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电子料基础知识
基本电子概念
电流:
电荷的定向移动叫做电流。
电路中,电流常用I表示。
电流分直流和交流两种。
电流的大小和方向不随时间变化的叫做直流。
电流的大小和方向随时间变化的叫做交流。
电流的单位是安(A),也常用毫安(mA)或者微安(uA)做单位。
1A=1000mA,1mA=1000uA。
电流可以用电流表测量。
测量的时候,把电流表串联在电路中,要选择电流表指针接近满偏转的量程。
这样可以防止电流过大而损坏电流表。
电压:
河水之所以能够流动,是因为有水位差;电荷之所以能够流动,是因为有电位差。
电位差也就是电压。
电压是形成电流的原因。
在电路中,电压常用U表示。
电压的单位是伏(V),也常用毫伏(mV)或者微伏(uV)做单位。
1V=1000mV,1mV=1000uV。
电压可以用电压表测量。
测量的时候,把电压表并联在电路上,要选择电压表指针接近满偏转的量程。
如果电路上的电压大小估计不出来,要先用大的量程,粗略测量后再用合适的量程。
这样可以防止由于电压过大而损坏电压表。
电阻:
电路中对电流通过有阻碍作用并且造成能量消耗的部分叫做电阻。
电阻常用R表示。
电阻的单位是欧(Ω),也常用千欧(kΩ)或者兆欧(MΩ)做单位。
1kΩ=1000Ω,1MΩ=1000000Ω。
导体的电阻由导体的材料、横截面积和长度决定。
电阻可以用万用表欧姆档测量。
测量的时候,要选择电表指针接近偏转一半的欧姆档。
如果电阻在电路中,要把电阻的一头烫开后再测量。
欧姆定律:
导体中的电流I和导体两端的电压U成正比,和导体的电阻R成反比,即
这个规律叫做欧姆定律。
如果知道电压、电流、电阻三个量中的两个,就可以根据欧姆定律求出第三个量,即
在交流电路中,欧姆定律同样成立,但电阻R应该改成阻抗Z,即
电源:
把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。
发电机能把机械能转换成电能,干电池能把化学能转换成电能。
发电机、干电池等叫做电源。
通过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。
能提供信号的电子设备叫做信号源。
晶体三极管能把前面送来的信号加以放大,又把放大了的信号传送到后面的电路中去。
晶体三极管对后面的电路来说,也可以看做是信号源。
整流电源、信号源有时也叫做电源。
负载:
把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载。
电动机能把电能转换成机械能,电阻能把电能转换成热能,电灯泡能把电能转换成热能和光能,扬声器能把电能转换成声能。
电动机、电阻、电灯泡、扬声器等都叫做负载。
晶体三极管对于前面的信号源来说,也可以看作是负载。
电路:
电流流过的路叫做电路。
最简单的电路由电源、负载和导线、开关等元件组成,如图1所示。
电路处处连通叫做通路。
只有通路,电路中才有电流通过。
电路某一处断开叫做断路或者开路。
电路某一部分的两端直接接通,使这部分的电压变成零,叫做短路。
电动势:
电动势是反映电源把其他形式的能转换成电能的本领的物理量。
电动势使电源两端产生电压。
在电路中,电动势常用δ表示。
电动势的单位和电压的单位相同,也是伏。
电源的电动势可以用电压表测量。
测量的时候,电源不要接到电路中去,用电压表测量电源两端的电压,所得的电压值就可以看作等于电源的电动势。
如果电源接在电路中(图2),用电压表测得的电源两端的电压就会小于电源的电动势。
这是因为电源有内电阻。
在闭合的电路中,电流通过内电阻r有内电压降,通过外电阻R有外电压降。
电源的电动势δ等于内电压Ur和外电压UR之和,即δ=Ur+UR。
严格来说,即使电源不接入电路,用电压表测量电源两端电压,电压表成了外电路,测得的电压也小于电动势。
但是,由于电压表的内电阻很大,电源的内电阻很小,内电压可以忽略。
因此,电压表测得的电源两端的电压是可以看作等于电源电动势的。
干电池用旧了,用电压用测量电池两端的电压,有时候依然比较高,但是接入电路后却不能使负载(收音机、录音机等)正常工作。
这种情况是因为电池的内电阻变大了,甚至比负载的电阻还大,但是依然比电压表的内电阻小。
用电压表测量电池两端电压的时候,电池内电阻分得的内电压还不大,所以电压表测得的电压依然比较高。
但是电池接入电路后,电池内电阻分得的内电压增大,负载电阻分得的电压就减小,因此不能使负载正常工作。
为了判断旧电池能不能用,应该在有负载的时候测量电池两端的电压。
有些性能较差的稳压电源,有负载和没有负载两种情况下测得的电源两端的电压相差较大,也是因为电源的内电阻较大造成的。
周期:
交流电完成一次完整的变化所需要的时间叫做周期,常用T表示。
周期的单位是秒(s),也常用毫秒(ms)或微秒(us)做单位。
1s=1000ms,1s=1000000us。
频率交流电在1s内完成周期性变化的次数叫做频率,常用f表示。
频率的单位是赫(Hz),也常用千赫(kHz)或兆赫(MHz)做单位。
1kHz=1000Hz,1MHz=1000000Hz。
交流电频率f是周期T的倒数,即
电容:
电容是衡量导体储存电荷能力的物理量。
在两个相互绝缘的导体上,加上一定的电压,它们就会储存一定的电量。
其中一个导体储存着正电荷,另一个导体储存着大小相等的负电荷。
加上的电压越大,储存的电量就越多。
储存的电量和加上的电压是成正比的,它们的比值叫做电容。
如果电压用U表示,电量用Q表示,电容用C表示,那么
电容的单位是法(F),也常用微法(uF)或者微微法(pF)做单位。
1F=106uF,1F=1012pF。
电容可以用电容测试仪测量,也可以用万用电表欧姆档粗略估测。
欧姆表红、黑两表笔分别碰接电容的两脚,欧姆表内的电池就会给电容充电,指针偏转,充电完了,指针回零。
调换红、黑两表笔,电容放电后又会反向充电。
电容越大,指针偏转也越大。
对比被测电容和已知电容的偏转情况,就可以粗略估计被测电容的量值。
在一般的电子电路中,除了调谐回路等需要容量较准确的电容以外,用得最多的隔直、旁路电容、滤波电容等,都不需要容量准确的电容。
因此,用欧姆档粗略估测电容量值是有实际意义的。
但是,普通万用电表欧姆档只能估测量值较大的电容,量值较小的电容就要用中值电阻很大的晶体管万用电表欧姆档来估测,小于几十个微微法的电容就只好用电容测试仪测量了。
容抗:
交流电是能够通过电容的,但是电容对交流电仍然有阻碍作用。
电容对交流电的阻碍作用叫做容抗。
电容量大,交流电容易通过电容,说明电容量大,电容的阻碍作用小;交流电的频率高,交流电也容易通过电容,说明频率高,电容的阻碍作用也小。
实验证明,容抗和电容成反比,和频率也成反比。
如果容抗用XC表示,电容用C表示,频率用f表示,那么
容抗的单位是欧。
知道了交流电的频率f和电容C,就可以用上式把容抗计算出来。
电感:
电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。
给一个线圈通入电流,线圈周围就会产生磁场,线圈就有磁通量通过。
通入线圈的电源越大,磁场就越强,通过线圈的磁通量就越大。
实验证明,通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的,它们的比值叫做自感系数,也叫做电感。
如果通过线圈的磁通量用φ表示,电流用I表示,电感用L表示,那么
电感的单位是亨(H),也常用毫亨(mH)或微亨(uH)做单位。
1H=1000mH,1H=1000000uH。
感抗:
交流电也可以通过线圈,但是线圈的电感对交流电有阻碍作用,这个阻碍叫做感抗。
电感量大,交流电难以通过线圈,说明电感量大,电感的阻碍作用大;交流电的频率高,交流电也难以通过线圈,说明频率高,电感的阻碍作用也大。
实验证明,感抗和电感成正比,和频率也成正比。
如果感抗用XL表示,电感用L表示,频率用f表示,那么
感抗的单位是欧。
知道了交流电的频率f和线圈的电感L,就可以用上式把感抗计算出来。
阻抗:
具有电阻、电感和电容的电路里,对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗常用Z表示。
阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成,但不是三者简单相加。
如果三者是串联的,又知道交流电的频率f、电阻R、电感L和电容C,那么串联电路的阻抗
阻抗的单位是欧。
对于一个具体电路,阻抗不是不变的,而是随着频率变化而变化。
在电阻、电感和电容串联电路中,电路的阻抗一般来说比电阻大。
也就是阻抗减小到最小值。
在电感和电容并联电路中,谐振的时候阻抗增加到最大值,这和串联电路相反。
相位:
相位是反映交流电任何时刻的状态的物理量。
交流电的大小和方向是随时间变化的。
比如正弦交流电流,它的公式是i=Isin2πft。
i是交流电流的瞬时值,I是交流电流的最大值,f是交流电的频率,t是时间。
随着时间的推移,交流电流可以从零变到最大值,从最大值变到零,又从零变到负的最大值,从负的最大值变到零,,如图3甲所示。
在三角函数中2πft相当于角度,它反映了交流电任何时刻所处的状态,是在增大还是在减小,是正的还是负的等等。
因此把2πft叫做相位,或者叫做相。
图3
如果t等于零的时候,i并不等于零,公式应该改成i=Isin(2πft+ψ),如图3乙所示。
那么2πft+ψ叫做相位,ψ叫做初相位,或者叫做初相。
相位差:
两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差,或者叫做相差。
这两个频率相同的交流电,可以是两个交流电流,可以是两个交流电压,可以是两个交流电动势,也可以是这三种量中的任何两个。
例如研究加在电路上的交流电压和通过这个电路的交流电流的相位差。
如果电路是纯电阻,那么交流电压和电流电流的相位差等于零。
也就是说交流电压等于零的时候,交流电流也等于零,交流电压变到最大值的时候,交流电流也变到最大值。
这种情况叫做同相位,或者叫做同相。
如果电路含有电感和电容,交流电压和交流电流的相位差一般是不等于零的,也就是说一般是不同相的,或者电压超前于电流,或者电流超前于电压。
加在晶体管放大器基极上的交流电压和从集电极输出的交流电压,这两者的相位差正好等于180°。
这种情况叫做反相位,或者叫做反相。
电容的基础知识和检测方法
[结构特点] [性能指标] [命名方法] [选用常识] [检测方法]
一、基础知识
电容器是一种储能元件,在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时。
电容器通常叫做电容。
按其结构可分为固定电容器、半可变电容器、可变电容器三种。
1.常用电容的结构和特点
常用的电容器按其介质材料可分为电解电容器、云母电容器、瓷介电容器、玻璃釉电容等。
表1 常用电容的结构和特点
电容种类
电容结构和特点
实物图片
铝电解电容
它是由铝圆筒做负极,里面装有液体电解质,插入一片弯曲的铝带做正极制成。
还需要经过直流电压处理,使正极片上形成一层氧化膜做介质。
它的特点是容量大,但是漏电大,误差大,稳定性差,常用作交流旁路和滤波,在要求不高时也用于信号耦合。
电解电容有正、负极之分,使用时不能接反。
有正负极性,使用的时候,正负极不要接反。
纸介电容
用两片金属箔做电极,夹在极薄的电容纸中,卷成圆柱形或者扁柱形芯子,然后密封在金属壳或者绝缘材料(如火漆、陶瓷、玻璃釉等)壳中制成。
它的特点是体积较小,容量可以做得较大。
但是有固有电感和损耗都比较大,用于低频比较合适。
金属化纸介电容
结构和纸介电容基本相同。
它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔,体积小,容量较大,一般用在低频电路中。
油浸纸介电容
它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里,能增强它的耐压。
它的特点是电容量大、耐压高,但是体积较大。
玻璃釉电容
以玻璃釉作介质,具有瓷介电容器的优点,且体积更小,耐高温。
陶瓷电容
用陶瓷做介质,在陶瓷基体两面喷涂银层,然后烧成银质薄膜做极板制成。
它的特点是体积小,耐热性好、损耗小、绝缘电阻高,但容量小,适宜用于高频电路。
铁电陶瓷电容容量较大,但是损耗和温度系数较大,适宜用于低频电路。
薄膜电容
结构和纸介电容相同,介质是涤纶或者聚苯乙烯。
涤纶薄膜电容,介电常数较高,体积小,容量大,稳定性较好,适宜做旁路电容。
聚苯乙烯薄膜电容,介质损耗小,绝缘电阻高,但是温度系数大,可用于高频电路。
云母电容
用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板,极板和云母一层一层叠合后,再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。
它的特点是介质损耗小,绝缘电阻大、温度系数小,适宜用于高频电路。
钽、铌电解电容
它用金属钽或者铌做正极,用稀硫酸等配液做负极,用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。
它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。
用在要求较高的设备中。
半可变电容
也叫做微调电容。
它是由两片或者两组小型金属弹片,中间夹着介质制成。
调节的时候改变两片之间的距离或者面积。
它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。
可变电容
它由一组定片和一组动片组成,它的容量随着动片的转动可以连续改变。
把两组可变电容装在一起同轴转动,叫做双连。
可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。
空气介质可变电容体积大,损耗小,多用在电子管收音机中。
聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的,体积小,多用在晶体管收音机中。
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2.主要性能指标
标称容量和允许误差:
电容器储存电荷的能力,常用的单位是F、uF、pF。
电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。
电容器的标称容量和它的实际容量会有误差。
常用固定电容允许误差的等级见表2。
常用固定电容的标称容量系列见表3。
一般,电容器上都直接写出其容量,也有用数字来标志容量的,通常在容量小于10000pF的时候,用pF做单位,大于10000pF的时候,用uF做单位。
为了简便起见,大于100pF而小于1uF的电容常常不注单位。
