Трансформатор

Трансформаторлар

 

Энергияның басқа түрлерімен салыстырғанда, электр энергиясының артықшылығы сөзсіз. Оны сым арқылы өте алыс жерлерге аз шығынмен жеткізу, тұтынушыларға таратып беру ыңғайлы. Ең бастысы, өте қарапайым құрылғылардың көмегімен бұл энергия: механикалық, ішкі, жарық энергияларына т.с.с. энергияның кез келген басқа түрлеріне оңай айналдырылады.

Тұрақты токқа қарағанда айнымалы токтың артықшылығы кернеу мен ток күшін, энергия шығыны болмайтындай дерлік өте кең ауқымда түрлендіруге болады.

Электр тогы генераторларда - энергияның қандай да бір түрін электр энергиясына түрлендіретін құрылғыларда өндіріледі. Генераторларға жататындар: гальвани элементтері, электростатикалық машиналар, термобатареялар және күн батареялары т.с.с.

Егер энергияны шығынсыз дерлік түрлендіру мүмкін болмаса, онда электр тогы еш уақытта да дәл осындай кең қолданыс таппаған болар еді. Электр станцияларындағы қуатты генераторлардың ЭҚК-і, әдетте едәуір үлкен. Ал бірақ іс жүзінде көбінесе онша үлкен емес кернеулер керек.

Айнымалы токты, кернеуді бірнеше есе арттырып немесе кемітіп, ал қуатты іс жүзінде шығындатпай түрлендіру трансформатордың көмегімен іске асырылады.

Электр энергиясын үлкенді-кішілі электр станцияларында негізінде электромеханикалық индукциялық генератор арқылы өндіріледі. Электр станциясының негізгі екі түрі бар: жылу және гидроэлектпр станциялары. Бұл электр станцияларының бір-бірінен айырмашылығы генератордың роторын айналдыратын қозғалтқыштардың әр түрлілігінде.

Жылу электр станцияларында энергия көзі ретінде мынадай отындар пайдаланылады: көмір, газ, мұнай, мазут, жанғыш сланец. Электр генераторларының роторын бу және газ турбиналары не іштен жану қозғалтқышы айналдырады. Ең үнемділері жылулық бу турбиналы ірі электр станциялары.

Электр энергиясының тұтынылатын орны көп. Ал оның өндірілетін орындары көп емес, отын және гидроресурс көзіне жақын орындар. Электр энергиясын жинап сақтау қолдан келмейді. Оны шығарып алысымен бірден тұтынып, іске жарату керек. Сондықтан электр энергиясын алысқа жеткізу қажеттігі туады.

     Көптеген жағдайда бiр ток көзiнен  әртүрлi кернеуге арналған құралдарды  қоректендiру қажет болады. Мысалы, теледидарды 220 В-тық ток көзiне  қосқан кезде оның iшiндегi қыздыру  шамдарына 6,3 В, транзисторларға 1-2 В, ал  электронды-сәулелендiру түтiкшесiне 15000 В кернеу беру қажет. Кернеудi осылай қажетiмiзше көтерiп, немесе  төмендету үшiн трансформаторлар деп аталатын құралдар пайдаланылады.

     Қуаттың тұрақты дерлік мәнінде  айнымалы ток кернеуінің ток  күшімен қатар өзгеруін айнымалы  токтың трансформациясы дейді.

Орталық станцияларда өндірілетін электр энергиясын алыс қашықтықтарға жеткізу кезінде жеткізу желілерінде жылудың бөлінуі салдарынан энергия шығындалады. Берілген тұрақты қуат кезінде осы шығынды, кернеуді жоғарылату және токты төмендету арқылы кемітуге болады. Айнымалы токтың трансформациясын жүзеге асыратын құрал трансформатор деп аталады. Ол электромагниттік индукция құбылысына негізделген.

     Трансформаторды алғаш рет 1878 жылы  орыс ғалымы П.Н.Яблочков ойлап тапқан, кейін оны 1882 жылы И.Ф. Усагин жетілдірді.

Трансформатор тұйық болат өзектен тұрады, оған сым орамнан тұратын екі катушка кигізіледі. Орамалардың біреуі (бірінші реттік орама) айнымалы кернеу көзіне тіркеледі. Екінші реттік орама (жүктеме) электр энергиясын тұтынатын аспаптар мен құрылғыларға қосылады. Трансформатордың орамаларындағы кернеулерінің қатынасы . Мұндағы к- коэффициенті трансформация коэффициенті деп аталады. Егер к>1 болса, трансформатор төмендеткіш, ал к<1 болғанда трансформатор жоғарылатқыш болады.

     Трансформатордың жұмыс iстеу принципi электромагниттiк  индукция құбылысына негiзделген. Бiрiншi реттi орамдар арқылы айнымалы  ток өткен кезде ферромагниттiк  өзекшеде айнымалы магнит ағыны  пайда болады. Бұл магнит ағыны  өз кезегiнде екiншi реттi орамдарды  да тесiп өтетiн болғандықтан  осы орамдарда индукциялық ЭҚК-iн  туғызады. Егер екiншi реттi орамдар  тұтынушыларға қосылған болса, онда  бұл тiзбектен де айнымалы ток  өтедi. Ал бұл айнымалы ток өзекшеде  қайтадан өзiнiң айнымалы магнит  ағынын туғызады. Екiншi орамдардың  туғызған магнит ағыны өзекшедегi толық магнит ағынын кемiтедi, бұл өз кезегiнде бiрiншi реттi орамдардағы  өздiк индукция ЭҚК-iнiң кемуiне  алып келедi. Өздiк индукция ЭҚК-iнiң  кемуiнен бiрiншi реттi тiзбекте ток  арта бастайды да, қоректендiрушi кернеудiң мәнi өздiк индукция  ЭҚК-iне теңескенде жүйеде тепе-теңдiк  орнайды.

     Трансформатордың пайдалы әсер  коэффициентi (ПӘК)

 

 

     Бүгiнгi күннiң технологиялары ПӘК-i 97-98% болатын трансформаторлар жасауға  мүмкiндiк бередi.

     Трансформаторлардың электр энергиясын  тасымалдаудағы ролi ерекше. Электр  энергиясын қашық аралықтарға  тасымалдау күрделi ғылыми-техникалық  мәселе болып табылады. Бұл жердегi негiзгi мәселе энергия шығынымен  байланысты. Өткiзгiштердiң қызуынан  болатын энергия шығыны Джоуль-Ленц  заңына сәйкес тiзбектегi ток күшiнiң  квадратына пропорционал, яғни Q=I2Rt. Олай болса, тасымалдау кезiндегi бос шығынды азайту үшiн тасымалданатын қуатты кемiтпестен, ток күшiн мүмкiндiгiнше азайту қажет. Оның бiрден-бiр жолы кернеудiң шамасын аса жоғары, жүздеген мың вольтқа көтеру. Жоғарғы вольтты электр тасымалдау жүйелерiнiң болуы осымен байланысты. Электр энергиясын өндiретiн жерде кернеудi трансформаторлардың көмегiмен 400-500 мың вольтқа дейiн жоғарылатады да, тасымалдап жеткiзген соң энергияны тұтынатын жерде керiсiнше өндiрiстiк 220 вольтқа дейiн кемiтедi.

Қазіргі уақытта трансформаторларда энергияның жиынтық шығыны 2-3%-тен аспайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биполярлы транзисторлар туралы қазақша реферат

Биполярлы транзисторлар өткізгіштігі әр түрлі үш жартылай өткізгіш қабаттардан тұрады. Транзисторлар қабаттардың орналасу ретіне байланысты p-n-p және  n-p-n типті болып бөлінеді. Күштік транзисторлардың арасында кең қолданысқа ие болғаны n-p-n типті транзистор.

Күштік транзисторлардың қауіпсіз жұмыспен қамтамасыз ету.

Күштік транзисторлардың сенімді жұмысының негізгі шарты белгілі-бір жұмыс шартымен анықталатын вольтамперлік сипаттаманың статикалық және динамикалық түрде ОБР-мен сәйкес келуі.

Күштік транзистордың ОБР-мен анықталатын шектеулер:

Коллектор тогының макмимал мәні(сток),

Транзистормен азайтылатын қуаттың  мүмкін болаты мәні,

Коллектор-эмиттердегі кернеудің мүмкін болатын мәні (сток-исток).

Күштік транзисторлардың импульсті режимінде ОБР шекаралары кеңейеді. Бұл жылулық процесстердің инерциялығымен сипатталады, транзистордың жартылай өткізгішті құрылымы тез қызиды.

Транзистордың динамикалық ВАС байланысатын жүктеме параметрларымен анықталады. Мысалы, активті – индуктивті жүктеменің сөндірілуі кілттік элементтегі ток күшінің көбеюіне алып келеді. Бұл ток күшінің көбеюі токтың нольге дейін төмендеуі кезінде жүктеменің индуктивті құраушысында пайда болатын өздік индукцияның ЭДС анықталады Um=Ldi/dt.

Aктивті – индуктивті жүктемені байланыстырудағы ток күші көбеюінің шығарулары мен шек салуларында ауыстырудың қажетті траекториясын құруға мүмкіндік беретін түрлі ауыстырудың траекториясын құру тізбектері(АТҚТ) қолданылады. Қарапайым жағдайда активті-индуктивті жүктемені немесе RS-тізбегін шунттайтын, МОП транзисторының бастауы мен ағынына параллель қосылатын диод болуы мүмкін.

Фотодиод – фотосезімтал аймағына түскен жарықты  p-n өткелдегі процесстер арқылы электр зарядына айналдыратын оптикалық сәулелену құрылғысы.

Жұмысы фотовольттік эффектке негізделген фотодиод күндік элемент деп аталады. p-n фотодоидтарынан басқа p-і-n фотодиодтары да бар, p және n қабаттарының арасында легирленбеген жартылай өткізгіш і қабаты орналасқан. p-n және   p-і-n фотодиодтары жарықты тек электр зарядына айналдырады, бірақ оны күшейтпейді, ал көшкіндік фотодиод пен фототранзисторларының жұмыс істеу принципі:

Базада кванттық сәулеленудің әсерінен еркін тасымалдағыштардың генерациясы орын алады. Олар p-n өткел шекарасына ұмтылады. Базаның ені кемтіктер p-өткеліне өтіп үлгермейтіндей етіп жасалынады. Фотодиод тогы негізгі емес тасымалдаушылар тогымен – дрейфтік токпен анықталады. Фотодиодтың тез әрекет етуі p-n өткелінің тасымалдаушыларының бөліну жылдамдығымен және p-n өткелдің сыйымдылығымен  С p-n анықталады.

Фотодидо екі режимде жұмыс жасай алады:

Фотогальвиндік – сыртқы кернеусіз

Фотодиодты – сыртқы кері кернеулі

Ерекшеліктері:

Құрастыру технологиясы мен құрылымы қарапайым;

Жоғары фотосезімталдығы мен тез әрекеттігінің сәйкестендірілуі;

Базаның аз кедергісі;

Инерциясы аз;

Фотодиодтың құрылымдық сұлбасы

1 – жартылай өткізгіш кристалы; 2 — түйісулер; 3 — шықпалар; Ф – электромагниттік сәулелену ағыны; E – тұрақты ток көзі; RH – жүктеме.

Топтастыру

p-і-n фотодиоды

негізгі  мақала: p-і-n фотодиоды

p-і-n құрылымының ортаңғы i-аумағы өткізгіштіктері қарама қарсы екі қабат арасында орналасқан. Үлкен кернеу болғпн кезде і- қабатын да, сәулелендірудегі фотондар есебінен пайда болған еркін тасымалдағыштарды да кішірейтеді, p-n өткелінде электр өрісінде үдеу алады. Бұл тез әрекеттенуде және сезімталдығына ұтыс береді. p-і-n фотодиодында тез әрекеттенудің жоғарылауы диффузия процесі күшті электр өрісінде электр зарядының дрейфымае ауысыуымен анықталады. Uобр~0,1В болған кезде p-і-n фотодиоды тез әрекет ету артықшылығына ие болады.

Артықшылықтары:

1)    Спектрдің ұзын толқынды бөлігіндегі сезімталдықты қамтамасыз ету і-аймағының енінің өзгеруі арқылы жүзеге асады;

2)    Жоғары сезімталдық және тез әрекеттену;

3)    Аз жұмыс кернеуі Uраб.

Кемшіліктері:

і- аймағында жоғары жиілікті алу қиындығы

Шоттки фотодиоды

Құрылымы металл – жартылай өткізгіш. Құрылымды құрғанда электронардың бір бөлігі металлдан p-типті жартылай өткізгішке ауысады.

Көшкінді фотодиод

Негізгі мақала: көшкінді фотодиод

Құрылымда көшкінді тесу қолданылады. Ол фототасымалдағыштардың энергиясы электронды кемтіктік жұптар энергиясынан көп болған кезде пайда болады. Өте сезімтал. Бағалау үшін көшкінді көбейту коэффициенті:

Көшкінді көбейтуді жүзеге асыру үшін екі шартты орындау қажет:

1)    Кеңістікті заряд аумағының электр өрісі аса үлкен болуы қажет, себебі электрон еркін қозғалу ұзындығындағы энергиясы тыйым салынған аумақ еніндегіге қарағанда үлкен болуы қажет:

2)    Кеңістікті заряд аймағының ені еркін қозғалу енінен аса үлкен болуы қажет:

W>>λ

Ішкі күшеткіш коэффициентінің мәні фотодиод түріне байланысты M=10-100  мәнге ие болады.

Гетероқұрылымды фотодиод

Гетероөткел дегеніміз тыйым салынған аймақтағы ендері әр түрлі екі жартылай өткізгіш арасында пайда болатын қабат. p+ қабаты «қабылдаушы терезе» рөлінде болады. Зарядтар орталық аймақта генерацияланады. Тыйым салынған аймақтағы ендері әр түрлі жартылай өткізгіштерді таңдау арқылы толқын ұзындықтарының барлық диапазонын жауып тастауға болады. Кемшілігі – жасау қиындығы.

Параметрлері:

Сезімталдық

Шуылдар

Транзистор(ағыл.тілінен transfer – ауыстыру және resistance – кедергі немесе transconductance – активті электрон аралық өткізгіштік және varistor – ауыспалы кедергі) – жартылай өткізгіш материалдан жасалған электронды құрылғы, әдетте кіріс сигналдары электр өрісіндегі токты басқара алатын үш шығысты болады. Әдетте электр сигналдарын күшейту үшін, генерациялау үшін және түрлендіру үшін қолданылады.

Шығыстізбегінде токты басқару кіріс кернеуін немесе тогын өзгерту арқылы жүзеге асыруға болады. Кіріс мәндерін аз ғана өзгерту шығыс кернеуі мен тогын үлкен өзгертулерге алып келуі мүмкін. Бұл транзистордың күшейткіш коэффициенті аналогты техникада қолданылады(аналогты ТВ, радио, байланыс және т.б.).

Қазіргі уақытта аналогты техника биполярлы транзисторларды (БТ) үстемелейді (халықаралық термин – BJT6 bipolar junction transistor). Электрониканың басқа маңызды саласы цифрлық техника (логика, жады, процессорлар, компьютерлер, цифрлы байланыс және т.б.) болып табылады, мұнда, керісінше, өрістік транзисторлар биполяр транзисторларды ығыстырып тастады.

Транзисторлар бір кремнийлық кристалды интегралдық технология шегінде жасалынады және логика, жады, процессор және т.б. микросұлбаларды құруда элементар «кірпіш» болып табылады. Қазіргі заманғы МОПТ өлшемдері 90-нан 32 нм-ге дейін. Қазіргі бір чип құрамында бірнеше миллиард МОПТ бар. 60 жыл көлемінде МОПТ өлшемі кішіреюін және олардың чипта көп мөлшерде орналасуын арттыруда, жақын аралықта чиптағы транзисторлар интеграциясының деңгейін арттыру күтілуде. МОПТ мөлшерін кішірейтупроцессордың тез әрекет етуін арттырады және энегргоқолданысы мен жылу шығаруды кемітеді.

Өрістік транзистор – жартылай өткізгіш құрылғы, оның тогы кіріс сигналынан пайда болатын электр өрісінің перпеникуляр тогының әсерінен өзгереді.

Өрістік транзисторда жұмыс тогының ағыны тек бір таңбалы заряд тасымалдаушыларға(электрондар немесе кемтіктер) негізделген, сондықтан мұндай құрылғыларды униполярлы электронды құрылғылардың кеңірек класына қосады(биполярлымен салыстырғанда). Өрістік транзисторларды физикалық құрылымы мен жұмыс жасау механизмі бойынша 2топқа бөледі. Біріншісін басқарылатын p-n өткелді транзисторлар немесе металл – жартылай өткізгіш өткелі құрайды, екіншісін басқарылатын бөлектелген электродты транзистор, яғни МПД (металл-диэлектрик-жартылай өткізгіш) транзисторлар құрайды.

Өрістік транзисторды үш негізні сұлбаның бірі бойынша құруға болады: ортақ бастау(ОБ), ортақ ағын(ОА) және ортақ бекітпе(ОБе).

Практикада көбінесе ОБ сұлбасын қолданады, ОЭ биполяр транзисторы секілді болады. Ортақ бастаулы каскад ток пен қуаттың үлкен күшеюін береді. ОБе сүлбасы ОБ сұлбаға ұқсас. Ол токты кұшейтпейді, сондықтан ОБ салыстырғанда қуат бірнеше есе аз күшейеді. ОБе каскадта кіріс кедергісі өте аз, соған байланысты практикада қолданудың шектеріне ие.