Текст книги "Энциклопедия радиолюбителя"

Автор книги: Виктор Пестриков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 30 страниц)

1.2. Конденсаторы

Общая характеристика

Конденсатором обычно называют устройство, которое обладает способностью накапливать электрический заряд. Конструктивно конденсатор представляет собой два проводника, разделенных диэлектриком.

Единицей электрической емкости конденсатора в системе СИ является фарада. Сокращенно обозначается буквой Ф. Названа в честь английского физика Майкла Фарадея. В радиоэлектронике используется емкость конденсатора, выраженная через дробные единицы фарад: пикофарад, нанофарад, микрофарад (1мкФ =10^-6 Ф; 1 нФ = 10^-9 Ф; 1 пФ = 10^-12 Ф; 1 мкФ = 10³ нФ = 10⁶ пФ). В старой радиотехнической литературе использовалась единица емкости – сантиметр: 1 см = 1,11·10^-12 Ф = 1,11·10^-6 мкФ = 1,11 пФ.

Конденсаторы, как и резисторы, бывают постоянные и переменные (КПЕ – конденсатор переменной емкости). Переменные конденсаторы бывают в виде нескольких блоков и подстроечные. В зависимости от материала диэлектриков современные конденсаторы делятся на следующие типы: бумажные, вакуумные, воздушные, керамические, лакопленочные, металлобумажные, оксидные, пленочные, слюдяные и электролитические.

Основные параметры

Основными параметрами конденсаторов являются: номинальная емкость (С_ном), которая обычно указывается на корпусе конденсатора, температурный коэффициент емкости (ТКЕ) и номинальное напряжение (U_ном). Номинальное напряжение – это максимальное допустимое постоянное напряжение, при котором конденсатор способен работать длительное время, сохраняя параметры неизменными при всех установленных для него температурах. На конденсаторах, в основном, указано номинальное рабочее напряжение при постоянном токе. При работе конденсатора в схемах переменного тока его номинальное напряжение, указанное на корпусе, должно в 1,5…2 раза превышать предельно допустимое действующее переменное напряжение цепи.

Маркировка

На корпусе конденсатора обычно указывают его тип, напряжение, номинальную емкость, допустимое отклонение емкости, ТКЕ и дату изготовления. Маркируют конденсаторы как и резисторы буквенно-цифровым кодом, который обозначает номинальную емкость, единицу измерения, допустимое отклонение емкости и ТКЕ. Например, маркировка на конденсаторе 62 pJL расшифровывается так: номинальная емкость 62 пФ с допустимым отклонением ±5 %, ТКЕ группы М75 (75·10^-6/1 градус С). Буквенные коды единиц измерения номинальных емкостей приведены в табл. 1.3.

Цветовой код маркировки конденсаторов

Конденсаторы как и резисторы маркируют с помощью цветового кода (рис. 1.2). Цветовой код состоит из колец или точек. Каждому цвету соответствует определенное цифровое значение. Знаки маркировки на конденсаторе сдвинуты к одному из выводов и располагаются слева направо. Номинальная емкость (в пикофарадах) представляет число, состоящее из цифр, соответствующих одной, двум и трем или одной и двум (для конденсаторов с допуском ±20 %) полосам, умноженное на множитель, который определен по цвету полосы. Последняя полоса маркировки в два раза шире других и соответствует ТКЕ.

Рис. 1.2. Цветовой код отечественных конденсаторов широкого применения

Конденсаторы с допуском ±0,1…10 % имеют шесть цветовых полос. Первая, вторая и третья полосы – величина емкости в пикофарадах, четыре – множитель, пять – допуск, шесть (последняя) – ТКЕ.

Конденсаторы с допуском ±20 % имеют пять цветовых полос, на них нет цветового кода допуска. Иногда этот тип конденсаторов маркируют четырьмя цветовыми кольцами. При такой маркировке первая и вторая полосы отводятся для обозначения величины, третья полоса – для множителя, четвертая – для ТКЕ.

Цветовой код танталовых конденсаторов приведен на рис. 1.3. Следует обратить внимание на то, что у этих конденсаторов положительный вывод в два раза толще другого, и отсчет колец начинается от головки конденсатора.

Рис. 1.3. Цветовой код танталовых конденсаторов

На рис. 1.4 приведена цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования.

Рис. 1.4. Цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования

1.3. Катушки индуктивности

Общая характеристика

Современное определение катушки индуктивности характеризует ее как элемент электрической цепи (двухполюсник), обеспечивающий заданную в ней индуктивность. Катушки индуктивности применяются в самой разнообразной радиоэлектронной аппаратуре. Их качество и параметры оказывают большое влияние на работу радиоэлектронных устройств. Катушки индуктивности применяются для настройки колебательных контуров на данную частоту (катушки настройки, рис. 1.5), для передачи электрических колебаний из одного контура в другой (катушка связи), для разделения или ограничения электрических сигналов различной частоты (дроссели) и т. д. В детекторных, ультра– и коротковолновых радиоприемниках довольно часто используют для настройки на радиостанции вариометры. Вариометр представляет собой устройство плавного механического изменения индуктивности катушки. В катушке, состоящей из двух соединенных последовательно катушек, изменение индуктивности производится изменением их положения относительно друг друга. Если катушка имеет магнитный сердечник, то ее индуктивность изменяется его перемещением. Известны различные конструкции вариометров. В наиболее известной конструкции вариометра одна катушка вращается внутри другой.

Рис. 1.5. Конструкции контурных катушек индуктивности, выполненные на ферритовых стержнях:

_{а – СВ и ДВ; б – KB}

Дроссель от немецкого слова – «сокращать» является разновидностью катушки индуктивности. Свойства такой катушки зависят от того, какой частоты электрический ток нужно «сокращать» или «задерживать». Дроссель включают в электрическую цепь для подавления переменной составляющей тока в цепи, либо для разделения или ограничения сигналов различных частот. В зависимости от назначения дроссели делятся на высокочастотные и низкочастотные. Это различие относится и к конструктивному их исполнению. Дроссели высокой частоты изготовляют в виде однослойных или многослойных катушек без сердечников или с сердечниками. Для дросселей длинных и средних волн применяют секционную намотку. Дроссели на коротких и метровых волнах имеют однослойную намотку, сплошную или с принудительным шагом.

Для уменьшения габаритов дросселей применяют магнитные сердечники. Дроссели высокой частоты с сердечниками из магнитодиэлектриков и ферритов имеют меньшую собственную емкость и могут работать в более широком диапазоне частот. Низкочастотный дроссель подобен электрическому трансформатору с одной обмоткой.

Катушка индуктивности характеризуется номинальным значением индуктивности. Основной единицей в системе СИ является генри(Гн). На практике пользуются производными от генри единицами – миллигенри (мГн), микрогенри (мкГн) и наногенри (нГн), которые связаны с основной единицей следующим образом: 1 мГн = 10^-3 Гн, 1 мкГн = 10^-6 Гн, 1 нГн = 10^-9 Гн. В литературе прошлых лет встречается единица измерения индуктивности – сантиметр: 1 см = 10^-9 Гн = 10^-6 мГн = 10^-3 мкГн.

Сердечники катушек индуктивности

Для уменьшения потерь в сердечниках катушек используются магнитодиэлектрики – материалы, у которых частицы размельченного ферритового вещества разделены между собой диэлектриком. К числу таких материалов относятся известные альсифер и карбонильное железо. В последнее время в качестве материала для сердечников широко применяют ферриты: никель-цинковые, марганец-никелевые, литий-цинковые. Условное обозначение ферритов: НН – никель-цинковые низкочастотные ферриты, НМ – марганец-цинковые, ВТ – ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса. Цифры, стоящие перед буквенными обозначениями, указывают среднее значение начальной магнитной проницаемости материала сердечника. Достоинства ферритов – стабильность магнитных характеристик в широком диапазоне частот, малые потери на вихревые токи и простота изготовления ферритовых деталей.

Ферриты почти не поддаются механической обработке, они обрабатываются только абразивами, такими как, например, корунд. Изделия из ферритов нельзя обрабатывать на станках, так как это может привести к утрате магнитных свойств – резкому увеличению потерь, снижению проницаемости. Благодаря высокому удельному сопротивлению, катушки с сердечниками из ферритов могут иметь очень большую добротность, на низких частотах свыше 500, а на частотах 500… 1000 кГц – 300.

Основной характеристикой магнитного материала сердечника является магнитная проницаемость. На практике она оценивается относительной величиной (по отношению к магнитной проницаемости вакуума) и является безразмерной. Магнитную проницаемость ферритов можно считать постоянной лишь при первом, грубом приближении.

Если к температурной стабильности начальной магнитной проницаемости ферритов не предъявляются повышенные требования, то применяют марганец-цинковые ферриты марок 6000НМ, 4000НМ, 3000НМ, 2000НМ, 1500НМ и 1000НМ. Эти ферриты используются в диапазоне частот до нескольких сотен килогерц как в слабых, так и в сильных полях. Ферриты марок 2000НМ1, 1500HM1, 1500НМ2, 1500НМЗ, 1000НМ3 и 700НМ предназначены для частот до 3 МГц в слабых и средних полях. Им свойственны малые потери и малый температурный коэффициент начальной магнитной проницаемости в широком интервале температур. Для магнитных антенн приемников выпускаются ферритовые стержни марок 700НМ (до 3 МГц), 150ВЧ (до 12 МГц), 100ВЧ (до 18 МГц), 50ВЧ2 (до 30 МГц) и 30ВЧ2 (до 100 МГц). Стержни изготовляются круглого и прямоугольного сечения. Ферритовые детали можно склеивать полистироловым, эпоксидным и другими клеями.

Стабильность катушек индуктивности с сердечниками из никель-цинковых ферритов с начальной магнитной проницаемостью μ = 10…50 (ферриты марок ВЧ) составляет 1 год, при этом индуктивность изменяется не более ±5 %, а катушки с сердечниками из того же материала, но марок НН – до ±2 %. Индуктивность катушек с сердечниками из марганец-цинковых ферритов (марки НМ) за год изменяется до 5 % и является менее стабильной, чем предыдущие. Катушки на альсиферовых кольцах изменяют свою индуктивность в течении года не более чем на ±1 %.

Конструкция каркасов катушек индуктивности

Конструкции катушек индуктивности очень разнообразны. Основными конструктивными элементами катушек являются каркас, обмотка, а вспомогательными – сердечник, экран и т. д. Намотка катушек производится проводом на специальных каркасах, которые придают обмотке механическую прочность. По форме каркасы бывают трубчатые (с фланцами и без них), шпули, ребристые, плоские, тороидальные и другие. Каркасы в зависимости от рабочего диапазона частот и назначения изготавливаются из различных материалов: кабельной бумаги, электрокартона, текстолита, гетинакса, пресспорошка, керамики, слюды, полистирола, органического стекла, эскапона и других.

Выбор материала для каркаса зависит от предъявляемых к нему требований по электрической прочности, допустимой величины диэлектрических потерь, термостойкости, влагостойкости и т. д. Наибольшую стабильность имеют катушки на керамических каркасах, а наименьшую – многослойные катушки, намотанные на каркасах из гетинакса и пресспорошка. Иногда катушки УКВ и КВ диапазонов делают бескаркасными. При их изготовлении, например, для контуров маломощных коротковолновых передатчиков, витки для жесткости скрепляют планками из органического стекла толщиной 3…4 мм. Концы обмоток катушек на каркасе закрепляют нитками или вплавляют паяльником в каркас, если он сделан из полистирола или органического стекла. Иногда плоские каркасы после намотки провода сгибают в кольцо.

Намотка катушек индуктивности

Обмотки катушек могут быть однослойными или многослойными (рис. 1.6). Обмотка характеризуется количеством витков, шагом намотки t и рядом.

Рис. 1.6. Конструкции катушек индуктивности с различным типом намотки:

_{а – с шагом t, б – виток к витку, в – тип «универсаль»}

Под витком катушки понимают отрезок провода, охватывающий всю окружность каркаса. Шаг – расстояние между соседними витками. Ряд – количество витков провода, которое укладывается на всю ширину обмотки. Наиболее простые по конструкции однослойные рядовые обмотки катушек. Они имеют малую величину собственной емкости и высокую добротность. Однако получающиеся при изготовлении большие габариты ограничивают их применение. Чаще всего применяют многослойные обмотки: рядовая многослойная, секционированная индукционная и безиндукционная, галетная, универсальная и тороидальная. Укладка многослойной секционированной индукционной обмотки производится на каркасы-шпули с промежуточными щеками. Количество секций может быть любым, а число рядов в секциях должно быть четным. Секционирование индукционной обмотки используется для высоковольтных и высокочастотных трансформаторов, дросселей высокой частоты. Для получения катушек индуктивности малых размеров и с малой собственной емкостью при большой величине индуктивности пользуются способом универсальной намотки. В этом случае провод укладывается под углом к плоскости вращения и перегибается на торцах. Наибольший угол укладки можно получить при намотке катушки проводом в шелковой изоляции.

Условные обозначения марок ферритов и магнитодиэлектриков

Условное обозначение ферритового стержня состоит из четырех элементов:

1. Буква М указывает, что изделие сделано из феррита.

2. Цифра – начальное значение магнитной проницаемости.

3. Буквы и несколько цифр – марка феррита (В – феррит для работы на частотах выше 5 МГц, Н – для работы на низких частотах).

4. Сокращенное обозначение конструктивного вида сердечника и его размеров в миллиметрах.

В дополнение к названным буквам третьего элемента иногда добавляется еще одна буква с указанием характеристики магнитного поля, в котором может работать этот феррит: С – феррит для работы в сильных магнитных полях, И – специальный феррит для работы в импульсных магнитных полях, если этой буквы нет, то феррит предназначен для работы в слабых магнитных полях. После четвертого элемента иногда может стоять цифра, характеризующая различие свойств феррита. После указанных элементов следует черта, которая выделяет наименование изделия изготовленного из феррита (обозначается буквой) и его конструктивные размеры (обозначаются цифрами):

Б… броневой сердечник, состоящий из двух чашек с цилиндрическим подстроечным стержнем (число после буквы указывает внешний диаметр чашки);

Г… Г-образный для телеаппаратуры, числа последовательно соответствуют длине, ширине и толщине изделия;

К… кольцевой сердечник, числа соответствуют внешнему диаметру, внутреннему диаметру и высоте кольца;

ОС… кольцевой сердечник для отклоняющей системы кинескопа, числа обозначают типоразмер сердечника;

ПК… П-образный, круглого сечения сердечник для трансформатора строчной развертки, числа указывают расстояние между диаметрами и их диаметр;

ПП… П-образный, прямоугольного сечения сердечник, числа указывают расстояние между стержнями, ширину стержня, высоту стержня (только для ТВС кинескопа с отклонением луча 70° первое число 53 указывает ширину сердечника);

СС… для цилиндрических стержней не более 3,5 мм, числа указывают диаметр и длину сердечника (цилиндрические стержни диаметром 8 мм и 10 мм в обозначении не содержат букв СС, в стержнях прямоугольного сечения числа указывают ширину, толщину и длину сердечника);

Ш… Ш-образный сердечник, числа обозначают ширину и толщину среднего выступа; 3 – замкнутый, а О-образный сердечник, числа обозначают высоту изделия, высоту окна, ширину изделия и ширину окна.

Пример.

М100НН-2-СС 2,8x12: М – феррит; 100 – μ = 100; Н – низкочастотный; Н – никель-цинковый; 2 – различные свойства; СС – стержень; 2,8 мм – диаметр; 12 мм – длина.

М700НМ-Б9: М – феррит; 700 – μ = 700; Н – низкочастотный; М – марганец-цинковый; Б – броневой; 9 мм – диаметр.

Шаг 2
Электронные компоненты. Диоды, транзисторы, интегральные микросхемы

2.1. Диоды

Общая характеристика

Под диодом обычно понимают электровакуумные или полупроводниковые приборы, которые пропускают переменный электрический ток только в одном направлении и имеют два контакта для включения в электрическую цепь. Односторонняя проводимость диода является его основным свойством. Это свойство и определяет назначение диода:

• преобразование высокочастотных модулированных колебаний в токи звуковой частоты (детектирование);

• выпрямление переменного тока в постоянный.

Под детектированием понимают еще кроме этого обнаружение сигнала.

Классификация

По исходному полупроводниковому материалу диоды делят на четыре группы: германиевые, кремниевые, из арсенида галлия и фосфида индия. Германиевые диоды используются широко в транзисторных приемниках, так как имеют выше коэффициент передачи, чем кремниевые. Это связано с их большей проводимостью при небольшом напряжении (около 0,1…0,2 В) сигнала высокой частоты на входе детектора и сравнительно малом сопротивлении нагрузки (5…30 кОм).

По конструктивно-технологическому признаку различают диоды точечные и плоскостные.

По назначению полупроводниковые диоды делят на следующие основные группы: выпрямительные, универсальные, импульсные, варикапы, стабилитроны (опорные диоды), стабисторы, туннельные диоды, обращенные диоды, лавинно-пролетные (ЛПД), тиристоры, фотодиоды, светодиоды и оптроны.

Диоды характеризуются такими основными электрическими параметрами:

• током, проходящим через диод в прямом направлении (прямой ток I_пр);

• током, проходящим через диод в обратном направлении (обратный ток I_обр);

• наибольшим допустимым выпрямленным током I_{выпр. макс};

• наибольшим допустимым прямым током I_{пр. доп};

• прямым напряжением U_np;

• обратным напряжением U_обр;

• наибольшим допустимым обратным напряжением U_{обр. макс};

• емкостью С_д между выводами диода;

• габаритами и диапазоном рабочих температур.

Система обозначений

В соответствии с системой обозначений, разработанной до 1964 г., сокращенное обозначение диодов состояло из двух или трех элементов.

Первый элемент буквенный, Д – диод. Второй элемент – номер, соответствующий типу диода: 1…100 – точечные германиевые, 101…200– точечные кремниевые, 201…300 – плоскостные кремниевые, 801…900 – стабилитроны, 901…950 – варикапы, 1001…1100 – выпрямительные столбы. Третий элемент – буква, указывающая разновидность прибора. Этот элемент может отсутствовать, если разновидностей диода нет.

В настоящее время существует система обозначений, соответствующая ГОСТ 10862-72. В новой, как и в старой системе, принято следующее разделение на группы по предельной (граничной) частоте усиления (передачи тока) на низкочастотные НЧ (до 3 МГц), средней частоты СЧ (от 3 до 30 МГц), высокочастотные ВЧ (свыше 30 МГц) и сверхвысокочастотные СВЧ; по рассеиваемой мощности – на маломощные (до 0,3 Вт), средней (от 0,3 до 1,5 Вт) и большой (свыше 1,5 Вт) мощности.

Новая система маркировки диодов более совершенна. Она состоит из четырех элементов. Первый элемент (буква или цифра) указывает исходный полупроводниковый материал, из которого изготовлен диод: Г или 1 – германий, К или 2 – кремний, А или 3 – арсенид галлия, И или 4 – фосфид индия. Второй элемент – буква, показывающая класс или группу диода. Третий элемент – число, определяющее назначение или электрические свойства диода. Четвертый элемент указывает порядковый номер технологической разработки диода и обозначается от А до Я. Например, диод КД202А расшифровывается: К – материал, кремний, Д – диод выпрямительный, 202 – назначение и номер разработки, А – разновидность; 2С920 – кремниевый стабилитрон большой мощности разновидности типа А; ЗИ301Б – фосфид-индиевый туннельный диод переключающей разновидности типа Б. Иногда встречаются диоды, обозначенные по устаревшим системам: ДГ-Ц21, Д7А, Д226Б, Д18. Диоды Д7 отличаются от диодов ДГ-Ц цельнометаллической конструкцией корпуса, вследствие чего они надежнее работают во влажной атмосфере.

Германиевые диоды типа ДГ-Ц21…ДГ-Ц27 и близкие к ним по характеристикам диоды Д7А…Д7Ж обычно используют в выпрямителях для питания радиоаппаратуры от сети переменного тока. В условное обозначение диода не всегда входят некоторые технические данные, поэтому их необходимо искать в справочниках по полупроводниковым приборам. Одним из исключений является обозначение для некоторых диодов с буквами КС или цифрой вместо К (например, 2С) – кремниевые стабилитроны и стабисторы. После этих обозначений стоит три цифры, если это первые цифры: 1 или 4, то взяв последние две цифры и разделив их на 10 получим напряжение стабилизации U_ст. Например, KC107A – стабистор, U_ст = 0,7 В, 2С133А – стабилитрон, U_ст = 3,3 В.

Если первая цифра 2 или 5, то последние две цифры показывают U_ст, например, КС213Б – U_ст = 13 В, 2С291А – 0U_ст = 91 В, если цифра 6, то к последним двум цифрам нужно прибавить 100 В, например, КС680А – U_ст = 180 В.

Маркировка

На корпусе диода обычно указывают материал полупроводника, из которого он изготовлен (буква или цифра), тип (буква), назначение или электрические свойства прибора (цифра), букву, соответствующую разновидности прибора, и дату изготовления, а также его условное обозначение. Условное обозначение диода (анод и катод) указывает, как нужно подключать диод на платах устройств. Диод имеет два вывода, один из которых катод (минус), а другой – анод (плюс).

Условное графическое изображение на корпусе диода наносится в виде стрелки, указывающей прямое направление, если стрелки нет, то ставится знак «+». На плоских выводах некоторых диодов (например, серии Д2) прямо выштамповано условное обозначение диода и его тип.

При нанесении цветового кода, цветную метку, точку или полоску наносят ближе к аноду (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Нанесение цветового кода на диоды

Для некоторых типов диодов используется цветная маркировка в виде точек и полосок (табл. 2.1).

Диоды старых типов, в частности точечные, выпускались в стеклянном оформлении и маркировались буквой «Д» с добавлением цифры и буквы, обозначающих подтип прибора. Германиево-индиевые плоскостные диоды имели обозначение «Д7».

Таблица 2.1. Цветовая маркировка полупроводниковых диодов

_{* Цвет корпуса коричневый}