78765

Конструювання радіоелектронного засобу

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Коли на комутатор телефонної станції надходить виклик він повідомляє про вхідний дзвінок абонента шляхом подачі змінного струму на дроти що ведуть до викликається телефонному апарату. У режимі очікування коли трубка лежить на важелі спеціальний пристрій зване конденсатором...

Украинкский

2015-02-10

674.24 KB

0 чел.

                                         

                                   

                                     Вступ

Мікроелектроніка формує елементну базу і визначає розвиток сучасних засобів приймання, передавання й обробки інформації, систем керування і зв’язку. У повсякденному житті ми постійно стикаємося з подібними простроями та системами. Це – телевізори, магнітофони,відеомагнітофони, різні автоматичні прилади, що використовуються на виробництві, УОМ та ін. Ця техніка все все ширше входить у наше життя і без неї вже неможливо уявити ані продуктивної праці, ані  відпочинку сучасної людини. Отже, мікроелектроніка є ” мозком ”, “ нервовою системою ,  й органами чуття “ інформатики, кібернетики, робо техніки, а також лідером сучасних технологій.

 Освоєння та випуск такої продукції вимагає підготовки висококваліфікованих спеціалістів, спроможних осмислено виконувати операції на різних технологічних етапах сучасного виробництва. Спеціаліст такого профілю повинен не лише досконало володіти  особливостями виконуваної ним операції і прийомами керування апаратурою, що застосовується, а й знати фізичні й технологічні основи виготовлення інтегральних мікросхем (ІМС) та напівпровідникових приладів, властивості основних матеріалів, що використовуються в мікроелектроніці.  

       ІСТОРІЯ ТА ТЕРМІНОЛОГІЯ

 Англійський фізик Майкл Фарадей, який у 1831р. відкрив явище електромагнітної індукції, на наступний рік залишив для зберігання запечатаний конверт ” Новіпогляди із заповітом відкрити його через сто років. Відкривши в 1938р. пожовклий від часу конверт, англійські вчені були вражені словами Фарадея: Я  вважаю, що поширення магнітних хвиль від магнітного полюсу подібне на коливання схвильованої водної поверхні… вважаю за можливе застосувати теорію коливань до розповсюдження електричної індукції. І далі Фарадей писав, що хотів закріпити відкриття за собою певною датою і таким чином мати право, у випадку експериментального підтвердження, оголосити цю дату – датою мого відкриття. Зараз, наскільки мені відомо, ніхто з вчених крім мене, не має подібних поглядів.                                       

 У 1864 р. інший англійський фізик Джеймс Клерк Максвелл, який не знав про заповіт М. Фарадея, опублікував роботу Динамічна теорія електромагнітного поля, яка зворушила світ. У ній він вивів свої рівняння, які ми зараз називаємо рівняннями Максвелла. Ця робота пояснювала усі відомі явища електромагнетизму, а також передбачала існування електромагнітних хвиль і можливість їх поширення у просторі зі швидкістю світла.

 Теорія електромагнітного поля Максвелла повністю підтвердилася у 1887 р. завдяки роботам німецького вченого Генріха Герца, який експериментально довів існування електромагнітних хвиль та аналогію їх зі світлом. Ці хвилі його сучасниками було названо хвилями Герца. До практичного використання електромагнітних хвиль залишався всього один крок, але Герц не зумів зробити цього Більше того, він написав у Дрезденську палату комерції лист про те, що дослідження електромагнітних хвиль треба заборонити як марній.

 Цей крок зробив російський фізик і електротехнік Олександр Степанович Попов, який створив у 1895 р. перший радіоприймач, що був спроможний приймати електромагнітні хвилі, які збуджуються в атмосфері.

 Зародження і впровадження будь – якого принципово нового напрямку в науці і техніці звичайно проходить криття та обґрунтування фізичних принципів – розробка і створення конструкції дослідних приладів – створення технології – промислове освоєння ( як правило виявляється у двоєдиній формі: виробництво і споживання ). Зародження і розвиток засобів радіозв’язку і радіоелектроніки йшло таким самим шляхом. У розвитку і впровадженні засобів радіозв’язку в повсякденну практику повною мірою проявилась діяльність італійця Гульєльмо Марконі. Він створив в Англії промислову фірму і здійснив у 1896 р. Передавання радіосигналів на відстань 2,5 км. Наприкінці 1901 р. ним було здійснено радіозв’язок через Атлантичний океан, при якому дальність становила 3500 км.

 На цьому тлі досягнення О.С. Попова в його зусиллях впровадити в практику свої радіопристрої не так вражають. Та й інакше бути не могло, якщо вже на першому клопотанні Попова про виділення грошей на експерименти морський міністр царської Росії написав: на таку химеру давати гроші не дозволяю. Часто в історичній перспективі змішують те, що відноситься до винайдення радіо, і все те, що характеризує Г. Марконі як учасник і великого діяча наступного прогресу радіотехніки, якому в 1909 р. разом з німецьким фізиком Ф.Брауном було присуджено нобелівську премію за роботи щодо створення бездротового телеграфу. Якщо останнє зовсім заслужено має бути визнане за ним, то перше – винайдення радіо – належить О. С. Попову.

 Ознайомимось із загальноприйнятими визначеннями і поняттями у галузі науки і техніки, яку ми вивчаємо.

 Радіо – спосіб передавання та приймання електромагнітних хвиль на відстань.            Радіоелектроніка – термін, що об’єднує значний комплекс галузей науки і техніки, пов’язаних головним чином з проблемами передавання, приймання і перетворення інформації за допомогою електромагнітних коливань і хвиль. Радіоелектроніка охоплює радіотехніку і електроніку, а також ряд інших напрямків науки, які утворилися в результаті їх розвитку і диференціації.

 Радіоелетронний засіб (РЕЗ) – це вибір і його складові частини, в основу функціонування яких електроніки. Цим терміном тепер називаються види та рівні електронної апаратури, що існують і які використовуються в різних галузях науки, техніки та народному господарстві.

 Радіотехніка – галузь науки і техніки про взаємодію електронів із електромагнітними полями і методи створення електронних приладів і пристроїв ( вакуумних, газорозрядних, напівпровідникових ), які застосовуються в основному для передавання обробки та зберігання інформації.

 Історія розвитку радіоелектроніки свідчить, що освоєння все більш високочастотного діапазону електромагнітних хвиль є однією з основних задач під час створення РЕЗ. Звичайно діапазон електромагнітних хвиль поділяються на 6 основних діапазонів: радіохвилі, інфрачервоне, видиме світло, ультрафіолетове, рентгенівське, гамма- і космічне випромінювання. Однак чітких фізичних меж між діапазонами не існує, вони є значною мірою умовними. Іноді інфрачервоне, видиме світло й ультрафіолетове випромінювання об’єднують в оптичний діапазон.

 Використовуючи шкалу діапазону електромагнітних хвиль, треба пам’ятати основне співвідношення, яке повязує довжину хвилі з частотою власних коливань.

              

     Деталі та вузли

  1.   Телефонна трубка - це та частина телефонного апарата , яку користувач тримає в руці і використовує для того , щоб говорити в неї і слухати мову співрозмовника . Можлива також і інша конструкція , коли телефонна трубка " вбудована " в навушники з виносним мікрофоном (вони призначені для тих , кому доводиться багато говорити по телефону , або для користувачів , яким необхідно , щоб руки були вільні під час телефонної розмови). Всередині трубки знаходяться приймач і передавач. Користувач говорить у передавач і слухає свого співрозмовника через приймач.Ричажний перемикач - різновид вимикача, який розмикає ланцюг, коли трубка опущена (або лежить на важелі). Коли абонент знімає трубку, вимикач спрацьовує. При цьому телефонна ланцюг замикається, і через телефонний апарат починає протікати струм. Якщо трубку покласти на важіль, протікання струму припиняється.
  2.  Гібридний перетворювач від двох проводів до чотирьох. Дві пари проводів, одна від передавача, інша від приймача, підключені до гібридного преобразователю, який здійснює з'єднання між чьотирьох телефонною трубкою і двома проводами локальної телефонної ланцюга. Такий перетворювач являє собою комунікаційний міст між телефонним апаратом і двухпроводним кабелем, провідним до телефонної станції.
  3.  Додатковий ланцюг - спеціальне дублююче з'єднання, дозволяє частково прослуховувати власну мову через динамік або навушник, щоб оцінити гучність розмови.
  4.  Пристрій набору номера - кнопкова панель або поворотний диск, службовець для набору телефонного номера. Коли абонент натискає клавіші на панелі або повертає диск телефонного апарату при піднятій телефонній трубці, на телефонну станцію надходять сигнали, що вказують місцезнаходження необхідної точки виклику. Відзначимо, що для більшої гнучкості багато апаратів з кнопкової панеллю мають перемикач режимів, що дозволяє використовувати як тоновий, так і імпульсний набір.
  5.  Дзвінок. Коли на комутатор телефонної станції надходить виклик, він повідомляє про вхідний дзвінок абонента шляхом подачі змінного струму на дроти, що ведуть до викликається телефонному апарату. Така напруга викликає включення спеціального пристрою, званого дзвінком, який видає дзвінкий звук. У режимі очікування (коли трубка лежить на важелі) спеціальний пристрій, зване конденсатором, запобігає спрацьовування ланцюга від постійного струму тонового напруги.

Виготовлення    друкованих плат за допомогою                         лазерного принтера та праски

Останнім часом користується популярністю метод "лазерних принтерів і праски" для перенесення малюнка на фольгований склотекстоліт. З різних рекомендацій і статей в Інтернеті я випробував практично всі матеріали, що рекомендувалося. Тонкий лощений папір від журналів, фотопапір, папір для факсів, підкладки від самоклейкої плівки і навіть папір для термопереноса на тканину.

Зараз я опишу спосіб який мені сподобався і яким я користуюсь,тобто пенесення малюнку провідників з підкладки самоклеющої плівки

Що нам потрібно:

1.Фольгірований склотекстоліт (одно-двох сторонній, кому як треба)
2.Лазерний принтер (у мене вдома Сanon LBP2900)
3.Утюг - будь-який (бажано без випуску пари)
4.Сіліт-Бенкс - для очищення поверхні плати (можна ацетон,можна суміш для зняття лаку з нігтів)
5.Хлорное залізо для травлення плати (з іншими складами не перевіряв типу "мідний купорос-сіль" і т.д.)
6.Тонкі свердла для свердління (це зрозуміло)
7.САМОКЛЕЮЩА ПЛІВКА (самоклейка)

Самоклейку можна взяти з китайських обоїв або ж як я - з спеціального паперу дял принтера, що має клейку поверхню і саме головне підкладку (ось її і будем використовувати).Не зациклюйтесь на виробнику , в хорошому канцелярському магазині має бути таке, варто лише попитати;) В мене ось така:



Крок 1. буде вирізання склотекстоліту потрібного розміру і зачиска (шкуркою нульовкою і ацетоном)



Крок 2. Поки плата сушиться після ацетону, друкуємо малюнок. Я малюю і друкую на програмі SprintLayout 5.0. У кожного свої смаки. Використовуйте те, що більше подобається.

Я особисто спочатку проганяю пустий папір через принтер розмістивши зображення в самому низу, щоб побачити де розміститься зображення (оскільки в мене принтер жує підкладку від самоклейки),а потім відрізаю необхідну полоску підложки і наклеюю за краї до того місяця, де має бути зображення провідників і тоді проганяю через принтер.Все готво...



Крок 3. Включаємо праску (якщо ще не включили раніше) Температуру можна перевірити так. Друкуємо на звичайної папері, кладемо тонером вгору на перевернуту праску і дивимося. Тонер заблищав - все нормально, температури вистачає для розплавлення. 
Я взагалі ніяк не налаштовував, просто поставив на максимум і все. 

На стіл кладемо фанеру (10мм) потім книжку не потрібну або журнал з газетного паперу, (пам'ятаєте, були такі) на книжку плату фольгою вгору.
Накриваємо це листом офісного паперу А4 і кладемо праску. Якщо плата більше ніж поверхня праски, то пропрасовуйте плату. Досить 30-40 сек, щоб плата розігрілася.



Крок 4. Далі знімаємо лист офісного паперу і кладемо нарешті підкладку малюнком до фользі плати, Разлажуєм тампоном з ганчірки .Підкладка прилипне до плати тут же (якщо температура була достатньою)



Крок 5. Знову накриваємо це листом офісного паперу А4 і кладемо праску і починаємо гладити. Тиснути практично не треба, ми просто повторно підігріваємо плату (вона вже встигла трохи охолонути). Тут вже 15-20 сек достатньо, хоча я і більше тримав. Знімаємо лист офісного паперу. 

Швиденько 20-30 сек разлажуєм тампоном з ганчірки всю поверхню, особливо по краях плати. Розтираємо як уздовж, так і поперек - доріжки ж у нас не в одному напрямку намальовані. Ось тут треба трохи натискати, як би розтираючи по поверхні. 
Примітка: хто боїться за свої пальці можуть одягти рукавички з ХБ тканини - плата то гаряча. 
Все, чекаємо поки плата охолоне, щоб її спокійно можна було взяти в руки. 
Хапаєм за кінчик підкладки і легенько відєднуєм її від плати. Вона практично відходить сама. 
І ось малюнок нанесено



Крок 6. Далів травимо,залуджуєм,сверлимо,і звісно паяємо;)

                                

Флюси і паяльні рідини для пайки металів

Флюси - це активні хімічні речовини, призначені для очищення паяемого металу від поверхневих оксидів, зниження поверхневого натягу та поліпшення розтікання рідкого припою.

до флюсу висувають такі вимоги:

  1.  не взаємодіяти хімічно з припоєм: при расплавлении флюсу і припою повинні утворюватися два рідких незмішуваних шару;
  2.  мати температуру плавлення нижче, ніж у припою: рідкий фяюс повинен до розплавлення припою очистити поверхню деталей, що з'єднуються від домішок і неметалевої плівки і захистити паяемое з'єднання від впливу навколишнього середовища;
  3.  бути хімічно інертними або мінімально активними по відношенню до паяемим металів і сплавів (корозійна активність залишків флюсу після пайки по відношенню до паяного шву і основного металу повинна бути також мінімальної);
  4.  руйнувати або видаляти поверхневі неметалеві плівки, що утворюються на поверхні деталей, що з'єднуються і припоїв під впливом температури і навколишнього середовища;
  5.  в рідкому стані добре розтікатися по припою, затікати сполучаються між деталями і змочувати їх;
  6.  в розплавленому і газоподібному станах сприяти розтіканню припою по паяним поверхонь і з'єднання його <: основним металом;
  7.  бути стійкими при зберіганні та пайку.

До складу флюсів повинні входити компоненти, що володіють травяна або сильно поновлюючими властивостями, так як вони, очищаючи поверхню твердого металу від оксидної плівки, підвищують поверхневий натяг твердого металу і тим самим поліпшують змочування його розплавом.

За ступенем ефективності дії флюси можна розділити на три основні групи.

  1.  некорозійного (захисні) флюси для паяння надають тільки захисну дію. Через слабкої активності вони нездатні розчиняти оксидну плівку більшості металів і можуть застосовуватися головним чином при пайку міді та її сплавів, а також сталевих виробів, покритих сріблом, міддю, оловом або кадмієм. До таких флюсу відносяться каніфоль та її розчини в спирті або в органічних розчинниках, а також деревні смоли, віск, стеарин, вазелін. Із застосуванням захисних флюсів можна паяти тільки легкоплавкими припоями.
  2.  Слабокорозінні флюси для паяння більш активні, ніж некорозійного, і складаються з тваринних жирів, мінеральних олій, органічних кислот (молочної, лимонної, олеїнової, стеаринової, бензольної, щавлевої та інших), їх розчинів в воді або спирті або в похідних органічних кислотах і підставах (гідрогалоіди, хлориди та фториди амінів). Для ослаблення корозійного дії до них додають каніфоль або інші компоненти, не викликають корозії. Слабокор-розіоніие флюси легко випаровуються, згорають або розкладаються при нагріванні. Їх застосовують при паянні легкоплавкими припоями.
  3.  Корозійні флюси для паяння складаються з неорганічних кислот, хлоридів і фторидів металу. Їх застосовують у вигляді водних розчинів у твердому і пасти. Корозійні флюси здатні руйнувати стійкі оксидні плівки чорних і кольорових металів. Ці флюси ефективні при пайку більшості металів будь-яким методом.

Залежно від температури пайки флюси поділяють на підгрупи:

  1.  для пайки легкоплавкими припоями
  2.  для пайки тугоплавкими припоями.

Головною складовою першого корозійних флюсів є хлористий цинк. Для підвищення активності і зниження температури в нього додають хлориди та фториди амонію, міді, олова, натрію, калію, літію та неорганічні кислоти. Флюси на основі хлористого цинку можна використовувати при пайку припоями з температурою плавлення 723-773 К. Флюси другої підгрупи застосовують для пайки припоями з температурою плавлення вище 773 К; вони дуже ефективні при пайку ювелірних металів.

Найбільш часто вживають при пайку мідними, срібними та золотими припоями буру і її суміш з борною кислотою. Для підвищення активності флюсу в ці суміші рекомендується додавати фтористі і хлористі солі. Для пайки золотими припоями застосовують флюси на основі бури та борної кислоти.

Бура є традиційним флюсом для ювеліра. Борну кислоту ювелір застосовує тоді, коли полірована річ повинна зберегти свій блиск, незважаючи на пайку, і коли потрібно повністю уникнути окислення її поверхні.

Борна кислота і бура утворюють при нагріванні розплав у вигляді глазурі, який під час пайки розпадається з утворенням триокиси бору. Триокис бору реагує з оксидами металів з утворенням солі борної кислоти, яка осідає щільним шаром на поверхні металу. Одержуваний захисний шар розчиняє при пайку оксиди і забруднення металу і утворює метаборат. Новостворені метаборат розчиняються наявними метаборат натрію і відводяться ними від місця утворення, щоб нові частинки триокиси бору могли наблизитися до оксидному шару металу, а також вступити з ним у реакцію. Процес продовжується до тих пір, поки всі оксиди не будуть розчинені повністю.

Для поліпшення дії бури і зниження температури активності флюсу до бурі додають фтористі з'єднання.

Борний флюс - борна кислота і бура у ваговому співвідношенні 1: 1. Навіски перемішують і ретельно розтирають у фарфоровій ступці, розчиняють у дистильованій воді при нагріванні і кип'ятять до випадання твердої фази. Отриману суміш розтирають до утворення гладкої маси, розбавляючи дистильованою водою до отримання рідкої пасти.

Розчин фтористого калію готують, розчиняючи його в холодній воді, що дистилює до 20%-ної концентрації. Приготування фтористого калію ведеться в звичайному поліетиленовому посуді.

Якість пайки і можливість отримання паяного з'єднання багато в чому залежать від вибору флюсу. При цьому необхідно враховувати паяемий метал, складу припою, спосіб нагріву, температуру і швидкість пайки. Органічні флюси при дії на них відкритого полум'я швидко розкладаються і втрачають свою активність, тому ці флюси не слід застосовувати при пайку газополуменевим пальниками. Пастоподібні флюси зручні при пайку в печах із захисною атмосферою. Якщо пайку проводять швидко, то необхідний дуже активний флюс; при тривалій пайку флюс може бути менш активний, але досить стійкий проти розкладання.

Флюс повинен забезпечити змочування основного металу припоєм і бути безпечним в роботі. Придатність флюсу визначають на чистій пластині основного металу. Для цього на одну її сторону наносять флюс, а іншу сторону (знизу) нагрівають пальником. Після випаровування вологи на пластині залишається білий наліт, який потім плавиться і рівномірно розтікається по металу. Якщо при нагріванні флюс збирається в кульки, він вважається непридатним для даного металу. Здатність до розчинення оксидної плівки визначають після промивки пластини: якщо під шаром відмитого, розплавленого флюсу залишається чиста поверхня металу, то флюс досить активний і добре захищає поверхню даного металу від впливу високих температур пайки.

При пайку забруднених деталей часто застосовується паяльну кислоту, приготовлена з соляної кислоти і металевого цинку, яка залишає на місці пайки лусочки забруднень і прискорює корозію. Рекомендовані нижче паяльні. Рідини не мають згаданих недоліків і замінюють паяльні кислоту.

  1.  Паяльна рідина типу ЛВ-500: 1000 мл води, 500 г хлористого цинку, 50 г хлористого амонію, 25 г етиленгліколю, 0,1 г метилоранжа. Після ретельних розчинення і перемішування паяльна рідина переливається через фільтр у бутель. Це чиста сиропообразная рідина темно-червоного кольору.
  2.  Паяльна рідина типу ЛВ-1000: 1000 мл води, 1000 г хлористого цинку, 100 г хлористого амонію, 25 г етиленгліколю, 0,1 г метилоранжа. Її можна використовувати для конструкцій з матеріалів, де необхідно виконати швидке і міцну пайку, а також для забруднених і незнежирених місць. Все ретельно перемішати і перелити через фільтр у бутель. Готова паяльна рідина чиста, сиропообразная, коричнево-червоного кольору.
  3.  Паяльна рідина для робіт з жерстю: 600 мл води, 300 г хлористого цинку, 150 г хлористого амонію, 150 мл концентрованої соляної кислоти. Розчин перемішується до тих пір, поки всі компоненти повністю розчиняться. Соляна кислота додається останньої, коли розчиниться у воді все інше.
  4.  Паяльна рідина для забруднених деталей: 350 мл води, 320 г хлористого цинку, 32 г хлористого амонію, 400 мл гліцерину, 0,1 г метилоранжа. Готову паяльну рідина переливають через фільтр у бутель. Це сиропообразная рідина коричнево-червоного кольору. Перевагою цієї ефективно діючої рідини є її повільна випаровуваність, яка дозволяє паяти сильно забруднені деталі із заліза і кольорових металів.

Елементи лектронної апаратури

Резистор — елемент електричного кола, призначений для використання його електричного опору. Основною характеристикою резистора є величина його електричного опору. Для випадку лінійної характеристики значення електричного струму через резистор в залежності від електричної напруги описується законом Ома.

Загальний опис.

 Резистори відносяться до електричних компонентів, що застосовуються в схемах електротехніки та електроніки для обмеження сили струму та розподілу напруги. Резистори — найпоширеніші пасивні компоненти електронної апаратури, що використовуються як навантаження, споживачі та подільники в колах живлення, як елементи фільтрів, шунтів в колах формування імпульсів і т.д.

Основні параметри резисторів

 Резистори характеризують номінальним значенням електричного опору (від декількох Ом до 1000 ГОм), прийнятним відхиленням від нього (0,001...20 %), максимальною потужністю розсіювання (від сотих часток Вт до декількох сотень Вт), граничною електричною напругою та температурним коефіцієнтом електричного опору.

Класифікація резисторів

 В залежності від призначення резистори діляться на дві групи: резистори загального призначення та резистори спеціального призначення, до яких належать: високоомні резистори, високовольтні резистори, високочастотні резистори та прецизійні резистори.

За видом резистивного матеріалу резистори класифікуються на:

  1.  дротяні резистори — відрізок дроту з високим питомим опором намотаний на неметалевий каркас. Можуть мати значну паразитну індуктивність;
  2.  плівкові металеві резистори — тонка плівка металу з високим питомим опором, напилена на керамічне осердя, на кінці якого надіті металеві ковпачки з дротяними виведеннями. Це найпоширеніший тип резисторів;
  3.  металофольгові резистори — у якості резистивного матеріалу використовується тонка металева стрічка;
  4.  вугільні резистори — бувають плівковими і об’ємними. Використовують високий питомий опір графіту;
  5.  напівпровідникові резистори — використовують опір слабколегованого напівпровідника. Ці резистори можуть бути як лінійними, так і можуть мати значну нелінійність вольт-амперної характеристики. В основному використовуються у складі інтегральних мікросхем, де інші типи резисторів застосувати важче.

За характером зміни опору резистори поділяються на:

  1.  резистори сталого опору;
  2.  регульовані резистори змінного опору (потенціометри);
  3.  підлаштовні резистори змінного опору[2].

За видом монтажу резистори бувають:

  1.  для навісного монтажу (з дротяними виводами);
  2.  для поверхневого монтажу (англ. SMD — Surface mount device);
  3.  комбінації резисторів в одному загальному блоці, зазвичай мініатюрного виконання (збірки, мікромодулі, матриці,мікросхеми).

За видом вольт-амперної характеристики:

  1.  лінійні резистори;
  2.  нелінійні (напівпровідникові) резистори:
  3.  варистори — опір залежить від прикладеної напруги;
  4.  терморезистори — опір залежить від температури;
  5.  фоторезистори — опір залежить від освітленості;
  6.  тензорезистори — опір залежить від деформації резистора;
  7.  магніторезистори — опір залежить від величини напруженості магнітного поля.

Кондесатор

 Пояснюючи, що таке конденсатор, ми повинні чітко уявляти фізичні основи роботи і конструкцію цього незамінного елемента кожного хоч трохи серйозного електронного пристрою.

Конденсатор – це елемент електричного кола, що складається з двох провідних обкладок, кожна з яких містить протилежний за знаком електричний заряд. Обкладки розділені діелектриком, який допомагає їм зберігати цей заряд.

Існує кілька типів ізоляційних матеріалів, що використовуються в конденсаторах, в тому числі, кераміка, слюда, тантал і полістирол. Широко використовуються у виробництві конденсаторів також такі ізолятори, як повітря, папір та пластик. Кожен з цих матеріалів ефективно запобігає обкладки конденсатора від зіткнення один з одним.

Що таке ємність конденсатора?

 Поняття «ємність конденсатора» характеризує його здатність накопичувати електричний заряд. Одиницею виміру ємності є Фарада.

Якщо конденсатор зберігає заряд 1 кулон при різниці потенціалів між його обкладинками 1 Вольт, то він має ємність величиною в одну Фараду. У дійсності, ця одиниця занадто велика для більшості практичних застосувань. Типові величини ємностей при використанні конденсаторів потрапляють в діапазони міліфарад (10-3 Ф), микрофарад (10-6 Ф) і пикофарад (10-12 Ф).

Які бувають конденсатори?

 Щоб зрозуміти, що таке конденсатор, необхідно розглянути основні типи цього компонента в залежності від призначення, умов застосування та виду діелектрика.

Електролітичні конденсатори використовуються в ланцюгах, де потрібна велика ємність. Більшість таких елементів полярні. Звичайні матеріали для них – тантал або алюміній. Алюмінієві електролітичні конденсатори значно дешевше і мають більш широке застосування. Тим не менш, танталові мають істотно більшу об’ємної ефективністю і мають чудові електричні характеристики.

Танталові конденсатори мають в якості діелектрика оксид танталу. Відрізняються високою надійністю, хорошими частотними характеристиками, широким діапазоном робочих температур. Вони широко використовуються в електронній апаратурі, де необхідний високий рівень ємності при невеликих габаритах. В силу своїх переваг виробляються у великих обсягах для потреб електронної промисловості.

До недоліків танталових конденсаторів можна віднести чутливість до пульсацій струму і перенапряжениям, а також відносну дорожнечу цих виробів.

Силові конденсатори, як правило, використовуються в системах високої напруги. Вони широко застосовуються для компенсації втрат в лініях електропередач, а також для поліпшення коефіцієнта потужності в промислових електроустановках. Виготовляються з високоякісної металізованої пропіленової плівки із застосуванням спеціальної просочення нетоксичним ізоляційним маслом.

Можуть мати функцію самоліквідації внутрішніх пошкоджень, що надає їм додаткову надійність і збільшує термін служби.

Керамічні конденсатори мають в якості матеріалу діелектрика кераміку. Відрізняються високою функціональністю за робочою напругою, надійністю, низькими втратами і дешевизною.

Діапазон ємностей їх варіюється від кількох пикофарад до приблизно 0,1 мкФ. В даний час є одним з найбільш широко використовуваних типів конденсаторів, використовуваних в електронному обладнанні.

Срібні слюдяні конденсатори прийшли на зміну широко поширеним раніше слюдяним елементам. Мають високу стабільністю, герметичним корпусом і великою місткістю на одиницю об’єму.

Широкому застосуванню срібно-слюдяних конденсаторів заважає їх відносна дорожнеча.

У паперових і металопаперові конденсаторів обкладки виготовляються з тонкої алюмінієвої фольги, а в якості діелектрика використовується спеціальний папір, просочена твердим (розплавленим) або рідким діелектриком. Застосовуються в низькочастотних ланцюгах радіопристроїв при великих токах. Відрізняються відносною дешевизною.

Для чого потрібен конденсатор

Є ціла низка прикладів використання конденсаторів в найрізноманітніших цілях. Зокрема, їх широко застосовують для зберігання аналогових сигналів і і цифрових даних. Конденсатори змінної ємності використовуються в телекомунікаційного зв’язку для регулювання частоти та налаштування телекомунікаційного обладнання.

Типовим прикладом їх застосування є використання в джерелах живлення. Там ці елементи виконують функцію згладжування (фільтрацію) випрямленої напруги на виході цих пристроїв. Вони також можуть бути використані в помножувачах напруги для генерації високої напруги, багаторазово перевищує вхідну напругу. Конденсатори широко застосовуються в різного роду перетворювачах напруги, пристроях безперебійного живлення для комп’ютерної техніки тощо

Пояснюючи, що таке конденсатор, не можна не сказати, що цей елемент може служити і відмінним сховищем електронів. Однак реально ця функція має певні обмеження з причини неідеальності ізоляційних характеристик використовуваного діелектрика. Проте конденсатор має властивість досить тривалий час зберігати електричну енергію при відключенні від ланцюга заряду, тому він може бути використаний як тимчасовий джерело живлення.

Завдяки своїм унікальним фізичним властивостям ці елементи знайшли настільки широке застосування в електронній та електротехнічній промисловості, що сьогодні рідко яке електротехнічний виріб не включає в себе принаймні один такий компонент для якої-небудь мети.

Підводячи підсумки, можна констатувати, що конденсатор – це безцінна частина величезного безлічі електронних і електротехнічних пристроїв, без яких був би немислимий подальший прогрес у науці і техніці.

Ось що таке конденсатор!

Діод

Під діодом звичайно розуміють електровакуумні або напівпровідникові прилади, які пропускають змінний електричний струм тільки в одному напрямку і мають два контакти для включення в електричний ланцюг. Одностороння провідність діода є його основною властивістю. Це властивість і визначає призначення діода:

- Перетворення високочастотних модульованих коливань в струми низької частоти (детектування);

- Випрямлення змінного струму в постійний.

  Під детектуванням розуміють ще крім цього виявлення сигналу.

   По вихідному напівпровідниковому матеріалу діоди поділяють на чотири групи: германієві, кремнієві, з арсеніду галію і фосфіду індію. Германієві діоди використовуються широко в транзисторних приймачах, так як мають вищий коефіцієнт передачі, ніж кремнієві. Це пов’язано з їх більшою провідністю при невеликій напрузі (близько 0,1 … 0,2 В) сигналу високої частоти на вході детектора і порівняно малому опорі навантаження (5 … 30 кОм).

За конструктивно-технологічною ознакою розрізняють діоди точкові і площинні.

За призначенням напівпровідникові діоди поділяють на такі основні групи: випрямні, універсальні, імпульсні, варикапи, стабілітрони (опорні діоди), Стабистор, тунельні діоди, звернені діоди, лавинно-пролітні (ЛПД), тиристори, фотодіоди, світлодіоди та оптрони.

Діоди характеризуються такими основними електричними параметрами:

- Струмом, що проходить через діод в прямому напрямі (прямий струм Іпр);

- Струмом, що проходить через діод у зворотному напрямку (зворотний струм Іобр);

- Найбільшим допустимим випрямленою СТРУМОМ Івипр.макс;

- Найбільшим допустимим прямим струмом Іпр.доп.;

- Прямим напругою Unp;

- Зворотною напругою іобР;

- Найбільшим допустимим зворотним напругою іобр.макс

- Ємністю Сд між висновками діода;

- Габаритами і діапазоном робочих температур.

   Система позначень

У відповідності до системи позначень, розробленої до 1964 р., скорочене позначення діодів складалося з двох або трьох елементів. Перший елемент буквений, Д – діод. Другий елемент – Номер, відповідний типу діода: 1 … 100 – точкові германієві, 101 … 200 – точкові кремнієві, 201 … 300 – площинні кремнієві, 801 … 900 – стабілітрони, 901 … 950 – Варикапи, 1001 … 1100 – випрямні стовпи. Третій елемент – буква, що означає різновид приладу. Цей елемент може бути відсутнім, якщо різновидів діода немає.

В даний час існує система позначень, відповідна ГОСТ 10862-72. У новій, як і в старій системі, прийнято наступне поділ на групи по граничній (граничної) частоті посилення (передачі струму) на низькочастотні НЧ (до 3 МГц), середньої частоти СЧ (від 3 до 30 МГц), високочастотні ВЧ (понад 30 МГц) і надвисокочастотні СВЧ; по потужності, що розсіюється – на малопотужні. (До 0,3 Вт), середньої (від 0,3 до 1,5 Вт) і великий (понад 1,5 Вт) потужності.

Нова система маркування діодів більш досконала. Вона складається з чотирьох елементів. Перший елемент (буква або цифра) вказує вихідний напівпровідниковий матеріал, з якого виготовлений діод: Г або 1 – германій * До або 2 – кремній, А або 3 – арсенід галію, І або 4 – фосфід індію. Другий елемент – буква, що показує клас або групу діода. Третій елемент – Число, що визначає призначення або електричні властивості діода. Четвертий елемент вказує порядковий номер технологічної розробки діода і позначається від А до Я. Наприклад, діод КД202А розшифровується: К – матеріал, кремній, Д – діод випрямний, 202 – призначення і номер розробки, А – різновид; 2С920 – кремнієвий стабілітрон великої потужності різновиди типу А; АІЗ01Б – фосфід-індієвий тунельний діод перемикає різновиди типу Б. Іноді зустрічаються діоди, позначені по застарілих систем: ДГ-Ц21, Д7А, Д226Б, Д18. Діоди Д7 відрізняються від діодів ДГ-Ц суцільнометалевою конструкцією корпусу, внаслідок чого вони надійніше працюють у вологій атмосфері. Германієві діоди типу ДГ-Ц21 … ДГ-Ц27 і близькі до них за характеристиками діоди Д7А … Д7Ж зазвичай використовують у випрямлячах для живлення радіоапаратури від мережі змінного струму. В умовне позначення діода не завжди входять деякі технічні дані, тому їх необхідно шукати в довідниках по напівпровідниковим приладам. Одним із винятків є позначення для деяких діодів

з буквами КС або цифрою замість К (наприклад, 2С) – кремнієві стабілітрони і Стабистор. Після цих позначень стоїть три цифри, якщо це перші цифри: 1 або 4, то взявши останні дві цифри і розділивши їх на 10 одержимо напругу стабілізації Uст. Наприклад, КС107А – Стабистор, Uст = 0,7 В, 2С133А – стабілітрон, Uст = 3,3 В. Якщо перша цифра 2 або 5, то останні дві цифри показують Uст, наприклад, КС 213Б – Uст = 13 В, 2С 291А – 0Uст = 91 В, якщо цифра 6, то до останніх двох цифр слід додати 100 В, наприклад, КС 680А – Uст = 180 В.

   Маркування діодів

На корпусі діода зазвичай вказують матеріал напівпровідника, з якого він виготовлений (буква або цифра), тип (буква), призначення чи електричні властивості приладу (цифра), букву, відповідну різновиди приладу, і дату виготовлення, а також його умовне позначення. Умовне позначення діода (анод і катод) вказує, як потрібно підключати діод на платах пристроїв. Діод має два висновки, один з яких катод (мінус), а інший – анод (плюс). Умовне графічне зображення на корпусі діода наноситься у вигляді стрілки, що вказує пряме напрямок, якщо стрілки немає, то ставиться знак «+». На плоских висновках деяких діодів (наприклад, серії Д2) прямо вьіштамповано умовне позначення діода і його тип. При нанесенні колірного коду, кольорову мітку, точку або смужку наносять ближче до анода (рис. 2.1). Для деяких типів діодів використовується кольорове маркування у вигляді крапок і смужок (табл. 2.1). Діоди старих типів, зокрема точкові, випускалися в скляному оформленні та маркірувалися літерою «Д» з додаванням цифри і букви, що позначають підтип приладу.

