Потери в сердечнике

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на перемагничивание ферромагнетика — на «гистерезис».

Потери на вихревые токи

Переменное магнитное поле индуцирует вихревые ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи (токи Фуко) становятся источником потерь из-за омического сопротивления проводников.

Добротность

С сопротивлениями потерь тесно связана другая характеристика — добротность. Добротность катушки индуктивности определяет отношение между активным и реактивным сопротивлениями катушки. Добротность равна

Векторная диаграмма потерь и добротности реальной катушки индуктивности. Обозначения: Z — импеданс; X_c — ёмкостная составляющая импеданса; X_l — индуктивная составляющая импеданса;X — реактивная составляющая импеданса; R_i — активная составляющая импеданса.

Трансформатор

Генераторы электростанций имеют ЭДС порядка 10–20 кВ. Для передачи электроэнергии на большие расстояния нужно повышать напряжение до нескольких сотен киловольт.

С другой стороны, напряжение бытовой электросети составляет 220 В. Поэтому при доставке энергии обычному потребителю требуется понижение напряжения до сотен вольт.

Замечательно, что повышение и понижение напряжения в случае синусоидального переменного тока не представляет никаких сложностей. Для этого используются специальные устройства трансформаторы.

Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, навитых на один и тот же замкнутый стальной сердечник.

Первичная обмотка содержит N1 витков; на неё подаётся входное напряжение u1. Это напряжение как раз и требуется преобразовать повысить или понизить.

Вторичная обмотка содержит N2 витков. К ней подсоединяется нагрузка, условно обозначаемая резистором R. Это потребитель, для работы которого нужно преобразованное напряжение u2.

Схема трансформатора изображена на рис.

Тема №2: Электровакуумные и ионные приборы [4].

Введение

Электронная лампа была первым активным (усиливающим) элементом в электронике. Сегодня использование электронных ламп для усиления малых сигналов выглядит устаревшим. Однако они все еще находят применение в тех случаях, когда речь идет о больших напряжениях или о высокочастотных сигналах большой мощности. Кроме того, у любителей музыки популярны ламповые усилители звуковой частоты с присущими им особенностями. В частности, плавное изменение характеристик схемы вблизи перегрузок может создавать субъективное впечатление чистоты звука большой силы. Вот почему инженеру в области электроники полезно иметь, по крайней мере, элементарное представление о лампах и ламповых схемах. В этой главе дается краткий обзор схем на электронных (вакуумных) лампах, включая описание той из них, которая до сих пор используется очень широко, а именно — электронно-лучевой трубки.

Термоэлектронная эмиссия

В начале 80-х годов прошлого века Томас Эдисон, занимаясь осветительными приборами с угольной нитью накала, обратил внимание на почернение стеклянного баллона после нескольких часов работы такого устройства. Пытаясь перехватить хотя бы часть частиц, образующих почернение, он запаял внутрь одной из своих ламп металлическую пластину и удивился, обнаружив, что при подаче на эту пластину положительного напряжения относительно нити накала в цепи течет ток. В течение последующих 20 лет никто не знал, что ток в этом «эффекте Эдисона» обусловлен электронами, испускаемыми нагретой нитью и улавливаемыми положительно заряженной пластиной. Чтобы описать этот процесс теплового освобождения частиц, был придуман термин термоионная эмиссия, а сами свободные частицы стали называть термоионами. Хотя сегодня слово «ион» означает «атом, потерявший или приобретший электрон», его первоначальное значение было много шире и просто означало любую свободно передвигающуюся частицу (по-гречески, ион — «идущий»).

Ламповый диод

Примерно в то же время, когда Эдисон обнаружил почернение баллонов осветительных ламп, это явление исследовал также Амброз Флеминг, занимавшийся усовершенствованием детектора Маркони для обнаружения радиоволн. В 1904 году он запатентовал свою «пульсирующую» лампу, названную так по той причине, что она позволяет пропускать ток только в одном направлении. На рис. 3.1 показано схематическое изображение лампового диода (двухэлектродной лампы), как теперь принято называть изобретение Флеминга. Нить накаливания окружена свернутой в цилиндр пластиной, обычно называемой анодом, поскольку ее потенциал, как правило, поддерживается положительным по отношению к нити. Аналогично, нить обычно называют катодом. На рис. 3.2 приведено обозначение диода на схемах, где явным образом указаны катод и анод.

На рис. 3.3 показана вольтамперная характеристика лампового диода, причем можно заметить, что она похожа на характеристику р-п перехода, приведенную на рис. 1.11. В отличие от р-п перехода, в ламповом диоде небольшой ток течет в прямом направлении при нулевом напряжении на диоде. Это происходит потому, что нить испускает электроны, отрывающиеся от интенсивно колеблющихся при высокой температуре атомов, и электроны имеют при этом определенную скорость. Малая доля этих электронов достигает анода даже в отсутствие способствующего этому электрического поля.

Когда на анод подается небольшое положительное напряжение, большее число электронов притягивается им. Однако не все электроны, эмитированные катодом, достигают анода, так как большое облако электронов между катодом и анодом действует как отрицательный пространственный заряд, оказывающий отталкивающее действие на испускаемые катодом электроны. Можно сказать, что этот эффект торможения подобен действию обедненного слоя в полупроводниковом р-п переходе. По мере того как на анод подается все большее положительное напряжение, эффект пространственного заряда ослабевает и все большее и большее число электронов достигает анода.

Если анод сделать отрицательным относительно катода, то электроны, испускаемые катодом, будут отталкиваться обратно к катоду, и в конце концов ток вовсе перестает течь, когда отрицательное напряжение на аноде становится равным нескольким вольтам. Обратите внимание, что при хорошем вакууме отсутствуют не основные носители, которые могли бы вызвать обратный ток утечки. Все же, из-за остатков газа в откачанном баллоне и из- за утечки по поверхности стекла, какой-то обратный ток существует. Но этот ток совершенно другой природы по сравнению с р-п переходом, где наличие не основных носителей теплового происхождения непосредственно влияет на работу этого полупроводникового прибора.

Ламповый триод

Чтобы можно было управлять анодным током и, таким образом, получить усиливающий термоэлектронный прибор, нужно было добавить что-то вроде дополнительного электрода. Первым это сделал в 1907 году Ли де Форест, который сконструировал лампу с проволочной решеткой, или сеткой, между катодом и анодом. Это трехэлектродное устройство, или триод, показано на рис. 3.4; на рис. 3.5 приведено его условное обозначение на схемах.

Обычно сетка поддерживается отрицательной по отношению к катоду и, будучи таковой, она отталкивает обратно к катоду часть эмиттированных им электронов, позволяя лишь определенной доле электронов достигать анода, проходя через отверстия в решетке. Чем более отрицательным становится напряжение на сетке, тем в большей степени проявляется ее отталкивающее действие и тем меньшим становится анодный ток. В конце концов, достигается точка отсечки, когда электроны не достигают анода и ток падает до нуля. В этом смысле лампа ведет себя подобно полевому транзистору: и в триоде, и в полевом транзисторе мы имеем выходной ток, управляемый входным напряжением. Типичная проходная характеристика лампового триода показана на рис. 3.6; интересно сравнить ее с графиком на рис. 2.5(a) для полевого транзистора. Как и в случае с полевым транзистором, передаточная способность лампы определяется следующим образом

Крутизну иногда называют взаимной проводимостью; действительно, так можно сказать, исходя из приведенного определения величины gm, но это совершенно неуместно. Соотношение взаимности подразумевает обоюдную зависимость, а это не применимо ни к лампе, ни к полевому транзистору: хотя напряжение на сетке или на затворе и управляет током анода или стока, обратного действия нет, и название крутизна (буквально — сквозная проводимость) является предпочтительным.