книги из ГПНТБ / Казарновский Д.М. Материалы и детали электротехнической аппаратуры

ные выпускаются в виде стерженьков и шайб и предназначены для использования в качестве безреактивных элементов электрических

снижать с повышением температуры. Импульсное рабочее

относительно малы. Напряжение шумов таких сопротивлений по­ ниженное— около 0,1 мкв/в.

Объемные непроволочные сопротивления

Композиционные объемные сопротивления имеют ряд особен­ ностей. Такое сопротивление состоит из композиционного токопро­ водящего элемента, опрессованного пластмассой или заключен­ ного в керамический корпус. В сопротивлениях ТВО (теплостойкие влагостойкие объемные) керамический корпус имеет прямоуголь­ ное сечение. Для таких сопротивлений Р„=10-ь106 ом. Классы точности: ±(5-ъ20% ). Мощность рассеяния может достигать боль­

повышенной нагрузки, тропической влажности, температурных циклов или вибрации не превосходит ±6% . Сопротивления отли­ чаются высокой ударной стойкостью; так, для маломощных сопро­ тивлений (до 2 вт) me = \Qg, тпл — 15g, /7^ = 150g.

210

12-5. НЕПРОВОЛОЧНЫЕ ПОТЕНЦИОМЕТРЫ

Переменные непроволочные сопротивления имеют, как правило, три вывода; один вывод соединяется с токосъемником (движком). Поэтому такие сопротивления могут включаться по схеме потен­ циометра. Элементами потенциометра являются основание с нахо­ дящимся на нем токопроводящим слоем, токосъемное устройство, закрепленное на оси, и корпус с крышкой. Изменение величины R достигается поворотом оси, на которой укреплен токосъемник, пе­ ремещающийся по токопроводящему слою.

Потенциометры обычно выполняются с прямолинейной, лога­ рифмической или показательной характеристикой. Конструкция потенциометров может быть различной — одинарная, сдвоенная (два сопротивления имеют общую ось и регулируются одновремен­ но), со стопорной втулкой и без нее и т. п. Известны поверхност­ ные и объемные потенциометры.

Углеродистые поверхностные потенциометры

Такое сопротивление состоит из изоляционного основания под­ ковообразной формы. На него наносят композицию из лака и вы­ сокодисперсного графита. После термообработки основание, по­ крытое токопроводящей композицией, монтируют в пластмассовом корпусе, куда затем устанавливают ось с токосъемником. Потен­ циометры такого типа (например, СП) имеют невысокую стабиль­ ность вследствие быстрого износа композиционного слоя под влия­ нием трения, возникающего при перемещении токосъемника. После

может достигать 1 Мом, погрешность характеристики не превосхо­ дит 0,5%. Мощность рассеяния около 3 вт при 100° С. Момент вращения не превышает 7,5 Г -см. В этих потенциометрах неболь­ шой момент сочетается с бесступенчатым характером изменения сопротивления. При монтаже Для улучшения теплоотвода обычно такие потенциометры крепят на шасси или корпусе прибора.

Углеродистые объемные потенциометры

Конструкция таких сопротивлений отличается наличием кера­ мического основания, в котором по дуге окружности сделана ка­ навка, заполняемая проводящей композицией (сажа с корундом

211

шлифовке. Изменение величины сопротивления достигается пово­ ротом осп, на которой укреплен токосъемник, перемещающийся по проводящему слою. Токопроводящий слой имеет значительную толщину (свыше 1 м-м), что обеспечивает повышенную мощность рассеяния, стабильность и продолжительный срок службы. К дан­

вается возможность сохранения основных свойств на всем протя­ жении срока службы.

12-6. НАДЕЖНОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Параметры сопротивлений в условиях эксплуатации или хра­ нения аппаратуры нередко изменяются настолько, что их значе­ ния оказываются за допустимыми пределами. В теории надеж­ ности такое изменение представляет собой так называемый отказ.

