- •Лекция 1(2 часа) элементы электрических цепей
- •1.Предмет и задачи дисциплины. Построение курса. Методика работы над учебным материалом.
- •2. Общие понятия и определения линейных электрических цепей (лэц).
- •Источники электрической энергии.
- •4.Приемники электрической энергии
- •5.Основные топологические понятия и определения
- •6.Закон Ома и Кирхгофа
- •Лекция 2 (2часа) Расчет электрических цепей постоянного тока. Правила Кирхгофа.
- •1. Пример: Решение задачи методом непосредственного применения законов Кирхгофа.
- •2. Метод контурных токов.
- •3. Метод узлового напряжения (применим только в цепи, имеющей два узла).
- •Лекция 3 (2часа) синусоидальный ток. Формы его представления.
- •1.Основные параметры синусоидального тока
- •2.Представление синусоидального тока (напряжения) радиус - вектором.
- •Комплексное изображение синусоидального тока.
- •Лекция 4 (2часа) комплексные сопротивления и проводимости элементов электрических цепей
- •1.Комплексное сопротивление
- •2.Комплексная проводимость
- •Лекция 5 (2часа) энергетические характеристики электрических цепей синусоидального тока
- •1.Мгновенная мощность цепи с rl и с элементами
- •Активная, реактивная, полная мощность
- •Применим к (5.19) (5.11), тогда
- •Выражение мощности в комплексной форме
- •Лекция 6 (2часа) резонансные свойства электрических цепей синусоидального тока
- •Резонанс токов
- •Резонанс напряжений
- •Лекция 7. (2часа) трехфазные электрические цепи Общие сведения о трехфазных линейных электрических цепях
- •1.Схемы соединения трехфазных цепей
- •2.Соотношение между линейными и фазовыми напряжениями и токами
- •3.Мощность трехфазной цепи
- •4. Пример расчета трехфазной электрической цепи.
- •Лекция 8. (2часа)
- •4. Действующие значения несинусоидальных I и u
- •Лекция 9. Нелинейные цепи (2часа) Нелинейные цепи постоянного тока
- •1.Методы анализа нелинейных цепей
- •II метод опрокинутой характеристики
- •Методы анализа разветвленных нелинейных цепей
- •2.Характеристика магнитных свойств ферромагнитных материалов
- •3.Магнитные цепи
- •4.Анализ магнитных цепей постоянного тока
- •5.Особенности физических процессов в магнитных цепях переменного тока
- •Лекция 11. Анализ и расчет магнитных цепей.
- •1. Построение вебер-амперной характеристики участка магнитной цепи
- •Анализ неразветвленных магнитных цепей
- •Анализ разветвленных магнитных цепей
- •Лекция 12. Электромагнитные устройства
- •1.Физические основы построения сварочного трансформатора
- •2.Физические основы ферромагнитных стабилизаторов
- •3.Принцип работы электромагнитных механизмов. Электромагнитные реле.
- •Лекция 13. (2часа) Трансформаторы
- •1.Общие сведения о трансформаторах
- •2.Принцип работы однофазных трансформаторов
- •Лекция 14. (2часа) Режимы работы трансформаторов
- •1.Опыт холостого хода трансформатора
- •2. Опыт короткого замыкания трансформатора
- •3.Внешняя характеристика трансформатора
- •4.Коэффициент полезного действия трансформатора
- •Лекция 15. (4часа) асинхронные машины
- •1. Общие сведения и конструкция асинхронного двигателя
- •2. Принцип образования трехфазного вращающегося магнитного поля
- •3. Принцип действия асинхронного двигателя
- •4. Магнитные поля и эдс асинхронного двигателя
- •5. Основные уравнения асинхронного двигателя
- •6. Приведение параметров обмотки ротора к обмотке статора
- •7. Векторная диаграмма асинхронного двигателя
- •8. Схема замещения асинхронного двигателя
- •9. Потери и кпд асинхронного двигателя
- •10. Уравнение вращающего момента
- •11. Механическая характеристика асинхронного двигателя
- •12. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
- •13. Пуск, регулирование частоты вращения и торможение асинхронного двигателя
- •Лекция 16. Однофазные асинхронные двигатели
- •Двухфазный конденсаторный двигатель
- •Однофазный двигатель с явно выраженными полюсами
- •Использование трехфазного двигателя в качестве однофазного
- •Лекция 17. (2часа) синхронные машины
- •1. Конструкция и принцип действия синхронного генератора
- •2. Эдс синхронного генератора
- •3. Синхронный двигатель. Конструкция и принцип действия
- •4. Система пуска синхронного двигателя
- •5. Реактивный синхронный двигатель
- •6. Шаговый двигатель
- •Лекция 18 (4часа) Машины постоянного тока
- •7.1. Принцип действия и конструкция
- •7.2. Способы возбуждения машин постоянного тока
- •Зависимость вращающего момента на валу электродвигателя постоянного тока от силы тока в обмотке якоря.
- •Механическая характеристика электродвигателя постоянного тока.
- •7.3 Регулирование частоты вращения двигателей.
- •7.4. Эдс и электромагнитный момент генератора постоянного тока
- •7.5. Двигатель постоянного тока
- •7 Семестр
- •3. Магнитоэлектрическая система
- •4. Электромагнитная система
- •5. Электродинамическая система
- •6. Индукционная система
- •7. Измерение тока и напряжения
- •8. Измерение мощности
- •9. Измерение сопротивлений
- •10. Измерение неэлектрических величин электрическими методами
- •Лекция 20. Полупроводниковые приборы (4часа)
- •1.Классификация полупроводниковых электронных приборов
- •2. Типы проводимости полупроводниковых материалов. Электронно-дырочный переход. Основные параметры полупроводниковых диодов.
- •3. Биполярные транзисторы.
- •4. Полевые транзисторы
- •5. Тиристоры
- •Электронные устройства Лекция 21. Преобразователи напряжения (4часа)
- •Выпрямители
- •Сглаживающие фильтры
- •3.Стабилизаторы напряжения
- •Лекция 22 (4часа) резистивные усилители низкой частоты
- •Принцип работы каскада по схеме с общим эмиттером
- •2.Дифференциальный усилитель
- •Усилитель по схеме с общим коллектором
- •4.Операционный усилитель
- •Импульсные устройства Лекция 23. Элементы импульсных устройств (4часа)
- •1.Общие сведения об импульсных сигналах
- •Электронные ключи
- •Компараторы
- •Лекция 24. Генераторы импульсных сигналов (4часа)
- •1. Формирующие цепи
- •2. Мультивибраторы
- •Период повторения:
- •Скважность:
- •3. Генераторы линейно изменяющегося напряжения.
- •Если напряжение на входе оу постоянное, то получаем:
- •Напряжением открывается диодD1. На интеграторе начинается формирование линейно падающего напряжения. Напряжение uoc также линейно убывает и в момент t3 принимает значение:
- •Далее значение uглин периодически изменяется от –0,79 в до 3,2 в, а uос от –2,32 в до 4,31 в. Цифровые устройства Лекция 25. Введение в цифровую электронику (6часов)
- •Общие сведения о цифровых сигналах.
- •Основные операции и элементы алгебры логики.
- •Основные теоремы алгебры логики.
- •Булевы функции (функции логики).
- •Для элемента "или-не"
- •Для элемента "и-не"
- •Минимизация булевых функций
- •Комбинационные устройства
- •Лекция 26. Последовательностные устройства (4часа)
- •Триггеры
- •Счетчики импульсов.
- •Регистры.
3. Биполярные транзисторы.
Транзисторы - это электронные приборы, предназначенные для усиления и преобразования сигналов. Наиболее распространены транзисторы с двумя р-ппереходами и тремя выводами. Их называют биполярными, так как в работе используются носители обоих знаков.
Структурная схема транзистора приведена на рис. 12.4. Переходы делят монокристалл полупроводника на три области, причем средняя область имеет тип электропроводности, противоположный крайним.
Среднюю область называют базой, одну из крайних областей эмиттером, а другую коллектором. В зависимости от типа электропроводимости крайних областей существуют транзисторы р-п-рилип-р-пструктуры. На рис. 5а приведено схемное обозначение транзисторар-п-р, а на рис. 5б - транзисторап-р-птипа.
В качестве исходного материала транзисторов используют германий или кремний. При изготовлении транзисторов обязательно должны быть выполнены два условия:
1) толщина базы (расстояние между эмиттерным и коллекторным переходами) должна быть малой по сравнению с длиной свободного пробега носителей заряда;
2) концентрация примесей в эмиттере должна быть значительно больше, чем в базе.
В зависимости от напряжения на р-ппереходах транзистор может работать в одном из трех режимах:
- в активном режиме - когда на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном обратное;
- в режиме отсечки (запирания) - когда на оба перехода поданы обратные напряжения;
- в режиме насыщения - когда на оба перехода поданы прямые напряжения.
Рассмотрим работу транзистора п-р-пв активном режиме. В цепь источника коллекторного напряжения -ЕКтранзистор включают последовательно с резисторомRК. На вход транзистора подается управляющая ЭДС-Е(рис. 12.6а). При таком включении эмиттер является общей точкой входной и выходной цепей. Поэтому оно называется включением с общим эмиттером.
При отсутствии напряжений (ЕК=0;Е=0)р-п переходы находятся в состоянии равновесия. Токи через них равны нулю.
Внешние источники включают так, чтобы на эмиттерном переходе было прямое напряжение (плюс источника Еподан на базу, минус - на эмиттер), а на коллекторном переходе - обратное (плюс источникаЕК- на коллектор, минус - на эмиттер). ОбычноЕК>> Е. Поэтому:
.
Под воздействием прямого напряжения Uбэначинается усиленная диффузия электронов из эмиттера в базу, образуя ток эмиттераIэ. Так как база транзистора выполняется тонкой, основная часть электронов достигает коллекторного перехода не попадая в центры рекомбинации. Эти электроны захватываются ускоряющим полем закрытого коллекторного перехода с потенциалом:
,
и втягиваются в область коллектора.
Ток электронов, попавших из эмиттера в коллектор, замыкается через внешнюю цепь и источник ЕК. Лишь небольшая часть электронов рекомбинирует в базе с дырками. Эта часть уменьшает ток коллектора на величину, т.е.:
Iк = Iэ, (12.3)
где = 0,90,99 - коэффициент передачи тока эмиттера.
Заряд рекомбинировавших электронов остается в базе. Для компенсации этого заряда из источника Ебв базу поступают дырки. Поэтому ток базы представляет собой ток рекомбинации:
. (12.4)
Ток коллектора, определяемый выражением (12.3), зависит от напряжения Uбэи называется управляемым. Кроме управляемого тока, через закрытый коллекторный переход протекает обратный токIкбо, обусловленный дрейфом собственных носителей заряда. С учетом этого:
,
а
.
Выразим ток эмиттера из последнего выражения:
Подставляя это значение в выражение для тока коллектора, получаем:
, (12.5)
где - коэффициент передачи тока базы1;
Iкэо– обратный ток транзистора.
Так как Iкэообычно пренебрежимо мал, справедливо приближенное равенство:
. (12.6)
Оно показывает, что если ток базы изменить на величину Iб, то ток коллектора изменится на величинуIб, т.е. враз большую. В этом и заключается суть усиления.
К основным параметрам биполярных транзисторов относятся средние и максимально допустимые значения токов коллектора и базы, максимальные значения напряжений Uкэ;Uбэ;Uкб; коэффициент передачи тока базы, максимально допустимые частота и мощность и т.п.
Каждый транзистор по схеме с ОЭ описывается семействами выходных и входных характеристик (рис. 12.6би 12.6всоответственно). Выходной вольтамперной характеристикой транзистора называется зависимость тока коллектора от напряженияUкэт.е.Iк=(Uкэ), снятая при постоянном токе базыIб = const.
На выходной характеристике можно выделить три характерных участка. Первый участок лежит в области малых значений . При таком напряжении коллекторный переход оказывается открытым. Транзистор работает в режиме насыщения. Ток коллектора резко изменяется с изменением напряжения. Напряжение отсекающее крутой участок лежит в пределах. Первый участок используется в импульсной технике при реализации ключевого режима транзистора.
Большую часть характеристики занимает II, пологий участок. На этом участке ток коллектора почти не зависит от напряжения. Его значение практически полностью определяется током базы (12 в.). Транзистор работает в активном режиме, обеспечивая усиление сигнала. Небольшой наклон пологого участка обусловлен тем, что с ростомувеличивается потенциальный барьер закрытого коллекторногор-nперехода, расширяется его запирающий слой за счет толщины базы. В более тонкой базе меньше вероятность рекомбинации, поэтому значение, а значит иувеличивается.
Резкое увеличение тока наIIIучастке характеристики вызывается явлением электрического пробоя.
Входной вольтамперной характеристикой транзистора называется зависимость тока базы от напряжения, при постоянном напряжении. Приоба перехода в транзисторе работают под прямым напряжением.
Токи коллектора и эмиттера складываются в базе. Входная характеристика транзистора, в этом случае, представляет собой ВАХ двух p-nпереходов, включенных параллельно.
При коллекторный переход закрывается. Транзистор переходит в активный режим работы. Ток базы в этом режиме определяется выражением (12.4). Поэтому входная характеристика транзистора строится как прямая ветвь ВАХ одного (эмиттерного) перехода.
В заключение необходимо отметить, что токи транзистора сильно зависят от температуры окружающей среды. Это общий недостаток полупроводниковых приборов. Причина этого недостатка в том, что с ростом температуры увеличивается концентрация собственных носителей заряда (пары электрон-дырка). Поэтому ток удваивается с увеличением температуры на каждые 8100С. Кроме того, с увеличением температуры центры рекомбинации (дефекты кристаллической решетки) постепенно заполняются, и вероятность рекомбинации носителей в базе падает, а, значит, коэффициент передачи тока базыувеличивается. Таким образом, при нагреве на 20300С токможет измениться на десятки процентов.