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第二章常用电子元器件
电子元器件是组成一个电子产品的重要部分。
对于电子工程技术人员来说,全面了解各类电子元器件的结构及特点,正确选择并合理地应用它们,是成功研制电子产品的重要因素之一。
2.1电阻器
2.1.1电阻器的命名方法
根据国家标准GB2470—81的规定,电阻器的型号由以下几部分组成。
表2-1电阻器的分类代号及其意义
数字或字母
代号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
G
T
W
D
意
义
电阻器
普通
普通
超高频
高阻
高温
精密
高压
特殊
高功率
可调
电位器
普通
普通
精密
函数
特殊
微调
多圈
表2-2电阻器的材料代号及其意义
字母代号
T
H
S
N
J
Y
C
I
X
意义
碳膜
合成膜
有机实芯
无机实芯
金属膜
氧化膜
沉积膜
玻璃釉膜
线绕
例如,RJ71表示精密金属膜电阻器,WSW1A表示微调有机实芯电位器。
常见的电阻器外形图如图2.1.1所示。
图2.1.1常用电阻器外形图
2.1.2电阻器的分类及特点
1.薄膜类
在玻璃或陶瓷基体上沉积一层碳膜、金属膜、金属氧化膜等形成电阻薄膜,膜的厚度一般在几微米以下。
(1)金属膜电阻(型号:
RJ)。
在陶瓷骨架表面,经真空高温或烧渗工艺蒸发沉积一层金属膜或合金膜。
其特点是:
精度高、稳定性好、噪声低、体积小、高频特性好。
且允许工作环境温度范围大(-55~+125℃)、温度系数低((50~100)×10-6/℃)。
目前是组成电子电路应用最广泛的电阻之一。
常用额定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等,标称阻值在10~10之间。
(2)金属氧化膜电阻(型号:
RY)。
在玻璃、瓷器等材料上,通过高温以化学反应形式生成以二氧化锡为主体的金属氧化层。
该电阻器由于氧化膜膜层比较厚,因而具有极好的脉冲、高频和过负荷性能,且耐磨、耐腐蚀、化学性能稳定。
但阻值范围窄,温度系数比金属膜电阻差。
(3)碳膜电阻(型号:
RT)。
在陶瓷骨架表面上,将碳氢化合物在真空中通过高温蒸发分解沉积成碳结晶导电膜。
碳膜电阻价格低廉,阻值范围宽(10~10M),温度系数为负值。
常用额定功率为1/8W~10W,精度等级为±5%、±10%、±20%,在一般电子产品中大量使用。
2.合金类
用块状电阻合金拉制成合金线或碾压成合金箔制成电阻,主要包括:
(1)线绕电阻(型号:
RX)。
将康铜丝或镍铬合金丝绕在磁管上,并将其外层涂以珐琅或玻璃釉加以保护。
线绕电阻具有高稳定性、高精度、大功率等特点。
温度系数可做到小于10
-6/℃,精度高于±0.01%,最大功率可达200W。
但线绕电阻的缺点是自身电感和分布电容比较大,不适合在高频电路中使用。
(2)精密合金箔电阻(型号:
RJ)。
在玻璃基片上粘和一块合金箔,用光刻法蚀出一定图形,并涂敷环氧树脂保护层,引线封装后形成。
该电阻器最大特点是具有自动补偿电阻温度系数功能,故精度高、稳定性好、高频响应好。
这种电阻的精度可达±0.001%,稳定性为±5×10-4%/年,温度系数为±10-6/℃。
可见它是一种高精度电阻。
3.合成类
将导电材料与非导电材料按一定比例混合成不同电阻率的材料后制成的电阻。
该电阻的最突出的优点是可靠性高,但电特性能比较差。
常在某些特殊的领域内使用(如航空航天工业、海底电缆等)。
合成类电阻种类比较多,按用途可分为通用型、高阻型和高压型等。
(1)金属玻璃釉电阻(型号:
RI)。
以无机材料做粘合剂,用印刷烧结工艺在陶瓷基体上形成电阻膜。
该电阻具有较高的耐热性和耐潮性,常用它制成小型化贴片式电阻。
(2)实芯电阻(型号:
RS)。
用有机树脂和碳粉合成电阻率不同的材料后热压而成。
体积与相同功率的金属膜电阻相当,但噪声比金属膜电阻大。
阻值范围为4.7~22M,精度等级为±5%、±10%、±20%。
(3)合成膜电阻(RH)。
合成膜电阻可制成高压型和高阻型。
高阻型电阻的阻值范围为10M~106M,允许误差为±5%、±10%。
高压型电阻的阻值范围为47~1000,耐压分10kV和35kV两挡。
(4)厚膜电阻网络(电阻排)。
它是以高铝瓷做基体,综合掩膜、光刻、烧结等工艺,在一块基片上制成多个参数性能一致的电阻,连接成电阻网络,也叫集成电阻。
集成电阻的特点是温度系数小,阻值范围宽,参数对称性好。
目前已越来越多的被应用在各种电子设备中。
4.敏感类
使用不同材料和工艺制造的半导体电阻,具有对温度、光照度、湿度、压力、磁通量、气体浓度等非电物理量敏感的性质,这类电阻叫敏感电阻。
利用这些不同类型的电阻,可以构成检测不同物理量的传感器。
这类电阻主要应用于自动检测和自动控制领域中。
2.1.3常用电阻器的标志方法
一般电子元器件的标注应反映出它们的种类、材料及主要电气参数。
电阻器常用的标注方法有直标法、文字符号法和色标法三种。
1.直标法
把元件的主要参数直接印制在元件的表面上,这种方法主要用于功率比较大的电阻。
如电阻表面上印有RXYC-50-T-1
k5-±10%,其含义是耐潮被釉线绕可调电阻器,额定功率为50W,阻值为1.5k,允许误差为±10%。
2.文字符号法
传统的电阻器文字符号标注是将电阻器的阻值、精度、功率、材料等用文字符号在电阻体上表示出来。
如阻值单位用、k、表示,精度用等级J(±5%)、K(±10%)、M(±20%),电阻器的材料可通过外表的颜色予以区别等。
随着电子元件的不断小型化,特别是表面安装元器件(SMC和SMD)的制造工艺不断进步,使得电阻器的体积越来越小,其元件表面上标注的文字符号也作出了相应改革。
一般仅用三位数字标注电阻器的数值,精度等级不再表示出来(一般小于±5%)。
具体规定如下:
(1)元件表面涂以黑颜色表示电阻器。
(2)电阻器的基本标注单位是欧姆(),其数值大小用三位数字标注。
(3)对于十个基本标注单位以上的电阻器,前两位数字表示数值的有效数字,第三位数字表示数值的倍率。
如100表示其阻值为10×100=10;223表示其阻值为22×103
=22k。
(4)对于十个基本标注单位以下的元件,第一位、第三位数字表示数值的有效数字,第二位用字母“R”表示小数点。
如3R9表示其阻值为3.9。
3.色标法
小功率电阻器使用最广泛的是色标法,一般用背景区别电阻器的种类:
如浅色(淡绿色、淡蓝色、浅棕色)表示碳膜电阻,用红色表示金属或金属氧化膜电阻,深绿色表示线绕电阻。
一般用色环表示电阻器的数值及精度。
普通电阻器大多用四个色环表示其阻值和允许偏差。
第一、二环表示有效数字,第三环表示倍率(乘数),与前三环距离较大的第四环表示精度。
精密电阻器采用五个色环标志,第一、二、三环表示有效数字,第四环表示倍率,与前四环距离较大的第五环表示精度。
有关色码标注的定义见表2-3所示。
图2.1.2所示为两种色环电阻的标注图。
图2.1.2两种色环电阻的标注图
例如标有蓝、灰、橙、金四环标注的电阻,其阻值大小为:
68×103=68000(68k),允许偏差为±5%。
标有棕、黑、绿、棕、棕五环标注的电阻,其阻值大小为:
105×101=1050(1.05k),允许偏差为±1%。
表2-3色码标注各位色环代表的意义
颜色
有效数字
倍率(乘数)
允许偏差(%)
黑
0
100
棕
1
101
±1
红
2
102
±2
橙
3
103
黄
4
104
绿
5
105
±0.5
蓝
6
106
±0.25
紫
7
107
±0.1
灰
8
108
白
9
109
金
10-1
±5
银
10-2
±10
无色
±20
2.1.4电阻器的正确选用
在选择电阻器的阻值时,应根据设计电路时理论计算电阻值,在最靠近标称值系列中选用。
普通电阻器(不包括精密电阻器)阻值标称系列值见表2-4,实际电阻器的阻值是表中的数值乘以10n(n为整数)。
表2-4电阻器阻值标称系列值
允许偏差(%)
阻值()
±5%
1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1
±10%
1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2
±20%
1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8
根据理论计算电阻器在电路中消耗的功率,合理选择电阻器的额定功率。
一般按额定功率是实际功率的1.5~3倍之间选定。
普通电阻器额定功率标称系列值见表2-5。
根据电路的具体要求。
适当选用电阻器的类型。
如在哪些稳定性、耐热性、可靠性要求比较高的电路中,应选用金属膜或金属氧化膜电阻;对于要求功率大、耐热性能好,工作频率要求不高,可选用线绕电阻;对于无特殊要求的一般电路,可使用碳膜电阻器,以降低成本。
表2-5电阻器额定功率标称系列值
电阻器类型
额定功率(W)
线绕电阻器
0.05、0.125、0.25、0.5、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500
非线绕电阻器
0.05、0.125、0.25、0.5、1、2、5、10、25、50、100
例:
由发光二极管组成的电路如图2.1.3所示。
设流过发光二极管的正向电流IF=15mA,发光二极管的正向压降约1.95V,试选定限流电阻R。
12V
图2.1.3发光二极管组成的电路
解:
计算电阻R理论值。
根据表2-4,实际选择电阻值R=680
电阻器实际消耗的功率
实际选用电阻器的额定功率为0.25W。
由于该电阻器不必要使用高精度,温度特性也不必特别考虑,故可选用一般碳膜电阻器即可。
2.2电位器
电位器是一种可调电阻,也是电子电路中用途最广泛的元器件之一。
它对外有三个引出端,其中两个为固定端,另一个是中心抽头。
转动或调节电位器转动轴,其中心抽头与固定端之间的电阻将发生变化。
常见的电位器外形图如图2.2.1所示。
图2.2.1常用电位器外形图
2.2.1电位器的性能指标
电位器与电阻器的性能指标含义在标称阻值、允许偏差、额定功率等方面是一致的,除此之外还有如下指标。
1.阻值变化规律
阻值变化规律是指电位器旋转角度(或行程)与作为分压器使用时输出电压的关系。
常见电位器的阻值变化规律有线性变化型、指数变化型、对数变化型。
2.滑动噪声
当电刷在电阻体上滑动时,电位器中心端与固定端之间的电压出现无规则的起伏,这种现象称为电位器的滑动噪声。
它是由材料电阻率分布的不均匀以及电刷滑动时接触电阻的无规律变化引起的。
3.分辨力
对输出量可实现的最精细的调节能力。
线绕电位器的分辨力较差。
4.极限电压
电位器在短时间内能承受的最高电压。
5.机械耐久性
通常以旋转(或滑动)多少次为标志,是表示电位器使用寿命的指标。
2.2.2几种常用电位器型号与规格
1.有机实芯电位器
由导电材料与有机填料、热固性树脂配制成电阻粉,经过热压,在基座上形成实芯电阻体。
该电位器的特点是结构简单、耐高温、体积小、寿命长、可靠性高,广泛用于焊接在电路板上作微调使用;缺点是耐压低、噪声大。
几种常用的有机实芯电位器性能指标见表2-6所示。
表2-6常用有机实芯电位器的性能指标
型号
特征
主尺寸
安装形式
阻值特性
额定功率
阻值范围
WS-1
普通单圈
φ12.7mm
单孔轴套
X
D,Z
0.5W
0.25W
100
~4.7M
1k
~1M
WS-2
WS16-4
普通单圈
φ17mm
支架卧式
X
0.5W
100
~2.2M
D,Z
0.25W
1k
~1M
WS19-3
同轴双连
φ18mm
防转轴套
X
D,Z
1W
0.5W
100
~4.7M
1k
~470k
WS19-4
WSW3-3
单圈微调
φ7.5mm
引线立式
0.25W
100
~1K
WS23
单圈微调
φ12.7mm
引线立式
0.5W
100
~1K
WS24
单圈微调
φ12.7mm
引线卧式
0.25W
100
~1K
2.线绕电位器
用合金电阻丝在绝缘骨架上绕制成电阻体,中心抽头的簧片在电阻丝上滑动。
线绕电位器用途广泛,可制成普通型、精密型和微调型电位器,且额定功率做的比较大、电阻的温度系数小、噪声低、耐压高。
常用的线绕电位器性能指标见表2-7。
表2-7常用线绕电位器的性能指标
型号
特征
主尺寸
安装形式
额定功率
阻值范围
WX2
普通单圈
φ18mm
防转轴套
1W
27
~15k
WX3
普通单圈
φ23mm
防转轴套
3W
27
~15k
WXX0.25-1
单圈微调
φ9mm
立式
0.25W
47
~4.7k
WXX0.25-2
单圈微调
φ9mm
轴套
0.25W
47
~4.7k
WXX0.25-3
单圈微调
φ9mm
引线卧式
0.25W
47
~4.7k
WXD9
10圈单联
φ12mm
轴套压板
0.5W
22
~27k
3.合成膜电位器
在绝缘基体上涂敷一层合成碳膜,经加温聚合后形成碳膜片,再与其他零件组合而成。
这类电位器的阻值变化连续、分辨率高、阻值范围宽、成本低。
但对温度和湿度的适应性差,使用寿命短。
常用合成膜电位器的性能指标见表2-8。
表2-8常用合成膜电位器的性能指标
型号
额定功率(W)
阻值特性
阻值范围(Ω)
精度
最大工作电压(V)
WH118
2
X
470Ω~4.7MΩ
±20%
500
1
D,Z
4.7kΩ~2.2MΩ
400
WH5
0.5
X
470Ω~4.7MΩ
±20%
200
0.25
D,Z
4.7kΩ~2.2MΩ
150
WH19
0.25
X
1kΩ~2.2MΩ
±20%
200
0.1
D,Z
4.7kΩ~470kΩ
160
WH23
0.5
X
1kΩ~1MΩ
±20%
150
0.25
D,Z
4.7kΩ~100kΩ
100
WH144
0.25
X
220Ω~2.2MΩ
±20%
350
WH167
0.1
X
470Ω~4.7MΩ
±20%
100
4.多圈电位器
多圈电位器属于精密电位器。
它分有带指针、不带指针等形式,调整圈数有5圈、10圈等数种。
该电位器除具有线绕电位器的相同特点外,还具有线性优良,能进行精细调整等优点,可广泛应用于对电阻实行精密调整的场合。
2.3电容器
电容器在各类电子线路中是一种必不可少的重要元件。
电容器是储能元件,当两端加上电压以后,极板间的电介质在电场的作用下将被极化。
在极化状态下的介质两边,可以储存一定量的电荷,储存电荷的能力用电容量表示。
电容量的基本单位是法拉(F),常用单位是微法(F)和皮法(pF)。
2.3.1电容器的型号和标志方法
电容器的型号由四部分组成。
第一个字母C表示电容器,第二部分表示介质材料,第三部分表示结构类型的特征,第四部分为序号。
见表2-9。
常见的电容器外形图如图2.3.1所示。
表2-9电容器型号的命名
第一部分:
主称
第二部分:
材料
第三部分:
特征分类
第四部分:
序号
符号
意义
符号
意义
符号
意义
瓷介
云母
有机
电解
C
电容器
C
瓷介
1
圆片
非密封
非密封
箔式
数字
对主称、材料特征相同,仅尺寸、性能指标略有差别,但基本上不影响互换的产品给同一序号。
若尺寸、性能指标的差别已明显影响互换时,则在序号后面用大写字母作为区别代号予以区别。
Y
云母
2
管形
非密封
非密封
箔式
I
玻璃釉
3
叠片
密封
密封
烧结粉液体
O
玻璃膜
4
独石
密封
密封
烧结粉固体
Z
纸介
5
穿心
穿心
J
金属化纸
6
支柱管
无极性
B
聚苯乙烯
7
L
涤纶
8
高压
高压
高压
Q
漆膜
9
特殊
特殊
S
聚碳酸酯
G
高功率
H
复合介质
D
铝
A
N
铌
W
微调
G
合金
T
钛
E
其他材料
电容器容量表示方法一般有直接表示法、数码表示法和色码表示法。
具体描述如下:
1.直接表示法
通常是用表示数量的字母m(10-3)、(10-6)、n(10-9)和p(10-12)加上数字组合表示。
例如4n7表示4.7×10-9F=4700pF,47n表示47×10-9F=47000pF=0.047F,6p8表示6.8pF。
另外,有时在数字前冠以R,如R33,表示0.33F;有时用大于1的四位数字表示,单位为pF,如2200表示为2200pF;有时用小于1的数字表示,单位为F,如0.22为0.22F。
图2.3.1常用电容器外形图
2.数码表示法
一般用三位数字来表示容量的大小,单位为pF。
前两位为有效数字,后一位表示位率,即乘以10i,i是第三位数字。
若第三位数字为9,则乘以10-1。
如223代表22×103pF=22000pF=0.022F,又如479代表47×10-1pF=4.7pF。
这种表示法最为常见。
3.色码表示法
这种表示法与电阻器的色环表示法类似,颜色涂于电容器的一端或从顶端向引线侧排列。
色码一般只有三种颜色,前两环为有效数字,第三环为位率,单位为pF。
2.3.2电容器的主要参数
1.标称容量及偏差
电容量是电容器的基本参数,其数值标注在电容器表面上。
不同类型的电容器有不同系列的容量标称值。
电容器的容量偏差等级有多种,一般偏差都在+5%以上,最大的可达-10%~+100%。
2.额定电压
能够保证长期工作而不致击穿电容器的最大电压称为电容器的额定工作电压。
额定电压系列随电容器种类不同而有所不同,例如,纸介和瓷介电容器的额定电压可从几十伏到几万伏;电解电容器的额定电压可从几伏到1000V。
额定电压的数值通常都在电容器上标出。
3.电容温度系数
电容温度系数定义式为:
其中C为标称电容量,
为温度变化所引起的容量相对变化。
4.绝缘电阻
理想电容器的介质应当是不导电的绝缘体,实际电容器介质的电阻为绝缘电阻,有时亦称为漏电阻。
5.损耗角正切
实际在电容器两端加交流电压时要产生功率损耗。
产生损耗的原因是由电容器绝缘电阻造成的。
一般用电容器损耗功率(有功功率)与电容器存储功率(无功功率)之比来表示,定义为损耗角正切tgδ。
2.3.3常用电容器
1.瓷介电容器
瓷介电容器的主要特点是介质损耗较低,电容量对温度、频率、电压和时间的稳定性都比较高,且价格低廉,应用极为广泛。
瓷介电容器可分为低压小功率和高压大功率两种。
常见的低压小功率电容器有瓷片、瓷管、瓷介独石电容器,主要用于高频电路、低频电路中。
高压大功率瓷片电容器可制成鼓形、瓶形、板形等形式。
主要用于电力系统的功率因数补偿、直流功率变换等电路中。
2.云母电容器
云母电容器以云母为介质,多层并联而构成。
它具有优良的电器性能和机械性能,具有耐压范围宽、可靠性高、性能稳定、容量精度高等优点,可广泛用于高温、高频、脉冲、高稳定性的电路中。
但云母电容器的生产工艺复杂,成本高、体积大、容量有限,这使它的使用范围受到了限制。
3.有机薄膜电容器
表2-10列出了几种常用的有机薄膜电容器的性能。
最常见有涤纶电容器和聚丙烯电容器。
涤纶电容器的体积小,容量范围大,耐热、耐潮性能好。
表2-10几种有机薄膜介质电容器的性能
名称
容量范围
允许误差(%)
损耗角正切值(tgδ%)
额定电压
绝缘电阻(Ω)
聚苯乙烯电容
10pF~1μF
±0.1~±20
0.01~0.05
50~1kV
1011
聚丙烯电容
0.001~0.1μF
±2~±20
0.01~0.1
50~1kV
1011
聚四氟乙烯电容
510pF~0.1μF
±5~±20
0.002~0.005
250~1kV
1012
涤纶电容
510pF~5μF
±5~±20
0.3~0.7
35~1kV
聚碳酸脂电容
510pF~5μF
±5~±20
0.08~0.15
50~250V
4.电解电容器
电解电容器的介质是很薄的氧化膜,容量可做得很大,一般标称容量1F~10000F。
电解电容有正极和负极之分,使用中应保证正极电位高于负极电位;否则电解电容器的漏电流增大,导致电容器过热损坏,甚至炸裂。
电解电容器的损耗比较大,性能受温度影响比较大,高频性能差。
电解电容器的品种主要有铝电解电容器、钽电解电容器和铌电解电容器。
铝电解电容器价格便宜,容量可以做的比较大,但性能较差,寿命短(存储寿命小于5年)。
一般使用在要求不高的去耦、耦合和电源滤波电路中。
后两者电解电容的性能要优于铝电解电容器,主要用于温度变化范围大,对频率特性要求高,对产品稳定性、可靠性要求严格的电路中。
但这两种电容器的价格较高。
2.3.4电容器的正确选用
电容器的种类繁多,性能各异,合理选用电容器对于产品设计十分重要。
在具体选用电容器时,应注意如下问题:
根据电路要求选择合适的电容器型号。
一般的耦合、旁路,可选用纸介电容器;在高频电路中,应选用云母和瓷介电容器;在电源滤波和退耦电路中,应选用电解电容器。
在设计电子电路中选用电容器时,应根据产品手册在电容器标称值系列中选用。
固定电容器的标称系列值见表2-11。
表2-11电容器标称电容值
E24
E12
E6
E24
E12
E6
1.0
1.0
1.0
3.3
3.3
3.3
1.1
3.6
1.2
1.2
3.9
3.9
1.3
4.3
1.5
1.5
1.5
4.7
4.7
4.7
1.6
5.1
1.8
1.8
5.6
5.6
2.0
6.2
2.2
2.2
2.2
6.8
6.8
6.8
2.4
7.5
2.7
2.7
8.2
8.2
3.0
9.1
注:
用表中数值再乘以10n来表示电容器标称电容量,n为正或负整数。
电容器的额定电压。
选用电容器应符合标准系列,电容器的额定电压应高于电容器两端实际电压的1~2倍。
尤其对于电解电容器,一般应使线路的实际电压相当于所选额定电压的50%~70%,这样才能充分发挥电解电容器的作用;若实际工作电压低于其额定电压的一半,反而容易使电解电容器
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