Конденсаторы, как и резисторы, относятся к наиболее многочисленным элементам радиотехнических устройств. Основное свойство конденсаторов, это способность накапливать электрический заряд. 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. Я уже говорил, что конденсатор в простейшем виде представляет собой две пластинки, разделенные диэлектриком. Если конденсатор 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 конденсатора). 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 цеци 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. Случайно ли выбрана такая емкость конденсатора? Нет, не случайно. Конденсатор 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 оказывает этот конденсатор 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). Этим свойством конденсаторов вы будете часто пользоваться в своих эксперементах и конструкциях. Как устроены конденсаторы постоянной емкости? 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 корпусы конденсаторов покрыты эмалью. Наиболее распространены керамические конденсаторы типов КДК (Конденсатор Дисковый Керамический) и КТК (Конденсатор Трубчатый Керамический), КМ. У конденсатора 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
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:
Рис.3 Последовательное (а) и параллельное (б) соединение резисторов.
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%. 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. 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.2 Конструкция и УГО переменных резисторов на схемах.
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.
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.
Рис.1 Постоянные резисторы и их условно - графическое обозначение на схемах (УГО)
Это детали, пожалуй, наиболее часто применяемы. 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. 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. 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. 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).
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 красным курсивом нужно заучивать, даже если вы пока ничего не понимаете. Все что выделено черным курсивом, нужно принять к сведению и далее руководствоваться этими понятиями. Формулы которые приводятся, тоже нужно заучивать (для чего? Я 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.
Урок-5. Пассивные радиоэлементы
Полезные советы и программы для радиоконструктора
