Переменный ток. 
Элементы электроники

Переменным называют ток, мгновенные значения которого периодически изменяются по величине и по направлению.

Переменный ток создает ЭДС (E), получаемую при вращении рамки в магнитном поле. Сила тока, где R — активное сопротивление. За действующее (эффективное) значение переменного тока (и напряжения) принимают значение постоянного тока, который производит такое же тепловое действие за то же время:, где JМ — максимальное (амплитудное) значение силы тока. Эффективными значениями градуируются шкалы электроизмерительных приборов.

Если к источнику с переменной ЭДС подключен только резистор, то мгновенное значение силы тока согласно закону Ома будет:

.

где ЕМ — максимальное значение ЭДС, — фаза тока. Электрическая энергия переходит в резисторе в тепловую, сопротивление резистора называют активным.

Если же в цепь с переменной ЭДС подключен конденсатор, то конденсатор препятствует изменениям тока. Величина называется реактивным емкостным сопротивлением, где С — электроемкость конденсатора. При включении в цепь с переменной ЭДС катушки с индуктивностью L она будет оказывать сопротивление переменному току (реактивное индуктивное сопротивление). При последовательном соединении резистора, конденсатора и катушки индуктивности общее сопротивление переменному току будет равно:. Эта величина носит название импеданс. Закон Ома для переменного тока J = E / Z.

Среднее значение мгновенной мощности цепи переменного тока, где (R — активное сопротивление), — называется коэффициентом мощности. Для чисто активного сопротивления. В биообъектах индуктивность практически отсутствует и величина полного сопротивления (импеданса) определяется только активным и емкостным сопротивлением. Полное сопротивление тканей живого организма в значительной степени зависит от состояния кровообращения, от степени наполнения кровеносных сосудов, проходящих в этих тканях. Кровь имеет меньшее удельное сопротивление, чем стенки сосудов или клетки. При наполнении ткани кровью во время систолы полное сопротивление уменьшается, а при диастоле увеличивается.

Исследование периферического кровообращения путем измерения электросопротивле-ния тканей называется реографией. Методом реографии исследуют сосуды головного мозга, легких, глаз, конечностей. Сила тока, протекающего через тело животного, зависит от приложенного напряжения и, естественно, от электросопротивления. Сопротивление тела определяется многими причинами: местоположения электродов, состоянием кожи и нервной системы.

Удар электрическим током может быть опасен для жизни и здоровья человека и животных. Тяжесть поражения зависит от силы тока, продолжительности его действия и от того, по какому пути протекает ток в теле (человека или животного).

Особенно чувствительны к действию тока сердце и мозг, т.к. возможны нарушения их деятельности. Среди животных очень чувствительны к действию тока лошади. Ток, совершенно безвредный для человека, зачастую оказывается смертельным для лошади.

По отношению к переменному току тело любого животного можно моделировать с помощью эквивалентных электрических систем, учитывая, что в биообъектах индуктивное сопротивление отсутствует. Так, для моделирования глубоко лежащих тканей используется схема параллельного соединения активного и емкого сопротивлений:

В этом случае импеданс (Z) рассчитывается по формуле:

1/Z = .

Для моделирования слоя кожи и подкожной клетчатки используется «смешанная» эквивалентная электрическая схема:

При, Х10, Z.

Сопротивление человеческого тела переменному току с частотой 50 Гц может быть вдвое меньше, чем постоянному, поэтому переменный ток более опасен. Явление испускания свободных электронов с поверхности нагретых тел называется термоэлектронной эмиссией. Термоэлектронная эмиссия используется в различных электронных приборах. Простейший из них — электровакуумный диод, состоит из стеклянного баллона, в котором находятся два электрода (катод и анод). Анод изготовлен из металлической пластины, катод — из тонкой металлической проволоки, свернутой в спираль, проволочную спираль, нагреваемую электрическим током, называют нитью накала лампы. Условное обозначение вакуумного диода:

Диод обладает односторонней проводимостью, это находит применение для преобразования переменного тока в постоянный. При постоянной температуре катода сила термоэлектронного тока в диоде зависит от анодного напряжения UА, приложенного между анодом и катодом (вольтамперная характеристика), размеров, взаимного расположения электродов, работы выхода электродов, работы выхода электрона из катода и его температуры (см. график):

Двухполупериодная схема выпрямителя переменного тока:

Для управления термоэлектронным током в лампе применяются многоэлектронные (трех — и более) лампы — триоды, тетроды, пентоды. В триоде между анодом и катодом помещен третий электрод — управляющая сетка. Обычно — это спираль из нескольких витков тонкой проволоки вокруг катода. Даже при малом напряжении UС между сеткой и катодом (сеточное напряжение), вблизи катода создается сильное электрическое поле, которое существенно влияет на движение электронов в триоде. Зависимость анодного тока JА от напряжения UС при одном и том же накале лампы и постоянном напряжении между анодом и катодом (анодное напряжение) называется сеточной характеристикой лампы (см. рис.).

Триод используется для усиления слабых переменных токов.

Схема усилителя:

Возможность усилителя увеличивать поданный на его вход сигнал количественно оценивается коэффициентом усиления.

Коэффициент усиления равен отношению приращения напряжения (силы тока, мощности) на выходе усилителя к вызвавшему его приращению напряжения (силы тока, мощности) на входе:

К =; К = .

Коэффициент усиления для различных гармонических составляющих может быть различным. Зависимость коэффициента усиления от частоты называется частотной характеристикой: К = f ().

По электропроводности полупроводники занимают среднее место между металлами и диэлектриками. Они обладают электроннодырочной проводимостью.

При преобладании той или иной проводимости полупроводники относятся соответственно к n — типу или р — типу.

При соединении полупроводников разной проводимости в месте контакта образуется контактная разность потенциалов, пропускающая ток только в одном направлении (запирающий слой). Пропускное направление: от Р — типа к n — типу.

Схема полупроводникового диода:

• 1
• 1

Из полупроводников изготавливаются и триоды, называемые транзисторами. Транзистор состоит из трех полупроводниковых пластин. Крайние пластины Э и К, называемые соответственно эмиттером и коллектором, имеют дырочную проводимость: средняя пластина О, называемая основанием, имеет электронную проводимость (возможен и другой вариант).

На рисунке представлена схема усилителя с транзистором.

Полупроводимые диоды и триоды могут иметь весьма малые размеры (порядка I см и меньше) не нуждаются в нагреве (накале), просты по устройству, механически прочны, конкурируют с электронными лампами.

Особенности движения заряженных частиц в электрическом, магнитном полях используются во многих современных физико-технических установках и приборах.

Электронный осциллограф применяется для исследования быстро протекающих процессов. Возможно также изучение неэлектрических процессов (колебаний температуры, давления, плотности и т. п.), предварительно преобразованных в соответствующие электрические параметры.

Основной частью электронного осциллографа является электронно-лучевая трубка (см. рис.).

В вакуумном баллоне находится:

Нагревательная, металлическая спираль;

Цилиндрический катод;

Диафрагма;

Анод;

• 5,6. Отклоняющие конденсаторы (пластины);
• 7. Люминесцирующий экран. В точку О попадает электронный луч.
• 1