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1、第1章常用电子元器件第1页，共179页，编辑于2022年，星期日1.1 电电 阻阻 器器 1.1.1 电阻器的作用与分类电阻器的作用与分类 1.电阻器的作用电阻器的作用电阻器是利用金属或非金属材料制成的在电路中对电流通过有阻碍作用的电子元件。电阻器在电子电路中的作用主要有：限制电流、降低电压、分配电压、向各种电子元器件提供必需的工作电压和电流等。第2页，共179页，编辑于2022年，星期日2.电阻器的分类电阻器的分类1)按结构分类电阻器按其结构分为固定式电阻器、半可调式电阻器和电位器三大类。在电子电路中，它们的图形符号见表1.1。固定式电阻器的电阻值不可调整；半可调式电阻器的电阻值可以在一定范
2、围内调整，但调整不宜过于频繁；电位器实际上是一个可调电阻器，它的阻值可以在一定范围内方便地连续调整。第3页，共179页，编辑于2022年，星期日表表1.1 电阻器的图形符号电阻器的图形符号 第4页，共179页，编辑于2022年，星期日2）按材料分类电阻器按其构成材料分为碳膜电阻器、金属膜电阻器、热敏电阻器、实心碳膜电阻器、碳膜电位器、半可调电位器等。常用电阻器的外形图如图1.1所示。第5页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.1常用电阻器的外形图第6页，共179页，编辑于2022年，星期日1.1.2 电阻器的主要参数与标记电阻器的主要参数与标记1.电阻器的主要参数电阻器的主要参数电阻器的
3、主要参数有标称值及允许误差、额定功率和温度系数等。这些参数是电子电路中合理选用电阻器的主要依据。1)电阻器的标称值及允许误差电阻器表面所标的电阻值就是标称值。常用单位有欧（）、千欧（k）和兆欧（M），它们之间的换算关系为1M=1000k=1000000第7页，共179页，编辑于2022年，星期日电阻器的标称值往往和其实际值不完全相符，有一定的误差。电阻器的实际值与标称值之差的百分率称为电阻器的允许误差。一般电阻器允许误差分为三个等级：级为5%；级为10%；级为20%。精密电阻器的允许误差为2%、1%、0.5%等。第8页，共179页，编辑于2022年，星期日2)电阻器的额定功率当电流通过电阻器时
4、，电阻器因消耗功率而发热。电阻器所承受的温度是有限的，若不加以限制，电阻器就会被烧坏，其所能承受的温度用其额定功率来加以控制。电阻器长时间工作时允许消耗的功率称为额定功率，常用瓦（W）表示。电阻器额定功率的标称值通常有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、3W、5W和10W等。在电子电路中常用如图1.4所示的符号来表示电阻器的额定功率。额定功率愈大，电阻器的体积愈大。第9页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.2电阻器的瓦数图形符号第10页，共179页，编辑于2022年，星期日3).温度系数一般情况下，电流通过电阻时，电阻就会发热使温度升高，其阻值也会随之发生变化，这样会影响电路工作
5、的稳定性，因此，希望这种变化尽可能小。通常用温度系数表示其优劣，当温度每变化1时，每欧电阻的变动量称为该电阻的温度系数。当温度升高、阻值增大时，温度系数为正；而当温度升高、阻值减小时，温度系数为负。温度系数愈小，表明阻值愈稳定，电阻器性能也愈好。第11页，共179页，编辑于2022年，星期日2.电阻器的标记电阻器的标记电阻器的标称值及允许误差的表示方法有两种，一种是数标法，另一种是色环法。1)数标法数标法是在电阻器表面上直接用数字标出其阻值和允许误差等级。例如有一只电阻器上标有“47K”的字样，表示它的标称阻值是47k，允许误差不超过10%。第12页，共179页，编辑于2022年，星期日2)色
6、环法对于体积较小的电阻器采用色环法表示其阻值和允许误差。色环法是一种用颜色表示电阻器标称值和允许误差的方法。一般用四道色环或五道色环来表示，名种颜色代表不同的数字。色环颜色代表的数字和意义见表1.2。目前常用的固定电阻器都采用色环法来表示它们的标称值和允许误差。第13页，共179页，编辑于2022年，星期日表表1.2 色环颜色所代表的数字和意义色环颜色所代表的数字和意义 第14页，共179页，编辑于2022年，星期日色环的识读方法如下：四道色环固定电阻器的表示方法如图1.3所示。图1.3（a）中，紧靠电阻左端的为第一道色环，其余依次为第二、三、四道色环。第一道色环表示电阻值的第一位数字，第二道
