Основным показателем совершенства электронной аппаратуры является плотность упаковки, т.е. количество элементов схемы в 1 см3 действующего устройства.

Технология изготовления интегральных схем обеспечивает плотность упаковки в несколько тысяч элементов в 1 см3 .

Резисторы

Резисторы являются наиболее распространенными элементами и имеют следующее условное графическое обозначение (УГО):

Резисторы изготавливаются из проводящего материала: графита, тонкой металлической пленки, провода с невысокой проводимостью.

Резистор характеризуется величиной сопротивления: R = U / I , а также мощностью, которую резистор рассеивает в пространство, допуском, температурным коэффициентом, уровнем шума. Промышленность выпускает резисторы с сопротивление от 0,01 Ом до 1012 Ом и мощностью от 1/8 до 250 Вт с допуском от 0,005% до 20%. Резисторы используются в качестве нагрузочных и токоограничительных сопротивлений, делителей напряжения, добавочных сопротивлений, шунтов.

Конденсаторы

Конденсатор - устройство с двумя выводами и обладающее свойством:

где
• С - емкость в фарадах;
• U - напряжение в вольтах;
• Q - заряд в кулонах.

УГО конденсатора следующее:

Промышленность выпускает керамические, электролитические и слюдяные конденсаторы с емкостью от 0,5 пФ до 1000 мкФ и максимальным напряжением от 3В до 10 кВ.

Конденсаторы используются в колебательных контурах, фильтрах, для разделения цепей постоянного и переменного тока, в качестве блокировочных элементов. В цепях переменного тока конденсатор ведет себя как резистор, сопротивление которого уменьшается с ростом частоты.

Катушки индуктивности

Катушка индуктивности - устройство, обладающее свойством:

U = L · dI / dt,

где
• L - индуктивность в генри (или мГн, или мкГн);
• U - напряжение в вольтах;
• dI/dt - скорость изменение тока.

УГО катушки индуктивности следующее:

Катушка индуктивности - свернутый в спираль изолированный проводник, обладающий значительной индуктивностью при относительно малой емкости и малом активном сопротивлении. Материалом сердечника служит обычно железо или феррит в виде бруска, тора.

В цепях переменного тока катушка ведет себя как резистор, сопротивление которого растет с увеличением частоты.

Трансформатор - это устройство, состоящие из двух индуктивно связанных катушек индуктивности, называемой первичной и вторичной обмоткой.

УГО трансформатора с магнитопроводом:

Коэффициент трансформации:

где w1 и w2 - число витков

Трансформаторы служат для преобразования переменных напряжений и токов, а также для изолирования от сети.

Полупроводниковые приборы

Действие полупроводниковых приборов основано на использовании свойств полупроводников.

Количество известных в настоящее время полупроводниковых материалов довольно велико. Для изготовления полупроводниковых приборов применяются простые полупроводниковые вещества - германий, кремний, селен - и сложные полупроводниковые материалы - арсенид галлия, фосфит галлия и другие. Значения удельного электрического сопротивления в чистых полупроводниковых материалах лежат от 0,65 Ом·м (германий) до 108 Ом·м (селен).

Полупроводники или полупроводниковые соединения бывают собственными (чистыми) и с примесью (легированными) В чистых полупроводниках концентрация носителей заряда - свободных электронов и дырок составляет лишь 1016 - 1018 на 1 см3 вещества.

Для снижения удельного сопротивления полупроводника и придания ему определенного типа электропроводности - электронной при преобладании свободных электронов или дырочной при преобладании дырок - в чистые полупроводники вносят определенные примеси. Такой процесс называется легированием. В качестве легирующих примесей используют элементы 3 и 5 групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Легирующие элементы 3 группы создают дырочную электропроводность полупроводниковых материалов и называются акцепторным примесями, элементы 5 группы - электронную электропроводность называют донорными примесями.

Собственные полупроводники - это полупроводники, в которых нет примесей (доноров и акцепторов). При Т = 0 в собственном полупроводнике свободные носители заряда отсутствуют, а концентрация носителей заряда равна Nn = Np = 0 и он не проводит ток. При Т > 0 часть электронов забрасывается из валентной зоны в зону проводимости. Эти электроны и дырки могут свободно перемещаются по энергетическим зонам. На практике применяются легированные полупроводники. Удельное электрическое сопротивление легированного полупроводника существенно зависит от концентрации примесей. При концентрации примесей 1020 - 1021 на см3 вещества оно может быть снижено до 5 · 10-6 Ом·м для германия и 5 · 10-5 Ом·м для кремния.

При приложении электрического поля к легированному полупроводнику в нем протекает электрический ток.

Полупроводниковые резисторы

Полупроводниковым резистором называют полупроводниковый прибор с двумя выводами, в котором используется зависимость электронного сопротивления полупроводника от напряжения, температуры, освещенности и других управляющих параметров.

В полупроводниковых резисторах применяется полупроводник, равномерно легированный примесями. В зависимости от типа примесей и конструкции удается получить различные зависимости от управляющих параметров.

Линейный резистор - полупроводниковый резистор, в котором применяется слаболегированный материал типа кремния или арсенида галлия.

Удельное электрическое сопротивление такого полупроводника мало зависит от напряженности электрического поля и плотности электрического тока. Поэтому сопротивление линейного полупроводникового резистора остается практически постоянным в широком диапазоне напряжений и токов. Полупроводниковые линейные резисторы широко применяют в интегральных микросхемах.

Вольт-амперная характеристика линейного резистора

Нелинейные резистивные элементы

УГО нелинейного резистивного элемента показано на рисунке:

Ток I, протекающий через нелинейный элемент, напряжение U на нем. Зависимость U(I) или I(U) называется вольт-амперной характеристикой.

