电子元件基础.docx

1、电子元件基础第一章 实验目的、任务、要求1.1 目的电子信息工程综合实验通过典型的对讲机原理学习、电路计算和安装调试，使同学们对无线电通讯整机有全面的了解，对高频电子线路所学知识有深入的感性认识。同时，培养了学生理论联系实际，学以致用的好学风。在实验中，学生要学习无线电元器件的认识鉴定，了解电子产品的生产工艺过程，掌握装配、焊接技术，熟悉测试仪器如示波器、晶体管特性图示仪，频率计、功率计的原理和使用方法，培养了学生在实际工作中的基本技能。整机实验更能培养学生分析问题，解决问题的能力，从而提高学生综合素质，使学生毕业后能尽快适应工作岗位、独当一面。 1.2 任务通过本课程的学习，学生必须完成以下

2、课程任务：1. 学会无线电元器件的基本识别方法。2. 学会看懂电子产品的电原理图，印刷电路图，装配图和整机组装图。3. 熟悉了解电子产品的工作原理。4. 学会掌握正规化的装配技术和焊接技术。5. 学会掌握电子产品规范化的调试方法和步骤。6. 学习电子产品的故障诊断和排除方法7. 完成装配和调试个合格的电子产品。学会科研生产工作的总结方法，完成实践报告，报告内容分为以下三部分：(1) 电子产品的基本工作原理； (2) 电子产品的调试方法和步骤；(3) 在装配和调试两个环节的认识和体会。报告内容要求认真总结，配合图表进行必要说明，字迹端正、卷面整洁清晰。报告质量作为该课程成绩的重要部分。1.3 实

3、践电子产品为了让学生们将相关的理论知识与实践结合得更紧密，并更好地培养分析电路的能力，我们专门订购了由分立元件构成的对讲机，其型号为FB-30A型27MHz业余频段同频单工调频无线对讲机。第二章 正规化装配和焊接 2.1 元器件识别装配前识别先器件的好坏和准确数据，是保证装配电子产品质量的重要步骤之一。2.1.1电阻器在电学中我们把导体对电流的阻力称为电阻，不同材料的导体，以及导体截面积或长度不同，导体的电阻也不同。电阻器是一种专门为电路提供电阻的元器件，简称电阻，电阻在电路中用来限制电流、降低电压、分配电流、分配电压，可与电容组成电源退耦电路、低通电路、高通电路等，还可给晶体管等元件提供必要

4、的工作条件（提供电压或电流）。电阻器在书写时用字母“R”表示。在电路图中电阻器的符号见图2-1电阻器的电阻基本单位规定为欧姆，简称欧，用字母表示。 电阻按材料分为碳膜电阻、金属膜电阻、片状电阻、碳质电阻、线绕电阻。按功能可分为固定、可变、微调、精密电阻。对于电阻来说，它的主要参数有：标称阻值和它的允许偏差、额定功率、最大工作电压和最大工作电流、温度系数、老化系数、非线性以及机械特性和高频特性等。我们此处主要关心阻值和额定功率。电阻器生产工厂为了满足用户的不同需要，生产出不同阻值的电阻器。国家主管部门规定出一系列的阻值作为电阻器的标准阻值。一个电阻器标志出的“名义”阻值，叫这个电阻器的标称阻值，

5、实际阻值对于标称阻值的允许最大偏差范围，称为电阻器的允许偏差。电阻器接在电路中，有电流流过的就要消耗电功率而发热超过它所能耐受的程度，电阻器就要烧坏或很快老化。电阻器在正常大气压力及在规定的一个环境温度下，长期连续工作并能符合规定的性能要求；所允许耗散的最大功率，称为电阻器的额定功率，单位是W（瓦）。相关符号见图2-2。电阻的阻值标称有二种方法：一是直接在电阻上标出数据；二是用色环表示阻值。色环表示方法可在任意角度识别其阻值大小，使用很方便，被广泛使用。表1 色环对照表色环表示方法如图2-3所示。色环电阻紧靠电阻头的第一道色环表示阻值的第一位数，第二道色环表示第二位数，第三道色环表示幂的次方，

