Что нужно знать о резисторах и конденсаторах?
“Аматор”: А может имеет смысл коснуться, хотя бы вкратце, особенностей работы и включения только тех цифровых схем, которые будут применяться в нашей разработке?
“Спец”: Разумно! И сделаем мы это тогда, когда дойдем до схемотехники ЦОУ. А пока —пойдем дальше!
“А”: А с чем нам еще необходимо побеседовать прежде, чем вплотную заняться схемо техникой?
“С”: Реальная схемотехника — это отнюдь не только транзисторы и микросхемы, с которыми мы (вчерне, правда) уже познакомились. Это еще и резисторы, и конденсаторы, и катушки индуктивности, и еще очень многое Поговорим, для начала, о резисторах...
“Незнайкин”: Ну, они бывают постоянные и переменные...
“А”: Погоди, Незнайкин... Имеется в виду нечто иное...
“С”: Верно, именно иное. Прежде всего это классификация резисторов по виду их вольт-амперной характеристики. Иначе говоря, зависимости тока от приложенного к ним напряжения. В этой связи различают резисторы ЛИНЕЙНЫЕ и НЕЛИНЕЙНЫЕ. Последние базируются на применении полупроводниковых материалов. К подобным приборам относятся, например, терморезисторы и фоторезисторы. Что касается резисторов линейных, то они действительно подразделяются на постоянные и переменные. По виду исполнения резисторы бывают пленочные, объемные, проволочные и прочая. Подразделяются они и по материалу токопроводящего элемента.
“А”: Кроме того, в зависимости от назначения, резисторы подразделяются на резисторы общего и специального применения. К последним предъявляются повышенные требования в отношении целого ряда параметров.
“Н”: Это каких же?
“С”: Например, точности, стабильности, уровню шумов. Но продолжим, дорогой Аматор...
“А”: Все резисторы характеризуются также номинальным сопротивлением. Раньше говорили, что имеются резисторы с допустимым отклонением от указанного номинала в 20; 10 и 5 процентов.
“С”: Дельно подмечено насчет “раньше”! Теперь резисторы с допуском 20 процентов не применяются в профессиональной электронике вообще! Резисторы с допуском 10 процентов — очень редко. Стандартными стали пятипроцентные резисторы.
А вообще весь цивилизованный мир переходит на 2-процентные и 1-процентные допуски!
“Н”: Даже для самых миниатюрных постоянных резисторов характерна такая точность?
“С”: Ну конечно! Хотя мне лично часто приходится встречаться с резисторами имеющими значительно меньшие допуски! 0,5 и даже 0,1 процента!
“А”: Но ведь это означает, что иметь в загашнике полную “сетку” становится почти безнадежным делом!?
“Н”: А что это такое — “полная сетка”? Что-то из арсенала зажиточной домохозяйки, когда она возвращается с базара?
“С”: Не совсем, Незнайкин! Дело в том, что “полная сетка” 5-процентных резисторов — это J27 различных номиналов. Но сетка 2-процентных резисторов насчитывает уже около 400 номиналов! А однопроцентных более тысячи. Поскольку разработчики не знают заранее, какие номиналы резисторов им понадобятся в каждом конкретном случае, то даже полагая запас по каждому из номиналов в 50 штук (а это считается очень скромным запасом), при 2 процентной шкале это потребует количества не менее 20000 штук!
“А”: Что касается номинальной мощности, то это та максимальная мощность, рассеивание которой на данном резисторе допускается в течение длительного времени и в широком интервале температур.
“С”: Иными словами, в течени? всего срока службы!
“А”: Вот здесь на рисунке я показал, каь обозначается номинальная мощность резисторов на схемах электрических принципиальных (рис. 18.1).
“С”: Мы также не должны забывать о TEMPПЕРАТУРНОМ КОЭФФИЦИЕНТЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ (иначе — ТКС), который характеризует относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 градус С.
“А”: Можно ли утверждать, что резисторы с меньшим допуском имеют и меньший ТКС?
“С”: В том случае, когда резисторы имеют официальный, гостовский допуск, то ДА! Поэтому резистор с меньшим допуском, - это не просто — подбор. Это новая технология!
