Мост для измерения сопротивлений.

R₁, R₂, R₄ – регулируемые сопротивления, значения которых известно.

Изменяя значения сопротивлений R₁, R₂, R₄ добиваемся того, чтобы ток в диагонали I_ав=0 (стрелка гальванометра должна установиться на нулевой отметке). В этом случае потенциалы точек «а» и «в» равны между собой (мост уравновешен).

При этом падение напряжения в ветви «с-а» равно падению напряжения в ветви «с-в»:

I₁R₁=I₂R₂

Но при этом условии должны быть равны между собой и напряжения в ветвях «a-d» и «b-d»:

I₃R_x=I₄R₄

Разделим первое равенство на второе и получим пропорцию:

I₁R₁/ I₃R_x= I₂R₂/ I₄R₄

Сопротивления R₁ и R_х включены последовательно, значит I₁= I₂.

Сопротивления R₂ и R₄ также включены последовательно, значит I₂= I₄.

Произведя сокращения в пропорции, найдем значение R_x:

R_x= R₁ R₄/ R₂

Схема управления трехфазным асинхронным короткозамкнутым двигателем при помощи магнитного пускателя.

Т1 и Т2 - тепловые реле и их контакты

К - катушка пускателя и его контакты

П - кнопка «Пуск»

С - кнопка «Стоп»

Пр - предохранители

Цепь управления состоит из последовательно включенных: замыкающей кнопки П (пуск), размыкающей кнопки С (стоп), обмотки электромагнита пускателя К и размыкающих контактов тепловых реле Т1 и Т2. Кнопка П шунтируется замыкающим блок-контактом К, который замыкается одновременно с главными контактами пускателя К.

При нажатии кнопки П получает питание катушка электромагнита пускателя К, пускатель срабатывает и замыкает свои главные контакты К в цепи питания электродвигателя и блокирует кнопку П контактом К в цепи управления. При отпускании кнопки П пускатель остается во включенном состоянии и двигатель вращается.

Для останова двигателя необходимо нажать кнопку С (стоп), при этом обмотка электромагнита пускателя К обесточивается и размыкаются контакты К в силовой цепи и цепи управления

Полупроводники.

Полупроводниками называются материалы, занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. В отличие от проводников полупроводники имеют не только электронную, но и дырочную проводимость.

Химическую связь двух соседних атомов, обусловленную образованием общей пары электронов на одной орбите, называют парноэлектронной или ковалентной связью. Например, германий принадлежит к элементам четвертой группы периодической таблицы Менделеева. Следовательно, он имеет на внешней орбите четыре валентных электрона. Каждый атом в кристалле германия образует парноэлектронные связи с четырьмя соседними атомами

При температуре, близкой к абсолютному нулю, все валентные электроны атомов в кристале германия взаимно связаны, свободных электронов нет; следовательно, кристалл не обладает проводимостью. При повышении температуры увеличивается энергия части электронов, что приводит к нарушению ковалентных связей и появлению свободных электронов. Под действием внешнего электрического поля свободные электроны перемещаются, обусловливая электронную проводимость.

В момент образования свободного электрона в ковалентных связях образуется свободное (вакантное) место – «электронная дырка». При наличии дырки какой-либо из электронов соседней связи может занять место дырки и нормальная связь в этом месте восстанавливается, однако нормальная связь нарушается в том месте, откуда ушел электрон; эту новую дырку может занять еще какой-либо электрон и т.д. Под действием внешнего электрического поля происходит перемещение дырок в направлении поля, т.е. в направлении, обратном перемещению электронов. Перемещение дырок эквивалентно перемещению положительных зарядов. Этот процесс называется дырочной электропроводностью. Если при электронной электропроводности один свободный электрон проходит весь путь в кристалле, то при дырочной большое число электронов поочередно замещают друг друга в связях, т.е. имеет место как бы эстафета электронов, при которой каждый электрон проходит свой этап пути. Т.о., электропроводность полупроводника складывается из электронной и дырочной. При нарушении парноэлектронных связей в кристалле полупроводника одновременно возникает одинаковое число свободных электронов и дырок.

Примесная электропроводность полупроводников.

Свойства полупроводника можно изменить, внеся в него ничтожное количество примеси.

Напрмер, при замещении в кристаллической решетке атома германия атомом мышьяка, имеющим пять валентных электронов, четыре электрона мышьяка образуют заполненные связи с соседними атомами германия, а пятый электрон, слабо связанный с атомом мышьяка, превратится в свободный, поэтому примесь мышьяка увеличивает электронную проводимость.

При замещении атома германия атомом индия, имеющим три валентных электрона, они вступят в ковалентную связь с тремя атомами атомами германия, а связи с четвертым атомом германия будут отсутствовать, т.к. у индия нет четвертого электрона. Восстановление всех связей возможно, если недостающий четвертый электрон будет получен от ближайшего атома германия. Но в этом случае на месте электрона, покинувшего атом германия, появится дырка, которая может быть заполнена электроном из соседнего атома германия. Процесс последовательного заполнения свободной связи эквивалентен движению дырок в полупроводнике. Т.о., примесь индия повышает дырочную проводимость.

Проводники с преобладанием электронной проводимости называются полупроводниками типа n, а полупроводники с преобладанием дырочной проводимости – типа р.

Полупроводниковый диод.

Полупроводниковый диод представляет собой контактное соединение двух полупроводников, один из которых – с электронной проводимостью, а другой – с дырочной.

Вследствие большой концентрации электронов в полупроводнике n по сравнению с полупроводником р будет происходить диффузия электронов из первого полупроводника во второй. Аналогично будет происходить диффузия дырок в полупроводник n. В тоноком пограничном слое полупроводника n возникает положительный объемный заряд, а в пограничном слое полупроводника р – отрицательный заряд. Между разноименно заряженными слоями возникает разность потенциалов – потенциальный барьер – и образуется электрическое поле напряженностью Е_пер, препятствующее диффузии. Тонкий пограничный слой обладает большим сопротивлением и называется запирающим слоем или р - n –переходом.

Соединив положительный зажим источника питания с полупроводником р, а отрицательный зажим с полупроводником n, получим в приборе внешнее электрическое поле Е_внеш, направленное навстречу полю р - n –перехода; под действием внешнего поля электроны и дырки будут двигаться навстречу друг другу. При этом в переходном слое объемный заряд уменьшается, уменьшаются потенциальный барьер и сопротивление переходного слоя.

Таким образом, в цепи устанавливается ток I_пр, называемый прямым, который будет значительным даже при относительно небольшом напряжении источника питания.

Изменив полярность источника питания, получим внешнее поле одного направления с полем р - n –перехода и, следовательно, усиливающее его. Теперь поле еще больше будет препятствовать прохождению основных носителей заряда через запирающий слой. Итак, контактное соединение двух полупроводников с разными видами электропроводности

(диод) обладает односторонней проводимостью.

Полупроводниковые выпрямители.

По схеме однополупериодного выпрямления через диод и сопротивление нагрузки проходит выпрямленный ток I только в течение положительной половины периода переменного напряжения U вторичной обмотки трансформатора. В течение второго отрицательного полупериода напряжения ток через нагрузку не проходит, т.к. диод заперт. Недостатком рассмотренной схемы являются пульсации тока и напряжения на нагрузке.