Электрификация

Справочник домашнего мастера

Электроника для всех

Содержание

Простые схемы для начинающих

Ниже приводятся несложные светозвуковые схемы, в основном собранные на основе мультивибраторов, для начинающих радиолюбителей. Во всех схемах использована простейшая элементная база, не требуется сложная наладка и допускается замена элементов на аналогичные в широких пределах.

Электронная утка

Игрушечную утку можно снабдить несложной схемой имитатора «кряканья» на двух транзисторах. Схема представляет собой классический мультивибратор на двух транзисторах, в одно плечо которого включен акустический капсюль, а нагрузкой другого служат два светодиода, которые можно вставить в глаза игрушки. Обе эти нагрузки работают поочередно – то раздается звук, то вспыхивают светодиоды – глаза утки. В качестве включателя питания SA1 можно применить герконовый датчик (можно взять из датчиков СМК-1, СМК-3 и др., используемых в системах охранной сигнализации как датчики открывания двери). При поднесении магнита к геркону его контакты замыкаются и схема начинает работать. Это может происходить при наклоне игрушки к спрятанному магниту или поднесения своеобразной «волшебной палочки» с магнитом.

Транзисторы в схеме могут быть любые p-n-p типа, малой или средней мощности, например МП39 – МП42 (старого типа), КТ 209, КТ502, КТ814, с коэффициентом усиления более 50. Можно использовать и транзисторы структуры n-p-n, например КТ315, КТ 342, КТ503, но тогда нужно изменить полярность питания, включения светодиодов и полярного конденсатора С1. В качестве акустического излучателя BF1 можно использовать капсюль типа ТМ-2 или малогабаритный динамик. Налаживание схемы сводится к подбору резистора R1 для получения характерного звука кряканья.

Звук подскакивающего металлического шарика

Схема довольно точно имитирует такой звук, по мере разряда конденсатора С1 громкость «ударов» снижается, а паузы между ними уменьшаются. В конце послышится характерный металлический дребезг, после чего звук прекратится.

Транзисторы можно заменить на аналогичные, как и в предыдущей схеме.
От емкости С1 зависит общая продолжительность звучания, а С2 определяет длительность пауз между «ударами». Иногда для более правдоподобного звучания полезно подобрать транзистор VT1, так как работа имитатора зависит от его начального тока коллектора и коэффициента усиления (h21э).

Имитатор звука мотора

Им можно, например, озвучить радиоуправляемую или другую модель передвижного устройства.

Варианты замены транзисторов и динамика – как и в предыдущих схемах. Трансформатор Т1 – выходной от любого малогабаритного радиоприемника (через него в приемниках также подключен динамик).

Универсальный имитатор звуков

Существует множество схем имитации звуков пения птиц, голосов животных, гудка паровоза и т.д. Предлагаемая ниже схема собрана всего на одной цифровой микросхеме К176ЛА7 (К561 ЛА7, 564ЛА7) и позволяет имитировать множество разных звуков в зависимости от величины сопротивления, подключаемого к входным контактам Х1.

Следует обратить внимание, что микросхема здесь работает «без питания», то есть на ее плюсовой вывод (ножка 14) не подается напряжение. Хотя на самом деле питание микросхемы все же осуществляется, но происходит это только при подключении сопротивления-датчика к контактам Х1. Каждый из восьми входов микросхемы соединен с внутренней шиной питания через диоды, защищающие от статического электричества или неправильного подключения. Через эти внутренние диоды и осуществляется питание микросхемы за счет наличия положительной обратной связи по питанию через входной резистор-датчик.

Схема представляет собой два мультивибратора. Первый (на элементах DD1.1, DD1.2) сразу начинает вырабатывать прямоугольные импульсы с частотой 1 … 3 Гц, а второй (DD1.3, DD1.4) включается в работу, когда на вывод 8 с первого мультивибратора поступит уровень логической «1». Он вырабатывает тональные импульсы с частотой 200 … 2000 Гц. С выхода второго мультивибратора импульсы подаются на усилитель мощности (транзистор VT1) и из динамической головки слышится промодулированный звук.

Если теперь к входным гнездам Х1 подключить переменный резистор сопротивлением до 100 кОм, то возникает обратная связь по питанию и это преображает монотонный прерывающийся звук. Перемещая движок этого резистора и меняя сопротивление можно добиться звука, напоминающего трель соловья, щебетание воробья, крякание утки, квакание лягушки и т.д.

Детали
Транзистор можно заменить на КТ3107Л, КТ361Г но в этом случае нужно поставить R4 сопротивлением 3,3 кОм, иначе уменьшится громкость звука. Конденсаторы и резисторы – любых типов с номиналами, близкими к указанным на схеме. Надо иметь в виду, что в микросхемах серии К176 ранних выпусков отсутствуют вышеуказанные защитные диоды и такие зкземпляры в данной схеме работать не будут! Проверить наличие внутренних диодов легко – просто замерить тестером сопротивления между выводом 14 микросхемы («+» питания) и ее входными выводами (или хотя бы одним из входов). Как и при проверке диодов, сопротивление в одном направление должно быть низким, в другом – высоким.

Выключатель питания в этой схеме можно не применять, так как в режиме покоя устройство потребляет ток менее 1 мкА, что значительно меньше даже тока саморазряда любой батареи!

Наладка
Правильно собранный имитатор никакой наладки не требует. Для изменения тональности звука можно подбирать конденсатор С2 от 300 до 3000 пФ и резисторы R2, R3 от 50 до 470 кОм.

Фонарь-мигалка

Частоту миганий лампы можно регулировать подбором элементов R1, R2, C1. Лампа может быть от фонарика либо автомобильная 12 В. В зависимости от этого нужно выбирать напряжение питания схемы (от 6 до 12 В) и мощность коммутирующего транзистора VT3.

Наушники для телевизора без элементов питания

Простое устройство для прослушивания звукового сопровождения ТВ — передач на наушники. Не требует никакого питания и позволяет свободно перемещаться в пределах комнаты.

Катушка L1 представляет собой «петлю» из 5…6 витков провода ПЭВ (ПЭЛ)-0.3…0.5 мм, проложенную по периметру комнаты. Она подключается параллельно динамику телевизора через переключатель SA1 как показано на рисунке. Для нормальной работы устройства выходная мощность звукового канала телевизора должна быть в пределах 2…4 Вт, а сопротивление петли – 4…8 Ом. Провод можно проложить под плинтусом или в кабельном канале, при этом нужно располагать его по возможности не ближе 50 см от проводов сети 220 В для уменьшения наводок переменного напряжения.

Катушка L2 наматывается на каркас из плотного картона или пластика в виде кольца диаметром 15…18 см, которое служит наголовником. Она содержит 500…800 витков провода ПЭВ (ПЭЛ) 0,1…0,15 мм закрепленного клеем или изолентой. К выводам катушки подключены последовательно миниатюрный регулятор громкости R и наушник (высокоомный, например ТОН-2).

Автомат выключения освещения

От множества схем подобных автоматов эта отличается предельной простотой и надежностью и в подробном описании не нуждается. Она позволяет включать освещение или какой-нибудь электроприбор на заданное непродолжительное время, а затем автоматически его отключает.

Для включения нагрузки достаточно кратковременно нажать выключатель SA1 без фиксации. При этом конденсатор успевает зарядиться и открывает транзистор, который управляет включением реле. Время включения определяется емкостью конденсатора С и с указанным на схеме номиналом (4700 мФ) составляет около 4 минут. Увеличение времени включенного состояния достигается подключением дополнительных конденсаторов параллельно С.

