Гидрокомпенсатор. Принцип работы

Пожалуй, не имеет смысла даже задаваться вопросом: какая из частей автомобиля самая важная. Автомобиль является сложной, целостной системой, работоспособность которой зависит от множества переменных. В итоге мы приходим к выводу, что полноценное функционирование автомобиля возможно лишь при исправности каждой его детали.

Одной из таких частей является гидрокомпенсатор. Размеры этой детали невелики, однако функция его от этого не становится менее важной и состоит она в сокращении зазоров между рабочими поверхностями двигателя внутреннего сгорания.

Зачем конструкторам собственно понадобилось устранить эти зазоры в двигателе? Зазоры существенно влияют на уровень вибрации, а потому и на эффективность работы двигателя в целом. В связи с этим, регулируя зазор, можно снизить уровень ударных нагрузок, а также уменьшить износ рабочей части газораспределительной системы двигателя. Кроме того, регулировка зазоров делает работу двигателя более мягкой.

На этапе конструирования проблема зазоров решается при расчете теплового расширения элементов двигателя. В процессе работы двигатель нагревается, что вызывает тепловое расширение его компонентов и уменьшение зазоров. Однако такой подход не решает в полной мере проблемы зазоров. Поэтому для решения данной задачи в прошлом столетии был предложен гидрокомпенсатор зазоров клапанов. Данное новшество было успешно внедрено в автопромышленности и используется по сей день.

Главными компонентами гидрокомпенсатора зазоров клапанов является плунжерная пара, снабженная шариковым клапаном и каналами для подачи масла. При работе двигателя плунжерная пара наполняется несжимаемым маслом, поступающим из системы смазки. Применяемое в системе смазки автомобиля масло является несжимаемым, а потому при работе гидрокомпенсатор выступает в роли жесткой опоры, которая, взаимодействуя с элементами системы газораспределения, полностью устраняет зазоры.

Подробности работы гидрокомпенсатора довольно сложны, поэтому мы не будем углубляться в их рассмотрение. Однако следует отметить, что применение гидрокомпенсатора полностью устраняет зазоры, что снижает уровень вибраций при работе двигателя и его износ, а также уменьшает уровень шума.

Перед поступлением в продажу гидрокомпенсаторы проходят проверку на соответствие требованиям износоустойчивости и механической прочности, а также на соответствие другим нормам современных стандартов.

Колодийчук Андрей, специально для ByCars.ru

как устроены, как работают, как выбрать

Если ещё пару десятков лет назад каждому водителю приходилось регулировать тепловые зазоры клапанов вручную, то сегодня гидрокомпенсаторы выполняют эту рутинную, но точную работу. Вообще, такое понятие, как тепловой зазор, потихоньку уходит в историю, поскольку гидрокомпенсаторы в головке блока просто их не допускают.

Принцип работы гидрокопенсатора

Расположение гидрокомпенсатора

Для чего нужен гидрокомпенсатор, мы уже разобрались — он компенсирует неизменные тепловые зазоры между клапаном (или его приводом) и распредвалом. Причём компенсирует по умному: независимо от того, прогретый двигатель или холодный, никакого стука из-под клапанной крышки мы слышать не должны, зазор будет выбираться автоматически и без нашего участия.

Гидроклмпенсатор Ауди, установленный в рокере

Это большой плюс устройства. Однако, есть и некоторые минусы, точнее, требования, которые нельзя игнорировать. Так, все виды гидрокомпенсаторов чрезвычайно чувствительны к качеству моторных масел и фильтров. Дело в том, что принцип работы гидрокомпенсатора основан на перепадах давления масла и устройство должно реагировать на работу системы смазки корректно и мгновенно. Используя старое изношенное или некачественное масло, мы не позволяем гидрокомпенсатору выполнять его работу правильно. Отсюда и стуки, шумы и некорректная работа всего газораспределительного механизма.

Виды и устройство гидрокомпенсаторов

Виды гидрокомпенсаторов

В зависимости от типа газораспределительного механизма (SOHC или DOHC), гидрокомпенсатор может иметь разное расположение и отличаться по форме и конструкции. Но по большому счёту, любой гидрик — это гидравлическая плунжерная система, закрытая в неразборном корпусе. В двигателях типа SOHC гидрики устанавливают в гнезде клапанного коромысла.

Где устанавливают гидрокомпенсаторы

В головках DOHC их устанавливают прямо в колодцы головки. Вот как выглядят разные типы гидриков:

1. Гидротолкатель.
2. Гидроопора.
3. Гидроопора рычага и коромысла.
4. Гидротолкатель роликовый.

Устройство гидрокомпенсатора не особо сложное, как и любой плунжерной гидросистемы. Каждый из них состоит из корпуса, плунжера, системы пружин, клапана, поршня и стопорных колец разной конструкции.

Схема простейшего гидрокомпенсатора

Как работает гидрокомпенсатор

Схема перепускного клапана и плунжера

Работа гидрокомпенсатора включает в себя две фазы, когда впускной или выпускной клапан ГРМ открыт или закрыт:

1. Клапан ГРМ закрыт. В этом случае кулачок распредвала не воздействует на гидрик и развернут к нему задней частью. Пружина внутри компенсатора распрямляется и поднимает плунжер на максимальную высоту, прижимая его к кулачку. Зазора нет. Подплунжерное пространство полностью заполняется маслом и как только давление внутри гидрика выравнивается с давлением в системе смазки, перепускной клапан закрывается.
2. Клапан ГРМ открыт. Сейчас кулачок распредвала повернут отливом в сторону компенсатора и воздействует на него с максимальной силой. Сила сжатия пружины рассчитана так, чтобы усилия хватило ровно настолько, чтобы открыть клапан ГРМ полностью. При этом лишнее масло из-под плунжера выдавливается наружу.

Конструкция и схема работы гидрокомпенсатора

Циклы работы гидрика повторяются бесконечно и что приятно — зазор не возникает ни в начале цикла, ни в переходных моментах, когда клапан ГРМ только начинает открываться или закрываться. Давление масла и настройка пружины полностью ликвидируют любой намёк на зазор. При нагреве детали газораспределительного механизма расширяются, требуя откорректировать зазор, кроме того, при износе кулачков распредвала зазор тоже должен бы измениться. Но этого не происходит, поскольку гидрокомпенсатор выбирает зазоры любого, термического или механического характера, принимая внутрь корпуса большую порцию масла.

Гидрокомпенсаторы Swag

Какие гидрокомпенсаторы лучше

Поскольку ремонт гидриков проводится в крайних случаях, то чаще всего выгоднее купить новый гидрокомпенсатор и избавиться от проблем с ним ещё тысяч на сто наперёд. Существуют компании, которые специализируются на автомобильных гидросистемах и гидриках в частности.

Штатовские роликовые гидрики Delphi

Тем не менее многие стремятся купить оригинальный гидрокомпенсатор от производителя.

Тут есть одна маленькая хитрость. Ни Фольксваген, ни ВАЗ, ни Мерседес своими силами не производят гидрики, они в любом случае покупают их у сторонних производителей, хотя цена гидрокомпенсатора, как бы оригинального, может крепко отличаться от цены на рынке запасных частей, так называемые запчасти aftermarket.

Поэтому особого смысла переплачивать за оригинальную деталь нет. Вот только несколько компаний, продающих вполне приличные гидрокомпенсаторы:

1. INA, немецкая компания, заслуженно пользующаяся репутацией производителя первоклассных гидроустройств. Заводы расположены в городе Хиршайд, качество великолепное, выносливые гидрики, способные переваривать даже наше масло. Дороговаты, но мы же любим свою машину?Гидрокомпенсаторы INA
2. Febi. Тоже немцы, но качество несколько хуже, что сказывается на гарантийном сроке, он меньше, чем у INA. Покупая их продукцию, обязательно смотрим на страну изготовления, поскольку Феби имеют несколько заводов в Китае и в Азии. Эти брать не стоит однозначно.Febi, стоит брать однозначно, если не подделка
3. Swag. Если не подделка, то вполне сносные немецкие компенсаторы. Если подделка, то зря выброшенные деньги.Swag в упаковке
4. Бюджетные гидрики АЕ и Ajusa (Испания). Стоят недорого, но хватает их максимум на 10-12 тысяч. Хотя, кому как повезёт. Капризные и требуют хорошего масла, со старым маслом лучше их не ставить вообще. Качество прихрамывает, но если другого выхода нет, тысяч пять можно протянуть и на них, потом застучат обязательно.Испанские Ajusa

Делаем выбор гидрокомпенсаторов правильно и взвешенно, тогда стук в головке блока нам не придётся слышать до 50-70 тысяч пробега. Тихой работы двигателя и ровных дорог!

Гидрокомпенсатор — Википедия. Что такое Гидрокомпенсатор

Гидрокомпенсатор — устройство, предназначенное для автоматической регулировки тепловых зазоров клапанов двигателя.

Принцип действия

Заключается в автоматическом изменении длины гидрокомпенсатора на величину равную зазору в газораспределительном механизме (ГРМ). Это достигается перемещением его деталей под действием пружины и подачей масла из системы смазки двигателя.

Устройство

Основными деталями гидрокомпенсатора являются: корпус, плунжерная пара, пружина плунжера и обратный клапан

• Корпусом может служить (в зависимости от конструкции привода клапанов) цилиндрический толкатель, коромысло или часть головки блока цилиндров.
• Плунжерная пара состоит из:

1. втулки, обеспечивающей движение плунжера в строго заданном направлении. Зазор между ними составляет 5-8 мкм для обеспечения герметичности;
2. плунжера — стального цилиндра, в нижней части которого имеется отверстие, соединяющее полости внутри плунжера и под ним. В некоторых конструкциях с одноплечим рычагом используется плунжер без внутренней полости, а верхняя часть его имеет вид сферической головки и служит опорой.

• Пружина плунжера расположена между ним и втулкой (в полости под плунжером).
• Обратный клапан в большинстве случаев представляет собой стальной подпружиненный шарик.

Работа

Кулачок распредвала, повёрнутый к толкателю тыльной стороной — не передаёт на него усилие и плунжерная пружина выдвигает плунжер из втулки, выбирая зазор. В увеличившийся объём полости под плунжером через шариковый клапан поступает масло из системы смазки. После её заполнения шариковый клапан закрывается под действием своей пружины.

Поворачиваясь выпуклой стороной к толкателю, кулачок начинает перемещать его вниз. В этот момент гидрокомпенсатор передаёт усилие на клапан ГРМ как «жёсткий» элемент, так как шариковый клапан закрыт, а масло в замкнутой полости под плунжером практически не сжимается.

При перемещении толкателя и, соответственно, плунжерной пары вниз небольшая часть масла выдавливается через зазоры из полости под плунжером. Длина гидрокомпенсатора незначительно уменьшается и образуется зазор (упомянутый выше) между кулачком и толкателем. Утечки компенсируются дополнительной порцией масла из системы смазки двигателя.

Расширение деталей при нагреве приводит к изменению объёма «пополняющей» порции масла и длины гидрокомпенсатора, то есть он автоматически «выбирает» зазор как от теплового расширения, так и от износа деталей ГРМ.

Основные неисправности

Использование низкокачественного моторного масла и (или) его загрязнённость (например, при несвоевременной замене фильтра системы смазки и масла) могут привести к следующим последствиям:

• увеличению зазора в плунжерной паре, что вызывает повышенные утечки масла из полости под плунжером. Гидрокомпенсатор не успевает выбирать зазоры в ГРМ, появляются характерные стуки;
• износу или засорению шарикового клапана, вызывающему неплотное его закрытие и, соответственно, увеличение утечек масла из полости под плунжером;
• заклиниванию плунжерной пары, которое полностью выводит гидрокомпенсатор из строя. В ГРМ возникают ударные нагрузки, приводящие к повышенному износу деталей и преждевременному выходу их из строя.

Засорение клапана в некоторых случаях может быть устранено промывкой двигателя специальным маслом. Все остальные неисправности, как правило, требуют замены гидрокомпенсаторов.

Ссылки

См. также

Руководство по гидравлическому проектированию: гидравлические принципы

Якорь: # i1007286

Раздел 1: Поток в открытом канале

Якорь: # i1007291

Introduction

В этой главе описаны концепции и уравнения, относящиеся к проектирование или анализ открытых каналов и водоводов для водопропускных труб и ливневые стоки.Обратитесь к соответствующим главам за конкретными процедурами.

Якорь: # i1007301

Continuity and Velocity

Уравнение неразрывности — это утверждение о сохранении масса в механике жидкости. Для частного случая установившегося потока несжимаемая жидкость принимает следующий вид:

Якорь: #ROCTQUDK

Уравнение 6-1.

где:

Якорь: #NSHQGNFS
• Q = расход (CFS или м ³ / с)
Якорь: #NEARAKTC
• A = поперечное сечение потока площадь (кв. футов или м ² )
Анкер: #HQDGUWWR
• v = среднее поперечное сечение скорость (кадр / с или м / с, перпендикулярно проходному сечению).
Якорь: #COKRDLEC
• Верхние индексы 1 и 2 относятся к к последовательным сечениям по пути потока.

Как указано уравнением непрерывности, средняя скорость в поперечном сечении канала (v) — общий расход, деленный на площадь поперечного сечения потока, перпендикулярного поперечному сечению.Это только общий показатель и не отражает горизонтальность. и вертикальное изменение скорости.

Скорость меняется по горизонтали и вертикали по секции. Скорости у земли приближаются к нулю. Обычно самые высокие скорости возникают на некоторой глубине ниже поверхности воды возле станции, где самый глубокий поток существует.Для методов одномерного анализа, таких как как Наклон Метод транспортировки и (Стандарт) Метод ступенчатого подпора (см. Главу 7), игнорируйте вертикальный распределения и оценить горизонтальное распределение скорости разделив поперечное сечение канала и вычислив средние скорости для каждого подраздела.Результирующие скорости представляют собой распределение скоростей.

Якорь: #OILNNMGF

Пропускная способность канала

Большинство процедур анализа каналов отдела используют Уравнение Маннинга для равномерного потока (Уравнение 6-2) как основа для анализ:

Якорь: #OHPAUCDC

Уравнение 6-2.

где:

Якорь: #WGLTGNUB
• v = Скорость в cfs или м ³ / сек
Якорь: #FCOHWIKV
• z = 1,486 для английского языка единицы измерения, и 1.0 для метрической
Якорь: #PFXLFIPQ
• n = шероховатость по Мэннингу коэффициент (коэффициент для количественной оценки характеристик шероховатости канала)
Якорь: #XKHTDEWO
• R = гидравлический радиус (фут.или m) = A / WP
Якорь: #ECQWOKKI
• WP = периметр, контактирующий со средой потока (длина границы канала в непосредственном контакте с вода) (футы или м)
Якорь: #JQAIJKWT
• S = наклон энергетическая граница (футы / фут или м / м) (Для равномерного устойчивого потока S = уклон русла, фут./ фут. или м / м).

Объедините уравнение Мэннинга с уравнением неразрывности, чтобы определить равномерную пропускную способность канала, как показано в уравнении 6‑3.

Якорь: #BWLGYLBL

Уравнение 6-3.

где:

Якорь: #IMADAFBA
• Q = расход (CFS или м ³ / с)
Якорь: #WGNJLFCO
• z = 1.486 для английского единицы измерения, и 1.0 для метрической
Анкер: #RKIPLJIR
• A = поперечное сечение площадь потока (кв. футов или м ² ).

Для удобства уравнение Маннинга в данном руководстве предполагает форму уравнения 6‑3. Поскольку уравнение Маннинга не позволяет прямое решение глубины воды (заданный расход, продольный уклон, характеристики шероховатости и размеры канала), косвенный раствор для русла потока необходимо.Это достигается путем разработки соотношение ступень-расход для потока в потоке.

Все общепринятые процедуры для развития стадии разряда отношения включают некоторые основные параметры, а именно:

Чтобы сделать правильный выбор, необходимо внимательно изучить и оценка этих параметров.

Якорь: # i1007491

Conveyance

При анализе каналов часто удобно сгруппировать каналы характеристики поперечного сечения в одном термине, называемом каналом транспортировки (K), как показано в уравнении 6-4.

Якорь: #LAMEOOIJ

Уравнение 6-4.

Тогда

Уравнение Мэннинга можно записать как:

Якорь: #PYWMALXE

Уравнение 6-5.

Передача полезна при вычислении распределения овербанков. паводковые потоки в поперечном сечении и распределение потока через открытие в предполагаемом переходе через ручей.

Якорь: # i1007523

Energy Equations

Предполагая, что наклон канала меньше 10 процентов, общая энергетический напор можно представить как Уравнение 6-6.

Якорь: #VSXMRQAR

Уравнение 6-6.

где:

Якорь: #BWCUGBJH

Уравнение 6-7.

где:

Для некоторых приложений может быть более практичным вычислить полный энергетический напор как сумма высоты поверхности воды (относительная означает уровень моря) и скоростной напор.

Якорь: #NRKIXEWK

Уравнение 6-8.

где:

Якорь: #IYJTNYWI
• WS = высота поверхности воды или ступень (футы или м) = z + d.

Уравнение удельной энергии. Если канал не слишком крутой (уклон менее 10 процентов) и линии тока почти прямые и параллельные, удельная энергия E становится сумма глубины потока и скоростного напора.

Якорь: #IOYREALL

Уравнение 6-9.

Коэффициент кинетической энергии. Некоторые из многочисленные факторы, которые вызывают колебания скорости от точки к точки в поперечном сечении — шероховатость канала, неоднородности в геометрии канала, изгибах и препятствиях на входе.

Скоростной напор на основе средней скорости не дает истинная мера кинетической энергии потока, потому что скорость распределение в реке варьируется от максимума в главном русле практически до нуля по берегам. Получите средневзвешенное значение кинетической энергии путем умножения среднего скоростного напора на коэффициент кинетической энергии (α).Кинетическая энергия коэффициент принимается равным 1,0 для турбулентного потока в призматические каналы (каналы постоянного сечения, шероховатости, и наклон), но может значительно отличаться от 1,0 в естественных каналы. Вычислите коэффициент кинетической энергии по уравнению 6‑10:

Якорь: #IILIWGSK

Уравнение 6-10.

где:

Якорь: #BVCUFOSI
• v _{i = средняя скорость в подсекции (фут / с или м / с) (см. Непрерывность Раздел уравнения)}
Якорь: #NUKJATXT
• Q _{i = сброс в том же подразделе (cfs или m ³ / s) (видеть Непрерывность Раздел уравнения)}
Якорь: #QQPGFLVU
• Q = полный разряд в канале (CFS или м ³ / с)
Якорь: #WHCHFBDI
• v = средняя скорость в реке на участке или вопрос / ответ (фут./ с или м / с)
Якорь: #YHXXVUAL
• K _{i = перевозка в подразделе (cfs или m ³ / s) (видеть Транспортный раздел)}
Якорь: #YBVOFCVJ
• A _{i = проходное сечение той же подсекции (кв. фут. или м ² )}
Якорь: #QNQUYLKV
• K _{t = общая пропускная способность для поперечного сечения (CFS или м ³ / с)}
Якорь: #YSLSEQXU
• A _{t = общая проточная площадь поперечного сечения (кв.футов или м ² ).}

В ручных вычислениях можно учесть мертвые воды или неэффективных потоков в частях поперечного сечения путем присвоения значения нуля или отрицательных чисел для транспортных средств подраздела. Следовательно, коэффициент кинетической энергии будет правильно рассчитан. В компьютерных моделях, однако, нелегко присвоить ноль или отрицательное значение. ценности из-за неявного понимания того, что передача и разряда аналогично распределены по сечению.Этот понимание особенно важно на поворотах, набережных и расширения, а также в сечениях ниже естественных и искусственных перетяжки. Подразделения должны изолировать все места, где подозревается неэффективный или восходящий поток. Затем, опуская подразделов или присвоение им очень больших коэффициентов шероховатости, вычисляется более реалистичный коэффициент кинетической энергии.

В некоторых случаях ваши расчеты могут отображать коэффициенты кинетической энергии более 20, без удовлетворительного объяснения огромной величина коэффициента. Если соседние сечения имеют сопоставимые значения или если изменения между сечениями не являются внезапными, такие значения могут быть приняты.Если же изменение внезапное, сделайте некоторая попытка достичь однородности, например, использование большего количества сечений для достижения постепенного изменения или путем повторного деления поперечного сечения.

Якорь: # i1007730

Уравнение баланса энергии

Уравнение энергетического баланса, Уравнение 6‑1, связывает общую энергия входного участка (2) по каналу с полным энергия выходного участка (1).Параметры в уравнении энергии показаны на Рисунке 6‑1. Уравнение 6-1 теперь можно расширить. в уравнение 6-11:

Якорь: #GIYWXYKK

Уравнение 6-11.

где:

Якорь: # i1007800

Глубина потока

Равномерная глубина (d _u ) потока (иногда называется нормальной глубиной потока) возникает при равномерном поток в канале или водоводе.Равномерная глубина возникает, когда разряд, уклон, геометрия поперечного сечения и характеристики шероховатости постоянный в пределах досягаемости ручья. Видеть Наклонный транспорт Метод определения равномерной глубины потока в открытом канал (Глава 7).

Построив график зависимости удельной энергии от глубины потока для постоянного разряда, получается диаграмма удельной энергии (см. Рисунок 6‑2).Когда удельная энергия минимальна, соответствующая глубина имеет решающее значение. глубина (d _c ). Критическая глубина потока — это функция разряда и геометрии канала. Для заданного разряда и простого формы поперечного сечения существует только одна критическая глубина. Тем не мение, в сложном русле, таком как естественная пойма, более одного критическая глубина может существовать.

Якорь: # i999870grtop

Рисунок 6-2. Типовая диаграмма удельной энергии

Вы можете рассчитать критическую глубину в прямоугольных каналах с помощью следующее уравнение 6-12:

Якорь: #JBURMESJ

Уравнение 6-12.

где:

Якорь: #EKCOVIHD
• q = расход на фут (м) ширины (фут / фут или м ³ / с / м).

Вы можете определить критическую глубину для данного разряда и итеративно поперечное сечение по уравнению 6-13:

Якорь: #NAJQNOWE

Уравнение 6-13.

где:

Якорь: # i1007885

Номер Фруда

Число Фруда (F _r ) представляет отношение сил инерции к силам гравитации и рассчитывается с использованием уравнения 6‑14.

Якорь: #HCIVPTXF

Уравнение 6-14.

где:

Якорь: #NBNSOHVF
• v = средняя скорость (кадр / с или м / с)
Якорь: #OPLGTIOS
• g = ускорение силы тяжести (32,2 фут / с ² или 9,81 м / с ² )
Якорь: #DXWYLPII
• d _{м = средняя гидравлическая глубина = A / T (фут.или м)}
Анкер: #JYAUBCWL
• A = поперечное сечение площадь потока (кв. футов или м ² )
Анкер: #KPTJDWII
• T = ширина верхней части канала у поверхности воды (футы или м).

Выражение для числа Фруда применимо к любому одиночному раздел канала.Число Фруда на критической глубине всегда равно 1.0.

Якорь: # i1007940

Типы потоков

Теоретически возможны несколько признанных типов потока в открытых каналах. Методы анализа, а также некоторые необходимые допущения зависят от типа исследуемого потока. Открытый канал потока обычно классифицируется как однородный или неоднородный, устойчивый или неустойчивый, или или критический, или сверхкритический.

Неравномерный, неустойчивый, докритический поток является наиболее распространенным тип течения в открытых каналах в Техасе. Из-за сложности и трудности, связанные с анализом неравномерного, нестационарного течения, наиболее гидравлические расчеты производятся с некоторыми упрощающими допущениями которые позволяют наносить устойчивый, равномерный или постепенно меняющийся принципы потока и одномерные методы анализа.

Устойчивый, равномерный поток. Устойчивый поток подразумевает что разряд в точке не меняется со временем, а равномерный поток не требует изменения величины или направления скорости с расстоянием вдоль линии тока таким образом, чтобы глубина потока не превышала не меняется с расстоянием вдоль канала. Устойчивый, равномерный поток идеализированная концепция потока в открытом канале, которая редко встречается в естественные каналы и трудно получить даже в модельных каналах.Однако для практических применений на автомагистралях поток постоянный, и меняет ширину, глубину или направление (в результате поток) достаточно малы, так что поток можно считать однородным. Необходимо еще одно предположение о жестких однородных граничных условиях. для выполнения условий постоянной глубины потока по каналу. Аллювиальные русла песчаных пластов не имеют жестких граничных характеристик.

Устойчивый, неравномерный поток. Изменения в характеристики канала часто возникают на большом расстоянии, так что поток неравномерный и постепенно меняется. Рассмотрение таких условия потока обычно приемлемы для расчета водной поверхности профили в ручьях Техаса, особенно для гидравлического проектирования мосты.

Докритический / сверхкритический поток. Мост Потоки Техаса текут в субкритическом режиме. Докритический поток возникает, когда фактическая глубина потока превышает критическая глубина. Число Фруда меньше 1.0 указывает на субкритический течь. Этот тип потока спокойный и медленный и предполагает контроль потока. с нисходящего направления.Поэтому анализ расчетов выполняются снизу вверх. Напротив, сверхкритические течение часто характеризуется как быстрое или стреляющее, с глубиной потока меньше критической глубины. Число Фруда больше 1.0 указывает на сверхкритический течь. Расположение контрольных участков и метод анализа зависит от того, какой тип течения преобладает в пределах досягаемости канала под исследование.Число Фруда, равное или близкое к 1,0, указывает на нестабильность. в канале или модели. Следует избегать числа Фруда 1,0. если вообще возможно.

Анкер: # i1007971

Поперечные сечения

Типичное поперечное сечение представляет геометрическое и шероховатое характеристики рассматриваемого ручья.Рисунок 6‑3 представляет собой пример нанесенного поперечного сечения.

Якорь: # i999974grtop

Рисунок 6-3. Поперечное сечение

Большинство сечений, выбранных для определения воды отметка поверхности на пересечении автомагистрали должна быть ниже по течению шоссе, потому что большинство потоков Техаса демонстрируют докритический поток.Рассчитать профиль водной поверхности через поперечные сечения снизу по потоку вверх по течению. Создайте достаточно поперечных сечений выше по потоку, чтобы определить надлежащим образом протяженность заводи, создаваемой пересечением шоссе структура. См. Главу 4 для получения подробной информации о поперечных сечениях.

Якорь: # i1007997

Коэффициенты шероховатости

Все водные каналы, от естественных русел до искусственных с подкладкой. каналы, проявляют некоторое сопротивление потоку воды, и это сопротивление называется шероховатостью.Гидравлическая шероховатость не обязательно является синонимом с физической грубостью. Все формулы гидравлической транспортировки дают количественную оценку шероховатость субъективно с коэффициентом. В уравнении Мэннинга коэффициенты шероховатости или n-значения для потоков и каналов Техаса диапазон от 0,200 до 0,012; значения вне этого диапазона, вероятно, не реалистично.

Определение правильного значения n является наиболее трудным и критически относятся к инженерным решениям, необходимым при использовании Manning’s Уравнение.

Вы можете найти предлагаемые значения для коэффициента шероховатости Маннинга. (Значения «n») в диаграммах дизайна, таких как та, которая показана в файле. с именем nvalues.doc ( NVALUES). Любое удобное, Для этих значений можно ссылаться на опубликованное руководство по проектированию. Как правило, ссылка на более чем одно руководство может быть продуктивной в том, что собираются мнения.Вы можете найти продуктивный и систематический подход к этой задаче в публикации FHWA ТС-84-204, г. Руководство по выбору коэффициентов шероховатости Мэннинга для естественных Каналы и поймы .

Каким бы неточным и субъективным ни было определение n-значения, быть, n-значения в поперечном сечении определены и неизменны для определенного расхода и глубины потока.Поэтому, как только вы внимательно выбрали n-значения, не изменяйте их только для того, чтобы ответ. Если есть неуверенность в выборе конкретных n-значений, посоветуйтесь с более опытным дизайнером.

В некоторых случаях, например, на трапециевидной секции под мостом, n-значение может сильно отличаться в пределах раздела, но вы должны не разделять раздел.Если значение n меняется как таковое, используйте взвешенное Значение n (n _w ). Эта процедура определяется Уравнение 6-15 выглядит следующим образом:

Якорь: #HWAUOIQE

Уравнение 6-15.

где:

Якорь: # i1008054

Разделение поперечных сечений

Поскольку любой метод оценки предполагает расчет ряд гидравлических характеристик поперечного сечения, произвольный К поперечному сечению нанесены отметки водной поверхности.Расчет потока или транспортировки для каждого применения на водной поверхности требует гидравлический радиус, как показано на Рисунке 6‑4. Гидравлический радиус рассчитана как средняя глубина перевозки. Гидравлический радиус и последующая транспортировка рассчитывается под каждую произвольную воду отметка поверхности. Если есть значительная неровность глубины поперек сечения гидравлический радиус может неточно представлять условия потока.Разделите поперечное сечение на достаточное количество частей. так что получаются реалистичные гидравлические радиусы.

Якорь: # i1000038grtop

Рисунок 6-4. Площадь поперечного сечения и смоченный периметр

Подразделы могут быть описаны с границами при изменении геометрические характеристики и изменение элементов шероховатости (см. Рисунок 6‑5).Обратите внимание, что длина по вертикали между соседними подразделами равна не входит в смачиваемый периметр. Смачиваемый периметр считается только по твердым границам сечений, а не по вода взаимодействует между подразделами.

Соседние подразделы могут иметь одинаковые n-значения. Тем не мение, расчет гидравлического радиуса подсекции покажет более согласованный образец в виде таблицы гидравлических характеристик поперечного сечения развита.

Якорь: # i1000111grtop

Рисунок 6-5. Подразделение по геометрии и Шероховатость

Разделите поперечные сечения в первую очередь на основных изломах геометрии. Кроме того, значительные изменения шероховатости могут потребовать дополнительных подразделения.Вам не нужно разделять основные формы, которые приблизительно прямоугольные, трапециевидные, полукруглые или треугольные.

Деления на большие перерывы в геометрии или большие изменения по шероховатости должен сохранять эти приблизительные основные формы, чтобы распределение потока или транспортировки почти одинаково в подсекции.

Якорь: # i1008108

Важность правильного подразделения

Важность правильного разделения, а также эффектов неправильного подразделения можно наглядно проиллюстрировать.Рисунок 6-6 показано трапециевидное поперечное сечение с тяжелыми кустами и деревьями. на берегах и подразделяются на дно каждого берега, потому что резкого изменения шероховатости.

Якорь: # i1000123grtop

Рисунок 6-6. Деление трапецеидального поперечного сечения

Транспортировка для каждой подобласти рассчитывается следующим образом:

П 1 = Р 3 = 14.14 футов	П 1 = P 3 = 4,24 м
R 1 = R 3 = A 1 / P 1 = 3.54 футов	R 1 = R 3 = A 1 / P 1 = 1.06 м
К 1 = К 3 = 1.486A 1 R 1 2/3 / n = 1724,4 кубических футов в секунду	К 1 = K 3 = A 1 R 1 2/3 / n = 46,8 м 3 / с
А 2 = 500 футов 2	А 2 = 45 м 2
П 2 = 50 футов	П 2 = 15 м
R 2 = A 2 / P 2 = 10 футов	R 2 = A 2 / P 2 = 3 м
К 2 = 1.486A 2 R 2 2/3 / n = 98534,3 CFS	К 2 = А 2 R 2 2/3 / n = 2674,4 м 3 / с

Когда подобласти объединены, эффективное значение n для общую площадь можно рассчитать.

А в = A 1 + A 2 + A 3 = 600 футов 2	А в = A 1 + A 2 + A 3 = 54 м 2
П в = П 1 + п 2 + п 3 = 78.28 футов	П в = П 1 + п 2 + п 3 = 23,5 м
R c = A c / P c = 7.66 футов	R c = A c / P c = 2,3 м
К Т = К 1 + К 2 + К 3 = 101983 CFS	К Т = К 1 + К 2 + К 3 = 2768 м 3 / с
п = 1.486A c R c 2/3 / K T = 0,034	n = A c R c 2/3 / K T = 0,034

Меньший периметр смачивания по отношению к площади аномально увеличивается гидравлический радиус (R = A / P), и это приводит к вычисленному перевозка отличается от установленной для участка с полным смоченный периметр.Как показано выше, транспортное средство (K _T ) для общей площади потребуется составное значение n 0,034. Это меньше, чем n-значения 0,035 и 0,10, которые описывают шероховатость различных деталей основной трапециевидной формы. Не делите основную форму на части. Назначьте эффективное значение n несколько выше. чем 0.035 к этому сечению, чтобы учесть дополнительные сопротивление, вызванное большей неровностью берегов.

