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电子设计技术基础电工电子实验教学中心梁伟电阻电容电感二极管三极管及MOS管常用数字逻辑芯片常用模拟器件芯片电子设计的具体对象建立在基础的电子元件上，电子系统就是电子元件的组合。这些元器件包括：电阻、电容、电感、半导体器件、线路板、接插件等等。以电阻为例，它在线路原理图上就是一个矩形框加上两个引脚，但是真实的电阻器件却是五花八门，种类繁多。半导体器件则更是随着集成电路技术的发展，出现了多种门类，功能各异的功能器件。做好电子设计这门功课，必须从基础的起点出发，世界上不存在空中楼阁。要想做好电子设计工作，必须养成细心、耐心的习惯，必须养成细致工作的习惯，凡事从细微处出发，多做事情，多积累理论基础，多接触各类项目及器件，逐渐积累经验。1.电阻1.1电阻的种类根据加工工艺，电阻分为：线绕电阻，薄膜电阻；根据支撑材料细节，电阻分为：陶瓷电阻、水泥电阻；根据电阻材料细节，多组分为：碳膜电阻、金属膜电阻；根据焊接工艺，多组分为：轴向引线电阻、标贴电阻。特殊应用场合又有压敏电阻、热敏电阻及光敏电阻等等。这些划分方法，无非都是因为电阻的使用场合不同而已。例如，大功率场合一般要用线绕电阻或者水泥电阻；民用电气在小功率场合一般用碳膜电阻，因为便宜，大概一分钱两个；工业场合一般小功率使用金属膜电阻，因为精度高，稳定性好，一般的1/4W，0.1%精度，25ppm的金属膜电阻价格为五毛钱一个；部要求体积的设备大多使用轴向引线电阻，精密仪器，小尺寸电路板一般使用表帖电阻。常见的线绕电阻及电位器，电阻一般使用陶瓷骨架，一般用于功率场合，例如电力设备中的分压电阻。水泥外壳及金属铝外壳线绕电阻，一般用于大功率场合，如串联稳压电源的限流采样电阻。四环碳膜电阻和五环金属膜电阻一般为1%精度，碳膜电阻一般用于廉价民品，如收音机，金属膜用于工业品，如汽车电子。老式精密线绕电阻，精度0.05~0.01%，温度系数小于5ppm。用于精密仪器的模拟电路,如精密温控仪器。EE型超精密电阻，精度0.05~0.01%，温度系数小于5ppm。用于精密仪器。各种尺寸精密表贴电阻，用于小型精密仪器。多尺寸普通贴片电阻，缩小设备体积。贴片电阻的包装形式，带装，每盘5000只，尺寸为1206，功率为1/16W常见两种NTC负温度系数热敏电阻，一般用于引用测温或者电路的温度补偿。自恢复保险丝（PTC正温度系数热敏电阻）压敏电阻，用于瞬间释放电源尖峰能量，过压保护。1.2电阻的阻值标示方法1.2.1直接数字表示一般用于功率电阻、线绕精密电阻等，直接印刷阻值及精度。例如：一个电阻上印刷有：8W1KΩJ，则表示这个电阻的最大容许功率为8瓦，阻值是1000欧姆，具体的精度是5%。1.2.2间接数字表示采用一组数字串标志阻值，一般为3个阿拉伯数字，前两位是绝对值，后一位是10的幂次，单位是欧姆。电容也常用此方法表示，单位为皮法。例如：一个电阻上，等行为贴片电阻印刷电阻值为104，则这个电阻为10KΩ1.2.3色环表示在小型轴向出线电阻上，印刷字体比较困难，一般采用色环来标志阻值，碳膜常用4环，金属膜常用5环。常用颜色：棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、黑、银、金这12中颜色。色环中1环表示精度，其它表示阻值。1.识别顺序色环电阻是应用于各种电子设备的最多的电阻类型，无论怎样安装，维修者都能方便的读出其阻值，便于检测和更换。但在实践中发现，有些色环电阻的排列顺序不甚分明，往往容易读错，在识别时，可运用如下技巧加以判断：技巧1：先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻误差的颜色是：金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。技巧2：棕色环是否是误差标志的判别。棕色环既常用做误差环，又常作为有效数字环，且常常在第一环和最末一环中同时出现，使人很难识别谁是第一环。在实践中，可以按照色环之间的间隔加以判别：比如对于一个五道色环的电阻而言，第五环和第四环之间的间隔比第一环和第二环之间的间隔要宽一些，据此可判定色环的排列顺序。技巧3：在仅靠色环间距还无法判定色环顺序的情况下，还可以利用电阻的生产序列值来加以判别。比如有一个电阻的色环读序是：棕、黑、黑、黄、棕，其值为：100×10000=1MΩ误差为1％，属于正常的电阻系列值，若是反顺序读：棕、黄、黑、黑、棕，其值为140×100Ω=14kΩ，误差为1％。显然按照后一种排序所读出的电阻值，在电阻的生产系列中是没有的，故后一种色环顺序是不对的。环颜色银金黑棕红橙黄绿兰紫灰白有效数字——0123456789数量级10^-210^-110^010^110^210^310^410^510^610^710^810^9允许偏差（℅）±10±5—±1±2——±0.5±0.25±0.1—色环含义：四色环电阻：第一色环是十位数，第二色环是个位数，第三色环是应乘颜色次幂颜色次，第四色环是误差率。五色环电阻：最后一环为误差，前三环数值乘以第四环的10颜色次幂颜色次，第一色环是百位数，第二色环是十位数，第三色环是个位数，第四色环是应乘颜色次幂颜色次，第五色环是误差率。4环电阻为碳膜，阻值为22欧姆，精度为5%五环电阻的阻值为27欧姆，精度为1%。排阻，上图是7个电阻，公用一个公共端子。一般用于上拉，公共驱动。有4、5、6、7、8等组合电阻主要特性参数总结：1、标称阻值：电阻器上面所标示的阻值。2、允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示电阻器的精度。允许误差与精度等级对应关系如下：±0.5%-0.05、±1%-0.1(或00）、±2%-0.2(或0）、±5%-Ⅰ级、±10%-Ⅱ级、±20%-Ⅲ级3、额定功率：在正常的大气压力90-106.6KPa及环境温度为－55℃～＋70℃的条件下，电阻器长期工作所允许耗散的最大功率。线绕电阻器额定功率系列为（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500。非线绕电阻器额定功率系列为（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、25、50、1004、额定电压：由阻值和额定功率换算出的电压。5、最高工作电压：允许的最大连续工作电压。在低气压工作时，最高工作电压较低。6、温度系数：温度每变化1℃所引起的电阻值的相对变化。温度系数越小，电阻的稳定性越好。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。7、老化系数：电阻器在额定功率长期负荷下，阻值相对变化的百分数，它是表示电阻器寿命长短的参数。8、电压系数：在规定的电压范围内，电压每变化1伏，电阻器的相对变化量。9、噪声：产生于电阻器中的一种不规则的电压起伏，包括热噪声和电流噪声两部分，热噪声是由于导体内部不规则的电子自由运动，使导体任意两点的电压不规则变化。2.电容常用电容有无极性与有极性两大类，后者可以做到比较大的容量，比如当前的所谓超级电容。2.1电容的主要特性参数2.1.1容量与误差实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围。一般分为3级：I级±5%，II级±10%，III级±20%。在有些情况下，还有0级，误差为±20%。精密电容器的允许误差较小，而电解电容器的误差较大，它们采用不同的误差等级。常用的电容器其精度等级和电阻器的表示方法相同。用字母表示：D——005级——±0.5%；F——01级——±1%；G——02级——±2%；J——I级——±5%；K——II级——±10%；M——III级——±20%。2.1.2额定工作电压电容器在电路中能够长期稳定、可靠工作，所承受的最大直流电压，又称耐压。对于结构、介质、容量相同的器件，耐压越高，体积越大。2.1.3温度系数在一定温度范围内，温度每变化1℃，电容量的相对变化值。温度系数越小越好。2.1.4绝缘电阻用来表明漏电大小的。一般小容量的电容，绝缘电阻很大，在几百兆欧姆或几千兆欧姆。电解电容的绝缘电阻一般较小。相对而言，绝缘电阻越大越好，漏电也小。2.1.5损耗在电场的作用下，电容器在单位时间内发热而消耗的能量。这些损耗主要来自介质损耗和金属损耗。通常用损耗角正切值来表示。2.1.6频率特性电容器的电参数随电场频率而变化的性质。在高频条件下工作的电容器，由于介电常数在高频时比低频时小，电容量也相应减小。损耗也随频率的升高而增加。另外，在高频工作时，电容器的分布参数，如极片电阻、引线和极片间的电阻、极片的自身电感、引线电感等，都会影响电容器的性能。所有这些，使得电容器的使用频率受到限制。不同品种的电容器，最高使用频率不同。小型云母电容器在250MHZ以内；圆片型瓷介电容器为300MHZ；圆管型瓷介电容器为200MHZ；圆盘型瓷介可达3000MHZ；小型纸介电容器为80MHZ；中型纸介电容器只有8MHZ。2.2无极性电容这类电容就是两个箔型极板加上电介质材料。常见的卷起来的圆筒，或者方筒。单绕的可能有电感效应，双绕的没有电感效应，电容还有电阻效应。衡量一个无极性电容的指标很多。薄膜电容，一般具有比较好的特性，多数用来做积分电容、EMI电磁兼容滤波电容。标记方法同电阻，单位默认为pf，后缀加n则为nf。1nf=1000pf直插式独石电容与贴片式独石电容，注意贴片式电容一般无任何标记！一般用于高频信号、高频滤波，价格中等。最廉价的是瓷片电容，用于民用电器。2.3电解电容直插及表帖的铝电解电容。直插及表贴的钽电解电容。特点是耐储存，稳定性远优于铝电解电容。缺点是成本高，一般不做大容量。一般用于精密工业设备。超级电容，特点是容量大，放电快，放电大电流。某些时候可以部分替代电池的功能。3.电感3.1电感的种类电感普遍是线圈类型，小的容量采用空心，一般用于高频电路。其它一律使用磁芯材料做骨架，极少会使用铁芯做骨架。3.2电感器的主要参数电感器的主要参数有电感量、允许偏差、品质因数、分布电容及额定电流等。3.2.1电感量电感量也称自感系数，是表示电感器产生自感应能力的一个物理量。电感器电感量的大小，主要取决于线圈的圈数（匝数）、绕制方式、有无磁心及磁心的材料等等。通常，线圈圈数越多、绕制的线圈越密集，电感量就越大。有磁心的线圈比无磁心的线圈电感量大；磁心导磁率越大的线圈，电感量也越大。电感量的基本单位是亨利（简称亨），用字母“H”表示。常用的单位还有毫亨（mH）和微亨（μH），它们之间的关系是：1H=1000mH；1mH=1000μH。3.2.2允许偏差允许偏差是指电感器上标称的电感量与实际电感的允许误差值。一般用于振荡或滤波等电路中的电感器要求精度较高，允许偏差为±0.2%~±0.5%；而用于耦合、高频阻流等线圈的精度要求不高；允许偏差为±10%~15%。3.2.3品质因数品质因数也称Q值或优值，是衡量电感器质量的主要参数。它是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。电感器品质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等引起的损耗等有关。3.2.4分布电容分布电容是指线圈的匝与匝之间、线圈与磁心之间存在的电容。电感器的分布电容越小，其稳定性越好。3.2.5额定电流额定电流是指电感器有正常工作时反允许通过的最大电流值。若工作电流超过额定电流，则电感器就会因发热而使性能参数发生改变，甚至还会因过流而烧毁。4.二极管二极管在结构上就是一个PN结。因为制造材料和用途的不同，又可能分为整流管、高速开关二极管、LED等等。常见的普通交流整流二极管IN4007，6A10。主要用于中小功率整流，一般用于400Hz以下的频率。使用中主要考虑耐压和最大电流两个指标。大功率整流二极管，螺栓结构。一般电流可以达到200A以上。主要用于工业应用，例如电镀系统的整流。电镀系统使用几万安培的电流时很普通的事情。高速开关二极管，上图1N4148高速开关管（100mA/100V），主要用于信号处理及小功率整流应用，例如甲流信号精密整流电路。高速肖特基整流二极管，上图为1N582