Транзистор может быть любым n-p-n типа средней мощности или даже маломощным, типа КТ315. Это зависит от рабочего тока применяемого реле, которое также может быть любым другим на напряжение срабатывания 6-12 В и способным коммутировать нагрузку необходимой вам мощности. Можно использовать и транзисторы p-n-p типа, но нужно будет поменять полярность напряжения питания и включения конденсатора С. Резистор R также влияет в небольших пределах на время срабатывания и может быть номиналом 15 … 47 кОм в зависимости от типа транзистора.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
Электронная утка
VT1, VT2 Биполярный транзистор КТ361Б 2 МП39-МП42, КТ209, КТ502, КТ814 Поиск в Utsource В блокнот
HL1, HL2 Светодиод АЛ307Б 2 Поиск в Utsource В блокнот
C1 Электролитический конденсатор 100мкФ 10В 1 Поиск в Utsource В блокнот
C2 Конденсатор 0.1 мкФ 1 Поиск в Utsource В блокнот
R1, R2 Резистор 100 кОм 2 Поиск в Utsource В блокнот
R3 Резистор 620 Ом 1 Поиск в Utsource В блокнот
BF1 Акустический излучатель ТМ2 1 Поиск в Utsource В блокнот
SA1 Геркон 1 Поиск в Utsource В блокнот
GB1 Элемент питания 4.5-9В 1 Поиск в Utsource В блокнот
Имитатор звука подскакивающего металлического шарика
Биполярный транзистор КТ361Б 1 Поиск в Utsource В блокнот
Биполярный транзистор КТ315Б 1 Поиск в Utsource В блокнот
C1 Электролитический конденсатор 100мкФ 12В 1 Поиск в Utsource В блокнот
C2 Конденсатор 0.22 мкФ 1 Поиск в Utsource В блокнот
Динамическая головка ГД 0.5…1Ватт 8 Ом 1 Поиск в Utsource В блокнот
GB1 Элемент питания 9 Вольт 1 Поиск в Utsource В блокнот
Имитатор звука мотора
Биполярный транзистор КТ315Б 1 Поиск в Utsource В блокнот
Биполярный транзистор КТ361Б 1 Поиск в Utsource В блокнот
C1 Электролитический конденсатор 15мкФ 6В 1 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Переменный резистор 470 кОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
R2 Резистор 24 кОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
T1 Трансформатор 1 От любого малогабаритного радиоприемника Поиск в Utsource В блокнот
Универсальный имитатор звуков
DD1 Микросхема К176ЛА7 1 К561ЛА7, 564ЛА7 Поиск в Utsource В блокнот
Биполярный транзистор КТ3107К 1 КТ3107Л, КТ361Г Поиск в Utsource В блокнот
C1 Конденсатор 1 мкФ 1 Поиск в Utsource В блокнот
C2 Конденсатор 1000 пФ 1 Поиск в Utsource В блокнот
R1-R3 Резистор 330 кОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
R4 Резистор 10 кОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
Динамическая головка ГД 0.1…0.5Ватт 8 Ом 1 Поиск в Utsource В блокнот
GB1 Элемент питания 4.5-9В 1 Поиск в Utsource В блокнот
Фонарь-мигалка
VT1, VT2 Биполярный транзистор КТ315Б 2 КТ312, КТ342, КТ503 Поиск в Utsource В блокнот
VT3 Биполярный транзистор КТ814Б 1 КТ816, КТ818 Поиск в Utsource В блокнот
C1 Электролитический конденсатор 10мкФ 12В 1 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор 47 кОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
R2 Резистор 12 кОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
R3 Резистор 910 Ом 1 Поиск в Utsource В блокнот
R4 Резистор 5.1 кОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
HL1 Лампочка 12В 1 Поиск в Utsource В блокнот
Автомат выключения освещения
Биполярный транзистор КТ801А 1 Поиск в Utsource В блокнот
C Электролитический конденсатор 4700мкФ 16В 1 Поиск в Utsource В блокнот
R Резистор 20 кОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
Rel1 Реле РЭС22 1 Поиск в Utsource В блокнот
SA1 Кнопка Без фиксации 1 Поиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

   Схемы для начинающих

Подключение платы с вакуумно-люминесцентным индикатором ИЛМ1-7Л от видеомагнитофона Электроника ВМ-12.

14.02.2020 Читали: 674

Штормовой детектор на одном транзисторе — схема простейшего регистратора приближения грозы.

27.12.2019 Читали: 2699

Обзор и схема подключения готового регулируемого блока генератора импульсов на микросхеме-таймере.

03.04.2018 Читали: 10731

Схема микроконтроллерного самодельного электронного таймера включения и выключения приборов.

09.03.2018 Читали: 12163

Ещё один вариант изготовления лазерного излучателя средней мощности из обычного пишущего привода для компакт дисков.

24.01.2018 Читали: 14912

Практическая работа по преобразованию солнечного света в электричество для зарядки пальчиковых АКБ.

13.05.2016 Читали: 13124

Однотранзисторный преобразователь из 1,5 В на более высокое. Схема на базе 5-ти радиодеталей.

12.04.2016 Читали: 36207

История про синий светодиод, или как сделать работу игрушечного автомобиля удобнее.

08.04.2016 Читали: 6949

Светодиодный мультивибратор никогда не будет лишним для машинки на батарейках.

05.04.2016 Читали: 6919

Пример установки светодиодов в виде передних и задних фар в авто на радиоуправлении.

15.02.2016 Читали: 6341
Вашему вниманию представляется сборник оригинальных принципиальных схем различной степени сложности. Профессионалы найдут здесь схемы металлоискателей и устройств на микроконтроллерах, переделку импульсных блоков питания от компьютера в регулируемые лабораторные БП или мощные зарядные устройства. Практические радиосхемы генераторов, преобразователей напряжения, измерительной техники. Любителям ретро, придётся по вкусу подборка схем, посвящённых ламповым усилителям, а сторонники современной элементарной базы, найдут для себя УНЧ на микросхемах TDA, STK и LM. Для начинающих радиолюбителей мы предлагаем простые схемки мигалок, генераторов звуковых эффектов и ФМ радиожучков. Даже серьёзное радиоустройство можно собрать используя минимум деталей, так как современная электроника переходит на специализированные малогабаритные микросхемы. Это увлекательное занятие даёт возможность спаять полезный прибор или интересную электронную игрушку, устройства измерения и автоматики. Радиолюбительское творчество нашло сотни тысяч сторонников во всех странах мира, объединяя талантливых людей и стирая границы. Все размещённые принципиальные электросхемы проверены, о чём свидетельствуют подробные фотографии и видео работы устройств. Мы не публикуем сборники из тысяч схем со всего интернета — лишь испытанные и работоспособные устройства занимают место на нашем сайте. Следует учитывать, что сборка один к одному не гарантирует исправную и надёжную работу электронных приборов. В процессе номиналы радиосхем могут отличаться от тех, что указаны в статьях. Так что приобретайте паяльник, припой, фольгированный стеклотестолит и приступайте к созданию своих, или повторению уже испытанных схем. Если возникают проблемы с поиском радиодеталей, и нужных компонентов нет в продаже в вашем городе вспомните, что на дворе 21-й век, и многие покупки делаются в интернет магазинах, доставка из которых вам на дом будет стоить дешевле, чем вы думаете. А более подробно про сборку и настройку той или иной схемы читайте на нашем форуме по схемотехнике.

САЙТ ПО РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

С сегодняшнего дня сайт «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА» будет доступен по новому адресу: elwo.ru. ELectronics WOrld — мир радиоэлектроники. Теперь работа нашего портала станет ещё более стабильной и профессиональной. За время своего существования, сайт развился из скромного проекта в серьёзный и популярный ресурс по электронике и механике. Благодаря Вашей помощи в размещении фотографий и обмене опытом, наш сайт за короткое время стал очень популярным, полезным и интересным. Только за последние пол-года, с нашего сайта РАДИОЭЛЕКТРОНИКА было напечатано около десятка статей в журналах Радио, Радиолюбитель и Радиоаматор.

Мы ежедневно стремимся совершенствовать и развивать сайт МИР РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, чтоб как можно больше способствовать популяризации радиолюбительского творчества. У многих посетителей возникает вопрос: Как добавить схему и фото на сайт? Для этого нужно всего-лишь несколько фотографий своего устройства, схема, указание на источник и описание конструкции. Далее создайте на компьютере папку, куда поместите эти материалы, запакуйте их любым архиватором, например WINRAR, напишите комментарий и отправьте на почтовый ящик нашего сайта: techmagic@yandex.ru Если вы разработали оригинальное и новое устройство, мы поможем грамотно оформить и отправить его в редакцию радиожурналов. Опыт в переписке и размещении статей у нас имеется. А если просто повторили известную схему — поделитесь своими результатами со всеми радиолюбителями в интернете. Разместив на нашем сайте свою новую конструкцию, она станет известна на весь интернет!

ОСОБЕННОСТИ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕМОНТА ЭЛЕКТРОНИКИ

Каждый человек формирует свой круг общения, так случилось и со мной, что в контакте и в реальной жизни меня преимущественно окружают люди, имеющие то или иное отношение к технике. Случается такое, что пишет Вконтакте порой человек и просит помочь отремонтировать какое-либо устройство. Отвечаешь бывает стандартно, что ты уже прозвонил на плате и слышишь в ответ, что он мол не в курсе как это делается, но направить устройство, ну очень нужно).

Проверка радиодеталей мультиметром на плате

Можно конечно, послать человека учить учебник физики, электротехники, гуглить по сайтам посвященным тематике электроники, сказав, что ты рубишь сук не по плечу, но решил попытаться раскрыть некоторые нюансы ремонтов для всех этих людей, которые, видимо, прогуливали или просиживали уроки физики и электротехники, а теперь вдруг решили наверстать упущенное. Вспомнив, что электронщиками не рождаются, а становятся…

Измерение постоянного тока тестером

Итак, у нас есть мультиметр и с его помощью можно измерять различные величины, например такие как ток, переменный и постоянный, что потребуется нам при ремонтах не так часто, как другие величины. Хотя на схемах существуют контрольные точки, в которых нужно разрывать цепь и измерять текущие токи или же напряжения. В таких случаях прямо на схеме указывается, какое напряжение или ток должно присутствовать в этой точке.

Контрольная точка измерение тока на схеме

Напряжение мы измеряем на плате намного чаще, чем токи, потому что если в схеме, например на разъеме питания отсутствует какое-то напряжение, то это явный признак, что схема функционирует не правильно. Такие измерения называются “на горячую” или без снятия питания, и должны производиться с соблюдением обычных мер безопасности при работе с электрическим током. Так как на платах, например импульсных блоков питания, в некоторых частях схемы, у нас присутствует высокое напряжение. Другие измерения, в частности измерения сопротивления или звуковая прозвонка, осуществляются только в обесточенном устройстве!

Это важное правило, достаточно один раз ошибиться, и измерить сопротивление вместо напряжения, или тоже самое на звуковой прозвонке, и в лучшем случае придется искать схему на мультиметр и менять резисторы, которые чаще всего идут в планарном корпусе и имеют маленькие размеры, например 0805 или даже 0603. В худшем случае вы попалите АЦП прибора — ту самую черную каплю, и прибор ремонту подлежать не будет, или ремонт его будет как минимум нерентабельным.

Микросхема АЦП мультиметра

Когда мы измеряем напряжение на плате в незнакомом месте не зная точно, какое именно по величине у нас оно должно быть, ставьте всегда заведомо большее значение на мультиметре. Например, если блок питания выдает 35 вольт и меряете на выходе — выбирайте 200 вольт, если 5 вольт — то 20 вольт. Тоже самое и с сопротивлением: если резистор промаркирован не цветными кольцами, а например типа МЛТ и расшифровать маркировку не получается — выбирайте на мультиметре режим 2 МегаОма, с последующим уменьшением предела измерений, для обеспечения необходимой точности.

Конденсатор фильтра БП

Всегда при ремонте импульсных блоков питания имеющих в своей схеме, например, электролитические конденсаторы на напряжение 400 — 450 вольт и номинал 100 — 150 микрофарад, разряжайте конденсатор замыкая выводы между собой отверткой с изолированной ручкой. Это же относится и к ремонту блоков питания ATX — там напряжение электролитических конденсаторов поменьше, всего 200 вольт, но щиплет надо признать все-равно неслабо.

Плата кинескопного телевизора

Иногда, например на платах кинескопных телевизоров, таких конденсаторов имеющих высокое рабочее напряжение бывает несколько, а не только один конденсатор фильтра. Обычно они имеют несколько меньшие размеры по сравнению с конденсатором фильтра. На чем основана проверка радиодеталей, с помощью омметра, и звуковой прозвонки? Вспомним закон Ома: чем меньше сопротивление при неизменном напряжении — тем больше ток.

Закон Ома — рисунок

Если вдруг сопротивление какой-то одной детали, стало вдруг очень маленьким, то по закону Ома в участке той цепи, потекут токи, сильно превышающие допустимые, резисторам например это может сильно не понравится — они перегреются, почернеют, а в особо тяжелых случаях даже сгорят. Это в полной мере относится и к любым полупроводникам.

Максимальная температура видеокарты

Все мы знаем, например, по термопрофилю видеокарт, что температура порядка 75 — 85 градусов является обычно предельной для кремния, при длительной работе, и видеокарта у нас в итоге выдает артефакты, а например чипсет на материнской плате начинает аномально греться, и в результате в лучшем случае компьютер будет работать не стабильно, а в худшем — вообще не будет включаться. Так вот, транзисторы и диоды, как и любые микросхемы, это все те-же полупроводники, которые при появлении сверх токов и увеличения температуры просто сгорят.

Сгоревший резистор обычный

Как же можно определить, что деталь сгорела с помощью мультиметра? Резисторы очень часто уходят в обрыв при сгорании, если резистор не звонится даже на пределе два МегаОма — скорее всего он сгорел. Что означает сгорел резистор с физической точки зрения? Это значит у него стало очень большое сопротивление между выводами, а раз так, то по закону Ома там условно текут микроскопические токи. Что можно считать как разрыв цепи. Любые полупроводники напротив, очень часто уходят в короткое замыкание или низкое сопротивление, но это не всегда так. Почему этот параметр, сопротивление радиодетали так важен, для работы схемы, мы разобрали.

Резистор в планарном корпусе

Теперь мы можем вообще в принципе любой предмет оценить с точки зрения его проводимости для электрического тока. Разберем например, такую ситуацию — почему телевизор принесенный из гаража с холода нельзя сразу включать в сеть, а нужно дать постоять минут 30-40 в тепле, и дать выравняться температурам.

Пыль в блоке питания

Дело в том, что на выводах радиодеталей, могут образоваться капельки воды, от инея, а вода у нас хороший проводник и сопротивление между близко расположенными выводами микросхемы, содержащей например силовой транзистор, включающий устройство, у нее оказываются замкнуты, два или даже все три вывода, транзистора или микросхемы, между собой. К чему это приводит?

Обозначение выводов транзистора

Те выводы микросхемы или например базовый вывод транзистора, они соединены с низковольтной частью данного прибора, и подача на них высокого напряжения приведет к их обязательному пробою, уменьшению сопротивления, либо даже к короткому замыканию, и при этом может прихватить с собой еще какие либо детали на схеме. С какой целью нужно регулярно счищать пыть с плат устройства? Первое — пыль, это теплоизолятор, он мешает отвести тепло от радиодеталей, которые при работе греются, их температура повышается и они выходят из строя.

Подгоревшая плата

Вторая причина — пыль на плате между выводами, это конечно не проводник, но и нельзя сказать, что очень хороший изолятор. В нормальных условиях по пыли может и не пробьет, а вот после внесения техники с мороза — все может быть, потому что напитавшаяся влагой пыль имеет более низкое сопротивление, чем сухая, а сохнет она, скорее всего дольше, чем просто небольшой иней на плате.

Плата блока питания импульсного

Умея анализировать схему и печатную плату, вы будете знать, какое примерно сопротивление, в сумме, всех параллельно подключенных деталей, должно быть в той или иной точке. Даже когда мы прозваниваем мультиметром на звуковой прозвонке не полупроводники — мы измеряем тоже самое сопротивление между теми или иными участками цепи.

Звуковая прозвонка мультиметра

Если у нас раздается звуковой сигнал — значит сопротивление между точками в которых мы проводим измерение, ниже чем 50 Ом, цифры конечно примерные, но принцип думаю понятен. Зная какое сопротивление имеет та или иная деталь в рабочем, и в нерабочем состоянии, мы можем проанализировать устройство на работоспособность не имея принципиальной схемы. Со схемой конечно все куда проще, но существует техника, например малоизвестные китайские бренды, на которые схем вы не найдете нигде. В таком случае нам поможет только анализ работы схемы, принцип ее действия, опыт в работе с подобными схемами, либо поиск аналога нашей схемы, пусть и с другими позиционными обозначениями на схеме.

Позиционное обозначение на схеме и номинал

В таком случае, потребуется отслеживать каждый узел по дорожкам, но это конечно лучше, чем вообще отсутствие всякой документации.

Подведём итог

Цель написания данной статьи — показать начинающим электротехникам, что знание основ ремонта техники не только интересно, но и в наше нелегкое в финансовом плане время, может помочь радиолюбителям и электронщикам, сэкономить часть средств на самостоятельном ремонте. А в перспективе, по мере прокачивания своего уровня — регулярно подрабатывать в этой сфере. Это сейчас становится особенно актуально, так как люди теперь все чаще обращаются за ремонтом, а не просто выбрасывают старую и покупают новую бытовую технику, как раньше. Всем удачных ремонтов! AKV.

Ремонт электроники

ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ ЭЛЕКТРОНИКИ БЕЗ СХЕМ

В жизни каждого домашнего мастера, умеющего держать в руках паяльник и пользоваться мультиметром, наступает момент, когда поломалась какая-то сложная электронная техника и он стоит перед выбором: сдать на ремонт в сервис или попытаться отремонтировать самостоятельно. В этой статье мы разберем приемы, которые могут помочь ему в этом.

Ремонт ЖК ТВ

Итак, у вас сломалась какая-либо техника, например ЖК телевизор, с чего нужно начать ремонт? Все мастера знают, что начинать ремонт надо не с измерений, или даже сходу перепаивать ту деталь, которая вызвала подозрение в чем-либо, а с внешнего осмотра. В это входит не только осмотр внешнего вида плат телевизора, сняв его крышку, на предмет подгоревших радиодеталей, вслушивание с целью услышать высокочастотный писк либо щелканье.

Включаем в сеть прибор

Для начала нужно просто включить телевизор в сеть и посмотреть: как он себя ведет после включения, реагирует ли на кнопку включения, либо моргает светодиод индикации дежурного режима, или изображение появляется на несколько секунд и пропадает, либо изображение есть, а звук отсутствует, или же наоборот. По всем этим признакам, можно получить информацию, от которой можно будет оттолкнуться при дальнейшем ремонте. Например в мигании светодиода, с определённой периодичностью, можно установить код поломки, самотестирования телевизора.

Коды ошибок ТВ по миганию LED

После того, как признаки установлены, следует поискать принципиальную схему устройства, а лучше если выпущен Service manual на устройство, документацию со схемой и перечнем деталей, на специальных сайтах посвященных ремонту электроники. Также не лишним, будет в дальнейшем, вбить в поисковик полное название модели, с кратким описанием поломки, передающим в нескольких словах, ее смысл.

Сервис мануал

Правда иногда лучше искать схему по шасси устройства, либо названию платы, например блока питания ТВ. Но как же быть, если схему все же найти не удалось, а вы не знакомы со схемотехникой данного устройства?

Блок схема ЖК ТВ

В таком случае, можно попробовать попросить помощи на специализированных форумах по ремонту техники, после проведения предварительной диагностики самостоятельно, с целью собрать информацию, от которой мастера, помогающие вам смогут оттолкнуться. Какие этапы включает в себя, эта предварительная диагностика? Для начала, вы должны убедиться в том, что питание поступает на плату, если устройство вообще не подает никаких признаков жизни. Может быть это покажется банальным, но не лишним будет прозвонить шнур питания на целостность, в режиме звуковой прозвонки. как пользоваться обычным мультиметром.

Тестер в режиме звуковой прозвонки

Затем в ход идет прозвонка предохранителя, в этом же режиме мультиметра. Если у нас здесь все нормально, следует померять напряжения на разъемах питания, идущих на плату управления ТВ. Обычно напряжения питания, присутствующие на контактах разъема, бывают подписаны рядом с разъемом на плате.

Разъем питания платы управления ТВ

Итак, мы замеряли и напряжение какое-либо у нас отсутствует на разъеме — это говорит о том, что схема функционирует не правильно, и нужно искать причину этого. Наиболее частой причиной поломок встречающейся в ЖК ТВ, являются банальные электролитические конденсаторы, с завышенным ESR, эквивалентным последовательным сопротивлением. Про ESR .

Таблица ESR конденсаторов

В начале статьи я писал про писк, который вы возможно услышите, так вот, его проявление, в частности и есть следствие завышенного ESR конденсаторов небольшого номинала, стоящих в цепях дежурного напряжения. Чтобы выявить такие конденсаторы требуется специальный прибор, ESR (ЭПС) метр, либо транзистор тестер, правда в последнем случае, конденсаторы придется выпаивать для измерения. Фото своего ESR метра позволяющего измерять данный параметр без выпаивания выложил ниже.

Мой прибор ESR метр

Как быть если таких приборов нет в наличии, а подозрение пало на эти конденсаторы? Тогда нужно будет проконсультироваться на форумах по ремонту, и уточнить, в каком узле, какой части платы, следует заменить конденсаторы, на заведомо рабочие, а таковыми могут считаться только новые (!) конденсаторы из радиомагазина, потому что у бывших в употреблении этот параметр, ESR, может также зашкаливать или уже быть на грани.

Фото — вздувшийся конденсатор

То что вы могли выпаять их из устройства, которое ранее работало, в данном случае значения не имеет, так как этот параметр важен только для работы в высокочастотных цепях, соответственно ранее, в низкочастотных цепях, в другом устройстве, этот конденсатор мог прекрасно функционировать, но иметь параметр ESR сильно зашкаливающий. Сильно облегчает работу то, что конденсаторы большого номинала имеют в своей верхней части насечку, по которой в случае прихода в негодность просто вскрываются, либо образовывается припухлость, характерный признак их непригодности для любого, даже начинающего мастера.

Мультиметр в режиме Омметра

Если вы видите почерневшие резисторы, их нужно будет прозвонить мультиметром в режиме омметра. Сначала следует выбрать режим 2 МОм, если на экране будут значения отличающиеся от единицы, или превышения предела измерения, нам следует соответственно уменьшить предел измерения на мультиметре, для установления его более точного значения. Если же на экране единица, то скорее всего такой резистор находится в обрыве, и его следует заменить.

Цветовая маркировка резисторов

Если есть возможность прочитать его номинал, по маркировке цветными кольцами, нанесенными на его корпус, хорошо, в противном случае без схемы, не обойтись. Если схема есть в наличии, то нужно посмотреть его обозначение, и установить его номинал и мощность. Если резистор прецизионный, (точный) его номинал можно набрать, путем включения двух обычных резисторов последовательно, большего и меньшего номиналов, первым мы задаем номинал грубо, последним мы подгоняем точность, при этом их общее сопротивление сложится.

Транзисторы разные на фото

Транзисторы, диоды и микросхемы: у них не всегда можно определить неисправность по внешнему виду. Потребуется измерение мультиметром в режиме звуковой прозвонки. Если сопротивление какой либо из ножек, относительно какой то другой ножки, одного прибора, равно нулю, или близко к к этому, в диапазоне от нуля до 20-30 Ом, скорее всего, такая деталь подлежит замене. Если это биполярный транзистор, нужно вызвонить в соответствии с распиновкой, его p-n переходы.

Проверка транзистора мультиметром

Чаще всего такой проверки бывает достаточно, чтобы считать транзистор рабочим. Более качественный метод . У диодов мы также вызваниваем p-n переход, в прямом направлении, должны быть цифры порядка 500-700 при измерении, в обратном направлении единица. Исключение составляют диоды Шоттки, у них меньшее падение напряжения, и при прозвонке в прямом направлении на экране будут цифры в диапазоне 150-200, в обратном также единица. Мосфеты, полевые транзисторы, обычным мультиметром без выпаивания так не проверить, приходится часто считать их условно рабочими, если их выводы не звонятся между собой накоротко, или в низком сопротивлении.

Мосфет в SMD и обычном корпусе

При этом следует учитывать, что у мосфетов между Стоком и Истоком стоит встроенный диод, и при прозвонке будут показания 600-1600. Но здесь есть один нюанс: в случае, если например вы прозваниваете мосфеты на материнской плате и при первом прикосновении слышите звуковой сигнал, не спешите записывать мосфет в пробитый. В его цепях стоят электролитические конденсаторы фильтра, которые в момент начала заряда, как известно, на какое-то время ведут себя, как будто цепь замкнута накоротко.

Мосфеты на материнской плате ПК

Что и показывает наш мультиметр, в режиме звуковой прозвонки, писком, первые 2-3 секунды, а затем на экране побегут увеличивающиеся цифры, и установится единица, по мере заряда конденсаторов. Кстати по этой же причине, с целью сберечь диоды диодного мостика, в импульсных блоках питания ставят термистор, ограничивающий токи заряда электролитических конденсаторов, в момент включения, через диодный мост.

Диодные сборки на схеме

Многих знакомых начинающих ремонтников, обращающихся за удаленной консультацией в Вконтакте, шокирует — им говоришь прозвони диод, они прозваниют и сразу-же говорят: он пробитый. Тут стандартно всегда начинается объяснение, что нужно либо приподнять, выпаять одну ножку диода, и повторить измерение, либо проанализировать схему и плату, на наличие параллельно подключенных деталей, в низком сопротивлении. Таковыми часто бывают вторичные обмотки импульсного трансформатора, которые как раз и подключаются параллельно выводам диодной сборки, или иначе говоря сдвоенного диода.

Параллельное и последовательное соединение резисторов

Здесь лучше всего один раз запомнить, правило подобных соединений:

  1. При последовательном соединении двух и более деталей, их общее сопротивление будет больше большего каждой, по отдельности.
  2. А при параллельном соединении, сопротивление будет меньше меньшего каждой детали. Соответственно наша обмотка трансформатора, имеющая сопротивление в лучшем случае 20-30 Ом, шунтируя, имитирует для нас “пробитую” диодную сборку.

