电子电路设计训练-常用元器件知识.ppt

电子电路设计训练,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。,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。 建立一个初步的系统平台：了解常用系统（解决方案）的原理、组成、优缺点。,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）,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,第一章 常用元器件知识（2）,二、电阻器 1. 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。,第一章 常用元器件知识（3）,a)国家标准符号,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,第一章 常用元器件知识（5）,膜片结构,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 电子陶瓷棒芯、陶瓷外壳,常用线绕电阻外形,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),附1：贴片电阻的包装,第一章 常用元器件知识（11）,4.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。 （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。,第一章 常用元器件知识（12）,5.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 WXD3,电阻型号命名方法：,第一章 常用元器件知识（13）,电阻型号各部分的意义,第一章 常用元器件知识（14）,6.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 允许误差 额定功率 温度系数 最高工作电压 最高工作温度,第一章 常用元器件知识（15）,（1）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，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。 ）,第一章 常用元器件知识（16）,标称值系列,实际为表中数值再乘以10n，其中n为正整数或负整数。,附2：E-96系列标准值,1.00 1.02 1.05 1.07 1.10 1.13 1.15 1.18 1.21 1.24 1.27 1.30 1.33 1.37 1.40 1.43 1.47 1.50 1.54 1.58 1.62 1.65 1.69 1.74 1.78 1.82 1.87 1.91 1.96 2.00 2.05 2.10 2.15 2.21 2.26 2.32 2.37 2.43 2.49 2.55 2.61 2.67 2.74 2.80 2.87 2.94 3.01 3.09 3.16 3.24 3.32 3.40 3.48 3.57 3.65 3.74 3.83 3.92 4.02 4.12 4.22 4.32 4.42 4.53 4.64 4.75 4.87 4.99 5.11 5.23 5.36 5.49 5.62 5.76 5.90 6.04 6.19 6.34 6.49 6.65 6.81 6.98 7.15 7.32 7.50 7.68 7.87 8.06 8.25 8.45 8.66 8.87 9.09 9.31 9.53 9.76,第一章 常用元器件知识（17）,（2）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。,电阻的精度等级,第一章 常用元器件知识（18）,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，其文字符号所表示的单位如表所示。如1R5表示1.5，2K7表示2.7k，,表,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,第一章 常用元器件知识（20）,色标法中颜色的含义,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。,第一章 常用元器件知识（22）,电阻器的功率等级（可能不准确）,（可能不准确,后来增加 3W,5W功率）,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。,第一章 常用元器件知识（24）,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,第一章 常用元器件知识（26）,（7）电阻器的频率特性,第一章 常用元器件知识（26）,（8）电位器,第一章 常用元器件知识（27）,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,第一章 常用元器件知识（29）,3、电容器的内部结构 电容器的内部结构主要有卷绕式和片式,第一章 常用元器件知识（30）,4、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