书城教材教辅培养学生动手能力小丛书:教你制作日常电子
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第11章 基本电子组件和器件(3)

*注:对于密封或封闭式继电器,外形尺寸为继电器本体三个相互垂直方向的最大尺寸,不包括安装件、引出端、压筋、压边、翻边和密封焊点的尺寸。

④按继电器的防护特征分类:

A.密封继电器:采用焊接或其他方法,将触点和线圈等密封在罩子内,与周围介质相隔离,其泄漏率较低的继电器。

B.封闭式继电器:用罩壳将触点和线圈等密封(非密封)加以防护的继电器。

C.敞开式继电器:不用防护罩来保护触电和线圈等的继电器。

以上继电器在电子制作中最常用的是电磁继电器和干簧继电器两种。

电磁继电器

图2-5是电磁继电器的结构。电磁继电器是由铁芯、线圈、衔铁、弹簧、簧片、触点等组成。线圈套在铁芯上,弹簧拉着衔铁,使簧片和触点1闭合接通,形成常闭触点,相当于一个常闭开关。簧片和触点2断开,形成常开触点,相当于一个常开开关。当开关K接通的时候,线圈有电流通过,铁芯产生电磁吸力,吸合衔铁,使常闭触点1断开,常开点触点2闭合,接通了电灯泡的电路,使电灯泡发光,当开关K断开的时候,线圈中没有电流通过,铁芯磁力消失,在弹簧的作用下,使常闭触点1闭合,常开触点2断开,切断电灯泡的电路,电灯熄灭。

图2-5电磁继电器的典型结构

对于继电器的“常开、常闭”触点,可以这样来区分:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

电磁继电器的主要参数有:额定工作电压或额定工作电流、线圈直流电阻、吸合电流或吸合电压、释放电流或释放电压、触点负荷等。如果知道了线圈的直流电阻和额定工作电流,就可以根据欧姆定律求出额定工作电压来;同样知道了线圈直流电阻和额定工作电压,也可以求出额定工作电流。

吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。但这时候继电器的吸合动作不是十分可靠的。只有让线圈通过额定工作电流或者加上额定工作电压,继电器的吸合动作才是可靠的。

在实际运用中,要使继电器吸合,就要使它的电压等于或略大于额定工作电压,或者使它的电流等于或略大于额定工作电流。但也不能太大,一般不超过额定值的1.5倍,否则容易烧坏线圈。

通过线圈的电流减少到一定程度,继电器就从吸合状态转到释放状态。释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。释放电流比吸合电流小得多。在实际使用时,常用晶体管代替开关K。如果晶体管的穿透电流比较大,这时就应选用释放电流大的继电器,否则晶体管截止了,继电器仍不能释放,就起不到电磁开关的作用了。

触点负荷决定了继电器触点能控制的电压和电流的大小,使用的时候,不能用触点负荷小的继电器去控制大电流或者高电压,否则容易把触点烧坏。继电器使用久了,触点上出现了氧化层,可以用银砂纸轻轻擦拭。触点形式有常开触点(H)、常闭触点(D)、转换触点(Z)等。

干簧继电器

干簧继电器是由于簧管和励磁线圈组成的。干簧管如图2-6所示,它是两片导磁簧片装在有惰性气体的玻璃管中制成的。如果把一块永久磁铁放到干簧管附近,或在干簧管外面绕上线圈,并且通入电流,两簧片在磁场作用下就会被磁化。由于两簧片的接近端磁性相异,互相吸引,使簧片接触,被控电路就会接通。把永久磁铁拿开,或者切断通入线圈的电流,由于磁场消失,簧片依靠本身的弹力,脱离接触,被控电路就会断开。图2-6干簧管和它的动作原理

干簧继电器主要参数有:额定工作电压、直流电阻、吸合电流、释放电流和触点切换电压和电流。

额定工作电压是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同,可以是交流电压,也可以是直流电压。

直流电阻是指继电器中线圈的直流电阻,可以通过万能表测量。

吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时,给定的电流必须略大于吸合电流,这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压,一般不要超过额定工作电压的1.5倍,否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。

释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时,继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。

触点切换电压和电流是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小,使用时不能超过此值,否则很容易损坏继电器的触点。

(2)继电器的测试。

①测触点电阻:用万能表的电阻档,测量常闭触点与动点电阻,其阻值应为0;而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出哪个是常闭触点,哪个是常开触点。

②测线圈电阻:可用万能表R×10挡测量继电器线圈的阻值,从而判断该线圈是否存在着开路现象。

③测量吸合电压和吸合电流:找来可调稳压电源和电流表,给继电器输入一组电压,且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压,听到继电器吸和声时,记下该吸合电压和吸合电流。为求准确,可以试多几次而求平均值。

④测量释放电压和释放电流:也是像上述那样连接测试,当继电器发生吸合后,再逐渐降低供电电压,当听到继电器再次发生释放声音时,记下此时的电压和电流,亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下,继电器的释放电压约在吸合电压的10%~50%,如果释放电压太小(小于1/10的吸合电压),则不能正常使用了,这样会对电路的稳定性造成威胁,工作不可靠。

(3)继电器的电符号和触点形式。

继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示,如果继电器有2个线圈,就画2个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有2种表示方法:①把它们直接画在长方框一侧,这种表示法较为直观。②按照电路连接的需要,把各个触点分别画到各自的控制电路中,通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号,并将触点组编上号码,以示区别。

继电器的触点有3种基本形式:

①动合型(H型)线圈不通电时两触点是断开的,通电后,两个触点就闭合。以“合”字的拼音字头“H”表示。

②动断型(D型)线圈不通电时两触点是闭合的,通电后两个触点就断开。用“断”字的拼音字头“D”表示。

③转换型(Z型)这是触点组型。这种触点组共有3个触点,即中间是动触点,上下各一个静触点。线圈不通电时,动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合,线圈通电后,动触点就移动,使原来断开的成闭合,原来闭合的成断开状态,达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“Z”表示。

(4)继电器的选用。

①首先了解必要的条件。

A.控制电路的电源电压,能提供的最大电流。

B.被控制电路中的电压和电流。

C.被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时,一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流,否则继电器吸合是不稳定的。

②查阅有关资料确定使用条件后,可查找相关资料,找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器,可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。

③注意器具的容积。若是用于一般用电器,除考虑机箱容积外,小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器,如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。

二、电子器件

1.晶体二极管

(1)晶体二极管的特性。晶体二极管在电路中一般采用字母BG或者D表示,本书采用D表示。二极管是由一个PN结构组成的,它有正、负两个电极。

①单向导电性。晶体二极管的基本特性是单向导电性。如果二极管正极接到电池的正端,二极管负极接到电池的负端(如图2-7a所示),这时候,电流表的读数很大,说明二极管的内阻很小,处于导通状态。这种连接的方式叫做正向连接,通过二极管的电流叫做正向电流。如果二极管正极接到电池的负端,二极管负极接到电池的正端(如图2-7b所示),这时候,电流表的读数很小,说明二极管的内阻很大,处于截止状态。这种连接方式叫做反向连接,通过二极管的电流叫做反向电流。以上试验说明二极管具有单向导电性。

②特性曲线。为了描述晶体二极管单向导电的特性,经常使用特性曲线,如图2-8所示。坐标横轴代表加在二极管两端的电压,纵轴代表流过二极管的电流。当二极管正向连接的时候,随正向电压升高,流过二极管的正向电流也增大。但正向电压很低的时候,正向电流的增长很慢,并不同正向电压的增长成比例。当锗二极管的正向电压大于0.2伏以后,硅二极管的正向电压大于0.5伏以后,正向电流随正向电压的增大而明显增长。二极管的这种导电特性和电阻是不同的,电阻是线性组件,而二极管是非线性组件。

当二极管反向连接的时候,通过二极管的只有微弱的反向电流,而且反向电流几乎不随反向电压的增加而增大,所以叫做反向饱和电流。它同正向电流相比是很小的,可以看成完全不导电。当反向电压大到一定程度,反向电流突然增大,如果继续增大反向电压,二极管将会被击穿,二极管就损坏了。使用二极管是不允许二极管的反向电压达到击穿电压的。

利用二极管的单向导电特性可以把交流电变成直流电,这个过程叫做整流;还可以从载有低频信号的高频信号中取出低频信号来,这个过程叫做检波。

(2)晶体二极管的主要参数。晶体二极管的主要参数有以下几个:

①最大整流电流。它是指晶体管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。它决定于PN结的面积、材料和散热条件。最大整流电流较大(1安培以上)的二极管,往往都有金属外壳,使用的时候要装上适当的散热片。瞬时超过最大整流电流,二极管是不会损坏的,但长期使用是不允许超过的。

②最高反向工作电压。当反向电压达到击穿电压的时候,二极管就会损坏,所以说明中给出的二极管最高反向工作电压同击穿电压之间都有一定的余量。使用的时候只要不超过最高反向工作电压,二极管是不会击穿的。

③反向电流。这是二极管加反向电压,但没有击穿时的反向电流值。反向电流越小,管子的质量越好。一般硅二极管的反向电流要比锗二极管的反向电流小得多。

④最高工作频率。这是指二极管能够起单向导电作用的最高频率。如果信号频率高于最高工作频率,二极管将失去单向导电作用,甚至发热损坏。最高工作频率主要由二极管的极间电容决定。整流用的二极管最高工作频率只有3000赫,检波用二极管的工作频率可达100兆赫以上。

(3)晶体二极管的种类。常见的晶体二极管有作检波用的普通二极管,如2AP或2CP型;作整流用的整流二极管,如2CZ型;作稳压用的稳压二极管,如2CW或2DW型;在脉冲电路中作开关用的开关二极管,如2AK或2CK型;在光电控制电路中使用的光电二极管,如2CU或2DU型,还有各种发光二极管等。

稳压管一般有较低的击穿电压。击穿后,适当限制反向电流,稳压管是不会损坏的。稳压管击穿后,管子两端的反向电压将不随流过管子的反向电流的变化而变化。因此稳压管两端的电压将是很稳定的。

光电管是利用半导体材料的光敏特性制成的。某些半导体材料,有光照射时导电性能很好;无光照射时,导电性能很差。利用这种特性制成的光电二极管和光电三极管,广泛应用在各种光电控制电路中。

(4)晶体二极管的测试。利用万用电表的欧姆档可以对二极管的性能进行简易测试。把万用电表拨到R×1000档,把红、黑表笔接到二极管两电极上,如果表针指示的电阻比较小(通常锗管是500~2000欧,硅管是3000~10000欧),如图2-9a所示;然后把红、黑表笔对换,如果表针指示大于100000欧(硅管更大一些),如图2-9b所示。这个结果,说明二极管是好的。正向电阻越小,反向电阻越大则二极管的性能越好。

如果测得的反向电阻很小,说明二极管已经失去单向导电作用。如果正、反向电阻都很大,说明二极管已经断路。

从上面测试中,还可以判断出二极管的正负极。由于万能表的黑表笔接表内电池正极,红表笔接表内电池负极,在二极管导通情况下,如图2-9a所示,黑表笔接的是二极管的正极,红表笔接的是二极管的负极。

由于二极管的非线性特性,用不同的电阻档测得的正、反向电阻是不同的。如果自己的电表没有R×1000档,可以用R×100档。利用自己的万能表测出一些质量合格的二极管的正、反向电阻数据以后,就可以同其他二极管相比较,得出正确的结果来。

2.晶体三极管