Электронные схемы

ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ, графические изображения и элементы многочисленных и разнообразных  приборов и устройств электроники, автоматики, радио- и вычислительной техники.  Электронная схема состоит из электронных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, индуктивности, диоды и транзисторы, соединённых между собой.

Некоторые элементы электронных схем

1— транзистор  структуры р- n-р в корпусе, общее обозначение;

2— транзистор  структуры n-р-n в корпусе, общее обозначение,

3 — транзистор  полевой с p-n-переходом и п каналом,

4 — транзистор  полевой с p-n-переходом и р каналом,

5 — диристор,

6 — фотодиод,

7 — диод выпрямительный,

8 — стабилитрон  (диод лавинный выпрямительный) односторонний, 

9 — светодиод, 

10 — туннельный  диод;

11 — стабилитрон  (диодолавинный выпрямительный) с двусторонней проводимостью,

12 — тиристор  триодный.

13 — фоторезистор,

14 — переменный  резистор, реостат, общее обозначение, 

15 — переменный  резистор,

16 — катушка индуктивности,

17 — конденсатор постоянной емкости, общее обозначение,

18 — конденсатор постоянной емкости поляризованный;

19 — конденсатор переменной емкости (стрелка обозначает ротор);

20 — резистор постоянный, общее обозначение;

21 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 05 Вт;

22 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 125 Вт,

23 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 25 Вт,

24 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 5 Вт,

25 — резистор постоянный с номинальной мощностью 1 Вт,

26 — резистор постоянный с номинальной мощностью рассеяния 2 Вт,

27 — резистор постоянный с номинальной мощностью рассеяния 5 Вт;

 28 — трансформатор без сердечника (магнитопровода) с постоянной связью (точками обозначены начала обмоток);

 29 — трансформатор с магнитодиэлектрическим сердечником;  

Резистор — самый используемый элементом в радиотехнических устройствах, пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току. Основная характеристика резистора - сопротивление, измеряется в омах. Выпускается два вида резисторов: стабильные и общего назначения. Производство стабильных резисторов дорого и поэтому они используются в дорогой высокоточной аппаратуре. У резисторов общего назначения сопротивление может изменяться в пределах 10% (зависит от ТКС). У обычных резисторов ТКС (Температурный Коэффициент Сопротивления) положителен, то есть с увеличением температуры увеличивается сопротивление. Только у одного простого элемента он отрицателен: у углерода.

Одной из основных характеристик является рассеиваемая мощность. Рассеваемая мощность это мощность, которую резистор может рассеять без повреждения. Измеряется в ваттах.

P_рас=UI=I²R

Выделяются следующие  функциональные виды резисторов:

Постоянные резисторы - резисторы, обладающие неизменным сопротивлением (в границах погрешности).

Переменные и подстроечные резисторы (реостаты) - резисторы сопротивление которых изменяется механически, посредством рукоятки или другого органа управления (переменные), либо посредством вставляемого в шлиц инструмента.

Варисторы - резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения. Терморезисторы и термисторы - резисторы, у которых используется зависимость сопротивления от температуры, с положительным (терморезисторы) или отрицательным (термисторы) ТКС. Фоторезисторы - резисторы, обладающие зависимостью сопротивления от освещения.  

Как правило, резисторы  имеют два вывода, однако переменные и подстроечные резисторы имеют тоже отвод от бегунка регулятора а также могут иметь серию отводов из средней части.

Соединения транзисторов:

1. Последовательное соединение транзисторов

При последовательном соединении резисторов их сопротивления  складываются:

R=R₁+R₂+R₃+…

2. Параллельное  соединение транзисторов

При параллельном соединении резисторов складываются величины, обратно  пропорциональные сопротивлению:

 

Конденсатор— двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить  ток в момент включения его  в цепь (происходит заряд или перезаряд  конденсатора), по окончании переходного  процесса ток через конденсатор  не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания  переменного тока посредством циклической  перезарядки конденсатора, замыкаясь  так называемым током смещения.

Реактивное сопротивление конденсатора равно:

, где ω —  частота протекающего синусоидального тока,  С— ёмкость конденсатора.

Основной характеристикой  конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. Энергия заряженного конденсатора:

, где U - напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических  пластин площадью S каждая, расположенных на расстоянии d  друг от друга, в системе СИ выражается формулой:

, где ε  — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (в вакууме равна единице), ε₀ — электрическая постоянная, численно равная 8,854187817… * 10^-12 Ф/м (эта формула справедлива только когда d много меньше линейных размеров пластин). Емкость измеряется в Фарадах.

Для получения больших  ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая  ёмкость батареи параллельно  соединённых конденсаторов равна  сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

C=C₁+C₂+C₃+…

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как  от источника питания они поступают  только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счёт разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна:

Катушка индуктивности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении.

Катушка индуктивности  в электрической цепи хорошо проводит постоянный ток и в то же время  оказывает сопротивление переменному  току, поскольку при изменении  тока в катушке возникает ЭДС  самоиндукции, препятствующая этому  изменению.

Катушка индуктивности  обладает реактивным сопротивлением величина которого равна:

, где L— индуктивность катушки, ω — циклическая частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.

При протекании тока катушка запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока I. Величина этой энергии равна

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, которая определяет, какой поток магнитного поля создаст  катушка при протекании через  неё тока силой 1 ампер.

Индуктивность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность краем которой является этот контур.

где Ф магнитный поток, I - ток в контуре, L - индуктивность.

При заданной силе тока индуктивность определяет энергию  магнитного поля тока

Индуктивность катушки  пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости  сердечника и квадрату числа витков намотки. Индуктивность катушки, намотанной на сердечник

, где μ₀ — магнитная постоянная, μ_r — относительная магнитная проницаемость материала сердечника (зависит от частоты), s_e — площадь сечения сердечника, l_e — длина средней линии сердечника, N — число витков.

При последовательном соединении катушек общая индуктивность  равна сумме индуктивностей всех соединённых катушек.

При параллельном соединении катушек общая индуктивность  равна

Диод — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.

В настоящее время  чаще всего используются полупроводниковые диоды.

Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом.

Некоторые типы диодов:

Стабилитрон - полупроводниковый диод, предназначенный для поддержания напряжения источника питания на заданном уровне.

Туннельные диоды. Диоды, существенно использующие квантовомеханические эффекты. Имеют область т. н. «отрицательного сопротивления» на вольт-амперной характеристике. Применяются как усилители, генераторы и пр.

Светодиод  - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом или контактом металл-полупроводник, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока.

Фотодиоды. Запертый фотодиод открывается под действием света.

Транзистор — электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

По структуре транзисторы делятся на полярные и полевые.

1. Биполярные транзисторы называются активные полупроводниковые элементы с 2мя p-n переходами и тремя электродами (внешними выводами).

В зависимости от типа электропроводимости слоев  биполярные транзисторы имеют n-p-n или

p-n-p тип структуры.

2. Полевые транзисторы  называют полупроводниковые приборы  в основе работы которых используются подвижные носители зарядов лишь одного типа.

Канал p-типа

Канал n-типа

Трансформатор — электрический аппарат, имеющий две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции (явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него) одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Некоторые виды трансформаторов:

1. Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.
2. Автотрансформатор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения.
3. Трансформатор тока — трансформатор, питающийся от источника тока.
4. Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения.