Резисторы

Одной из характеристик любого электрического элемента является сопротивление. Однако только у одного электрорадиоэлемента эта характеристика является единственной. Этот электрорадиоэлемент называетсярезистором. Резисторы включаются в цепь специально для того что бы оказывать заданное сопротивление току в этой цепи.

То есть резистор - элемент вносящий в цепь сопротивление.
Рассмотрим виды резисторов.

В настоящее время существует множество видов резисторов. Основные виды резисторов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. – Виды резисторов

По характеру изменения сопротивления различают следующие виды резисторов: постоянные резисторы - их сопротивление всегда является константой, за исключением изменения сопротивления вследствие воздействия различных климатических факторов. Это самый распространенный вид резисторов.
Следующий вид резисторов называется переменные резисторы. У переменных резисторов сопротивление можно менять в определенном диапазоне. Переменные резисторы бывают регулировочными и подстроечными. Регулировочные переменные резисторы служат для оперативного изменения сопротивления, подстроечные обычно для отладки различных параметров схем.

По назначению резисторы можно отнести к следующим видам: резисторы общего назначения и резисторы специального назначения.
Резисторы общего назначения – используются в качестве нагрузок активных элементов, делителей, поглотителей, элементов фильтров, в цепях формирования импульсов и т. д. Диапазон сопротивлений резисторов общего назначения лежит в пределах 1 Ом – 10МОм, номинальные мощности рассеяния – 0,125- 100 Вт.

К резисторам специального назначения относятся прецизионные и сверхпрецизионные, высокочастотные, высоковольтные и высокомегаомные резисторы.
Прецизионные и сверхпрецизионные резисторы характеризуются высокой стабильностью параметров и высокой точностью изготовления. Эти резисторы применяются в основном в измерительных приборах, в системах автоматики и т. д.

Высокочастотные резисторы характеризуются малой собственной индуктивностью и емкостью и применяются в высокочастотных цепях, кабелях и волноводах.

Высоковольтные резисторы применяются в схемах с большими значениями напряжения (от единиц до десятков киловольт).

Высокомегаомные резисторы имеют широкий диапазон номинальных сопротивлений от десятков мегаом до единиц тераом. Высокомегаомные резисторы применяются в схемах с рабочим напряжением до 400 вольт и работают в режиме малых токов.

У резисторов кроме основного параметра – сопротивления, существует ряд других параметров. Одним их таковых является допуск или максимальное допустимое отклонение сопротивления от номинального. Допуск это разница между действительным и номинальным значением сопротивления резистора. Допустимое отклонение выражается в процентах. Резисторы общего назначения выпускаются с допустимым отклонением ±20%, ±10%, ±5%, ±2% и ±1%. Прецизионные резисторы выпускаются с допусками меньше 1%. Обычно в большинстве электронных устройств достаточно применять резисторы с допуском 10%.

4.2 Конденсаторы

Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды. Простейшим конденсатором являются две металлические пластины (электроды), разделенные каким-либо диэлектриком. Конденсатор 2 можно зарядить, если соединить его электроды с источником 1 электрической энергии постоянного тока (рис. 181, а).

При заряде конденсатора свободные электроны, имеющиеся на одном из его электродов, устремляются к положительному полюсу источника, вследствие чего этот электрод становится положительно заряженным. Электроны с отрицательного полюса источника устремляются ко второму электроду и создают на нем избыток электронов, поэтому он становится отрицательно заряженным. В результате протекания зарядного тока i3 на обоих электродах конденсатора образуются равные, но противоположные по знаку заряды и между ними возникает электрическое поле, создающее между электродами конденсатора определенную разность потенциалов. Когда эта разность потенциалов станет равной напряжению источника тока, движение электронов в цепи конденсатора, т. е. прохождение по ней тока i3 прекращается. Этот момент соответствует окончанию процесса заряда конденсатора.

При отключении от источника (рис. 181,б) конденсатор способен длительное время сохранять накопленные электрические заряды. Заряженный конденсатор является источником электрической энергии, имеющим некоторую э. д. с. ес. Если соединить электроды заряженного конденсатора каким-либо проводником (рис. 181, в), то конденсатор начнет разряжаться. При этом по цепи пойдет ток iр разряда конденсатора. Начнет уменьшаться и разность потенциалов между электродами, т. е. конденсатор будет отдавать накопленную электрическую энергию во внешнюю цепь. В тот момент, когда количество свободных электронов на каждом электроде конденсатора станет одинаковым, электрическое поле между электродами исчезнет и ток станет равным нулю. Это означает, что произошел полный разряд конденсатора, т. е. он отдал накопленную им электрическую энергию.

Емкость конденсатора. Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрические заряды характеризуется его емкостью. Чем больше емкость конденсатора, тем больше накопленный им заряд, так же как с увеличением вместимости сосуда или газового баллона увеличивается объем жидкости или газа в нем.

Емкость С конденсатора определяется как отношение заряда q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов между его электродами (приложенному напряжению)U:

C = q / U (69)

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф). Емкостью в 1 Ф обладает конденсатор, у которого при сообщении заряда

Рис. 181. Заряд и разряд конденсатора

в 1 Кл разность потенциалов возрастает на 1 В. В практике преимущественно пользуются более мелкими единицами: микрофарадой (1 мкФ=10^-6 Ф), пикофарадой (1 пФ = 10^-12 мкФ).

Емкость конденсатора зависит от формы и размеров его электродов, их взаимного расположения и свойств диэлектрика, разделяющего электроды. Различают плоские конденсаторы, электродами которых служат плоские параллельные пластины (рис. 182, а), и цилиндрические (рис. 182,б).

Свойствами конденсатора обладают не только специально изготовленные на заводе устройства, но и любые два проводника, разделенные диэлектриком. Емкость их оказывает существенное влияние на работу электротехнических установок при переменном токе. Например, конденсаторами с определенной емкостью являются два электрических провода, провод и земля (рис. 183, а), жилы электрического кабеля, жилы и металлическая оболочка кабеля (рис. 183,6).

Устройство конденсаторов и их применение в технике. В зависимости от применяемого диэлектрика конденсаторы бывают бумажными, слюдяными, воздушными (рис. 184). Используя в качестве диэлектрика вместо воздуха слюду, бумагу, керамику и другие материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, удается при тех же размерах конденсатора увеличить в несколько раз его емкость. Для того чтобы увеличить площади электродов конденсатора, его делают обычно многослойным.

Рисунок 2. – Плоский (а) и цилиндрический (б) конденсаторы

В электротехнических установках переменного тока обычно применяют силовые конденсаторы. В них электродами служат длинные полосы из алюминиевой, свинцовой или медной фольги, разделенные несколькими слоями специальной (конденсаторной) бумаги, пропитанной нефтяными маслами или синтетическими пропитывающими жидкостями. Ленты фольги 2 и бумаги 1 сматывают в рулоны (рис. 185), сушат, пропитывают парафином и помещают в виде одной или нескольких секций в металлический или картонный корпус. Необходимое рабочее напряжение конденсатора обеспечивается последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединениями отдельных секций.

Всякий конденсатор характеризуется не только значением емкости, но и значением напряжения, которое выдерживает его диэлектрик. При слишком больших напряжениях электроны диэлектрика отрываются от атомов, диэлектрик начинает проводить ток и металлические электроды конденсатора замыкаются накоротко (конденсатор пробивается). Напряжение, при котором это происходит, называют пробивным. Напряжение, при котором конденсатор может надежно работать неограниченно долгое время, называют рабочим. Оно в несколько раз меньше пробивного.

Конденсаторы широко применяют в системах энергоснабжения промышленных предприятий и электрифицированных железных дорог для улучшения использования электрической энергии при переменном токе. На э. п. с. и тепловозах конденсаторы используют для сглаживания пульсирующего тока, получаемого от выпрямителей и импульсных прерывателей, борьбы с искрением контактов электрических аппаратов и с радиопомехами, в системах управления полупроводниковыми преобразователями, а также для созда-

Рис. 183. Емкости, образованные проводами воздушной линии (а) и жилами кабеля (б)

Рис. 184. Общие виды применяемых конденсаторов: 1 — слюдяные; 2 — бумажные; 3 — электролитический; 4 — керамический

Рис. 185. Устройство бумажного (а) и электролитического (б) конденсаторов

Рис. 186. Устройство конденсатора переменной емкости

ния симметричного трехфазного напряжения, требуемого для питания электродвигателей вспомогательных машин. В радиотехнике конденсаторы служат для создания высокочастотных электромагнитных колебаний, разделения электрических цепей постоянного и переменного тока и др.

В цепях постоянного тока часто устанавливают электролитические конденсаторы. Их изготовляют из двух скатанных в рулон тонких алюминиевых лент 3 и 5 (рис. 185,б), между которыми проложена бумага 4, пропитанная специальным электролитом (раствор борной кислоты с аммиаком в глицерине). Алюминиевую ленту 3 покрывают тонкой пленкой окиси алюминия; эта пленка образует диэлектрик, обладающий высокой диэлектрической проницаемостью. Электродами конденсатора служат лента 3, покрытая окисной пленкой, и электролит; вторая лента 5 предназначена лишь для создания электрического контакта с электролитом. Конденсатор помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

При включении электролитического конденсатора в цепь постоянного тока необходимо строго соблюдать полярность его полюсов; электрод, покрытый окисной пленкой, должен быть соединен с положительным полюсом источника тока. При неправильном включении диэлектрик пробивается. По этой причине электролитические конденсаторы нельзя включать в цепи переменного тока. Их нельзя также использовать в устройствах, работающих при высоких напряжениях, так как окисная пленка имеет сравнительно небольшую электрическую прочность.

В радиотехнических устройствах применяют также конденсаторы переменной емкости (рис. 186). Такой конденсатор состоит из двух групп пластин: неподвижных 2 и подвижных 3, разделенных воздушными промежутками. Подвижные пластины могут перемещаться относительно неподвижных; при повороте оси 1 конденсатора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин, а следовательно, и емкость конденсатора.

Способы соединения конденсаторов. Конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно. При последовательном

Рис. 187. Последовательное (а) и параллельное (б) соединения конденсаторов

Рис. 188. Схема подключения цепи R-C к источнику постоянного тока (а) и кпивые тока и напряжения при переходном процессе (б) кривые

Рис. 189. Схема разряда емкости С на резистор R (а) и кривые тока и напряжения при переходном процессе (б)

Рис. 190. Кривая пилообразного напряжения

соединении нескольких (например, трех), конденсаторов (рис. 187, а) эквивалентная емкость

1 /C_эк= 1 /C₁+ 1 /C₂+ 1 /C₃

эквивалентное емкостное сопротивление

X_Cэк= X_C1+ X_C2+ X_C3

результирующее емкостное сопротивление

C_эк= C₁+ C₂+ C₃

При параллельном соединении конденсаторов (рис. 187,б) их результирующая емкость

1 /X_Cэк= 1 /X_C1+ 1 /X_C2+ 1 /X_C3

Включение и отключение цепей постоянного тока с конденсатором. При подключении цепи R-C к источнику постоянного тока и при разряде конденсатора на резистор также возникает переходный процесс с апериодическим изменением тока i и напряжения u_c При подключении к источнику постоянного тока цепи R-C выключателем В1 (рис. 188,а) происходит заряд конденсатора. В начальный момент зарядный ток I_нач=U /R. Но по мере накопления зарядов на электродах конденсатора напряжение его и с будет возрастать, а ток уменьшаться (рис. 188,б). Если сопротивление R мало, то в начальный момент подключения конденсатора возникает большой екачок тока, значительно превышающий номинальный ток данной цепи. При разряде конденсатора на резистор R (размыкается выключатель В1 на рис. 189, а) напряжение на конденсаторе u_с и ток i постепенно уменьшаются до нуля (рис. 189,б).

Скорость изменения тока i и напряжения ис при переходном процессе отделяется постоянной времени

T = RC

Чем больше R и С, тем медленнее происходит заряд конденсатора.

Процессы заряда и разряда конденсатора широко используют в электронике и автоматике. С помощью их получают периодаческие несинусоидальные колебания, называемые релаксационными, и, в частности, пилообразное напряжение, необходимое для работы систем управления тиристорами, осциллографов и других устройств. Для получения пилообразного напряжения (рис. 190) периодически подключают конденсатор к источнику питания, а затем к разрядному резистору. Периоды Т₁ и T₂, соответствующие заряду и разряду конденсатора, определяются постоянными времени цепей заряда Т₃ и разряда Т_р, т. е. сопротивлениями резисторов, включенных в эти цепи.

4.3 Транзистор

В современном понимании транзистор — это полупроводниковый прибор с двумя или более р-п переходами и тремя или более выводами, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний.

Наиболее широкое применение в радиолюбительских конструкциях находят биполярные и полевые транзисторы. У полевых транзисторов управление выходным током производится с помощью электрического поля, отсюда и название, полевые. Эти транзисторы имеют три электрода: исток, затвор и сток. Электроды полевого транзистора в определенной степени соответствуют электродам биполярного транзистора — эмиттеру, базе и коллектору. Достоинством полевого транзистора является то, что ток входного электрода (затвора) очень мал. Это определяет высокое входное сопротивление каскадов на этих транзисторах и тем самым устраняет влияние последующих каскадов схемы на предыдущие. Еще одно достоинство этих транзисторов — низкий уровень собственных шумов, что дает возможность использовать полевые транзисторы в первых каскадах высококачественных усилителей звуковой частоты.

Основная классификация транзисторов. Основная классификация транзисторов ведется по исходному материалу, на основе которого они сделаны, максимальной допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе и частотным свойствам. Эти параметры определяют их основные области применения. По мощности транзисторы делят на транзисторы малой, средней и большой мощности, а по частоте — низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные. По исходному полупроводниковому материалу — германиевые и кремниевые.