电子元器件从入门到精通-元器件识别、单元电路设计及技能训练 课件全套 第1-14单元 电阻、电容和电感-其他常用元器件

第

1

章

电阻、电容和电感.............................................................................................................21.1 电阻电容电感的基础知识...........................................................................................21.1.1

电阻元件及其特性

................................................................................................................21.1.2

电容元件及其特性

................................................................................................................41.1.3

电感元件及其特性

................................................................................................................71.2 电阻电容电感主要参数...............................................................................................91.2.1

电阻主要特性参数:

...............................................................................................................91.2.2

电容主要特性参数:

.............................................................................................................101.2.3

电感主要特性参数:

.............................................................................................................101.3 电阻电容电感的仪表测试.........................................................................................101.3.1

电阻的万用表测试

..............................................................................................................101.3.2

电容的万用表测试

..............................................................................................................121.3.3

电感的电感表测试

..............................................................................................................131.4 电阻电容串联电路的仿真测试.................................................................................141.4.1

电阻电容串联电路图

..........................................................................................................141.4.2

电阻电容串联电路原理

......................................................................................................151.4.3

电阻电容串联仿真实训内容

..............................................................................................151.5 电阻电感串联电路的仿真测试.................................................................................151.5.1

电路图和原理分析

..............................................................................................................151.5.2

仿真实训内容

......................................................................................................................161.6 电阻电容电感的常用单元电路.................................................................................161.6.1

电阻作用及单元电路

..........................................................................................................161.6.2

电容作用及单元电路

..........................................................................................................161.6.3

电感作用及单元电路

..........................................................................................................171.7 硬件实训项目：单元件的二分频器电路.................................................................181.7.1

分频器基础知识

..................................................................................................................181.7.2

分频器电路仿真

..................................................................................................................19附：单元件的二分频器电路实训指导书.....................................................................................201.8 硬件实训项目：RC

文氏振荡电路

..........................................................................211.8.1

RC

文氏振荡电路工作原理................................................................................................211.8.2

RC

选频网络的计算............................................................................................................221.8.3

完整电路和元器件清单

......................................................................................................22附：RC

文氏振荡电路实训指导书

..............................................................................................23第

1

章

电阻、电容和电感1.1

电阻电容电感的基础知识电阻元件、电容元件、电感元件是三种最常使用的电子元件，通常这些元件都属于二端元件，即有两个端钮用来与其它元件相连接。电阻元件、电容元件、电感元件不需要附加电源就可以工作，比如只需要加信号即可，所以称为无源元件，相比较而言，晶体管、集成电路等有源元件则需要在电源作用下才能有正常的作用。对于电阻、电容和电感元件，它们两端的电压与通过的电流之间都有确定的约束关系，这种关系称为元件的伏安特性。该特性由元件的固有性质决定，元件不同，其伏安特性不同。通常可以用数学方程式来表示伏安特性，也称为该元件的特性方程或约束方程。1.1.1 电阻元件及其特性电阻元件是具有一定电阻值的元件，在电路中用于控制电流、电压和信号大小等。在电路图中电阻用字母

R表示，电路图中常用电阻器的图形符号如图

1.1所示。图1.1

常见的电阻图形符号按伏安特性分类，电阻元件可分为线性和非线性两种：1、对大多数电阻来说，在一定的温度下，其电阻值几乎维持不变而为一固定值，这类电阻称为线性电阻，其伏安特性符合欧姆定律，一条斜线，常温下金属导体的电阻都是线性电阻。2、有些材料的电阻值明显地随着电流(或电压)而变化，其伏安特性是一条曲线，这类电阻称为非线性电阻，比如压敏电阻，二极管，三极管的

PN结等。按材料分类，电阻元件可分绕线电阻和各种膜电阻：1、线绕电阻器由康铜、锰铜或镍铬合金丝等绕在绝缘骨架上制成，表面有保护漆或玻璃釉绝缘层。绕线电阻具低温度系数，高精度，高稳定性，耐热耐腐蚀，主要做大功率精密电阻使用，但是由于是绕制而成，有电感效应，所以缺点是高频性能差。2、碳膜电阻器是在瓷管上镀上一层碳膜而成，用控制膜厚度和刻槽的方法可以控制电阻值。碳膜电阻器是目前应用最广泛的电阻器，其成本低、性能一般。3、金属膜电阻器是在瓷管上镀上一层导电金属膜而成，用控制膜金属厚度和刻槽的方法可以控制电阻值。相比碳膜电阻，金属膜电阻的精度高，稳定性好，噪声和温度系数小，广泛用作高精密和高稳定性电阻器，在通讯设备及仪器仪表电路中大量采用。4、金属氧化膜电阻器是在瓷管上镀上一层金属氧化物而成，或在陶瓷或玻璃绝缘棒上沉积一层金属氧化物，主要特点是高温下具有稳定性。另外还有一些特殊电阻器，如保险电阻和敏感电阻1、保险电阻又称为熔断电阻器，通常作为保险丝的使用，当电路出现故障等导致电流增加到一定的值时，它会像保险丝一样熔断使连接电路断开。保险电阻是低阻值的限流保护元件，起电流过载后阻值上升甚至熔断保护作用。2、敏感电阻器是对温度、湿度、光照、电压、机械力、以及气体浓度等物理量具有敏感特性的电阻器，当这些量发生变化时，敏感电阻的阻值就会随之而发生改变，常为传感器元件。按安装工艺分类，和所有的元件一样，电阻也分直插电阻和贴片电阻两种。常见的一些直插电阻，如

1/8W、1/4W的常规电阻以及水泥电阻等如图

1.2所示。

图1.2

常见的直插电阻图片

电阻元件的功耗与其封装有密切的关系，在

ALTIUM

DESIGNER

软件中，电阻常见的封装为

AXIAL-X，具体可以参考图

1.3。

图1.3

直插电阻封装和功率对照

随着电子产品小型化的要求，电阻元件更多使用了贴片封装，通常封装使用英寸表示法，比如

0402

的封装中

04

表示长度是

0.04

英寸，02

表示宽度

0.02

英寸。常见贴片电阻的封装和尺寸功耗对照如表

1.1所示。表1.1 贴片电阻封装和尺寸功耗对照表贴片封装名称英制尺寸（长

X

宽）公制尺寸（长

X

宽）功耗04020.04

英寸

X0.02

英寸1.0mmx0.5mm1/16

W06030.06

英寸

X0.03

英寸1.6mmx0.8mm1/10

W08050.08

英寸

X0.05

英寸2.0mmx1.2mm1/8

W12060.12

英寸

X0.06

英寸3.2mmx1.6mm1/4

W12100.12

英寸

X0.10

英寸3.2mmx2.5mm1/4

W18120.18

英寸

X0.12

英寸4.5mmx3.2mm1/2

W25120.25

英寸

X0.12

英寸6.4mmx3.2mm1W最常用的贴片电阻封装有

0402、0603、0805等，图

1.4为

0805

封装电阻及封装尺寸图，其中

0805

封装的焊盘尺寸为

ALTIUMDESIGNER等

PCB

设计软件中常用。图1.40805

封装电阻及封装尺寸电阻的国际单位是欧姆，简称欧，通常用符号“Ω”表示。常用的单位还有“KΩ”“MΩ”，它们的换算关系如下：1M

103

K

106

电阻是从实际电阻器如电灯泡、电炉、电烙铁等抽象出来的理想化模型，是代表电路中消耗电能的理想二端元件。如这类实际电阻器，当忽略其电感等微弱作用时，可将它们抽象为仅具有消耗电能的电阻元件。通常，电阻的伏安特性曲线是一条过原点的直线，也即为欧姆定律。这样的电阻元件称为线性电阻元件（区别于二极管等非线性元件，二极管伏安特性是一条过原点的曲线）。电阻的特性方程：U

IR2U

2R

I

R电阻的功率公式为：

P

UI

上式表明，电阻元件吸收的功率恒为正值，而与其上的电压、电流的方向无关。因此，电阻元件又称为耗能元件。在选用电阻时，除了选择合适电阻值的电阻外，电阻的额定功率，必须高于实际的最大工作功率，否则。如果实际工作功率过高，电阻发热严重就会被烧毁或者发生阻值变化。1.1.2 电容元件及其特性电容元件是具有一定电容值的元件，在电路中多用来滤波、隔直、交流耦合、交流旁路及与电阻或者电感元件组成振荡回路等。实际电容器是由两片金属极板中间充满绝缘电介质（如空气、云母、绝缘纸、塑料薄膜、陶瓷等）构成的。在电路图中电容用字母

