Введение. Пассивные компоненты электронной техники.

Лекция №1.

Введение. Пассивные компоненты электронной техники.

План

 

1.
Введение.

2.
Пассивные компоненты электронной техники

Ключевые слова.

Элементы, компоненты, активные компоненты, пассивные компоненты, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы.

1.1 Ведение
Современная электронная аппаратура содержит огромное количество компонентов, т.е. самостоятельных (комплектующих) изделий, выполняющих определенные функции. В качестве компонентов могут выступать транзисторы, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и т.д., а также интегральные микросхемы (ИМС), которые в свою очередь состоят из большого числа элементов, реализующих функции транзистора, резистора и т.д.

Понятия "элемент" и "компонент" во многом тождественны. Во всяком случае, функции, выполняемые ими, одинаковы. Дискретный транзистор, выступающий как компонент, выполняет те же функции, что и транзистор в ИМС, с той лишь разницей, что дискретный транзистор, как компонент при необходимости можно заменить другим, а транзистор, входящий в состав ИМС, принципиально не может быть заменен другим.
1.2 Пассивные компоненты электронной техники

Компоненты электронной техники делятся на активные и пассивные. К активным относятся транзисторы, электронные лампы, микросхемы и т.д., т. е. элементы, способные усиливать или преобразовывать электрические сигналы. К пассивным относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, коммутационные элементы, т. е. такие элементы, которые предназначены для перераспределения электрической энергии. Главная задача этой группы элементов – выполнение простейших операций (накопление заряда, сопротивление протекающему току, концентрация электромагнитной энергии и т.д.). В настоящее время в связи с бурным развитием электроники потребность в пассивных элементах возрастает.

Пассивные элементы могут выступать как дискретные компоненты и как элементы ИМС. Несмотря на то, что ИМС имеют большой удельный вес в электронной аппаратуре, пассивные компоненты являются самыми распространенными изделиями электронной промышленности. Объясняется это в первую очередь тем, что ряд элементов трудно выполнить в микросхемном исполнении. Практически невозможно в ИМС изготовить конденсаторы большой емкости, резисторы с большим сопротивлением, практически нет интегральных катушек индуктивности и трансформаторов. Да и технические характеристики дискретных элементов лучше, чем интегральных.

В современной электронной аппаратуре доля дискретных резисторов составляет от 15 до 50% всех элементов принципиальной схемы, доля дискретных конденсаторов составляет около 25%, практически все катушки индуктивности и трансформаторы являются дискретными компонентами.

Всё большее усложнение электронной техники предъявляет к компонентам повышенные требования. Эти требования направлены на микроминиатюризацию, снижение массы и габаритов, повышение стойкости к внешним факторам, рост надежности

Контрольные вопросы

1. Перспективы развития электронной техники?

2. Какие компоненты называются активными компонентами электронной техники?

3. Какие компоненты называются пассивными компонентами электронной техники?

4. Чем отличаются элементы от компонентов?

5. Назначение пассивных компонентов?

6. Требования к пассивным компонентам?

7. Что такое резистор?

8. Что такое конденсатор?

9. Что такое катушка индуктивности?

10. Что такое трансформатор?

 

 

Лекция №2.

Резисторы.

Резисторы являются компонентами электронной аппаратуры и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части интегральных микросхем. Они предназначены для перераспределения и регулирования электрической энергии между элементами схемы. Принцип действия резисторов основан на использовании свойства материалов оказывать сопротивление протекающему через них электрическому току. Особенностью резисторов является то, что электрическая энергия в них превращается в тепло, которое рассеивается в окружающую среду.

2.2 Классификация резисторов.

По назначению дискретные резисторы делятся на резисторы общего назначения, прецизионные, высокочастотные, высоковольтные и высокоомные.

По постоянству значения сопротивления резисторы подразделяются на постоянные, переменные и специальные. Постоянные резисторы имеют фиксированную величину сопротивления, у переменных резисторов предусмотрена возможность изменения сопротивления в процессе эксплуатации, сопротивление специальных резисторов изменяется под действием внешних факторов: протекающего тока или приложенного напряжения (варисторы), температуры (терморезисторы), освещения (фоторезисторы) и т.д.

Переменные резисторы, в зависимости от назначения, подразделяются на подстроечные и регулировочные. Подстроечные резисторы рассчитаны на однократную настройку аппаратуры. Их подвижная ось обычно выводится под шлиц, в некоторых случаях предусматривается стопорение оси после настройки. Износоустойчивость подстроечных резисторов невелика — 150 –200 поворотов оси. Регулировочные резисторы используются при многократных регулировках аппаратуры, обладают большой износоустойчивостью (до нескольких сот тысяч циклов).

К регулировочным резисторам следует отнести те, чье основное назначе­ние - оперативное регулирование (изменение) эксплуатационных (или "потре­бительских") параметров радиоаппаратуры: громкости и тембра звучания, уровня записи, установки стереобаланса в звукозаписывающей и звуковоспро­изводящей аппаратуре; яркости, контрастности, цветовой насыщенности в телевизорах и т.п.

Для этих целей практически всегда используются потенциометры с выво­димой на лицевую панель аппарата осью необходимой длины или плоской пластиной (в случае "ползунковых" потенциометров) с декоративной ручкой управления.

Регулировочные резисторы по конструктивному исполнению могут быть одиночными, спаренными, сдвоенными, строенными и даже счетверенными (например, отечественные резисторы типа СПЗ-33) с одной общей или двумя (тремя) раздельными концентрическими осями управления. Они могут соче­таться с сетевым или иного назначения выключателем - в свою очередь одно­полюсным или многополюсным.

По виду токопроводящего элемента резисторы делятся на проволочные и непроволочные.

По эксплуатационным характеристикам дискретные резисторы делятся на термостойкие, влагостойкие, вибро- и ударопрочные, высоконадежные и т.д.

Резисторы гибридных ИМС изготавливаются в виде резистивных пленок, наносимых на поверхность подложки. Эти резисторы могут быть тонкопленочными (толщина пленки порядка 1 мкм) и толстопленочными (толщина пленки порядка 20 мкм).

Резисторы полупроводниковых ИМС представляют собой тонкую (толщиной 2-3 мкм) локальную область полупроводника, изолированную от подложки и защищенную слоем SiO₂.

В зависимости от конкретных условий работы в электронной аппаратуре применяются различные типы резисторов.

Непроволочные тонкослойные постоянные резисторы. У резисторов группы С 1 токопроводящий слой представляет собой пленку пиролитического углерода, а у резисторов группы С2 - пленку сплава металла или оксида металла. Эти резисторы являются резисторами широкого применения с допусками ±5, ±10 или ±20% и мощностью от 0,125 до 2 Вт. Помимо резисторов С1 и С2 к этой категория резисторов относятся резисторы типов МЛТ, МТ и ВС.

Поскольку металл обладает более высокой теплостойкостью, чем углерод, то резисторы С2 при равной мощности имеют меньшие габариты, чем С1. Резисторы С2 обладают более высокой стабильностью при циклических изменениях температуры. Недостатком металлопленочных резисторов является небольшая стойкость к импульсной нагрузке и меньший частотный диапазон, чем у углеродистых. Объясняется это тем, что токопроводящий слой у этих резисторов толще, чем у углеродистых, поэтому увеличивается паразитная емкость между витками резистивной спирали. На основе резисторов С2 создаются также прецизионные резисторы с допусками ±(0,1-1 )% . Прецизионные резисторы имеют большие габариты, чем резисторы общего применения. Это облегчает тепловые режимы и повышает стабильность свойств проводящего слоя.

Композиционные резисторы. У этих резисторов токопроводящий материал получают путем смешивания проводящей компоненты (графита или сажи) со связывающими компонентами, наполнителем, пластификатором и отвердителем. В резисторах группы СЗ полученная композиция наносится на поверхность изоляционного основания, а в резисторах группы С4 спрессовывается в виде объемного цилиндра или параллелепипеда. В зависимости от состава композиционные материалы имеют очень широкий диапазон удельных сопротивлений. Объемные композиционные резисторы С4 имеют прямоугольную форму и предназначены для компоновки на печатных платах. Они обладают высокой теплостойкостью (до 350°С) и имеют небольшие габариты. Недостатком композиционных резисторов является высокий уровень токовых шумов, что объясняется крупнозернистой структурой проводящего материала.

Проволочные постоянные резисторы. Для изготовления этих резисторов используют провода из специальных сплавов, имеющих высокое удельное сопротивление, хорошую теплостойкость и малый температурный коэффициент сопротивления. Эти резисторы обладают очень высокой допустимой мощностью рассеивания (десятки ватт) при относительно небольших размерах, высокой точностью и хорошей температурной стабильностью. Так как резисторы изготавливают путем намотки провода на каркас, то они имеют большую индуктивность и собственную емкость. Для уменьшения индуктивности применяют бифилярную намотку, при которой обмотку резистора выполняют сдвоенным проводом, благодаря чему поля расположенных рядом витков направлены навстречу друг другу и вычитаются. Уменьшение индуктивности достигается также путем намотки на плоский каркас. Недостатком бифилярной намотки является большая собственная емкость. Для получения малой индуктивности и емкости применяют разбивку обмотки на несколько секций, в каждой из которых поочередно меняется направление намотки. Проволочные резисторы значительно дороже тонкопленочных, поэтому применяют их в тех случаях, когда характеристики тонкопленочных резисторов не удовлетворяют предъявляемым требованиям.

