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目錄第1章電阻器第2章電容器第3章電感器第4章半導(dǎo)體元件第5章電聲器件第6章光電器件第7章開關(guān)、接插件與繼電器第8章集成電路目錄第9章安全用電第10章電子工程識圖第11章常用電子裝配工具與材料的使用第12章焊接與工藝第13章常用儀表的使用第14章印制電路板設(shè)計與制作第15章電子技能應(yīng)用電路制作第1章電阻器1.1電阻器1.2電位器1.3敏感電阻器1.4電阻的檢測1.5電阻的正確選用

電阻的英文名是Resistance，通常用R來表示，它反映了導(dǎo)體的一種基本性質(zhì)，電阻的阻值與導(dǎo)體的尺寸、材料、溫度有關(guān)。根據(jù)歐姆定律，有I?=?U/R，于是可得R?=?U/I。電阻的基本單位是歐姆，用希臘字母“Ω”表示。電阻的主要職能就是阻礙電流流過。實際上，“電阻”一詞指的是材料與一種物理性質(zhì)，而通常在電子產(chǎn)品中使用的“電阻”是指電阻器這種元件。表示電阻阻值的常用單位還有千歐(kΩ)、兆歐(MΩ)等，其圖形符號如圖1-1所示。

圖1-1電阻器的圖形符號

1.1電阻器

1.普通電阻器的種類由于新材料、新工藝的不斷發(fā)展，電阻器的品種不斷增多。電阻器通常分為三類：固定電阻器、可調(diào)電阻器(電位器)及特殊電阻器。

(1)固定電阻器，如膜式電阻器、線繞電阻器、實芯電阻器。膜式電阻器中的碳膜電阻器是常用的電阻器。

(2)可調(diào)電阻器，如單聯(lián)電位器、帶開關(guān)電位器、鎖緊電位器、抽頭電位器、多聯(lián)電位器等。

(3)特殊電阻器，如敏感電阻器、貼片電阻器、保險電阻器、集成電阻器、電力電阻器，其中敏感電阻器在后面會講到。

2.普通電阻器的命名方法

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2470—1995《電子設(shè)備用固定電阻器、固定電容器型號命名方法》的規(guī)定，電阻器的型號由4部分組成(見表1-1)：第一部分用字母表示電阻器的主稱；第二部分用字母表示電阻器的主要材料；第三部分用數(shù)字或字母表示產(chǎn)品的主要特征；第四部分用數(shù)字表示序號，以區(qū)別電阻器的外形尺寸和性能指標(biāo)。

電阻器型號命名示例如下。

3.普通電阻器的識別

電阻器阻值和允許誤差常用的標(biāo)志方法有下列3種。

1)直接標(biāo)志法

直接標(biāo)志法是將電阻器的阻值和誤差等級直接用數(shù)字印在電阻器上。

2)文字符號法

文字符號法是將需要標(biāo)志的主要參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)用文字、數(shù)字和符號有規(guī)律地標(biāo)注在產(chǎn)品表面上，如歐姆用Ω表示，千歐用k表示，兆歐(106

Ω)用M表示，吉歐(109

Ω)用G表示，太歐(1012

Ω)用T表示。

3)色環(huán)標(biāo)志法

色環(huán)標(biāo)志法的含義是對體積很小的電阻和一些合成電阻器，常用色環(huán)來標(biāo)注其阻值和誤差，如圖1-2所示。

圖1-2電阻器的色環(huán)標(biāo)志法

采用色環(huán)標(biāo)志的電阻(位)器，顏色醒目，標(biāo)志清晰，不易褪色，從不同的角度都能看清阻值和允許偏差。目前，國際上廣泛采用色環(huán)標(biāo)志法。色環(huán)與數(shù)字的對應(yīng)關(guān)系可以編成口訣：

4.普通電阻器的參數(shù)

1)標(biāo)稱阻值和允許誤差

(1)線繞電阻器和固定非線繞電阻器的標(biāo)稱阻值應(yīng)符合表列數(shù)值之一(或表列數(shù)值再乘以10N，其中N為正數(shù))。

(2)線繞電位器的標(biāo)稱阻值采用E12、E6兩個系列，允許誤差分為?±10%、±5%、±2%、±1%四種，后兩種僅限必要時采用。

(3)非線繞電位器的標(biāo)稱阻值采用E12、E6兩個系列，允許誤差分為?±20%、±10%、±5%、三種，±5%僅限必要時采用。

2)額定功率

電阻器的額定功率是指電阻器在大氣壓力為(99.99±4)×103?Pa(750±30?mmHg)和在規(guī)定的溫度條件下，長期連續(xù)負荷所容許消耗的最大功率。它并不是電阻器在電路中工作時一定要消耗的功率，而是電阻器在電路工作中所允許消耗的最大功率。

3)最高工作電壓

最高工作電壓是指電阻器長期工作不發(fā)生過熱或電擊穿損壞時的電壓。

4)噪聲電動勢

電阻器的噪聲電動勢在一般電路中可以不考慮，但在弱信號系統(tǒng)中不可忽視。

5.普通電阻器的結(jié)構(gòu)和特點

1)碳膜電阻

碳膜電阻是由氣態(tài)碳氫化合物在高溫和真空中分解，碳沉積在瓷棒或者瓷管上，形成一層結(jié)晶碳膜而制成的。

2)金屬膜電阻

金屬膜電阻是通過在真空中加熱合金，合金蒸發(fā)，使瓷棒表面形成一層導(dǎo)電金屬膜而制成的。

3)碳質(zhì)電阻

碳質(zhì)電阻是把碳黑、樹脂、黏土等混合物壓制后經(jīng)過熱處理制成的。

4)線繞電阻

線繞電阻是用康銅或者鎳鉻合金電阻絲，在陶瓷骨架上繞制而成的。

1.2電位器

1.電位器的主要特性參數(shù)表征電位器性能的參數(shù)很多，如額定功率、標(biāo)稱阻值、阻值變化規(guī)律、動噪聲、零位電阻、接觸電阻、濕度系數(shù)、絕緣電阻、耐磨壽命、最大工作電壓、精度等級等。下面介紹幾個常用參數(shù)。

1)額定功率

電位器的額定功率是指在一定的大氣壓及規(guī)定濕度下，電位器能連續(xù)正常工作時所消耗的最大允許功率。

2)標(biāo)稱阻值

標(biāo)在電位器上的阻值叫作標(biāo)稱阻值，其值等于電位器兩固定引腳之間的阻值。

3)精度等級

實測阻值與標(biāo)稱阻值之間存在一定誤差，根據(jù)不同精度等級可允許有±20%、±10%、±5%、±2%、±1%的誤差。精密電位器的精度誤差可達0.1%。

4)阻值變化規(guī)律

阻值變化規(guī)律是指電位器的阻值隨滑動片觸點旋轉(zhuǎn)角度(或滑動行程)而變化的關(guān)系，這種變化關(guān)系可以是任何函數(shù)形式，常用的有直線式、對數(shù)式和反轉(zhuǎn)對數(shù)式(指數(shù)式)。

2.幾種常用電位器

1)有機實芯電位器

有機實芯電位器是由內(nèi)導(dǎo)電材料與有機填料、熱固性樹脂配制成電阻粉，經(jīng)過熱壓，在基座上形成實芯電阻體而制成的。該電位器的特點是結(jié)構(gòu)簡單、耐高溫、體積小、壽命長、可靠性高，可焊接在電路板上作微調(diào)使用；其缺點是耐壓低、噪聲大。

2)線繞電位器

線繞電位器是用合金電阻絲在絕緣骨架上繞制成電阻體而制成的，其中心抽頭的簧片可在電阻絲上滑動。

3)合成膜電位器

合成膜電位器是通過在絕緣基體上涂敷一層合成碳膜，經(jīng)加溫聚合后形成碳膜片，再與其他零件組合而成的。

1.3敏?感?電?阻?器

1.光敏電阻光敏電阻又稱光敏電阻器或光導(dǎo)管，其常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值會迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下做漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻的圖形符號如圖1-3所示。圖1-3光敏電阻圖形符號

1)光敏電阻的分類

(1)按光敏電阻器的制作材料分類。

(2)按光譜特性分類。

可見光光敏電阻器主要用于各種光電自動控制系統(tǒng)，電子照相機和光報警器等電子產(chǎn)品中；紫外光光敏電阻器主要用于紫外線探測儀器；紅外光光敏電阻器主要用于天文、軍事等領(lǐng)域的有關(guān)自動控制系統(tǒng)中。

2)光敏電阻器的主要參數(shù)

光敏電阻器的主要參數(shù)有亮電阻(RL)、暗電阻(RD)、最高工作電壓(VM)、亮電流(IL)、暗電流(ID)、時間常數(shù)、溫度系數(shù)、靈敏度等。

(1)亮電阻：亮電阻是指光敏電阻器受到光照射時的電阻值。

(2)暗電阻：暗電阻是指光敏電阻器在無光照射(黑暗環(huán)境)時的電阻值。

(3)最高工作電壓：最高工作電壓是指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高電壓。

(4)亮電流：亮電流是指在有光照射時，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下受到光照時所通過的電流。

(5)暗電流：暗電流是指在無光照射時，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下通過的電流。

(6)時間常數(shù)：時間常數(shù)是指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的63%時所需的時間。

(7)溫度系數(shù)：溫度系數(shù)是指光敏電阻器在環(huán)境溫度改變1℃時，其電阻值的相對變化。

(8)靈敏度：靈敏度是指光敏電阻器在有光照射和無光照射時電阻值的相對變化。

3)光敏電阻的暗電阻、暗電流、亮電阻、亮電流、光電流及其關(guān)系

光敏電阻在室溫條件下，全暗(無光照射)后經(jīng)過一定時間測量的電阻值，稱為暗電阻；此時在給定電壓下流過的電流就是暗電流。

光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻；此時流過的電流就是亮電流。

亮電流與暗電流之差就是光電流。光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。也就是說，暗電流越小，光電流越大，這樣的光敏電阻的靈敏度越高。

4)工作原理

光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。當(dāng)光敏電阻受到光照時，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時產(chǎn)生空穴，電子-空穴對的出現(xiàn)使電阻率變小。光照越強，光生電子-空穴對就越多，電阻值就越低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照的增強而增大。入射光消失，電子-空穴對逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。

光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換(將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化)。光敏電阻的主要參量有暗電阻、亮電阻、光譜范圍、峰值波長和時間常量等。其基本特性有伏安特性、光照特性、光譜特性等。伏安特性是指在一定光照度下，加在光敏電阻兩端的電壓和光電流之間的關(guān)系。光照特性是指在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流與光照度的關(guān)系。

2.熱敏電阻

熱敏電阻是敏感元件中的一類，按照溫度系數(shù)的不同可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器(簡稱PTC)和負溫度系數(shù)熱敏電阻器(簡稱NTC)。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，在不同的溫度下可表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器溫度越高時電阻值越大，負溫度系數(shù)熱敏電阻器溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。熱敏電阻的圖形符號如圖1-4所示。

圖1-4熱敏電阻圖形符號

1)熱敏電阻分類

(1)?PTC。

鈦酸鋇晶體屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，是一種鐵電材料，純鈦酸鋇是一種絕緣材料。在鈦酸鋇材料中加入微量稀土元素，進行適當(dāng)熱處理后，在居里溫度附近，其電阻率會陡增幾個數(shù)量級，產(chǎn)生PTC效應(yīng)，此效應(yīng)與BaTiO3晶體的鐵電性及其在居里溫度附近材料的相變有關(guān)。鈦酸鋇半導(dǎo)瓷是一種多晶材料，晶粒之間存在著晶粒間界面。當(dāng)達到某一特定溫度或電壓時，該半導(dǎo)瓷的晶體粒界(晶粒間界)就會發(fā)生變化，從而使電阻急劇變化。

鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)起因于粒界。對于導(dǎo)電電子來說，晶粒間界面相當(dāng)于一個勢壘。當(dāng)溫度低時，由于鈦酸鋇內(nèi)電場的作用，導(dǎo)致電子極容易越過勢壘，則電阻值較??；當(dāng)溫度升高到居里溫度(即臨界溫度)附近時，內(nèi)電場受到破壞，它不能幫助導(dǎo)電電子越過勢壘，這相當(dāng)于勢壘升高，會使電阻值突然增大，產(chǎn)生PTC效應(yīng)。鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)的物理模型有海望表面勢壘模型、丹尼爾斯等人的鋇缺位模型和疊加勢壘模型，它們分別從不同方面對PTC效應(yīng)作出了合理解釋。

實驗表明，在工作溫度范圍內(nèi)，PTC熱敏電阻的電阻-溫度特性可近似用實驗公式表示：

式中，RT是熱敏電阻溫度在T時的電阻值；是熱敏電阻在常溫T0下的標(biāo)稱阻值；Bp為熱敏電阻的材料常數(shù)。這里的T和T0是指K度即開爾文溫度。

(2)?NTC。

NTC(NegativeTemperatureCoefficient)是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料。該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝制成的半導(dǎo)體陶瓷，利用這種材料可制成具有負溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻。其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化?，F(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料。

NTC熱敏半導(dǎo)瓷大多是尖晶石結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，具有負的溫度系數(shù)，電阻值可近似表示為

式中，RT是熱敏電阻溫度在T時的電阻值；是熱敏電阻在常溫T0下的標(biāo)稱阻值；Bn為熱敏電阻的材料常數(shù)。這里的T和T0是指K度即開爾文溫度。

(3)?CTR。

臨界溫度熱敏電阻(CriticalTemperatureResistor，CTR)具有負電阻突變特性，在某一溫度下，電阻值隨溫度的增加激劇減小，具有很大的負溫度系數(shù)。其構(gòu)成材料是釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合燒結(jié)體，是半玻璃狀的半導(dǎo)體，也稱CTR為玻璃態(tài)熱敏電阻。其驟變溫度隨鍺、鎢、鉬等氧化物的添加而變，這是由于不同雜質(zhì)的摻入，使氧化釩的晶格間隔不同造成的。

2)熱敏電阻檢測

對熱敏電阻進行檢測時，通常用萬用表歐姆擋(視標(biāo)稱電阻值確定擋位，一般為R×1擋)，具體可分兩步操作：首先進行常溫檢測(室內(nèi)溫度接近25℃)，用鱷魚夾代替表筆分別夾住PTC熱敏電阻的兩引腳測出其實際阻值，并與標(biāo)稱阻值相對比，二者相差在?±2?Ω內(nèi)即為正常。實際阻值若與標(biāo)稱阻值相差過大，則說明其性能不良或已損壞。

接下來在常溫測試正常的基礎(chǔ)上，即可進行第二步測試——加溫檢測，將一熱源(例如電烙鐵)靠近熱敏電阻對其加熱，觀察萬用表示數(shù)，此時如果看到萬用表示數(shù)隨溫度的升高而改變，則表明電阻值在逐漸改變(負溫度系數(shù)熱敏電阻器NTC阻值會變小，正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTC阻值會變大)，當(dāng)阻值改變到一定數(shù)值時顯示數(shù)據(jù)會逐漸穩(wěn)定，說明熱敏電阻正常；若阻值無變化，說明其性能變劣，不能繼續(xù)使用。

測試時應(yīng)注意以下幾點：

(1)?Rt是生產(chǎn)廠家在環(huán)境溫度為25℃時所測得的，所以用萬用表測量Rt時，亦應(yīng)在環(huán)境溫度接近25℃時進行，以保證測試的可信度。

(2)測量功率不得超過規(guī)定值，以免電流熱效應(yīng)引起測量誤差。

(3)注意正確操作。測試時，不要用手捏住熱敏電阻體，以防止人體溫度對測試產(chǎn)生影響。

(4)注意不要使熱源與PTC熱敏電阻靠得過近或直接接觸熱敏電阻，以防止將其燙壞。

1.4電?阻?的?檢?測

1.外觀檢查對于電阻器，通過目測可以看出引線是否松動、折斷或電阻體是否被燒壞等外觀故障；對于電位器，應(yīng)檢查引出端子是否松動，接觸是否良好，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸時應(yīng)感覺平滑，不應(yīng)有過松或過緊等情況。

2.阻值測量

用萬用表對電阻器進行阻值測量的步驟如下：

(1)將波段開關(guān)置于歐姆擋適當(dāng)量程。

(2)將表筆短接后調(diào)零。

(3)測量(電阻沒正負極之分，表筆隨便連接電阻)。

1.5電阻的正確選用

1.電阻器的選用

1)類型選擇對于一般的電子線路，若沒有特殊要求，可選用普通的碳膜電阻器，以降低成本；對于高品質(zhì)的收錄機和電視機等，應(yīng)選用較好的碳膜電阻器、金屬膜電阻器或線繞電阻器；對于測量電路或儀表、儀器電路，應(yīng)選用精密電阻器；在高頻電路中，應(yīng)選用表面型電阻器或無感電阻器，不宜使用合成電阻器或普通的線繞電阻器；對于工作頻率低、功率大，且對耐熱性能要求較高的電路，可選用線繞電阻器。

2)阻值及誤差選擇

阻值應(yīng)按標(biāo)稱系列選取。有時需要的阻值不在標(biāo)稱系列，此時可以選擇最接近這個阻值的標(biāo)稱值電阻，當(dāng)然我們也可以用兩個或兩個以上的電阻器進行串、并聯(lián)來代替所需的電阻器。誤差等級應(yīng)根據(jù)電阻器在電路中所起的作用來選擇，除一些對精度有特別要求的電路(如儀器、儀表、測量電路等)外，一般電子線路中電阻器選用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ?級誤差即可。

3)額定功率的選取

電阻器在電路中實際消耗的功率不得超過其額定功率。為了保證電阻器長期使用不會損壞，通常要求選用的電阻器的額定功率要高于實際消耗功率的兩倍以上。

2.電位器的選用

1)電位器結(jié)構(gòu)和尺寸的選擇

選用電位器時應(yīng)注意尺寸大小和旋轉(zhuǎn)軸柄的長短，軸端式樣和軸上是否需要緊鎖裝置等。經(jīng)常調(diào)節(jié)的電位器，應(yīng)選用軸端銑成平面的電位器，以便安裝旋鈕；不經(jīng)常調(diào)整的，可選用軸端帶刻槽的電位器；一經(jīng)調(diào)好就不再變動的，可選擇帶緊鎖裝置的電位器。

2)阻值變化規(guī)律的選擇

用作分壓器或示波器的聚焦電位器和萬用表的調(diào)零電位器時，應(yīng)選用直線式電位器；收音機的音量調(diào)節(jié)電位器應(yīng)選用反轉(zhuǎn)對數(shù)式電位器，也可以用直線式電位器代替；音調(diào)調(diào)節(jié)電位器和電視機的黑白對比度調(diào)節(jié)電位器應(yīng)選用對數(shù)式電位器。

第2章電容器2.1電容概述2.2電容的分類2.3電容器的型號命名方式2.4電容器的主要特性參數(shù)2.5電容的標(biāo)注方法2.6幾種常見的電容器2.7電容器的檢測2.8電容器的選用

2.1電容概述

所謂電容器，就是能夠存儲電荷的“容器”。只不過這種“容器”存儲的是一種特殊的物質(zhì)——電荷，而且其所存儲的正負電荷等量地分布于兩塊不直接導(dǎo)通的導(dǎo)體板上。至此，我們就可以描述電容器的基本結(jié)構(gòu)：兩塊導(dǎo)體板(通常為金屬板)中間隔以電介質(zhì)，即構(gòu)成電容器的基本模型。

在電路原理圖中，電容用字母C表示，電容的基本單位是法拉“F”，常用單位有：“μF、nF、pF”等，它們之間的換算關(guān)系為

1?μF?=?103?nF?=?106?pF

常用的電容器符號如圖2-1所示。

圖2-1電容器符號

2.2電?容?的?分?類

1.按電容器結(jié)構(gòu)分類電容器按其結(jié)構(gòu)的不同可分為固定電容器、半可變電容器、可變電容器三大類。固定電容器的電容量不能改變，大多數(shù)電容器都是固定電容器，如紙介電容器、云母電容器、電解電容器等。

半可變電容器又稱微調(diào)電容器，其特點是容量可以在較小范圍內(nèi)變化(通常在幾皮法至十幾或幾十皮法之間)。適用于整機調(diào)整后電容量不需經(jīng)常改變的場合。

可變電容器是指電容量在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)的電容器，常有“單聯(lián)”“雙聯(lián)”等，適用于一些需要經(jīng)常調(diào)整的電路，如接收機的調(diào)諧回路等。

2.按電容器介質(zhì)材料分類

電容器按其介質(zhì)材料的不同可分為電解電容器、有機介質(zhì)電容器、無機介質(zhì)電容器三大類。

電解電容器包括鋁電解電容器、鉭電解電容器、鈮電解電容器、鈦電解電容器等。

有機介質(zhì)電容器包括紙介電容器、塑料薄膜電容器等。其中塑料薄膜電容器包括聚苯乙烯薄膜電容器、聚四氟乙烯電容器等。

無機介質(zhì)電容器包括瓷介電容器、云母電容器、玻璃釉電容器等。

2.3電容器的型號命名方式

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2470—1995《電子設(shè)備用固定電阻器、固定電容器型號命名方法》的規(guī)定，電容器的產(chǎn)品型號一般由四部分組成。第一個字母C表示電容器，第二部分表示介質(zhì)材料，第三部分表示結(jié)構(gòu)類型的特征，第四部分為序號。

電容器的型號命名示例如下：

(1)鋁電解電容器：

(2)圓片形瓷介電容器：

2.4電容器的主要特性參數(shù)

1.電容器的額定工作電壓電容器的額定工作電壓是指電容器在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，長期可靠地工作所能承受的最高直流電壓，又稱耐壓值。其值通常為擊穿電壓的一半。一般電容的耐壓值會標(biāo)注在電容的外殼表面上。

2.電容器的允許誤差

電容器的允許誤差是指實際電容量相對于標(biāo)稱電容量的最大允許誤差范圍。

3.標(biāo)稱電容量

標(biāo)稱電容量是標(biāo)志在電容器的外殼表面上的“名義”電容量，其數(shù)值也有標(biāo)稱系列，同電阻器阻值標(biāo)稱系列相似，如表2-1所示。

4.絕緣電阻

電容器的絕緣電阻表示電容器的漏電性能，在數(shù)值上等于加在電容器兩端的電壓與通過電容器的漏電流的比值。絕緣電阻越大，漏電流越小，電容器質(zhì)量越好。電容器的絕緣電阻與電容器的介質(zhì)材料和面積、引線的材料和長短、制造工藝、溫度和濕度等因素有關(guān)。品質(zhì)優(yōu)良的電容器具有較高的絕緣電阻，一般在兆歐級以上。電解電容器的絕緣電阻一般較低，漏電流較大。

5.電容器的作用

1)旁路

旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負載需求。

2)去耦

去耦又稱解耦。從電路來說，總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負載。如果負載電容比較大，驅(qū)動電路要把電容充電、放電，才能完成信號的跳變。

去耦電容起到“電池”的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾，可在電路中進一步減小電源與參考地之間的高頻干擾阻抗。

3)濾波

從理論上(即假設(shè)電容為純電容)來說，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。但實際上超過1?μF的電容大多為電解電容，有很大的電感成分，所以頻率增高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大的電解電容并聯(lián)了一個小電容，這時大電容通低頻，小電容通高頻。電容的作用就是通高頻阻低頻(通高阻低)，電容越大低頻越容易通過。具體用在濾波中，大電容(1000?μF)濾低頻，小電容(20?pF)濾高頻。曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。

4)儲能

儲能型電容器通過整流器收集電荷，并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40～450?V

DC、電容值在220～150?000?μF之間的鋁電解電容器是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求，器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式，對于功率級超過10?kW的電源，通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。

2.5電容的標(biāo)注方法

1.直標(biāo)法直標(biāo)法是指將電容器的標(biāo)稱容量、允許誤差、耐壓等參數(shù)直接標(biāo)注在電容器的外殼表面，這種方法常用于標(biāo)注電解電容器的參數(shù)。

2.文字符號法文字符號法是指將電容量的整數(shù)部分寫在容量單位符號的前面，容量的小數(shù)部分寫在容量單位符號的后面。例如0.22?μF的文字符號表示為μ22，2μ2表示2.2?μF。

3.數(shù)碼表示法

數(shù)碼表示法一般用三位數(shù)字來表示容量的大小，電容量的單位為pF。三位數(shù)字中，前兩位表示標(biāo)稱值的有效數(shù)字，第三位則表示倍率，即乘以10x，x為第三位數(shù)字，如果第三位數(shù)字為9，則乘10-1。例如106代表10×106?pF＝107?pF＝10?μF；399代表39×10-1?pF。這種表示方法最為常見。

4.色標(biāo)法

色標(biāo)法與電阻器的色環(huán)表示法類似。標(biāo)志的顏色符號與電阻器采用的符號相同，其單位為pF。電解電容器的耐壓有時也采用顏色表示。電容器色環(huán)的讀取順序是頂部為第一環(huán)，靠近引腳的則為最后一環(huán)。

2.6幾種常見的電容器

1.瓷介電容器(CC)瓷介電容器以具有高介電常數(shù)、低損耗的陶瓷為介質(zhì)，并在陶瓷基體兩面噴涂銀層，然后燒成銀質(zhì)薄膜作極板制成。其特點是體積小、溫度系數(shù)小、損耗小、絕緣電阻高，工作在超高頻范圍，適合作溫度補償電容，但機械強度低、容量小(一般為幾皮法到幾百皮法)、穩(wěn)定性較差、耐壓一般也不高。這種電容器適用于高頻電路，主要用于旁路電容、電源濾波等場合。常見的瓷介電容器的外形如圖2-2所示。圖2-2常見的瓷介電容器

2.紙介電容器(CZ)

紙介電容器是用兩片鉛箔或錫箔作電極，夾在極薄的電容紙中，卷成圓柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金屬殼或者絕緣材料殼中制成的。它的特點是體積較小，容量可以做得較大(容量可達1～20?μF)，但是其化學(xué)穩(wěn)定性差、易老化、吸濕性大。工作溫度一般為85～100℃，主要用于低頻電路的旁路和隔直。紙介電容器的外形如圖2-3所示。

圖2-3紙介電容器

3.云母電容器(CY)

云母電容器是用金屬箔或在云母片上噴涂銀層作電極板，極板和云母一層一層疊合后再壓鑄在膠木粉或封固在環(huán)氧樹脂中制成的。其特點是高頻性能穩(wěn)定、介質(zhì)損耗小、漏電電流小、耐壓高(50～5000?V)、容量小(1～30?000?pF)、絕緣電阻大(1000～7500?MΩ)、溫度系數(shù)小，適用于高頻高壓電路。云母電容器的外形如圖2-4所示。

圖2-4云母電容器

4.有機薄膜電容器

有機薄膜電容器的結(jié)構(gòu)與紙介電容器相同，是用聚苯乙烯(CB型)、聚四氟乙烯或滌綸(CL型)等有機薄膜代替紙介質(zhì)構(gòu)成的電容器。滌綸薄膜電容的介質(zhì)常數(shù)較高，體積小、容量大、穩(wěn)定性較好，適宜作旁路電容。聚苯乙烯薄膜電容器的介質(zhì)損耗小、絕緣電阻高，但溫度系數(shù)大，可用于高頻電路。有機薄膜電容器的外形如圖2-5所示。

圖2-5有機薄膜電容器

5.電解電容器

電解電容器有正(+)、負極(-)之分，以鋁(CD型)、鉭(CA型)、鈮、鈦等附著有氧化膜的金屬極片為陽極(正極)，陰極(負極)則是液體、半液體或膠狀的電解液。一般在電容器的外殼上都有標(biāo)記，若無標(biāo)記時，則長引線為“+”端，短引線為“-”端。

電解電容器的損耗比較大，性能受溫度影響比較大，漏電流隨溫度升高會急劇增大，高頻性能差。電解電容器主要有鋁電解電容器、鉭電解電容器和鈮電解電容器。鋁電解電容器價格便宜，容量比較大，但性能較差，壽命短(存儲壽命小于5年)，一般用在要求不高的去耦、耦合和電源濾波電路中。后兩者的性能要優(yōu)于鋁電解電容器，主要用在溫度變化范圍大，對頻率特性要求高，對產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性要求嚴(yán)格的電路中，但這兩種電容器的價格較高。

還有無極性電解電容器，這種電解電容器可用于交流電路。電解電容器的外形如圖2-6所示。

圖2-6電解電容器

6.可變電容器

可變電容器的容量可在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，它由若干片形狀相同的金屬片并接成一組(或幾組)定片和一組(或幾組)動片。動片可以通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，以改變動片插入定片的面積，從而改變電容量。其介質(zhì)有空氣、有機薄膜等。可變電容器有“單聯(lián)”“雙聯(lián)”和“三聯(lián)”之分，外形如圖2-7所示。

圖2-7可變電容器

7.微調(diào)電容器

微調(diào)電容器又稱半可變電容器或補償電容器。其特點是容量可在小范圍內(nèi)變化，可變?nèi)萘客ǔＴ趲灼しɑ驇资しㄖg，最高可達100?pF(陶瓷介質(zhì)時)。微調(diào)電容器的種類很多，常見的有云母微調(diào)電容器、薄膜介質(zhì)微調(diào)電容器、瓷介微調(diào)電容器、筒形微調(diào)電容器、短波專用微調(diào)電容器等。

2.7電容器的檢測

1.外觀檢查電容器外表應(yīng)完好無損，表面無裂口、污垢和腐蝕，標(biāo)志應(yīng)清晰，引出電極無折傷。可調(diào)電容器應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，動、定片間無碰、擦現(xiàn)象，各聯(lián)之間(可調(diào)電容器是多聯(lián)結(jié)構(gòu)的)轉(zhuǎn)動應(yīng)同步等。

2.測試絕緣電阻

用萬用表歐姆擋，將表筆接觸電容的兩引線。剛搭上時，表頭指針將發(fā)生擺動，然后再逐漸返回趨向R?=?∞處，這就是電容的充放電現(xiàn)象(0.1?μF以下的電容器觀察不到此現(xiàn)象)。

電容器的容量越大，指針的擺動越大，指針穩(wěn)定后所指示的值就是絕緣電阻值。其值一般為幾百到幾千兆歐，阻值越大，電容器的絕緣性能越好。檢測時，如果表頭指針指到或靠近歐姆零點，說明電容器內(nèi)部短路，若指針不動，始終指向R?=?∞處，則說明電容器內(nèi)部開路或失效。5000?pF以上的電容器可用萬用表電阻最高擋判別，5000?pF以下的小容量電容器應(yīng)另采用專門測量儀器進行判別。

2.8電容器的選用

1.電容器類型的選擇根據(jù)電路要求選擇合適的電容器類型。在一般的耦合、旁路電路中，可選用紙介電容器；在高頻電路中，應(yīng)選用云母和瓷介電容器；在電源濾波和去耦電路中，應(yīng)選用電解電容器。在設(shè)計電子電路中選用電容器時，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品手冊在電容器標(biāo)稱值系列中選用。

2.電容器額定電壓的選擇

選用電容器應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)系列，電容器的額定電壓應(yīng)高于電容器兩端實際電壓的1～2倍。尤其對于電解電容器，一般應(yīng)使線路的實際電壓相當(dāng)于所選電容器額定電壓的50%～70%，這樣才能充分發(fā)揮電解電容器的作用。

3.電容器容量和誤差等級的選擇

實際使用中，電容器容量的數(shù)值必須按規(guī)定的標(biāo)稱值來選擇。

電容器的誤差等級有多種，在低頻耦合、去耦、電源濾波等電路中，電容器可以選±5%、±10%、±20%等誤差等級，但在振蕩回路、延時電路、音調(diào)控制電路中，選用的電容器的精度要稍高一些；在各種濾波器和各種網(wǎng)絡(luò)中，要求選用高精度的電容器。

第3章電感器3.1電感線圈3.2變壓器

3.1電感線圈

電感線圈的主要作用是對交流信號進行隔離、濾波或與電容器、電阻器等組成諧振電路。電感線圈是家用電器、儀器儀表及其他電子產(chǎn)品中常用的元件之一。電感線圈在電路圖中用字母L表示。電感線圈的圖形符號如表3-1所示。

1.電感線圈的分類

電感線圈的種類很多，分類方法各不相同。

按電感線圈的線芯分類，可分為空心電感線圈、磁芯電感線圈、鐵芯電感線圈和銅芯電感線圈。

按安裝的形式分類，可分為立式電感線圈、臥式電感線圈。

按工作頻率分類，可分為高頻電感線圈、中頻電感線圈、低頻電感線圈。

按用途分類，可分為電源濾波線圈、高頻濾波線圈、高頻阻流線圈、低頻阻流線圈、行偏轉(zhuǎn)線圈、場偏轉(zhuǎn)線圈、行振蕩線圈、行線性校正線圈、本機振蕩線圈、高頻振蕩線圈。

按電感量是否可調(diào)分類，可分為固定電感線圈、可變電感線圈、微調(diào)電感線圈。

按繞制方式及其結(jié)構(gòu)分類，可分為單層電感線圈、多層電感線圈、蜂房式電感線圈、有骨架式電感線圈和無骨架式電感線圈。

2.電感器的型號命名方法

電感線圈的型號由四部分組成：

第一部分：主稱，用L表示線圈，ZL表示阻流圈；

第二部分：特征，用G表示高頻；

第三部分：型式，用X表示小型；

第四部分：區(qū)別代號，用字母A、B、C…等表示。

例如，LGX表示小型高頻電感線圈。

3.電感線圈的主要特性參數(shù)

1)電感量

電感量是指電感線圈通過電流時產(chǎn)生自感能力的大小。電感量的單位為亨利，用字母H表示。常用的單位是毫亨(mH)、微亨(μH)。它們的換算關(guān)系為

1?H?=?103?mH?=?106?μH

2)品質(zhì)因數(shù)

電感線圈中存儲能量與消耗能量的比值稱為品質(zhì)因數(shù)，又稱Q值，其定義式為

式中，ω為工作角頻率；L為線圈電感量；R為線圈的總損耗電阻。

3)額定電流

電感線圈的額定電流是指電感線圈在正常工作時允許通過的最大電流。額定電流是高頻阻流線圈、低頻阻流線圈和大功率諧振線圈的重要參數(shù)。

4)分布電容

分布電容是指線圈匝與匝之間形成的電容，即由空氣、導(dǎo)線的絕緣層、骨架所形成的電容。這些電容的總和與電感線圈本身的電阻構(gòu)成一個諧振電路，會產(chǎn)生一定頻率的諧振，降低電感線圈電感量的穩(wěn)定性，使Q值降低，通常應(yīng)減小分布電容。為減小電感線圈的分布電容，一般會采用不同的繞制方法，如間繞法、蜂房式繞法等。

4.幾種常用的電感線圈

1)小型固定電感線圈

小型固定電感線圈通常是用漆包線或絲包線在棒形、工字形或王字形的磁芯上直接繞制而成的。它有密封式和非密封式兩種封裝形式，又有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)，如圖3-1所示。

圖3-1立式和臥式結(jié)構(gòu)電感線圈

2)單層電感線圈

單層電感線圈是電路中用得較多的一種。其電感量較小，一般只有幾微亨或幾十微亨。這種線圈的品質(zhì)因數(shù)一般都比較高，并多用于高頻電路中。

單層電感線圈通常采用密繞法、間繞法、脫胎繞法。密繞法就是將絕緣導(dǎo)線一圈挨一圈地繞在骨架上，如圖3-2(a)所示，此種線圈多數(shù)用于天線線圈，如收音機的天線線圈用的就是這種單層線圈。間繞法的單層電感線圈，就是每圈與每圈之間有一定的距離，如圖3-2(b)所示，其特點是分布電容小，高頻特性好，多用于短波天線。脫胎繞法的單層電感線圈實際上就是空心電感線圈，先將絕緣導(dǎo)線繞在骨架上，然后取出骨架，并按照電感量的要求，適當(dāng)將線圈拉開一定的距離或改變其形狀，使用時將兩引線頭直接焊入電路即可，如圖3-2(c)所示，此種線圈多用于高頻頭的諧振電路。

圖3-2單層電感線圈

3)阻流電感線圈

阻流電感線圈在電路中的作用是阻止交流電流通過，可分為高頻阻流圈和低頻阻流圈。高頻阻流圈用于阻止高頻信號通過，其特點是電感量小，要求損耗和分布電容??；低頻阻流圈用于阻止低頻信號通過，其特點是電感量比高頻阻流圈大得多，多數(shù)為幾十亨。低頻阻流圈多用于電源濾波電路、音頻電路中。

4)振蕩線圈

振蕩線圈是超外差式收音機中不可缺少的元件。在超外差式收音機中，由振蕩線圈與電容組成的振蕩電路來完成產(chǎn)生一個比外來信號高465?kHz的高頻等幅信號。振蕩線圈分為中波振蕩線圈和短波振蕩線圈。

5.電感器的標(biāo)識方法

1)直標(biāo)法

直標(biāo)法是指將電感器的標(biāo)稱電感量用數(shù)字和文字符號直接標(biāo)在電感器外壁上，電感量單位后面用一個英文字母表示其允許誤差。各字母所代表的允許誤差見表3-2。例如：560?μHK表示標(biāo)稱電感量為560?μH，允許誤差為?±10%。

2)文字符號法

文字符號法是指將電感器的標(biāo)稱值和允許誤差值用數(shù)字和文字符號按一定的規(guī)律組合并標(biāo)示在電感體上。采用這種標(biāo)示方法的電感器通常是一些小功率電感器，其單位為nH或μH，用N或R代表小數(shù)點。例如：4N7表示電感量為4.7nH，47N表示電感量為47nH，6R8表示電感量為6.8?μH。采用這種標(biāo)示法的電感器通常后綴一個英文字母表示允許誤差，各字母代表的允許誤差與直標(biāo)法相同，見表3-2。

3)色標(biāo)法

色標(biāo)法是指在電感器表面涂上不同的色環(huán)來代表電感量(與電阻器類似)，通常用四色環(huán)表示。緊靠電感體一端的色環(huán)為第一環(huán)，露著電感體本色較多的另一端為末環(huán)。其第一色環(huán)代表第一位有效數(shù)字，第二色環(huán)代表第二位有效數(shù)字，第三色環(huán)代表倍率(單位為μH)，第四色環(huán)為誤差率。例如：某電感器的色環(huán)顏色分別為棕、黑、棕、金，其電感量為100?μH，誤差為?±5%。

4)數(shù)碼表示法

數(shù)碼表示法是用三位數(shù)字來表示電感器電感量的標(biāo)稱值的方法，該方法常見于貼片電感器上。在三位數(shù)字中，從左至右的第一、第二位為有效數(shù)字，第三位數(shù)字表示有效數(shù)字后面所加“0”的個數(shù)(單位為μH)。如果電感量中有小數(shù)點，則用R表示。電感量單位后面用一個英文字母表示其允許誤差，各字母代表的允許誤差見表3-2。例如：標(biāo)識為102J的電感量為10?×?100?=?1000?μH，允許誤差為±5%；標(biāo)識為183?K的電感量為18?mH，允許誤差為±10%。需要注意的是，要將這種標(biāo)識法與傳統(tǒng)的方法區(qū)別開，如標(biāo)識為“470”或“47”的電感量為47

μH，而不是470μH。

6.電感線圈的檢測

1)外觀檢查

檢查電感線圈外觀是否有破裂現(xiàn)象，線圈是否有松動、變位的現(xiàn)象，引腳是否有折斷或生銹現(xiàn)象，查看電感線圈的外表上是否有電感量的標(biāo)稱值，還可進一步檢查磁芯旋轉(zhuǎn)是否靈活，有無滑扣等。

2)用萬用表檢測

將萬用表置于R

×?1擋，用兩表筆分別碰接電感線圈的引腳。當(dāng)被測電感線圈的電阻值比正常值小很多時，說明電感線圈內(nèi)部有局部短路，不能使用；當(dāng)被測電感線圈阻值無窮大時，說明電感線圈或引腳與線圈接點處發(fā)生了斷路，此電感線圈也不能使用。

7.電感線圈的正確選用

(1)電感線圈的工作頻率要適合電路的要求。用于音頻段的一般要用帶鐵芯(硅鋼片或坡莫合金)或鐵氧體芯的，在幾百千赫到幾兆赫間的線圈最好用鐵氧體芯并以多股絕緣線繞制。幾兆赫到幾十兆赫的線圈宜選用單股鍍銀粗銅線繞制，磁芯要采用短波高頻鐵氧體芯，也常用空心線圈。在一百兆赫以上時一般不能選用鐵氧體芯，只能用空心線圈。如要作微調(diào)，可用銅芯。

(2)電感線圈的電感量、額定電流必須滿足電路的要求。

(3)電感線圈的外形尺寸要符合電路板位置的要求。

(4)選用高頻阻流圈時除需注意額定電流、電感量外，還應(yīng)選分布電容小的蜂房式或多層分段繞組的電感線圈。對于電源電路中的低頻阻流圈，應(yīng)盡量選用大電感量的，一般選大于回路電感量10倍以上的為最好。

3.2變壓器

變壓器在電路中用字母T表示，其圖形符號如表3-3所示。

1.變壓器的分類

變壓器是一種常用元器件，其種類繁多，大小形狀千差萬別。

按變壓器的工作頻率可將其分為高頻變壓器、中頻變壓器、低頻變壓器。

按變壓器的結(jié)構(gòu)與材料可將其分為鐵芯變壓器、固定磁芯變壓器、可調(diào)磁芯變壓器等。

2.變壓器的型號命名方法

1)低頻變壓器的型號命名方法

低頻變壓器的型號由三部分組成：

第一部分：主稱，用字母表示，如表3-4所示；

第二部分：功率，用數(shù)字表示，單位為W；

第三部分：序號，用數(shù)字表示。

2)中周的型號命名方法

中周，即中頻變壓器，它的型號由三部分組成：

第一部分：主稱，用幾個字母組合表示名稱、特征、用途；

第二部分：外形尺寸，用數(shù)字表示；

第三部分：序號，用數(shù)字表示，“1”表示第一中放電路用中頻變壓器，“2”表示第二中放電路用中頻變壓器，“3”表示第三中放電路用中頻變壓器。

型號中的主稱所用字母、外形尺寸所用數(shù)字的意義如表3-5所示。

3.變壓器的主要特性參數(shù)

1)變比n

變比是指變壓器一、二次繞組的電壓比，此值近似等于一、二次繞組的匝數(shù)比。設(shè)變壓器一次繞組的輸入交流電壓為U1，二次繞組的輸出交流電壓為U2，變壓器的一、二次繞組的匝數(shù)分別為N1和N2，則有如下關(guān)系：

如果N1＞N2，則U1＞U2，即n>1，這種變壓器稱為降壓變壓器。如果N1＜N2，則有U1＜U2，即n<1，這種變壓器稱為升壓變壓器。

如果變壓器的二次側(cè)接有負載，則一、二次繞組中就會有電流，假設(shè)分別為i1和i2，則有如下關(guān)系：

如果變壓器的一次繞組側(cè)的阻抗為Z1，二次繞組側(cè)的阻抗為Z2，則根據(jù)歐姆定律，有如下關(guān)系：

2)額定功率P

額定功率是指在規(guī)定的工作頻率和電壓下，變壓器能長期工作而不超過規(guī)定溫升時的輸出功率，單位為W或VA。

3)效率η

效率是指變壓器在有額定負載的情況下，其輸出功率和輸入功率的比值。設(shè)變壓器的輸入功率為Pl，輸出功率為P2，則變壓器的效率為

4)溫升

變壓器的溫升是指變壓器工作發(fā)熱后，溫度上升到穩(wěn)定值時，變壓器溫度比周圍的環(huán)境溫度所高出的數(shù)值。這一參數(shù)大小關(guān)系到變壓器的發(fā)熱程度，決定了變壓器絕緣系統(tǒng)的壽命。一般要求其值越小越好。

5)絕緣電阻

絕緣電阻是表征變壓器各繞組之間和各繞組與鐵芯之間絕緣性能的一個參數(shù)，包括繞組與繞組間、繞組與鐵芯間、繞組與外殼間的絕緣電阻值。

4.幾種常用變壓器

1)電源變壓器

電源變壓器的主要作用是變換交流電源電壓，有升壓變壓器和降壓變壓器。電源變壓器的外形如圖3-3所示。

圖3-3電源變壓器

2)音頻變壓器

音頻變壓器是工作于音頻范圍的變壓器。推挽功率放大器中的輸入變壓器和輸出變壓器都屬于音頻變壓器。有線廣播中的線路變壓器也是音頻變壓器。

3)中周

中周應(yīng)用在收音機或電視機的中頻放大電路中。中周屬于可調(diào)磁芯變壓器，外形與收音機的振蕩線圈相似，它由屏蔽外殼、磁帽、尼龍支架、“工”字磁芯、底座等組成。

4)天線線圈

收音機的天線線圈也稱磁性天線，它是由兩個相鄰的而又相互獨立的一次、二次繞組套在同一磁棒上構(gòu)成的。

5.變壓器的檢測

1)外觀檢查

2)直流電阻檢測

3)絕緣電阻檢測

4)輸出電壓檢測

5)溫升檢測

6.變壓器的正確選用

應(yīng)根據(jù)不同的應(yīng)用場合選擇不同用途的變壓器，選用時應(yīng)注意變壓器的性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式。

在選用電源變壓器時，要注意與負載電路相匹配：選用的電源變壓器應(yīng)留有功率余量(其輸出功率應(yīng)略大于負載電路的最大功率)，輸出電壓應(yīng)與負載電路供電部分的交流輸入電壓相匹配。

對于一般電源電路，可選用“E”形鐵芯電源變壓器。若是高保真音頻功率放大器的電源電路，則應(yīng)選用“C”形鐵芯電源變壓器或環(huán)形電源變壓器。

第4章半導(dǎo)體元件4.1晶體二極管4.2晶體三極管4.3場效應(yīng)管4.4晶閘管

半導(dǎo)體是一種導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，或者說電阻率介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)，如鍺、硅、硒及大多數(shù)金屬的氧化物，都是半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體所具有的獨特性能是它的電阻率會因溫度、摻雜和光照產(chǎn)生顯著變化。利用半導(dǎo)體材料的這一特征，可制成二極管、三極管等多種半導(dǎo)體器件，由于這些半導(dǎo)體器件都是晶體結(jié)構(gòu)，故又稱之為晶體管。

4.1晶?體?二?極?管

1.晶體二極管概述晶體二極管(簡稱二極管)是晶體管的主要種類之一，應(yīng)用十分廣泛，它是采用半導(dǎo)體晶體材料(如硅、鍺、砷化鎵等)制成的。

2.晶體二極管的種類

晶體二極管按結(jié)構(gòu)材料通常可分為鍺二極管、硅二極管和砷化鎵二極管等；按制作工藝可分為點接觸型二極管和面接觸型二極管；按功能用途可分為開關(guān)二極管、整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、雙色二極管、發(fā)光二極管、光敏二極管、壓敏二極管和磁敏二極管等；按結(jié)構(gòu)類型可分為半導(dǎo)體結(jié)型二極管、金屬半導(dǎo)體接觸二極管等；按照封裝形式可分為常規(guī)封裝二極管、特殊封裝二極管。下面以功能用途為例，介紹幾種常用的二極管特性。

1)開關(guān)二極管

由于晶體二極管具有單向?qū)щ姷奶匦?，在?dǎo)通的狀態(tài)下其電阻值很小，約為幾十至幾百歐姆；在反向截止?fàn)顟B(tài)下，其電阻值很大，硅管在10?MΩ以上，鍺管也有幾十千歐。利用二極管這一特性，在電路中對電流進行控制，可起到“接通”或“關(guān)斷”的開關(guān)作用。開關(guān)二極管就是為在電路中進行開關(guān)而設(shè)計制造的一類特殊二極管。它的特點是反向恢復(fù)時間短，能滿足高頻和超高頻應(yīng)用的需要。

在應(yīng)用中，要根據(jù)電路的主要參數(shù)(如正向電流、最高反向電壓、反向恢復(fù)時間等)來選擇開關(guān)二極管的型號。常用的開關(guān)二極管是1N4148，其外形如圖4-1所示。

圖4-1開關(guān)二極管1N4148

2)整流二極管

整流二極管是將交流電源整流成脈沖直流電的二極管。它是利用二極管的單向?qū)щ娦怨ぷ鞯?。因為整流二極管正向工作電流較大，工藝上多采用面接觸結(jié)構(gòu)。由于這種二極管結(jié)電容較大，因此整流二極管工作頻率一般小于3?kHz。

常用的整流二極管外形如圖4-2所示，一般常用的整流二極管型號是1N4007。

圖4-2整流二極管

由于對交流電流常用橋式整流電路進行整流(如圖4-3所示)，故一些公司將4個整流二極管封裝在一起，這種組成通常被稱為整流橋或者整流全橋。

圖4-3橋式整流電路

3)檢波二極管

檢波二極管是用于把疊加在高頻載波信號中的低頻信號檢出來的器件，具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。檢波二極管要求正向壓降小、檢波效率高、結(jié)電容小、頻率特性好，其外形一般采用玻璃封裝。一般檢波二極管采用鍺材料點接觸結(jié)構(gòu)。

常用的檢波二極管信號有2AP9、1N60、1N34等。常用的檢波二極管外形如圖4-4所示。

圖4-4檢波二極管

4)穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管是一種齊納二極管，它利用了二極管反向擊穿時，其兩端電壓固定在某一數(shù)值，而基本上不隨流過二極管的電流大小變化的特性。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線如圖4-5所示。

圖4-5穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線

5)變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管是利用反向偏壓來改變PN結(jié)電容量的特殊二極管。變?nèi)荻O管相當(dāng)于一個可變電容量的電容器。其兩個電極之間的PN結(jié)電容大小隨加到電容兩端的反向電壓大小的改變而變化。變?nèi)荻O管常用于電視接收電路、調(diào)頻接收器及其他的通信設(shè)備中，作為一個可通過電壓控制的自動微調(diào)電容器。

6)特殊的二極管

還有一些特殊的二極管，這些二極管在我們的一般電路中很少見到，但是運用也非常廣泛，經(jīng)常應(yīng)用在一些特定的電路中。

肖特基二極管：也叫肖特基勢壘二極管，是近年來生產(chǎn)的低功耗、大電流、超高速的半導(dǎo)體，通常用在高頻、大電流、低電壓整流電路中。

快速恢復(fù)二極管：是一種新型的半導(dǎo)體二極管，它是一種開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時間短的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或者阻尼二極管使用。

瞬態(tài)電壓抑制二極管：又被稱為瞬態(tài)電壓抑制器，簡稱TVS管。它的響應(yīng)速度極快、鉗位電壓穩(wěn)定、體積小、價格低，主要用于快速過壓保護電路中。

恒流二極管：又被稱為限流二極管，由于它的恒流性能好，被廣泛應(yīng)用于恒流源、穩(wěn)壓源、放大器及電子儀器保護電路中。

雙向觸發(fā)二極管：也稱二端交流器件(DIAC)，常應(yīng)用在過壓保護電路、移相電路、晶閘管觸發(fā)電路及定時電路中。

7)發(fā)光二極管

發(fā)光二極管的英文簡稱為LED。顧名思義，發(fā)光二極管就是一種會發(fā)光的半導(dǎo)體組件，且具有二極管的特性。詳細見第6章光電器件介紹。

3.晶體二極管的識別

普通的二極管在電路中常用字母“VD”加數(shù)字表示，如VD2表示編號為2的二極管，穩(wěn)壓二極管在電路中用字母“ZD”表示。常用二極管在電路圖中的符號如圖4-6所示。

圖4-6常用二極管電路符號

4.晶體二極管的檢測

晶體二極管可用萬用表進行管腳識別和檢測。將萬用表置于R×1k擋，兩表筆分別接到二極管的兩端，如果測得的電阻值較小，則為二極管的正向電阻，這時與黑表筆(即表內(nèi)電池正極)相連接的是二極管正極，與紅表筆(即表內(nèi)電池負極)相連接的是二極管負極，如圖4-7所示。

圖4-7二極管正向電阻

如果測得的電阻值很大，則為二極管的反向電阻，這時與黑表筆相接的是二極管負極，與紅表筆相接的是二極管正極，如圖4-8所示。

圖4-8二極管反向電阻

不同材料、不同用途的二極管的工作特性有很大的區(qū)別，用萬用表測出的結(jié)果也有不同，我們也可以用這種不同的結(jié)果判斷二極管是哪種類型的。鍺二極管和硅二極管的正向管壓降不同，因此可以用測量二極管正向電阻的方法來區(qū)分。如果正向電阻小于1?kΩ，則為鍺二極管，如圖4-9所示。如果正向電阻為1～5?kΩ，則為硅二極管，如圖4-10所示。

圖4-9鍺二極管的檢測圖4-10硅二極管的檢測

5.晶體二極管的主要參數(shù)

一般常用的檢波整流二極管有以下四個參數(shù)。

1)最大整流電流IDM

最大整流電流是指半波整流連續(xù)工作的情況下，為使PN結(jié)的溫度不超過額定值(鍺管約為80℃，硅管約為150℃)，二極管中能允許通過的最大直流電流。因為電流流過二極管時二極管就會發(fā)熱，電流過大，二極管就會因過熱而燒毀，所以應(yīng)用二極管時要特別注意其最大電流應(yīng)不超過IDM值。

2)最大反向電壓URM

最大反向電壓是指不致引起二極管擊穿的反向電壓。二極管工作電壓的峰值不能超過URM，否則會造成反向電流增長，整流特性變壞，甚至?xí)龤ФO管。二極管的反向工作電壓一般為擊穿電壓的1/2，而有些小容量二極管，其最高反向工作電壓則定為反向擊穿電壓的2/3。晶體管的損壞，一般來說對電壓比電流更為敏銳，也就是說，過電壓更容易引起管子的損壞，故應(yīng)用中一定要保證工作電壓不超過最大反向工作電壓。

3)最大反向電流IRM

在給定(規(guī)定)的反向偏壓下，通過二極管的直流電流稱為反向電流IS。理想情況下二極管是單向?qū)щ姷?，但實際上在反向電壓下總有一點微弱的電流。這一電流在反向擊穿之前大致不變，故又稱反向飽和電流。實際的二極管的反向電流往往隨反向電壓的增大而緩慢增大。在最大反向電壓URM時，二極管中的反向電流就是最大反向電流IRM。通常在室溫下的IS，硅管為1A或更小，鍺管為幾十微安至幾百微安。反向電流的大小，反映了二極管單向?qū)щ娦阅艿暮脡?，反向電流的?shù)值越小越好。

4)最高工作頻率FM

二極管按照材料、制造工藝和結(jié)構(gòu)的不同，其使用頻率也不相同，有的可以工作在高頻電路中，如2AP系列、2AK系列等；有的只能在低頻電路中使用，如2CP系列、2CZ系列等。二極管保持原來良好工作特性的最高頻率，稱為最高工作頻率。

6.二極管的工作特性

1)二極管的導(dǎo)電性

二極管最重要的特性就是單向?qū)щ娦浴?/p>

2)二極管的伏安特性

二極管具有單向?qū)щ娦浴Ｆ浞蔡匦郧€如圖4-11所示。二極管的導(dǎo)電性能由加在二極管兩端的電壓和流過二極管的電流來決定，這兩者之間的關(guān)系稱為二極管的伏安特性。

圖4-11二極管的伏安特性曲線(硅管)

(1)正向特性(二極管正極電壓大于負極電壓)。

·

死區(qū)：當(dāng)正向電壓較小時，正向電流極小，二極管呈現(xiàn)很大的電阻，通常把這個范圍稱為死區(qū)。通常硅管死區(qū)電壓約為0.5?V，鍺管約為0.2?V。

·

正向?qū)ǎ寒?dāng)外加電壓大于死區(qū)電壓后，電流隨電壓增大而急劇增大，二極管導(dǎo)通。

通常硅管的導(dǎo)通電壓約為0.6～0.8V，鍺管約為0.2～0.3?V。導(dǎo)通電壓也稱為壓降。

(2)反向特性(二極管負極電壓大于正極電壓)。

·

反向飽和電流：當(dāng)加反向電壓時，二極管反向電流很小，而且在很大范圍內(nèi)不隨反向電壓的變化而變化，故稱為反向飽和電流。

·

反向擊穿：若反向電壓不斷增大到一定數(shù)值時，反向電流就會突然增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。普通二極管不允許出現(xiàn)此種狀態(tài)。

7.晶體二極管的選用

(1)檢波二極管的選用：一般可選用點接觸型鍺二極管，例如2AP系列等。

(2)開關(guān)二極管的選用：開關(guān)二極管主要應(yīng)用于收錄機、電視機、影碟機等家用電器及電子設(shè)備中的開關(guān)電路、檢波電路、高頻脈沖整流電路等。

(3)穩(wěn)壓二極管的選用：穩(wěn)壓二極管一般用在穩(wěn)壓電源中作為基準(zhǔn)電壓源或用在過電壓保護電路中作為保護二極管。選用的穩(wěn)壓二極管，應(yīng)滿足應(yīng)用電路中主要參數(shù)的要求。

(4)整流二極管的選用：整流二極管一般為平面型硅二極管，選用整流二極管時，主要應(yīng)考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時間等參數(shù)。

(5)變?nèi)荻O管的選用：選用變?nèi)荻O管時，應(yīng)著重考慮其工作頻率、最高反向工作電壓、最大正向電流和零偏壓結(jié)電容等參數(shù)是否符合應(yīng)用電路的要求，應(yīng)選用結(jié)電容變化大、高Q值、反向漏電流小的變?nèi)荻O管。

8.晶體二極管的應(yīng)用

1)整流電路

整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娮饔?，將交流電變成直流電的電路。圖4-12所示是一個半波整流電路，市電通過變壓器轉(zhuǎn)換成6?V的交流電U2，通過一個二極管VD，二極管只導(dǎo)通正電壓，而負電壓不通過，那么UM的波形就只有正電壓部分。

圖4-12半波整流電路

2)鉗位電路

鉗位電路是使輸出電位鉗制在某一數(shù)值上保持不變的電路，如圖4-13所示。

圖4-13鉗位電路

3)檢波電路

檢波電路是把信號從已調(diào)波中檢出來的電路，如圖4-14所示。

圖4-14檢波電路

4)限幅度電路

限幅度電路是限制輸出信號幅度的電路，如圖4-15所示。

圖4-15限幅度電路

4.2晶?體?三?極?管

1.晶體三極管概述晶體三極管的全稱是雙極性結(jié)型晶體管，俗稱三極管，是一種具有三個終端的電子器件。雙極性晶體管是電子學(xué)歷史上具有革命意義的一項發(fā)明，其發(fā)明者威廉·肖克利、約翰·巴丁和沃爾特·布萊頓被授予了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎。

這種晶體管的工作同時涉及電子和空穴兩種載流子的流動，是雙極性的，所以也稱它為雙極性載流子晶體管。這種工作方式與諸如場效應(yīng)管的單極性晶體管不同，后者的工作方式僅涉及單一種類載流子的漂移作用。兩種不同摻雜物聚集區(qū)域之間的邊界由PN結(jié)形成。雙極性晶體管由三部分摻雜程度不同的半導(dǎo)體制成，晶體管中的電荷流動主要是由于載流子在PN結(jié)處的擴散作用和漂移運動。

2.晶體三極管的結(jié)構(gòu)

三極管的結(jié)構(gòu)是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。

1)?NPN型

NPN型三極管是由兩層N型摻雜區(qū)域和介于二者之間的一層P型摻雜半導(dǎo)體(基極)組成的，如圖4-16所示。輸入到基極的微小電流將被放大，產(chǎn)生較大的集電極—發(fā)射極電流。當(dāng)NPN型三極管基極電壓高于發(fā)射極電壓，并且集電極電壓高于基極電壓時，則晶體管處于正向放大狀態(tài)。在這一狀態(tài)下，晶體管集電極和發(fā)射極之間存在電流。被放大的電流，是發(fā)射極注入基極區(qū)域的電子(在基極區(qū)域為少數(shù)載流子)，在電場的推動下漂移到集電極的結(jié)果。圖4-16

NPN型三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

由于電子遷移率比空穴遷移率更高，因此現(xiàn)在使用的大多數(shù)雙極性晶體管為NPN型。NPN型三極管的電路符號如圖4-17所示，基極和發(fā)射極之間的箭頭指向發(fā)射極。

圖4-17

NPN型三極管電路符號

2)?PNP型

PNP型三極管是由兩層P型摻雜區(qū)域和介于二者之間的一層N型摻雜半導(dǎo)體組成的，如圖4-18所示。流經(jīng)基極的微小電流可以在發(fā)射極端得到放大。也就是說，當(dāng)PNP型三極管的基極電壓低于發(fā)射極時，集電極電壓低于基極，晶體管處于正向放大區(qū)。在雙極性晶體管電學(xué)符號中，基極和發(fā)射極之間的箭頭指向電流的方向，這里的電流為電子流動的反方向。與NPN型三極管相反，PNP型三極管的箭頭從發(fā)射極指向基極，其電路符號如圖4-19所示。

圖4-18

PNP型三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖4-19

PNP型三極管電路符號

3.晶體三極管的識別

三極管的封裝形式是指三極管的外形參數(shù)，也就是安裝半導(dǎo)體三極管用的外殼。在材料方面，三極管的封裝形式主要有金屬、陶瓷、塑料形式；結(jié)構(gòu)方面，三極管的封裝為TO-XXX，XXX表示三極管的外形；裝配方式有通孔插裝(通孔式)、表面安裝(貼片式)和直接安裝。常用三極管的封裝形式有TO-92、TO-126、TO-3、TO-220TO等，三極管的外形如圖4-20所示。

圖4-20三極管的外形

三極管引腳的排列方式具有一定的規(guī)律。對于國產(chǎn)小功率金屬封裝三極管，從底視圖位置放置來看，在使三個引腳構(gòu)成等腰三角形的頂點上，從左向右依次為E、B、C；有管鍵的管子，從管鍵處按順時針方向依次為E、B、C，其管腳識別圖如圖4-21(a)所示。對于國產(chǎn)中小功率塑封三極管，使其平面朝向外，半圓形朝內(nèi)，三個引腳朝上放置，則從左到右依次為E、B、C，其管腳識別圖如圖4-21(b)所示。

圖4-21國產(chǎn)三極管管腳識別

現(xiàn)今比較流行的三極管9011～9018系列為高頻小功率管，除9012和9015為PNP型管外，其余均為NPN型管。常用9011～9018、1815系列等三極管管腳排列如圖4-22所示，平面對著自己，引腳朝下，從左至右依次是E、B、C。

圖4-22

90系列以及18系列三極管的管腳排列

4.晶體三極管的主要參數(shù)

1)電流放大系數(shù)β和hFE

β是三極管的交流放大系數(shù)，表示三極管對交流(變化)信號的電流放大能力。β等于集電極電流IC的變化量?IC與基極電流IB的變化量?IB兩者之比，即β?=??IC/?IB。hFE是三極管的直流電流放大系數(shù)，是指在靜態(tài)情況下，三極管IC與IB的比值，即hFE?=?IC/IB。

β值的常用標(biāo)識方式有兩種：色標(biāo)法和英文字母法。

2)集電極最大電流ICM

三極管集電極允許通過的最大電流即為ICM。

3)集電極最大允許功耗PCM

PCM是指三極管參數(shù)變化不超出規(guī)定允許值時的最大集電極耗散功率。

4)集電極―發(fā)射極擊穿電壓U(BR)CEO

BUCEO是指三極管基極開路時，允許加在集電極和發(fā)射極之間的最高電壓。

5.晶體三極管的檢測

1)判別三極管的管腳

將指針萬用電表置于電阻R×1k擋，用黑表筆接三極管的某一管腳(假設(shè)作為基極)，再用紅表筆分別接另外兩個管腳。如果表針指示值兩次都很大，該管便是PNP管，其中黑表筆所接的那一管腳是基極。若表針指示的兩個阻值均很小，則說明這是一只NPN管，黑表筆所接的那一管腳是基極。如果指針指示的阻值一個很大，一個很小，那么黑表筆所接的管腳就不是三極管的基極，再另換一外管腳進行類似測試，直至找到基極。

2)估測穿透電流ICEO

穿透電流ICEO大的三極管，耗散功率增大，熱穩(wěn)定性差，調(diào)整IC很困難，噪聲也大。電子電路應(yīng)選用ICEO小的管子。一般情況下，可用萬用表估測管子的ICEO大小。

3)估測電流放大系數(shù)

用萬用表R×1k擋測量。如果測PNP管，紅表筆接集電極，黑表筆接發(fā)射級，指針會有一點擺動(或幾乎不動)，然后，用一只電阻(30～100?k?)跨接于基極與集電極之間，或用手代替電阻捏住集電極與基極(但這兩電極不可碰在一起)，電表讀數(shù)立即偏向低電阻一方。

4)判斷材料

經(jīng)驗證明，用MF-47型萬用表的R×1k擋測三極管的PN結(jié)正向電阻值，硅管為5?k?以上，鍺管為3?k?以下。用數(shù)字萬用表測硅管的正向壓降一般為0.5～0.8?V，而鍺管的正向壓降是0.1～0.3?V左右。

6.韓國三星電子公司90系列產(chǎn)品

常見的韓國三星電子公司90系列產(chǎn)品，在市場上也較多見。具體特性如表4-1所示。

7.晶體三極管的選用

選用三極管時一要滿足設(shè)備和電路的要求，二要符合節(jié)約的原則。

1)類型選擇

按用途選擇三極管的類型。

2)參數(shù)選擇

在選用三極管時，通常應(yīng)考慮β、U(BR)CEO、ICM、PCM等參數(shù)。這些參數(shù)又有相互制約的關(guān)系，在選管時應(yīng)抓住主要矛盾，兼顧次要因素。

4.3場效應(yīng)管

1.場效應(yīng)管的分類場效應(yīng)管可以分成兩大類：一類為結(jié)型場效應(yīng)管，簡寫為JFET；另一類為絕緣柵場效應(yīng)管，簡寫為MOSFET，簡稱MOS管。

同普通三極管有NPN型和PNP兩種極性類型一樣，場效應(yīng)管根據(jù)其溝道所采用的半導(dǎo)體材料的不同，又可分為N型溝道和P型溝道兩種。按導(dǎo)電方式的不同，MOS管又可分為增強型和耗盡型兩種。

在電路中，場效應(yīng)管用文字符號VT表示，其圖形符號如圖4-23所示，其外形類似于普通晶體管。

圖4-23常用場效應(yīng)管圖形符號

2.場效應(yīng)管的主要特性參數(shù)

表征場效