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Ingeniería electrónica y eléctrica en general. Hoja de trucos: brevemente, lo más importante

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tabla de contenidos

1. historia de la electronica
2. Dispositivos semiconductores
3. El movimiento de los electrones en un campo eléctrico uniforme.
4. El movimiento de los electrones en un campo eléctrico no homogéneo.
5. El movimiento de los electrones en un campo magnético uniforme.
6. electrones en solidos
7. Conductividades eléctricas intrínsecas electrónicas y de agujeros.
8. Conductividad eléctrica de impurezas
9. Difusión de portadores de carga en semiconductores.
10. Transición electrón-hueco en ausencia de voltaje externo
11. Transición electrón-hueco bajo la acción de un voltaje directo
12. Transición electrón-hueco a voltaje inverso
13. Voltio-amperio característico de un diodo semiconductor
14. capacitancia de diodo semiconductor
15. Aplicación de diodos semiconductores para rectificación de CA.
16. Información general sobre transistores
17. Procesos físicos en un transistor
18. Circuitos básicos de conmutación de transistores
19. Propiedades de frecuencia de los transistores.
20. Modo de pulso de transistor
21. Principales tipos de transistores
22. Información general sobre los dispositivos de electrovacío y los principios de su clasificación
23. El dispositivo y el principio de funcionamiento del diodo.
24. Triodo y sus circuitos.
25. Cátodos simples y complejos
26. Cátodos de calentamiento directo e indirecto
27. Potencia de tres segunda ley para un diodo
28. Procesos físicos en un triodo
29. Voltaje de operación y la ley de la potencia de tres segundos para el triodo.
30. Corriente de red en triodo
31. Rendimiento triodo
32. El dispositivo y el funcionamiento del tetrodo.
33. Efecto Dinatron en un tetrodo
34. El dispositivo y el funcionamiento del pentodo.
35. Parámetros de tetrodes y pentodos
36. El dispositivo y el funcionamiento del tetrodo de haz.
37. Principio de conversión de frecuencia
38. Lámparas para conversión de frecuencia
39. Características y parámetros de las lámparas de control dual
40. Tipos especiales de tubos transceptores
41. Tipos de descargas eléctricas en gases
42. descarga luminiscente
43. diodos zener
44. gasotrones
45. Descarga de arco de Thyratron
46. tubos de rayos catódicos
47. Características del funcionamiento de las lámparas a frecuencias ultraaltas.
48. Impedancia de entrada y pérdida de energía en lámparas
49. klystron volador
50. Tubos de onda viajera e inversa
51. Conceptos generales de electricidad y teoría electrónica
52. Ley de Coulomb. Campo eléctrico
53. Conductor y dieléctrico en un campo eléctrico.
54. Los principales materiales aislantes eléctricos.
55. El concepto de corriente eléctrica. Ley de Ohm
56. Conexión de conductores entre sí. Primera ley de Kirchhoff
57. Segunda ley de Kirchhoff. método de superposición
58. Electrólisis. Primera y segunda leyes de Faraday
59. Baterias
60. Lámparas incandescentes eléctricas
61. Soldadura eléctrica
62. Electromagnetismo
63. Inducción electromagnética
64. Recibiendo CA
65. circuitos de CA
66. Circuito de oscilación
67. CA trifásica
68. Transformadores
69. Dispositivo y tipos de transformadores.
70. Motores asincronos
71. Generadores síncronos
72. Dispositivo generador de CC
73. Tipos de generadores de CC
74. Los motores eléctricos
75. Rectificadores
76. Instrumentos de medida eléctricos
77. El dispositivo de instrumentos de medición.
78. Transformadores de medida
79. reóstatos
80. Medida de la potencia eléctrica activa
81. Medida de la energía eléctrica activa
82. Impulsión eléctrica
83. Aislamiento, formas de ejecución y refrigeración de máquinas eléctricas.
84. Protección de motores eléctricos
85. Contactores y controladores
86. Formas de arrancar motores
87. Control de velocidad de motores eléctricos
88. Baterias recargables
89. Modo batería
90. Seguridad en aparatos eléctricos

El trabajo de los físicos en los siglos XVIII y XIX sentó las bases para el surgimiento y el desarrollo de la electrónica. Los primeros estudios del mundo sobre descargas eléctricas en el aire se realizaron en el siglo XVIII. en Rusia por académicos Lomonosov и ricomann e independientemente de ellos, los científicos estadounidenses Franklin. Un evento importante fue el descubrimiento del arco eléctrico por el académico Petrov en 1802. Los estudios de los procesos de paso de corriente eléctrica en gases enrarecidos se llevaron a cabo en el siglo pasado en Inglaterra. Ladrones, Thomson, Townsend, Aston, en alemania Geisler, Gittorf, Plucker y otros En 1873 Lodigin inventó el primer dispositivo de vacío eléctrico del mundo: la lámpara incandescente. Independientemente de él, un poco más tarde un inventor estadounidense creó y mejoró la misma lámpara. edison El arco eléctrico se utilizó por primera vez con fines de iluminación. Yablochkov en 1876. En 1887, un físico alemán Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico.

La emisión termoiónica fue descubierta en 1884 por Edison. En 1901, Richardson llevó a cabo un estudio detallado de la emisión termoiónica. El primer tubo de rayos catódicos de cátodo frío se construyó en 1897. Marrón (Alemania). El uso de dispositivos electrónicos en ingeniería de radio comenzó con el hecho de que en 1904 el científico inglés Flamenco usó una lámpara de dos electrodos con un cátodo incandescente para rectificar las oscilaciones de alta frecuencia en un receptor de radio. En 1907 un ingeniero estadounidense sotavento de bosque introdujo una rejilla en la lámpara de control, es decir, creó el primer triodo. En el mismo año, profesor del Instituto de Tecnología de San Petersburgo. Rozing propuso utilizar un tubo de rayos catódicos para recibir imágenes de televisión y en los años siguientes llevó a cabo la confirmación experimental de sus ideas. En 1909-191 En Rusia Kovalenkov creó los primeros triodos para amplificar las comunicaciones telefónicas a larga distancia. La invención del cátodo calentado fue de gran importancia. Chernyshev en 1921. En 1926, Hell en los EE. UU. mejoró las lámparas con una rejilla de protección y en 1930 propuso un pentodo, que se convirtió en una de las lámparas más comunes. en 1930 Kubecki inventó fotomultiplicadores, en cuyo diseño Vekshinskiy y Timofeev hicieron una contribución significativa. La primera propuesta de tubos de transmisión de televisión especiales se hizo de forma independiente en 1930-1931. Konstantinov y Kataev. Se construyeron tubos similares, llamados iconoscopios, en los EE. UU. Zworykin.

La invención de tales tubos abrió nuevas oportunidades para el desarrollo de la televisión. Algo más tarde en 1933. Shmakov и Timofeev propuso nuevos tubos transmisores más sensibles (supericonoscopios o superemisores), que hicieron posible realizar transmisiones de televisión sin una fuerte iluminación artificial. radiofísico ruso Rozhanovsky en 1932 propuso crear nuevos dispositivos con modulación de la velocidad del flujo de electrones. Según sus ideas, Arsen'eva y Heil construyeron en 1939 los primeros dispositivos de este tipo para amplificar y generar oscilaciones de microondas, llamados klistrones transitorios. en 1940 Kovalenko inventó un klystron reflectante más simple, que se usa ampliamente para generar oscilaciones de microondas.

De gran importancia para la técnica de las ondas decimétricas fueron las obras Devyatkova, Daniltseva, Khokhlova и Gurevich, que en 1938-1941. triodos especiales diseñados con electrodos de disco plano. De acuerdo con este principio, las lámparas de cermet se produjeron en Alemania y las lámparas de baliza en los EE. UU.

2. DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES

En comparación con los tubos de vacío, los dispositivos semiconductores tienen importantes ventajas:

1) peso ligero y tamaño pequeño;

2) sin consumo de energía para calefacción;

3) mayor confiabilidad en la operación y larga vida útil (hasta decenas de miles de horas);

4) alta resistencia mecánica (resistencia a sacudidas, golpes y otros tipos de sobrecarga mecánica);

5) varios dispositivos (rectificadores, amplificadores, generadores) con dispositivos semiconductores tienen una alta eficiencia, ya que las pérdidas de energía en los propios dispositivos son insignificantes;

6) los dispositivos de baja potencia con transistores pueden operar con voltajes de suministro muy bajos;

7) Los principios de diseño y funcionamiento de dispositivos semiconductores se utilizan para crear una nueva dirección importante en el desarrollo de la electrónica: la microelectrónica semiconductora.

Al mismo tiempo, los dispositivos semiconductores actualmente tienen las siguientes desventajas:

1) los parámetros y características de instancias individuales de dispositivos de este tipo tienen una dispersión significativa;

2) las propiedades y los parámetros de los aparatos dependen fuerte de la temperatura;

3) hay un cambio en las propiedades de los dispositivos con el tiempo (envejecimiento);

4) su propio ruido en algunos casos es mayor que el de los dispositivos electrónicos;

5) la mayoría de los tipos de transistores no son adecuados para funcionar a frecuencias superiores a decenas de megahercios;

6) la resistencia de entrada de la mayoría de los transistores es mucho menor que la de los tubos de vacío;

7) aún no se fabrican transistores para potencias tan altas como los dispositivos de electrovacío;

8) el funcionamiento de la mayoría de los dispositivos semiconductores se deteriora drásticamente bajo la influencia de la radiación radiactiva.

Los transistores se utilizan con éxito en amplificadores, receptores, transmisores, generadores, televisores, instrumentos de medida, circuitos de pulsos, máquinas calculadoras electrónicas, etc. El uso de dispositivos semiconductores proporciona un gran ahorro en el consumo de energía eléctrica de las fuentes de alimentación y permite reducir el tamaño del equipo muchas veces.

Se están realizando investigaciones para mejorar los dispositivos semiconductores mediante el uso de nuevos materiales para ellos. Se han creado rectificadores de semiconductores para corrientes de miles de amperios. El uso de silicio en lugar de germanio permite operar dispositivos a temperaturas de hasta 125 "C y más. Se han creado transistores para frecuencias de hasta cientos de megahercios y más, así como nuevos tipos de dispositivos semiconductores para frecuencias de microondas. El El reemplazo de tubos de electrones con dispositivos semiconductores se ha llevado a cabo con éxito en muchos dispositivos de ingeniería de radio.La industria produce una gran cantidad de diodos semiconductores y transistores de varios tipos.

3. MOVIMIENTO DE ELECTRONES EN UN CAMPO ELÉCTRICO HOMOGÉNEO

La interacción de los electrones con un campo eléctrico es el proceso principal en los dispositivos de electrovacío y semiconductores.

Un electrón es una partícula de materia con carga eléctrica negativa, cuyo valor absoluto es e = 1,610-19C. La masa de un electrón inmóvil es igual a m = 9,110-28g. A medida que aumenta la velocidad del movimiento, aumenta la masa de electrones. teóricamente, a una velocidad igual a c = 3·108m/s, la masa de un electrón debería volverse infinitamente grande. En los dispositivos de electrovacío convencionales, la velocidad de los electrones no supera los 0,1 s. Bajo esta condición, la masa del electrón puede considerarse constante, igual a m.

Si la diferencia de potencial entre los electrodos es U y la distancia entre ellos es d, entonces la intensidad del campo es: E \uXNUMXd U / d. Para un campo eléctrico uniforme, el valor de E es constante.

Suponga que un electrón con una energía cinética W0 y una velocidad inicial v0 dirigida a lo largo de las líneas de campo se emite desde un electrodo que tiene un potencial más bajo, por ejemplo, desde un cátodo. El campo actúa sobre un electrón y acelera su movimiento hacia un electrodo con un potencial mayor, por ejemplo, hacia el ánodo. Es decir, el electrón es atraído hacia el electrodo de mayor potencial. En este caso, el campo se llama acelerador.

En el campo acelerado, la energía cinética del electrón aumenta debido al trabajo del campo para mover el electrón. De acuerdo con la ley de conservación de la energía, el aumento de la energía cinética del electrón W-W0 es igual al trabajo del campo, que está determinado por el producto de la carga movida e por la diferencia de potencial U: WW! = mv2/2 - mv20/2 = UE. Si la velocidad inicial del electrón es cero, entonces W0 = mv20/2 = 0 y W=mv2/2 = eU, es decir, la energía cinética del electrón es igual al trabajo del campo. La velocidad de un electrón en un campo acelerado depende de la diferencia de potencial que atraviesa.

Sea la dirección de la velocidad inicial del electrón v0 opuesta a la fuerza F que actúa sobre el electrón desde el campo, es decir, el electrón sale volando con una cierta velocidad inicial del electrodo con mayor potencial. Dado que la fuerza F se dirige hacia la velocidad v0, el electrón se desacelera y se mueve en línea recta, uniformemente más lento. El campo en este caso se llama frenado. En consecuencia, este campo se acelera para algunos electrones y se desacelera para otros, dependiendo de la dirección de la velocidad inicial del electrón. En un campo de frenado, un electrón cede energía al campo. En la dirección opuesta, el electrón se mueve sin velocidad inicial en un campo acelerador, que le devuelve la energía que perdió durante el movimiento lento.

Si un electrón vuela con una velocidad inicial v0 en ángulo recto con la dirección de las líneas de campo, entonces el campo actúa sobre el electrón con una fuerza F determinada por la fórmula f = eE y dirigida hacia un potencial mayor. En ausencia de fuerza, el potencial R haría un movimiento uniforme por inercia con una velocidad v0. Y bajo la acción de la fuerza F, el electrón debe moverse con aceleración uniforme en la dirección perpendicular a v0. El movimiento resultante del electrón ocurre a lo largo de una parábola y el electrón se desvía hacia el electrodo positivo. Si el electrón no cae sobre este electrodo y va más allá del campo, entonces seguirá moviéndose por inercia en línea recta y uniforme. Un electrón se mueve a lo largo de cierta parábola y golpea uno de los electrodos o sale del campo.

Un campo eléctrico siempre cambia la energía cinética y la velocidad de un electrón en una dirección u otra. Por lo tanto, siempre hay una interacción de energía entre un electrón y un campo eléctrico, es decir, un intercambio de energía. Si la velocidad inicial del electrón no está dirigida a lo largo de las líneas de fuerza, sino en algún ángulo con respecto a ellas, entonces el campo eléctrico también desvía la trayectoria del electrón.

4. MOVIMIENTO DE ELECTRONES EN UN CAMPO ELÉCTRICO NO HOMOGÉNEO

para campos eléctricos no homogéneos caracterizado por una estructura variada y a menudo compleja. Hay muchos campos no homogéneos que no son similares entre sí, en los que la intensidad varía de un punto a otro según diversas leyes, y las líneas de fuerza suelen ser curvas de una u otra forma. El más simple es el campo no homogéneo radical que se encuentra a menudo en los dispositivos de electrovacío, que se forma entre electrodos cilíndricos. Si la velocidad inicial de un electrón emitido desde la superficie del electrodo interno se dirige a lo largo de las líneas de fuerza, entonces el electrón se moverá en línea recta y se acelerará a lo largo del radio. Pero a medida que te alejas del electrodo interno, la intensidad del campo y la fuerza que actúa sobre el electrón se vuelven más pequeñas, lo que significa que la aceleración también disminuye.

En un caso más general, un campo no homogéneo tiene líneas de fuerza en forma de líneas curvas. Si este campo se acelera, entonces el electrón con la velocidad inicial v0 se mueve a lo largo de una trayectoria curvilínea que tiene la misma curvatura que las líneas de fuerza. La fuerza F actúa sobre el electrón desde el lado del campo, dirigido en un ángulo con respecto al propio vector de velocidad del electrón. Esta fuerza dobla la trayectoria del electrón y aumenta su velocidad. En este caso, la trayectoria del electrón no coincide con la línea de campo. Si el electrón no tuviera masa y, por lo tanto, no tuviera inercia, entonces se movería a lo largo de la línea de fuerza. Sin embargo, el electrón tiene masa y tiende a moverse por inercia en línea recta con la velocidad adquirida durante el movimiento anterior. La fuerza que actúa sobre el electrón se dirige tangencialmente a la línea de campo y, en el caso de líneas de campo curvas, forma un ángulo con el vector de velocidad del electrón. Por lo tanto, la trayectoria del electrón es curva, pero "se retrasa" en esta curvatura con respecto a la línea de fuerza debido a la inercia del electrón.

En el caso de un campo no homogéneo en desaceleración con líneas de campo curvas, la fuerza que actúa sobre el electrón desde el campo también dobla la trayectoria del electrón y cambia su velocidad. Pero la curvatura de la trayectoria se obtiene en la dirección opuesta a la que se doblan las líneas de fuerza, es decir, la trayectoria del electrón tiende a alejarse de la línea de fuerza. En este caso, la velocidad del electrón disminuye, ya que pasa a puntos con un potencial más negativo.

Consideremos el movimiento de un flujo de electrones en un campo no homogéneo, despreciando, por simplicidad, la interacción de los electrones. Deje que el flujo de electrones se mueva en un campo acelerado no homogéneo, que es simétrico con respecto a la línea recta promedio de fuerza. En este caso, las líneas de fuerza convergen en la dirección del movimiento de los electrones, es decir, aumenta la intensidad del campo. Llamemos a tal campo convergente.

Deje que una corriente de electrones vuele hacia este campo, cuyas velocidades están dirigidas en paralelo. Las trayectorias de los electrones se doblan en la misma dirección que se doblan las líneas de fuerza. Y solo el electrón promedio se mueve rectilíneamente a lo largo de la línea de fuerza promedio. Como resultado, los electrones se acercan entre sí, es decir, se obtiene el enfoque del flujo de electrones, que recuerda al enfoque del flujo de luz con la ayuda de una lente convergente. Además, la velocidad de los electrones aumenta.

Si las líneas de fuerza divergen en la dirección del movimiento de los electrones, entonces el campo convencionalmente se puede llamar divergente. En él, el flujo de electrones se dispersa, ya que las trayectorias de los electrones se alejan entre sí durante la curvatura. Por lo tanto, el campo divergente acelerante es una lente divergente para el haz de electrones.

Si el campo se está desacelerando y convergiendo, entonces no hay enfoque, sino dispersión de electrones con una disminución en su velocidad. Y viceversa, en un campo divergente que desacelera, se obtiene el enfoque del haz de electrones.

5. MOVIMIENTO DE ELECTRONES EN UN CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME

Algunos dispositivos de electrovacío utilizan el movimiento de electrones en un campo magnético.

Consideremos el caso cuando un electrón vuela hacia un campo magnético uniforme con una velocidad inicial v0 dirigida perpendicularmente a las líneas del campo magnético. En este caso, el electrón en movimiento se ve afectado por la llamada fuerza de Lorentz F, que es perpendicular al vector h0 y al vector del campo magnético H. La magnitud de la fuerza F está determinada por la expresión: F = ev0H.

En v0 = 0, la fuerza P es igual a cero, es decir, el campo magnético no actúa sobre un electrón estacionario.

La fuerza F dobla la trayectoria del electrón en un arco circular. Como la fuerza F actúa en ángulo recto con la velocidad h0, no realiza trabajo. La energía de un electrón y su velocidad no cambian en magnitud. Sólo hay un cambio en la dirección de la velocidad. Se sabe que el movimiento de un cuerpo en un círculo (rotación) a una velocidad constante se obtiene debido a la acción de una fuerza centrípeta dirigida hacia el centro, que es precisamente la fuerza F.

La dirección de rotación de un electrón en un campo magnético de acuerdo con la regla de la mano izquierda se determina convenientemente mediante las siguientes reglas. Mirando en la dirección de las líneas del campo magnético, el electrón se mueve en el sentido de las agujas del reloj. En otras palabras la rotación del electrón coincide con el movimiento de rotación del tornillo, que se enrosca en la dirección de las líneas del campo magnético.

Determinemos el radio r del círculo descrito por el electrón. Para ello, utilizamos la expresión de la fuerza centrípeta conocida en mecánica: F = mv20/r. Igualémoslo al valor de la fuerza F = ev0H: mv20/r = ev0H. Ahora a partir de esta ecuación puedes encontrar el radio: r= mv0/(eH).

Cuanto mayor sea la velocidad del electrón v0, más fuerte tenderá a moverse rectilíneamente por inercia, y el radio de curvatura de la trayectoria será mayor. Por otro lado, al aumentar H, aumenta la fuerza F, aumenta la curvatura de la trayectoria y disminuye el radio del círculo.

La fórmula derivada es válida para el movimiento de partículas con cualquier masa y carga en un campo magnético.

Considere la dependencia de r en m y e. Una partícula cargada con una masa mayor m tiende a volar en línea recta por inercia y la curvatura de la trayectoria disminuirá, es decir, se hará más grande. Y cuanto mayor es la carga e, mayor es la fuerza F y más se curva la trayectoria, es decir, su radio se vuelve más pequeño.

Habiendo ido más allá del campo magnético, el electrón vuela más lejos por inercia en línea recta. Si el radio de la trayectoria es pequeño, entonces el electrón puede describir círculos cerrados en un campo magnético.

Por lo tanto, el campo magnético solo cambia la dirección de la velocidad del electrón, pero no su magnitud, es decir, no hay interacción de energía entre el electrón y el campo magnético. En comparación con un campo eléctrico, el efecto de un campo magnético sobre los electrones es más limitado. Por eso se utiliza un campo magnético para influir en los electrones con mucha menos frecuencia que un campo eléctrico.

6. ELECTRONES EN ESTADO SÓLIDO

La física moderna ha demostrado que los electrones de un cuerpo no pueden tener energías arbitrarias. La energía de cada electrón sólo puede tomar ciertos valores, llamados niveles de energía (o niveles de energía).

Los electrones ubicados más cerca del núcleo de un átomo tienen energías más bajas, es decir, están en niveles de energía más bajos. Para sacar un electrón del núcleo, es necesario superar la atracción mutua entre el electrón y el núcleo. Esto requiere algo de energía. Por lo tanto, los electrones alejados del núcleo tienen altas energías; están en niveles de energía más altos.

Cuando un electrón se mueve de un nivel de energía más alto a uno más bajo, se libera una cierta cantidad de energía, llamada cuanto (o fotón). Si un átomo absorbe un cuanto de energía, el electrón pasa de un nivel de energía más bajo a uno más alto. Así, la energía de los electrones cambia solo en cuantos, es decir, en ciertas porciones.

La distribución de electrones por niveles de energía se muestra esquemáticamente: la energía W del electrón se representa verticalmente y los niveles de energía se muestran con líneas horizontales.

De acuerdo con la llamada teoría de la zona de estado sólido, los niveles de energía se combinan en zonas separadas. Los electrones de la capa exterior del átomo llenan una serie de niveles de energía que forman la banda de valencia. Los niveles de energía más bajos forman parte de otras bandas llenas de electrones, pero estas bandas no juegan un papel en los fenómenos de conductividad eléctrica y, por lo tanto, no se muestran en la figura. En metales y semiconductores, hay una gran cantidad de electrones ubicados en I niveles de energía más altos. Estos niveles forman la banda de conducción. Los electrones de esta zona, llamados electrones de conducción, se mueven aleatoriamente dentro del cuerpo, moviéndose de un átomo a otro. Son los electrones de conducción los que proporcionan la alta conductividad eléctrica de los metales.

Los átomos de una sustancia que donó electrones a la banda de conducción pueden considerarse iones positivos. Están dispuestas en cierto orden, formando una red espacial, también llamada iónica o cristalina. El estado de esta red corresponde al equilibrio de las fuerzas de interacción entre los átomos y el valor mínimo de la energía total de todas las partículas del cuerpo. El movimiento aleatorio de los electrones de conducción se produce dentro de la red espacial.

Una estructura de energía diferente es característica de los dieléctricos. Tienen una banda prohibida entre la banda de conducción y la banda de valencia, correspondiente a niveles de energía en los que los electrones no pueden estar.

A temperatura normal, los dieléctricos tienen solo una cantidad muy pequeña de electrones en la banda de conducción y, por lo tanto, el dieléctrico tiene una conductividad insignificante. Pero cuando se calienta, algunos electrones de la banda de valencia, que reciben energía adicional, pasan a la banda de conducción y luego el dieléctrico adquiere una conductividad eléctrica notable.

Los semiconductores a bajas temperaturas son aislantes y, a temperatura normal, una cantidad significativa de electrones pasan de la banda de valencia a la banda de conducción.

En la actualidad, los más utilizados para la fabricación de dispositivos semiconductores son el germanio y el silicio, que tienen una valencia de 4. La red cristalina espacial de germanio o silicio consta de átomos unidos entre sí por electrones de valencia. Tal enlace se llama covalente o par-electrón.

7. CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA DEL ELECTRÓN PROPIO Y DEL HUECO

Los semiconductores son sustancias que, en términos de conductividad eléctrica, ocupan una posición intermedia entre los conductores y los dieléctricos.

para semiconductores caracterizado por un coeficiente de temperatura negativo de la resistencia eléctrica. A medida que aumenta la temperatura, la resistencia de los semiconductores disminuye en lugar de aumentar como ocurre con la mayoría de los conductores sólidos. Además, la resistencia eléctrica de los semiconductores depende en gran medida de la cantidad de impurezas, así como de influencias externas como la luz, el campo eléctrico, la radiación ionizante, etc.

Hay dos tipos de conductividad eléctrica en los semiconductores. Al igual que los metales, los semiconductores tienen conductividad eléctrica electrónica, que se debe al movimiento de los electrones de conducción. A temperaturas de funcionamiento ordinarias, los semiconductores siempre contienen electrones de conducción, que están muy débilmente unidos a los núcleos de los átomos y realizan un movimiento térmico aleatorio entre los átomos de la red cristalina. Estos electrones, bajo la acción de una diferencia de potencial, pueden recibir un movimiento adicional en una determinada dirección, que es una corriente eléctrica.

Los semiconductores también tienen conductividad eléctrica de hueco, que no se observa en los metales. En los semiconductores, la red cristalina es bastante fuerte. Sus iones, es decir, los átomos privados de un electrón, no se mueven, sino que permanecen en sus lugares.

La ausencia de un electrón en un átomo se denomina convencionalmente agujero. Esto enfatiza que falta un electrón en el átomo, es decir, se ha formado un espacio libre. Los agujeros se comportan como cargas positivas elementales.

En la conductividad de huecos, los electrones también se mueven, pero de forma más limitada que en la conductividad de electrones. Los electrones se mueven desde estos átomos sólo hacia los vecinos. El resultado de esto es el movimiento de cargas positivas (huecos) en la dirección opuesta al movimiento de los electrones.

Los electrones y huecos que pueden moverse y por lo tanto crear conductividad eléctrica se llaman portadores de carga móvil o simplemente portadores de carga. Se suele decir que bajo la influencia del calor se generan pares de portadores de carga, es decir, surgen pares: electrón de conducción - hueco de conducción.

Debido al hecho de que los electrones de conducción y los huecos realizan un movimiento térmico caótico, necesariamente ocurre el proceso inverso de la generación de pares de portadores. Los electrones de conducción vuelven a ocupar lugares libres en la banda de valencia, es decir, se combinan con huecos. Esta desaparición de pares de portadores se llama recombinación de portadores de carga. Los procesos de generación y recombinación de pares de portadores siempre ocurren simultáneamente.

Un semiconductor sin impurezas se llama semiconductor intrínseco. Tiene su propia conductividad eléctrica, que consiste en conductividad eléctrica electrónica y de agujeros. En este caso, a pesar de que el número de electrones y huecos de conducción en el semiconductor intrínseco es el mismo, prevalece la conductividad eléctrica electrónica, lo que se explica por la mayor movilidad de los electrones frente a la movilidad de los huecos.

8. CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA DE IMPUREZAS

Si un semiconductor contiene impurezas de otras sustancias, además de su propia conductividad eléctrica, también aparece una conductividad eléctrica de impurezas que, según el tipo de impureza, puede ser electrónica o de hueco. Por ejemplo, el germanio, al ser tetravalente, tiene conductividad electrónica de impurezas si se le agrega antimonio pentavalente y arsénico. Sus átomos interactúan con los átomos de germanio con solo cuatro de sus electrones, y el quinto electrón se entrega a la banda de conducción. Como resultado, se obtiene una cierta cantidad de electrones de conducción adicionales. Las impurezas en las que los átomos donan electrones se denominan donantes Los átomos donantes pierden electrones y se cargan positivamente.

Los semiconductores con predominio de la conductividad eléctrica electrónica se denominan semiconductores electrónicos o semiconductores de tipo n.

Las sustancias que toman electrones y crean conductividad eléctrica de huecos de impurezas se llaman aceptantes. Los átomos aceptores, que capturan electrones, se cargan negativamente.

Los semiconductores en los que predomina la conductividad eléctrica de los huecos se denominan semiconductores de huecos o semiconductores de tipo p.

Los dispositivos semiconductores utilizan principalmente semiconductores que contienen impurezas donadoras o aceptoras y se denominan impurezas. A temperaturas de funcionamiento normales en tales semiconductores, todos los átomos de impurezas participan en la creación de conductividad eléctrica de impurezas, es decir, cada átomo de impurezas dona o captura un electrón.

Para que la conductividad eléctrica de la impureza prevalezca sobre la intrínseca, la concentración de átomos de impureza donadora o de impureza aceptora debe exceder la concentración de portadores de carga intrínseca.

Los portadores de carga, cuya concentración prevalece en un semiconductor dado, se denominan los principales. Son electrones en un semiconductor de tipo n y huecos en un semiconductor de tipo p. Se denominan portadores de carga minoritarios, cuya concentración es menor que la concentración de los portadores mayoritarios. La concentración de portadores minoritarios en un semiconductor de impurezas disminuye tantas veces como aumenta la concentración de portadores mayoritarios.

Si había una cierta cantidad de electrones en germanio, y después de agregar una impureza donadora, la concentración de electrones aumentó en un factor de 1000, entonces la concentración de portadores minoritarios (agujeros) disminuirá en un factor de 1000, es decir, será un millón de veces menor que la concentración de los principales transportistas. Esto se explica por el hecho de que con un aumento de 1000 veces en la concentración de electrones de conducción obtenidos de los átomos donantes, los niveles de energía más bajos de la banda de conducción resultan estar ocupados y la transición de electrones de la banda de valencia solo es posible para niveles más altos de la banda de conducción. Pero para tal transición, los electrones deben tener una energía alta y, por lo tanto, un número mucho menor de electrones puede llevarla a cabo. En consecuencia, el número de huecos de conducción en la banda de valencia disminuye significativamente.

Así, una cantidad insignificantemente pequeña de impureza cambia significativamente la naturaleza de la conductividad eléctrica y la magnitud de la conductividad del semiconductor. La obtención de semiconductores con un contenido tan bajo y estrictamente dosificado de la impureza deseada es un proceso muy complejo. En este caso, el semiconductor inicial al que se le añade la impureza debe ser muy puro.

9. DIFUSIÓN DE PORTADORES DE CARGA EN SEMICONDUCTORES

En los semiconductores, además de la corriente de conducción, también puede haber una corriente de difusión, cuya causa no es la diferencia de potencial, sino la diferencia en las concentraciones de los portadores. Averigüemos la esencia de esta corriente.

Si la concentración de portadores de carga se distribuye uniformemente sobre el semiconductor, entonces está en equilibrio. Bajo la influencia de cualquier influencia externa en diferentes partes del semiconductor, la concentración puede volverse desigual, es decir, no en equilibrio. Por ejemplo, si una parte de un semiconductor se expone a la radiación, entonces el proceso de generación de pares de portadores se intensificará en él y aparecerá una concentración adicional de portadores, llamada redundante.

Dado que los portadores tienen su propia energía cinética, siempre tienden a moverse de lugares con mayor concentración a lugares con menor concentración, es decir, E. tienden a igualar la concentración.

El fenómeno de la difusión se observa para muchas partículas de materia, y no solo para los portadores de carga móviles. La difusión siempre es causada por la concentración desigual de partículas, y la difusión misma se lleva a cabo debido a la propia energía del movimiento térmico de las partículas.

El movimiento difuso de los portadores de carga móviles (electrones y huecos) es una corriente difusa /. Esta corriente, al igual que la corriente de conducción, puede ser de electrones o de huecos. Las densidades de estas corrientes están determinadas por las siguientes fórmulas: i = eDn ?n /?x e ip=- eDp?p /?x, donde las cantidades ?n/?x y ?c/?x son las llamadas gradientes de concentración, y Dn y Dp son coeficientes de difusión. El gradiente de concentración caracteriza qué tan bruscamente cambia la concentración a lo largo de la distancia x, es decir, cuál es el cambio en la concentración n o p por unidad de longitud. Si no hay diferencia de concentración, entonces ?n=0 o ?p =0 y no se produce corriente de difusión. Y cuanto mayor sea el cambio de concentración ?n o ?p a una distancia dada ?x, mayor será la corriente de difusión.

El coeficiente de difusión caracteriza la intensidad del proceso de difusión. Es proporcional a la movilidad de los portadores, diferente para diferentes sustancias y depende de la temperatura. El coeficiente de difusión de los electrones siempre es mayor que el de los huecos.

El signo menos en el lado derecho de la fórmula para la densidad de corriente de difusión del hueco se establece porque la corriente del hueco está dirigida en la dirección de disminución de la concentración del hueco.

Si, debido a alguna influencia externa, se crea un exceso de concentración de portadores en alguna parte del semiconductor y luego la influencia externa se detiene, entonces el exceso de portadores se recombinará y se propagará por difusión a otras partes del semiconductor.

El valor que caracteriza el proceso de disminución del exceso de concentración con el tiempo se denomina tiempo de vida de los portadores fuera del equilibrio.

La recombinación de los portadores fuera del equilibrio se produce en la mayor parte del semiconductor y en su superficie y depende en gran medida de las impurezas, así como del estado de la superficie.

Durante la propagación difusa de portadores fuera del equilibrio, como los electrones, a lo largo de un semiconductor, su concentración también disminuye con la distancia debido a la recombinación.

10. UNIÓN DE AGUJERO DE ELECTRONES EN AUSENCIA DE TENSIÓN EXTERNA

La región en el límite de dos semiconductores con diferentes tipos de conductividad eléctrica se llama agujero de electrones, o p-n-transición.

Una transición electrón-hueco tiene la propiedad de conductividad asimétrica, es decir, tiene una resistencia no lineal. El funcionamiento de la mayoría de los dispositivos semiconductores utilizados en la electrónica de radio se basa en el uso de las propiedades de una o más uniones pn. Consideremos los procesos físicos en tal transición.

Deje que no haya voltaje externo a través de la unión. Dado que los portadores de carga en cada semiconductor realizan un movimiento térmico aleatorio, es decir, tienen sus propias velocidades, se produce su difusión (penetración) de un semiconductor a otro. Los portadores se mueven desde donde su concentración es alta hasta donde la concentración es baja. Así, los electrones se difunden desde un semiconductor de tipo n hacia un semiconductor de tipo p, y los huecos se difunden en la dirección opuesta desde un semiconductor de tipo p hacia un semiconductor de tipo n.

Como resultado de la difusión de los portadores, se crean cargas espaciales de diferente signo a ambos lados de la interfaz entre dos semiconductores con diferentes tipos de conductividad eléctrica. En la región n surge una carga espacial positiva. Está formada principalmente por átomos de impurezas donantes cargados positivamente y, en pequeña medida, por huecos que han penetrado en esta región. De manera similar, surge una carga espacial negativa en la región p, formada por átomos cargados negativamente de la impureza aceptora y en parte por electrones que han llegado aquí.

Entre las cargas espaciales formadas existe la llamada diferencia de potencial de contacto y un campo eléctrico.

Surge una barrera potencial en la unión p-n, que impide la transición de difusión de los portadores.

Cuanto mayor sea la concentración de impurezas, mayor será la concentración de los principales portadores y mayor será la cantidad de ellos que se difunden a través del límite. La densidad de cargas espaciales aumenta y la diferencia de potencial de contacto aumenta, es decir, la altura de la barrera de potencial. En este caso, el grosor de la unión pn disminuye.

Simultáneamente con el movimiento difuso de los portadores mayoritarios a través de la frontera, se produce el movimiento inverso de los portadores bajo la acción del campo eléctrico de la diferencia de potencial de contacto. Este campo mueve los huecos de la región p de vuelta a la región p y los electrones de la región p de vuelta a la región p. A cierta temperatura, la unión pn se encuentra en un estado de equilibrio dinámico. Cada segundo, un cierto número de electrones y huecos se difunden a través de la frontera en direcciones opuestas y, bajo la acción del campo, el mismo número de ellos se desplaza en la dirección opuesta.

El movimiento de los portadores debido a la difusión es una corriente de difusión, y el movimiento de los portadores bajo la acción de un campo es una corriente de conducción. En el equilibrio dinámico de la transición, estas corrientes son iguales y de dirección opuesta. Por lo tanto, la corriente total a través de la unión es cero, lo que debería ser el caso en ausencia de un voltaje externo. Cada una de las corrientes tiene un electrón y un componente hueco. Los valores de estos componentes son diferentes, ya que dependen de la concentración y movilidad de los transportistas. La altura de la barrera de potencial siempre se ajusta automáticamente exactamente al punto en el que se produce el equilibrio, es decir, la corriente de difusión y la corriente de conducción se compensan mutuamente.

11. TRANSICIÓN DE AGUJERO DE ELECTRÓN BAJO LA ACCIÓN DE UN VOLTAJE ADELANTE

Supongamos que una fuente de voltaje externa se conecte con su polo positivo a un semiconductor tipo p y con su polo negativo a un semiconductor tipo n.

El campo eléctrico creado en la unión pn por la tensión continua actúa hacia el campo de la diferencia de potencial de contacto. El campo resultante se vuelve más débil y la diferencia de potencial en la unión disminuye, es decir, la altura de la barrera de potencial disminuye y la corriente de difusión aumenta. Después de todo, una barrera más baja puede superar una mayor cantidad de operadores. La corriente de conducción casi no cambia, ya que depende principalmente solo del número de portadores minoritarios que, debido a sus velocidades térmicas, ingresan a la región de la unión p-n desde los volúmenes de las regiones n y p.

En ausencia de voltaje externo, la corriente difusa y la corriente de conducción son iguales y se compensan mutuamente. Con voltaje directo idif> iprov y por lo tanto la corriente total a través de la unión, es decir, corriente continua, ya no es igual a cero: ipr = idif - iprov> 0.

Si la barrera se reduce significativamente, entonces idif "iprov y podemos suponer que ipr ~ idif, es decir, la corriente directa en la unión es difusión.

El fenómeno de la introducción de portadores de carga a través de una barrera de potencial reducida en una región donde estos portadores son menores se denomina inyección de portadores de carga. La región de un dispositivo semiconductor desde la cual se inyectan los portadores se llama región emisora ​​o emisor. Y la región en la que se inyectan los portadores de carga que son minoritarios en esta región se llama región base o base. Por tanto, si consideramos la inyección de electrones, entonces la región p es el emisor y la región p es la base. Por el contrario, para la inyección de huecos, la región p sirve como emisor y la región p sirve como base.

En los dispositivos semiconductores, la concentración de impurezas y, por lo tanto, de los portadores mayoritarios, en las regiones n y p suele ser muy diferente. Por lo tanto, domina fuertemente la inyección de la región con una mayor concentración de los principales portadores. En consecuencia, esta inyección predominante da el nombre de emisor y base. Por ejemplo, si pp "pp, entonces la inyección de electrones desde la región n hacia la región p es mucho mayor que la inyección de huecos en la dirección opuesta. En este caso, la región n se considera el emisor, y la región p se considera la base, ya que se puede despreciar la inyección de agujeros.

Con un voltaje directo, no solo disminuye la barrera potencial, sino que también disminuye el espesor de la capa de barrera. Esto conduce a una disminución de la resistencia de la capa de barrera. Su resistencia en la dirección de avance es pequeña.

Dado que la altura de la barrera en ausencia de un voltaje externo es de varias décimas de voltio, para bajar significativamente la barrera y reducir significativamente la resistencia de la capa de bloqueo, es suficiente aplicar un voltaje directo a la unión p-n de solo décimas. de un voltio Por lo tanto, se puede obtener una corriente directa significativa con un voltaje directo muy pequeño.

Obviamente, a cierta tensión directa, es posible destruir completamente la barrera de potencial en la unión pn. Entonces, la resistencia de la transición, es decir, la capa de barrera, se acercará a cero y puede despreciarse. La corriente directa en este caso aumentará y dependerá de la resistencia de los volúmenes de las regiones pi p. Ahora bien, estas resistencias no se pueden despreciar, ya que son ellas las que permanecen en el circuito y determinan la magnitud de la corriente.

12. UNIÓN DE AGUJERO DE ELECTRÓN EN VOLTAJE INVERSO

Conecte una fuente de voltaje externa con un polo positivo al área n y un polo negativo al área p. Bajo este voltaje inverso, fluye muy poca corriente inversa a través del pasaje, lo que se explica a continuación. El campo creado por la tensión inversa se suma al campo de la diferencia de potencial de contacto. El campo resultante se amplifica. Incluso con un ligero aumento de la barrera, el movimiento de difusión de los portadores mayoritarios a través de la transición se detiene, ya que las propias velocidades de los portadores son insuficientes para superar la barrera. Y la corriente de conducción permanece casi sin cambios, ya que está determinada principalmente por el número de portadores minoritarios que ingresan a la región de la unión p-n desde los volúmenes de las regiones n y p. La eliminación de portadores minoritarios a través de una unión pn mediante un campo eléctrico acelerado creado por un voltaje externo se llama extracción de portadores de carga.

Así, la corriente inversa es prácticamente una corriente de conducción formada por el movimiento de portadores minoritarios. La corriente inversa resulta ser muy pequeña, ya que hay pocos portadores minoritarios y, además, la resistencia de la capa barrera con tensión inversa es muy alta. De hecho, con un aumento en el voltaje inverso, el campo en la región de transición se vuelve más fuerte y, bajo la acción de este campo, más portadores mayoritarios son "empujados" fuera de las capas límite hacia el interior de las piro-regiones. Por lo tanto, con un aumento en el voltaje inverso, no solo aumenta la altura de la barrera potencial, sino también el grosor de la capa de barrera. Esta capa se agota aún más de portadores y su resistencia aumenta significativamente.

Incluso con un voltaje inverso relativamente pequeño, la corriente inversa alcanza un valor casi constante, que puede denominarse corriente de saturación. Esto se debe a que el número de portadores minoritarios es limitado. Con el aumento de la temperatura, su concentración aumenta y la corriente inversa aumenta, y la resistencia inversa disminuye. Consideremos con más detalle cómo se establece la corriente inversa cuando se enciende el voltaje inverso. Primero, hay un proceso transitorio asociado con el movimiento de los principales portadores. Los electrones en la región p se mueven hacia el polo positivo de la fuente, es decir, se alejan de la transición p-p. Y en la región p, alejándose de la unión p-n, los agujeros se mueven. En el electrodo negativo, se recombinan con los electrones que provienen del cable que conecta este electrodo al polo negativo de la fuente.

Dado que los electrones abandonan la región n, se carga positivamente, ya que los átomos cargados positivamente de la impureza donante permanecen en ella. De manera similar, la región p se carga negativamente, sus huecos se llenan con electrones entrantes y quedan en ella átomos de impurezas aceptoras cargados negativamente.

El movimiento considerado de los transportadores principales en direcciones opuestas dura solo un pequeño período de tiempo. Esta corriente transitoria es similar a la corriente de carga de un condensador. En ambos lados de la unión pn, surgen dos cargas espaciales opuestas, y todo el sistema se vuelve similar a un capacitor cargado con un dieléctrico defectuoso, en el que hay una corriente de fuga (su papel lo desempeña la corriente inversa). Pero la corriente de fuga del capacitor, de acuerdo con la ley de Ohm, es proporcional al voltaje aplicado, y la corriente inversa de la unión p-n depende relativamente poco del voltaje.

13. CARACTERÍSTICAS DE VOLTIOS AMPERIOS DE UN DIODO SEMICONDUCTOR

Para cualquier dispositivo eléctrico, la relación entre la corriente a través del dispositivo y el voltaje aplicado es importante. Conociendo esta dependencia, es posible determinar la corriente a un voltaje dado o, por el contrario, el voltaje correspondiente a una corriente dada.

Si la resistencia del dispositivo es constante, independiente de la corriente o el voltaje, se expresa por la ley de Ohm: i= u/R, o i= Gu.

La corriente es directamente proporcional al voltaje. El coeficiente de proporcionalidad es la conductividad G =1/R.

El gráfico de la relación entre corriente y voltaje se denomina "característica de voltaje" de este dispositivo. Para un dispositivo que obedece la ley de Ohm, la característica es una línea recta que pasa por el origen.

Los dispositivos que obedecen la ley de Ohm y tienen una característica corriente-voltaje en forma de línea recta que pasa por el origen se denominan lineales.

También hay dispositivos en los que la resistencia no es constante, sino que depende del voltaje o la corriente. Para tales dispositivos, la relación entre corriente y voltaje no se expresa mediante la ley de Ohm, sino de una manera más compleja, y la característica corriente-voltaje no es una línea recta. Estos dispositivos se llaman no lineal.

Una unión electrón-hueco es esencialmente un diodo semiconductor.

La corriente inversa aumenta rápidamente a medida que aumenta el voltaje inverso al principio. Esto se debe al hecho de que ya a un voltaje inverso pequeño, debido al aumento de la barrera potencial en la unión, la corriente de difusión disminuye bruscamente, que se dirige hacia la corriente de conducción. En consecuencia, la corriente total aumenta bruscamente. Sin embargo, con un aumento adicional en el voltaje inverso, la corriente aumenta ligeramente, es decir, ocurre un fenómeno parecido a la saturación. El aumento de corriente se produce debido al calentamiento de la unión por la corriente, debido a la fuga sobre la superficie, y también debido a la multiplicación de la avalancha de portadores de carga, es decir, un aumento en el número de portadores de carga como resultado de la ionización por impacto. .

Este fenómeno consiste en que a mayor voltaje inverso, los electrones adquieren una mayor velocidad y, al chocar contra los átomos de la red cristalina, arrancan de ellos nuevos electrones, que a su vez son acelerados por el campo y también arrancan electrones de los átomos Este proceso se intensifica con el aumento de voltaje.

A un cierto valor del voltaje inverso, desglose unión pn, en la que la corriente inversa aumenta bruscamente y la resistencia de la capa de barrera disminuye bruscamente. Es necesario distinguir entre ruptura eléctrica y térmica de la unión pn. Una avería eléctrica es reversible si, durante esta avería, no se producen cambios irreversibles (destrucción de la estructura de la sustancia) en la unión. Por lo tanto, se permite la operación del diodo en el modo de ruptura eléctrica. Puede haber dos tipos de averías eléctricas, que suelen acompañarse entre sí: avalancha и túnel.

La descomposición de la avalancha se explica por la multiplicación de la avalancha del portador considerada debido a la ionización por impacto. Esta ruptura es típica de las uniones pn de gran espesor, obtenidas con una concentración relativamente baja de impurezas en los semiconductores. El voltaje de ruptura para la ruptura de avalancha es típicamente decenas o cientos de voltios.

La ruptura de la tunelización se explica por un fenómeno muy interesante del efecto de tunelización. Su esencia radica en el hecho de que con un campo suficientemente fuerte con una fuerza de más de 105 V / cm, actuando en una unión p-g de pequeño espesor, algunos electrones penetran a través de la unión sin cambiar su energía. Las transiciones finas, en las que es posible el efecto túnel, se obtienen con una alta concentración de impurezas. La tensión de ruptura correspondiente a la ruptura del túnel no suele superar unos pocos voltios.

14. CAPACIDAD DE UN DIODO SEMICONDUCTOR

La unión P-n con voltaje inverso es similar a un capacitor con una fuga significativa en el dieléctrico. La capa de bloqueo tiene una resistencia muy alta, y en ambos lados hay dos cargas espaciales opuestas creadas por átomos ionizados de las impurezas donadoras y aceptoras. Por lo tanto, la unión pn tiene una capacitancia similar a la de un capacitor de dos placas. Este contenedor se llama capacidad de barrera.

La capacitancia de barrera, al igual que la capacitancia de los capacitores convencionales, aumenta con el aumento del área de la unión pn y la constante dieléctrica de la sustancia semiconductora y con la disminución del espesor de la capa de barrera. Una característica de la capacitancia de barrera es que es una capacitancia no lineal, es decir, cambia con un cambio en el voltaje en la unión. Si aumenta el voltaje inverso, aumenta el grosor de la capa de barrera. Y dado que esta capa desempeña el papel de un dieléctrico, la capacitancia de la barrera disminuye.

La capacitancia de barrera es perjudicial para la rectificación de CA porque desvía el diodo y la corriente CA fluye a través de él a frecuencias más altas. Pero al mismo tiempo, también existe una aplicación útil de la capacitancia de barrera. Diodos especiales llamados varicap, utilizados como capacitores variables para sintonizar circuitos oscilatorios, así como en algunos circuitos, cuyo funcionamiento se basa en el uso de capacitancia no lineal. A diferencia de los capacitores variables convencionales, en los que el cambio de capacitancia ocurre mecánicamente, en los varicaps este cambio se logra ajustando la magnitud del voltaje inverso. El método de sintonización de circuitos oscilatorios usando varicaps se llama configuración electrónica.

Con tensión directa, el diodo, además de la capacitancia de barrera, tiene la llamada capacitancia de difusión, que también es no lineal y aumenta al aumentar la tensión directa. La capacitancia de difusión caracteriza la acumulación de portadores de carga móviles en las regiones n y p en presencia de voltaje directo en la unión. Existe solo en voltaje directo, cuando los portadores de carga se difunden en grandes cantidades a través de una barrera de potencial reducida y, sin tener tiempo de recombinarse, se acumulan en las regiones n y p. Entonces, por ejemplo, si en un determinado diodo la región p es el emisor y la región n es la base, entonces cuando se aplica un voltaje directo desde la región p a la región n, se forma una gran cantidad de agujeros. corren a través de la unión y, por lo tanto, aparece un voltaje positivo en la carga de la región n. Al mismo tiempo, bajo la acción de una fuente de voltaje continuo, los electrones ingresan a la región n desde el cable del circuito externo y surge una carga negativa en esta región. Los huecos y los electrones en la región n no pueden recombinarse instantáneamente. Por lo tanto, cada valor del voltaje directo corresponde a un cierto valor de dos cargas opuestas iguales acumuladas en la región n debido a la difusión de portadores a través de la unión.

La capacitancia de difusión es mucho mayor que la capacitancia de barrera, pero en la mayoría de los casos no tiene un efecto significativo en el funcionamiento del diodo, y tampoco puede ser utilizada, ya que siempre está desviada por la baja resistencia directa del propio diodo. . Como regla, solo la capacitancia de barrera tiene importancia práctica.

15. APLICACIÓN DE DIODOS SEMICONDUCTORES PARA LA RECTIFICACIÓN DE AC

La rectificación de CA es uno de los principales procesos en la radioelectrónica. En un rectificador, la energía de CA se convierte en energía de CC.

Los diodos semiconductores conducen bien la corriente en dirección directa y conducen mal en dirección inversa y, por lo tanto, el propósito principal de la mayoría de los diodos es Rectificación de CA.

En los rectificadores para alimentar equipos electrónicos, un transformador de potencia conectado a la red eléctrica suele servir como generador de EMF variable. En lugar de un transformador, a veces se usa un autotransformador. En algunos casos, el rectificador es alimentado por la red del transformador. El papel de la resistencia de carga, es decir, el consumidor de energía de corriente continua, en los circuitos prácticos lo desempeñan aquellos circuitos o dispositivos alimentados por un rectificador. Al rectificar corrientes de alta frecuencia, por ejemplo, en etapas de detección de receptores de radio, un transformador de alta frecuencia o un circuito oscilatorio resonante sirve como generador de EMF variable, y una resistencia de carga especialmente incluida tiene una gran resistencia.

El uso de un condensador duplica el voltaje inverso en comparación con su valor en ausencia de un condensador. Muy peligroso es un cortocircuito de la carga, que, en particular, ocurre cuando se rompe el condensador del filtro de suavizado. Luego, todo el voltaje de la fuente se aplicará al diodo y la corriente se volverá inaceptable. pasando ruptura térmica del diodo.

La ventaja de los diodos semiconductores en comparación con los de vacío no es solo la ausencia de calentamiento del cátodo, sino también una pequeña caída de voltaje en el diodo con corriente continua. Independientemente de la magnitud de la corriente, es decir, la potencia para la que está diseñado el diodo semiconductor, el voltaje directo a través de él es décimas de voltio o un poco más de 1 V. Por lo tanto, la eficiencia de los rectificadores con diodos semiconductores es mayor que con diodos de vacío. Al rectificar voltajes más altos, la eficiencia aumenta, ya que en este caso una pérdida de voltaje de alrededor de 1V en el propio diodo no es significativa.

Por lo tanto, los diodos semiconductores son más económicos que los diodos de vacío y emiten menos calor durante el funcionamiento, lo que genera un calentamiento dañino de otras partes ubicadas cerca. Además, los diodos semiconductores tienen una vida útil muy larga. Pero su desventaja es un voltaje inverso limitador relativamente bajo de no más de cientos de voltios, mientras que para los kenotrones de alto voltaje puede ser de hasta decenas de kilovoltios.

Los diodos semiconductores se pueden utilizar en cualquier circuito rectificador. Si el filtro de suavizado del rectificador comienza con un capacitor grande, entonces, cuando se enciende el voltaje de CA, se produce un pulso de corriente para cargar el capacitor, que a menudo excede la corriente directa permitida de este diodo. Por lo tanto, para reducir tal corriente, a veces se conecta en serie con el diodo una resistencia limitadora con una resistencia del orden de unidades o decenas de ohmios.

En los diodos semiconductores que funcionan en modo rectificador, se pueden observar pulsos de corriente inversa significativos cuando se invierte la polaridad del voltaje. Estos impulsos surgen por dos razones. Primero, bajo la influencia del voltaje inverso, se obtiene un pulso de corriente que carga la capacitancia de barrera de la unión pn. Cuanto mayor sea esta capacitancia, mayor será este impulso. En segundo lugar, bajo voltaje inverso, los portadores minoritarios acumulados en las regiones n y p se disipan. En la práctica, debido a la diferencia en las concentraciones de impurezas en estas regiones, el papel principal lo desempeña la mayor carga acumulada en una de las regiones.

16. INFORMACIÓN GENERAL SOBRE TRANSISTORES

Entre los dispositivos semiconductores de conversión eléctrica, es decir, los dispositivos utilizados para convertir cantidades eléctricas, un lugar importante lo ocupan los transistores Son dispositivos semiconductores aptos para amplificación de potencia y tienen tres o más terminales. Los transistores pueden tener un número diferente de transiciones entre regiones con diferente conductividad eléctrica. Los transistores más comunes con dos transiciones pn. Estos transistores se llaman bipolar, ya que su trabajo se basa en el uso de portadores de carga de ambos signos. Los primeros transistores eran de tipo puntual, pero no eran lo suficientemente estables. Actualmente fabricado y utilizado exclusivamente plano transistores

Un transistor bipolar plano es una placa de germanio u otro semiconductor en el que se crean tres regiones con diferente conductividad eléctrica.

La región media del transistor se llama base, una región extrema es el emisor y la otra es el colector. Por tanto, el transistor tiene dos uniones pn: una unión emisor entre el emisor y la base y una unión colector entre la base y el colector. La distancia entre ellos debe ser muy pequeña, no más de unas pocas micras, es decir, la zona de la base debe ser muy fina. Ésta es la condición más importante para el buen funcionamiento del transistor. Además, la concentración de impurezas en la base suele ser mucho menor que en el colector y emisor. Las conclusiones se extraen utilizando electrodos metálicos de la base, el emisor y el colector. (

Un transistor puede funcionar en tres modos dependiendo del voltaje en sus uniones. El funcionamiento en modo activo se obtiene si la tensión en la unión del emisor es directa y en la unión del colector es inversa. El modo de corte o bloqueo se logra aplicando voltaje inverso a ambas uniones. Si el voltaje en ambas uniones es directo, entonces el transistor funciona en modo de saturación. El modo activo es el principal. En particular, se utiliza en la mayoría de amplificadores y osciladores.

En los circuitos prácticos con transistores se suelen formar dos circuitos. El circuito de entrada, o control, se utiliza para controlar el funcionamiento del transistor. En el circuito de salida, o controlado, se obtienen oscilaciones mejoradas. La fuente de oscilaciones amplificadas está incluida en el circuito de entrada y la carga está incluida en el circuito de salida.

Las dependencias entre corrientes y voltajes en los transistores se expresan por sus características estáticas, es decir, características tomadas en corriente continua y en ausencia de carga en el circuito de salida.

Las características de entrada y salida de un transistor están estrechamente relacionadas con la característica de corriente-voltaje de un diodo semiconductor. Las especificaciones de entrada se refieren a una unión de emisor que funciona con tensión directa. Por lo tanto, son similares a la característica de corriente inversa de un diodo. Las características de salida son similares a la característica de corriente inversa de un diodo en el sentido de que reflejan las propiedades de una unión de colector que opera a voltaje inverso.

También hay características de retroalimentación que muestran cómo cambia el voltaje en la entrada del transistor bajo la influencia de un cambio en el voltaje de salida, siempre que la corriente de entrada sea constante.

17. PROCESOS FÍSICOS EN UN TRANSISTOR

Consideremos cómo funciona un transistor en modo estático sin carga, cuando solo se encienden fuentes de voltaje de suministro constante. Su polaridad es tal que en la unión del emisor el voltaje es directo y en la unión del colector es inverso. Por tanto, la resistencia de la unión del emisor es baja y una fuente con un voltaje del orden de décimas de voltio es suficiente para obtener una corriente normal en esta unión. La resistencia de la unión del colector es alta y el voltaje suele ser de unos pocos o decenas de voltios.

El principio de funcionamiento del transistor. es que el voltaje directo de la unión del emisor afecta significativamente la corriente del colector: cuanto mayor sea el voltaje, mayores serán las corrientes del emisor y del colector. En este caso, el cambio en la corriente del colector es solo un poco menor que el cambio en la corriente del emisor. Por lo tanto, el voltaje de entrada controla la corriente del colector. La amplificación de las oscilaciones eléctricas con la ayuda de un transistor se basa precisamente en este fenómeno.

Los procesos físicos en el transistor ocurren de la siguiente manera. A medida que aumenta el voltaje de entrada directo, la barrera de potencial en la unión del emisor disminuye y la corriente a través de esta unión, la corriente del emisor, aumenta en consecuencia. Los electrones de esta corriente se inyectan desde el emisor a la base y, debido al fenómeno de difusión, penetran a través de la base hasta la zona de la unión del colector, aumentando la corriente del colector. Dado que la unión del colector funciona con voltaje inverso, se generan cargas espaciales en la región de esta unión. Entre ellos surge un campo eléctrico. Favorece el movimiento de los electrones que vienen aquí desde el emisor a través de la unión del colector, es decir, atrae electrones hacia la región de la unión del colector.

Si el grosor de la base es lo suficientemente pequeño y la concentración de huecos es baja, entonces la mayoría de los electrones, habiendo pasado a través de la base, no tienen tiempo de recombinarse con los huecos de la base y llegar a la unión del colector. Solo una pequeña fracción de electrones se recombina con huecos en la base. Como resultado de esta recombinación, fluye una corriente base en el cable base. Como resultado de la recombinación, cada segundo desaparece un cierto número de huecos, pero cada segundo aparece el mismo número de nuevos huecos debido a que el mismo número de electrones abandonan la base hacia el polo fuente. No puede haber acumulación de un gran número de electrones en la base. La corriente de base es inútil e incluso dañina. Es deseable que la corriente base sea lo más pequeña posible. Para ello, se hace muy fina la base y se reduce la concentración de impurezas en ella, que determina la concentración de agujeros. En estas condiciones, un menor número de electrones se recombinarán en la base con huecos.

El nombre "emisor" dado a uno de los electrodos enfatiza que los electrones, por así decirlo, emiten desde este electrodo hacia la base. De hecho, no es emisión, sino la inyección de electrones desde el emisor hacia la base. El uso de este término es necesario para distinguir este fenómeno de la emisión de electrones, que resulta en la producción de electrones en un vacío o gas enrarecido.

El emisor debe llamarse la región del transistor, cuyo propósito es la inyección de portadores de carga en la base. Un colector es un área cuyo propósito es extraer portadores de carga de la base. Y la base es la región en la que el emisor inyecta los portadores de carga que son menores para esta región.

El emisor y el colector se pueden intercambiar. Pero en los transistores, por regla general, la unión del colector tiene un área mucho mayor que la unión del emisor, ya que la potencia disipada en la unión del colector es mucho mayor que en la unión del emisor.

18. ESQUEMAS BÁSICOS DE ENCENDIDO DE TRANSISTORES

Aplicar tres esquemas principales inclusión de transistores en amplificadores u otras cascadas. En estos circuitos, uno de los electrodos del transistor es el punto común de entrada y salida de la etapa.

Los circuitos de conmutación básicos de los transistores se denominan, respectivamente, circuitos con un emisor común, una base común y un colector común.

El circuito de emisor común es el más común, ya que proporciona la mayor ganancia de potencia.

La ganancia de corriente de tal etapa es la relación de las amplitudes de las corrientes alternas de salida o entrada, es decir, los componentes variables de las corrientes de colector y base. Dado que la corriente del colector es decenas de veces mayor que la corriente base, la ganancia de corriente es del orden de las decenas.

Las propiedades amplificadoras de un transistor cuando se enciende en un circuito con un emisor común se caracterizan por uno de sus parámetros principales: la ganancia de corriente estática para un circuito con un emisor común. Dado que debe caracterizar sólo al propio transistor, se determina en modo sin carga, es decir, con una tensión colector-emisor constante.

La ganancia de voltaje de la cascada es igual a la relación entre las amplitudes de los voltajes alternos de salida y entrada. La entrada es el voltaje base-emisor y la salida es el voltaje alterno a través de la resistencia de carga o entre el colector y el emisor.

El circuito de base común proporciona una ganancia de potencia mucho menor y tiene una impedancia de entrada aún más baja que el circuito de emisor común, pero se usa con bastante frecuencia, ya que es mucho mejor que el circuito de emisor común en términos de sus propiedades de frecuencia y temperatura.

La ganancia de corriente de una etapa con una base común siempre es ligeramente menor que la unidad. Esto se deduce del hecho de que la corriente del colector siempre es solo un poco menor que la corriente del emisor.

El parámetro más importante de los transistores es la ganancia de corriente estática para un circuito con una base común. Se determina para el modo sin carga, es decir, con una tensión colector-base constante.

Para un circuito con una base común, no hay cambio de fase entre el voltaje de salida y el de entrada, es decir, la fase del voltaje no se invierte durante la amplificación.

Esquema con un colector común. En él, el colector es efectivamente el punto común de entrada y salida, ya que las fuentes de alimentación siempre están puenteadas con condensadores grandes y pueden considerarse un cortocircuito para corriente alterna. La peculiaridad de este circuito es que el voltaje de entrada se transmite completamente a la entrada, es decir, hay una retroalimentación negativa muy fuerte. El voltaje de entrada es igual a la suma del voltaje CA base-emisor y el voltaje de salida.

La ganancia de corriente de la cascada con colector común es casi la misma que en el circuito con emisor común, es decir, tiene un valor del orden de las decenas. La ganancia de voltaje es cercana a la unidad, pero siempre menor que ella.

El voltaje de salida está en fase con el voltaje de entrada y es casi igual en magnitud. Es decir, el voltaje de salida repite la entrada.

19. PROPIEDADES DE FRECUENCIA DE TRANSISTORES

A medida que aumenta la frecuencia, disminuye la ganancia proporcionada por los transistores. Hay dos razones principales para este fenómeno. En primer lugar, a frecuencias más altas, es perjudicial para Capacitancia de la unión del colector. A bajas frecuencias, la resistencia de capacitancia es muy grande, la resistencia de colector también es muy grande y se puede considerar que toda la corriente va a la resistencia de carga. Pero a cierta alta frecuencia, la resistencia de la capacitancia se vuelve relativamente pequeña y una parte notable de la corriente creada por el generador se ramifica en ella, y la corriente en la resistencia disminuye en consecuencia. En consecuencia, se reducen la tensión de salida y la potencia de salida.

La capacitancia de la unión del emisor también reduce su resistencia al aumentar la frecuencia, pero siempre es desviada por la baja resistencia de la unión del emisor y, por lo tanto, su efecto dañino solo puede aparecer a frecuencias muy altas. En la práctica, a frecuencias más bajas, la capacitancia, que es desviada por una resistencia de unión de colector muy grande, ya se ve tan fuertemente afectada que la operación de un transistor que podría verse afectado por la capacitancia se vuelve poco práctica. Por lo tanto, el efecto de la capacitancia en la mayoría de los casos puede ignorarse.

La segunda razón de la disminución de la ganancia a frecuencias más altas es Retraso de fase de CA colector de un emisor de corriente alterna. Es causada por la inercia del proceso de mover portadores a través de la base desde la unión del emisor a la unión del colector, así como por la inercia de los procesos de acumulación y disipación de carga en la base. Los portadores, como los electrones en un transistor de tipo npn, realizan un movimiento de difusión en la base y por lo tanto su velocidad no es muy alta. El tiempo de tránsito de los portadores a través de la base en los transistores convencionales es del orden de 10-7 s, es decir, 0,1 μs o menos. Por supuesto, este tiempo es muy corto, pero a frecuencias del orden de unidades y decenas de megahercios y superiores, provoca un cambio de fase notable entre las corrientes de colector y emisor. Debido a este cambio de fase a altas frecuencias, la corriente alterna base aumenta y esto reduce la ganancia de corriente.

Denotemos la ganancia de corriente para el circuito con un emisor común y la ganancia de corriente para el circuito con una base común b.

A medida que aumenta la frecuencia, v disminuye mucho más que b. El coeficiente b disminuye por la influencia de la capacitancia, y el valor de c también se ve afectado por el cambio de fase entre las corrientes del colector y del emisor debido al tiempo que los portadores viajan a través de la base. El circuito de emisor común, en comparación con el circuito de base común, tiene propiedades de frecuencia significativamente peores.

Es costumbre considerar la disminución máxima permitida en los valores de b y c en un 30% en comparación con sus valores a bajas frecuencias.

Aquellas frecuencias a las que se obtiene tal disminución en la ganancia se denominan frecuencias límite o límite de ganancia para circuitos con una base común y un emisor común.

Además de las frecuencias de amplificación limitantes, el transistor también se caracteriza por la frecuencia de generación máxima, en la que la ganancia de potencia en cascada disminuye a 1.

A altas frecuencias, no solo cambian los valores de y c. Debido a la influencia de las capacidades de unión y el tiempo de tránsito de la portadora a través de la base, así como a los procesos de acumulación y disipación de cargas en la base, los parámetros intrínsecos del transistor a altas frecuencias cambian de valor y dejan de ser resistencias puramente activas. Todos los demás parámetros también cambian.

Se pueden obtener frecuencias de corte más altas utilizando semiconductores que tienen una mayor movilidad de la portadora.

20. MODO DE PULSO DE TRANSISTORES

Los transistores, como los diodos semiconductores, se utilizan en varios dispositivos pulsados. El funcionamiento de los transistores en modo pulsado, también llamado modo de tecla o de conmutación, tiene una serie de características.

Considerar modo de pulso transistor usando sus características de salida para un circuito de emisor común. Incluya una resistencia de carga en el circuito colector. Por lo general, antes de que la entrada del transistor reciba un pulso de corriente de entrada o voltaje de entrada, el transistor está en estado apagado. Una pequeña corriente fluye en el circuito del colector y, por lo tanto, este circuito puede considerarse aproximadamente abierto. El voltaje de la fuente se aplica casi por completo al transistor.

Si se aplica un pulso de corriente con un valor máximo a la entrada, entonces el transistor entra en la región de saturación. Resulta un pulso de corriente de colector con un valor máximo. A veces se denomina corriente de saturación. En este modo, el transistor actúa como una llave cerrada y casi todo el voltaje de la fuente cae a través de la resistencia, y solo hay un voltaje residual muy pequeño del orden de diez fracciones de voltio en el transistor, comúnmente llamado tensión de saturación.

Si el pulso de corriente de entrada es menor que el valor máximo, entonces el pulso de corriente del colector también disminuirá. Pero, por otro lado, un aumento en el pulso de corriente base por encima del valor máximo ya no da un aumento en el pulso de corriente de salida.

El modo pulsado también se caracteriza por la ganancia de corriente que, a diferencia de v, no se determina a través del incremento de corrientes, sino como la relación de corrientes correspondiente al modo de saturación.

En otras palabras, β es un parámetro que caracteriza la amplificación de señales pequeñas, y la ganancia de corriente se refiere a la amplificación de señales grandes, en particular pulsos, y difiere algo de β en magnitud.

El parámetro del modo de pulso del transistor es también su resistencia de saturación. El valor de la resistencia de saturación de los transistores diseñados para operación pulsada suele ser del orden de unidades, a veces decenas de ohmios.

De manera similar al circuito considerado con un emisor común, el circuito con una base común también opera en modo pulsado.

Si la duración del pulso de entrada es muchas veces mayor que el tiempo de los procesos transitorios de acumulación y disipación de cargas en la base del transistor, entonces el pulso de corriente de salida tendrá casi la misma duración y forma que el pulso de entrada. Pero con pulsos cortos, se puede observar una distorsión significativa de la forma del pulso de corriente de salida y un aumento en su duración.

El aumento gradual de la corriente está asociado con el proceso de acumulación de portadores en la base. Además, los portadores inyectados en la base al comienzo del pulso de corriente de entrada tienen diferentes velocidades de su movimiento de difusión y no todos llegan al colector a la vez. Después del final del pulso de entrada debido al proceso de disipación de la carga acumulada en la base, la corriente continúa durante algún tiempo y luego disminuye gradualmente durante el tiempo de caída. En consecuencia, el proceso de encendido y apagado del circuito colector se ralentiza, se retrasa el tiempo durante el cual está en estado cerrado. En otras palabras, debido a la inercia de los procesos de acumulación y disipación de la carga en la base, el transistor no puede realizar un encendido y apagado lo suficientemente rápido, es decir, no proporciona suficiente velocidad para el modo de conmutación.

21. PRINCIPALES TIPOS DE TRANSISTORES

Los tipos de transistores existentes se clasifican según el método de fabricación, los materiales utilizados, las características de operación, el propósito, la potencia, el rango de frecuencia de operación y otras características. Los transistores de punto, históricamente los primeros, ya no se utilizan. Considerar transistores planos. Como semiconductores para transistores producidos por la industria, se utilizan germanio y silicio. Según la potencia máxima liberada en la unión del colector, existen transistores de baja, media y alta potencia. Dependiendo de la frecuencia de operación límite, los transistores son de baja frecuencia (hasta 3 MHz), frecuencia media (de 3 a 30 MHz) y alta frecuencia (por encima de 30 MHz).

Para la gran mayoría de los transistores, el principal proceso físico es la inyección de portadora, pero hay un grupo de transistores que funcionan sin inyección. Estos incluyen, en particular, transistores de campo (canal). Los transistores de inyección pueden tener un número diferente de uniones pn.

Excepcionalmente extendidos están los transistores bipolares con dos uniones pn. Hay dos tipos de transistores de este tipo: de deriva, en los que la transferencia de portadores de carga menores a través de la base se lleva a cabo principalmente por deriva, es decir, bajo la acción de un campo eléctrico acelerado, y sin deriva, en los que dicha transferencia se lleva a cabo principalmente. por difusión.

Los transistores sin deriva tienen la misma concentración de impurezas en todo el volumen base. Como resultado, no surge ningún campo eléctrico en la base y los portadores realizan un movimiento de difusión desde el emisor al colector. La velocidad de dicho movimiento es menor que la velocidad de deriva del portador en el campo de aceleración. Por lo tanto, los transistores sin deriva están diseñados para frecuencias más bajas que los de deriva.

En los transistores de deriva, el campo eléctrico en la base acelera los portadores minoritarios a medida que avanzan hacia el colector. Por lo tanto, la frecuencia límite y la ganancia actual aumentan. Muy a menudo, el campo eléctrico en la base se crea debido a la concentración desigual de impurezas en el volumen de la base, lo que se puede lograr con el método de difusión para fabricar uniones pn. Los transistores hechos de esta manera se llaman difusión.

Transistores sin deriva la mayoría tienen uniones de aleación obtenidas mediante una tecnología similar a los diodos. Estos transistores se llaman transistores de aleación. Las impurezas se fusionan en la placa semiconductora principal desde ambos lados, formando las regiones de emisor y colector. Dado que la unión del colector disipa más potencia, suele ser mucho más grande que la unión del emisor. Sin embargo, también se pueden fabricar transistores de aleación simétrica en los que ambas uniones sean iguales.

Los transistores de deriva se fabrican a frecuencias límite diez veces más altas que las de los transistores de aleación. Bajo la acción del campo acelerador, los transportadores se mueven mucho más rápido en la base. En la fabricación de transistores de deriva, se utiliza un método de difusión, en el que la base se puede hacer muy delgada. La transición del colector resulta suave y su capacidad es mucho menor que la de las transiciones de aleación. Debido al pequeño grosor de la base, las ganancias b y c son mucho más altas que las de los transistores de aleación. El método de difusión permite fabricar transistores con mayor precisión, con una menor dispersión de parámetros y características.

22. INFORMACIÓN GENERAL SOBRE LOS DISPOSITIVOS DE ELECTROVACÍO Y LOS PRINCIPIOS DE SU CLASIFICACIÓN

Los dispositivos de electrovacío son ampliamente utilizados. Con la ayuda de estos dispositivos, es posible convertir energía eléctrica de un tipo en energía eléctrica de otro tipo, que difiere en forma, magnitud y frecuencia de corriente o voltaje, así como energía de radiación en energía eléctrica y viceversa.

Por medio de dispositivos de electrovacío es posible llevar a cabo la regulación de diversas magnitudes eléctricas, lumínicas y otras de forma suave o escalonada, a alta o baja velocidad y con bajos costes energéticos para el propio proceso de regulación, es decir, sin una reducción significativa de la eficiencia, característica de muchos otros métodos de regulación y control.

Estas ventajas de los dispositivos de electrovacío llevaron a su uso para la rectificación, amplificación, generación y conversión de frecuencia de diversas corrientes eléctricas, oscilografía de fenómenos eléctricos y no eléctricos, control y regulación automáticos, transmisión y recepción de imágenes de televisión, diversas mediciones y otros procesos.

Los dispositivos de electrovacío son dispositivos en los que el espacio de trabajo, aislado por una carcasa estanca a los gases, tiene un alto grado de rarefacción o está lleno de un medio especial (vapores o gases) y cuyo funcionamiento se basa en el aprovechamiento de fenómenos eléctricos en el vacío. o gasolina.

Los dispositivos de electrovacío se dividen en dispositivos electrónicos, en los que pasa una corriente puramente electrónica en el vacío, y dispositivos de iones (descarga de gas), que se caracterizan por una descarga eléctrica en un gas o vapor.

En los dispositivos electrónicos, la ionización está prácticamente ausente, y si se observa en pequeña medida, no tiene un efecto notable en el funcionamiento de estos dispositivos. La rarefacción del gas en estos dispositivos se estima por la presión de los gases residuales inferior a 10-6 mm Hg. Art., característico del alto vacío.

En los dispositivos iónicos, la presión de los gases residuales es de 10-3 mm Hg. Arte. y más alto. A tal presión, una parte importante de los electrones en movimiento chocan con las moléculas de gas, lo que lleva a la ionización y, por lo tanto, en estos dispositivos, los procesos son electrón-ión.

La acción de los dispositivos de electrovacío conductores (sin descarga) se basa en el aprovechamiento de fenómenos asociados a la corriente eléctrica en conductores sólidos o líquidos en un gas enrarecido. En estos dispositivos, no hay descarga eléctrica en un gas o en el vacío.

Los dispositivos de electrovacío se dividen según varios criterios. Un grupo especial está formado por tubos de vacío, es decir, dispositivos electrónicos diseñados para diversas conversiones de cantidades eléctricas. Según su finalidad, estas lámparas son generadoras, amplificadoras, rectificadoras, convertidoras de frecuencia, detectoras, de medida, etc. La mayoría de ellas están diseñadas para funcionar en modo continuo, pero también producen lámparas para modo pulsado. Crean impulsos eléctricos, es decir, corrientes de corta duración, siempre que la duración de los impulsos sea mucho menor que los intervalos entre los impulsos.

Los dispositivos de electrovacío también se clasifican según muchos otros criterios: por el tipo de cátodo (caliente o frío), por el diseño del cilindro (vidrio, metal, cerámica o combinado), por el tipo de enfriamiento (natural, es decir, radiante, forzado aire agua).

23. DISPOSITIVO Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL DIODO

El propósito principal de una lámpara de dos electrodos, llamada diodo, es Rectificación de CA.

El diodo tiene dos electrodos metálicos en un recipiente al vacío de vidrio, metal o cerámica. Un electrodo es un cátodo calentado que sirve para emitir electrones. Otro electrodo, el ánodo, sirve para atraer los electrones emitidos por el cátodo y crear un flujo de electrones libres. El cátodo y el ánodo de un diodo de vacío son similares al emisor y la base de un diodo semiconductor. El ánodo atrae electrones si tiene un potencial positivo con respecto al cátodo. En el espacio entre el ánodo y el cátodo se forma un campo eléctrico que, con un potencial positivo del ánodo, acelera los electrones emitidos por el cátodo. Los electrones emitidos por el cátodo se mueven hacia el ánodo bajo la influencia del campo.

En el caso más simple, el cátodo tiene la forma de un alambre de metal, que se calienta con una corriente. Los electrones son emitidos desde su superficie. Dichos cátodos se denominan cátodos de calentamiento directo y directo.

También muy utilizado cátodos de calentamiento indirecto, también conocido como calentado. Este tipo de cátodo tiene un cilindro de metal cuya superficie está cubierta con una capa activa que emite electrones. Dentro del cilindro hay un calentador en forma de alambre calentado por corriente.

Entre el ánodo y el cátodo, los electrones forman una carga eléctrica negativa distribuida en el espacio, denominada volumétrica o espacial, e impidiendo el movimiento de electrones hacia el ánodo. Si el potencial positivo del ánodo no es lo suficientemente grande, no todos los electrones pueden superar el efecto retardador de la carga espacial y algunos de ellos regresan al cátodo.

Cuanto mayor sea el potencial del ánodo, más electrones superan la carga espacial y van al ánodo, es decir, mayor es la corriente del cátodo.

En un diodo, los electrones que salen del cátodo se transfieren al ánodo. El flujo de electrones que vuelan dentro de la lámpara desde el cátodo al ánodo y caen sobre el ánodo se llama corriente de ánodo. La corriente del ánodo es la corriente principal del tubo de vacío. Los electrones de la corriente del ánodo se mueven dentro de la lámpara desde el cátodo al ánodo, y fuera de la lámpara, desde el ánodo al más de la fuente del ánodo, dentro de esta última, de su más a su menos y luego del menos de la fuente. al cátodo de la lámpara. Cuando cambia el potencial positivo del ánodo, la corriente del cátodo y la corriente igual del ánodo cambian. Este es el principio electrostático de controlar la corriente del ánodo. Si el potencial del ánodo es negativo en relación con el cátodo, entonces el campo entre el ánodo y el cátodo inhibe los electrones que escapan del cátodo. Estos electrones son inhibidos por el campo y regresan al cátodo. En este caso, las corrientes del cátodo y del ánodo son cero. Por tanto, la propiedad principal de un diodo es su capacidad para conducir corriente en una dirección. El diodo tiene conductividad unidireccional.

Los diodos detectores de baja potencia se producen con cátodos calentados indirectamente. Tienen electrodos pequeños, están diseñados para corrientes de ánodo pequeñas, potencia de limitación baja liberada en el ánodo y voltaje inverso bajo. Los diodos detectores para frecuencias altas y ultraaltas se fabrican con la menor capacitancia posible. Los diodos más potentes (kenotrones) para rectificar la corriente alterna de la red eléctrica se producen con cátodos de calentamiento directo e indirecto, y están diseñados para un voltaje inverso más alto. Los diodos dobles son ampliamente utilizados, es decir, dos diodos en un cilindro.

24. TRIODO Y SUS CIRCUITOS

A diferencia de los diodos, los triodos tienen un tercer electrodo: cuadrícula de control, generalmente llamado rejilla simple y ubicado entre el ánodo y el cátodo. Sirve para el control electrostático de la corriente del ánodo. Si cambia el potencial de la rejilla en relación con el cátodo, el campo eléctrico cambiará y, como resultado, la corriente del cátodo de la lámpara cambiará. Esta es la acción de control de la rejilla.

El cátodo y el ánodo de los triodos son los mismos que los de los diodos. La rejilla de la mayoría de las lámparas está hecha de alambre que rodea el cátodo. El cátodo, la rejilla y el ánodo de un diodo de vacío son análogos, respectivamente, al emisor, la base y el colector de un transistor bipolar, o la fuente, la puerta y el drenaje de un transistor de efecto de campo.

Todo lo relacionado con la grilla se denota con la letra "c".

El triodo tiene circuitos de filamento y ánodo similares a los de un diodo y un circuito de rejilla. En los circuitos prácticos, las resistencias y otras partes se incluyen en el circuito de red.

La diferencia de potencial entre la red y el cátodo es la tensión de red (voltaje de red) y se denota como Uc. Para una lámpara con un cátodo de filamento directo, el voltaje de la red se determina en relación con el extremo del cátodo conectado al polo negativo de la fuente del ánodo. Con un voltaje de red positivo, parte de los electrones emitidos por el cátodo golpean la red y se forma una corriente de red (corriente de red), denominada ic, en su circuito. La parte del triodo, que consiste en un cátodo, una rejilla y un espacio entre ellos, es similar en sus propiedades a un diodo, y el circuito de rejilla es similar al circuito de ánodo de un diodo. El papel del ánodo en este diodo lo realiza la rejilla.

La corriente principal y útil en el triodo es la corriente del ánodo. Es análoga a la corriente de colector de un transistor bipolar oa la corriente de drenaje de un transistor de efecto de campo. La corriente de red, similar a la corriente de base de un transistor, generalmente es inútil e incluso dañina.

Por lo general, es mucho menor que la corriente del ánodo. En muchos casos, se esfuerzan por garantizar que no haya corriente en la red. Para ello, la tensión de red debe ser negativa. Entonces la rejilla repele los electrones y la corriente de rejilla está prácticamente ausente. Hay casos en los que los triodos funcionan con voltajes de red positivos relativamente grandes, y entonces la corriente de red es significativa.

La posibilidad de funcionamiento de un triodo de vacío sin una acción dañina de la red lo distingue significativamente de un transistor bipolar, que no puede funcionar sin corriente de base.

En el alambre del cátodo, las corrientes del ánodo y de la rejilla fluyen juntas. La corriente total aquí es la corriente del cátodo, o corriente del cátodo, y se denota como ik; ic = ia + ic.

La corriente del cátodo es similar a la corriente del emisor de un transistor bipolar o la corriente de la fuente de un transistor de efecto de campo y está determinada por el flujo total de electrones que se mueven desde el cátodo hacia la rejilla. En un diodo, la corriente del cátodo es siempre igual a la corriente del ánodo, y en un triodo estas corrientes son iguales solo cuando Uc < 0, ya que en este caso ic = 0.

En un triodo con un cátodo de calentamiento directo en el circuito de filamento, la corriente del cátodo se ramifica en dos partes, que se suman algebraicamente con la corriente del filamento. Para medir la corriente del cátodo en este caso, debe encender el miliamperímetro.

Al igual que los diodos, los triodos son conductores unidireccionales y pueden usarse para rectificar corriente alterna. Pero no tiene sentido usarlos para esto, ya que los diodos son más simples en diseño y más baratos. La capacidad de controlar la corriente del ánodo mediante una rejilla determina el objetivo principal de los triodos: amplificar las oscilaciones eléctricas. Los triodos también se utilizan para generar oscilaciones eléctricas de varias frecuencias. El trabajo de los triodos en generadores y en muchos otros circuitos especiales se reduce en la mayoría de los casos a amplificar las oscilaciones.

25. CÁTODOS SIMPLES Y COMPLEJOS

cátodos simples, es decir, cátodos de metal puro, hechos casi exclusivamente de tungsteno (raramente tantalio) y calentados directamente.

La principal ventaja del cátodo de tungsteno es la estabilidad de su emisión. Con una incandescencia constante, la emisión solo disminuye gradualmente durante la vida útil del cátodo. Y durante cortos periodos de tiempo, prácticamente no hay cambios en las emisiones. Después de un sobrecalentamiento temporal, no muy prolongado, la emisión no disminuye. Un fuerte sobrecalentamiento es peligroso, ya que el cátodo puede derretirse.

El sobrecalentamiento prolongado reduce significativamente la durabilidad del cátodo de tungsteno. Aumentar el voltaje del filamento en solo un 5% reduce la vida útil en 2 veces, bajar el filamento en un 5%, por el contrario, duplica la vida útil.

El cátodo de tungsteno no se destruye y no reduce las emisiones por impacto de iones. La resistencia del cátodo de tungsteno al bombardeo de iones lo hace particularmente adecuado para lámparas de alta potencia que funcionan con altos voltajes de ánodo. Los cátodos de tungsteno también se utilizan en lámparas electrométricas especiales, en las que la emisión constante es importante. Para las lámparas con cátodo de tungsteno, las partículas de tungsteno que se evaporan forman una capa en la superficie del cilindro que absorbe gases y mejora el vacío. La principal desventaja del cátodo de tungsteno es su baja eficiencia. De todos los cátodos es el menos económico. Sus emisiones son relativamente bajas. Pero debido a la alta temperatura, se emiten intensamente calor y rayos de luz, lo que desperdicia casi toda la energía incandescente. Esto es lo que impulsó la creación de cátodos complejos más económicos.

Cátodos complejos puede tener un dispositivo diferente, en. En muchos tipos de cátodos, se deposita una capa activadora sobre la superficie de un metal puro, lo que reduce la función de trabajo y permite obtener una alta emisión a temperaturas relativamente bajas.

La principal ventaja de los cátodos complejos es su eficiencia. La temperatura de funcionamiento de algunos tipos de cátodos es de 1000 K. La durabilidad alcanza miles e incluso decenas de miles de horas. Al final de este período, hay una disminución en la emisión debido a una disminución en la cantidad de impurezas activadoras, por ejemplo, debido a su evaporación. Algunos tipos de cátodos complejos dan una emisión ultraalta en modo pulsado, es decir, durante cortos períodos de tiempo separados entre sí por pausas mucho más largas.

La principal desventaja de los cátodos complejos es la baja estabilidad de emisión. Estos cátodos reducen la emisividad durante el calentamiento temporal, lo que se explica por la evaporación de sustancias activadoras a temperaturas elevadas. Para reducir la posibilidad de ionización en lámparas con cátodos complejos, es importante mantener un vacío muy alto. Esto se logra mediante el uso de un absorbedor de gas especial.

Los cátodos complejos pueden ser de película y semiconductores.

Se utilizan nuevos tipos de cátodos: bario-tungsteno-ram, óxido de torio y varios otros. Los cátodos de bario-tungsteno producen calentamiento indirecto. Se forma una película activadora porosa de bario y estroncio sobre la superficie del tungsteno poroso. La película, al evaporarse, se repone debido a la difusión de átomos de bario y estroncio a través del tungsteno de una tableta de óxidos de estos metales. Su ventaja es la resistencia al bombardeo de electrones e iones.

En los llamados cátodos sinterizados, el óxido se deposita sobre una esponja o rejilla de níquel. La resistencia de dicho cátodo se reduce significativamente y es mucho menos propenso a la distorsión y la aparición de puntos calientes.

26. CÁTODOS DE CALOR DIRECTO E INDIRECTO

Los cátodos de calentamiento directo son alambres de sección transversal redonda o rectangular. Su grosor varía desde 0,01 mm para las lámparas de menor potencia hasta 1-2 mm para lámparas potentes. Los cátodos cortos se hacen rectos. Los más largos se doblan en forma de línea discontinua. En los dispositivos iónicos, el cátodo suele tener la forma de un solenoide. Los potentes cátodos de estos dispositivos están hechos de una cinta, un "acordeón" curvo o a lo largo de una línea helicoidal.

Ventajas de los cátodos de calentamiento directo son la simplicidad del dispositivo y la posibilidad de su fabricación para las lámparas de menor potencia en forma de filamentos delgados para una pequeña corriente de filamento. Los cátodos de calentamiento directo se utilizan en lámparas generadoras de alta potencia para estaciones de radio portátiles y móviles de baja potencia alimentadas por pilas secas o baterías, ya que en estos casos es importante ahorrar energía de las fuentes actuales.

El cátodo, en forma de filamento fino, se calienta rápidamente después de encender el filamento, lo cual es muy conveniente. Pero la gran desventaja de estos cátodos son las pulsaciones parásitas de la corriente del ánodo cuando el filamento se alimenta con corriente alterna. Crean mucha interferencia, distorsionando y ahogando señales útiles. Cuando se reciben auditivamente, estas pulsaciones se manifiestan como un zumbido característico: "fondo de corriente alterna".

La desventaja de los cátodos delgados calentados directamente es el efecto de micrófono. Consiste en el hecho de que la corriente del ánodo pulsa durante la agitación mecánica de la lámpara. Los choques externos crean vibraciones en el cátodo. La distancia entre el cátodo y otros electrodos varía. Esto conduce a la ondulación de la corriente del ánodo.

Los cátodos calentados indirectamente son ampliamente utilizados. Por lo general, el cátodo de calentamiento indirecto tiene un tubo de níquel con una capa de óxido, dentro del cual se inserta un calentador de tungsteno, enrollado en un bucle. Para el aislamiento del cátodo, el calentador se cubre con una masa de alúmina calcinada, llamada alundum. Con una longitud considerable, el calentador se dobla varias veces o se retuerce a lo largo de una línea helicoidal. En algunas lámparas, el cátodo se fabrica en forma de cilindro bajo con una base superior recubierta de óxido. Dentro del cilindro hay un calentador con aislamiento de alundum, que tiene la forma de un bucle, enrollado en espiral. Los cátodos calentados indirectamente suelen ser óxido.

La principal ventaja de los cátodos calentados indirectamente. es la eliminación casi completa de las ondas dañinas cuando se alimenta con corriente alterna. Prácticamente no hay fluctuación de temperatura, ya que la masa y, por lo tanto, la capacidad calorífica de estos cátodos es mucho mayor que la de los cátodos de calentamiento directo. El cátodo calentado indirectamente tiene una gran inercia térmica. Pasan decenas de segundos desde el momento en que se enciende la corriente del filamento hasta que el cátodo se calienta por completo. Se necesita la misma cantidad de tiempo para que el cátodo se enfríe.

El cátodo de calentamiento indirecto es equipotencial. A lo largo de él no hay caída de voltaje de la corriente del filamento. El voltaje del ánodo para todos los puntos de su superficie es el mismo. No pulsa cuando fluctúa el voltaje del filamento.

La ventaja de los cátodos calentados indirectamente es un ligero efecto de micrófono. La masa del cátodo es relativamente grande y es difícil ponerlo en un estado de oscilación.

Los cátodos calentados indirectamente tienen algunas desventajas. Tienen un diseño más complejo y tienen una eficiencia ligeramente menor. Los cátodos de filamento indirecto son difíciles de diseñar para corrientes muy bajas y, por lo tanto, son menos adecuados para lámparas económicas alimentadas por batería de baja potencia.

27. LA LEY DE LA POTENCIA DE TRES SEGUNDOS PARA EL DIODO

Para un diodo que funciona en el modo de carga espacial, la corriente del ánodo y el voltaje del ánodo están conectados por una relación no lineal que, según los cálculos teóricos, se expresa aproximadamente mediante la llamada ley de la potencia de tres segundos: /a = dia3/2 , donde el coeficiente depende de las dimensiones geométricas y la forma de los electrodos, y también de las unidades seleccionadas.

La corriente del ánodo es proporcional al voltaje del ánodo a la potencia de 3/2, y no a la primera potencia, como en la ley de Ohm. Si, por ejemplo, se duplica el voltaje del ánodo, entonces la corriente del ánodo aumenta aproximadamente 2,8 veces, es decir, será un 40% más de lo que debería ser según la ley de Ohm. Por lo tanto, la corriente del ánodo crece más rápido que el voltaje del ánodo.

Gráficamente, la ley del grado de tres segundos está representada por una línea curva llamada parábola semicúbica.

La ley de la potencia de los tres segundos es válida para voltajes de ánodo positivos, menores que los voltajes de saturación.

Si desciframos el coeficiente q en la ley de la potencia de tres segundos, entonces esta ley para un diodo con electrodos planos debe escribirse de la siguiente manera:

ia \u2,33d 10 6-2 (Qa / d3a. k) Ua2 / XNUMX,

donde Qa es el área del ánodo, da. k - distancia "ánodo - cátodo".

Para diodos con electrodos de diferente forma, se introducen algunas correcciones en el coeficiente constante, y Qa representa la superficie efectiva del ánodo, es decir, la superficie que recibe el flujo principal de electrones. En esta fórmula, la corriente se obtiene en amperios, si el voltaje se toma en voltios, y Qa y d2ak se expresan en unidades idénticas, por ejemplo, en milímetros cuadrados. La corriente es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia ánodo-cátodo. La reducción de esta distancia aumenta drásticamente esta corriente anódica.

La potencia de la ley de los tres segundos, aunque inexacta, es útil porque tiene en cuenta las propiedades no lineales del tubo de vacío en su forma más simple.

Consideremos la derivación de la fórmula de la ley de la potencia de tres segundos para un diodo con electrodos planos. Supongamos que la carga espacial q, que incluye todos los electrones que vuelan hacia el ánodo, está ubicada tan cerca del cátodo que la distancia entre esta carga y el "ánodo" se puede tomar igual a la distancia ánodo-cátodo dа.к . Si el tiempo de vuelo de los electrones a lo largo de la distancia dа.к. es igual a t, entonces el valor de la corriente del ánodo es igual a: ia, = q/ t.

La carga q se puede expresar en términos del voltaje del ánodo y la capacitancia del ánodo-cátodo Saq: q= Sa.k. Ua.

Al mismo tiempo, para el contenedor Sa.k. tenemos la fórmula: Sa.k. = ?0Qа / dа.к., donde ?0 = 8,86 · 10-16F/m es la constante dieléctrica del vacío y Qа es el área del ánodo. Determinemos el tiempo de vuelo t a través de la velocidad promedio: t= dа. k./ ?ср, pero ?ср = v/2, donde v es la velocidad final.

De hecho, debido a la falta de homogeneidad del campo, la velocidad media es algo menor que la determinada por las fórmulas anteriores.

Debido a la aproximación de la derivación, el coeficiente constante en esta expresión está algo sobreestimado. Una derivación más rigurosa da un valor más exacto del coeficiente constante, pero esta conclusión también se basa en supuestos que no se corresponden con la realidad. En particular, se supone que la velocidad inicial del electrón es cero y que la distribución de potencial es la misma que en el régimen de saturación, aunque la ley de la potencia de los tres segundos se aplica solo al régimen de carga espacial.

28. PROCESOS FÍSICOS EN UN TRIODO

El cátodo y el ánodo funcionan en un triodo de la misma manera que en un diodo. En el modo de carga espacial, se forma una barrera de potencial cerca del cátodo. Como en un diodo, la magnitud de la corriente catódica depende de la altura de esta barrera.

La acción de control de la rejilla en el triodo. similar a la acción de un ánodo en un diodo. Si cambia el voltaje de la red, entonces cambia la intensidad de campo generada por la red. Bajo la influencia de esto, cambia la altura de la barrera potencial cerca del cátodo. En consecuencia, cambiará el número de electrones que superan esta barrera, es decir, el valor de la corriente de barrera.

Cuando el voltaje de la red cambia al lado positivo, la barrera de potencial disminuye, una mayor cantidad de electrones emitidos la supera, menos de ellos regresan al cátodo y la corriente del cátodo aumenta. Y cuando el voltaje de la red cambia en dirección negativa, la barrera de potencial en el cátodo aumenta. Entonces será capaz de superar un número menor de electrones. El número de electrones que regresan al cátodo aumentará y la corriente del cátodo disminuirá.

La rejilla actúa sobre la corriente del cátodo mucho más fuerte que el ánodo, porque está ubicada más cerca del cátodo que del ánodo y es una pantalla para el campo eléctrico del ánodo.

La relación entre la influencia de la rejilla y el ánodo sobre la corriente del ánodo caracteriza el parámetro más importante del triodo: la ganancia. La ganancia es un número abstracto que muestra cuántas veces el voltaje de la red afecta la corriente del ánodo más que el voltaje del ánodo.

Un voltaje de red negativo relativamente pequeño puede reducir significativamente la corriente del ánodo e incluso detenerla por completo.

Un aumento de la tensión de red de la red va acompañado de un aumento de las corrientes de ánodo y de red.

Con voltajes de ánodo de rejilla positivos grandes, la corriente de rejilla aumenta tanto que la corriente de ánodo puede incluso disminuir.

La llamada efecto isla. Debido a la estructura heterogénea de la red, el campo generado por la red tampoco es homogéneo y afecta a la barrera de potencial cerca del cátodo en diferentes partes de forma diferente. La rejilla, por su campo, tiene un efecto más fuerte sobre la barrera potencial cerca de aquellas partes del cátodo que están más cerca de los conductores de la rejilla.

Las características de un triodo cuando funciona con corriente continua y sin carga se denominan estático.

Hay características teóricas y reales de los triodos. Las características teóricas se pueden construir sobre la base de la ley de tres segundos y no son exactas. Las características reales se eliminan experimentalmente. Son más precisos. Las razones de la desviación de las características reales de las teóricas para el triodo son las mismas que para el diodo. La diferencia de temperatura en diferentes puntos del cátodo, la no equipotencialidad del cátodo y el calentamiento adicional del cátodo por la corriente del ánodo ejercen una influencia significativa. Las secciones de características para pequeñas corrientes de ánodo están fuertemente influenciadas por la velocidad inicial de los electrones, la diferencia de potencial de contacto y la termo-EMF.

En un triodo, estos factores influyen más fuertemente que en un diodo, ya que su acción se extiende no solo al circuito del ánodo, sino también al circuito de la rejilla.

29. TENSIÓN ACTIVA Y LEY DE LA POTENCIA DE TRES SEGUNDOS PARA EL TRÍODO

Voltaje de funcionamiento del triodo le permite calcular la corriente del cátodo del triodo reemplazando el triodo con un diodo equivalente. Este reemplazo es el siguiente. Si en un triodo se coloca un ánodo en lugar de la rejilla, que tiene la misma superficie que ocupa la rejilla, entonces en este diodo, en parte de su voltaje de ánodo, la corriente del ánodo es igual a la corriente del cátodo en el triodo. El voltaje aplicado al ánodo de un diodo equivalente y que crea una corriente de ánodo en él igual a la corriente de cátodo de un diodo real se denomina voltaje efectivo id. Su acción es equivalente a la acción combinada de las tensiones de red y anódicas. Es decir, el voltaje operativo debe crear la misma intensidad de campo cerca del cátodo del diodo equivalente que se crea cerca del cátodo del triodo.

La magnitud del voltaje efectivo se determina aproximadamente por la fórmula Ud ~ Uc + Dia = Uc + Ua /?.

La tensión de la red actúa mediante su propio campo sin debilitarse, y el campo creado por la tensión del ánodo en el espacio de la red-cátodo se debilita debido al efecto de apantallamiento de la red. El debilitamiento de la acción del ánodo se caracteriza por la permeabilidad D o ganancia ?. Por lo tanto, el valor de Ua no se puede sumar a Uc, sino que primero se debe multiplicar por D o dividir por ? (? y D son cantidades recíprocas sólo para ic = 0).

La fórmula aproximada para Ud es aproximada, ya que no tiene en cuenta que el campo cercano al cátodo puede ser heterogéneo. Esta fórmula se utiliza en los casos en que la malla no es demasiado escasa (para D<0,1 o ?>10).

La carga efectiva qd debe ser igual a la suma de la carga q1 creada en el cátodo por la acción del campo de la rejilla y la carga q2 creada por el campo que penetra la rejilla desde el ánodo. Expresemos estas cargas en términos de voltajes y capacitancias: q1= Csk, Uc y q2 = Cac Ua. La carga q2 en el cátodo es igual a esa pequeña parte de la carga total del ánodo, desde la cual las líneas eléctricas de fuerza pasan a través de la rejilla al cátodo. Reemplazando qD por la suma q1 + q2, obtenemos: ud = (q1 + q2) / Cs.c. \uXNUMXd (CC.c. uc + Ca.c. ua) / Cc.c. = uс + uаСа.к. / Ssk. Denotemos D= Sa.k. / Ssk. Entonces finalmente obtenemos: ud = uc + DUa,

En un diodo equivalente, la corriente del ánodo es igual a la corriente del cátodo del triodo, y el voltaje efectivo juega el papel del voltaje del ánodo. Por lo tanto, la ley del grado de tres segundos para un triodo se puede escribir de la siguiente manera: ik = dd3/2= g(es + Dua)3/2.

Considerando que en el diodo equivalente el ánodo se encuentra en el lugar de la rejilla de un triodo real, el coeficiente g para un triodo con electrodos planos es igual a: g = 2,33 10-6(Qа/d2s.k.).

La superficie del ánodo del diodo equivalente en este caso es igual a la superficie del ánodo real.

La ley de la potencia de tres segundos para triodos es muy aproximada. La imprecisión en la determinación del voltaje efectivo es fundamental. No obstante, la ley de la potencia de tres segundos es útil para considerar la teoría del funcionamiento del triodo y en el diseño de lámparas.

30. CORRIENTE DE RED EN UN TRIODO

Debido a las velocidades iniciales de los electrones emitidos por el cátodo, la diferencia de potencial de contacto y la FEM térmica que actúa en el circuito de la red, la característica de corriente de la red comienza en la región de los pequeños tensiones de red negativas. Aunque la corriente de red en esta región es muy pequeña, y para las lámparas receptoras-amplificadoras es de pequeñas fracciones de miliamperios, en muchos casos hay que tenerla en cuenta. Las características de corriente de red que comienzan en la región de voltajes de red positivos son menos comunes. Se obtienen cuando la diferencia de potencial de contacto crea un voltaje negativo en la red y actúa más fuerte que la velocidad inicial de los electrones.

En las lámparas que funcionan con tensiones positivas significativas en la red, como los generadores, con un aumento de la tensión positiva de la red, la corriente de la red primero aumenta y alcanza un máximo, que a veces se encuentra en la región de los valores de corriente negativos. Con un aumento adicional en el voltaje de la red, la corriente aumenta nuevamente.

Este fenómeno se explica por la emisión secundaria de la red. Bajo impactos de electrones primarios en un voltaje de red positivo, los electrones secundarios son eliminados. A medida que aumenta el voltaje de la red, aumenta el coeficiente de emisión secundaria y aumenta el flujo de electrones primarios que bombardean la red. Como resultado, aumenta el número de electrones secundarios. Su flujo se dirige al ánodo, que tiene un potencial positivo más alto.

Aparece una corriente de electrones secundarios en el circuito de rejilla, que tiene una dirección opuesta a la corriente de electrones primarios. La corriente de red resultante disminuye e incluso puede invertir la dirección si el factor de emisión secundario es mayor que 1. En este caso, la corriente del ánodo aumenta, ya que la corriente de electrones secundarios se suma a la corriente de electrones primarios que vuelan desde el cátodo.

El fenómeno de la aparición de una corriente de electrones secundarios se llama efecto dinatrón.

Cuando el voltaje de la red excede el voltaje del ánodo, el campo entre el ánodo y la red retardará los electrones secundarios de la red y estos regresarán a la red. Pero, por otro lado, los electrones secundarios eliminados del ánodo serán acelerados por este campo y volarán hacia la rejilla, es decir, surge un efecto de dinatrón del lado del ánodo. En este caso, la corriente de la red aumenta adicionalmente debido a la corriente de los electrones secundarios y la corriente del ánodo disminuye un poco.

Con un voltaje de red negativo, hay muy poca corriente de red. Se llama corriente inversa de la red porque su dirección es opuesta a la de la corriente de la red cuando el voltaje de la red es positivo (los electrones de corriente inversa en los cables externos del circuito de la red se mueven hacia la red). La corriente de rejilla inversa tiene varios componentes: corriente iónica, tercoil y corriente de fuga.

Con una disminución en el voltaje negativo de la red, aumenta la corriente del ánodo y aumenta la ionización. Una mayor cantidad de iones se acercan a la rejilla y la corriente de iones aumenta. Con una tensión de red positiva, la corriente de electrones aumenta bruscamente y prevalece sobre la corriente de iones, de modo que esta última prácticamente no juega ningún papel. Si la red tiene una temperatura alta, entonces puede ocurrir una corriente de emisión termoiónica (corriente térmica) de la red. Para reducir esta corriente, las rejillas son de metal con una alta función de trabajo y un bajo factor de emisión secundaria.

31. CARACTERÍSTICAS DE RENDIMIENTO DEL TRIODO

Característica de rejilla de ánodo llamado el gráfico de la dependencia de la corriente del ánodo en el voltaje de la red a valores constantes del voltaje de la fuente del ánodo y la resistencia de carga. A diferencia de las características estáticas, la característica de funcionamiento no está sujeta a la condición de constancia de la tensión del ánodo, ya que cambia en el modo de funcionamiento. La forma de la característica operativa y su posición dependen de la magnitud y naturaleza de la resistencia de carga del ánodo.

Para construir una característica operativa de red de ánodo, se debe especificar la familia de características estáticas de red de ánodo, el voltaje de la fuente de ánodo y la resistencia de carga.

Si el voltaje del ánodo es igual al voltaje de la fuente del ánodo y la corriente es cero, entonces la lámpara está apagada, ya que solo en este caso no hay caída de voltaje en la resistencia de carga.

La característica de red de ánodo de trabajo tiene una inclinación menor que las características estáticas. Cuanto mayor sea la corriente del ánodo, menor será el voltaje del ánodo. Por tanto, la curva de rendimiento siempre pasa cruzando las curvas estáticas. La pendiente de la característica de funcionamiento depende de la resistencia de carga. A medida que aumenta la resistencia de carga, la corriente del ánodo disminuye y la curva de rendimiento se vuelve más plana. Cuando la resistencia de carga es constante, la curva de rendimiento se desplaza hacia la derecha si el voltaje de la fuente del ánodo disminuye, o hacia la izquierda si el voltaje del ánodo aumenta.

Usando la característica operativa, es posible calcular los cambios en la corriente del ánodo con un cambio en el voltaje de la red. También se puede determinar la tensión del ánodo, dado que cada punto de la característica de funcionamiento corresponde a una determinada tensión del ánodo.

Para construir una característica operativa del ánodo, se debe especificar una familia de características estáticas del ánodo, así como la tensión del ánodo y la resistencia de carga. La característica de funcionamiento es la línea de carga.

Usando la línea de carga, puede determinar la corriente del ánodo y el voltaje del ánodo en cualquier voltaje de la red. La línea de carga le permite resolver otros problemas. Es posible, por ejemplo, encontrar a qué tensión de red se obtiene la corriente de ánodo del valor deseado.

La característica del ánodo de trabajo en comparación con la característica de la rejilla del ánodo tiene algunas ventajas. Como es una línea recta, está construida sobre dos puntos y es más precisa. Con su ayuda, es más conveniente determinar el voltaje del ánodo, ya que se traza a lo largo de la abscisa. Para cálculos prácticos, la característica del ánodo de trabajo se usa con más frecuencia, aunque en algunos casos la característica de la rejilla del ánodo resulta ser más conveniente.

La pendiente de la característica considerada depende de la resistencia de la carga. Cuanto mayor sea la resistencia de carga, más plana será la línea de carga. Si la resistencia de carga es cero, entonces la línea de carga se convierte en una línea recta vertical.

Cuando la tensión de carga es igual a infinito, la línea de carga coincide con el eje de abscisas. En este caso, a cualquier voltaje, la corriente del ánodo es cero.

En algunos casos, es necesario construir una curva de rendimiento de la rejilla del ánodo si solo se dispone de las características estáticas del ánodo.

32. DISPOSITIVO Y FUNCIONAMIENTO DEL TETRODO

Lámparas de cuatro electrodos, o tetrodos, tienen una segunda rejilla, llamada apantallamiento, o tamiz, y situada entre la rejilla de control y el ánodo. El propósito de la rejilla de blindaje es aumentar la ganancia y la resistencia interna y reducir la capacitancia de rendimiento.

Si la rejilla de blindaje está conectada al cátodo, protege al cátodo ya la rejilla de control de la acción del ánodo. La malla protectora intercepta la mayor parte del campo eléctrico del ánodo. Se puede decir que sólo una pequeña fracción de las líneas de fuerza eléctricas que emergen del ánodo penetran en la malla de apantallamiento. El debilitamiento del campo anódico de la rejilla de apantallamiento se tiene en cuenta por el valor de la permeabilidad de esta rejilla.

El campo eléctrico que penetra a través de la rejilla de apantallamiento es luego interceptado por la rejilla de control, a través de la cual también penetra una pequeña parte de las líneas de campo. El debilitamiento del campo anódico por la rejilla de control depende de su permeabilidad. A través de ambas rejillas desde el ánodo hasta la barrera de potencial cerca del cátodo penetra una parte insignificante del número total de líneas de campo, que se caracteriza por el producto de las permeabilidades de la rejilla. Esta permeabilidad resultante de ambas rejillas se denomina permeabilidad del tetrodo.

La permeabilidad del tetrodo caracteriza la relación de los efectos del ánodo y la rejilla de control sobre la corriente del cátodo. Muestra qué proporción del efecto del voltaje de la rejilla de control sobre la corriente del cátodo es el efecto del voltaje del ánodo.

Con la ayuda de dos rejillas no muy densas, se logra una alta ganancia y una alta resistencia interna. En este caso, si se aplica un voltaje positivo significativo a la rejilla de apantallamiento, entonces las características del ánodo-rejilla del tetrodo se "dejan", es decir, el tetrodo puede operar normalmente en la región de voltajes de rejilla negativos.

La corriente de cátodo en el tetrodo es la suma de las corrientes de las rejillas de ánodo, blindaje y control.

Se aplica un voltaje positivo constante a la rejilla de blindaje, que asciende al 20-50% del voltaje del ánodo. Se crea en la sección "cátodo - rejilla de blindaje - campo de aceleración", reduciendo la barrera de potencial en el cátodo. Esto es necesario para el movimiento de electrones hacia el ánodo.

El ánodo, a través de dos rejillas, tiene un efecto muy débil sobre la barrera de potencial cercana al cátodo. Si la tensión de la rejilla de protección es cero, entonces el campo retardador creado por la tensión negativa de la rejilla de control es mucho más fuerte que el débil campo acelerador que penetra desde el ánodo. El campo resultante en la sección "rejilla de control - cátodo" resulta ser frenado. En otras palabras, el voltaje efectivo en este caso es negativo y la barrera de potencial en el cátodo es tan alta que los electrones no pueden superarla. Por tanto, la lámpara está cerrada y la corriente del ánodo es cero.

La capacitancia entre los electrodos de la lámpara disminuye aproximadamente tantas veces como aumenta la ganancia. Cuanto más gruesa es la malla de cribado, menor es su permeabilidad, más disminuye la capacidad de rendimiento. Si la rejilla de apantallamiento fuera sólida, entonces la capacitancia directa disminuiría a cero, pero la rejilla dejaría de pasar electrones al ánodo.

33. EFECTO DINATRONA EN TETRODO

Una desventaja significativa del tetrodo es efecto dinatrón del ánodo. Los electrones que golpean el ánodo eliminan los electrones secundarios. La emisión secundaria del ánodo existe en todas las lámparas, pero en diodos y triodos no tiene consecuencias y permanece imperceptible. En estas lámparas, todos los electrones secundarios que han salido del ánodo regresan a él, ya que el ánodo tiene el potencial positivo más alto en comparación con los potenciales de otros electrodos. Por lo tanto, no surge corriente de electrones secundarios.

En un tetrodo, la emisión secundaria del ánodo no se manifiesta si el voltaje de la rejilla de protección es menor que el voltaje del ánodo. Bajo esta condición, los electrones secundarios regresan al ánodo. Si el tetrodo funciona en modo de carga, entonces, con un aumento en la corriente del ánodo, la caída de voltaje en la carga aumenta y el voltaje del ánodo en algunos intervalos de tiempo puede ser menor que el voltaje constante de la rejilla de protección. Luego, los electrones secundarios, que salen volando del ánodo, no regresan a él, sino que son atraídos por la rejilla de protección, que tiene un potencial positivo más alto. Hay una corriente de electrones secundarios en dirección opuesta a la corriente de electrones primarios. La corriente total del ánodo disminuye y la corriente de la rejilla de apantallamiento aumenta. Este fenómeno se denomina efecto ánodo dinatrón.

El efecto dinatrón afecta significativamente las características del ánodo del tetrodo. Con voltaje de ánodo cero, hay una corriente de ánodo inicial muy pequeña que generalmente se puede despreciar. La corriente de rejilla de apantallamiento es la más alta. Así como ocurría en el modo de retorno en el triodo, en este caso, los electrones que volaron a través de la rejilla de apantallamiento participan en la creación de su corriente junto con aquellos electrones que son interceptados por esta rejilla. Cambiar los cambios de voltaje del ánodo ila altura de esta barrera, como resultado de lo cual la distribución del flujo de electrones entre el ánodo y la rejilla de apantallamiento cambia drásticamente.

Se pueden observar cuatro áreas en las características del ánodo del tetrodo. La primera región corresponde a voltajes de ánodo bajos, hasta aproximadamente 10–20 V. Todavía no hay emisión secundaria del ánodo, ya que la velocidad de los electrones primarios es insuficiente para eliminar los electrones secundarios. Con un aumento en el voltaje del ánodo, se observa un fuerte aumento en la corriente del ánodo y una disminución en la corriente de la rejilla de protección, lo cual es típico para el modo de retorno.

El voltaje del ánodo tiene poco efecto sobre la corriente del cátodo, ya que el campo del ánodo actúa sobre la barrera de potencial en el cátodo a través de dos rejillas. Por lo tanto, la corriente del cátodo cambia poco y su característica va con un ligero aumento.

Si el voltaje del ánodo supera los 10–20 V, aparece una emisión secundaria y se produce un efecto de dinatrón. Con un aumento en el voltaje del ánodo, la emisión secundaria del ánodo aumenta, la corriente del ánodo disminuye y la corriente de la rejilla de protección aumenta. La corriente de ánodo mínima se obtiene con el efecto dinatrón más pronunciado. En tal régimen, la corriente de electrones secundarios es la más grande. Esta corriente depende de la magnitud de la emisión secundaria y del voltaje del ánodo de rejilla de apantallamiento, que crea un campo de aceleración para los electrones secundarios.

Cuando el voltaje del ánodo se vuelve más alto que el voltaje de la rejilla de la pantalla, hay un ligero aumento en la corriente del ánodo y una ligera disminución en la corriente de la rejilla de la pantalla. La emisión secundaria del ánodo existe en esta región, pero todos los electrones secundarios regresan al ánodo, es decir, no hay efecto de dinatrón del ánodo. Por otro lado, los electrones secundarios eliminados de la rejilla de protección golpean el ánodo, por lo que la corriente del ánodo aumenta un poco y la corriente de la rejilla de protección disminuye.

Para evitar que ocurra el efecto dinatrón, el voltaje de la rejilla de blindaje siempre debe ser menor que el voltaje del ánodo.

34. DISPOSITIVO Y FUNCIONAMIENTO DEL PENTOD

El principal inconveniente del tetrodo, el efecto dinatrón, condujo al desarrollo y uso generalizado de lámparas de cinco electrodos llamadas pentodos. En ellos, todas las propiedades positivas de los tetrodos son aún más pronunciadas y, al mismo tiempo, se elimina el efecto dinatrón.

En el pentodo, para eliminar el efecto dinatrón, existe una rejilla más situada entre el ánodo y la rejilla de apantallamiento. Se llama rejilla protectora, ya que protege la lámpara de la aparición del efecto dinatrón. También hay otros nombres para esta cuadrícula: antidynatron, antidynatron, pentodo, tercero.

La rejilla protectora suele estar conectada al cátodo, es decir, tiene un potencial cero con respecto al cátodo y negativo con respecto al ánodo. En algunos casos, se aplica un pequeño voltaje de CC a la rejilla protectora. Por ejemplo, para aumentar la potencia útil, los pentodos del generador funcionan con un voltaje positivo en la rejilla protectora, y para modular las oscilaciones cambiando el voltaje de la rejilla protectora, se establece un sesgo negativo. Sin embargo, incluso en estos casos, el potencial de la rejilla protectora suele permanecer mucho más bajo que el potencial del ánodo, y el efecto antidinatrón de esta rejilla es aproximadamente el mismo que en su potencial cero.

En muchos pentodos, la rejilla protectora está conectada al cátodo dentro de la lámpara, y luego el voltaje en esta rejilla es siempre cero. Si hay una salida de rejilla protectora, entonces su conexión con el cátodo se realiza en la instalación del circuito.

La función de la rejilla protectora es que se crea un campo eléctrico entre ella y el ánodo, que se ralentiza, se detiene y devuelve al ánodo los electrones secundarios eliminados del ánodo. No pueden penetrar la rejilla de blindaje, incluso si su voltaje es mayor que el del ánodo, y el efecto dinatrón se elimina por completo.

En el área entre el blindaje y las rejillas protectoras para los electrones que vuelan desde el cátodo, se crea un campo de desaceleración y puede parecer que esto causará una disminución en la corriente del ánodo. Sin embargo, los electrones, habiendo recibido una gran velocidad bajo la acción del campo acelerador de la rejilla de apantallamiento y volando a través de ella, alcanzan la rejilla protectora y no pierden completamente su velocidad, ya que en el espacio entre las vueltas de esta rejilla el potencial no es cero, sino positivo.

En los conductores de la rejilla protectora el potencial es cero y en los espacios entre ellos el potencial es mayor que cero, pero menor que en el ánodo. En el espacio entre el ánodo y la malla protectora se crea una barrera de potencial secundaria que los electrones secundarios expulsados ​​del ánodo no pueden superar. Esta barrera afecta significativamente el proceso de distribución de corriente en el pentodo.

Los pentodos difieren de los tetrodos en una mayor ganancia, alcanzando varios miles para algunos pentodos. Esto se debe al hecho de que la rejilla protectora actúa como una rejilla de protección adicional. Por lo tanto, en el pentodo, la acción del ánodo es incluso más débil que en el tetrodo en comparación con la acción de la rejilla de control. En consecuencia, también aumenta la resistencia interna, que para algunos pentodos alcanza millones de ohmios. La capacitancia pasante se vuelve aún más pequeña que la de los tetrodos. La pendiente de los pentodos es del mismo orden que la de los triodos y tetrodos, es decir, dentro de 1-50 mA/V.

El pentodo se puede convertir en un diodo equivalente de la misma manera que se hizo con el tetrodo. La permeabilidad de un pentodo es un valor muy pequeño. En consecuencia, la ganancia del pentodo puede ser muy grande.

35. PARÁMETROS DE TETRODOS Y PENTODOS

Parámetros estáticos de tetrodos y pentodos. se determinan de manera similar a los parámetros del triodo. Para la determinación práctica de los parámetros se toma la razón de incrementos finitos.

La rejilla de control en tetrodos y pentodos está ubicada en relación con el cátodo de la misma manera que en los triodos. Por lo tanto, la inclinación de los tetrodos y pentodos es del mismo orden que la de los triodos, es decir es unidades o decenas de miliamperios por voltio, aunque se obtiene cierta disminución en la pendiente debido a que la corriente del ánodo es siempre menor que la corriente del cátodo.

Debido al hecho de que la acción del voltaje del ánodo en el tetrodo o pentodo se debilita muchas veces, la resistencia interna es decenas y cientos de veces mayor que la del tetrodo y alcanza cientos de kiloohmios.

La resistencia interna depende fuertemente del proceso de distribución de corriente, ya que cuando cambia el voltaje del ánodo, la corriente del ánodo cambia debido a este proceso. Podemos suponer que la resistencia interna del pentodo consta de dos resistencias conectadas en paralelo. Uno de ellos está determinado por la acción del campo del ánodo a través de las tres rejillas sobre la barrera de potencial en el cátodo, por lo que hay un cambio muy pequeño en la corriente del ánodo. Cuanto más gruesa es la rejilla, mayor es esta resistencia. La segunda resistencia está determinada por el cambio en la corriente del ánodo debido al proceso de distribución de corriente y suele ser mucho menor que la primera resistencia.

El factor de amplificación puede ser decenas y cientos de miles de veces mayor que el de los triodos, es decir, su valor alcanza cientos y miles.

En tetrodos y pentodos, la corriente del cátodo siempre es mayor que la corriente del ánodo, ya que la corriente de la rejilla de apantallamiento siempre existe junto con la corriente del ánodo.

Debido a las importantes características no lineales del tetrodo y el pentodo, los parámetros cambian bastante cuando cambia el modo. Con un aumento en el voltaje negativo de la rejilla de control, es decir, con una disminución en la corriente del ánodo, la pendiente disminuye y la resistencia interna y la ganancia aumentan. Una característica de los tetrodos y pentodos en comparación con los triodos es la fuerte dependencia de la ganancia del modo.

Si las características están entrelazadas en el modo de retorno, entonces la pendiente y la ganancia pueden tener valores iguales a cero y menores que cero.

Con un aumento en el voltaje negativo de la rejilla de control, las características del ánodo en el área de trabajo se vuelven más planas y más cercanas entre sí, lo que corresponde a un aumento en la resistencia interna y una disminución en la pendiente.

En algunos circuitos, se usa un tetrodo o pentodo de modo que su parte triodo, que consta de un cátodo, una rejilla de control y una rejilla de pantalla, opera en una etapa y la lámpara completa es parte de otra etapa.

La pendiente y la ganancia de la rejilla de blindaje no suelen tener interés, ya que la rejilla de blindaje, por regla general, no se utiliza como rejilla de control y el voltaje en ella es constante.

Además de los parámetros considerados, existen otros similares a los indicados para el triodo. Al calcular los modos de operación y la aplicación práctica de tetrodos y pentodos, es necesario tener en cuenta los valores límite de corrientes, voltajes y potencias, en particular, es importante la potencia límite liberada en la rejilla de protección.

36. DISPOSITIVO Y FUNCIONAMIENTO DEL TETRODO DE HAZ

Los pentodos posteriores se desarrollaron y proliferaron. haz de tetrodos. En ellos, el efecto dinatrón se elimina mediante la creación de una barrera de potencial infranqueable para los electrones secundarios eliminados del ánodo, que se encuentra entre la rejilla de protección y el ánodo.

El tetrodo de haz en comparación con el tetrodo convencional tiene las siguientes características de diseño. Se ha aumentado la distancia entre la rejilla de blindaje y el ánodo. La rejilla de control y protección tiene el mismo número de vueltas, y sus vueltas están ubicadas exactamente una frente a la otra.

Los flujos de electrones se concentran en el espacio entre las rejillas. Gracias a esto, los electrones vuelan del cátodo al ánodo en haces más densos: "rayos". Para evitar que los electrones vuelen en dirección a los soportes de la rejilla, hay pantallas especiales o placas formadoras de haces conectadas al cátodo. Además, las partes de la superficie del cátodo situadas contra los soportes de rejilla no están cubiertas con una capa de óxido y, por tanto, no emiten.

Un tetrodo de haz produce flujos de electrones más densos que un tetrodo convencional. Un aumento en la densidad de corriente da como resultado un aumento en la densidad de carga espacial. Esto, a su vez, provoca una disminución del potencial en el espacio entre el ánodo y la malla protectora. Si el voltaje del ánodo es menor que el de la rejilla de blindaje, entonces se observa un efecto dinatrón en un tetrodo convencional, pero no ocurrirá en un tetrodo de haz, ya que se forma una barrera potencial para los electrones secundarios en la brecha "rejilla de blindaje - ánodo". .

Los electrones secundarios, que tienen velocidades iniciales relativamente bajas, no pueden superar la barrera de potencial y alcanzar la rejilla de apantallamiento, aunque el voltaje en esta última es mayor que en el ánodo. Los electrodos primarios, que tienen altas velocidades obtenidas debido al voltaje de la rejilla de apantallamiento, superan la barrera de potencial y caen sobre el ánodo.

En los tetrodos convencionales, la rejilla de apantallamiento "rompe" los flujos de electrones e intercepta muchos electrones. Los soportes de rejilla tienen el mismo efecto. Por lo tanto, en los tetrodos ordinarios no se obtienen flujos de electrones suficientemente densos y no se crea la barrera de potencial necesaria para los electrones secundarios.

La formación de una barrera de potencial se ve facilitada por una mayor distancia entre la rejilla de apantallamiento y el ánodo. Cuanto mayor es esta distancia, más electrones obstaculizados con bajas velocidades se encuentran aquí. Son estos electrones los que aumentan el volumen de carga negativa y la disminución del potencial se vuelve más significativa.

La ventaja de los tetrodos de haz en comparación con los tetrodos convencionales es también una corriente de rejilla de apantallamiento significativamente más baja. Es inútil y su reducción es muy deseable. En los tetrodos de haz, los electrones vuelan a través de los espacios de la rejilla de protección y casi no son interceptados por ella. Por lo tanto, la corriente de la rejilla de apantallamiento no supera el 5-7% de la corriente del ánodo.

Las características de la rejilla del ánodo de los tetrodos de haz son las mismas que las de los tetrodos o pentodos convencionales.

En potentes etapas de amplificación de baja y alta frecuencia, los tetrodos de haz reemplazan con éxito a los pentodos. Para obtener un rendimiento mejorado, se producen pentodos de haz. Sus rejillas son similares a las de un tetrodo de haz, y los electrones vuelan hacia el ánodo en haces a través de los huecos de la rejilla protectora. Por lo tanto, para los pentodos de haz, la corriente de rejilla de apantallamiento es mucho menor que para los pentodos convencionales.

37. PRINCIPIO DE CONVERSIÓN DE FRECUENCIA

La conversión de frecuencia es cualquier cambio en la frecuencia. Por ejemplo, al rectificar una corriente alterna con una frecuencia, se convierte en corriente continua, en la que la frecuencia es cero. En los generadores, la energía de corriente continua que tiene una frecuencia igual a cero se convierte en energía de corriente alterna de la frecuencia deseada.

La tensión auxiliar se obtiene de un generador de baja potencia llamado heterodino. A la salida del convertidor se obtiene una oscilación con una nueva frecuencia convertida, que se denomina frecuencia intermedia.

Se debe utilizar un dispositivo no lineal o paramétrico como convertidor de frecuencia.

Si el convertidor de frecuencia fuera un dispositivo lineal, simplemente agregaría dos oscilaciones. Por ejemplo, agregar dos oscilaciones con frecuencias cercanas, pero no múltiples, daría como resultado latidos, es decir, una oscilación compleja en la que la frecuencia cambiaría dentro de ciertos límites alrededor del valor promedio, y la amplitud cambiaría con una frecuencia igual a la frecuencia diferencia. Dichos latidos no contienen un componente de oscilación con una nueva frecuencia. Pero si se detectan (rectifican) los latidos, entonces, debido a la no linealidad de este proceso, aparece un componente con una frecuencia intermedia.

A la salida del convertidor de frecuencia se obtiene una oscilación compleja, que tiene componentes de muchas frecuencias.

Todas las frecuencias nuevas, que son combinaciones de frecuencias y sus armónicos, se denominan frecuencias de combinación. Seleccionando una frecuencia auxiliar adecuada, se puede obtener una nueva frecuencia.!

Entre las nuevas frecuencias se encuentran los armónicos de las oscilaciones originales con frecuencias varias veces superiores a las originales. Pero se pueden obtener más fácilmente con una distorsión no lineal de uno de los voltajes de entrada. No es necesaria la presencia de dos tensiones para la aparición de armónicos.

Como regla general, las amplitudes de las oscilaciones combinadas (y los armónicos) son tanto más pequeñas cuanto más altos son los valores de frecuencia. Por lo tanto, en la mayoría de los casos, la oscilación de la frecuencia de diferencia y, a veces, la frecuencia total, se utiliza como la oscilación de una nueva frecuencia intermedia. Rara vez se utilizan frecuencias combinadas de un orden superior.

La conversión de frecuencia en los receptores de radio en la mayoría de los casos se lleva a cabo de tal manera que al recibir señales de diferentes estaciones de radio que operan en diferentes frecuencias, se crean oscilaciones de la misma frecuencia intermedia. Esto permite obtener una alta ganancia y una alta selectividad, y se mantienen casi constantes en todo el rango de frecuencias de las señales recibidas. Además, a una frecuencia intermedia constante se obtiene un funcionamiento más estable de las etapas amplificadoras y su diseño es mucho más sencillo que las etapas diseñadas para un rango de frecuencia.

En los receptores de radio y los dispositivos de medición de radio, la frecuencia de diferencia se usa con mayor frecuencia como frecuencia intermedia, y la frecuencia auxiliar suele ser más alta que la frecuencia de la señal convertida. Esta relación entre frecuencias es necesaria si la frecuencia intermedia ha de ser superior a la frecuencia de la señal.

38. LÁMPARAS PARA CONVERSIÓN DE FRECUENCIA

Se utilizan varios dispositivos no lineales o paramétricos para la conversión de frecuencia. Por ejemplo, en los receptores de ondas decimétricas y centimétricas, los diodos de vacío o semiconductores funcionan en convertidores de frecuencia. Los triodos se utilizan para convertir frecuencias en los rangos de onda de decímetro y metro.

Transformación se lleva a cabo de la siguiente manera. Se aplica un voltaje a la lámpara con las frecuencias de la señal y la frecuencia auxiliar. Luego, la corriente del ánodo de la lámpara pulsa simultáneamente con estas frecuencias. Debido al hecho de que la lámpara es un dispositivo no lineal o paramétrico, en su corriente anódica aparecen componentes con frecuencias combinadas. Un circuito oscilatorio de ánodo está sintonizado con uno de ellos, generalmente el de diferencia. Tiene una alta resistencia solo para la corriente de frecuencia resonante y produce un voltaje amplificado solo con una frecuencia intermedia. Así, el circuito destaca las oscilaciones de la frecuencia intermedia.

En los circuitos de convertidores de frecuencia, es necesario eliminar la conexión entre los circuitos de señal de entrada y los circuitos del oscilador local, si es posible. Por lo general, en ambos hay circuitos oscilatorios. Si hay una conexión entre ellos, hay una influencia de un circuito sobre otro, una violación de su sintonización correcta, un deterioro en la estabilidad de la frecuencia del oscilador local y, en ausencia de un amplificador de alta frecuencia, una radiación espuria de las oscilaciones del oscilador local y, en ausencia de un amplificador de alta frecuencia, la radiación parásita de las oscilaciones del oscilador local a través de la antena del receptor.

Cuando se usa un triodo, los voltajes de señal y LO se aplican al circuito de la red y esto da como resultado un acoplamiento significativo entre los circuitos de señal y LO. Un método similar de conversión de frecuencia se llama cuadrícula única.

La atenuación del acoplamiento entre la señal y los circuitos del oscilador local se logra mediante una conversión de frecuencia de doble rejilla, que se puede lograr usando un pentodo si se usa como un tubo de doble control. En este caso, la suma de la señal y las oscilaciones del oscilador local se produce en el flujo de electrones dentro de la lámpara debido al hecho de que las oscilaciones se aplican a diferentes rejillas. La tensión de señal se suministra a la red de control y la tensión del oscilador local se suministra a la red de protección, que se utiliza como segunda red de control. Si el voltaje de esta rejilla permanece significativamente por debajo del voltaje mínimo del ánodo, entonces todavía actúa como rejilla protectora. La rejilla de blindaje elimina casi por completo el acoplamiento capacitivo parásito entre la señal y los circuitos del oscilador local.

La lámpara en la que se lleva a cabo la conversión de frecuencia a veces se llama mezclar, ya que en ella se suman dos oscilaciones de diferente frecuencia, y la cascada en que opera esta lámpara se llama mezclador. Así, la conversión de frecuencia consta de un mezclador y un oscilador local, cada uno de los cuales debe tener su propia lámpara.

Las lámparas multielectrodos con doble control para conversión de frecuencia - heptodos - tienen dos rejillas de control y funcionan simultáneamente en un mezclador y un oscilador local, es decir, reemplazan dos lámparas; se utilizan en receptores de onda media y corta, pero no funcionan bien en VHF.

El heptodo tiene cinco rejillas. La ventaja de los heptodos es la presencia de una rejilla protectora, por lo que aumenta la resistencia interna de la lámpara.

Cuando los heptodos operan en longitudes de onda inferiores a 20 m, la estabilidad de la frecuencia del oscilador local resulta insuficiente y es necesario utilizar un oscilador local con una lámpara separada, es decir, utilizar el heptodo solo como mezclador y no como convertidor. lámpara. Sobre estas ondas, los pentodos y triodos dan los mejores resultados en convertidores de frecuencia.

39. CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS DE LAS LÁMPARAS CON DOBLE MANDO

todos lámparas multirred de doble control Tienen una rejilla de pantalla y son similares a pentodos o tetrodos, a los que se les añaden rejillas, formando una parte triodo (heterodina). En cuanto a sus características y parámetros, estas lámparas son similares a los pentodos y tetrodos, y en cuanto a las características y parámetros de la parte del triodo, son similares a los triodos convencionales. Además, las lámparas de control dual tienen características y parámetros adicionales debido a la presencia de dos rejillas de control.

La corriente del ánodo aumenta con un cambio positivo en los voltajes de ambas rejillas. La pendiente a lo largo de la primera rejilla es mayor cuanto mayor es el voltaje de la red. Si el voltaje cambia en una dirección positiva, entonces la barrera de potencial en el cátodo disminuye y un número creciente de electrodos supera esta barrera. En consecuencia, aumentan la corriente del cátodo, la corriente del ánodo y la corriente de la rejilla de apantallamiento.

Cuando cambia el voltaje, cambia la distribución de corriente entre el ánodo y la rejilla, similar a la observada en el pentodo cuando cambia el voltaje de su rejilla protectora.

El doble control de la corriente del ánodo se reduce al hecho de que cambiar el voltaje de una rejilla de control cambia la pendiente de la característica en la otra rejilla de control. Debido al cambio de pendiente, principal parámetro que caracteriza la acción de control de la red, bajo la influencia de la tensión de otra red de control, la lámpara es un dispositivo paramétrico adecuado para la conversión de frecuencia.

El proceso de conversión de frecuencia en una lámpara de control dual se puede explicar usando la familia de características de heptodo. Dado que el circuito oscilatorio del ánodo está sintonizado a una frecuencia intermedia y tiene baja resistencia en las frecuencias de la señal y del oscilador local, la lámpara prácticamente funciona en modo sin carga para las oscilaciones de estas frecuencias y los cambios en la corriente del ánodo se determinan a partir de las características estáticas.

El parámetro más importante que caracteriza a las lámparas convertidoras de frecuencia es la pendiente de conversión. Representa la relación de la amplitud del primer armónico de la componente variable de la frecuencia intermedia, obtenida en la corriente del ánodo, a la amplitud del voltaje de la señal. En este caso, los voltajes en las rejillas de blindaje y protección y el ánodo son constantes.

La pendiente de la conversión aumenta con el aumento de la amplitud del voltaje del oscilador local.

Muchos tubos convertidores de frecuencia tienen características extendidas para el control automático de ganancia de la etapa de conversión. Pero luego, cuando se reciben señales fuertes, es decir, cuando el punto de operación se desplaza a las secciones no lineales inferiores de la característica, las amplitudes de las oscilaciones combinadas aumentan bruscamente, lo que puede causar interferencias en el receptor.

En los equipos modernos, se utilizan lámparas combinadas que tienen dos y, a veces, tres o cuatro sistemas separados de electrodos en un cilindro. El uso de tales lámparas reduce las dimensiones del equipo y simplifica la instalación. En representaciones esquemáticas de lámparas combinadas, por simplicidad, a menudo se muestran solo un calentador y un cátodo. En muchas lámparas, especialmente aquellas diseñadas para altas frecuencias, se instalan pantallas para eliminar el acoplamiento capacitivo parásito entre los sistemas de electrodos individuales.

El diseño de los electrodos de las lámparas combinadas es diferente. A menudo hay sistemas de electrodos separados con una pantalla. En algunas lámparas, se hace un cátodo común, y los flujos de electrones provenientes de diferentes partes de su superficie se utilizan cada uno en su propio sistema de electrodos. Es posible instalar sistemas de electrodos con pantallas de separación a lo largo del cátodo común.

40. TIPOS ESPECIALES DE LÁMPARAS DE RECEPCIÓN Y AMPLIFICADORES

Pendiente creciente se logra reduciendo la distancia rejilla-cátodo a varias decenas de micrones. Pero la fabricación de lámparas con una distancia pequeña entre la rejilla y el cátodo es difícil y no suficientemente fiable, ya que existe el peligro de que la rejilla entre en cortocircuito con la superficie irregular del cátodo de óxido. Otro método para aumentar la transconductancia es utilizar una rejilla catódica situada entre la rejilla de control y el cátodo y que tenga algún potencial positivo. Los electrones emitidos por el cátodo son acelerados por la rejilla catódica, vuelan hacia sus espacios y crean una región de mayor densidad de carga espacial y una segunda barrera de potencial a una distancia muy corta de la rejilla de control. La tensión de la rejilla de control influye mucho en su altura. Como resultado, la rejilla de control puede controlar el flujo de electrones de manera muy eficiente.

En lámparas con emisión secundaria se consigue un aumento significativo de la transconductancia. Durante mucho tiempo se han llevado a cabo investigaciones sobre el uso de emisiones secundarias en las lámparas, pero durante mucho tiempo no fue posible construir lámparas que funcionen de manera estable y no generen demasiado ruido por sí mismas. La razón de este ruido es la irregularidad del proceso de emisión secundaria. Se han encontrado nuevas aleaciones de metales pesados ​​con metales ligeros, por ejemplo cobre con berilio, que dan lugar a emisiones secundarias elevadas y estables. Al utilizarlas se reduce el ruido, aunque sigue siendo mayor que en las lámparas convencionales.

Las lámparas con emisión secundaria tienen un electrodo adicional: un cátodo de emisión secundaria (dynode). Se le aplica un potencial positivo, menor que al ánodo. Los electrones primarios que vuelan desde el cátodo golpean el cátodo de emisión secundario y eliminan los electrones secundarios, que vuelan hacia el ánodo, que tiene un potencial positivo más alto. El flujo de electrones secundarios es varias veces mayor que el flujo de electrones secundarios. Es por eso que la inclinación de la lámpara es alta.

La corriente del cátodo de emisión secundaria es ligeramente menor que la corriente del ánodo y en la parte exterior del circuito tiene una dirección opuesta a la corriente del ánodo. La pendiente de la lámpara en términos de la corriente del cátodo de emisión secundaria suele ser ligeramente menor que la pendiente en términos de la corriente del ánodo. Los electrones de la corriente del ánodo se mueven a lo largo del conductor de la parte exterior del circuito del ánodo desde el ánodo, y los electrones de la corriente del cátodo de emisión secundaria en el circuito externo se mueven hacia este cátodo, ya que dentro de la lámpara salen más electrones secundarios. que los primarios vienen a ella.

Cuando se aplica una tensión alterna a la red, debido a los sentidos opuestos de las corrientes del ánodo y del cátodo de emisión secundaria, las resistencias de carga incluidas en los circuitos de estos electrodos reciben tensiones alternas amplificadas que se encuentran en antifase.

La etapa de amplificación normal invierte la fase del voltaje. Y en el circuito del cátodo de emisión secundaria se obtiene una tensión amplificada que coincide en fase con la tensión alterna de la red. Esta propiedad hace que sea muy fácil implementar una retroalimentación positiva entre los circuitos del cátodo de emisión secundaria y la rejilla de control para generar oscilaciones de varias formas, aumentar la ganancia, reducir el ancho de banda de las oscilaciones transmitidas y para otros fines.

Se producen triodos y tetrodos de metal-cerámica amplificadores de recepción subminiatura, llamados nuvistores Están diseñados para amplificar, generar y convertir frecuencia. Tienen un cilindro de cerámica-metal en miniatura.

41. TIPOS DE DESCARGA ELÉCTRICA EN GASES

Distinguir entre descargas independientes y no autosuficientes en un gas. autodescarga sustentada únicamente por tensión eléctrica. Descarga no propia puede existir siempre que, además de la tensión eléctrica, existan otros factores ionizantes externos. Pueden ser rayos de luz, radiación radiactiva, emisión termoiónica de un electrodo calentado, etc. Consideremos los principales tipos de descargas eléctricas que se encuentran en los dispositivos iónicos.

La descarga oscura (o silenciosa) no es autosuficiente. Se caracteriza por densidades de corriente del orden de microamperios por centímetro cuadrado y una densidad de carga volumétrica muy baja. El campo creado por el voltaje aplicado prácticamente no cambia durante una descarga oscura debido a las cargas espaciales, es decir, su influencia puede despreciarse. No hay resplandor de gas. En los dispositivos iónicos para radioelectrónica no se utiliza una descarga oscura, pero precede a la aparición de otros tipos de descarga.

La descarga luminiscente se refiere a independiente. Se caracteriza por el resplandor del gas, que recuerda al resplandor de un cuerpo humeante. La densidad de corriente durante esta descarga alcanza unidades y decenas de miliamperios por centímetro cuadrado y se obtienen cargas espaciales que afectan significativamente el campo eléctrico entre los electrodos. El voltaje requerido para una descarga luminiscente es de decenas o cientos de voltios. La descarga se mantiene debido a la emisión de electrones del cátodo bajo el impacto de los iones.

Los principales dispositivos de descarga luminiscente son diodos zener - estabilizadores de voltaje iónico, lámparas de gas, tiratrones de descarga luminosa, lámparas indicadoras digitales y decatrones - dispositivos de conteo de iones.

Se obtiene una descarga de arco a densidades de corriente mucho más altas que en una descarga luminiscente. Los dispositivos de descarga de arco no autosuficientes incluyen gastrons y tiratrones de cátodo caliente; en válvulas de mercurio (exitrones) e ignitrones con cátodo de mercurio líquido, así como en descargadores de gas, se produce una descarga de arco independiente.

La descarga del arco puede ser no sólo a presión atmosférica reducida, sino también normal o elevada.

Una descarga de chispa es similar a una descarga de arco. Es una descarga eléctrica de corta duración (impulso) a una presión de gas relativamente alta, por ejemplo, a la presión atmosférica normal. Por lo general, en una chispa se observa una serie de descargas pulsadas que se suceden una tras otra.

Las descargas de alta frecuencia pueden ocurrir en un gas bajo la acción de un campo electromagnético alterno incluso en ausencia de electrodos portadores de corriente (descarga sin electrodos).

La descarga de corona es independiente y se utiliza en dispositivos de iones para la estabilización de voltaje. Se observa a presiones de gas relativamente altas en los casos en que al menos uno de los electrodos tiene un radio de curvatura muy pequeño. Luego, el campo entre los electrodos resulta ser heterogéneo y cerca del electrodo puntiagudo, llamado corona, la intensidad del campo aumenta considerablemente. La descarga de corona ocurre a un voltaje del orden de cientos o miles de voltios y se caracteriza por corrientes bajas.

42. DESCARGA INCANDESCENTE

Considere una descarga luminiscente entre electrodos planos. En ausencia de descarga, cuando no hay descargas volumétricas, el campo es uniforme y el potencial entre los electrodos se distribuye según una ley lineal. En un dispositivo electrónico (de vacío), en presencia de emisión, existe una carga espacial negativa que crea una barrera de potencial cerca del cátodo. Esta barrera evita que se genere una gran corriente de ánodo.

En un dispositivo iónico con descarga luminosa se crea una carga espacial positiva debido a la gran cantidad de iones positivos. Provoca un cambio en el potencial en el espacio ánodo-cátodo en dirección positiva.

En un dispositivo de iones, la distribución de potencial es tal que casi todo el voltaje del ánodo cae en una capa delgada de gas cerca del cátodo. Esta zona se llama parte del cátodo del espacio de descarga. Su grosor no depende de la distancia entre los electrodos.

Se crea un fuerte campo de aceleración cerca del cátodo. El ánodo, por así decirlo, se acerca al cátodo. El papel del ánodo lo realiza una nube de iones con una carga positiva "colgando" sobre el cátodo. Como resultado, se compensa el efecto de la carga espacial negativa y no hay barrera de potencial cerca del cátodo.

La segunda parte del espacio de descarga se caracteriza por una pequeña caída de tensión. La intensidad de campo en él es pequeña. Se llama la región de plasma gaseoso o de iones electrónicos. Una parte adyacente al ánodo y causada por la parte del ánodo del espacio de descarga, o el área de la caída del potencial del ánodo, está aislada de él. El área entre las partes del cátodo y el ánodo se denomina columna de descarga. La parte del ánodo no es importante y se puede considerar la columna de descarga y la parte del ánodo como una región de plasma.

Plasma Es un gas altamente ionizado en el que el número de electrones e iones es casi el mismo. En el plasma, el movimiento aleatorio de las partículas prevalece sobre su movimiento dirigido. Pero aún así, los electrones se mueven hacia el ánodo y los iones hacia el cátodo.

Las fuerzas de campo que actúan sobre los electrones y los iones son las mismas y solo de dirección opuesta, ya que las cargas de estas partículas son iguales, pero de signo opuesto. Pero la masa de un ion es miles de veces mayor que la masa de un electrón. Por lo tanto, los iones reciben aceleraciones correspondientemente más pequeñas y adquieren velocidades relativamente bajas. En comparación con los electrones, los iones son casi inmóviles. Por tanto, la corriente en los dispositivos iónicos es prácticamente el movimiento de electrones. La fracción de la corriente de iones es muy pequeña y puede ignorarse. Los iones hacen su trabajo. Crean una carga espacial positiva, que supera con creces la carga espacial negativa y destruye la barrera de potencial cerca del cátodo.

La región de voltaje del cátodo juega un papel importante. Los iones que han penetrado en esta región desde el plasma se aceleran aquí. Al golpear el cátodo a alta velocidad, los iones eliminan electrones. Este proceso es necesario para mantener la descarga. Si la velocidad de los iones es insuficiente, la emisión de electrones no funcionará y la descarga se detendrá. Los electrones que escapan del cátodo también son acelerados en la región de caída del cátodo y vuelan hacia el plasma a una velocidad mucho mayor que la necesaria para la ionización de los átomos de gas. Los electrones chocan con los átomos de gas en varias partes del plasma. Por lo tanto, la ionización tiene lugar en todo el volumen. La recombinación también tiene lugar en el plasma.

Solo una pequeña parte de los iones que han surgido en el plasma participan en la creación de la emisión de electrones del cátodo. La mayoría de los iones se recombinan con los electrones y no llegan al cátodo.

43. ESTABILITRONES

Los dispositivos de descarga incandescente o corona son diodos zener. Los diodos zener de descarga luminiscente más utilizados funcionan en el modo de voltaje de cátodo normal.

Dado que la descarga oscura que precede a la descarga luminiscente no se usa, no tiene interés, no se muestra en la característica de voltios-amperios del diodo zener. El punto de descarga se muestra en el eje vertical. En la práctica, este es el caso, porque un miliamperímetro para medir la corriente de descarga luminiscente no mostrará una corriente de descarga oscura despreciable.

La región de caída catódica normal adecuada para la estabilización está limitada por las corrientes mínima y máxima. A una corriente inferior al mínimo, la descarga puede detenerse. La corriente máxima corresponde al inicio del modo de caída catódica anómala o alcanza el calentamiento máximo de los electrodos.

El pico de corriente cuando ocurre una descarga puede ser diferente dependiendo de la resistencia de la resistencia. Si es grande, aparece una corriente relativamente pequeña, y si toma una pequeña, aparece una corriente grande. Para la estabilización, esto es desventajoso, ya que se reduce el área de estabilización de tensión. Con una resistencia baja, puede ocurrir incluso un salto de corriente en la región de una caída de cátodo anómala, y la estabilización no funcionará en absoluto. Así, una resistencia limitadora con resistencia suficiente es necesaria por dos motivos: para que no se produzca un aumento excesivo de corriente (cortocircuito) y para que pueda existir un modo de estabilización de tensión.

Cuanto mayor es el área del cátodo, más amplia se obtiene la región de estabilización, ya que la corriente mínima permanece sin cambios y la corriente máxima aumenta en proporción al área del cátodo. Por lo tanto, los diodos zener se caracterizan por un cátodo con una gran superficie. El ánodo se hace de tamaño pequeño, pero no debe sobrecalentarse por la corriente máxima.

Los diodos zener de descarga luminiscente de dos electrodos más comunes con un cátodo cilíndrico hecho de níquel o acero. El ánodo es un alambre con un diámetro de 1-1,5 mm. El globo se llena con una mezcla de gases inertes (neón, argón, helio) a una presión de decenas de milímetros de mercurio.

Los parámetros del diodo zener son: tensión normal de funcionamiento o tensión de estabilización correspondiente al punto medio de la región de estabilización, tensión de iniciación de descarga, corriente mínima y máxima, cambio de tensión de estabilización y resistencia interna a la corriente alterna. Usando diferentes mezclas de gases, se selecciona el valor deseado del voltaje de estabilización.

Los diodos zener de descarga de corona se caracterizan por altos voltajes y bajas corrientes. En tales diodos zener, los electrodos cilíndricos están hechos de níquel. El cilindro está lleno de hidrógeno y el voltaje de estabilización depende de la presión del gas. Las corrientes de operación están en el rango de 3-100 μA. La resistencia de CA interna de estos diodos zener es de cientos de kiloohmios. El proceso de descarga de los diodos zener de descarga corona dura entre 15 y 30 s.

Los diodos Zener suelen operar en un modo en el que la resistencia de la carga es constante y el voltaje de la fuente es inestable.

Para estabilizar voltajes más altos, los diodos zener se conectan en serie, generalmente no más de dos o tres. Pueden ser para diferentes voltajes, pero para las mismas corrientes mínimas y máximas.

44. TRONES DE GAS

gasotrones - Son diodos iónicos con descarga de arco no autosostenida, que se mantiene por emisión termoiónica del cátodo. La finalidad de los gastrons es rectificar la corriente alterna. En la actualidad se utilizan gastrones con un gas inerte en forma de argón o una mezcla de xenón-criptón a una presión del orden de unos pocos milímetros de mercurio.

La mayoría de los gastrons tienen un cátodo de óxido de calentamiento directo o indirecto. En los gastronómicos más potentes tiene una superficie importante. El ánodo en forma de disco, semiesfera o cilindro tiene un tamaño relativamente pequeño. Los gasotrones se caracterizan por un voltaje de filamento bajo, no más de 5 V. Si se aplica un voltaje más alto, puede ocurrir una descarga de arco entre los extremos del calentador, lo que desperdiciará la energía de la fuente de filamento. Con un voltaje de calentamiento bajo, los cátodos de los potentes gastrones deben alimentarse con una corriente alta. La ventaja de los gastrons sobre los kenotrones radica en la baja caída de voltaje en el propio gastron. Es de aproximadamente 15-20 V y casi no depende de la corriente del ánodo. Por lo tanto, la eficiencia de los rectificadores de gastron es mayor que la de los rectificadores de kenotron, y es mayor cuanto mayor es el voltaje rectificado. En los rectificadores de alto voltaje basados ​​en gastrons, la eficiencia puede llegar hasta el 90% o más.

Antes de que ocurra la descarga, se observa una corriente de electrones en el gastron, que aumenta al aumentar el voltaje de la misma manera que en un diodo de vacío. Esta corriente es muy pequeña y no tiene importancia práctica.

La ocurrencia de una descarga de arco se obtiene a un voltaje ligeramente mayor que el potencial de ionización. Dado que el gastronómico se enciende necesariamente a través de una resistencia limitadora, después del inicio de una descarga, aparece una caída de voltaje en la resistencia y el voltaje en el gastronómico disminuye ligeramente.

Con un aumento en el voltaje de la fuente, la corriente en el gastron aumenta y la caída de voltaje cambia ligeramente, aunque no permanece constante, como en los diodos zener. El uso de un gastron para la estabilización está fuera de discusión, ya que no es rentable obtener un bajo voltaje con un gasto de energía importante para calentar el gastron. El voltaje de operación en el gastron es del mismo orden que el potencial de ionización, es decir, 15-25 V.

La relativa constancia del voltaje en el gastron no se obtiene debido al régimen de voltaje catódico característico de los dispositivos de descarga luminiscente. En los gastrónomos, el área del cátodo no cambia, pero a medida que aumenta la corriente, la resistencia del dispositivo a la corriente continua disminuye, ya que aumenta la ionización y, en consecuencia, el número de electrones e iones por unidad de volumen. Además, la carga espacial positiva de los iones se acerca al cátodo, lo que equivale a una disminución de la distancia ánodo-cátodo.

En un gastron, la distribución de potencial en el espacio "ánodo-cátodo" es aproximadamente la misma que en los dispositivos de descarga luminiscente, pero el voltaje del ánodo es más bajo y hay una barrera de potencial cerca del cátodo, como en los tubos de electrones.

El cátodo en el gastron opera en condiciones difíciles debido a su bombardeo con iones positivos. Al tener una masa relativamente grande, los iones destruyen la capa de óxido si su velocidad excede el valor permitido.

45. TIRATRONES DE DESCARGA DE ARCO

Tiratrones de cátodo caliente, Operando como gastrons en el modo de descarga de arco, se utilizan para rectificar corriente alterna y como relés en automatización, telecontrol, tecnología de pulso, radar y otras áreas.

En muchas propiedades y diseño, los tiratrones son similares a los gastrones, pero la rejilla le permite controlar la magnitud del voltaje de iniciación de la descarga.

La rejilla en los tiratrones debe ser tal que la descarga pase solo a través de ella, y no de forma indirecta. Por lo tanto, la rejilla por sí misma o en combinación con una pantalla térmica cubre el cátodo desde casi todos los lados. La parte de trabajo de la rejilla está hecha con varios agujeros, y el resto es una pantalla. En algunos tiratrones de baja potencia, el diseño del electrodo es casi el mismo que el de los tubos de vacío.

El cátodo y el ánodo en el tiratrón funcionan de la misma manera que en el gastron. Las características de operación y la regla de operación de gastrons se aplican completamente a thyratrons.

La función de la rejilla en un tiratrón es mantener el tiratrón en un estado bloqueado con un voltaje de ánodo positivo utilizando un voltaje de rejilla negativo. Y cuando este voltaje disminuye o el voltaje del ánodo aumenta, se produce una descarga, es decir, el tiratrón se desbloquea. Cuanto mayor es el voltaje negativo de la red, mayor es el voltaje del ánodo y se produce una descarga. Esto se explica porque con una tensión de red negativa se crea una barrera de alto potencial para los electrones emitidos por el cátodo en el espacio entre la red y el cátodo. Los electrones no podrán superar esta barrera y volar hacia el ánodo. Disminuir el potencial negativo de la red o aumentar el voltaje del ánodo reduce la barrera de potencial. Cuando los electrones comienzan a superarlo, se mueven hacia el ánodo, ganan la velocidad necesaria para la ionización, el proceso de ionización aumenta como una avalancha y se produce una descarga de arco.

La relación entre el voltaje del ánodo de la descarga y el voltaje de la red muestra la característica de arranque o característica de ignición. Se elimina utilizando el mismo circuito que para el estudio de un triodo de vacío, pero con una resistencia limitadora en el circuito del ánodo. Es más fácil quitárselo. Para cada punto, el voltaje del ánodo se establece primero en cero y algún voltaje de red negativo. Luego se aumenta el voltaje del ánodo y se anota su valor cuando ocurre una descarga. Luego, el voltaje del ánodo se reduce a cero, se elimina el siguiente punto, etc.

La característica de arranque muestra que con un aumento en el voltaje negativo de la red, aumenta el voltaje del ánodo, lo cual es necesario para que ocurra la descarga.

Las características de arranque durante el funcionamiento del thyratron con voltaje alterno son algo diferentes de las características de arranque estáticas tomadas con corriente continua. Esto se debe al hecho de que a un voltaje alterno, afecta la corriente de red previa a la descarga (prearranque). Surge debido al hecho de que durante el semiciclo negativo, cuando el tiratrón está bloqueado, la recombinación no ocurre instantáneamente y hay electrones e iones entre los electrodos. Esto hace que se produzca la corriente inversa del ánodo. Al mismo tiempo, los iones positivos son atraídos por la rejilla cargada negativamente, formando una corriente de predescarga en su circuito. La emisión termoiónica de la red también puede desempeñar un papel en la formación de la corriente de predescarga. Cuanto mayor sea la corriente del ánodo y mayor la frecuencia, mayor será la corriente de predescarga. La presencia de tal corriente facilita la ignición del tiratrón.

46. ​​TUBO DE RAYOS CATOTRON

Los dispositivos de rayos catódicos incluyen tubos de rayos catódicos para oscilografía, recepción de imágenes de televisión y dispositivos indicadores de radar, para transmisión de imágenes de televisión, tubos de memoria para computadoras electrónicas, interruptores de haz catódico y otros dispositivos. Todos estos dispositivos crean un delgado haz de electrones (haz) controlado por un campo eléctrico o magnético, o ambos campos.

Los tubos pueden tener enfoque del haz de electrones mediante un campo eléctrico o magnético y con desviación eléctrica o magnética del haz. Dependiendo del color de la imagen en la pantalla luminiscente, hay tubos con un brillo verde, naranja o amarillo anaranjado - para observación visual, azul - para fotografiar oscilogramas, blanco o tricolor - para recibir imágenes de televisión.

Tubos de rayos catódicos controlados electrostáticamente, es decir, con enfoque y desviación del haz por un campo eléctrico, denominados abreviadamente tubos electrostaticos, especialmente ampliamente utilizado en osciloscopios.

El globo tubular tiene forma cilíndrica con una extensión cónica o, a veces, cilíndrica. Se aplica una pantalla luminiscente a la superficie interior de la base de la parte expandida, una capa de sustancias capaces de brillar bajo la influencia de electrones. Dentro del tubo hay electrodos que conducen a las clavijas de la base.

El cátodo suele ser un óxido calentado indirectamente en forma de cilindro con un calentador. La terminal del cátodo a veces se combina con una terminal del calentador. La capa de óxido se deposita en el fondo del cátodo. Alrededor del cátodo hay un electrodo de control, llamado modulador, de forma cilíndrica con un orificio en la parte inferior. Este cátodo sirve para controlar la densidad del haz de electrones y para preenfocarlo.

Se aplica un voltaje negativo al modulador. A medida que aumenta este voltaje, más y más electrones regresan al cátodo. En algún voltaje de modulador negativo, el tubo está bloqueado.

Los siguientes electrodos, también cilíndricos, son ánodos. En el caso más simple, solo hay dos. En el segundo ánodo, el voltaje es de 500 V a varios kilovoltios, y en el primer ánodo, el voltaje es varias veces menor. En el interior de los ánodos suele haber tabiques con agujeros (diafragmas).

Bajo la acción del campo acelerador de los ánodos, los electrones adquieren una velocidad importante. El enfoque final del flujo de electrones se lleva a cabo utilizando un campo eléctrico no uniforme en el espacio entre los ánodos, así como debido a los diafragmas. Los sistemas de enfoque más complejos consisten en más cilindros.

Un sistema que consta de un cátodo, un modulador y ánodos se denomina reflector de electrones (cañón de electrones) y sirve para crear un haz de electrones, es decir, una fina corriente de electrones que vuelan a gran velocidad desde el segundo ánodo hasta la pantalla luminiscente.

La desviación del haz de electrones y el punto luminoso en la pantalla es proporcional al voltaje en las placas deflectoras. El coeficiente de proporcionalidad en esta dependencia se llama sensibilidad del tubo

47. CARACTERÍSTICAS DEL FUNCIONAMIENTO DE LA LÁMPARA A ULTRA ALTAS FRECUENCIAS

Lámparas para trabajo de ondas medias y cortas insatisfactorio en el microondas, lo que se explica por las siguientes razones.

Influencia de las capacitancias entre electrodos y las inductancias de los conductores. Las capacitancias e inductancias afectan en gran medida el funcionamiento de las lámparas en el rango de microondas. Cambian los parámetros de los sistemas oscilatorios conectados a la lámpara. Como resultado, la frecuencia natural de los sistemas oscilatorios disminuye y se vuelve imposible sintonizarlos a una frecuencia por encima de cierto límite.

Cada lámpara se caracteriza por una cierta frecuencia límite, que corresponde a la frecuencia de resonancia del circuito oscilatorio resultante de un cortocircuito de los conductores de los electrodos de la lámpara.

Las inductancias de plomo y las capacitancias entre electrodos, cuando se incluyen en ciertos circuitos de lámparas, crean retroalimentación positiva o negativa no deseada y cambios de fase que degradan el funcionamiento del circuito. La inductancia del terminal del cátodo se ve especialmente afectada. Ingresa simultáneamente a los circuitos de ánodo y rejilla y crea una retroalimentación significativa, como resultado de lo cual cambia el modo de operación y disminuye la impedancia de entrada de la lámpara, en la que se carga la fuente de voltaje alterno amplificado. Las capacidades entre electrodos también ayudan a reducir la resistencia de entrada de la lámpara. Además, estas capacidades, al tener muy poca resistencia a las frecuencias de microondas, pueden provocar la aparición de importantes corrientes capacitivas en lámparas más potentes, calentando los conductores de los electrodos y generando pérdidas de energía adicionales.

Influencia de la inercia electrónica. Debido al hecho de que los electrones tienen masa, no pueden cambiar instantáneamente su velocidad y volar instantáneamente la distancia entre los electrodos. La lámpara deja de ser un dispositivo de no inercia o de baja inercia. En el microondas se manifiesta la inercia de los electrones. La inercia de los procesos electrónicos en la lámpara crea cambios de fase dañinos, distorsiona la forma de los pulsos de corriente del ánodo y provoca corrientes de rejilla significativas. El resultado es una fuerte disminución de la resistencia de entrada de la lámpara, un aumento de las pérdidas de energía en la lámpara, así como una disminución de la potencia útil.

Al considerar el funcionamiento de las lámparas, por simplicidad, se considera que la corriente en el circuito de un electrodo se forma debido al flujo de electrones que vuelan dentro de la lámpara hacia este electrodo. Este flujo de electrones se llama corriente de convección. La corriente en el circuito externo de cualquier electrodo de lámpara es una corriente inducida (inductiva).

En los tubos electrónicos, el papel de una carga inductiva en movimiento lo desempeña el flujo de electrones que vuelan de un electrodo a otro, es decir, la corriente de convección. Las corrientes de convección dentro de la lámpara siempre excitan corrientes inducidas en los cables externos conectados a los electrodos de la lámpara. La corriente inducida aumenta con el aumento del número y la velocidad de los electrones voladores, así como con la disminución de la distancia entre ellos y este electrodo.

Con la ayuda de la corriente inducida, se puede comprender mejor la conversión de energía que se produce cuando los electrones se mueven en un campo eléctrico. El flujo de electrones que vuelan dentro de la lámpara crea una corriente inducida en el circuito de la batería, cuya dirección coincide con la dirección de la corriente de convección. En el caso de un campo acelerador, la corriente inducida que atraviesa la batería será la corriente de descarga de la misma. La batería está descargada, es decir, consume su energía, que se transfiere a los electrones que vuelan con la ayuda de un campo eléctrico y aumenta su energía cinética. En un campo en desaceleración, los electrones se mueven debido a sus energías iniciales. En este caso, la corriente inducida, por el contrario, será la corriente de carga de la batería, es decir, los electrones del campo retardador ceden su energía, que se acumula en la batería.

48. RESISTENCIA DE ENTRADA Y PÉRDIDA DE POTENCIA EN LÁMPARAS

La etapa amplificadora se caracteriza por una ganancia de potencia K, que muestra cuántas veces se amplifica la potencia: K = Pout / Pin, donde Pout es la potencia útil suministrada por la lámpara y Pin es la potencia suministrada a la entrada de la lámpara.

Con un valor pequeño de la resistencia de entrada, la potencia puede aumentar tanto que el coeficiente se vuelve igual a uno o incluso menos. Obviamente, es inapropiado usar amplificadores que proporcionen una amplificación de potencia inferior a 2 o 3 veces. Con la transición a microondas, la impedancia de entrada de las lámparas convencionales disminuye drásticamente y la ganancia de potencia es pequeña o incluso inexistente. La disminución de la resistencia de entrada de las lámparas de microondas se explica por la aparición de corrientes inducidas en el circuito de la red.

Dependiendo de la relación entre el tiempo de vuelo y el período de oscilación, la relación entre las distancias de las secciones "cátodo - rejilla" y "rejilla - ánodo", los valores de voltaje en los electrodos, los procesos en el El triodo puede ocurrir de diferentes maneras, pero en cualquier caso, debido a la manifestación de la inercia de los electrones en el microondas, el resultado son grandes corrientes inducidas en el circuito de la red, lo que conduce a una fuerte disminución en la resistencia de entrada.

La consecuencia más desagradable de la inercia de los procesos electrónicos es la aparición de un componente activo de la corriente de la red. Hace que la lámpara tenga una resistencia activa de entrada, que disminuye al aumentar la frecuencia y reduce la ganancia de potencia. La resistencia de entrada activa de la lámpara caracteriza la pérdida de energía de la fuente de oscilación incluida en el circuito de red. En este caso, esta energía es transferida por el componente activo de la corriente inducida desde la fuente de oscilación al campo eléctrico y transferida a los electrones, que aumentan su energía cinética y la gastan en calentar el ánodo. Si 1 la lámpara funciona a frecuencias más bajas y se puede despreciar el tiempo de vuelo, entonces, con el voltaje de la red, las corrientes tendrán la misma forma rectangular y duración que el voltaje, y no cambiarán en el tiempo entre sí. Dado que estas corrientes son iguales y de dirección opuesta, la corriente total de la red es cero. En consecuencia, no hay consumo de energía de la fuente de oscilación en este caso.

Con un voltaje alterno sinusoidal, todos los procesos son más complicados, pero en el microondas, necesariamente ocurrirá una corriente inducida activa en el circuito de la red, cuya creación consume la energía de la fuente de oscilación. Esta energía finalmente se pierde debido al calentamiento adicional del ánodo y el cátodo por la corriente de convección. De hecho, la semionda positiva del voltaje de la red, acelerando los electrones que vuelan desde el cátodo, les da energía adicional, y durante el semiciclo negativo de la red, repele los electrones que se mueven hacia el ánodo, y también reciben energía adicional. energía. Como resultado, los electrones bombardean el ánodo con mayor fuerza, que se calienta adicionalmente. Además, los electrones que no atravesaron la rejilla, sino que regresaron al cátodo, también son repelidos por la rejilla durante el semiciclo negativo y reciben más energía adicional. Estos electrones bombardean el cátodo adicional y hacen que se caliente aún más. Así, durante todo el período, la fuente de oscilaciones da energía a los electrones, y estos la gastan en bombardear el ánodo y el cátodo.

Las pérdidas de energía en las lámparas de microondas ocurren no solo debido a la inercia de los electrones, sino también por otras razones.

Debido al efecto de superficie, aumenta la resistencia activa de los electrodos y sus conductores. Corrientes significativas pasan a lo largo de la superficie de los conductores metálicos, lo que crea un calentamiento inútil.

En el microondas aumentan las pérdidas en todos los dieléctricos sólidos que se encuentran bajo la influencia de un campo eléctrico alterno.

49. VUELO KLYSTER

Para ondas centimétricas, aplicado con éxito klistrones, cuyo trabajo se basa en cambiar la velocidad del flujo de electrones.

En estos dispositivos, un tiempo de vuelo de electrones significativo no es perjudicial, pero es necesario para el funcionamiento normal del dispositivo. Los klistrones son abarcando (dos resonadores y multiresonadores) adecuados para generar y amplificar oscilaciones, y reflexivo (resonador único), trabajando solo como generadores.

El flujo de electrones del cátodo al ánodo pasa a través de dos pares de rejillas, que son partes de las paredes de dos resonadores de cavidad. El primer resonador sirve como circuito de entrada. Se le suministran oscilaciones amplificadas con frecuencia con la ayuda de una línea coaxial y una bobina de comunicación. Sus rejillas forman un modulador en el que se modula la velocidad de los electrones.

El segundo resonador sirve como circuito de salida para amplificar las oscilaciones. Su energía se toma con la ayuda de una bobina de comunicación y una línea coaxial. Se aplica un voltaje positivo a ambos resonadores y al ánodo, lo que crea un campo de aceleración entre la rejilla y el cátodo, bajo cuya influencia los electrones vuelan hacia el modulador con una velocidad inicial significativa.

Si se introducen oscilaciones en el primer resonador, entonces existe un campo eléctrico alterno entre las rejillas, que actúa sobre el flujo de electrones y cambia (modula) su velocidad. En ese medio ciclo, cuando hay un potencial positivo en la segunda rejilla y un potencial negativo en la primera rejilla, el campo entre las rejillas se acelerará y los electrones que pasan por el modulador recibirán una velocidad adicional.

Los electrones con altas velocidades alcanzan a los electrones que se mueven a velocidades más bajas, como resultado de lo cual el flujo de electrones se divide en grupos de electrones separados y más densos: haces de electrones. Es decir, gracias a la modulación del flujo de electrones por la velocidad en el espacio de agrupación se obtiene una modulación de este flujo por la densidad.

Solo se agrupan los electrones que atraviesan el modulador durante un semiperíodo. Una buena agrupación es posible solo si el cambio en la velocidad de los electrones bajo la influencia del campo alterno modulador es insignificante en comparación con la velocidad que recibieron del voltaje de aceleración constante. Por lo tanto, el voltaje de CA entre las rejillas del resonador debe ser mucho menor que el voltaje de CC. La agrupación de electrones en un grupo se repite durante un medio período.

Después del punto de mayor concentración del flujo de electrones, los electrones vuelven a divergir.

Los racimos de electrones vuelan a través del segundo resonador cuando el campo eléctrico en él se está retardando. Los electrones que han pasado por el segundo resonador golpean el ánodo y lo calientan. Algunos de los electrones también golpean las rejillas del resonador.

Si el flujo de electrones no estuviera modulado, entonces no podría mantener las oscilaciones en el segundo resonador.

Los klistrones de doble cavidad se utilizan como amplificadores en transmisores de microondas y su potencia útil en funcionamiento continuo puede alcanzar decenas de kilovatios y, en modo pulsado, hasta decenas de megavatios. A medida que se acorta la longitud de onda, disminuye la potencia de los transmisores.

Para amplificar señales débiles en los receptores, los klystrons son de poca utilidad, ya que crean grandes ruidos intrínsecos.

50. LÁMPARAS DE ONDA TRASERA E INVERSA

Desventajas inherentes al klystron, eliminado en una lámpara de ondas viajeras (TWT). La ganancia y la eficiencia en un TWT pueden ser mucho mayores que en un klystron. Esto se explica por el hecho de que el flujo de electrones en el TWT interactúa con un campo eléctrico alterno en una gran parte de su trayectoria y cede una parte significativa de su energía para crear oscilaciones mejoradas. El flujo de electrones en el TWT es mucho más débil que en el klystron y, por lo tanto, el nivel de ruido es relativamente bajo. La banda de frecuencia puede ser muy grande, ya que no existen sistemas oscilatorios en el TWT. El ancho de banda no está limitado por la propia lámpara, sino por varios dispositivos adicionales que sirven para conectar la lámpara con circuitos externos y para coordinar entre sí los elementos individuales de estos dispositivos adicionales. Las lámparas de ondas viajeras para frecuencias del orden de miles de megahercios tienen una banda de frecuencia de oscilaciones transmitidas del orden de cientos de megahercios, que es suficiente para el radar y todo tipo de comunicaciones por radio modernas. LBV se organizan así. En la parte izquierda del cilindro alargado, se coloca un reflector electrónico que tiene un cátodo calentado, un electrodo de enfoque y un ánodo. El haz de electrones creado por el proyector electrónico pasa más adentro de la espiral del cable, que desempeña el papel del cable interno de la línea coaxial. El cable exterior de esta línea es un tubo de metal. La espiral se fija en aisladores especiales. Una bobina de enfoque alimentada por corriente continua sirve para comprimir el haz de electrones en toda su longitud. En lugar de una bobina de enfoque, también se pueden usar imanes permanentes. Dado que los sistemas de enfoque magnético son muy voluminosos, se han desarrollado métodos electrostáticos para enfocar un haz de electrones en un TWT, es decir, enfocar usando un campo eléctrico.

En el TWT para longitudes de onda centimétricas más cortas se sustituye la hélice por otro tipo de sistemas moderadores, ya que es difícil fabricar una hélice muy pequeña. Estos sistemas de retardo son guías de ondas de un diseño complejo en zigzag o que tienen paredes en forma de peine. A lo largo de dichas guías de ondas, el haz de electrones pasa en línea recta y la onda electromagnética se propaga a una velocidad reducida. También se utilizan sistemas de onda lenta similares en TWT de alta potencia, ya que la hélice no puede soportar la disipación de alta potencia en ella.

Los principios de funcionamiento del TWT sirvieron como base para la creación de un tubo de onda hacia atrás (BWO), que a veces también se llama carcinotrón. Esta lámpara, a diferencia de la TWT, está diseñada solo para generar ondas centimétricas y más cortas. En los BWO también se utilizan sistemas de guía de ondas de onda lenta, como en los TWT, pero la onda y el haz de electrones se mueven uno hacia el otro. Las oscilaciones débiles iniciales en el BWO se obtienen de las fluctuaciones del haz de electrones, luego se amplifican y se produce la generación. Al cambiar el voltaje constante que crea el haz de electrones, es posible realizar una sintonización electrónica del BWO en un rango de frecuencia muy amplio. Se han creado BWO de baja potencia para frecuencias de decenas de miles de megahercios, con una potencia útil de oscilaciones generadas de hasta decenas de fracciones de vatio con una eficiencia del orden de un pequeño porcentaje. Para frecuencias de hasta 10 MHz se han desarrollado BWOs con una potencia útil de decenas de kilovatios en funcionamiento continuo y cientos de kilovatios en funcionamiento pulsado.

Los generadores BWO de baja y media potencia con un haz de electrones rectilíneo se denominan carcinotrones de tipo 0. Para potencias altas se utilizan BWO, denominados carcinotrones de tipo M, en los que el haz de electrones se desplaza en círculo bajo la influencia de un campo magnético. El sistema de retardo en estas lámparas está ubicado alrededor de la circunferencia y el campo magnético transversal es creado por un imán permanente de la misma manera que en el magnetrón.

51. CONCEPTOS GENERALES SOBRE ELECTRICIDAD Y TEORÍA ELECTRÓNICA

Durante mucho tiempo existió la opinión de que los átomos son partes primarias, indescomponibles e invariables de todos los cuerpos de la naturaleza, de ahí el nombre "átomo", que en griego significa "indivisible". A fines del siglo IX, al pasar una corriente eléctrica de alto voltaje a través de un tubo con un gas altamente enrarecido, los físicos notaron un brillo verdoso en el vidrio del tubo, causado por la acción de rayos invisibles. El punto luminoso estaba ubicado frente al electrodo conectado al polo negativo de la fuente de corriente (cátodo). Por lo tanto, los rayos se llaman catódico Bajo la influencia de un campo magnético, la mancha luminosa se desplazó hacia un lado. Los rayos catódicos se comportaban de la misma manera que un conductor portador de corriente en un campo magnético. El cambio de la mancha verdosa también se produjo bajo la influencia del campo eléctrico: el cuerpo con carga positiva atrae los rayos y el cuerpo con carga negativa los repele. Esto llevó a la idea de que los propios rayos catódicos son una corriente de partículas negativas: electrones.

La física clásica ve la diferencia entre dieléctricos y conductores en el hecho de que en un dieléctrico todos los electrones se mantienen firmemente cerca del núcleo de un átomo. En los conductores, por el contrario, la conexión entre los electrones y el núcleo del átomo es fuerte y hay una gran cantidad de electrones libres, cuyo movimiento ordenado provoca una corriente eléctrica. La física clásica permite cualquier valor de la energía del átomo y considera que el cambio en la energía del átomo ocurre continuamente en porciones arbitrariamente pequeñas. Sin embargo, el estudio de los espectros ópticos de elementos y fenómenos asociados con la interacción de átomos con electrones indica la naturaleza continua de la energía interna de los átomos. La física atómica y molecular prueba que la energía de un átomo no puede ser cualquiera y toma solo ciertos valores que son característicos de cada átomo. Los valores posibles de la energía interna de un átomo se denominan niveles de energía o cuánticos. Los niveles de energía que un átomo no puede poseer se denominan niveles prohibidos.

Hay una serie de partículas elementales: protones y neutrones, mesones positivos y negativos, electrones, positrones, neutrinos y antiprotones.

Las personas conocen los fenómenos eléctricos desde hace mucho tiempo (frotar ámbar con un paño). Los cuerpos capaces de conducir cargas eléctricas se denominan conductores eléctricos. Los cuerpos que conducen muy mal la electricidad se denominan no conductores, aislantes o dieléctricos.

Se ha observado que los cuerpos electrificados se atraen o se repelen. Como resultado de la electrificación de varios cuerpos se obtienen dos tipos de electricidad. Convencionalmente, un tipo de electricidad se llamaba positiva y el otro, negativa. En consecuencia, los cuerpos cargados de electricidad del mismo nombre se repelen y los cuerpos cargados de electricidad del mismo nombre se atraen.

La electricidad es una propiedad de la materia (una forma especial de movimiento de la materia), que tiene una naturaleza dual y se revela en partículas elementales de materia (electricidad positiva en protones, positrones y mesones, electricidad negativa en electrones, antiprotones o mesones).

52. LEY DE COULOMB. CAMPO ELÉCTRICO

Dos cuerpos electrificados actúan uno sobre el otro con una fuerza proporcional a la cantidad de carga o cantidad de electricidad sobre estos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los cuerpos, si las dimensiones propias de estos cuerpos son pequeñas comparadas con la distancia entre ellos. a ellos. Esta dependencia de la fuerza de interacción con la magnitud de las cargas y la distancia entre ellas fue establecida empíricamente por un físico colgante. Estudios posteriores han demostrado que la fuerza de la interacción entre cargas también depende del entorno en el que se encuentran las cargas.

Los experimentos llevaron a Coulomb a establecer la siguiente ley: dos cargas puntuales físicas q1 y q2, estando en un medio homogéneo con una permeabilidad eléctrica relativa e a una distancia r, actúan una sobre la otra con una fuerza F proporcional al producto de estas cargas y inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Se denominan cargas puntuales físicas si sus propias dimensiones son pequeñas en comparación con la distancia que las separa. La fórmula de Coulomb tiene la forma: F =(q1q2)/(4??·?0r 2), donde ?0=8,85 · 10-12F/m es la permeabilidad eléctrica del vacío. ? - permeabilidad eléctrica relativa. Muestra cuántas veces, en igualdad de condiciones, la fuerza de interacción entre dos cargas en cualquier medio es menor que en el espacio vacío. La permitividad eléctrica relativa es una cantidad adimensional.

La intensidad del campo eléctrico se estima a partir de las fuerzas mecánicas con las que el campo actúa sobre los cuerpos cargados. Dado que, según la ley de Coulomb, la fuerza de interacción entre cargas en un medio dado depende de la magnitud de las cargas y de la distancia entre ellas, entonces la fuerza mecánica con la que el campo en un momento dado del espacio actúa sobre una unidad positiva La carga colocada en este punto se toma como una medida cuantitativa del campo. Este valor se denomina intensidad de campo eléctrico y se denota por E. De acuerdo con la definición de E=F/q. Igualando una de las cargas en la fórmula de Coulomb a la unidad, obtenemos una expresión para la intensidad de campo E en un punto remoto a una distancia r de la carga puntual física: E = q/(4???0r2), y para un vacío, en el que la permeabilidad eléctrica relativa es igual a la unidad: E = q/(4??0r 2).

La unidad de medida de la tensión es V/m.

Un campo eléctrico cuya intensidad en diferentes puntos del espacio es la misma en magnitud y dirección se llama campo uniforme.

Al estudiar varios fenómenos físicos, uno tiene que lidiar con cantidades escalares y vectoriales.

Una carga eléctrica positiva introducida en el campo de un cuerpo esférico cargado positivamente, alejado de otras cargas, será repelida en línea recta, que es la continuación del radio del cuerpo cargado. Colocando una carga eléctrica en varios puntos del campo de una bola cargada y marcando las trayectorias de la carga bajo la acción de sus fuerzas eléctricas, obtenemos una serie de rectas radicales divergentes en todas las direcciones. Estas líneas imaginarias a lo largo de las cuales tiende a moverse una carga positiva sin inercia introducida en un campo eléctrico se denominan líneas eléctricas de fuerza. En un campo eléctrico se puede dibujar cualquier número de líneas de fuerza. Con la ayuda de líneas gráficas, puede representar gráficamente no solo la dirección, sino también la fuerza del campo eléctrico en un punto dado.

La cantidad de electricidad por unidad de superficie de un cuerpo cargado se denomina densidad superficial de la carga eléctrica. Depende de la cantidad de electricidad en el cuerpo, así como de la forma de la superficie del conductor.

53. CONDUCTOR Y DIELÉCTRICO EN CAMPO ELÉCTRICO

Si un conductor aislado sin carga se introduce en un campo eléctrico, como resultado de la acción de las fuerzas del campo eléctrico en el conductor, las cargas eléctricas se separan. Los electrones libres del conductor se moverán en dirección opuesta a la dirección del campo eléctrico. Como resultado, en el extremo del conductor que mira hacia la bola cargada habrá un exceso de electrones, provocando una carga negativa de este extremo, y en el otro extremo del conductor habrá una falta de electrones, provocando una carga positiva. carga de esta parte del conductor.

La separación de cargas en un conductor bajo la influencia de un cuerpo cargado se llama electrificación por influencia o inducción electrostática, y las cargas en un conductor se llaman cargas inducidas. A medida que el conductor se acerca a la bola cargada, aumenta el número de cargas inducidas en el conductor. El campo eléctrico de una bola cargada cambia tan pronto como hay un conductor en ella. Las líneas eléctricas de fuerza de la bola, que antes divergían de manera uniforme y radical, ahora se curvarán hacia el conductor. Dado que el comienzo y el final de las líneas de fuerza eléctricas son las cargas eléctricas que se encuentran en la superficie de los conductores, entonces, comenzando en la superficie con cargas positivas, la línea de fuerza termina en la superficie con cargas negativas. No puede existir un campo eléctrico dentro de un conductor. De lo contrario, habría una diferencia de potencial entre los puntos individuales del conductor, se produciría el movimiento de cargas en el conductor (corriente de conducción) hasta que, debido a la redistribución de las cargas, los potenciales de todos los puntos del conductor serían iguales.

Este se utiliza cuando se quiere proteger al conductor de la influencia de campos eléctricos externos. Para ello, el conductor está rodeado por otro conductor, hecho en forma de una superficie de metal sólido o una malla de alambre con pequeños agujeros. Las cargas inducidas que se forman en el conductor como resultado de la influencia de un campo cargado sobre él pueden separarse entre sí rompiendo el conductor por la mitad.

Un dieléctrico se diferencia de un conductor por la ausencia de electrones libres. Los electrones de los átomos dieléctricos están firmemente unidos al núcleo atómico.

Un dieléctrico introducido en un campo eléctrico, como un conductor, se electrifica por influencia. Sin embargo, existe una diferencia significativa entre la electrificación de un conductor y un dieléctrico. Si en un conductor, bajo la influencia de las fuerzas de un campo eléctrico, los electrones libres se mueven a lo largo de todo el volumen del conductor, entonces en un dieléctrico, el movimiento libre de cargas eléctricas no puede ocurrir. Pero dentro de una molécula dieléctrica, una carga positiva se desplaza en la dirección del campo eléctrico y una carga negativa en la dirección opuesta. Como resultado de la influencia de un cuerpo cargado, surgirán cargas eléctricas en la superficie del dieléctrico. Este fenómeno se denomina polarización dieléctrica. Hay dos clases de dieléctricos. 1. Una molécula en estado neutro tiene cargas positivas y negativas tan próximas entre sí que su acción se compensa mutuamente. Bajo la influencia de un campo eléctrico, las cargas positivas y negativas dentro de la molécula se desplazan ligeramente entre sí, formando un dipolo. 2. Las moléculas y en ausencia de un campo eléctrico forman dipolos. Tales dieléctricos se llaman polares.

La necesidad de elegir correctamente la magnitud de la fuerza del campo eléctrico en el dieléctrico condujo a la creación de la teoría de la fuerza eléctrica, que es importante para la tecnología moderna de alto voltaje.

54. PRINCIPALES MATERIALES AISLANTES ELÉCTRICOS

amianto - un mineral que tiene una estructura fibrosa. La longitud de la fibra es de diez fracciones de milímetro a varios centímetros. El asbesto se usa para hacer hilo, cinta, telas, papel, cartón, etc. Una cualidad valiosa es su alta resistencia al calor. Calentar hasta 300-400° no cambia las propiedades del asbesto. Debido a su baja conductividad térmica, el amianto se utiliza como aislante térmico a altas temperaturas. El amianto tiene higroscopicidad, que disminuye cuando se impregna con resinas, betún, etc. Las propiedades de aislamiento eléctrico del amianto son bajas. Por lo tanto, no es aplicable a altos voltajes.

Colofonia - resina frágil de color amarillo claro o marrón, obtenida procesando la resina de árboles coníferos. La colofonia se disuelve en aceites de petróleo, hidrocarburos líquidos, aceites vegetales, alcohol, trementina. El punto de reblandecimiento de la colofonia es de 50-70 °C. Utilizado para la preparación de masas de impregnación y relleno.

parafina - una sustancia cerosa derivada del petróleo. La parafina bien purificada es una sustancia cristalina blanca. Se utiliza para impregnar madera, papel, sustancias fibrosas, para llenar bobinas y transformadores de alta frecuencia y para preparar compuestos aislantes.

Mica - un mineral de estructura cristalina. Debido a su estructura, se divide fácilmente en hojas individuales. Tiene alta resistencia eléctrica, alta resistencia al calor, resistencia a la humedad, resistencia mecánica y flexibilidad. Se utilizan dos tipos de mica: moscovita y flogopita, que difieren en composición, color y propiedades. La moscovita es la mejor mica. Las placas rectangulares para condensadores, arandelas para electrodomésticos, etc. están estampadas con hojas de mica.

Textolita - plástico, que es un tejido multicapa impregnado con resina de resol y prensado a alta presión a 150". Cualidades positivas: baja fragilidad, altas cualidades mecánicas, resistencia a la abrasión. Cualidades negativas: malas propiedades eléctricas, baja resistencia a la humedad, más caro.

Fibra de papel poroso tratado con solución de cloruro de zinc. Bueno para el procesamiento mecánico. La gran desventaja es su higroscopicidad. la fibra se corroe con ácidos y álcalis. Las piezas pequeñas, las juntas y los marcos de las bobinas están hechos de él. La fibra delgada se llama leteroide.

Ceresina obtenido mediante la refinación de un mineral ceroso: ozocerita o vaselina. Tiene un punto de fusión aumentado (65-80°) y una mayor resistencia a la oxidación. Utilizado para la impregnación de condensadores de papel, preparación de compuestos aislantes, etc.

goma laca - resina natural de plantas tropicales, su punto de fusión es de 100-200°. Tiene la apariencia de escamas amarillentas o marrones, fácilmente solubles en alcohol. Se utiliza para la preparación de compuestos de relleno, barnices aislantes y adhesivos, impregnación de cintas aislantes.

Pizarra - esquisto, tiene una estructura en capas. No higroscópico, fácilmente mecanizable. Se utiliza para la fabricación de paneles, protectores para interruptores de cuchilla, etc.

Ebonita (caucho duro) se obtiene del caucho añadiéndole un 20-50% de azufre. Producido en forma de láminas (tableros), palos y tubos, se presta bien al mecanizado. Se utiliza en la técnica de corrientes débiles, los cables se introducen en tubos de ebonita al atravesar paredes y con cableado oculto.

55. EL CONCEPTO DE CORRIENTE ELÉCTRICA. LEY DE OHM

El movimiento de electrones a través de un conductor se llama corriente eléctrica. En ingeniería eléctrica, se acepta convencionalmente considerar la dirección de la corriente como opuesta a la dirección del movimiento de los electrones en un conductor. En otras palabras, se considera que la dirección de la corriente coincide con la dirección del movimiento de las cargas positivas. Los electrones no viajan por toda la longitud del conductor en su movimiento. Por el contrario, recorren distancias muy cortas antes de chocar con otros electrones, átomos o moléculas. Esta distancia se llama el camino libre medio de los electrones. La electricidad no se puede observar directamente. El paso de la corriente sólo puede juzgarse por las acciones que produce. Signos por los cuales es fácil juzgar la presencia de corriente:

1) la corriente, al pasar a través de soluciones de sales, álcalis, ácidos, así como a través de sales fundidas, los descompone en sus partes constituyentes;

2) el conductor por el que pasa la corriente eléctrica se calienta;

3) la corriente eléctrica, al pasar por el conductor, crea un campo magnético a su alrededor.

La instalación eléctrica más sencilla consta de una fuente (pila galvánica, batería, generador, etc.), consumidores o receptores de energía eléctrica (lámparas incandescentes, calentadores eléctricos, motores eléctricos, etc.) y cables de conexión que conectan las pinzas de la fuente de tensión a las pinzas del consumidor.

Una corriente que no cambia en magnitud o dirección se llama corriente continua. La corriente eléctrica directa solo puede fluir a través de un circuito eléctrico cerrado. Un circuito abierto en cualquier lugar hace que la corriente eléctrica se detenga. La corriente continua es proporcionada por celdas galvánicas, baterías, generadores de CC, si las condiciones de operación del circuito eléctrico no cambian.

Una carga pasa a través de la sección transversal del conductor en un tiempo determinado. La fuerza de la corriente que pasa a través de la sección transversal del conductor a lo largo del tiempo es: I = q / t. La relación entre la corriente I y el área de la sección transversal del conductor Z se denomina densidad de corriente y se indica con ?. ?=I/S; la densidad de corriente se mide en A/m2.

Cuando se cierra un circuito eléctrico, en cuyos terminales hay una diferencia de potencial, surge una corriente eléctrica. Los electrones libres bajo la influencia de las fuerzas del campo eléctrico se mueven a lo largo del conductor. En su movimiento, los electrones chocan con los átomos del conductor y les dan una reserva de su energía cinética. La velocidad de movimiento de los electrones cambia constantemente: cuando los electrones chocan con átomos, moléculas y otros electrones, disminuye, luego aumenta bajo la influencia de un campo eléctrico y disminuye nuevamente con una nueva colisión. Como resultado, se establece un flujo uniforme de electrones en el conductor a una velocidad de varias fracciones de centímetro por segundo. En consecuencia, los electrones que pasan a través de un conductor siempre encuentran resistencia a su movimiento en su lado. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor, este último se calienta.

La resistencia eléctrica R de un conductor es la propiedad que tiene un cuerpo o medio de convertir energía eléctrica en energía térmica cuando una corriente eléctrica lo atraviesa. R = ?l/S, donde ?es la resistencia específica del conductor, l es la longitud del conductor.

La corriente en una sección del circuito es directamente proporcional al voltaje en esa sección e inversamente proporcional a la resistencia de la misma sección. Esta dependencia se conoce como ley de Ohm y se expresa mediante la fórmula: I = U/R. La corriente fluye no solo por la parte exterior del circuito, sino también por la interior. La EMF (E) de la fuente cubre las pérdidas de voltaje internas y externas en el circuito. Ley de Ohm para todo el circuito: I = E / (R + r), donde R es la resistencia de la parte exterior del circuito, r es la resistencia de la parte interior del circuito.

56. CONEXIÓN DE CONDUCTORES ENTRE ELLOS. PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF

Los conductores individuales de un circuito eléctrico se pueden conectar entre sí en serie, en paralelo y mixtos.

conexión en serie conductores es tal conexión cuando el extremo del primer conductor está conectado al comienzo del segundo, el extremo del segundo conductor está conectado al comienzo del tercero, etc. La resistencia total del circuito, que consta de varias series- conductores conectados, es igual a la suma de las resistencias de los conductores individuales: R \u1d R2 + R3 + R1 +. +R||. La corriente en secciones separadas del circuito en serie es la misma: I2 = I3= I1=I. La caída de voltaje es proporcional a la resistencia de una sección dada. El voltaje total del circuito es igual a la suma de las caídas de voltaje en secciones individuales del circuito: u \u2d u3 + UXNUMX + UXNUMX.

Coneccion paralela Los conductores se llaman resistencia cuando los comienzos de todos los conductores están conectados a un punto y los extremos de los conductores están conectados a otro punto. El comienzo del circuito está conectado a un polo de la fuente de voltaje y el final del circuito está conectado al otro polo.

Con una conexión paralela de conductores para el paso de corriente, hay varias formas. La corriente que fluye hacia el punto de bifurcación se propaga más a lo largo de tres resistencias y es igual a la suma de las corrientes que salen de este punto: I= I1+ I2+ I3.

Si las corrientes que llegan al punto de bifurcación se consideran positivas y las que salen, negativas, entonces para el punto de bifurcación podemos escribir: ?Iк = 0 (k toma valores de 1 a n), es decir, la suma algebraica de corrientes para cualquier punto nodal del circuito siempre es igual a cero. Esta relación que conecta las corrientes en cualquier punto del ramal del circuito se llama primera ley de Kirchhoff. Por lo general, al calcular circuitos eléctricos, se desconocen las direcciones de las corrientes en las ramas conectadas a cualquier punto de rama. Por lo tanto, para poder escribir la ecuación de la primera ley de Kirchhoff, antes de comenzar a calcular el circuito, es necesario seleccionar arbitrariamente las llamadas direcciones positivas de las corrientes en todas sus ramas y designarlas con flechas en el diagrama. .

Usando la ley de Ohm, puede derivar una fórmula para calcular la resistencia total cuando los consumidores están conectados en paralelo.

La corriente total que llega al punto es: I = U/R. Las corrientes en cada una de las ramas son: I1 = U1 /R1; I2= U2 /R2; I3= U3 /R3.

Según la primera ley de Kirchhoff, I = I1+I2+I3 o U/R= U/R1+U/R2+U/R3.

Tomando U del lado derecho de la igualdad entre paréntesis, obtenemos: U/R = U(1/R1 + 1 /R2+ 1/R3).

Reduciendo ambos lados de la ecuación por U, obtenemos la fórmula para calcular la conductividad total: 1 /R=1/R1+1/r2+ 1/R3.

Así, con una conexión en paralelo, no es la resistencia la que aumenta, sino la conductividad.

Al calcular la resistencia de ramificación total, siempre resulta ser menor que la resistencia más pequeña incluida en la ramificación.

Si las resistencias conectadas en paralelo son iguales entre sí, entonces la resistencia total R es igual a la resistencia de una rama R1 dividida por el número de ramas n: R \u1d RXNUMX / n.

Una conexión mixta de conductores es una conexión en la que hay conexiones tanto en serie como en paralelo de conductores individuales.

57. SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF. MÉTODO DE SUPERPOSICIÓN

Al calcular circuitos eléctricos, a menudo se encuentran circuitos que forman bucles cerrados. La composición de tales circuitos, además de la resistencia, también puede incluir fuerzas electromotrices. Considere una sección de un circuito eléctrico complejo. Se da la polaridad de todos los campos electromagnéticos.

Elegimos arbitrariamente las direcciones positivas de las corrientes. Recorremos el contorno desde el punto A en una dirección arbitraria, por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj. Considere la sección AB. En esta zona se produce una caída de potencial (la corriente fluye de un punto de mayor potencial a un punto de menor potencial).

En la sección AB: ?A + E1 - I1R1=?B.

En el sitio de BV: ?B - E2 - I2R2 = ?C.

En la sección VG: ?B = I3R3 + E3 = ?G.

En el sitio HA: ?G - I4R4 = ?PERO.

Sumando término a término las cuatro ecuaciones anteriores, obtenemos:

?A + E1- I1R1 + ?B - E2 - I2R2 + ?B - I3R3 + E3 + ?G- I4R4 - ?B + ?B + ?G + ?A o E1 - I1R1 - E2 - I2R2 - I3R3 + E3 - I4R4 = 0.

Pasando el producto IR al lado derecho, obtenemos: Ё1 - Ё2 + Ё3 = I1R1 + I2R2 + I3R3 + I4R4.

Esta expresión es la segunda Ley de Kirchhoff. La fórmula muestra que en cualquier circuito cerrado la suma algebraica de las fuerzas electromotrices es igual a la suma algebraica de las caídas de tensión.

El método de superposición se utiliza para calcular circuitos eléctricos que tienen varios campos electromagnéticos. La esencia del método de superposición es que la corriente en cualquier parte del circuito se puede considerar como una cantidad de corrientes parciales causadas por cada FEM individual, y el resto de la FEM se toma igual a cero.

En problemas, hay cadenas que tienen solo dos puntos nodales. Se puede incluir un número arbitrario de ramas entre los puntos nodales. El cálculo de tales circuitos se simplifica enormemente utilizando el método de voltaje nodal.

y \u1d (E1d2 + E2d3 + E3d1) / (d2 + d3 + d4 + dXNUMX).

El numerador de la fórmula del voltaje nodal representa la suma algebraica de los productos de la FEM de las ramas. En el denominador de la fórmula se da la suma de las conductividades de todas las ramas. Si el EMF de cualquier rama tiene una dirección opuesta a la indicada en el diagrama, entonces se incluye en la fórmula para el voltaje nodal con un signo menos.

El método de corriente de bucle se utiliza para calcular circuitos eléctricos complejos con más de dos corrientes nodales. La esencia del método radica en la suposición de que cada circuito tiene su propia corriente. Luego, en las áreas comunes ubicadas en el límite de dos circuitos adyacentes, fluirá una corriente igual a la suma algebraica de las corrientes de estos circuitos.

58. ELECTROLISIS. PRIMERA Y SEGUNDA LEYES DE FARADAY

La corriente, al pasar por conductores líquidos, los descompone en sus partes componentes. Por lo tanto, los conductores líquidos se llaman electrolitos La descomposición de electrolitos bajo la acción de una corriente eléctrica se llama electrólisis. La electrólisis se lleva a cabo en baños galvánicos. baño galvánico es un recipiente donde se vierte un líquido, un electrolito, que se somete a descomposición por corriente.

Se bajan dos placas (por ejemplo, de carbono) a un recipiente con electrolito, que servirá como electrodos. Conectamos el polo negativo de la fuente de CC a un electrodo (cátodo) y el polo positivo al otro electrodo (ánodo) y cerramos el circuito. El fenómeno de la electrólisis irá acompañado de la liberación de una sustancia sobre los electrodos. Durante la electrólisis siempre se liberan hidrógeno y metales en el cátodo. De ello se deduce que el origen de la corriente a través de conductores líquidos está asociado con el movimiento de los átomos de la sustancia.

Una molécula neutra de una sustancia, al entrar en un disolvente, se divide (disocia) en partes: iones que transportan cargas eléctricas iguales y opuestas. Esto se explica por el hecho de que la fuerza de interacción entre cargas colocadas en un medio con permitividad eléctrica e disminuye e veces. Por tanto, las fuerzas que unen una molécula de una sustancia ubicada en un disolvente con alta permeabilidad eléctrica se debilitan y las colisiones térmicas de las moléculas son suficientes para que comiencen a dividirse en iones, es decir, E. disociar.

Junto con la disociación de moléculas en solución, ocurre el proceso inverso: la reunificación de iones en moléculas neutras (molización).

Los ácidos se disocian en iones de hidrógeno con carga positiva e iones con carga negativa del residuo ácido. Los álcalis se disocian en iones metálicos e iones residuales de agua. Las sales se disocian en iones metálicos e iones de residuos ácidos.

Si se aplica un voltaje constante a los electrodos, se forma un campo eléctrico entre los electrodos. Los iones cargados positivamente se moverán hacia el cátodo, los iones cargados negativamente se moverán hacia el ánodo. Al llegar a los electrodos, los iones se neutralizan.

Faraday estudió el fenómeno de la electrólisis desde una perspectiva cuantitativa y cualitativa. Estableció que la cantidad de sustancia liberada durante la electrólisis en los electrodos es proporcional a la corriente y el tiempo de su paso, o, en otras palabras, a la cantidad de sustancia que fluye a través del electrolito. Esta es la primera ley de Faraday.

La misma corriente, pasando el mismo tiempo a través de diferentes electrolitos, libera diferentes cantidades de sustancia en los electrodos. La cantidad de una sustancia en miligramos liberada en el electrodo con una corriente de 1A durante 1s se llama equivalente electroquímico y se denota como b. La primera ley de Faraday se expresa mediante la fórmula: m=a/t.

El equivalente químico (m) de una sustancia es la relación entre el peso atómico (A) y la valencia (n): m = A / n. La segunda ley de Faraday muestra de qué propiedades de una sustancia depende el valor de su equivalente electroquímico.

La electrólisis ha encontrado una amplia aplicación en la ingeniería. 1. Recubrimiento de metales con una capa de otro metal mediante electrólisis (galvanoplastia). 2. Obtención de copias de objetos mediante electrólisis (galvanoplastia). 3. Refinación (purificación) de metales.

59. BATERIAS

Para alimentar circuitos de control, dispositivos de protección, señalización, automatización, alumbrado de emergencia, accionamientos y bobinas de retención de interruptores de alta velocidad, mecanismos auxiliares en centrales y subestaciones, debe existir una fuente de energía eléctrica tal, cuyo funcionamiento no dependa sobre el estado de las unidades principales de la central o subestación. Esta fuente de energía debe asegurar el funcionamiento ininterrumpido y preciso de estos circuitos tanto durante el funcionamiento normal de la instalación como en caso de accidente. Tal fuente de energía en centrales eléctricas y subestaciones es batería del acumulador. Una batería cargada a tiempo y de gran capacidad puede alimentar los pantógrafos durante todo el tiempo del accidente.

Las baterías también se utilizan para la iluminación de automóviles, vagones de ferrocarril, el movimiento de automóviles eléctricos y submarinos, para alimentar instalaciones de radio y diversos dispositivos, en laboratorios y para otros fines.

La batería es una fuente secundaria de tensión eléctrica, ya que, a diferencia de las pilas galvánicas, sólo puede dar energía tras una precarga. La batería se carga al estar conectada a una fuente de voltaje constante. Como resultado del proceso de electrólisis, el estado químico de las placas de la batería cambia y se establece una cierta diferencia de potencial entre ellas.

La batería recargable se completa con varios acumuladores de plomo-ácido o alcalinos.

Una batería de plomo-ácido consta de varias placas positivas y negativas sumergidas en un recipiente de electrolito. El electrolito es una solución de ácido sulfúrico en agua destilada. Las placas de batería son superficiales y macizas. Las placas de superficie están hechas de plomo puro. Para aumentar el área de superficie de las placas, se hacen acanaladas.

Las placas de masa son una rejilla de plomo en cuyas celdas se untan óxidos de plomo. Para evitar que la masa se caiga de las celdas, la placa se cubre por ambos lados con láminas de plomo con agujeros. Normalmente, la placa positiva de la batería está hecha de una placa de superficie y la placa negativa está hecha de una placa de masa. Las placas positivas y negativas se sueldan en dos bloques aislados entre sí. Para que las placas positivas funcionen en ambos lados, se toman una más que las negativas.

Hay dos tipos de pilas alcalinas: cadmio-níquel y hierro-níquel.

Las placas de las pilas alcalinas son marcos de acero niquelado con celdas en las que se colocan bolsas de acero perforado niquelado delgado. La masa activa se presiona en las bolsas.

El recipiente de las pilas alcalinas es una caja de acero soldado, en cuya tapa hay tres orificios: dos para la extracción de las pinzas y uno para el llenado del electrolito y los gases de escape. Ventajas: no se consume plomo deficiente; tener gran resistencia y fuerza mecánica; con exposición prolongada, soportan pequeñas pérdidas por autodescarga y no se deterioran; emitir gases y humos menos nocivos; tener menos peso. Desventajas: menor EMF; menor eficiencia; mayor costo

60. LÁMPARAS ELÉCTRICAS INCANDESCENTES

La lámpara incandescente fue inventada por un científico ruso. UN. Lodiguin y se les mostró por primera vez en 1873.

El principio de funcionamiento de una lámpara incandescente se basa en el fuerte calentamiento de un conductor (filamento) cuando una corriente eléctrica lo atraviesa. En este caso, el conductor comienza a emitir, además de energía térmica, también luminosa. Para evitar que el filamento se queme, debe colocarse en un matraz de vidrio del que se bombea el aire. Así es como se disponen las llamadas lámparas huecas. Inicialmente, se utilizaba como filamento el filamento de carbono, obtenido mediante la calcinación de fibras vegetales. Las lámparas con tal filamento emitían una luz débil y amarillenta que consumía energía. El filamento de carbón, calentado a una temperatura de 1700°, se quemó gradualmente, lo que condujo a una muerte relativamente rápida de la lámpara. Las lámparas de filamento de carbono ya no se usan.

Ahora, en las lámparas incandescentes, en lugar de un filamento de carbono, se utiliza un filamento hecho de los metales refractarios osmio o tungsteno. Un filamento de tungsteno, calentado hasta 2200 ° en lámparas huecas, que emite una luz más brillante, consume menos energía que un filamento de carbono.

El desgaste del filamento se reduce si el bulbo de vidrio (cilindro) de la lámpara se llena con un gas que no favorece la combustión, como nitrógeno o argón. Tales lámparas se llaman llenas de gas. La temperatura del filamento durante el funcionamiento de dicha lámpara alcanza los 2800 °.

Nuestra industria produce lámparas de iluminación incandescente para voltajes de 36, 110, 127 y 220 V. Para fines especiales, también se fabrican lámparas para otros voltajes.

Las lámparas incandescentes tienen una eficiencia muy baja. En ellos, solo alrededor del 4-5% de la energía eléctrica total consumida por la lámpara se convierte en energía luminosa; el resto de la energía se convierte en calor.

Las lámparas de gas se utilizan ahora ampliamente. Utilizan la propiedad de los gases enrarecidos de brillar cuando una corriente eléctrica los atraviesa. La luz emitida por una lámpara de gas depende de la naturaleza del gas. El neón produce luz roja anaranjada, el argón produce luz azul violeta y el helio produce luz rosa amarillenta. Las lámparas de luz de gas funcionan con corriente alterna de alto voltaje obtenida mediante transformadores. Estas lámparas han encontrado aplicación para señalización, publicidad e iluminación.

Nuestra industria también produce lámparas que contienen vapor de mercurio enrarecido en sus tubos de vidrio. Al pasar corriente a través de ellos, se puede hacer que los vapores brillen débilmente.

La superficie interna del tubo de la lámpara está recubierta con un compuesto especial: un fósforo que brilla bajo la acción del resplandor del vapor de mercurio. Estas lámparas se llaman Lámparas fluorescentes.

En la actualidad, se producen tres tipos de lámparas fluorescentes: lámparas fluorescentes utilizadas para iluminar lugares donde es necesaria la diferenciación de colores - imprenta, industria algodonera, etc.; lámparas de luz blanca para la iluminación de locales industriales, de oficinas y residenciales; Lámparas de color blanco cálido para iluminar museos, teatros y galerías de arte. Las lámparas fluorescentes son cuatro veces más eficientes que las lámparas incandescentes convencionales.

61. SOLDADURA ELÉCTRICA

Hay dos tipos de soldadura eléctrica:

1) arco;

2) soldadura por resistencia eléctrica. La soldadura por arco eléctrico fue inventada por un ingeniero ruso N. N. Benardos en 1882

La soldadura por arco eléctrico utiliza el calor generado por un arco eléctrico. Al soldar con el método Benardos, un polo de la fuente de voltaje se conecta a la varilla de carbono y el otro polo se conecta a las piezas que deben soldarse. Se inserta una delgada varilla de metal en la llama de un arco eléctrico, que se funde y gotas de metal fundido, que fluyen hacia las piezas y se solidifican, forman una costura de soldadura.

En 1891 un ingeniero ruso N.G. Slavyanov propuso otro método de soldadura por arco eléctrico, que fue el más utilizado. La soldadura eléctrica según el método Slavyanov es la siguiente. La varilla de carbono se reemplaza por un electrodo de metal. El electrodo en sí se derrite y el metal fundido, al solidificarse, conecta las partes a soldar. Después de usar el electrodo, se reemplaza por uno nuevo.

Antes de soldar la pieza, debe limpiarse a fondo de óxido, escamas, aceite, suciedad con un cincel, lima, papel de lija.

Para crear un arco estable y obtener una costura fuerte, los electrodos metálicos están recubiertos con compuestos especiales. Tal recubrimiento también se derrite durante la fusión del electrodo y, al verter sobre las superficies fuertemente calentadas de las piezas a soldar, no permite que se oxiden.

Soldadura por resistencia eléctrica. Si junta dos piezas de metal y pasa una fuerte corriente eléctrica a través de ellas, entonces, debido a la liberación de calor en el punto de contacto de las piezas (debido a la alta resistencia transitoria), estas últimas se calientan a una temperatura alta. y soldado.

En la actualidad, la soldadura eléctrica, tanto por arco como por resistencia, ha entrado con fuerza en la industria y se ha generalizado mucho. Sueldan chapas y ángulos, vigas y rieles, mástiles y tuberías, cerchas y calderas, barcos, etc. La soldadura se utiliza para fabricar piezas nuevas y reparar piezas viejas de acero, hierro fundido y metales no ferrosos.

Se han desarrollado nuevos métodos de utilización de la soldadura eléctrica: soldadura eléctrica submarina; soldadura automática; soldadura con corriente alterna (el dispositivo tiene una pieza especial: un oscilador, cuyo propósito es generar corriente alterna de alto voltaje y muy alta frecuencia, lo que garantiza una combustión estable del arco al soldar piezas metálicas delgadas y gruesas).

Al cerrar y abrir un interruptor automático o disyuntor, así como al cerrar y abrir los contactos de dispositivos y aparatos, una chispa eléctrica que se produce entre los contactos, y muchas veces el arco eléctrico que le sigue, funde el metal, y los contactos se queman. o soldadura, interrumpiendo el funcionamiento de la instalación. Este fenómeno se denomina erosión eléctrica. La chispa en su aparición, por así decirlo, "roe" el metal. Para combatir la chispa, a veces se incluye un condensador de cierta capacidad entre los contactos en paralelo con la vía de chispa.

Ingenieros B.R. Lazarenko y I. N. Lazarenko utilizó la propiedad de una chispa eléctrica para "roer metal" en una instalación electroerosiva diseñada por ellos. El funcionamiento de la instalación es básicamente el siguiente. Un cable de una fuente de voltaje está conectado a la barra de metal. El otro cable está conectado a la pieza de trabajo que está en el aceite. Una barra de metal está hecha para vibrar. Una chispa eléctrica que se produce entre la varilla y la pieza “roe” la pieza, haciéndole un agujero que tiene la misma forma que la sección de la varilla (hexagonal, cuadrada, triangular, etc.).

62. ELECTROMAGNETISMO

El campo magnético es uno de los dos lados del campo electromagnético, excitado por las cargas eléctricas de las partículas en movimiento y un cambio en el campo eléctrico y caracterizado por un efecto de fuerza sobre las partículas cargadas en movimiento y, por lo tanto, sobre las corrientes eléctricas.

La dirección de las líneas de inducción magnética cambia con un cambio en la dirección de la corriente en el conductor. Las líneas de inducción magnética alrededor de un conductor tienen las siguientes propiedades:

1) las líneas de inducción magnética de un conductor rectilíneo tienen forma de círculos concéntricos;

2) cuanto más cerca del conductor, más densas son las líneas de inducción magnética;

3) la inducción magnética (intensidad de campo) depende de la magnitud de la corriente en el conductor;

4) la dirección de las líneas de inducción magnética depende de la dirección de la corriente en el conductor. La dirección de las líneas de inducción magnética alrededor de un conductor con corriente se puede determinar mediante la "regla de la barrena". Si una barrena (sacacorchos) con rosca a la derecha se mueve hacia adelante en la dirección de la corriente, entonces la dirección de rotación del mango coincidirá con la dirección de las líneas de inducción magnética alrededor del conductor.

El campo magnético se caracteriza por un vector de inducción magnética, que tiene una cierta magnitud y una cierta dirección en el espacio.

Una línea tangente a cada punto de la cual coincide con la dirección del vector de inducción magnética se denomina línea de inducción magnética o línea de inducción magnética.

El producto de la inducción magnética y la magnitud del área perpendicular a la dirección del campo (vector de inducción magnética) se llama flujo del vector de inducción magnética o simplemente flujo magnético y se denota con la letra Ф: Ф = BS. La unidad de medida es Weber (Wb).

Solenoide Se llama conductor enrollado, a través del cual pasa una corriente eléctrica. Para determinar los polos del solenoide, utilizan la "regla del gimlet", aplicándola de la siguiente manera: si coloca el gimlet a lo largo del eje del solenoide y lo gira en la dirección de la corriente en las vueltas del solenoide, entonces el movimiento de traslación del gimlet mostrará la dirección del campo magnético.

Un solenoide con un núcleo de acero (hierro) en el interior se llama electroimán. El campo magnético de un electroimán es más fuerte que el de un solenoide porque la pieza de acero incrustada en el solenoide está magnetizada y el campo magnético resultante se amplifica. Los polos de un electroimán se pueden determinar, al igual que un solenoide, según la "regla de la barrena".

El flujo magnético de un solenoide (electroimán) aumenta con el aumento del número de vueltas y la corriente en él. La fuerza de magnetización depende del producto de la corriente y el número de vueltas.

Puede aumentar el flujo magnético del solenoide de las siguientes maneras:

1) poner un núcleo de acero en el solenoide, convirtiéndolo en un electroimán;

2) aumentar la sección transversal del núcleo de acero del electroimán (porque con una corriente dada, una intensidad de campo magnético y, por lo tanto, una inducción magnética, un aumento de la sección transversal conduce a un aumento del flujo magnético);

3) reducir el entrehierro del electroimán (porque al disminuir la trayectoria de las líneas magnéticas a través del aire, la resistencia magnética disminuye).

63. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

El fenómeno de la EMF en un circuito cuando es atravesado por un campo magnético se llama inducción electromagnética y fue descubierto por un físico inglés M. Faradeem en 1831

Un conductor que transporta una corriente eléctrica está rodeado por un campo magnético. Si cambia la magnitud o la dirección de la corriente en el conductor, o abre y cierra el circuito eléctrico que suministra corriente al conductor, entonces el campo magnético que rodea al conductor cambiará. Cambiando, el campo magnético del conductor cruza el mismo conductor e induce un EMF en él. Este fenómeno se denomina autoinducción. La propia fem inducida se denomina fem de autoinducción.

La EMF inducida ocurre en los siguientes casos.

1. Cuando un conductor en movimiento cruce un campo magnético fijo o, por el contrario, un campo magnético en movimiento cruce un conductor fijo; o cuando un conductor y un campo magnético, moviéndose en el espacio, se mueven uno respecto del otro.

2. Cuando un campo magnético alterno de un conductor, actuando sobre otro conductor, induce una FEM en él.

3. Cuando el campo magnético cambiante del conductor induce una FEM en él (autoinducción).

Para determinar la FEM inducida en el conductor, se usa la "regla de la mano derecha": si coloca mentalmente su mano derecha en un campo magnético a lo largo del conductor de modo que las líneas magnéticas que salen del polo norte entren en la palma y el pulgar doblado coincide con la dirección de movimiento del conductor, entonces cuatro dedos extendidos mostrarán la dirección de la fem inducida en el conductor.

El valor de la fem inducida en el conductor depende de:

1) de la magnitud de la inducción del campo magnético, ya que cuanto más densas sean las líneas de inducción magnética, mayor será el número de ellas que atravesarán el conductor por unidad de tiempo;

2) de la velocidad del conductor en un campo magnético, ya que a alta velocidad de movimiento el conductor puede atravesar más líneas de inducción por unidad de tiempo;

3) de la longitud de trabajo (ubicada en un campo magnético) del conductor, ya que un conductor largo puede atravesar más líneas de inducción por unidad de tiempo;

4) sobre el valor del seno del ángulo entre la dirección del movimiento del conductor y la dirección del campo magnético.

En 1834 un académico ruso E.Kh. Lenz dio una regla universal para determinar la dirección de la fem inducida en un conductor. Esta regla, conocida como regla de Lenz, se formula de la siguiente manera: la dirección de la fem inducida es siempre la misma, que la corriente causada por ella y su campo magnético tienen una dirección tal que tienden a interferir con la causa que genera esta. fem inducida.

Las corrientes que se inducen en los cuerpos metálicos cuando son atravesados ​​por líneas magnéticas se denominan corrientes de Foucault o corrientes de Foucault.

Para reducir las pérdidas por corrientes de Foucault, las armaduras de los generadores, los motores eléctricos y los núcleos de los transformadores se ensamblan a partir de láminas separadas delgadas (0,35-0,5 mm) estampadas de acero dulce, ubicadas en la dirección de las líneas de flujo magnético y aisladas entre sí con barniz o papel fino. Esto se hace para, debido a la pequeña sección transversal de cada lámina de acero, reducir la cantidad de flujo magnético que pasa a través de ella y, por lo tanto, reducir la EMF y la corriente inducida en ella.

Las corrientes de Foucault son útiles. Estas corrientes se utilizan para endurecer productos de acero con corrientes de alta frecuencia en el funcionamiento de instrumentos de medición eléctricos de inducción, medidores y relés de CA.

64. RECIBIENDO CORRIENTE AC

Sea un campo magnético uniforme formado entre los polos de un electroimán. Dentro del campo, bajo la acción de una fuerza externa, un conductor rectilíneo de metal gira en un círculo en el sentido de las agujas del reloj. La intersección de conductores de líneas magnéticas dará lugar a la aparición de una fem inducida en el conductor. La magnitud de esta fem depende de la magnitud de la inducción magnética, la longitud activa del conductor, la velocidad a la que el conductor cruza las líneas magnéticas y el seno del ángulo entre la dirección de movimiento del conductor y la dirección de la campo magnético. ?= Bl?sin?.

Descomponemos la velocidad periférica en dos componentes: normal y tangencial con respecto a la dirección de la inducción magnética. El componente normal de la velocidad determina la FEM inducida de inducción y es igual a:

?n = ?sin?. La componente de velocidad tangencial no participa en la creación de la FEM inducida y es igual a:

Al moverse, el conductor ocupará varias posiciones. Para una revolución completa del conductor, el EMF primero aumenta de cero a un valor máximo, luego disminuye a cero y, cambiando su dirección, aumenta nuevamente a un valor máximo y nuevamente disminuye a cero. Con más movimiento del conductor, se repetirán los cambios en el EMF.

Una corriente que varía en magnitud y dirección fluirá en el circuito externo. Esta corriente se llama variables en contraste con permanente, que dan pilas galvánicas y baterías.

La EMF variable y la corriente alterna cambian periódicamente su dirección y magnitud. El valor de una variable (corriente, voltaje y FEM) en el momento considerado se denomina valor instantáneo. El mayor de los valores instantáneos de una variable se denomina valor máximo o amplitud y se denota por Im, Um.

El período de tiempo después del cual se repiten los cambios en la variable se denomina período T (medido en segundos). El número de períodos por unidad de tiempo se denomina frecuencia de la corriente alterna y se denota por v (medida en hercios). En ingeniería, se utilizan corrientes de varias frecuencias. La frecuencia industrial estándar en Rusia es -50 Hz.

La EMF en el conductor se induce de acuerdo con la ley del seno. Este EMF se llama sinusoidal.

La corriente sinusoidal alterna durante el período tiene diferentes valores instantáneos. Las acciones de la corriente no están determinadas ni por la amplitud ni por los valores instantáneos. Para evaluar el efecto que produce la corriente alterna, lo comparamos con el efecto térmico de la corriente continua. La potencia de CC que pasa a través de la resistencia será C = I2R.

La relación entre los valores efectivos y de pico de la intensidad de corriente y la tensión alterna tiene la forma:

Im = I?2, Um = U?2.

El valor efectivo de una corriente alterna es igual a una corriente continua que, pasando por la misma resistencia que la corriente alterna, libera la misma cantidad de energía en el mismo tiempo.

65. CIRCUITOS DE CA

Considere un circuito que consta de resistencia R. Por simplicidad, ignoramos la influencia de la inductancia y la capacitancia. Se aplica un voltaje sinusoidal u = Umsin?t a las terminales del circuito. Según la ley de Ohm, el valor instantáneo de la corriente será: i \uXNUMXd u / r =(Um / r)sin?t = Soy pecado?t.

La fórmula de potencia para un circuito de CA con resistencia activa es la misma que la fórmula de potencia para un circuito de CC: P \u2d IXNUMXR Todos los conductores tienen resistencia activa. En un circuito de corriente alterna, los filamentos de lámparas incandescentes, espirales de calentadores eléctricos y reóstatos, lámparas de arco y conductores rectos largos tienen casi una sola resistencia activa.

Considere un circuito de CA que contiene una bobina con inductancia L sin núcleo de acero. Para simplificar, supondremos que la resistencia activa de la bobina es muy pequeña y puede despreciarse.

La corriente cambia con la mayor velocidad cerca de sus valores cero. Cerca de los valores máximos, la tasa de cambio de la corriente disminuye, y en el valor máximo de la corriente, su aumento es cero. Por lo tanto, la corriente alterna varía no solo en magnitud y dirección, sino también en la velocidad de su cambio. Una corriente alterna, que pasa a través de las vueltas de la bobina, crea un campo magnético alterno. Las líneas magnéticas de este campo, cruzando las vueltas de su propia bobina, inducen en ellas una FEM de autoinducción. Dado que la inductancia de la bobina en nuestro caso permanece sin cambios, la FEM de la autoinducción dependerá solo de la tasa de cambio de la corriente. La tasa más alta de cambio de corriente ocurre cerca de los valores de corriente cero. En consecuencia, la FEM de autoinducción tiene el mayor valor en los mismos momentos.

En el momento inicial de tiempo, la corriente aumenta brusca y rápidamente desde cero y, por lo tanto, tiene un valor máximo negativo. Dado que la corriente aumenta, la FEM de autoinducción, de acuerdo con la regla de Lenz, debería evitar que la corriente cambie. Por lo tanto, la EMF de autoinducción con corriente creciente tendrá una dirección opuesta a la corriente. La tasa de cambio actual disminuye a medida que se acerca al máximo. Por lo tanto, la FEM de autoinducción también disminuye, hasta que, finalmente, en la corriente máxima, cuando sus cambios son iguales a cero, se vuelve igual a cero.

La corriente alterna, habiendo alcanzado un máximo, comienza a disminuir. Según la regla de Lenz, la FEM de autoinducción evitará que la corriente disminuya y, ya dirigida en la dirección del flujo de corriente, la soportará.

Con un cambio adicional, la corriente alterna disminuye rápidamente a cero. Una fuerte disminución de la corriente en la bobina también implicará una rápida disminución del campo magnético y, como resultado de la intersección de las líneas magnéticas de las vueltas de la bobina, se inducirá en ellas la mayor FEM de autoinducción. .

Dado que la FEM de autoinducción en los circuitos de corriente alterna contrarresta continuamente los cambios en la corriente, para permitir que la corriente fluya a través de las vueltas de la bobina, el voltaje de la red debe equilibrar la FEM de autoinducción. Es decir, la tensión de la red en cada momento del tiempo debe ser igual y opuesta a la FEM de autoinducción.

El valor XL = ?L se llama reactancia inductiva, lo cual es una especie de obstáculo que tiene el circuito para cambiar la corriente en él.

El valor XC = 1/(?C) se llama resistencia capacitiva, que, al igual que la reactancia inductiva, depende de la frecuencia de la corriente alterna.

66. CIRCUITO OSCILATORIO

Considere el caso de obtener corriente alterna descargando un capacitor a una bobina.

Un condensador cargado tiene una reserva de energía eléctrica. Cuando se hace un cortocircuito con la bobina, comenzará a descargarse y el suministro de energía eléctrica disminuirá. La corriente de descarga del condensador, al pasar por las espiras de la bobina, crea un campo magnético. En consecuencia, la bobina comenzará a almacenar energía magnética. Cuando el capacitor esté completamente descargado, su energía eléctrica será cero. En este momento, la bobina tendrá un suministro máximo de energía magnética. Ahora la propia bobina se convierte en un generador de corriente eléctrica y comienza a recargar el condensador. La fem de autoinducción que ocurre en la bobina durante el período de crecimiento del campo magnético impidió que la corriente aumentara. Ahora, cuando el campo magnético de la bobina disminuya, la FEM de autoinducción tiende a mantener la corriente en la misma dirección. En el momento en que la energía magnética de la bobina se haga igual a cero, las placas del condensador se cargarán de forma opuesta a como se cargaron al principio, y si la resistencia del circuito es cero, entonces el condensador recibirá el suministro inicial de energía eléctrica. Entonces el condensador recibirá el suministro inicial de energía eléctrica. Luego, el capacitor comenzará a descargarse nuevamente, creando una corriente inversa en el circuito, y el proceso se repetirá.

Las transformaciones alternas de energía eléctrica en energía magnética y viceversa forman la base del proceso de oscilaciones electromagnéticas. Un circuito que consta de capacitancia e inductancia en el que ocurre el proceso de oscilaciones electromagnéticas se llama circuito oscilatorio.

Las fluctuaciones de energía periódicas que ocurren en un circuito oscilatorio podrían continuar indefinidamente en forma de oscilaciones no amortiguadas si no hubiera pérdidas en el circuito oscilatorio mismo. Sin embargo, la presencia de resistencia activa conduce al hecho de que la reserva de energía del circuito disminuye con cada período debido a las pérdidas de calor en la resistencia activa, como resultado de lo cual se extinguen las oscilaciones.

El período de oscilaciones electromagnéticas que ocurren en un circuito oscilatorio sin resistencia está determinado por la fórmula de Thomson.

Hay dos formas de cambiar el tiempo del período de oscilación del circuito: cambiando la inductancia de la bobina o la capacitancia del capacitor. Ambos métodos se utilizan para este propósito en ingeniería de radio.

Un circuito oscilatorio es un accesorio necesario para cada receptor de radio y transmisor de radio.

El principio de la transmisión por radio es el siguiente. Las oscilaciones electromagnéticas se crean en la antena de la estación de radio transmisora ​​con la ayuda de generadores de tubo. La amplitud de la oscilación depende de varios factores, incluida la cantidad de corriente que fluye en el circuito del micrófono, que recibe vibraciones de sonido debido al habla o la música.

Los cambios en las vibraciones de alta frecuencia con la ayuda de las vibraciones del sonido se denominan modulación.

La comunicación por radio fue realizada por primera vez por un destacado científico ruso. COMO. Popov (1859-1905).

67. CA TRIFÁSICA

Sistema polifásico llamado un conjunto de campos electromagnéticos variables de la misma frecuencia y desplazados en fase uno con respecto al otro por cualquier ángulo.

Cada EMF puede actuar en su propio circuito y no estar asociado con otro EMF. Tal sistema se llama no relacionado.

La desventaja de un sistema multifásico desacoplado es una gran cantidad de cables, igual a 2 m, por lo que, por ejemplo, se requieren seis cables para transmitir energía a través de un sistema trifásico. Un sistema polifásico en el que las fases individuales están conectadas eléctricamente entre sí se denomina sistema polifásico acoplado.

La corriente polifásica tiene importantes ventajas:

1) cuando se transfiere la misma potencia por corriente multifásica, se requiere una sección transversal de cables más pequeña que con una corriente monofásica;

2) con la ayuda de bobinas o devanados fijos, crea un campo magnético giratorio utilizado en el funcionamiento de motores y varios dispositivos de CA.

De los sistemas de corriente multifásica, la corriente alterna trifásica ha recibido la aplicación más práctica.

Resulta de la siguiente manera. Si se colocan tres vueltas en un campo magnético uniforme de los polos, cada una de ellas se encuentra en un ángulo de 120° con respecto a la otra, y las vueltas se giran a una velocidad angular constante, entonces se inducirá una FEM en el vueltas, que también se desfasará en 120 °.

En la práctica, para obtener una corriente trifásica, se hacen tres devanados en el estator de un alternador, desplazados uno con respecto al otro en 120 °.

Se denominan devanados de fase o simplemente fases de generador.

En la práctica, no se utiliza un sistema de corriente trifásico desacoplado.

Los devanados de fase de los generadores y consumidores de corriente trifásica están conectados según el esquema de estrella o delta.

Si los devanados de fase del generador o consumidor están conectados de modo que los extremos de los devanados estén cerrados en un punto común, y los comienzos de los devanados están conectados a cables lineales, tal conexión se llama estrella. En conexión en estrella, la tensión de línea es V3 veces la tensión de fase. Con una carga desigual, los voltajes de fase del consumidor son de diferente magnitud, y la magnitud del voltaje de fase es proporcional a la resistencia de fase. El desplazamiento del punto cero del consumidor, que se produce como consecuencia de una carga desigual, conduce a un fenómeno indeseable en las redes de alumbrado. Cuanto mayor sea el número y la potencia de las lámparas incluidas en la fase, menor será su resistencia, menor será su tensión de fase, más débil se quemará.

Además de la conexión en estrella, se pueden conectar generadores o consumidores de corriente trifásica un triangulo

Con una carga delta uniforme, la corriente de línea es V3 veces la corriente de fase.

En los motores y otros consumidores de corriente trifásica, en la mayoría de los casos, se emiten los seis extremos de los tres devanados que, si se desea, se pueden conectar con una estrella o un triángulo. Por lo general, se conecta una placa de material aislante (placa de terminales) a una máquina trifásica, a la que se sacan los seis extremos.

La potencia de un sistema trifásico se puede calcular mediante la fórmula: P = ?3 IUcos ?.

68. TRANSFORMADORES

En 1876 PI. Yablochkov sugirió usar un transformador para alimentar las velas. En el futuro, el diseño de transformadores fue desarrollado por otro inventor ruso, un mecánico SI. Usagin, quien sugirió usar transformadores para alimentar no solo las velas de Yablochkov, sino también otros consumidores de energía eléctrica.

Un transformador es un dispositivo eléctrico basado en el fenómeno de la inducción mutua y diseñado para convertir la corriente alterna de un voltaje en corriente alterna de un voltaje diferente, pero de la misma frecuencia. El transformador más simple tiene un núcleo de acero y dos devanados aislados tanto del núcleo como entre sí.

El devanado de un transformador que está conectado a una fuente de voltaje se llama devanado primario, y el devanado al que están conectados los consumidores o las líneas de transmisión que conducen a los consumidores se llama devanado secundario.

Una corriente alterna, que pasa por el devanado primario, crea un flujo magnético alterno, que se entrelaza con las vueltas del devanado secundario e induce una fem en ellas.

Dado que el flujo magnético es variable, la FEM inducida en el devanado secundario del transformador también es variable y su frecuencia es igual a la frecuencia de la corriente en el devanado primario.

El flujo magnético variable que pasa por el núcleo del transformador atraviesa no solo el devanado secundario, sino también el devanado primario del transformador. Por lo tanto, también se inducirá un EMF en el devanado primario.

La magnitud de la FEM inducida en los devanados del transformador depende de la frecuencia de la corriente alterna, el número de vueltas de cada devanado y la magnitud del flujo magnético en el núcleo. A una determinada frecuencia y un flujo magnético constante, la magnitud de la FEM de cada devanado depende únicamente del número de vueltas de este devanado. Esta relación entre los valores de EMF y el número de vueltas de los devanados del transformador se puede expresar mediante la fórmula: ?1 / ?2 = N1 / N2, donde ?1 y ?2 son los EMF de los devanados primario y secundario, N1 y N2 son el número de vueltas de los devanados primario y secundario.

La diferencia entre EMF y voltaje es tan pequeña que la relación entre voltajes y el número de vueltas de ambos devanados se puede expresar mediante la fórmula: U1 / U2 = N1 / N2. La diferencia entre EMF y el voltaje en el devanado primario del transformador se vuelve especialmente pequeña cuando el devanado secundario está abierto y la corriente en él es cero (inactiva), y solo fluye una pequeña corriente en el devanado primario, llamada corriente sin carga. . En este caso, el voltaje en los terminales del devanado secundario es igual a la FEM inducida en él.

El número que muestra cuántas veces el voltaje en el devanado primario es mayor (o menor) que el voltaje en el devanado secundario se denomina relación de transformación y se denota con la letra k. k = U1 / U2 ? N1/N2.

La tensión nominal de los devanados de alta y baja tensión, indicada en la placa de identificación del transformador, se refiere al modo de reposo.

Los transformadores que sirven para aumentar la tensión se denominan elevadores; su relación de transformación es menor que uno. Los transformadores reductores reducen el voltaje; su relación de transformación es mayor que uno.

El modo en el que el devanado secundario del transformador está abierto y se aplica un voltaje alterno a los terminales del devanado primario se denomina funcionamiento inactivo o inactivo del transformador.

69. DISPOSITIVOS Y TIPOS DE TRANSFORMADORES

El núcleo (circuito magnético) del transformador forma un circuito cerrado al flujo magnético y está fabricado en chapa de acero eléctrico (transformador) con un espesor de 0,5 y 0,35 mm. El acero eléctrico es acero que contiene 4-4,8% de silicio por peso. La presencia de silicio mejora las propiedades magnéticas del acero y aumenta su resistividad a las corrientes de Foucault. Las láminas de acero separadas se recubren con una capa de barniz para aislarlas unas de otras, después de lo cual se aprietan con pernos que se pasan por casquillos aislantes. Dicho dispositivo se utiliza para reducir las corrientes de Foucault inducidas en el acero por un flujo magnético alterno. Las partes del circuito magnético sobre las que se coloca el devanado se denominan varillas. Las varillas están conectadas por los yugos superior e inferior.

Según el diseño del circuito magnético se distinguen dos tipos de transformadores: de varilla y blindados. En un transformador tipo varilla, los devanados recubren las varillas del circuito magnético; en transformadores blindados, el circuito magnético, por el contrario, como "armadura", cubre los devanados. En caso de falla en el devanado de un transformador blindado, es inconveniente de inspeccionar y difícil de reparar. Por tanto, los más extendidos son los transformadores de varilla.

El devanado del transformador está hecho de cobre aislado redondo o rectangular. Primero se coloca un cilindro aislante (generalmente cartón impregnado con barniz de baquelita) en el núcleo del circuito magnético, sobre el cual se coloca un devanado de bajo voltaje. La ubicación del devanado de baja tensión más cerca de la varilla se explica por el hecho de que es más fácil aislarlo de la varilla de acero que el devanado de alta tensión.

Sobre el devanado de baja tensión superpuesto se coloca otro cilindro aislante, sobre el que se coloca el devanado de alta tensión.

Estos transformadores se denominan de dos devanados. Hay transformadores que tienen un devanado primario y dos secundarios por fase. El devanado primario es el devanado de mayor voltaje. Los devanados secundarios, dependiendo del voltaje en sus terminales, se denominan: uno - devanado de media tensión y el otro - devanado de baja tensión. Estos transformadores se llaman de tres devanados.

Para la transformación de corriente trifásica se pueden utilizar transformadores monofásicos. Si combinamos el acero de tres núcleos en un núcleo común, obtenemos el núcleo de un transformador trifásico. El costo del acero del transformador para un transformador trifásico es mucho menor que para la instalación de tres transformadores monofásicos.

Si la potencia requerida para la transformación es mayor que la potencia de un transformador, en este caso se encienden varios transformadores para el funcionamiento en paralelo.

Para permitir el funcionamiento en paralelo de transformadores monofásicos, se deben cumplir las siguientes condiciones.

1. Los voltajes de los devanados primario y secundario de los transformadores conectados en paralelo deben ser iguales. En este caso, las relaciones de transformación de los transformadores también serán iguales.

2. Igualdad de tensiones de cortocircuito.

3. Encendido por las mismas fases desde el lado de los voltajes más altos y más bajos.

Un autotransformador es un transformador que tiene un solo devanado en su núcleo. Tanto los circuitos primarios como los secundarios están conectados a varios puntos de este devanado. El flujo magnético de un autotransformador induce una fuerza eléctrica en el devanado. Esta fuerza electromotriz es casi igual al voltaje aplicado.

70. MOTORES ASINCRONICOS

máquina asíncrona Se denomina máquina de corriente alterna, en la que la velocidad de rotación del rotor es menor que la velocidad de rotación del campo magnético del estator y depende de la carga. Una máquina asíncrona, al igual que otras máquinas eléctricas, tiene la propiedad de la reversibilidad, es decir, puede funcionar tanto en modo motor como en modo generador.

El motor de inducción trifásico fue inventado por el ingeniero ruso M.O. Dolivo-Dobrovolsky en 1890 y desde entonces, experimentando mejoras, ha ocupado firmemente su lugar en la industria y se ha generalizado en todos los países del mundo.

Un motor de inducción tiene dos partes principales: estator y rotor. El estator es la parte fija de la máquina. En el interior del estator se realizan unos surcos, donde se coloca un devanado trifásico, alimentado por corriente alterna trifásica. La parte giratoria de la máquina se llama rotor, el devanado también se coloca en sus ranuras. El estator y el rotor se ensamblan a partir de láminas estampadas separadas de acero eléctrico con un espesor de 0,35 y 0,5 mm. Las láminas individuales de acero están aisladas entre sí con una capa de barniz. El entrehierro entre el estator y el rotor se hace lo más pequeño posible.

Dependiendo del diseño del rotor, los motores asíncronos vienen con rotores de fase y jaula de ardilla.

Los motores asíncronos se dividen en sin escobillas y de colector. Los motores sin escobillas son los más utilizados. Se utilizan donde se requiere una velocidad de rotación aproximadamente constante y no se requiere su ajuste. Los motores sin escobillas son de diseño simple, funcionan sin problemas y tienen una alta eficiencia.

Si conecta el procesamiento del estator a una red de corriente alterna trifásica, surge un campo magnético giratorio dentro del estator. Las líneas magnéticas del campo cruzarán el devanado de la corriente fija del rotor e inducirán un EMF en él. El rotor, durante su rotación, no puede alcanzar el campo magnético giratorio del estator. Si asumimos que el rotor tendrá la misma velocidad de rotación que el campo magnético del estator, las corrientes en el devanado del rotor desaparecerán. Con la desaparición de las corrientes en el devanado del rotor, su interacción con el campo del estator se detendrá y el rotor comenzará a girar más lentamente que el campo del estator giratorio. Sin embargo, en este caso, el devanado del rotor comenzará nuevamente a ser atravesado por el campo giratorio del estator y el par volverá a actuar sobre el rotor. En consecuencia, durante su rotación, el rotor siempre debe retrasarse con respecto a la velocidad de rotación del campo magnético del estator, es decir, girar de forma asíncrona (no sincronizada con el campo magnético), razón por la cual estos motores se denominaron asincrónico.

El motor de inducción de jaula de ardilla es el motor eléctrico más utilizado en la industria. La estructura de un motor asíncrono es la siguiente. En la parte estacionaria del motor, el estator, se encuentra un devanado trifásico alimentado por una corriente trifásica. Los comienzos de las tres fases de este devanado salen a un blindaje común montado externamente en la carcasa del motor. Dado que en los devanados del estator fluye corriente alterna, un flujo magnético alterno pasará a través del acero del estator. Para reducir las corrientes parásitas que surgen en el estator, éste está fabricado a partir de láminas estampadas separadas de acero aleado con un espesor de 0,35 y 0,5 mm. Desventajas: dificultad para ajustar la velocidad de rotación y alta corriente de arranque. Por ello, junto a ellos, también se utilizan motores asíncronos con rotor bobinado.

El dispositivo del estator de dicho motor y su devanado no difieren del dispositivo del estator de un motor con rotor de jaula de ardilla. La diferencia entre estos dos motores radica en el diseño del rotor. Un motor eléctrico con rotor de fase tiene un rotor en el que, al igual que en el estator, se colocan devanados trifásicos, interconectados por una estrella.

71. GENERADORES SINCRONICOS

máquina síncrona se llama máquina, cuya velocidad de rotación es constante y está determinada a una frecuencia dada de corriente alterna por el número de pares de polos p: v \u60d XNUMX ·n / p De acuerdo con el principio de reversibilidad, descubierto por E .Kh. Lenz, una máquina síncrona puede funcionar tanto como generador como motor.

El funcionamiento de los generadores síncronos se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética. Dado que es fundamentalmente indiferente si un conductor en movimiento cruza un campo magnético fijo o, por el contrario, un campo en movimiento cruza un conductor fijo, los generadores estructuralmente síncronos se pueden fabricar en dos tipos. En el primero de ellos, los polos magnéticos pueden colocarse sobre el estator y alimentar su devanado con corriente continua, y los conductores pueden colocarse sobre el rotor y retirarse de ellos mediante anillos y escobillas con corriente alterna.

A menudo, la parte de la máquina que crea un campo magnético se denomina inductor, y la parte de la máquina donde se encuentra el devanado, en el que se induce la FEM, se denomina armadura. Por lo tanto, en el primer tipo de generador, el inductor está estacionario y la armadura gira.

El estator de un generador síncrono, como otras máquinas de corriente alterna, consta de un núcleo hecho de láminas de acero eléctrico, en cuyas ranuras se coloca el devanado de corriente alterna, y un marco, una carcasa de hierro fundido o soldada hecha de chapa de acero. . El devanado del estator se coloca en ranuras estampadas en la superficie interior del núcleo. El aislamiento del devanado se realiza con especial cuidado, ya que la máquina suele tener que funcionar a altas tensiones. Como aislamiento se utilizan micanita y cinta de micanita.

Los rotores de las máquinas síncronas se dividen en dos tipos por diseño:

1) polos explícitos (es decir, con polos pronunciados);

2) implícitamente polar (es decir, con polos implícitamente expresados).

El rotor del polo saliente es una forja de acero. Los polos están unidos al borde del rotor, en el que se colocan las bobinas de excitación, conectadas en serie entre sí. Los extremos del devanado de excitación están conectados a dos anillos montados en el eje del rotor. Los cepillos se superponen a los anillos, a los que se conecta una fuente de voltaje constante. Por lo general, un generador de corriente continua, ubicado en el mismo eje que el rotor y llamado excitador, proporciona una corriente continua para excitar el rotor. La potencia del excitador es 0,25-1% de la potencia nominal del generador síncrono. Tensión nominal de los excitadores 60-350 V.

También hay disponibles generadores síncronos autoexcitados. Se obtiene una corriente continua para excitar el rotor utilizando rectificadores de selenio conectados al devanado del estator del generador. En el primer momento, el campo magnético residual del rotor giratorio induce una pequeña FEM variable en el devanado del estator. Los rectificadores de selenio conectados a voltaje alterno dan una corriente continua, lo que fortalece el campo del rotor y aumenta el voltaje del generador.

Al diseñar máquinas eléctricas y transformadores, los diseñadores prestan gran atención a la ventilación de las máquinas. Para generadores síncronos, se utiliza refrigeración por aire e hidrógeno.

72. DISPOSITIVO GENERADOR DE CC

El generador de CC es una máquina eléctrica que convierte la energía mecánica del motor primario haciéndolo girar en energía eléctrica de corriente continua, que la máquina entrega a los consumidores. El generador de CC funciona según el principio. inducción electromagnética. Por lo tanto, las partes principales del generador son una armadura con un devanado ubicado sobre ella y electroimanes que crean un campo magnético.

El anclaje tiene forma de cilindro y se recluta a partir de láminas de acero eléctrico estampadas separadas con un espesor de 0,5 mm. Las hojas están aisladas entre sí por una capa de barniz o papel fino. Las depresiones, estampadas alrededor de la circunferencia de cada hoja, forman ranuras al ensamblar la armadura y comprimir las hojas, donde se colocan los conductores aislados del devanado de la armadura.

Se fija un colector en el eje del inducido, que consta de placas de cobre separadas soldadas a ciertos lugares del devanado del inducido. Las placas colectoras están aisladas entre sí por micanita. El colector sirve para rectificar la corriente y desviarla con ayuda de escobillas fijas a la red exterior.

Los electroimanes del generador de CC consisten en núcleos de postes de acero atornillados al marco. El marco del generador está fundido en acero. Para máquinas de muy baja potencia, el marco se funde junto con los núcleos de los polos. En otros casos, los núcleos de los postes se reclutan a partir de láminas separadas de acero eléctrico. Las bobinas hechas de alambre de cobre aislado se colocan en los núcleos. La corriente continua que pasa a través del devanado de excitación crea un flujo magnético de los polos. Para una mejor distribución del flujo magnético en el entrehierro, los polos con puntas se unen al yugo, se ensamblanide láminas de acero individuales.

Cuando la armadura gira en un campo magnético de más, se induce un EMF en el conductor de su devanado, variable en magnitud y dirección. Si los extremos de una vuelta se sueldan a dos anillos de cobre, se aplican cepillos conectados a una red externa a los anillos, luego, cuando la vuelta gira en un campo magnético, una corriente eléctrica alterna fluirá en un circuito cerrado. Esta es la base para el funcionamiento de los alternadores.

Si los extremos de la bobina están unidos a dos medios anillos de cobre, aislados entre sí y llamados placas colectoras, y se les aplican cepillos, entonces cuando la bobina gira en un campo magnético, aún se inducirá una FEM alterna en el bobina. Sin embargo, en el circuito externo fluirá una corriente de dirección constante de magnitud variable (corriente pulsante).

La línea neutra, o neutro geométrico, es la línea que pasa por el centro de la armadura y es perpendicular al eje de los polos. El lado activo de la bobina en esta posición se desliza a lo largo de las líneas magnéticas sin cruzarlas. Por lo tanto, no se induce EMF en la bobina y la corriente en el circuito es cero. El ancho de la escobilla es mayor que el ancho de la división del colector formada por la placa y el entrehierro aislante, y la bobina, estando en la línea neutra, está cortocircuitada en este momento de la escobilla.

Para generadores que operan con una carga que cambia rápidamente (grúas, trenes de laminación), a veces se usa un devanado de compensación, que se coloca en ranuras hechas especialmente en las piezas polares. La dirección de la corriente en el devanado de compensación debe ser opuesta a la corriente en los conductores del devanado del inducido. En el arco cubierto por la pieza polar, el campo magnético del devanado de compensación equilibrará el campo de reacción del inducido, evitando que el campo de la máquina se distorsione. El devanado de compensación, así como el devanado de los polos adicionales, está conectado en serie con el devanado del inducido.

73. TIPOS DE GENERADORES DC

Según el método de creación de un campo magnético, los generadores de CC se dividen en tres grupos:

1) generadores de imanes permanentes o magnetoeléctricos;

2) generadores con excitación independiente;

3) generadores con autoexcitación. Los generadores magnetoeléctricos consisten en uno o más imanes permanentes, en cuyo campo gira una armadura con un devanado. Debido a la muy baja potencia generada, los generadores de este tipo no se utilizan con fines industriales.

En un generador con excitación independiente, los devanados de los polos son alimentados por una fuente externa de tensión constante independiente del generador (generador DC, rectificador, etc.).

El devanado de excitación de los polos del generador con autoexcitación se alimenta de las escobillas del inducido de la propia máquina. El principio de autoexcitación es el siguiente. En ausencia de corriente en el devanado de excitación, la armadura del generador gira en un campo magnético débil de magnetismo residual de los polos. La FEM independiente inducida en el devanado del inducido en este momento envía una pequeña corriente al devanado polar. El campo magnético de los polos aumenta, lo que hace que también aumente la FEM en los conductores del inducido, lo que a su vez provocará un aumento en la corriente de excitación. Esto continuará hasta que se establezca una corriente en el devanado de excitación correspondiente al valor de resistencia del circuito de excitación. La autoexcitación de la máquina solo puede ocurrir si la corriente que fluye a través del devanado de los polos crea un campo magnético que mejora el campo del magnetismo residual y si, además, la resistencia del circuito de excitación no excede un cierto cierto valor.

Los generadores autoexcitados, según el método de conexión del devanado de campo al devanado de armadura, se dividen en tres tipos.

1. Un generador con excitación paralela (derivación), en el que el devanado de excitación de los polos está conectado en paralelo con el devanado del inducido.

2. Generador con excitación en serie (serie), en el que el devanado de excitación de los polos está conectado en serie con el devanado del inducido.

3. Un generador de excitación mixta (compuesto), que tiene dos devanados en los polos: uno conectado en paralelo con el devanado del inducido y el otro conectado en serie con el devanado del inducido. El voltaje de un generador con excitación independiente cambia con la carga por dos razones:

1) debido a una caída de tensión en el devanado del inducido y el contacto de transición de las escobillas;

2) la acción de la reacción de la armadura, lo que lleva a una disminución en el flujo magnético y EMF de la máquina. Para un generador con excitación en paralelo, el voltaje con la carga cambia por tres razones: 1) debido a una caída de voltaje en el devanado del inducido y el contacto de transición de las escobillas;

2) debido a una disminución en el flujo magnético causado por la acción de la reacción del inducido;

3) bajo la influencia de las dos primeras razones, la tensión del generador (o la tensión de las escobillas del inducido) disminuye con la carga.

Un generador con excitación en serie se diferencia de un generador con excitación en paralelo, ya que en el primero el voltaje aumenta al aumentar la carga, y en el segundo disminuye.

Un generador de excitación mixto combina las propiedades de los generadores de excitación en paralelo y en serie.

74. MOTORES ELÉCTRICOS

Si una máquina de CC está conectada a una fuente de voltaje, funcionará con un motor eléctrico, es decir, convertirá la energía eléctrica en energía mecánica. Esta propiedad de las máquinas eléctricas de funcionar tanto como generador como motor se llama reversibilidad.

El motor eléctrico fue inventado en 1834 por un académico ruso BS Jacobi.

El dispositivo de los motores eléctricos es el mismo que el de los generadores. El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de CC se basa en la interacción de la corriente que circula por el devanado del inducido y el campo magnético creado por los polos de los electroimanes. La potencia consumida por el motor de la red es mayor que la potencia en el eje por la cantidad de pérdidas por fricción en los cojinetes, cepillos en el colector, armaduras en el aire, pérdidas en el acero debido a histéresis y corrientes de Foucault, pérdidas de potencia para calentar el devanados de motores y reóstatos. La eficiencia de un motor eléctrico cambia con la carga. A potencia nominal, la eficiencia de los motores oscila entre el 70 y el 93%, dependiendo de la potencia, velocidad de rotación y diseño de los motores.

Dependiendo de la conexión del devanado del inducido y el devanado de excitación, los motores eléctricos de CC se dividen en motores con excitación paralela, en serie y mixta.

Los conductores del devanado del inducido, a través del cual pasa la corriente, estando en el campo magnético creado por los polos, experimentan una fuerza bajo cuya acción son empujados fuera del campo magnético. Para que la armadura del motor gire en cualquier dirección particular, es necesario que la dirección de la corriente en el conductor cambie a la opuesta, tan pronto como el conductor sale del área de cobertura de un polo, cruza el neutro. línea e ingresa al área de cobertura de un polo opuesto vecino. Para dirigir la corriente en los conductores del devanado del inducido del motor en el momento en que los conductores pasan por la línea neutra, se utiliza un colector.

En un motor eléctrico con excitación en paralelo, el devanado de campo está conectado en paralelo a la red, y con una resistencia constante del circuito de excitación y el voltaje de la red, el flujo magnético del motor debe ser constante. A medida que aumenta la carga del motor, la reacción del inducido debilita el flujo magnético, lo que conduce a cierto aumento de la velocidad. En la práctica, la caída de tensión en el devanado del inducido se selecciona de modo que su efecto sobre la velocidad del motor sea casi compensado por la reacción del inducido. Una propiedad característica de un motor con excitación paralela es una velocidad de rotación casi constante cuando cambia la carga en su eje.

Para motores con excitación en serie, la armadura y los devanados de excitación están conectados en serie. Por lo tanto, la corriente que circula por ambos devanados del motor será la misma. A bajas saturaciones del acero del circuito magnético del motor, el flujo magnético es proporcional a la corriente de armadura.

En un motor eléctrico con excitación mixta, la presencia de dos devanados en los polos del motor permite aprovechar las ventajas de los motores de excitación paralela y mixta. Estas ventajas son la velocidad constante y el alto par de arranque. El control de velocidad del motor con excitación mixta se realiza mediante un reóstato de ajuste incluido en el circuito del devanado de excitación en paralelo.

75. RECTIFICADORES

Generadores de motor rara vez se usa y generalmente usa dispositivos especiales que convierten la corriente alterna en corriente continua y se llaman rectificadores En ingeniería, dos tipos de rectificadores son los más utilizados:

1) rectificadores sólidos;

2) rectificadores de mercurio.

Los rectificadores sólidos se denominan aquellos en los que las partes individuales están hechas de cuerpos sólidos. De los rectificadores sólidos, el óxido de cobre (cuprox), el selenio, el silicio y el germanio se han generalizado en la tecnología.

Los rectificadores de mercurio son:

1) vidrio;

2) metálico.

Además de los rectificadores sólidos y de mercurio, también existen rectificadores: mecánicos, kenotrones, gastronómicos, electrolíticos. Los kenotrones (rectificadores de tubo) se utilizan ampliamente en la ingeniería de radio, se encuentran en la mayoría de los receptores de radio modernos alimentados por redes de CA, etc. Los rectificadores de óxido de cobre (cuprox) constan de tres capas:

1) un metal que tiene electrones libres en alta concentración;

2) aislante (bloqueo), que no tiene electrones libres;

3) un semiconductor que tiene una pequeña cantidad de electrones libres. Si hay una diferencia de potencial en las capas pequeñas, surge un fuerte campo eléctrico en la capa de bloqueo, lo que contribuye a la eyección de electrones libres de las capas adyacentes.

En los rectificadores de selenio, un electrodo es una arandela de hierro niquelado recubierta con una fina capa de selenio. El segundo electrodo es una capa de una aleación especial altamente conductora de bismuto, estaño y cadmio depositada sobre selenio. Una arandela de latón de contacto se presiona contra esta capa. Para incluir el elemento en el circuito, se utilizan placas que tocan ambos electrodos. Aparece una capa de barrera en el límite entre la capa de cobertura y la capa de selenio.

La acción de un rectificador de mercurio se basa en la capacidad de la llamada válvula (unilateral) de un arco eléctrico que ha surgido en un recipiente vacío y lleno de mercurio para pasar corriente en una sola dirección. Una válvula es un dispositivo que tiene baja resistencia para corriente directa y alta resistencia para corriente inversa.

Para corrientes superiores a 500 A se utilizan rectificadores de mercurio metálico. La carcasa metálica del rectificador está refrigerada por agua. La copa del cátodo, aislada del cuerpo, está llena de mercurio. Los ánodos principales pasan a través de camisas de ánodo, que protegen los ánodos del mercurio condensado de sus vapores. El ánodo de encendido y los ánodos de excitación independientes se colocan dentro del rectificador. El extremo superior del ánodo de encendido está unido a un núcleo de acero colocado en el solenoide. Si cierra el circuito de corriente que alimenta al solenoide, entonces el núcleo se succiona y baja el ánodo de encendido, que se sumerge en mercurio por un corto tiempo y luego vuelve a su posición anterior bajo la acción del resorte. El arco que se ha formado entre el ánodo de encendido y el mercurio se transfiere a los ánodos de excitación, que soportan el arco impidiendo que se apague.

El ajuste de la tensión rectificada en los rectificadores se realiza mediante un transformador seccionado o autotransformador, que tiene una serie de ramas de sus devanados. Al cambiar el valor del voltaje de CA que alimenta al rectificador, se cambia el valor del voltaje rectificado.

76. INSTRUMENTOS ELÉCTRICOS

Para medir cantidades eléctricas, se utilizan instrumentos de medición eléctricos especiales. Los instrumentos de medición eléctrica han encontrado una amplia aplicación para la operación, control y protección racional de las instalaciones eléctricas en diversos sectores de la economía nacional.

En los instrumentos de medición eléctricos, hay partes móviles y fijas del dispositivo. La manifestación de la corriente eléctrica, por ejemplo, sus efectos térmicos, magnéticos y mecánicos, son la base para la interacción de las partes móviles y estacionarias del dispositivo. El par resultante gira la parte móvil del dispositivo junto con el puntero (flecha).

Bajo la acción de un par, el sistema móvil gira en un ángulo que es mayor cuanto mayor es el valor medido. A diferencia del par, se debe crear un momento contrapuesto igual y opuesto, ya que de lo contrario, para cualquier valor del valor medido (excepto cero), la flecha se desviará hasta el final de la escala hasta detenerse.

Por lo general, el contrapar se genera utilizando resortes helicoidales de bronce fosforoso.

Como saben, la fricción siempre se dirige contra el movimiento. Por lo tanto, cuando la parte móvil del dispositivo se mueva, la fricción interferirá con esto y distorsionará las lecturas del dispositivo. Para reducir la fricción, la parte móvil en algunos diseños está montada sobre núcleos en cojinetes de empuje hechos de piedra de alta dureza (rubí, zafiro, ágata). Para proteger los núcleos y los cojinetes de empuje de la destrucción durante la transferencia o el transporte, algunos dispositivos tienen un dispositivo llamado enjaulado, que levanta la parte móvil y la fija inmóvil.

Bajo la influencia de ciertas razones, el momento de compensación del dispositivo cambia. Por ejemplo, a diferentes temperaturas, los resortes helicoidales tienen una elasticidad desigual. En este caso, la flecha del dispositivo se alejará de la división cero. Para colocar la flecha en la posición cero, se usa un dispositivo llamado corrector. El mecanismo de medición del dispositivo está encerrado en una carcasa que lo protege de las influencias mecánicas y la entrada de polvo, agua y gases.

Una de las condiciones del dispositivo es el rápido apaciguamiento de su parte móvil, que se logra mediante la instalación de amortiguadores que utilizan la resistencia mecánica del medio (aire, aceite) o el frenado por inducción magnética.

Los instrumentos eléctricos de medida se distinguen por las siguientes características: 1) por la naturaleza del valor medido;

2) por el tipo de corriente;

3) según el grado de precisión;

4) según el principio de acción;

5) según el método de obtención de una lectura;

6) por la naturaleza de la aplicación.

Además de estas características, los instrumentos de medida eléctricos también se pueden distinguir:

1) por método de montaje;

2) un método de protección contra campos magnéticos o eléctricos externos;

3) resistencia en relación a las sobrecargas;

4) idoneidad para su uso a diversas temperaturas;

5) dimensiones generales y otras características.

Según el tipo de corriente, los dispositivos se dividen en dispositivos de corriente continua, dispositivos de corriente alterna y dispositivos de corriente continua y alterna.

De acuerdo con el principio de funcionamiento, los dispositivos se dividen en magnetoeléctricos, electromagnéticos, electrodinámicos (ferrodinámicos), de inducción, térmicos, de vibración, termoeléctricos, detectores, etc.

77. DISPOSITIVO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Los dispositivos del sistema magnetoeléctrico funcionan según el principio de interacción de una bobina con corriente y el campo de un imán permanente. Un fuerte imán de herradura permanente hecho de acero al cobalto, tungsteno o níquel-aluminio crea un campo magnético. En los extremos del imán hay piezas polares hechas de acero dulce con ranuras cilíndricas. Se fija un cilindro de acero entre las piezas polares, que sirve para reducir la resistencia del circuito magnético. Las líneas magnéticas salen de las piezas polares y, debido a que la permeabilidad magnética del acero es mucho mayor que la del aire, entran radicalmente en el cilindro, formando un campo magnético casi uniforme en el entrehierro. El mismo campo se crea cuando las líneas magnéticas salen del cilindro. El cilindro está rodeado por un marco de aluminio liviano con un devanado (bobina) enrollado en él, hecho de alambre de cobre aislado. El marco se asienta sobre un eje que descansa sobre cojinetes de empuje. Una flecha de aluminio también está unida al eje. El momento de compensación es creado por dos resortes helicoidales planos, que sirven simultáneamente para suministrar corriente al devanado del dispositivo.

Los dispositivos electromagnéticos funcionan según el principio de interacción entre la corriente de la bobina y el campo magnético de un núcleo en movimiento hecho de material ferromagnético. Por diseño, los dispositivos electromagnéticos se dividen en dos tipos: dispositivos con bobina plana y dispositivos con bobina redonda.

El principio de funcionamiento de los dispositivos electrodinámicos se basa en la interacción de los campos magnéticos de dos bobinas: una, fija, y la otra, sentada sobre un eje y girando.

El principio de funcionamiento de los dispositivos térmicos se basa en el alargamiento de un hilo de metal cuando se calienta con corriente, que luego se convierte en un movimiento de rotación de la parte móvil del dispositivo.

Los instrumentos de medida inductivos se caracterizan por el uso de varias bobinas fijas, alimentadas con corriente alterna, y que crean un campo magnético giratorio o en movimiento, que induce corrientes en la parte móvil del instrumento y hace que se mueva. Los dispositivos de inducción se utilizan solo con corriente alterna como vatímetros y medidores de electricidad.

El principio de funcionamiento de los dispositivos de un sistema termoeléctrico se basa en el aprovechamiento de una fuerza electromotriz que surge en un circuito formado por conductores disímiles, si la unión de estos conductores tiene una temperatura diferente a la temperatura del resto del circuito.

Los dispositivos del sistema detector son una combinación de un dispositivo de medición magnetoeléctrico y uno o más rectificadores semiconductores (detectores) conectados entre sí en un circuito. Los rectificadores de óxido de cobre generalmente se usan como rectificadores.

Los instrumentos del sistema vibratorio se caracterizan por el uso de una serie de placas afinadas que tienen diferentes periodos de oscilaciones naturales y que permiten medir la frecuencia debido a la resonancia de la frecuencia de la placa oscilante con la frecuencia medida. Los dispositivos vibratorios se construyen solo como medidores de frecuencia.

78. TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS

En las redes de CA, los transformadores de medida de tensión y corriente se utilizan para separar los instrumentos de medida de los cables de alta tensión por motivos de seguridad, así como para ampliar el rango de medida de los instrumentos.

Para garantizar una alta precisión de medición, los transformadores de voltaje (corriente) no deben cambiar su relación de transformación y tener un ángulo constante de 180 entre los vectores de voltaje (corriente) primario y secundario. La última condición es necesaria cuando se encienden dichos dispositivos a través de transformadores de voltaje (corriente), cuyas lecturas dependen del ángulo de cambio entre el voltaje y la corriente de la red.

Sin embargo, en la práctica, los transformadores de voltaje (corriente) tienen el llamado error en la relación de transformación y el error angular.

El error relativo en la relación de transformación es la diferencia entre la tensión secundaria (corriente) multiplicada por la relación de transformación y el valor real de la tensión primaria (corriente).

Error angular del transformador de medida voltaje (corriente) es el ángulo entre el vector de voltaje primario (corriente) y el vector de voltaje secundario (corriente) girado 180°. El error de relación de transformación y el error angular aumentan con la carga. Por lo tanto, los transformadores no pueden cargarse por encima de la potencia nominal (indicada en el pasaporte).

Los devanados primario y secundario del transformador de voltaje de medición están hechos de alambre de cobre aislado y se colocan en un núcleo cerrado ensamblado a partir de láminas separadas de acero del transformador. Los transformadores de tensión se fabrican monofásicos y trifásicos. Para proteger el transformador de sobrecargas y cortocircuitos en el circuito del instrumento de medición, se incluye un fusible de bajo voltaje en el devanado secundario. En caso de ruptura del aislamiento del devanado de alta tensión, el núcleo y el devanado secundario pueden recibir un alto potencial. Para evitar esto, el devanado secundario y las partes metálicas del transformador están conectados a tierra.

Los transformadores de corriente se utilizan para convertir una corriente grande en una corriente pequeña. En el núcleo se enrollan dos devanados, ensamblados a partir de láminas separadas de acero del transformador: el primario, que consta de un pequeño número de vueltas, conectado en serie al circuito a través del cual pasa la corriente medida, y el secundario, que consta de un gran número de vueltas. vueltas, a las que se conectan los instrumentos de medición. Al medir la corriente en redes de alto voltaje, los instrumentos de medición se separan y aíslan de los cables de alto voltaje. El devanado secundario del transformador de corriente generalmente se realiza para una corriente de 5 A (a veces 10 A), las corrientes nominales primarias pueden ser de 5 a 15 A.

La relación entre la corriente primaria y la secundaria, aproximadamente igual a la relación inversa de las vueltas del devanado, se denomina relación de transformación de corriente. La relación de transformación nominal se indica en el pasaporte del transformador como una fracción, cuyo numerador indica la corriente primaria nominal y el denominador, la corriente secundaria nominal.

79. REÓSTATOS

En la práctica eléctrica, así como en el funcionamiento de máquinas eléctricas, se utilizan varios reóstatos.

Un reóstato es un dispositivo que tiene cierta resistencia, que se puede cambiar, cambiando así la corriente y el voltaje del circuito. Los reóstatos están disponibles con contacto deslizante, palanca, líquido, lámpara y enchufe.

Reóstato con contacto deslizante. Un alambre pelado se enrolla en un tubo de porcelana. Como resultado de un procesamiento especial, la superficie del cable se cubre con una fina película de óxido que no conduce corriente. Un control deslizante se desliza a lo largo de la barra de metal, presionando contra el cable del reóstato. Dado que parte de la resistencia del reóstato se inserta en serie con la lámpara eléctrica, la corriente que fluye a través del filamento de la lámpara se reducirá y la lámpara se quemará menos en este caso. Al mover el control deslizante hacia la derecha, reduciremos la resistencia del reóstato y aumentará la intensidad de la luz de la lámpara. Los reóstatos de contacto deslizante se utilizan cuando se requiere un cambio suave y lento en la corriente del circuito.

Reóstato de palanca. Las espirales de alambre se estiran sobre un marco de material aislante. Las espirales están conectadas en serie. Las ramas a los contactos se hacen desde el principio, el final y las uniones de espirales individuales. Al colocar la palanca en un determinado contacto del reóstato, podemos cambiar la resistencia, y con ella la corriente en el circuito. Sin embargo, estos cambios no ocurren de manera suave, sino abrupta.

Los materiales más comunes para los reóstatos de alambre son el hierro, la níquelina, el constantán, la manganina y el nicromo.

Reóstato líquido. Un reóstato es un recipiente de metal con una solución de soda. Se fija una palanca en la bisagra, en la que hay un cuchillo de hierro o cobre. La palanca con un cuchillo está aislada de la caja de metal por una junta. Subiendo o bajando el cuchillo en la solución de soda, podemos cambiar la corriente en el circuito. Al bajar la cuchilla a la solución, aumentamos el área de contacto entre la cuchilla y la solución y aumentamos la corriente que pasa por el reóstato. Con una mayor inmersión del cuchillo, el contacto del mango entrará en la abrazadera de la caja de metal y el reóstato se cortocircuitará, es decir, se desconectará del trabajo.

Los reóstatos líquidos se utilizan en circuitos a altas corrientes.

Reóstato de lámpara. Representa un conjunto de algunas lámparas eléctricas conectadas en paralelo. Se sabe que si una lámpara incandescente tiene una resistencia de 150 ohmios, dos lámparas iguales tendrán una resistencia total de solo 75 ohmios, tres lámparas, 50 ohmios, etc.

Así, la resistencia total de varias lámparas idénticas conectadas en paralelo será igual a la resistencia de una lámpara dividida por el número de lámparas conectadas.

Enchufe los reóstatos. A menudo denominados cuadros de resistencia, representan un conjunto de resistencias específicas ajustadas con precisión. Los extremos de las bobinas de resistencia están unidos a una barra de cobre cortada. Cuando se inserta un enchufe de cobre en los cortes de la barra, conecta dos partes adyacentes de la barra. Por esto, la resistencia, conectada por sus extremos a las partes vecinas de la barra, se desconecta del circuito o, como se dice, se cortocircuita (cortocircuitado).

El enchufe retirado hace que una corriente eléctrica pase a través de la bobina de resistencia.

Las cajas de resistencia facilitan la inclusión de resistencia de un valor definido con precisión en un circuito y se utilizan en mediciones eléctricas.

80. MEDIDA DE LA POTENCIA ELÉCTRICA ACTIVA

CORRIENTE CONTINUA. De la fórmula para la potencia de corriente continua P =UI se puede ver que la potencia se puede determinar multiplicando las lecturas de un amperímetro y un voltímetro. Sin embargo, en la práctica, la medición de potencia se suele realizar mediante instrumentos especiales: vatímetros. El vatímetro consta de dos bobinas: una fija, que consta de un pequeño número de vueltas de alambre grueso, y una móvil, que consta de un gran número de vueltas de alambre delgado. Cuando se enciende el vatímetro, la corriente de carga pasa a través de una bobina fija conectada en serie en el circuito, y la bobina móvil se conecta en paralelo al consumidor. Para reducir el consumo de energía en el devanado paralelo y reducir el peso de la bobina móvil, se conecta en serie una resistencia de manganina adicional. Como resultado de la interacción de los campos magnéticos de las bobinas móvil y fija, se produce un par proporcional a las corrientes de ambas bobinas. El par del dispositivo es proporcional a la potencia consumida en el circuito.

Para que la flecha del dispositivo se desvíe de cero a la derecha, es necesario pasar corriente a través de la bobina en una dirección determinada.

Además de los vatímetros electrodinámicos, los vatímetros del sistema ferrodinámico también se utilizan para medir la potencia en los circuitos de CC.

Corriente alterna monofásica. Cuando un vatímetro electrodinámico se conecta a un circuito de corriente alterna, los campos magnéticos de las bobinas fija y móvil, al interactuar entre sí, harán que la bobina móvil gire. El momento instantáneo de rotación de la parte móvil del dispositivo es proporcional al producto de los valores instantáneos de las corrientes en ambas bobinas del dispositivo. Pero debido a los rápidos cambios en las corrientes, el sistema en movimiento no podrá seguir estos cambios y el momento de rotación del dispositivo será proporcional a la potencia media o activa P = U I cos?

Para medir la potencia de la corriente alterna, también se utilizan vatímetros del sistema de inducción.

Cuando se mide la potencia con un vatímetro en redes de baja tensión con altas corrientes, se utilizan transformadores de corriente. Para reducir la diferencia de potencial entre los devanados del vatímetro, los circuitos primario y secundario del transformador de corriente tienen un punto común. El devanado secundario del transformador no está conectado a tierra, ya que esto significaría conectar a tierra un cable de la red.

Para determinar la potencia de la red en este caso, debe multiplicar la lectura del vatímetro por la relación de transformación del transformador.

Corriente alterna trifásica. Con una carga uniforme de un sistema trifásico, se utiliza un vatímetro monofásico para medir la potencia. En este caso, la corriente de fase fluye a través del devanado en serie del vatímetro y el devanado en paralelo está conectado al voltaje de fase. Por lo tanto, el vatímetro mostrará la potencia de una fase. Para obtener la potencia de un sistema trifásico, es necesario multiplicar por tres la lectura de un vatímetro monofásico.

En las redes de alta tensión, se enciende un vatímetro trifásico mediante transformadores de medida de tensión y corriente.

81. MEDICIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA ACTIVA

CORRIENTE CONTINUA. Para medir el consumo de energía en corriente continua se utilizan medidores de tres sistemas: electrodinámico, magnetoeléctrico y electrolítico. Los contadores más difundidos del sistema electrodinámico. Las bobinas de corriente fija, que consisten en una pequeña cantidad de vueltas de alambre grueso, se conectan en serie a la red. Una bobina móvil de forma esférica, llamada armadura, está montada sobre un eje que puede girar sobre cojinetes de empuje. El devanado del inducido está hecho de un gran número de vueltas de alambre delgado y está dividido en varias secciones. Los extremos de las secciones están soldados a las placas colectoras, que se tocan con cepillos metálicos planos. La tensión de red se suministra al devanado del inducido a través de una resistencia adicional. Durante el funcionamiento del medidor, como resultado de la interacción de la corriente en el devanado del inducido y el flujo magnético de las corrientes fijas de las bobinas, se crea un par, bajo cuya influencia el inducido comenzará a girar. La cantidad de energía consumida en la red se puede juzgar por el número de revoluciones realizadas por la armadura (disco). La cantidad de energía por revolución de la armadura se llama constante del medidor. El número de revoluciones de la armadura por unidad de energía eléctrica registrada se denomina relación de transmisión.

Corriente alterna monofásica. Para medir la energía activa en circuitos monofásicos de corriente alterna se utilizan contadores del sistema de inducción. El dispositivo del medidor de inducción es casi el mismo que el del vatímetro de inducción. La diferencia es que el medidor no tiene resortes que creen un momento de compensación, lo que hace que el disco del medidor gire libremente. La flecha y la escala del vatímetro se reemplazan en el contador por un mecanismo de conteo. El imán permanente, que sirve en el vatímetro para calmar, crea un par de frenado en el medidor.

Corriente alterna trifásica. La energía activa de una corriente alterna trifásica se puede medir utilizando dos contadores monofásicos incluidos en el circuito según un circuito similar al de dos vatímetros. Es más conveniente medir la energía con un medidor de energía activa trifásico, que combina el funcionamiento de dos medidores monofásicos en un solo dispositivo. El circuito de conmutación de un contador de energía activa trifásico de dos elementos es el mismo que el circuito del vatímetro correspondiente.

En una red de corriente trifásica de cuatro hilos se utiliza un circuito similar al de tres vatímetros para medir la energía activa, o bien se utiliza un contador trifásico de tres elementos. En las redes de alta tensión, los contadores se encienden mediante transformadores de medida de tensión y corriente.

La energía reactiva de una corriente monofásica se puede determinar leyendo un amperímetro, un voltímetro, un medidor de fase y un cronómetro.

Para contabilizar la energía reactiva en redes de corriente trifásica se pueden utilizar contadores de energía activa normales y contadores de energía reactiva especiales.

Considere el dispositivo de un medidor especial de energía reactiva trifásico. El dispositivo medidor de este tipo es el mismo que el dispositivo de un vatímetro trifásico de dos elementos. Los devanados paralelos de dos elementos están conectados a la red. No dos, sino cuatro devanados en serie se superponen en núcleos en forma de U. Además, un devanado en serie está enrollado en una de las ramas del núcleo en forma de U del primer elemento. El segundo devanado de corriente se coloca en la segunda rama del núcleo del primer sistema y el tercer devanado de corriente se coloca en la primera rama del segundo sistema. El cuarto devanado de corriente se coloca en la segunda rama del núcleo en forma de U del segundo elemento.

82. ACCIONAMIENTO ELÉCTRICO

El motor y la transmisión impulsan el actuador. Por lo tanto, estas dos partes de la máquina se llaman impulsado.

Si se utiliza un motor eléctrico para impulsar la máquina de trabajo, dicho accionamiento se denomina accionamiento eléctrico o accionamiento eléctrico para abreviar.

La primera aplicación práctica del accionamiento eléctrico debería ser su uso en un barco por un académico. BS jacobi en 1838. Se instaló un motor eléctrico en el barco, alimentado por una batería galvánica.

Los accionamientos eléctricos utilizados en la producción se pueden dividir en tres tipos principales: grupo, monomotor y multimotor.

El accionamiento eléctrico del grupo consta de un motor eléctrico que, a través de la transmisión y el contraaccionamiento, pone en movimiento varios actuadores. El contrapropulsor es un eje corto que descansa sobre cojinetes. Una polea escalonada, una polea de trabajo (conectada al eje) y una polea loca (sentada sin apretar en el eje) están ubicadas en el eje. El contramotor permite cambiar la velocidad de rotación de la máquina (mediante una polea escalonada), parar y arrancar la máquina (mediante una polea de trabajo o loca). La detención del motor de accionamiento provoca el cese de todos los actuadores que reciben energía mecánica del mismo. Cuando solo una parte de los actuadores está funcionando, el accionamiento del grupo tiene una baja eficiencia.

Un solo actuador eléctrico consta de un motor eléctrico que impulsa un actuador separado. Las taladradoras monohusillo, tornos de baja potencia, etc., están equipadas con un solo accionamiento.Inicialmente, la transmisión del movimiento del motor a la máquina se realizaba a través de un contraaccionamiento. Posteriormente, el propio motor eléctrico se sometió a cambios de diseño y comenzó a ser parte integral del actuador. Tal unidad única se llama individual.

Un accionamiento multimotor consta de varios motores eléctricos, cada uno de los cuales se utiliza para accionar elementos individuales del actuador. Los accionamientos multimotor se utilizan para máquinas metalúrgicas complejas de alta potencia, trenes de laminación, máquinas papeleras, grúas y otras máquinas y mecanismos.

Según el tipo de corriente, el accionamiento eléctrico se divide en accionamiento eléctrico de corriente continua y accionamiento eléctrico de corriente alterna. Dependiendo del método de conexión de la armadura y los devanados de excitación, los motores de CC se distinguen con excitación paralela, en serie y mixta.

Al determinar la potencia de la máquina, se distinguen tres modos de operación.

1. El servicio continuo se caracteriza por un funcionamiento en el que el período de funcionamiento es tan largo que el calentamiento de la máquina alcanza su estado estable.

2. El funcionamiento a corto plazo se caracteriza por el hecho de que durante el período de funcionamiento la temperatura del motor no tiene tiempo de alcanzar un estado estable.

3. El modo de funcionamiento intermitente se caracteriza por la alternancia de periodos de trabajo y pausas. La duración de un período de trabajo y una pausa no debe exceder los 10 minutos. El modo de trabajo intermitente está determinado por la duración relativa del período de trabajo.

83. AISLAMIENTO, DISEÑOS Y REFRIGERACIÓN DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

La potencia del motor está determinada por su calentamiento. El calentamiento permisible de la máquina está limitado por la resistencia al calor de los materiales aislantes, así como por el sistema de refrigeración del motor.

Los materiales aislantes utilizados en las máquinas eléctricas se dividen en cinco clases. Aislamiento clase A. Incluye tejidos de algodón, seda, hilo, papel y otros materiales orgánicos impregnados con diversos aceites, así como esmaltes y barnices. Aislamiento clase B. Esto incluye productos hechos de mica, asbesto y otros materiales inorgánicos que contienen aglutinantes orgánicos. Clase de aislamiento BC. Consiste en mica, hilo de vidrio y asbesto sobre barnices resistentes al calor. Clase de aislamiento CB. Compuesto de materiales inorgánicos sobre barnices resistentes al calor sin el uso de materiales aislantes clase A. Aislamiento clase C. Incluye mica, porcelana, vidrio, cuarzo y otros materiales inorgánicos sin aglomerantes. La temperatura de calefacción más alta permitida para el aislamiento clase A-105o, para clase B-120o, para clase de aeronave -135o, para clase st ligeramente superior, dependiendo de la resistencia al calor de los barnices utilizados, para clase C la temperatura no está configurada.

Según el método de protección contra la influencia del entorno externo, se distinguen las siguientes formas de ejecución de máquinas eléctricas.

1. Máquina eléctrica abierta. Las partes giratorias y portadoras de corriente de la máquina en esta versión no están protegidas contra el contacto accidental y la entrada de objetos extraños en ellas.

2. Máquina eléctrica protegida. Las partes giratorias y conductoras de corriente de una máquina de este tipo están protegidas contra el contacto y objetos extraños.

3. Máquina eléctrica a prueba de goteo. Las partes internas de una máquina de este tipo están protegidas contra la entrada de gotas de agua que caen verticalmente.

4. Máquina eléctrica a prueba de salpicaduras. Las partes internas de la máquina están protegidas contra salpicaduras de agua que caen en un ángulo de 45° con respecto a la vertical desde cualquier lado.

5. Máquina eléctrica cerrada. Las partes internas de la máquina de este diseño están separadas del entorno externo, pero no tan estrechamente como para que pueda considerarse hermética. Esta máquina se utiliza en ambientes polvorientos y puede instalarse al aire libre.

6. Máquina eléctrica resistente al agua. El espacio interno de la máquina está protegido contra la penetración de agua cuando se vierte sobre la máquina desde una manguera. Utilizado en instalaciones navales.

7. Máquina eléctrica a prueba de explosiones. Máquina cerrada diseñada de tal forma que pueda soportar la explosión en su interior de aquellos gases contenidos en el medio exterior.

8 ... Máquina hermética. Una máquina completamente cerrada, en la que todas las aberturas están cerradas tan herméticamente que, a una cierta presión externa, se excluye cualquier comunicación entre el interior de la máquina y el medio gaseoso y líquido que rodea la máquina desde el exterior.

Según el método de enfriamiento, las máquinas se dividen en los siguientes tipos.

1. Máquinas de enfriamiento gratuito sin ventiladores dedicados. La circulación del aire de refrigeración se realiza gracias a la acción de ventilación de las partes giratorias de las máquinas y al fenómeno de convección.

2. Máquinas con extracción artificial o ventilación forzada, en las que la circulación del gas que enfría las partes calentadas se ve reforzada por un ventilador especial, incluidas: máquinas autoventiladas con ventilador en el eje (protegido o cerrado); máquinas con ventilación independiente, cuyo ventilador es accionado por un motor externo (máquinas cerradas).

84. PROTECCIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS

Para evitar daños en el aislamiento del motor y daños en la integridad de los devanados y conexiones eléctricas, los motores deben contar con dispositivos de protección que aseguren su oportuna desconexión de la red. Las causas más comunes de funcionamiento anormal del motor son sobrecargas, cortocircuitos, bajo voltaje o pérdida de voltaje.

Sobrecarga llamado un aumento en la corriente del motor más allá del valor nominal. Las sobrecargas pueden ser pequeñas y de corta duración. Las sobrecargas pueden ser excesivas y prolongadas: son peligrosas para los devanados del motor, ya que la gran cantidad de calor generada por la corriente puede carbonizar el aislamiento y quemar los devanados.

Los cortocircuitos que se pueden producir en sus devanados también son peligrosos para el motor. La protección de los motores contra sobrecargas y cortocircuitos se denomina protección contra la sobretensión. La máxima protección la proporcionan fusibles, relés de corriente, relés térmicos. La elección de ciertos dispositivos de protección depende de la potencia, el tipo y el propósito del motor, las condiciones de arranque y la naturaleza de las sobrecargas.

Los fusibles son dispositivos con alambre de bajo punto de fusión hechos de cobre, zinc o plomo y montados sobre una base aislante. El propósito de los fusibles es desconectar al consumidor de la red en caso de una sobrecarga o cortocircuito inaceptablemente grande. Los fusibles tienen una potencia relativamente pequeña que los fusibles o algún tipo de dispositivo de desconexión pueden cortar sin peligro de dañarse o destruirse, lo que se denomina potencia máxima de ruptura.

Los fusibles son de corcho, de placa y tubulares. Los fusibles espejo están fabricados para tensiones de hasta 500 V y corrientes de 2 a 60 A y se utilizan para proteger redes de alumbrado y motores eléctricos de baja potencia. Los fusibles laminares, que tienen grandes inconvenientes (salpicaduras del metal insertado durante el quemado, dificultades para reemplazarlos), actualmente se está intentando no utilizar. Los fusibles tubulares de baja tensión se fabrican para tensiones de hasta 500 V y corrientes de 6 a 1000 A. Estructuralmente, los fusibles tubulares pueden fabricarse con tubo abierto de porcelana y con tubo cerrado de vidrio, fibra o porcelana. Los tubos con enlaces fusibles que pasan a través de ellos a menudo se cubren con arena de cuarzo. En el momento en que se funde el fusible, la arena rompe el arco eléctrico en una serie de pequeños arcos, enfría bien el arco y se apaga rápidamente.

En los circuitos eléctricos de corriente continua y alterna con tensión hasta 500 V se utilizan interruptores automáticos de aire o simplemente autómatas. El propósito de las máquinas es abrir circuitos eléctricos en caso de sobrecarga o cortocircuito.

La parte principal del relé térmico es una placa bimetálica. Bajo la acción del calor del elemento calefactor, se deforma la placa bimetálica que, al doblarse, libera el pestillo. Bajo la acción de un resorte, el pestillo gira alrededor del eje y, con la ayuda de una varilla, abre los contactos normalmente cerrados del circuito auxiliar del relé. El pestillo vuelve a su posición original con el botón de retorno. El elemento calefactor del relé térmico se selecciona de acuerdo con la corriente nominal del motor.

85. CONTACTORES Y CONTROLADORES

Para el control remoto y automático de motores eléctricos, contactores Según el tipo de corriente, los contactores son de corriente continua y alterna.

En un contactor de CC, el circuito de potencia cerrado por el contactor pasa a través de contactos montados sobre una base aislante, contactos del propio contactor y una conexión flexible de conducción de corriente. El contactor está cerrado por un electroimán, cuyo devanado está alimentado por un circuito de control auxiliar. Cuando el circuito de control está cerrado, el electroimán atrae la armadura, que cierra los contactos del contactor.

El contactor se mantiene en la posición de encendido mientras el circuito de devanado del electroimán esté cerrado. Los contactores de CC KP están construidos con uno, dos y tres contactos principales que funcionan en circuitos de CC con un voltaje de 220, 440 y 600 V. Las corrientes nominales para las que están diseñados los contactos principales son de 20 a 250 A. La bobina del electroimán de KP Los contactores están diseñados para voltajes de 48, 110 y 220 V.

Además de los contactos principales utilizados para cerrar y abrir circuitos de potencia, los contactores están equipados con contactos auxiliares para circuitos de señalización y otros fines. Los contactores KP permiten hasta 240-1200 conmutaciones por hora.

Las bobinas de maniobra de los contactores AC se fabrican para tensiones de 127, 220, 380 y 500 V a una frecuencia de 50 Hz. Estos contactores permiten hasta 120 maniobras por hora.

Para arrancar los motores, cambiar el sentido de giro, controlar la velocidad y parar los motores, dispositivos denominados controladores Según el tipo de corriente los controladores son DC y AC. Los controladores cuyos contactos están incluidos en los circuitos de potencia de los motores eléctricos se denominan controladores de potencia.

Hay controladores que cierran los circuitos de control de los dispositivos electromagnéticos y, a su vez, cierran y abren los circuitos de potencia de los motores eléctricos. Tales controladores se llaman controladores

Dependiendo del diseño del sistema de contacto, los controladores pueden ser de tambor y leva. El eje del controlador de batería se hace girar con el volante. Las placas de cobre en forma de segmentos y contactos móviles se fijan en el eje aislado de él. Los segmentos pueden tener diferentes longitudes y estar desplazados uno con respecto al otro en algún ángulo. Algunos segmentos están interconectados eléctricamente. Cuando se gira el eje del controlador, sus segmentos se conectan a contactos fijos montados en una barra aislante. Los contactos fijos tipo dedo terminan en "crackers" fácilmente reemplazables. Como resultado de conectar los contactos móviles a los fijos, se realizan las conmutaciones necesarias en el circuito controlado.

El controlador de leva consta de un conjunto de elementos contactores que se cierran y abren con la ayuda de arandelas de leva ubicadas en el eje del controlador. Para una mejor extinción del arco, cada elemento de contacto del controlador está equipado con un dispositivo individual de extinción del arco. Los contactos de los controladores de leva tienen un poder de corte mayor que los contactos de los controladores de tambor y permiten un mayor número de maniobras (hasta 600 maniobras por hora).

86. MÉTODOS DE ARRANQUE DE MOTORES

Los motores asíncronos se pueden arrancar a plena tensión (arranque directo) y a tensión reducida. El arranque directo se lleva a cabo utilizando interruptores de cuchilla, interruptores, interruptores de lotes, arrancadores magnéticos, contactores y controladores. Durante el arranque directo, se aplica al motor la tensión de red total. La desventaja de este método de arranque son las grandes corrientes de arranque, que son 27 veces mayores que las corrientes nominales de los motores.

El más sencillo es el arranque directo de motores asíncronos con rotor en jaula de ardilla. El arranque y la parada de dichos motores se realizan encendiendo o apagando el interruptor de cuchilla, etc. El arranque de los motores asíncronos con un rotor de fase se lleva a cabo utilizando un reóstato de arranque conectado al devanado del rotor a través de anillos y escobillas. Antes de arrancar el motor, puede asegurarse de que la resistencia del reóstato de arranque esté completamente ingresada. Al final de la puesta en marcha, el reóstato se retira suavemente y se cortocircuita. La presencia de resistencia activa en el circuito del rotor en el arranque provoca una disminución de la corriente de arranque y un aumento del par de arranque. Para reducir las corrientes de arranque de los motores asíncronos, se reduce la tensión suministrada al devanado del estator del motor.

También puede reducir el voltaje suministrado al motor y, al mismo tiempo, reducir la corriente de arranque del motor, utilizando un autotransformador. Al arrancar, los autotransformadores reducen el voltaje en un 50-80%.

Una de las principales desventajas de los motores síncronos es la dificultad para ponerlos en marcha. El arranque de los motores síncronos se puede realizar mediante un motor de arranque auxiliar o mediante un arranque asíncrono.

Si el rotor de un motor síncrono con polos excitados es girado por otro motor auxiliar a la velocidad de rotación del campo del estator, entonces los polos magnéticos del estator, al interactuar con los polos del rotor, harán que el rotor gire más independientemente. sin ayuda externa, en sincronía con el campo del estator, es decir, sincrónicamente. Para el arranque, el número de pares de polos del motor de inducción debe ser menor que el número de pares de polos del motor síncrono, porque bajo estas condiciones el motor asíncrono auxiliar puede hacer girar el rotor del motor síncrono hasta la velocidad síncrona.

La complejidad del arranque y la necesidad de un motor auxiliar son desventajas significativas de este método de arranque de motores síncronos. Por lo tanto, rara vez se usa en la actualidad.

Para implementar el arranque asíncrono de un motor síncrono, se coloca un devanado cortocircuitado adicional en las piezas polares de los polos del rotor. Dado que se induce una fuerza electromagnética grande en el devanado de excitación del motor durante el arranque, por razones de seguridad se cierra mediante un interruptor de cuchilla a la resistencia.

Cuando se enciende el voltaje de una red trifásica en el devanado del estator de un motor síncrono, surge un campo magnético giratorio que, al cruzar el devanado en cortocircuito incrustado en las piezas polares del rotor, induce corrientes en él. Estas corrientes, al interactuar con el campo giratorio del estator, harán que el rotor gire. Cuando el rotor alcanza un mayor número de revoluciones, el interruptor conmuta para que el devanado del rotor quede conectado a la red de tensión continua. La desventaja del arranque asíncrono es una gran corriente de arranque (5-7 veces la corriente de operación).

87. CONTROL DE VELOCIDAD DE ROTACIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS

La velocidad de rotación de los motores eléctricos de CC se puede controlar cambiando el voltaje suministrado al motor o cambiando la magnitud del flujo magnético del motor.

Se puede cambiar la magnitud del voltaje suministrado al inducido del motor conectando una resistencia de control variable en serie con el inducido del motor o conectando los devanados de los inducidos de varios motores en serie y paralelo. El método más comúnmente utilizado para el control de velocidad es cambiar la magnitud del flujo magnético del motor. Para este propósito, se incluye un reóstato en el circuito de devanado de excitación del motor, que permite realizar un ajuste amplio y suave de la velocidad del motor.

La velocidad de rotación de los motores asíncronos se controla mediante uno de los siguientes métodos.

1. Cambiar el número de polos del motor eléctrico. Para poder cambiar el número de pares de polos del motor, el estator se fabrica con dos devanados independientes o con un devanado, que se puede volver a conectar a diferentes números de polos. La reconexión de los devanados del estator se realiza mediante un dispositivo especial: controlador. Con este método, el ajuste de la velocidad del motor se realiza a saltos. El ajuste de la velocidad del motor cambiando el número de polos solo se puede realizar con motores asíncronos con rotor de jaula de ardilla. El rotor cortocircuitado puede funcionar con cualquier número de polos del estator. Por el contrario, el rotor de un motor con devanado de fase solo puede funcionar normalmente con un cierto número de polos del estator. De lo contrario, también habría que conmutar el devanado del rotor, lo que introduciría grandes complicaciones en el circuito del motor.

2. Cambiar la frecuencia de la corriente alterna. Con este método, la frecuencia de la corriente alterna suministrada al devanado del estator del motor se cambia mediante un generador especial. Es beneficioso ajustar el cambio de frecuencia actual cuando hay un gran grupo de motores que requieren un control conjunto de velocidad suave.

3. Introducción de resistencia en el circuito del rotor. Durante el funcionamiento del motor, la resistencia del reóstato de ajuste se introduce en el circuito de bobinado del rotor. Este método es aplicable solo para motores con rotor de fase.

4. Control con estranguladores de saturación. Un estrangulador de saturación monofásico tiene dos devanados: uno está conectado al circuito de CA, el otro, llamado devanado de control o polarización, está conectado a una fuente de voltaje de CC (rectificador). Con un aumento de corriente en el devanado de control, el sistema magnético del inductor se satura y la resistencia inductiva del devanado de CA disminuye. Al incluir estranguladores en cada fase de un motor asíncrono y cambiar la corriente del devanado de control, es posible cambiar la resistencia en el circuito del estator del motor y, en consecuencia, la velocidad de rotación del motor mismo.

Para arrancar motores DC de alta potencia, así como para regular ampliamente la velocidad de rotación del motor, se utiliza un circuito “generador-motor”, abreviado como G-D. El sistema G-D permite realizar un arranque suave y un amplio ajuste de la velocidad de rotación del motor.

88. BATERIAS

Baterias recargables están equipados con baterías de plomo-ácido o alcalinas, siendo las primeras las más utilizadas.

La batería de baterías estacionarias de plomo-ácido consiste en baterías de tipo C (estacionarias para modos de descarga larga) o SC (estacionarias para modos de descarga corta). Las baterías SK difieren de las baterías tipo C con polos de conexión reforzados. Los números después de la designación de la letra de estas baterías caracterizan su capacidad, descarga y corrientes de carga.

Las baterías tipo C están diseñadas para descargarse en un período de 3 a 10 horas; la corriente de descarga máxima permitida durante 3 horas es 9 A. Las baterías SK se pueden descargar en un período de tiempo más corto, hasta 1 hora; La corriente de descarga máxima permitida en una hora es de 18,5 A.

La corriente de descarga a corto plazo (durante no más de 5 s) no debe exceder el 250 % de la corriente de descarga de tres horas para las baterías tipo C y el 250 % de la corriente de descarga de una hora para las baterías tipo SK.

Durante la carga, se permite la corriente de carga máxima: 9 A para baterías tipo C y 11 A para baterías tipo CK.

El valor de capacidad indicado para cada tipo de batería varía ampliamente según la magnitud de la corriente de descarga y el modo de descarga.

Para las baterías de almacenamiento estacionarias, se utilizan baterías de plomo-ácido de tipo blindado SP y SPK (blindadas estacionarias). Para las baterías portátiles se utilizan baterías de plomo-ácido del tipo ST (arranque).

Las pilas alcalinas están equipadas con pilas de hierro-níquel del tipo ZhN o TGN.

El número de batería corresponde a su capacidad nominal en amperios-hora.

Las baterías se cargan con la corriente del modo de carga normal durante 6-7 horas. Se permite una carga acelerada en el siguiente modo: primero durante 2,5 horas con una corriente del doble del valor normal, luego durante 2 horas con una corriente de un valor normal valor.

Para baterías portátiles, se utilizan baterías de hierro y níquel de 10 ZhN con un voltaje de 12,5 V; 4 ZHN-5 V; 5 ZhN-6,5 V.

Durante el funcionamiento con batería, el voltaje de cada celda disminuye. Si no toma medidas especiales, el voltaje del bus de la batería también disminuirá. En este sentido, a medida que la batería se va descargando, se deben conectar nuevos elementos además de las baterías en funcionamiento. Por lo tanto, la batería consta de varias celdas que funcionan constantemente y varias celdas que se encienden y apagan según sea necesario. El aparato mediante el cual se cambia el número de celdas activas de la batería se llama interruptor elemental.

En las centrales eléctricas y subestaciones, están disponibles los siguientes tipos de cargas de CC:

1) carga constante: lámparas de señalización y control en los paneles de control, algunos relés de protección y automatización, etc .;

2) carga temporal: ocurre en caso de falla eléctrica de la subestación con corriente alterna trifásica; consta de lámparas de iluminación de emergencia y motores de corriente continua;

3) carga a corto plazo: mecanismos para encender actuadores eléctricos de interruptores, parte de relés de protección y automatización.

89. MODO DE FUNCIONAMIENTO CON BATERÍA

Hay dos modos de funcionamiento con batería: carga-descarga и recarga constante.

El modo de carga-descarga se caracteriza por el hecho de que después de la carga de la batería, el cargador se apaga y la batería suministra una carga constante (lámparas de alarma, dispositivos de control), una carga periódica de corta duración (accionamientos de disyuntores electromagnéticos) y un carga de emergencia. La batería, descargada a un cierto voltaje, se vuelve a conectar a la unidad de carga que, mientras carga la batería, alimenta simultáneamente la carga.

Para una batería que funciona según el método de carga y descarga, se realiza una carga de compensación (recarga) una vez cada tres meses.

El modo de carga constante es el siguiente. La batería se recarga continuamente mediante el subcargador y, por lo tanto, se encuentra en cualquier momento en un estado de carga completa. Las cargas de choque que se producen en la red CC son percibidas por la batería. Una vez al mes, la batería que funciona en el modo de carga lenta debe cargarse desde la unidad de carga.

Para implementar el modo de carga y descarga, se utiliza un circuito de batería con un interruptor de doble elemento. Se utiliza un motor-generador como unidad de carga. El generador está conectado a los neumáticos a través de fusibles, un disyuntor de sobrecorriente con un relé de corriente inversa, un amperímetro y un interruptor de dos posiciones.

La máquina máxima protege al generador de sobrecarga.

El relé de corriente inversa apaga el generador si su EMF se vuelve menor que el voltaje en los buses de la batería. Esto puede suceder cuando se reduce la velocidad del generador, se pierde el voltaje de CA que alimenta al motor y por otras razones. Si el generador no se apaga en este momento, al cambiar al modo de motor, se convertirá en una carga para la batería.

El número total de baterías conectadas a la batería debe ser tal que incluso las celdas descargadas a la tensión mínima deben proporcionar la tensión nominal en las barras de la batería.

Si la carga de la red es insignificante, la unidad puede suministrar corriente a la red y al mismo tiempo cargar la batería. Sin embargo, al final de la carga, el generador entrega un voltaje mayor al que normalmente opera la red. Si incluye un reóstato en la red, entonces, debido a la caída de voltaje, puede reducir el voltaje. Pero esto es antieconómico. Una solución simple al problema de la operación simultánea del generador en la red y en la carga es usar un interruptor de dos elementos en el circuito. Este último permite utilizar la diferencia entre la tensión del generador y la tensión de red para cargar un grupo de baterías conectadas al interruptor.

Las baterías están ubicadas en una sala especial en el sótano o primer piso de una planta de energía o edificio de una subestación. La habitación debe estar seca, no sujeta a cambios bruscos de temperatura, sacudidas o vibraciones. La entrada a la habitación se realiza con un vestíbulo. La temperatura de la habitación al nivel de los acumuladores no debe ser inferior a 10o. La sala de baterías debe tener suministro y ventilación de escape.

90. SEGURIDAD EN DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS

El trabajo en instalaciones eléctricas es completamente seguro si el personal operativo observa estrictamente las reglas de operación técnica y las reglas de seguridad. Para hacer esto, las personas que hayan estudiado las reglas de seguridad y hayan recibido certificados de prueba de conocimiento con la asignación de un grupo de calificación pueden trabajar en instalaciones eléctricas.

Equipo de protección básico Se denominan dispositivos cuyo aislamiento resiste de forma fiable la tensión de funcionamiento de la instalación y con los que se permite tocar partes activas bajo tensión.

Los principales equipos de protección aislantes en instalaciones de cualquier tensión incluyen las varillas aislantes para maniobras de maniobra, para la toma de medidas, para la puesta a tierra y otros fines, y las grapas aislantes para fusibles, y en las instalaciones de baja tensión, además, los guantes y manoplas dieléctricos y los de instalador. herramienta con mangos aislantes.

Los medios de protección adicionales son aquellos dispositivos que por sí mismos no pueden garantizar la seguridad contra descargas eléctricas y sirven para mejorar el efecto de los medios de protección principales, y también sirven para proteger contra quemaduras por voltaje de contacto, voltaje de paso y arco eléctrico. Los medios aislantes de protección adicionales en instalaciones de alto voltaje incluyen: guantes y mitones dieléctricos, botas dieléctricas, tapetes y orugas de goma, soportes aislantes. Para todas las operaciones de alto voltaje, el equipo de protección primario debe usarse junto con los secundarios. Los equipos de protección, tanto en uso como en stock, deben estar numerados y se debe comprobar su estado en determinados momentos.

Los trabajos de reparación e instalación deben realizarse con el equipo apagado. Si la instalación no se puede apagar por una razón u otra, cuando se trabaja bajo tensión, es necesario observar las normas de seguridad utilizando dispositivos de protección (almohadillas aislantes, guantes de goma, gafas, etc.).

Cuando se trabaje bajo alta tensión, se deben observar las siguientes precauciones:

1) el trabajo debe ser realizado únicamente por un grupo de trabajadores (al menos dos), de modo que uno de ellos pueda ayudar a otro en caso de accidente;

2) los trabajadores deben estar bien aislados del suelo;

3) durante la realización del trabajo, los trabajadores no deben tocar personas que no estén aisladas, así como las partes metálicas;

4) antes de comenzar a trabajar, todos los dispositivos de protección deben ser revisados ​​​​cuidadosamente por los propios trabajadores.

Antes de iniciar trabajos en instalaciones y equipos de alta tensión, es necesario asegurarse, mediante instrumentos adecuados, de que no existe tensión en la parte de la instalación en la que se van a realizar los trabajos. Luego, debe descargar los neumáticos colectores, los cables de los transformadores, verificar si hay un cortocircuito, cerrarlos y conectarlos a tierra de forma segura.

Autor: Kosareva O.A.

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