Конденсатор и резистор
В электронных схемах есть три основных компонента: конденсатор, резистор и индуктор. Эти отдельные компоненты играют важную роль в том, как ведет себя электронная схема, причем каждый из них соединен проводящими проводами, через которые может протекать электрический ток. Эти компоненты обычно подразделяются на два класса как активные и пассивные компоненты. Компоненты, способные управлять током с помощью другого электрического сигнала, называются активными компонентами, тогда как пассивные компоненты — это те, которые реагируют на поток тока и либо рассеивают, либо сохраняют энергию. Активные компоненты требуют запуска какого-либо внешнего источника питания. Резисторы и конденсаторы являются пассивными компонентами, тогда как транзисторы классифицируются как активные компоненты электронной схемы. Эта статья поможет вам лучше понять два основных электронных компонента в деталях и разницу между ними.
Что такое резистор?
Резисторы являются фундаментальными компонентами электрических и электронных схем, используемых для управления значениями напряжения и тока в цепях. Они в основном энергопотребляющие элементы, которые ограничивают поток тока достаточным количеством тока и напряжения, которое вы хотите точно в своих цепях. Резистор используется, когда требуется большее количество тока, чтобы препятствовать достижению желаемого количества тока без какого-либо сопротивления. Они представляют собой пассивные двухконтактные компоненты, которые реализуют сопротивление, чтобы уменьшить поток тока до безопасного значения. Они преобразуют электрическую энергию в тепло, которая затем рассеивается в воздух. Резисторы обычно подразделяются на два типа: фиксированные и переменные. Сопротивление измеряется в «Ом».
Что такое конденсатор?
Конденсаторы создаются из двух металлических пластин с изолятором между ними. Это один из фундаментальных пассивных компонентов, используемых в электрических цепях, и то, что делает их настолько особенными, это их способность хранить энергию. Они сохраняют потенциальную энергию в электрическом поле и при необходимости возвращают ее в цепь. Каждый конденсатор сконструирован так, чтобы иметь определенный объем емкости, который определяет, сколько электрического заряда он может хранить. Емкость измеряется в «Фарадах» и сокращается как «F». Цель конденсатора — противостоять резким изменениям напряжения, подавая энергию на цепь.
Разница между конденсатором и резистором
Основы конденсатора и резистора:
Конденсатор и резистор являются двумя наиболее распространенными базовыми компонентами, используемыми в электронных схемах, каждый из которых может быть описан с точки зрения соотношения между токовым током и напряжением на компоненте. Оба являются компонентами хранения энергии, но они отличаются тем, как они хранят энергию. Резистор представляет собой электронный компонент, используемый для противодействия потоку тока в цепи. Это больше похоже на трение, которое ограничивает энергию. Конденсатор, с другой стороны, представляет собой электронный компонент, используемый для хранения электрического заряда. Он, как правило, выступает против изменений тока в электрических и электронных схемах.
Работа конденсатора и резистора:
Резистор представляет собой пассивный двухконтактный электрический компонент, который реализует контролируемые количества сопротивления в электрических цепях, что означает, что он ограничивает количество тока, протекающего через устройство. Он не делает ничего активного в какой-либо электронной цепи; Фактически, он просто подключен к цепи, чтобы иметь токи и напряжения, которые вы хотите точно в своей цепи. С другой стороны, конденсатор сохраняет потенциальную энергию в электрическом поле и при необходимости возвращает его обратно в схему. Проще говоря, он заряжает и разряжает электрический заряд, хранящийся в цепи.
Функция конденсатора и резистора:
Резистор представляет собой небольшой пакет сопротивления, который управляет потоком тока к другим компонентам в электрической цепи. Он не только используется для усиления сигналов, но и для ограничения потока тока, регулировки уровней сигнала, завершения линий передачи и т. Д. Он ограничивает текущий поток безопасным значением. Конденсатор состоит из двух или более параллельных проводящих пластин с изолятором между ними. Функция конденсатора заключается в том, чтобы оставить положительные и отрицательные заряды отделенными друг от друга. Эффект конденсатора известен как емкость.
Измерение для конденсатора и резистора
Сопротивление — это мера противодействия потоку тока в электрической цепи, а единица электрического сопротивления — «Ом» и представлена Ω. Он определяется законом Ома и задается как R = V / I, где V — падение напряжения, измеренное в «вольтах», а I — ток в резисторе, измеренный в «ампер». Емкость — это способность хранить электрическую энергию, которая определяется как C = q / V, где q — меры заряда в «кулонах», а V — напряжение, измеренное в «вольтах».
Конденсатор против резистора: сравнительная таблица
Резюме резистора конденсатора
Конденсатор и резистор — это два основных компонента, используемые в электрических и электронных схемах, которые далее классифицируются на активные и пассивные компоненты. Активные компоненты управляют потоком энергии и способны вводить в цепь чистую энергию, тогда как пассивные компоненты не могут полагаться на источник мощности и не способны управлять током с помощью другого электрического сигнала.Резисторы и конденсаторы относятся к категории пассивных компонентов, за исключением того, что резисторы ограничивают поток тока в цепи, тогда как конденсаторы обеспечивают реактивное сопротивление потоку тока и используются для хранения электрического заряда. Они являются наиболее важными компонентами, используемыми в различных электрических или электронных схемах.
Резисторы. Конденсаторы. Индуктивности. Классификация. Основные параметры. Условные обозначения.
Рези́стор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь) — пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома для участка цепи: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току проходящему через него 
.
резисторы общего назначения
резисторы специального назначения
высокоомные (сопротивления от десятка МОм до единиц ТОм, рабочие напряжения 100..400 В)
высоковольтные (рабочее напряжения — десятки кВ)
высокочастотные (имеют малые собственные индуктивности и ёмкости, рабочие частоты до сотен МГц)
прецизионные и сверхпрецизионные (повышенная точность, допуск 0,001 — 1 %)
По способу защиты:
По способу монтажа:
для микросхем и микромодулей
По виду вольт-амперной характеристики:
варисторы — сопротивление зависит от приложенного напряжения
терморезисторы — сопротивление зависит от температуры
фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости
тензорезисторы — сопротивление зависит от деформации резистора
магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного поля
По характеру изменения сопротивления:
переменные регулировочные резисторы
переменные подстроечные резисторы
По технологии изготовления [ источник не указан 1026 дней ] :
Проволочные резисторы. Представляют собой кусок проволоки с высоким удельным сопротивлением, намотанный на какой-либо каркас. Могут иметь значительную паразитную индуктивность. Высокоомные малогабаритные проволочные резисторы иногда изготавливают из микропровода.
Плёночные металлические резисторы. Представляют собой тонкую плёнку металла с высоким удельным сопротивлением, напылённую на керамический сердечник, на концы сердечника надеты металлические колпачки с проволочными выводами. Иногда, для повышения сопротивления, в плёнке прорезается винтовая канавка. Это наиболее распространённый тип резисторов.
Металлофольговые резисторы. В качестве резистивного материала используется тонкая металлическая лента.
Угольные резисторы. Бывают плёночными и объёмными. Используют высокое удельное сопротивление графита.
Интегральный резистор. Используется сопротивление слаболегированного полупроводника. Эти резисторы могут иметь большую нелинейность вольт-амперной характеристики. В основном используются в составе интегральных микросхем, где применить другие типы резисторов невозможно или не технологично.
Основными параметрами резисторов являются: номинальное сопротивление и его допустимое отклонение, номинальная мощность рассеивания, предельное рабочее напряжение, температурный коэффициент сопротивления и шумы.
Номинальное сопротивление постоянных и переменных резисторов указывает значение их сопротивления в омах, килоомах или мегаомах и проставляется на резисторах. Установлено шесть рядов номинальных значений сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Цифры после букв указывают число номинальных значений в данном ряду.
Допустимое отклонение сопротивления указывает на наибольшее возможное отклонение от номинального значения в сторону увеличения или уменьшения действительного значения активного сопротивления резисторов и выражается в процентах.
Номинальная мощность рассеивания указывает максимально допустимую мощность, которую резистор может рассеивать при длительной электрической нагрузке, нормальных атмосферном давлении и температуре. Непроволочные резисторы изготовляют на номинальную мощность 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5 и 10 Вт, а проволочные — 0,2—150 Вт. Как показано на pисунке 2, на пpинципиальных электpических схемах номинальную мощность pассеивания обозначают условно чеpточками на изобpажении pезистоpа для мощностей менее одного Ватта и pимскими цифpами пpи мощностях, пpевышающих один Ватт. Номинальная мощность рассеивания резисторов должна быть на 20—30 % больше рабочей рассеиваемой мощности.
