Приложения
Приложение 1
Техника безопасности при работе с радиоэлектронными устройствами и бытовой электротехникой
Требования по технике безопасности
Монтировать, обслуживать и эксплуатировать устройства, рассмотренные в этой книге и рекомендуемые к повторению, может только ответственный и квалифицированный радиолюбитель. К квалифицированному радиолюбителю могут быть отнесены лица, ознакомленные со всеми предупреждениями и замечаниями по безопасности, а также эксплуатационными и монтажными процедурами, изложенными в соответствующих инструкциях по охране труда и наставлениях (руководствах) по электробезопасности. К квалифицированным радиолюбителям относятся:
□ лица, прошедшие обучение и получившие полномочия на монтаж, обслуживание и эксплуатацию электро- и радиооборудования с учетом требований правил техники безопасности (ТБ);
□ лица, прошедшие обучение и способные использовать все необходимые защитные средства;
□ лица, прошедшие обучение и способные оказать пострадавшим от электрического тока первую (доврачебную) медицинскую помощь.
Надежная и безопасная работа рекомендуемых в книге устройств зависит от исправности радиокомпонентов, грамотной сборки, соблюдения правил выполнения монтажа (особенно в устройствах, где применяются полевые транзисторы с управляющим напряжением) и своевременного технического обслуживания (регламента) электронных устройств и систем.
Меры безопасности
Чтобы рекомендованные в книге устройства долго вам служили, необходимо соблюдать указания по технике безопасности.
Во избежание опасности возгорания и поражения электрическим током перед первым включением электрических устройств, питающихся от напряжения 220 В осветительной сети, а также после замены деталей, необходимо при отключенном напряжении внимательно осмотреть монтажную плату с элементами, проверить правильность соединений (в соответствии с электрической схемой).
Подавать питание можно только после того, как вы удостоверитесь в правильности монтажа. Все устройства и узлы, рекомендованные читателям в этой книге, проверены автором на полное соответствие стандартам безопасности.
Автор не несет ответственности за повреждения устройств и травмы, полученные вследствие неправильной эксплуатации рекомендованных конструкций.
Электрические свойства тела человека
Электропроводность — один из параметров, характеризующих жизненную деятельность живого существа. С возникновением живого организма любого вида начинаются биоэлектрические явления, которые прекращаются только после гибели живого существа. Человек не является исключением.
Тело человека представляет собой по своим электрофизическим свойствам соленый раствор (раствор электролита). Разные ткани тела человека характеризуются разной концентрацией раствора электролита и разным его составом, вследствие чего различаются по своим диэлектрическим свойствам (табл. П1.1).
Как любой проводник, тело человека можно охарактеризовать его электрической емкостью. Приближенно емкость любого проводника может быть рассчитана как емкость шара, имеющего такую же площадь поверхности.
Поскольку внутриклеточная жидкость содержит ионы и хорошо проводит электрический ток, то внутренние ткани тела человека обладают довольно низким сопротивлением. В целом же сравнительно высокое сопротивление тела человека электрическому току определяется в основном сопротивлением поверхностных слоев кожи (эпидермиса). Проводимость кожи в значительной степени зависит от ее состояния и осуществляется через потовые и сальные железы. Внутри тела человека ток разветвляется и проходит преимущественно вдоль протоков тканевых жидкостей (кровеносных сосудов, нервных стволов, лимфатических узлов).
Общее сопротивление тела человека постоянному току (от конца одной руки до конца другой) при сухой неповрежденной коже рук составляет 104…106 Ом и меньше.
По отношению к переменному току человеческое тело можно рассматривать как параллельно соединенные резистор и конденсатор. Постоянный ток идет только через резистор, и если активное сопротивление тела большое, то сила тока будет невелика. Переменный ток идет и через резистор, и через конденсатор. Так как резистор и конденсатор включены параллельно, их полное сопротивление меньше чисто активного сопротивления и сила тока при данном напряжении должна быть больше, чем в случае постоянного тока.
Сопротивление человеческого тела току различно для разных индивидуумов. Оно также зависит от состояния здоровья человека. Наличие алкоголя в крови заметно уменьшает сопротивление человеческого тела.
Встречаются люди с уникальными электрическими характеристиками.
Особенности поражения электрическим током
Поражение электрическим током опасно для здоровья и даже для жизни человека. Тяжесть поражения зависит от силы тока, продолжительности его действия и от того, по какому пути протекает ток в теле человека. Особенно чувствительны к действию тока мозг и сердце, т. к. возможны нарушения их деятельности. Интересно свойство слюны человека проводить электрический ток. Изготовленные из разных металлов коронки зубов человека могут сыграть роль электродов гальванического элемента, слюна — роль электролита. Такой необычный источник тока может питать микроприемник радиоволн, вмонтированный, например, в дупло зуба. Преимущество такого устройства в том, что оно всегда будет с вами.
Большинство людей реагируют на силу тока 10-30А. Сила тока в несколько миллиампер вызывает болевые ощущения, но не опасна для здоровья. При силе тока больше 10 мА происходит резкое сокращение мышц, и человек может оказаться не в состоянии освободиться от источника тока (например, неисправного прибора или провода). В этом случае возможна остановка дыхания; сделанное своевременно искусственное дыхание может вернуть человека к жизни.
Если ток свыше 70 мА проходит в области сердца, сердечная мышца начинает беспорядочно сокращаться, нарушается нормальное кровообращение.
Это явление называется фибрилляцией сердца; вовремя не прекращенная фибрилляция приводит к смерти. Начавшуюся фибрилляцию очень трудно остановить. Однако иногда значительно большая сила тока (порядка 1 А) к смертельному исходу не приводит. (По-видимому, при поражении сильным током происходит полная остановка сердца; после прекращения действия тока нормальная деятельность сердца возобновляется.) При еще большей силе тока (100 мА и более) происходит паралич органов дыхания и наступает мгновенная смерть. Нарушение электропроводимости центральной нервной системы, управляющей основными, жизненно необходимыми функциями человека, происходящее при этом, объясняется следующим образом. При очень низкой энергии связи между электроном и ядром в сложных полимерных органических молекулах ток порядка 10-6А, проходящий через тело человека при электротравме, выделяет энергию, на несколько порядков превышающую ту, что необходима для разрушения межмолекулярных связей.
Все рассмотренные ранее случаи протекания тока через тело человека осуществлялись по пути рука-рука или нога-рука. Это очень важно, т. к. любой другой путь для тока чреват более страшными исходами даже при более низких токах и напряжениях. Сейчас уже не подлежит сомнению существование на теле человека областей, наиболее уязвимых к току. К ним относятся тыльная сторона кисти, шея, висок, плечо, спина. При прохождении тока через эти участки тела человека смерть наступает от нарушения мозгового кровообращения.
Одной из самых опасных разновидностей электротравм является поражение так называемым шаговым напряжением, которое возникает в зоне оборвавшегося провода линий электропередач высокого напряжения, и может действовать на расстояниях сотен метров от упавшего провода на землю. Шаговое напряжение относительно Земли составляет 50 кВ и более.
Считается, что электротравмы со смертельным исходом составляют 10–15 % от общего количества травм с тяжким исходом. В мире общее количество погибших от электрического тока в год в среднем оценивается в 22…25 тыс. человек. Это число, конечно, существенно меньше числа людей, погибающих в автокатострофах за то же время. Но все же оно велико, и, чтобы предохраниться от поражения электрическим током, надо знать, какую опасность он представляет, а также выполнять в общем-то несложные правила безопасности. Сегодня электричество стало самостоятельной отраслью естественнонаучных знаний. Оно еще уготовит людям немало неожиданностей. Некоторые «сюрпризы» науки люди уже не могут предугадать. И контуры будущего, вырисовывающиеся уже сегодня, грандиозны.
Требования по технике безопасности
Монтировать, обслуживать и эксплуатировать устройства, рассмотренные в этой книге и рекомендуемые к повторению, может только ответственный и квалифицированный радиолюбитель. К квалифицированному радиолюбителю могут быть отнесены лица, ознакомленные со всеми предупреждениями и замечаниями по безопасности, а также эксплуатационными и монтажными процедурами, изложенными в соответствующих инструкциях по охране труда и наставлениях (руководствах) по электробезопасности. К квалифицированным радиолюбителям относятся:
□ лица, прошедшие обучение и получившие полномочия на монтаж, обслуживание и эксплуатацию электро- и радиооборудования с учетом требований правил техники безопасности (ТБ);
□ лица, прошедшие обучение и способные использовать все необходимые защитные средства;
□ лица, прошедшие обучение и способные оказать пострадавшим от электрического тока первую (доврачебную) медицинскую помощь.
Надежная и безопасная работа рекомендуемых в книге устройств зависит от исправности радиокомпонентов, грамотной сборки, соблюдения правил выполнения монтажа (особенно в устройствах, где применяются полевые транзисторы с управляющим напряжением) и своевременного технического обслуживания (регламента) электронных устройств и систем.
Меры безопасности
Чтобы рекомендованные в книге устройства долго вам служили, необходимо соблюдать указания по технике безопасности.
Во избежание опасности возгорания и поражения электрическим током перед первым включением электрических устройств, питающихся от напряжения 220 В осветительной сети, а также после замены деталей, необходимо при отключенном напряжении внимательно осмотреть монтажную плату с элементами, проверить правильность соединений (в соответствии с электрической схемой).
Подавать питание можно только после того, как вы удостоверитесь в правильности монтажа. Все устройства и узлы, рекомендованные читателям в этой книге, проверены автором на полное соответствие стандартам безопасности.
Автор не несет ответственности за повреждения устройств и травмы, полученные вследствие неправильной эксплуатации рекомендованных конструкций.
Электрические свойства тела человека
Электропроводность — один из параметров, характеризующих жизненную деятельность живого существа. С возникновением живого организма любого вида начинаются биоэлектрические явления, которые прекращаются только после гибели живого существа. Человек не является исключением.
Тело человека представляет собой по своим электрофизическим свойствам соленый раствор (раствор электролита). Разные ткани тела человека характеризуются разной концентрацией раствора электролита и разным его составом, вследствие чего различаются по своим диэлектрическим свойствам (табл. П1.1).
Как любой проводник, тело человека можно охарактеризовать его электрической емкостью. Приближенно емкость любого проводника может быть рассчитана как емкость шара, имеющего такую же площадь поверхности.
Поскольку внутриклеточная жидкость содержит ионы и хорошо проводит электрический ток, то внутренние ткани тела человека обладают довольно низким сопротивлением. В целом же сравнительно высокое сопротивление тела человека электрическому току определяется в основном сопротивлением поверхностных слоев кожи (эпидермиса). Проводимость кожи в значительной степени зависит от ее состояния и осуществляется через потовые и сальные железы. Внутри тела человека ток разветвляется и проходит преимущественно вдоль протоков тканевых жидкостей (кровеносных сосудов, нервных стволов, лимфатических узлов).
Общее сопротивление тела человека постоянному току (от конца одной руки до конца другой) при сухой неповрежденной коже рук составляет 104…106 Ом и меньше.
По отношению к переменному току человеческое тело можно рассматривать как параллельно соединенные резистор и конденсатор. Постоянный ток идет только через резистор, и если активное сопротивление тела большое, то сила тока будет невелика. Переменный ток идет и через резистор, и через конденсатор. Так как резистор и конденсатор включены параллельно, их полное сопротивление меньше чисто активного сопротивления и сила тока при данном напряжении должна быть больше, чем в случае постоянного тока.
Сопротивление человеческого тела току различно для разных индивидуумов. Оно также зависит от состояния здоровья человека. Наличие алкоголя в крови заметно уменьшает сопротивление человеческого тела.
Встречаются люди с уникальными электрическими характеристиками.
Особенности поражения электрическим током
Поражение электрическим током опасно для здоровья и даже для жизни человека. Тяжесть поражения зависит от силы тока, продолжительности его действия и от того, по какому пути протекает ток в теле человека. Особенно чувствительны к действию тока мозг и сердце, т. к. возможны нарушения их деятельности. Интересно свойство слюны человека проводить электрический ток. Изготовленные из разных металлов коронки зубов человека могут сыграть роль электродов гальванического элемента, слюна — роль электролита. Такой необычный источник тока может питать микроприемник радиоволн, вмонтированный, например, в дупло зуба. Преимущество такого устройства в том, что оно всегда будет с вами.
Большинство людей реагируют на силу тока 10-30А. Сила тока в несколько миллиампер вызывает болевые ощущения, но не опасна для здоровья. При силе тока больше 10 мА происходит резкое сокращение мышц, и человек может оказаться не в состоянии освободиться от источника тока (например, неисправного прибора или провода). В этом случае возможна остановка дыхания; сделанное своевременно искусственное дыхание может вернуть человека к жизни.
Если ток свыше 70 мА проходит в области сердца, сердечная мышца начинает беспорядочно сокращаться, нарушается нормальное кровообращение.
Это явление называется фибрилляцией сердца; вовремя не прекращенная фибрилляция приводит к смерти. Начавшуюся фибрилляцию очень трудно остановить. Однако иногда значительно большая сила тока (порядка 1 А) к смертельному исходу не приводит. (По-видимому, при поражении сильным током происходит полная остановка сердца; после прекращения действия тока нормальная деятельность сердца возобновляется.) При еще большей силе тока (100 мА и более) происходит паралич органов дыхания и наступает мгновенная смерть. Нарушение электропроводимости центральной нервной системы, управляющей основными, жизненно необходимыми функциями человека, происходящее при этом, объясняется следующим образом. При очень низкой энергии связи между электроном и ядром в сложных полимерных органических молекулах ток порядка 10-6А, проходящий через тело человека при электротравме, выделяет энергию, на несколько порядков превышающую ту, что необходима для разрушения межмолекулярных связей.
Все рассмотренные ранее случаи протекания тока через тело человека осуществлялись по пути рука-рука или нога-рука. Это очень важно, т. к. любой другой путь для тока чреват более страшными исходами даже при более низких токах и напряжениях. Сейчас уже не подлежит сомнению существование на теле человека областей, наиболее уязвимых к току. К ним относятся тыльная сторона кисти, шея, висок, плечо, спина. При прохождении тока через эти участки тела человека смерть наступает от нарушения мозгового кровообращения.
Одной из самых опасных разновидностей электротравм является поражение так называемым шаговым напряжением, которое возникает в зоне оборвавшегося провода линий электропередач высокого напряжения, и может действовать на расстояниях сотен метров от упавшего провода на землю. Шаговое напряжение относительно Земли составляет 50 кВ и более.
Считается, что электротравмы со смертельным исходом составляют 10–15 % от общего количества травм с тяжким исходом. В мире общее количество погибших от электрического тока в год в среднем оценивается в 22…25 тыс. человек. Это число, конечно, существенно меньше числа людей, погибающих в автокатострофах за то же время. Но все же оно велико, и, чтобы предохраниться от поражения электрическим током, надо знать, какую опасность он представляет, а также выполнять в общем-то несложные правила безопасности. Сегодня электричество стало самостоятельной отраслью естественнонаучных знаний. Оно еще уготовит людям немало неожиданностей. Некоторые «сюрпризы» науки люди уже не могут предугадать. И контуры будущего, вырисовывающиеся уже сегодня, грандиозны.
Приложение 2
Выбор пассивных элементов для электронного устройства
Практикующий радиолюбитель и специалист по ремонту радиотехники постоянно пользуются справочниками, в которых отражены электрические параметры (характеристики) различных радиоэлементов. Для того чтобы найти вариант для замены вышедшей из строя радиодетали (если недостаточно опыта), порой требуется изучить не один том справочных изданий. Учитывая тот факт, что ни один справочник по радиоэлементам до сих пор (по разным вполне объективным причинам) не может претендовать на полноту и актуальность (свежесть) информации, радиолюбитель должен иметь вблизи своей лаборатории, по меньшей мере, несколько справочных изданий. Отрицательные стороны современных справочников знают, наверное, все — это дороговизна, насыщенность информацией «от А до Я» или, наоборот, однобокая ее подача, в то время, как радиолюбителю часто требуются данные только по узкому спектру радиоэлектронных приборов, наиболее популярных или недорогих. Для этого многие радиолюбители еще с давних времен собирают радиотехнические журналы и аккуратно хранят подшивки справочной информации, опубликованной в них, создавая тем самым собственные «залежи» и «клады» полезной информации.
Обзор призван помочь увлеченным радиолюбителям собрать свои справочники, проверенные опытом как последнего, так и нескольких ранних поколений «стариков-радиолюбителей».
Если проанализировать длительную работу любых аудио- и видеоусилителей, собранных на дискретных компонентах или с применением таковых, окажется, что шумовые помехообразующие свойства данных усилителей (без исключения, самодельного и промышленного производства) в разной степени неудовлетворительны для требовательного слуха меломана или просто внимательного слушателя, привыкшего к комфорту.
Одним из основных требований, предъявляемым к усилителям, является минимальный шум на выходе. В паспортных данных промышленно изготовленного усилителя, как правило, поставленного на конвейерную сборку, присутствует такой параметр, как отношение сигнал/шум. Чем ниже этот показатель, тем качественнее усилитель. Наверное, радиолюбители замечали, что сразу после приобретения нового усилителя среднего класса А или В, его шумовые характеристики практически удовлетворительны, т. е. в динамических головках трудно зафиксировать на слух шум самого усилителя.
В процессе эксплуатации этот параметр постепенно ухудшается и вот уже на полной громкости усилителя слышен то ли «шум камыша», то ли иной постоянный шорох.
Как правило, бывший в ремонте усилитель имеет худшие качественные параметры, относительно нового. Объяснений тому может быть несколько — от установки в виде замены тех элементов, что есть в наличии, а не тех, которые необходимы по заданным параметрам (это касается всех радиоэлементов) и целым комплексом других причин. После повторной пайки усилители (как показывает практика) начинают больше шуметь даже с установленными высококачественными элементами. Основное усиление в усилителях прямого преобразования осуществляется на низких частотах. Поэтому особо важно при сборке усилителя применять те компоненты, которые впоследствии дадут меньше шумовых эффектов.
2.1. Радиоэлементы как источники шумов
По источнику возникновения шумы усилителей можно разделить на внешние и внутренние. С помехами и наводками, вызванными внешними причинами, можно успешно бороться известными способами — с помощью оптимального расположения элементов, экранирования корпуса устройства, фильтрами и фильтрующими оксидными конденсаторами по питанию. От внутренних шумов, возникающих в процессе усиления сигнала, избавиться не просто. Внутренние шумы усилителя зависят от схемотехники усилителя (совместимости транзисторов и целых каскадов), и возникают при прохождении тока через пассивные (резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы) и активные (транзисторы) элементы схемы.
При разработке или повторении высококачественного усилителя звуковой частоты, кроме оптимального выбора вида схемы, важно правильно подобрать элементную базу и оптимизировать режим работы каскадов усилителя.
В каждом усилителе источником внутренних шумов являются тепловые и токовые шумы постоянных и переменных резисторов, фликкер-шумы конденсаторов, диодов и стабилитронов, флуктуационные шумы активных элементов, вибрационные и контактные шумы.
Контактные шумы возникают при некачественной пайке (произведенной с нарушением температурного режима) в местах соединения разъемов и отслоений контактных площадок печатного монтажа. Количество всевозможных разъемов в усилительной аппаратуре должно быть сведено к минимуму. Вибрационные шумы — это разновидность контактных шумов. Они могут проявляться при эксплуатации усилителя на подвижных объектах, с вибрацией почвы (основания), в автомобиле и при неоправданно близком расположении мощных динамических головок к конструкции усилителя. Такие шумы возникают из-за передачи механических колебаний на обкладки конденсаторов, на которые воздействует приложенное напряжение. Особенно подвержены данному недостатку керамические конденсаторы (К10, К15 и др.) с емкостью более 0,01 мкФ, установленные во входных цепях усилителя и выполняющие роль разделительных. Спектр помехи находится в диапазоне низких частот. Для борьбы с этим явлением желательно применять амортизацию всей конструкции. В оксидных конденсаторах такие помехи не возникают. Например, звуковой эффект эхо-сигнала — когда в динамических головках (учитывая стереоэффект) отчетливо слышно повторение сигнала. Для некоторых меломанов такой эффект даже приятен и необычен, но по сути это является недостатком усилителя, хотя бы потому, что его невозможно выключить (устранить).
При прямом прохождении тока собственные шумы диодов минимальны. Небольшой уровень шумов все же имеет место быть — при действии обратного напряжения образуется ток утечки, и чем он меньше, тем меньше шумовые свойства прибора. Стабилитроны и стабисторы дают больший шумовой эффект (с помощью таких полупроводников даже строят устройства со специальными эффектами — имитаторами шума прибоя, генераторы «белого» и «розового» шума). Чем большее сопротивление имеет ограничительный резистор в цепи стабилитрона (работа на малых токах), тем больше вероятность проявления внутренних шумов стабилитрона.
Рассмотрим шумы, возникающие от пассивных элементов: резисторов и конденсаторов.
2.1.1. Шумы резисторов
Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов. Тепловые шумы вызваны движением электронов в токопроводящем слое, из которого частично состоит резистор. Такие шумы увеличиваются с увеличением температуры нагрева резистора, и даже температуры окружающей среды. Если на резистор не действует напряжение, то ЭДС его шумов (единицы микровольт) определяется соотношением:
Еш = 0,0125 × (f1 — f2) × R,
где f1 — f2 —полоса частот в килогерцах. R — сопротивление в килоомах.
При протекании через резистор тока возникают токовые шумы. Шумовое напряжение появляется из-за эффекта флуктуации контактных сопротивлений между проводниками, оно линейно зависит от приложенного напряжения. Шумовые свойства резисторов характеризуются отношением действующего значения переменной составляющей напряжения шумов (мкВ) к приложенному напряжению (В):
Eш/U.
Частотный спектр тепловых и токовых шумов непрерывный, но есть и различия. У теплового шума он равномерно распределен по всей полосе частот, а у токового шума спадает с примерно 10 МГц. Общая величина шума пропорциональна квадратному корню сопротивления, поэтому у резисторов с низким сопротивлением шумовые качества лучше (менее значимы).
Кроме того, определяющее значение имеет материал, из которого изготовлены резисторы.
Есть несколько способов борьбы с шумами резисторов. Применение тех типов резисторов, в которых за счет технологии изготовления шумовые свойства менее значимы. У непроволочных резисторов токовые шумы значительно больше тепловых. Общий уровень шума для разных типов резисторов находится в диапазоне 0,1…100 мкВ/В. Подстроечные и переменные резисторы шумят больше постоянных, поэтому их лучше применять с небольшими номиналами или стремиться вообще исключить. Тепловые шумы можно значительно сократить, если применять резистор большей мощности рассеяния, чем это технологически требуется. Тот же эффект достигается принудительным охлаждением резисторов, например, с помощью установленного непосредственно рядом с элементами вентилятора, или помещением всей монтажной платы в холодильник. Параллельное или последовательное включение резисторов для этой цели дает ощутимо меньший эффект, т. к. возрастает количество контактных соединений, что приводит к увеличению влияния контактных шумов.
Для сравнения шумовых свойств некоторых популярных резисторов обратимся к табл. П2.1.
Из табл. П2.1 видно, что наиболее эффективно использовать в высококачественном малошумящем усилителе звуковой частоты резисторы типов С2-26, С2-29В, С2-33 и резисторы в чип исполнении (т. е. бескорпусные) С1-4. Как наиболее шумовые из популярных резисторов, кроме переменных и подстроечных, показали себя популярные и распространенные типы МЛТ, ОМЛТ.
Резисторы, применяемые в колебательных контурах, усилителях высокой частоты, должны обладать только активным сопротивлением, т. е. не изменять свое сопротивление в рабочем диапазоне частот. Пограничная частота, на которой будет эффективно работать резистор, зависит от его сопротивления и собственной емкости и определяется соотношением:
Fгр = 1|4πRC.
Собственные емкости резисторов С2-6, С2-13, С2-14, С2-23, С2-33, ОМЛТ находятся в интервале 0,1…1,1 пФ. Постоянные резисторы имеют допуск отклонения сопротивления от номинальной величины. Здесь важно понимать, что чем больше допустимый разброс в отклонении от номинального сопротивления резистора, тем менее стабильной может оказаться его работа. В усилителях желательно применить постоянные резисторы с допуском отклонения 0,001…2 % марки С2-23. Допуск в отечественных резисторах обозначается третьим или четвертым элементом в маркировке.
В табл. П2.2 приводятся обозначения допусков постоянных резисторов отечественного производства.
Величина допуска может быть нанесена и под номиналом, во второй строке.
