Система обозначений некоторых изделий электрической технике.
Роль электроники в создании интегрированных систем управления машинами и механизмами. Социально-экономический аспект создания, развития производства и эффективного использования электронной техники в народном хозяйстве
Электроника — это область науки и техники, занимающаяся разработкой и проектированием приборов, использующих движение заряженных частиц в вакууме, газах и твердых телах (в основном в полупроводниках), и созданием устройств на их основе. Это наука, развивающаяся быстрыми темпами с начала ХХ века и оказывающая огромное влияние на развитие цивилизации.
Начало развития электроники (вакуумные лампы: диод 1903 г., триод 1905 г.) тесно связано с необходимостью развития связи и прежде всего радиосвязи. Можно отметить, что до 1939 г. развитие электронных ламп и схем связано с их использованием в основном для нужд радиовещания, которое было в то время самым важным потребителем электроники. В тот период возникло большинство электронных ламп, известных в настоящее время, и основные электронные схемы, используемые и теперь в разных модификациях.
Промышленная электроника, занимающаяся использованием электронных элементов и схем в промышленности, как область техники гораздо моложе. Первые попытки использования ламповых схем в промышленности, прежде всего в измерительных установках, относятся к тридцатым годам прошлого века. Однако они не дали хороших результатов вследствие недолговечности, большой массы и габаритов электронных ламп, хотя другие характеристики этих устройств были удовлетворительные. Результаты этих первых экспериментов были использованы в широком масштабе только во время второй мировой войны, когда возросшие производственные потребности необходимо было удовлетворять в условиях чувствительной нехватки рабочей силы. Автоматизация производства, внедрение которой начато было в тот период, не могла осуществляться без электронных устройств. Электронные схемы также оказались незаменимыми в некоторых измерительных и контрольных установках.
Развитие промышленной электроники значительно ускорилось в послевоенный период, особенно после начала широкого применения полупроводниковых приборов в пятидесятых годах (1947 г. — появление первого транзистора). С появлением полупроводниковых приборов стали возможными значительная миниатюризация устройств и уменьшение потребляемой ими мощности, увеличение времени безотказной работы и т. п. Только теперь можно было приступить к построению весьма сложных электронных устройств, например вычислительных машин небольших габаритов, низкой стоимости и высокой надежности, соответствующих промышленным требованиям.
В последние годы определились следующие основные области применения электронных схем в промышленности:
· устройства для измерения различных физических величин как электрических, так и неэлектрических;
· устройства для исследования материалов, например металлов, электрическими и магнитными методами без их разрушения;
· устройства для регулирования и автоматического управления различными процессами или промышленными установками, а также для управления различными объектами хозяйства;
· промышленные телевизионные установки, используемые для контроля и наблюдения за различными объектами или процессами;
· вспомогательные устройства, используемые в некоторых технологических процессах, например термопроцессах (нагрев токами высокой частоты) или обусловленных ультразвуковым облучением (коагуляция, обработка, очистка поверхности и т. д.).
При измерении электрических величин электронные схемы требуются в тех случаях, когда электрические эффекты настолько незначительны, что исследовать их классическими методами невозможно. Это происходит, например, при измерении малых токов и напряжений, малых изменений емкости и т. д., если чувствительность обычных вольтметров, амперметров или мостов недостаточна для проведения измерений. В этом случае необходимо усилить измеряемую величину до значения, фиксируемого обычными методами. Подобные проблемы часто возникают при измерении неэлектрических величин электрическими методами, когда возникающие в первичном измерительном преобразователе сигналы незначительны. В этом случае усиление производится при помощи электронных схем.
Большое значение имеют также электронные устройства для исследования свойств материалов разными методами. Многие из этих методов основаны на связи между механическими и электрическими или магнитными свойствами исследуемых материалов. Исследование материала можно свести к измерению его характеристик магнитным или электрическим методом, что очень удобно, поскольку такое измерение легко осуществить, его можно автоматизировать и т. д. При этом исследование не приводит к разрушению или повреждению изделия. Это очень важно, так как исследования, приводящие к разрушению испытуемого образца, например разрыву, могут проводиться только на немногих экземплярах изготовленной партии изделий. Следовательно, в этом случае результаты измерений носят случайный характер и не дают полной уверенности в качестве изделий, которые не подвергались испытанию. Неразрушающие методы испытаний более надежны, поскольку их можно применить ко всей изготовленной партии, т. е. проверить каждое изготовленное изделие.
