电子设计从零开始

电子设计从零开始
系列讲座
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应用电子技术
从零开始
目　录
第1章 元件
第2章 电子线路基础
第3章 常用电子仪器
第4章 焊接和元器件装配
第5章 印刷电路板的设计和制作
第6章 电子电路基础实验
第7章 课程设计
第8章 电子电路实训
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第1章 元 件
1.1 电阻器
1.2 电容器
1.3 电感器
1.4 变压器和继电器
1.5 半导体二极管和三极管
1.6 集成运放和稳压器
1.7 接插件
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第1章 元 件
1.1 电阻器
1.1.1 概述
电阻器在所有的电子设备中是必不可少的，在电路中常用来进行电压、电流的控制和传送。电阻器通常按如下方法进行分类：
按材料分：主要有碳质电阻、碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等。
按结构分：主要分为固定电阻和可变电阻。
按用途分：有精密电阻、高频电阻、高压电阻、大功率电阻、热敏电阻等。
1.1.2 电阻器的参数
电阻器的参数主要包括标称阻值、额定功率、精度、最高工作温度、最高工作电压、噪声系数及高频特性等，在挑选电阻器的时候主要考虑其阻值、额定功率及精度。至于其他参数，如最高工作温度、高频特性等只在特定的电气条件下才予以考虑。
1．标称阻值
电阻器的标称阻值通常在电阻的表面标出。标称阻值包括阻值及阻值的最大偏差两部分，通常所说的电阻值即标称电阻中的阻值，这是一个近似值。它与实际的阻值是有一定偏差的。标称值按误差等级分类，国家规定有E24、E12、E6系列，如表1.1所示。

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第1章 元 件
表1.1 E24、E12、E6系列的具体规定
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第1章 元 件
标称值一般用色标法、直标法和文字符号描述法来表示。
① 色标法：用不同的颜色表示不同的数值和误差，详见表1.2所示，电阻器有三环表示和四环表示两种表示方法。
表1.2 电阻色环与数值的对应关系
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第1章 元 件
下面以四环表示法为例来具体说明电阻是如何用色环表示的：
第一色环（从电阻器上看是离端头最近的一环）、第二色环、第三色环分别表示数值X、Y、Z则电阻阻值为R=XY×10Z，第四色环仅表示该电阻的误差。三环表示的时候只有第一环表示基数，第二环表示十的指数，第三环表示误差。
②
直标法和文字符号表示法：直标法就是在电阻上直接标出电阻的数值。文字符号表示法是把文字、数字有规律的结合起来表示电阻的阻值和误差。符号规定如下：欧姆用“”来表示，千欧姆用“k”来表示，兆欧姆用“M”来表示。
2．电阻器的额定功率表示符号
电阻器有电流流过时会发热，如果温度过高就会被烧毁。图1.1表示

在常温、常压下电阻器长期工作所能承受最大功率的表示方法。
图1.1 电阻器额定功率与对应符号
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第1章 元 件
1.1.3 常用电阻器介绍
1．碳质电阻
碳质电阻由碳粉、填充剂等压制而成，价格便宜但性能较差，现在已不常用。
2．线绕电阻
线绕电阻由电阻率较大、性能稳定的锰铜、康铜等合金线涂上绝缘层，在绝缘棒上绕制而成。阻值R=
l/s，其中为合金线的电阻率，l为合金线长，s为合金线的截面积。当、s为定值时电阻值和长度具有很好的线性关系，精度高，稳定性好，但具有较大的分布电容，较多用在需要精密电阻的仪器仪表中。
3．碳膜电阻器
碳膜电阻器是由结晶碳沉积在磁棒或瓷管骨架上制成的，稳定性好、高频特性较好、并能工作在较高的温度下（70C），目前在电子产品中得到广泛的应用。其涂层多为绿色。
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第1章 元 件
4．金属膜电阻
与碳膜电阻相比，金属膜电阻只是用合金粉替代了结晶碳，除具有碳膜电阻的特性外，能耐更高的工作温度。其涂层多为红色。
5．热敏电阻
热敏电阻的电阻值随着温度的变化而变化，一般用做温度补偿和限流保护等。从特性上可分为两类：正温度系数电阻和负温度系数电阻。正温度系数的阻值随温度升高而增大，负温度系数的电阻则相反。
热敏电阻在结构上分为直热式和旁热式两种。直热式是利用电阻体本身通过电流产生热量，使其电阻值发生变化，旁热式热敏电阻器由两个电阻组成，一个电阻为热源电阻，另一个为热敏电阻。
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金属膜电阻器
碳膜电阻器
贴片电阻器
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第1章 元 件
6．贴片电阻
该类电阻目前常用在高集成度的电路板上，它体积很小，分布电感、分布电容都较小，适合在高频电路中使用。一般用自动安装机安装，对电路板的设计精度有很高的要求，是新一代电路板设计的首选组件。
1.1.4 电位器
电位器实际上是一种可变电阻器，可采用上述各种材料制成。电位器通常由两个固定输出端和一个滑动抽头组成。
按结构电位器可分为单圈、多圈；单联、双联；带开关；锁紧和非锁紧电位器。按调节方式可分为旋转式电位器、直滑式电位器。在旋转式电位器中，按照电位器的阻值与旋转角度的关系可分为直线式、指数式、对数式。具体常用电位器形状如图1.2所示。表1.3是电位器使用材料与标志符号。
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第1章 元 件
图1.2 常用电位器的外形和符号
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第1章 元 件
表1.3 电位器使用材料与标志符号
1.1.5 用万用表测量电阻器、电位器的阻值
电阻器的测量
电阻器在使用时要进行测量，看其阻

值与标称值是否相符。用万用表测量电阻时，应用万用表中的欧姆档进行测量，测量电阻时应根据电阻值的大小选择合适的量程，以提高测量精度。同时在测量时应注意手不能同时接触被测电阻的两根引线以避免人体电阻的影响。
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第1章 元 件
电位器的测量
如图1.2所式，电位器的引线脚分别为A、B、C，开关引线脚为K和S。首先用万用表测电位器的标称值。然后再测量A、B两端或B、C两端的电阻值。并慢慢地旋转轴，若这时表针平稳的朝一个方向移动没有跳跃现象，表明滑动触点与电阻体接触良好，最后再测量K与S之间开关功能。
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第1章 元 件
1.2 电容器
1.2.1 概述
电容就是用来存储电荷的容器。比较简单的模型是两个金属板中间夹上一层绝缘材料，这层绝缘材料也可以是空气。图1.3为几种常用电容器的图形符号。
电容器在电路中通常用来隔直流、级间耦合及滤波等，在调谐电路中和电感一起构成谐振回路。在电子设备中，电容是不可缺少的组件。电容器的种类很多，其分类如下：
按结构分：分为固定电容器、半可变电容器、可变电容器。
按介质材料分：分为气体介质电容器、液体介质电容器、无机固质电容器、电解电容器（又分液式和干式）。
按阳极材料分：分为铝、钽、铌、钛电解电容等。
按极性分：分为有极性、无极性。
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第1章 元 件
图1.3 电容器常用符号
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第1章 元 件
1.2.2 电容器主要参数
1．电容器型号命名
例如，某电容器标注为CZD-250-0.47-10%，其含义如下：


C Z D 250 0.47
±10%
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第1章 元 件
2．电容量
电容量是指电容器储存电荷的能力。常用单位：法（F）、微法（F）、皮法（pF）。三者的关系为：1pF=10-6F=10-12 pF。
通常，容量在微法级的电容器直接在上面标注其容量，如47F，但皮法级的电容用数字标注其容量，如332即表明容量为3
300pF，即最后位为十的指数，这和用数字表示电阻值的方法是一样的。
3．其他参数
① 额定直流工作电压：即电容器在常温常压下，能长期可靠工作在所能承受的最大直流电压下，如果电容器工作在交流电路中，交流电压的幅值不能超过电容额定直流工作电压。
② 绝缘电阻：电容器的绝缘电阻是指电容器两极之间的电阻，或称漏电阻。漏电流与漏电阻的乘积为电容器两端所加的电压。绝缘电阻的大小决定了一个电容器介质性能的好坏。
国家规定了一系列容量值作为产品标称。固定电容器的标称容量系列如表1.4所示。
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第1章 元