Предельное рабочее напряжение — это максимально допустимое напряжение, приложенное к выводам резистора, которое не вызывает превышения норм технических условий (ТУ) на электрические параметры. Эта величина задается для нормальных условий эксплуатации и зависит от длины резистора, шага спиральной нарезки, температуры, давления окружающей среды и атмосферного давления. Чем выше температура и ниже атмосферное давление, тем выше вероятность теплового или электрического пробоя и выхода из строя резистора.
Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) характеризует относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 °С. У непроволочных резисторов, применяемых в БРЭА, ТКС не превышает ±0,04—0,2 %, а у проволочных — ±0,003—0,2 %.
Шумы в резисторах обусловлены хаотическим движением носителей зарядов, что вызывает появление дополнительного шумового напряжения на выводах резисторов и создает помехи при прохождении сигнала. Собственные шумы резисторов бывают тепловые и токовые.
Тепловые шумы возникают под действием хаотического движения электронов в токопроводящем слое, что вызывает микроизменения сопротивления резистора и переменные пульсации напряжения в нем. С увеличением температуры резистора тепловые шумы возрастают. Токовые шумы появляются в углеродистых, металлизированных и композиционных резисторах. С увеличением приложенного напряжения они возрастают. Наибольшие токовые шумы создают непроволочные резисторы. Проволочные резисторы обладают лишь тепловыми шумами, гораздо меньшими, чем токовые.
Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.
Классификация конденсаторов
Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.
По виду диэлектрика различают:
Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
Конденсаторы с жидким диэлектриком.
Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спечённого порошка.
Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ
50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.
Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:
Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термоконденсаторы). Применяются, например, в радиоприёмниках для перестройки частоты резонансного контура.
Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.
В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.
Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и другие.
Урок №4. Пассивные радиоэлементы (резистор,конденсатор)
Вот мы и подошли в плотную к изучению самой электроники. До этого мы изучали в основном элементы электротехники, которые для нас очень важны. Этот урок так же, будет очень насыщенным и требует от вас особой усидчивости и понимания. А самое главное, что через пару таких серьезных уроков как этот, вы смело приступите к сборке и пайке своих первых простеньких устройств. Это конечно должно вас взбодрить и добавить стимула, чтобы пройти и освоить все уроки до конца. Поверьте мне, если ваша первая конструкция будет работать с первого момента подачи на нее питания, то это в первую очередь будет ваша заслуга и ваши плоды тщательного изучения и анализа уроков. Данный урок, как и предыдущий, рассчитан на зубрежку. Все что выделено черным курсивом нужно заучивать, даже если вы пока ничего не понимаете. Формулы которые приводятся, тоже нужно заучивать (для чего это нужно, думаю — пояснять не надо). Практического задания в этом уроке не будет, так как он рассчитан, как и предыдущий на тщательное изучение и анализ. Интересные практические работы у нас начнутся с 8 — го и далее уроков. К этому моменту, я думаю что у вас будет уже достаточно знаний.
- 1 РЕЗИСТОРЫ
- 1.1 Типы резисторов
- 1.2 Характеристики резисторов
- 1.3 Конструкции резисторов
- 1.4 Обозначение резисторов
- 1.5 Схема соединение резисторов
- 2.1 Емкость, единицы измерения.
- 2.2 Сопротивление конденсатора
- 2.3 Конструкция и типы конденсаторов
- 2.4 Напряжение конденсатора
- 2.5 Конденсатор переменной емкости
РЕЗИСТОРЫ
Пожалуй, самые популярные элементы схем. В транзисторном приемнике средней сложности, например, их может быть 20-25 штук. Используют их для ограничения тока в цепях, для создания на отдельных участках цепей падений напряжений, для разделения пульсирующего тока на его составляющие, для регулирования громкости, тембра звука и т.д.
Типы резисторов
Для резисторов сравнительно небольших сопротивлений, рассчитанных на токи в несколько десятков миллиампер, используют тонкую проволоку из никелина, нихрома и некоторых других металлических сплавов. Это проволочные резисторы.
Для резисторов больших сопротивлений, рассчитанных на сравнительно небольшие токи, используют различные сплавы металлов и углерод, которые тонкими слоями наносят на изоляционные материалы. Эти резисторы называют непроволочными (металлопленочными) резисторами.
Как проволочные, так и непроволочные резисторы могут быть постоянными, т.е. с неизменными сопротивлениями, и переменными, сопротивления которых в процессе работы можно изменять от некоторых минимальных до их максимальных значений.
Характеристики резисторов
Основные характеристики резистора: номинальное, т. е. указанное на его корпусе сопротивление, номинальная мощность рассеяния и наибольшее возможное отклонение действительного сопротивления от номинального (указываемое в процентах).
Мощностью рассеяния называют ту наибольшую мощность тока, которую резистор может длительное время выдерживать и рассеивать в виде тепла без ущерба для его работы. Если, например, через резистор сопротивлением 100 Ом течет ток 0,1 А, то он рассеивает мощность 1 Вт., (как это посчитать, вы уже знаете из предыдущего урока). Если резистор не рассчитан на такую мощность, то он может быстро сгореть. Номинальная мощность рассеяния — это, по существу, характеристика электрической прочности резистора. Наша промышленность выпускает постоянные и переменные резисторы разных конструкций и номиналов: от нескольких ом до десятков и сотен мегаом.
Конструкции резисторов
Из постоянных наиболее распространены металлопленочные резисторы МЛТ (Металлизованные Лакированные Теплостойкие). Конструкции резистора этого типа показана на (рис.1, а) . Его основой служит керамическая трубка, на поверхность которой нанесен слой специального сплава, образующего токопроводящую пленку толщиной 0,1 мкм. У высокоомных резисторов этот слой может иметь форму спирали. На концы стержня с токопроводящим покрытием напрессованы металлические колпачки, к которым приварены контактные выводы резистора. Сверху корпус резистора покрыт влагостойкой цветной эмалью. Резисторы МЛТ изготовляют на мощности рассеяния 2, 1, 0,5, 0,25 и 0,125 Вт. Их обозначают соответственно: МЛТ-2, МЛТ-1, МЛТ-0,5, МЛТ-0,25 и МЛТ-0,125. Внешний вид этих резисторов и условные изображения мощностей рассеяния на принципиальных схемах показаны на (рис.1, б и в).
Рис.1 Постоянные резисторы и их условно — графическое обозначение на схемах (УГО).
Со временем вы научитесь распознавать мощности рассеяния резисторов по их внешнему виду. Наибольшее возможное отклонение действительного сопротивления резистора от номинального выражают в процентах. Если, например, номинал резистора 100 кОм с допуском 10%, это значит, что его фактическое сопротивление может быть в пределах от 90 до 110 кОм.
Переменный непроволочный резистор устроен так (на рис. 2 резистор СП-1 показан без защитной крышки): к круглому пластмассовому основанию приклеена дужка из гетинакса, покрытая тонким слоем сажи (резистивный слой), перемешанной с лаком. Этот слой, обладающий сопротивлением, и является собственно резистором. От обоих концов слоя сделаны выводы. В центр основания впрессована втулка. В ней вращается ось, а вместе с осью фигурная гетинаксовая пластинка. На внешнем конце пластинки укреплена токосъемная щетка (ползунок) из нескольких пружинящих проволочек, которая соединена со средним выводным лепестком. При вращении оси щетка перемещается по слою сажи на дужке, вследствие чего изменяется сопротивление между средним и крайними выводами. Сверху резистор закрыт металлической крышкой, предохраняющей его от повреждений.
Рис.2 Конструкция и УГО переменных резисторов на схемах.
Так или примерно так, устроены почти все переменные резисторы, в том числе типов СП (Сопротивление Переменное), СПО (Сопротивление Переменное Объемное) и ВК. Резисторы ТК отличаются от резисторов ВК только тем, что на их крышках смонтированы выключатели, используемые для включения источников питания. Принципиально так же устроены и малогабаритные дисковые переменные резисторы, например типа СПЗ-Зв. Переменные непроволочные резисторы изготовляют с номинальными сопротивлениями, начиная с 47 Ом, с допусками отклонения от номинала 20, 25 и 30%.
