליך ינועו בכיוון המנוגד לכיוון השדה החשמלי. כתוצאה מכך, בקצה המוליך הפונה אל הכדור הטעון, יהיה עודף של אלקטרונים הגורם למטען שלילי של קצה זה, ובקצה השני של המוליך יהיה חוסר אלקטרונים, הגורם למטען חיובי. תשלום של חלק זה של המנצח.

הפרדת המטענים על מוליך בהשפעת גוף טעון נקראת חשמול באמצעות השפעה, או אינדוקציה אלקטרוסטטית, ומטענים על מוליך נקראים מטענים מושרים. ככל שהמוליך מתקרב לכדור הטעון, מספר המטענים המושרים על המוליך גדל. השדה החשמלי של כדור טעון משתנה ברגע שיש בו מוליך. קווי הכוח החשמליים של הכדור, שבעבר התפצלו באופן שווה וקיצוני, יתכופפו כעת לעבר המוליך. מכיוון שההתחלות והקצוות של קווי הכוח החשמליים הם המטענים החשמליים השוכנים על פני המוליכים, אז, החל על פני השטח עם מטענים חיוביים, קו הכוח מסתיים על פני השטח במטענים שליליים. שדה חשמלי לא יכול להתקיים בתוך מוליך. אחרת, יהיה הבדל פוטנציאל בין נקודות בודדות של המוליך, תנועת המטענים תתרחש במוליך (זרם הולכה) עד שבגלל חלוקה מחדש של המטענים, הפוטנציאלים של כל הנקודות של המוליך יהיו שווים.

זה משמש כאשר הם רוצים להגן על המוליך מפני השפעת שדות חשמליים חיצוניים. לשם כך, המוליך מוקף במוליך אחר, עשוי בצורה של משטח מתכת מוצק או רשת תיל עם חורים קטנים. המטענים המושרים הנוצרים על המוליך כתוצאה מהשפעת שדה טעון עליו ניתנים להפרדה זה מזה על ידי שבירת המוליך לשניים.

דיאלקטרי שונה ממוליך בהיעדר אלקטרונים חופשיים. האלקטרונים של אטומים דיאלקטריים קשורים בחוזקה לגרעין האטום.

דיאלקטרי המוכנס לשדה חשמלי, כמו מוליך, מחושמל באמצעות השפעה. עם זאת, יש הבדל משמעותי בין חשמול של מוליך לדיאלקטרי. אם במוליך, בהשפעת הכוחות של שדה חשמלי, אלקטרונים חופשיים נעים בכל נפח המוליך, אז בדיאלקטרי, תנועה חופשית של מטענים חשמליים לא יכולה להתרחש. אבל בתוך מולקולה דיאלקטרית אחת, מטען חיובי עובר לאורך כיוון השדה החשמלי ומטען שלילי בכיוון ההפוך. כתוצאה מהשפעתו של גוף טעון, יתעוררו מטענים חשמליים על פני השטח של הדיאלקטרי. תופעה זו נקראת קיטוב דיאלקטרי. ישנם שני סוגים של דיאלקטריות. 1. למולקולה במצב ניטרלי יש מטענים חיוביים ושליליים כל כך קרובים זה לזה עד שהפעולה שלהם מתוגמלת הדדית. בהשפעת שדה חשמלי, מטענים חיוביים ושליליים בתוך המולקולה מוזזים מעט זה ביחס לזה, ויוצרים דיפול. 2. מולקולות ובהיעדר שדה חשמלי יוצרות דיפולים. דיאלקטריות כאלה נקראות קוטביות.

הצורך בבחירה נכונה של גודל חוזק השדה החשמלי בדיאלקטרי הוביל ליצירת תורת החוזק החשמלי, החשובה לטכנולוגיית מתח גבוה מודרנית.

54. חומרי בידוד חשמליים עיקריים

אזבסט - מינרל בעל מבנה סיבי. אורך הסיב הוא מעשרה שברי מילימטר ועד כמה סנטימטרים. אסבסט משמש לייצור חוט, סרט, בדים, נייר, קרטון וכו'. איכות חשובה היא עמידות החום הגבוהה שלו. חימום עד 300-400° אינו משנה את תכונות האסבסט. בשל המוליכות התרמית הנמוכה שלו, האסבסט משמש כבידוד תרמי בטמפרטורות גבוהות. לאסבסט יש היגרוסקופיות, אשר פוחתת כאשר הוא ספוג שרפים, ביטומן וכו'. תכונות הבידוד החשמלי של האסבסט נמוכות. לכן, זה לא ישים במתחים גבוהים.

נָטָף - שרף שביר בצבע צהוב בהיר או חום, המתקבל על ידי עיבוד שרף של עצים מחטניים. רוזין מתמוסס בשמני נפט, פחמימנים נוזליים, שמנים צמחיים, אלכוהול, טרפנטין. נקודת הריכוך של רוזין היא 50-70 מעלות צלזיוס. משמש להכנת מסות הספגה ומילוי.

שעוות פרפין - חומר שעווה המופק מנפט. פרפין מטוהר היטב הוא חומר גבישי לבן. הוא משמש להספגה של עץ, נייר, חומרים סיביים, למילוי סלילים ושנאים בתדר גבוה, להכנת תרכובות בידוד.

נָצִיץ - מינרל בעל מבנה גבישי. בשל המבנה שלו, הוא מתפצל בקלות לעלים בודדים. יש לו חוזק חשמלי גבוה, עמידות בחום גבוהה, עמידות לחות, חוזק מכני וגמישות. משתמשים בשני סוגים של נציץ: מוסקוביט ופלוגופיט, הנבדלים זה מזה בהרכב, צבע ותכונות. Muscovite הוא הנציץ הטוב ביותר. על עלי נציץ מוטבעות לוחות מלבניים לקבלים, דסקיות למכשירי חשמל וכו'.

טקסטוליט - פלסטיק, שהוא בד רב שכבתי ספוג בשרף רזול ונלחץ בלחץ גבוה ב-150 אינץ'. תכונות חיוביות: שבירות נמוכה, איכויות מכניות גבוהות, עמידות בפני שחיקה. איכויות שליליות: תכונות חשמליות גרועות, עמידות רטיבות נמוכה, יקר יותר.

סִיב עשוי מנייר נקבובי שטופל בתמיסת אבץ כלוריד. טוב לעיבוד מכני. החיסרון הגדול הוא היגרוסקופיות שלו. סיבים נפגעים על ידי חומצות ואלקליות. חלקים קטנים, אטמים, מסגרות סליל עשויים ממנו. הסיב הדק נקרא leteroid.

Ceresin מתקבל על ידי זיקוק מינרל שעווה - אוזוקריט או פטרולאטום. יש לו נקודת התכה מוגברת (65-80°) ועמידות מוגברת בפני חמצון. משמש להספגה של קבלי נייר, הכנת תרכובות בידוד וכו'.

שלאק - שרף טבעי של צמחים טרופיים, נקודת ההיתוך שלו היא 100-200 מעלות. יש לו מראה של קשקשים צהבהבים או חומים, מסיסים בקלות באלכוהול. הוא משמש להכנת תרכובות מילוי, לכות בידוד ודביקות, הספגה של סרטי בידוד.

צִפחָה - פצלי, בעל מבנה שכבות. לא היגרוסקופי, ניתן לעיבוד בקלות. הוא משמש לייצור לוחות, שומרים למתגי סכינים וכו'.

אבוניט (גומי קשה) מתקבל מגומי על ידי הוספת 20-50% גופרית אליו. מיוצר בצורה של יריעות (לוחות), מקלות וצינורות, הוא מתאים את עצמו היטב לעיבוד שבבי. הוא משמש בטכניקה של זרמים חלשים, חוטים נמשכים לתוך צינורות אבוניט כאשר הם עוברים דרך קירות ועם חיווט נסתר.

55. המושג זרם חשמלי. חוק אוהם

תנועה של אלקטרונים דרך מוליך נקראת זרם חשמלי. בהנדסת חשמל מקובל להתייחס לכיוון הזרם מנוגד לכיוון התנועה של אלקטרונים במוליך. במילים אחרות, כיוון הזרם נחשב כתואם לכיוון התנועה של מטענים חיוביים. אלקטרונים אינם עוברים את כל אורך המוליך בתנועתם. להיפך, הם עוברים מרחקים קצרים מאוד לפני התנגשות באלקטרונים, אטומים או מולקולות אחרים. המרחק הזה נקרא הנתיב החופשי הממוצע של אלקטרונים. לא ניתן לצפות ישירות בחשמל. ניתן לשפוט את מעבר הזרם רק לפי הפעולות שהוא מייצר. סימנים שלפיהם קל לשפוט את נוכחותו של זרם:

1) הזרם, העובר דרך תמיסות של מלחים, אלקליות, חומצות, כמו גם דרך מלחים מותכים, מפרק אותם לחלקים המרכיבים אותם;

2) המוליך שדרכו עובר הזרם החשמלי מחומם;

3) זרם חשמלי, העובר דרך המוליך, יוצר סביבו שדה מגנטי.

המתקן החשמלי הפשוט ביותר מורכב ממקור (תא גלווני, סוללה, גנרטור וכו'), צרכנים או מקלטי אנרגיה חשמלית (מנורות ליבון, תנורי חימום חשמליים, מנועים חשמליים וכו') ומחוטים מחברים את המהדקים של מקור המתח ל מהדקים של הצרכן.

זרם שאינו משתנה בגודלו או בכיווןו נקרא זרם ישר. זרם חשמלי ישיר יכול לזרום רק דרך מעגל חשמלי סגור. מעגל פתוח בכל מקום גורם להפסקת הזרם החשמלי. זרם ישר מסופק על ידי תאים גלווניים, סוללות, גנרטורים DC, אם תנאי ההפעלה של המעגל החשמלי אינם משתנים.

מטען עובר בחתך הרוחב של המוליך בזמן מסוים. עוצמת הזרם העובר דרך חתך המוליך לאורך זמן היא: I = q / t. היחס בין הזרם I לשטח החתך של המוליך Z נקרא צפיפות הזרם ומסומן ב-?. ?=I/S; צפיפות הזרם נמדדת ב-A/m2.

כאשר מעגל חשמלי סגור, שעל המסופים שלו יש הפרש פוטנציאלים, נוצר זרם חשמלי. אלקטרונים חופשיים בהשפעת כוחות שדה חשמליים נעים לאורך המוליך. בתנועתם, האלקטרונים מתנגשים באטומים של המוליך ונותנים להם רזרבה של האנרגיה הקינטית שלהם. מהירות התנועה של אלקטרונים משתנה כל הזמן: כאשר אלקטרונים מתנגשים באטומים, מולקולות ואלקטרונים אחרים, היא פוחתת, ואז עולה בהשפעת שדה חשמלי ושוב יורדת עם התנגשות חדשה. כתוצאה מכך נוצרת זרימה אחידה של אלקטרונים במוליך במהירות של מספר שברירי סנטימטר לשנייה. כתוצאה מכך, אלקטרונים העוברים דרך מוליך תמיד נתקלים בהתנגדות מצדו לתנועתם. כאשר זרם חשמלי עובר דרך מוליך, האחרון מתחמם.

ההתנגדות החשמלית R של מוליך היא התכונה של גוף או תווך להמיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה תרמית כאשר זרם חשמלי עובר דרכו. R = ? l / S, כאשר ? היא ההתנגדות הספציפית של המוליך, l הוא אורך המוליך.

הזרם בקטע מעגל עומד ביחס ישר למתח באותו קטע וביחס הפוך להתנגדות של אותו קטע. תלות זו ידועה כחוק אוהם והיא מתבטאת בנוסחה: I = U/R. זרם זורם לא רק דרך החלק החיצוני של המעגל, אלא גם דרך הפנימי. EMF (E) של המקור הולך לכסות את הפסדי המתח הפנימיים והחיצוניים במעגל. חוק אוהם לכל המעגל: I = E / (R + r), כאשר R היא ההתנגדות של החלק החיצוני של המעגל, r היא ההתנגדות של החלק הפנימי של המעגל.

56. חיבור מנצחים ביניהם. החוק הראשון של קירכהוף

מוליכים בודדים של מעגל חשמלי יכולים להיות מחוברים זה לזה בסדרה, במקביל ומעורב.

חיבור טורי מוליכים הוא חיבור כזה כאשר הקצה של המוליך הראשון מחובר לתחילת השני, הקצה של המוליך השני מחובר לתחילתו של השלישי וכו'. ההתנגדות הכוללת של המעגל, המורכבת ממספר סדרות- מוליכים מחוברים, שווה לסכום ההתנגדויות של מוליכים בודדים: R \u1d R2 + R3 + R1 +. +R||. הזרם בקטעים נפרדים של המעגל הסדרתי זהה: I2 = I3= I1=I. מפל המתח הוא פרופורציונלי להתנגדות של קטע נתון. המתח הכולל של המעגל שווה לסכום נפילות המתח בחלקים בודדים של המעגל: u \u2d u3 + UXNUMX + UXNUMX.

חיבור מקביל מוליכים נקראת התנגדות כזו כאשר ההתחלה של כל המוליכים מחוברים לנקודה אחת, וקצוות המוליכים מחוברים לנקודה אחרת. תחילת המעגל מחובר לקוטב אחד של מקור המתח, וקצה המעגל מחובר לקוטב השני.

עם חיבור מקביל של מוליכים למעבר זרם, ישנן מספר דרכים. הזרם הזורם לנקודת ההסתעפות מתפשט לאורך שלוש התנגדויות ושווה לסכום הזרמים היוצאים מנקודה זו: I= I1+ I2+ I3.

אם הזרמים המגיעים לנקודת ההסתעפות נחשבים חיוביים, ואלה היוצאים - שליליים, אז עבור נקודת ההסתעפות נוכל לכתוב: ?Iк = 0 (k לוקח ערכים מ-1 עד n), כלומר הסכום האלגברי של זרמים עבור כל נקודה צמתית של המעגל תמיד שווה לאפס. יחס זה המחבר את הזרמים בכל נקודה בענף המעגל נקרא החוק הראשון של קירכהוף. בדרך כלל, בעת חישוב מעגלים חשמליים, כיווני הזרמים בענפים המחוברים לכל נקודת הסתעפות אינם ידועים. לכן, על מנת להיות מסוגל לרשום את משוואת החוק הראשון של קירכהוף, לפני שמתחילים לחשב את המעגל, יש צורך לבחור באופן שרירותי את הכיוונים החיוביים כביכול של זרמים בכל ענפיו ולציין אותם באמצעות חיצים בתרשים. .

באמצעות חוק אוהם, ניתן לגזור נוסחה לחישוב ההתנגדות הכוללת כאשר צרכנים מחוברים במקביל.

סך הזרם המגיע לנקודה הוא: I = U/R. הזרמים בכל אחד מהענפים הם: I1 = U1 /R1; I2= U2 /R2; I3= U3 /R3.

לפי החוק הראשון של קירכהוף, I = I1+I2+I3 או U/R= U/R1+U/R2+U/R3.

אם ניקח את U בצד ימין של השוויון מתוך סוגריים, נקבל: U/R = U(1/R1 + 1 /R2+ 1/R3).

צמצום שני הצדדים של המשוואה ב-U, נקבל את הנוסחה לחישוב המוליכות הכוללת: 1 /R=1/R1+1/r2+ 1/R3.

כך, בחיבור מקביל, לא ההתנגדות גדלה, אלא המוליכות.

כשמחשבים את סך ההתנגדות ההסתעפות, היא תמיד מתבררת כפחותה מההתנגדות הקטנה ביותר הכלולה בהסתעפות.

אם ההתנגדויות המחוברות במקביל שוות זו לזו, ההתנגדות הכוללת R שווה להתנגדות של ענף אחד R1 חלקי מספר הענפים n: R \u1d RXNUMX / n.

חיבור מעורב של מוליכים הוא חיבור שבו יש גם חיבורים טוריים וגם מקבילים של מוליכים בודדים.

57. חוק קירכהוף שני. שיטת שכבת-על

כאשר מחשבים מעגלים חשמליים, נתקלים לעתים קרובות במעגלים היוצרים לולאות סגורות. ההרכב של מעגלים כאלה, בנוסף להתנגדות, עשוי לכלול גם כוחות אלקטרו-מוטיביים. שקול קטע של מעגל חשמלי מורכב. הקוטביות של כל EMFs נתונה.

אנו בוחרים באופן שרירותי את הכיוונים החיוביים של הזרמים. אנו מקיפים את קווי המתאר מנקודה A בכיוון שרירותי, למשל, בכיוון השעון. שקול את סעיף AB. באזור זה מתרחשת ירידה בפוטנציאל (זרם זורם מנקודה בעלת פוטנציאל גבוה יותר לנקודה בעלת פוטנציאל נמוך יותר).

בסעיף AB: ?A + E1 - I1R1=?B.

באתר BV: ?B - E2 - I2R2 = ?C.

בקטע VG: ?B = I3R3 + E3 = ?G.

באתר HA: ?G - I4R4 = ?אבל.

הוספת איבר אחר איבר את ארבע המשוואות לעיל, נקבל:

?A + E1- I1R1 + ?B - E2 - I2R2 + ?B - I3R3 + E3 + ?G- I4R4 - ?B + ?B + ?G + ?A או E1 - I1R1 - E2 - I2R2 - I3R3 + E3 - I4R4 = 0.

העברת IR המוצר לצד ימין, נקבל: Ё1 - Ё2 + Ё3 = I1R1 + I2R2 + I3R3 + I4R4.

ביטוי זה הוא השני חוק קירכהוף. הנוסחה מראה שבכל מעגל סגור הסכום האלגברי של הכוחות האלקטרו-מוטוריים שווה לסכום האלגברי של נפילות המתח.

שיטת השכבה משמשת לחישוב מעגלים חשמליים בעלי מספר EMFs. המהות של שיטת הסופרפוזיציה היא שהזרם בכל חלק של המעגל יכול להיחשב כמורכב ממספר זרמים חלקיים הנגרמים על ידי כל EMF בודד, כאשר שאר ה-EMF נלקח שווה לאפס.

בבעיות, יש שרשראות שיש להן רק שתי נקודות צמתים. ניתן לכלול מספר שרירותי של ענפים בין נקודות הצמתים. החישוב של מעגלים כאלה מפושט מאוד על ידי שימוש בשיטת המתח הצמתים.

ו-\u1d (E1d2 + E2d3 + E3d1) / (d2 + d3 + d4 + dXNUMX).

