а)
б)
Рис. 29.3
Схема на Рис. 29.3 называется схемой однополупериодного выпрямления. У этой схемы два существенных недостатка. Во-первых, даже при наличии сглаживающего фильтра пульсации тока в нагрузке очень велики. Во-вторых, ток в нагрузку течет лишь в течение положительных полупериодов входного напряжения. Этих недостатков лишены двухполупериодные схемы выпрямления и в частности – мостовая схема. В мостовой схеме без сглаживающего фильтра (Рис. 29.4 а) ток нагрузки пульсирует с двойной частотой входного напряжения (Рис. 29.4 б)
а)
б)
Рис. 29.4
Добавление в схему конденсатора позволяет сгладить пульсации тока нагрузки (Рис. 29.5)
а)
б)
Рис. 29.5
Тиристор
В схемах управления электропривода, мощных преобразовательных устройств и т. п. в настоящее время очень широко используются тиристоры. Рассмотрим одну из разновидностей этого полупроводникового прибора. На Рис. 29.6 а представлено условное изображение тиристора, на Рис. 29.6 б – его вольт-амперная характеристика. Функционально тиристор представляет собою прибор, похожий на диод, у которого кроме анода и катода есть еще и третий электрод, называемый управляющим.
а)
б)
Рис. 29.6
Рассмотрим цепь, содержащую источник синусоидальной ЭДС, тиристор и резистор нагрузки (Рис. 29.7 а). Источник генерирует синусоидальное напряжение на входе схемы (Рис. 29.7 б).
а)
б)
в)
Рис. 29.7
Когда напряжение на управляющем электроде отсутствует, сопротивление тиристора чрезвычайно велико, он ведет себя как изолятор, ток в нагрузке равен нулю. Но предположим, что на управляющий электрод подали напряжение (на Рис. 29.7 а цепь управления не показана). В соответствии с вольт-амперной характеристикой тиристор будет оставаться изолятором до тех пор, пока напряжение между его анодом и катодом не достигнет некоторой критической величины. Это критическое напряжение называют напряжением включения. В момент включения тиристор открывается и ведет себя как диод. В итоге, тиристор пропустит в нагрузку не полноценную полуволну тока, а лишь некоторый ее сегмент (на Рис. 29.7 в). Но, пропустив этот сегмент, тиристор закроется, снова превратившись в изолятор. С приходом следующей положительной полуволны от источника весь цикл повторится.
Изменяя напряжение на управляющем электроде, можно регулировать напряжение включения тиристора. Чем больше напряжение управления, тем меньше напряжение включения (Рис. 29.8).
Рис. 29.8
С помощью тиристоров можно, например, регулировать выходное напряжение уже известного нам двухполупериодного мостового выпрямителя (Рис. 29.9). В этой схеме выпрямительный мост состоит из двух диодов и двух тиристоров, а индуктивная катушка и конденсатор играют роль сглаживающего фильтра.
Рис. 29.9
Транзистор
Исторически транзистор – один из самых первых полупроводниковых электронных преобразователей. Он был изобретен в 1948 г. американцами У. Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином. Появление транзистора привело к революции в электронике и электротехнике, и до сих пор транзистор остается одним из самых важных элементов электронных схем.
Разновидностей транзисторов существует немало. Условное обозначение одной из разновидностей транзистора приведено на Рис. 29.10 а. Это так называемый биполярный транзистор обратной проводимости. Он имеет три электрода, которые называются база, коллектор и эмиттер. Этот транзистор можно уподобить комбинации из двух диодов, имеющих один общий анод-базу и два катода – коллектор и эмиттер – и включенных навстречу друг другу (Рис. 29.10 б).
а)
б)
Рис. 29.10
Включим между коллектором и эмиттером последовательную цепь из резистора и постоянной ЭДС (Рис. 29.11 а). Сопротивление между коллектором и эмиттером транзистора чрезвычайно велико, поэтому тока в цепи не будет.
а)
б)
Рис. 29.11
Особенность транзистора состоит в том, что если на участке база-эмиттер появляется хотя бы ничтожный ток, сопротивление между коллектором и эмиттером резко уменьшается. Ток на участке база-эмиттер на Рис. 29.11 а может протекать только в направлении часовой стрелки, ведь этот участок представляет собой один из диодов.
Включим между эмиттером и базой источник тока (Рис. 29.11 б). Этот ток называется током базы. Сопротивление между коллектором и эмиттером уменьшилось, в цепи коллектор-эмиттер появился ток. Этот ток называется током коллектора.
Уменьшение сопротивления участка коллектор-эмиттер прямо пропорционально току базы. При этом ток коллектора может во много раз превышать ток базы. Следовательно, можно с помощью ничтожно малого тока базы управлять большим током коллектора. А это ничто иное, как усиление сигнала. Схема усилителя на транзисторе представлена на Рис. 29.12 а.
Выходной ток изменяется пропорционально входному (Рис. 29.12 б.).
Изобретение новых видов транзисторов и совершенствование технологии их изготовления привели к тому, что размеры современных транзисторов не превышают ста нанометров (10 -7 м). Уменьшение транзисторов позволило на их основе создавать большие интегральные микросхемы. Современные микросхемы могут содержать тысячи транзисторов. Как правило, в микросхемах используются не такие транзисторы, как рассмотренный выше, а так называемые полевые транзисторы, изготовленные по КМОП-технологии, отличающиеся большим быстродействием и малым потреблением энергии.
а)
б)
Рис. 29.12
Операционный усилитель
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.