2常用元器件认知教学课件

2常用元器件认知聪明出于勤奋，天才在于积累2常用元器件认知2常用元器件认知聪明出于勤奋，天才在于积累常用元器件认知（6学时）3/16/20212西安交通大学工程训练中心训练目的初步认识电阻器、电容器、二极管、稳压二极管的基本特性。了解RC电路在基本信号作用下的特点。掌握元器件特性测试的基本方法。电阻实物图普通金属膜电阻线绕电阻排阻玻璃釉预调电位器线绕电位器贴片电阻电阻阻值的标识－直标法顺序类别名称简称符号第一个字母主称电阻器

电位器阻

位R

W第二个字母导体材料碳膜

金属膜

金属氧化膜

线绕碳

金

氧

线T

J

Y

X第三个字母形状性能等大小

精密

测量

高功率小

精

量

高X

J

L

G直标法：常用电阻的技术特性表电阻阻值的标识—色环标识法绿棕黑红

棕有效数字乘数偏差标称值：棕黑红金有效数字乘数偏差标称值：四环色环标识法：五环色环标识法：电阻阻值的标识—色环标识法颜色有效数字乘数允许偏差银―10-2

±10%金―10-1

±5%棕1101±1%红2102±2%橙3103―黄4104―绿5105±0.5%蓝6106±0.25%紫7107±0.1%灰8――白9――20%~+50%黑0100―无色――±20%二电容器电容用C表示，图形符号：单位：法拉F、毫法mF、微法mF、纳法nF、皮法pF（从左到右，×10-3）性质：充放电作用：通交隔直分类：极性

非极性

分类按材料分：纸质、瓷片、独石、涤纶、云母、聚脂膜、电解电容有无极性：无极性电容、极性电容（电解电容）电容实物贴片电容器陶瓷电容器独石电容器Y电容器（交流安规陶瓷电容器）钽质电容器涤沦电容器mimibox电容器8000S高压电解电容器电解电容电解电容极性判断：

1.引脚：长正短负

2.外观：负极色道电解电容器电容容值的标识直标法；色环标示法；单位标识法：单位为F例：2n2表示电容的容值为2.2×10-9F，即2200pF。科学计数法：单位为pFxyz表示xy×10zpF；z=9时，表示xy×10－1pF；例：222表示22×102pF，即2200pF。xpyxnyxuyxmyx.ypFx.ynFx.yuFx.ymFx.y×10-12Fx.y×10-9Fx.y×10-6Fx.y×10-3F信号与系统由两个或两个以上部分按一定结构组成整体，且整体在一定的环境下具有一定的功能；将其视为由基本元件或器件组成的系统。将一个电路作为一个系统研究，通常要明确系统的输入端和输出端。系统接地系统中“接地”的作用：1.构成回路；2.形成电位参考点。工程中，常用黑色导线作为地线，在电路板上，常用“GND”（ground）标识地线。系统1系统2电阻电容构成的RC电路系统分析：电阻和电容串联，分别以电容和电阻两端电压作为输出信号。RC微分电路RC积分电路RC积分电路电容充电如果电容初始电荷为零，从t=0时刻起，直流电压E通过电阻R向电容C充电：i串联电路特性：又：

i=

C=

得到：输入输出之间的关系一阶微分方程求解：初始条件：t=0，uc=0得到：用曲线表示：时间常数：tuc0E0.632E5tt3tRC积分电路电容充电呈现指数变化曲线；充电规律：t=RCUC/E=63.2%t=2*RCUC/E=86.5%t=3*RCUC/E=95.0%t=4*RCUC/E=98.2%t=5*RCUC/E=99.3%当t=(3～5)*RC，充满电！RC积分电路电容放电如果电容已经充满电，初始电压是U0，从t=0时刻起通过电阻R放电：既：一阶微分方程求解：初始条件：t=0，uc=u0得到：tuc00.368U0t5tU0用曲线表示：RC积分电路－电容的充放电过程tuc0Et0.632E5ttuc0U00.368U0t5tt′t′RC值越大充放电越慢RC积分电路不完全积分电路积分的条件：很大，UC<<UR，因此近似有Ui=UR，则有：输出与输入为积分关系；RC积分电路输出为指数曲线，是非线性曲线，故称为不完全积分电路；工程应用：液位是流量的积分；温度是热量的积分；延时；训练内容：方波通过RC积分电路输入为方波时，在高电平段电容上充电，在低电平段电容通过电阻放电。R12EC两种情况：1.不同频率的方波输入同一RC积分电路2.同一方波输入不同RC值的积分电路不同频率的方波输入同一RC积分电路R=10kW，C=0.01mF输入ui：方波，低电平VL=0V，高电平VH=5V，频率f分别为100Hz、1kHz、10kHz双踪同时观测输入和输出信号，并记录。同一方波输入不同RC值的积分电路输入ui：方波，低电平VL=0V，高电平VH=5V，频率f为500Hz①R=10kW，C=0.01mF；②R=1kW，C=4.7mF；③R=500W，C=1mF双踪同时观测输入和输出信号，并记录。训练要求按照“波形记录”要求绘图：1.建立坐标系，标出横纵坐标，刻度及原点（物理量/单位）2.画出波形（周期信号画1~2个完整周期）3.标出波形的周期、幅值及波形中的关键点，标出“输入”“输出”4.简要说明图注意不在时间负半轴作图t/msU/v03-324正弦波测试波形记录例子：为了便于分析，同一方波输入不同RC值的积分电路时的输入输出波形画在同一坐标系下，构成“曲线族”。训练内容：电路图及设备接信号发生器接示波器连线示意图CH2信号发生器作业复习本次课内容，初步掌握示波器使用方法。整理训练结果，并对结果进行分析。尝试回答“思考题”。尝试分析正弦波通过RC积分电路的情况。RC积分电路－方波输入输入为方波时，在高电平段电容上充电，在低电平段电容通过电阻放电，充放电的情况与系统的时间常数有关，即与RC有关；以电容两端电压作为系统的输出，不同的RC，充放电情况不同，对应不同的输出波形；RC越大，充放电越缓慢，输出的波形越像方波的积分波形，因此称该电路为积分电路。tuc0Vp-pVpRC电路u/V同一方波输入不同RC积分电路训练中，电阻为500W时，输入波形会因负载效应发生变形。负载效应uu=E-ir由于外部负载引起i的改变，使得信号源的输出幅值发生改变。rEi0t/msRC微分电路－方波输入以电阻两端电压作为系统的输出，输出电压为输入电压与电容两端电压之差；方波输入时，不同的RC，电容两端电压不同，相应的电阻两端电压也不同；RC越小，充放电越快，输出波形越像方波的微分波形，因此称该电路为微分电路。tuR0Vp-p-Vp-p相位相位差相位关系：针对两个相同频率的周期信号；比较：采用相邻的两个周期；超前：谁先到达最大值谁超前。12相位差超前超前的时间为：超前的相位为：电容的物理性质当电容C上加电压uc时，有电流；若电容中的电流为稳定的正弦交流电流，则电容两端电压为电容中的电流相位比其电压相位超前；RC电路－正弦波输入iURUCUi2-2t/msu/vUcUi1波形图滞后角称该电路为滞后电路，滞后时间为△t，滞后相位角为：UC滞后Ui的角度为，UR超前Ui的角度为，且RC电路－正弦波输入uc滞后ui，滞后角RC电路－正弦波输入uR超前ui，超前角训练内容：RC滞后电路R=10kW，C=0.01mF输入ui：正弦波，直流电平U0=0V，峰-峰值Vp-p=5V，频率f分别为100Hz、1kHz、10kHz。双踪同时观测输入和输出信号，并记录。对结果进行分析。RC电路－正弦波输入当RC足够大，或者f足够高时，输出信号的纹波将会非常小，可以忽略不记，此时输出的信号相当于对原信号在某段时间内取平均，得到一个随原信号缓慢变化的平均值；利用这一特性，RC电路可以用于取均值。RC电路应用1－用电容C取均值tuc0Vp-pVpRC电路应用2－阻容滤波tuc0uit0uRt0低通滤波器高通滤波器低频分量高频分量RC电路应用3－在示波器中的应用示波器中的耦合方式AC/DC的简化模型： 其中R很大，C很小。uiuo电路图方波正弦波任意uc不完全积分电路滞后电路低通滤波器uR不完全微分电路超前电路高通滤波器RC电路总结作业：训练报告内容：训练名称训练目的训练器材基本原理（使用自己的语言概括，切勿大段抄书）训练步骤数据记录及分析（严格遵照波形记录要求）思考题意见及建议：你有任何对于教学以及试验方法的意见及建议请写在此处训练报告－数据处理要求1、不同f的方波通过同一RC不完全积分电路分析：1) 波形图：不同频率f下的波形各作一幅图；2) 分析波形产生的原因；3) 总结规律：f越大，积分效果越

。2、同一f的方波通过不同RC不完全积分电路分析：1) 波形图：全部画于同一个图中，即曲线簇作图；2) 分析规律产生的原因；3) 总结规律：RC越大，积分效果越

。3、不同f的正弦波通过同一RC滞后电路分析1) 波形图：不同频率f下的波形各作一幅图；2) 分析规律产生的原因；3) 总结规律。训练报告思考题推导直流电压通过电阻R向电容C充电时，电容两端电压的表达式；推导电容C向电阻R放电时，电容两端电压的表达式；相同条件下，RC较大，充放电是较快还是较慢？半导体二极管半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间常见半导体：硅、锗、金属氧化物本征半导体：不含任何杂质的半导体N型半导体：在本征半导体中掺入微量的磷、锑、砷等五价元素，形成以电子导电的半导体，P型半导体：在本征半导体中掺入微量的硼、铝、镓等三价元素，形成以空穴导电的半导体，PN结：在P型和N型半导体区的交界面处就形成一个具有特殊导电性能的薄层，即PN结。PN结P型区PN结N型区中性区域中性区域空间电荷层内电场空间电荷层，也称为耗尽层，此层内载流子远少于中性区；内电场对多子向另一侧扩散起阻碍作用；PN结中，多子扩散和少子漂移处于一种动态平衡状态。单向导电性PN结加正向电压，称为正向偏置(正偏)，外电场削弱内电场，多子扩散增加，PN结呈现低电阻，PN结导通

正向导通PN结加反向电压，称为反向偏置(反偏)，外电场增强内电场，多子扩散减少，少子漂移增加，但当少子饱和，就不再增加，反向饱和电流很小，PN结不导通

反向截止内电场PN限流电阻E内电场PN限流电阻外电场E外电场半导体二极管二极管：由一个PN结封装后构成的半导体器件；二极管图形符号：D单向导电性：正向导通，反向截止阳极阴极电流方向

各种二极管实物半导体二极管正向导通电压：Si0.6~0.8V，典型值0.7VGe0.1~0.3V，典型值0.2V二极管使用中都要串联限流电阻

按用途分：整流、检波、稳压、发光分类按材料分：锗二极管Ge、硅二极管Si正向电流过大会烧毁二极管反向电压过高会击穿二极管限流电阻限流电阻半导体二极管－极性判断方法1－观察法：外壳有色环一侧为阴极方法2－数字万用表测试法：采用测量二极管特性档位红黑红黑有示数：500~700Ω，则红表笔所接管脚是阳极全零闪烁，则黑表笔所接管脚是阳极二极管的伏安特性单向导电性：正向导通，反向截止正向导通电压：Si0.7VGe0.3V00.20.40.60.7I/mAU/v稳压二极管作用：在电路中稳定电压，工作在反向击穿状态下，提供稳定的基准电压或者限制某一点的电压，使之不能高过稳压管的稳定电压；图形符号标识：用DZ表示特点：反向击穿时，反向电流在很大范围内变化，两端反向电压变化很小；反向击穿时，反向电流在允许范围内变化，反向电压去除后反向击穿可以恢复。稳压二极管的伏安特性稳压二极管工作在反向击穿状态，即反向稳压；正向表现为普通的二极管特性。0I/mAU/v稳压二极管主要参数：稳压值UZ：在一定温度及工作电流下的稳定电压值；稳定电流IZ：稳压工作状态时的电流；最大稳定电流IZM：稳压工作状态时电流的极限值。0I/mAU/vUZIZIZM训练内容：稳压管V-A特性测试稳压管型号：2CW11稳定电压：3.2~4.5V额定功率：0.25W稳定电流：5~10mA实验中正反向最大电流不得超过20mA用示波器作电压表，万用表作电流表；采用电流表外接法；选用510欧姆的串联电阻；在面包板上连接电路。510Ω注意：红色表笔插孔位置面包板简介特点：上下对称，左右对称顶部：一行25孔连通中间：一列5孔连通1510152025303540455055FGH

IJABCDEFGH

IJABCDE1510152025303540455055面包板接线面包板上接线基本要求：横平竖直避免交叉少用导线+I－+II－