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Eletrônica geral e engenharia elétrica. Folha de dicas: resumidamente, o mais importante

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Índice analítico

1. história da eletrônica
2. Semicondutores
3. O movimento dos elétrons em um campo elétrico uniforme
4. O movimento dos elétrons em um campo elétrico não homogêneo
5. O movimento dos elétrons em um campo magnético uniforme
6. Elétrons em sólidos
7. Condutividades eletrônicas intrínsecas e elétricas de furos
8. Condutividade elétrica de impureza
9. Difusão de portadores de carga em semicondutores
10. Transição elétron-buraco na ausência de tensão externa
11. Transição elétron-buraco sob a ação de uma tensão direta
12. Transição elétron-buraco na tensão reversa
13. Volt-ampere característico de um diodo semicondutor
14. capacitância do diodo semicondutor
15. Aplicação de diodos semicondutores para retificação AC
16. Informações gerais sobre transistores
17. Processos físicos em um transistor
18. Circuitos básicos de comutação de transistores
19. Propriedades de frequência dos transistores
20. Modo de pulso do transistor
21. Principais tipos de transistores
22. Informações gerais sobre dispositivos de eletrovácuo e os princípios de sua classificação
23. O dispositivo e o princípio de operação do diodo
24. Triodo e seus circuitos
25. Cátodos simples e complexos
26. Cátodos de aquecimento direto e indireto
27. Potência de três segunda lei para um diodo
28. Processos físicos em um triodo
29. Tensão de operação e a lei da potência de três segundos para o triodo
30. Corrente de rede em triodo
31. Desempenho do triodo
32. O dispositivo e operação do tetrode
33. Efeito Dinatron em um tetrode
34. O dispositivo e operação do pentodo
35. Parâmetros de tetrodos e pentodos
36. O dispositivo e operação do tetrodo de feixe
37. Princípio da conversão de frequência
38. Lâmpadas para conversão de frequência
39. Características e parâmetros das lâmpadas de controle duplo
40. Tipos especiais de tubos transceptores
41. Tipos de descargas elétricas em gases
42. discarga brilhante
43. diodos zener
44. Gasotrons
45. Descarga do arco Thyratron
46. tubos de raios catódicos
47. Características da operação de lâmpadas em frequências ultra-altas
48. Impedância de entrada e perda de energia em lâmpadas
49. Klystron voador
50. Tubos de onda viajante e reversa
51. Conceitos gerais de eletricidade e teoria eletrônica
52. Lei de Coulomb. Campo elétrico
53. Condutor e dielétrico em um campo elétrico
54. Os principais materiais isolantes elétricos
55. O conceito de corrente elétrica. lei de Ohm
56. Ligação dos condutores entre si. Primeira lei de Kirchhoff
57. Segunda lei de Kirchhoff. método de sobreposição
58. Eletrólise. Primeira e segunda leis de Faraday
59. Baterias
60. Lâmpadas elétricas incandescentes
61. Soldagem elétrica
62. Eletromagnetismo
63. Indução eletromagnética
64. Recebendo AC
65. circuitos CA
66. Circuito oscilatório
67. CA trifásico
68. Transformadores
69. Dispositivo e tipos de transformadores
70. Motores assíncronos
71. Geradores síncronos
72. Dispositivo gerador DC
73. Tipos de geradores DC
74. Motores elétricos
75. Retificadores
76. Instrumentos de medição elétrica
77. O dispositivo de instrumentos de medição
78. Transformadores de instrumentos
79. Reostatos
80. Medição de energia elétrica ativa
81. Medição de energia elétrica ativa
82. Acionamento elétrico
83. Isolamento, projetos e refrigeração de máquinas elétricas
84. Proteção de motores elétricos
85. Contatores e controladores
86. Maneiras de dar partida nos motores
87. Controle de velocidade de motores elétricos
88. Pilhas recarregáveis
89. Modo de bateria
90. Segurança em aparelhos elétricos

As bases para o surgimento e desenvolvimento da eletrônica foram lançadas pelo trabalho dos físicos nos séculos XVIII e XIX. Os primeiros estudos mundiais de descargas elétricas no ar foram realizados no século XVIII. na Rússia por acadêmicos Lomonossov и Richmann e independentemente deles, cientistas americanos Franklin. Um evento importante foi a descoberta do arco elétrico pelo acadêmico Petrov em 1802. Estudos dos processos de passagem de corrente elétrica em gases rarefeitos foram realizados no século passado na Inglaterra Ladrões, Thomson, Townsend, Aston, na alemanha Geisler, Gittorf, Plücker e outros. Em 1873 Lodygin inventou o primeiro aspirador elétrico do mundo - uma lâmpada incandescente. Independentemente dele, um pouco mais tarde, a mesma lâmpada foi criada e aprimorada por um inventor americano Edison. O arco elétrico foi usado pela primeira vez para fins de iluminação Yablochkov em 1876. Em 1887, um físico alemão Hertz descobriu o efeito fotoelétrico.

A emissão termiônica foi descoberta em 1884 por Edison. Em 1901, Richardson realizou um estudo detalhado da emissão termiônica. O primeiro tubo de raios catódicos catódicos frios foi construído em 1897. Marrom (Alemanha). O uso de dispositivos eletrônicos na engenharia de rádio começou com o fato de que em 1904 o cientista inglês Fleming usou uma lâmpada de dois eletrodos com um cátodo incandescente para retificar as oscilações de alta frequência em um receptor de rádio. Em 1907, um engenheiro americano Lee de Forest introduziu uma grade na lâmpada de controle, ou seja, criou o primeiro triodo. No mesmo ano, professor do Instituto de Tecnologia de São Petersburgo Rosing propôs usar um tubo de raios catódicos para receber imagens de televisão e nos anos seguintes realizou a confirmação experimental de suas idéias. Em 1909-191 na Rússia Kovalenkov criou os primeiros triodos para amplificar as comunicações telefônicas de longa distância. A invenção do cátodo aquecido foi de grande importância. Chernyshev em 1921. Em 1926, Hell in the USA aperfeiçoou as lâmpadas com grade de blindagem e, em 1930, propôs um pentodo, que se tornou uma das lâmpadas mais comuns. Em 1930 Kubecki inventou fotomultiplicadores, no projeto dos quais Vekshinskiy e Timofeev deram uma contribuição significativa. A primeira proposta de tubos especiais de transmissão de televisão foi feita de forma independente em 1930-1931. Konstantinov e Kataev. Tubos semelhantes, chamados iconoscópios, foram construídos nos EUA Zworykin.

A invenção de tais tubos abriu novas oportunidades para o desenvolvimento da televisão. Um pouco mais tarde, em 1933. Shmakov и Timofeev propuseram novos tubos transmissores mais sensíveis (supericonoscópios ou superemissores), que possibilitaram a realização de transmissões de televisão sem iluminação artificial forte. radiofísico russo Rozhanovsky em 1932 ele propôs a criação de novos dispositivos com modulação de velocidade do fluxo de elétrons. De acordo com suas idéias, Arsen'eva e Heil, em 1939, construíram os primeiros dispositivos desse tipo para amplificar e gerar oscilações de micro-ondas, chamados klystrons transitórios. Em 1940 Kovalenko inventou um klystron reflexivo mais simples, que é amplamente utilizado para gerar oscilações de microondas.

De grande importância para a técnica de ondas decímetros foram os trabalhos Devyatkova, Daniltseva, Khokhlova и Gurevich, que em 1938-1941. triodos especiais projetados com eletrodos de disco plano. De acordo com este princípio, as lâmpadas de cermet foram produzidas na Alemanha e as lâmpadas de farol nos EUA.

2. DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES

Comparados aos tubos de vácuo, os dispositivos semicondutores têm vantagens:

1) peso leve e tamanho pequeno;

2) sem consumo de energia para aquecimento;

3) maior confiabilidade na operação e longa vida útil (até dezenas de milhares de horas);

4) alta resistência mecânica (resistência a abalos, choques e outros tipos de sobrecarga mecânica);

5) vários dispositivos (retificadores, amplificadores, geradores) com dispositivos semicondutores têm alta eficiência, pois as perdas de energia nos próprios dispositivos são insignificantes;

6) dispositivos de baixa potência com transistores podem operar em tensões de alimentação muito baixas;

7) os princípios de design e operação de dispositivos semicondutores são usados ​​​​para criar uma nova direção importante no desenvolvimento da eletrônica - microeletrônica de semicondutores.

Ao mesmo tempo, os dispositivos semicondutores têm atualmente os seguintes desvantagens:

1) os parâmetros e características de instâncias individuais de dispositivos desse tipo têm uma dispersão significativa;

2) as propriedades e os parâmetros dos dispositivos dependem fortemente da temperatura;

3) há uma mudança nas propriedades dos dispositivos ao longo do tempo (envelhecimento);

4) seu próprio ruído em alguns casos é maior que o dos aparelhos eletrônicos;

5) a maioria dos tipos de transistores são inadequados para operação em frequências acima de dezenas de megahertz;

6) a resistência de entrada da maioria dos transistores é muito menor que a das válvulas a vácuo;

7) os transistores ainda não são fabricados para potências tão altas quanto os dispositivos de eletrovácuo;

8) a operação da maioria dos dispositivos semicondutores se deteriora drasticamente sob a influência da radiação radioativa.

Os transistores são usados ​​com sucesso em amplificadores, receptores, transmissores, geradores, televisores, instrumentos de medição, circuitos de pulso, máquinas de calcular eletrônicas, etc. o tamanho do equipamento muitas vezes.

A pesquisa está em andamento para melhorar os dispositivos semicondutores usando novos materiais para eles. Foram criados retificadores semicondutores para correntes de milhares de amperes. O uso de silício em vez de germânio torna possível operar dispositivos em temperaturas de até 125 "C e superiores. Transistores foram criados para frequências de até centenas de megahertz e mais, bem como novos tipos de dispositivos semicondutores para frequências de micro-ondas. a substituição de tubos de elétrons por dispositivos semicondutores tem sido realizada com sucesso em muitos dispositivos de engenharia de rádio.A indústria produz um grande número de diodos semicondutores e transistores de vários tipos.

3. MOVIMENTO DOS ELÉTRONS EM UM CAMPO ELÉTRICO HOMOGÊNEO

A interação de elétrons com um campo elétrico é o principal processo em dispositivos eletrovácuos e semicondutores.

Um elétron é uma partícula de matéria com carga elétrica negativa, cujo valor absoluto é e = 1,610-19C. A massa de um elétron imóvel é igual a m = 9,110-28g. À medida que a velocidade do movimento aumenta, a massa dos elétrons aumenta. teoricamente, a uma velocidade igual a c = 3m/s, a massa de um elétron deveria se tornar infinitamente grande. Em dispositivos convencionais de eletrovácuo, a velocidade dos elétrons não excede 108 s. Nesta condição, a massa do elétron pode ser considerada constante, igual a m.

Se a diferença de potencial entre os eletrodos for U e a distância entre eles for d, a intensidade do campo será: E \uXNUMXd U / d. Para um campo elétrico uniforme, o valor de E é constante.

Seja um elétron com energia cinética W0 e velocidade inicial v0 direcionado ao longo das linhas de campo ser emitido de um eletrodo de menor potencial, por exemplo, de um cátodo. O campo atua sobre um elétron e acelera seu movimento para um eletrodo de maior potencial, por exemplo, para o ânodo. Ou seja, o elétron é atraído para o eletrodo de maior potencial. Neste caso, o campo é chamado acelerando.

Em um campo acelerado, um aumento na energia cinética de um elétron ocorre devido ao trabalho do campo em mover o elétron. De acordo com a lei da conservação de energia, um aumento na energia cinética de um elétron W-W0 é igual ao trabalho do campo, que é determinado pelo produto da carga transferida e pela diferença de potencial U passada por ela : WW! = mv2/2 - mv20/2 = eU. Se a velocidade inicial do elétron for igual a zero, então W0 = mv20/2 = 0 e W=mv2/2 = eU, ou seja, a energia cinética do elétron é igual ao trabalho de campo. A velocidade de um elétron em um campo acelerado depende da diferença de potencial que o atravessa.

Deixe a direção da velocidade inicial do elétron v0 ser oposta à força F agindo sobre o elétron do lado do campo, ou seja, o elétron voa para fora com uma certa velocidade inicial do eletrodo com maior potencial. Como a força F é direcionada para a velocidade v0, o elétron é desacelerado e se move em linha reta, uniformemente lento. O campo neste caso é chamado de retardamento. Portanto, este campo para alguns elétrons está acelerando e para outros - desacelerando, dependendo da direção da velocidade inicial do elétron. Em um campo em desaceleração, um elétron emite energia para o campo. Na direção oposta, o elétron se move sem velocidade inicial no campo acelerador, que devolve ao elétron a energia perdida por ele durante o movimento lento.

Se um elétron voa com uma velocidade inicial v0 em ângulo reto com a direção das linhas de campo, então o campo age sobre o elétron com uma força F determinada pela fórmula f = eE e direcionada para um potencial mais alto. Na ausência de força, o Rpotencial faria um movimento uniforme por inércia com uma velocidade v0. E sob a ação da força F, o elétron deve se mover com aceleração uniforme na direção perpendicular a v0. O movimento resultante do elétron ocorre ao longo de uma parábola, e o elétron é desviado em direção ao eletrodo positivo. Se o elétron não cair sobre esse eletrodo e ultrapassar o campo, ele continuará se movendo por inércia em linha reta e uniforme. Um elétron se move ao longo de uma certa parábola e atinge um dos eletrodos ou sai do campo.

Um campo elétrico sempre altera a energia cinética e a velocidade de um elétron em uma direção ou outra. Assim, há sempre uma interação de energia entre um elétron e um campo elétrico, ou seja, uma troca de energia. Se a velocidade inicial do elétron não é direcionada ao longo das linhas de força, mas em algum ângulo em relação a elas, então o campo elétrico também curva a trajetória do elétron.

4. MOVIMENTO DE ELÉTRONS EM UM CAMPO ELÉTRICO NÃO HOMOGÊNEO

Para campos elétricos não homogêneos caracterizada por uma estrutura variada e muitas vezes complexa. Existem muitos campos não homogêneos que não são semelhantes entre si, nos quais a intensidade varia de ponto a ponto de acordo com várias leis, e as linhas de força são geralmente curvas de uma forma ou de outra. O mais simples é o campo não homogêneo radical que é frequentemente encontrado em dispositivos de eletrovácuo e é formado entre eletrodos cilíndricos. Se a velocidade inicial de um elétron emitido da superfície do eletrodo interno for direcionada ao longo das linhas de força, então o elétron se moverá em linha reta e será acelerado ao longo do raio. Mas à medida que você se afasta do eletrodo interno, a intensidade do campo e a força que atua no elétron se tornam menores, o que significa que a aceleração também diminui.

Em um caso mais geral, um campo não homogêneo possui linhas de força na forma de linhas curvas. Se este campo está acelerando, então o elétron com a velocidade inicial v0 se move ao longo de uma trajetória curvilínea que tem a mesma curvatura que as linhas de força. A força F atua sobre o elétron do lado do campo, direcionado em um ângulo para o próprio vetor velocidade do elétron. Essa força dobra a trajetória do elétron e aumenta sua velocidade. Neste caso, a trajetória do elétron não coincide com a linha de campo. Se o elétron não tivesse massa e, portanto, não tivesse inércia, ele se moveria ao longo da linha de força. No entanto, o elétron tem massa e tende a se mover por inércia em linha reta com a velocidade adquirida durante o movimento anterior. A força que atua sobre o elétron é direcionada tangencialmente à linha de campo e, no caso de linhas de campo curvas, forma um ângulo com o vetor velocidade do elétron. Portanto, a trajetória do elétron é curva, mas "atrasa" nesta curvatura da linha de força devido à inércia do elétron.

No caso de um campo não homogêneo em desaceleração com linhas de campo curvas, a força que atua sobre o elétron a partir do campo também dobra a trajetória do elétron e altera sua velocidade. Mas a curvatura da trajetória é obtida na direção oposta àquela em que as linhas de força são dobradas, ou seja, a trajetória do elétron tende a se afastar da linha de força. Nesse caso, a velocidade do elétron diminui, à medida que passa para pontos com potencial mais negativo.

Consideremos o movimento de um fluxo de elétrons em um campo não homogêneo, desprezando, por simplicidade, a interação dos elétrons. Deixe o fluxo de elétrons se mover em um campo não homogêneo acelerado, que é simétrico em relação à linha reta média de força. Nesse caso, as linhas de força convergem na direção do movimento do elétron, ou seja, a intensidade do campo aumenta. Vamos chamar esse campo convergente.

Deixe um fluxo de elétrons voar para este campo, cujas velocidades são direcionadas em paralelo. As trajetórias dos elétrons são dobradas na mesma direção em que as linhas de força são dobradas. E apenas o elétron médio se move retilíneo ao longo da linha de força média. Como resultado, os elétrons se aproximam, ou seja, obtém-se a focalização do fluxo de elétrons, lembrando a focalização do fluxo de luz com o auxílio de uma lente convergente. Além disso, a velocidade dos elétrons aumenta.

Se as linhas de força divergem na direção do movimento do elétron, então o campo pode ser convencionalmente chamado divergente. Nele, o fluxo de elétrons é espalhado, uma vez que as trajetórias dos elétrons se afastam umas das outras durante a curvatura. Portanto, o campo divergente acelerado é uma lente divergente para o feixe de elétrons.

Se o campo está desacelerando e convergindo, então não há foco, mas espalhamento de elétrons com uma diminuição em sua velocidade. E vice-versa, em um campo divergente em desaceleração, obtém-se a focalização do feixe de elétrons.

5. MOVIMENTO DOS ELÉTRONS EM UM CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME

Alguns dispositivos de eletrovácuo usam o movimento de elétrons em um campo magnético.

Consideremos o caso em que um elétron voa para um campo magnético uniforme com uma velocidade inicial v0 direcionada perpendicularmente às linhas do campo magnético. Neste caso, o elétron em movimento é afetado pela chamada força de Lorentz F, que é perpendicular ao vetor h0 e ao vetor do campo magnético H. A magnitude da força F é determinada pela expressão: F = ev0H.

Para v0 = 0, a força P é igual a zero, ou seja, o campo magnético não atua sobre um elétron estacionário.

A força F dobra a trajetória do elétron em um arco circular. Como a força F atua perpendicularmente à velocidade h0, ela não realiza trabalho. A energia de um elétron e sua velocidade não mudam em magnitude. Há apenas uma mudança na direção da velocidade. Sabe-se que o movimento de um corpo em círculo (rotação) com velocidade constante é obtido pela ação de uma força centrípeta direcionada para o centro, que é justamente a força F.

A direção de rotação de um elétron em um campo magnético de acordo com a regra da mão esquerda é convenientemente determinada pelas seguintes regras. Olhando na direção das linhas do campo magnético, o elétron se move no sentido horário. Em outras palavras, a rotação do elétron coincide com o movimento de rotação do parafuso, que é aparafusado na direção das linhas do campo magnético.

Vamos determinar o raio r do círculo descrito pelo elétron. Para fazer isso, usamos a expressão para a força centrípeta conhecida da mecânica: F = mv20/r. Vamos igualá-lo ao valor da força F = ev0H: mv20/r = ev0H. Agora a partir desta equação você pode encontrar o raio: r= mv0/(eH).

Quanto maior a velocidade do elétron v0, mais forte ele tende a se mover retilínea por inércia, e o raio de curvatura da trajetória será maior. Por outro lado, com o aumento de H, a força F aumenta, a curvatura da trajetória aumenta e o raio do círculo diminui.

A fórmula derivada é válida para o movimento de partículas com qualquer massa e carga em um campo magnético.

Considere a dependência de r em m e e. Uma partícula carregada com uma massa maior m tende a voar retilínea por inércia e a curvatura da trajetória diminuirá, ou seja, aumentará. E quanto maior a carga e, maior a força F e mais curva a trajetória, ou seja, seu raio se torna menor.

Tendo ido além do campo magnético, o elétron voa ainda mais por inércia em linha reta. Se o raio da trajetória for pequeno, então o elétron pode descrever círculos fechados em um campo magnético.

Assim, o campo magnético altera apenas a direção da velocidade do elétron, mas não sua magnitude, ou seja, não há interação energética entre o elétron e o campo magnético. Comparado a um campo elétrico, o efeito de um campo magnético sobre os elétrons é mais limitado. É por isso que um campo magnético é usado para influenciar os elétrons com muito menos frequência do que um campo elétrico.

6. ELÉTRONS EM ESTADOS SÓLIDOS

A física moderna provou que os elétrons em um corpo não podem ter energias arbitrárias. A energia de cada elétron só pode assumir certos valores, chamados níveis de energia (ou níveis de energia).

Os elétrons localizados mais próximos do núcleo de um átomo têm energias mais baixas, ou seja, estão em níveis de energia mais baixos. Para remover um elétron do núcleo, é necessário superar a atração mútua entre o elétron e o núcleo. Isso requer alguma energia. Portanto, elétrons distantes do núcleo têm altas energias; eles estão em níveis de energia mais elevados.

Quando um elétron se move de um nível de energia mais alto para um mais baixo, uma certa quantidade de energia é liberada, chamada de quantum (ou fóton). Se um átomo absorve um quantum de energia, então o elétron se move de um nível de energia mais baixo para um mais alto. Assim, a energia dos elétrons muda apenas em quanta, ou seja, em certas porções.

A distribuição dos elétrons por níveis de energia é mostrada esquematicamente: a energia W do elétron é plotada verticalmente e os níveis de energia são mostrados por linhas horizontais.

De acordo com a chamada teoria da zona de estado sólido, os níveis de energia são combinados em zonas separadas. Os elétrons da camada externa de um átomo preenchem vários níveis de energia que compõem a banda de valência. Níveis de energia mais baixos fazem parte de outras bandas preenchidas com elétrons, mas essas bandas não desempenham um papel nos fenômenos de condutividade elétrica e, portanto, não são mostradas na figura. Em metais e semicondutores, há um grande número de elétrons localizados em I níveis de energia mais elevados. Esses níveis compõem a banda de condução. Os elétrons desta zona, chamados de elétrons de condução, movem-se aleatoriamente dentro do corpo, movendo-se de um átomo para outro. São os elétrons de condução que fornecem a alta condutividade elétrica dos metais.

Átomos de uma substância que doou elétrons para a banda de condução podem ser considerados íons positivos. Eles estão dispostos em uma certa ordem, formando uma rede espacial, também chamada de iônica ou cristalina. O estado desta rede corresponde ao equilíbrio das forças de interação entre os átomos e o valor mínimo da energia total de todas as partículas do corpo. O movimento aleatório dos elétrons de condução ocorre dentro da rede espacial.

Uma estrutura de energia diferente é característica dos dielétricos. Eles têm um gap de banda entre a banda de condução e a banda de valência, correspondendo a níveis de energia nos quais os elétrons não podem estar.

À temperatura normal, os dielétricos têm apenas um número muito pequeno de elétrons na banda de condução e, portanto, o dielétrico tem condutividade desprezível. Mas quando aquecidos, alguns elétrons da banda de valência, recebendo energia adicional, passam para a banda de condução e, em seguida, o dielétrico adquire uma condutividade elétrica perceptível.

Semicondutores em baixas temperaturas são isolantes e em temperatura normal um número significativo de elétrons passa da banda de valência para a banda de condução.

Atualmente, para a fabricação de dispositivos semicondutores, são mais utilizados germânio e silício, que possuem valência 4. A rede cristalina espacial de germânio ou silício consiste em átomos ligados entre si por elétrons de valência. Tal ligação é chamada covalente ou par de elétrons.

7. CONDUTIVIDADE ELÉTRICA PRÓPRIA E FURO

Semicondutores são substâncias que, em termos de condutividade elétrica, ocupam uma posição intermediária entre condutores e dielétricos.

Para semicondutores caracterizado por um coeficiente de temperatura negativo de resistência elétrica. À medida que a temperatura aumenta, a resistência dos semicondutores diminui em vez de aumentar, como acontece com a maioria dos condutores sólidos. Além disso, a resistência elétrica dos semicondutores depende muito da quantidade de impurezas, bem como de influências externas como luz, campo elétrico, radiação ionizante, etc.

Existem dois tipos de condutividade elétrica em semicondutores. Assim como os metais, os semicondutores possuem condutividade elétrica eletrônica, que se deve ao movimento dos elétrons de condução. Em temperaturas normais de operação, os semicondutores sempre contêm elétrons de condução, que são muito fracamente ligados aos núcleos dos átomos e realizam movimento térmico aleatório entre os átomos da rede cristalina. Esses elétrons, sob a ação de uma diferença de potencial, podem receber movimento adicional em uma determinada direção, que é uma corrente elétrica.

Os semicondutores também possuem condutividade elétrica de furos, o que não é observado em metais. Em semicondutores, a rede cristalina é bastante forte. Seus íons, ou seja, átomos privados de um elétron, não se movem, mas permanecem em seus lugares.

A ausência de um elétron em um átomo é convencionalmente chamada de buraco. Isso enfatiza que um elétron está faltando no átomo, ou seja, um espaço livre se formou. Os buracos se comportam como cargas positivas elementares.

Com condutividade elétrica de buraco, os elétrons também se movem, mas de forma mais limitada do que com condutividade elétrica eletrônica. Os elétrons passam desses átomos apenas para os vizinhos. O resultado disso é o movimento das cargas positivas - buracos - na direção oposta ao movimento dos elétrons.

Elétrons e buracos que podem se mover e, portanto, criar condutividade elétrica são chamados de operadoras de celular ou simplesmente portadores de carga. Costuma-se dizer que, sob a ação do calor, são gerados pares de portadores de carga, ou seja, surgem pares: um elétron de condução - um buraco de condução.

Devido ao fato de os elétrons de condução e as lacunas realizarem um movimento térmico caótico, o processo inverso da geração de pares de portadores necessariamente ocorre. Os elétrons de condução novamente ocupam lugares livres na banda de valência, ou seja, eles se combinam com lacunas. Esse desaparecimento de pares de portadores é chamado recombinação de portadores de carga. Os processos de geração e recombinação de pares de portadores sempre ocorrem simultaneamente.

Um semicondutor sem impurezas é chamado de semicondutor intrínseco. Ele tem sua própria condutividade elétrica, que consiste em condutividade elétrica eletrônica e de furo. Neste caso, apesar do número de elétrons e buracos de condução no semicondutor intrínseco ser o mesmo, prevalece a condutividade elétrica eletrônica, o que se explica pela maior mobilidade dos elétrons em relação à mobilidade dos buracos.

8. CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DE IMPUREZA

Se um semicondutor contém impurezas de outras substâncias, além de sua própria condutividade elétrica, também aparece uma condutividade elétrica de impureza, que, dependendo do tipo de impureza, pode ser eletrônica ou furada. Por exemplo, o germânio, sendo tetravalente, tem condutividade eletrônica de impureza se antimônio pentavalente e arsênico forem adicionados a ele. Seus átomos interagem com átomos de germânio com apenas quatro de seus elétrons, e o quinto elétron é dado à banda de condução. Como resultado, uma certa quantidade de elétrons de condução adicionais é obtida. As impurezas nas quais os átomos doam elétrons são chamadas de doadores. Os átomos doadores perdem elétrons e ficam carregados positivamente.

Os semicondutores com predominância de condutividade elétrica eletrônica são chamados de semicondutores eletrônicos ou semicondutores do tipo n.

As substâncias que recebem elétrons e criam a condutividade elétrica do buraco de impureza são chamadas de aceitadores. Átomos receptores, capturando elétrons, tornam-se carregados negativamente.

Os semicondutores com predominância de condutividade elétrica de orifício são chamados de semicondutores de orifício ou semicondutores do tipo p.

Dispositivos semicondutores usam principalmente semicondutores contendo impurezas doadoras ou aceitadoras e são chamados de impureza. Em temperaturas normais de operação em tais semicondutores, todos os átomos de impureza participam da criação de condutividade elétrica de impureza, ou seja, cada átomo de impureza doa ou captura um elétron.

Para que a condutividade elétrica da impureza prevaleça sobre a intrínseca, a concentração de átomos de impureza doadora ou aceptora deve exceder a concentração de portadores de carga intrínseca.

Portadores de carga, cuja concentração em um determinado semicondutor prevalece, são chamados de básicos. Eles são elétrons em um semicondutor tipo n e buracos em um semicondutor tipo p. Os portadores de carga minoritários são chamados, cuja concentração é menor que a concentração dos portadores majoritários. A concentração de portadores minoritários em um semicondutor de impureza diminui tantas vezes quanto a concentração de portadores majoritários aumenta.

Se houver um certo número de elétrons no germânio, e após a adição de uma impureza doadora, a concentração de elétrons aumentou por um fator de 1000, então a concentração de portadores minoritários (buracos) diminuirá por um fator de 1000, ou seja, será um milhão de vezes menor do que a concentração das grandes operadoras. Isso é explicado pelo fato de que com um aumento de 1000 vezes na concentração de elétrons de condução obtidos de átomos doadores, os níveis de energia mais baixos da banda de condução acabam sendo ocupados e a transição de elétrons da banda de valência só é possível níveis mais altos da banda de condução. Mas para tal transição, os elétrons devem ter uma alta energia e, portanto, um número muito menor de elétrons pode realizá-la. Correspondentemente, o número de orifícios de condução na banda de valência diminui significativamente.

Assim, uma quantidade insignificantemente pequena de impureza altera significativamente a natureza da condutividade elétrica e a magnitude da condutividade do semicondutor. A obtenção de semicondutores com um teor tão baixo e estritamente dosado da impureza desejada é um processo muito complexo. Neste caso, o semicondutor inicial ao qual a impureza é adicionada deve ser muito puro.

9. DIFUSÃO DE TRANSPORTADORES DE CARGA EM SEMICONDUTORES

Nos semicondutores, além da corrente de condução, também pode haver uma corrente de difusão, cuja causa não é a diferença de potencial, mas a diferença nas concentrações de portadores. Vamos descobrir a essência desta corrente.

Se a concentração de portadores de carga é distribuída uniformemente sobre o semicondutor, então é equilíbrio. Sob a influência de quaisquer influências externas em diferentes partes do semicondutor, a concentração pode se tornar desigual, ou seja, não-equilíbrio. Por exemplo, se uma parte de um semicondutor for exposta à radiação, o processo de geração de pares de portadores se intensificará e uma concentração adicional de portadores aparecerá, chamada redundante.

Como os portadores têm sua própria energia cinética, eles sempre tendem a se deslocar de locais com maior concentração para locais com menor concentração, ou seja, e. tendem a igualar a concentração.

O fenômeno da difusão é observado para muitas partículas de matéria, e não apenas para portadores de carga móveis. A difusão é sempre causada pela concentração desigual de partículas, e a própria difusão é realizada devido à auto-energia do movimento térmico das partículas.

O movimento difuso dos portadores de carga móveis (elétrons e buracos) é uma corrente difusa /. Esta corrente, como a corrente de condução, pode ser de elétron ou buraco. As densidades dessas correntes são determinadas pelas seguintes fórmulas: i = eDn ?n /?xe ip=- eDp?p /?x, onde as grandezas ?n/?xe ?c/?x são as chamadas gradientes de concentração, e Dn e Dp são os coeficientes de difusão. O gradiente de concentração caracteriza quão acentuadamente a concentração muda ao longo da distância x, ou seja, qual é a mudança na concentração n ou p por unidade de comprimento. Se não houver diferença de concentração, então ?n=0 ou ?p=0 e não ocorre corrente de difusão. E quanto maior a mudança na concentração ?n ou ?p a uma dada distância ?x, maior a corrente de difusão.

O coeficiente de difusão caracteriza a intensidade do processo de difusão. É proporcional à mobilidade dos transportadores, diferente para diferentes substâncias e depende da temperatura. O coeficiente de difusão para elétrons é sempre maior do que para buracos.

O sinal de menos no lado direito da fórmula para a densidade de corrente de difusão de furos é definido porque a corrente de furos é direcionada na direção de diminuição da concentração de furos.

Se, devido a alguma influência externa, uma concentração excessiva de portadores for criada em alguma parte do semicondutor, e então a influência externa parar, então os portadores em excesso se recombinarão e se propagarão por difusão para outras partes do semicondutor.

O valor que caracteriza o processo de diminuição do excesso de concentração com o tempo é chamado de tempo de vida dos portadores fora do equilíbrio.

A recombinação de portadores fora do equilíbrio ocorre na massa do semicondutor e em sua superfície e depende fortemente das impurezas, bem como do estado da superfície.

Durante a propagação difusa de portadores fora do equilíbrio, como elétrons, ao longo de um semicondutor, sua concentração também diminui com a distância devido à recombinação.

10. JUNTA DE FURO DE ELÉTRONS NA AUSÊNCIA DE TENSÃO EXTERNA

A região na fronteira de dois semicondutores com diferentes tipos de condutividade elétrica é chamada de buraco de elétron, ou p-n-transição.

Uma transição elétron-buraco tem a propriedade de condutividade assimétrica, ou seja, tem uma resistência não linear. A operação da maioria dos dispositivos semicondutores usados ​​em rádio eletrônica é baseada no uso das propriedades de uma ou mais junções pn. Consideremos os processos físicos em tal transição.

Que não haja tensão externa na junção. Como os portadores de carga em cada semicondutor realizam movimento térmico aleatório, ou seja, eles têm suas próprias velocidades, ocorre sua difusão (penetração) de um semicondutor para outro. Os portadores se movem de onde sua concentração é alta para onde a concentração é baixa. Assim, os elétrons se difundem de um semicondutor tipo n para um semicondutor tipo p, e os buracos se difundem de um semicondutor tipo p para um semicondutor tipo n na direção oposta.

Como resultado da difusão de portadores, cargas espaciais de sinais diferentes são criadas em ambos os lados da interface entre dois semicondutores com diferentes tipos de condutividade elétrica. Na região n, surge uma carga espacial positiva. É formado principalmente por átomos de impureza doadores carregados positivamente e, em pequena medida, por buracos que entraram nessa região. Da mesma forma, uma carga espacial negativa surge na região p, formada pelos átomos carregados negativamente da impureza aceitadora e em parte pelos elétrons que aqui chegaram.

A chamada diferença de potencial de contato e um campo elétrico surgem entre as cargas espaciais formadas.

Uma barreira potencial surge na junção p-n, o que impede a transição de difusão de portadores.

Quanto maior a concentração de impurezas, maior a concentração dos carreadores principais e maior a quantidade deles difundidos através da fronteira. A densidade de cargas espaciais aumenta e a diferença de potencial de contato aumenta, ou seja, a altura da barreira de potencial. Neste caso, a espessura da junção pn diminui.

Simultaneamente ao movimento difuso dos portadores majoritários através da fronteira, o movimento reverso dos portadores ocorre sob a ação do campo elétrico da diferença de potencial de contato. Este campo move buracos da região p de volta para a região p e os elétrons da região p de volta para a região p. A uma certa temperatura, a junção pn está em um estado de equilíbrio dinâmico. A cada segundo, um certo número de elétrons e buracos se difundem através da fronteira em direções opostas e, sob a ação do campo, o mesmo número deles se desloca na direção oposta.

O movimento dos portadores devido à difusão é uma corrente de difusão, e o movimento dos portadores sob a ação de um campo é uma corrente de condução. No equilíbrio dinâmico da transição, essas correntes são iguais e opostas em direção. Portanto, a corrente total através da junção é zero, o que deveria ser o caso na ausência de uma tensão externa. Cada uma das correntes tem um elétron e um componente de buraco. Os valores desses componentes são diferentes, pois dependem da concentração e mobilidade dos transportadores. A altura da barreira de potencial é sempre definida automaticamente exatamente aquela em que ocorre o equilíbrio, ou seja, a corrente de difusão e a corrente de condução se compensam mutuamente.

11. TRANSIÇÃO ELETRÔNICA SOB A AÇÃO DE UMA TENSÃO DIANTEIRA

Deixe a fonte de tensão externa ser conectada com um pólo positivo a um semicondutor tipo p e com um pólo negativo a um semicondutor tipo n.

O campo elétrico criado na junção pn por uma tensão direta atua em direção ao campo da diferença de potencial de contato. O campo resultante torna-se mais fraco e a diferença de potencial na junção diminui, ou seja, a altura da barreira de potencial diminui e a corrente de difusão aumenta. Afinal, uma barreira mais baixa pode superar um número maior de portadores. A corrente de condução dificilmente muda, pois depende principalmente apenas do número de portadores minoritários que, devido às suas velocidades térmicas, entram na região da junção p-n a partir dos volumes das regiões n e p.

Na ausência de uma tensão externa, a corrente difusa e a corrente de condução são iguais e se compensam mutuamente. Com uma tensão direta, idif> iprov e, portanto, a corrente total através da junção, ou seja, corrente contínua, não é mais igual a zero: ipr \u0d idif - iprov> XNUMX.

