Измерение размеров и контроль качества поверхностей деталей оптико-механическим способом , страница 22
Все полученные показания прибора заносятся в бланк отчёта. Сравнивая действительные размеры проходной и непроходной сторон калибра-пробки, полученные путём измерения, с допустимыми предельными размерами по ГОСТ 24853-81 и ГОСТ 24852-81 дать заключение о годности каждой стороны калибра-пробки отдельно.
Определить отклонение от правильной геометрической формы: овальность – как наибольшую разность размеров диаметра, измеренного в двух взаимно перпендикулярных направлениях одного сечения; конусность, бочкообразность (или вогнутость) – как наибольшую разность размеров диаметров, измеренных в двух различных сечениях.
Библиографический список
1. Белкин И. М. Допуски и посадки. М.: Машиностроение, 1992.
2. Ганевский Г. М., Гольдин И. И. Допуски, посадки и технические измерения. М.: Машиностроение, 1993.
3. Медовый И. А. и др. Исполнительные размеры калибров: Справочник. М.: Машиностроение, 1980.
Лабораторная работа № 5
ИЗМЕРЕНИЕ ВНУТРЕННИХ РАЗМЕРОВ ОПТИМЕТРОМ ИКГ
Цель работы: ознакомление с конструкцией горизонтального оптиметра ИКГ, с приёмами измерения на нём внутренних размеров и выдача на основании измерений заключения о годности измеряемой детали. Кроме этого, настоящая работа имеет своей целью также закрепление полученных на лекциях основных понятий об отечественной системе допусков на изготовление деталей и внутренних колец подшипников качения.
Принцип действия и оптическая система прибора
Принцип действия и оптическая система прибора ИКГ описана в работе № 4. В данном случае измерение внутренних диаметров производится наконечниками серёг 26, закруглённых на дугах 25. Закрепление серёг на осях дуг производится с помощью винтов 27 (рис. 1).
Порядок выполнения работы
При измерении внутренних размеров в качестве образцовой меры применяется калибр-скоба, составленная из блока концевых мер и особых боковичков, притираемых к блоку по концам и закреплённых в специальной державке.
Измерение производится в следующем порядке.
1. Установить основание прибора 1 (рис. 1) в горизонтальное положение с помощью регулировочных винтов 10 и круглого уровня 11.
2. Сдвинуть кронштейны 5 и 6, освободив предварительно их стопорные винты 12 так, чтобы выступ левой серьги 26 вошел в паз правой серьги.
ПРИМЕЧАНИЕ. Для сокращения затраты времени на настройку прибора взаимное положение дуг оптиметра и пиноли отрегулировано заранее. Поэтому стопорные винты 13 и 14 трогать не следует. Передвижение пиноли и трубки оптиметра производить только совместно с кронштейном 5 и 6.
Рис. 1. Общий вид оптиметра ИКГ для измерения внутренних размеров: 1 – основание прибора, 2 – трубка оптиметра, 3 – пиноль, 4 – проекционное устройство, 5, 6 – кронштейны, 7 – стол, 9 – трансформатор, 10 – регулировочный винт, 11 – круглый уровень, 12, 13, 14, 15 – стопорные винты, 16 – маховичок, 17 – стопорный винт, 18 – головка микрометрического винта, 19, 20 – рукоятки, 21 – стопорный винт, 22 – арретир, 23 – кремальера, 25 – серьга, 27 – винт
3. На середину стола 7 положить образцовую калибр-скобу, размер которой соответствует номинальному размеру проверяемого отверстия, и закрепить с помощью струбцин. При этом рабочие поверхности калибр-скобы должны быть перпендикулярны к линии измерения размера.
4. Отстопорить винт 15 и с помощью маховичка 16 поднять стол 7 так, чтобы внутренние поверхности боковичков калибр-скобы были на одной оси с измерительными наконечниками, находящимися на серьгах 26, т. е. необходимо поднять стол до уровня линии измерения. Застопорить столик винтом 15.
5. Поворотом кремальеры 23 переместить верхнюю площадку стола так, чтобы серьги 26 с измерительными наконечниками оказались внутри боковичков калибр-скобы.
6. Отодвинуть кронштейн 6 с пинолью так, чтобы наконечник слегка коснулся боковичка калибр-скобы. Застопорить кронштейн 6 винтом 12. Следить при этом, чтобы верхняя площадка стола свободно перемещалась в обе стороны вдоль линии измерения.
Устройство и принцип действия горизонтального оптиметра
Оптическая схема трубки оптиметра показана на рис.7.3. В нее входят: зеркало,объектив, призма полного внутреннего отражения, сетка и окуляр
Осветительную систему составляют зеркало в оправе и призма, установленная в рамке окуляра.
Сетка представляет собой стеклянную плоскопараллельную пластинку со шкалой и удлиненным штриховым индексом, причем деления шкалы нанесены на одной половине пластинки, а индекс — на другой. Шкала со стороны окуляра закрыта призмой так, что через окуляр можно видеть только индекс и изображение шкалы, отраженное от зеркала.
Лучи света, отражаясь от осветительного зеркала, через призму осветительной системы освещают шкалу; пройдя призму и объектив, они параллельным пучком падают на зеркало, отражаются от него и возвращаются
в объектив, снова проходя призму, сеткуи попадают в окуляр. При осевом перемещении измерительного штифта трубки оптиметра зеркало будет отклоняться на некоторый угол φ, вследствие чего изображение шкал в поле зрения окуляра будет перемещаться относительно неподвижного индекса.
При установке окуляра по глазу наблюдателя; видно одновременно изображение шкалы и индекса.
Оптическая схема оптиметра ИКГ-3
Между величиной перемещения измерительного штифта и величиной перемещения изображения шкалы существует следующая зависимость:
перемещение штифта на величину h (рис. 7.4) вызывает наклон зеркала на угол φ величина которого определяется из отношения
/7,1/
где b — длина плеча, равная расстоянию от оси вращения зеркаладо точки касания штифта.
Луч MN при отражении от зеркала отклонится на угол 2φ и точка М вследствие этого переместится в точку М1.
Схема соотношения между величиной перемещения измерительного штифта и величиной перемещения изображения шкалы
Из треугольника MNM1 имеем:
/7,2/
где H – величина перемещения изображения шкалы;
MN – фокусное расстояние объектива.
