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1、电子电路设计训练-常用元器件知识第1页，本讲稿共49页前言（1）1、设计训练的意义（1）实现是工程的主要目的，理论知识最终要为实践服务，要指导整个实践活动，同时在实践的过程中得到检验和完善。（2）控制学科是一门具有很强的实践性和工程特点的学科（行业），相应的要求工程技术人员必须具备有一定的工程实践能力，即工程意识（对所要实现的工程有一个全面、准确、合理的考量，包括技术、成本、市场、工期、人员、材料等）、技能（综合运用所学知识的能力、工作方法、工作经验），同时也要有创新意识，创新也是建立在一定基础上的。（3）对于在校学生来讲，理论与实践的交互式学习（即一边学习一边实践）才是大学学习的主要方法。对
2、于理论知识一边学习、一边验证、一边应用、一边探索，才能使知识学的扎实、落到实处。实践的过程牵涉一些其他知识，通过实践可以不断积累一些经验，扩大知识面，对于将来找工作、读研都有帮助，不至于输在起跑线上。大三开始学习专业课、通过加强实践，寻找自己的兴趣，确立自己的目标、避免迷茫。第2页，本讲稿共49页前言（2）2、本课程要解决的问题电子电路设计训练就是要引导学生从最初的学习元器件知识开始，到基本电路、基本系统的设计。使一个初学者逐渐入门。最终要达到一下要求：建立一个初步的器件平台：了解常用器件的种类、原理、特性、选用。建立一个初步的电路平台：了解常用电路的原理、用途、特性、设计方法。建立一个初步的
3、系统平台：了解常用系统（解决方案）的原理、组成、优缺点。第3页，本讲稿共49页前言（3）3、课程主要内容：常用元器件知识直流稳压电源的设计（包括实验1）运算放大器的应用及电路设计电路绘图软件及PCB板的设计（包括实验2）单片机的原理及系统设计（包括实验3-5）传感器应用及测控系统的设计（包括实验6）可编程逻辑器件（机动内容）第4页，本讲稿共49页前言（4）4、学习方法及课时安排课时：64学时，分两个学期上完，一般情况下寒假加班，每年实际都是超学时。学分：2学分。实验：共5-6个实验，全部为设计性的。2-3人为一组。成绩：由实验和设计报告给出成绩，没有考试。课堂上讲一些基本内容，设计方法、共性问
4、题讨论。实验不限具体时间，但限时间范围，实验室开放，节假日要预约。第5页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（1）一、概述元件是组成电路系统的最基本元素，电路的设计一是电路原理和结构的设计，二是元件的使用。只有合理使用元件，才能使电路系统更优化。合理使用是指根据电路要求选择合适的元件种类、参数等，使元件发挥自己的功能和性能，经常采用特性互补的方法来优化电路系统（提高性价比）。要合理使用元件就必须了解各种元件的工作原理、结构、材料、特点、性能参数以及封装尺寸。常用元件：电阻器电容器晶体二极管晶体三极管场效应管运算放大器功能器件第6页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（2）二、电阻器1.电阻器在
5、电路中的作用电阻器在电路中的作用在电路中，电阻器依据欧姆定律（R=U/I）工作，常用来调节电路中的电压和电流（分压、分流、降压、限流等），同时，电阻也是耗能器件，也常用来作为负载和匹配、滤波（与电抗元件配合）使用。2.电阻器在电路中的符号电阻器在电路中的符号电阻器在电路图中的符号如图所示。其中a)为国家标准符号；b)为非国家标准符号。由于目前使用的绘图软件几乎都是国外设计的，也是针对世界市场开发的，所以，各种非国家标准符号在这些软件中很常见，在有国家标准的情况下，应尽量遵循国家标准，否则应参照行业标准或行业惯例；c)为表示功率的电阻器符号。第7页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（3）a)国
6、家标准符号 b)非国家标准符号 0.25W 0.5W 1W 2W 5W 10W 3W 4W 可变电阻微调电阻电位器 敏感电阻 第8页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（4）3.电阻器的内部结构和外形电阻器的内部结构和外形电阻器的结构主要有刻绕式和膜片式，而刻绕式又分为线绕和刻膜。内部结构如图所示：线绕结构刻膜结构第9页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（5）外电极保护层内电极中间电极陶瓷体电阻层220R标称值膜片结构第10页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（6）扁状钢片电阻钢片散热耗，功率大线绕电阻轴向、径向引出线，被釉防潮，体积小功率负荷大 水泥电阻SQZ 功率型线绕电阻器 电子陶瓷
