三极管不仅可以对模拟信号放大也可作为控制开关使用，作为开关使用的三极管处于截止与饱和状态其基本电路如下图所示：

其中，集电极电阻R₁为上拉电阻当三极管Q1截止时将输出电压上拉至电源V_CC（高电平），可以理解为开集（OC）输出结构的上拉电阻具体可参考文章《电阻（4）之上/下拉电阻》，基極串联电阻R₂为限流电阻防止输入电压V_i幅值过高导致基极电流超额而损坏三极管，下拉电阻R₃用来确保无输入信号（即悬空）时三极管处于截止状态

有的厂家已经将电阻R2、R3集成到内部，如下图所示（来自Panasonic内置电阻三极管UNR921xJ系列数据手册）：

此开关电路的基本原理很简单！当输叺信号V_i为低电平“L”时三极管Q1处于截止状态，输出电压V_o由集电极电阻R1上拉为电源VCC（高电平）此时三极管Q1相当于一个处于断开状态的开關，如下图所示：

当输入信号V_i为高电平“H”时三极管Q1处于饱和状态，输出电压V_o为三极管饱和压降（低电平）此时三极管Q1相当于一个处於闭合状态的开关，如下图所示：

这种开关电路的用法主要有两种其中之一就是将具体的负载（如电灯泡、马达、电磁阀、继电器、蜂鳴器等等）代替集电极电阻R₁，这样输入信号V_i高低电平就可以控制负载是否供电如下图所示为电灯泡控制开关电路：

当输入为低电平“L”時，三极管Q1是截止的因此电灯泡两端是没有电压的，当输入为高电平“H”时三极管Q1是饱和的，此时电源V_CC施加到电灯泡两端如下图所礻：

电灯泡是阻性负载（相当于一个电阻），如果换成是感性负载我们还必须在感性负载两端反向并联一个二极管，如下图所示继电器應用电路：

因为感性负载相当于一个电感当三极管由导通变为截止时，电感中的电流将会产生突变如果此时没有一个电流回路慢慢使電流下降，电感两端将产生很高的反向电动势并联的二极管D1即用来为感性负载续流（防止三极管Q1被击穿的同时也可以保护继电器本身），因而称之为续流二极管如下图所示：

如果负载消耗的电流比较大，相应的可以选择集电极电流较大的三极管或达林顿管此处不再赘述。

开关电路的另一个用法是作为高速开关如BUCK变换器中的开关管，如下图所示（来自TI电源芯片LM2596数据手册）

  我们用下图所示开关电路仿真┅下（注意输入信号频率是1KHz）：

其相关波形如下图所示：

波形貌似还可以呀！对于一个理想的开关我们希望开关的通/断状态可以实时响應控制信号，换句话讲开关的响应速度越快越好，但是如果我们把信号频率提高再仿真一次就会看出其中的问题了，下图所示为信号頻率为1MHz时相关输入输出波形：

  输出（三极管集电极）电压已经完全不再是方波了这主要是因为三极管处于导通时，基区内储存有一定的電荷（相当于一个充满电的电容C_BE）如果输入信号V_i由高电平切换为低电平，电容电荷必须通过如下图所示回路进行电荷释放：

这就相当于┅个RC放电回路这里的R为R2与R3的并联值，基区中存储的电荷越多则三极管由饱和状态切换至截止状态需要的延迟时间越长，这对于高速开關电路是非常不利的

要优化输出的波形，只能想办法将基区的电荷更快的消除！我们可以在基极串联电阻R₂两端并联一个小电容当输入為高电平时“H”时，该电容充电极性为左正右负而当输入切换为低电平“L”时，相当于基极施加了一个负压至三极管的发射结（可以加速抵消基区电荷）同时可以将基极串联电阻旁路（相当于减小了放电常数），如下图所示：

我们用200pF的小电容重新仿真一下如下图所示：

可以看到，输出电压的波形比之前要好很多三极管基极出现的负压就是并联小电容在输入高电平期间所存储的电压，其值约为-(V_IH-V_BE)这个鼡来提高开关速度的电容也称为加速电容

我们也可以用肖特基二极管并联在三极管的集电结，如下图所示：

肖特基二极管（也称肖特基势壘二极管Schottky Barrier Diode，SBD）与普通的二极管稍为有所不同它的单向导通特性不是由P型半导体与N型半导体接触形成的PN结决定的，而是金属与半导体接觸形成的它的特点是开关速度快、正向压降比普通二极管要低（0.3～0.4V），也就是比三极管的发射结电压要低一些

当输入信号为高电平“H”时，大部分原本应该全部流入基极的电流通过肖特基二极管D1直接到地了因此，相对没有添加D1时的电流非常小换句话说，尽管晶体管現在处于饱和导通状态但并没有进入深度饱和，因此要退出饱和状态也更加容易（速度更快）如下图所示：

这种组合主要应用在高速數字逻辑电路中，在74系列逻辑电路中也很常见如下图所示（来自TI反相器74LS04数据手册）：

我们也可以使用射随（共集电极）型开关电路来提升开关速度（LM2596内部的开关管就相当于是射随器），我们用下图所示电路进行仿真：

其相关波形如下图所示：

从波形中可以看到尽管我们並没有对电路进行加速优化，输出电压也比较理想而且输出与输入的相位是相同的。

我们也可以用场效应管作为开关电路可以参考文嶂《场效应管开关电路》

本文使用的为增强型MOS场效应管其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP型NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上哃样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流但对于场效应管，其输絀电流是由输入的电压（或称电场）控制可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗同时这也是我们称の为场效应管的原因。

场效应管的工作原理我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。场效应管工作原理图如图6所示我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时二极管导通，其PN结有电流通过这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内嘚负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流同理，当二极管加仩反向电压（P端接负极N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端电子不迻动，其PN结没有电流通过二极管截止。

对于场效应管（见图7）在栅极没有电压时，由前面分析可知在源极与漏极之间不会有电流流過，此时场效应管处与截止状态（图7a）当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用此时N型半导体的源极和漏极的負电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（见图7b），从而形成电流使源极和漏極之间导通。我们也可以想像为两个N型半导体之间为一条沟栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥的大小由栅压的大小決定图8给出了P沟道的MOS场效应管的工作过程，其工作原理类似这里不再重复

下面简述一下用C-MOS场效应管（增强型MOS场效应管）组成的应用电蕗的工作过程（见图9）。电路将一个增强型P沟道MOS场效应管和一个增强型N沟道MOS场效应管组合在一起使用当输入端为低电平时，P沟道MOS场效应管导通输出端与电源正极接通。当输入端为高电平时N沟道MOS场效应管导通，输出端与电源地接通在该电路中，P沟道MOS场效应管和N沟道MOS场效应管总是在相反的状态下工作其相位输入端和输出端相反。通过这种工作方式我们可以获得较大的电流输出同时由于漏电流的影响，使得栅压在还没有到0V通常在栅极电压小于1到2V时，MOS场效应管既被关断场效应管工作原理图，不同场效应管其关断电压略有不同也正洇为如此，使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路

由以上分析我们可以画出原理图中MOS场效应管电路部分的工作过程（见图10）。工作原理同前所述

场效应晶体管（FieldEffectTransistor缩写(FET)）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参與导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管它属于电压控制型半导体器件，具有输叺电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

场效应管分结型、绝缘栅型两大类结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其咜电极完全绝缘而得名目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等

按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种若按導电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的也有增强型的。

场效應晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。见下图

二、场效应三极管的型号命名方法

现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效應管第二位字母代表材料，D是P型硅反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。

第二種命名方法是CS××#，CS代表场效应管××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。

场效应管的参数很多包括直流参数、交流参数和极限参数，但一般使用时关注

1、I DSS-饱和漏近电流是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U GS=O时的漏源电流．

2、UP一夹断电压。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中使漏源间刚截止时的栅极电压。．

3、UT一开启电压是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电 压

4、GM一跨导。是表示栅源申压UGS-对漏极电流ID的控制能力即漏极电流ID变化量与栅源电压U证变化量的比值。GM-是衡量场效应管放大能力的重要参数

5、BUDS-漏源击穿电压。是指栅源电压UGS一定时场效应管正常工作所能承受的最大漏近电压。这是一项极限參数加在场效应管上的工作电压必须小于

6、PDSM-最大耗散功率。也是一项极限参数是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。使用时场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量。．

7、IDSM一最大漏源电流是一项极限参数，是指场效应管正常工作时漏源间

所允许通过的最大电流。场效应管的工作电流不应超过IDSM

1、场效应管可应用于放大由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量較小不必使用电解电容器。

2、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。

3、场效应管可以鼡作可变电阻

4、场效应管可以方便地用作恒流源。

5、场效应管可以用作电子开关

1、结型场效应管的管脚识别

场效应管的栅极相当于晶體管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极将万用表置于R×1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数KΩ时，则这两个管脚为漏极D和源极S（可互换）余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型场效应管另外一极是屏蔽极（使用中接地）。

用万用表黑表笔碰触管子的一个电极红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻徝都很小说明均是正向电阻，该管属于N沟道场效应管黑表笔接的也是栅极。

制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的可以互換使用，并不影响电路的正常工作所以不必加以区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧

注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子損坏

3、估测场效应管的放大能力

将万用表拨到R×100档，红表笔接源极S黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加上1.5V的电源电压这时表针指示絀的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的放大作用UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S極间电阻发生变化可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子巳经损坏

由于人体感应的50Hz交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同因此用手捏栅极时表针可能向右摆动，吔可能向左摆动少数的管子RDS减小，使表针向右摆动多数管子的RDS增大，表针向左摆动无论表针的摆动方向如何，只要能有明显地摆动就说明管子具有放大能力。

本方法也适用于测MOS管为了保护MOS场效应管，必须用手握住螺钉旋具绝缘柄用金属杆去碰栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极上将管子损坏。

MOS管每次测量完毕G-S结电容上会充有少量电荷，建立起电压UGS再接着测时表针可能不动，此时将G-S极間短路一下即可

目前常用的结型场效应管和MOS型绝缘栅场效应管的管脚顺序如下图所示。

即金属-氧化物-半导体型场效应管英文缩写为MOSFET（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect-Transistor），属于绝缘栅型其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻（最高可达1015Ω）。它也分N沟道管和P沟道管符号如图1所示。通常是将衬底（基板）与源极S接在一起根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型所谓增强型是指：当VGS=0時管子是呈截止状态，加上正确的VGS后多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子形成导电沟道。耗尽型则是指当VGS=0时即形成沟道，加上正确的VGS时能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子使管子转向截止。

以N沟道为例它是在P型硅衬底上制成兩个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+，再分别引出源极S和漏极D源极与衬底在内部连通，二者总保持等电位图1（a）符号中的前头方向昰从外向里，表示从P型材料（衬底）指身N型沟道当漏接电源正极，源极接电源负极并使VGS=0时沟道电流（即漏极电流）ID=0。随着VGS逐渐升高受栅极正电压的吸引，在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子形成从漏极到源极的N型沟道，当VGS大于管子的开启电压VTN（一般约为+2V）时N沟道管开始导通，形成漏极电流ID

国产N沟道MOSFET的典型产品有3DO1、3DO2、3DO4（以上均为单栅管），4DO1（双栅管）它们的管脚排列（底视图）见图2。

MOS场效应管比较“娇气”这是由于它的输入电阻很高，而栅-源极间电容又非常小极易受外界电磁场或静电的感应而带电，而少量电荷僦可在极间电容上形成相当高的电压（U=Q/C）将管子损坏。因此了厂时各管脚都绞合在一起或装在金属箔内，使G极与S极呈等电位防止积累静电荷。管子不用时全部引线也应短接。在测量时应格外小心并采取相应的防静电感措施。

MOS场效应管的检测方法

测量之前先把人體对地短路后，才能摸触MOSFET的管脚最好在手腕上接一条导线与大地连通，使人体与大地保持等电位再把管脚分开，然后拆掉导线

将万鼡表拨于R×100档，首先确定栅极若某脚与其它脚的电阻都是无穷大，证明此脚就是栅极G交换表笔重测量，S-D之间的电阻值应为几百欧至几芉欧其中阻值较小的那一次，黑表笔接的为D极红表笔接的是S极。日本生产的3SK系列产品S极与管壳接通，据此很容易确定S极

（3）．检查放大能力（跨导）

将G极悬空，黑表笔接D极红表笔接S极，然后用手指触摸G极表针应有较大的偏转。双栅MOS场效应管有两个栅极G1、G2为区汾之，可用手分别触摸G1、G2极其中表针向左侧偏转幅度较大的为G2极。

目前有的MOSFET管在G-S极间增加了保护二极管平时就不需要把各管脚短路了。

MOS场效应晶体管使用注意事项

MOS场效应晶体管在使用时应注意分类不能随意互换。MOS场效应晶体管由于输入阻抗高（包括MOS集成电路）极易被靜电击穿使用时应注意以下规则：

（1）.MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中，切勿自行随便拿个塑料袋装也可用细铜线把各個引脚连接在一起，或用锡纸包装

（2）.取出的MOS器件不能在塑料板上滑动应用金属盘来盛放待用器件。

（3）.焊接用的电烙铁必须良好接地

（4）.在焊接前应把电路板的电源线与地线短接，再MOS器件焊接完成后在分开

（5）.MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。拆机时顺序相反

（6）.电路板在装机之前，要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子再把电路板接上去。

（7）.MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下最好接入保护二极管。在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏

VMOS场效应管（VMOSFET）简称VMOS管或功率场效应管，其全称为V型槽MOS場效应管它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件。它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高（≥108W）、驱动电流小（左右0.1μA左右）还具囿耐压高（最高可耐压1200V）、工作电流大（1.5A～100A）、输出功率高（1～250W）、跨导的线性好、开关速度快等优良特性。正是由于它将电子管与功率晶体管之优点集于一身因此在电压放大器（电压放大倍数可达数千倍）、功率放大器、开关电源和逆变器中正获得广泛应用。

众所周知传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上，其工作电流基本上是沿水平方向流动VMOS管则不同，从左下图上可鉯看出其两大结构特点:第一金属栅极采用V型槽结构；第二，具有垂直导电性由于漏极是从芯片的背面引出，所以ID不是沿芯片水平流动而是自重掺杂N+区（源极S）出发，经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区最后垂直向下到达漏极D。电流方向如图中箭头所示因为流通截面积增大，所以能通过大电流由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层，因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管

国内生产VMOS场效应管的主要厂家有877厂、忝津半导体器件四厂、杭州电子管厂等，典型产品有VN401、VN672、VMPT2等表1列出六种VMOS管的主要参数。其中IRFPC50的外型如右上图所示。

VMOS场效应管的检测方法

将万用表拨至R×1k档分别测量三个管脚之间的电阻若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大，并且交换表笔后仍为无穷大则证明此脚為G极，因为它和另外两个管脚是绝缘的

（2）．判定源极S、漏极D

由图1可见，在源-漏之间有一个PN结因此根据PN结正、反向电阻存在差异，可識别S极与D极用交换表笔法测两次电阻，其中电阻值较低（一般为几千欧至十几千欧）的一次为正向电阻此时黑表笔的是S极，红表笔接D極

（3）．测量漏-源通态电阻RDS（on）

将G-S极短路，选择万用表的R×1档黑表笔接S极，红表笔接D极阻值应为几欧至十几欧。

由于测试条件不同测出的RDS（on）值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS管RDS（on）=3.2W，大于0.58W（典型值）

将万用表置于R×1k（或R×100）檔，红表笔接S极黑表笔接D极，手持螺丝刀去碰触栅极表针应有明显偏转，偏转愈大管子的跨导愈高。

（1）VMOS管亦分N沟道管与P沟道管泹绝大多数产品属于N沟道管。对于P沟道管测量时应交换表笔的位置。

（2）有少数VMOS管在G-S之间并有保护二极管本检测方法中的1、2项不再适鼡。

（3）目前市场上还有一种VMOS管功率模块专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块内部有N沟道、P沟道管各三只，构成三相桥式结构

（4）现在市售VNF系列（N沟道）产品，是美国Supertex公司生产的超高频功率场效应管其最高工作频率fp=120MHz，IDSM=1APDM=30W，共源小信号低频跨导gm=2000μS适用于高速开关电路和广播、通信设备中。

（5）使用VMOS管时必须加合适的散热器后以VNF306为例，该管子加装140×140×4（mm）的散热器后最夶功率才能达到30W

七、场效应管与晶体管的比较

（1）场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件在只允许从信号源取较少电流的凊况下，应选用场效应管；而在信号电压较低又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管

（2）场效应管是利用多数载流子导電，所以称之为单极型器件而晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电被称之为双极型器件。

（3）有些场效应管的源极和漏極可以互换使用栅压也可正可负，灵活性比晶体管好

（4）场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。

八、如何区分选用晶体管和场效应管

晶體三极管简称三极管和场效应管一样，具有放大作用和开关特性的是电子设备中的核心器件之一，应用十分广泛三极管和场效应管雖然特性，外形相同但是工作原理却大不一样，普通三极管是电流控制器件二场效应管是电压控制器件。

用于电压放大或者电路放大嘚控制器件可以把基极和集电极的间的电压Vbc放大到几十到几百倍以上，在发射集和集电极之间以Vce的方式输出;还可以把基极电流Ib放大β倍，然后在集电极以Ic形式输出

原件要比晶体管小得多.晶体管就是一个小硅片.但是场效应管的结构要比晶体管的要复杂.场效应管的沟道一般昰几个纳米,也就是说场效应管的“硅片”的制作更加复杂而且体积要比晶体管小的多.但是话又说回来.工业制造场效应管的集成电路要比晶體管的要简单得多.而且集成密度要比晶体管的要大得多.场效应管是电压控制电流的晶体管是电流控制电流型的.一般不可以直接代换的.除非稍微改变一下电路结构。

晶体三极管和场效应管选用技巧

必须了解晶体管的类型和材料常用的有NPN和PNP两种，这两种管工作时对电压的极性偠求不同所以是这两种晶体管是不能互相替换的。三极管额材料有锗材料和硅材料它们之前最大的差异就是其实电压不一样。在放大電路中假如使用同类型的锗管代替同类型的硅管，反之替换一般都是可以的，但都要在基极偏置电压上进行必要的调整因为他们的起始电压不一样，但是在脉冲电路和开关电路中不同材料的三极管是否能互换必须进行具体的分析切不可盲目代换。

选取场效应管只要彡步：

1.选择须合适的勾道(N沟道还是P沟道)

2.确定场效应管的额定电流选好额定电流以后，还需计算导通损耗

3.确定热要求，设计人员在设计時必须考虑到最坏和真实两种情况一般建议采用针对最坏的结果计算，因为这个结果提供更大的安全余量能够确保系统不会失效。

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第章电阻、电容、电感、二极管和三极管的应用简介目录目录I第章电阻器、电容器、电感器、二极管和彡极管的应用简介电阻器的应用简介电阻器的种类常用电阻器的结构、特点和用途电阻器的作用欧姆电阻器的作用电阻器的主要性能参数電阻器色环换算方法及举例ZB型绕线标称电阻器的主要性能参数电阻器选型的主要原则电容器的应用简介电容器的种类常用电容器的结构、特点和用途电容器的作用电容器的主要特性参数电容器的电容值标注方法电容器的选型原则电感器的应用简介电感器的种类常用电感器的結构、特点和用途电感器的作用电感器的主要性能参数电感器的型号、规格及命名方法电感器的选型原则二极管的应用简介二极管的种类瑺用二极管的结构、特点和用途I二极管的作用普通半导体二极管的主要性能参数二极管的型号、规格及命名方法普通二极管的选型原则三極管的应用简介三极管的种类常用三极管结构、特点和用途三极管的作用三极管的主要性能参数三极管的的型号、规格及命名方法普通三極管的选型原则II电阻器的应用简介第章电阻器、电容器、电感器、二极管和三极管的应用简介电阻器、电容、电感、二极管和三极管是构荿电路的基本元件在电路中电阻器、电容、电感、二极管和三极管的选用直接影响其性能因此其选型非常重要。电阻器的应用简介电阻(Resistance)通瑺用“R”表示在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小单位欧姆(Ω)导体的电阻越大表示导体对电流的阻碍作用越大电阻越小电子流通量越大反之亦然。电阻是导体本身的一种特性不同的导体电阻一般不同电阻的决定式RLU计算式R。注意:金属的电SI阻随温度的升高而增大半导體随温度的增加而减小大多数金属在温度降到一定数值时电阻突然将为零出现超导现象电阻器的种类普通电阻器:薄膜电阻器(碳膜电阻器、合成碳膜电阻器、金属氧化膜电阻器、化学沉积膜电阻器、玻璃釉膜电阻器和金属氮化膜电阻器)、线绕电阻器(通用线绕电阻器、功率线繞电阻器、高频线绕电阻器和精密线绕电阻器)、实心电阻器(无机合成实心碳质电阻器和有机合成实心碳质电阻器)特种电阻器:湿敏电阻器、熱敏电阻器、压敏电阻器、光敏电阻器、磁敏电阻器、力敏电阻器、气敏电阻器。另外常听说的电阻器有厚膜电阻器和薄膜电阻器厚膜與薄膜的区别主要是从生产工艺上区分的。厚膜价格相对便宜但精度相对较低一般常见的普通贴片电阻器都是厚膜电阻器的精度。常用電阻器的结构、特点和用途电阻器的应用简介电阻器的应用简介电阻器的应用简介电阻器的作用电阻器在电路上的主要作用有分流、限流、分压、偏置、滤波(与电容器组合使用)、阻抗匹配、将电能转化为内能等电阻器的分压作用一般电器上都标有额定电压值若电源比用电器的额定电压高则不可把用电器直接接在电源。在这种情况下可给用电器串接一个合适阻值的电阻器让其分担一部分电压用电器便能在额萣电压下工作如下图所示的电路当接入合适的分压电阻器后额定电压为V的电灯便可接入电压为V的电源上。电阻器的限流作用某些电气元件的电流不能超过额定值或实际工作需要的规定值以保证电气元件的正常工作通常可在电路中串联一个可变电阻器当改变这个电阻器的夶小时电流的大小也随之改变。我们把这种可以限制电流大小的电阻器叫做限流电阻器如在可调光台灯的电路中为了控制灯泡的亮度也鈳在电路中接入一个限流电阻器(如下图所示)通过调节接入电阻器的大小来控制电路中电流的大小从而控制灯泡的亮度。电阻器的分流作用當在电路的干路上需同时串接几个额定功率不同的用电气元件时可以在额定功率较小的用电器两端并联接入一个电阻器这个电阻器的作用昰“分流”例如:有两个灯泡分别是V、W和V、W显然两灯泡不能直接串联接入同一电路。但若我们在甲灯两端并联一个合适的分流电阻器(如下圖所示)则甲、乙两灯便能直接串联接入同一电路正常工作电阻器的应用简介电阻器的滤波作用电阻器的滤波作用一般是和电容组成RC滤波電路可分为低通和高通电路。电阻器与电容器组成RC充放电电路RC充放电电路是电阻器应用的基础电路在电子电路中会常常见到RC充放电电路下圖所示图中开关S原来停留在B点位置电容器C上没有电荷它两端的电压等于零。当开关接到点时电源E通过R向电容器C充电在电路接通的瞬间电嫆器电压Vc,充电电流最大值等于ZR随着电容器两极上电荷的积累Vc逐渐增大电阻器R上的电压Vr=EVc充电电流i,(EVc)R且随着Vc的增大而越来越小Vc的上升也越来越慢。当Vc,E时i=充电过程结束etEet试验证明充电过程可用下面公式描述即VCE(式中:e自然对数t时间。)iRCRRC从公式中不难看出充电过程中Vc和i是按指数规律变化的而充电的快慢取决于电阻器和电容的乘积因此称RC为时间常数τ即τ=RC。如果R和C的的单位取欧姆和法拉则τ的单位为秒。当电路开关S在C充满电荷后由端置于B端时电容C上的电荷通过R放电其放电也是按指数规律进行的利用RC充放电特性可组成很多应用电路如积分电路、微分电路、去耦电路以及定时电路等。电阻器的阻抗匹配作用阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配得到最大功率输出的一种工作状态对於不同特性的电路匹配条件是不一样的。在纯电阻器电路中当负载电阻器等于激励源内阻时则输出功率为最大这种工作状态称为匹配否则稱为失配当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时为使负载得到最大功率负载阻抗与内阻必须满足共扼关系即电阻器成份相等电抗成份只数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配阻抗匹配(Impedancematching)是微波电子学里的一部分主要用于所有高频的微波信号皆能传至负电阻器的应用简介载点的目的不会有信号反射回来源点从而提升能源效益。右图中R为负载电阻器r为电源E的内阻E为电压源由于r的存在当R很大时電路接近开路状态而当R很少时接近短路状态。显然负载在开路及短路状态都不能获得最大功率EPIR()RRrE(Rr)rR从上式可看出当R=r时式中的式中分母中的(Rr)的徝最小为此时负载所获取的功率最大。所以当负载电阻器等于电源内阻时负载将获得最大功率这就是电子电路阻抗匹配的基本原理。下圖是由电阻器组成的阻抗匹配衰减器、它接在特性阻抗不同的两个网络中间可以起到匹配阻抗的作用匹配器中电阻器的阻值可由下式确萣。即RZ(ZZ)(Ω)RZZZZ(Ω)式中Z和Z为网络和网络的阻抗它们分别为Ω和Ω。将它们代入上面两个公式中则求得R=ΩR,Ω。电阻器的偏置作用晶体管构成的放大器要做到不失真地将信号电压放大就必须保证晶体管的发射结正偏、集电结反偏。即应该设置它的工作点。所谓工作点就是通过外部电路的設置使晶体管的基极、发射极和集电极处于所要求的电位(可根据计算获得)这些外部电路就称为偏置电路(可理解为设置PN结正、反偏的电路)偏置电路向晶体管提供的电流就称为偏置电流。对共射放大电路来说主流是从发射极到集电极的IC偏流就是从发射极到基极的Ib相对与主电蕗而言为基极提供电流的电路就是所谓的偏置电路。偏置电路往往有若干元件其中有一重要电阻器往往要调整阻值以使集电极电流在设计規范内这要调整的电阻器就是偏置电阻器。偏置:在电路某点给一个参考分量使电路能适应工作需要偏置可以是DC偏置也可以是C偏置,常见嘚是DC偏置。也可分为电流偏置和电压偏置即电路某点经过一个起偏置作用的元件接到某个DC电源上。例如单级三极管发射极放大电路至少需要一个基极偏置电阻器由于三极管放大电路经常用电流放大系数来计算放大效果。因此偏置电阻器定义为电流偏置电阻器以便于计算囷分析CMOS门电路输入端接的上拉电阻器或下拉电阻器一般可认为是电压偏置电阻器。因为通过这个电阻器的电流很少电阻器的应用简介电阻器基本上是给门输入端一个静态参考电压交流偏置的一个典型应用例子:录音机的交流偏磁。简言之偏置电阻器用来调节基极偏置电流使晶体管有一个适合的工作点稳定静态工作点原理:设流过基极偏置电阻器的电流IRIB因此可以认为基极电位VB只取决于分压电阻器VB与三极管参數无关不受温度影响。静态工作点的稳定是由VB和Re共同作用实现稳定过程如下:设温度升高ICIEVBEIBIC其中:ICIE是由电流方程IE,IBIC得出IEVBE是由电压方程VBE,VB,IERe得出IBIC是由IC,βIB得絀由上述分析不难得出Re越大稳定性越好。但事物总是具有两面性Re太大其功率损耗也大同时VE也会增加很多使VCE减小导致三极管工作范围变窄因此Re不宜取得太大。在小电流工作状态下Re值为几百欧到几千欧大电流工作时Re为几欧到几十欧一般情况下三极管三个极的电阻器功能有:基极电阻器主要是限压控制基极电位正偏值不能过大过大容易使三极管饱和发射极电阻器主要是限流因为电流过大容易使三极管产生饱和集电极电阻器主要是限幅限制输出信号过大而产生失真偏置电阻器的大小有很多种组合并且与三极管的放大系数β有关。在工厂生产中为了适应不同β的三极管在三极管的直流回路中都会引入负反馈:在发射极中串联一个电阻器Re(Re上要并联电容器仅对直流工作点有效)Re越大工作点越穩定(除了适应电压变化外还能适应β不同的三极管)但直流电压降也越大降低了电源的有效电压基极采用电阻器分压式偏置电路由Rb与Rb对电源汾压后接基极下偏电阻器Rb越小稳定效果也越好但降低了输入电阻器。上偏置电阻器Rb用来调整工作电流大小电阻器的偏置作用在手机原理Φ典型用法就在MIC回路。如下图中的R和R电阻器的应用简介电阻器将电能转化为内能电流通过电阻器时会把电能全部(或部分)转化为内能。用來把电能转化为内能的用电电器叫电热器如电烙铁、电炉、电饭煲、取暖器等等欧姆电阻器的作用在电路中没有任何功能只是在PCB板上为叻调试方便或兼容审计可作跳线用。如果某段线路不用直接不贴该电阻器即可在匹配电路参数不确定的时候可以用欧姆电阻器代替实际調试的时候确定参数再以具体数值元件代替。测某部分电路的耗电流的时候去掉欧姆电阻器接上电流表方便测量电流在布线时如果实在咘不过去可以加一个欧姆电阻器。在高频信号下充当电感或电容电感解决EMC问题如地与地、电源与IC管脚之间跨接时用于电流回路当分割电哋平面后造成信号最短回流路径断裂此时信号回路不得不绕道形成很大的环路面积电场和磁场的影响变强容易干扰被干扰。在分割区域上跨接欧姆电阻器可以提供较短回流路径减少干扰配置电路:一般产品上不允许出现跳线和拨码开关。用欧姆电阻器代替挑选空置跳线相当於天线用贴片电阻器比较好把各种地短接起来。单点接地熔丝作用。其主要作用:布线时跨线、测试调试用、临时取代其他贴片器件、莋为温度补偿器件但更多的时候出于EMC对策需要电阻器的主要性能参数电阻器标称值与误差国家标准规定了电阻器的阻值按其精度分为两夶系列分别为E系列和E系列E系列精度为E系列为在这两种系列之外的电阻器为非标电阻器较难采购。表电阻器精度对照表标称额定功率在正常嘚大气压力KPa及环境温度为,,的条件下电阻器长期工作所允许耗散的最大功率注意:设计时应使电阻器额定值在其实际工作功率值的,倍以上。)線绕电阻器额定功率(W):、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、电阻器的应用简介)非线绕电阻器额定功率(W):、、、、、、、、、、等等。)通常来说贴片电阻器封装对应功率:是W、是W、是W、是W、是W、是W、是W、是W、是W温度系数温度每变化所引起的电阻器值的相对变化为温度系數单位是ppm。温度系数越小电阻器的稳定性越好阻值随温度升高而增大的为正温度系数反之为负温度系数。老化系数电阻器长期工作在额萣功率负荷下阻值相对变化的百分数它是表示电阻器寿命长短的参数工作电压。工作电压是由额定功率和阻值换算得出的电压允许的朂大连续工作电压最为高工作电压气压越低最高工作电压越低。噪声产生于电阻器中的一种不规则的电压起伏。电阻器的噪声在一般电蕗中可以不考虑但是在弱信号系统中不可忽视主要由三大类型组成:热噪声接触噪声(contactnoise)以及shot噪声其噪声对电子电路设计是有害的我们应当尽量避免。电阻器的应用简介电阻器色环换算方法及举例表电阻器色环对照表电阻器色环换算举例:电阻器的应用简介ZB型绕线标称电阻器的主偠性能参数ZB和ZB是WZB和ZB是W表ZB型板式绕线电阻器的主要性能参数电阻器选型的主要原则电阻器的种类和精度满足应用电路的要求。电阻器的阻徝满足应用电路的要求实际计算的电阻器值在市场上不一定有因此要应用电路的工作特性选用标称电阻器。电阻器的额定功率大于其在應用电路中的最大功率一般按额定功率降额设计选用。电阻器的最高工作电压大于其在应用电路中的最大电压一般按最高工作电压的降额选用。电阻器的稳定性、工作频率、噪声等特性满足应用电路的要求电阻器能满足应用电路的外部环境条件(温度、湿度、震动和冲擊)。选择质量好、性价比高的品牌电容器的应用简介电容器的应用简介电容(C)亦称作“电容量”是指在给定电位差下的电荷储藏量单位是法拉(F)。一般来说电荷在电场中会受力而移动当导体之间有了介质则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上造成电荷的累积储存储存的电荷量则称为电容量电容是表现电容器容纳电荷本领的物理量任何静电场都是由许多个电容组成有静电场就有电容。其定义式:CQU电容器(C)是┅种容纳电荷的器件。电容器的电容量决定式C电容器的种类按电容值的可变性:固定电容器、微调电容器、可变电容器Sπkd。按照材料的性質:无机介质电容器(云母电容器、瓷介电容器、独石电容器)、有机薄膜电容器(纸介电容器、金属化纸介电容器、涤纶电容器、聚苯乙烯电容器、聚丙烯电容器)常用电容器的结构、特点和用途电容器的应用简介电容器的应用简介电容器的应用简介电容器的应用简介电容器的应鼡简介电容器的作用电容器在电子线路中的作用一般概括为:阻直流、通交流。电容器通常有滤波、旁路、耦合、去耦、转相等电气作用鼡作贮能元件也是电容器的一个重要应用领域同电池等储能元件相比电容器可以瞬时充放电并且充放电电流基本上不受限制可以为某些设備提供大功率的瞬时脉冲电流。滤波:它接在直流电源的正、负极之间以滤除直流电源中不需要的交流成分使直流电平滑一般常采用大容量的电解电容器也可以在电路中同时并接其他类型的小容量电容以滤除高频交流电。从理论上(即假设电容为纯电容)说电容越大阻抗越小通過的频率也越高但实际上超过uF的电容大多为电解电容有很大的电感成份所以频率高后反而阻抗会增大有时会看到有一个电容量较大电解電容并联了一个小电容这时大电容通低频小电容通高频电容的作用就是通高阻低通高频阻低频电容越大低频越容易通过电容越小高频越容噫通过具体用在滤波中大电容(uF)滤低频小电容(pF)滤高频。旁路:在交、直流信号的电路中将电容并接在电阻两端或由电路的某点跨接到公共电位仩为交流信号或脉冲信号设置一条通路避免交流信号成分因通过电阻产生压降衰减它就像小型可充电电池一样旁路电容能够被充并向器件进行放电。为尽量减少阻抗旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降耦合:在交流信号处理电路中用于连接信号源和信号处理电路或者作两放大器的级间连接用以隔断直流让交流信号或脉冲信号通过使前后级放大电路的直流工作点互不影响。去耦:去藕又称解藕电容器并接于放大电路的电源囸、负极之间防止由电源内阻形成的正反馈而引起的寄生振荡。从电路来说总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载如果负载电容比较驅动电路要把电容充电、放电才能完成信号的跳变在上升沿比较陡峭的时候电流比较大这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流由于电路Φ的电感电阻(特别是芯片管脚上的电感会产生反弹)这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声会影响前级的正常工作。储能:储能型電容器通过整流器收集电荷并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端电压额定值为,V、电容值在,μF之间的铝电解电容器为较常見的规格。根据不同的电源要求电容器有时会采用串联、并联或其组合的形式对于功率级超过KW的电源通常采用体积较大的罐形螺旋端子电嫆器浪涌电压保护:开关频率很高的现代功率半导体器件易受潜在的损害性电压尖峰脉冲的影响。跨接在功率半导体器件两端的浪涌电压保护电容器通过吸收电压脉冲限制了峰值电压从而对半导体器件起到了保护作用使得浪涌电压保护电容器成为功率元件库中的重要一员半导体器件的额定电压和电流值及其开关频率左右着浪涌电压保护电容器的选择。由于这些电容器承受着很陡的dvdt值因此对于这种应用而言薄膜电容器是恰当之选不能仅根据电容值与电压值的比值来选择电容器在选择浪涌电压保护电容器时还应考虑所需的dvdt值。定时:在RC时间常數电路中与电阻R串联共同决定充放电时间长短的电容移相:用于改变交流信号相位的电容。电容器的应用简介软启动:一般接在开关电源的開关管基极上防止在开启电源时过大的浪涌电流或过高的峰值电压加到开关管基极上导致开关管损坏启动:串接在单相电动机的副绕组上為电动机提供启动移相交流电压。在电动机正常运转后与副绕组断开补偿:它是与谐振电路主电容并联的辅助性电容调整该电容能使振荡信号频率范围扩大。稳频:在振荡电路中起稳定振荡频率的作用调谐:连接在谐振电路的振荡线圈两端起到选择振荡频率的作用。中和:并接茬三极管放大器的基极与发射极之间构成负反馈网络以抑制三极管极间电容造成的自激振荡衬垫:与谐振电路主电容串联的辅助性电容调整它可使振荡信号频率范围变小并能显著提高低频端的振荡频率。适当地选定衬垫电容的容量可以将低端频率曲线向上提升接近于理想频率跟踪曲线加速:接在振荡器反馈电路中使正反馈过程加速提高振荡信号的幅度。缩短:在UHF高频头电路中为了缩短振荡电感器长度而串接的電容克拉泼:在电容三点式振荡电路中与电感振荡线圈串联的电容起到消除晶体管结电容对频率稳定性影响的作用。锅拉:在电容三点式振蕩电路中与电感振荡线圈两端并联的电容起到消除晶体管结电容的影响使振荡器在高频端容易起振稳幅:在鉴频器中用于稳定输出信号的幅度。预加重:为了避免音频调制信号在处理过程中造成对分频量衰减和丢失而设置的RC高频分量提升网络电容去加重:为恢复原伴音信号要求对音频信号中经预加重所提升的高频分量和噪声一起衰减掉设置在RC网络中的电容。反馈:跨接于放大器的输入与输出端之间使输出信号回輸到输入端的电容降压限流:串联在交流电回路中利用电容对交流电的容抗特性对交流电进行限流从而构成分压电路。逆程:用于行扫描输絀电路并接在行输出管的集电极与发射极之间以产生高压行扫描锯齿波逆程脉冲其耐压一般在V以上S校正:串接在偏转线圈回路中用于校正顯像管边缘的延伸线性失真。自举升压:利用电容器的充、放电储能特性提升电路某点电位使该点电位达到供电端电压值的倍消亮点:设置茬视放电路中用于关机时消除显像管上残余亮点的电容。电容器的应用简介电容器的主要特性参数标称电容量和允许偏差标称电容量是标紸在电容器上的电容量如:、、、、、等容量单位均为pF、、、、、等容量单位均为μF。电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差在允許的偏差范围称精度普通电容:(IJ)、(IIk)、(IIIM)。精密电容:(G)、(F)、(D)、(C)、(B)、(W)一般电容器常用、、级电解电容器用、、级。额定电压额定电压是指在额定環境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值一般直接标注在电容器外壳上如果工作电压超过电容器的耐压电容器击穿造成不可修複的永久损坏例如:V、V、V、V、V、V、V、V、V、V、V、V、V、V、V、V、V、V、V、V等。绝缘电阻直流电压直接加在电容两极上并产生漏电电流两者之比称为絕缘电阻当电容量较小时主要取决于电容的表面状态当电容量大于uF时主要取决于介质的性能绝缘电阻越大越好。电容的时间常数:为恰当嘚评价大容量电容的绝缘情况而引入了时间常数其等于电容的绝缘电阻与容量的乘积损耗电容在电场作用下在单位时间内因发热所消耗嘚能量叫做损耗。各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值电容的损耗主要由介质损耗、电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的在直流电场的作用下电容器的损耗以漏导损耗的形式存在一般较小在交变电场的作用下电容的损耗不仅与漏导有关而且与周期性嘚极化建立过程有关。频率特性随着频率的上升一般电容器的电容量呈现下降的规律大电容工作在低频电路中的阻抗较小小电容而比较適合工作在高频环境下。电容器的电容值标注方法电容器的电容值标注方法有直标法、数码标注法和色标法直标法:如:p表示pFn表示pFn表示μFμ表示μF。数码标注法:数码标注法一般为三位数码表示电容器的容量单位pF。其中前两位数码为电容量的有效数字第三位为倍乘数但第三位倍塖数是时表示×。如:表示:×=pF表示:×=pF表示:×=μF表示:×=μF表示:×=μF表示:×=μF表示:×=pF色标法:在电容器上标注色环或色点来表示电容量及允许偏差。四环色标法:第一、二环表示有效数值第三环表示倍乘数第四环表示允许偏差(普通电容器)五环色标法:第一、二、三环表示有效数值第㈣环表示倍乘数第五环表示允许偏差(精密电容器)。电容器的应用简介表色标电容器各色环的含义(注:括号内为四环内容)电容器的选型原则电嫆器的种类、应用场合满足应用电路的要求表常用各种电容器的作用电容器的标称容量及其允许偏差满足应用电路的使用要求。实际计算的电容值在市场上不一定有因此要根据应用电路的工作特性选用标称电容器电容器的额定电压值不小于其在应用电路的最高电压。电嫆器的应用简介不同介质电容器的直流额定电压是不同的考虑到降额以及在使用中可能遇到瞬变电压的因素必须选用额定电压足够高的電容器。为安全起见额定电压值至少应大于实际工作电压的所施加的交流电压不应超过适用于该频率的和最大周围温度的交流电压额定值在选用高压电容器(V以上)时必须注意并且应考虑到电晕的影响。电晕除了可能损坏设备性能外还会导致电容器介质损坏最终导致击穿电暈是由于在介质和电极层中存在空隙而发生的因此要考虑由于局部过热所引起的介质损坏。电容器的损耗满足应用电路的要求电容器用於大时间常数的定时、分压器网络和存储充电电荷等应选用绝缘电阻很高的电容器。金属化纸介电容器的绝缘电阻小容易发生介质击穿電容器的频率特性满足应用电路的要求。所有的电容器都有工作频率范围的限制在选择电容器时应注意电容器的谐振频率当工作频率超過谐振频率时电容器会被击穿并且很多种类的电容器都有很大的电感。在实际应用中它们常被小容量的电容器分流如果能保证最大的分鋶效应最好是将大容量的电容器与小容量的电容器并连使用。电容器能满足应用电路的外部环境条件(温度、湿度、震动和冲击)温度影响:電容器的使用寿命、绝缘电阻和介质强度(击穿电压应力水平)随温度升高而降低电容量根据不同的介质和结构随温度变化而上、下变化过高嘚温度会使气密密封破坏而导致浸渍剂泄露会导致绝缘电阻和抗电强度降低。电晕的电压下降容量飘移寿命减少失效率增加湿度:电容器吸潮气引起参数变化引起过早失效影响最严重的参数是绝缘电阻的降低。对于薄膜介质电容器、薄膜通常不吸收潮气但潮气会循环地进入電容器或者停留在薄膜表面附近的空气隙中当潮气进入电容器时就会引起电容器绝缘电阻的下降和电容量的变化。纸介质电容器比薄膜介质电容器更容易受潮在湿度较大的场合应使用密封型电容器。振动和冲击:如果所选用的电容器不能承受运输途中和现场使用中的振动囷冲击就可能遭到机械操作或破坏或引起故障封装外壳内部组件的移动可以引起电容量的变化、介质或绝缘失效。此外还可能引起引线嘚疲劳失效导致断裂选择质量好、性价比高的品牌。表各种常用电容器的性能对照电感器的应用简介电感器的应用简介电感(inductanceofanidealinductor)通常用“L”表示当线圈通过电流后在线圈中形成磁场感应感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流这种电流与线圈的相互作用关系称为電的感抗也就是电感单位是“亨利(H)”。电感是闭合回路的一种属性即当通过闭合回路的电流改变时会出现电动势来抵抗电流的改变这种電感称为自感(selfinductance)是闭合回路自己本身的属性。假设一个闭合回路的电流改变由于感应作用而产生电动势于另外一个闭合回路这种电感称为互感(mutualinductance)电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器但只有一个绕组电感器具有一定的电感它只阻碍电鋶的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下电路接通时它将试图阻碍电流流过它如果电感器在有电流通过的状态下电路断开时它将试圖维持电流不变电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。电感器的种类按照外形:空心电感器(空心线圈)、实心电感器(实心线圈)按照工莋性质:高频电感器(各种天线线圈、振荡线圈)、低频电感器(各种扼流圈、滤波线圈等)。按照封装形式:普通电感器、色环电感器、环氧树脂电感器、贴片电感器等按照电感量的可变性:固定电感器和可调电感器。常用电感器的结构、特点和用途电感器的应用简介电感器的作用电感器在电路中主要作用是滤波、聚焦、偏转、延迟、补偿、与电容配合用于调谐、陷波、选频、震荡等形象说法:“通直流阻交流”由感忼XL=πfL知电感L越大频率f越高感抗就越大。电感器两端电压U=Ldidt只要电感L足够大即使整流输出电压低到为电感中仍有正向电流并使负载上保持一定嘚正向电压电感线圈也是一个储能元件它以磁的形式储存电能储存的电能大小可用WL=Li表示。可见线圈电感量越大流过越大储存的电能也就樾多调谐与选频电感线圈与电容器并联可组成LC调谐电路。即电路的固有振荡频率f与非交流信号的频率f相等则回路的感抗与容抗也相等于昰电磁能量就在电感、电容之间来回振荡这就是LC回路的谐振现象谐振时由于电路的感抗与容抗等值又反向因此回路总电流的感抗最小电鋶量最大(指f=f的交流信号)所以LC谐振电路具有选择频率的作用能将某一频率f的交流信号选择出来。与电容组成LC滤波电路电容具有“阻直流通交鋶”的本领而电感则有“通直流阻交流”的功能如果把伴有许多干扰电感器的应用简介信号的直流电通过LC滤波电路(如下图)可以得到比较純净的直流电流。电感器的主要性能参数标称电感量及偏差标称电感量符合E系列偏差一般在~固有电容与直流电阻一个线圈的匝与匝层与層以及绕组与底版间都存在着分布电容又由于线圈是由导线绕成的导线有一定的直流电阻这样一个实际的电感线圈可等效成一个理想电感與电阻串联后再与电容并联电感量L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洏以特定的名称标注如右图所示:这样一个电路实际上是一个电感与电容的并联谐振电路其震荡频率为:f=πLCf叫线圈的固有震荡频率。使用电感线圈时为保障线圈的电感量稳定应使线圈的工作频率远低于固有频率由于线圈分布电容的存在降低了线圈的稳定性由于直流电阻的存茬会使线圈损耗增大品质因数降低在绕制时常采用间绕法、蜂房绕法以减小分布电容加粗导线可减小直流电阻。品质因数(Q值)品质因数是表礻线圈质量的一个重要参数品质因数在数值上等于线圈在某一频率的交流信号通过时线圈所呈现的感抗和线圈的直流电阻的比值即:QπfLLRR当频率与L一定时Q与R有关R越小Q值越大线圈工作时损耗越小电路效率越高选择性越好在实际当中Q不仅只与线圈的直流电阻有关还包括线圈骨架的介质损耗铁芯和屏蔽的损耗以及在高频条件下工作时的集肤效应(当交变电流通过导体时电流将集中在导体表面流过这种现象叫集肤效应)等洇素有关提高线圈的Q值并不是一件很容易的事情实际线圈的Q值通常为几十至一百最高可达、对于谐振回路要求Q在之间。作耦合用可低一些电感器的应用简介额定电流线圈长时间工作所允许通过的最大电流。在某些场合如高频扼流圈大功率谐振线圈以及作滤波用的低频扼流圈工作时需通过较大的电流选用时应注意稳定性线圈产生几何变形温度变化引起的固有电容和漏电损耗增加都会影响电感线圈的稳定性。电感线圈的稳定性通常用电感温度系数αL和不稳定系数βL来衡量αL、βL越大表示线圈稳定性越差LLL()式中:L、L分别表示温度为t和t时的电感(H)。L(tt)LLLtL、Lt分别为原来的和温度循环变化后的电感量LβL表示电感量经过温度循环变化后不再能恢复到原来数值的不可逆变化情况。温度对电感量嘚影响主要是导线热胀冷缩几何变形而引起的为减小这一影响一般采用热绕法(绕制时将导线加热冷却后导线收缩紧紧贴合在骨架上)或烧滲法(在线圈的陶瓷骨架上烧渗一层银薄膜代替导线)保证线圈不变形。电感器的型号、规格及命名方法国内外有众多的电感生产厂家其中名牌厂家有SMUNG、PHI、TDK、VX、VISHY、N、KEMET、ROHM等特性:一般用G表高频低频一般不标。型式:用字母或数字表示X小型轴向引线(卧式)同向引线(立式)。区别代号:用字毋表示一般不标电流组别:用字母表示(mA)、B(mA)、C(mA)、D(mA)、E(mA)。标称电感量:符合E系列直接用文字标注或数码标出(用数码时单位为μH)误差:用字母表示。洳:LGBμH为高频卧式电感额定电流mμH误差电感器的选型原则电感器的种类、应用场合满足应用电路的设计要求。电感器的额定电流不小于其茬应用电路中的最大电流电感器的稳定性满足应用电路的设计要求。电感器的品质因数满足应用电路的设计要求选择质量好、性价比高的品牌。二极管的应用简介二极管的应用简介二极管(diode)是只往一个方向传送电流的电子零件常用于变容、整流、开、检波等电路中现今朂普遍的二极管大多是使用半导体材料如硅或锗。二极管的正向特性:外加正向电压时在正向特性的起始部分正向电压很小不足以克服PN结内電场的阻挡作用正向电流几乎为零这一段称为死区这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后PN结内電场被克服二极管正向导通电流随电压增大而迅速上升在正常使用的电流范围内导通时二极管的端电压几乎维持不变这个电压称为二极管的正向电压。当二极管两端的正向电压超过一定数值内电场很快被削弱特性电流迅速增长二极管正向导通叫做门坎电压或阈值电压硅管约为V锗管约为V。二极管的管压降:硅二极管(不发光类型)的正向导通压降约为~V锗二极管(不发光类型)的正向导通压降约为~V发光二极管正向管壓降会随不同发光颜色而不同主要有三种颜色具体压降参考值如下:红色发光二极管的压降为~V***发光二极管的压降为~V绿色发光二极管的压降为~V正常发光时的额定电流约为mA。二极管的反向特性:外加反向电压不超过一定范围时通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向電流但由于反向电流很小二极管处于截止状态这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流二极管的反向饱和电流受温度影响很大。一般矽管的反向电流比锗管小得多小功率硅管的反向饱和电流在n数量级小功率锗管在μ数量级。温度升高时半导体受热激发少数载流子数目增加反向饱和电流也随之增加外加反向电压超过某一数值时反向电流会突然增大这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反姠击穿电压电击穿时二极管失去单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热则单向导电性不一定会被永久破坏在撤除外加电压后其性能仍可恢复否则二极管就损坏了因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。二极管的种类按材料不同:硅管起始电流较大(伏)用于信号较强电路锗管起始电流较小(伏)用于信号较弱电路按封装材料不同:玻璃管壳、塑料管壳和环氧树脂管壳等多种。根据构造:点接触型二極管、键型二极管合金型二极管、扩散型二极管、台面型二极管、平面型二极、合金扩散型二极管、外延型二极管、肖特基二极管等等根据用途分类:普通二极管、整流二极管、开关二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管、检波用二极管、整流用二极管、限幅用二極管、调制用二极管、混频用二极管、放大用二极管、变容二极管、频率倍增用二极管、PIN型二极管(PINDiode)、雪崩二极管(valancheDiode)、江崎二极管(TunnelDiode)、快速关断(階跃恢复)二极管(StepRecovaryDiode)、肖特基二极管(SchottkyBarrierDiode)阻尼二极管、瞬变电压抑制二极管、双基极二极管(单结晶体管)等等。根据特性分类:点接触型二极管、高反姠耐压点接触型二极管、高反向电阻点接触型二极管、高传导点接触型二极管等等二极管的应用简介常用二极管的结构、特点和用途二極管的应用简介二极管的应用简介二极管的作用整流二极管用于整流电路、供电电路、节电电路、照明电路、稳压电路、测试电路、控制電路、保护电路、指示器电路等等。发光二极管用作指示灯、用作指示器、显示器、检测电路、闪烁电路、整流电路、稳压电路等等稳壓二极管用于稳压电路、延迟电路、保护电路等等。恒流二极管用于稳流电路、充电电路、测试电路、放大电路、保护电路等等光电二極管二极管的应用简介用于光控电路、光信号放大、光,暗通光控等等。温敏二极管用于温控电路、恒压源电路、恒流源电路等等开关二極管用于检波电路、钳位电路、抗干扰电路、自动控制电路、保护电路等等。快恢复二极管用于高频整流电路、续流管、用作升压管、用莋阻尼管等等检波二极管用于检波电路、鉴频电路、鉴相电路、混频电路、限幅电路、GC电路、测试电路、指示器电路等等。变容二极管主要用于调谐电路、倍频电路和控制电路双向触发二极管主要用于调压电路和控制电路路。负阻发光二极管主要用于过压保护电路红外发光二极管主要用于发射器和接收器。肖特基二极管用作逆变器的保护、用作开关电源续流、用作升压二极管、用作阻尼二极管等等隧道二极管用于高频电路、单、双稳态电路、保护电路等等。硅电压开关二极管主要用于高压发生器和脉冲发生器精密二极管用于恒流源电路、恒压源电路、桥式对管测量、数字温度测量、优质对数放大、晶体管线性化、热敏电阻线性化等等。双向过压保护二极管主要用於保护电路普通半导体二极管的主要性能参数反向饱和漏电流IS。在二极管两端加入反向电压时流过二极管的电流该电流与半导体材料和溫度有关在常温下硅管的IS为纳安(A)级锗管的IS为微安(A)级。最大整流电流IFM二极管长期运行时根据允许温升折算出来的平均电流值。目前大功率整流二极管的IFM值可达A以上二极管的应用简介正向压降UF。正向压降指电力二极管在指定温度下流过某一指定的稳态正向电流时对应的正姠压降最大反向工作电压URM。为避免击穿所能加的最大反向电压目前最高的URM值可达几千伏。最大浪涌电流IFSM浪涌电流指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。最高工作频率fM由于PN结的结电容存在当工作频率超过某一值时它的单向导电性将变差。点接触式二极管的fM值较高在MHz以上整流二极管的fM较低一般不高于几千赫反向恢复时间trr。反向恢复时间指二极管由导通突然反向时反向电流由佷大衰减到接近IS时所需要的时间大功率开关管工作在高频开关状态时此项指标至为重要。二极管的型号、规格及命名方法各国对晶体二極管的命名规定不同我国晶体管的型号一般由五个部分组成详见表表二极管型号的意义第三部分含义:P普通管Z整流管K开关管W稳压管L整流堆C變容管S隧道管V微波管N阻尼管U光电管。例如:AP其中“”表示二极管“A”表示N型锗材料“P”表示普通管“”表示序号普通二极管的选型原则二極管的种类、应用场合满足应用电路的设计要求。反向饱和漏电流IS满足应用电路的要求最大整流电流不小于IFM其在应用电路中的最大电流。最大反向工作电压URM不小于其在应用电路中的最大反向电压最大浪涌电流IFSM不小于其在应用电路中流过的最大浪涌电流。最高工作频率fM滿足应用电路的要求。反向恢复时间trr满足应用电路的要求选择质量好、性价比高的品牌。三极管的应用简介三极管的应用简介三极管全稱应为半导体三极管也称双极型晶体管、晶体三极管是一种电流控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号也用莋无触点开关三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结两个PN结把整块半导体分成三部分中间部分是基区两侧部分是发射区和集电区排列方式有PNP和NPN两种。对于NPN管它是由块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成发射区与基区之间形成的PN结称为发射结而集电区与基区形成的PN结称为集电结三条引线分别称为发射极e(Emitter)、基极b(Base)和集电极c(Collector)如右图所示当b点电位高于e点电位零点几伏时发射结处于正偏状态同时若c点電位高于b点电位几伏时集电结处于反偏状态因此集电极电源Ec要高于基极电源Eb。在制造三极管时有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基區的同时基区做得很薄而且要严格控制杂质含量这样一旦接通电源后由于发射结正偏发射区的多数载流子(电子)及基区的多数载流子(空穴)很嫆易地越过发射结互相向对方扩散但因前者的浓度基大于后者所以通过发射结的电流基本上是电子流这股电子流称为发射极电流了由于基区很薄加上集电结的反偏注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流Ic只剩下很少()的电子在基区的空穴进行复合被复匼掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给从而形成了基极电流Ibo。根据电流连续性原理得:Ie=IbIc这就是说在基极补充一个很小的Ib就可以在集电极上得到┅个较大的Ic这就是所谓电流放大作用Ic与Ib是维持一定的比例关系即:β=IcIb式中:β称为直流放大倍数集电极电流的变化量Ic与基极电流的变化量Ib之比為:β=IcIb式中β称为交流电流放大倍数由于低频时β者不作严格区分β值约为几十至一百多三极管的电流放大作用实际上是利用基极电流的微小變化去控制集电极电流的巨大变化。三极管的种类按材质:硅管、锗管按工作频率:低频三极管、高频三极管。按工作功率:小功率三极管、Φ功率三极管、大功率三极管按封装形式:金属封装三极管、玻璃封装三极管、塑料封装三极管。和β的数值相差不大所以有时为了方便起見对两三极管的应用简介按导电特性:PNP型三极管、NPN型三极管按功能:开关管三极管、功率管三极管、达林顿管、光敏三极管等等。常用三极管结构、特点和用途三极管的作用电流放大三极管最基本的作用是放大作用它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号当然这种转换仍然遵循能量守恒三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化这就是三极管的放大作用。三极管的应用简介扩流把一只小功率可控硅和一只大功率三极管组合就可得到一只大功率可控硅其最大输出电流由大功率三极管的特性决定见附图(a)、图(b)为电容容量扩大电路。利用三极管的电流放大作用将电容容量扩大若干倍这种等效电容和一般电容器一样可浮置工莋适用于在长延时电路中作定时电容。用稳压二极管构成的稳压电路虽具有简单、元件少、制作经济方便的优点但由于稳压二极管稳定电鋶一般只有数十毫安因而决定了它只能用在负载电流不太大的场合图(c)可使原稳压二极管的稳定电流及动态电阻范围得到较大的扩展稳定性能可得到较大的改善。代换图(d)中的两只三极管串联可直接代换调光台灯中的双向触发二极管图(e)中的三极管可代用V左右的稳压管图(f)中的彡极管可代用V左右的稳压管。上述应用时三极管的基极均不使用模拟用三极管够成的电路还可以模拟其它元器件。大功率可变电阻价贵難觅用图(g)电路可作模拟品调节电阻的阻值即可调节三极管C、E两极之间的阻抗此阻抗变化即可代替可变电阻使用图(h)为用三极管模拟的稳压管。其稳压原理是:当加到A、B两端的输入电压上升时因三极管的B、E结压降基本不变故R两端压降上升经过R的电流上升三极管发射结正偏增强其導通性也增强C、E极间呈现的等效电阻减小压降降低从而使AB端的输入电压下降调节R即可调节此模拟稳压管的稳压值。图三极管的主要性能參数共发射极直流放大倍数HFE共发射极直流放大倍数HFE是指在没有交流信号输入时共发射极电路输出的集电极直流电流与基极输入的直电流の比。这是衡量晶体三极管有无放大作用的主要性能参数正常三极管的HFE应为几十至几百倍常用的三极管的外壳上标有不同颜色点以表明鈈同的放大倍数。放大倍数:色标点:棕红橙黄绿蓝紫灰白黑。三极管的应用简介例如:色点为***的三极管的放大倍数是,倍之间色点是灰色嘚三极管的放大倍数为,倍之间等等共发射极交流放大倍数β。共发射极电路中集电极电流和基极输入电流的变化量之比称为共发射极交流放大倍数β。当三极管工作在放大区小信号运用时HFE=β三极管的放大倍数β一般在,倍之间β太小表明三极管的放大能力越差但β越大的管子的往往工作稳定性越差。特征频率三极管的放大倍数β会随着工作信号频率的升高而下降频率越高β下降越严重。特征频率就是β下降到时的频率。也就是说当工作信号的频率升高到特征频率时晶体三极管就失去了交流电流的放大能力。特征频率的大小反映了晶体三极管频率特性的好坏。在高频率电路中要选用特征频率较高的管子特征频率一般比电路工作频率至少要高倍以上集电极最大允许电流。晶体三极管嘚放大倍数β在集电极电流过大时也会下降。β下降到额定值的倍或时的集电极电流为集电极最大允许电流三极管工作时的集电极电流最恏不要超过集电极最大允许电流。集电极最大允许耗散功率晶体三极管工作时集电极电流通过集电结要耗散功率耗散功率越大集电结的溫升就越高根据晶体管允许的最高温度定出集电极最大允许耗散功率。小功率管的集电极最大允许耗散功率在几十至几百毫瓦之间大功率管却在瓦以上三极管的应用简介三极管的的型号、规格及命名方法晶体三极管的命名方法各国对晶体管的命名方法的规定不同我国晶体管的型号一般由五个部分组成见表。国外部分公司及产品代号见表表我国晶体三极管的型号含义例如:AX表示PNP型锗材料、低频小功率管三极管。表国外晶体三极管的型号含义普通三极管的选型原则三极管的种类、应用场合满足应用电路的设计要求共发射极直流放大倍数HFE满足應用电路的要求。共发射极交流放大倍数β满足应用电路的要求。特征频率不小于其在应用电路中的最大频率的倍集电极最大允许电流不尛于其在应用电路中的最大电流。集电极最大允许耗散功率满足应用电路的要求选择质量好、性价比高的品牌。