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最基本的电子元器件基础知识

  最基本的电子元器件基础知识_物理_自然科学_专业资料。文档均来自网络,如有侵权请联系我删除文档

  常用电子元器件及应用 1.1 电阻器 文字符号: R等 图标 电阻在电路中的作用:电阻的主要物理特征是变电能为热能, 也可说它是一个耗能元件,电流经过它就产生热能。电阻在电路中通 常起分压分流的作用 ;与其它元件一起构成一些功能电路,如RC电路 等。 1 1.1.1 电阻器的分类 (1)金属膜电阻:在陶瓷骨架表面,经真空高温或烧渗工艺蒸发沉积一层金 属膜或合金膜。其特点是:精度高、稳定性好、噪声低、体积小、高频特性 好。且允许工作环境温度范围大(-55~+125℃)、温度系数低((50~100) ×10-6/℃)。目前是组成电子电路应用最广泛的电阻之一。常用额定功率有 1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等,标称阻值在10W~10MW之间。 (2)金属氧化膜电阻:在玻璃、瓷器等材料上,通过高温以化学反应形式生 成以二氧化锡为主体的金属氧化层。 (3)碳膜电阻:在陶瓷骨架表面上,将碳氢化合物在真空中通过高温蒸发分 解沉积成碳结晶导电膜。碳膜电阻价格低廉,阻值范围宽(10W~10MW), 在一般电子产品中大量使用。 2 1.1.2 常用电阻器的标志方法 1.直标法 把元件的主要参数直接印制在元件的表面上,这种方法主要用于功率比较 大的电阻。如电阻表面上印有3W47Ω,表明这个电阻的功率是3W,阻值是 47欧姆 2.文字符号法 随着电子元件的不断小型化,特别是表面安装元器件(SMC和SMD)的制 造工艺不断进步,使得电阻器的体积越来越小,其元件表面上标注的文字 符号也作出了相应改革。一般仅用三位数字标注电阻器的数值,精度等级 不再表示出来(一般小于±5%)。具体规定如下: (1)元件表面涂以黑颜色表示电阻器。 (2)电阻器的基本标注单位是欧姆(W),其数值大小用三位数字标注。 3 ( 3)对于十个基本标注单位以上的电阻器,前两位数字表示数值的有 效数字,第三位数字表示数值的倍率。如 100表示其阻值为 10×100= 10W; 223表示其阻值为22×103=22kW。 ( 4)对于十个基本标注单位以下的元件,第一位、第三位数字表示数值 的有效数字,第二位用字母“R”表示小数点。如3R9表示其阻值为3.9W。 3.色标法 小功率电阻器使用最广泛的是色标法,一般用背景区别电阻器的种类:如 浅色(淡绿色、淡蓝色、浅棕色)表示碳膜电阻,用红色表示金属或金属 氧化膜电阻,深绿色表示线绕电阻。一般用色环表示电阻器的数值及精度。 普通电阻器大多用四个色环表示其阻值和允许偏差。第一、二环表示有 效数字,第三环表示倍率(乘数),与前三环距离较大的第四环表示精度。 4 精密电阻器采用五个色环标志,第 一、二、三环表示有效数字,第四 环表示倍率,与前四环距离较大的 第五环表示精度。有关色码标注的 定义见表 2-3 所示。图 1.1.2 所示为两 种色环电阻的标注图。 颜 色 黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 金 银 无色 有效数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 倍率(乘数) 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 10-1 10-2 精度 倍率 第 二 位数 第 一 位数 精度 倍率 第 三 位数 第 二 位数 第 一 位数 允许偏差(%) ±1 ±2 ±0.5 ±0.25 ±0.1 ±5 ±10 ±20 5 例如标有蓝、灰、橙、金四环标注的电阻,其阻值大小为: 68×103 = 68000W( 68kW ),允许偏差为±5 %。标有棕、黑、绿、棕、棕五环标 注的电阻,其阻值大小为: 105×101 = 1050W ( 1.05kW ),允许偏差为 ±1%。 现有计算色环电阻阻值的小电子软件(上网)。 1.1.3 电阻器的正确选用 在选择电阻器的阻值时,应根据设计电路时理论计算电阻值,在最靠近 标称值系列中选用。普通电阻器(不包括精密电阻器)阻值标称系列值 见表,实际电阻器的阻值是表中的数值乘以10n(n为整数)。 允许偏差(%) 阻值(W) ±5 % 1.0 、 1.1 、 1.2 、 1.3 、 1.5 、 1.6 、 1.8 、 2.0 、 2.2 、 2.4 、 2.7 、 3.0 、 3.3 、 3.6 、 3.9 、 4.3 、 4.7 、 5.1 、 5.6 、 6.2 、 6.8、7.5、8.2、9.1 1.0 、 1.2 、 1.5 、 1.8 、 2.2 、 2.7 、 3.3 、 3.9 、 4.7 、 5.6 、 6.8、8.2 ±10% ±20% 1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8 6 根据理论计算电阻器在电路中消耗的功率,合理选择电阻器的额定功 率。一般按额定功率是实际功率的 1.5 ~ 3 倍之间选定。普通电阻器额 定功率标称系列值见表。 电阻器类型 额定功率(W) 线、50 、 75、100、150、250、500 0.05、0.125、0.25、0.5、1、2、5、10、25、50、100 非线 电阻器的测量 ? ? ? 1)根据电阻器的大约阻值来选择万用表的电阻档; 2)将万用表的两表笔搭接在电阻器的两侧,进行测量。 3)若万用表的电阻档选的大或小要重新选择,重复以上 的步骤 4) 电阻损坏只能是阻值比自身标称值大 8 1.2 电 容 器 文字符号: C等 电容在电路中的作用: 图标 滤波作用,在电源电路中,整流电路将交流变成脉动的直流,而在 整流电路之后接入一个较大容量的电解电容; 耦合作用:在低频信号的传递与放大过程中,为防止前后两级电路 的静态工作点相互影响,常采用电容藕合 。 9 1.2.1 常用电容器 1.瓷介电容器 瓷介电容器的主要特点是介质损耗较低,电容量对温度、频率、电 压和时间的稳定性都比较高,且价格低廉,应用极为广泛。瓷介电 容器可分为低压小功率和高压大功率两种。主要用于高频电路、低 频电路中。 2.云母电容器 云母电容器以云母为介质,多层并联而构成。它具有优良的电器性 能和机械性能,具有耐压范围宽、可靠性高、性能稳定、容量精度 高等优点,可广泛用于高温、高频、脉冲、高稳定性的电路中。 3.有机薄膜电容器 最常见有涤纶电容器和聚丙烯电容器。涤纶电容器的体积小,容量 10 范围大,耐热、耐潮性能好。 4.电解电容器 电解电容器的介质是很薄的氧化膜,容量可做得很大,一般标称容量 1mF~10000mF。电解电容有正极和负极之分,使用中应保证正极电位高于 负极电位;否则电解电容器的漏电流增大,导致电容器过热损坏,甚至炸 裂。 电解电容器的损耗比较大,性能受温度影响比较大,高频性能差。电解 电容器的品种主要有铝电解电容器、钽电解电容器和铌电解电容器。铝电 解电容器价格便宜,容量可以做的比较大,但性能较差,寿命短(存储寿 命小于 5年)。一般使用在要求不高的去耦、耦合和电源滤波电路中。后 两者电解电容的性能要优于铝电解电容器,主要用于温度变化范围大,对 频率特性要求高,对产品稳定性、可靠性要求严格的电路中。但这两种电 容器的价格较高。 1.2.2 电容器的标志方法 电容器容量表示方法一般有直接表示法、数码表示法和色码表示法。 11 具体描述如下: 1.直接表示法 通常是用表示数量的字母m(10-3)、m(10-6)、n(10-9)和p(10-12) 加 上 数 字 组 合 表 示 。 例 如 4n7 表 示 4.7×10-9F=4700pF,47n 表 示 47×109F=47000pF=0.047mF,6p8 表示 6.8pF 。另外,有时在数字前冠以 R ,如 R33 , 表 示 0.33mF; 有 时 用 大 于 1 的 四 位 数 字 表 示 , 单 位 为 pF, 如 2200 表 示 为 2200pF;有时用小于1的数字表示,单位为mF,如0.22为0.22mF。 2.数码表示法 一般用三位数字来表示容量的大小,单位为pF。前两位为有效数字,后 一位表示倍率,即乘以 10i , i 是第三位数字。若第三位数字为 9 ,则乘以 10-1。如223代表22×103pF=22000pF=0.022mF,又如479代表47×10-1pF =4.7pF。这种表示法最为常见。 3.色码表示法 这种表示法与电阻器的色环表示法类似,颜色涂于电容器的一端或从顶端 向引线侧排列。色码一般只有三种颜色,前两环为有效数字,第三环为位 率,单位为pF。 12 1.2.3 电容器的正确选用 根据电路要求选择合适的电容器型号。一般的耦合、旁路,可选用纸介 电容器;在高频电路中,应选用云母和瓷介电容器;在电源滤波和退耦 电路中,应选用电解电容器。 电容器的换算关系 1F=10? mF(毫法拉) =10^6μF(微法拉) =10^9nF(纳法拉) =10^12pF(皮法拉) 13 电容器检测 ? 1、先将电容器的两脚短路,放掉它可能的储电。使用最高 倍率的电阻档测试,刚接上电容器的时候,因为电容器会充 电的缘故,会在数字表上显示一定大小的电阻数,且不断地 跳动,在跳动中数据不断变大,直至显示无穷大。数据不断 变大的速度反应电容器的大小。电容器越大的,需要较长时 间才显示无穷大。 当电容器足够大的时候,没有充电的过程,则是电容器失效 。如果充电结束不显示无穷大,则是电容器漏电。 注意容量太小的电容的充电过程太短,可能看不出充电过程 。 ? 2、用万用表的电容档位直接测量电容的容量,只适合容量 较小的电容器(200uF以下)。 ? 3、直接目测电容器的外观,比如鼓包、漏液等,电容器就 一定是损坏的。 14 1.3 半导体二极管 文字符号: D、VD等 图标 二极管在电路中的作用:整流:二极管具有单向导电性, 可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电 ; 其外还有检波等作用 15 1.3.1 半导体二极管的分类 半导体二极管按其用途可分为:普通二极管和特殊二极管。 普通二极管包括整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开 关二极管、快速二极管等;特殊二极管包括变容二极管、发 光二极管、隧道二极管、触发二极管等。 1.3.2 普通半导体二极管的主要参数 1.反向饱和漏电流IS 指在二极管两端加入反向电压时,流过二极管的电流,该电流与半 导体材料和温度有关。在常温下,硅管的IS为纳安(10-9A)级,锗 管的IS为微安(10-6A)级。 16 2.额定整流电流IF 指二极管长期运行时,根据允许温升折算出来的平均电流值。目前大 功率整流二极管的IF值可达1000A。 3.最大反向工作电压URM 指为避免击穿所能加的最大反向电压。目前最高的URM值可达几千伏。 4.最高工作频率fM 由于PN结的结电容存在,当工作频率超过某一值时,它的单向导电性将 变差。点接触式二极管的 fM 值较高,在 100MHz以上;整流二极管的 fM 较低,一般不高于几千赫。 5.反向恢复时间trr 指二极管由导通突然反向时,反向电流由很大衰减到接近 IS时所需要的 时间。大功率开关管工作在高频开关状态时,此项指标至为重要。 17 1.3.3 几种常用二极管的特点 1.整流二极管 整流二极管结构主要是平面接触型,其特点是允许通过的电流比较大, 反向击穿电压比较高,但 PN 结电容比较大,一般广泛应用于处理频率 不高的电路中。例如整流电路、嵌位电路、保护电路等。整流二极管在 使用中主要考虑的问题是最大整流电流和最高反向工作电压应大于实际 工作中的值。 2.快速二极管 快速二极管的工作原理与普通二极管是相同的,但由于普通二极管 工作在开关状态下的反向恢复时间较长,约4~5ms,不能适应高频开关 电路的要求。快速二极管主要应用于高频整流电路、高频开关电源、高 频阻容吸收电路、逆变电路等,其反向恢复时间可达10ns。快速二极管 主要包括肖特基二极管和快恢复二极管。 18 3.稳压二极管 稳压二极管是利用PN结反向击穿特性所表现出的稳压性能制成的器件 。稳压管的主要参数有:①稳压值VZ 。指当流过稳压管的电流为某一 规定值时,稳压管两端的压降。目前各种型号的稳压管其稳压值在2~ 200V,以供选择。②电压温度系数。稳压管的稳压值VZ的温度系数在 VZ低于 4V 时为负温度系数值;当 VZ的值大于 7V 时,其温度系数为正 值;而VZ的值在6V左右时,其温度系数近似为零。目前低温度系数的 稳压管是由两只稳压管反向串联而成,利用两只稳压管处于正反向工 作状态时具有正、负不同的温度系数,可得到很好的温度补偿。例如 2DW7型稳压管是稳压值为±6~7V的双向稳压管。③动态电阻rZ。表 示稳压管稳压性能的优劣,一般工作电流越大,rZ越小。④允许功耗 PZ 。由稳压管允许达到的温升决定,小功率稳压管的 PZ 值为 100 ~ 1000mW, 大功率的可达 50W。⑤稳定电流 IZ。测试稳压管参数时所加 的电流。实际流过稳压管的电流低于IZ时仍能稳压,但rZ较大。 19 4.发光二极管(LED) 发光二极管的伏安特性与普通二极管类似,所不同的是当发光二极管正 向偏置时,正向电流达到一定值时能发出某种颜色的光。根据在PN结中所 掺加的材料不同,发光二极管可发出红、绿、黄、橘及红外光线。在使用 发光二极管时应注意两点:一是若用直流电源电压驱动发光二极管时,在 电路中一定要串联限流电阻,以防止通过发光二极管的电流过大而烧坏管 子,注意发光二极管的正向导通压降为1.2~2V(可见光LED为1.2~2V, 红外 线V)。二是发光二极管的反向击穿电压比较低,一般仅有几 伏。 20 二极管的测量 ? ? 用数字万用表的二极管档位测量二极管。 测二极管时,使用万用表的二极管的档位。若将红表笔接二 极管阳(正)极,黑表笔接二极管阴(负)极,则二极管处 于正偏,万用表有一定数值显示。若将红表笔接二极管阴极 ,黑表笔接二极管阳极,二极管处于反偏,万用表高位显示 为“1”或很大的数值,此时说明二极管是好的。 在测量时若两次的数值均很小,则二极管内部短路;若两次 测得的数值均很大或高位为“1”,则二极管内部开路 21 1.4 半导体三极管 文字符号: Q、VT等 图标 三极管在电路中的作用:晶体三极管,是半导体基本元器件 之一,具有电压、电流的放大作用,另外还作为开关元器件的作 用。 22 半导体三极管的分类 半导体三极管亦称双极型晶体管,其种类非常多。按照 结构工艺分类,有PNP和NPN型;按照制造材料分类,有锗 管和硅管;按照工作频率分类,有低频管和高频管;一般低 频管用以处理频率在3MHz以下的电路中,高频管的工作频 率可以达到几百兆赫。按照允许耗散的功率大小分类,有小 功率管和大功率管;一般小功率管的额定功耗在1W以下, 而大功率管的额定功耗可达几十瓦以上。 23 1.3.1 半导体三极管的主要参数 共射电流放大系数β。β值一般在20~200,它是表征三极管电流放大 作用的最主要的参数。 反向击穿电压值 U(BR)CEO 。指基极开路时加在 c、 e两端电压的最大允 许值,一般为几十伏,高压大功率管可达千伏以上。 最大集电极电流ICM。指由于三极管IC过大使β值下降到规定允许值时 的电流(一般指β值下降到2/3正常值时的IC值)。实际管子在工作时超 过ICM并不一定损坏,但管子的性能将变差。 最大管耗PCM。指根据三极管允许的最高结温而定出的集电结最大允许 耗散功率。在实际工作中三极管的 IC与UCE的乘积要小于 PCM值,反之则 可能烧坏管子。 穿透电流ICEO。指在三极管基极电流IB=0时,流过集电极的电流IC。它 表明基极对集电极电流失控的程度。小功率硅管的ICEO约为0.1mA,锗管 的值要比它大1000倍,大功率硅管的ICEO约为mA数量级。 24 三极管的三种工作状态 ? ? ? ? ? 放大:以NPN型三极管为例,当Ub-Ue≥0.6V时,放大,CE 极有阻值 导通:Ub<Ue时,截止,CE极不通。 截止Ub>>(绝大于)Ue时,饱和导通,CE极导通短路。 门槛电压:硅管0.6v。锗管0.2v 命名方法:看打头的字母:A为PNP型硅管、B为PNP型锗管、C为NPN型 硅管、D为NPN型锗管。 25 1.3.3 半导体三极管的正确使用 (1)使用三极管时,不得有两项以上的参数同时达到极限值。 (2)焊接时,应使用低熔点焊锡。管脚引线mm,焊接动作要快 ,每根引脚焊接时间不应超过两秒。 (3)三极管在焊入电路时,应先接通基极,再接入发射极,最后接入集电 极。拆下时,应按相反次序,以免烧坏管子。在电路通电的情况下,不得断 开基极引线)使用三极管时,要固定好,以免因振动而发生短路或接触不良,并且 不应靠近发热元件。 (5)功率三极管应加装有足够大的散热器。 26 三极管的测量 ? 用万用表测量三极管 (1)用万用表的二极管档位测量三极管的类型和基极b 判断时可将三极管看成是一个背靠背的PN结,如图2.1所示。按照判断 二极管的方法,可以判断出其中一极为公共正极或公共负极,此极即为 基极b。对NPN型管,基极是公共正极;对PNP型管则是公共负极。因 此,判断出基极是公共正极还是公共负极,即可知道被测三极管是NPN 或PNP型三极管。 (2)发射极e和集电极c的判断 利用万用表测量β(HFE)值的档位,判断发射极e和集电极c。将档位 旋至MFE基极插入所对应类型的孔中,把其于管脚分别插入c、e孔观察 数据,再将c、e孔中的管脚对调再看数据,数值大的说明管脚插对了。 (3)判别三极管的好坏 测试时用万用表测二极管的档位分别测试三极管发射结、集电结的正、 反偏是否正常,正常的三极管是好的,否则三极管已损坏。如果在测量 中找不到公共b极、该三极管也为坏管子。 27

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