Se a barreira for significativamente reduzida, então idiff "iprov e podemos assumir que ipr ~ idif, ou seja, a corrente direta na junção é difusão.

O fenômeno da introdução de portadores de carga através de uma barreira de potencial reduzida em uma região onde esses portadores são menores é chamado de injeção de portadores de carga. A região de um dispositivo semicondutor a partir da qual os portadores são injetados é chamada de região emissora, ou emissor. E a região na qual são injetados os portadores de carga menores para essa região é chamada de região de base, ou base. Assim, se considerarmos a injeção de elétrons, então a região p é o emissor e a região p é a base. Para a injeção de furos, ao contrário, a região p serve como emissor e a região p é a base.

Em dispositivos semicondutores, a concentração de impurezas e, portanto, dos portadores majoritários, nas regiões n e p é geralmente muito diferente. Portanto, a injeção da região com maior concentração dos principais carreadores domina fortemente. Assim, esta injeção predominante dá o nome de emissor e base. Por exemplo, se pp "pp, então a injeção de elétrons da região p para a região p é muito maior do que a injeção de buracos na direção oposta. Nesse caso, a região p é considerada o emissor e a região p é considerada a base, pois a injeção de furos pode ser desprezada.

Com uma tensão direta, não apenas a barreira de potencial diminui, mas a espessura da camada de barreira também diminui. Isso leva a uma diminuição na resistência da camada de barreira. Sua resistência na direção para frente é pequena.

Como a altura da barreira na ausência de uma tensão externa é de vários décimos de volt, para diminuir significativamente a barreira e reduzir significativamente a resistência da camada de bloqueio, é suficiente aplicar uma tensão direta à junção p-n de apenas décimos de um volt. Portanto, uma corrente direta significativa pode ser obtida com uma tensão direta muito pequena.

Obviamente, a uma certa tensão direta, é possível destruir completamente a barreira de potencial na junção pn. Então a resistência da transição, ou seja, a camada de barreira, ficará próxima de zero e pode ser desprezada. A corrente direta neste caso aumentará e dependerá da resistência dos volumes das regiões pi p. Agora essas resistências não podem ser desprezadas, pois são elas que permanecem no circuito e determinam a magnitude da corrente.

12. JUNÇÃO DE BURACO DE ELÉTRONS NA TENSÃO REVERSA

Deixe a fonte de tensão externa ser conectada com um pólo positivo à região n e negativo - à região p. Sob a influência de tal tensão reversa, uma corrente reversa muito pequena flui através da passagem, que é explicada a seguir. O campo criado pela tensão reversa é adicionado ao campo da diferença de potencial de contato. O campo resultante é amplificado. Já com um leve aumento da barreira, o movimento de difusão dos portadores majoritários pela junção cessa, pois as velocidades intrínsecas dos portadores são insuficientes para vencer a barreira. E a corrente de condução permanece quase inalterada, pois é determinada principalmente pelo número de portadores minoritários que entram na região da junção p-n a partir dos volumes das regiões n e p. A remoção de portadores minoritários através de uma junção pn por um campo elétrico acelerado criado por uma tensão externa é chamada extração de portadores de carga.

Assim, a corrente reversa é praticamente uma corrente de condução formada pelo movimento de portadores minoritários. A corrente reversa acaba sendo muito pequena, pois existem poucos portadores minoritários e, além disso, a resistência da camada de barreira com tensão reversa é muito alta. De fato, com o aumento da tensão reversa, o campo na região de transição se torna mais forte e, sob a ação desse campo, mais portadores majoritários são "empurrados" para fora das camadas limites para o interior das pirorregiões. Portanto, com o aumento da tensão reversa, não apenas a altura da barreira de potencial aumenta, mas também a espessura da camada de barreira. Essa camada fica ainda mais esgotada de portadores e sua resistência aumenta significativamente.

Mesmo com uma tensão reversa relativamente pequena, a corrente reversa atinge um valor quase constante, que pode ser chamado de corrente de saturação. Isso ocorre porque o número de portadores minoritários é limitado. Com o aumento da temperatura, sua concentração aumenta e a corrente reversa aumenta e a resistência reversa diminui. Vamos considerar com mais detalhes como a corrente reversa é definida quando a tensão reversa é ligada. Primeiro, há um processo transitório associado ao movimento dos principais portadores. Os elétrons na região p se movem em direção ao pólo positivo da fonte, ou seja, eles se afastam da transição p-p. E na região p, afastando-se da junção p-n, os buracos se movem. No eletrodo negativo, eles se recombinam com os elétrons que vêm do fio que conecta esse eletrodo ao polo negativo da fonte.

Como os elétrons saem da região n, ela se torna carregada positivamente, pois os átomos carregados positivamente da impureza doadora permanecem nela. Da mesma forma, a região p torna-se carregada negativamente, seus buracos são preenchidos com elétrons que chegam e átomos de impureza aceitadores carregados negativamente permanecem nela.

O movimento considerado dos principais transportadores em direções opostas dura apenas um pequeno período de tempo. Esta corrente transitória é semelhante à corrente de carga de um capacitor. Em ambos os lados da junção p-n, surgem duas cargas espaciais opostas e todo o sistema se torna semelhante a um capacitor carregado com um dielétrico ruim, no qual há uma corrente de fuga (seu papel é desempenhado pela corrente reversa). Mas a corrente de fuga do capacitor, de acordo com a lei de Ohm, é proporcional à tensão aplicada, e a corrente reversa da junção p-n depende relativamente pouco da tensão.

13. CARACTERÍSTICAS DE VOLT-AMPERE DE UM DIODO SEMICONDUTOR

Para qualquer dispositivo elétrico, a relação entre a corrente através do dispositivo e a tensão aplicada é importante. Conhecendo esta dependência, é possível determinar a corrente a uma dada tensão ou, inversamente, a tensão correspondente a uma dada corrente.

Se a resistência do dispositivo for constante, independente da corrente ou tensão, ela é expressa pela lei de Ohm: i= u/R, ou i= Gu.

A corrente é diretamente proporcional à tensão. O coeficiente de proporcionalidade é a condutividade G =1/R.

O gráfico da relação entre corrente e tensão é chamado de "característica de tensão" deste dispositivo. Para um dispositivo que obedece à lei de Ohm, a característica é uma linha reta passando pela origem.

Dispositivos que obedecem à lei de Ohm e possuem uma característica corrente-tensão na forma de uma linha reta passando pela origem são chamados de lineares.

Existem também dispositivos em que a resistência não é constante, mas depende da tensão ou corrente. Para tais dispositivos, a relação entre corrente e tensão não é expressa pela lei de Ohm, mas de forma mais complexa, e a característica corrente-tensão não é uma linha reta. Esses dispositivos são chamados não linear.

Uma junção elétron-buraco é essencialmente um diodo semicondutor.

A corrente reversa aumenta rapidamente à medida que a tensão reversa aumenta no início. Isso se deve ao fato de que já em uma pequena tensão reversa, devido a um aumento na barreira de potencial na junção, a corrente de difusão, que é direcionada oposta à corrente de condução, diminui drasticamente. Consequentemente, a corrente total aumenta acentuadamente. No entanto, com um aumento adicional na tensão reversa, a corrente aumenta ligeiramente, ou seja, ocorre um fenômeno semelhante à saturação. O aumento da corrente ocorre devido ao aquecimento da junção pela corrente, devido ao vazamento sobre a superfície, e também pela multiplicação avalanche de portadores de carga, ou seja, aumento do número de portadores de carga como resultado da ionização por impacto .

Esse fenômeno consiste no fato de que, em uma tensão reversa mais alta, os elétrons adquirem uma velocidade maior e, ao atingir os átomos da rede cristalina, expulsam novos elétrons deles, que por sua vez são acelerados pelo campo e também eliminam elétrons de os átomos. Este processo se intensifica com o aumento da tensão.

A um certo valor da tensão reversa, desagregação junção pn, na qual a corrente reversa aumenta acentuadamente e a resistência da camada de barreira diminui acentuadamente. É necessário distinguir entre a ruptura elétrica e térmica da junção pn. Uma avaria elétrica é reversível se, durante esta avaria, não ocorrerem alterações irreversíveis (destruição da estrutura da substância) na junção. Portanto, a operação do diodo no modo de ruptura elétrica é permitida. Pode haver dois tipos de avaria elétrica, que muitas vezes se acompanham: avalanche и túnel.

A quebra da avalanche é explicada pela multiplicação da avalanche de portadores considerada devido à ionização de impacto. Essa quebra é típica para junções pn de grande espessura, obtidas em uma concentração relativamente baixa de impurezas em semicondutores. A tensão de ruptura para avalanche é tipicamente dezenas ou centenas de volts.

A ruptura do túnel é explicada por um fenômeno muito interessante do efeito túnel. Sua essência está no fato de que, com um campo suficientemente forte com força superior a 105 V / cm, atuando em uma junção p-g de pequena espessura, alguns elétrons penetram pela junção sem alterar sua energia. Transições finas, nas quais o efeito de tunelamento é possível, são obtidas em uma alta concentração de impurezas. A tensão de ruptura correspondente à ruptura do túnel geralmente não excede alguns volts.

14. CAPACIDADE DE UM DIODO SEMICONDUTOR

A junção P-n na tensão reversa é semelhante a um capacitor com vazamento significativo no dielétrico. A camada de bloqueio tem uma resistência muito alta e em ambos os lados existem duas cargas espaciais opostas criadas por átomos ionizados das impurezas doadoras e aceitadoras. Portanto, a junção pn tem uma capacitância semelhante à de um capacitor com duas placas. Este recipiente é chamado capacidade de barreira.

A capacitância de barreira, como a capacitância de capacitores convencionais, aumenta com o aumento da área da junção pn e a constante dielétrica da substância semicondutora e com a diminuição da espessura da camada de barreira. Uma característica da capacitância de barreira é que ela é uma capacitância não linear, ou seja, muda com uma mudança na tensão na junção. Se a tensão reversa aumenta, a espessura da camada de barreira aumenta. E como essa camada desempenha o papel de um dielétrico, a capacitância da barreira diminui.

A capacitância da barreira é prejudicial à retificação CA porque desvia o diodo e a corrente CA flui através dele em frequências mais altas. Mas, ao mesmo tempo, há também uma aplicação útil da capacitância de barreira. Diodos especiais chamados varicaps, usados ​​como capacitores variáveis ​​para sintonia de circuitos oscilatórios, bem como em alguns circuitos, cuja operação é baseada no uso de capacitância não linear. Ao contrário dos capacitores variáveis ​​convencionais, nos quais a mudança de capacitância ocorre mecanicamente, nos varicaps essa mudança é obtida ajustando-se a magnitude da tensão reversa. O método de sintonizar circuitos oscilatórios usando varicaps é chamado configuração eletrônica.

Com uma tensão direta, o diodo, além da capacitância de barreira, possui a chamada capacitância de difusão, que também é não linear e aumenta com o aumento da tensão direta. A capacitância de difusão caracteriza o acúmulo de portadores de carga móveis nas regiões n e p na presença de uma tensão direta na junção. Existe apenas em uma tensão direta, quando os portadores de carga se difundem em grandes quantidades através de uma barreira de potencial reduzida e, sem ter tempo para se recombinar, se acumulam nas regiões n e p. Assim, por exemplo, se em algum diodo a região p é um emissor e a região p é a base, então, quando uma tensão direta é aplicada da região p para a região p, um grande número de buracos corre através da junção e, portanto, uma carga positiva. Ao mesmo tempo, sob a ação de uma fonte de tensão direta, os elétrons entram na região p do fio do circuito externo e uma carga negativa surge nessa região. Buracos e elétrons na região n não podem se recombinar instantaneamente. Portanto, cada valor da tensão direta corresponde a um determinado valor de duas cargas opostas iguais acumuladas na região n devido à difusão de portadores através da junção.

A capacitância de difusão é muito maior que a capacitância de barreira, mas na maioria dos casos não tem efeito significativo no funcionamento do diodo, e também não pode ser utilizada, pois é sempre desviada pela baixa resistência direta do próprio diodo . Como regra, apenas a capacitância da barreira é de importância prática.

15. APLICAÇÃO DE DIODOS SEMICONDUTORES PARA RETIFICAÇÃO DE AC

A retificação AC é um dos principais processos em eletrônica de rádio. Em um retificador, a energia CA é convertida em energia CC.

Os diodos semicondutores conduzem bem a corrente na direção direta e conduzem mal na direção reversa e, portanto, o principal objetivo da maioria dos diodos é retificação CA.

Nos retificadores para alimentação de equipamentos eletrônicos, um transformador de potência conectado à rede elétrica geralmente serve como gerador de EMF variável. Em vez de um transformador, às vezes é usado um autotransformador. Em alguns casos, o retificador é alimentado pela rede do transformador. O papel do resistor de carga, ou seja, o consumidor de energia de corrente contínua, em circuitos práticos, é desempenhado por aqueles circuitos ou dispositivos que são alimentados por um retificador. Ao retificar correntes de alta frequência, por exemplo, nos estágios detectores de receptores de rádio, um transformador de alta frequência ou um circuito oscilatório ressonante serve como um gerador EMF variável e um resistor de carga especialmente incluído possui uma grande resistência.

O uso de um capacitor dobra a tensão reversa em relação ao seu valor na ausência de um capacitor. Muito perigoso é o curto-circuito da carga, que, em particular, ocorre quando o capacitor do filtro de suavização se rompe. Então toda a tensão da fonte será aplicada ao diodo e a corrente se tornará inaceitável. indo ruptura térmica do diodo.

A vantagem dos diodos semicondutores em comparação com os de vácuo não é apenas a ausência de aquecimento do cátodo, mas também uma pequena queda de tensão no diodo com corrente contínua. Independentemente da magnitude da corrente, ou seja, a potência para a qual o diodo semicondutor é projetado, a tensão direta através dele é décimos de volt ou um pouco mais de 1 V. Portanto, a eficiência dos retificadores com diodos semicondutores é maior do que com diodos a vácuo. Ao retificar tensões mais altas, a eficiência aumenta, pois neste caso uma perda de tensão de cerca de 1V no próprio diodo não é significativa.

Assim, os diodos semicondutores são mais econômicos que os diodos a vácuo e emitem menos calor durante a operação, o que gera aquecimento prejudicial de outras partes localizadas nas proximidades. Além disso, os diodos semicondutores têm uma vida útil muito longa. Mas sua desvantagem é uma tensão reversa de limitação relativamente baixa de não mais que centenas de volts, enquanto para kenotrons de alta tensão pode ser de até dezenas de quilovolts.

Diodos semicondutores podem ser usados ​​em qualquer circuito retificador. Se o filtro de suavização do retificador começar com um capacitor grande, quando a tensão CA for ligada, ocorrerá um pulso de corrente para carregar o capacitor, geralmente excedendo o valor de corrente direta permitido desse diodo. Portanto, para reduzir essa corrente, às vezes um resistor limitador com resistência da ordem de unidades ou dezenas de ohms é às vezes conectado em série com o diodo.

Em diodos semicondutores operando no modo retificador, pulsos de corrente reversa significativos podem ser observados quando a polaridade da tensão é invertida. Esses impulsos surgem por duas razões. Primeiro, sob a influência da tensão reversa, é obtido um pulso de corrente que carrega a capacitância de barreira da junção pn. Quanto maior essa capacitância, maior esse momento. Em segundo lugar, sob tensão reversa, os portadores minoritários acumulados nas regiões n e p são dissipados. Na prática, devido à diferença nas concentrações de impurezas nessas regiões, o papel principal é desempenhado pela maior carga acumulada em uma das regiões.

16. INFORMAÇÕES GERAIS SOBRE TRANSISTORES

Entre os dispositivos semicondutores de conversão elétrica, ou seja, dispositivos usados ​​para converter grandezas elétricas, um lugar importante é ocupado por transistores. São dispositivos semicondutores adequados para amplificação de potência e possuem três ou mais terminais. Os transistores podem ter um número diferente de transições entre regiões com diferentes condutividades elétricas. Os transistores mais comuns com duas transições pn. Esses transistores são chamados bipolar, já que seu trabalho é baseado no uso de portadores de carga de ambos os signos. Os primeiros transistores eram do tipo pontual, mas não eram suficientemente estáveis. Atualmente fabricado e usado exclusivamente plano transistores.

Um transistor bipolar planar é uma placa de germânio ou outro semicondutor na qual são criadas três regiões com diferentes condutividades elétricas.

A região intermediária do transistor é chamada de base, uma região extrema é o emissor e a outra é o coletor. Assim, o transistor possui duas junções pn - a junção do emissor entre o emissor e a base e a junção do coletor entre a base e o coletor. A distância entre eles deve ser muito pequena, não mais do que alguns mícrons, ou seja, a área da base deve ser muito fina. Esta é a condição mais importante para o bom funcionamento do transistor. Além disso, geralmente a concentração de impurezas na base é bem menor que no coletor e emissor. Com a ajuda de eletrodos de metal da base, emissor e coletor, as conclusões são tiradas. (

Um transistor pode operar em três modos, dependendo de quais são as tensões em suas junções. A operação no modo ativo é obtida se a tensão for direta na junção do emissor e reversa na junção do coletor. O modo de corte ou bloqueio é obtido pela aplicação de uma tensão reversa a ambas as transições. Se a tensão for direta em ambas as junções, o transistor opera no modo de saturação. O modo ativo é o principal. Em particular, é usado na maioria dos amplificadores e osciladores.

Em circuitos práticos com transistores, geralmente são formados dois circuitos. O circuito de entrada, ou controle, é usado para controlar a operação do transistor. Na saída, ou circuito controlado, são obtidas oscilações aumentadas. A fonte de oscilações amplificadas está incluída no circuito de entrada e a carga está incluída no circuito de saída.

As dependências entre correntes e tensões nos transistores são expressas por suas características estáticas, ou seja, características tomadas em corrente contínua e na ausência de carga no circuito de saída.

As características de entrada e saída de um transistor estão intimamente relacionadas com a característica de corrente-tensão de um diodo semicondutor. As especificações de entrada referem-se a uma junção de emissor que opera em tensão direta. Portanto, eles são semelhantes à característica de corrente reversa de um diodo. As características de saída são semelhantes à característica de corrente reversa de um diodo, pois refletem as propriedades de uma junção coletora operando em tensão reversa.

Existem também características de realimentação que mostram como a tensão na entrada do transistor muda sob a influência de uma mudança na tensão de saída, desde que a corrente de entrada seja constante.

17. PROCESSOS FÍSICOS EM UM TRANSISTOR

Considere como o transistor funciona no modo estático sem carga, quando apenas fontes de tensões de alimentação constantes são ligadas. Sua polaridade é tal que a tensão na junção do emissor é direta e na junção do coletor é invertida. Portanto, a resistência da junção do emissor é pequena, e uma fonte com tensão da ordem de décimos de volt é suficiente para obter uma corrente normal nesta junção. A resistência da junção do coletor é alta e a tensão geralmente é de unidades ou dezenas de volts.

O princípio de operação do transistor é que a tensão direta da junção do emissor afeta significativamente a corrente do coletor: quanto maior a tensão, maiores as correntes do emissor e do coletor. Neste caso, a mudança na corrente do coletor é apenas ligeiramente menor do que a mudança na corrente do emissor. Assim, a tensão de entrada controla a corrente do coletor. A amplificação de oscilações elétricas com a ajuda de um transistor baseia-se precisamente nesse fenômeno.

Os processos físicos no transistor ocorrem da seguinte maneira. Com o aumento da tensão direta de entrada, a barreira de potencial na junção do emissor diminui e, consequentemente, a corrente através dessa junção aumenta - a corrente do emissor. Os elétrons dessa corrente são injetados do emissor para a base e, devido ao fenômeno da difusão, penetram pela base até a região da junção coletora, aumentando a corrente coletora. Como a junção coletora opera com tensão reversa, cargas espaciais são obtidas na região desta junção. Entre eles existe um campo elétrico. Ele promove a passagem de elétrons que vieram do emissor para cá pela junção coletora, ou seja, atrai elétrons para a região da junção coletora.

Se a espessura da base for pequena o suficiente e a concentração de buracos nela for baixa, então a maioria dos elétrons, tendo passado pela base, não terá tempo de se recombinar com os buracos da base e atingir a junção do coletor. Apenas uma pequena fração de elétrons se recombina com buracos na base. Como resultado dessa recombinação, há uma corrente de base fluindo no fio de base. Como resultado da recombinação, um certo número de lacunas desaparece a cada segundo, mas o mesmo número de novas lacunas aparece a cada segundo devido ao mesmo número de elétrons saindo da base em direção ao pólo fonte. Não pode haver acúmulo de qualquer grande número de elétrons na base. A corrente de base é inútil e até prejudicial. É desejável que a corrente de base seja a menor possível. Para fazer isso, a base é muito fina e a concentração de impurezas nela, que determina a concentração de furos, é reduzida. Nessas condições, um número menor de elétrons se recombinará na base com lacunas.

O nome "emissor" dado a um dos eletrodos enfatiza que os elétrons, por assim dizer, emitem desse eletrodo para a base. Na verdade, não é emissão, mas a injeção de elétrons do emissor na base. O uso deste termo é necessário para distinguir este fenômeno da emissão de elétrons, que resulta na produção de elétrons no vácuo ou gás rarefeito.

O emissor deve ser chamado de região do transistor, cujo objetivo é a injeção de portadores de carga na base. Um coletor é uma área cuja finalidade é extrair os portadores de carga da base. E a base é a região na qual os portadores de carga menores para essa região são injetados pelo emissor.

O emissor e o coletor podem ser trocados. Mas em transistores, via de regra, a junção coletora é feita com uma área muito maior que a junção emissor, pois a potência dissipada na junção coletora é muito maior do que na junção emissor.

18. ESQUEMAS BÁSICOS DE LIGAÇÃO DE TRANSISTORES

Aplicar três esquemas principais inclusão de transistores em amplificação ou outras cascatas. Nesses circuitos, um dos eletrodos do transistor é o ponto comum de entrada e saída do estágio.

Os circuitos básicos para comutação de transistores são chamados, respectivamente, de circuitos com emissor comum, base comum e coletor comum.

O circuito emissor comum é o mais comum, pois fornece o maior ganho de potência.

O ganho de corrente de tal estágio é a razão das amplitudes das correntes alternadas de saída ou entrada, ou seja, os componentes variáveis ​​das correntes de coletor e de base. Como a corrente de coletor é dezenas de vezes maior que a corrente de base, o ganho de corrente é da ordem de dezenas.

As propriedades de amplificação de um transistor quando ele é ligado de acordo com um circuito com um emissor comum são caracterizadas por um de seus principais parâmetros - o ganho de corrente estática para um circuito com um emissor comum. Como deve caracterizar apenas o próprio transistor, ele é determinado no modo sem carga, ou seja, em uma tensão coletor-emissor constante.

O ganho de tensão da cascata é igual à razão entre as amplitudes das tensões alternadas de saída e entrada. A entrada é a tensão base-emissor e a saída é a tensão CA através do resistor de carga ou entre o coletor e o emissor.

O circuito de base comum oferece muito menos ganho de potência e tem impedância de entrada ainda menor do que o circuito de emissor comum, mas é usado com bastante frequência, pois é muito melhor que o circuito de emissor comum em termos de propriedades de frequência e temperatura.

O ganho de corrente de um estágio com base comum é sempre um pouco menor que a unidade. Isso decorre do fato de que a corrente do coletor é sempre apenas um pouco menor que a corrente do emissor.

O parâmetro mais importante dos transistores é o ganho de corrente estática para um circuito de base comum. É determinado para o modo sem carga, ou seja, em tensão constante "coletor - base".

Para um circuito com base comum, não há deslocamento de fase entre a tensão de saída e a tensão de entrada, ou seja, a fase da tensão não se inverte durante a amplificação.

Esquema com um coletor comum. Nele, de fato, o coletor é um ponto de entrada e saída comum, já que as fontes de alimentação são sempre desviadas com capacitores grandes e para CA pode ser considerado um curto-circuito. A peculiaridade deste circuito é que a tensão de entrada é totalmente transferida de volta para a entrada, ou seja, há um feedback negativo muito forte. A tensão de entrada é igual à soma da tensão CA base-emissor e a tensão de saída.

O ganho de corrente da cascata com coletor comum é quase o mesmo do circuito com emissor comum, ou seja, tem um valor da ordem de dezenas. O ganho de tensão é próximo da unidade, mas sempre menor que isso.

A tensão de saída está em fase com a tensão de entrada e é quase igual a ela em magnitude. Ou seja, a tensão de saída repete a entrada.

19. PROPRIEDADES DE FREQUÊNCIA DOS TRANSISTORES

À medida que a frequência aumenta, o ganho fornecido pelos transistores diminui. Há duas razões principais para esse fenômeno. Primeiro, em frequências mais altas, é prejudicial capacitância da junção do coletor. Em baixas frequências, a resistência de capacitância é muito grande, a resistência do coletor também é muito grande, e pode-se considerar que toda a corrente vai para o resistor de carga. Mas em uma certa alta frequência, a resistência da capacitância se torna relativamente pequena e uma parte perceptível da corrente criada pelo gerador se ramifica para ela, e a corrente no resistor diminui de acordo. Consequentemente, a tensão de saída e a potência de saída são reduzidas.

A capacitância da junção do emissor também reduz sua resistência com o aumento da frequência, mas é sempre desviada pela baixa resistência da junção do emissor e, portanto, seu efeito nocivo só pode aparecer em frequências muito altas. Na prática, em frequências mais baixas, a capacitância, que é desviada por uma resistência muito grande da junção do coletor, já tem um efeito tão forte que a operação de um transistor que poderia ser afetado pela capacitância se torna impraticável. Portanto, o efeito da capacitância na maioria dos casos pode ser ignorado.

A segunda razão para a diminuição do ganho em frequências mais altas é atraso de fase AC coletor de um emissor de corrente alternada. É causada pela inércia do processo de movimentação dos portadores através da base da junção do emissor até a junção do coletor, bem como pela inércia dos processos de acumulação e dissipação de carga na base. Portadores, como elétrons em um transistor do tipo npn, realizam movimento de difusão na base e, portanto, sua velocidade não é muito alta. O tempo de trânsito dos portadores através da base em transistores convencionais é da ordem de 10-7 s, ou seja, 0,1 μs ou menos. Claro, este tempo é muito curto, mas em frequências da ordem de unidades e dezenas de megahertz e superiores, causa uma mudança de fase perceptível entre as correntes do coletor e do emissor. Devido a essa mudança de fase em altas frequências, a corrente alternada de base aumenta e isso reduz o ganho de corrente.

Vamos denotar o ganho de corrente para o circuito com um emissor comum e o ganho de corrente para o circuito com uma base comum b.

À medida que a frequência aumenta, v diminui muito mais do que b. O coeficiente b diminui devido à influência da capacitância, e o valor de c também é afetado pelo deslocamento de fase entre as correntes de coletor e emissor devido ao tempo de viagem dos portadores pela base. O circuito emissor comum, comparado ao circuito base comum, tem propriedades de frequência significativamente piores.

É costume considerar a diminuição máxima permitida nos valores de b e c em 30% em comparação com seus valores em baixas frequências.

Essas frequências nas quais essa diminuição no ganho é obtida são chamadas de frequências limite ou limitantes de ganho para circuitos com uma base comum e um emissor comum.

Além das frequências de amplificação limitantes, o transistor também é caracterizado por uma frequência máxima de geração, na qual o ganho de potência em cascata diminui para 1.

Em altas frequências, não apenas os valores de ec mudam. Devido à influência das capacitâncias de junção e do tempo de trânsito da portadora pela base, bem como dos processos de acumulação e dissipação de cargas na base, os parâmetros intrínsecos do transistor em altas frequências mudam de valor e não são mais resistências puramente ativas. Todos os outros parâmetros também mudam.

Frequências de corte mais altas podem ser obtidas usando semicondutores que possuem maior mobilidade de portadora.

20. MODO DE PULSO DE TRANSISTORES

Transistores, como diodos semicondutores, são usados ​​em vários dispositivos pulsados. A operação de transistores em modo pulsado, também chamado de chave ou modo de comutação, possui vários recursos.

Considerar modo de pulso transistor usando suas características de saída para um circuito emissor comum. Seja um resistor de carga incluído no circuito coletor. Normalmente, antes que a entrada do transistor receba um pulso de corrente de entrada ou tensão de entrada, o transistor está no estado desligado. Uma pequena corrente flui no circuito coletor e, portanto, este circuito pode ser considerado aproximadamente aberto. A tensão da fonte é quase toda aplicada ao transistor.

Se um pulso de corrente com um valor máximo for aplicado à entrada, o transistor entrará na região de saturação. Acontece um pulso de corrente do coletor com um valor máximo. Às vezes é referido como corrente de saturação. Nesse modo, o transistor atua como uma chave fechada e quase toda a tensão da fonte cai no resistor, e o transistor tem apenas uma tensão residual muito pequena da ordem de dez frações de volt, comumente chamada de tensão de saturação.

Se o pulso de corrente de entrada for menor que o valor máximo, o pulso de corrente do coletor também diminuirá. Mas, por outro lado, um aumento no pulso de corrente de base acima do valor máximo não dá mais um aumento no pulso de corrente de saída.

O modo pulsado também é caracterizado pelo ganho de corrente, que, ao contrário de v, é determinado não pelo incremento de correntes, mas pela razão de correntes correspondente ao modo de saturação.

Em outras palavras, β é um parâmetro que caracteriza a amplificação de pequenos sinais, e o ganho de corrente refere-se à amplificação de grandes sinais, em particular pulsos, e difere um pouco de β em magnitude.

O parâmetro do modo de pulso do transistor também é sua resistência de saturação. O valor da resistência de saturação para transistores destinados à operação de pulso é geralmente da ordem de unidades, às vezes dezenas de ohms.

Da mesma forma que o circuito considerado com emissor comum, o circuito com base comum também opera em modo pulsado.

Se a duração do pulso de entrada for muitas vezes maior que o tempo dos processos transitórios de acumulação e dissipação de cargas na base do transistor, o pulso de corrente de saída terá quase a mesma duração e forma do pulso de entrada. Mas com pulsos curtos, pode-se observar uma distorção significativa da forma do pulso de corrente de saída e um aumento em sua duração.

O aumento gradual da corrente está associado ao processo de acúmulo de portadores na base. Além disso, os portadores injetados na base no início do pulso de corrente de entrada têm diferentes taxas de seu movimento de difusão e nem todos atingem o coletor de uma só vez. Após o término do pulso de entrada devido ao processo de dissipação da carga acumulada na base, a corrente continua por algum tempo e depois diminui gradativamente durante o tempo de decaimento. Consequentemente, o processo de ligar e desligar o circuito coletor diminui, o tempo durante o qual ele está em estado fechado é atrasado. Em outras palavras, devido à inércia dos processos de acumulação e dissipação da carga na base, o transistor não consegue realizar o ligar e desligar suficientemente rápido, ou seja, não fornece velocidade suficiente para o modo de comutação.

21. PRINCIPAIS TIPOS DE TRANSISTORES

Os tipos existentes de transistores são classificados de acordo com o método de fabricação, materiais utilizados, características de operação, finalidade, potência, faixa de frequência de operação e outras características. Os transistores pontuais, historicamente os primeiros, não são mais usados. Considerar transistores planares. Como semicondutores para transistores produzidos pela indústria, são utilizados germânio e silício. De acordo com a potência máxima liberada na junção do coletor, existem transistores de baixa, média e alta potência. Dependendo da frequência de operação limite, os transistores são de baixa frequência (até 3 MHz), média frequência (de 3 a 30 MHz) e alta frequência (acima de 30 MHz).

Para a grande maioria dos transistores, o principal processo físico é a injeção de portadora, mas existe um grupo de transistores que operam sem injeção. Estes incluem, em particular, transistores de campo (canal). Os transistores de injeção podem ter um número diferente de junções pn.

Excepcionalmente difundidos são os transistores bipolares com duas junções pn. Existem dois tipos de tais transistores: drift, em que a transferência de portadores de carga menores através da base é realizada principalmente por drift, ou seja, sob a ação de um campo elétrico acelerado, e driftless, em que tal transferência é realizada principalmente por difusão.

Transistores sem deriva têm a mesma concentração de impurezas em todo o volume base. Como resultado, nenhum campo elétrico surge na base, e os portadores nela realizam movimento de difusão do emissor para o coletor. A velocidade de tal movimento é menor que a velocidade de deriva do transportador no campo de aceleração. Portanto, os transistores sem deriva são projetados para frequências mais baixas do que os de deriva.

Nos transistores de deriva, o campo elétrico na base acelera os portadores minoritários à medida que se movem em direção ao coletor. Portanto, a frequência limite e o ganho de corrente aumentam. Na maioria das vezes, o campo elétrico na base é criado devido à concentração desigual de impurezas no volume da base, o que pode ser alcançado com o método de difusão de fabricação de junções pn. Transistores feitos desta maneira são chamados difusão.

Transistores sem deriva a maioria tem junções de liga obtidas usando uma tecnologia semelhante a diodos. Esses transistores são chamados de transistores de liga. As impurezas são fundidas na placa semicondutora principal de ambos os lados, formando as regiões de emissor e coletor. Como a junção do coletor dissipa mais energia, geralmente é muito maior que a junção do emissor. No entanto, transistores de liga simétricos também podem ser feitos em que ambas as junções são as mesmas.

Os transistores de deriva são feitos em frequências limitantes dez vezes maiores do que as dos transistores de liga. Sob a ação do campo acelerador, os portadores se movem muito mais rápido na base. Na fabricação de transistores de deriva, é usado um método de difusão, no qual a base pode ser muito fina. A transição do coletor acaba sendo suave e sua capacidade é muito menor que a das transições de liga. Devido à pequena espessura da base, os ganhos b e c são muito maiores que os dos transistores de liga. O método de difusão possibilita a fabricação de transistores com maior precisão, com menor dispersão de parâmetros e características.

22. INFORMAÇÕES GERAIS SOBRE DISPOSITIVOS DE ELETROVÁCUO E OS PRINCÍPIOS DE SUA CLASSIFICAÇÃO

Dispositivos de eletrovácuo são amplamente utilizados. Com a ajuda desses dispositivos, é possível converter energia elétrica de um tipo em energia elétrica de outro tipo, que difere em forma, magnitude e frequência de corrente ou tensão, bem como energia de radiação em energia elétrica e vice-versa.

Por meio de dispositivos de eletrovácuo é possível realizar a regulação de diversas grandezas elétricas, luminosas e outras de forma suave ou por etapas, em alta ou baixa velocidade e com baixo custo de energia para o próprio processo de regulação, ou seja, sem uma redução significativa na eficiência, característica de muitos outros métodos de regulação e controle.

Essas vantagens dos dispositivos de eletrovácuo levaram ao seu uso para retificação, amplificação, geração e conversão de frequência de várias correntes elétricas, oscilografia de fenômenos elétricos e não elétricos, controle e regulação automática, transmissão e recepção de imagens de televisão, medições diversas e outros processos.

Dispositivos de eletrovácuo são dispositivos em que o espaço de trabalho, isolado por um invólucro estanque a gás, possui alto grau de rarefação ou é preenchido com um meio especial (vapores ou gases) e cujo funcionamento é baseado no uso de fenômenos elétricos no vácuo ou gás.

Os dispositivos de eletrovácuo são divididos em dispositivos eletrônicos, nos quais uma corrente puramente eletrônica passa no vácuo, e dispositivos de íons (descarga de gás), que são caracterizados por uma descarga elétrica em um gás ou vapor.

Em dispositivos eletrônicos, a ionização está praticamente ausente e, se observada em pequena medida, não tem efeito perceptível no funcionamento desses dispositivos. A rarefação do gás nesses dispositivos é estimada pela pressão dos gases residuais inferiores a 10-6 mm Hg. Art., característico do alto vácuo.

Em dispositivos iônicos, a pressão dos gases residuais é de 10-3 mm Hg. Arte. e mais alto. A tal pressão, uma parte significativa dos elétrons em movimento colide com as moléculas do gás, levando à ionização e, portanto, nesses dispositivos, os processos são elétron-íon.

A operação de dispositivos de eletrovácuo condutivos (sem descarga) baseia-se no uso de fenômenos associados à corrente elétrica em condutores sólidos ou líquidos em um gás rarefeito. Nestes dispositivos, não há descarga elétrica no gás ou no vácuo.

Os dispositivos de eletrovácuo são divididos de acordo com vários critérios. Um grupo especial é formado por tubos de vácuo, ou seja, dispositivos eletrônicos projetados para várias conversões de grandezas elétricas. De acordo com sua finalidade, essas lâmpadas são geradoras, amplificadoras, retificadoras, conversores de frequência, detectores, medidores, etc. A maioria delas são projetadas para operar em modo contínuo, mas também produzem lâmpadas para modo pulsado. Eles criam impulsos elétricos, ou seja, correntes de curta duração, desde que a duração dos impulsos seja muito menor que os intervalos entre os impulsos.

Os dispositivos de eletrovácuo também são classificados de acordo com muitos outros critérios: pelo tipo de cátodo (aquecido ou frio), pelo design do cilindro (vidro, metal, cerâmica ou combinado), pelo tipo de resfriamento (natural, ou seja, radiante, forçado ar, água).

23. DISPOSITIVO E PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO DO DIODO

O principal objetivo de uma lâmpada de dois eletrodos, chamada de diodo, é retificação CA.

O diodo tem dois eletrodos de metal em uma garrafa de vácuo de vidro, metal ou cerâmica. Um eletrodo é um cátodo aquecido que serve para emitir elétrons. O outro eletrodo, o ânodo, serve para atrair os elétrons emitidos pelo cátodo e criar um fluxo de elétrons livres. O cátodo e o ânodo de um diodo a vácuo são semelhantes ao emissor e à base de um diodo semicondutor. O ânodo atrai elétrons se tiver um potencial positivo em relação ao cátodo. No espaço entre o ânodo e o cátodo, forma-se um campo elétrico que, a um potencial anódico positivo, é acelerado para os elétrons emitidos pelo cátodo. Os elétrons emitidos do cátodo se movem em direção ao ânodo sob a ação do campo.

No caso mais simples, o cátodo é feito na forma de um fio de metal, que é aquecido por uma corrente. Elétrons são emitidos de sua superfície. Esses cátodos são chamados de cátodos de aquecimento direto e direto.

Também amplamente utilizado cátodos de aquecimento indireto, também conhecido como aquecimento. Este tipo de cátodo possui um cilindro metálico cuja superfície é coberta por uma camada ativa que emite elétrons. Dentro do cilindro há um aquecedor na forma de um fio aquecido por corrente.

Entre o ânodo e o cátodo, os elétrons formam uma carga elétrica negativa distribuída no espaço, denominada volumétrica ou espacial, impedindo o movimento dos elétrons para o ânodo. Se o potencial positivo do ânodo não for grande o suficiente, nem todos os elétrons podem superar o efeito retardador da carga espacial e alguns deles retornam ao cátodo.

Quanto maior o potencial do ânodo, mais elétrons superam a carga espacial e vão para o ânodo, ou seja, maior a corrente do cátodo.

Em um diodo, os elétrons que saem do cátodo vão para o ânodo. O fluxo de elétrons voando dentro da lâmpada do cátodo para o ânodo e caindo no ânodo é chamado corrente anódica. A corrente anódica é a corrente principal do tubo de elétrons. Os elétrons da corrente do ânodo movem-se dentro da lâmpada do cátodo para o ânodo, e fora da lâmpada - do ânodo para o mais da fonte do ânodo, dentro deste último - do seu mais para o menos e depois do menos da fonte para o cátodo da lâmpada. Quando o potencial positivo do ânodo muda, a corrente do cátodo e a corrente do ânodo igual a ele mudam. Este é o princípio eletrostático do controle de corrente anódica. Se o potencial do ânodo for negativo em relação ao cátodo, então o campo entre o ânodo e o cátodo está retardando os elétrons emitidos do cátodo. Esses elétrons são desacelerados sob a ação do campo e retornam ao cátodo. Neste caso, as correntes de cátodo e ânodo são iguais a zero. Assim, a principal propriedade de um diodo é sua capacidade de conduzir corrente em uma direção. O diodo tem condução unidirecional.

Diodos detectores de baixa potência são produzidos com cátodos aquecidos indiretamente. Eles têm pequenos eletrodos, são projetados para pequenas correntes de ânodo, baixa potência de limitação liberada no ânodo e baixa tensão reversa. Diodos detectores para frequências altas e ultra-altas são feitos com a menor capacitância possível. Diodos mais potentes (kenotrons) para retificar a corrente alternada da rede são produzidos com cátodos de aquecimento direto e indireto e são projetados para uma tensão reversa mais alta. Diodos duplos são amplamente utilizados, ou seja, dois diodos em um cilindro.

24. TRIODO E SEUS CIRCUITOS

Ao contrário dos diodos, os triodos têm um terceiro eletrodo - grade de controle, geralmente chamado de grade simples e localizado entre o ânodo e o cátodo. Serve para controle eletrostático da corrente anódica. Se você alterar o potencial da grade em relação ao cátodo, o campo elétrico mudará e, como resultado, a corrente do cátodo da lâmpada mudará. Esta é a ação de controle da grade.

O cátodo e o ânodo dos triodos são os mesmos dos diodos. A grade na maioria das lâmpadas é feita de fio ao redor do cátodo. O cátodo, grade e ânodo de um diodo de vácuo são análogos, respectivamente, ao emissor, base e coletor de um transistor bipolar, ou a fonte, porta e dreno de um transistor de efeito de campo.

Tudo relacionado à grade é indicado pela letra "c".

O triodo possui circuitos de filamento e ânodo semelhantes aos de um diodo e um circuito de grade. Em circuitos práticos, resistores e outras peças são incluídos no circuito de rede.

A diferença de potencial entre a grade e o cátodo é a tensão da grade (tensão da grade) e é denotada por Uc. Para uma lâmpada com um cátodo de filamento direto, a tensão da rede é determinada em relação à extremidade do cátodo conectada ao pólo negativo da fonte do ânodo. Com uma tensão de grade positiva, parte dos elétrons emitidos pelo cátodo atinge a grade, e uma corrente de grade (corrente de grade), denotada ic, é formada em seu circuito. A parte do triodo, que consiste em um cátodo, uma grade e um espaço entre eles, é semelhante em suas propriedades a um diodo, e o circuito da grade é semelhante ao circuito anódico de um diodo. O papel do ânodo neste diodo é desempenhado pela grade.

A corrente principal e útil no triodo é a corrente do ânodo. É análoga à corrente de coletor de um transistor bipolar ou à corrente de dreno de um transistor de efeito de campo. A corrente de rede, semelhante à corrente de base de um transistor, geralmente é inútil e até prejudicial.

Geralmente é muito menor do que a corrente do ânodo. Em muitos casos, eles se esforçam para garantir que não haja nenhuma corrente na rede. Para isso, a tensão da rede deve ser negativa. Então a grade repele os elétrons e a corrente da grade está praticamente ausente. Há casos em que os triodos operam em tensões de rede positivas relativamente grandes e, em seguida, a corrente de rede é significativa.

A possibilidade de operação de um triodo de vácuo sem ação de grade prejudicial o distingue significativamente de um transistor bipolar, que não pode operar sem uma corrente de base.

No fio catódico, as correntes do ânodo e da grade fluem juntas. A corrente total aqui é a corrente catódica, ou corrente catódica, e é denotada por ik; ic = ia + ic.

A corrente do cátodo é semelhante à corrente do emissor de um transistor bipolar ou a corrente da fonte de um transistor de efeito de campo e é determinada pelo fluxo total de elétrons que se movem do cátodo em direção à grade. Em um diodo, a corrente do cátodo é sempre igual à corrente do ânodo, e em um triodo essas correntes são iguais apenas quando Uc < 0, pois neste caso ic = 0.

Em um triodo com um cátodo aquecido diretamente no circuito do filamento, a corrente do cátodo se ramifica em duas partes, que são somadas algebricamente com a corrente do filamento. Para medir a corrente catódica neste caso, você deve ligar o miliamperímetro.

Como os diodos, os triodos têm condução unidirecional e podem ser usados ​​para retificar a corrente alternada. Mas para isso não faz sentido usá-los, pois os diodos são mais simples em design e mais baratos. A capacidade de controlar a corrente do ânodo usando uma grade determina o objetivo principal dos triodos - amplificação de oscilações elétricas. Os triodos também são usados ​​para gerar oscilações elétricas de várias frequências. O trabalho dos triodos em geradores e em muitos outros circuitos especiais na maioria dos casos é reduzido a oscilações de amplificação.

25. CÁTODOS SIMPLES E COMPLEXOS

cátodos simples, isto é, cátodos de metal puro, feitos quase exclusivamente de tungstênio (raramente tântalo) e aquecidos diretamente.

A principal vantagem do cátodo de tungstênio é a estabilidade de sua emissão. Em uma incandescência constante, a emissão diminui gradualmente ao longo da vida útil do cátodo. E por curtos períodos de tempo, praticamente não há mudanças nas emissões. Após um superaquecimento temporário, não muito longo, a emissão não diminui. O superaquecimento forte é perigoso, pois o cátodo pode derreter.

O superaquecimento prolongado reduz significativamente a durabilidade do cátodo de tungstênio. Aumentar a tensão do filamento em apenas 5% reduz a vida útil em 2 vezes, diminuindo o filamento em 5%, ao contrário, duplica a vida útil.

O cátodo de tungstênio não é destruído e não reduz as emissões de impactos de íons. A resistência do cátodo de tungstênio ao bombardeio de íons o torna particularmente adequado para lâmpadas de alta potência operando em altas tensões de ânodo. Os cátodos de tungstênio também são usados ​​em lâmpadas eletrométricas especiais, nas quais a constância da emissão é importante. Nas lâmpadas com cátodo de tungstênio, as partículas de tungstênio evaporadas formam uma camada na superfície do cilindro que absorve os gases e melhora o vácuo. A principal desvantagem do cátodo de tungstênio é sua baixa eficiência. De todos os cátodos, é o menos econômico. Sua emissão é relativamente pequena. Porém, devido à alta temperatura, o calor e os raios de luz são emitidos intensamente, para os quais quase toda a energia de aquecimento é gasta inutilmente. Este foi o ímpeto para a criação de cátodos complexos mais econômicos.

Cátodos complexos pode ter um dispositivo diferente, em. Em muitos tipos de cátodos, uma camada ativadora é depositada na superfície de um metal puro, o que reduz a função trabalho e permite obter altas emissões a temperaturas relativamente baixas.

A principal vantagem dos cátodos complexos é a sua eficiência. A temperatura de operação para alguns tipos de cátodos é de 1000 K. A durabilidade chega a milhares e até dezenas de milhares de horas. Ao final desse período, há uma diminuição na emissão a partir da diminuição da quantidade de impurezas ativadoras, por exemplo, devido à sua evaporação. Alguns tipos de cátodos complexos dão emissão ultra-alta em modo pulsado, ou seja, por curtos períodos de tempo separados uns dos outros por pausas muito mais longas.

A principal desvantagem dos cátodos complexos é a baixa estabilidade de emissão. Esses cátodos reduzem a emissividade durante o aquecimento temporário, o que é explicado pela evaporação de substâncias ativadoras em temperaturas elevadas. Para reduzir a possibilidade de ionização em lâmpadas com cátodos complexos, é importante manter um vácuo muito alto. Isto é conseguido usando um absorvedor de gás especial.

Os cátodos complexos podem ser filmes e semicondutores.

Novos tipos de cátodos são usados: bário-tungstênio-ram, tório-óxido e vários outros. Cátodos de bário-tungstênio fazem aquecimento indireto. Um filme poroso ativador de bário e estrôncio é formado na superfície do tungstênio poroso. O filme, evaporando, é reabastecido devido à difusão de átomos de bário e estrôncio através do tungstênio de uma pastilha de óxidos desses metais. Sua vantagem é a resistência ao bombardeio de elétrons e íons.

Nos chamados cátodos sinterizados, o óxido é depositado em uma esponja ou grade de níquel. A resistência desse cátodo é significativamente reduzida e é muito menos propensa à distorção e à ocorrência de pontos quentes.

26. CÁTODOS DE CALOR DIRETO E INDIRETO

Os cátodos aquecidos diretamente são fios de seção transversal redonda ou retangular. Sua espessura varia de 0,01 mm para as lâmpadas mais baixas a 1-2 mm para lâmpadas potentes. Os cátodos curtos são feitos em linha reta. Os mais longos são dobrados na forma de uma linha quebrada. Em dispositivos iônicos, o cátodo geralmente está na forma de um solenóide. Catodos poderosos desses dispositivos são feitos de uma fita, "acordeão" curvo ou ao longo de uma linha helicoidal.

Vantagens dos cátodos aquecidos diretamente são a simplicidade do dispositivo e a possibilidade de sua fabricação para as lâmpadas de mais baixa potência na forma de filamentos finos para uma pequena corrente de filamento. Os cátodos de aquecimento direto são usados ​​em lâmpadas geradoras de alta potência para estações de rádio portáteis e móveis de baixa potência alimentadas por baterias secas ou baterias, pois nesses casos é importante economizar energia de fontes atuais.

O cátodo na forma de um filamento fino aquece rapidamente após ligar o calor, o que é muito conveniente. Mas a grande desvantagem desses cátodos são as pulsações parasitas da corrente do ânodo quando o aquecimento é fornecido com corrente alternada. Eles criam muita interferência, distorcendo e abafando sinais úteis. Com a recepção auditiva, essas pulsações se manifestam como um zumbido característico - "fundo de corrente alternada".

A desvantagem dos cátodos finos diretamente aquecidos é o efeito do microfone. Consiste no fato de que a corrente do ânodo pulsa durante a agitação mecânica da lâmpada. Choques externos criam vibrações no cátodo. A distância entre o cátodo e outros eletrodos varia. Isso leva à ondulação da corrente do ânodo.

Cátodos aquecidos indiretamente são amplamente utilizados. Normalmente, um cátodo aquecido indiretamente possui um tubo de níquel com uma camada de óxido, dentro do qual um aquecedor de tungstênio é inserido, enrolado em um loop. Para isolamento do cátodo, o aquecedor é coberto com uma massa de alumina calcinada, chamada alundum. Com um comprimento considerável, o aquecedor é dobrado várias vezes ou torcido ao longo de uma linha helicoidal. Em algumas lâmpadas, o cátodo é feito na forma de um cilindro baixo com uma base superior revestida de óxido. No interior do cilindro existe um aquecedor com isolamento de alundum, em forma de laço, enrolado em espiral. Os cátodos aquecidos indiretamente são geralmente óxidos.

A principal vantagem dos cátodos aquecidos indiretamente é a eliminação quase completa de ondulações prejudiciais quando alimentado por corrente alternada. Praticamente não há flutuação de temperatura, uma vez que a massa e, portanto, a capacidade calorífica desses cátodos é muito maior do que a dos cátodos aquecidos diretamente. O cátodo aquecido indiretamente tem uma grande inércia térmica. Dezenas de segundos se passam desde o momento em que a corrente do filamento é ligada até que o cátodo esteja completamente aquecido. A mesma quantidade de tempo é necessária para o cátodo esfriar.

O cátodo do aquecimento indireto é equipotencial. Ao longo dele não há queda de tensão da corrente do filamento. A tensão anódica para todos os pontos de sua superfície é a mesma. Não pulsa quando a tensão do filamento flutua.

A vantagem dos cátodos aquecidos indiretamente é um leve efeito de microfone. A massa do cátodo é relativamente grande e é difícil trazê-lo para um estado de oscilação.

Cátodos aquecidos indiretamente têm algumas desvantagens. Eles são mais complexos em design e têm uma eficiência um pouco menor. Os cátodos de filamentos indiretos são difíceis de projetar para correntes muito baixas e, portanto, são menos adequados para lâmpadas econômicas alimentadas por bateria de baixa potência.

27. A LEI DA POTÊNCIA DE TRÊS SEGUNDOS PARA O DIODO

Para um diodo operando no modo de carga espacial, a corrente anódica e a tensão anódica são conectadas por uma relação não linear, que, com base em cálculos teóricos, é aproximadamente expressa pela chamada potência de três segunda lei: /a = dia3/2 , onde o coeficiente depende das dimensões geométricas e da forma dos eletrodos, e também das unidades selecionadas.

A corrente do ânodo é proporcional à tensão do ânodo à potência de 3/2, e não à primeira potência, como na lei de Ohm. Se, por exemplo, a tensão do ânodo for duplicada, a corrente do ânodo aumenta cerca de 2,8 vezes, ou seja, ela se tornará 40% mais do que deveria ser de acordo com a lei de Ohm. Assim, a corrente anódica cresce mais rapidamente do que a tensão anódica.

Graficamente, a lei do grau de três segundos é representada por uma linha curva chamada parábola semicúbica.

A potência de três segundas leis é válida para tensões anódicas positivas, inferiores às tensões de saturação.

Se decifrarmos o coeficiente q na lei da potência de três segundos, essa lei para um diodo com eletrodos planos deve ser escrita da seguinte forma:

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

onde Qa é a área do ânodo, da. k - distância "ânodo - cátodo".

Para diodos com eletrodos de forma diferente, algumas correções são introduzidas no coeficiente constante, e Qa é a superfície efetiva do ânodo, ou seja, a superfície que assume o fluxo principal de elétrons. Nesta fórmula, a corrente é obtida em ampères se a tensão for tomada em volts, e Qa e d2ak são expressos em quaisquer unidades idênticas, por exemplo, em milímetros quadrados. A corrente é inversamente proporcional ao quadrado da distância anodo-catodo. Reduzir esta distância aumenta dramaticamente esta corrente de ânodo.

A lei da potência dos três segundos, embora imprecisa, é útil porque leva em conta as propriedades não lineares do tubo de vácuo em sua forma mais simples.

Considere a derivação da fórmula para a lei da potência de três segundos para um diodo com eletrodos planos. Assumiremos que a carga espacial q, que inclui todos os elétrons que voam para o ânodo, está localizada tão perto do cátodo que a distância entre essa carga e o "ânodo" pode ser considerada igual à distância ânodo-cátodo da.k . Se o tempo de vôo dos elétrons ao longo da distância da.k. é igual a t, então o valor da corrente anódica é: ia, = q/ t.

A carga q pode ser expressa em termos da tensão do ânodo e da capacitância ânodo-catodo Saq: q= Sa.k. Ua.

Ao mesmo tempo, para a capacidade de Ca.k. temos a fórmula: Sa.k. \u0d ?0Qa / da.k., onde ?8,86 \u10d 16 2-XNUMXF / m é a permissividade do vácuo e Qa é a área do ânodo. O tempo de voo t é determinado através da velocidade média: t= da. k. / ?av, mas ?av = v/XNUMX, onde v é a velocidade final.

De fato, devido à falta de homogeneidade do campo, a velocidade média é um pouco menor do que a determinada pelas fórmulas acima.

Devido à aproximação da derivação, o coeficiente constante nesta expressão é um tanto superestimado. Uma derivação mais rigorosa fornece um valor mais preciso do coeficiente constante, mas essa conclusão também é baseada em suposições que não correspondem à realidade. Em particular, supõe-se que a velocidade inicial do elétron seja zero e a distribuição de potencial seja a mesma do regime de saturação, embora a lei do poder dos três segundos se aplique apenas ao regime de carga espacial.

28. PROCESSOS FÍSICOS EM UM TRIODO

O cátodo e o ânodo funcionam em um triodo da mesma forma que em um diodo. No modo de carga espacial, uma barreira de potencial é formada perto do cátodo. Como em um diodo, a magnitude da corrente catódica depende da altura dessa barreira.

A ação de controle da grade no triodo semelhante à ação de um ânodo em um diodo. Se você alterar a tensão da rede, a intensidade do campo gerada pela rede será alterada. Sob a influência disso, a altura da barreira de potencial perto do cátodo muda. Consequentemente, o número de elétrons que superam essa barreira, ou seja, o valor da corrente de barreira, mudará.

Quando a tensão da rede muda para o lado positivo, a barreira de potencial diminui, mais elétrons emitidos a superam, menos deles retornam ao cátodo e a corrente do cátodo aumenta. E quando a tensão da rede muda na direção negativa, a barreira de potencial no cátodo aumenta. Então ele será capaz de superar um número menor de elétrons. O número de elétrons retornando ao cátodo aumentará e a corrente do cátodo diminuirá.

A grade atua na corrente do cátodo muito mais forte que o ânodo, pois está localizada mais próxima do cátodo do que o ânodo e é uma tela para o campo elétrico do ânodo.

A proporção dos efeitos da grade e do ânodo na corrente do ânodo caracteriza o parâmetro mais importante do triodo - o ganho. O ganho é um número abstrato que mostra quantas vezes a tensão da rede atua na corrente anódica mais forte que a tensão anódica.

Uma tensão de rede negativa relativamente pequena pode reduzir significativamente a corrente do ânodo e até mesmo pará-la completamente.

Um aumento na tensão de rede da rede é acompanhado por um aumento nas correntes anódicas e de rede.

Em grandes tensões de rede anódicas positivas, a corrente da rede aumenta tanto que a corrente anódica pode até diminuir.

O assim chamado efeito ilha. Devido à estrutura não homogênea da grade, o campo gerado pela grade também é não homogêneo e afeta a barreira de potencial próxima ao cátodo de forma diferente. A grade, pelo seu campo, tem um efeito mais forte sobre a barreira de potencial perto daquelas partes do cátodo que estão mais próximas dos condutores da grade.

As características de um triodo ao operar em corrente contínua e sem carga são chamadas estático.

Existem características teóricas e reais de triodes. As características teóricas podem ser construídas com base na lei dos três segundos e não são exatas. As características reais são removidas experimentalmente. Eles são mais precisos. As razões para o desvio das características reais das teóricas para o triodo são as mesmas do diodo. A diferença de temperatura em diferentes pontos do cátodo, a não equipotencialidade do cátodo e o aquecimento adicional do cátodo pela corrente do ânodo têm um efeito significativo. As áreas de características para pequenas correntes de anodo são fortemente influenciadas pela velocidade inicial do elétron, diferença de potencial de contato e termo-EMF.

Em um triodo, esses fatores afetam mais do que em um diodo, pois sua ação se estende não apenas ao circuito anódico, mas também ao circuito da rede.

29. TENSÃO ATIVA E A LEI DA POTÊNCIA DE TRÊS SEGUNDOS PARA O TRIOD

Tensão de operação do triodo permite calcular a corrente do catodo do triodo substituindo o triodo por um diodo equivalente. Esta substituição é a seguinte. Se em um triodo um ânodo é colocado no lugar da grade, tendo a mesma superfície que a grade ocupa, então neste diodo, em alguma de sua tensão de ânodo, a corrente de ânodo é igual à corrente de cátodo no triodo. A tensão aplicada ao ânodo de um diodo equivalente e criando nele uma corrente de ânodo igual à corrente do cátodo de um diodo real é chamada de tensão efetiva id. Sua ação é equivalente à ação combinada das tensões da rede e do ânodo. Ou seja, a tensão de operação deve criar a mesma intensidade de campo perto do cátodo do diodo equivalente que é criada perto do cátodo do triodo.

A magnitude da tensão efetiva é determinada aproximadamente pela fórmula Ud ~ Uc + Dia = Uc + Ua /?.

A tensão da grade atua por seu campo sem enfraquecer, e o campo criado pela tensão do ânodo no espaço "grade - cátodo" é enfraquecido devido à ação de blindagem da grade. O enfraquecimento da ação anódica é caracterizado pela permeabilidade D ou fator de amplificação ?. Portanto, o valor de Uа não pode ser adicionado a Uс, mas você deve primeiro multiplicá-lo por D ou dividir por ? (? e D são recíprocos apenas quando ic = 0).

A fórmula aproximada para Ud é aproximada, pois não leva em consideração que o campo próximo ao cátodo pode ser não homogêneo. Esta fórmula é usada nos casos em que a malha não é muito esparsa (para D<0,1 ou ?>10).

A carga efetiva qd deve ser igual à soma da carga q1 criada no cátodo pela ação do campo da grade e a carga q2 criada pelo campo que penetra a grade do ânodo. Vamos expressar essas cargas em termos de tensões e capacitâncias: q1= Csk, Uc e q2 = Cac Ua. A carga q2 no cátodo é igual àquela pequena parte da carga total do ânodo, a partir da qual as linhas de força elétrica passam através da grade para o cátodo. Substituindo qD pela soma q1 + q2, obtemos: ud = (q1 + q2) / Cs.c. \uXNUMXd (CC.c. uc + Ca.c. ua) / Cc.c. = uс + uаСа.к. / Ssk. Vamos denotar D = Sa.k. / Ssk. Então finalmente temos: ud = uc + DUa,

Em um diodo equivalente, a corrente do ânodo é igual à corrente do cátodo do triodo, e a tensão efetiva desempenha o papel da tensão do ânodo. Portanto, a lei do grau de três segundos para um triodo pode ser escrita da seguinte forma: ik = dd3/2= g(é + Duà)3/2.

Considerando que no diodo equivalente o ânodo está localizado no lugar da grade de um triodo real, o coeficiente g para um triodo com eletrodos planos é igual a: g = 2,33 10-6(Qа/d2s.k.).

A superfície do ânodo do diodo equivalente neste caso é igual à superfície do ânodo real.

A lei da potência de três segundos para triodes é muito aproximada. A imprecisão na determinação da tensão efetiva é essencial. No entanto, a lei da potência de três segundos é útil para considerar a teoria do funcionamento do triodo e no projeto de lâmpadas.

30. CORRENTE DE GRADE EM UM TRIODO

Devido às velocidades iniciais dos elétrons emitidos do cátodo, a diferença de potencial de contato e termo-EMF atuando no circuito da grade, a característica da corrente da grade começa na região de pequenas tensões negativas da rede. Embora a corrente de rede nesta região seja muito pequena, e para lâmpadas amplificadoras de recepção seja de pequenas frações de miliamperes, em muitos casos ela deve ser levada em consideração. As características de corrente de rede que começam na região de tensões de rede positivas são menos comuns. Eles são obtidos quando a diferença de potencial de contato cria uma tensão negativa na grade e atua mais forte que a velocidade inicial dos elétrons.

Em lâmpadas que operam com tensões positivas significativas na rede, como geradores, com um aumento na tensão positiva da rede, a corrente da rede aumenta primeiro e atinge um máximo, que às vezes está localizado na região de valores negativos de corrente. Com um aumento adicional na tensão da rede, a corrente aumenta novamente.

Este fenômeno é explicado pela emissão secundária da rede. Sob impactos de elétrons primários em uma tensão de rede positiva, os elétrons secundários são eliminados. À medida que a tensão da grade aumenta, o coeficiente de emissão secundária aumenta e o fluxo de elétrons primários que bombardeiam a grade aumenta. Como resultado, o número de elétrons secundários aumenta. Seu fluxo é direcionado para o ânodo, que possui maior potencial positivo.

Uma corrente de elétrons secundários aparece no circuito da grade, que tem uma direção oposta à corrente dos elétrons primários. A corrente de grade resultante diminui e pode até reverter se o fator de emissão do secundário for maior que 1. Nesse caso, a corrente do ânodo aumenta, pois a corrente dos elétrons secundários é adicionada à corrente dos elétrons primários que saem do cátodo.

O fenômeno da ocorrência de uma corrente de elétrons secundários é chamado efeito dinatron.

Quando a tensão da grade excede a tensão do ânodo, o campo entre o ânodo e a grade se tornará retardador para os elétrons secundários da grade e eles retornarão à grade. Mas, por outro lado, os elétrons secundários expulsos do ânodo serão acelerados por este campo e voarão para a grade, ou seja, um efeito dinatron surge do lado do ânodo. Nesse caso, a corrente da grade aumenta adicionalmente devido à corrente dos elétrons secundários e a corrente do ânodo diminui um pouco.

Com uma tensão de rede negativa, há muito pouca corrente de rede. É chamado de corrente de grade reversa porque sua direção é oposta à da corrente de grade quando a tensão da grade é positiva (os elétrons da corrente reversa nos fios externos do circuito da grade se movem em direção à grade). A corrente de grade reversa possui vários componentes: corrente iônica, tercoil e corrente de fuga.

Com a diminuição da tensão negativa da rede, a corrente anódica aumenta e a ionização aumenta. Um número maior de íons se aproxima da grade e a corrente de íons aumenta. Com uma tensão de rede positiva, a corrente de elétrons aumenta acentuadamente e, portanto, domina sobre a corrente de íons que esta praticamente não desempenha nenhum papel. Se a grade tiver uma temperatura alta, pode ocorrer uma corrente de emissão termiônica (corrente térmica) da grade. Para reduzir essa corrente, as grades são feitas de metal com alta função de trabalho e baixo fator de emissão secundária.

31. CARACTERÍSTICAS DE DESEMPENHO DO TRIODO

Característica de grade anódica chamou o gráfico da dependência da corrente do ânodo na tensão da rede em valores constantes da tensão da fonte do ânodo e resistência da carga. Ao contrário das características estáticas, a característica de operação não está sujeita à condição de constância da tensão anódica, pois muda no modo de operação. A forma da característica de operação e sua posição dependem da magnitude e natureza da resistência de carga do ânodo.

Para construir uma característica de operação de ânodo-rede, uma família de características estáticas de ânodo-rede, tensão de fonte de ânodo e resistência de carga devem ser especificadas.

Se a tensão do ânodo for igual à tensão da fonte do ânodo e a corrente for zero, a lâmpada está desligada, pois somente neste caso não há queda de tensão na resistência de carga.

A característica ânodo-grade de trabalho tem uma inclinação menor do que as características estáticas. Quanto maior a corrente do ânodo, menor a tensão do ânodo se torna. Portanto, a curva de desempenho sempre passa pelo cruzamento das curvas estáticas. A inclinação da característica de operação depende da resistência da carga. À medida que a resistência da carga aumenta, a corrente do ânodo diminui e a curva de desempenho torna-se mais plana. Quando a resistência da carga é constante, a curva de desempenho se desloca para a direita se a tensão da fonte do ânodo diminuir ou para a esquerda se a tensão do ânodo aumentar.

Usando a característica de operação, é possível calcular as mudanças na corrente anódica com uma mudança na tensão da rede. A tensão anódica também pode ser determinada, dado que cada ponto da característica de funcionamento corresponde a uma determinada tensão anódica.

Para construir uma característica de operação do ânodo, uma família de características estáticas do ânodo deve ser especificada, bem como a tensão do ânodo e a resistência da carga. A característica de operação é a linha de carga.

Usando a linha de carga, você pode determinar a corrente do ânodo e a tensão do ânodo em qualquer tensão da rede. A linha de carga permite resolver outros problemas. É possível, por exemplo, encontrar em qual tensão de rede a corrente anódica do valor desejado é obtida.

A característica de ânodo de trabalho em comparação com a característica de grade de ânodo tem algumas vantagens. Por ser uma linha reta, ela é construída em dois pontos e é mais precisa. Com sua ajuda, é mais conveniente determinar a tensão do ânodo, pois é plotada ao longo da abcissa. Para cálculos práticos, a característica do ânodo de trabalho é mais frequentemente usada, embora em alguns casos a característica da grade do ânodo seja mais conveniente.

A inclinação da característica em consideração depende da resistência da carga. Quanto maior a resistência da carga, mais achatada a linha de carga. Se a resistência da carga for zero, a linha de carga se tornará uma linha reta vertical.

Quando a tensão de carga é igual ao infinito, a linha de carga coincide com o eixo de abcissas. Neste caso, em qualquer tensão, a corrente anódica é zero.

Em alguns casos é necessário construir uma curva de desempenho anodo-grade se apenas as características estáticas do anodo estiverem disponíveis.

32. DISPOSITIVO E OPERAÇÃO DO TETRODE

Lâmpadas de quatro eletrodos, ou tetrodos, possuem uma segunda grade, chamada blindagem, ou tela, e localizada entre a grade de controle e o ânodo. O objetivo da grade de blindagem é aumentar o ganho e a resistência interna e reduzir a capacitância de rendimento.

Se a grade de blindagem estiver conectada ao cátodo, ela protege o cátodo e a grade de controle da ação do ânodo. A malha de blindagem intercepta a maior parte do campo elétrico do ânodo. Pode-se dizer que apenas uma pequena fração das linhas elétricas de força que emergem do ânodo penetram na malha de peneiramento. O enfraquecimento do campo anódico da grelha de blindagem é tido em conta pelo valor da permeabilidade desta grelha.

O campo elétrico que penetra através da grade de blindagem é então interceptado pela grade de controle, através da qual também penetra uma pequena parte das linhas de campo. O enfraquecimento do campo anódico pela grade de controle depende de sua permeabilidade. Através de ambas as grades do ânodo até a barreira de potencial próxima ao cátodo penetra uma parte insignificante do número total de linhas de campo, que é caracterizada pelo produto das permeabilidades da grade. Essa permeabilidade resultante de ambas as grades é chamada de permeabilidade do tetrodo.

A permeabilidade do tetrodo caracteriza a relação dos efeitos do ânodo e da grade de controle na corrente do cátodo. Ele mostra qual proporção do efeito da tensão da rede de controle na corrente do cátodo é o efeito da tensão do ânodo.

Com a ajuda de duas grades não muito densas, são alcançados alto ganho e alta resistência interna. Neste caso, se uma tensão positiva significativa for aplicada à grade de blindagem, então as características de grade de anodo do tetrodo são "esquerdas", ou seja, o tetrodo pode operar normalmente na região de tensões de grade negativas.

A corrente do cátodo no tetrodo é a soma das correntes do ânodo, blindagem e grades de controle.

A grade de blindagem é fornecida com uma tensão positiva constante, que é de 20 a 50% da tensão do ânodo. É criado na seção "cátodo - grade de triagem - campo de aceleração", reduz a barreira de potencial no cátodo. Isso é necessário para o movimento dos elétrons para o ânodo.

O ânodo através de duas grades tem um efeito muito fraco na barreira de potencial perto do cátodo. Se a tensão da grade de blindagem for zero, então o campo de desaceleração criado pela tensão da grade de controle negativo é muito mais forte do que o campo de aceleração fraco que penetra do ânodo. O campo resultante na seção "grade de controle - cátodo" acaba sendo retardado. Em outras palavras, a tensão de operação neste caso é negativa e a barreira de potencial no cátodo é tão alta que os elétrons não conseguem ultrapassá-la. Portanto, a lâmpada está bloqueada e a corrente do ânodo é zero.

A capacitância entre os eletrodos da lâmpada diminui aproximadamente tantas vezes quanto o ganho aumenta. Quanto mais espessa a malha de peneiramento, menor sua permeabilidade, mais a capacidade de produção diminui. Se a grade de blindagem fosse sólida, a capacitância de passagem diminuiria para zero, mas a grade deixaria de passar elétrons para o ânodo.

33. EFEITO DA DINATRONA NO TETRODO

Uma desvantagem significativa do tetrodo é efeito dinatron do ânodo. Os elétrons que atingem o ânodo expulsam os elétrons secundários dele. A emissão secundária do ânodo existe em todas as lâmpadas, mas nos diodos e triodos não causa consequências e permanece imperceptível. Nessas lâmpadas, todos os elétrons secundários que saíram do ânodo retornam a ele, pois o ânodo tem o maior potencial positivo em comparação com os potenciais dos outros eletrodos. Portanto, nenhuma corrente de elétrons secundários surge.

Em um tetrodo, a emissão secundária do ânodo não se manifesta se a tensão da rede de blindagem for menor que a tensão do ânodo. Nesta condição, os elétrons secundários retornam ao ânodo. Se o tetrodo operar no modo de carga, então, com um aumento na corrente do ânodo, a queda de tensão na carga aumenta e a tensão do ânodo em alguns intervalos de tempo pode se tornar menor que a tensão constante da grade de blindagem. Então os elétrons secundários, voando para fora do ânodo, não retornam a ele, mas são atraídos para a grade de blindagem, que tem um potencial positivo mais alto. Existe uma corrente de elétrons secundários direcionada oposta à corrente de elétrons primários. A corrente total do ânodo diminui e a corrente da grade de blindagem aumenta. Este fenômeno é chamado de efeito ânodo dinatron.

O efeito dinatron afeta significativamente as características do ânodo do tetrodo. Na tensão de ânodo zero, há uma corrente de ânodo inicial muito pequena que geralmente pode ser desprezada. A corrente de grade de triagem é a mais alta. Assim como no modo de retorno no triodo, neste caso, os elétrons que voaram pela grade de blindagem participam da criação de sua corrente junto com os elétrons que são interceptados por essa grade. Alterando as mudanças de tensão do ânodo ia altura desta barreira, como resultado da qual a distribuição do fluxo de elétrons entre o ânodo e a grade de blindagem muda drasticamente.

Quatro áreas podem ser observadas nas características do ânodo do tetrodo. A primeira região corresponde a baixas tensões anódicas, até aproximadamente 10–20 V. Ainda não há emissão secundária do anodo, pois a velocidade dos elétrons primários é insuficiente para eliminar os elétrons secundários. Com o aumento da tensão do ânodo, observa-se um aumento acentuado da corrente do ânodo e uma diminuição da corrente da grade de blindagem, o que é típico para o modo de retorno.

A tensão do ânodo tem pouco efeito sobre a corrente do cátodo, pois o campo do ânodo atua na barreira de potencial no cátodo através de duas grades. Portanto, a corrente catódica muda pouco e sua característica vai com um leve aumento.

Se a tensão do ânodo exceder 10–20 V, a emissão secundária aparece e ocorre um efeito dinatron. Com um aumento na tensão do ânodo, a emissão secundária do ânodo aumenta, a corrente do ânodo diminui e a corrente da grade de blindagem aumenta. A corrente anódica mínima é obtida com o efeito dinatron mais pronunciado. Em tal regime, a corrente de elétrons secundários é a maior. Essa corrente depende da magnitude da emissão secundária e da tensão do ânodo da grade de blindagem, que cria um campo acelerador para os elétrons secundários.

Quando a tensão do ânodo se torna maior que a tensão da grade da tela, há um ligeiro aumento na corrente do ânodo e uma ligeira diminuição na corrente da grade da tela. A emissão secundária do ânodo existe nesta região, mas todos os elétrons secundários retornam ao ânodo, ou seja, não há efeito dinatron do ânodo. Por outro lado, os elétrons secundários eliminados da grade de blindagem atingem o ânodo, devido ao qual a corrente do ânodo aumenta um pouco e a corrente da grade de blindagem diminui.

Para evitar que o efeito dynatron ocorra, a tensão da grade de blindagem deve ser sempre menor que a tensão do ânodo.

34. DISPOSITIVO E OPERAÇÃO DO PENTOD

A principal desvantagem do tetrode - o efeito dynatron - levou ao desenvolvimento e uso generalizado de lâmpadas de cinco eletrodos chamadas pentodos. Neles, todas as propriedades positivas dos tetrodos são ainda mais pronunciadas e, ao mesmo tempo, o efeito dynatron é eliminado.

No pentodo, para eliminar o efeito dinatron, existe mais uma grade localizada entre o anodo e a grade de peneiramento. É chamado de grade de proteção, pois protege a lâmpada da ocorrência do efeito dynatron. Existem também outros nomes para esta grade: antidinatron, antidynatron, pentodo, terceiro.

A grade de proteção geralmente é conectada ao cátodo, ou seja, possui potencial zero em relação ao cátodo e negativo em relação ao ânodo. Em alguns casos, uma pequena tensão CC é aplicada à grade de proteção. Por exemplo, para aumentar a potência útil, os pentodos do gerador operam em uma tensão positiva na grade de proteção e para modular as oscilações alterando a tensão da grade de proteção, uma polarização negativa é definida sobre ela. No entanto, mesmo nesses casos, o potencial da grade de proteção geralmente permanece muito menor que o potencial do ânodo, e o efeito antidinatron dessa grade é aproximadamente o mesmo que em seu potencial zero.

Em muitos pentodos, a grade de proteção é conectada ao cátodo dentro da lâmpada e, em seguida, a tensão nessa grade é sempre zero. Se houver uma saída de rede de proteção, sua conexão com o cátodo é realizada na instalação do circuito.

O papel da grade de proteção é que um campo elétrico é criado entre ela e o ânodo, que desacelera, para e retorna ao ânodo os elétrons secundários expulsos do ânodo. Eles não podem penetrar na grade de blindagem, mesmo que sua tensão seja maior que a do ânodo, e o efeito dinatron é completamente eliminado.

Na área entre as grades de blindagem e proteção para os elétrons que saem do cátodo, um campo de desaceleração é criado, e pode parecer que isso causará uma diminuição na corrente do ânodo. No entanto, os elétrons, tendo recebido uma alta velocidade sob a ação do campo acelerador da grade de blindagem e voando através dela, atingem a grade de proteção e não perdem completamente sua velocidade, pois no espaço entre as espiras dessa grade o potencial não é zero, mas positivo.

O potencial zero está disponível nos condutores da grade de proteção e, nos intervalos entre eles, o potencial está acima de zero, mas menor que no ânodo. No espaço entre o ânodo e a grade de blindagem, é criada uma barreira de potencial secundária, que não pode ser superada por elétrons secundários eliminados do ânodo. Essa barreira afeta significativamente o processo de distribuição de corrente no pentodo.

Os pentodos diferem dos tetrodos em um ganho maior, chegando a vários milhares para alguns pentodos. Isso se deve ao fato de que a grade de proteção atua como uma grade de blindagem adicional. Portanto, no pentodo, a ação do anodo é ainda mais fraca do que no tetrodo em comparação com a ação da grade de controle. Assim, a resistência interna também aumenta, que para alguns pentodos chega a milhões de ohms. A capacitância de passagem torna-se ainda menor do que a dos tetrodos. A inclinação dos pentodos é da mesma ordem que a dos triodos e tetrodos, ou seja, dentro de 1-50 mA / V.

O pentodo pode ser reduzido a um diodo equivalente da mesma forma que foi feito para o tetrodo. A permeabilidade do pentodo é um valor muito pequeno. Portanto, o ganho do pentodo pode ser muito grande.

35. PARÂMETROS DE TETRODOS E PENTODOS

Parâmetros estáticos de tetrodos e pentodos são determinados de forma semelhante aos parâmetros do triodo. Para a determinação prática dos parâmetros, toma-se a razão de incrementos finitos.

A grade de controle nos tetrodos e pentodos está localizada em relação ao cátodo da mesma forma que nos triodos. Portanto, a inclinação dos tetrodos e pentodos é da mesma ordem que a dos triodos, ou seja, e. é unidades ou dezenas de miliamperes por volt, embora alguma diminuição na inclinação seja obtida devido ao fato de que a corrente do ânodo é sempre menor que a corrente do cátodo.

Devido ao fato de que a ação da tensão do ânodo no tetrodo ou pentodo é enfraquecida muitas vezes, a resistência interna é dezenas e centenas de vezes maior que a do tetrodo e atinge centenas de quilo-ohms.

A resistência interna depende fortemente do processo de distribuição de corrente, pois quando a tensão do ânodo muda, a corrente do ânodo muda devido a este processo. Podemos supor que a resistência interna do pentodo consiste em duas resistências conectadas em paralelo. Um deles é determinado pela ação do campo anódico através das três grades na barreira de potencial no cátodo, devido à qual há uma mudança muito pequena na corrente anódica. Quanto mais espessa a grade, maior essa resistência. A segunda resistência é determinada pela mudança na corrente do ânodo devido ao processo de distribuição de corrente e geralmente é muito menor que a primeira resistência.

O fator de amplificação pode ser dezenas e centenas de milhares de vezes maior que o dos triodos, ou seja, seu valor chega a centenas e milhares.

Nos tetrodos e pentodos, a corrente do cátodo é sempre maior que a corrente do ânodo, pois a corrente da grade de blindagem sempre existe junto com a corrente do ânodo.

Devido às características não lineares significativas do tetrodo e do pentodo, os parâmetros mudam bastante quando o modo muda. Com o aumento da tensão negativa da rede de controle, ou seja, com a diminuição da corrente anódica, a inclinação diminui e a resistência interna e o ganho aumentam. Uma característica dos tetrodos e pentodos comparados aos triodos é a forte dependência do ganho no modo.

Se as características estiverem entrelaçadas no modo de retorno, a inclinação e o ganho podem ter valores iguais a zero e menores que zero.

Com o aumento da tensão negativa da grade de controle, as características do anodo na área de trabalho ficam mais planas e próximas umas das outras, o que corresponde a um aumento na resistência interna e uma diminuição na inclinação.

Em alguns circuitos, um tetrodo ou pentodo é usado para que sua parte triodo, consistindo de um cátodo, uma grade de controle e uma grade de tela, opere em um estágio, e a lâmpada inteira faça parte de outro estágio.

A inclinação e o ganho da grade de blindagem geralmente não são de interesse, pois a grade de blindagem, via de regra, não é usada como grade de controle e a tensão nela é constante.

Além dos parâmetros considerados, existem outros semelhantes aos indicados para o triodo. Ao calcular os modos de operação e aplicação prática de tetrodos e pentodos, é necessário levar em consideração os valores limite de correntes, tensões e potências, em particular, a potência limite liberada na grade de blindagem é importante.

36. DISPOSITIVO E OPERAÇÃO DO TETRODO DE FEIXE

Pentodos posteriores foram desenvolvidos e proliferaram tetrodos de feixe. Neles, o efeito dinatron é eliminado criando uma barreira de potencial intransponível para os elétrons secundários eliminados do ânodo, localizados entre a grade de blindagem e o ânodo.

Tetrode de feixe em comparação com tetrode convencional tem os seguintes recursos de design. A distância entre a grade de blindagem e o ânodo foi aumentada. A grade de controle e blindagem têm o mesmo número de voltas, e suas voltas estão localizadas exatamente opostas uma à outra.

No espaço entre as grades, os fluxos de elétrons são focados. Devido a isso, os elétrons voam do cátodo para o ânodo em feixes mais densos - "feixes". Para evitar que os elétrons voem em direção aos suportes da grade, existem telas especiais ou placas formadoras de feixe conectadas ao cátodo. Além disso, partes da superfície do cátodo opostas aos suportes da grade não são revestidas com uma camada de óxido e, portanto, não dão origem a emissões.

Em um tetrodo de feixe, fluxos de elétrons mais densos são obtidos do que em um tetrodo convencional. Um aumento na densidade de corrente dá um aumento na densidade de carga de volume. Isso, por sua vez, causa uma diminuição do potencial no espaço entre o ânodo e a grade de blindagem. Se a tensão do ânodo for menor que a da grade de blindagem, então um efeito dínatron é observado em um tetrodo convencional, mas não ocorrerá em um tetrodo de feixe, pois uma barreira de potencial para elétrons secundários é formada na "grade de blindagem - ânodo " brecha.

Os elétrons secundários, que têm velocidades iniciais relativamente baixas, não conseguem ultrapassar a barreira de potencial e atingir a grade de blindagem, embora a tensão neste último seja maior do que no ânodo. Os eletrodos primários, com altas velocidades obtidas devido à tensão da grade de blindagem, superam a barreira de potencial e caem no ânodo.

Nos tetrodos convencionais, a grade de blindagem "quebra" os fluxos de elétrons e intercepta muitos elétrons. Os suportes de grade têm o mesmo efeito. Portanto, em tetrodos comuns, fluxos de elétrons suficientemente densos não são obtidos e a barreira de potencial necessária para elétrons secundários não é criada.

A formação de uma barreira de potencial é facilitada pelo aumento da distância entre a grade de peneiramento e o ânodo. Quanto maior essa distância, mais elétrons impedidos com baixas velocidades estão localizados aqui. São esses elétrons que aumentam o volume de carga negativa e a diminuição do potencial se torna mais significativa.

A vantagem dos tetrodos de feixe em comparação com os tetrodos convencionais é também uma corrente de grade de blindagem significativamente menor. É inútil e sua redução é altamente desejável. Nos tetrodos de feixe, os elétrons voam através das lacunas da grade de blindagem e quase não são interceptados por ela. Portanto, a corrente da grade de blindagem não é superior a 5-7% da corrente do ânodo.

As características da grade anódica dos tetrodos de feixe são as mesmas dos tetrodos ou pentodos convencionais.

Em poderosos estágios de amplificação de baixa e alta frequência, os tetrodos de feixe substituem com sucesso os pentodos. Para obter melhor desempenho, são produzidos pentodos de feixe. Suas grades são semelhantes às de um tetrodo de feixe, e os elétrons voam para o ânodo em feixes através das lacunas na grade de proteção. Portanto, para pentodos de feixe, a corrente de grade de blindagem é muito menor do que para pentodos convencionais.

37. PRINCÍPIO DA CONVERSÃO DE FREQUÊNCIA

A conversão de frequência é qualquer mudança na frequência. Por exemplo, ao retificar uma corrente alternada com uma frequência, ela se transforma em uma corrente contínua, na qual a frequência é zero. Nos geradores, a energia de corrente contínua com frequência igual a zero é convertida em energia de corrente alternada com a frequência desejada.

A tensão auxiliar é obtida de um gerador de baixa potência chamado heteródino. Na saída do conversor, é obtida uma oscilação com uma nova frequência convertida, que é chamada de frequência intermediária.

Um dispositivo não linear ou paramétrico deve ser usado como conversor de frequência.

Se o conversor de frequência fosse um dispositivo linear, ele simplesmente adicionaria duas oscilações. Por exemplo, adicionar duas oscilações com frequências próximas, mas não múltiplas, resultaria em batimentos, ou seja, uma oscilação complexa na qual a frequência mudaria dentro de certos limites em torno do valor médio e a amplitude mudaria com uma frequência igual à frequência diferença. Tais batimentos não contêm uma oscilação de componente com uma nova frequência. Mas se os batimentos forem detectados (retificados), devido à não linearidade desse processo, aparecerá um componente com uma frequência intermediária.

Na saída do conversor de frequência, é obtida uma oscilação complexa, que possui componentes de muitas frequências.

Todas as novas frequências, que são combinações de frequências e seus harmônicos, são chamadas de frequências combinadas. Selecionando uma frequência auxiliar adequada, uma nova frequência pode ser obtida.!

Entre as novas frequências, há também harmônicos das oscilações iniciais com frequências várias vezes maiores que as originais. Mas eles podem ser obtidos mais facilmente com uma distorção não linear de uma das tensões de entrada. A presença de duas tensões para a ocorrência de harmônicos não é necessária.

Via de regra, as amplitudes das oscilações combinadas (e harmônicas) são tanto menores quanto maiores forem os valores de frequência. Portanto, na maioria dos casos, a oscilação da frequência diferencial, e às vezes a frequência total, é usada como a oscilação de uma nova frequência intermediária. Freqüências de combinação de ordem superior raramente são usadas.

A conversão de frequência em receptores de rádio na maioria dos casos é realizada de tal forma que, ao receber sinais de diferentes estações de rádio operando em frequências diferentes, são criadas oscilações da mesma frequência intermediária. Isso permite obter alto ganho e alta seletividade, e eles permanecem quase constantes em toda a faixa de frequência dos sinais recebidos. Além disso, em uma frequência intermediária constante, obtém-se uma operação mais estável dos estágios de amplificação e eles são muito mais simples em projeto do que os estágios projetados para uma faixa de frequência.

Em receptores de rádio e dispositivos de medição de rádio, a frequência de diferença é mais frequentemente usada como uma frequência intermediária, e a frequência auxiliar é geralmente maior que a frequência do sinal convertido. Essa relação entre frequências é necessária se a frequência intermediária for maior que a frequência do sinal.

38. LÂMPADAS PARA CONVERSÃO DE FREQUÊNCIA

Vários dispositivos não lineares ou paramétricos são usados ​​para conversão de frequência. Por exemplo, em receptores para ondas decimétricas e centimétricas, diodos a vácuo ou semicondutores funcionam em conversores de frequência. Os triodes são usados ​​para converter frequências nas faixas de ondas decímetros e metros.

Transformação é realizado da seguinte forma. Uma tensão é aplicada à lâmpada com as frequências do sinal e a frequência auxiliar. Então a corrente anódica da lâmpada pulsa simultaneamente com essas frequências. Devido ao fato de a lâmpada ser um dispositivo não linear, ou paramétrico, componentes com frequências combinadas aparecem em sua corrente anódica. Um circuito oscilatório anódico é sintonizado em um deles, geralmente o diferencial. Tem uma alta resistência apenas para a corrente de frequência ressonante e produz uma tensão amplificada apenas com uma frequência intermediária. Assim, o circuito destaca as oscilações da frequência intermediária.

Em circuitos de conversores de frequência, é necessário eliminar a conexão entre os circuitos de sinal de entrada e os circuitos do oscilador local, se possível. Geralmente em ambos existem circuitos oscilatórios. Se houver uma conexão entre eles, há uma influência de um circuito sobre outro, uma violação de sua sintonia correta, uma deterioração na estabilidade da frequência do oscilador local e, na ausência de um amplificador de alta frequência, radiação espúria de as oscilações do oscilador local e na ausência de um amplificador de alta frequência, a radiação parasita das oscilações do oscilador local através da antena receptora.

Ao usar um triodo, o sinal e as tensões LO são alimentados no circuito da rede e isso resulta em um acoplamento significativo entre o sinal e os circuitos LO. Um método semelhante de conversão de frequência é chamado grade única.

O enfraquecimento do acoplamento entre o sinal e os circuitos do oscilador local é obtido pela conversão de frequência de grade dupla, que pode ser feita usando um pentodo se usado como um tubo de acionamento duplo. Neste caso, ocorre a soma das oscilações do sinal e do oscilador local no fluxo de elétrons dentro da lâmpada devido ao fato de as oscilações serem aplicadas em grades diferentes. A tensão do sinal é fornecida à grade de controle e a tensão do oscilador local é aplicada à grade de proteção, que é usada como a segunda grade de controle. Se a tensão dessa grade permanecer bem abaixo da tensão mínima do ânodo, ela ainda funcionará como uma grade protetora. A grade de blindagem elimina quase completamente o acoplamento capacitivo parasita entre o sinal e os circuitos do oscilador local.

A lâmpada na qual a conversão de frequência é realizada é às vezes chamada de misturando, uma vez que nela são adicionadas duas vibrações com frequências diferentes, e a cascata em que esta lâmpada opera é chamada misturador. Assim, a conversão de frequência consiste em um misturador e um oscilador local, cada um dos quais deve ter sua própria lâmpada.

As lâmpadas multieletrodos de controle duplo para conversão de frequência - heptodos - possuem duas grades de controle e funcionam simultaneamente em um misturador e um oscilador local, ou seja, substituem duas lâmpadas, são usadas em receptores de ondas médias e curtas, mas funcionam mal em VHF.

O heptodo tem cinco grades. A vantagem dos heptodos é a presença de uma grade protetora, devido à qual a resistência interna da lâmpada aumenta.

Quando os heptodos operam em comprimentos de onda menores que 20 m, a estabilidade da frequência do oscilador local acaba sendo insuficiente e é necessário usar um oscilador local com uma lâmpada separada, ou seja, usar o heptodo apenas como misturador, e não como conversor lâmpada. Nestas ondas, pentodos e triodos dão os melhores resultados em conversores de frequência.

39. CARACTERÍSTICAS E PARÂMETROS DAS LÂMPADAS COM CONTROLE DUPLO

Todos lâmpadas multigrid de controle duplo têm uma grade de blindagem e são semelhantes aos pentodos ou tetrodos, aos quais mais grades são adicionadas, formando uma parte triodo (heteródino). Em termos de características e parâmetros, essas lâmpadas são semelhantes a pentodos e tetrodos e, em termos de características e parâmetros da parte do triodo, são semelhantes aos triodos comuns. Além disso, as lâmpadas de controle duplo possuem características e parâmetros adicionais devido à presença de duas grades de controle.

A corrente anódica aumenta com uma mudança positiva nas tensões de ambas as redes. A inclinação ao longo da primeira grade é maior, quanto maior a tensão da grade. Se a tensão mudar em uma direção positiva, a barreira de potencial no cátodo diminui e um número crescente de eletrodos supera essa barreira. Correspondentemente, a corrente do cátodo, a corrente do ânodo e a corrente da grade de blindagem aumentam.

Quando a tensão muda, a distribuição de corrente entre o ânodo e a rede muda, semelhante à observada no pentodo quando a tensão de sua grade de proteção muda.

O controle duplo da corrente anódica é reduzido ao fato de que uma mudança na tensão de uma grade de controle altera a inclinação da característica para a outra grade de controle. Devido à mudança na inclinação - o principal parâmetro que caracteriza a ação de controle da grade, sob a influência da tensão de outra grade de controle, a lâmpada é um dispositivo paramétrico adequado para conversão de frequência.

O processo de conversão de frequência em uma lâmpada de controle duplo pode ser explicado usando a família de características dos heptodos. Como o circuito oscilatório anódico é sintonizado em uma frequência intermediária e possui baixa resistência nas frequências do sinal e do oscilador local, a lâmpada praticamente opera no modo sem carga para oscilações dessas frequências e as mudanças na corrente anódica são determinadas a partir de características estáticas.

O parâmetro mais importante que caracteriza as lâmpadas conversoras de frequência é a inclinação da conversão. Representa a razão da amplitude do primeiro harmônico da componente variável da frequência intermediária, obtida na corrente anódica, para a amplitude da tensão do sinal. Neste caso, as tensões nas grades de blindagem e proteção e no ânodo são constantes.

A inclinação da conversão aumenta com o aumento da amplitude da tensão do oscilador local.

Muitos tubos conversores de frequência têm características estendidas para controle automático de ganho do estágio de conversão. Mas então, ao receber sinais fortes, ou seja, quando o ponto de operação é deslocado para as seções não lineares inferiores da característica, as amplitudes das oscilações combinadas aumentam acentuadamente, o que pode causar interferência no receptor.

Em equipamentos modernos, são usadas lâmpadas combinadas, com dois e às vezes três ou quatro sistemas separados de eletrodos em um cilindro. O uso de tais lâmpadas reduz as dimensões do equipamento e simplifica a instalação. Em representações esquemáticas de lâmpadas combinadas, por simplicidade, apenas um aquecedor e um cátodo são frequentemente mostrados. Em muitas lâmpadas, especialmente aquelas projetadas para altas frequências, são instaladas telas para eliminar o acoplamento capacitivo parasita entre sistemas de eletrodos individuais.

O design dos eletrodos das lâmpadas combinadas é diferente. Muitas vezes existem sistemas de eletrodos separados com uma tela. Em algumas lâmpadas, é feito um cátodo comum, e os fluxos de elétrons provenientes de diferentes partes de sua superfície são utilizados cada um em seu próprio sistema de eletrodos. É possível instalar sistemas de eletrodos com telas separadoras ao longo do cátodo comum.

40. TIPOS ESPECIAIS DE RECEPÇÃO E LÂMPADAS AMPLIFICADORAS

Inclinação crescente é obtido reduzindo a distância "grade-cátodo" para várias dezenas de mícrons. Mas a fabricação de lâmpadas com uma pequena distância "grade - cátodo" é difícil e pouco confiável, pois existe o perigo de fechar a grade com uma superfície irregular do cátodo de óxido. Outro método de aumentar a inclinação é usar uma grade de cátodo localizada entre a grade de controle e o cátodo e com algum potencial positivo. Os elétrons emitidos pelo cátodo são acelerados pela grade do cátodo, voam para suas lacunas e criam uma região de maior densidade de carga espacial e uma segunda barreira de potencial a uma distância muito pequena da grade de controle. A tensão da grade de controle afeta fortemente sua altura. Como resultado, a grade de controle pode controlar o fluxo de elétrons de forma muito eficaz.

Um aumento significativo na inclinação é alcançado em lâmpadas com emissão secundária. A pesquisa sobre o uso de emissão secundária em lâmpadas é realizada há muito tempo, mas por muito tempo não foi possível projetar lâmpadas que funcionassem de forma estável e não criassem muito ruído intrínseco. A razão para esses ruídos é a não uniformidade do processo de emissão secundária. Novas ligas de metais pesados ​​com leves, como cobre com berílio, foram encontradas, o que dá uma emissão secundária alta e estável. Ao usá-los, o ruído é reduzido, embora ainda seja maior do que nas lâmpadas convencionais.

As lâmpadas com emissão secundária têm um eletrodo adicional - um cátodo de emissão secundária (dinodo). Um potencial positivo é aplicado a ele, menor do que ao ânodo. Os elétrons primários que voam do cátodo atingem o cátodo de emissão secundária e eliminam os elétrons secundários dele, que voam para o ânodo, que tem um potencial positivo mais alto. O fluxo de elétrons secundários é várias vezes maior que o fluxo de elétrons secundários. É por isso que a inclinação da lâmpada é alta.

A corrente do cátodo de emissão secundária é ligeiramente menor que a corrente do ânodo e na parte externa do circuito tem direção oposta à corrente do ânodo. A inclinação da lâmpada em termos da corrente do cátodo de emissão secundária é geralmente ligeiramente menor do que a inclinação em termos da corrente do ânodo. Os elétrons da corrente do ânodo se movem ao longo do condutor da parte externa do circuito do ânodo do ânodo, e os elétrons da corrente do cátodo de emissão secundária no circuito externo se movem em direção a este cátodo, pois dentro da lâmpada saem mais elétrons secundários do que os primários vêm a ele.

Quando uma tensão alternada é aplicada à rede, devido às direções opostas das correntes do ânodo e do cátodo de emissão secundária, os resistores de carga incluídos nos circuitos desses eletrodos recebem tensões alternadas amplificadas que estão em antifase.

O estágio de amplificação normal inverte a fase da tensão. E no circuito do cátodo de emissão secundária, é obtida uma tensão amplificada, que coincide em fase com a tensão alternada da rede. Essa propriedade facilita muito a implementação de uma realimentação positiva entre os circuitos do cátodo de emissão secundária e a grade de controle para gerar oscilações de várias formas, aumentar o ganho, reduzir a largura de banda das oscilações transmitidas e para outros fins.

Triodos e tetrodos metal-cerâmicos amplificadores de recepção subminiatura são produzidos, chamados nuvistores. Eles são projetados para amplificar, gerar e converter frequência. Eles têm um cilindro de metal cerâmico em miniatura.

41. TIPOS DE DESCARGA ELÉTRICA EM GASES

Distinguir entre descargas independentes e não autossustentáveis ​​em um gás. auto-descarga suportada apenas por tensão elétrica. Não auto-descarga pode existir desde que, além da tensão elétrica, existam alguns outros fatores ionizantes externos. Podem ser raios de luz, radiação radioativa, emissão termiônica de um eletrodo aquecido, etc. Consideremos os principais tipos de descargas elétricas encontradas em dispositivos iônicos.

A descarga escura (ou silenciosa) não é autossustentável. É caracterizada por densidades de corrente da ordem de microamperes por centímetro quadrado e uma densidade de carga de volume muito baixa. O campo criado pela tensão aplicada praticamente não muda durante uma descarga escura devido às cargas espaciais, ou seja, sua influência pode ser desprezada. Não há brilho de gás. Em dispositivos iônicos para eletrônica de rádio, uma descarga escura não é usada, mas precede o início de outros tipos de descarga.

Descarga de brilho refere-se a independente. Caracteriza-se pelo brilho do gás, que lembra o brilho de um corpo fumegante. A densidade de corrente durante esta descarga atinge unidades e dezenas de miliamperes por centímetro quadrado e são obtidas cargas espaciais que afetam significativamente o campo elétrico entre os eletrodos. A tensão necessária para uma descarga incandescente é de dezenas ou centenas de volts. A descarga é mantida devido à emissão de elétrons do cátodo sob o impacto de íons.

Os principais dispositivos de descarga incandescente são diodos zener - estabilizadores de tensão de íons, lâmpadas de gás, thyratrons de descarga luminosa, lâmpadas indicadoras digitais e dekatrons - contadores de íons.

Uma descarga de arco é obtida em densidades de corrente muito maiores do que em uma descarga incandescente. Dispositivos de descarga de arco não auto-sustentáveis ​​incluem gastrons e thyratrons de cátodo quente; em válvulas de mercúrio (exitrons) e ignitrons com cátodo de mercúrio líquido, bem como em descarregadores de gás, ocorre uma descarga de arco independente.

A descarga do arco pode ser não apenas em pressão atmosférica reduzida, mas também em pressão atmosférica normal ou elevada.

Uma descarga de faísca é semelhante a uma descarga de arco. É uma descarga elétrica de curto prazo (impulso) a uma pressão de gás relativamente alta, por exemplo, à pressão atmosférica normal. Normalmente, uma série de descargas pulsadas, uma após a outra, é observada em uma faísca.

Descargas de alta frequência podem ocorrer em um gás sob a ação de um campo eletromagnético alternado, mesmo na ausência de eletrodos portadores de corrente (descarga sem eletrodo).

A descarga corona é independente e é usada em dispositivos iônicos para estabilização de tensão. É observado em pressões de gás relativamente altas nos casos em que pelo menos um dos eletrodos tem um raio de curvatura muito pequeno. Então o campo entre os eletrodos acaba sendo não homogêneo e perto do eletrodo pontiagudo, chamado corona, a intensidade do campo é aumentada acentuadamente. A descarga corona ocorre a uma tensão da ordem de centenas ou milhares de volts e é caracterizada por baixas correntes.

42. DESCARGA DE BRILHO

Considere uma descarga luminosa entre eletrodos planos. Na ausência de descarga, quando não há descargas volumétricas, o campo é uniforme e o potencial entre os eletrodos é distribuído de acordo com uma lei linear. Em um dispositivo eletrônico (vácuo), na presença de emissão, há uma carga espacial negativa que cria uma barreira de potencial próxima ao cátodo. Essa barreira evita que uma grande corrente de anodo seja gerada.

Em um dispositivo de descarga luminosa de íons, um grande número de íons positivos cria uma carga espacial positiva. Causa uma mudança no potencial no espaço "ânodo - cátodo" em uma direção positiva.

Em um dispositivo de íons, a distribuição de potencial é tal que quase toda a tensão do ânodo cai em uma fina camada de gás perto do cátodo. Essa área é chamada parte do cátodo do intervalo de descarga. Sua espessura não depende da distância entre os eletrodos.

Um forte campo de aceleração é criado perto do cátodo. O ânodo, por assim dizer, se aproxima do cátodo. O papel do ânodo é desempenhado por uma nuvem de íons com uma carga positiva "pendurada" sobre o cátodo. Como resultado, o efeito da carga espacial negativa é compensado e não há barreira de potencial perto do cátodo.

A segunda parte do intervalo de descarga é caracterizada por uma pequena queda de tensão. A força de campo nele é pequena. É chamada de região do gás, ou elétron-íon, plasma. Uma parte adjacente ao ânodo e causada pela parte do ânodo do intervalo de descarga, ou a área da queda de potencial do ânodo, é isolada dele. A área entre as partes do cátodo e do ânodo é chamada de coluna de descarga. A parte do ânodo não é importante, e a coluna de descarga e a parte do ânodo podem ser consideradas como uma região de plasma.

Plasma é um gás altamente ionizado, no qual o número de elétrons e íons é quase o mesmo. Em um plasma, o movimento aleatório das partículas predomina sobre seu movimento direcionado. Mesmo assim, os elétrons se movem em direção ao ânodo e os íons - em direção ao cátodo.

As forças de campo que atuam sobre elétrons e íons são as mesmas e apenas opostas em direção, uma vez que as cargas dessas partículas são iguais, mas de sinais opostos. Mas a massa de um íon é milhares de vezes maior que a massa de um elétron. Portanto, os íons recebem acelerações correspondentemente menores e adquirem velocidades relativamente baixas. Comparados aos elétrons, os íons são quase imóveis. Portanto, a corrente em dispositivos iônicos é praticamente o movimento de elétrons. A fração da corrente iônica é muito pequena e pode ser ignorada. Os íons fazem seu trabalho. Eles criam uma carga espacial positiva, que excede em muito a carga espacial negativa e destrói a barreira de potencial perto do cátodo.

A região de tensão catódica desempenha um papel importante. Os íons que penetraram nesta região do plasma são acelerados aqui. Atingindo o cátodo em alta velocidade, os íons expulsam elétrons dele. Este processo é necessário para manter a descarga. Se a velocidade dos íons for insuficiente, a emissão de elétrons não funcionará e a descarga será interrompida. Os elétrons que escapam do cátodo também são acelerados na área de queda do cátodo e voam para o plasma a uma velocidade muito maior que a necessária para a ionização dos átomos de gás. Os elétrons colidem com átomos de gás em várias partes do plasma. Portanto, a ionização ocorre em todo o volume. A recombinação também ocorre no plasma.

Apenas uma pequena parte dos íons que surgiram no plasma participam da criação da emissão de elétrons do cátodo. A maioria dos íons se recombina com os elétrons e não atinge o cátodo.

43. ESTABILITRONS

Dispositivos de descarga de incandescência ou corona são diodos zener. Os diodos zener de descarga incandescente mais amplamente utilizados operam no modo de tensão catódica normal.

Como a descarga escura que precede a descarga incandescente não é usada, não tem interesse, ela não é mostrada na característica volt-ampere do diodo zener. O ponto de descarga é mostrado no eixo vertical. Na prática, este é o caso, porque um miliamperímetro para medir a corrente de descarga incandescente não mostrará uma corrente de descarga escura desprezível.

A região de queda normal do cátodo adequada para estabilização é limitada pelas correntes mínima e máxima. Em uma corrente menor que o mínimo, a descarga pode parar. A corrente máxima corresponde ao início do modo de queda anômala do cátodo ou nele é atingido o aquecimento limite dos eletrodos.

O pico de corrente quando ocorre uma descarga pode ser diferente dependendo da resistência do resistor. Se for grande, aparece uma corrente relativamente pequena e, se pegarmos uma pequena, surge uma grande corrente. Para estabilização, isso é desvantajoso, pois a área de estabilização de tensão é reduzida. Com uma resistência baixa, um salto de corrente pode ocorrer até mesmo na região de uma queda anômala do cátodo e a estabilização não funcionará. Assim, um resistor limitador com resistência suficiente é necessário por dois motivos: para que não ocorra um aumento excessivo de corrente (curto-circuito) e para que possa existir um modo de estabilização de tensão.

Quanto maior a área do cátodo, mais ampla a região de estabilização é obtida, pois a corrente mínima permanece inalterada e a corrente máxima aumenta proporcionalmente à área do cátodo. Portanto, os diodos zener são caracterizados por um cátodo com uma grande superfície. O ânodo é pequeno em tamanho, mas não deve superaquecer com a corrente máxima.

Os diodos zener de descarga incandescente de dois eletrodos mais comuns com um cátodo cilíndrico feito de níquel ou aço. O ânodo é um fio com um diâmetro de 1-1,5 mm. O balão é preenchido com uma mistura de gases inertes (neon, argônio, hélio) a uma pressão de dezenas de milímetros de mercúrio.

Os parâmetros do diodo zener são: tensão de operação normal ou tensão de estabilização correspondente ao ponto médio da região de estabilização, tensão de início de descarga, corrente mínima e máxima, variação da tensão de estabilização e resistência interna à corrente alternada. Usando diferentes misturas de gases, o valor desejado da tensão de estabilização é selecionado.

Os diodos zener de descarga corona são caracterizados por altas tensões e baixas correntes. Em tais diodos zener, os eletrodos cilíndricos são feitos de níquel. O cilindro é preenchido com hidrogênio e a tensão de estabilização depende da pressão do gás. As correntes de operação estão na faixa de 3-100 μA. A resistência AC interna desses diodos zener é de centenas de kilo-ohms. O processo de descarga dos diodos zener de descarga corona dura de 15 a 30 s.

Os diodos Zener geralmente operam em um modo em que a resistência da carga é constante e a tensão da fonte é instável.

Para estabilizar tensões mais altas, os diodos zener são conectados em série, geralmente não mais que dois ou três. Eles podem ser para tensões diferentes, mas para as mesmas correntes mínimas e máximas.

44. TRONAS DE GÁS

Gasotrons - São diodos iônicos com descarga de arco não auto-sustentada, que é mantida pela emissão termiônica do cátodo. O objetivo dos gastrons é retificar a corrente alternada. Atualmente, são usados ​​gastrons com um gás inerte na forma de argônio ou uma mistura de xenônio-criptônio a uma pressão da ordem de alguns milímetros de mercúrio.

A maioria dos gastrons tem um cátodo de óxido de aquecimento direto ou indireto. Em gastrons mais poderosos, tem uma área de superfície significativa. O ânodo na forma de um disco, hemisfério ou cilindro tem um tamanho relativamente pequeno. Gasotrons são caracterizados por uma baixa tensão de filamento, não superior a 5 V. Se uma tensão mais alta for aplicada, uma descarga de arco pode ocorrer entre as extremidades do aquecedor, o que desperdiçará a energia da fonte de filamento. Em uma baixa tensão de aquecimento, os cátodos de gastrons poderosos devem ser alimentados com uma corrente alta. A vantagem dos gastrons sobre os kenotrons está na baixa queda de tensão no próprio gastron. É aproximadamente 15-20 V e quase não depende da corrente do ânodo. Portanto, a eficiência dos retificadores gastron é maior que a dos retificadores kenotron, e quanto maior, maior a tensão retificada. Em retificadores de alta tensão em gastrons, a eficiência pode ser de até 90% ou mais.

Antes que a descarga ocorra, uma corrente de elétrons é observada no gastron, que aumenta com o aumento da tensão da mesma forma que em um diodo de vácuo. Esta corrente é muito pequena e não tem significado prático.

A ocorrência de uma descarga de arco é obtida a uma tensão ligeiramente superior ao potencial de ionização. Como o gastron é necessariamente ligado através de um resistor limitador, após o início de uma descarga, aparece uma queda de tensão no resistor e a tensão no gastron diminui ligeiramente.