Отказы сопротивлений могут быть связаны с появлением об­ рыва цепи, возрастанием э. д. с. шумов, изменением величины сопротивления и др. В переменных сопротивлениях возможны также нарушения контакта и неплавное изменение сопротивления при перемещении движка. В потенциометрах может произойти искажение закона изменения выходного напряжения, могут по­ явиться скачкообразные изменения этого напряжения при враще­ нии оси движка. В качестве критерия надежности для сопротив­ лений чаще всего применяют, как и для конденсаторов, опасность отказов X (стр. 147). Величина X существенно зависит от токопро­ водящего материала и конструкции сопротивления. Так, для не­ проволочных углеродистых сопротивлений типа ВС опасность от­ казов Х = 0'35% (за 1000 час); для непроволочных металлизиро­ ванных опасность отказов значительно меньше около 0,02%. Пе­ ременные непроволочные сопротивления обладают более низкой

212

надежностью, чем постоянные; так, для переменного сопротивле­ ния СП величина Х = 0,7%.

Проволочные сопротивления имеют еще более низкую надеж­ ность Х=1,25%; потенциометры обладают исключительно малой надежностью X= 12%.

Опасность отказов сопротивлений можно существенно снизитьпутем создания для них разгруженного режима работы и пони­ жения температуры.

Такой режим получается путем выбора коэффициента нагруз­ ки *.наг сопротивления меньше единицы:

риб

(12-7)-

где Рраб и Рн— рабочая и номинальная рассеиваемая мощность соответственно.

Рис. 12-8. Опасность отказов сопротивлений (на 1000 час ра­ боты) в функции температуры при различных коэффициентах нагрузки:

а) непроволочные композиционные; б) непроволочные углеро­ дистые (/) и проволочные (2)

С уменьшением коэффициента нагрузки и рабочей темпера­ туры опасность отказов падает (рис. 12-8). Поэтому выбор сопро­ тивления ведут таким образом, чтобы мощность Рраб была мень­ ше Рн (примерно в 2 раза).

Следует учитывать, что надежность сопротивлений (а также конденсаторов различных элементов и блоков аппаратуры) будет непрерывно возрастать в связи с совершенствованием конструк­ ций, технологических методов производства и применяемых мате­ риалов.

12-7. ПРИМЕНЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Проволочные сопротивления применяют при низких и сред­ них частотах во всех случаях, когда необходимо рассеивать зна­ чительную мощность, когда требуется высокая стабильность при резко и часто меняющихся окружающих условиях. В некоторых

213

•случаях выбор проволочного сопротивления определяется усло­ виями работы при высокой окружающей температуре. Проволоч­ ные потенциометры применяют при низких частотах, когда необхо­ димо снимать значительную мощность и требуется определенный

.закон изменения выходного напряжения (синусоидальный, пока­ зательный и т. п.).

Непроволочные сопротивления применяют при средних и вы­ соких частотах в тех случаях, когда требуется независимость ве­ личины R от частоты, малые габариты и когда невелика рассеи­ ваемая мощность. Заметим, что при частотах свыше нескольких мегагерц начинает сказываться влияние частоты и на непроволоч­ ные сопротивления.

Непроволочные потенциометры применяют при средних и вы­ соких частотах, когда необходимо снимать небольшую мощность и требуется определенный закон изменения выходного напряже­ ния. Существенное различие между этими двумя группами наблю­ дается также в величине предельно достижимого сопротивления: этот предел значительно выше для непроволочных сопротивлений и составляет в настоящее время величину порядка 1013 ом, тогда как для проволочных он не превосходит нескольких мегом.

В соответствии с изложенным проволочные сопротивления на­ ходят применение для поглощения излишков напряжения, в ка­ честве делителей, для ограничения тока и т. п.

Непроволочные углеродистые и металлизированные сопротив­ ления целесообразно использовать в электронных схемах с низ­ ким уровнем шумов; в таких схемах композиционные сопротивле­ ния неприменимы из-за высокого напряжения шумов. При окру­ жающих температурах порядка 200° С можно применить металлоокисные сопротивления, при температурах до 120°С— металлизи­ рованные, а при более низких температурах также и другие типы непроволочных сопротивлений. Композиционные сопротивления желательно выбирать в случаях, когда требуемая величина Р„ >10 7Wo.it. Такие сопротивления находят применение к аппа­ ратуре с коротким сроком хранения и службы. Широкоприменяемые для электронных схем непроволочные сопротивления ста­ вятся, например, в делителях напряжения, в цепи смещения управ­ ляющей сетки, в цепи экранной сетки, в развязывающих филь­ трах, в цепи анодной нагрузки, в цепи отрицательной обратной связи, а также в релаксационных генераторах и во многих дру­ гих узлах аппаратуры.

