Состояние равновесия

Зависимость состояния проводимости тиристора от тока управления удобно анализировать, пользуясь вольт-амперной характеристикой тиристора ( 22-17). При токе управления /у = 0 тиристор заперт, т. е. его проводимость ничтожно мала и не изменяется с ростом прямого анодного напряжения С/а вплоть до напряжения переключения 1/пер (точка А на 22-17). Если прямое анодное напряжение превысит напряжение переключения, то тиристор перейдет в состояние проводимости. Это сопровождается лавинообразным увеличением тока, который ограничивается только внешним сопротивлением цепи, так как падение напряжения на тиристоре становится очень малым. Режиму проводимости на 22-17 соответствует точка С. При снижении тока / через тиристор последний остается в сотоянии проводимости вплоть до точки В, характеризуемой током удержания тиристора /уд. Если ток / становится меньше /уд, то электрическая прочность тиристора восстанавливается и он опять запирается.

В силовых цепях для отключения тока применяют устройства на основе тиристоров. Тиристор — управляемый полупроводниковый прибор, состоящий из четырехслойного кристалла кремния со структурой р-п-р-п. Внешние выводы от крайних слоев служат катодом и анодом, а вывод от одной внутренней базовой области служит управляющим электродом. Если на управляющий электрод ток не подается, то тиристор заперт (в определенных пределах воздействующих напряжений). Если на управляющий электрод подан ток, то тиристор, находящийся под анодным напряжением, переходит в состояние проводимости. На этих свойствах тиристора основано устройство однофазного силового ключа для коммутации переменного тока ( 4.37). Тиристоры VS1, VS2 включены встречно-параллельно. Если на управляющие электроды подаются маломощные импульсы от блока управления БУ, синхронные с анодным напряжением, то тиристор VSI проводит ток первую половину периода, a VS2 ~ вторую половину периода. Цепь остается включенной в течение всего времени, пока подаются управляющие импульсы. При их снятии запирание тиристоров происходит автоматически после прохождения переменного тока в силовой цепи через нуль. Следовательно, время отключения составляет полпериода, т. е. 0,01 с, что в 10 — 20 раз меньше, чем у традиционных выключателей.

Зависимость состояния проводимости тиристора от тока управления удобно анализировать, пользуясь вольт-амперной характеристикой тиристора ( 22-11). При токе управления 1у = 0 тиристор заперт, т. е. его проводимость ничтожно мала и не изменяется с ростом прямого анодного напряжения [7а вплоть до напряжения переключения [7пер (точка А на 22-11). Если прямое анодное напряжение превысит напряжение переключения, то тиристор перейдет в состояние проводимости. Это сопровождается лавинообразным увеличением

2.56. На языке радиотехники такое искажение сигнала называется переходным искажением. Лучше всего немного сместить двухтактный каскад в состояние проводимости, как показано на 2.57 (еще один метод устранения переходного искажения связан с использованием обратной связи, хотя он имеет некоторые недостатки).

Резисторы смещения R переводят диоды в состояние проводимости, благодаря этому напряжение на базе 7^ превышает входное напряжение на величину падения напряжения на диоде, а напряжение на базе Т2 на величину падения напряжения на диоде меньше, чем входное напряжение. Теперь, когда входной сигнал проходит через нуль, проводящим транзистором вместо Т2 становится Tt\ один из выходных транзисторов всегда открыт. Резистор Я выбран так, чтобы обеспечивался необходимый базовый ток в выходных транзисторах при пиковых значениях выходного сигнала. Например, если

Защелкивание и входной ток. Все интегральные КМОП-схемы имеют ту или иную схему защиты входа, так как в противном случае изоляция затвора легко разрушается (см. разд. 3.15). Обычная схема такой защиты показана на 3.50. Хотя в ней можно использовать распределенную диодную матрицу, однако данная цепь эквивалентна фиксирующим диодам, подключенным к Ucc и С/ии, в сочетании с резистивной токоограни-чивающей цепью. Если напряжение на входе (или на выходе) превысит напряжение питания более чем на падение напряжения на диодном переходе, соответствующий диод перейдет в состояние проводимости, и для входа (или выхода) образуется цепь с низким полным сопротивлением относительно соответствующего источника питания. Но что еще хуже, чип при возбуждении входа может войти в так называемое «КУВ-защслки-вание»- ужасное (и разрушительное) состояние, которое мы более подробно опишем в разд. 14.16. Все что необходимо нам знать о нем сейчас-это то, что данное состояние нежелательно! КУВ-защел-

