第2章 常用电子元器件的应用

第2章

常用电子元器件的应用第2章

常用电子元器件的应用2.1电阻器2.2电容器2.3晶体管2.4表面贴装元器件2.5光电耦合器2.6继电器2.7功率驱动2.8显示器件第2章

常用电子元器件的应用本章从设计的角度出发，扼要介绍几种常用电子元器件的原理与特性。设计时选用各种电子元器件通常遵循以下三条原则：1、元器件的技术参数必须完全满足系统的要求，并留有合理的余地；2、最高性能/价格比；3、满足系统的结构要示（如体积、封装形式等）。

2.1电阻器电阻器是一种无源电子元件，是构成电路不可或缺、也是使用最多的基本元件之一。据统计，在典型电子系统的诸多电子元器件中，电阻器占元器件总数的40%以上，虽不起眼，但十分重要。

2.1.1主要技术参数1、标称阻值标注于电阻体上的名义阻值。阻值的单位为：=10-3=10-6M=10-9G1/4W以上的金属膜电阻采用直接标注法。1/4W及1/4W以下的金属膜电阻采用四色或五色环标注。

2、允许误差其中：R标为标称阻值，R实为实际阻值。表2.1.2表示了几种允许误差值。其中市场上金属膜电阻中最常见的为5%。≤1%属精密电阻范畴。目前精密电阻的允许误差可达0.001%.电阻生产厂家，根据电阻的种类和允许误差，按表2.1.2系列标称值生产普通固定电阻器。它覆盖了一定允许误差下的数个阻值范围。

表2.1.2普通固定电阻标称值系列

允许误差

50%1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.110%1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.220%1.01.52.23.34.76.83、额定功率在正常的大气压力90～106.6kPa及环境温度为-55～+70℃的条件下,电阻长期工作所允许耗散的最大功率。表2.1.3为各种电阻额定功率的标称系列值.通常额定功率与电阻的体积直接相关,即体积愈大额定功率愈高。

表2.1.3电阻器额定功率标称系列值

类型标称值额定功率(w)线绕固定电阻器0.050.1250.250.512481016254075100150250500电位器0.250.1250.250.5125102550100非线绕固定电阻器0.050.1250.250.5125102550100电位器0.0250.050.10.250.51234、最高工作电压定义：允许的最大连续工作电压。部分碳膜、金属膜电阻的最高工作电压如表2.1.4和表2.1.5所示。该电压与气压有关,气压愈低、最高工作电压也愈低。

表2.1.4部份碳膜电阻器的最大工作电压数规格型号额定功率(W)标称电阻范围最高工作电压(V)RT-0.1250.1255.1Ω-1MΩ100RT-0.250.2510Ω-5.1MΩ350RT-0.50.510Ω-10MΩ400RT-1127Ω-10MΩ500RT-2247Ω-10MΩ750RT-5547Ω-10MΩ800RT-1010

1000表2.1.5部份碳膜电阻器的最大工作电压数规格型号额定功率(W)标称电阻范围最高工作电压(V)RT-0.1250.12530Ω-510MΩ150RT-0.250.2530Ω-1MΩ200RT-0.50.510Ω-1MΩ250RT-1130Ω-10MΩ300RT-2230Ω-10MΩ3505、温度系数温度系数为温度每变化1℃，所引起的阻值相对变化的百分主率：温度系数=式中：实际阻值的变化量，R实为实际阻值。6、噪声产生于电阻体内的一种不规则电压变化，热噪声是由导体内部不规则的电子自由运力所形成。此外还有电流噪声。2.1.2分类、特性与应用场合1、普通电阻器与电位器的特性碳膜电阻是用结晶碳沉积在瓷棒上制成。改变碳膜厚度和用刻槽的方法变更电阻体的有效长度可精确控制其阻值。其高频特性与阻值稳定性较好，价格低廉，是民用电子产中的首选品种。金属膜电阻的导电体是用真空蒸发等方法沉积在瓷棒上形成的。其导电体分别可以是合金膜、金属氧化膜、金属箔导。其阻值范围宽，电性能优于碳膜电阻，最高工作温度可达155℃,价格适中，是目前市场中最常见的品种。常用于要求较高的电子系统中。线绕电阻和电位器是用电阻率大的镍铬、锰铜导电阻线绕制而成。耐高温（能在300℃高温下稳定工作），噪声较少，精度易做高，额定功率可以达300W，常用于制作精密电阻或应用于功率要求较大的低频或电源电路中。由于分布电感大，不宜用于较高频率的电路。2、几种常用的特殊电阻

（1）敏感电阻敏感电阻是指器件特性对温度、电压、光照、温度、气体、压力、磁场等作用敏感的电阻。Pt热敏电阻是一种以金属材料铂（Pt）为敏感体的薄膜型热敏电阻。这是一种性能、精度最优越，线性度良好，价格昂贵的热敏电阻，主要用于精确的温度测量。例如Pt100,是0℃时阻值为100的Pt电阻。NTC是一种采用过度金属氧化物混合压制而成的热敏电阻，其温度系数一般为-2%～6%/℃。可用于测温或电路的温度补偿。压敏电阻是一种以氧化锌为材料的对电压敏感的片状电阻。当电阻两端的电压到达某压敏电压值时，电阻迅速导通。常用于防雷击电路和晶闸管过压保护等。

2、几种常用的特殊电阻湿敏电阻是由感湿层，电极，绝缘体组成，湿敏电阻主要包括氯化锂湿敏电阻，碳湿敏电阻，氧化物湿敏电阻几种。氧化锂湿敏电阻随湿度上升而电阻减小，缺点是测湿范围小，特性不好，受温度影响大。碳湿敏电阻缺点为低温灵敏度低，阻值受温度影响大。氧化物湿敏电阻性能较优越，可长期使用，温度影响小，阻值与温度变化呈线性关系。光敏电阻是电导率随着光照度的变化而变化的电子元件，当某种物质受到光照时，载流子的浓度增加从而增加了电导率，这是光电导效应。常于来进行照度测量。力敏电阻是一种阻值随压力变化而变化的电阻，国外称为压电电阻器。所谓压力电阻效应即半导体材料的电阻率随机械应力的变化而变化的效应。可制成各种力矩计，半导体话筒，压力传感器等。主要品种有硅力敏电阻器，硒碲合金力敏电阻器，相对而言，合金电阻器具有更高的灵敏度。气敏电阻是利用某些半导体吸收某种气体发生氧化还原反应的原理而制成，主要成分是金属氧化物。主要品种有：金属氧化物气敏电阻、复合氧化物气敏电阻、陶瓷气敏电阻等。常用于气体检测。

（2）电阻网络俗称“电阻排”。它是以高铝瓷做基体，采用高稳定性、高可靠性的饧系玻璃釉电阻材料，在高温下烧结而成。电阻网络承受功率大（单个电阻1/8或1/4W），温度系数小（±300ppm/℃）,阻值范围宽（10～1M）,特别是体积小，适用小型化电子系统。图2.1.2中所示各种电阻网络中以4～10个电阻组成的边侧并联单列直插型式的最为常见。

图2.1.2电阻网络(a)阻值相同的标准型电阻网络；(b)分压电阻网张；（c）混合电阻网络；(d)R/2R电阻网张；（e）一种8×10边侧并联单直插式电阻网络外形（3）3296W型玻璃釉予调电位器图2.1.3为该电位器的外形图。这种电位器阻值范围为100Ω～1MΩ，阻值允许误差为±10%,接触电阻变化为≤3%R或5Ω,耐压640Vac,极根触点电流100mA,额定功率为0.5W@70℃,温度系数为±250ppm/℃(ppm=10-6),总机械行程为28±2圈。其标称阻值如表2.1.7所示。由于允许使用者调节28圈，故广泛用于电路里需要精细调整的场合。但由于结构的限制，只能应用在频率较低的电路里。

