Электронная аппаратура. Пассивные компоненты схем: резисторы, предохранители, конденсаторы. Термоэлектрические устройства

И. К. Никифоров




        ЭЛЕКТРОННАЯ АППАРАТУРА

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СХЕМ: РЕЗИСТОРЫ, ПРЕДОХРАНИТЕЛИ, КОНДЕНСАТОРЫ.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА


Учебное пособие











Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621.3
ББК 31.2
     Н62


Рецензент:
канд. техн. наук, доцент кафедры промышленной электроники ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова» Г. В. Малинин


       Никифоров, И. К.
Н62          Электронная аппаратура. Пассивные компоненты
       схем: резисторы, предохранители, конденсаторы. Термоэлектрические устройства : учебное пособие / Н. К. Никифоров. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. -400 с. : ил., табл.
             ISBN 978-5-9729-1206-3

             Рассматриваются параметры и характеристики пассивных компонентов схем: резисторов, предохранителей и конденсаторов, применяемых как в маломощной радиоэлектронной, так и в силовой электронной аппаратуре. Кратко даются сведения по термоэлектрическим устройствам.
             Для студентов электротехнических и радиотехнических специальностей и специалистов, занимающихся разработкой силовой электронной аппаратуры и мощных источников вторичного электропитания.

                                               УДК 621.3
                                               ББК 31.2





ISBN 978-5-9729-1206-3   © Никифоров И. К., 2023
                          © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                          © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

АПВ    Автоматическое повторное включение                 
ВАХ    Вольт-амперная характеристика                      
ИВЭП   Источники вторичного электропитания                
ИК     Инфракрасный                                       
ИМС    Интегральная микросхема                            
кдт    Кремниевый датчик температуры                      
КЗ     Короткое замыкание                                 
КК     Косинусные конденсаторы                            
КПЕ    Конденсатор переменной ёмкости                     
кптк   Керамические элементы с положительным температурным
       коэффициентом                                      
ЛИК    Литиево-ионные конденсаторы                        
МКС    Мощностный коэффициент сопротивления               
МЭК    Международная электротехническая комиссия          
       (International Electrotechnical Commission)        
нтд    Нормативная техническая документация               
н.у.э. Нормальные условия эксплуатации                    
отк    Оксидный танталовый конденсатор                    
ПКР    Повторно-кратковременный режим                     
ПНР    Полупроводниковые нелинейные резисторы             
пптк   Полимерный(е) элемент(ы) с положительным           
       температурным коэффициентом                        
птэу   Полупроводниковое термоэлектрическое устройство    
ПУЭ    Правила устройства электроустановок                
РПК    Разрядный пленочный конденсатор                    
РЭА    Радиоэлектронная аппаратура                        
СВПр   Самовосстанавливающиеся предохранители             
СВЧ    Сверхвысокочастотный                               
СЭА    Силовая электронная аппаратура                     
СЭС    Система(ы) электроснабжения                        
тке    Температурный коэффициент емкости                  
тклр   Температурный коэффициент линейного расширения     
ткп    Термисторы косвенного подогрева                    
ткс    Температурный коэффициент сопротивления            
тпп    Термисторы прямого подогрева                       

3

ТРЭ Тензорезистивный эффект           
ТУ  Технические условия               
тэг Термоэлектрический генератор      
ФНЧ Фильтр нижних частот              
ФПК Фильтровой пленочный конденсатор  
ФР  Фоторезистор(ы)                   
ё   Условно свободный электрон        
й   Условно свободный протон («дырка»)

4

ПРЕДИСЛОВИЕ


    Данное учебное пособие продолжает серию книг под общим названием «Электронная аппаратура» и является 2-й книгой этой серии. В книге рассматриваются резисторы, предохранители и конденсаторы и различные преобразователи с использованием резисторов и конденсаторов, применяемые как в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА), так и в силовой электронной аппаратуре (СЭА) и мощных источниках вторичного электропитания (ИВЭП). Кратко даются сведения по термоэлектрическим устройствам и преобразователям на их основе.
    В учебном пособии предусмотрен необходимый объем теории по каждому рассматриваемому вопросу в сочетании со справочным материалом с соответствующими ссылками на источники информации, которых достаточно для большинства типовых инженерных расчетов и выбора рассматриваемых пассивных компонентов и элементов РЭА, СЭА и ИВЭП.
    Учитывая, что государственные стандарты высшего образования обязывают, что будущие специалисты-инженеры проектировщики и технологи должны «знать» и «уметь», - отсюда и более практичный подход к изложению материала данной книги. Все это направлено на формирование необходимых знаний и компетенций будущих специалистов по указанному принципу - от простого к сложному - от компонетов и элементов принципиальных электрических схем к самому устройству в виде сборочных единиц.

5

1. ПАССИВНЫЕ
РАДИОКОМПОНЕНТЫ - РЕЗИСТОРЫ


1.1. Резисторы. Общие сведения


    Резисторы (рис. 1.1) наиболее распространенные пассивные компоненты схем РЭА, СЭА и ИВЭП.



и                        к                         л

м                       н

Рис. 1.1. Условные графические обозначения резисторов: а - общее обозначение; б - резистор на номинальную мощность 0,062 Вт; в - резистор на номинальную мощность 0,125 Вт; г - резистор на номинальную мощность 0,25 Вт; д - резистор на номинальную мощность 0,5 Вт; е - резистор на номинальную мощность 1 Вт; ж - резистор на номинальную мощность 2 Вт; з - резистор на номинальную мощность 5 Вт; и - резистор на номинальную мощность 10 Вт; к - общее обозначение регулировочного резистора (потенциометр); л - варистор;
м - терморезистор прямого подогрева; н - общее обозначение подстроечного резистора

    Основная функция резисторов - регулирование и распределение электроэнергии между цепями и элементами схемы. В зависимости от характера изменения сопротивления при протекании тока и внешних воздействующих факторов резисторы делятся на линейные и нелинейные. Традиционно под «резистором» принято понимать резисторы с вольт-амперной характери

6

стикой (ВАХ), близкой к линейной. К нелинейным резисторам относят терморезисторы, варисторы и магниторезисторы. Как правило, нелинейные резисторы изготавливаются из полупроводниковых материалов. Общие сведения по полупроводниковым материалам приводятся в 1-й книге серии: (Никифоров И. К. Электронная аппаратура. Основые положения электроники. Радио- и электротехнические материалы и изделия: учеб. пособие. -Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2019) (далее по тексту «1-я книга серии»).
    Материал подраздела о резисторах использован из следующих источников: Бондаренко И.Б. Электрорадиоэлементы. ч. 1: Резисторы. - Санкт-Петербург: СПБ НИИ ИТМО, 2012; ГОСТ 24238-84. Резисторы постоянные общие технические условия; Ткаченко Ф. А. Техническая электроника. - Минск: Дизайн ПРО, 2002; [1, 14, 15, 17].

1.1.1. Классификация резисторов

    1.    По назначению: общего и специального назначения - используются в качестве нагрузок активных элементов, поглотителей, делителей в цепях питания, элементов фильтров, шунтов, в RC-цепях формирования импульсных сигналов и т. д. Диапазоны номинальных сопротивлений от 0,47 Ом до 10¹⁰ Ом, номинальные мощности рассеяния 0,062...100 Вт. Допускаемые отклонения сопротивления от номинального значения выбираются из следующих диапазонов: (± 1, ± 2, ± 5, ± 10, ± 20) %. Специальные (прецизионные, сверхпрецизионные, высокочастотные, высоковольтные, высокомегаомные).
    Прецизионные и сверхпрецизионные резисторы отличаются высокой стабильностью параметров и высокой точностью изготовления, отклонения сопротивления (±0,001... ± 0,5) %. Они применяются в основном в измерительных приборах, системах автоматики, счетно-решающих устройствах.
    Высокочастотные резисторы отличаются малыми собственными индуктивностью и емкостью. Они предназначены для работы в высокочастотных цепях, кабелях и волноводах.


7

    Высоковольтные резисторы используются при напряжениях от единиц до десятков киловольт.
    Высокомегаомные резисторы имеют диапазон номинальных сопротивлений от десятков мегаом до единиц тераом. Эти резисторы работают в режимах малых токов, поэтому мощности рассеяния их невелики - не более 0,5 Вт.
    2.    По материалу резистивного элемента (проволочные, непроволочные, металлофольговые).
    Проволочные - это резисторы, в которых резистивным элементом является высокоомная проволока (константан, нихром, никелин - см. 1-я книга серии, подразд. 2.2).
    Непроволочные - резистивным элементом являются пленки или объемные композиции с высоким удельным сопротивлением. Соответственно различают непроволочные резисторы:
    -     тонкопленочные (толщина слоя в долях микрометра). Среди них различают: металлодиэлектрические, металлооксидные и металлизированные с резистивным элементом в виде микрокомпозиционного слоя из диэлектрика и металла, или тонкой пленки оксида металла, или сплава металла; углеродистые и бороуглеродистые, проводящий элемент которых представляет собой пленку пиролитического углерода или борорганических соединений;
    -     толстопленочные (толщина слоя в долях миллиметра). К ним относятся: лакосажевые, керметные и резисторы на основе проводящих пластмасс. В резистивных керметных слоях основным проводящим компонентом являются металлические порошки и их смеси, и представляют собой керамическую основу с равномерно распределенными частицами металла;
    -     объемные (толщина в единицах миллиметра). В этих резисторах в качестве связующего компонента используют органические смолы или стеклоэмали, а проводящим компонентом является углерод.
    Проводящие резистивные слои толстопленочных и объемных резисторов представляют собой гетерогенную систему (композицию) из нескольких фаз, получаемую механическим смешением проводящего компонента (графита или сажи, металла или оксида металла с органическими и неорганическими наполнителями, пластификаторами или отвердителем). После

8

соответствующей термообработки образуется монолитная пленка с необходимым комплексом параметров.
    Металлофолъговые. В них резистивным элементом является фольга определенной конфигурации.
    3.    По характеру изменения сопротивления (постоянные и переменные).
    Переменные резисторы делятся на подстроечные (их сопротивление изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования РЭА) и регулировочные (допускают изменение сопротивления в процессе функционирования РЭА). Переменные резисторы по конструкции могут быть выполнены:
    -     одноэлементными и многоэлементными (сдвоенные, строенные и счетверенные);
    -     с круговым и прямолинейным перемещением подвижного контакта;
    -    однооборотными и многооборотными;
    -    с выключателем и без него;
    -    с упором и без него;
    -    с фиксацией подвижной системы и без нее;
    -    с дополнительными отводами и без них.
    4.    По способу защиты от внешних факторов (изолированные, неизолированные, герметизированные и вакуумные).
    Изолированные резисторы имеют хорошее изоляционное покрытие (лаки, компаунды, пластмассы и т. п.) и допускают касания корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры.
    Неизолированные резисторы не допускают касания своим корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры.
    Герметизированные резисторы имеют герметичную конструкцию корпуса, которая исключает влияние окружающей среды на внутреннее пространство корпуса. Герметизация осуществляется специальными компаундами.
    Вакуумные резисторы имеют резистивный элемент, помещенный в стеклянную вакуумную колбу.
    5.    По способу монтажа в аппаратуре (печатный и навесной).

9

1.1.2. Система условных обозначений и маркировка резисторов

    Система была введена в СССР для стандартизации и унификации (ГОСТ 3453-68) маркировки резисторов. По этой системе резисторы делились на следующие основные группы:

    ППБ проволочные переменные бескаркасные;
    МЛТ металлопленочные лакированные теплостойкие;
    ПКВ проволочные керамические влагостойкие;
    УЛИ углеродистые лакированные измерительные;
    СПО сопротивления переменные объемные;
    КВМ композиционные вакуумные мегаомные;
    ЮС    юстировочные.

    Также существовала система сокращенных обозначений в зависимости от группы и свойств резисторов, состоящая из букв и цифр. Буквы обозначали группу изделий: С - резисторы постоянные (буква «С» осталась и поныне в названии некоторых типов резисторов - «сопротивление»); СП - резисторы переменные; СН - сопротивление нелинейное (варистор); СТ - терморезистор; СФ - фоторезистор. Число, стоящее после букв, обозначало специфическую разновидность резистора в зависимости от материала токопроводящего элемента:

С1 СП1 углеродистые и бороуглеродистые;        
С2 СП2 металлодиэлектрические и металлооксидные
С3 СП3 пленочные композиционные;               
С4 СП4 объемные композиционные;                
С5 СП5 проволочные;                            
С6 СП6 металлизированные;                      
С7     полупроводниковые.                      

    В соответствии с действующей в настоящее время системой условных обозначений резисторов (ОСТ 11.074.009) обозначение вида компонента состоит из следующих элементов:

10