《电子元件应用基础》课件

电子元件应用基础探索电子世界基础构件理解元件特性与应用课程概述课程目标掌握电子元件基本知识学习内容元件类型、参数和应用重要性电子元件简介1定义构成电子电路的基本单元2分类无源元件与有源元件3作用实现信号处理与能量转换电阻器基础电阻的定义限制电流流动的元件单位：欧姆(Ω)欧姆定律电压(V)=电流(I)×电阻(R)基本电路分析法则电阻器类型固定电阻碳膜电阻金属膜电阻线绕电阻可变电阻电位器微调电阻热敏电阻特殊电阻光敏电阻压敏电阻湿敏电阻电阻器参数阻值电阻大小色环标识或直接标注功率最大承受功率1/8W至数百瓦精度实际值与标称值偏差常见±1%、±5%电阻器应用限流保护敏感器件分压获得所需电压保护防止过流损坏电容器基础电容的定义储存电荷的元件充电过程电荷积累放电过程释放储存能量电容器类型陶瓷电容体积小，稳定性好电解电容大容量，有极性薄膜电容精度高，自愈能力电容器参数1μF容值储存电荷能力50V耐压最大工作电压0.5%漏电流电荷损失率电容器应用滤波平滑电压波动耦合/去耦传递或隔离信号定时控制电路时间常数电感器基础电感的定义储存磁场能量的元件单位：亨利(H)自感和互感自感：单个线圈产生感应电动势互感：两线圈间的磁耦合电感器类型从左至右：空心电感、铁芯电感、磁芯电感、环形电感电感器参数电感值储存磁能能力Q值品质因数，反映损耗自谐频率电感与寄生电容共振频率电感器应用滤波抑制高频噪声振荡与电容形成LC谐振能量存储开关电源中储存能量变压器基础变压器的定义电磁感应原理传递电能的装置初级绕组接入输入电压，产生交变磁场磁芯传导磁通量次级绕组感应产生输出电压变压器类型电源变压器市电转换工频50/60Hz铁芯结构音频变压器信号传输宽频带响应阻抗匹配高频变压器开关电源中使用铁氧体磁芯小型轻量变压器参数变比功率效率温升绝缘等级变压器关键参数重要性分布变压器应用电压转换升压或降压隔离防止电击危险阻抗匹配最大功率传输二极管基础二极管的定义单向导电半导体元件PN结原理P型与N型半导体结合形成单向导电性正向低阻，反向高阻二极管类型整流二极管交流转直流稳压二极管恒定电压输出发光二极管电能转换为光二极管参数参数符号典型值正向电压VF0.6-0.7V反向击穿电压VBR50-1000V最大电流IF(max)1-100A二极管应用整流交流转换为直流稳压保持恒定输出电压开关控制电流方向保护防止反向电压损坏三极管基础三极管的定义电流放大半导体元件基极控制集电极-发射极电流NPN结构两层N型半导体夹P型最常用类型PNP结构两层P型半导体夹N型电流方向与NPN相反三极管工作模式放大区线性放大，信号处理2开关区饱和与截止之间切换截止区基极无电流，不导通饱和区完全导通，电阻最小三极管参数三极管参数重要性比较三极管应用电流放大小信号变大信号开关电路数字逻辑控制恒流源提供稳定电流场效应管基础场效应管的定义电压控制半导体元件高输入阻抗JFET结型场效应晶体管耗尽型器件MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管增强型和耗尽型场效应管参数跨导栅极电压变化引起的漏极电流变化击穿电压最大漏源电压栅源电容影响高频性能导通电阻漏源间导通电阻场效应管应用1放大器高输入阻抗放大电路2开关功率控制，低导通损耗电压控制电阻栅极电压调节阻值集成电路基础11958年杰克·基尔比发明第一个集成电路21970年代大规模集成电路出现31990年代超大规模集成电路普及4现今纳米级工艺，数十亿晶体管集成电路类型从左至右：数字IC、模拟IC、混合信号IC、存储器IC常用集成电路运算放大器信号放大与处理555定时器精确定时与脉冲生成稳压器IC稳定输出固定电压运算放大器应用反相放大器输出相位反转增益=-Rf/Rin虚地原理比较器信号大小比较产生高低电平输出常用于触发电路积分器对输入信号积分低通滤波特性波形变换应用555定时器应用单稳态触发后固定时间脉冲输出多谐振荡器持续产生方波信号PWM控制脉宽调制信号生成稳压器IC应用固定电压输出7805提供恒定5V可调电压输出LM317通过外部电阻调节低压差稳压LDO适用于电池供电设备光电元件基础光电效应光能量转换为电能量爱因斯坦获诺贝尔奖的理论光电转换光照射→电子激发→产生电流半导体材料特性决定响应波长常见光电元件光敏电阻光照增强，电阻降低光电二极管光照产生电流光电三极管光控放大元件光耦合器发光部分LED发射光信号接收部分光电二极管/三极管接收光信号电气隔离高低压电路安全隔离传感器基础1智能传感器带信号处理功能物理传感器测量物理量变化化学传感器检测化学物质生物传感器识别生物特性温度传感器热电偶两种金属接触产生热电势热敏电阻温度变化引起阻值变化集成温度传感器输出与温度成正比的电压压力传感器应变片机械变形改变电阻压电式压力产生电荷2电容式压力改变电极间距3磁性元件基础磁性材料铁磁材料：铁、镍、钴软磁材料：易磁化易退磁硬磁材料：难磁化难退磁磁路磁通量：φ，单位韦伯磁通密度：B，单位特斯拉磁场强度：H，单位安/米常见磁性元件电感器储存磁场能量变压器电磁感应传输能量磁珠抑制高频噪声磁心增强磁通密度继电器和开关电磁继电器电磁控制机械触点固态继电器半导体无机械部件机械开关手动控制电路通断保护元件保险丝过流熔断保护热敏电阻过热保护电路压敏电阻过压保护电路晶振和滤波器频率稳定性成本各类振荡器和滤波器性能与成本对比电源电路基础整流AC转换为脉动DC滤波平滑电压波动稳压输出恒定电压开关电源原理PWM控制调节占空比控制输出反激式储能与释能分时进行正激式能量同时传输高效率通常达80-95%4模拟电路基础放大器电压放大器电流放大器功率放大器滤波器低通滤波器高通滤波器带通滤波器振荡器RC振荡器LC振荡器晶体振荡器数字电路基础逻辑门AND、OR、NOT等基本单元触发器存储一位二进制信息计数器顺序计数产生时序PCB设计基础50%布局比重决定PCB成功的关键30%布线比重信号完整性保障20%EMC考虑电磁兼容性设计电子元件选型可靠性长期稳定工作能力参数匹配满足设计规格要求成本因素项目预算约束元件测试与故障诊断万用表使用测量电阻、电压、电流2示波器测量观察波形和信号特性故障分析开路、短路和参数偏移电子产品可靠性设计冗余设计关键部件备份热设计热量管理与散热ESD防护静电放电保护措施老化测试长期可靠性验证新兴电子元件技术MEMS器件微机电系统，集成传感与执行石墨烯应用高导电性、轻薄柔性特性柔性电子可弯曲可穿戴电子设备电子元件与物联网无线通信模块蓝牙、WiFi、LoRa低功耗处理器边缘计算能力能源获取能量收集与存储数据传输安全高效通信