Конденсатор и резистор последовательно

Для цепи, состоящей из последовательно соединенных резистора и конденсатора рисунок 3. Ток, протекающий по элементам цепи:. Падение напряжения на активном сопротивлении: , падение напряжения на конденсаторе: является чисто емкостным не имеет активной составляющей и отстает от тока на угол. Результирующий угол сдвига между током и напряжением : , в данном случае считается отрицательным, так как ток опережает напряжение. Векторная диаграмма соответствующая последовательному соединению резистора и конденсатора показана на рисунке 3.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Конденсатор, соединение конденсаторов, RC цепь.
• Лабораторные работы по электротехнике
• Primary Menu
• 2.3.2. Цепь, содержащая резистор и конденсатор
• Резисторы, конденсаторы, диоды
• 1.2.1.3 Последовательное соединение резистора (r) и конденсатора (с)
• Конденсаторы в электрических цепях
• Последовательное соединение резистора и конденсатора
• Rобщ=1/(1/R1+1/R2+1/R3+1/Rn)
• Последовательное соединение резистора, катушки индуктивности и конденсатора.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Параллельное и последовательное соединение конденсаторов

Конденсатор, соединение конденсаторов, RC цепь.

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

Разряд пойдет по тому же закону, только вверх ногами. Ну с подачей и снятием напряжения все ясно. А если напряжение подали, а потом еще ступенчато подняли, а разряжали также ступеньками? 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. 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. 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, так как только она заставляет конденсатор активно менять свой заряд.

Постоянная же как была так и останется и застрянет на конденсаторе. Возможны два вида включения RC цепочки: Интегрирующая и дифференцирующая. Они же фильтр низких частот и фильтр высоких частот. 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 так как 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.

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.

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:. 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.

Лабораторные работы по электротехнике

Делители напряжения — Радиолюбительская азбука. При параллельном соединении резисторов рис. Все сопротивления должны быть выражены в одних и тех же единицах например, все — в килоомах или все — в омах. Если в этой схеме сопротивление одного резистора например, R1 в несколько раз меньше сопротивления другого, то рассеивающаяся на нем мощность во столько же раз больше, чем на другом.

1. Последовательное соединение. В цепи проходит ток all-audio.proываем по оси Х значение тока I от начала координат. Напряжение на.

Primary Menu

Когда к цепи рис. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы напряжений рис. Фазовый сдвиг между током I и напряжением на резисторе UR отсутствует, тогда как сдвиг между этим током и падением напряжения на конденсаторе UC равен то есть ток опережает напряжение на При этом сдвиг между полным напряжением цепи U и током I определяется соотношением между сопротивлениями XC и R. Если каждую сторону треугольника напряжений разделить на ток, то получим треугольник сопротивлений рис. В треугольнике сопротивлений Z представляет собой так называемое полное сопротивление цепи. Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных значений напряжений на отдельных элементах цепи невозможно.

2.3.2. Цепь, содержащая резистор и конденсатор

Всякая электрическая цепь характеризуется активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Компоненты, обладающие этими свойствами, могут соединяться между собой различными способами. В зависимости от способа соединения рассматриваются значения активных и реактивных сопротивлений. В заключение описывается явление резонанса, играющее в радиотехнике важнейшую роль.

До этого рассматривались электрические цепи в которых присутствовали источник питания и резисторы сопротивления.

Резисторы, конденсаторы, диоды

Это хотя и довольно простая тема, но очень важная. Правил всего два: при последовательном соединении складываются сопротивления резисторов, а при параллельном складываются их проводимости, которые, по определению из главы 1 , есть величины, обратные сопротивлению рис. Если вы не поняли сказанного, то посидите над рис. Знание этих правил поможет вам быстро оценивать схему, не занимаясь алгебраическими упражнениями и не прибегая к помощи калькулятора. При параллельном соединении, которое представляет большую сложность при расчетах, для такой оценки нужно прикинуть, какую долю меньшее сопротивление составляет от их арифметической суммы, — приблизительно во столько раз снизится их общее сопротивление по отношению к меньшему.

1.2.1.3 Последовательное соединение резистора (r) и конденсатора (с)

И ногда нужно увеличить ёмкость или сопротивление, а подходящих деталей на нужное сопротивление нет, или размеры конструкции не позволяют вставить один большой конденсатор на мкф. В этом случае можно набрать необходимые ёмкость или сопротивление из нескольких деталей, а вместо конденсатора на микрофарад вставить 3 штуки по микрофарад. Для увеличения сопротивления резисторы соединяются последовательно. Вода через трубу с двумя валенками течёт хуже, чем через трубу с одним валенком. Последовательное соединение — когда детали стоят друг за дружкой, «в очереди», будто за колбасой, потому оно так и называется. Не путайте эти соединения, для увеличения ёмкости конденсаторы соединяются параллельно , а резисторы для увеличения сопротивления последовательно! С параллельным соединением резисторов и последовательным соединением конденсаторов слегка посложнее, но к нашему счастью конденсаторы довольно редко соединяют последовательно, а резисторы параллельно. Последовательное соединение конденсаторов может понадобиться например в сборке гаусс-гана электромагнитной стрелялки , когда под рукой конденсаторы только на вольт, а нам нужен вольтовый конденсатор, а их редко где найдёшь и они дорогие.

Как и в статье про резисторы, давайте сначала рассмотрим параллельное и последовательное соединения конденсаторов. И если.

Конденсаторы в электрических цепях

Для цепи, состоящей из последовательно соединенных резистора и конденсатора рисунок 3. Ток, протекающий по элементам цепи:. Падение напряжения на активном сопротивлении: , падение напряжения на конденсаторе: является чисто емкостным не имеет активной составляющей и отстает от тока на угол. Результирующий угол сдвига между током и напряжением : , в данном случае считается отрицательным, так как ток опережает напряжение.

Последовательное соединение резистора и конденсатора

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Реактивная емкостная мощность характеризует скорость поступления энергии в электрическое поле конденсатора и возврат ее, источнику. На рис. Коэффициентом мощности электрической цепи называется отношение активной мощности Р к полной мощности S. Коэффициент мощности показывает, какая часть электрической энергии необратимо преобразуется в другие виды и, в частности, используется на выполнение полезной работы, поэтому является важным технико-экономическим показателем работы цепи.

При протекании синусоидального тока по цепи, состоящей из последовательно соединенных элементов рис.

Rобщ=1/(1/R1+1/R2+1/R3+1/Rn)

Мы нашли комплекс тока. Попутно в знаменателе мы получили комплексное сопротивление двухполюсника , активное сопротивление двухполюсника и реактивное сопротивления двухполюсника. Фазовым резонансом двухполюсника называется такой режим, при котором ток и напряжение двухполюсника совпадают по фазе:. При этом реактивное сопротивление и реактивная проводимость двухполюсника равны нулю. Резонансом напряжений двухполюсника называется режим, при котором максимально компенсируются напряжения элементов цепи. Полное сопротивление двухполюсника при этом минимально. Резонансом токов двухполюсника называется режим, при котором максимально компенсируются токи элементов цепи.

Последовательное соединение резистора, катушки индуктивности и конденсатора.

Что нового? Если это ваш первый визит, рекомендуем почитать справку по сайту. Для того, чтобы начать писать сообщения, Вам необходимо зарегистрироваться. Для просмотра сообщений регистрация не требуется.

Импеданс параллельного и последовательного соединения резисторов и конденсаторов

Автор Aluarius На чтение 5 мин. Просмотров 10.4k. Опубликовано 28.05.2020

Содержание

• 1 Для чего предназначены резисторы и конденсаторы
• 2 Особенности соединения резистора и конденсатора в цепи
  • 2.1 Параллельное соединение резистора и конденсатора
  • 2.2 Последовательное соединение
• 3 Как рассчитать импеданс в цепи
• 4 Как рассчитать время разряда и заряда конденсатора через резистор

Для чего предназначены резисторы и конденсаторы

Резисторы – одни из наиболее распространённых элементов в электронике. Их главное назначение – сопротивление течению тока и преобразовывать его в тепло. Главной характеристикой данных элементов является значение R.

Чем больше величина R, тем большая часть электроэнергии сможет рассеется в тепло. В схемах, которые питаются небольшим напряжением от 5 до 12 В, чаще всего используют резисторы имеющие величину R от 100 Ом до 100 кОм.

Конденсаторы – устройства, главная задача которых накапливать электрические заряды. Стоит отметить, что эту же функцию выполняет и аккумулятор, но в отличие от батареи конденсатор сразу же отдаёт весь накопившийся заряд. Величина, которую способно накопить устройство, называют «ёмкость».

Когда подсоединяется цепь к источнику электроэнергии: через конденсатор течет электрический ток. Сила тока в начале прохождения через устройство имеет наивысшее значение, в это же время напряжение станет низким.

После того, как устройство начнет накопление заряда, сила тока упадёт до нуля, а напряжение наоборот станет увеличиваться.

Особенности соединения резистора и конденсатора в цепи

Существует два типа соединения резисторов и конденсаторов: параллельное и последовательное.

Параллельное соединение резистора и конденсатора

Для того, чтобы осуществить параллельное соединение резистора и конденсатора, необходимо объединить все элементы цепи двумя узлами. Они не должны иметь связи с другими элементами.

При таком соединении, величина напряжения между обоими узлами станет падать, и оно станет равным для каждого элемента. А величина, которая обратна общему R, будет равняться сумме величин, которые обратны R всех проводников.

Когда осуществляется параллельное соединение резисторов, проводимость всех резисторов станет равняться проводимости цепи.

Если резистор соединить к заряженному конденсатору то вполне возможно короткое замыкание.

Последовательное соединение

Последовательное соединение – связка элементов между собой так, чтобы начальный участок цепи не имел ни одного узла. При таком соединении величина тока на проводниках станет равна между собой.

Когда осуществляется последовательное соединение всех элементов, то их общая ёмкость имеет формулу 1/С_общ = 1/С₁ + 1/С₂ + … + 1/С_n.

Как рассчитать импеданс в цепи

Импеданс – полное R тока, который обозначается Z. Этот параметр – отражение меняющегося во времени значения тока. Импеданс — векторная величина, которая состоит из двух значений: активное и реактивное сопротивление.

Активная часть импеданса, которая обозначается R – это мера степени, с которой материал будет противостоять движению электронов между атомными частицами. Чем легче атомные частицы освобождают или принимают электроны, тем ниже и сопротивление.

К материалам с минимальным сопротивлением можно отнести сталь, алюминий, золото. Самое большое значение R имеют стекло, слюда, полиэтилен и чаще всего их называют изоляторы или диэлектрики.

Стоит отметить! Активное R, имеет одно и тоже значение, как при последовательном, так и при параллельном соединении.

Если использовать резисторы в цепях синусоидального тока, то термин «импеданс» будет использоваться для обозначения сопротивления R=Z.

Практические расчеты импеданса чаще всего выполняются по следующей формуле:

Z = Um/Im.

Реактивное сопротивление обозначается X и является выражением степени, с которой электронный компонент схемы станет хранить или высвобождать электроэнергию, в то время, когда сила тока и значение напряжения станет колебаться при каждом цикле. Реактивное сопротивление выражается в числе Ом.

Энергия будет храниться и выделяться в двух типах:

• Магнитного поля. Реактивная часть является индуктивной.
• Электрического поля.

Как рассчитать время разряда и заряда конденсатора через резистор

Чтобы осуществить заряд устройства, нужно включить устройство в цепь и присоединить к зажимам генератора. Как вы уже знаете, генератор имеет внутреннее сопротивление.

Если резистор подключить к заряженному конденсатору то ключ будет замкнут и конденсатор начнёт зарядку до напряжения между обкладками, которая станет равна э.д.с генератора и равна Uc=E. При этом, обкладка которая соединена с положительным зажимом, получит положительный заряд, вторая же получит отрицательный заряд.

Чтобы обе обкладки устройства полностью зарядились, нужно, чтобы одни из них приобрела определенное количество электронов, а вторая столько же потеряла.

Зарядный ток в цепи будет протекать сотые доли секунды, пока величина напряжения на устройстве достигнет такой же уровня, что и на генераторе. В то время, пока конденсатор будет заряжаться, по всей цепи будет проходить зарядный ток. Вначале он будет иметь максимальную величину, т.к. величина напряжения станет равна 0.

По мере того как конденсатор станет заряжаться, величина R на нём будет падать.

Время процесса зарядки будет зависеть от следующих величин:

1. Внутреннее сопротивление электрического генератора.
2. Способность конденсатора принять количество тока.

Для того, чтобы разрядить устройство нужно отключить его от генератора переменного тока и присоединить к его обкладкам сопротивление. Дело в том, что на обкладках уже есть разность потенциалов, поэтому в цепи потечет ток.

Он будет проходить от одной обкладки через сопротивление к другой. Процесс разряда будет проходить до тех пор, пока обе обкладки не станут равны, т.е. пока напряжение между ними станет равно 0.

В самом начале, напряжение будет максимальным, сила тока – наибольшая. Как только начнется разрядка, напряжение и сила тока будут уменьшаться.

Продолжительность разряда устройства имеет зависимость от:

• Отношению заряда к разности потенциалов;
• Удельному электрическому сопротивлению.

Чем значение сопротивления выше, тем дольше будет происходить разряд конденсатора. Это можно объяснить тем, что при максимальном сопротивлении, сила тока небольшая, а величина заряда станет медленно уменьшаться.

Важно! Заряженный конденсатор не станет пропускать постоянный ток, потому что диэлектрик между его положительной и отрицательной обкладками будет размыкать цепь.

Для того, чтобы рассчитать время заряда и разряда на устройстве, лучше всего воспользоваться онлайн калькулятором.

электрических цепей — Ток при параллельном соединении конденсатора и резистора?

Интересно, что в ОП не было схемы ( 3 ), что, возможно, является более знакомой ситуацией?

В схеме 1 резистор $S$ равен нулю, а в схеме 3 резистор $P$ бесконечен, поэтому схемы 1 и 3 являются вариантами схемы 2 .

Во всех трех цепях конденсатор $C$ стартует незаряженным, а конечное значение напряжения на конденсаторе достигает установившегося значения, определяемого значениями напряжения питания $V$ и сопротивлений резисторов.

Для цепей 1 и 3 конечное напряжение на конденсаторе равно $V$, а для схемы 2 конечное напряжение равно $\left (\frac{P}{P+S}\right )\, V$ с цепочкой резисторов, выступающей в роли делителя потенциала.
Обратите внимание, что при $S \to 0$ тогда $\left (\frac{P}{P+S}\right )\, V\to V$, что является схемой 1 , а при $P \to \infty $ затем $\left (\frac{P}{P+S}\right )\, V\to V$, что представляет собой схему 3 .

В каждой цепи напряжение на конденсаторе будет равно $V_{\rm C}(t) = V_{\rm final} \left( 1 — \exp\left( \frac t \tau\right)\ right)$, где $\tau$ — постоянная времени цепи.

Форма постоянной времени будет представлять собой произведение значения емкости и значения сопротивления, $R_{\rm эффективное}C_{\rm эффективное}$.

Для схемы 3 постоянная времени равна $SC$, а для схемы 1 постоянная времени равна $0$, а постоянная времени схемы 2 будет где-то между этими двумя значениями.

Ток в конденсаторной ветви цепи $I_{\rm C}(t)=I_{\rm нач}\exp \left(\frac t \tau\right) $ где $I_{\rm нач} = \frac VS$, так как изначально все напряжение питания должно быть на резисторе $S$, так как напряжение на конденсаторе отсутствует.

Я пытаюсь показать, что знание того, что происходит в цепи 3 , можно использовать для предсказания того, что происходит в цепях 1 и 2 .

---

Нахождение постоянной времени $\tau$ для каждой цепи немного сложнее.

Предположим, что источника напряжения не было, а конденсатор был заряжен и при замыкании выключателя конденсатор разряжался.
Постоянная времени цепи равна $\left (\frac{SP}{S+P}\right)\,C$, где $\left (\frac{SP}{S+P}\right)$ – действующее двух резисторов сопротивления $S$ и $P$, включенных параллельно.

Это также постоянная времени цепи, когда конденсатор заряжается, давая $\tau \to 0$ как $S\to 0$, что является цепью 1 и $\tau \to SC$ как $P \ на \infty$, который является цепью 3 .

Это не доказательство, которое можно сделать с помощью анализа цепей, а способ получить «ответ», используя ранее полученные знания.

---

Возможно, мой ответ также показывает, что, возможно, лучше включить в анализ «лишние» компоненты, а затем посмотреть, что произойдет, поскольку их значение имеет тенденцию быть очень маленьким или очень большим?
Такой подход поможет при невозможности достижения бесконечности тока и невозможности достижения мгновенного изменения тока за счет включения в цепь «паразитных» сопротивлений, емкостей и индуктивностей.
Для стандартного лабораторного эксперимента такое уточнение обычно не требуется, но может быть очень важным в некоторых областях, например, цифровое переключение, как это происходит в компьютерных схемах.

Основные электронные компоненты — Restarters Wiki

На этой странице рассказывается об основных электронных компонентах: резисторах, конденсаторах, катушках индуктивности, трансформаторах и кварцевых кристаллах, о том, как их идентифицировать и понять их распространенные виды отказов, а также как их тестировать.

Содержание

• 1 Краткое описание
• 2 резистора
  • 2.1 Идентификация
  • 2.2 Поиск неисправностей и ремонт
• 3 потенциометра
  • 3.1 Идентификация
  • 3.2 Поиск неисправностей и ремонт
• 4 конденсатора
  • 4.1 Идентификация
  • 4.2 Поиск и устранение неисправностей
• 5 индукторов
  • 5.1 Идентификация
  • 5. 2 Поиск неисправностей и ремонт
• 6 трансформаторов
  • 6.1 Идентификация
  • 6.2 Поиск неисправностей и ремонт
• 7 Кристаллы и керамические резонаторы
  • 7.1 Идентификация
  • 7.2 Поиск неисправностей и ремонт
• 8 А теперь…

Резюме

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

Вы можете прочитать эту страницу отдельно, если хотите, но если вы еще не знакомы с основами теории электричества и электроники, вы, возможно, обнаружите, что сможете извлечь из нее больше пользы, если сначала прочитаете Электрические цепи, вольты, ампер-ватты и омы.

Резисторы

Резисторы с проволочными концами.

Резисторы для поверхностного монтажа.

Во многих схемах резисторы являются наиболее распространенными компонентами. К тому же они, как правило, самые дешевые. Их цель состоит в том, чтобы сопротивляться потоку электричества, либо ограничивать ток при заданном приложенном напряжении (электрическом давлении), либо позволять определенному напряжению (давлению) нарастать при протекании данного тока. Большинство из них состоят из тонкой пленки оксида или углерода, нанесенной на керамическую основу. При протекании 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 светочувствительный резистор (LDR), сопротивление которого уменьшается с увеличением уровня освещенности.

Сопротивление измеряется в Омах (Ом), килоОмах (кОм — тысячи Ом) или мегаОмах (МОм — миллионы Ом).

Интересно отметить, что хотя резисторы могут быть самыми распространенными и дешевыми компонентами в обычной схеме, их изготовление на кремниевой микросхеме обходится дорого, поскольку они занимают много места. Следовательно, микросхема может содержать миллиарды транзисторов, но мало резисторов, если вообще их нет!

Идентификация

Резисторы имеют 2 вывода, и очень часто их сопротивление обозначается несколькими цветными полосами (см. цветовой код резистора).

Резисторы для поверхностного монтажа обычно имеют черный цвет, прямоугольную форму и с серебристыми контактными площадками для пайки на каждом конце. Их размеры варьируются от нескольких миллиметров до долей миллиметра.

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

Поиск и устранение неисправностей

Резисторы обычно очень надежны. Когда они выходят из строя, как правило, из-за перегрева, это почти всегда происходит из-за отказа какого-либо другого компонента и слишком большого тока. В плохо спроектированном оборудовании, имеющем недостаточные возможности для отвода тепла, умеренный перегрев в течение длительного периода времени может привести к отказу.

Потенциометры

Потенциометры.

Потенциометр (или для краткости потенциометр) — это просто резистор с третьим контактом, 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 звуковом оборудовании (хотя они заменены цифровыми регуляторами). У них есть шпиндель с прикрепленной ручкой на передней панели или иногда колесо с накаткой, край которого открыт для регулировки. Сдвоенные потенциометры, состоящие из двух, установленных на одном шпинделе, часто встречаются в стереооборудовании для управления громкостью обоих стереоканалов.

Небольшие потенциометры с головкой винта со шлицем часто находятся внутри оборудования для одноразовой регулировки при изготовлении и тестировании.

Поиск и устранение неисправностей

Потенциометры гораздо менее надежны, чем постоянные резисторы. Гусеница может изнашиваться или трескаться, или может ослабевать давление ползуна на гусеницу. Иногда давление можно увеличить, согнув металлический ползунок, хотя кастрюли обычно не предназначены для разборки, и их обычно лучше заменить для длительного ремонта.

Быстрое решение, которое иногда работает, состоит в том, чтобы впрыснуть чистящую жидкость для переключателя в корпус через любые зазоры или прорези, которые вы видите, например, под клеммами, а затем несколько раз повернуть ручку из одного конца ее хода в другой.

Если вы обнаружите, что внутри какого-либо оборудования находится цилиндр с головкой винта со шлицем, 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

Конденсаторы малой емкости.

Надеюсь, вы помните, что, поскольку одинаковые заряды отталкиваются, электричество ненавидит накапливаться, и, как следствие, цепь должна быть замкнута (например, путем замыкания переключателя), прежде чем сможет протекать ток.

Конденсаторы для поверхностного монтажа.

Однако электричество накапливается в ограниченной степени, если вы прикладываете напряжение (электрическое давление), но только до тех пор, пока противодавление не сравняется с приложенным напряжением.

Электролитические конденсаторы.

Если электричества некуда девать, это будет очень скоро, как если бы вы попытались отправить много машин в короткий тупик. Но вы можете облегчить жизнь электричеству, если дадите ему место для распространения, как если бы в конце тупика была большая автостоянка. И когда вы перестанете нагнетать электричество, оно снова выльется наружу, как только давление будет сброшено.

Танталовые конденсаторы.

Конденсатор — это устройство, которое позволяет электричеству накапливаться, предоставляя пространство для его распространения. Один из самых простых типов просто состоит из двух длинных полосок алюминиевой фольги, разделенных тонкой изолирующей полоской пластика, а затем скрученных, с проводом, присоединенным к каждой полоске. Если вы подключите его к двум клеммам батареи, положительный заряд будет вытекать из положительной клеммы батареи на одну из полосок. Поскольку он находится в непосредственной близости от другой полоски, он отталкивает равное 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, что позволит 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 — миллиардные доли фарада) или пикофарадах (пФ — миллионно-миллионные доли фарада).

Вы можете удвоить емкость, удвоив площадь поверхности, по которой должен распределяться заряд. Но вы также можете сделать это, уменьшив вдвое толщину изолирующего слоя, так как это позволяет заряду с одной стороны легче выталкивать заряд наружу другого. Но достаточно большое напряжение разрушало бы очень тонкий изолирующий слой. Следовательно, конденсатор также имеет номинальное напряжение, являющееся самым высоким напряжением, которое он может безопасно выдерживать. Это ни в коем случае нельзя превышать.

Конденсаторы используются всякий раз, когда разработчику схемы необходимо сгладить флуктуации или когда требуется разрешить флуктуациям (например, звуковому сигналу) проходить от одной части схемы к другой, блокируя любой чистый поток.

Обозначение

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

Недорогие конденсаторы для поверхностного монтажа обычно серого или желтовато-коричневого цвета, прямоугольные, с серебристыми контактными площадками для пайки на каждом конце. Обычно они имеют длину несколько миллиметров.

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

Танталовые конденсаторы представляют собой электролитические конденсаторы более высокого качества (и более дорогие), в которых вместо алюминия используется тантал. Они представляют собой шарик, покрытый смолой. Обычно положительный вывод отмечен знаком «+».

Неисправность A и неисправность конденсатора RIFA.

Конденсаторы, подключаемые непосредственно к сети, требуют особого класса безопасности. Это класс X для устройств, подключенных к сети, где сбой может представлять опасность возгорания, и класс Y для устройств, подключенных между сетью и землей, где сбой может привести к поражению электрическим током. Такие конденсаторы всегда следует заменять конденсаторами того же класса. Для отечественного оборудования требуется подкласс X2 или Y2. Вы можете узнать больше о конденсаторах класса X и класса Y в этой статье.

Старое оборудование, предшествующее классификациям X и Y, довольно часто использует конденсаторы RIFA с эпоксидным покрытием, как показано на рисунке. Их срок службы подходит к концу, и их следует немедленно заменить современными деталями класса X или класса Y.

Диагностика и ремонт

Вздувшийся электролитический конденсатор.

Конденсаторы, как правило, очень надежны, за исключением электролитических типов, которые являются одной из наиболее частых причин выхода из строя электронного оборудования.

В электролитическом конденсаторе изолирующий слой состоит из электрохимически сформированной пленки оксида алюминия толщиной всего несколько миллионных долей миллиметра. Это может ухудшиться после длительного периода неиспользования (много лет) или более короткого периода, близкого или превышающего его максимальное напряжение и / или температуру. Также жидкость, используемая для формирования изоляционного слоя, может высыхать. Довольно часто можно увидеть некачественные электролитические конденсаторы, которые вышли из строя в пределах своих номиналов.

Вышедший из строя электролитический конденсатор часто можно распознать по нарастанию внутреннего давления, которое может привести к вздутию верхней части, или конденсатору, не прилегающему к плате, или утечке электролита снизу. На этом этапе он, вероятно, не будет работать должным образом, что приведет к неисправности оборудования. Если его не заменить, он может даже взорваться. Однако тот факт, что электролитический конденсатор не имеет видимых признаков износа, ни в коем случае не является надежным показателем его качества.

Недорогой тестер компонентов с функцией ESR.

Самый простой и надежный метод проверки электролитического конденсатора — это тестер ESR (эквивалентное последовательное сопротивление). Базовый с графическим дисплеем, но без корпуса можно купить очень дешево у дальневосточных продавцов. Это отличная инвестиция, так как она также позволяет идентифицировать и тестировать многие другие типы компонентов. Хороший электролитический конденсатор должен показывать ESR в доли ома и vloss (еще одна мера, которую дают эти тестеры) в доли процента.

Если необходимо заменить электролитический конденсатор, очень важно установить замену правильно (отметка «+» или «-» на той же стороне), так как в противном случае процесс электролитического формования будет обратным, и это будет очень быстро терпят неудачу.

Кроме того, рекомендуется заменить его на другой с более высоким номинальным напряжением и/или температурой, поскольку исходный мог быть недооценен. Никогда не используйте замену с более низким рейтингом. Если замена с той же емкостью недоступна, более высокое значение, вдвое превышающее исходное, почти всегда будет работать хорошо или, возможно, даже лучше, поскольку в любом случае существует значительный разброс емкости электролитических конденсаторов с одинаковой маркировкой.

На сайте badcaps.net есть полезные советы по замене электролитических конденсаторов.

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности.

Катушка индуктивности просто состоит из катушки провода. Когда течет ток, он создает магнитное поле, которое накапливает энергию. Наматывая его на сердечник из магнитного материала, такого как железо или феррит, он намагничивается, что значительно увеличивает количество хранимой энергии.

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

На самом деле между математическими уравнениями, описывающими конденсаторы и катушки индуктивности, существует прекрасная симметрия. Если вы объедините катушку индуктивности и конденсатор в цепи, эта симметрия расцветает, и происходит что-то особенное. Напряжение на конденсаторе пытается провести ток через индуктор, но как только ток начинает течь, индуктор пытается поддерживать его, и в конечном итоге переносит заряд на другую сторону конденсатора. Таким образом, он течет вперед и назад с очень равномерной скоростью, точно так же, как ребенок качается взад и вперед на качелях. Используя переменный конденсатор (или переменную катушку индуктивности), скорость можно изменить. Именно так почти все старые AM- и FM-радиоприемники настраиваются на нужную вам станцию.

Индуктивность измеряется в Генри (Гн), миллиГенри (мГн — тысячные доли Генри) или микрогенри (мкГн — миллионные доли Генри).

Обозначение

Синфазный дроссель, используемый для фильтрации сетевого входа в источник питания.

Катушки индуктивности наименьшего номинала состоят не более чем из катушки толстого провода, торчащего из печатной платы. Некоторые небольшие катушки индуктивности состоят из тороида из феррита с намотанной на него проволочной катушкой, и их легко обнаружить. В других случаях катушка наматывается на ферритовый сердечник в форме хлопковой катушки, которая может быть плотно прилегает к полому цилиндру из феррита. Синфазный дроссель имеет две обмотки, которые иногда используются для фильтрации питающих и нейтральных источников питания. По сути, это ничем не отличается от трансформатора.

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

Катушка индуктивности часто не имеет маркировки.

Выявление неисправностей и ремонт

В катушке индуктивности практически нет неисправностей, за исключением, возможно, плохо припаянного соединения. Очень сильный ток мог вызвать перегрев или перегорание катушки индуктивности, но, вероятно, не раньше, чем где-либо в цепи были нанесены серьезные повреждения.

Трансформаторы

Небольшой тороидальный ферритовый трансформатор с 3 обмотками.

Сетевой трансформатор.

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

Электрический ток всегда создает магнитное поле, которое зацикливается вокруг тока, а изменение магнетизма, проходящего через цепь, создает напряжение в этой цепи. Итак, в трансформаторе мы подаем питание к одной катушке провода, первичной, и магнитный поток, который это создает, индуцирует напряжение в другой катушке (катушках), вторичной (вторичных). Но он работает только при изменении магнитного поля, поэтому трансформатор можно использовать только для переменного, а не постоянного тока.

Трансформаторы очень полезны по двум причинам:

• Если вторичная катушка имеет больше или меньше витков, чем первичная, индуцированное в ней напряжение будет больше или меньше напряжения, приложенного к первичной, пропорционально.
• 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.

Обозначение

Тороидальный сетевой трансформатор.

Если вы знаете, как определить катушку индуктивности, то трансформатор выглядит точно так же, за исключением того, что из него выходит как минимум 3 провода, и почти всегда 4 или более.

Старое электронное оборудование с питанием от сети почти всегда содержит сетевой трансформатор с железным сердечником, который легко обнаружить. В аудиооборудовании хорошего качества иногда используется тороидальный сетевой трансформатор, поскольку этот тип создает меньшее магнитное поле рассеяния и, следовательно, меньше фонового шума на аудиовыходе. В более новом оборудовании, как правило, используется трансформатор гораздо меньшего размера с ферритовым сердечником.

Поиск и устранение неисправностей

Сетевые трансформаторы могут потреблять значительную мощность, 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 сильно нагреются.

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

Кристаллы и керамические резонаторы

Кристалл кварца, извлеченный из банки.

Кварцевый кристалл обычно используется там, где разработчику необходимо генерировать колебания фиксированной частоты. Кварц — это пьезоэлектрический материал, а это означает, что напряжение возникает на противоположных гранях, если вы подвергаете его воздействию, и наоборот, приложение напряжения вызывает такое же напряжение. Кусок кварца можно вырезать 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, извлеченный из защитной банки.

Помимо кварцевых часов, цифровое оборудование очень часто содержит кристалл, обеспечивающий колебание, которое шагает через этапы обработки. В радиоприемнике с цифровой настройкой кварцевый генератор генерирует опорную частоту, из которой в цифровом виде генерируется желаемая частота для настройки на выбранную станцию. Некоторые старинные FM-радиоприемники содержали три кристалла в стеклянной оболочке, похожей на вентиль. Это позволяло настроить три станции, выбрав один из трех кристаллов.

Керамические резонаторы работают так же, но дешевле и менее точны в своей частоте. В них обычно используется титанат свинца-циркония вместо кварца, и их можно использовать вместо кристалла в цифровом оборудовании, где частота также не используется для точной синхронизации. Керамический резонатор также можно использовать в каскадах ПЧ радиоприемника для выбора необходимой частоты. Эти резонаторы имеют 3 вывода, по одному прикрепленному к каждому концу одной стороны резонатора, а третий — к 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 уменьшаются.

Обозначение

Кристаллы для поверхностного монтажа и с проволочными наконечниками.

Кристаллы кварца обычно легко заметить, так как они поставляются в серебристой металлической банке. В случае с кварцевыми часами они обычно цилиндрические 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.

Поиск неисправностей и ремонт

Кварцевые кристаллы обычно надежны, но сбои случаются. Поскольку сам кристалл подвешен только на своих выводах, что позволяет ему свободно вибрировать, он может быть поврежден ударом или вибрацией, возможно, в сочетании со слабым соединением в результате производственного дефекта.

Не существует простого способа проверить кристалл кварца, кроме замены. Мультиметр, примененный к его выводам, покажет это как разомкнутую цепь, поскольку кварц является очень хорошим изолятором.