Основні елементи апаратів

Усі апарати в конструктивному відношенні відрізняються один від одного, але основні елементи та принципи дії залишаються незмінними. Контактні пристрої мають ділянку з'єднання ланцюга – контакт, який розмикається або не розмикається. Широке застосування знайшли розмикаючі контакти (рис.58).

Рисунок 58 – Плінт з розмикаючими контактами

Робота розмикаючого котакту супроводжується руйнівним впливом на нього електричної дуги, вібрації, механічного зносу. Розмикаючі контакти характеризуються Uном та Iном, Iвідхилення. Для контактів застосовуються Cu (мідь) та Ag (срібло) покриття; для виключення окислюваності, для підвищення зносостійкості контакти виконують металокерамічними.

Головна вимога до контактів – малий й стабільний опір, неокислювальність.

Для замикання й розмикання контактів рухому частину апарату приводять в рух електромагнітом. Вимоги до електромагніту: достатньо мале вимірювальне тягове посилення, відсутність примикання рухомої частини до нерухомої, що забезпечується короткозамкненим обігом, щільне прилягання рухомий до нерухомої частини для виключення гудіння та вібрації при змінному струмі (I ~).

Дугогасна камера – пристрої, що застосовуються для зменшення ступеня руйнування контактів, шляхом скорочення часу горіння дуги. Поширені щілинні пристрої, куди дуга відкидається магнітним "дуттям", там вона подовжуються, згинається, охолоджується та гасне [1, с.285, рис.4.31, е].

Деіонні решітки – пакет сталевих й мідних пластин, що розбивають дугу на кілька коротких дуг, що вимагають більш напруги для підтримання горіння [1, с.285, рис. 4.31, ж].

Механізм вільного розчеплення забезпечує швидке розмикання головних контактів та неможливість їх утримання під час ненормального режиму роботи (принцип дії – 1, с.286, рис. 4.32).

3. Комутаційна та пускова апаратура

Запобіжники з плавкими вставками використовуються для відключення ділянки (рис.59), що захищає ланцюг при короткому замиканні, але не перевантаженнях (таблиця – 1, с. 288).

Рисунок 59 – Рубильник з плавкими вставками

Контактори використовуються для частих включень й відключень електроланцюга (до 1500 разів на годину). Привід – електромагніт. Контактори бувають одно–, двох– або трьохполюсними. При постійному струмі КВП-600 мають виконання на 100, 160, 250 й 600А на один та два полюси, з замикаючими та розмикаючими контактами.

Контактори змінного струму бувають на струми 20÷600А, власний час спрацювання 0,05÷0,1сек.

Кнопки управління – кнопки для замикань ланцюгів дистанційного й місцевого управління двигунами, іншими електроспоживачами. Комплект з декількох кнопок в одному корпусі – кнопкова станція.

Кнопкова станція призначена для ручного дистанційного керування електромагнітними апаратами (контакторами, магнітними пускачами, реле, тощо) в електричних ланцюгах управління змінного струму напругою до 500В та постійної напруги до 220В, подання напруги к споживачу (рис.60).

Рисунок 60 – Кнопки управління та кнопкова станція

Магнітні пускачі – апарат для місцевого або дистанційного включення або виключення двигунів та апаратів. Являє собою трифазний контактор змінного струму з вбудованими в дві фази тепловим реле.

Теплове реле для захисту двигуна від струмів перевантаження – корпус (рис.61), в який вмонтованні дві біметалеві пластини (біметал – дві зварені пластини з різним коефіцієнтом температурного розширення), та механізм розчеплення нормального закритого контакту, увімкненого в ланцюг живлення котушки пускача.

Рубильники призначені для комутації електроланок, використовуються для струму до 600А.

Рисунок 61 – Теплове реле

4. Особливості монтажу ПРА та техніка безпеки

Самостійне вивчення та перевірка знань на тему: ”Особливості монтажу ПРА та техніка безпеки”[1, с.289].

5. Ремонт, регулювання та налаштування апаратури

Загальна перевірка апарату – чищення, протирання, продування, перевірка одночасності торкання багатоголосних контакторів, щільність прилягання контактних поверхонь, значення початкового та кінцевого контактного натискання. Результати порівнюють з паспортними даними. Огляд ізоляції, перевірка мегаометром, сушать електромагнітні проводи, (при вологості ізоляції) шляхом п'ятикратного включення при Uном =0,9 та десятикратного відключення при Uном =0,8.

Щільність прилягання якоря до осердя перевіряють шляхом нанесення на поверхню фарби (або копіркою), відбиток не повинен займати не менш ніж 2/3 поверхні торкання. Зачищення здійснюється вздовж шарів магнітопроводу. Щільність зіткнення контактів – щуп 0,05мм, не більше ніж на 1/3 довжини крапкового контакту. При контакті врубчатого типу –щільність перевіряється щупом 0,05мм та шириною 10мм, який не повинен входити в контакт більш ніж на 6мм.

Точність збігу контактних поверхонь рухомих та нерухомих контактів– не менше 70% поверхонь.

Одночасність замикання багатоголосних контактів перевіряють виміром зазору в момент першого торкання одного з контактів. Допуск – не одночасність замикання до 0,5мм.

Техніка безпеки

Особи, які не обслуговують дану електроустановку, допускаються до огляду з дозволу особи, відповідальної за електрогосподарство підприємства, цеху, дільниці.

При огляді електроустановок напругою вище 1000В одноосібно забороняється: проникати за огорожі, входити в камери РУ, виконувати будь-які роботи. Камери слід оглядати з порога або стоячи перед бар'єром. Огляд камер закритих розподільних пристроїв (ЗРП) з входом за огорожу при необхідності дозволяється виконувати тільки особі з групою по електробезпеці не нижче IV за умови, що в проходах відстань від підлоги складає: до нижніх фланців ізоляторів – щонайменше 2м, до неогороджених струмоведучих частин – не менш ніж 2,5м при напрузі до 10кВ, не менш 2,75м при напрузі до 35кВ, не менш 3,5м при напрузі 110кВ та щонайменше 4,2м при напрузі 150 ÷ 220кВ. Перелік таких осередків і камер визначається розпорядженням особи, відповідальної за електрогосподарство.

Роботи без зняття напруги на струмовідних частинах та поблизу них слід виконувати щонайменше дві особи, з яких виконавець робіт повинен мати групу з електробезпеки не нижче IV, решта – не нижче III.

При роботі в електроустановках напругою до 1000В без зняття напруги на струмовідних частинах та поблизу них необхідно:

– обгородити розташовані поблизу робочого місця інші струмовідні частини, що перебувають під напругою, до яких можливо випадковий дотик;

– працювати в діелектричних калошах або стоячи на ізолюючої підставці, або на діелектричному килимі;

– застосовувати інструмент з ізолюючими рукоятками (у викруток, крім того, повинен бути ізольований стрижень); за відсутності такого інструменту користуватися діелектричними рукавичками.

Роботи на проводах, тросах та належних до них ізоляторах, арматурі, розташованих вище проводів, тросів, що знаходяться під напругою, можуть бути допущені за умови складення плану виконання робіт, що затверджується головним інженером підприємства, в якому повинні бути передбачені заходи, що перешкоджають опусканню проводів, і заходи щодо захисту від наведеної напруги. Заміна проводів і тросів, при цих роботах, без зняття напруги з проводів, які перетинаються, забороняється.

Встановлення і зняття запобіжників, як правило, виробляються при знятій напрузі. Під напругою, але без навантаження допускається знімати та встановлювати запобіжники на приєднаннях, в схемі яких відсутні комутаційні апарати.

Під напругою і під навантаженням допускається знімати або встановлювати запобіжники трансформаторів напруги та запобіжники пробочного типу в електроустановках з напругою до 1000В.

При знятті та встановлення запобіжників під напругою необхідно користуватися:

– в електроустановках напругою вище 1000 В: ізолювальними кліщами (штангою), діелектричними рукавичками та захисними окулярами (маскою);

– в електроустановках напругою до 1000 В: ізолювальними кліщами або діелектричними рукавичками, а при наявності відкритих плавких вставок і захисними окулярами (маскою).

Тема 10 Заготівля джгутів. Маркування дротів та кабелів

План:

1. Призначення.

2. Технологія виготовлення джгутів.

3. Маркування.

4. Техніка безпеки.

1. Призначення

При виготовленні електронних пристроїв значна частка робіт припадає на комутацію приладів всередині цих пристроїв.

Джгути – дроти, що йдуть в одному потоці паралельно по одній трасі, ув'язані або скріплені між собою (рис.62), оконечені під'єднання до елементів схем.

Рисунок 62 – Джгут

Для однотипних пристроїв, для прискорення процесу монтажу, джгути проводів виготовляють окремо.

У джгут об'єднують прямі й зворотні провідники зі струмами промислової частоти згідно з його схемою.

Провід, які використовуються в високочастотній (ВЧ) апаратурі, в джгут не ув'язують (так як при цьому збільшується ємність між провідниками).

Джгути виготовляють з оболонкою для їх кріплення та екранування, а також без оболонок. Провід джгутів скріплюють безперервним бандажем з бавовняно-паперових ниток. Для установок, які працюють в умовах високої температури – скляними нитками з наступним просоченням бандажу воском або парафіном, іноді лаком або клеєм.

Оболонки бувають трубчастими, стрічковими, смугові та плетені. Трубчасті оболонки бувають м'якими та жорсткими.

Для м'яких використовують ПВХ трубки, для жорстких – алюмінієві, які крім захисту від механічних пошкоджень виконують функцію електричного екранування (рис.63).

Рисунок 63 – Джгути з жорсткою оболонкою

Плетену оболонку виготовляють з міді (Cu) або алюмінію (Al), яка легко одягається, забезпечує гарне скріплення, гнучкість й екранування. При монтажі металеву плетінку приєднують до корпусу.

Стрічкові оболонки виконують із синтетичної стрічки або капронової тканини з нітроцілюлозним покриттям. Ця оболонка практична тим, що можна замінити будь-яку пошкоджену ділянку.

Смугові оболонки – чохол, зшитий уздовж джгута (рис.64).

Рисунок 64 – Джгути з оболонкою

1 - електроізоляційна стрічка; 2 - джгут; 3 - відгалуження

2. Технологія виготовлення джгутів

1) Підготовка за типом, забарвленням та перетину проводів;

2) зрізів їх;

3) укладання їх в необхідному поєднанні за шаблоном;

4) скріплення їх видною або одяганням оболонки;

5) продзвонювання й маркування;

6) окінцювання та зовнішній контроль. Укладання виробляють на шаблонах (рис.65).

Рисунок 65 – Виробництво джгутів

Шаблон – дерев'яна панель, на якій нанесена конфігурація джгута в натуральну величину. Кінці джгута фіксують кінцевими й поворотними фіксаторами. Напрямок укладання кожного провідника вказується лінією, наміченою фарбою за шаблоном, при невеликій кількості провідників. При великій кількості провідників укладання ведуть за кресленням або за таблицею провідників, що входить до монтажної схеми.

