Что означает сопротивление наушников и как оно влияет на звук08.02.2015 16:37

Введение

Резисторы на этой плате из блока питания обведены красными прямоугольниками и составляют половину ее элементов

Термину сопротивление в некотором отношении повезло больше, чем другим физическим терминам: мы с раннего детства знакомимся с этим свойством окружающего мира, осваивая среду обитания, особенно когда тянемся к приглянувшейся игрушке в руках другого ребёнка, а он сопротивляется этому. Этот термин нам интуитивно понятен, поэтому в школьные годы во время уроков физики, знакомясь со свойствами электричества, термин электрическое сопротивление не вызывает у нас недоумения и его идея воспринимается достаточно легко.

Число производимых в мире технических реализаций электрического сопротивления — резисторов — не поддаётся исчислению. Достаточно сказать, что в наиболее распространённых современных электронных устройствах — мобильных телефонах, смартфонах, планшетах и компьютерах — число элементов может достигать сотен тысяч. По статистике резисторы составляют свыше 35% элементов электронных схем, а, учитывая масштабы производства подобных устройств в мире, мы получаем умопомрачительную цифру в десятки триллионов единиц. Наравне с другими пассивными радиоэлементами — конденсаторами и катушками индуктивности, резисторы лежат в основе современной цивилизации, являясь одним из китов, на которых покоится наш привычный мир.

Кабели должны обладать возможно меньшим электрическим сопротивлением

Зачем нужен усилитель для наушников

Чтобы получить качественный звук от мобильных устройств (смартфонов, mp3-плееров, планшетов и т.п.). Одна из основных характеристик любого мобильного устройства – время работы от батарей. Производители идут на любые ухищрения, чтобы снизить энергопотребление и увеличить время автономной работы гаджета. Поэтому усилитель звука в мобильном устройстве, как правило, имеет низкое напряжение на выходе (0,15-0,3В) и малую мощность.

Для канальных наушников с малым импедансом это не так уж важно – звучать они будут достаточно громко, но вот высокоомные (от 100 Ом) наушники ожидаемой громкости обеспечить не смогут, хотя чувствительность у них может быть даже больше. Почему так? Потому что чувствительность обычно указывается относительно мощности наушников – дБ/мВт. Т.е., при подаче 1 мВт на наушник чувствительностью 100 дБ, он даст на выходе именно такое звуковое давление – 100 дБ. Но что такое 1мВт для наушника с импедансом 8 Ом и 300 Ом? Согласно школьному курсу физики,

Из этого следует, что при импедансе 8 Ом для обеспечения мощности 1 мВт усилитель должен выдать сигнал амплитудой,

а чтобы обеспечить ту же мощность для наушников с импедансом 300 Ом, уже 0,5В. Если вспомнить, что выходной сигнал гаджета у нас ограничен 0,2-0,3 В, становится ясно, что от высокоомного наушника громкого звука ждать не приходится, хотя чувствительность у него вроде бы такая же, как у низкоомного.

Импеданс 300 Ом

Импеданс 300 Ом

Существует устойчивый миф, что хороший звук можно получить только на полноразмерных высокоомных наушниках. Это не так – сегодня существует множество низкоомных наушников (как вставных, так и полноразмерных) с отличными характеристиками.

Определение

Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая некоторые электрические свойства материи препятствовать свободному, без потерь, прохождению электрического тока через неё. В терминах электротехники электрическое сопротивление есть характеристика электрической цепи в целом или её участка препятствовать протеканию тока и равная, при постоянном токе, отношению напряжения на концах цепи к силе тока, протекающего по ней.

Электрическое сопротивление связано с передачей или преобразованием электрической энергии в другие виды энергии. При необратимом преобразовании электрической энергии в тепловую, ведут речь об активном сопротивлении. При обратимом преобразовании электрической энергии в энергию магнитного или электрического поля, если в цепи течет переменный ток, говорят о реактивном сопротивлении. Если в цепи преобладает индуктивность, говорят об индуктивном сопротивлении, если ёмкость — о ёмкостном сопротивлении.

Полное сопротивление (активное и реактивное) для цепей переменного тока описывается понятиям импеданса, а для переменных электромагнитных полей — волновым сопротивлением. Сопротивлением иногда не совсем правильно называют его техническую реализацию — резистор, то есть радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.

Расчёт мощности

наверх
Следующее, что интересно будет узнать, это мощность (P, в ваттах), поступающую на спираль. Мощность не указана в треугольнике, но формула проста. Необходимо просто умножить напряжение аккумулятора на ток:

Используя первоначальные данные, формула будет выглядеть следующим образом:

То есть, койл с сопротивлением 0.5 Ом на полностью заряженном аккумуляторе с напряжением 4.2 В будет потреблять 8.4 А и нагреваться при мощности 35.3 Вт.

Также можно заметить, что при увеличении сопротивления (допустим поставили намотку на 0.7 Ом) потребляемый ток и выходная мощность уменьшатся.

Закон Ома

Сопротивление обозначается буквой R

или
r
и считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

Закон Ома

R = U/I

где

R — сопротивление, Ом;

U — разность электрических потенциалов (напряжение) на концах проводника, В;

I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов, А.

Эта формула называется законом Ома, по имени немецкого физика, открывшего этот закон. Немаловажную роль в расчёте теплового эффекта активного сопротивления играет закон о выделяемой теплоте при прохождении электрического тока через сопротивление — закон Джоуля-Ленца:

Q = I2 · R · t

где

Q — количество выделенной теплоты за промежуток времени t, Дж;

I — сила тока, А;

R — сопротивление, Ом;

t — время протекания тока, сек.

Георг Симон Ом

Частотный диапазон наушников

Для наушников в технических характеристиках производители обычно указывают частотный диапазон. Предполагается, что в пределах этого диапазона наушники воспроизводят все заявленные частоты и чем шире диапазон — тем лучше.

Существует неверное предположение, что за пределами указанного диапазона наушники ничего не воспроизводят. На самом деле частоты в не указанного диапазона просто воспроизводятся тише. Это можно наглядно посмотреть в нашей базе измерений наушников на графиках АЧХ различных наушников.

Резкий обрыв высоких частот, когда выше определенной границы они не воспроизводятся, бывает только у беспроводных или USB наушников, где динамик может и может что-то воспроизвести, но встроенный ЦАП или цифровой формат данных ограничен определенной частотой: 22/24, 44/48 или 88/96 кГц. Здесь ограничение является для всей конструкции наушников.

Формально — чем шире частотный диапазон, тем лучше

Считается, что человек слышит частоты от 20 Гц до 20 кГц и аналогичного диапазона у наушников вполне достаточно. Более широкий частотный диапазон предполагает, что слышимый диапазон будет воспроизведен от 20 Гц до 20 кГц с меньшим спадом АЧХ по краям и меньшими искажения в области низких частот.

На эту характеристику не стоит ориентироваться, она в большей степени формальная.

На практике каждый производитель ставит свои критерии определение ширины частотного диапазона и эта характеристика не позволяет корректно сравнивать разные наушники между собой. Так как частотный диапазон определяется по АЧХ, то большое влияние оказывает выбранный стенд для измерений и методика, что обычно не указывают.

Корректное сравнение возможно делать только для наушников, которые были измерены с одинаковыми критериями определения частотного диапазона.

Историческая справка

Первым исследователем явления электрического сопротивления, а, впоследствии, и автором знаменитого закона электрической цепи, названного затем его именем, стал выдающийся немецкий физик Георг Симон Ом. Опубликованный в 1827 году в одной из его работ, закон Ома сыграл определяющую роль в дальнейшем исследовании электрических явлений. К сожалению, современники не оценили его исследования, как и многие другие его работы в области физики, и, по распоряжению министра образования за опубликование результатов своих исследований в газетах он даже был уволен с должности преподавателя математики в Кёльне. И только в 1841 году, после присвоения ему Лондонским королевским обществом на заседании 30 ноября 1841 г. медали Копли, к нему наконец-то приходит признание. Учитывая заслуги Георга Ома, в 1881 г. на международном конгрессе электриков в Париже было решено назвать его именем теперь общепринятую единицу электрического сопротивления («один ом»).

Физика явления в металлах и её применение

По своим свойствам относительной величины сопротивления, все материалы подразделяются на проводники, полупроводники и изоляторы. Отдельным классом выступают материалы, имеющие нулевое или близкое к таковому сопротивление, так называемые сверхпроводники. Наиболее характерными представителями проводников являются металлы, хотя и у них сопротивление может меняться в широких пределах, в зависимости от свойств кристаллической решётки.

По современным представлениям, атомы металлов объединяются в кристаллическую решётку, при этом из валентных электронов атомов металла образуется так называемый «электронный газ».

Перегорание нити лампы накаливания в воздухе

Относительно малое сопротивление металлов связано именно с тем обстоятельством, что в них имеется большое количество носителей тока — электронов проводимости — принадлежащих всему ансамблю атомов данного образца металла. Возникающий при приложении внешнего электрического поля, ток в металле представляет собой упорядоченное движение электронов. Под действием поля электроны ускоряются и приобретают определённый импульс, а затем сталкиваются с ионами решётки. При таких столкновениях, электроны изменяют импульс, частично теряя энергию своего движения, которая преобразуется во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока. Необходимо заметить, что сопротивление образца металла или сплавов металлов данного состава зависит от его геометрии, и не зависит от направления приложенного внешнего электрического поля.

Дальнейшее приложение всё более сильного внешнего электрического поля приводит к нарастанию тока через металл и выделению всё большего количества тепла, которое, в конечном итоге, может привести к расплавлению образца. Это свойство применяется в проволочных предохранителях электрических цепей. Если температура превысила определенную норму, то проволока расплавляется, и прерывает электрическую цепь — по ней больше не может течь ток. Температурную норму обеспечивают, выбирая материал для проволоки по его температуре плавления. Прекрасный пример того, что происходит с предохранителями, даёт опыт съёмки перегорания нити накала в обычной лампе накаливания.

Наиболее типичным применением электрического сопротивления является применение его в качестве тепловыделяющего элемента. Мы пользуемся этим свойством при готовке и подогреве пищи на электроплитках, выпекании хлеба и тортов в электропечах, а также при работе с электрочайниками, кофеварками, стиральными машинами и электроутюгами. И совершенно не задумываемся, что своему комфорту в повседневной жизни мы опять же должны быть благодарны электрическому сопротивлению: включаем ли бойлер для душа, или электрический камин, или кондиционер в режим подогрева воздуха в помещении — во всех этих устройствах обязательно присутствует нагревательный элемент на основе электрического сопротивления.

В промышленном применении электрическое сопротивление обеспечивает приготовление пищевых полуфабрикатов (сушка), проведение химических реакций при оптимальной температуре для получения лекарственных форм и даже при изготовлении совершенно прозаических вещей, вроде полиэтиленовых пакетов различного назначения, а также при производстве изделий из пластмасс (процесс экструдирования).

Что ещё учитывать при выборе: импеданс и конструкция наушников

На самом деле, вопрос сопротивления наушников сложнее, чем кажется на первый взгляд. Часто вообще нельзя точно сказать, низкое оно или высокое. И вот почему.

Наушники не работают на одной частоте, а воспроизводят весь слышимый человеком спектр. Поэтому у них сложное сопротивление, значение которого зависит от частоты — такая характеристика называется импедансом

. Именно его указывают на коробках с наушниками, беря сопротивление для частоты 1 кГц.

В разных наушниках характеристика импеданса отличается. Например, в динамических и планарно-магнитных моделях импеданс линейный. То есть если на коробке написано, что он равен 32 Ом, то это справедливо для всего диапазона частот. Следовательно, снижается зависимость от источника, поскольку падение напряжения на всех частотах примерно одинаковое — АЧХ не будет искажаться от разного выходного сопротивления.

Высокоомные наушники звучат лучшеИмпеданс динамических Beyerdynamic DT 250 (250 Ом). Незначительный подъём сопротивления на низких частотах до 200 Гц. На остальном спектре импеданс линейный — зависимость от источника минимальна. Источник: Reference Audio Analyzer.

Высокоомные наушники звучат лучшеИмпеданс планарно-магнитных HIFIMAN He-400 (35 Ом). Значение сохраняется на всём спектре частот, поэтому зависимость от источника минимальна. Источник: Reference Audio Analyzer.

В арматурных наушниках импеданс нелинейный. Однодрайверные модели имеют подъём сопротивления на высоких частотах, что улучшает их контроль и не вызывает трудностей с подбором источника. У импеданса многодрайверных наушников множество подъёмов и спадов, а его неравномерность на всём диапазоне может достигать 100 Ом. Вот и получается, что на одной частоте они низкоомные, а на другой уже высокоомные.

Высокоомные наушники звучат лучше. Импеданс арматурных Etymotic ER-4 (32 Ом на 1 кГц, 60 Ом на частотах выше 10 кГц). Высокий импеданс на ВЧ улучшает их контроль, что положительно сказывается на качестве звука. Источник: Reference Audio Analyzer.

Высокоомные наушники звучат лучше. Импеданс многодрайверных FitEar 335 DW (57 Ом на 1 кГц, 112 Ом на 3 кГц). На частоте 10 кГц значение импеданса всего 17 Ом — нужен качественный источник, чтобы избежать искажений на ВЧ. Источник: Reference Audio Analyzer.

Именно многодрайверные модели ведут себя непредсказуемо с разными источниками, особенно если те обладают высоким сопротивлением на выходе — разница в падении напряжения на разных частотах увеличивает неравномерность АЧХ. К тому же такие наушники могут подчеркнуть нелинейные искажения источника, поэтому им нужен качественный Hi-Fi плеер

.

Высокоомные наушники звучат лучше. Влияние разного выходного сопротивления на АЧХ FitEar 335 DW. Чем выше выходное сопротивление источника, тем сильнее искажается АЧХ. Источник: Reference Audio Analyzer.

Физика явления в полупроводниках и её применение

В полупроводниках, в отличие от металлов, кристаллическая структура образуется за счёт ковалентных связей между атомами полупроводника и поэтому, в отличие от металлов, в чистом виде они имеют значительно более высокое электрическое сопротивление. Причем, если говорят о полупроводниках, обычно упоминают не сопротивление, а собственную проводимость.

Микропроцессор и видеокарта

Привнесение в полупроводник примесей атомов с большим числом электронов на внешней оболочке, создаёт донорную проводимость n-типа. При этом «лишние» электроны становятся достоянием всего ансамбля атомов в данном образце полупроводника и его сопротивление понижается. Аналогично привнесение в полупроводник примесей атомов с меньшим числом электронов на внешней оболочке, создаёт акцепторную проводимость р-типа. При этом «недостающие» электроны, называемые «дырками», становятся достоянием всего ансамбля атомов в данном образце полупроводника и его сопротивление также понижается.

Наиболее интересен случай соединения областей полупроводника с различными типами проводимости, так называемый p-n переход. Такой переход обладает уникальным свойством анизотропии — его сопротивление зависит от направления приложенного внешнего электрического поля. При включении «запирающего» напряжения, пограничный слой p-n перехода обедняется носителями проводимости и его сопротивление резко возрастает. При подаче «открывающего» напряжения в пограничном слое происходит рекомбинация носителей проводимости в пограничном слое и сопротивление p-n перехода резко понижается.

На этом принципе построены важнейшие элементы электронной аппаратуры — выпрямительные диоды. К сожалению, при превышении определённого тока через p-n переход, происходит так называемый тепловой пробой, при котором как донорные, так и акцепторные примеси перемещаются через p-n переход, тем самым разрушая его, и прибор выходит из строя.

Главный вывод о сопротивлении p-n переходов заключается в том, что их сопротивление зависит от направления приложенного электрического поля и носит нелинейный характер, то есть не подчиняется закону Ома.

Несколько иной характер носят процессы, происходящие в МОП-транзисторах (Металл-Окисел-Полупроводник). В них сопротивлением канала исток-сток управляет электрическое поле соответствующей полярности для каналов p- и n-типов, создаваемое затвором. МОП-транзисторы почти исключительно используются в режиме ключа — «открыт-закрыт» — и составляют подавляющее число электронных компонентов современной цифровой техники.

Вне зависимости от исполнения, все транзисторы по своей физической сути представляют собой, в известных пределах, безынерционные управляемые электрические сопротивления.

В ксеноновой лампе-вспышке (обведена красной линией) вспышка происходит после ионизации газа в результате уменьшения его электрического сопротивления

Какой должна быть максимальная мощность наушников?

Входная мощность должна быть такой, при которой наушники работают без повреждений и обеспечивают достаточную разумную громкость. Конкретное значение входной мощности напрямую зависит от чувствительности наушников.

Чем ниже чувствительность у наушников, тем входная мощность должна быть выше.

Например, если мы предполагаем, что наушники без повреждения должны развивать максимальное звуковое давление в 120 дБ SPL, а чувствительность наушников, это 114 дБ/В и 32 Ом.

Физика явления в газах и её применение

В обычном состоянии газы являются отличными диэлектриками, поскольку в них имеется очень малое число носителей заряда — положительных ионов и электронов. Это свойство газов используется в контактных выключателях, воздушных линиях электропередач и в воздушных конденсаторах, так как воздух представляет собой смесь газов и его электрическое сопротивление очень велико.

Так как газ имеет ионно-электронную проводимость, при приложении внешнего электрического поля сопротивление газов вначале медленно падает из-за ионизации всё большего числа молекул. При дальнейшем увеличении напряжения внешнего поля возникает тлеющий разряд и сопротивление переходит на более крутую зависимость от напряжения. Это свойство газов использовалась ранее в газонаполненных лампах — стабисторах — для стабилизации постоянного напряжения в широком диапазоне токов. При дальнейшем росте приложенного напряжения, разряд в газе переходит в коронный разряд с дальнейшим снижением сопротивления, а затем и в искровой — возникает маленькая молния, а сопротивление газа в канале молнии падает до минимума.

Основным компонентом радиометра-дозиметра Терра-П является счетчик Гейгера-Мюллера. Его работа основана на ударной ионизации находящегося в нем газа при попадании гамма-кванта, в результате которой резко снижается его сопротивление, что и регистрируется.

Свойство газов светиться при протекании через них тока в режиме тлеющего разряда используется для оформления неоновых реклам, индикации переменного поля и в натриевых лампах. То же свойство, только при свечении паров ртути в ультрафиолетовой части спектра, обеспечивает работу и энергосберегающих ламп. В них световой поток видимого спектра получается в результате преобразования ультрафиолетового излучения флуоресцентным люминофором, которым покрыты колбы ламп. Сопротивление газов точно так же, как и в полупроводниках, носит нелинейный характер зависимости от приложенного внешнего поля и так же не подчиняется закону Ома.

Наушники и iPhone

Модель А, с сопротивлением в 22 Ома будет действительно звучать громче, но вместе с этим и потреблять больше тока. Как следствие, 32-омная модель В позволит воспроизводить смартфону музыку дольше, как минимум на четверть. Представленные же на рынке смартфоны, имеют максимальное выходное напряжение не более 150 – 200 мВ, чего недостаточно для раскачки наушников с сопротивлением более 100 Ом.

Если же полученная на высокоомных наушниках громкость вполне устраивает, вас ждет приятный бонус – значительное снижение энергопотребления аккумулятора.

Теперь откроем лица моделей, рассмотренных в данной статье. Вот имена всех трех моделей:

Самым «правильным» вариантом наушников для использования в связке с iPhone – низкоомная модель Bowers&Wilkins P7. Это действительно самая громкая из рассмотренных моделей со стандартным диапазоном звуковых частот.

Следующая модель Audio-Technica ATH-CKR10 имеет хороший диапазон воспроизведения и немалое сопротивление в 32 Ом. Учитывая то, что наушники представляют категорию вкладышей, они обеспечивают хороший уровень звукоизоляции, и выходного напряжения смартфона будет достаточно для достижения оптимальной громкости.

Наконец, модель наушников-мониторов Beyerdynamic DR 990 Pro – немецкий эталон в сфере профессионального мастеринга. Качеству звучания этих наушников позавидует любой дорогостоящий конкурент, но высокий уровень сопротивления в 250 Ом делает их использование с iPhone невозможным. Для DR 990 Pro и наушников этой категории требуется отдельный усилитель или аудио-плеер с мощной звуковой картой.

Идущие в комплекте с iPhone наушники EarPod, могут похвастать такими характеристиками:

Сопротивление: 23 OHMS Чувствительность: 109 DB Частотный диапазон: от 5 Hz до 21 kHz.

Сам производитель дает четкий ответ: использовать высокоомные наушники с iPhone без дополнительных аксессуаров нецелесообразно.

Физика явления в электролитах и её применение

Сопротивление проводящих жидкостей — электролитов — определяется наличием и концентрацией ионов различных знаков — атомов или молекул, потерявших или присоединивших электроны. Такие ионы при недостатке электронов называются катионами, при избытке электронов — анионами. При приложении внешнего электрического поля (помещении в электролит электродов с разностью потенциалов) катионы и анионы приходят в движение; физика процесса заключается в разрядке или зарядке ионов на соответствующем электроде. При этом на аноде анионы отдают излишние электроны, а на катоде катионы получают недостающие.

Гальваническое покрытие хромом пластмассовой душевой головки. На внутренней стороне, не покрытой хромом, виден тонкий красный слой меди.

Существенным отличием электролитов от металлов, полупроводников и газов является перемещение вещества в электролитах. Это свойство широко используется в современной технике и медицине — от очистки металлов от примесей (рафинирование) до внедрения лекарственных средств в больную область (электрофорез). Сверкающей сантехнике наших ванн и кухонь мы обязаны процессам гальваностегии – никелированию и хромированию. Излишне вспоминать, что качество покрытия достигается именно благодаря управлению сопротивлением раствора и его температурой, а также многими другими параметрами процесса осаждения металла.

Поскольку человеческое тело с точки зрения физики представляет собой электролит, применительно к вопросам безопасности существенную роль играет знание о сопротивлении тела человека протеканию электрического тока. Хотя типичное значение сопротивления кожи составляет около 50 кОм (слабый электролит), оно может варьироваться в зависимости от психоэмоционального состояния конкретного человека и условий окружающей среды, а также площади контакта кожи с проводником электрического тока. При стрессе и волнении или при нахождении в некомфортных условиях оно может значительно снижаться, поэтому для расчётов сопротивления человека в технике безопасности принято значение 1 кОм.

Любопытно, что на основе измерения сопротивления различных участков кожи человека, основан метод работы полиграфа — «детектора» лжи, который, наряду с оценкой многих физиологических параметров, определяет, в частности, отклонение сопротивления от текущих значений при задавании испытуемому «неудобных» вопросов. Правда этот метод ограниченно применим: он даёт неадекватные результаты при применении к людям с неустойчивой психикой, к специально обученным агентам или к людям с аномально высоким сопротивлением кожи.

В известных пределах к току в электролитах применим закон Ома, однако, при превышении внешнего прилагаемого электрического поля некоторых характерных для данного электролита значений, его сопротивление также носит нелинейный характер.

Многие все еще предпочитают ламповые усилители за их теплый, так называемый «ламповый звук». Этот компактный ламповый усилитель для гитары Jolida Glass FX 10 выполнен на лампах 6Н2П и 6П14П российского производства.

Сравнение тестеров: ток

Теперь сравним показания тока. На предыдущем фото можно заметить, что модель №1 сама потребляет около 10 мА. Если поменять их местами, то первая модель вообще не обнаруживает ток, потребляемый второй (видимо, он меньше 10 мА):

Ток, потребляемый моделью №2.

Будем учитывать это при сравнении их показаний.

Итак, подключаем нагрузку, в качестве которой выступает телефон Samsung Galaxy Note 4, к источнику питания (адаптер от Apple iPad, максимальный выходной ток 2 А):

Показания слегка различаются. Самое любопытное, что, если поменять тестеры местами, ток заметно падает:

Измерение тока обоими тестерами, адаптер Apple iPod.

При этом показания модели №1 стабильно ниже. Впрочем, разница не столь велика.

Ещё один любопытный эксперимент: заменим блок питания на китайский «4-в-1», максимальный выходной ток 2,1 А. Ток возрастает:

Измерение тока обоими тестерами, адаптер ноунейм 2,1 А.

В этот раз показания очень близки, а если учесть ток, потребляемый тестером справа, так и вообще идентичные. Тест можно считать пройденным.

Физика явления в диэлектриках и её применение

Сопротивление диэлектриков весьма высоко, и это качество широко используется в физике и технике при применении их в качестве изоляторов. Идеальным диэлектриком является вакуум и, казалось бы, о каком сопротивлении в вакууме может идти речь? Однако, благодаря одной из работ Альберта Эйнштейна о работе выхода электронов из металлов, которая незаслуженно обойдена вниманием журналистов, в отличие от его статей по теории относительности, человечество получило доступ к технической реализации огромного класса электронных приборов, ознаменовавших зарю радиоэлектроники, и по сей день исправно служащих людям.

Магнетрон 2М219J, установленный в бытовой микроволновой печи

Согласно Эйнштейну, любой проводящий материал окружён облаком электронов, и эти электроны, при приложении внешнего электрического поля, образуют электронный луч. Вакуумные двухэлектродные приборы обладают различным сопротивлением при смене полярности приложенного напряжения. Раньше они использовались для выпрямления переменного тока. Трёх- и более электродные лампы использовались для усиления сигналов. Теперь они вытеснены более выгодными с энергетической точки зрения транзисторами.

Однако осталась область применения, где приборы на основе электронного луча совершенно незаменимы — это рентгеновские трубки, применяемые в радиолокационных станциях магнетроны и другие электровакуумные приборы. Инженеры и по сей день всматриваются в экраны осциллографов с электронно-лучевыми трубками, определяя характер происходящих физических процессов, доктора не могут обойтись без рентгеновских снимков, и все мы ежедневно пользуемся микроволновыми печами, в которых стоят СВЧ-излучатели — магнетроны.

Поскольку характер проводимости в вакууме носит только электронный характер, сопротивление большинства электровакуумных приборов подчиняется закону Ома.

Резисторы поверхностного монтажа

Какие бывают дверные звонки?

По методу формирования звукового сигнала( далее-звука) звонки можно классифицировать на:

-звонки у которых звук образуется путем нанесения механического удара по звукообразующим пластинам. Такие звонки называются зуммерами(частота ударов 20-120 Гц) и звонками с мелодичным боем( нециклического или циклического действия с частотой ударов 0,2-5 Гц)

— звонки с электронным формированием звука. Такие звонки различаются по напряжению, подаваемому на кнопку. Оно может быть до 42 В (звонки с низким напряжением), или более 42 В (звонки с высоким напряжением).

Резисторы: их назначение, применение и измерение

Переменный регулировочный резистор

Резистор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь) — элемент электрической цепи, предназначенный для использования его в качестве электрического сопротивления. Помимо этого, резисторы, являясь технической реализацией электрического сопротивления, также характеризуются паразитной ёмкостью, паразитной индуктивностью и нелинейностью вольт-амперной характеристики.

Резистор — электронный прибор, необходимый во всех электронных схемах. По статистике, 35% любой радиосхемы составляют именно резисторы. Конечно, можно попытаться выдумать схему без резисторов, но это будут лишь игры разума. Практические электрические и электронные схемы без резисторов немыслимы. С точки зрения инженера-электрика любой прибор, обладающий сопротивлением, может называться резистором вне зависимости от его внутреннего устройства и способа изготовления. Ярким примером тому служит история с крушением дирижабля «Италия» полярного исследователя Нобиле. Радисту экспедиции удалось отремонтировать радиостанцию и подать сигнал бедствия, заменив сломанный резистор грифелем карандаша, что, в конечном итоге, и спасло экспедицию.

10-ваттный керамический резистор

Резисторы являются элементами электронной аппаратуры и могут применяться в качестве дискретных компонентов или составных частей интегральных микросхем. Дискретные резисторы классифицируются по назначению, виду вольтамперной характеристики, по способу защиты и по способу монтажа, характеру изменения сопротивления, технологиям изготовления и рассеиваемой тепловой энергии. Обозначение резистора в схемах приведено на рисунке ниже:

Резисторы можно соединять последовательно и параллельно. При последовательном соединении резисторов общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех резисторов:

R = R1 + R2 + … + Rn

При параллельном соединении резисторов их общее сопротивление цепи равно

R = R1 · R2 · … · Rn/(R1 + R2 + … + Rn)

По назначению резисторы делятся на:

• резисторы общего назначения;
• резисторы специального назначения.

По характеру изменения сопротивления резисторы делятся на:

• постоянные резисторы;

Подстроечный резистор, предназначенный для установки на печатную плату

• переменные регулировочные резисторы;
• переменные подстроечные резисторы.

По способу монтажа:

• для печатного монтажа;
• для навесного монтажа;
• для микросхем и микромодулей.

По виду вольт-амперной характеристики:

• линейные резисторы — как правило, резисторы общего назначения, предназначенные для деления напряжения, ограничения тока и рассеивания мощности;
• варисторы — сопротивление зависит от приложенного напряжения и резко падает при достижения порога срабатывания, применяются для защиты аппаратуры от импульсных перенапряжений (помех) и быстрых переходных процессов (выбросов напряжения);
• терморезисторы — сопротивление зависит от температуры, различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы) температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). На них основаны системы измерения и регулирования температуры, противопожарной безопасности и схемы температурной компенсации. В недавнем прошлом их широко использовали для измерения мощности в высокочастотной технике. Включая старый телевизор на электронно-лучевой трубке (кинескопе), за счёт позистора с петлёй размагничивания мы получаем затухающее по амплитуде переменное магнитное поле, и поэтому на кинескопе нет искажений цвета из-за случайного намагничивания;

0,5-ваттные резисторы на ленте

• фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости, применяются как световые датчики в устройствах слежения и автоматики, а также в бытовых фотореле, в охранных системах; мы пользуемся ими, не замечая этого, проходя через турникет метрополитена и входные автоматические двери;
• магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного поля, применяются для измерения магнитной индукции, мощности, в качестве чувствительных элементов бесконтактных переключателей, датчиков линейных перемещений, датчиков Холла и бесконтактных потенциометров.

Чем отличается двухпроводный звонок от четырехпроводного?

По способу подключения звонковой кнопки:

на звонковую кнопку подается 220 В — вариант двухпроводного звонка.

на кнопку подается 5 В — вариант четырехпроводного звонка.

Зададим себе вопрос. Где мы хотим установить дверной звонок? В квартире или частном доме. На каком расстоянии будет находиться звонковая кнопка от самого звонка. Для квартиры это обычно 5-10 метров, а для частного дома расстояние может составлять десятки метров. Погодные условия (сырость, дождь, мороз) влияют на безопасность эксплуатации звонковой кнопки.

В частном доме звонковая кнопка крепится возле калитки, а звонковой шнур прокладывается по территории частного владения. С точки зрения безопасности эксплуатации рекомендуется использовать четырехпроводный звонок. В таких звонках напряжение 220 В не подается на звонковую кнопку.

В квартире звонковая кнопка крепится возле входной двери. Здесь можно использовать двухпроводный или четырехпроводный дверной звонок. Все зависит от желания хозяина. Эти звонки отличаются между собой функциональными возможностями. Подключение двухпроводного звонка проще. Если у Вас был установлен звонок старого образца (обычно это электромеханический звонок на который через звонковую кнопку ( при ее нажатии ) подается 220 В ), то необходимо его снять, а на это место подключить новый звонок согласно схеме подключения.

При подключение четырехпроводного звонка необходимо заново проложить звонковой шнур не связанный с цепью 220 В.

Цветовая маркировка резисторов

В зависимости от габаритов и назначения резисторов, для обозначения их номиналов применяются цифро-символьная маркировка или маркировка цветными полосками для резисторов навесного или печатного монтажа. Символ в маркировке может играть роль запятой в обозначении номинала: для обозначения Ом применяются символы R и E, для килоом — символ К, для мегаом — символ М. Например: 3R3 означает номинал в 3,3 Ом, 33Е = 33 Ом, 4К7 = 4,7 кОм, М56 = 560 кОм, 1М0 = 1,0 Мом.

Цветовая маркировка резисторов

Измерение сопротивления резистора с помощью мультиметра

Для малогабаритных резисторов навесного монтажа и печатного применяется маркировка цветными полосками по имеющимся таблицам. Чтобы не рыться в справочниках, в Интернете можно найти множество различных программ для определения номинала резистора.

Резисторы для поверхностного монтажа (SMD) маркируются тремя или четырьмя цифрами или тремя символами, в последнем случае номинал тоже определяется по таблице или по специальным программам.