Меню

Обратно кубическая зависимость тока

Учебники

Разделы физики

Журнал «Квант»

Лауреаты премий по физике

Общие

Слободянюк А.И. Физика 10/18.4

Душ Шарко, физиотерапия и лечебные ванны в пансионате Сочи «Эдем»

§18. Переменный электрический ток

18.4 Емкость в цепи переменного тока. Емкостное сопротивление.

Img Slob-10-18-248.jpg

Рассмотрим электрическую цепь, содержащую резистор с активным сопротивлением R и конденсатор емкости C, подключенную к источнику переменной ЭДС (Рис. 248).

Конденсатор, подключенный к источнику постоянной ЭДС полностью препятствует прохождения тока – за некоторый промежуток времени конденсатор заряжается, напряжение между его обкладками становится равным ЭДС источника, после чего ток в цепи прекращается. Если же конденсатор включен в цепь переменного тока, то ток в цепи не прекращается – фактически конденсатор периодически перезаряжается, заряды на его обкладках периодически изменяются как по величине, так и по знаку. Конечно, никакие заряды не протекают между обкладками, электрического тока в строгом определении между ними нет. Но, часто не вдаваясь в детали и не слишком корректно, говорят о токе через конденсатор, подразумевая под этим ток в цепи, к которой подключен конденсатор. Такой же терминологией будем пользоваться и мы.

По-прежнему, для мгновенных значений справедлив закон Ома для полной цепи: ЭДС источника равна сумме напряжений на всех участках цепи. Применение этого закона к рассматриваемой цепи приводит к уравнению

\varepsilon = U_R + U_C = IR + \frac\) , (1)

здесь \(U_R = IR\) — напряжение на резисторе, \(U_C = \frac\) — напряжение на конденсаторе, q — электрический заряд на его обкладках. Уравнение (1) содержит три изменяющихся во времени величины (известную ЭДС, и пока неизвестные силу тока и заряд конденсатора), учитывая, что сила тока равна производной по времени от заряда конденсатора \(I = q′\), это уравнение может быть точно решено. Так как ЭДС источника изменяется по гармоническому закону, то и напряжение на конденсаторе и сила тока в цепи также будут изменяться по гармоническим законам с той же частотой – это утверждение непосредственно следует и уравнения (1).

Сначала установим связь между силой тока в цепи напряжением на конденсаторе. Зависимость напряжения от времени представим в виде

U_C(t) = U_0 \cos \omega t\) . (2)

Подчеркнем, что в данном случае напряжение на конденсаторе отличается от ЭДС источника, как будет видно из дальнейшего изложения, между этими функциями существует также и разность фаз. Поэтому при записи выражения (2), мы выбираем произвольную начальную фазу нулевой, при таком определении фазы ЭДС, напряжения на резисторе и силы тока отсчитываются относительно фазы колебаний напряжения на резисторе.

Используя связь между напряжением и зарядом конденсатора, запишем выражение для зависимости последнего от времени

q = U_0 C \cos \omega t\) , (3)

которое позволяет найти временную зависимость силы тока

I_C = q’ = -U_0 C \omega \sin \omega t = U_0 C \omega \cos \left( \omega t + \frac<\pi> <2>\right)\) , (4)

на последнем шаге использована тригонометрическая формула приведения, для того, чтобы в явном виде выделить сдвиг фаз между током и напряжением.

Итак, мы получили, что амплитудное значение силы тока через конденсатор связано с напряжением на нем соотношением

I_ = U_ C \omega\) , (5)

а также между колебаниями силы тока и напряжения существует разность фаз, равна \(

\Delta \varphi = \frac<\pi><2>\). Эти результаты суммированы на рис. 249, где также представлена векторная диаграмма колебаний силы тока и напряжения.

Img Slob-10-18-249.jpg

Для того, чтобы сохранить форму закона Ома для участка цепи, вводят понятие емкостного сопротивления, которое определяется по формуле

В этом случае соотношение (5) становится традиционным для закона Ома

При изучении закона Ома для цепей постоянного тока, мы указывали, что электрическое поле заставляет упорядоченно двигаться заряженные частицы внутри проводника, то есть создает электрический ток. Иными словами, «напряжение является причиной возникновения тока». В данном случае ситуация обратная – благодаря электрическому току на обкладках возникают электрические заряды, создающие электрическое поле, поэтому можно сказать, что в данном случае «сила тока является причиной возникновения напряжения». Хотя, к данным рассуждениям следует относиться несколько скептически, так движение зарядов (электрический ток) и электрическое поле «подстраиваются» друг к другу, пока между ними не устанавливается определенное соотношение, соответствующее установившемуся режиму. Так при постоянном токе условием стационарности является условие постоянства тока. В цепи переменного тока в установившемся режиме согласуются не только амплитудные значения токов и напряжений, но разность фаз между ними. Иными словами, обсуждаемый здесь причинно-следственный вопрос подобен вопросу о том, «что появилось раньше, курица или яйцо?»

Так как между током и напряжением существует сдвиг фаз равный \(

\Delta \varphi = \frac<\pi><2>\), то средняя мощность тока через конденсатор равна нулю. Действительно,

Иными словами, потерь энергии при протекании тока через конденсатор в среднем не происходит. Конечно, конденсатор влияет на протекание тока в цепи. В ходе зарядки конденсатора энергия электрического тока превращается в энергию электростатического поля между обкладками конденсатора, а при разрядке конденсатор отдает в цепь накопленную энергию, при этом, средняя энергия, потребляемая конденсатором, остается равной нулю. Поэтому емкостное сопротивление называют реактивным.

Img Slob-10-18-250.jpg

Графики зависимости силы тока, напряжения и мгновенной мощности тока в рассматриваемой цепи показаны на рис. 250.

Заливкой выделены промежутки времени, в течении которых конденсатор накапливает энергия – в этих промежутках сила тока и напряжение имеют один знак.

Уменьшение емкостного сопротивления при возрастании частоты очевидна – чем выше частота тока, тем меньший заряд на конденсаторе успевает накопиться на обкладках конденсатора за половину периода (пока ток идет в одном направлении), тем меньше напряжение на нем, тем меньше он препятствует прохождению тока в цепи. Аналогичные рассуждения справедливы и для объяснения зависимости этого сопротивления от емкости конденсатора.

Вернемся к рассмотрению цепи, показанной на рис. 248, которая описывается уравнением (1). Пренебрегая внутренним сопротивлением источника, запишем явное выражение для напряжения, создаваемого источником

U_0 \cos \omega t = IR + \frac\) . (8)

Здесь U — амплитудное значение напряжения, равное амплитудному значению ЭДС источника. Кроме того, теперь мы считаем начальную фазу ЭДС источника равной нулю (ранее за нуль мы принимали фазу колебаний напряжения на резисторе).

Используя это уравнение и связь между силой тока и зарядом конденсатора, найдем явное выражение для зависимости силы тока в цепи от времени. Представим эту зависимость в виде

I = I_0 \cos (\omega t + \varphi)\) , (9)

где I и φ — подлежащие определению амплитудное значение силы тока и разности фаз между колебаниями тока и напряжения источника. Легко заметить, что в этом случае заряд конденсатора изменяется по закону

q(t) = q_0 \sin (\omega t + \varphi) = \frac <\omega>\sin (\omega t + \varphi)\) . (10)

Для проверки этого соотношения достаточно вычислить производную от приведенной функции и убедится, что она совпадает с функцией (9).

Подставим эти выражения в уравнение (8)

U_0 \cos \omega t = I_0 R \cos (\omega t + \varphi) + \frac \sin (\omega t + \varphi)\)

и преобразуем тригонометрическую сумму

где через φ1 обозначена величина, удовлетворяющая условию

Теперь видно, что для того, чтобы функция (9) являлась решение уравнения (8), необходимо, чтобы ее параметры принимали значения:

I_0 = \frac<\sqrt \right)^2>>\) ; (11) искомая разность фаз связана с появившимся параметром φ1 соотношением \(\varphi + \varphi_1 = 0\), то есть \(

Таким образом, найдена явная зависимость силы тока от времени.

В принципе таким методом, можно рассчитать любую цепь переменного тока. Но такой подход требует громоздких тригонометрических и алгебраических преобразований. К тем же результатам можно прийти гораздо проще, используя формализм векторных диаграмм. Покажем, как метод векторных диаграмм применяется к рассматриваемой цепи. Самое важное при использовании этого метода – построение векторной диаграммы, изображающей колебания токов и напряжений на различных участках цепи.

