电阻电容电感二极管

电阻电容电感二极管电阻电容电感二极管 1 1 电阻电阻 1 1 1 电阻定义电阻定义 电阻是电阻器的简称 Resistor 通常用 R 表示 是所有电子系统中使用最频繁的 电子元件 电阻的主要物理特性是将电能转换为热能 电流经过它就会产生内能 是耗能 元件 在电路中的符号常用 表示 1 1 2 电阻分类电阻分类 电阻的种类很多 一般可以按以下几种方法来划分 1 按阻值可否调节分为固定电阻器 可变电器两大类 阻值固定的电阻称为固定电 阻 阻值连续可变的电阻称为可变电阻 包括微调电阻和电位器 2 按制造材料分为合金型 薄膜型和合成型三大类 合金型电阻器是用块状的电阻 合金拉制成电阻合金线或碾压成电阻合金箔所制成的电阻器 包括用合金线制成的线绕电 阻器和用合金箔制成的电阻器 它们均具有块状金属的优良性能 绕线电阻又分为被釉线 绕电阻 被漆线绕电阻 瓷壳线绕电阻 水泥电阻 线绕电阻因其额定功率较大 又称功 率型电阻器 薄膜型电阻器是在玻璃或陶瓷基体上 用不同的工艺方法沉积一层导电材料 制成的 其厚度从几十埃到几个微米 包括热分解碳膜 金属膜 金属氧化膜电阻器等 合成型电阻器的电阻体是导电颗粒和有机 或无机 黏合剂的混合物 可以制成薄膜和实 心两种形式 如合成碳膜 合成实心和金属玻璃釉电阻器等 3 按引出线的不同分为轴向引线电阻器和无引线电阻器 4 按安装方式分为插件电阻和贴片电阻 5 按用途不同分为通用电阻器 精密电阻器 高频电阻器 热敏电阻器 光敏电阻 器 压敏电阻器等 下面对其中一些电阻器进行分类介绍 电阻的结构与特性见下表 1 1 名称结构特性 碳膜 电阻 器 RT 型 用碳氢化合物在高温真空下热分解 使其在陶瓷骨架上沉积一层碳膜形成碳 膜电阻 通过控制厚度和刻槽来控制阻 值 表面一般涂有缘色保护漆 有良好的稳定性 有一不大的负温度 系数 受电压和频率影响小 脉冲负载稳 定 价廉应用广泛 阻值范围 1 10M 额定功率 0 125W 0 25W 05W 1W 2W 5W 1 0W 线绕 电阻 器 RJ 型 用真空蒸发法或渗透法在陶瓷骨架 上涂覆一层金属膜 一般为镍铬合金 表面涂有红色保护漆 耐热性能 噪声指标 温度系数和电 压系数都比碳膜电阻好 体积小 同样额 定功率下约为碳膜电阻器的一半 精度可 达 0 5 0 05 可用于高额 缺点 高额特性差 阻值范围 1 620M 额定功率 0 125W 0 25W 0 5W 1W 2W 线绕 电阻 器 RX 型 用康铜 锰铜或镍铬合金丝在陶瓷 骨架上面制成的一种电阻器 表面漆有 保护漆或玻璃釉 噪声小 不存在电流噪声和非线性 温度系数小 稳定性好 精度可达 0 01 耐热性好 工作温度可达 315 功率大 缺点 高频特性差 阻值范围 0 1 5M 额定功率 0 125 500W 金属 氧化 膜电 阻器 RY 型 用金属盐溶液 四氧化锡和三氯化 锑 在炽热的陶瓷骨架表面水解沉积而 得 比金属膜电阻器有较好的抗氧化性和 热稳定性 功率可到 50kW 由于膜层较 厚 阻值范围小 主要用来补充金属膜电 阻器低阻部分 阻值范围 1 200kW 额定功率 0 125 10W 25 50kW 合成 实心 电阻 器 RS 型 将炭黑 石墨 填料和有机黏合剂 混合成粉料 经热压成实心电阻器 因电阻体是实心结构 故机械强度高 具有较强的过负荷能力 包括脉冲负荷 可靠性较高 体积小 廉价 缺点 固有噪声较高分布电容 分布 电感较大 对电压和温度稳定性差 阻值范围 407 22M 额定功率 0 25 2W 合成 碳膜 电阻 器 RH 型 将炭黑 石墨 填料和有机黏合剂 配成悬浮液 涂覆在绝缘骨架上经加热 聚合而成 阻值范围宽 价廉 但抗湿性差 噪 声大 频率特性不好 电压稳定性低 主 要用来制造高压高阻电阻器 阻值范围 10 106M 额定功率 0 25 5W 最高工作电压 35kV 玻璃 釉电 阻器 RI 型 由贵金属银钯 铑 钉等的金属氧 化物 氧化钯 氧化钉等 和玻璃釉合 剂混合成浆料 涂覆在陶瓷基体上 经 高温烧结而成 耐高温 阻值范围宽 温度系数小 耐湿性好 此种电阻器又称厚膜电阻器 阻值范围 5 1 200M 额定功率 0 05 2W 最高工作电压 15kV 大功率的有 5 500W 合金 箔电 阻器 RJ711 在玻璃或陶瓷片上黏结一层电阻合 金箔 用光刻腐蚀出迂回图形作为电阻 体 外加保护层而构成 电阻温度系数小 稳定系数高 精度 可达 0 001 分布电感 电容小 具有 良好的频率特性 时间常数小于 1ms 可 用于高速脉冲电路 阻值范围 5 20k 额定功率 0 125 1W 1 1 3 电阻标识方法电阻标识方法 1 直标法可直接识读 不需解释 2 文字符号法 是用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合起来表示阻值和允许偏差的 标志方法 表示单位并兼作小数点的文字符号 R 表示 K 表示 K M 表示 M 表示允许偏差的文字符号有 B 0 1 C 0 25 D 0 5 F 1 G 2 J 5 K 10 M 20 N 30 例如 2R2K 表示阻值是 2 2 允许偏差是 5K 3 色标法 色环法是现在最常用的标志方法 应该熟练掌握 目前国标上普遍使用色环标识电阻 色环在电阻器上有不同的含义 它具有简单 直观 方便等特点 色环中最常见的是四环 和五环电阻 如表 1 2 所示 颜色数据 1数据 2数据 3倍乘误差 黑0 0 0 1 棕 1 