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一般的な電子工学および電気工学。 チートシート：簡単に言えば、最も重要な
目次
1. エレクトロニクスの歴史 エレクトロニクスの出現と発展の基礎は、XNUMX 世紀と XNUMX 世紀の物理学者の研究によって築かれました。 空気中の放電に関する世界初の研究は、XNUMX 世紀に行われました。 学者によるロシアの ロモノソフ и リッチマン そしてそれらとは別に、アメリカの科学者 フランクリン。 重要な出来事は、1802年に学者ペトロフによって電気アークが発見されたことでした。希薄ガス中の電流の通過プロセスの研究は、前世紀にイギリスで行われました。 クルックス、トムソン、タウンゼント、アストン、 ドイツ語で ガイスラー、ギットルフ、プラッカー 1873年 ロディギン 世界初の電気真空装置である白熱灯を発明しました。 彼とは別に、少し後にアメリカの発明家によって同じランプが作成され、改良されました。 エジソン。 電気アークは最初に照明目的で使用されました ヤブロチコフ 1876年。1887年、ドイツの物理学者 ヘルツ 光電効果を発見しました。 熱電子放出は、1884年にエジソンによって発見されました。 1901年、リチャードソンは熱電子放出の詳細な研究を実施しました。 最初の冷陰極陰極線管は1897年に製造されました。 茶色 （ドイツ）。 無線工学における電子機器の使用は、1904 年に英国の科学者が フレミング ラジオ受信機の高周波振動を整流するために、白熱カソードを備えた1907電極ランプを使用しました。 XNUMX年、アメリカの技術者 リー・ド・フォレスト コントロールランプにグリッドを導入しました。つまり、最初の三極真空管を作成しました。 同年、サンクトペテルブルク工科大学の教授 なでる テレビ画像を受信するためにブラウン管を使用することを提案し、その後、彼のアイデアの実験的確認を実施しました。 1909-191年ロシアで コヴァレンコフ 長距離電話通信を増幅する最初の三極真空管を作成しました。 熱陰極の発明は非常に重要でした。 チェルニシェフ 1921年、アメリカのヘルはシールドグリッドを備えたランプを改良し、1926年に彼は五極管を提案しました。これは最も一般的なランプの1930つになりました。 1930年に クベッキ VekshinskiyとTimofeevが多大な貢献をした設計で光電子増倍管を発明しました。 特別なテレビ伝送管の最初の提案は、1930年から1931年に独立して行われました。 コンスタンティノフとカタエフ。 アイコノスコープと呼ばれる同様のチューブが米国で製造されました ズウォリーキン。 そのような管の発明は、テレビの開発のための新しい機会を開いた。 やや後の1933年。 シュマコフ и ティモフィーエフ 強力な人工照明なしでテレビ送信を行うことを可能にする、新しい、より感度の高い送信管（スーパーアイコンスコープまたはスーパーエミッター）を提案しました。 ロシアの放射線物理学者 ロザノフスキー 1932年に、彼は電子の流れを速度変調する新しいデバイスを作成することを提案しました。 彼のアイデアによると、1939年にArsen'evaとHeilは、過渡クライストロンと呼ばれる、マイクロ波振動を増幅および生成するための最初のそのようなデバイスを構築しました。 1940年に コバレンコ マイクロ波振動を生成するために広く使用されている、より単純な反射クライストロンを発明しました。 デシメートル波の技術にとって非常に重要なのは作品でした Devyatkova、Daniltseva、Khokhlova и グレヴィッチ、 1938年から1941年。 フラットディスク電極を備えた特別な三極管を設計しました。 この原則に従って、サーメット ランプはドイツで製造され、ビーコン ランプは米国で製造されました。 2. 半導体デバイス 半導体デバイスは真空管に比べて 利点: 1) 軽量および小さいサイズ; 2) 加熱のためのエネルギー消費がない。 3) 動作の信頼性が高く、耐用年数が長い (最大数万時間)。 4）高い機械的強度（振動、衝撃、およびその他のタイプの機械的過負荷に対する耐性）; 5）半導体デバイスを備えたさまざまなデバイス（整流器、増幅器、発電機）は、デバイス自体のエネルギー損失がわずかであるため、効率が高くなります。 6）トランジスタを備えた低電力デバイスは、非常に低い電源電圧で動作できます。 7) 半導体デバイスの設計と動作の原理は、エレクトロニクスの開発における新しい重要な方向、つまり半導体マイクロエレクトロニクスを生み出すために使用されます。 同時に、現在の半導体デバイスには次のようなものがあります。 欠点: 1）このタイプのデバイスの個々のインスタンスのパラメータと特性には大きな広がりがあります。 2) デバイスの特性とパラメータは温度に大きく依存します。 3) 時間の経過に伴うデバイスの特性の変化 (エージング)。 4) 場合によっては、それ自体のノイズが電子デバイスのノイズよりも大きくなります。 5) ほとんどのタイプのトランジスタは、数十メガヘルツを超える周波数での動作には適していません。 6) ほとんどのトランジスタの入力抵抗は、真空管の入力抵抗よりもはるかに小さいです。 7) 電気真空デバイスのような高出力用のトランジスタはまだ製造されていません。 8）ほとんどの半導体デバイスの動作は放射性放射線の影響で急激に劣化します。 トランジスタは、増幅器、受信機、送信機、発電機、テレビ、測定器、パルス回路、電子計算機などでうまく使用されています。半導体デバイスを使用すると、電源からの電気エネルギーの消費が大幅に節約され、装置の大きさの何倍にもなります。 半導体デバイスに新しい材料を使用して改善するための研究が進行中です。 数千アンペアの電流用の半導体整流器が作成されました。 ゲルマニウムの代わりにシリコンを使用することで、125℃以上の温度でデバイスを動作させることができます。数百メガヘルツ以上の周波数用のトランジスタと、マイクロ波周波数用の新しいタイプの半導体デバイスが作成されました。電子管の半導体デバイスへの置き換えは、多くの無線工学デバイスで成功裏に行われています。業界では、さまざまなタイプの半導体ダイオードやトランジスタが多数製造されています。 3.均質な電場における電子の運動 電子と電界との相互作用は、真空および半導体デバイスにおける主要なプロセスです。 電子は、負の電荷を持つ物質の粒子であり、その絶対値は e = 1,610-19C です。 動かない電子の質量は m = 9,110-28g に等しい。 移動速度が速くなると、電子の質量が増えます。 理論的には、c = 3·108m/s に等しい速度では、電子の質量は無限に大きくなるはずです。 従来の真空装置では、電子の速度は 0,1 秒を超えません。 この条件の下では、電子の質量は m に等しい一定と見なすことができます。 電極間の電位差がUで、電極間の距離がdの場合、電界強度はE \ uXNUMXd U/dです。 均一な電界の場合、Eの値は一定です。 力線に沿って方向付けられた運動エネルギー W0 と初期速度 v0 を持つ電子が、より低い電位を有する電極、たとえば陰極から放出されるとします。 電界は電子に作用し、陽極などのより高い電位を持つ電極への移動を加速します。 つまり、電子は電位の高い電極に引き寄せられます。 この場合、フィールドは呼び出されます 加速しています。 加速場では、電子を動かす場の仕事により、電子の運動エネルギーが増加します。 エネルギー保存則によれば、電子の運動エネルギー W-W0 の増加は場の仕事に等しく、これは移動した電荷 e と電位差 U の積によって決まります。 = mv2/2 - mv20/2 = eU。 電子の初速度がゼロの場合、W0 = mv20/2 = 0 および W=mv2/2 = eU、つまり電子の運動エネルギーは場の仕事に等しい。 加速場における電子の速度は、通過する電位差に依存します。 電子の初速度 v0 の方向が、場から電子に作用する力 F の方向と反対であるとします。つまり、電子は、電位の高い電極から一定の初速度で飛び出すことになります。 力 F は速度 v0 の方向に向かうため、電子は減速され、一様に遅くなって直線運動します。 この場合のフィールドはブレーキングと呼ばれます。 したがって、この場は、電子の初速度の方向に応じて、一部の電子では加速し、他の電子では減速します。 制動場では、電子は場にエネルギーを与えます。 逆の方向では、電子は加速場内で初速度なしで移動し、スローモーション中に失ったエネルギーが電子に戻ります。 電子が磁力線の方向に直角に初期速度 v0 で飛び込む場合、電場は式 f = eE によって決定され、より高い電位に向けられた力 F で電子に作用します。 力がなければ、Rpotential は慣性によって速度 v0 で等速運動します。 また、力 F の作用下で、電子は v0 に垂直な方向に一様な加速度で移動しなければなりません。 結果として生じる電子の動きは放物線に沿って発生し、電子は正電極に向かって偏向されます。 電子がこの電極に落ちずに電場を超えると、慣性によって一様に直線的に移動し続けます。 電子は特定の放物線に沿って移動し、電極の XNUMX つに当たるか、場を離れます。 電場は常に、電子の運動エネルギーと速度を一方向または別の方向に変化させます。 このように、電子と電場の間には常にエネルギー相互作用、つまりエネルギー交換があります。 電子の初速度が力線に沿ってではなく、力線に対してある角度で向けられている場合、電場は電子の軌道も曲げます。 4.不均一な電場における電子の運動 のために 不均一な電界 多様でしばしば複雑な構造が特徴です。 さまざまな法則に従って強度がポイントごとに変化する、互いに類似していない多くの不均一なフィールドがあり、力線は通常、何らかの形の曲線です。 最も単純なのは、電気真空デバイスでよく見られるラジカル不均一場であり、円筒形電極間に形成されます。 内部電極の表面から放出された電子の初速度が力線に沿って方向付けられている場合、電子は直線で移動し、半径に沿って加速されます。 しかし、内部電極から離れると、電界強度と電子に作用する力が小さくなり、加速度も低下します。 より一般的なケースでは、不均一なフィールドには曲線の形の力線があります。 この場が加速している場合、初速度v0の電子は、力線と同じ曲率を持つ曲線軌道に沿って移動します。 力Fは、電子自体の速度ベクトルに対してある角度で向けられた、場の側面から電子に作用します。 この力は電子の軌道を曲げ、その速度を上げます。 この場合、電子の軌道は力線と一致しません。 電子に質量がなく、したがって慣性がない場合、電子は力線に沿って移動します。 ただし、電子には質量があり、前回の移動で得られた速度で慣性により直線的に移動する傾向があります。 電子に作用する力は、力線に対して接線方向に向けられ、曲線の力線の場合、電子速度ベクトルと角度を形成します。 したがって、電子の軌道は湾曲していますが、電子の慣性により、この曲率では力線から「遅れ」ています。 湾曲した磁力線を持つ減速する不均一な場の場合、場から電子に作用する力も電子の軌道を曲げ、その速度を変化させます。 しかし、軌道の曲率は、力線が曲がる方向とは反対の方向に得られます。つまり、電子の軌道は力線から離れて移動する傾向があります。 この場合、電子の速度は、より負の電位を持つポイントを通過するにつれて減少します。 簡単にするために、電子の相互作用を無視して、不均一な場での電子の流れの動きを考えてみましょう。 電子の流れが、力の平均直線に関して対称である加速する不均一な場で移動するとします。 この場合、力線は電子の運動方向に収束します。つまり、電界強度が増加します。 そのようなフィールドを呼び出しましょう 収束。 電子の流れがこの場に飛び込み、その速度が平行に向けられているとします。 電子の軌道は、力線が曲がるのと同じ方向に曲がります。 そして、平均的な電子だけが平均的な力線に沿って直線的に移動します。 その結果、電子は互いに接近します。つまり、集束レンズの助けを借りて光束の集束を連想させる、電子流の集束が得られます。 さらに、電子の速度は増加します。 力線が電子の運動方向に発散する場合、場は慣習的に 発散。 その中で、電子の流れは散乱します。これは、電子の軌道が湾曲中に互いに離れて移動するためです。 したがって、加速発散場は、電子ビームの発散レンズです。 場が減速して収束している場合、集束はありませんが、速度の低下に伴う電子の散乱があります。 逆に、減速する発散場では、電子ビームの集束が得られます。 5. 一様磁場中の電子の運動 一部の電気真空装置は、磁場内の電子の動きを利用しています。 電子が磁力線に垂直に向けられた初期速度 v0 で一様な磁場に飛び込む場合を考えてみましょう。 この場合、移動する電子は、いわゆるローレンツ力 F の影響を受けます。この力は、ベクトル h0 および磁場 H のベクトルに垂直です。力 F の大きさは、式 F = ev0H によって決定されます。 v0 = 0では、力Pはゼロに等しくなります。つまり、磁場は静止電子に作用しません。 力 F は、電子の軌道を円弧に曲げます。 力 F は速度 h0 に対して直角に作用するので、仕事をしません。 電子のエネルギーとその速度は大きさが変わりません。 速度の方向に変化があるだけです。 一定速度で円を描く物体の運動（回転）は、中心に向かう向心力、正確には力 F の作用によって得られることが知られています。 左手の法則に従った磁場中の電子の回転方向は、次の規則によって便利に決定されます。 磁力線の方向を見ると、電子は時計回りに移動します。 言い換えると、 電子の回転は、磁力線の方向にねじ込まれたねじの回転運動と一致します。 電子によって記述される円の半径rを決定しましょう。 これを行うには、力学から知られている求心力の式F = mv20/rを使用します。 それを力F=ev0H：mv20 / r=ev0Hの値と同等にしましょう。 この方程式から、半径を見つけることができます：r = mv0 /（eH）。 電子速度v0が大きいほど、慣性によって直線的に移動する傾向が強くなり、軌道の曲率半径が大きくなります。 一方、Hが大きくなると、力Fが大きくなり、軌道の曲率が大きくなり、円の半径が小さくなります。 導出された式は、磁場内の任意の質量と電荷を持つ粒子の運動に有効です。 r の m と e への依存性を考えてみましょう。 質量 m が大きい荷電粒子は、慣性によって直進しようとし、軌道の曲率が小さくなる、つまり大きくなります。 そして、電荷 e が大きいほど、力 F は大きくなり、軌道はより曲がります。つまり、その半径は小さくなります。 磁場を超えた電子は、慣性によってさらに直線的に飛んでいきます。 軌道の半径が小さい場合、電子は磁場内の閉じた円を描くことができます。 したがって、磁場は電子速度の方向のみを変更し、その大きさは変更しません。つまり、電子と磁場の間にエネルギー相互作用はありません。 電界と比較して、電子に対する磁界の影響はより限定的です。 そのため、電場よりもはるかに少ない頻度で電子に影響を与えるために磁場が使用されます。 6.固体状態の電子 現代物理学は、体内の電子が任意のエネルギーを持つことができないことを証明しています。 各電子のエネルギーは、と呼ばれる特定の値のみを取ることができます エネルギーレベル （または エネルギーレベル）。 原子核の近くに位置する電子は、エネルギーが低くなります。つまり、エネルギー準位が低くなります。 原子核から電子を取り除くには、電子と原子核の間の相互引力を克服する必要があります。 これには、ある程度のエネルギーが必要です。 したがって、原子核から遠く離れた電子は高いエネルギーを持っています。 彼らはより高いエネルギーレベルにあります。 電子が高いエネルギー準位から低いエネルギー準位に移動すると、量子 (または光子) と呼ばれる特定量のエネルギーが放出されます。 原子が XNUMX つのエネルギー量子を吸収すると、電子は低いエネルギー準位から高いエネルギー準位に移動します。 したがって、電子のエネルギーは量子的に、つまり特定の部分でのみ変化します。 エネルギー準位による電子の分布を模式的に示します。電子のエネルギーWを垂直にプロットし、エネルギー準位を水平線で示します。 いわゆるソリッド ステート ゾーン理論に従って、エネルギー レベルは別々のゾーンに結合されます。 原子の外殻の電子は、価電子帯を構成するいくつかのエネルギー レベルを満たします。 より低いエネルギー準位は、電子で満たされた他のバンドの一部ですが、これらのバンドは電気伝導の現象では役割を果たさないため、図には示されていません。 金属や半導体では、多数の電子が上にあります。 I より高いエネルギーレベル。 これらのレベルが伝導帯を構成します。 伝導電子と呼ばれるこのゾーンの電子は、体内をランダムに移動し、ある原子から別の原子に移動します。 金属の高い電気伝導率を提供するのは伝導電子です。 伝導帯に電子を供与した物質の原子は、陽イオンと見なすことができます。 それらは特定の順序で配置され、空間格子を形成します。これは、イオンまたは結晶とも呼ばれます。 この格子の状態は、原子間の相互作用力の平衡と、物体のすべての粒子の総エネルギーの最小値に対応します。 伝導電子のランダムな動きは、空間格子の内部で発生します。 異なるエネルギー構造が誘電体の特徴です。 それらは、伝導帯と価電子帯の間に、電子が存在できないエネルギーレベルに対応するバンドギャップを持っています。 常温では、誘電体は伝導帯に非常に少数の電子しか持たないため、誘電体の伝導率はごくわずかです。 しかし、加熱されると、価電子帯の一部の電子が追加のエネルギーを受け取り、伝導帯に入り、誘電体が顕著な電気伝導率を獲得します。 半導体は低温では絶縁体であり、常温ではかなりの数の電子が価電子帯から伝導帯に移動します。 現在、4価のゲルマニウムとシリコンが半導体デバイスの製造に最も広く使用されています.ゲルマニウムまたはシリコンの空間結晶格子は、価電子によって互いに結合した原子で構成されています. このような結合は、共有結合または対電子と呼ばれます。 7. 自身の電子と正孔の電気伝導度 半導体は、電気伝導度が導体と誘電体の中間に位置する物質です。 のために 半導体 電気抵抗の負の温度係数が特徴です。 温度が上昇すると、ほとんどの固体導体のように半導体の抵抗が増加するのではなく、抵抗が減少します。 さらに、半導体の電気抵抗は、不純物の量や、光、電場、電離放射線などの外的影響に大きく依存します。 半導体には XNUMX 種類の電気伝導性があります。 金属と同様に、半導体は伝導電子の移動による電子電気伝導性を持っています。 通常の動作温度では、半導体は常に伝導電子を含みます。伝導電子は原子核に非常に弱く結合し、結晶格子の原子間でランダムな熱運動を行います。 これらの電子は、電位差の作用下で、電流である特定の方向に追加の動きを受け取ることができます。 半導体には、金属には見られないホール電気伝導性もあります。 半導体では、結晶格子は非常に強いです。 そのイオン、つまり XNUMX つの電子を奪われた原子は移動せず、その場所にとどまります。 原子に電子が存在しないことは慣習的に呼ばれます 穴。 これは、原子に電子が XNUMX つ欠けている、つまり自由空間が形成されていることを強調しています。 正孔は正電荷のように振る舞います。 正孔伝導性の場合、実際には電子も移動しますが、その方法は電子伝導性よりも限定的です。 電子はこれらの原子から隣接する原子にのみ移動します。 この結果、正電荷、つまり正孔が電子の動きとは反対の方向に動きます。 動き回って電気伝導性を生み出すことができる電子と正孔は呼ばれます 携帯充電キャリア または単に 電荷キャリア。 一般に、熱の影響下で電荷キャリアのペアが生成される、つまり、伝導電子 - 伝導ホールのペアが生じると言われています。 伝導電子と正孔が無秩序な熱運動を行うという事実により、キャリア対の生成の逆プロセスが必然的に発生します。 伝導電子は再び価電子帯の自由な場所を占有します。つまり、それらは正孔と結合します。 このキャリアのペアの消失は呼ばれます 電荷キャリアの再結合。 キャリアのペアの生成と再結合のプロセスは、常に同時に発生します。 不純物を含まない半導体を真性半導体といいます。 それは、電子伝導性とホール電気伝導性からなる独自の電気伝導性を持っています。 この場合、真性半導体の伝導の電子と正孔の数が同じであるという事実にもかかわらず、正孔の移動度と比較して電子の移動度が大きいことによって説明される電子電気伝導度が優勢です。 8. 不純物の電気伝導度 半導体に他の物質の不純物が含まれている場合、固有の電気伝導性に加えて、不純物の種類に応じて、電子または正孔である不純物電気伝導性も現れます。 例えば、ゲルマニウムはXNUMX価なので、XNUMX価のアンチモンと砒素を加えると不純物電子伝導性を持つ。 それらの原子は XNUMX つの電子だけでゲルマニウム原子と相互作用し、XNUMX 番目の電子は伝導帯に与えられます。 その結果、ある程度の付加的な伝導電子が得られる。 原子が電子を供与する不純物は呼ばれます 寄付者。 ドナー原子は電子を失い、正に帯電します。 電子電気伝導性が優勢な半導体は、電子半導体またはn型半導体と呼ばれます。 電子を取り、不純物の穴の電気伝導率を作り出す物質は、 アクセプター。 電子を捕獲するアクセプター原子は、それ自体が負に帯電します。 正孔の電気伝導度が優勢な半導体は、正孔半導体またはp型半導体と呼ばれます。 半導体デバイスは主にドナーまたはアクセプター不純物を含む半導体を使用し、不純物と呼ばれます。 このような半導体の通常の動作温度では、すべての不純物原子が不純物の電気伝導率の生成に関与します。つまり、各不純物原子はXNUMXつの電子を供与または捕捉します。 不純物の電気伝導度が真性のものより優勢であるためには、ドナー不純物またはアクセプター不純物原子の濃度が真性電荷担体の濃度を超えなければならない。 所定の半導体内でその濃度が優勢な電荷キャリアは、主なものと呼ばれます。 n型半導体では電子、p型半導体では正孔です。 少数電荷キャリアと呼ばれ、その濃度は多数キャリアの濃度よりも小さい。 不純物半導体中の少数キャリア濃度は、多数キャリア濃度が増加した数倍減少する。 ゲルマニウムに特定の数の電子があり、ドナー不純物を追加した後、電子濃度が 1000 倍に増加した場合、少数キャリア (正孔) の濃度は 1000 分の 1000 に減少します。主要なキャリアの濃度の XNUMX 万分の XNUMX になります。 これは、ドナー原子から得られる伝導電子の濃度が XNUMX 倍に増加すると、伝導帯のより低いエネルギー準位が占められ、価電子帯からの電子の遷移が可能なのは、伝導帯のより高いレベル。 しかし、そのような遷移では、電子は高いエネルギーを持っている必要があるため、はるかに少数の電子でそれを実行できます。 それに対応して、価電子帯の伝導孔の数が大幅に減少します。 したがって、無視できるほど少量の不純物が、半導体の導電率の性質および導電率の大きさを著しく変化させる。 このように低く厳密に添加された所望の不純物含有量を有する半導体を得ることは、非常に複雑なプロセスである。 この場合、不純物が追加される最初の半導体は非常に純粋でなければなりません。 9.半導体における電荷キャリアの拡散 半導体では、伝導電流の他に拡散電流が存在する場合があり、その原因は電位差ではなく、キャリア濃度の違いです。 この流れの本質を探ってみましょう。 電荷キャリアの濃度が半導体全体に均一に分布している場合、それは平衡です。 半導体のさまざまな部分に外部からの影響が及ぶと、濃度が不均一になる、つまり非平衡になることがあります。 たとえば、半導体の一部が放射線にさらされると、キャリアのペアを生成するプロセスが強化され、キャリアの追加の濃度が現れます。 冗長。 キャリアは独自の運動エネルギーを持っているため、常に高濃度の場所から低濃度の場所に移動する傾向があります。 e。濃度を等しくする傾向があります。 拡散の現象は、移動電荷キャリアだけでなく、多くの物質粒子で観察されます。 拡散は常に粒子の不均一な濃度によって引き起こされ、拡散自体は粒子の熱運動の自己エネルギーによって実行されます。 可動電荷キャリア (電子と正孔) の拡散運動は、拡散電流 / です。 この電流は、伝導電流と同様に、電子または正孔である可能性があります。 これらの電流の密度は、次の式によって決定されます。は濃度勾配と呼ばれ、Dn と Dp は拡散係数です。 濃度勾配は、距離 x に沿って濃度がどの程度急激に変化するかを特徴付けます。つまり、単位長さあたりの濃度 n または p の変化です。 濃度差がなければ、Δｎ＝０またはΔｐ＝０となり、拡散電流は発生しない。 そして、所定の距離Δｘにおける濃度ΔｎまたはΔｐの変化が大きいほど、拡散電流は大きくなる。 拡散係数は、拡散プロセスの強度を特徴付けます。 これはキャリアの移動度に比例し、物質ごとに異なり、温度に依存します。 電子の拡散係数は、正孔の拡散係数よりも常に大きくなります。 正孔拡散電流密度の式の右辺のマイナス記号は、正孔電流が正孔濃度が減少する方向に向けられているために設定されています。 外部からの影響により、半導体のある部分で過剰なキャリア濃度が発生し、その後外部からの影響が止まると、過剰なキャリアが再結合し、拡散によって半導体の他の部分に伝播します。 時間とともに過剰濃度が減少するプロセスを特徴付ける値は、非平衡キャリアの寿命と呼ばれます。 非平衡キャリアの再結合は、半導体の大部分とその表面で発生し、不純物と表面の状態に強く依存します。 電子などの非平衡キャリアが半導体に沿って拡散伝搬する際、それらの濃度も再結合により距離とともに減少します。 10. 外部電圧がない場合の電子ホール結合 導電率の種類が異なるXNUMXつの半導体の境界領域を 電子正孔、 または p-n-transition。 電子-正孔遷移は、非対称伝導の特性を持っています。つまり、非線形抵抗を持っています。 無線エレクトロニクスで使用されるほとんどの半導体デバイスの動作は、XNUMX つまたは複数の pn 接合の特性の使用に基づいています。 このような移行における物理的なプロセスを考えてみましょう。 ジャンクションに外部電圧がかからないようにします。 各半導体の電荷キャリアはランダムな熱運動を行うため、つまり、独自の速度を持っているため、XNUMX つの半導体から別の半導体への拡散 (浸透) が発生します。 キャリアは濃度の高いところから濃度の低いところへ移動します。 したがって、電子はｎ型半導体からｐ型半導体に拡散し、正孔はｐ型半導体からｎ型半導体に逆方向に拡散する。 キャリア拡散の結果、異なる符号の空間電荷が、電気伝導度の異なる XNUMX つの半導体間の界面の両側に生成されます。 n 領域では、正の空間電荷が発生します。 これは、主に正電荷を帯びたドナー不純物原子によって形成され、少量ですが、この領域に入った正孔によって形成されます。 同様に、負の空間電荷が p 領域に発生します。これは、アクセプタ不純物の負に帯電した原子と、ここに到達した電子によって部分的に形成されます。 形成された空間電荷の間には、いわゆる接触電位差と電界があります。 ポテンシャル障壁がp-n接合で発生し、キャリアの拡散遷移を防ぎます。 不純物の濃度が高いほど、主キャリアの濃度が高くなり、境界を介して拡散する不純物の量が多くなります。 空間電荷の密度が増加し、接触電位差、つまりポテンシャル障壁の高さが増加します。 この場合、pn接合の厚さは減少します。 境界を横切る多数キャリアの拡散運動と同時に、接触電位差の電界の作用下でキャリアの逆運動が起こる。 この電界は、正孔を p 領域から p 領域に戻し、電子を p 領域から p 領域に戻します。 ある温度では、pn接合は動的平衡状態にあります。 毎秒、一定数の電子と正孔が境界を通って反対方向に拡散し、電界の作用により、同じ数の電子と正孔が反対方向にドリフトします。 拡散によるキャリアの移動は拡散電流であり、電界の作用下でのキャリアの移動は伝導電流です。 遷移の動的平衡では、これらの電流は等しく、方向が反対になります。 したがって、接合部を流れる総電流はゼロであり、これは外部電圧がない場合に当てはまります。 それぞれの電流は、電子と正孔の成分を持っています。 これらの成分の値は、キャリアの濃度と移動度に依存するため、異なります。 ポテンシャル障壁の高さは常に自動的に、平衡が発生するポイントに正確に設定されます。つまり、拡散電流と伝導電流が互いに補償し合います。 11. 順方向電圧の作用下での電子-正孔遷移 外部電圧源の正極が p 型半導体に接続され、負極が n 型半導体に接続されているとします。 直流電圧によってpn接合に発生する電界は、接触電位差の電界に向かって作用します。 結果として生じる電界は弱くなり、接合部の電位差が減少します。つまり、ポテンシャル障壁の高さが減少し、拡散電流が増加します。 結局のところ、より低いバリアはより多くのキャリアを克服することができます。 伝導電流は、熱速度のためにn領域とp領域の体積からp-n接合の領域に入る少数キャリアの数にのみ依存するため、ほとんど変化しません。 外部電圧が存在しない場合、拡散電流と伝導電流は等しく、相互に補償します。 順方向電圧が idif> iprov の場合、接合部を流れる総電流、つまり直流はゼロに等しくなくなります: ipr = idif - iprov> 0。 バリアが大幅に低下している場合、idiff "iprovであり、ipr〜idif、つまり接合部の順方向電流は拡散であると見なすことができます。 低いポテンシャル障壁を介してこれらのキャリアが小さい領域に電荷キャリアが導入される現象は、 電荷キャリアの注入。 キャリアが注入される半導体デバイスの領域は、エミッタ領域またはエミッタと呼ばれます。 そして、この領域に対して少数の電荷キャリアが注入される領域は、ベース領域またはベースと呼ばれます。 したがって、電子の注入を考えると、p 領域がエミッタ、p 領域がベースになります。 逆に、正孔注入の場合は、p 領域がエミッタとして機能し、p 領域がベースとして機能します。 半導体デバイスでは、通常、n 領域と p 領域の不純物濃度、つまり多数キャリアの濃度が大きく異なります。 したがって、主キャリア濃度の高い領域からの注入が強く支配される。 したがって、この優勢な注入はエミッターとベースという名前を与えます。 たとえば、pp "pp の場合、n 領域から p 領域への電子の注入は、反対方向の正孔の注入よりもはるかに大きくなります。この場合、n 領域はエミッタと見なされ、正孔注入は無視できるため、p 領域はベースと見なされます。 順方向電圧では、ポテンシャル障壁が減少するだけでなく、障壁層の厚さも減少します。 これは、バリア層の抵抗の減少につながる。 順方向抵抗が小さい。 外部電圧がない場合の障壁の高さは数十分のボルトであるため、障壁を大幅に下げてブロッキング層の抵抗を大幅に減らすには、わずか十分の一の pn 接合に順方向電圧を印加するだけで十分です。ボルトの。 したがって、非常に小さい順方向電圧で大きな順方向電流を得ることができます。 明らかに、特定の順方向電圧では、pn接合のポテンシャル障壁を完全に破壊することが可能です。 次に、遷移、つまりバリア層の抵抗はゼロに近くなり、無視できます。 この場合の順方向電流は増加し、pi p 領域のボリュームの抵抗に依存します。 これらの抵抗は、回路に残り、電流の大きさを決定するため、無視できません。 12.逆電圧での電子正孔接合 外部電圧源が正極を領域 n に接続し、負極が領域 p に接続されているとします。 この逆電圧下では、経路にはごくわずかな逆電流が流れます。これは次のように説明されます。 逆電圧によって生成される場は、接触電位差の場に加算されます。 結果として生じるフィールドは増幅されます。 障壁がわずかに増加したとしても、キャリア自身の速度が障壁を克服するには不十分であるため、遷移を通る多数キャリアの拡散運動は停止します。 また、伝導電流は、主に、n 領域と p 領域の体積から p-n 接合の領域に入る少数キャリアの数によって決まるため、ほとんど変化しません。 外部電圧によって生成された加速電場による pn 接合を介した少数キャリアの除去は、と呼ばれます。 電荷キャリアの抽出。 したがって、逆電流は、実際には少数キャリアの移動によって形成される伝導電流です。 少数キャリアが少なく、さらに逆電圧に対するバリア層の抵抗が非常に高いため、逆電流は非常に小さいことがわかります。 実際、逆電圧が増加すると、遷移領域の電界が強くなり、この電界の作用により、より多くの多数キャリアが境界層からパイロ領域の内部に「押し出され」ます。 したがって、逆方向電圧の増加に伴い、ポテンシャル障壁の高さが増加するだけでなく、障壁層の厚さも増加します。 この層ではキャリアがさらに枯渇し、その抵抗が大幅に増加します。 逆電圧が比較的小さい場合でも、逆電流は飽和電流と呼ばれるほぼ一定の値になります。 これは、少数キャリアの数が限られているためです。 温度が上昇すると、それらの濃度が増加し、逆電流が増加し、逆抵抗が減少します。 逆電圧がオンになったときに逆電流がどのように設定されるかをさらに詳しく考えてみましょう。 