Активная, реактивная и полная мощности.

законы изменения тока и напряжения , , то их произведение .

Мгновенная мощность

График этой функции - результат графического умножения графиков тока и напряжения.

активной мощностью Р -среднее значение мгн мощности за период: .

Активная мощность физически представляет собой энергию, которая выделяется в единицу времени в виде теплоты на участке цепи с сопротивлением R . Следовательно: .

Единица активной мощности - 1Вт (Ватт).

Под реактивной мощностью Q принимают произведение напряжения на участке цепи на ток, протекающий по этому участку, и на синус угла φ между напряжением и током. . Единица реактивной мощности – вольт-ампер реактивный (ВАр).

Величина, объединяющая активные реактивные мощности, называется полной мощностью. . Единица полной мощности - вольт-ампер (ВА).

Для того, чтобы вычислить полную мощность нужно комплекс напряжения умножить на сопряженный комплекс тока: .

. (3.41)

мощности P, Q, S связаны следующей зависимостью: .

Графически эту связь можно представить в виде прямоугольного треугольника– треугольника мощности, у которого имеются катет, равный Р, катет равный Q и гипотенуза S.

Отношение Р к S, равное , называется коэффициентом мощности. . На практике всегда стремятся увеличить , так как реактивная мощность, которая всегда существует в цепи R, L, C, не потребляется, а используется лишь активная. Из этого можно сделать вывод, что реактивная мощность является лишней и ненужной.

В общем случае резонансная частота ,

В теоретическом случае при токи и сдвинуты по фазе относительно напряжения на углы (рис. 3.23б) и суммарный ток . Входное сопротивление цепи при этом бесконечно велико.

резонанс возможен, если сопротивления оба больше или оба меньше ρ.

Если , то резонансная частота имеет любое значение, то есть резонанс наблюдается на любой частоте.

На рис. 3.24 показаны частотные характеристики проводимостей ветвей и , и входной проводимости цепи .

При изменении частоты от 0 до эквивалентная проводимость , то есть индуктивная и изменяется от до 0. При наступает резонанс токов, .

При возрастании частоты от до входная проводимость , то есть имеет емкостной характер и изменяется от 0 до .

Резонанс напряжений Усл возн резонанса напр в послед RLC - контуре является равенство реактивных сопротивлений катушки и конденсатора.При значения противоположных по фазе напр на индуктивности и на емкости равны, поэтому резонанс в рассматриваемой цепи называют резонансом напряжений.

Полное сопротивление послед контура при резонансе минимально и равно активному сопротивлению. .

Из закона Ома при ток в контуре макс и, ввиду чисто акт сопротивления цепи, совпадает по фазе с приложенным напряжением: . Напр на индук и на емкости равны и в Q раз превышают приложенное напряжение: .

Величина Q называется добротностью контура и показывает во сколько раз напряжение на реактивном (индуктивном или емкостном) элементе превышает напряжение на входе схемы в резонансном режиме. В радиотехнических устройствах Q может достигать 300 и более.

Для добротности контура ,

ρ – волновое сопр контура: .

резонансной угловой частотой: .

соответственно резонансной частотой. .

Резонанс токов

Такую цепь часто называют параллельным контуром. Условием возникновения резонанса является равенство реактивных проводимостей:

, . .

При противоположные по фазе реактивные составляющие токов равны, поэтому резонанс в рассматриваемой цепи получил название резонанса токов.

Из вект диаграммы видно, что при резонансе ток на выходных выводах контура может быть значительно меньше токов в отдельных ветвях.

При резонансе общий ток в параллельном контуре по фазе совпадает с приложенным напряжением.

Добротность контура показывает во сколько раз ток в ветви превышает питающий ток , , - экви акт сопр - если .

Характерной особ полупроводников явл ярко выраж темп зав удело электр сопротивления. С повыш температуры оно, как правило, умен на 5...6% на градус, в то время как у металлов удельное эл сопр с повыш температуры растет на десятые доли процента на градус. Удельное сопр п/п также резко умен при введении в него незнач кол-ва примеси.

Большинство прим в настоящее время полупроводников относится к крист телам, атомы которых образуют простр решетку. Взаимное притяжение атомов крист решетки осущ за счет ков связи, т. е. общей пары вал электронов, вращ по одной орбите вокруг этих атомов. Согласно принципу Паули, общую орбиту могут иметь К п/п отн вещества, кот по своим эл свойствам занимают промежуточное полож между провод и диэлектриками.

Отлич признаком п/п явл сильная завис их электропроводности от температуры, концентрации примесей, воздействия светового и иониз изл-й.

Особенности собственных полупроводников:При температуре равной относительному нулю все атомы полупроводника находятся в невозбужденном состоянии и концентрация носителей зарядов равна нулю.При повышении температуры концентрация увеличивается, но концентрация электронов равна концентрации дырок.

Полупроводник n – типа образуется при добавлении донорной примеси.

