Комп'ютер

Зняття характеристик електронних приладів та пристроїв. Електронні прибори; їх статичні характеристики та робочі параметри, режими роботи

Клас 2lg, 13,-„

СС Ср № 63799

4 рл І;,-..:,і--., „ р,Р аноса

Зар гГГслГрировано на F>cg.c з,",ретеніїГс Держплану СРСР (\ г l.гв Г.Г.

А. Г. Олександров

Заявлено 31 січня 1941 року в Наркомелектропромі еа X 40368 (304420) Опубліковано 31 травня 1945 року

Даним винаходом пропонується спосіб зняття статичних характеристик електронних приладівз плавним електростатичним керуванням.

Для низки практичних цілей буває потрібно мати властивості зазначених пристроїв, зняті залежно від потенціалу керуючого електрода при постійних потенціалах на інших електродах. Для ламп малої потужності ці характеристики зазвичай знімаються простим точковим способом. 3а останнім часом з'явився ряд спеціальних пристроїв, що дозволяють на екрані електронного осцилоскопа отримувати відразу сімейство статичних характеристик.

Для потужних електродних ламп, наприклад, потужних генераторних ламп, питання зняття статичних показників є більш серйозним, оскільки їх електроди, не розраховані великі перевантаження, неспроможна витримати тих потужностей, які можуть розсіюватися ними при знятті повних статичних показників.

Далі є ряд таких ламп, які не в змозі витримати навіть тих полегшених режимів, у яких вони перебували б у спеціальних схемах для зняття сімейства статичних характеристик осцилоскопічним методом.

У ряді спеціальних фізичних досліджень активованих складних катодів, наприклад, оксидних, буває необхідно вести вимірювання струму електронної емісії в таких режимах, що катод помітно не нагрівався за рахунок накладання вимірюваного струму на струм накалу.

Зазначені труднощі легко дозволяються використанням пропонованого способу, сутність якого може бути зрозуміла з наступного опису та розгляду фіг. 1 вЂ" 8 креслення.

На фіг. 1 показана досліджувана електронна лампа 1, в ланцюг керуючого електрода якої періодично подаються вузькі імпульси напруги від опору 14, включеного послідовно з джерелом зміщувального сіткової напруги про, заблокованого ємністю 9.

Періодичні вузькі імпульси напруги виходять від конденсатора 25, що заряджається від регульованого джерела постійного струму 21 через потенціометр 22 та

¹ 63799 опору 28 і 24. Вказаний конденсатор періодично вимушено розряджається через тиратрон

26, періодично вимушено запалюється за допомогою пікового трансформатора 27, вторинна ланцюг якого включена послідовно з джерелом напруги, що зміщує 30 через потенціометр 29.

Для обмеження струму сітки ланцюг сітки цього тиратрона введено обмежувальний опір 28.

Розряд конденсатора виробляється на безіндукційний опір

14, включений у ланцюг керуючого електрода досліджуваної електронної лампи. Потенціали інші електроди подаються від джерел постійного струму 2, 3, 4 і т. д., які можуть бути регульовані. Ці джерела заблоковані досить великими ємностями 6, 7, 8 і т. д. з тією метою, щоб при проходженні через зазначені електроди імпульсів струму не було помітного зниження потенціалів на електродах і тим самим спотворення характеристик, що знімаються. Ця обставина має особливе значення у випадках, коли джерела, які живлять ланцюги електродів, малопотужні і мають великі внутрішні опори.

Напруги джерел 2, 3, 4, 5 можуть бути вимірювані за допомогою вольтметрів постійного струму 31, 82, 88, 34. У ланцюги електродів введені заздалегідь відомі безіндукційні опори 10, 11, 12, 18, на яких виходять вузькі імпульси падіння напруги через них вузьких імпульсів струмів. Ці падіння напруги за допомогою 15 комутатора подаються до допоміжного пристрою, за допомогою якого вони можуть бути почергово виміряні.

Допоміжне вимірювальний пристрійскладається з джерела постійного струму 17, потенціометра

16, вольтметра постійного струму 18, вентиля 20 та індикатора струму 35.

На фіг. 2 суцільною лінією показана в часі крива напруги, наявного безпосередньо між сіткою і катодом тиратрона 26. Пунктирною лінією на цій фігурі показана в часі крива напруги, що зміщує на потенціометрі 29.

На фіг. 3 показана в часі крива напруги на конденсаторі 25, що заряджається протягом часу 1, від джерела 21 і протягом часу 1 розряджається на опір 4. Таким чином, період коливання дорівнює t,+t,=Т.

Цей період, у свою чергу, дорівнює періоду коливань напруги, що підводиться до трансформатора 27. Коливання взяті вимушеними, тому що в цьому випадку виходить чіткіша картина і забезпечуються більш точні виміри. Принагідно слід зазначити ще й ту обставину, що використання періодичних коливань має безперечні переваги перед одиничним імпульсом. Справа в тому, що метод періодичних імпульсів безумовно забезпечує велику точність, відкидає елемент випадковості і ще значною: мірою економить час, що витрачається на вимірювання.

На фіг. 4 показана в часі крива напруги, наявного безпосередньо між сіткою та катодом досліджуваної лампи. Як видно з цього графіка, крива сіткової напруги має вигляд дуже тонких імпульсів. Максимальне значення кривої імпульсів може бути легко регульовано" або зміною напруги за допомогою потенціометра 22, або зміною напруги джерела

5. Таким чином можна змінювати напругу керуючого електрода (сітки).

На фіг. 5 показана в часі зразкова крива імпульсу струму ланцюга будь-якого з електродів. Ця крива відповідає кривій фіг. 4.На фіг. 6 схематично показана в часі зразкова крива імпульсу ланцюга якого-небудь з електродів з сильно розтягнутою. віссю часу. На цьому ж графіку показані пунктирні лінії 2, 8, 4„ що відносяться до напруги на тенциометрі 63799 16. Тут показані три випадки. Лінія 2 відноситься до того випадку, коли напруга на потенціометрі 16 більше максимального значення на відповідному безіндукції іншому опорі в ланцюги того або іншого електрода, тобто Й„>1„,Р.

В цьому випадку вентиль 20 буде замкнений, так як його анод негативний по відношенню до катода.

Крива 2 на фіг. 6 відноситься до того випадку, коли П„= I„,Ь.

