Тема 3. Елементна база обчислювальної техніки

Резистори, конденсатори,

трансформатори, напівпровідникові прилади. Класифікація. Технічні характеристики. Типи, конструкція, маркування. Перевірка справності.

Резистивний елемент

Резистор – це пасивний лінійний елемент електричного кола із двома виходами, струм в якому задовільняє закон Ома. Основною характеристкою резистора є його електричний опір. Резистор використовується для обмеження струму в електричному колі. Резистори являються найбільш розповсюдженими пасивними компоненти електронної апаратури, за допомогою яких здійснюється регулювання та розподіл електричної енергії між електричними колами та елементами схем. Однією з основних характеристик є розсіювана потужність. Потужність, що розсіюється, це потужність, яку резистор може розсіяти без пошкодження. У кожної речовини є свій опір, у деяких він дуже великий (дерево, пластмаса), у інших маленький (метали, рідини). Опір залежить від матеріалу (у золота він буде менше ніж у алюмінію), від довжини провідника (залежність пряма: чим довше тим більше опір) і від площі зрізу провідника (чим площа більше тем опір менше).

 

В залежності від розсіюваної потужності в електричних схемах використовуються такі умовні позначення резисторів:

Класифікація резисторів

За видом резистивного матеріалу

• дротяні резистори – відрізок дроту з високим питомим опором намотаний на неметалевий каркас. Можуть мати значну паразитну індуктивність;

• плівкові металеві резистори – тонка плівка металу з високим питомим опором, напилена на керамічне осердя, на кінці якого одіті металеві ковпачки з дротяними виведеннями. Це найпоширеніший тип резисторів;

• металофольгові резистори – у якості резистивного матеріалу використовується тонка металева стрічка;

• вугільні резистори – бувають плівковими і об’ємними. Використовують високий питомий опір графіту;

• напівпровідникові резистори – використовують опір слабколегованого напівпровідника. Ці резистори можуть мати значну нелінійність вольт-амперної характеристики. В основному використовуються у складі інтегральних мікросхем, де інші типи резисторів застосувати важче.

За характером зміни опору

• резистори сталого опору;

• регульовані резистори змінного опору;

• підналагоджувальні резистори змінного опору.

 

При підєднанні резистора потрібно знати їх електричні характеристики.

При послідовному під’єднанні резисторів їх опір додається.

При паралельмопу підключенні резисторів їх опір рівний всіх їхнім опорам поділеним на одиницю.

Резистори використовуються для зменшення сили струму в електричних ланцюгах, та в різного роду фільтрах для погашення скачків напруги.

При його роботі він виділяє певну кількість теплоти. Це залежить від матеріалу з якого його зроблено, від напруги та сили струму. Резистор шуму практично не виробляє і має довгий термін роботи.

Конденсатор

Конденсатор – це пристрій призначений для накопичення заряду і енергії електричного поля. Цей радіокомпонент складається з двох полюсів з певним значенням місткості і малою резистивною провідністю. Конденсатор є пасивним електронним компонентом. Звичайно складається з двох електродів у формі пластин (званих обкладками), розділених діелектриком, товщина якого мала в порівнянні з розмірами обкладок. Конденсатор є засобом накопичення електроенергії в електричних ланцюгах. Типовою областю застосування є: згладжуючі фільтри в джерелах електроживлення; ланцюги міжкаскадових зв’язків; фільтрація перешкод. Основною характеристикою є місткість. Виміряють місткість в Мікрофарадах (мкФ)(1*10-6 Фарада), Нанофарадах(нФ)(1*10-9 Фарада) і Пікофарадах (пФ)(1*10-12 Фарада). Якщо розібрати конденсатор, то можна побачити там обкладки. Місткість конденсатора пропорційно збільшується з площею обкладань і зменшується при збільшенні відстані між ними. Ще одним важливим параметром конденсатора є робоча напруга. Напруга характеризується максимальною напругою при перевищенні якої наступає пробій діелектрика і смерть конденсатора.

 Принцип роботи конденсатора можна пояснити на принципі надування простого шарика. До тих пір коли ми нього дуємо він збільшує свою ємкість до певного значення і утримує її там до тих пір, аж поки ми неперестанемо внього дути. Коли ми перестаємо в нього дути, шарик починає звільнювати той воздух, що ми в нього накачали. Таки ж самим чином і працює конденсатор. До тих пір поки струм передається безперебійно по електричному ланцюгу конденсатор заряджається, а після якогось короткочасного перебою конденсатор звільнюється від струму таким чином заповнююци недостачу струму в мережі.

