2. радиокомпоненты резисторы
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
металлооксидных (металлоокисных) резисторах в качестве материала пленки используется двуокись олова. Технология их более проста. Конструктивно они похожи на металлоплёночные резисторы, но дополняют последние в области малых номиналов (1 – 100 Ом). Имеют особо малые шумы. В металлодиэлектрических резисторах резистивный элемент содержит проводящую (Cr, Ni Fe) и диэлектрическую фазы (чаще всего оксиды SiO, TiO 2 ). Электрические свойства пленки зависят от соотношения содержания проводника и диэлектрика. При больших концентрациях металлической фазы микрокомпозиция представляет собой металлическую матрицу, в которой в проводник диспергирована диэлектрическая фаза. В этом случае проводимость пленки определяется проводимостью металла, а резистор имеет положительный ТКС. Второму, противоположному случаю соответствует структура с высокой концентрацией диэлектрика. Такая пленка может быть представлена в виде диэлектрической матрицы, в которой диспергированы частицы проводящих веществ. Сопротивление такой 10 системы на несколько порядков больше сопротивления структуры на базе металлической матрицы, а ТКС имеет отрицательный знак. Меняя объемы металлической и диэлектрической фаз можно в широких пределах изменять R и ТКС как по знаку, так и по величине, При соотношении 5 , 0 3 , 0 М Д V V можно получить 0 R Металлодиэлектрические резисторы имеют высокую термостойкость (250 0 С), малые габаритные размеры, высокую стабильность. 3.Композиционные. Резистивный элемент формируется в виде механической смеси мелкодисперсного порошка углерода или металла (серебро, палладий) с диэлектрической органической или неорганической связкой (полимеры, стекла, эмали). Могут быть плёночными и объёмными. Достоинства: простая технология производства, невысокая стоимость, возможность получения высоких сопротивлений, высокая теплостойкость. Недостатки: высокий уровень шумов, малая стабильность, наблюдается зависимость сопротивления от частоты тока и величины приложенного напряжения. 2.1.6.2.Проволочные резисторы Достоинства (по сравнению с непроволочными): - повышенная стабильность (температурная и временная), - повышенная термостойкость, - очень малый уровень шума, - высокая перегрузочная способность. Резистивный элемент из проволоки, изготовленной из сплавов: манганин, константан, нихром. Проволока наматывается на керамическое основание, и покрывается стекловидной или эпоксидной эмалью. Для уменьшения индуктивности используют бифилярную намотку (наматывают в два провода, получая две встречно включенные обмотки). В металлофольговых резисторах в качестве резистивного элемента используется тонкая лента из металлической фольги. Имеют очень высокую стабильность, высокую точность, малые шумы. 1 2.3.КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ Катушка индуктивности – это элемент электронной аппаратуры, функционирование которого определяется эффектом взаимодействия электрического тока и магнитного поля. Это позволяет создать элементы, обладающие малым активным сопротивлением постоянному току и высоким реактивным сопротивлением переменному току. Вспомним принцип действия катушки индуктивности. Если по проводнику пропустить переменный электрический ток, то вокруг него возникнет переменное магнитное поле, характеризующееся магнитным потоком Ф. При изменении магнитного потока в проводнике наводится ЭДС самоиндукции dt dФ e , которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока и противоположна основной ЭДС. Поэтому возникает сопротивление протеканию тока. Это сопротивление не связано с потерями энергии и является реактивным. Оно пропорционально частоте тока. Коэффициент пропорциональности между частотой протекающего тока и величиной реактивного сопротивления X L и называется индуктивностью: L X L где - угловая частота, = 2 f, где f – частота в Гц. Индуктивность прямолинейного провода L l l d 2 4 1 10 3 (ln ) ` , мкГн где l – длина, см, d - диаметр проводника, см. Индуктивность прямолинейного проводника длиной 1м, диаметром 1 мм равна всего 1,2мкГн. Для увеличения индуктивности проводник можно свернуть в катушку, тогда каждый виток катушки попадёт в зону действия не только своего магнитного поля, но и магнитных полей, создаваемых соседними витками. Отчего реактивное сопротивление протеканию переменного тока (а, следовательно, и индуктивность) резко увеличивается. Для однослойной цилиндрической катушки D W L L 2 0 , где W – число витков, D –диаметр катушки, ) ( 0 D l f L - коэффициент, зависящий от отношения D l , где l –длина катушки. Для дальнейшего увеличения индуктивности в катушку вводят сердечник, тогда L L эф c , где L – индуктивность катушки без сердечника, эф – эффективная магнитная проницаемость сердечника, которая зависит от начальной магнитной проницаемости материала сердечника и конструкции сердечника. 2 2.3.1.Классификация 1. По постоянству значения индуктивности: - не перестраиваемые, - подстраиваемые, - перестраиваемые (вариометры). 2. По конструкции: - каркасные и бескаркасные, - однослойные и многослойные, - экранированные и неэкранированные, - с сердечником и без сердечника, - цилиндрические, кольцевые, броневые, спиральные. - 2.3.2.Основные параметры 1.Индуктивность L. Это основной параметр катушки индуктивности. Индуктивности катушек не стандартизованы. 2. Допуск на индуктивность. Разность между действительным и расчётным значениями индуктивности % 100 L L Характеризует точность выполнения индуктивности. Допуски на индуктивность не стандартизованы. Требуемые точности значений индуктивности лежат в пределах от ±0,1% до ±30%. Изготовить катушки индуктивности с допуском меньше 5% достаточно сложно. В этом случае их снабжают подстроечными сердечниками. 3.Добротность Q. Характеризует величину потерь в катушке и определяется как отношение реактивного (в данном случае индуктивного) сопротивления X L на заданной частоте к ее активному сопротивлению R L (сопротивлению потерь): L L L R L R X Q Сопротивление потерь д c вт сэ L R R R R R R 0 , где R 0 – омическое (чисто активное) сопротивление обмотки, R сэ – сопротивление потерь из-за скин-эффекта, R вт – сопротивление потерь на вихревые токи, R с – сопротивление потерь в сердечнике, R д – сопротивление диэлектрических потерь. Рассчитать добротность достаточно сложно, поэтому ее определяют экспериментально с помощью специальных измерителей добротности. 3 Добротность реальных катушек индуктивности, используемых в ЭА, лежит в пределах от 20 до 600 единиц. 4. Собственная емкость C L Это емкость, измеренная на выводах катушки индуктивности. Это паразитный параметр, ее наличие приводит к ограничению диапазона рабочих частот, на которых может работать катушка. Из-за наличия собственной ёмкости возникает параллельный колебательный контур. Вследствие чего частотная зависимость реактивного сопротивления катушки принимает вид, (рис.). На низких частотах X CL << X L и общее реактивное сопротивление имеет индуктивный характер. При f > f 0 реактивное сопротивление становится емкостным. Здесь f 0 - это собственная (резонансная) частота параллельного колебательного контура L LC f 2 1 0 Иначе говоря, после частоты f 0 катушка будет вести себя как конденсатор и не может быть использована. Собственная ёмкость зависит от конструкции катушки. У однослойных C L < 5 пф, у многослойных - 20..40 пф. 5. Температурный коэффициент индуктивности. Характеризует температурную стабильность катушек L L T L 1 0 ТКИ катушек индуктивности положителен. 2.3.3.Схема замещения (эквивалентная схема) Здесь L – индуктивность, C L – собственная ёмкость,R L – сопротивление потерь. 4 2.3.4.Условные графические обозначения Позиционное обозначение катушки на схемах электрических принципиальных L. 1 – катушка индуктивности, 2 – катушка с отводами, 3 – катушка с магнитодиэлектрическим сердечником, 4 – катушка с ферритовым сердечником, 5 – сердечник с зазором (например, у броневых сердечников), 6 – катушка с немагнитным сердечником, 7 – вариометр, 8 – катушка с подстроечным сердечником, 9.– индуктивно связанные катушки, (точкой обозначается начало обмотки), 10 – катушки с общим сердечником, 11 – катушки с раздельными подстроечными сердечниками. 2.3.5.Разновидности катушек индуктивности Однослойные катушки имеют малые индуктивности и собственные емкости. Используются на высоких частотах (до 100 МГц). Бывают с рядовой (виток к витку) и шаговой (намотка с шагом) намоткой. Для увеличения добротности используют: - бескаркасные катушки (трудно обеспечить стабильность при внешних воздействиях), - выполненные на ребристых каркасах, - используют посеребренные провода. Для увеличения стабильности: - используется “горячая” намотка (предварительно разогретым проводом, после остывания обеспечивает плотный охват каркаса), - воженная намотка провода в каркас (на керамическом каркасе выфрезеровываются канавки, в которые наносится серебросодержащая паста, которая после нагревания дает серебряное покрытие), увеличиваются потери, снижающие добротность. 5 Многослойные катушки используются для уменьшения габаритов при больших индуктивностях. Но большие собственные емкости ограничивают рабочий диапазон частот до 1-2 МГц. Используют рядовые (виток к витку), произвольные (“внавал”), секционированные обмотки (уменьшение собственной емкости и возможности подстройки), обмотку типа “Универсаль”. Позволяет уменьшить собственную ёмкость. Пониженную собственную емкость имеет и произвольная намотка. Для увеличения добротности используют специальный провод литцендрат (это жгут тонких проволочек, спаянных на концах). Спиральные катушки выполняются в виде плоской спирали. Вытравливаются на печатных платах или напыляются на подложки микросхем. Характеризуются невысокими добротностью и индуктивностью. Экранированные катушки используются при необходимости защиты катушки от внешних магнитных полей, или защиты схемы от магнитного поля самой катушки. Эффективность экранирования оценивается отношением напряженности магнитного поля в определенной точке пространства без него и с экраном. Наличие экрана приводит к увеличению собственной емкости, уменьшению индуктивности и добротности. Эффективность экранирования увеличивается при увеличении частоты тока, увеличении толщины стенки экрана, уменьшении удельного сопротивления материала экрана (для этого экран серебрят). Для уменьшения влияния экран должен отстоять от катушки на некотором расстоянии. Так при внутреннем диаметре экрана, равном двум наружным диаметрам катушки D э = 2D н и l э = l+D н индуктивность катушки уменьшится на 15-18%. При D э = 2,5D н влияние экрана на параметры существенно меньше, в этом случае L уменьшиться на 5%. Дальнейшее увеличение диаметра экрана не имеет смысла. Катушки индуктивности с сердечниками. В таких катушках используют сердечники из магнитных и немагнитных материалов. В качестве магнитных материалов высокочастотных катушек могут быть использованы магнитодиэлектрики и ферриты. Магнитодиэлектрик – это смесьпорошка магнитного материала и диэлектрической связки. Такая структура позволяет снизить потери. Виды магнитодиэлектрических сердечников: - карбонильные сердечники; - альсиферовые сердечники. Такие сердечники имеют высокую стабильность, малые потери и стоимость. 6 Ферритовые сердечники высокочастотных катушек изготавливают из магнитомягких ферритов (они имеют узкую и пологую петлю гистерезиса). Используются никель – цинковые и марганец – цинковые ферриты. Условное обозначение феррита включает несколько элементов: 1 элемент - (число), - начальная магнитная проницаемость; 2 элемент – буква, Н – низкочастотные, В – высокочастотные; 3 элемент (буква) Н - никель – цинковые, М - марганец – цинковые; 4 элемент (число) – порядковый номер разработки; Например, - 2000НН1. Немагнитные сердечники изготовлены из диамагнетиков, которые имеют < 1, поэтому при введении в катушку сердечника L уменьшается. Используются исключительно для подстройки индуктивности. Материалы: алюминий, латунь, медь. Имеют стабильные параметры, малую стоимость. Основной технический показатель сердечника эф – эффективная магнитная проницаемость сердечника (определяется материалом и конструкцией сердечника): L L эфф c , где L – индуктивность катушки без сердечника. Чем большую часть своего пути магнитные силовые линии проходят через материал сердечника, тем больше его эффективная магнитная проницаемость. Типы сердечников: - цилиндрические; - кольцевые; - броневые; Цилиндрические, эф не велико т.к. магнитные линии проходят малый отрезок по сердечнику. Используются для подстройки. Увеличивают индуктивность в 1,5..2 раза. Кольцевые (тороидальные), эф практически равно начальной магнитной проницаемости материала. Позволяют получить малые габариты катушек и очень малые поля рассеяния, т.к. все магнитные силовые линии сосредоточены внутри сердечника. Достоинства: не требуется экранировка, малые размеры. Недостатки: сложность намотки таких катушек (требуется специальное оборудование) и невозможность подстройки индуктивности. Обозначение: К10 6 3; К – кольцевой; 10 – наружный диаметр (мм); 6 – внутренний диаметр (мм); 3 – высота (мм); Броневые обладает большой эф , магнитные свойства материала используются достаточно хорошо. Наличие сердечника позволяет подстраивать 7 индуктивность в пределах 10-20%. Для увеличения стабильности используют сердечники с зазором. Обозначение: - сердечники из карбонильного железа - СБ-20а(б) (цифра равна наружному диаметру, буква а – наличие зазора, б – без зазора). - сердечники из ферритов - Б-20 (цифра – наружный диаметр, мм, всегда без зазора). Разновидность - чашечный сердечник. 1 2.2.КОНДЕНСАТОРЫ Конденсатор - это элемент ЭА, обладающий сосредоточенной электрической емкостью, то есть способностью накапливать электрические заряды. Вспомним, что С=Q/U, где Q – заряд, U - разность потенциалов между обкладками. 2.2.1.Классификация По характеру изменения емкости: - постоянной емкости; - переменной емкости; - подстроечные (используются для эпизодической регулировки емкости); - специальные – конденсаторы, емкость которых зависит от внешних факторов (вариконды – от величины приложенного напряжения, термоконденсаторы – от температуры). По виду диэлектрика: - с органическим диэлектриком; - с неорганическим диэлектриком; - с газообразным диэлектриком; - с оксидным диэлектриком. 2.2.2. Конструкции конденсаторов Можно выделить три основных типа конструкций конденсаторов: - плоские, - цилиндрические, - спиральные. Для плоского конденсатора состоящего из двух обкладок емкость d S C a , где: ε а= ε отн ε а – абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, ε отн - относительная диэлектрическая проницаемость, ε о – проницаемость вакуума, ε о =8,85·10 -12 Ф/м, S – площадь обкладок; d – расстояние между обкладками. У воздуха ε =1, поэтому воздушные конденсаторы очень получаются очень большими. Например, конденсатор с воздушным диэлектриком емкостью 1 мкФ при d=1 мм будет иметь площадь одной обкладки S=10 4 см 2 . Для уменьшения их габаритов между обкладками вводят диэлектрик с увеличенным значением ε. Разновидностью конструкции плоского конденсатора является многослойный конденсатор, в котором имеется n электродов. Емкость такого конденсатора d n S C a ) 1 ( 2 Цилиндрический конденсатор имеет форму диэлектрической трубки, на наружную и внутреннюю поверхность которой нанесены электроды. Для цилиндрического конденсатора ) ln( 2 1 2 R R L C a , Где L, R 1 , R 2 – длина, внутренний и наружный диаметры диэлектрической трубки соответственно. Спиральный конденсатор имеет две пары лент (диэлектрическая и металлическая), скрученных в спираль. Емкость спирального конденсатора d lb C a 2 , где l и b – длина и ширина металлической обкладки, d – толщина диэлектрической ленты. |