1. Рассчитайте с каким ускорением движется мотоциклист по круговому куполу цирка радиусом 30 м со скоростью 15 м/с. 2. Жесткий диск компьютера диаметром 12 см делает один полный оборот за время 0,05 с. Какова скорость диска.
3. Какая центростремительная сила действует на тело массой 60 кг, вращающееся со скоростью 56 м/с по кругу радиусом 8 м
​

Для понимания сути процессов, происходящих в диоде при работе в высокочастотных импульсных цепях рассмотрим прохождение через него прямоугольного сигнала (т.е. сигнала с малой длительностью фронта и среза). При этом диод включается по схеме, приведенной на рис. 3.1-1.

 

Рис. 3.1-1. Схема включения диода при рассмотрении переходных процессов

 

В случае, когда входной прямоугольный сигнал является двуполярным, переходные процессы в диоде будут характеризоваться диаграммами, представленными на рис. 3.1-2.

 

Рис. 3.1-2. Переходные процессы в диоде при прохождении через него двуполярного прямоугольного сигнала

 

Для анализа приведенных зависимостей можно воспользоваться выражением для тока диода в переходном режиме:

Iд=Qбτб+dQбdt+CбdUp−ndt ,

где:

Qб — объемный заряд неосновных носителей в области базы диода;τб — время жизни неосновных носителей в области базы;Cб — барьерная емкость перехода;Up−n — напряжение на p-n-переходе диода.

 

Первое слагаемое выражения связано с рекомбинацией неосновных носителей в области базы. Второе слагаемое определяет изменение во времени объемного заряда неосновных носителей в области базы. Третье — обусловлено перезарядом барьерной емкости p-n-перехода при изменении входного сигнала во времени.

Таким образом, основными причинами инерционности заряда являются: эффект накопления избыточного заряда в базовой области прибора и наличие барьерной емкости перехода.

 

Рассмотрим участок времени [t0;t1], когда входное напряжение скачком увеличивается от –Uвхобр до +Uвхпр.

При увеличении прямого тока сопротивление базы диода уменьшается (эффект модуляции сопротивления области базы). Поскольку скорость накопления избыточного заряда в области базы конечна, то установление прямого сопротивления диода требует некоторого времени. Учитывая, что RН≫rдпр, можно показать, что ток диода не зависит от его сопротивления. Поэтому эффект модуляции сопротивления базы приводит к появлению резкого выброса напряжения на диоде при его включении.

Перезаряд барьерной емкости диода Cб, наоборот, ведет к замедлению скорости увеличения напряжения на диоде.

Вследствие действия двух противоположных тенденций реальный вид переходного процесса определяется конкретным соотношением параметров диода. При малых уровнях инжекции превалирующими являются процессы, связанные с перезарядом емкости Cб. При больших уровнях инжекции — процессы, связанные с изменением объемного заряда области базы. Поэтому для диодов различных типов переходные процессы при включении могут иметь качественно отличный вид. На приведенной на рис. 3.1-2 диаграмме представлен случай большого уровня инжекции и соответственно малого влияния Cб.

Длительность всплеска напряжения на диоде τу называется временем установления. Рассчитанное для 1,2Uдпр, оно примерно равно: τу≈2,3tб , а максимальное падение напряжения на диоде:

Uдпрmax≈φк+Iпр⋅rдб,

где:

φк — контактная разность потенциалов,rдб — сопротивление области базы диода.

 

Интервал времени [t1;t2] характеризует установившийся режим в диодном ключе. В базовой области диода накоплен избыточный заряд неосновных носителей Qб=Iпр⋅τб. Концентрация избыточных носителей при этом падает по мере удаления от перехода. Прямой ток, протекающий через диод, равен:

Iпр=Uвхпр–Uдпрrдпр+Rн.

 

В момент времени t2 входное напряжение изменяет свою полярность на обратную. Однако до момента t4 диод будет находиться в проводящем состоянии. До момента t3 через него в обратном направлении будет протекать ток, импульсное значение которого Iобр и соизмеримо с Iпр. Далее, по мере рассасывания объемного заряда неосновных носителей в области базы и разряда барьерной емкости на интервале [t3;t4], обратный ток через диод будет уменьшаться, стремясь к своему установившемуся значению.