6、第四道色环表示误差，其中色环的读法见表1：举例说明：如色环为“蓝红橙金”，其阻值为：。颜色序号棕红橙黄绿蓝紫灰白黑金银无 色11234567890/21234567890/3/4/51020 2.1.2电容器电容器（简称电容）是由两个绝缘介质隔开的金属极板组成的，这两个导体叫做电容的两个极，它们中间的绝缘物质叫电介质。在电子电路中，它可以用来隔离直流、耦合交流信号，与电阻或电感线圈组成低通或高通电路，能将交流信号旁路，与电感线圈组成串联或并联谐振电路等。电容在电路图中用字母“C”表示。常用的表示符号见图2-4。电容带电的时候，它的两极之间要产生电压。电极上荷量愈大，两电极间的电压也就愈大，而且

7、电荷量跟电压成正比，比值是个恒量，即c=Q/U=恒量。它称为电容的电容量。如果1伏特的电压能使电容充电1库仑电量，那么它的电容量就规定为1法拉(简称法)，它是电容量的基本单位。用字母F代表。电容的种类非常多，但最常用电容有瓷介电容、电解电容、聚酯电容等。电解电容器是金属氧化膜为介质质制成的电容器。这种电容器以各种金属铂带为正极，在金属箔带上形成一层氧化膜作介质，负极是非固体电解质或固体电解质。涤纶电容器也称为聚酯薄膜电容器。它是以聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜为介质制成的电容器。它的电容量和工作电压范围最宽，容量从100uuF到几百uF；电压由几十伏到上万伏，它的绝缘电阻高、耐热性能也好。其缺点是损

8、耗大、电参数稳定性差。以陶瓷为介质的电容器：瓷介电容器。它是在陶瓷两面被覆烧渗一层金属作为电极引线后涂上保护层而成。陶瓷电容器的原材料丰富，结构简单，价格低，体积小，电容量范围较宽，损耗小，耐高温，因此被广泛应用在电子设备中。从直流、交流电路到脉冲电路到高频电路无所不用。电容的主要技术参数有标称容值、容值误差、额定电压、绝缘电阻。容值误差指示了电容器容值的允许误差量，等于电容器实际容值与标称容值之差除以标称容值所得的百分数。额定电压是指在一定环境温度下，电容器长时间可靠地工作所能承受的最大直流电压，通常简称“耐压”。当电容器两端加上直流电压U长时间充电后，电容支路仍有电流I存在，电流I叫做电容

9、器漏电电流，则绝缘电阻为。绝缘电阻越小，漏电越严重，引起的能量损耗也就越大。容量表示方法1. 瓷介电容容量较小，容量范围一般在1Pf1uF之间。形似圆饼状，其表示方法有：(1) 直接表示法用来表示电容容量量级单位。举例：“3P”=3pF , “0.01”=0.01F , “4n7”=4.7nF=4700pF “P1”=0.1pF瓷片电容 电解电容 聚酯电容图 2-5 电容的识别(2) 不标单位的直接表示法 举例：“3”=3pF , “27”=27pF , “0.047”=0.047F (3) 数码表示法 一般用三位数表示，前两位表示容量有效数字，第三位表示幂指数，即 “0”的个数。默认单位为p

10、 F。举例：“203”=0.02F , “223”=0.022 p F “104”=0.1F , “103”=0.01F (4) 色码表示法 沿着引线方向数，第一、二种颜色代表容量的有效数字，第三种颜色代表10的幂次，其单位为pF。(5) 误差表示法 在标示容量的前面外加一个英文字：如J-82表示82pF误差5%；M-1u表示1u误差20%。字母表示的误差如下：字母DFGJKMNPSZ误差（%）0.5125102030100-0+50-20+80-202. 电解电容容量较大，一般在0.1uF9999uF之间，形似圆柱状，具有极性区分：(1) 新电解电容以管脚长短为标志：长脚为正极，短脚为负极。

