十大常用電子元器件背后的那些門(mén)門(mén)道道

對(duì)于從事電子行業(yè)的工程師來(lái)說(shuō)，是每天都需要去接觸，每天都需要用到的，但其實(shí)里面的門(mén)門(mén)道道很多工程師未必了解。這里列舉出工程師門(mén)常用的十大電子元器件，及相關(guān)的基礎(chǔ)概念和知識(shí)，和大家一起溫習(xí)一遍。

一、電阻

作為電子行業(yè)的工作者，電阻是無(wú)人不知無(wú)人不曉的。它的重要性，毋庸置疑。人們都說(shuō)“電阻是所有電子電路中使用最多的元件。”

電阻，因?yàn)槲镔|(zhì)對(duì)電流產(chǎn)生的阻礙作用，所以稱其該作用下的電阻物質(zhì)。電阻將會(huì)導(dǎo)致電子流通量的變化，電阻越小，電子流通量越大，反之亦然。沒(méi)有電阻或電阻很小的物質(zhì)稱其為電導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱導(dǎo)體。不能形成電流傳輸?shù)奈镔|(zhì)稱為電絕緣體，簡(jiǎn)稱絕緣體。

在物理學(xué)中，用電阻(Resistance)來(lái)表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大。不同的導(dǎo)體，電阻一般不同，電阻是導(dǎo)體本身的一種特性。電阻元件是對(duì)電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件。

電阻元件的電阻值大小一般與溫度有關(guān)，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1℃時(shí)電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。

電阻在電路中用“R”加數(shù)字表示，如：R1表示編號(hào)為1的電阻。電阻在電路中的主要作用為分流、限流、分壓、偏置等。

二、電容

電容(或電容量，Capacitance)指的是在給定電位差下的電荷儲(chǔ)藏量;記為C，國(guó)際單位是法拉(F)。一般來(lái)說(shuō)，電荷在電場(chǎng)中會(huì)受力而移動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動(dòng)而使得電荷累積在導(dǎo)體上;造成電荷的累積儲(chǔ)存，最常見(jiàn)的例子就是兩片平行金屬板。也是電容器的俗稱。

1、電容在電路中一般用“C”加數(shù)字表示(如C13表示編號(hào)為13的電容)。電容是由兩片金屬膜緊靠，中間用絕緣材料隔開(kāi)而組成的元件。電容的特性主要是隔直流通交流。電容容量的大小就是表示能貯存電能的大小，電容對(duì)交流信號(hào)的阻礙作用稱為容抗，它與交流信號(hào)的頻率和電容量有關(guān)。容抗XC=1/2πfc(f表示交流信號(hào)的頻率，C表示電容容量)電話機(jī)中常用電容的種類(lèi)有電解電容、瓷片電容、貼片電容、獨(dú)石電容、鉭電容和滌綸電容等。

2、識(shí)別方法：電容的識(shí)別方法與電阻的識(shí)別方法基本相同，分直標(biāo)法、色標(biāo)法和數(shù)標(biāo)法3種。電容的基本單位用法拉(F)表示，其它單位還有：毫法(mF)、微法(uF)、納法(nF)、皮法(pF)。

三、晶體二極管

晶體二極管(crystaldiode)固態(tài)電子器件中的半導(dǎo)體兩端器件。這些器件主要的特征是具有非線性的電流-電壓特性。此后隨著半導(dǎo)體材料和工藝技術(shù)的發(fā)展，利用不同的半導(dǎo)體材料、摻雜分布、幾何結(jié)構(gòu)，研制出結(jié)構(gòu)種類(lèi)繁多、功能用途各異的多種晶體二極管。制造材料有鍺、硅及化合物半導(dǎo)體。晶體二極管可用來(lái)產(chǎn)生、控制、接收、變換、放大信號(hào)和進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換等。

晶體二極管在電路中常用“D”加數(shù)字表示，如：D5表示編號(hào)為5的二極管。

1、作用：二極管的主要特性是單向?qū)щ娦?，也就是在正向電壓的作用下，?dǎo)通電阻很小;而在反向電壓作用下導(dǎo)通電阻極大或無(wú)窮大。正因?yàn)槎O管具有上述特性，無(wú)繩電話機(jī)中常把它用在整流、隔離、穩(wěn)壓、極性保護(hù)、編碼控制、調(diào)頻調(diào)制和靜噪等電路中。電話機(jī)里使用的晶體二極管按作用可分為：整流二極管(如1N4004)、隔離二極管(如1N4148)、肖特基二極管(如BAT85)、發(fā)光二極管、穩(wěn)壓二極管等。

2、識(shí)別方法：二極管的識(shí)別很簡(jiǎn)單，小功率二極管的N極(負(fù)極)，在二極管外表大多采用一種色圈標(biāo)出來(lái)，有些二極管也用二極管專用符號(hào)來(lái)表示P極(正極)或N極(負(fù)極)，也有采用符號(hào)標(biāo)志為“P”、“N”來(lái)確定二極管極性的。發(fā)光二極管的正負(fù)極可從引腳長(zhǎng)短來(lái)識(shí)別，長(zhǎng)腳為正，短腳為負(fù)。

3、測(cè)試注意事項(xiàng)：用數(shù)字式萬(wàn)用表去測(cè)二極管時(shí)，紅表筆接二極管的正極，黑表筆接二極管的負(fù)極，此時(shí)測(cè)得的阻值才是二極管的正向?qū)ㄗ柚担@與指針式萬(wàn)用表的表筆接法剛好相反。

四、穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管),此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.穩(wěn)壓二極管在電路中常用“ZD”加數(shù)字表示，如：ZD5表示編號(hào)為5的穩(wěn)壓管。

1、穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓原理：穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變。

2、故障特點(diǎn)：穩(wěn)壓二極管的故障主要表現(xiàn)在開(kāi)路、短路和穩(wěn)壓值不穩(wěn)定。在這3種故障中，前一種故障表現(xiàn)出電源電壓升高;后2種故障表現(xiàn)為電源電壓變低到零伏或輸出不穩(wěn)定。

五、電感

電感：當(dāng)線圈通過(guò)電流后，在線圈中形成磁場(chǎng)感應(yīng)，感應(yīng)磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流來(lái)抵制通過(guò)線圈中的電流。我們把這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱其為電的感抗，也就是電感，單位是“亨利”(H)。也可利用此性質(zhì)制成電感元件。

電感在電路中常用“L”加數(shù)字表示，如：L6表示編號(hào)為6的電感。電感線圈是將絕緣的導(dǎo)線在絕緣的骨架上繞一定的圈數(shù)制成。直流可通過(guò)線圈，直流電阻就是導(dǎo)線本身的電阻，壓降很小;當(dāng)交流信號(hào)通過(guò)線圈時(shí)，線圈兩端將會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與外加電壓的方向相反，阻礙交流的通過(guò)，所以電感的特性是通直流阻交流，頻率越高，線圈阻抗越大。電感在電路中可與電容組成振蕩電路。電感一般有直標(biāo)法和色標(biāo)法，色標(biāo)法與電阻類(lèi)似。如：棕、黑、金、金表示1uH(誤差5%)的電感。

電感的基本單位為：亨(H)換算單位有：1H=103mH=106uH。

六、變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管(Varactor Diodes)又稱可變電抗二極管。是一種利用PN結(jié)電容(勢(shì)壘電容)與其反向偏置電壓Vr的依賴關(guān)系及原理制成的二極管。

管變?nèi)荻O管是根據(jù)普通二極管內(nèi)部“PN結(jié)”的結(jié)電容能隨外加反向電壓的變化而變化這一原理專門(mén)設(shè)計(jì)出來(lái)的一種特殊二極管。變?nèi)荻O管在無(wú)繩電話機(jī)中主要用在手機(jī)或座機(jī)的高頻調(diào)制電路上，實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)調(diào)制到高頻信號(hào)上，并發(fā)射出去。在工作狀態(tài)，變?nèi)荻O管調(diào)制電壓一般加到負(fù)極上，使變?nèi)荻O管的內(nèi)部結(jié)電容容量隨調(diào)制電壓的變化而變化。

變?nèi)荻O管發(fā)生故障，主要表現(xiàn)為漏電或性能變差：(1)發(fā)生漏電現(xiàn)象時(shí)，高頻調(diào)制電路將不工作或調(diào)制性能變差。(2)變?nèi)菪阅茏儾顣r(shí)，高頻調(diào)制電路的工作不穩(wěn)定，使調(diào)制后的高頻信號(hào)發(fā)送到對(duì)方被對(duì)方接收后產(chǎn)生失真。出現(xiàn)上述情況之一時(shí)，就應(yīng)該更換同型號(hào)的變?nèi)荻O管。

七、晶體三極管

晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。

晶體三極管在電路中常用“Q”加數(shù)字表示，如：Q17表示編號(hào)為17的三極管。

1、特點(diǎn)：晶體三極管(簡(jiǎn)稱三極管)是內(nèi)部含有2個(gè)PN結(jié)，并且具有放大能力的特殊器件。它分NPN型和PNP型兩種類(lèi)型，這兩種類(lèi)型的三極管從工作特性上可互相彌補(bǔ)，所謂OTL電路中的對(duì)管就是由PNP型和NPN型配對(duì)使用。電話機(jī)中常用的PNP型三極管有：A92、9015等型號(hào);NPN型三極管有：A42、9014、9018、9013、9012等型號(hào)。

2、晶體三極管主要用于放大電路中起放大作用，在常見(jiàn)電路中有三種接法。

八、場(chǎng)效應(yīng)管

場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor縮寫(xiě)(FET))簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒(méi)有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。

1、場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有較高輸入阻抗和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，因而也被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。尤其用場(chǎng)效管做整個(gè)電子設(shè)備的輸入級(jí)，可以獲得一般晶體管很難達(dá)到的性能。

2、場(chǎng)效應(yīng)管分成結(jié)型和絕緣柵型兩大類(lèi)，其控制原理都是一樣的。

3、場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較

(1)場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下，應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管;而在信號(hào)電壓較低，又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下，應(yīng)選用晶體管。

(2)場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是即有多數(shù)載流子，也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電。被稱之為雙極型器件。

(3)有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負(fù)，靈活性比晶體管好。

(4)場(chǎng)效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場(chǎng)效應(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場(chǎng)效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。

九、傳感器

傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件(如光、熱、濕度)或化學(xué)組成(如煙霧)，并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。

“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：

“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。根據(jù)這個(gè)定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器-Transducer”來(lái)稱謂“傳感器-Sensor”。

十、變壓器

變壓器(Transformer)是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵心(磁芯)。在電器設(shè)備和無(wú)線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。

在發(fā)電機(jī)中，不管是線圈運(yùn)動(dòng)通過(guò)磁場(chǎng)或磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)固定線圈，均能在線圈中感應(yīng)電勢(shì)，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動(dòng)，這是互感應(yīng)的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)，變換電壓，電流和阻抗的器件。變壓器的功能主要有：電壓變換;電流變換，阻抗變換;隔離;穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等。