7、色环表示电阻值的第二位数字，第三道色环表示阻值后加几个零，即倍乘数，阻值单位为，第四道色环表示允许误差。读出的阻值大于1000 时，应换算成较大单位的阻值，这就是“够千进位”的原则。这样就可读出如图1.3（a）所示电阻器的标称值是1500（应换算成1.5 k），允许误差为5%。如图1.3（b）所示，电阻器的标称值是100 000（应换算成100 k），允许误差为10%。第15页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.3四道色环电阻器的表示方法第16页，共179页，编辑于2022年，星期日识读要点：一般来说，目前四道色环电阻器的允许误差是5%或10%，即第四道色环的颜色是金色或银色。因此，拿
8、到一只电阻器后，将金色或银色的那一道色环放在右边，从左至右便是第一、二、三、四道色环，这样就可快速而准确地读出电阻器的标称值和允许误差。五道色环固定电阻器（也称精密电阻器）的表示方法如图1.4所示。紧靠电阻左端的为第一道色环，其余依次为第二、三、四、五道色环。第一、二、三道色环分别表示阻值的第一、二、三位数字，第四道色环表示倍乘数，第五道色环表示允许误差。第17页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.4五道色环电阻器的表示方法第18页，共179页，编辑于2022年，星期日识读要点：一般来说，目前精密电阻器的允许误差多为1%，即第五道色环的颜色是棕色。因此，拿到一只五环电阻器后，把棕色的那
9、一道色环放在右边，从左至右便是第一、二、三、四道色环。若电阻器的最左和最右环都是棕色，则可根据误差环距离电阻端距离较大的一端来确定第五道色环。第19页，共179页，编辑于2022年，星期日1.1.3 1.1.3 其它电阻器及电阻器的检测其它电阻器及电阻器的检测1.1.半可调式电阻器和电位器半可调式电阻器和电位器1)半可调式电阻器半可调式电阻器又称微调电阻器，其实物图如图1.5所示。它主要用在阻值不需要经常变动的电路中，例如偶而需要调整三极管偏流的电阻等。半可调式电阻器用于小电流电路中，多为碳膜电位器，其额定功率较小。第20页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.5半可调式电阻器实物图第2
10、1页，共179页，编辑于2022年，星期日2)电位器电位器实际上是一个可调电阻器，典型的电位器实物图如图1.6所示。它有三个引出端，其中1、3端电阻值最大，1、2端或2、3端之间的电阻值随着与轴相连的簧片位置不同而加以改变。电位器用于电路中需经常改变阻值的地方，如收音机中的音量控制，电视机中的音量、亮度、对比度调节等就是通过电位器来完成的。为了使用方便，有的电位器上还装有电源开关。图1.6中的电位器4、5端接电源后起开关作用。第22页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.6电位器的实物图第23页，共179页，编辑于2022年，星期日2.2.电阻器的质量检测电阻器的质量检测1)检测固定电阻
11、器固定电阻器的质量好坏比较容易鉴别。对新买的电阻器先进行外观检查，看外观是否端正，标志是否清晰，保护漆层是否完好。然后用万用表测量电阻值，看其测量阻值与标称值是否一致，相差值是否在允许误差的范围之内。第24页，共179页，编辑于2022年，星期日2)检测电位器电位器的检测方法如下：(1）检测电位器固定端的阻值。电位器固定端的阻值即为电位器的标称值，测试方法如图1.7（a）所示。第25页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.7 电位器的检测（a）测固定端阻值；（b）测可变端阻值第26页，共179页，编辑于2022年，星期日（2）检测电位器可变端的阻值。测量电位器活动端和固定端之间的可变电阻
12、值，万用表的接法如图1.7（b）所示。缓慢旋转电位器的转轴，表针应平稳地移动而不应有急剧变化现象，所示值从0至电位器的标称值应平稳连续，若表针有突然变化或停止不动现象，则说明电位器接触点接触不良或已损坏。若电位器带有开关，则先检测“开”或“关”，看万用表是否指示“通”或“断”。第27页，共179页，编辑于2022年，星期日1.2 1.2 电电 容容 器器1.2.1 1.2.1 电容器的作用与分类电容器的作用与分类1.1.电容器的作用电容器的作用如果把电容器的两块金属板分别接到电池的正、负极上，就会发现，接电池正极的金属板上由于其电子被电池的正极吸引过去而带正电荷；接电池负极的金属板就会从电池的
13、负极得到大量的电子而带负电荷。这种现象称为电容器的“充电”。充电时，电路中有电流流动。当两块金属板充电形成的电压与电池电压相等时，充电停止，电路中就没有电流流动，相当于开路，这就是电容器能隔断直流的作用。第28页，共179页，编辑于2022年，星期日若将电容器与电池分开，用导线把电容器两块金属板连接起来，再接入一块电流表，则刚接上时，会发现电流表上有电流指示，说明电路中有电流流动。随着时间的推移，两金属板之间的电压很快降低，直到电流表指示为零，这种现象称为电容器的“放电”。如果把电容器接到交流电源上，则电容器会交替地进行充电放电，电路中总是有电流流过，这就是电容器具有能通过交流电的作用。综上所
14、述，不难看出电容器具有“隔直通交”的作用。这一特性被广泛应用，在电子电路中，电容器常用来隔断直流电、旁路交流电，还可以进行信号调谐、耦合、滤波、去耦等。第29页，共179页，编辑于2022年，星期日2.2.电容器的分类与符号电容器的分类与符号1)电容器的分类(1）按结构分类：电容器按结构分为固定电容器、可变电容器和微调电容器三类。(2）按介质分类：电容器按介质分为陶瓷电容器、云母电容器、纸介电容器、油质电容器、薄膜电容器、电解电容器、钽电容器等。常见电容器的外形图如图1.8所示。第30页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.8常见电容器的外形图第31页，共179页，编辑于2022年，星期
15、日2)电容器的符号表表1.3 电容器的符号电容器的符号第32页，共179页，编辑于2022年，星期日1.2.2 1.2.2 电容器的主要参数与标记电容器的主要参数与标记1.1.电容器的主要参数电容器的主要参数电容器的主要参数有标称电容量、允许误差、耐压、绝缘电阻等。1）标称电容量和允许误差 电容器的电容量是指电容器加上电压后能储存电荷的能力大小，简称电容，用字母C表示。电容器储存电荷愈多，电容愈大。电容量与电容器的介质厚度、介质的介电常数、极板面积、极板间距等因素有关。第33页，共179页，编辑于2022年，星期日电容量的基本单位是法拉，用字母“F”表示。常用单位有微法（F）、皮法（pF)以及
16、纳法（nF）和毫法（mF），其换算关系如下：1法拉=1000毫法=1 000 000微法1微法=1000纳法=1000000皮法或1F=103mF=106F1F=103nF=106pF电容器上的标称电容量与实际电容量有一定的偏差，实际值与标称值之差的百分比称为误差。电容器的允许误差分为三个等级：级5%；级10%；级20%。电解电容器的允许误差可大于20%。第34页，共179页，编辑于2022年，星期日2）耐压 电容器长期可靠工作时，能承受的最大直流电压就是电容器的耐压，也称为电容器的直流工作电压。应用时绝对不允许超过电容器的耐压值；一旦超过，电容器就会被击穿短路，造成永久性损坏。第35页，共1
17、79页，编辑于2022年，星期日3）绝缘电阻 由于电容器两极板间的介质不是绝对的绝缘体，因而其电阻不是无穷大，而是一个有限值。电容器两极之间的电阻称为绝缘电阻，或称为漏电电阻。一般小容量无极性电容器的绝缘电阻可达1000 M以上，而电解电容的绝缘电阻一般较小。电容器漏电会引起能量损耗，影响电容器的寿命和电路的工作性能，因此，电容器的绝缘电阻愈大愈好。第36页，共179页，编辑于2022年，星期日2.2.电容器的标记电容器的标记1）直标法直标法就是将电容器的标称容量、允许误差、耐压等数值印在电容器表面上。另外，还有不标电容单位的直标法，即用一位到四位大于1的数字表示电容量，单位是pF；用零点几表
18、示容量大小时，单位是F，如图1.9所示。第37页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.9电容器参数的直标法第38页，共179页，编辑于2022年，星期日2）数字符号法将电容器的主要参数用数字和单位符号按一定规则进行标注的方法，称为数字符号法。其标注形式如下：容量的整数部分 容量的单位符号 容量的小数部分其中容量的单位符号就是用电容量单位代号中的第一个字母。例如：10表示电容量为10 pF；5p6表示电容量为5.6 pF；4m7表示电容量为4.7mF。第39页，共179页，编辑于2022年，星期日3）数码标注法用三位数字表示电容量大小的标注方法，称为数码标注法。三位数字中前两位数表示电容量
19、值的第一、二位有效数字，第三位数字表示前两位有效数字后“0”的个数，这样得到的电容量单位是pF，如图1.10所示。第40页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.10电容器参数的数码标注法第41页，共179页，编辑于2022年，星期日4）色码标注法 用三种色环表示电容量大小的标注方法，称为色码标注法。其颜色对应的数字及意义与色环电阻中的一样。识读方法是沿着引出线的方向，分别是第一、二、三道色环，第一、二道色环表示电容量的前两位有效数字，第三道色环表示有效数字后“0”的个数，这样读得的电容量单位是pF，如图1.11所示。第42页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.11电容器参数的色码
20、标注法第43页，共179页，编辑于2022年，星期日1.2.3 1.2.3 电容器的检测电容器的检测1.1.无极性电容器的检测无极性电容器的检测 常用无极性电容器有陶瓷电容器、涤纶电容器、云母电容器、钽电容器等。对于电容量在0.1 F以上的无极性电容器，可以用万用表的欧姆挡（R1 k）来测量电容器的两极，表针应向右微微摆动，然后迅速回摆到“”,这样说明电容器是好的。测量时若出现下列几种情况,则说明电容器质量有问题。（1）测量时，万用表表针一下摆到“0”之后，并不回摆，说明该电容器已经被击穿短路。第44页，共179页，编辑于2022年，星期日（2）测量时，万用表表针向右微微摆动后，并不回摆到“”
21、，说明该电容器有漏电现象；其电阻值愈小，漏电愈大，该电容器的质量就越差。（3）测量时，万用表表针没有摆动，说明该电容器已经断路。对于电容量在0.1 F以下的无极性电容器，可以用万用表的欧姆挡（R10 k）来测量电容器的两极，其质量好坏的判别方法同上。第45页，共179页，编辑于2022年，星期日2.2.电解电容器的检测电解电容器的检测电解电容器的容量较大，两极有正、负之分，长脚为正，短脚为负。在电子电路中，电容器正极接高电位，负极接低电位，极性接错了，电容器就会被击穿。一般在外壳上用“+”或“-”号分别表示正、负极。检测时，一般用万用表的欧姆挡（R1 k），红表笔接电容器的负极，黑表笔接电容器
22、的正极，迅速观察万用表指针的偏转情况。测量时表针首先向右偏转，然后慢慢地向左回叠，并稳定在某一数值上，如图1.12所示。表针稳定后得到的阻值是几百k以上，则说明被测电容是好的。第46页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.12电解电容器的检测第47页，共179页，编辑于2022年，星期日测量时若出现下列几种情况，则说明电容器的质量有问题。（1）测量时，万用表指针没有向右偏转的现象，说明该电容器因电解液已干涸而不能使用了。（2）测量时，万用表指针向右偏转到很小的数值，甚至为零，且指针没有回叠现象，说明该电容器已被击穿而造成短路。（3）测量时，万用表指针向右偏转，然后指针慢慢地向左回叠，但最
23、后稳定的阻值在几百k以下，说明该电容器有漏电现象发生，一般就不能使用了。第48页，共179页，编辑于2022年，星期日3.3.可变电容器的检测可变电容器的检测可变电容器分为单连可变电容器和双连可变电容器。单连可变电容器只有动片和定片之分，与轴连接的为动片，另一片为定片。双连可变电容器有三个引出极，中间是动片，另外两个是定片，如图1.13所示。第49页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.13双连可变电容器的检测第50页，共179页，编辑于2022年，星期日检测前，首先分清动片和定片，然后来回转动转轴，若转不动或转动不灵活就表示不能使用。检测时，一般用万用表的欧姆挡（R1 k），把万用表的
24、表笔分别与可变电容器的动片和定片相连，来回缓慢转动转轴，观察万用表的指针情况。如果万用表指针始终在欧姆刻度的“”处，则说明该可变电容器是好的；如果转动时，万用表指针停在欧姆刻度的“0”处或有摆动现象，则说明该可变电容器的动片和定片之间有短路（碰片），就不能使用了。第51页，共179页，编辑于2022年，星期日1.3 电电 感感 器器 1.3.1 1.3.1 电感线圈的种类及主要参数电感线圈的种类及主要参数1.1.电感线圈的种类电感线圈的种类电感线圈是用漆包线或绕包线绕在绝缘管或铁芯上的一种电子元件。电感线圈简称为线圈，在电路中的文字符号用字母“L”表示，常用图形符号如图1.14所示。第52页，
25、共179页，编辑于2022年，星期日图1.14常用线圈的图形符号第53页，共179页，编辑于2022年，星期日1）单层螺旋管线圈这种线圈是用绝缘导线逐圈地绕在绝缘管上形成的,如图1.15所示。如果是一圈挨着一圈绕的,称为密绕法。这种绕法简单,容易制作,但分布电容较大,多用于中波段收音机中的天线线圈。如果是一圈与一圈之间有一定间隙的绕法,称为间绕法。这种绕法的优点是分布电容小,多用于短波收音机中。如果绕好后抽出管芯,并把线圈拉开一定距离,称为脱胎法。这种绕法的分布电容更小,多用在超短波收音机中。第54页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.15单层螺旋管线圈第55页，共179页，编辑于20
26、22年，星期日2)磁棒式线圈这种线圈是用绝缘导线或镀银线绕在磁棒上制成的，其电感量可以调节,如图1.16所示。图1.16磁棒式线圈第56页，共179页，编辑于2022年，星期日3）铁氧体线圈 为了调整方便，在线圈中加入带螺纹的铁氧体磁芯，如图1.17所示。转动磁芯可以调整磁芯和线圈的相对位置，从而改变线圈的电感量。第57页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.17铁氧体线圈实物图第58页，共179页，编辑于2022年，星期日4）扼流线圈在电子电路中，用来阻碍交流电通过的线圈称为扼流线圈或阻流线圈。扼流线圈分为高频扼流线圈和低频扼流线圈。高频扼流线圈用来阻止高频信号通过而让低频信号和直流信
27、号通过。它的电感量比较小，一般只有几毫亨，要求分布电容及介质损耗小，通常采用陶瓷或磁芯做骨架。在电子电路中，低频扼流线圈常常和电解电容器组成滤波电路，用来消除整流后残存的交流成分，只让直流通过。这种线圈中有铁芯，电感量较大，一般为几亨。第59页，共179页，编辑于2022年，星期日2.电感线圈的主要参数电感线圈的主要参数1）线圈的电感量我们从电工学中得知，当电流通过任何导体时，导体周围就会产生磁场，如果电流发生变化，则磁场也随之变化，而磁场变化又会产生感应电动势。这种感应电动势是由于导体本身电流变化而引发的，所以称为自感。在一定变化电流的作用下，线圈产生感应电动势的大小，称为线圈的电感量，简称
28、电感。电感量的单位是亨利，用字母“H”表示。它的物理意义是：当通过线圈的电流每秒钟变化为1安培，所产生的感应电动势为1伏时，这时线圈的电感量为1亨利。电感量常用单位有毫亨（mH）和微亨（H），其换算关系1 H=1000 mH=1 000 000 H 第60页，共179页，编辑于2022年，星期日2）品质因数品质因数是电感线圈的另一个主要参数。通常用字母“Q”表示，Q值愈高表明线圈的功率损耗愈小，效率愈高。由于电感线圈的Q值与线圈的结构（导线的粗细、绕法、磁芯）有关，也和工作频率有关，所以线圈的Q值是在某一频率下测定的。3）线圈的标称电流线圈的标称电流是指线圈允许通过的电流大小。常用字母A、B、
29、C、D、E分别代表标称电流值为50 mA、150 mA、300 mA、700 mA、1600 mA。使用时，实际通过线圈的电流值不允许超过标称电流值。第61页，共179页，编辑于2022年，星期日3.3.电感线圈的测量和使用电感线圈的测量和使用1）电感线圈的测量电感线圈的精确测量要用专用的电子仪表，一般可用万用表测量电感线圈的电阻来大致判断其好坏。一般电感线圈的直流电阻很小，当线圈的电阻为无穷大时，说明线圈内部或引出端已断线。第62页，共179页，编辑于2022年，星期日2）电感线圈的使用在使用线圈时，不要随意改变线圈的形状、大小和线圈的距离，否则会影响线圈原来的电感量。可调线圈应安装在易于调
30、节的位置，以便调整线圈的电感量，使其达到最理想的工作状态。第63页，共179页，编辑于2022年，星期日1.3.2 1.3.2 变压器的分类及检测变压器的分类及检测变压器由初级线圈、次级线圈和铁芯组成，如图1.18（a）所示，其图形符号如图1.18（b）所示。图1.18 变压器的组成及图形符号 （a）变压器的组成；（b）变压器的图形符号第64页，共179页，编辑于2022年，星期日1.1.变压器的分类变压器的分类变压器按照在交流电中使用不同的频率范围而分为低频变压器、中频变压器和高频变压器三类。低频变压器都有铁芯，中频和高频变压器一般是空气芯或特制的铁粉芯。1）低频变压器低频变压器可分为音频变
31、压器和电源变压器。第65页，共179页，编辑于2022年，星期日(1)音频变压器。音频变压器在放大电路中的主要作用是耦合、倒相、阻抗匹配等。要求音频变压器的频率特性要好、分布电容和漏感要小等。音频变压器有输入、输出变压器之分。输入变压器是指接在放大器输入端的音频变压器，它的初级一般接话筒，次级接放大器的第一级。不过，半导体三极管放大器的低放与功放之间的耦合变压器习惯上也称为输入变压器。输出变压器是指接在放大器输出端的变压器，它的初级接在放大器的输出端，次级接负载（喇叭）。它的主要作用是将喇叭的较低阻抗通过输出变压器变成放大器所需的最佳负载阻抗，使放大器具有最大的不失真输出。第66页，共179页
32、，编辑于2022年，星期日(2）电源变压器。电源变压器一般是将220 V的交流电变换成所需的低压交流电，以便在整流、滤波、稳压后能得到稳定的直流电，作为电子电路的供电电源。第67页，共179页，编辑于2022年，星期日2)中频变压器中频变压器（俗称中周），是超外差收音机和电视机中频放大器中的重要元件。它对收音机的灵敏度、选择性及电视机的图像清晰度等整机技术指标都有很大的影响。中频变压器一般和电容器组成谐振回路。第68页，共179页，编辑于2022年，星期日3)高频变压器收音机里所用的振荡线圈、高频放大器的负载回路和天线线圈都是高频变压器。因为这些线圈用在高频电路中，所以电感量很小。第69页，共
