基本元器件+电路知识.docx

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基本元器件+电路知识

基本元器件

一、电阻

在物理学中，用电阻（resistance）来表示导体对电流阻碍作用的大小。

导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。

用字母“R”来表示。

电阻的种类很多，通常分为碳膜电阻，金属电阻，线绕电阻等。

常见的碳膜电阻（高频特性好，价格低）或金属膜电阻器（体积小，噪声低，稳定性能好）在温度恒定，且电压和电流值限制在额定条件之内时，可用线性电阻器来模拟。

电阻是一个线性元件，电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，

电阻在电路中通常起分压分流的作用，电阻的电压与电流同相，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。

还可用于限流、分流、降压、分压、负载与电容配合作滤波器及阻匹配等。

阻值和误差的标注方法

a.直标法—将电阻器的主要参数和技术性能用数字或字母直接标注在电阻体上.

小于1000

的阻值只标出数值，不标单位；

三位数的如贴片电阻上面白字如：

103472330220等，数值的前两位是有效数，第三位是倍数。

例：

103有效数是10，3是倍数，它的阻值是10Ω*103=10kΩ

472有效数是47，2是倍数，它的阻值是10Ω*102=4.7kΩ

四位数电阻：

前三位为有效数，第四位为倍数，计算方法同上

　　b.文字符号法—文字、数字两者有规律组合起来表示电阻器的主要参数.

例：

.1Ω=Ω1=0R1,3.3Ω=3Ω3=3R3,3K3=3.3KΩ

含有字母的电阻：

R393R333RR33056R010R0，R在这里是小数点的意思，如果R在第一位则去掉R，按三位计算

c.色环标示法

四道色环，一、二道为有效数，三道为倍数，四道为误差值R=AB*10C

五道色环，一、二、三道为有效数，四道为倍数，五道为误差值R=ABC*10D

颜色

有效数字

倍乘数

每次许误差

黑

０

100

棕

１

101

红

２

102

橙

３

103

黄

４

104

绿

５

105

蓝

６

106

紫

７

107

灰

８

108

白

９

109

金

10-1

+/-5%

银

10-2

+/-10%

二、电容

电容：

能储存电荷或储存电场能量的部件

设

，i

电容上的电压的相位落后电流90度

容抗

直流：

，电容C视为开路;交流：

f越大，容抗越小;电容C具有隔直通交的作用，电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。

在国际单位制（SI）中，当电荷和电压的单位分别为

和

时，电容的单位为

（法拉，简称法）。

在实用中，这个单位太大，常用微法（

）、皮法（

）作为电容的单位，

电容的标注方法分为：

直标法、色标法和数标法。

对于体积比较大的电容，多采用直标法。

如果是0.005，表示0.005uF=5nF。

如果是5n，那就表示的是5nF。

1uF=103nF=106pF

其中：

1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法

字母表示法：

1m=1000uF;1P2=1.2PF;1n=1000PF

1）以uF为单位：

电容容量1uF，直接以数值标示容量，例如10000uF，3300UF。

2）以pF为单位：

第一位数与第二位数代表电容数值，第三個数字代表10的次方，亦即数值后面0的個数。

例如电容容量标示为104者，代表10后面有四個0，亦即100000pF。

3）以nF为单位：

电容容量标示为100N代表100x10-9=10-7法拉，亦等于0.1x10-6法拉，等于0.1UF。

数标法：

一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是10的多少次方。

如：

102表示10x10x10PF=1000PF，203表示20x10x10x10PF。

色标法，沿电容引线方向，用不同的颜色表示不同的数字，第一、二种环表示电容量，第三种颜色表示有效数字后零的个数（单位为pF）。

颜色代表的数值为：

黑=0、棕=1、红=2、橙=3、黄=4、绿=5、蓝=6、紫=7、灰=8、白=9。

电容容量误差用符号F、G、J、K、L、M来表示，允许误差分别对应为±1%、±2%、±5%、±10%、±15%、±20%。

电容上面有标志的黑块为负极。

在PCB上电容位置上有两个半圆，涂颜色的半圆对应的引脚为负极。

也有用引脚长短来区别正负极长脚为正，短脚为负。

•耦合电容：

用在耦合电路中的电容称为耦合电容，在阻容耦合放大器和其他电容耦合电路中大量使用这种电容电路，起隔直流通交流作用。

•滤波电容：

用在滤波电路中的电容器称为滤波电容，在电源滤波和各种滤波器电路中使用这种电容电路，滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除。

•退耦电容，用在退耦电路中的电容器称为退耦电容，在多级放大器的直流电压供给电路中使用这种电容电路，退耦电容消除每级放大器之间的有害低频交连。

•高频消振电容：

用在高频消振电路中的电容称为高频消振电容，在音频负反馈放大器中，为了消振可能出现的高频自激，采用这种电容电路，以消除放大器可能出现的高频啸叫。

•谐振电容：

用在LC谐振电路中的电容器称为谐振电容，LC并联和串联谐振电路中都需这种电容电路。

•旁路电容：

用在旁路电路中的电容器称为旁路电容，电路中如果需要从信号中去掉某一频段的信号，可以使用旁路电容电路，根据所去掉信号频率不同，有全频域（所有交流信号）旁路电容电路和高频旁路电容电路。

•积分电容：

用在积分电路中的电容器称为积分电容。

在电视场扫描的同步分离级电路中，采用这种积分电容电路，以从行场复合同步信号中取出场同步信号。

•微分电容：

用在微分电路中的电容器称为微分电容。

在触发器电路中为了得到尖顶触发信号，采用这种微分电容电路，以从各类（主要是矩形脉冲）信号中得到尖顶脉冲触发信号。

•分频电容：

在分频电路中的电容器称为分频电容，在音箱的扬声器分频电路中，使用分频电容电路，以使高频扬声器工作在高频段，中频扬声器工作在中频段，低频扬声器工作在低频段。

三、电感

在国际单位制（SI）中，磁通和磁链的单位是Wb（韦伯，简称韦），当电流单位为A时，电感的单位是H（亨利，简称亨）

设

，u

电压超前电流90度

感抗为

直流：

f=0,XL=0，电感L视为短路

交流：

f增大XL增大

电感L具有“通直阻交”的作用，通低频阻高频的特性

四、变压器

1、电压变换特性

设N1和N2分别为初级和次级线圈绕组的匝数。

初级线圈的两端接人交流电压V1，使铁心内产生磁场，次级线圈便会产生感应电动势V2。

如果忽略铁心、线圈等的损耗，则：

式中：

n——变压器的匝数比，等于

又叫做变压器的变压比。

通过不同的次级线圈与初级线圈的匝数比，可以同时具有升压和降压的功能。

2、变压器电压与电流的关系

若不考虑变压器的损耗，则有

3、阻抗变换关系

当变压器的次级负载阻抗Z2发生变化时，初级阻抗Z1会立即受到次级的反射而变化。

Z1——变压器输人阻抗；

Z2——变压器次级负载阻抗；

n——变压器初、次级线圈的匝数比，也是变压器的变压比。

因此，变压器可以通过改变初、次级匝数的方法起到变换阻抗的作用。

当电子电路输入端阻抗与信号源内阻相等时，信号源可以把信号功率最大限度地传送给电路。

当负载阻抗与电子电路的输出阻抗相等时，负载上得到的功率最大。

这种情况在电子电路中称为阻抗匹配。

变压器的阻抗变换功能，在阻抗匹配中可发挥作用。

五、二极管

1、二极管的工作原理

   晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。

当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

 当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

 当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。

 当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

2、二极管的类型

  二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。

根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。

按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。

点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。

由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。

面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。

平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。

3、二极管的导电特性

  二极管最重要的特性就是单方向导电性。

在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。

下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。

1）正向特性

  在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。

必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。

只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。

导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

2）反向特性

  在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。

二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。

当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。

4、二极管的主要参数

  用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。

不同类型的二极管有不同的特性参数。

对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：

1）额定正向工作电流

  是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。

因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。

所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。

例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。

2）最高反向工作电压

  加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。

为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。

例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。

3）反向电流

  反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。

反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。

值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。

例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。

又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。

故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

5、二极管的应用

1）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的脉动直流电。

2）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。

3）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0.7V，锗管为0.3V）。

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定范围内。

4）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。

5）检波二极管;在收音机中起检波作用。

6）变容二极管;使用于电视机的高频头中。

六、三极管

晶体三极管按材料分有两种：

锗管和硅管。

而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的

1.输入特性：

特点:

非线性

2.输出特性

输出特性曲线通常分三个工作区：

对应三极管的三种工作状态：

　　截止状态：

当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极都反向偏置，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。

　　放大状态：

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β＝ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。

　　饱和导通状态：

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极都是正向偏置，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。

三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。

　　根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态.

三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。

三极管的主要参数

　　a.特征频率fT

:

当f=fT时,三极管完全失去电流放大功能.如果工作频率大于fT,电路将不正常工作.

　　b.工作电压/电流

用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围.

　　c.hFE

电流放大倍数.

　　d.VCEO

集电极发射极反向击穿电压,表示临界饱和时的饱和电压.

　　e.PCM

最大允许耗散功率.

场效应管的特点：

利用输入回路的电场效应控制输出回路的电流；仅靠半导体中的多数载流子导电（单极型晶体管）；输入阻抗高（107~1012），噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，功耗小。

场效应管和三极管输入电阻的差异。

1.场效应管是单极，三极管是双极。

2.场效应管是电压控制电流源，之前的是电流型原件，控制电压和电流属于不同的支路，因而电压的求解一般不难，而三极管要先建立模型，然后进行电路分析，求解过程特别是计算很复杂。

总体而言，场效应管的分析要比三极管简单一些。

3..三极管可以说是电流控制电流源的器件，而电流是通过输入电阻的大小来体现的；但场效应管是电压控制电流源的器件。

4.场效应管灵活性比三级管好，其制造工艺更适合于集成电路。

电路基本定律

1.基尔霍夫电流定律

1）基尔霍夫电流定律（KCL）指出：

“在集总电路中、任何时刻、对任一节点，所有流出节点的支路电流的代数和恒等于零”。

此处，电流的“代数和”是根据电流是流出节点还是流入接点判断的。

若流出节点的电流前面取“+”号，则流入节点的电流前面取“-”号；电流是流出节点还是流入节点，均根据电流的参考方向判断。

所以对任一节点有

（1-25）

上式取和是对连接于该节点的所有支路电流进行的。

2）基尔霍夫电压定律（KVL）指出：

“在集总电路中、任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零”。

所以，沿任一回路有

（1-26）

上式取和时，需要先任意指定一个回路的绕行方向，凡支路电压的参考方向与回路的绕行方向一致者，该电压前面取“+”号，支路电压参考方向与回路绕行方向相反者，前面取“-”号。

2.戴维定理、叠加定理

1）戴维定理：

任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RS串联组成的实际电压源来代替，其中：

电压源US等于这个有源二端网络的开路电压UOC,内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零（电压源短接，电流源开路）后的等效电阻RO。

应用戴维南定理必须注意：

　　①　戴维南定理只对外电路等效，对内电路不等效。

也就是说，不可应用该定理求出等效电源电动势和内阻之后，又返回来求原电路（即有源二端网络内部电路）的电流和功率。

　　②　应用戴维南定理进行分析和计算时，如果待求支路后的有源二端网络仍为复杂电路，可再次运用戴维南定理，直至成为简单电路。

戴维南定理只适用于线性的有源二端网络。

如果有源二端网络中含有非线性元件时，则不能应用戴维南定理求解。

2）叠加定理：

在线性电路中，任一支路的电流（或电压）可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流（或电压）的代数和。

所谓独立作用，指某一独立源作用时，其他独立源不作用（即置零），即电流源相当于开路，电压源相当于短路。

叠加定理可将电路复杂激励的问题转换为简单的单一激励问题，简化响应与激励的关系。

由于功率不是电流或者电压的一次函数，所以功率不能叠加

2.滤波器

按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种

1）低通滤波

低通滤波器：

它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。

原理就是利用电容同高频阻低频,电感通低频阻高频的原理.对于需要截止的高频,利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过,对于需要的低频，利用电容高阻、电感低阻的特点是它通过。

2）高通滤波

将低通滤波器中的起滤波作用的电容C换成电阻R，并将起滤波作用的电阻R换成电容C，则低通滤波器转化为对应的高通滤波器。

当允许信号中较高频率的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做高通滤波器

3）带通滤波也称为减幅滤波器，用来大幅衰减高于某一频率的谐波，该频率称为高通滤波器的截止频率。

带通滤波器（band-passfilter）是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,与带阻滤波器的概念相对.一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。

4）带阻滤波

阻滤波器是指能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带通滤波器的概念相对。

总之：

低通滤波器容许低频信号通过,但减弱（或减少）频率高於截止频率的信号的通过。

高通滤波器容许高频信号通过,但减弱（或减少）频率低于於截止频率的信号的通过。

带通滤波器容许一定频率范围信号通过,但减弱（或减少）频率低于於下限截止频率和高于上限截止频率的信号的通过。

带阻滤波器减弱（或减少）一定频率范围信号,但容许频率低于於下限截止频率和高于上限截止频率的信号的通过。

3.RC电路

1）RC微分电路

  如图1所示，电阻R和电容C串联后接入输入信号Vi，由电阻R输出信号Vo，当RC数值与输入方波宽度tw之间满足：

Rc<

在R两端（输出端）得到正、负相间的尖脉冲，而且发生在方波的上升沿和下降沿，如图2所示。

电路结构如图W-1，微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波，此电路的输出波形只反映输入波形的突变部分，即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。

而对恒定部分则没有输出。

输出的尖脉冲波形的宽度与R*C有关（即电路的时间常数），R*C越小，尖脉冲波形越尖，反之则宽。

此电路的R*C必须远远少于输入波形的宽度，否则就失去了波形变换的作用，变为一般的RC耦合电路了，一般R*C少于或等于输入波形宽度的1/10就可以了。

2）积分电路

电路结构如图J-1，积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。

电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。

　　输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。

　　原理：

从图得，Uo=Uc=（1/C）∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RC≥Tk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故

　　Uo=（1/c）∫icdt=（1/RC）∫Uidt

　　这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（∫Uidt）

　　RC电路的积分条件：

RC≥Tk

积分电路和微分电路的特点：

1）积分电路可以使输入方波转换成三角波或者斜波

微分电路可以使使输入方波转换成尖脉冲波

2）积分电路电阻串联在主电路中，电容在干路中

微分则相反

3）积分电路的时间常数t要大于或者等于10倍输入脉冲宽度

微分电路的时间常数t要小于或者等于1/10倍的输入脉冲宽度

4）积分电路输入和输出成积分关系

微分电路输入和输出成微分关系

4.耦合

耦合是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。

耦合电路就是指参与耦合过程的电路。

一级：

组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级。

　　级间耦合：

级与级之间的连接称为级间耦合。

　　多级放大电路的耦合方式：

直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。

　　直接耦合：

将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端。

　　直接耦合方式的缺点：

采用直接耦合方式使各级之间的直流通路相连，因而静态工作点相互影响。

有零点漂移现象。

　　直接耦合方式的优点：

具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；由于电路中没有大容量电容，易于将全部电路集成在一片硅片上，构成集成电路。

　　阻容耦合方式

　　阻容耦合方式：

将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端，称为阻容耦合方式。

　　直流分析：

由于电容对直流量的电抗为无穷大，因而阻容耦合放大电路各级之间的直流通路不相通，各级的静态工作点相互独立。

　　交流分析：

只要输入信号频率较高，耦合电容容量较大，前级的输出信号可几乎没有衰减地传递到后级的输入端。

因此，在分立元件电路中阻容耦合方式得到非常广泛的应用。

　　阻容耦合电路的缺点：

低频特性差，不能放大变化缓慢的信号；在集成电路中制造大容量的电容很困难，因此阻容耦合方式不便于集成化。

　　变压器耦合

　　变压器耦合：

将放大电路前级的输出端通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上，称为变压器耦合。

　　如右图所示为变压器耦合共射放大电路。

　　电路缺点：

变压器耦合电路的前后级靠磁路耦合，它的各级放大电路的静态工作点相互独立。

它的低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，且非常笨重，不能集成化。

　　电路优点是可以实现阻抗变换，因而在分立元件功率放大电路中得到广泛应用。

光电耦合器

　　光电耦合器：

是实现光电耦合的基本器件，它将发光元件（发光二极管）与光敏元件（光电三极管）相互绝缘地组合在一起

　　工作原理：

发光元件为输入回路，它将电能转换成光能；光敏元件为输出回路，它将光能再转换成电能，实现了两部分电路的电气隔离，从而可有效地抑制电干扰。