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电子工程师自学速成 入门篇 超清书签版

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电子工程师自学速成 入门篇

蔡杏山 2014年第1版

tyw藏书 图书在版编目(CIP)数据 电子工程师自学成才.入门篇/蔡杏山主编.--北京:人民邮电出版社,2014.1 ISBN 978-7-115-33145-8 Ⅰ.①电… Ⅱ.①蔡… Ⅲ.①电子技术 Ⅳ.①TN 中国版本图书馆CIP数据核字(2013)第219577号 tyw藏书 内容提要 “电子工程师自学速成”丛书分为“入门篇”、“提高篇”和“设计篇”共 3 本。本书为“入 门篇”,主要介绍了电子技术入门基础、电子元器件(电阻器、电容器、电感器、变压 器、二极管、三极管、光电器件、电声器件、晶闸管、场效应管、IGBT、继电器、干簧 管、显示器件、贴片元器件、集成电路和传感器)、基础电子电路、收音机与电子产品的 检修、电子测量基础、指针万用表、数字万用表、信号发生器、毫伏表、示波器、频率计 和扫频仪等内容。 本书具有基础起点低、内容由浅入深、语言通俗易懂、结构安排符合学习认知规律的 特点。本书适合作为电子工程师入门的自学图书,也适合作为职业学校和社会培训机构的 电子技术入门教材。 ◆主编 蔡杏山 责任编辑 张鹏 责任印制 彭志环 焦志炜 ◆人民邮电出版社出版发行  北京市丰台区成寿寺路11号 邮编 100164  电子邮件 315@ptpress.com.cn 网址 http://www.ptpress.com.cn 三 河市潮河印业有限公司印刷 ◆开本:787×1092 1/16 印张:25 字数:669千字  2014年1月第1版 印数:1-0000册  2014年1月河北第1次印刷 定价:55.00元 读者服务热线:(010)81055410 印装质量热线:(010)81055316 反盗版热线:(010)81055315 广告经营许可证:京崇工商广字第0021号 目录 封面 扉页 前言 第1章 电子技术入门基础 1.1 基本概念与规律 1.1.1 电路与电路图 1.1.2 电流与电阻 1.1.3 电位、电压和电动势 1.1.4 电路的3种状态 1.1.5 接地与屏蔽 1.1.6 欧姆定律 1.1.7 电功、电功率和焦耳定律 1.2 电阻的连接方式 1.2.1 电阻的串联 1.2.2 电阻的并联 1.2.3 电阻的混联 1.3 直流电与交流电 1.3.1 直流电 1.3.2 交流电 1.4 万用表的使用 1.4.1 指针万用表的使用 1.4.2 数字万用表的使用 第2章 电阻器 2.1 固定电阻器 2.1.1 实物外形与图形符号 2.1.2 功能 2.1.3 标称阻值 2.1.4 标称阻值系列 2.1.5 额定功率 2.1.6 选用 2.1.7 检测 2.1.8 种类 tyw藏书 2.1.9 电阻器的型号命名方法 2.2 电位器 2.2.1 实物外形与图形符号 2.2.2 结构与原理 2.2.3 应用 2.2.4 种类 2.2.5 主要参数 2.2.6 检测 2.2.7 选用 2.3 敏感电阻器 2.3.1 热敏电阻器 2.3.2 光敏电阻器 2.3.3 压敏电阻器 2.3.4 湿敏电阻器 2.3.5 气敏电阻器 2.3.6 力敏电阻器 2.3.7 磁敏电阻器 2.3.8 敏感电阻器的型号命名方法 2.4 排阻 2.4.1 实物外形 2.4.2 命名方法 2.4.3 种类与结构 第3章 电容器 3.1 固定电容器 3.1.1 结构、实物外形与图形符号 3.1.2 主要参数 3.1.3 性质 3.1.4 极性 3.1.5 种类 3.1.6 串联与并联 3.1.7 容量与误差的标注方法 