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通用电子和电气工程。 备忘单：简而言之，最重要的

目录 / 讲义、备忘单

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目录

1. 电子史
2. 半导体
3. 电子在均匀电场中的运动
4. 非均匀电场中的电子运动
5. 电子在均匀磁场中的运动
6. 固体中的电子
7. 本征电子和空穴电导率
8. 杂质电导率
9. 半导体中电荷载流子的扩散
10. 在没有外部电压的情况下电子-空穴跃迁
11. 正向电压作用下的电子-空穴跃迁
12. 反向电压下的电子-空穴跃迁
13. 半导体二极管的伏安特性
14. 半导体二极管电容
15. 半导体二极管在交流整流中的应用
16. 关于晶体管的一般信息
17. 晶体管中的物理过程
18. 基本晶体管开关电路
19. 晶体管的频率特性
20. 晶体管脉冲模式
21. 晶体管的主要类型
22. 关于电真空设备及其分类原则的一般信息
23. 二极管的装置及工作原理
24. 三极管及其电路
25. 简单和复杂的阴极
26. 直接和间接加热的阴极
27. 二极管的三秒定律的幂
28. 三极管的物理过程
29. 三极管的工作电压和三秒次幂定律
30. 三极管中的电网电流
31. 三极管性能
32. 四极管的装置和操作
33. 四极管中的 Dinatron 效应
34. 五极管的装置和操作
35. 四极管和五极管的参数
36. 光束四极管的装置及操作
37. 变频原理
38. 变频灯
39. 双控灯特点及参数
40. 特殊类型收发管
41. 气体中的放电类型
42. 辉光放电
43. 齐纳二极管
44. 胃管
45. 闸流管电弧放电
46. 阴极射线管
47. 灯在超高频下工作的特点
48. 灯的输入阻抗和能量损失
49. 飞行速调管
50. 行波管和反波管
51. 电学和电子理论的一般概念
52. 库仑定律。 电场
53. 电场中的导体和电介质
54. 主要电绝缘材料
55. 电流的概念。 欧姆定律
56. 导体相互连接。 基尔霍夫第一定律
57. 基尔霍夫第二定律。 叠加法
58. 电解。 法拉第第一定律和第二定律
59. 电池
60. 电白炽灯
61. 电焊
62. 电磁学
63. 电磁感应
64. 接收交流电
65. 交流电路
66. 振荡电路
67. 三相交流
68. 变压器
69. 设备和变压器类型
70. 异步电动机
71. 同步发电机
72. 直流发电机装置
73. 直流发电机的种类
74. 电动马达
75. 整流器
76. 电气测量仪器
77. 测量仪器装置
78. 互感器
79. 变阻器
80. 有功功率测量
81. 有功电能的测量
82. 电力驱动
83. 电机的绝缘、执行形式和冷却
84. 电动机保护
85. 接触器和控制器
86. 启动引擎的方法
87. 电动机的速度控制
88. 可充电电池
89. 电池模式
90. 电气设备的安全

物理学家在 XNUMX 世纪和 XNUMX 世纪的工作奠定了电子学出现和发展的基础。 世界上对空气中放电的首次研究是在 XNUMX 世纪进行的。 俄罗斯院士 罗蒙诺索夫 и 里奇曼 独立于他们，美国科学家 富兰克林。 一个重要事件是彼得罗夫院士在 1802 年发现了电弧。上世纪在英国进行了稀有气体中电流通过过程的研究。 克鲁克斯、汤姆森、汤森、阿斯顿、 在德国 盖斯勒、吉托夫、普吕克 和其他人。1873 年 洛迪金 发明了世界上第一个电真空装置——白炽灯。 不管他是谁，不久之后，同样的灯被一位美国发明家创造并改进了 爱迪生。 电弧首先用于照明目的 亚布洛奇科夫 1876 年。1887 年，一位德国物理学家 赫兹 发现了光电效应。

热电子发射是爱迪生于 1884 年发现的。 1901 年，理查森对热电子发射进行了详细研究。 第一台冷阴极阴极射线管建于 1897 年。 棕色的 （德国）。 无线电工程中电子设备的使用始于 1904 年英国科学家 弗莱明 使用带有白炽阴极的双电极灯来整流无线电接收器中的高频振荡。 1907 年，一位美国工程师 李德福里斯特 在控制灯中引入了一个网格，即创建了第一个三极管。 同年，圣彼得堡理工学院教授 罗辛 建议使用阴极射线管接收电视图像，并在随后的几年里对他的想法进行了实验验证。 1909-191 年在俄国 科瓦连科夫 创造了第一个三极管来放大长途电话通信。 加热阴极的发明非常重要。 车尔尼雪夫 1921年。1926年，美国的Hell改进了带有屏蔽栅的灯，1930年他提出了五极管，成为最常见的灯之一。 1930年 库贝基 发明了光电倍增管，Vekshinskiy 和 Timofeev 在设计中做出了重大贡献。 1930-1931年独立提出了特殊电视传输管的第一个提案。 康斯坦丁诺夫和卡塔耶夫。 美国制造了类似的管子，称为图标镜 兹沃雷金。

这种电子管的发明为电视的发展开辟了新的机遇。 1933 年晚些时候。 什马科夫 и 季莫费耶夫 提出了新的、更灵敏的发射管（超视镜或超发射器），这使得在没有强人工照明的情况下进行电视传输成为可能。 俄罗斯放射物理学家 罗扎诺夫斯基 1932 年，他提议制造具有电子流速度调制的新设备。 根据他的想法，Arsen'eva 和 Heil 在 1939 年制造了第一批用于放大和产生微波振荡的设备，称为瞬态速调管。 1940年 科瓦连科 发明了一种更简单的反射式速调管，广泛用于产生微波振荡。

对分米波技术非常重要的是这些作品 德维亚特科娃、丹尼尔采娃、霍赫洛娃 и 古列维奇， 1938-1941 年。 设计了带有扁平圆盘电极的特殊三极管。 根据这一原理，德国生产金属陶瓷灯，美国生产信标灯。

2. 半导体器件

与真空管相比，半导体器件具有显着 优点：

1）重量轻、体积小；

2）取暖无能耗；

3）运行可靠性更高，使用寿命长（可达数万小时）；

4）机械强度高（抗震动、冲击和其他类型的机械过载）；

5) 带有半导体器件的各种器件（整流器、放大器、发电机）效率高，因为器件本身的能量损失微不足道；

6) 带有晶体管的低功率器件可以在非常低的电源电压下工作；

7）利用半导体器件的设计和操作原理开创了电子学发展的新的重要方向——半导体微电子学。

同时，半导体器件目前有以下几种 缺点：

1）此类设备的个别实例的参数和特性具有显着的分布；

2) 器件的性能和参数强烈依赖于温度；

3) 设备的属性随时间发生变化（老化）；

4）在某些情况下，它们自身的噪声大于电子设备的噪声；

5）大多数类型的晶体管不适合在几十兆赫以上的频率下工作；

6）大多数晶体管的输入电阻远小于真空管；

7) 尚未制造用于电真空器件等高功率的晶体管；

8) 大多数半导体器件的运行在放射性辐射的影响下急剧恶化。

晶体管成功地用于放大器、接收器、发射器、发电机、电视机、测量仪器、脉冲电路、电子计算机等。半导体器件的使用大大节省了来自电源的电能消耗，并可以减少设备的大小翻了很多倍。

正在研究通过使用新材料来改进半导体器件。 已经创建了用于数千安培电流的半导体整流器。 使用硅代替锗可以在高达 125 摄氏度或更高的温度下运行设备。晶体管的频率高达数百兆赫甚至更高，以及用于微波频率的新型半导体器件。用半导体器件代替电子管已在许多无线电工程设备中成功进行，该行业生产了大量的各种类型的半导体二极管和晶体管。

3. 均匀电场中的电子运动

电子与电场的相互作用是电真空和半导体器件的主要过程。

电子是带负电荷的物质粒子，其绝对值为e = 1,610-19C。 不动电子的质量等于 m = 9,110-28g。 随着运动速度的增加，电子的质量增加。 理论上，在等于 c = 3·108m/s 的速度下，电子的质量应该变得无限大。 在传统的电真空装置中，电子的速度不超过 0,1 秒。 在这种情况下，电子的质量可以认为是恒定的，等于m。

如果电极之间的电位差为U，它们之间的距离为d，那么场强为：E\uXNUMXd U/d。 对于均匀电场，E 的值是恒定的。

假设一个具有动能 W0 和初始速度 v0 的电子沿场线方向从具有较低电势的电极发射，例如从阴极发射。 该场作用于电子并加速其向具有更高电位的电极（例如阳极）的运动。 也就是说，电子被吸引到具有更高电位的电极上。 在这种情况下，该字段被称为 加速。

在加速场中，由于场在移动电子时所做的功，电子的动能会增加。 根据能量守恒定律，电子动能W-W0的增加等于场的功，它由转移的电荷e和经过它的电势差U的乘积决定。 ： WW！ = mv2/2 - mv20/2 = eU。 如果电子初始速度为零，则W0 = mv20/2 = 0且W=mv2/2 = eU，即电子的动能等于场功。 电子在加速场中的速度取决于通过的电势差。

设电子初速度v0的方向与场侧作用在电子上的力F方向相反，即电子以一定的初速度从电势较高的电极飞出。 由于力 F 的方向是速度 v0，因此电子减速并均匀缓慢地沿直线移动。 这种情况下的场称为减速场。 因此，对于某些电子来说，该场正在加速，而对于其他电子来说，该场正在减速，具体取决于初始电子速度的方向。 在减速场中，电子向场释放能量。 在相反的方向上，电子在加速场中没有初始速度地运动，加速场将其在慢运动期间损失的能量返回给电子。

如果一个电子以与场线方向成直角的初始速度 v0 飞入，则场以由公式 f = eE 确定的力 F 作用在电子上，并指向更高的电势。 在没有力的情况下，R 势将通过惯性以速度 v0 做匀速运动。 在力 F 的作用下，电子必须沿垂直于 v0 的方向匀加速运动。 由此产生的电子运动沿抛物线发生，电子偏转向正极。 如果电子没有撞击这个电极并超出场，那么它将继续通过惯性沿直线均匀移动。 一个电子沿着某个抛物线移动，要么撞击其中一个电极，要么离开电场。

电场总是在一个方向或另一个方向上改变电子的动能和速度。 因此，电子和电场之间总是存在能量相互作用，即能量交换。 如果电子的初速度不是沿着力线，而是与力线成一定角度，那么电场也会使电子的轨迹弯曲。

4. 非均匀电场中的电子运动

为 非均匀电场 其特点是结构多样且通常复杂。 有许多彼此不相似的不均匀场，其中强度根据各种规律逐点变化，力线通常是一种或另一种形式的曲线。 最简单的是在电真空设备中经常遇到的自由基非均匀场，它是在圆柱形电极之间形成的。 如果从内电极表面发射的电子的初始速度沿力线定向，则电子将沿直线运动并沿半径加速。 但是当你远离内部电极时，场强和作用在电子上的力会变小，这意味着加速度也会降低。

在更一般的情况下，非均匀场具有曲线形式的力线。 如果该场正在加速，则具有初始速度 v0 的电子沿曲线轨迹移动，该轨迹与力线具有相同的曲率。 力 F 从场的一侧作用在电子上，与电子自身的速度矢量成一定角度。 这种力使电子的轨迹弯曲并增加其速度。 在这种情况下，电子轨迹与场线不重合。 如果电子没有质量，因此没有惯性，那么它将沿着力线移动。 然而，电子具有质量并且倾向于通过惯性以在先前运动期间获得的速度沿直线移动。 作用在电子上的力与场线相切，在弯曲场线的情况下，与电子速度矢量形成一个角度。 因此，电子的轨迹是弯曲的，但由于电子的惯性，该曲率从力线“滞后”。

在具有弯曲场线的减速非均匀场的情况下，来自场的作用在电子上的力也使电子轨迹弯曲并改变其速度。 但是轨迹的曲率是在与力线弯曲的方向相反的方向上获得的，即电子的轨迹倾向于远离力线。 在这种情况下，电子的速度会降低，因为它会通过具有更负电位的点。

让我们考虑电子流在非均匀场中的运动，为简单起见，忽略电子的相互作用。 让电子流在相对于平均力直线对称的加速非均匀场中移动。 在这种情况下，力线会聚在电子运动的方向上，即场强增加。 让我们称这样一个领域 收敛。

让一束电子飞入这个场，其速度是平行的。 电子轨迹的弯曲方向与力线弯曲的方向相同。 并且只有平均电子沿平均力线直线移动。 结果，电子相互靠近，即获得电子束的聚焦，类似于借助会聚透镜聚焦光束。 此外，电子的速度增加。

如果力线在电子运动的方向上发散，那么场可以按惯例称为 发散的。 在其中，电子流被散射，因为电子的轨迹在曲率期间彼此远离。 因此，加速发散场是电子束的发散透镜。

如果场正在减速和收敛，则没有聚焦，而是电子散射，速度降低。 反之亦然，在减速的发散场中，获得电子束的聚焦。

5. 均匀磁场中的电子运动

一些电真空设备利用电子在磁场中的运动。

让我们考虑当电子以垂直于磁力线的初始速度 v0 飞入均匀磁场时的情况。 在这种情况下，运动的电子受到所谓的洛伦兹力 F 的影响，它垂直于矢量 h0 和磁场 H 的矢量。力 F 的大小由表达式决定：F = ev0H。

在 v0 = 0 时，力 P 等于 XNUMX，即磁场不作用于静止电子。

力 F 使电子轨迹弯曲成圆弧。 由于力 F 与速度 h0 成直角作用，所以它不起作用。 电子的能量及其速度的大小不变。 只有速度方向发生了变化。 众所周知，物体做匀速圆周运动（自转）是由于指向中心的向心力的作用，也就是力F。

根据左手定则，电子在磁场中的旋转方向方便地由以下规则确定。 从磁力线的方向看，电子顺时针移动。 换句话说， 电子的旋转与螺旋的旋转运动相吻合，螺旋沿磁场线的方向旋转。

让我们确定由电子描述的圆的半径 r。 为此，我们使用力学中已知的向心力表达式：F = mv20/r。 让我们将其等同于力 F = ev0H 的值：mv20/r = ev0H。 现在从这个方程你可以找到半径：r= mv0/(eH)。

电子速度v0越大，越倾向于惯性直线运动，轨迹的曲率半径越大。 另一方面，随着 H 的增加，力 F 增加，轨迹的曲率增加，圆的半径减小。

推导出的公式适用于磁场中任何质量和电荷的粒子的运动。

考虑 r 对 m 和 e 的依赖性。 质量 m 较大的带电粒子由于惯性趋向于直线飞行，轨迹的曲率会减小，即会变大。 并且电荷e越大，力F越大，轨迹越弯曲，即半径越小。

超出磁场后，电子通过惯性沿直线飞得更远。 如果轨迹的半径很小，那么电子可以在磁场中描述闭合的圆。

因此，磁场只改变电子速度的方向，而不改变其大小，即电子和磁场之间没有能量相互作用。 与电场相比，磁场对电子的影响更为有限。 这就是为什么使用磁场比电场影响电子的频率要低得多。

6. 固态电子

现代物理学已经证明，体内的电子不能具有任意能量。 每个电子的能量只能取一定的值，称为 能级 （ 能级）。

靠近原子核的电子具有较低的能量，也就是说，它们处于较低的能级。 要从原子核中除去一个电子，就必须克服电子与原子核之间的相互吸引力。 这需要一些能量。 因此，远离原子核的电子具有高能量； 他们处于更高的能量水平。

当电子从较高能级移动到较低能级时，会释放一定量的能量，称为量子（或光子）。 如果一个原子吸收一个能量量子，那么电子就会从较低的能级移动到较高的能级。 因此，电子的能量仅在量子中发生变化，即在某些部分发生变化。

电子的能级分布示意性地显示：垂直绘制电子的能量 W，水平线显示能级。

根据所谓的固态区理论，能级被组合成单独的区域。 原子外壳的电子填充了构成价带的许多能级。 较低的能级是其他充满电子的能带的一部分，但这些能带在导电现象中不起作用，因此在图中没有显示。 在金属和半导体中，有大量的电子位于 I 更高的能量水平。 这些能级构成导带。 这个区域的电子，称为传导电子，在体内随机移动，从一个原子移动到另一个原子。 正是传导电子提供了金属的高导电性。

向导带提供电子的物质的原子可以被认为是正离子。 它们以一定的顺序排列，形成空间晶格，也称为离子或晶体。 该晶格的状态对应于原子间相互作用力的平衡和物体所有粒子的总能量的最小值。 传导电子的随机运动发生在空间晶格内部。

不同的能量结构是电介质的特征。 它们在导带和价带之间有一个带隙，对应于电子不能达到的能级。

在常温下，电介质在导带中的电子数量很少，因此电介质的电导率可以忽略不计。 但是当加热时，价带的一些电子接收额外的能量，进入导带，然后电介质获得明显的导电性。

低温下的半导体是绝缘体，在常温下，大量电子从价带传递到导带。

目前，4价的锗和硅被广泛用于制造半导体器件，锗或硅的空间晶格由原子通过价电子键合而成。 这种键称为共价键或电子对。

7.自身电子和空穴导电率

半导体是在导电性方面处于导体和电介质之间的中间位置的物质。

为 半导体 以电阻的负温度系数为特征。 随着温度的升高，半导体的电阻会降低，而不是像大多数固体导体那样增加。 此外，半导体的电阻在很大程度上取决于杂质的数量，以及光、电场、电离辐射等外部影响。

半导体中有两种导电性。 与金属一样，半导体也具有电子导电性，这是由于传导电子的运动。 在正常的工作温度下，半导体总是含有传导电子，这些电子与原子核的结合非常弱，在晶格的原子之间进行随机的热运动。 这些电子在电位差的作用下，可以在一定的方向上接受额外的运动，这就是电流。

半导体还具有空穴导电性，这在金属中是观察不到的。 在半导体中，晶格非常坚固。 它的离子，即失去一个电子的原子，不会移动，而是留在它们的位置。

原子中没有电子的情况通常称为 洞。 这强调了原子中缺少一个电子，即形成了一个自由空间。 空穴的行为类似于基本的正电荷。

在空穴导电性的情况下，电子实际上也会移动，但移动的程度比电子导电性的移动程度更有限。 电子仅从这些原子传递到邻近的原子。 其结果是正电荷（空穴）沿与电子运动相反的方向运动。

可以四处移动并因此产生导电性的电子和空穴称为 移动电荷载体 或者干脆 电荷载体。 习惯上说，在热的影响下，会产生电荷载流子对，即出现对：传导电子 - 传导空穴。

由于传导电子和空穴进行混沌热运动，必然发生载流子对产生的逆过程。 传导电子再次占据价带中的自由位置，即它们与空穴结合。 这种载波对的消失称为 电荷载体的复合。 载流子对的产生和重组过程总是同时发生的。

没有杂质的半导体称为本征半导体。 它有自己的导电性，由电子导电性和空穴导电性组成。 在这种情况下，尽管本征半导体中导电的电子和空穴的数量相同，但电子导电率占优势，这可以通过与空穴的迁移率相比电子的更大迁移率来解释。

8. 杂质电导率

如果半导体中含有其他物质的杂质，那么除了本征导电性外，还会出现杂质导电性，根据杂质的种类，可以是电子的，也可以是空穴的。 例如，锗是四价的，如果添加五价锑和砷，则具有杂质电子导电性。 它们的原子仅用四个电子与锗原子相互作用，第五个电子被赋予导带。 结果，获得了一定数量的附加传导电子。 原子提供电子的杂质称为 捐助者。 供体原子失去电子并带正电。

以电子导电性为主的半导体称为电子半导体或n型半导体。

吸收电子并产生杂质空穴导电性的物质称为 接受者。 捕获电子的受体原子本身带负电。

空穴导电率占优势的半导体称为空穴半导体或p型半导体。

半导体器件主要使用含有施主或受主杂质的半导体，称为杂质。 在此类半导体的正常工作温度下，所有杂质原子都参与了杂质电导率的产生，即每个杂质原子要么提供一个电子，要么俘获一个电子。

为了使杂质电导率优于本征电导率，施主杂质或受主杂质原子的浓度必须超过本征电荷载流子的浓度。

电荷载流子在给定的半导体中占主导地位，称为主要载流子。 它们是 n 型半导体中的电子和 p 型半导体中的空穴。 称为少数载流子，其浓度小于多数载流子的浓度。 杂质半导体中少数载流子的浓度随着多数载流子浓度的增加而降低。

如果锗中存在一定数量的电子，加入施主杂质后，电子浓度增加1000倍，那么少数载流子（空穴）浓度将减少1000倍，即将比主要载体的浓度少一百万倍。 这可以通过以下事实来解释：从施主原子获得的传导电子浓度增加 1000 倍时，导带的较低能级被占据，并且电子从价带的跃迁仅可能导带的更高水平。 但是对于这样的转变，电子必须具有高能量，因此可以执行它的电子数量要少得多。 相应地，价带中的传导空穴数量显着减少。

因此，可忽略不计的少量杂质显着改变了半导体的电导率性质和电导率大小。 获得具有如此低且严格剂量的所需杂质含量的半导体是一个非常复杂的过程。 在这种情况下，添加杂质的初始半导体必须非常纯。

9. 半导体中电荷载体的扩散

在半导体中，除了传导电流外，还可能存在扩散电流，其原因不是电位差，而是载流子浓度的不同。 让我们找出这个电流的本质。

如果电荷载流子的浓度均匀分布在半导体上，那么它就是平衡的。 在半导体不同部分的任何外部影响的影响下，浓度可能变得不相等，即不平衡。 例如，如果半导体的一部分暴露在辐射下，那么产生载流子对的过程将在其中加强，并且会出现额外的载流子浓度，称为 多余的。

由于载流子有自己的动能，它们总是倾向于从浓度较高的地方移动到浓度较低的地方，即e. 努力使注意力均衡。

许多物质粒子都观察到扩散现象，而不仅仅是移动电荷载流子。 扩散总是由粒子浓度不均引起的，而扩散本身是由于粒子热运动的自身能量而进行的。

移动电荷载流子（电子和空穴）的扩散运动是扩散电流 I。 该电流与传导电流一样，可以是电子或空穴。 这些电流的密度由以下公式确定：i = eDn ?n /?x 和 ip=- eDp?p /?x，其中值?n/?x 和?c/?x 是这样的——称为浓度梯度，Dn 和 Dp 是扩散系数。 浓度梯度表征浓度沿距离 x 变化的剧烈程度，即每单位长度浓度 n 或 p 的变化是多少。 如果没有浓度差，则Δn＝0或Δp＝0并且不发生扩散电流。 并且在给定距离Δx处浓度Δn或Δp的变化越大，扩散电流越大。

扩散系数表征扩散过程的强度。 它与载流子的迁移率成正比，因不同物质而异，并取决于温度。 电子的扩散系数总是大于空穴的。

设置空穴扩散电流密度公式右侧的负号是因为空穴电流指向降低空穴浓度的方向。

如果由于某些外部影响，在半导体的某些部分产生了过量的载流子浓度，然后外部影响停止，那么过量的载流子将重新组合并通过扩散传播到半导体的其他部分。

表征过量浓度随时间降低的过程的值称为非平衡载流子的寿命。

非平衡载流子的重组发生在半导体的主体中及其表面上，并且很大程度上取决于杂质以及表面状态。

在非平衡载流子（例如电子）沿半导体扩散传播期间，由于复合，它们的浓度也随着距离而降低。

10. 没有外部电压的电子空穴接头

两种导电率不同的半导体的边界区域称为 电子空穴， или p-n-过渡。

电子-空穴跃迁具有非对称导电性，即具有非线性电阻。 无线电电子学中使用的大多数半导体器件的操作是基于对一个或多个 pn 结特性的使用。 让我们考虑一下这种转变中的物理过程。

让结上没有外部电压。 由于每个半导体中的电荷载流子进行随机热运动，即它们有自己的速度，它们会发生从一个半导体到另一个半导体的扩散（渗透）。 载体从他们的集中度高的地方转移到集中度低的地方。 因此，电子从n型半导体扩散到p型半导体中，空穴从p型半导体沿相反方向扩散到n型半导体中。

由于载流子扩散，在两种不同导电类型的半导体之间的界面两侧会产生不同符号的空间电荷。 在n区，产生正空间电荷。 它主要由带正电的供体杂质原子形成，在小范围内由进入该区域的空穴形成。 类似地，在 p 区域出现负空间电荷，由受主杂质的带负电原子形成，部分由到达这里的电子形成。

在所形成的空间电荷之间产生所谓的接触电位差和电场。

在 p-n 结中出现势垒，阻止了载流子的扩散转变。

杂质浓度越高，主载流子的浓度越高，通过边界扩散的量也越大。 空间电荷密度增加，接触电位差增加，即势垒的高度。 在这种情况下，pn结的厚度减小。

在多数载流子跨界扩散运动的同时，在接触电位差的电场作用下，载流子发生反向运动。 该场将空穴从 p 区移回 p 区，将电子从 p 区移回 p 区。 在一定温度下，pn结处于动态平衡状态。 每一秒，一定数量的电子和空穴通过边界向相反方向扩散，在场的作用下，相同数量的电子和空穴向相反方向漂移。

由扩散引起的载流子运动是扩散电流，而载流子在电场作用下的运动是传导电流。 在过渡的动态平衡中，这些电流相等且方向相反。 因此，通过结的总电流为零，在没有外部电压的情况下应该是这种情况。 每个电流都有一个电子和一个空穴分量。 这些成分的值是不同的，因为它们取决于载流子的浓度和迁移率。 势垒的高度总是自动精确设置到平衡点，即扩散电流和传导电流相互补偿。

11. 正向电压作用下的电子空穴跃迁

将外部电压源的正极连接到p型半导体，将负极连接到n型半导体。

由直流电压在 pn 结中产生的电场作用于接触电位差的场。 由此产生的场变弱，结中的电位差减小，即势垒的高度减小，扩散电流增加。 毕竟，较低的障碍可以克服更多的运营商。 传导电流几乎不会改变，因为它主要取决于少数载流子的数量，这些载流子由于其热速度而从 n 区和 p 区的体积进入 p-n 结区域。