Властивості конденсатора

Конденсатор в ланцюзі постійного струму може проводити струм у момент включення його в ланцюг (відбувається заряд або перезаряд конденсатора), після закінчення перехідного процесу струм через конденсатор не тече, оскільки його обкладки розділені діелектриком. В ланцюзі ж змінного струму він проводить коливання змінного струму за допомогою циклічної перезарядки конденсатора, замикаючись так званим струмом зсуву.

 

В електричних схемах конденсатори позначаються таким чином:

Конденсатор постійної ємкості

Поляризований конденсатор

Підстроювальний конденсатор змінної ємності

Класифікація конденсаторів

• Конденсатори вакуумні (обкладання без діелектрика знаходяться у вакуумі).

• Конденсатори з газоподібним діелектриком.

• Конденсатори з рідким діелектриком.

• Конденсатори з твердим неорганічним діелектриком: скляні (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклопленочные), слюдяні, керамічні, тонкошарові з неорганічних плівок.

• Конденсатори з твердим органічним діелектриком: паперові, металлобумажные, плівкові, комбіновані — бумажнопленочные, тонкошарові з органічних синтетичних плівок.

• Електролітичні і оксидно-напівпровідникові конденсатори. Такі конденсатори відрізняються від всіх інших типів перш за все своєю величезною питомою місткістю.

Типів конденсаторів існує досить багато і кожен для своєї цілі. Конденсатори можуть бути високотемпературними, високовольтними, безшумними, з різною ємністю та з різною швидкістю розрядки. Поляризовані конденсатори під’єднуються тільки згідно полярності електричного кола. При встановленні конденсатора неправильно, він може вибухнути !!! Змінні ж конденсатори використовують для підстроювальних елементів схеми і можуть використовуватись для різноманітних цілей. Поле плоского конденсатора приблизно виглядає так:

Залежно від призначення можна умовно розділити конденсатори на конденсатори загального і спеціального призначення. Конденсатори загального призначення використовуються практично в більшості видів і класів апаратури. Традиційно до них відносять найпоширеніші низьковольтні конденсатори, до яких не пред’являються особливі вимоги. Вся решта конденсаторів є спеціальними. До них відносяться високовольтні, імпульсні, помехоподавляющие, дозиметричні, пускові і інші конденсатори.

Транзистор

Транзистор – це напівпровідниковий елемент електронної техніки, який дозволяє керувати струмом, що протікає через нього, за допомогою прикладеної до додаткового електрода напруги. Перший патент на польовий транзистор був зареєстрований 1925 році в Канаді, і отримав його уродженець Львова Юліус Едгар Лілієнфельд, однак він не опублікував жодних досліджень, пов’язаних із своїм винаходом. Потім вже у 1934 році німецький фізик Оскар Гайль запатентував ще один польовий транзистор. У 1947 році Джон Бардін та Волтер Браттейн із компанії AT&T Bell Labs відкрили ефект підсилення в кристалі германію. Вільям Шоклі побачив у цьому явищі значний потенціал. Завдяки своїй роботі над новим явищем він може вважатися батьком транзистора. Термін «транзистор» запропонував Джон Пірс. За винайдення транзистора Бардін, Шоклі і Браттейн у 1956 році отримали нобелівську примію.

 

Сучасна електроніка не змогла б існувати, якби не цей елемент. Адже навіть сама наворочена мікросхема, десь в глибині своєї душі силікону складається з тих же самих транзисторів, що правда ці транзистора мають мікроскопічні розміри. Винайдення транзистора дало великий поштовх розвитку електронних та цифрових пристроїв. На сьогоднішній момент з транзисторів роблять практично все. Процесори, різного роду мікросхеми, блоки живлення, підсилювачі, монітори, фотоапарати та ін. Сам принцип роботи транзистора полягає в тому, що струмом можна керувати як за допомогою простого натискання кнопки, так і за допомогою іншого транзистора. Таким чином струм можна буде направляти на потрібні нам участки плати і цим самим включати певні компоненти цієї плати.

