Резисторы – это компоненты, основным параметром которых выступает сопротивление. Промышленность для аппаратуры широкого потребления выпускает резисторы сопротивлением примерно от 0,1Ом до 100МОм и мощностью от 0,125Вт до 100Вт.
В соответствии с веществами, из которых изготавливают важнейшие части компонентов, выделяют группы металлофольговых, проволочных и непроволочных резисторов. Металлофольговые резисторы изготавливают на основе диэлектриков, на которые наносят фольговые покрытия, к которым подсоединяют выводы. Проволочные резисторы выполняют из проволоки с высоким удельным сопротивлением, материалом которой часто служит нихром, манганин, константан и подобные сплавы. Чтобы уменьшить габариты таких резисторов, проволоку обычно навивают на диэлектрический каркас, например, спиралью укладывают на керамический стержень. Паразитная индуктивность проволочных резисторов при указанном способе изготовления довольно велика. Непроволочные резисторы можно отнести к классам углеродистых, полупроводниковых, металлодиэлектрических или композитных компонентов.
По возможности регулировки сопротивления резисторы подразделяют на постоянные, подстроечные и переменные. У постоянных резисторов сопротивление должно быть неизменно. У подстроечных резисторов его можно некоторое число раз отрегулировать, после чего наступит физический износ деталей. У переменных резисторов его можно изменять много раз. Подстроечные и переменные резисторы относят к группам регулировочных резисторов.
Варисторы – это компоненты, сопротивление которых уменьшается при повышении приложенного напряжения сверх определённого значения. Таким образом, сопротивления варисторов нелинейны. Основным материалом для производства варисторов обычно выступает карбид кремния. Когда приложенное к выводам варистора напряжение превысит фиксированный порог, происходит пробой окислов, которыми покрыты кристаллы карбида кремния, и возникает эмиссия носителей заряда с поверхностей этих кристаллов. Это вызывает уменьшение сопротивления варистора. Варистор можно включать в цепь в любой полярности. Вольтамперная характеристика (ВАХ) варисторов симметрична, что отражено на рис. 1.1.
Варисторы нашли широкое применение в качестве компонентов, которые включают после предохранителя параллельно питающей сети на входе электропитающих устройств с целью защиты последних от кратковременных перенапряжений, иногда возникающих в сети.
Негисторами называют специальные варисторы, вольтамперная характеристика которых имеет участок отрицательного сопротивления и симметрична. Микромощные негисторы применяют в микросхемах.
Терморезисторы – это компоненты, сопротивления которых зависят от температуры. Важным параметром терморезисторов выступает температурный коэффициент сопротивления (ТКС), который отражает, на сколько процентов станет иным сопротивление детали при изменении температуры на 1 °C. Терморезисторы, сопротивление которых возрастает при увеличении температуры, обладают положительным ТКС, и такие компоненты называют позисторами. Эти терморезисторы изготовляют чаще всего с использованием твёрдых растворов титаната бария. Терморезисторы, сопротивление которых уменьшается при увеличении температуры, обладают отрицательным значением ТКС, их изготавливают на основе оксидов магния, оксидов никеля и прочих оксидов с примесями кремния или германия. Помимо ТКС, к основным параметрам терморезисторов относят сопротивление в холодном состоянии, максимальную рабочую температуру, максимальную мощность рассеяния и др.
Маломощные терморезисторы применяют в качестве датчиков температуры, реле времени, а мощные – для ограничения импульсов тока, потребляемых от питающей сети импульсными источниками питания и т.д.
Конденсаторы – это компоненты, основным параметром которых выступает ёмкость, а основное назначение состоит в накоплении электрических зарядов. Ёмкость конденсатора тем выше, чем больше площадь обкладок, меньше расстояние между ними и чем выше диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками. Простейший конденсатор состоит из двух обкладок, между которыми размещён слой диэлектрика. Для экономии места диэлектрики и обкладки конденсаторов большой ёмкости сворачивают в рулоны. Диэлектрики конденсаторов могут быть выполнены:
из оксидной плёнки;
из газов или воздуха;
из жидкостей;
из твёрдых органических материалов;
из твёрдых неорганических материалов.
Различают постоянные, подстроечные и переменные конденсаторы. Постоянные конденсаторы обладают фиксированной ёмкостью, подстроечные конденсаторы допускают некоторое число регулировок ёмкости, а конденсаторы переменной ёмкости допускают её многократное изменение. Фактическая ёмкость постоянных конденсаторов всегда отличается от номинальной ёмкости. В документации на конденсаторы обычно указаны допустимые отклонения фактических ёмкостей относительно номинальных.
Важным параметром конденсаторов выступает тангенс угла потерь, которым называют отношение активной мощности к реактивной при фиксированной частоте, напряжённости поля, температуре.
Ионисторы – это химические источники тока, обладающие исключительно высокой ёмкостью, обусловленной наличием двойного электрического слоя, возникающего на поверхности электродов, которые помещены в электролит. Ионисторы не относят к конденсаторам, хотя ёмкость – это их основной показатель. Ионисторы не имеют диэлектрика, а наличие изоляторов, называемых сепараторами, между электродами необходимо сугубо для исключения их замыкания, но не для увеличения ёмкости. Сепараторы изготавливают из таких материалов, которые свободно пропускают ионы электролита. Электроды выполняют из материалов, которые порождают заряды с противоположными знаками. Их изготавливают из пористых веществ, например, активированного угля или графена, чтобы получить очень большую площадь поверхности, к которой поступает электролит. В качестве твёрдого электролита используют RbAg4J5 и пр. Ионы электролита притягиваются к электродам, и на поверхностях каждого электрода возникает слой из анионов и катионов, которые образуют электрический слой. Так как электрические слои возникают на обоих электродах, они носят название двойного электрического слоя. Толщина электрического слоя чрезвычайно мала и может составлять несколько нанометров, ввиду чего ёмкость ионисторов может быть очень большой. Отдельные экземпляры ионисторов обладают ёмкостью в тысячи фарад при номинальном напряжении в несколько вольт. Ионисторы применяют в резервных источниках питания, в устройствах запуска двигателей и т.д.
