Электротехнические материалы и изделия

Электровакуумные  фотоэлементы являются безынерционными  приборами и могут преобразовывать  энергию оптического излучения, интенсивность которого изменяется с частотой до 109 Гц. Ток, проходящий в цели фотоэлемента при отсутствии оптического излучения, называется темновым. В электровакуумных фотоэлементах он составляет10-7…10-8А. темновой ток обусловлен термоэлектронной эмиссией и утечкой тока между электродами. Предельная рабочая температура электровакуумных фотоэлементов 60…900С. Превышение этой температуры приводит к значительному увеличению термоэлектронной эмиссии. Фотоэлектронные умножители. Фотоэлектронным умножителем называется электровакуумный прибор, преобразующий энергию оптического излучения в электрические сигналы и содержащий фотокатод, анод и вторично- электронный умножитель, в котором поток электронов умножается вследствие вторичной электронной эмиссии. Между фотокатодом и анодом расположены эмиттеры вторичных электродов – диноды

Световой поток , падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию, пропорциональную интенсивности потока. Так как электроны покидают фотокатод под различными углами, для их фокусировки необходима электронно- оптическая система, состоящая из фокусирующего электрода  и диафрагмы . Из-за несовершенства электронно- оптической системы не все эмитированные фотокатодом электроны попадают на первый динод (ее работа оценивается эффективностью сбора электронов  к - отношением числа электронов, достигающих первого динода, к общему числу эмитированных фотокатодом электронов). Попав на первый динод, электроны вызывают вторичную эмиссию, характеризуемую коэффициентом вторичной эмиссии

Отношение чисел  электронов, собранных анодом, к  числу электронов, попавших с фотокатодом на первый динод,  называемое коэффициентом усиления по току фотоэлектронного умножителя, зависит от числа каскадов вторично- электронного умножителя и коэффициентов их эффективности. В современных фотоэлектронных умножителях он достигает 108. Основными параметрами фотоэлектронных умножителей являются световая анодная чувствительность, анодное напряжение и напряжение между динодами. Световая анодная чувствительность (А/лм)- это отношение выходного (анодного) тока к световому потоку, излучаемому в направлении фотокатода эталонной лампой, т. д. Ka= I a /Ф. В зависимости от типа фотоэлектронного умножителя его световая анодная чувствительность лежит в пределах 10…100 А/лм, анодное напряжение -200… 2000 В, напряжение между соседними динодами -50… 150 В. Фотоэлектронные умножители для измерения слабых световых потоков в ядерной физике, установках для излучения кратковременных процессов, устройствах телевизионной и лазерной техники.

6.Электронные  усилители

Устройства, с помощью  которых путем затраты небольшого количества электрической энергии управляют энергией существенно большей, называют усилителями. Усилители находят широкое применение в различных областях науки и техники. В состав усилителя входят усилительный (активный) элемент, пассивные элементы и источник питания. Назначение усилительного элемента - преобразование электрической энергии источника питания в энергию усиливаемых сигналов. Усиливаемый сигнал, подаваемый на вход усилителя, осуществляет управление процессом преобразования этой энергии. В результате выходной сигнал является функцией входного сигнала. Мощность выходного сигнала за счет энергии источника питания во много раз больше мощности усиливаемого сигнала. Мощность усиленных сигналов выделяется в нагрузке, которую включают в выходную цепь усилителя. Пассивные элементы усилителя служат для обеспечения нужного режима работы усилительного элемента и для некоторых других целей.

Усилители постоянного тока

Усилители можно условно подразделить на три типа: усилители напряжения, тока и мощности. Условность такого подразделения связана с тем, что любой усилитель в конечном итоге усиливает мощность.

По характеру усиливаемых сигналов различают усилители гармонических  и импульсных сигналов. По диапазону  и абсолютным значениям усиливаемых  частот сигнала - усилители постоянного тока (полоса частот от нулевой до верхней рабочей точки), переменного тока, высокой частоты, промежуточной частоты, низкой частоты (усилители звуковой частоты), широкополосные усилители. В зависимости от используемых усилительных элементов - транзисторные, ламповые, диодные, магнитные и др. В зависимости от используемых межкаскадных связей бывают усилители с гальванической связью (это непосредственная, или потенциометрическая связь; каскады с этим видом связи могут усиливать не только переменные составляющие тока и напряжения сигнала, но и постоянную составляющую); с резисторно-емкостной (RC) связью (конденсатор является разделительным элементом, который не пропускает постоянную состав-ляющую напряжения из выходной цепи каскада на вход следующего каскада); с трансформаторной связью; со связью через колебательный контур.

