電子器件與電路簡介講訴

1、電子器件與電路簡介一 常用電子器件組成電子電路（弱電電路）常用的元、器件有多種類型，如電阻（ R）、電感（ L）、電容（ C）、變壓器（ T）、晶體二極管（ D）、晶體三極管（ BG）、晶閘管、集成電路等 ，其中的半導體器件稱為電子器件。1電阻元件（電阻器）簡稱電阻R電阻？ 它表示物質(zhì)對電流的阻礙作用的大小。導體也有電阻， 超導體不存在電阻。電阻器是人們利用不同物質(zhì)的阻流作用制造的不同結(jié)構的電阻器件。電阻在電路中的作用是限制電流、分壓或分流 。電阻器的 主要參數(shù) 是標稱阻值、 額定功率和溫度系數(shù)。電阻的阻值不是常數(shù)。一般情況可把電阻的阻值近似視為常數(shù)，因此把電阻作為線性元件對待，但有時也要區(qū)分

2、冷態(tài)電阻和熱態(tài)電阻。作為商品的電阻器的阻值從零點幾歐姆到幾十兆歐姆，但都是規(guī)定的標稱值，而不是任意值。有時在測量儀表中會見到非標稱值電阻，這種電阻是生產(chǎn)廠家專門生產(chǎn)的非商品。電阻器的額定功率一般從1/ 8W 到幾百 W 。電阻器的材料有碳膜、金屬膜、復合膜、金屬絲等，結(jié)構上有膜式和線繞式等。一般電阻器都是指固定阻值的電阻器，可調(diào)阻值的電阻器叫做可變電阻或電位器。電阻器和電位器的電路符號如下：電阻R電位器1W以下的電阻， 多采用柱形膜式結(jié)構。這類電阻在柱體上標注參數(shù)的方法有兩種，1/ 4W以上的體積較大的電阻，直接標注其型號、阻值和誤差等級，1/ 4W（含）以下的小型電阻，一般都用四色環(huán)或五色環(huán)

3、標注其阻值和誤差等級。小型電阻上不標注額定功率。色環(huán)電阻的最大優(yōu)點是應用在組件高度密集安裝的電路板上，甚至密集到必須豎直安裝元件的電路板上，只要有一個觀察方向，就可以讀出電阻的參數(shù)來。而且在安裝時不需要考慮其參數(shù)的朝向，所以使用很方便。色環(huán)電阻的讀法：（ 1）色環(huán)順序靠近一端引線的色環(huán)為第一環(huán)（首環(huán)、左環(huán)），其余由左向右依次為第二環(huán)、第三環(huán)、第四環(huán)、第五環(huán)。（ 2）色環(huán)的含義有三種：數(shù)字，倍率和誤差等級。最后一環(huán)表示誤差等級，金色為5%，銀色為10%。B 四環(huán)電阻的第一、第二環(huán)表示阻值的前兩位數(shù)字；五環(huán)電阻的第一、第二、第三環(huán)表示阻值的前三位數(shù)字。色環(huán)顏色與數(shù)字的對應關系如下：棕紅橙黃綠藍紫灰

4、白黑1234567890C 誤差環(huán)的前一環(huán)稱為倍率環(huán)，即10 的冪指數(shù)，也就是在前幾位數(shù)字后面填加零的個數(shù)，即：棕紅黃藍黑1011021041061000000000000000無（填加零的個數(shù)）1D色環(huán)電阻的阻值單位是電阻的基本單位（歐姆 ?）20300000（ ? ）520無（ ? ）2 電容器簡稱電容C“ 電容”反映物體具有儲存電荷的能力。但是一般物體儲存電荷的能力較差，甚至象地球這個極大的物體的電容也不是非常大。相對而言， 人為制造的特殊結(jié)構的電容器，儲存電荷的能力較大。電容器的基本結(jié)構， 是與兩個電極分別連接的兩塊極板之間用電介質(zhì)（介電物質(zhì)， 絕緣體）分隔。研究證明，平板電容器的電容

5、量（或稱容量）的大小，跟極板面積成正比，與極板間的距離成反比，還與極板間的電介質(zhì)的性質(zhì)有關。(1) 電容器的容量（電容量，簡稱電容）C、電容器兩極之間的電壓U 與電容器極板上儲存的電量 Q 之間的關系：Q（庫侖）C（法拉） =U（伏特）此式說明，電容器的容量C 的大小， 表示電容器在單位電壓下所能儲存的電荷量。(2) 電容器的分類A 按極性分類，可分為無極性 和有極性 電容器兩種。對于有極性電容器，必須保證加在電容器上的電壓與其極性一致；無極性電容器在交、直流電路中都能應用。電解電容都是有極性電容 。B 按電介質(zhì)的性質(zhì)分類，種類很多， 無極性電容有云母電容、 滌綸電容、 陶瓷電容、獨石電容；有

6、極性電容有鋁氧化膜電容（鋁電解電容）、膽氧化膜電容（膽電解電容）。電解電容由于電介質(zhì)是厚度非常薄的通過電解工藝生成的氧化膜，所以電解電容的電容量比較大， 而且電解生成的氧化膜具有極性，因此電解電容有極性，反向應用時很容易擊穿電介質(zhì)。（ 3） 電容的主要參數(shù)有：額定電壓（耐壓值）和電容量。A 額定電壓是一個極限參數(shù)，應用時要留有一定余量。B 電容的基本單位法拉（ F）太大，常用以下較小的單位：毫法拉 mF(在電容上標注時簡化為 m)微法拉 F（簡化為 ）毫微法拉 m F(nF 簡化為 n)微微法拉 F（pF 簡化為 p）在體積很小、容量很小的電容器上標注電容量時的特殊方法：省掉單位，默認為最小單

7、位 p; 數(shù)值的標注采用特殊的三位數(shù)字表示，前兩位是有效數(shù)字，后一位表示10 的冪指數(shù)作為倍率（即最后位表示填加零的個數(shù)）。例如：103表示電容量10000P, 334表示330000P （ 330n 或 0.33 ）2電容能夠把電源的能量轉(zhuǎn)換為電容兩塊極板之間的電場能量儲存起來，故稱為儲能元件。C 電容器的電路符號固定電容 C可變電容電解電容（ 4）電容在電路中的作用A. 在電路處于穩(wěn)定狀態(tài)下，電容上的電壓已被充滿，通過電容的直流電流等于零，電容對于直流相當于斷開（隔斷） ，即電容具有隔直流作用。B.在直流電路接通電源、電路參數(shù)改變時，電路將從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)定狀態(tài)，這個過程稱為過渡過程，也

8、稱站暫態(tài)過程。在非常短暫的過渡過程中，通過電容的電流是對電容的充電電流，該電流由最大逐漸變小。直流電路中的非常短暫的過渡過程問題一般都被忽略。 但在高速數(shù)字電路和電力系統(tǒng)中的過渡過程問題值得考慮。（ 5）電容在交流電路中的作用電容在交流電路中表現(xiàn)出儲能元件的作用，時而充電，時而放電。它對電流的阻礙作用稱為電容的容抗（Xc = 1/wc ） , 不僅如此，它還使電流超前電壓900 相位角 。無論在直流電路還是在交流電路，電容充放電過程中，都不會有電荷從電容的一個極板穿過不導電的電介質(zhì)到達另一個極板，即不會有電流實際通過電容。上面所述“通過電容的電流”通交流 是電路中一種等效概念 。KCIER3.

9、 電感器簡稱電感 L電感L“ 電感” 表示電流產(chǎn)生磁場的能力。 它和電容都是儲能元件。 它把電源的能量轉(zhuǎn)換為磁場能量儲存在電感內(nèi)部，適當?shù)臅r候還會把磁場能量轉(zhuǎn)換為電源能量還給電源。任何導電物體都有電感，但是常用的電感器是指電感線圈，因為它是人們專門制造的（非自然物） ，它的能量轉(zhuǎn)換的能力比較大，即電感量（簡稱電感）比較大 。 （1） 電感的種類有空心電感和鐵心電感之分。鐵心電感可據(jù)鐵心材料的不同分為多種。(2) 電感量 L 與電流 I 和磁通 之間的關系 :L(亨利 ) =（韋） H）， 電感的更小單位有（ mH,I （安）電感具有通直流和隔阻交流的作用。3（ 3）電感在直流電路中，除了線圈電

10、阻對電流有阻礙作用外，一般可看做通路。（ 4）電感在交流電路中的作用，是電感中的電磁感應作用。它對電流的阻礙作用稱為感抗 Xl = WL, 而且會使電流產(chǎn)生滯后電壓900 相位角 。4. 晶體二極管（半導體二極管， 簡稱二極管 ）晶體二極管在半導體器件中結(jié)構最簡單， 但是它的基本結(jié)構是所有半導體器件的基礎，因此有必要深入了解它。二極管除了電極和外殼之外，其內(nèi)部核心結(jié)構稱為PN結(jié)。二極管是一個PN結(jié)器件，三極管內(nèi)部有兩個PN結(jié)，晶閘管有三個PN結(jié)?！?PN結(jié)”？把一塊純凈的單晶半導體加工成一邊是P 型半導體（以帶正電荷載流子 “空穴”導電為主） ，另一邊是N 型半導體（以帶負電荷載流子“電子”導

11、電為主），這兩種不同類型的半導體交界面附近的帶狀區(qū)域就形成一個特殊結(jié)構，叫做 PN結(jié)（也稱空間電荷區(qū)、或稱耗盡層） 。PN結(jié)的寬度隨著加在PN結(jié)上電壓的極性和大小改變，PN結(jié)特性也隨之改變。（1）二極管的電路符號二極管D（2）二極管的（主要）特性單向?qū)щ娦訟 正向?qū)ㄌ匦远O管外加正向電壓時， 流過二極管的正向電流較大， 二極管表現(xiàn)出較小的正向電阻，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，即正向?qū)ㄌ匦浴 反向截止特性二極管外加反向電壓時，流過二極管的反向電流極小，二極管表現(xiàn)出很大的正向電阻，二極管處于反向截止狀態(tài)，即反向截止特性。（3）二極管的其他特性A 頻率特性（電容特性）結(jié)面積大的面接觸型二極管，其電

12、容效應較大，只適用于低頻工作，能保持較好的單向?qū)щ娦?。電接觸型二極管的結(jié)面積小，適用于高頻工作。B 溫度特性（ 4）二極管的伏安特性正向伏安特性曲線和反向伏安特性曲線：（ 5）二極管的主要參數(shù) 對于整流二極管而言， 主要是：A 最大整流電流指允許流過二極管的正向平均電流的極限值。B 最高反向工作電壓（耐壓）反向擊穿電壓的一半。(6) 常用特殊用途的二極管A穩(wěn)壓二極管特殊制造的專門利用反向擊穿特性的二極管。B發(fā)光二極管正向?qū)顟B(tài)發(fā)光的二極管。5. 晶體三極管半導體三極管（簡稱晶體管或三極管）三極管是具有兩個PN結(jié)的電子器件，但它不是用兩個二極管簡單拼接而成的。因此它的特性也不是兩個二極管特性的

13、組合。三極管具有獨特的結(jié)構特點和特性。（1）三極管的結(jié)構（示意）三極管的結(jié)構有兩種類型，一種是 PNP型，另一種是 NPN型。以 NPN型三極管為來分析。如下圖：4c集電極c集電極集電結(jié)PNbbPN基極N基極NP發(fā)射結(jié)e 發(fā)射極e 發(fā)射極兩個 PN結(jié)把整快半導體分成三個區(qū)，分別是發(fā)射區(qū)(N 型 ) 、基區(qū) (P 型 ) 和集電區(qū)（ N型），各區(qū)引出的電極分別稱為發(fā)射極(e) 、基極（ b）和集電極（ c）。從基區(qū)向兩側(cè)看，結(jié)構上具有對稱型性，但是三個區(qū)都有具體的結(jié)構特點。首先，基區(qū)不僅很薄，而且載流子濃度很低；發(fā)射區(qū)的載流子濃度最大，集電區(qū)的載流子較小。正是由于三極管的上述結(jié)構特點，三極管的主

14、要特性是電流放大特性（從本質(zhì)上講，是電流控制特性） 。（ 2） 三極管的電路符號ccbbeeNPN型PNP型符號圖中， 箭頭方向既區(qū)分三極管的結(jié)構類型，又表示總電流的方向。（ 3） 三極管的放大工作條件和放大狀態(tài)下各極電流的關系發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置（即 e 結(jié)加正向電壓， c 結(jié)加反向電壓） 。對于圖示 NPN型三極管 ，U e 0,Uc0； 即三個極電位關系是 c 極電位最高，發(fā)bb射 極電位最低 ，b 極電位稍高于 e 極（對于硅管， Ube約為 0.7V ；對于鍺管， Ube 約為 0.3V ）對于 PNP管，Ube0，Ucb1 ）。（ 1）運算放大器的 “虛地端”問題由于運算

15、放大器引入深度電壓并聯(lián)負反饋，造成反相輸入端信號電壓極低，近似為零，反相輸入端近似零電位，即該端A 被看做“虛地端” 。U iI fRf13I1R1AIi0RK從閉環(huán)輸入電阻 Ri 看“虛地端” A ：閉環(huán)輸入電阻 Ri = R1 + R i0 / (UA)If= R1 + Ri0 / (U A)(UA U0) URf= R1 + Ri0 / (UA) )U A(1+K 0)URf= R1 + Ri0 / (Rf) R11+K 0式中 Ri0為開環(huán)輸入電阻，數(shù)值很大；括號部分表示反饋電阻Rf 折算到反相輸入端的等效電阻，因K 0 很大，該等效電阻近似為零，等效電阻與數(shù)值很大的Ri0 并聯(lián)的結(jié)果

16、近似為零； 這說明 A 端輸入電阻近似為零，U A0，（且因 Ri0 很大，故 I i00）所以稱 A 端為“虛地端”。I i =I f +I i0 If（ 2）比例反相器I fRfI 1R1AU iK 0U0R3UiU A U 0=U0， U0 = Rf因 I1 = I f ， 所以=RfUiR1RfR1輸出信號電壓U 0 與輸入信號電壓成比例并反相。（ 3）加法器14I fI 1R1AU i1RfUi2K 0U0I 2R2R3Ui1U i2UA U0 U0I 1 + I 2 = I f ，R2=R1RfRf若取 R1R2R則 U0 =Rf（ Ui1Ui2 ）R可見，輸出信號電壓與輸入信號電

17、壓之和成正比。（ 4）減法器I fRffI1R1AU i1R1K 0U 0I i2U i2R3利用疊加原理，Ui1的輸出 U 01， Ui2 的輸出 U 02U 0 = U 01 + U 02 = RfRfUi2 =Rf（U i2 U i1）U i1 +R1R1R1由上式可見，輸出信號電壓與輸入信號電壓之差成正比。（ 5）積分器I fCI1R1UiA K0U 0R215根據(jù)“虛地端”概念，I1= I f，即Ui= I fR1U c = U A U0 = U 0 =1If=1U idt=1UidtC dtC R1R1C1所以 U0 = R1C U i dt電路輸出信號電壓與輸入信號電壓的積分成正

18、比。（ 6）運算放大器用于電壓、電流、電阻的測量A 測量電壓Rf 1M50VR1110VR12K0U 05VR131VR14被測電壓0. 5VR155V滿量程圖中， R11 = 10M ， R12 =2M ， R13 =1M ， R14 =200K ， R15 =100KB 測量電流5mA0. 5mA0. 1mA50A10AR21R22R23R24R251K9K40K50K400KU 0被測電流K 0滿量程 5VC 測量電阻16R f 為被測電阻500KR1 1MU0K 010V5V 滿量程被測電阻 Rf 為 500K 時，輸出電壓達到滿刻度5V ，最大能測量 500K 。被測電阻Rf 在 0 500K ，輸出電壓在 0 5V之間，被測電阻與輸出電壓稱正比關系。被測電阻為 時（即 Rf 斷開），此時不存在負反饋，不存在“虛零點”，輸入為正信號，反相放大器為負信號輸出。被測電阻Rf 500K 時，輸出電壓 5V ，超過滿量程，只有擴大量程才能使用。五、逆變電路逆變與整流的功能正好相反，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過程稱為逆變。利用微電腦開關信號控制器與逆變橋路就可實