工程师基础培训课件

工程师基础培训——基本元器件认识湖北省医学工程分会青年委员会----青年工程师交流的平台1分离元器件介绍单片机相关基础电源知识介绍结束语内容大纲电子系统的简介21电子系统的简介传感器接收器隔离、滤波、放大运算、转换、比较功放执行机构一个复杂电子产品内部的信号流程，大致可以用下图概述31电子系统的简介电子产品的大致组成：输入、处理核心、输出组件一组件三键盘\鼠标串行接口开关量模拟量显示器蜂鸣器开关量模拟量组件二8位单片机32位单片机输入部分处理核心输出部分52分离元器件介绍电阻/电容/电感/电位器二极管/三极管/可控硅其他变压器/整流桥/稳压器开关/插接件/继电器集成电路元器件是构成复杂电子电路的最小元素，更是学习电路的基础复杂电路62.1电阻/电感/电容/电位器是电子线路中不可缺少的一种器件，在电路中的作用是：缓冲、分压分流、保护等。电阻也是最基本的元件之一。在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时等。电容多被用在储能、滤波、延迟和振荡等方面，是保障电路稳定安全运行的重要元件。电感与可变电阻工作原理相同，在电路中，主要用作分压电路电位器72.1.1电阻普通电阻的标识方法

直标法：将电阻的标称值用数字和文字符号直接标注在电阻体上

文字符号法：将电阻的标称值和允许误差用数字和字母按一定规律组合标示在电阻体上。

只要是R在最前面，即表示阻值小于1Ω，如0.22Ω=R22，而2R2=2.2Ω；只要出现R或者R在最后面，即表示阻值小于1K,如220Ω=220R、22Ω=22R、22.1Ω=22R1；只要是出现K或者K在最后面，即表示阻值大于1K，如2200Ω=2K2、22000Ω=22K、2210000Ω=2.21MΩ=2M21

色环法：普通电阻用四色环表示，精密电阻用五色环表示。紧靠电阻体一端头的色环为第一环，露着电阻体本色较多的另一端头为末环。最边缘的色环如果为金色或者银色，则该色环必为最后一环。92.1.1电阻电阻的色码标识102.1.2电容电容的分类

根据介质的不同，分为陶瓷、云母、纸质、薄膜、电解电容几种。电容的参数和选用

主要参数是容量和耐压值常用的容量单位有μF（10-6F）、nF（10-9F）和PF（10-12F），标注方法与电阻相同。电容的选用应考虑使用频率、耐压。电解电容还应注意极性，使正极接到直流高电位，还应考虑使用温度。

112.1.3电感电感的分类

按形式分为：固定电感、可变电感。

按导磁体性质分：空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。

按工作性质分：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。电感的主要参数

电感量L：表示线圈本身固有特性，与电流大小无关。除色码电感外，电感量一般不专门标注在线圈上，而以特定的名称标注。

132.1.3电感电感的主要参数

感抗：电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL，单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL

品质因素Q：是表示线圈质量的一个物理量，Q为感抗XL与其等效的电阻的比值，即：Q=XL/R,线圈的Q值愈高，回路的损耗愈小。

分布电容：线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差，因而线圈的分布电容越小越好。

142.1.4电位器电位器与可变电阻

电位器的功率比效大、一般按装在机箱上有一个调整手柄便于人们调节。而可调电阻一般功率比较小，一般都按装在线路板上用于调整电路的电流，调好后一般不再调整，无调整手柄。电位器的主要参数

分辨力：对于线绕电位器和线性电位器来说，分辨力是用动触点在绕组上每移动一匝所引起的电阻变化量与总电阻的百分比表示。

152.2二极管/三极管/可控硅是一个由N型半导体和P型半导体形成的PN结。主要特性是单向导电性。主要作用：稳压、整流、检波、开关、光电转换等。二极管具有放大、电子开关、控制等作用，是电子电路与电子设备中广泛使用的半导体元件。三极管多被用在储能、滤波、延迟和振荡等方面，是保障电路稳定安全运行的重要元件。可控硅172.2.1二极管二极管分类

按材料来分：硅管、锗管按结构来分：点接触型、面接触型按用途来分：稳压管、整流管、检波管、开关管、变容管、发光管、光电管等。二极管的主要参数

最大整流电流：是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。最高反向工作电压：加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会损坏二极管。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。182.2.1二极管二极管的主要参数

额定正向工作电流IF：是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。

反向击穿电压VBR：是指管子反向击穿时的电压值。一般手册上给出的最高反向工作电压UWRM约为击穿电压的一半。

反向电流IR：是指管子未击穿时的反向电流，其数值越小，则管子单向导电性越好。

最大浪涌电流Isurge

：是指允许流过的最大正向电流，该值为瞬间电流，一般为额定正向工作电流的20倍左右。192.2.1二极管二极管的主要特性

正向压降基本不变特性和温度特性：二极管正向导通后的管压降基本不变，但不是绝对不变的。下列因素会导致二极管管压降有一个微小的变化。当温度升高时，其管压降略有下降，当温度降低时，其管压降略有增大；当正向电流增大电流增大许多时，正向压降会有微小的增大。

正向电阻小、反向电阻大特性：正向电阻是二极管正向导通后正、负极之间的电阻，这一电阻很小，即正向电阻小；反向电阻是二极管处于反向偏置而未击穿时的电阻，这一电阻很大，即反向电阻大。反向电阻远远大于正向电阻，并且希望越大越好。212.2.2三极管三极管的分类

按材料分类：硅管、锗管

按结构分类：NPN管、PNP管

按功率分类：大功率管、中功率管、小功率管

按频率分类：高频管、低频管

按用途分类：放大管、检波管、开关管、光电管等。三极管的主要参数

222.2.2三极管三极管的主要参数

特征频率fT：当f=fT时，三极管完全失去电流放大功能。

工作电压/电流：用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围。

hFE：电流放大倍数。

VCEO：集电极发射极反向击穿电压，表示临界饱和时的饱和电压。

PCM：最大允许耗散功率。

232.2.3可控硅可控硅简介

可控硅是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。

252.2.3可控硅可控硅主要参数

额定正向平均电流（IF)：在环境温度小于40℃和标准散热条件下，允许连续通过晶闸管阳极的工频正弦波半波电流的平均值。

维持电流IH：在控制极开路且规定的环境温度下，晶闸管维持导通时的最小阳极电流。正向电流小于IH时，管子自动阻断。

触发电压UG和触发电流IG：室温下，当U=6V时使晶闸管从阻断到完全导通所需最小的控制极电压和电流。

正向重复峰值电压UDRM：控制极开路时，允许重复作用在晶闸管上的最大正向电压。一般UDRM=UBO×80%

反向重复峰值电压URRM：控制极开路时，允许重复作用在晶闸管上的最大反向电压。一般UDRM=UBR×80%

262.2.3可控硅可控硅工作原理

当晶闸管的阳极A和阴极C之间加正向电压且控制极和阴极之间也加正向电压时，J3处于导通状态。若T2管的基极电流为iB2，则其集电极电流为β2iB2；T1管的基极电流iB1等于T2管的集电极电流β2iB2，因而T1管的集电极电流iC1为β1β2iB2；该电流又作为T2管的基极电流，再一次进行上述放大过程，形成正反馈。在很短的时间内（一般不超过几微秒），两支管子均进入饱和状态，使晶闸管完全导通，这个过程称为触发导通过程。晶闸管一旦导通，控制极就失去控制作用，管子依靠内部的正反馈始终维持导通状态。272.3.1变压器变压器分类按相数分：(1)单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。(2)三相变压器：用于三相系统的升、降电压。按冷却方式分:(1)干式变压器：依靠空气对流进行自然冷却或增加风机冷却。(2)油浸式变压器：依靠油作冷却介质。

292.3.1变压器变压器分类按用途分:(1)电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。(2)仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。(3)试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。(4)特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器、电容式变压器、移相变压器等。按绕组形式分:(1)双绕组变压器：用于连接电力系统箱式变压器中的两个电压等级。(2)三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。(3)自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。302.3.1变压器变压器的常用参数

变压比n：表示了变压器一次绕组匝数与二次绕组匝数之间的关系。n=N1/N2=U1/U2

额定功率：在规定频率和电压下，变压器长时间工作而不超过规定温升的最大功率，单位为伏安(V·A)

绝缘电阻：变压器一次绕组与二次绕组之间（自耦变压器除外），各绕组与铁芯之间应完全绝缘，但实际上做不到。绝缘电阻=施加电压(V)/漏电流(μA)

效率：变压器在工作时，对电能有损耗，用效率表示损耗程度。效率=输出功率/输入功率×100%

温升：指变压器通电后，其温度上升到稳定值时，比环境温度高出的数值。温升越小，越安全312.3.2整流桥整流桥的结构

整流桥就是将整流管封在一个壳内了.分全桥和半桥.全桥是将连接好的四个二极管封在一起.半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起,用两个半桥可组成一个桥式整流电路。整流桥的参数最大工作电流和最大反向电压322.3.3三端稳压器简介电子产品中，常见的三端稳压集成电路有输出电压固定的稳压器和输出电压可调的稳压器二种。它的样子像是普通的三极管。输出电压固定的稳压器

常见的有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列输出电压可调的稳压器

LM117/LM217/LM317三端可调正电压稳压器LM137/LM237/LM337三端可调负压稳压器332.4开关/插接件/继电器开关在电路中的作用就是对负载的供电进行通/断控制的一种元器件开关插接件是为了方便两个电路之间进行连接而设计的一种特殊的电子元器件，又称连接器插接件继电器是一种电子控制器件，具有控制系统和被控制系统，通常用在自动控制电路中继电器342.4.1开关开关的分类

依照开关的动作方式及内部构造，可大致分为：(1)单刀单掷开关/多刀多掷开关若一个开关只有一个刀片触点且该触点只能与一个定触点接通，那么这种开关就是单刀单掷开关，若一个开关有三只引脚，且其中一个引脚与动触点相连，另外两个引脚与静触点相连，而且动触点可以轮流在两个静触点之间切换，那么这种开关就被称为单刀双掷开关。

352.4.1开关开关的分类

依照开关的动作方式及内部构造，可大致分为：(2)锁定式开关/非锁定式卡关锁定式开关就是开关按一下，会维持导通，也就是自锁，再按一下就会断路。因为会自己维持在动作状态，所以称为锁定式开关。非锁定式开关就是开关只有在被压下时导通或者被压下时断路，一放开就会回到原始状态，所以又称暂时开关或轻触式开关或微动开关。

362.4.1开关开关的分类

依照开关的动作方式及内部构造，可大致分为：(3)拨码开关拨码开关又称DIP开关，是由多个单刀单掷开关的组合，内部可以有多个微型开关。这种开关通常在正面上的一方标注有一个“ON”符号，当该路开关拨至“ON”时，该路开关为闭合状态，否则为断开状态。开关的主要参数

开关的主要参数就是额定电压和额定电流。这些参数通常标注在开关表面。开关两端的电压和流过开关的电流超过开关的额定值时，就可能会导致开关烧毁372.4.2插接件插接件是为了方便两个电路之间进行连接而设计的一种特殊的电子元器件。要有两种类型：一种是用于电子电器与外部设备进行连接的插接件；另一种是用于电子电器内部线路之间进行连接的插接件。根据不同的电路需求，插接件的种类也有很多。常见插接件有下列几种：BNC插头/插座S端子电路板插接件RJ-45插头/插座RS-232插头/插座

382.4.2插接件常见的插接件：BNC插头/插座

BNC插头/插座是一种用来连接同轴电缆的插接件。主要应用在需要采用同轴电缆的高频发射/接收设备、网络集线器或交换机上。RAC插头/插座

RAC插头/插座又称莲花插头/插座，主要用于民用音响设备中，如常用的CD机、录音机、电视机等。在音频设备中，常用不同颜色RAC插头/插座来传输两个声道的音频信号：左声道为白色，右声道为红色。有时也采用这种插头/插座来传送模拟视频信号，此时插头/插座颜色为黄色。

392.4.2插接件常见的插接件：S端子S端子是s-video的简称，是视频信号的专用输入/输出接口。S端子主要安装在高档的录像机、彩色电视机及激光视盘机上作为视频视频信号专用输入/输出接口。RJ-45插头/插座RJ-45插头俗称“水晶头”，主要用于网卡、集线器或交换机上进行网络通信。RS-232接口

个人计算机上的通讯接口之一。通常以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现，个人计算机有两组，分别称为COM1,COM2402.4.2插接件RS-232插头/插座

串口与电子设备之间的连接关键问题：电平转换电平转换芯片RS232<->TTL：MAX232RS232<->LVTTL：MAX3232单片机应用PC机与单片机通讯串口仿真器/下载器412.4.3继电器继电器原理继电器是一种电子控制器件，具有控制系统和被控制系统。继电器可以使用一组控制信号来控制一组或多组电器接点开关，通常应用在自动控制电路中。继电器实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，故在电路中起着自动调节、安全保护及转换电路等作用继电器分类

根据驱动方式，主要有电磁继电器、固态继电器等类型

422.4.3继电器电磁继电器原理

电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点及弹簧片组成。线圈是用漆包线在一个铁芯上饶若干圈。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，铁芯就会产生磁场，该磁场会产生强大的电磁力，吸动衔铁带动簧片，使得簧片上的触点接通。当线圈断电时，铁芯失去磁性，电磁的吸力随之消失，衔铁就会离开铁芯。由于簧片的弹性作用，因衔铁压迫而接通的弹簧片触点就自动断开了。

432.4.3继电器固态继电器原理

固态继电器的功能与电磁继电器相同，但没有电磁继电器的机械触点。固态继电器可分为控制输入端与输出端，而这两者之间是隔离的。其控制端的输入部分采用光耦合电路，而输出部分采用单向晶闸管或双向晶闸管。利用输入的控制电压令光耦内部的发光管发光，经过内部的控制电路后出发输出端的单向晶闸管或双向晶闸管导通，进而驱动负载。

44二极管经过半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件集成在一小块硅片上，封装在一个管壳内的电子器件三极管电阻电容集成电路2.5集成电路452.5集成电路集成电路分类

模拟集成电路：集成运算放大器，集成功放，集成稳压电源，集成模数A/D转换和数模D/A转换及各种专用的模拟集成电路。

数字集成电路：门电路，触发器，计数器，存贮器，微处理器等电路。数字集成电路按结构不同分为双级型（如TTL系列）和单极型（如CMOS系列）电路。

462.5集成电路数字集成电路分类472.5集成电路数字集成电路的四电压参数数字集成电路的噪声容限

当某电路的输出端信号送到其他电路的输入端时，为保证输入端能正确地接收信号，必须满足以下条件:VOH≥VIH，VOL≤VIL如果仅仅满足VOH=VIH、VOL=VIL。似乎就能E确地传送逻辑信号，但是在传送过程中不可避免地要受到各种干扰而造成接收端接收不到正确的信息。482.5集成电路数字集成电路使用注意事项

电源电压：TTL集成电路对电源要求较高，如74LS系列为5V±0.25V。使用中超出此范围则可能造成电路工作不正常，甚至损坏器件。尽管CMOS集成电路的电源电压范围较宽，在使用中还是应当注意不要超出范围。特别是对于那些引脚排列和封装形式完全一致，但电性能参数有所不同的CMOS集成电路，换用时要十分注意，使用者不要犯经验主义错误。

输入电压：应保证输入电压不超过集成电路的电压范围。否则有可能对器件造成损坏。当信号源和集成电路使用两组电源，开机时，必须先接通集成电路电源，后接通信号源电源；关机时，应先关断信号源电源，后关集成电路电源。

空引脚处理：对于TTL器件悬空的输入引脚相当于接"1"，但悬空状态容易受到外界干扰。因此应当将空余的输入引脚按逻辑功能接"0"或接"1"。对于CMOS器件，由于输入阻抗很高，悬空状态极易感应静电而损坏器件，因此CMOS器件的空余输入引脚一定不能悬空。无论何种集成电路器件，空余的输出引脚必须悬空，不得接电源正极或地，否则会损坏器件。492.5集成电路集成电路引脚和识别

集成电路的常见封装形式有晶体管封装、扁平封装和直插式封装等。集成电路的引脚排序有一定的规律，一般是从外壳顶部向下看，从左下角按逆时针方向读数，其中第一脚附近一般有参考标致，如凹槽、色点等。

引脚排列的一般规律为：圆形金属壳封装的集成电路多用于集成运放等。其引脚识别方法为：正视引脚，以管壳上凸起部分为参考标记，按顺时针方向数引脚依次为1、2、3。扁平和双列直插式集成电路，通常都有一个缺口或色点作为第一脚的识别标记。识别时，将有文字符号的一面正放（一般将缺口或者色点置于左方），由顶部俯视，从左下角起，按照逆时针方向数、依次为1、2、3。50

常用的8位单片机

常用的16位单片机单片机技术开创了现代电子技术时代MCS-51PICAVR新龙华（增强型51）MSP430凌阳dsPIC系列单片微型计算机，是典型的嵌入式微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，相当于一个微型的计算机。单片机3单片机基础知识51什么是单片微型计算机？在一片芯片上集成了计算机的所有基本组成部分构成四要素：CPU、ROM、RAM、IO口，互相之间通过总线连接片上外设：UART、ADC、DAC、增强型定时器、SPI、IIC、USB控制器、LCD控制器等3.1单片机定义5251单片机内部结构CPU、RAM、ROM、IO口、UART、定时器、外部中断、时钟电路3.2MCS-51单片机结构53最小系统电源复位电路时钟电路PIN31(EA/VPP)拉高P0上拉电阻3.2MCS-51单片机最小系统54水能、热能、核能日常生活中使用的电能，主要来自其他形式能量的转换，包括水能、热能、原子能、风能、化学能及光能等。各类发电站电力变换设备电能的产生过程4电源知识介绍55串联型稳压电源的原理

VO=VI-VR，当VI↑→R↑→VR↑→在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流IL↑→R↓→VR↓→在一定程度上抵消了因IL增加，使VI减小，对输出电压减小的影响。4.1线性电源在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCE，VCE相当于VR。56串联型稳压电源的构成：

调整管、放大环节、比较环节、基准电压源4.1线性电源57串联型稳压电源的工作过程：

4.1线性电源1.输入电压变化时VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓2.负载电流变化时IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑58线性稳压电源存在的问题：