Высокочастотные резисторы и резисторы СВЧ. Эти резисторы обладают небольшой собственной индуктивностью и емкостью, что обеспечивается отсутствием спиральной нарезки, но при этом величина сопротивления не превышает 200 - 300 Ом. Однако это не является недостатком, так как на СВЧ высокие номиналы сопротивлений не применяются. В ряде случаев высокочастотные резисторы изготавливаются без проволочных выводов и эмалевого покрытия, что уменьшает паразитную индуктивность и шунтирующее действие диэлектрика. На сверхвысоких частотах применяют резисторы группы С6, способные работать на частотах до 10 ГГц. К категории высокочастотных относятся также резисторы типов: С2-11, С2-34, МОН (маталлоокисные незащищенные) и МОУ - (металлоокисные ультравысокочастотные). На высоких частотах находят применение, кроме того, микропроволочные малогабаритные резисторы типа С5-32 Т, имеющие длину 6 мм и диаметр 2,6 мм, и паразитную индуктивность не более 0,1 мкГн. Эти резисторы имеют мощность 0,125 Вт и номинальные сопротивления от 0,24 до 300 Ом с точностью 0,5, 1,2, и 5%.

Резистоpы с линейной вольт - ампеpной хаpактеpистикой называются линейными pезистоpами. В отличие от аналогичных элементов, напpимеp, ваpистоpов, теpмистоpов, у котоpых вольт - ампеpная хаpактеpистика имеет нелинейный хаpактеp. Pезистоpы с нелинейной вольт - ампеpной хаpактеpистикой называются нелинейными. Чем больше номинальное сопpотивления pезистоpа, тем меньше угол наклона вольт - ампеpной хаpактеpистики к оси абсцисс, тем более полого на гpафике pасполагается вольт - ампеpная хаpактеpистика. Полупроводниковые нелинейные резисторы, в отличие от линейных резисторов, обладают способностью изменять свое сопротивление под действием управляющих факторов: температуры, напряжения, магнитного поля и др. Такие резисторы также относятся к категории специальных резисторов.

Варисторы - полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного к ним напряжения. Варисторы изготавливаются путем спекания кристаллов карбида кремния и связующих веществ. В готовой структуре варистора между кристаллами кремния существуют мельчайшие зазоры. При приложении к варистору внешнего напряжения происходит перекрытие этих зазоров, в результате чего сопротивление варистора уменьшается. Типичный вид вольт - амперной характеристики показан на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 Вольт - амперная характеристика варистора

Параметрами варистора являются:

- номинальное напряжение U_ном;

- номинальный ток I_ном:

- статическое сопротивление

- дифференциальное сопротивление

- коэффициент нелинейности

Поскольку сопротивление варисторов значительно изменяется с изменением приложенного напряжения, то они находят применение в качестве регулирующих элементов в устройствах автоматики. В обозначении варисторов содержатся буквы CH ( сопротивление нелинейное ).

Терморезисторы - это полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется в зависимости от температуры ( рис. 2.2, а )

Рисунок 2.2. Характеристики терморезистора

Вследствие нелинейности температурной характеристики вольт - амперная характеристика (ВАХ) будет также нелинейной (рис. 2.11,б ). При малых токах ВАХ практически линейна (участок ОМ), поскольку мощность, выделяемая в терморезисторе, недостаточна для того, чтобы заметно нагреть его. При больших токах сопротивление резистора уменьшится, что сопровождается уменьшением напряжения на нем.

Параметрами терморезистора являются:

- номинальное сопротивление R_и при T=20^oC,

- температурный коэффициент сопротивления TKC,

- максимально допустимая мощность рассеивания P_max,

- постоянная времени t , численно равная времени, в течение которого температура резистора при перенесении его из воздушной среды с температурой 0^o С в воздушную среду с температурой 100^o С изменяется на 63%.

Терморезисторы используются в системах измерения и регулирования температуры. В обозначении терморезисторов содержатся буквы СТ.

Фоторезисторы - это полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется под воздействием света. Они используются в качестве датчиков освещенности в системах телеметрии.

Тензорезисторы — это резисторы, сопротивление которых меняется под влиянием механических воздействий.

Магниторезисторы - это резисторы с резко выраженной зависимостью электрического сопротивления от магнитного поля. Свойства магниторезисторов оцениваются магниторезистивным отношением, которое показывает, во сколько раз изменяется сопротивление магниторезистора при помещении его в магнитное поле с индукцией 0,5Т (или IT).

2.2 Конструкция резисторов

Основным элементом конструкции постоянного резистора является резистивный элемент, который может быть либо пленочным, либо объемным. Величина объемного сопротивления материала определяется количеством свободных носителей заряда в материале, температурой, напряженностью поля и т.д. и определяется известным соотношением

 

(2.1)

где - удельное электрическое сопротивление материала,

l - длина резистивного слоя,

s - площадь поперечного сечения резистивного слоя.

В чистых металлах всегда имеется большое количество свободных электронов, поэтому они имеют малую величину и для изготовления резисторов не применяются. Для изготовления проволочных резисторов применяют сплавы никеля, хрома и т.д., имеющие большую величину .

Для расчета сопротивления тонких пленок пользуются понятием удельного поверхностного сопротивления , под которым понимается сопротивление тонкой пленки, имеющей в плане форму квадрата. Величина связана с величиной и легко может быть получена из 2.1, если принять в ней s = w , где w - ширина резистивной пленки, - толщина резистивной пленки.

Тогда

 

(2.2)

где

- удельное поверхностное сопротивление, зависящее от толщины пленки . Если l = w, то R= , причем величина сопротивления не зависит от размеров сторон

На рис.2.3 представлено устройство пленочного резистора. На диэлектрическое цилиндрическое основание 1 нанесена резистивная пленка 2. На торцы цилиндра надеты контактные колпачки 3 из проводящего материала с припаянными к ним выводами 4. Для защиты резистивной пленки от воздействия внешних факторов резистор покрывают защитной пленкой 5.

Рисунок 2.3 Устройство пленочного резистора.

Сопротивление такого резистора определяется соотношением

 

(2.3)

где l - длина резистора (расстояние между контактными колпачками), D - диаметр цилиндрического стержня резистора (расстояние между контактными колпачками), D - диаметр цилиндрического стержня.

Такая конструкция резистора обеспечивает получение сравнительно небольших сопротивлений (сотни Ом ). Для увеличения сопротивления резистора резистивную пленку 2 наносят на поверхность керамического цилиндра 1 в виде спирали (рис. 2.4).

Рисунок 2.4 Конструкция пленочного резистора с резистивной пленкой, нанесенной на поверхность керамического цилиндра.

Сопротивление такого резистора определяется соотношением

 

(2.4)

где t - шаг спирали, а - ширина канавки (расстояние между соседними виткамиспирали),

число витков спирали.

Рисунок 2.5. Конструкция объёмного резистора

На рис. 2.5 показана конструкция объемного резистора, представляющего собой стержень 1 из токопроводящей композиции круглого или прямоугольного сечения с запрессованными проволочными выводами 2. Снаружи стержень защищен стеклоэмалевой или стеклокерамической оболочкой 3. Сопротивление такого резистора определяется соотношением (2.1).

Постоянный проволочный резистор представляет собой изоляционный каркас, на который намотана проволока с высоким удельным электрическим сопротивлением. Снаружи резистор покрывают термостойкой эмалью, спрессовывают пластмассой либо герметизируют металлическим корпусом, закрываемым с торцов керамическими шайбами.

Для гибридных ИМС выпускаются микромодульные резисторы, представляющие собой стержень из стекловолокна с нанесенным на поверхность тонким слоем токопроводящей композиции. Такие резисторы приклеиваются к контактным площадкам подложек токопроводящим клеем - контактолом.

Конструкции переменных резисторов гораздо сложнее, чем постоянных. На рис. 2.6 представлена конструкция переменного непроволочного резистора круглой формы.

Рис. 2.6 Конструкция переменного резистора.

Он состоит из подвижной и неподвижной частей. Неподвижная часть представляет собой пластмассовый корпус 2, в котором смонтирован токопроводящий элемент 3, имеющий подковообразную форму. Посредством заклепок 6 он крепится к круглому корпусу. Эти заклепки соединены с внешними выводами 4. Подвижная часть представляет собой вращающуюся ось, с торцом которой 7 посредством чеканки соединена изоляционная планка 8, на которой смонтирован подвижный контакт 1 (токосъемник), соединенный с внешним выводом. Угол поворота оси составляет 270° и ограничивается стопором 5.

Существуют и другие конструкции переменных непроволочных резисторов.

Токопроводящий элемент в них бывает тонкослойным металлическим или металооксидным (резисторы типа СП2), пленочным композиционным (резисторы типа СП4).

Переменные резисторы могут иметь разный закон изменения сопротивления в зависимости от угла поворота оси (рис.2.7).

Рисунок 2.7 Закон изменения сопротивления переменных резисторов в зависимости от угла поворота оси

У линейных резисторов (типа А) сопротивление зависит от угла поворота линейно. У логарифмических резисторов (тип Б) сопротивление изменяется по логарифмическому закону, а у резисторов типа В - по обратнологарифмическому. Кроме того, существуют резисторы, у которых сопротивление изменяется по закону синуса (тип И) или косинуса (тип Б).

Рисунок 2.8 Конструкция переменного проволочного резистора с круговым перемещением токосъемника

Некоторые типы переменных резисторов состоят из двух переменных резисторов объединенных в единую конструкцию, в которой токосъемники расположены на общей оси. Существуют переменные резисторы, содержащие выключатель, контакты которого разомкнуты, если ось резистора повернута в крайнее положение при вращении против движения часовой стрелки. При повороте оси по движению часовой стрелки на небольшой угол контакты выключателя замыкаются. Некоторые типы резисторов комплектуются специальными стопорящими устройствами, жестко фиксирующими положение оси. На рис.2.8 показана конструкция переменного проволочного резистора с круговым перемещением токосъемника. В пластмассовом корпусе 7 с помощью цанговой втулки 3 укреплена поворотная ось 2, на которой закреплен изоляционный диск с контактной пружиной (ползуном) 4, скользящей по проводу обмотки 9, - укрепленной на гетинаксовой дугообразной пластине 6. Концы обмотки соединены с выводами 8, а ползун через контактное кольцо соединен с внешним контактным лепестком 10. Положение оси может быть зафиксировано стопорной разрезной гайкой 1, а угол поворота оси ограничен выступами корпуса, в которые упирается планка-ограничитель 5, закрепленная на оси.

Помимо переменных резисторов с круговым перемещением существуют резисторы с прямолинейным перемещением подвижного контакта. В этом случае контактный ползун укрепляется не на поворотной, а на червячной оси.

Выбор типа резистора (постоянного или переменного) для конкретной схемы производится с учетом условий работы и определяется параметрами резисторов.

Каждый из перечисленных регулировочных резисторов может иметь один или несколько дополнительных фиксированных отводов для подключения, например, схем тонкомпенсации или для других целей. Кроме того, любой из них может иметь линейную или нелинейную зависимость изменения сопротив­ления от угла поворота оси (или степени перемещения ползунка)

Резистор нельзя рассматривать как, элемент, обладающий только активным сопротивлением, определяемым его резистивным элементом.

Помимо сопротивления резистивного элемента он имеет емкость, индуктивность и дополнительные паразитные сопротивления. Эквивалентная схема постоянного резистора представлена на рис. 2.9.

Рисунок 2.9 Эквивалентная схема постоянного резистора

На схеме R_r- сопротивление резистивного элемента,

R_из— сопротивление изоляции, определяемое свойством защитного покрытия и основания, R_k - сопротивление контактов, L_R— эквивалентная индуктивность резистивного слоя и выводов резистора, С_R - эквивалентная емкость резистора, C_B1 и C_B2- емкости выводов. Активное сопротивление резистора определяется соотношением

 

(2.5)

Сопротивление R_К имеет существенное значение только для низкоомных резисторов. Сопротивление R_из практически влияет на общее сопротивление только высокоомных резисторов. Реактивные элементы определяют частотные свойства резистора. Из-за их наличия сопротивление резистора на высоких частотах становится комплексным.

Относительная частотная погрешность определяется соотношением

 

(2.6)

где Z - комплексное сопротивление резистора на частоте

На практике, как правило, величины L и С неизвестны. Поэтому для некоторых типов резисторов указывается значение обобщенной постоянной времени , которая связана с относительной частной погрешностью сопротивления приближенным уравнением:

 

(2.7)

Частотные свойства непроволочных резисторов значительно лучше, чем проволочных.

Контрольные вопросы.

1.
Что такое резистор?

2.
Назначение резистора?

3.
Применение резисторов?

4.
Классификация резисторов?

5.
Какие резисторы называются постоянными?

6.
Какие резисторы называются переменными?

7.
Что такое нелинейные резисторы?

8.
Какие резисторы называются терморезисторами?

9.
Какие резисторы называются варисторами?

10.
Конструкция резисторов постоянного сопротивления?

11.
Конструкция резисторов переменного сопротивления?

Лекция №3.

Рисунок 3.1

а) определение температуры резистора из условия баланса мощностей, б) уменьшение мощности, выделяемой в резисторе, в) зависимость мощности от температуры окружающей среды

Следовательно, при увеличении мощности, выделяемой в резисторе, возрастает его температура T_{R ,}что может привести к выходу резистора из строя. Для того чтобы этого не произошло, необходимо уменьшить R_T , что достигается увеличением размеров резистора. Для каждого типа резистора существует определенная максимальная температура T_max , превышать которую нельзя.

Температура T_R , как следует из вышеизложенного, зависит также от температуры окружающей среды. Если она очень высока, то температура T_R может превысить максимальную, чтобы этого не произошло, необходимо уменьшать мощность, выделяемую в резисторе (3.1, б). Для всех типов резисторов в ТУ оговариваются указанные зависимости мощности от температуры окружающей среды (рис.3.1,в). Номинальные мощности стандартизованы (ГОСТ 9663-61 ) и соответствуют ряду: 0,01; 0,025; 0,05; 0,121; 0,25; 0,5; 1; 1,2; 5; 8; 10; 16; 25; 50; 75; 100; 160; 250; 500.

Предельное рабочее напряжение U_ПРЕД определяет величину допустимого напряжения, которое может быть приложено к резистору. Для резисторов с небольшой величиной сопротивления (сотни ОМ) эта величина определяется конструкцией резистора и рассчитывается по формуле:

 

(3.4)

Для остальных резисторов предельное рабочее напряжение определяется конструкцией резистора и ограничивается возможностью электрического пробоя, который, как правило, происходит по поверхности между выводами резистора или между витками спиральной нарезки. Напряжение пробоя зависит от длины резистора и давления воздуха. При длине резистора, не превышающей 5 см, оно определяется по формуле:

 

(3.5)

где Р - давление в мм рт. ст., l - длина резистора в см.

Величина U_пред указывает в ТУ, она всегда меньше U_проб. При испытании резисторов на них подают испытательное напряжение U_исп, которое больше U_пред и меньше U_проб.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) характеризует относительное изменение сопротивления при изменении температуры

 

(3.6)

Он может быть как положительным, так и отрицательным. Если резистивная пленка толстая, то она ведет себя как объемное тело, сопротивление которого с ростом температуры возрастает. Если же резистивная пленка тонкая, то она состоит из отдельных "островков", сопротивление такой пленки с ростом температуры уменьшается, так как улучшается контакт между отдельными "островками". У различных резисторов эта величина лежит в пределах ± (7-12)10^-4.

Коэффициент старения характеризует изменение сопротивления, которое вызывается структурными изменениями резистивного элемента за счет процессов окисления, кристаллизации и т.д.

 

(3.7)

В ТУ обычно указывается относительное изменение сопротивления в процентах за определенное время (1000 или 10000 ч).

Коэффициент напряжения К_н характеризует влияние величины приложенного напряжения на сопротивление. В некоторых типах резисторов при высоких напряжениях изменяется величина сопротивления. В непроволочных резисторах это обусловлено уменьшением контактного сопротивления между отдельными зернами резистивной пленки. В проволочных резисторах это обусловлено дополнительным разогревом проволоки при повышенных напряжениях:

 

(3.8)

где R₁₀₀- сопротивление резистора при напряжении U_ПРЕД,

R₁₀ -сопротивление резистора при напряжении 0,1 _Uпред.

ЭДС шумов резистора. Электроны в резистивном элементе находятся в состоянии хаотического теплового движения, в результате которого между любыми точками резистивного элемента возникает случайно изменяющееся электрическое напряжение и между выводами резистора появляется ЭДС тепловых шумов. Тепловой шум характеризуется непрерывным, широким, практически равномерным спектром. Величина ЭДС тепловых шумов определяется соотношением:

 

(3.9)

где К = 1,38 · 10 ^-23 Д ж/град- постоянная Больцмана,

Т - абсолютная температура в градусах шкалы Кельвина,

R - сопротивление. Ом,

Df- полоса частот, в которой измеряются шумы. При комнатной температуре (Т =300° К)

 

( 3.10 )

Если резистор включен на входе высокочувствительного усилителя, то на его выходе будет слышен характерный шум. Уменьшить уровень этих шумов можно лишь уменьшая величину сопротивления Rили температуру 7.

Помимо тепловых шумов существует токовый шум, возникающий при протекании через резистор тока. Этот шум обусловлен дискретной структурой резистивного элемента. При протекании тока возникают местные перегревы, в результате которых изменяются контакты между отдельными частицами токопроводящего слоя и, следовательно, флюктуирует (изменяется) величина сопротивления, что ведет к появлению между выводами резистора ЭДС токовых шумов Е_i . Токовый шум, также как и тепловой, имеет непрерывный спектр, но интенсивность его увеличивается в области низких частот.

Поскольку величина тока, протекающего через резистор, зависит от величины приложенного напряжения U, то в первом приближении можно считать, что

 

Ei= КiU

(3.11)

где К_i - коэффициент, зависящий от конструкции резистора, свойств резистивного слоя и полосы частот. Величина К_i указывается в ТУ и лежит в пределах от 0,2 до 20 мкВ/В. Чем однороднее структура, тем меньше токовый шум. У металлопленочных и углеродистых резисторов величина К_i£1,5 мкВ/В, у композиционных поверхностных К_i£ 40 мкВ/В, у композиционных объемных К_i £ 45 мкВ/В. У проволочных резисторов токовый шум отсутствует. Токовый шум измеряется в полосе частот от 60 до 6000 Гц. Его величина значительно превышает величину теплового шума.

3.2 Маркировка резисторов

До 1968г. обозначение резисторов состояло из букв, отражающих конструктивно-технологические особенности данного типа резистора, например, МЛТ - металлопленочный лакированный теплостойкий.

С 1968г. в соответствии с ГОСТ 13453-68 постоянные резисторы стали обозначаться буквой С, а переменные буквами СП. По конструкции токонесущей части резисторы были разделены на шесть групп:

1 - непроволочные углеродистые или бороуглеродистые,

2- непроволочные металлопленочные или металлоокисные,

3- непроволочные тонкопленочные композиционные,

4- непроволочные объемные композиционные,

5- проволочные,

6- резисторы для сверхвысоких частот.

Согласно ГОСТ в обозначении резисторов после букв С или СП стоит цифра, указывающая номер группы, а затем через дефис - номер конкретной конструкции резистора. Например, обозначение С2-8: резистор постоянный второй группы, восьмой вариант конструкции.

С 1980г. стала применяться другая система обозначений, также состоящая из трех элементов.

Первый элемент - буквенный:

Р - постоянный резистор, РП - переменный резистор, РН - набор резисторов.

Второй элемент - цифра:

1 - непроволочный резистор, 2 - проволочный резистор.

Третий элемент - цифра, обозначающая разновидность конструкции.

Например, Р2-15 означает: резистор постоянный, проволочный, 15 вариант конструкции.

В конструкторской документации помимо типа резистора указывается номинальная мощность, номинальное сопротивление, допуск на сопротивления и ряд других параметров.

На принципиальных схемах резисторы изображаются в виде прямоугольника с указанием величины сопротивления, мощности и порядкового номера.

Рисунок 3.2. Обозначения резисторов на схемах.

Величина мощности указывается наклонными, продольными или поперечными линиями внутри прямоугольника: а) 0,125 Вт; б) 0.25 Вт; в) 0,5 Вт; г) 11 Вт; д) 2 Вт. Изображение переменных резисторов показано на рис. 2.9, е, а подстроечных - на рис. 2.9,ж

Основные параметры резисторов указываются на его корпусе, но для миниатюрных резисторов не хватает места на корпусе, поэтому ГОСТ 11076 - 69 предусматривает сокращенную буквенно-кодовую маркировку. При такой маркировке вместо запятой в наборе цифр, указывающих номинальное значение сопротивления, ставят букву, указывающую, в каких единицах выраженно сопротивление: R (или Е) - в Омах, К - в килоомах, М - мегаомах, G - гигаомах, Т - тераомах. При этом ноль, стоящий до или после запятой, не ставят. После указания величины номинального сопротивления ставится буква, обозначающая допуск, в соответствии с таблицей 3.2.

Кроме того, в последние годы в соответствии с СТ СЭВ 1810 - 79 стала применяться международная система обозначений в соответствии таблицей 3.3.

Например, резистор с сопротивлением 0,47 кОм и допуском 20% маркируется К47В или К47М.

Таблица 3.2 Буквы, обозначающие допустимое отклонение сопротивления резистора в соответствие с ГОСТ 11076-69.

Допустимое отклонение, %	±0,1	±0,2	±0,5	±1	±2	±5	±10	±20	±30
Обозначение	Ж	У	Д	Р	Л	И	С	В	Ф

Таблица 3.3 Буквы, обозначающие допустимое отклонение сопротивления резистора в соответствие с международной системой обозначений.

Допустимое отклонение, %	±0,001	±0,002	±0,005	±0,01	±0,02	± 0,05
Обозначение	Е	L	R	P	U	X
Допустимое отклонение, %	±0,1	±0,25	±0,5	±1	±2	±5	±10	±20	±30
Обозначение	B	С	D	F	G	I	К	M	N

Помимо буквенно-цифровой применяется цветовая индексация величины номинального сопротивления и допуска на корпусе резистора (ГОСТ 17598-72). Вблизи одного из торцов корпуса наносятся 4 цветных полоски: первая обозначает первую цифру номинала, вторая обозначает вторую цифру номинала, третья -множитель; четвертая - величину допуска, цвет полосок стандартизован.

Контрольные вопросы

1.
Как стандартизована величина номинального сопротивления?

2.
Что такое номинальное напряжение?

3.
Что такое номинальная мощность рассеяния?

4.
Закон Ома?

5.
Маркировка резисторов?

6.
От каких факторов зависит надежность резисторов?

7.
Какими буквами обозначаются постоянные и переменные резисторы?

8.
Что означает цифра, стоящая за буквенным обозначением на резисторе?

9.
Как обозначают резисторы на схемах?

10.
Как обозначают номинальную мощность рассеяния резистора на схеме?

Лекция №4.

Рисунок 4.1 Пакетная конструкция конденсаторов

Трубчатая конструкция. Она характерна для высокочастотных трубчатых конденсаторов и представляет собой керамическую трубку I (рис.2.13) с толщиной стенок около 0,25 мм, на внутреннюю и внешнюю поверхность которой методом вжигания нанесены серебряные обкладки 2 и 3. Для присоединения гибких проволочных выводов 4 внутреннюю обкладку выводят на внешнюю поверхность трубки и создают между ней и внешней обкладкой изолирующий поясок 5, снаружи на трубку наносится защитная пленка из изоляционного вещества.

Емкость такого конденсатора

 

(4.3)

Где l - длина перекрывающейся части обкладок в см,

D₁ и D₂ - наружный и внешний диаметры трубки

Рисунок 4.2 Трубчатая конструкция конденсаторов

Дисковая конструкция. Эта конструкция (рис.4.3) характерна для высокочастотных керамических конденсаторов: на керамический диск I с двух сторон вжигаются серебряные обкладки 2 и 3, к которым присоединяются гибкие выводы 4. Емкость такого конденсатора определяется площадью обкладок и рассчитывается по (4.1).

Рисунок 4.3 Дисковая конструкция конденсаторов

Литая секционированная конструкция. Эта конструкция характерна для монолитных многослойных керамических конденсаторов (рис.4.4), получивших в последние годы широкое распространение, в том числе в аппаратуре с ИМС.

Рисунок 4.4 Литая секционная конструкция конденсаторов

Такие конденсаторы изготовляют путем литья горячей керамики, в результате которого получают керамическую заготовку I с толщиной стенок около 100 мкм и прорезями (пазами) 2 между ними, толщина которых порядка 130-150 мкм. Затем эта заготовка окунается в серебряную пасту, которая заполняет пазы, после чего осуществляют вжигание серебра в керамику. В результате образуются две группы серебряных пластин, расположенных в пазах керамической заготовки, к которым припаиваются гибкие выводы. Снаружи вся структура покрывается защитной пленкой. В конденсаторах, предназначенных для установки в гибридных ИМС, гибкие выводы отсутствуют, они содержат торцевые контактные поверхности, которые присоединяются к контактным площадкам ГИС.

Рулонная конструкция. Эта конструкция (рис.4.5) характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов, обладающих большой емкостью. Бумажный конденсатор образуется путем свертывания в рулон бумажной ленты 1 толщиной около 5-6 мкм и ленты из металлической фольги 2 толщиной около 10-20 мкм. В металлобумажных конденсаторах вместо фольги применяется тонкая металлическая пленка толщиной менее 1 мкм, нанесенная на бумажную ленту.

Рулон из чередующихся слоев металла и бумаги не обладает механической жесткостью и прочностью, поэтому он размещается в металлическом корпусе, являющемся механической основой конструкции.

Рисунок 4.5 Рулонная конструкция конденсаторов

Емкость таких конденсаторов

 

(4.4)

где b - ширина ленты, l - длина ленты, d - толщина бумаги.

Емкость бумажных конденсаторов достигает 10 мкф, а металлобумажных 30 мкф.

Подстроенные (полупеременные) конденсаторы. Особенностью этих конденсаторов является то, что их емкость изменяется в процессе производства электронной аппаратуры (регулировки), а в процессе эксплуатации емкость таких конденсаторов должна сохраняться постоянной и не изменяться под воздействием вибрации и ударов.

Они могут быть с воздушным или твердым диэлектриком. На рис.4.6 показано устройство подстроенного конденсатора с твердым диэлектриком типа КПК (конденсатор подстроечный керамический). Такой конденсатор состоит из основания 2 (статора) и вращающего диска 1 (ротора). На основание и диск напылены серебряные пленки полукруглой формы. При вращении ротора изменяется площадь перекрытия пленок, а следовательно, емкость конденсатора. Как правило, минимальная емкость (когда пленки не перекрыты) составляет несколько пикофарад, а при полном перекрытии пленок емкость конденсатора будет максимальной, величина этой емкости составляет несколько десятков пикофарад. От ротора и статора сделаны внешние выводы 3 и 4. Плотное прилегание ротора к статору обеспечивается прижимной пружиной 5.

На рис.4.7 показано устройство подстроечного конденсатора с воздушным диэлектриком. На керамическом основании 1 установлены колонки 2 для крепления пластин статора 3. Пластины ротора 4 закреплены на оси ротора 5. Посредствам пружины - токосъема 6 ротор подключается к соответствующим точкам принципиальной схемы. Крепление конденсатора осуществляется с помощью колонок 7, имеющих внутреннюю резьбу.

 

Рисунок 4.6 Конструкция подстоечного конденсатора с твердым диэлектриком типа КПК

Рисунок 4.7 Конструкция подстоечного конденсатора с воздушным диэлектриком

Конденсаторы переменной емкости. Емкость этих конденсаторов может плавно изменяться в процессе эксплуатации электронной аппаратуры, например, для настройки колебательных контуров. Так же, как и подстроечный конденсатор, он состоит из статора и ротора, но в отличие от подстроечных количество роторных и статорных пластин велико, что необходимо для получения максимальной емкости порядка 500 пФ. Как правило, эти конденсаторы имеют воздушный диэлектрик. На рис.4.8 показано устройство трехсекционного конденсатора переменной емкости. Каждая секция служит для настройки своего колебательного контура. Такие конденсаторы применяются в радиоприемной аппаратуре. Конструктивной основой является корпус 4, содержащий валики крепления 7 и планку крепления 9, в котором размещены статорная и роторная секции. Статорная секция 5 изолирована от корпуса, а роторная секция 1 состоит из неразрезных (внутренних) пластин 11 и разрезных (внешних) пластин 10. .Отгибая или подгибая часть сектора внешней пластины, можно изменять емкость в небольших пределах, что бывает необходимо в процессе заводской настройки аппаратуры. Роторные пластины закреплены на оси 2. Плавность вращения оси обеспечивается шариковым подшипником 3 и подпятником 8. На корпусе конденсатора около каждой роторной секции установлены специальные пружины -токосъемы 6, которые плотно прижимаются к ротору. Посредством токосъемов производится подключение роторных секций к соответствующим точкам схемы аппаратуры.