11、(2)在外壳封装上有极性标志。(3) 容量标识在塑封外壳上，例如：“1F50V”代表：容量1F，耐压值50V。2.1.3电感线圈在电工和电子设备中，经常要用到这样一种元器件，它是由导线一圈靠一圈地绕在绝缘管上，导线彼此相互绝缘，绝缘管可以是空心的，也可以包含铁心或磁粉芯，这种元器件，我们称它为电感线圈，也叫电感器或简称为电感。电感线圈在电路中用“L”表示，常用的符号如图2-6所示。电感线圈是电子线路中的重要元件之一，它在电路中可和电容器一起组成谐振电路或在整流电路中作为滤波元件。电感线圈种类很多，分类也不样。按电感形式可分为固定电感和可变电感。按导磁体性质可分为空芯线圈和磁芯线圈。按工作性质可

12、分为天线线圈、振荡线圈、高频扼流圈。按绕线结构又可分为单层线圈，多层线圈和蜂房式线圈等等。另外我们还常用到色码电感，其外壳颜色呈蓝缘色，标示三个或四个色环，其识别方法类似电阻。 例如：“棕黑黑”为 十 个 冪 误 位 位 次 差 方接地四联电容磁棒天线线圈IC（10）圈绕线电感色码电感图 2-7 电感识别示意图线圈电感量的大小与有无磁芯有关。若要增加电感量和提高线圈的品质因数，通常都在线圈中加入磁芯。磁芯种类有铁氧体磁芯、锰锌磁芯和镍锌磁芯，他们的体积都很小，而且有很多形状，如螺纹形、圆柱形、工型等。带磁芯的线圈，只要改变磁芯在线圈中的位置，就可改变线圈的电感量。电感线圈对交流电有一定的感抗（

13、XL），感抗与交流电六频率及线圈电感量成正比，即XL=2fL。它表明：交流电流频率越高、电感线圈感抗越大、交流电流也就越不容易通过；交流电流频率越低、电感线圈感抗越小、交流电流也就越容易通过。利用电感线圈的这种特性，制成一种限制交流电流通过的线圈称为阻流圈（扼流圈）。阻流圈又分为高频阻流圈和低频阻流圈。高频阻流圈用来阻止高频信号而让较低频率和直流电通过，它的电感量很小，一般只有几mH。低频阻流圈常与电容器组成滤波电路，一般要求电感量较大，有几H，所以在这种线圈中都插有铁芯。2.1.4变压器变压器是变换电压、电流和阻抗的器件。它是利用电磁感应的原理，即利用两个线圈间存在互感的原理制成的，一般变压

14、器主要由铁芯（或磁芯）和线圈（又叫线包）两部分组成。线圈有两个或更多的绕组，接电源的（或者是接入输入信号的）绕组叫初级线圈（或称原线圈），其余的绕组叫次级线圈（或称副线圈）)。线圈与线圈之间，以及线圈和铁芯之间都相互绝缘，初、次级之间没有电的连接，从而较好地把初、次级分隔成两个回路。中频变压器又称为中周，是调频中放必用的元件，如图2-8所示。信号的选频放大和耦合就是依靠中频变压器来实现的。它的电性能的优劣很大程度上决定着整机的电性能指标。通常中频变压器有单调谐回路与双调谐回路两种，根据耦合方式不同，可分为电感耦合和电容耦合。它是采用调节线圈中的磁芯来改变线圈电感量以达到调整谐振频率的目的。中频

15、变压器要求体积小，而且要保证一定的Q值，在结构上采用紧耦合密封式磁路，即将整个部件装在金属屏蔽罩内，它可以防止外界电磁场干扰和自身高频磁场干扰别的元件。中频变压器实质上是一个带通滤波器。图 2-8 中周识别电容电感涂有颜色的可调磁帽2.1.5电声器件电声器件即电声换能器，它是将电能转换成声能（或机械能），或者将声能（或机械能）转换成电能的装置。我们这里所指的电声换能器，它的频率范围限于可听声频。电声器件工作质量的好坏，直接影响着电子整机设备是否能正常且优质地发挥其功能，因此，电声器件也是衡量整机质量好坏的重要因素之一。电声器件的换能作用是利用电的各种效应，如电磁感应、静电感应、压电效应等来完成

