Энергетической диаграммы

Ограниченный объем книги не позволил в равной степени осветить все направления промышленной электроники. Главное внимание уделено информационному направлению. Вопросы энергетической электроники рассмотрены в меньшей степени. Совсем не затронуты вопросы электронной технологии. При изложении материала акцент сделан на принципы действия приборов и устройств, упрощение их математического анализа.

Это событие в электронике привело к созданию В. Шокли биполярного транзистора — основного и на сегодняшний день активного (усилительного) элемента твердотельной (полупроводниковой) электроники. В дальнейшем полупроводниковая электроника стала развиваться очень быстрыми темпами: ежегодно появлялись новые типы полупроводниковых приборов, улучшалась технология их изготовления, создавались различные устройства информационной и энергетической электроники и т. д. В конце 60-х годов появляются первые изделия микроэлектроники — интегральные схемы, которые быстро совершенствовались и стали основными изделиями электроники.

Курс предусматривает серьезное знакомство студентов с современным уровнем электронной техники, основанном на последних достижениях микроэлектроники и энергетической электроники. Создавая учебник в соответствии с программой, авторы не стремились ввести новый материал за счет увеличения объема учебника, напротив, объем информации, изложенной в нем, соответствует реальным возможностям студентов, изучающих данный курс. Поэтому методика изложения традиционных разделов курса, например глав и параграфов, посвященных полупроводниковым приборам и усилительным устройствам, подчинена задачам и требованиям, обусловленным качественно новым состоянием электронной схемотехники.

Наряду с этим авторы не только увеличили разделы, посвященные ведущим направлениям современной электроники, вводя материал, ранее не излагаемый в общем курсе, но и посвятили ряд разделов вопросам энергетической электроники, которые привлекают внимание и специалистов в области электроэнергетики и электромеханики (например, вопросам создания преобразователей большой мощности, влияния вентильных преобразователей на питающую сеть и др.). Учебник не может служить справочником по схемной электронике, и в нем изложены лишь наиболее характерные решения, позволяющие проследить основные способы построения и функционирования электронных устройств и их технико-экономические показатели. Материал, излагаемый в учебнике, посвященный приборам и устройствам информационной электроники и вентильным преобразователям, связанным с мощной сетью переменного тока, представляет в равной мере интерес для всех электроэнергетических и электромеханических специальностей.

Все это требует больших знаний в области промышленной электроники. Основу этих знаний закладывает изучение курса «Промышленная электроника». В нем изложены сведения о современных схемах информационной и энергетической электроники. Курс поможет принятию грамотных решений в инженерной практике. Однако не следует переоценивать результат проработки этого курса: в нем даны только основные решения, наиболее типовые и распространенные варианты. Для сохранения и постоянного повышения своей инженерной квалификации инженер должен регулярно следить за научной литературой. Особенно это касается такой бурно изменяющейся области, как промышленная электроника. Инженер должен сознавать ограниченность своих знаний и не пытаться принимать решений в той области, где его компетенция ограничена. По-

нами схем не только своей структурой, но и особенностями расчета. Можно считать, что в известной степени каскады усиления мощности относятся к схемам энергетической электроники, при создании которых в первую очередь необходимо обеспечить благоприятные энергетические соотношения.

Проблемы энергетической электроники (преобразовательной техники) тесно связаны с проблемами электротехники конца XX в. Энергетическая электроника давно уже стала предметом совместных исследований и разработок специалистов в области промышленной электроники, электротехники, электромеханики и электроэнергетики. Достижения преобразовательной техники во многом определяют прогресс в названных областях техники. Однако внедрение силовых вентильных преобразователей в различные отрасли, в том числе в энергетику и электротехнику, порождает ряд сложных проблем и в области электроэнергетики и электротехники, и в области электронной схемотехники.

Курс предусматривает серьезное знакомство студентов с современным уровнем электронной техники, основанном на последних достижениях микроэлектроники и энергетической электроники. Создавая учебник в соответствии с программой, авторы не стремились ввести новый материал за счет увеличения объема учебника, напротив, объем информации, изложенной в нем, соответствует реальным возможностям студентов, изучающих данный курс. Поэтому методика изложения традиционных разделов курса, например глав и параграфов, посвященных полупроводниковым приборам и усилительным устройствам, подчинена задачам и требованиям, обусловленным качественно новым состоянием электронной схемотехники.

Наряду с этим авторы не только увеличили разделы, посвященные ведущим направлениям современной электроники, вводя материал, ранее не излагаемый в общем курсе, но и посвятили ряд разделов вопросам энергетической электроники, которые привлекают внимание и специалистов в области электроэнергетики и электромеханики (например, вопросам создания преобразователей большой мощности, влияния вентильных преобразователей на питающую сеть и др.). Учебник не может служить справочником по схемной электронике, и в нем изложены лишь наиболее характерные решения, позволяющие проследить основные способы построения и функционирования электронных устройств и их технико-экономические показатели. Материал, излагаемый в учебнике, посвященный приборам и устройствам информационной электроники и вентильным преобразователям, связанным с мощной сетью переменного тока, представляет в равной мере интерес для всех электроэнергетических и электромеханических специальностей.

Все это требует больших знаний в области промышленной электроники. Основу этих знаний закладывает изучение курса «Промышленная электроника». В нем изложены сведения о современных схемах информационной и энергетической электроники. Курс поможет принятию грамотных решений в инженерной практике. Однако не следует переоценивать результат проработки этого курса: в нем даны только основные решения, наиболее типовые и распространенные варианты. Для сохранения и постоянного повышения своей инженерной квалификации инженер должен регулярно следить за научной литературой. Особенно это касается такой бурно изменяющейся области, как промышленная электроника. Инженер должен сознавать ограниченность своих знаний и не пытаться принимать решений в той области, где его компетенция ограничена. По-

нами схем не только своей структурой, но и особенностями расчета. Можно считать, что в известной степени каскады усиления мощности относятся к схемам энергетической электроники, при создании которых в первую очередь необходимо обеспечить благоприятные энергетические соотношения.

Электроны, находящиеся в зоне проводимости, удерживаются в твердом теле силами связи между электронами и решетками кристаллов. Эти силы создают потенциальный барьер на границе твердого тела и вакуума. Работа, необходимая для преодоления этого барьера, называется внешней работой выхода WBH. Поясним ее физический смысл с помощью энергетической диаграммы ( 1.3). Очевидно, что все электроны, находящиеся в зоне проводимости и имеющие дополнительный запас энергии W'BH > WBH, переходят в вакуум, имея кинетическую энергию, равную W'Bn — WBH.

При нагревании твердых тел электроны, энергия которых превышает величину работы выхода, начинают переходить в вакуум и образуют поток электронов. Этот поток называется током термоэлектронной эмиссии, так как его величина зависит от температуры. Ток термоэлектронной эмиссии зависит от величины термодинамической работы выхода. Это можно объяснить с помощью рассмотренной выше энергетической диаграммы ( 1.3). Число электронов, переходящих в вакуум, зависит от высоты потенциального барьера, т. е. от величины работы выхода. С умельшением работы выхода увеличивается ток термоэлектронной эмиссии. Математически эту зависимость можно выразить следующим образом:

При таких условиях энергетическую диаграмму транзистора можно построить на основе энергетической диаграммы р—«-структуры ( 6.2), причем каждый переход имеет свой потенциальный барьер, препятствующий переходу основных носителей в соседнюю область.

Как следует из энергетической диаграммы ( 7.2), между металлом и легированной приповерхностной областью полупроводника существует потенциальный барьер ф6. Вследствие того, что эта область легирована сильно, обедненный слой вблизи барьера достаточно тонок, барьер становится как бы прозрачным и для пропускания тока через контакт необходимо очень малое падение напряжения (явление туннелиро-

Потери энергии в асинхронном двигателе рассмотрим при помощи его энергетической диаграммы ( 12-29). На диаграмме Р! — мощность, подводимая к статору из сети. Основная часть Р9М этой мощности, за вычетом потерь в статоре, передается электромагнитным путем на ротор через зазор; Рэм называется электромагнитной мощностью.

Из энергетической диаграммы ( 5.12) следует, что

Электромагнитный момент. Формулу (5.21), полученную из энергетической диаграммы, преобразуем к более удобному для анализа виду, подставив в нее значения

Образование дырки показано на потенциальной диаграмме 2.6, которую легко получить из энергетической диаграммы для отдельного электрона, энергия которого измеряется в электрон-вольтах. В этом случае числовые значения энергии, выраженные в электрон-вольтах и вольтах совпадают. Потенциальная диаграмма (см. 2.6) иллюстрирует процесс образования пары: дырки и электрона.

Следовательно, из 11 5, г можно видеть, как изменятся положение рабочей точки и значение тока /„. Если пренебречь магнитными и механическими потерями, то из энергетической диаграммы генератора будем иметь Р3у, = 1'нех или ?Я/„ = 07И. Таким образом, зная изменения -ока /я и э.дл:. Ея (при п — const), можно найти

где UBiB — мощность, покрывающая потери в цепях возбуждения вспомогательных машин ОП и ПТ. Из энергетической диаграммы на 31-2 следует, что если пренебречь потерями в каскаде, то мощность преобразователя ОП должна быть равна мощности машины ПТ, которая, в свою очередь, пропорциональна предельному значению скольжения s, на Которое каскад рассчитан.

Из энергетической диаграммы ( 3.3, а) следует, что