Элемент питания

Транзистор.

Стабилитроны.

Светодиод

Диод.

Резистор.

Самый простой элемент. Он имеет свое сопротивление электрическому току. О нем все знают - потому что знают закон Ома:

R=U/I, где

U - напряжение на выводах резистора (измеряется обычно в вольтах - В);

I - ток сквозь резистор (измеряется обычно в амперах - А).

Внешний вид и обозначение резистора на рисунке 1.

Рис.1.

Резисторы бывают проволочные (обычно большой мощности) и угольные.

Измеряется сопротивление резистора в Омах.

1Гом(ГигаОм)=1000МОм(МегаОм)=1000000Ком(килоОм)=1000000000Ом

Иногда применяют единицу - милиОм (мОм). 1Ом=1000мОм.

Вторая характеристика резистора - это мощность, которую он может рассеять и не сгореть. На пределе своей мощности сильно греются. (Кто-то даже паяльник из резистора делал). Мощность, рассеиваемая на резисторе, определяется по формуле:

P=U*I, где

U - напряжение на выводах резистора;

I - ток сквозь резистор.

Причем ток через резистор может быть как постоянный, так и переменный. А могут течь и оба тока сразу.

1В=1000мВ(милиВольт)=1000000мкВ(микроВольт)=1000000000нВ(наноВольт).

1А=1000мА(милиАмпер)=1000000мкА(микроАмпер)=1000000000нА(наноАмпер).

Пример1.

Необходимо изготовить паяльник мощностью 6Вт из проволочного резистора для работы от бортовой сети автомобиля 12В

1.Находим ток I=P/U=6Вт/12В=0,5А

2.Сопротивление проволоки должно быть R=U/I=12В/0,5А=24Ом.

Иногда необходимо подстроить режим схемы, плавно изменив сопротивление резистора или менять уровень сигнала. Тогда применяют специально сконструированные подстроечные и переменные резисторы (рисунок 2).

Рис.2.

Слева - переменные резисторы и их схемотехническое обозначение, справа - подстроечный и его обозначение.

Конденсатор (иногда говорят просто - ёмкость).

Конденсатор имеет свою электрическую емкость и может накапливать электрический заряд (конденсаторы большой емкости могут работать как батарейка). Разряженный конденсатор представляет для переменного тока короткое замыкание (пока не зарядится). Так что при соответствующем подборе конденсатор служит для разделения каскадов в радиоустройствах (чтоб не было замыканий по постоянному току) или для фильтрации напряжения питания. Внешний вид и обозначение показаны на рисунке 3.

Рис.3.

Конденсаторы большой емкости занимают много места. Для уменьшения габаритов были разработаны электролитические конденсаторы, которые гораздо меньше своих биполярных собратьев, но к сожалению они требуют соблюдения полярности включения, рисунок 4.

Рис.4.

Еще конденсаторы боятся больших напряжений. Насколько больших? Да почти на каждом конденсаторе написано либо максимальное допустимое напряжение, либо группа и тут уж надо воспользоваться справочником, чтоб познать истину.

Постоянный ток конденсатор не любит, а потому не пропускает совсем. Переменному току конденсатор оказывает определенное сопротивление, зависящее от частоты того тока. Особенность конденсатора - это несовпадение фаз напряжения на обкладках и переменного тока через конденсатор. Говорят - конденсатор реактивный элемент. Его реактивное сопротивление переменному току зависит от частоты этого тока и определяется по формуле:

Xc=1/(2p fC), где

p - число "Пи", равное 3,1415... и т.д.;

f - частота переменного тока, измеряется в Герцах (Гц) (между прочим w=2pf - называется угловой частотой и измеряется в радианах в секунду).

1ГГц(гигагерц)=1000МГц(мегагерц)=1000000кГц(килогерц)=1000000000Гц(Герц);

C - емкость конденсатора, измеряется в Фарадах.

1Ф(Фарада)= 10⁶мФ(микрофарад)=10^-9нФ(нанофарад)=10^-12 пФ(пикофарад).

Пример2.

Надо запитать паяльник, рассчитанный в примере1 от сети переменного тока напряжением 220В частотой 50Гц через конденсатор, представляющий реактивное сопротивление.

1.Принимая определенные ограничения, которые я может опишу когда-нибудь рассчитаем емкость конденсатора переменному току частотой 50Гц при действующем значении тока через него 0,5А и напряжении на обкладках Uc=220В-12В=208В

2.С=1/[2pfXc]=1/[2pf(Uc/Ic)]=1/[2p50(208В/0.5А)]=7,65190563057823920469153638022013e-6=7,65*10^-6Ф=7,65мкФ

Катушка индуктивности (или просто индуктивность).

Любой провод имеет свою индуктивность. А стоит намотать несколько витков - вот уже и катушка рисунок 5.

Обозначается "L". Измеряется в Генри.

1Гн(Генри)=1000мГн(милиГенри)=1000000мкГн(микроГенри)

Рис.5.

Если две катушки намотать на одном сердечнике - это уже трансформатор. А в зависимости от типа сердечника индуктивность катушек может стать больше (если сердечник из ферромагнитного материала) или меньше (если сердечник из материала немагнитного).

Отношение количества витков катушек трансформатора называют коэффициентом трансформации.

Катушка индуктивности является также как и конденсатор реактивным элементом. Для постоянного тока она представляет собой короткое замыкание (точнее имеет незначительное активное сопротивление, которым можно пренебречь). При повышении частоты переменному току становится все труднее бороться с силами самоиндукции - сопротивление катушки растет. Его можно легко найти по формуле:

X_L=2p fL, где

p - число "Пи", равное 3,1415... и т.д.;

f - частота переменного тока, измеряется в Герцах (Гц);

L - индуктивность катушки, измеряется в Генри.

Представляет собой специальную конструкцию на основе p-n - перехода. Пропускает электрический ток только в одну сторону - от анода к катоду. Внешний вид и схематическое обозначение ты найдешь на рисунке 6. Катод слева. Анод справа

Рис.6.

Еще есть мощные диоды и вид у них другой. Но в магнитофонах они обычно не применяются. Характеристиками диода являются максимальное обратное рабочее напряжение и максимальный прямой ток. Графически вольт-амперная харакеристика диода (как впрочем и p-n - перехода) выглядит очень красиво (рисунок 7).

Рис.7.

Замечание:

правая часть рисунка растянута раз в 10, а может и 100.

Таким образом прямое напряжение на диоде не может намного превышать 0,7В. При больших напряжениях он обычно уже сгорел.

В качестве индикаторов обычно используютсветодиоды - рисунок 8. Они бывают красные, зеленые, желтые или двухцветные (при использовании не забывайте про балластный резистор, ограничивающий ток на уровне 5...15мА).

Рис.8.

На светодиодах прямое падение напряжения может достигать 1...2В, но не выше. Таким образом часто используют светодиоды и простые диоды в качестве источников опорного напряжения. Но есть и специальные приборы для получения стабильного напряжения.

Специальная разновидность диодов, предназначенная для работы в обратном включении на электрическом пробое p-n перехода (см рис. 9.). Там же и схемотехническое обозначение стабилитрона. Чтобы вывести стабилитрон на рабочую точку необходим гаситель лишнего напряжения и ограничитель тока - балластный резистор.

Рис.9.

Еще стабилитрон можно использовать в качестве конденсатора небольшой ёмкости изменяемой приложенным напряжением, так как тут меняется собственная ёмкость p-n перехода. Такие приборы называют варикапами и используют обычно в радиоприемных трактах. Внешний вид и схемотехническое изображение варикапов представлены на рисунке 10.

Рис.10.

Вот мы и дошли до самого главного. Все схемы строятся теперь на транзисторах. Правда иногда применяют альтернативу - электронные лампы, но это уж только меломаны. Все микросхемы сплошь состоят из транзисторов. Дело в том, что очень трудно сделать малогабаритный, вернее микрогабаритный конденсатор или резистор. И часто проще поставить сотню другую транзисторов, чем один резистор в микросхеме.

Транзисторы бывают мощные и маломощные, высокочастотные не очень, германиевые или (в основном) кремниевые, размещенные в разных конструкциях корпусов и безкорпусные вообще. Наиболее распространенные смотрите на рисунке 11. Там же представлены схемотехнические обозначения транзисторов. Вверху - n-p-n (обратной) проводимости, ниже p-n-p (прямой). Верхние по схеме выводы называются коллектор, тот что снизу - эмиттер, а слева - база.

Рис.11.

Внутри транзистор состоит из кристалла, с встроенным двойным p-n переходом (как два встречновключенных диода таким образом они представляют барьер для тока любой полярности). Но стоит подать прямое напряжение на базовый вывод, как барьер уменьшится и потечет ток между коллектором и эмиттером. Таким образом можно регулировать большой ток коллектора малым током база-эмиттера. Вот те и усилитель! Здорово я объяснил? Не очень... Ладно потом дорасскажу. Тока надо обвязать транзистор цепями, задающими соответствующие режимы.

Микросхема.

Если взять работоспособную радиоэлектронную конструкцию и заменить все резисторы и конденсаторы (специальными схемными решениями) на транзисторы - вот уже и микросхема готова. Осталось только выполнить топологию (разводку кристалла), вставить в корпус и распаять выводы. Электрическая схема распространенного интегрального усилителя НЧ (низкой частоты) TDA2003 изображена на рисунке 12. Двойными кружочками изображены источники тока (специальная конструкция топологии кристалла, состоящая иногда из сотен транзисторов). Диоды и стабилитроны это, как правило, тоже транзисторы, один вывод которых не используется (обычно используют переход эмиттер-база). В качестве резисторов все равно обычно используются транзисторы с определенным включением - скажем зигзагообразным переходом.

Рис.12.

Внешний вид микросхем ты видишь на рисунке 14 (я не люблю число 13 - поэтому рисунка 13 не ищи).

Все усилители сигналов обычно аналоговые микросхемы. Но существует еще целый класс цифровых. Именно они явились родоначальниками компьютерной техники. Там своя жизнь, но я все же приоткрою в дальнейшем полог таинственности цифры. А пока вот ниже их внешний вид на рисунке 15. Хотя теперь часто экономят золото и размещают цифровые микросхемы вDIP-овских корпусах. На рисунке 14 это два верхние.

Рис.14. Рис.15. Рис.16.

Они могут содержать от 3 до 24 и более выводов!

Еще есть класс микросхем это источники питания. Там много ума не надо вход, выход и "земля" - трех выводов достаточно, а потому их часто вставляют в транзисторные корпуса. Например, модный стабилизатор КРЕН12) рисунок 16.

Каждый новый элемент питания выдает на своих клеммах напряжение 1,5В (аккумулятор - 1,2В). Поэтому обычно питание производится от нескольких элементов или аккумуляторов. Говорят от батареи гальванических элементов или аккумуляторов. Внешний вид распространенных элементов питания АА6 представлен на рисунке 17.

Рис.17.

Дата добавления: 2017-01-14