Катушки индуктивности. Классификация катушек индуктивности, их параметры

Классификация катушек индуктивности

Катушки индуктивности можно классифицировать по ряду при­знаков.

По конструкции они подразделяются на:

· однослойные и многослойные,

· на каркасах и бескаркасные,

· с сердечниками и без сердечников,

· на экранированные и неэкранированные,

· высокочастотные (обладающие индуктивным характером полного сопротивления в диапазоне частот от 100 кГц до 400 МГц) и низкочастотные и т.д.

По назначению катушки индуктивности подразделяются на:

· контурные,

· катушки связи,

· дроссели высокой и низкой частоты и т.п.

Основными характеристиками катушек являются индуктивность, собственная емкость, активное сопротивление и добротность, температурная стабильность индуктивности. Рассмотрим эти параметры.

Индуктивность катушки L

Собственная емкость катушки CL

Сопротивление потерь. Добротность катушки индуктивности.

Сопротивление провода R

Величину R

добротность

Температурный коэффициент индуктивности.

Конструкция катушек индуктивности (типы обмоток, принцип действия, катушки индуктивности с сердечниками)

Обмотки катушек могут быть однослойными и многослойными Однослойные обмотки применяются в катушках коротковолнового и ультракоротковолнового диапазонов (частоты 3...300 МГц). Такие катушки имеют повышенное значение добротности и небольшую собственную емкость.

На более низких частотах применяются многослойные обмотки. Катушки с простыми многослойными обмотками (рядовой и «в навал») из-за большой емкости и низкой добротности могут использоваться лишь в корректирующих цепях, где эти недостатки не играют существенной роли.

катушки индуктивности применяются для того, чтобы накапливать энергию, подавлять помехи, сглаживать пульсацию, ограничивать силу переменного тока, для создания датчиков, магнитных полей и много другого.

Также катушка индуктивности имеет возможность влиять на реактивное сопротивление по отношению к переменному току, когда сопротивление постоянного тока незначительно. При совместном применении катушек с конденсаторами, они могут быть использованы в качестве фильтров, при помощи которых могут осуществляться частотные селекции электросигналов. Помимо этого такое использование может создавать элементы для задерживания сигналов и элементов запоминания, благодаря тому, что способна производить взаимодействие связей между цепями, через магнитный поток и так далее.

Для того, чтобы увеличить индуктивность катушки, эксплуатируется особый сердечник из ферромагнита. Он может быть замкнутого или разомкнутого типов. Для катушек, монтируемых в устройствах для снижения помех, используются сердечники, изготовленные из карбонильного железа, флюкстроловые или ферритовые. В катушках для устройств в чью задачу входит сглаживание пульсаций различных частот – промышленного происхождения и звукового. Такие катушки обладают сердечниками из магнитомягких сплавов или электро-технической стали. Кроме того сердечники используются специально для того, чтобы изменять в катушках индуктивности. Изменения эти относительно небольшие и, как правило, зависят от того, как располагается сам сердечник по отношению к обмотке. Обычно это касается сердечника из ферромагнита.

Дроссели ВЧ

Дроссели высокой частоты - это катушки индуктивности, предназначенные для увеличения сопротивления цепи. Дроссели этого типа обладают значительной индуктивностью ( от сотен микрогенри до единиц миллигенри), малой емкостью и резонансной частотой, которая больше частоты рабочего сигнала, выделяемого на контуре. Промышленность выпускает дроссели, намотанные на ферритовые стержни и спрессованные пластмассой.

Дроссель высокой частоты должен обладать индуктивным характером сопротивления по возможности большой величины. Это может иметь место только при условии, что его собственная частота значительно выше частоты тока электрической цепи, в которую он включен.

Дроссели высокой частоты применяются в схемах параллельного питания анодов ламп ( в передатчиках и иногда в приемниках), в цепях обратной связи и в фильтрах цепей накала.

16. Активные элементы РЭС. Классификация и обозначение полупроводниковых приборов (диоды, стабилитроны, транзисторы, тиристоры)

Все элементы РЭА можно разделить на две группы: активные и пассивные. К активным относятся элементы. осуществляющие преобразование электрических сигналов с одновременным увеличением их энергии или мощности. Активными элементами являются биполярные и полевые транзисторы, электронно-управляемые лампы, полупроводниковые и другие приборы, принцип действия которых основан на использовании квантово-механического туннельного эффекта или на управлении перемещением электрических или магнитных доменов в кристаллах и тонких пленках. В пассивных элементах преобразование сигналов происходит без увеличения их энергии и даже с частичной ее потерей.

В зависимости от используемых активных элементов и степени их интеграции различают поколения РЭС с первого по пятое:

· на электровакуумных приборах;

· на полупроводниковых приборах;

· на интегральных схемах малой степени интеграции (ИС1 и ИС2);

· на больших интегральных схемах (БИС) и микросборках;

· на сверхбольших интегральных схемах (СБИС), микросборках, микропроцессорных комплектах и элементах функциональной электроники.

17. Полупроводниковые диоды и стабилитроны.

Полупроводниковый диод — это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами, в котором используется то или иное свойство электрического перехода

Классификация:

· по технологии изготовления: точечные, сплавные, микросплавные и др.

· по конструктивному исполнению: плоскостные и точечные

· по используемому материаллу: кремниевые, германиевые, арсенид-галиевые.

· по функциональному назначению: выпрямительные, стабилитроны, варикапы, туннельные, фотодиоды, светодиоды и др.

· по мощности: маломощные(до 0.3А), средней мощности(до 10А), мощные(более 10А).

· по частоте: НЧ(до 1 кГц), ВЧ(до 300МГц), СВЧ(более 300МГц).

Стабилитроном называется диод, напряжение на котором сохраняется с определенной точностью при изменении проходящего через него в заданном диапазоне тока. Он предназначен для стабилизации напряжения в цепях постоянного тока.Рабочим участком стабилитрона является участок электрического обратимого пробоя. Принцип работы стабилитрона заключается в том, что при изменении изменяется ток, протекающий через стабилитрон, а напряжение на стабилитроне и подключенной параллельно к нему нагрузке практически не меняется.

Варикапами называют полупроводниковые диоды, действие которых основано на использовании зависимости емкости перехода от обратного напряжения.Варикапы используются в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.В варикапах изменение обратного напряжения, приложенного к p-n переходу, приводит к изменению барьерной емкости между областями p-n .

Фотодиоды представляют собой фотогальванический приемник излучения без внутреннего усиления, фоточувствительный элемент которого содержит структуру полупроводникового диода.Фотодиод выполнен так, что его p-n переход одной стороной обращен к стеклянному окну, через который поступает свет, и защищен от воздействия света с других сторон.

Светодиодом называют полупроводниковый прибор с одним электронно-дырочным переходом, предназначенный для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения.

18. Выпрямительные диоды.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный (пульсирующий). При этом используется основное свойство p-n перехода.В качестве материала используют кремний, германий. Основной характеристикой диода является вольт-амперная характеристика (ВАХ).

Основными параметрами являются:

· постоянное прямое напряжение;

· максимально допустимое обратное напряжение;

· постоянный обратный ток;

· средний выпрямленный ток;

· максимально допустимая мощность рассеиваемая диодом;

19. Биполярные и полевые транзисторы.

Биполярный транзистор (далее просто транзистор) представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий два р-н-перехода в одном монокристалле полупроводника. Эти переходы образуют в полупроводнике три области с различными типами электропроводимости. Одна крайняя область называется эмиттером (Э), другая крайняя - коллектором (К), средняя - базой (Б). В зависимости от порядка чередования р- и п-областей различают транзисторы со структурами типа р-п-р и п-р-п. Переход р-п, образованный эмиттером и базой, называется эмиттерпым, образованный коллектором и базой - коллекторным . Для работы транзистора его подключают к внешнему источнику питания. В результате переходы транзистора подключаются или в прямом, или в обратном направлении,

У полевых транзисторов, ток обусловлен носителями заряда только одного знака. Эти транзисторы относятся к классу униполярных. Основу полевого транзистора составляет полупроводник электронной (п) или дырочной (р) проводимости.

В этом полупроводнике образуется проводящий канал - это область, в которой регулируется поток носителей заряда (ток). При этом ток, протекающий через канал, управляется электрическим полем, создаваемым напряжением. Электрод, на который подается управляющий электрический сигнал, называется затвором (3). Электрод, через который в проводящий канал втекают носители заряда, называется истоком (И). Электрод, через который носители заряда вытекают из канала, называется стоком (С).

Существуют два вида полевых транзисторов: с управляющим р-н-переходом; с изолированным затвором.

У полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом с противоположных сторон основного полупроводника (в котором образуется проводящий канал) создается область противоположной проводимости. Она является затвором и управляет с помощью электрического поля током через канал.

В зависимости от типа канала полевые транзисторы с управляющим р-н-переходом бывают п-типа и р-типа.

20. Тиристоры

Тиристоры - это полупроводниковые приборы, обладающие двумя устойчивыми состояниями: низкой проводимости( тиристор закрыт) и высокой проводимости(открыт). Они применяются как мощные электронные ключи, имеют 3 и более р-п перехода. применяются в силовой электронике, где требуется формирование мощных питающих напряжений постоянного или переменного тока. На основе тиристоров разрабатываются устройства регулирования частоты вращения электро двигателей.

Подразделяются на:

· динисторы( с двумя электродами )

· тринисторы( с тремя электродами )

· симисторы( симметричный тирристор )

21. Устройства коммутации (основные понятия и определения).

Коммутационные элементы предназначены для включения, отключения и переключения электрических цепей.Различают коммутационные элементы ручного и автоматического управления.

· Коммутационные элементы ручного управления срабатывают при непосредственном механическом воздействии на их органы управления.

· Автоматические коммутационные элементы срабатывают под воздействием электромагнитных сил на их приводные органы. Основной частью таких элементов обычно является электромагнит, входным сигналом для них служит электрический ток или напряжение. Автоматические коммутационные элементы используются в системах автоматики и при дистанционном управлении различными механизмами и устройствами.

По своему назначению коммутационные элементы подразделяют на два вида:

· для коммутации силовых цепей (обмоток электродвигателей, мощных электромагнитов, трансформаторов, нагревателей и других потребителей)

· для коммутации цепей управления (обмоток релейно-контактной аппаратуры, устройств контроля, регулирования и сигнализации). Такое разделение обусловлено различными значениями токов и напряжений в коммутируемых цепях, что, в свою очередь, влияет на конструктивное исполнение и габаритные размеры.

Все коммутационные элементы, используемые в цепях управления, обязательно имеют следующие узлы: неподвижные контакты, подвижные контакты и орган управления. Кроме того, они могут иметь элементы фиксации, монтажа и настройки, дугогашения и т. п. Необходимые коммутационные элементы выбирают по допустимым значениям тока и напряжения. Но наиболее важной для практики характеристикой коммутационных элементов является их надежность, т. е. сохранение работоспособности при большом числе срабатываний.

Коммутационные элементы различают по числу коммутируемых цепей (одноцепные и многоцепные) и по числу фиксированных положений, причем имеются коммутационные элементы с самовозвратом в исходное положение, т. е. без фиксации переключенного положения, что может быть необходимо для ряда схем управления.

К коммутационным элементам с механическим приводом относятся кнопки управления, микропереключатели, тумблеры, клавишные, поворотные, рычажные и кулачковые переключатели, а также концевые и путевые выключатели.

22. Соединители и переключатели.

Кнопки управления — это аппараты, подвижные контакты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толкатель кнопки. Комплект кнопок, смонтированных на общей панели, представляет собой кнопочную станцию. Используемые в схемах автоматики кнопки управления различают по числу и типу контактов (от 1 до 4 замыкающих и размыкающих), форме толкателя (цилиндрический, прямоугольный и грибовидный), способу защиты от воздействия окружающей среды (открытые, закрытые, герметичные, взрывобезопасные и т. д.).

Переключатель представляет собой наборную панель из кнопок 1 (или клавиш), смонтированных на общем каркасе 2 и снабженных механизмом фиксации, который может быть независимым для каждой кнопки (клавиши) или взаимно сблокированным.

Для более мощных цепей автоматики применяют тумблеры, ис-пользуемые в качестве выключателей, а также двух- и трехпозиционных переключателей.

Для коммутации нескольких цепей при нескольких фиксированных положениях для выбора различных режимов работы используются пакетные переключатели. Такой переключатель (рис.4, а) состоит из ряда слоев — пакетов 3 (показан отдельно на рис.4, б), внутри которых находятся подвижный 5 и неподвижный 4 контакты. Недостаток таких пакетных переключателей — низкая надежность скользящих контактов.

Путевые и конечные выключатели представляют собой коммутаци-онные элементы, кинематически связанные с рабочей машиной и срабатывающие в зависимости от перемещения подвижной части рабочей машины. Путевые выключатели срабатывают в определенных промежуточных точках на пути перемещения, конечные выключатели срабатывают в крайних точках: в начале и конце пути.

23. Электромагнитное реле.

Реле - это коммутационный электрический аппарат, в котором при плавном изменении управляющего (входного) параметра до определенной наперед заданной величины происходит скачкообразное изменение управляемого (выходного) параметра.

Электрическое реле содержит следующие функциональные части: * воспринимающую часть * преобразующую часть * сравнивающую часть * исполнительную часть * замедляющую часть * регулирующую часть

Классификация:

· По функциональному назначению: Измерительные реле тока/напряжения, Промежуточные реле, Указательные реле.

· По принципу действия реле делятся на электромагнитные, тепловые, магнитоэлектрические, полупроводниковые и др.

· По входному параметру реле можно разделить на реле тока, напряжения, мощности, частоты и других величин.

· По устройству исполнительного элемента реле подразделяются на контактные и бесконтактные (полупроводниковые, твердотельные).

· По способу включения различают первичные и вторичные реле. Первичные реле включаются в контролируемую цепь непосредственно, вторичные — через измерительные трансформаторы.

· По количеству возможных состояний реле различают:одно стабильные, двухстабильные, поляризованные.

Основные параметры:

· Характеристика управления

· Параметр срабатывания

· Параметр отпускания

· Уставки по входному

· Время срабатывания

· Время отключения

· Коэффициент запаса

24. Магнитоуправляемые контакты (герконы)

Геркон – это устройство, которое представляет собой два контакта, выполненные из ферромагнитного сплава. Они помещены в специальную колбу, которая позволяет контролировать их работу. Когда к контактам подносят постоянный магнит – они замыкаются, образовывая непрерывную цепь. Поэтому их часто называют концевыми выключателями. Геркон с электромагнитной катушкой составляет герконовое реле.

Существуют разновидности герконов по контактной группе:

· с замыкающимся контактом;

· размыкающимся контактом;

· переключающимся контактом.

Параметры:

· Магнитодвижущая сила срабатывания

· Магнитодвижущая сила отпускания

· Сопротивление изоляции

· Сопротивление контактного перехода

· Пробивное напряжение

· Время срабатывания

· Время отпускания

· Ёмкость

· Максимальное число срабатываний

· Максимальная мощность

· Коммутируемое напряжение.

· Коммутируемый ток.

Преимущества * Отсутствие дребезга контактов у герконов со смоченными ртутью контактами. * Контакты геркона находятся в вакууме или в инертном газе и слабо обгорают * Долговечность герконов. * Меньший размер по сравнению с классическим реле, рассчитанным на такой же ток. * Отсутствие необходимости применения тугоплавких и драгоценных металлов для контактов. * Герконы почти бесшумны. * Высокое быстродействие по сравнению с классическими реле.

25. Светоизлучающие диоды (конструкция, параметры)

Светодиоды. Принцип действия светодиодов основан на излучении p-n переходом света при прохождении через него прямого тока. . Излучение света может лежать в видимой части спектра или в инфракрасном диапазоне.

Параметры:

· Яркость свечения - отношение силы света к площади светящейся поверхности, кд/м;

· Цвет свечения

· Номинальный прямой ток

· Номинальное прямое напряжение

· Максимально допустимый прямой ток

В условных обозначениях приборов этого подкласса третий элемент имеет следующие значения (в том числе не только для светодиодов, но и для других излучающих оптоэлектронных приборов): 1 - для излучающих диодов инфракрасного диапазона; 2 - для излучающих модулей; 3 - для светоизлучающих диодов; 4 - для знаковых индикаторов; 5 - для знаковых табло; 6 - для шкал; 7 - для экранов.

Конструктивное исполнение светодиодов разное, и цоколевка выводов зависит от него (разные толщины анода и катода; ключ, определяющий один из выводов; и т. д.).

26. Полупроводниковые фоторезисторы (конструкция, параметры, характеристики).

Фоторезистор - фотоэлектрический полупроводниковый приемник излучения, принцип действия которого основан на эффекте фотопроводимости. В основе его используется явление внутреннего фотоэффекта (фотопроводимости), открытого У. Смитом в 1873 г. Эффект заключается в том, что при освещении однородного полупроводника его электропроводность увеличивается. Фоторезистор представляет собой обычно тонкую полоску полупроводника с омическими контактами на концах.

Основные параметры фоторезисторов:

· фоточувствительность

· коэффициент внутреннего усиления фототока

· обнаружительная способность (D*)

· сопротивление в темновом Rт состоянии

· сопротивление засвеченном Rcв состоянии

· отношение RT/RCB

· постоянные времени релаксации фотопроводимости

27. Фотодиоды (конструкция, характеристики)

Фотодиод — полупроводниковый диод, в корпусе которого имеется окно для освещения р-п перехода. Под действием света изменяется сила тока в цепи, значение сопротивления диода и возникает электродвижущая сила, так что освещенный фотодиод является источником электрической энергии.

Параметры:

· чувствительность - отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала.

· Шумы - помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и спектром — шум фотодиода. Он не позволяет регистрировать сколь угодно малые полезные сигналы. Шум фотодиода складывается из шумов полупроводникового материала и фотонного шума.

Характеристики:

· вольт-амперная характеристика (ВАХ)

· спектральные характеристики

· световые характеристики

· постоянная времени

· темновое сопротивление

· инерционность

28. Оптроны (классификация, основные параметры)

Классификация:

По степени интеграции:

· оптопары (или элементарные оптроны) — состоящие из двух и более элементов (в т. ч. собранные в одном корпусе)

· оптоэлектронные интегральные схемы, содержащие одну или несколько оптопар (с дополнительными компонентами, например, усилителями, или без них).

По типу оптического канала:

· с открытым оптическим каналом

· с закрытым оптическим каналом

По типу фотоприёмника:

· с фоторезистором (резисторные оптопары)

· с фотодиодом

· с биполярным (обычным или составным) фототранзистором

· с фотогальваническим генератором (солнечной батарейкой); такие оптроны обычно снабжаются обычным полевым транзистором, затвором которого управляет фотогальванический генератор.

· с фототиристором или фотосимистором.

По типу источников света:

· с миниатюрной лампой накаливания

· с неоновой лампой

· со светодиодом

Параметры:

· Входная характеристика представляет собой ВАХ излучателя.

· Выходная –соответствующая характеристика фотоприемника (при заданном токе на входе оптрона).

· Передаточная характеристика – зависимость тока на выходе J2 от тока на входе J1 (в общем случае нелинейная).

· Статический коэффициент передачи по току

· Суммарное быстродействие оптрона

· Параметры изоляции: максимально допустимое напряжение между входом и

выходом

29. Диодные, транзисторные, тиристорные, резисторные оптроны (их параметры, характеристики)

Характеристики диодных оптопар: ВАХ:

Пааметры диодных оптопар: - темновой ток - фототок - интегральная чувствительность Характеристики ВАХ:

Параметры: - рабочие напряжение и рабочий ток - темновой ток - максимальная допустимая мощность рассеивание - статический коэффициент усиление по фототоку - интегральная чувствительность

Характеристика тиисторного оптрона ВАХ:

Параметры:

· рабочие напряжение и рабочий ток

· темновой ток

· максимальная допустимая мощность рассеивание

· статический коэффициент усиление по фототоку

· интегральная чувствительность

Характеристика резистивного оптрона: ВАХ:

Параметры: - рабочие напряжение и рабочий ток - темновой ток - максимальная допустимая мощность рассеивание - статический коэффициент усиление по фототоку - интегральная чувствительность

30. Волоконно-оптические кабели.

Оптоволоконные (волоконно-оптические) кабели (ВОК) состоят из оптических волокон, сердечника модульной конструкции или на основе центральной трубки, армирующих и защитных покровов и наружной оболочки.

Оптическое волокно (жила) представляет собой тонкую стеклянную нить, которая покрыта оболочкой из стекла с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления.

Информация передается не электрическим, а световым сигналом. Однако для удешевления технологии имеют место и пластиковые ОВ. Пластик дешевле и более прост в использовании, однако волоконно-оптический кабель с жилами из пластика передает импульсы света на меньшие расстояния, чем кабель с волокнами из стекла. У волоконно-оптических кабелей металлическая оплетка (экран) отсутствует, так как здесь не требуется экранирование от внешних электромагнитных препятствий. Однако с целью механической защиты от влияния окружающей среды применяются стальные проволоки, стальная лента, кевларовые нити.

ВОК обладают исключительными характеристиками по защищенности и секретности передаваемой информации. Внешние электромагнитные препятствия в принципе не могут исказить световой сигнал, сам же сигнал не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к оптоволоконному кабелю для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как при этом нарушается его целостность.

31. Элементы запоминающих устройств (классификация)

· По устойчивой записи и возможности перезаписи ЗУ делятся: Постоянные ЗУ, Записывающие ЗУ, Многократно перезаписывающие ЗУ, Оперативные ЗУ -По типу доступа ЗУ делятся: устройства с последовательным доступом, устройства с произвольным доступом, устройство с прямым доступом

· По геометрическому исполнению: Дисковые, ленточные, барабанные, карточные, печатные платы

· По физическому принципу: с магнитной записью, оптические, перфорационные, использующие эффекты полупроводника.

· По форме записанной информации: аналоговые, цифровые.

32. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

ОЗУ предназначены для временного хранения данных и команд необходимых процессоров для выполнения им операций. Оперативная память передает процессору данные не посредственно, либо через КЭШ память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес. На сегодня наиболее распространение имеет 2 вида ОЗУ SRAM,DRAM

SRAM - это ОЗУ собрана на триггеров называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство: скорость.

DRAM - динамическая память с произвольным доступом более экономичный вид памяти, для хранения разряда используется схема состоящая из 1 конденсатора и 1 транзистора такой вид памяти решает проблему дороговизны и компактности.

33. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

ПЗУ предназначены для хранения постоянной программной и справочной информации. Данные ПЗУ заносятся при изготовлении. Информацию хранящую в ПЗУ можно только считывать но не изменять. В ПЗУ находятся: программа управления работы процессора, программа запуска и остановок компьютера, программа тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера, правильность работы его блока, программа управления дисплеем клавиатурой, принтером, внешней памятью. Информация о том где на диске находится операционная система. ПЗУ является энерго не зависимой памятью, при отключении питания информация в нем сохраняется.