Елт 24 24-25

04.04.2025р.

Тема програми: 6. Трансформатори.

Тема уроку № 11. Трифазні трансформатори. Групи з’єднання обмоток.

Працюємо з підручником:

Гуржій А. М. Електротехніка та основи електроніки : підручник для здобувачів професійної (професійно-технічної) освіти / А. М. Гуржій, С. К. Мещанінов, А. Т. Нельга, В. М. Співак. – Київ : Літера ЛТД, 2020. – 288 с. Стор. 187-188.

https://lib.imzo.gov.ua/wa-data/public/site/books2/pidrucnnyky-posibnyky-profosvita/Litera-Elektrotehnika.pdf

Опрацювати матеріал.

1. Трифазні трансформатори.

2. Будова трифазних трансформаторів.

3. Групи з’єднання обмоток трифазних трансформаторів.

Д.З. Відповісти на питання:

1. Яке призначення трансформатора.

2. Як класифікують трансформатори.

3. Опишіть будову трансформатора.

4. Чим відрізняється силовий трансформатор.

5. Яке призначення тягового трансформатора.

6. Опишіть будову трифазного трансформатора.

7. Як позначають групу з’єднань обмоток трансформаторів.

8. Замалюйте схеми з’єднання обмоток трифазних трансформаторів.

9. Замалюйте ще один вид умовного позначення на електричних схемах трифазного трансформатора.

Трансформатори.  Загальна характеристика і галузі застосування трансформаторів.

Трансформатором називається статичний (без рухомих частин) електромагнітний пристрій, призначений для перетворення електричної енергії однієї змінної напруги в електричну енергію іншої змінної напруги.

Трансформатори класифікуються за такими основними ознаками:

- залежно від мережі живлення: однофазні, багатофазні (у тому числі трифазні); імпульсні.

- за співвідношенням напруг: підвищувальні, знижувальні .

- за кількістю вторинних обмоток: однообмоткові і багатообмоткові .

- за призначенням: силові, зварювальні, вимірювальні та інші.

- за способом охолодження: повітряні (сухі) і масляні.

Основні галузі застосування трансформаторів:

1. Системи енергопостачання. У системах енергопостачання електрична енергія виробляється на великих електростанціях: атомних (АЕС), теплових (ТЕС), гідроелектростанціях (ГЕС). Вироблену електричну енергію необхідно передати на значну відстань і розподілити на великій території, яка в деяких випадках охоплює території декількох країн. Для зменшення втрат електричної енергії за допомогою силового підвищувального трансформатора напругу з виходу генератора підвищують, передають електричну енергію за допомогою ліній електропередач (ЛЕП) на значну відстань. Розподіляють електричну енергію на знижувальних трансформаторних підстанціях різних рівнів, каскадно знижуючи напруги, і підводять напругу за допомогою електричної мережі до кожного споживача.

2. Промислова та побутова електроніка, де трансформатори застосовуються у вторинних джерелах електроенергії, для гальванічного розділення електричних кіл, для узгодження опорів пристроїв, для передачі та перетворення імпульсів.

3. Вимірювання струмів і напруг у потужних енергосистемах за допомогою спеціальних вимірювальних трансформаторів.

Будова і принцип дії трансформаторів. Трансформатор складається з первинної 1 та вторинної 2 обмоток і магнітопроводу 3 (рис. 1).

Рис.1. Будова трансформаторів:

1 – первинна обмотка; 2 - вторинна обмотка; 3 – магнітопровід.

Первинна обмотка — це обмотка, ввімкнена до джерела електричної енергії (здебільшого до електричної мережі).

До вторинної обмотки вмикають споживач електричної енергії.

Магнітопровід призначений для магнітного зв’язку первинної та вторинної обмоток. Магнітопровід трансформатора виготовляють з тонких (0,35...0,5 мм) листів електротехнічної сталі для зменшення втрат, зумовлених вихровими струмами.

Магнітопроводи трансформаторів малої потужності, призначених для роботи в діапазоні високих частот, пресують із порошкових матеріалів (магнітодіелектриків та феритів).

Обмотки трансформаторів виготовляють у вигляді циліндричних котушок з мідних або алюмінієвих, ізольованих один від одного, проводів круглого або прямокутного перерізів. Первинну і вторинну обмотки розміщують на одному стержні.

Обмотки нижчої напруги (НН) розміщують ближче до магнітопроводу, а обмотки вищої напруги (ВВ) розміщують зверху. Між обмотками знаходиться ізоляційний циліндр. Силові трансформатори мають, крім того, систему охолодження (рис. 2).

Рис.2. Тяговий трансформатор ОДЦЄ-5000/25

1 — захисна сітка масляної секції; 2 — масляний трубопровід; 3 — піддон;  4 — масляна секція; 5 — бак; 6 — нижня ярмова балка; 7 — обмотка;  8 — селікогелевий патрон; 9 — повітропровід охолодження масла; 10 — опорна балка; 11-маслолрокачуючий насос; 12 — манометр тиску масла; 13 — опора головного контролера; 14 — виводи мережевої обмотки; 15 — виводи вторинної обмотки; 16 — кришка бака; 17 — розширювальний бачок; 18 — заливочна горловина

Для перетворення електричної енергії трифазного струму можна застосовувати або три однофазних трансформатори, або один трифазний трансформатор (рис. 3).

На осерді трифазного трансформатора розташовані первинна і вторинна обмотки окремих фаз.

Затискачі обмоток вищої напруги позначаються великими літерами: А, В, С – початки обмоток; Х, Y, Z – кінці обмоток. Затискачі обмоток нижчої напруги позначені малими літерами: a, b, c – початки обмоток; x, y, z – кінці обмоток.

Рис. 3. Трифазний трансформатор

На (рис. 4) зображено загальний вигляд трифазного трансформатора з оливним охолодженням.

Рис. 4. Загальний вигляд трифазного трансформатора з оливним охолодженням

         Для трифазних трансформаторів позначають схему та групу з’єднань. Схема з’єднань – спосіб з’єднання обмоток трансформатора. Обмотки трифазного трансформатора можуть бути з’єднані «зіркою» (позначення Y) і «трикутником» (позначення Δ). Можливі схеми з’єднання: Y / Y, Δ / Δ, Y / Δ, Δ / Y.

Група з’єднань – цифри, які позначають кут зсуву вторинної лінійної напруги відносно первинної лінійної напруги, що необхідно знати при вмиканні трансформаторів у паралельну роботу.

Групу з’єднань позначають цифрами 12, 11 або 1. Цифра 12 означає кут зсуву 360º, цифра 11 – 330º, цифра 1 – 390º.

Рис.5. Будова трифазного трансформатора.

Рис. 6. Схеми з’єднання обмоток трифазних трансформаторів

На рис. 7 зображено умовне позначення трифазного трансформатора на електричних схемах.

Рис. 7. Умовне позначення на електричних схемах трифазного трансформатора

Маркування трансформаторів здійснюють шляхом нанесення на паспортну табличку певної буквено-цифрової абревіатури.

Перша літера – вид трансформатора: А – автотрансформатор, відсутність літери – трансформатор.

Друга літера – кількість фаз: Т – трифазний трансформатор, О – однофазний трансформатор.

Третя літера – наявність розщепленої обмотки нижчої напруги – літера Р (може не бути).

Четверта літера (група літер) – позначення системи охолодження:

С – природне повітряне охолодження та відкрите виконання;

СЗ – природне повітряне охолодження та захищене виконання;

СГ – природне повітряне охолодження та герметичне виконання;

СД – примусове повітряне охолодження;

М – природне оливне охолодження;

Д – природне оливне охолодження з примусовим повітряним охолодженням;

ДЦ – оливне охолодження із примусовою циркуляцією та примусове повітряне охолодження;

МВ – оливо-водяне охолодження із природною циркуляцією оливи;

Ц – оливо-водяне охолодження із примусовою циркуляцією оливи;

Н – природне охолодження негорючим діелектриком;

НД – природне охолодження негорючим діелектриком з примусовим повітряним охолодженням.

П’ята літера – кількість обмоток:

Т – триобмотковий трансформатор, відсутність літери – двообмотковий трансформатор.

Шоста літера – наявність пристрою регулювання напруги під навантаженням: літера Н (може не бути).

Сьома літера – галузь використання: П – для систем живлення; И (І) – для живлення електрифікованого інструменту; С – для власних потреб.

Через дефіс вказується номінальна потужність трансформатора, вимірювана  в кВА, через дріб – номінальна напруга обмотки вищої напруги в кВ Наприклад: ТСЗИ-1,6 – трифазний трансформатор із природним повітряним охолодженням у захищеному виконанні для живлення електрифікованого інструменту, потужністю 1,6 кВА.

28.03.2025р.

Тема програми: 6. Трансформатори.

 Тема уроку № 10. Принцип дії  та будова трансформаторів.

Працюємо з підручником:

Гуржій А. М. Електротехніка та основи електроніки : підручник для здобувачів професійної (професійно-технічної) освіти / А. М. Гуржій, С. К. Мещанінов, А. Т. Нельга, В. М. Співак. – Київ : Літера ЛТД, 2020. – 288 с.  Стор. 104-114.

https://lib.imzo.gov.ua/wa-data/public/site/books2/pidrucnnyky-posibnyky-profosvita/Litera-Elektrotehnika.pdf

Опрацювати матеріал.

1. Призначення трансформаторів.

2. Будова трансформаторів.

3. Класифікація трансформаторів.

Д.З. Оформити конспект. Дати відповідь на питання:

1. Яке призначення трансформаторів?

2. Опишіть будову трансформаторів.

3. Замалюйте будову трансформатора.

4. Які трансформатори називають сухими?

5. Виконайте графічне зображення однофазного трансформатора.

6. Як поділяють трансформатори.

7. Чим відрізняються трансформатори стрижневого і броньового типів.        

         Пристрої, що здійснюють перетворення змінної напруги однієї величини на іншу за збереження її частоти, називають трансформаторами. В основі дії трансформатора лежить явище електромагнітної індукції, яке було відкрито в 1831 р. англійським фізиком Майклом Фарадеєм.

         А в 1848 р. німецький механік Генріх Румкорф винайшов індукційну котушку особливої конструкції (рис. 1). Вона стала прообразом трансформатора.

Рис. 1. Загальний вигляд індукційної котушки

         Датою створення першого трансформатора змінного струму вважається 30 листопада 1876 р., коли Павло Яблочков отримав патент на цей винахід.

         У 1885 р. три угорські інженери Отто Блаті, Мікша Дері та Карой Зіперновскі створили трансформатор змінного струму промислової конструкції. Отто Блаті став співавтором винаходу регулятора напруги (стабілізатора напруги), лічильників змінного струму, електродвигуна, турбогенератора.

         А в 1888 р. Нікола Тесла отримав патент на трифазний трансформатор, до складу якого входять три стержні магнітопроводу.

         Трансформатори, призначені для перетворення однофазної напруги, називають однофазними. Трансформатори, як за призначенням, так і конструкцією, дуже різноманітні.

         Найпростіший трансформатор складається зі сталевого осердя (магнітопроводу) і двох розташованих на ньому обмоток (рис. 2). Одна обмотка підключається до джерела змінного струму і називається первинною. Інша обмотка, яка називається вторинною, служить для підключення споживчих пристроїв.

         Робота трансформатора заснована на явищі взаємної індукції, яке є наслідком закону електромагнітної індукції.

         Відношення кількості витків первинної обмотки до кількості витків вторинної обмотки називають коефіцієнтом трансформації.

Рис. 2. Будова однофазного трансформатора

         На підставі закону електромагнітної індукції можна записати:

         Поділивши одну рівність на іншу, отримаємо:

e₂ / e₁ = ω₂ / ω₁ = k.

         Отже, в будь-який момент часу відношення миттєвих значень ЕРС вторинної та первинної обмоток дорівнює коефіцієнту трансформації.

Це можливо тільки за повного збігу за фазою ЕРС e₁ і e₂.

         Якщо коло вторинної обмотки трансформатора розімкнути (режим холостого ходу), то напруга на затискачах обмотки буде U₂ = E₂, а напруга джерела живлення майже повністю врівноважиться ЕРС первинної обмотки U ≈ E1.

         Отже, можна стверджувати, що

k = E₂ / E₁ ≈ U₂ / U₁.

         Таким чином, коефіцієнт трансформації можна визначити на підставі вимірювань напруги на вході і виході ненавантаженого трансформатора.

         З огляду на високий ККД трансформатора, можна вважати, що S₁ ≈ S₂, де

S₁ = U₁I₁ – потужність, споживана з мережі, S₂ = U₂I₂ – потужність, що надається навантаженню.

         Таким чином, U₁I₁ ≈ U₂I₂, звідки I₁ / I₂ ≈ U₂ / U₁ = k.

         Відношення струмів первинної і вторинної обмоток приблизно дорівнює

коефіцієнту трансформації, тому струм I₂ в стільки разів підвищується (зменшується), у скільки разів зменшується (підвищується) U₂.

         Слід зазначити, що в деяких випадках виникнення взаємоіндукції є небажаним. Наприклад, ЕРС взаємоіндукції, що виникає в лініях зв’язку (телефонних проводах), прокладених уздовж високовольтних ліній електропередач

або уздовж контактної мережі змінного струму електрифікованих залізниць, створює перешкоди при передачі телефонних сигналів. Тому лінії зв’язку намагаються розташовувати перпендикулярно проводам ліній електропередач або захищати їх металевими екранами.

         Під час роботи трансформатора через струм в обмотках, а також внаслідок перемагнічування магнітопроводу й вихрових струмів виділяється тепло.

         Трансформатори невеликої потужності (до 10 кВ · А), яким вистачає повітряного охолодження, називають сухими. У потужних трансформаторах застосовують охолодження оливою. Магнітопровід з обмотками розміщують у баку, заповненому мінеральною (трансформаторною) оливою. Олива не тільки відводить тепло завдяки конвекції або примусовій циркуляції, але також є хорошим діелектриком (ізолятором). Оливні трансформатори надійні в роботі і мають менші розміри і масу порівняно із сухими трансформаторами такої самої потужності.

         Сучасні трансформатори мають складну конструкцію, але принцип їхньої дії є однаковим.

         Умовні позначення однофазних трансформаторів зображено на рис. 3.

Рис. 3. Графічне зображення однофазного трансформатора

         Класифікація трансформаторів. За кількістю фаз трансформатори поділяють на однофазні та трифазні.

         За кількістю обмоток трансформатори поділяють на двообмоткові, триобмоткові та багатообмоткові.

         За призначенням трансформатори поділяють на силові та спеціальні.

         Силовий трансформатор – прилад, який за допомогою електромагнітної індукції перетворює одну величину змінної напруги та струму в іншу величину змінної напруги та струму без зміни частоти.

         Спеціальні трансформатори – трансформатори спеціального призначення:

- вимірювальні,

- зварювальні,

- інструментальні,

- автотрансформатори тощо.

         Вимірювальний трансформатор – трансформатор, який застосовують у ланцюгах змінного струму для розширення меж вимірювальних приладів.

         Зварювальний трансформатор – трансформатор, який застосовують для електричного зварювання.

         Інструментальний трансформатор – трансформатор, який застосовують для живлення електроінструменту.

         Автотрансформатор – трансформатор, дві або більше обмоток якого мають спільну частину. Обмотки автотрансформатора сполучені безпосередньо, і передача енергії з первинного кола у вторинне відбувається як за допомогою магнітного поля, так і електричним шляхом.

         Трансформатор, до складу якого входить одна первинна і одна вторинна обмотки, називають двообмотковим, а трансформатор, що має дві і більше вторинних обмоток, – багатообмотковим.

         Розрізняють трансформатори стрижневого (рис. 4, а) і броньового (рис. 4, б) типів. Останній добре захищає обмотки котушок від механічних пошкоджень.        Верхню частину трансформатора, що має назву ярмо, закріплюють після насадки на стрижень котушок (обмоток).

Рис. 4. Конструкція однофазного малопотужного трансформатора

 стрижневого (а) та броньового (б) типів

         Обмотки трансформаторів виготовляють із мідного дроту і розміщують на одному або на різних стрижнях поруч або одна під одною. В останньому випадку безпосередньо до стрижня примикає обмотка нижчої напруги, а над нею розміщують обмотку вищої напруги.

         На осерді може бути розміщено декілька вторинних обмоток з різною кількістю витків, що дає змогу отримати різні за значенням вторинні напруги.

21.03.2025р.

Тема програми:5. Електричні та радіотехнічні вимірювання. Електровимірювальні прилади

Тема уроку № 9. Будова та принцип дії електровимірювальних приладів.

Працюємо з підручником:

Гуржій А. М. Електротехніка та основи електроніки : підручник для здобувачів професійної (професійно-технічної) освіти / А. М. Гуржій,

С. К. Мещанінов, А. Т. Нельга, В. М. Співак. – Київ : Літера ЛТД, 2020. – 288 с. Стор. 162-170.

https://lib.imzo.gov.ua/wa-data/public/site/books2/pidrucnnyky-posibnyky-profosvita/Litera-Elektrotehnika.pdf

https://studfile.net/preview/5674232/page:4/

Опрацювати матеріал.

1. Електричні вимірювання.

2. Класифікація електровимірювальних приладів.

3. Основні умовні позначення електровимірювальних приладів.

Д.З. Оформити конспект. Дати відповідь на питання:

1. Як поділяються електровимірювальні прилади?

2. Опишіть діапазони вимірюваних струмів.

3. За яким принципом поділятись електромеханічні вимірювальні прилади?

4. Замалюйте вигляд приладу електромагнітної системи та опишіть його будову?

5. Як класифікують цифрові вимірювальні прилади (ЦВП).

6. замалюйте структурну схему цифрового вольтметра.

7. Чим відрізняються аналогові від цифрових мультиметрів.      

Струми і напруги є найпоширенішими електричними величинами, які необхідно вимірювати в дуже широкому діапазоні значень.

Весь діапазон вимірюваних струмів та напруг можна умовно поділити на три під діапазони:

малих струмів (до одиниць міліампер) і напруг (до одиниць мілівольт);

середніх струмів (від одиниць міліампер до десятків ампер) і напруг (від одиниць мілівольт до сотень вольт);

великих струмів (понад десятки ампер) і напруг (понад сотні вольт).

         Вимірювальні перетворювачі струму і напруг В електромеханічних вимірювальних перетворювачах і побудованих на їх основі приладах вимірювана величина (найчастіше напруга чи струм) перетворюється в кутове переміщення рухомої частини приладу.

         Електромеханічні прилади поділяються за принципом дії на такі групи:

• магнітоелектричні;

• електромагнітні;

• електродинамічні та феродинамічні;

• електростатичні.

Магнітоелектричні прилади. Прилади магнітоелектричної системи застосовують для вимірювання постійних струмів і напруг (амперметри та вольтметри).

Принцип дії приладів магнітоелектричної системи ґрунтується на взаємодії магнітного поля постійного магніту з провідниками обмотки рухомої котушки.          Вимірювальні прилади магнітоелектричної системи мають лінійну шкалу, високу чутливість, вплив зовнішніх магнітних полів на них незначний, мало споживають енергії.

         До недоліків цих приладів, слід віднести малу здатність до перевантажень, а також те, що приладами цієї системи можна виконувати вимірювання тільки в електричних колах постійного струму.

Рис. 1. Вигляд приладу магнітоелектричної системи:

1 – рамка; 2 – циліндричне осердя; 3 – полюсні наконечники; N – S постійний магніт

Між полюсами постійного магніту N – S за допомогою полюсних наконечників 3 та циліндричного осердя 2 створюється повітряний проміжок такої форми, що силові лінії магнітного поля при будь-якому положенні рамки 1 перпендикулярні її провідникам. ном Ампера: F = IlBω, де I – струм у провідниках рамки; l – довжина тієї частини рамки, яка знаходиться в магнітному полі (активна довжина); B – магнітна індукція в повітряному проміжку; ω – число витків рамки.

На іншу сторону рамки діє така сама сила, але протилежно направлена.

Момент сил визначається як добуток сили на плече. Отже, M_об = IlBpω = BSωI, де p – ширина рамки, S = lp – площа рамки.

Значення B, S, ω для кожного приладу постійні, тому останню формулу можна записати у вигляді M_об = k₁I, де k₁ – постійний коефіцієнт.

Струм до рамки підводиться через дві спіральні пружини, які одночасно служать для створення протидіючого моменту. Момент, що створюється пружиною, пропорційний куту закручування, тому M_пр = k₂α, де k₂ – постійний коефіцієнт; α – кут повороту рамки (дорівнює куту закручування пружини).

Враховуючи, що в момент відліку, коли стрілка нерухома, M_об = M_пр, отримуємо k₁I = k₂α. З цієї рівності знаходимо:

Таким чином, кут повороту рамки та стрілки вказівника пропорційний струму, тобто прилад може бути градуйований як амперметр.

На основі закону Ома маємо I = U/R_п, де U – напруга на затискачах приладу; R_п – електричний опір рамки приладу. Після підстановки отримуємо:

Оскільки відношення k/R_п для одного приладу – величина стала, то останній вираз показує, що прилад може бути градуйований як вольтметр. Демпферний момент у магнітоелектричних приладах створюється за рахунок

вихрових струмів, що виникають в алюмінієвому каркасі рами при переміщеннях рухомої рамки.

Магнітоелектричні амперметри та вольтметри є основними вимірювальними приладами в колах постійного струму.

Електромагнітні прилади. Прилади електромагнітної системи застосовуються для вимірювання постійних і змінних струмів і напруг. Дія електромагнітного приладу ґрунтується на взаємодії магнітного поля котушки з рухомим феромагнітним осердям," в результаті чого осердя втягується в котушку і рухома вісь повертається на деякий кут під дією обертального моменту, який пропорційний квадрату струму.

До переваг електромагнітних приладів слід віднести їхню простоту, дешевизну, надійність, здатність витримувати короткочасні навантаження, а також придатність для вимірювання в колах змінного й постійного струмів.

Недоліками приладів електромагнітної системи є порівняно низька точність, нерівномірність шкали, досить велика споживана потужність, залежність показів від частоти та впливу зовнішніх магнітних полів.

Рис. 2. Вигляд приладу електромагнітної системи:

1 – котушка; 2 – пружина; 3 – осердя; 4 – повітряний демпфер.

Осердя 3 з м’якого (для зменшення втрат на гістерезис) матеріалу магнітом втягується у котушку 1 при проходженні струму по її обмотці. Протидіючий момент створюється пружиною 2. Згладжування здійснюється повітряним демпфером 4, що являє собою гільзу, у якій може переміщуватись легкий поршень, пов’язаний зі стрілкою.

Обертальний момент пропорційний квадрату струму, оскільки магнітні поля котушки та осердя створюються одним і тим самим вимірювальним струмом, що проходить по котушці:

Останній вираз показує, що кут відхилення стрілки пропорційний квадрату струму або напруги. Шкала приладу квадратична, що стиснута на її початку.

Прилади електромагнітної системи широко застосовують для вимірювань  у колах постійного та змінного струмів. Вони прості та надійні, мають високу перевантажувальну здатність та механічну міцність. Однак цим приладам притаманний ряд недоліків, основними з яких є: низька чутливість, невисока точність, значне особисте споживання енергії, нерівномірність шкали, вплив зовнішніх магнітних полів на покази приладів.

Електродинамічні та феродинамічні прилади. Прилади електродинамічної системи застосовують для вимірювання потужності, струму, напруги в електричних колах постійного та змінного струмів.

Принцип дії приладів електродинамічної системи ґрунтується на взаємодії провідників зі струмом у рухомій котушці з магнітним полем, створеним струмом у нерухомій котушці.

Феродинамічний прилад відрізняється від електродинамічного лише тим, що його нерухомі котушки мають магнітопровід з магнітном’якого матеріалу.

Електродинамічні прилади застосовують найчастіше як ватметри для вимірювання потужності у колах як постійного, так і змінного струмів. В електродинамічних та феродинамічних амперметрах нерухома і рухома котушки з’єднуються послідовно.

Електродинамічні прилади придатні для роботи як в електричних колах постійного, так і змінного струмів. У колах змінного струму електродинамічні прилади мають найвищу точність порівняно з іншими електромеханічними приладами. Але на покази електродинамічних приладів значно впливають зовнішні магнітні поля.

Рис. 3. Будова приладу електродинамічної системи:

1 – нерухома котушка; 2 – рухома котушка; 3 – вісь; 4 – спіральні пружини; 5 – стрілка з демпферним пристроєм.

Основними частинами вимірювального механізму приладу є: нерухома котушка 1, що складається із двох половин, рухома котушка 2, вісь 3 зі спіральними пружинами 4, стрілка і демпферний пристрій 5, завдяки якому здійснюється заспокоєння рухомої системи. Струм до рухомої котушки підводиться за допомогою пружин 4, які одночасно служать для створення протидіючого моменту.

Широкого застосування в техніці знайшли електродинамічні ватметри – прилади для вимірювання електричної потужності в колах постійного та змінного струмів.

Основна перевага приладів електродинамічної системи – велика точність вимірювань.

До недоліків цих приладів слід віднести значне власне споживання електричної енергії та реагування на вплив зовнішніх магнітних полів.

Електростатичні прилади. Прилади електростатичної системи застосовуються головним чином як вольтметри для вимірювання напруг у колах постійного та змінного струму.

Прилади електростатичної системи мають такі позитивні» якості:

• здатність вимірювати великі напруги безпосередньо без додаткових пристроїв;

• придатність для вимірювання як постійних, так і змінних напруг;

• незначна потужність, яку споживають прилади;

• широкий частотний діапазон вимірювання.

До недоліків цих приладів слід віднести низьку точність та чутливість, а також значну залежність від впливів зовнішніх чинників (вологості, електричних полів).

Цифрові вимірювальні прилади. В останні роки все більше застосовують цифрові електровимірювальні прилади. Ці прилади вимірюють значення величини, що безперервно змінюється, в окремі (дискретні) моменти часу та представляють отриманий результат у цифровій формі.

Класифікація ЦВП

ЦВП класифікують

а) за видом вимірюваних величин:

– вольтметри й амперметри постійного і змінного струму (напруги);

– омметри і мости постійного і змінного струму;

– комбіновані прилади;

– вимірювачі частоти, інтервалів часу і фазового зсуву;

– спеціалізовані ЦВП;

б) за видом вхідних фізичних величин:

– постійного і змінного струму (напруги);

– параметрів електричних ланцюгів (L, R, С);

– часових параметрів;

в) за способом перетворення вхідного сигналу:

– прямого перетворення (відсутній зв’язок виходу з входом);

– урівноважує перетворення (охоплено ланцюгом зворотного зв’язку);

г) за видом вихідного дискретного сигналу:

– прилади з формою подання двійкової інформації;

– прилади з десятковою формою подання інформації;

– прилади з двійково-десятковою формою подання інформації.

ЦВП містять вбудовані електронні схеми (зазвичай мікропроцесори), що дозволяють підключати додаткові пристрої.

Деякі прилади містять різні діагностичні пристрої, що зменшує час усунення відмов.

Більшість сучасних стендових приладів мають внутрішні пристосування для калібрування.

Калібрування здійснюється з пульта приладу, а значення параметрів зберігаються в довготривалій пам’яті. У наступні відліки вносяться поправки з урахуванням цих параметрів.

Багато ЦВП забезпечені шиною інтерфейсу і завдяки цьому можуть працювати як частини великих вимірювальних систем.

У цифровому приладі вимірювана величина X подається на вхідний пристрій, що призначений для виділення перешкод і масштабного перетворення.

Аналого-цифровий перетворювач перетворює величину X в код N, який подається на цифровий відліковий пристрій, де відображається у вигляді ряду цифр.

Цифрові коди можуть переправлятися і на зовнішній пристрій, наприклад комп’ютер, для подальшої обробки або зберігання. Керує роботою ЦВП пристрій управління шляхом створення і подання певної послідовності командних сигналів у всі функціональні вузли приладу.

Технічні характеристики ЦВП:

а) межі вимірювання;

б) ціна поділки;

в) вхідний опір;

г) швидкодія;

д) точність;

е) завадостійкість;

ж) надійність.

         Структурна схема цифрового вольтметра з проміжним перетворенням у часовий інтервал подана на рис. 4.

Рис. 4. Структурна схема цифрового вольтметра

Універсальні електронні мультиметри.

Аналогові мультиметри. В аналоговому мультиметрі застосовується стандартна вимірювальна шкала з покажчиком.

Значення напруги, струму або опору відлічуються від позиції вказівника на вимірювальній шкалі.

Визначення показів аналогового мультиметра проводиться за шкалою зі стрілочним покажчиком.

Аналогові мультиметри все ще широко використовуються, оскільки вони недорогі і надійні в роботі. Їхнім основним недоліком є те, що вони мають меншу точність і більший розкид при вимірах.

У більшості випадків похибка аналогового мультиметра становить менше 2 % від меж вимірювання за шкалою приладу, що цілком прийнятно в більшості практичних застосувань. Однак у багатьох випадках бажані більш точні вимірювання.

Цифрові мультиметри. Цифровий мультиметр подібний до аналогового тим, що він також є універсальним вимірювальним приладом, здатним вимірювати напругу, струм і опір.

Основною відмінністю є те, що результати вимірювань виводяться на пристрій десяткової цифрової індикації.

У більшості цифрових мультиметрів є рідкокристалічний індикатор (дисплей). Індикація в більш старих цифрових мультиметрах здійснюється з використанням індикаторів на світловипромінювальних діодах. У деяких стендових великих мультиметрах все ще використовуються світлодіодні індикатори.

На додаток до переваг, пов’язаних із використанням десяткових дисплеїв, цифрові мультиметри забезпечують більшу точність вимірювань. Хороший цифровий мультиметр забезпечує точність вимірювань від 0,5 % до 1 % від фактичного значення.

Такі точні вимірювання переважають при тестуванні електронних схем, оскільки вони дають найкращу інформацію про їхній стан.

Цифрові мультиметри мають також більш високу роздільну здатність вимірювальної системи, що забезпечує високоточні вимірювання з великим числом десяткових розрядів.

На цифрових мультиметрах меж вимірювань зазвичай більше, до того ж часто додані додаткові функції, такі як звукове «продзвонювання» діодів, перевірка переходів транзисторів, частотомір, вимірювання ємності конденсаторів. Для того, щоб мультиметр не вийшов із ладу при вимірюванні напруги або струму, особливо якщо їхнє значення невідоме, перемикач бажано встановити на максимально можливу межу вимірювань, і тільки якщо покази при цьому будуть занадто малі, для одержання більш точного результату, можна перемикати мультиметр на межу нижче поточного.

14.03.2025р.

Тема: 5      Електричні та радіотехнічні вимірювання. Електровимірювальні прилади

Урок № 8. Класифікація електровимірювальних приладів та їх маркування

Працюємо з підручником:

Гуржій А. М. Електротехніка та основи електроніки : підручник для здобувачів професійної (професійно-технічної) освіти / А. М. Гуржій, С. К. Мещанінов, А. Т. Нельга, В. М. Співак. – Київ : Літера ЛТД, 2020. – 288 с. Стор. 160-179.

https://lib.imzo.gov.ua/wa-data/public/site/books2/pidrucnnyky-posibnyky-profosvita/Litera-Elektrotehnika.pdf

https://studfile.net/preview/5674232/page:4/

Опрацювати матеріал.

1. Електричні вимірювання.

2. Класифікація електровимірювальних приладів.

3. Основні умовні позначення електровимірювальних приладів.

Д.З. Оформити конспект. Дати відповідь на питання:

1. Як поділяються електровимірювальні прилади?

2. Опишіть способи подання показань на електровимірювальних приладах?

3. За яким принципом дії можуть поділятись електровимірювальні прилади?

4. На який вид електричного струму розраховані електровимірювальні прилади?

5. В зошит перенести таблицю умовних позначень на шкалах електровимірювальних приладів.

         Електричні вимірювання. Сутність електричних вимірювань. Для вимірювання електричних та магнітних величин використовують електровимірювальні прилади: амперметри, вольтметри, гальванометри та ін., а також їх комбінації. Процес вимірювання зводиться до порівняння вимірювальної фізичної величини з її значенням, прийнятим за одиницю. Вимірювання однієї величини можна замінити вимірюванням іншої, з нею по в’язаної.

         Вимірювальну апаратуру поділяють на вимірювальні прилади та еталони. Вимірювальні прилади відзначаються високою точністю та надійністю роботи, можливістю автоматизації процесу вимірювань та передачі показників на далекі відстані, простотою вводу результатів вимірювань у електричні обчислювальні пристрої тощо. Тому вони широко використовуються у системах ручного або автоматичного контролю та підтримання на заданому рівні параметрів промислових установок та технологічних процесів.

         Основні методи електричних вимірювань. Похибки вимірювальних приладів

         Існує два основних методи електричних вимірювань: метод безпосередньої оцінки та метод порівняння.

         При використані методу безпосередньої оцінки вимірювана величина відраховується безпосередньо за шкалою приладу. Шкала вимірювального приладу попередньо градуюється за еталонним приладом в одиницях вимірювальної величини. Як правило, таке градуювання здійснюється на заводі під час виготовлення приладу. Переваги цього методу – зручність підрахунку показань приладу та мала затрата часу на операцію вимірювання. Метод безпосередньої оцінки широко застосовується в різних галузях техніки для контролю та регулювання технологічних процесів, у польових умовах, на рухомих об’єктах тощо. Недолік методу – порівняно невисока точність вимірювань.

         У разі використання методу порівняння вимірювана величина порівнюється безпосередньо з еталоном, зразковою та робочою мірою. У цьому випадку точність вимірювань може бути значно підвищена. Метод порівняння використовується головним чином у лабораторних умовах, він потребує досить складної апаратури, високої кваліфікації операторів та значних затрат часу. Останнім часом в апаратурі порівняння все ширше впроваджується автоматизація.

         Електровимірювальні прилади. Класифікація. Умовні позначення на шкалі

         Електровимірювальні прилади класифікують за різними ознаками. Залежно від основної приведеної похибки електровимірювальні прилади розбиті на класи точності. Клас точності вказується на шкалі приладу. Він означає найбільшу приведену похибку у відсотках, що є допустимою для приладу.

         На шкалу електровимірювального приладу наносяться умовні позначення, основні з яких наведено в табл. 1.1.

         За типом вимірюваної величини електровимірювальні прилади поділяються на: вольтметри (для вимірювання напруги та ЕРС); амперметри (для вимірювання сили струму); ватметри (для вимірювання електричної потужності); лічильники (для вимірювання електричної енергії); омметри, мегомметри (для вимірювання електричного опору); частотоміри (для вимірювання частоти змінного струму); фазометри (для вимірювання кута зсуву фаз).

         За типом струму розрізняють електровимірювальні прилади постійного струму, змінного струму та комбіновані.

         За способом установки розрізняють щитові прилади, що призначені для монтажу на приладових щитах та пультах керування, та переносні прилади.

Таблиця 1.1. Основні умовні позначення

07.03.2025р.

Тема програми № 4. Електромагнетизм.

Тема уроку № 7. Електромагнетизм.

Працюємо з підручником:

Гуржій А. М. Електротехніка та основи електроніки : підручник для здобувачів професійної (професійно-технічної) освіти / А. М. Гуржій, С. К. Мещанінов, А. Т. Нельга, В. М. Співак. – Київ : Літера ЛТД, 2020. – 288 с. Стор. 53-66.

https://lib.imzo.gov.ua/wa-data/public/site/books2/pidrucnnyky-posibnyky-profosvita/Litera-Elektrotehnika.pdf

Опрацювати матеріал.

1. Електромагнетизм.

2. Електромагнітні явища

3. Електромагнітна сила.

Д.З.  Оформити конспект. Дати відповіді на питання.

1. Що називають електромагнетизмом.

2. Чим характеризується абсолютна магнітна проникність.

3. Що називають електромагнітною силою.

4. Навіщо в електриці посилаються на  правило свердлика.

5. Від чого залежить опір магнітопроводу (осердя).

6. Чим відрізняються діамагнітні від парамагнітних матеріалів.

7. Опишіть різницю та застосування магнітом’яких та магнітотвердих матеріалів.

8. Де використовуються вихрові струми.

Електромагнетизм —фізична теорія взаємозв'язку між більшістю електричних та магнітних явищ, що склалася в першій половині XIX століття завдяки проведенню низки фізичних експериментів і знайшла своє завершення в розвитку класичної електродинаміки.

Електромагнітні явища визначаються в вираженні електромагнітної сили, яку іноді називають силою Лоренца, котра охоплює як електрику, так і магнетизм як різні прояви одного і того ж явища.

Електромагнітна сила відіграє важливу роль у визначенні внутрішніх властивостей більшості об'єктів, що зустрічаються в повсякденному житті.

Електромагнітна сила – фізична величина, що є силою, яка діє на провідник, що знаходиться у зовнішньому магнітному полі (виникає в результаті взаємодії магнітного поля провідника зі струмом із зовнішнім магнітним полем).        Електромагнітне тяжіння між атомними ядрами та їх орбітальними електронами, утримує атоми разом. Електромагнітні сили відповідають за хімічні зв'язки між атомами, які створюють молекули, і міжмолекулярні сили. Електромагнітна сила регулює всі хімічні процеси, які виникають внаслідок взаємодій між електронами сусідніх атомів.

У класичній електродинаміці, електричні поля виражаються як електричний потенціал і електричний струм.  За законом Фарадея, магнітні поля пов'язано з електромагнітною індукцією і магнетизмом, а рівняння Максвелла показують, як електричні і магнітні поля виробляються і змінюються одне з одним, а також зарядами і струмами.

Теоретичні наслідки електромагнетизму, зокрема встановлення швидкості світла на основі властивостей «середовища» поширення (проникності і діелектричної проникності), привели до створення спеціальної теорії відносності Альбертом Ейнштейном 1905 року.

Рис. 1. Магнітний полюс і його силові лінії.

Рис. 2. До визначення напряму силових ліній

I — напрям струму крізь провідник, В — напрям магнітного поля, що  виробляється цим струмом.

      Абсолютна магнітна проникність характеризує здатність речовини намагнічуватися. Позначається літерою µ0 , вимірюється в Омс/м.

      Відносна магнітна проникність µ показує, у скільки разів абсолютна магнітна проникність речовини більша за сталу магнітну проникність вакууму

µ0=4π/10

      Залежно від значення відносної магнітної проникності всі речовини поділяються на діамагнітні µ < 1 (мідь), які не намагнічуються, парамагнітні µ > 1 (алюміній), які трохи намагнічуються, і феромагнітні (сталь), які добре намагнічуються.

      Магнітний опір позначається літерою µ, вимірюється в 1 /Омc і визначається за формулою

      Rµ=1/µа*S

де L — довжина, м;  S —площа, м². Тобто, опір магнітопроводу (осердя) залежить від речовини і тим більший, чим більша його довжина, і тим менший, чим менша його площа.

Намагнічування сталевого осердя.

Щоб збільшити намагнічувальну силу, провід намотують на котушку.

Чим більше витків, тим більша намагнічувальна сила.

Щоб збільшити щільність магнітних силових ліній (індукцію), у котушку зі струмом вставляють сталеве осердя з малим магнітним опором, яке накопичує магнітну енергію і називається дроселем.

Рис. 3. Намагнічування осердя:

а — схема намагнічування; б — крива намагнічування.

      «Сталеве осереддя – це посуд», який накопичує магнітну енергію. Чим більша сила струму в котушці, тим більше намагнічується осердя (рис. 3). Коли осердя («посуд») намагнічене до краю, настає магнітне насичення. Насичене осердя («посуд» наповнений) має великий магнітний опір, навіть більший, ніж опір повітря. Магнітні силові лінії, які не вміщаються в осерді, замикаються через повітря, внаслідок чого виникають великі втрати магнітної енергії. Це має місце у перевантажених і ви гунах і трансформаторах, що зменшує їхній коефіцієнт корисної дії.

      Магнітне поле котушки зі струмом втягує сталеві осердя у котушку, оскільки силові лінії котушки спрямовані всередину. І (є використовується в електромагнітних реле. Напрям силових піній котушки зі струмом визначають за правилом правої руки. Якщо на котушку покласти праву руку так, щоб чотири витягнуті пальці показували напрям струму, тоді відігнутий великий палець покаже напрям силових ліній всередині котушки, тобто північний полюс.

      Розмагнічування та перемагнічування сталевого осердя. Розмагнітити осердя можна, вставляючи його у котушку, через яку протікає постійний струм у зворотному напрямі, або вставляючи його у котушку із змінним струмом, а також за допомогою дроселів, які живляться змінним струмом.

      Перемагнічування сталевого осердя відбувається у трансформаторах, машинах і апаратах змінного струму.

      Якщо осердя намагнітити постійним струмом до насичення (рис. 4), а потім зменшити силу струму до нуля, то побачимо, що крива розмагнічування буде зверху кривої намагнічування. Коли сила струму дорівнюватиме нулю, то в осерді буде ще залишкова магнітна індукція. При певному мінусовому значенні напруженості Н (коерцетивна сила) магнітна індукція дорівнюватиме нулю. Доведено, що процес розмагнічування повільніший, ніж процес намагнічування, тобто тут має місце явище магнітного гістерезису (відставання) — розмагнічування від намагнічування. Внаслідок цього за допомогою постійного струму створюються постійні магніти.

      Якщо мінусове значення напруженості збільшувати, то настане мінусове насичення В. тобто полюси перемагнітяться.

Рис. 4. Циклічне перемагнічування матеріалів.

      Якщо осердя розмагнітити, а потім знову намагнітити у полюсовому значенні В, то одержимо петлю гістерезису. Площа петлі гістерезису пропорційна енергії, витраченій  на один цикл перемагнічування. Ця енергія витрачається на нагрівання осердя. Залежно від площі петлі гістерезису всі магнітні матеріали поділяються на магнітом’які та магнітотверді. Магнітом’які матеріали мають вузьку петлю гістерезису і використовуються у трансформаторах, дроселях, електричних машинах та електричних апаратах. Магнітотверді матеріали мають широку’ петлю гістерезису і використовуються для постійних магнітів.

      Перетворення електричної енергії у механічну. Магнітна індукція.

      Якщо провід зі струмом внести у магнітне поле постійного магніту, то в результаті взаємодії силових ліній магнітних полів навколо проводу створиться результуюче магнітне поле, яке з одного боку проводу матиме більшу густину силових ліній, а з другого — меншу. Внаслідок цього створюється механічна сила

      F = ВIL sina,

      де В — індукція; L — довжина проводу; a — кут між силовими лініями магнітного поля постійного магніту та проводом. Ця механічна сила буде виштовхувати провід у бік меншої густини силових ліній (рис. 5).

Рис. 5. Пояснення перетворення електричної енергії в механічну.

         Напрям виштовхування проводу зі струмом з постійного магнітного поля визначають за правилом лівої руки. Якщо долоню лівої руки покласти так, щоб чотири витягнуті пальці показували напрям струму, то відігнутий великий палець покаже напрям виштовхування проводу, тобто північний полюс. Це явище називається магнітною індукцією. Воно використовується в електродвигунах, де проводи зі струмом рухомого якоря виштовхуються магнітним полем нерухомого статора, внаслідок чого якір обертається.

         Завдяки силам магнітної індукції два паралельні проводи зі струмом притягуються, якщо струми у проводах мають однаковий напрям, і відштовхуються, якщо струми у проводах мають протилежний напрям.

         Перетворення механічної енергії в електричну. Електромагнітна індукція.

         Якщо обертати постійний магніт, нейтраль якого закріплена на осі так, щоб його магнітне поле перетинало нерухому обмотку, закріплену на осерді, шо має вигляд кола, то механічна енергія обертання буде перетворюватися в електричну енергію обмотки, а цей пристрій стане електричним генератором змінного струму.

         У такому генераторі має місце явище  електромагнітної індукції.

Рис. 6. До пояснення перетворення механічної енергії в електричну.

          Під час обертання постійного магніту (ротора) механічною силою його магнітне поле буде перетинати нерухому обмотку статора. Обертаючись, північний полюс ротора пожене з обмотки статора вільні електрони в одному напрямі, а південний полюс — у протилежному. Отже, на виводах обмотки статора створюється змінна за напрямом е.р.с. електромагнітної індукції (рис. 6). Магнітне поле ротора жене через обмотку статора вільні електрони внаслідок взаємодії силових ліній магнітного поля статора з силовими лініями мікро магнітних полів вільних електронів.

         Електрорушійна сила електромагнітної індукції в обмотці синусоїдально змінюється за величиною тому, що при обертанні ротора перед обмоткою змінюється магнітна індукція (щільність силових ліній). Якщо перед обмоткою обертається центр полюса ротора, то щільність силових ліній та е.р.с. досягають максимального значення. Якщо перед обмоткою обертається нейтраль ротора, то ці величини мають нульове значення. Електрорушійна сила електромагнітної індукції визначається за формулою

         Е = ВLv sina,

         де В — індукція; L — довжина проводу; a — кут між магнітними пініями та ротором; v — швидкість обертання.

         Отже, обертаючи ротор у середині статора, одержують на виводах статора змінну за напрямом та величиною е.р.с. Якщо до обмотки генератора ввімкнути споживачі, то вони одержать змінний струм, сила якого залежатиме від опору споживачів.

         Магнітне поле, утворене струмом в обмотках генератора індукованою е.р.с., буде мати напрям, протилежний обертанню основного магнітного поля, і спричинятиме гальмування ротора.

         Отже, чим більшу силу струму виробляє генератор, тим більше гальмується його ротор. Щоб запобігти гальмуванню, витрачається механічна енергія турбіни, яка обертає ротор генератора.

         Самоіндукція, індуктивність. Взаємоіндукція. Вихрові струми

Якщо коло котушки вмикати чи вимикати або пропускати через котушку змінний струм, то змінюватиметься магнітне поле котушки, воно буде перетинати витки котушки, женучи при цьому її вільні електрони. Внаслідок цього на виводах з’явиться е.р.с. самоіндукції.

         Індуктивність котушки вимірюється у генрі - Ом с. Індуктивність котушки (обмотки) показує, як змінюється її опір при зміні в ній сили струму.

         Електрорушійна сила самоіндукції діє таким чином. При вимиканні обмоток і дроселів створюється явище самоіндукції. Накопичена магнітна енергія перетворюється в елек-тричну, її е.р.с. додається до напруги, і між контактами вимикачів збільшується різниця потенціалів, тому виникає іскра. Це явище використовується у системах запалювання двигунів автомобілів і в схемах люмінесцентних ламп.

         Коли по обмотці тече змінний струм, то внаслідок зміни магнітного поля обмотки виникає е.р.с. самоіндукції, яка протидіє напрузі і створює реактивний опір. Він збільшує спільний опір електричного пристрою.

         Реактивний опір буде тим більший, чим більше ненасиченого осердя в обмотці.

У деяких зварювальних трансформаторах за допомогою рухливого осердя регулюють силу зварювального струму.

         Явище взаємоіндукції полягає в тому, що якщо в одній з близько розташованих котушок змінюється сила струму, то на виводах іншої виникає е.р.с. взаємоіндукції внаслідок того, що магнітне поле однієї котушки, рухаючись, перетинає витки іншої котушки. Явище взаємоіндукції використовується у трансформаторах.        

         Вихрові струми (струми Фуко) виникають у суцільних металевих осердях, вміщених у котушки зі змінним струмом від дії індукованих е.р.с. Вихрові струми нагрівають осердя. Щоб зменшити нагрівання осердя трансформаторів, електричних машин і апаратів, їх складають з окремих листів сталі, ізольованих один від одного.

         Вихрові струми використовують в електролічильниках, в електроплавильних печах. Магнітне коло. Магнітопровід. У трансформаторах, електричних машинах та електричних апаратах магнітні силові лінії вміщуються у магнітному колі — магнітопроводі, якщо він ненасичений, що відповідає номінальному режиму. Але якщо сила струму може зрости і перевищити номінальну, тоді магнітне поле може зрости настільки, що не буде вміщуватися у магнітопроводі, бо магнітопровід стане насиченим. Такий режим називають перевантаженням.

         Перевантаження характеризується тим, що частина магнітного поля, яка не вмістилася у магнітопроводі, потрапляє у повітря з дуже великим магнітним опором.          Внаслідок цього значно збільшуються неефективні витрати магнітної енергії і зменшується коефіцієнт корисної дії електричного пристрою. Це має місце при пуску асинхронних двигунів, коли великий пусковий струм супроводжується малою силою тяги, тому що магнітопровід перенасичений. Якщо пристрій працює на змінному струмі, то при насиченні осердя зменшується реактивний опір обмотки пристрою, що призводить до збільшення значення сили струму, а це шкідливо для пристрою. Так, побутові трансформатори, які перетворюють подану на них напругу на нижчу, не можна використовувати для підвищення напруги, оскільки вони мають малий магнітопровід, який навіть у режимі холостого ходу перенасичується. Тому обмотка низької напруги споживає у режимі холостого ходу надмірну силу струму, а напруга на вторинній обмотці має значення нижче за номінальне.

28.02.2025р.

Тема програми № 3. Напівпровідникові прилади.

Тема уроку № 6. Лабораторна робота №1 «Зняття вольт-амперної характеристики напівпровідникового діоду».

Мета роботи: вивчення принципу дії напівпровідникового діода й одержання його вольт-амперної характеристики.

Прилади та матеріали: германієвий діод, міліампер­метр, мікроамперметр, два вольтметри, джерело ЕРС, перемикач, з'єднувальні провідники.

Працюємо з підручником:

Гуржій А. М. Електротехніка та основи електроніки : підручник для здобувачів професійної (професійно-технічної) освіти / А. М. Гуржій, С. К. Мещанінов, А. Т. Нельга, В. М. Співак. – Київ : Літера ЛТД, 2020. – 288 с. Стор. 180-192.

https://lib.imzo.gov.ua/wa-data/public/site/books2/pidrucnnyky-posibnyky-profosvita/Litera-Elektrotehnika.pdf

https://studfile.net/preview/9188315/

Опрацювати матеріал.

1. Види провідності в напівпровідниках (електронна та діркова, власна і домішкова).

2. Напівпровідники  n- та p-типу

3. Контактні явища в напівпровідниках.

Д.З.  Оформити конспект. Дати відповіді на питання.

1. Поясніть фізичні процеси, які відбуваються в р-n-переході за відсутності зовнішнього електричного поля.

2. Перерахуйте способи увімкнення діода в електричне коло. Намалюйте схеми.

3. Які фізичні процеси лежать в основі роботи діода як випрямляча?

4. За якими характеристиками і параметрами оцінюється діод?

5. Які характеристики діода є нелінійними і чому?

6. Як впливає підвищення температури на концентрацію вільних носіїв?

7. Замалювати та скласти схему (рис. 5). За знятими показниками вольтметра і міліамперметра побудувати вольт-амперну характеристику.

Короткі теоретичні відомості

Тонкий шар напівпровідника, в якому має місце про­сторова зміна типу провідності від електронної до діркової, називається електронно-дірковим або р-п-переходом. Електропровідність p-n-переходу залежить від напрямку струму: в одному напрямку (прямому) вона велика, в іншому (зворотному) - мала.

Розглянемо р-n-перехід за відсутності зовнішнього по­ля. Вільні електрони дифундують із n-області в р-область, де їх концентрація набагато менша і там рекомбінують з дірками. В результаті цього в р-області залишаються негативно заряджені акцепторні атоми, в n-області - пози­тивно заряджені донорні атоми. Оскільки акцепторні та донорні атоми нерухомі, на межі p-n-переходу виникає подвійний шар просторового електричного заряду (рис. 1), який називають запираючим ша­ром. Він створює контактне електричне поле яке протидіє подальшій дифузії основних носіїв.

Рис. 1.

Різниця потенціалів, якою характеризується контактне поле, має величину кілька десятків мілівольт, її називають контакт­ною різницею потенціалів або висотою потенціального бар'єра. В умовах теплової рівноваги і при відсутності зовнішнього електричного поля струм через р-n-перехід дорівнює нулю: існує динамічна рівновага між струмом неосновних і основних носіїв. Зовнішнє електричне поле змінює висоту бар'єра і порушує рівновагу потоків основних та неосновних носіїв. Якщо зовніш­нє електричне поле має напрямок, протилежний до контакт­ного  то висота потенціального бар'єра зменшується (рис. 2).

Рис. 2.

Через контакт йтиме струм, величина якого залежить від величини зовнішнього поля Цей напрям називається прямим або пропускним.

Якщо напрямок зовнішнього електричного поля збі­гається з напрямком то модулі їхніх напруженостей додаються, що й приводить до збільшення контактної різ­ниці потенціалів. За цієї умови струм основних носіїв через контакт буде дорівнюватиме нулю. Такий напрямок поля і відповідний спосіб підключення називають зворотним.

На рис. 3 показана залежність сили струму від напруги. Кривій ОА відповідає прямий струм, а кривій ОB -незначний обернений струм, що обумовлений рухом неосновних носіїв електричного заряду.

Як видно з графіка, сила прямого струму залежить від напруги - вона збільшується із збільшенням напруги. Сила зво­ротного струму від напруги практично не залежить. Вона визначається кількістю неосновних носіїв, які виникають за одиницю часу.

Рис. 3. 

 Рис. 4.

А ця кількість незмінна при фіксованих зовнішніх умовах (температура, освітленість тощо). Умовне зображення напівпровідникового діода показано на рис. 4. Якість напівпровідникового діода оцінюється ко­ефіцієнтом випрямлення k, який дорівнює відношенню сили прямого струму до зворотного, виміряних при одна­ковій напрузі 

При роботі з діодом необхідно враховувати значення найбільшої зворотної напруги, яка може бути прикладена до діода без порушення його нормальної роботи.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати електричне коло за схемою, показаною на рис. 5.

2. З'єднати за допомогою провідників зібране коло з джерелом живлення.

3. Поставити повзунок реостата в крайнє положення (як зображено на схемі).

4. Подати напругу на реостат (потенціометр) замкнуто­го кола за допомогою ключа К.

5. Переміщуючи повзунок вздовж реостата, спостеріга­ти за показниками вольтметра і міліамперметра. Записати 5-6 показників вольтметра і відповідних їм показників мілі­амперметра. Дані занести в таблицю 1.

6. Змінити полярність напруги, яка подається на діод (витягнути вилку з діодом із гнізда, повернути її на 180° і знову увімкнути).

7. Дії п. 5 повторити.

8. За знятими показниками вольтметра і міліамперметра побудувати вольт-амперну характеристику.

Рис. 5.

21.02.2025р.

Тема програми № 3. Напівпровідникові прилади.

Тема уроку № 5. Випрямлячі, їх призначення і застосування.

Працюємо з підручником:

Гуржій А. М. Електротехніка та основи електроніки : підручник для здобувачів професійної (професійно-технічної) освіти / А. М. Гуржій, С. К. Мещанінов, А. Т. Нельга, В. М. Співак. – Київ : Літера ЛТД, 2020. – 288 с. Стор.213-215.

http://www.svpu-profi.lg.ua/pdf/library/Litera-Elektrotehnika.pdf

https://elprivod.nmu.org.ua/ua/entrant/What_is_rectifier_ua.pdf

https://youtu.be/4-antn2U4FU?si=56uy4D2O06QqyS97

Опрацювати матеріал.

1. Призначення випрямлячів.

2. Структурна схема випрямляча.

3. Способи вмикання діодів.

4. Використання тиристорів у випрямлячах.

Д.З. Оформити конспект.   Відповісти на питання:

1. Що називають випрямлячем.

2. Опишіть призначення діодів та їх застосування в тракторах.

3. Що називають керованим вентилем.

4. Поясніть принцип дії випрямляча.

5. Замалюйте схему способів вмикання діодів.

6. Замалюйте схему вмикання тиристорів.

7. Чому тиристор іноді називають півкерованим вентилем.

8. Поясніть де застосовують тиристорний мостовий випрямляч.

         Випрямлячами називають пристрої, які перетворюють змінний струм у постійний. Випрямлячі служать джерелом живлення постійного струму електронних схем автоматики, систем керування Технологічними процесами, зварювального устаткування тощо.

 Залежно від призначення випрямлячі можуть складатися з таких основних вузлів (рис. 1): вентильного блока, який перетворює змінний струм у пульсуючий, силового трансформатора, який збільшує або найчастіше зменшує напругу до потрібної на виході випрямляча, згладжувального блока (фільтра), призначеного для зменшення пульсацій випрямленого струму, і стабілізатора.

Рис. 1. Структурна схема випрямляча.

         Залежно від числа фаз, а також від характеру навантаження та вимог до пульсації випрямленого струму схеми випрямлення бувають однофазні, трифазні й багатофазні.

Сучасні вентилі є звичайно напівпровідниковими (малопотужні – на основі кристалів германію, більш потужні – кремнієві).

         Найпростіший з вентилів (діод) є некерованим. Він має два виводи (анод А та катод К, див. рис. 2) та може проводити струм лише в одному напряму – від аноду до катоду. Якщо до аноду прикласти позитивний потенціал, а до катоду – від’ємний (як на рис. 2а), діод буде відкритий та ним протікатиме струм. Якщо поміняти напрям вмикання діода (як на рис. 2б) або джерела живлення U , діод буде закритий та струм буде відсутній. Будемо вважати, що діод – ідеальний вентиль (тобто його внутрішній опір у відкритому стані дорівнює нулю, а у закритому – безкінечності). Графічне позначення діода на електричних схемах схоже на стрілку, яка показує єдиний можливий напрямок протікання струму. Аби відрізнити на схемі один діод від інших, поряд із їх графічним позначенням пишуть букви VD та поточний номер діода (наприклад, VD1). 

Рис. 2. Способи вмикання діода (а – прямий, б – зворотній)

         Однофазні схеми випрямлення можуть бути однонапівперіодні, в яких струм через вентиль проходить тільки протягом часу одного напівперіоду змінної напруги мережі, та двонапівперіодні, в яких струм проходить через вентиль протягом часу обох періодів. Однофазний однонапівперіодний випрямляч (рис. 3) складається з трансформатора, до вторинної обмотки якого послідовно ввімкнено діод і навантаження R_н. У перший напівперіод, тобто в інтервалі часу 0 — 7/2, діод відкритий, оскільки потенціал точки а вищий, ніж потенціал точки Ъ, і під дією напруги в колі вторинної обмотки трансформатора виникає струм I_н. В інтервалі часу Т/1 — Т діод закритий і струм у вторинному колі трансформатора відсутній. В інтервалі часу Т — 3/2 Т діод знову відкритий і т. д. Таким чином, використовується тільки частина потужності трансформатора, до діода прикладена висока зворотна напруга. Такий випрямляч має низький коефіцієнт корисної дії. Особливістю його є простота конструкції.

         Дуже поширений двонапівперіодний випрямляч (рис. 4), який складається з силового трансформатора, до вторинної обмотки якого ввімкнено чотири діоди за мостовою схемою. На одну з діагоналей моста подається змінна напруга, а на другу вмикається навантаження.

         У перший напівперіод, коли потенціал точки 1 вищий, ніж потенціал точки II (в інтервалі часу 0 — 7/2), пара діодів Д1 і ДЗ будуть відкриті, а інша пара діодів Д2 і Д4 — закриті.

Рис. 3. Схема (а) і погодинна діаграма напруги (б) однофазного однонапівперіодного випрямляча.

Рис. 4. Схема (а) і погодинна діаграма напруги (б) однофазного двонапівперіодного (мостового) випрямляча.

При цьому струм через навантаження пройде по шляху 1 — 1 — 2 — З — 4 — II. В інтервал часу 7/2 — Т потенціал точки II стане вищим, ніж потенціал точки І. При цьому діоди Д2 і Д4 будуть відкриті, а діоди Д1 і ДЗ — закриті. Струм через навантаження пройде по шляху II— 4 — 2 — З — 1 — І. Це означає, що в обидва напівперіоди струм через навантаження проходить в тому самому напрямку.

          Тиристор є вентилем керованим. Окрім анода та катода, він має третій вивід (керуючий електрод КЕ на рис. 5). Він також проводить струм лише в одному напрямку (від анода до катода). Для його відкривання необхідно виконати дві умови:

- подати до анода позитивний потенціал відносно катода (як для діода);

- забезпечити протікання в колі між керуючим електродом та катодом струму керування к i , направленого як на рис. 5а.

Рис. 5. Два стани тиристора (а – відкритий та б – закритий)

         Для забезпечення протікання струму керування використовують  додаткове джерело напруги керування к u . Величина струму керування набагато менша від струму між анодом та катодом (тобто силового струму). Якщо коло керуючого електрода розімкнути (як на рис. 5б), струм керування буде відсутній, і тиристор не відкриється. Графічне позначення тиристора подібне до позначення діода, проте має третій вивід КЕ. Нумерацію тиристорів на схемах здійснюють із використанням букв VS . Завдяки наявності керуючого електрода тиристор стає керованим вентилем. Він відкриється лише тоді, коли буде виконано не лише першу умову його відкривання, а й другу. Тому струм керування можуть подавати не одразу після виконання першої умови, а дещо пізніше. Цей струм подається від спеціальної системи керування. Надалі ми не будемо зображувати коло, яким протікає струм керування. Тиристор має одну особливість: він відкривається за допомогою керуючого електрода, проте закривається лише тоді, коли струм між анодом та катодом зникне. Домогтися цього за допомогою керуючого електрода неможливо. Тому тиристор іноді називають півкерованим вентилем.

               Рис. 6. Діоди (а); діоди та тиристори (6).

               Конструкція діодів малої потужності показана на рис. 6а. У верхнього діода (більш потужного за нижні) катод розташований з лівого боку. Знизу зображено діодний місток (про них нижче). Більш потужні діоди та тиристори зображено на рис. 6б. Катод звичайно має різьбу, якою закріплюється на охолоджувачі, анод – гнучкий вивід. Охолоджувачі (радіатори), відводячи тепло від вентиля, запобігають їх перегріванню. Найбільш потужні прилади мають таблеткову конструкцію, яка забезпечує відвід тепла назовні від обох торців.

Мостові випрямлячі використовуються для живлення споживачів більшої потужності. Більш розповсюджена мостова схема (рис. 7а).

Рис. 7. Мостовий випрямляч

До її складу входять чотири діоди, які працюють попарно-почергово.

На першому півперіоді живильної напруги (права клема джерела має позитивний потенціал) відкриті діоди VD1 та VD4 , утворюється шлях протікання струму, зображений на рис. 7б. До навантаження прикладається позитивна напруга. На другому півперіоді відкриті VD2 та VD3, а струм протікає, як показано на рис. 7в (у навантаженні – у тому ж напрямку). До навантаження знову прикладена позитивна напруга. Випрямлені напруга та струм у часі змінюються згідно рис. 7г. Оскільки обидва півперіоди напруги живлення є робочими, середнє значення випрямленої напруги вдвічі більше порівняно зі схемою рис. 6а. Мостові діодні випрямлячі невеликої потужності випускають у вигляді т.з. «діодних містків».

Якщо потрібно не тільки формувати на навантаженні знакопостійну напругу, а й змінювати в разі потреби її середнє значення (для регулювання зварювального струму, швидкості електродвигуна), замість діодів у випрямлячах використовують тиристори (рис. 8а). Якщо тиристори отримують до кола керування керуючий струм одразу, коли напруга на їх анодах стає позитивною, тиристори працюють як діоді, і процеси в схемі нічим не відрізняються від розглянутих раніше. Якщо ж затримати подачу струму керування, відкривання тиристорів відбудеться пізніше (на рис. 8б – по закінченні часу затримки з t ). Доки тиристори закриті, струм відсутній, і напруга до навантаження не прикладається. З кривої випрямленої напруги «вирізається» певна ділянка, і середнє цієї значення напруги зменшується.

Збільшення затримки з t призводить до подальшого зменшення середньої випрямленої напруги.

Рис. 8. Тиристорний мостовий випрямляч

Тиристорні випрямлячі використовуються в електроприводах постійного струму для живлення обмоток якоря та збудження електродвигунів постійного струму. На рис. 9 показаний зовнішній вигляд подібного електропривода. Окрім суто випрямляча, до його складу входять мікропроцесорні системи керування тиристорами та швидкістю і моментом електричного двигуна, дисплей та пульт керування для діалогу з користувачем, а також додаткові елементи, які забезпечують функціонування електропривода.

07.02.2025р.

Тема програми № 3. Напівпровідникові прилади.

Тема уроку № 4.  Напівпровідникові діоди, будова, робота і параметри. Правила зображення на схемах.

Працюємо з підручником:

Гуржій А. М. Електротехніка та основи електроніки : підручник для здобувачів професійної (професійно-технічної) освіти / А. М. Гуржій, С. К. Мещанінов, А. Т. Нельга, В. М. Співак. – Київ : Літера ЛТД, 2020. – 288 с. Стор.180-192.

http://www.svpu-profi.lg.ua/pdf/library/Litera-Elektrotehnika.pdf

Опрацювати матеріал.

1. Призначення діодів.

2. Будова діодів.

3. Класифікація діодів.

Д.З. Оформити конспект.   Відповісти на питання:

1. Що називають напівпровідниками?

2. Призначення діодів.

3. Що називають діодом?

4. Поясніть принцип дії діоду.

5. Як класифікують діоди..

6. Які бувають типи діодів?

7. Замалюйте умовні графічні позначення діодів на принципових електричних схемах.

           Напівпровідниковим діодом називається пристрій, що складається із кристала напівпровідника, що містить один р-n перехід і має два виводи.

           Класифікація діодів здійснюється за наступними ознаками:

-         За конструкцією: площинні діоди, точкові діоди, мікросплавні діоди;

-         За потужністю: малопотужні, середньої потужності, потужні;

-         За частотою: низькочастотні, високочастотні, НВЧ;

-         За функціональним призначенням: випрямляючі діоди; імпульсні діоди; стабілітрони; варикапи; світлодіоди, фотодіоди, тунельні діоди.

         Відповідно до діючої системи маркування напівпровідникові діоди позначають чотирма елементами.

         Першим елементом (буквою або цифрою) позначають вихі­дний матеріал:

-         Г або 1 - германій;

-         К або 2 - кремній;

-         А або 3 - арсенід галію.

         Другим елементом (буквою) позначають тип напівпровідникового діода:

-         Д - випрямляючі, універсальні, імпульсні діоди;

-         Ц - випрямляючі стовпи і бло­ки;

-         А - надвисокочастотні діоди;

-         С - стабілітрони;

-         И - тунельні діоди;

-         В - варикапи;

-         Ф - фотодіоди;

-         Л - світло діоди.

         Третій елемент - число, що вказує на призначення та електричні властивості діода:

а) діоди низької частоти: випрямляючі - від 101 до 399; універсальні - від 401 до 499; імпульсні - від 501 до 599; варикапи - від 101 до 999;

б) надвисокочастотні діоди - від 101 до 699; фотодіоди - від 101 до 199;

в) тунельні діоди: підсилювальні - від 101 до 199; генераторні - від 201 до 299; перемикаючі - від 301 до 399;

г) стабілітрони - від 101 до 999.

         Четвертим елементом (буквою) позначають різновиди типів з даної групи приладів. Для напівпровідникових діодів, які не мають різновидів типу, четвертого елемента немає.

         Приклади маркування:

КС156А - кремнієвий стабілітрон, різновидність типу А;

2Д503Б - кремнієвий імпульсний діод, різновидність типу Б;

1И302В - германієвий тунельний діод, різновидність типу Г

Умовне графічне позначення діодів на принципових електричних схемах

а) випрямляючі, високочастотні, НВЧ, імпульсні й діоди Гана;

б) стабілітрони;

в) варикапи;

г) тунельні діоди;

д) діоди Шотткі;

е) світлодіоди;

ж) фотодіоди;

з) випрямляючі блоки.

31.01.2025 р. 

Тема програми № 3. Напівпровідникові прилади.

Тема уроку №3.  Електричні властивості напівпровідників.

Працюємо з підручником:

Гуржій А. М. Електротехніка та основи електроніки : підручник для здобувачів професійної (професійно-технічної) освіти / А. М. Гуржій,

С. К. Мещанінов, А. Т. Нельга, В. М. Співак. – Київ : Літера ЛТД, 2020. – 288 с. Стор.180-192.

http://www.svpu-profi.lg.ua/pdf/library/Litera-Elektrotehnika.pdf

Опрацювати матеріал.

1. Призначення напівпровідників.

2. Будова напівпровідників.

3. Робота напівпровідників.

Д.З.  Відповісти на питання: 

1. Що називають напівпровідниками?

2. Призначення напівпровідників.

3. Що називають діодом? 

4. Поясніть принцип дії діоду.

5. Що означає р-n-перехід.

6. Які бувають типи діодів?

Діоди широко застосовуються в електроніці та електронної промисловості. Вони використовуються як самостійно, так і в якості pn-переходу транзисторів і багатьох інших пристроїв. Як дискретний компонент діоди є ключовою частиною багатьох електронних схем. Вони знаходять безліч застосувань, починаючи від малопотужних додатків до випрямлячів струму.

Що таке діод? У перекладі з грецької назва даного електронного елемента буквально означає «два висновки». Вони називаються анодом і катодом. У ланцюзі струм проходить від анода до катода. Напівпровідниковий діод є одностороннім елементом, і рух струму в протилежному напрямку блокується.

Принцип дії. Пристрій напівпровідникових діодів дуже різний. Це є причиною того, що існує багато їх типів, які різняться як за номіналом, так і по виконуваним ними функціям. Проте в більшості випадків основний принцип роботи напівпровідникових діодів однаковий. Вони містять р-n-перехід, який і забезпечує їх базову функціональність. Цей термін зазвичай використовується по відношенню до стандартної форми діода. Насправді ж він застосовний практично до будь-якого їх типу. Діоди складають основу сучасної електронної промисловості. Все - від простих елементів і транзисторів до сучасних мікропроцесорів - базується на напівпровідниках. Принцип дії напівпровідникового діода заснований на властивостях напівпровідників. Технологія спирається на групу матеріалів, внесення домішок в кристалічну решітку яких дозволяє отримати ділянки, в яких носіями заряду є дірки і електрони.

Р-n-перехід. Діод р-n-типу отримав свою назву тому, що в ньому використовується р-n-перехід, який дозволяє току текти тільки в одному напрямку. Елемент володіє і іншими властивостями, які також знаходять широке застосування. Напівпровідникові діоди, наприклад, мають здатність випромінювати та реєструвати світло, змінювати ємність і регулювати напругу.

Pn-перехід є базовою напівпровідникової структурою. Як випливає з назви, він являє собою з'єднання між областями p- і n-типу. Перехід дозволяє носіям заряду рухатися тільки в одному напрямку, що, наприклад, дає можливість перетворювати змінний струм в постійний. Стандартні діоди зазвичай виробляються з кремнію, хоча також використовується германій та інші напівпровідникові матеріали, в основному для спеціальних цілей.

Вольт-амперна характеристика. Діод характеризується вольт-амперної кривої, яку можна розділити на 2 гілки: пряму і зворотну. У зворотному напрямку струм витоку близький до 0, але з ростом напруги він повільно збільшується і при досягненні напруги пробою починає різко зростати. У прямому напрямку струм швидко наростає зі збільшенням прикладеної напруги вище порога провідності, який становить 0, 7 В для діодів з кремнію і 0, 4 В з германію. Елементи, в яких використовуються інші матеріали, мають інші вольт-амперні характеристики і напруги порога провідності і пробою.

Діод c р-n-переходом можна розглядати як пристрій базового рівня. Він широко використовується в багатьох додатках - від сигнальних ланцюгів і детекторів до обмежувачів або заглушувачів перехідних процесів в індукційних або релейних котушках і випрямлячів високої потужності.

Характеристики та параметри. Специфікації діодів надають великий обсяг даних. При цьому точні пояснення того, що вони собою являють, не завжди доступні. Нижче наведені докладні відомості про різні характеристики і параметри діода, які наводяться в специфікаціях.

Матеріал напівпровідника. Матеріал, що використовується в р-n-переходах, має першорядне значення, оскільки він впливає на багато основні характеристики напівпровідникових діодів. Найбільш широко застосовується кремній, оскільки він відрізняється високою ефективністю і низькими виробничими витратами. Ще одним часто використовуваним елементом є германій. Інші матеріали, як правило, застосовуються в діодах спеціального призначення. Вибір напівпровідникового матеріалу важливий, оскільки від нього залежить поріг провідності - близько 0, 6 В для кремнію і 0, 3 В для германію.

Падіння напруги в режимі прямого струму (U пр.). Будь-який електричний ланцюг, через яку проходить струм, викликає падіння напруги, і цей параметр напівпровідникового діода має велике значення, особливо для випрямлення, коли втрати потужності пропорційні U пр. Крім того, електронні елементи часто повинні забезпечувати невелике падіння напруги, оскільки сигнали можуть бути слабкими, але їм все ж необхідно подолати його. Це відбувається з двох причин.

Перша полягає в самій природі р-n-переходу і є результатом напруги порога провідності, яке дозволяє току подолати збіднений шар.

Друга складова - нормальні резистивні втрати.

Показник має велике значення для випрямних діодів, за якими можуть проходити великі струми.

Пікова зворотня напруга (U обр. Max). Це найбільше зворотне напруга, яке напівпровідниковий діод може витримати. Його не можна перевищувати, інакше елемент може вийти з ладу. Це не просто середньоквадратичне напруга вхідного сигналу. Кожна ланцюг повинна розглядатися по суті, але для простого випрямляча з одного півхвилею зі сглаживающим конденсатором слід пам'ятати, що конденсатор буде утримувати напругу, рівну піку вхідного сигналу. Потім діод буде піддаватися дії піку вхідного сигналу в зворотному напрямку, і тому в цих умовах буде мати місце максимальне зворотне напруга, рівне пікового значення хвилі.

Максимальний прямий струм (U пр. Max). При проектуванні електричного кола необхідно упевнитися в тому, що ні перевищуються максимальні рівні струму діода. У міру збільшення сили струму виділяється додаткове тепло, яке необхідно відводити.

Струм витоку (I обр.). В ідеальному діоді зворотного струму не повинно бути. Але в реальних р-n-переходах він є через присутність в напівпровіднику неосновних носіїв заряду. Сила струму витоку залежить від трьох чинників. Очевидно, що найбільш значущим з них є зворотна напруга. Також струм витоку залежить від температури - з її ростом він значно підвищується. Крім того, він сильно залежить від типу напівпровідникового матеріалу. В цьому відношенні кремній набагато краще германію.

Струм витоку визначається при певному зворотній напрузі і конкретної температурі. Зазвичай він вказується в мікроамперах (μA) або пікоампер (pA).

    Ємність переходу. Всі напівпровідникові діоди мають ємністю переходу. Збіднена зона являє собою діелектричний бар'єр між двома пластинами, які формуються на краю збідненого ділянки і області з основними носіями заряду. Фактичне значення ємності залежить від зворотного напруги, що призводить до зміни перехідної зони. Його збільшення розширює обедненную зону і, отже, зменшує ємність. Цей факт використовується в варакторов або варикапах, але для інших застосувань, особливо радіочастотних, цей ефект необхідно звести до мінімуму. Параметр зазвичай вказується в pF при заданій напрузі. Для багатьох радіочастотних застосувань доступні спеціальні низькоомні діоди.

Тип корпусу.  Залежно від призначення напівпровідникові діоди виробляються в корпусах різного типу і форми. У деяких випадках, особливо при використанні в схемах обробки сигналів, корпус є ключовим елементом у визначенні загальних характеристик цього електронного елемента. У силових ланцюгах, в яких важливо розсіювання тепла, корпус може визначати багато загальні параметри діода. Пристроїв великої потужності необхідно мати можливість кріплення до радіатора. Невеликі елементи можуть проводитися в свинцевих корпусах або в якості пристроїв для поверхневого монтажу.

    Типи діодів. Іноді буває корисно ознайомитися з класифікацією напівпровідникових діодів. При цьому деякі елементи можуть ставитися до декількох категорій.

Звернений діод. Хоча він і не так широко використовується, є різновидом елемента р-n-типу, який за своєю дією дуже схожий на тунельний. Відрізняється низьким падінням напруги в відкритому стані. Знаходить застосування в детекторах, випрямлячах і високочастотних перемикачах.

Інжекційно-пролітний діод. Має багато спільного з більш поширеним лавинно-пролітних. Використовується в СВЧ-генераторах і системах сигналізації.

Діод Ганна. Не відноситься до р-n-типу, але є напівпровідниковий пристрій з двома висновками. Він зазвичай використовується для генерації і перетворення сигналів НВЧ в діапазоні 1-100 ГГц.

Діоди або світлодіод - один з найбільш популярних типів електронних елементів. При прямому зміщенні струм, що протікає через перехід, викликає випромінювання світла. У них використовуються складові напівпровідники (наприклад, арсенід галію, фосфід галію, фосфід індію), і вони можуть світитися різними кольорами, хоча спочатку обмежувалися тільки червоним. Існує безліч нових розробок, які змінюють спосіб функціонування і виробництва дисплеїв, прикладом яких є OLED-світлодіоди.

   Фотодіод. Використовується для виявлення світла. Коли фотон потрапляє на pn-перехід, він може створювати електрони і дірки. Фотодіоди зазвичай працюють в умовах зворотного зсуву, при яких можна легко виявити навіть невеликий струм, що виникає в результаті дії світла.

Фотодіоди можна використовувати для генерації електроенергії. Іноді в якості фотоприймачів застосовуються елементи pin-типу.

Pin-діод. Назва електронного елемента добре описує пристрій напівпровідникового діода. У нього стандартні області р-і n-типу, але між ними існує внутрішня область без домішок. Вона надає ефект збільшення площі області виснаження, яка може бути корисна для перемикання, а також в фотодиодах і т.л.

Стандартний р-n-перехід можна розглядати як звичайний або стандартний тип діода, який використовується сьогодні. Вони можуть застосовуватися в радіочастотних або інших низьковольтних пристроях, а також в високовольтних і надпотужних випрямлячах.

Діоди Шотткі. Мають нижчий пряме падіння напруги, ніж стандартні кремнієві напівпровідники р-n-типу. При малих токах воно може становити від 0, 15 до 0, 4 B, a НЕ 0, 6 В, як у кремнієвих діодів. Для цього вони виготовляються не як зазвичай - в них використовується контакт метал-напівпровідник. Вони широко застосовуються в якості обмежувачів, випрямлячів і в радіоапаратурі.

Діод з накопиченням заряду. Являє собою різновид СВЧ-діода, використовуваного для генерації і формування імпульсів на дуже високих частотах. Його робота заснована на дуже швидкої характеристиці відключення.

Лазерний діод. Відрізняється від звичайного светоизлучающего, оскільки виробляє когерентний світло. Лазерні діоди застосовуються в багатьох пристроях - від DVD і CD-приводів до лазерних вказівок. Вони набагато дешевше інших форм лазерів, але значно дорожче світлодіодів. Відрізняються обмеженим терміном експлуатації.

Тунельний діод. Хоча сьогодні він широко не використовується, раніше застосовувався в підсилювачах, генераторах і перемикаючих пристроях, схемах синхронізації осцилографів, коли він був ефективнішим інших елементів.

Варактор або варікап. Використовується в багатьох радіочастотних пристроях. У даного діода зворотне зміщення змінює ширину шару виснаження в залежності від прикладеної напруги. У цій конфігурації він діє як конденсатор з областю виснаження, яка виконує роль ізолюючого діелектрика, і пластинами, освіченими проводять областями. Застосовується в генераторах, керованих напругою, і радіочастотних фільтрах.

Стабілітрон. Є дуже корисним типом діода, оскільки забезпечує стабільну опорна напруга. Завдяки цьому стабілітрон використовується в величезних кількостях. Працює в умовах зворотного зсуву і пробивається при досягненні певної різниці потенціалів. Якщо струм обмежений резистором, то це забезпечує стабільну напругу. Широко використовується для стабілізації джерел харчування. У стабілітронах мають місце 2 види зворотного пробою: розкладання Зинера і ударна іонізація.

Таким чином, різні типи напівпровідникових діодів включають елементи для малопотужних і надпотужних застосувань, що випромінюють і які виявляють світло, з низьким прямим падінням напруги і змінної ємністю. На додаток до цього існує ряд різновидів, які використовуються в НВЧ-техніці.

24.01.2025р.

Тема програми № 2: Основи електростатики

Тема уроку № 2: Основи електростатики.

Працюємо з підручником:

  (ЕлТ–I) - А.М.Гуржій .Електротехніка та основи електроніки. Підручник для здобувачів професійної (професійно-технічної) освіти.: / А.М.Гуржій, С.К.Мещанінов, А.Т.Нельга, В.М.Співак; Київ: Літера ЛТД, 2020. — 288с.

ЕлТ - I – сторінка 13-30 за посиланням 

http://www.svpu-profi.lg.ua/pdf/library/Litera-Elektrotehnika.pdf

Опрацювати матеріал.

1. Електричні явища.

2. Закон Кулона.

3. Електрична напруга.

4. Діелектрики в електричному полі.

5. Електрична ємність. Плоский конденсатор

Д.З. Опрацювати матеріал підручника, в зошиті дати відповіді на питання:

1. Опишіть будову атому.

2. Який заряд має ядро, а який електрони?

3. Що називають іоном?

4. Які електрони називають вільними?

5. Що називають провідниками.

6. Що називають напівпровідником.

7. Що називають діелектриком?

8. Що називають електричним струмом?

9. Що називають напругою?

10. Дайте визначення закону Кулона.

11. В чому вимірюється напруга?

12. В чому вимірюється електричний струм.

13. Що таке електрична ємність і плоский конденсатор?

17.01.2024 р.

Тема програми №1. Вступ.

Тема уроку № 1. Вступ, значення електротехнічної підготовки СРСГМ 1-2 розряду.

Опрацювати матеріал.

1. Загальні відомості про електричне поле.

2. Вироблення електрики.

Д.З.  Оформити конспект. Описати, де в сільському господарстві застосовується електрика.

          Вступ. Коротка характеристика і зміст предмета «Електротехніка», має добрий зв’язок з іншими предметами (математика, фізика, хімія). Велике значення  приділяється для електротехнічної підготовки кваліфікованих робітників з професії слюсар з ремонту сільськогосподарських машин та устаткування. Що є запорукою їх подальшого професіоналізму.

           Електрообладнання сучасного автомобіля чи трактора є складною системою, що включає більше 100 виробів. Застосування електроніки на автомобілях та тракторах забезпечує автоматизацію робочих процесів, економію пального, безпеку руху, чистоту навколишнього середовища та поліпшує умови праці водія.

           Застосування електроніки набуває темпів. Зараз з'явилися регулятори напруги на інтегральних схемах, мікропроцесорні системи запалювання, електронні пристрої керування гальмами і впорскування пального. Електронні системи використовуються також для діагностування технічного стану вузлів та агрегатів автомобілів та тракторів і можуть не тільки вказувати на несправність, а й повідомляти водієві про виниклі несправності в системах гальм, змащування та охолодження, про відчинені двері, затиснуте ручне гальмо тощо. Набули популярності серед водіїв радіоприймачі, магнітофони, кондиціонери, телефони.

            Сільськогосподарські машини обладнані додатковими функціями які слідкують за внесенням  добрив, засміченістю полів. Якістю та нормами висіву тощо.

            Автомобіль чи трактор, який не має електронної системи запалювання, надійних джерел енергопостачання, точних контрольно-вимірювальних приладів, пристроїв, що запобігають забрудненню навколишнього середовища та зменшують до мінімуму витрату пального, не може бути конкурентоспроможним за ринкових умов України, а тим паче на світовому ринку.

          Останні роки, коли Україна стала незалежною демократичною країною, автомобільний та тракторний парк став складатися не тільки з автомобілів та тракторів, що випускаються в Україні, а й з автомобілів та тракторів, що випускаються в інших розвинутих країнах світу (Німеччина, США, Японія, Італія, Франція і т.д.). Описати будову, конструкцію, потужність та розміри апаратів електрообладнання такої гами автобусів, вантажних, легкових автомобілів та тракторів в одній книзі практично неможливо. Тому використовують підручники, інструкції де перевагу віддано опису принципів дії та структурним схемам апаратів електрообладнання. Адже принцип дії та принципова конструктивна будова апаратів електрообладнання однакові в усьому світі і не залежать від країни виготовлення. Для кращого розуміння принципів дії генераторів, акумуляторів, стартерів тощо приводяться приклади конструкцій того чи іншого апарату системи електрообладнання.

         Електрообладнання всього автомобіля чи трактора доцільно представити у вигляді ряду самостійних функціональних систем: енерго-постачання, пуску, запалювання, живлення, освітлення, сигналізації, інформації та діагностики, системи автоматичного керування двигуном та трансмісією, а також додаткового обладнання.

          Велика насиченість автомобіля, трактора та сільськогосподарських машин електронними пристроями змінила й вимоги до його технічної експлуатації.

          Технічне обслуговування, ремонт та діагностування сучасного автомобіля чи трактора та сільськогосподарської машини може виконувати лише висококваліфікований технічний персонал, який досконало знає його будову та правила експлуатації та електротехніку.