Читайте также:  Рабочий ток лампы днат 150

Img Slob-10-18-251.jpg

Так как конденсатор и резистор соединены последовательно, то силы токов через них одинаковы в любой момент времени. Изобразим силу тока в идее произвольно направленного вектора (например, горизонтально [1] , как на рис. 251). Далее изобразим векторы колебаний напряжения на резисторе UR, который параллелен вектору колебаний тока (так как сдвиг фаз между этими колебаниями равен нулю) и напряжения на конденсаторе UC, который перпендикулярен вектору колебаний тока (так как сдвиг фаз меду ними равен \(

\frac<\pi><2>\) — см. Рис. 249). Сумма этих напряжений равна напряжению источника, поэтому вектор суммы векторов, изображающих колебания UR и UC, изображает колебания напряжения источника U(t). Из построенной диаграммы следует, что амплитудные значения рассматриваемых напряжений связаны соотношением (следующим из теоремы Пифагора)

Выражая амплитуды напряжений через амплитуду силы тока с помощью известных соотношений \(

U_ = \frac>\), получаем элементарное уравнение для определения амплитуды силы тока

U^2_0 = (I_0 R)^2 + \left( \frac \right)^2\) , (13)

из которого находим амплитуду силы тока в цепи

что, естественно, совпадает с выражением (11), полученным ранее громоздким алгебраическим методом. Векторная диаграмма также позволяет легко определить сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения источника

что также совпадает с полученным ранее.

Как видно, метод векторных диаграмм позволяет полностью рассчитать характеристики цепей переменного тока, гораздо проще, чем рассмотренным выше методом аналитического решения соответствующего уравнения.

Следует подчеркнуть, что физическая сущность обоих методов одна и та же, она выражается уравнением (10), различие только в математическом языке, на котором решается это уравнение.

Рассчитаем, среднюю мощность, развиваемую источником. Мгновенное значение этой мощности равно произведению ЭДС на силу тока \(P = \varepsilon I\). Подставляя явные значения для этих величин и проводя усреднение, получим

= = = U_0 I_0 = \frac <2>\cos \varphi\) . (16)

Обратите внимание, что полученное выражение для средней мощности является общим для переменного тока: средняя мощность переменного тока равна половине произведения амплитуд силы тока, напряжения и косинуса разности фаз между ними. Если использовать не амплитудные, а действующие значения силы тока и напряжения, то формула (16) приобретает вид

= U_D I_D \cos \varphi\) , (17)

средняя мощность переменного электрического тока равна произведению действующих значений силы тока, напряжения и косинуса разности фаз между ними. Часто косинус сдвига фаз между силой тока и напряжением называют коэффициентом мощности.

В тех случаях, когда по электрической линии требуется передать максимальную мощность, необходимо стремиться, чтобы сдвиг фаз между током и напряжением был минимальным (оптимально – нулевым), так как в этом случае передаваемая мощность будет максимальна.

Применим полученную формулу для расчета мощности тока в рассматриваемой цепи, для чего выразим косинус сдвига фаз из выражения (12) и подставим в формулу (17), в результате чего получим

При выводе этого соотношения использована формула (14) для амплитуды силы тока в цепи. Полученный результат очевиден – средняя мощность, развиваемая источником, равна средней мощности теплоты, выделяющейся на резисторе. Этот вывод еще раз подтверждает, что на конденсаторе не происходит потерь энергии электрического тока. Расчет мощности тока также можно проводить с помощью построенной векторной диаграммы, из которой следует, что произведение амплитуды напряжения источника на косинус сдвига фаз равно амплитуде напряжения на резисторе \(U_0 \cos \varphi = U_\), откуда сразу следует формула (18).

Так как амплитудные и действующие значения сил токов и напряжений пропорциональны друг другу, то длины векторов векторных диаграмм можно считать пропорциональными действующим (а не амплитудным) значениям. При таком определении среднее произведение двух гармонических функций равно скалярному произведению векторов, изображающих эти функции.

Источник

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине “Общая электротехника и электроника” , страница 7

то есть дырочная составляющая на 2 порядка больше.

3. Определим напряжение для получения заданной плотности тока, воспользовавшись уравнением

, В.

22. Ток, текущий видеальном р-n переходе при большом обратном напряжении и 300К, равен 2*10 -7 А. Определить ток при прямом напряжении 0,1В.