Тиристори

 Тири́стор — це перемикний напівпровідниковий прилад, що проводить струм тільки в одному напрямку. Цей радіоелемент часто порівнюють з керованим діодом і називають напівпровідниковим керованим вентилем (англ.Silicon Controlled Rectifier, SCR).

Тиристор має три виходи, один з яких — керуючий електрод — використовується для різкого переводу тиристора у включений стан.

Тиристор суміщає в собі функції випрямляча, вимикача і підсилювача. Часто він використовується як регулятор, головним чином, коли схема живиться змінною напругою. Основні властивості тиристора:

  1.  тиристор, як і діод, проводить струм в одному напрямку, проявляючи себе як випрямляч;
  2.  тиристор переводиться з вимкненого стану у ввімкнений при подачі сигналу на керуючий електрод і, як вимикач, має два стійкі стани. Проте для повернення тиристора у вимкнений стан необхідно виконати спеціальні умови;
  3.  керуючий струм, необхідний для переводу тиристора із вимкненого стану у ввімкнений, значно менший (декілька міліампер) при робочому струмі в декілька ампер і навіть в декілька десятків ампер. Тому тиристор володіє властивостями підсилювача струму;
  4.  середній струм через навантаження, включене послідовно з тиристором, можна точно регулювати залежно від тривалості сигналу на керуючому електроді. Тиристор при цьому є регулятором потужності.

Транзистори

 Транзи́стор — напівпровідниковий елемент електронної техніки, який дозволяє керувати струмом, що протікає через нього, за допомогою прикладеної до додатковогоелектрода напруги.

Транзистори є основними елементами сучасної електроніки. Зазвичай вони застосовуються в підсилювачах і логічних електронних схемах. У мікросхемах в єдиний функціональний блок об'єднані тисячі й мільйони окремих транзисторів.

За будовою та принципом дії транзистори поділяють на два великі класи: біполярні транзистори й польові транзистори. До кожного з цих класів входять численні типи транзисторів, що відрізняються за будовою і характеристиками.

Принцип дії біполярного транзистора

 В біполярному транзисторі носії заряду рухаються від емітера через тонку базу до колектора. База відділена від емітера й колектора p-n переходами. Струм протікає через транзистор лише тоді, коли носії заряду інжектуються з емітера в базу через p-n перехід. В базі вони є неосновними носіями заряду й легко проникають через інший p-n перехід між базою й колектором, прискорюючись при цьому. В самій базі носії заряду рухаються за рахунок дифузійного механізму, тож база повинна бути досить тонкою. Управління струмом між емітером і колектором здійснюється зміною напруги між базою і емітером, від якої залежать умови інжекції носіїв заряду в базу. В біполярному транзисторі носії заряду рухаються від емітера через тонку базу до колектора. База відділена від емітера й колектора p-n переходами. Струм протікає через транзистор лише тоді, коли носії заряду інжектуються з емітера в базу через p-n перехід. В базі вони є неосновними носіями заряду й легко проникають через інший p-n перехід між базою й колектором, прискорюючись при цьому. В самій базі носії заряду рухаються за рахунок дифузійного механізму, тож база повинна бути досить тонкою. Управління струмом між емітером і колектором здійснюється зміною напруги між базою і емітером, від якої залежать умови інжекції носіїв заряду в базу.

Принцип дії польового транзистора

В польовому транзисторі струм протікає від витоку до стоку через канал під затвором. Канал існує в легованому напівпровіднику в проміжку між затвором і нелегованою підкладкою, в якій немає носіїв заряду, й вона не може проводити струм. Безпосередньо під затвором існує область збіднення, в якій теж немає носіїв заряду завдяки утворенню між легованим напівпровідником і металевим затвором контакту Шотткі. Таким чином ширина каналу обмежена простором між підкладкою та областю збіднення. Прикладена до затвору напруга збільшує чи зменшує ширину області збіднення, а тим самим ширину каналу, контролюючи струм.

Застосування

Транзистор має два основні застосування: у якості підсилювача і у якості перемикача.

Підсилювальні властивості транзистора зв'язані з його здатністю контролювати великий струм між двома електродами за допомогою малого струму між двома іншими електродами. Таким чином малі зміни величини сигналу в одному електричному колі можуть відтворюватися з більшою амплітудою в іншому колі.

Використання транзистора у якості перемикача пов'язане з тим, що приклавши відповідну напругу до одного з його виводів, можна зменшити практично до нуля струм між двома іншими виводами, що називають запиранням транзистора. Цю властивість використовують для побудови логічних вентилів.

 

Принцип роботи

Мікрофон. У дротовому телефоні, а також в радіостанції типу «Урожай» застосовується так званий вугільний мікрофон. Його розріз показаний схематично в лівій частині фіг. 1. Мікрофон складається з вугільної колодки К і тонкої вугільної платівки - мембрани М, між якими насипано вугільний порошок П, через який від мембрани до колодки проходить електричний струм батареї Б. Опір вугільного порошку електричному струму залежить від щільності прилягання один до одного частинок порошку.

Припустимо, що перед мікрофоном коливається струна з частотою 440 гц. При цьому в повітрі навколо струни поширюються звукові хвилі, тобто послідовні стиснення і розрідження повітря. Кожне стиснення повітря, досягнувши мембрани, створює тиск на неї.

