Методичка: Изучение резисторов и конденсаторов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

Дагестанский государственный университет

Физический факультет

Методическое пособие

«Пассивные элементы радиоэлектронной аппаратуры»

Махачкала - 2009

В пособии изложены структура, физические процессы, характеристики и параметры пассивных радиокомпонентов. Рассмотрены физические явления, происходящие в них, требования, предъявляемые к этим изделиям, и области их применения. Приводятся также описания монтажных проводов и кабелей используемых для осуществления электрических соединений между контактными выводами элементов РЭА, установочными и коммутационными изделиями.

Для студентов высших учебных заведений радиотехнических специальностей и средних профессиональных учебных заведений обучающихся в области радиотехники, электроники, и автоматизации. В качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, а также аспирантов и научных сотрудников.

Содержание

Введение

1. Резисторы

1.1 Провода и кабели

1.2 Классификация и конструкции резисторов

1.3 Параметры резисторов

1.4 Система обозначений и маркировка резисторов

1.5 Конструктивно - технологические разновидности резисторов

1.6 Специальные резисторы

2. Конденсаторы

2.1 Классификация и конструкции конденсаторов

2.2 Основные конструкции конденсаторов

2.3 Параметры конденсаторов

2.4 Система обозначений и маркировка конденсаторов

2.5 Основные разновидности конденсаторов

2.6 Конденсаторы с нелинейной ВФХ

Литература

Введение

Современная радиоэлектронная аппаратура (РЭА) содержит огромное количество радиокомпонентов, то есть самостоятельных (комплектующих) изделий, соединенных между собой в соответствии с принципиальной электрической схемой, обеспечивающей необходимую обработку электрических сигналов. Радиокомпоненты являются неделимой составной частью радиоэлектронной аппаратуры, их устанавливают при выполнении сборочно-монтажных операций. В качестве радиокомпонентов выступают транзисторы, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и т. д. К радиокомпонентам относятся также интегральные микросхемы (ИМС), которые, в свою очередь, состоят из большого числа радиоэлементов, реализующих функции транзисторов, резисторов и т. д. Понятия радиоэлемент и радиокомпонент во многом тождественны. Во всяком случае, функции, выполняемые ими, одинаковы. Транзистор в полупроводниковой ИМС, выступающий как элемент интегральной схемы, неотделимый от нее, выполняет те же функции, что и дискретный транзистор, выступающий как компонент радиоэлектронной аппаратуры. Принцип действия радиокомпонентов основан на взаимодействии с электрическим или магнитным полем, то есть базируется на электрофизических свойствах радиоматериалов.

Радиокомпоненты делят на две группы: активные и пассивные. К активным компонентам относят транзисторы, электронные лампы, микросхемы и т. д., то есть такие компоненты, которые способны преобразовывать электрические сигналы и усиливать их мощность. К пассивным компонентам относят резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, коммутационные элементы, то есть такие компоненты, которые предназначены для перераспределения электрической энергии. Несмотря на то, что ИМС имеют большой удельный вес в РЭА, пассивные компоненты являются самыми распространенными изделиями электронной промышленности. В современной РЭА доля дискретных резисторов составляет от 15 до 50 % всех элементов принципиальной схемы, доля дискретных конденсаторов составляет около 25 %, практически все катушки индуктивности и трансформаторы являются дискретными компонентами.

1. Резисторы

Резисторы (сопротивления) - это наиболее распространенные компоненты электронной аппаратуры, с помощью которых осуществляется регулирование и распределение электрической энергии между цепями и элементами схем.

Резисторы предназначены для перераспределения и регулирования электрической энергии между элементами схемы. Принцип действия резисторов основан на способности радиоматериалов оказывать сопротивление протекающему через них электрическому току. Особенностью резисторов является то, что электрическая энергия в них превращается в тепло, которое рассеивается в окружающую среду.

1.1 Провода и кабели

Монтажные провода и кабели применяются для осуществления электрических соединений между контактными выводами элементов РЭА, установочными и коммутационными изделиями.

В основу классификации монтажных проводов, применяемых в радиоаппаратуре, положены следующие признаки: сечение токопроводящей жилы, число проволок в жиле, марка металла проволок, вид покрытия, изоляция, толщина и число слоев изоляции, наличие экранирующей оплетки, цвет наружного слоя изоляции.

Провода выпускаются с токопроводящей жилой из одной проволоки или из большого числа параллельно уложенных проволок из отожженной меди, алюминия или серебра. Проволоки могут быть без покрытия или с покрытием сплавами НОС или серебром. Для увеличения механической прочности проводов применяют комбинированные жилы из медных и стальных проволок.

Наименьшей механической прочностью при воздействии вибрации, тряски и ударов обладают провода с одной проволокой в жиле. Такие провода применяются для коротких перемычек и для стационарной аппаратуры, при условии их укладки и креплении вдоль плоских стенок плат, шасси и корпусов без наличия провисающих участков. Наибольшей прочностью обладают многожильные провода в шелковой лакированной оплетке с многослойной изоляцией.

Для жесткого навесного монтажа применяют одножильные монтажные провода большого сечения, изолируемые специальными трубками; в качестве монтажных проводов используется проволока медная мягкая круглая марки ММ и медная твердая круглая марки МТ без покрытия с номинальными диаметрами от 0,03 до 10 мм. Проволоки применяются и в луженом или посеребренном виде.

Провода с волокнистой изоляцией обладают высокой гигроскопичностью, что снижает их электроизоляционные свойства при воздействии повышенной влажности. Дополнительное поверхностное покрытие лаковой пленкой является средством защиты проводов от действия климатических, а в некоторых случаях и механических факторов.

Монтажные провода с изоляцией из поливинилхлорида, специальных сортов резины, пленочных, пластмассовых и других диэлектриков являются влагостойкими и работоспособны при влажности 98% и температуре 400С. Провода могут применяться при монтаже радиоаппаратуры, предназначенной для эксплуатации в тяжелых климатических условиях. В качестве примера на рис.1.1 приведены конструкции монтажных проводов типа БПВЛ и БПВЛЗ.

Выбор сечения монтажных проводов производится в зависимости от величины проходящего по ним тока. Медные провода допускают следующие значения токов в зависимости от сечения (табл.1).

Таблица 1 Зависимость максимально допустимого тока от сечения провода

Рис.1.1. Конструкции монтажных проводов типа БПВЛ (а) и БПВЛЗ (б): 1 - медная жила; 2 - изоляция из поливинилхлоридового пластиката; 3 - оплетка из хлопчатобумажной пряжи; 4 - оплетка из медной луженой проволоки (экран).

Для передачи и распределения электрической энергии, соединения различных приборов и их частей, изготовления обмоток электрических машин применяют:

· обмоточные провода; монтажные провода;

· установочные провода и шнуры;

· кабели.

Обмоточные провода. Обмоточные провода применяют для изготовления обмоток электрических машин, аппаратов и приборов.

В качестве проводникового материала в обмоточных проводах применяют медь и алюминий. В зависимости от применяемой изоляции обмоточные провода выпускают с эмалевой, волокнистой, пленочной и эмалево-волокнистой изоляцией.

Э м а л и р о в а н ы е провода являются наиболее перспективными среди обмоточных проводов, так как имеют наименьшую толщину изоляции (0,007... 0,065 мм). Применяя такую проволоку, можно увеличить мощность электрической машины за счет большего числа витков в объеме обмотки.

Эмалевая изоляция наносится на эмалировочных станках в виде гибкого лакового покрытия.

Наибольшее применение находят провода с высокопрочными эмалевыми покрытиями на основе поливинилацеталевой и полиэфирной смол (провода марок ПЭВ и ПЭТВ с нагревостойкостью до 130°С), а также провода с высокопрочным эмалевым покрытием на основе полиуретановой смолы (провод марки ПЭВТЛ луженный с нагревостойкостью до 120 °С).

Вследствие наличия заусенцев на проволоке и несовершенства технологии эмалирования в тонком слое изоляционного покрытия имеются точечные повреждения (небольшое число сквозных отверстий). На длине провода 1 м может быть от 5 до 15 точечных повреждений. Поэтому обмотки из проводов с эмалевой изоляцией пропитывают электроизоляционными лаками.

Важнейшими характеристиками эмалированных проводов являются эластичность, нагревостойкость и электрическая прочность.

Эластичность эмалевого провода определяют по отсутствию растрескивания эмали после испытаний на растяжение. Провода диаметром выше 0,38 мм навивают на стальной стержень, диаметр которого равен двум или трем диаметрам провода без эмали. Провода диаметром менее 0,38 мм подвергают растяжению до удлинения на 10% или до его разрыва.

Нагревостойкость эмалевой изоляции определяют в результате старения образцов эмалированного провода.

В зависимости от состава эмалевого покрытия образцы в виде отрезков проволоки помещают в термостат и выдерживают при температуре 105, 125, 155 или 200°С в течение 24 ч. После теплового старения и охлаждения до комнатной температуры отрезки провода диаметром более 0,38 мм навивают на круглый стальной стержень определенного диаметра. Отрезки проводов меньшего диаметра подвергают растяжению до удлинения на 10% или до разрыва. После этих испытаний на поверхности эмали провода не должно наблюдаться ее растрескивания.

Нагревостойкость эмалевой изоляции на алюминиевых поводах в среднем на 6...8°С выше по сравнению с нагревостойкостью соответствующих эмалей на медных проводах вследствие меньшего каталитического воздействия алюминия на органическое эмалевое покрытие.

Электрическая прочность эмалированных проводов определяется пробивным напряжением. Пробивное напряжение измеряют на двух скрученных друг с другом отрезках проводов длиной 200 мм. Число скруток на длине 200 мм определяется в зависимости от диаметра провода. Число скруток уменьшается с увеличением диаметра провода. Наименьшие значения пробивного напряжения для двух слоев эмали на образцах из скрученной проволоки приведены в табл. 2.

Таблица 2 Пробивное напряжение некоторых проводов с эмалевой изоляцией

Обмоточные провода с волокнистой изоляцией имеют большую толщину изоляции (0,05.. .0,17 мм) по сравнению с эмалированными проводами. В качестве волокнистой изоляции применяют пряжу: хлопчатобумажную, шелковую, из капроновых, асбестовых, лавсановых и стеклянных волокон.

Наибольшая нагревостойкость обмоточных проводов достигается применением стеклянной и асбестовой пряжи, подклеиваемой к поверхности провода с помощью глифталевых и кремнийорганических лаков, которые обладают повышенной стойкостью к нагреванию.

В качестве пленочной изоляции для проводов, которые используют для изготовления обмоток трансформаторов, применяют бумажную ленту, хорошо пропитанную минеральным маслом. Проволока с пленочной бумажной изоляцией обеспечивает высокую электрическую прочность обмоткам трансформаторов. Для повышения механической прочности изоляции из бумажной ленты ее покрывают хлопчатобумажной или капроновой пряжей.

К обмоточным проводам с волокнистой изоляцией предъявляются следующие требования:

· отсутствие просветов между нитями обмоток;

· отсутствие нитей при навивании провода на стальной стержень, диаметр которого равен пяти диаметрам провода с волокнистой изоляцией в два слоя, или при навивании провода с однослойной изоляцией на стержень, диаметр которого равен десяти диаметрам провода.

Обмоточные провода с волокнистой структурой обладают следующими свойствами:

· невысокие электроизоляционные свойства, так как все виды волокнистой изоляции гигроскопичны, т. е. поглощают влагу из воздуха;

· обмотки из проводов с волокнистой изоляцией требуют тщательной сушки и пропитки изоляционными лаками или компаундами;

· пробивное напряжение проводов с шелковой изоляцией 450... .600 В, с хлопчатобумажной изоляцией -- 700... 1000 В, с асбестовой изоляцией - 450... 500 В.