“А”: Но резисторы характеризуются еще и уровнем собственных шумов?
“С”: Будем внимательны! Вообще уровень собственных шумов определяется случайными колебаниями разности потенциалов, возникающими на резисторе вследствие флуктуации объемной концентрации носителей заряда, а также его электрического сопротивления.
Если к резистору НЕ ПРИЛОЖЕНО НАПРЯЖЕНИЕ, то:
Еш = 0,0125 D f К.
Здесь Ещ — ЭДС шумов, мкВ; D f — полоса частот, кГц; R — сопротивление резистора, кОм. “А”: Ну, а если к резистору приложить напряжение?
“С”: В этом случае стандартные непроволочные резисторы делятся на две основные группы. В группу “А” входят резисторы, уровень шумов которых не превышает 1 мкВ на каждый вольт приложенного напряжения. Группа “Б” характеризуется другим соотношением, а именно, 5 мкВ на каждый вольт приложенного напряжения.
“Н”: Отсюда я делаю тот вывод, что в первых, малошумящих каскадах приемника следует применять ТОЛЬКО резисторы группы “А”!
“А”: Глубокая мысль! Ну, а каков же будет второй вывод?
“Н”: Рискну заявить, что второй вывод — это желательность выбора такой схемы входного каскада, чтобы на его управляющем электроде (затворе или базе) дополнительное постоянное напряжение было бы как можно меньшим!
“С”: Растут люди! Могу посоветовать из постоянных резисторов прежних лет выпуска — только ОМЛТ — 0,125 (или ОСМЛТ — 0,125), если нет потребности в больших мощностях рассеяния. А из низкоомных метал-лоокисные, типа МОН.
“А”: А из более новых?
“С”: Самыми желательными являются С2—29В. Затем С2—10; С2—23; С2—33; С2—36. Соответствующих мощностей! Кстати, резисторы типа С2—29 характеризуются уровнем шумов существенно меньшим, чем 1 мкВ/В.
“А”: А как насчет высокочастотных характеристик?
“С”: В цепях до 50 МГц, практически никаких проблем не возникает! Но поскольку здесь все свои, то могу посоветовать, по возможности, применять только КМП-резисторы такой фирмы, как PHILIPS.
“Н”: А что такое КМП?
“С”: Эта аббревиатура означает - КОМПОНЕНТЫ, МОНТИРУЕМЫЕ НА ПОВЕРХНОСТЬ. Такой себе хорошенький миниатюрный “кирпичик”. Никаких проволочных выводов! А, следовательно, никаких паразитных индуктивностей! КМП прекрасно работают на частотах до 500 МГц и даже выше. В общем, Европа — А!
“А”: А что можно сказать о резисторах переменного сопротивления?
“С”: Да очень многое можно сказать! Прежде всего, мы не в школе! Значит, договоримся сразу — компот отдельно, а шпроты —отдельно! Поэтому будем различать резисторы ПОДСТРОЕННЫЕ и ПЕРЕМЕННЫЕ! А переменные, в свою очередь, подразделять на просто переменные и переменные многооборотные!
“Н”: Дальше в лес — больше дров!..
“С”: Начнем все же с подстроечных. Так называются резисторы, которые устанавливаются непосредственно на печатные платы и регулируются в процессе настройки электронных узлов и более не беспокоятся! То есть пользователь электронной аппаратуры их не видит и не крутит! Поде троечные резисторы могут быть герметизированные и негерметизированные, однооборотные и многооборотные.
“А”: Я на телевизионных платах видел СПЗ—16 — негерметизированные. Они нам нужны?
“С”: Как прошлогодний снег! Это не для профессионалов. В нашей разработке будут употребляться следующие типы: из однооборотных — СП 3—13а; СП5-16 В(А, Б, В,). Из многооборотных - СП5-3; СП5-2.
“А”: Ну, а переменные?
“С”: Прежде всего в приемнике нам потребуется один многооборотный переменный резистор.
“А”: Для подачи напряжения на варикапы?
“С”: Именно для этого! Возможно применение таких типов, как СП5—39; СПЗ—44. Хотя я предпочел бы ППМЛ!
“Н”: Почему именно его?
“С”: Этот очень хороший, износоустойчивый десятиоборотный потенциометр обладает повышенной надежностью. А это немаловажно!
“А”: А что можно сказать о КОНДЕНСАТОРАХ? Не вообще, а конкретно?
“С”: Система из двух обкладок или пластин, разделенных диэлектриком и обладающая способностью накапливать электричество, называется конденсатором. Емкость конденсатора, как известно, есть физический параметр, определяемый отношением количества накапливаемых на отрицательном полюсе электронов к приложенному напряжению. УДЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ — отношение емкости к объему (либо массе) конденсатора. НОМИНАЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ — это та емкость, которая указана на конденсаторе заводом-изготовителем. Она гостируема и составляет некоторый стандартный ряд.
“А”: Однако фактическая емкость каждого конденсатора отличается от номинальной. Но в пределах допуска.
“С”: Да, есть такой параметр, как ДОПУСТИМОЕ ОТКЛОНЕНИЕ ЕМКОСТИ. Нам очень важен такой параметр, как ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ' ПРОЧНОСТЬ КОНДЕНСАТОРА.
“А”: Это она характеризуется НОМИНАЛЬНЫМ РАБОЧИМ НАПРЯЖЕНИЕМ? То есть максимальным напряжением, при котором конденсатор может надежно работать в течение тысяч часов?
“С”: Ты прав, мой друг! Просто для справки — различают еще ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, а также ПРОБИВНОЕ.
“А”: Есть еще такой параметр, как СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ КОНДЕНСАТОРА. Она представляет собой отношение напряжения, приложенного к конденсатору к его току утечки.
“С”: Следует заметить, что емкость конденсатора зависит от частоты приложенного напряжения. И хотя, чисто теоретически, конденсаторы не рассеивают энергию в виде тепла, реальные конденсаторы, тем не менее, характеризуются потерей мощности. Это связано с проводимостью диэлектрика, нагревом металлических элементов и т.п. Очень важной характеристикой конденсатора является ТКЕ — ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ЕМКОСТИ.
“А”: Но ведь ТКЕ — обратимый параметр? То есть если температура становится прежней, то и емкость соответственно?
“С”: Да, к общему удовольствию! А вообще ТКЕ — представляет собой относительное изменение емкости при изменении температуры на 1 °С.
“А”: Однако мало радости доставляет ТКЕ если конденсатор входит в состав высокочастотной резонансной цепи!
“С”: Мало — это не то слово! Особенно это касается гетеродинов! Поэтому, в зависимости в от величины ТКЕ, конденсаторы разделяются на группы. Каждая имеет свое значение ТКЕ!
“Н”: Давайте, на всякий случай, составим на сей счет небольшую таблицу! “А”: Это разумно! Итак, смотри таблицу (табл. 18.1).
“Н”: А почему бы ВСЕ конденсаторы не выпускать на основе керамики МП 0 и все дела?
“С”: Это и ненужно, и невозможно! Ненужно, поскольку в состав контуров входит, как известно, еще и катушка индуктивности, которая (как увидим позднее) тоже характеризуется аналогичной величиной ТКИ (температурный коэффициент индуктивности). А применение керамики типа МП 0 не позволило бы ввести в контур термокомпенсацию!
“A”: A невозможно, очевидно, потому, что в керамических конденсаторах большой емкости применена керамика с колоссальным значением диэлектрической проницаемости! И это понятно, если принять во внимание степень миниатюрности этих конденсаторов.
“С”: Но вот с ТКЕ таких конденсаторов дело обстоит хуже! Я занес в таблицу группы от Н—10 до Н—90 включительно!
“Н”: А что означают звездочки?
“С”: Только тот факт, что для этих групп характерен не ТКЕ, а относительное изменение их емкости в интервале температур от -60 °С до +85 "С соотнесенное с их емкостью при +20 "С.
“А”: Будем ли подробно говорить о классификации конденсаторов?
“С”: Сейчас нет, поскольку об этом будем упоминать при описании компонентной базы, требующейся для практической реализации узлов приемника. Отметим только, что в нашем случае наиболее применимыми будут керамические конденсаторы типов: КМ (монолитные), К10—17 и К10—23 (керамические прямоугольные). А также некоторые другие.
“Н”: А почему вы ничего не говорите об электролитах?
“С”: Исключительно потому, что о них следует сказать особо! Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей КОЛОССАЛЬНОЙ удельной емкостью! Ну и по конструкции, по технической реализации. Они в качестве диэлектрика содержат оксидный слой на металле, являющийся анодом. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесенный непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги.
“А”: А какие из них самые предпочтительные?
“С”: Вопрос далеко непростой!.. Я вспомнил анекдот о сотрудниках бухгалтерии одного предприятия, занятых разгадыванием кроссворда. Один из них спрашивает у другого: “Ревизор” Гоголя — это комедия или трагедия?” На что тот отвечает, что это зависит от того, откуда его (то есть ревизора) присылают! Так и электролитические конденсаторы! Формально, самые лучшие из них (причем сразу по всем параметрам) — это танталовые. Затем идут ниобиевые и оксидно-полупроводниковые. И уже после них —алюминиевые. Танталовые, например, характеризуются тем, что могут работать как при очень низких, так и при высоких температурах. Например, К52—1Б (от -60 до +85 °С); К52—2 (от -60 до +135 °С) и т.д.
У них очень малы токи утечки и очень велика удельная емкость. По всем этим параметрам ниобиевые им заметно уступают.
“Н”: А алюминиевые? -
“С”: Вот именно по их поводу я и рассказал анекдот! Здесь ведь все дело в том, где изготовлен алюминиевый электролитический конденсатор...
“Н”: На каком заводе?
“А”: Скорее на территории какой страны находится этот завод! Мне как-то попались электролиты К50—35 без “чулка”! Это был просто какой-то кошмар! У новых конденсаторов на 470 мкФ — почти миллиамперные утечки!
“С”: Действительно, с отечественными электролитами дела обстоят очень неблагополучно! Из алюминиевых можно без опасений употреблять в серьезных разработках только К50—16 (в “чулке”) и К50—35Б. А также К50—40Б. Кстати, температурный диапазон для К50—16 — от -20 до +70 градусов С. Но возьмите, например, японские АЛЮМИНИЕВЫЕ электролиты фирмы RUBICON. При тех же емкостях и напряжении, японские изделия занимают объем В НЕСКОЛЬКО РАЗ МЕНЬШИЙ! Их токи утечки находятся на уровне отечественных ТАНТАЛОВЫХ!
“А”: А какой у них температурный диапазон?
“С”: Даже у самых миниатюрных японских, американских и европейских изделий он обязательно указывается на “чулке” корпуса. Их алюминиевые электролиты широкого применения характеризуются диапазоном от -40 до +85 °С. А специального применения от -60 до +105 °С! Очень хороши и электролиты японской фирмы NЕС; американской фирмы WESTON; голландской PHILIPS. Отличные изделия производят тайваньские и южнокорейские фирмы. А также индийские.
“Н”: И эти конденсаторы можно свободно достать?
“С”: Без особых проблем!
“А”: А какие конденсаторы СНГ можно применять без опасений?
“С”: Я рекомендую только следующих типов: танталовые К52—1 (К52—1Б); оксидно—полупроводниковые К53—19; ниобиевые К53—18; алюминиевые — К50—35Б и К50—40Б (в “чулке”). Ограниченно — К50—16 (только в “чулке”), И вышеупомянутые забугорные — без ограничений!
“А”: Мы еще ничего не говорили о подстроечных конденсаторах!
“С”: Да, это важная для нас тема. Подстроечные конденсаторы применяются как в колебательных контурах для точной подстройки емкости, так и в высокочастотных схемах типа гетеродина или смесителя.
В специальной технике более употребительны подстроенные конденсаторы с воздушным диэлектриком. Но достаточно хороши и керамические: КТ4—21; КТ4—25.
“Н”: Ну, а конденсаторы переменной емкости?
“С”: Поскольку их применять мы не будем, то не станем и обсуждать эту тему.
“Н”: Но мы еще не обсудили проблему катушек индуктивности?
“А”: А ведь Незнайкин прав!
“С”: Настолько, что этот вопрос заслуживает отдельной беседы.
>
