LINEÁRNÍ SOUČÁSTKY ELEKTRONICKÝCH OBVODŮ - základní lineární pasivní součástky používané ve všech oborech elektroniky - rezistory, kondenzátory a cívky.
REZISTORY Rezistory jsou elektronické součástky, jejichž základní požadovanou vlastností je elektrický odpor žádané velikosti. Podle konstrukčního provedení je dělíme na dvě velké skupiny: 1. rezistory se dvěma vývody (pevné a nastavitelné), 2. rezistory s více než dvěma vývody (rezistory s odbočkami a potenciometry). Jako nastavitelné rezistory (reostaty) pracují v elektronických obvodech většinou potenciometry nebo potenciometrické trimry, které mají jeden vývod odporové dráhy buď nezapojený, nebo spojený se sběračem. Nezávisle na předcházejícím dělení můžeme z technologického hlediska rozdělit rezistory na: 1. vrstvové (odporový materiál ve formě vrstvy), 2. drátové (vinuté odporovým drátem). Pevné vrstvové rezistory Pevné vrstvové rezistory jsou tvořeny keramickým nosným tělískem, které má obvykle tvar válce. Na jeho povrchu je nanesena odporová vrstva. Podle materiálu odporové vrstvy lze rozlišit dva základní druhy vrstvových rezistorů: uhlíkové (odporovým materiálem je uhlík s vhodným plnidlem) a metalizované (odporová vrstva je vytvořena z kovových kysličníků nebo slitin). Rezistory s odporem větším než asi 4 kΩ mají délku odporové vrstvy zvětšenou probroušením drážky ve tvaru šroubovice. Její délka dovoluje při výrobě nastavit požadovaný odpor rezistoru. Vývody rezistoru jsou tvořeny pocínovanými dráty, které jsou v podélném směru přivařeny na kovové čepičky nalisované na konce keramického tělíska. Rezistory konstruované pro velké výkony mají vývody ve formě příčně uložených sponek vyrobených z kovového pocínovaného pásku. Povrch rezistorů se chrání speciálními laky nebo smalty, popřípadě zastříknutím do plastu. Pevné drátové rezistory Drátové rezistory jsou navinuty odporovým drátem na nosné tělísko tvaru válce nebo trubičky. Konce odporového drátu jsou přivařeny k vývodům, které mají podobnou konstrukci jako vývody vrstvových rezistorů. Povrch drátových rezistorů se chrání vrstvou speciálního tmelu nebo smaltu, který odolává teplotám až několik set stupňů Celsia. Některé typy drátových rezistorů pracují při teplotách svého povrchu až kolem 350 °C. Chlazení sáláním je při těchto teplotách velmi účinné, takže jejich rozměry mohou být mnohem menší než rozměry vrstvových rezistorů konstruovaných pro stejná zatíženÍ. Všechny běžné drátové rezistory mají značnou indukčnost, proto se hodí pouze pro použití v obvodech se stejnosměrným proudem, popř. proudem s velmi nízkou frekvencí (např. síťovou frekvencí 50 Hz).
1
Obr.1: Různá provedení odporů Charakteristické vlastnosti rezistorů Jmenovitý odpor rezistoru Jmenovitý odpor rezistoru je výrobcem předpokládaný odpor součástky v ohmech. Jmenovité odpory rezistorů stanoví normy v souhlase s mezinárodně normalizovanými řadami odporů součástek pro elektrotechniku. Nejpoužívanější jsou řady E6, E12 a E24. Řada E6 obsahuje v každé dekádě 6 hodnot: 1 1,5 2,2 3,3 4,7 6,8. Řada E12 má v každé dekádě 12 hodnot: 11,2 1,5 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2. Řada E24 má každou dekádu složenu z 24 hodnot: 1 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1. Jmenovitý odpor je na součástce vyznačen kódem tvořeným skupinou číslic a písmenem nebo barevnými proužky podle zákonitostí stanovených normou Běžně používané symboly: R základní jednotka ohm, K kilo (103), M mega (106), G giga (109), T tera (1012). Písmeno je umístěno na místě . desetinné čárky. Jmenovité zatížení rezistorů Jmenovité zatížení je výkon, který se smí za určitých podmínek stanovených normou přeměnit v rezistoru na teplo, aniž by teplota jeho povrchu překročila přípustnou velikost. Konkrétní teploty jsou závislé na konstrukčním provedení rezistoru. Provozní zatížení rezistorů Největší přípustné provozní zatížení rezistoru je určeno největší teplotou povrchu součástky, při které ještě nenastávají trvalé změny jejího odporu ani podstatné zkracování jejího života. Závisí na teplotě okolí, ve kterém rezistor pracuje, a na způsobu odvádění tepla z tělíska. Velikost přípustného provozního zatížení při vysších teplotách se udává v katalogu grafem.
2
Obr.2: Vysvětlivky k barevnému značení rezistorů Největší dovolené napětí Výrobce udává pro jednotlivá provedení rezistorů největší dovolené napětí měřené mezi jeho vývody. Po překročení tohoto napětí může dojít k poškození součástky. Pro miniaturní vrstvové rezistory činí nejvyšší dovolené napětí 100 V, pro metalizované rezistory 0,25 W je toto napětí 250 V, pro metalizované rezistory 0,5 W je toto napětí 350 V, pro metalizované rezistory 1 W je 500 V atd. Pro drátové rezistory je dovolené napětí podle typu 500 až 1500 V. Tímto napětím je značně omezeno dovolené provozní zatížení rezistorů s velkými odpory. Například napětí 100 V se dosáhne na rezistoru s odporem 1 MO již při výkonu 0,01 W, což je desetkrát menší výkon, než je dovolené provozní zatížení uvedeného typu rezistoru. Dalšími charakteristickými vlastnostmi rezistorů jsou: Teplotní součinitel odporu Šumové napětí REZISTORY S VÍCE NEŽ DVĚMA VÝVODY Rezistory s více než dvěma vývody pracují jako napěťové děliče. Lze je rozdělit na dvě skupiny: 1. děliče s pevným, popř. nastavitelným dělicím poměrem (rezistory s odbočkou) - obr. 3a 2. děliče s plynule proměnným dělicím poměrem (potenciometry a odporové trimry) - obr. 3b, c Dělicí poměr A lze v obou případech určit ze stejného vztahu
A=
u2 r = u1 R 3
Obr.3: Rezistory s více vývody Některé typy drátových rezistorů se vyrábějí s odbočkami. Vývod odbočky, vytvořený z kovového pásku, obepíná tělísko rezistoru a přiléhá svým kontaktem k odporovému vinutí v místě,které není pokryto ochrannou vrstvou tmelu (úzká drážka po délce tělíska). Tyto rezistory nejsou konstruovány pro mnohonásobné přesouvání polohy odbočky. Potenciometry Potenciometry jsou tvořeny odporovou dráhou a sběračem. Sběrač, který tvoří odbočku, lze plynule přesouvat podél odporové dráhy. Přesouvání sběrače otočných potenciometrů se děje otáčením osy,se kterou je sběrač spojen. Ke změně polohy sběrače posuvných potenciometrů dochází posouváním unašeče (páčka z plastu, se kterou je sběrač spojen) podél odporové dráhy v přímém směru. Tvar odporové dráhy je těmto způsobům přesouvání sběrače přizpůsoben. Kladou se tyto požadavky: plynulost průběhu odporové dráhy, stabilnost odporu, minimální šelest při regulaci, malý šum, dlouhý život. Odporové trimry Odporové (potenciometrové) trimry se vyrábějí pouze otočné. Liší se od potenciometrů konstrukčním provedením, které není určeno k mnohonásobnému přesouvání polohy sběrače. Odporová dráha je tvořena vrstvou odporového materiálu, který má stejné složení jako odporový materiál vrstvových potenciometrů. Tato vrstva je nanesena na základní destičku z tvrzeného papíru nebo keramiky. Vývody jsou uzpůsobeny pro montáž do plošných spojů.
a)
b) Obr.4: a) Potenciometry, b) Trimry
4
KONDENZÁTORY Kondenzátory jsou dvojpólové součástky konstruované takovým způsobem, aby vykazovaly kapacitu definované velikosti. Jsou tvořeny dvěma vodivými elektrodami, které jsou navzájem odděleny dielektrikem. Kondenzátory můžeme rozdělit podle použitého dielektrika na tyto hlavní skupiny: vzduchové, • s papírovým dielektrikem, • z metalizovaného papíru, • s plastovou fólií, • slídové, • keramické nebo skleněné, • elektrolytické. Podle konstrukce rozlišujeme kondenzátory pevné (s kapacitou, kterou nelze měnit), s proměnnou kapacitou (ladicí a dolaďovací). Charakteristické vlastnosti kondenzátorů Jmenovitá kapacita kondenzátoru Jmenovitá kapacita kondenzátoru je výrobcem předpokládaná kapacita vyznačená na kondenzátoru. Většina typů pevných kondenzátorů se vyrábí s kapacitou určenou řadou E6 nebo EI2, popř. E24. Tolerance jmenovité kapacity Tolerance jmenovité kapacity kondenzátoru je největší odchylka skutečné kapacity od kapacity jmenovité. Je vyjádřená v procentech jmenovité kapacity, např. 2, 5, 10%. Provedení kondenzátorů Pevné kondenzátory Kondenzátory s papírovým dielektrikem jsou tvořeny dvěma hliníkovými fóliemi oddělenými speciálním kondenzátorovým papírem, jehožpermitivita Sr = 4 až 7. Vrstvy jsou společně svinuty do balíčku takovým způsobem, aby kondenzátor měl co nejmenší indukčnost. Celek je zastřík. ;nut do plastu nebo zasunut do kovového pouzdra. Kondenzátory z metalizovaného papíru mají elektrody zhotovené z kondenzátorového papíru, který je na obou stranách pokryt hliníkovou vrstvou. Konstrukce je podobná konstrukci kondenzátorů s papírovým dielektrikem. Výhodou jsou menší rozměry i hmotnost. Kondenzátory s plastovou fólií jsou konstrukčně analogické kondenzátorům s papírovým dielektrikem. Kondenzátory slídové vynikají malými ztrátami, velkou časovou i teplotní stabilitou a úzkými tolerancemi. Kondenzátory keramické mají dielektrikum ze speciální keramiky s velkou permitivitou a malými dielektrickými ztrátami. Provedení keramických kondenzátorů je velmi různorodé. Nejčastěji jsou terčové, diskové, destičkové, ploché (polštářkové), trubičkové a průchodkové. Terčové a diskové kondenzátory jsou tvořeny kotoučem příslušného průměru a tloušťky s napařenými stříbrnými elektrodami. Vývody jsou z měděného drátu. Destičkové kondenzátory nemají vývody a pájí se přímo do desky plošných spojů. Průchodkový kondenzátor je tvořen keramickou trubičkou, kterou prochází vodič spojený s vnitřní elektrodou. Vnější elektroda je upravena pro přišroubování nebo připájení na desku plošných spojů nebo kostru zařízení. 5
Kondenzátory elektrolytické využívají jako dielektrika tenké vrstvy kysličníku velké elektrické pevnosti, která se vytváří na povrchu hliníkové nebo tantalové elektrody působením elektrického proudu, je-li elektroda obklopena vhodným elektrolytem. Kovová elektroda musí být vždy polarizována kladně a elektrolyt musí být proti ní Polarizován záporně. Při opačné polarizaci izolační oxidová vrstva nevzniká a kondenzátor se chová jako rezistor s malým odporem. Elektrolyt může být ve stavu tekutém, polosuchém nebo pevném. Tantalové kondenzátory mají v porovnání s hliníkovými kondenzátory menší rozměry, lepší časovou i teplotní stabilnost kapacity a menší ztráty při vyšších frekvencích (akustické pásmo). Vyrábějí se však pro nižší napětí než hliníkové kondenzátory (asi do 70 V). Kondenzátory s proměnnou kapacitou Kondenzátory s proměnnou kapacitou tvoří dvě funkčně rozdílné skupiny: kondenzátory ladicí (konstruované pro časté, mnohokrát opakované změny kapacity) a kondenzátory dolaďovací (trimry) určené jen k občasnému doladění obvodů.
CÍVKY Cívky jsou dvojpólové součástky konstruované takovým způsobem, aby vytvořily vlastní indukčnost L definované velikosti. Indukčnost cívek závisí na počtu závitů, jejich geometrickém uspořádání a na magnetických vlastnostech prostředí, které závity obepínají i které cívky obklopuje. Podle konstrukce je možné rozdělit cívky na dvě velké skupiny: cívky bez jádra a cívky s jádrem. Provedení cívek Cívky bez jádra Cívky bez jádra se konstruují pro indukčnosti řádově jednotek mikrohenry, výjimečně jednotek milihenry. Používají se v obvodech s frekvencí až několik set megahertzů nebo v nízkofrekvenčních obvodech v těch případech, kdy záleží na tom, aby se při změně proudu procházejícího vinutím neměnila indukčnost. Vinou se buď na izolační kostry, nebo použije-li se tlustší drát, mohou být provedeny jako samonosné (bez kostry). Vinutí je jednovrstvové nebo při větší indukčnosti několika vrstvové. Speciální skupinu cívek bez jádra tvoří tzv. plošné cívky, které jsou vytvořeny vyleptáním fólie tvořící obrazec plošných spojů do tvaru závitů. Indukčnost těchto cívek zpravidla nepřesahuje 10 uH. Používají se pro frekvence několika desítek až stovek megahertzů. Cívky s jádrem Podle druhu použitého jádra dosahuje maximální indukčnost cívek s jádrem několika desítek až stovek milihenry (cívky pro použití ve vysokofrekvenčních obvodech) nebo několika desítek henry (nízkofrekvenční tlumivky). Jádra jsou vyráběna z magneticky značně vodivých materiálů s malými hysterezními ztrátami. Elektrická vodivost jader musí naopak být co nejmenší, aby ztráty vznikající v jádře průchodem vířivých proudů byly malé. Vysokofrekvenční cívky s jádry Nízkofrekvenční tlumivky
6
