电子元件基础知识(电阻晶体三极管）.pdf

电子元件基础知识 电子元件基础知识 电阻，英文名 resistance，通常缩写为 R，它是导体的一种基本性质，与导体的 尺寸、材料、温度有关。欧姆定律说，IU/R，那么 RU/I，电阻的基本单位是 欧姆，用希腊字母“Ω”表示，有这样的定义导体上加上一伏特电压时，产生 一安培电流所对应的阻值。 电阻的主要职能就是阻碍电流流过。 事实上， “电阻” 说的是一种性质，而通常在电子产品中所指的电阻，是指电阻器这样一种元件。 师傅对徒弟说“找一个 100 欧的电阻来”，指的就是一个“电阻值”为 100 欧姆的电阻器，欧姆常简称为欧。表示电阻阻值的常用单位还有千欧（kΩ）， 兆欧（MΩ）。 １、电阻器的种类 电阻器的种类有很多，通常分为三大类固定电阻，可变电阻，特种电阻。 在电子产品中， 以固定电阻应用最多。 而固定电阻以其制造材料又可分为好多类， 但常用、常见的有ＲＴ型碳膜电阻、ＲＪ型金属膜电阻、ＲＸ型线绕电阻，还有 近年来开始广泛应用的片状电阻。型号命名很有规律，Ｒ代表电阻，Ｔ－碳膜， Ｊ－金属，Ｘ－线绕，是拼音的第一个字母。在国产老式的电子产品中，常可以 看到外表涂覆绿漆的电阻，那就是ＲＴ型的。而红颜色的电阻，是ＲＪ型的。一 般老式电子产品中，以绿色的电阻居多。为什么呢这涉及到产品成本的问题， 因为金属膜电阻虽然精度高、温度特性好，但制造成本也高，而碳膜电阻特别价 廉，而且能满足民用产品要求。 电阻器当然也有功率之分。常见的是 1/8 瓦的“色环碳膜电阻”，它是电子 产品和电子制作中用的最多的。当然在一些微型产品中，会用到 1/16 瓦的电阻， 它的个头小多了。再者就是微型片状电阻，它是贴片元件家族的一员，以前多见 于进口微型产品中，现在电子爱好者也可以买到了（做无线窃听器） ２、电阻器的标识 这些直接标注的电阻，在新买来的时候，很容易识别规格。可是在装配电 子产品的时候，必须考虑到为以后检修的方便，把标注面朝向易于看到的地方。 所以在弯脚的时候，要特别注意。在手工装配时，多这一道工序，不是什么大问 题，但是自动生产线上的机器没有那么聪明。而且，电阻器元件越做越小，直接 标注的标记难以看清。因此，国际上惯用“色环标注法”。事实上， “色环电阻” 占据着电阻器元件的主流地位。“色环电阻”顾名思义，就是在电阻器上用不同 颜色的环来表示电阻的规格。有的是用４个色环表示，有的用５个。有区别么 是的。４环电阻，一般是碳膜电阻，用３个色环来表示阻值，用１个色环表示误 差。５环电阻一般是金属膜电阻，为更好地表示精度，用４个色环表示阻值，另 一个色环也是表示误差。下表是色环电阻的颜色-数码对照表 颜色 有效数字 乘数 允许偏差 黑色 0 10 的 0 次方 棕色 1 10 的 1 次方 /- 1 红色 2 10 的 2 次方 /- 2 橙色 3 10 的 3 次方 ----- 黄色 4 10 的 4 次方 ----- 绿色 5 10 的 5 次方 /- 0.5 蓝色 6 10 的 6 次方 /- 0.2 紫色 7 10 的 7 次方 /- 0.1 灰色 8 10 的 8 次方 ----- 白色 9 10 的 9 次方 5-20 无色 ----- ----- /- 20 银色 ----- ----- /- 10 金色 ----- ----- /- 5 色环电阻的规则是最后一圈代表误差，对于四环电阻，前二环代表有效值， 第三环代表乘上的次方数。不要怕，记住颜色和数码就行啦，其他的不用记。有 一个秘诀面对一个色环电阻，找出金色或银色的一端，并将它朝下，从头开始 读色环。例如第一环是棕色的，第二环是黑色的，第三环是红色的，第四环是金 色的，那么它的电阻值是 1、0，第三环是添零的个数，这个电阻添 2 个零，所 以它的实际阻值是 1000Ω，即 1kΩ。 ３、可变电阻 可变电阻又称为电位器，电子设备上的音量电位器就是个可变电阻。但是一 般认为电位器都是可以被手动调节的，而可变电阻一般都较小，装在电路板上不 经常调节。可变电阻有三个引脚，其中两个引脚之间的电阻值固定，并将该电阻 值称为这个可变电阻的阻值。 第三个引脚与任两个引脚间的电阻值可以随着轴臂 的旋转而改变。这样，可以调节电路中的电压或电流，达到调节的效果。 电位器也可理解成阻值可变的可调电阻，但它并不同于可变电阻，电位器 的引脚都在 3 脚以上。电位器的作用主要是调节各种信号或电压的值，除了主机 中的各板卡以外，它的使用还是很广泛的，从彩显到有源多媒体音箱几乎所有设 备都有电位器的存在。在通常情况下，我们最好不要去动电路中的电位器（机外 各种调节旋钮电位器除外），尤其是电源部分的，因为很多值我们在手工条件下 是根本无法调节到最佳值的。当然，如果是因为损坏而一定要更换时就另当别论 了， 但是也一定要选用同一规格的电位器且要把它调到和原电位器差不多的条件 下再试机，这样做就可保险一些了。另外电位器的制作材料也是不尽相同的，大 体上分三类金属膜电位器、合成碳质电位器、金属－玻璃釉电位器。 注在电路中电位器的符号为“W”。 ４、特种电阻 光敏电阻是一种电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的元件，光越强 阻值越小，光越弱阻值越大。其外形和电路符号如图 2 所示。如果把光敏电阻的 两个引脚接在万用表的表笔上， 用万用表的 R1k 挡测量在不同的光照下光敏电 阻的阻值将光敏电阻从较暗的抽屉里移到阳光下或灯光上，万用表读数将会发 生变化。在完全黑暗处，光敏电阻的阻值可达几兆欧以上（万用表指示电阻为无 穷大，即指针不动），而在较强光线下，阻值可降到几千欧甚至 1 千欧以下。 利用这一特性，可以制作各种光控的小电路来。事实上街边的路灯大多是用 光控开关自动控制的， 其中一个重要的元器件就是光敏电阻 （或者是光敏三级管， 一种功能相似的带放大作用的半导体元件）。光敏电阻是在陶瓷基座上沉积一层 硫化镉（CdS）膜后制成的，实际上也是一种半导体元件。新村里声控楼道灯在 白天不会点亮，也是因为光敏电阻在起作用。我们可以用它制作电子报晓鸡，清 晨天亮时喔喔叫。 热敏电阻是一个特殊的半导体器件， 它的电阻值随着其表面温度的高低的变 化而变化。它原本是为了使电子设备在不同的环境温度下正常工作而使用的，叫 做温度补偿。新型的电脑主板都有 CPU 测温、超温报警功能，就是利用了的热敏 电阻。 电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作 用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母 C 表示。顾名思义，电容器就是 “储存电荷的容器” 。 尽管电容器品种繁多， 但它们的基本结构和原理是相同的。 两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容 器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容 量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。 不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加 1 伏特直流电 压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉（F）。但 实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比 1 法拉小得多， 常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关 系是1 法拉（F） 1000000 微法（μF） 1 微法（μF） 1000 纳法（nF） 1000000 皮法（pF） 在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以 充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收 音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有 一个特点，一般 1μF 以上的电容均为电解电容，而 1μF 以下的电容多为瓷片电 容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电 容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（）、负（-）极， 与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。 把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿即使把电源断 开，两个引脚间仍然会有残留电压（学了以后的教程，可以用万用表观察），我 们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为 电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释 放的过程，称为电容器的放电。 举一个现实生活中的例子，我们看到市售的整流电源在拔下插头后，上面的 发光二极管还会继续亮一会儿，然后逐渐熄灭，就是因为里面的电容事先存储了 电能，然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波，不知你有没 有用整流电源听随身听的经历， 一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用 了较小容量的滤波电容，造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个 较大容量的电解电容（1000μF，注意正极接正极），一般可以改善效果。发烧 友制作 HiFi 音响，都要用至少 1 万微法以上的电容器来滤波，滤波电容越大， 输出的电压波形越接近直流， 而且大电容的储能作用， 使得突发的大信号到来时， 电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。 这时， 大电容的作用有点像水库， 使得原来汹涌的水流平滑地输出，并可以保证下游大量用水时的供应。 电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后， 电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电路中，电容器 常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交 流电为什么能够通过电容器呢我们先来看看交流 三 二极管 三 二极管 晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如 D5 表示编号为 5 的二极 管。 1、作用二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下， 导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。正因为二极管具有 上述特性，无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、 调频调制和静噪等电路中。 电话机里使用的晶体二极管按作用可分为整流二极管（如 1N4004）、隔 离二极管（如 1N4148）、肖特基二极管（如 BAT85）、发光二极管、稳压二极管 等。 2、识别方法二极管的识别很简单，小功率二极管的 N 极（负极），在二 极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示 P 极（正极）或 N 极（负极），也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极 性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。 3、 测试注意事项 用数字式万用表去测二极管时， 红表笔接二极管的正极， 黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针 式万用表的表笔接法刚好相反。 稳压二极管 稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示，如ZD5 表示编号为 5 的稳压 管。 1、稳压二极管的稳压原理稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压 基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或 其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。 2、故障特点稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。 在这 3 种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后 2 种故障表现为电源电压 变低到零伏或输出不稳定。 常用稳压二极管的型号及稳压值如下表 型 号 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751 1N4761 稳压值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V 变容 二极管 变容二极管是根据普通二极管内部 “PN 结” 的结电容能随外加反向电压 的变化而变化这一原理专门设计出来的一 种特殊二极管。 变容二极管在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路上， 实现低 频信号调制到高频信号上，并发射出去。在工作状态，变容二极管调制电压一般 加到负极上，使变容二极管的内部结电容容量随调制电压的变化而变化。 变容二极管发生故障，主要表现为漏电或性能变差 （1）发生漏电现象时，高频调制电路将不工作或调制性能变差。 （2）变容性能变差时，高频调制电路的工作不稳定，使调制后的高频信号 发送到对方被对方接收后产生失真。 出现上述情况之一时，就应该更换同型号的变容二极管。 晶体三极管的结构和类型 晶体三极管的结构和类型 晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的 核心元件。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 结把正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，如图从三个区引出相应的电极，分别为基极 b 发射极 e 和集电极 c。 发射区和基区之间的 PN 结叫发射结，集电区和基区之间的 PN 结叫集电极。 基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP 型三极管发射区“发射“的是空穴， 其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN 型三极管发射区“发射“的 是自由电子， 其移动方向与电流方向相反， 故发射极箭头向外。 发射极箭头向外。 发射极箭头指向也是 PN 结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三 极管都有 PNP 型和 NPN 型两种类型。 三极管的封装形式和管脚识别 常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类， 引脚的排列方式具有 一定的规律，如图对于小功率金属封装三极管，按图示底视图位置放置，使三个 引脚构成等腰三角形的顶点上，从左向右依次为 e b c；对于中小功率塑料三极 管按图使其平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为 e b c。 目前，国内各种类型的晶体三极管有许多种，管脚的排列不尽相同，在使用 中不确定管脚排列的三极管，必须进行测量确定各管脚正确的位置，或查找晶体 管使用手册，明确三极管的特性及相应的技术参数和资料。 晶体三极管的电流放大作用 晶体三极管具有电流放大作用， 其实质是三极管能以基极电流微小的变化量 来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将 ΔIc/ΔIb 的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放 大倍数对于某一只三极管来说是一个定值， 但随着三极管工作时基极电流的变化 也会有一定的改变。 晶体三极管的三种工作状态 截止状态当加在三极管发射结的电压小于 PN 结的导通电压，基极电流为 零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极 和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。 放大状态当加在三极管发射结的电压大于 PN 结的导通电压，并处于某一 恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电 极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β＝ΔIc/ ΔIb，这时三极管处放大状态。 饱和导通状态当加在三极管发射结的电压大于 PN 结的导通电压，并当基 极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处 于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之 间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态 我们称之为饱和导通状态。 根据三极管工作时各个电极的电位高低， 就能判别三极管的工作状态， 因此， 电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判 别三极管的工作情况和工作状态。 使用万用电表检测三极管 三极管基极的判别根据三极管的结构示意图，我们知道三极管的基极是 三极管中两个 PN 结的公共极，因此，在判别三极管的基极时，只要找出两个 PN 结的公共极，即为三极管的基极。具体方法是将万用表调至电阻挡的 R1k 挡， 先用红表笔放在三极管的一只管脚上，用黑表笔去碰三极管的另两只管脚，如果 两次全通，则红表笔所放的管脚就是三极管的基极。如果一次没找到，则红表笔 换到三极管的另一个管脚，再测两次；如还没找到，则红表笔再换一下，再测两 次。如果还没找到，则改用黑表笔放在三极管的一个管脚上，用红表笔去测两次 看是否全通，若一次没成功再换。这样最多测量 12 次，总可以找到基极。 三极管类型的判别三极管只有两种类型，即ＰＮＰ型和ＮＰＮ型。判别 时只要知道基极是Ｐ型材料还是Ｎ型材料即可。当用万用电表 R1k 档时，黑表 笔代表电源正极，如果黑表笔接基极时导通，则说明三极管的基极为Ｐ型材料， 三极管即为ＮＰＮ型。如果红表笔接基极导通，则说明三极管基极为Ｎ型材料， 三极管即为ＰＮＰ型 开关是很常见的一种元器件，在所有的配件中都有开关，严格地讲，各种板 卡上的跳线以及键盘和鼠标的按键也都属于开关。 开关的分类笔者在此无法进行 详细叙述，因为它的分类实在是太多了，所以笔者就将其大概分成电流型开关和 电压型开关这两种，电压型开关只是用来进行信号电位的控制，比如跳线开关以 及键盘和鼠标等的开关；电流型开关是用来对电源进行控制的，比如有源音箱的 电源开关和多功能插座上的开关等，这样的开关在闭合后会有比较大的电流通 过，瞬间较大的电流会在开关内产生火花，火花又会氧化开关，所以不要对电流 型开关进行频繁的闭合、断开操作以保障其能有较长的使用寿命。 注开关在电路中的符号为“S”。