16、的。若在扬声器接头上输入一定频率的电能，这些电能其中一部分被消耗在导线上变成了热能，而大部分转换成了扬声器可动系统的机械能并发出声音；反过来，在传声器中，膜片振动的机械能则转变成按相应变化规律的电能。扬声器是将电能转换为声能、并将声能辐射到空气中去的一种电声换能器件。扬声器俗称“喇叭”。它的用途很广，在收音机、录音机、电视机、通信机等机内和机外以及其它放声系统中都需要使用扬声器。传声器是将声能（也称声压，是一种机械能）转换成电能的器件。传声器又称“微音器”，俗称“话筒”。在语言通信系统(如电话)中使用的传声器，般叫做送话器。2.1.6半导体器件用半导体材料制成的器件统称为半导体器件或称半导体管

17、。在半导体器件中，仅有两个电极的一般称为晶体二极管，有三个电极的一般称为晶体三极管，或者就称为晶体管。晶体管又可分为两大类：一类是结型晶体管，一类是场效应晶体管。结型晶体管由两个PN结组成，有PNP型和NPN型两种结构。场效应晶体管有结型场效应管和绝缘栅场效应管两种。型号规则：符号12NSD，CA，B含义二极管三极管美国电子工业协会注册日本电子工业协会注册NPN管PNP管二极管在电路里能完成许多功能，例如整流、检波、稳压等。二极管常用D表示。制作半导体二极管的材料可以有多种多样，最常用的有锗、硅和砷化镓等，所以可分为锗二极管、硅二极管和砷化镓二极管。二极管的符号和伏安特性如图2-9所示。锗二极

18、管与硅二极管都具有单向导电性，在正向区域，锗管大约在0.2V0.4V左右（硅管0.60.8V左右），电流就开始增大。用指针三用表RX100或RX1K档，检测二极管正负极：黑表笔为正极、红表笔为负极。当测量出正向电阻几百欧至三千欧左右，则黑表笔接的一端是二极管的正极，另一端则为负。反向电阻则为几十千欧以上。正极标识往往有一个色点。 稳压二极管是一种特殊的硅二极管，它的符号和伏安特性如图2-10所示。其正向部分特性与一般二极管无异。在外的反向电压小于其击穿电压Vz前，其反向电流也很小。但是，反向电压增加到击穿点以后，二极管就发生可逆性击穿现象(即当外加反向电压切断后，PN结阻挡层可以恢复)。如果进

19、一步增加反向电压、稳压管两端的电压并不升高，只是使管子的反向电流增加，而管压降基本保持不变。在击穿区反向电阻极小。变容二极管是利用半导体PN结电容或金属半导体接触势垒电容随外加电压的非线性变化而制成的。它的外型和普通的二极管差不多。变容二极管工作于反向偏压。其电容量随所加反向电压的大小而变化的特性曲线如图2-11所示。变容二极管可分为参量变容二极管和电调谐变容二极管等。前者用于参量放大器中，后者用于谐振电路中，用来代替机械调谐电容器。采用空气或介质可变电容器或可变电感器来调谐，体积大、笨重，接触不良，需要机械传动机构，因此可靠性低、寿命短。如果采用变容二极管作为调谐元件，可以克服上述的缺点。变

20、容二极管重量轻、强度高、寿命长、转换快、受温度影响很小，能防尘防湿防震。把变容二极管接在调谐回路里，控制加在变容二极管上的反向电压，便可达到改变频率的目的。用变容二极管制成的电子调谐器，结构简单，接触可靠，制造方便，可以实现遥控和精密调谐。目前已在彩色电视机、黑白电视机、调频接收机中得到应用。半导体三极管是由两个PN结组成的三层结构器件。常用Q表示。它的中间一层叫基区，左边的掺杂区叫发射区；右边的掺杂区叫集电区。基区与发射区之间的PN结叫发射结，通过发射结可以发射载流子。基区和集电区之间的PN结叫集电结，载流子通过集电结被集电区收集。为了把各区和外电路连接起来，还在发射区、基区和集电区上各制作

21、一个电极，分别叫发射极、基极和集电极。为了简便起见，这三个电极通常简称为E(或e)极、B(或b)极和C(或c)极。常用三极管如图2-12所示。CE输入/出曲线如图2-13所示。 交流参数主要有电流放大系数和特征频率。在共发射极接法的电路中，若集电极电压保持不变(=0，输出端交流短路)，则集电极电流的变化与基极电流的变化之比，称为半导体三极管的共发射极电流放大系数。即=。共发射极电流放大系数随的增加而减小，当下降到l(即0dB)时的频率称为特征频率。是半导体三极管作电流放大时的极限频率。2.1.7集成电路集成电路是六十年代初期发展起来的一种新型半导体器件。集成电路顾名思义，它是一种超小型电路而且

22、是已经连好了线，进行了检验，能保证某种功能的电路。在制造过程中，许多元器件在同一工序中可以同时大量地点制造出来因此，所谓集成电路就是在同一基片上以不可分离的状态作成多个电路元器件，并作为一个完整的单元来进行试验和应用的超小型电子电路。集成电路，英文写作IETEGRATED CIRCUITS通常按字头缩写成IC。 集成电路制造厂对环境的要求极其严格。集成电路中主要元器件除了电阻以外，就是半导体二极管和三扳管。集成电路的制造工艺也是在乎面型晶体管工艺韵基础上发展起来的。几个主要过程有：氧化、光刻、扩散、外延、真空蒸铝。集成电路的封装外壳有圆筒型、扁平型、双列直插型三种。2.1.8晶振晶振由石英晶体

23、片、电极、支架和外壳等构成。随着无线电通信的应用日益广泛，无线电频谱的容量就愈感紧张。为在有限的频谱内容纳更多 的通信频段，就需要对频率控制和频率选择提出更高的要求。过去，振荡器中常用的频率控制元件是LC调谐电路，其主要缺点是Q值低和频率稳定性差。晶振的主要优点是Q值高（从几十万到几百万），频率稳定性好（比LC高两个数量级以上），所以目前广泛地应用于通信、导航、广播等领域。常用X表示，电路符号为，其特性曲线如图2-14所示。2.1.9表面安装元器件随着电子科学理论的发展和工艺技术的改进以及电子产品体积的微型化、性能和可靠性的进一步提高，电子元器件由大、重、厚向小、轻、薄发展，出现了表面安装技术

24、，简称SMT(SurfaceMountTechnology)。 SMT是包括表面安装器件(SMD)、表面安装元件(SMC)、表面安装印制电路板(SMB)及点胶、涂膏、表面安装设备、焊接及在线测试等在内的一套完整工艺技术的统称。SMT发展的重要基础是SMD和SMC。 表面安装元器件(SMC和SMD)又称为贴片元器件或片式元器件，是无引线或短引线的新型微小型元器件。它适合于在没有通孔的印制板上贴焊安装，是表面安装技术(SMT)的专用元器件，它包括电阻器、电容器、电感器及半导体器件等，具有体积小、重量轻、安装密度高、可靠性高、抗振性能好、易于实现自动化等特点。表面安装元器件在彩色电视机(高频头)、V

25、CD、DVD、计算机、手机等电子产品中已大量使用。片式元器件与传统的通孔元器件相比具有下列特点： (1)提高了组装密度，使电子产品小型化、薄型化、轻量化，节省原材料。 (2)无引线或引线很短，减少了寄生电容和寄生电感，从而改善了高频特性，有利于提高使用频率和电路速度。 (3)形状简单、结构牢固，紧贴在印制板表面上，捉高了可靠性和抗振性。 (4)组装时没有引线的打弯、剪线，在制造印制板时，减少了插装元器件的通孔，降低了成本。 (5)形状标准化，适合于用自动贴装机进行组装，效率高、质量好、综合成本低。片式元器件按其形状可分为矩形、圆柱形和异形(如翼形、钩形等)；按其功能可分为无源、有源和机电元器件

26、三类。1.片式电阻器1）矩形片式电阻器图 2-15 矩形片式电阻器矩形片式电阻器有厚膜片式电阻器和薄膜片式电阻器两种类型，目前常用的是厚膜片式电阻器。如图2-15所示。阻值一般直接标志在电阻器的一面，黑底白字。阻值用三位数表示，前两位数字表示阻值的有效数字，第三位表示有效数字后零的个数如：330表示330，104表示100K。当阻值小于10时，以*R*表示，将R看成小数点。如：4R7表示4.7.2）圆柱形固定电阻器圆柱形固定电阻器是由引线电阻器去掉引线演变而来，主要有碳膜和金属膜两大类。其标志采用色环表示法。如图2-16所示。2.片式电容器1） 片式陶瓷电容器图 2-17片式陶瓷电容器片式陶瓷

27、电容器有矩形和圆柱形两种，其中矩形片式陶瓷电容器应用最多，占各种贴片电容器的80%以上。如图2-17所示。容量的表示方法也与片式电阻器相似，也采用文字符号法，前两位表示有效数字，第三位表示有效数字后零的个数，单位为pF。如471表示470pF，4n7表示4.7pF。矩形片式陶瓷电容器无极性标志，贴装时无方向性。2）片式电解电容器 片式电解电容器分铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器体积大，价格便宜，适于消费类电子产品中使用，使用液体电解质，其外观和参数与普通铝电解相近，仅引脚及封装形式不同。钽电解电容器体积小，价格贵，响应速度快，适合在需要高速运算的电路中使用。钽电解电容器有多种封装，使用

28、最广泛的是端帽型树脂封装，如图2-18所示。额定电压为450V，容量标称系列值与有引线元件类似，最高容量为330uP。极性标志直接印在元件上，有横标一端为正极。容量表示法与矩形片式电容器相同，如：107表示10XpF，即100uF。图 2-18 片式电解电容器3.片式矩形电感器片式矩形电感器包括片式叠层电感和绕线电感器。片式叠层电感器外观与片式陶瓷电容器很相似，尺寸小、Q值低、电感量也小，范围为0.01200uH，额定电流最高为100mA。具有磁路闭合、磁通量泄漏少、不干扰周围元器件、不易受干扰和可靠性高等优点。绕线电感器，采用高导磁性铁氧体磁心，以提高电感量，可垂直缠绕和水平缠绕，水平缠绕的

29、电性能更好。电感量范围为0.11000uH，额定电流最高为300mA，它的应用与通孔插装电感器相似。4.片式晶体管1）片式二极管常见的片式二极管分圆柱形、矩形两种。圆柱形片式二极管没有引线，将二极管芯片装在具有内部电极的细玻璃管中，两端装上金属帽做正、负极。矩形片式二极管有三条短引线。根据管内所含二极管数量及连接方式，有单管、对管之分；对管中又分共阳(共正极)、共阴(共负极)、串接等方式，俯视图如图2-19所示，其中NC表示空脚。图 2-19 片式二极管2）片式三极管片式三极管有人称之为芝麻三极管(体积微小)，有NPN管与PNP管，有普通管、超高频管、高反压管、达林顿管等。常见的矩形片式普通N

30、PN型三极管如图2-20所示。片式二极管和三极管，与对应的通孔器件比较，体积小，耗散功率也较小，其他参数类似。电路设计时，应考虑散热条件，可通过给器件提供热焊盘将器件与热通路连接，或用在封装顶部加散热片的方法加快散热。还可采用降额使用来提高可靠性，如选用额定电流和电压为实际最大值的1.5倍，额定功率为实际耗散功率的2倍左右。图 2-20 片式三极管5.片式集成电路片式集成电路采用SOP封装，SOP是双列直插式的变形，外形如图2-21所示。引线一般有翼形和钩形两种，也称L形和J形。SOP应用十分普遍，大多数逻辑电路和线性电路均可采用它，但其额定功率小，一般在1W以内，厚度一般为23mm，与双列直插形式相比，安装时占用印制板面积小，质量也减轻了15左右。图 2-21 片式集成块2. 2 装配与焊接一、 元器件的插装1、 元件装配前的筛选：用三用表、电容电感测试仪，及JT-1全面质检。合格元件才能插装。2、 插装前元件按印制板上焊盘安装位置用尖咀钳或镊子整形。无论卧式立式插装，要求安插高度一致，排列整齐。3、 零件装配顺序，先小后大，先电阻后电容，然后管子和跳线（短路线）。其次大件：中周、集成块、电位器最后连接线。插装元件对号入座，防止漏装、错装。4、 注意：元件脚、连接线尽量剪短，紧贴焊盘，防止过