在没有外部电压的情况下，扩散电流和传导电流相等并且相互补偿。 对于正向电压，idif> iprov，因此通过结点的总电流（即直流电流）不再等于零： ipr \u0d idif - iprov> XNUMX。

如果势垒明显降低，则 idiff "iprov 我们可以假设 ipr ~ idif，即结中的正向电流是扩散的。

通过降低的势垒将电荷载流子引入这些载流子较少的区域的现象称为 电荷载体的注入。 半导体器件中注入载流子的区域称为发射极区或发射极。 而注入对该区域而言较少的电荷载流子的区域称为基极区域或基极。 因此，如果我们考虑电子的注入，则p区是发射极，p区是基极。 相反，对于空穴注入，p区充当发射极，p区充当基极。

在半导体器件中，n 区和 p 区中的杂质浓度以及多数载流子的浓度通常非常不同。 因此，来自主载流子浓度较高的区域的注入占主导地位。 因此，这种主要的注入赋予了发射极和基极的名称。 例如，如果 pp "pp，则从 n 区注入 p 区的电子远大于相反方向的空穴注入。在这种情况下，n 区被认为是发射极，并且p 区被认为是基区，因为可以忽略空穴注入。

在正向电压下，不仅势垒减小，而且势垒层的厚度也减小。 这导致阻挡层的电阻降低。 它在前进方向的阻力很小。

由于在没有外部电压的情况下势垒的高度为十分之几伏特，要显着降低势垒并显着降低阻挡层的电阻，只需向 p-n 结施加仅十分之一的正向电压就足够了一伏。 因此，可以用非常小的正向电压获得很大的正向电流。

显然，在一定的正向电压下，完全破坏pn结中的势垒是可能的。 然后过渡的电阻，即势垒层，将接近于零，可以忽略不计。 在这种情况下，正向电流将增加，并将取决于 pi p 区域的体积电阻。 现在这些电阻不能忽略，因为它们留在电路中并决定电流的大小。

12. 反向电压下的电子空穴结

让外部电压源的正极连接到区域 n，负极连接到区域 p。 在这样的反向电压的影响下，通道中流过非常小的反向电流，解释如下。 由反向电压产生的场被添加到接触电势差的场中。 由此产生的场被放大。 当势垒略有增加时，多数载流子通过结的扩散运动就会停止，因为载流子的固有速度不足以克服势垒。 并且传导电流几乎保持不变，因为它主要取决于从n区和p区的体积进入p-n结区的少数载流子的数量。 通过外部电压产生的加速电场通过 pn 结去除少数载流子的过程称为 电荷载体的提取。

因此，反向电流实际上是由少数载流子运动形成的传导电流。 反向电流非常小，因为少数载流子很少，此外，具有反向电压的势垒层的电阻非常高。 事实上，随着反向电压的增加，过渡区域的场变得更强，并且在该场的作用下，更多的多数载流子被“推”出边界层进入热区域内部。 因此，随着反向电压的增加，不仅势垒的高度增加，而且势垒层的厚度也增加。 该层变得更加耗尽载流子，并且其电阻显着增加。

即使反向电压比较小，反向电流也达到一个几乎恒定的值，可以称为饱和电流。 这是因为少数载流子的数量是有限的。 随着温度的升高，它们的浓度增加，反向电流增加，反向电阻减小。 让我们更详细地考虑在开启反向电压时如何设置反向电流。 首先，存在与主载体运动相关的瞬态过程。 p 区中的电子向源极的正极移动，即，它们远离 p-p 跃迁。 并且在 p 区域中，从 p-n 结移开，空穴移动。 在负极，它们与来自连接该电极和源负极的导线的电子重新结合。

由于电子离开 n 区，它变成带正电的，因为供体杂质的带正电的原子留在其中。 类似地，p 区带负电，它的空穴充满了进入的电子，带负电的受主杂质原子留在其中。

所考虑的主要载体沿相反方向的移动仅持续一小段时间。 这种瞬态电流类似于电容器的充电电流。 在 p-n 结的两侧，会产生两个相反的空间电荷，整个系统就变得类似于一个带电的电容器，其中有一个坏的电介质，其中有一个漏电流（它的作用是由反向电流起的）。 但根据欧姆定律，电容器的漏电流与外加电压成正比，p-n结的反向电流对电压的依赖性相对较小。

13. 半导体二极管的伏安特性

对于任何电气设备，通过设备的电流与施加电压之间的关系都很重要。 知道这种依赖性，就可以确定给定电压下的电流，或者相反，确定对应于给定电流的电压。

如果器件的电阻是恒定的，与电流或电压无关，则用欧姆定律表示：i= u/R，或 i= Gu。

电流与电压成正比。 比例系数是电导率G = 1/R。

电流与电压的关系图称为该器件的“电压特性”。 对于遵守欧姆定律的设备，其特征是一条通过原点的直线。

遵守欧姆定律并具有通过原点的直线形式的电流-电压特性的器件称为线性器件。

还有一些设备的电阻不是恒定的，而是取决于电压或电流。 对于此类器件，电流与电压之间的关系不是用欧姆定律表示的，而是用更复杂的方式表示，电流-电压特性不是一条直线。 这些设备被称为 非线性。

电子空穴结本质上是一个半导体二极管。

反向电流随着反向电压的增加而迅速增加。 这是因为已经在很小的反向电压下，由于结中势垒的增加，扩散电流急剧下降，指向传导电流。 因此，总电流急剧增加。 然而，随着反向电压的进一步增加，电流略有增加，即出现类似饱和的现象。 电流的增加是由于电流对结的加热，由于表面上的泄漏，以及由于电荷载流子的雪崩倍增，即由于碰撞电离导致电荷载流子的数量增加.

这种现象在于，在更高的反向电压下，电子获得更大的速度，并撞击晶格的原子，从它们中击出新的电子，这些电子又被场加速并从原子。 这个过程随着电压的增加而加剧。

在一定的反向电压值下， 击穿 pn结，其中反向电流急剧增加，势垒层电阻急剧下降。 有必要区分 pn 结的电击穿和热击穿。 如果在此击穿期间，在结中没有发生不可逆的变化（物质结构的破坏），则电击穿是可逆的。 因此，二极管在电击穿模式下工作是允许的。 可能有两种类型的电气击穿，它们经常相互伴随： 雪崩 и 隧道。

雪崩击穿可以通过考虑的因碰撞电离引起的载流子雪崩倍增来解释。 这种击穿对于大厚度的 pn 结来说是典型的，在半导体中杂质浓度相对较低的情况下获得。 雪崩击穿的击穿电压通常为几十或几百伏。

隧道击穿是由一个非常有趣的隧道效应现象来解释的。 其本质在于，在足够强的场强超过 105 V/cm 的情况下，作用于厚度较小的 p-g 结中，部分电子在不改变能量的情况下穿透该结。 在高杂质浓度下获得可能产生隧穿效应的薄跃迁。 隧道击穿对应的击穿电压通常不超过几伏。

14. 半导体二极管的容量

反向电压下的 P-n 结类似于电介质中有大量泄漏的电容器。 阻挡层具有非常高的电阻，在其两侧有两个相反的空间电荷，由供体和受体杂质的电离原子产生。 因此，pn结的电容类似于具有两个极板的电容器的电容。 这个容器被称为 屏障能力。

势垒电容与常规电容器的电容一样，随着pn结面积和半导体物质介电常数的增加以及势垒层厚度的减小而增加。 势垒电容的一个特点是它是一种非线性电容，即随着结点电压的变化而变化。 如果反向电压增加，则势垒层的厚度增加。 并且由于该层起到电介质的作用，势垒电容减小。

势垒电容不利于交流整流，因为它会分流二极管，并且交流电流会以更高的频率流过它。 但同时，势垒电容也有一个有用的应用。 特殊二极管称为 可变电容， 用作调谐振荡电路的可变电容器，以及在某些电路中，其操作基于非线性电容的使用。 与传统的可变电容器不同，其中电容的变化是机械发生的，在可变电容中，这种变化是通过调整反向电压的大小来实现的。 使用变容二极管调谐振荡电路的方法称为 电子设置。

对于正向电压，二极管除了势垒电容外，还具有所谓的扩散电容，该扩散电容也是非线性的，并且随着正向电压的增加而增加。 扩散电容表征了结处存在正向电压时 n 区和 p 区中移动电荷载流子的积累。 它仅存在于正向电压下，此时电荷载流子通过降低的势垒大量扩散，并且没有时间重新组合，在 n 区和 p 区累积。 因此，例如，如果在某些二极管中，p区是发射极，p区是基极，那么当从p区向p区施加正向电压时，大量空穴涌入通过结，因此带有正电荷。 同时，在直流电压源的作用下，电子从外电路的导线进入p区，该区域产生负电荷。 n 区的空穴和电子不能立即复合。 因此，正向电压的每个值对应于由于载流子通过结扩散而在n区中累积的两个相等相反电荷的某个值。

扩散电容远大于势垒电容，但在大多数情况下它对二极管的工作没有显着影响，也不能使用，因为它总是被二极管本身的低直接电阻分流. 通常，只有势垒电容具有实际重要性。

15. 半导体二极管在交流整流中的应用

交流整流是无线电电子学的主要过程之一。 在整流器中，交流能量被转换为直流能量。

半导体二极管在正向传导电流良好而在反向传导较差，因此，大多数二极管的主要用途是 交流整流。

在整流器中，连接到电网的电源变压器通常用作可变电动势发生器来为电子设备供电。 有时使用自耦变压器代替变压器。 在某些情况下，整流器由变压器电源供电。 负载电阻的作用，即直流能量的消耗者，在实际电路中是由那些由整流器供电的电路或设备来扮演的。 在对高频电流进行整流时，例如在无线电接收机的检波级中，高频变压器或谐振振荡电路用作可变电动势发生器，并且特别包含的负载电阻具有大电阻。

与没有电容器时的值相比，使用电容器会使反向电压增加一倍。 一个非常危险的是负载短路，尤其是当平滑滤波器的电容器发生故障时会发生这种情况。 然后整个源电压将施加到二极管，电流将变得不可接受。 进行中 二极管的热击穿。

与真空二极管相比，半导体二极管的优势不仅在于没有阴极加热，而且在直流电流下二极管两端的电压降很小。 无论电流的大小，即半导体二极管的设计功率，其两端的正向电压都是十分之一伏或略高于1 V。因此，带有半导体二极管的整流器的效率高于带真空二极管。 当对较高电压进行整流时，效率会提高，因为在这种情况下，二极管本身约 1V 的电压损失并不显着。

因此，半导体二极管比真空二极管更经济，并且在运行期间散发的热量更少，这会对附近的其他部件产生有害的热量。 此外，半导体二极管的使用寿命非常长。 但它们的缺点是限制反向电压相对较低，不超过数百伏，而对于高压恒流管，它可能高达数十千伏。

半导体二极管可用于任何整流电路。 如果整流滤波用一个大电容启动，那么当交流电压导通时，就会出现一个电流脉冲给电容充电，往往会超过这个二极管的允许正向电流。 因此，为了减小该电流，有时在二极管上串联一个电阻为单位或几十欧姆数量级的限流电阻。

在以整流器模式工作的半导体二极管中，当电压极性反转时，可以观察到明显的反向电流脉冲。 这些冲动的产生有两个原因。 首先，在反向电压的影响下，得到一个电流脉冲，对pn结的势垒电容充电。 这个电容越大，这个动量就越大。 其次，在反向电压下，积累在 n 区和 p 区的少数载流子被消散。 在实践中，由于这些区域的杂质浓度不同，主要作用是由其中一个区域积累的较大电荷发挥作用。

16. 关于晶体管的一般信息

在电转换半导体器件，即用于转换电量的器件中，一个重要的位置是由 晶体管。 它们是适用于功率放大的半导体器件，具有三个或更多端子。 晶体管在具有不同电导率的区域之间可以具有不同数量的过渡。 最常见的具有两个 pn 跃迁的晶体管。 这些晶体管被称为 双极， 因为他们的工作是基于对这两种符号的电荷载体的使用。 第一个晶体管是点型的，但它们不够稳定。 目前专门制造和使用 平面 晶体管。

平面双极晶体管是锗板或另一种半导体，其中创建了三个具有不同电导率的区域。

晶体管的中间区域称为基极，一个极端区域是发射极，另一个区域是集电极。 因此，晶体管有两个pn结——发射极和基极之间的发射极结以及基极和集电极之间的集电极结。 它们之间的距离应该很小，不超过几微米，即底面积应该很薄。 这是晶体管良好工作的最重要的条件。 此外，通常基极中的杂质浓度远低于集电极和发射极中的杂质浓度。 借助基极、发射极和集电极的金属电极，得出结论。 （

晶体管可以以三种模式运行，具体取决于其结点的电压。 如果电压在发射极结处是正向的，并且在集电极结处是反向的，则可以获得有源模式下的操作。 截止或阻断模式是通过向两个转变施加反向电压来实现的。 如果两个结点上都有电压，则晶体管工作在饱和模式。 主动模式是主要的一种。 特别是，它用于大多数放大器和振荡器。

在具有晶体管的实际电路中，通常形成两个电路。 输入或控制电路用于控制晶体管的操作。 在输出或受控电路中，获得了增强的振荡。 放大的振荡源包含在输入电路中，负载包含在输出电路中。

晶体管中电流和电压之间的依赖关系由它们的静态特性表示，即在直流电和输出电路中没有负载的情况下的特性。

晶体管的输入输出特性与半导体二极管的电流电压特性密切相关。 输入规格是指在正向电压下工作的发射结。 因此，它们类似于二极管的反向电流特性。 输出特性与二极管的反向电流特性相似，因为它们反映了在反向电压下工作的集电极结的特性。

还有一些反馈特性显示了在输入电流恒定的情况下，晶体管输入端的电压在输出电压变化的影响下如何变化。

17. 晶体管中的物理过程

考虑当仅打开恒定电源电压源时，晶体管如何在无负载的静态模式下工作。 它们的极性使得发射结处的电压是正向的，而集电极结处的电压是反向的。 因此，发射结的电阻很小，电压为十分之几伏的源就足以在该结中获得正常的电流。 集电极结的电阻较高，电压通常为个伏特或几十伏。

三极管的工作原理 是发射结的正向电压显着影响集电极电流：电压越高，发射极和集电极电流越大。 在这种情况下，集电极电流的变化仅略小于发射极电流的变化。 因此，输入电压控制集电极电流。 借助晶体管放大电振荡正是基于这种现象。

晶体管中的物理过程发生如下。 随着直接输入电压的增加，发射结中的势垒减小，因此，通过该结的电流增加——发射极电流。 该电流的电子从发射极注入基极，并且由于扩散现象，穿过基极进入集电极结区域，增加集电极电流。 由于集电极结在反向电压下工作，因此在该结区域中获得了空间电荷。 它们之间有一个电场。 它促进从发射极来到这里的电子通过集电极结的通道，即将电子引入集电极结的区域。

如果基极厚度足够小并且其中的空穴浓度低，那么大部分通过基极的电子没有时间与基极空穴复合并到达集电极结。 只有一小部分电子与底部的空穴复合。 作为这种重组的结果，有一个基极电流在基极线中流动。 作为复合的结果，每秒有一定数量的空穴消失，但由于离开基极朝向源极的电子数量相同，所以每秒出现相同数量的新空穴。 碱基中不会有任何大量电子的积累。 基极电流是无用的，甚至是有害的。 希望基极电流尽可能小。 为此，将基底制成非常薄，并降低其中决定空穴浓度的杂质浓度。 在这些条件下，较少数量的电子将在基底中与空穴复合。

给其中一个电极命名的“发射器”强调了电子从这个电极发射到基极。 其实不是发射，而是电子从发射极注入基极。 为了将这种现象与电子发射区分开来，必须使用该术语，电子发射会导致在真空或稀薄气体中产生电子。

发射极应称为晶体管的区域，其目的是将电荷载流子注入基极。 收集器是一个区域，其目的是从基底中提取电荷载流子。 基极是发射极将对该区域次要的电荷载流子注入的区域。

发射极和集电极可以互换。 但是在晶体管中，通常，集电极结的面积比发射结大得多，因为集电极结中消耗的功率远大于发射结中的功率。

18. 开启晶体管的基本方案

应用 三个主要方案 在放大或其他级联中包含晶体管。 在这些电路中，晶体管电极之一是平台的公共入口和出口点。

开关晶体管的基本电路分别称为具有共发射极、共基极和共集电极的电路。

共发射极电路是最常见的，因为它提供了最高的功率增益。

这种级的电流增益是输出或输入交流电流的幅度之比，即集电极和基极电流的可变分量。 由于集电极电流是基极电流的数十倍，因此电流增益为数十倍。

晶体管在根据共发射极电路导通时的放大特性由其主要参数之一来表征——共发射极电路的静态电流增益。 由于它仅表征晶体管本身，因此它是在空载模式下确定的，即在恒定的集电极-发射极电压下确定的。

级联的电压增益等于输出和输入交流电压的幅值之比。 输入是基极-发射极电压，输出是负载电阻两端或集电极和发射极之间的交流电压。

与共发射极电路相比，共基极电路的功率增益要小得多，输入阻抗甚至更低，但它的使用频率很高，因为它在频率和温度特性方面比共发射极电路好得多。

具有公共基极的阶段的电流增益总是略小于单位。 这是因为集电极电流总是略小于发射极电流。

晶体管最重要的参数是共基极电路的静态电流增益。 它是针对空载模式确定的，即在恒定电压“集电极-基极”下。

对于共基极电路，输出和输入电压之间没有相移，即在放大过程中电压的相位不会反转。

具有公共收集器的方案。 事实上，集电极是一个公共的入口和出口点，因为电源总是与大电容器并联，并且对于交流电来说可以被认为是短路。 该电路的特点是输入电压完全传输回输入端，即存在非常强的负反馈。 输入电压等于基极-发射极交流电压与输出电压之和。

共集电极级联的电流增益与共发射极电路的电流增益几乎相同，即为几十个数量级。 电压增益接近于一，但总是小于它。

输出电压与输入电压同相，幅度几乎相等。 也就是说，输出电压重复输入。

19. 晶体管的频率特性

随着频率的增加，晶体管提供的增益降低。 这种现象有两个主要原因。 首先，在较高的频率，它是有害的 集电极结电容。 在低频时，电容电阻很大，集电极电阻也很大，可以认为电流全部流向负载电阻。 但是在一定的高频下，电容的电阻变得相对较小，并且发电机产生的电流的很大一部分分支到其中，电阻器中的电流相应减小。 因此，输出电压和输出功率降低。

发射结的电容也随着频率的增加而降低其电阻，但它总是被发射结的低电阻分流，因此其有害影响只能在非常高的频率下出现。 实际上，在较低频率下，由非常大的集电极结电阻分流的电容已经受到如此强烈的影响，以至于可能受电容影响的晶体管的操作变得不切实际。 因此，在大多数情况下，电容的影响可以忽略不计。

在较高频率下增益降低的第二个原因是 交流相位滞后 来自交流发射极的集电极。 它是由载流子从发射结到集电极结通过基极移动过程的惯性，以及电荷在基极的积累和耗散过程的惯性引起的。 载流子，例如 npn 型晶体管中的电子，在基极中进行扩散运动，因此它们的速度不是很高。 在传统晶体管中，载流子通过基极的传输时间约为 10-7 s，即 0,1 μs 或更短。 当然，这个时间很短，但是在单位数量级和几十兆赫兹或更高的频率下，它会导致集电极和发射极电流之间的明显相移。 由于高频下的这种相移，基极交流电流增加，这降低了电流增益。

让我们表示具有共发射极的电路的电流增益，以及具有共基极 b 的电路的电流增益。

随着频率的增加，v 比 b 减少得更多。 系数 b 因电容的影响而减小，并且 c 的值还受载流子通过基极的时间引起的集电极和发射极电流之间的相移的影响。 与共基极电路相比，共射极电路的频率特性明显较差。

习惯上认为 b 和 c 的值与低频时的值相比最大允许减少 30%。

获得这种增益降低的频率称为具有公共基极和公共发射极的电路的边界或限制增益频率。

除了限制放大频率外，晶体管还具有最大生成频率的特点，在该频率下级联功率增益降至 1。

在高频下，不仅\uXNUMXb\uXNUMXbof和c的值会发生变化。 由于结电容和载流子通过基极的传输时间的影响，以及基极电荷的积累和耗散过程，晶体管在高频时的固有参数会发生变化，不再是纯粹的有源电阻。 所有其他参数也会发生变化。

使用具有更高载流子迁移率的半导体可以获得更高的截止频率。

20. 晶体管的脉冲模式

晶体管，如半导体二极管，用于各种脉冲器件。 晶体管在脉冲模式下的操作，也称为键或开关模式，具有许多特征。

考虑 脉冲模式 晶体管利用其输出特性用于共射极电路。 让负载电阻器包含在集电极电路中。 通常，在晶体管的输入端接收到输入电流或输入电压的脉冲之前，晶体管处于截止状态。 集电极电路中流过小电流，因此，该电路可以近似地认为是开路。 源极电压几乎全部加在晶体管上。

如果将具有最大值的电流脉冲施加到输入端，则晶体管进入饱和区。 结果是具有最大值的集电极电流脉冲。 它有时被称为饱和电流。 在这种模式下，晶体管作为一个闭合的键，几乎所有的源电压都下降到电阻上，晶体管上只有一个非常小的残余电压，大约为 XNUMX 伏特，通常称为 饱和电压。

如果输入电流脉冲小于最大值，则集电极电流脉冲也会减小。 但另一方面，基础电流脉冲增加超过最大值不再导致输出电流脉冲增加。

脉冲模式的特征还在于电流增益，与 v 相比，电流增益不是通过电流的增量来确定的，而是作为与饱和模式相对应的电流的比率来确定的。

换句话说，β是表征小信号放大的参数，而电流增益是指对大信号，特别是脉冲的放大，与β在幅度上有所不同。

晶体管的脉冲模式的参数也是它的饱和电阻。 为脉冲工作而设计的晶体管的饱和电阻值通常为单位数量级，有时为几十欧姆。

与所考虑的具有共发射极的电路类似，具有共基极的电路也以脉冲模式工作。

如果输入脉冲的持续时间比晶体管基极中电荷积累和耗散的瞬态过程的时间长很多倍，那么输出电流脉冲将具有与输入脉冲几乎相同的持续时间和形状。 但是对于短脉冲，可以观察到输出电流脉冲形状的显着失真和其持续时间的增加。

电流的逐渐增加与基极中载流子的积累过程有关。 此外，在输入电流脉冲开始时注入基极的载流子具有不同的扩散运动速率，并且不会一次全部到达集电极。 在输入脉冲结束后，由于基极中积累的电荷的耗散过程，电流会持续一段时间，然后在衰减时间内逐渐减小。 因此，集电极电路的开启和关闭过程减慢，其处于闭合状态的时间被延迟。 换言之，由于基极电荷积累和耗散过程的惯性，晶体管不能进行足够快的开关操作，即不能为开关模式提供足够的速度。

21. 晶体管的主要类型

现有类型的晶体管根据制造方法、使用的材料、工作特性、用途、功率、工作频率范围和其他特性进行分类。 点晶体管，历史上第一个，不再使用。 考虑 平面晶体管。 作为工业生产的晶体管的半导体，使用锗和硅。 根据集电极结释放的最大功率，有低、中、高功率三极管。 根据限制工作频率，晶体管分为低频（最高 3 MHz）、中频（3 至 30 MHz）和高频（30 MHz 以上）。

对于绝大多数晶体管来说，主要的物理过程是载流子注入，但也有一组晶体管无需注入即可工作。 其中包括，特别是， 场（通道）晶体管。 注入晶体管可以具有不同数量的 pn 结。

特别普遍的是具有两个 pn 结的双极晶体管。 这种晶体管有两种类型：漂移，其中次要电荷载流子通过基极的转移主要通过漂移进行，即在加速电场的作用下，以及无漂移，其中主要进行这种转移通过扩散。

无漂移晶体管在整个基体体积中具有相同的杂质浓度。 结果，在基极中没有产生电场，其中的载流子进行从发射极到集电极的扩散运动。 这种运动的速度小于加速场中的载流子漂移速度。 因此，无漂移晶体管设计用于比漂移晶体管更低的频率。

在漂移晶体管中，当少数载流子向集电极移动时，基极中的电场会加速少数载流子。 因此，限制频率和电流增益增加。 大多数情况下，由于基区体积中杂质浓度不均等而产生基区中的电场，这可以通过制造 pn 结的扩散方法来实现。 用这种方法制成的晶体管称为 扩散。

无漂移晶体管 大多数具有使用类似于二极管的技术获得的合金结。 这些晶体管通常被称为合金晶体管。 杂质从两侧融合到主半导体板中，形成发射区和集电极区。 由于集电极结消耗更多的功率，它通常比发射结大得多。 然而，也可以制造两个结相同的对称合金晶体管。

漂移晶体管的极限频率是合金晶体管的十倍。 在加速场的作用下，载体在基地的移动速度要快得多。 在漂移晶体管的制造中，采用扩散法，其中基极可以做得很薄。 集电极过渡结果是平滑的，然后其容量远小于合金过渡的容量。 由于基极厚度小，增益b和c远高于合金晶体管。 扩散方法可以更精确地制造晶体管，参数和特性的分布更小。

22. 关于电真空设备及其分类原则的一般信息

电真空装置被广泛使用。 在这些设备的帮助下，可以将一种类型的电能转换为另一种类型的电能，这种电能在电流或电压的形状、大小和频率上有所不同，也可以将辐射能转换为电能，反之亦然。

通过 电真空装置 可以以高速或低速平稳或分步进行各种电、光和其他量的调节，调节过程本身的能源成本低，即不会显着降低效率，这是许多其他方法的特点的调节和控制。

电真空器件的这些优点导致它们用于各种电流的整流、放大、产生和变频，电和非电现象的示波，自动控制和调节，电视图像的传输和接收，各种测量和其他过程。

电真空设备是工作空间由气密外壳隔离、高度稀薄或充满特殊介质（蒸汽或气体）的设备，其操作基于真空中的电现象或气体。

电真空器件分为电子器件，其中纯电子电流在真空中通过，离子器件（气体放电），其特征是在气体或蒸汽中放电。

在电子设备中，离子化实际上是不存在的，如果观察到的程度很小，它不会对这些设备的操作产生明显影响。 这些装置中的气体稀薄度通过小于 10-6 mm Hg 的残余气体压力来估计。 艺术，高真空的特点。

在离子设备中，残余气体的压力为 10-3 mm Hg。 艺术。 和更高。 在这样的压力下，大部分移动电子与气体分子碰撞，导致电离，因此，在这些设备中，过程是电子-离子。

导电（非放电）电真空装置的作用是基于在稀薄气体中使用与固体或液体导体中的电流相关的现象。 在这些设备中，在气体或真空中没有放电。

电真空设备根据各种标准进行划分。 一个特殊的组由真空管组成，即设计用于各种电量转换的电子设备。 根据它们的用途，这些灯是发生器、放大、整流器、变频器、检测器、测量等。它们中的大多数设计为在连续模式下工作，但它们也生产脉冲模式的灯。 它们产生电脉冲，即短期电流，前提是脉冲的持续时间远小于脉冲之间的间隔。

电真空设备还根据许多其他标准进行分类：阴极类型（热或冷）、圆柱体的设计（玻璃、金属、陶瓷或组合）、冷却类型（自然，即辐射、强制空气、水）。

23. 二极管的器件和工作原理

称为二极管的双电极灯的主要用途是 交流整流。

该二极管在玻璃、金属或陶瓷真空瓶中具有两个金属电极。 一个电极是用于发射电子的加热阴极。 另一个电极，即阳极，用于吸引阴极发射的电子并产生自由电子流。 真空二极管的阴极和阳极类似于半导体二极管的发射极和基极。 如果阳极相对于阴极具有正电势，则阳极会吸引电子。 在阳极和阴极之间的空间中形成电场，该电场在阳极正电势下加速阴极发射的电子。 从阴极发射的电子在场的作用下向阳极移动。

在最简单的情况下，阴极以金属线的形式制成，由电流加热。 电子从其表面发射。 这种阴极称为直接加热阴极和直接加热阴极。

也被广泛使用 间接加热的阴极， 否则称为加热。 这种类型的阴极有一个金属圆柱体，其表面覆盖有发射电子的活性层。 在气缸内部有一个由电流加热的导线形式的加热器。

在阳极和阴极之间，电子形成分布在空间中的负电荷，称为体积或空间，并阻止电子向阳极移动。 如果阳极的正电位不够大，并不是所有的电子都能克服空间电荷的阻滞效应，一部分电子返回阴极。

阳极电位越高，越多的电子克服空间电荷并进入阳极，即阴极电流越大。

在二极管中，离开阴极的电子被转移到阳极。 电子在灯内从阴极飞到阳极并落在阳极上的流动称为 阳极电流。 阳极电流是电子管的主电流。 阳极电流的电子在灯内部从阴极移动到阳极，在灯外部 - 从阳极到阳极源的正极，在后者内部 - 从正极到负极，然后从源的负极到灯的阴极。 当阳极的正电位发生变化时，阴极电流和与其相等的阳极电流发生变化。 这就是阳极电流控制的静电原理。 如果阳极电势相对于阴极为负，则阳极和阴极之间的电场会阻碍从阴极发射的电子。 这些电子在场的作用下减速并返回到阴极。 在这种情况下，阴极和阳极电流等于零。 因此，二极管的主要特性是其沿一个方向传导电流的能力。 二极管具有单向导电性。

低功率检测二极管由间接加热的阴极制成。 它们具有小电极，专为小阳极电流、阳极释放的低限制功率和低反向电压而设计。 用于高频和超高频的检测二极管采用尽可能小的电容制成。 用于整流电源交流电的更强大的二极管（恒流管）由直接和间接加热的阴极产生，并且设计用于更高的反向电压。 双二极管应用广泛，即两个二极管在一个圆柱体中。

24. 三极管及其电路

与二极管不同，三极管有第三个电极—— 控制网格， 通常称为简单栅极，位于阳极和阴极之间。 它用于阳极电流的静电控制。 如果你改变栅极相对于阴极的电位，那么电场就会改变，结果，灯的阴极电流就会改变。 这是网格的控制动作。

三极管的阴极和阳极与二极管相同。 大多数灯中的栅极是由围绕阴极的导线制成的。 真空二极管的阴极、栅极和阳极分别类似于双极晶体管的发射极、基极和集电极，或场效应晶体管的源极、栅极和漏极。

与网格相关的所有内容都用字母“c”表示。

三极管具有类似于二极管的灯丝和阳极电路以及栅极电路。 在实际电路中，电阻等部件都包含在栅极电路中。

栅极与阴极之间的电位差即为栅极电压（grid voltage），记为Uc。 对于具有直接灯丝阴极的灯，栅极电压是相对于连接到阳极源负极的阴极端确定的。 栅极电压为正时，阴极发射的部分电子撞击栅极，在其电路中形成栅极电流（栅极电流），记为 ic。 三极管的一部分，由阴极、栅极和它们之间的空间组成，其性质类似于二极管，栅极电路类似于二极管的阳极电路。 该二极管中阳极的作用由栅极执行。

三极管中主要和有用的电流是阳极电流。 它类似于双极晶体管的集电极电流或场效应晶体管的漏极电流。 栅极电流，类似于晶体管的基极电流，通常是无用的，甚至是有害的。

通常它远小于阳极电流。 在许多情况下，他们努力确保根本没有电网电流。 为此，电网电压必须为负。 然后栅极排斥电子并且栅极电流实际上不存在。 在某些情况下，三极管在相对较大的正电网电压下工作，然后电网电流很大。

真空三极管在没有有害栅极作用的情况下运行的可能性显着区别于双极晶体管，双极晶体管在没有基极电流的情况下无法运行。

在阴极线中，阳极和栅极电流一起流动。 这里的总电流是阴极电流，或阴极电流，记为ik； ic = ia + ic。

阴极电流类似于双极晶体管的发射极电流或场效应晶体管的源极电流，由从阴极向栅极移动的电子的总流量决定。 在二极管中，阴极电流总是等于阳极电流，而在三极管中，这些电流只有在 Uc < 0 时才相等，因为在这种情况下 ic = 0。

在灯丝电路中带有直接加热阴极的三极管中，阴极电流分为两部分，它们与灯丝电流代数相加。 在这种情况下要测量阴极电流，您必须打开毫安表。

与二极管一样，三极管具有单向导电性，可用于对交流电进行整流。 但为此使用它们是没有意义的，因为二极管设计更简单且更便宜。 使用栅极控制阳极电流的能力决定了三极管的主要用途——放大电振荡。 三极管还用于产生各种频率的电振荡。 在大多数情况下，发电机和许多其他特殊电路中三极管的工作被简化为放大振荡。

25. 简单和复杂的阴极

简单的阴极， 即纯金属阴极，几乎完全由钨（很少是钽）制成并直接加热。

钨阴极的主要优点是其发射的稳定性。 在恒定的白炽度下，发射仅在阴极的使用寿命内逐渐减少。 在短时间内，排放量几乎没有变化。 在暂时的、不是很长时间的过热之后，排放量并没有减少。 强烈的过热是危险的，因为阴极可能会熔化。

长时间过热会显着降低钨阴极的耐用性。 灯丝电压提高5%，使用寿命就降低2倍，灯丝降低5%，反之，使用寿命翻倍。

钨阴极不会被破坏，也不会减少离子撞击造成的排放。 钨阴极对离子轰击的抵抗力使其特别适合在高阳极电压下工作的高功率灯。 钨阴极也用于特殊的静电灯，其中发射的稳定性很重要。 在具有钨阴极的灯中，蒸发的钨颗粒在圆柱体表面形成一层，吸收气体并提高真空度。 钨阴极的主要缺点是效率低。 在所有阴极中，它是最不经济的。 其排放量相对较小。 但由于温度高，热量和光线集中散发，几乎所有的加热功率都白费了。 这是创造更经济的复杂阴极的动力。

复合阴极 可能有不同的设备，在。 在许多类型的阴极中，活化层沉积在纯金属的表面上，这降低了功函数并使得在相对较低的温度下获得高发射成为可能。

复合阴极的主要优点是它们的效率。 某些类型的阴极的工作温度为1000 K。耐久性达到数千甚至数万小时。 到这个时期结束时，由于活化杂质的量减少，例如由于它们的蒸发，排放量会减少。 某些类型的复合阴极以脉冲模式产生超高发射，即，在很短的时间内彼此间隔更长的停顿。

复合阴极的主要缺点是发射稳定性低。 这些阴极在临时加热期间降低了发射率，这可以通过高温下活化物质的蒸发来解释。 为了减少具有复杂阴极的灯中电离的可能性，保持非常高的真空非常重要。 这是通过使用特殊的气体吸收器来实现的。

复合阴极可以是薄膜和半导体。

使用了新型阴极：钡-钨-ram、氧化钍和其他一些阴极。 钡钨阴极进行间接加热。 在多孔钨的表面形成一层钡锶的多孔活化膜。 蒸发的薄膜是由于钡和锶原子从这些金属的氧化物片中通过钨扩散而得到补充。 它们的优点是抗电子和离子轰击。

在所谓的烧结阴极中，氧化物沉积在镍海绵或网格上。 这种阴极的电阻显着降低，并且更不容易变形和出现热点。

26. 直接和间接热的阴极

直接加热的阴极是圆形或矩形横截面的导线。 其厚度从最低功率灯的 0,01 毫米到大功率灯的 1-2 毫米不等。 短的阴极是直的。 较长的以折线的形式弯曲。 在离子设备中，阴极通常采用螺线管的形式。 这些设备的强大阴极由带、弯曲的“手风琴”或沿螺旋线制成。

直接加热阴极的优点 是设备的简单性以及它们制造用于小灯丝电流的细灯丝形式的最低功率灯的可能性。 直接加热阴极用于由干电池或电池供电的低功率便携式和移动无线电台的高功率发生器灯，因为在这些情况下，从电流源中节省能量很重要。

细丝形式的阴极，打开加热后很快升温，非常方便。 但这些阴极的一大缺点是，当采用交流电加热时，阳极电流会产生寄生脉动。 它们会产生大量干扰，扭曲并淹没有用信号。 通过听觉接收，这些脉动表现为特有的嗡嗡声——“交流背景”。

薄的直接加热阴极的缺点是麦克风效应。 其在于阳极电流在灯的机械振动期间脉动。 外部冲击会在阴极产生振动。 阴极和其他电极之间的距离会有所不同。 这会导致阳极电流的纹波。

间接加热的阴极被广泛使用。 通常，间接加热的阴极有一个带有氧化层的镍管，其内部插入一个钨加热器，盘绕成一个环。 为了与阴极绝缘，加热器上覆盖着大量煅烧氧化铝，称为 刚玉。 加热器具有相当长的长度，可弯曲数次或沿螺旋线扭曲。 在一些灯中，阴极以低圆柱体的形式制成，上基部涂有氧化物。 在圆柱体内有一个带有铝制绝缘材料的加热器，呈环形，盘绕成螺旋状。 间接加热的阴极通常是氧化物。

间接加热阴极的主要优点 当由交流电供电时，几乎完全消除了有害波纹。 实际上没有温度波动，因为这些阴极的质量和热容量比直接加热的阴极大得多。 间接加热的阴极具有很大的热惯性。 从灯丝电流开启的那一刻到阴极完全加热，需要数十秒的时间。 阴极冷却所需的时间相同。

间接加热的阴极是等电位的。 沿着它，灯丝电流没有电压降。 其表面所有点的阳极电压相同。 当灯丝电压波动时，它不会脉动。

间接加热阴极的优点是轻微的麦克风效应。 阴极的质量比较大，很难使其进入振荡状态。

间接加热的阴极有一些缺点。 它们的设计更复杂，效率略低。 间接灯丝阴极很难设计用于非常低的电流，因此不太适合低功率、经济的电池供电灯。

27. 二极管的三秒幂定律

对于工作在空间电荷模式的二极管，阳极电流和阳极电压之间存在非线性关系，根据理论计算，该关系近似用所谓的三第二定律的幂表示：/a = dia3/2 ，其中系数取决于电极的几何尺寸和形状，也取决于所选单位。

阳极电流与阳极电压的 3/2 次方成正比，而不是与欧姆定律中的一次方成正比。 例如，如果阳极电压增加一倍，则阳极电流增加约 2,8 倍，也就是说，它将比根据欧姆定律应该增加 40%。 因此，阳极电流比阳极电压增长得更快。

在图形上，三秒度数定律用一条曲线表示，称为 半三次抛物线。

三秒幂定律适用于正阳极电压，小于饱和电压。

如果我们破译三秒幂定律中的系数 q，那么对于扁平电极二极管的这个定律应该写成如下：

ia \u2,33d 10 6-2 (Qa / d3a.k) Ua2 / XNUMX,

其中Qa为阳极面积，da。 k - 距离“阳极 - 阴极”。

对于电极形状不同的二极管，常数系数中引入一些修正，Qa是阳极的活性表面，即接管主要电子流的表面。 在此公式中，如果电压以伏特为单位，则得到的电流以安培为单位，并且 Qa 和 d2ak 以任何相同的单位表示，例如以平方毫米表示。 电流与阳极-阴极距离的平方成反比。 减少这个距离会显着增加阳极电流。

三秒幂定律尽管不准确，但还是很有用的，因为它以最简单的形式考虑了电子管的非线性特性。

考虑扁平电极二极管的三秒幂定律公式的推导。 我们假设空间电荷 q（包括所有飞向阳极的电子）距离阴极非常近，因此该电荷与“阳极”之间的距离可以等于阳极-阴极距离 da.k 。 如果电子沿着距离 da.k 的飞行时间。 等于t，则阳极电流值为：ia,=q/t。

电荷 q 可以用阳极电压和阳极-阴极电容 Saq 来表示：q= Sa.k。 UA。

同时，对于Ca.k的容量。 我们有公式：Sa.k。 Ω0Qa/da.k.，其中Ω0Ω8,86 10-16F/m为真空介电常数，Qa为阳极面积。 飞行时间 t 通过平均速度确定：t= da。 k. / ?av，但 ?av = v/2，其中 v 是最终速度。

事实上，由于场的不均匀性，平均速度比上述公式确定的要小一些。

由于推导的近似，这个表达式中的常数系数被高估了。 更严格的推导可以为常数系数提供更准确的值，但这种推导也是基于与现实不相符的假设。 特别是，假设初始电子速度为零，并且假设电势分布与饱和状态相同，尽管三秒幂定律仅适用于空间电荷状态。

28. 三极管中的物理过程

阴极和阳极在三极管中的工作方式与在二极管中的工作方式相同。 在空间电荷模式下，在阴极附近形成势垒。 与二极管一样，阴极电流的大小取决于此势垒的高度。

三极管中栅极的控制作用 类似于二极管中阳极的作用。 如果改变电网电压，那么电网产生的场强就会改变。 在此影响下，阴极附近的势垒高度发生变化。 因此，克服这个势垒的电子数，即势垒电流的值，将发生变化。

当栅极电压向正侧变化时，势垒减小，发射的电子越多越少，返回阴极的电子越少，阴极电流增加。 而当栅极电压向负方向变化时，阴极处的势垒上升。 然后它将能够克服较少数量的电子。 返回阴极的电子数量会增加，阴极电流会减少。

栅极作用于阴极的电流比阳极强得多，因为它比阳极更靠近阴极，是阳极电场的屏蔽。

栅极和阳极对阳极电流的影响之比表征了三极管最重要的参数——增益。 增益是一个抽象数字，表示电网电压对阳极电流的作用比阳极电压强多少倍。

相对较小的负栅极电压可以显着降低阳极电流，甚至完全停止。

电网电压的增加伴随着阳极和栅极电流的增加。

在较大的正栅极阳极电压下，栅极电流增加得如此之多，以至于阳极电流甚至可能减小。

所谓的 孤岛效应。 由于栅极的结构不均匀，栅极产生的场也是不均匀的，对它不同部位的阴极附近的势垒产生不同的影响。 网格，就其场而言，对靠近网格导体的阴极部分附近的势垒具有更强的影响。

三极管在直流无负载工作时的特性称为 静止的。

三极管有理论特性和实际特性。 理论特征可以建立在三秒定律的基础上，并不精确。 实际特征通过实验去除。 它们更准确。 三极管的实际特性与理论特性有偏差的原因与二极管相同。 阴极不同点的温差、阴极的非等电位以及阳极电流对阴极的附加加热都会产生显着影响。 小阳极电流的特性部分受初始电子速度、接触电位差和热电动势的强烈影响。

在三极管中，这些因素的影响比在二极管中更强，因为它们的作用不仅延伸到阳极电路，而且延伸到栅极电路。

29. 三极管的有功电压和三秒次方定律

三极管工作电压 允许您通过用等效二极管替换三极管来计算三极管阴极电流。 本次更换如下。 如果在三极管中将阳极放置在栅极的位置，并且与栅极具有相同的表面，则在该二极管中，在其某些阳极电压下，阳极电流等于三极管中的阴极电流。 施加到等效二极管阳极并在其中产生等于实际二极管阴极电流的阳极电流的电压称为有效电压 id。 它的作用相当于电网电压和阳极电压的联合作用。 也就是说，工作电压在等效二极管阴极附近产生的场强应与在三极管阴极附近产生的场强相同。

有效电压的大小大约由公式 Ud ~ Uc + Dia 确定 = Uc + Ua /?.

栅极电压受其场作用而不会减弱，阳极电压在“栅极-阴极”空间中产生的磁场由于栅极的屏蔽作用而减弱。 阳极作用的减弱由磁导率D或放大系数α来表征。 因此，Uа的值不能与Uс相加，而必须先乘以D或除以？ （仅当 ic = 0 时，? 和 D 才是倒数）。

Ud 的近似公式是近似的，因为它没有考虑到阴极附近的场可能是不均匀的。 此公式用于网格不太稀疏的情况（对于 D<0,1 或 ?>10）。

有效电荷 qd 应等于由栅极场的作用在阴极上产生的电荷 q1 和由从阳极穿透栅极的场产生的电荷 q2 的总和。 让我们用电压和电容来表示这些电荷：q1= Csk, Uc 和 q2 = Cac Ua。 阴极上的电荷 q2 等于总阳极电荷的一小部分，电力线从该部分穿过栅极到达阴极。 用总和 q1 + q2 替换 qD，我们得到：ud = (q1 + q2) / Cs.c。 \uXNUMXd (CC.c. uc + Ca.c. ua) / Cc.c. = uс + uаСа.к。 / ssk。 让我们表示 D = Sa.k。 / ssk。 然后我们最终得到：ud = uc + DUa，

在等效二极管中，阳极电流等于三极管的阴极电流，有效电压起阳极电压的作用。 因此，三极管的三秒度数定律可写为：ik = dd3/2= g(is + Duà)3/2。

考虑到在等效二极管中阳极位于真实三极管栅的位置，带扁平电极的三极管的系数 g 为：g = 2,33 10-6(Qа/d2s.k.)。

在这种情况下，等效二极管的阳极表面等于真实阳极的表面。

三极管的三秒幂定律非常近似。 确定有效电压的不准确性是必不可少的。 然而，三秒幂定律在考虑三极管的工作原理和灯具设计时很有用。

30. 三极管中的电网电流

由于从阴极发射的电子的初始速度、接触电势差和作用于栅极电路中的热电动势，栅极电流特性开始于较小的区域 负电网电压。 尽管该区域的电网电流非常小，而且对于接收放大灯来说，它只有几分之一毫安，但在许多情况下必须考虑到这一点。 从正电网电压区域开始的电网电流特性不太常见。 它们是在接触电位差在栅极上产生负电压并且比电子的初始速度更强时获得的。

在电网上以显着正电压工作的灯中，例如发电机，随着正电网电压的增加，电网电流首先增加并达到最大值，该最大值有时位于负电流值区域。 随着电网电压的进一步增加，电流再次增加。

这种现象可以通过电网的二次发射来解释。 在正栅极电压下的初级电子的影响下，次级电子被击出。 随着栅极电压的增加，二次发射系数增加，轰击栅极的初级电子通量增加。 结果，二次电子的数量增加。 它们的流动被引导到具有更高正电位的阳极。

栅极电路中出现二次电子电流，其方向与一次电子电流方向相反。 如果二次发射因子大于 1，则产生的栅极电流会减小，甚至可以反转。在这种情况下，阳极电流会增加，因为二次电子的电流被添加到从阴极飞出的一次电子的电流中。

发生二次电子电流的现象称为 迪纳特龙效应。

当栅极电压超过阳极电压时，阳极和栅极之间的场将变得阻碍栅极二次电子，它们将返回栅极。 但另一方面，被击出阳极的二次电子会被该场加速并飞向栅极，即从阳极侧产生三极管效应。 在这种情况下，栅极电流由于二次电子的电流而额外增加，并且阳极电流有所减少。

在负电网电压的情况下，电网电流非常小。 之所以称为反向栅极电流，是因为它在栅极电压为正时与栅极电流方向相反（栅极电路外导线中的反向电流电子向栅极移动）。 反向栅极电流有几个分量：离子电流、三线圈和漏电流。

随着栅极负电压的降低，阳极电流增加，电离增加。 更多数量的离子接近网格，离子电流增加。 当栅极电压为正时，电子电流会急剧增加，因此会超过离子电流，而离子电流实际上不会发挥任何作用。 如果电网具有高温，则可能会出现电网的热离子发射电流（热电流）。 为了减少该电流，网格由具有高功函数和低二次排放因子的金属制成。

31. 三极管的性能特性

阳极栅特性 称为在阳极源电压和负载电阻恒定值下阳极电流对电网电压的依赖性图。 与静态特性相比，运行特性不受阳极电压恒定条件的影响，因为它在运行模式中发生变化。 工作特性的形状及其位置取决于阳极负载电阻的大小和性质。

要建立阳极-栅极运行特性，必须指定阳极-栅极静态特性系列、阳极源电压和负载电阻。

如果阳极电压等于阳极源电压，并且电流为零，则灯关闭，因为只有在这种情况下，负载电阻上才没有电压降。

工作阳极-栅极特性比静态特性具有更低的陡度。 阳极电流越大，阳极电压越低。 因此，性能曲线总是通过与静态曲线相交而通过。 工作特性的斜率取决于负载电阻。 随着负载电阻的增加，阳极电流减小，性能曲线变得更加平坦。 当负载电阻恒定时，如果阳极源电压降低，性能曲线向右移动，如果阳极电压增加，性能曲线向左移动。

使用运行特性，可以计算出阳极电流随电网电压变化的变化。 假设工作特性的每个点对应于某个阳极电压，也可以确定阳极电压。

要建立阳极工作特性，必须指定一系列静态阳极特性，以及阳极电压和负载电阻。 工作特性是负载线。

使用负载线，您可以确定任何电网电压下的阳极电流和阳极电压。 负载线允许您解决其他问题。 例如，可以找出在什么电网电压下获得所需值的阳极电流。

与阳极栅特性相比，工作阳极特性具有一些优势。 由于它是一条直线，因此它建立在两点之上，并且更准确。 在它的帮助下，可以更方便地确定阳极电压，因为它是沿着横坐标绘制的。 对于实际计算，更经常使用工作阳极特性，尽管在某些情况下，阳极-栅极特性更方便。

所考虑特性的斜率取决于负载电阻。 负载电阻越大，负载线越平坦。 如果负载电阻为零，则负载线变为垂直直线。

当负载电压等于无穷大时，负载线与横坐标轴重合。 在这种情况下，在任何电压下，阳极电流都为零。

在某些情况下，如果只有阳极静态特性可用，则有必要构建阳极-电网性能曲线。

32. 四极管的装置和操作

四电极灯，或 四极管， 有第二个网格，称为屏蔽或屏幕，位于控制网格和阳极之间。 屏蔽栅的目的是增加增益和内阻，降低吞吐电容。

如果屏蔽栅连接到阴极，则它屏蔽阴极和控制栅免受阳极的作用。 屏蔽网拦截大部分阳极电场。 可以说，只有一小部分从阳极出来的电力线穿过筛网。 屏蔽栅的阳极场的减弱由该栅的磁导率值考虑。

穿过屏蔽栅的电场然后被控制栅截断，一小部分场线也穿过控制栅。 控制栅极对阳极场的削弱取决于其渗透性。 通过从阳极到阴极附近势垒的两个栅极，场线总数的一小部分穿透，其特征在于栅极磁导率的乘积。 两个网格的这种产生的渗透率称为四极管的渗透率。

四极管的磁导率表征了阳极和控制栅极对阴极电流的影响之比。 它显示了控制栅极电压对阴极电流的影响与阳极电压的影响的比例。

在两个不太密集的网格的帮助下，实现了高增益和高内阻。 在这种情况下，如果对屏蔽栅极施加显着的正电压，则四极管的阳极-栅极特性为“左”，即四极管可以在负栅极电压区域正常工作。

四极管中的阴极电流是阳极、屏蔽和控制栅极电流的总和。

向屏蔽栅提供恒定的正电压，该电压为阳极电压的20-50%。 它是在“阴极-屏蔽栅极-加速场”部分中创建的，降低了阴极处的势垒。 这对于电子移动到阳极是必要的。

阳极通过两个栅极对阴极附近的势垒的影响非常微弱。 如果屏蔽栅极电压为零，则负控制栅极电压产生的减速场比从阳极穿透的微弱加速场强得多。 “控制栅极-阴极”部分中产生的场被证明是减速的。 换句话说，这种情况下的工作电压为负，并且阴极处的势垒非常高，电子无法克服它。 因此，灯被锁定并且阳极电流为零。

灯的电极之间的电容大约随着增益的增加而减小。 筛网越厚，其渗透性越低，通过能力下降越多。 如果屏蔽栅是实心的，则通过电容将减小到零，但栅将停止将电子传递到阳极。

33. 三极管中的 DYNATRONE 效应

四极管的一个显着缺点是 阳极的二氢电子效应。 撞击阳极的电子将二次电子从阳极中击出。 来自阳极的二次发射存在于所有灯中，但在二极管和三极管中，它不会造成后果并且仍然难以察觉。 在这些灯中，从阳极流出的二次电子全部返回到阳极，因为与其他电极的电位相比，阳极具有最高的正电位。 因此，不会产生二次电子电流。