没有小数点的,它的单位是pF,有小数点的,它的单位是uF。
如有的电容上标有“332”(3300pF)三位有效数字,左起两位给出电容量的第一、二位数字,而第三位数字则表示在后加0的个数,单位是pF。
额定工作电压:
在规定的工作温度范围内,电容长期可靠地工作,它能承受的最大直流电压,就是电容的耐压,也叫做电容的直流工作电压。
如果在交流电路中,要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。
常用的固定电容工作电压有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、2500V、400V、500V、630V、1000V。
表2 常用固定电容允许误差的等
允许误差
±2%
±5%
±10%
±20%
(+20%-30%)
(+50%-20%)
(+100%-10%)
级 别
02
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
表3常用固定电容的标称容量系列
电容类别
允许误差
容量范围
标称容量系列
纸介电容、金属化纸介电容、纸膜复合介质电容、低频(有极性)有机薄膜介质电容
5%
±10%
±20%
100pF-1uF
1.01.52.23.34.76.8
1uF-100uF
1246810152030
506080100
高频(无极性)有机薄膜介质电容、瓷介电容、玻璃釉电容、云母电容
5%
1pF-1uF
1.11.21.31.51.61.82.0
2.42.73.03.33.63.94.3
4.75.15.66.26.87.58.29.1
10%
1.01.21.51.82.22.7
3.33.94.75.66.88.2
20%
1.01.52.23.34.76.8
铝、钽、铌、钛电解电容
10%
±20%
+50/-20%
+100/-10%
1uF-1000000uF
1.01.52.23.34.76.8
(容量单位uF)
绝缘电阻:
由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体,它的电阻不是无限大,而是一个有限的数值,一般在1000兆欧以上,电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻,或者叫做漏电电阻,大小是额定工作电压下的直流电压与通过电容的漏电流的比值。
漏电电阻越小,漏电越严重。
电容漏电会引起能量损耗,这种损耗不仅影响电容的寿命,而且会影响电路的工作。
因此,漏电电阻越大越好。
介质损耗:
电容器在电场作用下消耗的能量,通常用损耗功率和电容器的无功功率之比,即损耗角的正切值表示。
损耗角越大,电容器的损耗越大,损耗角大的电容不适于高频情况下工作。
表4 常用电容的几项特性
电容种类
容量范围
直流工作电压(V)
运用频率(MHz)
准确度
漏电电阻(>MΩ)
中小型纸介电容
470pF-0.22uF
63-630
8以下
-Ⅲ
>5000
金属壳密封纸介电容
0.01uF-10uF
250-1600
直流,脉动直流
Ⅰ>-Ⅲ
>1000-5000
中小型金属化纸介电容
0.01uF-0.22uF
160、250、400
8以下
Ⅰ>-Ⅲ
>2000
金属壳密封金属化纸介电容
0.22uF-30uF
160-1600
直流,脉动电流
Ⅰ>-Ⅲ
>30-5000
薄膜电容
3pF-0.1uF
63-500
高频、低频
Ⅰ>-Ⅲ
>10000
云母电容
10pF-0.51uF
100-7000
75-250以下
02-Ⅲ
>10000
瓷介电容
1pF-0.1uF
63-630
低频、高频
02-Ⅲ
>10000
铝电解电容
1uF-10000uF
4-500
直流,脉动直流
ⅣⅤ
钽、铌电解电容
0.47uF-1000uF
6.3-160
直流,脉动直流
ⅢⅣ
瓷介微调电容
2/7pF-7/25pF
250-500
高频
>1000-10000
可变电容
7pF-1100pF
100以上
低频,高频
>500
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3.命名方法
根据部颁标准(SJ-73)规定,电容器的命名由下列四部分组成:
第一部分(主称);第二部分:
(材料);第三部分(分类特征);第四部分(序号)。
它们的型号及意义见下表。
表5 电容器型号命名方法
第一部分
第二部分
第三部分
第四部分
用字母表示主称
用字母表示材料
用数字或字母表示特征
序号
符号
意义
符号
意义
符号
意义
C
电容器
C
I
O
Y
V
Z
J
B
F
L
S
Q
H
D
A
G
N
T
M
E
瓷介
玻璃釉
玻璃膜
云母
云母纸
纸介
金属化纸
聚苯乙烯
聚四氟乙烯
涤纶
聚碳酸酯
漆膜
纸膜复合
铝电解
钽电解
金属电解
铌电解
钛电解
压敏
其他材料
T
W
J
X
S
D
M
Y
C
铁电
微调
金属化
小型
