книги / Электрические аппараты автоматического управления

ратуре 20° С. Недостаток селеновых выпрямителей заключается в нестабильности характеристик, зависящей от времени и режима работы. На рис. 9.2, б приведена вольт-амперная характеристика селенового диода.

Меднозакисные (купроксные) диоды конструктивно похожи на селеновые, изготовляются также в виде шайб-элементов, из которых собирается столбик на нужное напряжение. Отличаются

они тем, что в качестве рабочего элемента в них применяют слой закиси меди. На рис. 9.3 приведен элемент — шайба меднозакис­ ного диода: 1 — болт, 2 — гайка, 3 — шайба, 4 — изолирующая шайба, 5 — радиатор, 6 — медь (катод), 7 — слой закиси меди (анод), 8 — свинцовая шайба, 9 — дистанционная шайба, 10 — изолирующая трубка.

Меднозакисные диоды имеют стабильные характеристики, но малое обратное напряжение (8 — 10 в) и низкую стабильную тем­ пературу (45—50°С). Это часто ограничивает их применение.

9.2.2. Триоды (транзисторы)

Если к р—/г структуре добавить область с дырочной или элек­ тронной проводимостью, то образуется транзисторная р—п—р или п—р—п структура (рис. 9.4, а) с двумя переходами, обладающая усилительными свойствами. Средняя область транзисторной структуры (база) делается очень тонкой. К одному из переходов (эмиттерному) напряжение приложено в прямом направлении, к другому переходу (коллекторному) в обратном. Носители за­ ряда, попадающие в базу из эмиттерного перехода, достигают

коллекторного перехода. За счет этого ток в цепи коллектора увеличивается. Величиной этой составляющей тока можно управ­ лять, изменяя напряжение на эмиттерном переходе. При этом мощность, выделяющаяся в выходной цепи, значительно превы-

Рис. 9.5

шает мощность, потребляемую на входе. Происходит усиление по мощности.

В зависимости от способа получения и геометрии перехода различают триоды с точечным и плоскостным переходамиПолу­ проводниковый триод имеет три вывода: эмиттер 3, коллектор К и базу Б, или основание (9.4, б), и может быть включен в цепь

по одной из трех схем (рис. 9.5, я, б и в), т. е. по схеме, когда заземлено или основание, или эмиттер, или коллектор, или, как говорят, по схеме с общим основанием, эмиттером и коллектором. Основной характеристикой триода является его вольт-амперная характеристика. Чаще всего используются два семейства вольтамперных характеристик триодов — входные и выходные.

Рис. 9.6

Входные характеристики дают зависимость входного тока (базы или эмиттера) от напряжения между базой и эмиттером при фиксированных значениях напряжения на коллекторе (рис. 9.6, а), определяют также зависимость тока коллектора от напря­ жения на коллекторе при фиксированных значениях тока базы или эмиттера (в зависимости от способа включения транзистора). Выходные характеристики (рис. 9.6,6) имеют вид, аналогичный характеристикам диодов в прямом направлении — ток резко­ экспоненциально возрастает с увеличением напряжения. В табл. 9.3 приведены некоторые типы германиевых триодов.

Транзисторы, приведенные в табл. 9.3, предназначены для работы в радиотехнической аппаратуре, в схемах усиления низ­ кой частоты. Они конструктивно оформлены в металлическом герметическом корпусе со стеклянными изоляторами и имеют гибкие выводы.

В табл. 9.4 приведены некоторые типы кремниевых транзисто­ ров, предназначенных для работы в радиотехнических и элек­ тронных устройствах в режимах усиления мощности низкой час­ тоты при повышенных температурах. Транзисторы конструктивно оформлены в металлическом герметическом корпусе, защищен­ ном противокоррозийным покрытием со стеклянными изолято­ рами, с жесткими выводами, легко смачиваемыми припоем. Вес транзистора не более 9 г.

Предельная частота коэффи- цпапта усиления по чоъу' ( ,

9.2.3. Тиристор (управляемый диод)

Тиристор представляет собой полупроводниковый электриче­ ский прибор с электронной и дырочной проводимостью. Он вы­ полняется на основе четырехслойной монокристаллической структуры типа п—р—п—р (рис. 9.7, а). Средние слои называют­ ся соответственно п и р базой, крайние — р и п эмиттером.

Рис. 9.7

Эмиттерные электроды (катод К и анод А) являются силовыми электродами. Базовый электрод называется управляющим элек­ тродом УЭ. р—/г-переход 1 называется эмиттерным или катод­ ным, переход 2 называется коллекторным переходом, переход 3— эмиттерным или анодным.

Тиристор обладает вольт-амперной характеристикой S-образ- ного типа. Поэтому он имеет нелинейную разрывную зависимость сопротивления главной цепи от тока в прямом направлении. Значение сопротивления резко меняется при изменении направ­ ления тока. На этом свойстве тиристора и основано управление им. Если на управляющий электрод подать плюс, а на катод минус, то произойдет снижение потенциального барьера первого перехода (/) и ток возрастет. С ростом тока 1У общее; напряже­ ние, необходимое для переключения системы, понижается. Вольтамперная характеристика тиристора для различных управляю­ щих токов 1Уприведена на рис. 9.8. При токе /у=100 ма характе­ ристика системы соответствует обычной диодной. Ток управления, при котором происходит такое изменение характеристики, назы­ вается током спрямления. При анализе процессов в тиристоре оказалось удобным рассматривать его как состоящим из двух транзисторов типов р—п—р и п—р—/г, соединенных таким обра­ зом, что их эмиттеры инжектируют неосновные носители на кол­ лектор (рис. 9.7,6). Структурная схема транзисторного аналога

приведена на рис. 9.9. Включение тиристора обычно осуществля­ ется посредством сигналов управления, а выключение — снятием разности потенциалов между силовыми электродами вентеля (А и К) или изменением их полярности.

Рис. 9.9

Наибольшее применение тиристоры получили в схемах управ­ ления электроприводом. На основе тиристоров создана современ­ ная силовая техника.

Терморезисторы (рис. 9.10). Полупроводниковыми терморе­ зисторами (термосопротивлениями, термисторами) — ПТР назы-

вают объемные нелинейные сопротивления, изготовленные из полупроводникового материала с большим отрицательным тем­ пературным коэффициентом сопротивления.

Терморезисторы бывают прямого и косвенного подогрева. Первые изменяют свое сопротивление под действием тепла, вы­ деляемого током, идущим по ПТР, или под действием внешней температуры. Вторые имеют дополнительный подогрев от спе­ циального подогревателя. Терморезисторы широко используются в качестве теплодатчиков. Характеристика терморезистора 7?=ф(0) близка к экспоненте.

9.2.4. Варисторы

Варисторы — это полупроводниковые нелинейные сопротивле­ ния. Сопротивление варисторов зависит от напряженности элек­ трического поля, а значит, и от напряжения. В отличие от диодов, сопротивление которых несимметрично, варисторы обладают симметричным сопротивлением. Они применяются для защиты от перенапряжений и особенно в качестве устройств, шунтирую­ щих контакты реле.

§9.3. МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

9.3.1.Общие сведения

Магнитный усилитель представляет собой бесконтактный ста­ тический аппарат автоматического действия. Магнитные усили­ тели бывают однотактными или нереверсивными и двухтактными или реверсивными. Принцип действия магнитных усилителей основан на использовании нелинейных свойств стали. Если элек­ трическую цепь со сталью переменного тока подмагничивать постоянным током, то можно управлять относительной магнитной проницаемостью стали ц,- и она будет уменьшаться так, как это изображено на рис. 9.11 для трансформаторной стали при частоте 50 гц (а — при синусоидальной индукции, б — при синусоидаль­ ном токе). Это и объясняет принцип действия магнитного усили­ теля. При уменьшении будет уменьшаться индуктивное сопро­ тивление катушки переменного тока, а это при неизменности величины сопротивления нагрузки и напряжения сети, от кото­ рого питается катушка, приведет к увеличению тока в цепи.

Для пояснения этого утверждения рассмотрим схему рис. 9.11, в (дроссель с подмагничиванием). Если считать сопротивле­ ние обмотки W^ чисто индуктивным, то ток холостого хода схемы рис. 9.11,в, т. е. ток нагрузки 1и при токе управления, равном нулю (/у = 0 ), будет:

Если проследить процесс подмагничивания точки /, 2 и 3 на рис. 9.11, г и б, то можно видеть, что ток нагрузки изменяется от

считая, что л '^ 0 .

Это и будет эффект усиления, это и поясняет принцип дей­ ствия магнитного усилителя.

Расстроенный магнитный усилитель рис. 9.11, в не получил распространения, так как при такой конструкции необходимо включать в обмотку управления большую индуктивность, чтобы уменьшить переменный ток, наводимый в обмотке управления, а это приводит к ухудшению параметров магнитного усилителя. Поэтому в настоящее время получили распространение другие схемы магнитных усилителей, которые лишены недостатков маг­ нитного усилителя, приведенного на рис. 9.11, в.

Схемы таких простейших магнитных усилителей приведены на рис. 9.12, а и б. Такой магнитный усилитель состоит из двух одинаковых сердечников или одного Ш-образного, на которые наложены две обмотки. Первая обмотка называется рабочей об­