Автоматическое управление и контроль технологических процессов являются теперь одними из наиболее характерных особенностей быстрого развития техники. В этой новой быстро развивающейся области техники электронные устройства являются очень важным, а часто и обязательным элементом, от свойств которого зависит качественная работа всей регулируемой системы. Последние достижения автоматики, связанные с использованием электронных вычислительных машин, были бы при современном уровне развития техники невозможны без электронных схем. Тесная связь автоматики и электроники обусловливает надлежащий прогресс обеих этих областей техники.
Электроника также тесно связана с некоторыми технологическими процессами, в которых электронные устройства обычно используются в качестве источников токов высокой частоты. Это — процессы высокочастотного нагрева, а также процессы, связанные с излучением ультразвука большой мощности. Электронная схема в таком устройстве служит для создания токов высокой частоты необходимой мощности, и следовательно, она только косвенно связана с данным технологическим процессом, тем не менее она является обязательной.
Телевизионные устройства могут передавать образ любого промышленного объекта на произвольное расстояние, например к диспетчеру или к обслуживающему персоналу. Промышленное телевидение играет важную роль, там, где из-за условий работы невозможны непосредственные наблюдения, например в отравленной атмосфере, на участках с большим уровнем радиации (атомные реакторы) и т. п.
Робототехника как новое научно-техническое направление возникла в результате огромного прогресса в развитии вычислительной техники и механики. Роботы представляют новый класс машин, выполняющих одновременно функции рабочих и информационных машин.
Возникновение робототехники обусловлено потребностями развивающегося общества. Удовлетворение все возрастающих потребностей населения возможно только на основе дальнейшего роста производительности труда. Важнейшим резервом этого роста в условиях дефицита трудовых ресурсов является комплексная механизация и автоматизация производства. Большие успехи автоматизации машиностроения в массовом и крупносерийном производстве на основе использования неперепрограммируемых автоматических устройств позволили получить высокую производительность труда при минимальной себестоимости продукции. Однако 70 % современной продукции машиностроения выпускается малыми и средними сериями. В этих условиях не могут быть применены традиционные средства автоматизации и необходимая гибкость производства достигается за счет использования ручного труда.
Дифференциация процесса производства на ряд многократно повторяющихся простых операций привела к монотонным, утомительным трудовым действиям, выполняемым людьми на конвейере. Труд, лишенный творческого содержания, монотонный, опасный для жизни, должен быть уделом роботов.
Что же такое робот, каково научно-техническое содержание этого термина? Существует большое число определений понятия "робот". Их анализ показывает, что к существенным свойствам робота относят его антропоморфизм (уподобление человеку) при взаимодействии с окружающей средой: универсальность, наличие элементов интеллекта, способность обучаться, наличие памяти, способность самостоятельно ориентироваться в окружающей среде и т.п. На основании указанных свойств сформулировано следующее определение. Робот — это машина-автомат, предназначенная для воспроизведения двигательных и умственных функций человека, а также наделенная способностью к адаптации и обучению в процессе взаимодействия с внешней средой. Это машина-автомат нового типа. Обычные автоматы предназначены для многократного выполнения одной и той же операции. Типичными примерами являются станки-автоматы, автоматы для размена монет, продажи билетов, газет и т.д. В отличие от них роботы — универсальные системы многоцелевого назначения; они способны не только выполнять много разных операций, но и оперативно переобучаться с одной операции на другую.
Роботы получили наибольшее распространение в промышленности и прежде всего в машиностроении. Такие роботы называются промышленными.
Следует отметить следующие их достоинства.
Повышение безопасности труда — это одно из первоочередных назначений роботов. Известно, что большинство несчастных случаев в промышленности приходится на травмы рук, особенно при загрузочно-разгрузочных операциях. Применение роботов позволяет улучшить условия труда, потенциально опасного для здоровья людей: в литейных цехах, при наличии радиоактивных материалов, вредных химических веществ, при переработке хлопка, асбеста и т.п.
При использовании роботов происходит интенсификация рабочего процесса, повышение производительности труда, стабилизация ее в течение смены, увеличение коэффициента сменности основного технологического оборудования, что улучшает технико-экономические показатели производства. Повышается качество продукции. Так, например, улучшается качество сварного шва в связи со строгим соблюдением технологического режима. Снижаются потери от брака, связанного с ошибками оператора. Возможна также экономия материалов. Например, при окраске автомобиля рабочим только 30 % краски попадает непосредственно на автомобиль, остальная уносится вентиляцией рабочего места. С применением роботов создаются принципиально новые производства и технологические процессы, максимально уменьшающие неблагоприятные воздействия на человека.
Однако эффективность применения робота проявляется только при правильной организации его взаимодействия с обслуживаемым оборудованием и внешней средой. Задача робототехники состоит не только в создании роботов, но и в организации полностью автоматизированных производств.
Внедрение роботов в производство сопряжено с определенными трудностями.
Роботы пока еще очень дороги и не всегда достаточно эффективны. Промышленный робот не всегда способен полностью заменить рабочего, обслуживающего технологическое оборудование или совершающего технологическую операцию, а может лишь освободить его от монотонного физического труда, изменив его характер и содержание, приближая к труду наладчика.
Основными факторами экономической эффективности роботов, учитываемыми при ее расчете, являются как производственные, так и социальные. Эта особенность отличает роботы от других вариантов новой техники, в связи с чем разработана специальная межотраслевая методика оценки экономической эффективности при их создании и использовании.
Базовые понятия электронной техники. Источник тока. Источник напряжения. Согласование источника с нагрузкой. Пассивные элементы электрической цепи и их параметры. Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и их соединение. Трансформаторы. Типы пассивных элементов, их особенности и области применения. Коэффициент нагрузки. Цифробуквенная система обозначения пассивных элементов на принципиальных схемах и на изделиях
Источник напряжения - источник электрической энергии, который на своих внешних зажимах имеет неизменное напряжение, не зависящее от тока, потребляемого от этого источника.
r – внутреннее сопротивление генератора
R – сопротивление нагрузки
Е – ЭДС генератора
U = Е - I·r
Это достигается тогда, когда внутренне сопротивление источника близко к 0 или несоизмеримо мало по сравнению с сопротивлением нагрузки (идеальные условия r = 0). R>>r
Обычно для источников питания электронных устройств для задания неизменных режимов работы принимают R = 10r.
Rn≥10r0
Пример: - гальванический элемент
- аккумулятор
- стабилизаторы напряжения
Усиление – это процесс преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала по закону входного сигнала.
Стабилизаторы напряжения используются в усилительных устройствах высокого качества для поддержания неизменных электрических режимов усилительных каскадов.
Источник тока - источник электрической энергии, который отдает во внешнюю цепь ток неизменного значения, независимо от сопротивления нагрузки. Это возможно, когда внешнее сопротивление нагрузки пренебрежимо мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника.
Пример: Rст=
Используются:
1) В качестве динамической (или коллекторной) нагрузки транзисторного каскада с общим эммитером (основной усилительный каскад по напряжению) с целью увеличения коэффициента усиления по напряжению Кu;
2) Для задания неизменным рабочего тока через стабилитрон с целью увеличения его коэффициента стабилизации;
3) В эммитерной цепи дифференциального каскада с целью его симметрирования;
4) Для задания неизменными режимов электрических каскадов в операционных усилителях;
5) В электрохимии.
Согласование источника с нагрузкой: максимальная мощность выделяется на нагрузке в том случае, если ее сопротивление равняется сопротивлению источника.
Rн = r0 =>Pн =Pmax
Применяются в передатчиках для получения максимальной мощности и в высокочастотных цепях для получения минимального отражения волны от нагрузки, в СВЧ устройствах с целью увеличения коэффициента стоячей волны, в ВЧ устройствах (телевизор (75Ом), некоторых осциллографах (50 Ом)).
Пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) представляют на схемах в виде резистивного сопротивления R, ёмкости C, индуктивности L.
Резистивным сопротивлениемназывается идеализированный элемент, обладающий только свойством необратимого рассеяния энергии. Математическая модель определяется законом Ома:
, где R – сопротивление [R] – Ом; – проводимость [G] – Сименс.
Мощность участка цепи с сопротивлением:
Энергия, рассеиваемая резистором к моменту времени t:
Резисторы бывают широкого применения и точные. У точных – обычно меньшие уровень собственных шумов и температурный коэффициент напряжения. Резистор характеризуется также максимальной рассеиваемой мощностью, которая не должна превышаться.
Соединение резисторов:
При параллельном соединении общее сопротивление определяется сопротивлением наименьшего ; при последовательном – наибольшим .
