Текст книги "Электроника в вопросах и ответах"

Автор книги: И. Хабловски

Соавторы: В. Скулимовски
сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 29 страниц)

Что такое варистор?

Это нелинейный полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от напряжения. Примерный вид характеристики варистора и его графическое изображение представлены на рис. 5.20. Варисторы применяются, в частности, для стабилизации напряжения.

Рис. 5.20. Характеристика варистора (а) и его графическое изображение (б)

Что такое тиратрон?

Это газонаполненная лампа, являющаяся аналогом тиристора в том смысле, что помимо анода и катода содержит также электрод, используемый для изменения состояния лампы (пропускание или запирание). Примерная характеристика тиратрона и его графическое изображение показаны на рис. 5.21. Тиратроны выпускаются для работы при напряжениях от 100 В до 20 кВ и токах от долей ампера до 1000 А. Тиратроны применяют в схемах выпрямителей.

Рис. 5.21. Характеристика тиратрона (а) и его условное графическое обозначение (б)

Какие многосеточные лампы применяются в электронике?

Существует несколько типов многосеточных ламп: лампа с двумя сетками – тетрод, с тремя – пентод, с четырьмя – гексод, с пятью – гептод и с шестью – октод. Как известно, электронные лампы применяют все реже, особенно в маломощных схемах. Однако встречаются еще схемы с тетродами и пентодами, в основном в устройствах очень большой мощности.

Как работает тетрод и какова его характеристика?

От триода тетрод отличается конструктивно добавлением второй сетки, называемой экранирующей и расположенной в лампе между управляющей сеткой и анодом. На экранирующую сетку подается положительное, но меньшее, чем на анод, напряжение. Присутствие этой сетки значительно уменьшает емкость между управляющей сеткой и анодом, что ведет к уменьшению проникновения сигнала между цепями анода и первой сетки. Введение второй сетки в значительной степени уменьшает влияние анодного напряжения на анодный ток. Благодаря этому в тетроде роль управляющего электрода играет только первая сеткам изменения анодного напряжения оказывают малое влияние на работу тетрода как усилителя.

Принцип действия тетрода состоит в следующем. Излученные катодом электроны ускоряются из-за действия второй сетки, на которую подано положительное по отношению к катоду напряжение. Электроны достигают второй сетки, и большинство их пролетает через нее, попадая на анод. Анодное напряжение, которое больше, чем напряжение второй сетки, почти не влияет на количество электронов, попадающих на анод. Поэтому характеристика I_а = f(U_а) для тетрода (рис. 5.22) при напряжениях U_a > U_C2 почти горизонтальна (полога). Сопротивление лампы и ее коэффициент усиления велики.

Рис. 5.22. Примерный вид характеристик тетрода (а) и его условное графическое обозначение (б)

При напряжениях U_a < U_C2 электроны, достигающие анода, выбивают из него вторичные электроны, которые двигаются в направлении второй сетки, имеющей большее положительное напряжение, чем анод. Когда число вторичных электронов больше числа первичных, анодный ток изменяет направление (участок АВ на характеристике). В определенном (динатронном) интервале напряжений лампа имеет отрицательное сопротивление и может быть использована для генерирования колебаний.

Разработаны лучевые тетроды специальной конструкции, у которых на выходной характеристике I_а = f(U_а) нет участка, соответствующего отрицательному сопротивлению.

Как работает пентод и каковы его характеристики?

Пентод по сравнению с тетродом отличается в конструктивном отношении введением третьей сетки, называемой нулевой, защитной или антидинатронной и расположенной между второй сеткой и анодом. Защитная сетка соединена (снаружи или внутри лампы) с катодом лампы. Действие этой сетки заключается в создании нулевого потенциала между анодом и второй сеткой. Выбитые из анода вторичные электроны не попадают на вторую сетку, как это имеет место в тетроде (даже если ее потенциал значительно выше потенциала анода), и возвращаются к аноду и улавливаются им. На характеристике пентода (рис. 5.23) отсутствует участок с отрицательным сопротивлением.

Рас. 5.23. Анодные характеристики пентода (а) и его условное графическое обозначение (б)

Роль анода сводится только к собиранию электронов. В пентоде, так же как и в тетроде, анодное напряжение оказывает очень слабое влияние на анодный ток. Внутренние емкости пентода во много раз меньше, чем у триода (тысячные доли пикофарад). В то же время по сравнению с триодом пентод имеет значительно большие внутреннее сопротивление (до нескольких мегом), коэффициент усиления и крутизну (до 10–20 мА/В). Благодаря этим свойствам пентода удается получать большое усиление в диапазоне как низких, так и высоких частот. Коэффициент усиления по напряжению К_u пентода, работающего в качестве усилителя и нагруженного сопротивлением, значительно меньшим, чем внутреннее сопротивление пентода, приближенно равен произведению крутизны S на сопротивление нагрузки R_н: К_u = S·R_н. Из-за высокого внутреннего сопротивления пентод в большинстве случаев можно рассматривать как источник, ток которого не зависит от сопротивления нагрузки в широком интервале изменений этого сопротивления, т. е. как источник тока. Недостатком пентода как усилителя являются большие шумы, чем получаемые в случае триода. Это связано со значительно более высоким входным сопротивлением пентода по сравнению с триодом, что в основном следует из того факта, что малая емкость С_{а. с} в пентоде ограничивает обратное влияние с выхода на вход.

Как работает электронно-лучевая трубка?

Электронно-лучевые трубки – это электровакуумные приборы, в которых образуется электронный пучок малого поперечного сечения, причем электронный пучок может отклоняться в желаемом направлении и, попадая на люминесцентный экран, вызывать его свечение (рис. 5.24). Электронно-лучевая трубка является электронно-оптическим преобразователем, превращающим электрический сигнал в соответствующее ему изображение в виде импульсного колебания, воспроизводимого на экране трубки. Электронный пучок образуется в электронном прожекторе (или электронной пушке), состоящем из катода и фокусирующих электродов. Первый фокусирующий электрод, который называют также модулятором, выполняет функции сетки с отрицательным смещением, направляющей электроны к оси трубки. Изменение напряжения смещения сетки влияет на число электронов, а следовательно, на яркость получаемого на экране изображения. За модулятором (в направлении к экрану) расположены следующие электроды, задачей которых является фокусирование и ускорение электронов. Они действуют на принципе электронных линз. Фокусирующе-ускоряющие электроды называются анодами и на них подается положительное напряжение. В зависимости от типа трубки анодные напряжения имеют значения от нескольких сотен вольт до нескольких десятков киловольт.

Рис. 5.24. Схематическое изображение электронно-лучевой трубки:

_{1 – катод; 2 – анод I: 3 – анод II; 4 – горизонтальные отклоняющие пластины; 5 – электронный пучок; 6 – экран; 7 – вертикальные отклоняющие пластины; 8 – модулятор}

В некоторых трубках фокусировку пучка производят с помощью магнитного поля путем использования катушек, расположенных снаружи лампы, вместо электродов, находящихся внутри трубки и создающих фокусирующее электрическое поле. Отклонение пучка также осуществляется двумя методами: с помощью электрического или магнитного поля. В первом случае в трубке помещают отклоняющие пластины, во втором – снаружи трубки монтируют отклоняющие катушки. Для отклонения как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях используют пластины (или катушки) вертикального или горизонтального отклонения луча.

Экран трубки покрыт изнутри материалом – люминофором, который светится под влиянием бомбардировки электронами. Люминофоры отличаются различным цветом свечения и разным временем свечения после прекращения возбуждения, которое называется временем послесвечения. Обычно оно составляет от долей секунды до нескольких часов в зависимости от назначения трубки.

Где применяются электронно-лучевые трубки?

Электронно-лучевые трубки в зависимости от их свойств и параметров находят очень широкое применение в измерительных приборах, в частности осциллографах (осциллоскопах), в качестве трубок, воспроизводящих колебания токов и напряжений, в радиолокационной технике и телевидении, в качестве приемных трубок – кинескопов.

Что такое кинескоп?

Это электронно-лучевая трубка, предназначенная для воспроизведения телевизионного изображения, подводимого к трубке в виде электрического сигнала. Электрический видеосигнал, представляющий изображение, подводится к катоду. Он определяет яркость свечения точки на экране в данный момент, а сигналы, подводимые к отклоняющим катушкам (вертикальным и горизонтальным), – положение этой точки в тот же момент времени. Время послесвечения кинескопа подбирается таким, чтобы свечение каждой точки длилось настолько долго, чтобы одновременно наблюдались все поочередно высвечиваемые точки изображения. Впечатление непрерывности структуры изображения и непрерывности свечения на экране является следствием не только соответственно длительного послесвечения, но прежде всего особенности человеческого зрения, его инерционности и ограниченной разрешающей способности. В кинескопах, предназначенных для телевидения, применяют только магнитное отклонение с помощью катушек, расположенных снаружи трубки. В кинескопах для цветного телевидения, применяют три типа люминофоров с разным цветом свечения: зеленым, красным и синим. Такие люминофоры, например в виде очень малых таблеток, размещают в определенном порядке рядом друг с другом на экране трубки. Каждый из трех люминофоров возбуждается пучком электронов, выходящих из отдельной электронной пушки. Значения анодных напряжений в кинескопах для черно-белого телевидения не более 20 кВ, а в трубках, предназначенных для цветного телевидения, не более 30 кВ.

Что такое запоминающие трубки?

Это электронно-лучевые трубки, предназначенные для накопления (запоминания) информации и воспроизведения этой информации по истечении длительного времени (нескольких часов). С этой целью в трубке предусмотрен дополнительный накопительный электрод, на котором электронный пучок образует определенное поверхностное распределение зарядов, представляющее записываемую информацию. В качестве запоминающих трубок используют также электронно-лучевые осциллографические трубки с очень большим временем послесвечения.

Что такое передающие трубки?

Это преобразователи, заменяющие оптическое изображение соответствующим ему электрическим сигналом. Передающие трубки работают на принципе использования явления фотоэмиссии или фотоэлектрической проводимости. Изображение с помощью объектива проектируется на пластину со светочувствительным материалом. Под влиянием света на пластине (мишени) возникает плоское распределение электрических зарядов, соответствующее распределению света и тени в проецируемом оптическом изображении. Электронный пучок, выходящий из электронной пушки передающей трубки в направлении мишени, вызывает последовательное преобразование «зарядного изображения» мишени («изображения», созданного различными электрическими зарядами) в ток, зависящий от этих зарядов, т. е. от света, падающего в данное место мишени. Последовательность преобразования отдельных зарядов в электрический ток задается телевизионной системой. Существуют различные виды передающих трубок. Чаще всего применяют трубки, называемые видиконами или суперортиконами (или ортиконом изображения).

Что такое декадные счетные лампы?

Декадные лампы (декатроны) – лампы тлеющего разряда (газосветные), предназначенные для счета импульсов в десятичном исчислении[19]19
  Существуют также вакуумные декадные счетные лампы.


[Закрыть]. Типичная лампа такого типа имеет один анод и девять катодов, расположенных по окружности. Под влиянием подводимых к лампе импульсов возникают разряды, переходящие после каждого импульса на следующий катод. Светящееся пятно указывает цифру, соответствующую числу импульсов.

Что такое клистроны и магнетроны?

Это лампы специальной конструкции, используемые в технике сверхвысоких частот для усиления или генерирования колебаний. Их применяют в телевизионных и радиолокационных передающих устройствах большой мощности.

Что такое датчики на эффекте Холла?

Это полупроводниковый прибор, использующий эффект Холла, основанный на том, что в полупроводниковой пластинке, включенной в электрическую цепь и соответствующим образом расположенной в магнитном поле, возникает напряжение, зависящее от этого поля. Датчики на эффекте Холла применяют для измерения напряженности поля, тока и мощности, а также в качестве усилителей и генераторов.

Глава 6
ВЫПРЯМИТЕЛИ

Что такое выпрямление электрических колебаний?

Это процесс, в результате которого переменное входное электрическое колебание преобразуются в выходное колебание только одного знака (рис. 6.1). Процесс выпрямления используется в устройствах электропитания (блоках питания) и демодуляторах.

Рис. 6.1. Выпрямление синусоидального колебания:

_{а, в – однополупериодное; б – двухполупериодное}

На каком принципе осуществляется выпрямление?

Выпрямление всегда осуществляется при использовании нелинейных элементов, обладающих свойством однонаправленного пропускания электрического тока. Благодаря таким свойствам на выходе выпрямляющего элемента получают ток одного знака.

Какие электронные элементы используют для выпрямления?

Применяют полупроводниковые и вакуумные (кенотроны) диоды, газоразрядные диоды (газотроны), тиратроны, кремниевые и селеновые элементы, тиристоры и другие элементы с нелинейными свойствами в зависимости от применения, значений выпрямленных, напряжений и токов, отбираемых нагрузкой. В маломощных электронных устройствах для выпрямления чаще всего применяют полупроводниковые диоды.

Что называется выпрямителем?

Название «выпрямитель» используется прежде всего для схем, преобразующих переменный ток в постоянный. Выпрямителем называется также и сам элемент с однонаправленными свойствами, используемый в процессе выпрямления.

Что называется однополупериодным выпрямителем?

Однополупериодным выпрямителем называется такой выпрямитель, на выходе которого после процесса выпрямления остаются колебания одного знака. Схема однополупериодного выпрямителя, возбуждаемого синусоидальным сигналом, представлена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Схема одпополупериодного выпрямителя, управляемого синусоидальным напряжением от трансформатора (а) и внешнего источника (б)

Диод включен таким образом, что проводит ток только при положительных полупериодах входного колебания, т. е. когда напряжение на его аноде больше потенциала катода. Среднее значение U_cр колебания, полученного в результате выпрямления синусоидального напряжения с действующим значением U и максимальным значением U_m (см. рис. 4.4), равно

Например, при выпрямлении напряжения с действующим значением U = 220 В после выпрямления получаем среднее напряжение U_cр ~= 100 В. В отрицательный полупериод диод не проводит ток и все подведенное к выпрямителю напряжение действует на диоде как обратное напряжение выпрямителя. При изменении направления включения диода он будет проводить в отрицательные полупериоды и не проводить в положительные. Рассматриваемая схема выпрямителя называется последовательной. Название связано с тем, что нагрузка включается последовательно с нелинейным элементом (вентилем).

Что называется двухполупериодным выпрямителем?

Двухполупериодным выпрямителем называют такой выпрямитель, в котором после процесса выпрямления остаются участки входного колебания, имеющие один знак. К ним после изменения знака добавляются участки, имеющие противоположный знак. Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя, управляемого синусоидальным сигналом от трансформатора, показана на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Схема двухполупериодного выпрямителя, управляемого синусоидальным напряжением от трансформатора

В периоды времени, когда на аноде диода Д₁действует положительное напряжение, на аноде диода Д₂ присутствует отрицательное и наоборот. Это происходит потому, что средняя точка вторичной обмотки трансформатора заземлена, и, следовательно, она имеет нулевой потенциал. При положительной полуволне напряжения на вторичной обмотке диод Д₁ пропускает ток, а диод Д₂ не пропускает. При отрицательной полуволне положительное напряжение действует на диоде Д₂, который при этом проводит, а диод Д₁, смещенный в обратном направлении, не проводит. Среднее значение напряжения, полученного на выходе двухполупериодного выпрямителя, как легко заметить, в 2 раза больше напряжения, полученного на выходе однополупериодного выпрямителя.

Что такое выпрямитель на мостовой схеме?

Выпрямитель на мостовой схеме, называемой иногда схемой Гретца, является двухполупериодным выпрямителем с четырьмя диодами, соединенными, как это показано на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Двухполупериодная мостовая схема выпрямителя

Когда мгновенная полярность напряжения на вторичной обмотке такая, как это показано на рисунке, то проводит диод Д₁, а диод Д₂не проводит. В это же время в другой ветви проводит диод Д₃, а диод Д₄ не проводит. При этом в один полупериод входного напряжения ток протекает следующим путем: вывод трансформатора, находящийся при отрицательном потенциале («нижний»), диод Д₃, нагрузка, диод Д₁, вывод трансформатора, находящийся при положительном потенциале («верхний»), В данный момент – это однополупериодный выпрямитель с двумя диодами Д₃ и Д₁, соединенными последовательно. В следующий полупериод полярность входного напряжения изменяется. Проводят диоды Д₂ и Д₄ и не проводят Д₁ и Д₃. Теперь ток течет от верхнего вывода трансформатора через диод Д₄, нагрузку и диод Д₂ к нижнему выводу трансформатора. Схема также работает как однополупериодный выпрямитель, и ток, текущий, через нагрузку, имеет то же самое направление, что и в предыдущий полупериод. Следовательно, ток течет через нагрузку в течение обоих полупериодов, и в сумме мостиковый выпрямитель работает как двухполупериодный выпрямитель.

Что называется коэффициентом пульсаций выпрямителя?

Коэффициентом пульсаций выпрямителя называется отношение максимального значения переменной составляющей напряжения на выходе выпрямителя к значению его постоянной составляющей на этом выходе. В большинстве применении желательно, чтобы коэффициент пульсации был как можно меньше (например, меньше чем 0,002). Уменьшение пульсаций достигается путем применения соответствующих фильтров.

Что называется коэффициентом использования трансформатора в выпрямительной схеме?

Использование трансформатора, работающего в выпрямительной схеме, характеризуется коэффициентом, определенным как отношение двух мощностей: выходной мощности постоянного тока и номинальной мощности вторичной обмотки трансформатора.

Что называется коэффициентом полезного действия выпрямителя?

Это параметр, характеризующий эффективность схемы выпрямителя при преобразовании переменного напряжения в постоянное.

Коэффициент полезного действия (КПД) выпрямителя выражается отношением мощности постоянного тока, выделяемой в нагрузке, к входной мощности переменного тока. Коэффициент полезного действия определяется для резистивной нагрузки.

Что называется частотой пульсаций выпрямителя?

Это основная частота переменной составляющей, существующей на выходе выпрямителя. В случае однополупериодного выпрямителя частота пульсаций равна частоте входного колебания. Фильтрация пульсаций тем проще, чем выше частота пульсаций.

Что следует из сравнения основных схем выпрямителей?

Существенным является сравнение с точки зрения технических параметров. При сравнении допустим, что действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, питающего выпрямитель, во всех схемах одинаково и равно U, и его частота составляет 50 Гц. Трансформаторы влияют на напряжение U и тем самым на выпрямленное напряжение. Простыми расчетами можно показать, что параметры отдельных схем такие, как указано в табл. 6.1. Из сопоставления следует, что наиболее выгодным с точки зрения технических параметров является выпрямитель по мостиковой схеме. Однако следует помнить, что в этой схеме применяют четыре диода или другие выпрямительные элементы.

Какую роль играют фильтры, расположенные на выходе выпрямителей?

Задачей фильтра, размещенного на выходе выпрямителя, является уменьшение пульсаций в выпрямленном напряжении. Выходное напряжение выпрямителя представляет собой полусинусоиду, мгновенное значение которой изменяется от нуля до максимального значения. Такое напряжение имеет определенную постоянную составляющую, которая, однако, не подходит для питания транзисторов и ламп из-за наличия «нежелательной» переменной составляющей.

Переменная составляющая в напряжении питания вызывает неустойчивость рабочей точки и проникает в полезный сигнал, проходящий через схемы, питаемые этим «нежелательным» колебанием. Из-за использования фильтра на выходе выпрямителя получают постоянное напряжение с относительно небольшой переменной составляющей, значение которой может быть настолько малым, что его можно использовать для питания транзисторов и ламп, т. е. в качестве напряжения питания. Переменная составляющая в питающем напряжении должна быть во много раз меньше полезного сигнала, проходящего через данную схему. Поэтому при питании выпрямленным напряжением схем, работающих при малых сигналах, необходимо применять фильтры с достаточной эффективностью фильтрации.