Элементная база современных электронных устройств.

Электроника – наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств для преобразования электромагнитной энергии, в основном для приёма, передачи, обработки и хранения информации.

Электронная аппаратура – это совокупность электронных элементов, несущих конструкций и монтажных соединений, объединенных в общую конструкцию или комплекс.

Элементы по своему назначению подразделяют на пассивные и активные.

К пассивным компонентам относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, переключатели, реле и др.

К активным компонентам относятся приборы на базе -переходов, МОП-структур, вторичные источники питания.

Резисторы – это наиболее распространенные элементы электронной аппаратуры, с помощью которых осуществляется регулирование и распределение электрической энергии между цепями и элементами схем.

Условные графические обозначения (УГО) резисторов на принципиальных электрических схемах приведены на рисунке 10.1.

Рисунок 10.1 – Условные графические обозначения резисторов:

а – постоянный0,125 Вт; б – переменный; в – подстроечный

На рисунке 10.2 приведена зависимость сопротивления терморезистора от температуры и его УГО на принципиальных электрических схемах.

Рисунок 10.2 – Зависимость сопротивления терморезистора от температуры (а) и УГО (б) терморезистора

Конденсаторы по применению в электронной аппаратуре занимают второе место после резисторов. Принцип работы конденсаторов основан на их способности накапливать электрический заряд на обкладках при приложении к ним разности потенциалов.

На рисунке 10.3 показаны условные графические изображения конденсаторов различного назначения.

Рисунке 10.3 – Условные графические обозначения конденсаторов различного назначения: а – постоянной емкости; б – поляризованный; в – переносной емкости; г – подстроечный электролитический; д – поляризованный; е – неполяризованный

Катушками индуктивности называют элементы аппаратуры, способные запасать энергию электромагнитного поля.

На рисунке 10.4 приведены условные графические обозначения элементов на базе катушек индуктивностей с буквенными обозначениями.

Рисунок 10.4 – Условные графические обозначения: а – катушки индуктивности без сердечника; б – катушки индуктивности с сердечником (дросселя); в – трансформатора; г – электромагнитного реле

Для преобразования электрических сигналов недостаточно использования в цепях пассивных линейных элементов. Для этих цепей в электронике широко применяются различные активные элементы, обладающие необходимыми нелинейными характеристиками. В качестве таких элементов используют полупроводниковые приборы, работа большинства которых основана на свойствах -перехода (электронно-дырочного перехода).

Электронно-дырочным переходом (ЭДП) называют область, возникающую на границе раздела полупроводников - и -типа. ЭДП можно получить вплавлением (резкий переход) или диффузией (плавный переход) в полупроводниковый монокристалл примесей, создающих тип проводимости, противоположный типу проводимости исходного монокристалла.

При прямом смещении (положительный потенциал приложен к p-области) потенциальный барьер запирающего слоя уменьшается. Основные носители заряда пересекают ЭДП, образуя прямой ток через переход, который может достигать значительной величины. Этот процесс называют инжекцией носителей. Инжектированные носители заряда диффундируют вглубь полупроводника, рекомбинируя с носителями заряда, приходящими из внешней цепи.

На рисунке 10.5 приведена вольт-амперная характеристика ЭДП, на которой различают прямую ветвь (1-й квадрант) и обратную ветвь (3-й квадрант).

Рисунок 10.5 – Вольт-амперная характеристика ЭДП: – напряжение пробоя; – обратный ток перехода

Увеличение обратного напряжения может привести к пробою p-n-перехода. Под пробоем понимают явление резкого возрастания тока через переход, вызванное увеличением числа подвижных носителей заряда в этой области. Различают два основных вида пробоя: электрический и тепловой. В первом случае увеличение числа подвижных носителей заряда происходит за счет процессов ударной (лавинной) ионизации атомов, во втором – вследствие нарушения теплового равновесия и повышения температуры полупроводника. Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным .

Полупроводниковым диодом называют электропреобразовательный прибор с двумя выводами, принцип действия которого основан на использовании свойств ЭДП.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. В качестве основных материалов используются кремний и германий. Прямое напряжение и рабочая температура кремниевых диодов выше, чем германиевых. Частотные характеристики лучше у германиевых диодов. Диапазон прямых токов и допустимых обратных напряжений диодов весьма широк: от десятков миллиампер до сотен ампер и от десятков вольт до десятков киловольт, соответственно. Диапазон обратных токов в зависимости от типа диода может составлять от единиц микроампер до единиц миллиампер. Обратный ток диода характеризует неидеальность его выпрямительных свойств. С этой точки зрения кремниевые диоды, имеющие существенно меньшие обратные токи, перспективнее германиевых.

Типы полупроводниковых диодов представлены на рисунке 10.6.

Рисунке 10.6 – Условные графические обозначения диодов: а – выпрямительный; б – стабилитрон; в – варикап; г – туннельный; д – диод Шоттки; е – светодиод; ж – фотодиод; з – диодный оптрон (оптоопара)

Варикапы (параметрические диоды) используются в качестве конденсаторов переменной емкости. Варикапы широко применяются в схемах автоматической подстройки частоты, амплитудной и частотной модуляции, в схемах параметрических усилителей и др.

Светодиоды – приборы с p-n-переходом, которые излучают свет при прохождении через них прямого тока. Одним из основных параметров светодиодов является длина волны излучаемого света, которая определяет цвет излучения. Светодиоды находят широкое применение в качестве индикаторных панелей, в установках аварийной сигнализации, системах ночного видения, контрольно-цифровой аппаратуре и др.

Туннельные диоды используются в схемах генераторов и усилителей СВЧ-диапазона, в быстродействующих ключевых и импульсных схемах и др. Принцип действия их основан на туннельном эффекте, который возможен в случае сверхмалой толщины ЭДП. Туннельные диоды изготовляют на основе таких высоколегированных полупроводниковых материалов, как Ge и GaAs.

Фотодиоды используются в качестве приемников светового излучения, принцип работы основан на генерации под действием квантов света пар носителей заряда, которые разделяются р-п-переходом, образуя на выходных выводах фотоЭДС. Фотодиоды работают при обратном смещении перехода и используются в двух основных режимах: в качестве датчика освещенности (режим фотоЭДС) и переменного сопротивления, включаемого последовательно с нагрузкой и зависящего от внешней освещенности. Очень широко используется комбинация светодиод–фотодиод, конструктивно объединенная в одном приборе, называемом оптроном или оптопарой. Такие оптопары служат для идеальной гальванической развязки маломощных управляющих и мощных нагрузочных цепей.

Биполярный транзистор (БТ) – полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на взаимодействии близко расположенных ЭДП (рисунок 10.7, 10.8).

Рисунок 10.7 – Схематическое изображение биполярного транзистора типа p-n-p

Эмиттер (Э) – это область с высокой концентрацией положительных носителей заряда – дырок, база (Б) – тонкая область между эмиттером и коллектором, коллектор (К) – область, в которой собирается большинство носителей заряда из базы. Переход, который образуется на границе областей эмиттер–база, называют эмиттерным, а на границе база–коллектор, называется коллекторным. Площадь коллекторного перехода в несколько раз больше площади эмиттерного перехода.

Рисунок 10.8 – Условные графические изображения транзисторов p-n-p типа (а) и n-p-n типа (б)

В зависимости от того, какой электрод является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК).

Основные параметры транзистора – коэффициенты передачи токов:

• коэффициент передачи эмиттерного тока в коллектор меньше единицы за счет рекомбинации части носителей в базе (базового тока), примерный диапазон значений – 0,9...0,99 (в зависимости от типа транзистора);

• – коэффициент передачи базового тока в коллектор, примерный диапазон значений – 10... 1000 (в зависимости от типа транзистора).

Поскольку из принципа работы транзистора следует, что , то:

,

где , очевидно, что .