Катушки индуктивности – это компоненты, предназначенные для накопления энергии в магнитном поле, и состоящие из проводов, уложенных в обмотки, которые обычно охватывают магнитопроводы. Магнитопроводы, выполненные из ферромагнетиков, используют для увеличения индуктивности катушек, а выполненные из диамагнетиков уменьшают их индуктивность. Обмотки катушек индуктивности выполняют проводами круглого или прямоугольного сечений, а обмотки некоторых мощных высокочастотных компонентов – медными или посеребрёнными лентами. Катушки индуктивности без магнитопроводов и с магнитопроводами из диамагнетиков применяют только при протекании по обмоткам токов высокой частоты. С целью снижения паразитных индуктивности рассеяния и ёмкостей обмоток производят намотку отдельных катушек индуктивности проводами, которые укладывают с шагом под определённым углом. Так, широко распространена намотка типа «универсаль». Для расчёта индуктивности однослойной катушки цилиндрической формы без магнитопровода при укладке провода виток к витку можно применить следующую формулу:
L ≈ (d • W2 • 10–3) / (0,45 + ℓ / d), мкГн,
где d – внешний диаметр обмотки, мм;
W – число витков обмотки;
ℓ – длина обмотки, мм.
А число витков такой катушки индуктивности определим согласно выражению:
W ≈ 32 • √( (ℓ / d + 0,45) • ℓ / d).
Индуктивность тороидальной катушки без магнитопровода найдём по формуле:
L ≈ (3,1 • b2 • W2 • 10–4) / D, мкГн,
где b – диаметр одного полного витка (или, то же самое, диаметр поперечного сечения катушки), мм;
D – усреднённый диаметр тора, мм.
Дроссели пульсирующего тока – это катушки индуктивности, предназначенные для пропускания постоянной составляющей тока и задерживания его переменной составляющей. Такие дроссели используют, например, в фильтрах постоянного напряжения источников питания. Дроссели переменного тока нужны для создания индуктивного сопротивления в цепях, по которым протекает сугубо переменный ток. Эти дроссели применяют, например, в качестве компонентов колебательных систем резонансных и квазирезонансных импульсных источников питания. На пути протекания магнитных потоков в сердечники описываемых дросселей часто вводят немагнитные зазоры, благодаря которым по обмоткам дросселей можно пропускать большие токи без вхождения магнитопроводов в насыщение.
Трансформаторами называют статические компоненты, предназначенные для преобразования электрической энергии одной величины в электрическую энергию другой величины. Трансформация возможна только переменного напряжения. Конструктивно трансформаторы имеют магнитопроводы, на которые укладывают провода обмоток. Типы и марки магнитопроводов выбирают в зависимости от частоты, заданного температурного диапазона, скважности и прочего. Магнитопроводы высокочастотных трансформаторов изготавливают обычно из ферритов, низкочастотных – из трансформаторных сталей и пермаллоев. Для обеспечения высокого напряжения пробоя между обмотками прокладывают изоляцию. Ту обмотку двухобмоточного трансформатора, на которую подают напряжение, называют первичной, а ту, с которой снимают напряжение, – вторичной. Если переменное напряжение на первичной обмотке меньше, чем напряжение на вторичной обмотке, то такой трансформатор называют повышающим. А если наоборот – то называют понижающим. Если часть энергии из первичной обмотки поступает во вторичную обмотку не через магнитную цепь, а по электрическому соединению, то имеем дело с автотрансформатором.
Различают сигнальные трансформаторы и трансформаторы питания. Сигнальные трансформаторы предназначены для передачи сигналов с минимальными искажениями. Бывает, что сигнальные трансформаторы задействуют для гальванической развязки цепей. Трансформаторы питания нужны в устройствах, обеспечивающих электропитание аппаратуры, которая по каким-либо причинам не может быть подключена непосредственно к питающей сети, например, ввиду несоответствия величин напряжений.
Промышленность также выпускает пьезотрансформаторы. Эти компоненты не имеют обмоток, а их принцип действия основан на наличии пьезоэффекта. Пьезотрансформатор состоит из кристалла вещества, в который вожжены серебряные электроды, обладающего пьезоэффектом, т.е. способностью к обратимым механическим деформациям под влиянием на него электрического поля. К таким веществам относят титанит бария, кварц, турмалин и прочие. Когда переменное напряжение подают на два предназначенные для этого электрода пьезотрансформатора, в кристалле сегнетодиэлектрика возникают упругие колебания, которые дойдя до другой пары электродов, приводят к появлению между ними ЭДС. Пьезотрансформаторы могут функционировать в узкой полосе частот, на которой можно наблюдать резонансные явления. Крепление пьезотрансформаторов осуществляют мягкими кронштейнами или скобами в тех местах, в которых амплитуда изгиба пьезопластин минимальна. Наибольшая мощность пьезотрансформаторов обычно не велика и часто составляет всего от 5Вт до 30Вт.
