电子元器件的核心知识
电子核心知识
核心1:电阻的核心
1)电阻的特点是对直流和交流一视同仁,任何电流通过电阻器都要受到一定的阻碍;
2)主要作用是限流和降压;
核心2:电位器的核心
1)电位器的特点是可以连续改变电阻比;主要作用是可变分压;
核心3:电容器的核心
1)电容器是储存电荷的元件;
2)特点是隔直流通交流;
3)电容器对交流电流具有一定的阻力,称之为容抗;
4)容抗的公式:XC=1/2PAIFC,交流电的频率越高,容抗越小;
5)工作原理:电容器的基本结构是两块金属电极之间夹着一绝缘介质层;可见,两电极之间是绝缘的,直流电流无法通过电容器;但是对于交流电来说情况就不同了,交流电可以通过在两电极之间充放电而通过电容器;
(1)在交流电正半周时,电容器被充电,有一充电电流通过电容器,如图2-11(a)所示;
(2)在交流电负半周时,电容器放电并反方向充电,放电和反充电流通过电容器;如图2-11(b)所示;
核心4:电感器的核心
1)电感器是储存磁能的元件;
2)特点:通直流阻交流;直流电流可以无阻碍通过电感器,而交流电流通过时则会受到很大阻力;
3)电感器对交流电所呈现的阻力称之为感抗;
4)感抗的公式:XL=2PAIFL,交流电的频率越高,感抗越大;
5)工作原理:电感线圈通过电流时会产生自感电动势,自感电动势总是反对原电流的变化;
如图3-10所示:电流增加的时候自感电动势就与电流反向;电流减小的时候自感电动势就与电流同向;
(1)当通过电感线圈的原电流增加时,自感电动势与电流反方向,阻碍原电流增加;当原电流减小时,自感电动势与原电流同方向,阻碍原电流减小;
(2)自感电动势的大小与通过电感线圈的电流的变化率成正比;
如果直流的电流变化率为0,那么其自感电动势也为0,直流电可以无阻力地通过电感线圈(忽略电感线圈极小的电线电阻);
交流中的电流时刻在变化,它在通过电感线圈时必然受到受到自感电动势的阻碍;交流电的频率越高,电流变化率越大,产生的自感电动势也越大,交流电流通过电感线圈时受到的阻力也就越大;
6)电感器的作用:滤波
整流二极管输出的脉动直流电压UI中的直流成分可以通过L,而交流成分绝大部分不能通过L,被C1、C2旁路到地，输出电压U0便是较纯净的直流电压了。
核心5：变压器的核心
1）变压器的特点：传输交流隔离直流；
2）工作原理：变压器各绕阻线圈互不想通，但交流电压可以通过磁场耦合进行传输；变压器是利用互感原理工作的；如图3-22所示，变压器由初级、次级两部分互不想通的线圈组成，它们之间由铁芯或磁芯作为耦合媒介；当在初级线圈两端加上交流电压U1时，交流电流I1流过初级线圈使其产生交变磁场，在次级两端即可获得交流电压U2，直流电压不会产生交变磁场，次级无感应电压，所以变压器具有传输交流隔离直流的功能；
3）作用：
（1）电压变换
变压器具有电压变换的作用，如图3-23所示，变压器次级电压的大小，取决于次级与初级的圈数比； U2/U1=N2/N1；
空载时，次级电压U2与初级电压U1之比，等于次级线圈N2与初级线圈N1之比；
（2）阻抗变换
变压器具有阻抗变换的作用
如图3-24所示，变压器初级与次级的圈数不同，耦合过来的阻抗也不同；
Z2/Z1=（N2/N1）的平方；
在数值上，次级阻抗Z2与初级阻抗Z1之比，等于次级圈数与初级圈数N1之比的平方；
（3）相位变换
变压器具有相位变换的作用
图3-25所示变压器电路图，标出了各绕阻的瞬时电压极性；可见，通过改变变压器线圈的接法，可以很方便地将信号电压倒相。
核心6:二极管的核心