Для понимания сути процессов, происходящих в диоде при работе в высокочастотных импульсных цепях рассмотрим прохождение через него прямоугольного сигнала (т.е. сигнала с малой длительностью фронта и среза). При этом диод включается по схеме, приведенной на рис. 3.1-1.

 

Рис. 3.1-1. Схема включения диода при рассмотрении переходных процессов

 

В случае, когда входной прямоугольный сигнал является двуполярным, переходные процессы в диоде будут характеризоваться диаграммами, представленными на рис. 3.1-2.

 

Рис. 3.1-2. Переходные процессы в диоде при прохождении через него двуполярного прямоугольного сигнала

 

Для анализа приведенных зависимостей можно воспользоваться выражением для тока диода в переходном режиме:

Iд=Qбτб+dQбdt+CбdUp−ndt ,

где:

Qб — объемный заряд неосновных носителей в области базы диода;τб — время жизни неосновных носителей в области базы;Cб — барьерная емкость перехода;Up−n — напряжение на p-n-переходе диода.

 

Первое слагаемое выражения связано с рекомбинацией неосновных носителей в области базы. Второе слагаемое определяет изменение во времени объемного заряда неосновных носителей в области базы. Третье — обусловлено перезарядом барьерной емкости p-n-перехода при изменении входного сигнала во времени.

Таким образом, основными причинами инерционности заряда являются: эффект накопления избыточного заряда в базовой области прибора и наличие барьерной емкости перехода.

 

Рассмотрим участок времени [t0;t1], когда входное напряжение скачком увеличивается от –Uвхобр до +Uвхпр.

При увеличении прямого тока сопротивление базы диода уменьшается (эффект модуляции сопротивления области базы). Поскольку скорость накопления избыточного заряда в области базы конечна, то установление прямого сопротивления диода требует некоторого времени. Учитывая, что RН≫rдпр, можно показать, что ток диода не зависит от его сопротивления. Поэтому эффект модуляции сопротивления базы приводит к появлению резкого выброса напряжения на диоде при его включении.

Перезаряд барьерной емкости диода Cб, наоборот, ведет к замедлению скорости увеличения напряжения на диоде.

Вследствие действия двух противоположных тенденций реальный вид переходного процесса определяется конкретным соотношением параметров диода. При малых уровнях инжекции превалирующими являются процессы, связанные с перезарядом емкости Cб. При больших уровнях инжекции — процессы, связанные с изменением объемного заряда области базы. Поэтому для диодов различных типов переходные процессы при включении могут иметь качественно отличный вид. На приведенной на рис. 3.1-2 диаграмме представлен случай большого уровня инжекции и соответственно малого влияния Cб.

Длительность всплеска напряжения на диоде τу называется временем установления. Рассчитанное для 1,2Uдпр, оно примерно равно: τу≈2,3tб , а максимальное падение напряжения на диоде:

Uдпрmax≈φк+Iпр⋅rдб,

где:

φк — контактная разность потенциалов,rдб — сопротивление области базы диода.

 

Интервал времени [t1;t2] характеризует установившийся режим в диодном ключе. В базовой области диода накоплен избыточный заряд неосновных носителей Qб=Iпр⋅τб. Концентрация избыточных носителей при этом падает по мере удаления от перехода. Прямой ток, протекающий через диод, равен:

Iпр=Uвхпр–Uдпрrдпр+Rн.

 

В момент времени t2 входное напряжение изменяет свою полярность на обратную. Однако до момента t4 диод будет находиться в проводящем состоянии. До момента t3 через него в обратном направлении будет протекать ток, импульсное значение которого Iобр и соизмеримо с Iпр. Далее, по мере рассасывания объемного заряда неосновных носителей в области базы и разряда барьерной емкости на интервале [t3;t4], обратный ток через диод будет уменьшаться, стремясь к своему установившемуся значению.