Обозначение резисторов
На принципиальных схемах, чтобы не загромождать их, используют систему сокращенных обозначений сопротивлений резисторов, при которой наименования единиц их сопротивлений (Ом, кОм, МОм) при числах не ставят.
Сопротивления резисторов от 1 до 999 Ом обозначают на принципиальных схемах целыми числами, соответствующими омам, а сопротивления резисторов от 1 до 999 кОм — цифрами, указывающими число килоОм, с буквой (К). Большие сопротивления резисторов указывают в мегаомах с буквой (М).
Вот несколько примеров обозначения сопротивлений резисторов на схемах: R1 270 соответствует 270 Ом; R2 6,8к — 6800 Ом; R3 56 к — 56 кОм (56 000 Ом); R4 220к-220кОм (0,22 МОм); R5 1.5М — 1,5 МОм. Сразу же сделаю оговорку: для подавляющего большинства радиолюбительских конструкций без ущерба для их работы допустимо отклонение от указанных на схемах номиналов резисторов в пределах до 10-15%, порой и больше. Это значит, что резистор сопротивлением, например, 5,1 кОм может быть заменен резистором ближайшего к нему номинала, т. е. резистором с номиналом 4,7 или 5.6кОм.
Схема соединение резисторов
Представьте себе такой случай. Вам нужен резистор определенного сопротивления. А у вас нет такого, но есть резисторы других номиналов. Можно ли из них составить резистор нужного сопротивления? Можно, конечно, если знать элементарный расчет последовательного и параллельного соединений сопротивлений электрических цепей и резисторов. При последовательном соединении резисторов (рис.3, а) их общее сопротивление Rобщ. равно сумме сопротивлений всех соединенных в эту цепочку резисторов, т.е.
Рис.3 Последовательное (а) и параллельное (б) соединение резисторов.
Rобщ. = Rl + R2 + R3 и т.д. Так, например, если R1 = 15кOм и R2 = 33 кОм, то их общее сопротивление Rобщ. = 15 + 33 = 48 кОм (ближайшие номиналы 47 и 51 кОм). При параллельном соединении резисторов (рис.3, б) их общее сопротивление Rобщ. уменьшается и всегда меньше сопротивления каждого отдельно взятого резистора. Результирующее сопротивление цепи из параллельно соединенных двух резисторов рассчитывают по такой формуле: Rобщ. = Rl * R2 / (Rl + R2) т. е. произведение двух резисторов делят на сумму. Если оба резистора имеют одинаковый номинал, тогда значение номинала одного из резисторов, просто делят на 2. Допустим, что R1 = 20кОм, a R2 = 30 кОм. Общее сопротивление участка цепи, состоящей из этих двух резисторов, равно: Rобщ. = Rl * R2 / (R1 + R2) = 20 * 30 / (20 + 30) = 12 кОм. Нужно сказать что при соединении параллельно более двух резисторов Rобщ. расчитывают по нижеприведенной формуле:
КОНДЕНСАТОРЫ
Конденсаторы, как и резисторы, относятся к наиболее многочисленным элементам радиотехнических устройств. Основное свойство конденсаторов, это способность накапливать электрический заряд.
Емкость, единицы измерения.
Основной параметр конденсатора это его емкость.
Емкость конденсатора будет тем значительнее, чем больше площадь его обкладок и чем тоньше слой диэлектрика между ними. Основной единицей электрической емкости является фарада (сокращенно Ф), названная так в честь английского физика М. Фарадея. Однако 1 Ф — это очень большая емкость. Земной шар, например, обладает емкостью меньше 1 Ф. В электро и радиотехнике пользуются единицей емкости, равной миллионной доле фарады, которую называют микрофарадой (сокращенно мкФ). В одной фараде 1000000 мкФ, т.е. 1 мкФ = 0,000001 Ф. Но и эта единица емкости часто оказывается слишком большой. Поэтому существует еще более мелкая единица емкости, именуемая пикофарадой (сокращенно пФ), представляющая собой миллионную долю микрофарады, т.е. 0,000001 мкФ; 1 мкФ = 1000000 пФ. Все конденсаторы, будь то постоянные или переменные, характеризуются прежде всего их емкостями, выраженными соответственно в пикофарадах, нанофарадах и микрофарадах.
На принципиальных схемах емкость конденсаторов от 1 до 9999 пФ указывают целыми числами, соответствующими их емкостям в этих единицах без обозначения пФ, а емкость конденсаторов от 0,01 мкФ (10000 пФ) и более — в долях микрофарады или микрофарадах без обозначения мкФ. Если емкость конденсатора равна целому числу микрофарад, то в отличие от обозначения емкости в пикофарадах после последней значащей цифры ставят запятую и нуль.
Примеры обозначения емкостей конденсаторов на схемах: С1 47 соответствует 47 пФ, С2 3300 соответствует 3300 пФ; СЗ 0,47 соответствует 0,047 мкФ (47000 пФ); С4 0,1 соответствует 0,1 мкФ; С5 20,0 соответствует 20 мкФ. Существует еще и промежуточная величина емкости — нанофарад, это тысячная доля микрофарад. Например: 1000пф = 1нф или 0,01мкф = 10нф, как перевести большую физическую величину , в меньшую и наоборот я думаю вы уже догадались, здесь чистая математика.
Сопротивление конденсатора
Я уже говорил, что конденсатор в простейшем виде представляет собой две пластинки, разделенные диэлектриком. Если его включить в цепь постоянного тока, то ток в этой цепи прекратится. Да это и понятно: через изолятор, которым является диэлектрик конденсатора, постоянный ток течь не может. Включение конденсатора в цепь постоянного тока равнозначно разрыву ее (мы не принимаем во внимание момент включения, когда в цепи появляется кратковременный ток зарядки). Иначе ведет себя конденсатор в цепи переменного тока. Вспомним: полярность напряжения на зажимах источника переменного тока периодически меняется. Значит, если включить конденсатор в цепь, питаемую от такого источника тока, его обкладки будут попеременно перезаряжаться с частотой этого тока. В результате в цепи будет протекать переменный ток. Конденсатор подобно резистору и катушке индуктивности оказывает переменному току сопротивление, но разное, для токов различных частот. Он может хорошо пропускать токи высокой частоты и одновременно быть почти изолятором для токов низкой частоты.
Радиолюбители, например, иногда вместо наружных антенн используют провода электроосветительной сети, подключая приемники к ним через конденсатор емкостью 220-510 пФ. При такой емкости хорошо пропускает токи высокой частоты, необходимые для работы приемника, но оказывает большое сопротивление переменному току частотой 50 Гц, текущему в сети. В этом случае конденсатор становится своеобразным фильтром, пропускающим ток высокой частоты и задерживающим ток низкой частоты.
Емкостное сопротивление конденсатора переменному току зависит от его емкости и частоты тока: чем больше емкость конденсатора и частота тока, тем меньше его емкостное сопротивление. Это сопротивление конденсатора можно с достаточной точностью определить по такой упрощенной формуле: Rc = 1 / 6*F*С, где Rс — емкостное сопротивление конденсатора, Ом; F — частота тока, Гц; С — емкость данного конденсатора, Ф; цифра 6 — округленное до целых единиц значение 2Рс (точнее 6,28, так как Пи = 3,14).
Пользуясь этой формулой, давайте узнаем, как ведет себя конденсатор по отношению к переменным токам, если использовать провода электросети в качестве антенны.
Допустим, что емкость этого конденсатора 500 пФ (500 пФ = 0,0000000005 Ф).
Частота тока электросети 50 Гц.
За среднюю несущую частоту радиостанции примем 1 МГц (1000000 Гц), что соответствует волне длиной 300 м.
Какое сопротивление конденсатор оказывает радиочастоте? Rс = 1 / (6 * 1000000 * 0,0000000005) = 300 Ом.
А переменному току электросети? Rc = l / (6 * 50 * 0,0000000005) = 7 МОм, приближенно.
И вот результат: конденсатор емкостью 500 пФ оказывает току высокой частоты в 20000 раз меньшее сопротивление, чем току низкой частоты. Убедительно? Конденсатор меньшей емкости оказывает переменному току сети еще большее сопротивление.
Нужно запомнить: емкостное сопротивление конденсатора переменному току уменьшается с увеличением его емкости и частоты тока, и наоборот, увеличивается с уменьшением его емкости и частоты тока, это свойство конденсатора, не пропускать постоянный ток и по разному проводить переменные токи различных частот используют для разделения пульсирующих токов на их составляющие, задержания токов одних частот и пропускания токов других частот (емкостные фильтра).