так как при большом обратном напряжении протекает обратный ток насыщения.

При прямом напряжении 0,1В ток

.

23. Диод имеет обратный ток насыщения I = 10мкА. Напряжение, приложенное к диоду, равно 0,5 В. Найти отношение прямого тока к обратному при 300К.

Зависимость тока от напряжения

,где

I – обратный ток насыщения,

jТ – температурный потенциал, для 300К он равен 0,025В.

24. Германиевый полупроводниковый диод, имеющий обратный ток насыщения I = 25мкА, работает при прямом смещении 0,1В и 300К. Определить сопротивление диода постоянному и переменному току (дифференциальное).

Прямой ток диода

где jТ – температурный потенциал, для 300К он равен 0,025В.

Сопротивление диода постоянному току

Дифференциальное сопротивление получим дифференцированием исходного выражения.

или

С учётом того, что I >> I можно считать, что

тогда

в нашем случае это будет

Ом, то есть упрощенной формулой можно пользоваться для оценки дифференциального сопротивления прямосмещённого p-n перехода. На практике она чаще используется в следующем виде (для 300 К):

где I берётся в мА, а результат получается в Омах.

Тогда Ом

Из анализа решений можно сделать также очень важный вывод:

сопротивление прямосмещённого p-n перехода переменному току значительно меньше, чем постоянному. Это явление очень часто используется на практике.

25. Для идеального p-n перехода определить

1). при каком напряжении обратный ток будет достигать 90% значения обратного тока насыщения при 300 К?

2). отношение тока при прямом напряжении 0,05 В к току при том же значении обратного напряжения.

1). При 300 К температурный потенциал В.

Из условия задачи обратный ток составит 0,9I.

или

В (60 мВ) (

2). отношение прямого тока к обратному при напряжениях 0,05 и -0,05 В:

, то есть примерно в 7 раз прямой ток больше обратного.

26. Видеальном p-n переходе обратный ток насыщения I = 10 -14 А при 300 К и I = 10 -9 А при 398 К (125 0 С). Определить напряжения на p-n переходе в обоих случаях, если прямой ток равен 1 мА.

Из уравнения вольт-амперной характеристики перехода

, или

, логарифмируя последнее выражение, получим

Для 300 К jТ = kT = 0,86*10 -4 *300 = 0,0258 В, а напряжение

Для 398 К jТ = kT = 0,86*10 -4 *398 = 0,0342 В и

Такая температурная зависимость характерна для Si диодов.

27. Определить во сколько раз увеличивается обратный ток насыщения сплавного p-n перехода, если

1). для Ge диода температура увеличивается от 20 0 С до 80 0 С

2). для Si диода температура увеличивается от 20 0 С до 150 0 С.

Зависимость обратного тока от температуры имеет вид:

где k1 – постоянная;

Езо = еUзо – ширина запрещённой зоны при 0 К;

— температурный потенциал;

Для Ge: h = 1; m = 2; Uзо = 0,785 В

Si: h = 2; m = 1,5; Uзо = 1,21 В.

Следовательно, для Ge обратный ток насыщения

При 80 0 С, или 353 К, имеем:

В

При 20 0 С, или 293 К, имеем:

В

отношение токов для Ge

то есть при повышении температуры с 20 0 С до 80 0 С ток в Ge диоде увеличивается почти в 300 раз.

При 150 0 С, или 433 К, имеем:

В

При 20 0 С или 293 К jТ = 0,0253 В и ток

Читайте также:  Электрические схемы управления двигателями постоянного тока

то есть для Si диода при повышении температуры с 20 0 С до 80 0 С обратный ток насыщения увеличится почти в 3000 раз.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Кубическая зависимость

Для тонких пленок преобладают логарифмические и кубические зависимости скорости окисления от времени, для толстых же — параболические и линейные. [16]

Дебаем, показал, что кубическая зависимость теплоемкости от температуры, часто наблюдаемая при низких температурах, обусловлена фононами. [18]

Выходная мощность третьей гармоники имеет кубическую зависимость от входной мощности. Такая зависимость сохраняется до тех пор, пока напряженность поля гармоники не станет настолько большой, что нельзя будет пренебрегать ее обратным воздействием на систему. Вообще говоря, независимо от вида используемого нелинейного элемента мощность m — й гармоники возрастает как ( / ш) т, где / ш — плотность мощности падающего излучения. [19]

Выходная мощность третьей гармоники имеет кубическую зависимость от входной мощности. Такая зависимость сохраняется до тех пор, пока напряженность поля гармоники не станет настолько большой, что нельзя будет пренебрегать ее обратным воздействием на систему. Вообще говоря, независимо от вида используемого нелинейного элемента мощность m — й гармоники возрастает как ( / и) 7, где / й — плотность мощности падающего излучения. [20]

А — 2 параболическая, k 3 кубическая зависимость ); А0, — постоянные коэффициенты для данного класса веществ. [21]

Таким образом, в этом случае получается кубическая зависимость а / ( /), в целом не удовлетворяющая данным опыта. [22]

Если строго следовать теории Дебая, то кубическая зависимость теплоемкости от температуры для упругих твердых тел должна соблюдаться также в очень узком интервале вблизи Т О К. Тот факт, что эта зависимость часто наблюдается для реальных твердых тел в более широком интервале, становится понятным только после введения в дебаевскую теорию континуума ряда дополнений ( см. разд. Однако для полимеров Р — закон остается справедливым только в узком температурном интервале вблизи Г О К. [23]

Видно, что качественная картина вполне соответствует кубической зависимости . В разные моменты времени каждому значению х соответствует либо одно, либо три значения дсо. Пример этот показывает, что примерно там, где образуется шлир, имеет место наложение друг на друга трех характеристик и начало формирования складки. Это значит, что с математической точки зрения шлир формируется при условии потери устойчивости решения задачи. [24]

Марке [83] в 1937 г. не обнаружил кубической зависимости , а наблюдал экспоненциальный закон, применимый на относительно небольшом участке кривой разложения. [25]

Видно, что величина W) имеет кубическую зависимость от мощности падающего излучения как для электрического дипольного, так и для электрического квад-рупольного и магнитного дипольного взаимодействий. [26]

Рассмотрим, далее, второе допущение Кока о кубической зависимости электронной темплоемкости в сверхпроводящем состоянии С. [27]

Более глубокое регулирование используется редко, если учитывать кубическую зависимость ( см. формулу (4.21)) потребляемой мощности от частоты вращения. [28]

Видно, что величина W ( 3) имеет кубическую зависимость от мощности падающего излучения как для электрического дипольного, так и для электрического квад-рупольного и магнитного дипольного взаимодействий. [29]

При очень низких температурах уравнения (4.45) и (4.46) приводят к кубической зависимости теплоемкости от температуры. [30]

Источник

Обратно кубическая зависимость тока

Ознакомиться с основными фотометрическими величинами; ознакомиться с принципом работы фотометра; проверить выполнение закона Ламберта для источника света

Общие сведения

Полупроводниковые диоды и стабилитроны

Выпрямительные диоды и стабилитроны представляют собой полупроводниковые приборы с одним электронно-дырочным переходом (p–n-переходом).

Одним из свойств p–n-перехода является способность изменять свое сопротивление в зависимости от полярности напряжения внешнего источника. Причем разница сопротивлений при прямом и обратном направлениях тока через p–n-переход может быть настолько велика, что в ряде случаев, например для силовых диодов, можно считать, что ток протекает через диод только в одном направлении – прямом, а в обратном направлении ток настолько мал, что им можно пренебречь. Прямое направление – это когда электрическое поле внешнего источника направлено навстречу электрическому полю p–n- перехода, а обратное – когда направления этих электрических полей совпадают. Полупроводниковые диоды, использующие вентильное свойство p–n-перехода, называются выпрямительными диодами и широко используются в различных устройствах для выпрямления переменного тока.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) идеализированного p–n-перехода описывается известным уравнением

где \(I_0\) – обратный ток p–n-перехода; \(q\) – заряд электрона \(q=1,6\cdot 10^<-19>\ Кл\); \(k\) – постоянная Больцмана \(k = 1,38⋅10^ <-23>Дж\cdot град\); \(T\) – температура в градусах Кельвина.

Графическое изображение этой зависимости представлено на рис. 1.1.

Вольт-амперная характеристика имеет явно выраженную нелинейность, что предопределяет зависимость сопротивления диода от положения рабочей точки.

Различают сопротивление статическое \(R_<ст>\) и динамическое \(R_<дин>\). Статическое сопротивление \(R_<ст>\), например в точке А (рис. 1.1), определяется как отношение напряжения \(U_A\) и тока \(I_A\), соответствующих этой точке: \(R_ <ст>= \frac = tg<\alpha>\)

Динамическое сопротивление определяется как отношение приращений напряжения и тока (рис. 1.1): \(R_ <дин>= \frac<\Delta U><\Delta I>\);

Рис. 1.1Рис. 1.1

При малых значениях отклонений \(∆U\) и \(ΔI\) можно пренебречь нелинейностью участка АВ характеристики и считать его гипотенузой прямоугольного треугольника АВС, тогда \(R_ <дин>= tgβ\).

Если продолжить линейный участок прямой ветви вольт-амперной характеристики до пересечения с осью абсцисс, то получим точку \(U_0\) – напряжение отсечки, которое отделяет начальный пологий участок характеристики, где динамическое сопротивление \(R_<дин>\) сравнительно велико от круто изменяющегося участка, где \(R_<дин>\) мало.

При протекании через диод прямого тока полупроводниковая структура нагревается, и если температура превысит при этом предельно допустимое значение, то произойдет разрушение кристаллической решетки полупроводника и диод выйдет из строя. Поэтому величина прямого тока диода ограничивается предельно допустимым значением \(I_<пр.max>\) при заданных условиях охлаждения.

Если увеличивать напряжение, приложенное в обратном направлении к диоду, то сначала обратный ток будет изменяться незначительно, а затем при определенной величине \(U_<проб>\) начнется его быстрое увеличение (рис. 1.2), что говорит о наступлении пробоя p–n-перехода. Существуют несколько видов пробоя p–n-перехода в зависимости от концентрации примесей в полупроводнике, от ширины p–n-перехода и температуры:

  • обратимый (электрический пробой);
  • необратимые (тепловой и поверхностный пробои).

Необратимый пробой для полупроводникового прибора является нерабочим и недопустимым режимом.

Рис. 1.2Рис. 1.2

Поэтому в паспортных данных диода всегда указывается предельно допустимое обратное напряжение \(U_<проб>\) (напряжение лавинообразования), соответствующее началу пробоя p–n-перехода. Обратное номинальное значение напряжения составляет обычно \(0,5\ U_<проб>\) и определяет класс прибора по напряжению. Так, класс 1 соответствует 100 В обратного напряжения, класс 2 – 200 В и т. д.

В некоторых случаях этот режим пробоя используют для получения круто нарастающего участка ВАХ, когда малому приращению напряжения \(∆U\) соответствует большое изменение тока \(ΔI\) (рис. 1.2). Диоды, работающие в таком режиме, называются стабилитронами, т. к. в рабочем диапазоне при изменении обратного тока от \(i_<обр. min>\) до \(i_<обр. max>\) напряжение на диоде остается почти неизменным, стабильным. Поэтому для стабилитронов рабочим является участок пробоя на обратной ветви ВАХ, а напряжение пробоя (напряжение стабилизации) является одним из основных параметров.

Стабилитроны находят широкое применение в качестве источников опорного напряжения, в стабилизаторах напряжения, в качестве ограничителей напряжения и др.

Эксперимент

Оборудование

Оборудование, используемое в лабораторной работе: вритуальный лабораторный стенд, блок No 1 (схемы А1–А4); комбинированный прибор «Сура», мультиметры; соединительные провода.

Порядок выполнения работы

Изучить схемы включения полупроводниковых приборов А1–А4 (рис. 1.3–1.6) для снятия вольт-амперных характеристик ВАХ диода и стабилитрона.

Читайте также:  Выражение для комплексной амплитуды тока

Ознакомиться с устройством лабораторного стенда, найти на стенде блок №1 и схемы А1–А4.