1 1 10 1 F 红 2 2 2 1K 2 G 橙 3 3 3 10K 黄 4 4 4 100K 绿 5 5 5 1M 0 5 D 蓝 6 6 6 0 25 C 紫 7 7 7 0 10 B 灰 8 8 8 0 05 A 白 9 9 9 金 5 J 银 10 K 表 1 2 色标法 1 四环电阻由 2 条数据环 1 条倍率环和一条误差环构成 2 而五环电阻只比四环电阻多 1 条数据环 阻值精度较高 误差在 2 以下 举例 四环电阻 橙白银金 表示 39 10 的 2 次方为 0 39 允许偏差是 5 五环电阻 棕绿红金红表示 152 10 的 1 次方为 15 2 允许偏差是 2 4 三位数码标志法 用三位数码表示贴片电阻的阻值 其中前两位表示前两位有效数字 第三位表示应乘 以的倍率即把前两位数乘以 10 的几次方 阻值小于 100 时直接用两位数标志 读出单位 都是 1000 时应化为 K 1000K 时应化为 M 举例 101 不是 101 而是 10 乘以 10 的 1 次方等于 100 103 不是 103 而是 10 乘以 10 的 3 次方等于 10K 105 不是 105 而是 1M 56 表示 56 等等 1 1 4 电阻的型号及命名电阻的型号及命名 根据国标 GB2470 81 电阻的型号由主称 R 材料 分类 序号和区别 其命名 方法如图 1 1 所示 表 1 3 电阻器的命名符号及意义 第一部分 主称第二部分 材料第三部分 特征分类 意 义 符号 意义 符号 意义符号 电阻器电位器 第四部分 R W RP 电阻器 电位器 T H S N J Y C I P U X M G 碳膜 合成膜 有机实心 无机实心 金属膜 氧化膜 沉积膜 玻璃釉膜 硼碳膜 硅碳膜 线绕 压敏 光敏 1 2 3 4 5 7 8 9 G T W D 普通 普通 超高频 高阻 高温 精密 高压 特殊 高功率 可调 普通 普通 精密 特殊 微调 多圈 对主称 材 料特征相同 仅尺寸 性 能指标略有 差别 但基 本上不影响 互换的产品 给予同一序 号 如尺寸 性能指标的 差别明显影 响互换时 则在序号后 面用大写字 母作为区别 代号予以区 别 区分代号 大写字母 序号 数字 分类 一般用数字 个别用字母 材料 字母 主称 大写字母 图 1 1 R 热敏 B C P W Z 温度补偿用 温度测量用 旁热式 稳压式 正温度系数 例如 精密金属膜电阻器的型号为 RJ71 设计中电阻器的书写格式为 RT1 0 25W 470 10 式中 RT1 普通碳膜电阻 0 25W 功率 470 阻值 10 阻值的误差 国外电阻器型号标志方法见表 1 1 2 表 1 4 国外电阻器型号标志方法 第一部分 主称 第二部分 材料第三部分 包装及引线第四部分 类型 符号意义符号意义数字意义符号意义 D碳膜Y一般型 适用 RD RS RK C碳质 05 非金属套 引线 方向相反 与轴 平行 GF一般型 适用 RC S金属氧化物J一般型 适用 RW W线绕 08 无包装 引线方 向相反 与轴平 行 S绝缘型 K金属化H高频型 B精密线绕 13 无包装 引线方 向相反 与轴垂 直 P耐脉冲型 N金属膜N耐温型 R 电 阻 器 14 非金属外包装 引线方向相同 与轴平行 NL低噪声型 16 非金属套 引线 方向相同 与轴 垂直 21 非金属套 片状 引出方向相同 与轴平行 23 非金属套 片状 引出方向相同 与轴垂直 24 无包装 片状引 出方向相同 与 轴垂直 26 非金属外包装 片状引出方向相 同 与轴垂直 第五部分 功率 W 第六部分 标称阻值第七部分 阻值允 许偏差 符号意义 2B 2E 2H 3A 3D 0 125 0 25 0 5 1 2 1 阻值 10 时 用数字和字母 R 表 示 第一位数表示阻值的个位数 R 表示 小数点 R 右面的数表示阻值的小数值 2 阻值 10 时 用 1 个三位数表 示阻值 其中第一 二位是有效数字 第 三位是被乘数的 10 次幂 见表 1 6 1 1 5 电阻器的参数及表示方法电阻器的参数及表示方法 电阻器的相关参数包括 标称电阻值 允许偏差 标称功率 最大工作电压 温度系 数 噪声等 首先标称电阻值是指标注于电阻体上的电阻值 为了大批便于工厂批量生产电阻 国标 GB2471 81 中规定了电阻器的电阻值 电阻器的标称阻值应符合表 1 5 所列数值 或表列 数值再乘以 10n 其中 n 为非 0 整数 表 1 5 电阻器的标称阻值系列 E24 允许偏差 5 E12 允许偏差 10 E6 允许偏差 20 E24 允许偏差 5 E12 允许偏差 10 E6 允许偏差 20 1 0 1 1 1 2 1 0 1 2 1 03 3 3 6 3 9 3 3 3 9 3 3 1 3 1 5 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 7 3 0 1 5 1 8 2 2 2 7 1 5 2 2 4 3 4 7 5 1 5 6 6 2 6 8 7 5 8 2 9 1 4 7 5 6 6 8 8 2 4 7 6 8 其次 允许偏差 因为批量生产工艺的原因 所以每个电阻器的实际电阻值不一定正 好等于其标称值 允许有一定的偏差 称该偏差为允许偏差 100 Rm Rm R 式中 R 实际阻值 Rm 标称阻值 固定电阻器的允许偏差及文字符号见表 1 6 表 1 6 固定电阻器的允许偏差及文字符号 允许偏差文字符号允许偏差文字符号 