Описание схемы. На первый взгляд она может показаться сложной, на самом деле в ней нет хитростей и проанализировать ее достаточно легко. Транзисторы Ту и Т2 образуют дифференциальную пару, а дополнительное усиление ее выходного сигнала обеспечивает усилитель с общим эмиттером на Т3. Резистор R6 это резистор коллекторной нагрузки Т3, а двухтактный каскад на транзисторах Т4 и Т5 представляет собой выходной эмиттер-ный повторитель. Выходное напряжение поступает в цепь ОС, которая состоит из делителя напряжения, образованного резисторами RA и R5 и конденсатором С2, благодаря которому коэффициент усиления схемы с ОС по постоянному току уменьшается до единицы (для стабилизации режима по постоянному току). Резистор R3 определяет ток смещения в дифференциальной паре; наличие петли обратной связи, охватывающей схему, гарантирует, что выходное напряжение покоя равно потенциалу земли, а потому оказывается, что ток покоя Г3 составляет 10 мА (падение напряжения на R6 приблизительно равно иээ). Как уже было показано в разд. 2.14, диоды смещают двухтактный каскад в состояние проводимости, при этом падение напряжения на последовательном соединении резисторов R7 и Rs равно падению напряжения на диоде, т. е. ток покоя выходного повторителя равен 60 мА. Это усилитель класса А В, в котором за счет потери мощности в 1 Вт, рассеиваемой каждым выходным

может запустить сама себя, поскольку вспомогательное напряжение появляется только тогда, когда уже работает источник питания! Оказывается, что это старая проблема: разработчики телевизоров любят пошутить таким же образом, формируя все свои низковольтные напряжения от вспомогательных обмоток на высокочастотном трансформаторе горизонтальной развертки. Эта проблема решается с помощью так называемой схемы с ударным запуском, в которой для запуска схемы привлекается некоторое не-стабилизированное напряжение; однажды запущенный, источник поддерживает сам себя от постоянного напряжения, полученного от собственного трансформатора. В данной схеме ударный запуск поступает через R42 и при включении питания начинает заряжать СЪ1. Далее ничего не происходит, пока напряжение на конденсаторе не превысит напряжение стабилитрона CRl0 на величину прямого падения напряжения диодного р-«-перехода тиристорнообразное сочетание Т10 и Г,, переключается в состояние проводимости (подумайте, как это работает), ослабляя заряд С,7 за счет конденсатора С2В и обеспечивая, таким образом, кратковременную подачу питания на управляющую схему (U3 и все компоненты влево от нее). Раз генератор запустился, CR9 начинает вырабатывать напряжение 15 В и ток, достаточный для непрерывной работы управляющей схемы (R42 обеспечить это не в состоянии).

платить более медленным откликом, что обусловлено открытой базовой цепью. Для повышения быстродействия можно добавить резистор с базы на эмиттер; однако это дает пороговый эффект, поскольку фототранзистор не переходит в состояние проводимости до тех пор, пока ток фотодиода не достигнет величины, достаточной для получения напряжения ивэ на внешнем базовом резисторе, В цифровых схемах порог может оказаться полезным, но в аналоговых приводит к нежелательной нелинейности.

б) При увеличении входного напряжения схема переключается в другое устойчивое состояние, как только будет достигнут определенный уровень входного напряжения, при этом выходное напряжение принимает значение, почти равное напряжению питания. В этом состоянии и должно быть обеспечено надежное запирание Г2, a Ti должен быть приведен в состояние проводимости при довольно сильном насыщении. Для этого должно удовлетворяться условие

Решение. Решение задачи начнем с рассмотрения цепи выхода. Когда транзистор Т2 закрыт, выходной ток триггера /вых, протекающий через /?кг, Д\ и \Ri в базу Т3, приведет его в состояние проводимости. В этом случае

Электрический пробой газов переводит среду из состояния диэлектрика в состояние проводимости. Пробой является следствием процессов ионизации, происходящих в газе, и всегда начинается с ударной ионизации («выбивания» из атома или молекулы газа одного из электронов в результате столкновения атома или молекулы с заряженной частицей, ускоренной электрическим полем). Для начала ударной ионизации необходимо, чтобы кинетическая энергия заряженных частиц (электронов или ионов), разгоняемых электрическим полем, стала больше энергии ионизации [194]:

В отсутствие воздушного потока мост находится в уравновешенном состоянии, напряжение At/ на входе усилителя и выходной ток /вых усилителя равны нулю. При появлении воздушного потока помещенный в него проволочный преобразователь rt будет испытывать охлаждение, вследствие чего величина сопротивления его уменьшится и мост выйдет из равновесия. Возникнут напряжениеД?/ и ток /вых. Последний будет подогревать проволоку преобразователя до тех пор, пока мост не придет снова в состояние равновесия. По току /вых можно судить о скорости движения воздуха (газа, жидкости).

такой температуры, при которой кинетическая энергия электронов становится больше так называемой работы выхода из металла и возникает термоэлектронная эмиссия. Если второй электрод, называемый анодом, имеет нулевой потенциал относительно катода, то часть электронов, достигших анода, образует небольшой ток, а другая часть заполняет пространство между катодом и анодом (объемный заряд). При положительном потенциале анода относительно катода ток возрастает, плотность объемного заряда уменьшается, и возникает новое состояние равновесия, соответствующее увеличенной скорости движения электронов к аноду. С уменьшением плотности объемного заряда по мере роста потенциала анода ток стремится к предельному значению —

Напряжение на н. э, снизится на величину UL и цепь вернется в состояние равновесия.

Пусть теперь напряжение на н. э. равно Uz. Малейшее кратковременное приращение напряжения на н. э. вызовет возрастание тока до значенш!, соответствующего точке 4. Объясняется это тем, что на участке 2—3 характеристики приращению тока и, следовательно, положительному знаку UL соответствует убывание напряжения на н.э. (спадающий участок характеристики). На участке 3—4 скорость нарастания тока замедляется и в точке 4 наступит новое состояние равновесия.

Например, при работе в точке / в момент кратковременного повышения приложенного к цепи напряжения возрастает ток, т. е. возникает положительная производная di/dt. После восстановления первоначального значения приложенного к цепи напряжения возросшему току будет соответствовать условие Е — ri > и (см. 1-12,6), поэтому ток будет продолжать расти. Состояние равновесия наступит в точке 2. На практике применяют сопротивление (резистор) для обеспечения устойчивого равновесия в цепях с газоразрядными приборами или электрической дугой.

При анализе работы мостово и компенсационной цепей удобно исходным состоянием цепи считать состояние равновесия (уравновешенная цепь). Значение входной величины при состоянии равновесия будем обозначать J/0,

5.39. Дан мост переменного тока ( 5.13), в котором состояние равновесия достигается регулировкой R\/Ri и Ra/R*. Мост уравновешен при частоте f=50 Гц и следующих параметрах моста: Яю=100 Ом, Li0=l Гн, /?2 = 50 Ом, L2=0,5 Гн, Я3=200 Ом, Rt = = 100 Ом, /?г = 200 Ом, Хг = 0, Уп=4 В.

ответствуют их номинальным значениям, то состояние равновесия моста не должно нарушаться и /г=0. Поскольку сопротивление R?n = 100,1 Ом, то состояние равновесия нарушится и ток в магнитоэлектрическом гальванометре можно определить, если будет известна чувствительность моста к изменению сопротивления и изменение этого сопротивления, так как /Г = 50Д#2, где Д#2 = #2д—#2 = = 100,1—100=0,1 Ом.

выполненный на двойном электрометрическом тетроде типа ЭМ-6 ( 2-6, б). Здесь выходной прибор цА включен в диагональ моста, два плеча которого образованы резисторами R1 и R3, а два других плеча — внутренними сопротивлениями электрометрической лампы. Если мост уравновешен, но изменяются напряжение питания, эмиссия катода или температура, то состояние равновесия не изменится, так как все эти факторы будут в одинаковой степени влиять на оба (смежных) плеча моста. Резистор R.2 служит для начальной установки нуля.

При подаче на вход схемы в момент времени t\ положительного импульса запуска элемент DD2 переходит в закрытое состояние и напряжение на его выходе достигает уровня логической «1». Этот положительный скачок напряжения «Вых1 передается через конденсатор С на вход элемента DD3, закрывая его. Напряжение ывых2 снижается до уровня логического «О». Конденсатор С при этом заряжается, напряжение на его обкладках увеличивается, а «Вх2 на резисторе R уменьшается. При Ивх2 = Игр (при t = /2) происходит опрокидывание одновибратора аналогично тому, как это имело место в автоколебательном мультивибраторе (см. диаграммы на 6.27, 6 и 6.25, б). На этом заканчивается формирование импульса и одновибратор переходит в исходное устойчивое состояние равновесия.

Состояние равновесия мультивибратора 178