המונה של נוסחת המתח הצמתים מייצג את הסכום האלגברי של תוצרי ה-EMF של הענפים. במכנה של הנוסחה ניתן סכום המוליכות של כל הענפים. אם ל-EMF של ענף כלשהו יש כיוון הפוך לזה המצוין בתרשים, אז הוא נכלל בנוסחה של המתח הצמתים עם סימן מינוס.

שיטת זרם הלולאה משמשת לחישוב מעגלים חשמליים מורכבים עם יותר משני זרמים צמתים. מהות השיטה נעוצה בהנחה שלכל מעגל יש זרם משלו. ואז, באזורים המשותפים הממוקמים על הגבול של שני מעגלים סמוכים, יזרום זרם השווה לסכום האלגברי של הזרמים של המעגלים הללו.

58. אלקטרוליזה. חוקי פרדיי הראשון והשני

הזרם, העובר דרך מוליכים הנוזלים, מפרק אותם לחלקים המרכיבים אותם. לכן, מוליכים נוזל נקראים אלקטרוליטים. פירוק האלקטרוליטים תחת פעולת זרם חשמלי נקרא הַפרָדָה חַשְׁמָלִית. אלקטרוליזה מבוצעת באמבטיות ציפוי. אמבטיה גלוונית הוא כלי שבו יוצקים נוזל - אלקטרוליט, אשר נתון לפירוק על ידי זרם.

שתי לוחות (למשל, פחמן) מורידים לכלי עם אלקטרוליט, שישמש כאלקטרודות. אנו מחברים את הקוטב השלילי של מקור ה-DC לאלקטרודה אחת (קתודה), ואת הקוטב החיובי לאלקטרודה השנייה (אנודה) וסוגרים את המעגל. תופעת האלקטרוליזה תלווה בשחרור של חומר על האלקטרודות. במהלך האלקטרוליזה, מימן ומתכות משתחררים תמיד בקתודה. מכאן נובע שמקור הזרם דרך מוליכים נוזליים קשור לתנועה של אטומים של החומר.

מולקולה ניטרלית של חומר, הנכנסת לממס, מתפרקת (מתפרקת) לחלקים - יונים הנושאים מטענים חשמליים שווים והפוכים. זה מוסבר על ידי העובדה שכוח האינטראקציה בין מטענים הממוקמים במדיום עם היתריות חשמלית e פוחת פי e. לכן, הכוחות הקושרים מולקולה של חומר הנמצאת בממס בעל חדירות חשמלית גבוהה נחלשים ודי בהתנגשויות התרמיות של המולקולות כדי שהן יתחילו להתחלק ליונים, כלומר. ה. להתנתק.

יחד עם פירוק מולקולות בתמיסה, מתרחש התהליך ההפוך - איחוד יונים מחדש למולקולות ניטרליות (מוליזציה).

חומצות מתפרקות ליוני מימן טעונים חיובית וליוני מטען שלילי של שאריות החומצה. אלקליים מתפרקים ליוני מתכת וליוני שאריות מים. מלחים מתפרקים ליוני מתכת וליוני שאריות חומצה.

אם מופעל מתח קבוע על האלקטרודות, נוצר שדה חשמלי בין האלקטרודות. יונים טעונים חיוביים ינועו לעבר הקתודה, יונים טעונים שלילי ינועו לעבר האנודה. בהגיעם לאלקטרודות, היונים מנוטרלים.

תופעת האלקטרוליזה נחקרה מנקודת מבט כמותית ואיכותית על ידי פאראדיי. הוא קבע שכמות החומר המשתחררת במהלך האלקטרוליזה על האלקטרודות היא פרופורציונלית לזרם ולזמן המעבר שלו, או, במילים אחרות, לכמות החומר הזורמת דרך האלקטרוליט. זהו החוק הראשון של פאראדיי.

אותו זרם, העובר באותו זמן דרך אלקטרוליטים שונים, משחרר כמויות שונות של חומר על האלקטרודות. כמות החומר במיליגרם המשתחררת באלקטרודה עם זרם של 1A למשך 1 שניות נקראת המקבילה האלקטרוכימית והיא מסומנת ב. החוק הראשון של פאראדיי מתבטא בנוסחה: m=a/t.

המקבילה הכימית (m) של חומר היא היחס בין משקל אטומי (A) לבין ערכיות (n): m = A / n. החוק השני של פאראדיי מראה באילו תכונות של חומר תלוי ערכו של המקבילה האלקטרוכימית שלו.

אלקטרוליזה מצאה יישום רחב בהנדסה. 1. ציפוי מתכות בשכבה של מתכת אחרת באמצעות אלקטרוליזה (אלקטרוליזה). 2. השגת עותקים מחפצים באמצעות אלקטרוליזה (אלקטרוליזה). 3. זיקוק (טיהור) של מתכות.

59. סוללות

כדי להפעיל מעגלי בקרה, התקני הגנה, איתות, אוטומציה, תאורת חירום, כוננים וסלילי אחיזה של מתגים מהירים, מנגנוני עזר בתחנות כוח ותחנות משנה, חייב להיות מקור כזה של אנרגיה חשמלית, שהפעלתו לא תהיה תלויה. על מצב היחידות העיקריות של תחנת הכוח או תחנת המשנה. מקור אנרגיה זה חייב להבטיח פעולה רציפה ומדויקת של מעגלים אלו הן במהלך ההפעלה הרגילה של המתקן והן במקרה של תאונה. מקור כזה של אנרגיה בתחנות כוח ותחנות משנה הוא סוללת מצבר. סוללה טעונה בזמן עם קיבולת גדולה יכולה להפעיל את הפנטוגרפים במהלך כל זמן התאונה.

סוללות משמשות גם להדלקת קרונות, קרונות רכבת, תנועת מכוניות חשמליות וצוללות, להנעת מתקני רדיו ומכשירים שונים, במעבדות ולמטרות נוספות.

הסוללה היא מקור משני למתח חשמלי, שכן, בניגוד לתאים גלווניים, היא יכולה לתת אנרגיה רק ​​לאחר טעינה מוקדמת. טעינת הסוללה היא שהיא מחוברת למקור מתח קבוע. כתוצאה מתהליך האלקטרוליזה, המצב הכימי של לוחות הסוללה משתנה ונוצר הפרש פוטנציאל מסוים ביניהן.

הסוללה הנטענת מושלמת ממספר מצברים של חומצה עופרת או אלקליין.

סוללת עופרת חומצה מורכבת ממספר לוחות חיוביים ושליליים הטבולים במיכל אלקטרוליט. האלקטרוליט הוא תמיסה של חומצה גופרתית במים מזוקקים. לוחות הסוללה הם שטחיים ומסיביים. לוחות פני השטח עשויים מעופרת טהורה. כדי להגדיל את שטח הפנים של הצלחות, הם עשויים מצולעים.

לוחות מסה הם רשת עופרת לתוך התאים שבה תחמוצות עופרת נמרחות. כדי למנוע מהמסה ליפול מהתאים, הצלחת מכוסה משני הצדדים ביריעות עופרת עם חורים. בדרך כלל, הלוח החיובי של הסוללה עשוי מלוח משטח, והלוח השלילי עשוי מלוח מסה. לוחות חיוביים נפרדים, כמו גם לוחות שליליים, מולחמים לשני בלוקים מבודדים זה מזה. כדי שצלחות חיוביות יפעלו משני הצדדים, הן נלקחות אחת יותר משליליות.

ישנם שני סוגים של סוללות אלקליין: קדמיום-ניקל וברזל-ניקל.

לוחות סוללות אלקליין הן מסגרות פלדה בציפוי ניקל עם תאים בהם מונחות שקיות של פלדה מחוררת דקה בציפוי ניקל. המסה הפעילה נלחצת לתוך השקיות.

כלי הסוללות האלקליין הוא קופסת פלדה מרותכת, שבמכסה שלושה חורים: שניים להוצאת מהדקים ואחד למילוי האלקטרוליט והגזים הבורחים. יתרונות: עופרת חסרה אינה נצרך; בעלי סיבולת רבה וחוזק מכני; עם חשיפה ממושכת, הם נושאים הפסדים קטנים בפריקה עצמית ואינם מתדרדרים; פולטים פחות גזים ואדים מזיקים; יש פחות משקל. חסרונות: EMF נמוך יותר; יעילות נמוכה יותר; עלות גבוהה יותר.

60. מנורות ליבון חשמליות

מנורת הליבון הומצאה על ידי מדען רוסי א.נ. לודיגין והוצג להם לראשונה ב-1873.

עקרון הפעולה של מנורת ליבון מבוסס על חימום חזק של מוליך (להט) כאשר זרם חשמלי עובר דרכו. במקרה זה, המוליך מתחיל לפלוט, בנוסף לתרמית, גם אנרגיית אור. כדי למנוע מהנימה להישרף, יש להעבירו לבקבוק זכוכית שממנו נשאב אוויר. כך מסודרות מה שנקרא מנורות חלולות. בתחילה, נימה פחמן, שהתקבלה על ידי סילוק סיבי צמחים, שימשה כנימה. מנורות עם נימה כזו פולטות אור חלש וצהבהב, צורכות כוח. חוט הפחמן, שחומם לטמפרטורה של 1700 מעלות, נשרף בהדרגה, מה שהוביל למוות מהיר יחסית של המנורה. מנורות חוט פחמן אינן משימוש כעת.

כעת, במנורות ליבון, במקום חוט פחמן, נעשה שימוש בחוט העשוי מהמתכות העקשניות אוסמיום או טונגסטן. חוט טונגסטן, מחומם עד 2200 מעלות במנורות חלולות, פולט אור בהיר יותר, צורך פחות חשמל מאשר חוט פחמן.

שריפת החוט מצטמצמת אם נורת הזכוכית (הצילינדר) של המנורה מלאה בגז שאינו תומך בעירה, כגון חנקן או ארגון. מנורות כאלה נקראות מלאות גז. טמפרטורת החוט במהלך פעולת מנורה כזו מגיעה ל-2800 מעלות.

התעשייה שלנו מייצרת מנורות תאורת ליבון למתחים של 36, 110, 127 ו-220 V. למטרות מיוחדות, מנורות מיוצרות גם עבור מתחים אחרים.

מנורות ליבון בעלות יעילות נמוכה מאוד. בהם, רק כ-4-5% מסך האנרגיה החשמלית הנצרכת על ידי המנורה מומרת לאנרגיית אור; שאר האנרגיה מומרת לחום.

מנורות אור גז נמצאות כיום בשימוש נרחב. הם משתמשים בתכונה של גזים נדירים כדי להאיר כאשר זרם חשמלי עובר דרכם. האור הנפלט ממנורת אור גז תלוי באופי הגז. ניאון מייצר אור אדום-כתום, ארגון מייצר אור כחול-סגול, והליום מייצר אור צהבהב-ורוד. מנורות אור גז מופעלות על ידי זרם חילופין במתח גבוה המתקבל באמצעות שנאים. מנורות אלה מצאו יישום לשילוט, פרסום והארה.

התעשייה שלנו מייצרת גם מנורות המכילות אדי כספית נדירים בצינורות הזכוכית שלהן. על ידי העברת זרם דרכם, ניתן לגרום לאדים לזרוח קלוש.

המשטח הפנימי של צינור המנורה מצופה בתרכובת מיוחדת - זרחן זוהר בפעולת זוהר אדי הכספית. מנורות אלו נקראות מנורות פלורסנט.

כיום מיוצרים שלושה סוגים של מנורות פלורסנט: מנורות פלורסנט המשמשות להארת מקומות בהם יש צורך בבידול צבע - דפוס, תעשיית כותנה וכו'; מנורות אור לבן לתאורה לתעשייה, משרדים ומגורים; מנורות לבנות חמות להארת מוזיאונים, תיאטראות וגלריות לאמנות. מנורות פלורסנט יעילות פי ארבעה מנורות ליבון רגילות.

61. ריתוך חשמלי

ישנם שני סוגים של ריתוך חשמלי:

1) קשת;

2) ריתוך התנגדות חשמלית. ריתוך קשת חשמלי הומצא על ידי מהנדס רוסי נ.נ. בנארדוס בשנת 1882

ריתוך בקשת חשמלית משתמש בחום שנוצר מקשת חשמלית. כאשר ריתוכים בשיטת Benardos, מוט אחד של מקור המתח מחובר למוט הפחמן, והקוטב השני מחובר לחלקים שצריך לרתך. מוט מתכת דק מוחדר ללהבה של קשת חשמלית, הנמסה, וטיפות של מתכת מותכת, זולגות מטה אל החלקים ומתמצקות, יוצרות תפר ריתוך.

בשנת 1891 מהנדס רוסי נ.ג. סלביאנוב הציע שיטה נוספת של ריתוך בקשת חשמלית, שהייתה בשימוש הנפוץ ביותר. ריתוך חשמלי על פי שיטת Slavyanov הוא כדלקמן. מוט הפחמן מוחלף באלקטרודת מתכת. האלקטרודה עצמה נמסה, והמתכת המותכת, מתמצקת, מחברת את החלקים לריתוך. לאחר השימוש באלקטרודה, היא מוחלפת בחדשה.

לפני ריתוך החלק, יש לנקות אותו ביסודיות מחלודה, אבנית, שמן, לכלוך בעזרת אזמל, קובץ, נייר זכוכית.

כדי ליצור קשת יציבה ולקבל תפר חזק, אלקטרודות מתכת מצופות בתרכובות מיוחדות. ציפוי כזה נמס גם במהלך ההתכה של האלקטרודה, ושופך על פני המשטחים המחוממים בחוזקה של החלקים לריתוך, אינו מאפשר להם להתחמצן.

ריתוך התנגדות חשמלית. אם שמים שני חלקי מתכת קרובים זה לזה ומעבירים דרכם זרם חשמלי חזק, אז בגלל שחרור חום בנקודת המגע של החלקים (בשל ההתנגדות החולפת הגבוהה), האחרונים מתחממים לטמפרטורה גבוהה ומרותך.

נכון לעכשיו, ריתוך חשמלי, הן בקשת והן בהתנגדות, נכנס היטב לענף והפך לנפוץ מאוד. הם מרתכים פח ופלדה בזווית, קורות ומסילות, תרנים וצינורות, מסבכים ודוודים, ספינות וכו'. הריתוך משמש לייצור חדשים ולתיקון חלקים ישנים העשויים מפלדה, ברזל יצוק ומתכות לא ברזליות.

פותחו שיטות חדשות לשימוש בריתוך חשמלי: ריתוך חשמלי מתחת למים; ריתוך אוטומטי; ריתוך באמצעות זרם חילופין (למכשיר יש חלק מיוחד - מתנד, שמטרתו ליצור זרם חילופין במתח גבוה ובתדירות גבוהה מאוד, המבטיח שריפת קשת יציבה בעת ריתוך חלקי מתכת דקים ועבים).

בעת סגירה ופתיחה של מעגלים חשמליים עם מתג או מתג סכין, כמו גם סגירה ופתיחה של מגעים של מכשירים ומכשור, הניצוץ החשמלי המתרחש בין המגעים, ולעתים קרובות הקשת החשמלית שאחריו, ממיס את המתכת, וה מגעים שורפים או רותכים, משבשים את פעולת ההתקנה. תופעה זו נקראת שחיקה חשמלית. הניצוץ בהופעתו, כביכול, "מכרסם" את המתכת. כדי להילחם בניצוץ, לפעמים נכלל קבל בקיבולת מסוימת בין המגעים במקביל לפער הניצוץ.

המהנדסים ב.ר. לזרנקו ואי.נ. לזרנקו השתמש בנכס של ניצוץ חשמלי כדי "לכרסם מתכת" במתקן אלקטרואירוסיבי שתוכנן על ידם. פעולת ההתקנה היא בעצם כדלקמן. חוט אחד ממקור מתח מחובר למוט המתכת. החוט השני מחובר לחומר העבודה שנמצא בשמן. מוט מתכת עשוי לרטוט. ניצוץ חשמלי המתרחש בין המוט לחלק "מכרסם" את החלק ויוצר בו חור זהה לצורת קטע המוט (משושה, מרובע, משולש וכו').

62. אלקטרומגנטיות

שדה מגנטי הוא אחד משני הצדדים של השדה האלקטרומגנטי, הנרגש מהמטענים החשמליים של חלקיקים נעים ושינוי בשדה החשמלי ומאופיין בהשפעת כוח על חלקיקים טעונים נעים, ולכן על זרמים חשמליים.

כיוון קווי האינדוקציה המגנטיים משתנה עם שינוי כיוון הזרם במוליך. לקווי אינדוקציה מגנטיים סביב מוליך יש את התכונות הבאות:

1) קווי האינדוקציה המגנטיים של מוליך ישר הם בצורה של מעגלים קונצנטריים;

2) ככל שהמוליך קרוב יותר, כך קווי האינדוקציה המגנטיים צפופים יותר;

3) אינדוקציה מגנטית (עוצמת השדה) תלויה בגודל הזרם במוליך;

4) כיוון קווי האינדוקציה המגנטיים תלוי בכיוון הזרם במוליך. ניתן לקבוע את כיוון קווי האינדוקציה המגנטיים סביב מוליך עם זרם לפי "כלל הגימלט". אם גימלט (חולץ פקקים) עם חוט ימני נע קדימה בכיוון הזרם, אז כיוון הסיבוב של הידית יתאים לכיוון קווי האינדוקציה המגנטיים סביב המוליך.

השדה המגנטי מאופיין בוקטור אינדוקציה מגנטי, בעל גודל מסוים וכיוון מסוים במרחב.

קו המשיק לכל נקודה שלה חופף לכיוון וקטור האינדוקציה המגנטי נקרא קו אינדוקציה מגנטית, או קו אינדוקציה מגנטי.

מכפלת האינדוקציה המגנטית וגודל השטח המאונך לכיוון השדה (וקטור אינדוקציה מגנטית) נקרא השטף של וקטור האינדוקציה המגנטי או פשוט שטף מגנטי והוא מסומן באות Ф: Ф = BS. היחידה המדידה היא Weber (Wb).

סולנואיד מוליך מפותל נקרא, שדרכו מועבר זרם חשמלי. כדי לקבוע את הקטבים של הסולנואיד, הם משתמשים ב"כלל הגימלט", ומיישמים אותו באופן הבא: אם תניח את הגימלט לאורך ציר הסולנואיד ותסובב אותו בכיוון הזרם בסיבובי הסולנואיד, ואז תנועת התרגום של הגימלט תראה את כיוון השדה המגנטי.

סולנואיד עם ליבת פלדה (ברזל) בפנים נקרא אלקטרומגנט. השדה המגנטי של אלקטרומגנט חזק יותר מזה של סולנואיד מכיוון שפיסת הפלדה המוטבעת בסולנואיד מתמגנטת והשדה המגנטי שנוצר מוגבר. ניתן לקבוע את הקטבים של אלקטרומגנט, ממש כמו סולנואיד, לפי "כלל הגימלט".

השטף המגנטי של סולנואיד (אלקטרומגנט) גדל עם עלייה במספר הסיבובים והזרם שבו. כוח הממגנט תלוי במכפלת הזרם ובמספר הסיבובים.

אתה יכול להגדיל את השטף המגנטי של הסולנואיד בדרכים הבאות:

1) הכניסו ליבת פלדה לסולנואיד, והפכו אותה לאלקטרומגנט;

2) להגדיל את החתך של ליבת הפלדה של האלקטרומגנט (מכיוון שעם זרם נתון, חוזק שדה מגנטי, ולכן, אינדוקציה מגנטית, עלייה בחתך מובילה לעלייה בשטף המגנטי);

3) להקטין את פער האוויר של האלקטרומגנט (מכיוון שעם ירידה בנתיב הקווים המגנטיים באוויר, ההתנגדות המגנטית יורדת).

63. אינדוקציה אלקטרומגנטית

התופעה של EMF במעגל כאשר הוא נחצה על ידי שדה מגנטי נקראת השראות אלקטרומגנטית והתגלה על ידי פיזיקאי אנגלי מ.פארדים בשנת 1831

מוליך הנושא זרם חשמלי מוקף בשדה מגנטי. אם תשנה את גודל או כיוון הזרם במוליך, או תפתח וסגור את המעגל החשמלי המספק למוליך זרם, אזי השדה המגנטי המקיף את המוליך ישתנה. משתנה, השדה המגנטי של המוליך חוצה את אותו המוליך ומשרה בו EMF. תופעה זו נקראת אינדוקציה עצמית. ה-emf המושרה עצמו נקרא emf של אינדוקציה עצמית.

EMF המושרה מתרחש במקרים הבאים.

1. כאשר מוליך נע חוצה שדה מגנטי קבוע או להיפך, שדה מגנטי נע חוצה מוליך קבוע; או כאשר מוליך ושדה מגנטי, הנעים במרחב, נעים ביחס לשני.

2. כאשר שדה מגנטי מתחלף של מוליך אחד, הפועל על מוליך אחר, משרה בו EMF.

3. כאשר השדה המגנטי המשתנה של המוליך משרה בו EMF (אינדוקציה עצמית).

כדי לקבוע את ה-EMF המושרה במוליך, נעשה שימוש ב"כלל יד ימין": אם אתה מניח את יד ימין בשדה מגנטי לאורך המוליך כך שהקווים המגנטיים היוצאים מהקוטב הצפוני נכנסים לכף היד ולאגודל כפוף עולה בקנה אחד עם כיוון התנועה של המוליך, ואז ארבע האצבעות המושטות יראו את כיוון ה-emf המושרה במוליך.

הערך של ה-emf המושרה במוליך תלוי ב:

1) על גודל האינדוקציה של השדה המגנטי, מכיוון שככל שקווי האינדוקציה המגנטיים צפופים יותר, כך מספרם יחצה את המוליך ליחידת זמן גדול יותר;

2) על מהירות המוליך בשדה מגנטי, שכן במהירות תנועה גבוהה המוליך יכול לחצות יותר קווי אינדוקציה ליחידת זמן;

3) מאורך העבודה (הנמצא בשדה מגנטי) של המוליך, שכן מוליך ארוך יכול לחצות יותר קווי אינדוקציה ליחידת זמן;

4) על ערך הסינוס של הזווית בין כיוון התנועה של המוליך לכיוון השדה המגנטי.

בשנת 1834 אקדמאי רוסי E.Kh. לנץ נתן כלל אוניברסלי לקביעת כיוון ה-emf המושרה במוליך. כלל זה, המכונה הכלל של לנץ, מנוסח כך: כיוון ה-emf המושרה תמיד זהה, שהזרם הנגרם על ידו והשדה המגנטי שלו נמצאים בכיוון כזה שהם נוטים להפריע לגורם שיוצר את זה. emf מושרה.

הזרמים המושרים בגופים מתכתיים כאשר חוצים אותם על ידי קווים מגנטיים נקראים זרמי מערבולת, או זרמי פוקו.

כדי לצמצם את הפסדי זרם המערבולת, האבזור של גנרטורים, מנועים חשמליים וליבות שנאים מורכבים מיריעות חותמות דקות נפרדות (0,35-0,5 מ"מ) של פלדה עדינה, הממוקמות בכיוון קווי השטף המגנטי ומבודדות זו מזו עם לכה או נייר דק. הדבר נעשה על מנת, בשל החתך הקטן של כל יריעת פלדה, להפחית את כמות השטף המגנטי העובר דרכה, ולכן, להפחית את ה-EMF והזרם המושרה בו.

זרמי מערבולת הם שימושיים. זרמים אלו משמשים להקשחת מוצרי פלדה עם זרמים בתדירות גבוהה בהפעלת מכשירי מדידה חשמליים אינדוקציה, מונים וממסרי AC.

64. קבלת זרם AC

שיהיה שדה מגנטי אחיד שנוצר בין הקטבים של אלקטרומגנט. בתוך השדה, תחת פעולת כוח חיצוני, מוליך ישר מתכתי מסתובב במעגל בכיוון התנועה בכיוון השעון. ההצטלבות של מוליכים של קווים מגנטיים תוביל להופעת emf מושרה במוליך. גודל EMF זה תלוי בגודל האינדוקציה המגנטית, באורך הפעיל של המוליך, במהירות שבה המוליך חוצה קווים מגנטיים ובסינוס של הזווית בין כיוון התנועה של המוליך לכיוון המוליך. שדה מגנטי. ?= Bl?sin?.

אנו מפרקים את המהירות ההיקפית לשני מרכיבים - נורמלי ומשיק ביחס לכיוון האינדוקציה המגנטית. המרכיב הנורמלי של המהירות קובע את ה-EMF המושרה של האינדוקציה ושווה ל:

?n = ?sin?. מרכיב המהירות המשיקית אינו לוקח חלק ביצירת ה-EMF המושרה ושווה ל:

בעת תנועה, המנצח יתפוס עמדות שונות. עבור סיבוב שלם אחד של המוליך, ה-EMF בו עולה תחילה מאפס לערך מקסימלי, ואז יורד לאפס, ובשינוי הכיוון שלו, עולה שוב לערך מקסימלי ושוב יורד לאפס. עם תנועה נוספת של המוליך, שינויים ב-EMF יחזרו על עצמם.

זרם שמשתנה בגודל ובכיוון יזרום במעגל החיצוני. הזרם הזה נקרא משתנים שלא כמו קבוע, שנותנים תאים גלווניים וסוללות.

EMF משתנה וזרם חילופין משנים מעת לעת את הכיוון והגודל שלהם. הערך של משתנה (זרם, מתח ו-EMF) בנקודת הזמן הנחשבת נקרא הערך המיידי. הגדול מבין הערכים המיידיים של משתנה נקרא הערך המקסימלי, או משרעת, והוא מסומן על ידי Im, Um.

פרק הזמן שאחריו חוזרים על השינויים במשתנה נקרא תקופה T (נמדדת בשניות). מספר התקופות ליחידת זמן נקרא תדירות זרם החילופין ומסומן ב-v (נמדד בהרץ). בהנדסה משתמשים בזרמים בתדרים שונים. התדר התעשייתי הסטנדרטי ברוסיה הוא -50 הרץ.

EMF במוליך מושרה על פי חוק הסינוס. EMF זה נקרא סינוסואיד.

לזרם הסינוסואידי המתחלף במהלך התקופה יש ערכים מיידיים שונים. פעולות הזרם אינן נקבעות על ידי משרעת או ערכים מיידיים. כדי להעריך את ההשפעה שנוצרת על ידי זרם חילופין, אנו משווים אותו להשפעה התרמית של זרם ישר. הספק DC העובר דרך ההתנגדות יהיה C = I2R.

לקשר בין ערכי האפקטיביים והשיא של חוזק הזרם ומתח AC יש את הצורה:

Im = I?2, Um = U?2.

הערך האפקטיבי של זרם חילופין שווה לזרם ישר כזה, שעובר דרך אותה התנגדות כמו זרם החילופין, משחרר את אותה כמות אנרגיה באותו זמן.

65. מעגלי AC

שקול מעגל המורכב מהתנגדות R. לשם הפשטות, אנו מזניחים את השפעת השראות והקיבול. מתח סינוסואידאלי u = Umsin?t מופעל על מסופי המעגל. על פי חוק אוהם, הערך המיידי של הזרם יהיה: i \uXNUMXd u / r =(אום / r)sin?t = Im sin?t.

נוסחת ההספק עבור מעגל AC עם התנגדות פעילה זהה לנוסחת ההספק עבור מעגל DC: P \u2d IXNUMXR. לכל המוליכים יש התנגדות אקטיבית. במעגל זרם חילופין, לחוטים של מנורות ליבון, ספירלות של תנורי חימום חשמליים וריאוסטטים, מנורות קשת ומוליכים ישרים ארוכים יש כמעט רק התנגדות פעילה אחת.

שקול מעגל AC המכיל סליל עם השראות L ללא ליבת פלדה. לשם הפשטות, נניח שההתנגדות הפעילה של הסליל קטנה מאוד וניתן להזניח אותה.

עם המהירות הגדולה ביותר, הזרם משתנה סביב ערכי האפס שלו. ליד הערכים המקסימליים יורד קצב השינוי של הזרם, ובערך המקסימלי של הזרם עלייתו שווה לאפס. לפיכך, זרם חילופין משתנה לא רק בגודל ובכיוון, אלא גם בקצב השינוי שלו. זרם חילופין, העובר דרך סיבובי הסליל, יוצר שדה מגנטי לסירוגין. הקווים המגנטיים של שדה זה, החוצים את הסיבובים של הסליל שלהם, מעוררים בהם EMF של אינדוקציה עצמית. מכיוון שההשראות של הסליל במקרה שלנו נשארת ללא שינוי, EMF של ההשראה העצמית יהיה תלוי רק בקצב השינוי של הזרם. הקצב הגבוה ביותר של שינוי זרם מתרחש ליד ערכי זרם אפס. כתוצאה מכך, ל-EMF של אינדוקציה עצמית יש את הערך הגדול ביותר באותם רגעים.

ברגע הזמן הראשוני, הזרם עולה בחדות ובמהירות מאפס, ולכן יש לו ערך מקסימלי שלילי. מכיוון שהזרם גדל, ה-EMF של ההשראה העצמית, על פי כלל Lenz, אמור למנוע מהזרם להשתנות. לכן, EMF של אינדוקציה עצמית עם זרם עולה יהיה כיוון הפוך לזרם. קצב השינוי הנוכחי יורד ככל שהוא מתקרב למקסימום. לכן, גם ה-EMF של ההשראה העצמית יורד, עד שלבסוף, בזרם המרבי, כאשר השינויים שלו שווים לאפס, הוא הופך להיות שווה לאפס.

זרם החילופין, לאחר שהגיע למקסימום, מתחיל לרדת. על פי הכלל של לנץ, EMF של אינדוקציה עצמית ימנע מהזרם לרדת, וכבר מכוון לכיוון זרימת הזרם, יתמוך בו.

עם שינוי נוסף, זרם החילופין יורד במהירות לאפס. ירידה חדה בזרם בסליל תגרור גם ירידה מהירה בשדה המגנטי, וכתוצאה מהצטלבות הקווים המגנטיים של סיבובי הסליל, יושר בהם ה-EMF הגדול ביותר של ההשראה העצמית. .

מכיוון ש-EMF בהשראת עצמית במעגלי זרם חילופין נוגד באופן רציף שינויים בזרם, על מנת לאפשר לזרם לזרום דרך סיבובי הסליל, מתח הרשת חייב לאזן את ה-EMF האינדוקציה העצמית. כלומר, המתח של הרשת בכל רגע של זמן חייב להיות שווה ומנוגד ל-EMF של אינדוקציה עצמית.

הערך XL = ?L נקרא תגובה אינדוקטיבית, שהוא מעין מכשול שיש למעגל לשנות בו את הזרם.

הערך XC = 1/(?C) נקרא התנגדות קיבולית, אשר, כמו תגובת אינדוקטיבית, תלוי בתדירות של זרם החילופין.

66. מעגל מתנדנד

שקול את המקרה של השגת זרם חילופין על ידי פריקת קבל לסליל.

לקבל טעון יש מאגר של אנרגיה חשמלית. כאשר יקצר לסליל, הוא יתחיל להתרוקן ואספקת האנרגיה החשמלית בו תקטן. זרם הפריקה של הקבל, העובר דרך סיבובי הסליל, יוצר שדה מגנטי. כתוצאה מכך, הסליל יתחיל לאגור אנרגיה מגנטית. כאשר הקבל פרוק לחלוטין, האנרגיה החשמלית שלו תהפוך לאפס. ברגע זה, לסליל תהיה אספקה ​​מקסימלית של אנרגיה מגנטית. כעת הסליל עצמו הופך למחולל זרם חשמלי ומתחיל לטעון את הקבל. ה-EMF של ההשראה העצמית המתרחשת בסליל בתקופת צמיחת השדה המגנטי מנע את עליית הזרם. כעת, כאשר השדה המגנטי של הסליל יקטן, EMF של ההשראה העצמית נוטה לשמור על הזרם באותו כיוון. ברגע שבו האנרגיה המגנטית של הסליל תהיה שווה לאפס, לוחות הקבל יהיו נטענים בניגוד לאופן שבו הם נטענו בהתחלה, ואם ההתנגדות של המעגל היא אפס, אז הקבל יקבל אספקה ​​התחלתית של אנרגיה חשמלית. אז הקבל יקבל את האספקה ​​הראשונית של אנרגיה חשמלית. אז הקבל יתחיל להתרוקן שוב, יצירת זרם הפוך במעגל, והתהליך יחזור על עצמו.

ההמרות המתחלפות של אנרגיה חשמלית לאנרגיה מגנטית ולהיפך מהוות את הבסיס לתהליך של תנודות אלקטרומגנטיות. מעגל המורכב מקיבול ומשראות שבו מתרחש תהליך התנודות האלקטרומגנטיות נקרא מעגל תנודה.

תנודות אנרגיה מחזוריות המתרחשות במעגל נדנוד יכולות להימשך ללא הגבלת זמן בצורה של תנודות לא מוחות אם לא היו הפסדים במעגל הנדנוד עצמו. עם זאת, הנוכחות של התנגדות פעילה מובילה לכך שמאגר האנרגיה של המעגל פוחת עם כל תקופה עקב הפסדי חום בהתנגדות הפעילה, וכתוצאה מכך התנודות מתות.

תקופת התנודות האלקטרומגנטיות המתרחשות במעגל נדנוד ללא התנגדות נקבעת על ידי נוסחת תומסון.

ישנן שתי דרכים לשנות את זמן תקופת התנודה של המעגל - על ידי שינוי השראות של הסליל או הקיבול של הקבל. שתי השיטות משמשות למטרה זו בהנדסת רדיו.

מעגל נדנדה הוא אביזר הכרחי לכל מקלט רדיו ומשדר רדיו.

העיקרון של שידור רדיו הוא כדלקמן. תנודות אלקטרומגנטיות נוצרות באנטנה של תחנת הרדיו המשדרת בעזרת מחוללי צינורות. משרעת התנודה תלויה במספר גורמים, כולל כמות הזרם הזורם במעגל המיקרופון, אשר קולט רעידות קול עקב דיבור או מוזיקה.

שינויים ברעידות בתדר גבוה בעזרת רעידות קול נקראים וויסות.

תקשורת רדיו בוצעה לראשונה על ידי מדען רוסי מצטיין כפי ש. פופוב (1859-1905).

67. AC תלת פאזי

מערכת פוליפאזית נקרא קבוצה של EMF משתנה מאותו תדר והוסט בשלב אחד ביחס לשני בזוויות כלשהן.

כל EMF יכול לפעול במעגל משלו ולא להיות משויך ל-EMF אחר. מערכת כזו נקראת שאינו קשור.

החיסרון של מערכת רב-פאזית לא מחוברת הוא מספר רב של חוטים, השווים ל-2 מ'. כך, למשל, נדרשים שישה חוטים כדי להעביר כוח דרך מערכת תלת-פאזית. מערכת רב-פאזית שבה הפאזות הבודדות מחוברות זה לזה חשמלית נקראת מערכת פוליפזית מצמודה.

לזרם פוליפאזי יש יתרונות חשובים:

1) בעת העברת אותו כוח על ידי זרם רב פאזי, נדרש חתך קטן יותר של חוטים מאשר עם זרם חד פאזי;

2) בעזרת סלילים קבועים או פיתולים, הוא יוצר שדה מגנטי מסתובב המשמש בהפעלת מנועים והתקני AC שונים.

מבין מערכות הזרם הרב-פאזי, זרם חילופין תלת-פאזי קיבל את היישום המעשי ביותר.

מתברר כדלקמן. אם שלוש סיבובים ממוקמים בשדה מגנטי אחיד של הקטבים, כל אחד מהם ממוקם בזווית של 120 מעלות ביחס לשני, והסיבובים מסובבים במהירות זוויתית קבועה, אזי יושרה EMF ב- סיבובים, שיוזזו גם הם בשלב ב-120 מעלות.

בפועל, כדי להשיג זרם תלת פאזי, שלוש פיתולים נעשים על הסטטור של אלטרנטור, המוזזים אחד ביחס לשני ב-120 מעלות.

הם נקראים פיתולי פאזה או פשוט שלבי מחולל.

מערכת זרם תלת פאזי לא מקושרת אינה משמשת בפועל.

פיתולי הפאזות של גנרטורים וצרכנים של זרם תלת פאזי מחוברים לפי ערכת הכוכבים או הדלתא.

אם פיתולי הפאזה של הגנרטור או הצרכן מחוברים כך שקצוות הפיתולים סגורים לנקודה משותפת אחת, והתחלות הפיתולים מחוברות לחוטים ליניאריים, אז חיבור כזה נקרא כוכב. בחיבור כוכב, מתח הקו הוא V3 פעמים מתח הפאזה. עם עומס לא אחיד, מתחי הפאזה של הצרכן שונים בגודלם, וגודל מתח הפאזה פרופורציונלי להתנגדות הפאזה. העקירה של נקודת האפס של הצרכן, המתרחשת כתוצאה מעומס לא אחיד, מובילה לתופעה לא רצויה ברשתות תאורה. ככל שמספר ועוצמת המנורות הכלולות בפאזה גדולות יותר, ההתנגדות שלהן תהיה נמוכה יותר, מתח הפאזה שלהן יהיה נמוך יותר, כך הן ישרפו.

בנוסף לחיבור הכוכב, ניתן להפעיל גנרטורים או צרכני זרם תלת פאזיים משולש.

עם עומס דלתא אחיד, זרם הקו הוא V3 פעמים זרם הפאזה.

במנועים ובצרכנים אחרים של זרם תלת פאזי, ברוב המקרים, כל ששת הקצוות של שלושת הפיתולים הם פלט, אשר, אם תרצה, יכול להיות מחובר או עם כוכב או משולש. בדרך כלל, לוח מחומר מבודד (לוח מסוף) מחובר למכונה תלת פאזית, אליה מוציאים את כל ששת הקצוות.

ניתן לחשב את ההספק של מערכת תלת פאזית באמצעות הנוסחה: P = ?3 IUcos ?.

68. שנאים

בשנת 1876 פאי. יבלוצ'קוב הציע להשתמש בשנאי כדי להפעיל את הנרות. בעתיד, עיצוב השנאים פותח על ידי ממציא רוסי אחר, מכונאי אם. Usagin, שהציע להשתמש בשנאים כדי להפעיל לא רק נרות יבלוצ'קוב, אלא גם צרכנים אחרים של אנרגיה חשמלית.

שנאי הוא מכשיר חשמלי המבוסס על תופעת האינדוקציה ההדדית ונועד להמיר זרם חילופין של מתח אחד לזרם חילופין במתח שונה, אך באותו תדר. לשנאי הפשוט ביותר יש ליבת פלדה ושתי פיתולים מבודדים הן מהליבה והן אחת מהשנייה.

הפיתול של שנאי המחובר למקור מתח נקרא סלילה ראשונית, והפיתול אליו מחוברים הצרכנים או קווי תמסורת המובילים לצרכנים נקרא סלילה משנית.

זרם חילופין, העובר דרך הפיתול הראשוני, יוצר שטף מגנטי לסירוגין, אשר משתלב עם הסיבובים של הפיתול המשנית וגורם ל-emf בהם.

מכיוון שהשטף המגנטי משתנה, גם ה-EMF המושרה בפיתול המשנית של השנאי משתנה ותדירותו שווה לתדירות הזרם בפיתול הראשוני.

השטף המגנטי המשתנה העובר דרך הליבה של השנאי חוצה לא רק את הפיתול המשני, אלא גם את הפיתול הראשוני של השנאי. לכן, EMF יושרה גם בפיתול הראשוני.

גודל ה-EMF המושרה בפיתולי השנאי תלוי בתדירות זרם החילופין, במספר הסיבובים של כל פיתול ובגודל השטף המגנטי בליבה. בתדר מסוים ובשטף מגנטי קבוע, גודל ה-EMF של כל פיתול תלוי רק במספר הסיבובים של פיתול זה. הקשר הזה בין ערכי EMF ומספר הסיבובים של פיתולי השנאי יכול להתבטא בנוסחה: ?1 / ?2 = N1 / N2, כאשר ?1 ו-?2 הם EMF של הפיתולים הראשוניים והמשניים, N1 ו-N2 הם מספר הסיבובים של הפיתולים הראשוניים והמשניים.

ההבדל בין EMF למתח הוא כל כך קטן שהקשר בין המתחים ומספר הסיבובים של שתי הפיתולים יכול לבוא לידי ביטוי בנוסחה: U1 / U2 = N1 / N2. ההבדל בין EMF למתח בפיתול הראשוני של השנאי הופך קטן במיוחד כאשר הפיתול המשנית פתוח והזרם בה הוא אפס (בטל), ורק זרם קטן זורם בפיתול הראשוני, הנקרא זרם ללא עומס. . במקרה זה, המתח במסופים של הפיתול המשני שווה ל-EMF המושרה בו.

המספר המראה כמה פעמים המתח בפיתול הראשוני גדול (או קטן) מהמתח בפיתול המשנית נקרא יחס הטרנספורמציה והוא מסומן באות k. k = U1 / U2 ? N1/N2.

המתח הנקוב של פיתולי המתח הגבוה והנמוך, המצוין על לוחית השם של השנאי, מתייחס למצב סרק.

רובוטריקים המשמשים להגברת המתח נקראים step-up; יחס הטרנספורמציה שלהם קטן מאחד. שנאים מורידים את המתח; יחס הטרנספורמציה שלהם גדול מאחד.

המצב שבו הפיתול המשני של השנאי פתוח, ומתח חילופין מופעל על המסופים של הפיתול הראשוני, נקרא פעולת סרק או סרק של השנאי.

69. מכשיר וסוגים של שנאים

הליבה (המעגל המגנטי) של השנאי יוצרת מעגל סגור לשטף המגנטי ועשויה מפלדה חשמלית (שנאי) בעובי של 0,5 ו-0,35 מ"מ. פלדה חשמלית היא פלדה המכילה 4-4,8% סיליקון במשקל. נוכחות הסיליקון משפרת את התכונות המגנטיות של הפלדה ומגבירה את ההתנגדות שלה לזרמי מערבולת. יריעות פלדה נפרדות מצופות בשכבת לכה כדי לבודד אותן אחת מהשנייה, ולאחר מכן הן מהודקות עם ברגים המועברים בתותבים מבודדים. מכשיר כזה משמש להפחתת זרמי מערבולת המושרים בפלדה על ידי שטף מגנטי לסירוגין. חלקי המעגל המגנטי שעליהם מרכיבים את הפיתול נקראים מוטות. המוטות מחוברים בעול העליון והתחתון.

על פי עיצוב המעגל המגנטי, נבדלים שני סוגים של שנאים: מוט ומשוריין. בשנאי מסוג מוט, הפיתולים מכסים את מוטות הליבה המגנטית; בשנאים משוריינים, המעגל המגנטי, להיפך, כ"שריון", מכסה את הפיתולים. במקרה של תקלה בפיתול שנאי משוריין, זה לא נוח לבדיקה וקשה לתיקון. לכן, הנפוצים ביותר הם שנאים מסוג מוט.

פיתול השנאי עשוי מנחושת עגולה או מלבנית מבודדת. צילינדר מבודד (בדרך כלל קרטון ספוג בלכה בקליט) מונח תחילה על הליבה של המעגל המגנטי, עליו מונח סלילה במתח נמוך. מיקומו של פיתול המתח הנמוך קרוב יותר למוט מוסבר בכך שקל יותר לבודד אותו ממוט הפלדה מאשר פיתול המתח הגבוה.

גליל בידוד נוסף מונח על פיתול המתח הנמוך שעליו מונח פיתול המתח הגבוה.

שנאים כאלה נקראים דו-מתפתלים. ישנם שנאים שיש להם פיתול ראשוני אחד ושני משניים לכל שלב. הפיתול הראשוני הוא פיתול המתח הגבוה ביותר. הפיתולים המשניים, בהתאם למתח במסופים שלהם, נקראים: האחד - פיתול מתח בינוני והשני - פיתול מתח נמוך. שנאים כאלה נקראים תלת-פתיל.

עבור טרנספורמציה של זרם תלת פאזי, אתה יכול להשתמש בשנאים חד פאזיים. אם נשלב את הפלדה של שלוש ליבות לליבה משותפת אחת, נקבל את הליבה של שנאי תלת פאזי. עלות פלדת שנאי עבור שנאי תלת פאזי היא הרבה פחות מאשר עבור התקנה של שלושה שנאים חד פאזיים.

אם ההספק הנדרש עבור הטרנספורמציה גדול מהספק של שנאי אחד, אז במקרה זה מספר שנאים מופעלים לפעולה מקבילה.

כדי לאפשר פעולה מקבילה של שנאים חד פאזיים, יש לעמוד בתנאים הבאים.

1. המתחים של הפיתולים הראשוניים והמשניים של שנאים המחוברים במקביל חייבים להיות שווים. במקרה זה, גם יחסי הטרנספורמציה של השנאים יהיו שווים.

2. שוויון מתחים קצרים.

3. הדלקה על ידי אותם פאזות מהצד של המתח הגבוה והנמוך יותר.

שנאי אוטומטי הוא שנאי שיש לו רק פיתול אחד בליבתו. שני מעגלים ראשוניים ומשניים מחוברים לנקודות שונות של סלילה זו. השטף המגנטי של שנאי אוטומטי גורם לכוח חשמלי בפיתול. כוח אלקטרו-מוטיבי זה כמעט שווה למתח המופעל.

70. מנועים אסינכרוניים

מכונה אסינכרונית נקראת מכונת זרם חילופין, שבה מהירות סיבוב הרוטור קטנה ממהירות הסיבוב של השדה המגנטי של הסטטור ותלויה בעומס. למכונה אסינכרונית, כמו למכונות חשמליות אחרות, יש תכונה של הפיכות, כלומר, היא יכולה לפעול הן במצב מנוע והן במצב גנרטור.

מנוע האינדוקציה התלת פאזי הומצא על ידי המהנדס הרוסי M.O. Dolivo-Dobrovolsky בשנת 1890 ומאז, עובר שיפורים, תפס היטב את מקומה בתעשייה והפך נפוץ בכל מדינות העולם.

למנוע אינדוקציה יש שני חלקים עיקריים - סטטור ורוטור. הסטטור הוא החלק הקבוע של המכונה. חריצים עשויים בחלקו הפנימי של הסטטור, שם ממוקמת סלילה תלת פאזי, המוזנת מזרם חילופין תלת פאזי. החלק המסתובב של המכונה נקרא הרוטור, גם הפיתול מונח בחריצים שלו. הסטטור והרוטור מורכבים מיריעות חותמות נפרדות של פלדה חשמלית בעובי של 0,35 ו-0,5 מ"מ. יריעות פלדה בודדות מבודדות זו מזו בשכבת לכה. מרווח האוויר בין הסטטור לרוטור נעשה קטן ככל האפשר.

בהתאם לעיצוב הרוטור, מנועים אסינכרוניים מגיעים עם כלוב סנאי ורוטורים פאזה.

מנועים אסינכרוניים מחולקים ללא מברשות ואספן. מנועים ללא מברשות הם הנפוצים ביותר. הם משמשים כאשר נדרשת מהירות סיבוב קבועה בקירוב ואין צורך בהתאמתו. מנועים ללא מברשות הם פשוטים בעיצובם, ללא תקלות בפעולה ובעלי יעילות גבוהה.

אם אתה מחבר את העיבוד של הסטטור לרשת זרם חילופין תלת פאזי, אז נוצר שדה מגנטי מסתובב בתוך הסטטור. הקווים המגנטיים של השדה יחצו את פיתול הזרם הקבוע של הרוטור ויגרמו בו EMF. הרוטור, במהלך סיבובו, אינו יכול להדביק את השדה המגנטי המסתובב של הסטטור. אם נניח שלרוטור תהיה מהירות סיבוב זהה לשדה המגנטי של הסטטור, אזי הזרמים בפיתול הרוטור ייעלמו. עם היעלמות הזרמים בפיתול הרוטור, האינטראקציה שלהם עם שדה הסטטור תיפסק והרוטור יתחיל להסתובב לאט יותר משדה הסטטור המסתובב. עם זאת, במקרה זה, שוב יתחילו לחצות את סליל הרוטור על ידי שדה הסיבוב של הסטטור והמומנט יפעל שוב על הרוטור. כתוצאה מכך, במהלך סיבובו, הרוטור חייב תמיד לפגר מאחורי מהירות הסיבוב של השדה המגנטי של הסטטור, כלומר להסתובב באופן אסינכרוני (לא בזמן עם השדה המגנטי), וזו הסיבה שמנועים אלו נקראו. אסינכרוני.

מנוע האינדוקציה של כלוב הסנאי הוא המנוע החשמלי הנפוץ ביותר בשימוש בתעשייה. המבנה של מנוע אסינכרוני הוא כדלקמן. פיתול תלת פאזי המופעל על ידי זרם תלת פאזי ממוקם בחלק הנייח של המנוע - הסטטור. ההתחלות של שלושת השלבים של סלילה זו יוצאות למגן משותף המותקן מבחוץ על בית המנוע. מכיוון שזרם חילופין זורם בפיתולי הסטטור, שטף מגנטי לסירוגין יעבור דרך פלדת הסטטור. כדי להפחית את זרמי המערבולת הנוצרים בסטטור, הוא עשוי מיריעות חותמות נפרדות של פלדת סגסוגת בעובי של 0,35 ו-0,5 מ"מ. חסרונות: קושי בהתאמת מהירות הסיבוב וזרם התנעה גבוה. לכן, יחד איתם, משתמשים גם במנועים אסינכרוניים עם רוטור פצע.

מכשיר הסטטור של מנוע כזה והליפוף שלו אינם שונים מהמכשיר של הסטטור של מנוע עם רוטור של כלוב סנאי. ההבדל בין שני המנועים הללו טמון בעיצוב הרוטור. למנוע חשמלי עם רוטור פאזה יש רוטור, שעליו, כמו על הסטטור, ממוקמים תלת פאזי פיתולים המחוברים ביניהם בכוכב.

71. גנרטורים סינכרוניים

מכונה סינכרונית נקראת מכונה, שמהירות הסיבוב שלה קבועה ונקבעת בתדר נתון של זרם חילופין לפי מספר זוגות הקטבים p: v \u60d XNUMX ·n / p. לפי עקרון הפיכות, שהתגלה על ידי E .Kh. לנץ, מכונה סינכרונית יכולה לפעול גם כגנרטור וגם כמנוע.

פעולתם של גנרטורים סינכרוניים מבוססת על תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית. מכיוון שבבסיסו זה אדיש אם מוליך נע חוצה שדה מגנטי קבוע, או להיפך, שדה נע חוצה מוליך קבוע, ניתן לייצר גנרטורים סינכרוניים מבניים בשני סוגים. בראשון שבהם ניתן להניח את הקטבים המגנטיים על הסטטור ולהזין את פיתולם בזרם ישר, ולהניח את המוליכים על הרוטור ולהוציא מהם באמצעות טבעות ומברשות עם זרם חילופין.

לעתים קרובות, אותו חלק במכונה שיוצר שדה מגנטי נקרא משרן, והחלק הזה של המכונה שבו ממוקמת הפיתול, שבו מושרה EMF, נקרא ארמטור. לכן, בסוג הראשון של גנרטור, המשרן הוא נייח, והאבזור מסתובב.

הסטטור של גנרטור סינכרוני, כמו מכונות זרם חילופין אחרות, מורכב מליבה עשויה יריעות פלדה חשמלית, שבתוך החריצים שלה ממוקמת פיתול זרם החילופין, ומסגרת - ברזל יצוק או מעטה מרותך עשוי פלדה. . מתפתל הסטטור ממוקם בחריצים המוטבעים על המשטח הפנימי של הליבה. בידוד הפיתול מתבצע בזהירות רבה, מכיוון שהמכונה בדרך כלל צריכה לפעול במתח גבוה. מיקניט ומיקניט משמשים כבידוד.

הרוטורים של מכונות סינכרוניות מחולקים לשני סוגים לפי תכנון:

1) קטבים מפורשים (כלומר, עם קטבים מובהקים);

2) קוטבי מרומז (כלומר, עם קטבים מבוטאים במרומז).

רוטור המוט הבולט הוא פרזול פלדה. מוטות מחוברים לשפת הרוטור, שעליהם מניחים סלילי עירור, המחוברים בטור זה עם זה. הקצוות של פיתול העירור מחוברים לשתי טבעות המותקנות על ציר הרוטור. מברשות מונחות על הטבעות, אליהן מחובר מקור מתח קבוע. בדרך כלל, מחולל זרם ישר, היושב על אותו פיר עם הרוטור ונקרא מעורר, נותן זרם ישר לעורר את הרוטור. הספק המעורר הוא 0,25-1% מההספק הנומינלי של הגנרטור הסינכרוני. מתח מדורג של מעוררים 60-350 V.

זמינים גם גנרטורים סינכרוניים מתרגשים מעצמם. זרם ישר לעורר את הרוטור מתקבל באמצעות מיישרי סלניום המחוברים לפיתול הסטטור של הגנרטור. ברגע הראשון, השדה המגנטי השיורי של הרוטור המסתובב גורם ל-EMF משתנה קטן בפיתול הסטטור. מיישרי סלניום המחוברים למתח חילופין נותנים זרם ישר, המחזק את שדה הרוטור, ומתח הגנרטור עולה.

בעת תכנון מכונות חשמל ושנאים, מעצבים מקדישים תשומת לב רבה לאוורור של מכונות. עבור גנרטורים סינכרוניים, נעשה שימוש בקירור אוויר ומימן.

72. התקן גנרטור DC

גנרטור DC הוא מכונה חשמלית הממירה את האנרגיה המכנית של המנוע הראשי המסובב אותה לאנרגיה חשמלית זרם ישר, אותה מעניקה המכונה לצרכנים. מחולל DC פועל על העיקרון השראות אלקטרומגנטית. לכן, החלקים העיקריים של הגנרטור הם אבזור עם פיתול הממוקם עליו ואלקטרומגנטים היוצרים שדה מגנטי.

העוגן הוא בצורת גליל והוא מגויס מיריעות חותמות נפרדות של פלדה חשמלית בעובי של 0,5 מ"מ. הסדינים מבודדים זה מזה על ידי שכבת לכה או נייר דק. השקעים, המוטבעים סביב היקף כל יריעה, יוצרים חריצים בעת הרכבת האבזור ודחיסת היריעות, שם מונחים המוליכים המבודדים של פיתול האבזור.

אספן קבוע על פיר האבזור, המורכב מלוחות נחושת נפרדים המולחמים למקומות מסוימים של פיתול האבזור. לוחות האספנים מבודדים זה מזה על ידי מיקניט. הקולט משמש לתיקון הזרם ולהסיטתו בעזרת מברשות קבועות לרשת החיצונית.

אלקטרומגנטים של מחולל DC מורכבים מליבות מוט פלדה המוברגות למסגרת. מסגרת הגנרטור יצוקה מפלדה. עבור מכונות בעלות הספק נמוך מאוד, המסגרת יצוקה יחד עם ליבות המוט. במקרים אחרים, ליבות העמודים מגויסות מיריעות נפרדות של פלדה חשמלית. סלילים עשויים מחוטי נחושת מבודד מונחים על הליבות. הזרם הישר העובר דרך פיתול העירור יוצר שטף מגנטי של הקטבים. לפיזור טוב יותר של השטף המגנטי במרווח האוויר, עמודים עם טיפים מחוברים לעול, מורכביםiמיריעות פלדה בודדות.

כאשר האבזור מסתובב בשדה מגנטי של פלוסים, נגרמת EMF במוליך הפיתול שלו, משתנה בגודל ובכיוון. אם הקצוות של סיבוב אחד מולחמים לשתי טבעות נחושת, מברשות המחוברות לרשת חיצונית מוחלות על הטבעות, ואז כאשר הסיבוב מסתובב בשדה מגנטי, זרם חשמלי חילופין יזרום במעגל סגור. זה הבסיס להפעלת האלטרנטורים.

אם קצוות הסליל מחוברים לשתי טבעות חצאי נחושת, מבודדות אחת מהשנייה ונקראות לוחות אספן, ומניחים עליהן מברשות, אזי כשהסליל מסתובב בשדה מגנטי, עדיין יושרה EMF מתחלף ב- סליל. עם זאת, במעגל החיצוני יזרום זרם כיוון קבוע בגודל משתנה (זרם פועם).

הקו הנייטרלי, או הנייטרלי הגיאומטרי, הוא הקו העובר דרך מרכז האבזור ומאונך לציר הקטבים. הצד הפעיל של הסליל במצב זה מחליק לאורך הקווים המגנטיים מבלי לחצות אותם. לכן, לא מושרה EMF בסליל והזרם במעגל הוא אפס. רוחב המברשת גדול מרוחב חטיבת האספן שנוצרת על ידי הפלטה והרווח המבודד, והסליל, בהיותו על הקו הנייטרלי, מקוצר ברגע זה של המברשת.

עבור גנרטורים הפועלים עם עומס משתנה במהירות (מנופים, מפעלי גלגול), לפעמים משתמשים בפיתול פיצוי, המונח בחריצים שנעשו במיוחד בחלקי המוט. כיוון הזרם בפיתול הפיצוי חייב להיות הפוך לזרם המוליכים של פיתול האבזור. על הקשת המכוסה על ידי חתיכת הקוטב, השדה המגנטי של הפיתול המפצה יאזן את שדה התגובה של האבזור, וימנע את עיוות שדה המכונה. פיתול הפיצוי, כמו גם פיתול הקטבים הנוספים, מחובר בסדרה עם פיתול האבזור.

73. סוגי גנרטורים DC

בהתאם לשיטת יצירת שדה מגנטי, גנרטורים DC מחולקים לשלוש קבוצות:

1) גנרטורים עם מגנטים קבועים, או מגנואלקטריים;

2) גנרטורים עם עירור עצמאי;

3) גנרטורים עם עירור עצמי. גנרטורים מגנטואלקטריים מורכבים ממגנט קבוע אחד או יותר, שבתחומו מסתובב אבזור עם פיתול. בשל ההספק הנמוך מאוד שנוצר, גנרטורים מסוג זה אינם משמשים למטרות תעשייתיות.

בגנרטור עם עירור עצמאי, פיתולי הקוטב מופעלים על ידי מקור חיצוני של מתח קבוע בלתי תלוי בגנרטור (גנרטור DC, מיישר וכו').

פיתול העירור של עמודי הגנרטור עם עירור עצמי מסופק ממברשות האבזור של המכונה עצמה. העיקרון של עירור עצמי הוא כדלקמן. בהעדר זרם בפיתול העירור, אבזור הגנרטור מסתובב בשדה מגנטי חלש של מגנטיות שיורית של הקטבים. EMF העצמאי המושרה בפיתול האבזור ברגע זה שולח זרם קטן לתוך פיתול הקוטב. השדה המגנטי של הקטבים גדל, מה שגורם לעלייה של EMF במוליכי האבזור, מה שבתורו יגרום לעלייה בזרם העירור. זה יימשך עד שנוצר זרם בפיתול העירור המתאים לערך ההתנגדות של מעגל העירור. עירור עצמי של המכונה יכול להתרחש רק אם הזרם הזורם דרך פיתול הקטבים יוצר שדה מגנטי המגביר את שדה המגנטיות השיורית, ואם, בנוסף, ההתנגדות של מעגל העירור אינה עולה על מסוים מסוים. ערך.

גנרטורים מתרגשים מעצמם, בהתאם לשיטת חיבור פיתול השדה לפיתול האבזור, מחולקים לשלושה סוגים.

1. גנרטור עם עירור מקביל (shunt), שבו פיתול העירור של הקטבים מחובר במקביל לליפוף האבזור.

2. גנרטור עם עירור טורי (סדרה), שבו פיתול העירור של הקטבים מחובר בסדרה עם פיתול האבזור.

3. גנרטור עם עירור מעורב (תרכובת), בעל שני פיתולים בקטבים: האחד מחובר במקביל לליפוף האבזור, והשני מחובר בסדרה עם פיתול האבזור. המתח של גנרטור עם עירור עצמאי משתנה עם עומס משתי סיבות:

1) עקב נפילת מתח בפיתול האבזור ומגע המעבר של המברשות;

2) פעולת תגובת האבזור, המובילה לירידה בשטף המגנטי וב-EMF של המכונה. עבור גנרטור עם עירור מקביל, המתח עם העומס משתנה משלוש סיבות: 1) עקב ירידת מתח בפיתול האבזור ומגע המעבר של המברשות;

2) עקב ירידה בשטף המגנטי הנגרמת כתוצאה מפעולת תגובת האבזור;

3) בהשפעת שתי הסיבות הראשונות, המתח של הגנרטור (או המתח של מברשות האבזור) יורד עם העומס.

גנרטור עם עירור סדרתי שונה מגנרטור עם עירור מקביל, שכן בראשון המתח עולה עם הגדלת העומס, ובשני הוא יורד.

מחולל עירור מעורב משלב את המאפיינים של מחולל עירור מקביל וסדרתי.

74. מנועים חשמליים

אם מכונת DC מחוברת למקור מתח, אז היא תעבוד עם מנוע חשמלי, כלומר, תמיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. תכונה זו של מכונות חשמליות לעבוד הן כגנרטור והן כמנוע נקראת הֲפִיכוּת.

המנוע החשמלי הומצא בשנת 1834 על ידי אקדמאי רוסי ב.ס. יעקבי.

המכשיר של מנועים חשמליים זהה לגנרטורים. עקרון הפעולה של מנועים חשמליים DC מבוסס על האינטראקציה של הזרם הזורם בפיתול האבזור והשדה המגנטי שנוצר על ידי הקטבים של האלקטרומגנטים. ההספק שצורך המנוע מהרשת גדול מההספק על הציר בכמות הפסדי החיכוך במיסבים, מברשות על הקולט, אבזור על אוויר, הפסדים בפלדה עקב היסטרזיס וזרמי מערבולת, הפסדי חשמל לחימום פיתולי מנוע וריאוסטטים. היעילות של מנוע חשמלי משתנה עם עומס. בהספק מדורג, יעילות המנועים נעה בין 70 ל-93%, תלוי בהספק, מהירות הסיבוב ועיצוב המנועים.

בהתאם לחיבור של פיתול האבזור ופיתול העירור, מנועים חשמליים DC מחולקים למנועים עם עירור מקביל, סדרתי ומעורב.

מוליכים של פיתול האבזור, שדרכו עובר הזרם, נמצאים בשדה המגנטי שנוצר על ידי הקטבים, חווים כוח שבפעולתו הם נדחפים אל מחוץ לשדה המגנטי. על מנת שאבזור המנוע יסתובב לכל כיוון מסוים, יש צורך שכיוון הזרם במוליך ישתנה להפך, ברגע שהמוליך עוזב את שטח הכיסוי של קוטב אחד, יחצה את הנייטרלי קו ונכנס לאזור הכיסוי של הקוטב הסמוך, הנגדי. כדי לכוון את הזרם במוליכים של מתפתל אבזור המנוע ברגע שבו המוליכים עוברים את הקו הנייטרלי, נעשה שימוש בקולטן.

במנוע חשמלי עם עירור מקביל, מתפתל השדה מחובר במקביל לרשת, ועם התנגדות קבועה של מעגל העירור ומתח הרשת, השטף המגנטי של המנוע חייב להיות קבוע. ככל שעומס המנוע גדל, תגובת האבזור מחלישה את השטף המגנטי, מה שמוביל לעלייה מסוימת במהירות. בפועל, נפילת המתח בפיתול האבזור נבחרה כך שהשפעתה על מהירות המנוע כמעט מפוצה על ידי תגובת האבזור. תכונה אופיינית של מנוע עם עירור מקביל היא מהירות סיבוב כמעט קבועה כאשר העומס על הציר שלו משתנה.

עבור מנועים עם עירור סדרתי, האבזור ופיתולי העירור מחוברים בסדרה. לכן, הזרם הזורם דרך שני פיתולי המנוע יהיה זהה. ברוויות נמוכות של הפלדה של המעגל המגנטי המנוע, השטף המגנטי פרופורציונלי לזרם האבזור.

במנוע חשמלי עם עירור מעורב, נוכחותם של שני פיתולים על עמודי המנוע מאפשרת לך להשתמש ביתרונות של מנועי עירור מקבילים ומעורבים. יתרונות אלו הם מהירות קבועה ומומנט התנעה גבוה. בקרת המהירות של המנוע עם עירור מעורב מתבצעת על ידי ריאוסטט מתכוונן הכלול במעגל של פיתול העירור המקביל.

75. מתקינים

מנוע גנרטורים בשימוש נדיר ובדרך כלל משתמשים במכשירים מיוחדים הממירים זרם חילופין לזרם ישר ונקראים מיישרים. בהנדסה, שני סוגים של מיישרים נמצאים בשימוש הנפוץ ביותר:

1) מיישרים מוצקים;

2) מיישרי כספית.

מיישרים מוצקים נקראים כאלה שבהם חלקים בודדים עשויים מגופים מוצקים. ממיישרים מוצקים, נחושת-אוקסיד (קופרוקס), סלניום, סיליקון וגרמניום הפכו נפוצים בטכנולוגיה.

מיישרי כספית הם:

1) זכוכית;

2) מתכת.

בנוסף למיישרים מוצקים וכספית, ישנם גם מיישרים: מכניים, קנוטרונים, גסטרונים, אלקטרוליטיים. קנוטרונים (מיישרי צינורות) נמצאים בשימוש נרחב בהנדסת רדיו, הם נמצאים ברוב מקלטי הרדיו המודרניים המופעלים על ידי רשתות AC וכו'. מיישרי נחושת-אוקסיד (קופרוקס) מורכבים משלוש שכבות:

1) מתכת שיש לה אלקטרונים חופשיים בריכוז גבוה;

2) בידוד (נעילה), ללא אלקטרונים חופשיים;

3) מוליך למחצה בעל מספר קטן של אלקטרונים חופשיים. אם יש הבדל פוטנציאל בשכבות קטנות נוצר שדה חשמלי חזק בשכבה החוסמת, התורם לפליטה של ​​אלקטרונים חופשיים מהשכבות הסמוכות לה.

במיישרי סלניום, אלקטרודה אחת היא מכונת כביסה מצופה ניקל מצופה בשכבה דקה של סלניום. האלקטרודה השנייה היא שכבה של סגסוגת מיוחדת בעלת מוליכות גבוהה של ביסמוט, בדיל וקדמיום המופקדת על סלניום. מכונת כביסה פליז מגע נלחצת כנגד שכבה זו. כדי לכלול את האלמנט במעגל, משתמשים בלוחות הנוגעים בשתי האלקטרודות. שכבת מחסום מופיעה בגבול בין שכבת הכיסוי לשכבת הסלניום.

פעולתו של מיישר כספית מבוססת על מה שנקרא יכולת שסתום (חד צדדי) של קשת חשמלית שנוצרה בכלי שפונה ומלא בכספית להעביר זרם בכיוון אחד בלבד. שסתום הוא מכשיר בעל התנגדות נמוכה לזרם קדימה והתנגדות גבוהה לזרם הפוך.

עבור זרמים מעל 500 A, משתמשים במיישרי מתכת כספית. מארז המתכת של המיישר מקורר במים. כוס הקתודה, המבודדת מהגוף, מלאה בכספית. האנודות הראשיות מועברות דרך שרוולי האנודה, המגינים על האנודות מפני כספית המעובה מהאדים שלה. אנודת ההצתה ואנודות עירור עצמאיות ממוקמות בתוך המיישר. הקצה העליון של אנודת ההצתה מחובר לליבת פלדה הממוקמת בסולנואיד. אם סוגרים את מעגל הזרם שמזין את הסולנואיד, הליבה נמשכת פנימה ומורידה את אנודת ההצתה, אשר טבולה בכספית לזמן קצר ולאחר מכן חוזרת למצבה הקודם בפעולת הקפיץ. הקשת שנוצרה בין אנודת ההצתה לכספית מועברת לאנודות העירור התומכות בקשת ומונעות את כיבויה.

התאמת המתח המיושר במיישרים מתבצעת באמצעות שנאי חתוך או אוטומטי שנאי, שיש לו מספר ענפים מהפיתולים שלו. על ידי שינוי הערך של מתח ה-AC המספק את המיישר, הערך של המתח המיושר משתנה.

76. מכשירים חשמליים

למדידת כמויות חשמל, נעשה שימוש במכשירי מדידה חשמליים מיוחדים. מכשירי מדידה חשמליים מצאו יישום נרחב לתפעול, בקרה והגנה רציונליים על מתקני חשמל במגזרים שונים במשק הלאומי.

במכשירי מדידה חשמליים ישנם חלקים נעים וקבועים של המכשיר. הביטוי של זרם חשמלי, למשל, ההשפעות התרמיות, המגנטיות והמכניות שלו, הם הבסיס לאינטראקציה של החלקים הנעים והנייחים של המכשיר. המומנט המתקבל הופך את החלק הנייד של המכשיר יחד עם המצביע (חץ).

תחת פעולת מומנט, המערכת הניידת מסתובבת בזווית גדולה יותר, ככל שהערך הנמדד גדול יותר. בניגוד למומנט יש ליצור מומנט נגדי שווה והפוך, שכן אחרת, עבור כל ערך של הערך הנמדד (למעט אפס), החץ יסטה עד קצה הסקאלה עד שייעצר.

בדרך כלל, מומנט הנגד נוצר באמצעות קפיצים סליליים מברונזה זרחתית.

החיכוך, כידוע, מופנה תמיד נגד התנועה. לכן, כאשר החלק הנע של המכשיר זז, החיכוך יפריע לכך ויעוות את קריאות המכשיר. כדי להפחית את החיכוך, החלק הנע בחלק מהעיצובים מותקן על ליבות במיסבי דחף העשויים מאבן קשה (אודם, ספיר, אגת). כדי להגן על ליבות ומסבי דחף מהרס במהלך העברה או הובלה, לחלק מהמכשירים יש התקן הנקרא כלוא, אשר מרים את החלק הנייד ומקבע אותו ללא תנועה.

בהשפעת סיבות מסוימות, הרגע המנוגד של המכשיר משתנה. לדוגמה, בטמפרטורות שונות, לקפיצי סליל יש גמישות לא שווה. במקרה זה, החץ של המכשיר יתרחק מחלוקת האפס. כדי להגדיר את החץ למצב אפס, נעשה שימוש במכשיר הנקרא מתקן. מנגנון המדידה של המכשיר סגור במארז המגן עליו מפני השפעות מכניות וחדירת אבק, מים, גזים.

אחד התנאים למכשיר הוא הרגעה מהירה של החלק הנע שלו, המושגת על ידי התקנת בולמים באמצעות ההתנגדות המכנית של המדיום (אוויר, שמן) או בלימת אינדוקציה מגנטית.

מכשירי מדידה חשמליים נבדלים על ידי התכונות הבאות: 1) על פי אופי הערך הנמדד;

2) לפי סוג הזרם;

3) לפי מידת הדיוק;

4) לפי עקרון הפעולה;

5) לפי שיטת השגת קריאה;

6) לפי אופי הבקשה.

בנוסף לתכונות אלה, ניתן להבחין גם במכשירי מדידה חשמליים:

1) לפי שיטת הרכבה;

2) שיטת הגנה מפני שדות מגנטיים או חשמליים חיצוניים;

3) סיבולת ביחס לעומסי יתר;

4) התאמה לשימוש בטמפרטורות שונות;

5) מידות כוללות ומאפיינים אחרים.

לפי סוג הזרם, המכשירים מחולקים למכשירי זרם ישר, מכשירי זרם חילופין ומכשירי זרם ישר וזרם חילופין.

על פי עקרון הפעולה, המכשירים מחולקים למגנטואלקטרי, אלקטרומגנטי, אלקטרודינמי (פרודינמי), אינדוקציה, תרמית, רטט, תרמו-אלקטרי, גלאי וכו'.

77. התקן של מכשירי מדידה

התקנים של המערכת המגנטו-אלקטרית פועלים על עיקרון האינטראקציה של סליל עם זרם ושדה של מגנט קבוע. מגנט פרסה קבוע חזק עשוי קובלט, טונגסטן או פלדת ניקל-אלומיניום יוצר שדה מגנטי. לקצוות המגנט יש חלקי מוט העשויים מפלדה עדינה עם חריצים גליליים. גליל פלדה קבוע בין חלקי המוט, המשמש להפחתת ההתנגדות של המעגל המגנטי. הקווים המגנטיים עוזבים את חלקי הקוטב, ובשל העובדה שהחדירות המגנטית של פלדה גדולה בהרבה מזו של האוויר, הם נכנסים באופן קיצוני לצילינדר, ויוצרים שדה מגנטי כמעט אחיד במרווח האוויר. אותו שדה נוצר כאשר הקווים המגנטיים יוצאים מהגליל. הצילינדר מוקף במסגרת אלומיניום קלה ועליה מתפתל (סליל) עשוי חוט נחושת מבודד. המסגרת יושבת על ציר המונח במיסבי דחף. לציר מוצמד גם חץ מאלומיניום. הרגע המנוגד נוצר על ידי שני קפיצי סליל שטוחים, המשמשים בו זמנית לספק זרם לליפוף המכשיר.

מכשירים אלקטרומגנטיים עובדים על עיקרון האינטראקציה בין זרם הסליל לשדה המגנטי של ליבה נעה העשויה מחומר פרומגנטי. לפי התכנון, מכשירים אלקטרומגנטיים מחולקים לשני סוגים: מכשירים עם סליל שטוח והתקנים עם סליל עגול.

עקרון הפעולה של מכשירים אלקטרודינמיים מבוסס על האינטראקציה של השדות המגנטיים של שני סלילים: האחד, קבוע, והשני, יושב על ציר ומסתובב.

עקרון הפעולה של מכשירים תרמיים מבוסס על התארכות של חוט מתכת כשהוא מחומם על ידי זרם, אשר הופך לאחר מכן לתנועה סיבובית של החלק הנע של המכשיר.

מכשירי מדידה אינדוקטיביים מתאפיינים בשימוש במספר סלילים קבועים, המוזנים בזרם חילופין, ויוצרים שדה מגנטי מסתובב או פועל, אשר משרה זרמים בחלק הנע של המכשיר וגורם לו לנוע. מכשירי אינדוקציה משמשים רק עם זרם חילופין כמדדי וואט ומדי חשמל.

עקרון הפעולה של התקנים של מערכת תרמו-אלקטרית מבוסס על שימוש בכוח אלקטרו-מוטיבי הנובע במעגל המורכב ממוליכים לא דומים, אם לצומת של מוליכים אלה יש טמפרטורה שונה מהטמפרטורה של שאר המעגל.

מכשירי מערכת הגלאים הם שילוב של מכשיר מדידה מגנו-אלקטרי ומיישר מוליכים למחצה (גלאים) אחד או יותר המחוברים יחד במעגל אחד. מיישרים תחמוצת נחושת משמשים בדרך כלל כמיישרים.

מכשירי מערכת רטט מאופיינים בשימוש במספר לוחות מכוונים בעלי תקופות שונות של תנודות טבעיות ומאפשרות מדידת תדר עקב תהודה של תדר הלוח המתנודד עם התדר הנמדד. מכשירי רטט בנויים רק כמודי תדר.

78. שנאי מכשירים

ברשתות AC, שנאי מכשירי מתח וזרם משמשים להפרדת מכשירי מדידה מטעמי בטיחות מחוטי מתח גבוה, כמו גם להרחבת טווח המדידה של המכשירים.

כדי להבטיח דיוק מדידה גבוה, שנאי מתח (זרם) לא צריכים לשנות את יחס הטרנספורמציה שלהם ויש להם זווית קבועה של 180 בין וקטור המתח (הזרם) הראשוני והמשני. התנאי האחרון נחוץ בעת הפעלת מכשירים כאלה באמצעות שנאי מתח (זרם), שקריאתם תלויה בזווית המעבר בין המתח והזרם של הרשת.

עם זאת, בפועל, לשנאי מתח (זרם) יש את מה שנקרא שגיאה ביחס הטרנספורמציה ושגיאת הזווית.

השגיאה היחסית ביחס הטרנספורמציה היא ההפרש בין המתח המשני (הזרם) כפול יחס הטרנספורמציה לבין הערך האמיתי של המתח הראשוני (הזרם).

שגיאת זווית של שנאי מדידה מתח (זרם) הוא הזווית בין וקטור המתח (הזרם) הראשוני לווקטור המתח המשני (הזרם) המסובב ב-180. שגיאת יחס טרנספורמציה ושגיאת זווית גדלים עם העומס. לכן, לא ניתן לטעון שנאים מעבר להספק הנומינלי (המצוין בדרכון).

הפיתולים הראשוניים והמשניים של שנאי המתח המדידה עשויים מחוט נחושת מבודד ומונחים על ליבה סגורה המורכבת מיריעות נפרדות של פלדה שנאי. שנאי מתח עשויים חד פאזיים ותלת פאזיים. כדי להגן על השנאי מעומסי יתר וקצרים במעגל מכשיר המדידה, נתיך מתח נמוך כלול בפיתול המשני. במקרה של תקלה בבידוד של פיתול המתח הגבוה, הליבה והפיתול המשנית יכולים לקבל פוטנציאל גבוה. כדי למנוע זאת, חלקי המתכת והפיתולים המשניים של השנאי מקורקעים.

שנאי זרם משמשים להמרת זרם גדול לזרם קטן. שתי פיתולים מפותלים על הליבה, מורכבות מיריעות נפרדות של פלדה שנאי: הראשונית, המורכבת ממספר קטן של סיבובים, המחוברת בסדרה למעגל שדרכו עובר הזרם הנמדד, והשניה, המורכבת ממספר רב של פיתולים. סיבובים, אליהם מחוברים מכשירי מדידה. בעת מדידת זרם ברשתות מתח גבוה, מכשירי המדידה מופרדים ומבודדים מחוטי מתח גבוה. הפיתול המשני של השנאי הנוכחי מתבצע בדרך כלל עבור זרם של 5 A (לפעמים 10 A), הזרמים המדורגים העיקריים יכולים להיות בין 5 ל 15 A.

היחס בין הזרם הראשוני למשני, שווה בקירוב ליחס ההפוך של הסיבובים המתפתלים, נקרא יחס טרנספורמציה הנוכחית. יחס הטרנספורמציה המדורג מצוין בדרכון השנאי בצורה של שבר, שהמונה שלו מציין את הזרם הראשי המדורג, והמכנה - הזרם המשני המדורג.

79. RHEOSTATS

בתרגול חשמל, כמו גם בהפעלת מכונות חשמליות, נעשה שימוש בריאוסטטים שונים.

ריאוסטט הוא מכשיר שיש לו התנגדות מסוימת, אותה ניתן לשנות, ובכך לשנות את הזרם והמתח של המעגל. ריאוסטטים זמינים עם מגע הזזה, מנוף, נוזל, מנורה ותקע.

ריאוסטט עם מגע הזזה. חוט חשוף מלופף על צינור חרסינה. כתוצאה מעיבוד מיוחד, פני החוט מכוסים בסרט תחמוצת דק שאינו מוליך זרם. מחוון מחליק לאורך מוט המתכת, לוחץ על חוט הריאוסטט. מכיוון שחלק מההתנגדות של ה-rheostat מוכנס בסדרה עם המנורה החשמלית, הזרם הזורם דרך חוט המנורה יקטן והמנורה תישרף פחות במקרה זה. על ידי הזזת המחוון ימינה, נפחית את ההתנגדות של הריאוסטט, ועוצמת האור של המנורה תגדל. rheostats מגע הזזה משמשים כאשר נדרש שינוי חלק ואיטי בזרם במעגל.

ריאוסטט מנוף. ספירלות תיל נמתחות על מסגרת של חומר בידוד. ספירלות מחוברות בסדרה. ענפים למגעים נעשים מההתחלה, הסוף והצמתים של ספירלות בודדות. על ידי הנחת הידית על מגע מסוים של הריאוסטט, נוכל לשנות את ההתנגדות, ואיתה את הזרם במעגל. עם זאת, שינויים אלה אינם מתרחשים בצורה חלקה, אלא בפתאומיות.

החומרים הנפוצים ביותר עבור rheostats תיל הם ברזל, ניקלין, קבוע, מנגנין, וניכרום.

ריאוסטט נוזלי. ריאוסטט הוא כלי מתכת עם תמיסה של סודה. מנוף קבוע על הציר, שעליו יש סכין ברזל או נחושת. המנוף עם סכין מבודד מקופסת המתכת על ידי אטם. הרמה או הורדה של הסכין לתמיסת הסודה, נוכל לשנות את הזרם במעגל. על ידי הורדת הסכין לתמיסה, אנו מגדילים את שטח המגע בין הסכין לתמיסה ומגדילים את הזרם העובר דרך הריאוסטט. עם טבילה נוספת של הסכין, המגע של הידית יכנס למתכת על מארז המתכת והראוסטט יקוצר, כלומר יכבה מהעבודה.

ריאוסטטים נוזליים משמשים במעגלים בזרמים גבוהים.

ריאוסטט מנורה. מייצג קבוצה של מספר מנורות חשמליות המחוברות במקביל. ידוע שאם למנורת ליבון אחת יש התנגדות של 150 אוהם, אז שתיים מאותן מנורות יהיו בעלות התנגדות כוללת של 75 אוהם בלבד, שלוש נורות - 50 אוהם וכו'.

לפיכך, ההתנגדות הכוללת של מספר מנורות זהות המחוברות במקביל תהיה שווה להתנגדות של מנורה אחת חלקי מספר המנורות המחוברות.

תקע ריאוסטטים. המכונה לעתים קרובות קופסאות התנגדות, הן מייצגות קבוצה של התנגדויות מכוונות עדינות. הקצוות של סלילי ההתנגדות מחוברים למוט נחושת חתוך. כאשר מכניסים תקע נחושת לתוך החתכים של המוט, הוא מחבר שני חלקים סמוכים של המוט. על ידי זה, ההתנגדות, המחוברת בקצותיה לחלקים השכנים של הבר, כבויה מהמעגל או, כמו שאומרים, קצרה (קצר).

התקע שהוסר גורם לזרם חשמלי לזרום דרך סליל ההתנגדות.

קופסאות התנגדות מקלות על הכללת התנגדות של ערך מוגדר במדויק במעגל ומשמשות במדידות חשמליות.

80. מדידת הספק חשמלי פעיל

זֶרֶם יָשָׁר מהנוסחה להספק זרם ישר P =UI ניתן לראות שניתן לקבוע את ההספק על ידי הכפלת הקריאות של מד זרם ומד מתח. עם זאת, בפועל, מדידת הספק מתבצעת בדרך כלל באמצעות מכשירים מיוחדים - מדי וואט. מד הוואטים מורכב משני סלילים: אחד קבוע, המורכב ממספר קטן של סיבובים של חוט עבה, ואחד נייד, המורכב ממספר רב של סיבובים של חוט דק. כאשר מד הוואטים מופעל, זרם העומס עובר דרך סליל קבוע המחובר בסדרה במעגל, והסליל הנע מחובר במקביל לצרכן. כדי להפחית את צריכת החשמל בפיתול המקביל ולהפחית את משקל הסליל הנע, מחוברת איתו התנגדות מנגנין נוספת בסדרה. כתוצאה מהאינטראקציה של השדות המגנטיים של הסלילים הנעים והקבועים, נוצר מומנט פרופורציונלי לזרמים של שני הסלילים. המומנט של המכשיר הוא פרופורציונלי להספק הנצרך במעגל.

על מנת שהחץ של המכשיר יחרוג מאפס ימינה, יש צורך להעביר זרם דרך הסליל בכיוון מסוים.

בנוסף למדדי וואטים אלקטרודינמיים, מדי וואט של המערכת הפרודינמית משמשים גם למדידת הספק במעגלי DC.

זרם חילופין חד פאזי. כאשר מד וואטים אלקטרודינמי מחובר למעגל זרם חילופין, השדות המגנטיים של הסלילים הנעים והקבועים, המקיימים אינטראקציה זה עם זה, יגרמו לסליל הנע להסתובב. רגע הסיבוב המיידי של החלק הנע של המכשיר הוא פרופורציונלי למכפלת הערכים המיידיים של הזרמים בשני סלילי המכשיר. אך עקב שינויים מהירים בזרמים, המערכת הנעה לא תוכל לעקוב אחר השינויים הללו ורגע הסיבוב של המכשיר יהיה פרופורציונלי להספק הממוצע או הפעיל P = U I cos?.

כדי למדוד את כוחו של זרם חילופין, משתמשים גם במדדי וואט של מערכת האינדוקציה.

בעת מדידת כוח עם מד וואט ברשתות מתח נמוך עם זרמים גבוהים, נעשה שימוש בשנאי זרם. כדי לצמצם את ההבדל הפוטנציאלי בין הפיתולים של מד הוואטים, למעגלים הראשוניים והמשניים של השנאי הנוכחי יש נקודה משותפת. הפיתול המשני של השנאי אינו מוארק, מכיוון שזה אומר הארקה של חוט אחד של הרשת.

כדי לקבוע את כוחה של הרשת במקרה זה, עליך להכפיל את קריאת מד הוואטים ביחס הטרנספורמציה של השנאי.

זרם חילופין תלת פאזי. עם עומס אחיד של מערכת תלת פאזית, מד וואט חד פאזי אחד משמש למדידת הספק. במקרה זה, זרם הפאזה זורם דרך הפיתול הסדרתי של מד הוואטים, והפיתול המקביל מחובר למתח הפאזה. לכן, מד הוואטים יראה את ההספק של פאזה אחת. כדי לקבל את הכוח של מערכת תלת פאזית, עליך להכפיל את הקריאה של מד וואט חד פאזי בשלושה.

ברשתות מתח גבוה, מד וואט תלת פאזי מופעל באמצעות שנאים למדידת מתח וזרם.

81. מדידת אנרגיה חשמלית פעילה

זֶרֶם יָשָׁר כדי למדוד את צריכת האנרגיה בזרם ישר, משתמשים במונים של שלוש מערכות: אלקטרודינמית, מגנטואלקטרית ואלקטרוליטית. המונים הנפוצים ביותר של המערכת האלקטרודינמית. סלילי זרם קבועים, המורכבים ממספר קטן של סיבובים של חוט עבה, מחוברים בסדרה לרשת. סליל נע בעל צורה כדורית, הנקרא אבזור, מותקן על ציר שיכול להסתובב במיסבי דחף. פיתול האבזור עשוי ממספר רב של סיבובים של חוט דק ומחולק למספר חלקים. קצוות המקטעים מולחמים ללוחות האספנים, בהם נוגעים מברשות שטוחות ממתכת. מתח הרשת מסופק למתפתל האבזור באמצעות התנגדות נוספת. במהלך פעולת המונה, כתוצאה מאינטראקציה של הזרם בפיתול האבזור והשטף המגנטי של הזרמים הקבועים של הסלילים, הוא יוצר מומנט, שבהשפעתו יתחיל האבזור להסתובב. ניתן לשפוט את כמות האנרגיה הנצרכת ברשת לפי מספר הסיבובים שמבצע האבזור (דיסק). כמות האנרגיה לכל סיבוב של האבזור נקראת קבוע המטר. מספר הסיבובים של האבזור ליחידת אנרגיה חשמלית מתועדת נקרא יחס ההילוכים.

זרם חילופין חד פאזי. כדי למדוד אנרגיה פעילה במעגלי זרם חילופין חד פאזיים, משתמשים במוני מערכת אינדוקציה. המכשיר של מד האינדוקציה כמעט זהה לזה של מד האינדוקציה. ההבדל הוא שלמד אין קפיצים שיוצרים מומנט נוגד, מה שהופך את דיסקית המד חופשית להסתובב. החץ והסקאלה של מד הוואטים מוחלפים במונה במנגנון ספירה. המגנט הקבוע, המשמש במד הוואטים להרגעה, יוצר מומנט בלימה במונה.

זרם חילופין תלת פאזי. ניתן למדוד את האנרגיה הפעילה של זרם חילופין תלת פאזי באמצעות שני מונים חד פאזיים הכלולים במעגל לפי מעגל דומה לזה של שני מטר וואט. נוח יותר למדוד אנרגיה עם מד אנרגיה אקטיבי תלת פאזי, המשלב פעולה של שני מונים חד פאזיים במכשיר אחד. מעגל המיתוג של מד אנרגיה פעיל תלת פאזי בעל שני אלמנטים זהה למעגל של מד הוואטים המתאים.

ברשת זרם תלת פאזי עם ארבעה חוטים משתמשים במעגל דומה לזה של שלושה מטר וואט למדידת אנרגיה פעילה, או משתמשים במד תלת פאזי בעל שלושה אלמנטים. ברשתות מתח גבוה, מונים מופעלים באמצעות שנאים למדידת מתח וזרם.

ניתן לקבוע את האנרגיה התגובתית של זרם חד פאזי על ידי קריאת מד זרם, מד מתח, מד פאזה ושעון עצר.

כדי לקחת בחשבון אנרגיה תגובתית ברשתות זרם תלת פאזי, ניתן להשתמש במוני אנרגיה אקטיבית רגילים ובמוני אנרגיה תגובתית מיוחדים.

שקול את המכשיר של מד אנרגיה תגובתי תלת פאזי מיוחד. מכשיר המונה מסוג זה זהה למכשיר של מד וואט תלת פאזי בעל שני אלמנטים. פיתולים מקבילים של שני אלמנטים מחוברים לרשת. לא שתיים, אלא ארבע פיתולים מסדרה מונחות על גבי ליבות בצורת U. יתר על כן, מתפתל סדרתי אחד מתפתל על אחד מענפי הליבה בצורת U של האלמנט הראשון. פיתול הזרם השני ממוקם על הענף השני של הליבה של המערכת הראשונה ואת פיתול הזרם השלישי ממוקם על הענף הראשון של המערכת השנייה. מתפתל הזרם הרביעי ממוקם על הענף השני של הליבה בצורת U של האלמנט השני.

82. הנעה חשמלית

המנוע ותיבת ההילוכים מניעים את המפעיל. לכן, שני חלקים אלה של המכונה נקראים נהיגה.

אם משתמשים במנוע חשמלי להנעת המכונה העובדת, אז כונן כזה נקרא כונן חשמלי או בקיצור כונן חשמלי.

היישום המעשי הראשון של הכונן החשמלי צריך להיחשב לשימוש בו על סירה על ידי אקדמאי ב.ס. יעקבי בשנת 1838. על הסירה הותקן מנוע חשמלי המופעל באמצעות סוללה גלוונית.

כוננים חשמליים המשמשים בייצור ניתן לחלק לשלושה סוגים עיקריים: קבוצתי, יחיד ורב-מנועי.

ההנעה החשמלית הקבוצתית מורכבת ממנוע חשמלי אחד, אשר באמצעות תיבת ההילוכים וההנעה הנגדית, מניע מספר מפעילים. ההנעה הנגדית היא ציר קצר המונח במיסבים. גלגלת מדורגת, גלגלת עבודה (מחוברת לפיר) וגלגלת סרק (יושבת רפויה על הפיר) ממוקמות על הפיר. ההנעה הנגדית מאפשרת לשנות את מהירות הסיבוב של המכונה (באמצעות גלגלת מדורגת), לעצור ולהתניע את המכונה (באמצעות גלגלת עובדת או סרק). עצירת מנוע ההנעה מובילה להפסקת כל המפעילים המקבלים ממנו אנרגיה מכנית. כאשר רק חלק מהמפעילים פועל, ההנעה הקבוצתית היא בעלת יעילות נמוכה.

מפעיל חשמלי יחיד מורכב ממנוע חשמלי המניע מפעיל נפרד. מכונות קידוח חד ציר, מחרטות בעלות הספק נמוך וכו' מצוידות בהנעה אחת, בתחילה העברת התנועה מהמנוע למכונה בוצעה באמצעות הנעה נגדית. לאחר מכן, המנוע החשמלי עצמו היה נתון לשינויי עיצוב והחל להיות אינטגרלי עם המפעיל. כונן בודד כזה נקרא אִישִׁי.

כונן רב-מנועי מורכב ממספר מנועים חשמליים, שכל אחד מהם משמש להנעת אלמנטים בודדים של המפעיל. כוננים מרובי מנועים משמשים למכונות מורכבות בעלות הספק גבוה, מפעלי גלגול, מכונות נייר, מנופים ומכונות ומנגנונים אחרים.

לפי סוג הזרם, הכונן החשמלי מחולק לכונן חשמלי זרם ישר ולכונן חשמלי זרם חילופין. בהתאם לשיטת חיבור האבזור ופיתולי העירור, מנועי DC נבדלים עם עירור מקביל, סדרתי ומעורב.

בעת קביעת עוצמת המכונה, נבדלים שלושה מצבי פעולה.

1. עבודה רציפה מאופיינת בפעולה שבה תקופת ההפעלה כל כך ארוכה עד שהחימום של המכונה מגיע למצבו היציב.

2. פעולה לטווח קצר מאופיינת בכך שבתקופת ההפעלה אין לטמפרטורת המנוע זמן להגיע למצב יציב.

3. אופן הפעולה לסירוגין מאופיין בחילופי תקופות עבודה והפסקות. משך תקופת עבודה אחת והפסקה אחת לא יעלה על 10 דקות. אופן העבודה לסירוגין נקבע לפי האורך היחסי של תקופת העבודה.

83. בידוד, עיצובים וקירור של מכונות חשמליות

כוח המנוע נקבע על ידי החימום שלו. החימום המותר של המכונה מוגבל על ידי עמידות החום של חומרי הבידוד, כמו גם על ידי מערכת קירור המנוע.

חומרי בידוד המשמשים במכונות חשמליות מחולקים לחמש מחלקות. דרגת בידוד A. הוא כולל בדי כותנה, משי, חוט, נייר וחומרים אורגניים אחרים המוספגים בשמנים שונים, כמו גם אמייל ולכות. סוג בידוד B. זה כולל מוצרים העשויים מנציץ, אסבסט וחומרים אנאורגניים אחרים המכילים קלסרים אורגניים. דרגת בידוד BC. מורכב מנציץ, חוט זכוכית ואסבסט על לכות עמידות בחום. דרגת בידוד CB. מורכב מחומרים אנאורגניים על לכות עמידות בחום ללא שימוש בחומרי בידוד Class A. בידוד סוג C. כולל נציץ, פורצלן, זכוכית, קוורץ וחומרים אורגניים אחרים ללא קלסרים. טמפרטורת החימום הגבוהה ביותר המותרת לבידוד מחלקה א'-105o, עבור מחלקה ב'-120o, עבור מחלקת מטוסים -135o, עבור כיתה סנט מעט גבוה יותר, תלוי בעמידות החום של הלכות המשמשות, עבור מחלקה ג' הטמפרטורה לא מוגדרת.

על פי שיטת ההגנה מפני השפעת הסביבה החיצונית, נבדלות צורות הביצוע הבאות של מכונות חשמליות.

1. פתח מכונה חשמלית. חלקים מסתובבים ונושאי זרם של המכונה בגרסה זו אינם מוגנים מפני מגע מקרי וחדירה של עצמים זרים אליהם.

2. מכונה חשמלית מוגנת. החלקים המסתובבים והנושאים הזרם של מכונה כזו מוגנים מפני מגע וחפצים זרים.

3. מכונה חשמלית חסינת טפטוף. החלקים הפנימיים של מכונה כזו מוגנים מפני חדירת טיפות מים הנופלות אנכית.

4. מכונה חשמלית חסינת התזה. החלקים הפנימיים של המכונה מוגנים מפני התזות מים הנופלות בזווית של 45 בסדר מהאנך מכל צד.

5. מכונה חשמלית סגורה. החלקים הפנימיים של המכונה של עיצוב זה מופרדים מהסביבה החיצונית, אך לא בצורה כה הדוקה עד שהיא יכולה להיחשב הרמטית. מכונה זו משמשת בסביבות מאובקות וניתן להתקין אותה בחוץ.

6. מכונה חשמלית עמידה למים. החלל הפנימי של המכונה מוגן מפני חדירת מים לתוכו בעת שפיכה על המכונה מצינור. משמש בהתקנות ספינה.

7. מכונה חשמלית חסינת פיצוץ. מכונה סגורה שתוכננה בצורה כזו שתוכל לעמוד בפיצוץ בתוכה של אותם גזים הכלולים בסביבה החיצונית.

8 ... מכונה הרמטית. מכונה סגורה לחלוטין, שבה כל הפתחים סגורים בצורה כה הדוקה, עד שבלחץ חיצוני מסוים, לא נכללת כל תקשורת בין פנים המכונה לבין המדיום הגזי והנוזל המקיף את המכונה מבחוץ.

לפי שיטת הקירור, המכונות מחולקות לסוגים הבאים.

1. מכונות קירור חופשי ללא מאווררים ייעודיים. מחזור האוויר הקירור מתבצע עקב פעולת האוורור של החלקים המסתובבים של המכונות ותופעת ההסעה.

2. מכונות עם פליטה מלאכותית או אוורור מאולץ, שבהן זרימת הגז המקררת את החלקים המחוממים מועצמת על ידי מאוורר מיוחד, לרבות: מכונות מאווררות עצמיות עם מאוורר על הפיר (מוגנות או סגורות); מכונות עם אוורור עצמאי, שהמאוורר שלהן מונע על ידי מנוע חיצוני (מכונות סגורות).

84. הגנה על מנועים חשמליים

על מנת למנוע פגיעה בבידוד המנוע ופגיעה בשלמות הפיתולים והחיבורים החשמליים, על המנועים להיות בעלי אמצעי הגנה המבטיחים את ניתוקם בזמן מהרשת. הגורמים השכיחים ביותר לפעולת מנוע לא תקינה הם עומס יתר, קצר חשמלי, תת מתח או אובדן מתח.

להעמיס יותר מדי נקרא עלייה בזרם המנוע מעבר לערך המדורג. עומסי יתר יכולים להיות קטנים ולטווח קצר. עומסי יתר יכולים להיות מוגזמים וממושכים - הם מסוכנים לפיתולי המנוע, שכן כמות החום הגדולה שנוצרת מהזרם עלולה לחרוך את הבידוד ולצרוב את הפיתולים.

קצר חשמלי שיכול להתרחש בפיתולים שלו מסוכנים גם למנוע. הגנה על מנועים מפני עומסי יתר וקצרים נקראת הגנה מפני זרם יתר. הגנה מרבית מסופקת על ידי נתיכים, ממסרי זרם, ממסרים תרמיים. הבחירה של התקני הגנה מסוימים תלויה בכוח, סוג ומטרת המנוע, תנאי ההתנעה ואופי עומסי יתר.

נתיכים הם מכשירים עם חוט נמס נמוך עשוי נחושת, אבץ או עופרת ומורכבים על בסיס מבודד. מטרת הנתיכים היא לנתק את הצרכן מהרשת במקרה של עומס יתר או קצר חשמלי לא מקובל. לנתיכים יש כוח קטן יחסית שהנתיכים או מכשיר ניתוק כלשהו יכולים לחתוך ללא סכנה להינזק או להרוס, הנקרא כוח השבירה האולטימטיבי.

נתיכים הם שעם, צלחת וצינורית. נתיכים במראה מיוצרים עבור מתחים של עד 500 וולט וזרמים מ-2 עד 60 A ומשמשים להגנה על רשתות תאורה ומנועים חשמליים בעלי הספק נמוך. כרגע מנסים לא להשתמש בנתיכים למלריים, שיש להם חסרונות גדולים (התזה של מתכת התוספת בזמן שחיקה, קשיים בהחלפתם). נתיכים צינוריים במתח נמוך מיוצרים למתחים עד 500 V וזרמים מ-6 עד 1000 A. מבחינה מבנית ניתן לייצר נתיכים צינוריים עם צינור פורצלן פתוח ועם צינור זכוכית, סיב או חרסינה סגור. צינורות עם קישורים מתמזגים שעברו דרכם מכוסים לעתים קרובות בחול קוורץ. ברגע שהפתיל נושף, החול שובר את הקשת החשמלית לסדרה של קשתות קטנות, מקרר היטב את הקשת והיא נכבית במהירות.

במעגלים חשמליים של זרם ישר וחילופין עם מתח של עד 500 וולט, משתמשים במתגי אוויר אוטומטיים או פשוט אוטומטיים. מטרת המכונות היא לפתוח מעגלים חשמליים במקרה של עומס יתר או קצר חשמלי.

החלק העיקרי של הממסר התרמי הוא צלחת דו מתכתית. תחת פעולת החום של גוף החימום, הצלחת הדו-מתכתית מעוותת, אשר, על ידי כיפוף, משחררת את הבריח. תחת פעולת קפיץ, התפס מסתובב סביב הציר ובעזרת מוט פותח את המגעים הסגורים בדרך כלל של מעגל העזר של הממסר. התפס מוחזר למקומו המקורי באמצעות כפתור החזרה. גוף החימום של הממסר התרמי נבחר בהתאם לזרם הנקוב של המנוע.

85. מגעים ובקרים

לשליטה מרחוק ואוטומטית של מנועים חשמליים, מגעים. בהתאם לסוג הזרם, המגעים הם בעלי זרם ישיר וזרם חילופין.

במגע DC, מעגל החשמל שנסגר על ידי המגע עובר דרך מגעים המורכבים על בסיס מבודד, מגעים של המגע עצמו וחיבור נושא זרם גמיש. המגע נסגר על ידי אלקטרומגנט, שפיתולו מופעל על ידי מעגל בקרה עזר. כאשר מעגל הבקרה סגור, האלקטרומגנט מושך את האבזור, אשר סוגר את המגעים של המגע.

המגע מוחזק במצב מופעל כל עוד מעגל מתפתל האלקטרומגנט סגור. מגעים DC KP בנויים עם מגעים עיקריים אחד, שניים ושלושה הפועלים במעגלי DC במתח של 220, 440 ו-600 V. הזרמים הנקובים להם מיועדים המגעים הראשיים הם מ-20 עד 250 A. סליל האלקטרומגנט של KP מגע מיועד למתח 48, 110 ו-220 וולט.

בנוסף למגעים העיקריים המשמשים לסגירה ופתיחה של מעגלי חשמל, המגעים מצוידים במגעי עזר למעגלי איתות ולמטרות אחרות. מגע KP מאפשרים עד 240-1200 מיתוגים בשעה.

סלילי המיתוג של מגע AC מיוצרים עבור מתחים של 127, 220, 380 ו-500 וולט בתדר של 50 הרץ. מגעים אלו מאפשרים עד 120 מיתוגים בשעה.

כדי להתניע את המנועים, לשנות את כיוון הסיבוב, לשלוט במהירות ולעצור את המנועים, מכונים מכשירים בקרים. לפי סוג הבקרים הנוכחיים הם DC ו-AC. בקרים שהמגעים שלהם כלולים במעגלי הכוח של מנועים חשמליים נקראים בקרי כוח.

ישנם בקרים שסוגרים את מעגלי הבקרה של מכשירים אלקטרומגנטיים, והם, בתורם, סוגרים ופותחים את מעגלי הכוח של מנועים חשמליים. בקרים כאלה נקראים בקרים.

בהתאם לתכנון של מערכת המגע, הבקרים יכולים להיות תוף ומצלם. הציר של בקר התוף מסובב באמצעות גלגל היד. לוחות נחושת בצורת מקטעים והיותם מגעים נעים קבועים על הפיר המבודד ממנו. הקטעים יכולים להיות באורכים שונים ומקזזים אחד ביחס לשני בזווית כלשהי. חלקים מסוימים מחוברים זה לזה חשמלית. כאשר ציר הבקר מסובב, המקטעים שלו מחוברים למגעים קבועים המורכבים על מוט מבודד. מגעים קבועים מסוג אצבע מסתיימים ב"קרקרים" הניתנים להחלפה בקלות. כתוצאה מחיבור המגעים הנעים לקבועים, מתבצעים המיתוגים הדרושים במעגל המבוקר.

בקר הפיקה מורכב מסט אלמנטים של מגע הנסגרים ונפתחים בעזרת מנקי זיזים הממוקמים על פיר הבקר. להרווית קשת טובה יותר, כל רכיב מגע של הבקר מצויד בהתקן בודד לכיבוי קשת. המגעים של בקרי הפיקה הם בעלי יכולת שבירה גבוהה יותר מהמגעים של בקרי התוף ומאפשרים מספר גדול יותר של מיתוגים (עד 600 מיתוגים בשעה).

86. שיטות להתנעת מנועים

ניתן להפעיל מנועים אסינכרוניים במתח מלא (התנעה ישירה) ובמתח מופחת. התחלה ישירה מתבצעת באמצעות מתגי סכין, מתגים, מתגי אצווה, סטרטרים מגנטיים, מגע ובקרים. במהלך התנעה ישירה, מתח הרשת המלא מופעל על המנוע. החיסרון של שיטת התנעה זו הוא זרמי ההתנעה הגדולים, הגדולים פי 27 מהזרמים הנקובים של המנועים.

הפשוטה ביותר היא התחלה ישירה של מנועים אסינכרוניים עם רוטור של כלוב סנאי. התנעה ועצירה של מנועים כאלה מתבצעת על ידי הפעלה או כיבוי של מתג הסכין וכו'. התנעה של מנועים אסינכרוניים עם רוטור פאזה מתבצעת באמצעות ריאוסטט התחלתי המחובר לרוטור המתפתל דרך טבעות ומברשות. לפני התנעת המנוע, אתה יכול לוודא שההתנגדות של ריאוסטט ההתנעה נכנסה במלואה. בסיום ההפעלה, הראוסטט מוסר בצורה חלקה ומקצר אותו. הנוכחות של התנגדות אקטיבית במעגל הרוטור בעת ההפעלה מובילה לירידה בזרם ההתחלה ולעלייה במומנט ההתחלה. כדי להפחית את זרמי ההתחלה של מנועים אסינכרוניים, המתח המסופק לליפוף הסטטור של המנוע מופחת.

ניתן גם להפחית את המתח המסופק למנוע, ובמקביל להפחית את זרם ההתנעה של המנוע, באמצעות שנאי אוטומטי. בעת ההפעלה, שנאים אוטומטיים מפחיתים את המתח ב-50-80%.

אחד החסרונות העיקריים של מנועים סינכרוניים הוא הקושי להתניע אותם. התנעה של מנועים סינכרוניים יכולה להתבצע באמצעות מנוע התנעה עזר או באמצעות התנעה אסינכרונית.

אם הרוטור של מנוע סינכרוני עם קטבים נרגשים מסובב על ידי מנוע עזר אחר למהירות הסיבוב של שדה הסטטור, אזי הקטבים המגנטיים של הסטטור, המקיימים אינטראקציה עם הקטבים של הרוטור, יגרמו לסיבוב נוסף של הרוטור באופן עצמאי. ללא עזרה מבחוץ, בזמן עם שדה הסטטור, כלומר באופן סינכרוני. לצורך התנעה, מספר זוגות הקטבים של מנוע האינדוקציה חייב להיות קטן ממספר זוגות הקטבים של המנוע הסינכרוני, מכיוון שבתנאים אלה המנוע האסינכרוני העזר יכול להפוך את הרוטור של המנוע הסינכרוני למהירות סינכרונית.

מורכבות ההתנעה והצורך במנוע עזר הם חסרונות משמעותיים של שיטה זו של התנעת מנועים סינכרוניים. לכן, הוא משמש לעתים רחוקות כיום.

כדי ליישם את ההתחלה הא-סינכרונית של מנוע סינכרוני, פיתול קצר נוסף ממוקם בחלקי המוט של עמודי הרוטור. מכיוון ש-EMF גדול נגרמת בפיתול עירור המנוע במהלך ההפעלה, מטעמי בטיחות הוא נסגר על ידי מתג סכין להתנגדות.

כאשר המתח של רשת תלת פאזית מופעל בפיתול הסטטור של מנוע סינכרוני, נוצר שדה מגנטי מסתובב, אשר חוצה את הפיתול הקצר המוטבע בחלקי קוטב הרוטור, גורם לזרמים בו. זרמים אלה, המקיימים אינטראקציה עם שדה הסיבוב של הסטטור, יגרמו לסיבוב של הרוטור. כאשר הרוטור מגיע למספר סיבובים גבוה יותר, המתג עובר כך שפיתול הרוטור מחובר לרשת מתח DC. החיסרון של התחלה אסינכרונית הוא זרם התחלה גדול (פי 5-7 מזרם ההפעלה).

87. בקרת מהירות סיבוב של מנועים חשמליים

ניתן לשלוט על מהירות הסיבוב של מנועים חשמליים DC על ידי שינוי המתח המסופק למנוע, או על ידי שינוי גודל השטף המגנטי של המנוע.

שינוי גודל המתח המסופק לאבזור המנוע יכול להיעשות על ידי חיבור התנגדות בקרה משתנה בסדרה עם אבזור המנוע או על ידי חיבור פיתולי האבזור של מספר מנועים בסדרה ובמקביל. השיטה הנפוצה ביותר לבקרת מהירות היא לשנות את גודל השטף המגנטי של המנוע. לצורך כך כלול ריאוסטט במעגל סלילה של עירור המנוע, המאפשר לבצע התאמה רחבה וחלקה של מהירות המנוע.

מהירות הסיבוב של מנועים אסינכרוניים נשלטת באחת מהשיטות הבאות.

1. שינוי מספר הקטבים של המנוע החשמלי. כדי להיות מסוגל לשנות את מספר זוגות הקטבים של המנוע, הסטטור עשוי עם שני פיתולים עצמאיים, או עם פיתול אחד, שניתן לחבר מחדש למספרים שונים של קטבים. חיבור מחדש של פיתולי הסטטור מתבצע באמצעות מכשיר מיוחד - בקר. בשיטה זו, התאמת מהירות המנוע מתבצעת בקפיצות. התאמת מהירות המנוע על ידי שינוי מספר הקטבים יכולה להיעשות רק עם מנועים אסינכרוניים עם רוטור כלוב סנאי. ניתן להפעיל את הרוטור המקוצר עם כל מספר של עמודי סטטור. להיפך, הרוטור של מנוע עם מתפתל פאזה יכול לעבוד כרגיל רק עם מספר מסוים של עמודי סטטור. אחרת, יהיה צורך להחליף את פיתול הרוטור, מה שיכניס סיבוכים גדולים למעגל המנוע.

2. שנה את התדר של זרם החילופין. בשיטה זו, תדירות זרם החילופין המסופק לליפוף הסטטור של המנוע משתנה באמצעות גנרטור מיוחד. זה מועיל להתאים את שינוי התדר הנוכחי כאשר יש קבוצה גדולה של מנועים הדורשים בקרת מהירות חלקה של מפרקים.

3. הכנסת התנגדות למעגל הרוטור. במהלך פעולת המנוע, ההתנגדות של ריאוסטט ההתאמה מוכנסת למעגל מתפתל הרוטור. שיטה זו ישימה רק עבור מנועים עם רוטור פאזה.

4. בקרה עם משנקי רוויה. למשנק רוויה חד פאזי יש שתי פיתולים: האחד מחובר למעגל AC, השני, הנקרא בקרה או פיתול הטיה, מחובר למקור מתח DC (מיישר). עם עלייה בזרם בפיתול הבקרה, המערכת המגנטית של המשרן רוויה וההתנגדות האינדוקטיבית של סליל ה-AC פוחתת. על ידי הכללת משנקים בכל שלב של מנוע אסינכרוני ושינוי הזרם של פיתול הבקרה, ניתן לשנות את ההתנגדות במעגל הסטטור של המנוע, וכתוצאה מכך, את מהירות הסיבוב של המנוע עצמו.

כדי להפעיל מנועי DC בעלי הספק גבוה, כמו גם לוויסות נרחב של מהירות סיבוב המנוע, נעשה שימוש במעגל "גנרטור-מנוע", המקוצר G-D. מערכת G-D מאפשרת לבצע התנעה רכה והתאמה רחבה של מהירות סיבוב המנוע.

88. סוללות

סוללות נטענות מצוידים בסוללות עופרת חומצה או אלקליין, שהראשונות נמצאות בשימוש הנפוץ ביותר.

הסוללה של סוללות עופרת-חומצה נייחות מורכבת מסוללות מסוג C (נייחות למצבי פריקה ארוכה) או SC (נייחות למצבי פריקה קצרים). סוללות SK שונות מסוללות מסוג C עם עמודי חיבור מחוזקים. המספרים לאחר ייעוד האותיות של סוללות אלו מאפיינים את הקיבולת, זרמי הפריקה והטעינה שלהן.

סוללות מסוג C מתוכננות להתרוקן על פני תקופה של 3 עד 10 שעות; זרם הפריקה המרבי המותר ל-3 שעות הוא 9 A. ניתן לפרוק סוללות SK בפרק זמן קצר יותר - עד שעה אחת; זרם הפריקה המרבי המותר לשעה הוא 1 A.

זרם הפריקה לטווח קצר (ללא יותר מ-5 שניות) לא יעלה על 250% מזרם הפריקה של שלוש שעות עבור סוללות מסוג C ו-250% מזרם פריקה של שעה אחת עבור סוללות מסוג SK.

במהלך הטעינה מותר זרם הטעינה המרבי: 9 A לסוללות מסוג C ו-11 A לסוללות מסוג CK.

ערך הקיבולת המצוין עבור כל סוג של סוללה משתנה מאוד בהתאם לגודל זרם הפריקה ומצב הפריקה.

עבור סוללות אחסון נייחות, נעשה שימוש בסוללות עופרת מסוג SP ו-SPK (משוריין נייח). עבור סוללות ניידות, נעשה שימוש בסוללות עופרת מסוג ST (סטרטר).

סוללות אלקליין מצוידות בסוללות ברזל ניקל מסוג ZhN או TGN.

מספר הסוללה מתאים לקיבולת הנומינלית שלה באמפר-שעה.

הסוללות נטענות בזרם של מצב הטעינה הרגיל למשך 6-7 שעות טעינה מואצת מותרת במצב הבא: תחילה למשך 2,5 שעות בזרם כפול מהערך הרגיל ולאחר מכן לשעתיים בזרם רגיל. ערך.

עבור סוללות ניידות, נעשה שימוש בסוללות ברזל ניקל 10 ZhN במתח של 12,5 וולט; 4 ZhN-5 V; 5 ZhN-6,5 V.

במהלך פעולת הסוללה, המתח של כל תא יורד. אם לא תנקוט באמצעים מיוחדים, מתח אפיק הסוללה יקטן גם הוא. בהקשר זה, כאשר המצבר מתרוקן, יש לחבר אלמנטים חדשים בנוסף לסוללות הפועלות. כך, הסוללה מורכבת ממספר תאים הפועלים כל הזמן וממספר תאים המופעלים ומכבים לפי הצורך. המנגנון שבאמצעותו משתנה מספר תאי הסוללה הפעילים נקרא מתג אלמנטרי.

בתחנות כוח ותחנות משנה זמינים הסוגים הבאים של עומסי DC:

1) עומס קבוע - מנורות איתות ובקרה על לוחות בקרה, כמה ממסרי הגנה ואוטומציה וכו';

2) עומס זמני - מתרחש במקרה של הפסקת חשמל של תחנת המשנה עם זרם תלת פאזי לסירוגין; מורכב מנורות תאורת חירום ומנועי DC;

3) עומס לטווח קצר - מנגנונים להפעלת מפעילים חשמליים של מתגים, חלק מממסרי הגנה ואוטומציה.

89. מצב תפעול סוללה

ישנם שני מצבי פעולת סוללה: טעינה-פריקה и טעינה מתמדת.

מצב הטעינה-פריקה מאופיין בכך שלאחר טעינת הסוללה, המטען נכבה והסוללה מספקת עומס קבוע (מנורות אזעקה, מכשירי בקרה), עומס לטווח קצר מעת לעת (כוננים מפסקים אלקטרומגנטיים) ו- עומס חירום. הסוללה, שנפרקת למתח מסוים, מתחברת מחדש ליחידת הטעינה, אשר תוך כדי טעינת הסוללה, מאכילה בו זמנית את העומס.

לסוללה הפועלת בשיטת טעינה-פריקה, מבוצעת טעינת איזון (טעינה) אחת לשלושה חודשים.

מצב הטעינה הקבועה הוא כדלקמן. הסוללה נטענת באופן רציף על ידי מטען המשנה, ולכן היא נמצאת בכל עת במצב של טעינה מלאה. עומסי ההלם המתרחשים ברשת DC נתפסים על ידי הסוללה. פעם בחודש יש לטעון את הסוללה הפועלת במצב טעינת טפטוף מיחידת הטעינה.

כדי ליישם את מצב הטעינה-פריקה, נעשה שימוש במעגל סוללה עם מתג אלמנטים כפולים. מנוע-גנרטור משמש כיחידת טעינה. הגנרטור מחובר לצמיגים באמצעות נתיכים, מפסק זרם יתר עם ממסר זרם הפוך, מד זרם ומתג דו-מצבי.

המכונה המקסימלית מגינה על הגנרטור מעומס יתר.

ממסר הזרם ההפוך מכבה את הגנרטור אם ה-EMF שלו קטן מהמתח באוטובוסי הסוללה. זה יכול לקרות כאשר מהירות הגנרטור מופחתת, מתח ה-AC המספק את המנוע אובד ומסיבות אחרות. אם הגנרטור אינו כבוי בשלב זה, הוא, על ידי מעבר למצב מנוע, יהפוך לעומס על הסוללה.

המספר הכולל של הסוללות המחוברות לסוללה חייב להיות כזה שאפילו התאים שנפרקו למתח המינימלי חייבים לספק את המתח הנקוב על פסי הסוללה.

אם עומס הרשת זניח, היחידה יכולה לספק זרם לרשת ובו זמנית לטעון את הסוללה. עם זאת, בסוף הטעינה, הגנרטור נותן מתח גדול מזה שבו הרשת פועלת בדרך כלל. אם אתה כולל rheostat ברשת, אז בגלל ירידת המתח בו, אתה יכול להפחית את המתח. אבל זה לא כלכלי. פתרון פשוט לבעיה של פעולה בו-זמנית של הגנרטור ברשת ובטעינה הוא שימוש במתג שני אלמנטים במעגל. זה האחרון מאפשר להשתמש בהבדל בין מתח הגנרטור למתח הרשת כדי לטעון קבוצת סוללות המחוברות למתג.

הסוללות ממוקמות בחדר מיוחד במרתף או בקומה הראשונה של תחנת כוח או בניין תחנת משנה. החדר חייב להיות יבש, לא נתון לשינויים פתאומיים בטמפרטורה, רעידות או רעידות. הכניסה לחדר נעשית עם פרוזדור. טמפרטורת החדר בגובה המצברים לא צריכה להיות נמוכה מ-10o. בחדר המצברים חייב להיות אוורור אספקה ​​ופלט.

90. בטיחות בהתקנים חשמליים

עבודה על מתקנים חשמליים בטוחה לחלוטין אם אנשי ההפעלה שומרים בקפדנות על כללי הפעולה הטכניים וכללי הבטיחות. לשם כך, אנשים שלמדו את כללי הבטיחות וקיבלו תעודות בדיקת ידע בהקצאה של קבוצת הסמכה רשאים לעבוד על מתקני חשמל.

ציוד מיגון בסיסי מכונים מכשירים, שבידודם עומד בצורה מהימנה במתח ההפעלה של המתקן ואיתם מותר לגעת בחלקים חיים תחת מתח.

ציוד המיגון המבודד העיקרי במתקנים בכל מתח כולל מוטות בידוד למיתוג תפעולי, לביצוע מדידות, להפעלת הארקה ולמטרות אחרות, ומהדקים בידודיים לנתיכים, ובמתקני מתח נמוך, בנוסף, כפפות וכפפות דיאלקטריות וכפפות. כלי עם ידיות מבודדות.

אמצעי הגנה נוספים הם מכשירים כאלה שבעצמם אינם יכולים להבטיח בטיחות מפני התחשמלות ומשמשים להגברת השפעת אמצעי המיגון העיקריים, וכן משמשים להגנה מפני מתח מגע, מתח מדרגה וצריבות בקשת חשמלית. אמצעי בידוד מגן נוספים במתקני מתח גבוה כוללים: כפפות וכפפות דיאלקטריות, מגפיים דיאלקטריים, שטיחי גומי ומסלולים, מעמדי בידוד. עבור כל פעולות המתח הגבוה, יש להשתמש בציוד המגן העיקרי יחד עם אלה המשניים. יש למספר את ציוד המגן, הן בשימוש והן במלאי, ולבדוק את מצבו במועדים מסוימים.

יש לבצע עבודות תיקון והתקנה כשהציוד כבוי. אם לא ניתן לכבות את המתקן מסיבה זו או אחרת, אז כאשר עובדים תחת מתח, יש צורך לשמור על תקנות הבטיחות באמצעות התקני הגנה (רפידות בידוד, כפפות גומי, משקפי מגן וכו').

בעת עבודה במתח גבוה, יש להקפיד על אמצעי הזהירות הבאים:

1) העבודה חייבת להתבצע רק על ידי קבוצת עובדים (לפחות שניים), כדי שאחד מהם יוכל לתת סיוע לאחר במקרה של תאונה;

2) עובדים חייבים להיות מבודדים היטב מהקרקע;

3) במהלך ביצוע העבודה, אסור לעובדים לגעת באנשים שאינם מבודדים, כמו גם בחלקי מתכת;

4) לפני תחילת העבודה, כל אמצעי המיגון חייבים להיבדק בקפידה על ידי העובדים עצמם.

לפני תחילת העבודה במתקנים ובציוד מתח גבוה, יש לוודא, באמצעות מכשירים מתאימים, שאין מתח בחלק של המתקן בו תתבצע העבודה. אז אתה צריך לפרוק את צמיגי איסוף, כבלים של שנאים, לבדוק אותם לקצר חשמלי, לסגור אותם ולהאריק אותם בצורה מאובטחת.

מחבר: Kosareva O.A.

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף הערות הרצאה, דפי רמאות:

▪ כימיה אנאורגנית. עריסה

▪ דיני משפחה. עריסה

▪ המשפט המנהלי. עריסה

ראה מאמרים אחרים סעיף הערות הרצאה, דפי רמאות.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

התמצקות של חומרים בתפזורת 30.04.2024

יש לא מעט תעלומות בעולם המדע, ואחת מהן היא ההתנהגות המוזרה של חומרים בתפזורת. הם עשויים להתנהג כמו מוצק אבל פתאום הופכים לנוזל זורם. תופעה זו משכה את תשומת לבם של חוקרים רבים, ואולי סוף סוף נתקרב לפתרון התעלומה הזו. דמיינו חול בשעון חול. בדרך כלל הוא זורם בחופשיות, אך במקרים מסוימים החלקיקים שלו מתחילים להיתקע, והופכים מנוזל למוצק. למעבר הזה יש השלכות חשובות על תחומים רבים, מייצור תרופות ועד בנייה. חוקרים מארה"ב ניסו לתאר תופעה זו ולהתקרב להבנתה. במחקר ערכו המדענים סימולציות במעבדה באמצעות נתונים משקיות של חרוזי פוליסטירן. הם גילו שלרעידות בתוך קבוצות אלה יש תדרים ספציפיים, כלומר רק סוגים מסוימים של רעידות יכלו לעבור דרך החומר. קיבלו ... >>

ממריץ מוח מושתל 30.04.2024

בשנים האחרונות התקדם המחקר המדעי בתחום הנוירוטכנולוגיה ופותח אופקים חדשים לטיפול בהפרעות פסיכיאטריות ונוירולוגיות שונות. אחד ההישגים המשמעותיים היה יצירת ממריץ המוח המושתל הקטן ביותר, שהוצג על ידי מעבדה באוניברסיטת רייס. מכשיר חדשני זה, הנקרא Digitally Programmable Over-brain Therapeutic (DOT), מבטיח לחולל מהפכה בטיפולים על ידי מתן יותר אוטונומיה ונגישות למטופלים. השתל, שפותח בשיתוף מוטיב נוירוטק ורופאים, מציג גישה חדשנית לגירוי מוחי. הוא מופעל באמצעות משדר חיצוני באמצעות העברת כוח מגנו-אלקטרי, ומבטל את הצורך בחוטים ובסוללות גדולות האופייניות לטכנולוגיות קיימות. זה הופך את ההליך לפחות פולשני ומספק יותר הזדמנויות לשיפור איכות החיים של המטופלים. בנוסף לשימוש בטיפול, להתנגד ... >>

תפיסת הזמן תלויה במה מסתכלים 29.04.2024

המחקר בתחום הפסיכולוגיה של הזמן ממשיך להפתיע אותנו בתוצאותיו. התגליות האחרונות של מדענים מאוניברסיטת ג'ורג' מייסון (ארה"ב) התבררו כמדהימות למדי: הם גילו שמה שאנו מסתכלים עליו יכול להשפיע רבות על תחושת הזמן שלנו. במהלך הניסוי, 52 משתתפים עברו סדרה של מבחנים, העריכו את משך הצפייה בתמונות שונות. התוצאות היו מפתיעות: לגודל ולפרטי התמונות הייתה השפעה משמעותית על תפיסת הזמן. סצנות גדולות יותר ופחות עמוסות יצרו אשליה של זמן מאט, בעוד שתמונות קטנות ועמוסות יותר נתנו תחושה שהזמן מואץ. חוקרים מציעים שעומס חזותי או עומס יתר על הפרטים עלולים להקשות על תפיסת העולם סביבנו, מה שבתורו יכול להוביל לתפיסה מהירה יותר של זמן. לפיכך, הוכח שתפיסת הזמן שלנו קשורה קשר הדוק למה שאנו מסתכלים עליו. יותר ויותר קטן ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון קפה לאחר יום עבודה מזיק לשינה 24.11.2013 מחקר חדש מראה שצריכת קפאין אפילו הרבה לפני השינה יכולה להשפיע לרעה על איכות השינה. ההמלצה "לא לשתות קפה לפני השינה" נפוצה מאוד בקרב התושבים. עם זאת, לעתים קרובות חוסר היכולת להירדם היה קשור לתכונות המשתנות של הקפה. עם זאת, מומחי שינה חשדו זה מכבר שקפאין יכול לשבש את השינה, גם אם צורכים אותו הרבה לפני ההירדמות. חוקרים מהאקדמיה האמריקאית לרפואת שינה ערכו ניסוי והוכיחו את ההשפעה השלילית של קפאין על שינה בריאה. כעת ההמלצה שלהם היא להוריד קפאין אחר הצהריים. תוצאות הניסוי הראו ש-400 מ"ג קפאין (כ-2-3 כוסות קפה), ששתו אפילו שלוש ושש שעות לפני ההירדמות המיועדת, החמירו משמעותית את השינה. במיוחד, אם הנבדקים שתו קפה לאחרונה שש שעות לפני השינה, הם הפחיתו את זמן המנוחה שלהם בלילה בכשעה. אבל הנה מה שמעניין: סובייקטיבית, המשתתפים לא הבחינו בהפרה כזו, כלומר, נראה היה להם ששום דבר לא השתנה. זה מסוכן במיוחד, כי אם אנשים לא מודעים לשינויים שליליים, הם לא שמים לב לבריאות במשך זמן רב, ובכך מחמירים את מצבם אפילו יותר. לדברי החוקרים, שתיית כוס קפה בדרך הביתה מהעבודה מובילה לאותן השפעות שליליות כמו כוס קפה ממש לפני השינה. ד"ר כריסטופר דרייק, מחבר המשותף של המאמר, מציין שאנשים נוטים לא להתגלות על ידי ההשפעות המזיקות של קפאין על השינה שלהם. למרות שהניסוי הראה נוכחות של שינויים פיזיולוגיים. במהלך הניסוי, המשתתפים קיבלו שלוש טבליות ליום במשך ארבעה ימים. הם לקחו כדור אחד לשישה, השני לשלושה, והשלישי ממש לפני שעת השינה שנקבעה להם. אחת הטבליות הכילה 400 מ"ג קפאין, בעוד שתי האחרות היו פלצבו. באחד מארבעה ימים, כל שלושת הגלולות היו פלצבו. הפרעות שינה נמדדו באופן סובייקטיבי, כאשר המשתתפים ניהלו יומן שינה, ובאופן אובייקטיבי, באמצעות מוניטור שינה. זה היה המחקר הראשון שבחן את ההשפעות של מינון ספציפי של קפאין שנלקח בזמנים שונים לפני השינה. התוצאות מראות שיש להימנע מצריכת קפאין לאחר 5:XNUMX בערך כדי לשמור על שינה בריאה, ולכן הבריאות.

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ מדור אתר טלוויזיה. מבחר מאמרים

▪ סעיף משפט אזרחי. חלק משותף. עריסה

▪ מאמר כמה יוקרתי זה להיות פוליטיקאי בגרמניה? תשובה מפורטת

▪ מאמר מנוע ללא שפיכה. הובלה אישית

▪ מאמר אזעקה למגורים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר מייצב מהירות מנוע DC. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר

www.diagram.com.ua
2000-2024