Варисторы

Резистивные элементы, сопротивления которых зависит от напряженности электрического поля, называются варисторами. Варисторы изготавливают из прессованных зерен карбида кремния. Электропроводимость материала, в основном, обусловлена пробоем оксидных пленок, покрывающих зерна. Она определяется напряженностью приложенного электрического поля, т.е. зависит от величины приложенного напряжения.

Условное графическое изображения варистора и его вольт-амперная характеристика показаны на рисунке:

Варисторы характеризуются номинальным напряжением Uном , номинальным значением тока Iном , а также коэффициентом нелинейности β. Этот коэффициент равен отношению статического сопротивления к дифференциальному в точке характеристики с номинальными значениями напряжения и тока:

,

где U и I - напряжение и ток варистора. Коэффициент нелинейности для различных типов варисторов в пределах 2 - 6

Термисторы

Большую группу нелинейных резистивных элементов представляют управляемые нелинейные элементы. К ним относятся терморезисторы (термисторы) - нелинейные резистивные элементы, вольт-амперные характеристики которых существенно зависят от температуры. В некоторых типах терморезисторов температура меняется за счет специального подогревателя. Терморезисторы выполняют или из металла (медь, платина), сопротивления которого существенно изменяется при изменении температуры, или из полупроводников. В полупроводниках терморезисторах зависимость сопротивления от температуры описывается аналитической функцией

.

Здесь R(T0 ) - значение статического сопротивления при температуре T0 = 293 К, где Т - абсолютная температура, а В - коэффициент. Условное графическое обозначение термистора, его температурная характеристика, вольт-амперная характеристика показана на рисунке:

Различают два типа терморезисторов: термистор, сопротивление которого с ростом температуры падает, и позистор, у которого с сопротивление с повышением температуры возрастает. Буквенное обозначение термистора с отрицательным температурным коэффициентом - ТР, а с положительным коэффициентом - ТРП. Температурный коэффициент ТКС = , где R1 - сопротивление при номинальной температуре, ΔR- изменение сопротивления при изменении температуры на величину Δt.

Конструктивно термисторы выполняют в виде бусин, шайб, дисков.

Фоторезисторы

Фоторезистор - это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от светового потока, падающего на полупроводниковый материал или от проникающего электромагнитного излучения. Наибольшее распространение получили фоторезисторы с положительным фотоэффектом (например, СФ2-8,СФ3-8). УГО такого элемента показано на рисунке:

В фоторезисторах сопротивление изменяется в результате облучения пластины из полупроводникового материала световым потоком в видимом, ультрафиолетовом или инфракрасном диапазоне. В качестве материала используется сульфиды таллия, теллура, кадмия, свинца, висмута.

Вольт-амперные характеристики фоторезисторов представляют собой линейные функции, угол наклона которых зависит от величины светового потока. В координатах I - U (ток по вертикали) угол, составляемый прямой с горизонтальной осью (ось напряжения), тем больше, чем больше световой поток. Темновое сопротивление резисторных оптронов составляет 107 - 109 Ом. В освещенном состоянии оно снижается до нескольких сотен Ом. Быстродействие их невелико и ограничивается значениями в несколько килогерц.

Магниторезисторы

Магниторезисторы - полупроводниковые материалы, электрическое сопротивление которых зависит от величины напряженности магнитного поля, действующего на материал. В качестве материала используется висмут, германий и др. Сопротивление магниторезистора описывается зависимостью

,

где R(0) - сопротивление при Н = 0; α - коэффициент, Н - напряженность магнитного поля, в которое помещен магниторезистор.

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковые диоды являются одним из наиболее распространенных подклассов полупроводниковых приборов. Их отличает разнообразие основополагающих физических принципов, разнообразие используемых полупроводниковых материалов, многообразие конструктивных и технологических реализаций. Полупроводниковые диоды по функциональному назначению могут быть разделены на:

1. Выпрямительные (включая столбы, мосты, матрицы), импульсные, стабилитроны, варикапы, управляемые вентили (тиристоры, симметричные тиристоры - симисторы, динисторы);
2. СВЧ-диоды: детекторные, смесительные, параметрические, pin-диоды, лавинопролетные, туннельные, диоды Ганна;
3. Оптоэлектронные: фотодиоды, светодиоды, ИК-излучатели, лазерные диоды на основе гетероструктур;
4. Магнитодиоды.

Слаболегированные полупроводники используются для изготовления маломощных диодов, а сильнолегированные - для изготовления мощных и импульсивных диодов.

Основное значение для работы полупроводниковых диодов имеет электронно-дырочный переход, который для краткости называется р-n переходом.

Электронно-дырочный р-n переход

Электронно-дырочным, или р-n переходом, называют контакт двух полупроводников одного вида с различными типами проводимости (электронным и дырочным). Классическим примером р-n перехода являются: n-Si - p-Si , n-Ge - p-Ge .

В пограничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок. Свободные электроны из зоны полупроводника n-типа занимают свободные уровни в валентной зоне полупроводника p-типа. В результате вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким электрическим сопротивлением, так называемой запирающий слой. Толщина запирающего слоя обычно не превышает нескольких микрометров.

Расширению запирающего слоя препятствуют неподвижные ионы донорных и акцепторных примесей, которые образуют на границе полупроводников двойной электрический слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер) на границе полупроводников. Возникшая разность потенциалов создает в запирающем слое электрическое поле, препятствующее как переходу электронов из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа, так и переходу дырок в полупроводник n-типа. В то же время электроны могут свободно двигаться из полупроводника p-типа в полупроводник n-типа, точно так же как дырки из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа. Таким образом, контактная разность потенциалов препятствует движению основных носителей заряда и не препятствует движению неосновных носителей заряда. Однако при движении через p-n-переход неосновных носителей (так называемый дрейфовый ток Iдр ) происходит снижение контактной разности потенциалов φк , что позволяет некоторой части основных носителей, обладающих достаточной энергией, преодолеть потенциальный барьер, обусловленный контактной разностью потенциалов φк . Появляется диффузный ток Iдиф , который направлен навстречу дрейфовому току Iдр , т.е. возникает динамическое равновесие при котором Iдр = Iдиф .

Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение, которое создает в запирающем слое электрическое поле напряженностью Евн , совпадающее по направлению с полем неподвижных ионов напряженностью Езап , это приведет лишь к расширению запирающего слоя, так как отведет от контактной зоны и положительные, и отрицательные носители заряда (дырки и электроны).

При этом сопротивление р-n-перехода велико, ток через него мал - он обусловлен движением неосновных носителей заряда. В этом случае ток называется обратным (дрейфовым), а р-n-переход закрытым.

При противоположной полярности источника напряжения внешнее электрическое поле направлено навстречу полю двойного электрического слоя, толщина запирающего слоя уменьшается и при напряжении 0,3 - 0,5 В запирающий слой исчезает. Сопротивление р-n-перехода резко снижается и возникает сравнительно большой ток. Ток при этом называют прямым (диффузионным), а переход открытым.

Сопротивление открытого р-n-перехода определяется только сопротивлением полупроводника.

Классификация диодов

Полупроводниковым диодом называют нелинейный электронный прибор с двумя электродами. В зависимости от внутренней структуры, типа, количества и уровня легирования внутренних элементов диода и вольт-амперной характеристики свойства полупроводниковых диодов бывают различными.

Условные графические обозначения некоторых типов диодов согласно отечественным стандартам и их графические изображения показаны в таблице:

Выпрямительные диоды

Предназначены для преобразования переменного тока в однополярный пульсирующий или постоянный ток. К таким диодам не предъявляют высоких требований к быстродействию, стабильности параметров, емкости p-n-переходов. Из-за большой площади p-n- перехода барьерная емкость диода может достигать десятков пикофарад.

На рисунке а показан p-n-переход, образующий диод, на рисунке б показано включение диода в прямом направлении, при котором через диод протекает ток Iпр . На рисунке в показано включение диода в обратном направлении при которм через диод протекает ток Iобр .

На рисунке а показано включение диода VD в цепь, питаемую синусоидальным источником ЭДС e, временная характеристика которого показана на рисунке б. На рисунке в показан график тока, протекающего через диод.

Основными параметрами выпрямительного диода являются:

• Uобр.max - максимально допустимое напряжение, приложенное в обратном направлении, которое не нарушает работоспособности диода;
• Iвп.ср - среднее за период значение выпрямленного тока;
• Iпр.и - амплитудное значение импульсного тока при заданной длительности скважности импульса;
• Iобр.ср - среднее за период значение обратного тока;
• Uпр.ср - среднее за период значение прямого напряжения на диоде;
• Pср - средняя за период мощность, рассеиваемая диодом;
• rдиф - дифференциальное сопротивление диода.

Качественно вольт-амперные характеристики универсального кремниевого и германиевого диода представлены на рисунке а, а зависимости вольт-амперных характеристик универсального кремниевого диода для трех значений температуры показаны на рисунке б.

Для безопасной работы германиевого диода его температура не должна превышать 85°С. Кремниевые диоды могут работать при температуре до 150°С.

Импульсные диоды

Предназначены для работ в цепях с импульсными сигналами. Основным для них является режим переходных процессов. Для уменьшения длительности переходных процессов в самом приборе импульсные диоды имеют малые значение емкостей p-n-перехода, которые составляют значение от долей до единицы пикофарад.

Это достигается путем уменьшения площади p-n- перехода, что в свою очередь обуславливает малые значения допустимой мощности, рассеиваемой диодом. Основными характеристиками импульсных диодов являются:

• Uпр.max - максимальное значение импульсного прямого напряжения;
• Iпр.max - максимальное значение импульсного тока;
• Cд - емкость диода;
• tуст - время установления прямого напряжения диода;
• tвост - время восстановления обратного сопротивления диода. Это интервал времени от момента прохождения тока через нуль до момента, когда обратный ток достигает заданной малой величины.

Стабилитроны

Для стабилизации напряжения в электрических схемах используются полупроводники диоды с особыми вольт-амперным характеристиками - стабилитроны. Вольт-амперная характеристика стабилитрона показана на рисунке. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики свидетельствует о работе в режиме электрического пробоя и содержит участок между точками а и b, близкого к линейному и ориентированному вдоль оси токов. В указанном режиме при значительном изменении тока стабилитрона напряжение изменяется не значительно.

Этот участок для стабилитрона является рабочим. При изменении тока в пределах от Icт.min до Iст.max напряжение на диоде мало отличается от величины Uст .

Значение Iст.max ограничено максимально допустимой рассеиваемой мощностью стабилитрона. Минимальное значение тока стабилизации по модулю быть больше величины Icт.min , при котором стабилитрон сохраняет свои стабилизирующие свойства.

Промышленность выпускает широкий спектр стабилитронов с напряжением стабилизации от 1В до 180В.

Стабилитрон характеризуется следующими параметрами:

• Uст - напряжение стабилизации;
• Iст.max - максимальный ток стабилизации;
• Icт.min - минимальный ток стабилизации;
• rд - дифференциальное сопротивление на участке "ab";
• ТКН - температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжений на нагрузке при изменяющемся напряжении во внешней цепи. Стабилитрон является быстродействующим прибором и хорошо работает в импульсных схемах.

Диоды Шотки

Диоды Шотки характеризуются низким падением напряжения на открытом диоде. Величина этого напряжения составляет величину порядка 0,3В, что значительно меньше, чем у обычных диодов. Кроме того, время восстановления обратного сопротивления ts составляет величину порядка 100пс, что значительно меньше, чем у обычных диодов. Кроме цифровых схем диоды Шотки применяются в схемах вторичных источников электропитания с целью снижения статических и динамических потерь в самих диодах: в выходных каскадах импульсивных источников питания, DC/DC конвекторах, в системах электропитания компьютеров, серверах, система связи и передачи данных.

Варикапы

Нелинейные конденсаторы, основанные на использование свойств электронно-дырочного p-n-перехода, относятся к варикапам. Варикап используется при приложении p-n-переходу обратного напряжения. Ширина p-n-перехода, а значит и его емкость, зависит от величины приложенного к p-n-переходу напряжения. Емкость такого конденсатора определяется при помощи выражения

В этом выражении - емкость при нулевом запирающем напряжении, S и l - площадь и толщина p-n-перехода, ε0 - диэлектрическая постоянная, ε0 = 8,85 · 10-12 Ф/М , εr - относительная диэлектрическая постоянная; φк - контактный потенциал (для германия 0,3..0,4 B и 0,7..0,8 B для кремния); |u| - модуль обратного напряжения, приложенного к p-n-переходу; n = 2 для резких переходов; n = 3 для главных переходов.

График зависимости С(u) показан на рисунке

Максимальное значение емкости варикап имеет при нулевом напряжении. При увеличении обратного смещения емкость варикапа уменьшается. Основным параметрами варикапа являются:

• С - емкость при обратном напряжение 2 - 5 В;
• КC = Cmax /Cmin - коэффициент перекрытия по емкости.

Обычно C = 10 - 500 пФ , КC = 5 - 20. Варикапы применяются в системах дистанционного управления, для автоматической подстройки частоты, в параметрических усилителях с малым уровнем собственных шумов.

Светодиоды

Светодиодом, или излучающим диодом, называется полупроводниковый диод, излучающий кванты света при протекании через него прямого тока.

По характеристике излучения светодиоды разделяются на две группы:

• светодиоды излучением в видимой части спектра;
• светодиоды с излучением в инфракрасной части спектра.

Схематическое изображение структуры светодиода и его УГО представлено на рисунке:

Областями применения светодиодов ИК-излучения являются оптоэлектронные устройства коммутации, оптические линии связи, система дистанционного управления. Наиболее распространенный в настоящее время инфракрасный источник - это светодиод на основе GaAs(λ = 0,9 мкм). Возможность создания экономичных и долговременных светодиодов, согласованных по спектру с естественным освещением и чувствительностью человеческого глаза, открывает новые перспективы для их нетрадиционного использования. Среди них использование светодиодов в транспортных многосекционных светофорах, индивидуальных микромощных лампочках освещения (при мощности 3 Вт световой поток составляет 85 лм), в осветительных приборах автомобилей.

Фотодиоды

В фотодиодах на основе p-n-переходов используется эффект разделения на границе электронно-дырочного перехода созданных оптическим излучением неосновных неравновесных носителей. Схематически фотодиод изображен на рисунке:

При попадании кванта света с энергией hγ в полосе собственного поглощения в полупроводнике возникает пара неравновесных носителей - электрон и дырка. При регистрации электрического сигнала необходимо зарегистрировать изменение концентраций носителя. Как правило, используется принцип регистрации неосновных носителей заряда.

При разомкнутой внешней цепи (SA разомкнут, R = ∞) для случая, когда внешнее напряжение отсутствует, ток через внешнюю цепь не протекает. В этом случае напряжение на выводах фотодиода будет максимальным. Эту величину VG называют напряжением холостого хода Vxx . Напряжение Vxx (фото ЭДС) можно также определить непосредственно, подключая к выводам фотодиода вольтметр, но внутреннее сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления p-n-перехода. В режиме короткого замыкания (SA замкнут) напряжение на выводах фотодиода VG = 0. Ток короткого замыкания Iкз во внешней цепи равен фототоку Iф

Iкз = Iф

На рисунке показано семейство ВАХ фотодиода как при отрицательной, так и при положительной полярности фотодиода.

При положительных напряжениях VG ток фотодиода быстро возрастает (пропускное направление) с увеличением напряжения. При освещении же общий прямой ток через диод уменьшается, так как фототок направлен противоположно току от внешнего источника.

ВАХ p-n-перехода, располагаясь во 2 квадранте (VG > 0, I < 0), показывает, что фотодиод можно использовать как источник тока. На этом базируется принцип работы солнечных батарей на основе p-n-переходов (режим фотогенератора). Световая характеристика представляет собой зависимость величины фототока Iф от светового потока Ф, падающего на фотодиод. Сюда же относится и зависимость Vxx от величины светового потока. Количество электронно-дырочных пар, образующихся в фотодиоде при освещении, пропорционально количеству фотонов, падающих на фотодиод. Поэтому фототок будет пропорционален величине светового потока:

Iф = кФ,

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров фотодиода.

При обратном смещении фотодиода ток во внешней цепи пропорционально световому потоку и не зависит от напряжения VG (режим фото-преобразователя). Фотодиоды являются быстродействующими приборами и работают на частотах 107 - 1010 Гц. Фотодиоды широко применяются в оптопарах "cветодиод-фотодиод"

Оптрон (оптопара)

Оптрон - полупроводниковый прибор, содержащий источник излучения и приемник излучения, объединенные в одном корпусе и связанные между собой оптически, электрически или одновременно обеими связями. Очень широко распространены оптроны, у которых в качестве приемника излучения используются фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и фототиристор.

В резисторных оптронах выходное сопротивление при изменении режима входной цепи может изменяться в 107 ..108 раз. Кроме того, вольт-амперная характеристика фоторезистора отличается высокой линейностью и симметричностью, что и обусловливает широкую применимость резиновых оптопар в аналогичных устройствах. Недостатком резисторных оптронов является низкое быстродействие - 0,01..1 c.

В цепях передачи цифровых информационных сигналов применяются главным образом диодные и транзисторные оптроны, а для оптической коммутации высоковольтных сильноточных цепей - тиристорные оптроны. Быстродействие тиристорных и транзисторных оптронов характеризуется временем переключения, которое часто лежит в диапазоне 5..50 мкс. Для некоторых оптронов это время меньше. Рассмотрим несколько подробнее оптопару светодиод-фотодиод.

Условное графическое обозначение оптопары показано на рисунке а:

Излучающий диод (слева) должен быть включен в прямом направлении, а фотодиод - в прямом (режим фотогенератора) или в обратном направлении (режим фотопреобразователя).

В период с конца ХІХ по начало ХХ столетия происходил быстрый подъем в научно-техническом развитии и ознаменовалось это прогрессом коммуникационных технологий таких, как: радио, телеграф, телефон. Наука в сфере электроники изучала и разрабатывала необходимую элементную базу для передатчиков радиосигнала.

Первичным названием для всех электронных изделий, используемых в производстве радиоприемников, было выбрано такое, как «радиодетали». Потом это определение распространилось на элементы, которые не имели прямого отношения к радио.

Пятидесятые годы двадцатого века ознаменовались новым всплеском научно-технического прогресса, который был связан с появлением телевидения и первых компьютеров (ЭВМ). Эволюция в электронике привела к развитию и совершенствованию техники для радаров и телевидения. Вследствие этого, вместо ранее используемых ламповых технологий, стали применяться твердотельные электронные детали.

Новый шаг прогресса в электронике был вызван развитием электронно-счетных машин и возникновением первого многофункционального компьютера. Подобные агрегаты были огромными и включали в себя большое число элементов и поэтому характеризовались повышенной потребляемой мощностью и низкой надежностью. Исправить эти недочеты удалось только с появлением микросхем, микропроцессоров и прогресса в микротехнологиях. Сегодня, многие компании занимаются скупкой и переработкой радиодеталей, добытых с различной радиоаппаратуры.

Классификация радиокомпонентов

Электронные компоненты можно классифицировать по способу функционирования в цепи, как пассивные и активные. Каждый из них имеет свою уникальную вольт-амперную характеристику.

Активные радиоэлементы группируются в два класса, такие как: вакуумные и полупроводниковые. Детали вакуумного класса представляют собой безвоздушные емкости, имеющие внутри себя электроды (катод и анод). Они изготавливаются из керамики, металла или стекла. На электроды нанесено специальное покрытие, которое содействует выпуску отрицательно заряженных частиц в безвоздушное рабочее пространство. Функциональный электрод, который накапливает отрицательно заряженные частицы, называется анодом. Электронный поток между катодом и анодом является рабочей материей.

Самые распространенные вакуумные электронные радиокомпоненты:

1. Диод – примитивная лампа, которая включает в себя анод и катод.
2. Триод – вакуумная лампа применяется как усилитель, преобразователь и генератор электрических сигналов. Он включает в себя одну управляющую сетку, электронный подогреваемый катод и анод.
3. Тетрод – это усиливающая низкие частоты экранирующая лампа.
4. Пентод – элемент с экранирующими свойствами, который усиливает низкие частоты. Он включает в себя следующие части: анод, нагреваемый катод, две обычные управляющие сети и одну экранирующую. Главными отрицательными особенностями этих компонентов являются большие габариты и высокий показатель потребляемой мощности.

Сегодня спрос на старые радиодетали растет с каждым днем. Основными элементами, которые скупает наша организация «Электрорадиолом приокский» являются:

1. Полупроводниковый диод. Элемент, который имеет различные величины сопротивления, относительно вектору направления электричества. Функционирование его основано на феномене электронно-дырочного перехода (p- и n- переход) и связи между полупроводниками с различными видами смешанной проводимости.
2. Фототиристоры. Компонент, который конвертирует свет, попавший на фотоэлемент в электрический ток. Это происходит за счет процедур выполняемых в электронно-дырочном переходе.
3. Резистор. Основной радиоэлектронный элемент является неотъемлемой частью каждой микросхемы. Он предназначен для обеспечения в цепи активного сопротивления. Относится к пассивным радиокомпонентам.
4. Транзистор. Основной элемент в радиотехники. Применяется для генерации, усиления, трансформирования и коммутации электрических сигналов.
5. Конденсатор. Является пассивным, базовым радиоэлектронным устройством, предназначенным для аккумулирования заряда и электрической энергии.
6. Трансформатор. Компонент, который выполняет функцию преобразования переменного тока с помощью электромагнитной индукции в одну или несколько ленточных либо проволочных обмоток, опутанных общим магнитным потоком. Существует две основы, на которых базируется работа трансформатора – это: изменяющий свои параметры в определенный промежуток времени электрический ток, формирует изменяющее свои характеристики в определенный промежуток времени электромагнитное поле, преобразующий магнитный поток, проходящий сквозь обмотку, формирует в ней электродвижущую силу.
7. Реле. Устройство, которое предназначено для соединения и разъединения электрической цепи при установленных изменениях входных электрических или не электрических операций или воздействий.

В наше время существуют множество организаций, которые имеют неподдельный интерес к устаревшим и вышедшим из обращения радиокомпонентам, микросхемам и занимаются их скупкой. Так как переработка и утилизация подобных радиоэлементов позволяет извлекать дорогостоящие цветные металлы. Специализированная фирма «Электрорадиолом приокский» скупает советские радиодетали официально по достойной стоимости.

Электронные компоненты или в простонародье радиодетали и их классификация.
Начнем с определения, что же такое электронные компоненты?
Это составляющие части электронных схем или их сочетания соответственно. Проще говоря, электронными компонентами называют все элементы, которые крепятся на печатной плате (включая ее) или по средствам навесного монтажа.
Свое название радиодетали получили в начале двадцатого века, ведь самым распространенным приспособлением содержащим электронные компоненты и в то же время, находящимся в каждом доме было радио. Для обывателя ниши электронной промышленности все составляющие внутри были какими-то деталями сложного механизма.
Со временем этот термин вошел в нашу жизнь, даже для частей не входящих в такое устройство, как радио.
Компоненты электроники делятся на две огромные группы:
1) активные;
2) пассивные.
Но обо всем по порядку, пассивными именуют элементы, вольт-амперная характеристика, которых линейна.
А у активных электронных компонентов нелинейная характеристика.
Из пассивных радиодеталей, которые имеются на любой плате (или в своем большинстве) имеются следующие элементы:
А) сопротивление , которое представлено в виде резистора (к примеру СП5 или ПП3);
Б) конденсаторы , как емкости для хранения заряда (КМ, К52, К53, ЭТО-1,2,3,4)
В) трансформаторы, своеобразные преобразователи тока, без изменения его частотности (ОСМ);
Г) катушка индуктивности или ее разновидность именуемая соленойдом;
Д) реле , или проще говоря ключ (самыми популярными являются РЭС, РП, РПС, РПВ и многие другие)
Е) линии задержки, как правило имеют в себе конденсаторы, которые и выполняют функцию задержки (МЛЗ);
Ж) ключи, в виде переключателей или кнопок, как магнитных так и механические);
З) предохранитель, как и в любых других ситуациях выполняет функцию, предохранения от неисправностей в электроцепях;
Е) лампочки, выступают в виде визуального сигнала для человека, который управляет этой техникой;
Ж) микрофон или кнопки набора, выступают в качестве средства задания технике определенного алгоритма работы;
З) в случае если устройство должно принимать сигналы из эфира, то в качестве приемника выступает антенна;
И) в случае если нет возможности получения электрического тока от сети, принято пользоваться альтернативным способом в виде аккумулятора.

Теперь пора разобраться с активными электронными компонентами, многообразия которых разделяются на 2 группы:
А) вакуумные приборы первая часть таких элементов, примером являются всевозможные виды радиоламп, электронных ламп;
Б) к полупроводникам относят такие радиодетали, как диоды, транзисторы , тиристоры, а так же целый раздел микросхем ;

Если мы говорим о классификации, то не стоит отбрасывать и способ монтажа деталей:
1) пространственной пайка,
2) пайка именуемая поверхностной, или же проще монтаж на плату;
3) имеют специальные выводы для крепления в панели (лампы, ряд реле)

Эти 2 основные классификации применяют специалисты широкого профиля, не будем забывать, что содержанием драгоценных металлов обладают не все электронные компоненты, а исключительно детали, которые применяются в ответственных схемах. Чаще всего это аппаратура точная измерительная или сложная вычислительная, ведь именно в ней не должно быть ни малейшего сбоя.
Подробнее о конкретных элементах вы можете прочитать в других наших статьях.

Простейшие элементы электронных устройств, это:

1) Конденсатор – устройство, способное накапливать энергию в электрическом поле.

Ток протекающий через конденсатор, пропорционален изменению напряжения в единицу времени.

2) Дроссель или катушка индуктивности – дроссель обладает так же способностью накапливать энергию, но не в электрическом, а в магнитном поле. Ведёт себя подобно конденсатору, за исключением того, что рассматривать нужно не напряжение, а ток.

Если подключить параллельно дроссель и конденсатор то получится колебательный контур.

3) Диод (p-n переход ) – двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока

P имеет электронную проводимость (лидирована донорной примесью)

N имеет дырочную проводимость (лидирована акценнторной примесью)

Различают несколько разновидностей диодов:

стабилитрон

• фото и светодиоды

4) Резистор - пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома.

Закон Ома гласит, что сила тока равна отношению напряжения к сопротивлению (I=U/R)

а) Напряжение – это разность потенциалов.

б) Сопротивление – величина обратно пропорциональная проводимости.

Напряжение измеряется в Вольтах, сопротивление – в Омах.

1. Пассивные схемы. Резистивный делитель.

Делитель напряжения - устройство для деления постоянного или переменного напряжения.

Строится на основе активных, реактивных или нелинейных сопротивлений.

1) Делитель . В делителе сопротивления включаются последовательно.

Выходным напряжением является напряжение на отдельном участке цепи делителя.

2) Плечо . Участки, расположенные между напряжением питания и точкой снятия выходного напряжения называют плечами делителя.

а) Плечо нижнее . Плечо между выходом и нулевым потенциалом питания обычно называют нижним.

б) Плечо верхнее . Другое при этом называют верхним. В любом делителе два плеча.

3) Резисторный делитель . Делитель напряжения, построенный исключительно на активных сопротивлениях, называется резистивным делителем напряжения. Коэффициент деления таких делителей не зависит от частоты приложенного напряжения.

Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора R1 и R2, подключённых к источнику напряжения U.

1. Пассивные фильтры. Фнч.

1) Пассивный фильтр - электронный фильтр, состоящий только из пассивных компонент, таких как, к примеру, конденсаторы и резисторы.

Пассивные фильтры не требуют никакого источника энергии для своего функционирования.

В отличие от активных фильтров в пассивных фильтрах не происходит усиления сигнала по мощности. Практически всегда пассивные фильтры являются линейными.

2) Использование . Пассивные фильтры используются повсеместно в радио- и электронной аппаратуре, например в акустических системах, источниках бесперебойного питания и т. д.

3) Фильтр нижних частот (ФНЧ) - электронный или любой другой фильтр, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже некоторой частоты (частоты среза), и уменьшающий (или подавляющий) частоты сигнала выше этой частоты.

Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра.

3) Отличие от ФВЧ . В отличие от него, фильтр высоких частот пропускает частоты сигнала выше частоты среза, подавляя низкие частоты.

4) Термины «высокие частоты» и «низкие частоты» в применении к фильтрам относительны и зависят от выбранной структуры и параметров фильтра.

