第3章电子元器件及材料

第3章电子元器件及材料3.1电阻器在电路中具有电阻性能的实体元件称为电阻器。加在电阻两端的电压与通过电阻器的电流之比，称为电阻器的阻值，用R表示，单位为Ω（欧姆）。R=U/I1.电阻器的作用电阻器是组成电路的基本元件之一。在电路中，电阻器用来稳定和调节电流、电压，组成分流器和分压器，在电路中起到限流、降压、去耦、偏置、负载、匹配、取样等作用。还可以用来调节时间常数、抑制寄生振荡等。2.电阻器的标称阻值与允许偏差电阻器上所标示的名义阻值称为标称阻值。电阻器不可能做到要什么阻值就有什么样的阻值，为了达到既满足使用者对规格的各种要求，又便于大量生产，使规格品种简化到最低程度，国家规定只按一系列标准化的阻值生产，这一系列阻值叫做电阻器的标称阻值系列。电阻器的实际阻值不可能做到与它的标称阻值完全一样，它们之间允许有一定差别，称为允许偏差。通用电阻器的标称阻值系列和允许偏差棕1红2橙3黄4绿5蓝6紫7灰8白9黑0举例说明红红黑棕金3.电阻器的额定功率电阻器的额定功率是指电阻器在直流或交流电路中，在正常大气压力（86～106kPa）及额定温度条件下，能长期连续负荷而不损坏或不显著改变其性能所允许消耗的最大功率。4.电阻器的温度系数电阻器的电阻值随温度的变化略有改变。温度每变化一度所引起电阻值的相对变化称为电阻的温度系数。温度系数愈小，电阻的稳定性愈好。5.电阻器的噪声当电阻器通以直流电流时，电阻器两端的电压往往不是一个恒定不变的电压，而是有着不规则的电压起伏，有如在直流电压上叠加了一个交变分量，这个交变分量称为噪声电动势。噪声是电阻器本身的特性，与外加电压没有直接关系。电阻器的噪声包括热噪声和电流噪声。热噪声是由于电阻器中自由电子的不规则热运动而使电阻器内任意两点间产生的随机电压。电流噪声是当电阻器通过电流时，导电颗粒之间以及非导电颗粒之间不断发生碰撞，使颗粒之间的接触电阻不断变化，因而电阻器两端除直流电压降之外还有一个不规则的交变电压分量。6.电阻器的频率特性任何一种电阻器都不是一个纯电阻元件，电阻器上实际都还存在着分布电感和分布电容。这些分布参数都很小，在直流和低频交流电路中，它们的影响可以忽略不计，可将电阻器看作就是一个纯电阻元件，但在频率比较高的交流电路中，这些分布参数的影响即不能忽视，其交流等效电阻将随频率而变化。3.1.2电阻器基本类型1.电阻器的分类电阻器可分为固定电阻器、可变电阻器和敏感电阻器三大类。在使用过程中阻值基本固定不能调节的称为固定电阻器。阻值可以调节的则称为可变电阻器，其又分为可变和半可变电阻器。半可变电阻器，主要用在阻值不经常变动的电路中，其转动结构较简单。敏感电阻器是指其阻值对某些物理量表现敏感的电阻元件。电阻器电位器可调电阻器微调电阻器敏感电阻器电阻器在电路中的图形符号认识2.常用电阻器的结构、特点及应用(1)固定电阻器①碳膜电阻器。是由碳氢化合物在真空中通过高温热分解，使碳在瓷质基体表面上沉积形成导电膜而制成。其特点是电阻阻值范围宽（10Ω～10ΜΩ），可靠性较高，体积小，价格低廉。但其单位负荷功率较小，使用环境温度较低。②金属膜电阻器。真空条件下，在陶瓷表面上蒸发沉积一层金属氧化膜或合金膜而成。其特点是工作范围广（-55℃～+125℃），温度系数小，噪声低，体积小。③线绕电阻器。是用镍铬合金、锰铜合金等电阻丝绕在绝缘支架上制成的在其外表涂有耐热的釉层。其特点是功率大，能经受高热，本身产生的噪声小，稳定性也好。但其体积大，分布参数大。④金属玻璃釉电阻器。这种电阻器是以金属、金属氧化物或难熔化合物作为导电相，以玻璃釉作粘结剂，与有机粘结剂混合成桨料，被覆于陶瓷或玻璃基体上，然后经烘干、高温烧结而成，又称厚膜电阻器。其特点是耐高温、高压、阻值范围宽（100KΩ～100ΜΩ）、温度系数小、稳定可靠、耐潮湿性好。⑤阻燃电阻器。这种电阻器是在电阻器的表面涂上一层含有阻燃剂的涂料。其特点是在火焰中不易燃烧（没有火焰）。⑥熔断电阻器。是一种的双功能元件，既有一般电阻器的功能，又有过负荷熔断的功能。常用有两种熔断电阻器，其一，是金属膜熔断电阻器，在电阻体中加有一种熔断剂，当超过额定负荷时，构成电阻的特殊金属膜层将在熔断剂的作用下很快烧断，使电阻器开路。其二，线绕熔断电阻器，当超过额定负荷时，电阻体上的低温合金熔珠即被熔化而使磷铜线弹开，电阻器开路。但是可经人工修复还可继续使用。⑦水泥电阻。这种电阻器是将电阻丝卷绕在陶瓷骨架上构成一个电阻器的毛坯，将其装入陶瓷外壳，再用类似于水泥的无机粘合剂填充，经干噪、高温固化而成。其特点是小体积大功率、耐燃、耐电弧、耐潮湿。(2)电位器①单联电位器。其只有一个电位器，它有一个独立的转轴，应用最为广泛。②双联或多联电位器。是将两个或多个电位器组合在一起，用同一调节轴（或滑柄）对各联电位器作同步调节。另一种为同心异轴的结构，其中一个轴为空心轴，各联电位器作独立调节。双联或多联电位器常用于音调、音量等控制。③开关电位器。是在电位器调节轴上加装开关装置，常见有推拉式和旋转式。通常用在收音机、电视机上作音量控制电位器和电源开关。④锁紧式电位器。是在电位器调节轴（或滑柄）上加装锁紧装置，当电位器调定后可以用锁紧装置加以固定，使电位器不在变动。一般用于不需经常调整的电路。(3)敏感电阻器①热敏电阻器。阻值是随着环境和电路工作温度变化而变化的。它有两种类型，一种是正温度系数型（PTC），另一种是负系数型（NTC）。②光敏电阻。是利用半导体的光电效应制成的光电传感元件，其阻值随入射光的强弱而改变，当入射光的增强时，电导率随之增大，因而电阻值随之减小。光敏电阻主要用于遥控、遥测。③压敏电阻器。其伏安特性是非线性的，对外加电压非常敏感，当电阻器两端电压增加到某一特定值时，其电阻值即急剧减小。④气敏电阻器。是利用半导体表面吸附某种气体分子之后电阻率发生变化的特性制成的敏感元件。⑤力敏电阻器。某些金属和半导体材料的电阻率会随外加应力而改变，这种现象称为压力电阻效应，利用压力电阻效应制成的电阻器称为力敏电阻器。3.1.2电阻器选择和使用1.电阻器的质量判别电阻器的电阻体或引线折断以及烧焦等，可以从外观上看出。电阻器内部损坏或阻值变化较大，可通过万用表Ω档测量来核对。若电阻内部或引线有毛病，以致接触不良时，用手轻轻地摇动引线，可以发现松动现象；用万用表Ω档测量时，就会发现指针指示不稳定。2.电阻器的选用①在选用电阻器时必需首先了解电子产品整机工作环境条件。②要了解电子产品整机工作状态。③既要从技术性能考虑满足电路技术以保证整机的正常工作，又要从经济上考虑其价格、成本，还要考虑其货源和供应情况。④根据不同的用途选用。⑤阻值应选取最靠近计算值的一个标称值，不要片面采用高精度和非标准系列的电阻产品。⑥电阻器的额定功率选取一个比计算的耗散功率大一些（1.5～2倍）的标称值。⑦选取耐压比额定值大一些的。3.2电容器（1）电容器的作用。电容器在电子线路中起到耦合、旁路、谐振、调谐、微分、积分、储能、滤波、隔直流以及控制电路中的时间常数等作用。（2）标称容量。容量是电容器的基本参数，不同类别的电容有不同系列的标称值。常用的标称系列同电阻。（3）额定电压。额定电压是电容器的重要参数，电容器两端加电压后，能保证长期工作而不被击穿的电压称为电容的额定电压。（4）电容器的损耗。任何实际上的电容器在电场作用下均有能量损耗，因为电容器介质存在漏电流，将使电容器消耗一定电能并转变成热能。这种损耗称为电容器的介质损耗(有功功率P)。3.2.2电容器的基本类型1.电容器的分类按照电容量是否可高调整，可分为固定电容器、可变电容器和微调电容器。按照用途可分为耦合电容器、旁路电容器、调谐电容器、滤波电容器、以及高压电容器和低压电容器等。按照介质材料可分为固体有机介质电容器、固体无机介质电容器、电解电容器和气体电容器等。电容器在电路中的符号认识2、常用电容器①纸介电容。是以纸介作为介质，以金属箔作为电容器的极板，卷饶而成。这种电容器容量范围宽，耐压范围宽(可从36V~30kV)，成本低，但体积大，tgδ大，因而只适应于直流或低频电路中。②金属化纸介电容器。电容的极板不用金属箔，而是在电容纸上蒸发一层金属薄膜作为电极，然后饶制而成。这种电容在电参数上与纸介电容器基本一致，但体积小。③有机薄膜电容器。在结构上与纸介电容基本一致，只是介质为有机薄膜（有涤纶、聚丙烯等）。其性能比纸介电容器要优越得多。无机介质电容器①瓷介电容。以瓷片作为介质的电容，其容量范围较窄，一般从几pF到0.1μF之间，体积小、重量轻、价格低廉。②云母电容。以云母为介质的电容称为云母电容，由于云母材料的优良电性能和机械性能，使得云母电容具有损耗小、温度系数小、耐压高、可靠性高、性能稳定、容量精度高等优良电参数。③玻璃电容器。以玻璃为介质的电容器称为玻璃电容器，这种电容具有良好的防潮性和抗振性，能在200℃高温下长期稳定工作，其性能介于云母与瓷介之间，成本低，体积较小。电解电容电解电容以金属氧化物膜做介质，以金属和电解质组作为电容的两极。金属为正极，电解质为负极。使用电解电容时应注意极性，不能用于交流电路。由于电解电容的介质是一层极薄的氧化膜（厚度只有10-2～10-3μm）因而比电容比任何其它类型的都要大。①铝电解电容。铝电解是使用最多的一种通用型电解电容，额定电压一般在⒍3～500V之间，容量为0.33～4700uF。②钽电解电容。由于钽及其氧化膜的物理性能稳定，因而它比电解电容的漏电小、寿命长，长期存放性能稳定，温度、频率特性好。但它比铝电解电容成本高、额定电压低（最高只有160V）。（4）可变电容器①微调电容器。这种电容器的特点是用螺钉调节两组金属片的距离或面积以改变电容量。②可变电容器。其特点是定片组与支架一起固定，动片组联旋柄可自由旋动。3.2.3电容器的选择和使用1.电容器的合理选用电容器种类很多，性能指标各异，选用时应考虑如下各因素：（1）电容器额定电压；（2）标称容量及精度等级；（3）对tgδ的选择；（4）体积；（5）成本。2.电容器的质量判别（1）对于容量大于5100pF的电容器，可用万用表Ω×10k、Ω×1k档测量电容器的两引线。正常情况下，表针先向R为零的方向摆去，然后向R→∞方向退回（充电）。如果回不到∞，而停在某一数值上，指针稳定后的阻值就是电容器的绝缘电阻（也称漏电电阻）。绝缘电阻越小，漏电越大。若绝缘电阻为零，则表明电容器已击穿短路；若表针不动，则表明电容器内部开路。（2）对于容量小于5100pF的电容，由于充电时间很快，充电电流很小，即使用万用表的高阻值档也看不出表针摆动。所以，可以借助一个NPN型的三极管的放大作用来测量。选用Ω×10k档，将万用表红表笔接三极管发射极，黑表笔接集电极，电容器接到集电极和基极两端，由于晶体管的放大作用就可以看到表针摆动。也可利用交流信号来进行测量，即是万用表或试电笔通过串接电容器去测量交流信号。3.3电感器电感器（也称电感线圈）的应用范围很广泛，它在调谐、振荡、耦合、匹配、滤波、陷波、延迟、补偿及偏转聚焦等电路中，都是必不可少的。1.电感器的基本参数（1）电感量。在没有非线性导磁物质存在的条件下，一个载流线圈的磁通ψ与线圈中的电流I成正比。其比例常数称自感系数，用Ｌ表示，简称电感。即：L=ψ/I（2）固有电容。线圈匝与匝之间的导线，通过空气、绝缘层和骨架而存在着分布电容。此外，屏蔽罩之间，多层绕组的层与层之间，绕组与底板间也都存在着分布电容。电容的存在会使线圈的等效总损耗电阻增大，品质因数降低。（3）品质因数（Ｑ值）。电感线圈的品质因数定义为：Ｑ＝ωＬ／Ｒ式中ω——工作角频率Ｌ——线圈的电感量Ｒ——线圈的等效总损耗电阻（包括直流电阻、高频电阻及介质损耗电阻）。（4）额定电流。线圈中允许通过的最大电流。3.3.2电感器的基本类型1.电感器的分类电感器按工作特征分成固定和可变两种。按磁导体性质分成单层、蜂房式、有骨架式或无骨架式。2.几种常用电感器（1）小型固定电感器。小型固定电感器有卧式和立式两种。这种电感器