Com o aumento da tensão da fonte, a corrente no gastron aumenta e a queda de tensão sobre ele muda ligeiramente, embora não permaneça constante, como nos diodos zener. O uso de um gastron para estabilização está fora de questão, uma vez que não é lucrativo obter uma baixa tensão com um gasto significativo de energia para aquecer o gastron. A tensão de operação no gastron é da mesma ordem que o potencial de ionização, ou seja, 15-25 V.

A constância relativa da tensão no gastron é obtida não devido ao regime de tensão do cátodo, que é característico dos dispositivos de descarga luminescente. Nos gastrons, a área do cátodo não muda, mas com o aumento da corrente, a resistência do aparelho à corrente contínua diminui, pois a ionização e, consequentemente, o número de elétrons e íons por unidade de volume aumentam. Além disso, a carga espacial positiva dos íons se aproxima do cátodo, o que equivale a uma diminuição da distância "ânodo-cátodo".

Em um gastron, a distribuição de potencial no espaço "ânodo-cátodo" é aproximadamente a mesma que em dispositivos de descarga incandescente, mas a tensão do ânodo é menor e há uma barreira de potencial perto do cátodo, como nos tubos de elétrons.

O cátodo no gastron opera em condições difíceis devido ao seu bombardeio com íons positivos. Tendo uma massa relativamente grande, os íons destroem a camada de óxido se sua velocidade exceder o valor permitido.

45. TIRATRONS DE DESCARGA DE ARCO

Tiratrons de cátodo quente, operando como gastrons no modo de descarga de arco, são utilizados para retificar a corrente alternada e como relés em automação, telecontrole, tecnologia de pulso, radar e outras áreas.

Em muitas propriedades e design, os tiratrons são semelhantes aos gastrons, mas a grade permite controlar a magnitude da tensão de iniciação da descarga.

A grade nos tiratrons deve ser tal que a descarga passe apenas por ela, e não de forma indireta. Portanto, a própria grade ou em combinação com uma tela térmica cobre o cátodo de quase todos os lados. A parte de trabalho da grade é feita com vários furos e o resto é uma tela. Em alguns tiratrons de baixa potência, o design do eletrodo é quase o mesmo dos tubos de vácuo.

O cátodo e o ânodo no tiratron funcionam da mesma maneira que no gastron. As características de operação e a regra de operação dos gastrons se aplicam totalmente aos tiratrons.

O papel da grade no thyratron é manter o thyratron no estado bloqueado com a tensão positiva do ânodo usando a tensão negativa da grade. E com a diminuição dessa tensão ou aumento da tensão do ânodo, ocorre uma descarga, ou seja, o tiratron é desbloqueado. Quanto maior a tensão negativa da rede, maior a tensão do ânodo ocorre a descarga. Isso é explicado pelo fato de que em uma tensão de rede negativa, uma barreira de alto potencial é criada para os elétrons emitidos pelo cátodo na lacuna "grade - cátodo". Os elétrons não serão capazes de superar essa barreira e voar para o ânodo. Reduzir o potencial negativo da grade ou aumentar a tensão do ânodo diminui a barreira de potencial. Quando os elétrons começam a superá-lo, eles se movem em direção ao ânodo, ganham a velocidade necessária para a ionização, o processo de ionização cresce como uma avalanche e ocorre uma descarga de arco.

A relação entre a tensão anódica da ocorrência de descarga e a tensão da rede mostra a característica de partida ou característica de ignição. Ele é removido usando o mesmo circuito do estudo de um triodo de vácuo, mas com um resistor limitador no circuito do ânodo. É mais fácil tirar. Para cada ponto, a tensão do ânodo é primeiro ajustada para zero e alguma tensão de rede negativa. Em seguida, a tensão do ânodo é aumentada e seu valor é anotado quando ocorre uma descarga. Em seguida, a tensão do ânodo é reduzida a zero, o próximo ponto é removido, etc.

A característica de partida mostra que com o aumento da tensão negativa da rede, a tensão anódica aumenta, o que é necessário para que ocorra a descarga.

As características de partida durante a operação do tiratron com tensão alternada são um pouco diferentes das características de partida estáticas tomadas em corrente contínua. Isso se deve ao fato de que, em uma tensão alternada, a corrente da rede de pré-descarga (pré-partida) afeta. Surge devido ao fato de que durante o semiciclo negativo, quando o tiratron está travado, a recombinação não ocorre instantaneamente e há elétrons e íons entre os eletrodos. Isso faz com que a corrente anódica reversa ocorra. Ao mesmo tempo, íons positivos são atraídos para a grade carregada negativamente, formando uma corrente de pré-descarga em seu circuito. A emissão termiônica da rede também pode desempenhar um papel na formação da corrente de pré-descarga. Quanto maior a corrente do ânodo e quanto maior a frequência, mais forte será a corrente de pré-descarga. A presença de tal corrente facilita a ignição do tiratron.

46. ​​TUBO DE RAIOS CATOTRON

Os dispositivos de raios catódicos incluem tubos de raios catódicos para oscilografia, recepção de imagem de televisão e dispositivos indicadores de radar, para transmissão de imagem de televisão, tubos de memória para computadores eletrônicos, interruptores de feixe catódico e outros dispositivos. Todos esses dispositivos criam um fino feixe de elétrons (feixe), controlado por um campo elétrico ou magnético, ou ambos.

Os tubos podem ser com focalização do feixe de elétrons por campo elétrico ou magnético e com deflexão elétrica ou magnética do feixe. Dependendo da cor da imagem na tela luminescente, existem tubos com brilho verde, laranja ou amarelo-laranja - para observação visual, azul - para fotografar oscilogramas, branco ou tricolor - para receber imagens de televisão.

Tubos de raios catódicos controlados eletrostaticamente, ou seja, com foco e deflexão do feixe por um campo elétrico, chamados de curtos tubos eletrostáticos, especialmente amplamente utilizado em osciloscópios.

O tubo do balão tem uma forma cilíndrica com uma extensão em forma de cone, e às vezes na forma de um cilindro. Uma tela luminescente é aplicada na superfície interna da base da parte expandida - uma camada de substâncias capazes de brilhar sob impactos de elétrons. Dentro do tubo existem eletrodos com terminais para os pinos da base.

O cátodo é geralmente óxido aquecido indiretamente na forma de um cilindro com um aquecedor. O terminal do cátodo é algumas vezes combinado com um terminal do aquecedor. A camada de óxido é depositada no fundo do cátodo. Ao redor do cátodo há um eletrodo de controle, chamado modulador, de forma cilíndrica com um orifício na parte inferior. Este cátodo serve para controlar a densidade do feixe de elétrons e pré-focá-lo.

Uma tensão negativa é aplicada ao modulador. À medida que essa tensão aumenta, mais e mais elétrons retornam ao cátodo. Em alguma tensão negativa do modulador, o tubo está travado.

Os seguintes eletrodos, também cilíndricos, são ânodos. No caso mais simples, existem apenas dois. No segundo ânodo, a tensão é de 500 V a vários quilovolts e, no primeiro ânodo, a tensão é várias vezes menor. Dentro dos ânodos geralmente existem divisórias com orifícios (diafragmas).

Sob a ação do campo acelerador dos ânodos, os elétrons adquirem uma velocidade significativa. A focalização final do fluxo de elétrons é realizada por meio de um campo elétrico não uniforme no espaço entre os anodos, bem como por meio de diafragmas. Sistemas de focagem mais complexos consistem em mais cilindros.

Um sistema composto por um cátodo, modulador e ânodos é chamado de holofote de elétrons (pistola de elétrons) e serve para criar um feixe de elétrons, ou seja, um fino fluxo de elétrons voando em alta velocidade do segundo ânodo para a tela luminescente.

A deflexão do feixe de elétrons e do ponto luminoso na tela é proporcional à tensão nas placas defletoras. O coeficiente de proporcionalidade nesta dependência é chamado sensibilidade do tubo.

47. CARACTERÍSTICAS DA OPERAÇÃO DA LÂMPADA EM FREQUÊNCIAS ULTRA-ALTAS

Lâmpadas para ondas médias e curtas funcionam insatisfatório no microondas, o que é explicado pelos seguintes motivos.

Influência das capacitâncias intereletrodos e indutâncias de chumbo. Capacitâncias e indutâncias afetam muito a operação das lâmpadas na faixa de micro-ondas. Eles alteram os parâmetros dos sistemas oscilatórios conectados à lâmpada. Como resultado, a frequência natural dos sistemas oscilatórios diminui e torna-se impossível sintonizá-los em uma frequência acima de um determinado limite.

Cada lâmpada é caracterizada por uma determinada frequência limite, que corresponde à frequência de ressonância do circuito oscilatório resultante de um curto-circuito dos fios dos eletrodos da lâmpada.

Indutâncias de chumbo e capacitâncias entre eletrodos, quando incluídas em certos circuitos de lâmpadas, criam feedback positivo ou negativo indesejado e mudanças de fase que degradam a operação do circuito. A indutância do terminal catódico é especialmente afetada. Entra simultaneamente nos circuitos do ânodo e da rede e cria um feedback significativo, como resultado do qual o modo de operação muda e a impedância de entrada da lâmpada diminui, na qual a fonte de tensão alternada amplificada é carregada. As capacitâncias intereletrodos também ajudam a reduzir a resistência de entrada da lâmpada. Além disso, essas capacitâncias, tendo muito pouca resistência nas frequências de micro-ondas, podem causar o aparecimento de correntes capacitivas significativas em lâmpadas mais potentes, aquecendo os fios dos eletrodos e criando perdas adicionais de energia.

Influência da inércia eletrônica. Devido ao fato de os elétrons terem massa, eles não podem mudar instantaneamente sua velocidade e voar instantaneamente a distância entre os eletrodos. A lâmpada deixa de ser um dispositivo sem inércia ou de baixa inércia. A inércia dos elétrons se manifesta no microondas. A inércia dos processos eletrônicos na lâmpada cria mudanças de fase prejudiciais, distorce a forma dos pulsos de corrente do ânodo e causa correntes de rede significativas. O resultado é uma diminuição acentuada na resistência de entrada da lâmpada, um aumento nas perdas de energia na lâmpada e uma diminuição na potência útil.

Ao considerar o funcionamento das lâmpadas, por simplicidade, considera-se que a corrente no circuito de um eletrodo é formada devido ao fluxo de elétrons voando dentro da lâmpada para este eletrodo. Esse fluxo de elétrons é chamado de corrente de convecção. A corrente no circuito externo de qualquer eletrodo da lâmpada é uma corrente induzida (indutiva).

Nos tubos de elétrons, o papel de uma carga indutiva em movimento é desempenhado pelo fluxo de elétrons voando de um eletrodo para outro, ou seja, a corrente de convecção. As correntes de convecção dentro da lâmpada sempre excitam correntes induzidas nos fios externos conectados aos eletrodos da lâmpada. A corrente induzida aumenta com o aumento do número e da velocidade dos elétrons voadores, bem como com a diminuição da distância entre eles e esse eletrodo.

Com a ajuda da corrente induzida, pode-se entender melhor a conversão de energia que ocorre quando os elétrons se movem em um campo elétrico. O fluxo de elétrons voando dentro da lâmpada cria uma corrente induzida no circuito da bateria, cuja direção coincide com a direção da corrente de convecção. No caso de um campo acelerado, a corrente induzida que passa pela bateria será a corrente de descarga da mesma. A bateria é descarregada, ou seja, consome sua energia, que é transferida para os elétrons voadores com a ajuda de um campo elétrico e aumenta sua energia cinética. Em um campo em desaceleração, os elétrons se movem devido às suas energias iniciais. Neste caso, a corrente induzida, ao contrário, será a corrente de carga da bateria, ou seja, os elétrons do campo retardador cedem sua energia, que fica acumulada na bateria.

48. RESISTÊNCIA DE ENTRADA E PERDA DE POTÊNCIA NAS LÂMPADAS

A etapa de amplificação é caracterizada por um ganho de potência K, mostrando quantas vezes a potência é amplificada: K \uXNUMXd Pout / Pin, onde Pout é a potência útil de saída da lâmpada e Pin é a potência fornecida à entrada da lâmpada.

Com um pequeno valor da resistência de entrada, a potência pode aumentar tanto que o coeficiente se torna igual a um ou até menos. Obviamente, não é apropriado usar amplificadores que forneçam amplificação de potência inferior a 2-3 vezes. Com a transição para micro-ondas, a impedância de entrada das lâmpadas convencionais diminui drasticamente e o ganho de potência é pequeno ou até ausente. A diminuição da resistência de entrada das lâmpadas de micro-ondas é explicada pela ocorrência de correntes induzidas no circuito da rede.

Dependendo da proporção do tempo de voo e do período de oscilações, a proporção das distâncias das seções "catodo - grade" e "grade - ânodo", a magnitude das tensões nos eletrodos, os processos no triodo podem ocorrem de forma diferente, mas ainda, em qualquer caso, devido à manifestação da inércia dos elétrons no microondas, grandes correntes induzidas no circuito da grade, levando a uma diminuição acentuada na resistência de entrada.

A consequência mais desagradável da inércia dos processos eletrônicos é o aparecimento de um componente ativo da corrente da rede. Isso faz com que a lâmpada tenha uma resistência ativa de entrada, que diminui com o aumento da frequência e reduz o ganho de potência. A resistência de entrada ativa da lâmpada caracteriza a perda de energia da fonte de oscilação incluída no circuito da rede. Nesse caso, essa energia é transferida pelo componente ativo da corrente induzida da fonte de oscilação para o campo elétrico e transferida para os elétrons, que aumentam sua energia cinética e a gastam no aquecimento do ânodo. Se 1 a lâmpada opera em frequências mais baixas e o tempo de vôo pode ser desprezado, então na tensão da rede as correntes terão a mesma forma e duração retangulares que a tensão e não serão deslocadas no tempo uma em relação à outra. Como essas correntes são iguais e opostas em direção, a corrente total da rede é zero. Consequentemente, não há consumo de energia da fonte de oscilação neste caso.

Com uma tensão alternada senoidal, todos os processos são mais complicados, mas no microondas, necessariamente, ocorrerá uma corrente induzida ativa no circuito da rede, cuja criação consome a energia da fonte de oscilação. Esta energia é eventualmente perdida para aquecimento adicional do ânodo e cátodo pela corrente de convecção. De fato, a meia onda positiva da tensão da grade, acelerando os elétrons que saem do cátodo, lhes dá energia adicional e, durante o semiciclo negativo da grade, repele os elétrons que se movem em direção ao ânodo, e eles também recebem energia adicional. energia. Como resultado, os elétrons bombardeiam o ânodo com maior força, que é adicionalmente aquecido. Além disso, os elétrons que não voaram pela grade, mas voltaram para o cátodo, também são repelidos pela grade durante o semiciclo negativo e recebem mais energia adicional. Esses elétrons bombardeiam o cátodo adicional e fazem com que ele aqueça ainda mais. Assim, durante todo o período, a fonte de oscilações fornece energia aos elétrons, e eles a gastam bombardeando o ânodo e o cátodo.

As perdas de energia em lâmpadas de micro-ondas ocorrem não apenas devido à inércia dos elétrons, mas também por várias outras razões.

Devido ao efeito de superfície, a resistência ativa dos eletrodos e seus terminais aumenta. Correntes significativas passam ao longo da superfície dos condutores metálicos, que criam um aquecimento inútil.

No microondas, as perdas aumentam em todos os dielétricos sólidos que estão sob a influência de um campo elétrico alternado.

49. VÔO KLYSTER

Para ondas centimétricas, aplicadas com sucesso klystrons, cujo trabalho se baseia na alteração da velocidade do fluxo de elétrons.

Nesses dispositivos, um tempo de voo de elétrons significativo não é prejudicial, mas necessário para o funcionamento normal do dispositivo. Klystrons são abrangendo (dois ressonadores e multirressonadores) adequados para gerar e amplificar oscilações, e reflexivo (ressonador único), funcionando apenas como geradores.

O fluxo de elétrons do cátodo para o ânodo passa por dois pares de grades, que são partes das paredes de dois ressonadores de cavidade. O primeiro ressonador serve como circuito de entrada. As oscilações amplificadas com frequência são fornecidas com a ajuda de uma linha coaxial e uma bobina de comunicação. Suas grades formam um modulador no qual a velocidade do elétron é modulada.

O segundo ressonador serve como um circuito de saída para amplificar as oscilações. Sua energia é tomada com a ajuda de uma bobina de comunicação e uma linha coaxial. Uma tensão positiva é aplicada a ambos os ressonadores e ao ânodo, o que cria um campo de aceleração entre a grade e o cátodo, sob a influência de quais elétrons voam para o modulador com uma velocidade inicial significativa.

Se as oscilações são introduzidas no primeiro ressonador, então existe um campo elétrico alternado entre as grades, que atua no fluxo de elétrons e altera (modula) sua velocidade. Nesse semiciclo, quando há um potencial positivo na segunda grade e um potencial negativo na primeira grade, o campo entre as grades estará acelerando e os elétrons que passam pelo modulador receberão uma velocidade adicional.

Os elétrons com altas velocidades alcançam os elétrons que se movem em velocidades mais baixas, como resultado do qual o fluxo de elétrons é dividido em grupos de elétrons separados e mais densos - feixes de elétrons. Ou seja, devido à modulação do fluxo de elétrons em termos de velocidade no espaço de agrupamento, obtém-se a modulação desse fluxo em termos de densidade.

Apenas os elétrons que voam através do modulador durante meio período são agrupados. Um bom agrupamento só é possível se a mudança na velocidade do elétron sob a influência do campo alternado modulante for insignificante em comparação com a velocidade que eles receberam da tensão de aceleração constante. Portanto, a tensão CA entre as grades do ressonador deve ser muito menor que a tensão CC. O agrupamento de elétrons em um grupo é repetido durante meio período.

Após o ponto de maior concentração do fluxo de elétrons, os elétrons divergem novamente.

Grupos de elétrons voam através do segundo ressonador quando o campo elétrico nele é retardado. Os elétrons que passaram pelo segundo ressonador atingem o ânodo e o aquecem. Alguns dos elétrons também atingem as grades do ressonador.

Se o fluxo de elétrons não fosse modulado, não poderia manter as oscilações no segundo ressonador.

Os klystrons de dois ressonadores são usados ​​\uXNUMXb\uXNUMXbcomo amplificadores em transmissores de microondas, e sua potência útil no modo de operação contínua pode chegar a dezenas de quilowatts e no modo pulsado - até dezenas de megawatts. Quando o comprimento de onda é encurtado, a potência dos transmissores diminui.

Para amplificar sinais fracos em receptores, os klystrons são de pouca utilidade, pois criam grandes ruídos intrínsecos.

50. LÂMPADAS DE ONDA VIAJANTE E REVERSA

Desvantagens inerentes ao klystron, eliminado em uma lâmpada de onda viajante (TWT). O ganho e a eficiência em um TWT podem ser muito maiores do que em um klystron. Isso é explicado pelo fato de que o fluxo de elétrons no TWT interage com um campo elétrico alternado em uma grande parte de seu caminho e cede uma parte significativa de sua energia para criar oscilações aprimoradas. O fluxo de elétrons no TWT é muito mais fraco do que no klystron e, portanto, o nível de ruído é relativamente baixo. A banda de frequência pode ser muito grande, pois não há sistemas oscilatórios no TWT. A largura de banda não é limitada pela própria lâmpada, mas por vários dispositivos adicionais que servem para conectar a lâmpada a circuitos externos e coordenar os elementos individuais desses dispositivos adicionais entre si. Lâmpadas de ondas viajantes para frequências da ordem de milhares de megahertz têm uma faixa de frequência de oscilações transmitidas da ordem de centenas de megahertz, o que é suficiente para radares e todos os tipos de comunicações de rádio modernas. LBV são organizados assim. Na parte esquerda do cilindro alongado, é colocado um holofote eletrônico, possuindo um cátodo aquecido, um eletrodo de focagem e um ânodo. O feixe de elétrons criado pelo projetor eletrônico passa mais para dentro da espiral do fio, que desempenha o papel do fio interno da linha coaxial. O fio externo desta linha é um tubo de metal. A espiral é fixada em isoladores especiais. Uma bobina de focagem alimentada por corrente contínua serve para comprimir o feixe de elétrons ao longo de todo o seu comprimento. Em vez de uma bobina de focagem, também podem ser usados ​​ímãs permanentes. Como os sistemas de focalização magnética são muito volumosos, métodos eletrostáticos foram desenvolvidos para focalizar um feixe de elétrons em um TWT, ou seja, focalizar usando um campo elétrico.

No TWT para comprimentos de onda de centímetros mais curtos, a hélice é substituída por outros tipos de sistemas moderadores, pois é difícil fazer uma hélice muito pequena. Esses sistemas de retardo são guias de onda com um design complexo em ziguezague ou com paredes em forma de pente. Ao longo de tais guias de onda, o feixe de elétrons passa em linha reta e a onda eletromagnética se propaga a uma velocidade reduzida. Sistemas de ondas lentas semelhantes também são usados ​​em TWTs de alta potência, uma vez que a hélice não pode suportar dissipação de alta potência nela.

Os princípios de funcionamento do TWT serviram de base para a criação de um tubo de onda retrógrada (BWO), que às vezes também é chamado carcinotron. Esta lâmpada, ao contrário da TWT, destina-se apenas a gerar ondas centimétricas e mais curtas. Em BWOs, sistemas de ondas lentas de guia de onda também são usados, como em TWTs, mas a onda e o feixe de elétrons se movem um em direção ao outro. As oscilações fracas iniciais no BWO são obtidas a partir das flutuações do feixe de elétrons, depois são amplificadas e ocorre a geração. Alterando a tensão constante que cria o feixe de elétrons, é possível realizar a sintonia eletrônica do BWO em uma faixa de frequência muito ampla. Os BWTs de baixa potência foram criados para frequências de dezenas de milhares de megahertz, com uma potência útil de oscilações geradas de até dezenas de frações de watt com uma eficiência da ordem de alguns por cento. Para frequências de até 10 MHz, os BWOs foram desenvolvidos com uma potência útil de dezenas de quilowatts em operação contínua e centenas de quilowatts em operação pulsada.

Os geradores BWOs de baixa e média potência com feixe de elétrons retilíneo são chamados de carcinotrons do tipo 0. Para altas potências, são usados ​​BWOs, chamados de carcinotrons do tipo M, nos quais o feixe de elétrons se move em círculo sob a influência de um campo magnético. O sistema de retardo nessas lâmpadas está localizado ao redor da circunferência, e o campo magnético transversal é criado por um ímã permanente da mesma forma que no magnetron.

51. CONCEITOS GERAIS SOBRE ELETRICIDADE E TEORIA ELETRÔNICA

Por muito tempo houve a opinião de que os átomos são as partes primárias, indecomponíveis e imutáveis ​​de todos os corpos da natureza, daí o nome "átomo", que em grego significa "indivisível". No final do século IX, passando uma corrente elétrica de alta tensão por um tubo com um gás altamente rarefeito, os físicos notaram um brilho esverdeado no vidro do tubo, causado pela ação de raios invisíveis. O ponto luminoso foi localizado em frente ao eletrodo conectado ao polo negativo da fonte de corrente (cátodo). Portanto, os raios são chamados Catódico. Sob a ação de um campo magnético, o ponto luminoso deslocou-se para o lado. Os raios catódicos se comportaram da mesma maneira que um condutor de corrente em um campo magnético. O deslocamento da mancha esverdeada também ocorreu sob a influência de um campo elétrico, e o corpo carregado positivamente atraiu os raios, o corpo carregado negativamente os repeliu. Isso sugeriu que os próprios raios catódicos são um fluxo de partículas negativas - elétrons.

A física clássica vê a diferença entre dielétricos e condutores no fato de que em um dielétrico todos os elétrons estão firmemente presos perto do núcleo de um átomo. Nos condutores, ao contrário, a conexão entre os elétrons e o núcleo do átomo é forte e há um grande número de elétrons livres, cujo movimento ordenado causa uma corrente elétrica. A física clássica permite qualquer valor da energia do átomo e considera que a mudança na energia do átomo ocorre continuamente em porções arbitrariamente pequenas. No entanto, o estudo dos espectros ópticos de elementos e fenômenos associados à interação de átomos com elétrons indicam a natureza contínua da energia interna dos átomos. A física atômica e molecular prova que a energia de um átomo não pode ser qualquer e assume apenas valores bastante determinados que são característicos de cada átomo. Os valores possíveis da energia interna de um átomo são chamados de níveis de energia ou quânticos. Níveis de energia que um átomo não pode possuir são chamados de níveis proibidos.

Existem várias partículas elementares: prótons e nêutrons, mésons positivos e negativos, elétrons, pósitrons, neutrinos e antiprótons.

Os fenômenos elétricos são conhecidos das pessoas há muito tempo (esfregar âmbar com pano). Corpos capazes de conduzir cargas elétricas são chamados de condutores elétricos. Corpos que conduzem muito mal a eletricidade são chamados de não condutores, isolantes ou dielétricos.

Observou-se que os corpos eletrificados são atraídos um pelo outro ou repelidos um do outro. Como resultado da eletrificação de vários corpos, dois tipos de eletricidade são obtidos. Convencionalmente, um tipo de eletricidade era chamado de positivo e o outro de negativo. Conseqüentemente, corpos carregados com a mesma eletricidade se repelem, carregados com eletricidade oposta - se atraem.

A eletricidade é uma propriedade da matéria (uma forma especial de movimento da matéria), que tem uma natureza dual e se revela nas partículas elementares da matéria (eletricidade positiva - em prótons, pósitrons e mésons, negativa - em elétrons, antiprótons ou mésons) .

52. LEI DE COULOMB. CAMPO ELÉTRICO

Dois corpos eletrificados atuam um sobre o outro com uma força proporcional à quantidade de carga ou quantidade de eletricidade sobre esses corpos e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os corpos, se as dimensões adequadas desses corpos forem pequenas em comparação com a distância entre eles. eles. Essa dependência da força de interação com a magnitude das cargas e a distância entre elas foi estabelecida empiricamente por um físico pingente. Estudos posteriores mostraram que a força da interação entre as cargas também depende do ambiente em que as cargas estão localizadas.

Os experimentos levaram Coulomb a estabelecer a seguinte lei: duas cargas físicas puntiformes q1 e q2, estando em um meio homogêneo com permeabilidade elétrica relativa e a uma distância r, agem uma sobre a outra com uma força F proporcional ao produto dessas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles. cargas pontuais físicas são chamadas se suas próprias dimensões são pequenas em comparação com a distância entre elas. A fórmula de Coulomb tem a forma: F =(q1q2)/(4?? ?0r 2), onde ?0=8,85 10-12F/m é a permeabilidade elétrica do vazio. ? - permeabilidade elétrica relativa. Mostra quantas vezes, em igualdade de condições, a força de interação de duas cargas em qualquer meio é menor do que no vácuo. A permeabilidade elétrica relativa é uma quantidade adimensional.

A intensidade do campo elétrico é estimada a partir das forças mecânicas com as quais o campo atua sobre corpos carregados. Como, de acordo com a lei de Coulomb, a força de interação entre cargas em um dado meio depende da magnitude das cargas e da distância entre elas, então a força mecânica com a qual o campo em um dado momento do espaço atua sobre uma unidade positiva A carga colocada neste ponto é tomada como uma medida quantitativa do campo. Este valor é chamado de intensidade do campo elétrico e é denotado por E. De acordo com a definição de E=F/q. Igualando uma das cargas na fórmula de Coulomb à unidade, obtemos uma expressão para a intensidade do campo E em um ponto remoto a uma distância r da carga pontual física: E = q/(4???0r2), e para o vazio, em que a permeabilidade elétrica relativa é igual a um: E = q/(4??0r 2).

A unidade de medida de tensão é V/m.

Um campo elétrico cuja intensidade em diferentes pontos do espaço é a mesma em magnitude e direção é chamado de campo uniforme.

Ao estudar vários fenômenos físicos, é preciso lidar com grandezas escalares e vetoriais.

Uma carga elétrica positiva introduzida no campo de um corpo esférico carregado positivamente, distante de outras cargas, será repelida em linha reta, que é uma continuação do raio do corpo carregado. Colocando uma carga elétrica em vários pontos no campo de uma bola carregada e marcando as trajetórias da carga sob a ação de suas forças elétricas, obtemos uma série de linhas retas radicais divergentes em todas as direções. Essas linhas imaginárias ao longo das quais uma carga positiva e sem inércia introduzida em um campo elétrico tende a se mover são chamadas de linhas elétricas de força. Qualquer número de linhas de força pode ser desenhada em um campo elétrico. Com a ajuda de linhas gráficas, você pode representar graficamente não apenas a direção, mas também a força do campo elétrico em um determinado ponto.

A quantidade de eletricidade por unidade de superfície de um corpo carregado é chamada de densidade superficial da carga elétrica. Depende da quantidade de eletricidade no corpo, bem como da forma da superfície do condutor.

53. CONDUTOR E DIELÉTRICO EM CAMPO ELÉTRICO

Se um condutor isolado não carregado é introduzido em um campo elétrico, como resultado da ação das forças elétricas do campo no condutor, ocorre a separação de cargas elétricas. Os elétrons livres do condutor se moverão na direção oposta à direção do campo elétrico. Como resultado, na extremidade do condutor voltada para a bola carregada, haverá um excesso de elétrons, causando uma carga negativa desta extremidade, e na outra extremidade do condutor haverá uma falta de elétrons, causando uma carga positiva. carga desta parte do condutor.

A separação de cargas em um condutor sob a influência de um corpo carregado é chamada de eletrização por influência ou indução eletrostática, e as cargas no condutor são chamadas de cargas induzidas. À medida que o condutor se aproxima da bola carregada, o número de cargas induzidas no condutor aumenta. O campo elétrico de uma bola carregada muda assim que um condutor está nela. As linhas elétricas de força da bola, que antes divergiam uniforme e radicalmente, agora se dobram em direção ao condutor. Como o início e o fim das linhas de força elétrica são cargas elétricas na superfície dos condutores, então, começando na superfície com cargas positivas, a linha de força termina na superfície com cargas negativas. Um campo elétrico não pode existir dentro de um condutor. Caso contrário, haveria uma diferença de potencial entre os pontos individuais do condutor, o movimento das cargas (corrente de condução) ocorreria no condutor até que, devido à redistribuição das cargas, os potenciais de todos os pontos do condutor não se igualassem .

Isso é usado quando eles querem proteger o condutor da influência de campos elétricos externos. Para fazer isso, o condutor é cercado por outro condutor, feito na forma de uma superfície metálica sólida ou uma malha de arame com pequenos orifícios. As cargas induzidas formadas no condutor como resultado da influência de um campo carregado sobre ele podem ser separadas umas das outras quebrando o condutor ao meio.

Um dielétrico difere de um condutor pela ausência de elétrons livres. Os elétrons dos átomos dielétricos estão firmemente ligados ao núcleo atômico.

Um dielétrico introduzido em um campo elétrico, como um condutor, é eletrificado por influência. No entanto, há uma diferença significativa entre a eletrificação de um condutor e um dielétrico. Se em um condutor, sob a influência das forças de um campo elétrico, os elétrons livres se movem por todo o volume do condutor, em um dielétrico, o movimento livre de cargas elétricas não pode ocorrer. Mas dentro de uma molécula dielétrica, uma carga positiva se desloca na direção do campo elétrico e uma carga negativa na direção oposta. Como resultado da influência de um corpo carregado, as cargas elétricas surgirão na superfície do dielétrico. Esse fenômeno é chamado de polarização dielétrica. Existem duas classes de dielétricos. 1. Uma molécula em estado neutro tem cargas positivas e negativas tão próximas umas das outras que sua ação é mutuamente compensada. Sob a influência de um campo elétrico, as cargas positivas e negativas dentro da molécula são ligeiramente deslocadas uma em relação à outra, formando um dipolo. 2. As moléculas e na ausência de um campo elétrico formam dipolos. Tais dielétricos são chamados polares.

A necessidade da escolha correta da magnitude da intensidade do campo elétrico no dielétrico levou à criação da teoria da rigidez elétrica, que é importante para a tecnologia moderna de alta tensão.

54. PRINCIPAIS MATERIAIS DE ISOLAMENTO ELÉTRICO

amianto - um mineral com uma estrutura fibrosa. O comprimento da fibra é de dez frações de milímetro a vários centímetros. O amianto é usado para fazer fios, fitas, tecidos, papel, papelão, etc. Uma qualidade valiosa é sua alta resistência ao calor. O aquecimento até 300-400° não altera as propriedades do amianto. Devido à sua baixa condutividade térmica, o amianto é usado como isolante térmico em altas temperaturas. O amianto tem higroscopicidade, que diminui quando impregnado com resinas, betume, etc. As propriedades de isolamento elétrico do amianto são baixas. Portanto, não é aplicável em altas tensões.

Resina - resina frágil de cor amarelo claro ou marrom, obtida pelo processamento da resina de árvores coníferas. A colofónia dissolve-se em óleos de petróleo, hidrocarbonetos líquidos, óleos vegetais, álcool, terebintina. O ponto de amolecimento da colofónia é de 50-70 °C. Utilizado para a preparação de massas impregnantes e de enchimento.

Parafina - uma substância cerosa derivada do petróleo. A parafina bem purificada é uma substância cristalina branca. É utilizado para impregnação de madeira, papel, substâncias fibrosas, para enchimento de bobinas e transformadores de alta frequência, para a preparação de composições isolantes.

Mica - um mineral de estrutura cristalina. Devido à sua estrutura, divide-se facilmente em folhas individuais. Possui alta resistência elétrica, alta resistência ao calor, resistência à umidade, resistência mecânica e flexibilidade. Dois tipos de mica são usados: moscovita e flogopita, que diferem em composição, cor e propriedades. A moscovita é a melhor mica. Placas retangulares para capacitores, arruelas para eletrodomésticos, etc. são estampadas com folhas de mica.

Textolite - plástico, que é um tecido multicamada impregnado com resina resole e prensado sob alta pressão a 150". Qualidades positivas: baixa fragilidade, altas qualidades mecânicas, resistência à abrasão. Qualidades negativas: propriedades elétricas ruins, baixa resistência à umidade, mais caro.

Fibra feito de papel poroso tratado com solução de cloreto de zinco. Bom para processamento mecânico. A grande desvantagem é a sua higroscopicidade. fibra é corroída por ácidos e álcalis. Peças pequenas, juntas, armações de bobinas são feitas a partir dele. A fibra fina é chamada de letróide.

Ceresina obtido pelo refinamento de um mineral ceroso - ozocerita ou petrolato. Tem um ponto de fusão aumentado (65-80°) e maior resistência à oxidação. Utilizado para impregnação de capacitores de papel, preparação de compostos isolantes, etc.

Shellac - resina natural de plantas tropicais, seu ponto de fusão é de 100-200 °. Tem a aparência de escamas amareladas ou marrons, facilmente solúveis em álcool. É utilizado para a preparação de compostos de enchimento, vernizes isolantes e adesivos, impregnação de fitas isolantes.

Ardósia - xisto, tem uma estrutura em camadas. Não higroscópico, facilmente usinável. É utilizado para a fabricação de painéis, resguardos para chaves faca, etc.

Ebonite (borracha dura) é obtido da borracha adicionando 20-50% de enxofre a ela. Produzido na forma de chapas (placas), varas e tubos, presta-se bem à usinagem. É usado na técnica de correntes fracas, os fios são puxados em tubos de ebonite ao passar pelas paredes e com fiação oculta.

55. O CONCEITO DE CORRENTE ELÉTRICA. LEI DE OHM

O movimento de elétrons através de um condutor é chamado de corrente elétrica. Na engenharia elétrica, é convencionalmente aceito considerar a direção da corrente como oposta à direção do movimento dos elétrons em um condutor. Em outras palavras, considera-se que a direção da corrente coincide com a direção do movimento das cargas positivas. Os elétrons não percorrem todo o comprimento do condutor em seu movimento. Pelo contrário, eles percorrem distâncias muito curtas antes de colidir com outros elétrons, átomos ou moléculas. Essa distância é chamada o caminho livre médio dos elétrons. A eletricidade não pode ser observada diretamente. A passagem da corrente só pode ser julgada pelas ações que ela produz. Sinais pelos quais é fácil julgar a presença de corrente:

1) a corrente, passando por soluções de sais, álcalis, ácidos, bem como por sais fundidos, os decompõe em suas partes constituintes;

2) o condutor por onde passa a corrente elétrica é aquecido;

3) a corrente elétrica, passando pelo condutor, cria um campo magnético ao seu redor.

A instalação elétrica mais simples consiste em uma fonte (célula galvânica, bateria, gerador, etc.), consumidores ou receptores de energia elétrica (lâmpadas incandescentes, aquecedores elétricos, motores elétricos, etc.) os grampos do consumidor.

Uma corrente que não muda em magnitude ou direção é chamada de corrente contínua. A corrente elétrica direta só pode fluir através de um circuito elétrico fechado. Um circuito aberto em qualquer lugar faz com que a corrente elétrica pare. A corrente contínua é fornecida por células galvânicas, baterias, geradores DC, se as condições de operação do circuito elétrico não mudarem.

Uma carga passa pela seção transversal do condutor em um determinado tempo. A força da corrente que passa pela seção transversal do condutor ao longo do tempo é: I = q / t. A razão entre a corrente I e a área da seção transversal do condutor Z é chamada de densidade de corrente e é denotada por ?. ?=I/S; a densidade de corrente é medida em A/m2.

Quando um circuito elétrico é fechado, nos terminais dos quais existe uma diferença de potencial, surge uma corrente elétrica. Os elétrons livres sob a influência das forças do campo elétrico se movem ao longo do condutor. Em seu movimento, os elétrons colidem com os átomos do condutor e lhes dão uma reserva de sua energia cinética. A velocidade de movimento dos elétrons está mudando constantemente: quando os elétrons colidem com átomos, moléculas e outros elétrons, diminui, depois aumenta sob a influência de um campo elétrico e diminui novamente com uma nova colisão. Como resultado, um fluxo uniforme de elétrons é estabelecido no condutor a uma velocidade de várias frações de centímetro por segundo. Consequentemente, os elétrons que passam por um condutor sempre encontram resistência de seu lado ao seu movimento. Quando uma corrente elétrica passa por um condutor, este se aquece.

A resistência elétrica R de um condutor é a propriedade de um corpo ou meio de converter energia elétrica em energia térmica quando uma corrente elétrica passa por ele. R = ? l / S, onde ? é a resistência específica do condutor, l é o comprimento do condutor.

A corrente em uma seção do circuito é diretamente proporcional à tensão nessa seção e inversamente proporcional à resistência da mesma seção. Essa dependência é conhecida como lei de Ohm e é expressa pela fórmula: I = U/R. A corrente flui não apenas pela parte externa do circuito, mas também pela interna. A EMF (E) da fonte vai cobrir as perdas de tensão internas e externas no circuito. Lei de Ohm para todo o circuito: I = E / (R + r), onde R é a resistência da parte externa do circuito, r é a resistência da parte interna do circuito.

56. CONEXÃO DE CONDUTORES ENTRE ELES. PRIMEIRA LEI DE KIRCHHOFF

Condutores individuais de um circuito elétrico podem ser conectados entre si em série, em paralelo e misturados.

conexão serial condutores é tal conexão quando a extremidade do primeiro condutor está conectada ao início do segundo, a extremidade do segundo condutor está conectada ao início do terceiro, etc. A resistência total do circuito, consistindo em várias séries- condutores conectados, é igual à soma das resistências dos condutores individuais: R \u1d R2 + R3 + R1 +. +R||. A corrente em seções separadas do circuito em série é a mesma: I2 = I3= I1=I. A queda de tensão é proporcional à resistência de uma determinada seção. A tensão total do circuito é igual à soma das quedas de tensão em seções individuais do circuito: u \u2d u3 + UXNUMX + UXNUMX.

Conexão paralela condutores tal resistência é chamada quando os primórdios de todos os condutores são conectados em um ponto e as extremidades dos condutores em outro ponto. O início do circuito é conectado a um pólo da fonte de tensão e o final do circuito é conectado ao outro pólo.

Com uma conexão paralela de condutores para a passagem de corrente, existem várias maneiras. A corrente que flui para o ponto de ramificação se espalha ao longo de três resistências e é igual à soma das correntes que saem deste ponto: I= I1+ I2+ I3.

Se as correntes que chegam ao ponto de ramificação são consideradas positivas e as de saída são negativas, então para o ponto de ramificação você pode escrever: igual a zero. Essa relação, que relaciona as correntes em qualquer ponto de ramificação do circuito, é chamada de primeira lei de Kirchhoff. Normalmente, ao calcular circuitos elétricos, as direções das correntes nos ramos conectados a qualquer ponto de ramificação são desconhecidas. Portanto, para poder registrar a equação da primeira lei de Kirchhoff, é necessário escolher arbitrariamente os chamados sentidos positivos das correntes em todos os seus ramos antes de iniciar o cálculo do circuito e designá-los com setas no diagrama .

Usando a lei de Ohm, você pode derivar uma fórmula para calcular a resistência total quando os consumidores estão conectados em paralelo.

A corrente total que chega ao ponto é: I = U/R. As correntes em cada um dos ramos são: I1 = U1 /R1; I2= U2/R2; I3= U3/R3.

De acordo com a primeira lei de Kirchhoff, I = I1+I2+I3 ou U/R= U/R1+U/R2+U/R3.

Tomando U no lado direito da igualdade entre colchetes, obtemos: U/R = U(1/R1 + 1 /R2+ 1/R3).

Reduzindo ambos os lados da equação por U, obtemos a fórmula para calcular a condutividade total: 1 /R=1/R1+1/r2+ 1/R3.

Assim, com uma ligação em paralelo, não é a resistência que aumenta, mas sim a condutividade.

Ao calcular a resistência total de ramificação, ela sempre acaba sendo menor que a menor resistência incluída na ramificação.

Se as resistências conectadas em paralelo forem iguais entre si, a resistência total R é igual à resistência de um ramo R1 dividido pelo número de ramos n: R \u1d RXNUMX / n.

Uma conexão mista de condutores é uma conexão onde existem conexões seriais e paralelas de condutores individuais.

57. SEGUNDA LEI DE KIRCHHOFF. MÉTODO DE SOBREPOSIÇÃO

Ao calcular circuitos elétricos, muitas vezes encontramos circuitos que formam circuitos fechados. A composição de tais circuitos, além da resistência, também pode incluir forças eletromotrizes. Considere uma seção de um circuito elétrico complexo. A polaridade de todos os EMFs é fornecida.

Escolhemos arbitrariamente as direções positivas das correntes. Contornamos o contorno do ponto A em uma direção arbitrária, por exemplo, no sentido horário. Considere a seção AB. Nesta área, ocorre uma queda de potencial (a corrente flui de um ponto com maior potencial para um ponto com menor potencial).

Na seção AB: ?A + E1 - I1R1=?B.

No site BV: ?B - E2 - I2R2 = ?C.

Na seção VG: ?B = I3R3 + E3 = ?G.

No site HA: ?G - I4R4 = ?MAS.

Somando termo a termo as quatro equações acima, obtemos:

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

Transferindo o produto IR para o lado direito, obtemos: Ё1 - Ё2 + Ё3 = I1R1 + I2R2 + I3R3 + I4R4.

Esta expressão é a segunda Lei de Kirchhoff. A fórmula mostra que em qualquer circuito fechado a soma algébrica das forças eletromotrizes é igual à soma algébrica das quedas de tensão.

O método de sobreposição é usado para calcular circuitos elétricos com vários EMFs. A essência do método da superposição é que a corrente em qualquer parte do circuito pode ser considerada como consistindo de uma série de correntes parciais causadas por cada EMF individual, com o restante da EMF sendo igual a zero.

Nos problemas, existem cadeias que possuem apenas dois pontos nodais. Um número arbitrário de ramos pode ser incluído entre os pontos nodais. O cálculo de tais circuitos é bastante simplificado usando o método de tensão nodal.

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

O numerador da fórmula da tensão nodal representa a soma algébrica dos produtos da EMF dos ramos. No denominador da fórmula, é dada a soma das condutividades de todos os ramos. Se a EMF de qualquer ramo tiver uma direção oposta à indicada no diagrama, ela será incluída na fórmula da tensão nodal com um sinal de menos.

O método da corrente de loop é usado para calcular circuitos elétricos complexos com mais de duas correntes nodais. A essência do método está na suposição de que cada circuito tem sua própria corrente. Então, nas áreas comuns localizadas na fronteira de dois circuitos adjacentes, fluirá uma corrente igual à soma algébrica das correntes desses circuitos.

58. ELETRÓLISE. AS PRIMEIRA E SEGUNDA LEIS DE FARADAY

A corrente, passando por condutores líquidos, os decompõe em suas partes componentes. Portanto, os condutores líquidos são chamados eletrólitos. A decomposição de eletrólitos sob a ação de uma corrente elétrica é chamada de eletrólise. A eletrólise é realizada em banhos de galvanoplastia. banho galvânico é um recipiente onde um líquido é derramado - um eletrólito, que é submetido à decomposição pela corrente.

Duas placas (por exemplo, carbono) são abaixadas em um recipiente com eletrólito, que serão eletrodos. Conectamos o pólo negativo da fonte DC a um eletrodo (cátodo) e o pólo positivo ao outro eletrodo (ânodo) e fechamos o circuito. O fenômeno da eletrólise será acompanhado pela liberação de uma substância nos eletrodos. Durante a eletrólise, hidrogênio e metais são sempre liberados no cátodo. Daí resulta que a origem da corrente através de condutores líquidos está associada ao movimento dos átomos da substância.

Uma molécula neutra de uma substância, caindo em um solvente, se decompõe (se dissocia) em partes - íons que carregam cargas elétricas iguais e opostas. Isso é explicado pelo fato de que a força de interação entre as cargas colocadas em um meio com permeabilidade elétrica e diminui por um fator de e. Portanto, as forças que ligam uma molécula de uma substância localizada em um solvente com alta permeabilidade elétrica enfraquecem e as colisões térmicas das moléculas são suficientes para que elas comecem a se dividir em íons, ou seja, e. dissociar.

Junto com a dissociação de moléculas em solução, ocorre o processo inverso - a reunificação de íons em moléculas neutras (molização).

Os ácidos dissociam-se em íons de hidrogênio carregados positivamente e íons de resíduos ácidos carregados negativamente. Os álcalis dissociam-se em iões metálicos e iões de resíduos de água. Os sais dissociam-se em iões metálicos e iões de resíduos ácidos.

Se uma voltagem constante é aplicada aos eletrodos, um campo elétrico é formado entre os eletrodos. Os íons carregados positivamente se moverão em direção ao cátodo, os íons carregados negativamente - em direção ao ânodo. Chegando aos eletrodos, os íons são neutralizados.

O fenômeno da eletrólise foi estudado por Faraday do lado quantitativo e qualitativo. Ele descobriu que a quantidade de substância liberada durante a eletrólise nos eletrodos é proporcional à corrente e ao tempo de sua passagem, ou seja, à quantidade de substância que fluiu pelo eletrólito. Esta é a primeira lei de Faraday.

A mesma corrente, passando ao mesmo tempo por diferentes eletrólitos, libera diferentes quantidades de substância nos eletrodos. A quantidade de uma substância em miligramas liberada no eletrodo com uma corrente de 1A por 1s é chamada de equivalente eletroquímico e é denotada por b. A primeira lei de Faraday é expressa pela fórmula: m=a/t.

O equivalente químico (m) de uma substância é a razão entre o peso atômico (A) e a valência (n): m = A / n. A segunda lei de Faraday mostra de quais propriedades de uma substância depende o valor de seu equivalente eletroquímico.

A eletrólise encontrou ampla aplicação na engenharia. 1. Revestimento de metais com uma camada de outro metal por eletrólise (galvanoplastia). 2. Obtenção de cópias de objetos por eletrólise (galvanoplastia). 3. Refinação (purificação) de metais.

59. BATERIAS

Para alimentar os circuitos de controle, dispositivos de proteção, sinalização, automação, iluminação de emergência, acionamentos e bobinas de retenção de chaves de alta velocidade, mecanismos auxiliares em centrais e subestações, deve haver tal fonte de energia elétrica, cujo funcionamento não dependa sobre o estado das unidades principais da usina ou subestação. Esta fonte de energia deve garantir o funcionamento ininterrupto e preciso destes circuitos tanto durante o funcionamento normal da instalação como em caso de acidente. Tal fonte de energia em usinas e subestações é bateria do acumulador. Uma bateria carregada oportunamente com grande capacidade pode alimentar os pantógrafos durante todo o tempo do acidente.

As baterias também são usadas para iluminação de vagões, vagões ferroviários, movimentação de carros elétricos e submarinos, para alimentar instalações de rádio e dispositivos diversos, em laboratórios e para outros fins.

A bateria é uma fonte secundária de tensão elétrica, pois, ao contrário das células galvânicas, só pode fornecer energia após uma pré-carga. A bateria é carregada ao ser conectada a uma fonte de tensão constante. Como resultado do processo de eletrólise, o estado químico das placas da bateria muda e uma certa diferença de potencial é estabelecida entre elas.

A bateria recarregável é completada por vários acumuladores de chumbo-ácido ou alcalinos.

Uma bateria de chumbo-ácido consiste em várias placas positivas e negativas imersas em um recipiente de eletrólito. O eletrólito é uma solução de ácido sulfúrico em água destilada. As placas da bateria são superficiais e maciças. As placas de superfície são feitas de chumbo puro. Para aumentar a área de superfície das placas, elas são nervuradas.

As placas de massa são uma grade de chumbo, nas células das quais os óxidos de chumbo são espalhados. Para evitar que a massa caia das células, a placa é coberta em ambos os lados com folhas de chumbo com furos. Normalmente, a placa positiva da bateria é feita de superfície e a negativa é a massa. Placas positivas separadas, bem como placas negativas, são soldadas em dois blocos isolados um do outro. Para que as placas positivas funcionem dos dois lados, elas são retiradas uma a mais do que as negativas.

Existem dois tipos de pilhas alcalinas: cádmio-níquel e ferro-níquel.

Placas de bateria alcalina são estruturas de aço niquelado com células nas quais são colocados sacos de aço perfurado niquelado fino. A massa ativa é pressionada nos sacos.

O recipiente das pilhas alcalinas é uma caixa de aço soldado, na tampa da qual existem três orifícios: dois para a retirada das pinças e um para o enchimento do eletrólito e dos gases de escape. Vantagens: chumbo deficiente não é consumido; têm grande resistência e resistência mecânica; com exposição prolongada, sofrem pequenas perdas por autodescarga e não se deterioram; emitem gases e fumos menos nocivos; têm menos peso. Desvantagens: menor CEM; menor eficiência; custo mais alto.

60. LÂMPADAS ELÉTRICAS INCANDESCENTES

A lâmpada incandescente foi inventada por um cientista russo UM. Lodygin e foi mostrado a eles pela primeira vez em 1873.

O princípio de funcionamento de uma lâmpada incandescente baseia-se no forte aquecimento de um condutor (filamento) quando uma corrente elétrica passa por ele. Nesse caso, o condutor passa a emitir, além da térmica, também energia luminosa. Para evitar que o filamento queime, ele deve ser movido para um frasco de vidro do qual o ar é bombeado. É assim que as chamadas lâmpadas ocas são dispostas. Inicialmente, o filamento de carbono, obtido pela calcinação de fibras vegetais, era usado como filamento. Lâmpadas com tal filamento emitiam uma luz fraca e amarelada, consumindo energia. O filamento de carbono, aquecido a uma temperatura de 1700°, queimou-se gradualmente, o que levou a uma morte relativamente rápida da lâmpada. As lâmpadas de filamento de carbono estão fora de uso.

Agora, nas lâmpadas incandescentes, em vez de um filamento de carbono, é usado um filamento feito dos metais refratários ósmio ou tungstênio. Um filamento de tungstênio, aquecido até 2200 ° em lâmpadas ocas, emitindo uma luz mais brilhante, consome menos energia que um filamento de carbono.

A queima do filamento é reduzida se o bulbo de vidro (cilindro) da lâmpada for preenchido com um gás que não suporta a combustão, como nitrogênio ou argônio. Essas lâmpadas são chamadas de cheias de gás. A temperatura do filamento durante a operação de tal lâmpada atinge 2800 °.

Nossa indústria produz lâmpadas incandescentes para tensões de 36, 110, 127 e 220 V. Para fins especiais, as lâmpadas também são feitas para outras tensões.

As lâmpadas incandescentes têm uma eficiência muito baixa. Neles, apenas cerca de 4-5% da energia elétrica total consumida pela lâmpada é convertida em energia luminosa; o restante da energia é convertido em calor.

Atualmente, as lâmpadas de iluminação a gás são amplamente utilizadas. Eles usam a propriedade dos gases rarefeitos para brilhar quando uma corrente elétrica passa por eles. A luz emitida por uma lâmpada a gás depende da natureza do gás. Neon dá luz vermelho-laranja, argônio - azul-violeta, hélio - rosa amarelado. As lâmpadas a gás são alimentadas por corrente alternada de alta tensão obtida por meio de transformadores. Essas lâmpadas encontraram aplicação para letreiros, anúncios e iluminação.

Nossa indústria também produz lâmpadas contendo vapor de mercúrio rarefeito em seus tubos de vidro. Ao passar corrente através deles, os vapores podem brilhar fracamente.

A superfície interna do tubo da lâmpada é revestida com um composto especial - um fósforo que brilha sob a ação do brilho do vapor de mercúrio. Essas lâmpadas são chamadas lâmpadas fluorescentes.

Atualmente, estão sendo produzidos três tipos de lâmpadas fluorescentes: lâmpadas fluorescentes usadas para iluminar locais onde a diferenciação de cores é necessária - impressão, indústria de algodão, etc.; lâmpadas de luz branca para iluminação de instalações industriais, de escritórios e residenciais; lâmpadas brancas quentes para iluminar museus, teatros e galerias de arte. As lâmpadas fluorescentes são quatro vezes mais eficientes do que as lâmpadas incandescentes convencionais.

61. SOLDAGEM ELÉTRICA

Existem dois tipos de soldagem elétrica:

1) arco;

2) soldagem por resistência elétrica. A soldagem a arco elétrico foi inventada por um engenheiro russo N.N. Benardos em 1882

A soldagem a arco utiliza o calor gerado por um arco elétrico. Ao soldar de acordo com o método Benardos, um pólo da fonte de tensão é conectado a uma haste de carbono e o outro pólo às peças a serem soldadas. Uma haste de metal fina é introduzida na chama de um arco elétrico, que derrete, e gotas de metal fundido, fluindo sobre as peças e solidificando, formam uma costura de soldagem.

Em 1891, um engenheiro russo N.G. Slavyanov propuseram outro método de soldagem a arco elétrico, que foi o mais amplamente utilizado. A soldagem elétrica de acordo com o método Slavyanov é a seguinte. A haste de carbono é substituída por um eletrodo de metal. O próprio eletrodo derrete, e o metal fundido, solidificando, conecta as peças a serem soldadas. Depois de usar o eletrodo, ele é substituído por um novo.

Antes de soldar a peça, ela deve ser completamente limpa de ferrugem, escamas, óleo, sujeira com um cinzel, lima, lixa.

Para criar um arco estável e obter uma costura forte, os eletrodos de metal são revestidos com compostos especiais. Tal revestimento também derrete durante a fusão do eletrodo e, derramando sobre as superfícies fortemente aquecidas das peças a serem soldadas, não permite que elas oxidem.

Soldagem por resistência elétrica. Se você colocar duas peças de metal juntas e passar uma forte corrente elétrica através delas, devido à liberação de calor no ponto de contato das peças (devido à alta resistência transitória), estas últimas são aquecidas a uma alta temperatura e soldado.

Atualmente, a soldagem elétrica, tanto por arco quanto por resistência, entrou firmemente na indústria e se tornou muito difundida. Eles soldam chapas e cantoneiras de aço, vigas e trilhos, mastros e tubos, treliças e caldeiras, navios, etc. A soldagem é usada para fazer novas e reparar peças antigas de aço, ferro fundido e metais não ferrosos.

Novos métodos de utilização da soldagem elétrica foram desenvolvidos: soldagem elétrica subaquática; soldagem automática; soldagem com corrente alternada (o aparelho possui uma peça especial - um oscilador, cujo objetivo é gerar corrente alternada de alta tensão e altíssima frequência, o que garante a queima estável do arco ao soldar peças metálicas finas e grossas).

Ao fechar e abrir um disjuntor ou disjuntor, bem como fechar e abrir os contatos de dispositivos e aparelhos, uma faísca elétrica que ocorre entre os contatos e, muitas vezes, o arco elétrico que o segue, derrete o metal e os contatos queimam ou solda, interrompendo o funcionamento da instalação. Esse fenômeno é chamado de erosão elétrica. A faísca em sua aparência, por assim dizer, "rói" o metal. Para combater a faísca, às vezes um capacitor de uma determinada capacidade é incluído entre os contatos em paralelo com o centelhador.

Engenheiros B. R. Lazarenko e I. N. Lazarenko usou a propriedade de uma faísca elétrica para "roer metal" em uma instalação eletroerosiva projetada por eles. O funcionamento da instalação é basicamente o seguinte. Um fio de uma fonte de tensão é conectado à haste de metal. O outro fio é conectado à peça de trabalho que está no óleo. Uma haste de metal é feita para vibrar. Uma faísca elétrica que ocorre entre a haste e a peça “rói” a peça, fazendo nela um furo que tem o mesmo formato da seção da haste (hexagonal, quadrado, triangular, etc.).

62. ELETROMAGNETISMO

O campo magnético é um dos dois lados do campo eletromagnético, excitado pelas cargas elétricas das partículas em movimento e uma mudança no campo elétrico e caracterizado por um efeito de força nas partículas carregadas em movimento e, portanto, nas correntes elétricas.

A direção das linhas de indução magnética muda com uma mudança na direção da corrente no condutor. As linhas de indução magnética em torno de um condutor têm as seguintes propriedades:

1) as linhas de indução magnética de um condutor reto estão na forma de círculos concêntricos;

2) quanto mais próximo do condutor, mais densas são as linhas de indução magnética;

3) a indução magnética (intensidade do campo) depende da magnitude da corrente no condutor;

4) a direção das linhas de indução magnética depende da direção da corrente no condutor. A direção das linhas de indução magnética em torno de um condutor com corrente pode ser determinada pela "regra da verruma". Se um verruma (saca-rolhas) com uma rosca direita se move para frente na direção da corrente, a direção de rotação da alça coincidirá com a direção das linhas de indução magnética ao redor do condutor.

O campo magnético é caracterizado por um vetor de indução magnética, que tem uma certa magnitude e uma certa direção no espaço.

Uma linha tangente a cada ponto que coincide com a direção do vetor de indução magnética é chamada de linha de indução magnética ou linha de indução magnética.

O produto da indução magnética pelo tamanho da área perpendicular à direção do campo (vetor de indução magnética) é chamado de fluxo do vetor de indução magnética ou simplesmente fluxo magnético e é denotado pela letra Ф: Ф = BS. A unidade de medição é weber (Wb).

solenóide Um condutor enrolado é chamado, através do qual uma corrente elétrica é passada. Para determinar os pólos do solenóide, é usada a “Regra do Gimlet”, aplicando-a da seguinte forma: se você colocar o gimlet ao longo do eixo do solenóide e girá-lo na direção da corrente nas voltas do solenóide, o movimento de translação da verruma mostrará a direção do campo magnético.

Um solenóide com um núcleo de aço (ferro) é chamado de eletroímã. O campo magnético de um eletroímã é mais forte que o de um solenóide porque o pedaço de aço embutido no solenóide é magnetizado e o campo magnético resultante é amplificado. Os pólos de um eletroímã podem ser determinados, assim como um solenóide, de acordo com a "regra da verruma".

O fluxo magnético de um solenóide (eletroímã) aumenta com o aumento do número de voltas e da corrente nele. A força de magnetização depende do produto da corrente e do número de voltas.

Você pode aumentar o fluxo magnético do solenóide das seguintes maneiras:

1) coloque um núcleo de aço no solenóide, transformando-o em um eletroímã;

2) aumentar a seção transversal do núcleo de aço do eletroímã (já que com uma determinada corrente, intensidade do campo magnético e, portanto, indução magnética, um aumento na seção transversal leva a um aumento no fluxo magnético);

3) reduzir o entreferro do eletroímã (porque com uma diminuição no caminho das linhas magnéticas através do ar, a resistência magnética diminui).

63. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

O fenômeno de EMF em um circuito quando é atravessado por um campo magnético é chamado Indução eletromagnética e foi descoberto por um físico inglês M. Faradeem em 1831

Um condutor que transporta uma corrente elétrica é cercado por um campo magnético. Se você alterar a magnitude ou direção da corrente no condutor, ou abrir e fechar o circuito elétrico que fornece corrente ao condutor, o campo magnético ao redor do condutor mudará. Mudando, o campo magnético do condutor atravessa o mesmo condutor e induz uma EMF nele. Esse fenômeno é chamado de auto-indução. A própria fem induzida é chamada fem de auto-indução.

A EMF induzida ocorre nos seguintes casos.

1. Quando um condutor em movimento cruza um campo magnético fixo ou, inversamente, um campo magnético em movimento cruza um condutor fixo; ou quando um condutor e um campo magnético, movendo-se no espaço, se movem em relação um ao outro.

2. Quando um campo magnético alternado de um condutor, agindo sobre outro condutor, induz nele uma EMF.

3. Quando o campo magnético variável do condutor induz um EMF nele (auto-indução).

Para determinar a EMF induzida no condutor, a “regra da mão direita” é usada: se você colocar mentalmente sua mão direita em um campo magnético ao longo do condutor, de modo que as linhas magnéticas que saem do pólo norte entrem na palma da mão e a curva polegar coincide com a direção do movimento do condutor, então quatro dedos estendidos mostrarão a direção da fem induzida no condutor.

O valor da fem induzida no condutor depende de:

1) sobre a magnitude da indução do campo magnético, pois quanto mais densas forem as linhas de indução magnética, maior será o número delas cruzando o condutor por unidade de tempo;

2) na velocidade do condutor em um campo magnético, pois em alta velocidade de movimento o condutor pode cruzar mais linhas de indução por unidade de tempo;

3) no comprimento de trabalho (localizado em um campo magnético) do condutor, pois um condutor longo pode cruzar mais linhas de indução por unidade de tempo;

4) sobre o valor do seno do ângulo entre a direção do movimento do condutor e a direção do campo magnético.

Em 1834, um acadêmico russo E.Kh. Lenz deu uma regra universal para determinar a direção da fem induzida em um condutor. Essa regra, conhecida como regra de Lenz, é formulada da seguinte forma: a direção da fem induzida é sempre a mesma, que a corrente causada por ela e seu campo magnético são de tal direção que tendem a interferir na causa que a gera. fem induzida

As correntes que são induzidas em corpos metálicos quando são atravessadas por linhas magnéticas são chamadas de correntes parasitas, ou correntes de Foucault.

Para reduzir as perdas por correntes parasitas, as armaduras de geradores, motores elétricos e núcleos de transformadores são montados a partir de chapas de aço macio estampadas finas (0,35-0,5 mm), localizadas na direção das linhas de fluxo magnético e isoladas umas das outras com verniz ou papel fino. Isso é feito para reduzir a magnitude do fluxo magnético que passa por ela devido à pequena seção transversal de cada chapa de aço e, portanto, reduzir o EMF e a corrente induzida nela.

As correntes parasitas são úteis. Essas correntes são usadas para endurecer produtos de aço com correntes de alta frequência na operação de instrumentos de medição elétrica por indução, medidores e relés CA.

64. RECEBENDO CORRENTE CA

Seja um campo magnético uniforme formado entre os pólos de um eletroímã. Dentro do campo, sob a ação de uma força externa, um condutor metálico retilíneo gira em círculo no sentido do movimento no sentido horário. A interseção de condutores de linhas magnéticas levará ao aparecimento de uma fem induzida no condutor. O valor desta EMF depende da magnitude da indução magnética, do comprimento ativo do condutor, da velocidade com que o condutor cruza as linhas magnéticas e do seno do ângulo entre a direção do movimento do condutor e a direção do campo magnético. ?= Bl?pecado?.

Decompomos a velocidade periférica em duas componentes - normal e tangencial em relação à direção da indução magnética. A componente normal da velocidade determina a FEM induzida de indução e é igual a:

?n = ?sin?. A componente tangencial da velocidade não participa da criação da EMF induzida e é igual a:

Ao se mover, o condutor ocupará várias posições. Para uma revolução completa do condutor, a EMF nele primeiro aumenta de zero para um valor máximo, depois diminui para zero e, mudando sua direção, aumenta novamente para um valor máximo e novamente diminui para zero. Com mais movimento do condutor, as mudanças no EMF serão repetidas.

Uma corrente que varia em magnitude e direção fluirá no circuito externo. Essa corrente é chamada variáveis em contraste com permanente, que fornecem células galvânicas e baterias.

A EMF variável e a corrente alternada mudam periodicamente sua direção e magnitude. O valor de uma variável (corrente, tensão e EMF) em um determinado ponto no tempo é chamado de valor instantâneo. O maior dos valores instantâneos de uma variável é chamado de valor máximo, ou amplitude, e é denotado por Im, Um.

O período de tempo após o qual as mudanças na variável são repetidas é chamado de período T (medido em segundos). O número de períodos por unidade de tempo é chamado de frequência da corrente alternada e é denotado por v (medido em hertz). Na engenharia, são usadas correntes de várias frequências. A frequência industrial padrão na Rússia é de -50 Hz.

A EMF no condutor é induzida de acordo com a lei do seno. Este EMF é chamado sinusoidal.

A corrente senoidal alternada durante o período tem valores instantâneos diferentes. As ações da corrente não são determinadas por valores de amplitude ou instantâneos. Para avaliar o efeito produzido pela corrente alternada, comparamos com o efeito térmico da corrente contínua. A potência CC que passa pela resistência será C = I2R.

A relação entre os valores efetivos e de pico da força da corrente e da tensão CA tem a forma:

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

O valor efetivo de uma corrente alternada é igual a uma corrente contínua, que, passando pela mesma resistência que a corrente alternada, libera a mesma quantidade de energia no mesmo tempo.

65. CIRCUITOS AC

Considere um circuito consistindo de resistência R. Por simplicidade, desprezamos a influência da indutância e capacitância. Uma tensão senoidal u = Umsin?t é aplicada aos terminais do circuito. De acordo com a lei de Ohm, o valor instantâneo da corrente será: i \uXNUMXd u / r =(Um / r) pecado?t = Eu sou pecado?t.

A fórmula de potência para um circuito CA com resistência ativa é a mesma que a fórmula de potência para um circuito CC: P \u2d IXNUMXR. Todos os condutores têm resistência ativa. Em um circuito de corrente alternada, os filamentos de lâmpadas incandescentes, espirais de aquecedores elétricos e reostatos, lâmpadas de arco e longos condutores retos possuem praticamente apenas uma resistência ativa.

Considere um circuito CA contendo uma bobina com indutância L sem núcleo de aço. Por simplicidade, vamos supor que a resistência ativa da bobina é muito pequena e pode ser desprezada.

A corrente muda com a maior velocidade perto de seus valores zero. Perto dos valores máximos, a taxa de variação da corrente diminui e, no valor máximo da corrente, seu aumento é igual a zero. Assim, a corrente alternada varia não apenas em magnitude e direção, mas também na taxa de sua mudança. Uma corrente alternada, passando pelas espiras da bobina, cria um campo magnético alternado. As linhas magnéticas deste campo, cruzando as espiras de sua própria bobina, induzem nelas uma EMF de auto-indução. Como a indutância da bobina em nosso caso permanece inalterada, a EMF de autoindução dependerá apenas da taxa de variação da corrente. A maior taxa de mudança de corrente ocorre perto de valores de corrente zero. Consequentemente, a EMF de auto-indução tem o maior valor nos mesmos momentos.

No momento inicial, a corrente aumenta acentuada e rapidamente a partir de zero e, portanto, tem um valor máximo negativo. Como a corrente aumenta, a EMF de auto-indução, de acordo com a regra de Lenz, deve evitar que a corrente mude. Portanto, o EMF de auto-indução com o aumento da corrente terá uma direção oposta à corrente. A taxa de variação da corrente diminui à medida que se aproxima do máximo. Portanto, a EMF de auto-indução também diminui, até que, finalmente, na corrente máxima, quando suas variações são iguais a zero, ela se torna igual a zero.

A corrente alternada, tendo atingido um máximo, começa a diminuir. De acordo com a regra de Lenz, a EMF de auto-indução impedirá que a corrente diminua e, já direcionada na direção do fluxo de corrente, a sustentará.

Com uma mudança adicional, a corrente alternada diminui rapidamente para zero. Uma diminuição acentuada na corrente na bobina também acarretará uma rápida diminuição no campo magnético e, como resultado da interseção das linhas magnéticas das espiras da bobina, a maior EMF de auto-indução será induzida nelas .

Como o EMF de autoindução em circuitos de corrente alternada neutraliza continuamente as mudanças na corrente, para permitir que a corrente flua através das espiras da bobina, a tensão da rede deve equilibrar o EMF de autoindução. Ou seja, a tensão da rede em cada momento deve ser igual e oposta à EMF de auto-indução.

O valor XL = ?L é chamado reatância indutiva, que é uma espécie de obstáculo que o circuito tem para alterar a corrente nele.

O valor XC = 1/(?C) é chamado resistência capacitiva, que, como a reatância indutiva, depende da frequência da corrente alternada.

66. CIRCUITO OSCILATÓRIO

Considere o caso de obter corrente alternada descarregando um capacitor em uma bobina.

Um capacitor carregado tem uma reserva de energia elétrica. Quando em curto com a bobina, ela começará a descarregar e o fornecimento de energia elétrica nela diminuirá. A corrente de descarga do capacitor, passando pelas espiras da bobina, cria um campo magnético. Consequentemente, a bobina começará a armazenar energia magnética. Quando o capacitor estiver totalmente descarregado, sua energia elétrica se tornará zero. Neste momento, a bobina terá um fornecimento máximo de energia magnética. Agora a própria bobina se torna um gerador de corrente elétrica e começa a recarregar o capacitor. A fem de auto-indução que ocorre na bobina durante o período de crescimento do campo magnético impediu que a corrente aumentasse. Agora, quando o campo magnético da bobina diminuir, a EMF de auto-indução tende a manter a corrente na mesma direção. No momento em que a energia magnética da bobina se tornar igual a zero, as placas do capacitor serão carregadas de forma oposta à que foram carregadas no início e, se a resistência do circuito for zero, o capacitor receberá a alimentação inicial de energia elétrica. Em seguida, o capacitor receberá o fornecimento inicial de energia elétrica. Em seguida, o capacitor começará a descarregar novamente, criando uma corrente reversa no circuito, e o processo será repetido.

As transformações alternadas de energia elétrica em energia magnética e vice-versa formam a base do processo de oscilações eletromagnéticas. Um circuito que consiste em capacitância e indutância no qual ocorre o processo de oscilações eletromagnéticas é chamado de circuito oscilatório.

As flutuações periódicas de energia que ocorrem em um circuito oscilatório podem continuar indefinidamente na forma de oscilações não amortecidas se não houver perdas no próprio circuito oscilatório. No entanto, a presença de resistência ativa leva ao fato de que a reserva de energia do circuito diminui a cada período devido às perdas de calor na resistência ativa, fazendo com que as oscilações se extingam.

O período de oscilações eletromagnéticas que ocorrem em um circuito oscilatório sem resistência é determinado pela fórmula de Thomson.

Existem duas maneiras de alterar o tempo do período de oscilação do circuito - alterando a indutância da bobina ou a capacitância do capacitor. Ambos os métodos são usados ​​para esta finalidade na engenharia de rádio.

Um circuito oscilatório é um acessório necessário para cada receptor de rádio e transmissor de rádio.

O princípio da transmissão de rádio é o seguinte. As oscilações eletromagnéticas são criadas na antena da estação de rádio transmissora com a ajuda de geradores de tubo. A amplitude da oscilação depende de vários fatores, incluindo a quantidade de corrente que flui no circuito do microfone, que recebe vibrações sonoras devido à fala ou à música.

Mudanças nas vibrações de alta frequência com a ajuda de vibrações sonoras são chamadas modulação.

A comunicação por rádio foi realizada pela primeira vez por um notável cientista russo COMO. Popov (1859-1905).

67. CA TRIFÁSICO

Sistema polifásico chamado de conjunto de EMF variável de mesma frequência e deslocado de fase uma em relação à outra por quaisquer ângulos.

Cada EMF pode operar em seu próprio circuito e não estar associado a outro EMF. Tal sistema é chamado não relacionado.

A desvantagem de um sistema multifásico desacoplado é um grande número de fios, igual a 2 m. Assim, por exemplo, são necessários seis fios para transmitir energia através de um sistema trifásico. Um sistema polifásico no qual as fases individuais são eletricamente conectadas umas às outras é chamado de sistema polifásico acoplado.

A corrente polifásica tem vantagens importantes:

1) ao transferir a mesma potência por corrente multifásica, é necessária uma seção transversal menor dos fios do que com uma corrente monofásica;

2) com a ajuda de bobinas fixas ou enrolamentos, cria um campo magnético rotativo utilizado no funcionamento de motores e diversos dispositivos de corrente alternada.

Dos sistemas de corrente multifásica, a corrente alternada trifásica recebeu a aplicação mais prática.

Acontece o seguinte. Se três espiras são colocadas em um campo magnético uniforme dos pólos, cada um deles está localizado em um ângulo de 120 ° em relação ao outro, e as espiras são giradas a uma velocidade angular constante, então um EMF será induzido no voltas, que também serão deslocadas de fase em 120 °.

Na prática, para obter uma corrente trifásica, três enrolamentos são feitos no estator de um alternador, deslocados um em relação ao outro em 120 °.

Eles são chamados de enrolamentos de fase ou simplesmente fases do gerador.

Um sistema de corrente trifásico desacoplado não é usado na prática.

Os enrolamentos de fase de geradores e consumidores de corrente trifásica são conectados de acordo com o esquema estrela ou delta.

Se os enrolamentos de fase do gerador ou consumidor estiverem conectados de modo que as extremidades dos enrolamentos sejam fechadas em um ponto comum e os inícios dos enrolamentos estiverem conectados a fios lineares, essa conexão será chamada Estrela. Na conexão em estrela, a tensão da linha é V3 vezes a tensão da fase. Com uma carga desigual, as tensões de fase do consumidor são diferentes em magnitude e a magnitude da tensão de fase é proporcional à resistência de fase. O deslocamento do ponto zero do consumidor, que ocorre em decorrência de uma carga desigual, leva a um fenômeno indesejável nas redes de iluminação. Quanto maior o número e a potência das lâmpadas incluídas na fase, menor será a resistência, menor será a tensão da fase, mais fraca será a queima.

Além da conexão em estrela, geradores ou consumidores de corrente trifásicos podem ser ligados um triângulo.

Com uma carga delta uniforme, a corrente de linha é V3 vezes a corrente de fase.

Em motores e outros consumidores de corrente trifásica, na maioria dos casos, todas as seis extremidades dos três enrolamentos são de saída, que, se desejado, podem ser conectadas com uma estrela ou um triângulo. Normalmente, uma placa de material isolante (placa de terminais) é anexada a uma máquina trifásica, da qual todas as seis extremidades são trazidas para fora.

A potência de um sistema trifásico pode ser calculada pela fórmula: P = ?3 IUcos ?.

68. TRANSFORMADORES

Em 1876 P.I. Yablochkov sugeriu o uso de um transformador para alimentar as velas. No futuro, o projeto de transformadores foi desenvolvido por outro inventor russo, um mecânico E SE. Usagin, que sugeriu o uso de transformadores para alimentar não apenas as velas Yablochkov, mas também outros consumidores de energia elétrica.

Um transformador é um dispositivo elétrico baseado no fenômeno de indução mútua e projetado para converter a corrente alternada de uma tensão em corrente alternada de uma tensão diferente, mas da mesma frequência. O transformador mais simples tem um núcleo de aço e dois enrolamentos isolados do núcleo e um do outro.

O enrolamento de um transformador que está conectado a uma fonte de tensão é chamado de Primeira frase, e o enrolamento ao qual os consumidores estão conectados ou linhas de transmissão que levam aos consumidores é chamado enrolamento secundário.

Uma corrente alternada, passando pelo enrolamento primário, cria um fluxo magnético alternado, que se interliga com as espiras do enrolamento secundário e induz uma fem neles.

Como o fluxo magnético é variável, a EMF induzida no enrolamento secundário do transformador também é variável e sua frequência é igual à frequência da corrente no enrolamento primário.

O fluxo magnético variável que passa pelo núcleo do transformador atravessa não apenas o enrolamento secundário, mas também o enrolamento primário do transformador. Portanto, um EMF também será induzido no enrolamento primário.

A magnitude da EMF induzida nos enrolamentos do transformador depende da frequência da corrente alternada, do número de voltas de cada enrolamento e da magnitude do fluxo magnético no núcleo. A uma certa frequência e fluxo magnético constante, o valor do EMF de cada enrolamento depende apenas do número de voltas desse enrolamento. Essa relação entre os valores de EMF e o número de voltas dos enrolamentos do transformador pode ser expressa pela fórmula:

A diferença entre EMF e tensão é tão pequena que a relação entre as tensões e o número de voltas de ambos os enrolamentos pode ser expressa pela fórmula: U1 / U2 = N1 / N2. A diferença entre EMF e tensão no enrolamento primário do transformador torna-se especialmente pequena quando o enrolamento secundário está aberto e a corrente nele é zero (inativo), e apenas uma pequena corrente flui no enrolamento primário, chamada de corrente sem carga . Nesse caso, a tensão nos terminais do enrolamento secundário é igual à EMF induzida nele.

O número que mostra quantas vezes a tensão no enrolamento primário é maior (ou menor) que a tensão no enrolamento secundário é chamado de relação de transformação e é denotado pela letra k. k = U1/U2? N1 / N2.

A tensão nominal dos enrolamentos de alta e baixa tensão, indicada na placa de identificação do transformador, refere-se ao modo de marcha lenta.

Os transformadores que servem para aumentar a tensão são chamados de step-up; sua razão de transformação é menor que um. Os transformadores redutores reduzem a tensão; sua razão de transformação é maior que um.

O modo em que o enrolamento secundário do transformador está aberto e uma tensão alternada é aplicada aos terminais do enrolamento primário é chamado de operação inativa ou inativa do transformador.

69. DISPOSITIVO E TIPOS DE TRANSFORMADORES

O núcleo (circuito magnético) do transformador forma um circuito fechado para o fluxo magnético e é feito de chapa de aço elétrico (transformador) com espessura de 0,5 e 0,35 mm. O aço elétrico é um aço que contém 4-4,8% de silício em peso. A presença de silício melhora as propriedades magnéticas do aço e aumenta sua resistividade a correntes parasitas. Chapas de aço separadas são revestidas com uma camada de verniz para isolá-las umas das outras, após o que são apertadas com parafusos passados ​​em buchas isolantes. Tal dispositivo é usado para reduzir as correntes parasitas induzidas no aço por um fluxo magnético alternado. As partes do circuito magnético em que o enrolamento é colocado são chamadas de hastes. As hastes são conectadas pelos garfos superior e inferior.

De acordo com o projeto do circuito magnético, distinguem-se dois tipos de transformadores: haste e blindado. Em um transformador tipo haste, os enrolamentos cobrem as hastes do circuito magnético; em transformadores blindados, o circuito magnético, ao contrário, como "blindagem", cobre os enrolamentos. No caso de uma falha no enrolamento de um transformador blindado, é inconveniente inspecionar e difícil de reparar. Portanto, os mais difundidos são os transformadores do tipo haste.

O enrolamento do transformador é feito de cobre redondo ou retangular isolado. Um cilindro isolante (geralmente papelão impregnado com verniz de baquelite) é primeiro colocado no núcleo do circuito magnético, no qual é colocado um enrolamento de baixa tensão. A localização do enrolamento de baixa tensão mais próximo da haste é explicada pelo fato de ser mais fácil isolá-lo da haste de aço do que do enrolamento de alta tensão.

Outro cilindro isolante é colocado no enrolamento de baixa tensão sobreposto, no qual o enrolamento de alta tensão é colocado.

Esses transformadores são chamados de dois enrolamentos. Existem transformadores que possuem um enrolamento primário e dois enrolamentos secundários por fase. O enrolamento primário é o enrolamento de maior tensão. Os enrolamentos secundários, dependendo da magnitude da tensão em seus terminais, são chamados: um é o enrolamento de média tensão e o outro é o enrolamento de baixa tensão. Esses transformadores são chamados três enrolamentos.

Para a transformação da corrente trifásica, você pode usar transformadores monofásicos. Se combinarmos o aço de três núcleos em um núcleo comum, obtemos o núcleo de um transformador trifásico. O custo do aço do transformador para um transformador trifásico é muito menor do que para a instalação de três transformadores monofásicos.

Se a potência necessária para a transformação for maior que a potência de um transformador, então, neste caso, vários transformadores são ligados para operação em paralelo.

Para habilitar a operação paralela de transformadores monofásicos, as seguintes condições devem ser atendidas.

1. As tensões dos enrolamentos primário e secundário dos transformadores ligados em paralelo devem ser iguais. Neste caso, as relações de transformação dos transformadores também serão iguais.

2. Igualdade de tensões de curto-circuito.

3. Ligação pelas mesmas fases do lado das tensões mais altas e mais baixas.

Um autotransformador é um transformador que possui apenas um enrolamento em seu núcleo. Ambos os circuitos primário e secundário são conectados a vários pontos deste enrolamento. O fluxo magnético de um autotransformador induz uma força elétrica no enrolamento. Esta força eletromotriz é quase igual à tensão aplicada.

70. MOTORES ASSÍNCRONOS

máquina assíncrona uma máquina de corrente alternada é chamada, na qual a velocidade de rotação do rotor é menor que a velocidade de rotação do campo magnético do estator e depende da carga. Uma máquina assíncrona, assim como outras máquinas elétricas, possui a propriedade de reversibilidade, ou seja, pode operar tanto no modo motor quanto no modo gerador.

O motor de indução trifásico foi inventado pelo engenheiro russo M.O. Dolivo-Dobrovolsky em 1890 e desde então, passando por melhorias, conquistou firmemente seu lugar na indústria e se difundiu em todos os países do mundo.

Um motor de indução tem duas partes principais - estator e rotor. O estator é a parte fixa da máquina. As ranhuras são feitas na parte interna do estator, onde é colocado um enrolamento trifásico, alimentado por uma corrente alternada trifásica. A parte rotativa da máquina é chamada de rotor, o enrolamento também é colocado em suas ranhuras. O estator e o rotor são montados a partir de chapas estampadas separadas de aço elétrico com espessura de 0,35 e 0,5 mm. Folhas individuais de aço são isoladas umas das outras com uma camada de verniz. O espaço de ar entre o estator e o rotor é o menor possível.

Dependendo do projeto do rotor, os motores assíncronos vêm com rotores de gaiola e de fase.

Os motores assíncronos são divididos em brushless e coletor. Os motores brushless são os mais utilizados. Eles são usados ​​onde é necessária uma velocidade de rotação aproximadamente constante e seu ajuste não é necessário. Os motores brushless são simples em design, sem problemas de operação e possuem alta eficiência.

Se você conectar o processamento do estator a uma rede de corrente alternada trifásica, um campo magnético rotativo surge dentro do estator. As linhas magnéticas do campo cruzarão o enrolamento da corrente fixa do rotor e induzirão um EMF nele. O rotor, durante sua rotação, não consegue acompanhar o campo magnético rotativo do estator. Se assumirmos que o rotor terá a mesma velocidade de rotação que o campo magnético do estator, as correntes no enrolamento do rotor desaparecerão. Com o desaparecimento das correntes no enrolamento do rotor, sua interação com o campo do estator será interrompida e o rotor começará a girar mais lentamente do que o campo girante do estator. Porém, neste caso, o enrolamento do rotor voltará a ser atravessado pelo campo girante do estator e o torque atuará novamente no rotor. Consequentemente, durante sua rotação, o rotor deve estar sempre atrasado em relação à velocidade de rotação do campo magnético do estator, ou seja, girar de forma assíncrona (não em tempo com o campo magnético), razão pela qual esses motores foram nomeados assíncrono.

O motor de indução tipo gaiola de esquilo é o mais comum dos motores elétricos usados ​​na indústria. O dispositivo de um motor assíncrono é o seguinte. Um enrolamento trifásico é colocado na parte estacionária do motor - o estator, alimentado por uma corrente trifásica. Os primórdios das três fases deste enrolamento são exibidos em uma blindagem comum, montada na parte externa da carcaça do motor. Como uma corrente alternada flui nos enrolamentos do estator, um fluxo magnético alternado passará pelo aço do estator. Para reduzir as correntes parasitas que ocorrem no estator, ele é feito de chapas estampadas separadas de liga de aço com espessura de 0,35 e 0,5 mm. Desvantagens: dificuldade em ajustar a velocidade de rotação e alta corrente de partida. Portanto, junto com eles, também são utilizados motores assíncronos com rotor de fase.

O dispositivo do estator de tal motor e seu enrolamento não diferem do dispositivo do estator de um motor com rotor de gaiola de esquilo. A diferença entre esses dois motores está no design do rotor. Um motor elétrico com rotor de fase possui um rotor, no qual, como no estator, são colocados enrolamentos trifásicos, interligados por uma estrela.

71. GERADORES SÍNCRONOS

Máquina síncrona uma máquina é chamada, cuja velocidade de rotação é constante e é determinada a uma determinada frequência de corrente alternada pelo número de pares de pólos p: v \u60d XNUMX ·n / p. De acordo com o princípio da reversibilidade, descoberto por E .Kh. Lenz, uma máquina síncrona pode operar tanto como gerador quanto como motor.

A operação de geradores síncronos é baseada no fenômeno da indução eletromagnética. Uma vez que é fundamentalmente indiferente se um condutor em movimento cruza um campo magnético fixo, ou, inversamente, um campo em movimento cruza um condutor fixo, os geradores estruturalmente síncronos podem ser feitos em dois tipos. No primeiro deles, os polos magnéticos podem ser colocados no estator e alimentar seus enrolamentos com corrente contínua, e os condutores podem ser colocados no rotor e removidos deles por meio de anéis e escovas com corrente alternada.

Muitas vezes, a parte da máquina que cria um campo magnético é chamada de indutor, e a parte da máquina onde o enrolamento está localizado, na qual o EMF é induzido, é chamado de armadura. Portanto, no primeiro tipo de gerador, o indutor é estacionário e a armadura gira.

O estator de um gerador síncrono, como outras máquinas CA, consiste em um núcleo feito de chapas de aço elétrico, nas ranhuras das quais é colocado um enrolamento de corrente alternada, e uma estrutura - uma carcaça de ferro fundido ou soldada de chapa de aço. O enrolamento do estator é colocado nas ranhuras estampadas na superfície interna do núcleo. O isolamento do enrolamento é feito com muito cuidado, pois a máquina costuma trabalhar em altas tensões. Micanita e fita de micanita são usadas como isolamento.

Os rotores das máquinas síncronas são divididos em dois tipos por design:

1) pólos explícitos (ou seja, com pólos pronunciados);

2) implicitamente polar (ou seja, com pólos implicitamente expressos).

O rotor de pólo saliente é um forjamento de aço. Os pólos são presos ao aro do rotor, no qual as bobinas de excitação são colocadas, conectadas em série umas com as outras. As extremidades do enrolamento de excitação são conectadas a dois anéis montados no eixo do rotor. As escovas são sobrepostas aos anéis, aos quais uma fonte de tensão constante é conectada. Normalmente, um gerador de corrente contínua, situado no mesmo eixo do rotor e chamado de excitador, fornece uma corrente contínua para excitar o rotor. A potência do excitador é 0,25-1% da potência nominal do gerador síncrono. Tensão nominal dos excitadores 60-350 V.

Geradores síncronos auto-excitados também estão disponíveis. Uma corrente contínua para excitar o rotor é obtida usando retificadores de selênio conectados ao enrolamento do estator do gerador. No primeiro momento, o campo magnético residual do rotor rotativo induz uma pequena EMF variável no enrolamento do estator. Os retificadores de selênio conectados à tensão alternada fornecem uma corrente contínua, que fortalece o campo do rotor e a tensão do gerador aumenta.

Ao projetar máquinas elétricas e transformadores, os projetistas prestam muita atenção à ventilação das máquinas. Para geradores síncronos, o resfriamento a ar e hidrogênio é usado.

72. DISPOSITIVO GERADOR DC

O gerador CC é uma máquina elétrica que converte a energia mecânica do motor primário girando-o em energia elétrica de corrente contínua, que a máquina fornece aos consumidores. O gerador DC funciona com base no princípio Indução eletromagnética. Portanto, as partes principais do gerador são uma armadura com um enrolamento localizado e eletroímãs que criam um campo magnético.

A âncora tem a forma de um cilindro e é recrutada a partir de chapas estampadas separadas de aço elétrico com uma espessura de 0,5 mm. As folhas são isoladas umas das outras por uma camada de verniz ou papel fino. As depressões, estampadas ao redor da circunferência de cada chapa, formam ranhuras ao montar a armadura e comprimir as chapas, onde são colocados os condutores isolados do enrolamento da armadura.

Um coletor é fixado no eixo da armadura, consistindo de placas de cobre separadas soldadas em determinados locais do enrolamento da armadura. As placas coletoras são isoladas umas das outras por micanita. O coletor serve para retificar a corrente e desviá-la com auxílio de escovas fixas para a rede externa.

Os eletroímãs do gerador CC consistem em núcleos de pólo de aço aparafusados ​​à estrutura. A estrutura do gerador é fundida em aço. Para máquinas de baixíssima potência, a estrutura é fundida junto com os núcleos dos pólos. Em outros casos, os núcleos dos pólos são recrutados de folhas separadas de aço elétrico. Bobinas feitas de fio de cobre isolado são colocadas nos núcleos. A corrente contínua que passa pelo enrolamento de excitação cria um fluxo magnético dos pólos. Para uma melhor distribuição do fluxo magnético no entreferro, postes com pontas são fixados ao garfo, montadoside chapas de aço individuais.

Quando a armadura gira em um campo magnético de positivos, um EMF é induzido no condutor de seu enrolamento, variável em magnitude e direção. Se as extremidades de uma volta forem soldadas a dois anéis de cobre, escovas conectadas a uma rede externa são aplicadas aos anéis, então quando a volta gira em um campo magnético, uma corrente elétrica alternada fluirá em um circuito fechado. Esta é a base para o funcionamento dos alternadores.

Se as extremidades da bobina estão presas a dois semi-anéis de cobre, isolados um do outro e chamados de placas coletoras, e escovas são aplicadas a eles, então quando a bobina gira em um campo magnético, uma EMF alternada ainda será induzida no bobina. No entanto, no circuito externo, uma corrente de direção constante de magnitude variável (corrente pulsante) fluirá.

A linha neutra, ou neutro geométrico, é a linha que passa pelo centro da armadura e perpendicular ao eixo dos pólos. O lado ativo da bobina nesta posição desliza ao longo das linhas magnéticas sem cruzá-las. Portanto, nenhum EMF é induzido na bobina e a corrente no circuito é zero. A largura da escova é maior que a largura da divisão do coletor formada pela placa e o vão isolante, e a bobina, estando na linha neutra, está em curto-circuito neste momento da escova.

Para geradores que operam com uma carga que muda rapidamente (guindastes, laminadores), às vezes é usado um enrolamento de compensação, que é colocado em ranhuras feitas especialmente nas peças polares. A direção da corrente no enrolamento de compensação deve ser oposta à corrente nos condutores do enrolamento da armadura. No arco coberto pela peça polar, o campo magnético do enrolamento compensador irá equilibrar o campo de reação da armadura, evitando que o campo da máquina seja distorcido. O enrolamento de compensação, bem como o enrolamento dos polos adicionais, é conectado em série com o enrolamento da armadura.

73. TIPOS DE GERADORES DC

Dependendo do método de criação de um campo magnético, os geradores DC são divididos em três grupos:

1) geradores com ímãs permanentes, ou magnetoelétricos;

2) geradores com excitação independente;

3) geradores com auto-excitação. Os geradores magnetoelétricos consistem em um ou mais ímãs permanentes, em cujo campo gira uma armadura com um enrolamento. Devido à baixíssima potência gerada, geradores deste tipo não são utilizados para fins industriais.

Em um gerador com excitação independente, os enrolamentos dos pólos são alimentados por uma fonte externa de tensão constante independente do gerador (gerador CC, retificador, etc.).

O enrolamento de excitação dos pólos do gerador com autoexcitação é fornecido pelas escovas de armadura da própria máquina. O princípio da auto-excitação é o seguinte. Na ausência de corrente no enrolamento de excitação, a armadura do gerador gira em um campo magnético fraco de magnetismo residual dos pólos. A EMF independente induzida no enrolamento da armadura neste momento envia uma pequena corrente para o enrolamento do polo. O campo magnético dos pólos aumenta, fazendo com que a EMF nos condutores da armadura também aumente, o que por sua vez causará um aumento na corrente de excitação. Isso continuará até que uma corrente seja estabelecida no enrolamento de excitação correspondente ao valor da resistência do circuito de excitação. A auto-excitação da máquina só pode ocorrer se a corrente que flui através do enrolamento dos pólos criar um campo magnético que aumenta o campo do magnetismo residual e se, além disso, a resistência do circuito de excitação não exceder um determinado valor.

Os geradores auto-excitados, dependendo do método de conexão do enrolamento de campo ao enrolamento da armadura, são divididos em três tipos.

1. Um gerador com excitação paralela (shunt), no qual o enrolamento de excitação dos polos é conectado em paralelo com o enrolamento da armadura.

2. Gerador com excitação serial (série), no qual o enrolamento de excitação dos polos é conectado em série com o enrolamento da armadura.

3. Gerador de excitação mista (composto), que possui dois enrolamentos nos polos: um é conectado em paralelo com o enrolamento da armadura e o outro é conectado em série com o enrolamento da armadura. A tensão de um gerador com excitação independente varia com a carga por dois motivos:

1) devido a uma queda de tensão no enrolamento da armadura e no contato de transição das escovas;

2) a ação da reação da armadura, levando a uma diminuição do fluxo magnético e EMF da máquina. Para um gerador com excitação paralela, a tensão com a carga muda por três motivos: 1) devido a uma queda de tensão no enrolamento da armadura e no contato de transição das escovas;

2) devido à diminuição do fluxo magnético causado pela ação da reação da armadura;

3) sob a influência das duas primeiras razões, a tensão do gerador (ou a tensão das escovas da armadura) diminui com a carga.

Um gerador com excitação serial difere de um gerador com excitação paralela, pois a tensão do primeiro aumenta com o aumento da carga, enquanto a do segundo diminui.

Um gerador de excitação mista combina as propriedades dos geradores de excitação paralelos e em série.

74. MOTORES ELÉTRICOS

Se uma máquina CC estiver conectada a uma fonte de tensão, ela funcionará com um motor elétrico, ou seja, converterá energia elétrica em energia mecânica. Essa propriedade das máquinas elétricas de funcionar tanto como gerador quanto como motor é chamada de reversibilidade.

O motor elétrico foi inventado em 1834 por um acadêmico russo B.S. Jacobi.

O dispositivo dos motores elétricos é o mesmo dos geradores. O princípio de funcionamento dos motores elétricos DC é baseado na interação da corrente que flui no enrolamento da armadura e o campo magnético criado pelos pólos dos eletroímãs. A potência consumida pelo motor da rede é maior que a potência no eixo pela quantidade de perdas por atrito nos mancais, escovas no coletor, armaduras no ar, perdas no aço por histerese e correntes parasitas, perdas de potência para aquecimento do enrolamentos do motor e reostatos. A eficiência de um motor elétrico muda com a carga. Na potência nominal, a eficiência dos motores varia de 70 a 93%, dependendo da potência, velocidade de rotação e projeto dos motores.

Dependendo da conexão do enrolamento da armadura e do enrolamento de excitação, os motores elétricos DC são divididos em motores com excitação paralela, série e mista.

Os condutores do enrolamento da armadura, através do qual a corrente passa, estando no campo magnético criado pelos pólos, experimentam uma força sob a ação da qual são empurrados para fora do campo magnético. Para que a armadura do motor gire em qualquer direção específica, é necessário que a direção da corrente no condutor mude para o contrário, assim que o condutor sai da área de cobertura de um polo, cruza o neutro linha e entra na área de cobertura de um pólo vizinho, oposto. Para direcionar a corrente nos condutores do enrolamento da armadura do motor no momento em que os condutores passam pela linha neutra, é utilizado um coletor.

Em um motor elétrico com excitação paralela, o enrolamento de campo é conectado em paralelo à rede e, com uma resistência constante do circuito de excitação e tensão da rede, o fluxo magnético do motor deve ser constante. À medida que a carga do motor aumenta, a reação da armadura enfraquece o fluxo magnético, o que leva a algum aumento na velocidade. Na prática, a queda de tensão no enrolamento da armadura é selecionada de modo que seu efeito na velocidade do motor seja quase compensado pela reação da armadura. Uma propriedade característica de um motor com excitação paralela é uma velocidade de rotação quase constante quando a carga em seu eixo muda.

Para motores com excitação em série, os enrolamentos de armadura e excitação são conectados em série. Portanto, a corrente que flui através de ambos os enrolamentos do motor será a mesma. Em baixas saturações do aço do circuito magnético do motor, o fluxo magnético é proporcional à corrente de armadura.

Em um motor elétrico com excitação mista, a presença de dois enrolamentos nos pólos do motor permite usar as vantagens dos motores de excitação paralela e mista. Essas vantagens são velocidade constante e alto torque de partida. O controle de velocidade do motor com excitação mista é realizado por um reostato de ajuste incluído no circuito do enrolamento de excitação paralela.

75. RETIFICADORES

Geradores de motor raramente usados ​​e geralmente usam dispositivos especiais que convertem corrente alternada em corrente contínua e são chamados de retificadores. Na engenharia, dois tipos de retificadores são mais amplamente utilizados:

1) retificadores sólidos;

2) retificadores de mercúrio.

Os retificadores sólidos são chamados aqueles em que as partes individuais são feitas de corpos sólidos. De retificadores sólidos, óxido de cobre (cuprox), selênio, silício e germânio se tornaram difundidos na tecnologia.

Os retificadores de mercúrio são:

1) vidro;

2) metais.

Além dos retificadores sólidos e de mercúrio, também existem retificadores: mecânicos, kenotrons, gastrons, eletrolíticos. Kenotrons (retificadores de tubo) são amplamente utilizados em engenharia de rádio, eles são encontrados na maioria dos receptores de rádio modernos alimentados por redes AC, etc. Os retificadores de óxido de cobre (cuprox) consistem em três camadas:

1) um metal que possui elétrons livres em alta concentração;

2) isolante (bloqueio), não possuindo elétrons livres;

3) um semicondutor com um pequeno número de elétrons livres. Se houver uma diferença de potencial em pequenas camadas, um forte campo elétrico surge na camada de bloqueio, o que contribui para a ejeção de elétrons livres das camadas adjacentes a ela.

Nos retificadores de selênio, um eletrodo é uma arruela de ferro niquelada revestida com uma fina camada de selênio. O segundo eletrodo é uma camada de uma liga especial e altamente condutora de bismuto, estanho e cádmio depositada sobre selênio. Uma arruela de contato de latão é pressionada contra esta camada. Para incluir o elemento no circuito, são utilizadas placas que tocam os dois eletrodos. Uma camada de barreira aparece no limite entre a camada de cobertura e a camada de selênio.

A ação de um retificador de mercúrio é baseada na chamada capacidade de válvula (unilateral) de um arco elétrico que surgiu em um recipiente evacuado e preenchido com mercúrio para passar corrente em apenas uma direção. Uma válvula é um dispositivo que possui baixa resistência para corrente direta e alta resistência para corrente reversa.

Para correntes acima de 500 A, são utilizados retificadores de mercúrio metálico. A caixa metálica do retificador é refrigerada a água. A taça catódica, isolada do corpo, está cheia de mercúrio. Os ânodos principais passam por mangas de ânodos, que protegem os ânodos do mercúrio condensado de seus vapores. O ânodo de ignição e os ânodos de excitação independentes são colocados dentro do retificador. A extremidade superior do ânodo de ignição está ligada a um núcleo de aço colocado no solenóide. Se você fechar o circuito de corrente que alimenta o solenóide, o núcleo é puxado e abaixa o ânodo de ignição, que fica imerso em mercúrio por um curto período de tempo e depois retorna à sua posição anterior sob a ação da mola. O arco que se formou entre o ânodo de ignição e o mercúrio é transferido para os anodos de excitação, que sustentam o arco, impedindo sua extinção.

O ajuste da tensão retificada nos retificadores é realizado por meio de um transformador seccionado ou autotransformador, que possui várias ramificações de seus enrolamentos. Ao alterar o valor da tensão CA que alimenta o retificador, o valor da tensão retificada é alterado.

76. INSTRUMENTOS ELÉTRICOS

Para medir grandezas elétricas, são usados ​​instrumentos de medição elétricos especiais. Os instrumentos de medição elétrica têm encontrado ampla aplicação para a operação racional, controle e proteção de instalações elétricas em diversos setores da economia nacional.

Nos instrumentos de medição elétrica, existem partes móveis e fixas do dispositivo. A manifestação da corrente elétrica, por exemplo, seus efeitos térmicos, magnéticos e mecânicos, são a base para a interação das partes móveis e estacionárias do dispositivo. O torque resultante gira a parte móvel do dispositivo junto com o ponteiro (seta).

Sob a ação de um torque, o sistema móvel gira em um ângulo que é tanto maior quanto maior for o valor medido. Em contraste com o torque, deve-se criar um momento contrário igual e oposto, pois caso contrário, para qualquer valor do valor medido (exceto zero), a seta se desviará para o final da escala até parar.

Normalmente, o torque contrário é gerado usando molas helicoidais de bronze fosforoso.

O atrito, como você sabe, é sempre dirigido contra o movimento. Portanto, quando a parte móvel do dispositivo se move, o atrito interfere nisso e distorce as leituras do dispositivo. Para reduzir o atrito, a parte móvel em alguns projetos é montada em núcleos em rolamentos axiais feitos de pedra de alta dureza (rubi, safira, ágata). Para proteger núcleos e mancais axiais da destruição durante a transferência ou transporte, alguns dispositivos possuem um dispositivo chamado enjaulado, que levanta a parte móvel e a fixa imóvel.

Sob a influência de certas razões, o momento de compensação do dispositivo muda. Por exemplo, em diferentes temperaturas, as molas helicoidais têm elasticidade desigual. Nesse caso, a seta do dispositivo se afastará da divisão zero. Para colocar a seta na posição zero, é usado um dispositivo chamado corretor. O mecanismo de medição do dispositivo é fechado em uma carcaça que o protege de influências mecânicas e entrada de poeira, água e gases.

Uma das condições para o dispositivo é o rápido apaziguamento de sua parte móvel, obtido pela instalação de amortecedores utilizando a resistência mecânica do meio (ar, óleo) ou frenagem por indução magnética.

Os instrumentos elétricos de medição se distinguem pelas seguintes características: 1) pela natureza do valor medido;

2) pelo tipo de corrente;

3) de acordo com o grau de precisão;

4) de acordo com o princípio da ação;

5) de acordo com o método de obtenção da leitura;

6) pela natureza do pedido.

Além dessas características, os instrumentos de medição elétrica também podem ser distinguidos:

1) pelo método de montagem;

2) um método de proteção contra campos magnéticos ou elétricos externos;

3) resistência em relação às sobrecargas;

4) adequação para uso em várias temperaturas;

5) dimensões gerais e outras características.

De acordo com o tipo de corrente, os dispositivos são divididos em dispositivos de corrente contínua, dispositivos de corrente alternada e dispositivos de corrente contínua e alternada.

De acordo com o princípio de operação, os dispositivos são divididos em magnetoelétricos, eletromagnéticos, eletrodinâmicos (ferrodinâmicos), indutivos, térmicos, vibratórios, termoelétricos, detectores, etc.

77. DISPOSITIVO DE INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO

Os dispositivos do sistema magnetoelétrico operam com base no princípio da interação de uma bobina com a corrente e o campo de um ímã permanente. Um forte ímã de ferradura permanente feito de aço cobalto, tungstênio ou níquel-alumínio cria um campo magnético. Nas extremidades do ímã estão peças polares feitas de aço macio com ranhuras cilíndricas. Um cilindro de aço é fixado entre as peças polares, o que serve para reduzir a resistência do circuito magnético. As linhas magnéticas saem das peças polares e, devido ao fato de a permeabilidade magnética do aço ser muito maior que a do ar, elas entram radicalmente no cilindro, formando um campo magnético quase uniforme no entreferro. O mesmo campo é criado quando as linhas magnéticas saem do cilindro. O cilindro é cercado por uma estrutura de alumínio leve com um enrolamento (bobina) enrolado nele, feito de fio de cobre isolado. A estrutura fica em um eixo apoiado em rolamentos axiais. Uma seta de alumínio também está presa ao eixo. O momento de compensação é criado por duas molas helicoidais planas, que servem simultaneamente para fornecer corrente ao enrolamento do dispositivo.

Os dispositivos eletromagnéticos funcionam com base no princípio da interação entre a corrente da bobina e o campo magnético de um núcleo móvel feito de material ferromagnético. Por design, os dispositivos eletromagnéticos são divididos em dois tipos: dispositivos com bobina plana e dispositivos com bobina redonda.

O princípio de funcionamento dos dispositivos eletrodinâmicos é baseado na interação dos campos magnéticos de duas bobinas: uma, fixa, e a outra, assentada sobre um eixo e girando.

O princípio de funcionamento dos dispositivos térmicos baseia-se no alongamento de um fio metálico quando aquecido pela corrente, que é então convertido em movimento rotacional da parte móvel do dispositivo.

Os instrumentos de medição indutivos são caracterizados pelo uso de várias bobinas fixas, alimentadas com corrente alternada, e criando um campo magnético giratório ou em movimento, que induz correntes na parte móvel do instrumento e o faz se mover. Dispositivos de indução são usados ​​apenas com corrente alternada como wattímetros e medidores de eletricidade.

O princípio de funcionamento dos dispositivos de um sistema termoelétrico é baseado no uso de uma força eletromotriz que surge em um circuito composto por condutores diferentes, se a junção desses condutores tiver uma temperatura diferente da temperatura do restante do circuito.

Os dispositivos do sistema detector são uma combinação de um dispositivo de medição magnetoelétrico e um ou mais retificadores semicondutores (detectores) conectados juntos em um circuito. Os retificadores de óxido de cobre são geralmente usados ​​como retificadores.

Os instrumentos do sistema vibratório são caracterizados pela utilização de um número de placas sintonizadas com diferentes períodos de oscilações naturais e que permitem a medição da frequência devido à ressonância da frequência da placa oscilante com a frequência medida. Dispositivos vibratórios são construídos apenas como medidores de frequência.

78. TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS

Em redes CA, transformadores de instrumentos de tensão e corrente são usados ​​para separar os instrumentos de medição por motivos de segurança dos fios de alta tensão, bem como para expandir a faixa de medição dos instrumentos.

Para garantir alta precisão de medição, os transformadores de tensão (corrente) não devem alterar sua relação de transformação e ter um ângulo constante de 180 entre os vetores de tensão (corrente) primário e secundário. A última condição é necessária ao ligar tais dispositivos através de transformadores de tensão (corrente), cujas leituras dependem do ângulo de deslocamento entre a tensão e a corrente da rede.

Porém, na prática, os transformadores de tensão (corrente) apresentam o chamado erro na relação de transformação e o erro angular.

O erro relativo na relação de transformação é a diferença entre a tensão secundária (corrente) multiplicada pela relação de transformação e o valor real da tensão primária (corrente).

Erro angular do transformador de medição tensão (corrente) é o ângulo entre o vetor de tensão primária (corrente) e o vetor de tensão secundária (corrente) girado em 180. O erro da razão de transformação e o erro angular aumentam com a carga. Portanto, os transformadores não podem ser carregados além da potência nominal (indicada no passaporte).

Os enrolamentos primário e secundário do transformador de tensão de medição são feitos de fio de cobre isolado e colocados em um núcleo fechado montado a partir de chapas separadas de aço do transformador. Os transformadores de tensão são feitos monofásicos e trifásicos. Para proteger o transformador de sobrecargas e curtos-circuitos no circuito do instrumento de medição, um fusível de baixa tensão é incluído no enrolamento secundário. No caso de uma falha no isolamento do enrolamento de alta tensão, o núcleo e o enrolamento secundário podem receber um alto potencial. Para evitar isso, o enrolamento secundário e as partes metálicas do transformador são aterrados.

Transformadores de corrente são usados ​​para converter uma grande corrente em uma pequena corrente. Dois enrolamentos são enrolados no núcleo, montados a partir de chapas separadas de aço do transformador: o primário, composto por um pequeno número de espiras, conectado em série ao circuito pelo qual passa a corrente medida, e o secundário, constituído por um grande número de espiras. voltas, aos quais os instrumentos de medição são conectados. Ao medir a corrente em redes de alta tensão, os instrumentos de medição são separados e isolados dos fios de alta tensão. O enrolamento secundário do transformador de corrente é geralmente realizado para uma corrente de 5 A (às vezes 10 A), as correntes nominais primárias podem ser de 5 a 15 A.

A relação da corrente primária para o secundário, que é aproximadamente igual à relação inversa das voltas dos enrolamentos, é chamada de relação de transformação de corrente. A taxa de transformação nominal é indicada no passaporte do transformador na forma de uma fração, no numerador da qual é indicada a corrente primária nominal e no denominador - a corrente secundária nominal.

79. REOSTATOS

Na prática elétrica, bem como na operação de máquinas elétricas, vários reostatos são usados.

Um reostato é um dispositivo que possui alguma resistência, que pode ser alterada, alterando assim a corrente e a tensão do circuito. Os reostatos estão disponíveis com contato deslizante, alavanca, líquido, lâmpada e plugue.

Reostato com contato deslizante. Um fio desencapado é enrolado em um tubo de porcelana. Como resultado de um processamento especial, a superfície do fio é coberta com uma fina película de óxido que não conduz corrente. Um controle deslizante desliza ao longo da barra de metal, pressionando o fio do reostato. Como parte da resistência do reostato é inserida em série com a lâmpada elétrica, a corrente que flui pelo filamento da lâmpada será reduzida e a lâmpada queimará menos neste caso. Ao mover o controle deslizante para a direita, reduziremos a resistência do reostato e a intensidade da luz da lâmpada aumentará. Os reostatos de contato deslizante são usados ​​onde uma mudança suave e lenta na corrente no circuito é necessária.

Reostato de alavanca. As espirais de arame são esticadas em uma estrutura de material isolante. As espirais são conectadas em série. Ramificações para contatos são feitas desde o início, fim e junções de espirais individuais. Ao colocar a alavanca em um determinado contato do reostato, podemos alterar a resistência e, com ela, a corrente no circuito. No entanto, essas mudanças não ocorrem de forma suave, mas de forma abrupta.

Os materiais mais comuns para reostatos de fio são ferro, níquel, constantan, manganina e nicromo.

Reostato líquido. Um reostato é um recipiente de metal com uma solução de refrigerante. Uma alavanca é fixada na dobradiça, na qual há uma faca de ferro ou cobre. A alavanca com uma faca é isolada da caixa de metal por uma junta. Levantando ou abaixando a faca na solução de refrigerante, podemos alterar a corrente no circuito. Ao abaixar a faca na solução, aumentamos a área de contato entre a faca e a solução e aumentamos a corrente que passa pelo reostato. Com a imersão adicional da faca, o contato do cabo entrará no grampo na caixa de metal e o reostato entrará em curto-circuito, ou seja, desligado do trabalho.

Os reostatos líquidos são usados ​​em circuitos com altas correntes.

Reostato da lâmpada. Representa um conjunto de várias lâmpadas elétricas ligadas em paralelo. Sabe-se que, se uma lâmpada incandescente tiver uma resistência de 150 ohms, duas das mesmas lâmpadas terão uma resistência total de apenas 75 ohms, três lâmpadas - 50 ohms, etc.

Assim, a resistência total de várias lâmpadas idênticas conectadas em paralelo será igual à resistência de uma lâmpada dividida pelo número de lâmpadas conectadas.

Plugue reostatos. Muitas vezes chamadas de caixas de resistência, elas representam um conjunto de resistências específicas bem ajustadas. As extremidades das bobinas de resistência são presas a uma barra de cobre cortada. Quando um plugue de cobre é inserido nos recortes da barra, ele conecta duas partes adjacentes da barra. Com isso, a resistência, conectada por suas extremidades às partes vizinhas da barra, é desligada do circuito ou, como dizem, em curto-circuito (curto-circuito).

O plugue removido faz com que uma corrente elétrica passe pela bobina de resistência.

As caixas de resistência facilitam a inclusão de resistência de um valor definido com precisão em um circuito e são usadas em medições elétricas.

80. MEDIÇÃO DE POTÊNCIA ELÉTRICA ATIVA

DC A partir da fórmula de potência de corrente contínua P = UI, pode-se ver que a determinação da potência pode ser feita multiplicando as leituras do amperímetro e do voltímetro. No entanto, na prática, a medição de potência geralmente é realizada com instrumentos especiais - wattímetros. O wattímetro consiste em duas bobinas: uma fixa, composta por um pequeno número de voltas de fio grosso, e uma móvel, composta por um grande número de voltas de fio fino. Quando o wattímetro é ligado, a corrente de carga passa por uma bobina fixa conectada em série no circuito, e a bobina móvel é conectada em paralelo ao consumidor. Para reduzir o consumo de energia no enrolamento paralelo e reduzir o peso da bobina móvel, uma resistência adicional de manganina é conectada em série a ela. Como resultado da interação dos campos magnéticos das bobinas móveis e fixas, ocorre um torque proporcional às correntes de ambas as bobinas. O torque do dispositivo é proporcional à potência consumida no circuito.

Para que a seta do dispositivo se desvie de zero para a direita, é necessário passar a corrente pela bobina em uma determinada direção.

Além dos wattímetros eletrodinâmicos, os wattímetros do sistema ferrodinâmico também são usados ​​para medir a potência em circuitos CC.

Corrente alternada monofásica. Quando um wattímetro eletrodinâmico é conectado a um circuito de corrente alternada, os campos magnéticos das bobinas móvel e fixa, interagindo entre si, farão com que a bobina móvel gire. O momento instantâneo de rotação da parte móvel do dispositivo é proporcional ao produto dos valores instantâneos das correntes em ambas as bobinas do dispositivo. Mas devido às rápidas mudanças nas correntes, o sistema em movimento não poderá acompanhar essas mudanças e o momento de rotação do dispositivo será proporcional à potência média ou ativa P = U I cos? .

Para medir a potência da corrente alternada, também são utilizados wattímetros do sistema de indução.

Ao medir a potência com um wattímetro em redes de baixa tensão com altas correntes, são usados ​​transformadores de corrente. Para reduzir a diferença de potencial entre os enrolamentos do wattímetro, os circuitos primário e secundário do transformador de corrente têm um ponto comum. O enrolamento secundário do transformador não é aterrado, pois isso significaria aterrar um fio da rede.

Para determinar a potência da rede neste caso, você precisa multiplicar a leitura do wattímetro pela relação de transformação do transformador.

Corrente alternada trifásica. Com uma carga uniforme de um sistema trifásico, um wattímetro monofásico é usado para medir a potência. Nesse caso, a corrente de fase flui através do enrolamento em série do wattímetro e o enrolamento paralelo é conectado à tensão de fase. Portanto, o wattímetro mostrará a potência de uma fase. Para obter a potência de um sistema trifásico, você precisa multiplicar a leitura de um wattímetro monofásico por três.

Em redes de alta tensão, um wattímetro trifásico é ligado usando transformadores de medição de tensão e corrente.

81. MEDIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ATIVA

DC Para medir o consumo de energia em corrente contínua, são utilizados medidores de três sistemas: eletrodinâmico, magnetoelétrico e eletrolítico. Os contadores mais difundidos do sistema eletrodinâmico. Bobinas de corrente fixa, consistindo em um pequeno número de voltas de fio grosso, são conectadas em série à rede. Uma bobina móvel de formato esférico, chamada de armadura, é montada em um eixo que pode girar em mancais de impulso. O enrolamento da armadura é feito de um grande número de espiras de fio fino e é dividido em várias seções. As extremidades das seções são soldadas às placas coletoras, que são tocadas por escovas planas de metal. A tensão da rede é fornecida ao enrolamento da armadura através de uma resistência adicional. Durante a operação do medidor, como resultado da interação da corrente no enrolamento da armadura e o fluxo magnético das correntes fixas das bobinas, ele cria um torque, sob a influência do qual a armadura começará a girar. A quantidade de energia consumida na rede pode ser julgada pelo número de revoluções feitas pela armadura (disco). A quantidade de energia por revolução da armadura é chamada de constante do medidor. O número de revoluções da armadura por unidade de energia elétrica registrada é chamado de relação de transmissão.

Corrente alternada monofásica. Para medir a energia ativa em circuitos de corrente alternada monofásicos, são usados ​​medidores do sistema de indução. O dispositivo do medidor de indução é quase o mesmo do wattímetro de indução. A diferença é que o medidor não possui molas que criam um momento de compensação, o que deixa o disco do medidor livre para girar. A seta e a escala do wattímetro são substituídas no contador por um mecanismo de contagem. O ímã permanente, que serve no wattímetro para acalmar, cria um torque de frenagem no medidor.

Corrente alternada trifásica. A energia ativa de uma corrente alternada trifásica pode ser medida usando dois medidores monofásicos incluídos no circuito de acordo com um circuito semelhante ao de dois wattímetros. É mais conveniente medir a energia com um medidor de energia ativo trifásico, que combina a operação de dois medidores monofásicos em um dispositivo. O circuito de comutação de um medidor de energia ativa trifásico de dois elementos é o mesmo que o circuito do wattímetro correspondente.

Em uma rede de corrente trifásica de quatro fios, um circuito semelhante ao de três wattímetros é usado para medir a energia ativa ou um medidor trifásico de três elementos é usado. Nas redes de alta tensão, os medidores são ligados por meio de transformadores de medição de tensão e corrente.

A energia reativa de uma corrente monofásica pode ser determinada pela leitura de um amperímetro, voltímetro, medidor de fase e cronômetro.

Para contabilizar a energia reativa em redes de corrente trifásica, podem ser usados ​​medidores de energia ativa normal e medidores especiais de energia reativa.

Considere o dispositivo de um medidor de energia reativa trifásico especial. O dispositivo medidor deste tipo é o mesmo que o dispositivo de um wattímetro trifásico de dois elementos. Enrolamentos paralelos de dois elementos são conectados à rede. Não dois, mas quatro enrolamentos em série são sobrepostos em núcleos em forma de U. Além disso, um enrolamento em série é enrolado em um dos ramos do núcleo em forma de U do primeiro elemento. O segundo enrolamento de corrente é colocado no segundo ramo do núcleo do primeiro sistema e o terceiro enrolamento de corrente é colocado no primeiro ramo do segundo sistema. O quarto enrolamento de corrente é colocado no segundo ramo do núcleo em forma de U do segundo elemento.

82. ACIONAMENTO ELÉTRICO

O motor e a transmissão acionam o atuador. Portanto, essas duas partes da máquina são chamadas de dirigir.

Se um motor elétrico é usado para acionar a máquina de trabalho, esse acionamento é chamado de acionamento elétrico ou acionamento elétrico.

A primeira aplicação prática do acionamento elétrico deve ser considerada seu uso em um barco por um acadêmico B.S. Jacobi em 1838. Um motor elétrico foi instalado no barco, alimentado por uma bateria galvânica.

Os acionamentos elétricos usados ​​na produção podem ser divididos em três tipos principais: grupo, monomotor e multimotor.

O acionamento elétrico do grupo é composto por um motor elétrico, que, através da transmissão e do acionamento do contador, aciona vários atuadores. O counterdrive é um eixo curto apoiado em rolamentos. Uma polia escalonada, uma polia de trabalho (conectada ao eixo) e uma polia ociosa (assentada frouxamente no eixo) estão localizadas no eixo. O counterdrive permite alterar a velocidade de rotação da máquina (através de uma polia escalonada), parar e ligar a máquina (através de uma polia de trabalho ou de marcha lenta). Parar o motor de acionamento leva à interrupção de todos os atuadores que recebem energia mecânica dele. Quando apenas uma parte dos atuadores está funcionando, o acionamento do grupo tem baixa eficiência.

Um único atuador elétrico consiste em um motor elétrico que aciona um atuador separado. As furadeiras monobrocas, tornos de baixa potência, etc. são equipadas com um único acionamento, inicialmente a transmissão do movimento do motor para a máquina era realizada por meio de um contra acionamento. Posteriormente, o próprio motor elétrico foi submetido a alterações de projeto e passou a ser integrado ao atuador. Essa unidade única é chamada Individual.

Um acionamento multimotor consiste em vários motores elétricos, cada um dos quais é usado para acionar elementos individuais do atuador. Acionamentos multimotores são usados ​​para máquinas complexas de metalurgia de alta potência, laminadores, máquinas de papel, guindastes e outras máquinas e mecanismos.

De acordo com o tipo de corrente, o acionamento elétrico é dividido em acionamento elétrico de corrente contínua e acionamento elétrico de corrente alternada. Dependendo do método de conexão dos enrolamentos de armadura e excitação, os motores CC são diferenciados com excitação paralela, série e mista.

Ao determinar a potência da máquina, são distinguidos três modos de operação.

1. O serviço contínuo é caracterizado pela operação em que o período de operação é tão longo que o aquecimento da máquina atinge seu estado estacionário.

2. A operação de curta duração é caracterizada pelo fato de que durante o período de operação a temperatura do motor não tem tempo para atingir um estado estacionário.

3. O modo de funcionamento intermitente é caracterizado pela alternância de períodos de trabalho e pausas. A duração de um período de trabalho e uma pausa não deve exceder 10 minutos. O modo de trabalho intermitente é determinado pela duração relativa do período de trabalho.

83. ISOLAMENTO, PROJETOS E REFRIGERAÇÃO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

A potência do motor é determinada pelo seu aquecimento. O aquecimento permitido da máquina é limitado pela resistência ao calor dos materiais isolantes, bem como pelo sistema de refrigeração do motor.

Os materiais isolantes usados ​​em máquinas elétricas são divididos em cinco classes. Classe de isolamento A. Inclui tecidos de algodão, seda, fios, papel e outros materiais orgânicos impregnados com diversos óleos, bem como esmaltes e vernizes. Classe de isolamento B. Isso inclui produtos feitos de mica, amianto e outros materiais inorgânicos contendo ligantes orgânicos. Classe de isolamento BC. Consiste em mica, fio de vidro e amianto em vernizes resistentes ao calor. Classe de isolamento CB. Composto por materiais inorgânicos em vernizes resistentes ao calor sem o uso de materiais isolantes classe A. Classe de isolamento C. Inclui mica, porcelana, vidro, quartzo e outros materiais inorgânicos sem ligantes. A temperatura de aquecimento mais alta permitida para isolamento classe A-105o, para classe B-120o, para classe de aeronave -135o, para Classe St ligeiramente superior, dependendo da resistência ao calor dos vernizes utilizados, por classe C temperatura não está definida.

De acordo com o método de proteção contra a influência do ambiente externo, são distinguidas as seguintes formas de execução de máquinas elétricas.

1. Abra a máquina elétrica. As peças rotativas e condutoras de corrente da máquina nesta versão não são protegidas contra contato acidental e entrada de objetos estranhos nelas.

2. Máquina elétrica protegida. As partes rotativas e de transporte de corrente de tal máquina são protegidas contra toque e objetos estranhos.

3. Máquina elétrica à prova de gotejamento. As partes internas de tal máquina são protegidas contra a entrada de gotas de água caindo verticalmente.

4. Máquina elétrica à prova de respingos. As partes internas da máquina são protegidas contra respingos de água que caem em um ângulo de 45 ok da vertical de qualquer lado.

5. Máquina elétrica fechada. As partes internas da máquina deste design são separadas do ambiente externo, mas não tão firmemente que possam ser consideradas herméticas. Esta máquina é usada em ambientes empoeirados e pode ser instalada ao ar livre.

6. Máquina elétrica à prova d'água. O espaço interno da máquina é protegido contra a penetração de água ao derramar sobre a máquina a partir de uma mangueira. Usado em instalações de navios.

7. Máquina elétrica à prova de explosão. Uma máquina fechada projetada de tal forma que possa suportar a explosão em seu interior dos gases contidos no ambiente externo.

8 ... Máquina hermética. Uma máquina completamente fechada, na qual todas as aberturas são fechadas com tanta força que, a uma certa pressão externa, qualquer comunicação entre o interior da máquina e o meio gasoso e líquido que envolve a máquina pelo lado de fora é excluída.

De acordo com o método de resfriamento, as máquinas são divididas nos seguintes tipos.

1. Máquinas de refrigeração livre sem ventiladores dedicados. A circulação do ar de refrigeração é realizada devido à ação de ventilação das partes rotativas das máquinas e ao fenômeno de convecção.

2. Máquinas com exaustão artificial ou ventilação forçada, nas quais a circulação do gás que resfria as partes aquecidas é reforçada por um ventilador especial, incluindo: máquinas auto-ventiladas com ventilador no eixo (protegido ou fechado); máquinas com ventilação independente, cujo ventilador é acionado por um motor externo (máquinas fechadas).

84. PROTEÇÃO DE MOTORES ELÉTRICOS

Para evitar danos ao isolamento do motor e danos à integridade dos enrolamentos e conexões elétricas, os motores devem possuir dispositivos de proteção que garantam sua desconexão em tempo hábil da rede. As causas mais comuns de funcionamento anormal do motor são sobrecargas, curtos-circuitos, subtensão ou perda de tensão.

Sobrecarga é chamado um aumento na corrente do motor em excesso do valor nominal. As sobrecargas podem ser pequenas e de curto prazo. As sobrecargas podem ser excessivas e prolongadas - são perigosas para os enrolamentos do motor, pois uma grande quantidade de calor gerado pela corrente pode carbonizar o isolamento e queimar os enrolamentos.

Os curtos-circuitos que podem ocorrer em seus enrolamentos também são perigosos para o motor. A proteção dos motores contra sobrecargas e curtos-circuitos é chamada proteção de sobrecorrente. A proteção máxima é fornecida por fusíveis, relés de corrente, relés térmicos. A escolha de certos dispositivos de proteção depende da potência, tipo e finalidade do motor, condições de partida e natureza das sobrecargas.

Fusíveis são dispositivos com fio de baixo ponto de fusão de cobre, zinco ou chumbo e montados em uma base isolante. O objetivo dos fusíveis é desconectar o consumidor da rede em caso de sobrecarga ou curto-circuito inaceitavelmente grande. Os fusíveis têm uma potência relativamente pequena que os fusíveis ou algum tipo de dispositivo de desconexão podem cortar sem perigo de serem danificados ou destruídos, chamado de potência máxima de interrupção.

Os fusíveis são de cortiça, chapa e tubular. Os fusíveis espelho são feitos para tensões de até 500 V e correntes de 2 a 60 A e são usados ​​para proteger redes de iluminação e motores elétricos de baixa potência. Fusíveis lamelares, que apresentam grandes inconvenientes (respingos do metal de inserção durante a queima, dificuldades em substituí-los), estão sendo tentados a não serem usados. Os fusíveis tubulares de baixa tensão são fabricados para tensões de até 500 V e correntes de 6 a 1000 A. Estruturalmente, os fusíveis tubulares podem ser feitos com tubo de porcelana aberto e com tubo fechado de vidro, fibra ou porcelana. Os tubos com elos fusíveis que passam por eles são frequentemente cobertos com areia de quartzo. No momento em que o fusível queima, a areia quebra o arco elétrico em uma série de pequenos arcos, esfria bem o arco e ele se apaga rapidamente.

Em circuitos elétricos de corrente contínua e alternada com tensão de até 500 V, são utilizados interruptores pneumáticos automáticos ou simplesmente autômatos. A finalidade das máquinas é abrir circuitos elétricos em caso de sobrecarga ou curto-circuito.

A parte principal do relé térmico é uma placa bimetálica. Sob a ação do calor do elemento de aquecimento, a placa bimetálica é deformada, que, ao dobrar, libera a trava. Sob a ação de uma mola, a trava gira em torno do eixo e, com a ajuda de uma haste, abre os contatos normalmente fechados do circuito auxiliar do relé. A trava é retornada à sua posição original usando o botão de retorno. O elemento de aquecimento do relé térmico é selecionado de acordo com a corrente nominal do motor.

85. CONTATORES E CONTROLADORES

Para controle remoto e automático de motores elétricos, contatores. Dependendo do tipo de corrente, os contatores são de corrente contínua e alternada.

Em um contator CC, o circuito de potência fechado pelo contator passa por contatos montados em uma base isolante, contatos do próprio contator e uma conexão flexível de transporte de corrente. O contator é fechado por um eletroímã, cujo enrolamento é alimentado por um circuito auxiliar de controle. Quando o circuito de controle é fechado, o eletroímã atrai a armadura, que fecha os contatos do contator.

O contator é mantido na posição ligado enquanto o circuito de enrolamento do eletroímã estiver fechado. Os contatores CC KP são construídos com um, dois e três contatos principais operando em circuitos CC com tensão de 220, 440 e 600 V. As correntes nominais para as quais os contatos principais são projetados são de 20 a 250 A. A bobina eletroímã de KP contatores é projetado para tensão 48, 110 e 220 V.

Além dos contatos principais utilizados para fechar e abrir circuitos de potência, os contatores são equipados com contatos auxiliares para sinalização de circuitos e outros fins. Os contatores KP permitem até 240-1200 comutações por hora.

As bobinas de comutação dos contatores CA são fabricadas para tensões de 127, 220, 380 e 500 V na frequência de 50 Hz. Esses contatores permitem até 120 comutações por hora.

Para dar partida nos motores, mude o sentido de rotação, controle a velocidade e desligue os motores, dispositivos chamados controladores. De acordo com o tipo de controladores de corrente são DC e AC. Os controladores cujos contatos estão incluídos nos circuitos de potência dos motores elétricos são chamados de controladores de potência.

Existem controladores que fecham os circuitos de controle dos dispositivos eletromagnéticos e, por sua vez, fecham e abrem os circuitos de potência dos motores elétricos. Esses controladores são chamados controladores.

Dependendo do design do sistema de contato, os controladores podem ser tambor e came. O eixo do controlador de tambor é girado usando o volante. Placas de cobre na forma de segmentos e sendo contatos móveis são fixadas no eixo isolado dele. Os segmentos podem ter comprimentos diferentes e se deslocar um em relação ao outro por algum ângulo. Alguns segmentos são eletricamente interligados. Quando o eixo do controlador é girado, seus segmentos são conectados a contatos fixos montados em uma barra isolante. Os contatos fixos tipo dedo terminam em "crackers" facilmente substituíveis. Como resultado da conexão dos contatos móveis aos fixos, as comutações necessárias são feitas no circuito controlado.

O controlador de came consiste em um conjunto de elementos contatores que fecham e abrem com a ajuda de arruelas de came localizadas no eixo do controlador. Para melhor extinção do arco, cada elemento de contato do controlador é equipado com um dispositivo individual de extinção do arco. Os contatos dos controladores de cames têm uma capacidade de interrupção maior que os contatos dos controladores de tambor e permitem um número maior de comutações (até 600 comutações por hora).

86. MÉTODOS DE PARTIDA DE MOTORES

Os motores assíncronos podem ser acionados com tensão total (partida direta) e com tensão reduzida. A partida direta é realizada usando chaves faca, chaves, chaves de lote, partidas magnéticas, contatores e controladores. Durante a partida direta, a tensão total da rede é aplicada ao motor. A desvantagem deste método de partida são as grandes correntes de partida, que são 27 vezes maiores que as correntes nominais dos motores.

A mais simples é a partida direta de motores assíncronos com rotor em gaiola de esquilo. A partida e parada de tais motores é realizada ligando ou desligando a chave faca, etc. A partida de motores assíncronos com rotor de fase é realizada usando um reostato de partida conectado ao enrolamento do rotor através de anéis e escovas. Antes de ligar o motor, você pode certificar-se de que a resistência do reostato de partida está totalmente inserida. No final da partida, o reostato é suavemente removido e curto-circuitado. A presença de resistência ativa no circuito do rotor na partida leva a uma diminuição na corrente de partida e a um aumento no torque de partida. Para reduzir as correntes de partida dos motores assíncronos, a tensão fornecida ao enrolamento do estator do motor é reduzida.

Você também pode reduzir a tensão fornecida ao motor e, ao mesmo tempo, reduzir a corrente de partida do motor, usando um autotransformador. Ao iniciar, os autotransformadores reduzem a tensão em 50-80%.

Uma das principais desvantagens dos motores síncronos é a dificuldade de ligá-los. A partida de motores síncronos pode ser realizada por meio de um motor de partida auxiliar ou por meio de uma partida assíncrona.

Se o rotor de um motor síncrono com pólos excitados for girado por outro motor auxiliar para a velocidade de rotação do campo do estator, os pólos magnéticos do estator, interagindo com os pólos do rotor, farão com que o rotor gire ainda mais independentemente sem ajuda externa, em tempo com o campo do estator, ou seja, de forma síncrona. Para a partida, o número de pares de pólos do motor de indução deve ser menor que o número de pares de pólos do motor síncrono, pois nestas condições o motor assíncrono auxiliar pode girar o rotor do motor síncrono até a velocidade síncrona.

A complexidade da partida e a necessidade de um motor auxiliar são desvantagens significativas deste método de partida de motores síncronos. Portanto, raramente é usado atualmente.

Para implementar a partida assíncrona de um motor síncrono, um enrolamento adicional em curto-circuito é colocado nas peças polares dos pólos do rotor. Uma vez que um grande EMF é induzido no enrolamento de excitação do motor durante a partida, por razões de segurança ele é fechado por uma chave faca para resistência.

Quando a tensão de uma rede trifásica é ligada no enrolamento do estator de um motor síncrono, surge um campo magnético rotativo que, atravessando o enrolamento curto-circuitado embutido nas peças polares do rotor, induz correntes nele. Essas correntes, interagindo com o campo girante do estator, farão com que o rotor gire. Quando o rotor atinge um número maior de revoluções, a chave comuta para que o enrolamento do rotor seja conectado à rede de tensão CC. A desvantagem da partida assíncrona é uma grande corrente de partida (5-7 vezes a corrente de operação).

87. CONTROLE DE VELOCIDADE DE ROTAÇÃO DE MOTORES ELÉTRICOS

A velocidade de rotação dos motores elétricos CC pode ser controlada alterando a tensão fornecida ao motor ou alterando a magnitude do fluxo magnético do motor.

A alteração da magnitude da tensão fornecida à armadura do motor pode ser feita conectando uma resistência de controle variável em série com a armadura do motor ou conectando os enrolamentos das armaduras de vários motores em série e paralelo. O método mais comumente usado para controle de velocidade é alterar a magnitude do fluxo magnético do motor. Para isso, um reostato é incluído no circuito do enrolamento de excitação do motor, o que possibilita um ajuste amplo e suave da velocidade do motor.

A velocidade de rotação dos motores assíncronos é controlada por um dos seguintes métodos.

1. Alteração do número de pólos do motor. Para poder alterar o número de pares de pólos do motor, o estator é feito com dois enrolamentos independentes ou com um enrolamento, que pode ser reconectado a um número diferente de pólos. A reconexão dos enrolamentos do estator é realizada por meio de um aparelho especial - controlador. Com este método, o ajuste da rotação do motor é realizado em saltos. O ajuste da velocidade do motor alterando o número de pólos só pode ser feito com motores assíncronos com rotor em gaiola de esquilo. O rotor em curto-circuito pode ser operado com qualquer número de pólos do estator. Pelo contrário, o rotor de um motor com enrolamento de fase só pode funcionar normalmente com um certo número de pólos do estator. Caso contrário, o enrolamento do rotor também teria que ser trocado, o que traria grandes complicações no circuito do motor.

2. Altere a frequência da corrente alternada. Com este método, a frequência da corrente alternada fornecida ao enrolamento do estator do motor é alterada usando um gerador especial. É benéfico ajustar a mudança de frequência atual quando há um grande grupo de motores que exigem controle de velocidade suave da junta.

3. Introdução de resistência no circuito do rotor. Durante a operação do motor, a resistência do reostato de ajuste é introduzida no circuito de enrolamento do rotor. Este método é aplicável apenas para motores com rotor de fase.

4. Controle com estranguladores de saturação. Um indutor de saturação monofásico possui dois enrolamentos: um é conectado ao circuito CA, o outro, chamado de enrolamento de controle ou de polarização, é conectado a uma fonte de tensão CC (retificador). Com o aumento da corrente no enrolamento de controle, o sistema magnético do indutor satura e a resistência indutiva do enrolamento CA diminui. Ao incluir bobinas em cada fase de um motor assíncrono e alterar a corrente do enrolamento de controle, é possível alterar a resistência no circuito do estator do motor e, consequentemente, a velocidade de rotação do próprio motor.

Para dar partida em motores CC de alta potência, bem como para ajustar amplamente a velocidade de rotação dos motores, é utilizado o esquema "gerador - motor", abreviado como G - D. O sistema G - D possibilita a execução de partida e amplo ajuste da rotação do motor.

88. BATERIAS

Pilhas recarregáveis estão equipados com baterias de chumbo-ácido ou alcalinas, sendo as primeiras as mais utilizadas.

A bateria das baterias estacionárias de chumbo-ácido consiste em baterias do tipo C (estacionárias para modos de descarga longa) ou SC (estacionárias para modos de descarga curta). As baterias SK diferem das baterias do tipo C com pólos de conexão reforçados. Os números após a designação da letra dessas baterias caracterizam sua capacidade, descarga e correntes de carga.

As baterias tipo C são projetadas para descarregar por 3 a 10 horas; a corrente de descarga máxima permitida em 3 horas é de 9 A. As baterias SC podem ser descarregadas em um período mais curto - até 1 hora; a corrente de descarga máxima permitida em uma hora é de 18,5 A.

A corrente de descarga de curto prazo (por não mais de 5 s) não deve exceder 250% da corrente de descarga de três horas para baterias do tipo C e 250% da corrente de descarga de uma hora para baterias do tipo SK.

Durante o carregamento, a corrente máxima de carregamento é permitida: 9 A para baterias do tipo C e 11 A para baterias do tipo CK.

O valor de capacidade indicado para cada tipo de bateria varia muito dependendo da magnitude da corrente de descarga e do modo de descarga.

Para baterias de armazenamento estacionárias, são usadas baterias de chumbo-ácido do tipo blindado SP e SPK (blindado estacionário). Para baterias portáteis, são usadas baterias de chumbo-ácido do tipo ST (starter).

As baterias alcalinas são equipadas com baterias de ferro-níquel do tipo ZhN ou TGN.

O número da bateria corresponde à sua capacidade nominal em amperes-hora.

As baterias são carregadas com a corrente do modo de carregamento normal por 6-7 horas. Uma carga acelerada é permitida no seguinte modo: primeiro por 2,5 horas com uma corrente duas vezes o valor normal, depois por 2 horas com uma corrente de normal valor.

Para baterias portáteis, são usadas baterias de ferro-níquel 10 ZhN com tensão de 12,5 V; 4ZhN-5V; 5 ZhN-6,5 V.

Durante a operação da bateria, a tensão de cada célula diminui. Se você não tomar medidas especiais, a tensão do barramento da bateria também diminuirá. A este respeito, à medida que a bateria está descarregada, novos elementos devem ser conectados além das baterias de trabalho. Assim, a bateria consiste em um número de células em constante funcionamento e várias células que são ligadas e desligadas conforme necessário. O aparelho pelo qual o número de células de bateria ativas é alterado é chamado de chave elementar.

Nas centrais e subestações estão disponíveis os seguintes tipos de cargas CC:

1) carga constante - lâmpadas de sinalização e controle nos painéis de controle, alguns relés de proteção e automação, etc.;

2) carga temporária - ocorre em caso de falha de energia da subestação com corrente trifásica alternada; consiste em lâmpadas de iluminação de emergência e motores DC;

3) carga de curto prazo - mecanismos para ligar atuadores elétricos de chaves, parte de relés de proteção e automação.

89. MODO DE OPERAÇÃO DA BATERIA

Existem dois modos de operação da bateria: carga-descarga и recarga constante.

O modo carga-descarga é caracterizado pelo fato de que após a bateria ser carregada, o carregador desliga e a bateria fornece uma carga constante (lâmpadas de alarme, dispositivos de controle), uma carga periódica de curto prazo (acionamentos de disjuntores eletromagnéticos) e um carga de emergência. A bateria, descarregada a uma determinada tensão, é reconectada à unidade de carregamento, que, enquanto carrega a bateria, alimenta simultaneamente a carga.

Para uma bateria operando de acordo com o método de carga-descarga, uma carga de equalização (recarga) é realizada uma vez a cada três meses.

O modo de carga constante é o seguinte. A bateria é recarregada continuamente pelo subcarregador e, portanto, está a qualquer momento em estado de carga total. As cargas de choque que ocorrem na rede DC são percebidas pela bateria. Uma vez por mês, a bateria operando no modo de carga lenta deve ser carregada a partir da unidade de carregamento.

Para implementar o modo carga-descarga, é usado um circuito de bateria com um interruptor de elemento duplo. Um motor-gerador é usado como unidade de carregamento. O gerador é conectado aos pneus por meio de fusíveis, um disjuntor de sobrecorrente com relé de corrente reversa, um amperímetro e um interruptor de duas posições.

A máquina máxima protege o gerador de sobrecarga.

O relé de corrente reversa desliga o gerador se sua EMF se tornar menor que a tensão nos barramentos da bateria. Isso pode acontecer quando a velocidade do gerador é reduzida, a tensão CA que alimenta o motor é perdida e por outros motivos. Se o gerador não for desligado neste momento, ele, mudando para o modo do motor, se tornará uma carga na bateria.

O número total de baterias conectadas à bateria deve ser tal que mesmo as células descarregadas na tensão mínima devem fornecer a tensão nominal nos barramentos da bateria.

Se a carga da rede for insignificante, a unidade pode fornecer corrente à rede e carregar simultaneamente a bateria. Porém, ao final da carga, o gerador fornece uma tensão maior do que aquela em que a rede costuma operar. Se você incluir um reostato na rede, devido à queda de tensão nele, poderá reduzir a tensão. Mas isso é antieconômico. Uma solução simples para o problema de operação simultânea do gerador na rede e na carga é usar uma chave de dois elementos no circuito. Este último permite usar a diferença entre a tensão do gerador e a tensão da rede para carregar um grupo de baterias conectadas ao interruptor.

As baterias estão localizadas em uma sala especial no porão ou no primeiro andar de uma usina ou prédio de subestação. A sala deve estar seca, não sujeita a mudanças bruscas de temperatura, tremores ou vibrações. A entrada da sala é feita por um vestíbulo. A temperatura da sala ao nível dos acumuladores não deve ser inferior a 10o. A sala de baterias deve ter ventilação de alimentação e exaustão.

90. SEGURANÇA EM DISPOSITIVOS ELÉTRICOS

O trabalho em instalações elétricas é totalmente seguro se o pessoal de operação observar rigorosamente as regras de operação técnica e as regras de segurança. Para fazer isso, pessoas que estudaram as regras de segurança e receberam certificados de teste de conhecimento com a atribuição de um grupo de qualificação podem trabalhar em instalações elétricas.

Equipamento básico de proteção são chamados dispositivos, cujo isolamento suporta de maneira confiável a tensão de operação da instalação e com os quais é permitido tocar em partes vivas sob tensão.

Os principais equipamentos de proteção isolante em instalações de qualquer tensão incluem varetas isolantes para comutação operacional, para fazer medições, para aplicação de aterramento e outros fins, e braçadeiras isolantes para fusíveis, e em instalações de baixa tensão, além de luvas e mitenes dielétricas e ferramenta com cabos isolantes.

Meios de proteção adicionais são dispositivos que por si só não podem garantir a segurança contra choque elétrico e servem para aumentar o efeito dos meios de proteção principais, e também servem para proteger contra tensão de toque, tensão de passo e queimaduras de arco elétrico. Meios isolantes de proteção adicionais em instalações de alta tensão incluem: luvas e mitenes dielétricos, botas dielétricas, tapetes e trilhos de borracha, suportes isolantes. Para todas as operações de alta tensão, o equipamento de proteção primário deve ser usado em conjunto com os secundários. Os equipamentos de proteção, tanto em uso quanto em estoque, devem ser numerados e seu estado deve ser verificado em determinados momentos.

Os trabalhos de reparo e instalação devem ser realizados com o equipamento desligado. Se a instalação não puder ser desligada por um motivo ou outro, ao trabalhar sob tensão, é necessário observar as normas de segurança usando dispositivos de proteção (almofadas isolantes, luvas de borracha, óculos de proteção, etc.).

Ao trabalhar sob alta tensão, as seguintes precauções devem ser observadas:

1) o trabalho deve ser realizado apenas por um grupo de trabalhadores (no mínimo dois), para que um deles possa prestar assistência a outro em caso de acidente;

2) os trabalhadores devem estar bem isolados do solo;

3) durante a execução do trabalho, os trabalhadores não devem tocar em pessoas que não estejam isoladas, bem como em peças metálicas;

4) antes de iniciar o trabalho, todos os dispositivos de proteção devem ser cuidadosamente verificados pelos próprios trabalhadores.

Antes de iniciar os trabalhos em instalações e equipamentos de alta tensão, é necessário certificar-se, utilizando instrumentos apropriados, de que não há tensão na parte da instalação em que os trabalhos serão realizados. Então você precisa descarregar os pneus coletores, cabos de transformadores, verificar se há curto-circuito, fechá-los e aterrá-los com segurança.

Autor: Kosareva O.A.

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