Цей випадок є критичним, для якого проводиться вимір. Вимірявши за допомогою вольтметра 18 напруга на потенціометрі в цьому випадку і, знаючи заздалегідь даний опір легко визначити значення імпульсу струму 1„,.

Крива 4 на фіг. 6 відноситься до того випадку, коли U„(I„,Â.

В цьому випадку анод вентиля 20 буде позитивний по відношенню до його катода і через нього піде струм, середнє значення якого буде виміряно приладом 85. Поява струму буде ознакою того, що критичний режим перейдений і тому потрібно збільшувати напругу на потенціометрі 16.

Як вентиля 20 можна взяти найменший кенотрон (діод), або тріод, у якого сітка приєднана до анода. Напруження кенотрону слід живити від джерела постійного струму, причому загальна точка повинна бути виконана на мінусовому кінці накального джерела (для уникнення впливу нееквіпотенційності катода і початкових швидкостей електронів).

Крім компенсаційного методу вимірювання імпульсів струму може бути використаний осцилоскопічний або осцилографічний метод. Для цієї мети показані пунктиром на фіг. 1 провідники

86 приєднуються до пари відхиляють пластини осцилоскопа, що дають відхилення електронного променя по вертикалі; інша ж пара відхиляють пластин приєднується до джерела з пилкоподібної кривої напруги, причому це джерело синхронізований з джерелом 27, що подає змінну напругу в ланцюг тиратронової сітки

26. На екрані осцилоскопа при цьому з'являться чіткі імпульси падіння напруги (див. фіг. 5), які виміряли за допомогою попередньої градуювання і зн; я заздалегідь значення безіндукційних опорів в ланцюгах електродів, можна визначити і самі значення імпульсів струму, При цьому вимірі обов'язково слід застосовувати електронний осцнлло коп або осцилограф. Застосування шлейфного електромагнітного осцилографа має дати значні похибки з-;-.а великої інерційності системи.

Спосіб подачі імпульсів у ланцюг керуючого електрода та вимірювання струмів у ланцюзі інших електродів має ряд істотних переваг. Насамперед значною мірою зменшується потужність тиратрона, що розряджає конденсатор. Потім виходить можливість вимірювання струмів в ланцюзі будь-якого електрода при будь-яких потенціалах інших електродах, чого не можна мати в тому випадку, коли імпульс струму вимірюється в ланцюзі того електрода, до якого підводиться імпульс потенціалу.

При реальному методі лампа „відмикається” тільки в ті моменти, коли на керуючий електрод подається імпульс потенціалу.

Зразкові статичні характеристики, одержувані пропонованим способом, наводяться на фігурах

Предмет винаходу

1. Спосіб зняття статичних характеристик електронних приладів з плавним електростатичним управлінням, відли чающі і з тим, що в ланцюг керуючого електрода послідовно з регульованим напругою зміщення пе№ 63799 ріодично подають має форму вузьких імпульсів напруга від заряджається від стороннього джерела і допомогою тират рона конденсатора, а до інших електродів обстежуваного електронного приладу через заздалегідь відомі безіндукційні опори прикладають регульована напругавід джерел постійного струму, заблокованих ємностями, причому одержувані при цьому MQKcHMBJlbHblp. значення імпульсів струмів у ланцюгах цих електродів вимірюють по імпульсах падіння напруги на зазначених вище опорах, до яких через вентиль і індикатор струму прикладають регульоване компенсує напругу.

2. Пристрій для здійснення способу за п. 1, що відрізняється застосуванням для вимірювання максимальних значень імпульсів в ланцюгах електродів обстежуваної електронної лампи електронного.осцилоскопа або осцилографа. а до іншої пари електродів, що відхиляють, підведено пилкоподібну напругу, синхронізоване з джерелом змінної напруги, що подається в ланцюг керуючого електрода тиратрона, періодично розряджає конденсатор.

Техн. редактор М. В. Снольякьва

Відп. редактор Д. А. Михайлов

Друкарня Держпланздату, ні. Воровського, Калуга

Л!49953. Підписано до друку 25 XI 1946 Тираж 500 прим. Ціна 65 коп. Зак. 325

Ось ти на радостях йдеш до чайника з думкою ляснути кухоль чаю з бубликом на честь щойно зібраного пристрою, але він раптом перестав працювати. При цьому видимих причинні: конденсатори цілі, транзистори начебто не димляться, діоди теж. Але при цьому пристрій не працює. Як бути? Можна скористатися таким простим алгоритмом пошуку несправності:

Монтажні "соплі"

"Соплі" - це невеликі краплі припою, які створюють коротке замиканняміж двома різними доріжками на друкованій платі Під час домашнього складання такі неприємні краплі припою призводять до того, що пристрій або просто не запускається, або працює неправильно, або, що найгірше, після включення відразу згоряють дорогі деталі.

Щоб не допускати таких неприємних наслідків, перед увімкненням зібраного приладу слід уважно перевірити друковану платуна наявність замикань між стежками.

Прилади для діагностики пристроїв

Мінімальний набір приладів для налагодження та ремонту радіоаматорських конструкцій складається з , мультиметра та . У деяких випадках можна обійтись лише мультиметром. Але для зручнішого налагодження пристроїв бажано все ж таки мати осцилограф.

Для простих пристроївтакого набору вистачає за очі. Що стосується, наприклад, налагодження різних підсилювачів, то для них правильного налаштуваннябажано мати ще й генератор сигналів.

Правильне харчування - запорука успіху

Перш, ніж робити будь-які висновки та працездатності деталей, що входять до твоєї радіоаматорської конструкції, слід перевірити правильне харчування подається. Іноді виявиться, що проблема була в неправильному харчуванні. Якщо починати перевірку пристрою з його живлення, можна заощадити багато часу на налагодженні, якщо причина була в ньому.

Перевірка діодів

Якщо у схемі є діоди, їх слід один за одним уважно перевірити. Якщо вони зовні цілі, слід випаяти один висновок діода і перевірити його за допомогою мультиметра, включеного в режим вимірювання опору. При цьому якщо полярність клем мультиметра збігається з полярністю висновків діода (+ клема до анода, а - клема до катода), то мультиметр покаже приблизно 500-600 Ом, а у зворотному включенні (- клема до анода, а + клема до катода) не покаже взагалі нічого, ніби там урвище. Якщо ж мультиметр показує щось інше, то швидше за все діод вийшов з ладу та негідний.

