Материал: 1. Пассивные компоненты электронных устройств

Позисторы применяют в качестве чувствительных элементов датчиков систем регулирования температуры, тепловой защиты обмоток электрических машин от недопустимого перегрева. Позисторы эффективно работают в качестве автостабилизирующихся нагревательных элементов. На их основе изготавливают саморегулирующиеся термостаты и усилительно-преобразующие термостаты. Широко используют позисторы для размагничивания масок кинескопов цветных телевизоров.

1.2. Конденсаторы. Конструктивно конденсатор представляет собой две обкладки, между которыми находится диэлектрик. Конденсатор ёмкостью обладает свойством накопления энергии электрического поля. Электрические характеристики и область применения конденсаторов зависят от типа диэлектрика между обкладками. Конденсаторы бывают как постоянной, так и переменной емкости. По способу изменения емкости конденсаторы бывают с механически и электрически управляемой емкостью.

Рис.1.4. Условное обозначение конденсаторов: а - постоянной ёмкости;

б - электролитический полярный; в - переменной ёмкости; г - подстроечный; д - вариконд;

е - дифференциальный; ж - многосекционный; з - варикап.

Условные обозначения конденсаторов показаны на рис.1.4.

Конденсатор как законченное устройство обладает рядом паразитных параметров. Эквивалентная схема конденсатора показана на рис.1.5, где - определяется конструкцией, размерами обкладок и ограничивает частотный диапазон применения, - сопротивление изоляции, - сопротивление потерь.

Рис.1.5. Эквивалентная схема конденсатора

Если к конденсатору приложено напряжение , то заряд , ёмкость , ток , энергия и мощность определяются следующими соотношениями:

; ; ; ;

Если на конденсаторе заряд равен 1Кл и разность потенциалов между обкладками равна 1В, то конденсатор имеет ёмкость 1Ф.

При последовательном и параллельном соединении n конденсаторов их общие ёмкости определяются выражениями соответственно:

Если конденсатор емкостью С включен в цепь переменного тока с частотой колебаний ω, то его сопротивление X_С определяется выражением:

Из выражения видно, что сопротивление конденсатора зависит от частоты электрических колебаний, которые приложены к конденсатору. Следовательно, сопротивление цепи, в которой содержится конденсатор, изменяется с изменением частоты электрических колебаний, действующих в цепи. Эти свойства конденсаторов используются для построения частотнозависимых и частотноизбирательных электрических цепей (дифференцирующих, интегрирующих, колебательных, фильтрующих и т.п.).

Основные характеристики конденсаторов.

На практике для характеристики потерь пользуются понятием добротности конденсатора или отношением реактивной мощности к активной. Конденсаторы характеризуются номинальной и фактической ёмкостью. Номинальная емкость указывается заводом-изготовителем, а фактическая определяется при данных температуре и частоте. Допустимое отклонение ёмкости задается в процентах:

По точности и отклонению ёмкости от номинального значения конденсаторы разделяются на классы (табл.1.2).

Таблица 1.2 Деление конденсаторов на классы

Изменение ёмкости в зависимости от температуры характеризуется температурным коэффициентом ёмкости (ТКЕ):

, (1.7)

где - температура, - значение ёмкости при номинальной температуре.

ТКЕ может быть отрицательным, нулевым и положительным. Для обеспечения нулевого ТКЕ используют последовательное и параллельное соединения нескольких конденсаторов с разным знаком ТКЕ.

Стабильность конденсаторов во времени характеризуется коэффициентом старения:

, (1.8)

где - время, - значение ёмкости непосредственно после изготовления.

При воздействии на конденсатор напряжения в нем возникают электрические и акустические шумы. Электрические шумы вызваны частичными разрядами, мерцаниями ёмкости, пьезоэлектрическими эффектами. Акустические - обусловлены вибрацией обкладок под действием кулоновских и электродинамических сил.

Условное обозначение конденсаторов.