Рисунок 4.8 Конструкция трехсекционного конденсатора переменной емкости

Контрольные вопросы:

1.
Что такое конденсатор?

2.
Применение конденсаторов?

3.
Классификация конденсаторов?

4.
Какие конденсаторы называются конденсаторами постоянной ёмкости?

5.
Какие конденсаторы называются конденсаторами переменной ёмкости?

6.
Какие конденсаторы называются подстроечными?

7.
Основные типы конструкции конденсаторов?

8.
Рулонная конструкция конденсатора?

9.
Чем отличается конструкция бумажного конденсатора от конструкции слюдяного конденсатора?

10.
Конструкция конденсаторов переменной ёмкости?

Лекция №5.

Рисунок 5.1 Обозначения конденсаторов на электрических схемах

На корпусе конденсатора указываются его основные параметры. В малогабаритных конденсаторах применяется сокращенная буквенно-кодовая маркировка. При емкости конденсатора менее 100 пФ ставится буква П.

Например, 33 П означает, что емкость конденсатора 33 пФ. Если емкость лежит в пределах от 100 пФ до 0,1 мкФ, то ставится буква Н (нанофарада). Например, 10 Н означает емкость в 10 нФ или 10 000 пФ. При емкости более 0,1 мкФ ставится буква М, например, ЮМ, означает емкость в 10 мкФ. Слитно с обозначением емкости указывается буквенный индекс, характеризующий класс точности. Для ряда Е6 с точностью ±20% ставится индекс В, для ряда Е12 - индекс С, а для ряда Е24 - индекс И. Например, маркировка 1Н5С означает конденсатор емкостью 1,5 нФ (1500 пФ), имеющий отклонение от номинала ±10%.

Контрольные вопросы

1.Что такое ёмкость?

2. Единица измерения ёмкости?

3. Как стандартизуется номинальная ёмкость?

4. Что такое допустимое напряжение конденсатора?

5. Что такое электрическая прочность конденсатора?

6. Что такое стабильность ёмкости?

7. Маркировка конденсаторов?

8. Обозначение конденсаторов на принципиальных схемах?

9. Как обозначается конденсатор постоянной ёмкости?

10. Что означает маркировка 1Н5С?

Лекция №6.

Рисунок 6.1 Типы обмоток катушек индуктивности.

Для увеличения индуктивности применяют магнитные сердечники. Помещенный внутрь катушки сердечник концентрирует магнитное поле и тем самым увеличивает ее индуктивность. Перемещением сердечника внутри каркаса можно изменять, индуктивность. На рис.6.2 представлены три разновидности цилиндрических сердечников: С - стержневой, Т - трубчатый и ПР - подстроечный резьбовой и две разновидности броневых. Броневые сердечники состоят из двух чашек 2, изготовленных из карбонильного железа или ферритов.

Рисунок 6.2. Разновидности цилиндрических сердечников

Они могут иметь либо замкнутый магнитопровод (тип СБ - а), либо разомкнутый (тип С Б - б). Для изменения индуктивности служит подстроечный цилиндрический сердечник 1. Помимо цилиндрических и броневых сердечников применяют торроидальные (кольцевые) сердечники. На высоких частотах (десятки-сотни МГц) применяют подстроечные цилиндрические сердечники из диамагнетиков (латунь, медь). При введении этих сердечников внутрь катушки индуктивность уменьшается.

В катушках индуктивности, работающих на низких частотах, в качестве сердечников используют пермаллои. При этом рается из тонких пластин толщиной 0,002-0,1мм.

Для уменьшения влияния электромагнитного поля катушки на другие элементы схемы, а также для уменьшения влияния внешних полей на катушку индуктивности, ее располагают внутри металлического экрана, как это показано на рис.6.3 (1 – заглушка, 2 – экран, 3 – корпус, 4 – обмотка, 5 – каркас, 6 –подстроечный стержень, 7 – чашка сердечника, 8 – основание, 9 – заливка).

Рисунок 6.3. Конструкция катушки индуктивности с металлическим экраном.

6.3. Параметры катушек индуктивности.

Индуктивность является основным параметром катушки индуктивности. Ее величина (мкГн) определяется соотношением

 

L=L0W2 D.10-3

(6.4)

где W - число витков, D - диаметр катушки в см, L₀ - коэффициент, зависящий от отношения длины катушки / к ее диаметру О.

Для однослойных катушек величина L₀ определяется соотношением

 

(6.5)

Оптимальными в этом случае являются отношение а диаметр катушки в пределах от 1 до 2 см. При расчете диаметр катушки D принимается равным диаметру каркаса D₀. Для многослойных катушек величина L₀ зависит не только от величины 1/D , но и от отношения толщины намотки t к диаметру катушки D. Она определяется по графикам (рис.2.24). В этом случае внешний диаметр катушки D=D₀ + 2t

Рисунок 6.4. Зависимость индуктивности L от отношения

При расчете катушки индуктивности предварительно задаются геометрическими размерами катушки и определяют коэффициент L₀, а затем по заданной величине индуктивности L находят число витков:

 

(6.6)

где I, - в мкГн , D - в см.

Для намотки катушки обычно применяют провод оптимального диаметра, который рассчитывается с помощью эмпирических формул и графиков. Для этого по графику S=f(t/D;l/D) (рис.6.5) находят вспомогательный коэффициент S. Затем рассчитывают коэффициент

 

(6.7)

где f -в мкГц , D - в см. Затем рассчитывают коэффициент a₁

где f - частота в Гц. После чего по графику  (рис. 6.6) находят вспомогательный коэффициент и рассчитывают оптимальный диаметр провода (мм)

 

(6.8)

Рисунок 6.5. График для нахождения вспомогательного коэффициента S.

Рисунок 6.6 График для нахождения вспомогательного коэффициента

 

Полученное значение округляется до ближайшего стандартного значения (табл.2.6) и выбирается марка провода с диаметром d_из

 

Таблица 6.1. Основные параметры обмоточных проводов

d, мм	Sn, мм~	Максимальный диаметр в изоляции , мм
		ПЭВТЛК	ПЭМ-1	ПЭВ-1	ПЭВ-2,ПЭТВ ПЭМ-2
0,063	0,0028	0.11	0,09	0,085	0,09
0,071	0,0038	0,12	0,09	0,095	0,1
0,08	0,005	0,13	0,1	0,105	0,11
0,09	0,0064	0,14	0,11	0,115	0,12
0,1	0,0079	0,15	0,12	0,125	0,13
0,112	0,0095	0,16	0,14	0,135	0,14
0,125	0,0113	0,17	0,15	0,15	0,155
0,14	0,0154	0,185	0,16	0,165	0,17
0,16	0,02	0,2	0,19	0,19	0,2
0,18	0,0254	0,23	0,21	0,21	0,22
0,2	0,0314	0,25	0,23	0,23	0,24
0,224	0,0415	0,27	0,25	0,26	0,27
0,25	0,0491	0,3	0,29	0,29	0,3
0,28	0,0615	0,34	0,32	0,32	0,33
0,315	0,0755	0,37	0,35	0,355	0,365
0,355	0,0962	0,405	0,39	0,395	0,415
0,4	0,126	0,47	0,44	0,44	0,46
0,45	0,158	-	0,49	0,49	0,51
0,5	0,193	-	0,55	0,55	0,57
0,56	0,246	-	0,61	0,61	0,63
0,63	0,311	-	0,68	0,68	0,7
0,71	0,39	-	0,76	0,76	0,79
0,75	0.435	-	0,81	0,81	0,84
0,8	0,503	-	0,86	0,86	0,89
0,85	0,567	-	0,91	0,91	0,94
0,9	0,636	-	0,96	0,96	0,99
0,95	0,71	-	1,01	1,01	1,04
1	0,785	-	1,08	1,07	1, 11

 

После выбора оптимального диаметра провода проверяют возможность размещения обмотки в заданных размерах l и t. Для однослойных катушек рассчитывают шаг намотки

 

(6.9)

Если t>d_из то обмотка размещается. В противном случае задаются большей величиной l и повторяют расчет.

Для многослойных катушек рассчитывают толщину обмотки

 

(6.10)

где а - коэффициент неплотности обмотки ( a = 1,05...1,3), и находят фактическое значение наружного диаметра катушки D=D₀+2t. Если эта величина отличается от выбранной в начале расчета более чем на 10%, то задаю тся новыми значениями l и t и расчет повторяют. При помещении катушки в экран индуктивность катушки уменьшается

 

(6.11)

где h - коэффициент, зависящий от отношения l/D (рис.6.7),

D - диаметр катушки,

D_эк-диаметр экрана.

Рисунок 6.7. График зависимости коэффициента h от отношения l/D

Индуктивность уменьшается тем больше, чем меньше диаметр экрана. В большинстве случаев D_эк/D »1,6¸1,8.При этом индуктивность уменьшается не более чем на 20%.

Многослойные катушки обычно выполняют с сердечниками броневого типа, при использовании которых большая часть силовых линий магнитного поля катушки замыкается через сердечник, а меньшая - через воздух, вследствие чего влияние экрана на индуктивность катушки значительно ослабляется.

Применение сердечников из магнитных материалов позволяет уменьшить число витков катушки индуктивности и соответственно ее габариты. Основным параметром сердечника является магнитная проницаемость m_с. При его наличии индуктивность катушки становится равной

 

Lc = mс L

(6.12)

Поскольку в расчетные формулы входят эмпирические коэффициенты, то индуктивность изготовленной катушки отличается от расчетной. Применение подстроечных магнитных сердечников позволяет получить требуемое значение индуктивности.

Собственная емкость является паразитным параметром катушки индуктивности, ограничивающим возможности ее применения. Ее возникновение обусловлено конструкцией катушки индуктивности: емкость существует между отдельными витками катушки, между витками и сердечником, витками и экраном, витками и другими элементами конструкции. Все эти распределенные емкости можно объединить в одну, называемую собственной емкостью катушки C_L

Наименьшей собственной емкостью обладают однослойные катушки индуктивности Приближенно она рассчитывается по формуле (пФ)

 

СL»(0,5¸1.0)D,

(6.13)

где D - диаметр катушки в см. Обычно она не превышает 1-2пФ.

Собственная емкость многослойных катушек значительно больше. При многослойной рядовой намотке она достигает ЗО пФ; при намотке „внавал" она несколько меньше. Существенное уменьшение емкости многослойных катушек достигается при использовании универсальной обмотки, при выполнении которой провод укладывается под некоторым углом к образующей цилиндрического каркаса. Схема такой намотки показана на рис.6.8. Как только провод доходит до края катушки, направление укладки меняется. Цикл универсальной обмотки выбирается таким, что, совершив один оборот вокруг каркаса, провод возвращается к положение, отличающееся от исходного на угол b. Этот угол выбирается таким, чтобы каждый последующий виток находился рядом с предыдущим.

Рисунок 6.8. Универсальная обмотка для уменьшения собственной ёмкости катушки

Очевидно, что

 

(6.14)

Угол j , под которым осуществляется укладка провода, находится из соотношения

 

(6.15)

где l-осевая длина катушки,

D - диаметр витка.

Наименьшее значение угла j получается для витков, имеющих наименьший диаметр, равный диаметру каркаса D_0.

Обычно при использовании универсальной обмотки длину катушки принимают в пределах от 2 до 10мм. Количество циклов намотки связано с расчетным числом витков W соотношением

 

(6.16)

Величина собственной емкости катушек с универсальной обмоткой составляет от 3 до 8пФ. Дополнительное снижение емкости достигается секционированием обмотки, как показано на рис.6.1,в.

Совместное действие индуктивности и емкости можно учесть введением понятия об эквивалентной индуктивности катушки, определяемой из уравнения

откуда

 

(6.17)

где -собственная резонансная частота катушки индуктивности.

Если рабочая частота много ниже собственной резонансной частоты w_L, то приближенно можно считать L_э=L.

В процессе работы на катушку действуют различные внешние факторы: температура, влага и другие, влияющие на ее индуктивность. Наиболее существенным является влияние температуры, которое оценивают температурным коэффициентом .

Температурная нестабильность индуктивности обусловлена целым рядом факторов: при нагреве увеличивается длина и диаметр провода обмотки, увеличивается длина и диаметр каркаса, в результате чего изменяются шаг и диаметр витков; кроме того при изменении температуры изменяются диэлектрическая проницаемость материала каркаса, что ведет к изменению собственной емкости катушки.

Для повышения температурной стабильности применяют каркасы из материала с малым значением коэффициента линейного расширения. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяет керамика. Повышению температурной стабильности катушек способствует прочное сцепление обмотки с каркасом. С этой целью обмотку выполняют методом вжигания серебра в керамический каркас. В этом случае изменение размеров токопроводящего слоя определяется только линейным расширением каркаса. Такие катушки индуктивности имеют TKL »(5-100)^.10^-6 Стабильность многослойных катушек существенно хуже, так как в них невозможно избежать изменения линейных размеров провода обмотки. Многослойные катушки имеют TKL» (50-100)^.10^-6

6.4 Разновидности катушек индуктивности.

Контурные катушки индуктивности. Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность. В диапазоне длинных и средних волн эти катушки многослойные, как правило, с намоткой типа "универсаль". Для повышения добротности применяют многожильные провода типа "литцендрат". Для изменения индуктивности применяют цилиндрические сердечники из альсифера или карбонильного железа.

В диапазоне коротких и ультракоротких волн используются однослойные катушки с индуктивностью порядка единиц микрогенри и добротностью порядка 50 - 100. Число витков таких катушек не превышает одного - двух десятков, диаметр каркаса 10 - 20 мм. В качестве каркасов используют керамику, полиэтилен и полистирол. Для уменьшения собственной емкости применяют ребристые каркасы. Обмотка выполняется одножильным медным проводом диаметром около 1 мм. На УКВ применяют бескаркасные катушки из неизолированного провода.

Катушки связи. Эти катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т.д.

К таким катушкам не предъявляются жесткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи

где L₁ и L₂ - индуктивность связанных катушек,

М - взаимная индуктивность между ними. Величина коэффициента связи зависит от расстояния между катушками, чем оно меньше, тем больше k.

Вариометры. Это такие катушки, в которых предусмотрена возможность изменения индуктивности в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров.

Они состоят из двух катушек, соединенных последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра

 

L = L1 + L2 ± 2М

(6.18)

Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 - 5 раз.

Дроссели. Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Обычно включаются в цепях питания усилительных устройств. Предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов. На низких частотах они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические сердечники.

Катушки индуктивности для ГИС. На частотах порядка 10 - 100 МГц находят применение тонкопленочные спиральные катушки. На площади в 1 кв.см, располагается не более 10 витков. Добротность таких катушек не превышает 20-30. Поэтому они находят ограниченное применение. В ГИС предпочтительны миниатюрные торроидальные катушки на ферритовых сердечниках, индуктивность которых достигает десятков тысяч микрогенри.

В последнее время наметилась тенденция замены катушек специальными схемами на транзисторах (гираторы) и электромеханическими, пьезоэлектрическими и акустоэлектронными фильтрами, основанными на принципе механических упругих колебаний и механического резонанса. Скорость распространения упругих колебаний в твердом теле примерно в 100 тысяч раз меньше скорости распространения электромагнитных волн, что позволяет создавать очень компактные механические резонаторы с распределенными параметрами, обладающие добротностью порядка 10³. Развитие микроэлектроники привело к появлению фильтров на приборах с зарядовой связью и фильтров на поверхностных акустических волнах. Кроме того, в ИМС широкое применение находят активные RC - фильтры, в которых используются операционные усилители с глубокой частотно-зависимой обратной связью.

Контрольные вопросы

1.
Что такое индуктивность?

2.
Что такое катушка индуктивности?

3.
Конструкции катушек индуктивности?

4.
Типы обмоток?

5.
Разновидности катушек индуктивности?

6.
Как индуктивность зависит от диаметра обмоточного провода?

7.
Что такое вариометр?

8.
Что такое дроссель?

9.
Что такое катушка связи?

10.
Для чего служит контурная катушка индуктивности?

Лекция №7.

Рисунок 7.1. Конструкции трансформаторов с различными магнитопроводами.

Пластинчатые магнитопроводы (рис 7.1), а и в ) собирают из отдельных штампованных Ш - образных или П - образных пластин толщиной 0,35-0,5 мм и перемычек. При сборке встык все пластины составляются вместе и соединяются перемычками. Магнитопровод в этом случае состоит из двух частей, что позволяет получить воздушные зазоры в магнитной цепи, необходимые для нормальной работы трансформаторов, у которых через обмотки помимо переменного тока протекает постоянный ток. При сборке внахлест пластины чередуются так, чтобы у соседних пластин разрезы были с разных сторон, что обеспечивает отсутствие воздушного зазора в магнитопроводе. При этом уменьшается его магнитное сопротивление, однако при этом возрастает трудоемкость сборки. Для уменьшения потерь на вихревые токи пластины изолируют друг от друга слоем оксидной пленки (отжигом пластин), лаковым покрытием или склеивающей суспензией.

Ленточные магнитопроводы (рис.7.1, б и г) получают путем навивки ленты трансформаторной стали толщиной 0,1-0,3 мм, после чего “витой сердечник” разрезают и получают два С-образных сердечника, на один из С-образных сердечников устанавливают катушки с обмотками, а затем вставляют второй С-сердечник. Для получения минимального немагнитного зазора в магнитопроводе торцы сердечников склеивают пастой, содержащей ферромагнитный материал. Если необходим зазор, то в месте стыка двух сердечников устанавливают прокладки из бумаги или картона требуемой толщины. В случае броневого ленточного сердечника применяют одну катушку с обмотками и четыре С-образных сердечника. Ленточная конструкция сердечников позволяет механизировать процесс изготовления трансформаторов. При этом трудоемкость процесса установки сердечника в катушку уменьшается, а отходы материалов сокращаются. Достоинством ленточных сердечников является также то, что потери в таких сердечниках меньше, чем в пластинчатых, благодаря чему удается сократить размеры и массу трансформатора. Это происходит потому, что в пластинчатых сердечниках часть магнитных силовых линий проходит перпендикулярно направлению проката, а в ленточных линии поля расположены вдоль направления проката по всей длине магнитопровода.

Трансформаторы на торроидальных сердечниках (рис 7.1, д ) наиболее сложные и дорогие. Основными преимуществами их являются очень незначительная чувствительность к внешним магнитным полям и малая величина потока рассеяния. Обмотки в трансформаторе наматывают равномерно по всему тороиду, что позволяет еще более уменьшить магнитные потоки рассеяния.

Основание, на котором размещаются обмотки трансформатора, называется каркасом. По конструкции каркасы разделяются на две группы: со щечками (рис.7.2,а) и без щечек-гильзы (рис.7.2,6).

Рисунок 7.2. Конструкции каркасов трансформаторов

Размеры отверстий а_k и b_k в каркасе со щечками должны быть на 0,1-0,2 мм больше, чем размеры соответствующей части магнитопровода, а длина каркаса должна быть на 0,5-1,0 мм меньше высоты окна в магнитопроводе. Это обеспечивает свободную установку каркаса на магнитопровод. Толщина стенок каркаса в зависимости от его размеров составляет от 0,7 до 1,5 мм.

Трансформаторы, в которых каркасы катушек выполнены в виде гильз, обладают лучшими технологическими характеристиками, поскольку гильза значительно проще каркаса со щечками и процесс изготовления гильз лучше поддается процессу механизации.

Укладка провода на каркас осуществляется двумя способами: беспорядочно (в навал) и правильными рядами, виток к витку(рядовая намотка). Укладка внавал возможна только при применении каркаса со щечками. Однако, такая намотка применяется крайне редко, так как при хаотическом расположении витков возможно появление больших напряжений между соседними витками, что ведет к пробою изоляции провода и короткому замыканию.

При использовании гильзы применяется рядовая намотка (рис.7.2,б). Сначала на гильзу 1 наматывается первичная обмотка 2, состоящая из нескольких слоев, разделенных изоляционными прокладками 3. Поверх первичной обмотки накладывается межобмоточная изоляция 4, затем наматывается вторичная обмотка 5, поверх которой накладывается наружная изоляция 6. Чтобы исключить спадание провода с гильзы и замыкание его на магнитопровод, обмотка не должна доходить до края гильзы. Ширина кольцевой изоляции Ьиз обычно составляет 1,2-1,5 мм. Чтобы исключить “сползание” крайних витков, ширина каждого последующего слоя должна быть меньше по отношению к предыдущему на один виток.

Рисунок 7.4 Эквивалентная схема трансформатора.

Резистор Rп учитывает потери в сердечнике на вихревые токи и перемагничивание.

Ток I₁, протекающий через первичную обмотку трансформатора, содержит активную составляющую I_1a и реактивную составляющую I_1р

 

(7.7)

Активная составляющая тока определяется потерями в сердечнике P_c , потерями в меди Р_м и мощностью, потребляемой нагрузкой, подключенной к вторичной обмотке:

 

(7.8)

Реактивная составляющая тока первичной обмотки определяется реактивным сопротивлением обмотки

 

(7.9)

Подставляя величину L₁ (2.63) и U₁ » E ₁ (2.61) получим

 

(7.10)

где k - числовой коэффициент, получающийся в ходе подстановки (7.4) и (7.5) в (7.6). Он характеризует функциональную связь между индукцией и напряженностью магнитного поля Н_с , следовательно,

Значит уравнение (2.67) может быть представлено в виде

 

(7.11)

Следовательно, изменяя напряженность магнитного поля Н_с , выраженную в ампер-витках на сантиметр, можно изменять величину реактивного тока I_1p

При расчете трансформаторов обычно выбирают оптимальное значение B_т, исходя из необходимости получения наименьших потерь в сердечнике. Поэтому по известной величине B_т определяют требуемую напряженность поля Н_с (рис.7.5), измеряемую в ампер-витках.

Рисунок 7.5. Определение напряженности поля Н_с

7.5. Основные принципы расчета трансформаторов

Расчет трансформатора в общем случае представляет задачу, в которой число неизвестных больше числа связывающих их уравнений. Поэтому приходится пользоваться некоторыми эмпирическими исходными величинами, полученными на основе ранее спроектированных трансформаторов. Покажем это на примере расчета трансформатора питания.

В качестве исходных данных для расчета трансформаторов питания берутся величины первичного и вторичного напряжений U₁ и U₂, ток вторичной обмотки I₂, и частота напряжения f .Если требуется несколько вторичных обмоток, то задаются значения U₁ и U₂ для каждой.

Расчет начинается с определения суммарной мощности вторичных обмоток и выбора соответствующего этой мощности магнитопровода. Затем выбирается оптимальная величина максимальной индукции B_т и рассчитывается ЭДС (В), наводимая в одном витке

 

e = 4,44Bт fSc . 10-4.

(7.12)

На втором этапе определяются параметры обмоток. Для определения числа витков можно было бы просто поделить заданное напряжение на ЭДС, наводимую в одном витке, однако этого недостаточно. Необходимо еще учесть падение напряжения на обмотках, значения которых зависят от мощности трансформатора. На рис.7.6 приведены графики рекомендуемых значений падения напряжения D U, выраженные в процентах, в зависимости от мощности трансформатора.

Рисунок 7.6. Графики рекомендуемых значений падения напряжения D U

С учетом падения напряжения в обмотках ЭДС в первичной обмотке должна быть равна

, а во вторичной обмотке .

Тогда число витков первичной обмотки будет равно , а вторичной

Для расчета сечения проводов необходимо знать токи, протекающие в обмотках. Токи вторичных обмоток заданы, а ток первичной обмотки необходимо рассчитать.

Он содержит активную и реактивную составляющие . Активная составляющая тока определяется мощностью Р₂ , потребляемой нагрузкой, мощностью Р_м, расходуемой на нагрев обмоток, и мощностью Р_с расходуемой на потери в сердечнике.

Составляющая тока первичной обмотки, определяемая мощностью потребляемой нагрузкой, равна , где N - количество вторичных обмоток.

Составляющая тока первичной обмотки, зависящая от потерь в меди, равна . Для ее нахождения надо знать потери в меди, которые определяются по формуле

,

где U - падения напряжения в обмотках.

В этой формуле неизвестна величина тока в первичной обмотке I₁, который еще не рассчитан, поэтому, исходя из опыта проектирования, задаются ориентировочным значением этого тока Величина , уже рассчитана, а значение коэффициента k определяется по табл.7.1.

Таблица 7.1. Определение значений коэффициента К

Частота т,Гц	К при Р2, Вт
	15-50	50-100	150-300	300-1000
50	1,75	1,27	1,15	1,14
400	1,35	1,23	1,1	1,07

 

Составляющую тока первичной обмотки, зависящую от потерь в сердечнике, определяют по формуле . Потери в сердечнике зависят от максимальной индукции в сердечнике (рис. 7.7) и массы сердечника Р_{с =} Р_с.уд.G_c.

Рисунок 7.7. Эмпирические зависимости удельных потерь от индукции.

Реактивная составляющая тока I_1р определяется: . Величина Н_с находится по графику зависимости B_т = f (Н) для выбранного материала сердечника (рис. 7.4)

После расчета всех составляющих тока рассчитывают полный ток первичной обмотки. Если результат совпадает с ориентировочным значением тока I₁, которым задавались предварительно, то расчет продолжают. Если же результат расчета существенно отличается от ориентировочного значения, то расчет потерь в меди повторяют, задавшись другим значением тока I_1.

Затем выбирают плотность тока в обмотках, которая влияет на количество тепловой энергии, выделяемой в обмотках. Чем она меньше, тем больше диаметр провода, но при этом возникает опасность, что обмотка не разместится в окне магнитопровода. Рекомендуемые значения плотности тока приведены на рис.7.8.

Рисунок 7.8. Рекомендуемые значения плотности тока в обмотках

Зная плотность тока можно рассчитать площадь поперечного сечения провода и диаметр провода

По найденному значению диаметра провода выбирают ближайший стандартный диаметр и марку провода (табл.6.1).

Следующим этапом расчета является расчет размещения обмоток в окне сердечника.

Расчет размещения обмоток ведется в следующей последовательности:

1. Определяют число витков в каждом слое обмотки

где К_у- коэффициент, учитывающий неплотность укладки провода (табл. 7.2),

l- ширина слоя намотки

d_изи-диаметр провода в изоляции для рассчитываемой обмотки.

Таблица 7.2. Определение коэффициента К_у

 

dиз, mm	0,06-0,2	0,21-0,3	0,31-0,4	0,41-0,65	более 0,65
Ку	0,83	0,86	0,92	0,93	0,95

 

2. Вычисляют число слоев каждой обмотки

где W₁- число витков рассчитываемой обмотки. Полученное значение n_слi округляется до ближайшего большего целого числа.

После этого проверяют уложится ли обмотка в рассчитанное число слоев с учетом того , что в каждом последующем слое число витков на один меньше, чем в предыдущем; должно выполняться условие:

W_слin_слi - DW ³ W_i

где n_слi,- округленное число слоев,

DW -уменьшение числа витков обмотки, округленное по табл. 7.3.

Таблица 7.3. Определение D W

 

Число слоев	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
DW	0	1	-5	6	10	15	21	28	36	45	55	66	78	91

 

Если это условие не выполняется, то увеличивают число слоев на 1.

3. Рассчитывают толщину каждой обмотки

a_i = n_слid_изi + ( n_слi - 1) D _изi;

где D _изi - толщина межслойной изоляции. При толщине провода до 0,3 мм применяют конденсаторную бумагу КОН-2 толщиной 0,022 мм;

при проводе 0,3-0,65 мм- электроизоляционную бумагу ЭН-50 толщиной 0,05 мм; для проводов диаметр которых превышает 0,65 мм - кабельную бумагу К-120 толщиной 0,1 2 мм.-

4. Рассчитывают толщину катушки S_k (рис.7.9) с учетом межобмоточной изоляции D_м, толщины гильзы D_г и наружной изоляции D_н:

где N- число обмоток.

Рисунок 7.9. Расчет толщины катушки S_k

Величина D_г определяется справочнику (основные параметры ленточных магнитопроводов); в качестве межобмоточной D_м, и наружной изоляции D_н, применяются несколько слоев кабельной бумаги К-120. Рассчитанная толщина S_k должна быть меньше ширины окна с. Если в результате расчета окажется, что радиальная толщина обмотки больше ширины окна, то следует либо несколько уменьшить диаметр проводов, либо применить сердечник большего размера.

Следующим этапом является расчет потерь в меди:

1. Рассчитывают среднюю длину витка каждой обмотки

I_cpi = M + 2pd_i;

где М- внешний периметр гильзы,

d_i -расстояние от гильзы до середины i- и обмотки (рис. 2.44),

Величина d_i рассчитывается но формуле:

2. Рассчитывают сопротивление обмоток при температуре +20°С

где l_i = I_cpiW_i длина провода i- й обмотки.

3. Задаются максимальной температурой катушки и рассчитывают сопротивление обмоток при этой температуре

R_Ti = R_i (1+0,004DT),

где DT - превышение температуры над нормальной.

4. Вычисляют падение напряжения на обмотках

U_i = I₁R_Ti

выделяемую в них мощность

P_mi = I₁DU_i

и суммарные потери в меди

На заключительном этапе рассчитывают тепловой режим трансформатора. Энергия, теряемая в обмотках (Р_м) и сердечнике (Р_с), выделяется в виде тепла внутри трансформатора, доходит до поверхности и излучается в окружающую среду. В стационарном режиме существует баланс мощностей, при котором выделяемая и излучаемая мощности равны. При этом в каждой точке трансформатора устанавливается постоянная температура, определяющая надежность его работы. Максимальной температурой обладают обмотки трансформатора. Определение распределения температуры внутри трансформатора встречает большие технические трудности, так как условия передачи теплоты от разных точек к поверхности различны, поэтому температурный режим трансформатора оценивают некоторой средней величиной q, называемой температурой перегрева, которая определяется эмпирическими формулам и:

для трансформаторов, работающих на частоте 50Гц,

для трансформаторов, работающих на частоте 400 Гц,

где R_T, R_TMB, R_TK-коэффициенты, значение которых находят по справочникам (основные параметры ленточных магнитопроводов)

R_М - потери в меди, R_С - потери в стали.

Температура нагрева обмоток трансформатора Т_гр выше температуры окружающей среды Т_окр на величину температуры перегрева: Т_гр = Т_окр + q.

Температура Т_гр должна быть не выше максимальной температуры обмоток, которой задавались при расчете сопротивления обмоток. Если эта температура окажется больше допустимой, то следует заново рассчитать трансформатор, применив магнитопровод большего размера, или снизить темпера туру окружающей среды.

Согласующие трансформаторы проектируют так, чтобы вносимые ими частотные и нелинейные искажения не превышали заданных. В области низких частот, частотные искажения обусловлены малой величиной индуктивности первичной обмотки, а в области высоких частот- наличием индуктивности рассеяния и паразитных емкостей. С целью уменьшения индуктивности рассеяния применяют чередование обмоток: сначала наматывают половину первичной обмотки, затем вторичную, после чего вторую половину первичной. В результате обмотка оказывается разделенной на три секции. Секционировать можно и вторичную обмотку. Чем больше число секций, тем меньше индуктивность рассеяния.

Нелинейные искажения обусловлены нелинейной зависимостью между напряженностью поля и индукцией в сердечнике. Поэтому при синусоидальном токе первичной обмотки индукция в сердечнике изменяется по закону, отличному от синусоидального. Соответственно ЭДС, наводимая во вторичной обмотке, будет отличаться от синусоидальной. Чем больше индукция, тем больше нелинейность кривой намагничивания, тем больше нелинейные искажения. Поэтому согласующие трансформаторы работают при небольших значениях индукции. Поскольку величина индукции незначительна потери в стали можно не учитывать. Нагрев согласующего трансформатора определяется в основном потерями в меди.

Требования, предъявляемые к импульсным трансформаторам, существенно отличаются от чех, которые предъявляются к трансформаторам согласования. Основной особенностью этих трансформаторов является работа в широком диапазоне частот. Наиболее часто импульсные трансформаторы используют при длительности импульсов 0,2...100 мкс с длительностью фронта 0,01...0,2 мкс, поэтому для импульсных трансформаторов используют сердечники тороидальной формы, изготовленные w, тонких листов электротехнических сталей или ферритов с высокой магнитной проницаемостью. Для уменьшения индуктивности рассеивания намотку провода осуществляют с малым количеством слоев. Для уменьшения емкости обмотки разделяются на секции.

Обычно трансформаторы рассчитываются для каждого конкретного радиоустройства. Однако в настоящее время все шире применяются унифицированные трансформаторы.

Широкое применение унифицированных трансформаторов дает большой технико-экономический эффект, так как позволяет отказаться от мелкосерийного, а иногда и штучного производства трансформаторов для каждого устройства и перейти к массовому производству на специализированных предприятиях, способных механизировать и автоматизировать производство, повысить надежность и снизить себестоимость,

Трансформаторы являются компонентами конструкции электронной аппаратуры, которые за последние годы значительно усовершенствованы. Однако по сравнению с другими компонентами электронной аппаратуре их габариты и вес относительно велики. Поэтому в современной электронной аппаратуре существует тенденция к сокращению использования трансформаторов.

Контрольные вопросы

1.
Что такое трансформатор?

2.
Отличается ли трансформатор от катушки индуктивности?

3.
Классификация трансформаторов?

4.
Что такое импульсные трансформаторы?

5.
Что такое согласующие трансформаторы?

6.
Что такое трансформатор питания?

7.
Конструкция трансформаторов?

8.
На чем основано функционирование трансформаторов?

9.
Как влияет сердечник на работу трансформатора?

10.
Какие параметры берутся в качестве исходных данных при расчете трансформаторов?

 

Лекция №1.

Введение. Пассивные компоненты электронной техники.

План

 

1.
Введение.

2.
Пассивные компоненты электронной техники

Ключевые слова.

Элементы, компоненты, активные компоненты, пассивные компоненты, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы.

1.1 Ведение
Современная электронная аппаратура содержит огромное количество компонентов, т.е. самостоятельных (комплектующих) изделий, выполняющих определенные функции. В качестве компонентов могут выступать транзисторы, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и т.д., а также интегральные микросхемы (ИМС), которые в свою очередь состоят из большого числа элементов, реализующих функции транзистора, резистора и т.д.

Понятия "элемент" и "компонент" во многом тождественны. Во всяком случае, функции, выполняемые ими, одинаковы. Дискретный транзистор, выступающий как компонент, выполняет те же функции, что и транзистор в ИМС, с той лишь разницей, что дискретный транзистор, как компонент при необходимости можно заменить другим, а транзистор, входящий в состав ИМС, принципиально не может быть заменен другим.
1.2 Пассивные компоненты электронной техники

Компоненты электронной техники делятся на активные и пассивные. К активным относятся транзисторы, электронные лампы, микросхемы и т.д., т. е. элементы, способные усиливать или преобразовывать электрические сигналы. К пассивным относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, коммутационные элементы, т. е. такие элементы, которые предназначены для перераспределения электрической энергии. Главная задача этой группы элементов – выполнение простейших операций (накопление заряда, сопротивление протекающему току, концентрация электромагнитной энергии и т.д.). В настоящее время в связи с бурным развитием электроники потребность в пассивных элементах возрастает.

Пассивные элементы могут выступать как дискретные компоненты и как элементы ИМС. Несмотря на то, что ИМС имеют большой удельный вес в электронной аппаратуре, пассивные компоненты являются самыми распространенными изделиями электронной промышленности. Объясняется это в первую очередь тем, что ряд элементов трудно выполнить в микросхемном исполнении. Практически невозможно в ИМС изготовить конденсаторы большой емкости, резисторы с большим сопротивлением, практически нет интегральных катушек индуктивности и трансформаторов. Да и технические характеристики дискретных элементов лучше, чем интегральных.

В современной электронной аппаратуре доля дискретных резисторов составляет от 15 до 50% всех элементов принципиальной схемы, доля дискретных конденсаторов составляет около 25%, практически все катушки индуктивности и трансформаторы являются дискретными компонентами.

Всё большее усложнение электронной техники предъявляет к компонентам повышенные требования. Эти требования направлены на микроминиатюризацию, снижение массы и габаритов, повышение стойкости к внешним факторам, рост надежности

Контрольные вопросы

1. Перспективы развития электронной техники?

2. Какие компоненты называются активными компонентами электронной техники?

3. Какие компоненты называются пассивными компонентами электронной техники?

4. Чем отличаются элементы от компонентов?

5. Назначение пассивных компонентов?

6. Требования к пассивным компонентам?

7. Что такое резистор?

8. Что такое конденсатор?

9. Что такое катушка индуктивности?

10. Что такое трансформатор?

 

 

Лекция №2.

12345678Следующая ⇒

Поделиться: