Для проверки качества приборов и их свойств проводятся испытания: зарядные устройства, трансформаторы и электронные элементы подвергаются тщательному анализу, проверяется соответствие их параметров заявленным величинам при выпуске заводом-изготовителем.
Вольты – это единица измерения напряжения, а работа, которая совершается для переноса заряда из одной точки в другую – есть само напряжение. Для образного понимания представим трубу, по которой течёт вода: силы трения, возникающие при движении – это сопротивление; объём жидкости – сила тока, а давление, которое жидкость оказывает на стенки трубы – это напряжение. При этом в процессе трения труба нагревается, и выделяется тепловая мощность. Проводник – это та же труба, только вместо воды ток.
Испытания приборов
При строительстве подстанций и модернизации существующих аналогов производится испытание электрооборудования. Важно убедиться, что состояние приборов соответствует заявленному производителем. Блоки питания, трансформаторы тока, диоды, тиристоры и прочие элементы подвергаются глубокому анализу. Основным показателем исправности является характеристика зависимости напряжения от тока. С помощью устройства РЕТОМ или обычного ЛАТРа на вход устройства подаётся напряжение. Если цепь замкнута, то в ней появится ток, который начнёт изменяться в зависимости от подаваемой величины.
Разберём на примере. Перед монтажом трансформаторов тока необходимо убедиться в их работоспособности. Для этого на вторичную обмотку трансформатора подаётся напряжение равное 0,25 мВ. В цепи появится ток равный 0,5 А, с увеличением напряжения до 0,4 В ток изменится и станет равным 0,75 А. Таким образом, изменяя разность потенциалов получаем вольт-амперную характеристику.
1. Вольт-амперная характеристика
Для любого электрического прибора важна зависимость между током через прибор и приложенным напряжением. Зная эту зависимость, можно определить ток при заданном напряжении или, наоборот, напряжение, соответствующее заданному току.
Если сопротивление прибора постоянно, не зависит от тока или напряжения, то связь между током и напряжением выражается законом Ома:
i = u/R или i = Gu. (3.1)
Ток прямо пропорционален напряжению. Коэффициентом пропорциональности является проводимость G = 1/R.
График зависимости между током и напряжением называется вольт-амперной характеристикой данного прибора или просто характеристикой. Для прибора, подчиняющегося закону Ома, характеристикой является прямая линия, проходящая через начало координат (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Вольт-амперная характеристика линейного прибора
Чем больше сопротивление R, тем меньше проводимость G и тем меньше ток при данном напряжении. Поэтому для больших сопротивлений характеристика идет более полого. Сопротивление R связано с углом наклона а характеристики зависимостью
Принцип работы полупроводникового диода. ВАХ диода
R = u/i = k ctg a, (3.2)
где к — коэффициент пропорциональности, учитывающий единицы величин, входящих в формулу, и масштаб, в котором значения величин отложены на осях.
Иначе можно написать:
G= 1/Д = j/u =/с’ig ос, (3.3)
где к’ = 1/к.
Заметим, что нельзя писать R = ctg a или G = tg а, так как R и G — физические величины, имеющие определенную размерность и единицы для количественной оценки, a tg а и ctg а — тригонометрические функции, выражаемые только числом. Кроме того, в зависимости от масштаба на осях угол а при данном R может быть различным.
Приборы, принцип действия которых подчиняется 1 закону Ома, а вольт-амперная характеристика имеет вид прямой линии, проходящей через начало координат, называются линейными.
Существуют также приборы, у которых сопротивление не постоянно, а зависит от напряжения или тока. Для таких приборов связь между током и напряжением выражается не законом Ома, а более сложным образом и вольт-амперная характеристика , не является прямой линией, проходящей через начало координат. Эти приборы называются нелинейными.
Электронно-дырочный переход, по существу, представляет собой полупроводниковый диод. Нелинейные свойства диода видны при рассмотрении его вольт-амперной характеристики. Пример такой характеристики для диода небольшой мощности дан на рис. 3.2. Она показывает, что прямой ток в десятки миллиампер получается при прямом напряжении в десятые доли вольта. Поэтому прямое сопротивление бывает обычно не выше нескольких десятков ом. Для более мощных диодов прямой ток составляет сотни миллиампер и
Рис. 3.2. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода
больше при том же малом напряжении, a Rnp соответственно снижается до единиц и долей ома.
Характеристику для обратного тока, малого по сравнению с прямым током, обычно показывают в другом масштабе, что и сделано на рис. 3.2. Обратный ток при обратном напряжении до сотен вольт у диодов небольшой мощности составляет единицы или десятки микроампер. Это соответствует сопротивлению несколько сотен килоом и больше. Так как иобр » ипр, то эти напряжения также отложены в разных масштабах. Вследствие различия в масштабах получился излом кривой в начале координат. При неизменном масштабе характеристика была бы плавной кривой, без излома.
