ЛЕКЦИЯ ЭЛЕКТРЛІК ӨЛШЕУЛЕР ЖӘНЕ ЭЛЕКТР ӨЛШЕУІШ ҚҰРАЛДАРЫ

2 ЛЕКЦИЯ ЭЛЕКТРЛІК ӨЛШЕУЛЕР ЖӘНЕ ЭЛЕКТР ӨЛШЕУІШ ҚҰРАЛДАРЫ

2. 1. Кедергілер үшбұрыштың эквиваленттік жұлдызшаға айналдыру

Параллель және тізбектей қосылған кедергілері жоқ тізбектер кездеседі. Ол 4- суретте көрсетілген. Осы схеманың эквиваленттік кедергісін э.қ.к бар тармақты алдындағы көрсметілген әдістермен анықтауға болады. Егер R₁-R₂-R₃ кедергілер үшбұрышты өзгертсек (1-2-3) түйсіндеріне қосылған, кедергінің үш сәулелі жұлдызшысына онда пайда болған схеманың эквиваленттік кедергісін былай есептейміз:

4 –4-сурет

Кедергілер жұлдызшщасының эквивалентті сәуле кедергісі үшбұрыштың іргелес жатқан қабырғаларының кедергілерінің көбейтіндісіне үшбұрыш қабырғаларының кедергілері қосындысына бөлгенге тең.

Көрсетілген ережеге сәйкес, жұлдыз сәулелерінің кедергілері мына формулалар бойынша анықталады:

Алынған схеманың эквивалентік кедергісі мына формуламен анықталады:

R₀ және R_λ1 кедергілері тізбектей, ал R_λ1 + R₄ және R_λ3 + R₅ тармақтары параллель қосылған.

2.2 . Кедергілер жұлдызшасын эквиваленттік үшбұрышқа айналдыру

Кейде схеманы қысқарту үшін кедергілер жұлдызшасын эквиваленттік үшбұрышқа айналдырады.

5 суретте көрсетілген схеманы қарастыралық. R₁-R₂-R₃ кедергілер жұлдызшасын эквивалентік үшбұрыш R_Δ1-R_Δ2-R_Δ3 ауыстырайық, олар 1-2-3 түйіндерінің ортасына қосылған.

5 –сурет. Кедергілер жұлдызшасын эквиваленттік үшбұрышқа айналдыру

Эквивалентті үшбұрыштар кедергілерінің қабырғаларының кедергісі онымен іргелес жатқан екі жұлдызшаның кедергілерінің қосындысын олардың көбейтіндісіне бөлгенге тең.

Үшбұрыш қабырғаларының кедергілері мына формуламен анықталады:

Қайтадан құрастырылған эквиваленттік схеманың кедергісі мынаған тең.

3.ТРАНСФОРМАТОРЛАР

Трансформатор - өзара индукция арқылы электр энергтясын бір тізбектен екінші тізбекке жеткізуге арналған құрылғы.

Трансформаторлар орам сандары W1 және W2 болып келетін бір өзекшеге кигізілген екі катушкадан тұрады. Өзекшедегі ағын Ф=Ф12-Ф21, мұндағы Ф12 және Ф21 – 1-ші және 2-ші токтардың тудырған өзара индукция ағындары

Көп тараған транформаторлардың

Трансформатордағы электромагниттік процестер Кирхгофтың кернеу теңдеулерімен сипатталады, ол схема 3.10 суретте келтірілген:

   (1)

   мұндағы және -актив және индуктивтік кедергілер

Екінші тізбек ажыратылған болған кезде (zh= оо) транформатордың жұмыс режимі бос жүріс деп аталады.

(1) теңдеулер жүйесі мына түрге келеді принимает вид

    (2)



мұндағы, I10-бірінші тізбектің бос жүріс тогы

U20- бос жүріс кезіндегі екінші кернеу. (2) теңдеуден (3) теңдеуін аламыз

      (3)

мұндағы - трансформация коэффициенті (4)     (5)

Ферромагнитті өзекшелі трансформаторларда ;

Ал өзекшесі жоқ трансформаторлардың (3) формуладағы Ксв шамасын ескеру керек. Осыдан W1 және W2 орамдарының қатынасына байланыты кернеу шамасын өзгертеді.