第 XNUMX に、主要なキャリアの移動に関連する一時的なプロセスがあります。 p 領域の電子は、ソースの正極に向かって移動します。つまり、p-p 遷移から離れます。 そして、p-n接合から遠ざかるp領域では、正孔が移動します。 負電極で、それらは、この電極をソースの負極に接続するワイヤから来る電子と再結合します。 電子が n 領域を離れると、ドナー不純物の正に荷電した原子がそこに残るため、n 領域は正に荷電します。 同様に、p領域は負に帯電し、その正孔は入ってくる電子で満たされ、負に帯電したアクセプター不純物原子がそこに残ります。 反対方向への主なキャリアの考慮された動きは、ほんの短い期間しか続きません。 この過渡電流は、コンデンサの充電電流に似ています。 p-n接合の両側で、XNUMXつの反対の空間電荷が発生し、システム全体が、漏れ電流が存在する（その役割は逆電流によって果たされる）不良誘電体の充電コンデンサに似たものになります。 しかし、オームの法則によれば、コンデンサの漏れ電流は印加電圧に比例し、p-n接合の逆電流は電圧にほとんど依存しません。 13. 半導体ダイオードのボルトアンペア特性 どの電気機器でも、機器を流れる電流と印加電圧の関係は重要です。 この依存関係を知ることで、特定の電圧での電流、または逆に、特定の電流に対応する電圧を決定することができます。 デバイスの抵抗が電流や電圧に関係なく一定の場合、オームの法則 i= u/R または i= Gu で表されます。 電流は電圧に正比例します。 比例係数は導電率 G = 1/R です。 この電流と電圧の関係をグラフにしたものを「電圧特性」といいます。 オームの法則に従うデバイスの場合、特性は原点を通る直線です。 オームの法則に従い、原点を通る直線の形で電流-電圧特性を持つデバイスは線形と呼ばれます。 抵抗が一定ではなく、電圧または電流に依存するデバイスもあります。 このようなデバイスの場合、電流と電圧の関係はオームの法則ではなく、より複雑な方法で表され、電流-電圧特性は直線ではありません。 これらのデバイスは 非線形。 電子正孔接合は本質的に半導体ダイオードです。 逆電圧が最初に増加するにつれて、逆電流は急速に増加します。 これは、すでに小さな逆電圧で、接合部のポテンシャル障壁の増加により、拡散電流が急激に減少し、それが伝導電流に向けられるという事実によるものです。 その結果、総電流は急激に増加します。 ただし、逆電圧をさらに上げると、電流がわずかに増加します。つまり、飽和に似た現象が発生します。 電流の増加は、電流による接合部の加熱、表面からの漏れ、および電荷キャリアのアバランシェ増倍、すなわち衝突電離の結果としての電荷キャリアの数の増加によって発生します。 。 この現象は、より高い逆電圧で、電子がより速い速度を獲得し、結晶格子の原子に衝突して、それらから新しい電子をノックアウトし、それが次に電界によって加速され、またから電子をノックアウトするという事実にあります。原子。 このプロセスは、電圧の増加とともに激しくなります。 逆電圧の特定の値で、 壊す 逆電流が急激に増加し、バリア層の抵抗が急激に減少する pn 接合。 pn接合の電気的破壊と熱的破壊を区別する必要があります。 電気的破壊は、この破壊中に接合部で不可逆的な変化 (物質の構造の破壊) が発生しない場合、可逆的です。 したがって、電気的破壊モードでのダイオードの動作は許容されます。 電気的故障には XNUMX つのタイプがあり、これらはしばしば相互に関連します。 雪崩 и トンネル。 アバランシェ降伏は、衝突電離による考慮されるキャリアアバランシェ増倍によって説明されます。 この破壊は、半導体中の不純物の比較的低い濃度で得られる、厚い厚さのpn接合に典型的です。 アバランシェ降伏の降伏電圧は、通常、数十ボルトまたは数百ボルトです。 トンネル破壊は、トンネル効果という非常に興味深い現象によって説明されます。 その本質は、105 V / cmを超える強度の十分に強い電界が薄い厚さのp-g接合で作用すると、一部の電子がエネルギーを変えずに接合を通過するという事実にあります。 トンネル効果が可能な薄い遷移は、高い不純物濃度で得られます。 トンネル破壊に対応する破壊電圧は、通常、数ボルトを超えることはありません。 14.半導体ダイオードの容量 逆電圧でのP-n接合は、誘電体に大きな漏れがあるコンデンサに似ています。 ブロッキング層は非常に高い抵抗を持っており、その両側には、ドナーとアクセプターの不純物のイオン化された原子によって生成されたXNUMXつの反対の空間電荷があります。 したがって、pn接合の静電容量はXNUMX枚のプレートを持つコンデンサと同様です。 このコンテナは バリア容量。 従来のコンデンサの静電容量と同様に、バリア静電容量は、pn接合の面積と半導体物質の誘電率の増加、およびバリア層の厚さの減少とともに増加します。 バリア容量の特徴は、それが非線形容量であることです。つまり、接合部の電圧の変化に伴って変化します。 逆電圧が増加すると、バリア層の厚さが増加します。 そして、この層は誘電体の役割を果たすため、バリア容量が減少します。 バリア容量は、ダイオードをシャントし、より高い周波数で AC 電流が流れるため、AC 整流に悪影響を及ぼします。 しかし同時に、バリア容量の有用なアプリケーションもあります。 と呼ばれる特別なダイオード バリキャップ、 発振回路を調整するための可変コンデンサとして使用されるだけでなく、一部の回路で使用され、その動作は非線形容量の使用に基づいています。 静電容量の変化が機械的に発生する従来の可変コンデンサとは異なり、バリキャップでは、この変化は逆電圧の大きさを調整することによって実現されます。 バリキャップを使用して振動回路を調整する方法は、 電子設定。 順方向電圧では、ダイオードはバリア容量に加えて、いわゆる拡散容量を持ちます。これも非線形であり、順方向電圧の増加とともに増加します。 拡散容量は、接合部に順方向電圧が存在する場合の n 領域および p 領域内の移動電荷キャリアの蓄積を特徴付けます。 これは直流電圧でのみ存在し、電荷キャリアが減少したポテンシャル障壁を通って大量に拡散し、再結合する時間がないまま n 領域と p 領域に蓄積します。 したがって、たとえば、あるダイオードの p 領域がエミッタ、n 領域がベースの場合、p 領域から n 領域に直流電圧が印加されると、多数の正孔が発生します。接合部を通過して突入するため、n 領域の電荷に正の電圧が発生します。 同時に、直流電圧源の作用下で、電子が外部回路配線から n 領域に入り、この領域に負の電荷が発生します。 n 領域の正孔と電子は即座には再結合できません。 したがって、順方向電圧の各値は、接合を通るキャリアの拡散により n 領域に蓄積された XNUMX つの等しい反対の電荷の特定の値に対応します。 拡散容量はバリア容量よりもはるかに大きいですが、ほとんどの場合、ダイオードの動作に大きな影響を与えることはなく、ダイオード自体の低い直接抵抗によって常にシャントされるため、使用することもできません。 . 原則として、バリア容量のみが実際に重要です。 15. 交流整流用半導体ダイオードの応用 AC 整流は、無線エレクトロニクスの主要なプロセスの XNUMX つです。 整流器では、AC エネルギーが DC エネルギーに変換されます。 半導体ダイオードは順方向に電流をよく伝導し、逆方向にはほとんど伝導しないため、ほとんどのダイオードの主な目的は次のとおりです。 AC整流。 電子機器に電力を供給するための整流器では、通常、電気ネットワークに接続された電源トランスが可変 EMF 発生器として機能します。 変圧器の代わりに単巻変圧器が使用されることもあります。 場合によっては、整流器は変圧器の主電源から電力を供給されます。 実際の回路における負荷抵抗器、つまり直流エネルギーの消費者の役割は、整流器によって電力を供給される回路またはデバイスによって演じられます。 たとえば、ラジオ受信機の検出段で高周波電流を整流する場合、高周波トランスまたは共振発振回路が可変起電力発生器として機能し、特別に組み込まれた負荷抵抗器は大きな抵抗値を持ちます。 コンデンサを使用すると、コンデンサがない場合に比べて逆電圧が XNUMX 倍になります。 非常に危険なのは負荷の短絡であり、特に平滑フィルタのコンデンサが故障したときに発生します。 次に、電源電圧全体がダイオードに印加され、電流が許容できなくなります。 進行中 ダイオードの熱破壊。 真空ダイオードと比較した半導体ダイオードの利点は、カソード加熱がないことだけでなく、直流によるダイオードの電圧降下が小さいことです。 電流の大きさ、つまり半導体ダイオードが設計されている電力に関係なく、その両端の順方向電圧は 1 分の 1 ボルトまたは XNUMX V 強です。したがって、半導体ダイオードを使用した整流器の効率は、真空ダイオード付き。 より高い電圧を整流する場合、この場合ダイオード自体での約 XNUMXV の電圧損失は重要ではないため、効率が向上します。 したがって、半導体ダイオードは真空ダイオードよりも経済的であり、動作中の熱放出が少ないため、近くにある他の部品の有害な加熱を引き起こします。 また、半導体ダイオードは非常に長寿命です。 しかし、それらの欠点は、制限逆電圧が数百ボルト以下の比較的低いことですが、高電圧ケノトロンの場合、最大数十キロボルトになる可能性があります。 半導体ダイオードは、あらゆる整流回路で使用できます。 整流器の平滑化フィルタが大きなコンデンサで始まる場合、AC 電圧がオンになると、電流パルスが発生してコンデンサを充電し、多くの場合、このダイオードの許容順方向電流を超えます。 したがって、このような電流を低減するために、ダイオードと直列に数単位または数十オームの抵抗値を持つ制限抵抗が接続されることがあります。 整流器モードで動作する半導体ダイオードでは、電圧の極性が逆になると、大きな逆電流パルスが観測されることがあります。 これらの衝動は、XNUMX つの理由で発生します。 まず、逆電圧の影響下で、pn接合のバリア容量を充電する電流パルスが得られます。 この静電容量が大きいほど、この運動量は大きくなります。 第 XNUMX に、逆電圧下では、n 領域と p 領域に蓄積された少数キャリアが消散します。 実際には、これらの領域の不純物濃度の違いにより、主な役割は、領域のXNUMXつに蓄積されたより大きな電荷によって演じられます。 16.トランジスタに関する一般情報 電気変換半導体デバイス、すなわち電気量を変換するために使用されるデバイスの中で、重要な場所は トランジスタ。 電力増幅に適した半導体デバイスで、端子がXNUMXつ以上あります。 トランジスタは、導電率の異なる領域間で異なる数の遷移を持つことができます。 XNUMX つの pn 遷移を持つ最も一般的なトランジスタ。 これらのトランジスタは呼ばれます バイポーラ、 彼らの仕事は両方の標識の電荷担体の使用に基づいているからです。 最初のトランジスタはポイント型でしたが、安定性が十分ではありませんでした。 現在、独占的に製造され使用されている 平面 トランジスタ。 平面バイポーラトランジスタは、電気伝導率の異なるXNUMXつの領域が作成されたゲルマニウムまたは別の半導体のプレートです。 トランジスタの中間領域はベースと呼ばれ、一方の端の領域はエミッタ、もう一方の端の領域はコレクタと呼ばれます。 したがって、トランジスタには XNUMX つの pn 接合、つまりエミッタとベースの間のエミッタ接合と、ベースとコレクタの間のコレクタ接合があります。 それらの間の距離は非常に小さく、数ミクロン以下である必要があります。つまり、ベース領域は非常に薄くなければなりません。 これは、トランジスタが良好に動作するための最も重要な条件です。 さらに、通常、ベースの不純物濃度は、コレクタおよびエミッタの不純物濃度よりもはるかに低くなります。 結論は、ベース、エミッタ、コレクタからの金属電極を使用して導き出されます。 ( トランジスタは、その接合部の電圧に応じて XNUMX つのモードで動作できます。 アクティブモードでの動作は、エミッタ接合の電圧が直流であり、コレクタ接合の電圧が逆の場合に得られます。 カットオフまたはブロッキングモードは、両方の接合に逆電圧を印加することによって実現されます。 両方の接合部の電圧が直流の場合、トランジスタは飽和モードで動作します。 アクティブモードがメインです。 特に、ほとんどのアンプと発振器で使用されます。 トランジスタを用いた実際の回路では、通常、XNUMXつの回路が形成されます。 入力または制御回路は、トランジスタの動作を制御するために使用されます。 出力回路または制御回路では、強化された発振が得られます。 増幅された振動の源は入力回路に含まれ、負荷は出力回路に含まれます。 トランジスタの電流と電圧の依存性は、静特性、つまり出力回路に負荷がかかっていない状態で直流電流を流したときの特性で表されます。 トランジスタの入出力特性は、半導体ダイオードの電流-電圧特性と密接に関係しています。 入力仕様は、順方向電圧で動作するエミッタ接合を参照しています。 したがって、ダイオードの逆電流特性に似ています。 出力特性は、逆電圧で動作するコレクタ接合の特性を反映しているという点で、ダイオードの逆電流特性に似ています。 入力電流が一定の場合、出力電圧の変化の影響下でトランジスタの入力電圧がどのように変化するかを示すフィードバック特性もあります。 17. トランジスタの物理的プロセス 一定の電源電圧源のみがオンになっている場合に、負荷のない静的モードでトランジスタがどのように動作するかを考えてみましょう。 それらの極性は、エミッタ接合では電圧が順方向、コレクタ接合では逆方向になります。 したがって、エミッタ接合の抵抗は低く、この接合で通常の電流を得るにはXNUMX分のXNUMXボルト程度の電圧のソースで十分です。 コレクタ接合抵抗は高く、電圧は通常数ボルトまたは数十ボルトです。 トランジスタの動作原理 エミッタ接合の順方向電圧がコレクタ電流に大きく影響するということです。電圧が高いほど、エミッタ電流とコレクタ電流が大きくなります。 この場合、コレクタ電流の変化はエミッタ電流の変化よりわずかに小さいだけです。 したがって、入力電圧がコレクタ電流を制御します。 トランジスタの助けを借りた電気振動の増幅は、まさにこの現象に基づいています。 トランジスタ内の物理プロセスは次のように発生します。 順方向入力電圧が増加すると、エミッタ接合のポテンシャル障壁が減少し、それに応じてこの接合を流れる電流、つまりエミッタ電流が増加します。 この電流の電子はエミッタからベースに注入され、拡散現象によりベースを通ってコレクタ接合の領域に侵入し、コレクタ電流が増加します。 コレクタ接合は逆電圧で動作するため、この接合の領域に空間電荷が生成されます。 それらの間に電界が生じます。 これは、エミッタからコレクタ接合を通ってここに来る電子の移動を促進します。つまり、電子をコレクタ接合の領域に引き込みます。 ベースの厚さが十分に薄く、その中の正孔の濃度が低い場合、ベースを通過した電子の大部分は、ベースの正孔と再結合してコレクタ接合に到達する時間がありません。 電子のごく一部だけがベースの穴と再結合します。 この再結合の結果として、ベースワイヤにベース電流が流れます。 再結合の結果、一定数の正孔が毎秒消えますが、同じ数の電子がベースからソース極に向かって離れるため、同じ数の新しい正孔が毎秒現れます。 塩基に多数の電子が蓄積することはありません。 ベース電流は役に立たず、有害ですらあります。 ベース電流はできるだけ小さいことが望ましい。 これを行うために、ベースは非常に薄くされ、穴の濃度を決定するその中の不純物の濃度が減少します。 これらの条件下では、少数の電子がベース内で正孔と再結合します。 電極のXNUMXつに付けられた「エミッター」という名前は、いわばこの電極からベースに向かって電子が放出されることを強調しています。 実際、それは放出ではなく、エミッタからベースへの電子の注入です。 この用語の使用は、この現象を電子放出と区別するために必要です。電子放出は、真空または希薄ガス内で電子を生成します。 エミッタはトランジスタの領域と呼ばれるべきであり、その目的はベースへの電荷キャリアの注入です。 コレクターは、ベースから電荷キャリアを抽出することを目的とする領域です。 そして、ベースは、この領域では少ない電荷キャリアがエミッタによって注入される領域です。 エミッタとコレクタを入れ替えることができます。 しかし、トランジスタでは、原則として、コレクタ接合部で消費される電力はエミッタ接合部よりもはるかに大きいため、コレクタ接合部はエミッタ接合部よりもはるかに大きな面積で作られています。 18. トランジスタをオンにする基本スキーム 申し込む XNUMXつの主なスキーム 増幅または他のカスケードにトランジスタを含める。 これらの回路では、トランジスタ電極のXNUMXつがステージの共通の入口と出口です。 スイッチングトランジスタの基本回路は、それぞれ、共通エミッタ、共通ベース、共通コレクタを持つ回路と呼ばれます。 エミッタ接地回路は、最高のパワーゲインを与えるため、最も一般的です。 このようなステージの電流ゲインは、出力または入力交流電流の振幅、つまりコレクタ電流とベース電流の可変成分の比率です。 コレクタ電流はベース電流の数十倍であるため、電流利得は数十倍になります。 エミッタ共通の回路でトランジスタがオンになったときの増幅特性は、その主なパラメータの XNUMX つであるエミッタ共通の回路の静電流ゲインによって特徴付けられます。 トランジスタ自体のみを特徴付ける必要があるため、無負荷モード、つまり一定のコレクタ - エミッタ間電圧で決定されます。 カスケードの電圧ゲインは、出力交流電圧と入力交流電圧の振幅の比に等しくなります。 入力はベース-エミッタ間電圧、出力は負荷抵抗の両端間またはコレクタとエミッタ間の交流電圧です。 ベース接地回路は、エミッタ接地回路よりも電力利得がはるかに小さく、入力インピーダンスがさらに低くなりますが、周波数特性と温度特性の点でエミッタ接地回路よりもはるかに優れているため、非常に頻繁に使用されます。 共通ベースを持つステージの現在のゲインは、常にXNUMXよりわずかに小さくなります。 これは、コレクタ電流が常にエミッタ電流よりわずかに少ないという事実に起因します。 トランジスタの最も重要なパラメータは、ベースが共通の回路の静電流利得です。 無負荷モード、つまり一定のコレクタ・ベース間電圧で決定されます。 ベースが共通の回路の場合、出力電圧と入力電圧の間に位相シフトはありません。つまり、電圧の位相は増幅中に反転しません。 共通コレクターを使用したスキーム。 その中で、電源は常に大きなコンデンサでバイパスされており、交流の短絡と見なすことができるため、コレクタは確かに共通の入り口と出口です。 この回路の特徴は、入力電圧が完全に入力に伝達されること、つまり、非常に強力な負帰還が存在することです。 入力電圧は、ベース-エミッタ間AC電圧と出力電圧の合計に等しくなります。 共通コレクタを備えたカスケードの電流ゲインは、共通エミッタを備えた回路とほぼ同じです。つまり、数十のオーダーの値を持っています。 電圧ゲインは XNUMX に近くなりますが、常にそれより小さくなります。 出力電圧は入力電圧と同相で、大きさはほぼ同じです。 つまり、出力電圧は入力を繰り返します。 19. トランジスタの周波数特性 周波数が高くなると、トランジスタによって提供されるゲインが減少します。 この現象には主に XNUMX つの理由があります。 まず、より高い周波数では、 コレクタ接合容量。 低周波数では、容量抵抗が非常に大きく、コレクタ抵抗も非常に大きく、すべての電流が負荷抵抗に流れていると見なすことができます。 しかし、ある高周波では、静電容量の抵抗が比較的小さくなり、発生器によって生成された電流の顕著な部分がそれに分岐し、それに応じて抵抗器の電流が減少します。 その結果、出力電圧と出力電力が低下します。 エミッタ接合の静電容量も、周波数が高くなるにつれてその抵抗を減らしますが、エミッタ接合の低抵抗によって常にシャントされるため、その有害な影響は非常に高い周波数でのみ現れる可能性があります。 実際には、より低い周波数では、非常に大きなコレクタ接合抵抗によってシャントされる静電容量がすでに非常に強く影響を受けているため、静電容量の影響を受ける可能性のあるトランジスタの動作は実用的ではなくなります。 したがって、ほとんどの場合、静電容量の影響は無視できます。 より高い周波数でゲインが低下する XNUMX つ目の理由は、 交流位相遅れ 交流エミッターからのコレクター。 これは、エミッタ接合部からコレクタ接合部までベースを介してキャリアが移動するプロセスの慣性と、ベースでの電荷の蓄積と消散のプロセスの慣性によって引き起こされます。 npn型トランジスタの電子などのキャリアは、ベース内で拡散運動を行うため、速度はあまり速くありません。 従来のトランジスタのベースを通過するキャリアの通過時間は、10-7 秒程度、つまり 0,1 μs 以下です。 もちろん、この時間は非常に短いですが、数十メガヘルツ以上のオーダーの周波数では、コレクタ電流とエミッタ電流の間に顕著な位相シフトが生じます。 高周波でのこの位相シフトにより、ベース交流電流が増加し、これにより電流ゲインが減少します。 エミッタ接地を備えた回路の電流利得と、ベース接地を備えた回路の電流利得を示しますb。 周波数が増加すると、v は b よりも大幅に減少します。 係数 b は静電容量の影響から減少し、c の値は、キャリアがベースを通過する時間によるコレクタ電流とエミッタ電流の間の位相シフトの影響も受けます。 コモンエミッタ回路は、コモンベース回路と比較して、周波数特性が著しく劣ります。 低周波数での値と比較して、bとcの値の最大許容減少を30％考慮するのが通例です。 このようなゲインの低下が得られる周波数は、ベース接地とエミッタ接地が共通の回路の境界または制限ゲイン周波数と呼ばれます。 増幅周波数を制限することに加えて、トランジスタは、カスケードパワーゲインが1に減少する最大生成周波数によっても特徴付けられます。 高周波数では、値と c だけが変化するわけではありません。 接合容量とベースを通るキャリア走行時間の影響、およびベースでの電荷の蓄積と消散のプロセスにより、高周波でのトランジスタの固有パラメータは値を変化させ、純粋なアクティブ抵抗ではなくなります。 他のすべてのパラメータも変更されます。 より高いキャリア移動度を持つ半導体を使用すると、より高いカットオフ周波数を得ることができます。 20. トランジスタのパルスモード トランジスタは、半導体ダイオードと同様に、さまざまなパルス デバイスで使用されます。 キーモードまたはスイッチングモードとも呼ばれるパルスモードでのトランジスタの動作には、多くの特徴があります。 検討する パルスモード トランジスタの出力特性を利用したエミッタ接地回路です。 コレクタ回路に負荷抵抗を入れます。 通常、トランジスタの入力が入力電流または入力電圧のパルスを受信する前は、トランジスタはオフ状態にあります。 コレクタ回路にはわずかな電流が流れるため、この回路はほぼオープンと見なすことができます。 ソース電圧はほぼ完全にトランジスタに印加されます。 最大値の電流パルスが入力に印加されると、トランジスタは飽和領域に入ります。 最大値のコレクタ電流パルスになります。 飽和電流と呼ばれることもあります。 このモードでは、トランジスタはクローズドキーとして機能し、ほとんどすべてのソース電圧が抵抗の両端で降下します。トランジスタには、一般に呼ばれるXNUMX分のXNUMXボルト程度の非常に小さな残留電圧しかありません。 飽和電圧。 入力電流パルスが最大値より小さい場合、コレクタ電流パルスも減少します。 しかし一方で、ベース電流パルスが最大値を超えて増加しても、出力電流パルスは増加しません。 パルスモードは、vとは対照的に、電流の増分ではなく、飽和モードに対応する電流の比率として決定される電流ゲインによっても特徴付けられます。 つまり、β は小さな信号の増幅を特徴付けるパラメータであり、電流ゲインは大きな信号、特にパルスの増幅を指し、大きさが β とは多少異なります。 トランジスタのパルスモードのパラメータは、その飽和抵抗でもあります。 パルス動作を目的としたトランジスタの飽和抵抗の値は、通常、単位のオーダーであり、時には数十オームです。 共通エミッタを備えた検討中の回路と同様に、共通ベースを備えた回路もパルスモードで動作します。 入力パルスの持続時間がトランジスタのベースでの電荷の蓄積と散逸の過渡プロセスの時間よりも何倍も長い場合、出力電流パルスは入力パルスとほぼ同じ持続時間と形状になります。 しかし、短いパルスでは、出力電流パルス形状の大幅な歪みとその持続時間の増加が観察されます。 電流が徐々に増加するのは、ベースにキャリアが蓄積するプロセスに関連しています。 さらに、入力電流パルスの開始時にベースに注入されたキャリアは、拡散運動の速度が異なり、すべてが一度にコレクタに到達するわけではありません。 ベースに蓄積された電荷の消散プロセスによる入力パルスの終了後、電流はしばらく継続し、減衰時間中に徐々に減少します。 その結果、コレクタ回路のオンとオフを切り替えるプロセスが遅くなり、閉じた状態にある時間が遅くなります。 言い換えれば、ベースでの電荷の蓄積と消散のプロセスの慣性により、トランジスタは十分に高速なオンとオフの切り替えを実行できません。つまり、スイッチングモードに十分な速度を提供しません。 21.トランジスタの主なタイプ 既存のタイプのトランジスタは、製造方法、使用される材料、動作の特徴、目的、電力、動作周波数範囲、およびその他の特徴に従って分類されます。 歴史的に最初のポイントトランジスタは、もはや使用されていません。 検討 平面トランジスタ。 工業的に生産されるトランジスタの半導体としては、ゲルマニウムやシリコンが使われています。 コレクタ接合部で放出される最大電力に応じて、低電力、中電力、高電力のトランジスタがあります。 制限動作周波数に応じて、トランジスタは低周波数 (最大 3 MHz)、中周波数 (3 から 30 MHz)、および高周波数 (30 MHz 以上) になります。 大多数のトランジスタでは、主な物理的プロセスはキャリア注入ですが、注入なしで動作するトランジスタのグループがあります。 これらには、特に、 フィールド（チャネル）トランジスタ。 インジェクショントランジスタは、異なる数のpn接合を持つことができます。 XNUMX つの pn 接合を持つバイポーラ トランジスタが例外的に普及しています。 このようなトランジスタにはXNUMXつのタイプがあります。ベースを介したマイナー電荷キャリアの転送が主にドリフトによって、つまり加速電界の作用下で実行されるドリフトと、そのような転送が主に実行されるドリフトレスです。拡散によって。 ドリフトレストランジスタは、ベースボリューム全体で同じ不純物濃度を持っています。 その結果、ベースには電界が発生せず、ベース中のキャリアはエミッタからコレクタへの拡散運動を行います。 このような運動の速度は、加速磁場でのキャリアのドリフト速度よりも遅くなります。 したがって、ドリフトレストランジスタは、ドリフトトランジスタよりも低い周波数用に設計されています。 ドリフトトランジスタでは、ベースの電界が少数キャリアを加速してコレクタに向かって移動します。 したがって、制限周波数と電流ゲインが増加します。 ほとんどの場合、ベース内の電界は、ベースのボリューム内の不均一な濃度の不純物が原因で作成されます。これは、pn接合を製造する拡散法で実現できます。 このようにして作られたトランジスタは呼ばれます 拡散。 ドリフトレストランジスタ ほとんどは、ダイオードと同様の技術を使用して得られた合金接合を持っています。 これらのトランジスタは合金トランジスタと呼ばれます。 不純物は両側からメインの半導体プレートに溶け込み、エミッタ領域とコレクタ領域を形成します。 コレクタ接合はより多くの電力を消費するため、通常はエミッタ接合よりもはるかに大きくなります。 しかしながら、両方の接合部が同じである対称合金トランジスタも作ることができる。 ドリフトトランジスタは、合金トランジスタのXNUMX倍の制限周波数で作られています。 加速フィールドの作用の下で、キャリアはベース内をはるかに速く移動します。 ドリフトトランジスタの製造では、ベースを非常に薄くすることができる拡散法が使用されます。 コレクター遷移はスムーズであることが判明し、その容量は合金遷移の容量よりもはるかに小さくなります。 ベースの厚さが薄いため、ゲインbとcは合金トランジスタよりもはるかに高くなります。 拡散法により、パラメータや特性の広がりを抑えながら、トランジスタをより正確に製造することができます。 22.電気真空装置およびそれらの分類の原理に関する一般情報 電気真空装置は広く使用されています。 これらのデバイスの助けを借りて、あるタイプの電気エネルギーを別のタイプの電気エネルギーに変換することができます。これは、電流または電圧の形状、大きさ、周波数、および放射エネルギーを電気エネルギーに、またはその逆に異なります。 用いて 真空装置 さまざまな電気、光、その他の量の調整をスムーズに、または段階的に、高速または低速で、調整プロセス自体のエネルギーコストを抑えて実行できます。つまり、他の多くの方法の特徴である効率の大幅な低下はありません。規制と管理の。 電気真空装置のこれらの利点は、さまざまな電流の整流、増幅、生成および周波数変換、電気的および非電気的現象のオシログラフィー、自動制御および調整、テレビ画像の送受信、さまざまな測定およびその他のプロセスへの使用につながりました。 電気真空装置は、気密シェルによって隔離された作業空間が高度に希薄化されているか、または特別な媒体 (蒸気またはガス) で満たされ、その動作が真空中の電気現象の使用に基づいている装置です。またはガス。 電気真空デバイスは、純粋な電子電流が真空を通過する電子デバイスと、ガスまたは蒸気での放電を特徴とするイオンデバイス（ガス放電）に分けられます。 電子デバイスでは、イオン化は実質的に存在せず、わずかに観察されたとしても、これらのデバイスの動作に顕著な影響はありません。 これらのデバイス内のガスの希薄化は、10-6 mm Hg 未満の残留ガスの圧力によって推定されます。 Art.、高真空の特徴。 イオンデバイスでは、残留ガスの圧力は10〜3mmHgです。 美術。 以上。 このような圧力では、移動する電子のかなりの部分がガス分子と衝突してイオン化を引き起こします。したがって、これらのデバイスでは、プロセスは電子イオンです。 導電性（非放電）電気真空装置の動作は、希ガス中の固体または液体導体の電流に関連する現象の使用に基づいています。 これらのデバイスでは、ガス中または真空中で放電が発生しません。 真空装置は、さまざまな基準に従って分類されます。 特別なグループは、真空管、つまり電気量のさまざまな変換用に設計された電子デバイスで構成されています。 これらのランプは、その目的に応じて、発生器、増幅、整流器、周波数変換器、検出器、測定などです。それらのほとんどは連続モードで動作するように設計されていますが、パルスモード用のランプも製造しています。 インパルスの持続時間がインパルス間の間隔よりもはるかに短い場合、それらは電気インパルス、つまり短期電流を生成します。 電気真空装置は、他の多くの基準に従って分類されます。カソードのタイプ (ホットまたはコールド)、シリンダーの設計 (ガラス、金属、セラミック、または組み合わせ)、冷却のタイプ (自然、つまり放射、強制) によって分類されます。空気、水）。 23. ダイオードの素子と動作原理 ダイオードと呼ばれるXNUMX電極ランプの主な目的は次のとおりです。 AC整流。 ダイオードは、ガラス、金属、またはセラミックの真空容器内に XNUMX つの金属電極を備えています。 一方の電極は加熱された陰極であり、電子を放出する役割を果たします。 もう XNUMX つの電極であるアノードは、カソードから放出された電子を引き付け、自由電子の流れを作り出す働きをします。 真空ダイオードのカソードとアノードは、半導体ダイオードのエミッタとベースに似ています。 アノードがカソードに対して正の電位を持っている場合、アノードは電子を引き付けます。 アノードとカソードの間の空間に電場が形成され、アノードが正の電位になると、カソードから放出された電子が加速されます。 陰極から放出された電子は、場の影響を受けて陽極に移動します。 最も単純なケースでは、陰極は金属線の形で作られ、電流によって加熱されます。 その表面から電子が放出されます。 このようなカソードは、直接および直接加熱のカソードと呼ばれます。 広く使われている 間接加熱のカソード、 加熱とも言います。 このタイプのカソードは、電子を放出する活性層で表面が覆われた金属シリンダーを持っています。 シリンダーの内部には、電流によって加熱されるワイヤーの形をしたヒーターがあります。 アノードとカソードの間で、電子は空間に分布した負の電荷を形成します。これは体積または空間と呼ばれ、アノードへの電子の移動を防ぎます。 正のアノード電位が不十分な場合、すべての電子が空間電荷の遅延効果を克服できるわけではなく、一部の電子はカソードに戻ります。 アノード電位が高いほど、より多くの電子が空間電荷を克服してアノードに移動します。つまり、カソード電流が大きくなります。 ダイオードでは、カソードを離れる電子がアノードに転送されます。 ランプ内を陰極から陽極に飛んで陽極に落ちる電子の流れは、 アノード電流。 アノード電流は真空管の主電流です。 アノード電流の電子は、ランプ内ではカソードからアノードへ、そしてランプの外ではアノードからアノード電源のプラスへ、後者の内部ではプラスからマイナスへ、そして電源のマイナスから移動します。ランプの陰極に接続します。 アノードの正の電位が変化すると、カソード電流とそれに等しいアノード電流が変化します。 これがアノード電流を制御する静電原理です。 アノードの電位がカソードに対して負である場合、アノードとカソードの間の電界は、カソードから逃げる電子を抑制します。 これらの電子は電場によって抑制され、カソードに戻ります。 この場合、カソード電流とアノード電流はゼロです。 したがって、ダイオードの主な特性は、一方向に電流を流す能力です。 ダイオードは一方向の導電性を持っています。 低電力検出ダイオードは間接加熱カソードで製造されています。 それらは小さな電極を持ち、小さなアノード電流、アノードで放出される低い制限電力、および低い逆電圧用に設計されています。 高周波および超高周波用の検出ダイオードは、可能な限り最小の静電容量で作られています。 主電源の交流を整流するためのより強力なダイオード (ケノトロン) は、直接加熱と間接加熱の両方のカソードで製造され、より高い逆電圧用に設計されています。 ダブルダイオード、つまりXNUMXつのシリンダーにXNUMXつのダイオードが広く使用されています。 24. トライオードとその回路 ダイオードとは異なり、三極真空管にはXNUMX番目の電極があります- コントロールグリッド、 通常、単純なグリッドと呼ばれ、アノードとカソードの間に配置されます。 これは、アノード電流の静電制御に役立ちます。 カソードに対するグリッドの電位を変更すると、電界が変化し、その結果、ランプのカソード電流が変化します。 これがグリッドの制御アクションです。 三極管のカソードとアノードはダイオードと同じです。 ほとんどのランプのグリッドは、陰極を囲むワイヤーでできています。 真空ダイオードのカソード、グリッド、およびアノードは、それぞれ、バイポーラ トランジスタのエミッタ、ベース、およびコレクタ、または電界効果トランジスタのソース、ゲート、およびドレインに類似しています。 グリッドに関連するものはすべて文字「c」で示されます。 三極真空管には、ダイオードと同様のフィラメント回路とアノード回路、およびグリッド回路があります。 実際の回路では、抵抗器やその他の部品がグリッド回路に含まれています。 グリッドとカソード間の電位差はグリッド電圧 (グリッド電圧) であり、Uc で表されます。 直接フィラメント カソードを備えたランプの場合、グリッド電圧は、アノード ソースの負極に接続されたカソードの端を基準にして決定されます。 グリッド電圧が正の場合、カソードから放出された電子の一部がグリッドに衝突し、ic で表されるグリッド電流 (グリッド電流) が回路内に形成されます。 カソード、グリッド、およびそれらの間のスペースで構成される三極管の部分は、その特性がダイオードに似ており、グリッド回路はダイオードのアノード回路に似ています。 このダイオードのアノードの役割は、グリッドによって実行されます。 三極真空管の主で有用な電流はアノード電流です。 これは、バイポーラトランジスタのコレクタ電流または電界効果トランジスタのドレイン電流に類似しています。 トランジスタのベース電流と同様に、グリッド電流は一般に役に立たず、有害ですらあります。 通常、それはアノード電流よりもはるかに小さいです。 多くの場合、グリッド電流がまったくないように努めています。 このため、グリッド電圧は負でなければなりません。 その後、グリッドは電子を反発し、グリッド電流は実質的になくなります。 三極管が比較的大きな正のグリッド電圧で動作する場合があり、グリッド電流が大きくなります。 有害なグリッド動作なしで真空三極管を動作させる可能性は、ベース電流なしでは動作できないバイポーラ トランジスタとは大きく異なります。 カソード線では、アノード電流とグリッド電流が一緒に流れます。 ここでの総電流はカソード電流またはカソード電流であり、ik で表されます。 ic = ia + ic. カソード電流は、バイポーラ トランジスタのエミッタ電流または電界効果トランジスタのソース電流に似ており、カソードからグリッドに向かって移動する電子の総フローによって決まります。 ダイオードでは、カソード電流は常にアノード電流と等しくなり、三極管では、この場合 ic = 0 であるため、これらの電流は Uc < 0 の場合にのみ等しくなります。 フィラメント回路に直接加熱されたカソードを備えた三極管では、カソード電流は XNUMX つの部分に分岐し、フィラメント電流と代数的に追加されます。 この場合のカソード電流を測定するには、電流計をオンにする必要があります。 ダイオードと同様に、三極管は一方向導体であり、交流を整流するために使用できます。 しかし、ダイオードは設計が簡単で安価であるため、これを使用する意味はありません。 グリッドを使用してアノード電流を制御する機能は、三極管の主な目的、つまり電気振動の増幅を決定します。 三極管は、さまざまな周波数の電気振動を生成するためにも使用されます。 発電機や他の多くの特殊回路における三極管の役割は、ほとんどの場合、発振を増幅することになります。 25. 単純および複雑な陰極 単純な陰極, すなわち、ほぼタングステン（まれにタンタル）だけで作られ、直接加熱された純金属カソード。 タングステン陰極の主な利点は、その放出の安定性です。 一定の白熱では、発光はカソードの寿命にわたって徐々にしか減少しません。 また、短期間では、実質的に排出量の変化はありません。 一時的な、それほど長くない過熱の後、排出量は減少しません。 強い過熱は陰極が溶ける恐れがあり危険です。 過熱が長引くと、タングステン陰極の耐久性が大幅に低下します。 フィラメント電圧を 5% だけ上げると寿命が 2 倍短くなり、逆にフィラメントを 5% 下げると寿命が XNUMX 倍になります。 タングステン陰極は破壊されず、イオン衝撃による放出も減少しません。 タングステン陰極はイオン衝撃に対する耐性があるため、高い陽極電圧で動作する高出力ランプに特に適しています。 タングステン陰極は、一定の発光が重要である特殊な電位測定ランプにも使用されます。 タングステン陰極を備えたランプの場合、蒸発したタングステン粒子がシリンダーの表面に層を形成し、ガスを吸収して真空度を改善します。 タングステン陰極の主な欠点は効率が低いことです。 すべてのカソードの中で最も経済的ではありません。 その排出量は比較的少ないです。 しかし、高温のため、熱線と光線が激しく放射され、白熱電力のほぼすべてが無駄になります。 これが、より経済的な複雑なカソードの作成を促したものです。 複雑な陰極 で、別のデバイスを持っている可能性があります。 多くのタイプのカソードでは、活性化層が純粋な金属の表面に堆積されます。これにより、仕事関数が減少し、比較的低い温度で高い発光が得られます。 複雑なカソードの主な利点は、その効率です。 一部のタイプのカソードの動作温度は 1000 K です。耐久性は数千時間、さらには数万時間に達します。 この期間の終わりまでに、たとえば蒸発による活性化不純物の量の減少から、排出量が減少します。 複雑な陰極のいくつかのタイプは、パルスモードで超高放出をもたらします。 複雑なカソードの主な欠点は、放出の安定性が低いことです。 これらのカソードは、一時的な加熱中に放射率を低下させます。これは、高温での活性化物質の蒸発によって説明されます。 複雑なカソードを備えたランプでのイオン化の可能性を減らすには、非常に高い真空を維持することが重要です。 これは、特殊なガス吸収剤を使用することによって実現されます。 複雑なカソードは、フィルムおよび半導体の場合があります。 新しいタイプのカソードが使用されています: バリウム-タングステン-ラム、酸化トリウム、その他多数。 バリウムタングステンカソードは間接加熱を行います。 多孔質タングステンの表面にバリウムとストロンチウムの多孔質活性膜を形成。 蒸発するフィルムは、バリウムとストロンチウムの原子がこれらの金属の酸化物のタブレットからタングステンを介して拡散することにより補充されます。 それらの利点は、電子およびイオンの衝撃に対する耐性です。 いわゆる焼結カソードでは、酸化物はニッケルスポンジまたはグリッド上に堆積されます。 このようなカソードの抵抗は大幅に減少し、歪みやホットスポットの発生がはるかに少なくなります。 26. 直接および間接熱の陰極 直接加熱される陰極は、円形または長方形の断面のワイヤーです。 その厚さは、最も低電力のランプの0,01 mmから強力なランプの1〜2mmまでさまざまです。 短い陰極はまっすぐに作られています。 長いものは破線の形で曲がっています。 イオンデバイスでは、カソードはソレノイドの形をしていることがよくあります。 これらのデバイスの強力なカソードは、テープ、湾曲した「アコーディオン」、またはらせん状の線に沿って作られています。 直熱カソードの利点 デバイスの単純さと、小さなフィラメント電流用の細いフィラメントの形で最も低電力のランプを製造できる可能性があります。 直接加熱カソードは、乾電池または電池で駆動される低電力のポータブルおよびモバイルラジオ局用の高出力発電ランプで使用されます。これらの場合、電流源からエネルギーを節約することが重要であるためです。 陰極は細いフィラメントの形をしており、フィラメントをオンにするとすぐに加熱されるため、非常に便利です。 しかし、これらのカソードの大きな欠点は、フィラメントに交流が供給されるときのアノード電流の寄生脈動です。 それらは多くの干渉を引き起こし、有用な信号を歪めたりかき消したりします。 これらの脈動を聴覚的に受け取ると、特徴的なハム音、つまり「交流バックグラウンド」として現れます。 薄い直接加熱カソードの欠点は、マイク効果です。 それは、ランプの機械的振動中にアノード電流が脈動するという事実にあります。 外部からの衝撃により、カソードで振動が発生します。 カソードと他の電極との間の距離は変化します。 これは、アノード電流のリップルにつながります。 間接加熱カソードが広く使用されています。 通常、間接的に加熱される陰極には、酸化物層を備えたニッケル管があり、その中にタングステンヒーターが挿入され、ループ状に巻かれています。 陰極からの絶縁のために、ヒーターは、と呼ばれる焼成アルミナの塊で覆われています アランダム。 かなりの長さで、ヒーターは数回曲げたり、らせん状にねじったりします。 いくつかのランプでは、陰極は酸化物でコーティングされた上部ベースを備えた低いシリンダーの形で作られています。 シリンダーの内側には、らせん状に巻かれたループの形をしたアランダム断熱材を備えたヒーターがあります。 間接加熱カソードは通常酸化物です。 間接加熱カソードの主な利点 交流で電力を供給した場合、有害なリップルがほぼ完全に排除されます。 これらのカソードの質量、したがって熱容量は、直接加熱されたカソードの質量よりもはるかに大きいため、温度変動は実質的にありません。 間接加熱陰極は熱慣性が大きい。 フィラメント電流がオンになってからカソードが完全に加熱されるまで、数十秒が経過します。 カソードが冷えるのに同じ時間が必要です。 間接加熱のカソードは等電位です。 それに沿って、フィラメント電流による電圧降下はありません。 その表面のすべての点の陽極電圧は同じです。 フィラメント電圧が変動しても脈動しません。 間接加熱カソードの利点は、わずかなマイク効果です。 カソードの質量は比較的大きく、発振状態にすることは困難です。 間接加熱カソードにはいくつかの欠点があります。 それらは設計がより複雑で、効率がわずかに低くなります。 間接フィラメント カソードは、非常に低い電流用に設計するのが難しいため、低電力で経済的なバッテリー駆動のランプにはあまり適していません。 27.ダイオードのXNUMXの冪の法則 空間電荷モードで動作するダイオードの場合、アノード電流とアノード電圧は非線形の関係で接続されます。これは、理論計算に基づいて、いわゆる 3 秒のべき乗法則: /a = dia2/XNUMX で近似的に表されます。 、ここで、係数は電極の幾何学的寸法と形状、および選択した単位に依存します。 アノード電流は、オームの法則のように、アノード電圧の 3/2 乗に比例し、2,8 乗には比例しません。 たとえば、アノード電圧が40倍になると、アノード電流は約XNUMX倍に増加します。つまり、オームの法則によると、XNUMX％多くなります。 したがって、アノード電流はアノード電圧よりも速く成長します。 グラフィカルに、XNUMX 秒の法則は、曲線と呼ばれるによって表されます。 半立方放物線。 XNUMX 秒の累乗の法則は、飽和電圧未満の正のアノード電圧に対して有効です。 XNUMX 秒の累乗の法則で係数 q を解読すると、平面電極を備えたダイオードのこの法則は次のように記述されます。 ia \u2,33d 10 6-2（Qa / d3a.k）Ua2 / XNUMX、 ここで、Qa はアノードの面積、da です。 k - 距離「アノード - カソード」。 異なる形状の電極を備えたダイオードの場合、定数係数にいくつかの補正が導入され、Qa はアノードの有効表面、つまり主な電子の流れを受け取る表面を表します。 この式では、電圧がボルト単位である場合、電流はアンペア単位で得られ、Qa と d2ak は同じ単位 (平方ミリメートルなど) で表されます。 電流はアノードとカソードの距離の二乗に反比例します。 この距離を短くすると、アノード電流が急激に増加します。 XNUMX 秒のべき乗の法則は、不正確ではありますが、電子管の非線形特性を最も単純な形で考慮に入れているため、役に立ちます。 平面電極を備えたダイオードの XNUMX 秒のべき乗の法則の公式の導出を考えてみましょう。 アノードに飛んでいるすべての電子を含む空間電荷 q がカソードに非常に近い位置にあるため、この電荷と「アノード」の間の距離はアノード - カソード間距離 dа.к と等しくみなせると仮定します。 。 距離に沿った電子の飛行時間が dа.к である場合、 が t に等しい場合、アノード電流の値は次のようになります: ia = q/ t。 電荷 q は、アノード電圧とアノード-カソード間容量 Saq で表すことができます: q= Sa.k。 うあ。 同時に、コンテナー Sa.k. 次の式があります。 =?0Qа / dа.к.、ここで、?0 = 8,86・10-16F/m は真空の誘電率、Qа はアノード面積です。 平均速度から飛行時間 t を求めてみましょう: t= dа。 k. / ?ср ただし、?ср = v/2 (v は最終速度)。 実際、フィールドの不均一性により、平均速度は上記の式で決定される速度よりも若干低くなります。 導関数の近似により、この式の定数係数はやや過大評価されています。 より厳密な導出により、定数係数のより正確な値が得られますが、この結論は、現実に対応しない仮定にも基づいています。 特に、初期電子速度はゼロであると想定され、ポテンシャル分布は飽和領域と同じであると想定されますが、XNUMX秒のべき法則は空間電荷領域にのみ適用されます。 28. トライオードの物理的プロセス カソードとアノードは、ダイオードと同じように三極管で機能します。 空間電荷モードでは、カソード付近にポテンシャル障壁が形成されます。 ダイオードと同様に、カソード電流の大きさはこの障壁の高さに依存します。 三極管におけるグリッドの制御作用 ダイオードのアノードの動作に似ています。 グリッド電圧を変更すると、グリッドによって生成される電界強度が変化します。 これにより、陰極付近のポテンシャル障壁の高さが変化します。 その結果、この障壁を克服する電子の数、つまり障壁電流の値が変化します。 グリッド電圧が正の側に変化すると、ポテンシャル障壁が減少し、放出された電子の数が多くなり、それを克服し、カソードに戻る電子の数が少なくなり、カソード電流が増加します。 そして、グリッド電圧が負の方向に変化すると、カソードのポテンシャル障壁が上昇します。 そうすれば、より少ない数の電子を克服できるようになります。 陰極に戻る電子の数が増加し、陰極電流が減少します。 グリッドは、アノードよりもカソードに近く、アノード電場のスクリーンであるため、アノードよりもはるかに強いカソード電流に作用します。 アノード電流に対するグリッドとアノードの影響の比率は、三極管の最も重要なパラメータであるゲインを特徴付けます。 ゲインは、グリッド電圧がアノード電圧の何倍にアノード電流に影響を与えるかを示す抽象的な数値です。 比較的小さな負のグリッド電圧により、アノード電流が大幅に減少し、完全に停止することさえあります。 グリッドのグリッド電圧の増加は、アノード電流とグリッド電流の増加を伴います。 大きな正のグリッドアノード電圧では、グリッド電流が非常に増加するため、アノード電流が減少することさえあります。 いわゆる 島嶼効果。 グリッドの不均一な構造により、グリッドによって生成される電界も不均一であり、グリッドのさまざまな部分でカソード近くの電位障壁に異なる影響を与えます。 グリッドは、そのフィールドによって、グリッドの導体に近いカソードの部分の近くのポテンシャル障壁に強い影響を与えます。 直流で負荷なしで動作するときの三極管の特性は、 静的。 三極管には理論上の特性と実際の特性があります。 理論上の特性は、XNUMX 秒の法則に基づいて構築できますが、正確ではありません。 実際の特性は実験的に削除されます。 それらはより正確です。 三極管の実際の特性が理論上の特性からずれている理由は、ダイオードの場合と同じです。 カソードの異なる点での温度差、カソードの非等電位性、およびアノード電流によるカソードの追加の加熱によって重大な影響が及ぼされます。 陽極電流が小さい部分の特性は、電子初速度、接触電位差、熱起電力の影響を強く受けます。 三極管では、これらの要因はダイオードよりも多くの影響を与えます。これは、それらの作用がアノード回路だけでなくグリッド回路にも及ぶためです。 29. 三極管の有効電圧と XNUMX 秒のべき乗の法則 トライオード動作電圧 三極真空管を同等のダイオードに置き換えることにより、三極真空管のカソード電流を計算できます。 この交換は次のとおりです。 三極真空管内で、グリッドが占めるのと同じ表面を持つアノードがグリッドの代わりに配置されている場合、このダイオードでは、そのアノード電圧の一部で、アノード電流は三極真空管内のカソード電流に等しくなります。 等価ダイオードのアノードに印加され、実際のダイオードのカソード電流に等しいアノード電流を生成する電圧は、実効電圧idと呼ばれます。 その作用は、グリッド電圧とアノード電圧の複合作用と同等です。 つまり、動作電圧は、三極真空管のカソードの近くで生成されるのと同じ電界強度を、等価ダイオードのカソードの近くで生成する必要があります。 実効電圧の大きさは、式 Ud ~ Uc + Dia によっておおよそ決定されます。 = Uc + Ua /?. グリッド電圧は弱まることなくそれ自体の場によって作用し、グリッドとカソードの間のアノード電圧によって生成される場は、グリッドのシールド効果により弱められます。 アノードの作用の弱体化は、透磁率 D または利得 α によって特徴付けられます。 したがって、Ua の値を Uc に加算することはできませんが、最初に D を掛けるか、? で除算する必要があります。 (? と D は ic = 0 の場合のみの逆数です)。 Ud の近似式は、カソード付近の電界が不均一である可能性を考慮していないため、概算です。 この式は、メッシュがあまりまばらでない場合に使用されます (D<0,1 または ?>10 の場合)。 実効電荷 qd は、グリッド電界の作用によってカソードに生成される電荷 q1 と、アノードからグリッドを貫通する電界によって生成される電荷 q2 の合計に等しくなければなりません。 これらの電荷を電圧と静電容量で表現してみましょう: q1= Csk、Uc、q2 = Cac Ua. カソードの電荷 q2 は、全アノード電荷のわずかな部分に等しく、そこから電気力線がグリッドを通過してカソードに到達します。 qD を合計 q1 + q2 に置き換えると、次のようになります。ud = (q1 + q2) / Cs.c. \uXNUMXd (CC.c. uc + Ca.c. ua) / Cc.c. = uс + uаСа.к。 / Ssk。 D= Sa.k としましょう。 / Ssk。 そして、最終的に次のようになります: ud = uc + DUa, 等価ダイオードでは、アノード電流は三極管のカソード電流に等しく、実効電圧はアノード電圧の役割を果たします。 したがって、三極管の XNUMX 秒の法則は次のように書くことができます。 = dd3/2= g(は + デュア)3/2. 等価ダイオードでは、アノードが実際の三極真空管のグリッドの場所にあることを考慮すると、平らな電極を備えた三極真空管の係数gは次のようになります。g= 2,33 10-6（Qа/ d2s.k。）。 この場合の等価ダイオードのアノード表面は、実際のアノードの表面に等しくなります。 三極真空管のXNUMXのべき乗の法則は非常に近似しています。 実効電圧を決定する際の不正確さは不可欠です。 それにもかかわらず、XNUMX秒のべき乗の法則は、三極真空管の動作の理論を検討する際、およびランプの設計に役立ちます。 30. トライオードのグリッド電流 カソードから放出される電子の初速度、接触電位差、およびグリッド回路で作用する熱起電力により、グリッド電流特性は小さな領域から始まります。 負のグリッド電圧。 この領域のグリッド電流は非常に小さく、受信増幅ランプの場合はミリアンペアのごく一部ですが、多くの場合、考慮する必要があります。 正のグリッド電圧の領域で始まるグリッド電流特性はあまり一般的ではありません。 それらは、接触電位差がグリッドに負の電圧を生成し、電子の初速度よりも強く作用するときに得られます。 発電機など、グリッド上でかなりの正電圧で動作するランプでは、正のグリッド電圧が増加すると、グリッド電流が最初に増加して最大値に達します。これは、負の電流値の領域にある場合があります。 グリッド電圧がさらに増加すると、電流は再び増加します。 この現象は、グリッドの二次電子放出によって説明されます。 正のグリッド電圧での一次電子の衝撃下で、二次電子はそれからノックアウトされます。 グリッド電圧が増加すると、二次電子放出係数が増加し、グリッドに衝突する一次電子のフラックスが増加します。 その結果、二次電子の数が増加します。 それらの流れは、より高い正の電位を有するアノードに向けられます。 グリッド回路には、一次電子の流れとは逆向きの二次電子の流れが現れます。 結果として生じるグリッド電流は減少し、二次放出係数が 1 より大きい場合は方向を逆にすることさえあります。この場合、二次電子の電流が陰極から飛来する一次電子の電流に追加されるため、陽極電流が増加します。 二次電子の電流が発生する現象は、 ダイナトロン効果。 グリッド電圧がアノード電圧を超えると、アノードとグリッドの間の電界がグリッド二次電子に対して減速し、グリッドに戻ります。 しかし一方で、アノードからノックアウトされた二次電子は、この電界によって加速されてグリッドに飛びます。つまり、ダイナトロン効果がアノード側から発生します。 この場合、二次電子の電流によりグリッド電流がさらに増加し、アノード電流は若干減少します。 グリッド電圧が負の場合、グリッド電流はほとんどありません。 逆グリッド電流と呼ばれるのは、グリッド電圧が正の場合にグリッド電流の方向と逆になるためです (グリッド回路の外側のワイヤの逆電流電子はグリッドに向かって移動します)。 リバース グリッド電流には、イオン電流、ターコイル、漏れ電流など、いくつかの成分があります。 グリッドの負電圧が減少すると、アノード電流が増加し、イオン化が増加します。 より多くのイオンがグリッドに接近し、イオン電流が増加します。 グリッド電圧が正の場合、電子電流は急激に増加し、イオン電流を支配するため、イオン電流は実質的に何の役割も果たさない。 グリッドが高温の場合、グリッドの熱電子放出電流 (熱電流) が発生する可能性があります。 この電流を減らすために、グリッドは仕事関数が高く、二次放出係数が低い金属でできています。 31.三極真空管の性能特性 アノードグリッド特性 アノード電源の電圧と負荷抵抗の一定値でのグリッド電圧に対するアノード電流の依存性のグラフと呼ばれます。 静的特性とは対照的に、動作特性は、動作モードで変化するため、アノード電圧が一定の条件の影響を受けません。 動作特性の形状とその位置は、アノード負荷抵抗の大きさと性質によって異なります。 アノード グリッドの動作特性を構築するには、アノード グリッドの静的特性のファミリ、アノード ソース電圧、および負荷抵抗を指定する必要があります。 アノード電圧がアノード電源電圧に等しく、電流がゼロの場合、ランプはオフになります。これは、この場合にのみ負荷抵抗で電圧降下がないためです。 動作アノードグリッド特性は、静的特性よりも急峻さが低くなります。 アノード電流が大きいほど、アノード電圧は低くなります。 したがって、性能曲線は常に静的曲線を横切って通過します。 動作特性の傾きは負荷抵抗に依存します。 負荷抵抗が増加すると、アノード電流が減少し、性能曲線はより平坦になります。 負荷抵抗が一定の場合、アノード電源電圧が減少すると性能曲線は右にシフトし、アノード電圧が増加すると左にシフトします。 動作特性を使用して、グリッド電圧の変化に伴うアノード電流の変化を計算することができます。 動作特性の各ポイントが特定のアノード電圧に対応している場合、アノード電圧も決定できます。 アノードの動作特性を構築するには、アノード電圧と負荷抵抗だけでなく、静的アノード特性のファミリを指定する必要があります。 動作特性は負荷線です。 負荷線を使用して、任意のグリッド電圧でのアノード電流とアノード電圧を決定できます。 ロードラインを使用すると、他の問題を解決できます。 たとえば、どのグリッド電圧で目的の値のアノード電流が得られるかを見つけることができます。 陽極グリッド特性と比較した作用陽極特性には、いくつかの利点があります。 直線なので、XNUMX 点で構築され、より正確です。 その助けを借りて、横座標に沿ってプロットされるため、アノード電圧を決定する方が便利です。 実際の計算では、作業陽極特性がより頻繁に使用されますが、場合によっては陽極グリッド特性の方が便利であることが判明します。 検討中の特性の傾きは、負荷抵抗に依存します。 負荷抵抗が大きいほど、負荷線は平坦になります。 負荷抵抗がゼロの場合、負荷線は垂直直線になります。 負荷電圧が無限大のとき、負荷線は横軸と一致します。 この場合、どの電圧でも、アノード電流はゼロです。 場合によっては、アノードの静的特性しか利用できない場合は、アノードグリッドの性能曲線を作成する必要があります。 32. テトロードの装置と操作 XNUMX 電極ランプ、または テトロード、 制御グリッドと陽極の間に、スクリーニングまたはスクリーンと呼ばれる XNUMX 番目のグリッドがあります。 シールドグリッドの目的は、ゲインと内部抵抗を増やし、スループット容量を減らすことです。 シールドグリッドがカソードに接続されている場合、それはカソードと制御グリッドをアノードの作用からシールドします。 シールド メッシュは、陽極の電場の大部分を遮断します。 陽極から出てくる電気力線のごく一部だけがスクリーニングメッシュを貫通していると言えます。 遮蔽グリッドのアノード電界の弱体化は、このグリッドの透磁率の値によって考慮されます。 次に、シールド グリッドを貫通する電場は制御グリッドによって遮断されます。この制御グリッドを介して、磁力線のごく一部も貫通します。 制御グリッドによるアノード電場の弱体化は、その透磁率に依存します。 アノードからカソード近くの電位障壁までの両方のグリッドを介して、磁力線の総数のわずかな部分が貫通します。これは、グリッドの透過率の積によって特徴付けられます。 この結果として得られる両方のグリッドの透過性は、テトロードの透過性と呼ばれます。 四極管の透磁率は、陰極電流に対する陽極と制御グリッドの効果の比率を特徴付けます。 これは、カソード電流に対する制御グリッド電圧の影響のうち、アノード電圧の影響が占める割合を示しています。 XNUMXつのあまり密ではないグリッドの助けを借りて、高いゲインと高い内部抵抗が達成されます。 この場合、有意な正の電圧がスクリーニンググリッドに印加されると、四極真空管のアノードグリッド特性は「左」になります。つまり、四極真空管は負のグリッド電圧の領域で正常に動作できます。 四極真空管のカソード電流は、アノード、シールド、および制御グリッドの電流の合計です。 シールドグリッドには、アノード電圧の 20 ～ 50% に相当する一定の正の電圧が印加されます。 これは「陰極 - シールドグリッド - 加速場」のセクションで作成され、陰極での電位障壁を下げます。 これは電子が陽極に移動するために必要です。 アノードは、XNUMX つのグリッドを介して、カソード付近の電位障壁に非常に弱い影響を与えます。 シールドグリッドの電圧がゼロの場合、制御グリッドの負の電圧によって生成される減速磁場は、アノードから浸透する弱い加速磁場よりもはるかに強力です。 「制御グリッド - カソード」セクションの結果として生じる磁場は、制動していることがわかります。 言い換えれば、この場合の実効電圧は負であり、カソードのポテンシャル障壁が非常に高いため、電子はそれを乗り越えることができません。 したがって、ランプは閉じられ、アノード電流はゼロになります。 ランプの電極間の静電容量は、ゲインが増加するのとほぼ同じ回数減少します。 スクリーニングメッシュが厚いほど、その透過性は低くなり、スループット容量はさらに低下します。 シールドグリッドが連続している場合、貫通容量はゼロに減少しますが、グリッドはアノードへの電子の通過を停止します。 33.四極真空管におけるダイナトロン効果 テトロードの重大な欠点は、 アノードのダイナトロン効果。 アノードに衝突する電子は、アノードから二次電子をノックアウトします。 アノードからの二次放射はすべてのランプに存在しますが、ダイオードと三極管では結果を引き起こさず、感知できないままです。 これらのランプでは、陽極は他の電極の電位と比較して最も高い正の電位を持っているため、陽極から流れ出した二次電子はすべて陽極に戻ります。 したがって、二次電子の電流は発生しません。 四極真空管では、スクリーニンググリッド電圧がアノード電圧よりも低い場合、アノードからの二次電子放出は現れません。 この状態では、二次電子はアノードに戻ります。 四極真空管が負荷モードで動作している場合、アノード電流の増加に伴い、負荷の両端の電圧降下が増加し、ある時間間隔でのアノード電圧がスクリーニンググリッドの定電圧よりも低くなる可能性があります。 次に、アノードから飛び出した二次電子はアノードに戻りませんが、より高い正の電位を持つスクリーニンググリッドに引き付けられます。 一次電子の電流とは反対の方向に向けられた二次電子の電流があります。 総アノード電流が減少し、スクリーニンググリッド電流が増加します。 この現象は、アノードダイナトロン効果と呼ばれます。 ダイナトロン効果は四極管の陽極特性に大きく影響します。 アノード電圧がゼロの場合、通常は無視できる非常に小さな初期アノード電流があります。 スクリーニンググリッド電流は最高です。 この場合、三極管のリターン モードの場合と同様に、スクリーニング グリッドを通過した電子は、このグリッドによって遮断された電子とともに電流の生成に関与します。 アノード電圧を変えると変化する iこの障壁の高さ。その結果、アノードとスクリーニンググリッドの間の電子フラックスの分布が急激に変化します。 四極管の陽極特性には 10 つの領域があります。 最初の領域は、約 20 ～ XNUMX V までの小さなアノード電圧に対応します。一次電子の速度が二次電子をノックアウトするには不十分であるため、アノードからの二次放出はまだありません。 アノード電圧の増加に伴い、アノード電流の急激な増加とスクリーニンググリッド電流の減少が観察されます。これは、リターンモードの典型です。 アノード電場は XNUMX つのグリッドを介してカソードの電位障壁に作用するため、アノード電圧はカソード電流にほとんど影響しません。 したがって、カソード電流はほとんど変化せず、その特性はわずかに上昇します。 アノード電圧が 10 ～ 20 V を超えると、二次放出が現れ、ダイナトロン効果が発生します。 アノード電圧が増加すると、アノードの二次放出が増加し、アノード電流が減少し、スクリーニンググリッド電流が増加します。 最小アノード電流は、最も顕著なダイナトロン効果で得られます。 このような領域では、二次電子の電流が最大になります。 