Электронный усилитель - схема, которая увеличивает  энергию входного сигнала за счёт энергии источника питания. Основными  элементом усилителя является усилительный каскад, состоящий из активного элемента, производящего усиление и пассивных элементов, задающих нужный режим работы активного элемента.  
свойства усилителя и его конструктивно-технологические особенности зависят от свойств усиливаемого электрического сигнала, характеризуемых формой и спектром частот сигнала, и от назначения устройства и системы, в состав которых он входит.

Поэтому усилители, прежде всего, классифицируют по свойствам  усиливаемого электрического сигнала - по его форме и спектру частот.

По форме электрические сигналы принято подразделять на гармонические и импульсные.

К гармоническим  сигналам относят непрерывные периодические и квазипериодические сигналы различной формы и величины. Простейшим гармоническим сигналом является сигнал, содержащий одну гармоническую составляющую, то есть изменяющийся по синусоидальному или косинусоидальному закону.Типичным примером сложных гармонических сигналов являются сигналы речи и музыки, то есть сигналы звуковых частот. Эти сигналы допускают в процессе усиления неодинаковое смещение во времени отдельных его гармонических составляющих, так как восприятие таких сигналов органами слуха мало зависит от такого смещения, несмотря на возникающие при этом изменения формы сигнала.

Усилители, предназначенные  для усиления таких сигналов, называются усилителями гармонических сигналов или гармоническими усилителями. Примером гармонических усилителей являются усилители звуковых частот (у них f_н=20Гц и f_в=20кГц), широко применяемые как в качестве важнейших функциональных узлов таких сложных устройств, как радиопередающие и радиоприемные устройства, так и в качестве самостоятельных или выделенных устройств (например, усилители всевозможной аудиоаппаратуры, усилители оконечных станций радиотрансляционных узлов и т.д.). Оценку свойств гармонических усилителей проводят по амплитудно-частотной и фазочастотной характеристикам (АЧХ и ФЧХ).

Импульсными сигналами  называются сигналы, имеющие форму  прямоугольных, трапецеидальных, треугольных  и т.п. импульсов различной длительности, как одиночных, так и повторяющихся, как однополярных, так и двуполярных. Принято считать, что типичным примером импульсного сигнала является ступенчатый (единичный) сигнал и одиночные или повторяющиеся прямоугольные импульсы различной длительности. Если импульсы периодически следуют друг за другом, то их характеризуют частотой (периодом) повторения. В этом случае отношение длительности периода повторения к длительности импульса называется скважностью импульса, а обратная величина называется коэффициентом заполнения.

К импульсным сигналам относят  видеосигналы (состоящие из сигналов изображения, синхронизирующих, гасящих  и др. импульсов), сигналы импульсных систем связи, телеграфные и фототелеграфные  сигналы, цифровые сигналы т.д.

Усилители импульсных сигналов называются импульсными усилителями.

Следует отметить, что  спектр частот импульсных сигналов в  зависимости от диапазона их длительности может быть очень широким. Полоса пропускания частот импульсных усилителей должна соответствовать этой ширине спектра частот, то есть должна быть тоже очень широкой.

Для импульсных сигналов смещение во времени отдельных гармонических  составляющих спектра частот из-за переходных процессов в цепях  усилителя, вызываемых влиянием реактивных элементов схемы (емкостей, индуктивностей) и инерционных свойств УЭ, приводит к нежелательным искажениям формы импульсов и, как следствие, к ухудшению качества работы устройств и систем, в состав которых входит импульсный усилитель, и, в частности, в телевидении – к искажениям изображения на экране кинескопа, к которым очень восприимчивы наши органы зрения.

Оценку свойств импульсных усилителей проводят по переходной характеристике.