 

Принцип роботи транзистора

Управління струмом в транзисторі відбувається в результаті зміни вхідної напруги. Зміна вхідних струмів приводить до достатньо великої зміни вихідних величин. Дана властивість використовується в аналоговій техніці. В аналоговій техніці поширені біполярні транзистори. В цифровій же техніці повсюдно використовуються польові транзистори. Для того, щоб наглядно це пояснити нижче наведено простий приклад.

В транзисторі база слугує тим краном, який відкриває шлях струму, на колектор постійно подається струм, але зв’язок колектор-емітер в спокійному стані відсутній. Для того, щоб подати на емітер, тобто на вихід транзистора струм, потрібно на базу подати сигнал і вона відкриє зв’язок колектор-емітер. Це одне з основних призначень транзистора – управляти включенням виключенням струму. Інше полягає в тому, щоб за допомогою слабкого сигналу подати більш сильніший(використовується в підлилювачах). Тобто якщо на базу подати напругу 3 В з струмом 0,020 А, то на виході зовсім спокійно можна отримати напругу 35 В зі струмом 2 А. Якщо потрібна напруга більшого значення, то шляхом включення кількох транзисторів її можна буде получити.

 

Різновиди транзисторів    

Окрім поділу на біполярні та польові транзистори, існує багато різних типів, специфічних за своєю будовою.Біполярні транзистори розрізняються за полярністю: вони бувають p-n-p та n-p-n типу. Середня літера в цих позначеннях відповідає типу провідності матеріалу бази. Польові транзистори розрізняються за типом провідності в каналі: на p-канальні (основний тип провідності — дірковий) та n-канальні — основний тип провідності електронний.

Відповідно до цього існують різні види включення транзисторів в електронні схеми. Корпуси транзисторів виготовляються з металу, кераміки або пластику. Для транзисторів великої потужності необхідно додаткове охолодження. Цей маленький і нескладний радіокомпонент не тільки дав новий виток електронній промисловості але й змінив світ загалом.

Діодний міст

Діодний міст – це електрична схема, призначена для перетворення «випрямляння» змінного струму в пульсуючий. Таке випрямляння називається двухнапівперіодним. Виконується по мостовій схемі Греца. Спочатку вона була розроблена із застосуванням радіоламп, але вважалася складним і дорогим рішенням, замість неї застосовувалася схема Міткевіча із здвоєною вторинною обмоткою в живлячому випрямлячі трансформатора.

Зараз, коли напівпровідники дуже дешеві, в більшості випадків застосовується мостова схема.

Принцип роботи діодного мосту досить простий. При подачі змінної напруги на діодний міст він виконує перетворення позитивної і негативної хвилі на постійну напругу. Діоди в діодному мості встановлені таким чином, щоб коли при надходженні як позитивної так і негативної хвилі вони були пропущені через діодний міст, а сигнальний провід на якому відсутній сигнал в цей момент біде відкритий тільки з однієї сторони. На малюнку нижче показано схематично яким чином виконується перетворення змінного струму на постійний.

Переваги діодного мосту

Двухнапівперіодне випрямляння за допомогою мосту (в порівнянні з однонапівперіодним) дозволяє:

• отримати на виході напругу з підвищеною частотою пульсацій, яку потім буде простіше згладити фільтром на конденсаторі

• уникнути постійного струму намагнічування в живлячому міст трансформаторі

• збільшити його КПД, що дозволяє зробити його магнітопровід меншого перетину.

Біполярний транзистор

Біполярний транзистор – це електроперетворювальний напівпровідниковий прилад з одним або декількома електричними переходами, призначений для посилення, перетворення і генерації електричних сигналів. Схема внутрішньої структури біполярного транзистора показана на малюнку.

Внутрішня структура біполярного транзистора складається з електроду, який підключений до центрального шару, його називають базою, електроди, підключені до зовнішніх шарів, називають колектором і емітером. На найпростішій схемі відмінності між колектором і емітером не помітні. Насправді ж головна відмінність колектора в тому, що він має велику площу p – n-переходу. Крім того, для роботи транзистора абсолютно необхідна мала товщина бази. Це позволяє керувати транзистором при малих токах.

 

Біполярні транзистори існують кількох видів. З n-p-n переходом і p-n-p переходом.

В активному режимі роботи транзистор включений так, що його емітерний перехід зміщений в прямому напрямку, тобто відкритий, а перехід колектора зміщений у зворотному напрямку, тобто закритий. Для визначеності розглянемо npn транзистор, всі міркування повторюються абсолютно аналогічно для випадку pnp транзистора, із заміною слова «електрони» на «дірки», і навпаки, а також із заміною всіх напруг на протилежні по знаку. В npn транзисторі електрони, основні носії струму в емітері, проходять через відкритий перехід емітер-база в область бази. Частина цих електронів рекомбінує з основними носіями заряду в базі (з дірками), частина переходить назад в емітер. Проте, через те що базу роблять дуже тонкою і порівняно слабо легованої, велика частина електронів, інжектувальних з емітера, переходить в область колектора.

Класифікація біполярних транзисторів

Транзистори класифікуються за вихідним матеріалом, розсіюваною потужністю, діапазоном робочих частот, принципом дії. В залежності від вихідного матеріалу їх поділяють на дві групи: германієві та кремнієві. За діапазоном робочих частот їх ділять на транзистори низьких, середніх та високих частот, за потужністю – на класи транзисторів малої, середньої та великої потужності. Транзистори малої потужності ділять на шість груп: підсилювачі низьких і високих частот, малошумні підсилювачі, перемикачі насичені, ненасичені та малого струму; транзистори великої потужності – на три групи: підсилювачі, генератори, перемикачі. За технологічними ознаками розрізняють сплавні, сплавно-дифузійні, дифузійно-сплавні, конверсійні, епітаксіальні, планарні, епітаксіально-планарні транзистори.

Біполярні транзистори широко використовуються в електротехніці для виготовлення цифрових пристроїв і створенні керованих систем.

Польові транзистори

Польові транзистори дуже добре вписуються в загальну технологію біполярних інтегральних схемах і тому часто виготовляються спільно з біполярними транзи­сторами на одному кристалі. Типові структури польовиків, розміщені в ізольованих кишенях і показані на малалюнку нижче.

В цій структурі р-слой затвор формується на етапі базової дифузії,  яка забезпечує омічний контакт з областями витоку і стоку, на ета­пі емітерної дифузії. Помітимо, що р-шар затвору оточує стік з усіх боків, так що струм між витоком і стоком може протікати тільки через керований канал.

В n-кишенях, призначених для ІТ, замість прихованого n+-шару здійснюється прихований р+-шар. Призначення цього шару – зменшити початкову товщину каналу а і тим самим напругу відсічення. Здійснення прихованого р+-слоя пов’язано з додатковими технологічними опера­циями.

На підкладку, а значить, і на р+-слой задають постійний (максимально негативний) потенціал; тому вони не виконують управляючих функцій. Роль каналу грає ділянка базового р-слоя, розташована між n+- і n-шарами. Якщо при сумісному виготовленні ПТ і біполярного транзистора не використовувати додаткових технологічних процесів, то товщина каналу буде рівна ширині бази n-р-n-транзистора (0,5-1 мкм). При такій малій товщині каналу виходять великий розкид параметрів ПТ і мала напруга пробою. Тому доцільно піти на ускладнення технологічного циклу, здійснюючи р-слой польового транзистора окремо від базового р-слою, з тим щоб товщина каналу була не менше 1-2 мкм. Для цього проводять попередню дифузію р-слою польовика до базової дифузії. Тоді під час базової дифузії р-слойдодатково розширяється, і його глибина виявляється дещо більше глибину базового шару.

За принципом дії польовий транзистор дуже схожий на водопровідний кран. Носії заряду протікають через канал, обмежений з одного боку підкладкою, в якій не може протікати струм, бо в ній немає носіїв заряду, та областю збіднення, яка утворюється під затвором завдяки контактній різниці потенціалів. Шириною області збіднення можна управляти, прикладаючи до затвора напругу. При прикладенні зворотної напруги область збіднення розширюється і перекриває більшу частину каналу. В канал наче висувається заслінка. При певному значенні зворотної напруги область збіднення повністю перекриває канал. Струм через канал зменшується. В цьому випадку говорять, що транзистор запертий. Відповідне значення напруги називається напругою запирання. При прикладенні до затвора прямої напруги, канал розширюється, пропускаючи більший струм.

 

Використання польових транзисторів в електроніці принесло великий вклад в розвиток цифрової техніки і являється її незмінною складовою.

Напівпровідниковий діод

Діод – це електродний електровакуумний, напівпровідниковий або газорозрядний прилад з односторонньою провідністю електричного струму.

Електрод діода, підключений до позитивного полюсу джерела струму, коли діод відкритий і має маленький опір, то його називають анодом, а підключений до негативного полюса – називають катодом. В електротехніці існують два види діодів:

• кремнієві

• германієві

Історія виникнення

В 1873 році британський учений Фредерік Гутрі відкрив елемент який називається діодом. Він відкрив принцип дії терміонних (вакуумних лампових з прямою напруженістю) діодів. В 1874 році німецький учений Карл Фердинанд Браун відкрив принцип дії кристалічних (твердотільних) діодів. Такий діод який ми сьогодні знаємо було створено біля 1900 року. Американський інженер Грінліф Пікард, створив перший радіоприймач на кристалічному діоді. Перший терміонний діод був запатентований в Британії Джоном Амброзом Флемінгом (науковим радником компанії Марконі і колишнім співробітником Едісона) 16 листопада 1904 року.

 

При виборі діодів потрібно враховувати такі параметри та характеристики:

• Вольт-амперна характеристика

• Максимально допустима потужність

• Максимально допустимий постійний прямий струм діода

• Постійний прямий струм діода

• Діапазон частот діода

• Постійний зворотний струм діода

• Постійна зворотна напруга діода

• Пробивна напруга

• Диференціальний опір

• Місткість

При підключенні діода слід враховувати напрямок протікання струму для того, щоб ваш електронний ристрій працював правильно. Оприділити напрямок протікання струму досить просто. Для цього потрібно подивитись на трикутник який намальований на ньому, напрямок куди показує трикутник і буде напрямком протікання струму. Якщо на діоді немає надпису, то просто потрібно взяти мультиметр і провірити його на контакт. Струм буде рухатись в тому напрямку в якому опір діода являється меньшим. Також діод можна перевірити за допомогою світлодіода, підключивши його послідовно і загорання світлодіода буде свідчити про правильне його підключення.

Стабілітрон

Напівпровідниковий стабілітрон – це діод, призначений для роботи в режимі пробою на зворотній гілці вольт-амперної характеристики. В діоді, до якого прикладене зворотне, або замикаюче, напруга, можливі три механізми пробою: тунельний пробій, лавинний пробій і пробій вследствии теплової нестійкості – катастрофічного саморозігрівання струмами витоку. Тепловий пробій спостерігається у випрямних діодах, особливо германієвих, а для кремнієвих стабілітронів він не критичний. При настанні пробою струм через стабілітрон різко зростає, а його диференціальний опір падає до величини, що становить для різних приладів від часток Ома до сотень Ом. Тому в режимі пробою напруга на стабілітроні підтримується із заданою точністю в широкому діапазоні зворотних струмів.

Стабілітрони завоювали визначне місце в джерелах живлення, особливо низьковольтних. Переважно для цього застосовуються площинні кремнієві діоди, виготовлені за особливою технологією. При включенні їх у зворотньому напрямку і певній напрузі-на переході останній «пробивається», і надалі, незважаючи на збільшення струму через-перехід напруга на ньому залишився майже незмінною. Дякуючи цій властивості стабілітрони широко застосовують в якості самостійних стабілізуючих елементів, а також джерел зразкових напруг в стабілізаторах на транзисторах. Для отримання малих зразкових напруг стабілітрони включають в прямому напрямку, при цьому напруга стабілізації стабілітрона одного одно 0,7 … 0,8 В. Такі ж результати виходять при включенні в прямому напрямку звичайних кремнієвих діодів.

Для стабілізації низьких напруг розроблені і широко застосовуються спеціальні напівпровідникові діоди – Стабистор. Відмінність їх від стабілітронів в тому, що вони працюють на прямий галузі вольт-амперної характеристики, тобто при включенні в прямому (провідному) напрямку. Це повною мірою відноситься і до двох-анодного (двостороннього) стабілітрона, який можна включати в електричний ланцюг в будь-якому напрямку (по суті, це два зустрічно включених).

Тиристор

Тиристор – це напівпровідниковий прилад(перемикач), що проводить струм тільки в одному напрямку. Він має три виходи, один з яких керуючий. Даний електрод – використовується для різкого переводу тиристора у включений стан.

 

 

Тиристор суміщає в собі функції випрямляча, вимикача і підсилювача. Часто він використовується як регулятор, головним чином, коли схема живиться змінною напругою.

 

Основні властивості тиристора:

• тиристор, як і діод, проводить струм в одному напрямку, проявляючи себе як випрямляч;

• тиристор переводиться з вимкненого стану у ввімкнений при подачі сигналу на керуючий електрод і, як вимикач, має два стійкі стани. Проте для повернення тиристора у вимкнений стан необхідно виконати спеціальні умови;

• керуючий струм, необхідний для переводу тиристора із вимкненого стану у ввімкнений, значно менший (декілька міліампер) при робочому струмі в декілька ампер і навіть в декілька десятків ампер. Тому тиристор володіє властивостями підсилювача струму;

• середній струм через навантаження, включене послідовно з тиристором, можна точно регулювати залежно від тривалості сигналу на керуючому електроді. Тиристор при цьому є регулятором потужності.

Застосування світлодіодів

Світлодіод – це напівпровідниковий пристрій, який випромінює некогерентне світло при пропусканні через нього електричного струму. Робота заснована на фізичному явищі виникнення світлового випромінювання при проходженні електричного струму через p-n-перехід. Колір свічення який залежить від довжини хвилі визначається типом напівпровідникових матеріалів, створюючих p-n-перехід.

Основними перевагами світлодіодів в порівнюнні з іншими випроміюючими пристроями є:

 

• Світлодіоди не мають ніяких скляних колб і ниток розжарення, що забезпечує високу механічну міцність і надійність.

• Відсутність розігрівання і високих напруг гарантує високий рівень электро і пожежобезпеки

• Безінерційність роботи

• Невеликі розміри

• Висока довговічність

• Високий ККД

• Відносно низькі напруги живлення і споживані струми, низьке енергоспоживання.

• Велика кількість різних кольорів свічення, та потрібна спрямованість випромінювання

• Регульована інтенсивність

 

Світлодіод як і будь-який діод має два контакти і володіє властивістю тільки в одну сторону пропускати струм. Якщо світлодіод підключити неправильною стороною, то він не буде працювати. Кожний світлодіод має свій споживаний струм та номінальну напругу. В переважній більшості світлодіоди розраховані на напругу 3 В, але і є на 12 В. Для того, щоб світлодіод підключити до джерела живлення з напругою наприклад 6 В так щоб він незгорів, потрібно перед світлодіодом поставити резистор. Для того, щоб розрахувати опір резистора потрібно знати характеристики світлодіода, а саме напругу на яку він розрахований і струм, або потужність який чи яку він споживає. Тепер можна примінити закон Ома і визначити опір резистора який потрібно поставити перед світлодіодом:

 

R = U/I = 6B / 0.020A = 300 Ом;

де R = опір резистора.

U = напруга яка подається на світлодіод.

I = струм який споживає світлодіод.

 

Якщо багато світлодіодів підключати послідовно, то напруга яку потрібно буде подати на них буде вираховуватись складанням напруг підключаючих світлодіодів. Тобто для повноцінного свічення трьох світлодіодів потрібно подати напругу в 9 вольт. Шляхом складання напруг та струмів світлодіодів можна аналогічно визначити опір який потрібний для їх свічення. Для 9-ти вольт це буде складати 150 Ом, а для 15-ти – 250 Ом.

Котушка індуктивності

Котушка індуктиивності – це як правило звернутий у спіраль ізольований дріт, що має значну індуктивність при відносно великій електричній провідності та малому активному опорі. Така система здатна запасати енергію при протіканні через неї електричного струму. Котушка індуктивності це радіоомпонент робота якого грунтована на явищі яке називається індуктивність. Індуктивність – це явище, яке пов’язане зі здатністю провідника нагромаджувати енергію магнітного поля, при протіканні через нього електричного струму.

Індуктивність так само як і ємність залежить від геометричних чинників: від розмірів провідника і його форми, але не залежить безпосередньо від сили струму в провіднику. Крім того, індуктивність залежить від магнітних властивостей середовища, в якому знаходиться сам провідник. Індуктивність вимірюється величиною Генрі (Гн). Явище самоіндукції відіграє дуже важливу роль в електротехніці й радіотехніці. Індуктивність кола істотно впливає на проходження в ньому змінного електричного струму. Природа магнетизму, який породжує індуктивність полягає в тому, що магнітне поле за своєю природою вихрове і його силові лінії замкнуті. Силові лінії магнітного поля навколо прямого провідника із струмом утворюють коло. У котушці індуктивності провідник має таку форму, що всередині котушки магнітне поле, створене кожною його ділянкою додається, а за межами котушки суперпозиція поля, створеного окремими ділянками провідника, призводить до його гасіння. Як показано на картинці більше значення напруженості магнітного поля відповідає областям простору, де густина силових ліній вища. Всередині котушки магнітне поле, створене нижніми ділянками провідника, й верхніми, має однаковий напрям. За межами котушки напрям створеного поля від верхніх та нижніх ділянок провідника різний. Силові лінії, густина яких велика всередині котушки, замикаються через зовнішній простір. Якщо довжина котушки набагато більша за її товщину, то напруженість магнітного поля за межами котушки дуже мала, майже нульова. Між витками котушки індуктивності є деяка розподілена ємність. Із збільшенням числа витків зростає її власна ємність, і на певній частоті котушка являтиме собою коливальний контур. Найменшу власну ємність мають одношарові котушки із певним кроком намотки. Види багатошарової намотки типу “універсал”, значно зменшують власну ємність котушок. Меншу власну ємність мають також секціоновані котушки. Наявність власної ємності призводить до зменшення добротності котушки, скорочує діапазон перекриття контура по частоті, зменшує стабільність.

Для того, щоб насправді професіонально займатись електронікою потрібно знати досконально принцип роботи радіокомпонентів та вміти розраховувати їх велечину. Котушка індуктивності являється важливим компонентом в електроніці тому вміти її розраховувати є дуже важливим. Для цього застосовують спеціальні формули які розраховують котушку індуктивності за допомогою кількох параметрів (товщини дроту, його довжини, типу сердечника, його діаметру та ін.). Але на сьогоднішній день існує багато програм які виконують цей розрахунок самостійно, потребуючи при цьому тільки вводу даних. Одною з таких програм являється програма Inductance coil, або Coil32.

Геркон

Геркон є невеликою витягнутою колбою з відкачаним повітрям, усередині якого міститься пара гнучких металевих феромагнітних контактів. Контакти по довжині перекриваються, але знаходяться на невеликій відстані один від одного. Цих контактів може бути декілька, на різні включення (замикання або розмикання). Це залежить від того, чи при підносі магніта до геркону контакти замикаються, або розмикаються.

 

Геркони можуть використовуватися в датчиках (наприклад датчик швидкості на велосипеді), вимикачах і ін. Раніше геркони використовувалися в реле, поверх геркона намотувалася катушка в декілька  сотень витків (опір обмотки може досягати 500-1500 Ом) і при подачі напруги контакти геркона замикалися, зараз реле з герконами рідко де використовуються.

 

Переваги

• Повна герметизація контакту дозволяє використовувати герконові реле в різних умовах вогкості.

• Висока швидкодія, що дозволяє використовувати герконові реле при високій частоті комутацій.

• Гальванічна розв’язка комутованих ланцюгів і ланцюгів управління герконових реле.

• Розширені функціональні області застосування герконовых реле.

• Надійна робота в широкому діапазоні температур

 

Недоліки

• Сприйнятливість до зовнішніх магнітних полів, що вимагає спеціальних заходів по захисту від зовнішніх дій.

• Крихкий корпус герконов, чутливий до ударів.

• Мала потужність комутованих ланцюгів у герконів.

• Можливість мимовільного розмикання контактів герконовых реле при великих струмах.

 

Контакти геркона знаходяться у вакуумі або в інертному газі і як наслідок при роботі вони слабо обгорають, навіть в тому випадку, якщо при замиканні або розмиканні між контактами виникає іскра. Геркони достатньо довговічні,  якщо дотримуватись правил експлуатації (не бити і не пропускати дуже великі струми). При правильному користуванні термін служби геркона нескінченний. Геркони в роботі  майже безшумні, чутно тільки цокання контактів, а також мають відносно високу швидкодію.

 

 

Сфери застосування

Частіш за все геркони застосовуються в системах охоронної сигналізації. Їх ставлать на вікна та двері паралельно з магнітами. Вони чудово показали себе там і можуть сміливо використовуватись для охорони власної будівлі та інших електронних механізмах. Трішки нижче наведено приклад в якому показано схему включення геркону в схему.