- •Приборы и устройства электроники
- •Приборы и устройства электроники
- •Введение
- •Лабораторная работа №1 пассивные элементы электроники
- •Теоретическая часть
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 полупроводниковый диод
- •Теоретическая часть
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3 полупроводниковый стабилитрон
- •Теоретическая часть
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4 биполярный транзистор
- •Теоретическая часть
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5 полевой транзистор
- •Теоретическая часть
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №6 тиристор
- •Теоретическая часть
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература
- •Содержание
- •430000, Г. Саранск, ул. Большевистская, 68
- •Приборы и устройства электроники
- •430000. Г. Саранск, ул. Полежаева, 49.
Лабораторная работа №1 пассивные элементы электроники
Цель работы: изучение устройства, принципа работы и основных характеристик пассивных элементов электроники.
Теоретическая часть
К пассивным элементам, используемым в электронных приборах, относят резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.
Резисторы бывают трех типов:
- постоянные;
- переменные (служат для многократного изменения сопротивления);
- построечные (служат для точного и, как правило, однократного изменения сопротивления при отладке).
На электрических схемах резисторы обозначаются с помощью следующих условных графических обозначений:
|
|
|
постоянный резистор |
переменный резистор |
построечный резистор |
Резисторы имеют основные параметры:
- номинальное значение сопротивления – R, (Ом);
- максимально рассеиваемую мощность – Р, (Вт);
- допустимое отклонение значения сопротивления - R, (%);
- температурный коэффициент сопротивления - ТКR, (%/С).
Промышленностью выпускаются постоянные резисторы в соответствии с рядом номинального значения сопротивления. Существует несколько стандартных рядов, которые обозначаются: Е6; Е12; Е24; Е48; Е96; Е192. Цифры в обозначении показывают количество номинальных значений приходящихся на одну декаду.
Первые три ряда соответствуют резисторам общего назначения. Вторые три ряда используются для резисторов применяемых в измерительной технике. Наиболее распространен ряд Е24.
Предельно допустимая рассеиваемая мощность также определяется в соответствии с числовым рядом. Наиболее распространен числовой ряд: 0,125 Вт; 0,25 Вт; 0,5 Вт; 1,0 Вт; 2,0 Вт. Чем больше рассеиваемая мощность, тем большие габаритные размеры имеет резистор.
Допустимое отклонение сопротивления от номинала выбирается из следующего числового ряда: 20%; 10%; 5%; 2%; 1%; 0,5%.
Температурный коэффициент сопротивления измеряется в долях процента на градус. Он характеризует изменение сопротивления резистора при изменении его температуры.
Существует два основных класса резисторов: проволочные и непроволочные. Сопротивление проволочных резисторов находится в пределах от долей Ом до сотен Ом. Сопротивление непроволочных резисторов обычно превышает десятки Ом.
Конструкция постоянного непроволочного резистора приведена на рис. 1.
Рис. 1. Конструкция постоянного резистора:
1 - керамический стержень; 2 - резистивное покрытие; 3 - контактные
колпачки; 4 - проволочные выводы.
Непроволочные резисторы делятся на металлопленочные, углеродистые и бороуглеродистые. Поверхность этих резисторов покрывается лаком, на который наносится маркировка.
Конденсаторы бывают также как и резисторы трех типов:
- постоянные (полярные и неполярные);
- переменные;
- построечные.
На электрических схемах конденсаторы обозначаются с помощью следующих условных графических обозначений:
|
|
постоянный полярный конденсатор |
постоянный неполярный конденсатор |
|
|
переменный конденсатор |
построечный конденсатор |
Конденсаторы имеют основные параметры:
- номинальное значение емкости – С, (Ф);
- максимальное рабочее напряжение – U, (В);
- максимальная амплитуда переменной составляющей для полярных конденсаторов;
- отклонение от номинального значения емкости - U, (%);
- температурный коэффициент емкости – ТКС, (%/С).
Номинальное значение конденсаторов выбирается из тех же стандартных рядов, за исключением полярных конденсаторов или электролитических конденсаторов. Номинальное значение конденсатора измеряется в пФ, нФ и мкФ.
Рабочее напряжение обычно составляет от 5 В до 1 кВ. Существуют также высоковольтные конденсаторы с рабочим напряжением десятки кВ.
Допустимое отклонение от номинального значения емкости составляет: 0,5%; 1%; 2%; 5%; 10%; 20%; 50%.
Температурный коэффициент емкости может быть как положительным, так и отрицательным.