C

表示，电路图中常用电容器的图形符号如图

1.5

所示。图1.5

常见的电容图形符号

按结构分类，电容元件可分为固定电容、可变电容和半可变电容（微调电容）三种：1、固定电容的电容值是相对固定不变的，当然固定电容的容值会随着电压和温度等的改变会有微小的变动。2、可变电容的电容值是可以改变的，如滑动变阻器可以改变电阻一样。可变电容一般通过改变极片间相对的有效面积来改变电容，可变电容多用于无线电接收电路中作调谐电容器。3、半可变电容又称为微调电容，与可变电容的区别是其电容改变范围很小，用于不需要经常调整的场合。按极性分类，可分为极性电容和无极性电容两种：1、极性电容的引脚是具有正负极性的，接反会不能正常工作，甚至产生严重后果，如电解电容接反会可能炸裂，极性电容的容值一般比较大。2、非极性电容的引脚是没有正负极性之分的，使用更加方便。按照介质分类，是最重要的分类方式，可分为很多种1、气体介质电容，如空气电容2、电解电容，铝质电解电容和钽电解电容3、无机介质电容：瓷介电容、云母电容、玻璃釉电容、独石电容等4、有机介质电容：聚丙烯电容(PP电容，CBB

电容)

、金属化聚丙烯电容(MKP电容)

、金属化聚乙酯电容(MKT

电容)、聚酯电容（涤纶电容）、聚苯乙烯电容(PS

电容)

、聚碳酸电容、聚乙酯电容(Mylar电容)

电容元件的种类很多,性能也各异。在

ALTIUM

DESIGNER

软件中,常见的片状直插电容的封装为

RAD-X

系列,其中

X

表示引脚间距，单位为英寸。常见的柱状直插电容的封装为

RB系列，如

RB5-10.5

表示引脚间距为

5mm，外径为

10.5mm，具体可以参考图

1.6。图1.6

常见的直插电容封装

电容可分为无极性和有极性两类。无极性的贴片电容的系列封装有

0402、0603、0805、1206、1210、1808、1812、2010、2225、2512，以

0805

和

0603

两类封装最为常见。有极性电容即我们平时所称的电解电容，使用最多的为铝电解电容，其温度稳定性以及精度都不是很高，钽电容的则高很多，而贴片元件由于其紧贴电路板，温度变化大，所以贴片电容以钽电容为多。表

1.2

为常见五种贴片钽电解封装和尺寸功耗对照表。贴片铝电解电容通常采用圆形贴片封装。常见的贴片电容照片如图

1.7

所示。图1.7

常见的贴片电容照片

钽电解电容钽电解电容钽电解电容（底部）陶瓷电容铝电解电容表1.2

贴片钽电解封装和尺寸功耗对照表封装代号封装英制尺寸（长

X

宽）公制尺寸（长

X

宽）A32160.126

英寸

X0.063

英寸3.2mmx1.6mmB35280.138

英寸

X0.110

英寸3.5mmx2.8mmC60320.236

英寸

X0.126

英寸6.0mmx3.2mmD,

E73430.287

英寸

X0.169

英寸7.3mmx4.3mm电容的国际单位是法拉，简称法，通常用符号“F”表示。常用的单位还有“uF”、“nF”，“pF”，它们的换算关系如下：1F

106

uF

109

nF

1012

pF电容是从实际电容器抽象出来的理想化模型，是代表电路中储存电能的理想二端元件。当忽略实际电容器的漏电电阻和引线电感等微弱特性时，可将它们抽象为仅具有储存电场能量这一特性的电容元件。电容元件的电压、电流关系是十分重要的。当电容元件两端的电压发生变化时，极板上聚集的电荷也相应地发生成比例的变化，这时电容元件所在的电路中就因为电荷的定向移动，形成了电流。当电容元件两端的电压固定不变时，极板上的电荷量也不变化，电路中也就没有电流。电容上的电流跟它的电压的变化率成正比。比例常数

C

称为电容，它是表征电容元件特性的参数。dudt当

ui

方向一致时，电容的特性方程为：

i

C该式也表明，电容上的电压不能突变，电容在直流电流中相当于开路。电容上存储的电场能量公式为：W

1

CU

22该式表明，电容在某时刻储存的电场能量

W

只与该时刻电容元件的端电压

U

有关。当电压增加时，电容从电源吸收能量，储存的能量就增加，为电容的充电过程。当电压减小时，电容元件向外电路释放能量，储存的能量就减少，为电容的放电过程。理想的电容在充放电过程中自身并不消耗能量。因此，电容元件是一种储能元件。在选用电容器时，除了选择合适的电容量外，电容器的额定电压或者耐压，必须高于实际的最大工作电压，否则。如果实际工作电压过高，电容器的介质就会被击穿，电容器就会损坏。1.1.3 电感元件及其特性电感元件是具有一定电感值的元件，在电路中多用来对交流信号进行隔离、滤波或组成谐振电路等等。实际电感线圈就是用漆包线或纱包线或裸导线一匝挨着一匝地绕在绝缘管、铁芯或者磁芯上，圈与圈又彼此绝缘。在电路图中电感用字母