Характеристика для прямого тока вначале имеет значительную , нелинейность, так как при увеличении мпр сопротивление запирающего слоя уменьшается. Поэтому кривая идет со все большей крутизной. Но при напряжении в десятые доли вольта запирающий слой практически исчезает и остается только сопротивление п- и р-областей, которое приближенно можно считать постоянным. Поэтому далее характеристика становится почти линейной. Небольшая нелинейность здесь объясняется тем, что при увеличении тока п- и р-области нагреваются и от этого их сопротивление уменьшается.
Обратный ток при увеличении обратного напряжения сначала быстро воз-
растает. Это вызвано тем, что уже при небольшом обратном напряжении за счет повышения потенциального барьера в переходе резко снижается диффузионный ток, который направлен навстречу току проводимости. Следовательно, полный ток io6p = 1дР — 1ДИф резко увеличивается. Однако при дальнейшем повышении обратного напряжения ток растет незначительно. Рост тока происходит вследствие нагрева перехода* за счет утечки по поверхности, а также за счет лавинного размножения носителей заряда, т. е. увеличения числа носителей заряда в результате ударной ионизации. Явление ударной ионизации состоит в том, что при более высоком обратном напряжении электроны приобретают большую скорость и, ударяя в атомы кристаллической решетки, выбивают из них новые электроны, которые, в свою очередь, разгоняются нолем и также выбивают из атомов электроны. Такой процесс усиливается с повышением напряжения.
При некотором значении обратного напряжения возникает пробой п — р-пере-хода, при котором обратный ток резко возрастает и сопротивление запирающего слоя резко уменьшается. Следует различать электрический и тепловой пробой п — р-перехода. Электрический пробой, области которого соответствует на рис. 3.2 участок АБВ характеристики, является обратимым, т. е. при этом пробое в переходе не происходит необратимых изменений (разрушения структуры вещества). Поэтому работа диода в режиме электрического пробоя допустима. Специальные диоды для стабилизации напряжения — полупроводниковые стабилитроны — работают на участке БВ характеристики. Могут существовать два вида электрического пробоя, которые нередко сопутствуют друг другу: лавинный и туннельный.
Лавинный пробой объясняется лавинным размножением носителей за счет ударной ионизации и за счет вырывания электронов из атомов сильным электрическим полем. Этот пробой характерен для п — р-переходов большой толщины, получающихся при сравнительно малой концентрации примесей в
полупроводниках. Пробивное напряжение для лавинного пробоя составляет десятки или сотни вольт.
Туннельный пробой объясняется явлением туннельного эффекта. Сущность последнего состоит в том, что при поле напряженностью более 10 5 В/см, действующем в п — р-переходе малой толщины, некоторые электроны проникают через переход без изменения своей энергии. Тонкие переходы, в которых возможен туннельный эффект, получаются при высокой концентрации примесей. Напряжение, соответствующее туннельному пробою, обычно не превышает единиц вольт. Более подробно туннельный эффект рассматривается в гл. 8.
Области теплового пробоя соответствует на рис. 3.2 участок ВГ. Тепловой пробой необратим, так как он сопровождается разрушением структуры вещества в месте п — р-перехода. Причиной теплового пробоя является нарушение устойчивости теплового режима и —р-перехода. Это означает, что количество теплоты, выделяющейся в переходе от нагрева его обратным током, превышает количество теплоты, отводимой от перехода. В результате температура перехода возрастает, сопротивление его уменьшается и ток увеличивается, что приводит к перегреву перехода и его тепловому разрушению.
Вольт-амперная характеристика элемента электрической цепи
Вольт-амперная характеристика (ВАХ ) элемента электрической цепи (ЭЦ ) — зависимость напряжения элемента от тока, то есть u = u ( i).
1. У линейного резистивного элемента, для которого справедлив закон Ома uR = R·iR, график ВАХ – прямая линия, проходящая через начало координат с угловым коэффициентом R.
Характеристики большинства реальных резистивных элементов нелинейны. Например, ВАХ реального диода, пропускающего ток преимущественно в одном направлении, является существенно нелинейной и не имеет аналитического описания.
2. ВАХ линейного R-элемента описывается линейным алгебраическим уравнением, в то время как ВАХ линейных индуктивного и емкостного элементов описываются простыми дифференциальными уравнениями uL ( t) = L·i’L ( t) и iC ( t) = С·u’C ( t) соответственно.
Электрический ток в цепях с вентилями
Пример вольт-амперной характеристики такого вентиля представлена на рисунке ниже. Рисунок 1.
Вольт-амперная характеристика.
прямом направлении пренебречь невозможно, но можно пренебречь обратным током, то схема замещения и вольт-амперная.
Вольт-амперная характеристика.
Автор24 — интернет-биржа студенческих работ Допустим, что необходимо определить вольт-амперную характеристику
Автор Демьян Бондарь
Источник Справочник
Категория Электроника, электротехника, радиотехника
Статья от экспертов
ВАХ резистора
Для того, чтобы начертить этот график, нам потребуется пропускать через резистор напряжение и смотреть соответствующее значение силы тока тока. С помощью крутилки я добавляю напряжение и записываю значения силы тока для каждого значения напряжения. Для этого берем блок питания, резистор и начинаем делать замеры:
Вот у нас появилась первая точка на графике. U=0,I=0.
Вторая точка: U=2.6, I=0.01
Третья точка: U=4.4, I=0.02
Четвертая точка: U=6.2, I=0.03
Пятая точка: U=7.9, I=0.04
Шестая точка: U=9.6, I=0.05
Седьмая точка: U=11.3, I=0.06
Восьмая точка: U=13, I=0.07
Девятая точка: U=14.7, I=0.08
Давайте построим график по этим точкам:
Да у нас получилась почти прямая линия! То, что она чуть кривая, связана с погрешностью измерений и погрешностью самого прибора. Следовательно, так как у нас получилась прямая линия, то значит такие элементы, как резисторы называются элементами с линейной ВАХ.
ВАХ диода
Как вы знаете, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Это свойство диода мы используем в диодных мостах, а также для проверки диода мультиметром. Давайте построим ВАХ для диода. Берем блок питания, цепляем его к диоду (плюс на анод, минус на катод) и начинаем точно также делать замеры.
Первая точка: U=0,I=0.
Вторая точка: U=0.4, I=0.
Третья точка: U=0.6, I=0.01
Четвертая точка: U=0.7, I=0.03
Пятая точка: U=0.8,I=0.06
Шестая точка: U=0.9, I=0.13
Седьмая точка: U=1, I=0.37
Строим график по полученным значениям:
Ничего себе загибулина :-). Вот это и есть вольт-амперная характеристика диода. На графике мы не видим прямую линию, поэтому такая вольт-амперная характеристика называется НЕлинейной. Для кремниевых диодов она начинается со значения 0,5-0,7 Вольт. Для германиевых диодов ВАХ начинается со значения 0,3-0,4 Вольт.
Контроль качества по ВАХ
Снятие ВАХ применяется также для контроля качества готовых электронных компонентов и модулей на этапе производства.
Сравнение измеренных характеристик с эталоном позволяет отбраковать дефектные изделия. Такой контроль обеспечивает высокое качество выпускаемой продукции.
Пример проектирования схемы по ВАХ
Рассмотрим пример использования данных ВАХ при разработке простой схемы на транзисторе.
Допустим, имеется стабилизированный источник питания 15 В и нужно создать усилительный каскад на биполярном транзисторе ПНП-типа с коэффициентом усиления 100 и выходным током 10 мА.
По ВАХ и паспортным данным выбираем подходящий транзистор, например МП39, с запасом по току и напряжению. Определяем точки смещения по ВАХ. Рассчитываем и подбираем номинал резисторов.
Таким образом, используя характеристики компонентов, получаем необходимую схему усилителя.
Вольт-амперная характеристика ВАХ: что это такое и для чего нужно?
ВАХ является важным инструментом для разработки и настройки электронных схем, а также для проверки работоспособности и оценки качества компонентов. По этой характеристике можно сопоставить параметры разных элементов и выбрать наиболее подходящий для конкретной задачи.
Например, ВАХ полупроводникового диода показывает, как изменяется ток при изменении напряжения в прямом и обратном направлениях. Это позволяет определить его способность пропускать ток только в одном направлении и контролировать напряжение в цепи.
Кроме того, ВАХ может быть использована для определения параметров элементов цепи, таких как сопротивление, импеданс, емкость и индуктивность. Анализ ВАХ также позволяет идентифицировать неисправности и ошибки в работе элементов и выявить возможные проблемы цепи.
ВАХ помогает электронщикам и инженерам более глубоко понять и изучить свойства и поведение элементов электрической цепи, что необходимо для оптимизации работы и улучшения качества электронных устройств.
Определение вольт-амперной характеристики (ВАХ)
ВАХ представляет собой график, на котором по оси абсцисс откладывается напряжение, а по оси ординат – сила тока или мощность. Зная вольт-амперную характеристику элемента цепи, можно определить его электрические параметры, такие как сопротивление, проводимость, падение напряжения, мощность и другие.
