Электроника

Лекция 1

РЕЗИСТОРЫ

Резисторами называются элементы, с  помощью которых осуществляется перераспределение активной мощности в электрических цепях.

Все резисторы по   функциональному назначению можно  разделить на 2 группы:

1.Постоянные. На электрических  схемах они изображаются следующим образом:

2.Переменные. Их в свою очередь  тоже можно разделить на две  группы:

- подстроечные (средняя точка  резистора не выводится на  панель прибора). Подстроечные резисторы применяются для подстройки параметров узлов и элементов устройства изготовителем в процессе их  изготовления и настройки. На электрических схемах эти резисторы изображаются следующим образом:

- регулировочные. Регулировочные  резисторы применяются для изменения  параметров устройства потребителем  в процессе его эксплуатации

На электрической схеме регулировочные резисторы обозначаются:

  

При обозначениях на электрических  схемах у резисторов ставится порядковый номер. Нумерация резисторов идет слева  направо, сверху вниз.

ПАРАМЕТРЫ  РЕЗИСТОРОВ

1.НОМИНАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ- сопротивление резистора при нормальных внешних условиях (указывается в технической документации резистора). Номинальные сопротивления всех резисторов подчиняются определенным рядам, которые обозначаются:

Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Е - обозначение типа рядов. Цифра в обозначении ряда показывает количество номиналов сопротивлений резисторов в одной декаде. Так согласно ряду Е6 номинальные сопротивления резисторов имеют значения:  1.0[Ом], 1.5[Ом], 2.4[Ом], 3.3[Ом], 4.7[Ом], 6.8[Ом] в диапазоне сопротивлений 1 <10 ; 1.0[кОм], 1.5[кОм], 2.4[кОм], 3.3[кОм], 4.7[кОм], 6.8[кОм] в диапазоне сопротивлений 1 <10 ; и т.д.  

На  практике наиболее распространен ряд Е24 (24 номинала в одной декаде).

В зависимости от величины номинального сопротивления резисторы можно  разделить на:   низкоомные, с  сопротивлением не более единиц Ом,   общего  применения с сопротивлением до единиц мОм и высокоомные резисторы, сопротивление которых может достигать 10¹² Ом.

2.ДОПУСК НА НОМИНАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ РЕЗИСТОРА

Допуск на номинальное сопротивление  определяет допустимое отклонение сопротивления  резистора от его номинального значения. Допуск на номинальное сопротивление резистора обычно даётся в %. По этому параметру резисторы можно подразделить на:

- общего применения (отклонения больше 1%).

• прецезионные (отклонение меньше 1%);
• сверхпрецезионные (относительное отклонение сопротивления которых составляет сотые и тысячные доли процента).

Например, ряд E24 содержит резисторы с допустимым отклонением 5% или 10%.  Чем выше ряд, тем меньше допуск и выше точность номинального сопротивления резистора. Согласно ГОСТ 9664-74 установлен следующий ряд допусков на номинальное сопротивление резисторов: ±0,001, ±0,002, ±0,005, ±0,01, ±0,02, ±0,05, ±0,1, ±0,25, ±0,5, ±1, ±2, ±5, ±10, ±20 и  30%

3.МАКСИМАЛЬНОЕ ДОПУСТИМОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Это максимальное постоянное напряжение, которое можно прикладывать к  данному резистору. По этому параметру резисторы делятся на:

• общего применения  (максимальное напряжение менее 1[кВ]);
• высоковольтные (максимальное напряжение  до десятков [кВ]).

Установлены следующие значения максимально  допустимого напряжения для резисторов: 25, 50, 100, 150, 200, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2500, 3000, 4000, 5000, 10 000, 20 000, 25 000,  35 000, 40 000 и 60 000[В].

4.НОМИНАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ

Это максимальное значение мощности, которое можно подвести к резистору  при условии, что резистор находится  при нормальных внешних условиях, и его параметры будут соответствовать паспортным данным. Установлены следующие значения номинальных мощностей резисторов: 0,01, 0,025, 0,05,  0,062, 0,125, 0,2, 0,5, 1, 3, 5, 8, 10, 25, 40, 63, 80, 100, 250 и 500[Вт].

При расчете номинальной мощности резисторов лучше делать двух-, трехкратный запас.

На электрических схемах мощность резистора обозначается следующим  образом:

5.ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ-ТКС

Это относительное изменение  сопротивления резистора при  изменении его температуры на 1⁰ С, при нормальных внешних условий. Обычно ТКС резисторов положителен.

В дальнейшем часто будет  использоваться вольт – амперная характеристика элементов (ВАХ). Вольт – амперной характеристикой (ВАХ) элемента называется зависимость напряжения на элементе (тока, протекающего через элемент) от тока, протекающего через этот элемент (от напряжения, приложенного к элементу), снятая в стационарном режиме и при постоянных внешних условиях.

На рис. 1 приведена ВАХ резистора с учетом его ТКС и без учета ТКС (температура и влажность среды должны быть постоянны).

С учетом ТКС (ТКС > 0) ВАХ резистора  становится кривой линией и загибается вверх. - сопротивлению резистора.

6.МАКСИМАЛЬНАЯ РАБОЧАЯ ЧАСТОТА РЕЗИСТОРА

Это максимальная частота тока, протекающего через резистор, или напряжения,  приложенного к резистору, когда резистор можно рассматривать как пассивный элемент, не обладающий реактивной составляющей сопротивления. Максимальная рабочая частота зависит от типа резистора и его исполнения. На высоких частотах эквивалентная схема резистора имеет вид:

СОЕДИНЕНИЕ РЕЗИСТОРОВ

Наиболее широко используются два типа соединения резисторов:

• последовательное соединение:

Такое соединение резисторов можно рассматривать как один резистор, сопротивление которого определяется величиной:                                                 

                                  R=R1+R2

Его сопротивление больше большего из соединенных последовательно  резисторов.

 

 

• параллельное соединение:

Эти два резистора можно заменить одним, сопротивление которого равно:

                   =R1||R2

       Его  сопротивление меньше меньшего  из R1 и R2.

 

Примеры:

 

 

 

 

 

2.

                                                                               

 

 

 

КОНДЕНСАТОРЫ

Конденсатор – элемент  способный накапливать и хранить  электрическую энергию.

Конденсаторы бывают постоянные и переменные.

Постоянные  конденсаторы можно подразделить на:

а) неполярные (обычные). На них можно подавать напряжение любой полярности. На электрических схемах конденсаторы обозначаются буквой С, дальше как и у резистора указывается его порядковый номер.   

б) проходные (помехоподавляющие) конденсаторы.  Применяются для подавления помех в линиях связи и передачи сигналов. На электрических схемах обозначаются следующим образом:

в) электролитические (полярные) кеонденсаторы. Отличаются большей емкостью, но допускают подачу напряжения только определенной полярности. На электрических схемах обозначаются следующим образом:

Знак + указывает допустимую полярность прикладываемого напряжения.

Переменные  конденсаторы можно разделить на две группы:

а) регулировочные. Эти конденсаторы предназначены для изменения свойств устройства в процессе его эксплуатации потребителем. Напримкр, изменение громкости.

    б) подстроечные. Предназначены  для подстройки параметров узлов  прибора в процессе его настройки. 

     

                       

ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНДЕНСАТОРОВ

1.НОМИНАЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ

Измеряется в фарадах [Ф]. На практике используются следующие  единицы измерения емкости конденсаторов:

1[пФ] = 10^-12 [Ф], 10³ [пФ] =1 [нФ] =10^-9 [Ф],  10⁶ [пФ] =10^-6[Ф] = 1[мкФ].

Емкость конденсаторов, как и резисторов, определяется рядами:

Е3, Е9, Е12 …

2.ДОПУСК НА НОМИНАЛЬНУЮ ЕМКОСТЬ КОНДЕНСАТОРА - D С

Обычно, как и у резисторов задаётся в % (до 100%) и определяет диапазон отклонения емкости конденсатора от его номинального значения при нормальных внешних условиях. Особенно большой допуск у электролитических конденсаторов. δС = [0.001-100]%. Конденсаторы, с допуском  меньше 1% - прецизионные конденсаторы.

3.МАКСИМАЛЬНОЕ ДОПУСТИМОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Это максимальное постоянное напряжение, которое можно прикладывать к обкладкам конденсатора при условии, что он сохранит свои параметры.

Конденсаторы по этому  параметру можно подразделить на:

• Высоковольтные (максимальное напряжение десятки киловольт);
• обычные (до нескольких сотен вольт).

4.МАКСИМАЛЬНОЕ ДОПУСТИМОЕ ИМПУЛЬСНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Это максимальная величина импульсного напряжения определенной длительности, которое можно прикладывать к конденсатору. Обычно эта величина больше чем постоянное максимальное напряжение.

4.ТАНГЕНС УГЛА ПОТЕРЬ

Тангенс угла потерь –  это отношение активной мощности, выделяемой на конденсаторе, к реактивной. Этот параметр характеризует активные потери в конденсаторе.

tg d=Р_активн/Р_{реактивн}

Для идеального конденсатора ток опережает напряжение на конденсаторе на 90⁰. В реальном конденсаторе этот угол меньше, что обусловлено активными потерями мощности в конденсаторе (рис. 3).

 

 

5.СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ КОНДЕНСАТОРА - R_ИЗ

Это сопротивление постоянному  току между обкладками конденсатора. Качество изоляции конденсатора определяет способность пропускать переменный ток и не пропускать постоянный. Обычно этот параметр имеет величину  прядка - (1-1000) гОм – сопротивление изоляции.

Если емкость конденсатора больше 0,3мкФ, то задается не сопротивление изоляции, а постоянная времени t, равная

t=СR_из.

Сопротивление изоляции электролитических  конденсаторов значительно меньше, поэтому в справочниках на эти  конденсаторы часто задается ток  утечки.

6.РЕЗОНАНСНАЯ (ГРАНИЧНАЯ) ЧАСТОТА

Это максимальная частота, при работе на которой у конденсатора еще  можно учитывать только его емкостную  составляющую сопротивления. На высоких  частотах эквивалентную схему конденсатора можно представить в следующем виде: 

Резонансная частота  конденсатора определяется выражением: .

По этому параметру конденсаторы можно разделить на:

- обычные (резонансная частота до 10¹⁰ Гц);

- высокочастотные

У электролитических конденсаторов  резонансная частота значительно  ниже, чем у неполярных. Эти конденсаторы плохо работают на высоких частотах

 

7.ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ЕМКОСТИ СОНДЕНСАТОРА -ТКЕ

Это относительное изменение  емкости конденсатора при изменении  его температуры на 1⁰ С. Зависимость емкости конденсатора от его температуры обычно описывают выражением:

C=C (1+ТКЕ(t-t₀ ))

ТКЕ бывает:

• положительный и обозначается буквой   П;
• отрицательный - М;

     -    ненормируемый, обозначается буквой  Н.

Выпускаются конденсаторы с очень малым значением ТКЕ. В этом случаи этот параметр обозначается – МП0.

СОЕДИНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ

- последовательное соединение:

Результирующая емкость  определяется выражением: . Эта величина меньше чем меньшая емкость конденсаторов С₁  и С₂

• параллельное соединение:

 

Результирующая емкость определяется выражением: С=С₁+С₂. Эта величина больше, большей из емкостей конденсаторов С₁ и С₂

 

Для конденсатора справедливы  следующие соотношения: 

,

где С-емкость конденсатора [Ф], q – заряд на конденсаторе , U_C – напряжение на конденсаторе.

 и   ,

где i_C - ток, протекающий через конденсатор.

 

 

 

Чему равно напряжение на резисторе Rx

 

Чему равно напряжение  на конденсаторах  С1 и  С2

 

Записать выражение для напряжения на сопротивлении R1 после замыкания ключа.

 

Чему равно напряжение на конденсаторе С2 после замыкания ключа. Начальное напряжение на С2 равно 0.

Каково должно быть начальное  напряжение на конденсаторе С2, чтобы  после замыкания ключа напряжение на конденсаторе С1 стало равно нулю.