7、棒芯、陶瓷外壳 常用线绕电阻外形第11页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（7）铝合金散热电阻 铝壳电阻器5W-250W 第12页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（8）RT型碳膜电阻器 阻值范围宽 稳定性好，稳定度等级5%电阻温度系数为负值 价格低廉第13页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（9）RJ金属膜电阻器 具有较高稳定性，稳定度等级1%电阻温度系数小 电流噪声系数小，电压系数小 电阻精度高第14页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（10）片状电阻 体积小、重量轻，有效节省装配空间 金属玻璃釉电阻体，三层电极结构及特殊制造工艺是提高产品可靠性的保证 适合于成品编带及散包装的各各
8、自动安装机 适用于再流焊及波峰焊两种焊接方法注：封装一般有两种表示方法，例：0603(1608)，0805(2012)，1206(3216)第15页，本讲稿共49页附1：贴片电阻的包装第16页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（11）4.电阻分类及特点电阻分类及特点 主要按材料、结构、性能等方面的特点来分类。主要按材料、结构、性能等方面的特点来分类。（1）.碳膜电阻器气态碳氢化合物在高温和真空中分解，碳沉积在瓷棒或者瓷管上，形成一层结晶碳膜。改变碳膜厚度和用刻槽的方法变更碳膜的长度，可以得到不同的阻值。碳膜电阻成本较低，性能一般。（2）金属膜电阻器在真空中加热合金，合金蒸发，使瓷棒表面形成一
9、层导电金属膜。刻槽和改变金属膜厚度可以控制阻值。这种电阻和碳膜电阻相比，体积小、噪声低、稳定性好，但成本较高。（3）线绕电阻器用康铜或者镍铬合金电阻丝，在陶瓷骨架上绕制成。这种电阻分固定和可变两种。它的特点是工作稳定，耐热性能好，误差范围小，适用于大功率的场合，额定功率一般在1瓦以上金属氧化膜电阻器合成碳膜电阻器化学沉积膜电阻器有机实心电阻器无机实心电阻器金属玻璃釉电阻器。电阻器通用电阻器按电阻材料分按结构形式分按引线分按特性分按用途分高阻电阻器高压电阻器高频无感电阻器精密电阻器圆柱型管型圆盘型线绕电阻器非线绕电阻器片状轴向引线型经向引线型同向引线型可变电阻器固定电阻器有机实心电阻器敏感电阻器
10、排电阻器熔断电阻器无引线型化学沉积膜电阻器金属玻璃釉电阻器无机实心电阻器金属膜电阻器碳膜电阻器合成碳膜电阻器金属氧化膜电阻器热敏电阻器卧式光敏电阻器压敏电阻器膜式线绕电阻器立式线绕式可恢复式熔断电阻器一次熔断电阻器双列直插式单列直插式磁敏电阻器湿敏电阻器力敏电阻器气敏电阻器第17页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（12）5.电阻型号的命名方法电阻型号的命名方法第五部分：区别代号（用大写字母表）第四部分：序号（用数字表示）第三部分：类别（用数字表示，个别用字母）第二部分：材料（用字母表示）第一部分：主称（电阻器用R表示，电位器用W表示）示例：精密金属膜电阻器 RJ73 多圈线绕电位器 WXD
11、3 电阻型号命名方法：第18页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（13）第一部分：主称第二部分：材料第三部分：特征分类第四部分：序号符号意义符号意义符号意义电阻器电位器R电阻器T碳膜1普通普通对主称、材料相同，仅性能指标、尺寸大小有差别，但基本不影响互换使用的产品，给予同一序号；若性能指标、尺寸大小明显影响互换时，则在序号后面用大写字母作为区别代号。W电位器H合成膜2普通普通S有机实芯3超高频N无机实芯4高阻J金属膜5高温Y氧化膜6C沉积膜7精密精密I玻璃釉膜8高压特殊函数P硼碳膜9特殊特殊U硅碳膜G高功率X线绕T可调M压敏W微调G光敏D多圈R热敏B温度补偿用C温度测量用P旁热式W稳压式Z正
12、温度系数电阻型号各部分的意义第19页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（14）6.电阻器的主要参数电阻器的主要参数 任何一个器件的性能都用一系列参数来代表，其中的每一个参数代表器任何一个器件的性能都用一系列参数来代表，其中的每一个参数代表器件的一个方面，这些方面对使用会产生影响。电阻的主要参数如下：件的一个方面，这些方面对使用会产生影响。电阻的主要参数如下：标称阻值标称阻值允许误差允许误差额定功率额定功率温度系数温度系数最高工作电压最高工作电压最高工作温度最高工作温度第20页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（15）（1）标称阻值）标称阻值电阻值是电阻器的首要参数，我们把标示在电阻器上的电
13、阻值称为电阻器的标称阻值。实际阻值一般不等于标称阻值，实际阻值与标称阻值越接近精度越高。为了方便生产和使用，实际生产的电阻值（标称阻值）必须遵守系列化。标称阻值的选取由以下几何级数通项表达式表示：这是一个特殊的几何级数表达式，其公比为10开k次方，n为几何级数的项数，例如在10以内要求有三个值，那么k取3，公比为2.154按n=1，2，3计算，得1，2.154,4.64取整为：1，2.2,4.7如果k取6，公比为1.468,可得1，1.5,2.2,3.3,4.7,6.8电阻的标称值系列即将k分别取为6，12，24，48，96，192计算并取整后构成的几何数列，称为：E6，E12，E24，E48
14、，E96，E192系列，分别使用于允许误差为20%（M），10%（K），5%（J），2%（G），1%（F），0.5%（D）。（从以上可以看出，以上电阻的偏差极限是相重叠的，所以无论生产的电阻值是多少，都可把他视为某一标称值即可做到零废品生产。）第21页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（16）标称值系列标称值系列精度电阻器（）、电位器（）、电容器标称值（PF）E245%1.02.24.71.12.45.11.22.75.61.33.06.21.53.36.81.63.67.51.83.98.22.04.39.1E1210%1.03.31.23.91.54.71.85.62.26.82.78.
15、2E620%1.01.52.23.34.76.88.2实际为表中数值再乘以10n，其中n为正整数或负整数。第22页，本讲稿共49页附2：E-96系列标准值1.001.021.051.071.101.131.151.181.211.241.271.301.331.371.401.431.471.501.541.581.621.651.691.741.781.821.871.911.962.002.052.102.152.212.262.322.372.432.492.552.612.672.742.802.872.943.013.093.163.243.323.403.483.573.653.7
16、43.833.924.024.124.224.324.424.534.644.754.874.995.115.235.365.495.625.765.906.046.196.346.496.656.816.987.157.327.507.687.878.068.258.458.668.879.099.319.539.76第23页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（17）（2）允许误差等级）允许误差等级电阻的标称值与实际阻值之差称为误差，允许的误差划分为不同的等级。电电阻的精度等阻的精度等级级允许误差(%)0.001 0.002 0.005 0.010.020.050.1等级符号EXYHUWB
17、允许误差(%)0.20.51251020等级符号CDFGJ（I）K（II）M（III）例RC0603E24JRC0603E12FRC0603E24FRC0603E96FRC0805E24JRC0805E12FRC0805E24FRC0805E96FRC1206E24JRC1206E12FRC1206E24F第24页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（18）阻值和误差的表示方法阻值和误差的表示方法直标法（文字符号法）：数字+单位用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来表示标称阻值，额定功率、允许误差等级等。符号前面的数字表示整数阻值，后面的数字依次表示第一位小数阻值和第二位小数阻值，其文字符号
18、所表示的单位如表所示。如1R5表示1.5，2K7表示2.7k，表文字符号RkMGT表示单位欧姆()千欧姆(103)兆欧姆(106)千兆欧姆(109)兆兆欧姆(1012)例如：RJ710.1255k1II数码表示法（科学表示法）：有效数字+幂次例如:473=47x1000=47k第25页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（19）色标法：色标法是将电阻器的类别及主要技术参数的数值用颜色（色环或色点）标注在它的外表面上。色标电阻（色环电阻）器可分为三环、四环、五环三种标法。其含义如图1和图2所示。允许误差标称值有效数字后0的个数标称值第三位有效数字标称值第二位有效数字标称值第一位有效数字第26页，
19、本讲稿共49页第一章常用元器件知识（20）颜色第一位有效值 第二位有效值倍率允许偏差黑00100棕111011%红221022%橙33103黄44104绿55105蓝66106紫77107灰88108白9910920%+50%金5%银10%无色20%色标法中颜色的含义第27页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（21）（3）额定功率电阻器在电路中长时间连续工作不损坏，或不显著改变其性能所允许消耗的最大功率称为电阻器的额定功率。电阻器的额定功率并不是电阻器在电路中工作时一定要消耗的功率，而是电阻器在电路工作中所允许消耗的最大功率。不同类型的电阻具有不同系列的额定功率，如表所示。第28页，本讲稿共