件
2．电容量
电容量是指电容器储存电荷的能力。常用单位：法（F）、微法（F）、皮法（pF）。三者的关系为：1pF=10-6F=10-12 pF。
通常，容量在微法级的电容器直接在上面标注其容量，如47F，但皮法级的电容用数字标注其容量，如332即表明容量为3
300pF，即最后位为十的指数，这和用数字表示电阻值的方法是一样的。
3．其他参数
① 额定直流工作电压：即电容器在常温常压下，能长期可靠工作在所能承受的最大直流电压下，如果电容器工作在交流电路中，交流电压的幅值不能超过电容额定直流工作电压。
② 绝缘电阻：电容器的绝缘电阻是指电容器两极之间的电阻，或称漏电阻。漏电流与漏电阻的乘积为电容器两端所加的电压。绝缘电阻的大小决定了一个电容器介质性能的好坏。
国家规定了一系列容量值作为产品标称。固定电容器的标称容量系列如表1.4所示。
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第1章 元 件
表1.4 固定式标称容量系列E24、E12、E6
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第1章 元 件
1.2.3 常用电容器
1．电解电容器
电解电容器是目前用得较多的大容量电容器，它体积小、耐压高（一般耐压越高体积也就越大），其介质为正极金属片表面上形成的一层氧化膜。负极为液体、半液体或胶状的电解液。因其有正负极之分，故只能工作在直流状态下，如果极性用反，将使漏电流剧增，在此情况下电容器将会急剧变热而损坏，甚至会引起爆炸。一般厂家会在电容器的表面上标出正极或负极，新买来的电容器引脚长的一端为正极。
目前铝电容用的较多，钽、铌、钛电容相比之下漏电流小，体积小，但成本高，通常用在性能要求较高的电路中。
2．云母电容
用云母片做介质的电容器，高频性能稳定，耐压高（几百伏～几千伏），漏电流小，但容量小，体积大。
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第1章 元 件
3．瓷质电容
采用高介电常数、低损耗的陶瓷材料作介质，电容器的体积小、损耗小、绝缘电阻大、漏电流小、性能稳定，可工作在超高频段，但耐压低，机械强度较差。
4．玻璃釉电容
玻璃釉电容具有瓷质电容的优点，但比同容量的瓷质电容体积小，工作频带较宽，可在125C下工作。
5．纸介电容
纸介电容的电极用铝箔、锡箔做成，绝缘介质是浸醋的纸，锡箔或铝箔与纸相叠后卷成圆柱体，外包防潮物质。体积小、容量大，但性能不稳定，高频性能差。
6．聚苯乙烯电容器
聚苯乙烯电容器是一种有机薄膜电容器。以聚苯乙烯为介质，用铝箔或直接在聚苯乙烯薄膜上蒸上一层金属膜为电极。绝缘电阻大、耐压高、漏电流小、精度高，但耐热性差，焊接时，过热会

损坏电容。
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第1章 元 件
7．片状电容器
目前，片状电容器广泛用在混合集成电路、电子手表电路和计算机中。有片状陶瓷电容、片状钽电容、片状陶瓷微调电容等。其体积小、容量大。
8．独石电容
独石电容器是以钛酸钡为主的陶瓷材料烧结而成的一种瓷介质电容器，体积小、耐高温、绝缘性能好、成本低，多用于小型和超小型电子设备中。
9．可变电容器
可变电容器种类很多，按结构可分为单连（一组定片，一组动片）、双连（二组动片，二组定片）、三连
、四连等。按介质可分为空气介质、薄膜介质电容器等。其中空气介质电容器使用寿命长，但体积大。一般单连用于直放式收音机的调谐电路，双连用于超外差式收音机。薄膜介质电容器在动片和定片之间以云母或塑料片做介质，其体积小，重量轻。图1.4所示为空气单连、双连可变电容器及其在电路中的符号。
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第1章 元 件
图1.4 空气单连、双连可变电容器及在电路中的符号表示
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第1章 元 件
10．半可调电容器（微调电容器）
半可调电容器在电路中主要用做补偿和校正。调节范围为几十皮法。常用的半可调电容器有：有机薄膜介质微调电容器、瓷介质微调电容器、拉线微调电容器和云母微调电容器等。图1.5为几种微调电容的外形图及其在电路中的符号。
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第1章 元 件
图1.5 各种微调电容的外形和电路中的符号
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第1章 元 件
1.2.4 用万用表检测电容器
在电容器使用前，必须对电容器进行测量，对于电容器的测量应用专用仪器，如电容测量仪。在某些情况下，对电容量大于0.1μF的电容器，可用万用表进行检测。其检测方法是：首先根据电容器容量的大小选择合适的量程，通常为：0.1-10μF选用R*K档，10-300μF选用R*10K档。然后用表笔分别接触电容器的两根引线，表针若先朝顺时针方向转动，然后又慢慢地向反方向退回到R=∞的位置（零点位置）。当指针不能回到零点时说明电容器漏电，如果表针距零点位置较远，表示电容器漏电严重，不能使用。
1.3 电感器
1.3.1 概述
电感器有存储电磁能的作用，在电路中表现为阻碍电流的变化。多用漆包线、纱包线绕在铁心、磁心上构成，圈与圈之间相互绝缘。电路中用L表示。图1.6为几种电感器的符号。
电感按形式可分为固定电感、可变电感和微调电感。
按磁体的性质可分为空心线圈、磁心线圈。
按结构分为单层线圈、多层线圈。
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第1章 元 件
图1.6 各种电感器符号
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第1章 元 件
1.3.2 电感器的主要参数
1．电感量
电感量的单位有亨利（H）、毫亨（mH）、微亨

（H）。换算关系为1H=103mH=106H。
2．品质因数（Q值）
品质因数是电感的主要参数，如果线圈的损耗小则Q值就高，反之Q值低。
3．分布电容
由于绝缘的线圈相当于电容器的两极，则电感上就会分布有许多的小电容，称为分布电容。分布电容的存在是导致品质因数下降的主要因素。所以一般通过各种方法来减小分布电容。
4．额定电流
额定电流主要对高频电感器和大功率调谐电感器而言，要求正常工作时通过电感器的电流小于其额定电流。
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