Конечно все нюансы ремонтов, к сожалению, в одной статье раскрыть не реально. Для предварительной диагностики большинства поломок, как выяснилось, бывает достаточно обычного мультиметра, применяемого в режимах вольтметра, омметра, и звуковой прозвонки. Часто при наличии опыта, в случае простой поломки, и последующей замены деталей, на этом ремонт бывает закончен, даже без наличия схемы, проведенный так зазываемым “методом научного тыка”. Что конечно не совсем правильно, но как показывает практика, работает, и, к счастью, совсем не так как изображено на картинке выше). Всем удачных ремонтов, специально для сайта Радиосхемы — AKV.

Форум по ремонту

Обсудить статью ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ ЭЛЕКТРОНИКИ БЕЗ СХЕМ

1. Предмет электроники, ее роль в науке и технике

Е. Ю. САЛИТА

ЭЛЕКТРОНИКА

ОМСК 2013

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

Е. Ю. Салита

ЭЛЕКТРОНИКА

Конспект лекций

Омск 2013

УДК 621.382 (076.5)

ББК 32.852 я73

С 16

СалитаЕ. Ю. Электроника:Конспект лекций / Е. Ю. Салита; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2013. 157 с.

Изложены теоретические сведения о свойствах элементарных частиц и закономерности их движения, понятия квантовой механики и теории излучения, электронной теории твердого тела и электропроводности полупроводников. Рассмотрены основы теории электронно-дырочного перехода (p-n-перехода), принципы действия, параметры, характеристики, конструкции и схемы включения различных полупроводниковых приборов силовой электроники.

Конспект лекций предназначен для студентов очной и заочной форм обучения специальности 190901 «Системы обеспечения движения поездов» специализации «Электроснабжение железных дорог». Может быть полезен при проведении занятий со слушателями Института повышения квалификации и переподготовки кадров (ИПКП).

Библиогр.: 17 назв. Табл. 6. Рис. 23.

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2013

Введение……………………………………………………..………………………7

1. Предмет электроники, ее роль в науке и технике ……………………………..9

2. Полупроводниковые приборы ……..…………………………………………..15

2.1. Электрические свойства полупроводниковых материалов ………………..15

2.2. Механизм электрической проводимости полупроводников ………………17

2.2.1. Собственная проводимость.………………………………………………..17

2.2.2. Примесная проводимость…………………………………………………..21

2.3. Электронно-дырочный переход (ЭДП)………………………………………25

2.3.1. Технологии изготовления ЭДП ……………………………………………26

2.3.1.1. Сплавная технология………………………………………………………26

2.3.1.2. Диффузионная технология ………………………………………………27

2.3.2. ЭДП при отсутствии внешнего напряжения………………………………27

2.3.3. ЭДП при прямом напряжении………………………………………………30

2.3.4. ЭДП при обратном напряжении……………………………………………31

2.3.4.1. Механизм установления обратного тока при включении обратного

напряжения …………………………………………………………………32

3. Полупроводниковые диоды ……………………………………………………33

3.1. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода ..……………………………33

3.2. Параметры полупроводниковых диодов ……………………………………34

3.2.1. Предельный ток……………………………………………………………..36

3.2.2. Перегрузочная способность ………………………………………………..37

3.2.3. Номинальное напряжение …………………………………………………39

3.2.4. Повторяющийся импульсный обратный ток……………………………….40

3.2.5. Прямое падение напряжения (прямое импульсное напряжение)…………41

3.2.6. Статическое и динамическое сопротивления ………………………………42

3.2.7. Температурный режим ………………………………………………………43

3.2.8. Емкость ЭДП и частотные характеристики ……………………………….45

4. Виды пробоев ЭДП ….……………………………………………………………47

4.1. Зеннеровский пробой …………………………………………………………..47

4.2. Лавинный пробой………………………………………………………………47

4.3. Тепловой пробой……………………………………………………………….48

4.4. Поверхностный пробой ……………………………………………………….48

5. Основные типы полупроводниковых диодов ………………………………..49

5.1. Устройство точечных диодов…………………………………………………50

5.2. Устройство плоскостных диодов……………………………………………..50

5.3. Условное обозначение силовых диодов ……………………………………..51

5.4. Условное обозначение маломощных диодов………………………………..52

5.5. Конструкция штыревых силовых диодов……………………………………53

5.6. Лавинные диоды………………………………………………………………..54

5.7. Конструкции таблеточных диодов …………………………………………..56

5.8. Стабилитрон …………………………………………………………………..57

5.9. Туннельный диод ……………………………………………………………..62

5.10. Обращенный диод……………………………………………………………64

5.11. Варикап……………………………………………………………………….65

5.12. Фотодиоды, полупроводниковые фотоэлементы и светодиоды…………..66

6. Транзисторы……………………………………………………………………..67

6.1. Распределение токов в структуре транзистора………………………………73

6.2. Схемы включения транзисторов. Статические ВАХ……………………….74

6.3. Схема включения транзистора с общей базой………………………………76

6.4. Схема включения транзистора с общим эмиттером………………….…….78

6.5. Схема включения транзистора с общим коллектором………………………81

6.6. Схема включения транзистора как усилителя электрических

сигналов………………………………………………………………………..82

6.6.1. Схема включения транзистора с общей базой ……………………………82

6.6.2. Схема включения транзистора с общим эмиттером…………………….83

6.6.3. Схема включения транзистора с общим коллектором ………………….83

6.7. Краткие характеристики схем включения транзистора. Области

применения схем ………………………………………………………….85

6.7.1. Схема включения транзистора с общей базой ………………………….85

6.7.2. Схема включения транзистора с общим эмиттером ……………………..85

6.7.3. Схема включения транзистора с общим коллектором …………………..85

6.8. Режимы работы транзистора ………………………………………………..86

6.9. Работа транзистора в ключевом режиме ………………………………….90

6.10. Малосигнальные и собственные параметры транзисторов ………………92

6.11. Силовые транзисторные модули …………………………………………..95

6.12. Параметры биполярных транзисторов………………………………………96

6.13. Классификация и система обозначений (маркировка) транзисторов..……96

6.14. Полевые транзисторы…………………………………………………………98

6.14.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом……………………99

6.14.2 Вольт-амперные характеристики полевого транзистора

с управляющим p-n-переходом……………………………………………103

6.14.3. Основные параметры полевого транзистора

с управляющим p-n-переходом …………………………………………..105

6.14.4. Полевые транзисторы с изолированным затвором………………………106

6.14.4.1 МДП-транзисторы со встроенным каналом ..…………………………106

6.14.4.2 МДП-транзистор с индуцированным каналом ….……………………108

6.14.5 Достоинства и недостатки полевых транзисторов ……….……………..109

6.15. Технологии изготовления транзисторов ..………….……………………..110

6.16. Биполярные транзисторы с изолированным затвором

(IGBT-транзисторы) ……………………………………………………….113

6.17. Силовые модули на основе IGBT-транзисторов..………………………..115

7. Тиристоры..…………………………………………………………………….116

7.1. Назначение и классификация……………………………………………….116

7.2. Диодные и триодные тиристоры..………………………………………….118

7.3. Переходные процессы при включении и выключении тиристора..……..122

7.3.1. Переходные процессы при включении тиристора………………………122

7.3.2 Переходные процессы при выключении тиристора..…………………….124

7.4. Основные параметры тиристоров..…………………………………………126

7.5. Маркировка силовых тиристоров……………………………………………127

7.6. Лавинные тиристоры…………………………………………………………128

7.7. Симметричные тиристоры (симисторы)..…………………………………..130

7.8. Полностью управляемые тиристоры..………………………………………131

7.9. Специальные типы тиристоров……………………………………………..134

7.9.1. Оптотиристоры ……………………………………………………………134

7.9.2. Тиристоры с улучшенными динамическими свойствами ………………134

7.9.2.1. Тиристоры ТД (динамические) …………………………………………135

7.9.2.2. Тиристоры ТБ (быстродействующие) …………………………………..135

7.9.2.3. Тиристоры ТЧ (частотные) ………………………………………………135

7.9.3 Тиристор, проводящий в обратном направлении (асимметричный)……136

7.9.4 Тиристор с обратной проводимостью (тиристор-диод)…………………136

7.9.5 Комбинированно-выключаемый тиристор (КВК)………………………..136

7.9.6 Полевой тиристор…………………………………………………………..136

7.10. Конструкции тиристоров………………………………………………….137

8. Групповое соединение полупроводниковых приборов……………………142

8.1 Неравномерности распределения нагрузки при групповом

соединении……………………………………………………………………142

8.2. Параллельное соединение полупроводниковых приборов ………………143

8.3. Последовательное соединение полупроводниковых приборов…………145

8.4. Параллельно-последовательное соединение полупроводниковых

приборов………………………………………………………………………147

9. Охлаждение силовых полупроводниковых приборов………………………149

9.1. Способы охлаждения полупроводниковых приборов…………………….149

9.2. Воздушное естественное и принудительное охлаждение…………………150

9.3. Испарительное охлаждение с промежуточным теплоносителем…………152

9.4. Сравнение систем охлаждения……………………………………………..155

Библиографический список……………………………………………………..156

ВВЕДЕНИЕ

Технический прогресс современной техники базируется на применении электронных устройств. В системах электроснабжения и электроподвижного состава железнодорожного транспорта эксплуатируются преобразователи электроэнергии, устройства автоматики, телемеханики, релейной защиты и вычислительной техники, создаваемые на основе электронных полупроводниковых приборов. Уровень их эксплуатации зависит от квалификации инженерно-технических работников. Из этого следует, что необходимым условием подготовки инженерных кадров электрических железных дорог является изучение свойств полупроводниковых приборов, их характеристик, конструкции, принципа действия и условий эксплуатации.