20、49页第一章常用元器件知识（22）电阻器的功率等级电阻器的功率等级（可能不准确）（可能不准确）名称额定功率（W）实芯电阻器 0.250.5125线绕电阻器 0.5126101525355075100 150薄膜电阻器 0.025 0.055 0.125 0.25 0.512102550100（可能不准确（可能不准确,后来增加后来增加 3W,5W功率）功率）第29页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（23）（4）最高工作电压电阻两端允许的最高工作电压，超过此电压将引起电阻内产生火花、放电、噪声甚至损坏。和材料、工艺、湿度、气压、结构有关。常用电阻的最高工作电压如表所示。1/16W 1/8W1/
21、4W1/2W1W2W100V150V350V500V700V 1000V第30页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（24）英制(mil)公制(mm)额定功率(W)70C最大工作电压(V)020106031/2025040210051/1650060316081/1650080520121/10150120632161/8200121032251/4200181248321/2200201050251/2200251264321200常用片式电阻最高工作电压目前市场上公制和英制两种表示尺寸的方法都存在第31页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（25）（5）温度系数温度系数是指温度变化一度电阻
22、值的相对变化量%/。和材料、工艺有关。碳膜电阻的温度系数约+350-1000(10-6/)；金属膜、氧化膜、玻璃釉电阻的温度系数约100250(10-6/)；精密电阻：1550(10-6/)，1ppm=10-6（6）最高工作温度 类型最高工作温度（）最高环境温度()（允许负载为额定功率）碳膜电阻器+100+40金属膜电阻器+125+70氧化膜电阻器+125+70线绕电阻器+70100+70第32页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（26）（7）电阻器的频率特性第33页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（26）（8）电位器第34页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（27）第35页，本讲稿共
23、49页第一章常用元器件知识（27）电位器的特性参数和规格比较接近，此略。电位器的阻值变化曲线（D：对数；X：线性；Z：指数），例如：对数型常用于音量控制。第36页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（28）三、电容器1、电容器在电路中的作用、电容器在电路中的作用电容器是一种储能元件，在电路中作隔断直流、导通交流（交流旁路、耦合）的作用，也可以和其它元件组成滤波器。2、电容器在电路中的符号、电容器在电路中的符号第37页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（29）3、电容器的内部结构、电容器的内部结构电容器的内部结构主要有卷绕式和片式第38页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（30）4、主要类型
24、和特点、主要类型和特点（1）铝电解电容器：它是由铝圆筒做负极、里面装有液体电解质，插人一片弯曲的铝带做正极制成。还需经直流电压处理，做正极的片上形成一层氧化膜做介质。其特点是容量大、但是漏电大、稳定性差、有正负极性，适于电源滤波或低频电路中，使用时，正、负极不要接反。（2）钽、铌电解电容器：它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。其特点是：体积小、容量大、性能稳定、寿命长。绝缘电阻大。温度性能好，用在要求较高的设备中。具有烧结式阳极和固体电解质的钽电解电容器(SF型)电解质是导电的液体，固体电解质这一提法实际上是不恰当的，但是，出于所用材料的特性与电解
25、质很相似，因而采用了这种提法。将处于特殊结构中的二氧化锰(MnO2)作为固体电解质。二氧化锰具有n型半导体材料的特性。用烧结钽块作为阳极板极。形成五氧化钽层之后，锰化合物挤压进烧结块的孔内。然后，再通过特殊处理使之变为MnO2。这类电容器特别结实、电解质不会流出，不会蒸发，也不会凝结。它们允许用不大于标称电压15的纯交流电压进行工作。这类钽电解电容器在充、放电时应格外小心。它们对大电流强度很敏感，即使大电流强度只短时间出现，充电和放电也应通过串联电阻器来完成。（3）陶瓷电容器：用陶瓷做介质。在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜作极板制成。其特点是：体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容
26、量小，适用于高频电。铁电陶瓷电容容量较大，但损耗和温度系数较大，适用于低频电路。第39页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（31）（4）云母电容器：用金属箔或在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。其特点是：介质损耗小、绝缘电阻大。温度系数小，适用于高频电路。（5）薄膜电容器：结构相同于纸介电容器，介质是涤纶或聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介质常数较高，体积小、容量大、稳定性较好，适宜做旁路电容。聚苯乙烯薄膜电容器，介质损耗小、绝缘电阻高，但温度系数大，可用于高频电路。（6）纸介电容器：用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形
27、芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料壳中制成。它的特点是体积较小，容量可以做得较大。但是固有电感和损耗比较大，适用于低频电路。（7）金属化纸介电容器：结构基本相同于纸介电容器，它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代金属箔，体积小、容里较大，一般用于低频电路。（8）油浸纸介电容器：它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强其耐压。其特点是电容量大、耐压高，但体积较大。此外，在实际应用中，第一要根据不同的用途选择不同类型的电容器；第二要考虑到电容器标称容量，允许误差、耐压值、漏电电阻等技术参数；第三对于有正、负极性的电解电容器来说，正、负极在焊接时不要接反。（9）可变电容：它由一组定片和一组动片组成，
28、它的容量随着动片的转动可以连续改变。把两组可变电容装在一起同轴转动，叫做双连。可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。空气介质可变电容体积大，损耗小，多用在电子管收音机中。聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的，体积小，多用在晶体管收音机中。第40页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（32）电容外形第41页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（33）电解电容的爆裂现象电容第42页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（34）5、电容器型号命名方法CD11第四部分：序号（用数字表示）第三部分：特征分类（用数字表示）第二部分：材料（用字母表示）第一部分：主称（电容器用C）第43页，本讲稿共49页第一章常用元
29、器件知识（35）第44页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（36）6、电容器的主要技术指标电容器的主要技术指标（1）标称电容量系列及表示方法与电阻相同(2)电容器的耐压：常用固定式电容的直流工作电压系列为（各种电容的耐压范围不同）6.3V，10V，16V，25V，35V，40V，63V，100V，160V，250V，350V，400V，450V，500V，630V，1000V，1200V，1500V，1600V，1800V，2000V等。(3)电容器容许误差等级（各种电容的误差范围不同）容许误差2%5%10%20%+20%-30%+50%-20%+100%-10%级别0.2IIIIIIIVVVI第45页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（37）（4）电容的温度系数各种电容的温度系数不同，区别比较大，以陶瓷电容说明颜色温度系数10-6/温度系数允许误差%红色+紫色+10030蓝色+灰色+5020绿色+灰色+3315黑色030棕色-3330浅蓝色-4730红色-7515橙色-15030黄色-22030绿色-33060紫色-750120浅绿色-1000200第46页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（38）第47页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（39）（5）电容的频率特性第48页，本讲稿共49页第一章常用元器件知识（40）第49页，本讲稿共49页