Раздел 1 Пассивные элементы электронных устройств

Для создания узлов электронной аппаратуры используются пассивные радиоэлементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности), электронные приборы – электровакуумные, ионные, полупроводниковые (диоды, транзисторы, тиристоры, интегральные микросхемы), элементы коммутации и др. Используя эти комплектующие элементы создаются устройства, осуществляющие усиление, генерирование, выпрямление и другие преобразования электрических сигналов.

1.1 Резисторы. Конденсаторы

Резистор – это элемент электрической цепи, оказывающий сопротивление протекающему в цепи току.

Резисторы относятся к наиболее распростра­ненным деталям радиоэлектронной аппаратуры. На их долю приходится от 20 до 50%, т. е. до половины об­щего количества радиодеталей в устройстве. Принцип работы резисторов основан на использовании свойст­ва материалов оказывать сопротивление протекающе­му току.

Резисторы характеризуются следующими ос­новными параметрами:

- Номинальное значение сопротивления резисто­ра R_ном

измеряется в омах (Ом), килоомах (кОм), мегаомах (МОм);

- Допустимое отклонение сопро­тивления резистора от его номинального значе­ния - измеряется в %, оно нормировано и определяется классом точ­ности.

Наиболее широко используются три класса точности: I - допускающий отклонение сопротивления на ± 5%, II - на ±10%, III - на ±20%. Резисторы с повы­шенной точностью сопротивления выпус­каются с допусками (%): ±2; ±1; ±0,5; ±0,2; ±0,1; ±0,05; ±0,02; ±0,01 и т. д.

- Номинальное значение мощности рассеивания резистора Р_ном

измеряется в ват­тах (Вт), Р_ном - это наибольшая мощность по­стоянного или переменного тока, при протека­нии которого через резистор он может работать длительное время без повреждений. В большинстве электронных устройств применяют резисторы с номинальной мощностью рассеивания от 0,125 до 2 Вт.

- Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) резистора

ха­рактеризует относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 °С и выражается в процентах. В резисторах ТКС незначительный и составляет в сред­нем десятые доли - единицы процента.

Резисторы используют для ограничения силы тока в цепях, для созда­ния на отдельных участках схем необходимых падений напряжений, для различных регулировок и др. Конструктивно резисторы бывают различных видов, но основным их элементом является токопроводящий (резистивный) элемент, который создает необходимое сопротивление.

Резисторы классифицируются в за­висимости от:

- характера изменения сопротивления (постоянные и переменные);

- назначения (общего и специального);

- материа­лов резистивного элемента (проволочные, непроволочные);

- и способа его защиты (неизолированные, изолированные, герметизированные, вакуумные).

У постоянных резисторов фиксированное значение номинального сопротивления. Они подразделяются на две груп­пы: общего и специального назначения. Резисторы общего назна­чения применяют в цепях постоянного, переменного и импульсного то­ка в качестве делителей, шунтов, нагрузок и т. д. Их номинальное сопротивление лежит в диапа­зоне от 1 Ом до 10 МОм, стандартизировано и соответствует рядам Е24, Е12 и Е6 (табл. 1).

Резисторы специального назначения подразделяются на прецизионные, высокочастотные, высокомегаомные, высоковольтные, микромодульные.

Переменные (или регули­руемые) резисторы - это резисторы, сопротивление которых можно изме­нить от нуля до номинального значения с помощью подвижного контакта, перемещаемого прямолинейно или по кругу. Переменные резисторы чаще всего имеют два концевых вывода, со­противление между которыми не изменяется, и один вывод, соединенный с подвижным контактом. Переменные резисторы при­меняют для изменения параметров аппаратуры в процессе ее эксплуатации.

Таблица 1 - Ряды номинальных значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов

Е24 ±5%	Е12 ±10%	Е6 ±20%	Е24 ±5%	Е12 ±10%	Е6 ±20%	Е24 ±5%	Е12 ±10%	Е6 ±20%
1,0	1,0	1.0	2,2	2,2	2,2	4,7	4,7	4,7
1.1	-	-	2,4	-	-	5,4	-
1,2	1.2	-	2,7	2,7	-	5,6	5,6	-
1,3	-	-	3,0	-	-	6,2	-	-
1.5	1,5	1,5	3.3	3,3	3,3	6.8	6,8	6.8
1,6	-	-	3,6	-	-	7.5	-	-
1,8	1,8	-	3,9	3,9	-	8,2	8.2	-

Условные графические обозначения резисторов на принципиальных схемах даются с указанием номинального значения сопро­тивления и номинальной мощности рассеи­вания. При этом номинальное значение сопротивления резистора указывается следующим образом:

- от 1 до 999 Ом - числами без обозначения единицы;

- от 1 до 999 кОм - числами с добавлением строчной буквы «к»;

- от 1 МОм и более - числами с добавлением прописной буквы «М».

а) б) в)

Рисунок 1 - Условное графическое обозначение (УГО) постоянного (а), переменного (б) и подстроечного (в) резисторов

Конденса­тор - это элемент электрической цепи, способный накапливать и удерживать электрические заряды. Состоит из двух или более токопроводящих пластин, разделенных ди­электриком.