在四极管中，如果屏蔽栅极电压小于阳极电压，则不会出现来自阳极的二次发射。 在这种情况下，二次电子返回阳极。 如果四极管工作在负载模式下，那么随着阳极电流的增加，负载两端的电压降也会增加，在某些时间间隔，阳极电压可能会变得小于屏蔽栅的恒定电压。 然后，从阳极飞出的二次电子不会返回阳极，而是被吸引到具有更高正电位的屏蔽栅上。 存在与初级电子电流相反的二次电子电流。 总阳极电流减小，屏蔽栅电流增加。 这种现象称为阳极二极管效应。

dinatron 效应显着影响四极管的阳极特性。 在零阳极电压下，有一个非常小的初始阳极电流，通常可以忽略不计。 屏蔽栅电流最高。 就像三极管的返回模式一样，在这种情况下，飞过屏蔽栅的电子与被该栅拦截的电子一起参与其电流的产生。 改变阳极电压变化 i这个屏障的高度，因此阳极和屏蔽栅之间的电子通量分布发生了巨大变化。

在四极管的阳极特性中可以注意到四个方面。 第一个区域对应于较小的阳极电压，最高约为 10-20 V。阳极仍然没有二次发射，因为一次电子的速度不足以击倒二次电子。 随着阳极电压的增加，可以观察到阳极电流的急剧增加和屏蔽栅极电流的减少，这是返回模式的典型特征。

阳极电压对阴极电流几乎没有影响，因为阳极场通过两个栅极作用于阴极的势垒。 因此，阴极电流变化不大，其特性略有上升。

如果阳极电压超过 10-20 V，则出现二次发射并出现三极管效应。 随着阳极电压的升高，阳极的二次发射增加，阳极电流减小，屏蔽栅电流增大。 以最显着的三极管效应获得最小阳极电流。 在这种状态下，二次电子的电流最大。 该电流取决于二次发射的幅度和屏蔽栅阳极的电压，它为二次电子产生加速场。

当阳极电压高于屏栅电压时，阳极电流略有增加，屏栅电流略有下降。 该区域存在阳极二次发射，但二次电子全部返回阳极，即没有来自阳极的三极管效应。 另一方面，从屏蔽栅击出的二次电子撞击阳极，因此阳极电流略有增加，屏蔽栅电流减小。

为防止三极管效应发生，屏蔽栅极电压必须始终小于阳极电压。

34. PENTOD 的设备和操作

四极管的主要缺点——三极管效应——导致了四极管的开发和广泛使用 五极灯称为五极管。 在它们中，四极管的所有积极特性都更加明显，同时消除了三极管效应。

在五极管中，为了消除三极管效应，在阳极和屏蔽栅之间多了一个栅。 它被称为保护栅，因为它保护灯免受三极管效应的发生。 这个网格还有其他名称：antidynatron、antidynatron、pentode、third。

保护栅通常接阴极，即相对于阴极为零电位，相对于阳极为负。 在某些情况下，保护电网上会施加一个小的直流电压。 例如，为了增加有用​​功率，发电机五极管在保护电网上以正电压运行，并通过改变保护电网的电压来调制振荡，在其上设置负偏压。 然而，即使在这些情况下，保护栅极电位通常仍远低于阳极电位，并且该栅极的反三极管效应与其零电位大致相同。

在许多五极管中，保护栅极连接到灯内部的阴极，然后这个栅极上的电压始终为零。 如果有保护栅输出，那么它与阴极的连接是在电路的安装中进行的。

保护栅的作用是在它和阳极之间产生一个电场，使从阳极被击出的二次电子减速、停止并返回阳极。 它们不能穿透屏蔽栅，即使其电压高于阳极，三极管效应也完全消除。

在从阴极飞出的电子的屏蔽和保护栅之间的区域中，会产生一个减速场，这似乎会导致阳极电流下降。 然而，电子在屏蔽栅的加速场的作用下获得高速并飞过它，到达保护栅并没有完全失去它们的速度，因为在这个栅的匝之间的空间中，电势不是零，而是正数。

保护栅的导体上存在零电势，并且在它们之间的间隔内，电势高于零，但低于阳极处的电势。 在阳极和屏蔽栅之间的间隙中，产生了二次势垒，该势垒不能被从阳极击出的二次电子克服。 该势垒显着影响五极管中的电流分布过程。

五极管与四极管的不同之处在于更高的增益，在一些五极管中达到数千。 这是因为保护网格充当附加的屏蔽网格。 因此，与控制栅极的作用相比，在五极管中，阳极的作用甚至比在四极管中更弱。 因此，内部电阻也增加，对于一些五极管达到数百万欧姆。 直通电容变得比四极管还要小。 五极管的陡度与三极管和四极管的陡度相同，即在1-50 mA / V范围内。

五极管可以按照与四极管相同的方式简化为等效二极管。 五极管的磁导率是一个非常小的值。 因此，五极管的增益可以很大。

35. 四极管和五极管的参数

四极管和五极管的静态参数 与三极管的参数类似地确定。 对于参数的实际确定，采用有限增量的比率。

四极管和五极管中的控制栅极相对于阴极的位置与三极管相同。 因此，四极管和五极管的陡度与三极管的陡度相同，即e. 是每伏特的单位或几十毫安，尽管由于阳极电流总是小于阴极电流这一事实，斜率会有所降低。

由于四极管或五极管中阳极电压的作用多次减弱，内阻比四极管大几十上百倍，达到数百千欧。

内阻很大程度上取决于电流分布过程，因为当阳极电压变化时，阳极电流会因这个过程而变化。 我们可以假设五极管的内阻由两个并联的电阻组成。 其中之一是由阳极场通过三个栅极对阴极势垒的作用决定的，因此阳极电流的变化非常小。 网格越厚，这种阻力就越大。 第二电阻由电流分布过程引起的阳极电流变化决定，通常远小于第一电阻。

放大倍数可以是三极管的几十万倍，即它的值达到几十万。

在四极管和五极管中，阴极电流总是大于阳极电流，因为屏蔽栅极电流总是与阳极电流一起存在。

由于四极管和五极管的显着非线性特性，当模式改变时参数变化相当强烈。 随着控制栅负电压的增加，即随着阳极电流的减小，斜率减小，内阻和增益增大。 与三极管相比，四极管和五极管的一个特点是增益对模式的强烈依赖性。

如果特性在返回模式中交织在一起，那么斜率和增益可能具有等于零和小于零的值。

随着控制栅负电压的增加，工作区的阳极特性变得更加平坦，相互接近，这对应于内阻的增加和斜率的减小。

在一些电路中，使用四极管或五极管，使其三极管部分，由阴极、控制栅和屏栅组成，在一个阶段工作，而整个灯管是另一阶段的一部分。

屏蔽栅的斜率和增益通常无关紧要，因为屏蔽栅通常不用作控制栅并且其上的电压是恒定的。

除了考虑的参数外，还有其他类似于三极管的参数。 在计算四极管和五极管的工作模式和实际应用时，需要考虑到电流、电压和功率的限制值，特别是在屏蔽栅上释放的限制功率很重要。

36. 光束四极管的装置和操作

后来五极管得到发展和增殖 光束四极管。 在它们中，三极管效应通过为从阳极敲出的二次电子创造一个不可逾越的势垒来消除，该二次电子位于屏蔽栅和阳极之间。

光束四极管与传统四极管相比具有以下设计特点。 屏蔽栅和阳极之间的距离增加了。 控制栅和屏蔽栅具有相同的匝数，并且它们的匝位于彼此正好相反的位置。

在栅极之间的空间中，电子流集中。 因此，电子以更密集的束流（“束流”）从阴极飞向阳极。 为了防止电子飞向栅极支架，有特殊的屏幕或束形成板连接到阴极。 此外，与栅极支架相对的阴极表面的部分没有涂覆氧化层，因此不会产生发射。

在束流四极管中，可以获得比传统四极管更密集的电子流。 电流密度的增加导致体积电荷密度的增加。 这反过来又导致阳极和屏蔽栅之间的空间中的电势降低。 如果阳极电压低于屏蔽栅极电压，则在传统四极管中会观察到三极管效应，但在束流四极管中不会出现三极管效应，因为在“屏蔽栅极-阳极”中形成了二次电子的势垒。 “ 差距。

初始速度相对较低的二次电子无法克服势垒并到达屏蔽栅，尽管后者上的电压高于阳极上的电压。 由于屏蔽栅的电压而获得高速的初级电极克服势垒并落在阳极上。

在传统的四极管中，屏蔽网格会“破坏”电子流并拦截大量电子。 网格持有人具有相同的效果。 因此，在普通的四极管中，不能获得足够密集的电子流，也不能产生二次电子所需的势垒。

通过增加屏蔽栅和阳极之间的距离来促进势垒的形成。 这个距离越大，位于此处的低速受阻电子就越多。 正是这些电子增加了体积负电荷，电位下降变得更加显着。

与传统四极管相比，光束四极管的优势还在于显着降低了屏蔽栅极电流。 它是无用的，它的减少是非常可取的。 在束流四极管中，电子飞过屏蔽栅的间隙，几乎不会被它拦截。 因此，屏蔽栅电流不大于阳极电流的5-7%。

光束四极管的阳极栅特性与传统四极管或五极管相同。

在强大的低频和高频放大阶段，光束四极管成功地取代了五极管。 为了获得改进的性能，生产了光束五极管。 它们的栅极类似于光束四极管，电子通过保护栅极中的间隙以光束的形式飞向阳极。 因此，对于束流五极管，屏蔽栅极电流远小于常规五极管。

37. 变频原理

频率转换是频率的任何变化。 例如，当对具有一定频率的交流电进行整流时，它变成了直流电，其中频率为零。 在发电机中，频率为零的直流能量被转换为所需频率的交流能量。

辅助电压是从称为的低功率发电机获得的 外差。 在转换器的输出端，以新的转换频率获得振荡，该频率称为中频。

必须使用非线性或参数设备作为变频器。

如果变频器是线性设备，那么它只会添加两个振荡。 例如，添加两个具有接近但不是多个频率的振荡会导致拍频，即，一个复杂的振荡，其中频率将在平均值附近的特定范围内变化，并且幅度将随着频率的变化而变化等于频率区别。 这样的节拍不包含具有新频率的分量振荡。 但如果检测到（校正）节拍，则由于此过程的非线性，会出现具有中频的分量。

在变频器的输出端，获得了一个复杂的振荡，它具有许多频率的分量。

所有新频率，即频率及其谐波的组合，称为组合频率。 通过选择合适的辅助频率，可以获得新的频率！

新频率中包括原始振荡的谐波，其频率是原始频率的几倍。 但是通过输入电压之一的非线性失真可以更容易地获得它们。 出现谐波的两个电压的存在是不必要的。

通常，组合振荡（和谐波）的幅度越小，频率值越高。 因此，在大多数情况下，差频的振荡，有时是全频的振荡，被用作新的中频的振荡。 很少使用更高阶的组合频率。

在大多数情况下，无线电接收机中的频率转换是以这样一种方式进行的，即当接收来自以不同频率工作的不同无线电台的信号时，会产生相同中频的振荡。 这使得获得高增益和高选择性成为可能，并且它们在接收信号的整个频率范围内几乎保持恒定。 此外，在恒定的中频下，放大级的工作更稳定，而且它们的设计比为一个频率范围设计的级简单得多。

在无线电接收机和无线电测量设备中，差频最常用作中频，而辅助频率通常高于转换后的信号频率。 如果中频要高于信号频率，则频率之间的这种关系是必要的。

38. 变频灯

各种非线性或参数设备用于频率转换。 例如，在分米和厘米波的接收器中，真空或半导体二极管在变频器中工作。 三极管用于转换分米和米波段的频率。

转型 如下进行。 具有信号频率和辅助频率的电压被施加到灯。 然后灯的阳极电流与这些频率同时脉动。 由于灯是非线性或参数化装置，具有组合频率的分量出现在其阳极电流中。 阳极振荡电路被调谐到其中之一，通常是不同的。 它仅对谐振频率电流具有高电阻，并且仅产生具有中频的放大电压。 因此，该电路突出了中频的振荡。

在变频器电路中，如果可能，有必要消除输入信号电路和本地振荡器电路之间的连接。 通常两者都有振荡电路。 如果它们之间存在连接，则一个电路对另一个电路的影响，违反了它们的正确调谐，本地振荡器频率稳定性的恶化，并且在没有高频放大器的情况下，杂散辐射本地振荡器振荡和在没有高频放大器的情况下，本地振荡器振荡的寄生辐射通过接收天线。

使用三极管时，信号和 LO 电压被施加到栅极电路，这会导致信号和 LO 电路之间的显着耦合。 一种类似的频率转换方法称为 单格。

削弱信号与本振电路之间的耦合是通过双栅极变频来实现的，如果用作双驱动管的话可以使用五极管来完成。 在这种情况下，由于振荡被施加到不同的栅极，所以在灯内的电子流中发生信号和本地振荡器振荡的添加。 信号电压提供给控制栅极，并且本振电压施加给保护栅极，该保护栅极用作第二控制栅极。 如果该栅极的电压保持远低于最小阳极电压，那么它仍然充当保护栅极。 屏蔽栅几乎完全消除了信号和本地振荡器电路之间的寄生电容耦合。

进行频率转换的灯有时被称为 混合， 由于其中添加了两个不同频率的振荡，因此该灯工作的级联称为 混合器。 因此，频率转换由一个混频器和一个本地振荡器组成，每一个都必须有自己的灯。

用于变频的双控多电极灯——七极管——有两个控制栅极，同时工作在混频器和本机振荡器中，即代替了两个灯，用于中短波接收机，但工作效果较差甚高频。

七极体有五个网格。 七极管的优点是存在保护网格，因此灯的内阻会增加。

当七极管在小于 20 m 的波长下工作时，本振频率的稳定性不足，需要使用带有单独灯的本振，即仅将七极管用作混合器，而不是转换灯。 在这些波上，五极管和三极管在变频器中的效果最好。

三十九、双控灯具特性及参数

所有 双控多栅灯 有一个屏蔽栅格，类似于五极管或四极管，但增加了更多栅格，形成三极管（外差）部分。 从其特性和参数来看，这些灯与五极管和四极管相似，从三极管部分的特性和参数来看，它们与普通三极管相似。 此外，由于存在两个控制栅极，双控制灯具有额外的特性和参数。

阳极电流随着两个栅极电压的正变化而增加。 沿第一电网的陡度越大，电网电压越高。 如果电压向正方向变化，则阴极处的势垒会降低，并且越来越多的电极会克服该势垒。 相应地，阴极电流、阳极电流和屏蔽栅电流增加。

当电压变化时，阳极和栅极之间的电流分布发生变化，类似于五极管在其保护栅极电压变化时观察到的情况。

阳极电流的双重控制被简化为这样的事实：一个控制栅极的电压的变化改变了另一控制栅极的特性的斜率。 由于陡度的变化——表征电网控制作用的主要参数，在另一个控制电网电压的影响下，灯是一种适合变频的参数装置。

双控灯中的频率转换过程可以用七极管系列特性来解释。 由于阳极振荡电路被调谐到中频并且在信号和本地振荡器频率下具有低电阻，因此灯实际上在无负载模式下工作，以用于这些频率的振荡，并且阳极电流的变化由静态特性确定。

表征变频灯的最重要参数是转换陡度。 它表示在阳极电流中获得的中频可变分量的一次谐波的幅度与信号电压幅度的比值。 在这种情况下，屏蔽和保护网格以及阳极上的电压是恒定的。

转换的陡度随着本地振荡器电压幅度的增加而增加。

许多变频管具有扩展特性，用于变频级的自动增益控制。 但是，当接收到强信号时，即当工作点移动到特性的较低非线性部分时，组合振荡的幅度会急剧增加，这会在接收器中引起干扰。

在现代设备中，使用组合灯，在一个圆柱体中具有两个，有时是三个或四个独立的电极系统。 使用这种灯减小了设备的尺寸并简化了安装。 在组合灯的示意图中，为简单起见，通常只显示一个加热器和一个阴极。 在许多灯中，尤其是那些为高频设计的灯中，安装了屏幕以消除各个电极系统之间的寄生电容耦合。

组合灯的电极设计不同。 通常有带有屏幕的单独电极系统。 在一些灯中，制作了一个公共阴极，来自其表面不同部分的电子流被用于各自的电极系统中。 可以沿共阴极安装带有分隔屏的电极系统。

40. 特殊类型的接收和放大灯

增加陡度 这是通过将“栅极-阴极”距离减小到几十微米来实现的。 但是，制造具有小距离“栅极-阴极”的灯是困难的并且不够可靠，因为存在用不平坦的氧化物阴极表面封闭栅极的危险。 增加陡度的另一种方法是使用位于控制栅极和阴极之间并具有一定正电势的阴极栅极。 阴极发射的电子被阴极栅极加速，飞入其间隙并在距控制栅极非常小的距离处形成空间电荷密度增加的区域和第二势垒。 控制栅极的电压对其高度影响非常大。 因此，控制栅极可以非常有效地控制电子流。

二次发射灯的斜率显着增加。 关于在灯中使用二次发射的研究已经进行了很长时间，但长期以来一直无法设计出这种工作稳定且不会产生太多固有噪声的灯。 产生这些噪音的原因是二次发射过程的不均匀性。 已经发现了重金属与轻金属的新型合金，例如铜与铍，其具有高且稳定的二次发射。 使用它们时，噪音会降低，尽管噪音仍然比传统灯大。

具有二次发射的灯有一个附加电极 - 二次发射阴极（打拿极）。 对其施加正电位，小于阳极。 从阴极飞出的一次电子撞击二次发射阴极并从中击出二次电子，二次电子飞向具有较高正电位的阳极。 二次电子的流量比二次电子的流量大几倍。 这就是灯的陡度高的原因。

二次发射阴极的电流略小于阳极电流，并且在电路的外部具有与阳极电流相反的方向。 灯在次级发射阴极电流方面的斜率通常略小于阳极电流方面的斜率。 阳极电流的电子从阳极沿阳极电路外部的导体移动，而外部电路中的二次发射阴极电流的电子向这个阴极移动，因为在灯内部有更多的二次电子离开它比主要的来的。

当向电网施加交流电压时，由于阳极和次级发射阴极的电流方向相反，包含在这些电极电路中的负载电阻接收放大的反相交流电压。

正常放大级反转电压的相位。 并且在二次发射阴极电路中，得到放大的电压，与电网的交流电压同相。 这一特性使得在二次发射阴极和控制栅极的电路之间实现正反馈变得非常容易，以产生各种形状的振荡，增加增益，减少传输振荡的带宽，以及用于其他目的。

生产超小型接收放大金属陶瓷三极管和四极管，称为 新人。 它们旨在放大、生成和转换频率。 他们有一个微型陶瓷金属圆筒。

41. 气体放电类型

区分气体中的独立和非自持放电。 自放电 仅由电压支持。 非自放电 可以存在，前提是除了电压之外，还有一些其他的外部电离因素。 它们可以是光线、放射性辐射、加热电极的热离子发射等。让我们考虑离子装置中的主要放电类型。

黑暗（或安静）放电是非自我维持的。 它的特点是每平方厘米微安级的电流密度和非常低的体积电荷密度。 由于空间电荷，在暗放电期间，施加电压产生的电场实际上不会发生变化，即它们的影响可以忽略不计。 没有气体辉光。 在无线电电子设备的离子设备中，不使用暗放电，但它先于其他类型的放电开始。

辉光放电是指独立的。 它的特点是气体的辉光，让人联想到阴燃身体的辉光。 该放电期间的电流密度达到单位和数十毫安每平方厘米，并获得显着影响电极之间电场的空间电荷。 辉光放电所需的电压为几十或几百伏。 由于在离子的影响下阴极的电子发射，放电得以维持。

主要辉光放电装置有 齐纳二极管 - 离子稳压器、气体灯、辉光放电闸流管、数字指示灯和十倍管 - 离子计数器。

电弧放电是在电流密度比辉光放电高得多的情况下获得的。 非自持电弧放电装置包括胃管和热阴极闸流管； 在具有液态汞阴极的汞阀（激子）和点火器中，以及在气体放电器中，会发生独立的电弧放电。

电弧放电不仅可以降低，而且可以在正常或升高的大气压下。

火花放电类似于电弧放电。 它是在较高气压下的短期（脉冲）放电，例如在正常大气压下。 通常，在火花中观察到一系列接连不断的脉冲放电。

即使在没有载流电极的情况下，在交变电磁场的作用下，气体中也会发生高频放电（无电极放电）。

电晕放电是独立的，用于离子设备中的电压稳定。 在至少一个电极具有非常小的曲率半径的情况下，在相对高的气压下观察到。 然后电极之间的场变得不均匀，在尖电极附近，称为电晕，场强急剧增加。 电晕放电发生在数百或数千伏量级的电压下，并且以低电流为特征。

42. 辉光放电

考虑平面电极之间的辉光放电。 在没有放电的情况下，当没有体积放电时，场是均匀的，电极之间的电位按照线性规律分布。 在电子（真空）器件中，在存在发射的情况下，存在负空间电荷，在阴极附近产生势垒。 该屏障防止产生大的阳极电流。

在离子辉光放电装置中，大量正离子产生正空间电荷。 它导致“阳极-阴极”空间中的电势沿正方向变化。

在离子装置中，电位分布使得几乎所有的阳极电压都下降到靠近阴极的薄层气体中。 这个区域被称为 放电间隙的阴极部分。 它的厚度不取决于电极之间的距离。

在阴极附近产生一个强加速场。 可以说，阳极接近阴极。 阳极的作用是由带有“悬挂”在阴极上的正电荷的离子云来执行的。 结果，负空间电荷的影响得到了补偿，阴极附近没有势垒。

第二部分放电间隙的特点是电压降小。 其中的场强很小。 它被称为气体或电子离子等离子体区域。 与阳极相邻并由阳极部分引起的放电间隙，或阳极电位降的区域，与其隔离。 阴极和阳极部分之间的区域称为放电柱。 阳极部分并不重要，可以将放电柱和阳极部分视为一个等离子体区域。

等离子体 是一种高度电离的气体，其中电子和离子的数量几乎相同。 在等离子体中，粒子的随机运动超过其定向运动。 但电子仍然向阳极移动，离子向阴极移动。

作用在电子和离子上的场力相同，只是方向相反，因为这些粒子的电荷相等，但符号相反。 但是离子的质量是电子质量的数千倍。 因此，离子接收相应较小的加速度并获得相对较低的速度。 与电子相比，离子几乎是不动的。 因此，离子装置中的电流实际上是电子的运动。 离子电流的比例很小，可以忽略不计。 离子发挥作用。 它们产生正空间电荷，大大超过负空间电荷并破坏阴极附近的势垒。

阴极电压区起着重要作用。 从等离子体渗入该区域的离子在这里被加速。 离子高速撞击阴极，将电子从阴极中击出。 这个过程是维持放电所必需的。 如果离子的速度不足，则电子发射将不起作用，放电将停止。 从阴极逸出的电子也在阴极区域加速落下并以远大于气体原子电离所需的速度飞入等离子体。 电子与等离子体不同部分的气体原子发生碰撞。 因此，电离发生在整个体积中。 重组也在血浆中发生。

等离子体中只有一小部分离子参与了阴极电子发射的产生。 大多数离子与电子复合，不会到达阴极。

43. 稳定器

辉光或电晕放电装置是 齐纳二极管。 最广泛使用的辉光放电齐纳二极管在正常阴极电压模式下工作。

由于没有使用辉光放电之前的暗放电，因此没有兴趣，因此未在齐纳二极管的伏安特性上显示。 排放点显示在垂直轴上。 实际上，情况确实如此，因为用于测量辉光放电电流的毫安表不会显示可忽略的暗放电电流。

适合稳定的正常阴极下降区域受最小和最大电流的限制。 在电流小于最小值时，放电可能会停止。 最大电流或者对应于异常阴极下降模式的开始，或者在它达到电极的限制加热。

发生放电时的电流浪涌可能因电阻器的电阻而异。 如果它大，则出现相对较小的电流，如果取小，则出现大电流。 对于稳定化，这是不利的，因为减小了电压稳定区域。 在低电阻的情况下，甚至会在异常阴极下降区域发生电流跳跃，并且根本无法进行稳定化。 因此，一个具有足够电阻的限流电阻是必要的，原因有两个：这样就不会发生电流的过度增加（短路），并且可以存在电压稳定模式。

阴极面积越大，获得的稳定区越宽，因为最小电流保持不变，最大电流与阴极面积成比例增加。 因此，齐纳二极管的特点是具有大表面的阴极。 阳极的尺寸很小，但不应因最大电流而过热。

最常见的两电极辉光放电齐纳二极管带有一个由镍或钢制成的圆柱形阴极。 阳极是一根直径为 1-1,5 毫米的导线。 气球充满惰性气体（氖、氩、氦）的混合物，压力为几十毫米汞柱。

稳压二极管的参数有：正常工作电压或稳定区中点对应的稳定电压、放电起始电压、最小和最大电流、稳定电压变化和对交流电的内阻。 使用不同的气体混合物，选择所需的稳定电压值。

电晕放电齐纳二极管的特点是高电压和低电流。 在这种齐纳二极管中，圆柱形电极由镍制成。 气缸内充满氢气，稳压电压取决于气体压力。 工作电流范围为 3-100 μA。 这些齐纳二极管的内部交流电阻为数百千欧。 电晕放电齐纳二极管的放电过程持续15-30秒。

齐纳二极管最常工作在负载电阻恒定且源电压不稳定的模式下。

为了稳定更高的电压，齐纳二极管串联，通常不超过两个或三个。 它们可以针对不同的电压，但针对相同的最小和最大电流。

44. 煤气罐

胃管 - 这些是具有非自持电弧放电的离子二极管，由阴极的热离子发射维持。 胃的目的是对交流电进行整流。 目前，使用具有在几毫米汞柱量级压力下的氩气或氙-氪混合物形式的惰性气体的胃管。

大多数胃都有一个直接或间接加热的氧化物阴极。 在更强大的胃中，它具有很大的表面积。 圆盘、半球或圆柱形式的阳极具有相对较小的尺寸。 Gasotron 的特点是灯丝电压低，不超过 5 V。如果施加更高的电压，则加热器两端之间可能会发生电弧放电，这会浪费灯丝源的能量。 在低加热电压下，大功率胃管的阴极必须通以大电流。 胃管相对于恒流管的优势在于胃管本身的电压降低。 它大约为 15-20 V，几乎不依赖于阳极电流。 因此，胃管整流器的效率高于整流管的效率，而且效率越高，整流电压越高。 在基于胃管的高压整流器中，效率可达90%以上。

在放电发生之前，在胃中观察到电子电流，该电流随着电压的增加而增加，与真空二极管中的方式相同。 这个电流很小，没有实际意义。

电弧放电的发生是在略大于电离电位的电压下获得的。 由于胃管必须通过限流电阻开启，在放电开始后，电阻两端出现电压降，胃管上的电压略有下降。

随着源电压的增加，胃管中的电流增加，其上的电压降略有变化，尽管它不像齐纳二极管那样保持恒定。 使用胃管进行稳定是不可能的，因为以大量能量消耗来获得低电压来加热胃管是无利可图的。 胃管上的工作电压与电离电位处于同一数量级，即 15-25 V。

胃管上电压的相对恒定性不是由于阴极电压机制而获得的，阴极电压机制是辉光放电装置的特征。 在胃管中，阴极的面积不会改变，但随着电流的增加，设备对直流电的电阻会降低，因为电离，相应地，每单位体积的电子和离子的数量会增加。 此外，离子的正空间电荷接近阴极，相当于“阳极-阴极”距离减小。

在胃管中，“阳极-阴极”空间中的电势分布与辉光放电装置中的电势分布大致相同，但阳极电压较低，并且在阴极附近存在势垒，就像在电子管中一样。

由于正离子的轰击，胃中的阴极在困难的条件下运行。 质量相对较大的离子如果速度超过允许值，则会破坏氧化层。

45. 电弧放电闸流管

热阴极闸流管， 它们在电弧放电模式下像胃管一样工作，用于对交流电进行整流，并在自动化、遥控、脉冲技术、雷达和其他领域用作继电器。

在许多特性和设计中，闸流管与胃管相似，但电网允许您控制放电起始电压的大小。

闸流管中的网格必须使放电只通过它，而不是以迂回的方式通过。 因此，栅极本身或与热屏结合使用几乎从所有侧面覆盖阴极。 网格的工作部分由几个孔制成，其余部分是一个屏幕。 在一些小功率闸流管中，电极设计与真空管几乎相同。

闸流管中的阴极和阳极的工作方式与胃管中的相同。 胃管的操作特点和操作规则完全适用于闸流管。

闸流管中栅极的作用是利用负栅极电压使闸流管处于正阳极电压的锁定状态。 随着该电压的降低或阳极电压的增加，会发生放电，即闸流管被解锁。 栅极的负电压越大，发生放电的阳极电压就越高。 这是因为，在负栅极电压下，在“栅极-阴极”间隙中为阴极发射的电子产生了高势垒。 电子将无法克服该势垒并飞向阳极。 降低栅极的负电势或增加阳极电压会降低势垒。 当电子开始克服它时，它们向阳极移动，获得电离所需的速度，电离过程像雪崩一样增长，并发生电弧放电。

放电发生的阳极电压与电网电压之间的关系显示出启动特性或点火特性。 使用与研究真空三极管相同的电路去除它，但在阳极电路中有一个限流电阻。 取下来更容易。 对于每个点，首先将阳极电压设置为零和一些负电网电压。 然后增加阳极电压，并在发生放电时记录其值。 接下来，将阳极电压降至零，移除下一个点，等等。

启动特性表明，随着电网负电压的增加，阳极电压增加，这是发生放电所必需的。

闸流管在交流电压下工作时的启动特性与在直流电下的静态启动特性有些不同。 这是因为在交流电压下，预放电（预启动）电网电流会产生影响。 它的产生是因为在负半周期间，闸流管被锁定时，不会立即发生复合，并且电极之间存在电子和离子。 这会导致反向阳极电流。 同时，正离子被带负电的栅极吸引，在其电路中形成预放电电流。 栅极的热离子发射也可以在预放电电流的形成中起作用。 阳极电流越大，频率越高，预放电电流越强。 这种电流的存在有利于闸流管的点燃。

46. CATHOTRON RAY TUBE

阴极射线管包括用于示波的阴极射线管、电视图像接收和雷达指示装置、用于电视图像传输的阴极射线管、用于电子计算机的存储管、阴极束开关和其他装置。 所有这些设备都会产生由电场或磁场或两者控制的细电子束（束）。

这些管可以通过电场或磁场聚焦电子束以及使电子束电或磁偏转。 根据发光屏幕上图像的颜色，有绿色、橙色或黄橙色发光的管子 - 用于视觉观察，蓝色 - 用于拍摄示波图，白色或三色 - 用于接收电视图像。

静电控制的阴极射线管，即通过电场进行聚焦和光束偏转，简称 静电管， 尤其广泛用于示波器。

气球管具有圆柱形状，其延伸部呈圆锥形，有时呈圆柱形。 膨胀部分底部的内表面涂有荧光屏，这是一层能够在电子撞击下发光的物质。 管内有电极，电极引线连接至基脚。

阴极通常是带有加热器的圆柱体形式的间接加热氧化物。 阴极端子有时与一个加热器端子组合。 氧化层沉积在阴极底部。 阴极周围是一个控制电极，称为调制器，它是圆柱形的，底部有一个孔。 该阴极用于控制电子束的密度并对其进行预聚焦。

向调制器施加负电压。 随着该电压的增加，越来越多的电子返回阴极。 在某个负调制器电压下，电子管被锁定。

以下电极，也是圆柱形的，是阳极。 在最简单的情况下，只有两个。 在第二个阳极上，电压从 500 V 到几千伏，在第一个阳极上，电压要小几倍。 在阳极内部通常有带孔的隔板（隔膜）。

在阳极加速场的作用下，电子获得显着的速度。 电子流的最终聚焦是使用阳极之间空间中的非均匀电场以及由于隔膜来实现的。 更复杂的聚焦系统由更多的圆柱体组成。

由阴极、调制器和阳极组成的系统称为电子探照灯（电子枪），用于产生电子束，即从第二个阳极高速飞向荧光屏的细流电子。

电子束的偏转和屏幕上的光点与偏转板上的电压成正比。 这种依赖的比例系数称为 管灵敏度。

47. 灯在超高频下工作的特点

中短波灯工作 不能令人满意 在微波炉上，这是由以下原因解释的。

电极间电容和引线电感的影响。 电容和电感极大地影响了微波范围内灯的工作。 它们改变了与灯相连的振荡系统的参数。 结果，振荡系统的固有频率会降低，并且不可能将它们调谐到某个频率之上。

每个灯的特征在于某个限制频率，该频率对应于由灯电极的引线短路引起的振荡电路的谐振频率。

当包含在某些灯电路中时，引线电感和电极间电容会产生不希望的正反馈或负反馈以及降低电路操作的相移。 阴极端子的电感尤其受到影响。 它同时进入阳极和栅极电路并产生显着的反馈，结果工作模式发生变化，灯的输入阻抗降低，放大的交流电压源被加载。 电极间电容也有助于降低灯的输入电阻。 此外，这些电容在微波频率下具有非常小的电阻，会导致在更强大的灯中出现显着的电容电流，从而加热电极的引线并产生额外的能量损失。

电子惯性的影响。 由于电子具有质量，它们不能立即改变速度并立即飞越电极之间的距离。 灯不再是非惯性或低惯性设备。 电子的惯性表现在微波中。 灯中电子过程的惯性会产生有害的相移，使阳极电流脉冲的形状失真，并导致显着的电网电流。 结果是灯的输入电阻急剧下降，灯中的能量损失增加，以及有用功率下降。

在考虑灯的工作时，为简单起见，认为电极电路中的电流是由于电子在灯内部飞到该电极上而形成的。 这种电子流称为对流。 任何灯电极的外部电路中的电流都是感应（感应）电流。

在电子管中，移动感应电荷的作用是通过电子从一个电极飞到另一个电极的流动，即对流电流。 灯内部的对流电流总是在连接到灯电极的外部导线中激发感应电流。 感应电流随着飞行电子的数量和速度的增加以及它们与该电极之间的距离的减小而增加。

借助感应电流，可以更好地理解电子在电场中移动时发生的能量转换。 在灯内飞行的电子流在电池电路中产生感应电流，其方向与对流电流的方向一致。 在加速场的情况下，通过电池的感应电流将成为它的放电电流。 电池放电，即消耗能量，在电场的帮助下将能量转移到飞行的电子上并增加它们的动能。 在减速场中，电子由于其初始能量而移动。 在这种情况下，感应电流相反，将是电池的充电电流，即减速场中的电子放弃它们的能量，这些能量在电池中积累。

48. 灯的输入电阻和功率损耗

放大级的特征是功率增益K，表示功率被放大了多少倍：K×Pout/Pin，其中Pout是灯输出的有用功率，Pin是提供给灯输入的功率。

输入电阻值很小，功率可以增加很多，系数变得等于2甚至更小。 显然，使用功率放大小于 3-XNUMX 倍的放大器是不合适的。 随着向微波的过渡，传统灯的输入阻抗急剧下降，功率增益很小甚至没有。 微波灯输入电阻的降低可以通过栅极电路中感应电流的出现来解释。

根据飞行时间和振荡周期的比率、“阴极-栅极”和“栅极-阳极”部分的距离比率、电极上电压的大小，三极管中的过程可以发生的情况有所不同，但无论如何，由于电子在微波上的惯性表现，栅极电路中产生很大的感应电流，导致输入电阻急剧下降。

电子过程的惯性最令人不快的后果是出现了电网电流的有源分量。 它使灯具有输入有源电阻，该电阻随着频率的增加而减小，并降低了功率增益。 灯的有源输入电阻表征了包含在电网电路中的振荡源的能量损失。 在这种情况下，该能量通过感应电流的有源分量从振荡源传递到电场并传递给电子，电子增加了它们的动能并将其用于加热阳极。 如果 1 灯在较低频率下工作，飞行时间可以忽略不计，那么在电网电压下，电流将具有与电压相同的矩形形状和持续时间，并且它们不会在时间上相对于彼此发生偏移。 由于这些电流相等且方向相反，因此总电网电流为零。 因此，在这种情况下，振荡源没有能量消耗。

对于正弦交流电压，所有过程都更加复杂，但在微波中，电网电路中必然会出现有源感应电流，其产生会消耗振荡源的能量。 这种能量最终会因对流对阳极和阴极的额外加热而损失掉。 事实上，栅极电压的正半波加速了从阴极飞出的电子，为它们提供了额外的能量，而在栅极的负半周期，它排斥向阳极移动的电子，它们也获得了额外的能量。活力。 结果，电子以更大的力量轰击阳极，阳极被额外加热。 此外，没有飞过栅极，而是返回阴极的电子，在负半周期间也会被栅极排斥，并获得更多的额外能量。 这些电子轰击额外的阴极并使其进一步升温。 因此，在整个期间，振荡源为电子提供能量，电子将能量用于轰击阳极和阴极。

微波灯中的能量损失不仅是由于电子的惯性，而且还有许多其他原因。

由于表面效应，电极及其引线的有源电阻增加。 大量电流沿着金属导体的表面通过，从而产生无用的加热。

在微波中，受交变电场影响的所有固体电介质的损耗都会增加。

49. 飞行克莱斯特

对于厘米波，成功应用 速调管， 其工作基于改变电子流的速度。

在这些设备中，显着的电子飞行时间是无害的，但对于设备的正常运行是必要的。 速调管是 跨越 （双谐振器和多谐振器）适用于产生和放大振荡，以及 反光的 （单谐振器），仅作为发电机工作。

从阴极流向阳极的电子流通过两对栅极，它们是两个空腔谐振器壁的一部分。 第一谐振器用作输入电路。 在同轴线和通信线圈的帮助下，向其提供具有频率的放大振荡。 它的网格形成一个调制器，其中电子速度被调制。

第二谐振器用作放大振荡的输出电路。 它们的能量是在通信线圈和同轴线的帮助下获取的。 正电压被施加到谐振器和阳极，在栅极和阴极之间产生加速场，在该加速场的影响下，电子以显着的初始速度飞入调制器。

如果将振荡引入第一个谐振器，则在网格之间存在交变电场，该电场作用于电子流并改变（调制）其速度。 在那个半周期内，当第二个栅极为正电位，而第一个栅极为负电位时，栅极之间的场将加速，通过调制器的电子将获得额外的速度。

高速电子追上低速电子，因此电子流被分成独立的、更密集的电子组——电子束。 也就是说，由于分组空间中电子流在速度方面的调制，获得了该流在密度方面的调制。

只有在半周期内飞过调制器的电子才被分组。 只有当电子速度在调制交变场的影响下的变化与它们从恒定加速电压接收到的速度相比微不足道时，才有可能进行良好的分组。 因此，谐振器栅极之间的交流电压必须远小于直流电压。 在半周期内重复将电子组合成一束。

在电子流的最大浓度点之后，电子再次发散。

当其中的电场延迟时，电子束飞过第二个谐振器。 流过第二个谐振器的电子撞击阳极并将其加热。 一些电子也撞击谐振器网格。

如果电子流没有被调制，那么它就不能在第二个谐振器中保持振荡。

双谐振器速调管用作微波发射器中的放大器，其在连续工作模式下的有用功率可达数十千瓦，在脉冲模式下可达数十兆瓦。 当波长缩短时，发射器的功率降低。

为了放大接收器中的微弱信号，速调管几乎没有用处，因为它们会产生很大的固有噪声。

50. 行波灯和倒车灯

速调管固有的缺点， 在行波灯 (TWT) 中消除。 行波管的增益和效率可能比速调管高得多。 这可以通过以下事实来解释：行波管中的电子流在其大部分路径上与交变电场相互作用，并放弃其大部分能量以产生增强的振荡。 TWT 中的电子流比速调管中的弱得多，因此噪声水平相对较低。 频带可以非常大，因为行波管中没有振荡系统。 带宽不受灯本身的限制，而是受各种附加设备的限制，这些附加设备用于将灯与外部电路连接，并使这些附加设备的各个元件相互协调。 数千兆赫频率的行波灯具有数百兆赫数量级的发射振荡频带，这对于雷达和所有类型的现代无线电通信来说已经足够了。 LBV 是这样排列的。 在细长圆柱体的左侧，放置了一个电子探照灯，具有加热的阴极、聚焦电极和阳极。 电子投影仪产生的电子束在螺旋线内部进一步通过，螺旋线起到同轴线内线的作用。 这条线的外线是金属管。 螺旋固定在特殊绝缘体上。 由直流供电的聚焦线圈用于沿其整个长度压缩电子束。 也可以使用永磁体代替聚焦线圈。 由于磁聚焦系统非常庞大，因此已开发出静电方法将电子束聚焦在 TWT 中，即使用电场聚焦。

在较短厘米波长的行波管中，螺旋被其他类型的慢化系统取代，因为很难制造出非常小的螺旋。 这些延迟系统是复杂的锯齿形设计或具有梳状壁的波导。 沿着这样的波导，电子束沿直线通过，电磁波以降低的速度传播。 类似的慢波系统也用于高功率行波管，因为螺旋不能承受其中的高功率耗散。

TWT 的工作原理是创建后向波管 (BWO) 的基础，有时也称为 致癌物。 与 TWT 不同，此灯仅用于产生厘米和更短的波。 在 BWO 中，也使用波导慢波系统，就像在 TWT 中一样，但波和电子束彼此相向移动。 BWO 中的初始微弱振荡是从电子束的波动中获得的，然后它们被放大并发生。 通过改变产生电子束的恒定电压，可以在非常宽的频率范围内对 BWO 进行电子调谐。 已经为数万兆赫兹的频率创建了低功率 BWT，其产生的振荡的有用功率高达几分之一瓦，效率约为百分之几。 对于高达 10 MHz 的频率，BWO 已经开发出来，在连续运行中具有数十千瓦的有用功率，在脉冲运行中具有数百千瓦的有用功率。

具有直线电子束的低功率和中等功率发生器 BWO 称为 0 型电控管。对于高功率，使用 BWO，称为 M 型电控管，其中电子束在磁场的作用下沿圆周运动。 这些灯中的减速系统位于圆周周围，横向磁场由永磁体以与磁控管相同的方式产生。

51. 关于电和电子理论的一般概念

长期以来，人们认为原子是自然界所有物体的主要、不可分解和不变的部分，因此得名“原子”，在希腊语中意为“不可分割的”。 在 XNUMX 世纪末，通过高压电流通过具有高度稀有气体的管子，物理学家注意到管子的玻璃在不可见射线的作用下发出绿光。 发光点位于与电流源（阴极）的负极相连的电极对面。 因此，射线被称为 阴极。 在磁场的作用下，发光点向一侧移动。 阴极射线的行为与磁场中的载流导体相同。 绿点的移动也在电场的影响下发生，带正电的物体吸引射线，带负电的物体排斥射线。 这表明阴极射线本身是负粒子流——电子。

经典物理学认为电介质和导体之间的区别在于，在电介质中，所有电子都牢固地保持在原子核附近。 相反，在导体中，电子与原子核之间的联系很强，有大量的自由电子，它们的有序运动会产生电流。 经典物理学允许原子能量的任何值，并认为原子能量的变化以任意小的部分连续发生。 然而，对与原子与电子相互作用相关的元素和现象的光谱研究表明原子内能的连续性。 原子和分子物理学证明，原子的能量不可能是任何能量，并且只取每个原子所特有的相当确定的值。 原子内能的可能值称为能级或量子能级。 原子不能拥有的能级称为禁能级。

有许多基本粒子：质子和中子、正负介子、电子、正电子、中微子和反质子。

电现象早已为人们所知（用布擦琥珀）。 能够传导电荷的物体称为电导体。 导电性很差的物体称为非导体、绝缘体或电介质。

据观察，带电体会相互吸引或相互排斥。 由于各种物体带电，获得两种电。 传统上，一种电称为正电，另一种电称为负电。 因此，带相同电荷的物体相互排斥，带相反电荷的物体相互吸引。

电是物质的一种属性（物质运动的一种特殊形式），它具有双重性，并在物质的基本粒子中体现出来（正电 - 在质子、正电子和介子中，负电 - 在电子、反质子或介子中） 。

52. 库伦定律。 电场

如果两个带电物体的适当尺寸与它们之间的距离相比较小，则两个带电物体相互作用时，其作用力与这些物体上的电荷量或电量成正比，与物体之间距离的平方成反比他们。 相互作用力对电荷大小和电荷之间距离的依赖性是由物理学家根据经验建立的 吊坠。 后来的研究表明，电荷之间相互作用的强度还取决于电荷所处的环境。

实验导致库仑建立了以下定律：两个物理点电荷 q1 和 q2，在距离 r 处具有相对电导率 e 的均匀介质中，以与这些电荷的乘积成正比的力 F 相互作用，并且与它们之间距离的平方成反比。 如果与它们之间的距离相比，它们自身的尺寸较小，则称为物理点电荷。 库仑公式的形式为：F =(q1q2)/(4?? ?0r 2) ，其中 ?0=8,85 10-12F/m 是空隙的电导率。 ？ - 相对电导率。 它显示了在其他条件相同的情况下，任何介质中两个电荷的相互作用力有多少次小于真空中的相互作用力。 相对电导率是一个无量纲量。

电场的强度是根据电场作用在带电体上的机械力来估计的。 由于根据库仑定律，给定介质中电荷之间的相互作用力取决于电荷的大小和它们之间的距离，因此在给定空间时刻场作用于单位正电荷的机械力在这一点上放置的电荷被视为场的定量测量。 这个值称为电场强度，用E表示。根据E=F/q的定义。 将库仑公式中的一个电荷等同于一，我们得到了一个表示距离物理点电荷为 r 的点处的场强 E 的表达式： E = q/(4???0r2)，对于空性，其中相对电导率等于 XNUMX：Е = q/(4??0r 2)。

张力测量的单位是 V/m。

在空间不同点处强度大小和方向相同的电场称为 均匀场。

在研究各种物理现象时，必须处理标量和矢量。

引入带正电球体场的正电荷远离其他电荷，将沿直线排斥，该直线是带电体半径的延续。 通过将电荷放置在带电球场中的各个点上，并注意电荷在其电力作用下的轨迹，我们获得了一系列向各个方向发散的激进直线。 引入电场的无惯性正电荷倾向于沿着这些假想线移动，称为电力线。 在电场中可以画出任意数量的力线。 借助图形线，您不仅可以图形化地描绘方向，还可以描绘给定点的电场强度。

带电体每单位表面的电量称为电荷的表面密度。 它取决于身体上的电量，以及导体表面的形状。

53. 电场中的导体和电介质

如果将不带电的绝缘导体引入电场，则由于导体中电场力的作用，电荷被分离。 导体的自由电子将沿与电场方向相反的方向运动。 结果，在导体面对带电球的一端，会出现电子过剩，导致这一端带负电荷，而在导体的另一端则缺少电子，导致正电荷这部分导体的电荷。

导体上的电荷在带电体的影响下分离称为影响起电或静电感应，导体上的电荷称为感应电荷。 当导体接近带电球时，导体上的感应电荷数量增加。 一旦导体进入带电球，其电场就会发生变化。 球的电力线以前均匀且急剧地发散，现在向导体弯曲。 由于电力线的起点和终点都是导体表面的电荷，因此，从带正电荷的表面开始，力线以带负电荷的表面结束。 导体内部不可能存在电场。 否则，导体各点之间就会产生电位差，导体中会发生电荷的移动（传导电流），直到由于电荷的重新分布，导体上所有点的电位变得不相等。

当他们想要保护导体免受外部电场的影响时使用它。 为此，导体被另一个导体包围，该导体以实心金属表面或带有小孔的金属丝网的形式制成。 由于带电场对导体的影响而在导体上形成的感应电荷可以通过将导体分成两半而彼此分离。

电介质与导体的不同之处在于没有自由电子。 电介质原子的电子与原子核牢固地结合在一起。

引入电场的电介质，如导体，通过影响带电。 但是，导体和电介质的带电之间存在显着差异。 如果在导体中，在电场力的影响下，自由电子在导体的整个体积中移动，那么在电介质中，电荷不会发生自由移动。 但在一个介电分子内，正电荷沿电场方向移动，负电荷沿相反方向移动。 由于带电体的影响，电介质表面会产生电荷。 这种现象称为介电极化。 有两类电介质。 1. 处于中性状态的分子所带的正负电荷彼此非常接近，以至于它们的作用相互补偿。 在电场的影响下，分子内的正负电荷相对于彼此轻微移动，形成偶极子。 2. 分子在没有电场的情况下形成偶极子。 这种电介质称为极性。

正确选择电介质中电场强度大小的需要导致了对现代高压技术很重要的电气强度理论的产生。

54. 主要电绝缘材料

石棉 - 具有纤维结构的矿物。 纤维的长度从十毫米到几厘米不等。 石棉用于制造纱线、胶带、织物、纸张、纸板等。一个有价值的品质是它的高耐热性。 加热到 300-400° 不会改变石棉的特性。 由于其低导热性，石棉在高温下用作隔热材料。 石棉具有吸湿性，用树脂、沥青等浸渍后会降低。石棉的电绝缘性能低。 因此，它不适用于高电压。

松香 - 淡黄色或棕色的易碎树脂，由针叶树的树脂加工而成。 松香溶于石油、液态烃、植物油、酒精、松节油。 松香的软化点为50-70℃。 用于制备浸渍和填充物质。

石蜡 - 从石油中提取的蜡状物质。 纯化良好的石蜡是一种白色结晶物质。 它用于浸渍木材、纸张、纤维物质，用于填充高频线圈和变压器，用于制备绝缘组合物。

云母 - 晶体结构的矿物。 由于其结构，它很容易分裂成单独的叶子。 它具有高电气强度、高耐热性、耐湿性、机械强度和柔韧性。 使用两种类型的云母：白云母和金云母，它们的成分、颜色和性质各不相同。 白云母是最好的云母。 电容器用矩形板、电器用垫圈等都是用云母叶冲压而成。

文石 - 塑料，它是一种用可熔酚醛树脂浸渍并在150英寸高压下压制的多层织物。优点：脆性低，机械质量高，耐磨。缺点：电性能差，防潮性低，价格更高。

纤维 用氯化锌溶液处理过的多孔纸制成。 适合机械加工。 最大的缺点是它的吸湿性。 纤维被酸和碱腐蚀。 小零件、垫圈、线圈架都是由它制成的。 细纤维称为leteroid。

地蜡 通过提炼蜡质矿物 - 地蜡或凡士林获得。 它具有更高的熔点 (65-80°) 和更高的抗氧化性。 用于纸质电容器的浸渍、绝缘化合物的制备等。

虫胶 - 热带植物的天然树脂，熔点为100-200°。 外观为淡黄色或棕色鳞片，易溶于酒精。 用于制备填充剂、绝缘漆和胶粘剂、绝缘胶带的浸渍。

石板 - 页岩，具有层状结构。 不吸湿，易于加工。 用于制造面板、刀开关护罩等。

硬玉 （硬橡胶）是通过向橡胶中添加 20-50% 的硫而获得的。 它以片材（板）、棒材和管材的形式生产，非常适合机械加工。 它用于弱电流技术，电线在穿过墙壁时被拉入硬橡胶管中，并带有隐藏的接线。

55. 电流的概念。 欧姆定律

电子通过导体的运动称为 电流。 在电气工程中，通常认为电流的方向与导体中电子的运动方向相反。 换句话说，电流的方向被认为与正电荷的移动方向一致。 电子在运动中不会穿过导体的整个长度。 相反，它们在与其他电子、原子或分子碰撞之前行进非常短的距离。 这个距离叫做 电子的平均自由程。 不能直接观察电。 电流的通过只能通过它产生的动作来判断。 容易判断电流存在的迹象：

1）电流通过盐、碱、酸的溶液以及熔盐，将它们分解成它们的组成部分；

2）电流通过的导体被加热；

3) 电流通过导体，在其周围产生磁场。

最简单的电气装置包括电源（原电池、电池、发电机等）、电能消耗器或接收器（白炽灯、电加热器、电动机等）以及将电压源的夹子连接到消费者的夹子。

大小或方向不变的电流称为直流电。 直流电只能流过闭合的电路。 任何地方的开路都会导致电流停止。 如果电路的运行条件不改变，直流电由原电池、电池、直流发电机提供。

电荷在一定时间内通过导体的横截面。 电流通过导体横截面的强度随时间变化为：I = q / t。 电流I与导体Z的截面积之比称为电流密度，用?表示。 ?=I/S; 电流密度以 A/m2 为单位。

