Резисторы

Международная цветная маркировка резисторов

Таблицы номиналов резисторов и конденсаторов

Далее приведены множители для номиналов резисторов и конденсаторов (см. главу 5) с допуском 5 % (ряд Е24) и 10 % (ряд Е12, выделен жирным). Из этих значений формируются стандартные номиналы резисторов путем их умножения на степень десяти — например: 1,8 Ом, 18 Ом, 180 Ом, 1,8 кОм, 18 кОм, 180 кОм и т. д.

Резисторы с допуском 1 % (ряд Е96) имеют следующие множители для номиналов:

 

Стандартные обозначения...

... размеры и характеристики некоторых гальванических элементов

В табл. П2.1 представлены стандартные разновидности бытовых одноразовых электрохимических элементов питания. Элементы одного типоразмера взаимозаменяемы, а также могут быть заменены NiMH-аккумуляторами аналогичных типоразмеров (подробности описаны в главе 9). Щелочные элементы (с буквой L в обозначении или надписью «alkaline» на корпусе) приблизительно в три раза превышают по энергоемкости «обычные» солевые (последние часто маркируются надписью «GENERAL PURPOSE», то есть «общего назначения»). Кроме стандартных щелочных, существуют также элементы Super (Ultra) Alkaline, емкость которых еще приблизительно на треть-четверть выше.

* Буква L означает щелочной элемент, F — литий-железо-дисульфидный (Li/FeS2).

** Для щелочных элементов

Аккумуляторы NiMH тех же типоразмеров имеют близкую емкость (в среднем на 10–20 % ниже), за исключением типоразмера «Крона» — емкость аккумулятора в этом исполнении не превышает 200 мАч.

Кроме указанных в таблице элементов марганец-цинковой системы (к которым относятся и щелочные, и солевые батарейки), в последние годы появились литийжелезо-дисульфидные в типоразмерах АА и ААА, со стандартным номинальным напряжением питания 1,5 В (в отличие от обычных литий-марганцевых, имеющих напряжение 3–3,6 В). Они отличаются повышенной емкостью при больших токах разряда, и при токе порядка 0,5 А превышают щелочные примерно вдвое. В маломощных приборах при комнатной температуре в емкости выигрыша литиевые элементы почти не дают, но их высокая стоимость все равно оправдывается долгим сроком хранения (15 лет при комнатной температуре), а также намного большей стойкостью к низким температурам — так, фирма Energizer гарантирует работу своих FR6-элементов до -40 °C. Основная особенность литиевых, отличающая их от других типов, — они держат напряжение «до последнего», после чего оно быстро падает до нуля (см. разрядные кривые на рис. 9.3 в главе 9).

Для питания маломощных электронных устройств широко применяются «таблетки»: серебряно-оксидные (SR) или литиевые (CR) малогабаритные элементы. Литиевые имеют номинальное напряжение 3 В, «серебряные» — 1,55 В, причем размеры корпусов для тех и других отличаются, литиевые больше диаметром и обычно тоньше («монетки»). Емкость ходовых литиевых элементов (CR2032) достигает 225 мАч при токе разряда не более 0,2 мА, у «серебряных» она ниже, и для самых крупных (SR44) не превышает 200 мАч. В тех же габаритах, что и «серебряные», изредка можно встретить щелочные «таблетки» (LR) с близким номинальным напряжением (1,5 В), их емкость примерно на 30 % ниже, а в остальном они взаимозаменяемы. Система обозначений «таблеток» и «монеток» очень проста: первые две цифры обозначают диаметр, третья и четвертая — толщину (например, 2032 — «монетка» 20 мм в диаметре и толщиной 3,2 мм, 1225 — «таблетка» диаметром 12,5 мм и толщиной 2,5 мм).

 

Классы усилителей

В зависимости от режима работы выходных транзисторов усилители (не только УМЗЧ — усилители мощности звуковой частоты) делятся на классы. Различают классы А, В, АВ, С, D, G и Н, недавно был также предложен еще один класс — Т.

Классы D и Т относятся к дискретным (цифровым) усилителям, остальные — к линейным (аналоговым). Рассмотрим особенности режимов работы выходного каскада для распространенных классов А, В и АВ.

Действующее значение напряжения

Для того чтобы было более понятно рассмотрение важнейшего вопроса о КПД для различных классов, приведем сначала точное определение действующего значения напряжения переменного тока Uд (именно действующее значение определяет мощность на нагрузке и выходных транзисторах, а следовательно, и КПД):

(1)

Здесь U a — амплитудное значение напряжения u(t), T — период (в данном случае мы рассматриваем полпериода от 0 до π). Для синусоидального напряжения u(t) = sin(t):

(2)

При выводе учитывается, что:

Соотношение (2) для действующего значения (без вывода) уже приводилось в главе 4.

Классы усилителей

Класс А (рис. П3.1) — это фактически режим, соответствующий усилительному каскаду с общим эмиттером (см. рис. 6.6).

Рис. П3.1. Режим работы усилителя класса А

В классе А на коллекторе транзистора устанавливается ровно половина питания. Если считать переходную характеристику каскада строго линейной (сплошная линия на рис. П3.1), то амплитуда выходного сигнала может достигать напряжения питания. Для оценки КПД в этом идеализированном случае обратим внимание, что незатемненная область на графике выходного напряжения соответствует мгновенным (в каждый момент времени) значениям напряжения на нагрузке, а затемненная — напряжениям на выходном транзисторе. Как мы видим из графика, эти области строго равны друг другу по площади, поэтому соответствующие интегралы (1) и действующие значения напряжения на нагрузке и на транзисторе будут равны, так что КПД будет равен ровно 50 % — половина затрачиваемой мощности выделяется на нагрузке, половина — на транзисторе. В реальности же переходная характеристика имеет S-образный вид (пунктир на рис. П3.1), поэтому во избежание искажений приходится ограничивать амплитуду сигнала, так что в действительности КПД может быть значительно меньше, да и реальный сигнал никогда не достигает максимальных амплитудных значений.

Другим крупнейшим недостатком класса А является то, что в отсутствие входного сигнала через транзистор течет большой ток (причем легко показать, что именно в отсутствие сигнала мощность, выделяющаяся на транзисторе, будет максимальной, и в этом случае КПД фактически равен нулю). Вместе с тем, режим класса А позволяет без лишних проблем получить неискаженный сигнал, усиленный как по току, так и по напряжению, и потому широко используется в маломощных каскадах, где КПД не имеет существенного значения. Например, в этом режиме работает «раскачивающий» каскад на транзисторе VT3 в УМЗЧ из главы 8.

Режим усилителя класса В фактически используется только в двухтактных схемах эмиттерных повторителей, подобных показанной на рис. 8.2. На рис. П3.2 изображены соответствующие графики для одной (положительной) половины такого каскада (для второй половины все — в случае идеального согласования характеристик выходных транзисторов — строго симметрично).

Рис. П3.2. Режим работы усилителя класса В

Как мы видим, выходное напряжение представляет собой половину синусоиды, и в отсутствие входного сигнала ток через транзистор(ы) равен нулю. Примем, как и ранее для класса А, что переходная характеристика строго линейна, и попробуем оценить теоретический КПД.

Действующее значение напряжения на нагрузке равно, как следует из формулы (2),

Uн = U a /√2 (в общем случае Uа =/ U пит ), отсюда мощность в нагрузке будет равна:

где R — сопротивление нагрузки.

Мгновенное значение напряжения на транзисторе можно определить как «остаток» от того, что выделяется на нагрузке (затемненная область на рис. П3.2), т. е. u т = U пит — u н (t) . (Маленькими буквами мы здесь обозначаем мгновенные значения.)

Ток через транзистор тот же самый, что и через нагрузку, и его величина будет равна i н = u н (t) /R. Тогда мгновенная мощность на транзисторе выразится формулой:

Средняя же мощность в одном плече определится следующей формулой (обратите внимание, что хотя мы считаем для одного плеча, осреднение происходит по полному значению периода 2π, просто в течение второго полупериода плечо не работает):

Для синусоидального напряжения подставим  а также выражение для (см. ранее), и получим:

Суммарная мощность, потребляемая от источника, будет равна сумме мощностей на обоих транзисторах и нагрузке, а КПД выразится формулой (величина сопротивления нагрузки R в числителе и знаменателе сокращается):

Учтем, что в данном случае U пит = U а , и окончательно получим, что теоретический КПД для усилителя класса В составляет π/4 = 0,785 = 78,5 %. Практически же КПД будет существенно меньше по целому ряду причин. Первая причина — мы производили расчет для максимального значения сигнала, а в реальности, как и для класса А, сигналы достигают этой величины только изредка. На рис. ПЗ.З приведены графики распределения мощностей и изменения КПД в зависимости от амплитуды сигнала.

Рис. ПЗ.З. Распределение мощностей и величина КПД в зависимости от относительной амплитуды выходного сигнала в усилителях класса В :

1 — мощность на каждом из транзисторов; 2 — мощность в нагрузке; 3 — суммарная мощность, потребляемая от источника; 4 — КПД

Интересно, что в отсутствие сигнала КПД, как и для класса А, равен нулю, но есть одно существенное различие — сама мощность, потребляемая от источника питания, при этом также равна нулю.

Кроме этого, есть и другие причины снижения КПД. Прежде всего, переходная характеристика, как и для класса А, не является прямой линией — практически это выражается, в частности, и в том, что напряжение на выходе будет ограничиваться величинами, меньшими, чем напряжение питания. Напряжение на выходе будет всегда ниже входного по крайней мере на величину падения база-эмиттер. Все это само по себе уменьшит незатемненную область на графике и увеличит затемненную.

Главное же, что в чистом виде класс В для усиления аналоговых сигналов не используют — из-за больших искажений типа «ступенька» (см. главу 8). Поэтому практически классы В и А объединяют, создавая некоторый начальный ток смещения комплементарной пары, — такой режим усилителя известен, как класс АВ, и большинство аналоговых схем построено по этому принципу (в главе 8 мы обеспечивали режим АВ с помощью цепочки диодов).

Все это касается случая, когда выходной каскад составлен из биполярных транзисторов. Применение комплементарных полевых транзисторов может существенно снизить искажения, однако там появится новая напасть — в момент равенства сигнала нулю оба транзистора пары будут приоткрыты (эффект «сквозного тока» — явление, аналогичное происходящему при переключении в КМОП-микросхемах), и это равносильно принудительному смещению биполярных транзисторов. В результате КПД «хороших» усилителей класса АВ составляет от силы 60 %, а часто еще меньше (именно поэтому в главе 8 при расчете радиаторов я задавался величиной мощности на выходных транзисторах, равной мощности в нагрузке).

 

Соответствие наименований...

... и функциональности некоторых зарубежных и отечественных цифровых микросхем

В табл. П4.1 приведены основные микросхемы «классической» КМОП-серии, их отечественные аналоги, полные или функциональные аналоги из серии 74, включающей в себя как быстродействующие КМОП-микросхемы (с буквой С в наименовании), так и ТТЛ, а также отечественные функциональные ТТЛ-аналоги из серий 155 (133), 555, 533, 1555, 1533 и др. Следует отметить, что всего в серии 74 представлено около полутора десятков различных технологий, но одинаковые по функциональности микросхемы в различных сериях называются одинаково. Не все микросхемы имеются во всех исполнениях — так, полные аналоги 4049/4050 имеются только в серии НС, в то же время дешифратор 74хх247(ИД18) существует только в ТТЛ-исполнении. CD4056 (561ИД5) не является его полным аналогом, т. к. имеет дополнительные выводы для управления ЖКИ или люминесцентного индикатора переменным напряжением и т. д.

* В быстродействующей КМОП-версии не существует. Рекомендуется заменять на 514ИД1/2 (MSD047/MSD101).

** Для аналоговых сигналов предпочтительнее использовать 590КН2/КН5/КН13.

Кроме приведенных в таблице, и 4000-я серия, и, тем более, разновидности 74-й включают в себя еще очень много типов микросхем, здесь приведены только те, которые имеют аналоги в отечественной «классической» 561-й серии (за исключением ряда микросхем, выполняющих арифметические функции, ввиду потери ими актуальности). Часто приводимая в справочниках серия 54 есть та же 74-я, но в военном исполнении, с повышенным температурным диапазоном. О соответствии отечественных и импортных КМОП-серий говорилось в главе 15.

Прочерк в таблице для микросхем ТТЛ и 74-й серии означает, что для данной микросхемы «классической» КМОП-серии прямых функциональных ТТЛ-аналогов не существует. Однако это вовсе не означает, что микросхем, выполняющих аналогичные функции, в ТТЛ и быстродействующей КМОП вообще нет. Так, в этих сериях нет микросхемы, аналогичной CD4000 (два элемента «ЗИЛИ-НЕ» и один элемент «НЕ»), но есть микросхема ЛЕ4 (74хх27), содержащая три элемента «3ИЛИ-НЕ», которые могут выполнять те же функции. Для некоторых типов, как для упомянутой CD4056, функциональный аналог приведен неполный: ПУ4 и 74НС4050 имеют обычный двухтактный выход, а ЛП4 и 74хх17 — с открытым коллектором, еще сложнее ситуация с некоторыми счетчиками. Поэтому при замене «классических» КМОП-микросхем на их быстродействующие аналоги и, тем более, на ТТЛ-микросхемы всегда следует сверяться с техническими описаниями.

CD4xxx — наименование серии 4000, принятое в фирме Fairchild Semiconductor, МСИххх — в фирме Motorola. У других фирм могут быть свои префиксы, например, SN4xxx — у Texas Instruments, HCC или HCF — у фирмы ST Microelectronics, HEF — у Philips и NXP. Микросхемы серии 74НС Texas Instruments выпускает также с префиксом SN, Fairchild — с префиксом ММ, остальные с префиксом М или вовсе без префикса. Еще разнообразнее правила в отношении 74АС, кроме того, все эти правила действуют не всегда, — так, имеются микросхемы с префиксом CD, но производства не Fairchild, а других фирм (например, Texas Instruments или Philips).

Отечественное НПО «Интеграл» выпускает лицензионные микросхемы 74-й серии с префиксом IN. Сами обозначения микросхем в серии остаются одинаковыми независимо от префикса.

 

Словарь часто встречающихся аббревиатур и терминов

Разработчики электронных приборов — большие любители сокращений, которые нередко приводят без дополнительных пояснений. Некоторые из часто встречающихся английских аббревиатур расшифровываются в табл. П5.1.

Далее приведен перевод некоторых терминов, часто встречающихся в технической документации. Термины, вошедшие в русский язык в оригинальном звучании или близком к нему (transistor, resistor, logic, timer, emitter и т. п.) и потому понятные без перевода, за некоторыми исключениями не приводятся. Не приводятся также термины и сокращения, подробно рассмотренные в тексте соответствующих глав (SRAM, DRAM, EEPROM и т. п.).

Соответствие терминам на русском их переводу на английский

□ Блок (узел, устройство) — unit

□ Центральный процессорный блок — central processor unit, CPU

□ Внешний — external

□ Внутренний — internal

□ Восьмеричный — octal

□ Вход — input

□ Вывод (компонента) — pin, lead

□ Выпрямитель — rectifier

□ Выход — output

□ Вычитание — subtraction

□ Генератор тактирующих импульсов — clock

□ Данные — data

□ Двоичный — binary

□ Действующий, ее (значение, напряжение) — effective

□ Деление — division

□ Делитель — divisor

□ Десятичный — decimal

□ Диапазон — range, scale

□ Доступ — access

□ Дрейф — drift

□ Емкость — capacity, capacitance

□ Задержка — delay

□ Заряд — charge

□ Затвор — gate

□ Земля — ground

□ Измерение — measuring

□ Индуктивность (катушка индуктивности) — coil

□ Исток, источник — source

□ Канал — channel

□ Канал передачи данных — data transfer channel

□ Кнопка — button, key

□ Конденсатор — capacitor

□ Корпус — case, package

□ Коэффициент усиления — gain

□ Коэффициент усиления по напряжению — voltage gain

□ Мост — bridge

□ Мост выпрямительный — rectifier brige

□ Мощность — power

□ Набор — kit

□ Напряжение — voltage

Высокий уровень — напряжения — high voltage

Низкий уровень напряжения — low voltage

Напряжение питания — supply voltage

Напряжение смещения — bias

□ Ноль — zero

□ Объединение (каналов) — multiplex

□ Отношение — ratio

□ Пайка — soldering

□ Память — mefnory

□ Панель (для микросхем) — socket

□ Параллельный — parallel

□ Переключатель — switch

Соответствие терминов на английском их переводу на русский

□ AC (alternating current) — переменный ток

□ Access — доступ

□ Accuracy — точность (погрешность)

□ ADC (analog-to-digital converter) — аналого-цифровой преобразователь

□ Adding — сложение

□ Adjuist — регулировать

□ Adjustment — регулировка

□ Amperage — сила тока

□ Amplifier — усилитель

□ Band — полоса (частот)

□ Bandwidth — ширина полосы

□ Battery — элемент (гальванический)

□ Bias — смещение; напряжение смещения

□ Binary — двоичный

□ Board — плата

□ Bridge — мост

□ Rectifier Bridge — выпрямительный мост

□ Billion — миллиард

□ Bus — шина

□ Button — кнопка, клавиша

□ Capacitor — конденсатор

□ Capacity, capacitance — емкость

□ Case — корпус

□ Cell — ячейка, элемент (гальванический)

□ Channel — канал

Data transfer channel — канал передачи данных

□ Charge — заряд

□ Check — проверка, контроль

□ Circuit — схема

□ Clock — синхронизация; генератор тактирующих импульсов

□ Coil — индуктивность (катушка индуктивности)

□ Conductor — проводник

□ Connect — соединение

□ Connector — соединитель (разъем)

□ Control — управлять, регулировать, управление

□ Converter — преобразователь

□ Cord — гибкий провод (шнур)

□ Correction — поправка

□ Counter — счетчик

□ CPU (central processor unit) — центральный процессорный блок

□ Current — ток

Base current — ток базы

Bias current — ток смещения

Saturation current — ток насыщения

Sink current — втекающий ток

Source current — вытекающий ток

□ Cycle — период (импульсов)

□ Data — данные

□ DC (direct current) — постоянный ток

□ Decimal — десятичный

□ Delay — задержка

□ Device — устройство

□ Direct — прямой

□ Division — деление

□ Divisor — делитель

□ Drain — сток

□ Drift — дрейф

□ Effective — действующий (значение, напряжение)

□ Erase — стирание

□ External — внешний

□ Frequency — частота

□ Gain — коэффициент усиления

□ Gate — затвор (полевого транзистора); логический элемент, вентиль (AND gate)

□ Ground — земля

□ Hexadecimal — шестнадцатеричный

□ Input — вход

□ Internal — внутренний

□ Key — кнопка

□ Kit — набор

□ Lead — вывод (компонента)

□ Leakage — утечка

□ Limit — предел

□ Loop — контур обратной связи; цикл (в программе)

□ MCU (mean control unit) — центральное устройство управления

□ Measuring — измерение

□ Memory — память

□ Mobile — мобильный

□ Mode — режим (работы)

□ Mount — монтировать

□ Multiplex — объединение (каналов)

□ Multiplication — умножение

□ Multiplier — умножитель

□ Octal — восьмеричный

□ Offset — смещение

□ Output — выход

□ Package — корпус

□ Parallel — параллельный

□ Pin — вывод (компонента)

□ Power — мощность, питание.

□ Power supply — источник питания

□ Random — произвольный, случайный

□ Range — диапазон

□ Rate — показатель

□ Ratio — отношение

□ Rectifier — выпрямитель

□ Reset — переустановка; начальная установка

□ Scale — диапазон

□ Semiconductor — полупроводник

□ Serial — последовательный

□ Set — установка

□ Socket — панель (для микросхем)

□ Soldering — пайка

□ Source — исток, источник

□ State — состояние

□ Storage — хранение

□ Subtraction — вычитание

□ Support — поддержка

□ Switch — переключатель

□ Unit — блок (узел, устройство)

□ Value — значение

□ Voltage — напряжение

High voltage — высокий уровень напряжения

Low voltage — низкий уровень напряжения

Supply voltage — напряжение питания

Voltage gain — коэффициент усиления по напряжению

□ Watchdog — сторожевой (таймер)

□ Wire — провод

□ Zero — ноль

 

Единицы измерения и обозначения

Физические величины и их единицы измерения по умолчанию

□ I — ток, ампер (А)

□ U — напряжение, вольт (В, V)

□ R — электрическое сопротивление, ом (Ом, Ohm)

□ Е — энергия, джоуль (Дж)

□ N, Р — электрическая мощность, ватт (Вт, W)

□ W — тепловая мощность, ватт (Вт, W)

□ С — электрическая емкость, микрофарада (мкФ, μF)

□ Q — заряд, кулон (Кл)

□ t — время, секунда (с)

□ T, Θ — температура, градус Цельсия (°С)

□ L — длина, метр (м)

□ S — площадь (м2)

□ ρ — удельное сопротивление (ом·м/мм2)

Примечание

Все наименования единиц измерения, которые названы по фамилиям ученых, в сокращении пишутся с большой буквы (вольт — В , ом — Ом, ватт — Вт , ампер — А ), а все остальные — с маленькой (секунда — с , метр — м ).

Приставки и множители для образования десятичных кратных и дольных единиц

Некоторые буквенные обозначения в электрических схемах

□ R — резистор

□ С — конденсатор

□ VT — транзистор

□ VD — диод

□ Н — цифровой индикатор

□ К — тумблер, кнопка

□ Р — реле

□ DA — аналоговая микросхема

□ DD — цифровая микросхема

□ D — микросхема, содержащая аналоговые и цифровые узлы

□ Q — кварцевый резонатор

□ L — лампа (газоразрядная или накаливания)

Некоторые символические обозначения в электрических схемах

Символические обозначения мощности резисторов на схемах