Порядок выполнения задания №1 «Исследование полупроводникового диода»

Экспериментальное получение прямой ветви ВАХ диода \(I_ <пр>= f(U_<пр>)\) с использованием схемы A1, представленной на рис. 1.3.
  1. Установить напряжение источника питания на 5 В
  2. Выставить значение потенциометра \(R1\) на максимум.
  3. Включить установку
  4. Внимательно изучить схему

Рис. 1.3Рис. 1.3

  • После проверки схемы преподавателем включить сетевой тумблер.
  • Уменьшая значение потенциометра \(R1\), изменять прямое напряжение диода в пределах, указанных в табл. 1.1, фиксируя значения тока через каж- дые 0,1–0,05 В. Результаты измерений занести в табл. 1.1.
    Таблица 1.1

    \(U_<пр>\), В 0.1 0.2 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
    \(I_<пр>\), A
  • Выключить установку.
  • Экспериментальное получение обратной ветви ВАХ диода \(I_ <обр>= f(U_<обр>)\) с использованием схемы А2, представленной на рис. 1.4.
    1. Установить напряжение блока питания 30 В.
    2. Выставить значение потенциометра \(R2\) на максимум
    3. Внимательно изучить схему установки

    Рис. 1.4Рис. 1.4

  • Включить установку
  • Уменьшая значение потенциометра \(R2\), изменять обратное напряжение на диоде в пределах, указанных в табл. 1.2. Значения тока фиксировать через каждые 5 В. Результаты измерений занести в табл. 1.2.
    Таблица 1.2

    \(U_<обр>\), В 5 10 15 20 25 30
    \(I_<обр>\), A
  • Выключить установку.
  • По данным табл. 1.1 и 1.2 построить ВАХ диода.

    По ВАХ или таблицам определить:
    1. Статическое сопротивление диода в прямом включении \(R_<ст.пр>=\frac>>\) при U пр = 0,4 В и U пр = 0,1 В.
    2. Динамическое сопротивление диода в прямом включении \(R_<дин.пр>=\frac<\Delta I_<пр>><\Delta U_<пр>>\) на начальном участке ВАХ ( U пр =0 В и U пр = 0,1 В ) и на участке насыщения ВАХ ( U пр = 0,4 В и U пр = 0,45 В ).
    3. Статическое сопротивление диода в обратном включении \(R_<ст.обр>=\frac>>\) при U обр = 5 В и U обр = 25 В.
    4. Динамическое сопротивление диода в обратном включении \(R_<дин.обр>=\frac<\Delta I_<обр>><\Delta U_<обр>>\) на начальном участке ВАХ ( U пр =0 В и U пр = 5 В ) и на участке насыщения ВАХ ( U пр = 20 В и U пр = 25 В ).

    Порядок выполнения задания No2 «Исследование полупроводникового стабилитрона»

    Экспериментальное получение прямой ветви ВАХ стабилитрона \(I_ <пр>= f(U_<пр>)\) с использованием схемы A3, представленной на рис. 1.5.
    1. Установить напряжение источника питания на 5 В
    2. Выставить значение потенциометра \(R5\) на максимум.
    3. Включить установку
    4. Внимательно изучить схему

    Рис. 1.5Рис. 1.5

  • После проверки схемы преподавателем включить сетевой тумблер.
  • Уменьшая значение потенциометра \(R5\), изменять прямое напряжение стабилитрона в пределах, указанных в табл. 1.3, фиксируя значения тока через каж- дые 0,1 В. Результаты измерений занести в табл. 1.3.
    Таблица 1.3

    \(U_<пр>\), В 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
    \(I_<пр>\), A
  • Выключить установку.
  • Экспериментальное получение обратной ветви ВАХ стабилитрона \(I_ <обр>= f(U_<обр>)\) с использованием схемы А4, представленной на рис. 1.6.
    1. Установить напряжение блока питания 30 В.
    2. Выставить значение потенциометра \(R7\) на максимум
    3. Внимательно изучить схему установки

    Рис. 1.6Рис. 1.6

  • Включить установку
  • Уменьшая значение потенциометра \(R7\), изменять обратное напряжение на стабилитроне в пределах, указанных в табл. 1.4. Увеличить число фикси- руемых точек характеристики, начиная с 3 В. Для каждого значения напряжения изме- рить ток. Результаты измерений занести в табл. 1.4.
    Таблица 1.4

    \(U_<обр>\), В 1 2 3 3,5 4 4,5 5 5,2 5,4 5,6
    \(I_<обр>\), A
  • Выключить установку.
  • По данным табл. 1.3 и 1.4 построить ВАХ стабилитрона.

    Источник

    

    Кривые срабатывания автоматических выключателей

    Характеристики отключения модульных автоматических выключателей

    Кривые срабатывания автоматических выключателей, они же время-токовые характеристики, показывают зависимость времени отключения автоматического выключателя от величины тока.