Так как углы φ и 2φ малы, то значения tgφ tg2φ можно заменить значениями этих углов, тогда:
/7,3/
Полученное соотношение является передаточным отношением между величиной перемещения измерительного штифта и величиной перемещения изображения шкалы.
На рис. 7.5 показаны шкала и удлиненный штриховой индекс, видимые в поле зрения трубки оптиметра. Шкала имеет 100 делений с каждой стороны от нуля, расположенных симметрично.
Видимое в окуляр смещение шкалы на одно деление соответствует осевому перемещению измерительного штифта на 0,001 мм.
Общий вид прибора показан на рис. 7.6.
Шкала, видимая в окуляр
Оптиметр горизонтальный ИКГ-3, общий вид
Основными узлами прибора являются основание с установленными на нем измерительным столиком и валом. На валу с помощью кронштейнов закреплены дуги с подвижными измерительными серьгами. Оптическая трубка расположена на правом кронштейне. Перемещение серьги вызывает перемещение шкалы в окуляре. Измерительный столик может перемещаться в вертикальной плоскости при вращении маховика и в горизонтальной плоскости при вращении винта на измерительном столике. Ручкой на измерительном столике можно повернуть столик на угол вокруг вертикальной оси, а эксцентриком можно повернуть столик вокруг горизонтальной оси (при этом стопорные винты должны быть ослаблены).
При работе с оптиметром можно использовать различные приспособления, которые позволяют измерять наружные и внутренние линейные размеры изделий.
Оптиметр должен работать в сухом и чистом помещении при отсутствии тряски и вибраций. При измерениях необходимо соблюдать строгий температурный режим. Отклонения температуры от нормальной (20 о С) не должны превышать ±2 о С, а при особо важных измерениях ±0,5 о С. Перед работой необходимо проверить установку по горизонту по круговому уровню.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 10091 – | 7838 – или читать все.
194.79.20.244 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
Физика практические работы. Конспект лекций
Лабораторная работа 102
ИЗМЕРЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ОПТИМЕТРОМ ИКГ
Цель работы: ознакомиться с устройством горизонтального оптиметра ККГ, провести измерение толщины алюминиевой фольги и статистическую обработку результатов прямого измерения.
Назначение и устройство ИКГ. Оптиметр – оптикомеханический прибор, который служит для измерения линейных размеров абсолютным (в пределах шкалы) или относительным (сравнением о концевой мерой мины) методами. На горизонтальном оптиметре можно производить измерения толщины пластинок, диаметра шариков, внутренних диаметров.
ИКГ состоит из массивного штатива I (рио.1), на котором укреплены предметный столик 2, оптическая труба 3 с оптическим отсчетным устройством. В левой части трубы укреплен штифт 4, соприкасающийся с поверхностью измеряемого изделия. Отсчеты при измерении снимают по шкале окуляра 5,6 – пиноль-металлическая труба, внутри которой помещается стержень 9 с пружиной. Стержень может перемещаться вдоль оси вращением винта 7,
а положение наконечника 9 закрепляется винтом 8. Составной частью оптиметра является проекционное устройство ПН-6.
Оптическая труба оптиметра – основная часть прибора (рис.2). Световой поток источника S , отражаясь от зеркала 3 и призмы П1 (явление полного внутреннего отражения), освещает шкалу Ш, которая находится в фокальной плоскости объектива ОБ и через окуляр ОК не видна, так как она закрыта призмой П1. Пройдя через призму П2 и объектив ОЕ, лучи падают на зеркало З2, в котором изображается шкала Ш. При отражении лучей от зеркала З2 изображение шкалы И по принципу автоколлимации создается объективом рядок с самой шкалой Ш так, что нулевой штрих совпадает с неподвижным указателем у .
Наблюдение ведется через окуляр ОК. Если совпадения нет, то его можно добиться смещением штифта 4 винтом 7 (см-рис.1). Измеряемая деталь, помещенная между наконечниками 4 и 9 (см.рис. I и 2), приведет к поступательному перемещению штифта 4, который повернет плоское зеркало З2 на угол φ .Изображение шкалы И смещается параллельно шкале Ш; величина смещения отсчитывается относительно неподвижного указателя.
Механические и оптические соотношения системы оптиметра подобраны так, что видимое в окуляр смещение изображения шкалы на одно деление соответствует осевому перемещению штифта на один микрон, т.е. цена деления прибора – I мк.
Измерения и обработки результатов измерений
1. Включить осветитель ИКГ через трансформатор в сеть (220 В).
2. Проверить в окуляре видимость изображения шкалы (при необходимости настройки прибора обратиться к лаборанту или преподавателю).
3. Произвести установку нуля с помощью микровинта 7.
4. Держатель наконечника 1С отвести влево и в появившийся зазор между наконечниками штифта и стержня 4 в 9 ввести фольгу. Изображение шкалы сместится относительно указателя; величина этого смещения равна толщине фольги.
5. Сделать десять измерений толщины фольги в равных ее местах (hi ). Перед каждым измерением проверять установку нуля шкалы.
6. Оценить случайную ошибку прямого измерения:
а). Значения отдельных измерений hi занести в табл.1.
б). Определить среднее арифметическое измеряемой величины
где n – число измерений.
в). Найти остаточные ошибки и занести их в 3-й столбец табл.1.
г). Определить среднюю квадратичную
погрешность отдельного измерения:
.
Заполнить 4 столбец табл.1 квадратами разностей подсчитать сумму этих квадратов и вычислить Sn.
д). Устранить промахи. Проанализировать результаты измерений и отбросить промахи, если обработку результатов вести без использования данных, подозреваемых на промахи. Если подозрения не оправдались, и вычислить из полного числа измерений.
е). Вычислить среднюю квадратичную погрешность среднего арифметического:
ж). По табл. Стьюдента определить коэффициент Стьюдента для n=10 и заданной доверительной вероятности δ = 0,95.
з) Найти случайную ошибку (граница доверительного интервала) среднего значения измерения.
7. Оценить величину систематической ошибки:
а) определить величину погрешности прибора β;
б) найти коэффициент Стьюдента для заданной доверительной вероятности δ=0,95 и бесконечно большого числа измерений;
в) вычислить систематическую ошибку измерения
.
8. Оценить границы доверительного интервала с учетом совместного влияния случайной и систематических ошибок.
При расчете пренебречь меньшей погрешностью, если одна из них меньше 1/3 другой.
9. Вычислить относительную ошибку измерения
10. Записать окончательный результат измерения
при δ=0,95 и n=10.
I. Принцип работы ИКГ.
2. Теория ошибок прямого измерения:
а) прямые и косвенные измерения,
б) классификация погрешностей измерения; причины их возникновения; методы обнаружения и исключения.
в) абсолютная и относительная ошибки,
г) выборочный метод оценки погрешности результата из-мерения,
д) доверительная вероятность и доверительный интервал.
3. Объяснить полученную форму записи результата измерения.
4. Как повысить точность результата измерений?
3.4.4. Устройство синхронизации и формирования импульсов
Устройство синхронизации и формирования импульсов (УСФИ) предназначено для формирования синхронизирующих (задающих) видеоимпульсов и декодирования (дешифрирования) отраженных сигналов в режиме АКТ. Это устройство в ПРЛ реализовано в виде блока синхронизации и формирования (БСФ).
Структурная схема БСФ представлена на рис.3.5.
В ее состав входят два одинаковых канала (один – рабочий, другой – резервный) и коммутатор выходных сигналов (КВС) этих каналов. Входные сигналы БСФ одновременно поступают на оба канала, а выходные сигналы поступают к потребителям только от рабочего канала. Каждый из каналов включает плату формирователей (ПФ), плату синхронизации (ПС) и плату дешифратора (ПДШ).
Рис.3.5. Структурная схема блока синхронизации и формирования
Плата формирователей состоит из совокупности усилителей входных и выходных сигналов БСФ, обеспечивающих им необходимые величины и формы.
Плата синхронизации является основным узлом БСФ, в котором формируются все импульсы запуска устройств ПРЛ и задающие импульсы для БОП, БУО, выносного индикатора системы посадки (ВИСП), расположенного на командно-диспетчерском пункте (КДП), и аппаратуры сопряжения (АС).
Плата дешифратора выполняет декодирование и необходимую задержку отраженного выходного сигнала приемника в режиме АКТ (ВС АКТ). Кроме того, здесь же формируются угловые метки курса и глиссады (УМК и УМГ) и юстировочные метки (ЮМ) по видеосигналам ВС ФМ-К и ВС ФМ-Г от фотомодуляторов (фотодатчиков), установленных на валах вращения антенн АГ и АК.
В режимах ПАСС и АКТ блок работает в режиме внутренней синхронизации, а в режиме СДЦ – внешней синхронизации.
Как было отмечено выше, плата синхронизации обеспечивает формирование запускающих импульсов во всех режимах работы посадочного радиолокатора. Задачей платы является обеспечить необходимую задержку ЗИ. После нормализации ЗИ по величине и длительности в ПФ формируются соответствующие импульсы запуска передатчиков.
Рис.3.6. Структурная схема платы синхронизации
Рассмотрим принцип формирования ЗИ в различных режимах работы радиолокатора по структурной схеме платы синхронизации (рис.3.6).
В режиме СДЦ при наличии команды ВКЛ. СДЦ, поступающей на схему И-1, импульсы ЗИ 2180 и ЗИ КОМ от УСДЦ через схему ИЛИ переведут триггер в состояние «1», выходной сигнал которого отпирает вентиль И-2 для импульсных сигналов опорного генератора (ОГ) с частотой FОП = 8 МГц. На выходе делителя на «8» будет сформирована последовательность импульсов с частотой FИ = 1 МГц, что соответствует периоду повторения ТИ = 1 мкс. Счетчик импульсов (СЧИ) на 6 разрядов и дешифратор (ДШ) на 5 состояний счетчика выполняют функцию многоотводной (на 5 отводов) цифровой линии задержки (время задержки обеспечивается с точностью до целых микросекунд). Блок аналоговых электрических линий задержки (ЭЛЗ) обеспечивает подбор необходимой задержки с точностью до десятых долей микросекунды. Сигнал 6-го разряда счетчика переводит счетчик, делитель и триггер в состояние «0», подготавливая схему к очередному циклу.
В режиме ПАСС или АКТ первоначально ЗИ с частотой FИ = 2180 Гц (ТИ = 458 мкс) или FИ = 1090 Гц (ТИ = 916 мкс) формируются на выходе дешифратора состояния 6-го и 7-го разрядов, на вход которого поступают поделенные на 7168 импульсы опорного генератора. Эти импульсы через схемы И-3 или И-4, при наличии команд включения режима ПАСС или АКТ, поступают на описанную выше схему задержки.
Временные диаграммы процесса формирования синхроимпульсов в БСФ в различных режимах работы и запроса ПРЛ показаны на рис.3.7. В режиме ПАСС индикатор запускается импульсами ИЗ ИКГ ПАСС (рис.3.7, а) с периодом ТИ ПАСС = 458 мкс на 2,7 мкс раньше запуска передатчика обзора ПД-1 (рис.3.7, б). Это необходимо для исключения прихода выходных ВС БУО на нелинейный начальный участок развертки дальности ИКГ.
В режиме АКТ период повторения импульсов запуска составляет ТИ АКТ =916 мкс, что обеспечивает однозначное определение дальности в зоне не менее 40 км. При этом в режиме АКТ с подавлением (РСП-2) используются оба передатчика ПРЛ: первым запускается (рис.3.7, в) передатчик подавления (ПД-2), формирующий радиоимпульс подавления длительностью 0,9 мкс, а через 2,4 мкс – ПД-1 (рис.3.7, г), который формирует кодовую пару импульсов длительностью 0,45 мкс каждый. Так как на декодирование запросных импульсов в самолетном ответчике и ответных сигналов ответчика в БОП необходимо дополнительное время, то для получения соответствия положения на временной оси декодированного ответного сигнала истинной дальности до самолета ИКГ запускается в АКТ режиме с задержкой на 28 мкс (рис.3.7, д).
В режиме СДЦ импульсы запуска ИЗ ПРД СДЦ (рис.3.7, з) формируются с задержкой на 2,7 мкс относительно импульсов ЗИ КОМ. (рис.3.7, е), поступающих из УСДЦ. ИЗ ИКГ СДЦ совпадают с импульсами запуска ИЗ ИКГ ПАСС (рис.3.7, ж).
В совмещенном режиме СДЦ + ПАСС передатчик и ИКГ запускаются теми же импульсами, что и в режиме СДЦ.
Плата дешифратора обеспечивает декодирование отраженного сигнала ВС АКТ, а также формирование угловых меток курса и глиссады для ИКГ, ВИСП и АС. Структурная схема ПДШ по-
Рис.3.7. Синхроимпульсы, формируемые в БСФ
казана на рис.3.8. Принцип декодирования отраженного парного сигнала в режиме с подавлением (работает и ПД-2) и без подавления одинаков. На входе ПДШ с помощью усилителя и ограничителя (УО) ВС АКТ формируется по величине. Декодирование пары ВЧ осуществляется с помощью линии задержки 1 (ЛЗ-1) с отводами на 3мкс и 5,4 мкс и схем И-1, И-2. Вторая линия задержки (ЛЗ-2) задерживает декодированный видеоимпульс на 21,2 мкс. При этом декодированный отраженный ВИ в режиме РСП-1 задерживается в итоге на 28 мкс, а в режиме РСП-2 – на 25,6 мкс, что необходимо для совмещения его с декодированным ответным сигналом во вторичном канале.
Рис.3.8. Структурная схема платы дешифратора
Принцип формирования угловых меток (УМ) одинаков. Видеосигнал угловой метки с фотомодулятора (ВС ФМ), установленного на валу вращения антенны (АГ или АК) поступает на формирователь угловых меток (ФУМ) канала курса или глиссады. Начало этого сигнала (ВС ФМ-К и ВС ФМ-Г) не соответствует началу развертки, а его длительность превышает длительность развертки. Поэтому ФУМ преобразует этот видеосигнал таким образом, что в результате на его выходе получается видеоимпульс длительностью 310 мкс, начало которого привязано к началу развертки ИКГ, а окончание – к импульсу конца масштаба (ИКМ). Длительность выходного импульса ФУМ не превышает период следования ИЗ ИКГ и обеспечивает засветку только одной линии развертки.
Что такое транзистор и как он работает?
Принцип полупроводникового управления электрическим током был известен ещё в начале ХХ века. Несмотря на то, что инженеры, работающие в областях радиоэлектроники, знали как работает транзистор, они продолжали конструировать устройства на основе вакуумных ламп. Причиной такого недоверия к полупроводниковым триодам было несовершенство первых точечных транзисторов. Семейство германиевых транзисторов не отличались стабильностью характеристик и сильно зависели от температурных режимов.
Серьёзную конкуренцию электронным лампам составили монолитные кремниевые транзисторы лишь в конце 50-х годов. С этого времени электронная промышленность начала бурно развиваться, а компактные полупроводниковые триоды активно вытесняли энергоёмкие лампы со схем электронных приборов. С появлением интегральных микросхем, где количество транзисторов может достигать миллиардов штук, полупроводниковая электроника одержала убедительную победу в борьбе за миниатюризацию устройств.
Что такое транзистор?
В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности.
Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств – от нескольких нанометров (бескорпусные элементы, используемые в микросхемах), до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до 1000 В.
Устройство
Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе. Полупроводниками служат материалы на основе кремния, германия, арсенида галлия и других химических элементов. Сегодня проводятся исследования, готовящие на роль полупроводниковых материалов некоторые виды полимеров, и даже углеродных нанотрубок. Видимо в скором будущем мы узнаем о новых свойствах графеновых полевых транзисторов.
Раньше кристаллы полупроводника располагались в металлических корпусах в виде шляпок с тремя ножками. Такая конструкция была характерна для точечных транзисторов.
Сегодня конструкции большинства плоских, в т. ч. кремниевых полупроводниковых приборов выполнены на основе легированного в определённых частях монокристалла. Они впрессованы в пластмассовые, металлостеклянные или металлокерамические корпуса. У некоторых из них имеются выступающие металлические пластины для отвода тепла, которые крепятся на радиаторы.
Электроды современных транзисторов расположены в один ряд. Такое расположение ножек удобно для автоматической сборки плат. Выводы не маркируются на корпусах. Тип электрода определяется по справочникам или путём измерений.
Для транзисторов используют кристаллы полупроводников с разными структурами, типа p-n-p либо n-p-n. Они отличаются полярностью напряжения на электродах.
Схематически строение транзистора можно представить в виде двух полупроводниковых диодов, разделённых дополнительным слоем. (Смотри рисунок 1). Именно наличие этого слоя позволяет управлять проводимостью полупроводникового триода.
Рис. 1. Строение транзисторов
На рисунке 1 схематически изображено строение биполярных триодов. Существуют ещё класс полевых транзисторов, о которых речь пойдёт ниже.
Базовый принцип работы
В состоянии покоя между коллектором и эмиттером биполярного триода ток не протекает. Электрическому току препятствует сопротивление эмиттерного перехода, которое возникает в результате взаимодействия слоёв. Для включения транзистора требуется подать незначительное напряжение на его базу.
На рисунке 2 показана схема, объясняющая принцип работы триода.
Рис. 2. Принцип работы
Управляя токами базы можно включать и выключать устройство. Если на базу подать аналоговый сигнал, то он изменит амплитуду выходных токов. При этом выходной сигнал точно повторит частоту колебаний на базовом электроде. Другими словами, произойдёт усиление поступившего на вход электрического сигнала.
Таким образом, полупроводниковые триоды могут работать в режиме электронных ключей или в режиме усиления входных сигналов.
Работу устройства в режиме электронного ключа можно понять из рисунка 3.
Рис. 3. Триод в режиме ключа
Обозначение на схемах
Общепринятое обозначение: «VT» или «Q», после которых указывается позиционный индекс. Например, VT 3. На более ранних схемах можно встретить вышедшие из употребления обозначения: «Т», «ПП» или «ПТ». Транзистор изображается в виде символических линий обозначающих соответствующие электроды, обведённые кружком или без такового. Направление тока в эмиттере указывает стрелка.
На рисунке 4 показана схема УНЧ, на которой транзисторы обозначены новым способом, а на рисунке 5 – схематические изображения разных типов полевых транзисторов.
Рис. 4. Пример схемы УНЧ на триодах
Виды транзисторов
По принципу действия и строению различают полупроводниковые триоды:
Эти транзисторы выполняют одинаковые функции, однако существуют различия в принципе их работы.
Полевые
Данный вид триодов ещё называют униполярным, из-за электрических свойств – у них протекает ток только одной полярности. По строению и типу управления эти устройства подразделяются на 3 вида:
- Транзисторы с управляющим p-n переходом (рис. 6).
- С изолированным затвором (бывают со встроенным либо с индуцированным каналом).
- МДП, со структурой: металл-диэлектрик-проводник.
Отличительная черта изолированного затвора – наличие диэлектрика между ним и каналом.
Детали очень чувствительны к статическому электричеству.
Схемы полевых триодов показано на рисунке 5.
Рис. 5. Полевые транзисторы Рис. 6. Фото реального полевого триода
Обратите внимание на название электродов: сток, исток и затвор.
Полевые транзисторы потребляют очень мало энергии. Они могут работать больше года от небольшой батарейки или аккумулятора. Поэтому они нашли широкое применение в современных электронных устройствах, таких как пульты дистанционного управления, мобильные гаджеты и т.п.
Биполярные
Об этом виде транзисторов много сказано в подразделе «Базовый принцип работы». Отметим лишь, что название «Биполярный» устройство получило из-за способности пропускать заряды противоположных знаков через один канал. Их особенностью является низкое выходное сопротивление.
Транзисторы усиливают сигналы, работают как коммутационные устройства. В цепь коллектора можно включать достаточно мощную нагрузку. Благодаря большому току коллектора можно понизить сопротивление нагрузки.
Более детально о строении и принципе работы рассмотрим ниже.
Комбинированные
С целью достижения определённых электрических параметров от применения одного дискретного элемента разработчики транзисторов изобретают комбинированные конструкции. Среди них можно выделить:
- биполярные транзисторы с внедрёнными и их схему резисторами;
- комбинации из двух триодов (одинаковых или разных структур) в одном корпусе;
- лямбда-диоды – сочетание двух полевых триодов, образующих участок с отрицательным сопротивлением;
- конструкции, в которых полевой триод с изолированным затвором управляет биполярным триодом (применяются для управления электромоторами).
Комбинированные транзисторы – это, по сути, элементарная микросхема в одном корпусе.
Как работает биполярный транзистор? Инструкция для чайников
Работа биполярных транзисторов основана на свойствах полупроводников и их сочетаний. Чтобы понять принцип действия триодов, разберёмся с поведением полупроводников в электрических цепях.
Полупроводники.
Некоторые кристаллы, такие как кремний, германий и др., являются диэлектриками. Но у них есть одна особенность – если добавить определённые примеси, то они становятся проводниками с особыми свойствами.
Одни добавки (доноры) приводят к появлению свободных электронов, а другие (акцепторы) – образуют «дырки».
Если, например, кремний легировать фосфором (донор), то получим полупроводник с избытком электронов (структура n-Si). При добавлении бора (акцептор) легированный кремний станет полупроводником с дырочной проводимостью (p-Si), то есть в его структуре будут преобладать положительно заряженные ионы.
Односторонняя проводимость.
Проведём мысленный эксперимент: соединим два разнотипных полупроводника с источником питания и подведём ток к нашей конструкции. Произойдёт нечто неожиданное. Если соединить отрицательный провод с кристаллом n-типа, то цепь замкнётся. Однако, когда мы поменяем полярность, то электричества в цепи не будет. Почему так происходит?
В результате соединения кристаллов с разными типами проводимости, между ними образуется область с p-n переходом. Часть электронов (носителей зарядов) из кристалла n-типа перетечёт в кристалл с дырочной проводимостью и рекомбинирует дырки в зоне контакта.
В результате возникают некомпенсированные заряды: в области n-типа – из отрицательных ионов, а в области p-типа из положительных. Разница потенциалов достигает величины от 0,3 до 0,6 В.
Связь между напряжением и концентрацией примесей можно выразить формулой:
VT – величина термодинамического напряжения, Nn и Np – концентрация соответственно электронов и дырок, а ni обозначает собственную концентрацию.
При подсоединении плюса к p-проводнику, а минуса к полупроводнику n-типа, электрические заряды преодолеют барьер, так как их движение будет направлено против электрического поля внутри p-n перехода. В данном случае переход открыт. Но если полюса поменять местами, то переход будет закрыт. Отсюда вывод: p-n переход образует одностороннюю проводимость. Это свойство используется в конструкции диодов.
От диода к транзистору.
Усложним эксперимент. Добавим ещё одну прослойку между двумя полупроводниками с одноименными структурами. Например, между кремниевыми пластинами p-типа вставим прослойку проводимости (n-Si). Не трудно догадаться, что произойдёт в зонах соприкосновения. По аналогии с вышеописанным процессом образуются области с p-n переходами, которые заблокируют движение электрических зарядов между эмиттером и коллектором, причём независимо от полярности тока.
Самое интересное произойдёт тогда, когда мы приложим незначительное напряжение к прослойке (базе). В нашем случае, подадим ток с отрицательным знаком. Как и в случае с диодом, образуется цепь эмиттер-база, по которой потечёт ток. Одновременно прослойка начнёт насыщаться дырками, что приведёт к дырочной проводимости между эмиттером и коллектором.
Посмотрите на рисунок 7. На нём видно, что положительные ионы заполнили всё пространство нашей условной конструкции и теперь ничто не мешает проводимости тока. Мы получили наглядную модель биполярного транзистора структуры p-n-p.
Рис. 7. Принцип работы триода
При обесточивании базы транзистор очень быстро приходит в первоначальное состояние и коллекторный переход закрывается.
Устройство может работать и в усилительном режиме.
Ток коллектора связан прямой пропорциональностью с током базы: Iк = ß*IБ, где ß – коэффициент усиления по току, IБ – ток базы.
Если изменить величину управляющего тока, то изменится интенсивность образования дырок на базе, что повлечёт за собой пропорциональное изменение амплитуды выходного напряжения, с сохранением частоты сигнала. Этот принцип используют для усиления сигналов.
Подавая на базу слабые импульсы, на выходе мы получаем такую же частоту усиления, но со значительно большей амплитудой (задаётся величиной напряжения, приложенного к цепочке коллектор эмиттер).
Аналогичным образом работают npn транзисторы. Меняется только полярность напряжений. Устройства со структурой n-p-n обладают прямой проводимостью. Обратную проводимость имеют транзисторы p-n-p типа.
Остаётся добавить, что полупроводниковый кристалл подобным образом реагирует на ультрафиолетовый спектр света. Включая и отключая поток фотонов, или регулируя его интенсивность, можно управлять работой триода или менять сопротивление полупроводникового резистора.
Схемы включения биполярного транзистора
Схемотехники используют следующие схемы подключения: с общей базой, общими электродами эмиттера и включение с общим коллектором (Рис. 8).
Рис. 8. Схемы подключения биполярных транзисторов
Для усилителей с общей базой характерно:
- низкое входное сопротивление, которое не превышает 100 Ом;
- хорошие температурные свойства и частотные показатели триода;
- высокое допустимое напряжение;
- требуется два разных источника для питания.
Схемы с общим эмиттером обладают:
- высокими коэффициентами усиления по току и напряжению;
- низкие показатели усиления по мощности;
- инверсией выходного напряжения относительно входного.
При таком подключении достаточно одного источника питания.
Схема подключения по принципу «общий коллектор» обеспечивает:
- большое входное и незначительное выходное сопротивление;
- низкий коэффициент напряжения по усилению ( Рисунок 9. Полевой транзистор с p-n переходом
По аналогичному принципу работают полевые триоды со встроенным и индуцированным каналом. Их схемы вы видели на рисунке 5.
Схемы включения полевого транзистора
На практике применяют схемы подключений по аналогии с биполярным триодом:
- с общим истоком – выдаёт большое усиление тока и мощности;
- схемы с общим затвором обеспечивающие низкое входное сопротивление, и незначительное усиление (имеет ограниченное применение);
- с общим стоком, работающие так же, как и схемы с общим эмиттером.
На рисунке 10 показаны различные схемы включения.
Рис. 10. Изображение схем подключения полевых триодов
Практически каждая схема способна работать при очень низких входных напряжениях.
Принцип работы БУО-П по функциональной схеме
Плата смесителей
Плата смесителей предназначена для коммутации видеосигналов по курсу и глиссаде и образования сигналов подсвета прямого хода радиолокационной развертки. Функциональная схема платы представлена на рис. 8.4. На вход смесителя 1 поступают для смешивания следующие сигналы: МЕТКИ 1км, 5 км, УГЛОВЫЕ МЕТКИ (К-Г), сигналы ВИДЕО, МЕТКИ ГЛП, ЭИПА. Коммутатор выполняет стробирование смешанной информации согласно поступающим с триггера Т сигналам управления. Смешанные метки и сигналы поступают на вход смесителя 2 между сигналами ЗАПУСК и КД. На выходе смесителя 2 формируется суммарный сигнал, содержащий всю необходимую видеоинформацию.
рисунок 8.4. Функциональная схема платы смесителя
В канале формирования импульсов подсвета сигнал с выхода триггера Т поступает на две схемы стробирования (совпадения), где стробируется в одной из них сигналом ЗОНА Г, а в другой – ЗОНА К. На выходах этих схем образуются сигналы подсвета прямого хода радиолокационной развертки в зонах К и Г, которые поступают на смеситель 3, а далее в БИ-45.
Плата формирователя меток дальности
Плата формирователя меток дальности предназначена для формирования импульсов меток дальности и стробирующих сигналов ЗОНА К(КК-КД), ЗОНА Г(КК-КД).
На вход платы поступают сигналы (рисунок 8.5): запуск 1, запуск 2, ЗОНА К, ЗОНА Г, ВКЛЮЧЕНИЕ М1-М2. Схема состоит из следующих элементов:
генератора ударного возбуждения (ГУВ);
формирователя меток 1 км;
счетчика 1 с коэффициентом деления 1:5;
счетчика 2 с коэффициентом деления 1:16;
рисунок 8.5. Функциональная схема платы формирователя меток дальности
ГУВ начинает работу по приходу задержанного импульса ЗАПУСК 2 с формирователя импульсов. Колебания синусоидальной формы с частотой 150 кГц поступают на формирователь меток дальности 1 км. Его импульсы запускают счетчики 1 и 2. обнуление счетчиков выполняется импульсом ЗАПУСК 1. Счетчики собраны на триггерах по схеме с параллельным переносом. С выходов разрядных триггеров счетчиков сигналы поступают на схемы совпадения, в которых при наличии на их других входах соответствующих управляющих сигналов вырабатываются перечисленные выше выходные сигналы.
Длительность сигнала КД может иметь значения либо 20 км, либо 40 км, определяется выбранным масштабом развертки (М1, М2).
Плата коммутации
Плата коммутации предназначена для коммутации и суммирования развертывающих напряжений по координатам X и У и напряжений смещения.
На вход платы поступают сигналы:
смещение курса – Есм = – 5 В;
Р.Н. У ( по К) амплитудой ± 5 В, t = 0,54 с;
смещение глиссады + Есм = + 5 В;
Р.Н. У (по Г) амплитудой ± 5 В, t = 0,33 с;
ЗОНА К (КК-КД) амплитудой + 2,4 В, t = 94 с;
ЗОНА Г (КК-КД) амплитудой + 2,4 В, t = 34 с.
Функциональная схема платы коммутации приведена на рисунок 8.6.
Плата состоит из двух отдельных каналов коммутации развертывающих напряжений:
коммутации развертки по координате У;
коммутации развертки по координате Х.
Первый канал, при поступлении управляющих сигналов зонА Г (КК-КД), зонА К (КК-КД), пропускает развертывающее напряжение глиссады (угловая информация Г с БРН) и смещение глиссады +Есм или развертывающее напряжение курса (угловая информация К с БРН) и смещение курса – Есм для суммирования на операционном усилителе (ОУ).
рисунок 8.6. Функциональная схема платы коммутации
Амплитуда развертывающих напряжений определяется текущим угловым положением антенн курса или глиссады при их качании в горизонтальной и вертикальной плоскостях (показано стрелками). Амплитуда +Есм характеризует величину смещения сектора глиссады вверх на ИКГ относительно центра, а -Есм – сектора курса вниз. Результирующее развертывающее напряжение по координате У поступает в БИ-45.
Второй канал выполняет с помощью ОУ суммирование напряжения смещения развертки по координате Х Есм.x с сигналом радиолокационной развертки по дальности нелинейного вида.
Плата развертки X
Плата развертки X предназначена для формирования напряжения развертки по дальности нелинейного вида (рисунок 8.6в). Такое напряжение необходимо для получения в блоке индикатора курса и глиссады нелинейной радиолокационной развертки по дальности (см. рисунок 8.1). Функциональная схема платы развертки приведена на рисунке 8.7.
рисунок 8.7. Функциональная схема платы развертки X
На вход платы поступают следующие сигналы:
постоянное напряжение Е = +3 В.
Как видно из функциональной схемы платы, постоянное напряжение через замкнутые контакты реле поступает на вход генератора пилообразного напряжения (ГПН). генератор пилообразного напряжения выполнен на операционном усилителе, охваченном обратной связью через емкость. При поступлении на вход платы сигнала ЗАПУСК 3 ключ размыкается и интегратор начинает генерировать напряжение пилообразной формы с высокой степенью линейности. Процесс обрывается с приходом сигнала конца дистанции (КД), вызывающим замыкание ключа. Нелинейный элемент формирует напряжение, по форме близкое к логарифмической зависимости. Сигнал на выходе платы представляет собой последовательность импульсов с нарастающей амплитудой от нуля до +5 В. длительность импульсов определяется выбранным масштабом М.
Плата сдвига начала
Плата сдвига начала предназначена для формирования импульсов запуска для различных плат БУО-П, а также для выделения по амплитуде меток дальности на время электронной индикации положения антенн.
Входные сигналы ПСН:
импульсы кодов с 1-го по 5-й разряды ПС с амплитудой U=2,4–4 В, t = 0,2 мкс;
метки 1 км с амплитудой U = 2,4 В, t = 0,2 мкс;
метки 5 км с амплитудой U = 2,4 В, t = 0,2 мкс;
импульсы СТРОБ ИНДИКАЦИИ с амплитудой U=2,4–4 В, t=30…100 мкс;
импульс ЗАПУСК с амплитудой U = (2,4 – 4) В, t = 1 мкс.
Функциональная схема ПСН приведена на рисунке 8.8.
Рисунок 8.8. Функциональная схема ПСН
формирователь сдвига начала 1;
формирователь сдвига начала 2;
Формирователь сдвига начала 1 выдает импульсы, задержанные от импульса запуска от 8 до 14 мкс в зависимости от положения переключателя СДВИГ НАЧАЛА 1 в ПСН. Выбор задержки выполняется при выполнении юстировки аппаратуры отображения. Аналогично работает формирователь сдвига начала 2. На выход платы, в цепь ЗАПУСК 2, поступает импульс сдвига начала 1 или сдвига начала 2 в зависимости от выбранного направления посадки.
Формирователь запуска предназначен для формирования импульса ЗАПУСК 3, задержанного на 0,4 мкс относительно импульса ЗАПУСК, а также для трансляции запускающего импульса ЗАПУСК, который на выходе формирователя обозначается в виде ЗАПУСК 1. Формирователь индикации предназначен для выделения меток дальности 1 км и 5 км на время импульса СТРОБ ИНДИКАЦИИ.
Плата счетчиков
Плата счетчиков предназначена для формирования импульсов двенадцатиразрядного кода, 5 разрядов которого используются для запуска ПСН и ПЗ.
Входные сигналы ПС:
импульсы ЗАПУСК 1 с ПСН, U = 2,4 В, t = 1 мкс;
импульсы СБРОСА с ПЗ U = 4 В, t = 1 мкс.
Функциональная схема платы счетчиков приведена на рисунке 8.9.
Рисунок 8.9. Функциональная схема ПС
Состав платы ПС:
генератор 15 МГц;
делитель с коэффициентом деления 1:15;
Генератор вырабатывает стабилизированные кварцем сигналы с частотой 15 МГц. Триггер переходит в “1” состояние с приходом импульса ЗАПУСК 1, ИМПУЛЬС СБРОСА переводит триггер в “0” состояние. Импульс с триггера, длительностью 25 мкс, сигналы с генератора 15 МГц поступают на схему совпадения. Со схемы совпадения пачка сигналов генератора 15 МГц, длительностью 25 мкс, поступают на делитель с коэффициентом деления 1:15. Импульсы с делителя с частотой 1 МГц запускают 12-разрядный счетчик. В качестве выходных сигналов счетчика используются импульсы с 1-го по 5-й разряды.
Плата разверток посадочная
Плата разверток посадочная предназначена для формирования сигналов электронной индикации положения антенн (ЭИПА) курса и глиссады. Функциональная схема платы ПР-П для канала Г приведена на рисунке 8.10, а временные диаграммы – на рисунке 8.11.
рисунок 8.10. Функциональная схема платы ПР-П
Функциональная схема платы ПР-П для канала К аналогична. На вход платы поступает напряжение УГЛОВ. ИНФ. Г (содержит информацию о текущем угловом положении антенны глиссады) и напряжение ИНДИКАЦИЯ ПОЛОЖЕНИЯ АК (содержит информацию об угле доворота антенны глиссады). С выхода усилителя 1 развертывающее напряжение через ЭП1 поступает на компараторы.
Напряжение ИНДИКАЦИИ ПОЛОЖ. АК, в дальнейшем будем называть напряжением ЭИПА, поступает на усилитель 2. Далее оно подается на один из входов двух сумматоров, на другие входы которых подается напряжение смещения (+D, -D) положительной и отрицательной полярности. Напряжения смещения определяют ширину сектора индикации положения антенны и формируются формирователем сектора индикации. Результирующие напряжения ЭИПА+D и ЭИПА-D с сумматоров 1 и 2 поступают для сравнения с напряжением УГЛОВ. ИНФ. Г на компараторы.
рисунок 8.11. Временные диаграммы в ПР-П
В момент превышения напряжением УГЛОВ. ИНФ. Г уровней ЭИПА+D и ЭИПА-D на выходах компараторов появляются положительные импульсы. Выходные напряжения компараторов остаются положительными до тех пор, пока напряжение УГЛОВ. ИНФ. Г не станет меньше уровней сравнения (ЭИПА+D и ЭИПА-D). Временные диаграммы поясняют процессы при cканировании антенны глиссады. С выходов компараторов через эмиттерные повторители 2 и положительные импульсы подаются на сумматор с разными знаками. С выхода сумматора снимаются отрицательные импульсы, временное положение середины которых соответствуют угловому положению антенны курса в вертикальной плоскости, а длительность – ширине сектора индикации положения антенны. Эту величину подбирают равной ширине диаграммы направленности антенны курса в вертикальной плоскости. Эти импульсы используются в ПСН в качестве строба меток дальности.
Плата ГЛП БУО-П
А) Принцип построения ГЛП
Для получения соотношений, описывающих характер изменения координат ЗЛП и ЛРО, воспользуемся иллюстрациями на рисунке 8.12, где приведены основные геометрические соотношения, обозначения и расположение ЗЛП, ЛРО относительно ПРЛ-6М2 и ВПП по курсу и углу места (глиссаде).
Рисунок 8.12. Геометрические соотношения в ПРЛ-6М2
Из рисунка видно, что наклонные дальности до целей, находящихся на ЗЛП, ЛРО1, ЛРО2, по курсу можно выразить через угол визирования цели a и удаление ПРЛ-6М2 от оси ВПП d соотношениями:
; (1) ; (2) . (3)
В соответствии с теоремой синусов для наклонной дальности по каналу глиссады следует, что
,
; (4) ; .
; (5) . (6)
Полученные выражения описывают местоположение ЗЛП и ЛРО в прямоугольной системе координат индикатора. Для получения электронной индикации этих линий на экране ИКГ необходимо подавать на ЭЛТ видеоимпульсы в моменты времени, когда электронное пятно на линиях разверток по дальности для угловых положений антенн по курсу a и углу места bбудет находиться в точках, соответствующих дальностям rК, r¢К, r¢¢К. Принцип построения такого генератора отражает упрощенная схема, приведенная на рисунке 8.13. Основными функциональными элементами ГЛП являются компараторы (К1н, К2н, К3н и К1к, К2к, К3к, н – начало, к – конец), генератор пилообразного напряжения (ГПН), формирователь импульсов. Принцип работы ГПЛ поясняется эпюрами. С приходом запускающих импульсов (1) ГПН формирует пилообразный импульс напряжения (2) длительностью Тр, соответствующей выбранному масштабу дальности. Линейная зависимость выходного сигнала ГПН соответствует левой части уравнений (1-6). например, для уравнений ЗЛП (1) и (4) его амплитуда (Ua, Ub) пропорциональна для канала курса и rГ(b0-b)для канала глиссады. Сигнал с выхода ГПН подается на первые входы компараторов К1н, К2н, К3н и К1к, К2к, К3к. На вторые входы компараторов К1н, К2н, К3н подаются пороговые напряжения UПi, пропорциональные значениям: d на К2н, d-Dd на К1н и d+Dd на К3н в интервале сектора обзора АК, а в интервале сектора обзора АГ, соответственно lb0, l b0-Dh, lb0+Dh.
Рисунок 8.13. Принцип работы ГЛП
Компараторы в момент совпадения значений двух входных напряжений формируют короткие прямоугольные импульсы 4Н, 3Н, 5Н, запускающие формирователь импульсов. Если длительность выходных сигналов формирователя импульсов была бы постоянной, то на ИКГ отображались линии разной толщины (рисунок 8.14 а). для получения одинаковой толщины линий на экране ИКГ (рисунок 8.14 б), импульсы формирователя подвергаются широтной импульсной модуляции. Для этого на вторые входы компараторов К1к, К2к, К3к подаются напряжения параболического вида U 1 лро1,2 и U 1 злп. В моменты равенства этих напряжений (на рисунке показано только U 1 злп) и сигнала с выхода ГПН формируются импульсы 4к, 3к, 5к, прерывающие формирование выходных импульсов (3), (4), (5). Для других углов курса и глиссады моменты совпадения этих напряжений будут меняться, обеспечивая одинаковую толщину линий.
Рисунок 8.14. Отображение линий положения на ИКГ
Б) Функциональная схема платы ГЛП
По своему составу и принципу работы платы ГЛП-К и ГЛП-Г одинаковы. Функциональная схема платы формирования линий канала курса представлена на рисунке 8.15, а временные диаграммы процессов в ней – на рисунке 8.16 (на примере формирования ЗЛП).
рисунок 8.15. Функциональная схема платы формирования линий канала курса
рисунок 8.16. временные диаграммы процессов в плате формирования
линий канала курса
При рассмотрении принципа работы будем использовать выражения (1), (2), (3). Функциональная схема платы формирования линий канала глиссады аналогична.
На плате входных сигналов (ПВС) размещены датчики опорного напряжения, формирующие напряжение, пропорциональное d, и датчик отклонения ЛРО относительно ЗЛП на величину Δd. Напряжение угловой информации К, пропорциональное sin α, α – текущее угловое положение антенны курса, через операционный усилитель (ОУ) У1, замкнутые контакты реле Р4, поступает в ПФЛ-3 на интегратор У5. интегратор У5 запускается прямоугольным импульсом, длительность которого определяется выбранным масштабом. Этот импульс формируется следующим образом. Импульсы запуска развертки, поступающие на плату ПФЛ-3, пройдя инвертор У1, запускают расширитель (триггер) У2. Импульс триггера по длительности перекрывает всю дистанцию ПРЛ. Он усиливается в усилителе У3 и управляет электронным ключом У4. Интегратор У5 формирует пилообразный импульс u1, крутизна нарастания которого пропорциональна угловому напряжению К. Его максимальная амплитуда для угла α1 равна Uугл.1, для угла α2