1)是一种常用的具有一个PN结的半导体器件;
2)特点是具有单向导电性和非线性特性;
(1)单向导电性:一般情况下只允许电流从正极流向负极,而不允许从负极流向正极;
(2)非线性特性:晶体二极管是非线性半导体器件,电流正向流过二极管时,要在PN结上产生管压降UVD,锗二极管的管压降为0.3V,如图4-8所示;(硅二极管伏安曲线与硅二极管估安曲线);硅二极管的正向压降为0.7V,如图4-9所示,从伏安特性可见,二极管的电压值为非线性关第;
3)主要作用:整流、开关；
4）半波整流
晶体二有管有整流作用，图4-10所示为半波整流电源电路；
由于二极管的单向导电性，在交流电正半周时二极管VD载止，无输出。经二极管VD整流出来的脉动电压再经RC滤波器滤波后即为直流电压。
5）全桥整流
图4-11所示为桥式全桥整流电路，全桥整流常采用全桥整流堆；
（1）全桥整流堆简称全桥，是一种整流二极管的组合器件，文字符号为“UR”，图形符号如图4-13所示。
全桥整流堆内部包括4只整流二极管，并按一定规律连接，具有4个引脚：两个交流输入端（用符号~标示），一个直流正极输出端（用符号“+”标示）和一个直流负极输出端（用符号“-”标示），如图4-14所示；
（2）当交流电正半周时，电流I经VD2、负载R和VD4形成回路，负载上电压UR为上正下负，如图4-11所示；当交流电负半周时，电流I经VD3、负载R和VD1形成回路，负载上电压仍为上正下负，如图4-15所示；实现了全波整流。
6）开关
晶体二极管具有开关作用；
图4-17所示电路中；
当二极管VD接+9V时，VD导通，输入端（IN）信号可以通过二极管VD到达输出端（OUT）。当二极管（IN）与输出端（OUT）之间通路被切断；
核心7：三极管的核心
1）是一种具有两个PN结的半导体器件，分为NPN型和PNP型；
2）文字符号：VT
3）图形符号：NPN型，PNP型；
4）特点：具有电流放大作用，是电流控制型器件；
5）工作原理
晶体三极管的基本工作原理如图5-8所示（以NPN型管为例），当给基极（输入端）输入一个较小的基极电流IB时，其集电极（输出端）将按比例产生一个较大的集电极电流IC，这个比例就是三极管的电流放大系数BAITA，即IC=BAITAIB；
发射极是公共端，发射极IE=IB+IC=（1+BAITA）IB；
可见，集电极电流和发射极电流受基极电流的控制，所以晶体三极管是电流控制型器件；
6）主要作用：放大、电子开关、可变电阻、阻抗变换；
7）放大
晶体三极管最基本的作用是放大；图5-9所示为晶体三极管放大电路；输入信号UI经耦合电容C1加至三极管VT基极，基极电流IB随之变化，进而使集电极电流IC相应变化，变化量为基极电流的BAITA倍，并在集电极负载或电阻RC上产生较大的压降，经耦合电容C2隔离直流后输出，在输出端便得到放大了的信号电压U0，由于输出电压等于电源电压+VCC与RC上压降的差值，因此输出电压U0与输入电压UI相位相反，R1、R2为VT的基极偏置电阻。
8）电流放大系数BAITA；
电流放大系数BAITA和HFE是晶体三极管的主要参数之一；
（1）BAITA是三极管的交流电流放大系数，指集电极电流IC的变化量与基极电流IB的变化量之比，反映了三极管交流信号的放大能力；
（2）HFE是三极管的直流电流放大系数（也可用BAITA）表示，指集电极电流IC与基极电流IB的比值，反映了三极管对直流信号的放大能力；
图5-6所示为3DG6管的输出特性曲线；
当IB从40UA上升到60UA时，相应的IC从6MA上升到9MA，其电流放大系数BAITA=[（9-6）*10的立方]/（60-40）=150；
