电子信息导论(第三讲)电子元器件

1、2022-3-61电子信息科学导论电子信息科学导论 信息学院信息学院 牛斌牛斌2008年年9月月第三讲 电子元器件2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告2一、电子元器件的分类一、电子元器件的分类电路是由各种电路元件组成的。电路是由各种电路元件组成的。电路的原器件分为：有源器件和无源器件电路的原器件分为：有源器件和无源器件有源器件：电源有源器件：电源( (电压源和电流源）和信号源电压源和电流源）和信号源无源器件：电阻元件、电容元件和电感元件、半导无源器件：电阻元件、电容元件和电感元件、半导体器件（二极管和三极管）和集成电路等。体器件（二极管和三极管）和集成电路等。2008-7-

2、25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告3二、电阻元件1、电阻器和电阻的数学模型、电阻器和电阻的数学模型 电阻器习惯称之为电阻。它是电子设备中最电阻器习惯称之为电阻。它是电子设备中最常应用的电子元件。电阻对直流电及交流电都呈常应用的电子元件。电阻对直流电及交流电都呈现相同的阻力。这种阻力通过的运动形态通过欧现相同的阻力。这种阻力通过的运动形态通过欧姆定律的数学公式描述：姆定律的数学公式描述： I=U/R (I=U/R (欧姆定律欧姆定律) )2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告42、电阻的串联与并联（等效电路）电阻的串联与并联（等效电路）2008-7-25电子信息科学与技

3、术专业发展战略研究报告53、电阻的种类电阻的种类 在电子设备的实际应用中，按照电阻制作的在电子设备的实际应用中，按照电阻制作的材料进行不同的分类。常见的种类与性能特点如材料进行不同的分类。常见的种类与性能特点如下表下表 种类种类优点优点缺点缺点外观外观碳膜电阻碳膜电阻较好的稳定性和适应性，较好的稳定性和适应性，并且价格便宜并且价格便宜 漆皮为绿、漆皮为绿、蓝灰、米黄蓝灰、米黄色色金属膜电阻金属膜电阻各方面性能比属膜电阻各方面性能比属膜电阻更好，常用于精密设更好，常用于精密设备备价格高价格高漆皮为深红色漆皮为深红色线绕电阻线绕电阻阻值精确，承受功率大阻值精确，承受功率大但不适合高但不适合高频工作

4、频工作漆皮为黑色漆皮为黑色2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告62008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告72008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告84、电阻分类 可按照电阻的阻值特性分类。不能调节的，我们称之为固定电阻。而可以调节的，称之为可调电阻。而常见的例如收音机音量调节的，主要应用于电压分配的，称之为电位器。2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告92008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告10 除了以上介绍的外，也还会用到一些特殊的电阻元件。这些电阻元件的特点是它的阻值会根据一些外界因素的变化而变化。例如

5、：受光影响的称为光敏电阻、受外界压力影响的是压敏电阻，还有热敏、气敏、电敏等等。下面是一些相关电阻的图片2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告112008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告12三、电容元件 电容器俗称电容。它是在两个金属电机之间电容器俗称电容。它是在两个金属电机之间夹了一层电介质构成。所以它具有了存储电荷的夹了一层电介质构成。所以它具有了存储电荷的能力。所以在理论上，它对直流电流具有隔断的能力。所以在理论上，它对直流电流具有隔断的作用，而交流电流则可以通过，随着交流频率越作用，而交流电流则可以通过，随着交流频率越高，它通过电流的能力也越强。一些常

6、用电容器高，它通过电流的能力也越强。一些常用电容器外观见图。外观见图。 2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告13名称名称优点优点缺点缺点主要应用主要应用瓷片电容 体积特别小，高频损耗少，耐高温，价格低廉容量小普遍应用涤纶电容体积小，容量大电解电容容量特别大铝电解电容漏电大，容量不准确。钽电解电容性能好但价格高耦合、滤波云母电容性能稳定，耐高温、高压。高频性能好价格高发光二极管纸介电容体积较小，容量较大、价格低高频性能较差2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告14电容的符号2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告152008-7-25电子信息

7、科学与技术专业发展战略研究报告16电容的规格标注方法电容的规格标注方法 在实际应用过程中，常常需要对电容的容量和其它参数进行选择。电容的容量标注方法同电阻一样，也是采用直标法（数字直接表示）和色标法两种。但直标法需要注意的是有一些这样的差异： 1） 在瓷片电容上经常看到如图这样103，224等这样的标注。这种并不表示该电容容量为103PF或224PF。它的容量应为：前两位读数后加上第3位数字表示的“0”数。例如： 2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告17电容的规格标注方法电容的规格标注方法 2） 在电解电容上有正负极的区分，一般都有如图所示的标示。还有一种普遍的识别方法：对

8、未剪腿的电解电容，腿长的一边为正极。电解电容一般采用直标法，它的容量不需要换算。注意的是在容量下方一般还标注了耐压值和工作温度。见图。 2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告18 电容元件电容元件电容器电容器 在外电源作用下，正负电极上分别在外电源作用下，正负电极上分别带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电荷仍可长久地聚集下去，是一种储存电能的荷仍可长久地聚集下去，是一种储存电能的部件。部件。下 页上 页_+ qqU电导体由绝缘材料分开就可以产生电容。电导体由绝缘材料分开就可以产生电容。注意返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发

9、展战略研究报告191. 1. 定义定义电容元件电容元件储存电能的两端元件。任何时储存电能的两端元件。任何时刻其储存的电荷刻其储存的电荷 q 与其两端与其两端的电压的电压 u能用能用qu 平面上的一平面上的一条曲线来描述。条曲线来描述。0),(qufuq下 页上 页库伏库伏特性特性o返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告20 任何时刻，电容元件极板上的电荷任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压与电压 u 成正比。成正比。qu 特性曲线是过原点的直线。特性曲线是过原点的直线。 Cuq quo下 页上 页2.2.线性时不变电容元件线性时不变电容元件tanuqC 电容电容器的器

10、的电容电容返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告21l 电路符号电路符号Cu+q-qF (法拉法拉), 常用常用F，pF等表示等表示。l 单位单位下 页上 页1F=106 F1 F =106pF返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告22tuCtCutqidddddd3. 3. 电容的电压电容的电压电流关系电流关系电容元件电容元件VCR的微分形式的微分形式下 页上 页u、i 取关联取关联参考方向参考方向Cui返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告23tuCidd 当当 u 为常数为常数( (直流直流) )时，时，i =0。电

11、容相当于开路，。电容相当于开路，电容有隔断直流作用；电容有隔断直流作用；下 页上 页表明Cu+q-q 某一时刻电容电流某一时刻电容电流 i 的大小取决于电容电压的大小取决于电容电压 u 的的变化率变化率,而与该时刻电压而与该时刻电压 u 的大小无关。电容是的大小无关。电容是动态元件；动态元件；返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告24 实际电路中通过电容的电流实际电路中通过电容的电流 i 为有限值，为有限值，则电容电压则电容电压 u 必定是时间的连续函数。必定是时间的连续函数。i dtdu tiCt ud)(1)( 00d)(1d)(1 tttiCiC )(00d1 t

12、tiCut下 页上 页tu0返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告25 )()(00d1 ttiCuutt 某一时刻的电容电压值与某一时刻的电容电压值与-到该时刻的所到该时刻的所有电流值有关，即电容元件有记忆电流的有电流值有关，即电容元件有记忆电流的作用，故称电容元件为记忆元件。作用，故称电容元件为记忆元件。表明下 页上 页 研究某一初始时刻研究某一初始时刻t0 以后的电容电压，需以后的电容电压，需要知道要知道t0时刻开始作用的电流时刻开始作用的电流 i 和和t0时刻的时刻的电压电压 u（t0）。）。电容元件电容元件VCR的积的积分形式分形式返 回2008-7-25电子

13、信息科学与技术专业发展战略研究报告26 当电容的当电容的 u，i 为非关联方向时，上述微为非关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠以负号分和积分表达式前要冠以负号 ; ;下 页上 页注意 上式中上式中u(t0)称为电容电压的初始值，它反称为电容电压的初始值，它反映电容初始时刻的储能状况，也称为初始映电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态。状态。 tuCidd )()(00)d1( ttiCuutt返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告274.4.电容的功率和储能电容的功率和储能tuCuuipdd 当电容充电，当电容充电， p 0, 电容吸收功率。电容吸收功率。 当电容放

14、电，当电容放电，p 0, 电感吸收功率。电感吸收功率。 当电流减小，当电流减小，p0, , 电感发出功率。电感发出功率。 电感能在一段时间内吸收外部供给的电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。元件、是储能元件，它本身不消耗能量。表明返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告40从从t0到到 t 电感储能的变化量电感储能的变化量：)(21)(21022tLitLiWLttLLiiLiW)

15、(21ddd2l 电感的储能电感的储能下 页上 页)(212tLi)(21)(2122LitLi返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告41 电感的储能只与当时的电流值有关，电感电电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流不能跃变，反映了储能不能跃变。流不能跃变，反映了储能不能跃变。 电感储存的能量一定大于或等于零。电感储存的能量一定大于或等于零。0)(212tLiWL下 页上 页表明返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告42l 实际电感线圈的模型实际电感线圈的模型下 页上 页LuG+u (t)iLLuGC返 回2008-7-25电子信息科学与技术专

16、业发展战略研究报告43下 页上 页贴片型功率电感贴片型功率电感贴片电感贴片电感返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告44下 页上 页贴片型空心线圈贴片型空心线圈可调式电感可调式电感环形线圈环形线圈立式功率型电感立式功率型电感返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告45下 页上 页电抗器电抗器返 回2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告46五、半导体器件（二极管 ）1、 二极管 半导体二极管又称晶体二极管半导体二极管又称晶体二极管, ,简称二极管简称二极管(diode);(diode);它只往一个方向传送电流的电子零件。它只往一个方

17、向传送电流的电子零件。它是一种具有它是一种具有1 1个零件号个零件号 接合的接合的2 2个端子的器件，具有按照外加电压个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。（单向导的方向，使电流流动或不流动的性质。（单向导电性）电性）2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告47二极管的应用二极管的应用1 1、整流二极管、整流二极管 利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。的脉动直流电。2 2、开关元件、开关元件二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的

18、二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。3 3、限幅元件、限幅元件二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V0.7V，锗管为，锗管为0.3V0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。定范围内。4 4、继流二极管、继流二极管在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。5 5、检波二极管、检波二极管在收音机中起检波作用。在收音机中起检波作用。6 6、变容二极管、变容二极管 使用于电视机的高频头中。使用于电视机的高频头中。7 7、显示元件用于电视机显示器上。、显示元件用于电视机显示器上。2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战