    Конструкция автоматических выключателей

    Автоматический выключатель состоит из двух расцепителей — теплового расцепителя и электромагнитного.

    Тепловой расцепитель — это биметаллическая пластина. При протекании тока пластина нагревается и меняет свою форму (изгибается). Таким образом, при протекании тока, который превышает номинальный ток автомата, биметаллическая пластина изгибается настолько сильно, что происходит отключение автомата. Когда вы включаете автомат — взводится пружина и она фиксируется рычажком, который фиксирует автомат во включенном положении. Этот самый рычажок биметаллическая пластина и снимает.

    Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты от короткого замыкания. При коротком замыкании в кабеле протекает ток, который в несколько раз превышает номинальный ток автомата. Этот ток необходимо мгновенно отключить. Для это в механизме автомата используется электромагнит — катушка и сердечник. При протекании тока катушка втягивает сердечник, который нажимает на фиксирующий рычажок и, таким образом, приводит в действие механизм отключения.

    Типы кривых срабатывания

    Параметры автоматических выключателей и их кривых срабатывания (время-токовых характеристик) жестко определены межгосударственным стандартом ГОСТ IEC 60898 .

    Рассмотрим эти кривые подробнее. Их построение выполняют по логорифмической шкале. По горизонтали (оси абсцисс) откладывают кратность значения номинального тока (отношения тока к номинальному току автоматического выключателя). По вертикали (оси ординат) откладывают время в секундах и минутах. Время-токовые характеристики можно разделить на две части: верхняя ниспадающая часть и нижняя вертикальная.

    Верхняя часть кривой показывает процесс работы теплового расцепителя. Чем меньше превышение тока тока над номинальным током автомата, тем медленнее изгибается биметаллическая пластина и тем дольше она отключает автомат.

    Нижняя часть показывает процесс работы электромагнитного расцепителя. Эта часть кривой срабатывания имеет закругление вблизи нуля — это время движения механических контактов при размыкании. Мгновенно это произойти не может, но время очень мало.

    Стандартом предусмотрены три типа автоматов с различными характиристиками срабатывания, которые определяются по диапазону срабатывания электромагнитного расцепителя:

    • Характеристика B — 3-5•Iном;
    • Характеристика C — 5-10•Iном;
    • Характеристика D — 10-20•Iном.

    Таким образом, для различных типов нагрузок выбирают автомат с соответствующей характеристикой. Для нагрузок с низкими пусковыми токами — с характеристикой «B». Для нагрузок с большими пусковыми токами (например, двигателей) — с характеристикой «D».

    Испытания автоматических выключателей

    Стандартом предусмотрены следующие испытания:

    1. Начальное состояние автомата — «холодное», т.е. через него перед этим не пропускался ток. Через автомат пропускают ток 1.13•Iном.
    2. Начальное состояние автомата — сразу после испытания «a». Через автомат пропускают ток 1.45•Iном.
    3. Начальное состояние автомата — «холодное». Через автомат пропускают ток 2.55•Iном.
    4. Начальное состояние автомата — «холодное». Через автомат пропускают ток нижней границы диапазона характеристики (3•Iном для «B», 5•Iном для «C»).
    5. Начальное состояние автомата — «холодное». Через автомат пропускают ток верхней границы диапазона характеристики (5•Iном для «B», 10•Iном для «C»).

    Результатом испытания «a» является отсутствие срабатывания автомата за время t>1час для автоматов с номинальным током Iном≤63A и t>2час для автоматов с Iном>63A.

    Результатом испытания «b» является срабатывание автомата за время t 63A.

    Результатом испытания «c» является срабатывание автомата в пределах 1с 32A.

    Результатом испытания «d» является срабатывание автомата с характеристикой «B» в пределах 0,1с 32A; с характеристикой «C» в пределах 0,1с 32A.

    Результатом испытания «e» является срабатывание автомата за время t гарантированно выполняются только в том случае, если ток короткого замыкания превышает верхнюю границу диапазона срабатывания, т.е. 5•Iном для характеристики «B», 10•Iном для характеристики «C», 20•Iном для характеристики «D». Эти величины кратности срабатывания следует использовать при проверке времени срабатывания автоматического выключателя при однофазном коротком замыкании.

    Источник