5. Предельное рабочее напряжение, зависит от конструкции элемента, в бытовых электроприборах с напряжением питания 220В могут применяться практически любые резисторы.

6. Шумовые характеристики.

7. Максимальная температура окружающей среды. Это такая температура, которая может быть при достижении максимальной рассеиваемой мощности самого резистора. Об этом подробнее поговорим позже.

8. Влаго- и термоустойчивость.

Есть еще две характеристики, о которых начинающие чаще всего не знают, это:

1. Паразитная индуктивность.

2. Паразитная ёмкость.

Оба параметра зависят от типа и конструктивных особенностей резистора. Индуктивность имеет в любом проводнике, вопрос в её величины. Типовые величины паразитных индуктивностей и емкостей приводить бессмысленно. Паразитные составляющие следует учитывать при проектировании и ремонте высокочастотных приборах.

На низких частотах (например, в пределах звукового диапазона до 20 кГц), существенного влияния в работу схемы они не вносят. В высокочастотных приборах, с рабочими частотами в сотни тысяч и выше герц существенное влияние вносит даже расположение дорожек на плате и их форма.

Мощность резистора

Из курса физики многие отлично помнят формулу мощности для электричества, это: P=U*I

Отсюда следует, что она линейно зависит от тока и напряжения. Ток же через резистор зависит от его сопротивления и приложенного к нему напряжению, то есть:

Падение напряжения на резисторе (сколько на его выводах остаётся напряжения от приложенного к цепи, в которой он установлен), так же зависит от тока и сопротивления:

Теперь объясним простыми словами, что такое мощность у резистора и куда она выделяется.

У любого металла есть своё удельное сопротивление, это такая величина, которая зависит от структуры этого самого металла. Когда носители зарядов (в нашем случае электроны), под воздействием электрического тока протекают через проводник, они сталкиваются с частицами, из которого состоит металл.

В результате этих столкновений затрудняется движение тока. Если очень обобщенно сказать, то получается, так, что чем плотнее структура металла, тем сложнее протекать току (тем больше сопротивление).

На картинке пример кристаллической решетки, для наглядности.

Из-за этих столкновений выделяется тепло. Это можно представить, как если бы вы шли через толпу (большое сопротивление), где вас еще и толкают, или если бы шли по пустому коридору, где вы сильнее вспотеете?

То же самое происходит и с металлом. Мощность выделяется в виде тепла. В некоторых случаях это плохо, потому что так снижается коэффициент полезного действия прибора. В других ситуациях – это полезное свойство, например в работе ТЭНов. В лампах накаливания за счет своего сопротивления спираль раскаляется до яркого свечения.

Но как это относится к резисторам?

Дело в том, что резисторы применяют для ограничения тока при питании каких-либо устройств, или элементов цепи, или для задания режимов работы полупроводниковым приборам. Мы описывали это в статье о биполярных транзисторах. Из формулы выше станет ясно, что ток снижается, за счет снижения напряжения. Лишнее напряжение можно сказать, что сгорает в виде тепла на резисторе, мощность при этом считается по той же формуле, что и общая мощность:

Здесь U – это количество вольт «сожженных» на резисторе, а I – это ток, который через него протекает.

Выделение тепла на резисторе объясняется законом Джоуля-Ленца, который связывает количество выделенной теплоты с током и сопротивлением. Чем больше первое или второе, тем больше выделится тепла.

Чтобы было удобно из этой формулы, путем подстановки закона Ома для участка цепи, выведено еще две формулы.

Для определения мощности через приложенное напряжение к резистору:

Для определения мощности через ток, протекающий через резистор:

Немного практики

Для примера, давайте определим, какая мощность выделяется на резистор номиналом в 1 Ом, подключенного к источнику напряжения в 12В.

Для начала посчитаем ток в цепи:

Теперь мощность по классической формуле:

Одного действия при расчетах можно избежать, если пользоваться вышеупомянутыми формулами, давайте это проверим:

Всё сходится. Резистор будет выделять тепло с мощностью в 144Вт. Это условные значения, взятые в качестве примера. На практике таких резисторов вы не встретите в радиоэлектронной аппаратуре, исключением являются большие сопротивления для регулирования двигателей постоянного тока или пуска мощных синхронных машин в асинхронном режиме.

Какие бывают резисторы и как они обозначаются на схеме

Ряд мощностей резисторов стандартен: 0.05 (0.62) – 0.125 – 0.25 – 0.5 – 1 – 2 – 5

Это типовые номиналы распространенных резисторов, бывают и большие значения, или другие величины. Но этот ряд наиболее распространен. При сборке электроники используют схему электрическую принципиальную, с порядкового номера элементов. Реже указываться номинальное сопротивление, еще реже указывается номинальное сопротивление и мощность.

Чтобы быстро определить мощность резистора на схеме были введены соответствующие УГО (условные графические обозначения) по ГОСТ. Внешний вид таких обозначений и их расшифровка представлены в таблице ниже.

Вообще эти данные, а также название конкретного типа резистора указываются в перечне элементов, там же указывается и разрешенный допуск в %.

Внешне, они отличаются размером, чем мощнее элемент, тем больше его размер. Больший размер увеличивает площадь теплообмена резистора с окружающей средой. Поэтому тепло, которое выделяется при прохождении тока через сопротивление, быстрее отдаётся воздуху (если окружающая среда воздух).

Это значит, что резистор может греться с большей мощностью (выделять определенное количество тепла в единицу времени). Когда температура сопротивления достигает определенного уровня, сначала начинает выгорать внешний слой с маркировкой, дальше сгорает резистивный слой (пленка, проволока или что-то другое).

Чтобы вы оценили, как сильно может греться резистор, взгляните на нагрев спирали разобранного мощного резистора (более 5 Вт) в керамическом корпусе.

В характеристиках был такой параметр, как допустимая температура окружающей среды. Она указывается, для правильного подбора элемента. Дело в том, что раз мощность резистора ограничена способностью отдать тепло и, при этом, не перегреться, а для отдачи тепла, т.е. охлаждения элемента путем конвекции или принудительным потоком воздуха должна быть как можно большая разница температур элемента и окружающей среды.

Поэтому если вокруг элемента слишком жарко он быстрее нагреется и сгорит, даже если электрическая мощность на нем ниже максимально рассеиваемой. Нормальной температурой является 20-25 градусов Цельсия.

В продолжение этой темы:

Что делать, если нет резистора нужной мощности?

Частой проблемой радиолюбителей является отсутствия резистора нужной мощности. Если у вас есть резисторы мощнее, чем нужно – ничего страшного в этом нет, можно ставить не задумываясь. Лишь бы он влез по размеру. Если все имеющиеся резисторы по мощности меньше, чем нужно – это уже проблема.

На самом деле решить этот вопрос достаточно просто. Вспомните законы последовательного и параллельного соединения резисторов.

1. При последовательном соединении резисторов сумма падений напряжений на всей цепочке равняется сумме падений на каждом из них. А ток, протекающий через каждый резистор равен общему току, т.е. в цепи из последовательно соединенных элементов протекает ОДИН ток, но приложенные к каждому из них напряжения РАЗНЫЕ, определяются по закону Ома для участка цепи (см. выше) Uобщ=U1+U2+U3

2. При параллельном соединении резисторов падение на всех напряжения равны, а ток, протекающий в каждой из ветвей обратно пропорционален сопротивлению ветви. Общий ток цепочки из параллельно соединенных резисторов равен сумме токов каждой из ветвей.

На этой картинке изображено всё вышесказанное, в удобной для запоминания форме.

Так, как при последовательном соединении резисторов снизится напряжение на каждом из них, а при параллельном соединении ток, то если P=U*I

Мощность, выделяемая на каждом из них, снизится соответствующим образом.

Поэтому, если у вас нет резистора 100 Ом на 1 Вт, его можно почти всегда заменить 2 резисторами на 50 Ом и 0.5 Вт соединенными последовательно, или 2 резисторами на 200 Ом и 0.5 Вт соединенными параллельно.

Я не просто так написал «ПОЧТИ ВСЕГДА». Дело в том, что не все резисторы одинаково хорошо переносят ударные токи, в некоторых цепях, например связанные с зарядом конденсаторов большой ёмкости, в первоначальный момент времени переносят большую ударную нагрузку, которая может повредить его резистивный слой. Такие связки нужно проверять на практике или путем долгих расчетов и чтением технической документации и ТУ на резисторы, чем почти никогда и никто не занимается.

Заключение

Мощность резистора – это величина не менее важная, чем его номинальное сопротивление. Если не уделять внимания подбору сопротивлений нужно мощности, то они будут перегорать и сильно греться, что плохо в любой цепи.

При ремонте аппаратуры, особенно китайской, ни в коем случае не пытайтесь ставить резисторы меньшей мощности, лучше поставить с запасом, если есть такая возможность поместить его по габаритам на плате.

Для стабильной и надежной работы радиоэлектронного устройства нужно подбирать мощность, как минимум, с запасом в половину от предполагаемой, а лучше в 2 раза больше. Это значит, что если по расчетам на резисторе выделяется 0.9-1 Вт, то мощность резистора или их сборки должна быть не меньше, чем 1.5-2 Вт.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Источник

О замене радиодеталей в схемах

При сборке любого устройства, даже самого простейшего, у радиолюбителей часто возникают проблемы с радиодеталями, бывает что не удается достать какой то резистор определенного номинала, конденсатор или транзистор… в данной статье я хочу рассказать про замену радиодеталей в схемах, какие радиоэлементы на что можно заменять и какие нельзя, чем они различаются, какие типы элементов в каких узлах применяют и многое другое. Большинство радиодеталей могут быть заменены на аналогичные, близкие по параметрам.

Резисторы

Начнем пожалуй с резисторов.

Итак, вам наверное уже известно, что резисторы являются самыми основными элементами любой схемы. Без них не может быть построена ни одна схема, но что же делать, если у вас не оказалось нужных сопротивлений для вашей схемы? Рассмотрим конкретный пример, возьмем к примеру схему светодиодной мигалки, вот она перед вами:

Для того чтобы понять, какие резисторы здесь в каких пределах можно менять, нам нужно понять, на что вообще они влияют. Начнем с резисторов R2 и R3 – они влияют (совместно с конденсаторами) на частоту мигания светодиодов, т.е. можно догадаться, что меняя сопротивления в большую или меньшую сторону, мы будем менять частоту мигания светодиодов. Следовательно, данные резисторы в этой схеме можно заменить на близкие по номиналу, если у вас не окажется указанных на схеме. Если быть точнее, то в данной схеме можно применить резисторы ну скажем от 10кОм до 50кОм. Что касается резисторов R1 и R4, в некоторой степени и от них тоже зависит частота работы генератора, в данной схеме их можно поставить от 250 до 470Ом. Тут есть еще один момент, светодиоды ведь бывают на разное напряжение, если в данной схеме применяются светодиоды на напряжение 1,5вольт, а мы поставим туда светодиод на большее напряжение – они у нас будут гореть очень тускло, следовательно, резисторы R1 и R4 нам нужно будет поставить на меньшее сопротивление. Как видите, резисторы в данной схеме можно заменить на другие, близкие номиналы. Вообще говоря, это касается не только данной схемы, но и многих других, если у вас при сборке схемы скажем не оказалось резистора на 100кОм, вы можете заменить его на 90 или 110кОм, чем меньше будет разница – тем лучше ставить вместо 100кОм 10кОм не стоит, иначе схема будет работать некорректно или вовсе, какой либо элемент может выйти из строя. Кстати, не стоит забывать что у резисторов допустимо отклонение номинала. Прежде чем резистор менять на другой, прочитайте внимательно описание и принцип работы схемы. В точных измерительных приборах не стоит отклоняться от заданных в схеме номиналов.

А заменить маломощный резистор более мощным – всегда пожалуйста, от этого ничего не будет, только мощные резисторы они более крупные, понадобится больше места на плате, или придется его поставить вертикально.

Не забывайте про параллельное и последовательное соединение резисторов, если вам нужен резистор на 30кОм, вы можете его сделать из двух резисторов по 15кОм, соединив последовательно.

В схеме что я дал выше, присутствует подстроечный резистор. Его конечно же можно заменить переменным, разницы никакой нет, единственное, подстроечный придется крутить отверткой. Можно ли подстроечные и переменные резисторы в схемах менять на близкие по номиналу? В общем то да, в нашей схеме его можно поставить почти любого номинала, хоть 10кОм, хоть 100кОм – просто изменятся пределы регулирования, если поставим 10кОм, вращая его мы быстрее будем менять частоту мигания светодиодов, а если поставим 100кОм., регулировка частоты мигания будет производиться плавнее и «длиннее» нежели с 10к. Иначе говоря, при 100кОм диапазон регулировки будет шире, чем при 10кОм.

А вот заменять переменные резисторы более дешевыми подстроечными не стоит. У них движок грубее и при частом использовании сильно царапается токопроводящий слой, после чего при вращении движка сопротивление резистора может меняться скачкообразно. Пример тому хрип в динамиках при изменении громкости.

Подробнее про виды и типы резисторов можно почитать здесь.

Конденсаторы

Теперь поговорим про конденсаторы, они бывают разных видов, типов и конечно же емкостей. Все конденсаторы различаются по таким основным параметрам как номинальная ёмкость, рабочее напряжение и допуск. В радиоэлектронике применяют два типа конденсаторов, это полярные, и неполярные. Отличие полярных конденсаторов от неполярных заключается в том, что полярные конденсаторы нужно включать в схему строго соблюдая полярность. Конденсаторы по форме бывают радиальные, аксиальные (выводы у таких конденсаторов находятся сбоку), с резьбовыми выводами (обычно это конденсаторы большой емкости или высоковольтные), плоские и так далее. Различают импульсные, помехоподавляющие, силовые, аудио конденсаторы, общего назначения и др.

Где какие конденсаторы применяют?

На заметку!

У электролитических конденсаторов обычно большой ток утечки, а погрешность емкости может составлять 30-40%, т.е. емкость указанная на банке, в реальности может сильно отличаться. Номинальная ёмкость таких конденсаторов уменьшается по мере их срока эксплуатации. Самый распространённый дефект старых электролитических конденсаторов – это потеря ёмкости и повышенная утечка, такие конденсаторы не стоит эксплуатировать дальше.

Вернемся мы к нашей схеме мультивибратора (мигалки), как видите там присутствуют два электролитических полярных конденсатора, они так же влияют на частоту мигания светодиодов, чем больше емкость, тем медленнее они будут мигать, чем меньше емкость, тем быстрее будут мигать.

Во многих устройствах и приборах нельзя так «играть» емкостями конденсаторов, к примеру если в схеме стоит 470 мкФ – то надо стараться поставить 470 мкФ, или же параллельно 2 конденсатора 220 мкФ. Но опять же, смотря в каком узле стоит конденсатор и какую роль он выполняет.

Рассмотрим пример на усилителе низкой частоты:

Как видите, в схеме присутствует три конденсатора, два из которых не полярные. Начнем с конденсаторов С1 и С2, они стоят на входе усилителя, через эти конденсаторы проходит/подается источник звука. Что будет если вместо 0.22 мкФ мы поставим 0.01 мкФ? Во первых немного ухудшится качество звучания, во вторых звук в динамиках станет заметно тише. А если мы вместо 0.22 мкФ поставим 1 мкФ – то на больших громкостях у нас появятся хрипы в динамиках, усилитель будет перегружаться, будет сильнее нагреваться, да и качество звука снова может ухудшиться. Если вы глянете на схему какого нибудь другого усилителя, можете заметить, что конденсатор на входе может стоять и 1 мкФ, и даже 10 мкФ. Все зависит от каждого конкретного случая. Но в нашем случае конденсаторы 0.22 мкФ можно заменять на близкие по значению, например 0.15 мкФ или лучше 0.33 мкФ.

Итак, дошли мы до третьего конденсатора, он у нас полярный, имеет плюс и минус, путать полярность при подключении таких конденсаторов нельзя, иначе они нагреются, что еще хуже, взорвутся. А бабахают они очень и очень сильно, может уши заложить. Конденсатор С3 емкостью 470 мкФ у нас стоит по цепи питания, если вы еще не в курсе, то скажу, что в таких цепях, и например в блоках питания чем больше емкость, тем лучше.

Сейчас у каждого дома имеются компьютерные колонки, может быть вы замечали, что если громко слушать музыку, колонки хрипят, а еще мигает светодиод в колонке. Это обычно говорит как раз о том, что емкость конденсатора в цепи фильтра блока питания маленькая (+ трансформаторы слабенькие, но об этом я не буду). Теперь вернемся к нашему усилителю, если мы вместо 470 мкФ поставим 10 мкФ – это почти то же самое что конденсатор не поставить вообще. Как я уже говорил, в таких цепях чем больше емкость, тем лучше, честно говоря в данной схеме 470 мкФ это очень мало, можно все 2000 мкФ поставить.

Ставить конденсатор на меньшее напряжение чем стоит в схеме нельзя, от этого он нагреется и взорвется, если схема работает от 12 вольт, то нужно ставить конденсатор на 16 вольт, если схема работает от 15-16 вольт, то конденсатор лучше поставить на 25 вольт.

Что делать, если в собираемой вами схеме стоит неполярный конденсатор? Неполярный конденсатор можно заменить двумя полярными, включив их последовательно в схему, плюсы соединяются вместе, при этом емкость конденсаторов должна быть в два раза больше чем указано на схеме.

Никогда не разряжайте конденсаторы замыкая их вывода! Всегда нужно разряжать через высокоомный резистор, при этом не касайтесь выводов конденсатора, особенно если он высоковольтный.

В связи с этим хочу дать небольшой совет, если после ремонта какой либо техники, после замены конденсаторов вы впервые включаете его в сеть (например в старых усилителях меняются все подряд электролитические конденсаторы), закрывайте крышку и держитесь на расстоянии, не дай бог что бабахнет.

Теперь вопрос на засыпку: можно ли включать в сеть 220вольт неполярный конденсатор на 230 вольт? А на 240? Только пожалуйста, сходу не хватайте такой конденсатор и не втыкайте его в розетку!

Вот тут можете еще почитать про конденсаторы

Диоды

У диодов основными параметрами являются допустимый прямой ток, обратное напряжение и прямое падение напряжения, иногда еще нужно обратить внимание на обратный ток. Такие параметры заменяющих диодов должны быть не меньше, чем у заменяемых.

У маломощных германиевых диодов обратный ток значительно больше, чем у кремниевых. Прямое падение напряжения у большинства германиевых диодов примерно в два раза меньше чем у похожих кремниевых. Поэтому в цепях, где используется это напряжение для стабилизации режима работы схемы, например в некоторых оконечных усилителях звука, замена диодов на другой тип проводимости не допустима.

Для выпрямителей в блоках питания главными параметрами являются обратное напряжение и предельно допустимый ток. Например, при токах 10А можно применять диоды Д242…Д247 и похожие, для тока 1 ампер можно КД202, КД213, из импортных это диоды серии 1N4xxx. Ставить вместо 5 амперного диода 1 амперный конечно же нельзя, наоборот можно.

В некоторых схемах, например в импульсных блоках питания нередко применяют диоды Шоттки, они работают на более высоких частотах чем обычные диоды, обычными диодами такие заменять не стоит, они быстро выйдут из строя.

Можно ли диоды (в т.ч. диоды Шоттки) включать параллельно? Да можно, если два диода включить параллельно, протекающий через них ток может быть увеличен, сопротивление, падение напряжения на открытом диоде и рассеиваемая мощность уменьшаются, следовательно – диоды меньше будут греться. Параллелить диоды можно только с одинаковыми параметрами, с одной коробки или партии. Для маломощных диодов рекомендую ставить так называемый «токоуравнивающий» резистор.

Транзисторы

Транзисторы делятся на маломощные, средней мощности, мощные, низкочастотные, высокочастотные и т.д. При замене нужно учитывать максимально допустимое напряжение эмиттер-коллектор, ток коллектора, рассеиваемая мощность, ну и коэффициент усиления.

Заменяющий транзистор, во первых, должен относиться к той же группе, что и заменяемый. Например, малой мощности низкой частоты или большой мощности средней частоты. Затем подбирают транзистор той же структуры: р-п-р или п-р-п, полевой транзистор с р-каналом или n-каналом. Далее проверяют значения предельных параметров, у заменяющего транзистора они должны быть не меньше, чем у заменяемого.
Кремниевые транзисторы рекомендуется заменять только кремниевыми, германиевые — германиевыми, биполярные – биполярными и т.д.

Давайте вернемся к схеме нашей мигалки, там применены два транзистора структуры n-p-n, а именно КТ315, данные транзисторы спокойно можно заменить на КТ3102, или даже на старенький МП37, вдруг завалялся у кого Транзисторов, способных работать в данной схеме очень и очень много.

Как вы думаете, будут ли работать в этой схеме транзисторы КТ361? Конечно же нет, транзисторы КТ361 другой структуры, p-n-p. Кстати, аналогом транзистора КТ361 является КТ3107.

В устройствах, где транзисторы используются в ключевых режимах, например в каскадах управления реле, светодиодов, в логических схемах и пр… выбор транзистора не имеет большого значения, выбирайте аналогичной мощности, и близкий по параметрам.

В некоторых схемах между собой можно заменять например КТ814, КТ816, КТ818 или КТ837. Возьмем для примера транзисторный усилитель, схема его ниже.

Выходной каскад построен на транзисторах КТ837, их можно заменить на КТ818, а вот на КТ816 уже не стоит менять, он будет очень сильно нагреваться, и быстро выйдет из строя. Кроме того, уменьшится выходная мощность усилителя. Транзистор КТ315 как вы уже наверное догадались меняется на КТ3102, а КТ361 на КТ3107.

Мощный транзистор можно заменить двумя маломощными того же типа, их соединяют параллельно. При параллельном соединении, транзисторы должны применяться с близкими значениями коэффициента усиления, рекомендуется ставить выравнивающие резисторы в эмиттерной цепи каждого, в зависимости от тока: от десятых долей ома при больших токах, до единиц ом при малых токах и мощностях. В полевых транзисторах такие резисторы обычно не ставятся, т.к. у них положительный ТКС канала.

Думаю, на этом закончим, в заключении хочу сказать, что вы всегда сможете попросить помощи у Google, он вам всегда подскажет, даст таблицы по замене радиодеталей на аналоги. Удачи!

Источник