核心8：场效应管的核心
1）场效应管的特点：由栅极电压UG控制漏极电流ID；
2）工作原理：场效应管的基本工作原理如图5-30所示（以结型N沟道管为例）；
由于栅极G接有负偏压（-UG），在G附近形成耗尽层；
（1）当负偏压（-UG）的{jd1}值增大时，耗尽层增大，沟道减小，漏极电流ID减小；
（2）当负偏压（-UG）的{jd1}值减小时，耗尽层减小，沟道增大，漏极电流ID增大；
可见，漏极电流ID受栅极电压的控制，所以场效应管是电压控制型器件，即通过输入电压的变化来控制输出电流的变化，从而达到放大等目的。
3）作用：放大
场效应管具有放大作用；
图5-31所示为场效应管放大器；输入信号UI经C1耦合至场效应管VT的栅极，与原来的栅极负偏压相叠加，使其漏极电流ID相应变化，并在负载电阻RD上产生压降，经C2隔离直流后输出，在输出端即可得到放大了的信号电压U0。ID与UI同相，U0与UI反向。由于场效应管的放大咕嘟的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。
4）分类：主要分为结型场效应管和绝缘栅场效应管两大类，又有N沟道和P沟道之分；
5）文字符号：VT；
6）图形符号
（1）结型N沟道（2）结型P沟道（3）MOS耗尽型单栅N沟道（4）MOS耗尽型单栅P沟道（5）MOS增强型单栅N沟道（6）MOS增强型单栅P沟道（7）MOS耗尽型双栅N沟道（8）MOS耗尽型双栅P沟道
核心9：晶体闸流管的核心
1）概念：是一种具有3个PN结的功率型半导体器件；
2）特点：具有可控的单向导电性；不但具有一般二极管的单向导电的整流作用，而且可以对导通电流进行控制。
3）作用：具有以小电流（电压）控制大电流（电压）的作用。
4）文字符号：VS
核心10：单向晶闸管的核心
1）工作原理：
单向晶闸管是PNPN4层结构，形成3个PN结，具有3个外电极A、K和G，可等效为PNP、NPN两晶体管组成的复合管，如图6-5所示；
在A、K间加上正向电压后，管子并不导通；
当给控制极G加上正电压时，VT1、VT2相继迅速导通，此时即使去掉控制极的电极，晶闸管仍维持导通状态。
2）图形符号：单向晶闸管（阳极受控）；单向晶闸管（阴极受控）；
3）作用：无触点开关
晶闸管可以用作无触点开关；
图6-6所示为xxx电路；
当探头检测到异常情况时，输出一正脉冲至控制极G，昌闸管VS导通并使xxx报警，直至有关人员到场切断开关S才停止报警。
核心11：双向晶闸管的核心
1）概念：双向晶闸管是在单向晶闸管的基础之上开发出来的，是一种交流型功率控制器件；
2）等效为：双向晶闸管可以等效为两个单向晶闸管反向并联
3）特点：双向晶闸管可以等效为两个单向晶闸管反向并联，如图6-12所示；
双向晶闸管可以控制双向导通，因此除控制极G外的另两个电极不再分阳极和阴极，而称之为主电极T1、T2。
4）无触点交流开关
双向晶闸管可以用作无触点交流开关；
图6-13所示为交流固态断电器电路，当其输入端加上控制电压时，双向晶闸管VS导通，接通输出端交流电路。
核心12：可关断晶闸管的核心
1）概念：可关断晶闸管也称门控晶闸管，是在普通晶闸管基础上发展起来的功率型控制器件。
2）特点：可关断晶闸管的特点是可以通过控制极关断；
普通晶闸管导通后控制极即不起作用，要关断必须切断电源，使流过晶闸管的正向电流小于维持电流IH；可关断晶闸管克服了上述缺陷，如图6-18所示；
3）作用：直流逆变
可关断晶闸管可以很方便地构成直流逆变电路，如图6-19所示。
两个可关断晶闸管VS1、VS2的控制极触发电压UG1、UG2为频率相同、极性相反的正、负脉冲，使得VS1与VS2轮流导通，在变压器次级便可得到频率与UG相同的交流电压。
核心13：光电器件的核心
1）概念：
光电器件是指能够将光信号转换为电信号的半导体器件；
2）包括：
包括光电二极管、光电三极管和光电耦合器等。
核心14 ：光电二极管的核心
1）概念：是一种具有一个PN结的光敏器件，它有一个透明的窗口，以便使光线能照射到PN结上；
2）文字符号：VD；
3）特点：
光电二极管的特点是具有将光信号转换为电信号的功能，并且其光电流IL的大小与光照强度成正比，光照强度越强，光电流IL越大。
4）工作原理
光电二极管通常工作在反向电压状态，如图7-7所示。
在光照时，光电二极管截止，反向电流I=0，负载电阻上的输出电压U0=0；
有光照时，VD的反向电流I明显增大并随光照强度的变化，这时输出电压U0也较大并随光照强度的变化而变化，从而实现了光电转换。
5）光电二极管的作用：光控、光信号接收、光转换。
6）光控
光电二极管可以用作光控开关，电路如图7-8所示，无光照时，光电二极管VD1因接反向电压而截止，晶体管VT1、VT2因无基极电流也截止，继电器处于释放状态；
当有光线射到光电二极管VD1时，VD1从截止变为导通，使VT1、VT2相继导通，继电器K吸合接通被控电路；
7）光信号接收
光电二极管可以用作接收光信号，
光信号由光电二极管VD接收，经VT放大后通过耦合电容C输出；
8）光转换
光电二极管可以用作红外光到可见光的转换，电路如图7-10所示；
红外光信号由光电二极管VD1接收，经晶体管VT1、VT2放大后，驱动发光二极管VD2发出可见光；
核心15：光电三极管的核心
1）概念：光电三极管是在光电二极管的基础上发展起来的光电器件；
光电三极管是具有两个PN结的半导体器件，共基极受光信号的控制；
2）文字符号：VT
3）图形符号：NPN型，PNP型；
4）特点：光电三极管的特点是不仅能实现光电转换，而且同时具有放大的功能；
5）工作原理：光电三极管可以等效为光电二极管和普通二极管的组合体，如图7-19所示；
光电三极管基极与集电极的PN结相当于一个光电二极管，在光照下产生的光电流又从基极进入三极管放大，因此光电三极管输出的光电流可达光电二极管的BAITA倍；
6）作用：光控；
7）光控：光电三极管的主要作用是光控；由于光电三极管本身具有放大作用，给使用带来了很大方便；
图7-20所示为光控开关电路，由于光控器件采用了光电三极管，因此该电路比使用光电二极管的同类电路简化许多；
核心16：光电耦合器的核心
1）是以光为媒介传输电信号的器件；
2）包括：光电二极管型、光电三极管型、晶闸管型，集成电路型等。
3）图形符号：光电二极管型、光电三极管型、晶闸管型，集成电路型
4）特点：输入端与输出端之间既能传输电信号，又具有电的隔离性；
5）作用：（1）隔离传输（2）隔离控制
6）隔离传输：光电耦合器内部包括一个发光二极管和一个光电器件，其基本工作电路如图7-30所示（以光电三极管为例）；当输入端加上电压GB1时，电流I1流过发光二极管使其发光；光电三极管受光照后就产生光电流I2，从而实现了电信号的传输；
由于这个过程是通过“电-光-电”的转换完成的，GB1与GB2之间并没有电的联系，所以同时实现了输入端与输出端之间的隔离。
7）隔离控制
图7-31所示为交流电钻控制电路；
当按下按钮开关SB时，光电耦合器产生输出电流，使双赂晶闸管VS导通，电钻电机M转动。由于光电耦合器的隔离作用，只要控制3V低压直流即可间接控制交流220V电源。
核心17:稳压二极管的核心
1)概念:
是一种特殊的具有稳压功能的二极管;
2)工作于何状态
工作于反向击穿状态;
与普通二极管不同的是,稳压二极管的工作电流是从负极流向正极;
当反向电压增大到一定程度时,反向电流剧增,二极管进入了反向击穿区;
3)稳定电压
指稳压二极管在起稳压作用的范围内,其两端的反向电压值;
4)特点
稳压二极管的特点是工作于反向击穿状态时具有稳定的端电压,与普通二极管不同的是,稳压二极管的工作电流是从负极流向正极;
5)工作原理
稳压二极管是利用PN结反向击穿后,其端电压在一定范围内保持不变的原理工作的;
图4-26所示为稳压二极管估安特性曲线;
在加正向电压或反向电压较小时,稳压二极管与一般二极管一样具有单向导电性;
当反向电压增大到一定程度时,反向电流剧增,二极管进入反向击穿区,这时即使反向电流在很大范围内变化,二极管端电压仍保持基本不变,这个端电压即为稳定电压UZ;
只要使反向电流不超过{zd0}工作电流IZM,稳压二极管是不会损坏的;
6)作用:稳压
7)文字符号:VD
8)正负极接法
稳压二极管两引脚有正、负极之分；
由于稳压二极管工作于反向击穿状态，所以接入电路时，其负极应接电源正极，其正极应接地，如图4-25（a)所示，R为限流电阻；
9）主要作用：并联稳压电路
图4-27所示为简单并联稳压电路，稳压二极管VD上的电压即为输出电压。
核心18：发光二极管的核心
1）概念：是一种具有一个PN结的半导体电致发光器件；
2）简称：LED
3）主要作用：
发光二极管的主要作用是指示和光发射，并可以作为稳压管使用；
4）特点：
变色发光二极管的特点是发光颜色可以变化；
5）文字符号：VD
6）图形符号
7）指示
发光二极管的典型应用电路如图4-42所示；
R为限流电阻，I为流过发光二极管的正向电流；
8）光发射
在红外xxx等电路中，红外发光二极管担任光发射管，电路如图4-44所示；VT为开关调制晶体管，VD为红外发光二极管；
9）稳压
发光二极管可作为低电压稳压二极管使用；
图4-15所示为简单并联稳压电路；
利用发光二极管VD的管压降，可提供+2V的直流稳压输出；
10）特殊发光二极管的分类
（1）双色发光二极管
（2）变色发光二极管
（3）三色发光二极管
（4）带阻发光二极管
（5）闪烁发光二极管
核心19：单结晶体管的核心
1）概念：
是一种具有一个PN结和两个欧姆电极的半导体器件；
2）文字符号：V
3）特点：单向晶闸管最重要的特点是具有负阻特性；
4）图形符号：N型，P型；
5）工作原理：
单向晶闸管的基本工作原理如图4-68所示（以N型基极单结晶体管为例）。
当发射极电压UE大于峰点电压UP时，PN结处于正向偏置，单结晶体管导通；
随着发射极中IE的增加，大量空穴从发射极注入硅晶体，导致发射极与{dy}基极间的电压急剧减小，其间的电位也就减小，呈现出负阻特性；
6）作用：
单结晶体管的基本作用是组成脉冲产生电路，包括弛张振荡器，还可以用作延时电路和触发电路；
7）弛张振荡器
图4-19所示为单结晶体管弛张振荡器；
单结晶体管V的发射极输出锯齿波，{dy}基极输出窄脉冲，第二基极输出方波，RE与C组成充放电回路，改变RE和C即改变振荡周期；
该振荡周期T约等于 RECLN（1/ 1-N ） ，式中，LN为自然对数，即以E（2。718）为底的对数；
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