第一章电子系统设计的常用软件工具

1、第1章 常用电子元器件 1.1 电子元器件概述1.2 电阻器及电位器 1.3 电容器和电感器1.4 半导体分立器件和集成电路引 言 电子元器件是元件和器件的总称，因此电子元器件包括电子元件和电子器件两部分。 按分类标准，电子元件可分为11个大类。电子器件指在工厂生产加工时改变了分子结构的成品。如晶体管、电子管、集成电路。因为它本身能产生电子，对电压和电流有控制、变换作用(放大、开关、整流、检波、振荡和调制等)，所以又称有源器件。按分类标准，电子器件可分为12个大类，可归纳为真空电子器件和半导体器件两大块。1.1 电子元器件概述 常用的电子元器件包括:l 电阻器l 电容器l 电感器l 二极管l

2、三极管l 场效应晶体管l 集成电路。 1.1 电子元器件概述 1.2 电阻器及电位器 1.2.1 电阻器 电阻器在电路中用“R”加数字表示，如R1表示编号为1的电阻器。 电阻器在电路中的主要作用:l 分流l 限流l 分压l 偏置等。1电阻器的分类 1)实心碳质电阻器 2) 绕线电阻器 3) 薄膜电阻器 (1) 碳膜电阻器 (2) 金属膜电阻器。 (3) 金属氧化膜电阻器。 (4) 合成膜电阻器 4) 金属玻璃釉电阻器 5) 贴片电阻器 6) 敏感电阻器 (1)压敏电阻器 (2) 湿敏电阻器 (3) 光敏电阻器 (4) 气敏电阻器 (5) 力敏电阻器 2电阻器的主要技术指标 1) 额定功率 电阻

3、器的标称功率 2) 标称阻值3) 精度 4) 温度系数 常使用温度系数来衡量电阻器温度稳定性。金属膜电阻器、合成膜电阻器具有较小的正温度系数，碳膜电阻具有负温度系数。 5) 非线性 流过电阻器中的电流与加在两端的电压不成比例变化时称该电阻器为非线性电阻。一般来讲金属型电阻器线性度较好，非金属型电阻器线性度差。 6) 噪声 噪声为产生于电阻器中的一种不规则电压，它包括热噪声和电流噪声两种。任何电阻器都有热噪声，降低电阻器的工作温度可以减少热噪声，电流噪声与电阻器内的微观结构有关。 7) 极限电压 电阻器两端电压增加到一定值时，使电阻器过热，致使电阻器损坏。当电阻器两端所加电压升高到不允许再增加时

4、的电压，称为极限电压。3电阻器的合理选用与质量判别 (1) 选用电阻器的额定功率值，应高于在电路工作中实际值的0.51倍。 (2) 应考虑温度系数对电路工作的影响，根据电路特点来选择正、负温度系数的电阻器。 (3) 电阻器的精度、非线性及噪声应符合电路要求。 (4) 考虑工作环境与可靠性、经济性等。电阻器的质量判别可采用以下方法。 (1) 看电阻器引线有无折断及外壳烧焦现象。 (2) 用万用表电阻挡测量电阻器的阻值，合格的电阻器应稳定在允许的误差范围内，如超出误差范围或阻位不稳定，则不能选用。 (3) 根据“电阻器质量越好，其噪声电压越小”的原理，使用电阻噪声测量仪测量电阻器噪声，判断电阻器质

5、量的好坏。 1.2.2 电位器 电位器是一种可调电阻器，对外有三个引出端，一个为滑动端(也称中心抽头)，滑动端在两个固定端之间的电阻体上做机械运动，使其与固定端之间电阻发生变化. 1电位器的主要技术指标1) 标称阻值2) 额定功率常用电位器的额定功率系列有0.025、0.05、0.25、0.5、0.75、1、2、3。3) 滑动噪声4) 分辨力电位器对输出量可实现的最精细的调节能力，称为分辨力。5) 阻值变化规律2几种常用的电位器1) 线绕电位器2) 合成碳膜电位器3) 有机实心电位器4) 多圈电位器5) 导电塑料电位器 除上述各种接触式电位器外，电位器还有非接触式电位器，如光敏、磁敏电位器。3

6、电位器的合理选用及质量判别(1) 普通电子仪器：采用碳膜或合成实心电位器。(2) 大功率，高温情况：选用线绕、金属玻璃釉电位器。(3) 高精度：选用线绕、导电塑料、精密合成碳膜电位器。(4) 高分辨力：选用各类非线绕电位器、多圈式微调电位器。(5) 高频、高稳定：选用薄膜电位器。(6) 调节后不需再动的：选用锁紧式电位器。(7) 精密、微量调节：选用带慢轴调节机构的微调电位器。(8) 要求电压均匀变化；选用直线式电位器。(9) 音量控制电位器：选用指数式电位器。 4电位器的质量判别(1) 用万用表电阻挡测量电位器两个固定端的电阻，并与标称阻值核对阻值。如果万用表指针不动或比标称值大的多，表明电

7、位器已坏；如表针跳动，表明电位器内部接触不良。(2) 测量电位器的滑动端与固定端的阻值变化情况。移动电位器的滑动端，若阻值从最小到最大之间连续变化，并且最小值越小越好，最大值接近标称阻值，说明电位器质量较好；如阻值间断或不连续，说明电位器滑动端接触不好，则不能选用。 1.2.3 电阻器和电位器的型号命名、标志内容及方法 1电阻器和电位器的型号命名方法 1电阻器和电位器的型号命名方法 贴片电阻器外形及其的命名方法： 贴片电阻器的国内命名方法 例如5%精度的贴片电阻器命名为RS-05K102JT，1%精度的贴片电阻器命名为RS-05K1002FT，其中R表示电阻器，S表示功率，05代表贴片电阻器的

8、型号为0805(0402、0603、0805、1206分别是贴片电阻器的型号，其外形尺寸与额定功率及最大工作电压有所不同)，02表示贴片电阻器的型号为0402、03表示贴片电阻器的型号为0603、06表示贴片电阻器的型号为1206。K表示温度系数为100×10-6。RS-05K102JT中的102表示该电阻器的阻值，前2位表示有效数字，第3位表示有多少个零。 国内贴片电阻器的精度等级与阻值标称： 国内贴片电阻误差精度有±1%、 ±2% 、 ±5% 、 ±10% 。 ±5%精度的贴片电阻常规是用三位数表示的，前面2位是有效数字，后面第3

9、位表示多少个零。 ±1%精度的贴片电阻常规是用四位数表示的，前面3位是有效数字，后面第4位表示多少个零。2) 色标法 色标法是将电阻器的类别及主要技术参数的数值用颜色(色环或色点)标注在它的外表面上。色标电阻(色环电阻)器可分为三环、四环、五环3种标法。其含义分别如图1.6、图1.7和表1-10、表1-11所示。 三色环电阻器的色环表示标称电阻值(允许误差均为±20%)。例如，色环为棕黑红，表示10×1021.0kW±20%的电阻器。 四色环电阻器的色环表示标称阻值(2位有效数字)及精度。例如，色环为棕绿橙金表示15×10315kW±

10、5%的电阻器。 五色环电阻器的色环表示标称阻值(3位有效数字)及精度。例如，色环为红紫绿黄棕表示275×1042.75MW±1%的电阻器。 一般四色环和五色环电阻器表示允许误差的色环的特点是该环离其他环的距离较远。较标准的表示应是表示允许误差的色环的宽度是其他色环的1.52倍。 1.3 电容器和电感器 1.3.1 电容器1电容器的主要技术参数1) 标称容量及精度 电容器的容量精度等级较低，一般误差约为±5%，最大可达20%50%2) 额定电压 常用固定式电容器的直流工作电压系列为6.3V、10V、16V、25V、40V、63V、100V、160V、250V、400

11、V。3) 介质损耗 常用电容器损耗角的正切值来表示这一参数。4) 温度系数 云母电容器及瓷介电容器的稳定性最好，铝电解电容器的温度系数最大。多数电容器的温度系数为正值，个别类则电容器的温度系数为负值，如瓷介电容器。 常用的电容器标称系列与电阻器相同(见表1-5)。 2电容器的命名与分类1) 型号命名方法 电容器型号命名由4部分内容组成。其中第3部分用来补充说明电容器的某些特征，若无说明，则只需2部分组成，即2个字母和1个数字。电容器的型号命名如表1-12所示。 2) 电容器的标志方法(1) 直标法。 例如：4n7 表示4.7nF或4 700pF，51表示51pF。有时用大于1的2位以上的数字表