В зависимости от типа активного элемента различают усилители:  
1.Ламповые  
2.Транзисторные  
3.Интегральные  
Усилители могут усиливать непрерывный входной сигнал, а также импульсный. В зависимости от этого они бываю:  
1.Аналоговые  
2.Цифровые  
В зависимости от рода усиливаемого сигнала различают усилители:  
1.Напряжения  
2.Тока  
3.Мощности  
По своему функциональным назначениям усилители делятся на:  
1.Операционные  
2.Диференциальные  
3.Звуковой частоты  
4.Промежуточной частоты  
5.Радио частоты  
По полосе пропускания различают:  
1.Низкочастотные усилители 
2.Высокочастотные усилители

7.Генераторы  гармонических колебаний

Электронным генератором гармонических колебаний называют устройство, преобразующее энергию источника

постоянного тока в энергию  электромагнитных колебаний синусоидальной формы требуемой частоты и  мощности.

Электронные генераторы гармонических  колебаний нашли широкое применение в промышленной электронике.

Их используют в приборах для контроля состава и качества различных веществ, установках для высокочастотного нагрева металлов, сушки и сварки диэлектриков, химической обработки изделий и т. д. Эти функциональные устройства являются одной из составных частей измерительных приборов и автоматических систем.

Электронные генераторы гармонических колебаний классифицируют по ряду признаков, основными из

которых являются частота  и способ возбуждения.

В зависимости от частоты генераторы подразделяют на низко частотные (0,01—100 кГц), высокочастотные

(0,1—100 МГц) и сверхвысокочастотные (свыше100 МГц). По способу возбуждения различают генераторы с

независимым внешним  возбуждением и с самовозбуждением. Последний вид генераторов называют

автогенераторами. Генераторы с независимым внешним возбуждением являются, по существу, усилителя ми

мощности с соответствующим  частотным диапазоном, на вход которых подаются электрические сигналы от

автогенераторов.

Электронные генераторы могут работать в любом из режимов А, В или С, но обычно в них используется режим

С ввиду возможности  получения наибольшего к. п. д. Любой автогенератор электрических колебаний представляет собой усилитель, охваченный цепью положительной обратной связи .

В зависимости от вида колебательной характеристики различают два режима самовозбуждения в генераторах.

1. Мягкий режим— когда  колебательная характеристика начинается  с нулевой точки и ее угол  наклона к оси абсцисс в  области малых амплитуд больше, чем угол наклона линии обратной связи. При включении питания в генераторе происходит плавное нарастание амплитуды колебаний до стационарного значения.

2. Жесткий режим— когда  колебательная характеристика не  удовлетворяет приведенным условиям  мягкого режима.

Жесткий режим возникновения генерации в автогенераторах обычно считается нежелательным

Положительная обратная связь в генераторах бывает внешней  и внутренней. Внешняя создается  с помощью частотно-зависимых  цепей, а внутренняя возникает при  работе некоторых электронных приборов в определенных режимах. Для создания генераторов синусоидальных колебаний применяется, как правило, внешняя обратная связь, позволяющая получать более высокую, чем внутренняя, стабильность частоты.

Для обеспечения мягкого  режима возникновения генерации в цепь сетки лампы или базы транзистора включают цепь, состоящую из конденсатора и резистора, называемую гридликом.

Если постоянная времени  гридлика велика по сравнению с постоянной времени нарастания амплитуды при  возникновении генерации, то возможна прерывистая генерация. Это явление состоит в следующем. Пусть при возникновении генерации амплитуда быстро возрастает до стационарного значения. Вследствие большой постоянной времени гридлика напряжение на нем почти не изменяется за время нарастания амплитуды. После установления стационарной амплитуды колебаний начинает заряжаться конденсатор гридлика, что приводит к постепенному смещению напряжения в сторону больших запирающих значений и к постепенному уменьшению амплитуды. При этом в результате образования смещения на гридлике средняя крутизна активного элемента перестает обеспечивать выполнение условия поддержания генерации и генерация срывается. После ее срыва конденсатор постепенно разрядится, но колебания возникнут лишь после того, как смещение уменьшится до напряжения, при котором генерация может возникнуть, после чего процесс повторится.

Генераторы синусоидальных колебаний

Генераторы синусоидальных (гармонических) колебаний разделяют  на следующие типы: LC-тип, использующий в качестве частотно-зависимой цепи колебательный контур (генераторы LC-типа применяются, как правило, в диапазоне радиочастот); RC-тип, у которого частотно-зависимые цепи обратной связи представляют собой сочетание элементов R и С. В диапазоне звуковых и дозвуковых частот такие цепи обладают меньшими габаритами и весом по сравнению с колебательными контурами.