Катушкой индуктивностиназывается идеализированный элемент, обладающий только свойством накопления энергии в его магнитном поле. Математическая модель:
, где
– потокосцепление.
[L] – Генри (Гн).
Потокосцепление характеризует суммарный магнитный поток, пронизывающий участок цепи или индуктивную катушку.
индуктивное сопротивление цепи.
Связь между u и i определяется законом электромагнитной индукции:
Напряжение опережает ток на 90˚ по фазе.
Мощность:
Энергия магнитного поля индуктивности к моменту t определяется как интеграл:
Если магнитные потоки само- и взаимоиндукции двух катушек направлены в одну и ту же сторону, то такое включение называется согласным. При согласном включении конец одной катушки совпадает с началом другой, если они намотаны в одну сторону.
, где М – коэффициент взаимоиндукции (при согласном включении «+», при встречном – «-»).
, k – коэффициент связи между катушками .
Если .
При параллельном соединении катушек индуктивности .
Если .
Ёмкостьхарактеризует энергию, которая накапливается в электрическом поле конденсатора.
– математическая модель ёмкости; [С] – Фарад (Ф)
Ток опережает напряжение на 90˚ по фазе
При последовательном включении конденсаторов , при параллельном
Конденсатор электролитический обладает самой большой емкостью. Используется в фильтрах питания и в переходных конденсаторах, где изменение емкости на 20 – 30% не играет определяющей роли. Чем больше емкость, тем меньше пульсация (соединение конденсаторов).
Трансформатор –устройство, основанное на явлении взаимоиндукции и передающее электрическую энергию из одной цепи в другую без непосредственного контакта между ними.
В простейшем случае состоит из двух обмоток, связанных общим магнитным потоком Ф, который замыкается по воздуху или через сердечник.
- магнитный поток;
- ЭДС, наводимая этим магнитным потоком;
– эдс, наводимая в первичной и вторичной обмотках; W1 и W2 – число витков этих обмоток.
Коэффициент трансформации:
КПД трансформатора:
близок к 1 (90 – 95%)
Коэффициент нагрузки характеризует надежность работы. Показывает, какова в процентном отношении реальная нагрузка на данный элемент по сравнению с допустимой.
В зависимости от мощности и типа к резисторам могут прикладываться определенные значения напряжения. Это отношение значения реального параметра при сохранении высокой надежности, которое можно прикладывать к данному прибору, к максимальному значению, указанному в справочнике.
Для обычных резисторов ~ 0,65
Для конденсаторов ~ 0,7
Для проволочных резисторов ~ 0,75
Для кремниевых диодов ~ 0,5
Для германиевых диодов ~ 0,3
Для кремниевых транзисторов ~ 0,8
Для германиевых транзисторов ~ 0,4
Система обозначений некоторых изделий электрической технике.
Полупроводниковые приборы:
Первая буква (цифра) – исходный полупроводниковый материал, на основе которого изготовлен прибор.
Г или 1 – германий (Ge)
К или 2 – кремний (Si)
А или 3 – арсенид галлия (GaAs), или другие соединения галлия
И или 4 – соединения индия
Второй элемент (одна или две буквы) определяет подкласс и признак прибора.
Д – диоды выпрямительные, импульсные, магнитодиоды, термодиоды (1 ÷ 9) ГД511А
Ц – выпрямительные столбы и блоки (1÷4) КЦ201А
В – варикапы (переменные конденсаторы) (1÷2) КВ109А
И – туннельные и обращенные диоды (1÷4) ГИ403А
А – сверхвысокочастотные диоды (1÷8) 1А106Б
С – стабилитроны и стабисторы (1÷9) КС620А
Г – генераторы шума (1÷2) КГ401Б
Л – излучающие полупроводниковые приборы (1÷7) КГ307В
О – оптоэлектронные приборы:
Д – диодные АОД101А
Т – транзисторные АОТ127Б
Р – резисторные
У - тиристорные
У – управляемы тиристоры (триодные, тетродные) (1÷9)КУ202Н
Н – тиристоры неуправляемые (динисторы) КН102Г
Ф – фотоприборы
П – транзистор полевой (1÷9) RG303:
Третий элемент – цифра (первая) – один из основных параметров, характеристик прибора.
Следующие две или три цифры – порядковый номер разработки.
Буква в конце означает группу отбраковки прибора. Далее может быть цифра, обозначающая вариантность корпусного исполнения ( М – модернизированный корпус).
Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 774;