L

表示，电路图中常用电感器的图形符号如图

1.8所示。图1.8

常见的电感图形符号

实际的电感元件种类很多，但一般由骨架、绕组、铁芯或磁芯、屏蔽罩等几部分组成。骨架：绕制线圈的支架，但空心电感可能无骨架绕组：具有规定功能的一组线圈，最基本的组成部分铁芯或磁芯：用于增强电磁感应，但空心电感无铁芯或磁芯屏蔽罩：电感器在工作时会产生磁场，屏蔽罩可以避免影响其他元器件和电路的正常工作。电感按其结构不同可分为线绕式电感和非线绕式电感（如多层片状、印刷电感等），按可调型又可分为固定电感和可调电感。固定电感又分为空心电感、磁芯电感、铁芯电感。可调式电感又分为磁芯可调电感（磁芯位置可调节）、铜芯可调电感、滑动接点可调电感、串联互感可调电感和多抽头可调电感等。电感按工作频率可分为高频电感、中频电感和低频电感。空心电感一般为高频电感，磁芯电感和铜芯电感一般为中频或高频电感，而铁芯电感多数为低频电感。常用直插电感器的图片如图

1.9

所示图1.9

常见的直插电感照片

随着电子产品小型化要求，出现了更多的贴片电感，常用贴片电感有绕线式和叠层式两种类型。绕线式是传统绕线电感器贴片化的产物，叠层式则采用多层印刷技术和叠层工艺制作，体积比绕线式贴片电感器还要小，常见叠层式电感封装有

0402、0603、0805、1206

等。图

1.10为常见的贴片电感照片，其中最后一个即为叠层式电感。图1.10

常见的贴片电感照片

电感的国际单位是亨利，简称亨，通常用符号“H”表示。常用的单位还有“mH”和“uH”等，其换算关系如下：1H

103

mH

106

uH电感是从实际电感线圈抽象出来的理想化模型，是代表电路中储存储存磁场能量的理想二端元件。当忽略实际电感线圈的直流电阻和匝与匝之间的分布电容等特性时，可将它们抽象为仅具有储存磁场能量这一特性的电感元件。电感元件的电压、电流关系也是十分重要的。当电感两端的电流发生变化时，电感上感应出的磁场也会发生相应的变化，而磁场的变化又引起感应电动势的产生，这时电感元件两端就有了电压。当电感两端的电流固定不变时，电感上感应出的磁场也不变化，这时电感元件两端没有电压。电感上的电压跟它的电流的变化率成正比。比例常数

L

称为电感，它是表征电感元件特性的参数。didt当

ui

方向一致时，电感的特性方程：

u

L该式也表明，电感上的电流不能突变，电感在直流电流中相当于短路。电感上存储的磁场能量公式为：W

1

LI

22该式表明，电感在某时刻储存的磁场能量

W

只与该时刻电感的电流

I

有关。当电流增加时，电感从外电路吸收能量，储存的能量就增加。当电流减小时，电感向外电路释放能量，储存的能量就减少。理想的电感器在充放电过程中自身并不消耗能量。因此，电感元件和电容元件一样也是一种储能元件。在选用电感器时，除了选择合适的电感量外，电感器的额定电流必须高于实际的工作电流的有效值，否则，如果实际工作电流过高，电感器就会被发热损坏，或者进入磁饱和状态。1.2 电阻电容电感主要参数1.2.1

电阻主要特性参数:标称阻值：电阻器上面所标示的阻值。允许偏差：标称阻值与实际阻值的误差值，通常用百分比表示，它表示电阻器的精度。碳膜电阻和金属膜电阻是最常见的电阻，色环电阻从外观上看的区别：金属膜有五个色环，表示其误差率

1%），而碳膜的色环数多为四个，表示其误差率

5%。金属膜电阻的体色为蓝色，碳膜的体色为土黄色或是其他的颜色，从颜色上可以区分碳膜电阻和金属膜电阻，但并不严格。比较好的方法是下面两种：1.用刀片刮开保护漆，露出的电阻膜的颜色如为黑色则为碳膜电阻，如为亮白的则为金属膜电阻。2.由于金属膜电阻的温度系数比碳膜电阻小得多，所以温度变化时金属膜电阻的阻值变化很小。基于这点，可以用万用表测电阻的阻值，同时用烧热的电铬铁靠近电阻，如果阻值变化很大，则为碳膜电阻，变化很小的则为金属膜电阻。额定功率：在正常的大气压力及环境温度为－55℃～＋70℃的条件下，电阻器长期工作所允许耗散的最大功率，也就是

70℃环境下，额定功率下使用不会烧坏。常用的额定功率系列为（W）：1/8、1/4、1/2、1、2、5、10

等。额定功率和元件的封装和耐热性能等有密切关系。电容主要特性参数:标称容量与允许偏差：为电容上标示的电容量与所允许的最大误差范围。一般分为

3

级：I级±5%，II

级±10%，III

级±20%。

精密电容器的允许偏差较小，而电解电容器的偏差则较大。额定工作电压：在电路中电容器能够长期稳定、可靠工作，所能承受的最大直流电压，又称耐压，超过该电压容易导致电容被击穿。对于结构、介质和容量均相同的电容器，其耐压越高，体积也越大。

常用固定电容的直流工作电压系列为：6.3V，10V，16V，25V，40V，63V，100V，160V，250V，400V

等。绝缘电阻：用来表明电容漏电大小的。一般小容量的电容，绝缘电阻很大，在几百兆欧姆或几千兆欧姆。电解电容的容量往往在

uF

级，其的绝缘电阻相对较小。绝缘电阻越大越好，根据欧姆定律，其漏电越小。电感主要特性参数:标称电感量：也称自感系数，是表示电感器产生自感应能力的一个物理量为，其主要取决于线圈的匝数、绕制方式、有无磁芯及磁芯的材料等。通常，线圈匝数越多、绕制越密集，电感量就越大。空心线圈插入磁芯后电感量会大很多；磁芯的导磁率越大，线圈的电感量也越大，调整磁芯的位置可以调节线圈的电感量而得到可调电感。允许偏差

：是指电感器上标称的电感量与实际电感量的允许误差值。

一般用于振荡或滤波等电路中的电感器要求精度较高，相对允许偏差为±0.2%~±0.5%；而用于耦合、高频阻流等线圈的相对允许偏差为±10%~15%。品质因数

：也称

Q

值或优值，是衡量电感器质量的主要参数。它是指电感器在某一指定频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效直流电阻之比。电感器的

Q

值越高，其损耗越小，效率也越高。品质因数的高低与线圈导线种类和直径关系很大，同时与线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等导致的损耗等有关。额定电流