В настоящем конспекте лекций изложены теоретические сведения о свойствах элементарных частиц и закономерности их движения, понятия квантовой механики и теории излучения, электронной теории твердого тела и электропроводности полупроводников. Рассмотрены основы теории электронно-дырочного перехода (p-n-перехода), принципы действия, параметры, характеристики, конструкции и схемы включения различных полупроводниковых приборов силовой электроники. К их числу относятся как традиционно и достаточно давно применяемые полупроводниковые приборы, такие как диоды, биполярные и полевые транзисторы, обычные (незапираемые) тиристоры, так и недавно появившиеся изделия силовой электроники, такие, как запираемые тиристоры (запираемый двухоперационный тиристор GTO – Gate Turn-Off Thyristor, запираемый тиристор с форсированным выключением GCT – Gate Commutated Turn-Off Thyristor и запираемый тиристор с блоком формирования импульсов управления в единой конфигурации IGCT – Integrated Gate Commutated Turn-Off Thyristor) и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor), управляемые структурой металл-оксид-полупроводник (металл-диэлектрик-полупроводник).

С прогрессом в электронике теснейшим образом связано развитие рельсовых и безрельсовых транспортных средств. Современная полупроводниковая электроника обеспечивает любое преобразование электроэнергии, позволяет перейти к гибким технологическим процессам в системе тягового электроснабжения и на электроподвижном составе. Применение современных устройств электронной техники способствует созданию энергоэкономичных систем электрической тяги с оптимальным электропотреблением при обеспечении заданной пропускной и провозной способности на электрифицированных участках магистральных железных дорог, а также на метрополитене и городском электротранспорте.

Одной из характерных особенностей развития науки и техники нашего века является развитие электроники. Без электронных устройств ныне не может существовать ни одна отрасль промышленности, транспорта, связи. Усиленное развитие и применение электроники стимулируется самой жизнью. Достижения электроники влияют не только на экономическое развитие общества, но и на социальные вопросы, распределение рабочей силы, образование. Электронные устройства все шире применяют в быту, в промышленности и на транспорте.

Проблемы электроники обсуждаются на различных научных конференциях, конгрессах и симпозиумах. Одним из наиболее значительных подобных мероприятий является международный симпозиум «Eltrans», который проводится в России один раз в два года, начиная с 2001 года. Симпозиум проводят ОАО «РЖД», Академия транспорта РФ, Октябрьская железная дорога – филиал ОАО «РЖД» и Петербургский государственный университет путей сообщения (ПГУПС). В работе симпозиума принимают участие руководители и специалисты ОАО «РЖД», ученые РАН, специалисты научно-исследовательских и проектных организаций, ученые и преподаватели транспортных вузов РФ, стран СНГ и других государств, фирмы-разработчики электроподвижного состава и электрооборудования энергетических комплексов, средств промышленной автоматизации, строительно-монтажных работ тягового электроснабжения; руководители и специалисты РАО ЕЭС России. Практически на всех состоявшихся симпозиумах при работе таких секций как «Обновление и усиление устройств электроснабжения», «Новая техника и технологии в электроснабжении», «Электроподвижной состав нового поколения» рассматривались вопросы совершенствования электронных устройств (в том числе с использованием новой элементной базы), применяемых в системах тягового электроснабжения.

Электроника – отрасль науки и техники, занимающаяся изучением физических основ функционирования, исследованием, разработкой и применением приборов, работа которых основана на протекании электрического тока в твердом теле (полупроводниковые приборы), в вакууме (электронные приборы) и газе (ионные приборы). Главное место среди них в настоящее время занимают полупроводниковые приборы.

Электроника подразделяется на два крупных научных направления (рис. 1.1):

1) радиоэлектроника (РЭ) – применение электроники в радиотехнике и телевидении;

2) промышленная электроника (ПЭ) – применение электроники на транспорте, в промышленности и электроэнергетике.

Промышленная электроника в свою очередь подразделяется на информационную и энергетическую.

К информационной электронике относятся электронные системы и устройства, связанные с измерением, контролем и управлением промышленными объектами и технологическими процессами. Кроме того, это и устройства для передачи, обработки и отображения информации (усилители сигналов, генераторы напряжений, логические схемы, счетчики, индикаторы, дисплеи ЭВМ и т.д.).

Энергетическая электроника (преобразовательная техника) занимается преобразованием одного вида электрической энергии в другой (электропривод, электрическая тяга, электроэнергетика, электротермия, электротехнологии и т.д.).

Рис. 1.1. Научные направления электроники

Радиоэлектроника и информационная электроника представляют собой слаботочную электронику, энергетическая электроника – силовую.

Основное направление в учебном процессе подготовки студентов по специальности 190401 (101800) «Электроснабжение железных дорог» занимает энергетическая электроника.

В настоящее время почти вся электрическая энергия вырабатывается и передается к месту потребления на переменном токе. Это объясняется тем, что источник электрической энергии переменного тока – синхронный генератор прост как по своему устройству, так и с точки зрения эксплуатации. Кроме того, переменный ток позволяет осуществлять трансформацию электрической энергии, а, следовательно, и более экономично передавать ее на большие расстояния.

Однако ряд приемников электрической энергии нуждается в постоянном токе. Для одних приемников постоянный ток является единственно приемлемым видом тока (электрохимия, рентгенотехника), для других – видом тока, обеспечивающим ряд технических или экономических преимуществ электрической установки (электрический транспорт, грузоподъемные устройства, релейная защита, автоматика и т.д.). В настоящее время примерно 40  вырабатываемой электрической энергии преобразуется в постоянный ток.

В частности на подвижном составе магистральных электрических железных дорог, городского электрического транспорта (трамвай, троллейбус), метрополитена, карьерного (рудничного) и шахтного транспорта в основном устанавливаются электродвигатели постоянного тока. В связи с этим в системе источник – приемник электрической энергии должен быть преобразователь переменного тока в постоянный.

Электрификация железных дорог в России осуществлялась на постоянном токе (на 01.01.2007 электрифицировано 43,05 % от эксплуатационной длины электрифицированных участков, что составляет 18,47 тыс. км) и на переменном токе (на 01.01.2007 электрифицировано 24,43 тыс. км). Эксплуатационная длина электрифицированных участков при этом составляет 42,9 тыс. км.

Разнообразие в видах потребляемой и вырабатываемой электрической энергии вызывает необходимость ее преобразовывать. Устройства, служащие для преобразования электрической энергии называются преобразователями. Основными видами преобразования электрической энергии является:

а) выпрямление – преобразование переменного тока в постоянный;

б) инвертирование – преобразование постоянного тока в переменный;

в) преобразование частоты.

Существует так же ряд других менее распространенных видов преобразования: формы кривой тока, числа фаз, преобразователи постоянного тока (конверторы) и др.

В отдельных случаях используются комбинации нескольких видов преобразования.

Преобразование электрической энергии может производиться различными способами. Наиболее широкое применение из них нашли:

1) электромашинные (вращающиеся) преобразователи;

2) статические преобразователи, использующие нелинейные элементы с вольт-амперной характеристикой ключевого (релейного) типа, обладающие малыми потерями энергии.

Принцип первого вида заключается в том, что электроэнергия одного вида подается на электрический двигатель, являющийся приводом генератора, который вырабатывает новый вид электроэнергии.

Этому способу присущи недостатки:

– инерционность;

– наличие подвижных частей;

– большие габариты, вес, шум, вибрация;

– низкий КПД, высокая стоимость и т.д.

В настоящее время уделяется большое внимание созданию способов статического преобразования электроэнергии. Большинство разработок основывается на использовании нелинейных элементов электронной техники.

Основными элементами статических преобразователей являются неуправляемые и управляемые электронные приборы с односторонней проводимостью – электрические вентили.

В зависимости от проводящей ток среды, по способу осуществления вентильной (односторонней) проводимости и по свойствам приборов, электрические вентили можно классифицировать следующим образом (рис. 1.2).

Электровакуумные приборы (ЭВП) называют электронными лампами, а газоразрядные – вследствие участия в рабочем процессе ионов газа или паров ртути – ионными.

Исторически первыми были изобретены электровакуумные приборы (двухэлектродные – в 1904 г., трехэлектродные – в 1907 г.). Отличительная особенность электровакуумных вентилей – разрежение в баллоне вентиля до значений 10-6-10-7 мм рт.ст. При таком разрежении электроны перемещаются практически без столкновений.

Достоинства ЭВП: позволяют выпрямлять переменный ток в постоянный и преобразовывать постоянный в переменный (низкой или высокой частоты).

Недостатки ЭВП: небольшая мощность, малые токи вследствие ограниченной эмиссии электронов с катодов (меньше или равны 1А), большое внутреннее сопротивление, необходимость поддержания высокого вакуума.

Рис. 1.2. Классификация электрических вентилей

Газоразрядные приборы появились в 20-х годах прошлого столетия, в 30-х годах большое распространение получили ионные вентили с жидким ртутным катодом. Применялись до 60-х годов в мощных выпрямителях трехфазного и однофазного тока промышленной частоты. Огромную роль сыграли при электрификации железных дорог (в составе преобразователей тяговых подстанций и электроподвижного состава).

Достоинства газоразрядных приборов:

– токи до нескольких сотен (тысяч) ампер;

– напряжение до 15 кВ.

Недостатки газоразрядных приборов:

– необходимость поддержания высокого вакуума в корпусе (0,1-0,5 мм рт.ст.);

– необходимость поддержания постоянной температуры корпуса tк = 37-40 С посредством жидкостного охлаждения для сохранения оптимальной плотности ртутного пара;

– большие потери мощности и снижение КПД преобразователя (падение напряжения в ртутном вентиле составляет около 20 В).

Новый этап в развитии преобразовательной техники начался с конца 50-х годов прошлого столетия, когда появились новые полупроводниковые приборы – диоды и тиристоры. Эти приборы, разработанные на основе кремния, имеют ряд преимуществ перед электровакуумными и газоразрядными.

Достоинства полупроводниковых приборов:

– малые габариты и масса, т.е. компактны при равных токах;

– падение напряжения мало зависит от тока (0,5-1,8 В), что обусловливает высокий КПД;

– возможность воздушного охлаждения;

– быстродействие и повышенная надежность в работе при широком температурном диапазоне (от – 60 до + 140 С).

Недостатки полупроводниковых приборов:

– малая перегрузочная способность;

– высокая чувствительность к перенапряжениям.

С начала 80-х годов прошлого столетия, благодаря интенсивному развитию электроники, начинается создание нового поколения изделий силовой электроники:

  1. запираемые тиристоры (запираемый двухоперационный тиристор GTO – Gate Turn-Off Thyristor, запираемый тиристор с форсированным выключением GCT – Gate Commutated Turn-Off Thyristor и запираемый тиристор с блоком формирования импульсов управления в единой конфигурации IGCT – Integrated Gate Commutated Turn-Off Thyristor). Среди ведущих фирм-производителей этих силовых приборов можно отметить такие, как «Motorola», «Semikron», «Mitsubishi Electric», «Infineon Technologies». В России этими разработками занимается ОАО «Электровыпрямитель» (г. Саранск);

2) МОП(МДП)-транзисторы: полевые (MOS – Metall Oxide Semiconductor Transistor) и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor), управляемые структурой металл-оксид-полупроводник (металл-диэлектрик-полупроводник). Среди ведущих фирм-производителей этих приборов можно отметить такие, как «Hitachy», «Motorola», «Siemens», «Westinghouse corp.», ОАО «Электровыпрямитель» (г. Саранск).

Достоинства МОП(МДП)-приборов:

– обеспечение коммутации токов до 2500 А;

– напряжение до 3,5 кВ;

– быстродействие (у IGBT-транзистора tперекл= 200-400 нс);

– работа на частотах до 100 кГц.

МОП(МДП)-приборы вытесняют запираемые тиристоры в устройствах мощностью до 1 МВт и напряжением до 3,5 кВ.

Для традиционных тиристоров (обычного незапираемого p-n-p-n-переключателя SCR – Silicon Controlled Rectifier) и запираемых (GTO-, GCT- и IGCT-тиристоров) остается диапазон мощностей свыше 1 МВт и напряжением коммутации свыше 4,5 кВ. Ведутся работы по созданию запираемых тиристоров с полевым управлением MCT (MOS Controlled Thyristor). Если работы по созданию этих тиристоров завершатся успешно, то эра классических силовых полупроводниковых приборов – тиристоров и биполярных транзисторов завершится.

Наиболее перспективные приборы силовой электроники для схем преобразователей – IGBT и MCT.

Несмотря на некоторое увлечение новыми материалами для приборов силовой электроники (арсенид галлия, карбид кремния и др.), основным материалом в ближайшее десятилетие остается кремний.

Электроника (наука)

Электроника (наука)

Электро́ника — раздел электротехники, наука об использовании электрических устройств, которые работают на основе управления потоками электронов или других заряженных частиц в таких устройствах, как электронные лампы или полупроводниковые приборы. В общем случае системы в электронике принято разделять на цифровые и аналоговые.

Устройства для электрических измерений

  • Амперметр или Гальванометр (измерение силы тока)
  • Вольтметр (измерение напряжения)
  • Омметр или Измерительный мост (измерение сопротивления)
  • Осциллограф (измеряет все вышеперечисленное при изменении во времени, графически показывает форму входного сигнала на дисплее)
  • LC-метр (измерение индуктивности и ёмкости)
  • Мультиметр или Мультимер (измеряет всё вышеперечисленное кроме ёмкости и индуктивности (при стандартном, наиболее часто встречающемся наборе функций) хотя существуют мультиметры, измеряющие всё вышеперечисленное и имеющие дополнительные возможности, такие как измерение коэффициента усиления транзисторов или температуры)
  • Логический анализатор (проверка цифровых схем)
  • Спектр-анализатор (измеряет распределение спектра сигналов)
  • Векторный спектр-анализатор (аналогично спектр-анализатору, но с добавлением функций цифровой демодуляции)
  • Электрометр (измерение напряжённости электрического поля)
  • Частотомер (измерение частоты)

Соединительные элементы

  • Печатная плата
  • Электрический разъём
  • Провод, кабель или жгут проводов

Пассивные элементы

  • Резистор
  • Конденсатор
  • Индуктивность
  • Трансформатор
  • Кварцевый резонатор
  • Варистор
  • Предохранитель
  • Самовосстанавливающийся предохранитель
  • Линия задержки

Активные компоненты (твердотельные)

Различные электронные компоненты

  • Диод
    • Светодиод
    • Фотодиод
    • Полупроводниковый лазер
    • Диод Шоттки
    • Стабилитрон
    • Стабистор
    • Варикап (варактор)
    • Вариконд
    • Диодный мост или выпрямительный диод
    • Диоды с областью «отрицательного сопротивления»
      • Лавинно-пролётный диод
      • Туннельный диод
      • Диод Ганна
  • Транзистор
    • Биполярный транзистор
    • Полевой транзистор
    • КМОП-транзистор
    • Однопереходный транзистор
    • Фототранзистор
    • Составной транзистор (Транзистор Дарлингтона)
  • Интегральная схема
    • Цифровая интегральная схема
    • Аналоговая интегральная схема
  • Другие активные элементы
    • Тиристор (динистор, тринистор, симистор)

Пассивные компоненты (вакуумные)

  • Бареттер

Активные компоненты (вакуумные и газоразрядные)

Электронная лампа большой мощности

К данному классу относятся приборы, состоящие из колбы, наполненной инертным газом, либо вакуумированной, и системы электродов.

  • Электронная лампа
    • Диод
    • Триод
    • Тетрод
    • Пентод
    • Механотрон
    • Клистрон
    • Магнетрон
    • Амплитрон
    • Платинотрон

  • Электронно-лучевая трубка
  • Лампа бегущей волны (ЛБВ)

Устройства отображения

  • Электронно-лучевая трубка
  • Экран на жидких кристаллах
  • Светодиод
  • Газоразрядный индикатор
  • Флажковый индикатор — устар.
  • Семисегментный индикатор

Акустические устройства и датчики

  • Микрофон
  • Динамик, громкоговоритель
  • Тензорезистор
  • Пьезокерамические излучатели

Термоэлектрические устройства

  • Термистор
  • Термопара
  • Элемент Пельтье

Фотоэлектрические устройства

  • Фоторезистор
  • Фотодиод
  • Фототранзистор
  • Солнечная батарея
  • Оптрон
  • Оптореле, оптопара

Антенные устройства

  • Антенна

Аналоговые устройства

  • Аналоговый компьютер
  • Усилитель
  • Аналоговый умножитель
  • Фильтр
  • Генератор
  • Мультивибратор
  • Фазоинвертор
  • Смеситель
  • Источник питания
  • Выпрямитель
  • Импедансный согласователь
  • Операционный усилитель
  • Компаратор
  • Магнитный усилитель

Цифровые устройства

  • Логика
  • Инвертор
  • Вентиль
  • Триггер
  • Счётчик
  • Шифратор
  • Дешифратор
  • Регистр
  • Полусумматор
  • Сумматор
  • Арифметическо-логическое устройство
  • Запоминающие устройства (память)
  • Микроконтроллер
  • Микропроцессор

Надёжность электронных устройств

Надёжность электронных устройств складывается из надёжности самого устройства и надёжности электроснабжения. Надёжность самого электронного устройства складывается из надёжности элементов, надёжности соединений, надёжности схемы и др. Графически надёжность электронных устройств отображается кривой отказов (зависимость числа отказов от времени эксплуатации). Типовая кривая отказов имеет три участка с разным наклоном. На первом участке число отказов уменьшается, на втором участке число отказов стабилизируется и почти постоянно до третьего участка, на третьем участке число отказов постоянно растёт до полной непригодности эксплуатации устройства.

См. также

  • Разработка электронных схем
    • Полупроводник
    • Полупроводниковое устройство
    • Микроэлектроника
    • Интегральная схема
    • Оптоэлектроника
    • Печатная плата
    • Преобразователь энергии
    • Теория обработки сигналов
    • Способы монтажа
      • Стежковый монтаж
      • Поверхностный монтаж
  • Начала Электроники — экспериментальное изучения законов электричества на экране компьютера
  • Электрический элемент

Ссылки

  • Сайт посвященный обучению электронике. Очень много статей для начинающих

Электротехника и электроника как основа физики

Каждый день человек сталкивается с электричеством. Оно используется во всех частных домах и квартирах, на производстве, в офисных и промышленных помещениях. Изучением этого понятия занимается наука электротехника. Её основы изучают в школьном курсе физики, поэтому о том, как проложить проводку, распределить напряжение на бытовые приборы, знают даже ученики средних классов.

Значение электричества

Каждое вещество состоит из определённого количества молекул, которые делятся на атомы. У самой мелкой частицы есть ядро, вокруг него постоянно передвигаются протоны и электроны с положительными и отрицательными зарядами. Когда два элемента находятся близко друг к другу, то между ними образуется разность потенциалов. Это приводит к появлению электрического заряда, при котором электроны двигаются от одной материи к другой. Так появляется электричество — энергия, которую вызывает движение отрицательных зарядов.

Скорость их перемещения отличается, для его упорядочивания используют проводники — вещества, через которые проходит ток. Если электроны двигаются только в одном направлении, то такое электричество называется постоянным. При изменении перемещения возникает постоянный ток. Переменный позволяет работать всем бытовым приборам, используется в промышленности. Движением энергии можно управлять, это изучается в курсе «Основы электротехники».

Наука электротехника

В физике электротехника изучает все понятия, связанные с электричеством. Её проходят все, кто хочет получить специальность электрика. В учебных заведениях дисциплина называется «ТОЭ» — теоретические основы электротехники. Впервые об этой науке узнали в XIX веке, когда был изобретён источник тока и построены электрические цепи. Затем учёные сделали несколько физических открытий, а также в области математики и химии.

На первых занятиях ТОЭ студенты изучают основы электрического тока, его определение, разбираются свойства, сферы использования и характеристики. Затем рассказывают студентам о магнитных полях, приборах, которые получают питание от сети. Необязательно получать специальное образование в институте или колледже. Разобраться с работой электрической проводки можно самостоятельно.

Достаточно изучить сайты по электротехнике, несколько учебников или посмотреть видеоуроки. В быту этих знаний хватит для замены лампы в светильнике или ремонта электрического чайника. Но если есть желание профессионально работать с током, то необходимо получить специальное образование. Диплом позволит получить официальный допуск к таким занятиям.

Основные понятия

При изучении основ электротехники и электроники используют много формул и вычислений. В науке есть три основных понятия:

  • сопротивление;
  • сила тока;
  • напряжение.

Силой тока называют определённое количество заряда, который протекает через проводящее вещество за конкретный период. То есть это число электронов, проходящее из одного конца проводника в другой. Этот показатель считается самым опасным для жизни человека. Если взяться руками за голый провод, то электроны пройдут через живое тело. От их количества напрямую зависят повреждения, так как заряд выделяет тепло и активирует некоторые химические реакции, вредящие здоровью человека.

Но для того чтобы электричество свободно передвигалось по проводам, необходимо присутствие напряжения и разности потенциалов. Эти показатели должны быть постоянными, для чего электрическую цепь предварительно замыкают. На одном её конце располагается источник питания, который и отвечает за непрерывное движение электронов.

Третий параметр — сопротивление — физическая характеристика вещества, которая показывает способность к проведению заряда. Чем ниже этот показатель, тем больше электронов может пройти по проводнику за определённый период. С уменьшением сопротивления увеличивается сила тока. Высокий показатель величины снижает электричество, но нагревает проводник, что может привести к возгоранию.

Подразделы и темы

Понять то, что изучает электротехника, поможет перечень подразделов и тем, которые проходят в колледжах. Главная составляющая науки — это электромеханика. Она позволяет студентам узнать принципы работы тех устройств, которые получают питание от электричества. После этих занятий можно заняться ремонтом и даже проектированием оборудования.

На занятиях проходят особенности превращения электрической энергии в механическую с помощью двигателя или специального станка. Затем изучают обратные процессы, то есть работу трансформаторов и генераторов тока. Без знаний об электрических цепях, принципов их функционирования и других вопросов, которые охватывает основная дисциплина, невозможно начать изучение электромеханики.

К основным темам по электротехнике относят:

  • основы дисциплины;
  • цепи постоянного электрического тока;
  • магнитные цепи и электромагнитная индукция;
  • принципы переменного тока;
  • переходные процессы в электрических цепях с сосредоточенными показателями;
  • распределённые параметры;
  • приборы электроизмерительные;
  • силовые машины;
  • информационные приборы;
  • полупроводниковые материалы;
  • интегральные микросхемы;
  • первичные и вторичные источники питания;
  • теория электропривода;
  • микропроцессорные устройства;
  • радиотехника и приборы СВЧ.

Со всеми этими темами студенты знакомятся на занятиях, изучают основные формулы, проводят вычисления и лабораторные работы. Преподаватель должен объяснить всю теорию по дисциплине и показать работу электрического тока на практике.

Меры безопасности

Когда проходят практические занятия по изучению электротехники, необходимо позаботиться о безопасности учащихся. Ведь несоблюдение некоторых правил может привести к травмам и даже смертельным исходам. Основы работы с приборами, питающимися от сети:

  • ознакомление с инструкцией;
  • проверка изоляции проводников;
  • диагностика электросети.

Перед работой студенты обязательно должны прочесть инструкцию к каждому прибору. Без выполнения этого правила нельзя подключать устройства к сети. Особое внимание уделяют разделу, в котором описываются вопросы безопасности. Затем контролируют изоляцию проводников. Обычно все провода покрываются специальными материалами, которые не пропускают электричество, — диэлектриками или изоляторами. Если это покрытие повреждено, то его необходимо восстановить, в противном случае возможно возникновение травм.

Работу по восстановлению изоляции нужно проводить в специальном защитном костюме, который не проводит ток — резиновые перчатки и диэлектрические ботинки. Для выполнения третьего правила — проверки функционирования электрических сетей — используют только специальные инструменты. Не прикасаются к источникам голыми руками и металлическими предметами. Причинами травм и смертельных случаев электриков обычно становится невыполнение этих правил. Каждый день перед работой специалисты перечитывают инструкцию и ставят свою подпись, соглашаясь с тем, что они ознакомлены с правилами и готовы их выполнять.

Для того чтобы получить хоть какое-то представление об электричестве и приборах, которые с его помощью работаю, нужно изучить науку электротехники или ознакомиться с её основами. Особое внимание уделяют технике безопасности, так как нужно избежать травм во время работы.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх