ELEMENTY BIERNE STOSOWANE W ELEKTROTECHNICE

Transkrypt

1 ELEMENTY BIERNE STOSOWANE W ELEKTROTECHNICE Rezystory, potencjometry. Suwakowe Rezystory Stałe Zmienne (potencjometry) Drutowe Warstwowe (węglowe) Objętościowe (5-60 W) Drutowe (1-150 W) Jednoobrotowe Wieloobrotowe (5, 10, 20 obr.) Nastawne Zwykłe - bez wyłącznika - z wyłącznikiem Zwykłe (do 25 W) Cementowane (6-50 W) Emaliowane (do 150 W) Zwykłe Miniaturowe (nastawne - do obwodów drukowanych) Pojedyncze Podwójne Warstwowe (do 3 W) Węglowe (typu: OWS, OWB, OWW) Metalowe (typu: MŁT, AF, AT, CASE) Rys. 1. Klasyfikacja rezystorów Rezystory są to elementy, których podstawowym parametrem elektrycznym jest rezystancja, a inne parametry, takie jak pojemność i indukcyjność, powinny być jak najmniejsze. NajwaŜniejszymi parametrami rezystorów są: rezystancja znamionowa- wyraŝona w omach moc znamionowa czyli dopuszczalna moc wydzielana w kaŝdym rezystorze, przez który płynie prąd (ciepło: Q = P t; w watach, P = U I); tolerancja czyli niedokładność rezystancji w % rezystancji znamionowej; wymiary; napięcie graniczne podawane w woltach [V]; stałość rezystancji w czasie i w zmiennych warunkach atmosferycznych; siła elektromotoryczna szumów [µv/v] Podział rezystorów w zaleŝności od: cech funkcjonalnych, na: rezystory, potencjometry, termistory, warystory i magnetorezystory gaussotrony; charakterystyki prądowo napięciowej, na: liniowe i nieliniowe;

2 stosowanego materiału oporowego, na: drutowe i niedrutowe. Rys.2. Przykłady rezystorów stałych i zmiennych: a) warstwowe metalizowane; b) objętościowe; c) drutowe; d) potencjometry Rys. 3. Rezystory zmienne: a) potencjometry wielo- i jednoobrotowy; b) precyzyjne potencjometry nastawne (trymery) wieloobrotowe; c) miniaturowe trymery oporowe jednoobrotowe Rezystory drutowe wykonane z drutu stopowego (manganin, konstantan, kanthal) nawiniętego na ceramiczny wałek lub rurkę w postaci jednowarstwowego uzwojenia.

3 Rezystory niedrutowe wykonane z materiału rezystywnego jako rezystory warstwowe lub objętościowe. Rezystory warstwowe wykonane z materiału rezystywnego umieszczonego na podłoŝu w postaci warstwy. Mogą być węglowe (OWZ; stosuje się w układach o bardzo wielkich częstotliwościach, do 1 GHz) i metalizowane. Rezystory metalizowane wykonane z materiałów takich jak złoto, platyna, rod, pallad, nikiel, iryd. Są to rezystory cienkowarstwowe (grubość warstwy poniŝej 1 _m). Rezystory objętościowe występuje w nich lity element oporowy, który przewodzi prąd całą swoją objętości_. Z tej racji rezystory te wytrzymują duŝe obciąŝenia prądowe i mocowe. Rezystor liniowy charakteryzuje się w normalnych warunkach proporcjonalną zaleŝnością napięcia od prądu, tzn. spełnia prawo Ohma w postaci U = I R, przy czym R=const. Rezystor nieliniowy charakteryzuje się tym, Ŝe wartość rezystancji jest funkcją prądu lub napięcia. Termistory charakteryzują się ujemnym współczynnikiem rezystancyjnym. Ich rezystancja zmienia się wraz ze zmianami temperatury. Fotorezystory ich rezystancja zaleŝy od natęŝenia światła padającego na rezystor. Rezystory zmienne (potencjometry) są to takie rezystory, w których wartość rezystancji zaleŝy od połoŝenia pokrętła lub ruchomego ślizgacza. Najbardziej stabilne ze wszystkich rezystorów są potencjometry drutowe. Stosuje się je jako potencjometry dostrojnicze i wieloobrotowe w układach pomiarowokontrolnych (moc 0,5 4 W). Potencjometry warstwowe są stosowane do regulacji napięć w obwodach.(moc 0,1 2 W). Potencjometry o charakterystyce liniowej zastosowanie: do regulacji napięcia (dzielniki napięciowe); Potencjometry o charakterystyce logarytmicznej zastosowanie: do regulacji siły głosu we wzmacniaczach akustycznych; Potencjometry o charakterystyce wykładniczej zastosowanie: do regulacji barwy tonu. Kondensatory. Kondensatorem nazywamy układ dwóch lub więcej przewodników (okładzin) odizolowanych od siebie dielektrykiem. Zadaniem kondensatora jest gromadzenie ładunków elektrycznych. Miarą zdolności kondensatora do gromadzenia ładunków elektrycznych nazywamy pojemnością kondensatora. gdzie: C pojemność, ε przenikalność elektryczna dielektryka wypełniającego przestrzeń między okładzinami kondensatora, S powierzchnia okładzin kondensatora, d odległość między okładzinami Rys. 4. Budowa kondensatora płaskiego

4 Jednostką pojemności jest farad [F]. Jeden farad jest jednostką bardzo duŝą. Np. kula ziemska ma pojemność 700 µf. W praktyce uŝywa się jednostek mniejszych od farada. Kondensatory Stałe Zmienne Regulacyjne (4,5-505 pf) Nastawne - trymery (2-60 pf) Płytkowe Mikowe Rurkowe Ceramiczne Papierowe Zwijkowe Organiczne Polistyrenowe Poliestrowe Poliwęglanowe Monolityczne (półprzewodnikowe) Cienkowarstwowe (napylane) Elektrolityczne Aluminiowe Tantalowe Rys. 5. Klasyfikacja kondensatorów Parametry kondensatorów: pojemność znamionowa (wyraŝona w [F]) określa zdolność kondensatora do gromadzenia ładunków elektrycznych. napięcie znamionowe największe dopuszczalne napięcie stałe lub zmienne, które moŝe być przyłoŝone do kondensatora. tolerancja niedokładność wykonania kondensatora. Tolerancje mają wartości od kilku do ponad stu procent (np. w przypadku kondensatorów elektrolitycznych aluminiowych). tangens kąta stratności stosunek mocy czynnej wydzielającej się w kondensatorze do mocy biernej magazynowanej w kondensatorze, przy napięciu sinusoidalnie zmiennym o określonej częstotliwości. prąd upływowy prąd płynący przez kondensator przy doprowadzonym napięciu stałym. temperaturowy współczynnik pojemności określa względną zmianę pojemności zaleŝną od zmian temperatury. Podział kondensatorów stałych ze względu na budowę: mikowe do budowy stosuje się muskowit (rodzaj miki). Mają mały temperaturowy współczynnik pojemności i mały tangens kąta stratności dielektrycznej. Wadą ich jest wysoka cena kondensatorów duŝej pojemności. ceramiczne wykonywane z ceramiki alundowej, rutylowej, steatytowej, mają małą wartość tangensa kąta stratności dielektrycznej oraz duŝy temperaturowy współczynnik pojemności. Zaletą jest duŝa wartość pojemności znamionowej i małe wymiary. Często stosowane w obwodach w.cz. oraz jako pojemności sprzęgające (pojemności w obwodach rezonansowych i filtrach).

5 papierowe mają małe wymiary przy duŝych wartościach pojemności oraz duŝy współczynnik stratności dielektrycznej. Dielektrykiem w nich jest bibuła nasycona olejem syntetycznym, kondensatorowym, lub parafinowym. poliestyrenowe mają mały współczynnik temperaturowy pojemności oraz mały tangens kąta stratności dielektrycznej. Przeznaczone są do układów wielkich częstotliwości. elektrolityczne: aluminiowe i tantalowe (z elektrolitem ciekłym mokre, z elektrolitem suchym półprzewodnikowe). Stosowane w układach filtracji napięcia zasilania i jako kondensatory sprzęgające w układach małej częstotliwości. Mają duŝe wartości pojemności znamionowej. Długotrwała praca przy napięciu mniejszym od znamionowego powoduje znaczny wzrost pojemności. Ich wadą jest duŝy prąd upływowy, którego wartość rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Rys.6. Rodzaje kondensatorów: a) stałe ceramiczne; b) stałe zwijkowe; c) elektrolityczne; d) nastawne (trymery)

6 Cewki Bezrdzeniowe Rdzeniowe Cewki i transformatory. Cewką nazywamy zwojnicę, której podstawowym parametrem jest indukcyjność. Indukcyjność określa zdolność cewki do przeciwstawiania się zmianom prądu płynącego przez cewkę i wyraŝa się wzorem: gdzie: L indukcyjność cewki w henrach [H], µ przenikalność magnetyczna rdzenia cewki, N liczba zwojów, d i l średnica i długość cewki [m]. Rys. 7. Budowa cewki. 1 korpus, 2 uzwojenie 3 rdzeń (ewentualnie) Z rdzeniami blaszanymi Dławiki m. cz. Z rdzeniami ferrytowymi Transformatory m. cz. Dławiki w. cz. Transformatory w. cz. Dławiki w. cz. Transformatory w. cz. Rys. 8. Klasyfikacja cewek (m.cz. - małej częstotliwości, w.cz. wielkiej częstotliwości) Podstawowe parametry cewki: indukcyjność własna L; dobroć Q Q L = ω L/r L gdzie: L indukcyjność; r L rezystancja uzwojenia pojemność własna C 0 (występuje między poszczególnymi zwojami cewki, między zwojami a korpusem oraz innymi elementami otaczającymi cewkę) zaleŝy od wymiarów i sposobu uzwojenia. Od wartości pojemności własnej cewki (0,5 50 pf) zaleŝy częstotliwość rezonansu własnego Podział cewek ze względu na sposób wykonania: jednowarstwowe (15 20 µh) lub wielowarstwowe ( µh); bezrdzeniowe lub z rdzeniem; cylindryczne, płaskie, toroidalne lub drukowane (odpowiednio profilowane ścieŝki); ekranowane lub nieekranowane. Cewka z rdzeniem ferromagnetycznym o nieliniowej charakterystyce magnesowania rdzenia nazywamy dławikiem.

7 Płynący przez cewkę prąd wytwarza wokół niej pole magnetyczne. Jeśli w tym polu magnetycznym umieścimy drugą cewkę, to otrzymamy transformator. Zmiany prądu płynącego w pierwszej cewce transformatora powodują zmiany strumienia magnetycznego przenikającego zwoje drugiej cewki, a więc w drugiej cewce indukuje się siła elektromotoryczna (sem). Istnieją transformatory o dwóch lub większej liczbie cewek. Przekładnią transformatora nazywamy stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego z 1 do liczby zwojów uzwojenia wtórnego z 2. Rys.9. Cewki i transformatory: a) cewki miniaturowe; b) elementy wielkogabarytowe; c) transformatory sieciowe; 1 cewki jednowarstwowe, 2 dławik hermetyczny, 3 cewka nawinięta krzyŝowo, 4 cewka płaska, 5 autotransformator z kubkowym rdzeniem ferrytowym, 6 rdzenie ferrytowe (okrągły i płaski), 7 cewki wielowarstwowe, 8 i 9 transformatory sieciowe z rdzeniem toroidalnym (100 W) i zwijanym (23 W). Indukcyjność cewek bezrdzeniowych powietrznych jest mała w stosunku do ich wymiarów. Znaczne zwiększenie indukcyjności osiąga się przez wprowadzenie w korpus cewki rdzenia ferromagnetycznego o duŝej przenikalności magnetycznej. Rdzeń moŝe być stały lub

8 przesuwany. Cewki moŝna wytwarzać bezpośrednio na płytce drukowanej, ale mają one niewielkie wartości. W celu zmniejszenia pojemności uzwojenia buduje się cewki z uzwojeniami dzielonymi na sekcje lub nawijanymi krzyŝowo. Uzwojenia dzielone (cylindryczne) składa się z dwóch lub więcej sekcji w kształcie cylindrów (oddzielnych cewek nawiniętych jedna obok drugiej), leŝących obok siebie i połączonych szeregowo. W uzwojeniach krzyŝowych poszczególne zwoje biegną zygzakiem (są ze sobą skrzyŝowane). Literatura: A.J.Marusak Urządzenia elektroniczne Cz.I Elementy urządzeń WSiP Warszawa 2000