33、179页，编辑于2022年，星期日2.2.变压器的检测及使用变压器的检测及使用检测变压器最简便的方法是：选择万用表的R10 挡，分别测量初级线圈和次级线圈的电阻值，阻值在几欧至几百欧之间，说明变压器是好的；如果某级线圈的电阻值为无穷大，则说明这个线圈断路了。使用电源变压器时要分清初级和次级。变压器工作时要发热，必须考虑到安放位置要有利于散热。第70页，共179页，编辑于2022年，星期日使用音频变压器时要分清同名端。同名端即表示变压器初、次级线圈电压极性相同的两点，而在电子电路中必须要注意电压极性。一般在变压器的塑料罩有凸点的一端即表示同名端。变压器是一种磁感应元件，它对于周围的电感元件有所影
34、响，因此，在安装变压器时一定要注意变压器之间的相互位置或变压器对周围元件的影响，有时还必须采取必要的屏蔽措施。第71页，共179页，编辑于2022年，星期日1.4 半导体二极管半导体二极管 1.4.1 1.4.1 半导体基础知识半导体基础知识半导体是一种导电能力介于导体与绝缘体之间的材料，常用的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge）的单晶体。导体、半导体和绝缘体导电性能的差异，在于它们内部运载电荷的粒子载流子浓度的不同。因为金属导体内的载流子只有一种，就是自由电子，而且数目很多，所以具有良好的导电性能。绝缘体中载流子的数目很少，因而导电性能很差，几乎不导电。半导体中的载流子数目也不多，远远低于金属
35、导体，其导电性能比导体差而比绝缘体好。第72页，共179页，编辑于2022年，星期日纯净半导体导电能力很弱，称为本征半导体。为了改善半导体的导电能力，给纯净半导体掺入某些微量元素，其导电能力会明显增强，这种半导体称为掺杂半导体或杂质半导体。实际使用的半导体大多数是杂质半导体，如：在纯净半导体硅或锗中掺入微量的三价元素硼、铟等，或掺入微量的五价元素磷、砷、锑等。当环境温度升高或光照加强时，半导体的导电能力随之增强。某些半导体还分别对气体、磁及机械力等十分敏感，利用这些特性可以制成具有特殊用途的半导体器件。第73页，共179页，编辑于2022年，星期日1.4.2 PN1.4.2 PN结及其特性结及
36、其特性1.1.型半导体和型半导体型半导体和型半导体半导体中有两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴。在纯净半导体中两者数目相等，而杂质半导体中则数目不等。按照半导体中载流子主流形式的不同，把半导体分为P型半导体和N型半导体。型半导体中空穴的数目多于自由电子的数目，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。在纯净半导体中掺入微量三价元素硼或铟等，可得到型半导体。型半导体中自由电子的数目多于空穴的数目，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。在纯净半导体中掺入微量五价元素磷或锑等，可得到N型半导体。第74页，共179页，编辑于2022年，星期日2.PN2.PN结及其特性结及其特性在
37、硅或锗的单晶基片上，分别加工出型区和型区，在它们的交界面上会形成一个特殊的薄层，称为结，如图1.19所示。结具有单向导电的特性，这种特性可以通过实验加以证明。取一个结分别接成如图1.20所示的电路。实验证明如图1.20（a）所示电路的灯泡发亮，说明此时结电阻很小，处于“导通”状态。当把电路切换成如图1.20（b）所示的电路时灯泡不亮了，说明此时PN结电阻很大，处于“截止”状态。第75页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.19 PN结示意图第76页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.20 PN结单向导电实验电路（a）正向导通；（b）反向截止第77页，共179页，编辑于2022年，
38、星期日1.4.3 1.4.3 半导体二极管的结构、符号、类型及特性半导体二极管的结构、符号、类型及特性1.1.半导体二极管的结构与符号半导体二极管的结构与符号半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管。二极管就是由一个PN结构成的最简单的半导体器件。在一个PN结的P型区和N型区分别引出一根线，然后封装在管壳内，就制成了一只二极管。P区引出端称为正极（又称阳极），N区引出端称为负极（又称阴极）。二极管的文字符号为“V”，图形符号如图1.21所示，图形符号中箭头表示PN结的正向电流的方向。常见二极管的外形如图1.22所示。第78页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.21二极管符号第79页，共1
39、79页，编辑于2022年，星期日图1.22常见二极管的外形第80页，共179页，编辑于2022年，星期日2.2.半导体二极管的类型半导体二极管的类型二极管按不同的材料分为硅二极管和锗二极管两大类。按PN结特点分为点接触型和面接触型两类。点接触型二极管不能承受高的反向电压和大电流，适用于制作高频检波和脉冲数字电路中的开关元件及小电流的整流管。面接触型二极管PN结面积大，可承受较大的电流，适用于制作大、中功率的整流管。二极管按用途分为普通二极管、整流二极管、稳压二极管、热敏二极管、光敏二极管、开关二极管、发光二极管等。第81页，共179页，编辑于2022年，星期日3.3.半导体二极管的特性半导体二
40、极管的特性1）伏安特性由于二极管的基本材料不同，其伏安特性也有所不同。如图1.23（a）所示为硅二极管的伏安特性；如图1.23（b）所示为锗二极管的伏安特性。现以如图1.23（a）所示的硅二极管为例来分析二极管的伏安特性。第82页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.23 二极管的伏安特性（a）硅二极管2CP6；（b）锗二极管2AP15第83页，共179页，编辑于2022年，星期日（1）正向特性。0A段称为“死区”，在这一区间，正向电压增加时正向电流增加甚微，近似为零。在该区，二极管呈现很大的正向电阻，对外不导通。AB段称为正向导通区，随着外加电压的增加，电流急剧增大。此时二极管电阻很小
41、，对外呈现导通状态，在电路中相当于一个闭合的开关。二极管在导通状态下，管子两端的正向压降很小（硅管为0.7 V，锗管为0.3 V），而且比较稳定，表现出很好的恒压特性。但所加的正向电压不能太大，否则PN结会因过热而被烧坏。第84页，共179页，编辑于2022年，星期日（2）反向特性。0D段称为反向截止区。当反向电压增加时，反向电流增加很小，几乎保持不变。此电流称为反向饱和电流，记作IS。IS愈大，表明二极管单向导电性能愈差。小功率硅管的IS小于1A，锗管的IS为几A几千A。这也是硅管和锗管的一个显著区别。这时二极管呈现很高的电阻，在电路中相当于一个断开的开关，电路呈现截止状态。段称为反向击穿区
42、。当反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。发生反向击穿时所加的电压称为反向击穿电压，记作UBR。反向击穿电压愈大，表明二极管的耐压性能愈好。反向击穿后的电流不加以限制，结同样也会因过热而被烧坏，这种情况称为热击穿。第85页，共179页，编辑于2022年，星期日2）温度特性由于半导体的热敏性，使二极管对温度很敏感，温度对二极管伏安特性的影响如图1.24所示。第86页，共179页，编辑于2022年，星期日1.24温度对二极管伏安特性的影响第87页，共179页，编辑于2022年，星期日由图可见，温度对二极管伏安特性有下列影响：（1）当温度升高时，二极管的正向特性曲线向左移动
43、，正向导通电压减小。（2）当温度升高时，二极管的反向特性曲线向下移动，反向饱和电流增大。（3）当温度升高时，反向击穿电压减小。第88页，共179页，编辑于2022年，星期日1.4.4半导体二极管的主要参数与测试半导体二极管的主要参数与测试1.二极管的主要参数二极管的主要参数1)最大整流电流IF最大整流电流是指管子长期正常工作时，允许通过的最大正向平均电流。因为电流通过结时会引起管子发热。电流超过允许值时，发热量超过限度，结就会被烧坏。例如3管的最大整流电流为25mA。第89页，共179页，编辑于2022年，星期日2)2)最高反向工作电压最高反向工作电压U URMRM 最高反向工作电压是二极管长
44、期正常工作时能承受的反向电压的最大值。当二极管反向连接时，如果把反向电压加大到某一数值，管子就会被击穿。二极管反向工作电压约为反向击穿电压的一半，其最高反向工作电压约为反向击穿电压的2/3。例如,2AP3管的最高反向工作电压为30V，而反向击穿电压大于或等于45V。第90页，共179页，编辑于2022年，星期日3）反向饱和电流IS 在室温下，二极管未被击穿时的反向电流值称为反向饱和电流。该电流越小，管子的单向导电性能就越好。由于温度升高，反向电流会急剧增加，因而在使用二极管时要注意环境温度的影响。二极管的参数是正确使用二极管的依据，一般半导体手册中都给出不同型号管子的参数。在使用时，应特别注意
45、不要超过最大整流电流和最高反向工作电压，否则管子很容易损坏。第91页，共179页，编辑于2022年，星期日2.2.特殊二极管及其主要参数特殊二极管及其主要参数1）稳压二极管(1)稳压特性。稳压二极管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路，如图.25所示，它的正向特性曲线与普通二极管相似，而反向击穿特性曲线很陡。在正常情况下稳压管工作在反向击穿区，由于曲线很陡，当反向电流在很大范围内变化时，端电压变化很小，因而具有稳压作用。图中的UBR表示反向击穿电压，当电流的增量IZ很大时，只引起很小的电压变化UZ。只要反向电流不超过其最大稳定电流，就不会造成破坏性的热击穿。因此，在电路中应与稳压管串联一个具有
46、适当阻值的限流电阻。第92页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.25 稳压管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路（a）伏安特性曲线；（b）图形符号；（c）稳压管电路第93页，共179页，编辑于2022年，星期日(2）基本参数。稳定电压UZ：在规定的测试电流下，稳压管工作在击穿区时的稳定电压。由于制造工艺的原因，同一型号的稳压管的UZ分散性很大，但对每一个稳压管来说，对应一定的工作电流只有一个确定值，选用时应以实际测量结果为准。稳定电流IZ：稳压管在稳定电压时的工作电流，其范围在IZminIZmax之间。最小稳定电流IZmin：稳压管进入反向击穿区时的转折点电流，稳压管工作时，反向电流必
47、须大于IZmin，否则不能稳压。第94页，共179页，编辑于2022年，星期日最大稳定电流IZmax：稳压管长期工作时允许通过的最大反向电流，其工作电流应小于IZmax。最大耗散功率PM：当管子的工作电流大于IZmax时管子功耗增加，使PN结温度上升而造成热击穿，这时的功耗称最大耗散功率(即PM=IZmaxUZ)。动态电阻rZ：定义为rZ=UZ/IZ。rZ越小，说明IZ引起的UZ变化越小，稳压性能就越好。第95页，共179页，编辑于2022年，星期日2)光电二极管光电二极管的结构与普通二极管基本相同，只是在它的结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。光电二极管的结在反向偏置状态下运行，
48、其反向电流随光照强度的增加而上升。图.26（）是光电二极管的图形符号，图（）是它的等效电路，而图（）是它的特性曲线。光电二极管的主要特点是其反向电流与光照度成正比。第96页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.26 光电二极管（）图形符号;（）等效电路;（）特性曲线第97页，共179页，编辑于2022年，星期日3)发光二极管发光二极管是一种能把电能转换成光能的特殊器件。这种二极管不仅具有普通二极管的正、反向特性，而且当给管子施加正向偏压时，管子还会发出可见光和不可见光（即电致发光）。目前应用的有红、黄、绿、蓝、紫等颜色的发光二极管。此外，还有变色发光二极管，即当通过二极管的电流改变时，发
49、光颜色也随之改变。如图1.27（a）所示为发光二极管的图形符号。发光二极管常用来作为显示器件，除单个使用外，也常做成七段式或矩阵式器件。发光二极管的另一个重要用途是将电信号变为光信号，通过光缆传输，然后用光电二极管接收，再现电信号。第98页，共179页，编辑于2022年，星期日如图1.27（b）所示为发光二极管发射电路通过光缆驱动的光电二极管电路。在发射端，一个0 V的脉冲信号通过500 的电阻作用于发光二极管（LED），这个驱动电路可使LED产生一数字光信号，并作用于光缆。由LED发出的光约有20%耦合到光缆；在接收端，传送的光中，约有80%耦合到光电二极管，这样在接收电路的输出端可复原为0
50、V电压的脉冲信号。第99页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.27 发光二极管（a）图形符号;（b）光电传输系统第100页，共179页，编辑于2022年，星期日4)变容二极管二极管结电容的大小除了与本身的结构和工艺有关外，还与外加电压有关。结电容随反向电压的增加而减小，这种效应显著的二极管称为变容二极管，其图形符号如图1.28（a）所示，图（b）是某种变容二极管的特性曲线。第101页，共179页，编辑于2022年，星期日图1.28 变容二极管（a）图形符号;（b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）第102页，共179页，编辑于2022年，星期日3.3.二极管的测试与选用二极管的测试