企业培训_元器件知识培训教材

元器件知识 2008年11月28日 第一节电阻 一 电阻定义 电阻是指电荷在电场力的作用下流过导体时 所受到的阻力 二 电阻种类 电阻可分为固定电阻器与可变电阻器 1 固定电阻器根据制作的材料不同 又可分为碳膜电阻 金属膜电阻 线绕电阻 水泥电阻等 2 可变电阻器 可分为半可调电阻器和电位器两类 三 电阻作用 电阻器在各种电路中阻碍电流的通过 起到降压 分压 稳定和调节电流的作用 与电容组合还可起滤波的作用 四 常用电阻类型介绍 1 表贴电阻a什么是表贴电阻 表贴电阻是金属玻璃铀电阻的一种形式 它的电阻体是高可靠的钌系列玻璃铀材料经过高温烧结而成 电极采用银钯合金浆料 b 表贴电阻的特点 体积小 精度高 稳定性好 由于其为片状元件 所以高频性能好 c 贴片电阻封装英制和公制的关系及详细的尺寸 d 表贴电阻的读数abc ab 10c例如 103 10 103 10k 472 47 102 4 7k 2 金属膜电阻a 什么是金属膜电阻 金属膜电阻器就是以特种金属或合金作电阻材料 用真空蒸发或溅射的方法 在陶瓷或玻璃基本上形成电阻膜层的电阻器 这类电阻器一般采用真空蒸发工艺制得 金属膜电阻器的制造工艺比较灵活 不仅可以调整它的材料成分和膜层厚度 也可通过刻槽调整阻值 因而可以制成性能良好 阻值范围较宽的电阻器b 金属膜电阻的特点 金属膜电阻精度高 稳定性好 噪声 温度系数小 在仪器仪表及通讯设备中大量采用 3 金属氧化膜电阻a 什么是金属氧化膜电阻 这种电阻器是由能水解的金属盐类溶液 如四氯化锡和三氯化锑 在炽热的玻璃或陶瓷的表面分解觉积而成 b 金属氧化膜电阻的特点耐高温 工作温度范围为 140 235 在短时间内可超负荷使用 电阻温度系数为 3 10 4 化学稳定性好 这种电阻器的电阻率较低 小功率电阻器的阻值不超过100千欧 因此应用范围受到限制 但可用作补充金属膜电阻器的低阻部分 4 水泥电阻a 什么是水泥电阻 水泥电阻器是将电阻线绕在无碱性耐热瓷件上 外面加上耐热 耐湿及耐腐蚀的材料保护固定并把绕线电阻体放入方形瓷器框内 用特殊不燃性耐热水泥充填密封而成 b 水泥电阻特点 1 体积小 耐震 耐湿 耐热及良好散热 低价格等特性 2 完全绝缘 适用于印刷电路板 3 瓷棒上绕线然后接头电焊 制出精确电阻值及延长寿命 4 高电阻值采用金属氧化皮膜体 MO 代替绕线方式制成 5 耐热性优 电阻温度系数小 呈直线变化 6 耐短时间超负载 低杂音 阻值经年无变化 5 玻璃铀电阻器a 什么是玻璃铀电阻器将金属粉和玻璃铀粉混合 采用丝网印刷法印在基板上 b 玻璃铀电阻器的特点耐潮湿 高温 温度系数小 主要应用于厚膜电路 6 波纹电阻 在圆柱形的瓷管上固定了两个引出端子 陶瓷管表面上缠绕了扁带波浪形状的合金电阻丝 并在其表面涂覆一层具有阻燃 耐高温特性的涂层 陶瓷管作为电阻丝骨架的同时 又具有散热器的功效优势 高电压工作劣势 抗震性较差 7 高压电阻高压电阻器是适合在高电压 高电压冲击 高压高频环境使用的电阻器 高压电阻分类 高阻电阻 棒状玻璃釉膜高压电阻器 片状玻璃釉膜高压电阻器 晶圆高压电阻 无引线高压电阻器 超高频氧化膜高压电阻 真空合成膜高压电阻 金属陶瓷阻尼高压电阻 无引线阻尼晶圆高压电阻器等高压电阻器是适合在高电压 高电压冲击 高压高频环境使用的电阻器 真空合成膜高压电阻器 主要是用于微电流测量电路中 棒状玻璃釉膜高压电阻 片状玻璃釉膜高压电阻器主要是用于交直流或脉冲电路及高压设备中 金属陶瓷阻尼高压电阻器优越的耐高压高电流突波特性 比绕线型及薄膜型的电阻器更具安定性 高频电阻氧化膜高频高压电阻器主要用作超高频电路中的负载 无引线阻尼晶圆高压电阻器 rmc rmca rmcb 金属陶瓷阻尼电阻器是采用金属氧化物和陶瓷材料混合在高温下烧结而成的电阻器 具有体积小 负荷能力强 能承受瞬间高温高压的作用 作为汽车 摩托车点火用的高压阻尼电阻 也可用在其它交 直流及脉冲电路中 8 压敏电阻a 什么是压敏电阻 压敏电阻的意思是 在一定电流电压范围内电阻值随电压而变 或者是说 电阻值对电压敏感 的阻器 压敏电阻器的电阻体材料是半导体 所以它是半导体电阻器的一个品种 现在大量使用的 氧化锌 ZnO 压敏电阻器 它的主体材料有二价元素 Zn 和六价元素氧 O 所构成 b 压敏电阻电路的 安全阀 作用压敏电阻有什么用 压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值 UN 时 流过它的电流极小 相当于一只关死的阀门 当电压超过UN时 流过它的电流激增 相当于阀门打开 利用这一功能 可以抑制电路中经常出现的异常过电压 保护电路免受过电压的损害 9 电位器a 电位器是一种可调的电子元件 它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成 当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时 通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置 在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压 b 电位器大多是用作分压器 这是电位器是一个四端元件 10 电阻排所谓排阻就是若干个参数完全相同的电阻 它们的一个引脚都连到一起 作为公共引脚 其余引脚正常引出 所以如果一个排阻是由n个电阻构成的 那么它就有n 1只引脚 一般来说 最左边的那个是公共引脚 它在排阻上一般用一个色点标出来 排阻一般应用在数字电路上 五 电阻字母与偏差的关系 第二节电感 什么是电感 电感器 电感线圈 和变压器均是用绝缘导线 例如漆包线 纱包线等 绕制而成的电磁感应元件 也是电子电路中常用的元器件之一 当闭合回路中的电流发生变化时 由这个电流产生并穿过回路本身的磁通也发生变化 回路中将产生感应电动势 这种现象称为 自感 如果两个线圈互相靠近 当其中一个线圈中电流所产生的磁通有一部分与另 个线圈的磁通相环链 那么 这个线圈中的电流发生变化时 会在另一个线圈中产生感应电动势 这种现象称为 互感 共模电感 CommonmodeChoke 也叫共模扼流圈 常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号 在板卡设计中 共模电感也是起EMI滤波的作用 用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射 电感作用电感是用线圈制作的 它的作用多是扼流滤波和滤除高频杂波 它的外形有很多种 有的像电阻 有的像二极管 有的一看上去就是线圈 我公司常用电感L1001200匝1 788mH 0 1mHL1002135匝833 6uH 20uHL100323匝28uH 2uHL100425匝30uH 2uHL100514匝8 5uH 2uHL0201160匝1 82mH 0 04mHUF10 5 10mH 开关电源变压器 工作频率高 输出功率大 温化小 R型铁芯电源变压器 磁性能优良 第三节电容 一 电容定义是一种贮能元件 是组成电子电路的基本元件之一 二 电容分类 1 按照结构分三大类 固定电容器 可变电容器和微调电容器 2 按电解质分类 有机介质电容器 无机介质电容器 电解电容器和空气介质电容器等 3 按用途分有 高频旁路 低频旁路 滤波 调谐 高频耦合 低频耦合 小型电容器 4 按制造材料的不同可以分为 瓷介电容 涤纶电容 电解电容 钽电容 还有先进的聚丙烯电容等 三 电容的作用电容器的作用主要有 耦合 滤波 隔直流 调谐以及与电感元件组成振荡电路等 在电力系统中 它可以用以改善系统的功率参数 提高电能的利用率 在机械加工艺中可用以进行电火花加工等 四 常用电容类型介绍 1 电解电容 电解电容是电容的一种介质有电解液涂层有极性 分正负不可接错 电容 Electriccapacity 由两个金属极 中间夹有绝缘材料 介质 构成电解电容器通常是由金属箔 铝 钽 作为正电极 金属箔的绝缘氧化层 氧化铝 钽五氧化物 作为电介质 电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器 铝电解电容器的负电极由浸过电解质液 液态电解质 的薄纸 薄膜或电解质聚合物构成 钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰 电解电容作用 隔直流 作用是阻止直流通过而让交流通过 旁路 去耦 为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路 耦合 作为两个电路之间的连接 允许交流信号通过并传输到下一级电路 滤波 将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波 接近于直流 储能 储存电能 用于必须要的时候释放 电解电容特点 电解电容器特点一 单位体积的电容量非常大 比其它种类的电容大几十到数百倍 电解电容器特点二 额定的容量可以做到非常大 可以轻易做到几万 f甚至几f 但不能和双电层电容比电解电容器特点三 价格比其它种类具有压倒性优势 因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料 比如铝等等 制造电解电容的设备也都是普通的工业设备 可以大规模生产 成本相对比较低 电解电容应用 电解电容器通常在电源电路或中频 低频电路中起电源滤波 退耦 信号耦合及时间常数设定 隔直流等作用 一般不能用于交流电源电路 在直流电源电路中作滤波电容使用时 其阳极 正极 应与电源电压的正极端相连接 阴极 负极 与电源电压的负极端相连接 不能接反 否则会损坏电容器 2 安规电容 安规电容是指用于这样的场合 即电容器失效后 不会导致电击 不危及人身安全 它包括了X电容和Y电容x电容是跨接在电力线两线 L N 之间的电容 一般选用金属薄膜电容 Y电容是分别跨接在电力线两线和地之间 L E N E 的电容 一般是成对出现 基于漏电流的限制 Y电容值不能太大 一般X电容是uF级 Y电容是nF级 安规电容作用X电容抑制差模干扰 Y电容抑制共模干扰 3 金属化聚酯薄膜电容其制法是在塑料薄膜上以真空蒸镀上一层很薄的金属以做为电极 如此可以省去电极箔的厚度 缩小电容器单位容量的体积 所以薄膜电容器较容易做成小型 容量大的电容 4 薄膜电容器薄膜电容器是将铝等金属箔当成电极和塑料薄膜重叠后卷绕在一起制成特点无极性 绝缘阻抗很高 频率特性优异 频率响应宽广 而且介质损失很小应用被使用在模拟信号的交连 电源噪声的旁路 反交连 等地方 5 金属化聚丙烯薄膜电容金属化聚酯薄膜电容薄膜电容的一种 只不过它使用的薄膜是聚丙烯或聚乙酯金属化聚酯薄膜电容应用 对稳定性和损耗要求不高的低频电路金属化聚丙烯薄膜电容应用 代替大部分聚苯或云母电容 用于要求较高的电路 6 瓷片电容瓷片电容只要针对于高频 高压瓷片电容取决于你使用在什么场合 典型作用可以消除高频干扰 优点1 容量损耗随温度频率具高稳定性2 特殊的串联结构适合于高电压极长期工作可靠性3 高电流爬升速率并适用于大电流回路无感型结构 7 钽电容主要特点 损耗 漏电小于铝电容应用 在要求高的电路中代替铝电容 五 电容字母与偏差关系电容器的容量误差通常用字符表示 第一种 绝对误差 通常以电容量的值的绝对误差表示 以PF为单位 即 B代表 0 1PF C代表 0 25PF D代表 0 5PF Y代表 1PF A代表 1 5PF V代表 5PF 这种表达方式通常用于小容量电容 第二种 相对误差 以电容量标称值的偏差百分数表示 即 D代表 0 5 P代表 0 625 F代表 1 R代表 1 25 G代表 2 U代表 3 5 J代表 5 K代表 10 M代表 20 S代表 50 20 Z代表 80 20 第三节二极管 一 二极管的原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p n结 在其界面处两侧形成空间电荷层 并建有自建电场 当不存在外加电压时 由于p n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态 当外界有正向电压偏置时 外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流 当外界有反向电压偏置时 外界电场和自建电场进一步加强 形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0 当外加的反向电压高到一定程度时 p n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程 产生大量电子空穴对 产生了数值很大的反向击穿电流 称为二极管的击穿现象 二 二极管的类型二极管种类 按照所用的半导体材料 可分为锗二极管 Ge管 和硅二极管 Si管 根据其不同用途 可分为检波二极管 整流二极管 稳压二极管 开关二极管等 按照管芯结构 又可分为点接触型二极管 面接触型二极管及平面型二极管 三 二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单方向导电性 在电路中 电流只能从二极管的正极流入 负极流出 下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性 1 正向特性 在电子电路中 将二极管的正极接在高电位端 负极接在低电位端 二极管就会导通 这种连接方式 称为正向偏置 必须说明 当加在二极管两端的正向电压很小时 二极管仍然不能导通 流过二极管的正向电流十分微弱 只有当正向电压达到某一数值 这一数值称为 门槛电压 锗管约为0 2V 硅管约为0 6V 以后 二极管才能直正导通 导通后二极管两端的电压基本上保持不变 锗管约为0 3V 硅管约为0 7V 称为二极管的 正向压降 2 反向特性 在电子电路中 二极管的正极接在低电位端 负极接在高电位端 此时二极管中几乎没有电流流过 此时二极管处于截止状态 这种连接方式 称为反向偏置 二极管处于反向偏置时 仍然会有微弱的反向电流流过二极管 称为漏电流 当二极管两端的反向电压增大到某一数值 反向电流会急剧增大 二极管将失去单方向导电特性 这种状态称为二极管的击穿 四 二极管的主要参数用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标 称为二极管的参数 不同类型的二极管有不同的特性参数 对初学者而言 必须了解以下几个主要参数 1 额定正向工作电流是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值 因为电流通过管子时会使管芯发热 温度上升 温度超过容许限度 硅管为140左右 锗管为90左右 时 就会使管芯过热而损坏 所以 二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值 例如 常用的IN4001 4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A 2 最高反向工作电压加在二极管两端的反向电压高到一定值时 会将管子击穿 失去单向导电能力 为了保证使用安全 规定了最高反向工作电压值 例如 IN4001二极管反向耐压为50V IN4007反向耐压为1000V 3 反向电流反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下 流过二极管的反向电流 反向电流越小 管子的单方向导电性能越好 值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系 大约温度每升高10 反向电流增大一倍 五 常用二极管类型介绍 1 稳压二极管什么是稳压二极管 稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管 其V A特性曲线与普通二极管相似 但反向击穿曲线比较陡 稳压二极管工作于反向击穿区 由于它在电路中与适当电阻配合后能起到稳定电压的作用 故称为稳压管 稳压管反向电压在一定范围内变化时 反向电流很小 当反向电压增高到击穿电压时 反向电流突然猛增 稳压管从而反向击穿 此后 电流虽然在很大范围内变化 但稳压管两端的电压的变化却相当小 利于这一特性 稳压管就在电路到起到稳压的作用了 而且 稳压管与其它普能二极管不同之反向击穿是可逆性的 当去掉反向电压稳压管又恢复正常 但如果反向电流超过允许范围 二极管将会发热击穿 所以 与其配合的电阻往往起到限流的作用 稳压二极管应用1 浪涌保护电路 稳压管在准确的电压下击穿 这就使得它可作为限制或保护之元件来使用 因为各种电压的稳压二极管都可以得到 故对于这种应用特别适宜 2 电视机里的过压保护电路3 电弧抑制电路4 串联型稳压电路 2 快恢复二极管什么是快恢复二极管 快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同 它属于PIN结型二极管 即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I 构成PIN硅片 因基区很薄 反向恢复电荷很小 所以快恢复二极管的反向恢复时间较短 正向压降较低 反向击穿电压 耐压值 较高 快恢复 超快恢复二极管的结构特点由于基区很薄 反向恢复电荷很小 不仅大大减小了trr值 还降低了瞬态正向压降 使管子能承受很高的反向工作电压 快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒 正向压降约为0 6V 正向电流是几安培至几千安培 反向峰值电压可达几百到几千伏 超快恢复二极管的反向恢复电荷进一步减小 使其trr可低至几十纳秒 快恢复二极管 简称FRD 是一种具有开关特性好 反向恢复时间短特点的半导体二极管 主要应用于开关电源 PWM脉宽调制器 变频器等电子电路中 作为高频整流二极管 续流二极管或阻尼二极管使用 3 肖特基二极管肖特基 Schottky 二极管又称肖特基势垒二极管 简称SBD 它属一种低功耗 超高速半导体器件 最显著的特点为反向恢复时间极短 可以小到几纳秒 正向导通压降仅0 4V左右 30CTQ045VRRM 45VTRR 10ns 特点 SBD的主要优点包括两个方面 1 由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度 故其正向导通门限电压和正向压降都比PN结二极管低 约低0 2V 2 由于SBD是一种多数载流子导电器件 不存在少数载流子寿命和反向恢复问题 SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充 放电时间 完全不同于PN结二极管的反向恢复时间 由于SBD的反向恢复电荷非常少 故开关速度非常快 开关损耗也特别小 尤其适合于高频应用 但是 由于SBD的反向势垒较薄 并且在其表面极易发生击穿 所以反向击穿电压比较低 由于SBD比PN结二极管更容易受热击穿 反向漏电流比PN结二极管大 应用SBD的结构及特点使其适合于在低压 大电流输出场合用作高频整流 在非常高的频率下 如X波段 C波段 S波段和Ku波段 用于检波和混频 在高速逻辑电路中用作箝位 在IC中也常使用SBD 像SBDTTL集成电路早已成为TTL电路的主流 在高速计算机中被广泛采用 4 TVS 瞬态抑制二极管 1 概述 TVS管是瞬态电压抑制器 TransientVoltageSuppressor 的简称 瞬态抑制二极管是一种限压型的过电压保护器件 它又叫TVS 它能以pS级的速度把过高的电压限制在一个安全范围之内 从而起到保护后面电路的作用 广泛应用在半导体及敏感的电子零件过电压 ESD保护上P6KE250A DO 15VRRM 214V TRR 1pS 特点特点是 响应速度特别快 为ps级 耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差 5 整流桥整流桥的原理整流桥就是将整流管封在一个壳内 分全桥和半桥 全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起 半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起 用两个半桥可组成一个桥式整流电路 一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路 整流桥的作用就是能够通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电 通常电源中采用的整流桥除了这种单颗集成式的还有采用四颗二极管实现的 它们的原理完全相同 第四节三极管 一 晶体三极管的结构和类型晶体三极管 是半导体基本元器件之一 具有电流放大作用 是电子电路的核心元件 三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结 两个PN结把正块半导体分成三部分 中间部分是基区 两侧部分是发射区和集电区 排列方式有PNP和NPN两种 分别为基极b发射极e和集电极c 硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型 二 晶体三极管的电流放大作用晶体三极管具有电流放大作用 其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量 这是三极管最基本的和最重要的特性 电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值 但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变 三 常用三极管类型及介绍 1 MOS管 场效应管根据三极管的原理开发出的新一代放大元件 有3个极性 栅极 漏极 源极 它的特点是栅极的内阻极高 采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧 属于电压控制型器件1 概念 场效应晶体管 FieldEffectTransistor缩写 FET 简称场效应管 由多数载流子参与导电 也称为单极型晶体管 它属于电压控制型半导体器件 特点 具有输入电阻高 100000000 1000000000 噪声小 功耗低 动态范围大 易于集成 没有二次击穿现象 安全工作区域宽等优点 现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者 作用 场效应管可应用于放大 由于场效应管放大器的输入阻抗很高 因此耦合电容可以容量较小 不必使用电解电容器 场效应管可以用作电子开关 场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换 常用于多级放大器的输入级作阻抗变换 场效应管可以用作可变电阻 场效应管可以方便地用作恒流源 2 场效应管的分类 场效应管分结型 绝缘栅型 MOS 两大类 2 绝缘栅场效应管a 定义 它是由金属 氧化物和半导体所组成 所以又称为金属 氧化物 半导体场效应管 简称MOS场效应管 b 作用MOS管为压控元件 你只要加到它的压控元件所需电压就能使它导通 它的导通就像三极管在饱和状态一样 导通结的压降最小 这就是常说的精典是开关作用 去掉这个控制电压经就截止 2 可控硅 可控硅是可控硅整流元件的简称 是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件 一般由两晶闸管反向连接而成 它的功用不仅是整流 还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路 实现将直流电变成交流电的逆变 将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等 可控硅和其它半导体器件一样 其有体积小 效率高 稳定性好 工作可靠等优点 它的出现 使半导体技术从弱电领域进入了强电领域 成为工业 农业 交通运输 军事科研以至商业 民用电器等方面争相采用的元件 3 IGBTIGBT InsulatedGateBipolarTransistor 绝缘栅极型功率管 是由BJT 双极型三极管 和MOS 绝缘栅型场效应管 组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件 应用于交流电机 变频器 开关电源 照明电路 牵引传动等领域 由于IGBT模块为MOSFET结构 IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电