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9章 基本电子组件和器件(1)

组件和器件是组成电子电路的基本单元。在无线电和电子技术中,常把电阻器、电容器、变压器等叫做无线电组件,简称组件;把晶体管、集成电路、电子管等叫做半导体器件和电真空器件,简称器件。

一、电路组件

1.电阻器

我们在行走、跑步会受到种种阻碍,比如空气产生的阻力。电流在导体中也会受到阻碍。任何一种导体都有阻碍电流的性质,这种性质就叫电阻。

(1)电阻器的特性和种类。电阻器简称电阻,它是电子电路中使用最广泛的无线电组件。电阻器在电路中用字母R表示。电阻器在电路中主要用来分配电压和控制电流。电阻两端的电压U、流过电阻的电流I以及电阻的阻值R的关系服从欧姆定律:

I=UR

按照制作电阻的材料来划分,电阻有碳膜电阻(RT型)、金属膜电阻(RJ型)、线绕电阻(RX型)等。按照电阻值是否可变来划分,有固定电阻和可变电阻。需要经常调节阻值可变电阻叫做电位器,电位器常用字母W表示。

此外,还有阻值随温度变化的热敏电阻,阻值随电阻两端电压变化的压敏电阻,阻值随外加磁场变化的磁敏电阻等。常见的热敏电阻多数是负温度系数的,温度升高电阻值反而减小。

(2)电阻器的基本参数。电阻对电流阻碍作用的大小用电阻值表示。电路上需要各种各样阻值的电阻,但产品不一定全部齐备。国家只规定出一定系列的阻值作为产品的标准,阻值标记在电阻上,叫做标称阻值,简称标称值。实际阻值和标称值往往不完全相符。电阻的实际阻值与标称值之间的误差分成3级:Ⅰ级是±5%、Ⅱ级是±10%、Ⅲ级是±20%。其中Ⅰ、Ⅱ级常标注在标称值后面。

电阻值的单位是欧姆(Ω),阻值较大的电阻常使用千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)作单位。1千欧=1000欧,1兆欧=1000000欧。有时候把电阻标称值的“Ω”省去,比如10kⅠ,表示标称值是10千欧,误差等级是5%。另外由于在电阻上标注小数点有时不容易辨认,近年来有些小型电阻采用如下方法标注:比如把1.5K的电阻标成1k5,把4.7K的电阻标成4k7等。

电流通过电阻的时候,会有一部分电功率消耗在电阻上,所以电阻会发热。如果消耗在电阻上的功率超过电阻允许的耗散功率,电阻很容易烧毁。电阻允许承受的最大耗散功率叫做电阻的额定功率。在电路中,往往电阻上实际消耗的功率只有额定功率的1/2左右。有时为了方便,只把大于1/8瓦的电阻标注额定功率,没有标注的都是1/8瓦,或者在电路图下方做统一注明。

(3)电阻的串联和并联。有时候手头电阻标称值不符合要求,可以用多个电阻串联、并联,凑成需要的阻值。

串联后的总阻值

R串=R1+R2+R3+…

并联后的总阻值

R并=11R1+1R2+1R3+…

无论是串联还是并联,电路中消耗的总功率是各电阻消耗功率的总和,但不同阻值的电阻所消耗的功率一般是不相同的。

在串联电路中,由于电流相同,阻值越大的电阻分压越大,所以消耗在它上面的功率也越大;在并联电路中,由于电阻两端电压相等,阻值越小的电阻所通过的电流越大,所以在它上面消耗的功率也就越大。

(4)电阻的选用。一般无线电制作都可以选用价格便宜的碳膜电阻。如果电路板上的空间尺寸很小,实际耗散功率又比较大,可以选用金属膜电阻。耗散功率大于5瓦时,一般要选用线绕电阻。控制弱信号时,一般选用碳膜电位器。控制大电流时,如果消耗在电位器上的功率超过2瓦,一般使用线绕电位器。

选用热敏电阻时,要注意温度系数的要求。

计算实际消耗在电阻或者电位器上的功率,可以用如下公式:

P=IU,P=U2R,P=I2R

式中P是消耗在电阻上的功率,单位是瓦。I是流过电阻的电流,单位是安。U是电阻两端的电压,单位是伏。R是电阻的阻值,单位是欧。

其中P=U2R这一公式使用得最多。

(5)电阻的识别。电阻在电路中的主要作用是分流、限流、分压、偏置、滤波(与电容器组合使用)和阻抗匹配等。在电路中,常见的电阻参数标注方法有数标法和色标法。

数标法主要用于贴片等小体积的电路,如:472表示47×102Ω(即4.7kΩ);104则表示10×104Ω,即100kΩ。色环标注法使用最多,现举例如下。

四色环电阻、五色环电阻(精密电阻)的色标位置和倍率关系如下:颜色有效数字倍率允许偏差(%)

银色/10-2±10

金色/10-1±5

黑色0100/

棕色1101±1

红色2102±2

橙色3103/

黄色4104/

绿色5105±0.5

蓝色6106±0.2

紫色7107±0.1

灰色8108/

白色9109+5~-20

无色//±20

2.电容器

电容器是储存电荷的容器,它由两个金属极板中间填充介质所组成。电容量则是衡量电容器储存电荷能力大小的物理量。在两个相互绝缘的导体上,加上一定的电压,它们就会储存一定的电量。其中一个导体储存着正电荷,另一个导体储存着大小相等的负电荷。加上的电压越大,储存的电量就越多。储存的电量和加上的电压是成正比的,它们的比值叫做电容。

(1)电容器的基本特性和种类。电容器在电路中用字母C表示,电容器基本结构是由互相靠近,但又彼此绝缘的两块金属片组成的。这两块金属片叫做电容器的极板。两块金属片之间的绝缘材料叫做电容器介质。

电容器的基本特性是能够储存电荷,有充放电特性。它能起“隔直通交”的作用。隔直通交是指直流电不能通过电容器,交流电能够通过电容器。虽然交流电能通过电容器,但电容对交流电仍有一定的阻碍作用,这种阻碍作用叫做“容抗”。常用字母Xc表示,单位是欧。容抗Xc同交流电的频率f和电容量C成反比,Xc=12πfC

容抗同电阻不一样,它在电路中是不消耗功率的。

按不同的介质划分,电容器有纸介电容、金属化纸介电容、云母电容、陶瓷电容、有机薄膜电容、电解电容等类型。按电容量是否可变划分,有可变电容、半可变(微调)电容和固定电容。

电容可以用电容测试仪测量,也可以用万用电表欧姆档粗略估测。欧姆表红、黑两表笔分别碰接电容的两脚,欧姆表内的电池就会给电容充电,指针偏转,充电完了,指针回零。调换红、黑两表笔,电容放电后又会反向充电。电容越大,指针偏转也越大。对比被测电容和已知电容的偏转情况,就可以粗略估计被测电容的量值。在一般的电子电路中,除了调谐回路等需要容量较准确的电容以外,用得最多的隔直电容、旁路电容、滤波电容等,都不需要容量准确的电容。因此,用欧姆档粗略估测电容量值是有实际意义的。

但是,普通万用电表欧姆档只能估测量值较大的电容,量值较小的电容就要用中值电阻很大的晶体管万用电表欧姆档来估测,小于几十个皮法的电容就只好用电容测试仪测量了。

(2)电容器的基本参数。电容量表示电容器在每伏电压作用下能储存电荷的多少,它是由电容器本身的结构决定的。电容器两块金属片的距离越近,金属片面积越大,电容量也就越大。电容量的单位是法(F)。因为法这个单位太大,所以常用微法(μF)或者皮法(pF)做单位。1法=1000000微法,1微法=1000000皮法。

电容量的标称值采用同电阻值标称值相同的系列,常用电容的误差等级也分3级:Ⅰ级±5%、Ⅱ级±1%、Ⅲ级±20%。误差等级一般标注在标称值的后面。

电容器的耐压,也叫做工作电压,它表示电容器长期可靠地安全工作的最高电压。在电路中,电容器两端的电压一般不能超过工作电压。如果超过工作电压50%,介质就有可能被击穿,电容器就会损坏。

电容器两极板之间介质的电阻叫做电容器的绝缘电阻。它一般在1000兆欧以上。在电压作用下,总有极微弱的电流通过介质,这种电流叫做电容器的漏电电流。漏电电流会产生电能的消耗,叫做电容器的损耗。在高频电路里,电容器的损耗显得比较突出。

(3)电容器的串联和并联。

几个电容器串联后的总容量

C串=11C1+1C2+1C3+…

几个电容器并联后的总容量

C并=C1+C2+C3+…

电容器串联后,工作电压可以提高。并联后,工作电压等于各分电容中工作电压最低的一个。

(4)电容器的选用。在高频电路里,要选用高频陶瓷、云母、有机薄膜等电容。在低频电路里,可以选用低频陶瓷、金属化纸介、电解等电容,用在谐振回路里的电容,要求电容量准确。用在滤波、旁路方面的电容,电容量不要求很准确,即使电容量比电路图上的大一倍也没有什么关系。电解电容是有极性的,使用的时候正、负极不能接错。接错了就会很快损坏。另外电解电容一般不能用在交流电路中,但作信号耦合是允许的。

电容器在工作的时候,两端的电压一般不要超过规定的工作电压,但短时间超过一些也不会立刻损坏。

电容器的故障主要表现为:引脚腐蚀、脱焊和虚焊、漏液等造成容量小或开路故障,以及漏电、严重漏电和击穿故障。

(5)电容器的识别。电容器在电路中的识别和电阻基本相同,分直标法、色标法和数标法3种。

容量大的电容其容量值在电容上直接标明,如10μF/16V。

容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示。

字母表示法:1mF=1000μF;1P2=1.2pF;1n=1000pF。

数字表示法:一般用三位数字表示容量大小,前两位表示有效数字,第三位数字是倍率。

如:102表示10×102pF=1000pF;224表示22×104pF=0.22μF

电容容量允许误差的表示方法是F—±1%;G—±2%;J—±5%;K—±10%;L—±15%;M—±20%。如:一瓷片的电容为104J表示容量为0.1μF、误差为±5%。

3.电感线圈

电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。给一个线圈通入电流,线圈周围就会产生磁场,线圈就有磁通量通过。通入线圈的电源越大,磁场就越强,通过线圈的磁通量就越大。实验证明,通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的,它们的比值叫做自感系数,也叫做电感。如果通过线圈的磁通量用φ表示,电流用I表示,电感用L表示,那么L=φ/I。电感的单位是亨(H),也常用毫亨(mH)或微亨(μH)做单位。1H=1000mH,1H=1000000μH。

(1)电感的特性与种类。电感线圈简称电感或者线圈,它通入变化的电流后能产生阻碍电流变化的感应电动势。电感在电路中常用字母L表示。

按电感线圈的中芯材料性质划分,电感线圈有空芯电感、磁芯电感、铁芯电感、铜芯电感等。按电感量是否可以调整划分,电感线圈有固定电感和可调电感。比如日光灯的镇流器是铁芯的固定电感,而收音机的中周变压器属于磁芯的可调电感。按工作性质划分,电感线圈有天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。按绕线结构划分,电感线圈有单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。

(2)电感线圈的基本参数。

①电感量。电感量是电感线圈的基本参数,它是衡量电感对交流电阻碍作用大小的一个量。它表示线圈本身固有特性,与电流大小无关。除专门的电感线圈(色码电感)外,电感量一般不专门标注在线圈上,而以特定的名称标注。

电感量的单位是亨(H)。常用单位还有毫亨(mH)和微亨(μH),1亨=1000毫亨,1毫亨=1000微亨。电感量的大小同线圈的形状、长度、直径、圈数以及磁芯或铁芯的材料有关。一般来说,圈数越多,电感量越大;磁芯或铁芯的导磁性就越好,电感量也越大。

②感抗。由于电感线圈是由导线绕制成的,它的直流电阻很小,所以它对直流电来说可以近似看成短路。它对交流电有一定的阻碍作用,这种阻碍作用叫做感抗,常用XL表示,单位也是欧Ω。感抗XL同交流电的频率和电感量成正比:

XL=2πfL

纯感抗同容抗一样,在电路中是不消耗功率的。但在实际的线圈中,绕制线圈的导线总有一定电阻,所以电感线圈是要消耗一些功率的。

③品质因素。衡量电感线圈的质量优劣,常用线圈的品质因数Q来表示。Q为感抗XL与其等效的电阻的比值,即:Q=XL/R。它是一个数,没有单位。

Q值同线圈的电阻损耗、磁芯损耗、骨架介质损耗有关,高频电流通过电感时的各种损耗越大,Q值就越低。线圈的Q值愈高,回路的损耗愈小。线圈的Q值与导线的直流电阻、骨架的介质损耗、屏蔽罩或铁芯引起的损耗、高频趋肤效应的影响等因素有关。线圈的Q值通常为几十到几百。

Q值可用专门的测试仪器测量出来。提高线圈Q值的方法有:采用尽可能粗的镀银导线或者用多股绞合线;选用绝缘性能好的材料做骨架;选用高频损耗小的磁芯;增大线圈的直径等。

④分布电容。线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。分布电容的存在使线圈的Q值减小,稳定性变差,因而线圈的分布电容越小越好。