当电路闭合时，在其端子上存在电位差，就会产生电流。 在电场力的影响下，自由电子沿导体移动。 在它们的运动中，电子与导体的原子发生碰撞并为它们提供动能储备。 电子的运动速度是不断变化的：当电子与原子、分子和其他电子碰撞时，它会减少，然后在电场的影响下增加，并随着新的碰撞再次减少。 结果，以每秒几分之一厘米的速度在导体中建立了均匀的电子流。 因此，通过导体的电子总是会遇到从导体一侧移动的阻力。 当电流通过导体时，导体会变热。

导体的电阻 R 是物体或介质在电流通过时将电能转换为热能的特性。 R = ? l / S，其中 ? 是导体的电阻率，l 是导体的长度。

电路部分中的电流与该部分中的电压成正比，与同一部分的电阻成反比。 这种依赖关系称为欧姆定律，并由以下公式表示：I = U/R。 电流不仅流过电路的外部，还流过内部。 电源的 EMF (E) 用于覆盖电路中的内部和外部电压损耗。 整个电路的欧姆定律：I = E / (R + r)，其中 R 是电路外部的电阻，r 是电路内部的电阻。

56. 导体之间的连接。 基尔霍夫第一定律

电路的各个导体可以相互串联、并联和混合连接。

串行连接 导体是这样的连接，当第一个导体的末端连接到第二个导体的开头，第二个导体的末端连接到第三个导体的开头，依此类推。电路的总电阻，由几个串联 -连接的导体，等于各个导体的电阻之和：R \u1d R2 + R3 + R1 +。 +R||。 串联电路不同部分的电流相同：I2 = I3= I1=I。 电压降与给定部分的电阻成正比。 电路的总电压等于电路各个部分的电压降之和：u \u2d u3 + UXNUMX + UXNUMX。

并联 当所有导体的起点连接在一点，而导体的终点连接在另一点时，这种电阻称为导体。 电路的起始端连接到电压源的一个极，电路的末端连接到另一极。

对于电流通过的导体并联连接，有几种方法。 流向分支点的电流沿三个电阻进一步扩散，等于离开该点的电流之和：I= I1+ I2+ I3。

如果到达分支点的电流被认为是正的，而流出的电流是负的，那么对于分支点，您可以写：等于零。 这种与电路任意分支点的电流相关的关系被称为基尔霍夫第一定律。 通常，在计算电路时，连接到任何分支点的分支中的电流方向是未知的。 因此，为了能够记录第一基尔霍夫定律的方程，需要在开始电路计算之前任意选择其所有支路中电流的所谓正方向，并在图中用箭头来指定。

使用欧姆定律，您可以推导出一个公式，用于计算并联消耗器时的总电阻。

到达该点的总电流为：I = U/R。 每个支路的电流为：I1 = U1 /R1； I2=U2/R2； I3 = U3 /R3。

根据基尔霍夫第一定律，I = I1+I2+I3 或 U/R= U/R1+U/R2+U/R3。

将等式右边的 U 从括号中取出，我们得到： U/R = U(1/R1 + 1 /R2+ 1/R3)。

等式两边同时减去U，得到总电导率计算公式：1/R=1/R1+1/r2+1/R3。

因此，对于并联连接，增加的不是电阻，而是电导率。

在计算总分支电阻时，结果总是小于分支中包含的最小电阻。

如果并联的电阻彼此相等，则总电阻R等于一个支路R1的电阻除以支路数n：R\u1d RXNUMX/n。

导体的混合连接是指单个导体同时存在串行和并行连接的连接。

57. 第二基尔霍夫定律。 叠加法

在计算电路时，经常会遇到形成闭环的电路。 这种电路的组成，除了电阻之外，还可能包括电动势。 考虑一个复杂电路的一部分。 给出了所有 EMF 的极性。

我们任意选择电流的正方向。 我们从点 A 沿任意方向（例如顺时针方向）绕着轮廓走。 考虑 AB 节。 在该区域中，会发生电位下降（电流从电位较高的点流向电位较低的点）。

在 AB 部分：?A + E1 - I1R1=?B。

在 BV 网站上：?B - E2 - I2R2 = ?C。

在 VG 网站上：?B = I3R3 + E3 = ?G。

在 HA 网站上：?G - I4R4 = ？但。

将上述四个等式逐项相加，我们得到：

?A + E1- I1R1 + ?B - E2 - I2R2 + ?C - I3R3 + E3 + ?G- I4R4 - ?B + ?C + ?G + ?A 或 E1 - I1R1 - E2 - I2R2 - I3R3 + E3 - I4R4 = 0。

将乘积 IR 转移到右侧，我们得到：Ё1 - Ё2 + Ё3 = I1R1 + I2R2 + I3R3 + I4R4。

这个表达式是第二个 基尔霍夫定律。 该公式表明，在任何闭合电路中，电动势的代数和等于电压降的代数和。

叠加法用于计算具有多个 EMF 的电路。 叠加法的本质是，电路任何部分的电流都可以认为是由每个单独的 EMF 引起的多个部分电流组成，而 EMF 的其余部分取为零。

在问题中，存在只有两个节点的链。 节点之间可以包含任意数量的分支。 这种电路的计算通过使用节点电压法大大简化。

和 \u1d (E1d2 + E2d3 + E3d1) / (d2 + d3 + d4 + dXNUMX)。

节点电压公式的分子代表支路电动势乘积的代数和。 在公式的分母中，给出了所有分支的电导率之和。 如果任何支路的 EMF 方向与图中所示方向相反，则它包含在节点电压的公式中，并带有负号。

回路电流法用于计算具有两个以上节点电流的复杂电路。 该方法的本质在于假设每个电路都有自己的电流。 然后，在位于两个相邻电路边界的公共区域中，将流过等于这些电路电流的代数和的电流。

58. 电解。 第一和第二法拉第定律

电流通过液体导体，将它们分解成它们的组成部分。 因此，液体导体被称为 电解质。 电解质在电流作用下的分解称为 电解。 电解在电镀浴中进行。 电镀浴 是一个容器，其中倒入液体 - 电解质，通过电流进行分解。

将两块板（例如碳板）放入装有电解质的容器中，该电解质将成为电极。 我们将直流电源的负极连接到一个电极（阴极），将正极连接到另一个电极（阳极）并闭合电路。 电解现象会伴随着电极上物质的释放。 在电解过程中，氢气和金属总是在阴极释放。 由此可见，通过液体导体的电流的起源与物质原子的运动有关。

物质的中性分子落入溶剂中，分解（解离）成多个部分——带有相等和相反电荷的离子。 这是通过以下事实来解释的：置于电导率为 e 的介质中的电荷之间的相互作用力减小了 e 倍。 因此，位于具有高电导率的溶剂中的物质分子的结合力减弱，分子的热碰撞足以使它们开始分裂成离子，即。 e. 分离。

随着溶液中分子的解离，会发生相反的过程——离子重新统一为中性分子（分子化）。

酸解离成带正电的氢离子和带负电的酸残基离子。 碱解离成金属离子和水残离子。 盐解离成金属离子和酸残基离子。

如果向电极施加恒定电压，则电极之间形成电场。 带正电的离子将移向阴极，带负电的离子将移向阳极。 到达电极后，离子被中和。

法拉第从定量和定性方面研究了电解现象。 他发现电极电解过程中释放的物质量与电流和电流通过的时间成正比，换句话说，与流过电解质的物质量成正比。 这是法拉第第一定律。

相同的电流，同时通过不同的电解质，在电极上释放出不同数量的物质。 以毫克为单位的物质在电流为 1A 的电流下 1s 在电极上释放的量称为电化学当量，记为 b。 法拉第第一定律用公式表示：m=a/t。

物质的化学当量 (m) 是原子量 (A) 与化合价 (n) 的比值：m = A / n。 法拉第第二定律显示了物质的电化学当量值取决于物质的哪些特性。

电解在工程中得到了广泛的应用。 1. 使用电解（电镀）将金属镀上一层另一种金属。 2. 使用电解（电镀）从物体中获取副本。 3、金属的精炼（提纯）。

59. 电池

对于控制电路、保护装置、信号、自动化、应急照明、高速开关的驱动和保持线圈、电站和变电站的辅助机构，必须有这样的电能来源，其运行不会依赖于电厂或变电站主要机组的状态。 这种能源必须确保这些电路在设备正常运行期间和发生事故时不间断且准确地运行。 发电厂和变电站中的这种能源是 蓄电池。 及时充电的大容量电池可以在整个事故过程中为受电弓供电。

电池还用于照明汽车、铁路车辆、电动汽车和潜艇的运动、为无线电装置和各种设备供电、实验室和其他用途。

电池是二次电压源，因为与原电池不同，它只能在预充电后提供能量。 电池通过连接到恒压源进行充电。 由于电解过程，电池极板的化学状态发生了变化，并在它们之间建立了一定的电位差。

可充电电池由多个铅酸或碱性蓄电池组成。

铅酸电池由几个浸入电解液容器中的正极板和负极板组成。 电解液是硫酸在蒸馏水中的溶液。 电池板是表面的和巨大的。 表面板由纯铅制成。 为了增加板的表面积，它们被制成肋状。

质量板是一个铅光栅，其单元中涂有氧化铅。 为了防止质量从电池中掉出，板的两侧都覆盖有带孔的铅片。 通常，电池正极板制成表面，负极板制成质量。 单独的正极板和负极板被焊接成两个彼此隔离的块。 为了使正极板在两面都能工作，比负极板多取一块。

碱性电池有两种类型：镉镍和铁镍。

碱性电池板是镀镍钢框架，其中装有薄镀镍穿孔钢袋。 活性物质被压入袋中。

碱性电池的容器是一个焊接钢盒，盖子上有三个孔：两个用于取出夹子，一个用于填充电解质和逸出气体。 优点：缺铅不消耗； 有很大的耐力和机械强度； 长时间暴露，它们的自放电损失很小，不会变质； 排放更少的有害气体和烟雾； 重量更轻。 缺点：EMF较低； 效率较低； 成本较高。

60. 电白炽灯

白炽灯是俄罗斯科学家发明的 一个。 洛迪金 并于 1873 年首次向他们展示。

白炽灯的工作原理是基于电流通过时导体（灯丝）的强烈加热。 在这种情况下，导体除了热能外，还开始发射光能。 为防止灯丝烧坏，必须将其移入玻璃烧瓶中，从中抽出空气。 这就是所谓的空心灯的布置方式。 最初，通过煅烧植物纤维获得的碳长丝被用作长丝。 带有这种灯丝的灯发出微弱的淡黄色光，消耗电力。 碳丝被加热到 1700° 的温度，逐渐烧毁，导致灯相对快速地熄灭。 碳丝灯现在已经不用了。

现在，在白炽灯中，使用由难熔金属锇或钨制成的灯丝代替碳灯丝。 钨丝在空心灯中加热到 2200°，发出更亮的光，比碳丝消耗更少的功率。

如果灯的玻璃灯泡（圆柱体）充满不支持燃烧的气体，例如氮气或氩气，则灯丝的烧毁会减少。 这种灯称为充气灯。 这种灯工作期间灯丝的温度达到 2800°。

我们的行业生产电压为 36、110、127 和 220 V 的白炽照明灯。对于特殊用途，也生产其他电压的灯。

白炽灯的效率非常低。 其中，灯所消耗的总电能中只有约4-5%转化为光能； 其余的能量转化为热量。

目前，气体照明灯被广泛使用。 当电流通过时，它们利用稀薄气体的特性来发光。 煤气灯发出的光取决于气体的性质。 氖气发出红橙色光，氩气发出蓝紫色光，氦气发出黄粉色光。 煤气灯由变压器获得的高压交流电供电。 这些灯已应用于招牌、广告和照明。

我们的行业还生产在玻璃管中含有稀薄汞蒸气的灯。 通过使电流通过它们，可以使蒸气发出微弱的光。

灯管的内表面涂有一种特殊的化合物——一种在汞蒸气辉光作用下发光的荧光粉。 这些灯被称为 荧光灯。

目前生产三种类型的荧光灯：用于照亮需要区分颜色的地方的荧光灯——印刷、棉花工业等； 用于照明工业、办公室和住宅楼宇的白光灯； 暖白灯，用于为博物馆、剧院和艺术画廊照明。 荧光灯的效率是传统白炽灯的四倍。

61. 电焊

电焊有两种：

1) 弧线；

2）电阻焊。 电弧焊是俄罗斯工程师发明的 NN 贝纳多斯 1882年

电弧焊利用电弧产生的热量。 根据贝纳多斯方法进行焊接时，电压源的一极连接到碳棒，另一极连接到待焊接的零件。 将细金属棒引入电弧火焰中，电弧火焰熔化，熔融金属滴落到零件上并凝固，形成焊缝。

1891 年，一位俄罗斯工程师 NG 斯拉维亚诺夫 提出了另一种应用最广泛的电弧焊方法。 根据Slavyanov方法的电焊如下。 碳棒被金属电极代替。 电极本身熔化，熔化的金属凝固，连接要焊接的零件。 电极使用后，更换新电极。

在焊接零件之前，必须用凿子、锉刀、砂纸彻底清除锈迹、氧化皮、油污、污垢。

为了产生稳定的电弧并获得牢固的焊缝，金属电极涂有特殊化合物。 这种涂层在电极熔化过程中也会熔化，并且浇注在要焊接的部件的强烈加热表面上，不会让它们氧化。

电阻焊。 如果将两块金属靠近并通过它们通过强电流，那么由于在两块接触点释放热量（由于高瞬态电阻），后者被加热到高温并焊接。

目前，无论是电弧焊还是电阻焊，都已牢牢地进入行业，并变得非常普遍。 他们焊接薄板和角钢、梁和钢轨、桅杆和管道、桁架和锅炉、船舶等。焊接用于制造新零件和修复由钢、铸铁和有色金属制成的旧零件。

开发了使用电焊的新方法：水下电焊； 自动焊接； 交流电焊接（该设备有一个特殊的部件——振荡器，其作用是产生高压、甚高频的交流电，保证焊接薄厚金属件时电弧稳定燃烧）。

当闭合和断开断路器或断路器，以及闭合和断开装置和设备的触点时，触点之间会产生电火花，通常是随之而来的电弧，熔化金属，触点燃烧或焊接，破坏安装操作。 这种现象称为电腐蚀。 火花一出现，就好像“啃”了金属。 为了对抗火花，有时在触点之间与火花间隙并联一个一定容量的电容器。

工程师 B.R. 拉扎连科和 I.N. 拉扎连科利用电火花的特性在他们设计的电腐蚀装置中“啃金属”。 安装操作基本如下。 来自电压源的一根电线连接到金属棒。 另一根导线连接到油中的工件。 使金属棒振动。 发生在杆和零件之间的电火花“咬”零件，在零件上形成一个与杆截面形状相同的孔（六角形、方形、三角形等）。

62. 电磁学

磁场是电磁场的两侧之一，由运动粒子的电荷和电场的变化激发，其特征是对运动的带电粒子产生力效应，从而对电流产生作用。

磁感应线的方向随着导体中电流方向的变化而变化。 导体周围的磁感应线具有以下特性：

1）直导体的磁感应线为同心圆形式；

2）离导体越近，磁感应线越密集；

3）磁感应（场强）取决于导体中电流的大小；

4）磁感应线的方向取决于导体中电流的方向。 有电流的导体周围的磁感应线的方向可以通过“手环法则”来确定。 如果带有右旋螺纹的螺丝刀（开瓶器）沿电流方向向前移动，则手柄的旋转方向将与导体周围的磁感应线方向一致。

磁场以磁感应矢量为特征，在空间上具有一定的大小和一定的方向。

与各点相切且与磁感应矢量方向重合的线称为磁感应线或磁感应线。

磁感应强度与垂直于磁场方向（磁感应矢量）的面积大小的乘积称为磁感应矢量的通量或简称为磁通量，用字母 Ф 表示：Ф = BS。测量值是韦伯（Wb）。

螺线管 称为线圈导体，电流通过它。 为了确定螺线管的极，他们使用“手环的规则”，应用如下：如果您将手环放置在螺线管的轴上，并在螺线管的匝中沿电流方向旋转，那么手环的平移运动将显示磁场的方向。

内部带有钢（铁）芯的螺线管称为 电磁铁。 电磁铁的磁场比螺线管强，因为嵌入螺线管中的钢片被磁化，产生的磁场被放大。 电磁铁的磁极可以像螺线管一样根据“手环的规则”来确定。

螺线管（电磁铁）的磁通量随着匝数和电流的增加而增加。 磁化力取决于电流和匝数的乘积。

您可以通过以下方式增加螺线管的磁通量：

1）将钢芯放入螺线管中，变成电磁铁；

2）增加电磁铁钢芯的横截面（因为在给定电流、磁场强度和磁感应强度的情况下，横截面的增加会导致磁通量增加）；

3）减小电磁铁的气隙（因为随着磁力线穿过空气的路径减少，磁阻减小）。

63. 电磁感应

当电路被磁场穿过时，电路中的电动势现象称为 电磁感应 并被一位英国物理学家发现 M·法拉迪姆 1831年

载有电流的导体被磁场包围。 如果改变导体中电流的大小或方向，或者打开和关闭为导体提供电流的电路，那么导体周围的磁场就会发生变化。 变化时，导体的磁场穿过同一导体并在其中感应出 EMF。 这种现象称为自感应。 感应电动势本身称为自感应电动势。

感应电动势发生在以下情况。

1. 当一个移动的导体穿过一个固定的磁场，或者相反，一个移动的磁场穿过一个固定的导体； 或者当导体和磁场在空间中移动时，相对于另一个移动。

2. 当一个导体的交变磁场作用于另一个导体时，会在其中感应出 EMF。

3.当导体的变化磁场在其中感应出一个EMF（自感应）。

为了确定导体中的感应电动势，使用“右手定则”：如果你将右手放在沿着导体的磁场中，使从北极出来的磁力线进入手掌，拇指弯曲与导体的运动方向一致，则伸出的四个手指将显示导体中感应电动势的方向。

导体中感应电动势的值取决于：

1）关于磁场感应的大小，由于磁感应线越密集，单位时间内穿过导体的数量就越多；

2）关于导体在磁场中的速度，因为在高速运动下，导体在单位时间内可以穿过更多的感应线；

3）关于导体的工作（位于磁场中）长度，因为一根长导体在单位时间内可以穿过更多的感应线；

4）关于导体运动方向与磁场方向夹角的正弦值。

1834年俄罗斯院士 E.Kh。 楞次 给出了确定导体中感应电动势方向的通用规则。 这条规则，称为楞次规则，表述如下：感应电动势的方向总是相同的，由它引起的电流及其磁场的方向往往会干扰产生这个的原因感应电动势。

当金属物体被磁力线穿过时在金属物体中感应出的电流称为涡流或傅科电流。

为了减少涡流损耗，发电机、电动机和变压器铁芯的电枢由单独的薄 (0,35-0,5 mm) 低碳钢冲压板组装而成，位于磁通线方向，并用清漆或薄纸。 这样做是为了减少由于每个钢板的小横截面而通过它的磁通量的大小，因此，减少其中感应的 EMF 和电流。

涡流很有用。 这些电流用于在感应电气测量仪器、仪表和交流继电器的操作中使用高频电流硬化钢制品。

64. 接收交流电

让电磁铁的两极之间形成一个均匀的磁场。 在场内，在外力的作用下，金属直线导体沿顺时针方向绕圈旋转。 磁力线的导体相交会导致导体中出现感应电动势。 该 EMF 的大小取决于磁感应的大小、导体的有效长度、导体穿过磁力线的速度以及导体运动方向与磁力线方向之间夹角的正弦值。磁场。 ?= Bl?sin?.

我们将圆周速度分解为两个分量——相对于磁感应方向的法线和切线。 速度的法向分量决定了感应的感应电动势，它等于：

?n = ?sin?. 切向速度分量不参与感应电动势的产生，等于：

移动时，导体会占据不同的位置。 对于导体的一整圈，其中的 EMF 首先从零增加到最大值，然后减小到零，并改变其方向，再次增加到最大值并再次减小到零。 随着导体的进一步移动，将重复 EMF 的变化。

大小和方向不同的电流将在外部电路中流动。 这种电流称为 变量 相反 永恒的， 提供原电池和电池。

可变 EMF 和交流电会周期性地改变它们的方向和大小。 变量（电流、电压和 EMF）在所考虑的时间点的值称为瞬时值。 一个变量的瞬时值中的最大值称为它的最大值或幅值，用Im、Um表示。

重复变量变化的时间段称为周期 T（以秒为单位）。 每单位时间的周期数称为交流电的频率，用 v 表示（以赫兹为单位）。 在工程中，使用各种频率的电流。 俄罗斯的标准工业频率为 -50 Hz。

导体中的 EMF 根据正弦定律感应。 这个 EMF 被称为 正弦曲线。

期间的交变正弦电流具有不同的瞬时值。 电流的作用不是由幅度或瞬时值决定的。 为了评估交流电产生的影响，我们将其与直流电的热效应进行比较。 通过电阻的直流功率为 C = I2R。

电流强度与交流电压的有效值和峰值之间的关系有以下形式：

Im = I?2，Um = U?2。

交流电的有效值等于这样的直流电，它通过与交流电相同的电阻，在相同的时间内释放出相同的能量。

65. 交流电路

考虑一个由电阻 R 组成的电路。为简单起见，我们忽略了电感和电容的影响。 正弦电压 u = Umsin?t 被施加到电路端子。 根据欧姆定律，电流的瞬时值为： i \uXNUMXd u / r =(Um / r)sin?t = Im sin?t。

有源电阻的交流电路的功率公式与直流电路的功率公式相同：P \u2d IXNUMXR。所有导体都有有源电阻。 在交流电路中，白炽灯的灯丝、电加热器和变阻器的螺旋、弧光灯和长直导体几乎只有一个有源电阻。

考虑一个交流电路，其中包含一个电感为 L 的线圈，但没有钢芯。 为简单起见，我们假设线圈的有源电阻非常小，可以忽略不计。

以最快的速度，电流在其零值附近变化。 在最大值附近，电流的变化率减小，在电流的最大值处，其增加等于零。 因此，交流电不仅在大小和方向上发生变化，而且在其变化率上也发生变化。 通过线圈匝的交流电产生交变磁场。 这个磁场的磁力线穿过它们自己的线圈匝，在它们中感应出一个自感应的电动势。 由于在我们的例子中线圈的电感保持不变，自感应的 EMF 将仅取决于电流的变化率。 电流变化的最高速率发生在零电流值附近。 因此，自感应的 EMF 在同一时刻具有最大的价值。

在初始时刻，电流从零急剧快速增加，因此具有负最大值。 由于电流增加，根据楞次规则，自感应的 EMF 应该防止电流变化。 因此，随着电流的增加，自感的电动势将具有与电流相反的方向。 电流变化率随着接近最大值而减小。 因此，自感的电动势也随之减小，直到最终在最大电流处，当其变化为零时，它变为等于零。

达到最大值的交流电流开始减小。 根据楞次定律，自感应的 EMF 将阻止电流减小，并且已经指向电流流动的方向，将支持它。

随着进一步的变化，交流电迅速减小到零。 线圈中电流的急剧下降也将导致磁场的迅速下降，并且由于线圈匝的磁力线相交，将在其中感应出最大的自感应电动势.

由于交流电路中的自感电动势不断抵消电流的变化，为了让电流流过线圈的匝数，电源电压必须平衡自感电动势。 即网络在每一时刻的电压必须与自感的电动势相等且相反。

值 XL = ?L 称为 感抗， 这是电路必须改变其中电流的一种障碍。

值 XC = 1/(?C) 称为 电容电阻， 与感应电抗一样，它取决于交流电的频率。

66. 振荡电路

考虑通过将电容器放电到线圈来获得交流电的情况。

充电的电容器具有电能储存器。 当与线圈短路时，它将开始放电，并且其中的电能供应将减少。 电容器的放电电流通过线圈的匝数，产生磁场。 因此，线圈将开始存储磁能。 当电容器完全放电时，其电能将变为零。 此时，线圈将有最大的磁能供应。 现在线圈本身变成了电流发生器并开始给电容器充电。 在磁场增长期间线圈中出现的自感应电动势阻止了电流增加。 现在，当线圈的磁场减弱时，自感应的电动势趋于使电流保持在同一方向。 在线圈的磁能变为零的那一刻，电容器极板的充电方式将与最初的充电方式相反，如果电路的电阻为零，则电容器将接收初始电源电能。 然后电容器将接收最初的电能供应。 然后电容器将再次开始放电，在电路中产生反向电流，并重复该过程。

电能到磁能的交替变换，反之亦然，形成了电磁振荡过程的基础。 发生电磁振荡过程的由电容和电感组成的电路称为 振荡电路。

如果振荡电路本身没有损耗，则振荡电路中发生的周期性能量波动可以以无阻尼振荡的形式无限期地持续下去。 然而，有源电阻的存在导致电路的能量储备随着有源电阻中的热损失而随着每个周期减少，结果振荡消失。

在没有电阻的振荡电路中发生的电磁振荡周期由汤姆森公式确定。

有两种方法可以改变电路振荡周期的时间——通过改变线圈的电感或电容器的电容。 在无线电工程中，这两种方法都用于此目的。

振荡电路是每个无线电接收器和无线电发射器的必要附件。

无线电传输的原理如下。 在电子管发生器的帮助下，发射无线电台的天线中会产生电磁振荡。 振荡幅度取决于许多因素，包括在麦克风电路中流动的电流量，麦克风电路会接收由语音或音乐引起的声音振动。

借助声音振动引起的高频振动变化称为 调制。

无线电通信最早是由一位杰出的俄罗斯科学家进行的 作为。 波波夫 （1859 1905）。

67. 三相交流电

多相系统 称为一组相同频率的可变 EMF，并在一个相位上相对于另一个相位偏移任意角度。

每个 EMF 都可以在自己的电路中运行，而不与其他 EMF 相关联。 这样的系统称为 无关。

非耦合多相系统的缺点是线数较多，相当于2m，因此，例如，通过三相系统传输电力需要XNUMX根线。 各相相互电连接的多相系统称为耦合多相系统。

多相电流具有重要的优点：

1) 多相电流传输相同功率时，所需导线截面比单相电流小；

2）在固定线圈或绕组的帮助下，它产生一个旋转磁场，用于电机和各种交流设备的运行。

在多相电流系统中，三相交流电得到了最实际的应用。

结果如下。 如果将三匝放置在磁极的均匀磁场中，每一个磁极相对于另一个的夹角为 120°，并且这些匝以恒定角速度旋转，则在磁极中会感应出一个电动势。转，其相位也将偏移 120°。

在实践中，为了获得三相电流，在交流发电机的定子上制作三个绕组，一个相对于另一个偏移 120°。

它们被称为相绕组或简称为发电机相。

在实践中不使用非耦合三相电流系统。

三相电流的发电机和用户的相绕组按星形或三角形方案连接。

如果将发电机或用电设备的相绕组连接起来，使绕组的末端靠近一个公共点，而绕组的始端连接到线性导线，则这种连接称为 星星。 在星形连接中，线电压是 V3 乘以相电压。 在负载不均匀的情况下，用电器的相电压大小不同，相电压的大小与相电阻成正比。 由于负载不均匀而发生的消费者零点的位移会导致照明网络中出现不良现象。 相位中包含的灯的数量和功率越大，它们的电阻越低，它们的相电压越低，它们的燃烧就越弱。

除了星形连接外，还可以开启发电机或三相电流消耗装置 三角形。

对于均匀的三角形负载，线电流是相电流的 V3 倍。

在电机和其他三相电流消耗装置中，大多数情况下，三个绕组的所有六个端都输出，如果需要，可以用星形或三角形连接。 通常，将绝缘材料板（端子板）连接到三相电机上，所有六个端都引出到该电机上。

三相系统的功率可以使用以下公式计算：P = ?3 IUcos ?。

68. 变形金刚

1876 年 PI 亚布洛奇科夫 建议使用变压器为蜡烛供电。 未来，变压器的设计是由另一位俄罗斯发明家、机械师开发的 如果。 使用， 谁建议使用变压器不仅为 Yablochkov 蜡烛供电，还为其他电能消耗者供电。

变压器是一种基于互感现象的电气设备，旨在将一种电压的交流电转换为不同电压但频率相同的交流电。 最简单的变压器有一个钢芯和两个绕组，它们既与铁芯绝缘又相互绝缘。

连接到电压源的变压器绕组称为 初级绕组， 连接消费者的绕组或通向消费者的传输线称为 次级绕组。

通过初级绕组的交流电产生交变磁通量，该磁通量与次级绕组的匝互锁并在其中感应出电动势。

由于磁通量是可变的，因此变压器次级绕组中的感应电动势也是可变的，其频率等于初级绕组中电流的频率。

通过变压器铁芯的可变磁通不仅穿过变压器的次级绕组，还穿过变压器的初级绕组。 因此，初级绕组中也会感应出 EMF。

变压器绕组中感应的电动势的大小取决于交流电的频率、每个绕组的匝数以及铁芯中磁通量的大小。 在一定频率和恒定磁通量下，每个绕组的电动势值仅取决于该绕组的匝数。 这种电动势值与变压器绕组匝数之间的关系可以用公式表示：

电动势与电压之差如此之小，电压与两个绕组匝数的关系可以用公式表示：U1/U2=N1/N2。 变压器初级绕组的电动势与电压之差在次级绕组开路且其中电流为零（空闲）时变得特别小，初级绕组中只有很小的电流流过，称为空载电流. 在这种情况下，次级绕组端子处的电压等于其中感应的 EMF。

显示初级绕组电压大于（或小于）次级绕组电压多少倍的数字称为变比，用字母 k 表示。 k = U1 / U2 ? N1/N2。

变压器铭牌上标明的高低压绕组的额定电压是指空载模式。

用于增加电压的变压器称为升压； 它们的转换比小于 XNUMX。 降压变压器降压； 它们的转换比大于一。

变压器次级绕组开路，在初级绕组两端施加交流电压的方式称为变压器空转或空转。

69. 变压器的设备和类型

变压器的铁心（磁路）为磁通量形成闭合回路，由厚度为 0,5 和 0,35 毫米的电工（变压器）钢制成。 电工钢是按重量计含有 4-4,8% 硅的钢。 硅的存在改善了钢的磁性并增加了其对涡流的抵抗力。 单独的钢板涂有一层清漆以将它们彼此隔离，然后用穿过绝缘套管的螺栓将它们拧紧。 这种装置用于减少由交变磁通量在钢中感应的涡流。 绕组所在的磁路部分称为磁棒。 杆由上下轭连接。

根据磁路的设计，变压器分为杆式和铠装式两种。 在棒式变压器中，绕组覆盖磁路的棒； 相反，在铠装变压器中，磁路作为“铠装”覆盖绕组。 铠装变压器的绕组一旦发生故障，检查不便，维修困难。 因此，最普遍的是棒式变压器。

变压器的绕组由绝缘的圆形或矩形铜制成。 首先将一个绝缘（通常是浸渍有电木清漆的纸板）圆柱体放在磁路的核心上，在其上放置一个低压绕组。 低压绕组靠近钢棒的位置可以解释为它比高压绕组更容易与钢棒隔离。

另一个绝缘圆筒放在叠加的低压绕组上，高压绕组放置在上面。

这种变压器称为双绕组变压器。 有些变压器每相具有一个初级绕组和两个次级绕组。 初级绕组是较高电压的绕组。 次级绕组根据其端子电压的大小，被称为：一个是中压绕组，另一个是低压绕组。 这种变压器称为 三绕组。

对于三相电流的变换，可以使用单相变压器。 如果我们将三个铁芯的钢组合成一个公共铁芯，我们就得到了一个三相变压器的铁芯。 三相变压器的变压器钢成本远低于安装三个单相变压器的成本。

如果转换所需的功率大于一台变压器的功率，则在这种情况下，将多台变压器接通以进行并联运行。

要使单相变压器并联运行，必须满足以下条件。

1、并联变压器的初级和次级绕组的电压必须相等。 在这种情况下，变压器的变比也将相等。

2.短路电压相等。

3、从高低电压侧同相合闸。

自耦变压器是一种在其铁芯上只有一个绕组的变压器。 初级和次级电路都连接到该绕组的各个点。 自耦变压器的磁通量在绕组中感应出电力。 该电动势几乎等于施加的电压。

70. 异步电机

异步机 称为交流电机，其转子转速小于定子磁场的转速，取决于负载。 与其他电机一样，异步电机具有可逆性，即它既可以在电动机模式下运行，也可以在发电机模式下运行。

三相感应电动机是由俄罗斯工程师 M.O. Dolivo-Dobrovolsky 于 1890 年成立，从那时起，经过改进，已在工业中牢牢占据一席之地，并在世界各国广泛使用。

感应电动机有两个主要部分 - 定子和转子。 定子是机器的固定部分。 凹槽在定子内侧制作，其中放置三相绕组，由三相交流电供电。 机器的旋转部分称为转子，绕组也铺设在其凹槽中。 定子和转子由厚度分别为 0,35 和 0,5 mm 的单独冲压电工钢片组装而成。 单独的钢板通过一层清漆相互隔离。 定子和转子之间的气隙尽可能小。

根据转子的设计，异步电动机配备鼠笼式和相转子。

异步电动机分为无刷和集电极。 无刷电机是应用最广泛的。 它们用于需要大致恒定的旋转速度并且不需要对其进行调整的地方。 无刷电机设计简单，运行无故障，效率高。

如果将定子的处理连接到三相交流电网络，则在定子内部会产生旋转磁场。 磁场的磁力线将穿过转子固定电流的绕组并在其中感应出 EMF。 转子在旋转过程中无法赶上定子的旋转磁场。 如果我们假设转子与定子磁场的转速相同，那么转子绕组中的电流就会消失。 随着转子绕组中电流的消失，它们与定子磁场的相互作用将停止，转子将开始比旋转的定子磁场更慢地旋转。 然而，在这种情况下，转子绕组将再次开始被定子的旋转磁场穿过，并且扭矩将再次作用在转子上。 因此，转子在旋转过程中，必须始终落后于定子磁场的转速，即异步旋转（不与磁场同步），这就是为什么这些电机被命名的原因 异步。

鼠笼式感应电机是工业中最常见的电机。 异步电动机的装置如下。 三相绕组放置在电机的固定部分（定子）上，由三相电流供电。 该绕组三相的起点显示在安装在电机外壳外部的公共屏蔽上。 由于定子绕组中流过交流电流，因此交变磁通量将穿过定子钢。 为了减少定子中产生的涡流，它由厚度分别为 0,35 和 0,5 毫米的合金钢片单独冲压而成。 缺点：转速调节困难，启动电流大。 因此，与它们一起，还使用具有相转子的异步电动机。

这种电机的定子装置及其绕组与鼠笼式转子电机的定子装置没有区别。 这两种发动机的区别在于转子的设计。 具有相转子的电动机具有转子，与定子一样，在转子上放置三相绕组，通过星形互连。

71. 同步发电机

同步机 称为机器，其转速是恒定的，在给定的交流电频率下，由极对数 p 决定：v \u60d XNUMX ·n / p。根据可逆性原理，由 E 发现.Kh。 Lenz 是一种同步电机，既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行。

同步发电机的运行是基于电磁感应现象。 由于运动导体是否穿过固定磁场，或者相反，运动磁场穿过固定导体是根本无关紧要的，所以结构上的同步发电机可以制成两种类型。 在其中的第一个中，磁极可以放置在定子上并为其绕组提供直流电，导体可以放置在转子上并使用交流电的环和电刷从转子上移除。

通常，产生磁场的机器部分称为电感器，而绕组所在的机器部分（其中感应出 EMF）称为电枢。 因此，在第一种发电机中，电感器是静止的，而电枢是旋转的。

与其他交流电机一样，同步发电机的定子由电工钢片制成的铁芯和框架（铸铁或钢板焊接外壳）组成，铁芯的凹槽中铺设有交流绕组。 定子绕组放置在铁芯内表面冲压的凹槽中。 由于机器通常必须在高电压下工作，因此必须特别小心地进行绕组绝缘。 云母石和云母带用作绝缘材料。

同步电机的转子按设计分为两种：

1) 显式极点（即带有明显的极点）；

2）隐式极性（即，具有隐式表达的极点）。

凸极转子为钢锻件。 磁极连接在转子轮缘上，励磁线圈安装在磁极上，彼此串联。 励磁绕组的末端连接到安装在转子轴上的两个环。 刷子叠加在环上，恒定电压源连接到环上。 通常，与转子位于同一轴上并称为励磁机的直流发电机会提供直流电来激励转子。 励磁机功率为同步发电机标称功率的0,25-1%。 励磁机额定电压 60-350 V。

自励同步发电机也可用。 使用连接到发电机定子绕组的硒整流器获得激励转子的直流电。 在第一时刻，旋转转子的剩余磁场在定子绕组中感应出一个小的可变 EMF。 连接到交流电压的硒整流器会产生直流电，从而增强转子的磁场，从而增加发电机的电压。

在设计电机和变压器时，设计师非常注意机器的通风。 对于同步发电机，使用空气和氢气冷却。

72. 直流发电机装置

直流发电机是一种电机，它将主发动机旋转的机械能转换为直流电能，该电机提供给消费者。 直流发电机工作原理 电磁感应。 因此，发电机的主要部件是带有绕组的电枢和产生磁场的电磁铁。

锚具有圆柱形状，由厚度为 0,5 毫米的单独冲压电工钢板制成。 这些片材通过一层清漆或薄纸相互隔离。 围绕每个片的圆周冲压的凹陷在组装电枢和压缩片时形成凹槽，其中铺设了电枢绕组的绝缘导体。

集电器固定在电枢轴上，由焊接到电枢绕组某些位置的单独铜板组成。 集电板通过云母相互隔离。 收集器用于整流电流并在固定电刷的帮助下将其转移到外部网络。

直流发电机电磁铁由用螺栓固定在框架上的钢磁极芯组成。 发电机框架由钢铸造而成。 对于功率非常低的机器，框架与磁极芯一起铸造。 在其他情况下，电线杆的核心是从单独的电工钢片中招募的。 由绝缘铜线制成的线圈放在芯线上。 通过励磁绕组的直流电产生磁极的磁通量。 为了更好地分布气隙中的磁通量，带有尖端的磁极连接到磁轭上，组装i从单个钢板。

当电枢在正磁场中旋转时，其绕组的导体中会感应出一个 EMF，其大小和方向是可变的。 如果将一匝的末端焊接到两个铜环上，将连接到外部网络的电刷施加到环上，那么当匝在磁场中旋转时，交流电流将在闭合电路中流动。 这是交流发电机运行的基础。

如果将线圈的两端连接在两个铜半环上，彼此隔离，称为集电板，并在其上施加电刷，则当线圈在磁场中旋转时，仍会在磁场中感应出交变电动势。线圈。 但是，在外部电路中，会流过大小不等的恒定方向电流（脉动电流）。

中性线或几何中性线是穿过电枢中心并垂直于磁极轴线的线。 在这个位置，线圈的有源侧沿着磁力线滑动而不穿过它们。 因此，线圈中没有感应电动势，电路中的电流为零。 电刷的宽度大于极板和绝缘间隙形成的集电区宽度，在中性线上的线圈在电刷的瞬间短路。

对于负载快速变化的发电机（起重机、轧机），有时会使用补偿绕组，该绕组放置在极片上特制的凹槽中。 补偿绕组中的电流方向必须与电枢绕组导体中的电流方向相反。 在极片覆盖的电弧上，补偿绕组的磁场会平衡电枢反应场，防止电机磁场发生畸变。 补偿绕组以及附加极的绕组与电枢绕组串联。

73. 直流发电机的类型

根据产生磁场的方法，直流发电机分为三组：

1) 永磁发电机或磁电发电机；

2）独立励磁发电机；

3) 自励发电机。 磁电发电机由一个或多个永磁体组成，带有绕组的电枢在其中旋转。 由于产生的功率非常低，这种类型的发电机不用于工业目的。

在独立励磁发电机中，磁极绕组由独立于发电机的外部恒压源（直流发电机、整流器等）供电。

自励磁发电机磁极的励磁绕组由电机本身的电枢电刷供电。 自激原理如下。 在励磁绕组中没有电流的情况下，发电机电枢在磁极剩磁的弱磁场中旋转。 此时在电枢绕组中感应的独立电动势向磁极绕组发送一个小电流。 磁极的磁场增加，导致电枢导体中的 EMF 也增加，这反过来又会导致励磁电流增加。 这将持续到与励磁电路的电阻值相对应的励磁绕组中建立电流为止。 只有当流过磁极绕组的电流会产生增强剩磁场的磁场，并且励磁电路的电阻不超过某个特定值时，机器才会发生自励磁。价值。

自励发电机，根据励磁绕组与电枢绕组的连接方式不同，分为三种类型。

1. 一种并联励磁（并联）发电机，其中磁极的励磁绕组与电枢绕组并联。

2、串励（串联）发电机，其中磁极的励磁绕组与电枢绕组串联。

3、混励（复励）发电机，其极上有两个绕组：一个与电枢绕组并联，一个与电枢绕组串联。 自励发电机的电压随负载变化有两个原因：

1）由于电枢绕组和电刷过渡触点中的电压降；

2）电枢反应的作用，导致机器的磁通量和电动势降低。 对于并联励磁的发电机，电压随负载变化的原因有以下三个： 1）由于电枢绕组和电刷过渡触点的电压降；

2）由于衔铁反作用力作用引起的磁通减少；

3）在前两个原因的影响下，发电机电压（或电枢电刷电压）随负载而降低。

串励发电机与并励发电机不同，串励发电机的电压随着负载的增大而增大，而并励发电机的电压则随着负载的增大而减小。

混合励磁发电机结合了并联和串联励磁发电机的特性。

74. 电动机

如果直流电机连接到电压源，那么它将与电动机一起工作，即将电能转换为机械能。 电机的这种既可用作发电机又可用作发动机的特性称为 可逆性。

电动机是1834年一位俄国院士发明的 理学士雅各比。

电动机的装置与发电机相同。 直流电动机的工作原理是基于在电枢绕组中流动的电流与电磁铁磁极产生的磁场的相互作用。 电机从网络中消耗的功率大于轴上的功率，因为​​轴承中的摩擦损失、集电器上的电刷、空气中的电枢、由于磁滞和涡流引起的钢损失、加热的功率损失电机绕组和变阻器。 电动机的效率随负载而变化。 在额定功率下，电机的效率在 70% 到 93% 之间，具体取决于电机的功率、转速和设计。

根据电枢绕组和励磁绕组的连接方式，直流电动机分为并联、串联和混励电机。

电流通过的电枢绕组的导体处于由磁极产生的磁场中，在该力的作用下它们被推出磁场。 为了使电动机电枢沿任何特定方向旋转，有必要使导体中的电流方向变为相反，一旦导体离开一个极的覆盖区域，越过中性线线并进入相邻、对极的覆盖区域。 为了在导体通过中性线时引导电动机电枢绕组的导体中的电流，使用了集电极。

在并联励磁电动机中，励磁绕组与电网并联，在励磁回路电阻和电网电压恒定的情况下，电动机的磁通量必须恒定。 随着电机负载的增加，电枢反应会削弱磁通量，从而导致速度有所增加。 在实践中，选择电枢绕组中的电压降，使其对电机速度的影响几乎可以通过电枢反应得到补偿。 并联励磁电机的一个特性是当其轴上的负载发生变化时，旋转速度几乎是恒定的。

对于串励电机，电枢绕组和励磁绕组串联。 因此，流过两个电机绕组的电流将相同。 在电机磁路钢的低饱和度下，磁通量与电枢电流成正比。

在混合励磁电机中，电机磁极上存在两个绕组使您可以利用并联和混合励磁电机的优点。 这些优点是恒速和高启动扭矩。 混励电动机的速度控制是通过并联励磁绕组电路中包含的调节变阻器来实现的。

75. 整流器

引擎发电机 很少使用，通常使用将交流电转换为直流电的特殊装置，被称为 整流器。 在工程中，应用最广泛的整流器有两种：

1）固态整流器；

2）汞整流器。

固体整流器被称为单个部件由固体制成的整流器。 从固态整流器开始，氧化铜 (cuprox)、硒、硅和锗已在技术中广泛应用。

汞整流器是：

1）玻璃；

2）金属。

除固体和汞整流器外，还有整流器：机械、整流管、胃管、电解。 整流管（电子管整流器）广泛用于无线电工程，它们存在于大多数由交流网络供电的现代无线电接收器等中。氧化铜 (cuprox) 整流器由三层组成：

1）具有高浓度自由电子的金属；

2）绝缘（锁定），没有自由电子；

3) 具有少量自由电子的半导体。 如果小层上存在电位差，则阻挡层中会产生强电场，这有助于自由电子从与其相邻的层中射出。

在硒整流器中，一个电极是镀镍铁垫圈，上面涂有一层薄薄的硒。 第二个电极是一层特殊的、高导电性的铋、锡和镉合金，沉积在硒上。 接触黄铜垫圈压在该层上。 为了将元件包含在电路中，使用了接触两个电极的板。 阻挡层出现在覆盖层和硒层之间的边界处。

汞整流器的作用是基于所谓的阀门（单侧）电弧的能力，该能力已在抽空并充满汞的容器中产生，以仅在一个方向上通过电流。 阀门是一种对正向电流具有低电阻而对反向电流具有高电阻的装置。

对于 500 A 以上的电流，使用金属汞整流器。 整流器的金属外壳是水冷的。 与身体隔离的阴极杯充满了汞。 主阳极穿过阳极套，保护阳极免受汞蒸气冷凝的影响。 点火阳极和自激阳极置于整流器内部。 点火阳极的顶端连接到放置在螺线管中的钢芯上。 如果关闭为螺线管供电的电流电路，则磁芯被吸入并降低点火阳极，该阳极浸入水银中一小段时间，然后在弹簧的作用下返回其先前的位置。 点火阳极和汞之间产生的电弧被转移到激发阳极，激发阳极支持电弧，防止其熄灭。

使用分段变压器或自耦变压器对整流器处的整流电压进行调整，该变压器的绕组有多个分支。 通过改变供给整流器的交流电压的值，整流电压的值也随之改变。

76. 电子仪器

为了测量电量，使用了特殊的电气测量仪器。 电测仪器已广泛应用于国民经济各部门电气装置的合理运行、控制和保护。

在电测仪表中，装置有可动部分和固定部分。 电流的表现，例如，它的热、磁和机械效应，是设备的运动部件和静止部件相互作用的基础。 产生的扭矩与指针（箭头）一起转动设备的可移动部分。

在扭矩的作用下，可动系统转动的角度越大，测量值越大。 与扭矩相反，必须产生相等且相反的反作用力矩，否则，对于测量值的任何值（零除外），箭头将偏离到刻度的末端，直到它停止。

通常，反扭矩是使用磷青铜螺旋弹簧产生的。

如您所知，摩擦总是与运动相反。 因此，当设备的运动部分移动时，摩擦会干扰这一点并扭曲设备的读数。 为了减少摩擦，某些设计中的运动部件安装在由高硬度石头（红宝石、蓝宝石、玛瑙）制成的推力轴承的芯上。 为了保护芯和止推轴承在转移或运输过程中不被破坏，一些设备有一种称为 笼中， 它将可移动部分抬起并固定不动。

在某些原因的影响下，装置的反力矩会发生变化。 例如，在不同的温度下，螺旋弹簧具有不相等的弹性。 在这种情况下，设备的箭头将远离零格。 要将箭头设置为零位置，需要使用一种称为校正器的设备。 该设备的测量机构被封装在一个外壳中，保护它免受机械影响和灰尘、水、气体的侵入。

该设备的条件之一是其运动部件的快速平静，通过使用介质（空气、油）的机械阻力或磁感应制动安装阻尼器来实现。

电测仪器的区别有以下特点： 1）按测量值的性质；

2) 按电流类型；

3）根据准确程度；

4）根据作用原理；

5) 根据获取读数的方法；

6) 根据应用的性质。

除了这些特征外，还可以区分电气测量仪器：

1) 通过安装方式；

2) 防止外部磁场或电场的方法；

3) 与过载有关的耐久性；

4）适用于各种温度；

5）外形尺寸等特点。

根据电流的种类，装置分为直流装置、交流装置和直流和交流装置。

根据工作原理，器件分为磁电式、电磁式、电动式（铁动力式）、感应式、热式、振动式、热电式、探测器等。

77. 测量仪器装置

磁电系统的设备根据线圈与电流和永磁体场相互作用的原理工作。 由钴、钨或镍铝钢制成的强力永久马蹄形磁铁会产生磁场。 磁铁的末端是由低碳钢制成的带有圆柱形凹槽的极片。 一个钢筒固定在极片之间，起到降低磁路电阻的作用。 磁力线离开极片，由于钢的磁导率远大于空气，它们从根本上进入圆柱体，在气隙中形成几乎均匀的磁场。 当磁力线离开圆柱体时会产生相同的磁场。 圆柱体周围有一个轻质铝制框架，其上缠绕有绕组（线圈），由绝缘铜线制成。 框架位于止推轴承中的轴上。 铝制箭头也附在轴上。 抵消力矩由两个扁平螺旋弹簧产生，它们同时为设备的绕组提供电流。

电磁装置的工作原理是线圈电流与由铁磁材料制成的动铁芯的磁场相互作用。 根据设计，电磁设备分为两种类型：扁平线圈设备和圆形线圈设备。

电动装置的工作原理是基于两个线圈的磁场相互作用：一个是固定的，另一个是在轴上转动。

热力装置的工作原理是基于金属线在被电流加热时伸长，然后将其转换为装置运动部分的旋转运动。

感应式测量仪器的特点是使用几个固定线圈，用交流电供电，并产生一个旋转或运行的磁场，在仪器的运动部件中感应出电流并使其运动。 感应设备仅与交流电一起使用，如瓦特表和电表。

热电系统设备的工作原理基于使用由不同导体组成的电路中产生的电动势，如果这些导体的结点温度与电路其余部分的温度不同。

探测器系统的设备是磁电测量设备和一个或多个半导体整流器（探测器）在一个电路中连接在一起的组合。 氧化铜整流器通常用作整流器。

振动系统仪器的特点是使用许多具有不同自然振荡周期的调谐板，并且由于振动板的频率与测量频率的共振，因此可以测量频率。 振动设备仅用作频率计。

78. 仪表变压器

在交流网络中，出于安全原因，使用电压和电流互感器将测量仪器与高压线分开，并扩大仪器的测量范围。

为确保高测量精度，电压（电流）互感器不应改变其变比，并且初级和次级电压（电流）矢量之间的角度为 180 度。 当通过电压（电流）变压器打开此类设备时，最后一个条件是必要的，其读数取决于电网电压和电流之间的偏移角度。

然而，在实践中，电压（电流）互感器存在所谓的变比误差和角度误差。

变比的相对误差是次级电压（电流）乘以变比与初级电压（电流）的实际值之差。

测量变压器角度误差 电压（电流）是初级电压（电流）矢量和次级电压（电流）矢量之间旋转 180 度的角度。 变比误差和角度误差随着负载的增加而增加。 因此，变压器的负载不能超过标称（在护照上标明）功率。

测量电压互感器的初级和次级绕组由绝缘铜线制成，并放在由不同的变压器钢片组装而成的闭合铁芯上。 电压互感器分为单相和三相。 为了保护变压器免受测量仪器电路中的过载和短路，次级绕组中包含一个低压熔断器。 在高压绕组绝缘击穿的情况下，铁芯和次级绕组会接收到高电位。 为避免这种情况，变压器的次级绕组和金属部件均接地。

电流互感器用于将大电流转换为小电流。 两个绕组缠绕在铁心上，由不同的变压器钢片组装而成：初级，由少量匝组成，串联到被测电流通过的电路，次级，由大量转动，连接到测量仪器。 在高压网络中测量电流时，测量仪器与高压电线分开并绝缘。 电流互感器的次级绕组通常进行5A（有时10A）的电流，初级额定电流可以从5到15A。

