Конденсатор и резистор: знакомство с радиодеталями

Содержание

знакомство с радиодеталями

 

главная

основы

элементы

примеры расчетов

любительская технология

общая схемотехника

радиоприем

конструкции для дома и быта

связная аппаратура

телевидение

справочные данные

измерения

обзор радиолюбительских схем в журналах

обратная связь

      реклама

 

резисторы и конденсаторы     полупроводниковые приборы    акустические приборы     микросхемы     солнечные фотоэлементы      SMD компоненты    реле электромагнитные  полупроводниковые оптоприборы

                ЗНАКОМСТВО С РАДИОДЕТАЛЯМИ


Какие только детали не понадобятся для изготовления предлагаемых конструкций! Здесь и резисторы, и транзисторы, и конденсаторы, и диоды, и выключатели. .. Из многообразия радиодеталей надо уметь быстро отличить по внешнему виду нужную, расшифровать надпись на ее корпусе, определить выводы. О том, как это сделать, и будет кратко рассказано ниже. Более же подробные сведения о радиодеталях вы найдете в описании конструкций самоделок.

Резистор. Эта деталь встречается практически в каждой конструкции. Представляет собой фарфоровую трубочку (или стержень), на которую снаружи напылена тончайшая пленка металла или сажи (углерода). Резистор обладает сопротивлением и используется для того, чтобы установить нужный ток в электрической цепи. Вспомните пример с резервуаром: изменяя диаметр трубы (сопротивление нагрузки), можно получить ту или иную скорость потока воды (электрический ток различной силы). Чем тоньше пленка на фарфоровой трубочке или стержне, тем больше сопротивление току. На схемах резистор обозначается латинской буквой R (от слова Resistans — сопротивляться).

Резисторы бывают постоянные и переменные. Из постоянных чаще всего используют резисторы типа МЛТ (металлизированное лакированное теплостойкое), ВС (влагостойкое сопротивление), УЛМ (углеродистое лакированное малогабаритное), из переменных — СП (сопротивление переменное) и СПО (сопротивление переменное объемное).
Резисторы различают по сопротивлению и мощности. Сопротивление, как вы уже знаете, измеряют в омах, килоомах и мегаомах. Мощность же выражают в ваттах и обозначают эту единицу буквами Вт. Резисторы разной мощности отличаются размерами. Чем больше мощность резистора, тем больше его размеры.

 

Сопротивление резистора проставляют на схемах рядом с его условным обозначением. Если сопротивление менее 1 кОм, цифрами указывают число ом без единицы измерения. При сопротивлении 1 кОм и более — до 1 МОм указывают число килоом и ставят рядом букву «к». Сопротивление 1 МОм и выше выражают числом мегаом с добавлением буквы «М». Например, если на схеме рядом с обозначением резистора написано 510, значит, сопротивление резистора 510 Ом. Обозначениям 3,6 к и 820 к соответствует сопротивление 3,6 кОм и 820 кОм. Надпись на схеме 1 М или 4,7 М означает, что используются сопротивления 1 МОм -и 4,7 МОм.

В отличие от постоянных резисторов, имеющих два вывода, у переменных резисторов таких выводов три. На схеме указывают сопротивление между крайними выводами переменного резистора. Сопротивление же между средним выводом и крайними изменяется при вращении выступающей наружу оси резистора. Причем, когда ось поворачивают в одну сторону, сопротивление между средним выводом и одним из крайних возрастает, соответственно уменьшаясь между средним выводом и другим крайним. Когда же ось поворачивают обратно, происходит обратное явление. Это свойство переменного резистора используется, например, для регулирования громкости звука в усилителях, приемниках, электрофонах.

К группе резисторов относятся и так называемые терморезисторы. В принципе, у любого резистора имеется определенная зависимость номинала от окружающей температуры. Эта зависимость называется Температурный Коэффициент Сопротивления — сокращенно — ТКС и носит величину в процентах на градус (как правило — градус Цельсия!). В процессе изготовления стараются снизить ТКС у резисторов до минимума…  Довольно высокий ТКС имеют некоторые металлы (например — медь). Это свойство часто используется для контроля за температурой внутри аппаратуры, а также дает возможность косвенным путем вычислить температуру, например, силового трансформатора или электродвигателя. Используя некоторые из полупроводниковых материалов можно создать терморезисторы как с положительным, так и с отрицательным ТКС. Резисторы с положительным ТКС часто используют в цепях защиты аппаратуры от перегрева. При увеличении температуры сопротивление такого резистора увеличивается до величины иногда в несколько раз большей, чем начальная, что ограничивает ток, например в цепи пусковой обмотки электродвигателя… Терморезисторы с отрицательным ТКС часто используются для обеспечения так называемого «мягкого» пуска электродвигателей а также для продления службы обычных ламп накаливания. Такой резистор при комнатной температуре имеет некоторое начальное сопротивление, уменьшающееся в процессе нагрева. Таким образом мы имеем некоторое ограничение пускового тока… Справочные данные некоторых из отечественных терморезисторов можно скачать  по этой ссылке.

Конденсатор. Надо сказать, что эту деталь, как и резистор, можно увидеть во многих самоделках. Как правило, самый простой конденсатор — это две металлические пластинки (обкладки) и воздух между ними. Вместо воздуха может быть фарфор, слюда или другой материал, не проводящий ток. Если резистор пропускает постоянный ток, то через конденсатор он не проходит. А вот переменный ток через конденсатор проходит. Благодаря такому свойству конденсатор ставят там, где нужно отделить постоянный ток от переменного.

Как вы знаете, у резистора основной параметр — сопротивление, у конденсатора же — емкость. Конденсаторы бывают постоянной и переменной емкости. У переменных конденсаторов емкость изменяется при вращении выступающей наружу оси. Кроме этих двух типов, в наших конструкциях используется еще одна разновидность конденсаторов — подстроечный. Обычно его устанавливают в то или иное устройство для того, чтобы при налаживании точнее подобрать нужную емкость и больше конденсатор не трогать. В любительских конструкциях подстроечный конденсатор нередко используют как переменный — он дешев и доступен. На схемах конденсатор обозначается буквой С (от латинского слова Capacitor — накопитель).

Единица емкости - микрофарада (мкФ) взята за основу в радиолюбительских конструкциях и в промышленной аппаратуре. Но чаще употребляется другая единица — пикофарада (пФ), миллионная доля микрофарады. На схемах вы встретите и ту, и другую единицу. Причем емкость до 9100 пФ включительно указывают на схемах в пикофарадах, а свыше — в микрофарадах. Если, например, рядом с условным обозначением конденсатора написано «27», «510» или «6800», значит, емкость конденсатора соответственно 27, 510 или 6800 пФ. А вот цифры 0,015, 0,25 или 1,0 свидетельствуют о том, что емкость конденсатора составляет соответствующее число микрофарад.
Типов конденсаторов очень много. Они отличаются материалом между пластинами и конструкцией. Бывают конденсаторы воздушные, слюдяные, керамические и др. Одна из разновидностей постоянных конденсаторов — электролитический. Такие конденсаторы выпускают большой емкости — от 0,5 до 68000 мкФ.

 На схемах для них указывают не только емкость, но и максимальное напряжение, на которое их можно использовать . Например, надпись 5,0×10 В означает, что конденсатор емкостью 5 мкФ нужно взять на напряжение 10 В. Необходимо иметь в виду, что электролитичесие конденсаторы (за исключением специально изготовленных, так называемых «неполярных»!) не могут работать в цепях переменного тока значительной величины! Использование полярных электролитических конднсаторов в цепях переменного тока приводит к их разрушению и даже к  взрыву!!!
Для переменных или подстроечных конденсаторов на схеме указывают крайние значения емкости, которые получаются, если ось конденсатора повернуть от одного крайнего положения до другого или вращать вкруговую (как у подстроечных конденсаторов). Например, надпись 5 — 180 свидетельствует о том, что в одном крайнем положении оси емкость конденсатора составляет 5 пФ, а в другом — 180 пФ. При плавном повороте из одного положения в другое емкость конденсатора будет также плавно изменяться от 5 до 180 пФ или от 180 до 5 пФ.

Номинальные значения емкости конденсаторов и сопротивления резисторов показаны на рисунке внизу:

Цифры номиналов зависят от допустимого отклонения (получается при изготовлении и последующей отбраковки элементов) от номинального значения в процентах.

                                                     вверх 

Конденсатор и RC цепочка | Электроника для всех

Если соединить резистор и конденсатор, то получится пожалуй одна из самых полезных и универсальных цепей.
 

О многочисленных способах применения которой я сегодня и решил рассказать. Но вначале про каждый элемент в отдельности:
 

Резистор — его задача ограничивать ток. Это статичный элемент, чье сопротивление не меняется, про тепловые погрешности сейчас не говорим — они не слишком велики. Ток через резистор определяется законом ома — I=U/R, где U напряжение на выводах резистора, R — его сопротивление.
 

Конденсатор штука поинтересней. У него есть интересное свойство — когда он разряжен то ведет себя почти как короткое замыкание — ток через него течет без ограничений, устремляясь в бесконечность. А напряжение на нем стремится к нулю. Когда же он заряжен, то становится как обрыв и ток через него течь перестает, а напряжение на нем становится равным заряжающему источнику. Получается интересная зависимость — есть ток, нет напряжения, есть напряжение — нет тока.
 

Чтобы визуализировать себе этот процесс, представь ган… эмм.. воздушный шарик который наполняется водой. Поток воды — это ток. Давление воды на упругие стенки — эквивалент напряжения. Теперь смотри, когда шарик пуст — вода втекает свободно, большой ток, а давления еще почти нет — напряжение мало. Потом, когда шарик наполнится и начнет сопротивляться давлению, за счет упругости стенок, то скорость потока замедлится, а потом и вовсе остановится — силы сравнялись, конденсатор зарядился. Есть напряжение натянутых стенок, но нет тока!
 

Теперь, если снять или уменьшить внешнее давление, убрать источник питания, то вода под действием упругости хлынет обратно. Также и ток из конденсатора потечет обратно если цепь будет замкнута, а напряжение источника ниже чем напряжение в конденсаторе.
 

Емкость конденсатора. Что это?
Теоретически, в любой идеальный конденсатор можно закачать заряд бесконечного размера. Просто наш шарик сильней растянется и стенки создадут большее давление, бесконечно большое давление.
А что же тогда насчет Фарад, что пишут на боку конденсатора в качестве показателя емкости? А это всего лишь зависимость напряжения от заряда (q = CU). У конденсатора малой емкости рост напряжения от заряда будет выше.
 

Представь два стакана с бесконечно высокими стенками. Один узкий, как пробирка, другой широкий, как тазик. Уровень воды в них — это напряжение. Площадь дна — емкость. И в тот и в другой можно набузолить один и тот же литр воды — равный заряд. Но в пробирке уровень подскочит на несколько метров, А в тазике будет плескаться у самого дна. Также и в конденсаторах с малой и большой емкостью.
Залить то можно сколько угодно, но напряжение будет разным.
 

Плюс в реале у конденсаторов есть пробивное напряжение, после которого он перестает быть конденсатором, а превращается в годный проводник 🙂
 

А как быстро заряжается конденсатор?
В идеальных условиях, когда у нас бесконечно мощный источник напряжения с нулевым внутренним сопротивлением, идеальные сверхпроводящие провода и абсолютно безупречный конденсатор — этот процесс будет происходить мгновенно, с временем равным 0, равно как и разряд.
 

Но в реальности всегда существуют сопротивления, явные — вроде банального резистора или неявные, такие как сопротивление проводов или внутреннее сопротивление источника напряжения.
В этом случае скорость заряда конденсатора будет зависить от сопротивлений в цепи и емкости кондера, а сам заряд будет идти по экспоненциальному закону.
 

 

А у этого закона есть пара характерных величин:

  • Т — постоянная времени, это время при котором величина достигнет 63% от своего максимума. 63% тут взялись не случайно, тут прямая завязка на такую формулу VALUET=max—1/e*max.
  • 3T — а при троекратной постоянной значение достигнет 95% своего максимума.

 

Постоянная времени для RC цепи Т=R*C.
 

Чем меньше сопротивление и меньше емкость, тем быстрей конденсатор заряжается. Если сопротивление равно нулю, то и время заряда равно нулю.
 

Рассчитаем за сколько зарядится на 95% конденсатор емкостью 1uF через резистор в 1кОм:
T= C*R = 10-6 * 103 = 0.001c
3T = 0.003c через такое время напряжение на конденсаторе достигнет 95% от напряжения источника.
 

Разряд пойдет по тому же закону, только вверх ногами. Т.е. через Твремени в на конденсаторе остаенется всего лишь 100% — 63% = 37% от первоначального напряжения, а через 3T и того меньше — жалкие 5%.
 

Ну с подачей и снятием напряжения все ясно. А если напряжение подали, а потом еще ступенчато подняли, а разряжали также ступеньками? Ситуация тут практически не изменится — поднялось напряжение, конденсатор дозарядился до него по тому же закону, с той же постоянной времени — через время 3Т его напряжение будет на 95% от нового максимума.
Чуть понизилось — подразрядился и через время 3Т напряжение на нем будет на 5% выше нового минимума.
Да что я тебе говорю, лучше показать. Сварганил тут в мультисиме хитровыдрюченный генератор ступечнатого сигнала и подал на интегрирующую RC цепочку:

 

Видишь как колбасится 🙂 Обрати внимание, что и заряд и разряд, вне зависимости от высоты ступеньки, всегда одной длительности!!!
 

А до какой величины конденсатор можно зарядить?
В теории до бесконечности, этакий шарик с бесконечно тянущимися стенками. В реале же шарик рано или поздно лопнет, а конденсатор пробьет и закоротит. Вот поэтому у всех конденсаторов есть важный параметр — предельное напряжение. На электролитах его часто пишут сбоку, а на керамических его надо смотреть в справочниках. Но там оно обычно от 50 вольт. В общем, выбирая кондер надо следить, чтобы его предельное напряжение было не ниже того которое в цепи. Добавлю что при расчете конденсатора на переменное напряжение следует выбирать предельное напряжение в 1.4 раза выше. Т.к. на переменном напряжении указывают действующее значение, а мгновенное значение в своем максимуме превышает его в 1.4 раза.
 

Что следует из вышеперечисленного? А то что если на конденсатор подать постоянное напряжение, то он просто зарядится и все. На этом веселье закончится.
 

А если подать переменное? То очевидно, что он будет то заряжаться, то разряжаться, а в цепи будет туда и обратно гулять ток. Движуха! Ток есть!
 

Выходит, несмотря на физический обрыв цепи между обкладками, через конденсатор легко протекает переменный ток, а вот постоянному слабо.
 

Что нам это дает? А то что конденсатор может служить своего рода сепаратором, для разделения переменного тока и постоянного на соответствующие составляющие.
 

Любой изменяющийся во времени сигнал можно представить как сумму двух составляющих — переменной и постоянной.

Например, у классической синусоиды есть только переменная часть, а постоянная равна нулю. У постоянного же тока наоборот. А если у нас сдвинутая синусоида? Или постоянная с помехами?
 

Переменная и постоянная составляющие сигнала легко разделяются!
Чуть выше я тебе показал как конденсатор дозаряжается и подразряжается при изменениях напряжения. Так что переменная составляющая сквозь кондер пройдет на ура, т.к. только она заставляет конденсатор активно менять свой заряд. Постоянная же как была так и останется и застрянет на конденсаторе.
 

Но чтобы конденсатор эффективно разделял переменную составляющую от постоянной частота переменной составляющей должна быть не ниже чем 1/T
 

Возможны два вида включения RC цепочки:
Интегрирующая и дифференцирующая. Они же фильтр низких частот и фильтр высоких частот.
 

Фильтр низких частот без изменений пропускает постоянную составляющую (т.к. ее частота равна нулю, ниже некуда) и подавляет все что выше чем 1/T. Постоянная составляющая проходит напрямую, а переменная составляющая через конденсатор гасится на землю.
Такой фильтр еще называют интегрирующей цепочкой потому, что сигнал на выходе как бы интегрируется. Помнишь что такое интеграл? Площадь под кривой! Вот тут она и получается на выходе.
 

Как здесь вычисляется постоянная составляющая? А с виду и не скажешь, но надо помнить, что любой периодически сигнал раскладывается в ряд Фурье, превращаясь в сумму из постоянной составляющей и пачки синусоид разной частоты и амплитуды.
 

Фильтр высоких частот работает наоборот. Он не пускает постоянную составляющую (т.к. ее частота слишком низка — 0) — ведь конденсатор для нее равносилен обрыву, а вот переменная пролазит через кондер без проблем.

А дифференцирующей цепью ее называют потому, что на выходе у нас получается дифференциал входной функции, который есть не что иное как скорость изменения этой функции.

  • На участке 1 происходит заряд конденсатора, а значит через него идет ток и на резисторе будет падение напряжения.
  • На участке 2 происходит резкое увеличение скорости заряда, а значит и ток резко возрастет, а за ним и падение напряжения на резисторе.
  • На участке 3 конденсатор просто удерживает уже имеющийся потенциал. Ток через него не идет, а значит на резисторе напряжение тоже равно нулю.
  • Ну и на 4м участке конденсатор начал разряжаться, т.к. входной сигнал стал ниже чем его напряжение. Ток пошел в обратную сторону и на резисторе уже отрицательное падение напряжения.

А если подать на вход прямоугольнй импульс, с очень крутыми фронтами и сделать емкость конденсатора помельче, то увидим вот такие иголки:

Вверху идет осциллограма того что на входе, внизу то что на выходе дифференциальной цепи.
Как видишь, тут мощные всплески на фронтах. Оно и понятно, в этом месте функция меняется резко, а значит производная (скорость изменения) этой функции велика, на пологих участках сигнал константа и его производная, скорость изменения, равна нулю — на графике ноль.
 

А если загнать в дифференциатор пилу, то на выходе получим…

прямоугольник. Ну, а чо? Правильно — производная от линейной функции есть константа, наклон этой функции определяет знак константы.
 

Короче, если у тебя сейчас идет курс матана, то можешь забить на богомерзкий Mathcad, отвратный Maple, выбросить из головы матричную ересь Матлаба и, достав из загашников горсть аналоговой рассыпухи, спаять себе истинно ТРУЪ аналоговый компьютер 🙂 Препод будет в шоке 🙂
 

Правда на одних только резисторах кондерах интеграторы и диффернциаторы обычно не делают, тут юзают операционные усилители. Можешь пока погуглить на предмет этих штуковин, любопытная вещь 🙂
 

А вот тут я подал обычный приямоугольный сигнал на два фильтра высоких и низких частот. А выходы с них на осциллограф:

И вот что получилось на осциллографе:

Вот, чуть покрупней один участок:

>

Как видишь, на одном срезало постоянную составляющую, на другом переменную.
 

Ладно, что то мы отвлеклись от темы.
 

Как еще можно применить RC цепь?
Да способов много. Часто ее используют не только в качестве фильтров, но и как формирователи импульсов. Например, на сбросе контроллера AVR, если надо чтобы МК стартанул не сразу после включения питания, а с некоторой выдержкой:

При старте кондер разряжен, ток через него вваливат на полную, а напряжение на нем мизерное — на входе RESET сигнал сброса. Но вскоре конденсатор зарядится и через время Т его напряжение будет уже на уровне логической единицы и на RESET перестанет подаваться сигнал сброса — МК стартанет.
А для AT89C51 надо с точностью наоборот RESET организовать — вначале подать единицу, а потом ноль. Тут ситуация обратная — пока кондер не заряжен, то ток через него течет большой, Uc — падение напряжения на нем мизерное Uc=0. А значит на RESET подается напряжение немногим меньше напряжения питания Uпит-Uc=Uпит.
Но когда кондер зарядится и напряжение на нем достигнет напряжения питания (Uпит=Uс), то на выводе RESET уже будет Uпит-Uc=0
 

Аналоговые измерения
Но фиг сними с цепочками сброса, куда прикольней использовать возможность RC цепи для замера аналоговых величин микроконтроллерами в которых нет АЦП.
Тут используется тот факт, что напряжение на конденсаторе растет строго по одному и тому же закону — экспоненте. В зависимости от кондера, резистора и питающего напряжения. А значит его можно использовать как опорное напряжение с заранее известными параметрами.
 

Работает просто, мы подаем напряжение с конденсатора на аналоговый компаратор, а на второй вход компаратора заводим измеряемое напряжение. И когда хотим замерить напряжение, то просто вначале дергаем вывод вниз, чтобы разрядить конденсатор. Потом возвращем его в режим Hi-Z, cбрасываем и запускаем таймер. А дальше кондер начинает заряжаться через резистор и как только компаратор доложит, что напряжение с RC догнало измеряемое, то останавливаем таймер.

Зная по какому закону от времени идет возрастание опорного напряжения RC цепи, а также зная сколько натикал таймер, мы можем довольно точно узнать чему было равно измеряемое напряжение на момент сработки компаратора. Причем, тут не обязательно считать экспоненты. На начальном этапе зарядки кондера можно предположить, что зависимость там линейная. Или, если хочется большей точности, аппроксимировать экспоненту кусочно линейными функциями, а по русски — отрисовать ее примерную форму несколькими прямыми или сварганить таблицу зависимости величины от времени, короче, способов вагон просто.
 

Если надо заиметь аналоговую крутилку, а АЦП нету, то можно даже компаратор не юзать. Дрыгать ножкой на которой висит конденсатор и давать ему заряжаться через перменный резистор.
 

По изменению Т, которая, напомню T=R*C и зная что у нас С = const, можно вычислить значение R. Причем, опять же необязательно подключать тут математический аппарат, в большинстве случаев достаточно сделать замер в каких-нибудь условных попугаях, вроде тиков таймера. А можно пойти другим путем, не менять резистор, а менять емкость, например, подсоединяя к ней емкость своего тела… что получится? Правильно — сенсорные кнопки!
 

Если что то непонятно, то не парься скоро напишу статью про то как прикрутить к микроконтроллеру аналоговую фиговину не используя АЦП. Там подробно все разжую.
 

Теперь, думаю, ты понял за что я так люблю RC цепочки и почему на моей отладочной плате PinBoard их несколько и с разными параметрами 🙂
 

Основы на пальцах. Часть 2

  Он же сопротивление, на схеме выглядит белым узким прямоугольником (на буржуйских схемах часто обозначен угловатой пружинкой) – замечательная деталь! Отличается тем, что не делает вообще ничего. Тупо потребляет энергию и греется на этом. Основное предназначение в схеме это либо токоограничение, либо перераспределение напряжения.
  Непонятно? Сейчас поясню. Вот, например, светодиод. Ему для работы нужен мизерный ток, порядка 20 миллиампер, но вот беда – его сопротивление мало, поэтому если его воткнуть напрямую в 5 вольт, то через него ломанется ток в 400 миллиампер. От такой нагрузки бедняжка пожелтеет, позеленеет, а потом и вовсе загнется, источая вонь. Что делать? Правильно – поставить последовательно ему резистор, чтобы он ограничил ток, не пустив излишнюю мощу на хилый диодик. Даже если диод теперь тупо закоротить, то ток в цепи не превысит того, который разрешит резистор, исходя из закона Ома.
   Второе популярное применение это делители напряжения. Цель делителя — разделить входное напряжение пропорционально номиналам резисторов и подать часть этого напряжения в нужную точку схемы. Это часто приходится делать при согласовании между сигналами разных напряжений. Делитель представляет из себя два последовательно соединенных резистора. Один из которых подсоединен к точке нулевого потенциала (корпус), а второй к напряжению которое нужно поделить. Средняя точка между резисторам это выход нашего поделенного напряжения. Ток в последовательной цепи везде одинаков, а вот сопротивление разное, а значит напряжение (по закону Ома) разделится на резисторах пропорционально их сопротивлениям. Одинаковые резисторы – напряжение пополам, а если нет, то уже надо вычислять где как.

Простой пример:
  Напряжение порта RS232 в компьютере 12 вольт, а для программирования микроконтроллера требуется всего 5 вольт. Тем не менее простейший программатор для СОМ порта, найденный на сайте avr.nikolaew.org не требует каких либо специализированных микросхем преобразователей, там стоят обычные делители. Которые 12 вольт преобразуют в 6 вольт, что уже не смертельно для контроллера (на самом деле там правда не 12, а 11,5 вольт, т.к. минимум 0.5 вольта упадет на диоде)
Надо только учитывать, что делитель работает правильно только тогда, когда напряжение с него снимается на нагрузку с опротивлением в разы, а лучше в порядки, выше сопротивления делителя. Как правило это входы микросхем, имеющих сопротивление в десятки МегаОм .
  Еще один пример применения резисторов – подтяжка, она же pullup. Дело в том, что раз входы микросхем имеют огромное сопротивление, то на них наводится куча помех буквально из воздуха, а следовательно значение на входе может принимать совершенно случайный вид. Поэтому то неиспользованные входы либо сажают на землю, либо через резистор подтягивают к плюсу, чтобы там было определенное напряжение, либо ноль, либо плюс питания соответственно. Если собирал мои прошлые девайсы на AVR, то наверное помнишь, что сигнал RESET я подтягивал резистором к напряжению питания. Можно, конечно, и просто тупо припаять RESET к плюсу, но тогда ты не сможешь сбросить процессор подведением туда земли – вызовешь короткое замыкание между плюсом и минусом. А с подтягивающим резистором этот фокус пройдет на ура, слабый подтяг вывода RESET до плюса будет пересилен прямым замыканием на минус и произойдет сброс.

Конденсатор

Применение конденсатора

  Он же емкость — еще один вид пассивных элементов. На схеме обозначен как две одинаковые параллельные черточки. В отличии от резистора, конденсатор это нелинейный элемент. По нашей канализационной аналогии его можно сравнить с резиновым баком. Вначале, когда он пуст, вода резко его заполняет, растягивая стенки. Постепенно, когда стенки растянутся до предела, его сопротивление возрастет настолько, что поток воды остановится. А если убрать внешнее давление, то хлынет обратно.
  Так же и электрический конденсатор, когда он не заряжен, то его сопротивление можно принять нулю, а вот когда зарядится, то бесконечностью, обрывом. Ток через него идет только лишь в момент заряда или разряда. После отсоединения источника тока конденсатор сам начинает действовать как источник, пока не разрядится.
  Конденсаторы в электронике в основном используют как фильтрующие элементы, удаляющие помехи. Здоровенные конденсаторы на силовых цепях в блоках питания служат для подпитки системы при пиковых нагрузках, сглаживая просадки напряжения. Основан этот эффект на том, что конденсатор не пропускает постоянный ток, вот переменная составляющая через него проходит на ура. Сопротивление конденсатора переменной составляющей тока зависит от частоты этой составляющей. Чем выше частота, тем меньше сопротивление конденсатора. В итоге, все высокочастотные помехи, идущие поверх постоянного напряжения, глушатся через конденсатор на землю, оставляя после себя чисто постоянное напряжение. Сопротивление конденсатора переменной составляющей также зависит и от емкости кондера, поэтому ставя конденсаторы с разной емкостью можно отсеять разные частоты.

Емкостное сопротивление рассчитывается так:
Хс = 1/w*C
Где Хс – емкостное сопротивление в омах
С – емкость в фарадах
w – угловая частота переменной составляющей в радиан/с

  Конденсатор может служить времязадающим элементов в разного рода генераторах – от него будет зависеть частота генерации, либо в качестве формирователя импульса. Как, например,сброс в схемах на контроллере с инверсным Reset (мой любимый АТ89С51) . Основан сей прикол на том факте, что конденсатор пропускает постоянный ток только в период заряда, а значит если подключить инверсный reset через конденсатор на плюс, а через резистор на землю, то в начальный момент, пока конденсатор не заряжен на reset будет подан плюс питания, т.к. незаряженный конденсатор это почти короткое замыкание, а потом, когда конденсатор зарядится и превратится в обрыв, ножка reset окажется через резистор на земле. Таким образом во время пуска на ножке reset будет кратковременный импульс положительного напряжения, достаточный для первичного сброса процессора. Таким образом, например, сделано в схеме программатора для АТ89С51 с сайта atprog.boom.ru

Индуктивность

Пример использования индуктивности

  В народе катушка, грубо говоря, это кусок проволоки намотанный на каркас. В эту группу входят и дроссели и разного рода фильтры, а также некоторые антенны. Также индуктивностью обладает всё, что имеет обмотку, несмотря на то, что это не главное свойство, например двигатели или электромагниты. А значит это надо будет учитывать при проектировании цепей. Увязать индуктивность в нашу канализационную теорию было нелегко, но немного пораскинув мозгами мы таки придумали. В гидро модели катушка похожа на турбину с неслабой инерцией, где величина инерция является прообразом индуктивности. На стабильно текущий поток турбина, будучи раскрученной этим же потоком, не влияет никак, но стоит потоку ослабнуть, как турбина начнет за счет своей инерции подталкивать его. И наоборот, если турбина остановлена, то при появлении потока она будет его тормозить, пока не раскрутится. Чем больше инерция, тем сильней будет сопротивление изменению потоку.
  Так и катушка индуктивности препятствует изменению тока, протекающего через неё.
Основное применение катушки в колебательных контурах генераторов и в фильтрах. Т.к. катушка имеет отличное свойство пропускать через себя постоянную составляющую и подавлять переменную. В паре с конденсатором они образуют отличный Г или П образный фильтр.

