Резисторы проволочного сопротивления. Газоразрядные индикаторные панели

Размещено на http://www.allbest.ru/

21

Министерство образования Республики Беларусь

ИИТ БГУИР

Контрольная работа

по дисциплине: «Электроника и радиоэлементы»

Резисторы проволочного сопротивления. Газоразрядные индикаторные панели

2012

Задание 1. Конструирование проволочного резистора переменного сопротивления

Произвести конструктивный расчет проволочного резистора переменного сопротивления, построить зависимость сопротивления от угла поворота движка резистора, вычертить эскиз каркаса с намоткой в развернутом виде в выбранном масштабе.

Дано:

Закон изменения сопротивления ; значение параметра В = 4; диаметр каркаса D = 40 мм; максимальное сопротивление R_макс = 200 Ом.

Решение:

1.Вычисляем коэффициент А при условии R = R_макс = 200 Ом, и б/б_макс=1.

, откуда

2. Строим графическую зависимость сопротивления от нормированного значения угла поворота планки на оси ротора , разбивая её на n=15 равных участков (секций). Значение максимального угла поворота б_макс принимаем равным 330. Значения сопротивлений для каждого угла поворота ротора вычисляем по формуле .

A	б, °	бмакс, °	б/бмакс	B	R, Ом
124	22	330	0,067	4	29,3
124	44	330	0,133	4	53,0
124	66	330	0,200	4	72,9
124	88	330	0,267	4	90,0
124	110	330	0,333	4	105,1
124	132	330	0,400	4	118,5
124	154	330	0,467	4	130,6
124	176	330	0,533	4	141,6
124	198	330	0,600	4	151,7
124	220	330	0,667	4	161,1
124	242	330	0,733	4	169,8
124	264	330	0,800	4	178,0
124	286	330	0,867	4	185,6
124	308	330	0,933	4	192,8
124	330	330	1,000	4	199,6

По данным, полученным в процессе вычисления значений, строим искомую зависимость:

3. Рассчитываем ширину секций W по формуле

(мм)

4. Проектируем прямоугольный каркас для первой секции, для которого сопротивление при повороте ротора изменяется по линейному закону.

Сначала выбираем материал проволоки Фехраль(Х13Ю4). Сопротивление 1 м проволоки будет R_О = 67,2 Ом/м, диаметр провода 0,15 мм, количество витков на 1 см плотной намотки - 60 витков, 6 витков/мм.

Определяем количество витков проволоки для найденной ширины секции

(витков)

Затем по полученным значениям приращений сопротивлений находим длины проволоки требуемой для намотки на каждую секцию:

Находим искомые высоты секций по формуле:

Результаты вычислений по этим формулам отображены в таблице.

Приращение сопротивления ДR, Ом	Сопротивление 1 м проволоки Rо, Ом/м	Длина проволоки для секции l,м	Витков на секции	Высота секции,мм
29,3	67,2	0,436	47	4,6
23,7	67,2	0,353	47	3,8
19,9	67,2	0,296	47	3,1
17,1	67,2	0,255	47	2,7
15,0	67,2	0,224	47	2,4
13,4	67,2	0,200	47	2,1
12,1	67,2	0,180	47	1,9
11,0	67,2	0,164	47	1,7
10,1	67,2	0,151	47	1,6
9,4	67,2	0,139	47	1,5
8,7	67,2	0,130	47	1,4
8,1	67,2	0,121	47	1,3
7,6	67,2	0,114	47	1,2
7,2	67,2	0,107	47	1,1
6,8	67,2	0,101	47	1,1

6. Построим развертку каркаса резистора в виде набора прямоугольных секций разной высоты

7. Определяем окончательную форму каркаса путем проведения интерполяционной кривой через средние точки секций.

Задание 2. Рассчитать конструктивные параметры и выполнить эскизный чертеж топологии фильтра на поверхностных акустических волнах

Дано:

Центральная частота, f₀ = 84 МГц; полоса пропускания, ?f_п = 7 МГц

Решение:

1. Выбираем материал звукопровода из соотношения ?f_п/ f₀:



Так как значение оптимальной полосы в нашем случае около 8%, то выбираем танталат лития LiTaO₃(ориентация ZY) для которого скорость волны v_пов = 3329м/c

2. определяем длину акустической волны л_пов, соответствующей центральной частоте f₀;

3. Определяем конструктивные параметры входного встречно-штыревого преобразователя ВШП: ширину электрода, зазор между электродами, шаг электродов.

Шаг ВШП определяем по формуле:

С другой стороны b = a+h, где а - ширина штырей, h - расстояние между штырями.

Установлено, что целесообразно выбирать отношение a/(a+h), равное примерно 0,6 при материалах с небольшим значением k_м. В нашем случае для LiTaO₃ k²_м = 1,21%, значит можно найти a и h из системы уравнений:

Решив систему, получим a = 0,012 мм; h = 0,008 мм.

4. Определяем число пар штырей входного встречно-штыревого преобразователя по формуле:

(пар штырей)

5. Расстояние между входным и выходным преобразователями находим из соотношения: l_з = 10л_пов = 0,4 (мм)

6. Определяем апертуру входного встречно-штыревого преобразователя:

7. Определяем конструктивные параметры выходного встречно-штыревого преобразователя: ширину электрода, зазор между электродами, шаг электродов. Эти значения принимаем аналогичными значениям для входного ВШП.

8. Количество пар штырей возьмём равным N= 2, так как выходной ВШП должен быть широкополосным.

9. Выполним эскизный чертеж топологии фильтра:

Задание 3. Рассчитать конструктивные и основные электрические параметры и выполнить эскизный чертеж однослойной катушки индуктивности

Дано:

Индуктивность, L = 44 мкГн

Решение:

1. Выбираем для конструирования катушку со сплошной однослойной обмоткой. Такие катушки отличаются высокой добротностью (150…250) и стабильностью при индуктивности не выше 200…500 мкГн и применяются в контурах КВ и СВ.

2. Выбираем диаметр каркаса катушки D = 15 мм согласно значениям предельной индуктивности по таблице

Предельная индуктивность сплошной однослойной обмотки:

Диаметр каркаса, мм	10	15	20	30	50
Предельная инд-сть, мкГн	30	50	100	200	500

3. Для расчета индуктивности сплошной однослойной обмотки применяется следующая формула, обеспечивающая погрешность расчета не более 2-3 %:

где ? индуктивность, мкГн;

? диаметр катушки (каркаса), см;

? поправочный коэффициент, величина которого зависит от отношения , а значения приведены в таблице.

Значения коэффициента

	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
	20,2	15,8	13,4	11,6	10,4	9,4	8,6	7,9	7,3	6,8
	1,0	2, 0	3, 0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	10,0
	6,8	4,0	2,9	2,2	1,8	1,53	1,33	1,17	1,05	0,95

Примем отношения , тогда т.к. D = 15мм, то длина намотки = 30мм.

= 4 (по таблице)

4.Число витков рассчитываем по формуле:

5. Длина катушки представляет собой расстояние между осевыми линиями крайних витков. Расстояние между осевыми линиями смежных витков называется шагом намотки . Величины и связаны между собой простым соотношением

,

где N ? число витков;

отсюда находим шаг намотки :

При сплошной намотке расстояние между смежными витками определяется диаметром провода в изоляции и неплотностью прилегания витков друг к другу. Последнее может быть учтено коэффициентом неплотности, который зависит в основном от диаметра провода.

Значения коэффициента неплотности с

Диаметр провода, мм	0,08 - 0,11	0,15 - 0,25	0,35 - 0,41	0,51 - 0,93	>1,0
Коэффициент	1,3	1,25	1,2	1,1	1,05

Подбираем диаметр провода таким образом, чтобы

Возьмём провод диаметром 0,25 мм, при этом1,25

Сделаем проверку вычислений:

,

,

откуда L₀ = 4 (согласно таблице значений коэффициента )

Вычислим индуктивность катушки:

Погрешность - менее 1 %.

6. Для однослойной неэкранированной КИ расчет собственной ёмкости С₀ производится по выражению

Где a = ф/d, d - диаметр провода без изоляции.



Тогда:

7. Собственная резонансная частота катушки индуктивности равна

8. На практике, как правило, катушки применяются на частотах не выше Откуда можем найти диапазон рабочих частот катушки:

9.Выполним эскизный чертёж полученной катушки:

Задание 4. Подготовить реферат по заданной теме: Газоразрядные индикаторные панели

Газоразрядный индикатор -- ионный прибор для отображения информации, использующий тлеющий разряд. По сравнению с единичным индикатором -- неоновой лампой -- обладает более широкими возможностями. Для изготовления отображающего устройства заданной сложности газоразрядных индикаторов потребуется меньше, чем потребовалось бы для сопоставимого по сложности устройства единичных неоновых ламп.

Календарь на газоразрядных индикаторах.

Наиболее известными среди газоразрядных являются знаковые индикаторы типа «Nixie tube», каждый из которых состоит из десяти тонких металлических электродов (катодов), каждый из которых соответствует одной цифре или знаку, при этом они включаются индивидуально. Электроды сложены так, что различные цифры появляются на разных глубинах, в отличие от плоского отображения, в котором все цифры находятся на одной плоскости по отношению к зрителю.

Трубка наполнена инертным газом неоном (или другими смесями газов) с небольшим количеством ртути. Когда между анодом и катодом прикладывается электрический потенциал от 120 до 180 вольт постоянного тока, вблизи катода возникает свечение. Вольт-амперная характеристика газоразрядного индикатора схожа с вольт-амперной характеристикой неоновой лампы и обладает нелинейностью. Недопустимо подключение газоразрядного индикатора непосредственно к источнику напряжения. В большинстве случаев в качестве ограничителя тока используется балластный резистор.

Один из технических недостатков газоразрядного индикатора состоит в том, что цифры укладываются стопкой одна за другой, перекрывая друг друга. Кроме того, в случае редкого включения отдельных индикаторных катодов и активности других, частицы металла, распыляемого работающими катодами, оседают на редко используемых, что способствует их «отравлению». Существует метод восстановления отравленных катодов повышенным током.

Многоразрядный индикатор типа «Nixie tube» называется «пандикон». Помимо индикаторов типа «Nixie tube», существуют и газоразрядные индикаторы иных типов: линейные, сегментные («панаплекс») и другие.

История

Первые газоразрядные индикаторы Nixie были разработаны в 1952 году братьями Haydu и позднее проданы фирме «Burroughs Business Machines». Название «Nixie» получилось от сокращения «NIX 1» -- «Numerical Indicator eXperimental 1» («цифровой индикатор экспериментальный, разработка 1»). Название закрепилось за всей линейкой подобных индикаторов и стало нарицательным. В частности, отечественные индикаторы ИН?14 в зарубежных каталогах записывают как «IN?14 Nixie».

С начала 1950-х до 1970-х годов индикаторы, построенные на газоразрядном принципе, были доминирующими в технике. Позже они были заменены вакуумно-люминесцентными и жидкокристаллическими дисплеями и светодиодными и стали довольно редки сегодня. В настоящее время большинство наименований газоразрядных индикаторов больше не производится.

Газоразрядные индикаторы использовались в калькуляторах, в измерительном оборудовании, в первых компьютерах, в аэрокосмической технике и подводных лодках, в лифтовых указателях и для отображения информации на фондовой бирже Нью-Йорка.

Некоторые исследователи полагают, что примерно за 10 лет до изобретения индикатора типа «Nixie tube» был разработан аналогичный по конструкции прибор под названием «индитрон». Авторы данного изобретения совершили ошибку, не использовав отдельный анод вообще. Для того, чтобы «засветить» в таком индикаторе ту или иную цифру-катод, на неё требовалось, как и в обычном газоразрядном индикаторе, подавать отрицательный потенциал. А вот положительный потенциал подавали на соседнюю цифру -- она и становилась на время анодом. Понятно, что управлять таким индикатором довольно трудно, а отсутствие сетчатого анода, не пропускающего распыляемые с катодов частицы металла к передней стенке баллона, приводило к быстрому её помутнению. «Индитрон» был забыт, и газоразрядный индикатор вскоре пришлось изобретать заново.

Выжило необычных приборов совсем немного.

За последние годы популярность газоразрядных индикаторов возросла из-за их необычного антикварного вида.

В отличие от ЖК, они излучают мягкий неоновый оранжевый или фиолетовый свет.

Несколько компаний предлагают часы и иные конструкции, в которых используются газоразрядные индикаторы. Для корпусов таких часов применяется дерево, сталь, акриловый пластик. Как правило, такие часы обладают небольшим функционалом и несут чисто эстетическую функцию.

Но не стоит думать, что такие часы обязательно дороги. Радиолюбитель средней квалификации, знакомый с правилами техники безопасности при работе с электроустановками до 1000 В, по представленным на многочисленных сайтах описаниям без особого труда изготовит похожие часы самостоятельно при значительно меньших затратах.

Отечественные газоразрядные индикаторы



Отечественный газоразрядный индикатор ИН-18

Отечественные газоразрядные индикаторы представлены большим ассортиментом линейных, знаковых, сегментных и матричных индикаторов.

Специально для управления газоразрядными индикаторами выпускалась отечественная микросхема -- высоковольтный дешифратор К155ИД1 (аналог зарубежной 74141).

Линейные индикаторы

Линейные газоразрядые индикаторы делятся на непрерывные с аналоговым управлением и дискретные с цифровым управлением.

Непрерывные

Непрерывные линейные газоразрядные индикаторы представлены моделями ИН-9 и ИН-13. Их история очень интересна. В начале XX века в Великобритании существовала наценка на радиоприёмники, размер которой определялся количеством ламп в них.

Это сдерживало применение в массовых аппаратах индикаторов настройки типа «магический глаз», поскольку они также считались радиолампами. Для решения этой проблемы был разработан газоразрядный прибор под названием «тюнеон» (модели 3184), который, в отличие от «магического глаза», лампой не считался и наценкой не облагался. Позднее были выпущены и другие приборы с аналогичным принципом действия.

Когда наценку отменили, «тюнеон» был почти забыт даже в Великобритании, однако, затем пережил второе рождение. После начала массового распространения в СССР в конце 1960-х годов полностью полупроводниковой звуковой аппаратуры возникла задача выпуска экономичного по потреблению тока немеханического непрерывного аналогового индикатора для неё. «Магический глаз», имеющий косвенный накал, мало подошёл для использования в такой аппаратуре, поскольку часто его потребляемая мощность оказывалась больше, чем у всех остальных узлов аппарата вместе взятых. Также объём выпуска сверхминиатюрного «магического глаза» прямого накала типа 1Е4А был недостаточен. И вот тогда советские инженеры вспомнили о «тюнеоне». Так появились приборы ИН-9 и ИН-13, разработанные специально для применения в качестве индикаторов исключительно в полностью полупроводниковой аппаратуре, отвечающие требованиям технической эстетики и хорошо согласующиеся с её дизайном. Они оказались настолько удачными, что выпускались до середины 1990-х годов, и нашли применение в самой различной технике, от вольтметров ЛАТРов до шкал стереофонических УКВ-ЧМ тюнеров «Ласпи», индикаторов уровня в микшерных пультах и терменвоксах и пр. До наших дней дожило значительное количество индикаторов ИН-9 и ИН-13 и аппаратуры с их применением.

Существует и ещё одно, нестандартное, применение индикаторов этих типов: из приборов, включённых «на полную мощность» (чтобы светящийся столб занимал всю длину баллона), составляется самодельный семисегментный индикатор. Табло для спортзалов, работающее на этом принципе, описано в одном из номеров журнала «Радио». Существует также современная конструкция индикатора уровня на основе индикатора ИН-13.

Дискретные

Дискретные линейные газоразрядные индикаторы представлены моделями ИН-20 и ИН-26 (с перемещающейся точкой), ИН-31, ИН-33, ИН-34-1, ИН-34-2, ИН-36, ИГТ1-256, ИГТ1-103Р, ИГТ2-103Р (со столбом изменяющейся длины, составленным из точек). Многие дискретные линейные индикаторы, с целью сокращения количества выводов по отношению к количеству делений, снабжены функцией подсчёта импульсов по принципу, мало отличающемуся от принципа действия декатрона.

В наши дни радиолюбители используют индикаторы данного типа, в частности, ИН-33 и ИН-34-1, в самодельных конструкциях.

Знаковые индикаторы

Индикатор ИН-19В показывает различные знаки

Этот тип газоразрядных индикаторов является, пожалуй, самым известным и узнаваемым. В большинстве случаев, словосочетание «газоразрядный индикатор» применяется именно в их отношении. Также известно, что до начала 1970-х годов в советской технической литературе применительно к таким индикаторам применялся ныне почти забытый термин «цифровая лампа» (по всей видимости, калька с немецкого «Ziffernrцhre»).

Знаковые индикаторы представлены моделями со знаками в виде цифр: ИН-1, ИН-2, ИН-4, ИН-8, ИН-8-2, ИН-12А, ИН-12Б, ИН-14, ИН-16, ИН-17, ИН-18, со знаками в виде букв, обозначений физических величин и других специальных символов: ИН-5А, ИН-5Б, ИН-7, ИН7А, ИН-7Б, ИН-15А, ИН-15Б, ИН-19А, ИН-19Б, ИН-19В.

Индикаторы ИН-12 знамениты тем, что устанавливались в электронные весы 1261ВН-3ЦТ «Дина». Применяются они и в других, сохранившихся до наших дней устройствах, в частности, в игровом автомате «Кегельбан», пульте управления рентгеновского аппарата РУМ-20М. Сами индикаторы этого типа дефицита не представляют. Индикаторам ИН-14 повезло больше: сохранилось значительное количество микрокалькуляторов «Электроника-155», «Искра» различных моделей, всякого рода лабораторной измерительной аппаратуры, где применены эти индикаторы. Индикаторы похожие на ИН-1 или ИН-4, применены в автоматах для размена монет, малогабаритные ИН-2 -- в автоматах по продаже билетов на пригородные поезда, сведения о сохранившихся экземплярах которых также отсутствуют.

Многоразрядные знаковые газоразрядные индикаторы типа «пандикон» в отечественной практике распространения не получили.

Сегментные индикаторы

Сегментные индикаторы представлены одноразрядным 13-сегментным полноалфавитным ИН-23, многоразрядными 7-сегментными ИГП-17 (16 разрядов), ГИП-11 (11 разрядов). В отечественной аппаратуре распрос­т­ра­не­ния они не получили по причине внедрения много­разряд­ных ВЛИ, в то время как за рубежом индикаторы этого класса (под товарными знаками «Родан Эльфин» для одноразрядных моделей, «Панаплекс» для плоских многоразрядных, и другими) устанавливались во многие зарубежные микрокалькуляторы. Особенно интересен одноразрядный сегментный индикатор ИТС1, способный одновременно с отображением информации производить её запоминание по принципу тиратрона, что позволяет без применения дополнительных регистров разгрузить вычислительную систему для выполнения задач, отличных от динамической индикации. Индикатор ИТС1 -- пожалуй, единственный из сегментных газоразрядных, являющийся зелёным люминофорным.

Известно, что индикаторы ИГП-17 применены в пульте управления рентгеновского аппарата, а также в микро-ЭВМ «Электроника Д3-28». В наши дни любители используют такие индикаторы в самодельных часах.

Матричные индикаторы

Матричные индикаторы представлены моделями без самосканирования: ГИП-10000, ИГПП-100/100, ИГГ1-64/64, постоянного тока с самосканированием: ИГПС1-222/7, ГИПС-16, ГИПС-32, переменного тока ГИПП-16384, ИГПВ2-384/162, ИППВ-256/256, ИГПВ1-256/256, ИГГ1-512/256, ИГГ2-512/256, ИГГ3-512/256, ИГПВ-512/256, ИГПВ1-512/512, специальными люминофорными различных систем: ИТМ1-А (зелёный), ИТМ2-Л (зелёные), ИТМ-2К (красный), ИТМ-2Ж (жёлтый), ИТМ-2С (синий), ИТМ-2М (многоцветный), ИГВ1-8х5Л (зелёный), ИГПП-16/32 (зелёный), ИГПС1-117/7, ИГПП-32/32 (зелёный), ИГПП2-32/32 (зелёный), ИГГ1-32х32 (зелёный), ИГГ1-256/256Л (зелёный). Также стоит отметить полноцветный ИГГ5-64х64М2.

Все индикаторы серий ИТМ-1, ИТМ-2, а также индикатор ИГВ1-8х5Л по принципу действия аналогичны управляемой неоновой лампе ИН-6: разряд в них зажжён постоянно, но, в зависимости от управляющего напряжения, перескакивает то на индикаторный, то на вспомогательный катод.

Управляется каждый пиксель такого индикатора отрицательным напряжением величиной в несколько вольт, подаваемым на индикаторный катод. Электроды расположены таким образом, что когда разряд горит на индикаторном катоде, он хорошо заметен оператору, когда на вспомогательном -- нет.

На основе индикатора ГИП-10000 (ИГПП-100/100) выполнены индикаторные модули ИМГ-1 и МС6205. Эти устройства применяются в системах ЧПУ типа «МАЯК-221», «МАЯК-223», 2М43, КМ43, 2С85, КМ85, програм­ми­ру­е­мых логических контроллерах «ЛОМИКОНТ» Л-110, Л-112, Л-120, Л-122, счётчиках купюр «БАНКНОТА-1». Также они применены в чрезвычайно редкой ПЭВМ «Курсор».

На основе индикатора, близкого по параметрам к ГИПС-16, выполнен индикаторный модуль ИГВ70-16/5х7.

На основе индикатора ИГПВ2-384/162 выполнен индикаторный модуль ИГПВ70-1024/5х7.

Индикатор ИГПВ1-256/256 применяется в осциллографе С9-9.

За рубежом индикаторы с аналогичным принципом действия до сих пор традиционно применяют в игровых автоматах типа «пинбол». Существует тенденция по замене изношенных индикаторов этого типа на светодиодные.

Однако газоразрядные матричные индикаторы продолжают устанавливаться в новые автоматы и в наши дни. Почти все они -- постоянного тока, без самосканирования и запоминания информации. Применяются в этих автоматах и сегментные газоразрядные индикаторы, подобные «панаплексам», но значительно реже.

фильтр резистор индуктивность газоразрядная панель

Литература

1. Рычина Т.А., Зеленский А.В. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы: Учебник для вузов.-М: Радио и связь.-1989.

2. Дик С.К. Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине ЭРЭ,УФМЭиТРЭС для студентов специальности ТОБ, Часть 1, Минск 2006

3. А.А.Костюкевич. В.М.Марченко Лабораторный практикум по дисциплине ЭРЭ и УФЭ. Ч.4. 1994.

4. Информация интернет-портала http://ru.wikipedia.org/

Приложение

Размещено на Allbest.ru