Величины указанных коэффициентов также зависят от технологического разброса, температуры окружающей среды, частоты сигнала, величины коллекторного тока, обычно в расчетах используются средние значения с последующей корректировкой схемотехники с целью уменьшения погрешностей.

Полевые транзисторы представляют собой класс полупроводниковых приборов, в которых величина выходного тока изменяется под действием электрического поля, создаваемого входным напряжением, благодаря чему полевые транзисторы имеют очень высокое (1...10 МОм) входное сопротивление. Указанное обстоятельство является главным достоинством этих приборов, что подчеркивается в их названии. Различают два подкласса полевых транзисторов: с управляющим р-n-переходом и изолированным затвором со структурой металл–диэлектрик–полупроводник (МДП-структура).

Полевые транзисторы с изолированным затвором (ПТИЗ) бывают двух типов: с встроенным каналом и индуцируемым каналом.

Условные графические обозначения полевых транзисторов разных типов представлены на рисунке 7.10.

Рисунок 10.9 – Условные графические обозначения полевых транзисторов:

а – с каналом n-типа; б – с каналом р-типа; в – с изолированным затвором обогащенного типа с р-каналом; г – с изолированным затвором обогащенного типа с n-каналом

Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий три или более р-n-перехода и обладающий вольт-амперной характеристикой с двумя устойчивыми состояниями.

На рисунке 10.10 приведены схема включения и вольт-амперная характеристика тиристора.

Область , в которую попадает ток из внешней цепи, называют анодом, область – катодом, а области и – базами. Переход называют коллекторным, а переходы , и – эмиттерными.

Между участками с открытым (ВС) и закрытым (OA) состояниями тиристора находится переходный участок, соответствующий неустойчивому состоянию тиристора, – участок АВ, обладающий отрицательным сопротивлением.

Рисунок 10.10 – Схема включения (а) и вольт-амперная характеристика (б) тиристора: , – анодный ток и напряжение; и – сопротивления резисторов, ограничивающие токи при включении; – управляющий ток; , , , – ток и напряжение включения и выключения

тиристора, соответственно

Таким образом, в открытом состоянии тиристор будет находиться до тех пор, пока за счет проходящего тока будет поддерживаться избыточный заряд в базах, необходимый для смещения коллекторного перехода в прямом направлении. Минимальный ток, необходимый для поддержания тиристора в открытом состоянии, называют удерживающим током . При токе через тиристор в результате преобладания процессов рекомбинации уменьшается число неравновесных зарядов в базах, коллекторный переход окажется смещенным в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние. Значение тока, при котором происходит переход тиристора из открытого в закрытое состояние, называют током выключения .

Разновидностью неуправляемого тиристора является соответственно симметричный триодный тиристор – триак. Вольт-амперные характеристики этого прибора имеют одинаковый вид при различных полярностях приложенного напряжения (рисунок 10.11).

Рисунок 10.11 – Вольт-амперная характеристика симметричного тиристора

Тиристоры нашли применение в различных устройствах автоматики и вычислительной техники. Мощные тиристоры носят название управляемых вентилей и применяются в силовой преобразовательной технике и электроприводе в качестве релейных элементов для бездуговой коммутации электрических цепей, тиристорных пускателей и др. Важным преимуществом тиристоров перед транзисторами является низкое сопротивление включенного прибора, что позволяет пропускать через него токи в десятки раз больше.

Комбинация активных и пассивных твердотельных элементов на одном или нескольких кристаллах в одном корпусе, используемая как модуль в электронных схемах аналоговой и цифровой микроэлектроники, получила название интегральная микросхема.

Электронная схема – это сочетание отдельных электронных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, индуктивности, диоды и транзисторы, соединённых между собой. Различные комбинации компонентов позволяют выполнять множество как простых, так и сложных операций, таких как усиление сигналов, обработка и передача информации и т.д. Электронные схемы строятся на базе дискретных компонентов, а также интегральных схем, которые могут объединять множество различных компонентов на одном полупроводниковом кристалле. Соединения между элементами могут осуществляться посредством проводов, однако в настоящее время чаще применяются печатные платы, когда на изолирующей основе различными методами (например, фотолитографией) создаются проводящие дорожки и контактные площадки, к которым припаиваются компоненты.

Традиционно электронные схемы классифицируются на аналоговые, цифровые, а также гибридные (смешанные).

В аналоговых электронных схемах напряжение и ток могут изменяться непрерывно во времени, отражая какую-либо информацию. В аналоговых схемах существуют два базовых понятия: последовательное и параллельное соединения. Основными элементами для построения аналоговых устройств являются резисторы (сопротивления), конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы, а также соединительные проводники.

В цифровых электронных схемах сигнал может принимать только несколько различных дискретных состояний. В подавляющем большинстве случаев используется бинарная (двоичная) логика, когда одному определенному уровню напряжения соответствует логическая единица, а другому – ноль. В цифровых схемах крайне широкое применение находят транзисторы, из которых строятся логические ячейки: И, ИЛИ, НЕ и их различные комбинации. Также на базе транзисторов создаются триггеры – ячейки, которые могут находиться в одном из нескольких устойчивых состояний и переключаться между ними при подаче внешнего сигнала. Последние могут быть использованы как элементы памяти.

Цифровые схемы по сравнению с аналоговыми той же сложности значительно проще в разработке и анализе. Это связано с тем, что логические ячейки на выходе выдают только определенные уровни напряжений и разработчику не надо заботиться об искажениях, усилении, смещении напряжения и прочих аспектах, которые необходимо учитывать при разработке аналоговых устройств. По этой причине на основе логических элементов могут создаваться сверхсложные схемы с огромной степенью интеграции элементов, содержащие на одном кристалле миллиарды транзисторов, стоимость каждого из которых получается ничтожно малой. Именно это во многом и определило развитие современной электроники.

Гибридные схемы объединяют элементы, относящиеся к аналоговой и цифровой электронике. Большинство современных радиоприборов и устройств связи используют гибридные схемы. К примеру, приёмник может состоять из аналоговых усилителя и преобразователя частот, после чего сигнал может быть преобразован в цифровую форму для дальнейшей обработки.

В зависимости от степени интеграции применяются следующие названия интегральных схем: малая интегральная схема (МИС) – до 100 элементов в кристалле; средняя интегральная схема (СИС) – до 1000 элементов в кристалле; большая интегральная схема (БИС) – до 10 тыс. элементов в кристалле; сверхбольшая интегральная схема (СБИС) – более 10 тыс. элементов в кристалле.

В качестве характеристики технологического процесса производства микросхем указывают минимальные контролируемые размеры топологии фотоповторителя (контактные окна в оксиде кремния, ширина затворов в транзисторах и т.д.) и, как следствие, размеры транзисторов (и других элементов) на кристалле. Этот параметр, однако, находится во взаимозависимости с рядом других производственных возможностей: чистотой получаемого кремния, характеристиками инжекторов, методами фотолитографии, методами вытравливания и напыления.

В 1970-х годах минимальный контролируемый размер составлял 2—8 мкм, В 2014 году выпускаются процессоры, изготовленные по технологи 14 нм. На рисунке 10.12 представлены различные электронные компоненты

Рисунок 10.12 – Различные электронные компоненты

Электрические измерения.

Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.

Средство измерений – это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Метрологическая характеристика средства измерений–характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность.

На практике наиболее распространены следующие метрологические характеристики средств измерений.

Диапазон измерений средства измерений – область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.

Диапазон показаний средства измерений – область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы.

Цена деления шкалы – разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений.

Чувствительность средства измерений – свойство средства измерений, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины.

По назначению средства измерений подразделяются на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.

Меройназывается средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Измерительный преобразователь – техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. ИП или входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, измерительной системы и др.), или применяется вместе с каким-либо средством измерений.

По характеру преобразования различают аналоговые, цифро-аналоговые, аналого-цифровые преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные и промежуточные преобразователи. Выделяют также масштабные и передающие преобразователи.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. По способу индикации значений измеряемой величины измерительные приборы разделяют на показывающие и регистрирующие.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте.

По типу отсчетного механизма все измерительные приборы (ИП) подразделяют на две группы: аналоговые (АИП) и цифровые (ЦИП). В АИП показания являются непрерывной функцией изменения входной измеряемой величины. Электромеханические ИП основаны на преобразовании электрической энергии входного сигнала в механическую энергию, чаще всего, угловое перемещение подвижного отсчетного устройства. Эти приборы для своей работы забирают некоторую энергию от измеряемой цепи. Включение таких приборов в исследуемую электрическую цепь изменяет режим ее работы и, как результат, обуславливает появление погрешности взаимодействия прибора в измеряемой цепи, т.е. появляется методическая погрешность измерения.

В ЦИП измеряемая или пропорциональная ей величина преобразуется в числовой эквивалент, который выводится на цифровой индикатор (дисплей). Современные ЦИП построены с использованием или микроконтроллера, или микропроцессора, что существенно повышает производительность и точность ЦИП. Эти приборы могут иметь дополнительные функции для обработки результатов измерения, автоматического выбора пределов измерения, распознавания полярности постоянного напряжения и т.д., а некоторые из них могут быть задействованными в автоматизированных измерительных установках и системах. В практике электрических измерений все шире используются цифровые методы и средства преобразования, хранения, обработки, передачи и представления информации. Цифровые приборы вытесняют аналоговые средства при измерении самых различных физических величин. Среди цифровых средств измерений можно выделить две большие группы: измерительные приборы и измерительные преобразователи. К первой группе обычно относят автономные ИП, предназначенные в основном для статических однократных измерений, обычно выполняемых вручную оператором (пользователем). Ко второй группе относят цифровые преобразователи, используемые в составе информационно-измерительных систем, измерительно-вычислительных систем и т.д. Преобразователи обладают высоким быстродействием.

Основные понятия об электромеханических измерительных приборах (ЭМИП). ЭМИП относятся к аналоговым ИП. Функционирование ЭМИП основано на использовании измерительных механизмов (ИM), в которых реализуются различные физические принципы. ИМ обеспечивает преобразование значения измеряемой величины в пропорциональное изменение показания отсчетного устройства, например, стрелки прибора. В этих ИМ вызывающему поворот стрелки моменту вращения, функционально связанному с измеряемой величиной (чаще всего с током в измерительной катушке), противодействует момент сопротивления закручивающейся пружины.

В зависимости от используемого в приборе ИМ различают следующие ЭМИП: а) магнитоэлектрические; б) выпрямительные; в) термоэлектрические; г) электромагнитные; д) электродинамические; е) электростатические; ж) индукционные.

В зависимости от принципа исполнения ИМ, схемы его использования в ИП реализуются приборы для измерения тока, напряжения, мощности, электрической энергии и т. д.

Особенности работы электроизмерительных приборов в цепях постоянного и синусоидального (тока) напряжения.

Особенности измерения в цепях постоянного тока. Напряжение постоянного тока от долей милливольта до сотен вольт можно измерять аналоговыми стрелочными вольтметрами с магнитоэлектрическим измерительным механизмом ИМ_(МЭ). Они имеют достаточно высокую точность (класс точности до 0,05). Входное сопротивление магнитоэлектрического вольтметра, которое определяется значением добавочного сопротивления, включаемого последовательно с измерительной рамкой прибора, не превышает десятков кОм. Это ограничивает их применение при измерениях в высокоомных цепях, например, в электронных, так как приводит к появлению методической погрешности.

Измерение напряжений от сотен вольт до 1,5 кВ осуществляется магнитоэлектрическими вольтметрами с добавочными резисторами. Также можно использовать цифровые мультиметры (ЦМ), переведенные в режим измерений постоянного напряжения (режим DCV), которые обладают внутренним сопротивлением порядка 1 МОм.

