工程师基础培训

工程师基础培训——基本元器件结识鲍俊成十堰市太和医院医学工程部湖北省医学工程分会青年委员会----青年工程师交流平台1第1页分离元器件介绍单片机有关基础电源知识介绍结束语内容大纲电子系统介绍2第2页1电子系统介绍传感器接收器隔离、滤波、放大运算、转换、比较功放执行机构一种复杂电子产品内部信号流程，大体能够用下列图概述3第3页1电子系统介绍将一件电子产品抽象成硬件模型，大体能够分为三部分VisionText1Text2输出部分处理关键输入部分4第4页1电子系统介绍电子产品大体组成：输入、处理关键、输出组件一组件三键盘\鼠标串行接口开关量模拟量显示屏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关键输出部分5第5页2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组成复杂电子电路最小元素，更是学习电路基础复杂电路6第6页2.1电阻/电感/电容/电位器是电子线路中不可缺乏一种器件，在电路中作用是：缓冲、分压分流、保护等。电阻也是最基本元件之一。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主要元件。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7第7页2.1.1电阻一般电阻种类

碳膜电阻金属膜电阻绕线电阻水泥电阻贴片电阻电阻在电路中作用

分流、限流、分压、偏置、阻抗匹配、缓冲、负载、保护等作用电阻参数

阻值：电阻标称阻值称为标称阻值，单位为Ω。

额定功率：是指电阻在电路中允许消耗最大功率，常用有1/8、1/4、1/2、1、2、3、5、10、20瓦等。选用电阻时候，要留一定余量。8第8页2.1.1电阻一般电阻标识办法

直标法：将电阻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，即表达阻值不大于1Ω，如0.22Ω=R22，而2R2=2.2Ω；只要出现R或者R在最背面，即表达阻值不大于1K,如220Ω=220R、22Ω=22R、22.1Ω=22R1；只要是出现K或者K在最背面，即表达阻值大于1K，如2200Ω=2K2、22023Ω=22K、2210000Ω=2.21MΩ=2M21

色环法：一般电阻用四色环表达，精密电阻用五色环表达。紧靠电阻体一端头色环为第一环，露着电阻体本色较多另一端头为末环。最边缘色环假如为金色或者银色，则该色环必为最后一环。9第9页2.1.1电阻电阻色码标识10第10页2.1.2电容电容分类

根据介质不一样，分为陶瓷、云母、纸质、薄膜、电解电容几个。电容参数和选用

主要参数是容量和耐压值常用容量单位有μF（10-6F）、nF（10-9F）和PF（10-12F），标注办法与电阻相同。电容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。

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因其隔断直流、连通交流、制止低频特性，广泛应用在耦合、隔直、旁路、滤波、调谐、能量转换和自动控制等场所。

1、滤波电容：它接在直流电压正负极之间，以滤除直流电源中不需要交流成份，使直流电平滑，一般采取大容量电解电容，也能够在电路中同步并接其他类型小容量电容以滤除高频交流电。

2、退耦电容：并接于放大电路电源正负极之间，避免由电源内阻形成正反馈而引发寄生振荡。

3、旁路电容：在交直流信号电路中，将电容并接在电阻两端或由电路某点跨接到公共电位上，为交流信号或脉冲信号设置一条通路，避免交流信号成份因通过电阻产生压降衰减。

4、耦合电容：在交流信号处理电路中，用于连接信号源和信号处理电路或者作为两放大器级间连接，用于隔断直流，让交流信号或脉冲信号通过，使前后级放大电路直流工作点互不影响。

2.1.2电容电容在电路中作用12第12页2.1.3电感电感分类

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。

按绕线构造分类：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。电感主要参数

电感量L：表达线圈本身固有特性，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，而以特定名称标注。

13第13页2.1.3电感电感主要参数

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

品质原因Q：是表达线圈质量一种物理量，Q为感抗XL与其等效电阻比值，即：Q=XL/R,线圈Q值愈高，回路损耗愈小。

分布电容：线圈匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在电容被称为分布电容。分布电容存在使线圈Q值减小，稳定性变差，因而线圈分布电容越小越好。

14第14页2.1.4电位器电位器与可变电阻

电位器功率比效大、一般按装在机箱上有一种调整手柄便于人们调整。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电流，调好后一般不再调整，无调整手柄。电位器主要参数

辨别力：对于线绕电位器和线性电位器来说，辨别力是用动触点在绕组上每移动一匝所引发电阻变化量与总电阻百分比表达。

15第15页2.1.4电位器电位器主要参数

滑动噪声：滑动噪声是电位器特有噪声。在变化电阻值时，由于电位器电阻分派不当、转动系统配合不当以及电位器存在接触电阻等原因，会使动触点在电阻体表面移动时，输出端除有有用信号外，还伴有伴随信号起伏不定噪声。

机械寿命：电位器机械寿命也称磨损寿命，常用机械耐久性表达。机械耐久性是指电位器在要求试验条件下，动触点可靠运动总次数，常用"周"表达。16第16页2.2二极管/三极管/可控硅是一种由N型半导体和P型半导体形成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主要元件。可控硅17第17页2.2.1二极管二极管分类

按材料来分：硅管、锗管按构造来分：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：加在二极管两端反向电压高到一定值时，会损坏二极管。为了确保使用安全，要求了最高反向工作电压值。18第18页2.2.1二极管二极管主要参数

额定正向工作电流IF：是指管子长期运行时，允许通过最大正向平均电流。

反向击穿电压VBR：是指管子反向击穿时电压值。一般手册上给出最高反向工作电压UWRM约为击穿电压二分之一。

反向电流IR：是指管子未击穿时反向电流，其数值越小，则管子单向导电性越好。

最大浪涌电流Isurge

：是指允许流过最大正向电流，该值为瞬间电流，一般为额定正向工作电流20倍左右。19第19页2.2.1二极管二极管主要特性

正向特性和反向特性：二极管两端加上正向电压不大于一定值时，正向电流很小，当正向电压增大到一定程度后，正向电流则迅速增大，并且正向电压稍增大一点，正向电流就增大许多。使二极管正向电流开始迅速增大正向电压UI成为起始电压。给二极管加反向电压不大于一定值时，反向电流始终很小，当所加反向电压大到一定值时，反向电流迅速增大，二极管处于电击穿状态。使反向电流开始迅速增大反向电压称为反向击穿电压UZ。20第20页2.2.1二极管二极管主要特性

正向压降基本不变特性和温度特性：二极管正向导通后管压降基本不变，但不是绝对不变。下列原因会造成二极管管压降有一种微小变化。当温度升高时，其管压降略有下降，当温度减少时，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。21第21页2.2.2三极管三极管分类

按材料分类：硅管、锗管

按构造分类：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。三极管主要参数

22第22页2.2.2三极管三极管主要参数

特性频率fT：当f=fT时，三极管完全失去电流放大功能。

工作电压/电流：用这个参数能够指定该管电压电流使用范围。

hFE：电流放大倍数。

VCEO：集电极发射极反向击穿电压，表达临界饱和时饱和电压。

PCM：最大允许耗散功率。

23第23页2.2.2三极管三极管主要应用

放大电路：三极管有三种基本放大电路，即共射极放大器、共集电极放大器和共基极放大器，它还能够组成多级放大器等放大电路。

电子开关：给三极管基极一种高电平信号，那么集电极和发射极就会导通，利用这个特点我们能够用一种或者几个三极管来作为电子开关，联合推进（用小三极管推进大功率三极管），三极管与阻容元件和电感线圈组合使用还能够形成振荡电路用于开关电源和高频电路中。24第24页2.2.3可控硅可控硅介绍

可控硅是一种具有三个PN结四层构造大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、构造相对简单、功能强等特点，是比较常用半导体器件之一。该器件被广泛应用于多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。

25第25页2.2.3可控硅可控硅主要参数

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

维持电流IH：在控制极开路且要求环境温度下，晶闸管维持导通时最小阳极电流。正向电流不大于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控制极电压和电流。