12、示单位为pF的电容，例如101表示100pF；用小于1的数字表示单位为F的电容。(2) 数码表示法。 一般用3位数字来表示容量的大小，单位为pF。前2位为有效数字，后1位表示位率。即乘以10n，n为第3位数字，若第3位数字9，则乘109 。如223J代表22×103pF0.22mF，允许误差为±5%；(3) 色码表示法。 色码一般只有3种颜色，前2环为有效数字，第3环为位率，单位为pF。有时色环较宽，如红红橙，2个红色环涂成1个宽的，表示22 000pF。1) 有机介质电容器(1) 纸介电容器(型号CZ)。 它是以纸作为介质，以金属箔作为电容器的极板卷绕而成的电容器。其特点

13、为容量范围和耐压范围宽，成本低，但体积大，因而只适用于直流或低频电路中。(2) 金属化纸介电容器(型号GT)。 它是在电容纸上蒸发一层金属薄膜作为电极，然后烧制而成的电容器。它的参数与纸介电容器基本一致，但体积小。(3) 有机薄膜电容器。 此种电容器在结构上与纸介电容器基本一致，其介质是有机薄膜(如涤纶、聚丙烯等)。这种电容器无论体积、重量还是电参数，都比纸介电容器优越得多。 2) 无机介质电容器l 瓷介电容器(型号CC)。l 瓷介电容器按其性能可分为低压小功率(低于1kV)和高压大功率(高于1kV)两种，低压小功率电容器常见的有瓷片、瓷管、瓷介独石等类型。l (2) 云母电容器(型号CY)。

14、l 云母电容器具有损耗小、可靠性高、性能稳定、容量精度高等优良电参数，它被广泛用于高频和要求高稳定度的电路中。l (3) 玻璃电容器。l 这种电容器具有良好的防潮性和抗震性，能在200高温下长期稳定工作，其稳定性介于云母与瓷介电容器之间，其体积只有云母电容器的几十分之一。 3) 电解电容器 电解电容器以金属氧化膜为介质，以金属和电解质作为电容器的两极。金属为正极，电解质为负极。使用电解电容器时应注意极性，同时不能将电解电容器用于交流电路。由于电解电容器的介质是一层极薄的氧化膜，因而在相同容量和耐压条件下，其体积比其他电容器要小几个或十几个数量级，特别是低压电容器更为突出，这是任何电容器都不能与

15、之相比的特点。在要求大容量的场合，均选用电解电容器。电解电容器的缺点也比较明显，损耗大，温度、频率特性差，绝缘性能差，漏电流大，长期存放容易干涸、老化等，因而除体积较其他电容器小以外，任何性能均远不如其他类型的电容器。常见的有铝电解电容、钽电解电容等。 电解电容器分类(1) 铝电解电容器(型号CD)。 铝电解是使用最多的一种通用型电解电容器，其额定电压一般为6.3500V，容量为0.334700F 。(2) 钽电解电容器(型号CA)。 由于钽及其氧化膜的物理性能稳定，因而它比铝电解电容器的漏电小、寿命长，长期存放性能稳定，温度、频率特性好。但它比铝电解成本高，额定电压低(最高只有160V)。这

16、种电容器主要用于一些电性能要求较高的电路，如积分电路、计时电路、延时开关电路等。钽电容器分有极性和无极性两种。 4) 可变电容器(1) 微调电容器。 这种电容器的特点是用螺钉调节两极金属片的距离以改变电容量，适用于如收音机等的振荡或补偿电路中。 (2) 同轴可变电容器。 其特点是定片组与支架一起固定，动片组联旋柄要自由旋动。这种电容器多用于收音机中。 4电容器的选用1) 额定电压 不论选用何种电容器，都不得使电容器耐电压值低于电路中的实际电压，否则电容器将会被击穿。2) 标称容量及精度等级 在确定容量时，根据设计电路计算的容量值，选定一个靠近的系列容量值的精度等级。3) 介质损耗参数 因此在高

17、频电路或对信号相位要求严格的电路中应考虑该值的大小。4) 体积 在满足电路设计要求的前提下应选用体积小的电容器。5) 成本 在满足技术指标条件下，尽量使用价格低的电容器。 ( 6) 在电路中安装电容器时，应使电容器的标志安装在易于观察的位置，以便核对和维修。 (7) 电容器并联使用时，其总的电容量等于各容量的总和。 (8) 电容器的串联可以增加耐压。 (9) 有极性的电解电容器不允许在负压下使用，若超过此规定时，应选用无极性的电解电容器或将2个同样规格的电容器的负极相连，2个正极分别接在电路中，此时实际的电容量为2个电容器串联后的等效电容量。 (10) 当电解电容器在较宽频带内作滤波或旁路使用

18、时，为了改变高频特性，可为电解电容器并联一只小容量的电容器，它可以起到旁路电解电容器的作用。 (11) 在500MHz 以上的高频电路中，应采用无引线的电容器。若采用有引线的电容器，其引出线应愈短愈好。 (12) 几只大容量电容器串联作滤波或旁路使用时，电容器的漏电流会影响电压的分配，有可能会导致某个电容器击穿。此时可在每只电容器的两端并联一个阻值小于电容器结缘电阻的电阻器，以确保每只电容器分压均匀。电阻器的阻值一般为。 (13) 使用可变电容器时，转动转轴时松紧程度应适中，有过紧或松动现象的电容器不要使用。除此之外，有碰片现象或短路的电容器也不应使用。 (14) 使用微调电容器时，要注意微调

19、机构的松紧程度，调节过松的电容器的容量不会稳定，而调节过紧的电容器极易发生调节时的损坏。 (15) 在使用贴片电容器时要注意，普通贴片电容器上面没有任何文字，因为贴片电容器很多由于体积所限，不能标注其容量。所以一般都是在贴片生产时的整盘上标注有贴片电容器的容量(容量的识别参见贴片电阻器)。如果是单个的贴片电容器，则可以用电容测试仪测出它的容量。 常用的电感器有固定电感器、微调电感器、色码电感器等。变压器、阻流圈、振荡线圈、偏转线圈、天线线圈、中周、继电器以及延迟线和磁头等，都属电感器种 类。 3电感器电感量的标志方法1) 直标法 在电感器上直接标注电感值，其单位为H(亨)、mH(毫亨)、mH(

20、微亨)。2) 数码表示法 方法与电容器的表示方法相同。3) 色码表示法 这种表示法也与电阻器的色标法相似，色码一般有4种颜色，前2种颜色为有效数字，第3种颜色为倍率，单位为mH，第4种颜色是误差位。 4两种常用的固定电感器1) 小型固定电感器 小型固定电感器有卧式和立式2种。这种电感器是将漆包线或丝包线直接绕在棒状、工字形、王字形等磁心上，外表裹覆环氧树脂或封装在塑料壳中。它具有体积小、重量轻、结构牢固(耐振动、耐冲击)、防潮性能好、安装方便优点。一般常用在滤波、扼流、延迟、陷波等电子线路中。2) 平面电感器 平面电感器是在陶瓷或玻璃基片上沉积金属导线而成的。它的稳定性、精度和可靠性均较好，可

21、用于频率范围在几十兆赫到几百兆赫的电路中。 5常用线圈 (1) 单层线圈是用绝缘导线一圈挨一圈地绕在纸筒或胶木骨架上。如晶体管收音机中波天线线圈。 (2) 如果所绕制的线圈，其平面不与旋转面平行，而是相交成一定的角度，这种线圈称为蜂房式线圈。蜂房式绕法的优点是体积小，分布电容小，而且电感量大。 (3) 铁氧体磁心和铁粉心线圈的电感量大小与有无磁心有关。在空心线圈中插入铁氧体磁心，可增加电感量和提高线圈的品质因素。 1.3.2 电感器 (4) 铜心线圈在超短波范围应用较多，利用旋动铜心在线圈中的位置来改变电感量，这种调整比较方便、耐用。 (5) 色码电感器是具有固定电感量的电感器，其电感量标志方法同电阻一样以色环来标记。 (6) 限制交流电通过的线圈称阻流圈(扼流圈)，分高频阻流圈和低频阻流圈。 (7) 偏转线圈是电视