：是指电感器在长时间工作时允许通过的电流值。若工作电流超过额定电流，则电感器就会因发热而使性能参数发生改变，甚至烧毁。1.3 电阻电容电感的仪表测试1.3.1

电阻的万用表测试电阻值的变化很大，从几毫欧（mΩ）的接触电阻到几十亿欧姆的绝缘电阻。许多数字万用表可以测量的电阻值可小至

0.1

欧姆，某些数字万用表的测量值可高至

300

兆欧。数字万用表测量离线电阻的步骤如下：（1）

将旋钮开关旋到电阻档。（2）

将红、黑表笔分别插入有Ω字样的表笔插孔和

COM

插孔。（3）

将表笔线的测试端并联到被测电阻上，在显示屏读取电阻阻值。（4）

如显示屏显示过量程读取阻值不够精确，则调节旋钮开关到合适的电阻档再读取最精密的阻值。数字万用表测量电阻注意事项：（1）

测在线电阻时，须将线路电源关断，并将电路中的所有电容充分放电。（2）

如果被测电阻开路或阻值超过电阻档的最大量程时，仪表将显示“OL”或者“1”字样。（3）

在进行低电阻的精确测量时，必须从测量值中减去测量导线的电阻。典型的测试导线的阻值在

0.2Ω到

0.5Ω之间。如果测试导线的阻值大于

1Ω，测试导线就要更换了。（4）

读数直接按照量程选择的单位（Ω、KΩ、MΩ）读数图

1.11为

VC9205数字万用表测量

8.2kΩ电阻的图片。图1.11

数字万用表测电阻

1.3.2

电容的万用表测试数字万用表测量电容的步骤如下：（1）

将电容两端短接，对电容进行放电，确保数字万用表的安全和测量准确度。（2）

把旋钮打到电容测量档，根据预测电容值的大致范围选择合适的量程。（3）

将电容插入数字万用表的插孔或者表笔。读出显示屏上显示的数据。数字万用表测量电容注意事项：（1）

测量前电容需要放电，否则会损坏万用表。测量后也要放电，避免安全隐患。有些高压电容如不进行预放电，还可能对人体造成伤害。（2）

测量电容时，将电容插入专用的电容测试座或者表笔。（3）

由于电容充放电需要一定的时间，测量大电容时稳定读数也需要时间。（4）

电容通常需要从电路板上取下才能准确测量其电容值，至少需要取下一个引脚。（5）

对于没有电容档的万用表，比较难对电容进行定量的测量。（6）

如果电容上没有标称值，从最低量程开始测量，直到超量程显示消失得到读数。对极低电容的测量应当使用特别短的表笔以避免杂散电容影响。（7）

对于某些电容，尤其电解电容，往往具有较宽的电容量，如果测试结果远大于标称值也不奇怪。（8）

大电容测试一定要接触良好。（9）

读数直接按照量程选择的单位（pF、nF、uF）读数。图

1.12为

VC9205

数字万用表测量

0.1uF

瓷片电容的图片。图1.12

数字万用表测电容

1.3.3

电感的电感表测试普通数字万用表大都没有电感档，但可以用测量电感的直流电阻的方法来大致判断电感是否开路。测量电感值比较常用的是电感表，或者电容电感表等多功能表。电感表测量电感的步骤如下：（1）

选择合适量程，如果电感没有标称值，可以先选择最大量程再逐渐减小，或者先选择最小量程再逐渐上升量程直到超量程显示消除。（2）

将电感接入电感表的插孔或者表笔。读出显示屏上显示的数据。数字万用表测量电容注意事项：（1）

在使用

2mH

量程时，应先将表笔短路，测得引线电感，然后在实测值中减去该值。（2）

有些电感表有小测试孔，测量非常小的电感时最好使用小测试孔。（3）

如果显示值前有零，应将量程盖到较低量程以提高测量的分辨率。（4）

读数直接按照量程选择的单位（uH、mH、H）读数。图

1.13为

DM6243L

数字电容电感电阻表测量

1mH

电感的图片。图1.13

数字电感表测电感

1.4 电阻电容串联电路的仿真测试1.4.1

电阻电容串联电路图电路如图

1.14

所示：R11kC11uF100Hz

脉冲ABCD图1.14

电阻电容充放电测试电路

1.4.2

电阻电容串联电路原理根据电路的暂态分析，电容上的电压与时间成指数关系，应该得到如图

1.15

的曲线。由于电容上的电压不能突变，所以

Uc

的变化落后于

Ui，也就是不会随着

Ui

的突变而发生突变。这也是电容经常用于电源滤波的原因。图1.15

电阻电容充放电测试曲线

1.4.3

电阻电容串联仿真实训内容实训内容：1.输入

100Hz

50%占空比脉冲，观察电容上的电压波形。2.测量脉冲周期与时间常数进行比较。3.观察分析电容上的电压波形是直线还是指数规律的曲线？4.修改电阻的值为

5kΩ，观察

Uc

的曲线是否接近三角波？1.5 电阻电感串联电路的仿真测试1.5.1

电路图和原理分析电路如图

1.16

所示：R13601000Hz

脉冲ADL233mH BC图1.16

电阻电感测试电路

根据电路的暂态分析，电阻上的电压（表征了电感上的电流）与时间成指数关系，应该得到类似图

1.15

的曲线。由于电感上的电流不能突变，所以

UR

的变化落后于

Ui，也就是不会随着

Ui

的突变而发生突变。这也是电感也经常用于电源滤波的原因。1.5.2仿真实训内容实训内容：1.输入

1000Hz

50%占空比脉冲，观察电阻上的电压波形。2.测量脉冲周期与时间常数进行比较。3.观察分析电阻上的电压波形是直线还是指数规律的曲线？1.6 电阻电容电感的常用单元电路1.6.1

电阻作用及单元电路电阻的作用及单元电路如表

1.3

所示。表1.3

电阻作用及单元电路序号 功能 例图说明1降压、限流6VR11kD1LED-REVolts+2.01左图是常见的

LED

限流电路。由于

LED

正常工作所需要的电流为

1

mA

-10mA,而且正常工作时的电压为

2V

左右，如果使用导线替代电阻

R1，6V

的电源电压将很快使

LED

烧毁，这里电阻

R1分担了约

3V

的压降，其作用即为降压和限流。2串联分压R515kR630kR7150kR8800k1V2.5V10V50V左图是

MF-47

型万用表中电压表多量程电路,五个电阻组成串联分压电阻可以扩大其量程，R5、R6、R7、R8

为

lV、2.5V、10V、50V

档的分压电阻。串联分压的两个电阻由于为同一个电流，所以分得的电压和自身的电阻为正比关系，即电阻越大分得的电压越大。3并联分流R212R324L112V24VVolts+12.0

24Ω左图中电阻

R3

和灯泡

L1

并联起到分流作用，将通过

R2

的电流分成两部分。并联分流的两个电阻由于为同一个电压，所以分得的电流和自身的电阻为反比关系，即电阻越大分得的电流越小。1.6.2

电容作用及单元电路电容的作用及单元电路如表

1.4

所示。表1.4 电容作用及单元电路GND2

+序号功能例图说明1滤波+20V U17805 VO1 VI VO

3 V=5.00785C1 C210uF 10uF左图是常见的

7805

稳压电路，C1

和

C2

分别为输入和输出电压滤波电容。通常在集成电路的电源端都可以设置一个滤波电容。滤波电容的作用都是降低纹波，使电源的电压更加稳定。2耦合和隔直vo C3 vi1uFR210k左图是常见的电容耦合和隔直电路。前级电路的输出信号

vo往往可能是含有直流分量的交流信号，由于电容具有通交流和隔直流的作用，所以得到的

vi

信号就是去掉了直流分量的交流信号。3旁路和退耦+5Vc5+100uc1 c3vi

104 3

+ 6

100uc2R1 1042LM386

510k 4 R24.7 8Ωc40.01u左图中电容

C2

的作用是将输入端的高频信号对地短路，以消除输入信号中的高频噪音，为旁路电容。电容

C4

的作用则是将输出端的高频信号对地短路，以消除输出信号中的高频噪音，为退耦电容。4充放电（ 振荡）R110kU3:A

1 274HC14C1100uF左图中电容

C1

的作用是在74HC14

的控制下反复通过电阻进行充电和放电以产生振荡信号，信号的周期和电阻电容的乘积（即时间常数）成比例。要改变输出信号的周期可以调整电阻或者电容的大小。1.6.3

电感作用及单元电路电感的作用及单元电路如表

1.5

所示。表1.5 电感作用及单元电路序号功能例图说明1π型滤波VI L1C1VOC2左图是常见两个滤波电容和一个滤波电感组成的π型滤波电路，它的输入和输出都呈低阻抗，滤波电容值取大一点效果更佳，对于滤波电感，可以根据输出电流大小和频率高低选择其电感量。2振荡电路R7100kC410uFR813kR11510+18R95.1kQ2NPNR10100C647uFvoC10.01uFL11mHC20.01uF左图是常见的电容三点式振荡电路，

又称考毕兹（

Colpittsoscillator）电路，两个电容和一个电感形成选频网络，振荡频率f

1

10 2

LC C

C2

L

1

2

C1

C23开关电源模型VI

LVO左上图为降压DC-DC

开关电源的模型图，当驱动脉冲为

1

时，三极管导通，二极管截止，电感电流逐渐增加储能；当驱动脉冲为

0

时，三极管截止，二极管导通，电感电流逐渐降低释放能量。左下图为升压DC-DC

开关电源的模型图，当驱动脉冲为

1

时，三极管导通，二极管截止，电感电流逐渐增加储能；当驱动脉冲为

0

时，三极管截止，二极管导通接续电感电流。电感具备储能和放能作用，所以开关电源中的电感起了能量转换和传输的作用。CICO驱动脉冲

（降压）LVI

VOCICO

驱动脉冲（升压）1.7 硬件实训项目：单元件的二分频器电路1.7.1

分频器基础知识CLLS1高音LS2低音+IN-INa）电路图

b）

高通特性

c）低通特性图1.17最简单的二分频器电路和特性曲线

音箱系统中广泛使用了电容和电感元件来进行高音和低音的分频，尽可能将高音只送给高音喇叭，低音只送给低音喇叭，以免互相干扰。单元件的二分频器也就是高音和低音分别只使用一个元件的分频器，也叫一阶分频器。如图

1.17

中

a）所示的电容即高通滤波器，一阶衰减是

6dB/oct，即每倍频程

6dB，也即是频率每降低一倍，信号幅度降低一倍（6dB），所以为高通滤波器，特性如图

1.17

中

b）所示。其中的转折频率

fc

为从滤波器的通带增益算起，下降

3db（即

0.707倍）处的频率，此处的信号在负载上的功率会降低到一半。如图

1.17

中

a）所示的电感即低通滤波器，一阶衰减是-6dB/oct，即每倍频程-6dB，也即是频率每升高一倍，信号幅度降低一倍（6dB），所以为低通滤波器，特性如图

1.17

中

c）所示。在图

1.17

中

b）高通特性和图

1.17

中

c）低通特性的

fc

频率处两条曲线会有一个交叉点，故我们称

fc

为二分频电路的分频点。一阶二分频器的分频点

fc

通常选择在

3dB

衰减处。单元件的二分频器的计算可以使用经验公式：2πfCRLL

其中，RL

为低音扬声器阻抗，fc

为设计的分频点。12πfC

RGC

其中，RG

为高音扬声器阻抗。例

1.1

某组合音箱使用

8Ω阻抗低音扬声器的频率范围为

55Hz-5000Hz，

8Ω阻抗高音扬声器的频率范围为

2kHz-16kHz，则

fc

应选择低音扬声器上限频率和高音扬声器的下限频率之间的部分，即

2kHz-5kHz

范围以内，如选

fc=3.5kHz，则对应的

L

和

C分别为：8

0.36mHL

2π

35001C

2π

3500

8

5.7uF1.7.2

分频器电路仿真根据例

1.1

计算的数据，输入信号的频率选为

3.5kHz，观察输出高低音均为输入信号大小的

0.707

倍左右，如图

1.18所示。响应（dB）o6dB/oct0.5fc

fc

频率响应

（dB）

3dB

6dBo-6dB/octfc 2fc

频率

3dB 6dBC1L10.36mH5.7uF LS1LS2低音+IN-INABCDAM

FM+-CLKCERSTAC

Volts高音

+2.14

AC

Volts+2.12AC

Volts+3.00图1.18

单元件的二分频器电路仿真验证

上述电路的示波器显示输出信号（高音和低音）大致一样的幅度，而且应该是输入信号的

0.707

倍。如在

3.5kHz

的基础上逐渐增加输入信号的频率，则高音通道输出信号应该逐渐增强，最终接近输入信号的幅度，而低音通道输出信号会逐渐减弱，最终接近

0。反之，如在

3.5kHz

的基础上逐渐减少输入信号的频率，则高音通道输出信号应该逐渐减弱，最终接近

0，而低音通道输出信号会逐渐增强，最终接近输入信号的幅度。附：单元件的二分频器电路实训指导书实训器材：8Ω阻抗高音喇叭、8Ω阻抗低音喇叭、示波器、信号发生器实训目的：通过分频器的功能理解电容和电感对音频信号的通过特性，即电容通高频阻低频，电感则相反。实训步骤：按图

1.18

连接电路，示波器监视输入电压和两个输出电压信号的大小。调节信号发生器使其输出有效值为

3V，频率为

3.5kHz

正弦波，示波器测量输入电压和两个输出电压信号的有效值。信号发生器的输出有效值保持不变，以

3.5kHz

为起点逐渐增加频率，示波器观察三个信号的大小变化。信号发生器的输出有效值保持不变，以

3.5kHz

为起点逐渐降低频率，示波器观察三个信号的大小变化。实训数据：将步骤

2

得到的实训数据填入表

1.6。表1.6 实训数据vivo（高音）vo（低音）备注1.8 硬件实训项目：RC

文氏振荡电路1.8.1

RC

文氏振荡电路工作原理要了解

RC

文氏振荡电路的工作原理首先需要了解运放的同相放大电路，如图

1.19

所示的运放同相放大电路的电压增益约为

7

倍，是一个固定电压增益的放大器。+5V-5VR45.1kVi31

2

8

4U1:ALM358VoR530k图1.19

运放同相放大电路

如图

1.20

所示的运放同相放大电路的电压增益则不是固定的，它利用了二极管死区截止和反向截止的特性。当输入电压很低时，输出电压也很低，一个二极管反向截止，另外一个则不够死区电压也截止，所以这时候，此时的电路等同于图

1.19，放大倍数为

7

倍左右。这满足了自由振荡电路的自启动需要。但是当输入电压逐渐升高时，输出电压也被放大的足够高时，一个二极管反向截止，另外一个正向导通，运放的反馈电阻由原来的

30k

变成了不到

10k，电压放大倍数由

7

倍逐渐变成

3

倍的标准倍率。这满足了自由振荡电路的幅度平衡条件。uF+5V-5VR45.1kR310k1N41481N4148Vi31

2

84U1:ALM358VoR530k