Екінші тізбек қысқыштарындағы кернеу жүктеме болған кезде (1) теңдеуден анықталады.



(8)

Трансформаторлары бар тізбектерді зерттегенде Т-түріндегі ауыстыру схемасын қолданады.

Т-түріндегі трансформаторлар схемасы үшін теңдеулер мына түрде болады:

(9)

Осы теңдеулер жүйесіне 3.11. схемасы сәйкес келеді:

Берілген схемада екінші орамның өзара индукциясы есебінен екінші ораммен байланыс болмайды.

Екінші тізбектің біріншіге әсері өгерген жоқ; келтірілген трансформаторлардың екінші тізбегінің параметрлерін мына формулалармен өзгерту керек.

(10)

Келтірілген трансформаторлардағы екінші топтар мен кернеулер мынаған тең

  (11)

(1) теңдеулерге ауыстыру схемасы 3.12 суретке сәйкес келеді.

Ауыстыру схемасын пайдалана отырып трансформаторлар токтары мен кернеулерін анықтауға болады.

Ауыстыру схемасына сәйкес барлық қажетті шамалар блай анықталады.

; ; ; ; ; ; ; (13)

Келтірілген трансформаторлар үшін векторлық диаграммалар тұрғызалық.

Рис.3.1.3. Келтірілген трансформатордың векторлық диаграммасы

Идеал трансформаторлар – мына шарт орындалатын трансформаторлар

-коэффициент трансформации. (14)

Идеал трансформаторларда энергия шығыны болмайды, ажыратылған екінші тізбекте оның бірінші орамы арқылы ток жүрмейді.

Трансформаторлар теңдеуі мына түрде жазылады

және жүктемедегі кернеуді былай өрнектейміз

(2) –ні (1) апарып қойып мынаны аламыз

мұндағы -кіріс тізбектің активті және реактивті кедергілері

(3)-ті (1) теңдеуге қойсақ келесі теңдеу шығады

(15)

4. СЫЗЫҚТЫҚ ЕМЕС ЭЛЕКТР ТІЗБЕКТЕРІ . ТҮЗЕТКІШТЕР

Үшфазалық тізбек үш электр тізбегінің жиынтығы болып табылады.Олардағы синосоидалық ЭҚК-тің жиіліктері бірдей және фазалар айырмасы 120 градусқа тең. Осы үш фазалық тізбектің құрамдас бөліктері оның фазалары деп аталады. Үшфазалық тізбек үш фазалық генератордан, қосқыш сымдардан және қабылдағыш немесе жүктемеден тұрады. Үшфазалық тізбек жұлдызша немесе үшбұрыш бойынша жалғанады. 6 – суретте жұлдызша бойынша жалғанған үш фазалық тізбек көрсетілген . Генератордың үшфазалық жүйесі симметриялы немесе симметриялы емес болуы мүмкін. Симметриялық үшфазалық жүйеде ЭҚК генераторының фазаларының шамалары бірдей, бір-біріне қатысты 120 градусқа ығысқан болады. Олардың кез-келген уақыт мезетіндегі қосындысы 0-ге тең.

Осыған сәйкес:

6- сурет

Нолдік нүктелерді қосатын сымдарды бейтарап сымдар, ал көзден жүктемеге баратын сымдарды сызықтық сымдар деп атайды. Фазалар басы мен сызықтық сымдардың арасындағы фазалар айырмасы сызықтық кернеулер деп аталады. Сызықтық және бейтарап сымдар арасындағы кернеулерді фазалық кернеулер деп атайды. Қабылдағыш немесе көздегі токтарды ал, сызықтық сымдардағы токтарды сызықтық токтар деп атайды.

Сызықтық кернеулер сәйкес фазалық кернеулердің геометриялық айырмасына тең.

(4.1)

Егер жүктемелер фазаларының кедергілері бірдей болса, онда жүктемелер симметриялық болады да , олардың арасында мынадай қатынастар орындалады:

Жүктеме мен генератордың фазалық кернеулері бірдей.

Фазалық токтар бірдей және бір-біріне қатысты бірдей бұрышқа ығысқан.

Бұл токтар симметриялық векторлар жүйесін құрайды. Нейтралдық сымдағы ток оның кедергісіне тәуелсіз 0-ге тең болады. ,

7 – суретте үшфаазалық тізбектің векторлық диаграммасы көрсетілген. Жүктеме кедергілері бірдей.

мұндағы R – актив кедергі.

7- сурет

Фазалық ток векторлары өзінің фазалық кернеу векторларымен бағыты жағынан сәйкес келеді. Жүктемелер фазалары әр түрлі болған кезде жүктемелер симметриялы емес болады. Бұл жағдайда бейтарап өткізгіші бар жұлдызшада кедергі нолге тең болмайды, ал нөлдік нүктелер арасындағы бейтарап сымда ығысу кернеуі U_NN. Пайда болады. Бұл кернеу (4.2) формуласымен анықталады .

(4.2)

мұндағы - генератордың фазалық ЭҚК .
- фаза кедергілері - нейтрал сымның кедергісі.

Нейтрал сымсыз жұлдызшада

Нейтрал кернеудің фазалар ұғысуына байланысты қабылдағыштың фазалық кернеулері және фазалық токтары әр түрлі болады. Генеретордың фазалық кернеулері фазалықтан айырмасы болады.

Фазалық токтар мына формулалармен анықталады:

(4.3)

Нейтрал сымдағы ток

(4.4)

Егер нейтрал сым жоқ болса, фазалық токтардың геометриялық қосындысы 0-ге тең

Нейтрал сымды жұлдызшаның кедергісін ескермеуге болады

a Нейтралдың ығысу кернеуі 0-ге тең. Қабылдағыштың фазалық кернеулері бірдей болады да, генератордың фазалық кернеулеріне теңеседі.

(4.5)

Нейтрал сымдағы ток векторы фазалық токтар векторларының геометриялық қосындысына тең.

Симметриялық емес және нейтрал сымды кедергіге тең схемада жүктеменің фазалық кернеулері бірдей болды.

8- суретте үш фазалық тізбектің векторлық диаграммасы келтірілген , мұнда 0-дік кедергісі бар нейтрал сым актив кедергілер болатын жүктемемен жұлдызша ретінде қосылған .

8- сурет

9- суретте нейтралды сымды үш фазалық тізбектің векторлық диаграммасы көрсетілген оның А фазасына актив кедергі, В – фазасына индуктивті катушка, С - фазасына конденсатор жалғанған . Аралас жүктемелі тізбектің векторлық диаграммасын құрған кезде әуелі генератордың фазалық кенеулерінің жұлдызшасын жасайды. Жүктеменің кернеулерінің фазалық векторлары генератордың кернеулерінің фазалық векторларымен сәйкес келеді. А- фазасында ток векторы бағыты бойынша кернеу векторына сәйкес келеді, В- фазасында ток векторы кернеу векторынан φ_B. Бұрышына қалып отырады. Бұрыш шамасы мына формуламен анықталады:

Мұндағы R_k – катушканың актив кедергісі, шамасы өлшенген;
z_k – катушканың толық кедергісі.

С фазасында ток векторы кернеуден 90^oозады . 0 сымдағы ток векторы яазалық токтар вектарларының гометриялық қосындысына тең

8- сурет.

9- суретте нейтрал сымсыз үшфазалық тізбектің веторлық диаграммасы келтірілген. Бұл схемада нейтрал кернеуінің ығысуы пайда болады. Вектарлық диаграмманы тұрғызған кезде әуелі генератордың векторлық кернеулерін тұрғызады.

қиылысу әдісі бойынша анықталады. Генератордың фазалық кернеулері ұштарынан бастап нейтралдың ығысу кернеу векторларына дейін қиылысқанға дейіе созамыз векторлары арқылы қиылысу арқылы жүргізіледі.

Қабылдағыштың фазалық кернеулерінің векторларының О нүктесін генератордың фазалық векторлаының үштарын қосқаннан алады. Фазалық токтрадың геометриялық қосындысы 0- ге тең.

Аралас жүктемелі нейтрал сымсыз үш фазалық тізбектің векторлық диагграммасы 4.5. суретте келтірілген . В және С фазаларындағыиндуктивтік және катушкамен гонденцатор қосылған фазалық токтардың бағыттары жүктеменің фазалық кернеулері и . бағыттармен сәйкес келмейді.

9-сурет

Зондық теория бойынша, қатты денелердегі периодтық электр өрісі электрондардың энергиялық күйлерін кәдімгідей өзгертеді. Оқшауланған атомға тән энергиялық деңгей орнына N әсерлескен атомы бар кристалда шамамен 10^-23 эВ интервалмен бөлінген N деңгейлі энергиялық зоналар пайда болады. Мұндай рұқсатты энергиялық зоналар тыйым салынған зоналармен бөлінген (10-сур.).

10-сурет. 11-сурет

11-суретте деңгейлердің бөлшектенуі атомдардың ара қашықтығының r функциясы ретінде көрсетілген. Валенттік электрондардың және жоғарғы электрондар орналаспаған деңгейлері кәдімгідей бөлшектенеді. r₁ типтес қашықтықта зоналар арасында тыйым салынған зона бар, r₂ типтес қашықтықта көрші зоналар бірін-бірі жабатыны байқалады.

Энергиялық зоналар арқылы табиғатта металдар, жартылай өткізгіштер және диэлектриктер болатынын түсіндіруге мүмкіндік туды. Атомның негізгі күйінде валенттік электрондар деңгейінен пайда болған зона - валентік зонадеп аталады. Бұл зонаның толу дәрежесі бойынша үш жағдай болуы мүмкін: а)зона электрондармен толық толтырылмаған. Бұл кристалл - металл.

12-сурет.

Көрші рұқсатты зоналар бірін-бірі жапқанда тура сондай жағдай болады. в) валенттік зона толық толтырылған және жақындағы рұқсаттық зонадан (өткізгіштік зона) шамалы енді тыйым салынған зонамен ΔЕ (эВ –тың оннан бір бөлігіндей) бөлінген. Мұндай кристалл - жартылай өткізгіш. б) егер ΔЕ үлкен болса ( бірнеше эВ-тай), ондай кристалл диэлектрик болады.

Жартылай өткізгіштер. (13-сурет) деп меншікті кедергілері кең интервалда 10^-5 -нен 10⁸ Ом.м – ге дейін өзгеретін және температурасы өскен сайын кедергілері тез азаятын заттарды айтады. Өте кең қолданылатын жартылай өткізгіштер Si және Ge. Жартылай 13-суретөткізгіштер меншікті және қоспалы болып бөлінеді.

Меншікті жартылай өткізгіштер химиялық қасиеттері бойынша таза болады. Оларда Т = 0 К болғанда валенттік зонаның (ВЗ) деңгейлерінің барлығы электрондармен толтырылған және өткізгіштік зонада электрондар болмайды (14-сурет). Электрлік өріс электрондарды валенттік зонадан өткізгіштік зонаға (ӨЗ) ауыстыра алмайды, сондықтан, меншікті жартылай өткізгіштер Т = 0 К болғанда, олар - диэлектриктер. Т >0К болғанда, жылулық генерация нәтижесінде кейбір электрондар ВЗ-ның жоғарғы деңгейінен ӨЗ-ның төменгі деңгейіне ауысады. ВЗ- да бос орындар пайда болуының арқасында, оларды кетікдеп аталатын ВЗ-дағы оң зарядталған квазибөлшек ретінде қарастыруға болады.

Электрондардың ВЗ мен ӨЗ-ның деңгейлері бойынша орналасуы Ферми-Дирак үлестірілуіне бағынады (14-сурет). Меншікті жартылай өткізгіштер үшін Ферми деңгейінің мәні мынаған тең:

14-сурет

мұнда ΔЕ – тыйым салынған зонаның ені; m_Д^* және m_Э^* - ӨЗ – дағы кетіктер мен электрондардың эффективті массалары. Екінші қосындының мәні аз болғандықтан, E_F= ΔE/2.

Меншікті жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігінің температураға байланыстылығы келесі заңмен өрнектеледі

мұнда ΔЕ – тыйым салынған зонаның ені, σ₀ – тұрақты. lnσ –шамасының 1/T –дан температуралық тәуелділігі белгілі болса график бойынша жартылай өткізгіштің тыйым салынған зонасының енін ΔЕ анықтауға болады.

Қоспалы өткізгіштік электрондық (немесе n-типтес) және кемтіктік (р-типтес) болып бөлінеді.

Температура жоғарылағанда қоспалық тасушылар концентрациясы лезде қанығады, яғни, қоспалы өткізгіштік төменгі температураларда Т басыңқы болады да, температура өскен сайын меншікті өткізгіштіктің үлесі көбейе береді.Сонымен, жоғарғы температураларда Т жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі аралас болып келеді.

Жартылай өткізгіштердің фотоөткізгіштігі-жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігінің электромагниттік сәуле әсерінен арту құбылысы негізгі заттың, сондай-ақ ондағы қоспалардың қасиеттерімен байланысты. Бірінші жағдайда фотон энергиясы рұқсат етілмеген зона еніне тең немесе үлкен болса , онда электрондар валенттік зонадан өткізгіштік зонаға ауыстырылып қосымша электрондар (өткізгіштік зонада) және кемтіктер (валенттік зонада) пайда болады. Нәтижесінде электрондар мен кемтіктер туғызған меншікті фотоөткізгіштік пайда болады.

Егер жартылай өткізгіште қоспа болса, онда фотоөткізгіштік болғанда да пайда бола алады; донорлы қоспалы жартылай өткізгіш үшін фотон энергиясы ал акцептрлі қоспалы жартылай өткізгіш үшін .

Сонымен меншікті жартылай өткізгіш үшін, қоспалы жартылай өткізгіштер үшін. Мұндағы –қоспалы атомдардың активация энергиясы.

Люминесценция – берілген температурада жылулық сәуле шығаруға қосымша тепе-теңдіксіз және ұзақтығы жарықтың тербеліс периодынан үлкен сәуле шығару. Жарық тербелісінің периоды шамамен , ал люминесценттік жарықтың ұзақтығы .

Қозу тәсілі бойынша: фотолюминесценция (жарық әсерінен), ренгенлюминесценция (ренген сәулесінің әсерінен), электролюминесценция (электр өрісінің әсерінен), радиолюминесценция (ядролылық сәуле - –сәуле, нейтрон, протон әсеріне), хемилюминесценция (химиялық түрлену кезінде), триболюминесценция (кейбір криталдарды, мысалды қантты үйкегенде немесе шаққанда). Жарқырау ұзақтығы бойынша флуоросценцияны ( ) және фосфоросценцияны – қоздырушы әсер тоқтаған соң біз жарқырауды ажыратады.

Стокс заңы: люминесценттік сәуленің толқын ұзындығы оны қоздырған жарықтың толқын ұзындығынан үлкен болады.Жартылай өткізгіштер түйіскен кездегі процестер қандай өзгерісте болады, енді осыны қарастырайық. Егер n-типтес және р-иптес екі жартылай өткізгіш түйісіп тұрсын, сонда ондағы электрондар мен кемтіктер бірінен екіншісіне ауысып диффузияланады (сурет). Сөйтіп, жартылай өткізгіштердің арасында түйісу потенциалдар айырымы пайда болады. Шындығында n-типтес жартылай өткізгіштің электрондары р-типтес жартылай өткізгіштің шекаралық қабатына өтеді де, кемтіктермен бірігіп, рекомбинацияланады , яғни қоспаның теріс иондарын туғызады. р-типтес жартылай өткізгіштің шекаралық қабатында теріс иондар туғызған теріс заряд

пайда болады. Ал n-типтес жартылай өткізгіштің шекаралық қабатында да әлгіндей процесс қоспаның оң иондарынан пайда болған оң зарядты туғызады. Сөйтіп қос 15-16-сурет. Электр «қабаты» (конденсатордың зарядталған астарлары тәрізді) пайда болады. Қос электр қабатының

электр өрісі белгілі бір шамаға жеткенде, ол электрондар мен кемтіктердің ары араласуына бөгет жасайды. Бірақ осының нәтижесінде жартылай өткізгіштің шекаралық аймақтарында негізігі заряд тасушылар азаяды, сондықтан бұл аймақтардың кедергісі үлкейеді. Сондықтан осы аймақтың жиыны жаппалы қабат деп аталады. Осы жаппалы қабаттың

электр өрісін көбінесе түйісу өрісі деп атайды (сурет). Түйісу өрісі негізіг заряд тасушылардың қозғалысына бөгет жасайды да, негізгі емес заряд тасушылардың қозғалысына көмектеседі.р-типті жартылай өткізгішті батареяның оң полюсімен, ал n-типті жартылай өткізгішті теріс полюсімен қоссақ, онда жартылай өткізгіштер ішінде

электр өрісі пайда болады (сурет). Осы өрістің күш сызықтары р-типті жартылай өткізгіштен n-типті жартылай өткізгішке қарай бағытталады.Бұл өріс түйісу өрісін нашарлатады. Сонда электрондар мен кемтіктер жартылай өткізгіштердің түйіскен шекарасына қарай бір-біріне қарсы қозғала бастайды да жаппалы қабатты негізгі заряд тасушылармен толықтырып, оның кедергісін кемітеді.

Шекаралық қабатта электрондар мен кемтіктер рекомбинацияланады, n-типті жартылай өткізгіштегі электрондардың кему есесін ток көзінің теріс полюсімен қосылған сымнан келетін электрондар толтырады, ал кемтіктердің азаю есесі электрондардың р-типті жартылай өткізгіштен ток көзінің оң полюсіне кетумен толады.

Олай болса, тізбек тұйық болған жағдайда осы айтылған процесс үздіксіз жүреді, сондықтан тізбекте үздіксіз ток болып тұрады. Бұл ток тура ток деп, ал оны шығаратын кернейді тура кернеу деп атайды.

Кернеудің полюстерін өзгерткенде, яғни жартылай өткізгіштерге кернеуді кері бағытпен түсіре жартылай өткізгіштердің шекаралық қабатынан өтетін токтың шамасы кенет өзгереді.

Біз жоғарыда екі жартылай өткізгіштердің шекарасындағы қабатта-жаппалы қабаттың р-n ауысуының пайда болатынын айтқан болатынбыз. Олай болса, осы р-n ауысуында біржақты өткізгіштік қасиеті бар жартылай өткізгіш диод деп аталады. Диодтардың әр түрлі типтері бар. Соның бірі германийлі диод.

Германийлі диодты германий атомдарына мышьяк, сурьма сияқты қоспа атомдарын араластыру алқылы алады. Ал бұл қоспалар оның n-типті өткізгіштігін жақсартады. Сонымен қатар германий пластинасының бір жағына кішкентай индий кесегін балқытып ұстатады, ол р-типті өткізгіштігін арттырады. Сөйтіп германий пластинасында өткізгіштігі әр түрлі, екі аймақ пайда болады. Олар диффузияның нәтижесінде бір-біріне тікелей жанасып тұрады да, (р-n) ауысуын туғызады.

Жартылай өткізгіш диодтар айналмалы токтарды түзеті үшін өте кең қолданылады.

Зат ішіндегі электрондардың жарық әсерінен байланысқан күйден еркін күйге көшу құбылысы фотоэффект деп аталады.

Енді осы құбылысқа негізделген кейбір процестерді қарастырайық. Соның бірі вентильді фотоэффект деп аталады. Мұнда жарықтанған заттан босап шыққан электрондар шекаралық жұқа жаппалы қабаттан өтіп, жарықтанбаған заттың ішіне кіреді. Бұл құбылыс ғылым мен техникада фотоэлементтер жасауға қолданылады.

5. АЙНЫМАЛЫ ТОК МАШИНАЛАРЫ

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 Следующая ⇒