0 001 Y 0 1 B 0 002 X 0 25 C 0 005 E 0 5 D 0 01 L 1 F 0 02 P 2 G 0 05 W 5 J 20 M 10 K 30 N 然后 标称功率 电阻体内有电流流过时要发热 温度太高容易烧毁 根据电阻器的 材料和尺寸对电阻的功率消耗要有一定的限制 保证其安全工作的功率值是电阻器饿标称 功率 工业上大量生产的电阻器 为了达到既满足使用者对规格的各种要求 又能使规格 品种简化到最低的程度 除了少数特殊的电阻器之外 一般都是按标准化的额定功率系列 生产的 电阻器的功率系列见表 1 7 表 1 7 电阻器的功率系列 名称额定功率 W 实心电阻器 0 250 5125 线绕电阻器0 5 12 610 1525 3550 75100 150 薄膜电阻器0 025 0 05 0 125 0 25 0 5 12 510 2550 100 对于同一类电阻器 器额定功率的大小取决于它的几何尺寸和表面积 常见几种电阻 器的额定功率与几何关系见表 1 8 表 1 8 电阻器的额定功率与几何尺寸关系 金属膜电阻氧化膜电阻碳膜电阻沉积膜电阻 长直径长直径长直径长直径 0 62582 5 0 12572 272 2122 582 6 0 2582 682 6154 510 84 2 0 510 84 210 84 2254 5 1136 613 6 6 286 218 58 618 58 6468 最后 一起介绍最大工作电压 温度系数 噪声 电阻器在不发生电击穿 放电等有 害现象时 其两端所允许加的最大电压 称为最大工作电压 Um 由标称功率和标称阻值 当电阻两端所加电压 Up低于 Um时 电阻正常工作 但若高于 Um 电阻将被击穿 是电 阻受到破坏 对于高阻值非线绕电阻器 更要特别注意这一指标 温度的变化同样会引起 电阻值的变化 温度系数是指温度每变化 1 引起电阻值的变化量与标准温度下 一般指 25 的电阻值之比 单位为 1 或写成 ppm 电阻器的噪声是产生于电阻中的一种 不规则的电压起伏 它主要包括导体中电子的不规则热运动引起的热噪声和流过电阻器电 流的起伏所引起的电流噪声 1 1 6 电阻在回路中的作用电阻在回路中的作用 电阻在回路中的作用有四种 分流 分压 限流 降压 W 几 何 尺 寸 mm 额 定 功 率 分流 当电阻处与并列状态时起到的分流作用 分压 当电阻处与串连状态时起到的分压作用 限流 当电阻作用与供电线路的前端 利用其自身的通断来控制整个线路上的通断称 其为限流 降压 当电阻处于串联状态时 单独看电阻与电阻之间的吴条 则其中一个对另一个 起到降压作用 电阻损坏情况 表现为明显的断路 2 1 电容电容 2 1 1 电容定义电容定义 电容是电容器的简称 是最常见的电子元器件之一 其字母符号为 C 顾名思义 电 容器就是 储存电荷的容器 故电容器具有储存一定电荷的能力 它的基本构造是由两个 相互靠近的金属电极板 中间夹一层电介质构成的 在两个极板上加上电压 电极板上就 可以储存电荷 两极板所储存的电荷数量相同 极性相反 储存的电荷还可以通过外电路 向外释放 即电容器是充 放电荷的电子元件 而电容量的大小 取决于电容器的极板面 积 极板间距及电介质常数 d S C 电容器储存电荷量的多少 取决于电容器两端所加电压 储电量在数值上等于加在导 电极板上的电压与电容的乘积 即 Q CU Q 一个极板上的电荷 单位为库仑 C U 两极板间的电位差 单位为伏特 V C 电容量 单位法拉 F S 极板面积 单位为平方米 m2 d 两极板间距 单位为米 m 电介质常数 单位为法 米 F m 1F 106 F 109 nF 1012 pF 由上式看出 当电容器电容量一定时 两极板所加电压越高 储存的电荷越多 2 1 2 电容器的主要作用电容器的主要作用 储存电荷 隔直流 耦合交流信号 1 并联于电源两端用作滤波 2 并联于电阻两端旁路交流信号 3 串联于电路中 隔断直流通路 耦合交流信号 4 与其它元件配合 组成谐振回路 产生锯齿波 定时等 极性电容器可变电容器 2 1 3 电容器符号电容器符号 一般电容器 2 1 4 电容器的分类及型号电容器的分类及型号 1 分类 分类 电容器种类繁多 有按介质分的 也有按容量是否可变分的 1 按介质材料分类 a 有机介质 复合介质 纸介质 塑料介质 涤纶 聚苯乙烯 聚丙烯 聚碳酸酯 聚四氟乙烯 薄膜复合 b 无机介质 云母电容器 玻璃釉电容器 圆片状 管状 矩形 片状电容器 穿心 电容器 陶瓷 独石 电容器 c 气体介质 空气电容 真空电容 充气电容 d 电解质 普通铝电解 钽电解 铌电解 2 按容量是否可调分类 a 固定电容器 b 可变电容器 空气介质 塑膜介质 c 微调电容器 陶瓷介质 空气介质 塑膜介质 电容器的类别 特点及用途见表 2 1 所示 表 2 1 电容器的类别 特点及用途 同轴双联电容器微调电容器 图 2 1 电容器符 号 类别名称特点及用途 纸介及密封纸介电容器 筒形或管形 体积小 容量大 电感量及 损耗大 介质易老化 用于 低频电路 小型及密封型金属化纸介电 容 器 立式或卧式 体积小 容量大 受高压冲 击后当电压恢复正常时 电 容器仍能工作 纸介电容器 油浸密封金属化纸介电容器 立式矩形 容量大 耐压高 漏电量小 用于要求高的场合 云母电容器云母电容器 包括密封型 体积小 稳定性好 耐压高 漏电及损耗均小 但容量不 大 宜用于高频电路 低压及小型瓷介电容器体积小 绝缘电阻高 损耗 小 稳定性高 容量小 可 用于高频电路 温度系数有 正有负 可用于温度补偿 微调瓷介电容器电容量可以调节 可用于高 频电路作微调 瓷介电容器 圆片铁电瓷介电容器体积小 容量大 温度系数 大 不稳定 可作旁路用 玻璃釉电容器玻璃釉电容器 包括小型 体积小 能在 200 250 高 温下工作 抗潮性好 薄膜电容器聚苯乙烯 聚丙烯及涤纶电 容器等 电气性能好 在很宽的频率 范围内性能稳定 介质损耗 小 但温度系数大 电解电容器电解电容器 包括密封型 小 型及纸壳电解电容器等 容量大 正负极不能接错 绝缘电阻小 漏电及损耗大 宜用于电源滤波及音频旁路 2 型号命名及标注方法 型号命名及标注方法 1 普通圆形 7 无极性 用字母表示介质材料 A 钽电解 B 聚苯乙烯 C 高频陶瓷 D 铝电解 E 其它材料电解等 用数字表示产品的序号 用数字或字母表示外形结构特征 主称 用C表电容 第一部分字母含义 主称 C 第二部分字母含义 A 钽电解 B BB BF 聚苯乙烯等非极性薄膜 常在 B 后再加一字母区分具体材料 C 高频陶瓷 D 铝电解 普通电解 E 其它材料电解 G 合金电解 H 纸膜复合 I 玻璃釉 J 金属化纸介 L L S 等 聚酯类有机薄膜 常在 L 后再加一字母区分具体材料 N 铌电解 O 玻璃膜 Q 漆膜 S 聚碳酸酯 T 低频陶瓷 V X 云母纸 Y 云母 Z 纸介 第三部分数字 字母 含义 数字或字母瓷介电容云母电容有机电容电解电容 1圆形非密封非密封箔式 2管形非密封非密封箔式 3叠形密封密封烧结粉 非固体 4独石密封密封烧结粉 固体 5穿心穿心 6支柱形等 7无极性 8高压高压高压 9特殊特殊 G高功率 T叠片式 W微调电容 表 2 2 例如 CC23 从左到右依次是电容 高频陶瓷 管形 产品序号 图 2 2 电容命名方法 2 1 5 电容器的标称电容量电容器的标称电容量 标称电容量是生产厂家在电容器上标注的电容量 电容量标注方式有直标法 文字符 号法 数字标志法和色标法等 1 直标法直标法 直接用数字和单位符号在电容器表面标出额定电压 标称电容量及允许误差 例如 100V 200p 10 其中单位符号 F 被省略了 2 文字符号法 文字符号法 用数字和文字符号的组合来表示标称电容量 其文字符号用以表示电容量 的单位 有 p pF n nF F m mF F F 等五种 文字符号前的数字表示电容量的整 数部分 符号后的数字表示电容量的小数部分 例如 33p2 表示 33 2pF 1n0 表示 1nF 3 32 表示 3 32 F 等 3 数字标志法 数字标志法 体积很小的电容器可以用数字标志其标称电容量 一般用三位数字标志 前二位数字表示电容量的第一位和第二位数字 第三位数字表示后面附加零的个数 电容 量的单位一律为 pF 例如标志数字为 472 则表示标称电容量为 4700pF 但第三位数字 为 9 时 表示 10 1 4 色标法 色标法 用不同颜色的色带或色点在电容器表面标出标称电容量 允许误差 色标法表 示的电容量单位为 pF 同电阻的色标法 2 1 6 电容器的主要参数电容器的主要参数 1 耐压 耐压 耐压是指电容器在电路中长期有效地工作而不被击穿所能承受的最大直流电压 对于 结构 介质 容量相同的器件 耐压越高 体积越大 在交流电压中 电容器的耐压值应 大于电压的峰值 否则 电容器可能被击穿 耐压的大小与介质材料有关 加在一个电容 器的两端的电压超过了它的额定电压 电容器就会被击穿损坏 一般电解电容的耐压分挡 为 6 3V IOV 16V 25V 50V 等 电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值 在滤波电路中 电容的耐压值 不要小于交流有效值的 1 42 倍 使用电解电容的时候 还要注意正负极不要接反 2 容量与误差 容量与误差 实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围就是误差 误差一般分为 3 级 I 级 5 II 级 10 IlJ 级 20 在有些情况下 还有 0 级 误差为 2 精密电容 器的允许误差较小 而电解电容器的误差较大 它们采用不同的误差等级 3 温度系数 温度系数 温度系数是在一定温度范围内 温度每变化 1 电容量的相对变化值 温度系数越 小越好 4 绝缘电阻 绝缘电阻 绝缘电阻用来表明漏电大小 一般小容量的电容 绝缘电阻很大 在几百兆欧姆或几 千兆欧姆 电解电容的绝缘电阻一般较小 相对而言 绝缘电阻越大越好 漏电也小 5 损耗 损耗 在电场的作用下 电容器在单位时间内发热而消耗的能量 这些损耗主要来自介质 损耗和金属损耗 通常用损耗角正切值 t 来表示 在理想情况下 交流信号流过电容器时电流将超前 90 但实际上由于任何电容器都 存在一定的损耗 此时的电容器可等效于一个理想电容器 C 和一个损耗电阻 R 串联而成 由于损耗电阻 R 的存在 使得交流信号流过电容器时的电流相位将小于 90 这种由于损 耗电阻 R 的存在而使电流相位比理想电容器电流相位滞后的角度就被称为损耗角 上面的 R 在有的书中也称电容器的等效串联电阻 该等效电阻的数值越小 电容的质量越好 损耗电阻 R 的高低 与电容器的容量 电压 频率及温度都有关系 当额定电压固定 时 容量愈大损耗电阻 R 愈低 有人习惯将多个小电容并接成一个大电容以降低内部等效 阻抗 按照理论这是可行的 但若考虑电容接脚焊点的阻抗 不见得一定会有收获 通常情况下 用电容器的损耗角正切值来表示电容器对传导的能量的损耗大小 又分 为介质损耗和金属损耗两类 金属损耗包括电容器的金属极板和引线端之间的接触电阻所引起的损耗 由于不同的 金属材料电阻率不同 金属损耗 t 随着频率及温度的增高而增大的程度也不尽相同 一般 来说 电容器工作在高频电路中时 金属损耗所占的比例约为整个损耗的 80 介质损耗包括介质的漏电流所引起的电导损耗 介质的极化所引起的极化损耗及电离 损耗 即介质与极板之间在电离作用下引起的能量损耗 6 频率特性 频率特性 在高频条件下工作的电容器 由于介电常数在高频时比低频时小 电容量也相应减小 损耗也随频率的升高而增加 另外 在高频工作时 电容器的分布参数 如极片电阻 引 线和极片间的电阻 极片的自身电感 引线电感等 都会影响电容器的性能 所有这些 使得电容器的使用频率受到限制 电容器频率特性是指电容器工作在交流电路 尤其在高频电路中 时 其电容量等参数 将随着频率的变化而变化的特性 电容器在高频电路工作时 构成电容器材料的介电常数 将随着工作电路频率的升高而减小 电容器的电容量也将随着工作电路频率的升高而减小 此时的电损耗也将增加 部分常用电容的最高工作频率见表 10 不同电路应该选用不同种类的电容器 揩振回路可以选用云母 高频陶瓷电容 隔直 流电路可以选用纸介 涤纶 云母 电解 陶瓷等电容 滤波电路可以选用电解电容 旁 路电路可以选用涤纶 纸介 陶瓷 电解等电容 电容在装入电路前要检查它有没有短路 断路和漏电等现象 并且核对它的电容值 安装的时候 要使电容的类别 容量 耐压等标示符号放置在容易看到的位置 以便核实 7 电容器的简单测试方法电容器的简单测试方法 通常可以用普通万用表大致地判断电容器质量的优劣 例如测试电解电容器的具体方 法是选用 R 1k 或 R 100 挡 黑测试棒接电容器正极 红测试棒接电容器负极 若表针 摆动大 且慢慢返回到接近 则说明该电容器正常 且电容量较大 若表针摆动大 且 慢慢返回时不到 处 说明电容器漏电电流大 且指针示数即为被测电容的漏电阻阻值 铝电解电容器的漏电阻应超过 200k 才可使用 若指针摆动很大 接近 0 且不返回 说 明电容已击穿 不能使用 若表针不摆动 说明该电容已断路失效 当测量精度要求较高 时 可以用交流电桥和谐振法等测量 3 1 电感电感 3 1 1 电感的定义电感的定义 电感是导线内通过交流电流时 在导线的内部及其周围产生交变磁通 导 线的磁通量与生产此磁通的电流之比 即 L 其中 自感磁通量 单位为 Wb V s I 流过导体的电流 单位为 A L 自感系数 单位为 H s 当电感中通过直流电流时 其周围只呈现固定的磁力线 不随时间而变化 可是当在线圈中通过交流电流时 其周围将呈现出随时间而变化的磁力线 根 据法拉弟电磁感应定律 磁生电来分析 变化的磁力线在线圈两端会产生感 应电势 此感应电势相当于一个 新电源 当形成闭合回路时 此感应电势就 要产生感应电流 由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止原 来磁力线的变化的 由于原来磁力线变化来源于外加交变电源的变化 故从客 观效果看 电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性 电感线圈有与力学中 的惯性相类似的特性 在电学上取名为 自感应 通常在拉开闸刀开关或接通 闸刀开关的瞬间 会发生火花 这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的 总之 当电感线圈接到交流电源上时 线圈内部的磁力线将随电流的交变 而时刻在变化着 致使线圈不断产生电磁感应 这种因线圈本身电流的变化而 产生的电动势 称为 自感电动势 由此可见 电感量只是一个与线圈的圈数 大小形状和介质有关的一个参 量 它是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关 另外 当 1 个线圈中的电流变化时 它所产生的通过邻近线圈回路的磁通量也发生变 化 从而在邻近线圈中产生感应电动势 这种现象叫互感应现象 互感应的大小常用互感系数来表示 在两个有磁交链的线圈中 互感磁通量与产生此 磁通量的电流的比值 即为互感系数 简称互感 用 M 表示 2 21 1 12 M 其中 12 线圈 L1通电流时 在 L2中穿过的磁通量 单位 韦伯 Wb 21 线圈 L2通电流时 在 L1中穿过的磁通量 I1 I2 分别为流过 L1 L2的电流 M 互感系数 单位为 H 亨利 在电子元件中 电感通常分为两类 一类是应用自感作用的线圈 另一类是应用互感 作用的变压器 我们将分别予以介绍 3 1 2 电感器符号电感器符号 可调电感器 带抽头电感器 磁芯微调电感器 电感器 带铁 磁 芯电感器 非铁磁芯电感器 铁芯变压器 绕组间有屏蔽的变压器 带屏蔽变压器 图 3 1 电感常见符号 3 1 3 电感的分类电感的分类 按电感形式分类 固定电感 可变电感 按导磁体性质分类 空芯线圈 铁氧体线圈 铁芯线圈 铜芯线圈 按工作性质分类 天线线圈 振荡线圈 扼流线圈 陷波线圈 偏转线圈 按绕线结构分类 单层线圈 多层线圈 蜂房式线圈 按工作频率分类 高频线圈 低频线圈 按结构特点分类 磁芯线圈 可变电感线圈 色码电感线圈 无磁芯线圈等 3 1 4 型号与命名型号与命名 误差 标称电感量 电流组别 区别代号 型式 特性 主称 用 L 表示线圈 LZ 表示阻流圈 图 3 2 命名方法 特性 一般用 G 表高频 低频一般不标 型式 用字母或数字表示 X 小型 1 轴向引线 卧式 2 同向引线 立式 区别代号 用字母表示 一般不标 电流组别 用字母表示 A 50mA B 150mA C 300mA D 700mA E 1600mA 标称电感量 符合 E 系列 直接用文字标注或数码标出 用数码时单位为 H 误差 用字母表示 如 LG1 B 47 H 10 高频卧式电感 额定电流 150mA 47 H 误差 10 3 1 5 电感器主要参数电感器主要参数 1 电感量 L 与精度 电感量是表示线圈本身固有特性 是电感器通过变化电流时产生感应电动势的能力 其大小由电感线圈的匝数 N 直径 D 长度 L 和磁介质的磁导率 来决定 当线圈的长度 L 远大于直径 D 时 或线圈是环状时 电感量为 L N2V 它的单位是 H mH H 它们 的换算关系 1H 1000mH 1mH 1000 H 电感量的精度 即实际电感量与要求电感量的误 差 对它的要求视用途而定 对振荡线圈一般要求为正负 0 2 0 5 对耦合线圈和扼流圈一 般要求为正负 10 15 2 感抗 XL 电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗 XL 单位 它与电感量 L 和交流电频 率 F 的关系 XL 2 FL 2 F 工作角频 工作频率 3 品质因数 Q 品质因数是表示线圈质量的一个物理量 Q 为感抗与其等效的电阻的比 Q XL R XL 2 FL Q L R 品质因数愈高 回路的损耗愈小 线圈的 Q 值与导线的直流电阻 骨架的介质损耗 屏蔽罩或铁芯引起的损耗 高频趋肤效应的影响等因素有关 趋肤效应 在交流电路中 随着频率的增加 在导线截面上的电流分布越来越向导线表面集中 这样 使导线的有效截面减小了 从而使它的等效电阻增加 为了提高线圈的品质因数 可采用 镀银铜线 以减小高频电阻 用多股的绝缘线代替具有同样总截面的单股线 以减小趋肤效 应 采用介质损耗小的高频磁芯为骨架 以减小介质损耗 采用磁芯虽然增加了损耗 但 可减小线圈匝数 从而减小直流电阻 4 分布电容 线圈的匝与匝之间 层与层之间 线圈与屏蔽罩之间 线圈与底版之间存在的电容称分布 电容 分布电容的存在使线圈 Q 值减小 稳定性变差 因而分布电容越小越好 为了保证 线圈有效电感量稳定 使用电感线圈时 都使其工作频率低于线圈的固有频率 为了减小 线圈的分布电容 可减小线圈骨架的直径 用细导线绕制线圈 或采用间绕法 蜂房式绕 法 5 线圈的稳定性 电感量相对于温度的稳定性 用电感温度系数 L表示 对于经过温度循环变化后 电感 量不再能恢复到原来的这种不可逆变化 用电感的不稳定温度系数表示 温度系数对电感 量的影响 主要是因为导线受热膨胀 使线圈产生几何变形引起的 减少这一影响的方法 可采用热绕法 绕制时将导线加热 冷却后导线收缩 以保证导线紧紧贴在骨架上 温度 增加时 线圈的固有电容和漏电损耗增加 也会降低线圈的稳定性 改进的方法是 将线 圈用防潮物质浸渍或用环氧树脂密封 浸渍后由于浸渍材料的介电常数比空气大 其线匝 的分布电容增大 同时 还引入介质损耗 影响 Q 值 6 磁场辐射的影响 电感线圈有立式与卧式两种卧式电感线圈引线从两端引出 装在线路板上多是横卧着 立 式电感器引线从一端引出 装在线路板上都是立着的 它们的绕线都在 工 型或 王 型磁 芯上 甚至绕在很薄的 工 形的磁芯上 其磁场辐射对邻部件影响较小 相对立式电感器 与卧式电感器装机面积占有少 由于它的磁场在空间 不易受到其它介质的影响 因而更 较有有效导磁系数高 磁场辐射小的特点 7 直流叠加特性 固定电感器的直流叠加特性 行线性线圈的直流叠加特性 图 3 3 直流叠加特性曲线 3 1 6 线圈的结构与常用磁芯线圈的结构与常用磁芯 线圈通常由骨架 绕组 磁芯 屏蔽罩等组成 除线圈绕组外其余部分根据使用场合 各不相同 图 3 4 是几种常见电感线圈的结构 收音机中振荡线圈 中频变压器即采用图 3 4 a 的结构其金属屏蔽罩在电路中接地可起到隔离作用 图 3 5 是几种常用的线圈磁 芯 d 带磁芯的线圈 屏蔽罩 支架 焊脚 磁帽 磁芯 绕组 支座 a 小型振荡线 圈 b 带磁环的线圈 c 不带磁芯的线圈 骨架 绕组 磁芯 绕组 骨架 绕组 e 空心线圈 图3 4 电感器结构 环行磁芯 螺纹磁芯 罐形磁芯 E形磁芯 圆形磁棒 图3 5 几种常用磁芯 3 1 7 变压器变压器 将两个线圈靠近放在一起 当一个线圈线中的电流变化时 穿过另一线圈的磁通会发 生相应的变化 从而使该线圈中出现感应电势 这就是互感现象 变压器就是根据互感原 理制成的 在电路中起电压变换和阻抗变换的作用 一 分类与型号命名 1 分类 1 按用途分 电源变压器 隔离变压器 调压器 输入 输出变压器 音频变压器 中频变压器 高频变压器 脉冲变压器 2 按导磁材料分 硅钢片变压器 低频磁芯变压器 高频磁芯变压器 3 按铁芯形状分 E 型变压器 C 型变压器型 R 变压器 O 型变压器 2 型号命名 1 中频变压器 由于生产厂家不同 标志方法也不相同 下边以国产常见型号为例 主称 材料 分类 用数字表示外形尺寸 示外形尺寸 用数字表示位置 图 3 6 变压器命名 中频变压器一般由三部分组成 第一部分 T 表示中频变压器 L 线圈或震荡线圈 第二部分 铁芯材料 T 表磁性磁芯 第三部分 分类 F 调幅中波 S 短波 第四部分 用数字表外形尺寸 1 7 7 12mm 2 10 10 14mm 3 12 12 16mm 4 20 25 36mm 第五部分 用数字表示用于第几级中放 如 TTF 2 3 为调幅收音机用的磁芯中频变压器 外形尺寸为 10 10 14mm 用于第三级 2 其它变压器 一般有三部分组成 第一部分为主称 用途 用一或二个字母组成 第二部分表功率 单位为 VA 或 W 第三部分是序号 主称部分 是按用途区分的 DB 表电源变压器 CB 音频输出变压器 RB 音频输 入变压器 GB 高压变压器 等 如 DB 60 2 为 60 伏安电源变压器 二 变压器主要特征参数 1 变压比 或变阻比 变压比是变压器初级电压 阻抗 与次级电压 阻抗 的比值 通常直接标出 如 220V 10V 变阻比则以比值表示如 3 1 表示初 次级阻抗比为 3 1 其变换关系为 2 1 2 1 N N U U 2 2 1 2 1 U U Z Z 2 额定功率 额定功率是变压器在指定频率和电压下能长期连续工作 而不超过规定温升的输出功 率 一般用伏安 瓦或千瓦表示 3 效率 效率是输出功率与输入功率之比 与变压器的设计 工艺 制造 材料及功率大小有 关 通常 20W 以下效率为 70 80 100W 以上效率可达 95 以上 4 空载电流 变压器次级空载时 流过初级线圈的电流 叫空载电流 一般不超过额定电流的 10 设计良好的可小于 5 空载电流越大 损失越大 效率越低 5 绝缘电阻和抗电强度 变压器线圈之间 线圈与铁芯之间的电阻叫绝缘电阻 抗电强度是指在规定时间内 一般为 1 分钟 相互绝缘的两部分在加上一定电压时 不能被击穿 是变压器安全的重 要参数 一般要求电源变压器的绝缘电阻不小于 500M 抗电强度大于 2000V 三 变压器的用途 变压器在电路中电压变换 电流变换 传递功率 阻抗匹配 或阻抗变换等用途 下面只简单介绍电压变换及阻抗匹配 1 电压变换 通常我们把接电源的线圈称作初级线圈或原边线圈 把在互感作用下产生感应电势的线圈 称队作次级线圈或副边线圈 一个变压器一般只有一个初级线圈 但次级线圈可有一个或 多个 左图初 次级线圈均为一个 N1 为初级线圈匝数 N2 为次级线圈匝数 RL 为负载 U1 为初级线圈交流电压 U2 为次级线圈产生的感应电压 那么 由此可见 次级电压与初 级线圈匝数成反比关系 即 N1 N2 时 U2 U1 这是一个降压变压器 当 N1 N2 时 U2 U1 这是一个升压变压器 若变压器有多个次级线圈 则每个次级线圈与初级线圈的 匝数比均可能不同 所以一个变压器可以同时存在升压和降压的可能 2 阻抗匹配 在电子线路的信号源和负载阻抗不匹配时 需用匹配元件或电路插在两者之间以实现阻抗 匹配 变压器的阻抗变换功能便在此发挥作用 如左图所示 变压器的次级线圈负载为 RL 次级线圈的等效负载阻抗即从变压器 A B 端看进去的等效阻抗为 RL 等效阻抗 RL 与变压比 负载的关系为 RL n2 RL 五 电感在电路中的应用 电感在电路最常见的功能就是与电容一起 组成 LC 滤波电路 我们已经知道 电容 具有 阻直流 通交流 的本领 而电感则有 通直流 阻交流 的功能 如果把伴有许多干扰 信号的直流电通过 LC 滤波电路 如图 那么 交流干扰信号将被电容变成热能消耗掉 变得比较纯净的直流电流通过电感时 其中的交流干扰信号也被变成磁感和热能 频率较 高的最容易被电感阻抗 这就可以抑制较高频率的干扰信号 LC 滤波电路 在线路板电源部分的电感一般是由线径非常粗的漆包线环绕在涂有各种颜色的圆形磁 芯上 而且附近一般有几个高大的滤波铝电解电容 这二者组成的就是上述的 LC 滤波电 路 另外 线路板还大量采用 蛇行线 贴片钽电容 来组成 LC 电路 因为蛇行线在电路板 上来回折行 也可以看作一个小电感 图 3 7 LC 滤波电路 4 1 二极管二极管 要真正认识二极管 必须先了解什么是半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物 质 称为半导体 例如 锗 Ge 32 硅 Si 14 硒 Se 34 及金属的氧化物 硅或锗等半导 体材料被制成单晶时 其原子排列就变成非常整齐的晶体结构 这种纯单晶半导体称为本 征半导体 本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子 但由于数量极少 导电能力仍 然很低 如果在本征半导体中掺入微量的杂质 其导电能力将大大地提高 由于掺入的杂 质不同 这种掺杂半导体可分为 N 型和 P 型半导体两大类 一类是在硅或锗的晶体中掺入 少量五价元素 如磷 P 15 半导体中自由电子数远大于空穴数 即自由电子成为 多数 载流子 而空穴成为 少数载流子 也就是说这种杂质半导体以自由电子导电为主 所 以称为 N 型 电子型 半导体 另一类是在硅或锗的晶体中掺入少量的三价元素 如硼 B 5 半导体中空穴数远大于电子数 即空穴成为 多数载流子 而电子成为 少数载 流子 也就是说这种杂质半导体以空穴导电为主 所以称为 P 型 空穴型 半导体 在 一块完整的晶片上 用不同的掺杂工艺使晶体的一边形成 P 型半导体 另一边形成 N 型半 导体 那么在两者的交界处就会形成 PN 结 PN 结是构成二极管 三极管 场效应管等半 导体器件的基础 当 PN 结两端加正向电压 即 P 侧接电源的正极 N 侧接电源的负极 此时 PN 结呈现的电阻很低 正向电流大 PN 结处于导通状态 当 PN 结两端加反向电 压 即 P 侧接电源的负极 N 侧接电源的正极 此时 PN 结呈现很高的电阻 反向电流微 弱 PN 结处于截止状态 这就是 PN 结的单向导电性 二极管是由一个 PN 结 加上引线 接触电极和管壳而构成 下面我们就各种二极管 进行简单的介绍 4 1 1 二极管定义二极管定义 二极管是一种单向导电性元件 在正向电压的作用下 导通电阻很小 反向电压作用 通电阻极大或无穷大 因此常用作整流 隔离 稳压 极性保护 编码控制 调频调制和 静噪等 二极管的符号是 CR 或 D 其电路符号如图 4 1 所示 图 4 1 常见二极管电路符号 4 1 2 二极管的工作原理二极管的工作原理 晶体二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的 p n 结 在其界面处两侧形成空 间电荷层 并建有自建电场 当不存在外加电压时 由于 p n 结两边载流子浓度差引起的 扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态 当外界有正向电压偏置时 外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流 当外界有 反向电压偏置时 外界电场和自建电场进一步加强 形成在一定反向电压范围内与反向偏 置电压值无关的反向饱和电流 I0 当外加的反向电压高到一定程度时 p n 结空间电荷层中 的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程 产生大量电子空穴对 产生了数值很大的 反向击穿电流 称为二极管的击穿现象 4 1 3 二极管的分类二极管的分类 一 根据构造分类 半导体二极管主要是依靠 PN 结而工作的 与 PN 结不可分割的点接触型和肖特基型 也被列入一般的二极管的范围内 包括这两种型号在内 根据 PN 结构造面的特点 把晶 体二极管分类如下 1 点接触型二极管 点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后 再通过电流法而形成 的 因此 其 PN 结的静电容量小 适用于高频电路 但是 与面结型相比较 点接触型 二极管正向特性和反向特性都差 因此 不能使用于大电流和整流 因为构造简单 所以 价格便宜 对于小信号的检波 整流 调制 混频和限幅等一般用途而言 它是应用范围 较广的类型 2 键型二极管 键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的 其特性介于点接触型二 极管和合金型二极管之间 与点接触型相比较 虽然键型二极管的 PN 结电容量稍有增加 但正向特性特别优良 多作开关用 有时也被应用于检波和电源整流 不大于 50mA 在 键型二极管中 熔接金丝的二极管有时被称金键型 熔接银丝的二极管有时被称为银键型 3 合金型二极管 在 N 型锗或硅的单晶片上 通过合金铟 铝等金属的方法制作 PN 结而形成的 正向 电压降小 适于大电流整流 因其 PN 结反向时静电容量大 所以不适于高频检波和高频 整流 4 扩散型二极管 在高温的 P 型杂质气体中 加热 N 型锗或硅的单晶片 使单晶片表面的一部变成 P 型 以此法 PN 结 因 PN 结正向电压降小 适用于大电流整流 最近 使用大电流整流器的 主流已由硅合金型转移到硅扩散型 5 台面型二极管 PN 结的制作方法虽然与扩散型相同 但是 只保留 PN 结及其必要的部分 把不必要 的部分用药品腐蚀掉 其剩余的部分便呈现出台面形 因而得名 初期生产的台面型 是 对半导体材料使用扩散法而制成的 因此 又把这种台面型称为扩散台面型 对于这一类 型来说 似乎大电流整流用的产品型号很少 而小电流开关用的产品型号却很多 6 平面型二极管 在半导体单晶片 主要地是 N 型硅单晶片 上 扩散 P 型杂质 利用硅片表面氧化膜 的屏蔽作用 在 N 型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的 PN 结 因此 不需要为 调整 PN 结面积的药品腐蚀作用 由于半导体表面被制作得平整 故而得名 并且 PN 结 合的表面 因被氧化膜覆盖 所以公认为是稳定性好和寿命长的类型 最初 对于被使用 的半导体材料是采用外延法形成的 故又把平面型称为外延平面型 对平面型二极管而言 似乎使用于大电流整流用的型号很少 而作小电流开关用的型号则很多 7 合金扩散型二极管 它是合金型的一种 合金材料是容易被扩散的材料 把难以制作的材料通过巧妙地掺 配杂质 就能与合金一起过扩散 以便在已经形成的 PN 结中获得杂质的恰当的浓度分布 此法适用于制造高灵敏度的变容二极管 8 外延型二极管 用外延面长的过程制造 PN 结而形成的二极管 制造时需要非常高超的技术 因能随 意地控制杂质的不同浓度的分布 故适宜于制造高灵敏度的变容二极管 9 肖特基二极管 基本原理是 在金属 例如铅 和半导体 N 型硅片 的接触面上 用已形成的肖特 基来阻挡反向电压 肖特基与 PN 结的整流作用原理有根本性的差异 其耐压程度只有 40V 左右 其特长是 开关速度非常快 反向恢复时间 trr 特别地短 因此 能制作开关二 极和低压大电流整流二极管 二 根据用途分类 1 检波二极管 就原理而言 从输入信号中取出调制信号是检波 以整流电