С другой стороны, вы должны разделить секцию ручки-пополам на рис. 6-7, состоящий из основного канала и переливной плоскости, на две части. Коэффициент шероховатости 0,040 по всей длине поперечное сечение.Перевозка для каждой подобласти рассчитывается как следует:

П 1 = 68 футов	П 1 = 21 м
R 1 = A 1 / P 1 = 2.87 футов	R 1 = A 1 / P 1 = 0,95 м
К 1 = 1.486A 1 R 1 2/3 / n = 14622,1 CFS	К 1 = А 1 R 1 2/3 / n = 484,0 м 3 / с
А 2 = 814.5 футов 2	А 2 = 75,5 м 2
П 2 = 82,5 футов	П 2 = 24.9 мес.
R 2 = A 2 / P 2 = 9,87 футов	R 2 = A 2 / P 2 = 3.03 мес.
К 2 = 1.486A 2 R 2 2/3 / n = 139226,2 CFS	К 2 = А 2 R 2 2/3 / n = 3954.2 м 3 / с

Расчет эффективных значений n для объединенных подобластей являются следующими:

А в = А 1 + А 2 = 1009.5 футов 2
П в = P 1 + P 2 = 150,5 футов	П в = Р 1 + Р 2 = 45.9 мес.
R c = A c / P c = 6,71 футов	R c = A c / P c = 2.08 м
К Т = К 1 + К 2 = 153848,3 CFS	К Т = К 1 + К 2 = 4438.2 м 3 / с
n = 1.486A c R c 2/3 / K T = 0,035	n = A c R c 2/3 / K T = 0.035

Если не разбить сечение, увеличение смоченного периметр поймы относительно большой по отношению к увеличение площади. Гидравлический радиус ненормально уменьшен, и расчетная пропускная способность всей секции (K _c ) ниже, чем пропускная способность основного канала, K ₂ .Вы следует подразделить нерегулярные поперечные сечения, как на рисунке 6-7 для создания отдельных основных форм.

Якорь: # i1001271grtop

Рисунок 6-7. Деление поперечного сечения «ручки-попугайчика»

Формы поперечного сечения на Рисунках 6‑6 — 6‑9 представляют собой крайности проблем, связанных с неправильным подразделением.Ручка скамейки или терраса — это форма, которая находится между этими двумя крайности (см. Рисунок 6-8). Разделите ручки скамейки, если соотношение L / d равно пяти или больше.

Якорь: # i1001275grtop

Рисунок 6-8. Ручка для скамьи в разрезе

Следующие правила относятся к разделению треугольных разделы (см. Рисунок 6‑9):

Якорь: #QKDFHDNO
• Подразделить, если центральный угол составляет 150 или больше (L / d пять или больше).
Якорь: #NPJESNSB
• Если L / d почти равно пяти, то разделите на расстоянии L / 4 от кромки воды.
Якорь: #DVAVEVTS
• Разделить на несколько мест, если L / d равно или больше 20.
Якорь: #XLRYLBUL
• Никаких подразделений на основании не требуется. формы только для малых значений L / y, но допускаются деления на основе распределения шероховатости.

Якорь: # i1001279grtop

Рисунок 6-9. Треугольное сечение

На рис. 6-10 показана другая форма, которая обычно вызывает проблемы. в подразделении. В этом случае разделите поперечное сечение, если глубина магистрального канала (d _max ) более чем в два раза глубина у кромки ручья над береговой полосой (d _b ).

Якорь: # i1001283grtop

Рисунок 6-10. Проблемное сечение

В некоторых случаях решение о подразделении затруднено. Подразделения на соседних участках по течению плес должен быть аналогичным избегайте больших различий в коэффициенте кинетической энергии (α).Следовательно, если пограничный случай находится между разделами, не требующими подразделения, не разделяйте пограничную часть. Если это между разделами которые должны быть подразделены, разделите и этот раздел.

Принцип работы гидравлических приводов

Гидравлические приводы используют давление жидкости, а не давление инструментального воздуха, чтобы приложить силу к диафрагме для перемещения привода клапана, а затем для позиционирования штока клапана.

Практически все конструкции гидравлических приводов используют поршень, а не диафрагму для преобразования давления жидкости в механическую силу.

Высокое номинальное давление поршневых приводов хорошо подходит для типичных давлений гидравлической системы, а смазывающая природа гидравлического масла помогает преодолеть характерное трение поршневых приводов.

Учитывая высокое номинальное давление большинства гидравлических поршней, с помощью гидравлического привода можно создавать огромные приводные силы, даже если площадь поршня небольшая.

Например, гидравлическое давление 2000 фунтов на квадратный дюйм, приложенное к одной стороне поршня диаметром 3 дюйма, создаст линейную тягу, превышающую 14000 фунтов (7 тонн)!

Помимо способности гидравлических приводов легко создавать чрезвычайно большие усилия, они также демонстрируют очень стабильное положение благодаря несжимаемости гидравлического масла.

В отличие от пневматических приводов, где рабочая жидкость (воздух) является «эластичной», масло внутри цилиндра гидравлического привода не поддается заметной деформации под нагрузкой.Если прохождение масла к гидравлическому цилиндру и от него блокируется небольшими клапанами, привод будет надежно «заблокирован» на месте.

Это важная функция для определенных приложений позиционирования клапана, когда привод должен надежно удерживать положение клапана в одном положении.

Некоторые гидравлические приводы содержат собственные насосы с электрическим управлением для подачи гидравлической энергии, поэтому клапан фактически управляется электрическим сигналом.

Другие гидравлические приводы полагаются на отдельную гидравлическую систему (насос, резервуар, охладитель, ручные или соленоидные клапаны и т. Д.)) для обеспечения гидравлического давления для работы.

Системы подачи гидравлического давления, однако, имеют тенденцию быть более ограниченными по физическому диапазону, чем пневматические распределительные системы из-за необходимости использования толстостенных труб (для сдерживания высокого давления масла), необходимости очищать систему от всех пузырьков газа и проблема поддержания герметичности распределительной сети.

Обычно нецелесообразно строить систему подачи и распределения гидравлического масла, достаточно большую, чтобы покрыть все промышленное предприятие.Еще один недостаток гидравлических систем по сравнению с пневматическими — отсутствие собственного накопителя энергии.

Системы сжатого воздуха, благодаря сжимаемости (эластичности) воздуха, естественным образом накапливают энергию в любых объемах, находящихся под давлением, и, таким образом, обеспечивают определенную степень «резерва» мощности на случай отключения главного компрессора. Гидравлические системы, естественно, не обладают этой желательной чертой.

Гидравлические приводы

Гидравлический поршневой привод прикреплен к большой запорный клапан (используется для включения / выключения управления, а не дросселированием) появляется в следующей фотографии.

Над круглым корпусом клапана можно увидеть два гидроцилиндра, установленных горизонтально.

Как и показанный ранее пневматический поршневой клапан, в этом приводе клапана используется зубчатый механизм для преобразования линейного движения гидравлических поршней во вращательное движение для поворота трима клапана:

Особенность, которую не видно на этой фотографии, — это ручной гидравлический насос, который можно использовать для ручного приведения в действие клапана в случае отказа гидравлической системы.

Также читайте: Вопросы и ответы по гидравлической системе

Гидравлические подъемники

Wikipedia

Гидравлический толкатель , также известный как подъемник гидрораспределителя или гидравлический регулятор зазора , представляет собой устройство для поддержания нулевого зазора клапана в двигателе внутреннего сгорания.Обычные толкатели с твердым клапаном требуют регулярной регулировки, чтобы поддерживать небольшой зазор между клапаном и его коромыслом или толкателем кулачка. Это пространство предотвращает заедание деталей при их расширении под воздействием тепла двигателя, но также может привести к шумной работе и повышенному износу, поскольку детали дребезжат друг о друга, пока не достигнут рабочей температуры. Гидравлический подъемник был разработан, чтобы компенсировать этот небольшой допуск, позволяя клапанному механизму работать с нулевым зазором, что ведет к более тихой работе, увеличению срока службы двигателя и устраняет необходимость периодической регулировки зазора клапана.

Гидравлический подъемник, расположенный между распределительным валом и клапаном каждого двигателя, представляет собой полый стальной цилиндр, в котором находится внутренний поршень. Этот поршень удерживается на внешнем пределе своего хода сильной пружиной. Лопастной распределительный вал ритмично прижимается к толкателю, который передает движение на клапан двигателя одним из двух способов:

1. через толкатель, который приводит в действие клапан с помощью коромысла; или
2. в случае верхних распределительных валов через прямой контакт со штоком клапана или коромыслом.

Масло под постоянным давлением подается в подъемник по масляному каналу через небольшое отверстие в корпусе подъемника. Когда клапан двигателя закрыт (подъемник в нейтральном положении), подъемник может свободно заполняться маслом. Когда выступ распределительного вала входит в фазу подъема своего хода, он сжимает поршень подъемника, и клапан закрывает впускное отверстие для масла. Масло почти несжимаемо, поэтому это большее давление делает подъемник твердым во время фазы подъема.

По мере того, как выступ распределительного вала проходит через его вершину, нагрузка на поршень подъемника уменьшается, а внутренняя пружина возвращает поршень в нейтральное состояние, так что подъемник может заправлять масло.Этого небольшого диапазона хода поршня подъемника достаточно, чтобы исключить постоянную регулировку зазора.

История []

Первой фирмой, которая включила гидравлические подъемники в свою конструкцию, был двигатель Cadillac V 16 (модель 452), впервые предложенный в 1930 году. Гидравлические подъемники были почти универсальными на автомобилях, разработанных в 1980-х годах, но некоторые новые автомобили вернулись к модели с ковшом и прокладкой механические подъемники. Хотя они не работают так тихо и не требуют обслуживания, они дешевле и редко нуждаются в регулировке, поскольку износ, вызванный работой, распространяется на большую площадь. ^{[ необходимая ссылка ]} В настоящее время почти все негидравлические подъемные механизмы установлены на двигателях с верхним расположением кулачков.

Преимущества []

Поскольку весь процесс приводится в действие гидравлическим давлением при запуске двигателя, нет необходимости в обслуживании или настройке. Еще одно преимущество — более дешевая эксплуатация, поскольку нет необходимости в обслуживании и расходах, связанных с обслуживанием толкателя. Обычно гидравлические толкатели выдерживают весь срок службы двигателя без каких-либо требований к обслуживанию.

Недостатки []

Есть ряд потенциальных проблем с гидравлическими подъемниками. Часто клапанный механизм будет громко дребезжать при запуске из-за слива масла из подъемников, когда автомобиль припаркован. Это не считается серьезной проблемой, если шум исчезнет в течение нескольких минут; Обычно это длится всего пару секунд. Хрип, который не уходит, может указывать на блокировку подачи масла или на то, что один или несколько подъемников разрушились из-за износа и больше не открывают полностью свой клапан.В последнем случае пострадавший атлет должен быть заменен.

Гидравлические толкатели требуют более сложной и более дорогой конструкции головки блока цилиндров. Ряд производителей малолитражных автомобилей предпочитают гидравлические толкатели из-за более низкой стоимости конструкции и производства.

Как правило, гидравлические толкатели более чувствительны к качеству моторного масла и частоте замены масла, поскольку углеродистый шлам и остатки могут легко заблокировать толкатели или заблокировать масляные каналы, что сделает настройку зазора неэффективной.Это оказывает негативное влияние, особенно на распределительный вал двигателя и клапаны, из-за чрезмерного износа, если установка зазора не работает должным образом. Как уже упоминалось, этого можно избежать, если использовать рекомендованный производителем сорт моторного масла и не превышать предписанный интервал замены масла.

Это миф, что при определенных обстоятельствах подъемник может «накачать» и создать отрицательный зазор клапана. Масляный насос двигателя не может создать давление, достаточное для «накачки». Проблема связана со слабыми пружинами клапанов, которые позволяют плавать при высоких оборотах двигателя.Последователи пытаются использовать то, что они считают дополнительным допуском. При сохранении этой скорости подъемник будет продолжать расширяться до тех пор, пока клапан не будет удерживаться на своем седле, когда он должен быть закрыт. Поэтому поддержание правильной прочности пружин клапана очень важно во избежание повреждения двигателя.

Гидравлические подъемники также могут создавать «дребезг клапана» на высоких оборотах, что нежелательно для эксплуатационных целей. Вот почему тюнеры двигателей предпочитают твердые подъемники. ^{[ необходима ссылка ]}

Примечания []

Из использованных гидравлических подъемников перед установкой следует слить масло, чтобы они не удерживали клапаны открытыми при запуске и не могли вызвать повреждение клапанного механизма / поршней.Это легко сделать, сжав их в тисках. Давление масла будет быстро расти после запуска, и они установятся на нужную высоту.

Список литературы []

Устройство и принцип действия

ч.

1 Строение

2. Тепловой равновесие

3. встроенный потенциал

4.Вперед и обратное смещение

P-n-переход состоит из двух полупроводниковых области с противоположным типом легирования, как показано на Рисунке 1 . Область слева — тип р с акцепторной плотностью N _a , а область справа — тип n с донорной плотностью N _d . Предполагается, что легирующие примеси мелкие, так что электрон (дырка) плотность в типе n ( р -типа) область примерно равна донорной (акцепторной) плотности.

Рисунок 1:

Поперечное сечение p-n перехода

Будем считать, если не указано иное, что легированные области однородно легирован и что переход между двумя областями резкий. Мы будем называть эту структуру резким p-n соединение.

Часто мы будем иметь дело с p-n-переходами, у которых одна сторона явно более легированный, чем другой.Мы обнаружим, что в таком В этом случае необходимо рассматривать только низколегированную область, поскольку она в первую очередь определяет характеристики устройства. Мы будем ссылаться на такая структура, как односторонний резкий p-n переход.

Спай смещен напряжением В _а как показано на Рисунке 1 . Мы будем называть переход прямосмещенным, если положительное напряжение применяется к р -легированный область и обратно смещенный, если отрицательное напряжение приложено к р — легированный область.Контакт на р -типа область также называется анодом, а контакт с n-типом область называется катодом по отношению к анионам или положительным носители и катионы или отрицательные носители в каждой из этих областей.

1. Плоская диаграмма

Принцип работы будет объяснен с использованием мысленный эксперимент, эксперимент, который в принципе возможен но не обязательно исполняемый на практике. Мы представляем, что можно соедините обе полупроводниковые области вместе, выровняв оба энергии проводимости и валентной зоны каждой области.Это дает Так называемая плоская диаграмма показана на Рисунке 2 .

Рисунок 2:

Зонная диаграмма p-n перехода (а) до и (б) после слияния областей n-типа и p-типа

Обратите внимание, что это не приводит к автоматическому выравниванию Энергии Ферми, E _Fn и E _Fp .Также обратите внимание, что эта плоская диаграмма не является диаграммой равновесия. поскольку и электроны, и дырки могут снизить свою энергию, пересекая соединение. Поэтому ожидается движение электронов и дырок. до достижения теплового равновесия. Схема представлена ​​на рисунке 2 (б) называется плоской диаграммой. Это название относится к горизонтальному края полосы. Это также означает, что в полупроводник и бесплатно.

2. Тепловое равновесие

Для достижения теплового равновесия электроны / дырки близко к металлургическому соединению, диффузия через соединение в область p-типа / n-типа, где почти нет электронов / дырок. подарок.Этот процесс оставляет ионизированные доноры (акцепторы) позади, создание области вокруг перекрестка, в которой нет подвижных перевозчики. Мы называем эту область областью истощения, простирающейся от x = — x _p к x = x _n . Заряд ионизированных доноров и акцепторов вызывает электрическую поле, которое, в свою очередь, вызывает дрейф носителей в противоположном направлении. направление. Диффузия носителей продолжается до тех пор, пока дрейф ток уравновешивает диффузионный ток, тем самым достигая теплового равновесие, на что указывает постоянная энергия Ферми.Эта ситуация показан на рисунке 3 :

Рисунок 3:

Энергетический диапазон диаграмма p-n перехода в тепловом равновесии

В тепловом равновесии нет внешнего напряжения применяется между материалом n-типа и p-типа, есть внутренний потенциал, f _i , что вызвано разницей рабочих функций между n-типом и Полупроводники p-типа.Этот потенциал равен встроенному потенциалу, что будет более подробно описано в следующем разделе.

Обратите внимание, что это не приводит к автоматическому выравниванию энергии Ферми. Электроны (дырки) близки к металлургическим. переход рассеивается через переход в область p-типа (n-типа) где почти нет электронов (дырок). Этот процесс оставляет ионизированные доноры (акцепторы) позади, создавая область вокруг узел, на котором нет операторов мобильной связи. Мы называем этот регион область истощения, обозначенная символом w как показано на рисунке выше.Заряд от ионизированных доноров и акцепторы создают электрическое поле, которое, в свою очередь, вызывает дрейф перевозчиков в обратном направлении. Распространение носителей продолжается до тех пор, пока дрейфовый ток не уравновесит диффузионный ток, тем самым достигая равновесия. Эта ситуация показана ниже:

pnband1.gif

3 В встроенный потенциал

Встроенный потенциал в полупроводнике равен потенциалу на область обеднения в тепловом равновесии. Поскольку термический равновесие означает, что энергия Ферми постоянна на всем протяжении p-n диод, внутренний потенциал должен быть равен разности между энергии Ферми каждой области.Он также равен сумме основной части потенциалы каждой области, так как объемный потенциал количественно определяет расстояние между энергией Ферми и собственной энергией. Этот дает следующее выражение для встроенного потенциала.

(pn8)

(1)

Пример 4.1

An резкий кремниевый p-n-переход состоит из области p-типа, содержащей 2 х 10 16 см -3 акцепторов и область n-типа, содержащая также 10 16 см -3 акцепторы дополнительно к 10 17 см -3 доноры. Рассчитайте тепловая равновесная плотность электронов и дырок в p-типе области, а также обеих плотностей в области n-типа. Рассчитайте встроенный потенциал p-n перехода. Рассчитайте встроенный потенциал p-n переход на 400 К.

Решение

тепловые равновесные плотности: В р типа область: п = N a = 2 х 10 16 см -3 n = n i 2 / p = 10 20 /2 х 10 16 = 5 х 10 3 см -3 В тип n область n = N d — N a = 9 х 10 16 см -3 с = n i 2/ n = 10 20 / (1 х 10 16 ) = 1.11 х 10 3 см -3 Встроенный потенциал получается из: Аналогичным образом встроенный потенциал при 400 К равен: , где собственная плотность носителей при 400 K был получен из примера 2.4.b

4. Прямое и обратное смещение

Рассмотрим теперь p-n-диод с приложенным смещением напряжение, В _а . Прямое смещение соответствует приложению положительного напряжения к анод (область p-типа) относительно катода (область n-типа).А обратное смещение соответствует отрицательному напряжению, приложенному к катод. Оба режима смещения показаны на Рисунке 4 . Приложенное напряжение пропорционально разнице между Энергия Ферми в квазинейтральных областях n-типа и p-типа.

При приложении отрицательного напряжения потенциал на полупроводник увеличивается, а вместе с ним и ширина обедненного слоя. Как приложено положительное напряжение, потенциал на полупроводнике уменьшается, а с ним и ширина обедненного слоя.