МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

Моделювання та дослідження електричних кіл з конденсаторами та котушками індуктивності частотний аналіз електричного кола змінного струму

Методичні вказівки до лабораторної роботи № 3

з навчальної дисципліни:

“Компонентна база засобів технічного захисту інформації”,

для студентів базових напрямків

6.170102 “Системи технічного захисту інформації”

6.170103 “Управління інформаційною безпекою”

Затверджено

на засіданні кафедри

Захист інформації

Протокол № 8

від 12 грудня 2013 р.

Львів – 2013

Моделювання та дослідження електричних кіл з конденсаторами та котушками індуктивності. Частотний аналіз електричного кола змінного струму: Методичні вказівки до лабораторної роботи №3 з навчальної дисципліни: “Компонентна база засобів технічного захисту інформації” /Укл.: Кеньо Г.В.  Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2013.  14 с.

Рецензент: проф., д.т.н. Хома В.В.

Відповідальний за випуск:

проф., д.т.н. Дудикевич В.Б.

1. Мета роботи

Закріпити знання з призначення конденсаторів та котушок індуктивності, їх вибору та маркування. Отримати досвід частотного аналізу кіл змінного струму і застосувати його на практиці.

2. Завдання

За допомогою графічного редактора системи схемотехнічного моделювання MicroCap 8 створити принципову електричну схему з стандартизованими номіналами конденсатора та котушкою індуктивності. Провести частотний аналіз електричного кола. Виявити вплив ємності конденсатора та котушки індуктивності на частотні властивості електричного кола. За допомогою аналізу перехідних процесів дослідити проходження сигналу через коло на різних частотах. Записати літерно-цифрове маркування конденсаторів та котушок індуктивності.

3. Теоретичні відомості

Конденсатори разом з котушками індуктивності і/або резисторами використовуються для побудови різних кіл з частотно-залежними властивостями, зокрема, фільтрів, кіл зворотного зв'язку, коливальних контурів і т. п..

Котушки індуктивності доповнюють конденсатори в колах фільтрації та фазового зсуву. Оскільки котушки індуктивності більші, важчі і дорожчі, ніж конденсатори, вони застосовуються рідше. Однак перевага котушок індуктивності в тому, що вони забезпечують реактивний опір і пропускають постійний струм. Конденсатори можуть забезпечувати реактивний опір, але при цьому вони блокують проходження постійного струму.

Одне з застосувань конденсаторів та котушок індуктивності – для виготовлення коливальних контурів. Електричний коливальний контур є обов'язковим елементом будь-якого радіоприймача, незалежно від його складності. Без коливального контуру прийом сигналів радіостанції взагалі неможливий.

Власна частота електричних коливань в контурі залежить від індуктивності його котушки і ємності конденсатора. Чим вони більші, тим нижче частота коливань в контурі і, навпаки, чим вони менші, тим вище частота коливань у контурі. Змінюючи індуктивність (число витків) котушки і ємність конденсатора, можна в широких межах змінювати частоту власних електричних коливань в контурі.

Високочастотні конденсатори (керамічні, слюдяні, склоемалеві, склокерамічні і скляні) мають малу паразитну індуктивність і незначні втрати в діелектрику, високу стабільність (10^-5 1/°С) і точність (до ± 2%), достатню температуростійкість, малі габаритами і масу і часто використовуються у контурних схемах.

Номінальні значення ємності С_ном високочастотних конденсаторів так само як і номінальні значення опорів стандартизовані і визначаються рядами Е6, Е12, Е24 і т.д.

Допустиме відхилення ємності конденсатора показує відхилення у відсотках від номінального значення. По відхиленню від номіналу конденсатори поділяються на класи точності (табл.1).

Таблиця 1. Класи точності конденсаторів

Клас	0,01	0,02	0,05	00	0	I	ІІ	ІІІ	IV	V	VІ
Допуск, %	±0,1	±0,2	±0,5	±1	±2	±5	±10	±20	-10+20	-20+30	-20+50

У залежності від призначення в пристроях застосовують конденсатори різних класів точності. Контурні конденсатори мають І або 00 класи точності.

Скорочені позначення ємності конденсаторів подібні до позначень опорів резисторів. Літерно-цифрове маркування містить скорочену назву конденсатора, номінальну напругу, ємність, допуск, групу ТКЄ.

Кодоване позначення номінальної ємності містить дві або три цифри і букву.

Конденсатори з номінальним значенням до 100 пікофарад маркуються буквою П або латинською р, наприклад: 1пФ – 1П0 або 1р0; 1,5 пФ – 1П5 або 1р5; 15 пФ – 15П або 15 р; 15,2 пФ – 15П2 або 15р2.

Конденсатори з номінальним значенням від 100 пікофарад до 0,1 мікроофарад маркуються в нанофарадах літерою Н або латинською n, наприклад: 100 пФ (0,1 нФ) – Н10 або n10; 150 пФ (0,15 нФ) – Н15 або n15; 1000 пФ (1НФ) – 1Н0 або 1n0; 1500 пФ (1,5 нФ) – 1Н5 або 1n5; 0,01 мкФ (10 нФ) – 10Н або 10n; 0,068 мкФ (68 пФ) – 68Н або 68n.

Конденсатори з номінальним значенням від 0,1 мікрофарад і вище маркуються буквою М (), наприклад: 0,1 мкФ – М10 (10) (на деяких видах конденсаторів така ємність може позначатися і в нанофарадах латинською буквою n, наприклад 100 n = 100 нФ = 0,1 мкФ; 0,15 мкФ – М15 (15); 0,22 мкФ – М22 (22); 1мкФ – 1М0 (10); 15 мкФ – 15М (15).

Літерне позначення відсотка відхилення ємності, наведене в табл..2, для резисторів та конденсаторів однакове.

Таблиця 2. Літерне позначення відсотка відхилення ємності

Допустиме відхилення ємності від номінальних величин, %	Кодоване позначення кирилицею	Кодоване позначення латинською літерою
± 0,1	Ж	В
± 0,25	У	С
±0,5	Д	D
±1	Р	F
±2	Л	G
±5	И	J
±10	C	К
±20	В	M
±30	Ф	N

Після букви допустимого відхилення ємності в маркуванні конденсатора може бути літерний код групи за температурним коефіцієнтом (табл..3) і (або) номінальної напруги (табл..4). Групу за ТКЄ вказують на слюдяних, керамічних, склокерамічних та скляних конденсаторах.

Таблиця 3. ТКЄ груп керамічних та скляних конденсаторівта їх літерне Позначення

Позначення групи ТКЄ	Номінальне значення ТКЄ (10-6/C)	Літера	Позначення групи ТКЄ	Номінальне значення ТКЄ (10-6/C)	Літера
П100	+100	А	M150	– 150	P
П120	+120		M220	– 220	R
П60	+60	G	M330	– 330	S
П33	+33	N	M470	– 470	T
МПО	0	C	M750	– 750	U
M33	– 33	H	M1500	– 1500	V
M47	– 47	M	M2200	– 2200	K
M75	– 75	L	M3300	– 3300	Y

Таблиця 4. Номінальні напруги та їх кодоване позначення

Номінальна напруга, В	Код	Номінальна напруга, В	Код	Номінальна напруга, В	Код
1,0	I	25	G	200	Z
1,6	P	32	H	250	W
2,5	M	40	S	315	X
3,2	A	50	J	350	T
4,0	C	63	K	400	Y
6,3	B	80	L	450	U
10	D	100	N	500	V
16	E	125	P	–	–
20	F	160	Q	–	–

Контурні котушки індуктивності використовуються разом з конденсаторами для отримання резонансних контурів. Вони повинні мати високу стабільність, точність і добротність.

Маркування котушок індуктивності здійснюється шляхом нанесення на їх корпус основних параметрів – значення індуктивності і допустимого відхилення індуктивності від номінального значення.

При кодовому маркуванні на корпус котушки індуктивності наноситься цифрове або буквено-цифрове маркування. Номінальне значення індуктивності кодується цифрами, після яких слідує (або відсутня взагалі) літера, що позначає величину допуску.

При визначенні величини індуктивності слід знати наступне:

• цифри позначають значення індуктивності в мікрогенрі;

• якщо індуктивність позначається в наногенрі, то після цифр наноситься буква N (2N2 = 2,2 нГн);

• якщо величина індуктивності менше 1 мкГн або виражається дробовим числом, вимірюваним у мікрогенрі, то застосовується розділова буква R (R47 = 0,47 мкГн; 1R5 = 1,5 мкГн);

• при маркуванні значень індуктивності від 10 мкГн після двозначної цифри проставляється множник, який вказує на кількість нулів після зазначеного двозначного числа (150 = 15 мкГн; 151 = 150 мкГн; 122 = 1200 мкГн = 1,2 мГн);

• в окремих випадках застосовується відмінне від зазначеного вище позначення індуктивності – індуктивність в мікрогенрі просто позначається одно-, дво- або тризначним числом без множника, або дробовим числом (560 = 560 мкГн; 3,3 = 3,3 мкГн).

Допуск котушок індуктивності позначається однією з чотирьох букв: D - для допуску ± 0,3 нГн; J – ± 5%; К – ± 10%; М – ± 20% (або не наноситься ніякої букви, що відповідає допуску ± 20%) .