Конденсаторы делятся по типам в зависимости от диэлектрика на керамические, слюдяные, фторопластовые, полипропиленовые и бумажные. Такие конденсаторы выпускаются с номиналом емкости от единиц пФ до единиц мкФ.
Особую разновидность составляют электролитические конденсаторы. В них диэлектриком служит тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности металла или полупроводника при погружении его в электролит. Обкладками конденсатора служит металл или полупроводник с одной стороны и токопроводящий электролит, омывающий оксидную пленку с другой стороны. Распространение получили алюминиевые, необиевые, полупроводниковые конденсаторы. Емкость электролитических конденсаторов составляет от 0,1 мкФ до десятков тысяч мкФ.
Устройство электролитического конденсатора приведено на рис. 2.
Рис.2. Устройство электролитического конденсатора:
1 и 3 – алюминиевая фольга; 2 – бумага, пропитанная раствором
электролита; 4 - проволочные выводы; 5 - оксидная пленка.
Обкладками конденсатора является алюминиевая фольга и бумага, пропитанная раствором электролита. К каждой из обкладок подсоединяются внешние электрические выводы. Обкладки собираются в рулон и запаиваются в герметичный алюминиевый корпус.
Электрическое сопротивление конденсатора Хс определяется:
,
(1)
где Uc - напряжение на конденсаторе; Ic - ток через конденсатор; f – частота напряжения.
Величина сопротивления уменьшается с увеличением частоты напряжения, прикладываемого к конденсатору (рис. 3). Фазы напряжения и тока на конденсаторе сдвинуты относительно друг друга на 90˚ (рис.4).
Катушки индуктивности позволяют запасать электрическую энергию в магнитном поле.
Катушки индуктивности можно также подразделить на три типа:
- постоянные;
- переменные;
- построечные.
Катушки индуктивности могут иметь в качестве сердечника воздух, феррит и сталь.
На электрических схемах катушки индуктивности обозначаются с помощью следующих условных графических обозначений:
|
|
катушка с постоянной индуктивностью без сердечника |
катушка переменной индуктивности с сердечником |
Катушки имеют основные параметры:
- номинальное значение индуктивности – L, (Гн);
- максимальный ток, который может протекать через катушку (большой ток повреждает изоляцию катушки индуктивности, приводит к насыщению магнитопровода магнитным потоком, что снижает индуктивность катушки) - IL, (А);
- отклонение от номинального значения - L, (%);
- температурный коэффициент индуктивности – ТКL, (%/С);
- частотный диапазон;
- активное сопротивление провода обмотки - RL, (Ом);
- добротность катушки индуктивности – характеризует отношение индуктивного сопротивления катушки к резистивному
,
(2)
где Q - добротность; XL - индуктивное сопротивление катушки.
Катушки выпускаются в соответствии с рядом Е6 на фиксированное значение частоты с индуктивностью от 1 мкГн до 10 мГн.
По конструкции катушки индуктивности подразделяются также на:
- однослойные катушки с незамкнутым магнитопроводом;
- многослойные катушки с незамкнутым магнитопроводом;
- многослойные катушки бронированного типа.
Однослойные катушки применяются в цепях настройки приборов. Многослойные катушки используются в фильтрах и высокочастотных трансформаторах. Многослойные катушки бронированного типа применяются в фильтрах низких и средних частот и трансформаторах.
Катушки индуктивности со стальным сердечником используются в сглаживающих дросселях и в многочастотных фильтрах.
Индуктивность L (Гн) однослойной катушки определяется:
,
(3)
где N – число витков катушки индуктивности; d – диаметр катушки индуктивности, (см); l – длина обмотки катушки, (см).
Индуктивность L (Гн) многослойной катушки определяется:
,
(4)
где dm - средний диаметр обмотки, (см); d – толщина обмотки, (см).
Однослойные и многослойные катушки индуктивности с незамкнутым ферритовым магнитопроводом имеют индуктивность в 1,5-3 раза больше чем катушки без сердечника.
Реальные катушки имеют паразитную емкость, которая образует колебательный контур, характеризующийся резонансной частотой (от 2 кГц до 100 МГц).
Электрическое сопротивление катушки индуктивности ХL определяется:
,
(5)
где UL - напряжение на катушке; IL - ток через катушку.
Рис.5.
Зависимость индуктивного сопротивления
от частоты.
С увеличением частоты электрического сигнала сопротивление катушки растет (рис.5.).
Напряжение на катушке индуктивности опережает ток по фазе на 90˚ (рис.6).