2.1.3电阻器的应用1、根据电路对电阻的要求，选取相应种类的电阻当完成电路设计时，首先需要根据电路对电阻工作频率、功率、精度确定电阻的种类。例如阻值在30～10M之间，噪声要求较小，功率不大于2W，工作频率在10MHz以下,应优先选用金属膜电阻；如对电性能要求一般，便价格要低，则应选碳膜电阻；若实际电功率大于1W，且在低频电路中使用，则可选线绕电阻；若工作频率高于10MHz,则建议选用小型表贴电阻（见2.4节）。

2.1.3电阻器的应用2、根据误差要求，按表2.1.2选系列标称值[例1]LED限流电阻的选用图2.1.4LED限流电路图2.1.4是一种利用发光二极管LED指示电压V的电路。有关LED的特性见2.8.2节。LED导通发光时的正向压降V=1.2～1.7V,高亮LDE正常亮度对应的电流If=1～3mA.现取If=2mA,Vf=1.6V，则相应的限流电阻为[例1]LED限流电阻的选用

显然限流电阻R的取值直接影响LED的亮度。因LED仅做为电压有无的指示，故对亮度，也就是对R的误差无要求。考虑到市场最常见的是±5%的电阻，故根据表2.1.2可选1.6k或1.8的电阻均可。

[例2]DVM量程扩展电路[例2]DVM量程扩展电路图2.1.5DVM量程扩展电路图2.1.5是一个利用电阻衰减器进行数字电压表(DVM)量程扩展地电路。设DVM的输入电阻Ri=，R2=1KΩ，R1=9KΩ，则可将DVM基本量程扩展为Vi=10Vx。设DVM量程扩展的换档允许误差为±1%,则R1、R2的允许误码差应为±0.5%,即R1、R2必须选精密电阻。

3、减额设计从电子系统可靠性设计有式中：A为元器件失效率的加速度系数,常数，通常=5,而减额因子S式中应力在电子系统中为一些常规物理量，如电压、电流、功率、频率、扇出等。（1）功率减额设计当应力为功率时，则对于薄膜电阻而言，通常S≤0.5，即P实际≥2P额定。对[例1]中的R而言，其实际消耗功率为故P额定≥13.6mW,根据表2.1.3即P额定可选为0.05W或0.125W。显然实际的S将远小于0.5,这将对统统的可靠性十分有利。

（2）电压减额设计当电应力指电压时，则若[例2]的Vx为20V,则扩展量程后，R1承受的最大电压V实际（max）=180V。考虑到器件发热及温度系数的影响，最好根据表2.1.6选用额定功率2W的金属膜电阻，电压减额因子常为S=0.5。当电阻应用于电压超过100V的电路，选用时必须考虑电压减额。

4、精确电阻的获得在模拟电子电路中，许多场合都需要十分准确的电阻，如桥式传感器、有源滤波器、精密电阻衰减器、电流一电压变换器等等。精密电阻难以从市场上直接购得，往往必须向电阻生产厂家直接订制。这种办法供货周期长、价格昂贵。直接用一只大于所需阻值的3296W型予调电阻可替代精密电阻。如果用图2.1.6的办法，使

R1≈0.9R,予调电阻W≈0.3R则可以更好地取代R，并且W很容易可调到1/1000的精度。例如9kΩ±0.5%的电阻可用一只8.2kΩ(±5%)的固定电阻和一只2kΩ的3296W予调电阻代替。

图2.1.6精密电阻的替代5、注意噪声和频率特性的要求

（1）一般线绕电阻（无感线绕电阻除外）,具有较大的分布电感，高频特性差。且在交流电通过时，周围产生交变磁场，易产生磁干扰。（2）在低噪声（如前置放大电路）和高频电路中，优先考虑选用片状表贴电阻，其次为金属膜电阻，而且功率减额应更充分一些，以降低热噪声。（3）同类电阻器在阻值相同时，功率大，高频特性越差；在功率相同时，阻值越小，高频性能越好。

6、上拉和下拉电阻的选用υiυi6、上拉和下拉电阻的选用对于TTL或LSTTL数字逻辑器件，图2.1.7(a)中的上拉电阻应满足

式中VIH≈3.4V,IIH≈40μA,若Vcc=5V，考虑到集成芯片参数的离散性，则R＜40kΩ，通常取10kΩ。若为HCMOS芯片，则R可以大得多。图2.1.6(b)为8421BCD码拨盘开关与MCU(微控制器—单片机)的数码输入接口电路。由于当今的MCU均为HCMOS型，故由电阻网络构成的上拉电阻可以选得相当大，通常在10kΩ～100kΩ之间。（c）图中TTL/LSTTL集成电极开路门驱动同类逻辑门的上拉电阻（n个OC门中仅一个导通）上拉和下拉电阻的选用式中：VOL、VOH分别为门的输出低/高平；IIM为流入OC门的最大允许电流，m为负载门的个数；IIL、IIH分别为负载门输入低高电平的电流；n为OC门数；IOH为每个OC门输出管截止时的漏电流。（d）图若为TTL/LSTTL逻辑门，为保证下拉时的低电平，R必须小于或等于1。若为CMOS/HCMOS器件，R则可大到100。2.1.4数字电位器1、基本原理数字电位器（DCP）是一种可以由数字信号控制其阻值的电位器，其中一种的内部结构可由图2.1.8表示。2.1.4数字电位器现以美国Xicor(Intersil)公司的X9C102/103/104/105为例说明其基本特性。(1)三线串行接口（、U/、）(2)99个电阻阵列，100个可控点,调整端接入电阻约为40Ω(3)总电阻误差±20%(4)端点电压±5V(5)低功耗CMOS器件，VCC=5V,工作电流＜3mA，待机电流＜750μA(6)高可靠性，每位允许100,000次数据擦写，数据保存期10年(7)总阻值

X9C102=1kΩ,X9C103=10kΩ，X9C506=50kΩ，X9C104=kΩ(8)封装：SOIC和DIP其它各种数字电位器特性可参看光盘附录。2、应用要点(1)由于调整端由模拟开关接至电阻阵列节点，故应用时VH、VHL必须与系统电源相关。最简单的做法是VL接地（如果电路允许的话）；(2)数字电位器当电压衰减器使用时，有

式中：Ni为输入数字量，Nmax为抽头点数，VHL为输入待衰减的电压；

应用要点(3)数字电位可以串联、并联和混联使用，如图2.1.19所示。

应用要点(4)调整端接入电阻的影响不容忽视。(5)数字电位器可用程序和按钮两个控制方式。如果采用程控，希望上电后控制在某一确定点。办法是：在上电初始化时，先减去其最大点数Nmax。这样不论上电后，数字电位器由于失电记忆在哪一个点，都可以回到0点。(6)据Xicor公司测定，在输入1kHz信号的情况下，X9408数字电位器噪声＜-110dB。在200kHz输入时，变化为±0.5dB。总谐波失真+噪声＜-80dB。即数字电位器可以在200kHz以下频率很好地工作。图2.1.10为数字电位器的一些应用电路。

应用应用举例2.1.5电阻衰减器的设计

1、简单直流电阻衰减器图2.1.12的简单电阻衰减器(又称分压器)是电子电路最常见的电路之一。

2、交流衰减器

当衰减器负载的容抗(即负载电路的输入电容)不可忽略时，衰减的高频特性变差，如果传滤的是脉冲信号，则输出信号前沿明显失真。这时就必须使用图2.1.15的交流衰减器了。υi交流衰减器若在输入端输入一个如图2.1.16(a)所示的矩形脉冲，则当(1)R1C1<R2C2时，输出波形为图(b)所示，是为“欠补偿”。图中。(2)R1C1>R2C2时，出现如图(c)所示的“过补偿”,如图(c)所示。(3)R1C1=R2C2时，出现如图（d）所示的“最佳补偿”。图2.1.17交流衰减器的应用

交流衰减器的应用交流衰减器的一个典型应用是示波器的10:1探极，如图2.1.16(a)所示。图中探极内的C1为微调电容，调整它可获最佳补偿。图（b）中的T1集电极向T2管基极传送脉冲信号，考虑到T2的发射结电容，以及使T2由截止能快速饱和，以及由饱和向截止态转换时，加快IbS的减少，都必须使用Cj。Cj称为“加速电容”。显然它工作在过补偿状态。

2.2电容器2.2.1电容器的主要技术参数1、标称电容量标注于电容上的名义电容量。2、允许误差标称容量与实际容量相对误差的百分比。3、额定工作电压额定工作电压又称“耐压”，是指在技术条件所规定的温度下，长期工作电容器所能承受的最大直流电压。4、损耗实际的电容器可以等效地看作是理想电容器的和介质绝缘电阻的并联，如图2.2.1（a）所示。图（b）为等效电路的矢量图。其中δ角称为“电容器的损耗角”。电容器的损耗指的是损耗角的正切值tgδ。一般电容器的损耗很少，只有电解电容器由于绝缘电阻较小而损耗较大。实际的电容器也可以等效地看作是理想电容器和损耗电阻（ESR）的串联。

2.2.1电容器的主要技术参数5、漏电流理想电容器的介质绝缘电阻为无穷大，漏电流为零。一般电容器的漏电电流极小，电解电容器漏电流较大，对钽电解电容器而言，漏电流Iφ(uA)

＝KCV式中K=0.02，C为标称容量，V为所加直流电压。漏电流和环境温度密切相关，环境温度越高，漏电流愈大。绝缘电阻实际上是漏电电流另一种表述。一般电容的绝缘电阻可达几百兆欧以上。6、温度系数7、工作寿命2.2.2分类与特性表2.2.3几种常用固定电容器的特点种类特点纸介电容器用两片金属箔作电极，用纸作介质制成。其体积较小，容量可做得大；温度系数大、稳定性差、损耗大、且有较大固定电感，适用于要求不高的低频电路。油浸纸介电容器将纸介电容浸在特别处理的油中，可使其耐压增高。这种电容器容量大，但体积也较大。金属化纸介电容器在电容纸上覆上一层金属膜代替金属箔，其结构和性能类同纸介电容器，但体积和损耗较纸介电容器小，内部纸介质击穿后有自愈作用。有机薄膜介质电容器涤纶（极性介质）电容器介质常数较高，体积小，容量大，稳定性好，适宜作旁路电容。聚苯乙烯（非极性介质）电容介质损耗小，绝电阻高，稳定性好，温度性能较差，可用作高频电路和定时电路中RC时间常数电路。聚四氟乙稀（非极性介质）电容器耐高温（达250℃）和耐化学腐蚀，电参数和温度、频率特性好，但成本较高。表2.2.3几种常用固定电容器的特点云母电容器用云母作介质，其介质损耗小，绝缘电阻大，精度高，稳定性好，适用于高频电路。陶瓷电容器用无线电陶瓷作介质，其损耗小，绝缘电阻大，稳定性、耍热性能好，适用于高频电路。铁电陶瓷电容器耐压高，损耗和温度系数较大，稳定性差，适用于低频电路。独石瓷介电容器（CT4/CC4）由多层陶瓷介质构成，电容值范围宽：1PF~10μF，电性能良好，体积小，价格较低，但温度系数较大，是目前市场上最常见的电容器。CT4为低频独石，CC4为高频独石。铝电解电容器容量大，可达几个法。成本较低，价格便宜，但漏电大，寿命短（存储寿命小于5年），适用于电源滤波或低频电路。钽、铌电解电容器体积小，容量大，性能稳定，寿命长，绝缘电阻大，温度特性好，但价格较贵，适用于要求较高的设备中。2.2.3电容器的应用1、根据电路特性的要求选用相应种类的电容器。根据电容器的电路中的作用（如滤波、去耦、耦合、振荡、定时、储能等）容量，工作频率，准确度，承受的电压等，情况选择能满足各项要求的电容器。2、根据电路对电容器误差的要求，由表2.2.1选择相应系列的标称容量值。3、电压减额设计电容器推荐的电压减额因子S=0.5。即电容器的额定工作电压必须比实际工作电压大一倍以上。4、去耦电容的选用

图2.2.2去耦电容的作用5、耦合电容图2.2.3RC耦合电路

6、定时电容

图2.2.4定时电容的应用

7、注意对电容的特殊要求在精密线性积分电路如双积分ADC中，积分电容的电粘滞会导致在积分在最高点时，线性被破坏。故此地的积分电容必须采用粘滞效应很小、稳定性好和低损耗的聚苯乙烯或聚碳酸脂电容。

8、数控电容器

X90100是一款可数控的电容器，其内部结构如图2.2.5所示。它由上电复位电路、控制作和非易失性NVRAM、1Cu~16Cu五个阵列电容、五只模拟开关组成。与数控电位器相同的SPI接口NVRAN1使上电时可调用上次电容的设定值。容量调整范围：（每步0.23），共32级（单端方式）电容绝缘体高度稳定，具有非常低的电压系数良好的线性；误差＜0.5LSB快速调整：最大递增量仅需5MSOP封装这种电容器可用在低成本再生接收器的调整、可调射频站、低漂移振荡器、电容传感器调整以R工业无线控制等方面。2.2.5电解电容器的特性与应用在电子系统的各种电容器中以电解电容使用最多。铝电解电容器有二个铝箔电极，电极间为含有电解液的多孔状材料。为增大电容量，二电极采用卷绕形式。制好的电解电容在规定的正负极间加上赋能直流电压，电极间的电解液产生电解作用，在铝箔上形成一层很薄的三氧化二铝介质，这才是电解电容器的绝缘介质。这种介质，绝缘性能较差，故电解电容器的绝缘电阻有时低达几十千欧，而允许漏电流在0.2~1.4之间。其损耗也是电容器中最大的一种。

电解电容的特点

1、一般的电解电容的均为有极性电容，故只有使用在直流电路或虽有交流成份通过，但电容器两端的电压始终能保证其极性要求的电路里。如果不慎将电解电容的极性接反，则通电后，电容器内部电解作用反向进，正常介质逐渐消失，漏电流迅速加大，电容器将发热，最终导致爆裂！2、在需要电容量大的交流中功率设备中，如UPS不间断电源、中频电源设备、洗衣机，必须选用无极性油浸低介电容器或聚苯乙烯电容器。在小功率场合，则可选用无极性电解电容。3、在某些应用场合，必须充分考虑电解电容器漏电的影响。

[例1]延时电路[例1]图2.2.6（a）为一种由RC和CMOS反相器构成的延时电路。图（b）中的反相器转移电平Vth≈0.5VDD。输出负矩形脉冲较输入信号延迟了≈0.69RC。但是当R和电解电容器C的绝缘电阻可拟时，电路输入端的等效电路如图(c)所示。其中r为电容器的绝缘电阻。利用戴维南定理,图(c)可等效为图(d)。其中等效电动势1’=1r/(R+r),等效内阻为rR/(r+R)。1′就是这种情况下C充电结束时的最大电压。倘若r较小,就可能出现1′＜Vth的可能,以致反相器无法翻转,电路无法正常工作的情况。选用漏电流小的钽、铌电解电容是解决上述问题的办法之一。

[例2][例2]在电力电子技术中，常常使用二个同额定工作电压、同容量的铝电解电容器串联使用以提高耐压。但由于电容器的绝缘电阻难以保证相同，二只电容按绝缘电阻分压后，所承受的实际电压不同，可能导致二只电容器先后击穿。为保证均匀分压，可用二只同阻值的电阻器分别和电容并联，当然要求这种“均压”电阻器的阻值应小于电容器的绝缘电阻。

电解电容的特点4、电解电容器的卷绕式结构，使其高频特性差，故做去耦等应用时，一般均并联一只小容量的高频特性好的瓷介电容，容量为0.01～0.1,如图2.2.2所示。5、钽电解电容器分为固体和液体两种。固体钽电解电容器其结构是将金属钽的氧化物经模压工艺加工成形后，再用化学方法氧化处理，得到极薄的、表面粗糙的氧化钽层，作为绝缘介质，然后在其上涂覆一层氧化锰固体电解质，再喷涂一层导电金属箔焊接引线、封装而成。液体钽电解电容器是将液体电解液做负极。

电解电容的特点6、铌电解电容器以稀有金属铌为原材料，其加工过程和特性与钽电解电容器类似。7、普通铝电解电容器的寿命通常为2,000小时。在需要长寿命的军工产品中只能选用军品，寿命可达5,000小时。在一些同样要求长寿命的民用产品如家用三表中，则可以采用几只电容器并联的“冗余备份”办法来解决。

2.3晶体管2.3.1硅二级管和硅整流桥1．硅整流二极管硅整流二极管除主要用于电源电路做整流元件外，如图2.3.1所示还可以做限幅、钳位、保护、隔离等多种灵活应用。图（c）中J为电磁继电器线圈，二级管将抑制此感性负载在晶体管T由饱和跳变到截止时所产生的大幅度的反向电动势，从而保护T。图（d）为脉冲微分限幅电路，将在输出削去负尖脉冲。图（e）为RAM数据保持电路。后备银锌电池E=3.6V，在RAM正常工作时，RAM由+5V电源供电，且可通过D对E充电。断电时，RAM由E供电，D将E和电路+5V端隔离。图（f）为RC充放电电路。充电通过D1R1进行，而放电则通过D2R2进行。硅整流二极管2．硅整流桥

常用硅整流桥分为单相半桥、单相全桥和三相全桥几种，如图2.3.2所示。其中单相全桥在小功率整流电流中应用广泛，而三相全桥则在电力整流器、逆变器等大功率设备中使用。硅二级管3．检波二极管和整流管不同之处在于工作在小信号、高频率的电路中，如各种检波器。故其电流小，结电容小，工作频率高。4．肖特基（Schottky）二极管肖特基二极管是由金属和半导体接触形成的，其制造工艺与TTL电路相类似，工艺步骤比较复杂。它不是利用PN结的单向导电性，而是利用势垒的整流作用和多数载流子导电，因而没有少数载流子的存储效应。因此具有反向恢复时间短（最低可达10ns）和正向压降低（可达0.2V）的突出优点。它主要用于开关稳压电流做整流和逆变器中作续流二极管。硅二级管5．快恢复（FastRecovery）二极管快恢复二极管工作原理与普通二极管相似，亦是利用PN结单向导电性，但制造工艺与普通二极管不同。它的扩散深度及外延层（外延型）可以精确控制，因而可获得较高的开关速度，同时，在耐压允许范围内，外延层可做得较薄，正向压降较低。它的反向时间约为0.2～0.75

s。和肖特基二极管相比，其耐压高得多。它主要也用在逆变电源中做整流元件，以降低关断损耗，提高效率和减少噪声。高速恢复二极管反向恢复时间可达25ns。设计电路选用各种二极管时应注意以下几点：（1）电流减额电流减额因子S≤0.5。如图2.3.1（a）的全波整流电路，若通过负载RL的平均电流IL<0.5A，则应选择平均整流电流≥1A的普通硅整流二极管，如1N4000系列。（2）注意浪涌电流在某些应用场合，如图2.3.1（f）中的充放电电路，在开始充电瞬间通过D1的电流最大，选管时应予注意。（3）反向峰值电压图2.3.1（a）中整流二极管承受的最高反向电压VR=1.4V（V为变压器Tr次级绕组电压的有效值）。选管时应充分考虑电压减额。设计电路选用各种二极管时应注意以下几点：（4）正向管压降在低电压大电流的整流电路里，整流二极管的管压峰不能忽略。对于图2.3.1（e）的隔离二极管D，若希望RAM的VCC>4.8V，则可以选用正向压降在0.1～0.2V之间的肖特基二极管。（5）工作频率二极管的最高工作频率与其结构与工艺密切相关，例如普通硅整流管PN结为平台结构，结电容大，正向整流大，工作频率低。2AP型锗二极管为点接触型，结电容小、工作频率高，正向压降也小。（6）反向漏电流2.3.2半导体三极管1．常用小功率半导体三极管2．通用功率管3．达林顿（Darlingtons）功率管4．双极性半导体三极管选用时的注意事项

（1）首先必须根据电路的要求确定三极管的类型。多数场合设计者喜欢选用NPN型。但是如果需要低电平使三极和导通或需要采用互补推拉式（pull-push）输出，则必需使用PNP型晶体管。（2）晶体管特性表一般均会给出极限参数，设计时必须对ICM、PCM、BVCEO（或V(BR)CEO—基极开路时的集电极发射极间的击穿电压）、BVEBO、ICBO、

、fT（特征频率，fT=f

，f为工作频率）等参数进行减额使用。其中由于BVCEO>BVCES>BVCER>BVCEO，所以只要BVCEO满足要求就可以了。一般高频工作时，fT的减额因子可选为0.1～0.2。双极性半导体三极管选用时的注意事项（3）晶体管工作于开关状态时，一般应选用开关参数（ton、toff、Ccb、fT）好的开关晶体管。若选用普通晶体管，则需选用fT>100MHz的管子。而且实用时，其开关参数（如tr、tf）和集电极负载电阻、负载电容密切相关。集电极电阻愈小，开关速度愈快，但IC和管耗都会增加，应权衡决定。（4）小功率晶体管的共射极交流小信号电流放大系数

（hFE）较高，数字万用表测的是直流hFE，和交流hFE接近，但有差异。大功率晶体管hFE要低得多。特别值得注意的是：即使是小功率晶体管在开关应用时，饱和状态的hFE，也远较正常值为小。双极性半导体三极管选用时的注意事项（5）小功率晶体管应避免靠近发热元件，以减小温度对性能的影响。大功率晶体管必须根据实际耗散功率，固定在足够面积的散热器上。（6）部分通用型和达林顿型晶体管的集电极与发射极之间在管子内部并联了一只高速反向保护二极管。部分晶体管没有这只二极管，需要时在外部并联之。2.3.3场效应管场效应管（FET）因为通过它的电流只能是空穴电流或电子电流的一种，故又称为单极性器件。又因为流经该器件的电流受控于外加电压所形成的电场，故称为场效应管。各种场效应管的共同特点是：输入阻抗极高，噪声小，特性受温度和辐射的影响小，因而特别适用于高灵敏度、低噪声的电路里。1．结型场效应管2．绝缘栅金属氧化物场效应管

3．FET应用时的注意事项（1）不同类型FET应加电压的极性（2）不论是哪一类FET，它的栅极基本上不消耗电流，故要求输入电阻很高时，应选用FET。（3）由于FET传输特性的非线性，其跨导与工作点有关，|VGS|愈低，gfs愈高。FET应用时的注意事项（4）MOS

FET珊极的绝缘性质，易在外电场的作用下绝缘被击穿，故保存和焊接时均应采取相应措施。焊接时电路铁应妥善接地或络铁断电焊接。（5）FET是多子导电，受温度影响小。在工作温度变化剧烈的场合，宜选用FET。（6）FET的低噪声，使其特别适合在信噪比要求高的电路里使用，如高增益放大器的前级。2.3.4功率VMOS场效应晶体管1．VMOS器件的特点（1）开关速度非常快VMOS器件为多数载流子器件，不存在存贮效应，故开关速度快。一般低压器件开关时间为10ns数量级，高压器件为100ns数量级。适合于做高频功率开关。

VMOS器件的特点（2）高输入阻抗和低驱动其输入电阻通常107Ω以上，直流驱动电流在0.1

A的数量级，故只要逻辑幅值超过VMOS的阈电压（3.5V～4V），则可直接被CMOS和LSTTL、标准TTL等器件直接驱动，驱动电路简单。可以用上拉电阻提高驱动电平。上拉电阻值影响VMOS管开关时间。（3）安全工作区大VMOS器件无二次击穿，安全工作区由器件的峰值电流、击穿电压的额定值和功率容量来决定，故工作安全，可靠性高。VMOS器件的特点（4）热稳定性好VMOS器件的最小导通电压由导通电阻rDS(on)决定。低压器件的rDS(on)甚小，但是随着漏源间电压的增加而增加，即漏极电流有负的温度系数，使管耗随温度的变化得到了一定的自补偿。（5）易于并联使用VMOS可简单并联，以增加其电流容量。而双极型器件并联使用须增加均流电阻、内部网络匹配以及其它额外的保护装置。VMOS器件的特点（6）跨导高度线性VMOS器件是一种短沟道器件，当VGS上升到一定值后，跨导基本为一恒定值，这就使其做为线性器件使用时，非线性失真大大减小。（7）管内存在漏源二极管VMOS器件内部漏源之间“寄生”了一个反向的漏源二极管，它的正向开关时间小于10ns，和快速恢复二极管类似也有一个100ns数量级的反向恢复时间trr。此二极管在实际电路中可起钳位和消振的作用。VMOS器件的特点（8）注意防静电破坏尽管VMOS器件有很大的输入电容，不象一般MOS器件那样对静电放电很敏感，但由于它的栅源最大额定电压约为

20V，远远低于100～2500V的静电电压，因此要注意采取防静电措施：运输时器件应放在抗静电包装或导电的泡沫塑料中。拿取器件时要带接地手镯。最好在防静电工作台上操作。焊接要用接地电铬铁。在栅源间应接一个电阻保持低阻抗，必要时并20V的稳压管加以保护。VMOS应用实例VMOS器件由于具有双极性晶体管不可比拟的优点，其应用十分广泛。图2.3.6为几种应用实例。图（a）为灯泡寿命延长器。图中L为15W～250W的钨丝白炽灯，Rt为负温度系数的热敏电阻，冷态电阻约1.65M

。初通电时，由于Rt很大，通过L的电流很小，随着能电时间的增长，Rt电阻逐渐减小，L亮度逐步增加，约0.5s后降低至150k，L到达正常亮度。该电路可控制加于灯泡的10～15倍额定值的冲击电流和降低由交流电源在灯丝上引起的机械应力（振动）VMOS应用实例图（b）为某电池供电的便携式仪器利用VMOS做为模拟开关的应用。由于电源开关为单触点的薄膜开关而非双触点的机械开关，故使用了此电路。4043为四重RS触发器。电路接通瞬间由0.1

F电容和100k

电阻使其Q=1，VMOS管断。接下“开”按钮时，R=0，Q=0，VMOS管通，电源通往用电回路。选用大电流管TP8P10（RDS

0.4

）以减小VMOS管导通损耗。VMOS应用实例图（c）为VMOS简单逆变电源。4011电路组成不对称RC多谐振荡器，它输出的二个反相脉冲分别驱动T1和T2两只VMOS，在升压变压器的次级可产生220V、50Hz的交流电。图（d）中的RC不对称多沿振荡器产生约100kHz的方波控制VMOS管的通断。D1、D2和二只0.1

F的电容构成二倍压整流电路。利用稳压管可获得－(3～5)V的输出。VMOS应用实例2.3.5晶体管阵列1．MC1411/1412/1413/1416七重达林顿晶体管阵列晶体管阵列与普通晶体管相比具有体积小，参数一致和可靠性高等优点，在微机后向通道中应用较多，可直接驱动灯、继电器或其它大电流负载。内部的钳位二极管特别适用于驱动感性负载。晶体管阵列2．功率MOSFET阵列图2.3.10为P沟道功率MOSFET阵列的封装及电连接图，内部封装了4只MOSFET。主要用于电机、灯泡的驱动。它应用于开关状态，驱动电平－4V。导通电性达0.8

。输入电容190pF。2.4表面贴装元器件表面贴装元件（SMC）、表面贴装器件（SMD）又称为片状无引脚LL（Lead-Less），元器件外形尺寸只有几毫米、由于特殊的工艺及结构，加上表面焊接技术（SMT），具有重量很轻、高频噪声小、抗干扰能力强而且耐振动冲击性能好、便于全自动化生产等一系列突出的优点，使电子系统的质量产生了一个飞跃。表贴元器件分为无源元件（电阻器、电容器、电感器）和有源器件（晶体管、集成电路）二种。其外形有矩形、园柱形和异形三种。2.4.1表贴无源元器件1．矩形片状电阻矩形片状电阻是片状元器件中用量最大的一种元器件，矩形片状电阻的外形如图2.4.1所示。它是在一个基础瓷片上用蒸发的方式形成一层电阻膜层，在电阻膜层上面再敷加一层保护膜，保护膜采用玻璃或环氧树脂，两端夹以引线电极。片状电阻阻值常常直接标注在电阻外面，用3位数字表示，前两位数字表示阻值的有效数，第三位表示有效数字后面零的个数。

2．片状电位器（可调电阻器）片状电位器有片状的，圆柱形的和无引线扁平结构等多种。主要采用玻璃釉作为电阻体材料，其尺寸为4mm×5mm×2.5mm。片状电位器的外形如图2.4.2所示。其高频特性好，可达100MHz，阻值范围从10Ω～2MΩ，额定功率有1/20W、1/8W、1/4W等多种，最大的1/2W，电流可达100mA。3．矩形片状陶瓷电容器它也有矩形和圆柱形两种，矩形采用多层叠层结构，具有体积小容最大的特点，体积容量比可达10

F/cm2。矩形片状陶瓷电容器的外形如图2.4.3所示。其内电极与介质材料是共同烧结而成的，具有良好的防潮性能和高可靠性。4．片状固体钽电解电容器传统的铝液体电解电容在片状元件中已不再采用，取而代之的是体积更小、性能更高的固体钽电解电容器。片状固体钽电解电容器的外形及结构如图2.4.4所示。其额定耐压为4～50V之间，最大容量可做到330

F，标称值直接打印在元件表面，如107表示10×107pF，即100

F。5．陶瓷微调电容器陶瓷微调电容器分为有极性和无极性两种。陶瓷微调电容器的外形如图2.4.5所示。其容量为10～120pF，耐压大于25V。6．片状电感器将电感线圈做成细小的长方体，片状电感器的外形与结构如图2.4.6所示。图2.4.6片状电感器的外形与结构

图（a）为模压电感，它采用树脂外壳，内部为片状螺旋电感，电感之外有磁屏蔽层和绝热层。图（b）为电感线圈，将线圈绕在细小的铁氧体磁心之上，引线从两端引出，电感量可以做到1～1,000

H，Q值为50～100。图（c）为可变电感，其内部结构相似于晶体管收音机用的中周变压器，在“I”字形磁心上绕有线圈，调节磁心可以调节电感量大小。其电感量为1

H～5.6mH，Q值为40～130。只是体积比中周更小，更扁、更精细而已。2.4.2表贴有源器件1．表贴二极管和三极管2．表贴小型集成电路SOP2.5光电耦合器2.5.1“地”电流的影响电子系统的“地”通常有三类：1．工作地2．安全地3．屏蔽地2.5.2通用光电耦合器1．特性光电耦合器又称光隔离器（Optoisolators），它是利用电-光-电转换作用的半导体器件。它的功能是通过电光和光电转换传递信号，同时在电气上隔离信号的发送端和接收端。由于光电耦合器具有有隔离作用，能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，响应速度较快，寿命长，体积小，耐冲击等优点，使其在强-弱电接口，特别是在微机系统的前向和后向通道中获得广泛应用。2．多重光电耦合器（1）PC817系列（2）TLP521系列3．通用光电耦合器的应用2.5.3线性光电耦合器和普通光电耦合器开关型应用不同，线性应用时，二次侧晶体管工作于放大状态，希望驱动一次侧LED的电流与二次侧晶体管的输出电压在一定范围内为线性关系。普通光耦当做线性光耦的问题利用普通光电耦合器当做线性光电耦合器使用时，存在如下四个问题：（1）LED的死区电压使其输入电压在小于VF时，LED不导通。即小于VF的输入电压在输出端不能反映。（2）光电耦合器的CTR并非是常数，图2.5.7为PC817ACTR随IF变化的曲线。这就使输出电压与IF之间难以保持线性关系。普通光耦当做线性光耦的问题（3）CTR受温度的影响较大，即线性度也要受温度影响。（4）IF与LED的发光亮度并非线性关系。利用配对的LED构成一个进行线性补偿的负反馈坏以改善线性是线性光电耦合器芯片所采用的方法。线性光电耦合器TIL300的典型应用电路

图2.5.9TIL300A应用电路

2.6继电器

常用的继电器主要有电磁式继电器、干簧式继电器、磁保持湿簧式继电器、步进继电器和固态继电器等。电磁式继电器又分为交流电磁继电器、直流电磁继电器、大电流电磁继电器、小型电磁继电器、常开型电磁继电器、常闭型电磁继电器、极化继电器、双稳态继电器、逆流继电器、缓吸继电器、缓放继电器、快速继电器等多种。固态继电器又分为直流型固态继电器、交流型固态继电器、功率固态继电器、高灵敏度固态继电器、多功能开关型固态继电路、固态时间继电器、参数固态继电器、无源固态温度继电器、双向传输固态继电器等。其中的交流固态继电器应用最为普遍。2.6.1电磁继电器2.6.1电磁继电器1．电磁继电器的基本特征电磁继电器是一种利用电磁力来切换触点的开关型电子器件。其典型结构示意于图2.6.1（a）。它由一个带软铁铁芯的线圈J、簧片、弹簧及若干对合金触点构成：在线圈未通电时，触点1-2是闭合的，称常闭触点。1-3触点是断开的，称常开触点。继电器可以只带一对常闭触点，用字母H表示。也可以带一开一闭二个触点，用字母Z表示。线圈得电后则1-3接通，1-2断开。1-2-3三个触点为一组，继电器可以带多达7组触点。

2．JQX-14F（4124）小型大功率继电器3．DS2Y型小型电磁继电器4．小型干簧式继电器5．电磁继电器设计要点（1）电磁继电器的线圈分无极性与有极性两种。有极性线圈必须按正确方向施加吸合电压，继电器才能动作。（2）继电器线圈的吸合电流一般为几十毫安，故必须使用双极性晶体管、MOS管或晶体管、MOS管阵列驱动。（3）电磁继电器吸合和释放都需要十几毫秒的时间，系统运行时，这一时间必须考虑在内。例如，利用电磁继电器自动切换DVM量程，切换后必须等待继电器吸合或释放才能启动ADC。5．电磁继电器设计要点（4）和模拟开关比较，电磁继电器也是双向的，但其导通过触点电阻<0.1Ω,远比模拟开关低；它允许大幅度的交直流信号直通，但开关速度就无法和模拟开关相抗衡了。（5）为了减少导通时的触点电阻和耐触点动作时的火花腐蚀，多用白金触点。尽量如此，火花的氧化作用，还是容易使触点烧损（发黑），触点电阻亦随之增加，影响使用寿命。为此，触点侧参数应充分减额，有时在触点并RC回路对减小火花也有作用。继电器的火花会对数字系统产生严重干扰，应采取屏蔽等措施。（6）电磁继电器的触点可以并联使用，以提高触点电流、改进可靠性。2.6.2固态继电器1．交流固态继电器的内部结构图2.6.4是一种典型交流固态继电器的内部电路。它由输入电路、光电耦合器隔离级、驱动级、晶闸管TRIC以及RC抑制元件等组成。2．固态继电器的特点（1）内部的光电耦合器完善地实现了强-弱电的隔离，抗干扰能力强。（2）无机械电磁继电器的触点，动作速度快（10－7～10－10秒），无火花或电弧，无机械磨损，寿命长，干扰小。（3）驱动功率小，可低至10－3～10－8W，驱动灵敏度高。输入端通常与TTL电平兼容，可采用直流或脉冲驱动方式。2．固态继电器的特点（4）体积小、重量轻。（5）交流固态继电器又可分为“零压型”和“调相型”两类。（6）接通电阻较电磁继电器大，而断开电阻较电磁继电器小。（7）价格较电磁继电器高。交流固态继电器的几个典型应用图2.6.5为交流固态继电器的几个典型应用电路图（a）为TTL、LSTTL、MCU等器件利用输出低电平驱动SSR的接法。图（b）为CMOS器件通过晶体管T驱动SSR，图中820Ω限流电阻是否需要应根据SSR输入要求来决定。图（c）为用三只SSR驱动三相交流感应电机的接法。电机三个绕组既可接成“Y”形也可以接成“Δ”形。图（d）为小功率SSR的扩展功率的接法。

SSR的几个典型应用电路

5．固态继电器应用要点1）首先应根据功率负载选择相应的固态继电器（直流/交流）。（2）器件的发热：SSR在导通态时，元件将承受的热耗散功率P为P=V×I其中V和I分别为饱和压降和工作电流的有效值，这时需依据实际工作环境条件，严格参照额定工作电流时允许外壳温升，合理选用散热器尺寸或降低电流使用，否则将因过热引起失控，甚至造成器件损坏。在线路板上使用，10A以下可采用散热条件良好的仪器底板散热。（3）输入端的驱动SSR按输入控制方式可分为电阻型，恒流源型和交流输入控制型三类。SSR属于电流型输入器件。当输入端光耦可控硅充分导通后（微秒数量级），触发功率可控硅导通。当激励不足或斜坡式的触发电压，有可能造成功率可控硅处于临界导通边缘，并造成主负载电流流经触发回路引起的损坏。例如基本性能测试电路，输入为可调电压源，测试负载使用100W灯泡。输入触发信号应为阶跃逻辑电平，强触发方式。国外厂家提供的器件标准电流为100mA，考虑到全温度工作范围（－40℃～70℃）、发光效率稳定和抗干扰能力，推荐最佳直流触发工作电流在12mA～25mA范围。一般器件例如7404，05，06，07，244，MC1413或晶体管能满足要求。控制回路上电后，可测试一下驱动电路指标无误后再加负载交流电源。SSR输入端可并联或串联驱动，串联使用时，若一个SSR按4V电压考虑，12V电压可驱动三只SSR。（4）RC吸收回路与截止漏电流SSR产品内部一般装有RC吸收回路，吸收回路的主要作用是浪涌电压吸收和提高dv/dt，但这会增加截止态的漏电流。在小电流负载情况下，应在负载两端并联电阻减少这一影响。应该指出RC时间常数应与负载功率因数匹配。例如控制洗衣机电机所用SSR内部的电容是0.01

F，外部应增加一个0.1

F的电容和一只数十欧姆的电阻。实用中也可用示波器观察输出波型来选择最佳的补偿。

（5）干扰问题（6）过流/过压保护（7）关于负载的考虑2.7功率驱动2.7.1几种常见的功率负载1．发光二极管LED

2．继电器3．电声元件（1）电动扬声器（2）蜂鸣器2.7.2常用数字器件的输出特性器件类型输出特性TTLLSTTLCMOS(4000,4500)74HC74HCTMCU(AT89C5X)电源电压(V)4.75～5.254.75～5.253～182～64.5～5.54～6输出高电平VOH（V）2.4～3.42.7～3.4VDD≈VDD**≈VDD**0.75VDD**输出高电平电流IOH(mA)－0.4*－0.4－0.5－4－4－0.3***输出低电平VOL（V）0.2～0.40.35～0.500**0**0.45***输出低电平电流IOL(mA)16*8－0.54410***2.7.3功率驱动设计1．输出高电平驱动（1）直接驱动（2）利用上拉电阻增加高电平驱动能力（3）利用OC/OD门提高高电平驱动能力（4）直接利用带缓冲器的器件高电平驱动负载（5）数字器件加驱动晶体管或MOS管2．输出低电平驱动2.7.4电动扬声器的驱动LM386是一款低电压音频功率放大器。该芯片的电源电压为4～12V或5～18V（LM386N-4）。静态电流4mA。电源电压VS=6V，扬声器阻抗为8Ω，总谐波失真为10%时的输出功为325mW。在VS=6V，信号频率为1kHz时的电压增益约为20或200（1脚和8脚接10

F电容）。A=20时的带宽为300KHz。总的谐波失真为0.2%（VS=6V，RL=8Ω，Pout=125W，f=1kHz，A=20）。图2.7.10为其A=20和A=200时的典型应用电路。2.8显示器件显示器件按显示体可分为段位式（常见为7段位和若干特殊段位）、点阵式（点阵、点字字符和点阵图形）两大类。按其结构可分为独立的显示器和组合（如计数器+译码器+驱动器+LCD）两大类。其次还可以按显示体的颜色、结构尺寸、封装形式等分类。2.8.1LED发光二极管1.LED有如下特点：（1）与白炽灯相比，小电流可获得较高的亮度。一般在零点几毫安开始发光，通常工作电流为几毫安。（2）正向导通压降VF视半导体材料等因素而不同，一般在1.5V～2.3V之间。其中红色LED较绿色LED的VF为低。（3）发光响应速度快，约10－7～10－8s。（4）体积小、高可靠、耐振动、耐冲击、发热少、功耗低。（5）驱动电路简单，适宜于和集成电路配合。（6）亮度可随电流在较大范围内变化，而波长几乎不变。2．LED驱动的设计要点（1）常用LED的驱动电路如图2.8.2所示。（2）LF的取值在0.5～10mA之间，高亮和超高亮LED在0.5mA时已有明显的显示。不能无限制增大IF来提高亮度，必须考虑IFmax和最大功耗。2.8.2LED数码管及其驱动1．LED数码管的分类LED数码管按亮度可分为：（1）普通亮度（已趋于淘汰）（2）高亮度（市场上及应用上最常见）（3）超高亮度（广告牌、照明等使用）按显示体结构可分为：（1）七段位（最常用）（2）十段位（3）五段位（只能显示十、一、１）（4）十七段位按电极连接形可分为：（1）共阴极（高电平驱动）（2）共阳极（低电平驱动）2．LED数码管的静态驱动（1）译码器直接驱动（2）MCUI/O口并口直接驱动（3）MCU串口加移位寄存器静态驱动图2.8.5译码器直接驱动 2.8.6MCUI/O口直接驱动图2.8.7

MCU串口加位移位寄存器静态驱动电路3．LED数码管的动态驱动（1）典型动态LED数码管驱动电路（2）一种最简单的动态扫描电路（3）专用LED动态扫描驱动芯片图2.8.8典型LED数码管动态扫描电路图2.8.9一种最简单的动态扫描电路

4．LED数码管限流电路的设计（1）分段单独限流（2）分管限流方式（3）公共限流方式（4）无需限流电阻5．LED数码管小数驱动1）与笔段同时由芯片直接驱动如图2.8.6、图2.8.7、图2.8.8、图2.8.9均可由MCU或芯片直接驱动，小数点显示灵活、方便。（2）小数点位单独驱动七段译码—驱动芯片不能直接驱动小数点，如图2.8.5所示。这时小数点或者固定点亮某一位或者由控制电路决定哪一位的LED数码小数点点亮。6．前零消隐数字量显示的高位零最好消隐，这样比较符合人们的习惯。（1）硬件消隐（2）软件前零消隐对于如图2.8.7之类由MCU控制的显示电路，可以很容易地用程序来完成前零消隐任务。图2.8.10硬件前零消隐电路2.8.3LCD显示器及其驱动

1．液晶显示器原理液晶是一种在一定温度范围内既有液体的流动性和连续性，又有晶体的光学性质的有机化合物，又称为液态晶件。这类物质在电场和温度的作用下能产生各种特殊的电光效应和热光效应，利用这些效应可达到显示的目的。液晶显示器的主要特点如下1）低电压（3～5V），微功耗（0.3

W～100

W）。同等显示面积，其功耗比一般LED数码管小数百倍。宜于和CMOS器件配合使用。（2）它是一种被动发光器件。外界光愈强，对比度愈高，显示愈清晰。但在黑暗中无法显示，必须加背光光源。常见的背光光源有LED、CCFL（冷阴极荧光灯）等。（3）体积小，外形薄，如手表用LCD的厚度仅为1.2～1.6mm。其引出线可用斑马形导电橡胶引出，也可用标准DIP尺寸硬脚引出。（4）显示面积、字形大小和位数在一定范围内不受限制。（5）寿命长，一般数万小时以上。（6）响应（上升）时间和余辉较长。（7）因为电极间若加直流电压，则液晶材料会电解而丧失其性能，故必须用交流方波电压驱动，且要求方波电压严格对称，直流分量为零，至少要小于100mV。这就使LCD的驱动电路和LED数码管不同。LCD的主要参数有（1）工作电压。（2）工作电流或功耗。（3）阈值电压：扭曲-向列型阈值电压的定义可参见图2.8.12的电光效应曲线。（4）响应时间：从电压加上到光透过率达到饱和值90%所需的时间。（5）余辉：脉冲方波驱动电压消除到光透过率减到10%所需的时间。（6）视角。（7）对比度。2．LCD的静态驱动原理由于LCD必需由交流方波驱动，故其静态驱动常用异或门完成，如图2.8.13（a）所示。图中A为显示控制信号，B为驱动方波，由方波发生器提供。S为异或门G的输出，也是LCD的某一笔段，COM为LCD所有段位的公共（衬底）电极。由于故S的波形如图（b）所示。LCDS笔段的显示与否取决于S与COM之间的电位差。由图可见，当A=0时，S－COM=0，液晶S笔段不显示。A=1，S－COM为交流方波，液晶S笔段显示。

笔划式LCD一般均由BCD－七段LCD译码芯片如4055、4543、4544等驱动。也可用MSI的ICM7211等四位LCD显示驱动芯片驱动。这类LCD译码驱动器和LED译码器不同处在于芯片内部有异或门，并且有驱动方波输入端（Ph）。由于LCD为容性负载，驱动信号工作频率与功耗成正比，且频率太高对比度会下降。太低则产生闪烁。对于静态驱动而言，工作频率在30～100Hz之间为宜，对下述的动态驱动，工作频率在100～2000Hz之间。3．点阵字符型LCD驱动图2.8.14（a）为一个2×2LCD点阵，可控制图中四个点的明暗，其中A、B为点阵列引出线，C和D为行出线。如欲显示点阵中的A—C交叉点，则A、D施加幅度为V/2的交流驱动脉冲，B列为0电平，C行施加－V/2信号，如图（b）所示。A-C点称为“选择点”，A-D、B-C称为“半选择点”，B-D称为非选择点。点阵四个交叉点的信号波形如图（c）所示。其中A-D为0电平，B-C、B-D分别为反相、幅度V/2交流方波。只有A-D是幅度为V的交流方波。若设计使LCD显示的阈电压在V/2和V之间，则只有A-D对应点显示，其余三点不显示。上述这种方法又称时分1/2偏压法。除此之外常用的还有1/3、1/4等偏压法。1/3偏和1/4偏电平为分三和四个等级。点阵字符型LCD驱动动态驱动法中加入了偏压法使其更加完善，它不仅广泛用于点阵型液晶显示器件的驱动，也适应多背电极排布的笔段型液晶显示器件的驱动，此时也被称为多路寻址驱动法。当扫描行数N=1时，动态驱动法就等于静态驱动法，换句话说，静态驱动法是动态驱动法的行数为1时的特例。由于静态驱动法没有交叉效应，所以也就没有偏压法的应用。若不采用上述偏压法，而仅在选择点在第（i，j）上施反相的方波电压，而其它行、列不加电压，则选择点固然可以显示，非选择点不会显示，而其余的半选择点也有正或负方波电压存在，也有一点显示。这明显地降低了LCD的对比度（对比度=显示点亮度/非显示点亮度），此称为“效叉效应”。点阵字符型LCD驱动双频驱动法是解决交叉效应的又一种方法。双频驱动法利用了液晶介电常数与驱动电压频率的相互关系。当驱动电压频率远低于介电转换频率时可使液晶分子稳定在一种取向上；当驱动电压频率远高于介电转换频率时可使液晶分子稳定在另一种取向上。这样我们可以使用两种不同的驱动电压频率来改变液晶显示器件上各显示像素的分子取向，使其达到显示的效果。当使用低频驱动电压作为显示选择的驱动频率的双频驱动法称之为低频选择的双频驱动法。此时高频驱动电压则是用来消除背景显示影响。液晶模块与MCU的接口电路

图2.8.15为点阵字符LCD与MCU的硬件接口电路。图中W为对比度调节。运行LCD时必须先将W调至适当位置，字符才能正常显示。UC-162-03LCD相应的子程序根据时序要求、指令表、接口电路，UC-162-03LCD相应的子程序以下：（1）初始化子程序DMLCD：CLR P1.0 ；RS=0 CLR P1.1 ；R/W=0，写指令准备MOV DPTR，#8000H ；液晶模块地址MOV A，#30HMOVX @DPTR，A ；功能设置CALLD5MS ；延时5ms

MOVX DPTR，A CALL D100 ；再设一次功能，延时100µsMOVX @DPTR，A ACALL D100 ；再设一次功能，延时100µSMOV A，#38H ；功能设置：8位、双行、5×7点阵MOVX @DPTR，ACALL JBUSY ；检查忙标志UC-162-03LCD相应的子程序MOV A，#0EHMOVX @DPTR，ACALL JBUSY ；开显示、开光标、不闪烁MOV A，#01HMOVX @DPTR，ACALL JUBSY ；清屏MOV A，#06HMOVX @DPTR，ACALL JBUSY；输入方式设置，模块初始化至此完成RET（2）显示子程序DISP：CLR P1.0 CLR P1.1MOVA，R2MOVX@DPTR，ACALL JBUSY；设首字地址，显示器第一行第一位（最左）地址为80H；第二行第一位地址为C0HMOV R0，#Add ；显示缓冲器首字地址MOV R3，#data ；字符数LOOP:SETB P1.0CLR P1.1MOV A，@R0MOVX @DPTRT，A ；字写入INC R0DJNZ R3，LOOPRLR P1.0CLR P1.1MOV A，#0CHMOVX @DPTR，ACALL JBUSY ；开显示、关光标、关闪烁RET

（3）忙标志检查子程序JBUSY：PUSH P1PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLMOV DPTR，#8000HSETB P1.1CLR P1.0J：MOVX A，@DPTRJB ACC.7，JPOP DPLPOP DPHDOP ACC.POP P1RET4．点阵图形LCD点阵图形液晶显示器按点阵的列、行数有120×32、122×32、128×32、128×64*、128×128、160×32、160×128、192×64、192×128、240×64、240×128*、256×64及320×240*若干品种，其中带*号者为常用品种。显示器内部所带的控制器有SED1520、HD61202、ST7920、KS010718、T6963C、SED1335等，其中以Tb963C应用较广。CSTN（彩色超扭曲向列型）省电，在手机、MP3等便携式产品中应用广泛。TFT（ThinFilmTechnology）薄膜工艺LCD则从大尺寸的液晶电视、笔记本电脑到小尺寸MP3都有广泛应用。LCD的背光LCD的背光则有EL、LED、CCFL等。其中LED背光源颜色常为黄绿色、兰色。它的发光效率高，寿命长，驱动电压低（<5V），电流较小，是目前小型点阵图形LCD应用的最多的背光源。CCFL背光颜色可为红、绿、兰色，发光效率较LED低，需要>100V的交流电压驱动，亮度高，适于彩色显示。图2.8.16为以T6963C为控制器的240×128点阵图形LCD的框图各引脚的功能如下：/CE片选、低电平有效；/WR、/RD写读线，低电平有效；/RST复位，低电平有效，常直接接电源；C/D指令、数据选择端，C/D=0，读写数据，C/D=1，读写指令；DB0～DB7数据线；FGLCD金属外框架端，通常接地；VDD+5V电源端；VSS地端；VOUT（VEE）负压输出端；V0LCD偏压输入端；LED+、LED－背光驱动。除以上引脚外，有时还有一个FS－字型选择端，FS=0，8×8点阵（常用）或FS=1，6×8点阵。（2）T6963C的时序（3）T6963C指令集STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0

STA0：指令读写状态1：准备好0：忙

STA1：数据读写状态1：准备好0：忙

STA2：数据自动读状态1：准备好0：忙

STA3：数据自动写状态1：准备好0：忙

STA4：未用

STA5：控制器运行检测可能性1：可能0：不能

STA6：屏读/拷贝出错状态1：出错0：正确

STA7：闪烁状态检测1：正常显示0：关显示（4）点阵图形LCD与MCU的硬件接口图2.8.18为点阵图形LCD与MCU的接口电路。图（a）为总线方式（又称直接访问方式），指令读地址为8FFFH，数据读写地址为8FFEH。图（b）为I/O口接口方式（又称间接访问方式）。图2.8.18点阵图形LCD与MCU接口电路

（5）点阵图形LCD的显示程序。总线和I/O口接口方式相应的显示程序附于光盘中，请查阅。（6）字模提取点阵图形LCD显示所需的英文字符可以从模块内12