5) Идеальный фильтр нижних частот полностью подавляет все частоты входного сигнала выше частоты среза и пропускает без изменений все частоты ниже частоты среза. Переходной зоны между частотами полосы подавления и полосы пропускания не существует. Идеальный фильтр нижних частот может быть реализован лишь теоретически

В статье вы узнаете о том, какие существуют радиодетали. Обозначения на схеме согласно ГОСТу будут рассмотрены. Начать нужно с самых распространенных - резисторов и конденсаторов.

Чтобы собрать какую-либо конструкцию, необходимо знать, как выглядят в реальности радиодетали, а также как они обозначаются на электрических схемах. Существует очень много радиодеталей - транзисторы, конденсаторы, резисторы, диоды и пр.

Конденсаторы

Конденсаторы -- это детали, которые встречаются в любой конструкции без исключения. Обычно самые простые конденсаторы представляют собой две пластины из металла. И в качестве диэлектрического компонента выступает воздух. Сразу вспоминаются уроки физики в школе, когда проходили тему о конденсаторах. В качестве модели выступали две огромные плоские железки круглой формы. Их приближали друг к другу, затем отдаляли. И в каждом положении проводили замеры. Стоит отметить, что вместо воздуха может использоваться слюда, а также любой материал, который не проводит электрический ток. Обозначения радиодеталей на импортных принципиальных схемах отличается от ГОСТов, принятых в нашей стране.

Обратите внимание на то, что через обычные конденсаторы не проходит постоянный ток. С другой же стороны, через него проходит без особых трудностей. Учитывая это свойство, устанавливают конденсатор только там, где необходимо отделить переменную составляющую в постоянном токе. Следовательно, можно сделать схему замещения (по теореме Кирхгофа):

1. При работе на переменном токе конденсатор замещается отрезком проводника с нулевым сопротивлением.
2. При работе в цепи постоянного тока конденсатор замещается (нет, не емкостью!) сопротивлением.

Основной характеристикой конденсатора является электрическая емкость. Единица емкости - это Фарад. Она очень большая. На практике, как правило, используются которых измеряется в микрофарадах, нанофарадах, микрофарадах. На схемах конденсатор обозначается в виде двух параллельных черточек, от которых идут отводы.

Переменные конденсаторы

Существует и такой вид приборов, у которых емкость изменяется (в данном случае за счет того, что имеются подвижные пластины). Емкость зависит от размеров пластины (в формуле S - это ее площадь), а также от расстояния между электродами. В переменном конденсаторе с воздушным диэлектриком например, благодаря наличию подвижной части удается быстро менять площадь. Следовательно, будет меняться и емкость. А вот обозначение радиодеталей на зарубежных схемах несколько отличается. Резистор, например, на них изображается в виде ломаной кривой.

Постоянные конденсаторы

Эти элементы имеют отличия в конструкции, а также в материалах, из которых они изготовлены. Можно выделить самые популярные типы диэлектриков:

1. Воздух.
2. Слюда.
3. Керамика.

Но это касается исключительно неполярных элементов. Существуют еще электролитические конденсаторы (полярные). Именно у таких элементов очень большие емкости - начиная от десятых долей микрофарад и заканчивая несколькими тысячами. Кроме емкости у таких элементов существует еще один параметр - максимальное значение напряжения, при котором допускается его использование. Данные параметры прописываются на схемах и на корпусах конденсаторов.

на схемах

Стоит заметить, что в случае использования подстроечных или переменных конденсаторов указывается два значения - минимальная и максимальная емкость. По факту на корпусе всегда можно найти некоторый диапазон, в котором изменится емкость, если провернуть ось прибора от одного крайнего положения в другое.

Допустим, имеется переменный конденсатор с емкостью 9-240 (измерение по умолчанию в пикофарадах). Это значит, что при минимальном перекрытии пластин емкость составит 9 пФ. А при максимальном - 240 пФ. Стоит рассмотреть более детально обозначение радиодеталей на схеме и их название, чтобы уметь правильно читать технические документации.

Соединение конденсаторов

Сразу можно выделить три типа (всего существует именно столько) соединений элементов:

1. Последовательное - суммарная емкость всей цепочки вычислить достаточно просто. Она будет в этом случае равна произведению всех емкостей элементов, разделенному на их сумму.
2. Параллельное - в этом случае вычислить суммарную емкость еще проще. Необходимо сложить емкости всех входящих в цепочку конденсаторов.
3. Смешанное - в данном случае схема разбивается на несколько частей. Можно сказать, что упрощается - одна часть содержит только параллельно соединенные элементы, вторая - только последовательно.

И это только общие сведения о конденсаторах, на самом деле очень много о них можно рассказывать, приводить в пример занимательные эксперименты.

Резисторы: общие сведения

Эти элементы также можно встретить в любой конструкции - хоть в радиоприемнике, хоть в схеме управления на микроконтроллере. Это фарфоровая трубка, на которой с внешней стороны проведено напыление тонкой пленки металла (углерода - в частности, сажи). Впрочем, можно нанести даже графит - эффект будет аналогичный. Если резисторы имеют очень низкое сопротивление и высокую мощность, то используется в качестве проводящего слоя

Основная характеристика резистора - это сопротивление. Используется в электрических схемах для установки необходимого значения тока в определенных цепях. На уроках физики проводили сравнение с бочкой, наполненной водой: если изменять диаметр трубы, то можно регулировать скорость струи. Стоит отметить, что от толщины токопроводящего слоя зависит сопротивление. Чем тоньше этот слой, тем выше сопротивление. При этом условные обозначения радиодеталей на схемах не зависят от размеров элемента.

Постоянные резисторы

Что касается таких элементов, то можно выделить наиболее распространенные типы:

1. Металлизированные лакированные теплостойкие - сокращенно МЛТ.
2. Влагостойкие сопротивления - ВС.
3. Углеродистые лакированные малогабаритные - УЛМ.

У резисторов два основных параметра - мощность и сопротивление. Последний параметр измеряется в Омах. Но эта единица измерения крайне мала, поэтому на практике чаще встретите элементы, у которых сопротивление измеряется в мегаомах и килоомах. Мощность измеряется исключительно в Ваттах. Причем габариты элемента зависят от мощности. Чем она больше, тем крупнее элемент. А теперь о том, какое существует обозначение радиодеталей. На схемах импортных и отечественных устройств все элементы могут обозначаться по-разному.

На отечественных схемах резистор - это небольшой прямоугольник с соотношением сторон 1:3, его параметры прописываются либо сбоку (если расположен элемент вертикально), либо сверху (в случае горизонтального расположения). Сначала указывается латинская буква R, затем - порядковый номер резистора в схеме.

Переменный резистор (потенциометр)

Постоянные сопротивления имеют всего два вывода. А вот переменные - три. На электрических схемах и на корпусе элемента указывается сопротивление между двумя крайними контактами. А вот между средним и любым из крайних сопротивление будет меняться в зависимости от того, в каком положении находится ось резистора. При этом если подключить два омметра, то можно увидеть, как будет меняться показание одного в меньшую сторону, а второго - в большую. Нужно понять, как читать схемы радиоэлектронных устройств. Обозначения радиодеталей тоже не лишним окажется знать.

Суммарное сопротивление (между крайними выводами) останется неизменным. Переменные резисторы используются для регулирования усиления (с их помощью меняете вы громкость в радиоприемниках, телевизорах). Кроме того, переменные резисторы активно используются в автомобилях. Это датчики уровня топлива, регуляторы скорости вращения электродвигателей, яркости освещения.

Соединение резисторов

В данном случае картина полностью обратна той, которая была у конденсаторов:

1. Последовательное соединение - сопротивление всех элементов в цепи складывается.
2. Параллельное соединение - произведение сопротивлений делится на сумму.
3. Смешанное - разбивается вся схема на более мелкие цепочки и вычисляется поэтапно.

На этом можно закрыть обзор резисторов и начать описывать самые интересные элементы - полупроводниковые (обозначения радиодеталей на схемах, ГОСТ для УГО, рассмотрены ниже).

Полупроводники

Это самая большая часть всех радиоэлементов, так как в число полупроводников входят не только стабилитроны, транзисторы, диоды, но и варикапы, вариконды, тиристоры, симисторы, микросхемы, и т. д. Да, микросхемы - это один кристалл, на котором может находиться великое множество радиоэлементов - и конденсаторов, и сопротивлений, и р-п-переходов.

Как вы знаете, есть проводники (металлы, например), диэлектрики (дерево, пластик, ткани). Могут быть различными обозначения радиодеталей на схеме (треугольник - это, скорее всего, диод или стабилитрон). Но стоит отметить, что треугольником без дополнительных элементов обозначается логическая земля в микропроцессорной технике.

Эти материалы либо проводят ток, либо нет, независимо от того, в каком агрегатном состоянии они находятся. Но существуют и полупроводники, свойства которых меняются в зависимости от конкретных условий. Это такие материалы, как кремний, германий. Кстати, стекло тоже можно отчасти отнести к полупроводникам - в нормальном состоянии оно не проводит ток, но вот при нагреве картина полностью обратная.

Диоды и стабилитроны

Полупроводниковый диод имеет всего два электрода: катод (отрицательный) и анод (положительный). Но какие же существуют особенности у этой радиодетали? Обозначения на схеме можете увидеть выше. Итак, вы подключаете источник питания плюсом к аноду и минусом к катоду. В этом случае электрический ток будет протекать от одного электрода к другому. Стоит отметить, что у элемента в этом случае крайне малое сопротивление. Теперь можно провести эксперимент и подключить батарею наоборот, тогда сопротивление току увеличивается в несколько раз, и он перестает идти. А если через диод направить переменный ток, то получится на выходе постоянный (правда, с небольшими пульсациями). При использовании мостовой схемы включения получается две полуволны (положительные).

Стабилитроны, как и диоды, имеют два электрода - катод и анод. В прямом включении этот элемент работает точно так же, как и рассмотренный выше диод. Но если пустить ток в обратном направлении, можно увидеть весьма интересную картину. Первоначально стабилитрон не пропускает через себя ток. Но когда напряжение достигает некоторого значения, происходит пробой, и элемент проводит ток. Это напряжение стабилизации. Очень хорошее свойство, благодаря которому получается добиться стабильного напряжения в цепях, полностью избавиться от колебаний, даже самых мелких. Обозначение радиодеталей на схемах - в виде треугольника, а у его вершины - черта, перпендикулярная высоте.

Транзисторы

Если диоды и стабилитроны можно иногда даже не встретить в конструкциях, то транзисторы вы найдете в любой (кроме У транзисторов три электрода:

1. База (сокращенно буквой "Б" обозначается).
2. Коллектор (К).
3. Эмиттер (Э).

Транзисторы могут работать в нескольких режимах, но чаще всего их используют в усилительном и ключевом (как выключатель). Можно провести сравнение с рупором - в базу крикнули, из коллектора вылетел усиленный голос. А за эмиттер держитесь рукой - это корпус. Основная характеристика транзисторов - коэффициент усиления (отношение тока коллектора и базы). Именно данный параметр наряду с множеством иных является основным для этой радиодетали. Обозначения на схеме у транзистора - вертикальная черта и две линии, подходящие к ней под углом. Можно выделить несколько наиболее распространенных видов транзисторов:

1. Полярные.
2. Биполярные.
3. Полевые.

Существуют также транзисторные сборки, состоящие из нескольких усилительных элементов. Вот такие самые распространенные существуют радиодетали. Обозначения на схеме были рассмотрены в статье.