この電流は、二次放出の大きさと、二次電子の加速電界を生成するスクリーニング グリッド アノードの電圧に依存します。 アノード電圧がスクリーン グリッド電圧よりも高くなると、アノード電流がわずかに増加し、スクリーン グリッド電流がわずかに減少します。 この領域にはアノードからの二次放出が存在しますが、二次電子はすべてアノードに戻ります。つまり、アノードからのダイナトロン効果はありません。 一方、スクリーニンググリッドからノックアウトされた二次電子はアノードに衝突するため、アノード電流がやや増加し、スクリーニンググリッドの電流が減少します。 ダイナトロン効果の発生を防ぐために、シールドグリッド電圧は常にアノード電圧よりも低くなければなりません。 34.五極管の装置と操作 テトロードの主な欠点 - ダイナトロン効果 - の開発と普及につながった 五極管と呼ばれる XNUMX 電極ランプ。 それらでは、テトロードのすべての肯定的な特性がさらに顕著になり、同時にダイナトロン効果が排除されます。 五極管では、ダイナトロン効果を排除するために、陽極と遮蔽グリッドの間にもう XNUMX つのグリッドがあります。 ダイナトロン効果の発生からランプを保護することから、保護グリッドと呼ばれます。 このグリッドには他の名前もあります: アンチダイナトロン、アンチダイナトロン、五極管、XNUMX 番目。 保護グリッドは通常、カソードに接続されています。つまり、カソードに対してゼロ電位、アノードに対して負の電位を持っています。 場合によっては、小さな直流電圧が保護グリッドに印加されます。 たとえば、有用な電力を増やすために、発電機の五極管は保護グリッドの正の電圧で動作し、保護グリッドの電圧を変更して振動を変調するには、負のバイアスが設定されます。 ただし、これらの場合でも、保護グリッドの電位は通常、アノード電位よりもはるかに低く、このグリッドのアンチダイナトロン効果はゼロ電位の場合とほぼ同じです。 多くの五極管では、保護グリッドがランプ内部のカソードに接続されており、このグリッドの電圧は常にゼロです。 保護グリッド出力がある場合、カソードとの接続は回路の設置で実行されます。 保護グリッドの役割は、グリッドとアノードの間に電場が作られることです。これにより、アノードからノックアウトされた二次電子が減速し、停止してアノードに戻ります。 たとえその電圧がアノードのものよりも高くても、それらはシールドグリッドを貫通できず、ダイナトロン効果は完全に排除されます. 陰極から飛来する電子の遮蔽グリッドと保護グリッドの間の領域では、減速電界が生成され、これが陽極電流の減少を引き起こすように見えるかもしれません。 ただし、スクリーニンググリッドの加速フィールドの作用下で高速になり、それを通過して飛行する電子は、保護グリッドに到達し、完全に速度を失うことはありません。このグリッドのターン間のスペースでポテンシャルゼロではなくプラスです。 保護グリッドの導体には電位がゼロであり、それらの間の空間では電位はゼロより高くなりますが、アノードよりは低くなります。 アノードとシールドメッシュの間のギャップには二次電位障壁が形成され、アノードからノックアウトされた二次電子ではこの障壁を乗り越えることができません。 この障壁は、五極管における電流分布のプロセスに大きな影響を与えます。 五極管は四極管とはゲインが高く、一部の五極管では数千に達します。 これは、保護グリッドが追加のスクリーニング グリッドとして機能するためです。 その結果、五極管では、陽極の作用は、制御グリッドの作用と比較して、四極管よりもさらに弱くなります。 したがって、内部抵抗も増加し、一部の五極管では数百万オームに達します。 貫通容量は四極管よりもさらに小さくなります。 五極管の急峻さは三極管や四極管と同程度、つまり 1 ～ 50 mA/V 以内です。 五極管は、四極管の場合と同じ方法で同等のダイオードに変換できます。 五極子の透磁率は非常に小さな値です。 したがって、五極管ゲインは非常に大きくなる可能性があります。 35. 四極管と五極管のパラメータ 四極管と五極管の静的パラメータ 三極真空管のパラメータと同様に決定されます。 パラメータを実際に決定するために、有限の増分の比率が採用されます。 四極管と五極管の制御グリッドは、三極管と同じようにカソードに対して配置されます。 したがって、四極管と五極管の急勾配は、三極管と同じオーダーです。 e. は、XNUMX ボルトあたりの単位または数十ミリアンペアですが、アノード電流が常にカソード電流よりも小さいという事実により、勾配がいくらか減少します。 四極管または五極管の陽極電圧の作用が何度も弱められるため、内部抵抗は四極管の数十倍から数百倍になり、数百キロオームに達します。 アノード電圧が変化すると、このプロセスによりアノード電流が変化するため、内部抵抗は電流分布プロセスに強く依存します。 五極管の内部抵抗は、並列に接続されたXNUMXつの抵抗で構成されていると想定できます。 そのうちの XNUMX つは、カソードの電位障壁上の XNUMX つのグリッドを介したアノード電界の作用によって決定されます。これにより、アノード電流が非常にわずかに変化します。 グリッドが厚いほど、この抵抗は大きくなります。 XNUMX 番目の抵抗は、電流分布プロセスによるアノード電流の変化によって決定され、通常は XNUMX 番目の抵抗よりもはるかに小さくなります。 増幅率は、三極管の増幅率の数万倍、数十万倍にもなり、その値は数百倍、数千倍に達します。 四極管と五極管では、スクリーニング グリッド電流が常にアノード電流と共に存在するため、カソード電流は常にアノード電流よりも大きくなります。 四極管と五極管の重要な非線形特性により、モードが変化するとパラメーターはかなり大きく変化します。 制御グリッドの負電圧が増加すると、つまりアノード電流が減少すると、勾配が減少し、内部抵抗とゲインが増加します。 三極管と比較した四極管と五極管の特徴は、モードに対するゲインの強い依存性です。 リターンモードで特性が絡み合っている場合、勾配とゲインはゼロに等しい値とゼロ未満の値を持つ場合があります。 制御グリッドの負電圧が増加すると、作業領域のアノード特性はより平坦になり、互いに接近します。これは、内部抵抗の増加と勾配の減少に対応します。 一部の回路では、四極管または五極管が使用され、陰極、制御グリッド、およびスクリーン グリッドで構成される三極管部分が XNUMX つのステージで動作し、ランプ全体が別のステージの一部になります。 通常、シールドグリッドは制御グリッドとして使用されず、その電圧は一定であるため、シールドグリッドの勾配とゲインは通常重要ではありません。 考慮されるパラメータに加えて、三極真空管に示されているものと同様の他のものがあります。 動作モードと四極管および五極管の実際のアプリケーションを計算するときは、電流、電圧、および電力の制限値を考慮する必要があります。特に、スクリーニンググリッドで解放される制限電力は重要です。 36. 四極ビームの装置と操作 その後、五極管が開発され、増殖しました ビームテトロード。 それらでは、ダイナトロン効果は、スクリーニンググリッドとアノードの間に配置された、アノードからノックアウトされた二次電子に対して克服できないポテンシャル障壁を作成することによって排除されます。 ビーム四極管は、従来の四極管と比較して、次の設計上の特徴があります。 シールドグリッドとアノード間の距離が長くなりました。 コントロール グリッドとシールド グリッドの巻き数は同じで、それらの巻きは互いに正反対に配置されています。 電子の流れはグリッド間の空間に集中します。 このおかげで、電子はより高密度のビーム、つまり「光線」として陰極から陽極へと飛びます。 電子がグリッド ホルダーの方向に飛ぶのを防ぐために、陰極に接続された特別なスクリーン、つまりビーム形成プレートがあります。 さらに、グリッドホルダーに対向して配置された陰極表面の部分は酸化物層で覆われていないため、発光しません。 ビーム四極管は、従来の四極管よりも高密度の電子流を生成します。 電流密度が増加すると、空間電荷密度が増加します。 これにより、アノードとシールドメッシュの間の空間の電位が低下します。 アノード電圧がシールドグリッドよりも低い場合、従来の四極管ではダイナトロン効果が観察されますが、ビーム四極管では発生しません。これは、二次電子に対するポテンシャル障壁が「シールドグリッドとアノード」のギャップに形成されるためです。 。 比較的低い初期速度を持つ二次電子は、電位障壁を克服してスクリーニング グリッドに到達することはできませんが、後者の電圧はアノードよりも高くなります。 スクリーニンググリッドの電圧によって得られる高速を有する一次電極は、電位障壁を克服し、陽極に落ちる。 従来のテトロードでは、スクリーニング グリッドが電子の流れを「遮断」し、多くの電子を遮断します。 グリッドホルダーも同じ効果があります。 したがって、通常のテトロードでは、十分に密な電子の流れが得られず、二次電子に対して必要なポテンシャル障壁が作成されません。 ポテンシャルバリアの形成は、スクリーニンググリッドとアノードとの間の距離を大きくすることによって促進される。 この距離が大きいほど、速度の遅い妨害電子がここに配置されます。 体積の負電荷を増加させ、電位の低下がより顕著になるのはこれらの電子です。 従来のテトロードと比較したビームテトロードの利点は、スクリーニンググリッド電流が大幅に低いことです。 それは役に立たないので、その削減が強く望まれます。 ビーム テトロードでは、電子はスクリーニング グリッドのギャップを通過し、ほとんど遮断されません。 したがって、スクリーニング グリッド電流は、アノード電流の 5 ～ 7% を超えません。 ビーム四極管の陽極グリッド特性は、従来の四極管または五極管と同じです。 強力な低周波および高周波増幅ステージでは、ビーム四極管が五極管に取って代わります。 改善された性能を得るために、ビーム五極管が生成されます。 それらのグリッドはビーム テトロードのグリッドに似ており、電子は保護グリッドのギャップを通ってビームでアノードに飛行します。 したがって、ビーム五極管の場合、スクリーニンググリッド電流は従来の五極管よりもはるかに小さくなります。 37. 周波数変換の原理 周波数変換は、周波数の変更です。 例えば交流をある周波数で整流すると、周波数がゼロの直流になります。 発電機では、ゼロに等しい周波数を有する直流エネルギーが、所望の周波数の交流エネルギーに変換される。 補助電圧は、と呼ばれる低電力発電機から得られます ヘテロダイン。 コンバーターの出力では、中間周波数と呼ばれる新しい変換周波数で発振が得られます。 非線形またはパラメトリック デバイスを周波数変換器として使用する必要があります。 周波数変換器が線形デバイスである場合、単純に XNUMX つの発振が追加されます。 たとえば、周波数が近いが複数ではない XNUMX つの振動を追加すると、ビートが発生します。つまり、周波数が平均値付近の特定の制限内で変化し、振幅が周波数に等しい周波数で変化する複雑な振動です。違い。 このようなビートには、新しい周波数の振動成分は含まれていません。 しかし、ビートが検出 (修正) されると、このプロセスの非線形性により、中間周波数の成分が現れます。 周波数変換器の出力では、多くの周波数の成分を持つ複雑な振動が得られます。 周波数とその高調波の組み合わせであるすべての新しい周波数は、組み合わせ周波数と呼ばれます。 適切な補助周波数を選択することにより、新しい周波数を取得できます。 新しい周波数の中には、元の振動の数倍高い周波数を持つ元の振動の高調波があります。 ただし、入力電圧のXNUMXつの非線形歪みを使用すると、より簡単に取得できます。 高調波発生のために XNUMX つの電圧が存在する必要はありません。 原則として、組み合わせ振動 (および高調波) の振幅は、周波数値が高いほど小さくなります。 したがって、ほとんどの場合、差周波数の振動、場合によっては全周波数の振動が、新しい中間周波数の振動として使用されます。 高次の組み合わせ周波数はめったに使用されません。 ほとんどの場合、ラジオ受信機での周波数変換は、異なる周波数で動作する異なるラジオ局から信号を受信すると、同じ中間周波数の発振が生成されるように実行されます。 これにより、高ゲインと高選択度が得られ、受信信号の周波数範囲全体でほぼ一定に保たれます。 さらに、一定の中間周波数では、増幅段のより安定した動作が得られ、周波数範囲用に設計された段よりも設計がはるかに簡単になります。 無線受信機や無線測定装置では、差周波数が中間周波数として使用されることが最も多く、補助周波数は通常、変換された信号周波数よりも高くなります。 この周波数間の関係は、中間周波数が信号周波数よりも高い場合に必要です。 38.周波数変換用ランプ 周波数変換には、さまざまな非線形またはパラメトリック デバイスが使用されます。 たとえば、デシメートル波とセンチメートル波の受信機では、真空または半導体ダイオードが周波数変換器で機能します。 三極管は、デシメートル波とメートル波の範囲で周波数を変換するために使用されます。 変換 は次のように行われます。 信号の周波数と補助周波数でランプに電圧が印加されます。 次に、ランプのアノード電流がこれらの周波数で同時に脈動します。 ランプが非線形またはパラメトリック デバイスであるという事実により、組み合わせ周波数を持つコンポーネントがそのアノード電流に現れます。 アノード発振回路は、それらの XNUMX つ、通常は差の XNUMX つに調整されます。 共振周波数電流に対してのみ高い抵抗を持ち、中間周波数のみで増幅された電圧を生成します。 したがって、回路は中間周波数の振動を強調します。 周波数変換回路では、受信信号回路と局部発振回路との間の接続を可能な限り排除する必要があります。 通常、両方に振動回路があります。 それらの間に接続がある場合、ある回路が別の回路に影響を与え、それらの正しいチューニングに違反し、局部発振器周波数の安定性が低下し、高周波増幅器がない場合は、局部発振器の発振と、高周波増幅器がない場合、受信機アンテナを介した局部発振器の発振の寄生放射。 三極管を使用する場合、信号と LO の電圧がグリッド回路に供給されるため、信号と LO 回路の間の結合が大きくなります。 周波数変換の同様の方法が呼び出されます シングルグリッド。 信号と局部発振器回路の間の結合の減衰は、ダブルグリッド周波数変換によって実現されます。これは、デュアル制御の真空管として使用される場合、五極管を使用して実現できます。 この場合、信号と局部発振器の振動の加算が、振動が異なるグリッドに適用されるため、ランプ内の電子流で発生します。 信号電圧は制御グリッドに供給され、局部発振器電圧は第 XNUMX の制御グリッドとして使用される保護グリッドに供給されます。 このグリッドの電圧が最小アノード電圧を大幅に下回る場合でも、保護グリッドとして機能します。 シールド グリッドにより、信号回路と局部発振回路の間の寄生容量結合がほぼ完全に除去されます。 周波数変換を行うランプと呼ばれることもあります 混合、 周波数の異なるXNUMXつの振動が追加されているため、このランプが動作するカスケードは ミキサー。 したがって、周波数変換はミキサーとローカル発振器で構成され、それぞれに独自のランプが必要です。 周波数変換のための二重制御を備えた多電極ランプ - ヘプトード - は XNUMX つの制御グリッドを持ち、ミキサーと局部発振器で同時に動作します。つまり、XNUMX つのランプを置き換えます。これらは中波および短波受信機で使用されますが、通常の受信機ではうまく機能しません。 VHF。 ヘプトードには XNUMX つのグリッドがあります。 ヘプトードの利点は、保護グリッドの存在です。これにより、ランプの内部抵抗が増加します。 ヘプトードが 20 m よりも短い波長で動作する場合、局部発振器周波数の安定性が不十分であることが判明し、局部発振器を別のランプと共に使用する必要があります。つまり、ヘプトードは混合としてのみ使用し、変換には使用しません。ランプ。 これらの波では、五極管と三極管が周波数変換器で最良の結果をもたらします。 39.デュアルコントロール付きランプの特性とパラメータ すべて ダブルコントロールマルチグリッドランプ これらはスクリーニング グリッドを備えており、五極管または四極管に似ており、そこにグリッドが追加されて三極管 (ヘテロダイン) 部分を形成します。 これらのランプの特性とパラメータの点では、XNUMX 極管および XNUMX 極管に似ており、XNUMX 極管部分の特性とパラメータの点では、従来の XNUMX 極管に似ています。 さらに、デュアル制御ランプには、XNUMX つの制御グリッドが存在するため、追加の特性とパラメータがあります。 アノード電流は、両方のグリッドの電圧が正に変化すると増加します。 最初のグリッドに沿った急勾配が大きいほど、グリッド電圧は高くなります。 電圧が正の方向に変化すると、カソードのポテンシャル障壁が減少し、電極の数が増えるとこの障壁を克服します。 それに対応して、カソード電流、アノード電流、およびスクリーニンググリッド電流が増加する。 電圧が変化すると、保護グリッドの電圧が変化したときに五極管で観察されたものと同様に、アノードとグリッドの間の電流分布が変化します。 アノード電流の二重制御は、一方の制御グリッドの電圧を変更すると、もう一方の制御グリッドの特性の傾きが変化するという事実に帰着します。 別の制御グリッドの電圧の影響下で、グリッドの制御動作を特徴付ける主なパラメータである傾きが変化するため、ランプは周波数変換に適したパラメトリックデバイスです。 二重制御ランプの周波数変換プロセスは、特性の XNUMX 極族を使用して説明できます。 アノード発振回路は中間周波数に同調されており、信号および局部発振周波数で低抵抗であるため、ランプはこれらの周波数の発振に対して実際には無負荷モードで動作し、アノード電流の変化は静特性から決定されます。 周波数変換ランプを特徴付ける最も重要なパラメータは、変換の急勾配です。 これは、アノード電流で得られる中間周波数の可変成分の第 XNUMX 高調波の振幅と信号電圧の振幅の比を表します。 この場合、シールドおよび保護グリッドとアノードの電圧は一定です。 変換の急峻さは、局部発振器電圧の振幅の増加とともに増加します。 多くの周波数変換管は、変換段階の自動ゲイン制御のために特性を長くしています。 しかし、その後、強い信号を受信するとき、つまり、動作点が特性の非線形セクションの下に移動すると、組み合わせ振動の振幅が急激に増加し、受信機に干渉を引き起こす可能性があります。 現代の機器では、XNUMXつのシリンダーにXNUMXつ、時にはXNUMXつまたはXNUMXつの別々の電極システムを備えた複合ランプが使用されています。 このようなランプを使用すると、機器の寸法が小さくなり、設置が簡単になります。 組み合わせたランプの概略図では、簡単にするために、XNUMX つのヒーターと XNUMX つのカソードのみが示されることがよくあります。 多くのランプ、特に高周波用に設計されたランプでは、個々の電極システム間の寄生容量結合を排除するためにスクリーンが取り付けられています。 複合ランプの電極の設計は異なります。 多くの場合、スクリーンを備えた個別の電極システムがあります。 一部のランプでは、共通の陰極が作成され、その表面のさまざまな部分からの電子の流れが、それぞれ独自の電極システムで使用されます。 共通陰極に沿って分離スクリーンを備えた電極システムを取り付けることが可能です。 40. 特別なタイプの受信ランプと増幅ランプ 急勾配の増加 グリッドとカソードの距離を数十ミクロンに短縮することで実現されます。 しかし、酸化物陰極の凹凸のある表面によりグリッドが短絡する危険性があるため、グリッドと陰極の距離が短いランプの製造は難しく、十分な信頼性がありません。 相互コンダクタンスを増加させるもう XNUMX つの方法は、制御グリッドとカソードの間に配置され、何らかの正の電位を持つカソード グリッドを使用することです。 カソードから放出された電子はカソード グリッドによって加速され、そのギャップに飛び込み、制御グリッドから非常に近い距離に空間電荷密度が増加した領域と第 XNUMX の電位障壁を作成します。 制御グリッドの電圧はその高さに大きく影響します。 その結果、制御グリッドは電子の流れを非常に効率的に制御できます。 相互コンダクタンスの大幅な増加は、二次放射のあるランプで達成されます。 ランプにおける二次放射の使用に関する研究は長い間行われてきましたが、安定して動作し、ランプ自身があまり大きなノイズを発生しないようなランプを構築することは長い間不可能でした。 このノイズの原因は、二次電子放出プロセスのムラによるものです。 重金属と軽い金属との新しい合金、例えば銅とベリリウムの合金が発見されており、これは高く安定した二次放出をもたらします。 これらを使用すると、ノイズは減少しますが、それでも従来のランプよりも大きくなります。 二次放射を伴うランプには、追加の電極 - 二次放射陰極 (ダイノード) があります。 陽極よりも小さい正の電位が印加されます。 陰極から飛んだ一次電子は二次放出陰極に当たり、そこから二次電子をノックアウトし、二次電子はより高い正の電位を持つ陽極に飛んでいきます。 二次電子の流れは、二次電子の流れの数倍です。 そのためランプの急峻度が高いのです。 二次放出カソードの電流はアノード電流よりもわずかに小さく、回路の外側部分ではアノード電流とは反対の方向になります。 二次放出カソードの電流に関するランプの勾配は、通常、アノード電流に関する勾配よりわずかに小さい。 アノード電流の電子は、アノードからアノード回路の外側部分の導体に沿って移動し、外部回路の二次放出カソードの電流の電子は、このカソードに向かって移動します。それは、主要なものよりもそれに到達します。 グリッドに交流電圧が印加されると、アノードと二次放出カソードの電流の方向が逆になるため、これらの電極の回路に含まれる負荷抵抗器は、逆位相の増幅された交流電圧を受け取ります。 通常の増幅段は、電圧の位相を反転させます。 そして、二次放出陰極の回路では、増幅された電圧が得られ、それはグリッドの交流電圧と同相で一致する。 この特性により、二次電子放出カソードの回路と制御グリッドの間に正のフィードバックを実装して、さまざまな形状の発振を生成し、ゲインを上げ、送信された発振の帯域幅を減らすなどの目的が非常に簡単になります。 超小型の受信増幅金属セラミック三極管と四極管が製造され、 看護師。 それらは、周波数を増幅、生成、変換するように設計されています。 彼らは小型のセラミック金属シリンダーを持っています。 41.ガス中の放電の種類 ガス中の独立放電と非自己持続放電を区別します。 自己放電 電圧によってのみサポートされます。 非自己放電 電圧に加えて、他のいくつかの外部イオン化要因がある場合、存在することができます。 それらは、光線、放射性放射線、加熱された電極の熱電子放出などです。イオンデバイスで見られる放電の主なタイプを考えてみましょう。 暗い (または静かな) 分泌物は非自己持続性です。 XNUMX平方センチメートルあたりマイクロアンペア単位の電流密度と非常に低い体積電荷密度が特徴です。 印加電圧によって生成される電界は、空間電荷による暗放電中に実際には変化しません。つまり、空間電荷の影響は無視できます。 ガスグローはありません。 無線電子機器用のイオン デバイスでは、暗放電は使用されませんが、他のタイプの放電の開始に先行します。 グロー放電とは、独立したことを指します。 くすぶっている体の輝きを思わせるガスの輝きが特徴です。 この放電中の電流密度は XNUMX 平方センチメートルあたり数十ミリアンペアに達し、電極間の電界に大きな影響を与える空間電荷が得られます。 グロー放電に必要な電圧は数十ボルトから数百ボルトです。 放電は、イオンの衝突下でのカソードの電子放出により維持されます。 主なグロー放電装置は、 ツェナーダイオード - イオン電圧安定器、ガス灯、グロー放電サイラトロン、デジタル表示灯およびデカトロン - イオン計数装置。 アーク放電は、グロー放電よりもはるかに高い電流密度で得られます。 非自立型アーク放電装置には、ガストロンと熱陰極サイラトロンが含まれます。 水銀バルブ（エキシトロン）と液体水銀陰極を備えたイグニトロン、およびガス放電器では、独立したアーク放電が発生します。 アーク放電は、減少したときだけでなく、通常または高い大気圧でも発生する可能性があります。 火花放電はアーク放電に似ています。 これは、通常の大気圧など、比較的高いガス圧での短期間の (インパルス) 放電です。 通常、スパークでは一連のパルス放電が次々と発生します。 高周波放電は、通電電極がない場合でも、交流電磁界の作用下でガス中で発生する可能性があります (無電極放電)。 コロナ放電は独立しており、電圧安定化のためのイオンデバイスで使用されます。 電極の少なくともXNUMXつが非常に小さい曲率半径を持っている場合、比較的高いガス圧で観察されます。 次に、電極間の電界が不均一であることが判明し、コロナと呼ばれる尖った電極の近くで、電界強度が急激に増加します。 コロナ放電は、数百または数千ボルトのオーダーの電圧で発生し、低電流が特徴です。 42.グロー放電 平面電極間のグロー放電を考えてみましょう。 放電がない場合、体積放電がない場合、電場は均一であり、電極間の電位は線形則に従って分布します。 電子 (真空) デバイスでは、放出が存在する場合、負の空間電荷があり、カソードの近くに電位障壁が生じます。 このバリアは、大きなアノード電流が発生するのを防ぎます。 グロー放電を伴うイオン デバイスでは、多数の正イオンにより正の空間電荷が生成されます。 これにより、アノード - カソード間空間の電位が正の方向に変化します。 イオンデバイスでは、電位分布は、ほとんどすべてのアノード電圧がカソード近くのガスの薄い層で低下するようなものです。 このエリアと呼ばれる 放電ギャップのカソード部分。 その厚さは電極間の距離に依存しません。 陰極の近くに強い加速場ができます。 アノードは、いわばカソードに近づきます。 アノードの役割は、正電荷がカソードに「ぶら下がっている」イオン雲によって実行されます。 その結果、負の空間電荷の影響が補償され、カソードの近くにポテンシャル障壁がなくなります。 放電ギャップの XNUMX 番目の部分は、電圧降下が小さいという特徴があります。 その中の電界強度は小さいです。 それは、ガス、または電子イオン、プラズマの領域と呼ばれます。 アノードに隣接し、放電ギャップのアノード部分によって引き起こされる部分、またはアノード電位降下の領域は、それから分離されます。 陰極部分と陽極部分の間の領域は、放電列と呼ばれます。 アノード部分は重要ではなく、放電柱とアノード部分は XNUMX つのプラズマ領域と見なすことができます。 プラズマ 電子とイオンの数がほぼ同じである高度に電離された気体です。 プラズマでは、粒子のランダムな動きが、方向付けられた動きよりも優先されます。 それでも、電子はアノードに移動し、イオンはカソードに移動します。 電子とイオンに作用する力は同じであり、方向が反対であるだけです。これらの粒子の電荷は等しいが、符号が反対であるためです。 しかし、イオンの質量は電子の質量の数千倍です。 したがって、イオンはそれに応じてより小さな加速度を受け取り、比較的低い速度を獲得します。 電子と比較して、イオンはほとんど動かない。 したがって、イオンデバイスの電流は実際には電子の動きです。 イオン電流の割合は非常に小さく、無視できます。 イオンはその役割を果たします。 それらは正の空間電荷を生成し、それは負の空間電荷を大幅に超え、カソード近くのポテンシャル障壁を破壊します。 カソード電圧領域が重要な役割を果たします。 プラズマからこの領域に侵入したイオンは、ここで加速されます。 高速で陰極に衝突すると、イオンは陰極から電子を叩き出します。 このプロセスは、放電を維持するために必要です。 イオンの速度が不足すると、電子放出がうまくいかず、放電が停止します。 陰極から逃げる電子も陰極降下の領域で加速され、ガス原子のイオン化に必要な速度よりもはるかに速い速度でプラズマに飛び込みます。 電子は、プラズマのさまざまな部分でガス原子と衝突します。 したがって、イオン化はボリューム全体で発生します。 組換えは血漿中でも起こります。 プラズマで発生したイオンのごく一部のみが、カソードの電子放出の生成に関与します。 ほとんどのイオンは電子と再結合し、陰極には到達しません。 43. スタビリトロン グローまたはコロナ放電デバイスは、 ツェナーダイオード。 最も広く使用されているグロー放電ツェナーダイオードは、通常のカソード電圧モードで動作します。 グロー放電に先行する暗放電は使用されないため、関心がないため、ツェナー ダイオードの電圧-電流特性には表示されません。 縦軸は放電点を示す。 実際には、グロー放電電流を測定するミリアンメータは無視できる暗放電電流を示さないため、これが当てはまります。 安定化に適した通常のカソード降下の領域は、最小電流と最大電流によって制限されます。 最小電流未満の場合、放電が停止する場合があります。 最大電流は、異常な陰極降下モードの開始に対応するか、またはその時点で電極の限界加熱に達します。 放電時のサージ電流は、抵抗器の抵抗値によって異なります。 大きい場合は比較的小さな電流が現れ、小さいものを取ると大きな電流が現れます。 電圧安定化領域が減少するので、これは安定化にとって不利である。 抵抗が低いと、異常なカソード降下の領域でも電流ジャンプが発生する可能性があり、安定化はまったく機能しません。 したがって、電流の過度の増加（短絡）が発生しないようにするためと、電圧安定化モードが存在できるようにするためのXNUMXつの理由から、十分な抵抗値を持つ制限抵抗が必要です。 最小電流は変化せず、最大電流はカソード面積に比例して増加するため、カソード面積が大きいほど安定化領域が広くなります。 したがって、ツェナー ダイオードは、表面積の大きいカソードによって特徴付けられます。 アノードは小型化されていますが、最大電流から過熱しないようにします。 最も一般的な 1 電極グロー放電ツェナー ダイオードで、ニッケルまたはスチール製の円筒形カソードを備えています。 陽極は、直径 1,5 ～ XNUMX mm のワイヤです。 気球には、水銀柱数十ミリメートルの圧力で不活性ガス (ネオン、アルゴン、ヘリウム) の混合物が充填されています。 ツェナー ダイオードのパラメータは、通常の動作電圧または安定化領域の中点に対応する安定化電圧、放電開始電圧、最小および最大電流、安定化電圧の変化、交流に対する内部抵抗です。 ガスの異なる混合物を使用して、安定化電圧の望ましい値が選択されます。 コロナ放電ツェナー ダイオードは、高電圧と低電流が特徴です。 このようなツェナーダイオードでは、円柱状の電極がニッケルで作られています。 ボンベには水素が充填されており、安定化電圧はガス圧に依存します。 動作電流は 3 ～ 100 μA の範囲です。 これらのツェナー ダイオードの内部 AC 抵抗は、数百キロオームです。 コロナ放電ツェナーダイオードの放電プロセスは15〜30秒続きます。 ツェナーダイオードは、ほとんどの場合、負荷抵抗が一定で、電源電圧が不安定なモードで動作します。 より高い電圧を安定させるために、ツェナー ダイオードが直列に接続されますが、通常は XNUMX つまたは XNUMX つ以下です。 電圧は異なりますが、最小電流と最大電流は同じです。 44.ガストロン ガソトロン - これらは、カソードの熱電子放出によって維持される非自己維持アーク放電を伴うイオン ダイオードです。 ガストロンの目的は交流を整流することです。 現在、水銀柱数ミリメートル程度の圧力でアルゴンまたはキセノンとクリプトンの混合物の形の不活性ガスを有するガストロンが使用されている。 ほとんどのガストロンには、直接または間接加熱の酸化物陰極があります。 より強力なガストロンでは、かなりの表面積があります。 ディスク、半球または円筒の形態のアノードは、比較的小さいサイズを有する。 ガソトロンは、フィラメント電圧が 5 V 以下と低いという特徴があります。より高い電圧が印加されると、ヒーターの両端でアーク放電が発生し、フィラメント ソースのエネルギーが浪費される可能性があります。 低い加熱電圧では、強力なガストロンのカソードに大電流を供給する必要があります。 ケノトロンに対するガストロンの利点は、ガストロン自体の電圧降下が小さいことです。 15～20V程度で、アノード電流にはほとんど依存しません。 したがって、ガストロン整流器の効率はケノトロン整流器の効率よりも高く、整流電圧が高いほど効率が高くなります。 ガストロンに基づく高電圧整流器では、効率は最大 90% 以上になります。 放電が発生する前に、電子電流がガストロンで観察されます。これは、真空ダイオードと同じように電圧の増加とともに増加します。 この電流は非常に小さく、実用的な意味はありません。 アーク放電の発生は、イオン化ポテンシャルよりわずかに高い電圧で得られます。 ガストロンは必然的に制限抵抗を介してオンになるため、放電の開始後、抵抗の両端に電圧降下が発生し、ガストロンの電圧がわずかに低下します。 ソース電圧が増加すると、ガストロンの電流が増加し、ツェナーダイオードのように一定ではありませんが、ガストロンの両端の電圧降下がわずかに変化します。 ガストロンを加熱するためのかなりのエネルギー消費で低電圧を得るのは不採算であるため、安定化のためのガストロンの使用は問題外である。 ガストロンの動作電圧は、イオン化ポテンシャルと同じオーダー、つまり15〜25Vです。 ガストロンの電圧の相対的な一定性は、グロー放電デバイスの陰極電圧領域の特性により得られません。 ガストロンでは、陰極面積は変化しませんが、電流が増加すると、イオン化とそれに応じて単位体積あたりの電子とイオンの数が増加するため、直流電流に対するデバイスの抵抗が減少します。 さらに、イオンの正の空間電荷が陰極に近づきます。これは、陽極と陰極の距離が減少することに相当します。 ガストロンでは、「アノード-カソード」空間の電位分布はグロー放電デバイスの場合とほぼ同じですが、電子管のように、アノード電圧が低く、カソードの近くに電位障壁があります。 ガストロンのカソードは、陽イオンの衝撃により困難な条件下で動作します。 比較的大きな質量を持つイオンは、速度が許容値を超えると酸化物層を破壊します。 45. アーク放電サイラトロン 熱陰極サイラトロン、 アーク放電モードでガストロンのように動作し、交流を整流するために使用され、オートメーション、遠隔制御、パルス技術、レーダー、その他の分野でリレーとして使用されます。 多くの特性と設計において、サイラトロンはガストロンに似ていますが、グリッドにより放電開始電圧の大きさを制御できます。 サイラトロンのグリッドは、放電がラウンドアバウトではなく、グリッドのみを通過するようにする必要があります。 したがって、グリッド自体またはサーマルスクリーンと組み合わせて、ほぼすべての側面からカソードを覆います。 グリッドの作業部分にはいくつかの穴があり、残りはスクリーンです。 一部の低出力サイラトロンでは、電極の設計は真空管の設計とほぼ同じです。 サイラトロンのカソードとアノードは、ガストロンと同じように機能します。 ガストロンの操作の特徴と操作のルールは、サイラトロンにも完全に適用されます。 サイラトロンにおけるグリッドの役割は、負のグリッド電圧を使用して、サイラトロンを正のアノード電圧でロック状態に保つことです。 そして、この電圧が低下するか、アノード電圧が上昇すると、放電が発生します。つまり、サイラトロンのロックが解除されます。 負のグリッド電圧が大きいほど、放電が発生するアノード電圧も高くなります。 これは、負のグリッド電圧では、カソードから放出された電子に対してグリッドとカソードのギャップに高い電位障壁が生成されるという事実によって説明されます。 電子はこの障壁を乗り越えて陽極に飛ぶことができません。 負のグリッド電位を下げるか、アノード電圧を上げると、電位障壁が低くなります。 電子がそれを克服し始めると、陽極に向かって移動し、イオン化に必要な速度を獲得し、イオン化プロセスが雪崩のように増加し、アーク放電が発生します。 放電発生のアノード電圧とグリッド電圧との関係は、始動特性または着火特性を示す。 真空三極管の研究と同じ回路を使用して除去されますが、陽極回路に制限抵抗があります。 脱ぎやすいです。 各ポイントについて、アノード電圧は最初にゼロに設定され、負のグリッド電圧が設定されます。 次に、アノード電圧が増加し、放電が発生したときの値が記録されます。 次に、アノード電圧がゼロに下げられ、次のポイントが削除されます。 始動特性は、グリッドの負電圧が増加すると、放電が発生するために必要なアノード電圧が増加することを示しています。 サイラトロンの交流電圧での動作中の始動特性は、直流での静的始動特性とは多少異なります。 これは、交流電圧では、放電前（始動前）のグリッド電流が影響するためです。 これは、サイラトロンがロックされている負の半サイクル中に再結合が即座に発生せず、電極間に電子とイオンが存在するという事実が原因で発生します。 これにより、逆アノード電流が発生します。 同時に、正イオンが負に帯電したグリッドに引き寄せられ、その回路に予備放電電流が形成されます。 グリッドの熱電子放出も、予備放電電流の形成に関与する可能性があります。 アノード電流が大きく、周波数が高いほど、予備放電電流が強くなります。 このような電流の存在は、サイラトロンの点火を容易にします。 46. キャソトロン光線管 陰極線装置には、オシログラフィー用陰極線管、テレビ画像受信およびレーダー インジケータ デバイス、テレビ画像送信用、電子コンピュータ用メモリ チューブ、陰極線スイッチ、およびその他のデバイスが含まれます。 これらのデバイスはすべて、電場または磁場、またはその両方の場によって制御される電子の細いビーム (ビーム) を生成します。 管は、電場または磁場によって電子ビームを集束させたり、電気または磁気でビームを偏向させたりすることができます。 発光スクリーン上の画像の色に応じて、目視観察用には緑、オレンジ、または黄オレンジの輝きを放つ管があり、オシログラムの撮影用には青、テレビ画像の受信用には白または三色発光管があります。 静電的に制御された陰極線管、つまり電場による集束とビーム偏向を備えたもので、略して呼ばれます 静電気の管, 特にオシロスコープで広く使用されています。 チューブバルーンは、円錐形または場合によっては円筒形の拡張部を備えた円筒形です。 発光スクリーンは、拡張部分のベースの内面に適用されます。これは、電子の影響下で発光することができる物質の層です。 チューブの内側には、ベースのピンにつながる電極があります。 カソードは通常、ヒーターを備えたシリンダーの形をした間接加熱酸化物です。 カソード端子は、XNUMX つのヒーター端子と組み合わされる場合があります。 酸化物層はカソードの底部に堆積する。 カソードの周りには変調器と呼ばれる、底に穴の開いた円筒形の制御電極があります。 このカソードは、電子ビームの密度を制御し、事前に集束する役割を果たします。 負電圧が変調器に印加されます。 この電圧が増加すると、ますます多くの電子が陰極に戻ります。 負の変調器電圧で、真空管はロックされます。 次の電極も円筒形で、アノードです。 最も単純なケースでは、500 つしかありません。 XNUMX番目のアノードでは、電圧はXNUMX Vから数キロボルトで、最初のアノードでは電圧が数分のXNUMXになります。 アノードの内部には、通常、穴のある仕切り (ダイヤフラム) があります。 アノードの加速場の作用下で、電子はかなりの速度を獲得します。 電子流の最終的な集束は、アノード間の空間内の不均一な電界を使用して、またダイアフラムのために実行されます。 より複雑なフォーカシングシステムは、より多くのシリンダーで構成されています。 陰極、変調器、陽極からなるシステムは電子サーチライト（電子銃）と呼ばれ、電子ビーム、つまり第XNUMXの陽極から発光スクリーンに高速で飛ぶ電子の細い流れを作り出す働きをします。 電子ビームと画面上の輝点の偏向は、偏向板の電圧に比例します。 この依存性の比例係数は次のように呼ばれます。 チューブ感度。 47. 超高周波でのランプ動作の特徴 中波および短波用のランプが機能します 物足りない 電子レンジで、これは次の理由で説明されます。 電極間静電容量とリードインダクタンスの影響。 静電容量とインダクタンスは、マイクロ波範囲でのランプの動作に大きく影響します。 それらは、ランプに接続された振動システムのパラメータを変更します。 その結果、振動系の固有振動数が低下し、特定の限界を超える振動数に調整することができなくなります。 各ランプは、ランプ電極からのリード線の短絡に起因する発振回路の共振周波数に対応する特定の制限周波数によって特徴付けられます。 リード インダクタンスと電極間キャパシタンスは、特定のランプ回路に含まれている場合、回路の動作を低下させる望ましくない正または負のフィードバックと位相シフトを作成します。 特にカソード端子のインダクタンスが影響を受けます。 それは同時にアノード回路とグリッド回路に入り、重要なフィードバックを作成します。その結果、動作モードが変化し、増幅された交流電圧源が負荷されるランプの入力インピーダンスが減少します。 電極間容量は、ランプの入力抵抗を減らすのにも役立ちます。 さらに、これらの静電容量は、マイクロ波周波数ではほとんど抵抗を持たないため、より強力なランプではかなりの容量性電流が発生し、電極からのリード線が加熱され、追加のエネルギー損失が発生する可能性があります。 電子慣性の影響。 電子には質量があるため、瞬時に速度を変えることができず、電極間の距離を瞬時に飛びます。 ランプは、非慣性または低慣性のデバイスではなくなります。 電子の慣性はマイクロ波で現れます。 ランプ内の電子プロセスの慣性により、有害な位相シフトが生じ、アノード電流パルスの形状が歪められ、かなりのグリッド電流が発生します。 その結果、ランプの入力抵抗が急激に減少し、ランプのエネルギー損失が増加し、有効電力が減少します。 ランプの動作を考えるとき、簡単にするために、電極の回路内の電流は、ランプ内をこの電極上に飛ぶ電子の流れによって形成されると考えられる。 この電子の流れは対流と呼ばれます。 ランプ電極の外部回路の電流は、誘導（誘導）電流です。 電子管では、移動する誘導電荷の役割は、XNUMX つの電極から別の電極に飛ぶ電子の流れ、つまり対流によって行われます。 ランプ内部の対流は、ランプの電極に接続された外部ワイヤに誘導電流を常に励起します。 誘導電流は、飛行する電子の数と速度の増加、および電子とこの電極との間の距離の減少とともに増加します。 誘導電流の助けを借りて、電子が電場内を移動するときに発生するエネルギー変換をよりよく理解することができます。 ランプ内を飛ぶ電子の流れにより、バッテリー回路に誘導電流が発生し、その方向は対流の方向と一致します。 加速場の場合、バッテリーを通過する誘導電流がバッテリーの放電電流になります。 バッテリーは放電されます。つまり、バッテリーはそのエネルギーを消費します。このエネルギーは、電界の助けを借りて飛んでいる電子に転送され、運動エネルギーを増加させます。 減速場では、電子は初期エネルギーのために移動します。 この場合、逆に、誘導電流はバッテリーの充電電流になります。つまり、リターディングフィールドの電子はエネルギーを放棄し、バッテリーに蓄積されます。 48. ランプの入力抵抗と電力損失 増幅段は、電力が何倍増幅されるかを示す電力利得 K によって特徴付けられます。K = Pout / Pin、ここで、Pout はランプによって供給される有効電力、Pin はランプの入力に供給される電力です。 入力抵抗の値が小さいと、電力が非常に大きくなり、係数が2以下になる可能性があります。 明らかに、電力増幅が 3 ～ XNUMX 倍未満の増幅器を使用することはお勧めできません。 マイクロ波への移行に伴い、従来のランプの入力インピーダンスは急激に低下し、電力利得は小さくなるか、まったくなくなります。 マイクロ波ランプの入力抵抗の減少は、グリッド回路での誘導電流の発生によって説明されます。 飛行時間と振動周期の比率、「カソード - グリッド」と「グリッド - アノード」のセクションの距離の比率、電極の電圧値、内部のプロセスに応じて、三極管の発生はさまざまですが、いずれの場合も、マイクロ波内の電子の慣性の発現により、結果としてグリッド回路に大きな誘導電流が発生し、入力抵抗の急激な減少につながります。 電子プロセスの慣性の最も不快な結果は、グリッド電流のアクティブなコンポーネントの出現です。 これにより、ランプに入力アクティブ抵抗が発生します。これは、周波数の増加とともに減少し、パワーゲインを減少させます。 ランプのアクティブな入力抵抗は、グリッド回路に含まれる発振源のエネルギー損失を特徴づけます。 この場合、このエネルギーは、誘導電流の有効成分によって振動源から電場に伝達され、電子に伝達されます。これにより、運動エネルギーが増加し、アノードの加熱に費やされます。 もしも 1 ランプはより低い周波数で動作し、飛行時間は無視できます。グリッド電圧では、電流は電圧と同じ長方形の形状と持続時間を持ち、相互に時間的にシフトしません。 これらの電流は等しく、方向が反対であるため、グリッド電流の合計はゼロです。 したがって、この場合、発振源からのエネルギー消費はありません。 正弦波交流電圧では、すべてのプロセスがより複雑になりますが、マイクロ波では、グリッド回路にアクティブな誘導電流が必然的に発生し、その生成により発振源のエネルギーが消費されます。 このエネルギーは最終的に、対流によるアノードとカソードのさらなる加熱によって失われます。 実際、グリッド電圧の正の半波は、カソードから飛んでいる電子を加速し、追加のエネルギーを与え、グリッドの負の半サイクル中に、アノードに向かって移動する電子を反発し、追加のエネルギーも受け取ります。エネルギー。 その結果、電子はより大きな力でアノードに衝突し、さらに加熱されます。 さらに、グリッドを通過せずにカソードに戻った電子も、負の半サイクル中にグリッドに反発され、追加のエネルギーを受け取ります。 これらの電子は追加のカソードに衝突し、さらに加熱します。 したがって、全期間中、振動源が電子にエネルギーを与え、電子はそれを陽極と陰極の衝突に費やします。 マイクロ波ランプのエネルギー損失は、電子の慣性だけでなく、他の多くの理由でも発生します。 表面効果により、電極とそのリードの能動抵抗が増加します。 大量の電流が金属導体の表面に沿って流れ、無駄な加熱が発生します。 マイクロ波では、交番電界の影響下にあるすべての固体誘電体で損失が増加します。 49. フライトクライスター センチメートル波の場合、正常に適用されました クライストロン、 その仕事は、電子の流れの速度を変えることに基づいています。 これらのデバイスでは、かなりの電子飛行時間は有害ではありませんが、デバイスの通常の動作には必要です。 クライストロンは スパンニング 発振の生成と増幅に適した (XNUMX 共振器および多重共振器)、および 反射する (単一共振器)、発電機としてのみ機能します。 カソードからアノードへの電子の流れは、XNUMXつのキャビティ共振器の壁の一部であるXNUMX対のグリッドを通過します。 最初の共振器は入力回路として機能します。 周波数の増幅された振動は、同軸線と通信コイルの助けを借りてそれに供給されます。 そのグリッドは、電子速度が変調される変調器を形成します。 XNUMX番目の共振器は、発振を増幅するための出力回路として機能します。 それらのエネルギーは、通信コイルと同軸線の助けを借りて取得されます。 正の電圧が共振器とアノードの両方に印加され、グリッドとカソードの間に加速場が生成され、その影響下で電子がかなりの初速度で変調器に飛んでいきます。 最初の共振器に振動が導入されると、グリッド間に交番電場が存在し、電子流に作用してその速度を変化 (変調) させます。 その半サイクルでは、XNUMX 番目のグリッドに正の電位があり、最初のグリッドに負の電位がある場合、グリッド間の電界が加速し、変調器を通過する電子は追加の速度を受け取ります。 高速の電子が低速で移動する電子に追いつき、その結果、電子の流れが別々のより高密度の電子グループ、つまり電子バンチに分割されます。 つまり、グループ化空間内の速度による電子の流れの変調のおかげで、この流れの密度による変調が得られます。 半周期中に変調器を通過する電子のみがグループ化されます。 変調交流電場の影響下での電子速度の変化が、一定の加速電圧から受け取った速度と比較して重要でない場合にのみ、適切なグループ化が可能です。 したがって、共振器グリッド間の AC 電圧は、DC 電圧よりもはるかに低くする必要があります。 電子の束へのグループ化は、半周期で繰り返されます。 電子流が最大に集中した後、電子は再び発散します。 電子バンチは、その中の電場が減速しているときに、XNUMX 番目の共振器を通過します。 XNUMX次共振器を通過した電子は陽極に当たり、陽極を加熱します。 電子の一部は、共振器グリッドにも衝突します。 電子の流れが変調されていない場合、XNUMX番目の共振器の振動を維持できません。 二重空洞クライストロンはマイクロ波送信機の増幅器として使用され、連続動作時の有効電力は最大数十キロワット、パルスモードでは最大数十メガワットになります。 波長が短くなるにつれて、送信機の出力は減少します。 受信機で微弱な信号を増幅する場合、クライストロンは大きな固有ノイズを発生するため、ほとんど役に立ちません。 50. 走行灯と逆波灯 クライストロン固有の欠点、 進行波ランプ (TWT) では排除されます。 TWT のゲインと効率は、クライストロンよりもはるかに高くなる可能性があります。 これは、TWT 内の電子の流れがその経路の大部分にわたって交流電場と相互作用し、そのエネルギーのかなりの部分を放棄して強化された振動を生み出すという事実によって説明されます。 TWT の電子の流れはクライストロンよりもはるかに弱いため、ノイズ レベルは比較的低くなります。 TWT には振動システムがないため、周波数帯域は非常に大きくなる可能性があります。 帯域幅はランプ自体によって制限されるのではなく、ランプを外部回路に接続し、これらの追加デバイスの個々の要素を互いに調整するのに役立つさまざまな追加デバイスによって制限されます。 数千メガヘルツ程度の周波数の進行波ランプは、数百メガヘルツ程度の送信振動の周波数帯域を持っています。これは、レーダーやあらゆるタイプの最新の無線通信には十分です。 LBVはこのように配置されています。 細長いシリンダーの左側の部分には、加熱されたカソード、集束電極、およびアノードを備えた電子サーチライトが配置されています。 電子投射器によって生成された電子ビームは、同軸線の内部ワイヤの役割を果たすワイヤ スパイラルのさらに内側を通過します。 このラインの外側のワイヤーは金属管です。 スパイラルは特別な絶縁体に固定されています。 直流電流で駆動される集束コイルは、電子ビームをその全長に沿って圧縮する働きをします。 フォーカシングコイルの代わりに、永久磁石を使用することもできます。 磁気集束システムは非常にかさばるので、TWT で電子ビームを集束するため、すなわち電場を使用して集束するための静電法が開発されてきました。 より短いセンチメートル波長のTWTでは、非常に小さならせんを作ることが難しいため、らせんは他のタイプの減速システムに置き換えられます。 これらの遅延システムは、複雑なジグザグ設計の導波管、または櫛状の壁を有する導波管です。 このような導波路に沿って、電子ビームは直線で通過し、電磁波は減速して伝播します。 同様の遅波システムは、ヘリックスが高電力消費に耐えられないため、高電力 TWT でも使用されます。 TWT の動作原理は、バックワード ウェーブ チューブ (BWO) の作成の基礎となりました。 カルシノトロン。 このランプは、TWTとは異なり、センチメートル以下の波を生成することのみを目的としています。 BWOでは、TWTと同様に導波管徐波システムも使用されますが、波と電子ビームは互いに向かって移動します。 BWOの最初の弱い振動は、電子ビームの変動から得られ、次に増幅されて生成されます。 電子ビームを生成する定電圧を変更することにより、非常に広い周波数範囲でBWOの電子チューニングを実行することが可能です。 低電力BWTは、数万メガヘルツの周波数用に作成されており、数パーセントのオーダーの効率で、最大数十分の10ワットの振動を生成する有効電力を備えています。 000 MHzまでの周波数用に、BWOは、連続動作で数十キロワット、パルス動作で数百キロワットの有効電力で開発されました。 直線的な電子ビームを備えた低出力および中出力の発電機 BWO は、タイプ 0 のカルシノトロンと呼ばれます。高出力の場合、タイプ M のカルシノトロンと呼ばれる BWO が使用され、電子ビームは磁場の作用下で円を描くように移動します。 これらのランプの減速システムは円周に配置されており、横方向の磁場はマグネトロンと同様に永久磁石によって作成されます。 51.電気および電子理論に関する一般的な概念 長い間、原子はすべての自然界の主要な、分解不可能で不変の部分であるという意見がありました。そのため、ギリシャ語で「分割できない」を意味する「原子」という名前が付けられました。 XNUMX 世紀の終わりに、高度に希薄化されたガスを含むチューブに高電圧電流を流すと、物理学者は目に見えない光線の作用によってチューブのガラスに緑がかった輝きがあることに気付きました。 発光スポットは、電流源の負極（カソード）に接続された電極の反対側に位置していました。 したがって、光線は呼ばれます 陰極。 磁場の影響により、輝点は横に移動しました。 陰極線は、磁場中では電流が流れる導体と同じように動作します。 緑色がかったスポットの移動は電場の影響下でも発生し、正に帯電した物体は光線を引き付け、負に帯電した物体は光線を反発しました。 これにより、陰極線自体が負の粒子、つまり電子の流れであるという考えが生まれました。 古典物理学では、誘電体ではすべての電子が原子核の近くにしっかりと保持されているという事実から、誘電体と導体の違いがわかります。 逆に、導体では、電子と原子核とのつながりが強く、自由電子が多く、その秩序だった動きが電流を発生させます。 古典物理学では、原子のエネルギーの任意の値を許可し、原子のエネルギーの変化が任意の小さな部分で連続的に発生すると見なします。 しかし、原子と電子の相互作用に関連する元素と現象の光学スペクトルの研究は、原子の内部エネルギーの連続的な性質を示しています。 原子および分子物理学は、原子のエネルギーが何であってはならず、各原子の特徴である非常に特定の値のみを取ることを証明しています。 原子の内部エネルギーの可能な値は、エネルギーまたは量子レベルと呼ばれます。 原子が持つことができないエネルギー準位は、禁止準位と呼ばれます。 陽子と中性子、正と負の中間子、電子、陽電子、ニュートリノ、反陽子など、多くの素粒子があります。 電気現象は非常に長い間人々に知られてきました（布で琥珀をこする）。 電荷を伝導できる物体は電気伝導体と呼ばれます。 電気を通しにくい物体は、非導体、絶縁体、または誘電体と呼ばれます。 帯電した物体は互いに引き付けられたり、反発したりすることがわかっています。 さまざまな物体が帯電した結果、XNUMX種類の電気が得られます。 従来、一方の電気をプラス、もう一方をマイナスと呼んでいました。 したがって、同じ名前の電気を帯びた物体は互いに反発し、同じ名前の電気を帯びた物体は互いに引き付け合うことになります。 電気は物質の性質 (物質の特殊な運動形式) であり、二重の性質を持ち、物質の素粒子 (陽子、陽電子、中間子では正の電気、電子、反陽子、中間子では負の電気) で現れます。 52.クーロンの法則。 電界 XNUMX つの帯電した物体は、これらの物体の電荷量または電気量に比例し、物体間の距離の XNUMX 乗に反比例する力で互いに作用します。これらの物体の適切な寸法が物体間の距離に比べて小さい場合、彼ら。 電荷の大きさとそれらの間の距離に対する相互作用力のこの依存性は、物理学者によって経験的に確立されました。 ペンダント。 後の研究では、電荷間の相互作用の強さは、電荷が配置されている環境にも依存することが示されています。 この実験により、クーロンは次の法則を確立しました。1 つの物理点電荷 q2 と qXNUMX は、距離 r で相対透磁率 e を持つ均一媒体内にあり、これらの電荷の積に比例する力 F で互いに作用し、それらの間の距離の二乗に反比例します。 物理的な点電荷は、それらの間の距離に比べてそれら自身の次元が小さい場合に呼び出されます。 クーロンの公式の形式は次のとおりです。 F =(q1q2)/(4??·?0r 2)、ここで、?0=8,85·10-12F/m は空隙の電気透磁率です。 ? - 相対的な電気透磁率。 これは、他の条件が等しい場合、任意の媒質中の XNUMX つの電荷間の相互作用の力が空の空間よりも何倍小さいかを示します。 比誘電率は無次元量です。 電場の強度は、電場が荷電体に作用する機械的な力から推定されます。 クーロンの法則によれば、特定の媒体内の電荷間の相互作用の力は、電荷の大きさとそれらの間の距離に依存するため、空間の特定の瞬間に場が作用する機械的な力は正の単位に作用しますこの点に配置された電荷は、フィールドの定量的尺度として取得されます。 この値は電界強度と呼ばれ、E で表されます。E=F/q の定義によると。 クーロン式の電荷の XNUMX つを XNUMX に等しくすると、物理点電荷から距離 r 離れた点での電界強度 E の式が得られます。 = q/(4???0r2)、および空の場合、相対透磁率が XNUMX に等しい: E = q /（4 ?? 0r 2）。 張力測定の単位は V/m です。 空間の異なる点で強度が同じ大きさと方向を持つ電場は、 ユニフォームフィールド。 さまざまな物理現象を研究する場合、スカラー量とベクトル量を扱わなければなりません。 他の電荷から離れた、正に帯電した球体の場に導入された正電荷は、帯電した物体の半径の延長である直線で反発されます。 帯電したボールのフィールドのさまざまな点に電荷を配置し、その電気力の作用下での電荷の軌跡に注目することにより、すべての方向に発散する一連の根本的な直線が得られます。 電場に導入された正の慣性を持たない電荷が移動する傾向があるこれらの仮想線は、電気力線と呼ばれます。 電場には何本でも力線を引くことができます。 グラフィック ラインの助けを借りて、方向だけでなく、特定の点での電場の強さもグラフィカルに表すことができます。 帯電体の単位表面積あたりの電気量を電荷の面密度といいます。 それは体にかかる電気の量と、導体の表面の形状に依存します。 53. 電気分野における導体と誘電体 帯電していない絶縁導体が電界に導入されると、導体内の電界力の作用の結果として、電荷が分離されます。 導体の自由電子は、電界の方向と反対の方向に移動します。 その結果、帯電したボールに面する導体の端では、過剰な電子が存在し、この端の負の電荷が発生し、導体のもう一方の端では、電子が不足し、正の電荷が発生します。導体のこの部分の電荷。 帯電した物体の影響下での導体上の電荷の分離は、影響による帯電または静電誘導と呼ばれ、導体上の電荷は誘導電荷と呼ばれます。 導体が帯電したボールに近づくと、導体に誘導される電荷の数が増加します。 帯電したボールの電場は、その中に導体が存在するとすぐに変化します。 以前は均一かつ急激に発散していたボールの電気力線が、導体に向かって曲がります。 電気力線の始まりと終わりは導体の表面にある電荷であるため、電気力線は、プラスの電荷を持つ表面から始まり、マイナスの電荷を持つ表面で終わります。 電界は導体の内部には存在できません。 そうしないと、導体の個々の点の間に電位差が生じ、電荷の再分配により導体のすべての点の電位が等しくなるまで、導体内で電荷の移動（伝導電流）が発生します。 これは、外部電界の影響から導体を保護したい場合に使用されます。 これを行うには、導体を別の導体で囲みます。これは、固体の金属表面または小さな穴のあるワイヤメッシュの形で作られています。 荷電場の影響の結果として導体上に形成された誘導電荷は、導体を半分に分割することによって互いに分離することができます。 誘電体は、自由電子がないという点で導体とは異なります。 誘電体原子の電子は、原子核にしっかりと結合しています。 導体のように電界に導入された誘電体は、影響によって帯電します。 ただし、導体と誘電体の帯電には大きな違いがあります。 導体内で、電界の力の影響下で、自由電子が導体の全体積全体を移動する場合、誘電体では、電荷の自由な移動は発生しません。 しかし、1つの誘電体分子内では、正の電荷は電界の方向に沿ってシフトし、負の電荷は反対方向にシフトします。 帯電した物体の影響により、誘電体の表面に電荷が発生します。 この現象は誘電分極と呼ばれます。 誘電体には2つのクラスがあります。 XNUMX.中性状態の分子は、正電荷と負電荷が非常に接近しているため、それらの作用は相互に補償されます。 電場の影響下で、分子内の正電荷と負電荷は互いにわずかにシフトし、双極子を形成します。 XNUMX.分子と電界がない場合、双極子を形成します。 このような誘電体は極性と呼ばれます。 誘電体の電界強度の大きさを正しく選択する必要性は、現代の高電圧技術にとって重要な電界強度の理論の作成につながりました。 54. 主な電気絶縁材料 アスベスト - 繊維構造を持つ鉱物。 繊維の長さは 300 分の 400 ミリから数センチメートルです。 アスベストは、糸、テープ、織物、紙、厚紙などの製造に使用されます。貴重な品質は、その高い耐熱性です。 XNUMX～XNUMX°まで加熱しても、アスベストの特性は変化しません。 アスベストは熱伝導率が低いため、高温での断熱材として使用されます。 アスベストには吸湿性があり、樹脂や瀝青などを含浸させると吸湿性が低下します。アスベストの電気絶縁性は低くなります。 したがって、高電圧には適用できません。 Rosin - 針葉樹の樹脂を加工して得られる淡黄色または茶色の壊れやすい樹脂。 ロジンは、石油、液体炭化水素、植物油、アルコール、テレビン油に溶けます。 ロジンの軟化点は50～70℃です。 塊の含浸および充填の準備に使用されます。 パラフィン - 石油由来のワックス状物質。 十分に精製されたパラフィンは白色の結晶物質です。 木材、紙、繊維状物質の含浸、高周波コイルや変圧器の充填、絶縁化合物の調製に使用されます。 雲母 - 結晶構造の鉱物。 その構造上、簡単に個々の葉に分かれます。 高い電気的強度、高い耐熱性、耐湿性、機械的強度、および柔軟性を備えています。 組成、色、性質が異なる白雲母と金雲母のXNUMX種類の雲母が使用されています。 白雲母は最高の雲母です。 コンデンサーの角板や電化製品のワッシャーなどは、雲母の葉から型抜きされています。 Textolite - レゾール樹脂を含浸させ、150 インチの高圧下でプレスした多層布であるプラスチック。 プラスの品質: 脆性が低く、機械的品質が高く、耐摩耗性が高い。マイナスの品質: 電気的特性が低く、耐湿性が低く、より高価である。 ファイバ 塩化亜鉛溶液で処理された多孔質紙でできています。 機械加工に適しています。 大きな欠点はその吸湿性です。 繊維は酸やアルカリによって腐食されます。 小さな部品、ガスケット、コイルフレームはそれから作られています。 細い繊維はレテロイドと呼ばれます。 セレシン ワックス状の鉱物 - オゾセライトまたはペトロラタムを精製することによって得られます。 融点が高く（65～80°）、耐酸化性が向上しています。 紙コンデンサーの含浸、絶縁コンパウンドの調製などに使用されます。 シェラック -熱帯植物の天然樹脂、その融点は100-200°です。 それは黄色がかったまたは茶色の鱗の外観を持ち、アルコールに溶けやすい。 それは、充填剤、絶縁および接着剤ワニスの調製、絶縁テープの含浸に使用されます。 スレート - 頁岩、層状構造を持っています。 吸湿性がなく、機械加工が容易です。 パネル、ナイフスイッチのガードなどの製造に使用されます。 エボナイト （硬質ゴム）は、ゴムに20〜50％の硫黄を加えて得られます。 シート（ボード）、スティック、チューブの形で製造されており、機械加工に適しています。 それは弱い電流の技術で使用され、ワイヤーは壁を通過するときにエボナイトチューブに引き込まれ、隠された配線があります。 55. 電流の概念。 オームの法則 導体を通る電子の動きはと呼ばれます 電流。 電気工学では、電流の方向を導体内の電子の移動方向と反対であると見なすことが従来から受け入れられています。 言い換えれば、電流の方向は正電荷の移動方向と一致すると見なされます。 電子は、その運動中に導体の全長を移動するわけではありません。 それどころか、それらは他の電子、原子または分子と衝突する前に非常に短い距離を移動します。 この距離はと呼ばれます 電子の平均自由行程。 電気は直接観測できません。 電流の通過は、それが生み出すアクションによってのみ判断できます。 電流の存在を判断しやすい兆候： 1）塩、アルカリ、酸の溶液、および溶融塩を通過する電流は、それらを構成要素に分解します。 2）電流が流れる導体が加熱されます。 3) 電流が導体を通過すると、導体の周囲に磁場が発生します。 最も単純な電気設備は、電源（ガルバニ電池、バッテリー、発電機など）、電気エネルギーの消費者または受信機（白熱灯、電気ヒーター、電気モーターなど）、および電圧源のクランプを接続する接続ワイヤで構成されています。消費者のクランプ。 大きさや方向が変わらない電流を直流と呼びます。 直流電流は、閉じた電気回路にのみ流れることができます。 どこかで開回路が発生すると、電流が停止します。 電気回路の動作条件が変わらない場合、直流はガルバニ電池、バッテリー、DC発電機によって提供されます。 電荷は一定時間で導体の断面を通過します。 時間の経過とともに導体の断面を通過する電流の強さは次のとおりです。 I = q / t. 導体Zの断面積に対する電流Iの比率は、電流密度と呼ばれ、 で表されます。 ?=I/S; 電流密度は A/m2 で測定されます。 電気回路が閉じると、その端子に電位差があり、電流が発生します。 電界力の影響下にある自由電子は、導体に沿って移動します。 それらの運動では、電子は導体の原子と衝突し、それらに運動エネルギーの予備を与えます. 電子の移動速度は常に変化しています。電子が原子、分子、および他の電子と衝突すると、速度が低下し、電界の影響で増加し、新しい衝突で再び減少します。 その結果、XNUMX 秒あたり数分の XNUMX センチメートルの速度で導体内に均一な電子の流れが確立されます。 その結果、導体を通過する電子は、その動きに対して常に導体側から抵抗を受けます。 電流が導体を通過すると、導体が加熱されます。 導体の電気抵抗 R は、電流が通過するときに電気エネルギーを熱エネルギーに変換する物体または媒体の特性です。 R = ? l / S、ここで、? は導体の比抵抗、l は導体の長さです。 回路セクションの電流は、そのセクションの電圧に正比例し、同じセクションの抵抗に反比例します。 この依存関係はオームの法則として知られており、次の式で表されます。I = U/R。 電流は回路の外側だけでなく、内側にも流れます。 ソースのEMF（E）は、回路の内部および外部の電圧損失をカバーします。 回路全体のオームの法則：I = E /（R + r）、ここでRは回路の外側部分の抵抗、rは回路の内側部分の抵抗です。 56.それらの間の導体の接続。 キルヒホッフの最初の法律 電気回路の個々の導体は、直列、並列、および混合して相互に接続できます。 シリアル接続 導体は、最初の導体の端が1番目の導体の先頭に接続され、2番目の導体の端が3番目の導体の先頭に接続されている場合などの接続です。いくつかの直列からなる回路の総抵抗接続された導体は、個々の導体の抵抗の合計に等しくなります：R \u1d R2 + R3 + R1 +。 +R||。 直列回路の別々のセクションの電流は同じです: I2 = I3= IXNUMX=I. 電圧降下は、特定のセクションの抵抗に比例します。 回路の総電圧は、回路の個々のセクションの電圧降下の合計に等しくなります：u \uXNUMXd uXNUMX + UXNUMX + UXNUMX。 並列接続 すべての導体の始点が XNUMX つの点に接続され、導体の終点が別の点に接続される場合、導体はそのような抵抗と呼ばれます。 回路の始まりは電圧源の一方の極に接続され、回路の終わりはもう一方の極に接続されます。 電流を通すための導体の並列接続には、いくつかの方法があります。 分岐点に流れる電流は、1つの抵抗に沿ってさらに広がり、この点を離れる電流の合計に等しくなります：I = I2 + I3+IXNUMX。 分岐点に到着する電流が正で、分岐点から出ていく電流が負であると考えられる場合、分岐点について次のように書くことができます。 ?Iк = 0 (k は 1 から n までの値を取る)、つまり、次の電流の代数和です。回路のどの節点も常にゼロに等しくなります。 回路の分岐内の任意の点での電流を接続するこの関係は、キルヒホッフの第一法則と呼ばれます。 通常、電気回路を計算する場合、分岐点に接続された分岐内の電流の方向は不明です。 したがって、キルヒホッフの第一法則の方程式を書き留められるようにするには、回路の計算を開始する前に、すべての分岐におけるいわゆる正の電流方向を任意に選択し、図上の矢印で指定する必要があります。 。 オームの法則を使用して、消費者が並列に接続されている場合の総抵抗を計算するための式を導き出すことができます。 ポイントに到達する合計電流は、I = U/R です。 各ブランチの電流は次のとおりです。I1 = U1 /R1; I2=U2/R2; I3=U3/R3。 キルヒホッフの最初の法則によれば、I = I1 + I2+I3またはU/R = U / R1 + U / R2 + U/R3です。 等式の右辺の U を括弧から外すと、U/R = U(1/R1 + 1 /R2+ 1/R3) が得られます。 式の両方の部分を U で減らすと、全導電率を計算する式が得られます: 1 /R=1/R1+1/r2+ 1/R3。 したがって、並列接続では、増加するのは抵抗ではなく、導電率です。 分岐抵抗の合計を計算すると、分岐に含まれる最小の抵抗よりも常に小さいことがわかります。 並列に接続された抵抗が互いに等しい場合、合計抵抗 R は、1 つの分岐 R1 の抵抗を分岐数 n で割った値 (R \uXNUMXd RXNUMX / n) に等しくなります。 導体の混合接続は、個々の導体の直列接続と並列接続の両方がある接続です。 57. 第 XNUMX キルヒホフの法則。 オーバーレイ方法 電気回路を計算するとき、閉ループを形成する回路に遭遇することがよくあります。 このような回路の構成には、抵抗に加えて、起電力も含まれる場合があります。 複雑な電気回路のセクションを考えてみましょう。 すべてのEMFの極性が示されています。  電流の正の方向を任意に選択します。 点Aから任意の方向（時計回りなど）に輪郭を一周します。 セクションABを検討してください。 この領域では、電位降下が発生します（電流は、電位の高いポイントから電位の低いポイントに流れます）。 セクション AB: ?A + E1 - I1R1=?B。 BVサイト：？B-E2-I2R2 =？C。 VGセクション：？B = I3R3 + E3 =？G。 HA サイト: ?G - I4R4 = ？しかし。 上記の XNUMX つの方程式を項ごとに追加すると、次のようになります。 ?A + E1- I1R1 + ?B - E2 - I2R2 + ?B - I3R3 + E3 + ?G- I4R4 - ?B + ?B + ?G + ?A または E1 - I1R1 - E2 - I2R2 - I3R3 + E3 - I4R4 = 0。 積 IR を右側に移すと、Ё1 - Ё2 + Ё3 = I1R1 + I2R2 + I3R3 + I4R4 が得られます。 この表現はXNUMX番目です。 キルヒホッフの法則。 この式は、閉回路では、起電力の代数和が電圧降下の代数和に等しいことを示しています。 オーバーレイ法は、複数の EMF を持つ電気回路を計算するために使用されます。 重ね合わせ法の本質は、回路の任意の部分の電流が、個々の EMF によって引き起こされる多数の部分電流で構成されていると見なすことができ、残りの EMF はゼロに等しくなるということです。 問題には、節点がXNUMXつしかないチェーンがあります。 節点の間に任意の数の分岐を含めることができます。 このような回路の計算は、節点電圧法を使用することで大幅に簡素化されます。 および\u1d（E1d2 + E2d3 + E3d1）/（d2 + d3 + d4 + dXNUMX）。 ノード電圧式の分子は、分岐の EMF の積の代数和を表します。 式の分母には、すべてのブランチの導電率の合計が与えられます。 いずれかの分岐の EMF が図に示されている方向と反対の方向を持っている場合、それはマイナス記号でノード電圧の式に含まれます。 ループ電流法は、XNUMX つ以上の節点電流を持つ複雑な電気回路を計算するために使用されます。 この方法の本質は、各回路に独自の電流があるという仮定にあります。 次に、隣接する XNUMX つの回路の境界に位置する共通領域では、これらの回路の電流の代数和に等しい電流が流れます。 58.電気分解。 最初とXNUMX番目のファラデーの法則 液体導体を流れる電流は、それらを構成部品に分解します。 したがって、液体導体は 電解質。 電流の作用下での電解質の分解は、 電解。 電気分解は電気めっき浴で行われます。 ガルバニックバス 液体が注がれる容器 - 電流によって分解される電解質。 XNUMX 枚のプレート (カーボンなど) を電解液の入った容器に下げ、電極として機能させます。 DC 電源の負極を一方の電極 (カソード) に接続し、正極をもう一方の電極 (アノード) に接続して回路を閉じます。 電気分解現象には、電極上での物質の放出が伴います。 電気分解中、水素と金属は常に陰極で放出されます。 したがって、液体導体を通る電流の起源は、物質の原子の動きに関連しているということになります。 物質の中性分子が溶媒に入ると、等しい電荷と反対の電荷をもつイオンという部分に分解 (解離) します。 これは、誘電率 e の媒体内に置かれた電荷間の相互作用力が e 倍に減少するという事実によって説明されます。 したがって、溶媒中にある物質の分子を高い電気透過率で結合する力は弱まり、分子の熱衝突だけで分子はイオンに分裂し始めるのに十分です。 e. 解離する。 溶液中の分子の解離に加えて、逆のプロセスが発生します - 中性分子へのイオンの再結合 (分子化)。 酸は、正に帯電した水素イオンと酸残基の負に帯電したイオンに解離します。 アルカリは金属イオンと水残基イオンに解離します。 塩は金属イオンと酸残基イオンに解離します。 一定の電圧が電極に印加されると、電極間に電界が形成されます。 正に帯電したイオンは陰極に向かって移動し、負に帯電したイオンは陽極に向かって移動します。 電極に到達すると、イオンは中和されます。 電気分解の現象は、ファラデーによって定量的および定性的な観点から研究されました。 彼は、電気分解中に電極上で放出される物質の量は、電流とその通過時間、言い換えれば、電解質を流れる物質の量に比例することを確立しました。 これがファラデーの第一法則です。 同じ電流が同時に異なる電解質を通過すると、電極上に異なる量の物質が放出されます。 1Aの電流で1秒間電極に放出される物質のミリグラム単位の量は、電気化学当量と呼ばれ、bで表されます。 ファラデーの最初の法則は次の式で表されます：m = a/t。 物質の化学当量 (m) は、原子量 (A) と原子価 (n) の比です: m = A / n。 ファラデーの第 XNUMX 法則は、電気化学的等価物の値が物質のどの特性に依存するかを示しています。 電気分解は工学分野で広く応用されています。 1. 電気分解（電気メッキ）を使用して、別の金属の層で金属をコーティングすること。 2. 電気分解 (電気めっき) を使用してオブジェクトからコピーを取得します。 3. 金属の精錬（精製）。 59. バッテリー 制御回路、保護装置、信号、自動化、非常用照明、高速スイッチのドライブおよび保持コイル、発電所および変電所の補助機構に電力を供給するには、動作が依存しないような電気エネルギー源が必要です。発電所または変電所の本体の状態について。 このエネルギー源は、設備の通常の動作中および事故の場合の両方で、これらの回路の中断のない正確な動作を保証する必要があります。 発電所や変電所のそのようなエネルギー源は 蓄電池。 大容量のタイムリーに充電されたバッテリーは、事故の全期間にわたってパンタグラフに電力を供給できます。 電池は、自動車、鉄道車両、電気自動車や潜水艦の動き、無線設備やさまざまな装置への電力供給、実験室などの目的にも使用されます。 バッテリーは、ガルバニ電池とは異なり、予備充電後にのみエネルギーを供給することができるため、電圧の二次電源です。 バッテリーは定電圧源に接続して充電します。 電気分解プロセスの結果として、バッテリー プレートの化学状態が変化し、それらの間に特定の電位差が確立されます。 充電式バッテリーは、多数の鉛酸またはアルカリ蓄電池から完成します。 鉛蓄電池は、電解液の容器に浸された複数の正極板と負極板で構成されています。 電解液は蒸留水に硫酸を溶かした溶液です。 バッテリープレートは表面的で巨大です。 定盤は純鉛製です。 プレートの表面積を増やすために、リブが付けられています。 マスプレートは、セル内に酸化鉛が塗り付けられた鉛グリッドです。 塊がセルから落ちないように、プレートの両面を穴の開いた鉛シートで覆います。 通常、電池の正極板は表面板で構成され、負極板は質量板で構成される。 個別のプラスプレートとマイナスプレートは、互いに分離された XNUMX つのブロックにはんだ付けされます。 プラスのプレートが両側で機能するように、マイナスのプレートよりもXNUMXつ多く取られます。 アルカリ電池には、カドミウムニッケルと鉄ニッケルのXNUMX種類があります。 アルカリ電池プレートは、薄いニッケルメッキの穴あきスチールのバッグが配置されたセルを備えたニッケルメッキのスチールフレームです。 アクティブマスはバッグに押し込まれます。 アルカリ乾電池の容器は溶接鋼製の箱で、蓋にはXNUMXつの穴があります。XNUMXつはクランプを引き抜くためのもので、もうXNUMXつは電解液を充填してガスを逃がすためのものです。 利点：不足している鉛は消費されません。 優れた耐久性と機械的強度を備えています。 長時間の曝露では、自己放電による損失はわずかであり、劣化しません。 有害なガスや煙を排出しません。 体重が少ない。 短所：EMFが低い。 効率が低い; より高いコスト。 60.白熱灯 白熱灯はロシアの科学者によって発明されました A.N. ロディギン そして1873年に彼らに最初に示されました。 白熱灯の動作原理は、電流が流れるときの導体（フィラメント）の強い加熱に基づいています。 この場合、導体は熱に加えて光エネルギーも放出し始めます。 フィラメントが燃え尽きるのを防ぐために、フィラメントはガラスフラスコに移され、そこから空気が送り出される必要があります。 これがいわゆる中空ランプの配置です。 当初は、植物繊維を煆焼して得られたカーボンフィラメントをフィラメントとして使用していました。 このようなフィラメントを備えたランプは、弱い黄色がかった光を発し、電力を消費していました。 1700°の温度に加熱されたカーボンフィラメントは徐々に燃え尽き、ランプの比較的急速な死に至りました。 カーボンフィラメントランプは現在使用されていません。 現在、白熱灯では、炭素フィラメントの代わりに、高融点金属であるオスミウムまたはタングステンで作られたフィラメントが使用されています。 中空ランプで最大2200°まで加熱されたタングステンフィラメントは、より明るい光を放ち、炭素フィラメントよりも消費電力が少なくなります。 ランプのガラス球 (シリンダー) が窒素やアルゴンなどの燃焼をサポートしないガスで満たされていると、フィラメントの焼損が減少します。 このようなランプは、ガス入りと呼ばれます。 このようなランプの動作中のフィラメントの温度は2800°に達します。 私たちの業界では、36、110、127、220 Vの電圧用の白熱灯ランプを製造しています。特別な目的のために、ランプは他の電圧用にも作られています。 白熱灯の効率は非常に低いです。 それらでは、ランプによって消費される総電気エネルギーの約4〜5％のみが光エネルギーに変換されます。 残りのエネルギーは熱に変換されます。 ガス灯ランプは現在広く使用されています。 希ガスの性質を利用して、電流が流れると光ります。 ガス灯ランプが発する光はガスの性質によって異なります。 ネオンは赤オレンジ色の光を生成し、アルゴンは青紫色の光を生成し、ヘリウムは黄ピンク色の光を生成します。 ガス灯は、変圧器を使用して得られる高電圧交流によって電力を供給されます。 これらのランプは、看板、広告、照明などに応用されています。 私たちの業界では、ガラス管に希薄な水銀蒸気を含むランプも製造しています。 それらに電流を流すことにより、蒸気をかすかに光らせることができます。 ランプ管の内面は、水銀蒸気の作用で光る蛍光体である特殊な化合物でコーティングされています。 これらのランプは呼ばれます 蛍光灯。 現在、XNUMX種類の蛍光灯が製造されています。色の区別が必要な場所を照らすために使用される蛍光灯-印刷、綿産業など。 工業用、オフィス用、住宅用の白色光ランプ。 美術館、劇場、アートギャラリーの照明用の温かみのある白いランプ。 蛍光灯は、従来の白熱灯よりもXNUMX倍効率的です。 61. 電気溶接 電気溶接には次の XNUMX 種類があります。 1) アーク; 2) 電気抵抗溶接。 電気アーク溶接はロシアのエンジニアによって発明されました N.N. ベナルドス 1882年 電気アーク溶接は、電気アークによって発生する熱を利用します。 ベナルドス法を使用して溶接する場合、電圧源の一方の極は炭素棒に接続され、もう一方の極は溶接が必要な部品に接続されます。 細い金属棒が電気アークの炎の中に挿入され、アークが溶け、溶けた金属の滴が部品の上に流れ落ちて固まり、溶接線が形成されます。 1891年にロシアのエンジニア N.G. スラヴィアノフ 最も広く使用されている電気アーク溶接の別の方法を提案しました。 スラビアノフ法による電気溶接は以下のとおりです。 カーボンロッドは金属電極に置き換えられています。 電極自体が溶け、溶けた金属が固化して溶接部品をつなぎます。 電極を使用した後、新しいものと交換します。 部品を溶接する前に、ノミ、ヤスリ、サンドペーパーで錆、スケール、油、汚れを完全に除去する必要があります。 安定したアークを発生させ、強力なシームを得るために、金属電極は特殊な化合物でコーティングされています。 このようなコーティングは、電極の溶融中にも溶融し、溶接する部品の強く加熱された表面に注ぐと、それらが酸化することはありません。 電気抵抗溶接。 XNUMXつの金属片を近づけて強い電流を流すと、金属片の接触点で熱が放出されるため（過渡抵抗が高いため）、後者は高温に加熱されますそして溶接。 現在、アーク溶接と抵抗溶接の両方がしっかりと業界に参入し、非常に普及しています。 鋼板と山形鋼、梁とレール、マストとパイプ、トラスとボイラー、船などを溶接します。溶接は、鋼、鋳鉄、非鉄金属で作られた新しい部品と古い部品の修理に使用されます。 電気溶接を使用する新しい方法が開発されました。 自動溶接; 交流を使用した溶接（この装置には特別な部品である発振器があり、その目的は高電圧および非常に高い周波数の交流を生成することであり、薄い金属部品と厚い金属部品を溶接するときに安定したアーク燃焼を保証します）。 ナイフスイッチやスイッチで電気回路を開閉したり、デバイスや機器の接点を開閉したりすると、接点間に発生する電気火花とそれに続く電気アークが金属を溶かし、接点が焼けたり溶着したりして、設置の操作に支障をきたします。 この現象は電食と呼ばれます。 その外観の火花は、いわば金属を「かじる」。 火花に対抗するために、火花ギャップと並列に接点間に特定の容量のコンデンサが含まれることがあります。 エンジニアラザレンコとI.N。 ラザレンコは、彼らが設計した電気浸食インスタレーションで、電気スパークの特性を「金属をかじる」ために使用しました。 インストールの操作は、基本的に次のとおりです。 電圧源からの XNUMX 本のワイヤが金属棒に接続されています。 もう一方のワイヤは、油の中にあるワークピースに接続されています。 金属棒を振動させます。 棒と部品の間で発生する電気スパークが部品を「かじり」、棒の部分の形状（六角形、四角形、三角形など）と同じ穴が部品にできます。 62.電磁気学 磁場は電磁場の XNUMX つの側面の XNUMX つで、移動する粒子の電荷と電場の変化によって励起され、移動する荷電粒子に対する力の効果、したがって電流に対する力の影響によって特徴付けられます。 導体の電流の方向が変わると、磁気誘導線の方向も変わります。 導体の周りの磁気誘導線には、次の特性があります。 1）直線導体の磁気誘導線は同心円の形をしています。 2) 導体に近づくほど、磁気誘導線の密度が高くなります。 3）磁気誘導（磁場強度）は、導体の電流の大きさに依存します。 4) 磁気誘導線の方向は、導体内の電流の方向に依存します。 電流が流れる導体の周りの磁気誘導線の方向は、「ギムレットの規則」によって決定できます。 右ねじのギムレット（コルクスクリュー）が電流の方向に前進すると、ハンドルの回転方向は導体の周りの磁気誘導線の方向と一致します。 磁場は、空間内で特定の大きさと特定の方向を持つ磁気誘導ベクトルによって特徴付けられます。 磁気誘導ベクトルの方向と一致する各点に接する線は、磁気誘導線または磁気誘導線と呼ばれます。 磁気誘導と磁場の方向に垂直な面積の大きさ (磁気誘導ベクトル) の積は、磁気誘導ベクトルの磁束または単に磁束と呼ばれ、文字 Ф で表されます: Ф = BS。測定値はウェーバー (Wb) です。 ソレノイド コイル状の導体と呼ばれ、電流が流れます。 ソレノイドの極を決定するために、彼らは「ギムレットの規則」を使用し、それを次のように適用します。ソレノイドの軸に沿ってギムレットを配置し、ソレノイドのターンで電流の方向に回転させると、次に、ギムレットの並進運動が磁場の方向を示します。 内部に鋼（鉄）のコアを持つソレノイドは呼ばれます 電磁石。 電磁石の磁場は、ソレノイドに埋め込まれた鋼片が磁化され、結果として生じる磁場が増幅されるため、ソレノイドの磁場よりも強くなります。 電磁石の極は、ソレノイドのように、「ギムレットの規則」に従って決定できます。 ソレノイド（電磁石）の磁束は、巻き数と電流の増加に伴い増加します。 磁化力は、電流と巻き数の積に依存します。 次の方法で、ソレノイドの磁束を増やすことができます。 1) ソレノイドにスチール コアを挿入し、電磁石にします。 2）電磁石の鉄心の断面積を増やします（特定の電流、磁場強度、したがって磁気誘導があるため、断面積の増加は磁束の増加につながります）。 3）電磁石のエアギャップを減らします（空気を通る磁力線の経路が減少すると、磁気抵抗が減少するため）。 63. 電磁誘導 磁場が交差したときの回路内のEMFの現象は、 電磁誘導 英国の物理学者によって発見されました M.ファラディーム 1831年 電流を運ぶ導体は磁場に囲まれています。 導体内の電流の大きさまたは方向を変更したり、導体に電流を供給する電気回路を開閉したりすると、導体を取り巻く磁場が変化します。 変化すると、導体の磁場が同じ導体を横切り、EMF を誘導します。 この現象は自己誘導と呼ばれます。 誘導起電力自体は自己誘導起電力と呼ばれます。 誘導起電力は次の場合に発生します。 1. 移動する導体が固定された磁場を横切るとき、または逆に、移動する磁場が固定された導体を横切るとき。 または、空間を移動する導体と磁場が互いに相対的に移動するとき。 2.ある導体の交流磁場が、別の導体に作用して、その中にEMFを誘導する場合。 3. 導体の変化する磁場が導体に EMF を誘導する場合 (自己誘導)。 導体内の誘導 EMF を決定するために、「右手の法則」が使用されます。N 極から出る磁力線が手のひらに入り、親指が曲がった方向が導体の移動方向と一致する場合、伸ばした XNUMX 本の指が導体内の誘導起電力の方向を示します。 導体の誘導起電力の値は、次のものに依存します。 1）磁場の誘導の大きさについては、磁気誘導線の密度が高いほど、単位時間あたりに導体を横切る数が多くなります。 2) 磁場中の導体の速度について。これは、導体が高速で移動すると、単位時間あたりにより多くの誘導線を横切ることができるためです。 3) 長い導体は単位時間あたりにより多くの誘導線を横切ることができるため、導体の作業 (磁場内にある) 長さについて。 4）導体の移動方向と磁場の方向との間の角度の正弦の値について。 1834年にロシアの学者 E.Kh. レンツ 導体に誘導された起電力の方向を決定するための普遍的な規則を与えました。 レンツの法則として知られるこの規則は、次のように定式化されます。誘導起電力の方向は常に同じであり、それによって引き起こされる電流とその磁場は、これを生成する原因に干渉する傾向がある方向にあります。誘導起電力。 金属体に磁力線が交差するときに誘導される電流は、渦電流またはフーコー電流と呼ばれます。 渦電流損失を減らすために、発電機、電気モーター、および変圧器コアのアーマチュアは、磁束線の方向に配置され、ワニスまたは薄い紙。 これは、各鋼板の断面が小さいために通過する磁束の大きさを減らし、EMFとそれに誘導される電流を減らすために行われます。 渦電流は便利です。 これらの電流は、誘導電気測定器、メーター、ACリレーの動作において高周波電流で鋼製品を硬化させるために使用されます。 64. AC 電流の受信 電磁石の極の間に一様な磁場が形成されているとします。 フィールド内では、外力の作用下で、金属製の直線導体が時計回りの動きの方向に円を描くように回転します。 磁力線の導体が交差すると、導体に誘導起電力が発生します。 この EMF の大きさは、磁気誘導の大きさ、導体の有効長、導体が磁力線を横切る速度、および導体の移動方向と導体の方向との間の角度のサインに依存します。磁場。 ?= Bl?sin?. 周速を、磁気誘導の方向に対して垂直方向と接線方向の XNUMX つの成分に分解します。 速度の法線成分は、誘導の誘導 EMF を決定し、次の式に等しくなります。 ？n =？sin?。接線速度成分は、誘導起電力の作成に関与せず、次の値に等しくなります。 移動するとき、指揮者はさまざまな位置を占めます。 導体が完全にXNUMX回転すると、その中のEMFは最初にゼロから最大値まで増加し、次にゼロまで減少し、方向を変えると再び最大値まで増加し、再びゼロまで減少します。 導体がさらに動くと、EMFの変化が繰り返されます。 大きさと方向が変化する電流が外部回路に流れます。 この電流は 変数 とは異なり 永続、 ガルバニ電池とバッテリーを提供します。 変動起電力と交流電流は、周期的に方向と大きさを変えます。 特定の時点での変数 (電流、電圧、EMF) の値は、瞬時値と呼ばれます。 変数の瞬時値の最大値は、その最大値または振幅値と呼ばれ、Im、Um で表されます。 変数の変化が繰り返されるまでの期間は、期間 T (秒単位で測定) と呼ばれます。 単位時間あたりの周期数は交流の周波数と呼ばれ、v (ヘルツで測定) で表されます。 エンジニアリングでは、さまざまな周波数の電流が使用されます。 ロシアの工業用標準周波数は -50 Hz です。 導体の EMF は正弦法則に従って誘導されます。 このEMFは呼ばれます 正弦波。 期間中の交流正弦波電流は、異なる瞬時値を持ちます。 電流の動作は、振幅または瞬時値によって決定されません。 交流電流による効果を評価するために、直流電流の熱効果と比較します。 抵抗を通過する DC 電力は C = I2R になります。 電流強度とAC電圧の実効値とピーク値の関係は、次の形式をとります。 Im = I?2、Um = U?2。 交流電流の実効値は、交流電流と同じ抵抗を通過し、同時に同じ量のエネルギーを放出するような直流電流に等しくなります。 65. 交流回路 抵抗 R からなる回路を考えてみましょう。簡単にするために、インダクタンスとキャパシタンスの影響を無視します。 正弦波電圧 u = Umsin?t が回路端子に印加されます。 オームの法則によると、電流の瞬時値は次のようになります。 i \uXNUMXd u / r =(Um / r)sin?t = Im sin?t。 アクティブ抵抗を持つ AC 回路の電力式は、DC 回路の電力式と同じです: P \u2d IXNUMXR. すべての導体にはアクティブ抵抗があります。 交流回路では、白熱灯のフィラメント、電気ヒーターと加減抵抗器のらせん、アークランプ、および長い直線導体には、ほとんど XNUMX つの能動抵抗しかありません。 スチールコアのないインダクタンスLのコイルを含むAC回路を考えてみましょう。 簡単にするために、コイルのアクティブ抵抗は非常に小さく、無視できると仮定します。 最大速度では、電流はゼロ値付近で変化します。 最大値の近くでは、電流の変化率が減少し、電流の最大値では、その増加はゼロに等しくなります。 したがって、交流は大きさと方向だけでなく、その変化率も変化します。 コイルのターンを通過する交流電流は、交流磁場を生成します。 この磁場の磁力線は、それ自体のコイルの巻き線を横切り、それらに自己誘導の EMF を誘導します。 この場合のコイルのインダクタンスは変化しないため、自己誘導の EMF は電流の変化率のみに依存します。 電流変化率が最大になるのは、電流値がゼロの近くです。 その結果、自己誘導の EMF は、同じ瞬間に最大の値を持ちます。 最初の時点で、電流はゼロから急激かつ急速に増加するため、負の最大値を持ちます。 電流が増加するため、レンツの法則によると、自己誘導の EMF によって電流の変化が妨げられるはずです。 したがって、電流の増加に伴う自己誘導のEMFは、電流とは反対の方向になります。 電流変化率は、最大値に近づくにつれて減少します。 したがって、自己誘導のEMFも減少し、最終的に最大電流で、その変化がゼロに等しくなるとゼロに等しくなります。 最大に達した交流は減少し始めます。 レンツの法則によると、自己誘導のEMFは電流の減少を防ぎ、すでに電流の流れの方向に向けられており、それをサポートします. さらに変化すると、交流電流は急速にゼロに減少します。 コイルの電流が急激に減少すると、磁場も急激に減少し、コイルの巻き線の磁力線が交差する結果、最大の自己誘導EMFが誘導されます。 。 交流回路の自己誘導 EMF は電流の変化に絶えず作用するため、電流がコイルの巻きに流れるようにするには、主電源電圧が自己誘導 EMF のバランスを取る必要があります。 つまり、各瞬間のネットワークの電圧は、自己誘導のEMFと等しく、反対でなければなりません。 値XL=？Lは呼び出されます 誘導リアクタンス、 これは、回路がその中の電流を変更しなければならない一種の障害です。 値XC=1 /（？C）が呼び出されます 容量性抵抗、 これは、誘導性リアクタンスと同様に、交流の周波数に依存します。 66. 発振回路 コンデンサをコイルに放電させて交流を得る場合を考えます。 充電されたコンデンサには電気エネルギーが蓄えられています。 コイルに短絡すると、放電が始まり、コイル内の電気エネルギーの供給が減少します。 コンデンサの放電電流がコイルの巻き線を通過すると、磁場が発生します。 その結果、コイルは磁気エネルギーを蓄え始めます。 コンデンサが完全に放電されると、その電気エネルギーはゼロになります。 この時点で、コイルには最大の磁気エネルギーが供給されます。 これで、コイル自体が電流の発生器になり、コンデンサを再充電し始めます。 磁場の成長期間中にコイルで発生する自己誘導起電力により、電流の増加が妨げられました。 ここで、コイルの磁場が減少すると、自己誘導のEMFは電流を同じ方向に維持する傾向があります. コイルの磁気エネルギーがゼロに等しくなった瞬間に、コンデンサのプレートは最初に充電された方法とは逆に充電され、回路の抵抗がゼロの場合、コンデンサは最初の供給を受けます電気エネルギー。 次に、コンデンサは電気エネルギーの最初の供給を受けます。 その後、コンデンサは再び放電を開始し、回路に逆電流が発生し、プロセスが繰り返されます。 電気エネルギーから磁気エネルギーへの、またはその逆の交互の変換は、電磁振動のプロセスの基礎を形成します。 静電容量とインダクタンスで構成され、電磁振動の過程が発生する回路を 発振回路。 発振回路自体に損失がなければ、発振回路で発生する周期的なエネルギー変動は、減衰されていない発振の形で無期限に続く可能性があります。 ただし、アクティブ抵抗が存在すると、アクティブ抵抗の熱損失により回路のエネルギー予備力が周期ごとに減少し、その結果、発振が消滅します。 抵抗のない発振回路で発生する電磁振動の周期は、トムソンの式によって決まります。 回路の発振周期の時間を変更するには、コイルのインダクタンスまたはコンデンサの静電容量を変更する方法が XNUMX つあります。 どちらの方法も、無線工学ではこの目的に使用されます。 発振回路は、すべてのラジオ受信機とラジオ送信機に必要なアクセサリです。 無線送信の原理は次のとおりです。 電磁振動は、チューブジェネレータの助けを借りて送信無線局のアンテナで作成されます。 振動の振幅は、音声や音楽による音の振動を受けるマイクロフォン回路に流れる電流の量など、いくつかの要因に依存します。 音響振動の助けを借りた高周波振動の変化は呼ばれます 変調。 無線通信は、優れたロシアの科学者によって最初に行われました なので。 ポポフ （1859-1905）。 67. 三相交流 多相システム 同じ周波数の可変EMFのセットと呼ばれ、任意の角度で位相がシフトされます。 各EMFは独自の回路で動作でき、他のEMFに関連付けることはできません。 そのようなシステムはと呼ばれます 無関係。 結合されていない多相システムの欠点は、2mに相当する多数のワイヤであるため、たとえば、三相システムを介して電力を伝送するにはXNUMX本のワイヤが必要です。 各相が互いに電気的に接続された多相システムは、結合多相システムと呼ばれます。 多相電流には重要な利点があります。 1) 多相電流で同じ電力を伝送する場合、単相電流よりも小さい断面積のワイヤが必要です。 2) 固定コイルまたは巻線の助けを借りて、モーターやさまざまな AC デバイスの動作に使用される回転磁界を生成します。 多相電流システムの中で、三相交流が最も実用化されています。 以下のようになります。 120つのターンが極の均一な磁場に配置され、それぞれが他方に対して120°の角度で配置され、ターンが一定の角速度で回転すると、EMFが誘導されますこれも位相が XNUMX ° シフトされます。 実際には、三相電流を得るために、オルタネーターのステーターに120つの巻線が作成され、一方が他方に対してXNUMX°シフトされます。 それらは相巻線または単に発電機相と呼ばれます。 非結合三相電流システムは実際には使用されません。 三相電流の発電機と消費者の相巻線は、スターまたはデルタ方式に従って接続されます。 発電機または消費者の相巻線が、巻線の端がXNUMXつの共通点に閉じられ、巻線の始点が直線ワイヤに接続されるように接続されている場合、そのような接続は呼び出されます 星。 スター結線では、線間電圧は相電圧の V3 倍です。 負荷が不均一な場合、消費者の相電圧の大きさは異なり、相電圧の大きさは相抵抗に比例します。 不均一な負荷の結果として発生する消費者のゼロ点の変位は、照明ネットワークで望ましくない現象につながります。 フェーズに含まれるランプの数と電力が多いほど、抵抗が低くなり、フェーズ電圧が低くなり、燃焼が弱くなります。 スター接続に加えて、発電機または三相電流消費器をオンにすることができます 三角形。 均一なデルタ負荷では、線電流は相電流の V3 倍になります。 モーターやその他の三相電流の消費者では、ほとんどの場合、XNUMXつの巻線のXNUMXつの端すべてが出力され、必要に応じて星形または三角形に接続できます。 通常、絶縁材料の板 (端子板) が三相機械に取り付けられ、XNUMX つの端がすべて引き出されます。 三相システムの電力は、次の式を使用して計算できます: P = ?3 IUcos ?。 68. トランスフォーマー 1876年に P.I. ヤブロチコフ ろうそくに電力を供給するために変圧器を使用することを提案しました。 将来、変圧器の設計は別のロシアの発明家、機械工によって開発されました。 もしも。 うさぎん、 彼は、Yablochkovキャンドルだけでなく、電気エネルギーの他の消費者にも電力を供給するために変圧器を使用することを提案しました. 変圧器は、相互誘導の現象に基づく電気装置であり、ある電圧の交流電流を異なる電圧の同じ周波数の交流電流に変換するように設計されています。 最も単純な変圧器には、鋼鉄のコアと、コアと相互に絶縁された XNUMX つの巻線があります。 電圧源に接続された変圧器の巻線は呼ばれます 一次巻線、 そして、消費者が接続されている巻線または消費者につながる送電線は呼ばれます 二次巻線。 一次巻線を通過する交流電流は、二次巻線のターンと連動して起電力を誘導する交番磁束を生成します。 磁束が可変であるため、トランスの二次巻線に誘導されるEMFも可変であり、その周波数は一次巻線の電流の周波数に等しくなります。 トランスのコアを通過する可変磁束は、トランスの二次巻線だけでなく、一次巻線にも交差します。 したがって、EMF は一次巻線にも誘導されます。 変圧器の巻線に誘導される EMF の大きさは、交流の周波数、各巻線の巻数、コア内の磁束の大きさに依存します。 特定の周波数と一定の磁束では、各巻線の EMF の大きさは、この巻線の巻き数のみに依存します。 EMF 値と変圧器巻線の巻数の間のこの関係は、次の式で表すことができます: ?1 / ?2 = N1 / N2 (ここで、?1 と ?2 は一次巻線と二次巻線の EMF) N1 と N2 は、一次巻線と二次巻線の巻数です。 EMF と電圧の差は非常に小さいため、電圧と両方の巻線の巻き数の関係は次の式で表すことができます: U1 / U2 = N1 / N2. トランスの一次巻線のEMFと電圧の差は、二次巻線が開いていて、その中の電流がゼロ（アイドル）のときに特に小さくなり、無負荷電流と呼ばれる小さな電流だけが一次巻線に流れます. この場合、二次巻線の端子の電圧はそれに誘導されるEMFに等しくなります。 一次巻線の電圧が二次巻線の電圧よりも大きい（または小さい）回数を示す数値は、変圧比と呼ばれ、文字kで表されます。 ｋ＝Ｕ１／Ｕ２？ N1/N2。 変圧器の銘板に示されている高電圧巻線と低電圧巻線の定格電圧は、アイドリング モードを指します。 電圧を上げるのに役立つ変圧器は昇圧と呼ばれます。 それらの変換比は XNUMX 未満です。 降圧トランスは電圧を下げます。 それらの変換比は XNUMX より大きいです。 トランスの二次巻線が開いていて、一次巻線の端子に交流電圧が印加されるモードは、トランスのアイドルまたはアイドル動作と呼ばれます。 69. デバイスと変圧器の種類 変圧器のコア（磁気回路）は、磁束に対して閉じた回路を形成し、厚さ0,5および0,35 mmのシート電気（変圧器）鋼でできています。 電磁鋼は、重量で 4 ～ 4,8% のシリコンを含む鋼です。 シリコンの存在により、鋼の磁気特性が改善され、渦電流に対する抵抗が増加します。 鋼の別々のシートは、それらを互いに分離するためにワニスの層でコーティングされた後、絶縁ブッシングに通されたボルトで締められます。 このような装置は、交番磁束によって鋼に誘導される渦電流を低減するために使用されます。 巻線が巻かれている磁気回路の部分はロッドと呼ばれます。 ロッドは上下のヨークで接続されています。 磁気回路の設計によると、ロッドと装甲のXNUMX種類のトランスが区別されます。 ロッド型トランスでは、巻線が磁気回路のロッドを覆っています。 装甲変圧器では、逆に、磁気回路が「装甲」として巻線を覆っています。 装甲変圧器の巻線に障害が発生した場合、検査が不便で修理が困難です。 したがって、最も普及しているのはロッドタイプのトランスです。 変圧器の巻線は、絶縁された円形または長方形の銅でできています。 絶縁（通常はベークライトワニスを含浸させた厚紙）シリンダーが最初に磁気回路のコアに置かれ、その上に低電圧巻線が配置されます。 ロッドに近い低電圧巻線の位置は、高電圧巻線よりもスチールロッドから絶縁する方が簡単であるという事実によって説明されます。 別の絶縁円筒が重ねられた低電圧巻線の上に置かれ、その上に高電圧巻線が置かれます。 このような変圧器は二重巻線と呼ばれます。 相ごとに XNUMX つの一次巻線と XNUMX つの二次巻線を備えた変圧器があります。 一次巻線は最高電圧の巻線です。 二次巻線は、端子の電圧に応じて、XNUMX つは中電圧巻線、もう XNUMX つは低電圧巻線と呼ばれます。 このような変圧器はこう呼ばれます 三巻。 三相電流の変換には、単相変圧器を使用できます。 XNUMX つのコアの鋼を XNUMX つの共通コアに結合すると、三相変圧器のコアが得られます。 三相変圧器の変圧器鋼のコストは、XNUMXつの単相変圧器の設置よりもはるかに安価です。 変換に必要な電力がXNUMXつの変圧器の電力よりも大きい場合、この場合、並列運転のために複数の変圧器がオンになります。 単相変圧器の並列運転を可能にするには、次の条件を満たす必要があります。 1.並列に接続されたトランスの一次巻線と二次巻線の電圧は等しくなければなりません。 この場合、変圧器の変圧比も等しくなります。 2. 短絡電圧の均等性。 3. 高電圧側と低電圧側から同相でスイッチオン。 単巻変圧器は、コアに巻線が XNUMX つしかない変圧器です。 一次回路と二次回路の両方が、この巻線のさまざまなポイントに接続されています。 単巻変圧器の磁束は、巻線に電気力を誘導します。 この起電力は印加電圧にほぼ等しい。 70. 非同期モーター 非同期機 交流機と呼ばれ、回転子の回転速度は固定子磁場の回転速度よりも小さく、負荷に依存します。 非同期機は、他の電気機械と同様に、可逆性の特性を持っています。つまり、モーターモードと発電機モードの両方で動作できます。 三相誘導電動機は、ロシアの技術者 M.O. 1890 年に Dolivo-Dobrovolsky が開発され、それ以来改良が加えられ、業界で確固たる地位を築き、世界のすべての国で広く普及しています。 誘導電動機にはXNUMXつの主要部分があります - ステーターとローター。 ステーターは機械の固定部分です。 固定子の内側に溝が作られ、そこに三相交流が供給される三相巻線が配置されます。 機械の回転部分はローターと呼ばれ、巻線もその溝に配置されます。 固定子と回転子は、厚さ 0,35 mm と 0,5 mm の電気鋼板の別々の型抜きシートから組み立てられます。 鋼の個々のシートは、ワニスの層で互いに分離されています。 固定子と回転子の間の空隙は可能な限り小さくします。 回転子の設計に応じて、非同期モーターにはかご型回転子と位相回転子が付属しています。 非同期モーターは、ブラシレスとコレクターに分けられます。 ブラシレスモーターは最も広く使用されています。 それらは、ほぼ一定の回転速度が必要な場合に使用され、その調整は必要ありません。 ブラシレス モーターは、設計がシンプルで、操作に問題がなく、高効率です。 ステータの処理を三相交流ネットワークに接続すると、ステータ内に回転磁界が発生します。 磁場の磁力線は、回転子の固定電流の巻線を横切り、EMF を誘導します。 回転子は、回転中に固定子の回転磁界に追いつくことができません。 ローターがステーター磁場と同じ回転速度を持つと仮定すると、ローター巻線の電流は消えます。 回転子巻線の電流がなくなると、固定子磁場との相互作用が停止し、回転子は回転する固定子磁場よりもゆっくりと回転し始めます。 ただし、この場合、ローター巻線は再びステーターの回転磁界と交差し始め、トルクが再びローターに作用します。 その結果、回転中、ローターは常にステーター磁場の回転速度よりも遅れる必要があります。 非同期。 かご型誘導モーターは、産業で使用される最も一般的な電気モーターです。 非同期モーターの構造は次のとおりです。 三相電流によって電力供給される三相巻線は、エンジンの固定部分であるステーターに配置されています。 この巻線の 0,35 相の開始部分は、モーター ハウジングの外部に取り付けられた共通シールドに出力されます。 交流電流が固定子巻線に流れるため、交流磁束が固定子の鋼鉄を通過します。 ステータ内で発生する渦電流を低減するために、ステータは厚さ 0,5 mm と XNUMX mm の合金鋼の別々の打ち抜きシートから作られています。 短所：回転速度の調整が難しい、始動電流が高い。 したがって、これらに加えて、巻線ロータを備えた非同期モータも使用されます。 このようなモーターのステーターのデバイスとその巻線は、かご型ローターを備えたモーターのステーターのデバイスと変わりません。 これら XNUMX つのエンジンの違いは、ローターの設計にあります。 相回転子を備えた電気モーターには回転子があり、その上には固定子と同様に、スターで相互接続されたXNUMXつの相巻線が配置されています。 71. 同期発電機 同期機 機械と呼ばれ、その回転速度は一定であり、与えられた交流周波数で極対の数pによって決定されます：v \u60d XNUMX・n / p Eによって発見された可逆性の原理によると.Kh. Lenz、同期機は発電機とモーターの両方として動作できます。 同期発電機の動作は、電磁誘導の現象に基づいています。 可動導体が固定磁場を横切るか、逆に可動磁場が固定導体を横切るかは基本的に無関係であるため、構造的に同期した発電機はXNUMXつのタイプで作成できます。 それらの最初のものでは、磁極を固定子に配置してその巻線に直流を供給し、導体を回転子に配置して、交流でリングとブラシを使用してそれらから取り外すことができます。 多くの場合、磁場を生成するマシンの部分はインダクタと呼ばれ、EMF が誘導される巻線が配置されているマシンの部分はアーマチュアと呼ばれます。 したがって、最初のタイプの発電機では、インダクタは静止しており、アーマチュアは回転します。 同期発電機の固定子は、他の交流機械と同様に、電磁鋼板で作られたコアと、その溝に交流巻線が配置されるフレーム、および鋼板で作られた鋳鉄または溶接されたケーシングで構成されています。 。 固定子巻線は、コアの内面に刻印された溝に配置されます。 機械は通常高電圧で動作する必要があるため、巻線の絶縁は特に慎重に行われます。 断熱材としてマイカナイトとマイカナイトテープを使用します。 同期機の回転子は、設計により XNUMX つのタイプに分けられます。 1) 明示的な極 (すなわち、顕著な極); 2) 暗黙の極性 (つまり、暗黙的に表現された極を持つ)。 突極ローターは鍛鋼製。 ポールは、互いに直列に接続された励磁コイルが取り付けられているローターリムに取り付けられています。 励磁巻線の両端は、ロータ シャフトに取り付けられた 0,25 つのリングに接続されています。 ブラシはリングに重ねられ、定電圧源が接続されています。 通常、ローターと同じシャフト上にあり、エキサイターと呼ばれる直流発電機は、ローターを励起するための直流電流を与えます。 励磁機の電力は、同期発電機の公称電力の 1 ～ 60% です。 励磁機の定格電圧 350 ～ XNUMX V。 自励同期発電機も利用できます。 発電機の固定子巻線に接続されたセレン整流器を使用して、回転子を励起するための直流が得られます。 最初の瞬間、回転するローターの残留磁場がステーター巻線に小さな変動 EMF を誘導します。 交流電圧に接続されたセレン整流器は直流を供給し、それが回転子の磁場を強化し、発電機の電圧が上昇します。 電気機械や変圧器を設計するとき、設計者は機械の換気に細心の注意を払います。 同期発電機の場合、空冷と水素冷却が使用されます。 72. 直流発電装置 DC 発電機は、それを回転させる一次エンジンの機械的エネルギーを直流電気エネルギーに変換する電気機械であり、機械は消費者に供給します。 DCジェネレーターは原理に基づいて動作します 電磁誘導。 したがって、発電機の主要部分は、巻線が配置されたアーマチュアと、磁場を生成する電磁石です。 アンカーは円柱の形状をしており、厚さ 0,5 mm の電気鋼の個別の打ち抜きシートから採用されています。 シートは、ワニスまたは薄い紙の層によって互いに分離されています。 各シートの周囲に打ち抜かれたくぼみは、電機子を組み立ててシートを圧縮するときに溝を形成し、そこに電機子巻線の絶縁された導体が置かれます。 コレクターは電機子シャフトに固定されており、電機子巻線の特定の場所にはんだ付けされた個別の銅板で構成されています。 集電板は、マイカナイトによって互いに分離されています。 コレクターは電流を整流し、固定ブラシを使用して外部ネットワークに流します。 DC 発電機の電磁石は、フレームにボルトで固定されたスチール ポール コアで構成されています。 発電機フレームは鋼から鋳造されています。 非常に低出力のマシンの場合、フレームはポール コアと一緒に鋳造されます。 他の場合では、極のコアは電気鋼の別々のシートから採用されます。 絶縁された銅線で作られたコイルがコアに取り付けられています。 励磁巻線を通過する直流電流は、磁極の磁束を生成します。 エアギャップ内の磁束の分布を改善するために、先端付きのポールがヨークに取り付けられ、組み立てられますi個々の鋼板から。 電機子がプラスの磁場で回転すると、その巻線の導体にEMFが誘導され、大きさと方向が変化します。 XNUMXつのターンの端をXNUMXつの銅リングにはんだ付けすると、外部ネットワークに接続されたブラシがリングに適用され、ターンが磁場で回転すると、閉回路に交流電流が流れます。 これがオルタネーターの動作の基本です。 コイルの端が XNUMX つの銅製の半リングに取り付けられ、互いに分離され、コレクター プレートと呼ばれ、ブラシが適用された場合、コイルが磁場内で回転すると、交流 EMF が誘導されます。コイル。 しかし、外部回路には大きさの異なる一定方向の電流（脈流）が流れます。 ニュートラル ライン、または幾何学的ニュートラルは、アーマチュアの中心を通り、極の軸に垂直なラインです。 この位置にあるコイルのアクティブ側は、磁力線を横切ることなく、磁力線に沿ってスライドします。 したがって、EMF はコイルに誘導されず、回路内の電流はゼロです。 ブラシの幅は、プレートと絶縁ギャップによって形成されるコレクタ分割の幅よりも大きく、中性線上にあるコイルはブラシのこの瞬間に短絡されます。 急速に変化する負荷で動作する発電機（クレーン、圧延機）の場合、磁極片に特別に作られた溝に配置された補償巻線が使用されることがあります。 補償巻線の電流の方向は、電機子巻線の導体の電流と反対でなければなりません。 磁極片で覆われたアークでは、補償巻線の磁場が電機子反作用磁場のバランスを取り、機械磁場が歪むのを防ぎます。 補償巻線と追加の極の巻線は、電機子巻線と直列に接続されています。 73. 直流発電機の種類 磁場を作成する方法に応じて、DC 発電機は XNUMX つのグループに分けられます。 1) 永久磁石または磁電を備えた発電機。 2) 独立励起の発電機; 3) 自励式発電機。 磁電発電機は、XNUMXつまたは複数の永久磁石で構成され、その磁場内で巻線を備えたアーマチュアが回転します。 生成される電力が非常に小さいため、このタイプの発電機は産業目的には使用されません。 独立励磁の発電機では、極巻線は、発電機とは独立した定電圧の外部電源 (DC 発電機、整流器など) によって給電されます。 自励式の発電機極の励磁巻線は、機械自体の電機子ブラシから供給されます。 自励式の原理は次のとおりです。 励磁巻線に電流が流れていない場合、発電機の電機子は極の残留磁気の弱い磁場で回転します。 この瞬間に電機子巻線に誘導された独立した EMF は、磁極巻線に小さな電流を送ります。 極の磁場が増加すると、電機子導体の EMF も増加し、それによって励起電流が増加します。 これは、励起回路の抵抗値に対応する電流が励起巻線に確立されるまで続きます。 機械の自己励磁は、極の巻線を流れる電流が残留磁気の場を強化する磁場を生成し、さらに励磁回路の抵抗が特定の値を超えない場合にのみ発生します。価値。 自励発電機は、界磁巻線を電機子巻線に接続する方法に応じて、XNUMXつのタイプに分けられます。 1.極の励磁巻線が電機子巻線と並列に接続された並列励磁（シャント）を備えた発電機。 2.極の励磁巻線が電機子巻線と直列に接続されている直列励磁（直列）の発電機。 3. 混合励磁 (複合) の発電機。極に XNUMX つの巻線があり、XNUMX つは電機子巻線と並列に接続され、もう XNUMX つは電機子巻線と直列に接続されます。 独立励磁を備えた発電機の電圧は、次の XNUMX つの理由により負荷に応じて変化します。 1）電機子巻線の電圧降下とブラシの遷移接触による。 2）機械の磁束とEMFの減少につながる電機子反作用の作用。 並列励磁の発電機の場合、負荷による電圧は次の 1 つの理由から変化します。XNUMX) 電機子巻線の電圧降下とブラシの遷移接触による。 2）電機子反作用の作用によって引き起こされる磁束の減少による。 3）最初のXNUMXつの理由の影響下で、発電機の電圧（または電機子ブラシの電圧）は負荷とともに減少します。 直列励磁の発電機は、並列励磁の発電機とは異なります。前者では負荷の増加に応じて電圧が増加し、後者では電圧が減少します。 混合励磁発電機は、並列励磁発電機と直列励磁発電機の特性を組み合わせたものです。 74. 電気モーター DCマシンが電圧源に接続されている場合、電気モーターで動作します。つまり、電気エネルギーを機械エネルギーに変換します。 発電機としてもエンジンとしても機能する電気機械のこの特性は、 可逆性。 電気モーターは 1834 年にロシアの学者によって発明されました。 学士号ジャコビ。 電気モーターのデバイスは発電機と同じです。 DC電気モーターの動作原理は、電機子巻線を流れる電流と電磁石の極によって生成される磁場の相互作用に基づいています。 モーターがネットワークから消費する電力は、シャフトの電力よりも、ベアリングの摩擦損失、コレクターのブラシ、空気のアーマチュア、ヒステリシスと渦電流による鋼の損失、加熱のための電力損失の分だけ大きくなります。モーター巻線とレオスタット。 電気モーターの効率は負荷によって変化します。 定格出力では、モータの出力、回転速度、および設計に応じて、モータの効率は 70 ～ 93% の範囲になります。 電機子巻線と励磁巻線の接続に応じて、DC 電気モーターは、並列、直列、および混合励磁のモーターに分けられます。 電流が通過する電機子巻線の導体は、極によって作成された磁場内にあり、磁場から押し出される力を受けます。 モーターアーマチュアが特定の方向に回転するためには、導体がXNUMXつの極のカバレッジエリアを離れるとすぐに、導体の電流の方向が反対に変わる必要があります。ラインと隣接する対極のカバレッジエリアに入ります。 導体が中性線を通過する瞬間にモーター電機子巻線の導体に電流を流すために、コレクターが使用されます。 並列励磁の電気モーターでは、界磁巻線がネットワークに並列に接続され、励磁回路の抵抗とネットワーク電圧が一定の場合、モーターの磁束は一定でなければなりません。 モーターの負荷が増加すると、アーマチュアの反応によって磁束が弱まり、速度がいくらか増加します。 実際には、電機子巻線の電圧降下は、モーター速度への影響が電機子反作用によってほぼ補償されるように選択されます。 並列励磁のモーターの特性は、シャフトの負荷が変化したときの回転速度がほぼ一定であることです。 直列励磁のモーターの場合、電機子巻線と励磁巻線が直列に接続されます。 したがって、両方のモーター巻線を流れる電流は同じになります。 モーター磁気回路の鋼の飽和度が低い場合、磁束は電機子電流に比例します。 混合励磁の電気モーターでは、モーター極にXNUMXつの巻線があるため、並列および混合励磁モーターの利点を利用できます。 これらの利点は、一定速度と高い始動トルクです。 混合励磁によるモータの速度制御は、並列励磁巻線の回路に含まれる調整抵抗器によって実行されます。 75. 整流器 エンジン発電機 めったに使用されず、通常は交流電流を直流電流に変換する特別な装置を使用します。 整流器。 エンジニアリングでは、XNUMX 種類の整流器が最も広く使用されています。 1) 固体整流器; 2) 水銀整流器。 固体整流器は、個々の部品が固体でできているものと呼ばれます。 固体整流器から、酸化銅（キュプロックス）、セレン、シリコン、ゲルマニウムが技術的に普及しています。 水銀整流器は次のとおりです。 1) ガラス; 2) 金属。 固体および水銀整流器に加えて、機械式、ケノトロン、ガストロン、電解式の整流器もあります。 ケノトロン (チューブ整流器) は無線工学で広く使用されており、AC ネットワークなどで駆動されるほとんどの最新のラジオ受信機で使用されています。酸化銅 (キュプロックス) 整流器は XNUMX つの層で構成されています。 1) 高濃度の自由電子を持つ金属。 2) 絶縁性 (ロック)、自由電子を持たない。 ３）自由電子の少ない半導体。 小さな層に電位差がある場合、ブロッキング層に強い電界が発生し、隣接する層からの自由電子の放出に寄与します。 セレン整流器では、一方の電極はセレンの薄層でコーティングされたニッケルメッキの鉄ワッシャーです。 XNUMX 番目の電極は、セレン上に堆積されたビスマス、スズ、およびカドミウムの特別な高導電性合金の層です。 接触真鍮ワッシャーがこの層に押し付けられます。 回路に要素を含めるには、両方の電極に接触するプレートが使用されます。 カバー層とセレン層の境界にバリア層が現れる。 水銀整流器の動作は、排気されて水銀で満たされた容器内で発生した電気アークが一方向にのみ電流を流す、いわゆるバルブ (片側) 能力に基づいています。 バルブは、順方向電流に対する抵抗が低く、逆方向電流に対する抵抗が高いデバイスです。 500 A を超える電流では、金属水銀整流器が使用されます。 整流器の金属ケースは水冷式です。 本体から隔離されたカソードカップには水銀が充填されています。 主陽極は陽極スリーブを通過し、蒸気から凝縮した水銀から陽極を保護します。 点火陽極と独立励磁陽極は整流器内に配置されています。 点火陽極の上端は、ソレノイド内に配置されたスチール コアに取り付けられています。 ソレノイドに給電する電流回路を閉じると、コアが引き込まれ、イグニッション アノードが下がります。イグニッション アノードは、水銀に短時間浸された後、スプリングの作用で元の位置に戻ります。 点火陽極と水銀の間で発生したアークは、アークを支える励磁陽極に伝わり、消弧を防ぎます。 整流器での整流電圧の調整は、巻線から多数の分岐があるセクション化された変圧器または単巻変圧器を使用して実行されます。 整流器に供給する AC 電圧の値を変更することにより、整流された電圧の値が変更されます。 76. 電気器具 電気量を測定するには、特別な電気測定器が使用されます。 電気測定器は、国民経済のさまざまな分野で、電気設備の合理的な操作、制御、および保護のために広く使用されています。 電気測定器には、デバイスの可動部分と固定部分があります。 電流の発現、たとえばその熱、磁気、機械的効果は、デバイスの可動部分と静止部分の相互作用の基礎となります。 結果として生じるトルクは、デバイスの可動部分をポインター (矢印) と一緒に回転させます。 トルクの作用下で、可動システムはより大きな角度で回転し、測定値が大きくなります。 トルクとは対照的に、等しく反対の反作用モーメントを作成する必要があります。そうしないと、測定値の任意の値（ゼロを除く）に対して、矢印が停止するまでスケールの端にずれます。 通常、反トルクはリン青銅のつる巻きばねを使用して生成されます。 ご存じのように、摩擦は常に運動に対して作用します。 したがって、デバイスの可動部分が動くと、摩擦がこれを妨げ、デバイスの読み取り値を歪めます。 摩擦を減らすために、一部の設計の可動部分は、高硬度の石 (ルビー、サファイア、瑪瑙) で作られたスラスト ベアリングのコアに取り付けられています。 移動または輸送中にコアとスラストベアリングを破壊から保護するために、一部のデバイスには、と呼ばれるデバイスがあります。 檻に入れられた、 可動部分を持ち上げて動かないように固定します。 特定の理由の影響下で、デバイスの反作用モーメントが変化します。 たとえば、異なる温度では、コイル スプリングは不均一な弾性を持ちます。 この場合、デバイスの矢印はゼロ目盛りから離れます。 矢印をゼロ位置に合わせるには、コレクターと呼ばれる装置が使用されます。 デバイスの測定メカニズムは、機械的影響やほこり、水、ガスの侵入から保護するハウジングに囲まれています。 デバイスの条件の XNUMX つは、媒体 (空気、油) または磁気誘導ブレーキの機械的抵抗を使用してダンパーを取り付けることによって達成される、可動部分の急速な沈静化です。 電気測定器は、次の特徴によって区別されます。1）測定値の性質。 2) 電流の種類による。 3) 精度に応じて。 4) 行動原理による。 5) 測定値を取得する方法による。 6) アプリケーションの性質による。 これらの機能に加えて、電気測定器も区別できます。 1) 取り付け方法による。 2) 外部磁場または電場に対する保護方法; 3) 過負荷に対する持久力; 4) さまざまな温度での使用に適しています。 5) 全体の寸法およびその他の特性。 電流の種類に応じて、デバイスは直流デバイス、交流デバイス、直流および交流デバイスに分けられます。 動作原理によれば、デバイスは磁気電気、電磁気、電気力学（フェロダイナミック）、誘導、熱、振動、熱電、検出器などに分けられます。 77. 測定器の装置 磁気電気システムのデバイスは、コイルと電流および永久磁石の磁場との相互作用の原理に基づいて動作します。 コバルト、タングステン、またはニッケル - アルミニウム鋼で作られた強力な永久馬蹄形磁石が磁場を作り出します。 磁石の両端には、円筒状の溝が付いた軟鋼製の磁極片があります。 スチール製のシリンダーが磁極片の間に固定されており、磁気回路の抵抗を減らすのに役立ちます。 磁力線はポールピースを離れ、鋼の透磁率が空気の透磁率よりもはるかに大きいという事実により、それらは根本的にシリンダーに入り、エアギャップにほぼ均一な磁場を形成します。 磁力線が円柱を出るときに同じ磁場が作成されます。 シリンダーは、絶縁された銅線で作られた巻線（コイル）が巻かれた軽量のアルミフレームに囲まれています。 フレームは、スラスト ベアリングにある軸上にあります。 軸にはアルミ製の矢も付いています。 反作用モーメントは、デバイスの巻線に電流を同時に供給する働きをする XNUMX つのフラット コイル スプリングによって作成されます。 電磁装置は、コイル電流と強磁性材料で作られた可動コアの磁場との間の相互作用の原理に基づいて動作します。 設計上、電磁装置は XNUMX つのタイプに分けられます。フラット コイルを使用するデバイスとラウンド コイルを使用するデバイスです。 電気力学的デバイスの動作原理は、XNUMX つのコイルの磁場の相互作用に基づいています。 サーマルデバイスの動作原理は、電流によって加熱されたときの金属糸の伸びに基づいており、デバイスの可動部分の回転運動に変換されます。 誘導式測定器は、交流電流が供給される複数の固定コイルの使用と、回転磁場または走行磁場の作成によって特徴付けられます。これにより、器具の可動部分に電流が誘導され、可動部分が移動します。 誘導装置は、電力計や電力計として交流のみで使用されます。 熱電システムのデバイスの動作原理は、これらの導体の接合部の温度が回路の残りの温度と異なる場合、異種の導体で構成される回路で発生する起電力の使用に基づいています。 検出器システムのデバイスは、磁気電気測定デバイスと、XNUMX つの回路に接続された XNUMX つまたは複数の半導体整流器 (検出器) の組み合わせです。 通常、酸化銅整流器が整流器として使用されます。 振動系計測器は、固有振動の周期が異なる多数の同調板を使用し、振動板の周波数と測定周波数との共振により周波数を測定できることを特徴としています。 振動デバイスは、周波数計としてのみ構築されています。 78. 計器用変圧器 ACネットワークでは、電圧および電流計器用変圧器を使用して、安全上の理由から測定器を高電圧線から分離し、測定器の測定範囲を拡大します。 高い測定精度を確保するには、電圧 (電流) 変圧器の変圧比を変更せず、一次電圧 (電流) ベクトルと二次電圧 (電流) ベクトルの間の角度を 180 度に保つ必要があります。 最後の条件は、電圧（電流）変圧器を介してそのようなデバイスをオンにするときに必要です。その測定値は、グリッドの電圧と電流の間のシフト角度に依存します。 しかし、実際の電圧（電流）トランスには、いわゆる変圧比の誤差と角度誤差があります。 変圧比の相対誤差は、二次電圧 (電流) に変圧比を掛けたものと、一次電圧 (電流) の実際の値との差です。 測定トランスの角度誤差 電圧 (電流) は、一次電圧 (電流) ベクトルと二次電圧 (電流) ベクトルの間の角度を 180 回転したものです。 変形率誤差と角度誤差は負荷とともに増加します。 したがって、変圧器は公称（パスポートに示されている）電力を超えて負荷をかけることはできません。 測定電圧変圧器の一次巻線と二次巻線は絶縁銅線でできており、変圧器鋼の別々のシートから組み立てられた閉じたコアに取り付けられています。 変圧器は単相と三相で作られています。 測定器回路の過負荷や短絡からトランスを保護するために、二次巻線には低電圧ヒューズが含まれています。 高電圧巻線の絶縁破壊が発生した場合、コアと二次巻線は高電位を受ける可能性があります。 これを避けるために、トランスの二次巻線と金属部分を接地します。 変流器は、大電流を小電流に変換するために使用されます。 5つの巻線がコアに巻かれ、変圧器鋼の別々のシートから組み立てられます。測定された電流が通過する回路に直列に接続された少数の巻数で構成される一次巻線と、多数の巻線で構成される二次巻線です。測定器が接続されているターン。 高電圧ネットワークで電流を測定する場合、測定器は高電圧ワイヤから分離され、絶縁されます。 変流器の二次巻線は通常、10 A（場合によっては5 A）の電流で実行され、一次定格電流は15〜000 Aです。 一次電流と二次電流の比は、巻線の巻数の逆比にほぼ等しく、変流比と呼ばれます。 定格変圧比は変圧器パスポートに分数の形で表示されており、その分子は定格一次電流を示し、分母は定格二次電流を示します。 79. レオスタット 電気の実践では、電気機械の操作と同様に、さまざまな加減抵抗器が使用されます。 レオスタットは、変更可能な抵抗を持つデバイスであり、それによって回路の電流と電圧を変更します。 レオスタットは、摺動接点、レバー、液体、ランプ、およびプラグで利用できます。 摺動接点付きレオスタット。 素線を磁器管に巻きつけたもの。 特殊加工により、電線の表面は電流を通さない薄い酸化皮膜で覆われています。 スライダが金属棒に沿ってスライドし、レオスタット ワイヤを押します。 レオスタットの抵抗の一部が電球と直列に挿入されるため、この場合、ランプのフィラメントを流れる電流が減少し、ランプの燃焼が少なくなります。 スライダーを右に動かすと、レオスタットの抵抗が減少し、ランプの光強度が増加します。 回路内の電流を滑らかでゆっくりと変化させる必要がある場合は、スライディング コンタクト レオスタットが使用されます。 レバーレオスタット。 ワイヤースパイラルは、絶縁材料のフレームに張られています。 らせんが直列に接続されています。 接点への分岐は、個々のらせんの始点、終点、接合点から作成されます。 レオスタットの特定の接点にレバーを置くことで、抵抗を変更し、回路内の電流を変更できます。 