电子器件与电路简介

1、 电子器件与电路简介一 常用电子器件组成电子电路（弱电电路）常用的元、器件有多种类型，如电阻（R）、电感（L）、电容（C）、变压器（T）、晶体二极管（D）、晶体三极管（BG）、晶闸管、集成电路等，其中的半导体器件称为电子器件。1 电阻元件（电阻器）简称电阻R 电阻？它表示物质对电流的阻碍作用的大小。导体也有电阻，超导体不存在电阻。电阻器是人们利用不同物质的阻流作用制造的不同结构的电阻器件。 电阻在电路中的作用是限制电流、分压或分流。电阻器的主要参数是标称阻值、额定功率和温度系数。电阻的阻值不是常数。一般情况可把电阻的阻值近似视为常数，因此把电阻作为线性元件对待，但有时也要区分冷态电阻和热态电阻

2、。 作为商品的电阻器的阻值从零点几欧姆到几十兆欧姆，但都是规定的标称值，而不是任意值。有时在测量仪表中会见到非标称值电阻，这种电阻是生产厂家专门生产的非商品。 电阻器的额定功率一般从1/8W到几百W。 电阻器的材料有碳膜、金属膜、复合膜、金属丝等，结构上有膜式和线绕式等。一般电阻器都是指固定阻值的电阻器，可调阻值的电阻器叫做可变电阻或电位器。 电阻器和电位器的电路符号如下： 电阻 R 电位器 1W以下的电阻，多采用柱形膜式结构。这类电阻在柱体上标注参数的方法有两种，1/4W以上的体积较大的电阻，直接标注其型号、阻值和误差等级，1/4W（含）以下的小型电阻，一般都用四色环或五色环标注其阻值和误差

3、等级。小型电阻上不标注额定功率。 色环电阻的最大优点是应用在组件高度密集安装的电路板上，甚至密集到必须竖直安装元件的电路板上，只要有一个观察方向，就可以读出电阻的参数来。而且在安装时不需要考虑其参数的朝向，所以使用很方便。 色环电阻的读法： （1）色环顺序 靠近一端引线的色环为第一环（首环、左环），其余由左向右依次为第二环、第三环、第四环、第五环。 （2）色环的含义有三种：数字，倍率和误差等级。 最后一环表示误差等级，金色为 5%，银色为 10%。 B 四环电阻的第一、第二环表示阻值的前两位数字；五环电阻的第一、第二、第三环表示阻值的前三位数字。色环颜色与数字的对应关系如下： 棕 红 橙 黄

4、绿 蓝 紫 灰 白 黑 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0C 误差环的前一环称为倍率环，即10的幂指数，也就是在前几位数字后面填加零的个数，即： 棕 红 黄 蓝 黑 101 102 104 106 100 0 00 0000 000000 无（填加零的个数）D 色环电阻的阻值单位是电阻的基本单位 （欧姆 ） 2 0 3 00000（） 5 2 0 无（） 2 电容器简称电容C “ 电容”反映物体具有储存电荷的能力。但是一般物体储存电荷的能力较差，甚至象地球这个极大的物体的电容也不是非常大。相对而言，人为制造的特殊结构的电容器，储存电荷的能力较大。 电容器的基本结构，是与两个电极分别连接的两

5、块极板之间用电介质（介电物质，绝缘体）分隔。研究证明，平板电容器的电容量（或称容量）的大小，跟极板面积成正比，与极板间的距离成反比，还与极板间的电介质的性质有关。Q（库仑）U（伏特） (1) 电容器的容量（电容量，简称电容）C、电容器两极之间的电压U与电容器极板上储存的电量Q之间的关系： C（法拉）= 此式说明，电容器的容量C的大小，表示电容器在单位电压下所能储存的电荷量。(2)电容器的分类A按极性分类，可分为无极性和有极性电容器两种。 对于有极性电容器，必须保证加在电容器上的电压与其极性一致；无极性电容器在交、直流电路中都能应用。电解电容都是有极性电容。B按电介质的性质分类，种类很多，无极性

6、电容有云母电容、涤纶电容、陶瓷电容、独石电容；有极性电容有铝氧化膜电容（铝电解电容）、胆氧化膜电容（胆电解电容）。电解电容由于电介质是厚度非常薄的通过电解工艺生成的氧化膜，所以电解电容的电容量比较大，而且电解生成的氧化膜具有极性，因此电解电容有极性，反向应用时很容易击穿电介质。 （3） 电容的主要参数有：额定电压（耐压值）和电容量。 A额定电压是一个极限参数，应用时要留有一定余量。 B 电容的基本单位法拉（F）太大，常用以下较小的单位： 毫法拉mF(在电容上标注时简化为m) 微法拉F（简化为） 毫微法拉mF(nF简化为n) 微微法拉F（pF简化为p） 在体积很小、容量很小的电容器上标注电容量时

7、的特殊方法：省掉单位，默认为最小单位p;数值的标注采用特殊的三位数字表示，前两位是有效数字，后一位表示10的幂指数作为倍率（即最后位表示填加零的个数）。例如： 103表示电容量10000P, 334表示 330000P（330n或0.33） 电容能够把电源的能量转换为电容两块极板之间的电场能量储存起来，故称为储能元件。 C 电容器的电路符号 固定电容 C电解电容可变电容 （4）电容在电路中的作用 A. 在电路处于稳定状态下，电容上的电压已被充满，通过电容的直流电流等于零，电容对于直流相当于断开（隔断），即电容具有隔直流作用。 B. 在直流电路接通电源、电路参数改变时，电路将从初始状态转换到稳定

8、状态，这个过程称为过渡过程，也称站暂态过程。在非常短暂的过渡过程中，通过电容的电流是对电容的充电电流，该电流由最大逐渐变小。直流电路中的非常短暂的过渡过程问题一般都被忽略。但在高速数字电路和电力系统中的过渡过程问题值得考虑。 （5）电容在交流电路中的作用 电容在交流电路中表现出储能元件的作用，时而充电，时而放电。它对电流的阻碍作用称为电容的容抗（Xc = 1/wc）,不仅如此，它还使电流超前电压900 相位角。 无论在直流电路还是在交流电路，电容充放电过程中，都不会有电荷从电容的一个极板穿过不导电的电介质到达另一个极板，即不会有电流实际通过电容。上面所述“通过电容的电流”通交流是电路中一种等效

9、概念。KCREI3.电感器简称电感L 电感 L “ 电感”表示电流产生磁场的能力。它和电容都是储能元件。它把电源的能量转换为磁场能量储存在电感内部，适当的时候还会把磁场能量转换为电源能量还给电源。 任何导电物体都有电感，但是常用的电感器是指电感线圈，因为它是人们专门制造的（非自然物），它的能量转换的能力比较大，即电感量（简称电感）比较大。 L=_（1） 电感的种类有空心电感和铁心电感之分。铁心电感可据铁心材料的不同分为多种。(2) 电感量L 与电流 I和磁通之间的关系:（韦） I（安） L(亨利) = ， 电感的更小单位有（mH, H） 电感具有通直流和隔阻交流的作用。 （3）电感在直流电路中

10、，除了线圈电阻对电流有阻碍作用外，一般可看做通路。 （4）电感在交流电路中的作用，是电感中的电磁感应作用。它对电流的阻碍作用称为感抗Xl = WL,而且会使电流产生滞后电压900相位角。 4.晶体二极管（半导体二极管，简称二极管） 晶体二极管在半导体器件中结构最简单，但是它的基本结构是所有半导体器件的基础，因此有必要深入了解它。二极管除了电极和外壳之外，其内部核心结构称为PN结。 二极管是一个PN结器件，三极管内部有两个PN结，晶闸管有三个PN结。“PN结”？I把一块纯净的单晶半导体加工成一边是P型半导体（以带正电荷载流子“空穴”导电为主），另一边是N型半导体（以带负电荷载流子“电子” 导电为

11、主），这两种不同类型的半导体交界面附近的带状区域就形成一个特殊结构，叫做PN结（也称空间电荷区、或称耗尽层）。PN结的宽度随着加在PN结上电压的极性和大小改变，PN结特性也随之改变。（1）二极管的电路符号 二极管 D（2） 二极管的（主要）特性单向导电性A 正向导通特性二极管外加正向电压时，流过二极管的正向电流较大，二极管表现出较小的正向电阻，二极管处于正向导通状态，即正向导通特性。B 反向截止特性二极管外加反向电压时，流过二极管的反向电流极小，二极管表现出很大的正向电阻，二极管处于反向截止状态，即反向截止特性。（3）二极管的其他特性A 频率特性（电容特性） 结面积大的面接触型二极管，其电容效

12、应较大，只适用于低频工作，能保持较好的单向导电性。电接触型二极管的结面积小，适用于高频工作。B 温度特性（4）二极管的伏安特性正向伏安特性曲线和反向伏安特性曲线：（5）二极管的主要参数 对于整流二极管而言，主要是： A 最大整流电流指允许流过二极管的正向平均电流的极限值。 B 最高反向工作电压（耐压）反向击穿电压的一半。 (6)常用特殊用途的二极管 A 稳压二极管 特殊制造的专门利用反向击穿特性的二极管。 B 发光二极管 正向导通状态发光的二极管。 5.晶体三极管半导体三极管（简称晶体管或三极管）三极管是具有两个PN结的电子器件，但它不是用两个二极管简单拼接而成的。因此它的特性也不是两个二极管

13、特性的组合。三极管具有独特的结构特点和特性。 （1）三极管的结构（示意）三极管的结构有两种类型，一种是PNP型，另一种是NPN型。以NPN型三极管为来分析。如下图：c 集电极c 集电极NP集电结 b基极PNPNPN b基极 发射结 e 发射极e 发射极 两个PN结把整快半导体分成三个区，分别是发射区(N型)、基区(P型)和集电区（N型），各区引出的电极分别称为发射极(e)、基极（b）和集电极（c）。从基区向两侧看，结构上具有对称型性，但是三个区都有具体的结构特点。首先，基区不仅很薄，而且载流子浓度很低；发射区的载流子浓度最大，集电区的载流子较小。 正是由于三极管的上述结构特点 ，三极管的主要特

14、性是 电流放大特性（从本质上讲，是电流控制特性）。 （2） 三极管的电路符号 c c b b e e NPN 型 PNP型 符号图中，箭头方向既区分三极管的结构类型，又表示总电流的方向。 （3） 三极管的放大工作条件和放大状态下各极电流的关系 发射结正向偏置，集电结反向偏置（即e结加正向电压，c结加反向电压）。 对于图示NPN型三极管，Ube 0,Ucb0； 即三个极电位关系是c极电位最高，发射 极电位最低，b极电位稍高于e极（对于硅管，Ube约为0.7V；对于锗管，Ube约为0.3V）对于PNP管，Ube0，Ucb1）。 （1）运算放大器的“虚地端” 问题 由于运算放大器引入深度电压并联负反

15、馈，造成反相输入端信号电压极低，近似为零，反相输入端近似零电位，即该端A被看做“虚地端”。UiRfIfK0AR1I1Ii0R3U0Ri 从闭环输入电阻Ri看“虚地端”A：UAIf 闭环输入电阻Ri = R1 + Ri0/ ( )UA(UAU0)URf = R1 + Ri0/ ( )UAUA(1+K0)URf = R1 + Ri0/ ( ) ) Rf1+K0 = R1 + Ri0/ ( ) R1 式中Ri0 为开环输入电阻，数值很大；括号部分表示反馈电阻Rf折算到反相输入端的等效电阻，因K0很大，该等效电阻近似为零，等效电阻与数值很大的Ri0并联的结果近似为零；这说明A端输入电阻近似为零，UA0

16、，（且因Ri0很大，故Ii00）所以称A端为“虚地端”。 Ii =If +Ii0 If （2）比例反相器RfIfUiU0K0AR1I1R3RfR1U0 RfUA U0 RfUiR1 因 I1 = If ， 所以 = = ，U0 = Ui 输出信号电压U0与输入信号电压成比例并反相。 （3）加法器IfRfK0AR1I1R3U0R2I2Ui1Ui2 U0RfUA U0RfUi1 Ui2R1 R2 I1 + I2 = If ， = Ui2Ui1RfRU0RR2R1若取则 = （ ） 可见，输出信号电压与输入信号电压之和成正比。IfRfRf （4）减法器K0AR1I1R3U0Ui1Ui2Ii2R1Ui

17、1 利用叠加原理， 的输出U01，Ui2的输出U02RfR1RfR1RfR1 U0 = U01 + U02 = Ui1 + Ui2 = （Ui2 Ui1） 由上式可见，输出信号电压与输入信号电压之差成正比。If C （5）积分器U0K0UiI1 R1R2AUiR1 根据“虚地端”概念，I1 = If ，即 = If 1R1CUiR11C1C Uc = UA U0 = U0 = If dt = dt = Ui dt1R1C 所以 U0 = Ui dt 电路输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。 （6）运算放大器用于电压、电流、电阻的测量 A 测量电压50V10V5V1V0.5VR11R12R1

18、3R14R15K0Rf 1MU0 5V 满量程被测电压 图中，R11 = 10M，R12 =2M，R13 =1M，R14 =200K，R15 =100KK0 U0 5mA 0.5mA 0.1mA 50A 10A R21 R22 R23 R24 R251K 9K 40K 50K 400KK0满量程5V被测电流 B 测量电流 C 测量电阻K0R1 1MRf 为被测电阻U05V 满量程500K10V 被测电阻Rf为500K时，输出电压达到满刻度5V，最大能测量500K。 被测电阻 Rf 在0 500K，输出电压在0 5V之间，被测电阻与输出电压称正比关系。 被测电阻为 时（即Rf断开），此时不存在负反馈，不存在“虚零点”，输入为正信号，反相放大器为负信号输出。 被测电阻Rf 500K时，输出电压 5V，超过满量程，只有扩大量程才能使用。 五、逆变电路逆变与整流的功能正好相反，将直流电转换为交流电的过程称为逆变。利用微电脑开关信号控制器与逆