•244

ГЛАВА 13

МАГНИТНОМЯГКИЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

13-1. ОСНОВНЫЕ понятия

Среди электротехнических материалов выделяется группа ве­ ществ. свойства которых отличаются в основном наличием само­ произвольной (спонтанной) намагниченности. Такие материалы -состоят из атомов, обладающих магнитными моментами, обуслов­ ленными спинами электронов, даже

магниченность равна нулю и такие вещества относят к антиферромагнитным. Если для одних «под­ решеток» магнитные моменты больше, чем для других, то такие вещества называют ферримагнитными (рис. 13-1).

Рассмотрим основные особенности ферромагнитных веществ. ■Среди элементов периодической системы ферромагнитными свой- ■ствами обладают металлы: железо, никель, кобальт и гадолиний.

При охлаждении ферромагнитного металла или сплава ниже

.некоторой температуры б в нем образуются области, самопроиз­ вольно намагниченные до насыщения, так называемые домены.

216

состояния в ферромагнитное, соответствует так называемой точке-

ничивание может происходить за счет изменения направления маг­ нитного момента в доменах; магнитные моменты поворачиваются в ту сторону, в которую направлено внешнее поле. Эти процессы именуются процессами вращения.

2 1 Т

Магнитная индукция В связана с намагниченностью J соотно­ шением

где Во — индукция в вакууме.

Анализ кривых намагничивания показывает, что в области сла­ бых полей основную роль играют процессы смещения, а в области сильных — процессы вращения (рис. 13-2).

Смещение в более сильных полях и вращение в более слабых являются процессами необратимыми, и это предопределяет явле­ ние магнитного гистерезиса.

Рис. 13-3. Характерные петли гистерезиса при переменном поле:

а). 6) магннтномягкне материалы с округлой петлей; в) магнитномягкие материалы с прямоугольной петлей; г) магинтнотвердый ма­ териал

В области очень сильных полей увеличение магнитной индук­ ции практически не происходит, так как почти все домены уже ориентированы по полю. Магнитная индукция, отвечающая этому состоянию материала, называется индукцией насыщения Bs. При дальнейшем возрастании внешнего поля намагничивание увели­ чивается слабо лишь за счет возрастания парамагнетизма. В ряде случаев процессы намагничивания приобретают специфические особенности.

Магнитномягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса (рис. 13-3). При нарастании поля индукция увеличивается и в конце концов достигает насыщения Bs (для железа 2,1 тл). При умень­ шении напряженности Н от области насыщения Bs до нуля бу­ дет наблюдаться остаточная индукция Вг; при Я = 0 материал спонтанно намагничен и в этом отношении аналогичен сегнетоэлектрику.

Необходимое для размагничивания поле Я,. представляет ро­

218

Под магнитной проницаемостью р здесь подразумевается от­ носительная магнитная проницаемость

В

** ~ \ь>Н'

(13-2>

где [лп = 4 к- 10-7 гн/м — магнитная постоянная.

В— магнитная индукция, тл,

Н— напряженность магнитного поля, а/м.

Для перехода к числовым зна­ чениям величин в единицах СГС |^, (при нерационализованных урав­ нениях, используемых обычно в фи­ зике) служат следующие соотно­ шения:

В \ г с ] — 10АВ [т л ];

Н [э ] = % Н \а 1 м ] .

Кроме того, важными характе­ ристиками являются Я10/50—

v Рис. 13-4. Частные циклы при импульсном намагничивании (а) и зависимость. ри от напряженности поля (б)

удельные магнитные потери в ваттах на один килограмм при ча­

рактеризуют магнитные материалы при установившемся режиме в переменном поле. При униполярных импульсах процесс происхо-* дит по частному циклу Вок — Вю который устанавливается после ряда импульсов (рис. 13-4, а).

В зависимости от продолжительности и амплитуды импульса и от других условий частным циклом может быть и один из так называемых предельных частных циклов, общей точкой которых является точка, отвечающая остаточной индукции Вт.

219