Перевірка конденсаторів та резисторів

Згорілі резистори видно відразу - вони чорніють. Тому знайти згорілий резистор досить легко. Щодо кондесаторів, то їх перевірка складніша. По-перше, як і у випадку з резисторами, треба провести їх огляд. Якщо вони зовні не викликають підозр, тоді їх слід випаяти і перевірити за допомогою LRC-метра. Зазвичай виходять із ладу електролітичні конденсатори. При цьому вони роздмухуються, коли згоряють. Інша причина їхнього виходу з ладу - час. Тому у старих приладах часто замінюють усі електролітичні конденсатори.

Перевірка транзисторів

Транзистори перевіряються аналогічно діодам. Спочатку проводиться зовнішній огляд і якщо він не викликає підозр, транзистор перевіряється за допомогою мультиметра. Тільки клемми мультиметра включаються по черзі між базою-колектором, базою-еммітером та колектором-еммітером. До речі, транзистори мають цікаву несправність. При перевірці транзистор гаразд, але коли входить у схему і неї подається харчування, через деякий час схема перестає працювати. Виявляється, що транзистор нагрівся і в нагрітому стані поводиться як поламаний. Такий транзистор слід замінити.

Електронні прилад, що є основою електроніки, можна класифікувати за двома ознаками:

за принципом роботи;

За функціональним призначенням.

За принципом роботи електронні прилади можуть бути поділені на чотири класи:

1. Електронні прибори – потік електронів рухається між електродами, що у високому вакуумі, тобто. в середовищі настільки розрядженого газу, що електрони, що рухаються, не відчувають зіткнень з частинками газу.

2. Газорозрядні прилади - Рух електронів у міжелектродному просторі відбувається в умовах зіткнення їх з частинками газу (з молекулами та атомами), що за певних умов призводить до іонізації газу, що різко змінює властивості приладу. Такі прилади називаються іонними.

3. Електрохімічні прилади – принцип дії ґрунтується на явищах, пов'язаних з походженням електричного струму в рідких тілах з іонною провідністю. Такі прилади працюють на основі явищ, що вивчаються електрохімією та електронікою. хемотронікою.

4. Напівпровідникові прилади – принцип дії заснований на електронних явищах у речовинах, що мають кристалічну будову, для якої характерне закономірне та впорядковане розташування атомів у просторі. Пов'язані між собою атоми розташовуються строго певним способом, що утворює кристалічні ґратитверде тіло.

За функціональним призначенням електронні прилади можуть бути поділені на три групи:

1. Електроперетворювальні – це прилади, в яких електрична енергія одного виду (наприклад, постійного струму) перетворюється на електричну енергію іншого виду (наприклад, змінного струмурізної форми). До них відносяться випрямні, підсилювальні, перемикаючі, стабілізуючі прилади тощо.

2. Електроосвітлювальні – це прилади, у яких електрична енергія перетворюється на енергію оптичного випромінювання. До них можна відвести електронно-світлові індикатори, ЕЛТ, знакові індикатори, лазери, у т.ч. світловипромінюючі діоди тощо.

3. Фотоелектричні – це прилади, у яких енергія світлового випромінювання перетворюється на електричну енергію. Це фотоелементи, фотодіоди, фототранзистори, відеокамери тощо.

Спільним для всіх електронних приладів є те, що в них здійснюється перетворення енергії різних видівтому прилади, що мають суттєві відмінності у принципі дії, Застосовуються по тому самому функціональному призначенню, тобто. для однієї і тієї ж мети і мають близькі властивості.

Вигляд статичної характеристики зазвичай задається технічними вимогами.
Статичні показники. а-вхідна. б-передавальна. в-вихідна. / - на виході О. 2 - на виході 1.
Вигляд статичної характеристики перетворення визначається схемою та конструкцією засобу вимірювань.
Залежність Q (U для синхронного двигуна при Р. Вигляд статичних характеристик навантаження визначається параметрами електроприймачів і впливом втрат в елементах розподільної мережі, включаючи трансформатори.
Вигляд статичних характеристик підсилювачів із зовнішньої та внутрішньої зворотним зв'язкомпрактично однаковий.
Схеми високочастотних кондуктометричних осередків. Еквівалентні електричні схемиємнісного вимірювального осередку. Вигляд статичної характеристики високочастотного кондуктометра визначається переважно залежністю електричних властивостей осередку - її активної та реактивної провідності - від електропровідності розчину. Аналітичне дослідження електричних властивостей осередків проводиться за їх допомогою еквівалентних схем, В яких розподілені параметри осередку з - певним ступенем точності замінені зосередженими елементами ланцюга. Такий аналіз дозволяє, у ряді випадків, якісно оцінити вид статичних характеристик приладу для того, щоб вибрати геометричні параметри осередку і частоту генератора, які б забезпечили вимірювання електропровідності в заданому діапазоні.
Вигляд статичної характеристики високочастотного кондуктометра визначається переважно залежністю електричних властивостей осередку - її активної та реактивної провідності - від електропровідності розчину.
Структурна схема вимірювального перетворювача. На вигляд статичної характеристики впливають такі фактори, як механічний гістерезис, повзучість, сили тертя, деякі інші. Перетворення вимірюваної величини х у вихідну вели-у дуже рідко вдається отримати безпосередньо преобра- оовником, що складається з одного елемента. Найчастіше воно осу-ще Ьтвляется використанням певної сукупності найпростіших елементів. Якщо вважати, що кожен елемент, що входить в перетворювач, може бути представлений у вигляді чотириполюсника, то перетворювач в цілому зобразиться як певна комбінаціятаких чотириполюсників – елементів. Подібні комбінації можуть мати різну структуру, однак, як правило, це послідовне з'єднаннячотириполюсників (ряс. Для такої схеми характерним є те, що вихідна величина кожного k - ro чотириполюсника є одночасно вхідною величиною (& 1) - го. На вході ланцюжка чотириполюсників діє вхідна величина х, а на виході - у.
Однак релейний вид статичних характеристик таких підсилювачів часто негативно позначається як регулювання.
Розглянемо вид статичної характеристики лінійної замкнутої системи комбінованого регулювання з управління та навантаження.