Конструкция и типы конденсаторов
Все конденсаторы постоянной емкости имеют токопроводящие обкладки, а между ними керамика, слюда, бумага или какой — либо другой твердый диэлектрик. По виду используемого диэлектрика конденсаторы называют соответственно керамическими, слюдяными, бумажными. Внешний вид некоторых керамических конденсаторов постоянной емкости показан на рис.4. У них диэлектриком служит специальная керамика, обкладками — тонкие слои посеребренного металла (напыление), нанесенные на поверхности кермики, а выводами — латунные посеребренные проволочки или полоски, припаянные к обкладкам. Сверху корпус покрыт эмалью.
Наиболее распространены керамические конденсаторы типов КДК (Конденсатор Дисковый Керамический) и КТК (Конденсатор Трубчатый Керамический), КМ. У типа КТК одна обкладка нанесена на внутреннюю, а вторая — на внешнюю поверхность тонкостенной керамической трубочки. Иногда трубчатые конденсаторы помещают в герметичные фарфоровые футлярчики с металлическими колпачками на концах. Это конденсаторы типа КГК. Керамические конденсаторы обладают сравнительно небольшими емкостями — до нескольких тысяч пикофарад. Их ставят в те цепи, в которых течет ток высокой частоты (цепь антенны, колебательный контур), для связи между ними.
Чтобы получить конденсатор небольших размеров, но обладающий относительно большой емкостью, его делают не из двух, а из нескольких пластин, сложенных в стопку и отделенных друг от друга диэлектриком (рис.5). В этом случае каждая пара расположенных рядом пластин образует конденсатор. Соединив эти пары пластин параллельно, получают конденсатор значительной емкости. Так устроено большинство конденсаторов со слюдяным диэлектриком. Их пластинами — обкладками служат листочки из алюминиевой фольги или слои серебра, нанесенные непосредственно на слюду, а выводами — отрезки посеребренной проволоки. Такие конденсаторы опрессованы пластмассой. Это конденсаторы КСО. В их наименовании имеется цифра, характеризующая форму и размеры, например: КСО-1, КСО-5. Чем больше цифра, тем больше и размеры конденсатора.
Некоторые слюдяные конденсаторы выпускают в керамических влагонепроницаемых корпусах. Их называют конденсаторами типа СГМ. Емкость слюдяных конденсаторов бывает от 47 до 50000 пФ (0,05 мкФ). Как и керамические, они предназначены для высокочастотных цепей, а также для использования в качестве блокировочных и для связи между высокочастотными цепями. В бумажных конденсаторах (рис. 5) диэлектриком служит пропитанная парафином тонкая бумага, а обкладками — фольга. Полоски бумаги вместе с обкладками свертывают в рулон и помещают в картонный или металлический корпус. Чем шире и длиннее обкладки, тем больше емкость.
Бумажные конденсаторы применяют главным образом в низкочастотных цепях, а также для блокировки источников питания. Разновидностей конденсаторов с бумажным диэлектриком много. И все имеют в своем обозначении букву Б (Бумажные). Конденсаторы типа БМ (Бумажные Малогабаритные) заключены в металлические трубочки, залитые с торцов специальной смолой (старого образца). Конденсаторы КБ имеют картонные цилиндрические корпуса. Конденсаторы типа КБГ — И помещают в фарфоровые корпуса с металлическими торцовыми колпачками, соединенными с обкладками, от которых отходят узкие выводные лепестки. Конденсаторы емкостью до нескольких микрофарад выпускают в металлических корпусах. К ним относятся конденсаторы типов КБГ-МП, КБГ-МН, КБГТ. В одном корпусе их может быть два — три.
Рис.5 Слюдяные конденсаторы. Бумажные и металлобумажные конденсаторы посоянной емкости.
Диэлектриком конденсаторов типа МБМ (Металлобумажный Малогабаритный) служит лакированная конденсаторная бумага, а обкладками — слои металла толщиной меньше микрона, нанесенные на одну сторону бумаги. Характерная особенность конденсаторов этого типа — способность самовосстанавливаться после электрического пробоя диэлектрика. Особую группу конденсаторов постоянной емкости составляют электролитические (рис. 6). По внутреннему устройству электролитический конденсатор несколько напоминает бумажный. В нем имеются две ленты из алюминиевой фольги. Поверхность одной из них покрыта тончайшим слоем окиси. Между алюминиевыми лентами проложена лента из пористой бумаги, пропитанной специальной густой жидкостью — электролитом. Эту четырехслойную полосу скатывают в рулон и помещают в алюминиевый цилиндрический стакан или патрончик. Диэлектриком конденсатора служит слой окиси. Положительной обкладкой является та лента, которая имеет слой окиси. Она соединяется с изолированным от корпуса лепестком. Вторая, отрицательная обкладка — бумага, пропитанная электролитом через ленту, на которой нет слоя окиси, соединяется с металлическим корпусом. Таким образом, корпус является выводом отрицательной, а изолированный от него лепесток — выводом положительной обкладки электролитического конденсатора. Так, в частности, устроены конденсаторы типов КЭ, К50-3. Конденсаторы КЭ-2 отличаются от конденсаторов типов КЭ только пластмассовой втулкой с резьбой и гайкой для крепления на панели. Алюминиевые корпуса конденсаторов К5О-3 имеют форму патрончика диаметром 4,5-6 и длиной 15-20 мм. Выводы — проволочные. Аналогично устроены и конденсаторы типа К50-6. Но у них выводы электродов (обкладок) изолированы от корпусов. На принципиальных схемах электролитические конденсаторы изображают так же, как и другие конденсаторы постоянной емкости, двумя — черточками, но возле положительной обкладки ставят знак « + ». Электролитические конденсаторы обладают большими емкостями — от долей до нескольких тысяч микрофарад. Они предназначены для работы в цепях с пульсирующими токами, например, в фильтрах выпрямителей переменного тока, для связи между низкочастотными цепями. При этом отрицательный электрод конденсатора соединяют с отрицательным полюсом цепи, а положительный — с ее положительным полюсом. При несоблюдении полярности включения электролитический конденсатор выходит из строя. Номинальные емкости электролитических конденсаторов пишут на их корпусах. Фактическая емкость может значительно отличаться от номинальной.
Напряжение конденсатора
Важнейшей характеристикой любого конденсатора, кроме емкости, является также его номинальное напряжение, т.е. то напряжение, при котором конденсатор может длительное время работать, не утрачивая свои свойства. Это напряжение зависит от свойств и толщины слоя диэлектрика конденсатора. Керамические, слюдяные, бумажные и металлобумажные конденсаторы различных типов рассчитаны на номинальные напряжения от 150 до 1000 В и более. Электролитические конденсаторы выпускают на номинальные напряжения от нескольких вольт до 30-50 В и от 150 до 450-500 В. В связи с этим их подразделяют на две группы: низковольтные и высоковольтные. Конденсаторы первой группы используют в цепях со сравнительно небольшим напряжением, а конденсаторы второй группы — в цепях с относительно высоким напряжением.
Рис.6 Электролитические конденсаторы.
Подбирая конденсаторы для своих конструкций, всегда обращайте внимание на их номинальные напряжения. В цепи с меньшим напряжением, чем номинальное, конденсаторы включать можно, но в цепи с напряжением, превышающим номинальное, их включать нельзя. Если на обкладках конденсатора окажется напряжение, превышающее его номинальное напряжение, то диэлектрик пробьется (электролитический конденсатор в этом случае еще не плохо разрывается, так что будте осторожны . ). Пробитый конденсатор непригоден для работы.
Конденсатор переменной емкости
Теперь о . Устройство простейшего конденсатора переменной емкости вы видите на рис. 7. Одна его обкладка — статор и неподвижна. Вторая — ротор и совмещена с осью. При вращении оси площадь перекрытия обкладок, а вместе с нею и емкость конденсатора изменяются. Конденсаторы переменной емкости, применяемые в настраиваемых колебательных контурах приемников, состоят из двух групп пластин (рис. 8, а), сделанных из листового алюминия или латуни. Пластины ротора соединены осью. Статорные пластины также соединены и изолированы от ротора. При вращении оси пластины статорной группы постепенно входят в воздушные зазоры между пластинами роторной группы, отчего емкость конденсатора плавно изменяется. Когда пластины ротора полностью выведены из зазоров между пластинами статора, емкость конденсатора наименьшая; ее называют начальной емкостью конденсатора. Когда роторные пластины полностью введены между пластинами статора, емкость конденсатора будет наибольшей, т.е. максимальной для данного конденсатора. Максимальная емкость конденсатора будет тем больше, чем больше в нем пластин и чем меньше расстояние между подвижными и неподвижными пластинами.В конденсаторах, показанных на рис. 7 и 8, а, диэлектриком служит воздух. В малогабаритных конденсаторах переменной емкости (рис. 8, б) диэлектриком может быть бумага, пластмассовые пленки, керамика. Такие конденсаторы называют конденсаторами переменной емкости с твердым диэлектриком.