Конденсатор и резистор соединены параллельно

«- Я тебе как электрику объясняю: Надя спит с мужиками последовательно, а Света параллельно. Кто из них шмара вавилонская?
— Ну, Света наверное.
— Вот! А мне, как кладовщику, видится немного другое: «поблядушка обыкновенная» — 2 штуки! »

«- А теперь скажи мне отрок, как течёт электричество по проводам электрическим, и цепям рукотворным, последовательным да параллельным, от плюса к минусу со скоростью света в вакууме?
— С Божьей помощью, батюшка! С Божьей помощью. »

Ну да ладно, достаточно! Шутки — штуками, а пора бы уже дело делать. Так что «Копайте пока здесь! А я тем временем схожу узнаю — где надо. », а заодно набросаю пару-тройку калькуляторов на заданную тему.

Итак.
При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова, при этом общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на концах каждого из проводников.
При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов, а сила тока в цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединённых проводниках.
Поясним рисунком с распределением напряжений, токов и формулами.


Рис.1

Расчёт проведём для 4 резисторов (проводников), соединённых последовательно или параллельно. Если элементов в цепи меньше, то оставляем лишние поля в таблице не заполненными.
Заодно, при желании узнать распределение значений токов и напряжений на каждом из элементов при последовательном и параллельном соединениях, есть возможность ввести величину общего напряжения в цепи U. А есть возможность не вводить.
Короче, все вводные, помеченные * — к заполнению не обязательны.

РАСЧЁТ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ
проводников

Теперь, что касается последовательных и параллельных соединений конденсаторов и катушек индуктивности.
Схема, приведённая на Рис.1 для проводников и резисторов, остаётся в полной силе и для катушек с конденсаторами, распределение напряжений и токов тоже никуда не девается, трансформируется лишь осмысление того, что токи эти и напряжения обязаны быть переменными.
Почему переменными?
А потому, что для постоянных значений этих величин — сопротивление конденсаторов составляет в первом приближении бесконечность, а катушек — ноль, соответственно и токи будут равны либо нулю, либо бесконечности, а для переменных значений иметь ярко выраженную зависимость от частоты.

Поэтому, для желающих рассчитать величины напряжений и токов в последовательных или параллельных цепях, состоящих из конденсаторов и катушек индуктивности, имеет полный смысл выяснить на странице ссылка на страницу значения реактивных сопротивлений данных элементов при интересующей Вас частоте и подставить эти значения в таблицу для расчёта проводников и резисторов. А в качестве общего напряжения в цепи — подставлять действующее значение амплитуды переменного тока.

Ну а теперь приведём таблицы для расчёта значений ёмкостей и индуктивностей при условии последовательного и параллельного соединений конденсаторов и катушек в количестве от 2 до 4 штук.
Расчёт поведём на основании хрестоматийных формул:

С = С 1 + С 2 +. + С n и 1/L = 1/L 1 + 1/L 2 +. + 1/L n для параллельных цепей и
L = L 1 + L 2 +. + L n и 1/С = 1/С 1 + 1/С 2 +. + 1/С n для последовательных.

Как и в предыдущей таблице вводные, помеченные * — к заполнению не обязательны.

РАСЧЁТ ЁМКОСТИ ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ
конденсаторов

Ну и в завершении ещё одна таблица.

РАСЧЁТ ИНДУКТИВНОСТИ ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ
катушек

Тут важно заметить, что приведённые в последней таблице расчёты верны только для индуктивно не связанных катушек, то есть для катушек, намотанных на разных каркасах и расположенных на значительных расстояниях друг от друга, во избежание, пересечения взаимных магнитных полей.

В разветвленной цепи, состоящей из параллельно соединенных резистора и конденсатора (рисунок 3.11а), напряжение

на обоих элементах схемы одинаково. Это напряжение создает в резисторе активный ток, совпадающий по фазе с напряжением: . При этом ток в конденсаторе чисто реактивный (не имеет активной составляющей) и опережает напряжение на угол : , где — реактивная проводимость конденсатора. Векторная диаграмма для параллельного соединения резистора и конденсатора показана на рисунке 3.11,б. За основу диаграммы принят вектор напряжения , относительно которого строятся векторы токов.

Диаграмма так же имеет вид треугольника токов, из которого могут быть получены треугольники проводимостей и мощностей. В данном случае угол сдвига между током и напряжением

считается отрицательным, так как вектор общего тока цепи опережает вектор напряжения .

Рисунок 3.11 — Схема (а) и векторная диаграмма (б) цепи с параллельным соединением резистора и конденсатора

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10600 —

| 7337 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Общие сведения

Когда к цепи (рис. 6.2.1) с параллельным соединением резистора и конденсатора подается переменное синусоидальное напряжение, одно и то же напряжение приложено к обоим компонентам цепи.

Общий ток цепи I разветвляется на ток в конденсаторе IC(емкостная составляющая общего тока) и ток в резисторе IR(активная составляющая).

Между токами I, IC и IR существуют фазовые сдвиги, обусловленные емкостным реактивным сопротивлением XC конденсатора. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы токов (рис. 6.2.2).

Рис. 6.2.2Рис. 6.2.3

Фазовый сдвиг между напряжением U цепи и током в резисторе IRотсутствует, тогда как между этим напряжением и током в конденсаторе IC равен –90 0 (т.е. ток опережает напряжение на 90 0 ). При этом сдвиг между полным током Iи напряжением U цепи определяется соотношением междупроводимостями BC и G. Разделив каждую сторону треугольника токов на напряжение, получим треугольник проводимостей (рис. 6.2.3).

В треугольнике проводимостей G=1/R, BC=1/XC, а Y представляет собой так называемую полную проводимость цепи в См, тогда как G – активная, а BC– реактивная (емкостная) проводимости.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных токов в параллельных ветвях невозможно. Но в векторной форме:I = IR +IC.

Расчет ведется по следующим формулам, вытекающим из векторной диаграммы и треугольника проводимости:

Действующее значение полного тока цепи

; I = U ¤ Z = UY.

Полная проводимость цепи

; Y = I ¤U = 1/Z ,

гдеZ— полное сопротивление цепи.

Угол сдвига фаз

j = arctg (I C ¤ IR) = arctg (BC ¤ G).

Активная и реактивная проводимости

G = Y cosj; BC = Y sinj.

Экспериментальная часть

Задание

Для цепи с параллельным соединением резистора и конденсатора измерьте действующие значения тока в резисторе IR и конденсаторе I C, полный ток I и вычислите угол сдвига фаз j, полное сопротивление цепи Z и емкостную реактивную проводимость BC.

Порядок выполнения работы

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 6.2.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 1 кГц.

· Выполните измерения U, I, IC, IR и занесите результаты в табл. 6.2.1. Если измерения производите виртуальными приборами, то измерьте также R, j, XC, Z.

U, BI, мАIС, мАIR, мАj, градR, ОмXC, ОмZ, ОмПримечание
Расчет
Вирт. Изм

· Вычислите и запишите в таблицу:

j = arctg (I C ¤ I R) =

Активные проводимость цепи и сопротивление цепи

G = IR ¤ U ; R = U ¤ IR.

Емкостные реактивные проводимость и сопротивление цепи

Полные проводимость и сопротивление цепи

; Z = 1 ¤ ÖY.

· Сравните результаты вычислений с результатами виртуальных измерений (если они есть).

· Постройте векторную диаграмму токов (рис. 6.2.5) и треугольник проводимостей (рис. 6.2.6).

Рис. 6.2.5 Рис. 6.2.6

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Разница между резистором и конденсатором — Знание

Способность разных конденсаторов накапливать заряд также различна. Количество заряда, хранящегося, когда на конденсатор подается напряжение 1 В постоянного тока, называется емкостью конденсатора. Основной единицей измерения емкости является Фара. Но на самом деле, Farah — очень необычная единица, потому что емкость конденсаторов часто намного меньше, чем 1 Farah, обычно используемый микро-метод, нано-метод, скин-метод и т. Д., Их соотношение: 1 Farad = 1000000 микро-метод 1 микрометод Метод идентификации конденсатора = 1000 нанофарад = 1000000 пикофарад в основном такой же, как метод идентификации резистора, и подразделяется на три типа: метод прямой метки, метод цветовой шкалы и метод стандартных чисел.

Различные конденсаторы требуются для электронного производства, и они играют разные роли в цепи. Подобно резистору, его часто называют просто конденсатором, обозначаемым буквой С. Конденсаторы также классифицируются на постоянную емкость и переменную емкость. Но наиболее распространенными являются конденсаторы с фиксированной емкостью, наиболее распространенными являются электролитические и керамические конденсаторы.

1. Прямой стандартный метод заключается в отображении номинального значения конденсатора на корпусе конденсатора в цифрах и единицах.

2. Цифровое представление нестандартных единиц. Одна-четыре цифры обозначают действительное число, обычно PF, тогда как электролитические конденсаторы имеют емкость UF.

3, цифровое представление: обычно используют три для размера емкости, первые две цифры представляют эффективное число, третья цифра представляет степень 10.

4. Используйте цветовой круг или цветовую точку, чтобы указать основные параметры конденсатора. Цветовой код конденсатора соответствует сопротивлению. В электронных схемах конденсаторы используются для блокировки постоянного тока через переменный ток, а также для хранения и разрядки заряда, служащего фильтром для сглаживания выходного пульсационного сигнала. Конденсаторы малой емкости обычно используются в высокочастотных цепях. Конденсаторы большой емкости часто используются для фильтрации и хранения заряда. Электролитический конденсатор имеет алюминиевую оболочку, заполненную электролитом, и приводит к двум электродам, которые являются положительными и отрицательными. В отличие от других конденсаторов, их полярность в цепи не может быть подключена неправильно, в то время как другие конденсаторы не имеют полярности. Подключите два электрода конденсатора к положительной и отрицательной клеммам источника питания. Через некоторое время, даже если питание отключено, между двумя контактами все равно останется остаточное напряжение. Мы говорим, что конденсатор хранит заряд. Между пластинами конденсатора устанавливается напряжение для накопления электрической энергии. Этот процесс называется зарядкой конденсатора. На заряженном конденсаторе имеется определенное напряжение. Процесс, при котором заряд, накопленный конденсатором, высвобождается в цепь, называется разрядом конденсатора.

В электронной схеме только во время процесса зарядки конденсатора протекает ток, и после того, как процесс зарядки завершен, конденсатор не может пропускать постоянный ток и играет роль «блокировки постоянного тока» в цепи. В схеме конденсатор часто используется в качестве соединения, байпаса, фильтрации и т. Д., Причем все они используют характеристики «прохождения переменного тока, блокировки постоянного тока». Переменный ток не только совершает возвратно-поступательные движения, но и его размеры также регулярно меняются. Конденсатор соединен с источником питания переменного тока, и конденсатор непрерывно заряжается и разряжается, и ток зарядки и ток разряда, которые согласуются с изменением закона изменения переменного тока, протекают в цепи.

Что такое разряжающий резистор?Зачем параллельно конденсатору его ставят | Электронные схемы

реконденсатор из свч печи с разряжающим резистором

реконденсатор из свч печи с разряжающим резистором

На корпусах высоковольтных конденсаторов,таких как конденсаторы из микроволновой печи,параллельно емкости указан резистор с большим сопротивлением.Казалось бы,зачем нужен резистор в конденсаторе ,подключенный параллельно?

разряжающий резистор параллельно конденсатору

разряжающий резистор параллельно конденсатору

Конденсаторы,которые работают на больших напряжениях,при отсутствии питания,когда выключена аппаратура, сохраняют это высокое напряжение на своих обкладках на некоторое время.Если при разборе техники и ее ремонте случайно коснуться двух выводов такого конденсатора,можно получить моментальный удар током высокого напряжения.Чтобы этого не произошло,в целях безопасности, внутри конденсатора или снаружи ставят параллельно емкости шунтирующий разряжающий резистор.Сопротивление этого резистора велико,составляет как правило 500 и более кОм,смотря на какое напряжение в цепи. Мощность такого резистора при напряжении 220В применяют от 0.5Вт. Надо учитывать время разряда,оно может составлять 5-10 минут и более.Но может и так произойти,что резистор вышел из строя,поэтому лучше вначале, если конденсатор неизвестный, разрядить или проверить его простым методом-отверткой.

резистор для разрядки конденсатора

резистор для разрядки конденсатора

Рассчитать такой резистор,его сопротивление и ток,который через него будет проходить,можно по Закону Ома.Чтобы узнать ток: I=U/R. Чтобы узнать сопротивление: R=U/I.

Заряженный конденсатор напряжением 70В, можно разрядить резистором МЛТ 0.5 сопротивлением 110 кОм примерно за две минуты до 25В.Ток через такой резистор будет проходить 0.6мА,а выделяемая мощность меньше 70мВт.

RC цепь — Практическая электроника

R — это резистор, С — конденсатор, а вместе они образуют RC-цепь, то есть это цепь, которая состоит из конденсатора и резистора. Все просто  😉

Принцип работы RC цепи


Как вы помните, конденсатор представляет из себя две обкладки на некотором расстоянии друг от друга.

Вы, наверное, помните, что его емкость зависит от площади обкладок, от расстояния между ними, а также от вещества, которое находится между обкладками.  Или формулой для плоского конденсатора:

где

Ладно, ближе к делу. Пусть у нас имеется конденсатор. Что с ним можно сделать? Правильно, зарядить 😉  Для этого берем источник постоянного напряжения и подаем заряд на конденсатор, тем самым заряжая его:

В результате, у нас конденсатор зарядится. На одной обкладке будет положительный заряд, а на другой обкладке — отрицательный:

Даже если убрать батарею, у нас заряд на конденсаторе все равно сохранится в течение какого-то времени.

Сохранность заряда зависит от сопротивления материала между пластинами. Чем оно меньше, тем быстрее со временем будет разряжаться конденсатор, создавая ток утечки. Поэтому самыми плохими, в плане сохранности заряда, являются электролитические конденсаторы, или в народе — электролиты:

Но что произойдет, если к конденсатору мы подсоединим резистор?

Конденсатор разрядится, так как цепь станет замкнутой. Разряжаться он будет через резистор. В  разряде конденсатора через резистор и заложен весь принцип работы RC цепочки.

Постоянная времени RC-цепи

Но дело в том, что мы не можем наблюдать процесс разрядки конденсатора, просто посмотрев на RC цепь. Для этого нам понадобится цифровой осциллограф с функцией записи сигнала. Благо на моем рабочем столе уже есть место этому прибору:

Итак, план действий будет такой: мы будем заряжать конденсатор с помощью блока питания, а потом разряжать  его на резисторе и смотреть осциллограмму, как разряжается конденсатор.

Соберем классическую схему, которая есть в любом учебнике по электронике:

в этот момент мы заряжаем конденсатор

потом переключаем тумблер S в другое положение и разряжаем конденсатор, наблюдая процесс разряда конденсатора на осциллографе

Думаю, с этим все понятно. Ну что же, приступим к сборке.

Берем макетную плату и собираем схемку. Конденсатор я взял емкостью в 100мкФ, а резистор 1 КилоОм.

Вместо тумблера S я буду вручную перекидывать желтый проводок.

Ну все, цепляемся щупом осциллографа к резистору

и смотрим осциллограмму, как разряжается конденсатор.