独石
低压
密封
高压
穿心式
包括:
品种、尺寸、代号、温度特性、直流工作电压、标称值、允许误差、标准代号。
表6 第三部分是数字时所代表的意义:
符号
特征(型号的第三部分)的意义
(数字)
瓷介电容器
去母电容器
有机电容器
电解电容器
1
圆片
非密封
箔式
2
管型
非密封
非密封
箔式
3
迭片
密封
密封
烧结粉液体
4
独石
密封
密封
烧结粉固体
5
穿心
穿心
6
7
无极性
8
高压
高压
高压
9
特殊
特殊
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4.选用常识
电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。
在滤波电路中,电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。
使用电解电容的时候,还要注意正负极不要接反。
不同电路应该选用不同种类的电容。
揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容,隔直流可以选用纸介、涤纶、云母、电解、陶瓷等电容,滤波可以选用电解电容,旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。
电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象,并且核对它的电容值。
安装的时候,要使电容的类别、容量、耐压等符号容易看到,以便核实。
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二、电容器检测的一般方法
1.固定电容器的检测.
A检测10pF以下的小电容。
因10pF以下的固定电容器容量太小,用万用表进行测量,只能定性的检查其是否有漏电,内部短路或击穿现象。
测量时,可选用万用表R×10k挡,用两表笔分别任意接电容的两个引脚,阻值应为无穷大。
若测出阻值(指针向右摆动)为零,则说明电容漏电损坏或内部击穿。
B检测10PF~001μF固定电容器是否有充电现象,进而判断其好坏。
万用表选用R×1k挡。
两只三极管的β值均为100以上,且穿透电流要小。
可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。
万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。
由于复合三极管的放大作用,把被测电容的充放电过程予以放大,使万用表指针摆幅度加大,从而便于观察。
应注意的是:
在测试操作时,特别是在测较小容量的电容时,要反复调换被测电容引脚接触A、B两点,才能明显地看到万用表指针的摆动。
C对于001μF以上的固定电容,可用万用表的R×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电,并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。
2.电解电容器的检测
A因为电解电容的容量较一般固定电容大得多,所以,测量时,应针对不同容量选用合适的量程。
根据经验,一般情况下,1~47μF间的电容,可用R×1k挡测量,大于47μF的电容可用R×100挡测量。
B将万用表红表笔接负极,黑表笔接正极,在刚接触的瞬间,万用表指针即向右偏转较大偏度(对于同一电阻挡,容量越大,摆幅越大),接着逐渐向左回转,直到停在某一位置。
此时的阻值便是电解电容的正向漏电阻,此值略大于反向漏电阻。
实际使用经验表明,电解电容的漏电阻一般应在几百kΩ以上,否则,将不能正常工作。
在测试中,若正向、反向均无充电的现象,即表针不动,则说明容量消失或内部断路;如果所测阻值很小或为零,说明电容漏电大或已击穿损坏,不能再使用。
C对于正、负极标志不明的电解电容器,可利用上述测量漏电阻的方法加以判别。
即先任意测一下漏电阻,记住其大小,然后交换表笔再测出一个阻值。
两次测量中阻值大的那一次便是正向接法,即黑表笔接的是正极,红表笔接的是负极。
D使用万用表电阻挡,采用给电解电容进行正、反向充电的方法,根据指针向右摆动幅度的大小,可估测出电解电容的容量。
3.可变电容器的检测
A用手轻轻旋动转轴,应感觉十分平滑,不应感觉有时松时紧甚至有卡滞现象。
将载轴向前、后、上、下、左、右等各个方向推动时,转轴不应有松动的现象。
B用一只手旋动转轴,另一只手轻摸动片组的外缘,不应感觉有任何松脱现象。
转轴与动片之间接触不良的可变电容器,是不能再继续使用的。
C将万用表置于R×10k挡,一只手将两个表笔分别接可变电容器的动片和定片的引出端,另一只手将转轴缓缓旋动几个来回,万用表指针都应在无穷大位置不动。
在旋动转轴的过程中,如果指针有时指向零,说明动片和定片之间
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