Условное обозначение конденсаторов может быть сокращенным и полным. Сокращенное условное обозначение состоит из букв и цифр. Первый элемент (буква или сочетание букв) обозначает подкласс конденсатора: К - постоянной ёмкости; КТ - подстроечные; КП - переменной ёмкости; КС - конденсаторные сборки. Второй элемент - цифры, характеризующие тип диэлектрика и его группу. Третий элемент пишется через дефис и соответствует порядковому номеру разработки. Например, К10-48.

Полное обозначение включает сокращенное, после которого указываются номинальная ёмкость с единицами измерения (пФ, мкФ, Ф), допускаемое отклонение номинальной ёмкости, группа по температурной стабильности, шумы, климатическое исполнение и обозначение документации на поставку.

Например: К10-48-360 пФ±10% М47-НМ-В ОЖО 460.106 ТУ.

Кодированное обозначение номинальных емкостей состоит из трех или четырех знаков, включающих две или три цифры и букву. Буква русского или латинского алфавита означает множитель, соответствующий значению ёмкости, выраженной в фарадах. Буквы п (р), н (n), м (µ), и (m), ф (Ф) соответствуют множителям 10^-12, 10^-9, 10^-6, 10^-3, 1 для значений емкости, выраженной в фарадах.

Например: 2,2 пФ обозначается как 2р2; 1500 пФ - 1п5; 0,1 мкФ - µ1; 10 мкФ - 10µ; 1Ф — 1F0.

1.3. Катушки индуктивности. Для создания катушек индуктивности используется эффект взаимодействия переменного тока с магнитным полем,наводимым этим током. Коэффициент пропорциональности между переменными напряжением и током с частотой ω является реактивным сопротивлением jωL, где L - индуктивность (коэффициент пропорциональности). Индуктивный элемент обладает свойством накопления энергии магнитного поля.

Для уменьшения габаритов и увеличения индуктивности провод наматывается в виде катушки. При протекании переменного тока через катушку сказывается взаимоиндукция между ее витками, что приводит к увеличению индуктивности.

Катушка индуктивности может быть представлена схемой замещения (рис.1.6), где - индуктивность катушки и выводов; - ёмкость обмоток, выводов, сердечника, экрана; - сопротивление потерь в ёмкости; - сопротивление потерь в катушке.

Рис.1.6. Эквивалентная схема катушки индуктивности

Индуктивность катушки может быть рассчитана по формуле

, мкГн.

Для однослойной катушки

, (1.9)

где - длина намотки, см; - средний диаметр витка ( - диаметр каркаса, - диаметр провода); - количество витков. Для многослойной катушки

и (1.10)

где - средний диаметр катушки, см; - наружный диаметр катушки, см; - глубина намотки, см.

Если к приложено напряжение , то потокосцепление , индуктивность , ток , мощность и энергия определяются следующими соотношениями:

; ; ; ;

Если через катушку протекает ток в 1А и создает магнитный поток в 1 Вб, то индуктивность катушки равна 1Гн.

При последовательном и параллельном соединении n катушек их общая индуктивность определяется следующими выражениями соответственно:

Если катушка, обладающая индуктивностью L, включена в цепь переменного тока с частотой колебаний ω, то ее сопротивление X_L определяется выражением:

Так как сопротивление X_L зависит от частоты ω, то сопротивление цепи, в которой включена катушка индуктивности, также будет зависеть от частоты электрических колебаний, действующих в цепи. Эти свойства катушек индуктивности, как и подобные свойства конденсаторов, используются для создания дифференцирующих, интегрирующих, колебательных и фильтрующих цепей.

Основные характеристики катушек индуктивности.

Качество катушки, используемой в колебательном контуре, определяется ее добротностью, характеризующей относительные потери мощности в ней.

Добротность определяется отношением реактивного сопротивления к активному:

(1.11)

Для снижения активного сопротивления провода обмотки катушек наматывают достаточно толстым проводом, применяя специальный многожильный провод, а для работы на высоких частотах покрывают его серебром. Магнитопроводы и сердечники выбирают с малыми потерями на гистерезис и вихревые токи.

Свойства катушки при изменении температуры характеризуются температурным коэффициентом индуктивности ТКL, показывающим отношение изменения индуктивности к интервалу температур , вызвавшему это изменение: