Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Пассивные элементы электроники. Учебное пособие
.pdf
Продолжение табл. 1.10
Код Емкость (мкФ)
Максимально допустимое
напряжение (В)
AE7 15 10
AJ6 2,2 10
AJ7 22 10
AN6 3,3 10
AN7 33 10
AS6 4,7 10
AW6 6,8 10
CA7 10 16
CE6 1,5 16
CE7 15 16
CJ6 2,2 16
CN6 3,3 16
CS6 4,4 16
CW6 6,8 16
DA6 1,0 20
DA7 10 20
DE6 1,5 20
DJ6 2,2 20
DN6 3,3 20
DS6 4,7 20
DW6 6,8 20
E6 1,5 25
EA6 1,0 25
EE6 1,5 25
EJ6 2,2 25
EN6 3,3 25
ES6 4,7 25
EW5 0,68 25
41
Окончание табл. 1.10
Код Емкость (мкФ)
GA7 10 4
GE7 15 4
GJ7 22 4
GN7 33 4
GS6 4,7 4
GS7 47 4
GW6 6,8 4
GW7 68 4
J6 2,2 6,3
JA7 10 6,3
JE7 15 6,3
JJ7 22 6,3
JN6 3,3 6,3
JN7 33 6,3
JS6 4,7 6,3
JS7 47 6,3
JW6 6,8 6,3
N5 0,33 36
N6 3,3 4
S5 0,47 25
VA6 1,0 35
VE6 1,5 35
VJ6 2,2 35
VN6 3,3 35
VS5 0,47 35
VW5 0,68 35
W5 0,68 20
Максимально допустимое
напряжение (В)
42
Аналогично резисторам конденсаторы бывают постоянными, пе-
R
ременными и подстроечными
. Электролитических переменных или
подстроечных конденсаторов не существует. Условные графические
обозначения переменного и подстроечного конденсатора показаны на
рис.1.25.
Использование переменных и подстроечных конденсаторов в настоящее время весьма ограничено. Они
а б
Рис. 1.25. Условные графические
обозначения переменного и под-
строечного конденсатора
используются только в высокочастотных устройствах. Это связано с большими габаритами переменных
конденсаторов и их сильной подверженностью вибрационным
кам (превышающей аналогичную у переменных резисторов).
Дополнительными параметрами
конденсаторов являются:
нагруз-
– электрическое сопротивление изоляции;
– температурный коэффициент емкости.
Электрическое сопротивление изоляции определяет, через какое
время предварительно заряженный конденсатор разрядится. При описании процесса возникновения тока в твердых телах было показано,
что диэлектрики также обладают определенным количеством элементов в зоне проводимости, хотя их значение очень мало. Это значит, что
через конденсатор будет протекать постоянный ток, но только очень
малой величины. Такой ток называется
током утечки. Ток утечки осо-
бенно нежелателен при использовании конденсаторов в качестве времязадающих элементов. Часто в справочниках этот параметр определяется через постоянную времени саморазряда. Постоянная времени
саморазряда определяется по формуле
ление конденсатора постоянному току;
TRC , где
0d
C – номинальная емкость
0
– сопротив-
d
конденсатора.
Температурный коэффициент емкости (
ТКЕ) определяется анало-
гично ТКС резисторов, и показывает, на сколько изменится емкость
при росте температуры на 1 °C (как правило). ТКЕ может иметь как
положительное, так и отрицательное значение и зависит от типа диэлектрика конденсатора. При необходимости для обеспечения близкого к нулю ТКЕ (например, в задающем генераторе) можно набрать
нужную емкость
из нескольких конденсаторов, имеющих ТКЕ разного
знака.
43
Аналогично резисторам классификация конденсаторов может про-
К
е
р
ы
изводиться по разным параметрам. Наиболее часто используют классификацию конденсаторов по типу диэлектрика. Классификация постоянных конденсаторов по типу диэлектрика показана на рис. 1.26.
Конденсаторы
по типу
диэлектрика
конденсаторы
Фтор опластовые
С неорганическим
диэлектриком
Слюдяные
конденсаторы
конденсаторы
С оксидным
диэлектриком
Ниобиевые
Стеклянные
конденсаторы
конденсаторы
Керамические
Танталовые
конденсаторы
конденсаторы
Алюминиевые
конденсаторы
С вакуумным
диэлектриком
С органическим
диэлектриком
нсато
онд
с пропитанной бум агой
конденсаторы
Полиамидные
Металлизированные
бума жны е конденсаторы
конденсаторы
Полиэтилентерефталатные
конденсаторы
конденсаторы
Поликорбонатные
Полистирольные
Полипропиленовые
Рис. 1.26. Классификация постоянных конденсаторов по типу диэлектрика
Далее кратко рассмотрим каждый из типов конденсатора.
