Một khóa học ngắn hạn về chuyên ngành điện tử. Bài giảng kỹ thuật điện cho các trường cao đẳng. Giáo trình ngắn hạn về kỹ thuật điện (khoa thư tín) - file n1.doc
CƠ QUAN GIÁO DỤC LIÊN BANG RF
FGOU SPO PROKOPYEVSKY
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VÀ KINH TẾ
GHI CHÚ BÀI GIẢNG
THEO KỶ LUẬT
"THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ"
CHUYÊN SẢN
“Tự Động Hóa QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ SẢN XUẤT”
Biên soạn bởi: Vasiliev D.Yu.
PROKOPIEVSK 2011
Bài giảng 2. Vật liệu bán dẫn. Các quá trình vật lý Kích hoạt p-n chuyển tiếp. Các thông số cơ bản của diode. 9
Bài Giảng 3 Chế Độ làm việc p-n chuyển tiếp. Các thông số cơ bản của diode. 12
Bài giảng 4 Các loại điốt: Điốt zener, điốt ổn định, điốt Schottky, điốt biến thiên, điốt đường hầm, điốt ngược. 15
Bài giảng 5 Hệ thống phân loại và ký hiệu 17
Bài giảng 6 Transistor lưỡng cực. Ký hiệu. 20
Bài 7 Các phương án bật Transistor lưỡng cực. Các đặc điểm chính. 22
Bài giảng 8 Transistor hiệu ứng trường. Thiết bị, chủng loại, ký hiệu. 24
Bài 9 Transistor hiệu ứng trường có điều khiển tiếp giáp p-n, chế độ hoạt động, đặc tính dòng điện-điện áp. 29
Bài giảng 10 Các loại Transistor MOS. Chuyển đổi sơ đồ. Ứng dụng. 32
Bài giảng 11 Thyristor. Các loại. Thiết bị. 40
Bài giảng 12 Đặc tính của thyristor 45
Bài giảng 13 Thiết bị quang điện tử. Đặc điểm chung. Điốt phát xạ. 47
Bài 14 Quang điện trở, photodiode. 49
Bài 15 Thiết bị hiển thị thông tin: PPI, VLI, GRI 50
Bài 16 Chỉ thị tinh thể lỏng. Nguyên lý hoạt động. 51
Bài kiểm tra bài giảng 17. các loại LCD. 52
học kỳ thứ 4. 54
Bài giảng 18 Thiết kế bộ chỉnh lưu 54
Bài giảng 19 Các mối quan hệ thiết kế cơ bản. Cách giảm hệ số gợn sóng 55
Bài giảng 20 Biến tần 56
Bài 21 Bộ lọc làm mịn điện dung cho bộ chỉnh lưu 57
Bài 22 Bộ lọc làm mịn cảm ứng cho bộ chỉnh lưu 58
Bài 23 Tham số ổn áp và ổn định dòng điện. Bù và ổn áp xung, ổn định dòng điện 59
Bài giảng 24 Các loại tín hiệu và đặc điểm của chúng 60
Bài giảng 25 Thiết bị khuếch đại. Phân loại bộ khuếch đại 61
Bài giảng 26 Đặc tính cơ bản của bộ khuếch đại (Biên độ, đáp ứng tần số, đáp ứng pha, chuyển tiếp) 62
Bài giảng 27 Phản hồi trong khuếch đại. Phân loại phản hồi. 63
Bài 28 Mạch khuếch đại dùng Transistor lưỡng cực. Bộ khuếch đại công suất 64
Bài giảng 29 Bộ khuếch đại thuật toán. 65
Bài giảng 30 Bộ lọc. 66
Bài giảng 31 Máy phát điện. Các loại máy phát điện. 67
Bài giảng 32 Máy phát xung. Máy rung đa năng. Máy rung đơn. Chặn máy phát điện. 68
Bài kiểm tra bài giảng 33. Mạch tích hợp. 69
Bài giảng 34 Thực hiện các hàm logic cơ bản 70
Bài giảng 35 Phân loại và các thông số chính của IC số 71
Bài kiểm tra. 72
Bài giảng 1 Bài mở đầu. Các đại lượng vật lý.
Mục đích giáo dục:
- Học sinh tiếp thu kiến thức về chủ đề bài học.
Mục tiêu phát triển:
Phát triển tư duy phân tích, tổng hợp, trừu tượng, kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
Phát triển kỹ năng học tập, tính chủ động, tự tin.
Phát triển kỹ năng hành động độc lập.
Mục đích là giáo dục
Hãy cố gắng trau dồi ý thức về sự ngăn nắp.
Góp phần khơi dậy niềm tự hào về nghề nghiệp bạn đã chọn.
Khả năng quản lý cảm xúc và đối xử với nhau một cách cẩn thận.
Loại bài học: Bài học về học tài liệu mới và củng cố ban đầu
Thời gian tổ chức:
Kiểm tra trạng thái của khán giả, vẻ bề ngoài sinh viên,
sẵn có huy hiệu, đồ dùng học tập: bút, vở.
Sự có mặt của học sinh trong lớp.
Khảo sát hoặc thử nghiệm.
Phát hành tài liệu mới:
đặc trưng kỷ luật học thuật và mối liên hệ của nó với các môn học khác của chương trình giảng dạy, vai trò của nó trong sự phát triển của khoa học, kỹ thuật và công nghệ.
Mục tiêu của khóa học đang được nghiên cứu và vị trí của nó trong hệ thống đào tạo tổng thể các chuyên gia cấp trung;
vai trò của kỷ luật trong sự phát triển khoa học, công nghệ và kỹ thuật
Tổng quan ngắn gọn và các hướng phát triển và ứng dụng chính của điện tử công nghiệp.
Độ tin cậy của các thiết bị điện tử.
Con đường và ý nghĩa của vi mô hóa các thiết bị điện tử và các thiết bị.
Khái niệm tương thích điện từ của thiết bị điện tử
Hợp nhất.
Bài tập về nhà.
Tóm tắt bài học (Suy ngẫm). Kiểm tra tiến độ công việc. Chấm điểm.
Điện tử là gì? - Đây là hoạt động truyền, nhận, xử lý và lưu trữ thông tin bằng cách sử dụng phí điện. Đây là khoa học, công nghệ, công nghiệp.
Về thông tin, bất cứ khi nào có con người, tất cả đều có ở đó. Suy nghĩ của con người Nói, gói vật kỷ niệm, tín hiệu cháy, điện báo semaphore, v.v. - Là hoạt động tiếp nhận, truyền tải, xử lý và lưu trữ thông tin. Và điều này không dưới 5000 năm. Nhưng chỉ gần đây, vào cuối thế kỷ 18, điện thoại và điện báo mới được phát minh - những thiết bị truyền và nhận thông tin bằng tín hiệu điện. Đây là sự khởi đầu của điện tử, như tên gọi hiện nay của nó.
Sau đó điện tử phát triển khá nhanh. Năm 1895, Popov đã phát minh và chế tạo mô hình hoạt động của đài phát thanh - một thiết bị điện tử dành cho Truyền không dây thông tin - máy dò sét. Hertz tiến hành các thí nghiệm về sự lan truyền của sóng vô tuyến, Marconi đã phát triển và ứng dụng các thí nghiệm này để chế tạo một đài phát thanh có lựa chọn đài phát sóng theo bước sóng của bức xạ.
Nhưng thời kỳ đầu chưa có bộ phận khuếch đại nào tốt cho các thiết bị điện. Do đó, sự phát triển thực sự của thiết bị điện tử bắt đầu vào năm 1904, khi ống vô tuyến - diode và vào năm 1907 - triode được phát minh. Chúng trông giống như thể hiện trong hình. Bên trái là một ống vô tuyến - một diode, bao gồm một hình trụ kín, bên trong hình trụ có chân không và một số cấu trúc kim loại có điện cực được đưa ra ngoài. Một trong số đó là dây tóc; một dòng điện chạy qua nó, làm nóng nó đến nhiệt độ 700-2300 o C. Dây tóc này làm nóng cực âm, đặt một điện áp âm vào và cực âm phát ra các electron. Một điện áp dương được đặt vào cực dương, hiệu điện thế khá cao (100-300 V), do đó các electron phát ra từ cực âm sẽ bay về cực dương và do đó dòng điện sẽ chạy trong đèn. Khi dấu hiệu điện áp thay đổi, các electron sẽ không bay ra khỏi cực dương lạnh và sẽ không có dòng điện. Vì vậy diode có thể đóng vai trò là bộ chỉnh lưu điện xoay chiều.
Trên hình bên phải. một ống radio được hiển thị - một triode. Nó có mọi thứ giống như một diode, nhưng có thêm một điện cực - lưới điều khiển. Thông thường, một điện thế âm được áp vào lưới điện và nó đẩy các electron phát ra từ cực âm. Do đó, điện thế lưới càng âm thì càng có ít electron di chuyển từ cực âm sang cực dương. Do đó, điện thế lưới dùng để điều khiển dòng điện trong ống vô tuyến. Thông thường, lưới điện trong đèn nằm gần cực âm hơn nhiều so với cực dương, do đó điện thế lưới thấp có thể kiểm soát dòng điện lớn của đèn. Nếu điện áp được đặt vào cực dương thông qua điện trở lớn thì điện thế trên cực dương sẽ thay đổi nhiều hơn trên lưới điện. Đây là một bộ khuếch đại điện áp điện tử tốt.
Ống vô tuyến đã trải qua một chặng đường phát triển rất dài. Các tetro và pentode tiên tiến hơn đã xuất hiện - đèn có bốn và năm điện cực có hệ số khuếch đại cao. Họ bắt đầu chế tạo những ống vô tuyến phức tạp hơn: có hơn năm điện cực. Trong số này, được sử dụng rộng rãi nhất là các ống vô tuyến kép: điốt kép, triode, diode-triode, v.v. Đèn chứa đầy khí xuất hiện - gastrons. Chúng chứa khí, mặc dù nó chịu áp lực nhẹ. Thông thường nó bị ion hóa, các ion xuất hiện - các nguyên tử không có electron, tức là. có điện tích dương.
Dòng điện trong các đèn như vậy phức tạp hơn: nó có thể là dòng điện tử hoặc dòng ion. Kích thước của các ống vô tuyến rất khác nhau: từ đèn ngón tay thu nhỏ đến đèn khổng lồ cao bằng đầu người.
Việc phát minh ra triode đã mở ra cơ hội lớn cho sự phát triển của điện tử. Đến Thế chiến thứ hai, số lượng ống vô tuyến được sản xuất trên toàn thế giới đã tăng lên hàng triệu chiếc mỗi năm. Nhiều thiết bị để nhận và truyền thông tin đã được phát minh và tạo ra. Điện thoại và điện báo, máy thu và phát sóng vô tuyến. Thay vì máy hát, máy ghi âm và máy ghi âm xuất hiện. Tivi bắt đầu được phát triển.
Nhưng đây chỉ là một phần nhiệm vụ của thiết bị điện tử - nhận, truyền và lưu trữ thông tin. Xử lý thông tin ở đâu, phần quan trọng, phức tạp và thú vị nhất của nó? Rõ ràng điều đó chỉ có thể thực hiện được thiết bị tin học.
Vào đầu Thế chiến II, máy cộng điện tử đã xuất hiện - bộ xử lý thông tin số. Nhưng sự phát triển thực sự của lĩnh vực điện tử này bắt đầu từ sự xuất hiện của máy tính điện tử (máy tính). Nó bắt đầu vào năm 1948 - chiếc máy tính đầu tiên sử dụng ống vô tuyến được sản xuất tại Mỹ - ENIAC. Dưới đây là một số thông số của nó:
Như có thể thấy từ bảng này, đây là một công trình kiến trúc hoành tráng. Và nó có tất cả mọi người tính năng đặc trưng Máy tính hiện đại: bộ nhớ chứa dữ liệu và chương trình xử lý dữ liệu, một thiết bị logic số học, giao tiếp với thiết bị bên ngoài. Nhưng tất nhiên cô cũng có nhiều khuyết điểm. So với công nghệ tiên tiến hiện nay, chiếc máy tính này ít phức tạp hơn một chiếc máy tính đơn giản, đặc biệt nếu nó có thể được lập trình. Nhưng xét về trọng lượng (30 tấn so với 50 g), về không gian chiếm dụng và về khả năng tiêu tán điện năng, máy tính hiện đại vượt trội hơn đáng kể. Điều đặc biệt quan trọng là tốc độ của chúng không dưới 1 MHz, tức là. gấp trăm lần so với chiếc máy tính đầu tiên.
Nhưng điều quan trọng hơn nhiều là tuổi thọ của chiếc máy tính đầu tiên. Nó chủ yếu được xác định bởi tuổi thọ của ống radio. Và nó được xác định bởi tỷ lệ thất bại
= 10 -5 giờ -1
Những thứ kia. Trong số 100.000 ống radio, sẽ có một ống bị hỏng trong vòng 1 giờ. Hay nói cách khác tuổi thọ của một ống vô tuyến bằng
T = 1/ = 10 5 h
Nhưng khi thay vì 5-20 ống vô tuyến, 18.000 ống vô tuyến phải hoạt động đồng thời thì tình hình thay đổi đáng kể. Tất cả các ống vô tuyến đều tồn tại được 12 năm nhưng có thể bị hỏng ngẫu nhiên bất cứ lúc nào. Và sự hỏng hóc của dù chỉ một ống vô tuyến cũng dẫn đến hỏng toàn bộ thiết bị. Trong trường hợp này, đối với toàn bộ thiết bị, bạn có thể viết:
tổng = N * = 18.000 * 10 -5 = 0,18 h -1
Và tuổi thọ của toàn bộ thiết bị là
Tổng cộng = 5 giờ
Những thứ kia. Thời gian sử dụng của ENIAC chỉ là 5 giờ! Trung bình cứ 5 giờ lại có một số ống radio bị hỏng. Việc tìm ra một chiếc không hoạt động trong số 18.000 ống radio không phải là điều dễ dàng. Và sau khi tìm thấy cần phải thay thế nó và kiểm tra khả năng hoạt động của máy tính. Tất cả điều này mất khoảng 5 giờ nữa.
Nhưng chúng ta cần tạo ra những chiếc máy tính phức tạp hơn. Nếu chúng ta phức tạp hóa nó để chứa nhiều ống vô tuyến hơn 10 lần thì tuổi thọ sử dụng sẽ giảm đi 10 lần, tức là. sẽ bằng 0,5 giờ và việc sửa chữa sẽ mất nhiều thời gian hơn. Đây là một thảm họa về số lượng.
Tất cả phát triển hơn nữađiện tử gắn liền với cuộc chiến chống lại thảm họa về số lượng. Để làm được điều này, cần phải giảm tỷ lệ hỏng hóc của ống vô tuyến. Nhưng ống vô tuyến là một thiết bị phức tạp. Thứ nhất, bên trong nó có một chân không sâu; nếu mất đi, dòng điện cực dương của ống vô tuyến sẽ giảm do va chạm của các electron với các nguyên tử không khí và với các ion sinh ra từ những va chạm này. Lưới đèn là một dây xoắn ốc được quấn quanh cực âm. Nó yếu và không thể chịu được quá tải hoặc rung động. Dây tóc được nung nóng đến nhiệt độ cao nên không chỉ phát ra electron mà còn phát ra khá nhiều nguyên tử, tức là. Sợi chỉ bay hơi mọi lúc. Không thể loại bỏ tất cả những thiếu sót này và tăng tuổi thọ sử dụng.
Và rồi vào năm 1948 bóng bán dẫn được phát minh. Nó trông giống như thể hiện trong hình.
Nó tốt hơn nhiều so với ống radio: nhỏ hơn, nhẹ hơn, không có dây tóc. Kích thước của nó không quá một milimet. Đây là một mảnh bán dẫn đơn lẻ, một tinh thể rất bền, có độ bền không thua kém thép hay gang. Do đó, bóng bán dẫn có tỷ lệ hỏng hóc thấp hơn, khoảng = 10 -7 h -1.
Transitor rất nhanh chóng chinh phục thị trường. Vào năm 1949, máy tính bán dẫn đầu tiên, tương tự ENIAC, đã được sản xuất tại Hoa Kỳ - tức là. một năm sau khi phát minh ra bóng bán dẫn. Để minh họa điều này, đây là một trích dẫn từ tạp chí:
“Khoa học và Đời sống”, 1986, số 2, tr. 90:
"... nếu tính từ những chiếc xe đầu tiên thì hôm nay số lượng bộ nhớ trong Máy tính đã tăng lên hàng trăm lần và tốc độ của chúng đã tăng lên hàng trăm nghìn lần, mức tiêu thụ năng lượng giảm hàng nghìn lần và chi phí cũng giảm. Các chuyên gia đã ước tính rằng nếu ngành công nghiệp ô tô phát triển với tốc độ như vậy, một chiếc ô tô hạng Volga sẽ di chuyển gần như với tốc độ ánh sáng, sẽ tiêu thụ vài gam xăng trên một trăm km và sẽ tốn vài rúp ”.
Nhưng đó là 15 năm trước!
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn bóng bán dẫn được phát minh như thế nào? Hóa ra nó được phát minh bằng cách nghiên cứu ảnh hưởng của hai điểm nối pn ( điốt bán dẫn) chồng lên nhau, nằm cách nhau một khoảng rất ngắn. (Điều này được thể hiện trong hình.)
Hai cây kim kim loại rất sắc được đặt trên bề mặt germanium (chất bán dẫn) ở khoảng cách ngắn
với nhau rồi bị đốt cháy (một dòng điện mạnh chạy qua
Một khoảng thời gian ngắn). Trong trường hợp này, chất bán dẫn được làm nóng, kim loại hòa tan một phần trong chất bán dẫn và cũng khuếch tán vào nó. Kim loại được chọn sao cho các nguyên tử của nó tạo ra chất bán dẫn điện tử ( P-kiểu). Như vậy, đã thu được hai chuyển tiếp pn. Và vì chúng ở rất gần nên chúng tương tác và thu được một bóng bán dẫn.
Các bóng bán dẫn đầu tiên được chế tạo theo cách này và công nghệ này được gọi là công nghệ điểm. Những thiếu sót của nó là rõ ràng. Thực tế là, theo lý thuyết về bóng bán dẫn, khoảng cách giữa các điểm nối p-n phải nhỏ hơn nhiều so với chiều dài khuếch tán (đây là gì, chúng ta sẽ nói trong các bài giảng sau), và nó rất nhỏ, từ một vài đến hàng chục micromet (thường họ nói là micron). Không thể đặt hai chiếc kim gần nhau như vậy - một micron nhỏ hơn nhiều so với độ dày của một sợi tóc người (khoảng 50 micron).
Có thể giả định rằng khoảng cách giữa các kim tương đương với độ dày của một sợi tóc người và xấp xỉ bằng 0,1 mm, hay 100 micron. Tiếp theo, bạn cần cho tia lửa điện chạy qua các kim để xảy ra hiện tượng nóng chảy, hòa tan và khuếch tán của kim loại. Quá trình này rất khó tái tạo. Do đó, nhiều bóng bán dẫn được sản xuất bằng công nghệ này bị lỗi: sau đó chuyển tiếp r-n sáp nhập lại, khoảng cách giữa họ quá lớn. Và độ lợi của bóng bán dẫn nói chung là một biến ngẫu nhiên.
Cần phải cải tiến công nghệ sản xuất bóng bán dẫn. Bước đầu tiên theo hướng này là
thu được khi công nghệ điểm được thay thế bằng công nghệ hợp kim (xem hình). Dưới đây là thiết kế cơ bản được sử dụng trong phương pháp này: hai tấm than chì có các lỗ nhôm nhỏ bao quanh hai bên của tấm germanium dẫn điện tử (loại n). Thiết kế này được đặt trong lò nhiệt độ cao (600-800 o C). Nhôm nóng chảy và khuếch tán thành gecmani. Khi quá trình khuếch tán đạt đến độ sâu đủ lớn thì quá trình này dừng lại. Nhôm là chất nhận, tức là nơi diễn ra quá trình khuếch tán, germani trở thành chất bán dẫn có lỗ dẫn điện (loại p). Nó trông như thế này:
Bây giờ bạn chỉ cần cắt tấm kết quả thành các mảnh chứa ba loại dẫn điện (bóng bán dẫn) khác nhau, đặt nó vào hộp và hàn tinh thể vào chân - bóng bán dẫn đã sẵn sàng.
Các bóng bán dẫn hợp kim tốt hơn nhiều so với các bóng bán dẫn điểm: nhiều hơn quá trình kiểm soát khuếch tán, chỉ cần duy trì nhiệt độ không đổi trong lò và điều chỉnh thời gian khuếch tán. Công nghệ điểm đã được thay thế bằng công nghệ hợp kim.
Tuy nhiên, công nghệ hợp kim có những nhược điểm nhất định, trong đó nhược điểm chính là sự khuếch tán được thực hiện từ các phía khác nhau. Độ dày của tấm không được nhỏ hơn 0,5...1 mm, nếu không nó sẽ trở nên dẻo, cong và tấm không thể được coi là phẳng. Điều này có nghĩa là độ dày cần thực hiện khuếch tán ít nhất là 250 micron, độ dày của đế là 1...5 micron và phải được thực hiện chính xác (với độ chính xác không quá 1 micron). Do đó, cần phải khuếch tán đến độ sâu 250 micron với độ chính xác không quá 1 micron. Điều này rất khó đạt được.
Dần dần, trong quá trình phát triển của công nghệ sản xuất bóng bán dẫn, chúng ta đã đến với công nghệ khuếch tán dựa trên kỹ thuật quang khắc.
Hãy để chúng tôi mô tả ngắn gọn quang khắc. Nhiệm vụ của nó là tạo ra một mặt nạ để khuếch tán trên bề mặt silicon (nó phù hợp nhất cho quang khắc), sau đó sẽ được sản xuất tại địa phương. Loại khẩu trang này phải chịu được nhiệt độ rất cao (1200...1300 0 C). Ôxít silic thích hợp cho mục đích này, chất này thu được rất đơn giản bằng cách oxy hóa chính silic ở nhiệt độ cao trong hơi nước và oxy. Độ dày của nó vào khoảng 1 micron, nhưng điều này đủ để ngăn các nguyên tử tạp chất khuếch tán vào chất bán dẫn. Nhưng ở những nơi thích hợp, các lỗ (cửa sổ) được tạo ra bằng silicon dioxide, điều này sẽ xác định nơi sẽ diễn ra quá trình khuếch tán cục bộ.
Để sản xuất cửa sổ, chất quang dẫn thường được sử dụng - thực tế nó là một chất nhũ tương quang, có các đặc tính đặc biệt:
1. Nó phải chịu được sự ăn mòn bằng axit hydrofluoric (nhũ tương chụp ảnh thông thường không thể chịu được), điều này cần thiết khi khắc cửa sổ bằng silicon dioxide.
2. Nó có độ phân giải cao (hơn 1000 dòng trên mm hoặc dưới 1 micron).
3. Nó có độ nhớt thấp để có thể trải thành lớp dày 1 micron (nếu không thì không thể đạt được độ phân giải cao như vậy).
4. Nó nhạy cảm với sự chiếu xạ ánh sáng ở vùng cực tím (bước sóng ánh sáng là 0,3 micron).
Chỉ có một chất đặc biệt mới có thể có nhiều tính chất đặc biệt như vậy. Đây là loại nhựa bị phá hủy dưới tác động của ánh sáng, hoặc ngược lại, được hình thành dưới tác động của ánh sáng. Nhiều chất như vậy đã được tìm thấy. Đây là những chất quang dẫn.
Vì vậy, trong quá trình quang khắc, chúng ta có thể tạo ra một lớp silicon dioxide mỏng (trên silicon, chất bán dẫn), sau đó phủ một lớp chất quang dẫn rất mỏng, sau đó thông qua một mặt nạ quang học (một tấm ảnh đặc biệt trên đó có nhiều tấm ảnh được tính toán trước). và những nơi tối và sáng được sản xuất) chiếu sáng nó bằng tia cực tím, sau đó phát triển, nghĩa là loại bỏ các vùng được chiếu sáng (hoặc ngược lại, không sáng), sau đó bạn có thể loại bỏ silicon dioxide qua các cửa sổ trong chất quang dẫn (khắc trong axit hydrofluoric) và loại bỏ bản thân chất quang dẫn, vì dư lượng của nó có thể cản trở quá trình khuếch tán ở nhiệt độ cao.
Bây giờ bạn có thể khuếch tán từ một phía:
Điều này có nghĩa là việc tạo ra một lớp nền mỏng được kiểm soát chính xác sẽ dễ dàng hơn: chúng tôi khuếch tán đến độ sâu khoảng 5...6 µm, sau đó khuếch tán lần thứ hai ở 3..4 µm. Phần đế sẽ có kích thước khoảng 2 micron. Độ sâu khuếch tán và độ dày của đế tương xứng nhau, có nghĩa là chúng có thể được chế tạo chính xác (và tổng độ dày của tấm có thể là bất kỳ, chẳng hạn như 1 mm). Tấm wafer (thường được gọi là “chip” trong điện tử) có thể được cắt thành các bóng bán dẫn riêng lẻ, mỗi bóng bán dẫn có thể được kiểm tra và các bóng bán dẫn tốt có thể được đặt trong một vỏ.
Năng lượng- đại lượng vật lý là thước đo thống nhất của các dạng chuyển động khác nhau của vật chất và là thước đo sự chuyển đổi chuyển động của vật chất từ dạng này sang dạng khác.
điện tử(từ tiếng Hy Lạp cổ - hổ phách]) - một hạt cơ bản ổn định, mang điện tích âm, một trong những đơn vị cấu trúc chính của vật chất.
Điện - chuyển động có trật tự của các hạt tích điện tự do, ví dụ, dưới tác dụng của điện trường.
Dòng điện có thể xoay chiều hoặc không đổi
Dòng điện xoay chiều, AC (tiếng Anh: xen kẽ) là dòng điện thay đổi định kỳ về độ lớn và hướng.
Không thay đổi hiện hành, DC (dòng điện một chiều tiếng Anh - dòng điện một chiều) - dòng điện, các thông số, tính chất và hướng của nó không thay đổi (theo nhiều nghĩa khác nhau) theo thời gian, nghĩa là cường độ của nó không đổi theo thời gian.
Điện áp là sự khác biệt tiềm năng giữa hai điểm.
Điện trở- đại lượng vật lý vô hướng đặc trưng cho các tính chất của dây dẫn để ngăn chặn sự đi qua của dòng điện.
Điện- đại lượng vật lý đặc trưng cho tốc độ truyền tải hoặc chuyển đổi năng lượng điện.
Độ tự cảm (hay hệ số tự cảm) là hệ số tỷ lệ giữa dòng điện chạy trong bất kỳ mạch kín nào và từ thông do dòng điện này tạo ra qua bề mặt mà mạch này là cạnh.
F - từ thông, TÔI- dòng điện trong mạch L- độ tự cảm.
Công suất điện - đặc tính của vật dẫn điện, thể hiện khả năng tích lũy điện tích của vật dẫn điện.
tụ điện(từ tiếng Latinh ngưng tụ - "nhỏ gọn", "dày") - một mạng hai thiết bị đầu cuối với một giá trị nhất địnhđiện dung và độ dẫn điện trở thấp; một thiết bị để tích lũy điện tích và năng lượng của điện trường
Điốt(từ tiếng Hy Lạp cổ δις - hai và -od nghĩa là đường đi) - một thiết bị điện tử có hai điện cực, có độ dẫn điện khác nhau tùy theo chiều của dòng điện. Điện cực diode nối vào cực dương của nguồn dòng khi diode mở (tức là có điện trở thấp) được gọi là cực dương, nối với cực âm - cực âm.
bóng bán dẫn(transistor trong tiếng Anh) - một linh kiện điện tử vô tuyến làm bằng vật liệu bán dẫn, thường có ba cực, cho phép tín hiệu đầu vàođiều khiển dòng điện trong mạch điện. Thường được sử dụng để khuếch đại, tạo và chuyển đổi tín hiệu điện. Trên sơ đồ mạch, nó được ký hiệu là "VT" hoặc "Q".
UGATU 2008
Shangin E.S.
Ш21 Nguyên tắc cơ bản của điện tử: Sách giáo khoa. trợ cấp. – Ufa, nhà xuất bản UGATU, 2007, – 168 tr.
Các thiết bị bán dẫn chính và các thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất, cả analog và thiết bị điện tử kỹ thuật số. Trước phần mô tả các đặc tính và thông số của thiết bị là thông tin cần thiết về các hiện tượng vật lý được sử dụng trong hoạt động của thiết bị.
Sách giáo khoa dành cho sinh viên năm thứ hai chuyên ngành 552800-Tin học và Khoa học máy tính (chuẩn bị lấy bằng cử nhân kỹ thuật và công nghệ).
|
1. Giới thiệu ………………………………………………………………... | |
|
2. Yếu tố mạch điện.………………………………………….. | |
|
3. Transistor lưỡng cực……………………………………………………. | |
|
4. Transistor hiệu ứng trường……………………….. | |
|
5. Thyristor……………………….. | |
|
6. Thiết bị quang điện tử……………………….. | |
|
7. Bộ khuếch đại hoạt động……………………….. | |
|
8. Mạch tích hợp……………………………………………………. | |
|
9. Thiết bị điện tử tương tự………………………. | |
|
10. Mạch tuyến tính dựa trên bộ khuếch đại thuật toán………… | |
|
11. Bộ khuếch đại DC………………………. | |
|
12. Bộ lọc điện tử……………………….. | |
|
13. Máy phát điện dao động điều hòa …………………………….. | |
|
14. Nguồn điện thứ cấp……………………….. | |
|
15. Điện tử kỹ thuật số và xung……………………….. | |
|
16. Thiết bị kỹ thuật số kết hợp………………………. | |
|
17. Thiết bị lưu trữ số………………………. | |
|
18. Thiết bị tạo hình và chuyển đổi analog sang digital chuyển đổi tín hiệu……………………….. | |
|
Văn học………………………………………………………………………………… |
1. Giới thiệu
Điện tử là một phương tiện phổ biến và hiệu quả để giải quyết nhiều vấn đề khác nhau trong lĩnh vực thu thập và xử lý thông tin, điều khiển tự động và chuyển hóa năng lượng. Kiến thức trong lĩnh vực điện tử ngày càng trở nên cần thiết đối với ngày càng nhiều chuyên gia.
Phạm vi của điện tử không ngừng mở rộng. Hầu hết mọi hệ thống kỹ thuật khá phức tạp đều được trang bị các thiết bị điện tử. Thật khó để gọi tên một quy trình công nghệ có thể được điều khiển mà không cần sử dụng thiết bị điện tử. Chức năng của các thiết bị điện tử ngày càng đa dạng hơn.
Chúng ta hãy chuyển sang một hệ thống điều khiển lý tưởng hóa cho một đối tượng nhất định (Hình 1.1).
Hình.1.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Các tín hiệu điện chứa thông tin về đại lượng được điều khiển được tạo ra bởi các cảm biến tương ứng. Các tín hiệu này được lọc, khuếch đại và chuyển đổi thành dạng kỹ thuật số bằng bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC). Sau đó chúng được xử lý bởi bộ vi xử lý, có thể giao tiếp với máy tính. Các tín hiệu điều khiển do bộ vi xử lý tạo ra được chuyển đổi thành dạng tương tự bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC), được khuếch đại và cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử điều khiển bộ truyền động tác động trực tiếp đến đối tượng.
Hệ thống được xem xét chứa các thiết bị điện tử hoạt động với tín hiệu tương tự (bộ lọc, bộ khuếch đại, thiết bị điện tử công suất), tín hiệu số (bộ vi xử lý, máy tính), cũng như các thiết bị chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự sang dạng kỹ thuật số và ngược lại. Đặc tính của các thiết bị điện tử được xác định chủ yếu bởi đặc tính của các bộ phận cấu thành chúng.
Vai trò của điện tử hiện đang tăng lên đáng kể do sử dụng công nghệ vi xử lý để xử lý tín hiệu thông tin và các thiết bị bán dẫn điện để chuyển đổi năng lượng điện.
Vào những năm 40 của thế kỷ XX, khối lượng thiết bị điện tử trên máy bay hạng nặng lên tới gần 1000 kg (không bao gồm các thiết bị điện cần thiết để cung cấp năng lượng cho thiết bị). Ví dụ, chỉ riêng thiết bị điện tử của hệ thống vũ khí trên máy bay của công ty Boeing của Mỹ đã trở nên phức tạp hơn 50 lần trong thập kỷ từ 1949 đến 1959. Trên máy bay sản xuất năm 1959, mạch điện tử của hệ thống này đã chứa 100.000 phần tử.
Chỉ số chính cho thấy sự hoàn hảo của thiết bị điện tử là mật độ đóng gói, tức là số phần tử mạch trong 1 cm 3 của một thiết bị đang hoạt động. Ví dụ, nếu thành phần chính của một thiết bị điện tử là đèn thì có thể đạt được mật độ 0,3 el/cm3. Nếu tính đến điều này, sẽ cần một thể tích vài nghìn mét khối để chứa một chiếc máy tính hiện đại. Ngoài ra, cần có một nhà máy điện mạnh để cung cấp năng lượng cho một cỗ máy như vậy.
Việc tạo ra các phần tử bán dẫn (điốt và bóng bán dẫn) vào cuối những năm 40 của thế kỷ XX đã dẫn đến sự xuất hiện của một nguyên tắc mới để thiết kế thiết bị điện tử - mô-đun. Cơ sở cho việc này là một mô-đun tế bào cơ bản, kích thước tiêu chuẩn, phương pháp lắp ráp và lắp đặt. Đồng thời, mật độ đóng gói tăng lên 2,5 el/cm3.
Việc cải tiến hơn nữa các thiết bị bán dẫn, điện trở, tụ điện và các thành phần khác, việc giảm kích thước của chúng đã dẫn đến việc tạo ra các mô-đun vi mô. Mật độ đóng gói vượt quá 10 el/cm3. Các mô-đun vi mô đã kết thúc kỷ nguyên kéo dài hàng thập kỷ của thiết bị điện tử bán dẫn và dẫn đến sự xuất hiện của thiết bị điện tử tích hợp hay vi điện tử.
Về mặt mạch điện, thiết bị điện tử tích hợp thường không khác biệt so với bóng bán dẫn, vì trong mạch tích hợp, tất cả các phần tử trong sơ đồ mạch của thiết bị đều có thể được xác định, nhưng kích thước của các phần tử này rất nhỏ (khoảng 0,5–1 micron). Công nghệ sản xuất mạch tích hợp đã giúp tăng đáng kể mật độ đóng gói, lên tới hàng nghìn phần tử trên 1 cm 3 .
Từ quan điểm thực tế, điện tử liên quan đến việc tạo ra các dụng cụ và thiết bị điện tử trong đó sự tương tác của các điện tử với điện trường dùng để truyền tải, xử lý và lưu trữ thông tin. Các loại biến đổi điển hình nhất như vậy là tạo, khuếch đại, truyền và thu các dao động điện từ với tần số lên tới 10 12 Hz, cũng như bức xạ hồng ngoại, nhìn thấy, tử ngoại và tia X (10 12 –10 20 Hz). Việc chuyển đổi sang tần số cao như vậy có thể thực hiện được nhờ quán tính đặc biệt thấp của electron - hạt tích điện nhỏ nhất hiện nay được biết đến.
Trong điện tử, sự tương tác của các electron được nghiên cứu cả với các trường vĩ mô trong không gian làm việc của thiết bị điện tử và với các trường vi mô bên trong nguyên tử, phân tử hoặc mạng tinh thể.
Điện tử dựa trên nhiều nhánh của vật lý - điện động lực học, cơ học cổ điển và lượng tử, vật lý chất rắn, quang học, nhiệt động lực học, cũng như hóa học, luyện kim, tinh thể học và các ngành khoa học khác. Sử dụng kết quả của những lĩnh vực này và một số lĩnh vực tri thức khác, điện tử một mặt đặt ra những nhiệm vụ mới cho các ngành khoa học khác, kích thích sự phát triển hơn nữa của chúng, mặt khác tạo ra các dụng cụ và thiết bị điện tử mới và từ đó trang bị cho khoa học. với các phương tiện và phương pháp nghiên cứu mới về chất lượng.
Các vấn đề thực tế của điện tử:
phát triển các dụng cụ và thiết bị điện tử thực hiện các chức năng khác nhau trong các hệ thống chuyển đổi và truyền thông tin trong hệ thống điều khiển, công nghệ máy tính cũng như trong các thiết bị năng lượng;
phát triển cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất thiết bị điện tử và công nghệ sử dụng các quy trình, thiết bị điện tử và ion cho các lĩnh vực khoa học và công nghệ khác nhau.
Điện tử đóng vai trò chủ đạo trong cuộc cách mạng khoa học và công nghệ. Việc đưa các thiết bị điện tử vào các lĩnh vực hoạt động khác nhau của con người góp phần đáng kể (thường mang tính quyết định) vào sự phát triển thành công của các vấn đề khoa học và kỹ thuật phức tạp, tăng năng suất lao động thể chất và tinh thần, đồng thời cải thiện các chỉ số kinh tế và môi trường trong sản xuất. Dựa trên những thành tựu của điện tử, một ngành công nghiệp đang phát triển sản xuất thiết bị điện tử cho nhiều loại thông tin liên lạc, tự động hóa, truyền hình, radar, công nghệ máy tính, hệ thống điều khiển quá trình, chế tạo thiết bị cũng như thiết bị chiếu sáng, công nghệ hồng ngoại, công nghệ tia X. , vân vân.
St.Petersburg, Corona-Print, 1998, 399 tr.
DjVu.
Mô tả Nội dung bài giảng về điện tử nhằm thu hút độc giả tương ứng với chương trình của một số ngành “Điện tử”, “Kỹ thuật điện và nguyên lý cơ bản của điện tử”, “Kỹ thuật điện tử”, “Nguồn điện cho các thiết bị điện tử”. Cuốn sách này là sự tiếp nối và phát triển của cuốn sách giáo khoa “Kỹ thuật điện và Nguyên tắc cơ bản của Điện tử” (ed. “ trường sau đại học“, M., 1996), do tác giả cùng với GS. T. A. Glazenko và được Bộ Tổng hợp và khuyến nghị giáo dục nghề nghiệp Liên bang Nga như một trợ giúp giảng dạy.
Không giống như cuốn sách trước, sách giáo khoa về điện tử được viết dưới dạng một bài giảng mà tác giả đã đọc trong nhiều năm cho sinh viên của Viện Cơ khí Chính xác và Quang học Bang St. Petersburg (Đại học Kỹ thuật). Hình thức trình bày tài liệu này có những ưu điểm nhất định.
- khối lượng của mỗi bài giảng được thiết kế cho trung bình bốn giờ học và có thể giảm bớt nếu thời gian nghiên cứu tài liệu bị hạn chế;
- số lượng bài giảng được thiết kế để nghiên cứu chuyên ngành trong một học kỳ (17-18 tuần) hoặc hai học kỳ (34-36 tuần);
-mỗi bài giảng có thể được nghiên cứu độc lập với những bài trước, vì thực tế không có tài liệu tham khảo chéo trong cuốn sách;
Các bài giảng được kết hợp theo chủ đề thành 7 phần, bao gồm “Các linh kiện điện tử”, “Thiết bị điện tử” và “Nguồn điện cho các thiết bị điện tử”.
Các bài giảng có các hình ảnh minh họa được lựa chọn cẩn thận có thể được sử dụng làm phương tiện trực quan giáo dục. Nhiều bài giảng chứa các bảng tham khảo đưa ra các đặc điểm của các linh kiện và thiết bị điện tử hiện đại tiên tiến nhất.
Học môn điện tử giả định rằng người đọc có kiến thức về toán tiểu học, một số phần toán cao cấp và đại số logic, những kiến thức cơ bản về lý thuyết mạch điện và vật lý chất rắn. Nếu người đọc có bất kỳ vấn đề gì về vấn đề này, chúng tôi có thể khuyên bạn nên nghiên cứu phần thích hợp về văn học chuyên ngành, bao gồm cả sách giáo khoa nêu trên, được viết với sự tham gia của tác giả.
Các bài giảng không chứa tài liệu tham khảo về tài liệu mà tác giả đã sử dụng khi viết sách, tuy nhiên, để nghiên cứu mở rộng về từng phần hoặc chủ đề riêng lẻ, danh sách tài liệu được tác giả giới thiệu sẽ được cung cấp ở cuối sách.
Thứ hai, họ thiếu tài liệu (kể cả tài liệu tham khảo) về những thành tựu mới nhất trong lĩnh vực này năng lượng điện và vi mạch.
Khi viết cuốn sách này, tác giả đã cố gắng loại bỏ những thiếu sót này bằng cách giới hạn âm lượng trong số lượng bài giảng và đưa vào sách các bài giảng về các thiết bị bán dẫn công suất và các chế độ hoạt động hạn chế của chúng, các vi mạch điện tử tương tự và kỹ thuật số hiện đại, các bộ nhân tương tự, điều khiển. vi mạch nguồn xung bộ điều chỉnh nguồn điện và hệ số công suất, thiết bị lưu trữ kỹ thuật số, v.v.
Cuốn sách có thể hữu ích cho học sinh cấp 2 và cấp 3 cơ sở giáo dục, nghiên cứu các ngành “Điện tử” và “Kỹ thuật điện và nguyên tắc cơ bản của điện tử”, cũng như các ngành liên quan “Nguồn năng lượng thứ cấp”, “Thiết bị kỹ thuật số và xung”. Ngoài ra, cuốn sách có thể được sử dụng bởi các chuyên gia trong lĩnh vực công nghệ máy tính, điện tử vô tuyến và tự động hóa, những người tham gia vào việc lựa chọn hoặc phát triển các thiết bị điện tử cho nhiều mục đích khác nhau.
Khóa học giảng dạy về điện tử tương ứng với chương trình của các ngành “Điện tử”, “Kỹ thuật điện và nguyên lý cơ bản của điện tử”, “Kỹ thuật điện tử”, “Nguồn điện cho các thiết bị điện tử”. Tác giả đã giảng dạy khóa học đề xuất trong một số năm tại Viện Cơ học Chính xác và Quang học Bang St. Petersburg ( Đại học kỹ thuật). Khóa học bao gồm 35 bài giảng và được thiết kế để nghiên cứu chuyên ngành trong một hoặc hai học kỳ.
Các bài giảng có những hình ảnh minh họa được lựa chọn cẩn thận có thể được sử dụng làm phương tiện trực quan, cũng như các bảng tham khảo cung cấp các đặc tính của các linh kiện và thiết bị điện tử hiện đại tiên tiến nhất.
Thiết bị chân không điện.
Phát xạ nhiệt. Phát xạ điện tử là quá trình một vật thể phát ra các điện tử vào không gian xung quanh nó. Để đảm bảo các electron rời khỏi cơ thể, chúng cần cung cấp thêm năng lượng. Về vấn đề này, các loại phát xạ điện tử sau đây được xem xét: nhiệt điện, tĩnh điện, quang điện tử và thứ cấp.
Với sự phát xạ nhiệt, năng lượng bổ sung được truyền cho các electron bằng cách làm nóng cơ thể. Sự phát tĩnh điện xảy ra do cường độ điện trường cao ở bề mặt cơ thể. Với sự phát xạ quang điện tử, bề mặt của vật thể được chiếu sáng. Phát xạ thứ cấp xuất hiện do sự tác động của dòng điện tử phát xạ sơ cấp lên bề mặt cơ thể. Khi các electron sơ cấp bắn phá bề mặt của một vật thể, các electron thứ cấp sẽ bị bật ra khỏi nó; quá trình này được gọi là phát xạ thứ cấp.
NỘI DUNG
Lời nói đầu
Mục 1. Các bộ phận của thiết bị điện tử
Bài giảng 1. Thiết bị chân không điện
Bài giảng 2. Điốt bán dẫn
Bài giảng 3. Các loại điốt bán dẫn đặc biệt
Bài 4. Transistor lưỡng cực
Bài 5. Transistor đơn cực
Bài giảng 6. Thiết bị bán dẫn điện
Bài 7. Giới hạn các chế độ hoạt động của Transistor
Mục 2. Mạch tích hợp analog
Bài giảng 8. Bộ khuếch đại thuật toán
Bài 9. Bộ so sánh điện áp analog
Bài 10. Nhân điện áp tương tự
Bài giảng 11. Công tắc tín hiệu tương tự
Mục 3. Mạch tích hợp số
Bài giảng 12. Các phần tử logic số
Bài giảng 13. Trigger
Bài giảng 14. Bộ đếm xung và thanh ghi
Bài 15. Bộ chuyển đổi mã, bộ mã hóa và bộ giải mã
Bài giảng 16. Bộ ghép kênh và bộ tách kênh
Bài giảng 17. Thiết bị lưu trữ số
Mục 4. Thiết bị điện tử tuyến tính
Bài giảng 18. Khuếch đại điện tử
Bài 19. Hạn chế độ nhạy và nhiễu của bộ khuếch đại điện tử
Bài giảng 20. Bộ lọc tích cực
Bài 21. Bộ biến đổi điện trở chủ động
Bài giảng 22. Phân biệt và tích hợp các thiết bị
Mục 5. Thiết bị điện tử phi tuyến
Bài giảng 23. Máy phát tín hiệu điện
Bài giảng 24. Bộ điều chế tín hiệu điện
Bài 25. Bộ giải điều chế tín hiệu điện
Mục 6. Thiết bị chức năng tương tự số
Bài giảng 26. Bộ chuyển đổi tương tự sang số
Bài 27. Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang analog
Bài 28. Thiết bị lấy mẫu và lưu trữ tín hiệu analog
Mục 7. Nguồn điện cho thiết bị điện tử
Bài giảng 29. Nguyên lý thi công nguồn điện thứ cấp
Bài giảng 30. Bộ chỉnh lưu nguồn điện
Bài giảng 31. Ổn áp
Bài giảng 32. Chuyển mạch nguồn điện
Bài giảng 33. Mạch tích hợp điều khiển nguồn điện chuyển mạch
Bài 34. Điện tử hiệu chỉnh hệ số công suất
Bài giảng 35. Mô hình máy tính các thiết bị điện tử
Tiện ích bổ sung
Bài giảng 1d. Cơ sở vật lý của điện tử bán dẫn
Bài giảng 2d. Thiết bị vòng lặp khóa pha
Danh sách các ký hiệu
Danh sách viết tắt
Khuyến khích đọc.
Tải xuống miễn phí sách điện tửở dạng thuận tiện, hãy xem và đọc:
Tải sách Điện tử, Toàn bộ bài giảng, Pryanishnikov V.A., 2004 - fileskachat.com, tải xuống nhanh và miễn phí.
Tải về djvu
Bạn có thể mua cuốn sách này dưới đây giá tốt nhất với mức giảm giá khi giao hàng trên khắp nước Nga.
(Tài liệu)
n1.doc
Khóa học ngắn hạn
trong kỹ thuật điện (bộ phận thư tín)
Giới thiệu
Định nghĩa cơ bản
1.1. Giải thích và thuật ngữ cơ bản
1.2. Các phần tử mạch tương đương thụ động
1.3. Yếu tố hoạt động mạch tương đương
1.4. Các định nghĩa cơ bản liên quan đến lược đồ
1.5. Các phương thức hoạt động của mạch điện
1.6. Các định luật cơ bản của mạch điện
Các phép biến đổi mạch tương đương Kết nối song song các phần tử mạch điện
2.1. Kết nối nối tiếp các phần tử mạch điện
2.2. Kết nối song song các phần tử mạch điện
3.1. Tính toán mạch điện một chiều
phương pháp đông máu một nguồn
4.1. Phương pháp áp dụng trực tiếp định luật Kirchhoff
4.2. Phương pháp lặp hiện tại
4.3. Phương pháp tiềm năng nút
Mạch điện DC phi tuyến
5.1. Định nghĩa cơ bản
5.2. Phương pháp đồ họa tính toán mạch DC phi tuyến
Mạch điện xoay chiều một pha
6.1. Định nghĩa cơ bản
6.2. Biểu diễn hàm thời gian hình sin ở dạng vectơ
6.3. Biểu diễn hàm thời gian hình sin ở dạng phức
6.4. Điện trở trong mạch dòng điện hình sin
6.5. Cuộn dây cảm ứng trong mạch điện hình sin
6.6. Điện dung trong mạch dòng điện hình sin
6.7. Chuỗi kết nối cảm ứng thực
cuộn dây và tụ điện trong mạch điện hình sin
6.8. Điện cảm, điện dung được mắc song song và
điện trở hoạt động trong mạch dòng điện hình sin
6.9. Chế độ cộng hưởng trong mạch gồm song song
bao gồm cuộn dây cảm ứng thực và tụ điện
6.10. Công suất trong mạch dòng điện hình sin
Mạch ba pha
7.1. Định nghĩa cơ bản
7.2. Kết nối sao. Sơ đồ, định nghĩa.
7.3. Kết nối tam giác. Sơ đồ, định nghĩa
7.5. Nguồn điện trong mạch ba pha
Mạch từ
9.1. Định nghĩa cơ bản
9.2. Tính chất của vật liệu sắt từ
9.3. Tính toán mạch từ
Máy biến áp
10.1. Thiết kế máy biến áp
10.2. Vận hành máy biến áp ở chế độ không tải
10.3. Vận hành máy biến áp có tải
Máy điện DC
11.1. Thiết kế máy điện DC
11.2. Nguyên lý hoạt động của máy DC
11.3. Vận hành máy điện DC
ở chế độ máy phát điện
11.4. Máy phát điện với kích thích độc lập.
Đặc tính máy phát điện
11.5. Máy phát điện tự kích thích.
Nguyên lý tự kích thích của máy phát điện kích thích song song
11.6. Vận hành máy điện DC
ở chế độ động cơ. Phương trình cơ bản
11.7. Đặc tính cơ của động cơ điện
dòng điện một chiều
Máy điện xoay chiều
12.1. Từ trường quay
12.2. Động cơ không đồng bộ. Thiết kế, nguyên lý hoạt động
12.3. Mô-men xoắn của động cơ không đồng bộ
12.4. Kiểm soát tốc độ động cơ không đồng bộ.
Đảo chiều động cơ không đồng bộ
12,5. Động cơ không đồng bộ một pha
12.6. Động cơ đồng bộ.
Thiết kế, nguyên lý hoạt động
Giới thiệu
Kỹ thuật điện là một nhánh của khoa học và công nghệ gắn liền với việc sử dụng các hiện tượng điện và từ để chuyển đổi năng lượng, xử lý vật liệu, truyền thông tin, v.v.Kỹ thuật điện bao gồm các vấn đề thu thập, chuyển đổi và sử dụng điện trong các hoạt động thực tế của con người. Điện có thể được thu được với số lượng đáng kể, truyền qua khoảng cách xa và dễ dàng chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác.
Một khóa học ngắn gồm các bài giảng cung cấp các định nghĩa cơ bản và các thông số tôpô của mạch điện, nêu ra các phương pháp tính toán mạch DC và AC tuyến tính và phi tuyến, phân tích và tính toán mạch từ.
Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc tính của máy biến áp và máy điện dòng điện một chiều và xoay chiều, cũng như các máy điện thông tin.
1. Các định nghĩa cơ bản
1.1. Giải thích và thuật ngữ cơ bản
Kỹ thuật điện là một lĩnh vực khoa học và công nghệ nghiên cứu các hiện tượng điện và từ và cách sử dụng chúng cho các mục đích thực tế.Mạch điện là tập hợp các thiết bị được thiết kế để sản xuất, truyền tải, biến đổi và sử dụng dòng điện.
Tất cả thiết bị điện Theo mục đích, nguyên tắc hoạt động và thiết kế, chúng có thể được chia thành ba nhóm:
Các nguồn năng lượng, tức là các thiết bị tạo ra dòng điện (máy phát điện, bộ phận nhiệt điện, tế bào quang điện, các nguyên tố hóa học).
Người nhận, hoặc tải, tức là. các thiết bị tiêu thụ dòng điện (động cơ điện, đèn điện, cơ cấu điện, v.v.).
Dây dẫn, cũng như các thiết bị chuyển mạch khác nhau (công tắc, rơle, công tắc tơ, v.v.).
Dòng điện có chiều và độ lớn không đổi gọi là dòng điện biến điện giật Giá trị của dòng điện xoay chiều tại thời điểm đang xét được gọi là tức thời và được ký hiệu là chữ cái thường Tôi.
Để một mạch điện hoạt động được cần phải có nguồn năng lượng.
Có các mạch, phần và phần tử chủ động và thụ động của mạch. Hoạt động là mạch điện chứa nguồn năng lượng, thụ động là mạch điện không chứa nguồn năng lượng.
Một mạch điện được gọi là tuyến tính nếu không có một tham số nào của mạch phụ thuộc vào độ lớn hoặc chiều của dòng điện hoặc điện áp.
Một mạch điện là phi tuyến nếu nó chứa ít nhất một phần tử phi tuyến. Các tham số của phần tử phi tuyến phụ thuộc vào độ lớn hoặc hướng của dòng điện hoặc điện áp.
Mạch điện là hình ảnh đồ họa mạch điện, bao gồm ký hiệu của các thiết bị và thể hiện cách đấu nối của các thiết bị này. Trong bộ lễ phục. Hình 1.1 thể hiện sơ đồ điện của mạch điện bao gồm nguồn năng lượng, đèn điện 1 và 2 và động cơ điện 3.
Để thuận tiện cho việc phân tích, mạch điện được thay thế bằng mạch tương đương.
Sơ đồ thay thế
là biểu diễn đồ họa của mạch điện sử dụng các phần tử lý tưởng, các tham số của nó là tham số của các phần tử được thay thế.
Hình 1.2 thể hiện mạch tương đương.
TỔ CHỨC PHI LỢI NHUẬN TỰ ĐỘNG
GIÁO DỤC CHUYÊN NGHIỆP CAO CẤP
LIÊN ĐOÀN TRUNG ƯƠNG LIÊN BANG NGA
"ĐẠI HỌC HỢP TÁC NGA"
VIỆN HỢP TÁC KAZAN (CHI NHÁNH)
ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ
GHI CHÚ BÀI GIẢNG
dành cho sinh viên đang theo học ngành dự bị
222000.62 Đổi mới,
260800.62 Tổ chức công nghệ sản phẩm và cung cấp dịch vụ ăn uống
Kazan 2013
Kirsanov V.A. Kỹ thuật điện và điện tử: Bài giảng - Kazan: Viện Hợp tác Kazan (chi nhánh) thuộc Đại học Hợp tác Nga, 2013. - 9 tr.
Bài giảng dành cho sinh viên theo ngành học 222000.62 Đổi mới, 260800.62 Công nghệ sản phẩm và tổ chức cung cấp dịch vụ ăn uống được xây dựng theo giáo trình đã được Hội đồng Học thuật Trường Đại học Hợp tác Nga phê duyệt ngày 15/02/2013, Nghị định thư số 3 và Nghị định thư số 3. chương trình công tác ngày 11/09/2013 d, Nghị định thư số 1.
© Viện Hợp tác Kazan (chi nhánh) của Đại học Hợp tác Nga, 2013
© Kirsanov V.A., 2013
Bài giảng 1. Khái niệm và định nghĩa chung về mạch điện
điện và điện tử – một môn học kết hợp kiến thức về hai ngành khoa học và công nghệ có liên quan với nhau: kỹ thuật điện và điện tử. Việc kết hợp hai ngành cho phép chúng tôi hiểu rõ hơn về mối quan hệ của chúng và sử dụng thành thạo hơn những gì chúng tôi nghiên cứu về kỹ thuật điện cơ sở vật chất Hiện tượng điện từ và phương pháp tính toán mạch điện trong phân tích, tổng hợp mạch điện tử sử dụng cả linh kiện, thiết bị điện tử tuyến tính và phi tuyến.
Kỹ thuật điện – ngành khoa học và công nghệ liên quan đến việc thu thập,
chuyển đổi và sử dụng năng lượng điện trong hoạt động thực tế của con người, bao gồm các vấn đề về sử dụng hiện tượng điện từ trong các ngành công nghiệp khác nhau và trong cuộc sống hàng ngày.
Thiết bị điện tử - một nhánh của khoa học và công nghệ liên quan đến việc tạo ra và mô tả các nguyên tắc vật lý hoạt động của các dụng cụ và thiết bị điện tử mới hoặc các mạch điện tử dựa trên chúng.
Mục đích của môn học:
Nghiên cứu các định luật cơ bản và phương pháp tính toán mạch điện và mạch từ tuyến tính;
Nghiên cứu các phương pháp phân tích, tổng hợp mạch điện tuyến tính và phi tuyến;
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy biến áp, máy điện một chiều và xoay chiều;
Nghiên cứu tổ chức cung cấp điện lưới;
Nghiên cứu các phương pháp đo và quan sát tín hiệu điện;
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động cơ bản của Thiết bị bán dẫn Và mạch cơ bản thiết bị điện tử được tạo ra trên cơ sở của họ;
Nghiên cứu cơ sở cơ bản của máy tính hiện đại và các thiết bị điện tử khác;
Nghiên cứu nguyên lý tổ chức các bộ khuếch đại tuyến tính của tín hiệu điện, trong đó có Mổ nội soĭ và nghiên cứu các lĩnh vực có thể áp dụng chúng;
Nghiên cứu nguyên lý cấu tạo nguồn điện cho các thiết bị điện tử hiện đại.
Thông tin chung
Mạch điện là tập hợp các phần tử, bộ phận hoặc thiết bị được kết nối với nhau được thiết kế để cho dòng điện chạy qua trong chúng, các quá trình trong đó có thể được mô tả bằng cách sử dụng các khái niệm về suất điện động (emf), dòng điện và điện áp.
Dòng điện (i hoặc I) – chuyển động có hướng của các hạt mang điện (thường là electron). Có ba loại dòng điện: dòng điện dẫn, dòng điện dịch chuyển, dòng điện chuyển vị. Dòng điện dẫn được gây ra bởi sự chuyển động có hướng, có trật tự của các hạt mang điện tự do (ví dụ như electron) dưới tác dụng của điện trường bên trong dây dẫn. Dòng điện dịch chuyển hoặc dòng điện phân cực được quan sát thấy trong chất điện môi và được gây ra bởi sự dịch chuyển tương đối với nhau dưới tác động của điện trường của các điện tích liên kết trái dấu. Dưới tác dụng của một điện trường ngoài không đổi, người ta quan sát thấy dòng điện dịch chuyển ngắn hạn. Nhưng với trường xoay chiều, dòng điện dịch chuyển phải được tính đến. Dòng điện chuyển hoặc dòng đối lưu được gây ra bởi sự truyền điện tích trong không gian tự do bởi các hạt hoặc vật tích điện dưới tác dụng của điện trường.
Một đặc tính định lượng của dòng điện là cường độ dòng điện - lượng điện q chạy qua tiết diện của dây dẫn trong một đơn vị thời gian:
TÔI= q/t.
Nếu các điện tích chuyển động không đều trong dây dẫn thì cường độ dòng điện thay đổi có thể được xác định bằng công thức:
tôi = dq / dt.
Lượng điện trong hệ SI được đo bằng coulomb (C) và dòng điện được đo bằng ampe (A).
Ampe là cường độ của một dòng điện không đổi chạy qua hai dây dẫn thẳng song song có chiều dài vô hạn và tiết diện tròn không đáng kể, đặt cách nhau 1 m trong chân không, sẽ tạo ra giữa hai dây dẫn này một lực bằng 1 N/m.
Coulomb được định nghĩa là lượng điện chạy qua tiết diện của dây dẫn trong 1 giây với dòng điện không đổi 1 A.
Để mô tả sự chuyển động của dòng điện tại một điểm nhất định trên bề mặt, mật độ dòng điện δ được sử dụng, được xác định theo công thức:
δ = I/S,
trong đó S là diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn.
Điện áp (bạn hoặc bạn) – sự chênh lệch điện thế giữa các điểm đã chọn hoặc lượng công mà điện trường sẽ thực hiện để truyền một điện tích dương từ điểm này sang điểm khác.
Điện thế bằng công của trường trong việc truyền một đơn vị điện tích dương từ một điểm cho trước trong không gian đến một điểm ở xa vô hạn, điện thế của điểm này được coi là bằng không. Vì trong mạch điện ta xét điện thế của một điểm bằng 0, điện áp thường được quan tâm chứ không phải điện thế.
1B=1J/1Coulomb
nguồn emf - nguồn điện áp trong mạch điện, độ lớn của nó phụ thuộc rất ít vào tải được chọn trong giới hạn hợp lý; một nguồn năng lượng điện sử dụng lực phi điện của bên thứ ba để tạo ra điện áp bên ngoài. Ví dụ: một tế bào điện chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện và một máy phát điện chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện.
Sơ đồ mạch điện – phương pháp mô tả mạch điện trên mặt phẳng bằng cách sử dụng các ký hiệu đồ họa thông thường ̆ các thành phần hoặc phần tử của mạch điện. Một mạch thường đề cập đến việc thực hiện vật lý của một mạch điện.
Thành phần, phần tử - Tối thiểu, hoàn chỉnh về mặt chức năng và cấu trúc thành phần mạch hoặc mạch. Các thành phần bao gồm nguồn điện, động cơ điện, điện trở, tụ điện và cuộn cảm.
Khi phân tích các mạch điện, theo quy luật, giá trị của dòng điện, điện áp và công suất được đánh giá. Trong trường hợp này, không cần phải tính đến thiết bị cụ thể có nhiều tải khác nhau. Điều quan trọng là chỉ biết điện trở của chúng - R, độ tự cảm - L hoặc điện dung - C. Các phần tử mạch như vậy được gọi là máy thu năng lượng điện.
Sự phụ thuộc của dòng điện chạy qua máy thu năng lượng điện vào điện áp ở máy thu này thường được gọi là đặc tính dòng điện-điện áp (đặc tính volt-ampe).
Các máy thu năng lượng điện có đặc tính dòng điện-điện áp là đường thẳng được gọi là tuyến tính.
Mạch điện chỉ gồm các phần tử tuyến tính được gọi là mạch điện tuyến tính.
Mạch điện có ít nhất một phần tử phi tuyến được gọi là mạch điện phi tuyến.
Tín hiệu – một quá trình vật lý mang thông tin hoặc được quan tâm.
Tín hiệu điện - tín hiệu ở dạng điện áp hoặc dòng điện. Phân biệt analog và kỹ thuật số tín hiệu (rời rạc).
Tín hiệu tương tự có thể nhận bất kỳ giá trị tùy ý nào của điện áp hoặc dòng điện trong phạm vi cho phép từ giá trị tối thiểuđến mức tối đa.
cảm biến – một bộ chuyển đổi một quá trình vật lý quan tâm và mang thông tin thành tín hiệu điện. Một ví dụ về cảm biến là cặp nhiệt điện (hợp kim của hai vật liệu khác nhau), tạo ra điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Ví dụ: Cảm biến Hall, chuyển đổi cường độ cảm ứng từ của từ trường bên ngoài thành emf, nghĩa là thành tín hiệu tương tự; nhiệt điện trở, chuyển đổi nhiệt độ môi trường thành điện trở; máy đo sức căng chuyển đổi áp suất cơ học thành điện trở.
Tín hiệu kĩ thuật số - trình bày thông tin số dưới dạng các mức điện áp có thể phân biệt rõ ràng. Để biểu diễn thông tin nhị phân trong đó chỉ có thể có hai giá trị: 0 hoặc 1, chỉ cần sử dụng hai mức điện áp có thể phân biệt rõ ràng là đủ. Có một số cách để biểu diễn tín hiệu nhị phân: tiềm năng, xung lực và tiềm năng xung lực.
Tại tiềm năng Phương pháp biểu diễn, trạng thái logic 0 và 1 được biểu diễn bằng hai mức điện áp khác nhau. Ví dụ: đối với các phần tử logic bóng bán dẫn-bóng bán dẫn (TTL):
Đơn vị logic được biểu thị bằng điện áp U 1 ≥ 2,4V;
Số 0 logic được biểu thị bằng điện áp U 0 ≤ 0,4V.
Tại xung Trong biểu diễn thông tin nhị phân, giá trị logic tương ứng với sự hiện diện của một xung hoặc một chuỗi xung ở đầu ra của một phần tử và số 0 tương ứng với sự vắng mặt của xung.
Xung - tín hiệu điện được đặc trưng bởi sự thay đổi nhanh chóng về điện áp hoặc mức dòng điện và thường có xu hướng thiết lập một trong hai giới hạn điện áp hoặc dòng điện có thể có.
Tại tiềm năng xung Khi trình bày thông tin, cả hai phương pháp đề xuất ở trên đều được sử dụng đồng thời.
Phần tử logic - bộ phận nhỏ nhất hoàn chỉnh về mặt chức năng và cấu trúc của máy tính thực hiện bất kỳ chức năng logic nào. Trong số chính hàm logic̆ thường bị cô lập sự tách rời, kết hợp và phủ định.
Phân ly– hàm (y) của biến nhị phân (X1, X2,..) bằng 1 khi có ít nhất một biến đầu vào bằng một. Một hàm cho hai biến được viết như sau:
y=X1vX2.
Phân lyđược triển khai bằng cách sử dụng bộ phân tách hoặc phần tử thuộc loại NIOR, trong đó N là số đầu vào cho bộ phân tách. Với hai đầu vào, chúng ta đang xử lý phần tử 2OR, ký hiệu của phần tử này được gợi ý trong hình:
Sự liên kết– hàm (y) của các biến nhị phân (X1, X2,..), bằng 1 khi tất cả các biến đầu vào đều bằng một. Một hàm cho hai biến được viết như sau:
y=X1&X2 hoặc y=X1*X2.
Sự liên kếtđược triển khai bằng cách sử dụng một bộ kết hợp hoặc một phần tử thuộc loại NI, trong đó N là số đầu vào cho bộ kết hợp. Với hai đầu vào, chúng ta đang xử lý phần tử 2I, ký hiệu của phần tử này được gợi ý trong hình:
phủ định là hàm (y) của biến nhị phân X bằng 1 nếu biến đầu vào bằng 0 và ngược lại.
phủ địnhđược triển khai bằng cách sử dụng bộ biến tần hoặc phần tử NOT, ký hiệu của nó được gợi ý trong hình:
Ký hiệu phủ định trong ký hiệu là một vòng tròn trên đường tín hiệu.
Mạch từ là một bộ thiết bị chứa các vật thể sắt từ và tạo thành một mạch kín trong đó, với sự có mặt của lực từ, một từ thông được hình thành và dọc theo đó các đường cảm ứng từ được đóng lại.
Lực từ (mf) – đặc trưng về khả năng của nguồn từ trường (dòng điện) tạo ra từ thông.
Bài giảng 2. Mạch điện một chiều
Các định luật cơ bản của mạch điện một chiều
Các khái niệm topo cơ bản của lý thuyết mạch điện là nhánh, nút, mạch điện, mạng hai cực, mạng bốn cực, sơ đồ mạch điện, cây đồ thị mạch. Chúng ta hãy nhìn vào một số trong số họ.
Chi nhánh gọi là đoạn mạch điện có cùng dòng điện. Nó có thể bao gồm một hoặc nhiều phần tử được kết nối nối tiếp.
Nút thắt gọi là điểm nối của hai phần tử. Điểm giao nhau của ba nhánh trở lên được gọi là nút phức tạp. Một nút phức tạp được biểu thị trên sơ đồ bằng một dấu chấm. Các nút phức tạp có điện thế bằng nhau được kết hợp thành một nút tiềm năng.
Đề cương gọi là đường đi khép kín đi qua nhiều nhánh và nút của mạch điện.
Một mạch được gọi là độc lập nếu nó bao gồm ít nhất một nhánh không thuộc các mạch lân cận.
Mạng hai đầu cuốiđược gọi là một phần của mạch điện có hai cực - cực chuyên dụng. Mạng hai đầu cuối được biểu thị bằng một hình chữ nhật có chỉ số “A” hoặc “P”. Chỉ số “A” được sử dụng để chỉ định mạng hai thiết bị đầu cuối đang hoạt động, chứa các nguồn E.M.F. Chỉ số “P” được sử dụng để chỉ mạng hai đầu cuối thụ động.
Việc tính toán và phân tích mạch điện được thực hiện bằng định luật Ohm, định luật thứ nhất và thứ hai của Kirchhoff. Dựa trên các định luật này, mối quan hệ được thiết lập giữa các giá trị dòng điện, điện áp, EMF của toàn bộ mạch điện và các phần riêng lẻ của nó cũng như các thông số của các phần tử tạo nên mạch này.
Định luật Ohm cho đoạn mạch
Mối liên hệ giữa dòng điện I, điện áp UR và điện trở R đoạn ab của mạch điện (Hình 1) được thể hiện bằng định luật Ohm
Trong trường hợp này, U R = RI được gọi là điện áp hoặc điện áp rơi trên điện trở R và I được gọi là dòng điện trong điện trở R.
Khi tính toán mạch điện, đôi khi sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng không phải điện trở R mà sử dụng giá trị nghịch đảo của điện trở, tức là. tinh dân điện:
Trong trường hợp này, định luật Ohm cho một đoạn mạch sẽ được viết là:
Định luật Ohm cho mạch điện hoàn chỉnh
Định luật này xác định mối quan hệ giữa suất điện động E của nguồn điện với điện trở trong r 0 (Hình 1), dòng điện I của mạch điện và tổng điện trở tương đương R E = r 0 + R của toàn mạch:
I = E/R e = E/(r 0 +R)
Theo quy luật, một mạch điện phức tạp bao gồm một số nhánh, có thể bao gồm các nguồn điện riêng và chế độ hoạt động của nó không thể được mô tả chỉ bằng định luật Ohm. Trong trường hợp này sử dụng định luật Kirchhoff , là hệ quả của định luật bảo toàn năng lượng.
Định luật Kirchhoff đầu tiên
Tổng đại số của dòng điện hội tụ tại bất kỳ nút nào đều bằng 0.
Khi viết phương trình theo định luật Kirchhoff thứ nhất, dòng điện hướng tới một nút được lấy bằng dấu “cộng”, và dòng điện hướng từ nút được lấy bằng dấu “trừ”.
I1-I2+I3-I4+I5=0
Số phương trình có thể được hình thành dựa trên luật đầu tiên bằng số lượng nút trong chuỗi và chỉ (U – 1) phương trình độc lập từ nhau. bạn– số lượng nút mạch.
Định luật Kirchhoff thứ hai
Tổng đại số của điện áp rơi trên khu vực riêng biệt của một vòng kín, được chọn tùy ý trong mạch phân nhánh phức tạp, bằng tổng đại số của suất điện động trong vòng lặp này.
Khi viết phương trình theo định luật Kirchhoff thứ hai, bạn phải:
1) đặt hướng dương có điều kiện của EMF, dòng điện và điện áp;
2) chọn hướng di chuyển của đường bao để viết phương trình;
3) viết phương trình và các số hạng trong phương trình được lấy bằng dấu “cộng” nếu hướng dương có điều kiện của chúng trùng với đường vòng và bằng dấu “trừ” nếu chúng ngược nhau.
E1 – E2 + E3 = I1R1 – I2R2 + I3R3 – I4R4
Số phương trình độc lập theo định luật Kirchhoff thứ hai là:
Phương pháp phân tích mạch điện một chiều tuyến tính
Các thiết bị và hệ thống điện thực tế có mạch điện phức tạp. Các chuyên gia phải đối mặt với nhiệm vụ tính toán các thông số của họ. Quá trình tính toán các thông số trong lý thuyết kỹ thuật điện thường được gọi là “phân tích mạch”. Các mạch điện có độ phức tạp bất kỳ đều tuân theo định luật Ohm và Kirchhoff. Tuy nhiên, chỉ áp dụng những luật này thường dẫn đến những quyết định phức tạp không cần thiết. Do đó, một số phương pháp phân tích đã được phát triển phù hợp với cấu trúc liên kết của mạch điện và đơn giản hóa quá trình tính toán các tham số của chúng.
Phân tích mạch điện bằng định luật Kirchhoff
Khi phân tích các mạch điện, giá trị dòng điện trong các nhánh của chúng, điện áp rơi trên các phần tử hoặc mức tiêu thụ điện năng được xác định bởi một giá trị E.M.F nhất định, cũng như các giá trị điện trở, độ dẫn điện hoặc các thông số khác theo giá trị đã cho dòng điện hoặc điện áp.
Bản chất của việc phân tích mạch điện bằng định luật Kirchhoff là biên soạn một hệ phương trình tuyến tính độc lập.
Theo định luật Kirchhoff thứ nhất, các phương trình (U - 1) được biên soạn, theo định luật thứ hai B - (U-1) phương trình.
Phân tích mạch điện bằng phương pháp biến đổi tương đương
Khi mạch điện chỉ bao gồm một nguồn E.M.F., dòng điện của nó được xác định bởi tổng điện trở của các máy thu năng lượng điện thụ động. Điện trở này được gọi là tương đương - Req. Rõ ràng, nếu biết Req thì mạch có thể được biểu diễn dưới dạng hai phần tử mắc nối tiếp - một nguồn E.M.F. và Req, đồng thời xác định dòng điện nguồn phụ thuộc vào việc áp dụng định luật Ohm. Quá trình chuyển đổi từ mạch điện có cấu trúc liên kết tùy ý sang mạch có Req được gọi là phép biến đổi tương đương. Sự chuyển đổi này tạo thành cơ sở của phương pháp phân tích đang được xem xét.
Kỹ thuật chuyển đổi mạch điện được xác định bằng phương pháp kết nối các phần tử thụ động. Có nhiều phương thức kết nối khác nhau: nối tiếp, song song, hỗn hợp, tam giác và sao. Chúng ta hãy xem xét bản chất của các phép biến đổi tương đương cho từng phương thức được đặt tên.
Mạch điện nối tiếp các phần tử
Kết nối nối tiếp là kết nối của các phần tử mạch trong đó cùng một dòng điện I xuất hiện trong tất cả các phần tử có trong mạch (Hình 2).
Dựa trên định luật thứ hai của Kirchhoff, tổng điện áp U của toàn bộ mạch bằng tổng điện áp ở các phần riêng lẻ:
U = U 1 + U 2 + U 3 hoặc IR eq = IR 1 + IR 2 + IR 3,
từ đâu theo sau
R eq = R 1 + R 2 + R 3.
Như vậy, khi kết nối nối tiếp các phần tử của mạch thì tổng điện trở tương đương của mạch bằng tổng số học các điện trở của các phần riêng lẻ. Do đó, một mạch điện có số lượng điện trở nối tiếp bất kỳ có thể được thay thế bằng một mạch điện đơn giản có một điện trở tương đương R eq (Hình 3.). Sau đó, việc tính toán mạch điện được rút gọn thành việc xác định dòng điện I của toàn mạch theo định luật Ohm
và sử dụng các công thức trên, tính hiệu điện thế rơi U 1 , U 2 , U 3 trong các đoạn mạch điện tương ứng (Hình 2).
lỗ hổng kết nối tuần tự phần tử là nếu ít nhất một phần tử bị lỗi thì hoạt động của tất cả các phần tử khác trong mạch sẽ dừng lại.
Mạch điện có kết nối song song yếu tố
Kết nối song song là kết nối trong đó tất cả người tiêu dùng năng lượng điện trong mạch đều có cùng điện áp (Hình 4).
Trong trường hợp này, chúng được kết nối với hai nút của chuỗi a và b, và dựa trên định luật Kirchhoff thứ nhất, chúng ta có thể viết rằng Tổng dòng điện I của toàn mạch bằng tổng đại số dòng điện của từng nhánh:
Tôi = Tôi 1 + Tôi 2 + Tôi 3, tức là
nó theo sau từ đâu
Từ mối quan hệ này, suy ra rằng độ dẫn tương đương của mạch bằng tổng số học của độ dẫn của các nhánh riêng lẻ:
g eq = g 1 + g 2 + g 3.
Khi số lượng người tiêu dùng kết nối song song tăng lên, độ dẫn điện của mạch g eq tăng lên và ngược lại, tổng sức đề kháng R eq giảm.
Điện áp trong mạch điện có các điện trở mắc song song (Hình 4)
U = IR eq = I 1 R 1 = I 2 R 2 = I 3 R 3.
Nó theo sau đó
những thứ kia. Dòng điện trong mạch được phân bố giữa các nhánh song song tỷ lệ nghịch với điện trở của chúng.
Theo mạch kết nối song song, người tiêu dùng của bất kỳ nguồn điện nào, được thiết kế cho cùng một điện áp, hoạt động ở chế độ danh nghĩa. Hơn nữa, việc bật hoặc tắt một hoặc nhiều người tiêu dùng không ảnh hưởng đến hoạt động của những người khác. Do đó, mạch này là mạch chính để kết nối người tiêu dùng với nguồn năng lượng điện.
Mạch điện có sự kết nối hỗn hợp của các phần tử
Kết nối hỗn hợp là kết nối trong đó mạch chứa các nhóm điện trở mắc song song và nối tiếp.
Đối với mạch hiển thị trong hình. 5, việc tính điện trở tương đương bắt đầu từ cuối mạch. Để đơn giản hóa việc tính toán, chúng ta giả sử rằng tất cả các điện trở trong mạch này đều giống nhau: R 1 =R 2 =R 3 =R 4 =R 5 =R. Điện trở R 4 và R 5 mắc song song thì điện trở đoạn mạch cd bằng:
Trong trường hợp này, mạch ban đầu (Hình 5) có thể được biểu diễn dưới dạng mẫu sau(Hình 6):
Trong sơ đồ (Hình 6), điện trở R 3 và R cd được mắc nối tiếp, khi đó điện trở của đoạn mạch ad bằng:
Sau đó, sơ đồ (Hình 6) có thể được trình bày dưới dạng viết tắt (Hình 7):
Trong sơ đồ (Hình 7), điện trở R 2 và R ad mắc song song thì điện trở đoạn mạch ab bằng
Mạch điện (Hình 7) có thể được biểu diễn dưới dạng đơn giản hóa (Hình 8), trong đó các điện trở R 1 và R ab được mắc nối tiếp.
Khi đó điện trở tương đương của mạch ban đầu (Hình 5) sẽ bằng:
|
Cơm. Cơm. số 8 |
Cơm. Cơm. 9 |
Kết quả của các phép biến đổi, mạch ban đầu (Hình 5) được trình bày dưới dạng mạch (Hình 9) với một điện trở R eq. Tính toán dòng điện và điện áp cho tất cả các phần tử của mạch có thể được thực hiện theo định luật Ohm và Kirchhoff.
Bản chất của phương pháp biến đổi tương đương:
1. Các đoạn mạch điện có các phần tử mắc nối tiếp và song song được thay thế bằng một phần tử tương đương. Thông qua các phép biến đổi tuần tự, mạch được đơn giản hóa thành dạng cơ bản.
2.Dùng định luật Ôm, tìm được dòng điện trong mạch đơn giản. Giá trị của nó xác định dòng điện của nhánh gần nguồn E.M.F nhất. (hiện tại của chi nhánh đầu tiên). Điều này giúp dễ dàng tính toán dòng điện của các nhánh còn lại.
Giá trị tức thời;
Giá trị biên độ;
Giai đoạn đầu;
Giá trị hiệu quả;
Giá trị trung bình;
Phức hợp của giá trị hiệu dụng hoặc biên độ, v.v.
Giá trị tức thời
Giá trị tức thời của đại lượng Một được viết là:
a = Am tội lỗi (ωt +ψ),
trong đó Am là biên độ (giá trị cực đại) của đại lượng;
t – giá trị thời gian hiện tại, s;
ψ – pha ban đầu.
Chúng ta viết các giá trị tức thời của dòng điện i, điện áp u hoặc EMF dưới dạng:
i=Tôi tội lỗi (ωt+ψi),
u=Um tội lỗi (ωt+ψu),
e=Em sin (ωt+ψe).
Đối số sin (ωt +ψ) được gọi là giai đoạn. Góc ψ bằng pha tại thời điểm ban đầu t = 0 và do đó được gọi là giai đoạn đầu.
Tần số góc ω liên hệ với chu kỳ T và tần số f =1/T theo công thức:
.Giá trị hiệu dụng của dòng điện hình sin thường được gọi là giá trị bình phương trung bình gốc hoặc giá trị hiệu dụng.
Các giá trị hiệu dụng của dòng điện và điện áp được thể hiện bằng hầu hết các dụng cụ đo điện (ampe, vôn kế).
Các giá trị hiện tại cho biết dòng điện và điện áp định mức trong hộ chiếu của các thiết bị và thiết bị điện khác nhau.
Dưới giá trị trung bình dòng điện hình sin được hiểu là giá trị trung bình của nó trong nửa chu kỳ:
Tương tự:
Các phần tử của mạch điện có dòng điện hình sin
Các phần tử cơ bản của mạch điện có dòng điện hình sin:
Nguồn năng lượng điện (và nguồn dòng điện);
Các phần tử điện trở (điện trở, biến trở, yếu tố làm nóng vân vân.);
Các phần tử điện dung (tụ điện);
Các phần tử cảm ứng (cuộn cảm).
Phần tử điện trở
Theo định luật Ohm, điện áp trên phần tử điện trở là: u=i⋅R=R⋅Im sinωt=Um sinωt, trong đó Um =R⋅Im và dòng điện i=Im sinωt.
Điều này nghĩa là:
1. Dòng điện và điện áp trong phần tử điện trở cùng pha (đổi pha).
2. Định luật Ohm đúng cho cả hai giá trị biên độ của dòng điện và điện áp: Um =R⋅Im, và đối với các giá trị hiệu dụng của dòng điện và điện áp: U=R⋅I.
Hãy biểu thị công suất tức thời p theo các giá trị tức thời của dòng điện i và điện áp u:
p=u i =Um Im sinωt sinωt =U I (1−cos2ω).
phần tử cảm ứng
Một ví dụ cổ điển về phần tử cảm ứng là cuộn cảm - một sợi dây quấn quanh khung cách điện.
uL = ω⋅L⋅Im cosωt = Um sin(ωt+900),
trong đó Um = ω⋅L⋅Im = XL⋅Im.
Đại lượng XL =ω⋅L được gọi là phản ứng cảm ứng, được đo bằng ohm và phụ thuộc vào tần số ω.
Một kết luận quan trọng rút ra từ những biểu thức này:
1.Dòng điện trong phần tử cảm ứng lệch pha với điện áp(900).
2. Một phần tử cảm ứng tạo ra điện trở đối với dòng điện hình sin (xoay chiều), mô đun X L = ω ⋅ L tỷ lệ thuận với tần số.
3. Định luật Ohm thỏa mãn cả giá trị biên độ của dòng điện và điện áp: Um =XL⋅Im và đối với các giá trị hiệu dụng: U=XL⋅I.
Sức mạnh tức thời:
p = u⋅i = Um cosωt⋅Im sinωt = U⋅I sin2ωt.
Công suất tức thời trên phần tử cảm ứng chỉ có thành phần thay đổi U⋅I sin2ωt, thay đổi với tần số gấp đôi (2ω).
Công suất thay đổi dấu theo chu kỳ: lúc dương, lúc âm. Điều này có nghĩa là trong một số chu kỳ quý, khi p>0, năng lượng được tích trữ trong phần tử cảm ứng (dưới dạng năng lượng từ trường) và trong các chu kỳ quý khác, khi p
TRONG phần này cung cấp cho sự chú ý của bạn Sách về điện tử và kỹ thuật điện. Điện tử là ngành khoa học nghiên cứu sự tương tác của các electron với trường điện từ và phát triển các phương pháp tạo ra các thiết bị, thiết bị hoặc bộ phận điện tử được sử dụng chủ yếu để truyền, xử lý và lưu trữ thông tin.
Điện tử là một ngành khoa học và công nghệ đang phát triển nhanh chóng. Cô nghiên cứu vật lý và ứng dụng thực tế của nhiều thiết bị điện tử khác nhau. Điện tử vật lý bao gồm: các quá trình điện tử và ion trong chất khí và chất dẫn điện. Tại mặt tiếp xúc giữa chân không và khí, chất rắn và chất lỏng. Điện tử kỹ thuật bao gồm việc nghiên cứu thiết kế các thiết bị điện tử và ứng dụng của chúng. Lĩnh vực dành riêng cho việc sử dụng các thiết bị điện tử trong công nghiệp được gọi là Điện tử Công nghiệp.
Trên trang web bạn có thể tải xuống miễn phí một số lượng lớn sách về điện tử. Trong cuốn sách “Kỹ thuật mạch” phương tiện điện tử» cơ sở nguyên tố của các thiết bị điện tử được xem xét. Các nguyên tắc cơ bản của việc xây dựng các thiết bị tương tự, xung và kỹ thuật số được đưa ra. Đặc biệt chú ý đến các thiết bị lưu trữ và chuyển đổi thông tin. Các hệ thống và thiết bị vi xử lý sẽ được thảo luận trong một phần riêng biệt. Dành cho sinh viên các cơ sở giáo dục đại học. Đồng thời tải xuống sách của các tác giả: Levinshtein M.E., Simin G.S., Maksina E.L., Kuzmina O., Shchedrin A.I., Leontyev B.K., Shelestov I.P., Piz R., Rodin A., Bessonov V.V., Stolovykh A.M., Drigalkin V.V., Mandl M., Lebedev A.I., Braga N., Hamakawa Y., Revich Yu.V., Abraitis B.B. ., Altshuller G.B., Elfimov N.N., Shakulin V.G., Baida N.P., Byers T., Balyan R.H., Obrusnik V.P., Bamdas A.M., Savinovsky Yu A.A., Bas A.A., Bezborodov Yu.M., Bocharov L.N., Bukhman D.R., Krotchenkov A.G., Oblasov P.S., Bystrov Yu.A., Vasilevsky D.P., Vasiliev V.A., Vdovin S.S., Veresov G.P., Yakubovsky S.V., Shakhgildyan V.V., Chistykov N., Horowitz P., Hill W., Phelps R., Sidorov I N., Skornykov S.V., Grishin G.G., Moshkov A.A., Olshansky O.V., Ovechkin Yu.A., Vikulin I.M., Voishvillo G.V., Volodin A.A., Galperin M.P., Kuznetsov V .Ya., Maslenikov Yu.A., Gausi M., Lacker K., Elyashkevich S., Gendin G.S., Golovkov A.V..
Hãy chú ý đến cuốn sách “Công cụ thiết kế và thiết kế mạch cho thiết bị kỹ thuật số”. Cuốn sách cung cấp một mô tả về mạch điện của các thiết bị kỹ thuật số. Trọng tâm chính là học cách phát triển hệ thống phần mềm và phần cứng có chứa bộ xử lý: viết các mô hình VHDL và Verilog HDL hành vi và cấu trúc, kiểm tra chúng và kiểm tra chức năng thực thi chương trình. Mô tả các công cụ phát triển hiện đại. Các ví dụ cung cấp mô tả về cách sử dụng bộ công cụ này.
Trang web giới thiệu sách của các tác giả nổi tiếng nhất: Lyubitsky V.B., Goldenberg L.M., Matyushkin B.D., Polyak M.N., Gorbaty V.I., Gorodilin V.M., Fedoseeva E.O., Trokhimenko Y., Lyubich F., Rumyantsev M.M., Rozanov Yu.K., Grishin Yu .P., Kazarinov Yu.M., Katikov V.M., Ramm G.S., Panfilov N.D., Oksner E.S., Novachenko I.V., Yurovsky A.V., Nefedov A.V., Gordeeva V.I., Moshits G., Horn P., Migulin I., Chapovsky M., Markatun M.G., Dmitriev V.A., Ilyin V.A., Lyarsky V.F., Muradyan O.B., Joseph K., Andreev V., Baranov V.V., Bekin N.V., Godonov A.Yu., Golovin O., Aleksenko A.G., Colombet E.A., Starodub G.I., Iceberg E., Shumilin MS, Golovin O.V., Sevalnev V.P., Shevtsov E.A., Tsykin G.S., Kharchenko V.M., Hablovski I., Skulimowski V., Williams A., Tetelbaum I.M., Schneider Y.R., Soklof S., Gutnikov V.S., Danilov L .V., Mathanov P.N., Filippov E.S., Deryabin V.I., Rybkov A.M., Rothammel K., Dykov V.I., Palshkov V.V., Zhutyaev S., Zeldin I .V., Rusinov V.V., Lomonosov V.Yu., Polivanov K.M., Katsnelson B ., Larionov A., Igumnov D.V., Korolev G., Gromov I., Iofe V.K., Lizunkov M.V., Kollender B.G., Kuzinets L.M., Sokolov V.S., Kitaev V.E., Bokunyaev A.A., Kolkanov M.F., Kalantarov P.L., Tseytlin L. .A. , Kononovich L., Kalabekov B.A., Kononovich L.M., Kovalgin Yu.A., Syritso A., Polykov V., Korolev G.V., Kostikov V.G., Nikitin I.E. ., Krasnopolsky A.E., Sokolov V., Troitsky A., Krize S., Kubarkin L.V., Kuzin V., Kuzina O., Kupriyanovich L., Leontyev V.F., Lukoshkin A., Kirensky I ., Monakhov Y., Petrov O., Dostal I., Sudkov Y., Gromov N., Vykhodets A.V., Gitlits M.V., Nikonov A.V., Odnolko V.V., Gavrilenko I., Maltseva L., Martsinkevichus A., Mirsky G.Ya., Volgov V.A., Vambersky M.V., Kazantsev V.I., Shelukhin S.A., Bunimovich S., Yaylenko L., Mukhitdinov M., Musaev E., Myachin Yu.A., Odnoralov N., Pavlenko Yu.F., Shpanion P.A., Parol N.V., Bershtein A.S., Paskalev Zh., Polikarpov A., Sergienko E.F. ., Bobrov N.V., Benkovsky Z., Lipinsky E ., Bastanov V.G., Polykov V.T., Abramovich M.I., Pavlov B., Shcherbakova Yu.V., Adamenko M., Tyunin N. .A., Kulikov G.V.
