常用电子元器件的原理与使用

1、常用电子元器件的原理与使用半导体基本知识：半导体二极管、三极管、场效应管是电路中最常用的半导体器件，PN结是构成各种半导体器件的重要基础。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。具有热敏、光敏、掺杂特性；根据掺入的杂质不同，可分为：N型半导体、P型半导体。PN结是采用特定的制造工艺，使一块半导体的两边分别形成P型半导体和N型半导体，它们交界面就形成PN结。PN结具有单向导电性，即在P端加正电压，N端接负时PN结电阻很低，PN结处于导通状态，加反向电压时，PN结呈高阻状态，为截止,漏电流很小。一、二极管将PN结加上相应的电极引线和管壳就成为半导体二极管。P结引出的电极称为阳极（正极），N结

2、引出的电极称为阴极（负极），原理图中一般常用D1、D2、D？等表示。二极管正向导通特性（死区电压）：硅管的死区电压大于0。5V，诸管大于0。1V。用数字式万用表的二极管档可直接测量出正极和负极。利用二极管的单向导电性可以组成整流电路。将交流电压变为单向脉动电压。使用注意事项：1、在整流电路中流过二极管的平均电流不能超过其最大整流电流；2、在震荡电路或有电感的回路中注意其最高反向击穿电压的使用问题；3、整流二极管不应直接串联（大电流时）或并联使用，串联使用时，每个二极管应并联一个均压电阻，其大小按100V（峰值）70K左右计算，并联使用时，每个二极管应串联10欧的电阻均流，以免个别元件过载。4、

3、二极管在容性负载线路中使用时，额定整流电流值应降低20%使用。分类：稳压二极管、光敏二极管、发光二极管、变容二极管、肖特基二极管、快恢复二极管等。1、光敏二极管，又称光电二极管，其PN结也是工作在反偏状态（和稳压二极管一样），是一种光接受器件；其反向电流随光照强度的增加而上升，反向电流与照度成正比。其可用于光的测量，当制成大面积的光电二极管时，能将光能直接转换成电能，就是光电池。2、光敏电阻 也是利用半导体光电材料制成的，在光的照射下其电阻值随光的强度变化，光照越强阻值越小，其符号如图：二、三极管三极管顾名思义，就是器件有三个电极，本站只做简单的介绍；三极管的物理结构是由PN结构成的，这样因P

4、N 结有正负和方向性，所以其不同的组合就构成NPN、PNP两种类型符号如图：用为：Ve>Vb>Vc NPN型正确使用为Vc>Vb>Ve;PNP型正确使三极管结构上的特点是：含有两个背靠背的PN结，发射区掺杂浓度高，基区很薄且掺杂浓度低，集电结面积大等。以上特点就使三极管具有电流放大的作用。其放大倍数用表示，使用时可以根据需要选用。原理图中常用Q1、Q2、Q？等表示。三极管的主要参数：1。电流放大系数/、（1）共射直流放大倍数/：当三极管接成共发射电路时，在静态（无输入信号）时集电极电流Ic（输出电流）与基极电流Ib（输入电流）的比值称为共发射静态电流（直流）放大系数/=

5、Ic/Ib(2）共射交流电流放大倍数：当三极管工作在动态（有输入信号）时，基极电流的变化量为Ib,它引起集电极电流的变化量Ic. =Ic/Ib2。极间反向电流（1）Icbo为发射极开路时，集电极和基极间的反向饱和电流，小功率硅管的Icbo小于1uA,诸管的Icbo约为10uA左右。（2）Iceo为基极开路时，由集电极穿过基极流入发射区的穿透电流，它是Icbo的（1+/）倍。Iceo=（1 +/）*Icbo由于Icbo受温度影响很大，故温度变化对Iceo和Ic的影响更大，选用管子时，一般希望极间反向饱和电流尽量小些。三极管在使用时其输出特性分为四个工作区：1。放大区，在放大区，Ic=/Ib，Ic

6、和Ib成正比的关系。三极管处于放大状态的条件是发射结正偏，集电结反偏。2。截止区，硅管Ube小于0.5V时，即截止，3。饱和区，指Ic不能随Ib的增大而成比例增大，即Ic处于“饱和”状态。此时发射结和集电结都处于正向偏置。4。击穿区，当Uce大于某一值后，Ic开始剧增，这个现象称为一次击穿，三极管一次击穿后，集电极电流突增，只要电路中有合适的限流电阻，击穿电流不过大，时间短时，三极管是不至于烧毁的。在集电极电压降低后，三极管仍能恢复正常工作，所以一次击穿过程是可逆的。三、电阻电阻是：起限流、降压作用。电阻的分类与命名方法：如：RJ7，就表示精密金属膜电阻器；WXD-表示多圈线绕电位器。电阻的阻

7、值及精度等级一般用文字或数字印于电阻器上，现常用色环表示；现在电阻有四色环的也有精度高达1%的五色环电阻。颜色和数字对应如下：四、光隔离器件光耦合器又称光电耦合器，是由发光源和受光器两部分组成。发光源常用砷化镓红外发光二极管，发光源引出的管脚为输入端。常用的受光器有光敏三极管、光敏晶闸管和光敏集成电路等。受光器引出 的管脚为输出端。光耦合器利用电-光-电两次转换的原理，通过光进行输入与输出之间的耦合。光耦合器输入与输出之间具有很高的绝缘电阻，可以达到10的10次方欧姆，输入与输出间能承受2000V以上的耐压，信号单向传输而无反馈影响。具有抗干扰能力强、响应速度快、工作可靠等优点，因而用途广泛。

8、如在：高压开关、信号隔离转换、电平匹配等电路中。光隔离常用如图：五、电容有电解电容、瓷片电容、涤纶电容、纸介电容等。利用电容的两端的电压不能突变的特性可以达到滤波和平滑电压的目的以及电路之间信号的耦合。电解电容是有极性的（有+、-之分）使用时注意极性和耐压。555 电路原理图一般用C1、C2、C？等表示 时基电路原理与应用555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小IC。1972年，美国西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出Tmer NE555双极型时基电路，设计

9、原意是用来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。美国各大公司相继仿制这种电路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上将两个双极型555单元集成在一起，取名为NF556。1978年美国英特锡尔公司(Intelsil)研制成功CMOS型时基电路ICM555 1CM556,后来又推出将四个时基电路集成在一个芯片上的四时基电路558 由于采用CMOS型工艺和高度集成，使时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹,卫星,航天等高科技领域。在这期间，日本、西欧等各大公司和厂家也竞相

10、仿制、生产。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的555556时基电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端。555时基电路引脚图等效功能电路鉴于各种双极型的555集成块的内部电路大同小异，下面我们以CA555为例分析其内部电路和原理。从CA555时基电路的内部等效电路图中可看到，VTl-VT4、VT5、VT7组成上比较器Al，VT7的基极电位接在由三个5k电阻组成的分压器的上端，电压为VDD；VT9-VT13组成下比较器A2，VTl3的基极接分压器的下端，参考电位为VDD。在电路设计时，要求组成分压器的三个5k电阻的阻值严格相等，以便给出比较精确的两个参考电位VDD和

11、VDD。VTl4-VTl7与一个4.7k的正反馈电阻组合成一个双稳态触发电路。VTl8-VT21组成一个推挽式功率输出级，能输出约200mA的电流。VT8为复位放大级，VT6是一个能承受50mA以上电流的放电晶体三极管。双稳态触发电路的工作状态由比较器A1、A2的输出决定。555时基电路的工作过程如下：当2脚，即比较器A2的反相输入端加进电位低于VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通，给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流，使VTl4饱和导通，它的饱和压降Vces箝制VTl5的基极处于低电平，使VTl5截止，VTl7饱和，从而使VTl8截止，VTl9导通，VT20完全饱和导通，VT21截止。

12、因此，输出端3脚输出高电平。此时，不管6端(阈值电压)为何种电平，由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的47k电阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的)，3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于VDD的电平为止。当触发信号消失后，即比较器A2反相输入端2脚的电位高于VDD，则VT9、VTll截止，VTl4因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则VTl7的Vces饱和压降通过4.7k电阻维持VTl3截止，使VTl7饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。同时，VTl8的截止使VT6也截止。当触发信号加到6脚时，且电位高于VDD时，则VTl、VT2、VT3皆导通。此时，若2脚无外

13、加触发信号使VT9、VTl4截止，则VT3的集电极电流供给VTl5偏流，使该级饱和导通，导致VTl7截止，进而VTl8导通，VTl9、VT2。都截止，VT21饱和导通，故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于VDD时，则VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此时，若2脚仍无触发信号，则VTl5通过4.7k电阻得到偏流，使VTl5维持饱和导通，VTl7截止的稳态，使3脚输出端维持在低电平状态。同时，VTl8的导通，使放电级VT6饱和导通。通过上面两种状态的分析，可以发现：只要2脚的电位低于VDD，即有触发信号加入时，必使输出端3脚为高电平；而当6脚的电位高于VD

14、D时，即有触发信号加进时，且同时2脚的电位高于VDD时，才能使输出端3脚有低电平输出。4脚为复位端。当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降0.3V时，VT8导通，其发射极电位低于lV，因有D3接入，VTl7为截止状态，VTl8、VT21饱和导通，输出端3脚为低电平。此时，不管2脚、6脚为何电位，均不能改变这种状态。因VT8的发射极通过D3及VTl7的发射极到地，故VT8的发射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。因此，当复位端4脚电位高于1.4V时，VT8处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。根据上面的分析，CA555时基电路的内部等效电路可

15、简化为如图所示的等效功能电路。显然，555电路(或者专556电路)内含两个比较器A1和A2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。两个比较器分别被电阻R1、R2和R3构成的分压器设定的VDD和VDD。参考电压所限定。为进一步理解其电路功能，并灵活应用555集成块，下面简要说明其作用机理。从图15可见，三个5k电阻组成的分压器，使内部的两个比较器构成一个电平触发器，上触发电平为VDD，下触发电平为VDD。在5脚控制端外接一个参考电源Vc，可以改变上、下触发电平值。比较器Al的输出同或非门l的输入端相接，比较器A2的输出端接到或非门2的输入端。由于由两个或非门组成的RS触发器必须用负极极性信号触发，因此，加到比较器Al同相端6脚的触发信号，只有当电位高于反相端5脚的电位时，RS触发器才翻转；而加到比较器A2反相端2脚的触发信号，只有当电位低于A2同相端