第2章常用电子元器件的应用_1

1第2章常用电子元器件的应用第2章常用电子元器件的应用2第2章常用电子元器件的应用第2章常用电子元器件的应用2.1电阻器2.2电容器2.3晶体管2.4表面贴装元器件2.5光电耦合器2.6继电器2.7功率驱动2.8显示器件3第2章常用电子元器件的应用第2章常用电子元器件的应用本章从设计的角度出发，扼要介绍几种常用电子元器件的原理与特性。设计时选用各种电子元器件通常遵循以下三条原则：1、元器件的技术参数必须完全满足系统的要求，并留有合理的余地；2、最高性能/价格比；3、满足系统的结构要示（如体积、封装形式等）。4第2章常用电子元器件的应用2.1电阻器电阻器是一种无源电子元件，是构成电路不可或缺、也是使用最多的基本元件之一。据统计，在典型电子系统的诸多电子元器件中，电阻器占元器件总数的40%以上，虽不起眼，但十分重要。5第2章常用电子元器件的应用2.1.1主要技术参数1、标称阻值标注于电阻体上的名义阻值。阻值的单位为：=10-3=10-6M=10-9G1/4W以上的金属膜电阻采用直接标注法。1/4W及1/4W以下的金属膜电阻采用四色或五色环标注。6第2章常用电子元器件的应用2、允许误差其中：R标为标称阻值，R实为实际阻值。表2.1.2表示了几种允许误差值。其中市场上金属膜电阻中最常见的为5%。≤1%属精密电阻范畴。目前精密电阻的允许误差可达0.001%.电阻生产厂家，根据电阻的种类和允许误差，按表2.1.2系列标称值生产普通固定电阻器。它覆盖了一定允许误差下的数个阻值范围。%100标实标允许误差RRR7第2章常用电子元器件的应用表2.1.2普通固定电阻标称值系列允许误差5%1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.110%1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.220%1.01.52.23.34.76.88第2章常用电子元器件的应用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,电阻长期工作所允许耗散的最大功率。表2.1.3为各种电阻额定功率的标称系列值.通常额定功率与电阻的体积直接相关,即体积愈大额定功率愈高。9第2章常用电子元器件的应用表2.1.3电阻器额定功率标称系列值类型标称值额定功率(w)线绕固定电阻器0.050.1250.250.512481016254075100150250500电位器0.250.1250.250.5125102550100非线绕固定电阻器0.050.1250.250.5125102550100电位器0.0250.050.10.250.512310第2章常用电子元器件的应用4、最高工作电压定义：允许的最大连续工作电压。部分碳膜、金属膜电阻的最高工作电压如表2.1.4和表2.1.5所示。该电压与气压有关,气压愈低、最高工作电压也愈低。11第2章常用电子元器件的应用表2.1.4部份碳膜电阻器的最大工作电压数规格型号额定功率(W)标称电阻范围最高工作电压(V)RT-0.1250.1255.1Ω-1MΩ100RT-0.250.2510Ω-5.1MΩ350RT-0.50.510Ω-10MΩ400RT-1127Ω-10MΩ500RT-2247Ω-10MΩ750RT-5547Ω-10MΩ800RT-1010100012第2章常用电子元器件的应用表2.1.5部份碳膜电阻器的最大工作电压数规格型号额定功率(W)标称电阻范围最高工作电压(V)RT-0.1250.12530Ω-510MΩ150RT-0.250.2530Ω-1MΩ200RT-0.50.510Ω-1MΩ250RT-1130Ω-10MΩ300RT-2230Ω-10MΩ35013第2章常用电子元器件的应用5、温度系数温度系数为温度每变化1℃，所引起的阻值相对变化的百分主率：温度系数=式中：实际阻值的变化量，R实为实际阻值。6、噪声产生于电阻体内的一种不规则电压变化，热噪声是由导体内部不规则的电子自由运力所形成。此外还有电流噪声。CtRR1%100实14第2章常用电子元器件的应用2.1.2分类、特性与应用场合1、普通电阻器与电位器的特性碳膜电阻是用结晶碳沉积在瓷棒上制成。改变碳膜厚度和用刻槽的方法变更电阻体的有效长度可精确控制其阻值。其高频特性与阻值稳定性较好，价格低廉，是民用电子产中的首选品种。金属膜电阻的导电体是用真空蒸发等方法沉积在瓷棒上形成的。其导电体分别可以是合金膜、金属氧化膜、金属箔导。其阻值范围宽，电性能优于碳膜电阻，最高工作温度可达155℃,价格适中，是目前市场中最常见的品种。常用于要求较高的电子系统中。线绕电阻和电位器是用电阻率大的镍铬、锰铜导电阻线绕制而成。耐高温（能在300℃高温下稳定工作），噪声较少，精度易做高，额定功率可以达300W，常用于制作精密电阻或应用于功率要求较大的低频或电源电路中。由于分布电感大，不宜用于较高频率的电路。15第2章常用电子元器件的应用2、几种常用的特殊电阻（1）敏感电阻敏感电阻是指器件特性对温度、电压、光照、温度、气体、压力、磁场等作用敏感的电阻。Pt热敏电阻是一种以金属材料铂（Pt）为敏感体的薄膜型热敏电阻。这是一种性能、精度最优越，线性度良好，价格昂贵的热敏电阻，主要用于精确的温度测量。例如Pt100,是0℃时阻值为100的Pt电阻。NTC是一种采用过度金属氧化物混合压制而成的热敏电阻，其温度系数一般为-2%～6%/℃。可用于测温或电路的温度补偿。压敏电阻是一种以氧化锌为材料的对电压敏感的片状电阻。当电阻两端的电压到达某压敏电压值时，电阻迅速导通。常用于防雷击电路和晶闸管过压保护等。16第2章常用电子元器件的应用2、几种常用的特殊电阻湿敏电阻是由感湿层，电极，绝缘体组成，湿敏电阻主要包括氯化锂湿敏电阻，碳湿敏电阻，氧化物湿敏电阻几种。氧化锂湿敏电阻随湿度上升而电阻减小，缺点是测湿范围小，特性不好，受温度影响大。碳湿敏电阻缺点为低温灵敏度低，阻值受温度影响大。氧化物湿敏电阻性能较优越，可长期使用，温度影响小，阻值与温度变化呈线性关系。光敏电阻是电导率随着光照度的变化而变化的电子元件，当某种物质受到光照时，载流子的浓度增加从而增加了电导率，这是光电导效应。常于来进行照度测量。力敏电阻是一种阻值随压力变化而变化的电阻，国外称为压电电阻器。所谓压力电阻效应即半导体材料的电阻率随机械应力的变化而变化的效应。可制成各种力矩计，半导体话筒，压力传感器等。主要品种有硅力敏电阻器，硒碲合金力敏电阻器，相对而言，合金电阻器具有更高的灵敏度。气敏电阻是利用某些半导体吸收某种气体发生氧化还原反应的原理而制成，主要成分是金属氧化物。主要品种有：金属氧化物气敏电阻、复合氧化物气敏电阻、陶瓷气敏电阻等。常用于气体检测。17第2章常用电子元器件的应用（2）电阻网络俗称“电阻排”。它是以高铝瓷做基体，采用高稳定性、高可靠性的饧系玻璃釉电阻材料，在高温下烧结而成。电阻网络承受功率大（单个电阻1/8或1/4W），温度系数小（±300ppm/℃）,阻值范围宽（10～1M）,特别是体积小，适用小型化电子系统。图2.1.2中所示各种电阻网络中以4～10个电阻组成的边侧并联单列直插型式的最为常见。18第2章常用电子元器件的应用图2.1.2电阻网络(a)阻值相同的标准型电阻网络；(b)分压电阻网张；（c）混合电阻网络；(d)R/2R电阻网张；（e）一种8×10边侧并联单直插式电阻网络外形19第2章常用电子元器件的应用（3）3296W型玻璃釉予调电位器图2.1.3为该电位器的外形图。这种电位器阻值范围为100Ω～1MΩ，阻值允许误差为±10%,接触电阻变化为≤3%R或5Ω,耐压640Vac,极根触点电流100mA,额定功率为0.5W@70℃,温度系数为±250ppm/℃(ppm=10-6),总机械行程为28±2圈。其标称阻值如表2.1.7所示。由于允许使用者调节28圈，故广泛用于电路里需要精细调整的场合。但由于结构的限制，只能应用在频率较低的电路里。20第2章常用电子元器件的应用2.1.3电阻器的应用1、根据电路对电阻的要求，选取相应种类的电阻当完成电路设计时，首先需要根据电路对电阻工作频率、功率、精度确定电阻的种类。例如阻值在30～10M之间，噪声要求较小，功率不大于2W，工作频率在10MHz以下,应优先选用金属膜电阻；如对电性能要求一般，便价格要低，则应选碳膜电阻；若实际电功率大于1W，且在低频电路中使用，则可选线绕电阻；若工作频率高于10MHz,则建议选用小型表贴电阻（见2.4节）。21第2章常用电子元器件的应用2.1.3电阻器的应用2、根据误差要求，按表2.1.2选系列标称值[例1]LED限流电阻的选用图2.1.4LED限流电路图2.1.4是一种利用发光二极管LED指示电压V的电路。有关LED的特性见2.8.2节。LED导通发光时的正向压降V=1.2～1.7V,高亮LDE正常亮度对应的电流If=1～3mA.现取If=2mA,Vf=1.6V，则相应的限流电阻为k7.1/)(ffIVVR22第2章常用电子元器件的应用[例1]LED限流电阻的选用显然限流电阻R的取值直接影响LED的亮度。因LED仅做为电压有无的指示，故对亮度，也就是对R的误差无要求。考虑到市场最常见的是±5%的电阻，故根据表2.1.2可选1.6k或1.8的电阻均可。23第2章常用电子元器件的应用[例2]DVM量程扩展电路[例2]DVM量程扩展电路图2.1.5DVM量程扩展电路图2.1.5是一个利用电阻衰减器进行数字电压表(DVM)量程扩展地电路。设DVM的输入电阻Ri=，R2=1KΩ，R1=9KΩ，则可将DVM基本量程扩展为Vi=10Vx。设DVM量程扩展的换档允许误差为±1%,则R1、R2的允许误码差应为±0.5%,即R1、R2必须选精密电阻。24第2章常用电子元器件的应用3、减额设计从电子系统可靠性设计有式中：A为元器件失效率的加速度系数,常数，通常=5,而减额因子S式中应力在电子系统中为一些常规物理量，如电压、电流、功率、频率、扇出等。（1）功率减额设计当应力为功率时，则对于薄膜电阻而言，通常S≤0.5，即P实际≥2P额定。对[例1]中的R而言，其实际消耗功率为故P额定≥13.6mW,根据表2.1.3即P额定可选为0.05W或0.125W。显然实际的S将远小于0.5,这将对统统的可靠性十分有利。SA额定应力实际应力S1＜PPS额定实际mW8.6)(ffVVIP实际25第2章常用电子元器件的应用（2）电压减额设计当电应力指电压时，则若[例2]的Vx为20V,则扩展量程后，R1承受的最大电压V实际（max）=180V。考虑到器件发热及温度系数的影响，最好根据表2.1.6选用额定功率2W的金属膜电阻，电压减额因子常为S=0.5。当电阻应用于电压超过100V的电路，选用时必须考虑电压减额。额定最高电压实际PVS(max)26第2章常用电子元器件的应用4、精确电阻的获得在模拟电子电路中，许多场合都需要十分准确的电阻，如桥式传感器、有源滤波器、精密电阻衰减器、电流一电压变换器等等。精密电阻难以从市场上直接购得，往往必须向电阻生产厂家直接订制。这种办法供货周期长、价格昂贵。直接用一只大于所需阻值的3296W型予调电阻可替代精密电阻。如果用图2.1.6的办法，使R1≈0.9R,予调电阻W≈0.3R则可以更好地取代R，并且W很容易可调到1/1000的精度。例如9kΩ±0.5%的电阻可用一只8.2kΩ(±5%)的固定电阻和一只2kΩ的3296W予调电阻代替。•图2.1.6精密电阻的替代27第2章常用电子元器件的应用5、注意噪声和频率特性的要求（1）一般线绕电阻（无感线绕电阻除外）,具有较大的分布电感，高频特性差。且