Что касается резисторов, на которых маркировка читается в виде цветных полос, то для нашего случая это еще проще — постоянные резисторы с малой величиной допуска (0,1…10 %) маркируются пятью цветовыми кольцами на корпусе прибора. При этом первые три — численная величина сопротивления в омах, четвертое кольцо — множитель, а пятое — допуск. Для нашего варианта пятая полоса должна иметь цвет: золотистый (±5 %), коричневый (±1 %), красный (±2 %), зеленый (+0,5 %), голубой (+0,25 %), фиолетовый (+0,1 %). Резисторы с более широким допуском маркируются четырьмя полосами.
Маркировочные знаки на резисторах сдвинуты к одному из выводов и читаются слева направо. Если размеры резистора не позволяют разместить маркировку ближе к одному из выводов, ширина полосы первого знака делается несколько больше других.
Современные резисторы маркируются по ОСТ 11.074.009-98.
2.1.2. Маркировка резисторов
Первый элемент — буква или сочетание букв, обозначающих подкласс резисторов (в этом материале рассмотрим только резисторы, имеющие значения для усилительной и высококачественной техники): Р — резисторы постоянные, РП — переменные.
Второй элемент — группа по материалу изготовления: 1 — непроволочные, 2 — проволочные или металлофольговые.
Третий элемент — цифра, обозначающая регистрационный номер разработки. Между вторым и третьим элементом ставится дефис, например, Р1-4. Кроме того, четвертым обозначением (не всегда) ставится климатическое исполнение, что важно для высококачественных усилителей. В — всеклиматическое, Т — тропическое исполнение. Совершенно естественно, что в относительно жарком климате надежней резистор исполнения «Т».
По классификации до 1980 г. обозначение отечественных постоянных резисторов начиналось с буквы «С» — сопротивления (СП — переменные резисторы). Вторая цифра указывает на особенности токонесущей части: 1 — непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые, 2 — непроволочные тонкослойные металлодиэлектрические или металлоокисные, 3 — непроволочные композиционные пленочные, 4 — непроволочные композиционные объемные, 5 — проволочные, 6 — непроволочные тонкослойные металлизированные.
Единая структура условных обозначений всех резисторов, выпускаемых за рубежом, отсутствует. Поэтому каждая уважающая себя фирма обозначает резисторы по своему стандарту. Чтобы перечислить все возможные обозначения (особо важен материал резистора и технология изготовления), потребовалось бы опубликовать несколько книг.
То же справедливо относительно цветовой маркировки зарубежных резисторов. Поэтому в данной книге отмечу лишь один зарубежный стандарт обозначения (MIL).
Первый элемент обозначает серию резистора. Второй, третий, четвертый и пятый элементы — цифровой код, номинальное сопротивление. Эти данные сведены в табл. П2.3.
Шестой элемент — буквенный код, которым обозначается уровень надежности резисторов в течение 1000 час. Для пояснения этого параметра обратите внимание на табл. П2.4.
В последнее время пользуются популярностью металлопленочные резисторы MF. Материал основы — особо чистая керамика, резистивный слой — осажденный сплав Ni-Cr. Выводы таких резисторов из луженой меди. Температурный диапазон —55…+155 °C. Температурный коэффициент сопротивления ±15…±50 ppm/°C. Выпускаются с мощностью рассеяния 0,125…3 Вт. Особо малогабаритные варианты данного типа постоянных резисторов маркируются MF-S. Точность сопротивления (допуск отклонения) в пределах 0,1…5 %, что позволяет использовать их в высококачественных усилителях. Точность сопротивления и другие электрические параметры маркируются цветовыми полосами так, как рассмотрено ранее.
Еще один вариант подходящих постоянных резисторов для высококачественных усилителей звуковой частоты — металлооксидные резисторы MO. Основа та же. Резистивный слой — металлооксидная пленка дает название самому типу данных резисторов. Кроме отличий по электрическим характеристикам данный тип резисторов имеет огнеупорное покрытие, что позволяет строить на их основе устройства, работающие с высоким уровнем температуры воздуха, например, пожарной сигнализации. Малогабаритные варианты маркируются MO-S. Мощность рассеяния до 5 Вт при температуре +70 °C. Температурный коэффициент сопротивления чуть хуже: ±200 ppm/°C. Точность сопротивления (допуск) также уступают постоянным резисторам серии MF — только ±5 %. Температурный диапазон -55…+200 °C.
Постоянные резисторы серий KNP (проволочные резисторы), а также SQP и PRW (мощные проволочные резисторы с высокой перегрузочной способностью, закатанные в литой цементный корпус) для работы в высококачественном усилителе нежелательны из-за комплекса причин, одной из которых является чрезмерно нестабильный (для усилителей класса А) их температурный коэффициент сопротивления ±300 ppm/°C.
Проволочные резисторы
Кроме постоянных и переменных резисторов (наиболее популярных в практике радиолюбителя) существует отдельный подвид резисторов — проволочные. В табл. П2.5 представлены сведения, касающиеся материалов для изготовления проволочных резисторов.
Примечание.
Используя справочные данные, приведенные в табл. П2.5, можно самостоятельно изготовить проволочный резистор из соответствующего материала.
2.1.3. Шумы конденсаторов
Для переменного тока конденсатор представляет собой сопротивление, величина которого уменьшается с ростом частоты. В конденсаторах источником фликкер-шумов является ток утечки. Наибольший ток утечки у оксидных конденсаторов большой емкости. Замечено, что утечка увеличивается с увеличением емкости и снижается с увеличением допустимого рабочего напряжения Uраб.
Оксидные конденсаторы, установленные на входе и выходе усилителя в качестве разделительных (не пропускают постоянную составляющую напряжения и уменьшают влияние нагрузки или выходных каскадов предварительного усилителя на работу основного усилителя), существенно увеличивают внутренние шумы усилителя. Поэтому желательно вместо них применять пленочные конденсаторы (например, К10-17, К10-28, К10-23, КТ4-23, К73-3, К73-9, К73-17, К76-3, К10У-5, КД-1, К76-П2, КМ-5, КМ-6, из импортных — KWC), хотя это, во-первых, приведет к существенному увеличению размеров конструкции, а во-вторых, выходные конденсаторы таким образом заменить не удастся из-за относительно больших емкостей. Оксидные конденсаторы вообще являются значительным источником фликкер-шумов, которые образуются в усилителе с течением времени. По этой же причине желательно избегать их применения в цепях прохождения сигнала.
В табл. П2.6 сведены данные о некоторых популярных оксидных конденсаторах, изучив которые можно определить те или иные прерогативы в использовании данных конденсаторов. Наименьшие токи утечки среди оксидных конденсаторов имеют К53-1А, К53-18, К53-16, К52-18, К53-4.
При выборе компонентов для высококачественного усилителя необходимо принимать во внимание, кроме электрических параметров, срок изготовления и фирму-производителя. Как правило, производитель гарантирует паспортные параметры в течение ограниченного срока 3…8 лет. При длительном периоде хранения оксидных конденсаторов до введения их в рабочий режим, их токи утечки заметно возрастают. Учитывая это, при использовании долгое время хранившихся на консервации конденсаторов необходимо постепенно повышать воздействующее на них напряжение до указанного в паспортных данных номинального значения.
Поскольку токи утечки конденсатора возрастают при увеличении температуры, то следует хранить конденсаторы в недоступном для прямых солнечных лучей месте, при температуре окружающей среды в диапазоне -40…+40 °C. Для того чтобы подбирать конденсаторы для той или иной радиоэлектронной аппаратуры, необходимо знать их обозначения и сведения, определяющие их электрические параметры, такие как емкость, рабочее напряжение, материал изготовления, группу ТКЕ (температурного коэффициента емкости).
Обозначения конденсаторов
Рассмотрим обозначения отечественных конденсаторов, которые действуют с 1998 г. в соответствии с ОСТ 11.074.008.98. Первый элемент обозначения — буква или сочетание букв, определяющих тип конденсатора (К — постоянной емкости, КТ — подстроечный, КП — переменный, КС — конденсаторные сборки — не путайте с начальным обозначением микросхем, например, серии КС193ИЕ2).
Второй элемент — используемый вид материала (диэлектрика). Далее некоторые сведения, относящиеся к конденсаторам, применяемым в усилителях различного назначения.
□ 10 — керамические;
□ 20 — кварцевые;
□ 21 — стеклянные;
□ 22 — стеклокерамические;
□ 23 — стеклоэмалевые;
□ 26 — тонкопленочные с неорганическим диэлектриком;
□ 31, 32 — слюдяные;
□ 40 — бумажные и фольговые;
□ 42 — бумажные металлизированные;
□ 50 — оксидные (электролитические) алюминиевые;
□ 51 — оксидные танталовые и ниобиевые;
□ 52 — оксидные танталовые объемопористые;
□ 53 — оксидно-полупроводниковые;
□ 58 — с двойным электрическим слоем, они же ионисторы;
□ 60 — воздушные;
□ 61 — вакуумные;
□ 70 — полистирольные с металлизированными обкладками;
□ 72 — второпластовые;
□ 73, 74 — полиэтилентерефталатные.
2.1.4. Ионисторы — особые конденсаторы
Ионисторы — это оксидные конденсаторы большой общей емкости (в несколько десятков и сотен фарад, рассчитанные на рабочее напряжение 10…50 В). В современных усилителях применение ионисторов оправдано в качестве фильтрующих элементов по питанию. Эквивалент электрической схемы ионистора в последовательном соединении (в прямом направлении) кремниевого диода, ограничительного резистора, конденсатора большой емкости (отрицательная обкладка подключена к общему проводу) и параллельно ему Rнапр. Как примеры ионисторов — распространенные приборы К58-3 и К58-9.
Третий элемент в обозначении конденсатора — порядковый номер разработки: (П — для работы в цепях постоянного и переменного тока, Ч — для работы в цепях переменного тока, У — для работы в цепях переменного тока и в импульсных режимах, И — для работы в импульсных режимах).
Из старых типов, которые еще можно встретить в отечественных усилителях выпуска 1980…1990 гг. встречаются обозначения: КД — конденсаторы дисковые, КМ — конденсаторы керамические монолитные, КЛС — керамические литые секционные, КСО — конденсаторы слюдяные опрессованные, СГМ — слюдяные герметизированные малогабаритные, КБГИ — бумажные герметизированные изолированные, МБГЧ — металлобумажные герметизированные высокочастотные, КЭГ — электролитические герметизированные, ЭТО — электролитические танталовые объемно-пористые.
Типы (КД, КЛС, КСО, КГМ, КБГИ, МБГЧ, КЭГ) в усилителях желательно не применять по причине их иного предназначения и повышенным внутренним шумам.
Конденсаторы, как и постоянные резисторы, разделяются по группам допуска отклонения от номинальной емкости. Эти данные сведены в табл. П2.7. В табл. П2.8 представлены данные буквенного обозначения напряжения (маркировки) на конденсаторах.
Малогабаритные конденсаторы с малой величиной допуска (0,001…10 %), рекомендуемые к применению в высококачественных усилителях, маркируются шестью цветовыми кольцами на корпусе. Первые три кольца — численная величина емкости в пикофарадах (пФ), четвертое кольцо — множитель, пятое — допуск, шестое — ТКЕ.
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) характеризует относительное изменение емкости от номинального значения при изменении температуры окружающей среды. Буквенное обозначение ТКЕ может быть: М — отрицательное, П — положительное, МП — близким к нулю, Н — не нормируется. Следующие за буквой Н цифры определяют допустимые изменения емкости в интервале рабочих температур. У слюдяных конденсаторов ТКЕ обозначен первой буквой на корпусе, у керамических — каждой группе соответствует определенный цвет корпуса или цветовая точка на корпусе. В усилителях керамические конденсаторы группы «Н» по ТКЕ применяют в качестве шунтирующих, фильтровых элементов и для связи между каскадами на низкой частоте сигнала. Как и любые проводники, конденсаторы обладают некоторой индуктивностью. Чем больше емкость и размеры обкладок конденсаторов, тем больше паразитная индуктивность.
Зарубежные производители конденсаторов не имеют единой системы обозначения своих приборов. Конденсаторы малой емкости используются в усилительной технике в качестве разделительных между каскадами усилителя. Не желательно для этой цели применять лакопленочные, пленочные, металлопленочные и однослойные металлобумажные конденсаторы, т. к. при эксплуатации на малых (менее 1 В) напряжениях у данных типов наблюдается нестабильность сопротивления изоляции.
2.1.5. Выбор оксидного конденсатора для электронного устройства
При выборе оксидного конденсатора для выходных каскадов УЗЧ необходимо стремиться к тому, чтобы ток утечки не превышал значения 0,1 мА/1 мкФ. Рабочее напряжение такого конденсатора должно в два раза превышать максимальное расчетное напряжение в действующей цепи. Подача напряжения обратной полярности недопустима. Несоблюдение полярности алюминиевых оксидных конденсаторов (К50-29, К50-20, К50-24, К50-35 и аналогичные) приводит к короткому замыканию цепи и нередко заканчивается взрывом конденсатора, если он находится под напряжением. Для предотвращения несчастных случаев, которые возможны при несоблюдении полярности конденсатора, желательно использовать конденсаторы с предохранительными отверстиями на корпусе. В цепях с переменной полярностью желательно использовать керамические неполярные конденсаторы. При эксплуатации оксидных конденсаторов в качестве разделительных при малых напряжениях учитывают наличие у них собственной ЭДС, с действующим значением до 1 В. Это значение может совпадать или не совпадать с полярностью конденсатора.
Практика показывает, что оксидные конденсаторы типов К50-26, К50-20 могут изменять полярность на противоположную, с течением времени.
Это вносит в работу усилителя некачественные (нежелательные) изменения, влияющие на шумы, передачу сигналов между каскадами и в целом на нормальную работу устройства. Танталовые конденсаторы типа К52-2, К52-5, ЭТО и другие при встречном включении (как неполярные) допускают работу в цепях переменного тока с частотой до 20 кГц при действующем значении напряжения до 3 В.
Не допускайте, чтобы оксидный конденсатор находился под напряжением, превышающем его рабочее напряжение (допустимо только кратковременное перенапряжение в течение нескольких секунд). При прохождении через конденсатор импульсного тока обращают внимание на максимальное напряжение на конденсаторе (сумма постоянного напряжения и напряжения пульсаций — если конденсатор включен в электрическую цепь как сглаживающий пульсации фильтр), чтобы оно не превышало номинального значения. В противном случае, это приводит к преждевременному отклонению электрических характеристик конденсаторов (особенно оксидных) от номинальных. Например, оксидный алюминиевый конденсатор К50-24 рассчитан на работу в течение 2000 час. После этого времени предприятие-изготовитель не гарантирует сохранение номинальной емкости, тока утечки и прочих важных параметров. 2000 часов — это примерно 83 суток. Естественно, что для высококачественного усилителя нежелательно использовать такого рода конденсаторы. Практикой установлено, что эксплуатируемые при комнатной температуре усилители и приборы имеют более долговременную историю стабильной и эффективной работы, чем те, которые используются при разных, в том числе отрицательных, температурах окружающей среды. Это объясняется тем, что рабочий температурный диапазон широко популярных оксидных конденсаторов «привязан» к температуре +10…+70 °C.
Использование конденсатора при комнатной температуре гарантирует длительный срок его полезной службы. Сумма постоянного обратного напряжения и амплитуды пульсаций не должна превышать значение 2 В.
Для каждой серии современных конденсаторов указывается максимальное значение тангенса угла потерь (tgS), которое, как правило, измеряется на частоте сигнала 120 Гц при температуре окружающей среды +20 °C. Отсюда вычисляется эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) по формуле:
где f— частота в герцах, при которой производились измерения, С — емкость конденсатора в фарадах.
В электрических цепях, где процесс заряда-разряда происходит с высокой частотой, значение емкости (по определению конденсатора) может уменьшаться. Если через конденсатор протекает импульсный ток, значение которого превышает номинальное значение тока конденсатора, то на конденсаторе выделяется избыточное тепло (его можно зафиксировать «невооруженными» руками, т. е. прикосновением), его емкость уменьшается, срок службы сокращается.
Во время пайки дискретных и чип-элементов необходимо соблюдение осторожности. Температура пайки выводов конденсаторов не должна превышать 260 °C, а контакт с жалом паяльника не более 5…7 сек.
Допустимый ток пульсации для оксидного электролитического конденсатора необходимо учитывать (он указывается персонально для каждой серии) для использования таких конденсаторов в качестве фильтрующих элементов в источниках питания мощных усилителей. Сумма постоянного напряжения на обкладках конденсатора и напряжения пульсации не должна превышать номинального рабочего напряжения. Номинально допустимые параметры определяются при окружающей температуре +85 °C и на частоте сигнала 120 Гц. При другой температуре окружающей среды и другой частоте сигнала в качестве максимально допустимого тока пульсации применяется значение тока пульсации, умноженное на коэффициент в табл. П2.9 и П2.10.
Представленные данные подтверждены многолетней практикой ремонта усилителей и справочниками.
2.2. Перспектива развития пассивных радиокомпонентов
Электронные компоненты на основе так называемых «твердых элементов» в недалеком будущем начнут вытеснять традиционные, производимые на основе сегодняшних технологий. Японские и американские технологи почти одновременно получили особый «твердый электролит», созданный из порошковой смеси различных металлов и специальных полимеров, модификации которого применяют в гальванических элементах и оксидных конденсаторах (ионисторах) сверхбольших емкостей. Гальванический элемент из такого материала при толщине 1 мкм дает напряжение до 0,5 В. Батарея из таких элементов толщиной 0,1 мм и площадью два квадратных сантиметра дает напряжение до 70 В. Не менее интересно применение «твердых электролитов» для производства новых типов конденсаторов, удельная емкость которых в тысячи раз превзойдет существующие. Электронным компонентам, созданным по новой технологии, можно придавать любую геометрическую форму, что позволит «вписывать» их в печатные платы, а также размещать их поверх других компонентов, увеличивая в десятки раз плотность монтажа. Серийный выпуск батарей и конденсаторов нового типа ожидается не ранее 2008 года.
Практикующий радиолюбитель и специалист по ремонту радиотехники постоянно пользуются справочниками, в которых отражены электрические параметры (характеристики) различных радиоэлементов. Для того чтобы найти вариант для замены вышедшей из строя радиодетали (если недостаточно опыта), порой требуется изучить не один том справочных изданий. Учитывая тот факт, что ни один справочник по радиоэлементам до сих пор (по разным вполне объективным причинам) не может претендовать на полноту и актуальность (свежесть) информации, радиолюбитель должен иметь вблизи своей лаборатории, по меньшей мере, несколько справочных изданий. Отрицательные стороны современных справочников знают, наверное, все — это дороговизна, насыщенность информацией «от А до Я» или, наоборот, однобокая ее подача, в то время, как радиолюбителю часто требуются данные только по узкому спектру радиоэлектронных приборов, наиболее популярных или недорогих. Для этого многие радиолюбители еще с давних времен собирают радиотехнические журналы и аккуратно хранят подшивки справочной информации, опубликованной в них, создавая тем самым собственные «залежи» и «клады» полезной информации.
Обзор призван помочь увлеченным радиолюбителям собрать свои справочники, проверенные опытом как последнего, так и нескольких ранних поколений «стариков-радиолюбителей».
Если проанализировать длительную работу любых аудио- и видеоусилителей, собранных на дискретных компонентах или с применением таковых, окажется, что шумовые помехообразующие свойства данных усилителей (без исключения, самодельного и промышленного производства) в разной степени неудовлетворительны для требовательного слуха меломана или просто внимательного слушателя, привыкшего к комфорту.
Одним из основных требований, предъявляемым к усилителям, является минимальный шум на выходе. В паспортных данных промышленно изготовленного усилителя, как правило, поставленного на конвейерную сборку, присутствует такой параметр, как отношение сигнал/шум. Чем ниже этот показатель, тем качественнее усилитель. Наверное, радиолюбители замечали, что сразу после приобретения нового усилителя среднего класса А или В, его шумовые характеристики практически удовлетворительны, т. е. в динамических головках трудно зафиксировать на слух шум самого усилителя.
В процессе эксплуатации этот параметр постепенно ухудшается и вот уже на полной громкости усилителя слышен то ли «шум камыша», то ли иной постоянный шорох.
Как правило, бывший в ремонте усилитель имеет худшие качественные параметры, относительно нового. Объяснений тому может быть несколько — от установки в виде замены тех элементов, что есть в наличии, а не тех, которые необходимы по заданным параметрам (это касается всех радиоэлементов) и целым комплексом других причин. После повторной пайки усилители (как показывает практика) начинают больше шуметь даже с установленными высококачественными элементами. Основное усиление в усилителях прямого преобразования осуществляется на низких частотах. Поэтому особо важно при сборке усилителя применять те компоненты, которые впоследствии дадут меньше шумовых эффектов.
2.1. Радиоэлементы как источники шумов
По источнику возникновения шумы усилителей можно разделить на внешние и внутренние. С помехами и наводками, вызванными внешними причинами, можно успешно бороться известными способами — с помощью оптимального расположения элементов, экранирования корпуса устройства, фильтрами и фильтрующими оксидными конденсаторами по питанию. От внутренних шумов, возникающих в процессе усиления сигнала, избавиться не просто. Внутренние шумы усилителя зависят от схемотехники усилителя (совместимости транзисторов и целых каскадов), и возникают при прохождении тока через пассивные (резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы) и активные (транзисторы) элементы схемы.
При разработке или повторении высококачественного усилителя звуковой частоты, кроме оптимального выбора вида схемы, важно правильно подобрать элементную базу и оптимизировать режим работы каскадов усилителя.
В каждом усилителе источником внутренних шумов являются тепловые и токовые шумы постоянных и переменных резисторов, фликкер-шумы конденсаторов, диодов и стабилитронов, флуктуационные шумы активных элементов, вибрационные и контактные шумы.
Контактные шумы возникают при некачественной пайке (произведенной с нарушением температурного режима) в местах соединения разъемов и отслоений контактных площадок печатного монтажа. Количество всевозможных разъемов в усилительной аппаратуре должно быть сведено к минимуму. Вибрационные шумы — это разновидность контактных шумов. Они могут проявляться при эксплуатации усилителя на подвижных объектах, с вибрацией почвы (основания), в автомобиле и при неоправданно близком расположении мощных динамических головок к конструкции усилителя. Такие шумы возникают из-за передачи механических колебаний на обкладки конденсаторов, на которые воздействует приложенное напряжение. Особенно подвержены данному недостатку керамические конденсаторы (К10, К15 и др.) с емкостью более 0,01 мкФ, установленные во входных цепях усилителя и выполняющие роль разделительных. Спектр помехи находится в диапазоне низких частот. Для борьбы с этим явлением желательно применять амортизацию всей конструкции. В оксидных конденсаторах такие помехи не возникают. Например, звуковой эффект эхо-сигнала — когда в динамических головках (учитывая стереоэффект) отчетливо слышно повторение сигнала. Для некоторых меломанов такой эффект даже приятен и необычен, но по сути это является недостатком усилителя, хотя бы потому, что его невозможно выключить (устранить).
При прямом прохождении тока собственные шумы диодов минимальны. Небольшой уровень шумов все же имеет место быть — при действии обратного напряжения образуется ток утечки, и чем он меньше, тем меньше шумовые свойства прибора. Стабилитроны и стабисторы дают больший шумовой эффект (с помощью таких полупроводников даже строят устройства со специальными эффектами — имитаторами шума прибоя, генераторы «белого» и «розового» шума). Чем большее сопротивление имеет ограничительный резистор в цепи стабилитрона (работа на малых токах), тем больше вероятность проявления внутренних шумов стабилитрона.
Рассмотрим шумы, возникающие от пассивных элементов: резисторов и конденсаторов.
2.1.1. Шумы резисторов
Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов. Тепловые шумы вызваны движением электронов в токопроводящем слое, из которого частично состоит резистор. Такие шумы увеличиваются с увеличением температуры нагрева резистора, и даже температуры окружающей среды. Если на резистор не действует напряжение, то ЭДС его шумов (единицы микровольт) определяется соотношением:
Еш = 0,0125 × (f1 — f2) × R,
где f1 — f2 —полоса частот в килогерцах. R — сопротивление в килоомах.
При протекании через резистор тока возникают токовые шумы. Шумовое напряжение появляется из-за эффекта флуктуации контактных сопротивлений между проводниками, оно линейно зависит от приложенного напряжения. Шумовые свойства резисторов характеризуются отношением действующего значения переменной составляющей напряжения шумов (мкВ) к приложенному напряжению (В):
Eш/U.
Частотный спектр тепловых и токовых шумов непрерывный, но есть и различия. У теплового шума он равномерно распределен по всей полосе частот, а у токового шума спадает с примерно 10 МГц. Общая величина шума пропорциональна квадратному корню сопротивления, поэтому у резисторов с низким сопротивлением шумовые качества лучше (менее значимы).
Кроме того, определяющее значение имеет материал, из которого изготовлены резисторы.
Есть несколько способов борьбы с шумами резисторов. Применение тех типов резисторов, в которых за счет технологии изготовления шумовые свойства менее значимы. У непроволочных резисторов токовые шумы значительно больше тепловых. Общий уровень шума для разных типов резисторов находится в диапазоне 0,1…100 мкВ/В. Подстроечные и переменные резисторы шумят больше постоянных, поэтому их лучше применять с небольшими номиналами или стремиться вообще исключить. Тепловые шумы можно значительно сократить, если применять резистор большей мощности рассеяния, чем это технологически требуется. Тот же эффект достигается принудительным охлаждением резисторов, например, с помощью установленного непосредственно рядом с элементами вентилятора, или помещением всей монтажной платы в холодильник. Параллельное или последовательное включение резисторов для этой цели дает ощутимо меньший эффект, т. к. возрастает количество контактных соединений, что приводит к увеличению влияния контактных шумов.
Для сравнения шумовых свойств некоторых популярных резисторов обратимся к табл. П2.1.
Из табл. П2.1 видно, что наиболее эффективно использовать в высококачественном малошумящем усилителе звуковой частоты резисторы типов С2-26, С2-29В, С2-33 и резисторы в чип исполнении (т. е. бескорпусные) С1-4. Как наиболее шумовые из популярных резисторов, кроме переменных и подстроечных, показали себя популярные и распространенные типы МЛТ, ОМЛТ.
Резисторы, применяемые в колебательных контурах, усилителях высокой частоты, должны обладать только активным сопротивлением, т. е. не изменять свое сопротивление в рабочем диапазоне частот. Пограничная частота, на которой будет эффективно работать резистор, зависит от его сопротивления и собственной емкости и определяется соотношением:
Fгр = 1|4πRC.
Собственные емкости резисторов С2-6, С2-13, С2-14, С2-23, С2-33, ОМЛТ находятся в интервале 0,1…1,1 пФ. Постоянные резисторы имеют допуск отклонения сопротивления от номинальной величины. Здесь важно понимать, что чем больше допустимый разброс в отклонении от номинального сопротивления резистора, тем менее стабильной может оказаться его работа. В усилителях желательно применить постоянные резисторы с допуском отклонения 0,001…2 % марки С2-23. Допуск в отечественных резисторах обозначается третьим или четвертым элементом в маркировке.
В табл. П2.2 приводятся обозначения допусков постоянных резисторов отечественного производства.
Величина допуска может быть нанесена и под номиналом, во второй строке.
Что касается резисторов, на которых маркировка читается в виде цветных полос, то для нашего случая это еще проще — постоянные резисторы с малой величиной допуска (0,1…10 %) маркируются пятью цветовыми кольцами на корпусе прибора. При этом первые три — численная величина сопротивления в омах, четвертое кольцо — множитель, а пятое — допуск. Для нашего варианта пятая полоса должна иметь цвет: золотистый (±5 %), коричневый (±1 %), красный (±2 %), зеленый (+0,5 %), голубой (+0,25 %), фиолетовый (+0,1 %). Резисторы с более широким допуском маркируются четырьмя полосами.
Маркировочные знаки на резисторах сдвинуты к одному из выводов и читаются слева направо. Если размеры резистора не позволяют разместить маркировку ближе к одному из выводов, ширина полосы первого знака делается несколько больше других.
Современные резисторы маркируются по ОСТ 11.074.009-98.
2.1.2. Маркировка резисторов
Первый элемент — буква или сочетание букв, обозначающих подкласс резисторов (в этом материале рассмотрим только резисторы, имеющие значения для усилительной и высококачественной техники): Р — резисторы постоянные, РП — переменные.
Второй элемент — группа по материалу изготовления: 1 — непроволочные, 2 — проволочные или металлофольговые.
Третий элемент — цифра, обозначающая регистрационный номер разработки. Между вторым и третьим элементом ставится дефис, например, Р1-4. Кроме того, четвертым обозначением (не всегда) ставится климатическое исполнение, что важно для высококачественных усилителей. В — всеклиматическое, Т — тропическое исполнение. Совершенно естественно, что в относительно жарком климате надежней резистор исполнения «Т».
По классификации до 1980 г. обозначение отечественных постоянных резисторов начиналось с буквы «С» — сопротивления (СП — переменные резисторы). Вторая цифра указывает на особенности токонесущей части: 1 — непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые, 2 — непроволочные тонкослойные металлодиэлектрические или металлоокисные, 3 — непроволочные композиционные пленочные, 4 — непроволочные композиционные объемные, 5 — проволочные, 6 — непроволочные тонкослойные металлизированные.
Единая структура условных обозначений всех резисторов, выпускаемых за рубежом, отсутствует. Поэтому каждая уважающая себя фирма обозначает резисторы по своему стандарту. Чтобы перечислить все возможные обозначения (особо важен материал резистора и технология изготовления), потребовалось бы опубликовать несколько книг.
То же справедливо относительно цветовой маркировки зарубежных резисторов. Поэтому в данной книге отмечу лишь один зарубежный стандарт обозначения (MIL).
Первый элемент обозначает серию резистора. Второй, третий, четвертый и пятый элементы — цифровой код, номинальное сопротивление. Эти данные сведены в табл. П2.3.
Шестой элемент — буквенный код, которым обозначается уровень надежности резисторов в течение 1000 час. Для пояснения этого параметра обратите внимание на табл. П2.4.
В последнее время пользуются популярностью металлопленочные резисторы MF. Материал основы — особо чистая керамика, резистивный слой — осажденный сплав Ni-Cr. Выводы таких резисторов из луженой меди. Температурный диапазон —55…+155 °C. Температурный коэффициент сопротивления ±15…±50 ppm/°C. Выпускаются с мощностью рассеяния 0,125…3 Вт. Особо малогабаритные варианты данного типа постоянных резисторов маркируются MF-S. Точность сопротивления (допуск отклонения) в пределах 0,1…5 %, что позволяет использовать их в высококачественных усилителях. Точность сопротивления и другие электрические параметры маркируются цветовыми полосами так, как рассмотрено ранее.
Еще один вариант подходящих постоянных резисторов для высококачественных усилителей звуковой частоты — металлооксидные резисторы MO. Основа та же. Резистивный слой — металлооксидная пленка дает название самому типу данных резисторов. Кроме отличий по электрическим характеристикам данный тип резисторов имеет огнеупорное покрытие, что позволяет строить на их основе устройства, работающие с высоким уровнем температуры воздуха, например, пожарной сигнализации. Малогабаритные варианты маркируются MO-S. Мощность рассеяния до 5 Вт при температуре +70 °C. Температурный коэффициент сопротивления чуть хуже: ±200 ppm/°C. Точность сопротивления (допуск) также уступают постоянным резисторам серии MF — только ±5 %. Температурный диапазон -55…+200 °C.
Постоянные резисторы серий KNP (проволочные резисторы), а также SQP и PRW (мощные проволочные резисторы с высокой перегрузочной способностью, закатанные в литой цементный корпус) для работы в высококачественном усилителе нежелательны из-за комплекса причин, одной из которых является чрезмерно нестабильный (для усилителей класса А) их температурный коэффициент сопротивления ±300 ppm/°C.
Кроме постоянных и переменных резисторов (наиболее популярных в практике радиолюбителя) существует отдельный подвид резисторов — проволочные. В табл. П2.5 представлены сведения, касающиеся материалов для изготовления проволочных резисторов.
Примечание.
Используя справочные данные, приведенные в табл. П2.5, можно самостоятельно изготовить проволочный резистор из соответствующего материала.
2.1.3. Шумы конденсаторов
Для переменного тока конденсатор представляет собой сопротивление, величина которого уменьшается с ростом частоты. В конденсаторах источником фликкер-шумов является ток утечки. Наибольший ток утечки у оксидных конденсаторов большой емкости. Замечено, что утечка увеличивается с увеличением емкости и снижается с увеличением допустимого рабочего напряжения Uраб.
Оксидные конденсаторы, установленные на входе и выходе усилителя в качестве разделительных (не пропускают постоянную составляющую напряжения и уменьшают влияние нагрузки или выходных каскадов предварительного усилителя на работу основного усилителя), существенно увеличивают внутренние шумы усилителя. Поэтому желательно вместо них применять пленочные конденсаторы (например, К10-17, К10-28, К10-23, КТ4-23, К73-3, К73-9, К73-17, К76-3, К10У-5, КД-1, К76-П2, КМ-5, КМ-6, из импортных — KWC), хотя это, во-первых, приведет к существенному увеличению размеров конструкции, а во-вторых, выходные конденсаторы таким образом заменить не удастся из-за относительно больших емкостей. Оксидные конденсаторы вообще являются значительным источником фликкер-шумов, которые образуются в усилителе с течением времени. По этой же причине желательно избегать их применения в цепях прохождения сигнала.
В табл. П2.6 сведены данные о некоторых популярных оксидных конденсаторах, изучив которые можно определить те или иные прерогативы в использовании данных конденсаторов. Наименьшие токи утечки среди оксидных конденсаторов имеют К53-1А, К53-18, К53-16, К52-18, К53-4.
При выборе компонентов для высококачественного усилителя необходимо принимать во внимание, кроме электрических параметров, срок изготовления и фирму-производителя. Как правило, производитель гарантирует паспортные параметры в течение ограниченного срока 3…8 лет. При длительном периоде хранения оксидных конденсаторов до введения их в рабочий режим, их токи утечки заметно возрастают. Учитывая это, при использовании долгое время хранившихся на консервации конденсаторов необходимо постепенно повышать воздействующее на них напряжение до указанного в паспортных данных номинального значения.
Поскольку токи утечки конденсатора возрастают при увеличении температуры, то следует хранить конденсаторы в недоступном для прямых солнечных лучей месте, при температуре окружающей среды в диапазоне -40…+40 °C. Для того чтобы подбирать конденсаторы для той или иной радиоэлектронной аппаратуры, необходимо знать их обозначения и сведения, определяющие их электрические параметры, такие как емкость, рабочее напряжение, материал изготовления, группу ТКЕ (температурного коэффициента емкости).
Рассмотрим обозначения отечественных конденсаторов, которые действуют с 1998 г. в соответствии с ОСТ 11.074.008.98. Первый элемент обозначения — буква или сочетание букв, определяющих тип конденсатора (К — постоянной емкости, КТ — подстроечный, КП — переменный, КС — конденсаторные сборки — не путайте с начальным обозначением микросхем, например, серии КС193ИЕ2).
Второй элемент — используемый вид материала (диэлектрика). Далее некоторые сведения, относящиеся к конденсаторам, применяемым в усилителях различного назначения.
□ 10 — керамические;
□ 20 — кварцевые;
□ 21 — стеклянные;
□ 22 — стеклокерамические;
□ 23 — стеклоэмалевые;
□ 26 — тонкопленочные с неорганическим диэлектриком;
□ 31, 32 — слюдяные;
□ 40 — бумажные и фольговые;
□ 42 — бумажные металлизированные;
□ 50 — оксидные (электролитические) алюминиевые;
□ 51 — оксидные танталовые и ниобиевые;
□ 52 — оксидные танталовые объемопористые;
□ 53 — оксидно-полупроводниковые;
□ 58 — с двойным электрическим слоем, они же ионисторы;
□ 60 — воздушные;
□ 61 — вакуумные;
□ 70 — полистирольные с металлизированными обкладками;
□ 72 — второпластовые;
□ 73, 74 — полиэтилентерефталатные.
2.1.4. Ионисторы — особые конденсаторы
Ионисторы — это оксидные конденсаторы большой общей емкости (в несколько десятков и сотен фарад, рассчитанные на рабочее напряжение 10…50 В). В современных усилителях применение ионисторов оправдано в качестве фильтрующих элементов по питанию. Эквивалент электрической схемы ионистора в последовательном соединении (в прямом направлении) кремниевого диода, ограничительного резистора, конденсатора большой емкости (отрицательная обкладка подключена к общему проводу) и параллельно ему Rнапр. Как примеры ионисторов — распространенные приборы К58-3 и К58-9.
Третий элемент в обозначении конденсатора — порядковый номер разработки: (П — для работы в цепях постоянного и переменного тока, Ч — для работы в цепях переменного тока, У — для работы в цепях переменного тока и в импульсных режимах, И — для работы в импульсных режимах).
Из старых типов, которые еще можно встретить в отечественных усилителях выпуска 1980…1990 гг. встречаются обозначения: КД — конденсаторы дисковые, КМ — конденсаторы керамические монолитные, КЛС — керамические литые секционные, КСО — конденсаторы слюдяные опрессованные, СГМ — слюдяные герметизированные малогабаритные, КБГИ — бумажные герметизированные изолированные, МБГЧ — металлобумажные герметизированные высокочастотные, КЭГ — электролитические герметизированные, ЭТО — электролитические танталовые объемно-пористые.
Типы (КД, КЛС, КСО, КГМ, КБГИ, МБГЧ, КЭГ) в усилителях желательно не применять по причине их иного предназначения и повышенным внутренним шумам.
Конденсаторы, как и постоянные резисторы, разделяются по группам допуска отклонения от номинальной емкости. Эти данные сведены в табл. П2.7. В табл. П2.8 представлены данные буквенного обозначения напряжения (маркировки) на конденсаторах.
Малогабаритные конденсаторы с малой величиной допуска (0,001…10 %), рекомендуемые к применению в высококачественных усилителях, маркируются шестью цветовыми кольцами на корпусе. Первые три кольца — численная величина емкости в пикофарадах (пФ), четвертое кольцо — множитель, пятое — допуск, шестое — ТКЕ.
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) характеризует относительное изменение емкости от номинального значения при изменении температуры окружающей среды. Буквенное обозначение ТКЕ может быть: М — отрицательное, П — положительное, МП — близким к нулю, Н — не нормируется. Следующие за буквой Н цифры определяют допустимые изменения емкости в интервале рабочих температур. У слюдяных конденсаторов ТКЕ обозначен первой буквой на корпусе, у керамических — каждой группе соответствует определенный цвет корпуса или цветовая точка на корпусе. В усилителях керамические конденсаторы группы «Н» по ТКЕ применяют в качестве шунтирующих, фильтровых элементов и для связи между каскадами на низкой частоте сигнала. Как и любые проводники, конденсаторы обладают некоторой индуктивностью. Чем больше емкость и размеры обкладок конденсаторов, тем больше паразитная индуктивность.
Зарубежные производители конденсаторов не имеют единой системы обозначения своих приборов. Конденсаторы малой емкости используются в усилительной технике в качестве разделительных между каскадами усилителя. Не желательно для этой цели применять лакопленочные, пленочные, металлопленочные и однослойные металлобумажные конденсаторы, т. к. при эксплуатации на малых (менее 1 В) напряжениях у данных типов наблюдается нестабильность сопротивления изоляции.
2.1.5. Выбор оксидного конденсатора для электронного устройства
При выборе оксидного конденсатора для выходных каскадов УЗЧ необходимо стремиться к тому, чтобы ток утечки не превышал значения 0,1 мА/1 мкФ. Рабочее напряжение такого конденсатора должно в два раза превышать максимальное расчетное напряжение в действующей цепи. Подача напряжения обратной полярности недопустима. Несоблюдение полярности алюминиевых оксидных конденсаторов (К50-29, К50-20, К50-24, К50-35 и аналогичные) приводит к короткому замыканию цепи и нередко заканчивается взрывом конденсатора, если он находится под напряжением. Для предотвращения несчастных случаев, которые возможны при несоблюдении полярности конденсатора, желательно использовать конденсаторы с предохранительными отверстиями на корпусе. В цепях с переменной полярностью желательно использовать керамические неполярные конденсаторы. При эксплуатации оксидных конденсаторов в качестве разделительных при малых напряжениях учитывают наличие у них собственной ЭДС, с действующим значением до 1 В. Это значение может совпадать или не совпадать с полярностью конденсатора.
Практика показывает, что оксидные конденсаторы типов К50-26, К50-20 могут изменять полярность на противоположную, с течением времени.
Это вносит в работу усилителя некачественные (нежелательные) изменения, влияющие на шумы, передачу сигналов между каскадами и в целом на нормальную работу устройства. Танталовые конденсаторы типа К52-2, К52-5, ЭТО и другие при встречном включении (как неполярные) допускают работу в цепях переменного тока с частотой до 20 кГц при действующем значении напряжения до 3 В.
Не допускайте, чтобы оксидный конденсатор находился под напряжением, превышающем его рабочее напряжение (допустимо только кратковременное перенапряжение в течение нескольких секунд). При прохождении через конденсатор импульсного тока обращают внимание на максимальное напряжение на конденсаторе (сумма постоянного напряжения и напряжения пульсаций — если конденсатор включен в электрическую цепь как сглаживающий пульсации фильтр), чтобы оно не превышало номинального значения. В противном случае, это приводит к преждевременному отклонению электрических характеристик конденсаторов (особенно оксидных) от номинальных. Например, оксидный алюминиевый конденсатор К50-24 рассчитан на работу в течение 2000 час. После этого времени предприятие-изготовитель не гарантирует сохранение номинальной емкости, тока утечки и прочих важных параметров. 2000 часов — это примерно 83 суток. Естественно, что для высококачественного усилителя нежелательно использовать такого рода конденсаторы. Практикой установлено, что эксплуатируемые при комнатной температуре усилители и приборы имеют более долговременную историю стабильной и эффективной работы, чем те, которые используются при разных, в том числе отрицательных, температурах окружающей среды. Это объясняется тем, что рабочий температурный диапазон широко популярных оксидных конденсаторов «привязан» к температуре +10…+70 °C.
Использование конденсатора при комнатной температуре гарантирует длительный срок его полезной службы. Сумма постоянного обратного напряжения и амплитуды пульсаций не должна превышать значение 2 В.
Для каждой серии современных конденсаторов указывается максимальное значение тангенса угла потерь (tgS), которое, как правило, измеряется на частоте сигнала 120 Гц при температуре окружающей среды +20 °C. Отсюда вычисляется эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) по формуле:
где f— частота в герцах, при которой производились измерения, С — емкость конденсатора в фарадах.
В электрических цепях, где процесс заряда-разряда происходит с высокой частотой, значение емкости (по определению конденсатора) может уменьшаться. Если через конденсатор протекает импульсный ток, значение которого превышает номинальное значение тока конденсатора, то на конденсаторе выделяется избыточное тепло (его можно зафиксировать «невооруженными» руками, т. е. прикосновением), его емкость уменьшается, срок службы сокращается.
Во время пайки дискретных и чип-элементов необходимо соблюдение осторожности. Температура пайки выводов конденсаторов не должна превышать 260 °C, а контакт с жалом паяльника не более 5…7 сек.
Допустимый ток пульсации для оксидного электролитического конденсатора необходимо учитывать (он указывается персонально для каждой серии) для использования таких конденсаторов в качестве фильтрующих элементов в источниках питания мощных усилителей. Сумма постоянного напряжения на обкладках конденсатора и напряжения пульсации не должна превышать номинального рабочего напряжения. Номинально допустимые параметры определяются при окружающей температуре +85 °C и на частоте сигнала 120 Гц. При другой температуре окружающей среды и другой частоте сигнала в качестве максимально допустимого тока пульсации применяется значение тока пульсации, умноженное на коэффициент в табл. П2.9 и П2.10.
Представленные данные подтверждены многолетней практикой ремонта усилителей и справочниками.
2.2. Перспектива развития пассивных радиокомпонентов
Электронные компоненты на основе так называемых «твердых элементов» в недалеком будущем начнут вытеснять традиционные, производимые на основе сегодняшних технологий. Японские и американские технологи почти одновременно получили особый «твердый электролит», созданный из порошковой смеси различных металлов и специальных полимеров, модификации которого применяют в гальванических элементах и оксидных конденсаторах (ионисторах) сверхбольших емкостей. Гальванический элемент из такого материала при толщине 1 мкм дает напряжение до 0,5 В. Батарея из таких элементов толщиной 0,1 мм и площадью два квадратных сантиметра дает напряжение до 70 В. Не менее интересно применение «твердых электролитов» для производства новых типов конденсаторов, удельная емкость которых в тысячи раз превзойдет существующие. Электронным компонентам, созданным по новой технологии, можно придавать любую геометрическую форму, что позволит «вписывать» их в печатные платы, а также размещать их поверх других компонентов, увеличивая в десятки раз плотность монтажа. Серийный выпуск батарей и конденсаторов нового типа ожидается не ранее 2008 года.
Приложение 3 Некоторые электрические характеристики отечественных и зарубежных электретных микрофонов
Микрофон — это устройство, преобразующее звуковые колебания в электрические. «Микрофон» — от греческих слов «микро» — малый и «фон» — звук — ввел английский физик Уитсон в начале ХК века. Сегодня под микрофоном обычно понимают электрический прибор, обнаруживающий и усиливающий слабые звуки. Тогда же французский ученый Дю Монсель сказал о микрофоне: «В сущности, это есть не что иное, как передаточный телефон с батареей, но обладающий такими характерными качествами, которые делают его самостоятельным прибором, заслужив особое наименование».
В практике используется несколько типов микрофонов: пьезоэлектрические, электретные, конденсаторные, электромагнитные, электродинамические и угольные. Электретные микрофоны — популярные и распространенные сегодня в усилительной технике, заслуживают особого внимания. Именно они из всех перечисленных имеют самый широкий диапазон частот 30…20 000 Гц при самых малых габаритных размерах. Спектр применения электретных микрофонов широк — от всевозможных «жучков» — подслушивающих устройств до медицинских слуховых аппаратов и устройств дистанционного усиления телефонной связи (прототипов настоящим устройствам «hands free» — свободные руки, активно используемых сегодня в мобильной сотовой связи). В табл. П3.1 и П3.2 приводятся электрические характеристики популярных электретных микрофонов.
Приложение 4 Некоторые электрические характеристики отечественных и зарубежных динамических головок
Динамические головки или в радиолюбительском обиходе просто «динамики» различаются между собой и подразделяются на рупорные, электромагнитные, электродинамические, изодинамические, ленточные, электростатические, пьезоэлектрические и магнитострикционные. Каждый из этих типов по-своему отличается от других. В последующей подборке таблиц приводятся электрические характеристики динамических головок как старой, так и новой маркировки. Эти данные окажутся полезными радиолюбителям, занимающимся самостоятельным ремонтом и конструированием усилительной звуковой техники. В табл. П4.1 представлены справочные данные по низкочастотным динамическим головкам.
1 — Наименование по ГОСТ9010-6773.78 и нестандартных динамиков.
2 — Наименование по ОСТ4.383.001-85.
3 — Номинальное электрическое сопротивление, Ом.
4 — Частота основного резонанса, Гц.
5 — Эффективный диапазон рабочих частот, кГц.
6 — Уровень характеристической чувствительности, дБ.
7 — Номинальная мощность, Вт.
8 — Мощность нормирования, Вт.
9 — Предельная шумовая мощность, Вт.
10 — Предельная долговременная мощность, Вт.
11 — Предельная кратковременная мощность, Вт.
12 — Максимальный уровень звукового давления при P = Pш, дБ.
В табл. П4.2 представлены справочные данные среднечастотных и высоко-частотных динамических головок.
В табл. П4.3 представлены справочные данные широкополосных динамических головок.
В табл. П4.4 представлены справочные данные динамических головок с плоскими диафрагмами (НЧ, СЧ, ВЧ и ШП).
В табл. П4.5 представлены справочные данные динамических головок устаревших типов низкочастотные и компрессионные.
В табл. П4.6 представлены справочные данные среднечастотных динамических головок устаревших типов.
В табл. П4.7 представлены справочные данные высокочастотных динамических головок устаревших типов.
В табл. П4.8 представлены справочные данные широкополосных динамических головок.
Приложение 5 Некоторые электрические характеристики отечественных герконов
Геркон — вакуумный коммутационный прибор, функционирующий при воздействии электромагнитного поля.
Геркон (происходит от слов «герметизированный контакт») представляет собой герметизированный переключатель с пружинными контактами из ферромагнитного материала, соприкасающимися под действием магнитного поля. Различают герконы, работающие на замыкание, переключение и размыкание электрической цепи. Внутри стеклянного баллона создается вакуум или газовая среда (азот, аргон, водород) различного давления. При определенной напряженности магнитного поля электромагнита или постоянного магнита извне свободные концы пружины (чаще из пермаллоевой проволоки), находящиеся на расстоянии нескольких десятых или сотых миллиметра, притягиваются друг к другу и замыкают контакт (или соответственно размыкают, если геркон на размыкание). При уменьшении напряженности пружины упругой силой возвращаются в исходное положение, и контакт размыкается.
У переключающих электрические цепи герконов сопротивление контакта в замкнутом состоянии должно стремиться к минимуму и, как правило, составляет 0,02—0,2 Ом, а в разомкнутом не менее 1 кОм. Большинство герконов с газовым наполнением имеет пробивное напряжение 200–500 В, поэтому применять герконы в силовых цепях с напряжением 220 В, или где коммутируется мощная нагрузка, надо со знанием дела — для мощных нагрузок существуют специальные герконы. Повышением давления газа до нескольких десятых Мн/м2 (несколько атмосфер) или понижением его до 104— 106 мм pт. ст.) этот параметр пробивного напряжения увеличивается до 800 В.
У вакуумных герконов пробивное напряжение достигает 5000 В. Время срабатывания герконов (0,5–2 мс) и отпускания (0,1–0,7 мс) намного меньше, чем у якорных электромагнитных реле.
Различные приборы этого класса обеспечивают эффективную работу и являются составными частями интегрированных устройств автоматики и защиты, систем кодового доступа и контактных переключателей. Современная альтернатива герконам — датчики Холла (со стабилизированными МОП-уровнями напряжения на выходе) постепенно завоевывали нишу в радиотехнике, которая когда-то полностью принадлежала герконам. Важное отличие в пользу датчиков Холла (относительно герконов) является их долговременность наработки до отказа (надежность) — у некоторых не силовых герконов она составляет всего несколько тысяч срабатываний (у силовых — еще меньше). Ранее на основе маломощных герконов даже промышленным способом изготавливались клавиатуры. Радиолюбители использовали герконы в клавиатурах первых персональных компьютеров типа «РК-86», «Специалист» и «Синклер». Это время кануло в Лету.
Однако и сегодня герконы часто являются незаменимыми электронными устройствами, и поэтому справочные сведения, размещенные в табл. П5.1, представляются актуальными и своевременными. Среди герконов, выпускающихся отечественной промышленностью, много таких, о которых радиолюбитель узнает здесь впервые.
Приложение 6
Светодиоды. Справочные данные
Светодиоды различного предназначения прочно вошли в жизнь людей и уже стали незаменимы. Эти радиоэлектронные элементы применяют в качестве различных индикаторов. В последнее время прогресс технологии производства в этой области дошел до того, что светодиоды (ультраяркие, сверхъяркие) стали заменять лампы накаливания в портативных фонарях (и в других местах, где требуется локальная подсветка), соединять в кластеры и матрицы, заменять лампы накаливания в автомобилях. Примером тому служат светодиодные лампы для указателей поворотов и подсветки номерного знака «железного коня», которые уже доступны в продаже. Такой светодиод стоит всего 12 руб. На выбор в магазине вам предложат несколько вариантов цветов. Наряду с невысокой стоимостью (чуть выше, чем лампа накаливания), светодиоды повышенной яркости постепенно вытесняют лампы из всех привычных нам областей электротехники.
Полноцветные светодиоды (мультиколор), появившиеся всего несколько лет назад в розничной продаже, явились прототипом жидкокристаллических мониторов и плазменных панелей современных телевизоров.
Активно применяются в качестве индикаторов мигающие светодиоды и светодиоды с ультрафиолетовым спектром свечения. Для того чтобы разбираться в многообразии современных светодиодов, знать их электрические характеристики и грамотно заменять светодиоды, представлять различия между отечественными и зарубежными светодиодами, автор поместил справочный материал по наиболее популярным светодиодам в несколько следующих далее таблиц. Итак, рассмотрим по порядку наиболее популярные типы светодиодов.
6.1. Сверхъяркие светодиоды отечественного производства
Наиболее популярные сверхъяркие светодиоды рассмотрены в табл. П6.1.
Благодаря современной технологии и уникальной конструкции, светодиоды, приведенные в табл. 6.1, имеют возможность работать в температурной диапазоне -65…+85 °C при том, что их зарубежные аналоги по электрическим характеристикам выдерживают лишь температурный диапазон -30…+60 °C.
6.2. Мигающие светодиоды
Мигающие светодиоды занимают важную нишу в радиоэлектронике их предназначение весьма широко. Кроме использования мигающих светодиодов в качестве привлекающих визуальное внимание индикаторов (мигающее свечение намного лучше привлекает внимание, чем однообразное монохромное), их можно с успехом применять в качестве весьма стабильных источников для различного рода генераторов импульсов, параметрических сигнализаторов или сигнализаторов прерывистого звучания. Так, если до появления доступных мигающих светодиодов для прерывания генератора ЗЧ требовалось вводить в схему RC-цепочку, то теперь достаточно подключения одного мигающего светодиода, который сам по себе является электронным узлом генератора с прерыванием. Авторские эксперименты по этому поводу опубликованы в [33], [46], см. список использованной литературы. Внешний вид мигающих светодиодов — обычный, их выпускают с диаметром 2,9 (3 мм) и 5 мм.
Основные отличительные качества, выделяющие мигающий светодиод, — это стабильность частоты мигания. Ее изменение при уменьшении тока через светодиод (возможность незначительной регулировки) и широкий угол обзора. В наименовании мигающие светодиоды имеют латинскую букву «F» (табл. П6.2).
Наиболее популярные типы мигающих светодиодов представлены в табл. П6.2.
6.3. Полноцветные светодиоды
Полноцветные светодиоды приобретают среди радиолюбителей всеобщую популярность.
Например, компания PARA Light Electronics с 2005 года начала выпускать новые типы светодиодов EP-LED.
Это оригинальные изделия, трехкристальные трехцветные светодиоды с прямым током каждого из переходов до 150 мА (для типов EP204K-150G1R1B1-XX и EP201С-150G1R1B1-CA). Суммарная сила света трех диодов составляет до 17,5 кд (кандел), при этом угол свечения равен 60°.
При силе света 14 кд обеспечивается угол более 100°.
Рассеиваемая мощность при максимальном токе составляет 1,6 Вт, поэтому данные диоды требуют принятия мер по отводу тепла, например, использование радиатора.
Наиболее популярные типы полноцветных светодиодов представлены в табл. П6.3.
Один из конкурентноспособных (относительно зарубежных аналогов) полноцветный светодиод отечественного производства СДК-Ц-2-60 имеет прямой ток 40 мА, силу света 2000 мкд (2 кд), угол излучения — 60°.
Кроме того, популярные полноцветные светодиоды представлены в табл. П6.4.
6.4. Популярные одноцветные светодиоды
Наряду с отечественными производителями светодиодов в продаже уже давно появились светодиоды зарубежного производства, как ни странно имеющие наименьшую стоимость по сравнению с отечественными светодиодами. Популярные отечественные светодиоды представлены в табл. П6.5 и П6.6. Зарубежные светодиоды, на примере производства фирмы Kingbright сведены в табл. П6.7. Туда же помещены актуальные справочные данные по двухцветным светодиодам той же фирмы.
Светодиоды различного предназначения прочно вошли в жизнь людей и уже стали незаменимы. Эти радиоэлектронные элементы применяют в качестве различных индикаторов. В последнее время прогресс технологии производства в этой области дошел до того, что светодиоды (ультраяркие, сверхъяркие) стали заменять лампы накаливания в портативных фонарях (и в других местах, где требуется локальная подсветка), соединять в кластеры и матрицы, заменять лампы накаливания в автомобилях. Примером тому служат светодиодные лампы для указателей поворотов и подсветки номерного знака «железного коня», которые уже доступны в продаже. Такой светодиод стоит всего 12 руб. На выбор в магазине вам предложат несколько вариантов цветов. Наряду с невысокой стоимостью (чуть выше, чем лампа накаливания), светодиоды повышенной яркости постепенно вытесняют лампы из всех привычных нам областей электротехники.
Полноцветные светодиоды (мультиколор), появившиеся всего несколько лет назад в розничной продаже, явились прототипом жидкокристаллических мониторов и плазменных панелей современных телевизоров.
Активно применяются в качестве индикаторов мигающие светодиоды и светодиоды с ультрафиолетовым спектром свечения. Для того чтобы разбираться в многообразии современных светодиодов, знать их электрические характеристики и грамотно заменять светодиоды, представлять различия между отечественными и зарубежными светодиодами, автор поместил справочный материал по наиболее популярным светодиодам в несколько следующих далее таблиц. Итак, рассмотрим по порядку наиболее популярные типы светодиодов.
6.1. Сверхъяркие светодиоды отечественного производства
Наиболее популярные сверхъяркие светодиоды рассмотрены в табл. П6.1.
Благодаря современной технологии и уникальной конструкции, светодиоды, приведенные в табл. 6.1, имеют возможность работать в температурной диапазоне -65…+85 °C при том, что их зарубежные аналоги по электрическим характеристикам выдерживают лишь температурный диапазон -30…+60 °C.
6.2. Мигающие светодиоды
Мигающие светодиоды занимают важную нишу в радиоэлектронике их предназначение весьма широко. Кроме использования мигающих светодиодов в качестве привлекающих визуальное внимание индикаторов (мигающее свечение намного лучше привлекает внимание, чем однообразное монохромное), их можно с успехом применять в качестве весьма стабильных источников для различного рода генераторов импульсов, параметрических сигнализаторов или сигнализаторов прерывистого звучания. Так, если до появления доступных мигающих светодиодов для прерывания генератора ЗЧ требовалось вводить в схему RC-цепочку, то теперь достаточно подключения одного мигающего светодиода, который сам по себе является электронным узлом генератора с прерыванием. Авторские эксперименты по этому поводу опубликованы в [33], [46], см. список использованной литературы. Внешний вид мигающих светодиодов — обычный, их выпускают с диаметром 2,9 (3 мм) и 5 мм.
Основные отличительные качества, выделяющие мигающий светодиод, — это стабильность частоты мигания. Ее изменение при уменьшении тока через светодиод (возможность незначительной регулировки) и широкий угол обзора. В наименовании мигающие светодиоды имеют латинскую букву «F» (табл. П6.2).
Наиболее популярные типы мигающих светодиодов представлены в табл. П6.2.
6.3. Полноцветные светодиоды
Полноцветные светодиоды приобретают среди радиолюбителей всеобщую популярность.
Например, компания PARA Light Electronics с 2005 года начала выпускать новые типы светодиодов EP-LED.
Это оригинальные изделия, трехкристальные трехцветные светодиоды с прямым током каждого из переходов до 150 мА (для типов EP204K-150G1R1B1-XX и EP201С-150G1R1B1-CA). Суммарная сила света трех диодов составляет до 17,5 кд (кандел), при этом угол свечения равен 60°.
При силе света 14 кд обеспечивается угол более 100°.
Рассеиваемая мощность при максимальном токе составляет 1,6 Вт, поэтому данные диоды требуют принятия мер по отводу тепла, например, использование радиатора.
Наиболее популярные типы полноцветных светодиодов представлены в табл. П6.3.
Один из конкурентноспособных (относительно зарубежных аналогов) полноцветный светодиод отечественного производства СДК-Ц-2-60 имеет прямой ток 40 мА, силу света 2000 мкд (2 кд), угол излучения — 60°.
Кроме того, популярные полноцветные светодиоды представлены в табл. П6.4.
6.4. Популярные одноцветные светодиоды
Наряду с отечественными производителями светодиодов в продаже уже давно появились светодиоды зарубежного производства, как ни странно имеющие наименьшую стоимость по сравнению с отечественными светодиодами. Популярные отечественные светодиоды представлены в табл. П6.5 и П6.6. Зарубежные светодиоды, на примере производства фирмы Kingbright сведены в табл. П6.7. Туда же помещены актуальные справочные данные по двухцветным светодиодам той же фирмы.
Приложение 7 Популярные динисторы. Справочные данные
Наряду с приборами, дающими возможность осуществлять линейное усиление сигналов, в электронике, в вычислительной технике, и особенно в автоматике, широкое применение находят приборы с падающим участком вольт-амперной характеристики. Эти приборы чаще всего выполняют функции электронного ключа и имеют два состояния: запертое, характеризующееся высоким сопротивлением, и отпертое, характеризующееся минимальным сопротивлением.
Динистор — это управляемый диод, состоящий из четырех чередующихся слоев p1 — n1-p2-n2. Если подать на него не очень большое напряжение U, плюсом на слой р1 и минусом на слой n1, то потечет ток в направлении, как показано стрелкой. В результате переходы П1 и П2 будут работать в прямом направлении, а переход П2 — в обратном. Таким образом, получится как бы сочетание двух транзисторов в одном приборе.
Комбинация транзисторов p-n-p и n-p-n обладает свойствами динистора и используется на практике: одним транзистором является комбинация слоев p1-n1-p2, другим, соответственно — комбинация слоев n1-p2-n2. Слои p1 и n2 являются эмиттерами, ni и p2 — базами для одного транзистора и коллекторами для второго. Во избежание путаницы их называют базами. Переход П2 называют коллекторным.
Происхождение отрицательного участка на характеристике динистора обусловлено той же причиной, что и в лавинном транзисторе. У обоих приборов на этом участке задан постоянный ток базы (у динистора он равен нулю).
Предпочтительным материалом для динисторов является кремний, т. к. у кремниевых переходов благодаря большей роли процессов генерации — рекомбинации коэффициент инжекции при малых токах близок к нулю, и с ростом тока увеличивается медленно. Еще одним преимуществом кремния является малая величина тока в запертом состоянии прибора. Однако, с другой стороны, кремниевые переходы характерны большей величиной прямого напряжения и большим сопротивлением слоев. Это ухудшает параметры динистора в открытом состоянии.
Преимущества электронных устройств с участием динисторов (многие из которых источники питания и преобразователи напряжения) — малая рассеиваемая мощность и высокая стабильность выходного напряжения; одним из недостатков является ограниченный выбор выходных напряжений, определяемый напряжениями включения (открывания) динисторов. Купирование этого недостатка полностью во власти разработчиков и производителей современной элементной базы динисторов.
Далее рассмотрим справочные данные (электрические характеристики) популярных динисторов.
Электрические характеристики популярных динисторов представлены в табл. П7.1.
Приложение 8 Слаботочные электромагнитные реле фирмы Omron
Реле фирмы Omron широко используются в бытовой технике, системах автоматизации, мобильных устройствах, информационном оборудовании. Приведенная в табл. П8.1—П8.9 справочная информация поможет при определении реле по его названию на схеме или печатной плате, заменах вышедших из строя реле, поиске их аналогов по электрическим характеристикам и правильному подбору по размерам.
Рассмотрим типы популярных реле и их назначение.
На рис. П8.1 представлен внешний вид автомобильных реле.
Реле для поверхностного монтажа 4-контактное и с размерами 7,62×4,58×3,65 мм показано на рис. П8.2.
Высокопрофильное реле с размером 7,62×8,64×3,65 мм представлено на рис. П8.3.
Реле для поверхностного монтажа, имеющего 8 контактов и размеры 7,62×9,66×3,65 мм, показано на рис. П8.4.
Внешний вид (фото) 4-контактного реле в компактном исполнении с размерами 7×3,9×2,1 мм представлен на рис. П8.5.
Примеры трех реле общего применения представлены на рис. П8.6.
Приложение 9 Микросхемы-стабилизаторы. Справочные и электрические характеристики
В табл. П9.1 представлены полные аналоги по электрическим характеристикам.
Приложение 10 Фирмы-производители электронных компонентов и их адреса в Интернете
Компоненты для радиоэлектронной промышленности выпускаются различными фирмами-производителями, филиалы которых расположены по всему миру. Чтобы не запутаться в маркировке микросхем-аналогов и других электронных компонентов, найти справочные данные и электрические характеристики, важно знать адреса (сайты) производителей. Для этого вся полезная информация о наиболее известных и популярных фирмах-производителях электронных компонентов объединена в табл. П10.1. Филиалы фирм-производителей показаны в первой строке в ячейке табл. П10.1. В основном филиал фирмы-производителя прописывается и на корпусе микросхемы, например, МAX1486 или TDA2003.
Приложение 11 Популярные отечественные диоды, стабилитроны и стабисторы. Справочные данные
Радиолюбители в повседневной практике часто применяют дискретные полупроводниковые элементы — диоды, стабилитроны и стабисторы.
Для того чтобы правильно подобрать электронный компонент, произвести замену неисправной детали или рассчитать параметры электрической схемы, требуется знание электрических параметров, обозначений и маркировки полупроводниковых приборов. Все эти сведения можно найти в специализированных справочниках. Однако удобнее работать когда все необходимые справочные данные скомпонованы вместе, находятся «перед глазами» и нет необходимости обрабатывать несколько источников информации. В подборку справочных данных, состоящую из табл. П11.1—П11.5, сведены электрические параметры и особенности маркировки наиболее популярных полупроводниковых приборов. Эти данные подготовлены автором благодаря многолетнему опыту работы с полупроводниковыми приборами.
В табл. 11.3 представлены также электрические характеристики высоковольтных (но малой мощности) стабилитронов с напряжением стабилизации 31–96 В. Справочные данные по этим стабилитронам — в конце табл. 11.3.
В табл. П11.4 представлены данные по цветовой маркировке отечественных стабилитронов и стабисторов.
Информация по цветовой маркировке диодов представлена в табл. П11.5.
Приложение 12
Отечественные и зарубежные коаксиальные кабели. Справочный обзор
Среди многообразия коаксиальных кабелей наиболее популярными являются кабели с волновым сопротивлением 75 Ом (применяемые в качестве фидеров для телевизионной техники с частотами 50—862 МГц) и кабели с волновым сопротивлением 50 Ом, применяемые в основном в качестве фидеров антенн радиопередающих (радиоприемных) устройств на частотах до 250 МГц. Во втором случае, кабели в качестве фидеров с волновым сопротивлением 50 Ом используются в том числе радиолюбителями, осуществляющими радиосвязь на дальние и короткие расстояния и применяющих для этой цели трансиверы и радиостанции с мощностью (передатчика) до 100 Вт. Наиболее популярные кабели и их обозначения представлены далее.
Однако даже в среде ВЧ-кабелей с одноименными маркировками и типами встречаются различные по материалу кабели, которые можно распознать даже визуально. Так, например, на практике можно приобрести кабель для прокладки телевизионных антенн (рекомендуется САТ50 или САТ703) с волновым сопротивлением 75 Ом разных производителей и, соответственно, разного качества. Это стало уже традицией во многих сферах жизни, не только в радиоэлектронике, и, чтобы с этим досконально разобраться, потребуется внимательно вникнуть не только в цены, но и в материал, из которого создан кабель, и в особенности маркировки. Так, например, для телевизионного фидера не принципиально, какого производства будет кабель САТ703, рекомендуемый специалистами и установочными центрами (он лучший по отзывам, чем САТ50) — итальянского или китайского. А между тем, для педантичного читателя и установщика антенн разница очевидна.
Так, на кабеле САТ703 итальянского производства указан производитель Made in Italy, в то время как на одноименном кабеле китайского производства производитель не указан, только метраж, волновое сопротивление и тип кабеля. Кроме того, итальянский кабель визуально толще на 0,5 мм и его материал плотнее (оба белого цвета и имеют двойную оплетку — из фольги и сетки медного провода), чем китайский аналог (тонкость его заметна на ощупь при непосредственном сравнении того и другого кабеля). А между тем в розницу цена на одноименный кабель сегодня составляет (для САТ703 и САТ50) 15–20 руб. за метр. Поэтому (чтобы купить лучший) требуется разбираться в их особенностях. Отечественным аналогом для телевизионного фидера является РК75-4-11 (и его аналоги). В приведенных далее сведениях по высокочастотным кабелям приводятся взаимозаменяемые пары-аналоги.
На рис. П12.1 представлено фото (изображение) куска кабеля САТ703 китайского производства с местом маркировки.
12.1. Кабели отечественного производства
12.1.1. Кабели с волновым сопротивлением 50 Ом
□ РК50-0,6-21
□ РК50-7-11
□ РК50-2-26
□ РК50-9-23
□ РК50-3-11
□ РК50-11-11
□ РК50-4-111
□ РК50-44-17
12.1.2. Кабели с волновым сопротивлением 75 Ом
□ РК75-1-11
□ РК75-3-22
□ РК75-4-11
□ РК75-7-22
□ РК75-9-12
□ РК75-44-17
12.1.3. Кабели с волновым сопротивлением 100 Ом
□ РК100-7-11
□ РК100-7-21
12.2. Зарубежные коаксиальные кабели
□ САТ50
□ САТ703
□ RG-5
□ RG-21
□ RG-29
□ RG-220
По американской классификации за буквами RG, обозначающими вид кабеля, через дефис следует его номер, состоящий из 1–3 цифр. Буквы F, D или C указывают на различные модификации кабеля с тем или иным номером.
Все кабели, упомянутые в таблице, имеют близкие значения коэффициента укорочения. Так, у RG-62A/U коэффициент укорочения равен 0,84; у RG-16/U — 0,67; у остальных — 0,66.
Среди многообразия коаксиальных кабелей наиболее популярными являются кабели с волновым сопротивлением 75 Ом (применяемые в качестве фидеров для телевизионной техники с частотами 50—862 МГц) и кабели с волновым сопротивлением 50 Ом, применяемые в основном в качестве фидеров антенн радиопередающих (радиоприемных) устройств на частотах до 250 МГц. Во втором случае, кабели в качестве фидеров с волновым сопротивлением 50 Ом используются в том числе радиолюбителями, осуществляющими радиосвязь на дальние и короткие расстояния и применяющих для этой цели трансиверы и радиостанции с мощностью (передатчика) до 100 Вт. Наиболее популярные кабели и их обозначения представлены далее.
Однако даже в среде ВЧ-кабелей с одноименными маркировками и типами встречаются различные по материалу кабели, которые можно распознать даже визуально. Так, например, на практике можно приобрести кабель для прокладки телевизионных антенн (рекомендуется САТ50 или САТ703) с волновым сопротивлением 75 Ом разных производителей и, соответственно, разного качества. Это стало уже традицией во многих сферах жизни, не только в радиоэлектронике, и, чтобы с этим досконально разобраться, потребуется внимательно вникнуть не только в цены, но и в материал, из которого создан кабель, и в особенности маркировки. Так, например, для телевизионного фидера не принципиально, какого производства будет кабель САТ703, рекомендуемый специалистами и установочными центрами (он лучший по отзывам, чем САТ50) — итальянского или китайского. А между тем, для педантичного читателя и установщика антенн разница очевидна.
Так, на кабеле САТ703 итальянского производства указан производитель Made in Italy, в то время как на одноименном кабеле китайского производства производитель не указан, только метраж, волновое сопротивление и тип кабеля. Кроме того, итальянский кабель визуально толще на 0,5 мм и его материал плотнее (оба белого цвета и имеют двойную оплетку — из фольги и сетки медного провода), чем китайский аналог (тонкость его заметна на ощупь при непосредственном сравнении того и другого кабеля). А между тем в розницу цена на одноименный кабель сегодня составляет (для САТ703 и САТ50) 15–20 руб. за метр. Поэтому (чтобы купить лучший) требуется разбираться в их особенностях. Отечественным аналогом для телевизионного фидера является РК75-4-11 (и его аналоги). В приведенных далее сведениях по высокочастотным кабелям приводятся взаимозаменяемые пары-аналоги.
На рис. П12.1 представлено фото (изображение) куска кабеля САТ703 китайского производства с местом маркировки.
12.1. Кабели отечественного производства
12.1.1. Кабели с волновым сопротивлением 50 Ом
□ РК50-0,6-21
□ РК50-7-11
□ РК50-2-26
□ РК50-9-23
□ РК50-3-11
□ РК50-11-11
□ РК50-4-111
□ РК50-44-17
12.1.2. Кабели с волновым сопротивлением 75 Ом
□ РК75-1-11
□ РК75-3-22
□ РК75-4-11
□ РК75-7-22
□ РК75-9-12
□ РК75-44-17
12.1.3. Кабели с волновым сопротивлением 100 Ом
□ РК100-7-11
□ РК100-7-21
12.2. Зарубежные коаксиальные кабели
□ САТ50
□ САТ703
□ RG-5
□ RG-21
□ RG-29
□ RG-220
По американской классификации за буквами RG, обозначающими вид кабеля, через дефис следует его номер, состоящий из 1–3 цифр. Буквы F, D или C указывают на различные модификации кабеля с тем или иным номером.
Все кабели, упомянутые в таблице, имеют близкие значения коэффициента укорочения. Так, у RG-62A/U коэффициент укорочения равен 0,84; у RG-16/U — 0,67; у остальных — 0,66.
ТЕЛЕГРАМКанал с обзорами, анонсами новинок и книжными подборками
Книжный Вестник
Бот для удобного поиска книг (если не нашлось на сайте)
Поиск книг
Свежие любовные романы в удобных форматах
Любовные романы
О психологии, саморазвитии и личностном росте
Саморазвитие
Детективы и триллеры, все новинки
Детективы
Фантастика и фэнтези, все новинки
Фантастика
Отборные классические книги
Классика
ВКОНТАКТЕБиблиотека с любовными романами, которая наверняка придётся по вкусу женской части аудитории
Любовные романы
Библиотека с фантастикой и фэнтези, а также смежных жанров
Фантастика
Самые популярные книги в формате фб2
Топ фб2
книги