初级电流与次级电流之比，约等于绕组匝数的反比，称为电流变比。 标称变比以分数的形式标明在变压器的护照上，分子中标明额定一次电流，分母中标明额定二次电流。

79. 变阻器

在电气实践中，以及在电机的操作中，使用了各种变阻器。

变阻器是一种具有一定电阻的装置，可以改变它，从而改变电路的电流和电压。 变阻器可提供滑动触点、杠杆、液体、灯和插头。

带滑动接触的变阻器。 裸线缠绕在瓷管上。 由于经过特殊处理，导线表面覆盖有一层不导电的薄氧化膜。 滑块沿金属条滑动，压在变阻器导线上。 由于变阻器的一部分电阻是与电灯串联插入的，因此流过灯丝的电流会减少，这种情况下灯会燃烧得更少。 通过向右移动滑块，我们将减小变阻器的电阻，从而增加灯的光强度。 滑动接触变阻器用于需要电路中电流平稳、缓慢变化的地方。

杠杆变阻器。 螺旋线在绝缘材料框架上拉伸。 螺旋是串联的。 接触的分支是从各个螺旋的开始、结束和连接处形成的。 通过将杠杆放在变阻器的某个触点上，我们可以改变电阻，并随之改变电路中的电流。 然而，这些变化并不是一帆风顺的，而是突然发生的。

线变阻器最常见的材料是铁、镍、康铜、锰铜和镍铬合金。

液体变阻器。 变阻器是装有苏打溶液的金属容器。 一个杠杆固定在铰链上，上面有一把铁或铜刀。 带刀的杠杆通过垫圈与金属盒隔离。 在苏打溶液中升高或降低刀，我们可以改变电路中的电流。 通过将刀降低到溶液中，我们增加了刀与溶液之间的接触面积，并增加了通过变阻器的电流。 随着刀的进一步浸入，手柄的触点会进入金属外壳上的夹子，变阻器会短路，即停止工作。

液体变阻器用于高电流电路中。

灯变阻器。 表示一组并联的几个电灯。 众所周知，如果一盏白炽灯的电阻为 150 欧姆，那么两盏相同的灯的总电阻仅为 75 欧姆，三盏灯的总电阻为 50 欧姆，依此类推。

因此，并联连接的几个相同灯的总电阻将等于一个灯的电阻除以连接的灯的数量。

插入变阻器。 通常被称为电阻箱，它们代表一组特定的微调电阻。 电阻线圈的末端连接到切割的铜条上。 当铜插头插入钢筋的切口时，它将连接钢筋的两个相邻部分。 这样，通过其末端连接到棒的相邻部分的电阻从电路中关闭，或者正如他们所说的那样，短路（短路）。

移除的插头使电流通过电阻线圈。

电阻箱可以很容易地在电路中包含精确定义的电阻值，并用于电气测量。

80. 有功电能的测量

直流电 从直流功率公式P=UI可以看出，功率的确定可以通过电流表和电压表的读数相乘来确定。 然而，在实践中，功率测量通常是使用特殊仪器进行的—— 功率计。 功率计由两个线圈组成：一个固定的，由少量匝数的粗线组成，一个可移动的，由大量的细线组成。 当功率计开启时，负载电流通过电路中串联的固定线圈，动圈并联到用电端。 为了降低并联绕组的功耗，减轻动圈的重量，在其上串联了一个额外的锰铜电阻。 由于可动线圈和固定线圈的磁场相互作用，产生与两个线圈的电流成比例的转矩。 设备的扭矩与电路中消耗的功率成正比。

为了使器件的箭头从零向右偏离，必须使电流沿一定方向通过线圈。

除了电动功率计，铁动力系统的功率计也用于测量直流电路中的功率。

单相交流电。 当电动功率计连接到交流电路时，动圈和定圈的磁场相互作用，将导致动圈旋转。 设备运动部分的瞬时转动力矩与设备两个线圈中电流瞬时值的乘积成正比。 但是由于电流的快速变化，运动系统将无法跟随这些变化，并且设备的旋转力矩将与平均或有功功率 P = U I cos? 成正比。

为了测量交流电的功率，还使用了感应系统的功率计。

在大电流的低压网络中使用瓦特表测量功率时，会使用电流互感器。 为了减小功率计绕组之间的电位差，电流互感器的初级和次级电路有一个共同点。 变压器的次级绕组没有接地，因为这意味着将网络的一根线接地。

在这种情况下，要确定网络的功率，您需要将瓦特计的读数乘以变压器的变比。

三相交流电。 在三相系统的均匀负载下，使用一个单相功率计来测量功率。 在这种情况下，相电流流过功率计的串联绕组，并联绕组接相电压。 因此，瓦特表会显示一相的功率。 要获得三相系统的功率，您需要将单相功率计的读数乘以三。

在高压网络中，使用电压和电流测量变压器打开三相功率计。

81. 有功电能的测量

直流电 为了测量直流电的能耗，使用了三个系统的仪表：电动、磁电和电解。 电动系统中应用最广泛的计数器。 固定电流线圈，由少数几匝粗线组成，串联到网络上。 称为电枢的球形可动线圈安装在可在推力轴承中旋转的轴上。 电枢绕组由大量匝数的细线制成，并分为几个部分。 这些部分的末端焊接到集电板，由金属平刷接触。 电源电压通过附加电阻提供给电枢绕组。 在电表运行过程中，由于电枢绕组中的电流与线圈固定电流的磁通量相互作用，产生转矩，在该转矩的影响下电枢将开始转动。 网络中消耗的能量可以通过电枢（磁盘）的转数来判断。 电枢每转一圈的能量称为米常数。 每单位记录电能的电枢转数称为齿轮比。

单相交流电。 为了测量单相交流电路中的有功电能，使用感应系统仪表。 感应式电表的装置与感应式电能表的装置几乎相同。 不同之处在于仪表没有产生反作用力的弹簧，从而使仪表盘可以自由旋转。 功率计的箭头和刻度在计数器中由计数机构代替。 永磁体在瓦特计中起到镇静作用，在仪表中产生制动扭矩。

三相交流电。 三相交流电的有功电能可以使用电路中包含的两个单相表按照类似于两个瓦特表的电路进行测量。 三相有功电能表计量电能更加方便，将两个单相电能表的操作合二为一。 二元三相有功电能表的开关电路与相应的功率表的电路相同。

在四线制三相电流网络中，采用类似于三电表的电路来测量有功电能，或者采用三元三相电表。 在高压网络中，使用电压和电流测量变压器打开仪表。

单相电流的无功电能可以通过读取电流表、电压表、相位表和秒表来确定。

为了计算三相电流网络中的无功电能，可以使用普通有功电能表和特殊无功电能表。

考虑一种特殊的三相无功电能表装置。 这种仪表装置与二元三相功率表的装置相同。 两个元件的并联绕组连接到网络。 不是两个，而是四个串联绕组叠加在 U 形磁芯上。 此外，一个串联绕组缠绕在第一元件的U形芯的一个分支上。 第二电流绕组放置在第一系统的铁芯的第二分支上，第三电流绕组放置在第二系统的第一分支上。 第四电流绕组放置在第二元件的U形铁芯的第二分支上。

82. 电力驱动

电机和传动装置驱动执行器。 因此，机器的这两部分被称为 驾驶。

如果使用电动机来驱动工作机，那么这种驱动器称为电驱动器或简称电驱动器。

电驱动的第一个实际应用应该被一位院士考虑在船上使用 理学士雅可比 1838 年，船上安装了电动机，由原电池供电。

生产中使用的电驱动器可分为三种主要类型：组、单引擎和多引擎。

电驱动组由一个电动机组成，该电动机通过传动装置和反向驱动装置使多个执行器运动。 反向传动装置是一个位于轴承中的短轴。 一个阶梯式皮带轮、一个工作皮带轮（连接到轴上）和一个惰轮（松散地安装在轴上）位于轴上。 反向驱动可以改变机器的旋转速度（使用阶梯式皮带轮），停止和启动机器（使用工作或空转皮带轮）。 停止驱动电机会导致所有从其接收机械能的执行器停止。 当只有一部分执行器工作时，群驱效率低。

单个电动执行器由驱动单独执行器的电动机组成。 单轴钻床、小功率车床等都配备了单驱动，最初，从发动机到机床的运动传递是通过反向驱动进行的。 随后，电动机本身进行了设计更改，并开始与执行器集成在一起。 这样的单个驱动器称为 个人。

多电机驱动器由多个电动机组成，每个电动机用于驱动执行器的各个元件。 多电机驱动器用于复杂的大功率金属加工机、轧机、造纸机、起重机和其他机器和机构。

根据电流的种类，电驱动器分为直流电驱动器和交流电驱动器。 根据连接电枢绕组和励磁绕组的方法，直流电机分为并联、串联和混合励磁。

在确定机器的功率时，区分了三种操作模式。

1.连续工作的特点是运行时间长，机器的加热达到稳定状态。

2、短时运行的特点是在运行期间发动机温度没有时间达到稳定状态。

3、间歇工作方式的特点是工作周期和停顿的交替。 一个工作时间和一个暂停时间不应超过10分钟。 间歇工作方式由工作时间的相对长短决定。

83. 电机的绝缘、设计和冷却

发动机功率由其加热决定。 机器的允许加热受绝缘材料的耐热性以及发动机冷却系统的限制。

电机中使用的绝缘材料分为五类。 绝缘等级 A。 它包括浸有各种油的棉织物、丝绸、纱线、纸张和其他有机材料，以及搪瓷和清漆。 绝缘等级 B。 这包括由云母、石棉和其他含有有机粘合剂的无机材料制成的产品。 绝缘等级 BC。 由云母、玻璃纱和石棉组成，用于耐热清漆。 绝缘等级CB。 在耐热清漆上由无机材料组成，不使用绝缘材料 A级。绝缘C级。 包括云母、瓷器、玻璃、石英和其他无粘合剂的无机材料。 绝缘的最高允许加热温度 A级-105o，对于 B类-120o，对于 飞机类 -135o，对于 圣级 稍高，取决于所用清漆的耐热性，对于 C类 温度未设置。

根据保护免受外部环境影响的方法，电机的执行形式分为以下几种。

1. 打开电机。 此版本中机器的旋转部件和载流部件没有受到意外接触和异物进入的保护。

2. 受保护的电机。 这种机器的旋转和载流部件受到保护，免受触摸和异物的影响。

3.防滴电机。 这种机器的内部部件受到保护，防止垂直落下的水滴进入。

4. 防溅电机。 机器的内部部件受到保护，防止从任何一侧以 45 度角从垂直方向落下的水溅。

5.封闭式电机。 这种设计的机器内部零件与外部环境是分开的，但没有那么紧密，可以认为是密封的。 本机用于多尘环境，可安装在室外。

6.防水电机。 当从软管倒在机器上时，机器的内部空间受到保护，防止水渗入其中。 用于船舶装置。

7、防爆电机。 一种封闭式机器，其设计方式使其能够承受外部环境中所含气体在其内部的爆炸。

8 ... 密封机器。 一种完全封闭的机器，其中所有开口都关闭得如此紧密，以至于在一定的外部压力下，机器内部与机器外部的气体介质和液体之间的任何连通都被排除在外。

根据冷却方式，机器分为以下几种。

1. 无专用风扇的自然冷却机器。 冷却空气的循环是由于机器旋转部件的通风作用和对流现象而进行的。

2. 人工排气或强制通风的机器，其中冷却受热部件的气体循环通过专用风扇增强，包括：轴上装有风扇（保护或关闭）的自通风机器； 具有独立通风的机器，其风扇由外部电机驱动（封闭式机器）。

84. 电动机的保护

为了避免损坏电机绝缘和损坏绕组和电气连接的完整性，电机必须具有保护装置，确保及时断开与网络的连接。 电机运行异常的最常见原因是过载、短路、欠压或失压。

超载 称为电机电流增加超过标称值。 超载可能是小规模的、短期的。 过载可能会过度且持续时间较长，这对电机绕组来说是危险的，因为电流产生的大量热量会烧焦绝缘层并烧毁绕组。

其绕组中可能发生的短路对电机也很危险。 电动机的过载和短路保护称为 过流保护。 熔断器、电流继电器、热继电器提供最大保护。 某些保护装置的选择取决于电机的功率、类型和用途、启动条件和过载的性质。

保险丝是由铜、锌或铅制成并安装在绝缘底座上的低熔点线的装置。 保险丝的目的是在发生不可接受的大过载或短路时将用户与网络断开。 保险丝具有相对较小的功率，保险丝或某种断开装置可以在没有损坏或毁坏危险的情况下进行切断，称为极限分断功率。

保险丝有软木、板和管状。 镜面保险丝适用于高达 500 V 的电压和 2 至 60 A 的电流，用于保护照明网络和低功率电动机。 片状熔断器具有主要缺点（烧断时插入金属飞溅，更换困难），目前正在尝试不使用。 管状低压熔断器的制造电压高达 500 V，电流范围为 6 至 1000 A。在结构上，管状熔断器可以由开放式瓷管和封闭式玻璃、纤维或瓷管制成。 带有熔断器的管子通常被石英砂覆盖。 在保险丝熔断的那一刻，沙子将电弧分解成一系列小电弧，很好地冷却电弧并迅速熄灭。

在电压高达 500 V 的直流和交流电路中，使用自动空气开关或简单的自动机。 机器的目的是在过载或短路的情况下打开电路。

热继电器的主要部分是双金属片。 在加热元件的热​​量的作用下，双金属板变形，通过弯曲释放闩锁。 在弹簧的作用下，闩锁绕轴旋转，并在杆的帮助下打开继电器辅助电路的常闭触点。 使用返回按钮将闩锁返回到其原始位置。 热继电器的发热元件是根据电动机的额定电流来选择的。

85. 接触器和控制器

用于电动机的远程和自动控制， 接触器。 根据电流的类型，接触器有直流电和交流电。

在直流接触器中，由接触器闭合的电源电路通过安装在绝缘底座上的触头、接触器本身的触头和柔性载流连接。 接触器由电磁铁闭合，其绕组由辅助控制电路供电。 当控制电路闭合时，电磁铁吸引衔铁，使接触器的触点闭合。

只要电磁线圈电路闭合，接触器就保持在接通位置。 直流接触器 KP 内置 220 个、440 个和 600 个主触头，在 20、250 和 48 V 电压的直流电路中工作。主触头设计的额定电流为 110 至 220 A。KP 的电磁线圈接触器设计用于 XNUMX、XNUMX 和 XNUMX V 电压。

除了用于闭合和断开电源电路的主触点外，接触器还配备了用于信号电路和其他用途的辅助触点。 KP 接触器允许每小时最多 240-1200 次开关。

交流接触器的开关线圈制造电压为 127、220、380 和 500 V，频率为 50 Hz。 这些接触器允许每小时最多 120 次开关。

启动发动机、改变旋转方向、控制速度和停止发动机，这些设备称为 控制器。 根据电流控制器的类型有直流和交流。 其触点包含在电动机电源电路中的控制器称为功率控制器。

有一些控制器可以关闭电磁设备的控制电路，它们依次关闭和打开电动机的电源电路。 这样的控制器被称为 控制器。

根据接触系统的设计，控制器可以是鼓式和凸轮式。 滚筒控制器的轴使用手轮旋转。 片状的铜板和作为动触点的铜板固定在与之隔离的轴上。 这些段可以具有不同的长度并且其中一个相对于另一个偏移某个角度。 一些段是电互连的。 当控制器轴旋转时，其部分连接到安装在绝缘条上的固定触点。 指型固定触点终止于易于更换的“裂纹”。 由于将活动触点连接到固定触点，在受控电路中进行了必要的切换。

凸轮控制器由一组接触器元件组成，这些接触器元件在位于控制器轴上的凸轮垫圈的帮助下关闭和打开。 为了更好地灭弧，控制器的每个接触元件都配备了单独的灭弧装置。 凸轮控制器的触点比滚筒控制器的触点具有更高的分断能力，并允许更多的开关次数（每小时最多 600 次开关）。

86. 启动发动机的方法

异步电机可以在全电压（直接启动）和降低电压下启动。 使用刀开关、开关、批量开关、磁力启动器、接触器和控制器进行直接启动。 在直接启动期间，全电源电压被施加到电机。 这种启动方式的缺点是启动电流大，是电机额定电流的27倍。

最简单的是直接启动带有鼠笼转子的异步电机。 这种电动机的启动和停止是通过打开或关闭刀开关等来执行的。具有相转子的异步电动机的启动是使用通过环和电刷连接到转子绕组的启动变阻器来执行的。 在启动发动机之前，可以确保启动变阻器的电阻已完全输入。 在启动结束时，变阻器被顺利移除并短路。 启动时转子电路中存在有源电阻会导致启动电流减小和启动转矩增加。 为了降低异步电动机的启动电流，提供给电动机定子绕组的电压会降低。

您还可以使用自耦变压器降低提供给电动机的电压，同时降低电动机的启动电流。 启动时，自耦变压器将电压降低 50-80%。

同步电动机的主要缺点之一是难以启动。 可以使用辅助启动电机或异步启动来启动同步电机。

如果具有励磁磁极的同步电机的转子被另一个辅助电机转动到定子磁场的转速，那么定子的磁极与转子的磁极相互作用，将使转子进一步独立旋转在没有外部帮助的情况下，与定子磁场同步，即同步。 启动时，感应电动机的极对数必须小于同步电动机的极对数，因为在这些条件下，辅助异步电动机可以使同步电动机的转子达到同步速度。

启动的复杂性和对辅助电机的需要是这种启动同步电机的方法的显着缺点。 因此，目前很少使用。

为了实现同步电机的异步启动，在转子磁极的磁极片中放置了一个额外的短路绕组。 由于在启动期间在电机励磁绕组中感应出很大的 EMF，出于安全原因，它通过一个电阻开关关闭。

当同步电动机的定子绕组中的三相网络电压接通时，会产生旋转磁场，该磁场穿过嵌入转子极片中的短路绕组，在其中感应出电流。 这些电流与定子的旋转磁场相互作用，将导致转子旋转。 当转子达到更高的转数时，开关切换，使转子绕组连接到直流电压网络。 异步启动的缺点是启动电流大（工作电流的5-7倍）。

87. 电动机的转速控制

直流电动机的转速可以通过改变提供给电动机的电压或通过改变电动机磁通量的大小来控制。

可以通过将可变控制电阻与电动机的电枢串联或通过将多个电动机的电枢绕组串联和并联来改变提供给电动机电枢的电压的大小。 最常用的速度控制方法是改变电机磁通量的大小。 为此，在电机励磁绕组电路中包含一个变阻器，从而可以对电机速度进行广泛而平滑的调节。

异步电动机的转速由以下方法之一控制。

1.改变电机极数。 为了能够改变电机的磁极对数量，定子要么由两个独立的绕组制成，要么由一个绕组制成，该绕组可以重新连接到不同数量的磁极。 定子绕组的重新连接是使用特殊设备进行的 - 控制器。 在这种方法中，发动机转速的调整是跳跃式地进行的。 只有采用鼠笼式转子的异步电机才能通过改变极数来调节电机转速。 短路转子可以使用任意数量的定子磁极运行。 相反，带有相绕组的电动机的转子只有在定子极数一定的情况下才能正常工作。 否则，转子绕组也必须切换，这会给电机电路带来很大的复杂性。

2.改变交流电的频率。 使用这种方法，提供给电机定子绕组的交流电的频率使用特殊的发电机来改变。 当电机组较大，需要联合平滑调速时，调整电流频率变化是有利的。

3. 将电阻引入转子电路。 在发动机运行期间，调节​​变阻器的电阻被引入转子绕组电路。 此方法仅适用于带相转子的电机。

4. 用饱和扼流圈控制。 单相饱和扼流圈有两个绕组：一个连接到交流电路，另一个称为控制或偏置绕组，连接到直流电压源（整流器）。 随着控制绕组中电流的增加，电感器的磁系统饱和，交流绕组的电感电阻减小。 通过在异步电动机的每一相中包含扼流圈并改变控制绕组的电流，可以改变电动机定子电路中的电阻，从而改变电动机本身的转速。

为了启动大功率直流电机，以及广泛调节发动机的转速，采用“发电机-发动机”方案，简称G-D。G-D系统可以实现软启动。发动机转速的启动和宽调节。

88. 电池

可充电电池 配备铅酸或碱性电池，其中前者应用最为广泛。

固定式铅酸电池的电池包括 C 型电池（固定用于长放电模式）或 SC（固定用于短放电模式）。 电池 SK 与带有加强连接极的 C 型电池不同。 这些电池的字母名称后面的数字表示它们的容量、放电和充电电流。

C 型电池设计放电时间为 3 至 10 小时； 最大允许3小时放电电流为9A。SC电池可以在更短的时间内放电——最多1小时； 最大允许一小时放电电流为18,5A。

短期放电电流（不超过 5 秒）不应超过 C 型电池三小时放电电流的 250%和 SK 型电池一小时放电电流的 250%。

充电时，允许的最大充电电流：C 型电池为 9 A，CK 型电池为 11 A。

每种电池的容量值根据放电电流的大小和放电模式的不同而有很大的不同。

对于固定式蓄电池，使用铠装型SP和SPK（固定铠装）铅酸电池。 对于便携式电池，使用 ST 型（启动器）的铅酸电池。

碱性电池配备了 ZhN 或 TGN 类型的铁镍电池。

电池编号对应于其标称容量（以安培小时为单位）。

电池以正常充电模式的电流充电6-7小时，在以下模式下允许加速充电：首先以正常值的两倍电流充电2,5小时，然后以正常值的电流充电2小时价值。

对于便携式电池，使用电压为 10 V 的 12,5 ZhN 铁镍电池； 4 ZHN-5 V； 5 ZHN-6,5 V。

在电池运行期间，每个电池的电压都会降低。 如果不采取特殊措施，电池母线电压也会下降。 在这方面，当电池放电时，除了工作电池之外，还必须连接新的元件。 因此，电池由许多持续工作的电池和几个根据需要打开和关闭的电池组成。 改变有效电池单元数量的装置称为元件开关。

在发电站和变电站，可以使用以下类型的直流负载：

1）恒定负载——控制面板上的信号灯和控制灯，一些保护和自动化继电器等；

2) 临时负荷——发生在三相交流电变电站断电的情况下； 由应急照明灯和直流电机组成；

3) 短期负载 - 用于接通开关、部分保护和自动化继电器的电动执行器的机制。

89. 电池操作模式

有两种电池操作模式： 充放电 и 不断充电。

充放电模式的特点是电池充电后，充电器关闭，电池提供恒定负载（报警灯、控制装置）、周期性短时负载（电磁断路器驱动）和紧急负荷。 放电到一定电压的电池重新连接到充电单元，充电单元在为电池充电的同时为负载供电。

对于按照充放电方式工作的电池，每三个月进行一次均衡充电（再充电）。

恒定充电模式如下。 电池由副充电器持续充电，因此随时处于充满电的状态。 电池可以感知直流网络中发生的冲击负载。 每月一次，必须从充电单元为在涓流充电模式下运行的电池充电。

为了实现充放电模式，使用了带有双元件开关的电池电路。 发动机发电机用作充电单元。 发电机通过保险丝、带有反向电流继电器的过电流断路器、电流表和两位开关连接到轮胎。

最大的机器保护发电机免受过载。

如果发电机的 EMF 低于电池总线上的电压，则反向电流继电器会关闭发电机。 当发电机速度降低、供应发动机的交流电压丢失以及其他原因时，可能会发生这种情况。 如果此时发电机没有关闭，那么通过切换到发动机模式，它将成为电池的负载。

连接到电池的电池总数必须使得即使放电到最低电压的电池也必须在电池母线上提供额定电压。

如果网络负载可以忽略不计，该单元可以为网络提供电流并同时为电池充电。 然而，在充电结束时，发电机提供的电压高于网络通常运行的电压。 如果您在网络中包含一个变阻器，那么由于其中的电压降，您可以降低电压。 但这是不经济的。 发电机在网络和充电上同时运行的问题的一个简单解决方案是在电路中使用二元开关。 后者使得可以使用发电机电压和电源电压之间的差来为连接到开关的一组电池充电。

电池位于发电厂或变电站大楼地下室或一楼的特殊房间内。 房间必须干燥，不受温度突然变化、震动或振动的影响。 房间的入口是用前庭做的。 蓄能器水平的房间温度不应低于10o。 电池室必须有送风和排风。

90. 电气设备的安全

如果操作人员严格遵守技术操作规程和安全规程，电气装置的工作是完全安全的。 为此，已研究过安全规则并获得知识测试证书并分配有资格组的人员被允许在电气装置上工作。

基本防护装备 设备被称为设备，其绝缘能够可靠地承受装置的工作电压，并允许在带电的情况下接触带电部件。

任何电压装置中的主要绝缘保护设备包括用于操作开关、测量、接地和其他用途的绝缘棒，以及用于熔断器的绝缘夹，以及在低压装置中，此外，绝缘手套和连指手套以及钳工的带绝缘手柄的工具。

附加保护装置是指本身不能保证防触电安全并起到增强主要保护装置作用的装置，同时也起到防止接触电压、跨步电压和电弧烧伤的作用。 高压装置中的附加保护绝缘装置包括：绝缘手套和连指手套、绝缘靴、橡胶垫和轨道、绝缘支架。 对于所有高压操作，初级保护设备应与次级保护设备一起使用。 必须对使用中和库存中的防护设备进行编号，并且必须在特定时间检查它们的状况。

维修和安装工作必须在设备关闭的情况下进行。 如果由于某种原因无法关闭安装，则在带电工作时，必须遵守使用保护装置（绝缘垫、橡胶手套、护目镜等）的安全规定。

在高压下工作时，必须遵守以下注意事项：

1) 工作只能由一组工人（至少两人）进行，以便在发生事故时其中一人可以协助另一人；

2) 工人必须与地面良好隔离；

3) 工作人员在执行工作过程中，不得触摸未隔离的人员以及金属部件；

4）开始工作前，必须由工人自己仔细检查所有的保护装置。

在高压装置和设备中开始工作之前，必须使用适当的仪器确保进行工作的装置部分没有电压。 然后需要对集电轮胎、变压器电缆进行放电，检查是否有短路，合上并牢固接地。

作者：Kosareva O.A.

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