1.1. Пассивные элементы

1.1.1 Резисторы

Резисторы — это элемент, с помощью которых осуществляется регулирование и распределение электрической энергии между цепями и элементами схем. Принцип работы резисторов основан на использовании свойств различных материалов, оказывать сопротивление электрическому току.

Зачем это нужно? Что бы понизить ток в цепи: нам нужно уменьшить яркость свечения лампочки в карманном фонаре, для этого подадим на нее ток через резистор, и яркость лампы будет тем меньше, чем больше сопротивление резистора.

Резисторы в основном используют для формирования заранее заданных величин напряжений и токов в электрической цепи всех радиоэлектронных устройств. Так же возможно использование при создании необходимых электрических режимов определенных активных компонентов, а так же при согласовании электрических цепей.

На схемах резистор обозначается буквой R.

Классификация резисторов представлена на рисунке 1.1.1

Рисунок 1.1.1.1 Классификация резисторов

Резисторы бывают постоянные, переменные и подстроечные.

Постоянные резисторы — резисторы, у которых значение сопротивления постоянно и не зависит от внешних воздействий (температуры, света, протекающего через него тока, приложенного напряжения и т.д.).

Выпускаемые промышленностью постоянные резисторы на схемах обозначаются на рисунке 1.1.2:

Рисунок 1.1.1.2 а) в Европе б) в США

Мощность постоянных резисторов представлена на рисунке 1.1.3:

Рисунок 1.1.1.3 Мощность постоянных резисторов

Что обозначает 0,05 Вт, 0,125 Вт, 0,25 Вт и т.д.? Это обозначение мощности резисторов, то есть мощности, при которой он еще будет работать, а не потемнеет и сгорит.

Переменные резисторы — резисторы, у которых значение сопротивления меняется при помощи специальной ручки (вращающейся, или ползункового типа). Ярким представителем переменных резисторов является регулятор громкости на твоих компьютерных звуковых колонках.

Подстроечные резисторы — резисторы, предназначенные для редких регулировок, у которых значение сопротивления меняется при помощи шлица, вращаемого отвёрткой. Устанавливаются подстроечные резисторы, как правило, на печатных платах радиосхем. Чаще всего, переменные и подстроечные резисторы подключаются на схемах как делители напряжения, или как делители тока.

Основными параметрами резисторов являются:

• номинальное сопротивление,
• допуск,
• номинальная мощность рассеяния,
• максимальное рабочее напряжение,
• стабильность сопротивления.

 

Характеристики резистора

Среди основных параметров выделяются такие характеристики резистора, как:

• сопротивление по номинальному значению,
• возможное отклонение,
• рассеиваемая мощность,
• предельное рабочее напряжение,
• максимальная температура,
• температурный коэффициент сопротивления,
• частотный отклик
• шумы

 

Кодовая и цветовая маркировка резисторов

Первый способ представлен на рисунке 1.1.4:

Рисунок 1.1.1.4 маркировка резистора

Буквы «Е», «К» и «М2, обозначающие кратные приставки и расставленные как децимальные запятые. Буква «Е» – 1, буква «К» – 1000 и буква «М» – 1000000. Вот примеры как это выглядит и расшифровывается:

12Е – 12 Ом;

К12 – 0,12К – 120 Ом; 1К2 -1,2 кОм; 12К – 12 кОм;

М12 – 0,12М – 120 кОм; 1М2 – 1,2 мОм; 12М – 12 мОм.

Второй способ маркировки резисторов представлен на рисунке 1.1.5:

Рисунок 1.1.1.5 маркировка резистора

Отличается тем, что все обозначения цифрами, то есть и значение и множитель. Обозначение состоит из трех цифр: первые две – значение, третья – множитель. Множители: «0», «1», «2», «3» и «4». Понять это можно, если знать, что они показывают, сколько нулей надо дописать к значению: 120 – 12 Ом 121 – 120 Ом 122 – 1200 Ом 123 – 12000 Ом 124 – 120000 Ом

Третий способ. (Цветовая маркировка резисторов с 6-ю полосами) представлена на рисунке 1.1.6.

Рисунок 1.1.1.6 маркировка резистора

 

1.1.2 Конденсаторы

Конденсатор — это элемент, предназначенные для создания в электрической цепи требуемого значения электрической емкости.

Конструктивно конденсатор представляет собой устройство, состоящее из двух или более электропроводящих пластин (обкладок), разделенных тонким слоем диэлектрика. В качестве диэлектрика используются твердые органические (бумага, пленки) и неорганические (слюда, керамика, стекло) вещества, жидкости и газы.

Они применяются для разделения постоянной и переменной составляющих тока и в электрических фильтрах, для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения и для уменьшения электрической связи между каскадами. С катушками индуктивности конденсаторы образуют колебательные контуры, которые широко используются в различных радиоэлектронных устройствах.

Принцип работы конденсатора основан на его способности накапливать заряд на своих обкладках, если к ним приложено напряжение.

Классификация конденсаторов приведена на рисунке 1.2.1.

Рисунок 1.1.2.1 Классификация конденсатора

Конденсаторы постоянной емкости — это конденсаторы, чья емкость является фиксированной и в процессе эксплуатации аппаратуры не меняется.

Конденсаторы переменной емкости — это конденсаторы, которые применяются в цепях, где требуется изменение емкости в процессе эксплуатации. При этом изменение емкости может производится различными способами: механически, путем изменения управляющего напряжения, изменением температуры окружающей среды и .т.д.

Подстроечные конденсаторы — это конденсаторы, которые применяются для первоначальной настройки аппаратуры или периодической подстройки цепей, где требуется малый диапазон изменения емкости.

Саморегулируемые конденсаторы — это конденсаторы, у которых емкость изменяется под действием приложенного к конденсатору напряжения. К саморегулируемым конденсаторам относятся и полупроводниковые диоды, называемые варикапами. В основу действия варикапа положена зависимость емкости полупроводникового диода от приложенного к нему обратного напряжения.

Обозначение конденсатора на схеме предоставлена на рисунке 1.2.2:

Рисунок 1.1.2.2 Обозначение конденсаторов на схемах:

а) постоянной емкости; б) подстроечный; в) переменный; г) электролитический.

 

Основные параметры:

• номинальная емкость (Емкость конденсатора (С) определяется как соотношение количества электрического заряда (Q) к напряжению (U)),
• допустимое отклонение емкости конденсатора от номинальной,
• допуск,
• номинальное рабочее напряжение,
• температурный коэффициент емкости.

По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.

Рассмотрим принцип работы плоского конденсатора. Если подключить к нему источник питания, на одной пластине проводника начнут собираться отрицательно заряженные частицы в виде электронов, на другой – положительно заряженные частицы в виде ионов. Поскольку между обкладками находиться диэлектрик (Диэлектрик (изолятор) — вещество, практически не проводящее электрический ток), заряженные частицы не могут «перескочить» на противоположную сторону конденсатора. Тем не менее, электроны передвигаются от источника питания - до пластины конденсатора. Поэтому в цепи идет электрический ток (Рисунок 1.2.3).

Рисунок 1.1.2.3 Заряд конденсатора

В самом начале включения конденсатора в цепь, на его обкладках больше всего свободного места. Следовательно, начальный ток в этот момент встречает меньше всего сопротивления и является максимальным. По мере заполнения конденсатора заряженными частицами ток постепенно падает, пока не закончится свободное место на обкладках и ток совсем не прекратится.

Время между состояниями «пустого» конденсатора с максимальным значением тока, и «полного» конденсатора с минимальным значением тока (т.е. его отсутствием), называют переходным периодом заряда конденсатора.

После того как конденсатор зарядился, отключим источник питания и подключим нагрузку R. Так как конденсатор уже заряжен, он сам превратился в источник питания. Нагрузка R образовала проход между пластинами. Отрицательно заряженные электроны, накопленные на одной пластине, согласно силе притяжения между разноименными зарядами, двинутся в сторону положительно заряженных ионов на другой пластине (Рисунок 1.2.4).

Рисунок 1.1.2.4 Разряд конденсатора

В момент подключения R, напряжение на конденсаторе то же, что и после окончания переходного периода зарядки. Начальный ток по закону Ома будет равняться напряжению на обкладках, разделенном на сопротивление нагрузки.

Как только в цепи пойдет ток, конденсатор начнет разряжаться. По мере потери заряда, напряжение начнет падать. Следовательно, ток тоже упадет. По мере понижения значений напряжения и тока, будет снижаться их скорость падения.

Время зарядки и разрядки конденсатора зависит от двух параметров – емкости конденсатора C и общего сопротивления в цепи R.

Кодовая и цветовая маркировка конденсаторов

1. Кодировка тремя цифрами

Первые две цифры указывают на значение емкости в пикофарадах (пФ), последняя — количество нулей. Когда конденсатор имеет емкость менее 10 пФ, то последняя цифра может быть «9». При емкостях меньше 1.0 пФ первая цифра «0».

Буква R используется в качестве десятичной запятой. Например, код 010 равен 1.0 пФ, код 0R5 — 0.5 пФ.

2. Кодировка четырьмя цифрами

Возможны варианты кодирования 4-значным числом. Но и в этом случае последняя цифра указывает количество нулей, а первые три — емкость в пикофарадах (pF).

3. Цветовая маркировка

На практике для цветового кодирования постоянных конденсаторов используются несколько методик цветовой маркировки (Рисунок 1.2.5)

Рисунок 1.1.2.5 Цветная маркировка конденсатора

* Допуск 20%; возможно сочетание двух колец и точки, указывающей на множитель.

** Цвет корпуса указывает на значение рабочего напряжения.

 

1.1.3 Катушка индуктивности

Катушками индуктивности — называют элементы, основным свойством которых является эффект преобразования энергии электрического тока в энергию магнитного поля и обратно.

Катушки индуктивности используются в стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения. Так же катушка используются также в качестве электромагнитов–исполнительных механизмов.

Условно графическое обозначение катушки индуктивности представлена на рисунке 1.3.1:

Рисунок 1.1.3.1 Условное обозначение катушки индуктивности:

а) без сердечника; б) с отводами; в) с магнитоэлектрическим сердечником; г) с ферромагнитным сердечником; д) с медным сердечником; е) с зазором в ферромогнитном магнитопроводе; ж) с индуктивностью, регулируемой путем изменения положения магнитопровода.

Классификация катушек индуктивности.

Катушки индуктивности можно классифицировать по ряду признаков:

По конструкции они подразделяются на:

1. однослойные и многослойные,
2. на каркасах и бескаркасные,
3. с сердечниками и без сердечников,
4. на экранированные и неэкранированные,
5. высокочастотные и низкочастотные

По назначению катушки индуктивности подразделяются на:

1. контурные,
2. катушки связи,
3. дроссели высокой и низкой частоты

 

Основные характеристики и параметры катушек индуктивности

Основными характеристиками катушек являются:

• индуктивность,
• собственная емкость,
• активное сопротивление,
• добротность (Добротность катушки индуктивности определяет отношение между активным и реактивным сопротивлениями катушки.)
• температурная стабильность индуктивности.
• сопротивление потерь

 

 

Задания для самостоятельной работы