Аналіз виду статичних характеристик напівпровідникового тріоду показує, що основним нелінійним параметром тріода є його вхідний опір. Опір гк і коефіцієнт передачі а активної області характеристик тріода практично постійні.
По виду статичної характеристики: лінійні (без початкового сигналу у Sx і з початковим сигналом у у0 Sx), нелінійні (з зростаючою або падаючою характеристикою), релейні.
По виду статичних показників об'єкти поділяються на стаціонарні та нестаціонарні.
По виду статичної характеристики датчики можна розділити на лінійні (без початкового сигналу у S x і з початковим сигналом у Уо S x), нелінійні (з зростаючою або падаючою характеристикою), релейні.
По виду статичної характеристики вхід - вихід елементи автоматичних системподіляються на елементи безперервної та на елементи дискретної дії.
По виду статичної характеристики реле діляться на великі групи: нейтральні і поляризовані. У нейтральних реле напрям переміщення якоря не змінюється, а отже, і комутовані ланцюги не перемикаються при зміні полярності вхідного сигналу. У поляризованих реле напрям руху якоря змінюється і, отже, коммутируемые ланцюга перемикаються інші контакти за зміни полярності вхідного сигналу.
По-друге, вид статичних показників транзистора залежить від схеми його включення. Очевидно, що за будь-якої схеми включення фізичні процеси, які у транзисторі, не змінюються, але істотно змінюються вхідні і вихідні величини, отже, і статичні характеристики транзистора.
Схема зі зняттям статичних характеристик електронної лампи з живленням анодних ланцюгів від джерела. Розрізняють чотири види статичних характеристик: анодні, анодно-сіткові, сітково-анодні та сіткові.
Таким чином, вид кривих статичних характеристик для більшості елементів аналогічний кривим залежності інтенсивності ліній гелію від струму, з тією різницею, що вони виявляють струм початку випаровування.
Залежно від виду статичної характеристики розрізняють аналогові та релейні омічні елементи.
Схема на дослідження тріода. Розрізняють два основних види статичних характеристик тріоду: анодні характеристики, що зображують залежність анодного струму тріода від напруги на аноді при постійній напрузі на сітці, і анодно-сіточні характеристики, що зображають залежність анодного струму від напруги на сітці при постійному анодному напрузі. При знятті характеристик необхідно підтримувати постійним напруження напруження.
Розрізняють два основних види статичних характеристик тріода: 1) анодні характеристики, що становлять залежність анодного струму тріода від напруги на аноді при постійній напрузі на сітці, і 2) анодно-сіточні характеристики, що становлять залежність анодного струму від напруги на сітці при постійній анодній напрузі . При знятті характеристик напруга розжарення катода має бути постійною.
Графічну модель у вигляді статичної характеристики нелінійного елемента визначають експериментально шляхом застосування до елемента постійної напруги або струму, значення якого регулюють так, щоб отримати всі точки характеристики.

Як показують експерименти, вид статичних характеристик та коефіцієнти посилення підсилювачів із зовнішньої ОС та з самонасиченням досить близькі.
Розглянемо вплив усунення на вигляд статичної характеристики реверсивного магнітного підсилювача. На рис. 24.10 показано побудову статичної характеристики реверсивного магнітного підсилювача за різних значень зсуву.
Для ланки розрізняють три види статичних показників.
Функція f залежить від виду статичної характеристики керованої провідності.
Основним недоліком таких підсилювачів є релейний вид статичної характеристики.
На рис. 30 б показаний вигляд статичних характеристик компресора для випадку рН const і трьох значень РВС (pBct РВСГ Рве) - У положенні золотника Я Ят компресор працює на повну продуктивність Qi, Q2 або Q3 в залежності від РВС. У міру висування золотника (Я зменшується) холодопродуктивність знижується приблизно за лінійним законом.
У вимірювальній практиці в залежності від виду статичної характеристики перетворювача і роду роботи цьому визначенню надають більш конкретний вид, в результаті чого використовують її більш вузьких і конкретних понять чутливості.
Статичні характеристики підсилювача сопло - заслінка з постійними перепадами на дроселях. Тут же розглянемо вплив постійного перепаду вигляд статичної характеристики пневматичного підсилювача. Припустимо, що є пристрій, який підтримує автоматично постійний перепад тиску Д/7ПС на постійному дроселі. Дрпс статична характеристика підсилювача, що розглядається, збігається зі статичною характеристикою / звичайного підсилювача. Тому робоча ділянка статичної характеристики має 2 збільшену крутість.
Схеми та статичні характеристики ПД. Закон перетворення переміщення в електричний сигнал (або вид статичної характеристики ПД) визначається конструкцією датчика (профілем каркаса потенціометра), схемою підключення до джерела живлення та навантаження, а також режимом роботи. У окремому випадку ПД реалізує релейний закон перетворення переміщення в напругу. Такий ПД називають релейним потенціометричним датчиком.
Положення поверхонь перемикання залежить від властивостей релейного елемента (вид статичних характеристик, часи запізнення при спрацьовуванні та відпусканні), від діючих сил (вид механічних характеристик двигуна та закон зміни моменту навантаження) та від виду керуючої функції.
Зробимо деякі припущення, які не вплинуть на вигляд статичної характеристики. GTcTGT, тобто. кількістю тепла, що вноситься із паливом. При постійному витраті палива цей член є постійним і малим у порівнянні з членом GTXT.
Статична характеристика двопозиційного регулятора (а, зміна регулюючого впливу х (б і перехідний процес у при виникненні в системі несиметричних автоколивань).
Моменти спрацьовування Пз-регулятора визначаються властивостями лінійної частини АСР та видом статичної характеристики регулятора.
В цьому випадку математичний описоб'єкта може бути представлено у вигляді статичної характеристики, що описує весь діапазон робочих режимів, а також набору динамічних характеристик, кожна з яких приблизно описує динамічні властивості режимів об'єкта, що відповідають деякому числу статичної характеристики.
На характер зміни / 2 f (Un) впливає вигляд статичної характеристики навантаження, особливо з реактивної потужності, оскільки регулюючий ефект реактивної потужності більше, ніж активної.
Блок-схема САУ за температурою в зоні обробки та пружним переміщенням, що везуть в системі СНІД. Зрозуміло, що у цьому випадку результуюча статична характеристика визначається виглядом статичних характеристик всіх пристроїв.
Тому запити споживача енергії та задуми конструктора машини, втілені у вигляді статичної характеристики регулювання тієї чи іншої форми, повинні узгоджуватися з первісною вартістю механізмів автоматичного управління та з експлуатаційними витратами на утримання цих механізмів.
Сформулюємо принципи побудови систем управління класу технологічних об'єктів, відмінністю яких є екстремальний вид статичної характеристики. Клас таких об'єктів дуже широкий і включає установки, що працюють у багатьох важливих галузях народного господарства - хімічної, нафтохімічної, металургійної та ін. Оптимальне управління цими об'єктами може дати значний економічний ефект.
Для аналізу якості струминних логічних елементівта узгодження елементів у схемах зазвичай використовуються наступні три види статичних характеристик: характеристики перемикання, вихідні та вхідні.
Отже, відрізки, що відсікаються на осі 6, не залежать від і визначаються видом статичної характеристики реле.
Динамічні характеристики каскаду з активно-реактивним навантаженням для вхідного синусоїдального сигналу. Неважко бачити, що вид динамічних характеристик для активно-реактивного навантаження залежить не тільки від характеру опору та виду статичних характеристик підсилювального елемента, а й від частоти, амплітуди та форми вхідного сигналу.
Точність розподілу двигунів між шинами U та Uz (див. рис. 6 – 9) мало позначається на вигляді статичних характеристик, але впливає на критичну напругу.

Електронно-променеві трубки; їх область дії та застосування. Іонні (газорозрядні) прилади: основні параметри.

Електронно-променеві прилади (ЕЛП) - клас вакуумних електронних приладів, в яких використовується потік електронів, сконцентрований у формі одиночного променя або пучка променів, які керуються як за інтенсивністю (струму), так і за положенням у просторі, та взаємодіють з нерухомою просторовою мішенню (екраном) приладу. Основна сфера застосування ЕЛП – перетворення оптичної інформаціїв електричні сигнали та зворотне перетворенняелектричного сигналу в оптичний - наприклад, видиме телевізійне зображення.

До класу електронно-променевих приладів невключаються рентгенівські трубки, фотоелементи, фотопомножувачі, газорозрядні прилади (декатрони) та приймально-підсилювальні електронні лампи(променеві тетроди, електровакуумні індикатори, лампи з вторинною емісією тощо) з променевою формою струмів.

Пристрій

Електронно-променевий прилад складається, як мінімум, із трьох основних частин:

· Електронний прожектор(гармата) формує електронний промінь (або пучок променів, наприклад, три промені в кольоровому кінескопі) та керує його інтенсивністю (струмом);

· Система, що відхиляєкерує просторовим положенням променя (відхиленням його від осі прожектора);

· Мета(екран) приймального ЕЛП перетворює енергію променя у світловий потік видимого зображення; Мета передавального чи запам'ятовує ЕЛП накопичує просторовий потенційний рельєф, зчитуваний скануючим електронним променем .

Класифікація

Передавальні електронно-променеві приладиперетворюють оптичне зображення електричний сигнал.

· Дисектор («трубка миттєвої дії») – історично перший тип передавальної трубки, що використовувався для астрономічних спостережень, у пристроях промислової автоматики та для сканування документів;

· Іконоскоп – історично перший тип передавальної телевізійної трубки;

· Ортикон, суперортикон, відікон – основні типи передавальних трубок, що застосовувалися в телебаченні до переходу на твердотільні перетворювачі;

· Спеціалізовані прилади, наприклад, моноскоп - трубка для перетворення електричний сигнал нерухомого зображення (випробувальної таблиці).

Прийомні електронно-променеві приладиперетворюють електричний сигнал на оптичне (видиме) зображення:

· Осцилографічна трубка - ЕЛП з ємнісним (осцилографічним) управлінням положення променя, що застосовуються для візуалізації форми електричних сигналів

· Кінескоп - приймальна трубка телевізійної системи з магнітною відхиляючою системою та малою розгорткою зображення;

· Індикаторна електронно-променева трубка - приймальна трубка радіолокаційної системиз магнітною відхиляючою системою та круговою розгорткою, а також різноманітні спеціалізовані індикатори, знакогенеруючі трубки тощо.

· Знакогенеруючі (знакодрукуючі) трубки (характрон, тайпотрон та їх аналоги).

· Запам'ятовує трубка записує інформації на просторову мету, зберігає її протягом заданого часу, і (у трубках зі зчитуванням) відтворює або зчитує її електронним променем. Різні трубки цього підкласу використовувалися як для зберігання, обробки та відтворення оптичних зображень, так і як двійкові пристрої ранніх комп'ютерів.

Електроніка– галузь науки і техніки, що вивчає та застосовує пристрої, робота яких заснована на протіканні електричного струму у вакуумі, газі та твердому тілі. Велика швидкодія та висока надійність електронних пристроїв зумовили їх широке застосування обчислювальної техніки, радіотехніці, засобах зв'язку, навігації, в промисловості і т. д. За допомогою електронних пристроїв відбувається перетворення електричної енергії джерела живлення в енергію корисного сигналу (підсилювачі, генератори сигналів та ін), перетворення змінного струму на постійний (випрямлячі) і постійного в змінний (інвертори), перетворення видів енергії, регулювання напруги, частоти тощо.

В електронних пристрояхперетворення електричної енергії та сигналів здійснюється за допомогою електронних приладів (електронних активних елементів). Окрім електронних приладів у них використовуються джерела живлення та пасивні компоненти: резистори, конденсатори, котушки індуктивності.

В даний час використовуються переважно напівпровідникові електронні прилади. У них перенесення електричних зарядіввідбувається у твердому тілі (напівпровіднику). До них відносяться діоди, транзистори, тиристори та ін.

Напівпровідниковий діод(рис. 1) є двошаровою структурою, яка утворюється в одному кристалі. Один шар має електропровідність n-типу, а інший р-типу. У цілому нині ця структура називається р-n-переходом чи электронно-дырочным переходом. Основною властивістю електронно-діркового переходу є його одностороння електропровідність.

Рис.1. Напівпровідниковий діод: а) напівпровідникова структура діода;

б) умовне графічне позначення; в) вольт – амперна характеристика

При прямому змішанні р-n перехіда його електрична провідність зростає і через перехід проходить струм, що сильно залежить від прикладеної напруги. При зворотному зміщенні р-n-переходу електрична провідність переходу зменшується і електричний струмчерез нього практично не проходить.

