2.1 Резисторы
Резисторы в электронной аппаратуре используются в качестве нагрузочных и ограничивающих ток компонентов, добавочных сопротивлений, делителей напряжений и пр. В различной электронной аппаратуре находят применение линейные резисторы, протекающий ток в которых подчиняется закону Ома, и нелинейные.
Условные графические обозначения (УГО) резисторов на принципиальных схемах регламентируются ГОСТ 2.728-74 ЕСКД. В общем случае резисторы изображаются в виде прямоугольника с двумя выводами (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 - Условные графические обозначения резисторов на принципиальных схемах
Некоторые особенности обозначений в зависимости от типа резистора:
Постоянные резисторы — прямоугольник с линиями, обозначающими определённое значение мощности. Также на схеме указывают букву R (резистор), цифру, обозначающую порядковый номер детали в цепи, величину сопротивления.
Переменные резисторы — прямоугольник с указанием неподвижных и подвижного контактов. Стрелка обозначает подвижный контакт.
Резисторы с дополнительными отводами — если резистор имеет более двух дополнительных отводов, длинную сторону обозначения увеличивают.
Измерительные шунты — линии, изображённые на продолжении коротких сторон прямоугольника, обозначают выводы для включения в измерительную цепь.
По типу резистивного элемента (токопроводящей части резисторов) линейные резисторы разделяются на металлофольговые, проволочные и непроволочные. Непроволочные резисторы разделяются по основному конструктивному признаку на пленочные и объемные.
Правила изображения условных графических обозначений различных видов резисторов на принципиальных схемах:
- Размеры обозначений — 10×4 мм. При необходимости размеры допускается пропорционально изменять. dzen.rulib.sevsu.ru
- Толщина линий — обозначения выполняют линиями той же толщины, что и линии электрической связи. RusCable.ruhelpeng.ru
- Положение на схеме — обозначения изображают в положении, в котором они приведены в стандарте, или повёрнутыми на угол, кратный 90º, если в стандарте отсутствуют специальные указания. Допускается поворачивать обозначения на угол, кратный 45°, или изображать зеркально повёрнутыми. lib.sevsu.ru
- Указание номиналов — около условных графических обозначений номиналов резисторов допускается применять упрощённый способ обозначения единиц измерений:
§ для резисторов от 0 до 999 Ом — без указания единиц измерения; pkb-titan.ru
§ от 1⋅ 10³ до 999⋅ 10³ Ом — в килоомах с обозначением единицы измерения строчной буквой «к»; pkb-titan.ru
§ от 1⋅ 10⁶ до 999⋅ 10⁶ Ом — в мегаомах с обозначением единицы измерения прописной буквой «М»; pkb-titan.ru
§ свыше 1⋅ 10⁹ Ом — в гигаомах с обозначением единицы измерения прописной буквой «Г». pkb-titan.ru
- Указание выводов — на схеме следует указывать обозначения выводов (контактов), нанесённые на изделие или установленные в его документации. Если в конструкции элемента и в его документации обозначения выводов не указаны, допускается условно присваивать им обозначения на схеме, повторяя их в дальнейшем в соответствующих конструкторских документах. pkb-titan.ru
На схеме могут быть изображены, например:
- Пять одинаковых резисторов, соединённых последовательно — над штриховой линией указывают общее количество одинаковых элементов, а над штриховой линией — последовательность соединения. lib.sevsu.ru
- Переменный резистор, включённый как реостат — ползунок соединён с одним из крайних выводов. dzen.ru
- Подстроечный резистор — неиспользуемый вывод допускается не изображать. RusCable.ruhelpeng.ru
Номинальные сопротивления резисторов составляют 10-2 ‒ 1011 Ом.
Для резисторов установлено шесть рядов номинальных сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Число, стоящее после символа Е, определяет количество номинальных величин в ряду. Каждый ряд задается числовыми коэффициентами, умноженными на 10n, где n ‒ целое положительное или отрицательное число. Резисторы изготавливают с номинальными сопротивлениями, соответствующими одному из числовых коэффициентов. Наиболее распространенными являются ряды Е6, Е12, Е24, которые представлены в таблице 2.1
Таблица 2.1 - Наиболее распространенные ряды номинальных сопротивлений
Допустимое отклонение от номинала нормализовано и соответствует ряду: ± 0,01; ± 0,02; ± 0,05; ± 0,1; ± 0,2; ± 0,5; ± 1,0; ± 2,0; ± 5,0; ± 10; ± 20; ± 30%.
Номинальная мощность резистора ‒ предельная мощность, рассеиваемая резистором в процессе эксплуатации в заданных условиях в течение наработки, если температура окружающей среды не превышает номинальную. Резисторы широкого применения могут иметь номинальную мощность рассеяния 0,125, 0,25, 0,5, 1,0, 2,0, 5,0, 10,0 Вт.
Резисторы могут иметь цветовую маркировку — систему обозначения номиналов с помощью цветных полос. Количество полос зависит от типа компонента и его точности:
· 3 полосы — две цифры и множитель, используются в недорогих элементах с допуском до ±20%.
· 4 полосы — добавляется кольцо допуска, самый распространённый формат.
· 5 полос — три цифры и множитель, плюс допуск, повышенная точность — ±1% и лучше.
· 6 полос — как у 5, плюс кольцо температурного коэффициента (в ppm/°C), используются в высокоточных цепях и измерительных приборах. cleverence.ru
Каждая полоса указывает на определённую цифру или значение: номинал, допуск, множитель и др.. Например, коричневый означает цифру 1, множитель ×10 и допуск ±1%, а золотой — множитель 0,1 и допуск ±5%. cleverence.ru
2.2 Конденсаторы
Электрические конденсаторы - это радиокомпоненты, широко используемые в радиоэлектронной аппаратуре и реализующие физическое свойство - емкость, характеризующееся как
С = QU,
где С - емкость, Ф; Q - заряд, Кл; U - напряжение, В.
Для простейшего конденсатора, состоящего из двух плоских пластин одинакового размера, разделенных диэлектриком толщиной d, емкость С, Ф, определяется выражением:
где eо - диэлектрическая постоянная вакуума; e - диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S - площадь пластины.
По виду диэлектрика конденсаторы подразделяются на пять групп:
1. Конденсаторы с газообразным диэлектриком: воздушные, газонаполненные, вакуумные.
2. Конденсаторы с жидким диэлектриком.
3. Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком: керамические, стеклокерамические, стеклоэмалевые, стеклопленочные, слюдяные.
4. Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком: бумажные, пленочные, тонкопленочные, лакопленочные.
5. Конденсаторы с оксидным диэлектриком: алюминиевые, танталовые, ниобиевые: электролитические, оксидно-полупроводниковые, оксиднометаллические.
Условные графические обозначения (ГОСТ 2.728-74 ЕСКД.) электрических конденсаторов на принципиальных схемах приведены на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Условные графические обозначения конденсаторов на принципиальных схемах
Основные характеристики электрических конденсаторов
Номинальная емкость (Сном) - величина, которая указывается на конденсаторе или в сопроводительной документации и является началом отсчета допустимого отклонения от номинала DС. Номиналы емкостей конденсаторов, так же как и номиналы сопротивлений резисторов, устанавливаются в соответствии со шкалой ГОСТа. Отклонения от номинала стандартизированы и устанавливаются в соответствии с рядом, приведенным выше для резисторов.
Для конденсаторов установлено три ряда номинальных емкостей: Е6, Е12, Е24. Каждый ряд задается теми же, что и для резисторов, числовыми коэффициентами. Номинальную емкость конденсатора указывают в долях фарад:
мкФ (10-6 Ф), нФ (10-9 Ф) и пФ (10-12 Ф).
Для малогабаритных и миниатюрных конденсаторов принята буквенно-цифровая маркировка: М - микрофарад, Н - нанофарад, П - пикофарад. Например, 33П - 33 пФ, 47Н - 47 нФ. На корпусе конденсаторов, емкость которых выражается десятичной дробью больше единицы, буквенное обозначение ставится вместо запятой. Например, 6П8 - 6,8 пФ, 1М2 - 1,2 мкФ. Для самых мелких изделий, которые невозможно промаркировать буквенно-цифровой маркировкой, применяют маркировку с помощью цветового кода.
Номинальное напряжение конденсатора характеризует электрическую прочность изделия и соответствует напряжению, при котором конденсатор может работать в течение указанного срока службы и более длительно
с соблюдением условий эксплуатации. Пример обозначения конденсатора: танталовый электролитический
конденсатор типа К52-9 емкостью 33 мкФ с допускаемым отклонением от номинального значения емкости ±10%, может быть обозначен: К52-9 33 мкФ±10% 100 В.
Конденсаторы могут иметь цветовую маркировку, которая содержит сокращённое обозначение параметров. Маркировка, может быть, в виде цветных точек или полосок, размеры и форму которых выбирают в зависимости от размеров и формы конденсаторов. Для маркировки плёночных конденсаторов используют 5 цветных полос или точек: первые три кодируют значение номинальной ёмкости, четвёртая — допуск, пятая — номинальное рабочее напряжение.
Наиболее проста маркировка выводных электролитических конденсаторов (рисунок 2.3). На ней можно увидеть наименование компании-производителя, нормируемое напряжение, номинальную емкость, диапазон рабочей температуры и полярность выводов (https://www.promelec.ru/articles/markirovka-i-proverka-kondensatorov/).
Рисунок 2.3 - Маркировка выводных электролитических конденсаторов
Не все производители придерживаются одинаковых правил маркировки. Некоторые, наиболее распространенные варианты кодированной маркировки выводных конденсаторов представлен на рисунке 2.4. Номинальное значение емкости конденсатора в первом примере обозначено числом 105. Число 10 обозначает мантиссу, выраженную в пикофарадах; цифра 5 — порядок (множитель) или, другими словами, число нулей, которое следует написать после числа 10. В нашем случае емкость конденсатора составляет 10×105 = 1 000 000 пФ = 1 мкФ. Если величина емкости менее 10 пФ, то последней цифрой в обозначении будет 9, например, число 229 соответствует емкости 2,2 пФ.
Рисунок 2.4 - Варианты кодированной маркировки выводного конденсатора
2.3 Катушки индуктивности
Катушка индуктивности (дроссель, индуктор) — элемент электрической цепи, который накапливает энергию в магнитном поле, когда через него протекает электрический ток. dip8.ruznanierussia.ru
Катушка индуктивности состоит из сердечника и намотанной вокруг него проводящей обмотки, электрически изолированной между витками. В качестве сердечника может использоваться воздух либо магнитный материал с определёнными свойствами. dzen.ru
Некоторые особенности конструкции:
· Намотка может быть однослойной (рядовая и с шагом) или многослойной (рядовая, внавал, типа «универсал»).
· Часто намотку выполняют секционированной: группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.
· Для увеличения индуктивности катушки часто снабжают замкнутым или разомкнутым ферромагнитным сердечником. Например, катушки для подавления высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники (ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа), а катушки для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот — сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев).
Некоторые виды катушек индуктивности в промышленной электронике:
· Дроссели — катушки с высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Включаются последовательно с нагрузкой для ограничения переменного тока в цепи. ru.wikipedia.org* electronics.ru
· Сдвоенные дроссели — две намотанные встречно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех. electronics.ru
· Катушки переменной индуктивности (вариометры) — катушки, индуктивность которых можно изменять в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров. Состоят из двух катушек, соединённых последовательно: одна из них неподвижная (статор), другая обычно располагается внутри первой и вращается (ротор). ru.wikipedia.org* electronics.ru
· Индуктивности для двухпроводных линий (сетевые фильтры) — отличаются миниатюрными размерами, предназначены для подавления сетевых помех. 303421.selcdn.ru
Некоторые параметры катушек индуктивности:
· Индуктивность — определяет реакцию катушки на изменение тока. Измеряется в генри (Гн) и зависит от количества витков, материала сердечника и геометрических размеров катушки.
· Номинальный ток — показывает, какой ток катушка может пропускать без перегрева и потери рабочих свойств.
· Сопротивление обмотки — омическое сопротивление создаёт дополнительные потери мощности и влияет на КПД устройства. Чем ниже сопротивление, тем меньше нагрев и выше эффективность элемента.
· Качество намотки — равномерность витков, плотность укладки и отсутствие дефектов влияют на устойчивость параметров. Некачественная намотка повышает паразитную ёмкость и ухудшает частотные свойства катушки.
Катушки индуктивности используются в различных областях: построение цепей с частотно-зависимыми свойствами, импульсные стабилизаторы, слаботочные схемы, электромагнитные системы и реле, индукционные печи и др.
ГОСТ 2.723-68 — межгосударственный стандарт, который устанавливает условные графические обозначения катушек индуктивности, дросселей, трансформаторов, автотрансформаторов, трансдукторов и магнитных усилителей на схемах, выполняемых вручную или автоматизированным способом, изделий всех отраслей промышленности и строительства (рисунок 2.5).
Рисунок 2.5 - Обозначений катушек индуктивности, дросселей, трансформаторов, автотрансформаторов и магнитных усилителей
Вопросы для самоконтроля
Общие вопросы
1. Перечислите основные функции резисторов в электронной аппаратуре.
2. Какие два основных типа резисторов существуют по зависимости тока от напряжения?
3. Назовите основной документ (ГОСТ), регламентирующий условные графические обозначения (УГО) резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности на принципиальных схемах.
4. Что такое ряды номиналов (например, Е6, Е12, Е24)? Для чего они используются?
Резисторы
5. Как на УГО постоянного резистора указывается его номинальная мощность рассеяния?
6. Чем отличается условное обозначение переменного резистора от постоянного?
7. Как обозначается на схеме резистор с дополнительными отводами?
8. По какому конструктивному признаку делятся непроволочные линейные резисторы?
9. Объясните, как указывается номинал сопротивления на схемах для значений: 150 Ом, 4.7 кОм, 1.5 МОм.
10. Как с помощью цветовой маркировки (4 полосы) закодирован резистор с номиналом 470 кОм ±5%? Расшифруйте цвета.
11. Что означает золотая полоса в цветовой маркировке резистора?
12. Назовите наиболее распространённые значения номинальной мощности резисторов широкого применения.
Конденсаторы
13. Дайте определение электрической ёмкости. Напишите формулу для ёмкости плоского конденсатора.
14. На какие пять групп делятся конденсаторы по виду диэлектрика? Приведите по 1-2 примера для каждой группы.
15. Как на схеме обозначается поляризованный электролитический конденсатор? Как обозначается неполяризованный?
16. Что такое «проходной конденсатор» и где он применяется? Как выглядит его УГО?
17. В каких единицах обычно указывается номинальная ёмкость конденсатора? Расшифруйте буквенно-цифровую маркировку: 33П, 47Н, 1М2.
18. Что характеризует номинальное напряжение конденсатора?
19. Расшифруйте код «105» на корпусе керамического конденсатора. Чему равна его ёмкость в пФ, нФ и мкФ?
20. Сколько и какие параметры кодируют цветные полосы на плёночных конденсаторах?
Катушки индуктивности
21. Каково основное физическое свойство и функция катушки индуктивности в электрической цепи?
22. Из каких основных частей состоит катушка индуктивности?
23. Чем дроссель отличается от обычной катушки индуктивности по функциональному назначению?
24. Что такое сдвоенный дроссель и каково его преимущество в схемах фильтрации?
25. Как устроен и для чего предназначен вариометр (катушка переменной индуктивности)?
26. Перечислите основные параметры катушки индуктивности и единицы их измерения.
27. Как качество намотки влияет на электрические параметры катушки?
28. В каких областях промышленной электроники находят применение катушки индуктивности? Приведите не менее трёх примеров.