Конденсаторы с пропитанной (масло, смолы) бумагой. Обозначе-
ния – согласно ГОСТ Р 57440–2017 и более ранним отечественным
правилам: КБГ, ОКБГ, К40-хх, К41-1. Эти конденсаторы практически
вышли из употребления. Они выпускались в вариантах использования
в цепях переменного и постоянного тока. Достоинства таких конденсаторов – способность выдерживать большие токи и пиковые напряжение без повреждения, низкая цена; недостатки – гигроскопичность
(способность поглощать влагу) диэлектрика.
Металлизированные бумажные конденсаторы.
Обозначения – согласно вышеупомянутому ГОСТ и более ранним отечественным правилам: МБГВ, К42И-хх. Они также практически вышли из употребления. Выпускались в вариантах использования в цепях переменного и
постоянного тока. Достоинства – меньшие габариты по сравнению с
предыдущими, низкая цена; недостатки – гигроскопичность (способность поглощать влагу) диэлектрика, низкое максимальное
напряжение.
допустимое
44
Полиэтилентерефталатные конденсаторы. Обозначения – со-
гласно ГОСТ и более ранним отечественным правилам: К73-хх. В основном эти конденсаторы предназначены для использования в цепях
переменного тока с малой частотой. Чаще всего применяются в схемах
с частотой силовой сети 50 Гц. Достоинства – может пропускать токи с
большим значением амплитуды; недостатки – непригодны для использования в
Полиамидные конденсаторы
цепях высокочастотного (выше 1 МГц) тока.
. В рамках ГОСТ обозначения не
стандартизованы. Они являются относительно новым типом конденсаторов. Достоинства – хорошие значения по всем параметрам; недостатки – большие габаритные размеры и высокая цена.
Поликарбонатные конденсаторы
. Обозначения – согласно ГОСТ:
К77-хх. Не могут работать с большими значениями протекающего тока. Достоинства – хорошие значения по всем параметрам; недостатки –
относительно высокая цена.
Полипропиленовые конденсаторы
. Обозначения – согласно ГОСТ:
К78-хх. Могут работать с большими значениями протекающего тока и
с высокочастотными сигналами. Недостатки – легко повреждаются
при возникновении пиковых напряжений.
Полистирольные конденсаторы
. Обозначения – согласно ГОСТ и
более ранним отечественным правилам: ПМ-х, ПО, К70-хх. Не могут
работать с большими значениями протекающего тока. Крайне эффективны в высокочастотных схемах. Недостатки – максимальная допустимая температура не более +85°.
Фторопластовые конденсаторы
. Обозначения – согласно ГОСТ и
более ранним отечественным правилам: ФТ, ФЧ, К72-хх. Достоинства – хорошие значения по всем параметрам. Крайне эффективны
в высокочастотных схемах. Недостатки – относительно большие габариты.
Слюдяные конденсаторы
. Обозначения – согласно ГОСТ и более
ранним отечественным правилам: КСГ, СГМ, К31-хх. Достоинства –
хорошие значения по всем параметрам, могут работать при очень
больших напряжениях; недостатки – высокая цена, подвержены влиянию влажности.
Стеклянные конденсаторы
. Обозначения – согласно ГОСТ и более
ранним отечественным правилам: СКМ, К21-хх, К22-хх. Достоинства – хорошие значения по всем параметрам, высокая стойкость к радиации; недостатки – высокая цена.
45
Керамические конденсаторы. Обозначения – согласно ГОСТ и бо-
лее ранним отечественным правилам: КМ-х, К10-хх. Не могут работать
с большими значениями протекающего тока. Достоинства – низкая цена, хорошие параметры при использовании в высокочастотных схемах,
существуют модели с высокими значениями максимального допустимого напряжения. Недостатки – емкость зависит от напряжения и срока эксплуатации. Некоторые модели конденсаторов КМ содержат драгоценные металлы, что повышает риск вандализма в отношении
устройств, где эти конденсаторы используются.
Алюминиевые оксидные конденсаторы
. Обозначения – согласно
ГОСТ: К50-х. Электролитические конденсаторы. Достоинства – низкая
цена, большие значения емкости, существуют модели с высокими значениями максимального допустимого напряжения. Недостатки – самое
низкое значение сопротивления изоляции из всех электролитических
конденсаторов, склонны к взрыву при превышении максимального допустимого напряжения.
Танталовые оксидные конденсаторы
. Обозначения – согласно
ГОСТ: К52-х. Электролитические конденсаторы. Достоинства – большие значения емкости, большое значение сопротивления изоляции.
Недостатки – высокая цена, максимально допустимое значение напряжения 50 В, склонны к взрыву при превышении максимального допустимого напряжения.
Ниобиевые оксидные конденсаторы
. Обозначения – согласно
ГОСТ: К53-х. Электролитические конденсаторы. Достоинства – большие значения емкости, большое значение сопротивления изоляции,
цена ниже чем у танталовых. Недостатки – высокая цена, максимально
допустимое значение напряжения 50 В, склонны к взрыву при превышении максимального допустимого напряжения.
Конденсаторы с вакуумным диэлектриком
. Обозначения – согласно ГОСТ и более ранним отечественным правилам: КВ, ВВ, К61-х. Достоинства – максимально возможное значение сопротивления изоляции, близкий к нулю тангенс угла потерь; могут пропускать очень
большие мощности высокочастотных сигналов, самое большое значение максимально допустимого напряжения. Недостатки – очень высокая цена, низкая стойкость к вибрационным
нагрузкам, большие габа-
ритные размеры, хрупкость.
46
1.6. Катушки индуктивности
E
E
Катушка индуктивности – пассивный элемент, способный запа-
сать
энергию в виде магнитного поля. При отключении внешнего
источника тока катушка отдаст запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. При этом напряжение на катушке
нарастает вплоть до пробоя изоляции или возникновения дуги между
выводами. Это явление называется возникновением
движущей силы)
самоиндукции. Другими словами, изменение тока
порождает напряжение. Напряжение пропорционально скорости изменения тока.
Основным параметром, определяющим свойства катушки индуктивности, является индуктивность. Единица измерения индуктивности – Генри. Обозначение в формулах и на принципиальных схемах –
L. Следует отметить, что на языке радиоинженеров и электрон-
щиков катушка индуктивности часто называется просто индуктивностью. Конструктивно катушка индуктивности представляет собой некоторое количество витков проводника, намотанных на
ри каркаса может помещаться специальный материал, увеличивающий
величину индуктивности катушки. Деталь из такого материала внутри
каркаса катушки называется
сердечником.
Энергия, запасаемая в катушке индуктивности, определяется по
формуле
LI , где
– величина запасаемой энергии [Дж]; L –
1
2
2
величина индуктивности катушки [Гн];
I – ток, протекающий через
катушку индуктивности [А]. Величина магнитного потока, определяющая величину магнитного поля, определяется по формуле
Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадрату числа витков
намотки, и вычисляется по формуле
нитная постоянная, равная
1, 25664 10 Гн/м; – относительная
LSNl
0
6
ee
магнитная проницаемость материала сердечника [безразм. величина];
S – площадь сечения сердечника [м
e
величина];
l – длина сердечника [м].
e
2
]; N – число витков [безразм.
ЭДС (электро-
каркас. Внут-
2
/
, где
.LI
– маг-
0
47
Условное графическое обозначение
XfL
f
и конструкция катушки индуктивности
бескаркасной) показаны на рис. 1.27.
(
Как видно из рисунка, конструк-
тивно катушка представляет собой
Рис. 1.27. Условное графическое обозначение и конструкция катушки индуктивности
с воздушным сердечником
многовитковую спираль, в подавляющем большинстве случаев изготовленную из меди. Так как катушка индуктивности выполняется из проводящего
материала, то через нее может протекать как постоянный, так и перемен-
ный ток. Сопротивление постоянному току при этом
противление переменному току определяется по формуле
где
– частота [Гц]. Как видно из этой формулы, с повышением
невелико, а со-
2,
L
частоты электрического сигнала сопротивление индуктивности возрастает.
Катушка индуктивности, аналогично конденсатору, является
тивным элементом
, т.е. фаза тока в ней не совпадает с фазой прило-
реак-
женного переменного напряжения. В отличие от конденсатора фаза
тока в катушке индуктивности отстает на 90° от фазы переменного
напряжения, приложенного к катушке индуктивности.
По наличию дополнительных элементов в конструкции индуктивности можно разделить на каркасные и бескаркасные. Бескаркасные
«воздушным сердечником») индуктивности сохраняют свою фор-
(и с
му за счет жесткости проводника, из которого они сделаны. Быть достаточно жесткими, что необходимо для обеспечения стабильности
параметров, такие индуктивности могут быть при малом диаметре
(единицы миллиметров) и небольшом числе витков. Такие индуктивности обычно применяются в высокочастотных схемах, например в
УКВ-радиоаппаратуре
.
Для создания индуктивностей с большими размерами и/или большими значениями параметра индуктивности (например, для низкочастотной аппаратуры) производят многовитковую намотку проводника
на каркасе из диэлектрического материала. При этом проводник на
каркас может наматываться в
несколько слоев. Это первый способ
повышения индуктивности, при котором также возрастает и собственное омическое сопротивление.
48
Другим способом увеличения индуктивности без увеличения собственного омического сопротивления катушки является использование
сердечников из специальных материалов, имеющих обобщенное
название – магнитные (
магнитопроводящие) материалы. Сердечники
выполняются:
феррита – керамического материала на основе порошков из
– из
оксида железа и других ферромагнитных металлов;
– пластин из
мягкой стали;
– сплавов железа с другими ферромагнтиными металлами (напри-
пермаллой – сплав железа с никелем);
мер
– сплавов железа с иными веществами (например
альсифер –
сплав железа с алюминием и кремнием);
аморфного железа (при очень быстром охлаждении расплавлен-
–
ное железо не успевает кристаллизоваться, и полученный листовой
материал имеет очень высокое μ: единицы-десятки тысяч; из него
наматывают тороидальные сердечники).
Часто магнитопроводящие сердечники называют ферромагнитными, хотя это не совсем правильно. Особенностью
ферромагнетиков
является способность к возникновению упорядоченной ориентации
групп молекул (называемых доменами) под воздействием внешнего
магнитного поля. Это повышает концентрацию линий магнитного поля
внутри катушки индуктивности и приводит к повышению величины
индуктивности катушки. Но такой способ увеличения индуктивности
имеет свои недостатки. Дело в том, что после исчезновения внешнего
магнитного поля упорядоченное состояние
чение определенного времени. Этот эффект называется
доменов сохраняется в те-
гистерезисом.
Наличие гистерезиса приводит к тому, что при протекании переменного тока через индуктивность в момент измерения полярности приходится совершать работу на изменение ориентации доменов. Это увеличивает потери энергии с ростом частоты тока.
Катушки индуктивности с сердечником
из магнитных материалов часто называют
дросселями. На переменном токе дроссели
могут играть роль резисторов, т.е. ограничивать ток в цепи. Условное графическое обозначения дросселя несколько отличается от
УГО «воздушной» катушки индуктивности.
Оно показано на рис. 1.28.
Рис. 1.28. Условное графическое обозначение
катушки индуктивности с сердечником из
магнитных материалов
(дросселя)
49
Дроссели в зависимости от формы сердечника подразделяются:
– на линейные (стержневые);
– тороидальные;
– броневые;
– трансфлюкторы (двухотверстные).
Примерная конструкция дросселей с разными формами сердечников показана на рис. 1.29.
а
б
в
Рис. 1.29. Примерная конструкция дросселей с разными формами сердечников
г
д
Дроссели линейной конструкции (рис. 1.29, а) отличаются от
обычных спиральных катушек индуктивности только наличием цилиндрического сердечника.
Дроссели с
(рис. 1.29,
б) имеют большую индуктивность при одинаковом числе
тороидальными (кольцевыми) сердечниками
витков и массе сердечника по сравнению с дросселем линейной конструкции. Это связано с тем, что их магнитопровод замкнут, магнитный поток меньше рассеивается и в большей степени проходит в толще магнитного материала, где потери меньше. Но такие катушки недостаточно технологичны в
изготовлении (для их намотки требуется
челнок, позволяющий много раз протаскивать наматываемый провод
через окно магнитопровода) и потому дороже.
Вырожденная форма тороидального дросселя – проволочная
мычка
, на которую надета ферритовая втулка или «бусина» (bead).
пере-
Перемычка образует «обмотку» из одного витка. Подобные дроссели
используются для подавления высокочастотных помех в цепях питания и сигнальных цепях.
Дроссели с
из двух одинаковых половин (рис. 1.29,
броневыми сердечниками (рис. 1.29, г), собираемыми
в), легко наматываются
(на каркас) и обладают наибольшим значением индуктивности по
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]