Напівпровідниковий діод із зворотно зміщеним р-n-переходом, у якого при порівняно малих змінах зворотної напруги в області, близькій до напруги пробою, різко збільшується зворотний струм. стабілітроном(Рис. 2). Він використовується для створення стабілізаторів напруги.

Напівпровідниковий стабілітрон: а) умовне графічне позначення; б) вольт – амперна характеристика

Варікапомназивають напівпровідниковий діод із зворотно зміщеним p-n-переходом, що застосовується як конденсатор змінної ємності для електронного налаштування частотно-виборчих ланцюгів (рис. 3).

Рис.3. Напівпровідниковий варикап: а) умовне графічне позначення;

б) вольт - фарадна характеристика

Напівпровідникові тріоди (транзистори) поділяються на біполярні та польові.

Біполярним транзисторомназивається напівпровідниковий прилад із двома р-n-переходами (рис. 4). Він має тришарову структуру n-р-n- або р-n-р-типу. Середня область між двома р-n-переходами називається базою. Товщина її стає досить малою. Сусідні області називаються емітером та колектором. Відповідно р-n-перехід емітер-база називається емітерним, а перехід база-колектор - колекторним.

Рис.4. Напівпровідникова структура та умовне графічне позначення біполярних транзисторів: а) n-p-n-типу; б) p-n-p-типу

Польовим транзисторомназивається напівпровідниковий прилад, опір якого змінюється під дією поперечного електричного поля, створюваного прилеглим до провідного обсягу напівпровідника керуючим електродом (затвором). Розрізняють два види польових транзисторів: з керуючим p-n-переходом(Рис. 5) та ізольованим затвором(Рис. 6).

Рис.5. Напівпровідникова структура та умовне графічне позначення польового транзистора з керуючим p-n-переходом: а) з каналом n-типу; б) з каналом р-типу

Рис.6. Напівпровідникова структура та умовне графічне позначення польового транзистора з ізольованим затвором: а) із вбудованим каналом; б) з індукованим каналом

На відміну від біполярних транзисторів, в яких управління переносом зарядів здійснюється зміною струму бази, в польовому транзисторі управління струмом проводиться зміною напруги, що регулює ширину каналу, по якому проходить струм. Область каналу, від якої починається рух носіїв, називається початком, а область, до якої рухаються основні носії - стоком. Управляюча область у приладі, що охоплює канал, називається затвором. Змінюючи напругу між затвором та витоком, змінюють переріз каналу.

Багатошарові структури з трьома p-n-переходами називають тиристорами. Їх основною властивістю є здатність перебувати у двох станах стійкої рівноваги: максимально відкритому (з великою провідністю) та максимально закритому (з малою провідністю). З цієї причини вони виконують функцію безконтактного електронного ключа, що має односторонню провідність. Тиристори з двома висновками (двохелектродні) називаються діодними тиристорами (диністорами), а з трьома (трехелектродні) – або тріодними тиристорами (триністорами),або симетричними тиристорами (симісторами),якщо вони здатні проводити струм в обох напрямках (рис. 7).

Рис.7. Тиристори: напівпровідникова структура: а) діодного тиристора (диністора); г) тріністора; ж) симетричного тиристора (симістора); умовне графічне позначення: б) діодного тиристора; д) тріністора; з) симистора; вольт-амперні характеристики: в) діодного тиристора; е) тріністора; і) симистора

До напівпровідникових фотоелементів відносяться: фоторезистор, фотодіод, фототранзистор, фототиристор, світлодіод (рис. 8).

Умовне графічне позначення напівпровідникових фотоелементів: а) фоторезистора; б) фотодіод; в) фототранзистора; г) фототиристора; д) світлодіода

Фоторезисторомназивається напівпровідниковий прилад, опір якого залежить від освітленості. При збільшенні освітленості опір фоторезистора зменшується.

Принцип дії фотодіодузаснований на зростанні зворотного струму р-nпереходу за його освітленні. Фотодіод застосовується без додаткового джерела живлення, оскільки сам є генератор струму, причому сила струму пропорційна освітленості.

У фототранзисторір-n перехід колектор-база є фотодіодом.

Світлодіодивипромінюють світло під час проходження крізь них прямого струму. Яскравість світіння пропорційна прямому струму.

Якщо в одному корпусі поєднати світлодіод і фоточутливий елемент, наприклад фототранзистор, то вхідний струм можна перетворити на вихідний з повним гальванічним поділом ланцюгів. Такі оптоелектричні елементи називають оптронами(Рис. 9).

Рис.9.Умовне графічне позначення напівпровідникових оптронів:

а) резисторного; б) діодного; в) транзиторного; г) тиристорного

Крім фоторезисторів до найбільш поширених напівпровідникових резисторів відносяться: терморезисториі варістори, опір яких змінюється при зміні температури та прикладеної напруги відповідно (рис. 10).

Умовне графічне позначення напівпровідникових резисторів: а) терморезистора; б) варістора

За допомогою розглянутих електронних приладів здійснюються необхідні перетворення електричної енергії та сигналів. Найбільш простим виглядомперетворення є випрямлення змінного струму, складнішими – інвертування постійного струму змінний, посилення, генерування і перетворення сигналів різної форми.

Випрямлячіперетворюють змінну напругу мережі живлення в постійну напругу на навантаженні (рис. 11). Вони застосовуються як джерела вторинного електроживлення. Змінна напруга мережі живлення за допомогою силового трансформаторазнижується чи підвищується до необхідної величини, та був випрямляється з допомогою випрямляча. В результаті на виході випрямляча утворюється напруга постійного напрямку, яке є пульсуючим (тобто змінюється в часі за значенням) і тому непридатне для живлення більшості електронних пристроїв.

Рис.11.Структурна схема випрямляча

Для зменшення пульсацій випрямленої напруги на виході випрямляча включають фільтр, що згладжує, а в деяких випадках додатково вводять стабілізатор постійної напруги.

Основні схеми випрямлячівможна поділити на однонапівперіодні(рис. 12) та двонапівперіодні(Рис. 13).

Рис.12.Схеми та часові діаграми однонапівперіодних випрямлячів: а) однофазного; б) трифазного

Рис.13.Двухнапівперідні випрямлячі: однофазні випрямлячі: а) мостова схема; б) із виведенням від середньої точки обмотки трансформатора; в) їх часові діаграми; трифазний випрямляч; г) трифазна бруківка схема; д) її тимчасова діаграма

Фільтри, що згладжуютьпропускають на вихід тільки постійну складову випрямленої напруги та максимально послаблюють його змінні складові. У найпростішому випадку фільтр, що згладжує, може містити тільки один елемент – або дросель з великою індуктивністю, що включається послідовно на виході випрямляча, або конденсатор з великою ємністю, що включається паралельно навантаженню (мал. 14).

Рис.14. Фільтри, що згладжують: а) індуктивний; б) ємнісний; в) їхні часові діаграми

Стабілізатором напругиназивається пристрій, що підтримує напругу на навантаженні із заданою точністю при зміні опору навантаження та напруги мережі у певних межах (рис. 15). Напруга, яку підтримує стабілізатор, задається опорним елементом – стабілітроном (рис. 2).

Рис.15.Схема та часові діаграми параметричного стабілізатора напруги

Підсилювачемназивається пристрій, призначений збільшення амплітуди і потужності вхідного сигналу без зміни інших його параметрів. Підвищення амплітуди та потужності сигналу на виході підсилювача досягається перетворенням енергії джерела живлення постійного струму на енергію вихідного змінного сигналу. У випадку електронні підсилювачі є багатокаскадними пристроями. Окремі каскади пов'язані між собою ланцюгами, якими передається змінний (підсилюється) сигнал і пропускається постійна складова сигналу. Каскади виконують за схемою із загальним емітером і із загальним витоком, із загальним колектором та із загальним стоком, із загальною базою та із загальним затвором (рис. 16).

Рис.16. Схеми включення транзисторів із загальним(ів): а) емітером;

б) колектором; в) базою; г) початком; д) стоком; е) затвором

Схема будь-якого каскаду складається з джерела живлення, транзистора та ланцюгів усунення, що забезпечують режим роботи транзистора по постійному струму, тобто режим спокою (рис. 17).

Багатокаскадні підсилювачі є послідовним з'єднанням однотипних підсилювальних каскадів.

У підсилювачах в інтегральному виконанні застосовують безпосередній зв'язок між каскадами. Такі підсилювачі можуть посилювати скільки завгодно сигнали, що повільно змінюються, і навіть сигнали постійного струму і тому отримали назву підсилювачів постійного струму. Сучасні підсилювачіпостійного струму посилюють сигнали в широкому спектрі частот і відносяться до розряду широкосмугових підсилювачів.

Рис.17.Схеми підсилювачів: а) на біполярному транзисторі; б) на польовому транзисторі

Недоліком підсилювачів із безпосередніми зв'язками є зміна вихідної напруги режиму спокою (дрейф нуля) внаслідок нестабільності напруги живлення, температури та інших факторів. Ефективним способом зменшення дрейфу нуля у таких підсилювачах є застосування диференціальних підсилювальних каскадів.

Диференціальний підсилювачпризначений для посилення різниці двох вхідних сигналів і є симетричною двотранзисторною схемою з об'єднаними емітерами, що має два входи і два виходи (рис. 18).

Рис.18. Диференціальний підсилювач

Операційний підсилювач(Рис. 19), як і будь-який інший підсилювач, призначений для посилення амплітуди та потужності вхідного сигналу. Назва «операційний» він отримав від аналогів на дискретних елементах, що виконували різні математичні операції (підсумовування, віднімання, множення, розподіл, логарифмування та ін) в основному в аналогових ЕОМ. В даний час операційний підсилювач найчастіше виконується у вигляді інтегральної мікросхеми.

Рис.19.Операційний підсилювач

Електронними генератораминазивають автоколивальні (самозбудливі) системи, у яких енергія джерела живлення (постійного струму) перетворюється на енергію змінного сигналу потрібної форми.

У генераторах синусоїдальної напругитранзистори працюють у підсилювальному режимі. На відміну від них у генераторах імпульсівтранзистори працюють у ключовому режимі (коли транзистор знаходиться поперемінно то повністю відкритому, то повністю закритому стані). У відкритому стані транзистор пропускає максимальний струм і має на виході мінімальну напругу, що визначається його залишковою напругою. У закритому стані його струм мінімальний, а вихідна напругамаксимально та близько до напруги джерела живлення. Такий елемент називають транзисторним ключем(Рис. 20).

Рис.20. транзисторних ключів: а) на біполярному транзисторі; б) на польовому транзисторі; в) їхні часові діаграми

Мультивібратори– це імпульсні генератори з позитивним зворотним зв'язком, у яких підсилювальні елементи (транзистори, операційні підсилювачі) працюють у ключовому режимі.

Мультивібратори не мають жодного стану стійкої рівноваги, тому відносяться до класу автоколивальних генераторів та виконуються на дискретних транзисторах, інтегральних логічних елементах та на операційних підсилювачах (рис. 21).

Рис.21. Схеми автоколивальних мультивібраторів: а) на дискретних елементах; б) на інтегральних логічних елементах; в) на операційному підсилювачі; г) їхні часові діаграми

Інтегральна мікросхема(ІМС) являє собою сукупність кількох взаємопов'язаних транзисторів, діодів, конденсаторів, резисторів і т. п. Вона виготовлена в єдиному технологічному циклі (тобто одночасно), на одній і тій же несучій конструкції – підкладці та виконує певну функцію перетворення електричних сигналів .

Компоненти, що входять до складу ІМС та не можуть бути виділені з неї як самостійні вироби, називаються елементами ІМС або інтегральними елементами. На відміну від них конструктивно відокремлені прилади та деталі називаються дискретними компонентами, а вузли та блоки, побудовані на їх основі – дискретними схемами.

Висока надійність та якість у поєднанні з малими розмірами, масою та низькою собівартістю інтегральних мікросхем забезпечили їх широке застосування у багатьох галузях науки та техніки.

Основу сучасної мікроелектроніки становлять напівпровідникові інтегральні мікросхеми. В даний час розрізняють два класи напівпровідникових інтегральних мікросхем: біполярні та МДП.

Основним елементом біполярних ІМС є n-р-n-транзистор: його виготовлення орієнтується весь технологічний цикл. Інші елементи виготовляють одночасно з цим транзистором без додаткових технологічних операцій. Наприклад, резистори виготовляють з базовим шаром n-р-n-транзистора, тому вони мають ту саму глибину, що й базовий шар. Як конденсатори використовують назад зміщені р-n-переходи, у яких n-шар відповідає колекторному шару n-р-n-транзистора, а шар р - базовому шару.

Логічними елементаминазивають електронні пристрої, що виконують найпростіші логічні операції: НЕ, АБО, І (рис. 22).

Рис.22. Умовне позначення та таблиці істинності найпростіших логічних елементів: а) НЕ; б) АБО; в) І

Логічні функції та логічні операції над ними становлять предмет алгебри логіки, або булевої алгебри. В основі алгебри логіки лежать логічні величини, які позначають латинськими літерами А, В, С, D тощо. значень логічної величини позначено через А, друге позначають «не А».

Для операцій з логічними величинами зручно застосовувати двійковий код, вважаючи А = 1, не А = 0 або, навпаки, А = 0, не А = 1. В двійковій системічислення одна і та сама схема може виконувати як логічні, так і арифметичні операції. Якщо поняття «не А» позначити особливою літерою, наприклад, то зв'язок між В і А матиме вигляд: В = .

Це найпростіша логічна функція, яку називають запереченням, інверсією чи функцією НЕ. Схему, що забезпечує таку функцію називають інвертором або схемою НЕ.

Схеми АБО (диз'юнктор) і (кон'юнкатор) можуть бути виконані на резисторах (резисторна логіка), на діодах (діодна логіка), на транзисторах (транзисторна логіка). Найчастіше ці схеми застосовують у поєднанні з інвертором, і вони реалізують функції ИЛИ-НЕ, И-НЕ (рис. 23).

Рис.23. Умовне позначення та таблиці істинності:

а) стрілка Пірса; б) штрих Шеффера

Функції АБО-НЕ (стрілка Пірса) і І-НЕ (штрих Шеффера) - найпоширеніші, тому що на їх основі можна реалізувати будь-яку іншу логічну функцію. Кількість змінних, отже, і кількість входів у відповідних схем може бути двом, трьом, чотирма і більше. У логічних елементах логічні нулі та одиниці зазвичай представлені різними значеннями напруги: напругою (або рівнем нуля) U 0 та напругою (або рівнем одиниці) U 1 . Якщо рівень одиниці більший за рівень нуля, то кажуть, що схема працює в позитивній логіці, інакше(U 1< U 0) она работает в отрицательной логике. Никакой принципиальной разницы между положительной и отрицательной логиками нет. Более того, одна и та же схема может работать и в одной, и в другой логике.

Найбільш широке застосування набула схема І-НЕ типу ТТЛ (транзисторно-транзисторна логіка).

Комбінуючи логічні схемиАБО-НЕ або І-НЕ, можна створити різні пристроїяк з пам'яттю, так і без пам'яті.

До цифрових пристроїв із пам'яттювідносяться: тригери, лічильники, регістри.

Тригераминазивають пристрої, що мають двома станами стійкого рівноваги і здатні стрибкоподібно перемикатися з одного стійкого стану в інший щоразу, коли керуючий вхідний сигнал перевищує певний рівень, званий порогом спрацьовування.

Розрізняють кілька типів тригерів: RS, D, T, JK та ін, які випускаються промисловістю у вигляді окремих мікросхем, а також виконуються на основі логічних елементів І-НЕ або АБО-НЕ (рис. 24).

Рис.24.Умовні графічні позначення тригерів: а) RS-тригер на основі логічних елементів АБО-НЕ; у вигляді окремих мікросхем: б) RS-тригер; в) D-тригер; г) T-тригер; д) JK-тригер

У пристроях цифрової обробкиінформації параметр, що вимірюється (кут повороту, швидкість, частота, час, температура і т. д.) перетворюється в імпульси напруги, число яких характеризує значення даного параметра. Ці імпульси підраховуються лічильниками імпульсів(Рис. 25, а) і виражаються у вигляді цифр.

Умовні графічні позначення: а) лічильника імпульсів;

б) регістру; в) дешифратора; г) шифратора; д) мультиплексора;

е) арифметико-логічного устрою

Реєстраминазиваються функціональні вузли цифрових пристроїв, призначені для приймання, зберігання, передачі та перетворення інформації (мал. 25, б).

До цифрових пристроїв без пам'ятівідносяться: дешифратори, шифратори, мультиплексори, демультіплексори та ін.

Дешифраторомназивається пристрій, що виробляє одиничний сигнал тільки на одному зі своїх виходів залежно від коду двійкового числа на його входах n (мал. 25, в).

Шифратор(Рис. 25, г) виконує функцію, обернену дешифратору.

Мультиплексорназивається пристрій для комутації одного з інформаційних входів на його вихід в залежності від двійкового коду на його m адресних входах (мал. 25, д).

Демультіплексорвиконує функцію, обернену мультиплексору.

Залежно кількості елементів на одному кристалі говорять про різного ступеня інтеграції ІМС. Велика інтегральна мікросхема (ВІС) містить на одному кристалі (в одному корпусі) кілька мільйонів елементів та виконує функції складних пристроїв. Вона є функціонально закінченим виробом.

ВІС, до складу якої входять як мінімум основні вузли процесора: арифметико-логічний пристрій (мал. 25, е), дешифратор команд та пристрій управління, називається мікропроцесором. До нього можуть входити інші блоки, що розширюють можливості мікропроцесора. Мікропроцесор служить для логічної обробки, зберігання та перетворення даних. Він є універсальним за своїми можливостями напівпровідниковим пристроєм та його можна застосовувати у системах керування складними пристроями.

Питання на тему

1. Що вивчає електроніка?

2. Які пристрої називаються електронними?

3. Чим відрізняються напівпровідникові матеріали від провідників та діелектриків?

4. Як улаштований p-n-перехід? Яка основна властивість переходу, що дозволяє виготовляти на його основі напівпровідникові прилади?

5. Як працює діод? Який вигляд має його вольт-амперна характеристика?

6. Як влаштований та як працює біполярний транзистор?

7. Як працює польовий транзистор? Чим він відрізняється від біполярного транзистора?

8. Як називаються і для чого служать висновки біполярного та польового транзисторів?

9. На чому ґрунтується стабілізація напруги стабілітроном? Якими параметрами характеризуються стабілітрони?

10. Як перетворити синусоїдальну напругу на постійну?

11. Як працюють діодні випрямлячі?