Для измерения больших постоянных токов может также использоваться ИМ_(МЭ), однако его подключают параллельно либо встроенному в прибор малоомному токовому шунту, либо внешнему шунту. В последнем случае шунт имеет метрологические характеристики (класс точности), а падение напряжения на нем при протекании номинального тока составляет 75 мV.

Особенности измерения в цепях синусоидального (тока) напряжения. Измерение синусоидальных напряжений (токов) может выполняться аналоговыми и цифровыми приборами. В большинстве случаев, если нет специальных указаний, вывод информации о величине тока (напряжения) в приборах осуществляется в действующих значениях синусоидально изменяющихся величин, определяемой выражением

, (10.1)

которое связано с амплитудой I_m синусоидального тока i(t) выражением .

Для измерения синусоидального напряжения широко используются цифровые мультиметры, в которых предусмотрен режим измерения переменного напряжения (АСV). Показания ЦМ в режиме измерения синусоидального напряжения (ACV) соответствуют действующему значению этого напряжения.

Для расширения диапазона измерения используют измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Измерение мощности и энергии.

Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени.

Активная (поглощаемая электрической цепью) мощность

,(10.2)

где U, I – действующие значения напряжения и тока; φ – угол сдвига фаз.

Реактивная мощность

. (10.3)

Полная мощность

. (10.4)

Так, мощность измеряется в пределах 1 Вт... 10 ГВт (в цепях постоянного и однофазного переменного тока) с погрешностью ±(0,01...0,1) %. Реактивная мощность от единиц ВАр до МВАр измеряется с погрешностью ±(0,1-0,5) %.

Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами измерения номинальных токов (1 нА...10 кА) и напряжений (1 мкВ...1 MB), погрешность измерения составляет ±(0,1...2,5)%.

Измерение реактивной энергии представляет интерес только для промышленных трехфазных цепей.

Измерение мощности в цепях постоянного тока. При косвенном измерении мощности используют метод амперметра и вольтметра и компенсационный метод.

При прямом измерении активная мощность измеряется электромеханическими (электродинамической и ферродинамической систем), цифровыми и электронными ваттметрами.

Электродинамические ваттметры (рисунок 10.13) применяются как переносные приборы для точных измерений мощности (класс 0,1...2,5) в цепях постоянного и переменного тока с частотой до нескольких тысяч герц.

Рисунок 10.13 – Схема включения электродинамического ваттметра через измерительные трансформаторы тока и напряжения

В широком диапазоне частот применяются цифровые ваттметры, в которых осуществляется автоматический выбор пределов измерений, самокалибровка и предусмотрен внешний интерфейс. Для измерения мощности в высокочастотных цепях также используются специальные и электронные ваттметры.

Измерение энергии в однофазных и трехфазных цепях. Энергия измеряется электромеханическими и электронными счетчиками электрической энергии. Электронные счетчики электрической энергии обладают лучшими метрологическими характеристиками, большей надежностью и являются перспективными средствами измерений электрической энергии.

Измерение фазы и частоты. Фаза характеризует состояние гармонического сигнала в определенный момент времени t.

Различают косвенное и прямое изменения угла сдвига фаз.

Косвенное измерение угла сдвига фаз между напряжением U и током I в нагрузке в однофазных цепях осуществляют с помощью трех приборов – вольтметра, амперметра и ваттметра. Угол φ определяется расчетным путем из найденного значения : . Также косвенно можно определить фазу, используя осциллографический метод измерения фазы, позволяющий наблюдать и фиксировать исследуемый сигнал в любой момент времени. Этот способ применим в широком диапазоне частот в маломощных цепях при грубых измерениях (5... 10%).

Прямое измерение угла сдвига фаз осуществляют с помощью электродинамических, ферродинамических, электромагнитных, электронных и цифровых фазометров.

Методы измерения частоты.

Прямое измерение частоты проводят, используя электромеханические, электронные и цифровые частотомеры. Также может быть использован мостовой метод измерения частоты, основанный на использовании частотнозависимых мостов переменного тока, питаемых напряжением измеряемой частоты.

Косвенное измерение частоты осуществляется с помощью осциллографов.

Выводы по лекции

К основным элементам электронных устройств относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, реле, полупроводниковые диоды, транзисторы, тиристоры, интегральные микросхемы и др. Сочетание этих компонентов, соединенных определенным образом, представляет собой электронную схему. Для проведения электрических измерений используют измерительные приборы: амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры, частотомеры и т.д. Они могут быть как аналоговыми, в которых показания являются непрерыной функцией, так и цифровыми, в которых измеряемая величина преобразуются в числовой эквивалент, выводимый на экран.

Вопросы для самопроверки

1 Какие элементы электрической аппаратуры относятся к пассивным элементам?

2 Приведите условные графические обозначения резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности.

3 Какое назначение у реле?

4 Что называется электронно-дырочным переходом?

5 Назовите основные типы полупроводниковых диодов.

6 Что называют эмиттером, базой и коллектором транзистора?

7 Каковы основные схемы включения биполярных транзисторов?

8 Назовите типы полевых транзисторов?

9 Приведите пример применения транзисторов и тиристоров в электрических устройствах, автоматике, вычислительной технике.

10 Приведите условные графические обозначения диодов, биполярных и полевых транзисторов, тиристоров.

11 Что такое интегральная микросхема?

12. Что такое электронная схема и как их классифицируют?

13 Какие минимальные размеры имеют транзисторы согласно существующих технологий изготовления?

14 Что такое измерение и измерительный прибор?

15 Преимущества и недостатки аналоговых и цифровых измерительных приборов.

16 Каким внутренним сопротивлением обладает цифровой мультиметр и в каком режиме необходимо его использовать для измерений постоянного напряжения?

17. В каком режиме необходимо использовать цифровой мультиметр для измерений переменного напряжения?

18 Для каких целей используются шунты, добавочные сопротивления, измерительные трансформаторы тока и напряжения?

19 Какие существуют методы измерение фазы и частоты?

Список литературы

Основная литература

1. Немцов М.В. Электротехника и электроника (6-е изд., стер.) учебник. –М: Академия, 2013. – 480 с. – ISBN: 9785446804320.

2. Электротехника и электроника: Учебное пособие для вузов / В.В. Кононенко [и др.]; под ред. В.В. Кононенко. – Изд. 6-е – Ростов н/Д: Феникс, 2010. – 784 с. (Высшее образование). – ISBN 978-5-222-17568-2.

3 Системы электроснабжения: учебник / Н.П. Гужов, В.Я. Ольховский, Д.А. Павлюченко. – Ростов н/Д: Феникс, 2011. –382 с. (Высшее образование). – ISBN 978-5-222-17730-3.

4. Щербаков, Е. Ф. Электроснабжение объектов строительства: учебное пособие / Е. Ф. Щербаков, Д. С. Александров, А. Л. Дубов. – Ульяновск : УлГТУ, 2011. – 404 с. – ISBN 978-5-9795-0897-9.

Дополнительная литература

5. Касаткин А.С. Электротехника: Учеб. для вузов / А. С. Касаткин, М. В. Немцов. - 12-е изд. – М.: Академия, 2008. - 544 с. – ISBN 9785769557729.

6. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник. – 10-е изд. – М.: Гардарики, 2002. – 638 с.

7. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники: учеб. пособие для студентов / под ред. П. А. Ионкина. – М.: Энергоиздат, 1982. – 768 с.

8. Вольдек А.И. Электрические машины: машины переменного тока: учебник / А. И. Вольдек, В. В. Попов. СПб.: Питер, 2008. – 349 с.

9. Козлов В.А. Электроснабжение городов. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 264 с.

10. Цигельман И.Е. Электроснабжение гражданских зданий и коммунальных предприятий. – М.: Высшая школа, 1988. – 319 с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: