Элементы электронной техники

Резисторы

Резисторы (сопротивления) – это наиболее распространенные компоненты электронной аппаратуры, с помощью которых осуществляется регулирование и распределение электрической энергии между цепями и элементами схем.

Резисторы по назначению делятся:

1) на резисторы общего назначения.

2) резисторы специального назначения.

Все резисторы делятся на постоянные и переменные. Переменные – регулируемые и подстроечные. Переменные резисторы выпускают с линейной, логарифмической и обратнологарифмической зависимостью сопротивления от угла поворота движка.

Промышленностью выпускаются резисторы, номиналы сопротивлений которых нормализованы и соответствуют одному из шести рядов: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Например, ряд Е6: 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8. Для него R = N·10^К, где N – член числового ряда; к = 1, 2, 3,…, т. о. R = 1 кОм; 1,5 кОм; 2,2 кОм;
3,3 кОм; 4,7 кОм; 6,8 кОм; 10 кОм и т. д.

Ряд допустимых отклонений также нормализован. Допуски указываются в процентах в соответствии с рядом ±10; ±5; ±2; ±1; ±0,5.

Проволочные резисторы применяются, когда требуется высокая стабильность или большая рассеиваемая мощность, которую не обеспечивают резисторы других типов. Проволочные резисторы могут рассеивать мощность до
100 Вт, однако сопротивление их обычно ограничено величиной 50 кОм.

Резисторы выбираются исходя из требуемого значения сопротивления и мощности, с учетом функционального назначения и условий эксплуатации. Требуемая мощность резистора:

.

а) б) в) г) д)

Рис. 2. Обозначение резисторов (УГО) по ЕСК:
постоянный (а); подстроечный (б); переменный (в); термистор (г); варистор (д)

Конденсаторы являются средством накопления электрической энергии в электрическом поле. Типичными областями их применения являются сглаживающие фильтры в источниках электропитания, цепи межкаскадной связи в усилителях переменных сигналов, фильтрация помех, возникающих на шинах электропитания.

Конденсаторы

Классификация по функциональному признаку

1. Фильтровые – используется свойство конденсатора изменять свое сопротивление в зависимости от частоты и правило электротехники
о том, что напряжение на конденсаторе не может изменяться мгновенно.

2. Импульсные и высокочастотные.

3. Пусковые конденсаторы для электродвигателей.

4. Конденсаторы для компенсации реактивной мощности.

По типу диэлектрика конденсаторы различаются:

1. Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком (керамика, слюда, минералы, кварц).

2. Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком (бумага, металлобумага, фторопласт, полиэтилен и др.).

3. Конденсаторы с оксидным диэлектриком (на основе соединения алюминия, тантала, оксиднополупроводниковые). Эти конденсаторы относятся к классу полярных (электролитических).

4. С жидким диэлектриком (масло).

Конденсаторы бывают постоянные и переменные, высоковольтные и низковольтные. Единица емкости – 1Ф, 1мкФ = 10^-9Ф. Примеры обозначений номинала емкости: 15пФ, 47нФ, 15р, 1н5, м68, 0,68мкФ,1м5. При производстве конденсаторов регламентируются допустимые отклонения ±0,1 %, +30 %, –80 % и др. Пример надписи на конденсаторе: К78-2-0,1мкФ±10 %-1000V (здесь К – конденсатор постоянной емкости, 78 определяет тип диэлектрика, 2 – регистрационный номер). Для конденсатора также имеет значение температурный коэффициент емкости (относительное изменение емкости при нагреве конденсатора на 1 °С) и тангенс угла диэлектрических потерь. Наибольшими емкостями обладают полярные конденсаторы.

а) б) в)

Рис. 3. Условные обозначения конденсаторов:

постоянной емкости (а); электролитический (полярный) (б); переменный (в)

Конденсаторы выбираются исходя из требуемого значения емкости с учетом функционального назначения и условий эксплуатации. При этом рабочее напряжение не должно быть больше паспортного. Полярные конденсаторы предназначены для работы на постоянном напряжении. Для них оговаривается величина допустимых пульсаций, которая обычно не должна превышать 5…10 % от номинального напряжения.

Сопротивление конденсатора переменному току определяется как отношение напряжения к току и выражается в омах (Ом). Оно обратно пропорционально емкости и частоте переменного тока.

,

где X_С – сопротивление, Ом; ¦ – частота, Гц; C – емкость, Ф.

а) б)

Рис. 4. Зависимость сопротивления от частоты (а);
фазовый сдвиг напряжения и тока в идеальном конденсаторе (б)

2.3. RC-цепи

На рис. 5. показана сглаживающая RC-цепочка, которая при определенных условиях может выполнять роль интегрирующего звена. На рис. 6 приведена RC-цепь, которая в зависимости от своих параметров может выполнять функции разделительного звена, укорачивающей или дифференцирующей цепочки.

Эффективность рассматриваемых цепочек зависит от соотношения между постоянной времени t = RC и периодом входного сигнала t .

Рис. 5. Интегрирующая RC-цепь Рис. 6. Дифференцирующая RC-цепь

Рис. 7. Форма импульсов напряжения (для рис. 5)

Рис. 8. Форма импульсов напряжения (для рис. 6)

Например, функция интегрирования выполняется тем лучше, чем сильнее выражено неравенство t >> t. При этом автоматически выполняется соотношение U_ВЫХ << U_ВХ.. Функция дифференцирования цепочкой, показанной на рис. 6, выполняется тем лучше, чем сильнее выражено неравенство t << t. При этом опять U_ВЫХ << U_ВХ. На рис. 8 нужно обратить внимание на положение нулевой линии на кривых выходного сигнала U_ВЫХ, который является чисто переменной величиной, так как конденсатор C постоянную составляющую напряжения не пропускает.

Индуктивности

Индуктивности представляют собой катушки и позволяют запасать электрическую энергию в магнитном поле. Типичными областями их применения являются сглаживающие фильтры и различные селективные цепи. Электрические характеристики катушек индуктивности определяются их конструкцией, свойствами материала магнитопровода, числом витков обмотки.

Основные факторы при выборе катушек индуктивности:

а) требуемое значение индуктивности (Гн, мГн, мкГн, нГн);

б) максимальный ток катушки;

в) точность выполнения индуктивности;

г) активное сопротивление проводов обмотки.

Добротность катушки определяется как отношение действующих значений напряжения и тока. Оно прямо пропорционально индуктивности и частоте изменения тока и измеряется в омах (Ом).

X_L = U_L/I_L = 2p¦L,

где X_L – сопротивление, Ом; ¦ – частота, Гц; L – индуктивность, Гн.

а) б)

Рис. 9. Зависимость индуктивного сопротивления от частоты (а);
фазовый сдвиг напряжения и тока в идеальной индуктивности (б)

3. ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