Штатная скорость км/ч м/с м/с м/с. Интервал движения Время посадки высадки Время торможения до остановки Тормозной путь м . Длина состава м .
Найти: дистанцию между составами в [м] и [мм].
Р е ш е н и е :
Все положения, упоминаемые в доказательстве решения, отмечены на приложенном к решению рисунке.
Искомая дистанция между поездами – это свободное пространство вдоль железнодорожного полотна. Таким образом – дистанция в данном случае – это расстояние от ведущего вагона (начала) заднего Скоростного состава (положение С) до Конца припаркованного состава (положение К) в тот момент, когда припаркованный собирается отправляться.
Нам неизвестно, является ли торможение составов перед остановкой равнозамедленным или нет, и нам это знать и не нужно (!), поскольку нам дано и время, и скорость, и тормозной путь. Всё, что нам нужно – это корректно учесть все слагаемые времени и пути при торможении.
Общий интервал движения составляет и это означает, что каждые секунд, в положении Н оказывается Начало очередного состава. Уже припаркованный состав простоял на станции а это означает, что следующему за ним составу осталось проехать из положения С (начало скоростного состава) до точки Н (начало припаркованного состава) в течение секунд.
Искомая дистанция между составами, как мы уже говорили выше, измеряется не от положения С до положения Н, а от положения С до положения К (конец припаркованного состава). Однако нам будет удобно найти весь остаточный путь СН (между положениями С и Н), а затем вычесть из него длину КН (между положениями К и Н), равную длине состава м.
Из секунд, оставшихся идущему следом составу, первые секунд он будет идти с постоянной скоростью м/с из положения С в положение О, а последующие секунд он будет останавливаться из положения О до положения Н.
Длину отрезка ОН мы и так знаем, это тормозной путь м . Теперь найдём СО, т.е. длину Мы знаем, что по отрезку СО состав двигается равномерно со скоростью в течение времени секунд, значит отрезок СО, т.е. м м .
Отсюда ясно, что вся длина СН = СО + ОН , т.е. СН м м.
Как было показано выше искомая дистанция – это длина СК, равная разности СН и КН, т.е. СН и .
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.
Штатная скорость
Интервал движения
Время посадки высадки
Время торможения до остановки
Тормозной путь
Длина состава
Найти: дистанцию между составами
Р е ш е н и е :
Все положения, упоминаемые в доказательстве решения, отмечены на приложенном к решению рисунке.
Искомая дистанция между поездами – это свободное пространство вдоль железнодорожного полотна. Таким образом – дистанция в данном случае – это расстояние от ведущего вагона (начала) заднего Скоростного состава (положение С) до Конца припаркованного состава (положение К) в тот момент, когда припаркованный собирается отправляться.
Нам неизвестно, является ли торможение составов перед остановкой равнозамедленным или нет, и нам это знать и не нужно (!), поскольку нам дано и время, и скорость, и тормозной путь. Всё, что нам нужно – это корректно учесть все слагаемые времени и пути при торможении.
Общий интервал движения составляет
Искомая дистанция между составами, как мы уже говорили выше, измеряется не от положения С до положения Н, а от положения С до положения К (конец припаркованного состава). Однако нам будет удобно найти весь остаточный путь СН (между положениями С и Н), а затем вычесть из него длину КН (между положениями К и Н), равную длине состава
Из
Длину отрезка ОН мы и так знаем, это тормозной путь
Отсюда ясно, что вся длина СН = СО + ОН , т.е.
СН
Как было показано выше искомая дистанция
Итак:
О т в е т : дистанция между составами:
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.