1. П остоянные

а) полярные

б) неполярные

2) переменные

3 ) подстроечные

Основные параметры конденсаторов:

• номинальное значение емкости – С, [Ф]

• максимальное рабочее напряжение – U, [Вт]

• максимальная амплитуда переменной составляющей для полярных конденсаторов

• отклонение от значения емкости

• температурный коэффициент емкости.

Как и у резисторов номинальное значение конденсаторов выбирается из тех же рядов за исключением полярных конденсаторов или электролитических конденсаторов. Рабочее напряжение обычно составляет от 5 В до 1кВ.

Допустимое отклонение от номинального значения емкости:

Температурный коэффициент емкости может быть как положительным так и отрицательным.

Конденсаторы разделяются на типы в зависимости от диэлектрика:

1. керамические

2. слюдяные

3. фторопластовые

4. бумажные

Особую разновидность составляют электролитические конденсаторы. В них диэлектриком служит тонкая оксидная пленка, образующая на поверхности металла или проводника при погружении его в электролит. Обкладками конденсатора служит сам металл или полупроводник с одной стороны и токопроводящий электролит с другой сторон, омывающий оксидную пленку с другой стороны. Распространение получили алюминиевые, необиевые, полупроводниковые конденсаторы.

3

5

1

2

4

Рисунок 7 - Устройство электролитического конденсатора

1. и 3 – алюминиевая фольга

2. – бумага, пропитанная раствором электролита

4 - проволочные выводы

5 - оксидная пленка.

Если к обкладкам конденсатора подключить источник постоянного тока, то в образовавшейся цепи возникнет кратковременный ток и конденсатор зарядится до напряжения, равного напряжению источника тока. Т.е. под постоянным напряжением ток в цепи конденсатора не течет. Но если изменять напряжение Uc на конденсаторе по линейному закону, то через него может течь постоянный ток.

Рисунок 8 – Напряжение Uc и Рисунок 9 - Получение линейного изменения постоянный ток Ic напряжения

И наоборот, если конденсатор заряжать постоянным током, то напряжение Uc на нем растет тоже по линейному закону (рис.8). Эта особенность конденсатора используется для получения напряжений, которые изменяются линейно в зависимости от времени (рис.9).

При нахождении конденсатора под гармоническим напряжением, в нем течет переменный ток, невзирая на то, что между обкладками конденсатора находится диэлектрик.

Ucиз

Рисунок 10 – Конденсатор под Рисунок 11 – К пояснению токопроводности

переменным напряжением в цепи конденсатора

Положительная полуволна напряжения Uc в интервалы времени t1 – t2 отбирает электроны от левой обкладки и направляет их в правую. Во время этого перехода электронов в цепи конденсатора течет ток Ic₁.

В интервале же моментов t2 – t3 полярность Uc изменяется на противоположную. Конденсатор перезаряжается до этой противоположной полярности. Поэтому ток Ic₂ течет в противоположном направлении.

Итак, в цепи конденсатора ток Ic течет лишь тогда, когда напряжение Uc на конденсаторе изменяется.

Конденсатор оказывает сопротивление протеканию тока тем, что ток течет под разницей двух напряжений: приложенного Uc и напряжения Uз, до которого зарядился конденсатор. Поэтому ток Ic создает разность (Uc - Uз), т.е. Uз оказывает сопротивление. Чем дольше заряжается конденсатор, тем больше Uз и тем меньше ток Ic, т.е. больше сопротивление.

В отличие от резисторов это сопротивление не является омичным. На нем не выделяется мощность и оно зависит от частоты:

Катушка индуктивности

Катушка индуктивности представляет собой соленоид с сердечником а или без него б (рис.12). Сердечник используется для увеличения индуктивности. Материалом для него чаще всего служат пластины из трансформаторного железа или феррит.

L L

а) б)

Рисунок 12 – Условное обозначение катушки

а – с сердечником; б – без сердечника

Основным свойством катушки является накопление энергии магнитного поля. Катушка характеризуется индуктивностью L.

где ψ – суммарный магнитный поток, вызываемый током катушки I_L (рис.13).

Рисунок 13 – Катушка под напряжением

Размерностью и единицей индуктивности является генри (Гн). Если через катушку течет ток I_L=1А и при этом он создает магнитный поток Φ в один вебер (Вб), то такая катушка имеет индуктивность 1 Гн.

Напряжение на катушке и её ток связаны между собой соотношением^

Как и конденсатор катушка имеет частотнозависимое сопротивление:

Это сопротивление катушка создает следующим образом.

Ток катушки I_L создает магнитный поток, который пересекает витки катушки и наводит в них ЭДС. По закону Джоуля-Ленца любая наведенная ЭДС имеет такую полярность, чтобы препятствовать причине, которая её вызвала. Поэтому ток течет против ЭДС, т.е. противо-ЭДС создает сопротивление.

Параметры катушек индуктивности:

• номинальное значение индуктивности

• максимальный ток, который может протекать через катушку (большой ток повреждает изоляцию катушки индуктивности, приводит к насыщению магнитопровода магнитным потоком, что снижает индуктивность катушки)

• отклонение от номинального значения

• температурный коэффициент индуктивности (ТКИ)

- добротность катушки индуктивности – характеризует отношение индуктивного сопротивления катушки к резистивному.

Полупроводниковые резисторы

Полупроводниковые резисторы имеют 2 выходных электрода. Подразделяются на линейные и нелинейные.

У линейных резисторов электрическое сопротивление не зависит от приложенного напряжения (рис.14а). Они изготавливаются на основе полупроводника р- или п- типа и используются в интегральных микросхемах (ИМС).

Принцип действия нелинейных резисторов основан на свойстве полупроводника изменять свое сопротивление под действием температуры (терморезистор, рис.14в), электромагнитного излучения (фоторезистор, рис.14г), приложенного напряжения (варистор, рис.14б).

а) б) в) г)

_U

_A

_B

Рисунок 14 – Условные обозначения резисторов

-

Rт

R

_C

Терморезисторы

Uт

U

_I

_O

+ Е -

Рисунок 15-Схема включения Рисунок 16 – ВАХ терморезистора

ОА – ВАХ линейна, т.к. при малых токах мощность, выделяющаяся в терморезисторе мала и практически не влияет на его температуру.

АВ – с ростом тока температура увеличивается, а сопротивление терморезистора уменьшается (т.к. растет количество электронов и дырок в п/п).

ВС – с ростом тока сопротивление становится столь незначительным, что уменьшается напряжение на терморезисторе.

Резкое увеличение или уменьшение тока, вызванное изменением сопротивления терморезистора – релейный эффект, который может возникнуть либо при изменении температуры либо при изменении приложенного напряжения.

Разновидности:

• Позисторы - терморезисторы, у которых с ростом температуры сопротивление увеличивается;

• Болометры – сдвоенные малогабаритные терморезисторы, применяются для измерения лучистой энергии.

- Варисторы

И

_I

спользуются в цепях как постоянного, так и переменного тока с частотой до нескольких Гц. Это полупроводниковые резисторы с токопроводящим элементом, выполненным из карбида кремния и керамического связующего материала. С увеличением приложенного напряжения сопротивление варистора уменьшается, а ток, протекающий в цепи, нарастает.

R_U

mA

U

V

_U

Рисунок 17 – Схема для исследования варистора Рисунок 18 – ВАХ варистора

Используются для защиты от перенапряжений, в стабилизаторах и ограничителях напряжения, в различных схемах автоматики.

- Фоторезисторы

Служат для пропускания тока при освещении светочувствительного элемента световым потоком. Т.о., это прибор, у которого под действием светового потока меняется электрическое сопротивление.

п/п

подложка (стекло, слюда, кераміка)

Рисунок 19 – Устройство ФР

Рисунок 20 – Схема включения ФР

Рисунок 21 –ВАХ фото резистора

Световые или энергетические характеристики фоторезисторов ΙФ=f(Ф) линейные для небольших световых потоков (рис.21). При световых потоках Ф>Ф_МАКС из-за увеличения концентрации генерируемых неравновесных носителей возрастает вероятность их рекомбинации. Линейность световой характеристики нарушается.

Под действием световой энергии увеличивается проводимость элемента, появляется фототок. В отсутствии освещения в цепи течет незначительный темновой ток I_Т, который вызван собственной проводимостью. Недостатки:

1. значительная зависимость сопротивления от температуры;

2. большая инерционность (большое время рекомбинации носителей заряда после прекращения облучения);

3. значительные собственные шумы.

Применение: в схемах автоматики, защиты (т.е. где требуется высокая чувствительность). Контрольные вопросы: 1.На чем основан принцип действия нелинейных резисторов? 2.Как изменяется сопротивление терморезистора при росте температуры? 3.Как действует варистор при защите электрических цепей? 4.За счет чего у фоторезистора изменяется сопротивление под действием света? 5.Что представляет собой темновой ток фоторезистора?

15