Полупроводниковыми приборами называются приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводниковых материалов.

Она измеряется в герцах (Гц), т. е. числом периодов в секунду. Чем больше частота, тем меньше период изменения тока, напряжения или э. д. с. (рис. 169,б). В Советском Союзе все электрические станции переменного тока вырабатывают ток, изменяющийся с частотой 50 Гц, т. е. 50 периодов в секунду. В автоматике и радиотехнике применяют электрические токи и более высоких частот. Такие частоты измеряются в килогерцах (1 кГц=10³ Гц) и мегагерцах (1 МГц=10⁶ Гц).

Рис. 169. Кривые изменения синусоидального переменного тока при различной частоте

Из рис. 169,а следует, что в течение времени одного периода Т фаза ?t тока (э. д. с. или напряжения) изменяется на угол 360°, или 2? радиан. Поэтому? = 2?/T = 2?f

Эту величину называют угловой частотой переменного тока, она имеет размерность рад/с.

Амплитуда.Наибольшее значение переменного тока (переменных э. д. с. и напряжения) называют амплитудным значением, или амплитудой. В рассмотренном нами простейшем генераторе переменного тока (см. рис. 168, а) э. д. с. е дважды достигает амплитудного значения: во время первого полуоборота +Е_т (направлена от начала витка к его концу), а во время второго полуоборота — Е_т (направлена от конца витка к его началу). Точно так же за один период ток i 2 раза достигает амплитудного значения: I_т и — I_т. Амплитудное значение тока, напряжения и э. д. с. в формулах обозначают соответствующими буквами с индексами «т», т. е. I_т U_т, Е_т и др.

Действующее значение. Ток, напряжение и э. д. с, действующие в электрической цепи в каждый отдельный момент времени, определяются так называемыми мгновенными значениями. Эти значения принято обозначать строчными буквами i, и, е. Однако судить о переменных э. д. с, токе или напряжении по их мгновенным значениям неудобно, так как эти значения непрерывно меняются. Поэтому оценивать способность переменного тока совершать механическую работу или создавать тепло принято по действующему его значению. Под действующим значением переменного тока понимают силу такого постоянного тока (прямая 2 на рис. 169,а), который, проходя по проводнику в течение некоторого времени (например, в течение одного периода или 1 с), выделит в нем такое же количество тепла (произведет такую же механическую работу), как и данный переменный ток (кривая 1). Действующие значения тока, напряжения и э. д. с. обозначают соответственно I, U, Е.

При синусоидальном переменном токеI = I_т / ?2 = 0,707 I_т

Если известно действующее значение тока I, то его амплитудное значениеI_т = ?2 I = 1,41 I

Аналогично для синусоидальных напряжений и э. д. с.U / U_т = Е₁ / Е_т = 1 / ?2 = 0,707

На практике для характеристики параметров переменного тока используют, главным образом, действующие значения тока, напряжения и э. д. с. Например, когда говорят, что напряжение в осветительной сети переменного тока составляет 220 В или что по цепи проходит ток 100 А, то это значит, что в данной сети действующее значение напряжения равно 220 В или что действующее значение тока, проходящего по данной цепи, равно 100 А. Электрическая энергия и механическая работа, создаваемые переменным током в различных электрических устройствах, пропорциональны действующим значениям тока и напряжения. Большая часть существующих приборов для измерения переменного тока измеряет действующие значения тока, напряжения и э. д. с.

На рис. 20 графически изображены постоянный и переменный токи. В данном случае мы откладываем значения тока, причем вверх по вертикали от точки пересечения осей О откладываются значения тока одного направления, которое принято называть положительным, а вниз от этой точки — противоположного направления, которое принято называть отрицательным.

Сама точка О служит одновременно началом отсчета значений тока (по вертикали вниз и вверх) и времени (по горизонтали вправо). Иначе говоря, этой точке соответствует нулевое значение тока и тот начальный момент времени, от которого мы намереваемся проследить, как в дальнейшем будет изменяться ток.

Убедимся в правильности построенного на рис. 20 графика постоянного тока величиной 50 мА.

Так как этот ток постоянный, т. е. не меняющий с течением времени своей величины и направления, то различным моментам времени будут соответствовать одни и те же значения тока. Следовательно, в момент времени, равный нулю, т. е. в начальный момент нашего наблюдения за током, он будет равен 50 мА. Отложив по вертикальной оси вверх отрезок, равный значению тока 50 мА, мы получим первую точку нашего графика.

Общий случай параллельного соединения сопротивлений.В случае если в каждой ветви включены активное R и реактивное X сопротивления (рис. 195, а), следует по формулам (72) и (73) определить токи I₁ и I₂ в параллельных ветвях и углы их сдвига фаз ?₁ и ?₂ относительно напряжения U, а затем, построив векторную диаграмму (рис. 195,б), найти по правилу сложения векторов ток в неразветвленной части цепи ? = ?₁+?₂ и угол его сдвига фаз ? относительно напряжения U.

Можно также определить эквивалентную активную проводимость всей цепи:

G_эк = G₁ + G₂

Рис. 195. Схема параллельной цепи переменного тока, содержащая активное, индуктивное и емкостное сопротивления (а), и векторная диаграмма (б)

эквивалентную реактивную проводимость

В_эк = В_С2 – B_L1

полную проводимость всей цепи

Y_эк = ?(G_эк² + B_эк²)

а затем найти ток в неразветвленной части цепи

I = UY_эк

В общем случае при определении эквивалентной реактивной проводимости нескольких параллельных ветвей емкостные проводимости ветвей В_С берут со знаком «плюс», а индуктивные B_L — со знаком «минус».

electroandi.ru

Резонанс напряжений - резонанс, происходящий в последовательном колебательном контуре при его подключении к источнику напряжения, частота которого совпадает с собственной частотой контура. Явление резонанса напряжений возникает на частоте ω₀, при которой индуктивное сопротивление катушки X_L = ω₀L и ёмкостное сопротивление конденсатора X_C = 1/ω₀C равны между собой. При этом Электрический импеданс (полное сопротивление) цепи

{\displaystyle {\hat {z}}(j\omega _{0})\;=R+{\frac {1}{j\omega _{0}C}}+j\omega _{0}L}уменьшается, становится чисто активным и равным R (сумма активного сопротивления катушки и соединительных проводов). В результате, согласно закону Ома: I=U/R, ток в цепи достигает своего максимального значения.

Следовательно, напряжения как на катушке U_L = IX_L, так и на конденсаторе U_C = IX_С окажутся равными и будут максимально большой величины^[1]. При малом активном сопротивлении цепи R эти напряжения могут во много раз превысить общее напряжение U на зажимах цепи, которое создаёт генератор. Это явление и называется в электротехнике резонансом напряжении

Резонанс токов (параллельный резонанс) — резонанс, происходящий в параллельном колебательном контуре при его подключении к источнику напряжения, частота которого совпадает c резонансной частотой контур Описание явления[править | править код]

Имеется параллельный колебательный контур, состоящий из резистора R, катушки индуктивности L и конденсатора C. Контур подключен к источнику переменного напряжения с частотой {\displaystyle \omega }. Резонансная частота контура {\displaystyle \omega _{p}={\frac {1}{\sqrt {LC}}}}С помощью метода комплексных амплитуд определим ток в контуре:{\textstyle {\dot {I}}={\frac {\dot {U}}{Z}}={\frac {\dot {U}}{1/\left[{\frac {1}{R}}+{\frac {1}{j\omega L}}+j\omega C\right]}}=\left\vert {\frac {\dot {U}}{Z}}\right\vert e^{-j\phi }}, где {\displaystyle Z={\frac {\left(\omega L\right)^{2}R-j\omega LR^{2}\left(\omega ^{2}LC-1\right)}{\left(\omega L\right)^{2}+R^{2}\left(\omega ^{2}LC-1\right)^{2}}}}- комплексное

сопротивление параллельного контура, {\displaystyle \phi =\arctan \left(-{\frac {R\left(\omega ^{2}LC-1\right)}{\omega L}}\right)} - сдвиг фаз между током и напряжением .Кроме того, полный ток контура является суммой токов, протекающих через конденсатор и катушку индуктивности:{\displaystyle {\dot {I}}={\dot {I_{R}}}+{\dot {I_{L}}}+{\dot {I_{C}}}={\frac {\dot {U}}{R}}+{\frac {\dot {U}}{j\omega L}}+j\omega C{\dot {U}}={\frac {\dot {U}}{R}}+\left({\frac {-j{\dot {U}}}{\omega L}}\right)+{\dot {U}}j\omega C} Как видно из последнего выражения, токи {\displaystyle {\dot {I_{L}}}} и {\displaystyle {\dot {I_{C}}}}текут в противофазе (у одного множитель {\displaystyle -j}, а у другого множитель {\displaystyle j}При резонансной частоте {\displaystyle \omega =\omega _{p}={\frac {1}{\sqrt {LC}}}} амплитуда тока в контуре примет значение {\displaystyle I_{p}={\frac {U}{R}}=I_{R}}Амплитуды токов через катушку индуктивности {\displaystyle L}и конденсатор {\displaystyle C}, пропорциональные напряжению, при резонансной частоте {\displaystyle \omega =\omega _{\rho }} имеют значения {\displaystyle I_{Lp}={\frac {U}{\omega _{p}L}}=U{\sqrt {\frac {C}{L}}}={\frac {U}{\rho }}}{\displaystyle I_{Cp}=U\left(\omega _{p}C\right)=U{\sqrt {\frac {C}{L}}}={\frac {U}{\rho }}}где {\displaystyle \rho } - характеристическое (волновое) сопротивление контура и равно {\displaystyle \rho =\omega _{p}L={\frac {1}{\omega _{p}C}}={\sqrt {\frac {L}{C}}}}Следовательно, на резонансной частоте токи, текущие в реактивных элементах, превышают общий ток в {\displaystyle {\frac {R}{\rho }}} раз. Отсюда и происходит название "резонанс токов" или "параллельный резонанс"

Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей переменного тока, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°)

ОписаниеКаждая из действующих ЭДС находится в своей фазе периодического процесса, поэтому часто называется просто «фазой». Также «фазами» называют проводники — носители этих ЭДС. В трёхфазных системах угол сдвига равен 120 градусам. Фазные проводники обозначаются в РФ латинскими буквами L с цифровым индексом 1…3, либо A, B и C^[1].

Связанную трехфазную систему можно осуществить и при соединении обмоток генератора и потребителя треугольником. Для этого начала трех фаз соединяются с концами предыдущих фаз. Линейные провода выводятся из точек соединения фаз. Таких точек три, следовательно система трехпроводная. При этом образовывая замкнутый контур.При отсутствии подключенных к генератору потребителей ток равен нулю, так как сумма трех комплектов ЭДС равнв нулю(ЭДС сдвинуты на 120⁰ друг относительно друга).При сложении трех векоров получается замкнутый треугольник, то есть геометрическая сумма векторов равна нулю.Вольтметр, включенный между двумя линейными проводами, покажет линейное напряжение, но это напряжение U_АВ подается от одной обмотки фазы генератора и , следовательно, при соединении обмоток генератора треугольником. U_Л=U_Ф При соединении обмоток генератора треугольником от него можно получить только одно напряжение – фазное Схема соединения треугольником: где I_A, I_B,I_C –линейные токи. I_AB,I_BC,I_AC–фазные токи.Задача: В треугольник соединены три приемника, которые имеют следующие сопротивления:R_A=6 Ом, R_B=12 Ом, R_C=10 Ом.X_A =8 Ом, X_B =9 Ом, X_C=15 Ом.

Беспримесный и бездефектный полупроводник с идеальной кристаллической решеткой называется собственным полупроводником.В собственном полупроводнике при температуре абсолютного нуля нет свободных носителей заряда, так как каждый валентный электрон связан с кристаллической решеткой ковалентными связями. Если такой кристалл поместить в электрическое поле, то ток в нем не возникнет. Таким образом, полупроводник при температуре 0 К ведет себя как диэлектрик. Если нарушить идеальную структуру кристаллической решетки (например, передать электронам тепловую энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей), то это приведет к одновременному образованию свободного электрона и незаполненной связи вблизи того атома, от которого оторвался электрон (рис. 4, атом под номером 4).Под действием тепловых колебаний свободный электрон хаотически перемещается между атомами кристаллической решетки. А что происходит с разорванной связью? Любой из электронов, связывающих атомы 4 и 5 с соседними атомами, может попасть на траекторию, с которой был выбит электрон, и восстановить полноценную связь между 4 и 5 атомами. Если, например, это произошло с электроном, связывающим атомы 4 и 7, то разорванная связь переместится в положение между ними. Получается, что разорванная связь подобно электрону хаотически перемещается между атомами.Таким образом, у кристалла появляется не одна, а две возможности проводить ток. Первая – это движение свободного электрона, например, под действием электрического поля. Вторая – направленное перемещение электронов с орбит соседних атомов на место образовавшейся пустой связи. Этот второй механизм электропроводности удобнее описывать как движение фиктивной положительной частицы, дырки, которая перемещается в направлении, противоположном движению электрона. Процесс образования электронно-дырочных пар под действием фононов носит название термогенерации .Количественно он характеризуется равенством концентраций дырок и электронов: Полупроводники с такими свойствами называют собственными, а их проводимость – собственной (i – intrinsic – собственный).Образование свободных носителей заряда с точки зрения зонной модели полупроводника связано с переходом электронов из валентной зоны в зону проводимости. Для осуществления такого перехода электрон должен получить энергию, достаточную для преодоления запрещенной зоны полупроводника. Эту энергию электрон получает, например, от квантов тепла, а значит энергия фононов, не должна быть меньше ширины запрещенной зоны полупроводника.Уход электронов в зону проводимости из валентной зоны приводит к появлению в ней незаполненного энергетического уровня. Вакантное место в валентной зоне принято называть дыркой (рис. 4, б), а сам процесс – генерацией носителей заряда, они при этом образуются парами. Наряду с генерацией происходит и процесс возвращения электронов из зоны проводимости в валентную зону на свободные уровни. При этом исчезают электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Такое явление называют рекомбинацией носителей заряда.В присутствии электрического поля валентные электроны соседних атомов могут переходить на свободные уровни, создавая дырки в другом месте, что может рассматриваться как движение положительно заряженных частиц – дырок. С точки зрения зонной модели электрический ток в полупроводнике связан с движением дырок в валентной зоне и электронов в зоне проводимости, причем ток дырок равен току электронов.

p-n-перехо́д или электронно-дырочный переход — область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости — дырочной (p, от англ. positive — положительная) и электронной (n, от англ. negative — отрицательная). Электрические процессы в p-n-переходах являются основой работы полупроводниковых приборов с нелинейной вольт-амперной характеристикой (диодов, транзисторов и других ). Выпрямительные свойства[править | править код]

Устройство простейшего прибора, основанного на p-n-переходе — полупроводникового диода — и его символическое изображение на принципиальных схемах (треугольник обозначает p-область и указывает направление тока).

Если к слоям полупроводника приложено внешнее напряжение так, что создаваемое им электрическое поле направлено противоположно существующему в переходе полю, то динамическое равновесие нарушается, и диффузионный ток преобладает над дрейфовым током, быстро нарастая с повышением напряжения. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется прямым смещением (на область p-типа подан положительный потенциал относительно области n-типа).

Если внешнее напряжение приложить так, чтобы созданное им поле было одного направления с полем в переходе, то это приведёт лишь к увеличению толщины слоёв пространственного заряда. Диффузионный ток уменьшится настолько, что преобладающим станет малый дрейфовый ток. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется обратным смещением (или запорным смещением), а протекающий при этом через переход суммарный ток, который определяется в основном тепловой или фотонной генерацией пар электрон-дырка, называется обратным

Полупроводнико́вый дио́д — полупроводниковый прибор, в широком смысле — электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле — полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один p-n-переход. Стремительное развитие и расширение областей применения электронных устройств обусловлено совершенствованием элементной базы, основу которой составляют полупроводниковые приборы. Поэтому, для понимания процессов функционирования электронных устройств необходимо знание устройства и принципа действия основных типов полупроводниковых приборов.

Полупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.

Основными материалами для производства полупроводниковых приборов являются кремний (Si), карбид кремния (SiС), соединения галлия и индия.

Электропроводность полупроводников зависит от наличия примесей и внешних энергетических воздействий (температуры, излучения, давления и т.д.). Протекание тока обуславливают два типа носителей заряда – электроны и дырки. В зависимости от химического состава различают чистые и примесные полупроводники.

Для изготовления электронных приборов используют твердые полупроводники, имеющие кристаллическое строение.

Полупроводниковыми приборами называются приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводниковых материалов.

На основе беспереходных полупроводников изготавливаются полупроводниковые резисторы:

Линейный резистор - удельное сопротивление мало зависит от напряжения и тока. Является «элементом» интегральных микросхемах.

Варистор- сопротивление зависит от приложенного напряжения.

Терморезистор - сопротивление зависит от температуры. Различают два типа: термистор (с увеличением температуры сопротивление падает) и позисторы (с увеличением температуры сопротивление возрастает).

Фоторезистор - сопротивление зависит от освещенности (излучения). Тензорезистор - сопротивление зависит от механических деформаций.

Принцип работы большинства полупроводниковых приборов основывается на свойствах электронно-дырочного перехода p-n – перехода.

Полупроводниковые диоды

Это полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами, работа которого основана на свойствах p-n - перехода.

Основным свойством p-n – перехода является односторонняя проводимость – ток протекает только в одну сторону. Условно-графическое обозначение (УГО) диода имеет форму стрелки, которая и указывает направление протекания тока через прибор.

Конструктивно диод состоит из p-n-перехода, заключенного в корпус (за исключением микромодульных бескорпусных) и двух выводов: от p-области – анод, от n-области – катод.

Мы поможем в написании ваших работ!