ただし、これらの変化はスムーズに発生するのではなく、突然発生します。 ワイヤー レオスタットの最も一般的な材料は、鉄、ニッケル、コンスタンタン、マンガニン、およびニクロムです。 液体レオスタット。 レオスタットは、ソーダ溶液が入った金属製の容器です。 ヒンジにはレバーが固定されており、その上に鉄または銅のナイフがあります。 ナイフ付きのレバーは、ガスケットによって金属ボックスから分離されています。 ナイフをソーダ溶液に上げたり下げたりすると、回路内の電流を変えることができます。 ナイフを溶液に下げることで、ナイフと溶液の間の接触面積を増やし、レオスタットを通過する電流を増やします。 ナイフをさらに浸すと、ハンドルの接触が金属ケースのクランプに入り、レオスタットが短絡します。 液体抵抗器は、大電流の回路で使用されます。 ランプレオスタット。 並列接続された複数の電球のセットを表します。 150 つの白熱ランプの抵抗が 75 オームである場合、同じランプ 50 つの合計抵抗はわずか XNUMX オーム、XNUMX つのランプでは XNUMX オームなどになることが知られています。 したがって、並列に接続されたいくつかの同一のランプの合計抵抗は、XNUMX つのランプの抵抗を接続されたランプの数で割った値に等しくなります。 レオスタットを差し込みます。 多くの場合、抵抗ボックスと呼ばれ、細かく調整された特定の抵抗のセットを表します。 抵抗コイルの端は、切断された銅棒に取り付けられています。 バーのカットアウトに銅プラグを挿入すると、バーの隣接する XNUMX つの部分が接続されます。 これにより、両端がバーの隣接部分に接続されている抵抗が回路からオフになるか、または彼らが言うように、短絡（短絡）されます。 取り外したプラグにより、抵抗コイルに電流が流れます。 抵抗ボックスを使用すると、正確に定義された値の抵抗を回路に簡単に含めることができ、電気測定に使用されます。 80. 有効電力の測定 D.C. 直流電力 P =UI の公式から、電力は電流計と電圧計の測定値を乗算することで決定できることがわかります。 ただし、実際には、電力測定は通常、特別な機器を使用して実行されます。 電力計。 電力計は XNUMX つのコイルで構成されています。固定コイルは太い線を数回巻いたもので、可動コイルは細い線を何回も巻いたものです。 電力計がオンになると、負荷電流は回路内で直列に接続された固定コイルを通過し、可動コイルは消費者に並列に接続されます。 並列巻線の消費電力を減らし、可動コイルの重量を減らすために、追加のマンガニン抵抗が直列に接続されています。 可動コイルと固定コイルの磁場の相互作用の結果として、両方のコイルの電流に比例するトルクが発生します。 デバイスのトルクは、回路で消費される電力に比例します。 デバイスの矢印がゼロから右にずれるためには、コイルに特定の方向に電流を流す必要があります。 動電電力計に加えて、フェロダイナミック システムの電力計も DC 回路の電力測定に使用されます。 単相交流。 動電型電力計が交流回路に接続されると、可動コイルと固定コイルの磁場が相互に作用し、可動コイルが回転します。 デバイスの可動部分の瞬間的な回転モーメントは、デバイスの両方のコイルの電流の瞬間値の積に比例します。 しかし、電流が急速に変化するため、可動システムはこれらの変化に追従できず、デバイスの回転モーメントは平均または有効電力 P = U I cos? に比例します。 交流の電力を測定するために、誘導システムの電力計も使用されます。 大電流の低電圧ネットワークで電力計を使用して電力を測定する場合、変流器が使用されます。 電力計の巻線間の電位差を減らすために、変流器の一次回路と二次回路には共通点があります。 トランスの二次巻線は接地されていません。これは、ネットワークの XNUMX 本のワイヤを接地することを意味するためです。 この場合、ネットワークの電力を決定するには、電力計の読み値に変圧器の変圧比を掛ける必要があります。 三相交流。 三相システムの均一負荷では、XNUMX つの単相電力計を使用して電力を測定します。 この場合、相電流は電力計の直列巻線を流れ、並列巻線は相電圧に接続されます。 したがって、電力計は XNUMX つのフェーズの電力を示します。 三相システムの電力を得るには、単相電力計の読み値を XNUMX 倍する必要があります。 高電圧ネットワークでは、電圧および電流測定変圧器を使用して三相電力計のスイッチを入れます。 81. 有効電力量の測定 D.C. 直流でのエネルギー消費量を測定するには、動電、磁電、電解の XNUMX つのシステムのメーターが使用されます。 電気力学システムの最も普及したカウンター。 太いワイヤの少数の巻き数で構成される定電流コイルが、ネットワークに直列に接続されています。 アーマチュアと呼ばれる球状の可動コイルは、スラストベアリングで回転できる軸に取り付けられています。 電機子巻線は細い線を何回も巻いてできており、いくつかのセクションに分かれています。 セクションの端はコレクター プレートにはんだ付けされ、金属製のフラット ブラシが接触します。 主電源電圧は、追加の抵抗を介して電機子巻線に供給されます。 メーターの動作中、電機子巻線の電流とコイルの固定電流の磁束の相互作用の結果として、トルクが発生し、その影響で電機子が回転し始めます。 ネットワークで消費されるエネルギー量は、アーマチュア (ディスク) の回転数で判断できます。 電機子の XNUMX 回転あたりのエネルギー量はメートル定数と呼ばれます。 記録された電気エネルギーの単位あたりのアーマチュアの回転数は、ギア比と呼ばれます。 単相交流。 単相交流回路の有効電力量を測定するために、誘導式計器が使用されます。 誘導計のデバイスは、誘導電力計のデバイスとほぼ同じです。 違いは、メーターにはカウンター ディスクを自由に回転させる反作用モーメントを作成するスプリングがないことです。 電力計の矢印と目盛りは、カウンターでカウント機構に置き換えられます。 電力計で鎮静のために機能する永久磁石は、メーターに制動トルクを発生させます。 三相交流。 三相交流の有効電力量は、XNUMX つの電力計と同様の回路に従って、回路に含まれる XNUMX つの単相メータを使用して測定できます。 XNUMX つのデバイスで XNUMX つの単相メーターの操作を組み合わせた、XNUMX 相アクティブ エネルギー メーターでエネルギーを測定する方が便利です。 二素子三相電力量計のスイッチング回路は、対応する電力計の回路と同じです。 XNUMX 線式三相電流ネットワークでは、XNUMX つの電力計と同様の回路を使用して有効エネルギーを測定するか、XNUMX 要素の三相計を使用します。 高電圧ネットワークでは、電圧および電流測定変圧器を使用してメーターのスイッチを入れます。 単相電流の無効エネルギーは、電流計、電圧計、位相計、およびストップウォッチを読み取ることによって決定できます。 三相電流ネットワークの無効電力量を考慮するには、通常の有効電力量メーターと特殊な無効電力量メーターを使用できます。 特別な三相無効電力量計の装置を考えてみましょう。 このタイプのメーター装置は、二要素三相電力計の装置と同じです。 XNUMXつの要素の並列巻線がネットワークに接続されています。 XNUMXつではなく、XNUMXつの直列巻線がU字型のコアに重ねられています。 さらに、第１の要素のＵ字型コアの分岐の１つに１つの直列巻線が巻かれている。 第２の電流巻線は第１のシステムのコアの第２の分岐に配置され、第３の電流巻線は第２のシステムの第１の分岐に配置される。 XNUMX 番目の電流巻線は、XNUMX 番目の要素の U 字型コアの XNUMX 番目の分岐に配置されます。 82. 電気駆動 モーターとトランスミッションがアクチュエーターを駆動します。 したがって、マシンのこれらの XNUMX つの部分は呼び出されます。 ドライブ。 電気モーターを使用して作業機械を駆動する場合、そのようなドライブは電気ドライブまたは略して電気ドライブと呼ばれます。 電気駆動装置の最初の実用化は、学者によるボートでの使用と見なされるべきです 学士号ヤコビ 1838 年。電気モーターがボートに取り付けられ、ガルバニ電池を動力源としていました。 生産に使用される電気駆動装置は、グループ、シングル、マルチエンジンの XNUMX つの主なタイプに分けることができます。 グループ電気駆動装置は、トランスミッションとカウンタードライブを介して複数のアクチュエーターを作動させるXNUMXつの電気モーターで構成されています。 カウンタードライブは、ベアリングにある短いシャフトです。 ステッププーリー、ワーキングプーリー（シャフトに接続）、およびアイドルプーリー（シャフトに緩く取り付けられている）がシャフトにあります。 カウンタードライブにより、機械の回転速度を変更したり（段付きプーリーを使用）、機械を停止および始動したり（作動プーリーまたはアイドルプーリーを使用）することができます。 駆動モーターを停止すると、そこから機械エネルギーを受け取るすべてのアクチュエーターが停止します。 アクチュエータの一部のみが動作している場合、グループ ドライブは効率が低くなります。 単一の電動アクチュエータは、別のアクチュエータを駆動する電動モータで構成されています。 単軸ボール盤や低出力旋盤などにはシングルドライブが装備されており、当初はエンジンから機械への動きの伝達はカウンタードライブによって行われていました。 その後、電気モーター自体が設計変更を受け、アクチュエーターと一体化され始めました。 そのような単一のドライブは呼ばれます 個人。 マルチモータードライブは複数の電気モーターで構成され、それぞれがアクチュエーターの個々の要素を駆動するために使用されます。 マルチモータードライブは、複雑で高出力の金属加工機、圧延機、抄紙機、クレーン、その他の機械や機構に使用されています。 電流の種類に応じて、電気駆動は直流電気駆動と交流電気駆動に分けられます。 電機子巻線と励磁巻線の接続方法に応じて、DC モーターは並列、直列、および混合励磁で区別されます。 マシンのパワーを決定するとき、XNUMXつの動作モードが区別されます。 1. 連続運転は、機械の加熱が定常状態に達するまでの運転時間が非常に長い運転を特徴とします。 2. 短期間の運転は、運転期間中にエンジン温度が定常状態に達する時間がないという事実によって特徴付けられます。 3.断続的な動作モードは、作業期間と一時停止の交互によって特徴付けられます。 10 回の作業期間と XNUMX 回の一時停止の期間は XNUMX 分を超えてはなりません。 断続的な作業のモードは、作業期間の相対的な長さによって決まります。 83. 電気機械の絶縁、設計および冷却 エンジン出力はその加熱によって決まります。 機械の許容加熱は、断熱材の熱抵抗とエンジン冷却システムによって制限されます。 電気機械に使用される絶縁材料は、XNUMX つのクラスに分類されます。 絶縁クラス A。 それには、エナメルやワニスだけでなく、さまざまな油を含浸させた綿布、絹、糸、紙、その他の有機材料が含まれます。 絶縁クラス B。 これには、マイカ、アスベスト、および有機結合剤を含むその他の無機材料から作られた製品が含まれます。 絶縁クラスBC。 耐熱ニスに雲母、ガラス糸、アスベストで構成されています。 絶縁クラス CB。 絶縁材を使用せず、耐熱ワニス上に無機物で構成 クラス A. 絶縁クラス C. マイカ、磁器、ガラス、石英などの無機物を結合剤なしで含みます。 断熱材の最高許容加熱温度 クラスA-105o、 クラスB-120o、 航空機クラス -135o、 セントクラス 使用するワニスの耐熱性に応じて、わずかに高くなります。 クラスC 温度が設定されていません。 外部環境の影響からの保護方法によれば、電気機械の実行の次の形態が区別されます。 1. 電気機械を開きます。 このバージョンの機械の回転部分と通電部分は、偶発的な接触や異物の侵入から保護されていません。 2. 保護された電気機械。 このような機械の回転部分と通電部分は、接触や異物から保護されています。 3.防滴電気機械。 このような機械の内部部品は、垂直に落ちる水滴の侵入から保護されています。 4.防滴電気機械。 機械の内部部品は、垂直から 45 度の角度であらゆる側面から落下する水しぶきから保護されています。 5. 閉じた電気機械。 この設計の機械の内部部品は、外部環境から分離されていますが、密閉されていると見なされるほどきつくはありません。 この機械はほこりの多い環境で使用され、屋外に設置できます。 6.防水電気機械。 ホースから機械に水を注ぐとき、機械の内部空間に水が浸入するのを防ぎます。 船舶の設備に使用されます。 7.防爆電気機械。 外部環境に含まれるガスの内部での爆発に耐えることができるように設計された密閉型機械。 8 ...密閉機械。 完全に密閉された機械。すべての開口部がしっかりと閉じられているため、特定の外圧で、機械の内部と、機械を取り囲む気体媒体および外部からの液体との間の連通が排除されます。 冷却方法によって、機械は次の種類に分けられます。 1. 専用ファンのないフリークーリングマシン。 機械の回転部分の換気作用と対流現象により、冷却空気の循環が行われます。 2.人工排気または強制換気を備えた機械。加熱された部品を冷却するガスの循環が特別なファンによって強化されます。 独立した換気を備えた機械で、そのファンは外部モーターによって駆動されます（閉じた機械）。 84. 電気モーターの保護 モーターの絶縁体の損傷、および巻線と電気接続の完全性への損傷を回避するために、モーターには、ネットワークからのタイムリーな切断を保証する保護装置が必要です。 異常なモーター動作の最も一般的な原因は、過負荷、短絡、低電圧、または電圧の損失です。 過負荷 モーター電流が定格値を超えて増加することをいいます。 過負荷は小規模で短期間である可能性があります。 過負荷は過度で長時間にわたる可能性があります。電流によって発生する大量の熱により絶縁体が焦げ、巻線が焼ける可能性があるため、過負荷はモーター巻線にとって危険です。 巻線で発生する可能性のある短絡も、モーターにとって危険です。 過負荷および短絡に対するモーターの保護が呼び出されます 過電流保護。 ヒューズ、電流リレー、サーマルリレーによって最大の保護が提供されます。 特定の保護装置の選択は、電力、モーターのタイプと目的、始動条件、および過負荷の性質によって異なります。 ヒューズは、銅、亜鉛、または鉛でできた低融点ワイヤを絶縁ベースに取り付けたデバイスです。 ヒューズの目的は、許容できないほど大きな過負荷または短絡が発生した場合に、消費者をネットワークから切断することです。 ヒューズには、ヒューズまたはある種の切断装置が損傷または破壊の危険なしに切断できる比較的小さな電力があり、これを最終遮断電力と呼びます。 ヒューズはコルク、プレート、チューブです。 ミラー ヒューズは、最大 500 V の電圧と 2 ～ 60 A の電流用に作られており、照明ネットワークと低電力の電気モーターを保護するために使用されます。 大きな欠点 (焼損時にインサート金属が飛散する、交換が難しい) があるラメラ ヒューズは、現在使用しないように努めています。 管状低電圧ヒューズは、最大 500 V の電圧と 6 ～ 1000 A の電流用に製造されています。構造上、管状ヒューズは、開いた磁器チューブと閉じたガラス、ファイバー、または磁器チューブで作成できます。 可溶リンクが通されたチューブは、多くの場合、石英砂で覆われています。 ヒューズが飛んだ瞬間、砂が電気アークを一連の小さなアークに分割し、アークを十分に冷却してすぐに消えます。 最大500 Vの電圧を持つ直流および交流の電気回路では、自動エアスイッチまたは単にオートマトンが使用されます。 機械の目的は、過負荷または短絡の場合に電気回路を開くことです。 サーマルリレーの主要部分はバイメタルプレートです。 発熱体の熱の作用でバイメタルプレートが変形し、それが曲がることでラッチが解除されます。 バネの作用により、ラッチは軸を中心に回転し、ロッドの助けを借りて、リレーの補助回路の常閉接点を開きます。 ラッチは、戻るボタンを使用して元の位置に戻ります。 サーマルリレーの発熱体は、モーターの定格電流に応じて選択されます。 85. コンタクタとコントローラ 電気モーターのリモートおよび自動制御用、 コンタクタ。 電流の種類に応じて、コンタクタは直流および交流です。 DC コンタクタでは、コンタクタによって閉じられた電源回路は、絶縁ベースに取り付けられた接点、コンタクタ自体の接点、および柔軟な通電接続を通過します。 コンタクタは電磁石によって閉じられ、その巻線は補助制御回路によって給電されます。 制御回路が閉じると、電磁石がアーマチュアを引き付け、コンタクタの接点を閉じます。 電磁石巻線回路が閉じている限り、コンタクタはオンの位置に保持されます。 DC コンタクタ KP は、電圧 220、440、および 600 V の DC 回路で動作する 20 つ、250 つ、および 48 つの主接点で構築されています。主接点が設計されている定格電流は 110 ～ 220 A です。KP の電磁コイルコンタクタは、電圧 XNUMX、XNUMX、および XNUMX V 用に設計されています。 コンタクタには、電力回路の開閉に使用される主接点に加えて、信号回路やその他の目的のための補助接点が装備されています。 KP コンタクタでは、240 時間あたり最大 1200 ～ XNUMX 回のスイッチングが可能です。 AC コンタクタのスイッチング コイルは、127 Hz の周波数で 220、380、500、および 50 V の電圧用に製造されています。 これらのコンタクタでは、120 時間あたり最大 XNUMX 回のスイッチングが可能です。 エンジンを始動し、回転方向を変え、速度を制御し、エンジンを停止するには、 コントローラー。 電流コントローラのタイプに応じて、DC と AC があります。 電動機のパワー回路に接点が組み込まれたコントローラをパワーコントローラと呼びます。 電磁装置の制御回路を閉じるコントローラーがあり、それらは電気モーターの電力回路を閉じたり開いたりします。 そのようなコントローラーは呼ばれます コントローラー。 接触システムの設計に応じて、コントローラーはドラムとカムになります。 ドラムコントローラーのシャフトは、ハンドホイールを使用して回転させます。 セグメントの形で可動接点である銅板は、シャフトから分離されたシャフトに固定されています。 セグメントは、長さが異なっていてもよく、ある角度で互いにオフセットされていてもかまいません。 一部のセグメントは電気的に相互接続されています。 コントローラ シャフトが回転すると、そのセグメントが絶縁バーに取り付けられた固定接点に接続されます。 フィンガータイプの固定接点は、簡単に交換可能な「クラッカー」で終端します。 可動接点を固定接点に接続した結果、必要な切り替えが制御回路で行われます。 カム コントローラは、コントローラ シャフトにあるカム ワッシャを使用して開閉する一連のコンタクタ エレメントで構成されています。 より良い消弧のために、コントローラーの各接触要素には個別の消弧装置が装備されています。 カム コントローラーの接点は、ドラム コントローラーの接点よりも高い遮断容量を備えており、より多くの切り替えが可能です (600 時間あたり最大 XNUMX 回の切り替え)。 86. エンジンの始動方法 非同期モーターは、全電圧 (ダイレクトスタート) および低電圧で始動できます。 ダイレクトスタートは、ナイフスイッチ、スイッチ、バッチスイッチ、磁気スターター、コンタクター、およびコントローラーを使用して実行されます。 直接始動中は、主電源の全電圧がモーターに印加されます。 この始動方法の欠点は、モーターの定格電流の 27 倍の大きな始動電流です。 最も簡単なのは、かご型ローターを備えた非同期モーターの直接始動です。 このようなモーターの始動と停止は、ナイフスイッチなどをオンまたはオフにすることによって実行されます。フェーズローターを備えた非同期モーターの始動は、リングとブラシを介してローター巻線に接続された始動レオスタットを使用して実行されます。 エンジンを始動する前に、始動用レオスタットの抵抗が完全に入力されていることを確認できます。 起動の最後に、レオスタットはスムーズに取り外され、短絡されます。 起動時にロータ回路に能動抵抗が存在すると、起動電流が減少し、起動トルクが増加します。 非同期モーターの始動電流を減らすために、モーターの固定子巻線に供給される電圧が減少します。 単巻変圧器を使用して、モーターに供給される電圧を下げると同時に、モーターの始動電流を下げることもできます。 始動時、単巻変圧器は電圧を 50 ～ 80% 低下させます。 同期モーターの主な欠点の XNUMX つは、始動が難しいことです。 同期モーターの始動は、補助始動モーターまたは非同期始動を使用して実行できます。 励磁された極を持つ同期電動機の回転子が別の補助電動機によって固定子界磁の回転速度に回転される場合、固定子の磁極は回転子の極と相互作用して、回転子をさらに独立して回転させます。外部の助けなしで、固定子磁場に合わせて、つまり同期的に。 始動の場合、誘導電動機の極対数は同期電動機の極対数より少なくなければなりません。これらの条件下では、補助非同期電動機が同期電動機の回転子を同期速度まで回すことができるからです。 始動の複雑さと補助モーターの必要性は、同期モーターを始動するこの方法の重大な欠点です。 そのため、現在ではほとんど使用されていません。 同期モーターの非同期始動を実装するには、追加の短絡巻線を回転子極の磁極片に配置します。 起動時にモーターの励磁巻線に大きな EMF が誘導されるため、安全上の理由から、抵抗に対するナイフ スイッチによって閉じられます。 三相ネットワークの電圧が同期モーターの固定子巻線でオンになると、回転磁界が発生し、回転子の磁極片に埋め込まれた短絡巻線を横切って電流が誘導されます。 これらの電流は、固定子の回転磁界と相互作用して、回転子を回転させます。 回転子がより高い回転数に達すると、スイッチが切り替わり、回転子の巻線が DC 電圧ネットワークに接続されます。 非同期始動の欠点は、始動電流が大きいことです (動作電流の 5 ～ 7 倍)。 87. 電動機の回転速度制御 DC電気モーターの回転速度は、モーターに供給する電圧を変えるか、モーター磁束の大きさを変えることで制御できます。 モーターの電機子に供給される電圧の大きさを変更するには、可変制御抵抗をモーターの電機子と直列に接続するか、複数のモーターの電機子の巻線を直列および並列に接続します。 速度制御に最も一般的に使用される方法は、モーターの磁束の大きさを変更することです。 この目的のために、モーター励磁巻線回路にレオスタットが含まれており、モーター速度を幅広くスムーズに調整することができます。 非同期モーターの回転速度は、次のいずれかの方法で制御されます。 1. 電動機の極数を変更する。 モーターの極対の数を変更できるように、ステーターは XNUMX つの独立した巻線、または XNUMX つの巻線で作成され、異なる数の極に再接続できます。 固定子巻線の再接続は特別な装置を使用して実行されます。 コントローラ。 この方法では、エンジン回転数の調整がジャンプで実行されます。 極数を変更してモーター速度を調整することは、かご型ローターを備えた非同期モーターでのみ行うことができます。 短絡したローターは、任意の数のステーター極で動作できます。 逆に、相巻線を備えたモーターのローターは、特定の数のステーター極でのみ正常に動作します。 そうしないと、ローター巻線も切り替える必要があり、モーター回路が非常に複雑になります。 2. 交流の周波数を変更します。 この方法では、モーターの固定子巻線に供給される交流電流の周波数が、特別な発電機を使用して変更されます。 ジョイントのスムーズな速度制御を必要とするモーターのグループが多数ある場合は、現在の周波数の変更を調整すると効果的です。 3. 回転子回路への抵抗の導入。 エンジン運転中、調整抵抗器の抵抗が回転子巻線回路に導入されます。 この方法は、相回転子を備えたモーターにのみ適用できます。 4. サチュレーションチョークでコントロール。 単相飽和チョークには XNUMX つの巻線があります。XNUMX つは AC 回路に接続され、もう XNUMX つは制御またはバイアス巻線と呼ばれ、DC 電圧源 (整流器) に接続されます。 制御巻線の電流が増加すると、インダクタの磁気システムが飽和し、AC 巻線の誘導抵抗が減少します。 非同期モーターの各フェーズにチョークを組み込み、制御巻線の電流を変更することで、モーター固定子回路の抵抗を変更し、その結果、モーター自体の回転速度を変更することができます。 高出力DCモーターの始動とエンジン回転数の広範囲な調整には、「ジェネレーター・モーター」回路、略称G-Dが採用されており、G-Dシステムによりソフトスタートや幅広いエンジン回転数調整が可能です。エンジンの回転数。 88. バッテリー 充電式電池 鉛蓄電池またはアルカリ電池が装備されており、前者が最も広く使用されています。 定置用鉛蓄電池のバッテリーは、タイプ C バッテリー (長時間放電モードの場合は定置) または SC (短放電モードの場合は定置) で構成されます。 電池 SK は、接続極が強化されたタイプ C 電池とは異なります。 これらのバッテリーの文字指定の後の数字は、容量、放電および充電電流を特徴付けます。 Type C バッテリーは、3 ～ 10 時間かけて放電するように設計されています。 3 時間の最大許容放電電流は 9 A です。SK バッテリーは、より短い時間 (最大 1 時間) で放電できます。 18,5 時間あたりの最大許容放電電流は XNUMX A です。 短期間の放電電流 (5 秒以内) は、タイプ C バッテリの場合は 250 時間の放電電流の 250%、タイプ SK バッテリの場合は XNUMX 時間の放電電流の XNUMX% を超えてはなりません。 充電中は、最大充電電流が許容されます。タイプ C バッテリの場合は 9 A、タイプ CK バッテリの場合は 11 A です。 電池の種類ごとに表示される容量値は、放電電流の大きさや放電モードによって大きく異なります。 定置用蓄電池には、外装式SP、SPK（定置式外装）の鉛蓄電池が使用されています。 携帯用バッテリーには、STタイプ（スターター）の鉛蓄電池が使用されています。 アルカリ電池には、ZhN または TGN タイプの鉄ニッケル電池が装備されています。 バッテリー番号は、アンペア時の公称容量に対応しています。 バッテリーは、通常の充電モードの電流で 6 ～ 7 時間充電されます. 次のモードでは、加速充電が可能です: 最初は通常の 2,5 倍の電流で 2 時間、次に通常の電流で XNUMX 時間価値。 携帯用バッテリーには、電圧10 Vの鉄ニッケルバッテリー12,5 ZhNが使用されます。 4 ZhN-5 V; 5 ZhN-6,5 V. バッテリ動作中は、各セルの電圧が低下します。 特別な対策を講じないと、バッテリー バス電圧も低下します。 この点で、バッテリが放電されると、動作中のバッテリに加えて新しい要素を接続する必要があります。 このように、バッテリは、常に動作している多数のセルと、必要に応じてオン/オフされるいくつかのセルで構成されています。 アクティブな電池セルの数を変更する装置は、要素スイッチと呼ばれます。 発電所および変電所では、次のタイプの DC 負荷を利用できます。 1）一定の負荷 - コントロールパネルの信号および制御ランプ、いくつかの保護および自動化リレーなど。 2）一時的な負荷 - 変電所の停電が三相交流電流で発生した場合に発生します。 非常灯とDCモーターで構成されています。 3）短期負荷 - スイッチの電気アクチュエータをオンにするためのメカニズム、保護および自動化リレーの一部。 89. バッテリー動作モード バッテリ動作には XNUMX つのモードがあります。 充放電 и 一定の充電。 充放電モードの特徴は、バッテリーが充電された後、充電器がオフになり、バッテリーが一定の負荷 (アラーム ランプ、制御装置)、周期的な短期間の負荷 (電磁回路ブレーカーの駆動)、および緊急ロード。 特定の電圧まで放電されたバッテリーは充電ユニットに再接続され、バッテリーを充電しながら同時に負荷に給電します。 充放電方式の電池は、XNUMXヶ月にXNUMX回、均等充電（再充電）を行います。 常時充電モードは以下の通りです。 バッテリーはサブチャージャーによって継続的に充電されているため、常に満充電の状態にあります。 DC ネットワークで発生する衝撃負荷は、バッテリーによって認識されます。 月に XNUMX 回、トリクル充電モードで動作しているバッテリーを充電ユニットから充電する必要があります。 充放電モードを実現するために、ダブルエレメントスイッチを備えたバッテリー回路が使用されています。 エンジン発電機は、充電ユニットとして使用されます。 ジェネレーターは、ヒューズ、逆電流リレー付きの過電流サーキット ブレーカー、電流計、および XNUMX ポジション スイッチを介してタイヤに接続されています。 最大の機械は、発電機を過負荷から保護します。 逆電流リレーは、発電機の EMF がバッテリー バスの電圧よりも低くなると、発電機をオフにします。 これは、発電機の速度が低下した場合、エンジンに供給する AC 電圧が失われた場合、およびその他の理由で発生する可能性があります。 この時点で発電機をオフにしないと、エンジンモードに切り替えることでバッテリーに負荷がかかります。 バッテリに接続されるバッテリの総数は、最小電圧まで放電されたセルでもバッテリ バスバーに定格電圧を供給できるようにする必要があります。 ネットワーク負荷が無視できる場合、ユニットはネットワークに電流を供給し、同時にバッテリーを充電できます。 ただし、充電の終わりまでに、発電機はネットワークが通常動作する電圧よりも高い電圧を提供します。 ネットワークにレオスタットを含めると、電圧降下により電圧を下げることができます。 しかし、これは不経済です。 ネットワーク上と充電中の発電機の同時動作の問題に対する簡単な解決策は、回路内でXNUMX要素スイッチを使用することです。 後者は、発電機の電圧と主電源の電圧の差を利用して、スイッチに接続されたバッテリーのグループを充電することを可能にします。 バッテリーは、発電所や変電所の建物の地下または 10 階にある特別な部屋にあります。 部屋は乾燥している必要があり、急激な温度変化、揺れ、または振動を受けないようにしてください。 部屋への入り口は前庭で行われます。 アキュムレータのレベルでの部屋の温度は XNUMXo を下回ってはいけません。 バッテリ ルームには、供給および排気用の換気装置が必要です。 90. 電気機器の安全性 操作担当者が技術操作の規則と安全規則を厳守すれば、電気設備での作業は完全に安全です。 これを行うために、安全規則を学び、資格グループの割り当てを受けて知識テストの証明書を受け取った人は、電気設備で作業することが許可されています。 基本的な保護具 デバイスと呼ばれ、その絶縁は設備の動作電圧に確実に耐え、電圧下で充電部に触れることができます。 任意の電圧の設備における主な絶縁保護装置には、動作スイッチング、測定、接地およびその他の目的の適用、およびヒューズ用の絶縁クランプが含まれます。絶縁ハンドル付きのツール。 追加の保護手段は、それ自体では感電に対する安全性を確保できず、主な保護手段の効果を高めるのに役立ち、接触電圧、ステップ電圧、および電気アーク火傷から保護するのにも役立つデバイスです。 高電圧設備における追加の保護絶縁手段には、誘電体手袋とミトン、誘電体ブーツ、ゴム製マットとトラック、絶縁スタンドが含まれます。 すべての高電圧操作では、一次保護装置を二次保護装置と組み合わせて使用する必要があります。 使用中および保管中の保護具には番号を付け、その状態を特定の時間にチェックする必要があります。 修理および設置作業は、装置の電源を切った状態で行う必要があります。 何らかの理由で設置をオフにできない場合、電圧下で作業するときは、保護装置（絶縁パッド、ゴム手袋、ゴーグルなど）を使用して安全規則を遵守する必要があります。 高電圧下で作業する場合は、次の注意事項を守る必要があります。 1) 作業は、事故が発生した場合に XNUMX 人が別の作業員を支援できるように、作業員のグループ (少なくとも XNUMX 人) によってのみ実行されなければなりません。 2) 労働者は地面から十分に隔離されていなければなりません。 3) 作業中、労働者は隔離されていない人や金属部品に触れてはならない。 4) 作業を開始する前に、すべての保護装置を作業者自身が注意深くチェックする必要があります。 高電圧の設備や機器で作業を開始する前に、適切な器具を使用して、作業が行われる設備の部分に電圧がないことを確認する必要があります。 次に、収集タイヤ、変圧器のケーブルを放電し、短絡をチェックし、閉じてしっかりと接地する必要があります。 著者: Kosareva O.A.
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