Вал элементы атомов мышьяка образуют ков связь с вал элементами атомов кремния при этом остаётся один свободный электрон. Этот электрон находится вне валентной зоны и легко может перейти а зону проводимости.

Полупроводник p – типа образуется путём добавления акцепт примеси. Атом гелия имеет три вал элемента. Они образуют ковалентную связь с тремя атомами кремния, при этом остаётся свободным один энерг уровень в валентной зоне. Электронно-дырочный переход – это переход образ при соед двух полупроводников разного типа проводимости.

Под действием градиента концентрации электронов из n – области переходят в р – область. В результате в р – области на границе р – n перехода возн объемный отриц заряд, а в n – области – объёмный полож заряд. Взаимодействие этих зарядов создаёт диффузионное эл поле. Разность пот-в возн на границе наз - контактной разностью потенциалов

Собств эл поле явл торм для основных носителей заряда и ускор для неосновных. Электроны p-области и дырки n-области, совершая тепле движение, попадают в пределы дифф эл поля, увлекаются им и перебрасываются в противопол области, образуя ток дрейфа, или ток проводимости.

Классификация п/п диодов производится по следующим признакам:

методу изготовления перехода: сплавные, диффузионные, планарные, точечные, диоды Шоттки и др.; материалу: германиевые, кремниевые, арсенидо-галлиевые и др.;

- физическим процессам, на использовании которых основана работа диода: туннельные, лавинно-пролетные, фотодиоды, светодиоды. диоды Ганна др.;

- назначению: выпрямительные, универсальные, импульсные, стабилитроны, детекторные, параметрические, смесительные, СВЧ-диоды

Выпрямительными диоды, предн для преобр перем напр пром частоты в пост. Основой диода является обычный p-n переход. В практ случаях p-n переход диода имеет достаточную площадь для того, чтобы обеспечить большой прямой ток. Для получения больших обратных напр диод обычно выпол из высокоомного материала. Осн параметрами, характ выпрям диоды максимальный прямой ток I_пр _max; падение напряжения на диоде при заданном значении прямого тока I_пр (U_пр» 0.3...0,7 В для германиевых диодов и U_пр» 0,8...1,2 В -для кремниевых); максимально допустимое постоянное обратное напряжение диода U_обр _max;обратный ток I_обр при заданном обратном напряжении U_обр_.барьерная емкость диода при подаче на него обратного напр некот величины;- диапазон частот, в кот возможна работа диода без сущ снижения выпр тока; рабочий диапазон температур (германиевые диоды работают в диапазоне -60...+70°С, кремниевые - в диапазоне -60...+150°С, что объясняется малыми обратными токами кремниевых диодов).Выпре диоды обычно подразд на диоды малой, средней и большой мощности, рассчитанные на выпрямленный ток до 0.3, от 0,3 до 10 и свыше 10 А Для работы на высоких напряжениях (до 1500 В) предназначены выпрям столбы, предст собой послед соед p-n переходы, конструктивно объед в одном корпусе. Выпускаются выпр матрицы и блоки, имеющие в одном корпусе по четыре или восемь диодов, соед по мостовой схеме выпрямителя и имеющие I_пр _max до 1 А и U_o₆_p _max до 600 В.

При протекании больших прямых токов I_пр и опред падении напряжения на диоде U_п_p B нем выделяется большая мощность. Для отвода данной мощности диод должен иметь большие размеры p-n перехода, корпуса и выводов. Для улучш теплоотвода исполя радиаторы или различные способы принудительного охлаждения Среди выпрямительных диодов следует выделить особо диод с барьером Шоттки. Этот диод характеризуется высоким быстродействием и малым падением напряжения (U_п_p < 0,6 В). К недостаткам диода следует отнести малое пробивное напряжение и большие обратные токи.

Стабилитроны и стабисторы Стабилитроном называется п/п диод, на обратной ветви ВАХ которого имеется участок с сильной зависимостью тока от напряжения (рисунок 2.2), т.е. с большим значением крутизны DI/DU (DI= I_cт _max - I_ст _min). Если такой участок соответствует прямой ветви ВАХ, то прибор называется стабистором. Стабилитроны используются для создания стабилизаторов напряжения. Напр стабилизации U_ст равно напр эл пробоя p-n перехода при некотором заданном токе стабилизации I_ст (рисунок). Стабил свойства хар дифф сопр стабилитрона r_д = DU/DI, кот должно быть возможно меньше. К параметрам стабилитрона относятся: напряжение стабилизации U_c_т, мин и максимальный токи стабилизации I_ст _min I_ст _max.

Варикапом наз п/п диод, исп в качестве эл упр емкости с достаточно высокой добр в диапазоне рабочих частот. В нем испя свойство p-n-перехода изменять барьерную емкость под д-м вн напр Осн параметры варикапа: номин емкость С_Н при зад ном напр U_Н(обычно 4 В), максимальное обратное напряжение U_обр _max и добротность Q.

Расчет характеристикАД. Рассчитать сечение токопров проводов j=3 А/мм².