При меньших габаритах, чем конденсаторы с воздушным диэлектриком, они могут иметь значительные максимальные емкости. Именно такие конденсаторы и применяют для настройки колебательных контуров малогабаритных транзисторных приемников. Наиболее распространены конденсаторы переменной емкости, имеющие начальную емкость в несколько пикофарад и наибольшую 240 — 490 пФ. Не исключено, что один из таких конденсаторов вы уже видели и использовали для настройки своего первого радиоприемника. В приемниках с двумя настраивающимися колебательными контурами используют блоки конденсаторов переменной емкости (КПЕ — спаренные, строенные и т.д.). В блоке КПЕ, показанном на рис. 9, два конденсатора, роторы которых имеют общую ось. При вращении оси одновременно изменяются емкости обоих конденсаторов. Одиночные конденсаторы и блоки конденсаторов переменной емкости с воздушным диэлектриком требуют к себе бережного отношения. Даже незначительное искривление или иное повреждение пластин приводит к замыканию между ними. Исправление же пластин конденсатора — дело сложное. К числу конденсаторов с твердым диэлектриком относятся и подстроечные конденсаторы, являющиеся разновидностью конденсаторов переменной емкости.
Рис.7 Простейший конденсатор переменной емкости. Рис.8 Конденсаторы переменной емкости с воздушным (а) и твердым (б) диэлектриком.
Рис.9 Пример конструкции двухсекционного конденсатора, с воздушным диэлектриком, переменной емкости.
Чаще всего такие конденсаторы используют для подстройки контуров в резонанс, поэтому их называют подстроенными. Конструкции наиболее распространенных подстроечных конденсаторов показаны на рис. 10. Каждый из них состоит из сравнительно массивного керамического основания и тонкого керамического диска. На поверхность основания (под диском) и на диск нанесены в виде секторов металлические слои, являющиеся обкладками конденсатора. При вращении диска вокруг оси изменяется площадь перекрытия секторов — обкладок, изменяется емкость конденсатора.
Рис.10 Подстроечные конденсаторы и их (УГО).
Емкость подстроенных конденсаторов указывают на их корпусах в виде дробного числа, где числитель — наименьшая, а знаменатель — наибольшая емкость данного конденсатора. Если, например, на конденсаторе указано 6/30, то это значит, что наименьшая его емкость 6 пФ, а наибольшая 30 пФ. Подстроечные конденсаторы обычно имеют наименьшую емкость 2-5 пФ, а наибольшую до 100-150 пФ. Некоторые из них, например КПК-2, можно использовать в качестве конденсаторов переменной емкости для настройки простых одноконтурных приемников. Конденсаторы, как и резисторы, можно соединять параллельно или последовательно, если нужно добиться необходимой емкости. Если соединить конденсаторы параллельно (рис. 11, а), то их общая емкость будет равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов, т.е.
Рис.11 Параллельное (а) и последовательное (б) соединение конденсаторов.
Собщ = С1 + С2 + СЗ и т.д. Так, например, если С1 = 33 пФ и С2 = 47 пФ, то общая емкость этих двух конденсаторов будет: Собщ = 33 + 47 = 80 пФ. При последовательном соединении конденсаторов (рис. 11, б) их общая емкость всегда меньше наименьшей емкости, включенной в цепочку. Она подсчитывается по формуле Собщ = С1 * С2 / (С1 + С2). Например, допустим, что С1 = 220 пФ, а С2 = 330 пФ; тогда Собщ = 220 * 330 / (220 + 330) = 132 пФ. Когда соединяют последовательно два конденсатора одинаковой емкости, их общая емкость будет в двое меньше емкости каждого из них. Внимательный читатель, должен был заметить обсолютное сходство в расчетах с резисторами. Да действительно формулы те же, с той лишь разницей, что применяются они наоборот в зависимости от типа соединения. Важно еще запомнить и то обстоятельство, что при последовательном соединении общая емкость уменьшается, а максимально допустимое рабочее напряжение увеличивается, т. е. оно будет ровняться суммарному напряжению всех конденсаторов входящих в цепочку соединения.
СИСТЕМА СОКРАЩЕННОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ НОМИНАЛЬНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ РЕЗИСТОРОВ И ЕМКОСТЕЙ КОНДЕНСАТОРОВ
На резисторах и конденсаторах относительно больших размеров их номинальные сопротивления или емкости маркируют, применяя общепринятые сокращенные обозначения единиц электрических величин, а рядом — возможное отклонение от номинала в процентах, например: 1,5 10%, 33 20%. Для обозначения номиналов малогабаритных резисторов и конденсаторов применяют специальный код, слагающийся из условных буквенных и цифровых знаков. Так же на сегодняшний день широко применяется мнемонический код (цветные кольца или точки), тем более в импортной аппаратуре. Знать его просто необходимо. По такой системе единицу сопротивления ОМ сокращенно обозначают буквой (Е), килоом — буквой (К), мегаом — буквой (М). Сопротивления резисторов от 100 до 910 Ом выражают в долях килоома, а сопротивления от 100000 до 910000 Ом — в долях мегаома. Если номинальное сопротивление резистора выражают целым числом; то буквенное обозначение единицы измерения ставят после этого числа, например ЗЗЕ (33 Ом), 47К (47кОм), 1М (1 МОм). Когда сопротивление резистора выражают десятичной дробью меньше единицы, то буквенное обозначение единицы измерения располагают перед числом, например К22 (220 Ом), М47 (470 кОм). Выражая сопротивление резистора целым числом с десятичной дробью, целое число ставят впереди буквы, а десятичную дробь — после буквы, символизирующей единицы измерения (буква заменяет запятую после целого числа). Примеры: 1Е5 (1,5 Ом), 2К2 (2,2 кОм), 1М5 (1,5 МОм). Допустимое отклонение наносят после обозначения номинального сопротивления следующими буквами: Допуск, 10%, 5%, ©, (И). Предположим, на малогабаритном резисторе обозначено: 1М5И. Это значит, что номинальное сопротивление резистора 1,5 МОм, допустимое отклонение от номинала 5%.
Рис.1 — Цветовая маркировка резисторов.
Как читать?
Берем резистор с цветовой маркировкой. На корпусе — 4 полоски. Три находятся рядом, одна — чуть в стороне. Переворачиваем резистор так, чтобы эта одиночная полоска была справа. Далее берем таблицу и переводим цвета трех левых линий в цифры. Получается трехзначное число. Далее — см. кодовую таблицу.К примеру вас получилось число 124 — это 12 и еще 4 нуля, последняя цифра указывает на количество нулей. Получаем 120000 = 120 кОм.
Рис.2 — Номинал резистора и его маркировочный код.
Номинальные емкости конденсаторов до 91 пФ выражают в пикофарадах, используя для обозначения этой единицы емкости букву (П). Емкости от 100 до 9100 пФ выражают как говорилось выше, в долях нанофарады (1 нФ = 1000 пФ или 0,001 мкФ), а от 0,01 до 0,091 мкФ — в нанофарадах, обозначая нанофараду буквой (Н). Емкости от 0,1 мкФ и выше выражают в микрофарадах, используя для обозначения этой единицы емкости букву (М). Если емкость конденсатора выражают целым числом, то буквенное обозначение емкости ставят после этого числа, например: 12П (12 пФ), 15Н (15 НФ = 15 000 пФ или 0,015 мкФ), 10М(10мкФ). Чтобы номинальную емкость конденсатора выразить десятичной дробью, буквенное обозначение единицы емкости располагают перед числом: HI5 (0,15 нФ — 150 пФ), М22 (0,22 мкФ). Для выражения емкости конденсатора целым числом с десятичной дробью буквенное обозначение единицы ставят между целым числом и десятичной дробью, заменяя ею запятую, например: 1П2 (1,2 пФ), 4Н7 (4,7 нФ = 4700 пФ), 1М5 (1,5 мкФ). Допустимое отклонение маркируют после обозначения номинальной емкости цифрами в процентах, например 30%, 20%, 10%, 5% и т. д.
Рис.3 — Таблица маркировки конденсаторов и их значение.
Более подробная информация о маркировке радиодеталей находится на страницах специальной литературы, которую вы можете найти в книге — «Кодовая и цветовая маркировка пассивных элементов, диодов, транзисторов», или в статье про транзисторы на нашем сайте.
КОРОТКО О ПЛАВКОМ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕ
Этот прибор представляет собой отрезок проволоки, толщина которой рассчитана на пропускание тока некоторой расчетной величины, например 0,25 А. Он предохраняет источник тока от перегрузки. Предохранители имеют все электросети, иногда штепсельные розетки, радиоконструкции, питающиеся от электроосветительной сети. Плавкий предохранитель вставляют в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь ток, потребляемый цепью. Пока ток не превышает допустимой нормы, проволока предохранителя чуть теплая или совсем холодная. Но как только в цепи появится недопустимо большая нагрузка или произойдет короткое замыкание, ток резко возрастет, расплавит проволоку и цепь автоматически разорвется. Патрон (в народе называют пробки) плавкого предохранителя, используемого в осветительной электросети, устроен так же, как патрон электролампы. В него ввертывают фарфоровую пробку (рис. 12 — слева), внутри которой имеется свинцовая проволока.
Рис.12 Плавкие предохранители.
Один конец ее припаян к металлическому донышку пробки, а другой — к металлическому цилиндру с резьбой, которым предохранитель ввертывают в патрон. Проволока плавкого предохранителя радиоконструкции (на рис.12 — справа) заключена в стеклянную трубочку и концами припаяна к металлическим колпачкам, выполняющим роль контактов. Этими контактами предохранитель вставляют в специальный патрон (держатель) или между двумя металлическими стоечками, к которым подведены провода защищаемой от перегрузок сети. Причину, вызвавшую перегорание предохранителя, надо найти, устранить, и только после этого, соблюдая осторожность, можно вставлять в электрическую цепь новый предохранитель, при отключенной электросети.
О компонентах. Конденсаторы и резисторы
Любой усилитель мощности состоит из компонентов, объединенных тем или иным способом. Количество компонентов может исчисляться десятками, а то и сотнями единиц и от каждого компонента что то зависит — это как кирпички одного здания, от которых зависит и высота, и красота, и прочноcть всей конструкции. Об этих "кирпичиках" и пойдет речь в этой статье.
"Имеет ли смысл гнаться за нулями после запятой в Кг?» В разумных пределах конечно имеет, поскольку звуковой тракт должен повторять задумку композитора и исполнителей максимально точно, не внося своих собственных "дополнений", не говоря уже о потрескиваниях и пошипываниях. Хотя многое зависит от использования аудитракта. Если строится система для шумового сопровождения, типа балабонящего радиоприемника и не особо вникать в качество прослушиваемых фонограмм, то Кг и в 1% мешать не будет, поскольку подобные тракты эксплуатируются при выходных мощностях не более 3-5 Вт, а обычно гораздо меньше. Если же планируется целевое прослушивание, хотя бы время от времени, то к вносимым в тракт искажениям стоит подойти более серьезно и постараться обеспечить хотя бы один нолик после запятой на мощностях 2/3, в идеале 3/4 от максимальной. Дальнейшая гонка за нулями после запятой уже чревата серьезными экономическими вложениями и более тщательному подходу к схемотехнике усилителя, а так же однозначно предъявляет повышенные требования к используемым АС, поскольку каким хорошим не был тракт все может загубить именно АС.
КОНДЕНСАТОРЫ
Про устройство конденсатора, пожалуй, расказывать смысла не имеет — на эту тему достаточно много написанно, поэтому сразу перейдем к параметрам, но для начала вспомним обозначение:
К основным параметрам конденсатора является емкость , т.е. способность конденсатора накапливать электрический заряд.
Далее идет плотность энергии , в основном применяется к электролитическим конденсаторам. Этот параметр важен при использовании конденсатора как накопителя энергии и последующей ее мгновенной отдачей, например накопительные конденсаторы фотовспышки.
Номинальное напряжение — параметр описывающий при каком напряжении конденсатор може эксплуатироваться непрерывно, круглосуточно. Превышение этого параметра ведет пробою диэлектрика и выходу конденсатора из строя. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.
Кроме этого у электролитических конденсаторов существует полярность , поскольку конструктивно выполнены на основе химических элементов, при смене полярности которые разрушаются и приводят к закипанию электролита, пары которого приводятк взрыву конденсатора.
Эквивалентная схема конденсатора приведена ниже и на ней видно, что у конденсатора есть еще "дополнительные" элементы:
R1 — электрическое сопротивление изоляции конденсатора, отвечающий за ток утечки — чем выше сопротивление R1, тем меньше ток утечки.
R2 — эквивалентное последовательное сопротивление ( ЭПС (англ. ESR ), внутреннее сопротивление) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор, вследствие поверхностного эффекта.
L1 — эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора.
С1 — собственно сама емоксть конденсатора.Так же у конденсаторов есть еще параметры, за которыми следует приглядывать, поскольку "забывчивость" на этот счет может привести к весьма не приятным эффектам. Особое внимание следует уделять при проектировании частото заивимых цепей температурному коэффициенту ёмкости (ТКЕ) . ТКЕ — относительное изменение ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (кельвин). При использовании конденсаторов с высоким ТКЕ в эквалайзерах частотный диапаозн регулировко будет изменяться в зависимости от окружающей температуры, а так же от внутреней температуры. Например эквалайзер устноавлен сверху усилителя мощности. Зимой, впрохладной квартире в момент включения частотный диапазон будет смещен в область НЧ, но по мере прогрева диапазон будет перемещаться в область ВЧ. На слух такое измение возможно и будет не замечено, однако при использовании эквалайзера для редактирования музыкальных фонограмм возможны недоразумения.
Диэлектрическая абсорбция — появление напряжения на обкладках конденсатора после быстрого разряда и снятия нагрузки. Эффект можно наблюдать практически на всех типах диэлектриков. В электролитических конденсаторах он особенно ярок и является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. У конденсаторов с твердым диэлектриком (например, керамических и слюдяных) эффект связан с остаточной поляризацией диэлектрика. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с неполярными диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полипропилен и т.п.
Многие керамические материалы обладают пьезоэффектом — способностью генерировать разность потенциалов при механических деформациях. Диэлектрики некоторых керамических конденсаторов также могут обладать таким свойством. Обычно это проявляется в возникновении помех в электрических цепях вследствие шума или вибрации, поэтому этот эффект довольно часто называют "микрофонным".
Конденсаторы технологически отличаются друг от друга использумемыми при их производстве материалами все параметры в разных конденсаторах будут проявляться по разному, а поскольку целью статьи является ознакомление с элементной базой, то наиболее интересными будут свойства конденсаторов, которые применяются в звукотехнике.
НЕПОЛЯРНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ
Неполярные конденсаторы в усилителях мощности используются веьсма интенсивно, причем используются не только для накопления энергии.
Основных сфер использования конденсаторов в усилителях несколько:
— фильтрация напряжения питания, где как раз и используется свойство конденсатора накапливать и отдавать энергию;
— отсекание постоянного напряжения в трактах усиления, в которых используется перезарядка конденсатора переменным напряжением;
— частотозависимые параметры, позволяющие изменять коф усиления каскада в зависимости от частоты проходящего сигнала.О последнем использования стоит поговорить более подробно. Дело в том, что кроме перечисленных выше параметров у конденсатора есть еще один — реактивное сопротивление. Этот параметр основан на скорости заряда-разряда конденсатора, которая определяет через какой промежуток времени конденсатор будет полностью заряжен или полностью заряжен. При подаче переменного напряжение скорость перезаряда будет определять на сколько процентов успел зарядится-разрядится конденсатор, а это зависит от емкости конденсатора и от подаваемой частоты.
Для наглядности обратимся к схеме:
Здесь V1 является генератором прямоугольных импульсов с длительностью 1 мС (1000 Гц) и амплитудой 10 В.
На левом выводе конденсатора С1 присутствуют эти самые импульсы:
По мере заряда конденсатора C1 напряжение на резисторе R1 уменьшается, поскольку через конденсатор перестает протекать ток:
Кроме этого, в момент окончания импульса (на 0,5 мС) конденсатор начинает разряжаться, поскольку напряжение на генераторе равно нулю, а R1 не имеет источника ЭДС. Это означает, что ток меняет свое направление на противоположное, т.е. на верхнем выводе R1 появляется отрицательное напряжение и оно присутствует до тех пор пока конденсатор не разрядится.
Но разрядится полностью он не успевает — снова появляется импульс на генераторе (1 мС), ток через С1 снова меняет свое направление и на R1 появляется положительное напряжение. Однако его величина уже меньше, чем в момент поялвения первого импульса — сказывается остаточный заряд в конденсаторе.
По мере заряда конденсатора напряжение на R1 начинает уменьшаться, но до нуля не успевает дойти — импульс снова исчезает ( 1,5 мС) и конденсатор начинает разряжаться, т.е. процесс начинает повторяться с спотепенным выравниванием положительного и отрицательного напряжений на R1 и буквально через 3-4 такта генератора напряжение на R1 будет полноценным переменным, т.е. положительное напряжение будет достигать 7,5 В и отрицательное напряжение будет достигать 7,5 В:
Кроме того, что на R1 теперь приходит переменное напряжение его стало меньше — форма напряжение отличается от изначальной прямоугольной довольно сильно, следовательно С1имеет какое то сопротивление, но конденсатор по определению не может иметь сопротивления, поскольку между обкладками конденсатора находится изолятор. Именно поэтому этот эквивалент конденсатора называют реактивным сопротивлением.
Для уточнения правоты утверждения, что конденсатор выступает вроли сопротивление увеличим его емоксть в 10 раз, т.е. используем конденсатора на 470 нФ:
Из рисунка видно, что напряжение на R1 приобрело более прямоугольную форму, т.е. очевидно, что действующее напряжение, приложенное к R1 возросло, слдеовательно реактивное сопротивление С1 уменьшилось.
Тепреь изменим генерируемую генератором частоту, чтобы убедится, чтореактивное сопротивление зависит и от емкости конденсатора и от частоты. После уменьшения частоты в 10 раз прилагаемое к R1 напряжение приобретает вид:
Рисунок один в один повторяет тот, который был при емкости в 47 нФ и частоте 1 кГц, только теперь частота 100 Гц, а емкость 470 нФ. Это подтверждает, что реактивное сопротивление конденсатора зависит и от частоты и от емкости самого конденсатора.
Само сопротивление расчитывается по формуле:
где F — частота в Герцах, С — емкость в Фаррадах.
Используя эту формулу можно достаточно просто определить на какой частоте что будет происходить в частотозависимых цепях, а так же определить необходимый номинал разделительных конденсаторов, но это вопросы схемотехники, здесь же знакомство с самими компонентами, поэтому вернемся к конеднсаторам.
Поскольку у конденсатора кроме полезных параметров есть еще и вредные не трудно сделать вывод, что проходя через конденсатор переменное напряжение будет искажаться. Величины искажений каждого типа конденсаторов различны, отсюда и пошло определение "звуковые конденсаторы", вносящие миимальные искажения в сигнал и остальные, пригодные для шунтирования питания.
Для проверки конденсаторов использовалась следующая схема:
Со звуковой карты подавалось синусоидальное напряжение максимальной амплитуды (2В эфф.), резистор подбирался так, чтобы напряжение на конденсаторе было в пределах 2. 2,5 В амплитудного (т.е. примерно 1,5 вольта действующего) значения. Кроме напряжения на конденсаторе, измерялось и выходное напряжение звуковой карты, чтобы контролировать ее искажения. Из измерений видно, что искажения самой карты намного меньше, и не влияют на точность (искажения карты вычитались из результатов, вычитание было абсолютно правильным: корень квадратный из разности квадратов амплитуд соответствующей гармоники).
В результате тестов было выяснено, что минимальные искажения вносят конденсаторы МБМ, а максимальные многослойная керамика КМ-5, остальные "кандидаты" расположились следующим образом:
Кроме обычного способа использовался еще один способ вычислений Кг — нормированный. Этот способ нормирования придумали инженеры из лаборатории английской компании ВВС в 50-х годах ХХ века. И такой способ, когда напряжение гармоники умножается на квадрат ее номера, позволяет учесть ширину спектра гармоник. Зачем это нужно? А затем, что чем больше порядок нелинейности и шире спектр гармоник, тем хуже звук:
Другими словами, если удасться собрать идеальный усилитель с Кг равным нулю, то используя в качестве разделительного конденсатора C1 конденсаторы МБМ на выходе получим Кг равным 0,0014%, а используя К10-17А — 0,8%:
Примерно так же обстоят дела у электролитических конденсаторов — все "болячки" конденсаторов у них присутствуют, только для электролитов наиболее интересным является ERS, покольку электролитические конденсаторы больше применяются в цепях питания, т.е. используется их свойство накапливать и отдавать энергию. Обычно ESR указывается для определенной частоты/ емкости/рабочего напряжения, а также типоразмера корпуса конденсатора.
Как правило, конденсаторы в высоких и узких корпусах имеют лучшие характеристики, чем низкие и широкие. Это связано с особенностями конструкции — в высоком и узком корпусе алюминиевая лента свернута в меньшее количество витков и имеет бОльшую ширину, а это- меньшая индуктивность и паразитное сопротивление конденсатора. Естественно, это замечание справедливо при сравнении конденсаторов одной серии одного производителя, низкокачественные поделки нонейм производителей форма корпуса не спасет.
Ниже приведена таблица рейтинга электролитических конденсаторов, составленная на основании ислодований как поклоников аналоговой техники, так и цифровой, причем в рейтингах отсутствуют СУПЕРБРЕНДЫ, хотя их производители присутствуют. Позиция в левой колонке составлена звуковиками, которые отталкивались от надежности, а левую половину таблицы заполнили компьютерщики на основе раскопанных на конденсаторы даташитов:
Разумеется, что при использовании конденсаторов с низким ERS к раположению проводников на печатной плате предъявляются более жесткие требования — не правильная разводка платы может, если и не перечеркнуть полностью, то существенно снизить эффективность этих кондесаторов:
Кроме упомянутых конденсатров существуют дополнительные серии "For Audio" — "СПЕЦИАЛЬНО ДЛЯ АУДИО" и имеющие сверхмалое ERS, повышенную плотность энергии и конечно же не копеечную стоимость. Использовать такие кондесаторы стоит в сверхвысококачественных усилителях, а если речь идет уже о таком качестве звукового тракта, то уже имеется и соответствующий опыт, следовательно расписывать все прелести "For Audio" не имеет смысла.
При использовании электролитических конденсаторов в качестве разделительных рекомендуется последовательно-параллельное включение, которое позволяет избавится от проблем полярности электролитов и компенсирует возрастающий у них с частотой ERS:
Сумарную емоксть получившегося конденсатора можно вычилить в два этапа:
сначала вычисляется емкость двух последовательно соединенных конденсаторов
, а затем к получившемуся результату прибавляется емскость С2, поскольку при параллельном соединении емкости конденсаторов суммируются.Напоследок осталось добавить, что механическая прочность выводов конденсатора гораздо меньше, чем это кажется, поэтому при монтаже на плату высоких конденсаторов лучше их дополнительно закрепить к плате при помощи клея или герметика, а расположенные близко друг к другу можно и "законтрить" между собой. Это особенно актуально при сборки автомобильной техники:
РЕЗИСТОРЫ ПОСТОЯННЫЕ
Прежде всего небольшая напоминалка об обозначениях резисторов:
Как и любой другой элемент у резисторов есть такой параметр как собственный шум, который складывается из теплового и токового шума.
Токовый шум обусловлен дискретной структурой резистивного элемента. При протекании тока возникают местные перегревы, в результате которых изменяются контакты между отдельными частицами токопроводящего слоя и, следовательно, флюктуирует (изменяется) величина сопротивления, что ведет к появлению между выводами резистора ЭДС токовых шумов. Токовый шум, также как и тепловой, имеет непрерывный спектр, но интенсивность его увеличивается в области низких частот, и величина значительно превышает величину теплового шума.
Все эти эффекты зависят от плотности тока. Чем она больше, тем больше проявление этих неприятностей. Поэтому соединив 2 резистора параллельно (увеличив площадь сечения и уменьшив плотность тока) все эти эффекты уменьшаются. Тоже самое можно сделать взяв резистор большей габаритной мощности. У него сечение проводящего слоя больше и плотность тока в нем будет меньше. Соединив 2 резистора последовательно шумы суммируются, поэтому крайне не желательно использовать последовательное соединение резисторов в каскадах имеющих большой коф усиления. Суммарное сопротивление двух резисторов соединенных параллельно вычисляется по формуле:
Этот шум зависит от многих факторов, в том числе и от конструкции конкретного резистора, включая резистивный материал и в особенности концевые соединения. Вот типичные значения избыточного шума различных типов резисторов, выраженные в микровольтах на вольт приложенного к резистору напряжения (приводится среднеквадратичное значение, измеренное на одной декаде частоты):Углеродно-композитные От 0,10 мкВ до 3,0 мкВ
Углеродно-пленочные От 0,05 мкВ до 0,3 мкВ
Металлопленочные От 0,02 мкВ до 0,2 мкВ
Проволочные От 0,01 мкВ до 0,2 мкВЭтот шум имеет спектр примерно 1 (постоянная мощность на декаду частоты) и иногда называется розовым шумом . Шум, возникающий по другим причинам, также часто имеет спектр 1 ; примерами таких шумов являются шум тока базы у транзисторов и шум катодного тока в электронных лампах. Любопытно, что величина 1 встречается в природе в самых неожиданных проявлениях, например, скорости океанических течений, поток песка в песочных часах, движение поездов в Японии, а также годовой сток Нила за последние 2000 лет. Если построить график громкости звучания какого-нибудь произведения классической музыки, то опять-таки получится спектр 1 ! Общий принцип, объясняющий происхождение шумов со спектром 1 , не найден, хотя он, казалось бы, носится в воздухе, но в каждом отдельном случае часто можно определить источник такого шума.
В отношении шумов проволочные резисторы гораздо правильнее чем всяческие пленочные и композитные, но они имеют довольно большую паразитную индуктивность.
На тепловой шум сильное влияние оказывает температура и собственное сопротивление и хотя тепловой шум значительно меньше токового, про него тоже не стоит забывать.Бороться с шумами резисторов стоит, теоритически, во всех трактах усиления, однако чем больше амплитуда сигнала, тем меньше влияние шума резисторов, следовательно особое внимание шумам резисторов можно уделять лишь в первых каскадах усиления, когда сигнал имеет амплитуду до 100 мВ и эти каскады желательно продумывать более тщательно, оградить от лишних источников тепла и обеспечить охлаждение, например организовав вентиляционные отверстия.
У резисторов есть так же дополнительный параметр, показывающий изменение сопротивления в зависимости от температуры — температурный коэффициент сопротивления (ТКС) характеризующий относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 °С. У непроволочных резисторов, применяемых в БРЭА, ТКС не превышает ±0,04—0,2 %, а у проволочных — ±0,003—0,2 %.
Как правило в усилителях мощности, в последнем каскаде усилителя напряжения, в эмиттерах транзисторов используются резисторы на 0,5 Вт. Обычно именно последний каскад усилителя напряжения производит максимальное усиления сигнала. В случае, если усилитель симметричный, то необходимо подборка не только транзисторов этого каскада по коф усиления, но и выборка одинаковых резисторов в их эмиттерные цепи, именно выборка резисторов с одинаковым номиналом. Эта мера не позволит свести на нет подбор транзисторов, поскольку от номинала эмиттерного резистора в схеме с общим эмиттером зависит итоговый коф усиления каскада.
Кроме слабо мощных резисторов в усилителях используются резисторы на 2 или на 5 Вт, устанавливаемые в эмиттерах оконечного каскада. Тип этих резисторов довольно часто смущает начинающих — в продаже изобилуют керамические низкоомные резисторы, но по форумам довольно часто упоминается, что они портят звук, поскольку внутри содержат спираль из высокоомного сплава, а это является индуктивностью.
Рекомендуемые для использования для этих целей резисторы довольно часто являются дифицитными, и порой реализаторы на них выставляют не обоснованную цену :
Однако не совсем ясно на каком основании были сделаны выводы о том,что С5-5 или С5-16 не содержат индуктивности и наиболее ярким примером является механическое вскрытие:
Наиболее приемлемым вариантом считается использование для этих целей резисторов МЛТ-2, однако шансы от избавления от индуктивности не сто процентны — на верхнем резисторе четко просматривается спираль из резистивного слоя:
Поэтому при покупке МЛТ-2 следует обратить внимание на их внешний вид, и если окажется, что резистивный слой в виде спирали это совсем не повод впадать в панику — да, будет иметь место индуктивность, но ее величина слишком мала — у представленного на фото резистора на 100 Ом индуктивность составила 70 мкГн, а для резисторов сопротивлением 1, 0,68, 0,47, 0,33 и 0,22 Ома оно будет в десятки раз меньше.
РЕЗИСТОРЫ ПЕРЕМЕННЫЕ
Кроме постоянных резисторов в усилителях используются переменные — для регулировки громкости, баланса, при необходимости тембра. От качества этих резисторов зависят в основном дополнительные шумы, вносимые изменяющимся сопротивление контакта между резистивным слоем и движком.
Конструктивно переменных резисторов на сегодня выпускается довольно много, кроме того еще попадаются резисторы старых образцов:
Кроме прочих параметров у переменных резисторов есть еще один — группа . Этот параметр показывает по какому закону изменяется сопротивление на движке резистора в зависимости от его положения, например для резисторов роторного типа это будет угол поворота. У отечественных резисторов различают 3 основные и две вспомогательные группы:
Группа А — линейная зависимость изменения сопротивления от положения движка, группа Б — логарифмическая зависимость, В — обратнологарифмическая. Самые популярные — "А" и "В". "А" используется для линейных регулировок, например в терморегуляторах, регуляторах оборотов двигателей. "В" — оптимальнейший вариант для регулировки громкости, поскольку человеческое ухо увеличение громкости воспринимает по логарифмическому закону.
Вспомогательные группы И и Е обычно используются в паре на сдвоенных резисторах — один резистор группы "И", второй "Е", что делает такой резистор идеальным для регулировки баланса в стерео усилителях.
У импортных переменных резисторов 4 группы:
Тут сразу следует обратить внимание на то, что у импортных группа А имеет обратнологарифмическую зависимость, т.е. для регулировки громкости требуется как раз резисторы группы "А", а группа B имеет линейную зависимость. Группа W используется для регулировки баланса — обычно движок резистора соединяется с общим проводом, а резистивный слой выступает в роли аттенюатора, совместно с постоянными токоограничивающими резисторами.
На некоторых подвидах переменных резисторов, предназначенных для регулировки громкости делаются отводы от середины резистивного слоя, гораздо реже делаются отводы с соотношением 1/ и 2/3. Данные резисторы удобны для реализации тонкомпенсированных регуляторов громкости. Тонкомпенсация позволяет выравнять иллюзию изменения АЧХ тракта при малых и больших громкостях — на малой грокости кажется, что НЧ и ВЧ составляющие сигнала уменьшаются, поэтому и вводится подъем НЧ и ВЧ в самом регуляторе. Один из вариантов схемы тонкомпенсированного регулятора громкости и изменения его АЧХ приведены ниже:
Основных видов переменных резисторов две — роторные и движковые. И те, и другие имеют в своем составе множество подвидов, поэтому для краткости в таблице приведены только популярные:
Потенциометры DACT и ALPS по конструкции представляют собой многопозиционный галетный переключатель с установленными SMD резисторами.
Номиналы резисторов обеспечивают обратнологарифмическую зависимость изменения сопротивления при повороте оси потенциометра. Контакты движка и "подковы" выполнены из материалов повышенной износостойкости и обеспечивают наилучший контакт на протяжении ОЧЕНЬ продолжительного времени. Разумеется стоимость подобных потенциометров довольно высокая.
Литература:
http://www.electroclub.info
http://dart.ru
http://www.magictubes.ru
http://easyradio.ru
http://people.overclockers.ru
http://tech.juaneda.com
http://rexmill.ucoz.ru
http://ivatv.narod.ru/
http://irbislab.ru
http://www.audio-hi-fi.ru
http://diyfactory.ru
http://www.diyaudio.ru
http://www.bluesmobil.com
http://rezistori.narod.ru
http://sgalikhin.narod.ruАвтор: det
Майоров М. 
Опубликована: 2012 г. 
0 
3
Вознаградить Я собрал 0 2