Лекция 1 Лекция основные элементы электронных устройств

Вид материала

Лекция

Содержание 1.3. Катушки индуктивности 1.4. Полупроводниковые приборы

Подобный материал:

• Магнитные элементы электронных устройств, 24.25kb.
• Записка для учащихся, 131.77kb.
• «Социальная стратификация и социальная мобильность», 46.19kb.
• Лекция Внешние устройства компьютера, 309.96kb.
• Текст лекций н. О. Воскресенская Оглавление Лекция 1: Введение в дисциплину. Предмет, 1185.25kb.
• Электротехника, электроника и схемотехника, 27.1kb.
• Лекция №1, 1780.7kb.
• Лекция Виды обработки точением. Основные типы токарных резцов. Элементы и геометрические, 109.95kb.
• Квантовая и оптическая электроника, 25.63kb.
• 1. Лекция: Понятие информационной безопасности. Основные составляющие. Важность проблемы, 3421.17kb.

Лекция 1.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

1.1. РЕЗИСТОРЫ.

Резисторы – это наиболее распространенные компоненты электронных устройств, с помощью которых в электрической цепи создается требуемое сопротивление и обеспечивается необходимое распределение и регулирование электрической энергии в элементах электронных устройств. Выпускаемые промышленностью резисторы классифицируются по различным признакам. В зависимости от характера изменения сопротивления резисторы подразделяют на постоянные и переменные. По материалу резистивного элемента резисторы делятся на проволочные и непроволочные.

Постоянные непроволочные резисторы подразделяют на пленочные и объемные. Пленочный резистор представляет собой стержень из изоляционного материала, покрытый слоем вещества с малой удельной электрической проводимостью. Для создания высокоомных резисторов токопроводящий слой выполняют в виде спирали.

В зависимости от материала токопроводящего слоя различают металлопленочные, углеродистые пленочные, бороуглеродистые пленочные, металлооксидные и композиционные резисторы.

В металлопленочных резисторах токопроводящим слоем является пленка из сплавов высокого сопротивления, которую наносят на основание из керамики. При изготовлении металлооксидных резисторов в качестве токопроводящего слоя используется пленка оксидов металлов, чаще всего диоксида олова. Эти резисторы отличаются стабильностью при изменениях температуры окружающей среды и других факторов.

У композиционных резисторов токопроводящим слоем является пленка сажи или графита с наполнителем. Эти резисторы просты в изготовлении, имеют невысокую стоимость, но обладают низкой стабильностью и зависимостью сопротивления от приложенного напряжения.

Объемные резисторы представляют собой спрессованные при высокой температуре стержни или параллелепипеды из смеси сажи, корундового порошка и стеклоэмали, которая является связующим веществом. Эти резисторы обладают высокой надежностью при номинальной мощности от 0,125 до 60 Вт.

Постоянные проволочные резисторы изготовляют из манганиновой, нихромовой или константановой проволоки, которую наматывают на трубку из керамики. Сверху в качестве защитного покрытия применяют силикатную эмаль, которая фиксирует витки и изолирует их друг от друга, а также защищает резистор от окисления и механических повреждений. Постоянные проволочные резисторы имеют сопротивление от 0,1 0м до 51 кОм, мощность до 150 Вт и отличаются от пленочных высокой стабильностью, точностью и надежностью в работе. К недостаткам сле­дует отнести их относительно большую паразитную индуктивность, а также высокую стоимость и большие габариты.

Переменные резисторы также подразделяют на непроволочные и проволочные. Обычно переменные резисторы состоят из токопроводящего слоя, который наносят на подковообразную пластину (основание) из гетинакса, и подвижной системы с токосъемом. Концы проводящего слоя и подвижная система имеют выводы. При перемещении подвиж­ного контакта по токопроводящему слою изменяется значение сопро­тивления между подвижным и одним из неподвижных контактов. В зависимости от угла поворота оси подвижного токосъемного контакта значение сопротивления может изменяться по линейному (А), лога­рифмическому (Б) или обратнологарифмическому (В) законам.

Переменные резисторы подразделяются на подстроечные и регулировочные. Подстроечные резисторы рассчитаны на проведение подстройки электрических режимов, обычно устанавливаются на плату и имеют небольшую износоустойчивость, а регулировочные – для проведения многократных регулировок и устанавливаются на внешней панели.

Основными параметрами резисторов являются номинальное сопротивление (номинал), допустимое отклонение от номинала, номинальная мощность и температурный коэффициент сопротивления.

Для резисторов установлено шесть рядов номинальных сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Число, стоящее после символа Е, определяет количество номинальных значений в ряду. Каждый ряд задается числовыми коэффициентами, умноженными на 10ⁿ, где n — целое число. Резисторы изготовляют с номинальными сопротивлениями, соответствующими одному из число­вых коэффициентов. Каждому ряду номинальных сопротивлений соответствует нормализованное допустимое отклонение от номинала. Ряды номиналов и допустимых отклонений от номиналов резисторов широкого применения приведены в таблице 1.

Таблица 1. Ряды номинальных значений.



Номинальная мощность P — максимальная мощность, на которую рассчитан резистор при длительной его работе без изменения параметров в течение гарантийного срока службы. В практических схемах обычно используются резисторы с номинальной мощностью от 0,125 до 2 Вт.

Температурный коэффициент сопротивления (TKR) — величина, характе­ризующая относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1°С. Значение TKR может быть положительным и отрицательным.

Действующая в настоящее время система маркировки допускает вывод как полной, так и сокращенной информации о параметрах резисторов.

Полная маркировка состоит из нескольких элементов. Первый – буква или сочетание букв, обозначающих подкласс резистора ( Р – посто­янные резисторы; РП – переменные резисторы; HP – наборы резисторов). Второй – цифра 1 для непроволочных или 2 для проволочных резисторов. Третий – цифра, обозначающая регистрационный номер каждого типа. Четвертый элемент – номинальная мощность, выраженная в ваттах. Пятый – номинальное сопротивление и буквенное обозначение единицы измерения. Шестой – допускаемое отклонение сопротивления в процентах. Например: Р1–4–0,5–10 кОм ±1%, что означает постоянный непроволочный резистор с регистрационным номером 4, номинальной мощностью 0,5 Вт, номинальным сопротивлением 10 кОм, с допускаемым отклонением номинала ±1%.

На практике используются также резисторы, имеющие маркировку в соответствии с ГОСТом 1968 года, согласно которому первыми элементами в обозначении были буквы: С – для резисторов постоянных; СП – для резисторов переменных. Вторым элементом были цифры, характеризующие материал резистора: 1 – углеродистые тонкослойные; 2 – металлодиэлектрические и металлооксидные тонкослойные; 3 – композиционные пленочные; 4 – композиционные объемные; 5 – проволочные. Третий элемент - порядковый номер разработки. Например, С2–26–0,25–1,0 МОм ±5% означает постоянный металлодиэлектрический резистор с регистрационным номером 26, номинальной мощностью 0,25 Вт, номинальным сопротивлением 1,0 МОм, с допуском ±5%.

Тип резисторов, разработанных до 1968 года, маркируется тремя буквами. Первая буква обозначает материал резистивного элемента (У – углеродистые, М – металлопленочные, П – проволочные и т. д.). Вторая буква обозначает вид защиты (Л – лакированные, Г – герметизированные, Э – эмалированные и т. д.). Третья буква – особые свойства или назначение резистора (Т – теплостойкие, П – прецизионные, В – высоковольтные и т. д.). Например, МЛТ – 2 36 Ом ±10% означает металлизированный лакированный теплостойкий постоянный резистор, номинальной мощностью 2 Вт, номинальным сопротивлением 36 Ом, с допуском ±10%.

При сокращенной маркировке резисторов используется кодированное обозначение номинальных сопротивлений и их допускаемых отклонений. Кодированное обозначение номинала состоит из трех или четырех знаков, включающих две или три цифры и букву. Буква обозначает множитель, на который умножается цифровое обозначение. Буквы Е или R, К, М, Г или G, Т, соответствуют множителям 1, 10³, 10⁶, 10⁹, 10¹².

Если номинал сопротивления резистора выражается целым числом, то обозначение единицы этой величины пишут после него. Например, 47Е означает 47 Ом, 51К – 51кОм. Если значение сопротивления резистора дробное, то буквенное обоз­начение ставят вместо запятой. Например, резистор сопротивлением 2,2 кОм маркируют как 2К2. Если сопротивление резистора выражается десятичной дробью с нулем впереди, то вместо нуля целых и запятой впереди цифры ставят буквенное обозначение единицы этой величины. Например, КЗЗ означает 0,ЗЗ кОм, М51 — 0,51 МОм.

Кодированное обозначение допускаемого отклонения ставится после номинала и состоит из букв, приведенных в таблице 2.

Таблица 2. Коды допускаемых отклонений номинала.



Таблица 3. Цветовой код маркировки номинала резисторов.



Таким образом, маркировка 4K75G обозначает резистор с номинальным со­противлением 4,75 к0м с допускаемым отклонением 2%.

Наряду с цифробуквенной маркировкой резисторов широко используется цветовая кодировка номиналов сопротивлений и их допускаемых отклонений в виде круговых полос. При этом на корпус резистора может быть нанесено до пяти цветных полос. Маркировочные знаки обычно сдвинуты к одному из торцов резистора. Первым считают знак, нанесенный рядом с торцом. Если длина резистора не позволяет сдвинуть маркировку к одному из торцов, то последний знак делают в 1,5 раза крупнее остальных. Цвета маркировочных знаков и соответствующие им цифры номинала и допуска приведены в таблице 3.

Последний знак кода указывает на допускаемое отклонение сопротивления, предпоследний – степень десятичного множителя номинала, а оставшиеся первые два или три знака – цифры номинала.

Например, если у резистора имеется следующий цветовой код: коричневый – зеленый – оранжевый – золотистый, то он означает номинал 15 кОм с допускаемым отклонением ±5%.


1.2. КОНДЕНСАТОРЫ.

Конденсатором называют пассивный элемент электронных ус­тройств, состоящий из двух электродов, разделенных диэлектриком и предназначенный для использования его емкости в электрической цепи. Конденсаторы подразделяют на конденсаторы постоянной емкости, подстроечные и переменные.

Основными параметрами конденсаторов являются: номинальная емкость (номинал), допустимые отклонения от номинала, электрическая прочность, температурный коэффициент емкости, тангенс угла потерь или добротность.

Номиналы емкостей, так же как и отклонения от номина­ла стандартизованы и соответствуют рядам, приведенным для резисторов в таблице 1.

Электрическая прочность конденсаторов характеризуется: номинальным (рабочим) напряжением, при котором конденсатор может работать в течение указанного срока службы и более длительно с соблюдением условий эксплуатации; испытательным напряжением, определяющим способность конденсатора выдерживать кратковременные перегрузки по напряжению; пробивным напряжением, т.е. напряжением, при котором наступает пробой диэлектрика.

Температурный коэффициент емкости ТКЕ – величина, характеризующая относительное изменение емкости конденсатора при изменении температуры на 1°С. Значение ТКЕ может быть положительным, отрицательным и близким к нулю.

Электрические параметры конденсаторов, их конструкция и область применения в значительной степени зависят от типа диэлектрика между обкладками. Различают конденсаторы с газообразным (воздушные), жидким (масляные), твердым неорганическим (слюдяные, керамические, стеклокерамические и др.), твердым органическим (бумажные, пленочные и др.), оксидным (оксидно-полупроводниковые жидкостные, сухие и твердые) диэлектриками.

Большинство конденсаторов являются неполярными. Но особое место занимают электролитические конденсаторы, емкость которых может значительно превышать 1 микрофараду. Оксидный диэлектрик у этих конденсаторов в виде пленки наносят на одну из пластин, в качестве которой служит тонкая алюминиевая или танталовая фольга. Другой пластиной конденсатора является электролит, в зависимости от вида которого различают жидкостные, сухие и твердые электролитические конденсаторы. В связи с тем, что слой оксида с электролитом обладает вентильными свойствами, электролитические конденсаторы являются полярными и на корпусе соответствующую обкладку обозначают знаком +. При включении конденсатора эту обкладку присоединяют к узлу электрической цепи с большим потенциалом, а другую обкладку – к узлу с меньшим потенциалом. Нарушение полярности приводит к выходу из строя конденсатора.

Для относительно небольшого изменения емкости предназначены подстроечные конденсаторы. Наибольшее распространение имеют дисковые подстроечные конденсаторы. Обкладками у них являются два слоя серебра в виде секторов, нанесенных на керамические подвижный и неподвижный диски. При повороте подвижного диска изменяется перекрытие пластин и, соответственно, емкость конденсатора.

Переменные конденсаторы изготавливают в основном с воздушным диэлектриком. Их конструкция в отличие от подстроечных конденсаторов рассчитана на более долговременную работу в режиме вращения ротора.

Маркировка конденсаторов состоит из нескольких элементов. Первый – буква (или две буквы), означающая тип конденсатора: К – конденсатор постоянной емкости; КТ – подстроечный, КП – переменной емкости. Второй – цифры, характеризующие тип диэлектрика и назначение конденсатора. Например, 10 – керамический на номинальное напряжение ниже 1600 В, 24 – слюдяной малой мощности, 32 – слюдяной большой мощности, 50 – электролитический алюминие­вый, 52 – электролитический танталовый объемно-пористый, 53 – оксиднополупроводниковый, 60 – воздушный, 71 – полистирольный с металлизированны­ми обкладками, 75 – комбинированный. Третий элемент маркировки – порядковый номер разработки.

Номинальную емкость конденсатора указывают в долях фарад: мкФ (10^-6 Ф), нФ (10^-9 Ф), и пФ (10^-12 Ф). Для малогабаритных конденсато­ров принята буквенно-цифровая маркировка: М или  — микрофарад, Н или n — нанофарад, П или p — пикофарад.

Маркировку малогабаритных и миниатюрных конденсаторов осущес­твляют следующим образом. Если емкость конденсатора менее 100 пФ, то на корпусе ставят букву П или p, если емкость лежит в пределах до 9100 пФ, то на корпусе ее обозначают в долях нанофарад, если от 0,01 до 0,091 мкФ – в нанофарадах и ставят букву Н или n. На корпусе конденсаторов емкостью от 0, 1 мкФ и более ставят букву М или . Если емкость конденсатора имеет целое число, то единицу этой величины пишут после числа. Например, ЗЗП — 33 пФ, 47n – 47 нФ. Если емкость конденсатора выражается десятичной дробью меньше единицы, то буквенное обозначение ставят вместо нуля и запятой спереди числа. Например, НЗЗ или n33 означает 0,33нФ, М47 или 47 – 0,47 мкФ.

На корпусе конденсаторов, емкость которых выражается десятичной дробью больше единицы, буквенное обозначение единицы этой величи­ны ставят вместо запятой. Например, 6П8 или 6p8 — 6,8 пФ, 1Н5 или 1n5 — 1,5 нФ, 1М5 или 15 — 1,5мкФ.

В обозначении ТКЕ используют как цифробуквенный, так и цветовой код. В первом случае начальная буква означает знак (М – минус, П – плюс, МП – близкое), а последующие цифры указывают значение ТКЕ. Например, М750 соответствует ТКЕ = –750*10^–6 К^–1.

Буква Н указывает на то, что ТКЕ не нормируется, а цифры после нее – на возможное изменение емкости в диапазоне допустимых температур. Например, Н70 указывает на возможное изменение емкости относительно измеренной при температуре 20⁰С не более ±70%.

С помощью таблицы 4 можно определить значение ТКЕ в случае кодирования латинскими буквами или цветом корпуса и цветной точкой.

Для обозначения рабочего напряжения конденсаторов используется буквенный код, приведенный в таблице 5. Этот код ставится после буквенного кода допускаемого отклонения номинала, проставляемого в соответствии с таблицей 3.

Таблица 4. Буквенный и цветовой код групп ТКЕ конденсаторов.



Таблица 5. Буквенный код рабочего напряжения конденсаторов.



Примеры маркировки конденсаторов:

К75-10-250В-0,47мкФ±5% — конденсатор комбинированный постоянной емкости (К75) с порядковым номером разработки 10 на номинальное напряжение 250В, номинальной емкости 0,47мкФ и допустимым отклонением ±5%.

К50-35-16В-47мкФ — конденсатор электролитический алюминиевый полярный постоянной емкости (К50) с порядковым номером разработки 35 на номинальное напряжение 16В, номинальной емкости 47мкФ.

F3n3MG — конденсатор постоянной емкости с ненормированным ТКЕ Н90, номинальной емкости 3,3нФ и допустимым отклонением ±20% на номинальное напряжение 25В.

H47КD — конденсатор постоянной емкости с ТКЕ группы М33, номинальной емкости 0,47мкФ и до­пустимым отклонением ±10% на номинальное напряжение 10В.


1.3. КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ

Катушки индуктивности применяют в качестве элементов колебательных контуров, дросселей и для связи одних цепей с другими. Промышленностью широкой серией выпускаются в основном дроссели. Их главное назначение — обеспечить большое сопротивление для переменных токов и малое для постоянных или низкочастотных токов.

Основным параметром катушки является ее индуктивность, характеризующая величину запасаемой в ней энергии при протекании электрического тока. Катушки с малой индуктивностью изготавливают без сердечника с небольшим числом витков. Для увеличения индуктивности катушку выполняют многослойной и вводят сердечник из ферромагнитного материала.

Потери энергии в катушке должны быть как можно меньше. Поэтому ее стремятся выполнить так, чтобы получить наибольшую индуктивность при малом активном сопротивлении. Отношение индуктивного сопротивления катушки к сопротивлению потерь на данной частоте определяет ее добротность.

Собственная емкость катушки индуктивности является паразитным параметром. Для ее уменьшения катушки секционируют и по возможности разносят витки с максимальной разностью потенциалов.

Низкочастотные унифицированные дроссели маркируются буквой Д с номером спецификации. Малогабаритные высокочастотные дроссели маркируются начальной буквой ДМ. Далее указывается максимально допустимый ток, выраженный в амперах; номинальное значение индуктивности, выраженное в микрогенри; допускаемая погрешность изготовления.


1.4. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

К полупроводниковым приборам относят в первую очередь диоды и транзисторы.

Диодом называют полупроводниковый прибор с одним p-n переходом и двумя выводами. В основе классификации диодов лежит их функциональное назначение, связанное с использованием определенных свойств и явлений в p-n переходе.

Транзисторы подразделяются на биполярные и полевые. Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами и тремя или более выводами. Полупроводниковый кристалл такого транзистора состоит из трех различных областей с чередующимися типами электропроводности. В зависимости от порядка расположения трех областей в полупроводниковом кристалле различают транзисторы n-p-n и p-n-p типов. Центральную область кристалла называют базой (Б), а наружные области – соответственно эмиттером (Э) и коллектором (К). P-n переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, а p-n переход между коллектором и базой – коллекторным. Взаимодействие между переходами обеспечивается малой толщиной базы. При этом эмиттер имеет более высокую концентрацию примесей по сравнению с коллектором, а коллекторный переход реального биполярного транзистора имеет гораздо большую площадь, чем эмиттерный.

Современная маркировка отечественных полупроводниковых приборов широкого применения основывается на буквенно-цифровом коде. Содержание элементов маркировки следующие.

Первый элемент – буква или цифра, обозначает исходный полупроводниковый материал, на основе которого изготовлен полупроводниковый прибор: Г или 1 – германий; К или 2 – кремний или его соединения; А или 3 — соединения галлия; И или 4 – соединения индия.

Второй элемент – буква, определяет подкласс полупроводникового прибора: Т – транзисторы биполярные; П – транзисторы полевые; Д – диоды выпрямительные; С – стабилитроны; В – варикапы.

Третий элемент – цифра, определяет основные функциональные возможности. Например, цифры 1,2,3 указывают на транзисторы малой мощности рассеяния (до 0,3 Вт); цифры 4,5,6 – на транзисторы средней мощности рассеяния (до 1,5 Вт); цифры 7,8,9 – на транзисторы большой мощности рассеяния (более 1,5 Вт). При этом цифры 1,4,7 указывают на низкочастотные транзисторы с граничной частотой до 3 МГц, цифры 2,5,8 — на среднечастотные транзисторы, а цифры 3,6,9 — на высокочастотные транзисторы с граничной частотой выше 30 МГц.

Остальные элементы маркировки – цифры и буквы обозначают порядковый номер технологической разработки прибора.

Примеры маркировки полупроводниковых приборов:

ГТ313А – германиевый биполярный транзистор, маломощный, высокочастотный, номер разработки 13, группа А.

КП904Б – кремниевый полевой транзистор, большой мощности, высокочастотный, номер разработки 4, группа Б.

КС175Е – кремниевый стабилитрон с мощностью рассеяния менее 0,3 Вт, напряжением стабилизации 7,5 В, группа Е.

Если малые габариты приборов не позволяют использовать буквенно-цифровой код, то на корпус наносится цветная маркировка в соответствии технической документацией производителя.

Маркировка полупроводниковых приборов, разработанных до 1964 года, несколько отличается от современной. Например, МП40А соответствует маломощному низкочастотному германиевому транзистору.

При монтаже полупроводниковых приборов необходимо соблюдать определенные правила. Изгиб и пайку выводов можно проводить не ближе 10 мм от корпуса прибора. При этом мощность паяльника должна быть не более 60 Вт, время пайки – не более 3 с. В процессе монтажа прибора необходимо исключить прохождение тока через него и обеспечить надежный теплоотвод.



Примеры маркировки некоторых радиоэлементов показаны на рис.1.

Рис. 1. Примеры маркировки радиоэлементов:

1. – постоянный металлооксидный резистор номинальной мощностью 0,5 Вт номинальным сопротивлением 39 ком с допуском ±5%;
   
2. – постоянный резистор типа МЛТ номинальной мощностью 1 Вт номинальным сопротивлением 5,1ом с допуском ±5%;
   
3. – постоянный резистор номинальным сопротивлением 200 ком;
   
4. – подстроечный пленочный резистор номинальным сопротивлением 240 ом с допуском ±10%;
   
5. – подстроечный конденсатор с воздушным диэлектриком номинальной емкостью от 3 до 12 пикофарад;
   
6. – конденсатор пос­тоянной емкости с ТКЕ группы М33, номинальной емкости 0,47мкФ и до­пустимым отклонением ±10% на номинальное напряжение 10В, 1Х5 – код даты изготовления;
   
7. – конденсатор постоянной емкости с ТКЕ группы Н90, номинальной емкости 3,3 пФ, допустимым отклонением –20+80%;
   
8. – полярный электролитический постоянный конденсатор емкостью 1,6 мкФ на номинальное напряжение 10 В;
   
9. – малогабаритный дроссель индуктивностью 300 микрогенри на номинальный ток 1,2 А;
   
10. – кремниевый стабилитрон напряжением стабилизации 7,5 В;
    
11. – кремниевый выпрямительный диод, точкой обозначен анод;
    
12. – кремниевый биполярный высокочастотный маломощный транзистор, номер разработки 107, группа А;
    
13. – германиевый биполярный низкочастотный транзистор.