Те, кто впервые читает про RC-цепи, думаю, немного удивлены. По логике, разряд должен проходить прямолинейно, но здесь мы видим загибулину.  Разряд происходит по так называемой экспоненте. Так как я не люблю алгебру и матанализ, то не буду приводить различные математические выкладки. Кстати, а что  такое экспонента? Ну экспонента — это график функции «е в степени икс». Короче, все учились в школе, вам лучше знать 😉

Так как при замыкании тумблера у нас получилась RC-цепь, то у нее есть такой параметр, как постоянная времени RC-цепи. Постоянная времени RC-цепи обозначается буквой t , в другой литературе обозначают большой буквой T. Чтобы было проще для понимания, давайте также будем обозначать постоянную времени RC цепи большой буквой Т.

Итак, думаю стоит запомнить, что постоянная времени RC-цепи равняется произведению номиналов сопротивления и емкости и выражается в секундах, или формулой:

T=RC

где T — постоянная времени , Секунды

R — сопротивление, Ом

С — емкость, Фарады

Давайте посчитаем, чему равняется постоянная времени нашей цепи. Так как у меня конденсатор емкостью в 100 мкФ, а резистор 1 кОм, то постоянная времени равняется T=100 x 10-6 x 1 х 103 =100 x 10-3 = 100 миллисекунд.

Для тех, кто любит считать глазами, можно построить уровень в 37% от амплитуды сигнала и затем уже аппроксимировать на ось времени. Это и будет постоянная времени RC-цепи. Как вы видите, наши алгебраические расчеты почти полностью сошлись с геометрическими, так как цена деления стороны одного квадратика по времени равняется 50 миллисекундам.

В идеальном случае конденсатор сразу же заряжается, если на него подать напряжение. Но в реальном все-таки есть некоторое сопротивление ножек, но все равно можно считать, что заряд происходит почти мгновенно. Но что будет, если заряжать конденсатор через резистор? Разбираем прошлую схему и стряпаем новую:

исходное положение

как только мы замыкаем ключ S, у нас конденсатор начинает заряжаться от нуля и до значения 10 Вольт, то есть до значения, которое мы выставили на блоке питания

Наблюдаем осциллограмму, снятую с конденсатора

Ничего общего не увидели с прошлой осциллограммой, где мы разряжали конденсатор на резистор? Да, все верно. Заряд тоже идет по экспоненте ;-). Так как радиодетали у нас одинаковые, то и постоянная времени тоже одинаковая. Графическим способом она высчитывается как 63% от амплитуды сигнала

Как вы видите, мы получили те же самые 100 миллисекунд.

По формуле постоянной времени RC-цепи, нетрудно догадаться, что изменение номиналов сопротивления и конденсатора повлечет за собой изменение и постоянной времени. Поэтому, чем меньше емкость и сопротивление, тем короче по времени постоянная времени. Следовательно, заряд или разряд будет происходить быстрее.

Для примера, давайте поменяем значение емкости конденсатора в меньшую сторону. Итак, у нас был конденсатора номиналом в 100 мкФ, а мы поставим 10 мкФ, резистор оставляем такого же номинала в 1 кОм. Посмотрим еще раз на графики заряда и разряда.

Вот так заряжается наш конденсатор номиналом в 10 мкФ

А вот так он разряжается

Как вы видите, постоянная времени цепи в разы сократилась. Судя по моим расчетам она стала равняться T=10 x 10-6 x 1000 = 10 x 10-3 = 10 миллисекунд. Давайте проверим графо-аналитическим способом, так ли это?

Строим на графике заряда или разряда прямую на соответствующем уровне и аппроксимируем ее на ось времени. На графике разряда будет проще 😉

Одна сторона квадратика по оси времени у нас 10 миллисекунд (чуть ниже рабочего поля написано M:10 ms), поэтому нетрудно посчитать, что постоянная времени у нас 10 миллисекунд ;-). Все элементарно и просто.

То же самое можно сказать и про сопротивление.  Емкость я оставляю  такой же, то есть 10 мкФ, резистор меняю с 1 кОм на 10 кОм. Смотрим, что получилось:

По расчетам постоянная времени должна быть T=10 x 10-6 x 10 x 103 = 10 x 10-2 = 0,1 секунда или 100 миллисекунд. Смотрим графо-аналитическим способом:

100 миллисекунд 😉

Вывод: чем больше номинал конденсатора и резистора, тем больше постоянная времени, и наоборот, чем меньше номиналы этих радиоэлементов, тем меньше постоянная времени. Все просто 😉

Ладно, думаю, с этим все понятно. Но куда можно применить этот принцип зарядки и разрядки конденсатора?  Оказывается, применение нашлось…

Интегрирующая RC цепь


Собственно сама схема:

А что будет, если мы на нее будем подавать прямоугольный сигнал с разной частотой?  В дело идет китайский генератор функций:

Выставляем на нем частоту 1 Герц и размахом в 5 Вольт

Желтая осциллограмма — это сигнал с генератора функций, который подается на вход интегрирующей цепи на клеммы Х1, Х2, а с выхода мы снимаем красную осциллограмму, то есть с клемм Х3, Х4:

Как вы могли заметить, конденсатор почти полностью успевает зарядиться и  разрядиться.

Но что будет, если мы добавим частоту? Выставляю на генераторе частоту в 10 Герц. Смотрим что у нас получилось:

Конденсатор не успевает заряжаться и разряжаться как уже приходит новый  прямоугольный импульс. Как мы видим, амплитуда выходного сигнала очень сильно просела, можно сказать, он скукожился ближе к нулю.

А сигнал в 100 Герц вообще не оставил ничего от сигнала, кроме малозаметных волн

Сигнал в 1 Килогерц на выходе вообще не дал ничего…

Еще бы! Попробуй-ка с такой частотой перезаряжать конденсатор 🙂

Все то же самое касается и других сигналов: синусоиды и треугольного. везде выходной сигнал почти равен нулю на частоте 1 Килогерц и выше.

«И это все, на что способна интегрирующая цепь?» — спросите вы. Конечно нет! Это было только начало.

Давайте разберемся… Почему у нас с возрастанием частоты сигнал стал прижиматься к нулю и потом вообще пропал?

Итак, во-первых, эта цепь у нас получается как делитель напряжения, и во-вторых, конденсатор — это частотно-зависимый радиоэлемент. Его сопротивление зависит от частоты. Про это можно прочитать в статье конденсатор в цепи постоянного и переменного тока. Следовательно, если бы мы подавали постоянный ток на вход (у постоянного тока частота 0 Герц), то и на выходе бы тоже получили тот же самый постоянный ток такого же значения, которое загоняли на вход. В это случае конденсатору ведь по барабану. Все что он сможет сделать в этой ситуации — тупо зарядиться по экспоненте и все. На этом его участь  в цепи постоянного тока заканчивается и он стает диэлектриком для постоянного тока.

Но как только в цепь подается переменный сигнал, конденсатор вступает в игру. Тут его сопротивление уже зависит от частоты. И чем она больше, тем меньшим сопротивлением обладает конденсатор. Формула сопротивления конденсатора от частоты:

где

ХС  — это сопротивление конденсатора, Ом

π — постоянная и равняется приблизительно 3,14

F — частота, Герц

С — емкость конденсатора, Фарад

Итак, что в результате получается? А получается то, что чем больше частота, тем меньше сопротивление конденсатора. На нулевой частоте у нас сопротивление конденсатора в идеале стает равно бесконечности (поставьте в формулу 0 Герц частоту). А так как у нас получился делитель напряжения

следовательно, на меньшем сопротивлении падает меньшее напряжение. С ростом частоты сопротивление конденсатора очень сильно уменьшается и поэтому падение напряжения на нем стает почти 0 Вольт, что мы и наблюдали на осциллограмме.

Но на этом ништяки не заканчиваются.

Давайте вспомним, что из себя представляет сигнал с постоянной составляющей. Это есть ничто иное, как сумма переменного сигнала и постоянного напряжения. Взглянув на рисунок ниже, вам все станет ясно.

То есть в нашем случае можно сказать, этот сигнал (ниже на картинке) имеет в своем составе постоянную составляющую, другими словами, постоянное напряжение

Для того, чтобы выделить постоянную составляющую из этого сигнала, нам достаточно прогнать его через нашу интегрирующую цепь. Давайте  рассмотрим все это на примере. С помощью нашего генератора функций мы поднимем нашу синусоиду «над полом», то есть сделаем вот так:

Итак, все как обычно, желтый входной сигнал цепи, красный  — выходной. Простая двухполярная синусоида дает нам на выходе RC интегрирующей цепи 0 Вольт:

Чтобы  понять, где нулевой уровень сигналов, я их пометил квадратиком:

Теперь давайте я добавлю постоянную составляющую в синусоиду, а точнее — постоянное напряжение, благо это сделать мне позволяет генератор функций:

Как вы видите, как только я поднял синус «над полом», на выходе цепи я получил постоянное напряжение величиной в 5 Вольт. Именно на 5 Вольт я поднимал сигнал в генераторе функций ;-). Цепочка  выделила постоянную составляющую из синусоидального приподнятого сигнала без проблем. Чудеса!

Но мы так и не разобрались, почему цепь называется интегрирующей? Кто хорошо учился в школе, в классе эдак 8-9, то наверняка помнит геометрический смысл интеграла — это есть ничто иное, как площадь под кривой.

Давайте рассмотрим тазик с кубиками льда в двухмерной плоскости:

Что будет, если весь лед растает и превратится в воду? Все верно, вода ровным слоем покроет тазик одной плоскостью:

Но какой будет этот уровень воды? Вот именно — средний. Это среднее значение этих башен из кубиков льда. Так вот, интегрирующая цепочка делает то же самое! Тупо усредняет значение сигналов до одного постоянного уровня! Можно сказать, усредняет площадь до одного постоянного уровня.

Но самый смак получается тогда, когда мы подаем на вход прямоугольный сигнал. Давайте так и сделаем. Подадим положительный меандр на RC интегрирующую цепь.

Как вы видите, постоянная составляющая меандра равна половине его амплитуды. Думаю, вы уже и сами догадались, если бы представили тазик с кубиками льда). Или просто подсчитайте площадь каждого импульса и размажьте его равномерным слоем по осциллограмме, как гов…  как сливочное масло по хлебу 😉

Ну а теперь самое веселое. Сейчас я буду менять скважность  нашего прямоугольного сигнала, так как скважность — это ничто иное, как отношение периода на длительность импульса, следовательно, мы будем менять длительность импульсов.

Уменьшаю длительность импульсов

Увеличиваю длительность импульсов

Если никто ничего до сих пор не заметил, просто взгляните на уровень красной осциллограммы и все станет понятно.  Вывод: управляя скважностью, мы можем менять уровень постоянной составляющей. Именно этот принцип и заложен в ШИМ (Широтно-Импульсной Модуляции). О ней как-нибудь поговорим в отдельной статье.

Дифференцирующая RC цепь

Еще одно ругательное слово, которое пришло с математики — дифференцирующий. Башка начинает сразу же болеть от одного только их произношения. Но, куда деваться? Электроника и математика неразлучные друзья.

А вот и сама дифференциальная цепочка

В схеме мы только переставили резистор и конденсатор местами

Ну а теперь проведем также все опыты, как мы делали с интегрирующей цепью. Для начала подаем на вход дифференциальной цепи низкочастотный двухполярный меандр с частотой в 1,5 Герца и с размахом в 5 Вольт.  Желтый сигнал — это сигнал с генератора частоты, красный —  с выхода дифференциальной цепочки:

Как вы видите, конденсатор успевает почти полностью разрядится, поэтому у нас получилась вот такая красивая осциллограмма.

Давайте увеличим частоту до 10 Герц

Как видите, конденсатор не успевает разрядиться, как уже приходит новый импульс.

Сигнал в 100 Герц сделал кривую разряда еще менее заметной.

Ну и добавим частоту до 1 Килогерца

Какой на входе, такой и на выходе 😉 С такой частотой конденсатор вообще не успевает разряжаться, поэтому вершинки выходных импульсов гладкие и ровные.

Но и на этом тоже ништяки не заканчиваются.

Давайте я подниму входной сигнал над «уровнем моря», то есть выведу его в положительную часть полностью. Смотрим, что получается на выходе (красный сигнал)

Ничего себе, красный сигнал по форме и по положению остался таким же, посмотрите — в нем нет постоянной составляющей, как в желтом сигнале, который мы подавали из нашего генератора функций.

Могу даже желтый сигнал вывести в отрицательную область, но на выходе мы все равно получим переменную составляющую сигнала без всяких хлопот:

Да и вообще пусть сигнал будет с небольшой  отрицательной постоянной составляющей, все равно на выходе мы получим переменную составляющую:

Все то же самое касается и любых других сигналов:

В результате опытов мы видим, что основная функция дифференциальной цепи — это выделение переменной составляющей из сигнала, который содержит в себе как переменную, так и постоянную составляющую. Иными словами — выделение переменного тока из сигнала, который состоит из суммы переменного тока и постоянного тока.

Почему так происходит? Давайте разберемся. Рассмотрим нашу дифференциальную цепь:

Если внимательно рассмотреть эту схему, то мы можем увидеть тот же самый делитель напряжения, как и в интегрирующей цепи. Конденсатор — частотно-зависимый радиоэлемент. Итак, если подать сигнал с частотой  в 0 Герц (постоянный ток), то у нас конденсатор тупо зарядится и потом вообще перестанет пропускать через себя ток. Цепь будет в обрыве. Но если мы будем подавать переменный ток, то и через конденсатор он тоже начнет проходить. Чем больше частота — тем меньше сопротивление конденсатора. Следовательно, весь переменный сигнал будет падать на резисторе, с которого мы как раз и снимаем сигнал.

Но если мы будем подавать смешанный сигнал, то есть переменный ток + постоянный ток, то на выходе мы получим просто переменный ток. В этом мы с вами уже убеждались на опыте. Почему так произошло? Да потому что конденсатор не пропускает через себя постоянный ток!

Видео «Как работает RC-цепь РЕАЛЬНО. Понятное объяснение»

Заключение

Интегрирующую цепь также называют фильтром низких частот (ФНЧ), а дифференцирующую — фильтром высоких частот (ФВЧ). Более подробно про фильтры читаем здесь. Чтобы точнее их сделать, нужно провести расчет на нужную вам частоту. RC цепи используются везде, где надо выделить постоянную составляющую (ШИМ), переменную составляющую (межкаскадное соединение усилителей), выделить фронт сигнала, сделать задержку и тд… По мере глубины погружения в электронику вы будете часто встречаться с ними.

Крутой набор радиолюбителя по ссылке алиэкспрессе.

Разница между конденсатором и резистором (с таблицей) — спросите любую разницу

Конденсатор и резисторы — два очень важных пассивных компонента электрической цепи. Оба они играют разные роли в определении поведения цепи и связаны посредством проводящих проводов, по которым проходит электричество.

Конденсатор против резистора

Разница между конденсатором и резистором заключается в том, что, хотя конденсатор — это электронное устройство, используемое для хранения электрической энергии в виде зарядов, резистор — это электронное устройство, используемое для сопротивления или блокирования протекания тока. в цепи.Конденсаторы могут накапливать электрический заряд в течение короткого периода, в то время как резисторы блокируют ток в цепи.

Когда конденсатор подключен к цепи, из-за своего изоляционного слоя цепь постоянного тока не может протекать через цепь и сохраняется в виде заряда в проводящих проводах. С другой стороны, когда резистор подключен к цепи, он поглощает электрический ток и рассеивает энергию в виде тепла.


Таблица сравнения конденсатора и резистора (в табличной форме)

Параметр сравнения Конденсатор Резистор
Что? Конденсатор — это электрический компонент, используемый для хранения электрического заряда. Резистор — это электрический компонент, используемый для ограничения протекания тока в электрической цепи. Он создает трение, подобное силе, блокирующей ток.
Влияние на схему При добавлении конденсатор накапливает электрическую энергию в виде зарядов на проводящей пластине. При добавлении резистор поглощает электрическую энергию и рассеивает ее в виде тепла.
Использование Конденсаторы используются для фильтрации, сглаживания, соединения различных участков схемы и ограничения переходных процессов высокого напряжения в цепи. Резисторы используются для уменьшения протекания тока, разделения напряжений, завершения линий передачи и регулировки уровня сигнала.
Потери мощности Конденсатор не вызывает потерь электроэнергии. Резистор создает потери мощности и выделяет тепло.
Зависимость от частоты Противодействие протеканию тока зависит от приложенной частоты. Противодействие протеканию тока не зависит от приложенной частоты.
Единицы Емкость измеряется в фарадах. Сопротивление измеряется в Ом.
Формула C = Q / V R = V / I
Scope Он может блокировать только постоянный ток. Он может блокировать как постоянный, так и переменный ток.

Конденсатор — это в основном пассивный компонент электрической цепи, который может накапливать энергию в виде электрического заряда, создающего разность потенциалов на своей пластине.Доступны конденсаторы разных размеров, от очень маленьких, используемых в резонансных цепях, до больших, используемых для коррекции коэффициента мощности.

Он состоит из двух (или более) параллельных металлических пластин, которые не соприкасаются друг с другом, но электрически разнесены друг от друга (по воздуху или другим предметам, например, слюдой, пластмассой и т. Д.). Этот изолирующий слой между токопроводящими пластинами называется диэлектрическим.

Из-за наличия изолирующего слоя постоянный ток не может протекать через конденсатор, и вместо этого вокруг пластин возникает напряжение в виде электрического заряда.С другой стороны, когда конденсаторы подключены к цепи переменного тока, ток проходит через конденсатор с небольшим сопротивлением.

Он в основном производит электрический заряд, используя внешнее напряжение. Следовательно, он накапливает только электроны, чтобы накапливать энергию, а позже при необходимости испускает заряды.

Конденсатор можно классифицировать как фиксированные конденсаторы, емкость которых показывает фиксированное значение и не регулирует поведение, и переменные конденсаторы, те, которые демонстрируют регулируемое поведение при работе схемы.

Формула для определения емкости: C = Q / V. Емкость (в фарадах) равна заряду (в кулонах), деленному на напряжение (в вольтах).

Резистор — еще один базовый компонент электрической цепи. Он ограничивает и блокирует прохождение электрического тока через цепь. Сопротивление резистора измеряется энергией, которую он способен рассеивать в электрической цепи. Он способствует ограничению скорости зарядки конденсатора, регулировке частотной характеристики ВЧ-цепей и действует как делитель напряжения для схемы.

Когда резистор подключен к цепи, он контролирует поток заряда, поглощая электрический заряд, а затем рассеивая его в виде тепла. Два основных измерения, связанных с резисторами, — это сопротивление (измеряется в Ом) и мощность рассеивания энергии (измеряется в ваттах).

Резистор можно классифицировать как фиксированный резистор, в котором значение сопротивления является фиксированным, и переменный резистор, который обеспечивает регулируемое сопротивление при подключении к любой цепи.

Формула для расчета сопротивления: R = V / I. Сопротивление (в омах) равно напряжению (в вольтах), разделенному на ток (в амперах).


Основные различия между конденсатором и резистором
  1. Конденсатор — это электронный компонент, который хранит электрическую энергию в виде заряда, а резистор — это электронный компонент, который ограничивает, регулирует или блокирует ток в цепи.
  2. Конденсатор используется для разделения положительных и отрицательных зарядов, в то время как резистор используется для управления потоком тока к другим компонентам схемы.
  3. Конденсатор накапливает электрический ток в виде зарядов через проводящие провода, в то время как резистор поглощает электрическую энергию и рассеивает ее в виде тепла.
  4. Конденсатор не приводит к потере мощности, в отличие от резистора.
  5. Емкость измеряется в фарадах путем деления заряда на напряжение, а сопротивление измеряется в омах путем деления напряжения на ток .ewd

И конденсатор, и резистор являются важными компонентами электрической цепи.Они работают для определения поведения цепи и подключаются через токопроводящие провода.

Они по-прежнему во многом отличаются, что нельзя игнорировать. Конденсатор — это электрическое устройство, которое накапливает электрическую энергию в виде зарядов на проводящем проводе и помогает разделять положительные и отрицательные заряды, в то время как резистор — это электрическое устройство, которое блокирует и ограничивает прохождение тока в цепи.

Конденсатор не вызывает потери мощности, а протекание тока зависит от приложенной частоты.Емкость измеряется в фарадах и равна зарядам (в кулонах), деленным на напряжение (в вольтах).

Резисторы вызывают потери мощности, и ток не зависит от приложенной частоты. Сопротивление измеряется в Ом и равно напряжению (в вольтах), деленному на ток (в амперах).


Ссылки

  1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1355709/
  2. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/4768889/
Цепи резистора-конденсатора серии

| Реактивное сопротивление и импеданс — емкостный

В последнем разделе мы узнали, что произойдет в простых цепях переменного тока, состоящих только из резисторов и только конденсаторов.Теперь мы последовательно объединим эти два компонента и исследуем эффекты.

Цепь последовательного конденсатора: напряжение отстает от тока от 0 ° до 90 °.

Расчет импеданса

Резистор будет обеспечивать сопротивление 5 Ом переменному току независимо от частоты, в то время как конденсатор обеспечит реактивное сопротивление 26,5258 Ом на переменный ток при 60 Гц.

Поскольку сопротивление резистора является действительным числом (5 Ом 0 ° или 5 + j0 Ом), а реактивное сопротивление конденсатора — мнимым числом (26.5258 Ом ∠ -90 °, или 0 — j26,5258 Ом), комбинированный эффект двух компонентов будет противодействовать току, равному комплексной сумме двух чисел.

Термин для этого сложного противодействия току — импеданс , его символ — Z, и он также выражается в единицах Ом, точно так же, как сопротивление и реактивное сопротивление. В приведенном выше примере полное сопротивление цепи составляет:

Импеданс связан с напряжением и током, как и следовало ожидать, аналогично сопротивлению в законе Ома:

На самом деле, это гораздо более полная форма закона Ома, чем то, чему учили в электронике постоянного тока (E = IR), так же как импеданс является гораздо более полным выражением сопротивления потоку электронов, чем простое сопротивление.Любое сопротивление и любое реактивное сопротивление по отдельности или в комбинации (последовательно / параллельно) могут и должны быть представлены как единый импеданс.

Текущий расчет

Чтобы рассчитать ток в приведенной выше схеме, нам сначала нужно задать опорный фазовый угол для источника напряжения, который обычно принимается равным нулю. (Фазовые углы резистивного и емкостного сопротивления равны , всегда 0 ° и -90 °, соответственно, независимо от заданных фазовых углов для напряжения или тока.)

Как и в чисто емкостной схеме, волна тока опережает волну напряжения (источника), хотя на этот раз разница составляет 79,325 ° вместо полных 90 °.

Напряжение отстает от тока (напряжение токоведущих проводов) в последовательной цепи R-C.

Табличный метод

Как мы узнали из главы, посвященной индуктивности переменного тока, «табличный» метод организации параметров цепи является очень полезным инструментом для анализа переменного тока, так же как и для анализа постоянного тока.Поместим известные цифры для этой последовательной схемы в таблицу и продолжим анализ с помощью этого инструмента:

Ток в последовательной цепи равномерно распределяется между всеми компонентами, поэтому цифры, помещенные в столбец «Итого» для тока, могут быть распределены также и на все другие столбцы:

Продолжая наш анализ, мы можем применить закон Ома (E = IR) по вертикали, чтобы определить напряжение на резисторе и конденсаторе:

Обратите внимание, что напряжение на резисторе имеет тот же фазовый угол, что и ток через него, что говорит нам о том, что E и I находятся в фазе (только для резистора).Напряжение на конденсаторе имеет фазовый угол -10,675 °, что на 90 ° меньше , чем фазовый угол тока цепи. Это говорит нам о том, что напряжение и ток конденсатора все еще не совпадают по фазе на 90 ° друг с другом.

Расчеты с использованием SPICE

Давайте проверим наши расчеты с помощью SPICE:

Контур специй: R-C.

ac r-c цепь
 v1 1 0 ac 10 грех
 г1 1 2 5
 c1 2 0 100u
 .переменный ток 1 60 60
 .print ac v (1,2) v (2,0) i (v1)
 .print ac vp (1,2) vp (2,0) ip (v1)
 .конец
 частота v (1,2) v (2) i (v1)
 6.000E + 01 1.852E + 00 9.827E + 00 3.705E-01
 
 частота вп (1,2) вп (2) ip (v1)
 6.000E + 01 7.933E + 01 -1.067E + 01 -1.007E + 02
 

И снова SPICE неправильно печатает текущий фазовый угол со значением, равным реальному фазовому углу плюс 180 ° (или минус 180 °).

Однако исправить эту цифру и проверить правильность нашей работы несложно.В этом случае выходной сигнал SPICE -100,7 ° для текущего фазового угла соответствует положительному значению 79,3 °, что соответствует ранее рассчитанному нами значению 79,325 °.

Опять же, необходимо подчеркнуть, что расчетные значения, соответствующие реальным измерениям напряжения и тока, соответствуют полярной форме , а не прямоугольной форме!

Например, если бы мы действительно построили эту последовательную цепь резистор-конденсатор и измерили напряжение на резисторе, наш вольтметр показал бы 1.8523 вольт, а не 343,11 милливольта (действительный прямоугольник) или 1,8203 вольт (воображаемый прямоугольник).

Реальные приборы, подключенные к реальным цепям, выдают показания, соответствующие длине вектора (величине) вычисленных значений. Хотя прямоугольная форма записи комплексных чисел полезна для выполнения сложения и вычитания, это более абстрактная форма записи, чем полярная, которая сама по себе имеет прямое соответствие с истинными измерениями.

Импеданс (Z) последовательной цепи R-C можно вычислить, учитывая сопротивление (R) и емкостное реактивное сопротивление (X C ).Поскольку E = IR, E = IX C и E = IZ, сопротивление, реактивное сопротивление и импеданс пропорциональны напряжению соответственно. Таким образом, векторная диаграмма напряжения может быть заменена аналогичной диаграммой импеданса.

Серия

: Векторная диаграмма импеданса цепи RC.

Пример: Дано: резистор 40 Ом, включенный последовательно с конденсатором на 88,42 мкФ. Найдите полное сопротивление 60 Гц.

 ХС = 1 / (2πfC)
 ХС = 1 / (2π · 60 · 88.42 × 10-6)
 XC = 30 Ом
 Z = R - jXC
 Z = 40 - j30
 | Z | = sqrt (402 + (-30) 2) = 50 Ом
 ∠Z = арктангенс (-30/40) = -36,87 °
 Z = 40 - j30 = 50∠-36,87 °
 

ОБЗОР:

  • Импеданс — это общая мера сопротивления электрическому току и комплексная (векторная) сумма («реального») сопротивления и («мнимого») реактивного сопротивления.
  • Импедансом (Z) управляют так же, как сопротивлением (R) при анализе последовательной цепи: последовательное сопротивление суммируется, чтобы сформировать общий импеданс.Только обязательно выполняйте все вычисления в сложной (не скалярной) форме! Z Всего1 + Z 2 +. . . Z n
  • Обратите внимание, что импедансы всегда добавляются последовательно, независимо от того, какие компоненты составляют импедансы. То есть резистивный импеданс, индуктивный импеданс и емкостной импеданс должны рассматриваться одинаково математически.
  • Чисто резистивный импеданс всегда будет иметь фазовый угол точно 0 ° (Z R = R Ω ∠ 0 °).
  • Чисто емкостное сопротивление всегда будет иметь фазовый угол точно -90 ° (Z C = X C Ом ∠ -90 °).
  • Закон Ома для цепей переменного тока: E = IZ; I = E / Z; Z = E / I
  • Когда резисторы и конденсаторы смешиваются в цепях, общий импеданс будет иметь фазовый угол где-то между 0 ° — и -90 °.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Основные электронные компоненты — Restarters Wiki

На этой странице описаны основные электронные компоненты: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы и кварцевые кристаллы, а также способы их идентификации и понимания их общих режимов отказа, а также способы их проверки.

Сводка

Самыми основными элементами электронной схемы, обеспечивающими «мебель» электронной схемы, являются резисторы и потенциометры (или переменные резисторы), конденсаторы различных типов, индукторы и трансформаторы, а также кристаллы кварца. Ниже мы расскажем, как их идентифицировать, что они делают, как иногда терпят неудачу и как их проверять.

Вы можете прочитать эту страницу отдельно, если хотите, но, если вы еще не знакомы с основами теории электричества и электроники, вы, я думаю, извлечете из нее больше пользы, если сначала прочтете «Электрические цепи, вольты, амперы, ватты и омы».

Резисторы

Во многих схемах резисторы являются наиболее распространенными компонентами. К тому же они обычно самые дешевые. Их цель — противодействовать потоку электричества, либо ограничивать ток для заданного приложенного напряжения (электрического давления), либо позволять определенному напряжению (давлению) нарастать при протекании заданного тока. Большинство из них состоят из тонкой пленки оксида или углерода, нанесенной на керамическую основу. По мере протекания тока в резисторе всегда выделяется тепло, часто небольшое количество, но иногда оно может быть довольно большим.

Иногда вы можете встретить термистор, который представляет собой резистор, сопротивление которого заметно уменьшается с повышением температуры, или светозависимый резистор (LDR), сопротивление которого уменьшается с увеличением уровня освещенности.

Сопротивление измеряется в Ом (Ом), кОм (кОм — тысячи Ом) или мегом (МОм — миллионы Ом).

В качестве интересного момента, хотя резисторы могут быть самыми распространенными и дешевыми компонентами в традиционной схеме, их изготовление на кремниевом кристалле дорого, поскольку они занимают много места.Следовательно, микросхема может содержать миллиарды транзисторов, а резисторов может быть совсем немного!

Идентификация

У резисторов

2 вывода, и очень часто их сопротивление обозначается рядом цветных полос (см. Цветовую кодировку резистора).

Резисторы для поверхностного монтажа обычно бывают черного цвета, прямоугольной формы, с серебристой паяльной площадкой на каждом конце. Их размер варьируется от нескольких миллиметров до долей миллиметра.

Силовой резистор больше обычного, что позволяет ему рассеивать необходимое количество тепла.Часто его значение будет напечатано на нем вместо цветовой кодировки.

Диагностика и ремонт

Резисторы обычно очень надежны. Когда они выходят из строя, как правило, из-за перегрева, это почти всегда происходит из-за выхода из строя какого-либо другого компонента, вызывающего протекание слишком большого тока. В плохо спроектированном оборудовании, не имеющем надлежащих условий для отвода тепла, умеренный перегрев в течение длительного периода времени может вызвать отказ.

Потенциометры

Потенциометр (или, для краткости, потенциометр) — это просто резистор с третьим подключением, который можно перемещать в любую точку по его длине, чтобы отвести любую желаемую часть общего сопротивления.

Идентификация

Потенциометры очень часто используются для регулировки громкости в аудиооборудовании (хотя их заменяют цифровые элементы управления). У них есть шпиндель с прикрепленной ручкой на передней панели или иногда колесо с накаткой с краем, открытым для регулировки. Двухканальные потенциометры, состоящие из двух, установленных на одном шпинделе, часто встречаются в стереооборудовании для управления громкостью обоих стереоканалов.

Маленькие потенциометры с шлицевой головкой винта часто находятся внутри оборудования для одноразовой регулировки во время производства и испытаний.

Диагностика и ремонт

Потенциометры намного менее надежны, чем постоянные резисторы. Дорожка может износиться или потрескаться, или давление ползунка на дорожку может ослабнуть. Иногда давление можно увеличить, согнув металлический ползунок, хотя кастрюли обычно не предназначены для разборки, и их лучше заменить на долгое время.

Быстрое решение, которое иногда срабатывает, — это впрыснуть чистящую жидкость переключателя в корпус через любые зазоры или щели, которые вы видите, например, под клеммами, а затем несколько раз повернуть ручку из одного конца в другой.

Если вы обнаружите горшок под винт с шлицевой головкой внутри оборудования, никогда не регулируйте его, если вы не знаете, для чего он нужен и как найти правильное положение. Даже в этом случае стоит отметить исходное положение перед началом, чтобы вы всегда могли вернуться к нему.

Конденсаторы

Надеюсь, вы вспомните, что, поскольку одинаковые заряды отталкиваются, электричество ненавидит накопление, и, как следствие, цепь должна быть замкнута (например, путем замыкания переключателя), прежде чем может течь ток.

Конденсаторы для поверхностного монтажа.

Однако электричество будет накапливаться в ограниченной степени, если вы приложите напряжение (электрическое давление), но только до тех пор, пока противодавление не станет равным приложенному вами напряжению.

Если электричеству некуда подавать, это произойдет очень скоро, как если бы вы пытались отправить много машин в короткий тупик. Но вы можете облегчить жизнь электричеству, если дадите ему место для разнесения, как если бы в конце тупика была большая автостоянка.И когда вы перестанете подавать электричество, все снова накапливается, как только давление будет сброшено.

Конденсатор — это устройство, которое позволяет электричеству накапливаться, предоставляя ему пространство для распространения. Один из простейших типов состоит из двух длинных полос алюминиевой фольги, разделенных тонкой изолирующей полосой из пластика, а затем скрученных, с проволокой, присоединенной к каждой полосе. Если вы подключите его к двум клеммам батареи, положительный заряд потечет с положительной клеммы батареи на одну из полос.Поскольку он находится в непосредственной близости от другой полоски, он отталкивает такое же количество положительного заряда от этой полоски, который течет обратно к отрицательной клемме батареи. Если вы отсоедините аккумулятор, электрический заряд останется до тех пор, пока вы не соедините два провода вместе, позволяя ему разрядиться.

У автостоянки есть емкость, а у конденсатора есть емкость. Он измеряется в фарадах (Ф) или, чаще всего, в микрофарадах (мкФ — миллионные доли фарада), нанофарадах (нФ — миллиардных долях фарада) или пикофарадах (пФ — миллионных миллионных долях фарада).

Вы можете удвоить емкость, удвоив площадь поверхности, по которой должен распространяться заряд. Но вы также можете сделать это, уменьшив вдвое толщину изолирующего слоя, так как это позволяет заряду на одной стороне более легко выталкивать заряд. другого. Но достаточно большое напряжение разрушило бы очень тонкий изолирующий слой. Следовательно, конденсатор также имеет номинальное напряжение, которое является самым высоким напряжением, которое он может безопасно выдерживать. Это ни в коем случае не должно быть превышено.

Конденсаторы используются всякий раз, когда разработчику схемы необходимо сгладить колебания, или когда это требуется, чтобы позволить колебаниям (например, звуковому сигналу) течь от одной части схемы к другой, блокируя любой чистый поток.

Идентификация

Как и резисторы, у конденсаторов всего два соединения, но они бывают самых разных форм и размеров. Обычно на них указаны их емкость и номинальное напряжение, а для некоторых типов — максимальная температура.

Конденсаторы для поверхностного монтажа с низкой стоимостью обычно бывают серого или желтого цвета, прямоугольной формы и с серебристой паяльной площадкой на каждом конце. Обычно они составляют несколько миллиметров в длину.

Электролитические конденсаторы очень часто используются там, где требуется высокое значение емкости. Наиболее распространены алюминиевые типы, которые можно распознать по цилиндрическому алюминиевому корпусу, обычно покрытому пластиковой пленкой. Один вывод помечен отрицательным знаком («-») на соседней стороне или конце корпуса.

Танталовые конденсаторы — это более качественные (и более дорогие) электролитические конденсаторы, в которых вместо алюминия используется тантал. Они представлены в виде шарика, покрытого смолой. Обычно положительный вывод обозначается знаком «+».

Конденсаторы, подключенные непосредственно к сети, требуют особого класса безопасности. Это класс X для тех, кто подключен к сети, где отказ может представлять опасность пожара, и класс Y для тех, кто подключен между сетью и землей, где отказ может привести к опасности поражения электрическим током.Такие конденсаторы всегда необходимо заменять на конденсаторы того же класса и с таким же номинальным напряжением.

Диагностика и ремонт

Вздутие электролитического конденсатора. Конденсаторы

обычно очень надежны, за исключением электролитических типов, которые являются одной из самых распространенных причин выхода из строя электронного оборудования.

В электролитическом конденсаторе изолирующий слой состоит из электрохимически сформированной пленки оксида алюминия толщиной всего в одну миллионную долю миллиметра.Это может ухудшиться после длительного периода неиспользования (много лет) или более короткого периода, близкого к максимальному номинальному напряжению и / или температуре или превышающих его. Также может высохнуть жидкость, используемая для формирования изолирующего слоя. Довольно часто можно встретить некачественные электролитические конденсаторы, которые не соответствуют своим характеристикам.

Неисправный электролитический конденсатор часто можно распознать, поскольку повышение внутреннего давления может привести к вздутию верхней части, или конденсатору, который больше не будет находиться заподлицо с платой, или утечке электролита снизу.На этом этапе он, вероятно, не будет работать должным образом, что приведет к неисправности оборудования. Если не заменить, он может даже взорваться. Однако тот факт, что электролитический конденсатор не показывает видимых признаков износа, ни в коем случае не является надежным показателем того, что он хорош.

Дешевый тестер компонентов с функцией ESR.

Самый простой и надежный метод проверки электролитического конденсатора — это тестер ESR (эквивалентное последовательное сопротивление). Базовую модель с графическим дисплеем, но без корпуса можно очень дешево купить у дальневосточных продавцов.Это отличное вложение, так как оно также позволит выявить и протестировать многие другие типы компонентов. Хороший электролитический конденсатор должен показывать ESR в доли ома, а vloss (другая мера, определяемая этими тестерами) — доли процента.

Если необходимо заменить электролитический конденсатор, очень важно правильно установить заменяемый конденсатор (маркировка «+» или «-» на той же стороне), так как в противном случае процесс электролитического формования будет обратным, и это будет очень важно. быстро выходить из строя.

Кроме того, всегда рекомендуется заменить его на устройство с более высоким номинальным напряжением и / или температурой, так как оригинал мог быть заниженным. Никогда не используйте замену с более низким номиналом. Если замена с такой же емкостью недоступна, более высокое значение, вдвое превышающее исходное, почти всегда будет работать хорошо или, возможно, даже лучше, поскольку в любом случае существует значительная разница в емкости электролитических конденсаторов с идентичной маркировкой.

Плохие шапки сайта.net есть полезные советы по замене электролитических конденсаторов.

Катушки индуктивности

Катушка индуктивности состоит из катушки с проволокой. Когда ток течет, он создает магнитное поле, в котором накапливается энергия. Если намотать его на сердечник из магнитного материала, такого как железо или феррит, он намагничивается, что значительно увеличивает количество хранимой энергии.

В то время как конденсатор накапливает энергию в виде электрического заряда и может использоваться для сглаживания колебаний напряжения, индуктор накапливает энергию в виде магнитного потока и имеет тенденцию сглаживать изменения тока.В таком приложении его часто называют дросселем, поскольку он подавляет колебания потока.

На самом деле, существует прекрасная симметрия между математическими уравнениями, описывающими конденсаторы и катушки индуктивности. Если вы объедините в цепь катушку индуктивности и конденсатор, эта симметрия расцветет, и произойдет нечто особенное. Напряжение на конденсаторе пытается пропустить ток через катушку индуктивности, но как только ток начинает течь, катушка индуктивности пытается поддерживать его и в конечном итоге направляет заряд на другую сторону конденсатора.Таким образом, он движется вперед и назад с очень регулярной скоростью, точно так же, как ребенок раскачивается взад и вперед на качелях. При использовании переменного конденсатора (или переменного индуктора) скорость может быть изменена. Так почти все старые AM- и FM-радиостанции настраиваются на нужную станцию.

Индуктивность измеряется в Генри (H), миллигенри (mH — тысячные доли Генри) или микрогенри (мкГн — миллионных долях Генри).

Идентификация

Синфазный дроссель, используемый для фильтрации входной сети источника питания.

Катушки индуктивности наименьшего номинала представляют собой не более чем катушку из толстого провода, выступающую из печатной платы. Некоторые небольшие катушки индуктивности состоят из ферритового тороида с намотанной на него катушкой из проволоки, и их легко обнаружить. В других случаях катушка намотана вокруг ферритового сердечника в форме хлопковой катушки, которая может быть плотно установлена ​​внутри полого ферритового цилиндра. У синфазного дросселя есть две обмотки, которые иногда используются для фильтрации как действующего, так и нейтрального питания источника питания. По сути, он не отличается от трансформатора.

Для больших значений индуктивности используется многослойный железный сердечник. Это редко встречается в достаточно современном оборудовании, но в старинных ламповых радиоприемниках часто использовались два больших конденсатора и индуктор с железным сердечником для сглаживания выпрямленной сети.

Катушка индуктивности часто не имеет маркировки.

Диагностика и ремонт

В индукторе очень мало ошибок, за исключением, возможно, плохо спаянного соединения. Очень сильный ток мог вызвать перегрев или возгорание индуктора, но, вероятно, не раньше, чем где-то в цепи будет нанесен большой ущерб.

Трансформаторы

Небольшой тороидальный ферритовый трансформатор с 3 обмотками.

Трансформатор — это просто индуктор с двумя (или более) витками провода.

Электрический ток всегда создает магнитное поле, которое циркулирует вокруг тока, и изменение магнетизма, проходящего через цепь, генерирует напряжение в этой цепи. Таким образом, в трансформаторе мы подаем мощность на одну катушку с проводом, первичную, и магнитный поток, который это создает, индуцирует напряжение в другой катушке (ах), вторичной (-ых).Но он работает только при изменении магнитного поля, поэтому трансформатор можно использовать только для переменного тока, а не постоянного.

Трансформаторы

очень полезны по двум причинам:

  • Если вторичная катушка имеет больше или меньше витков, чем первичная, индуцированное в ней напряжение будет пропорционально больше или меньше, чем приложенное к первичной обмотке.
  • Поскольку единственное соединение между первичной и вторичной обмотками является магнитным, они электрически изолированы друг от друга. Это может быть полезно по соображениям безопасности или когда разработчику схемы необходимо заблокировать чистый поток тока от одной части к другой.

Идентификация

Сетевой тороидальный трансформатор.

Если вы знаете, как идентифицировать катушку индуктивности, то трансформатор выглядит точно так же, за исключением того, что из него выходят как минимум 3 провода, а почти всегда 4 или больше.

Старое электронное оборудование с питанием от сети почти всегда содержит сетевой трансформатор с железным сердечником, который легко обнаружить. В качественном звуковом оборудовании иногда используется тороидальный сетевой трансформатор, поскольку этот тип создает меньше паразитного магнитного поля и, следовательно, меньше фонового шума в аудиовыходе.В более новом оборудовании обычно используется трансформатор гораздо меньшего размера с ферритовым сердечником.

Диагностика и ремонт

Сетевые трансформаторы могут потребоваться для передачи значительного количества энергии, поэтому в условиях неисправности они могут сильно нагреваться. Если это приведет к пробою изоляции между двумя соседними витками первичной или вторичной обмотки, эти витки будут действовать как короткозамкнутая вторичная обмотка и действительно станут очень горячими.

Перемотка сгоревшего сетевого трансформатора несложна, но редко стоит значительного времени и терпения.

Кристаллы и керамические резонаторы

Кристалл кварца вынут из банки.

Кварцевый кристалл обычно используется там, где проектировщику необходимо генерировать колебания фиксированной частоты. Кварц — это пьезоэлектрический материал, а это означает, что напряжение возникает на противоположных сторонах, если вы его напрягаете, и, в целом, приложение напряжения вызывает аналогичное напряжение. Кусок кварца можно разрезать и отполировать так, чтобы он резонировал (или звенел, как колокольчик) на очень точно выбранной частоте. Помещенный в электронную схему, которая усиливает и поддерживает резонанс, вы получаете простой и очень стабильный источник частоты.На фото показан кристалл, вынутый из защитной банки.

Помимо кварцевых часов, цифровое оборудование очень часто содержит кристалл, обеспечивающий колебания, которые проходят через все этапы обработки. В радиоприемнике с цифровой настройкой кварцевый генератор генерирует опорную частоту, из которой в цифровом виде генерируется желаемая частота для настройки выбранной станции. Некоторые старинные FM-радиоприемники содержали три кристалла в стеклянной оболочке, похожей на вентиль. Это позволяло настраивать три станции, выбирая один из трех кристаллов.

Керамические резонаторы работают точно так же, но они дешевле и менее точны по частоте. В них обычно используется титанат свинца-циркония вместо кварца и может использоваться вместо кристалла в цифровом оборудовании, где частота также не используется для точного отсчета времени. Керамический резонатор также может быть использован в каскадах промежуточной частоты радиоприемника для выбора необходимой частоты. Эти резонаторы имеют 3 вывода, по одному на каждом конце одной стороны резонатора, а третье — на противоположной стороне.Сигнал подается на первый и третий, заставляя его резонировать по всей длине. Сигнал воспроизводится между вторым и третьим отведениями, при этом любые другие расстроенные частоты значительно снижаются.

Идентификация

Кристаллы для поверхностного монтажа и на проволочных концах.

Кристаллы кварца обычно легко обнаружить, так как они находятся в серебристой металлической банке. В случае кварцевых часов они обычно имеют цилиндрическую форму и довольно маленькие. Часто вы увидите два небольших конденсатора рядом с кристаллом, которые необходимы для того, чтобы он мог свободно вибрировать.Иногда одним из них может быть переменный конденсатор, позволяющий точно настроить его резонансную частоту с точностью до 10 частей на миллион.

Керамический резонатор 16 МГц

Керамический резонатор очень похож на небольшой конденсатор, за исключением того, что он может иметь 3 или даже 4 вывода.

Диагностика и ремонт

Кристаллы кварца обычно надежны, но неисправности известны. Поскольку сам кристалл подвешен только за свои выводы, что позволяет ему свободно вибрировать, он может быть поврежден ударом или вибрацией, возможно, в сочетании со слабым шарниром из-за производственного дефекта.

Нет простого способа проверить кристалл кварца, кроме замены. Мультиметр, приложенный к его выводам, покажет, что это обрыв цепи, поскольку кварц — очень хороший изолятор.

А теперь …

… возможно, вы захотите продолжить чтение об Активных компонентах.

8 Разница между резистором и конденсатором

Что такое резистор?

Резистор — это пассивный двухконтактный электрический компонент. с основной функцией ограничения протекания тока в цепи, a функция, которая является ключевой для работы большинства цепей.Обычно они изготовлен из металлической проволоки или углерода и спроектирован для поддержания стабильной значение сопротивления в широком диапазоне условий окружающей среды. В отличие от ламп, они не излучают свет, но производят тепло, поскольку электрическая энергия рассеивается ими в рабочем контуре.

Резистор работает по принципу закона Ома и закона заявляет, что напряжение на выводах резистора напрямую пропорционально протекающему через него току. Эффект резистора называется сопротивлением . сопротивление цепи обычно измеряется в омах. Эти отношения представлен уравнением: R = V / I.

В электронных схемах резисторы используются для многих целей. которые включают в себя: ограничение тока, регулировку уровней сигнала, тепловыделение, управление усилением, схемами согласования и нагрузки, а также делением напряжения для смещения активные элементы и оконечные линии передачи, среди прочего.

Что вам нужно Знайте о резисторе

  • Резистор — это электронный компонент, используемый для сопротивляться прохождению тока в цепи, чтобы поддерживать надлежащее напряжение или ток через него.
  • Резисторы используются для уменьшения тока, делите напряжения, завершайте линии передачи и регулируйте уровни сигналов.
  • Резисторы создают потери мощности и выделяют тепло.
  • Резисторы в основном используются в прецизионных схемах, радиочастотные и логические схемы и др.
  • Единица сопротивления резистора Ом .
  • В цепи постоянного тока при добавлении резистора серия с индуктором, величина тока мала, а затем увеличивается со временем.
  • Резистор работает путем преобразования избыточного электрического энергия превращается в тепло, которое рассеивается в воздухе.
  • Сопротивление резистора равно Напряжение / ток (R = V / I).

Что такое конденсатор?

Конденсатор — это электрическая цепь, которая ведет себя как Зарядное устройство хранения. Он держит электрический заряд, когда мы подаем напряжение через него, и он передает накопленный заряд цепи по мере необходимости. Они как полностью заряженный электрический аккумулятор.Конденсаторы — одна из трех основных электронные компоненты, составляющие основу схемы вместе с резисторы и индукторы.

Самая основная конструкция конденсатора состоит из двух параллельные проводники (обычно металлические пластины), разделенные диэлектриком материал. Когда к конденсатору подключен источник напряжения, проводник (пластина конденсатора), прикрепленная к положительной клемме источника, становится положительно заряженный и проводник (пластина конденсатора), подключенный к отрицательный вывод источника становится отрицательно заряженным.Теперь, благодаря наличие диэлектрика между проводниками, в идеале заряд не может двигаться с одной тарелки на другую. Следовательно, будет разница в уровне зарядки. между этими двумя проводниками (пластинами). Фактически, электрический потенциал разница появляется по пластинам.

Влияние конденсатора называется емкостью, который можно определить как количество заряда, накопленного в конденсаторе за пропускание напряжения через конденсатор. Другими словами, конденсатор добавляет емкость в цепи.Следовательно, существует прямая связь между заряд и напряжение конденсатора. Что может быть представлено уравнением: заряд / напряжение (C = Q / V). Емкость конденсатора измеряется в фарадах .

Что вам нужно Знайте о конденсаторе

  • Конденсатор — электронный компонент, используемый для хранить заряды или энергию в электрическом поле, генерируемом извне прикладной потенциал.
  • Конденсаторы используются для фильтрации, сглаживания, соединение различных участков цепи и ограничение переходных процессов высокого напряжения по цепи.
  • Нет потерь / утечки энергии или зарядов в конденсаторы.
  • Конденсаторы используются для генерации сигналов, фильтрация, блокировка и обход приложений.
  • Единица емкости конденсатора фарад .
  • В постоянном токе, когда конденсатор добавлен последовательно с резистора, ток сначала становится высоким, но позже падает до нуля.
  • Конденсатор работает, сохраняя положительный и отрицательные заряды отделены друг от друга.
  • Емкость конденсатора определяется соотношением заряд / напряжение (C = Q / V).

Также читайте: Разница между активными и пассивными компонентами

Разница между Резистор и конденсатор в табличной форме

ОСНОВА ДЛЯ СРАВНЕНИЯ РЕЗИСТОР КОНДЕНСАТОР
Описание Резистор — это электронный компонент, используемый для сопротивления потоку ток в цепи для поддержания надлежащего напряжения или тока через Это. Конденсатор — это электронный компонент, используемый для хранения зарядов или энергии. в электрическом поле, создаваемом приложенным извне потенциалом.
Используйте Резисторы используются для уменьшения протекания тока, разделения напряжений, прекращения линии передачи и отрегулируйте уровни сигнала. Конденсаторы используются для фильтрации, сглаживания, сопряжения различных участки цепи и ограничение переходных процессов высокого напряжения на схема.
Потери мощности Резисторы создают потерю мощности и выделяют тепло. В конденсаторах нет потерь / утечки энергии или зарядов.
Приложение Резисторы в основном используются в прецизионных схемах, радиочастотах и логические схемы и т. д. Конденсаторы используются для генерации сигналов, фильтрации, блокировки и обходить приложения.
Единица измерения Единица сопротивления резистора — Ом. Единица измерения емкости конденсатора — фарады.
Поведение в цепи постоянного тока В цепи постоянного тока, когда резистор добавлен последовательно с катушкой индуктивности, величина тока мала, а затем увеличивается со временем. В постоянном токе, когда конденсатор добавлен последовательно с резистором, ток сначала становится высоким, но позже падает до нуля.
Функциональность Резистор работает, преобразуя избыточную электрическую энергию в тепло, который рассеивается в воздухе. Работает, удерживая положительные и отрицательные заряды отдельно от друг с другом.
Уравнение Сопротивление резистора равно Напряжение / ток (R = V / I). Емкость конденсатора равна заряд / напряжение (C = Q / V).
Резисторы, конденсаторы и индукторы

— Справочник по электронике

Меню курса Модуль 1 Введение в теорию электричества Модуль 2 Фундаментальные концепции Модуль 3 — Цепи постоянного тока Знакомство с цепями постоянного тока Введение в электрическую теорию и схемы резисторов Конденсаторы и схемы конденсаторов Модуль 5 — Полупроводники Модуль 6 — Аналоговые схемы

Резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности — это три основных пассивных элемента цепи, используемых в электрических цепях. Вместе они составляют три фундаментальных строительных блока классической электротехники.

В сочетании с активными элементами, такими как источники напряжения и транзисторы, а также с пассивными полупроводниковыми элементами, такими как диоды, вы можете построить практически все, что угодно в области электроники.

Изучение резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности позволяет нам глубже понять некоторые из наиболее важных принципов, которые влияют на конструкцию и работу каждой цепи.

Это связано с тем, что каждая цепь имеет сопротивление, емкость и индуктивность , даже если они не содержат резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности .

Например, даже простой проводящий провод имеет некоторое количество сопротивления, емкости и индуктивности, которые все зависят от состава материала, толщины (т. Е. Толщины), конструкции и формы.

Какие компоненты этой цепи вы можете идентифицировать?

Прежде чем мы углубимся в каждый тип компонента, давайте разберемся, как различные компоненты объединяются, чтобы заставить работать электронику.

Элементы схемы и компоненты схемы

Схема элементов, или компонентов, — это то, из чего состоят электрические цепи, а также любые проводящие соединения между ними.

в схеме
Схема Компоненты Элементы схемы
Реальная Абстрактная
Несовершенная Идеальная
Независимая от схемы Только ссылка

Технически отдельные устройства известны как компонентов сами по себе и как элементов , когда мы говорим об их месте в цепи.

Часто эти термины используются как синонимы. Однако термин элемент схемы всегда относится к абстрактной версии компонента.

Эти компоненты могут быть соединены вместе в цепь. Вы можете заметить транзистор?

Исключение составляют источники напряжения и тока, которые всегда называются элементами (а не компонентами).

Элементы схемы — это идеализированные абстрактные концепции, которые представляют реальные компоненты, из которых построены электрические цепи .На бумаге мы представляем элементы как совершенные и рассчитываем такие параметры, как напряжение и ток, исходя из этого предположения.

Пи-фильтр выше использует два конденсатора (C1 и C2) и катушку индуктивности (L1), чтобы помочь создать высококачественный сигнал в источнике питания. Rb — это спускной резистор, используемый для безопасного разряда конденсаторов. Подобные схемы используются в большинстве источников питания, таких как адаптер для вашего компьютера или мобильного телефона.

Но компоненты реальных схем не идеальны; у них есть допуски и нелинейное поведение.Например, резистор имеет допуск + -x%, что помогает учесть любые проблемы с контролем качества. Каждый отдельный компонент имеет допуски, поэтому часто нет смысла вычислять значения для большого количества значащих цифр.

Вместо этого разработчики схем проектируют свои схемы с учетом ряда допусков. Одним из признаков хорошо спроектированной схемы является то, что она может выдерживать все ожидаемые допуски для всех своих компонентов и при этом нормально функционировать.

Некоторое количество вычислений с помощью ручки и бумаги помогает научиться понимать схемы и электронику.Через некоторое время вы научитесь грубо рассчитывать: в голове или на салфетке, используя приблизительные значения. Уметь это делать гораздо важнее, чем уметь анализировать действительно странную схему с высокой степенью точности.

Резисторы

Резисторы используются для уменьшения и управления прохождением электрического тока.

Это в основном неэффективные проводники, преобразующие электрическую энергию в тепло. Это может показаться расточительным, но резисторы чрезвычайно полезны для создания необходимых напряжений и / или токов.

Подобно резному долоту для удаления материала, чтобы открыть желаемую скульптуру, можно использовать схему резистора, чтобы принять любой входящий сигнал и уменьшить его до любой необходимой сети напряжений и / или токов.

Отличным примером этого является схема делителя напряжения, в которой ряд резисторов используется для создания «ответвлений» на разных уровнях напряжения.

Два резистора на печатной плате.

При управлении напряжением или током резисторы всегда подчиняются закону Ома.Это означает, что «падение» тока и напряжения взаимозависимы; если требуется точное опорное напряжение, то необходимо точно контролировать и ток.

Конденсаторы

Эта схема содержит шесть (6) электролитических конденсаторов.

Конденсаторы накапливают электрическую энергию, чем-то напоминающие аккумуляторные батареи. В отличие от батарей, они, как правило, имеют меньшую емкость для накопления заряда, а также очень быстро разряжаются.

В конденсаторе энергия накапливается за счет поляризации диэлектрического (изоляционного) материала.По мере добавления энергии к конденсатору в самом диэлектрическом материале происходит большее разделение зарядов. Если на конденсатор не подается достаточно высокое напряжение, так что он не повреждается, разделение и высвобождение заряда практически не влияет на сам диэлектрический материал. Это делает конденсатор чрезвычайно надежным; конденсаторы, которым исполнилось много десятилетий, часто все еще работают безупречно.

Емкость в простом проводнике, таком как провод, может стать значительной, когда рядом находится другой провод (например, другой провод, человек или земля).

Конденсаторы не пропускают ток напрямую через них, поэтому их можно использовать для фильтрации сигналов постоянного тока.

Постоянный ток «протекает через» конденсатор только тогда, когда конденсатор заряжается или разряжается. Они также могут сглаживать сигналы, высвобождая заряд при необходимости, что очень полезно для создания плавных форм волны напряжения в схемах, таких как выпрямители.

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности также накапливают энергию, но иначе, чем конденсаторы.

Катушка индуктивности накапливает энергию в магнитном поле. Каждый проводник с током создает магнитное поле, которое можно усилить, просто свернув провод. Это простой пример индуктора.

Магнитное поле вокруг проводника чувствительно к любому изменению тока и автоматически создает напряжение, которое противодействует любому изменению тока. По этой причине индукторы отлично «сглаживают» электрические сигналы.

Индуктор на блоке питания.Катушки индуктивности

также часто используются для фильтрации сигналов переменного тока (AC), потому что сигнал переменного тока по определению имеет постоянно изменяющийся ток. Когда индуктор подвергается воздействию переменного тока, он создает напряжение, которое противодействует изменению тока.

Катушки индуктивности также могут использоваться для фильтрации различных частот и создания настраиваемых схем, которые очень полезны в радио и телевидении.

Развитие интуиции с использованием резисторов, конденсаторов и индукторов

Резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности — это не только классические строительные блоки схем.Они информируют нас о природе свойств сопротивления, емкости и индуктивности. Даже оголенный провод имеет некоторое сопротивление, некоторую емкость и некоторую индуктивность. Каждое изменение, внесенное в схему, включая длину провода, тип резистора, физический размер конденсатора, расстояние между проводами и т. Д., Оказывает определенное влияние на эти качества.

В зависимости от системы резистивные, емкостные или индуктивные свойства простых проводников могут иметь доминирующее влияние на конструкцию системы.

Например, системы переменного тока (AC) обогнали системы постоянного тока (DC) в конце 19 -го века из-за сопротивления линий передачи. Оказывается, потери мощности из-за сопротивления очень высоки при низких напряжениях, но в системах постоянного тока не было способа увеличить напряжение.

Было обнаружено устройство, известное как трансформатор , которое могло увеличивать или уменьшать напряжение переменного тока (AC), но не постоянного тока (DC).Поскольку резистивные потери можно уменьшить, используя трансформатор для увеличения напряжения, переменный ток быстро выиграл у конкурирующей технологии постоянного тока. Вот почему высоковольтные линии электропередач переменного тока используются для передачи электроэнергии от электростанций в наши дома и на предприятия.

Однако в схемах небольшого размера присущие (резистивные, емкостные и индуктивные) свойства проводящих проводов часто можно игнорировать или легко спроектировать. В хороших схемах они учитываются, как и допуски каждого компонента.Разработчик схем должен понимать, когда каждая важна, а когда нет. К счастью, часто есть небольшие уловки, которые существенно помогают снизить сложность реальной жизненной проблемы.

Изучая эти три компонента, постарайтесь усвоить основные правила и развить в них интуицию. То, что происходит с резисторами, включенными последовательно и параллельно, учит нас кое-чему о природе сопротивления. Но что произойдет, если вы поместите действительно большой резистор параллельно маленькому? Вы могли бы просто игнорировать большой.

В другом примере развития общей интуиции путем изучения резисторов важно изучение делителей напряжения. Что еще более важно, это узнать, как резисторы, включенные последовательно, влияют на любые сигналы (показания напряжения), полученные между резисторами. Вы можете приблизительно понять, что такое напряжение (по сравнению с землей), когда цепь разветвляется между пакетами резисторов.

Комбинации элементов RCL

Мы быстро узнаем о каждом типе компонентов последовательно и параллельно.Что происходит, когда вы их объединяете? Цепи RC (резистор-конденсатор), RL (резистор-индуктор), LC (индуктор-конденсатор) и RCL можно рассматривать как блоки «Lego». Собирая их вместе и разбираясь в комбинациях, мы приближаемся к тому, чтобы стать интуитивно понятными разработчиками схем. Эти схемы также полезны в качестве фильтров, которые можно настраивать, изменяя значение их элементов.

Типы элементов схем

Элементы схем можно разделить на три категории: пассивные, активные и электромеханические.

Пассивные элементы схемы

Пассивные компоненты включают резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и даже диоды. Пассивный компонент — это компонент, который не подает энергию на схему .

Активные элементы схемы

Активные компоненты включают источники напряжения, источники тока и усилители, такие как транзисторы и электронные лампы. Активный компонент поставляет энергию .

Элементы электромеханической цепи

Электромеханические компоненты преобразуют электрические сигналы в механическое движение или наоборот.Типичные примеры — двигатели и генераторы. Другой, более свежий пример — это микроэлектромеханические системы MEMS. МЭМС — это крошечные электромеханические устройства, созданные с использованием полупроводниковой технологии в нанометровом масштабе.

На протяжении всего курса мы исследуем каждый из этих компонентов, начиная с резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности в этом модуле.

Давайте рассмотрим резисторы более подробно в Уроке 5: Последовательные резисторы.

Модуль 3 — Цепи постоянного тока

Урок 0 : Введение в Модуль 3

Урок 1 : Введение в цепи постоянного тока

Урок 2 : Последовательные и параллельные цепи

: Урок 3 Источники питания и батареи

Урок 4 : Резисторы, конденсаторы и индукторы

Урок 5: Последовательные резисторы

Урок 6: Параллельные резисторы

Урок 7: Делители напряжения 2 8: Закон Кирхгофа

Урок 9: Закон Кирхгофа

Урок 10: Конденсаторы

Урок 11: Диэлектрические материалы

Урок 12: Конденсаторы

параллельно 3 Последовательные конденсаторы

Урок 14: Последовательные и параллельные конденсаторы

Lesso n 15 : Inductors

RC Charging Circuit Tutorial & RC Time Constant

Все электрические или электронные схемы или системы страдают от той или иной формы «задержки по времени» между входными и выходными клеммами, когда на них подается сигнал или напряжение, непрерывное (DC) или переменное (AC).

Эта задержка обычно известна как временная задержка схем , или Постоянная времени , которая представляет собой временную характеристику схемы при приложении входного ступенчатого напряжения или сигнала. Результирующая постоянная времени любой электронной схемы или системы будет в основном зависеть от подключенных к ней реактивных компонентов, емкостных или индуктивных. Постоянная времени имеет единицы, 9 · 1012 тау — 9 · 1013 τ

Когда возрастающее напряжение постоянного тока подается на разряженный конденсатор, конденсатор потребляет так называемый «зарядный ток» и «заряжается».Когда это напряжение уменьшается, конденсатор начинает разряжаться в обратном направлении. Поскольку конденсаторы могут накапливать электрическую энергию, они действуют во многом как маленькие батареи, накапливая или выделяя энергию на своих пластинах по мере необходимости.

Электрический заряд, накопленный на пластинах конденсатора, определяется как: Q = CV. Эта зарядка (накопление) и разрядка (высвобождение) энергии конденсатора никогда не бывает мгновенной, но требует определенного времени, чтобы произойти, при этом время, необходимое для зарядки или разрядки конденсатора в пределах определенного процента от его максимального значения подачи, известного как его постоянная времени (τ).

Если резистор включен последовательно с конденсатором, образующим RC-цепь, конденсатор будет постепенно заряжаться через резистор, пока напряжение на нем не достигнет напряжения питания. Время, необходимое для полной зарядки конденсатора, эквивалентно примерно 9 · 1012 5 постоянной времени 9 · 1013 или 5Т. Таким образом, переходная характеристика или последовательная RC-цепь эквивалентна 5 постоянным времени.

Это переходное время отклика T измеряется в единицах τ = R x C, в секундах, где R — значение резистора в омах, а C — значение конденсатора в фарадах.Затем это формирует основу схемы зарядки RC, где 5T можно также рассматривать как «5 x RC».

Цепь зарядки RC

На рисунке ниже показан конденсатор (C), соединенный последовательно с резистором (R), образующий цепь заряда RC , подключенную к источнику питания постоянного тока (Vs) через механический переключатель. в нулевой момент времени, когда переключатель впервые замкнут, конденсатор постепенно заряжается через резистор, пока напряжение на нем не достигнет напряжения питания батареи.Способ зарядки конденсатора показан ниже.

Цепь зарядки RC

Предположим выше, что конденсатор C полностью «разряжен», а переключатель (S) полностью разомкнут. Это начальные условия схемы, тогда t = 0, i = 0 и q = 0. Когда переключатель замкнут, время начинается с t = 0, и ток начинает течь в конденсатор через резистор.

Поскольку начальное напряжение на конденсаторе равно нулю, (Vc = 0) при t = 0 конденсатор представляет собой короткое замыкание на внешнюю цепь, и максимальный ток течет через цепь, ограниченную только резистором R.Затем, используя закон Кирхгофа по напряжению (KVL), падение напряжения в цепи определяется как:

Ток, протекающий теперь по цепи, называется зарядным током и определяется с помощью закона Ома как: i = Vs / R.

Кривые цепи зарядки RC

Конденсатор (C) заряжается со скоростью, указанной на графике. Подъем кривой заряда RC вначале намного круче, потому что скорость заряда самая высокая в начале заряда, но вскоре экспоненциально спадает, поскольку конденсатор получает дополнительный заряд с более медленной скоростью.

По мере того, как конденсатор заряжается, разность потенциалов на его пластинах начинает увеличиваться с фактическим временем, необходимым для заряда конденсатора, чтобы достичь 63% от его максимально возможного полностью заряженного напряжения, на нашей кривой 0,63 В, известной как один полный Постоянная времени, (T).

Этой точке напряжения 0,63 В присвоено сокращение 1T (одна постоянная времени).

Конденсатор продолжает заряжаться, и разница напряжений между Vs и Vc уменьшается, так же как и ток в цепи, т.е.Затем в его конечном состоянии, превышающем пять постоянных времени (5T), когда конденсатор считается полностью заряженным, t = ∞, i = 0, q = Q = CV. На бесконечности зарядный ток, наконец, уменьшается до нуля, и конденсатор действует как разомкнутая цепь со значением напряжения питания полностью на конденсаторе, как Vc = Vs.

Таким образом, математически мы можем сказать, что время, необходимое для зарядки конденсатора до одной постоянной времени (1Т), определяется как:

Постоянная времени RC, Тау

Эта постоянная времени RC указывает только скорость заряда, где R выражается в Ом, а C — в Фарадах.

Поскольку напряжение V связано с зарядом конденсатора, заданным уравнением, Vc = Q / C, напряжение на конденсаторе (Vc) в любой момент времени в течение периода зарядки определяется как:

  • Где:
  • Vc — напряжение на конденсаторе
  • Вс — напряжение питания
  • e — иррациональное число, представленное Эйлером как: 2.7182
  • t — время, прошедшее с момента подачи напряжения питания
  • RC — это постоянная времени цепи зарядки RC

После периода, эквивалентного 4 постоянным времени (4T), конденсатор в этой RC-цепи зарядки считается практически полностью заряженным, поскольку напряжение, развиваемое на пластинах конденсатора, теперь достигло 98% от своего максимального значения, 0.98Vs. Период времени, необходимый конденсатору для достижения этой точки 4T, известен как переходный период .

После времени 5T конденсатор теперь считается полностью заряженным напряжением на конденсаторе, (Vc) примерно равным напряжению питания (Vs). Таким образом, поскольку конденсатор полностью заряжен, в цепи больше не течет зарядный ток, поэтому I C = 0. Период времени после этого периода времени 5T обычно известен как период устойчивого состояния .

Затем мы можем показать в следующей таблице процентные значения напряжения и тока для конденсатора в цепи зарядки RC для заданной постоянной времени.

Зарядный стол RC

Время
Константа
Значение RC Процент от максимума
Напряжение Текущий
0,5 постоянная времени 0.5T = 0.5RC 39,3% 60,7%
0.7 постоянная времени 0,7 т = 0,7RC 50,3% 49,7%
1.0 постоянная времени 1T = 1RC 63,2% 36,8%
2.0 постоянная времени 2T = 2RC 86,5% 13,5%
3,0 постоянная времени 3T = 3RC 95,0% 5,0%
4.0 постоянные времени 4Т = 4RC 98,2% 1.8%
5.0 постоянные времени 5T = 5RC 99,3% 0,7%

Обратите внимание, что кривая зарядки для цепи зарядки RC является экспоненциальной, а не линейной. Это означает, что в действительности конденсатор никогда не заряжается полностью на 100%. Таким образом, для всех практических целей, после пяти постоянных времени (5T) он достигает 99,3% заряда, поэтому в этот момент конденсатор считается полностью заряженным.

Поскольку напряжение на конденсаторе Vc изменяется со временем и, следовательно, имеет другое значение для каждой постоянной времени вплоть до 5T, мы можем вычислить, например, значение напряжения на конденсаторе Vc в любой заданной точке.

RC Пример цепи зарядки №1

Рассчитайте постоянную времени RC следующей цепи τ.

Постоянная времени τ находится по формуле T = R x C в секундах.

Следовательно, постоянная времени τ задается как: T = R x C = 47k x 1000 мкФ = 47 сек

a) Каким будет значение напряжения на пластинах конденсатора при постоянной времени 0,7?

При постоянной времени 0,7 (0,7T) Vc = 0,5Vs. Следовательно, Vc = 0.5 x 5 В = 2,5 В

б) Каким будет напряжение на конденсаторе при 1 постоянной времени?

При 1 постоянной времени (1T) Vc = 0,63Vs. Следовательно, Vc = 0,63 x 5V = 3,15V

в) Сколько времени потребуется, чтобы «полностью зарядить» конденсатор от источника питания?

Мы узнали, что конденсатор будет полностью заряжен через 5 постоянных времени (5T).

1 постоянная времени (1T) = 47 секунд, (сверху). Следовательно, 5T = 5 x 47 = 235 секунд

г) Напряжение на конденсаторе через 100 секунд?

Формула напряжения задается как Vc = V (1 — e (-t / RC) ), поэтому получается: Vc = 5 (1 — e (-100/47) )

Где: V = 5 вольт, t = 100 секунд и RC = 47 секунд сверху.

Следовательно, Vc = 5 (1 — e (-100/47) ) = 5 (1 — e -2.1277 ) = 5 (1 — 0,1191) = 4,4 вольта

Здесь мы видели, что заряд конденсатора определяется выражением: Q = CV, где C — это значение постоянной емкости, а V — приложенное напряжение. Мы также узнали, что когда напряжение сначала подается на пластины конденсатора, он заряжается со скоростью, определяемой его постоянной времени RC, τ, и будет считаться полностью заряженным после пяти постоянных времени, или 5T.

В следующем уроке мы рассмотрим соотношение тока и напряжения разряжающегося конденсатора и рассмотрим кривые разряда, связанные с ним, когда пластины конденсатора эффективно закорочены вместе.

Резисторы, конденсаторы и индукторы

— Science4Fun

Электрические цепи используются для обеспечения пути прохождения электрического тока.Обычно в них используются три основных электрических компонента: резисторы, конденсаторы и изоляторы. Они влияют на электрический ток и изменяют поведение цепи.

Резистор

Резистор — это электрический компонент, который имеет определенное сопротивление. Сопротивление — это мера сопротивления электрическому току. Чем больше сопротивление резистора, тем меньший ток будет проходить через него. Сопротивление измеряется в единицах, называемых Ом, и обозначается греческим символом Ω (омега).

Обозначение резистора

Сопротивление определяется по закону Ома. Это говорит о том, что сопротивление в омах равно напряжению, деленному на ток.

Сопротивление = напряжение / ток

OR

R = V / I

Резисторы представлены зигзагообразной линией в электрической цепи, а в уравнениях используется буква «R».

Конденсатор

Электрический ток — это поток электрических зарядов, очень похожий на поток воды. Поскольку вода может храниться, можно также накапливать заряды.Электрический компонент, в котором хранятся электрические заряды, называется конденсатором. Способность конденсатора накапливать заряд называется емкостью, которая измеряется в «Фарадах» и обозначается сокращенно «F». Чем больше емкость конденсатора, тем больше в нем может храниться электрического заряда. Конденсаторы представлены двумя параллельными пластинами в электрической цепи.

Обозначение конденсатора

Емкость конденсатора определяется по формуле:

Емкость = накопленный заряд / напряжение

OR

C = q / V; q = накопленный заряд

В = напряжение конденсатора

Индуктор

Противодействие изменению тока называется индуктивностью, а электрический компонент, имеющий индуктивность, называется индуктором.Индукторы похожи на замыкания на постоянный ток, потому что постоянный ток не меняет величины. Но индукторы, как резистор, противодействуют переменному току. Потому что переменный ток постоянно меняет величину и полярность.

Обозначение индуктивности

Индуктивность измеряется в генри и обозначается аббревиатурой « H ». Но в уравнениях он обозначается как « L ». Обозначение катушки индуктивности:

Интересные факты

  • Проводимость, обозначенная буквой «G», противоположна сопротивлению.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *