电子技术讲议

電電 子子 技技 術術 講講 議議 1 1 二极體二极體 二极體二极體 管管 是電子電路中應用很廣泛的電子元件是電子電路中應用很廣泛的電子元件 本節介紹二极管的微觀特征本節介紹二极管的微觀特征 電電 學特性及簡單的電路應用學特性及簡單的電路應用 1 11 1 二极體的微觀特征二极體的微觀特征 1 P N1 P N 結結 制造半導體的常用材料為單晶硅和單晶鍺制造半導體的常用材料為單晶硅和單晶鍺 這種由單一的硅這種由單一的硅 或鍺或鍺 原子構成的晶體原子構成的晶體 稱為本征半導體稱為本征半導體 硅和鍺都是四價元素硅和鍺都是四價元素 成晶體時每個原子外層的四個價電子都與鄰近的原子形成共成晶體時每個原子外層的四個價電子都與鄰近的原子形成共 價鍵的結構價鍵的結構 示意圖如下示意圖如下 處于共價健上的某些電子在接受外界能量后可以脫離共價鍵的束縳成為自由電子處于共價健上的某些電子在接受外界能量后可以脫離共價鍵的束縳成為自由電子 價電價電 子脫離束縳成為自由電子后該電子原來位置上會出現一個空位子脫離束縳成為自由電子后該電子原來位置上會出現一個空位 這個空位稱為空穴這個空位稱為空穴 空空 穴表示在該處缺少了一個電子穴表示在該處缺少了一個電子 丟失電子的原子顯正電丟失電子的原子顯正電 稱為正離子稱為正離子 故在分析時信人空穴是一個帶正電的粒子故在分析時信人空穴是一個帶正電的粒子 在在 本征半導體內本征半導體內 自由電子和空穴是成對出現的自由電子和空穴是成對出現的 自由電子帶負電自由電子帶負電 空穴帶正電空穴帶正電 二者所帶二者所帶 電量相等電量相等 符號相反符號相反 自由電子和空穴都是載運電荷的粒子自由電子和空穴都是載運電荷的粒子 稱為荷流子稱為荷流子 自由電子和空穴在電場力的作用下產生定向運動自由電子和空穴在電場力的作用下產生定向運動 載流子在電場力作用下的定向運載流子在電場力作用下的定向運 動稱為漂移運動動稱為漂移運動 本征半導體內的電流就是由這樣兩種載流子的漂移運動形成的本征半導體內的電流就是由這樣兩種載流子的漂移運動形成的 在本在本 征半導體內參與導電的粒子有兩種征半導體內參與導電的粒子有兩種 自由電子和空穴自由電子和空穴 在本征半導體內在本征半導體內 脫離共價鍵的電子成為自由電子后也可能填補某個代穴脫離共價鍵的電子成為自由電子后也可能填補某個代穴 使離子使離子 恢復電中性恢復電中性 這個過程稱為復合這個過程稱為復合 一般情況下本征半導體內的載流子數目有限一般情況下本征半導體內的載流子數目有限 為增強它的導電性為增強它的導電性 可以在本征半導可以在本征半導 體內摻雜體內摻雜 以提高導電能力以提高導電能力 向硅向硅 或鍺或鍺 單晶體內注入少量雜質元素后可使它的導電性單晶體內注入少量雜質元素后可使它的導電性 能提高能提高 例如例如 向硅單晶體內注入五價的砷向硅單晶體內注入五價的砷 或磷或磷 雜質元素后雜質元素后 注入的砷原子在硅單晶內注入的砷原子在硅單晶內 取代某些硅原子的位置並與其它硅原子結成共價鍵取代某些硅原子的位置並與其它硅原子結成共價鍵 因砷原子外層有五個價電子因砷原子外層有五個價電子 因此因此 每注入一個砷原子就會多佘一個電子每注入一個砷原子就會多佘一個電子 如下圖如下圖 而注入的砷原子失去一個電子后就成為而注入的砷原子失去一個電子后就成為 固定在晶格中不能移動動的正離子固定在晶格中不能移動動的正離子 本征半導體注入五價原子越多半導體內的自由電子數也越多本征半導體注入五價原子越多半導體內的自由電子數也越多 導電性能得到改善導電性能得到改善 摻入五價雜質的半導體摻入五價雜質的半導體 其自由電子的數目要比空穴數目多出許多其自由電子的數目要比空穴數目多出許多 載流子中自由載流子中自由 電子占多數電子占多數 空穴占少數空穴占少數 這種多數載流子是自由電子的摻雜半導體稱為這種多數載流子是自由電子的摻雜半導體稱為 N N 型半導體型半導體 用用 上圖上圖 b b 表示表示 符號的意思是符號的意思是 每注入一個五價的砷原子就會出現一個帶正電的離子和一每注入一個五價的砷原子就會出現一個帶正電的離子和一 個自由電子個自由電子 因此因此 N N 型半導體從總體上看仍然是電中性的型半導體從總體上看仍然是電中性的 為增強本征半導全的導電性為增強本征半導全的導電性 也可以向它注入三價元素的鋁也可以向它注入三價元素的鋁 或硼或硼 注入的鋁原子注入的鋁原子 了取代了某些硅原子的位置了取代了某些硅原子的位置 如下圖如下圖 a a 所示所示 每注入一個鋁原子就會出現一個空穴每注入一個鋁原子就會出現一個空穴 當鄰當鄰 近的價電子填補這個空穴后近的價電子填補這個空穴后 使得注入的雜質原子成為帶負電的離子使得注入的雜質原子成為帶負電的離子 同時出現一個空同時出現一個空 穴穴 本征半導體摻入三價元素的雜質后本征半導體摻入三價元素的雜質后 多數載流子是空穴多數載流子是空穴 自由電子是少數自由電子是少數 多數載流多數載流 子是空穴的半導體稱為子是空穴的半導體稱為 p p 型半導體型半導體 P P 型半導體的符號如圖型半導體的符號如圖 b b 所示所示 符號的意思昌每注符號的意思昌每注 入一個三價鋁原子就會出現一個帶負電的離子和一個空穴入一個三價鋁原子就會出現一個帶負電的離子和一個空穴 同樣同樣 p p 型半導體從總體看仍型半導體從總體看仍 然是電中性的然是電中性的 2 P N2 P N 結的形成結的形成 當當 P P 型半導體和型半導體和 N N 型半導體通過物理型半導體通過物理 化學的方法有機的結為一體后化學的方法有機的結為一體后 在兩種半導在兩種半導 體的交界處就形成了體的交界處就形成了 P NP N 結結 P N P N 結具有非線性電阻的持性結具有非線性電阻的持性 可以制成整流元件可以制成整流元件 並且是並且是 構成多種半導體器件的基礎構成多種半導體器件的基礎 P NP N 結的形成與特性如下結的形成與特性如下 當當 P P 型半導體與型半導體與 N N 型半導體共處一體后型半導體共處一體后 在它們的交界處在它們的交界處 兩邊電子兩邊電子 空穴的膿度不同空穴的膿度不同 N N 區多電子區多電子 P P 區多空穴區多空穴 因此因此 N N 型區內的電子要向型區內的電子要向 P P 型區擴型區擴 散散 P P 型區的空穴要向型區的空穴要向 N N 型區擴散型區擴散 擴散首先是從交界面處開始的擴散首先是從交界面處開始的 N N 型區內的電子擴散型區內的電子擴散 到到 P P 型區后與空穴復合型區后與空穴復合 N N 型區減少了電子型區減少了電子 因此在因此在 N N 型區的一側出現了帶正電的粒子層型區的一側出現了帶正電的粒子層 這這 層帶正電的粒子就是處于層帶正電的粒子就是處于 N N 型半導體共價鍵上失去一個自由電子的原子型半導體共價鍵上失去一個自由電子的原子 它們是不能移它們是不能移 動的正離子動的正離子 同樣同樣 在交界面在交界面 P P 型區一側要出現帶負電的粒子層型區一側要出現帶負電的粒子層 隨著電子空穴的擴散隨著電子空穴的擴散 交界面兩側帶電層逐漸增厚形成一個空間電荷區交界面兩側帶電層逐漸增厚形成一個空間電荷區 如下圖所示如下圖所示 N N 型區帶正電型區帶正電 P P 型區囊型區囊 負電負電 空間電荷區產生后空間電荷區產生后 在半導體內部出現內電場在半導體內部出現內電場 內電場的方向從內電場的方向從 N N 區指向區指向 P P 區區 內電內電 場的出現使載流子在電場力的作用下要產生漂移運動場的出現使載流子在電場力的作用下要產生漂移運動 內電場使得內電場使得 P P 型區內的電子返型區內的電子返 回回 N N 型區型區 當空間帶電區域比較薄時內電場較弱當空間帶電區域比較薄時內電場較弱 載流子的擴散運動中于漂移運動載流子的擴散運動中于漂移運動 但隨但隨 著擴散的過行著擴散的過行 空間電荷區的厚度增加空間電荷區的厚度增加 內電場加強內電場加強 使擴散運動減弱使擴散運動減弱 漂移運動加強漂移運動加強 最最 后將導致載流子的擴散運動與漂運動達到動態平衡后將導致載流子的擴散運動與漂運動達到動態平衡 即從即從 N N 型區擴散到型區擴散到 P P 型區的電子數型區的電子數 目與從目與從 P P 型區漂移到型區漂移到 N N 型區的電子數相等型區的電子數相等 通過交界面的凈載流子數目為零通過交界面的凈載流子數目為零 這時空間這時空間 電荷區的寬度不再增加電荷區的寬度不再增加 空間電荷區內已不存在載流子空間電荷區內已不存在載流子 因而又稱這個空間為耗盡層因而又稱這個空間為耗盡層 在半導體內部出現的空間電荷區產生的內電場阻止多數載流子繼續擴散在半導體內部出現的空間電荷區產生的內電場阻止多數載流子繼續擴散 稱這個囊稱這個囊 電區域為阻擋層或電區域為阻擋層或 P NP N 結結 P N P N 結具有單向導電性結具有單向導電性 1 21 2 半導體二极體及其半導體二极體及其 V AV A 特性特性 半導體二极體的核心部分是一個半導體二极體的核心部分是一個 P NP N 結結 在在 P NP N 結兩端加上電极引線和管殼就制成結兩端加上電极引線和管殼就制成 了一個半導體二极管了一個半導體二极管 二极管的符號如下圖示二极管的符號如下圖示 1 1 二极體的正向接法與反向接法二极體的正向接法與反向接法 正向接法正向接法 如果將電源的高電位接在二极管的如果將電源的高電位接在二极管的 P P 型區電极型區電极 低電位接在低電位接在 N N 型區電极型區電极 如下圖如下圖 這種接法稱為二极管的正向接法這種接法稱為二极管的正向接法 半導體二极管在正向接法下半導體二极管在正向接法下 外電場的方向與外電場的方向與 P NP N 結內電場方向相反結內電場方向相反 在正向電作在正向電作 用下將使空間電荷區變薄用下將使空間電荷區變薄 內電場減弱內電場減弱 這就使多數載流子的擴散運動強于漂移運動這就使多數載流子的擴散運動強于漂移運動 多多 數載流子能不斷地越過交界面數載流子能不斷地越過交界面 這些載流子在正向電壓的作用下形成十极體的正向電流這些載流子在正向電壓的作用下形成十极體的正向電流 關導體二极管加入正向電壓后內電場被削弱關導體二极管加入正向電壓后內電場被削弱 因此管子的正向電壓因此管子的正向電壓 U UF F較低較低 約約 1V1V 左左 右右 大電流二极管超過大電流二极管超過 1V 1V 小電流二极管低于小電流二极管低于 1V 1V 正向接法時二极管電流較大正向接法時二极管電流較大 因此管因此管 子在正向導電時表現出的電阻較小子在正向導電時表現出的電阻較小 反向接法反向接法 如果將電源的高電位接在二极管如果將電源的高電位接在二极管 N N 型區電极型區電极 低電位接在低電位接在 P P 型區電极型區電极 這這 種接法稱為二极管的反向接法種接法稱為二极管的反向接法 二极管加反向電壓后二极管加反向電壓后 空間電荷區會增寬空間電荷區會增寬 內電場增強內電場增強 多數載流子的擴散運動不能進行多數載流子的擴散運動不能進行 這時只有這時只有 P P 型區和型區和 N N 型區內的少數載流子在電場力的型區內的少數載流子在電場力的 作用下產生漂移運動作用下產生漂移運動 因此反向接法下的二极管電流极小因此反向接法下的二极管電流极小 這個電流稱為二极管的反向這個電流稱為二极管的反向 電流電流 半導體二极管的反向電流由少數載流子的漂移運動產生半導體二极管的反向電流由少數載流子的漂移運動產生 在半導體內少數載流子在半導體內少數載流子 的數目基本上也維持一定的數目基本上也維持一定 因此在一定的溫度下因此在一定的溫度下 二极管反向電流在一定的反向電壓范二极管反向電流在一定的反向電壓范 圍內不隨反向電壓的改變而發生改變圍內不隨反向電壓的改變而發生改變 故稱二极管的反向電流為反向飽和電流故稱二极管的反向電流為反向飽和電流 I IS S 2 2 二极管的二极管的 V AV A 特性特性 由半導體物理的理論得出半導體二极體的電流與電壓之間有如下關系由半導體物理的理論得出半導體二极體的電流與電壓之間有如下關系 I II IS S e eu Ut u Ut 1 1 I I 二极體的電流二极體的電流 I IS S 反向飽和電流反向飽和電流 U U 作用在二极體在的電壓作用在二极體在的電壓 正向接法時正向接法時 V 0 V 0 反向接法時反向接法時 V 0V UU UT T 則則 e eu Ut u Ut 1 1 正向接法下二极管的電流正向接法下二极管的電流 I IF F I IS Se eU UT U UT 即二极體 即二极體 的正向電流的正向電流 I IF F與正向電壓成指數關系與正向電壓成指數關系 根據上式作出的半導體二极體正向根據上式作出的半導體二极體正向 V AV A 特性曲線如右圖特性曲線如右圖 1 1 所示所示 但實際測出的二极但實際測出的二极 管管 V AV A 特性曲線為曲線特性曲線為曲線 2 2 所示所示 即二极體正向導電時即二极體正向導電時 必須克服一定的閥值電壓必須克服一定的閥值電壓 又稱死又稱死 區電壓區電壓 后后 才開始導電才開始導電 正向電壓低于閥值地正向電壓低于閥值地 二极體的正向民流也是很小的二极體的正向民流也是很小的 鍺二极體鍺二极體 的閥值電壓為的閥值電壓為 0 1 0 2 V 0 1 0 2 V 硅一极體的閥值電壓為硅一极體的閥值電壓為 0 5V0 5V 左右左右 二极體在反向電壓的作用下二极體在反向電壓的作用下 若絕對值若絕對值 U UU UT T 則則 e eu Ut u Ut 0 0 因此反向電流因此反向電流 I IR R I IS S 二极二极 體的反向電流在一定的環境溫度下和一定的反向電壓數值內幾乎不隨反向電壓的變化體的反向電流在一定的環境溫度下和一定的反向電壓數值內幾乎不隨反向電壓的變化 而變化而變化 反向電壓超過一定的大小反向電壓超過一定的大小 造成反向民流迅速增大的現象稱為電擊穿造成反向民流迅速增大的現象稱為電擊穿 產生電擊產生電擊 穿的反向電壓值稱為二极體的擊穿電壓穿的反向電壓值稱為二极體的擊穿電壓 U UR R BR BR 為防止二极體出現電擊穿 為防止二极體出現電擊穿 允許施加于二允許施加于二 极體的最高反向工作電壓极體的最高反向工作電壓 U UR R為擊穿電壓值的二分之一為擊穿電壓值的二分之一 1 31 3 半導體器件型號命名方法半導體器件型號命名方法 GB249 74 GB249 74 國標規定半導體器件的型號由五個部分組成國標規定半導體器件的型號由五個部分組成 第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分第四部分第四部分 第五部分第五部分 2 2 表二极體表二极體A NA N 型鍺材料型鍺材料 B PB P 型鍺材料型鍺材料 C NC N 型硅材料型硅材料 D PD P 型硅材料型硅材料 3 3 表三极體表三极體A A 鍺鍺 PNPPNP 管管 B B 鍺鍺 NPNNPN 管管 C C 硅硅 PNPPNP 管管 D D 硅硅 NPNNPN 管管 E E 化合物化合物 用漢語拼音表示用漢語拼音表示 P P 普通管普通管 X X 低頻小功率管低頻小功率管 V V 微波管微波管 f fHFb HFb 3MHZ P 3MHZ PC C 1W 3MHZ P 3MHZ PC C 1W V VB B V VE E時時 發射結正向偏置發射結正向偏置 集電結反向偏置集電結反向偏置 發射結正向偏發射結正向偏 置使得發散已的多數載流子置使得發散已的多數載流子 電子電子 能夠向基區擴散能夠向基區擴散 電子進入基區以后一部分與基區內電子進入基區以后一部分與基區內 空穴復合空穴復合 復合的這部分電子在電壓復合的這部分電子在電壓 U UBB BB的作用下 的作用下 形成基極電流形成基極電流 I IB B 通常三極管的基區制作的很薄通常三極管的基區制作的很薄 只有幾個或十幾個微米只有幾個或十幾個微米 而且載流子數目很少而且載流子數目很少 所以所以 從發射區擴散到基區的電子從發射區擴散到基區的電子 在基區內繼續擴散的過程中有很少的一部分與基區內的空在基區內繼續擴散的過程中有很少的一部分與基區內的空 穴復合穴復合 大部分聚集在集電結的大部分聚集在集電結的 P P 區一側區一側 形成集電極電流形成集電極電流 I IC C 三極管三個電極電流之間三極管三個電極電流之間 的關系為的關系為 I IB B I IC C I IE E 一般情況下一般情況下 三極管集電極電流三極管集電極電流 I IC C比基極電流比基極電流 I IB B大很多大很多 這兩個電流之比稱為三極這兩個電流之比稱為三極 管靜態電流放大系數管靜態電流放大系數 用用 表示即表示即 I IC C I IB B 集電極電流變化量集電極電流變化量 I IB B之比之比 稱為三極管稱為三極管 動態電流放大系數動態電流放大系數 用用 表示即表示即 I IC C I IB B 改變三極管發射結正向偏置電壓改變三極管發射結正向偏置電壓 U UBE BE可以改變基極電流 可以改變基極電流 I IB B 當基極電流有當基極電流有 I IB B的變的變 化時化時 三極管的集電極電流三極管的集電極電流 I IC C就會有就會有 I IC C i iB B的變化的變化 這就是通常所說的三極管的這就是通常所說的三極管的 電流放大的作用電流放大的作用 2 22 2 三極管的主要參數三極管的主要參數 三極管的參數用來表明它的性能以及適用范圍三極管的參數用來表明它的性能以及適用范圍 為使用三極管提供依據為使用三極管提供依據 三極管的三極管的 參數很多參數很多 主要有幾下幾項主要有幾下幾項 1 1 電流放大系數電流放大系數 三極管制成之后三極管制成之后 值也就確定了值也就確定了 一般三極管一般三極管 值范圍很大值范圍很大 通常使用的三極管通常使用的三極管 值在值在 2020 到到 100100 之間之間 大功率三極管大功率三極管 值較低值較低 一般一般 值只有值只有 20 3020 30 之間之間 三極管的三極管的 值太小值太小 電流放大作用差電流放大作用差 但但 值過高值過高 100 100 以上以上 管子性能受到環境溫度影響較大管子性能受到環境溫度影響較大 性性 能不穩定能不穩定 三極管三極管 值過高或過低均不合適值過高或過低均不合適 2 2 穿透電流穿透電流 IceoIceo 穿透電流的大小是衡量三極管質量的一個指標穿透電流的大小是衡量三極管質量的一個指標 穿透電流過大穿透電流過大 三極管不受控制的電三極管不受控制的電 流成分增大流成分增大 管子的性能下降管子的性能下降 穿透電流受環境溫度變化影響很大溫度升高穿透電流受環境溫度變化影響很大溫度升高 IceoIceo 增大增大 當當 Ib 0Ib 0 時時 三極管工作在截止區三極管工作在截止區 三極管工作時三極管工作時 Ube 0Ube3 極限參數極限參數 a a 集電極最大允許電流集電極最大允許電流 I ICM CM 三極管在使用時 三極管在使用時 集電極電流集電極電流 IcIc 過大會損壞三極管過大會損壞三極管 即使即使 管子燒毀管子燒毀 三極管的三極管的 值也會大大降低值也會大大降低 通常將通常將 值下降到額定值為值下降到額定值為 2 32 3 時所對時所對 應的集電極電流應的集電極電流 IcIc 之值稱為集電極最大允許電流之值稱為集電極最大允許電流 I ICM CM 一般小功率三極管 一般小功率三極管 I ICM CM約數 約數 十毫安十毫安 大功率三極管的大功率三極管的 I ICM CM可達數安以上 可達數安以上 b b 集電極集電極 發射极間的擊穿電壓發射极間的擊穿電壓 U UBR BR CECE 三極管的 三極管的 U UCE CE U UBR BR CECE時 時 集電極電流集電極電流 IcIc 會突然會突然 增大增大 這表明三極管已被擊穿這表明三極管已被擊穿 c c 集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率 P PCM CM 最大耗散功率值取決于三極管允許的溫升 最大耗散功率值取決于三極管允許的溫升 三極管工三極管工 作的消耗的功率作的消耗的功率 P PC C U UCE CEIc Ic 消耗功率過大消耗功率過大 溫升過高會燒壞三極管溫升過高會燒壞三極管 一般硅管最高使一般硅管最高使 用溫度約用溫度約 150 150 鍺管約為鍺管約為 70 70 3 3 場效應管放大器場效應管放大器 場效應管是另一類型的半導體器體場效應管是另一類型的半導體器體 工作原理與前面的三極管不同工作原理與前面的三極管不同 三極管是通三極管是通 過基極電流的變化來控制集電極電流的改變過基極電流的變化來控制集電極電流的改變 它是個電流控制元件它是個電流控制元件 三極管工作時信三極管工作時信 號源要向基極提供電流號源要向基極提供電流 因此三極管放大器輸入電阻不高因此三極管放大器輸入電阻不高 而場效應管是電壓控制元而場效應管是電壓控制元 件件 工作時不需要從信號源汲取電流工作時不需要從信號源汲取電流 所以顯示出極高的輸入電阻所以顯示出極高的輸入電阻 3 13 1 分類分類 1 1 結型場效應管結型場效應管 2 2 絕緣柵型場效應管絕緣柵型場效應管 即即 MOSMOS 管管 是由金屬是由金屬 Metal Metal 氧化物絕緣材料氧化物絕緣材料 oxide oxide 和半導和半導 體體 semiconductor semiconductor 三種物質構成三種物質構成 按導電溝道載流子的不同按導電溝道載流子的不同 MOS MOS 場效應管分場效應管分 NMOS NNMOS N 溝道溝道 載流子為電子載流子為電子 及及 PMOS PPMOS P 溝道溝道 載流子為空穴載流子為空穴 4 4 繼電器繼電器 繼電器廣泛應用于生產過程自動化的控制系統及電動機的保護系統繼電器廣泛應用于生產過程自動化的控制系統及電動機的保護系統 繼電器主要繼電器主要 用通斷控制電路用通斷控制電路 繼電器的觸頭通斷的電流值比接觸器的小繼電器的觸頭通斷的電流值比接觸器的小 沒有弧裝置沒有弧裝置 繼電器的另繼電器的另 一個特點是其輸入信號可以是電信號一個特點是其輸入信號可以是電信號 如電壓電流如電壓電流 也可以是非電信號也可以是非電信號 如溫度壓力等如溫度壓力等 但但 輸出量與接觸器相同輸出量與接觸器相同 都是觸頭的動作都是觸頭的動作 繼電器的品種很多繼電器的品種很多 按動作原理分類如下按動作原理分類如下 1 1 電壓繼電器及中向繼電器電壓繼電器及中向繼電器 這類繼電器當它的吸引線圈上的所作用的電壓值達到規這類繼電器當它的吸引線圈上的所作用的電壓值達到規 定值時動作定值時動作 電壓繼電器主要作為電動機失壓或欠壓保護作用電壓繼電器主要作為電動機失壓或欠壓保護作用 中間繼電器的觸頭中間繼電器的觸頭 數量較多數量較多 通過它可以增加控制路數或起信號放大作用通過它可以增加控制路數或起信號放大作用 2 2 電流繼電器電流繼電器 結構與電壓繼電器類似結構與電壓繼電器類似 只有當它的吸引線圈中的電流達到規定值時只有當它的吸引線圈中的電流達到規定值時 觸頭動作觸頭動作 電流繼電器的吸引線圈通常串聯于被控電路中電流繼電器的吸引線圈通常串聯于被控電路中 主要用于過載及短路保主要用于過載及短路保 護或直流電機磁場控制及失磁保護等護或直流電機磁場控制及失磁保護等 3 3 時間繼電器時間繼電器 特點是特點是 因吸引線圈得到信號起至觸頭動作中間有一段延時時間因吸引線圈得到信號起至觸頭動作中間有一段延時時間 一般一般 用于以物內力函數電動機起動過程控制用于以物內力函數電動機起動過程控制 4 4 熱繼電器熱繼電器 特點是特點是 通過受熱元件產生的機械變形通過受熱元件產生的機械變形 推動機均動作至開閉觸頭推動機均動作至開閉觸頭 這種這種 種電器用于負載的過載保護種電器用于負載的過載保護 5 5 電阻器電阻器 5 15 1 概述概述 金屬導體中的電流是自由電子的定向移動形成的金屬導體中的電流是自由電子的定向移動形成的 自由電子在運動中要跟金屬正離自由電子在運動中要跟金屬正離 子頻繁碰撞子頻繁碰撞 這種碰撞阻礙了自由電子的定向移動這種碰撞阻礙了自由電子的定向移動 表示這種阻礙作用物理量叫做電阻表示這種阻礙作用物理量叫做電阻 同金屬導體一樣同金屬導體一樣 其它物體也有電阻其它物體也有電阻 在保持溫度在保持溫度 20 20 不變的條件下不變的條件下 實際結果表明實際結果表明 當導體材料均勻當導體材料均勻 橫截面積相同時橫截面積相同時 導體的電阻跟它的長度導體的電阻跟它的長度 L L 成正比成正比 向跟它的橫截面積向跟它的橫截面積 S S 成反比成反比 即即 R l SR l S 上式稱為電上式稱為電 阻定律阻定律 式中例系數式中例系數 叫做導體的電導率叫做導體的電導率 單位是單位是 m m 只跟導體材料的性質和只跟導體材料的性質和 導體所處的條件如溫度有關導體所處的條件如溫度有關 根據根據 的大小分類的大小分類 導體導體 10 10 10 7 7 m m 如石英塑料如石英塑料 半導體半導體 1010 6 6 10 1 合成電阻器合成電阻器 合成電阻器又稱實芯電阻器合成電阻器又稱實芯電阻器 它是用石墨粉作導電材料它是用石墨粉作導電材料 用半紅石棉或石用半紅石棉或石 英作填充劑英作填充劑 加上粘合劑加上粘合劑 裝上引線后裝上引線后 在模具內壓制成形在模具內壓制成形 經熱處理后成為堅固的實經熱處理后成為堅固的實 芯電阻體芯電阻體 外層噴漆和標上阻值就制成了合成電阻器外層噴漆和標上阻值就制成了合成電阻器 改變石墨粉的比例就可以改變改變石墨粉的比例就可以改變 電阻值的大小電阻值的大小 合成電阻器的可靠性高合成電阻器的可靠性高 體積較小體積較小 易于自動化生產價格低易于自動化生產價格低 缺點是穩缺點是穩 定性較差定性較差 噪聲也較大噪聲也較大 一般用于要求不高的電路中一般用于要求不高的電路中 2 2 薄膜電阻器薄膜電阻器 薄膜電阻器是在一個絕緣體薄膜電阻器是在一個絕緣體 一般是圓柱形瓷棒上一般是圓柱形瓷棒上 上真空噴鍍一層導電上真空噴鍍一層導電 薄膜或通過化學熱分解的方法淀積一層導電膜薄膜或通過化學熱分解的方法淀積一層導電膜 加上引線加上引線 噴上保護漆而制成的噴上保護漆而制成的 薄膜薄膜 電阻器的阻值可通過鍍膜厚度來控制電阻器的阻值可通過鍍膜厚度來控制 更多是用刻槽的辦法來控制更多是用刻槽的辦法來控制 將鍍好膜的瓷棒將鍍好膜的瓷棒 夾在刻槽上夾在刻槽上 瓷棒開始旋轉瓷棒開始旋轉 用刻刀把薄膜刻成螺旋狀用刻刀把薄膜刻成螺旋狀 刻的越細趙長刻的越細趙長 陰值就越大陰值就越大 常常 用的薄膜電阻器有碳膜用的薄膜電阻器有碳膜 氧化膜和金屬膜氧化膜和金屬膜 因而有碳膜電阻器氧化膜電阻器和金屬膜因而有碳膜電阻器氧化膜電阻器和金屬膜 電阻器之分電阻器之分 碳膜電阻器碳膜電阻器 RT RT 體積小體積小 重量輕重量輕 穩定性和精度都較高穩定性和精度都較高 噪聲較小噪聲較小 自身電自身電 感較小感較小 可用于數百可用于數百 MHZMHZ 以下的電路中以下的電路中 功率一般在功率一般在 ZWZW 以下以下 它又分超小型它又分超小型 小型小型 測測 量用等幾種量用等幾種 金屬膜電阻器金屬膜電阻器 RT RT 精度高精度高 噪聲小溫充系數小噪聲小溫充系數小 能耐較高的溫度能耐較高的溫度 功率容功率容 量比較大量比較大 相同的功率等級體積要比碳膜電阻小相同的功率等級體積要比碳膜電阻小 氧化膜電阻氧化膜電阻 RY RY 在高溫下的化學性在高溫下的化學性 質穩定質穩定 更容易制成低阻值的電阻器更容易制成低阻值的電阻器 3 3 線繞電阻器線繞電阻器 是在絕緣體上用高電阻率的金屬線繞制而成是在絕緣體上用高電阻率的金屬線繞制而成 它在較寬的溫度范圍內有它在較寬的溫度范圍內有 很小的溫度系數很小的溫度系數 耐高溫耐高溫 功率容量大功率容量大 可制成大功率精密電阻器可制成大功率精密電阻器 缺點是自電感較大缺點是自電感較大 不宜用于高頻電路中不宜用于高頻電路中 5 35 3 電阻器的型號電阻器的型號 部標電阻器的型號由四部分組成部標電阻器的型號由四部分組成 第一部分是主稱第一部分是主稱 用用 R R 表示表示 第二部分代表電阻件第二部分代表電阻件 的材如下表的材如下表 第三部分代表類別第三部分代表類別 第四部分為序號第四部分為序號 電阻器的型號電阻器的型號 第一部分第一部分第二部分第二部分第三部第三部第四部分第四部分 R R 電阻器電阻器T T 碳膜碳膜 H H 合成膜合成膜 S S 有機實芯有機實芯 N N 無機實芯無機實芯 J J 金屬膜金屬膜 Y Y 氧化膜氧化膜 C C 化學沉積膜化學沉積膜 I I 玻璃釉膜玻璃釉膜 X X 線繞線繞 0 0 9 9 特殊特殊 1 1 普通普通 G G 高功率高功率 2 2 普通普通 W W 徽調徽調 3 3 超高阻超高阻 T T 可調可調 4 4 高阻高阻 D D 多圈多圈 5 5 高阻高阻 6 6 7 7 精密精密 8 8 高壓高壓 數字序號數字序號 5 45 4 電阻器的參數電阻器的參數 1 1 容許誤差容許誤差 固定電阻器的容許誤差一般分為八級固定電阻器的容許誤差一般分為八級 N N 級很少用級很少用 容許誤差容許誤差 文字符號文字符號標稱值系列標稱值系列 0 1 BE192 0 25 CE192 0 50 DE192 1 FE96 2 GE48 100 105 110 115 121 127 133 140 147 154 162 169 178 5 J E24 1 0 1 1 1 2 1 3 1 5 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 7 3 0 3 3 3 6 3 9 4 3 4 7 5 1 5 6 6 2 6 8 7 5 8 2 9 1 10 KE12 1 0 1 2 1 5 1 8 2 2 2 7 3 3 3 9 4 7 5 6 6 8 8 2 20 ME6 1 0 1 5 2 2 3 3 4 7 6 8 30 N 2 2 標稱電阻值標稱電阻值 即電阻器的電阻值一般按規定的阻值系列制造即電阻器的電阻值一般按規定的阻值系列制造 如上圖如上圖 3 3 標稱功率標稱功率 電阻體通過電流后就要發熱電阻體通過電流后就要發熱 溫度太高就要燒毀溫度太高就要燒毀 根據電阻器的制造材料的根據電阻器的制造材料的 情況和使用環境情況和使用環境 對電阻器的功率損耗要有一定的限制對電阻器的功率損耗要有一定的限制 以保証其它工作的功率值以保証其它工作的功率值 這這 就是電阻器的標稱功率就是電阻器的標稱功率 4 4 最大工作電壓最大工作電壓 指電阻器不發生電擊穿指電阻器不發生電擊穿 放電等有害現象的放電等有害現象的 其兩端所允許加的最大工其兩端所允許加的最大工 作電壓作電壓 Um Um 由標稱功率和標稱值可以計算出一個電阻器在達到滿功率時由標稱功率和標稱值可以計算出一個電阻器在達到滿功率時 它兩端所允它兩端所允 許加的電壓許加的電壓 Up Up 實際工作電阻兩湍所加的電壓可能超過實際工作電阻兩湍所加的電壓可能超過 Um Um 也可能超過也可能超過 Up Up 5 5 溫度系數溫度系數 溫度的變化會引起電阻值的變化溫度的變化會引起電阻值的變化 溫度系數是每變化溫度系數是每變化 1 1 產生的電阻值的變產生的電阻值的變 化量化量 與標準溫度下與標準溫度下 一般為一般為 25 25 的電阻值之比的電阻值之比 單位為單位為 1 1 表達式為表達式為 溫度系數可正溫度系數可正 PTC PTC 可負可負 NTC NTC 可以是線性的可以是線性的 也可以是非線性的也可以是非線性的 6 6 噪聲噪聲 電阻器的噪聲是產生于電阻器中的一種不規則的電壓起伏電阻器的噪聲是產生于電阻器中的一種不規則的電壓起伏 它主要包括導體中它主要包括導體中 電子的不規則熱運動引起的熱噪聲電子的不規則熱運動引起的熱噪聲 熱噪聲是不可消除的熱噪聲是不可消除的 通過電阻器的電流起伏會通過電阻器的電流起伏會 引起電流噪聲引起電流噪聲 5 55 5 標稱值與色環標記標稱值與色環標記 電阻器的誤差等級有電阻器的誤差等級有 E6E6 E12E12 E24E24 分別對應分別對應 20 20 10 10 5 5 三個誤差等級三個誤差等級 分別有分別有 6 6 個個 1212 個個 2424 個標稱值個標稱值 高精度的電阻器則有高精度的電阻器則有 E48E48 E96E96 和和 E192E192 等三個誤差系列等三個誤差系列 分分 別對應別對應 2 2 1 1 0 5 0 5 三個誤差等級三個誤差等級 高于高于 0 5 0 5 的也可使用的也可使用 E192E192 誤差等級誤差等級 電阻器的標稱阻值也可以用色環標記電阻器的標稱阻值也可以用色環標記 即用不同的顏色來代表不同的數字即用不同的顏色來代表不同的數字 見下表見下表 一般有四環和五環兩種表示法一般有四環和五環兩種表示法 四環適用于四環適用于 5 5 及更大的誤差及更大的誤差 五環適用于五環適用于 2 2 及更小誤差及更小誤差 的電阻器的電阻器 色環左第一位的顏色代表有效數字的高位色環左第一位的顏色代表有效數字的高位 左第二位的顏色代表有效數字的左第二位的顏色代表有效數字的 次高位次高位 四環第三環代表倍率四環第三環代表倍率 即在有效數字后加幾個零即在有效數字后加幾個零 左面第一環代表誤差左面第一環代表誤差 見下圖見下圖 表表 顏色顏色 棕棕紅紅橙橙黃黃綠綠藍藍紫紫灰灰 白白 黑黑 金金銀銀 數字數字 1 12 23 34 45 56 67 78 89 90 0 倍率倍率 10101 110102 210103 310104 410105 510106 610107 71010 8 8 1010 9 9 1010 0 0 1010 1 1 1010 2 2 誤差誤差 F F 1 1 G G 2 2 D D 0 0 5 5 C C 0 0 2 25 5 B B 0 0 1 1 J J 5 5 K K 1 10 0 M M 2 20 0 5 65 6 電阻器的功率等級電阻器的功率等級 電阻器功率等級見下表電阻器功率等級見下表 廠家也經常生產非標準功率等級的電阻器廠家也經常生產非標準功率等級的電阻器 線繞電阻器一線繞電阻器一 般也將功率等級印在電阻器上般也將功率等級印在電阻器上 其它電阻器一般不標注功率值其它電阻器一般不標注功率值 名稱名稱額定功率額定功率 W W 實芯電阻實芯電阻 0 250 250 50 51 12 25 5 線繞電阻器線繞電阻器 0 50 51 12 25 5101015152525353550502525100100150150 薄膜電阻器薄膜電阻器 0 0250 025 0 050 05 0 1250 125 0 250 250 50 51 12 25 5101025255050100100 6 6 電容器電容器 6 16 1 概述概述 電容器是一種能容納儲存電荷電容器是一種能容納儲存電荷 電場電場 的容器的容器 它的結構簡單它的結構簡單 只要兩個導體之間只要兩個導體之間 用絕緣介質用絕緣介質 物質包括空氣物質包括空氣 隔開隔開 就構成了電容器就構成了電容器 電容器有以下四種電容器有以下四種 固定電容固定電容 電解電容電解電容 可變電容可變電容 微調電容微調電容 6 26 2 電容器的特性電容器的特性 1 1 電容器具有存放電荷的本領電容器具有存放電荷的本領 2 2 電容器兩極極上的正負電荷量是相等的電容器兩極極上的正負電荷量是相等的 3 3 電荷分布在極的內側電荷分布在極的內側 形成電場形成電場 4 4 當充放電壓和電源電壓相等的當充放電壓和電源電壓相等的 電路中沒有電荷的移動而形成的電流電路中沒有電荷的移動而形成的電流 5 5 電容的兩大物性電容的兩大物性 A A 隔直流隔直流 B B 通交變電流通交變電流 6 6 電場中確實有能量電場中確實有能量 我們用電能量我們用電能量 Q Q 與其電壓與其電壓 V V 之比值來描述電容器儲存電荷的本領之比值來描述電容器儲存電荷的本領 即即 C Q V C Q V 庫庫 伏伏 法拉法拉 電容器的單位是法拉電容器的單位是法拉 用用 F F 表示表示 這是一個很大的單位這是一個很大的單位 經常使用的單位經常使用的單位 是徽法是徽法 mF mF 和皮法和皮法 pF 1mF 10 pF 1mF 10 6 6F 10 F 106 6pF 10pF 103 3nF nF 電容器的容量與兩極之間互相重電容器的容量與兩極之間互相重 疊的面積成正比疊的面積成正比 與兩極極之間的距離成反比與兩極極之間的距離成反比 還與兩極之間的介質有關系還與兩極之間的介質有關系 對于平對于平 行極電容器來說行極電容器來說 有有 C s d C s d 是介質的介電系數也稱為電容率是介質的介電系數也稱為電容率 6 36 3 電容器的有關電學特性電容器的有關電學特性 1 1 電容器的標稱值及允許誤差電容器的標稱值及允許誤差 我國生產的電容器的標稱值已系列化了我國生產的電容器的標稱值已系列化了 適用的必適用的必 須按下表使用須按下表使用 云母介云母介 瓷介瓷介 玻璃鈾介質高頻有機膜介電容標稱值玻璃鈾介質高頻有機膜介電容標稱值 誤差等級電容標稱值 I 5 1 0 1 1 1 2 1 3 1 5 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 7 3 0 3 3 3 6 3 9 4 3 4 7 5 1 5 6 6 2 6 6 75 8 2 9 1 II 10 1 0 1 2 1 5 1 8 2 2 2 7 3 3 3 9 4 7 5 6 6 8 8 2 III 20 1 0 1 5 2 2 3 3 4 7 6 8 各種紙介和低頻有機膜介電容標稱值各種紙介和低頻有機膜介電容標稱值 誤差范圍誤差范圍容量范圍容量范圍電容標稱值電容標稱值 I 5 100PF 1mF1 01 52 23 34 76 6 II 10 124681015 III 20 1 100MF 2030506050100 鉭鉭 鈮鈮 鈦等電器解電容器鈦等電器解電容器 標稱容量標稱容量1 01 522 333 34 756 8 允許誤差允許誤差 10 20 50 20 100 10 標稱值標稱值 ab 定義定義 標稱值是電容量的有效數字標稱值是電容量的有效數字 如標稱值為如標稱值為 3 3 的電容有的電容有 3 3Pf 33Pf 330Pf 電容器的誤差是電容器的誤差是 D 級級 0 5 F 1 G 2 J 5 K 10 M 20 S 50 20 F 8 20 P 100 其中其中 D F G 三級是精三級是精 密電容器密電容器 I II III 級是普通電容器級是普通電容器 S F P 是電解電容器的誤差是電解電容器的誤差 2 電容器的標示電容器的標示 一一 直標法直標法 6P8 表示表示 6 8PF 10n 表示表示 0 01PF 103 表示表示 10 103PF 0 02 F 159 表示表示 15 10 1PF R56 F 表示表示 0 56 F 二二 色標法色標法 2 標稱電壓標稱電壓 額定電壓額定電壓 標稱電壓是指電容器在一定條件下它的介質所能承受的最大直流工作電壓標稱電壓是指電容器在一定條件下它的介質所能承受的最大直流工作電壓 電電 容器的額定電壓一般都標在電容體上容器的額定電壓一般都標在電容體上 有些小電容也用色點來表明有些小電容也用色點來表明 如小型電解電容如小型電解電容 器在它的正極引線處標上色點器在它的正極引線處標上色點 這既表示了耐壓這既表示了耐壓 又指明了正極性電極又指明了正極性電極 顏顏 色色BLACK BROWHRED ORANGEYELLOWGREENBLUEVIOLETGRAY 工作電壓工作電壓 V 46 31016 2532405063 3 絕緣電阻絕緣電阻 電容器的絕緣電阻決定于介質質量電容器的絕緣電阻決定于介質質量 性能和幾何尺寸性能和幾何尺寸 絕緣電阻的大小決定電容絕緣電阻的大小決定電容 器的質量器的質量 渥電大小渥電大小 渥電大渥電大 介質耗損大介質耗損大 嚴重渥電時會使電容器發熱嚴重渥電時會使電容器發熱 破壞電路的工破壞電路的工 作狀態作狀態 甚至導致熱擊穿甚至導致熱擊穿 較大容量的電容器的絕緣電阻可以是近似的用了用表的較大容量的電容器的絕緣電阻可以是近似的用了用表的 XIKZ 檔或檔或 X10KVZ 檔進行測試檔進行測試 注意電容耐壓是否比注意電容耐壓是否比 X10KVZ 檔中電池電壓高檔中電池電壓高 4 電容器的極性電容器的極性 一般電容中的兩個極板沒有極性差別一般電容中的兩個極板沒有極性差別 但電解電容器有極性要求但電解電容器有極性要求 5 電容的命名法電容的命名法 電容器一般由四個部分組成的電容器一般由四個部分組成的 如如 CD 系列表示是鋁電解電容器系列表示是鋁電解電容器 主稱主稱介質材料介質材料形狀形狀結構結構 Z 紙介紙介G 管狀管狀M 密封密封 Y 云母云母T 筒狀筒狀S 塑料殼塑料殼 C 瓷介瓷介L 立式矩形立式矩形J 金屬片金屬片 D 鋁電解鋁電解Y 圓片型圓片型R 耐熱耐熱 A 鉭電解鉭電解W 臥式臥式 Q 漆膜漆膜X 小型的小型的 Z 玻璃玻璃 H 混合介質混合介質 L B 聚萊乙烯聚萊乙烯 D 鉭氧化膜鉭氧化膜 N 鈮氧化膜鈮氧化膜 C 電容器電容器 T 鐵器鐵器 6 4 幾種常見的電容器幾種常見的電容器 1 紙介電容器紙介電容器 這種電容器用錫箔或鋁箔作電極這種電容器用錫箔或鋁箔作電極 中間夾以電容器紙作紙介中間夾以電容器紙作紙介 看成圓形或不圓形的看成圓形或不圓形的 筒狀筒狀 裝上引線封裝制成裝上引線封裝制成 為了提高防潮性為了提高防潮性 電容器的外殼有的會用密封的鐵殼電容器的外殼有的會用密封的鐵殼 叫密叫密 封紙介電容器封紙介電容器 2 云母電容器云母電容器 它是將鋁箔或錫箔與云母片交錯壘起來它是將鋁箔或錫箔與云母片交錯壘起來 接上引線接上引線 再壓塑在膠木外殼中制成再壓塑在膠木外殼中制成 7 電感器電感器 線圈線圈 7 1 概述概述 電感器是儲存磁場能量的器件電感器是儲存磁場能量的器件 電感是描述電感器通入電流對產生磁場來領的電感是描述電感器通入電流對產生磁場來領的 物理參量物理參量 當線圈中通過電流的時候當線圈中通過電流的時候 由電流的磁效應可知電流的周圍產生磁場由電流的磁效應可知電流的周圍產生磁場 磁磁 力線交連著載流的線圈力線交連著載流的線圈 當線圈中電流變化時當線圈中電流變化時 交連線圈中的磁力線也隨著變化交連線圈中的磁力線也隨著變化 由由 電磁感應定律可知電磁感應定律可知 線圈內就有感應電動勢產生線圈內就有感應電動勢產生 這種由于通過線圈自身電流的變這種由于通過線圈自身電流的變 化化 以在線圈自身產生感應電動勢的現象叫做自感應現象以在線圈自身產生感應電動勢的現象叫做自感應現象 由自感應產生的電動勢由自感應產生的電動勢 稱為自感電動勢稱為自感電動勢 自感電動勢用字母自感電動勢用字母 el 表示表示 產生自感應的線圈叫自感線圈產生自感應的線圈叫自感線圈 所有所有 各種線圈都具有自感應現象各種線圈都具有自感應現象 所以都可以稱為自感線圈所以都可以稱為