Классификация в зависимости от:

- характера изменения емкости - конденсаторы постоянной емкости, переменной емкости, подстроечные, нелинейные;

- вида диэлектрика - с газообразным диэлектриком (воздушные, газонаполненные); с жидким диэлектриком (минеральным маслом, синтетической жидкостью); с твер­дым неорганическим диэлектриком (стеклянные, стеклоэмалевые, стекло-пленочные, керамические и т. д.); с твердым органическим диэлектриком (бумажные, металлобумажные, пленочные и т. д.), с оксидно-электроли­тическим диэлектриком (алюминиевые, танталовые, титановые и т. д.);

- способа защиты от внешних факто­ров - герметизированными, спрессованны­ми, лакированными и т. д.

- условий эксплуатации - высокочастотные и низкочастотные, высоковольтные и низко­вольтные, термостойкие и т. д.

Конструктивно конденсаторы изготавливают трубчатыми, дисковыми, пакетными, литыми секционными, рулонными и т. д.

Основные парамет­ры:

1) Номинальное значение емкости конденсатора С_ном

Измеряется в пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ), микрофарадах (мкФ).

2) Электрическая прочность конденсатора

Характеризует способность конденсатора выдерживать приложенное к нему напряжение без про­боя диэлектрика. Электрическая прочность характеризуется номинальным напряжением U_HOM - значение при­ложенного к конденсатору напряжения, при котором он работает длительное время без выхода из строя.

3) Допустимое отклонение действительного значения емкости конден­сатора от его номинального значения - измеряется в %:±5; ±10; ±20; ±2; ±1 и т. д.

4) Температурный коэффициент емкости (ТКЕ)

Характеризует относи­тельное изменение емкости конденсатора при изменении температу­ры на 1 °С и выражается в миллионных долях на градус Цельсия (10-6/°C). ТКЕ может принимать положительные или отрицательные значения.

Конденсаторы постоянной емкости

Значения номинальных емко­стей конденсаторов с допустимыми отклонениями 5%, 10%, 20% соответ­ствуют рядам Е24, Е12, Е6 (см. табл. 1). Номинальные емкости конден­саторов с допустимыми отклонениями менее 5% должны соответствовать рядам Е192, Е96, Е48. Конструкция, параметры и назначение конденсато­ров определяют диапазон рабочих частот, на которых они применяются (низкочастотные и высокочастотные).

Низкочастотные конденсаторы постоянной емкости используют в цепях постоянного, переменного и пульсирующего токов низкой часто­ты в качестве разделительных, блокировочных, фильтровых. К данной группе конденсаторов относятся бумажные, металлобумажные, пленоч­ные, некоторые типы керамических конденсаторов. Многие низкочастот­ные конденсаторы в связи с их назначением должны обладать большой емкостью (десятые доли - десятки микрофарад). Соответственно с увели­чением емкости возрастают и габаритные размеры этих конденсаторов.

Конденсаторы с сегнетодиэлектриком, диэлектрическая проницае­мость которого (емкость конденсатора) зависит от приложенного к нему напряжения, называются варикондами или нелинейными конденсаторами.

Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы обла­дают большой удельной емкостью, и ее номинальные значения могут дос­тигать тысяч микрофарад. Эти конденсаторы применяют в фильтрах вы­прямителей, в цепях звуковых частот в качестве блокирующих и развязывающих, а также в усилителях звуковых частот в качестве переходных.

Переменные и подстроечные конденсаторы

У переменных и подстроечных конденсаторов емкость изменяется в опре­деленных пределах. При этом у конденсаторов переменной емкости пределы ее изменения намного шире, чем у подстроечных. Конденсаторы пе­ременной емкости применяют в качестве элементов перестройки колебательных контуров.

Суперконденсаторы

Позволяют достичь огромных значений емкости – десятки фарад. Это достигается за счет использования пористых электродов с большой площадью поверхности и электролита, в котором формируются двойные электрические слои.

Суперконденсаторы можно эффектно использовать в следующих случаях:

- в источниках бесперебойного питания;

- в выпрямителях;

- для продления срока службы бата­рей цифровых фотоаппаратов и камер;

- в сотовых телефонах;

- для замещения электролитических танталовых конденсаторов,

- для улучшения характеристик ис­точников тока при температурах ниже 0°С;

- в системах наблюдения и контроля.

Системы условных обозначений, маркировка

Условные графические обо­значения различных видов конденсаторов показаны на рис. 2. На принципиальных схемах условные графические обо­значения конденсаторов даются с указанием номинальных значений ем­костей, обозначаемых следующим образом:

- от 0 до 9999 пФ (9,9 нФ) - без обозначения единицы физической величины;

- от 10 нФ (0,01 мкФ) до 999 нФ (0,99 мкФ) - дробное числовое значение в микрофарадах с добавлением строч­ных букв «мк»;

- от 1 мкФ и больше - числовое значение в микрофарадах с добавлением «мк».

Рисунок 2 - Условное графическое обозначение конденсаторов