На шаблоні джгут, що складається з окремих провідників пов'язують бандажем. Кінці провідників окінцьовують.

3. Маркування

Полегшує монтаж та експлуатацію електроустановок, її наносять на всі апарати, прилади, затискачі, дроти, панелі, щити, шафи, пульти та кабелі.

Маркування на обладнанні наносять трафаретом або штампом. На кабель – на підвісних бірках або на окінцюваннях; на жили – на окінцюваннях, ПВХ трубках або маркувальної липкою стрічкою (рис.66).

Дроти вторинних ланцюгів використовують кольорові дроти або дрот з буквеної, або цифровим маркуванням по всій довжині ізоляції.

Для позначення фази та полярності використовують різні фарби: жовтий – А, B – зелений, С – червоний, синій – "─", червоний – " + ".

А також, для маркування проводів використовують карболітові маркувальні накінечники чорного кольору або накінечники з ПВХ. Маркування на карболіті наносяться білилом, на ПВХ або капроні – чорнилом. Під час монтажу дроти маркуються тимчасовими навісними бірками з картону, напис пишеться олівцем. Після приєднання проводів до затискачів на кінці проводів надягають постійні бірки, на які переносять написи з тимчасових.

Рисунок 66 – Маркування для кабелів типу KCG

Для маркування кабелів і джгутів застосовуються навісні пластмасові або металеві бірки. Бірки закріплюють на кабелях та джгутах пластмасової або металевої в'язкою (рис.67). Написи наносять вручну, трафаретом або вибитим клеймом.

Рисунок 67 – Хомути (бездротове стягування), матеріал стандартний нейлон, не містить галогенів,самозагасаючий, робоча температура – 40°С÷ +85°С

4. Техніка безпеки

При збірці дотримується слюсарна техніка безпеки (робота з ножем, тощо). А при монтажі джгутів планується та перевіряється його функціональність – підключення до електромережі, тобто дотримуватися електробезпеки (рис.68,69).

Рисунок 68 – Встановлена проводка у відсіку літака, монтаж

Рисунок 69 – Прокладка дротів вільно висячими джгутами

Тема 11 Загальні відомості про конденсатори

План:

1. Поняття та основні параметри.

2. Позначення на схемі.

3. Класифікація.

4. Маркування.

5. Види конденсаторів.

6. Застосування.

7. Техніка безпеки

1. Поняття та основні параметри

Конденсатор – елемент електричного кола, що складається з провідних електродів (обкладок), розділених діелектриком та призначенні для використання його ємності (фотоспалах).

Ємність конденсатора – відношення розжарюваного в ньому електричного заряду до прикладеної напруги (вимірюється у Фарада).

Питома ємність – відношення ємності до об'єму.

Номінальна ємність – ємність, яку повинен мати конденсатор згідно з ДСТУ.

Фактична ємність відрізняється від номінальної на величину допуску.

Електроміцність конденсатора характеризується показниками Uном (тобто найбільш допустиме для роботи в тривалому режимі).

Випробувальна напруга – Umax, при якому випробовується електроміцність конденсатора.

Пробивна напруга – Umin, при якій відбувається електричний пробій на швидкому випробуванні (напруга підвищується до пробою протягом декількох секунд).

На рисунку 70 зображено конденсатор керамічний змінної ємності.

Рисунок 70 – Конденсатор змінної ємності

Саморозряд

Заздалегідь заряджений конденсатор впродовж часу втрачає накопичену енергію за рахунок струму витіку, що протікає через прошарок діелектрика між обкладинками. Часто в довідниках на конденсатори наводиться параметр постійна часу саморозряда конденсатора, чисельно дорівнює добутку ємності на опір витіку. Це є час, за яке початкова напруга на відключеному конденсаторі зменшиться в е раз.

П'єзоефект

Багато керамічних матеріалів мають п'єзоефект – здатність генерувати різницю потенціалів при механічній деформації.

Діелектрики деяких керамічних конденсаторів також можуть володіти таким властивостями. Зазвичай це виявляється у виникненні перешкод в електричних ланцюгах, внаслідок шуму чи вібрації.

Самовідновлення

У деяких типах конденсаторів в місці пробою ізоляції прогорають обкладки – конденсатор продовжує працювати зі зменшеною ємністю (незначно).

На рисунку 71 зображено конденсатор слюдяний герметизований малогабаритний.

Рисунок 71 – Конденсатор слюдяний герметизований малогабаритний

За характером захисту від зовнішніх впливів конденсатори виконуються: незахищені, захищені, неізольовані, ізольовані, ущільнені та герметизовані.

До НЧ плівкових відносять конденсатори на основі полярних й слабополярних плівок (паперові, металопаперові, комбіновані, лакоплівкові, полікарбонатні та поліпропіленові). Вони здатні працювати на частотах до 105Гц при суттєвому зниженні амплітуди змінної складової напруги із збільшенням частоти.

Конденсатор в ланцюзі постійного струму може проводити струм у момент включення його в ланцюг (відбувається заряд або перезаряд конденсатору), по закінченню перехідного процесу струм через конденсатор не тече, так як його обкладки розділені діелектриком. У ланцюзі ж змінного струму він проводить коливання змінного струму за допомогою циклічної перезарядки конденсатора, замикаючись на так званий струм зміщення.

2. Позначення на схемі

– конденсатор постійної ємності має загальне позначення;

– постійної ємності поляризований;

– конденсатор змінної ємності;

– конденсатор підлаштування.

Для отримання великих ємностей конденсатори з'єднують паралельно (рис.72). При цьому напруга між обкладинками усіх конденсаторів однакова. Загальна ємність батареї паралельно з'єднаних конденсаторів дорівнює сумі ємностей усіх конденсаторів, які входять у батарею.

Рисунок 72 – Паралельне з'єднання конденсаторів

3. Класифікація

Класифікація проводиться за родом діелектрика, три елементи маркування:

Перша буква:

К – конденсатор постійної ємності;

КТ – конденсатор підлаштування;

КП – конденсатор змінної ємності;

КД – конденсатори дискові;

КМ – керамічні монолітні.

Друга літера – група конденсаторів:

– керамічні, на номінальну напругу нижче 1600В – 10÷15;

– керамічні, на номінальну напругу вище 1600В – 21÷22;

– скляні – 26;

– склокерамічні –31;

Конденсатори постійні:

– тонкоплівкові з неорганічним діелектриком – 31÷40;

– слюдяні малої потужності – 41;

– слюдяні великої потужності – 42;

– паперові, на номінальну напругу нижче кВ, фольгові – 50÷51;

– паперові, на номінальну напругу вище кВ, фольгові – 52÷53;

– паперові металізовані – 60;

– оксидно-електролітичні, алюмінієві – 61;

– оксидно-електролітичні танталові, ніобієві, тощо – 70 ÷ 71;

– об'ємно-пористі – 72;

– оксидно-напівпровідникові – 73÷74;

– з повітряним діелектриком – 75;

– вакуумні – 76;

– полістирольні – 77;

– фторопластові – 78;

Конденсатори підлаштування:

– вакуумні – 1;

– з повітряним діелектриком – 2;

– з газоподібним діелектриком – 3;

– з твердим діелектриком – 4;

Конденсатори змінної ємності:

– вакуумні – 1;

– з повітряним діелектриком – 2;

– з газоподібним діелектриком – 3;

– з твердим діелектриком – 4.

Третій елемент – пишеться через дефіс та позначає реєстраційний номер.

4. Маркування

Цифри – номінальна ємність, букви – одиниця ємності, а також букви –допустиме відхилення.

Розшифрування позначень (приклади, решта за аналогією):

9,1пф – 9П1

22пф – 22П

150пф – Н15

1800пф – 1Н8

0.01мкФ – 10Н

0.15мкФ – М15

50мкФ – 50М

6.8мкФ – 6М8

Зарубіжні керамічні дискові конденсатори (темно жовті): остання цифра позначає кількість нулів на кінці:

391 – 390пф132 – 1300пф

473 – 47000пф

1623 – 162000пф – 162нф

154 – 150000пф – 0.15мкф

105 – 1000000пф – 1мкф

.001 – 0.001мкф

.02 – 0.02мкф

Типи конденсаторів

БМ – паперовий малогабаритний;

БМТ – паперовий малогабаритний теплостійкий;

КД – керамічний дисковий;

КЛС – керамічний литий секційний;

КМ – керамічний монолітний;

КПК-М – конденсатор підлаштування малогабаритний;

КТ – керамічний трубчатий;

МБГ – металопаперові герметизовані;

МБГО – металопаперові герметизовані, одношаровий;

МБГТ – металопаперові герметизовані теплостійкі;

МБГЧ – металопаперові герметизовані, чотирьохшаровий;

МБМ – металопаперові малогабаритні;

ПМ – полістироловий малогабаритний;

ПЗ – плівковий відкритий;

ПСО – плівковий стірофлексний, відкритий;

КЛС – керамічнолиті секційні;

КСО – конденсатори слюдяні опресовані;

СГМ – слюдяні герметизовані малогабаритні;

КБГИ – конденсатори паперові герметизовані ізольовані;

КБГЧ – металопаперові герметизовані частотні;

КЭГ – конденсатори електролітичні герметизовані;

ЭТО – електролітичні танталові об'ємно-пористі;

КПК – конденсатори підлаштування керамічні.

Параметри і характеристики, що входять в повне умовне позначення, вказуються в наступній послідовності:

Позначення конструктивного виконання

Номінальна напруга

Номінальна ємність

Допустиме відхилення ємності

Група й клас з температурою стабільності ємності

Номінальна реактивна потужність

Інші, необхідні додаткові характеристики. Основні електричні параметри та характеристики конденсаторів.

5. Види конденсаторів

Конденсатори постійні – ємність не змінюється (тільки по закінченню терміну служби). Слюдяні випускаються з обкладинками з фольги.

Керамічні – пластини, диски або трубки з кераміки, на які нанесені електроди з металу. Для захисту покриваються емалями, або укладаються у спецкорпуса, застосовуються в якості контурних, розділювальних, блокувальних, тощо (рис.73).

Рисунок 73 – Керамічні конденсатори

Скляні – монолітні спечені блоки, які чергуються з шарів скляних плівок й алюмінієвої фольги. Корпус виготовляється з такого ж скла.

Склокерамічні – скляні, але діелектрик скло з домішками такого ж скла.

Склоемалеві – діелектриком служить склоподібна емаль, а обкладки – шари срібла.

Металопаперові – діелектрик (конденсаторний лакований папір), обкладки тонкі шари металу (менш мікрометра) нанесені на папір з одного боку (рис.74). Корпус циліндричний алюмінієвий, кінці герметизовані епоксидною смолою (ВЧ плівкові).

Рисунок 74 – Металопаперові конденсатори

Плівкові та металоплівкові – діелектрик (плівка з пластмаси, полістиролу, фторопласту, тощо) і обкладка (металева фольга або тонкий шар метала, нанесеного на плівку).

Електролітичні та оксидно напівпровідникові: діелектрик – оксидний шар на металі, що є однією з обкладок (анодом). Друга обкладка (катод) – електроліт або шар напівпровідника, нанесений безпосередньо на оксидний шар (рис.75). Аноди виготовляються з алюмінію, танталу або ніобієвій фольги. Ці конденсатори використовуються лише в цілях постійного або пульсуючого струму, тому що провідність залежить від полярності прикладеної напруги.

Рисунок 75 – Електролітичні конденсатори

Використовують переважно в фільтрах випрямних пристроїв, у ланцюгах звукових частот, підсилювачах звукових частот.

Герметичний слюдяний конденсатор в металоскляному корпусі типу «СГМ» використовують для навісного монтажу (рис.71).

По виду діелектріка розрізняють:

* конденсатори вакуумні (обкладки без діелектрика, знаходяться у вакуумі);

* конденсатори з газоподібним діелектриком;

* конденсатори з рідким діелектриком;

* конденсатори з твердим неорганічним діелектриком: скляні (склоемалеві, стеклокерамічні, скляно-плівкові), слюдяні, керамічні, тонкошарові, з неорганічних плівок;

* конденсатори з твердим органічним діелектриком: паперові, металопаперові, плівкові, комбіновані (паперовоплівкові, тонкошарові з органічних синтетичних плівок);

* електролітичні та оксидно -напівпровідникові конденсатори. Такі конденсатори відрізняються від інших типів насамперед великою питомою ємністю.У якості діелектрика використовується оксидний шар на металевому аноді. Друга обкладка (катод) – електроліт (електролітичні конденсатори) або шар напівпровідника (оксидно-напівпровідникові), нанесених безпосередньо на оксидний шар. Анод виготовляється, залежно від типу конденсаторів, з алюмінієвої, танталової фольги або спеченого порошку;

* твердотільні конденсатори – замість традиційно рідкого електроліту використовується спеціальний струмопровідний органічний полімер або полімеризований органічний напівпровідник. Час напрацювання на відмову –50000 годин при температурі +85°С, слабо залежить від температури. Не вибухають.

Сучасні конденсатори, руйнуються без вибуху завдяки спеціальній конструкції – верхня кришка розривається (рис.75). Руйнування можливо через порушення режиму експлуатації або старіння.

Конденсатори з розірваною кришкою практично непрацездатні та потребують заміни, якщо вони роздулися, але ще не розірвалися – швидше за все, незабаром вийде з ладу або зміняться параметри, що зробить його використання неможливим.

Багато конденсаторів з оксидним діелектриком (електролітичні) функціонують тільки при коректній полярності напруги через хімічні особливості взаємодії електроліту з діелектіріком. При зворотній полярності напруги електролітичні конденсатори зазвичай виходять з ладу через хімічне руйнування діелектрика з подальшим збільшенням струму, скипанням електроліту всередині і, як наслідок, з ймовірністю вибуху корпусу.

Вибухи електролітичних конденсаторів – досить поширене явище. Основною причиною вибухів є перегрів конденсатору (рис.75), що викликається в більшості випадків витіканням або підвищенням еквівалентного послідовного опору, внаслідок старіння (актуальне для імпульсних пристроїв). У сучасних комп’ютерах перегрів конденсаторів часта причина виходу їх з ладу, коли вони стоять поруч з джерелами підвищеного тепловиділення (радіатори охложденія).

Для зменшення ушкоджень інших конденсаторів та травматизму персоналу в сучасних конденсаторах великої ємності встановлюють клапан або виконують насічку на корпусі (частіше можна помітити її у формі літери Х, К або Е на торці, іноді на великих конденсаторах вона прикрита пластиком).

При підвищенні внутрішнього тиску відкривається клапан або корпус руйнується по насічці, електроліт випаровується виходчи у вигляді їдкого газу або навіть рідини, і тиск спадає без вибуху та уламків (рис.76). Старі електролітичні конденсатори вироблялися в герметичному корпусі та не мали жодних захистів від вибуху. Вибухова сила частин корпусу може бути досить великою й травмувати людину.

На відміну від електролітичних, вибухонебезпечність оксіднополупроводнікових (танталових) конденсаторів пов'язана з тим, що такий конденсатор фактично являє собою вибухову суміш: в якості пального служить тантал, а в якості окислювача – двоокис марганцю. Обидва цих компонента в конструкції конденсатора змішані у вигляді тонкого порошку. При пробої конденсатора або при його випадкової переплюсовкі, що виділяється при протіканні струму, тепло ініціює реакцію між даними компонентами – протікає у вигляді сильного спалаху з хлопком, що супроводжується розкиданням іскор та уламків корпусу. Сила такого вибуху досить велика, особливо у великих конденсаторів – здатна зашкодити не тільки сусідні радіоелементи, а й плату. При тісному розташуванні декількох конденсаторів можливий пропал корпусів сусідніх конденсаторів, що призводить до одночасного вибуху всієї групи.

Рисунок 76 – Сучасні конденсатори з клапаном формі літери Х

Крім того, коденсатори розрізняються по можливості зміни своєї ємності:

* постійні конденсатори – основний клас конденсаторів що не змінюють своєї ємності (окрім закінчення терміну служби);

* змінні конденсатори – коденсатори, які допускають зміну ємності в процесі функціонування приладу. Управління ємністю може здійснюватися механічно, електричною напругою та температурою. Застосовують, наприклад, в радіоприймачах для перебудови частоти резонансного контакту.

* Конденсатори підлаштування – конденсатори, ємності яких змінюється при разовому періодичному регулюванні, не змінюються в процесі функціонування апаратури. Їх використовують для підлаштування та вирівнювання початкових ємностей сполучених контурів, для періодичного підлаштування та регулювання ланцюгів схем, де потрібна незначна зміна ємності.

Конденсатори, залежно від призначення, умовно поділяють на загального та спеціального призначення. Конденсатори загального призначення використовують практично в більшості видів й класів апаратури. Традиційно до них відносять найбільш поширені низьковольтні конденсатори, до яких не ставляться особливі вимоги. Усі інші кондесатори є спеціальними. До них відносять високовольтні, імпульсні, перешкодопридушуючі, дозиметричні, пускові та інші конденсатори.

Також розрізняють конденсатори за формою обкладок: плоскі, циліндричні, сферичні та інші.

Керамічні конденсатори є природним елементом практично будь-якої електронної схеми. Вони застосовуються там, де необхідна здатність працювати з сигналами змінної полярності, добрі частотні характеристики, малі втрати, незначні струми витоку, невеликі габаритні розміри або низька вартість. Якшо ці вимоги перетинаються – вони практично незамінні. Але проблеми, пов'язані з технологією їх виробництва, відводили цьому типу конденсаторів нішу пристроїв малої ємності.

Алюмінієві – з радіальними виводами та для поверхневого монтажу. Алюмінієві електролітичні конденсатори мають високу ємність, у перерахунку на одиницю, має низьку вартість та доступність. Вони широко застосовуються в імпульсних блоках живлення в якості вихідних фільтрів з частотами до 150кГц. Проте робоча частота в DC–DC перетворювачах процесорів робить ці кондесатори невідповідними. Паразитний ЕРС дуже високий у діапазоні частот від 150кГц та дуже залежить від температури, у порівнянні з конденсаторами інших типів. Час життя залежить від температури, а протікання може пошкодити контакти, які розташовані під конденсатором.

Танталові конденсатори з покриттям діоксиду марганцю (МnO ₂). Танталові конденсатори мають кращі характеристики, ніж алюмінієві, за рахунок використання більш дорогої технології. В їх застосовується сухий електроліт, тому їм не властиво "висихання" алюмінієвих конденсаторів(рис.77). Також вони мають більш низький активний опір на високих частотах (100кГц), що важливо при використанні в імпульсних джерелах живлення. Термостабільність: в температурному діапазоні від –55°С до +125°С ємність змінюється приблизно на +15% до –15%. Струми витоку приблизно такі ж, як у алюмінієвих тих же номіналів.

Рисунок 77 – Танталові конденсатори

Недоліком танталових конденсаторів є відносно велике зменшення ємності із збільшенням частоти та підвищена чутливість до зміни полюсів, перевантажень по напрузі. Через яку рекомендується використання з подвійним запасом за робочою напругою, а також для забезпечення стійкої працездатності при температурі більше 85°С. Існує ймовірність закорочення при дуже великих токах заряду під час включення, супроводжуваного яскраво-білим спалахом та виділенням диму.

Танталові конденсатори з полімерним покриттям, призначені для поверхневого монтажу, поєднують в собі високу ємність танталових конденсаторів з високою питомою провідністю сучасних полімерних матеріалів.

Полімерні алюмінієві конденсатори мають гарні характеристики на частотах роботи конвертера живлення. Вони мають добрі характеристики викиду напруги й може використовуватися при документованої напрузі.

Як удосконалення технології танталу з'явилися ніобієві конденсатори. При порівнянних умовах вони мають дещо більший ресурс. Наприклад при температурі 85°С алюмінієві конденсатори мають ресурс 8÷25 тисяч годин роботи, танталові – 100 тисяч годин, а ніобієві – 200÷500 тисяч годин (рік безперервної роботи – приблизно 8200 годин). На старих (80486, Pentium I) платах буває розмаїття ніобієвих конденсаторів, деякі неполярні. Ніобієві іноді помаранчеві, іноді сині "краплі" але з виводами.

6. Застосування конденсаторів

Конденсатори знаходять застосування практично у всіх галузях електротехніки:

– конденсатори (спільно з котушками індуктивності та (або) резисторами) використовуються для побудови різних ланцюгів з частотно-залежними властивостями, зокрема фільтрів, ланцюгів зворотного зв'язку, коливальних контурів, тощо;

– при швидкому розряді конденсатора можна отримати імпульс великої потужності, наприклад: в фотоспалахах, електромагнітних прискорювачах, імпульсних лазерів з оптичним накачуванням, генераторах Маркса (ГІН, ГІТ), генерторах Кокрофта-Уотона, тощо;

– так як конденсатор здатний тривалий час зберігати заряд, то його можна використати як елемент пам'яті або пристрій зберігання електричної енергії;

– у промисловій електротехніці конденсатори використовуються для компенсації реактивної потужності або в фільтрах високих гармонік;

– конденсатори здатні накопичувати великий заряд і створювати велику напруженість на обкладках (рис.78), яка використовується для різної мети, наприклад: для прискорення заряджених частинок або для створення короткочасних потужних електричних розрядів;

Рисунок 78 – Конденсатори високовольтні

– вимірювальний перетворювач (ВП) малих переміщень: мала зміна відстані між обкладинками, дуже помітно позначається на ємності конденсатора;

– ВП вологості повітря, деревини;

– ВП вимірювача рівня рідини: непровідна рідина заповнює простір між обкладинками конденсатору – ємність конденсатору змінюється в залежності від рівня.

Техніка безпеки

При користуванні конденсаторної установки необхідно дотримуватися деяких додаткових вимог з техніки безпеки, обумовлених наявністю значних ємностей в цих установках.

Якщо відключений конденсатор не буде своєчасно розряджений, то випадковий дотик до нього може створити ланцюг розряду, що замикається через тіло людини, який доторкнувся до корпусу конденсатора. Шкідливі наслідки розряду конденсатора на людський організм залежать від ряду факторів, особливо від ємності конденсатора та від напруги, до якого він був заряджений. Чим більше ємність конденсатора і чим вище його напруга, тим небезпечніше для людини ураження струмом при розряді конденсатора.

Щоб уникнути небезпечних наслідків схема з'єднань конденсаторної установки повинна забезпечити автоматичний розряд конденсаторів негайно після їх відключення.

Тема 12 Напівпровідникові елементи

План:

1. Визначення.

2. Типи діодів.

3. Позначення.

4. Призначення діодів.

5. Транзистори.

6. Класифікація транзисторів.

7. Позначення транзисторів.

8. Техніка безпеки для транзисторів.

9. Тиристори.

10. Будова та основні види тиристорів.

11. Вимірювання.

12. Інтегральні мікросхеми.

1. Визначення

Напівпровідникові діоди – двошарова структура, яка утворюється в одному кристалі: один шар має електропровідність типу n, інший – p. Ці шари розділені замикаючим шаром, в якому зосереджений просторовий заряд, позитивно заряджений струмами донорної домішки з боку провідника n –типу й негативно заряджених іонів акцепторної домішки з боку напівпровідника р –типу. Ця структура називається n–р переходом або електронно-дірковий переходом (рис.79).

Рисунок 79 – Структура діоду

Діод – двох електродний електронний прилад, що володіє різною провідністю залежно від напряму електричного струму. Електрод діода, що підключається до позитивного полюса джерела струму, коли діод відкритий (тобто має маленький опір), називають анодом, що підключається до негативного полюса – катодом. Тобто напівпровідниковий діод може служити детектором, а також випрямлячем змінного струму для живлення електронних пристроїв. Поводження з напівпровідниковим діодом вимагає обережності, так як прикладена в непровідному напрямку напруга не повинна перевищувати деякої межі. Вище цієї величини створюваний переходом потенційний бар'єр зруйнується – діод вийде з ладу.

На рисунку 80 зображено схематичне позначення діода.

Рисунок 80 – Схематичне позначення діода

Типи діодів

Діоди бувають електровакуумними, газонаповненими (газотрони, ігнітрони, стабілітрони), напівпровідникові та інші.

Спеціальні діоди:

• стабілітрони (діод Зенера), використовується зворотня гілка характеристики діода з оборотним пробоєм для стабілізації напруги (рис.81);

Рисунок 81 – Структура стабілітрону та його вигляд

• тунельні діоди (діоди Лео Есаки). Діоди, суттєво використовують квантово-механічні ефекти. Мають область "негативного опору" на вольт-амперної характеристиці. Застосовують як підсилювачі, генератора, тощо;

• варикапи (діоди Джона Джеумма) – замкнений n–р перехід володіє великою ємністю, причому ємність залежить від прикладеної зворотної напруги. Застосовуються в якості конденсаторів змінної ємності;

• світлодіоди (діоди Генрі Раунду), на відміну від звичайних діодів, при рекомбінації електронів та дірок в переході випромінюють світло у видимому діапазоні, а не в інфрачервоному. Однак, випускаються й з випромінюванням в ІЧ діапазоні, а віднедавна – УФ (рис.82,83);

Рисунок 82 – Світлодіоди круглі, овальні, серії Р4, SMD;

Рисунок 83 – Світлодіоди плоскі

• напівпровідникові лазери, близькі до світлодіодів, проте мають оптичний резонатор, випромінюють когерентне світло;

• фотодіод – відкриваються під дією світла (замкнений);

• сонячний елемент, подібний до фотодіоду, але працює без зміщення. Cвітло, яке падає на р–n перехід, викликає рух електронів і генерацію частоти в НВЧ діапазоні;

• діод Шоттки – діод з малим падінням напруги при прямому включенні;

• лавинний діод – діод, заснований на лавинному пробої зворотного ділянки вольт-амперної характеристики. Застосовується для захисту ланцюгів від перенапруг;

• лавинно-пролітний діод – діод, заснований на лавинному множенні носіїв заряду. Застосовується для генерації коливання в НВЧ техніці;

• магнітодіод – діод, вольт-амперна характеристика якого істотно залежить від значення індукції магнітного поля та розташування його вектора відносно площини р–n переходу (рис.84);

Рисунок 84 – Магнітодіод КД304

• стабистор, при роботі використовує ділянку гілки вольт-амперної характеристики, відповідний "прямій напрузі" на діод;

• змішувальний діод призначений для перемноження двох ВЧ сигналів;

• pin діод – містить область власної провідності між дуже легованими областями. Використовується в СВЧ техніці, силовій електроніці, як фотодетектор;

Діодні перемикачі застосовуються для комутації ВЧ сигналів. Управління здійснюється постійним струмом, поділ ВЧ і керуючого сигналу за допомогою конденсаторів та індуктивності.

Діодні детектори – діоди в поєднанні з конденсаторами, застосовуються для виділення НЧ модуляції з амплітудно-модульованого радіосигналу або інших модульованих сигналів. Застосовуються в радіоприймальних пристроях: радіоприймачах, телевізорах, тощо, використовується квадратична ділянка вольт-амперної характеристики діода.

На території СРСР система умовних позначень неодноразово зазнавала змін. В даний час на радіоринку можна зустріти напівпровідникові діоди, випущені на заводах СРСР та за системою позначень згідно галузевого стандарту ДСТУ 11 336.919-81, що базується на ряді класифікаційних ознак виробів.

3. Позначення

Перший елемент буквено-цифрового коду позначає вихідний матеріал (напівпровідник), на основі якого виготовлений діод, наприклад:

• Г або 1 – германій або його сполуки;

• К або 2 – кремній або його сполуки;

• А або 3 – з'єднання галію (наприклад, арсенід галію);

• І або 4 – сполуки індію (наприклад, фосфід індію).

Другий елемент – буквений індекс, що визначає підклас приладів:

• Д – для позначення випрямних, імпульсних, магнітодіоду та термодіоду;

• Ц – випрямних стовпів та блоків;

• В – варикапів;

• І – тунельних діодів;

• А – НВЧ діодів;

• С – стабілітронів, в тому числі стабісторів й обмежувачів;

• Л – випромінюючі оптоелектронні прилади, генератори шуму;

• О – оптопари;

• Н – діодні тиристори;

• Б – з об'ємним ефектом;

• К – стабілізатори струму.

Третій елемент (довідковий) – цифра (або у випадку оптопар – літера), що визначає один з основних ознак приладу (параметр, призначення або принцип дії).

Четвертий елемент – число, що означає порядковий номер розробки технологічного типу виробу.

П'ятий елемент – літерний індекс, умовно визначає класифікацію за параметрами діодів, виготовлених за єдиною технологією.

Крім того, система позначень передбачає (у разі необхідності) введення в позначення додаткових знаків для виділення окремих істотних конструктивно-технологічних особливостей виробів.

Приклад: ГД412А – діод універсальний, для пристроїв широкого застосування, германієвий, випрямляючий, номер розробки 12, група А.

4. Призначення діодів

Випрямляючі – для випрямлення змінного струму (I ~) низької частоти (до 50кГц), основний елемент – кремній.

Високочастотні – для випрямляння струмів в широкому діапазоні (до 100Мгц), для модуляції, детектування, тощо.

Імпульсні – для перетворення імпульсних сигналів (в детекторах відеосигналів TV, логічних пристроях, тощо). На рисунку 85 зображено імпульсні діодні збірки та діодні мости.

Рисунок 85 − Схема імпульсної діодної збірки, діодний міст

Транзистори

Транзистори –електроперетворювальний напівпровідниковий прилад з одним або декількома переходами, придатний для посилення потужності, має три або більше виводів.

Біполярний транзистор – транзистор, в якому використовуються заряди носіїв обох полярностей. На відміну від напівпровідникових діодів біполярні транзистори мають два електронно-діркових переходів. Основою приладу служить пластина напівпровідника, має назву база (Б). З двох сторін у неї вплавлена домішка, що створює області з провідністю, відмінної від провідності бази. Таким чином, отримують транзистор типу р–n–р, коли крайні області є напівпровідниками з електронною провідністю, а середня – напівпровідником з дірковою провідністю. А також, транзистор типу n−p−n, коли крайні області є напівпровідниками з дірковою провідністю, а середня − напівпровідником з електронною провідністю. Нижню область називають емітером (Е), а верхню колектором (К). На кордонах областей з різною провідністю утворюються два переходи. Перехід, утворений поблизу емітеру, називають емітерним, поблизу колектору − колекторним. При використанні транзистору в схемах на його переходи подають зовнішню напругу. Залежно від полярності цих напруг кожен з переходів може бути включений або в прямому, або в зворотному напрямку.

Відповідно розрізняють три режими роботи транзистору:

− режим відсічки, коли обидва перехода замкнені;

− режим насичення, коли обидва переходу відімкнуті;

− активний режим, коли емітерний перехід частково відімкнут, а колекторний замкнений.

Якщо ж емітерний перехід зміщений у зворотному напрямку, а колекторний − у прямому, то транзистор працює в зверненому (інверсному) включенні.

Переважно транзистор використовують в активному режимі, де для зміщення емітерного переходу в прямому напрямку на базу транзистору типу p−n−p подається негативна напруга щодо емітеру. Напруга на колекторі зазвичай у кілька разів більше напруги на емітері.

6. Класифікація транзисторів

Транзистори класифікуються по вихідному матеріалу, потужності розсіювання, діапазону робочих частот, за принципом дії, тощо.

За вихідним матеріалом їх поділяють на дві групи: германієві та кремнієві. Германієві транзистори працюють в інтервалі температур від − 60 до +85°С, кремнієві − від −60 до +150°С. За діапазоном частот: низьких, середніх, високих частот.

По класу потужності: малі, середні, великі.

Транзистори малих потужностей:

− підсилювачі низьких та високих частот;

− малошумні підсилювачі;

− перемикачі насичені, ненасичені, мало струмові.

Транзистори великих потужностей:

− підсилювачі;

− генератори;

− перемикачі.

7. Позначення транзисторів

Перший елемент − матеріал (може стояти літера М – модернізований, розроблені до 1964 року):

Г або 1 − германій; К або 2 − кремній; А або 3 − з'єднання галію.