       

                    Схема телефонної передачі по проводах

Внаслідок цього мембрана кілька прогинається всередину і ущільнює порошок. Наступне слідом розрідження , досягнувши мембрани , викликає зворотну дію: центр мембрани віддаляється від колодки , і ступінь ущільнення порошку зменшується в порівнянні з початковою. Так як при частоті коливань 440 щ до мембрани досягає протягом секунди 440 стиснень і розріджень повітря , то мембрана 440 (раз на секунду ущільнить порошок і стільки ж разів зменшить ступінь його ущільнення. Буде змінюватися і опір мікрофона . Так як мікрофон з'єднаний послідовно з батареєю , то при кожній зміні його опору зміниться проходить через нього струм. Іншими словами , 440 разів на секунду вийде збільшення струму в ланцюзі і стільки ж разів ослаблення його . Графічно це показано на фіг . 2 , а . Такий струм, що проходить весь час в одному напрямку , але періодично міняється по величині , називається пульсуючим струмом. Його можна розглядати як два струму , існуючі одночасно в ланцюгу: 1 ) постоянний1 , величина якого дорівнює середньому між найбільшим і найменшим значеннями пульсуючого струму , і 2) змінний 2 , « накладений на постійний струм ».

      

Графічні зображення струму через мікрофон (а) і е. д. с. на вторинній обмотці трансформатора (б) у схемі

При цьому можна вважати, що в ті моменти, коли величина пульсуючого струму стає більше величини утворить його постійного струму, перемінний струм має той же напрям, що і постійний струм; в ті ж моменти, коли величина пульсуючого струму робиться менше постійного струму, змінний струм тече назустріч постійному струму, послаблюючи його. Ці змінний і постійний струм і часто називають також змінної і постійної складовими (або слагающими) пульсуючого струму.

1 Постійним струмом називається електричний струм, поточний весь час в одному напрямку і не змінюється за величиною. Відповідно постійною напругою, постійної електрорушійної силою (е. д. с.) Називаються f незмінні в часі напругу, е.. д. с.

2 Змінним струмом називається електричний струм, напрямок якого через рівні проміжки часу змінюється. Величина його теж безперервно змінюється. Найбільше її значення називається амплітудою.

Проходячи по опору, пульсуючий струм створює на ньому пульсує напруга (постійне то напрямку, але періодично змінюється по величині). Пульсуюча напруга можна «розкласти» на одночасно діючі постійне і «змінне напруги і назвати їх відповідно постійної і змінної складовими напруги.

                              Будова трансформатора

Трансформатор складається з сердечника , зібраного із сталевих пластин , на який намотані дві обмотки з ізольованого проводу. Пульсуючий струм проходить по його первинній обмотці I ( фіг. 1 ) . Коли струм через мікрофон і цю обмотку посилюється , у вторинній обмотці II виходить е. . д. с. одного напрямку , а коли він послаблюється , - е. . д. с. іншого напряму. Частота е. . д. с. на вторинній обмотці виходить такий же , як і частота зміни струму через первинну обмотку . Електрорушійна сила на вторинній обмотці трансформатора змінюється так , як це графічно показано на фіг . 2,6 . Кінці вторинної обмотки трансформатора з'єднуються проводами з телефоном ( фіг. 1 ) . Електрорушійна сила на вторинній обмотці трансформатора створює в проводах ' і ланцюги телефону електричний змінний струм звукової частоти.

При впливі на мікрофон складних звуків, наприклад при розмові, на вторинній обмотці трансформатора виходить ряд змінних е.. д. с. з частотами, відповідними переданому звуку.

Переменные электрические токи, э. д. с. и напряжения, возникающие в результате действия звука, по аналогии со звуковыми колебаниями часто называют электрическими колебаниями низкой (или звуковой) частоты1.

Телефон. Телефон електромагнітного типу містить в собі постійний магніт з полюсними наконечниками з м'якої сталі, на які надіті дві котушки з обмоткою, що складається з великої кількості витків тонкого ізольованого проводу. Обмотки котушок з'єднані послідовно і їх вільні кінці виведені назовні. Вся магнітна система поміщена в круглу коробку, зроблену з металу або пластмаси, нa краї якої накладена кругла гінка бляшана пластинка, що носить назву мембрани.

Вона розташована близько до полюсним наконечникам, але не стикається з ними. Мембрана закрита круглою раковиною (Амбушуром), що служить для прикладання до вуха і має в середині отвір для проходу звуку.

Під дією тяжіння магніту мембрана завжди декілька увігнута в середині. Якщо через обмотку телефону пропустити постійний струм, то він буде створювати деякий додатковий намагнічування полюсних наконечників. При одному напрямку струму це додаткове намагнічування збільшить магнітний струм між полюсними наконечниками і середина мембрани прогнеться сильніше. При зворотному напрямку струму магнітний потік між наконечниками зменшиться, а мембрана кілька випрямиться; при цьому її середина віддалиться від наконечників.

Если через обмотки телефона пропустить переменный ток от вторичной обмотки трансформатора (фиг. 1), то мембрана телефона будет колебаться с той же частотой, с какой колеблется мембрана микрофона, т. е. будет воспроизводить такие же звуки, какие действуют на микрофон. Звуки, создаваемые мембраной телефона, значительно слабее звуков, действующих на микрофон, и слышать их можно только, приложив телефон к уху.

Величина звукового тиску, створюваного мембраною телефону, приблизно пропорційна величині змінного струму, що йде через телефон, або величині змінної напруги, яке виходить на обмотці електромагнітів телефону.

Щоб кожен з користуються телефонним зв'язком міг говорити і слухати свого співрозмовника, на кожному кінці лінії зв'язку включаються мікрофон з батареєю і трансформатором і телефон.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47631. Технология строительного производства. Учебно-методическое пособие 1.79 MB
  Ловыгин Разработали: Громов И. Учебнометодическое пособие разработано в соответствии с учебным планом подготовки студентов специальности Промышленное и гражданское строительство и требований стандарта МИ БНТУ 3. Изложены методические рекомендации по разработке всех основных частей дипломного проекта. Пособие содержит обширный справочный материал необходимый для проектирования технологии и организации производства работ при возведении зданий и сооружений.
47636. Разработка модели мультипрограммной вычислительной системы 578 KB
  Любое устройство СОО представляется в модели одноканальной СМО. Дисциплина обслуживания заявок в любой СМО предполагается простейшей бесприоритетной очередью FIFO обслуживание в порядке поступления. Одноканальная СМО характеризуется интенсивностью i входящего потока и средним временем U – обслуживания заявок. Множество m однотипных устройств СОО представляется в модели в зависимости от степени ее детализации: совокупностью одноканальных СМО S1 S2 Sm с раздельными потоками заявок интенсивностью 1 2 m; совокупностью...