正向反复峰值电压UDRM：控制极开路时，允许反复作用在晶闸管上最大正向电压。一般UDRM=UBO×80%

反向反复峰值电压URRM：控制极开路时，允许反复作用在晶闸管上最大反向电压。一般UDRM=UBR×80%

26第26页2.2.3可控硅可控硅工作原理

当晶闸管阳极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管基极电流为iB2，则其集电极电流为β2iB2；T1管基极电流iB1等于T2管集电极电流β2iB2，因而T1管集电极电流iC1为β1β2iB2；该电流又作为T2管基极电流，再一次进行上述放大过程，形成正反馈。在很短时间内（一般不超出几微秒），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，管子依靠内部正反馈始终维持导通状态。27第27页2.3变压器/整流桥/三端稳压器利用电磁感应变化交流电压装置。主要功能：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离变压器整流桥就是将整流管封在一种壳内组成一个器件。分全桥和半桥整流桥分为输出电压固定和输出电压可调两种，二者基本原理相同，均采取串联型稳压电路三端稳压器28第28页2.3.1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。

29第29页2.3.1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：用于连接不一样电压电力系统。也可做为一般升压或降后变压器用。30第30页2.3.1变压器变压器常用参数

变压比n：表达了变压器一次绕组匝数与二次绕组匝数之间关系。n=N1/N2=U1/U2

额定功率：在要求频率和电压下，变压器长时间工作而不超出要求温升最大功率，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，但事实上做不到。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，用效率表达损耗程度。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，比环境温度高出数值。温升越小，越安全31第31页2.3.2整流桥整流桥构造

整流桥就是将整流管封在一种壳内了.分全桥和半桥.全桥是将连接好四个二极管封在一起.半桥是将两个二极管桥式整流二分之一封在一起,用两个半桥可组成一种桥式整流电路。整流桥参数最大工作电流和最大反向电压32第32页2.3.3三端稳压器介绍电子产品中，常见三端稳压集成电路有输出电压固定稳压器和输出电压可调稳压器二种。它样子像是一般三极管。输出电压固定稳压器

常见有正电压输出78××系列和负电压输出79××系列输出电压可调稳压器

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33第33页2.4开关/插接件/继电器开关在电路中作用就是对负载供电进行通/断控制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一种特殊电子元器件，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，一般用在自动控制电路中继电器34第34页2.4.1开关开关分类

根据开关动作方式及内部构造，可大体分为：(1)单刀单掷开关/多刀多掷开关若一种开关只有一种刀片触点且该触点只能与一种定触点接通，那么这种开关就是单刀单掷开关，若一种开关有三只引脚，且其中一种引脚与动触点相连，另外两个引脚与静触点相连，并且动触点能够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。

35第35页2.4.1开关开关分类

根据开关动作方式及内部构造，可大体分为：(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。由于会自己维持在动作状态，因此称为锁定式开关。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，因此又称临时开关或轻触式开关或微动开关。

36第36页2.4.1开关开关分类

根据开关动作方式及内部构造，可大体分为：(3)拨码开关拨码开关又称DIP开关，是由多种单刀单掷开关组合，内部能够有多种微型开关。这种开关一般在正面上一方标注有一种“ON”符号，当该路开关拨至“ON”时，该路开关为闭合状态，不然为断开状态。开关主要参数

开关主要参数就是额定电压和额定电流。这些参数一般标注在开关表面。开关两端电压和流过开关电流超出开关额定值时，就也许会造成开关烧毁37第37页2.4.2插接件插接件是为了方便两个电路之间进行连接而设计一种特殊电子元器件。要有两种类型：一种是用于电子电器与外部设备进行连接插接件；另一种是用于电子电器内部线路之间进行连接插接件。根据不一样电路需求，插接件种类也有很多。常见插接件有下列几个：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

38第38页2.4.2插接件常见插接件：BNC插头/插座

BNC插头/插座是一种用来连接同轴电缆插接件。主要应用在需要采取同轴电缆高频发射/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CD机、录音机、电视机等。在音频设备中，常用不一样颜色RAC插头/插座来传输两个声道音频信号：左声道为白色，右声道为红色。有时也采取这种插头/插座来传送模拟视频信号，此时插头/插座颜色为黄色。

39第39页2.4.2插接件常见插接件：S端子S端子是s-video简称，是视频信号专用输入/输出接口。S端子主要安装在高档录像机、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

个人计算机上通讯接口之一。一般以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)型态出现，个人计算机有两组，分别称为COM1,COM240第40页2.4.2插接件RS-232插头/插座

串口与电子设备之间连接关键问题：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41第41页2.4.3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。继电器能够使用一组控制信号来控制一组或多组电器接点开关，一般应用在自动控制电路中。继电器事实上是用较小电流去控制较大电流一种“自动开关”，故在电路中起着自动调整、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

42第42页2.4.3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种铁芯上饶若干圈。只要在线圈两端加上一定电压，线圈中就会流过一定电流，铁芯就会产生磁场，该磁场会产生强大电磁力，吸动衔铁带动簧片，使得簧片上触点接通。当线圈断电时，铁芯失去磁性，电磁吸力随之消失，衔铁就会离开铁芯。由于簧片弹性作用，因衔铁压迫而接通弹簧片触点就自动断开了。

43第43页2.4.3继电器固态继电器原理

固态继电器功能与电磁继电器相同，但没有电磁继电器机械触点。固态继电器可分为控制输入端与输出端，而这二者之间是隔离。其控制端输入部分采取光耦合电路，而输出部分采取单向晶闸管或双向晶闸管。利用输入控制电压令光耦内部发光管发光，通过内部控制电路后出发输出端单向晶闸管或双向晶闸管导通，进而驱动负载。

44第44页二极管通过半导体制造工艺，把组成具有一定功能电路所需半导体、电阻、电容等元件集成在一小块硅片上，封装在一种管壳内电子器件三极管电阻电容集成电路2.5集成电路45第45页2.5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转换及多种专用模拟集成电路。

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。数字集成电路按构造不一样分为双级型（如TTL系列）和单极型（如CMOS系列）电路。

46第46页2.5集成电路数字集成电路分类47第47页2.5集成电路数字集成电路四电压参数数字集成电路噪声容限

当某电路输出端信号送到其他电路输入端时，为确保输入端能正确地接收信号，必须满足下列条件:VOH≥VIH，VOL≤VIL假如仅仅满足VOH=VIH、VOL=VIL。似乎就能E确地传送逻辑信号，不过在传送过程中不可避免地要受到多种干扰而造成接收端接收不到正确信息。48第48页2.5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也许造成电路工作不正常，甚至损坏器件。尽管CMOS集成电路电源电压范围较宽，在使用中还是应当注意不要超出范围。尤其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一样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：应确保输入电压不超出集成电路电压范围。不然有也许对器件造成损坏。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器件悬空输入引脚相称于接"1"，但悬空状态容易受到外界干扰。因此应当将空余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器件空余输入引脚一定不能悬空。无论何种集成电路器件，空余输出引脚必须悬空，不得接电源正极或地，不然会损坏器件。49第49页2.5集成电路集成电路引脚和识别

集成电路常见封装形式有晶体管封装、扁平封装和直插式封装等。集成电路引脚排序有一定规律，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照标致，如凹槽、色点等。

引脚排列一般规律为：圆形金属壳封装集成电路多用于集成运放等。其引脚识别办法为：正视引脚，以管壳上凸起部分为参照标识，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，一般都有一种缺口或色点作为第一脚识别标识。识别时，将有文字符号一面正放（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第50页

常用8位单片机

常用16位单片机单片机技术开创了当代电子技术时代MCS-51PICAVR新龙华（增强型51）MSP430凌阳dsPIC系列单片微型计算机，是典型嵌入式微控制器，它不是完成某一种逻辑功能芯片，而是把一种计算机系统集成到一种芯片上，相称于一种微型计算机。单片机3单片机基础知识51第51页什么是单片微型计算机？在一片芯片上集成了计算机所有基本组成部分组成四要素：CPU、ROM、RAM、IO口，互相之间通过总线连接片上外设：UART、ADC、DAC、增强型定期器、SPI、IIC、USB控制器、LCD控制器等3.1单片机定义52第52页51单片机内部构造CPU、RAM、ROM、IO口、UART、定期器、外部中断、时钟电路3.2MCS-51单片机构造53第53页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第54页水能、热能、核能日常生活中使用电能，主要来自其他形式能量转换，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产生过程4电源知识介绍55第55页串联型稳压电源原理

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，对输出电压减小影响。4.1线性电源在实际电路中，可变电阻R是用一种三极管来替代，控制基极电位，从而就控制了三极管管压降VCE，VCE相称于VR。56第56页串联型稳压电源组成：

调整管、放大步骤、比较步骤、基准电压源4.1线性电源57第57页串联型