3.1.8 检测 3.1.9 选用 3.1.10 电容器的型号命名方法 tyw藏书 3.2 可变电容器 3.2.1 微调电容器 3.2.2 单联电容器 3.2.3 多联电容器 第4章 电感器与变压器 4.1 电感器 4.1.1 实物外形与图形符号 4.1.2 主要参数与标注方法 4.1.3 性质 4.1.4 种类 4.1.5 检测 4.1.6 选用 4.1.7 电感器的型号命名方法 4.2 变压器 4.2.1 实物外形与图形符号 4.2.2 结构、原理和功能 4.2.3 特殊绕组变压器 4.2.4 种类 4.2.5 主要参数 4.2.6 检测 4.2.7 选用 4.2.8 变压器的型号命名方法 第5章 二极管 5.1 二极管基础知识 5.1.1 半导体 5.1.2 二极管简介 5.1.3 整流二极管与整流桥 5.1.4 开关二极管 5.1.5 二极管的型号命名方法 5.2 稳压二极管 5.2.1 实物外形与图形符号 5.2.2 工作原理 5.2.3 应用 5.2.4 主要参数 tyw藏书 5.2.5 检测 5.3 变容二极管 5.3.1 实物外形与图形符号 5.3.2 工作原理 5.3.3 主要参数 5.3.4 检测 5.4 双向触发二极管 5.4.1 实物外形与图形符号 5.4.2 性质 5.4.3 检测 5.5 双基极二极管 5.5.1 实物外形、图形符号、结构和等效图 5.5.2 工作原理 5.5.3 检测 5.6 肖特基二极管 5.6.1 实物外形与图形符号 5.6.2 特点、应用和检测 5.6.3 常用肖特基二极管的主要参数 5.7 快恢复二极管 5.7.1 实物外形与图形符号 5.7.2 特点、应用和检测 5.7.3 常用快恢复二极管的主要参数 5.8 瞬态电压抑制二极管 5.8.1 实物外形与图形符号 5.8.2 性质 5.8.3 检测 第6章 三极管 6.1 三极管基础知识 6.1.1 实物外形与图形符号 6.1.2 结构 6.1.3 电流、电压规律 6.1.4 放大原理 6.1.5 3种状态说明 6.1.6 主要参数 tyw藏书 6.1.7 检测 6.1.8 三极管的型号命名方法 6.2 特殊三极管 6.2.1 带阻三极管 6.2.2 带阻尼三极管 6.2.3 达林顿三极管 第7章 光电器件 7.1 发光二极管 7.1.1 普通发光二极管 7.1.2 双色发光二极管 7.1.3 三基色发光二极管 7.1.4 闪烁发光二极管 7.1.5 红外线发光二极管 7.1.6 发光二极管的型号命名方法 7.2 光电二极管 7.2.1 普通光电二极管 7.2.2 红外线接收二极管 7.2.3 红外线接收组件 7.3 光电三极管 7.3.1 实物外形与图形符号 7.3.2 性质 7.3.3 检测 7.4 光电耦合器 7.4.1 实物外形与图形符号 7.4.2 工作原理 7.4.3 检测 7.5 光遮断器 7.5.1 实物外形与图形符号 7.5.2 工作原理 7.5.3 检测 第8章 电声器件 8.1 扬声器 8.1.1 实物外形与图形符号 8.1.2 种类与工作原理 tyw藏书 8.1.3 主要参数 8.1.4 检测 8.1.5 扬声器的型号命名方法 8.2 蜂鸣器 8.2.1 实物外形与图形符号 8.2.2 种类及结构原理 8.2.3 有源和无源蜂鸣器的区别 8.3 话筒 8.3.1 实物外形与图形符号 8.3.2 工作原理 8.3.3 主要参数 8.3.4 种类与选用 8.3.5 检测 8.3.6 电声器件的型号命名方法 8.4 耳机 8.4.1 实物外形与图形符号 8.4.2 种类与工作原理 8.4.3 检测 第9章 晶闸管 9.1 单向晶闸管 9.1.1 实物外形与图形符号 9.1.2 结构与工作原理 9.1.3 主要参数 9.1.4 检测 9.1.5 种类 9.1.6 晶闸管的型号命名方法 9.2 门极可关断晶闸管 9.2.1 实物外形、结构与图形符号 9.2.2 工作原理 9.2.3 检测 9.3 双向晶闸管 9.3.1 图形符号与结构 9.3.2 工作原理 9.3.3 检测 tyw藏书 第10章 场效应管与IGBT 10.1 结型场效应管 10.1.1 实物外形与图形符号 10.1.2 结构与工作原理 10.1.3 主要参数 10.1.4 检测 10.1.5 场效应管的型号命名方法 10.2 绝缘栅型场效应管 10.2.1 增强型MOS管 10.2.2 耗尽型MOS管 10.3 绝缘栅双极型晶体管 10.3.1 实物外形、结构与图形符号 10.3.2 工作原理 10.3.3 检测 第11章 继电器与干簧管 11.1 继电器 11.1.1 实物外形与图形符号 11.1.2 结构与应用 11.1.3 主要参数 11.1.4 检测 11.1.5 继电器的型号命名方法 11.2 干簧管 11.2.1 实物外形与图形符号 11.2.2 工作原理 11.2.3 应用 11.2.4 检测 第12章 显示器件 12.1 LED数码管与LED点阵显示器 12.1.1 一位LED数码管 12.1.2 多位LED数码管 12.1.3 LED点阵显示器 12.2 真空荧光显示器 12.2.1 实物外形 12.2.2 结构与工作原理 tyw藏书 12.2.3 应用 12.2.4 检测 12.3 液晶显示屏 12.3.1 笔段式液晶显示屏 12.3.2 点阵式液晶显示屏 第13章 贴片元器件与集成电路 13.1 贴片元器件 13.1.1 贴片电阻器 13.1.2 贴片电容器 13.1.3 贴片电感器 13.1.4 贴片二极管 13.1.5 贴片三极管 13.2 集成电路 13.2.1 简介 13.2.2 特点 13.2.3 种类 13.2.4 封装形式 13.2.5 引脚识别 13.2.6 好坏检测 13.2.7 直插式集成电路的拆卸 13.2.8 贴片集成电路的拆卸与焊接 13.2.9 集成电路的型号命名方法 第14章 传感器 14.1 热释电人体红外线传感器 14.1.1 结构与工作原理 14.1.2 引脚识别 14.1.3 常用热释电传感器的主要参数 14.1.4 应用 14.2 霍尔传感器 14.2.1 实物外形与图形符号 14.2.2 结构与工作原理 14.2.3 种类 14.2.4 型号命名与参数 14.2.5 引脚识别与检测 tyw藏书 14.2.6 应用 14.3 热电偶 14.3.1 热电效应与热电偶测量原理 14.3.2 结构说明 tyw藏书 14.3.3 利用热电偶配合数字万用表测量电烙铁的温度 14.3.4 好坏检测 14.3.5 多个热电偶连接的灵活使用 14.3.6 热电偶的种类及特点 第15章 基础电子电路 15.1 放大电路 15.1.1 固定偏置放大电路 15.1.2 电压负反馈放大电路 15.1.3 分压式偏置放大电路 15.1.4 交流放大电路 15.2 谐振电路 15.2.1 串联谐振电路 15.2.2 并联谐振电路 15.3 振荡器 15.3.1 振荡器的组成与原理 15.3.2 变压器反馈式振荡器 15.4 电源电路 15.4.1 电源电路的组成 15.4.2 整流电路 15.4.3 滤波电路 15.4.4 稳压电路 第16章 收音机与电子产品的检修 16.1 无线电波 16.1.1 水波与无线电波 16.1.2 无线电波的划分 16.1.3 无线电波的传播规律 16.1.4 无线电波的发送与接收 16.2 收音机的电路原理 16.2.1 调幅收音机的组成框图 16.2.2 调幅收音机单元电路分析 16.2.3 收音机整机电路分析 16.3 实践入门 16.3.1 电烙铁 16.3.2 焊料与助焊剂 16.3.3 印制电路板 16.3.4 元器件的焊接与拆卸 16.4 收音机的组装与调试 16.4.1 收音机套件介绍 16.4.2 收音机的组装 16.4.3 收音机的调试 16.5 电子产品的检修方法 16.5.1 直观法 16.5.2 电阻法 16.5.3 电压法 16.5.4 电流法 16.5.5 信号注入法 16.5.6 断开电路法 16.5.7 短路法 16.5.8 代替法 16.6 收音机的检修 第17章 电子测量基础 17.1 电子测量的基础知识 17.1.1 电子测量的内容 17.1.2 电子测量的基本方法 17.2 电子测量的误差与数据处理 17.2.1 电子测量的误差及产生原因 17.2.2 测量误差的表示方法 17.2.3 电子测量的数据处理 第18章 指针万用表 18.1 面板说明 18.1.1 刻度盘 18.1.2 挡位选择开关 18.1.3 旋钮 18.1.4 插孔 tyw藏书 18.2 测量原理 18.2.1 直流电流的测量原理 18.2.2 直流电压的测量原理 18.2.3 交流电压的测量原理 18.2.4 电阻阻值的测量原理 18.2.5 三极管放大倍数的测量原理 18.3 使用方法 18.3.1 使用前的准备工作 18.3.2 直流电压的测量 18.3.3 直流电流的测量 18.3.4 交流电压的测量 18.3.5 电阻阻值的测量 18.3.6 三极管放大倍数的测量 18.3.7 通路蜂鸣测量 18.3.8 电容量的测量 18.3.9 负载电压测量(LV测量) 18.3.10 电池电量的测量(BATT测量) 18.3.11 标准电阻箱功能的使用 18.3.12 电感量的测量 18.3.13 音频电平的测量 18.3.14 指针万用表使用注意事项 第19章 数字万用表 19.1 数字万用表的结构及测量原理 19.1.1 数字万用表的面板介绍 19.1.2 数字万用表的组成及测量原理 19.2 数字万用表的常规测量 19.2.1 直流电压的测量 19.2.2 直流电流的测量 19.2.3 交流电压的测量 19.2.4 交流电流的测量 19.2.5 电阻阻值的测量 19.2.6 二极管的测量 19.2.7 三极管放大倍数的测量 19.2.8 电容容量的测量 tyw藏书 19.2.9 温度的测量 19.2.10 频率的测量 19.2.11 数字万用表使用注意事项 19.3 数字万用表的检测技巧 19.3.1 电容的检测 19.3.2 二极管的检测 19.3.3 三极管的检测 19.3.4 晶闸管的检测 19.3.5 市电火线和零线的检测 第20章 信号发生器 20.1 低频信号发生器 20.1.1 工作原理 20.1.2 使用方法 20.2 高频信号发生器 20.2.1 工作原理 20.2.2 使用方法 20.3 函数信号发生器 20.3.1 工作原理 20.3.2 使用方法 第21章 毫伏表 21.1 模拟毫伏表 21.1.1 工作原理 21.1.2 使用方法 21.2 数字毫伏表 21.2.1 工作原理 21.2.2 使用方法 第22章 示波器 22.1 示波器的结构及工作原理 22.1.1 示波器的种类 22.1.2 示波管的结构 22.1.3 示波器的波形显示原理 22.2 单踪示波器 22.2.1 工作原理 22.2.2 面板介绍 tyw藏书 22.2.3 使用方法 22.3 双踪示波器 22.3.1 工作原理 22.3.2 面板介绍 22.3.3 使用方法 第23章 频率计与扫频仪 23.1 频率计的测量原理与使用方法 23.1.1 频率计的测量原理 23.1.2 频率计的使用方法 23.2 扫频仪的测量原理与使用方法 23.2.1 扫频仪的测量原理 23.2.2 扫频仪的使用方法 版权 tyw藏书 电子工程师自学速成——入门篇 蔡杏山 主编 tyw藏书 人民邮电出版社 北京 前言 tyw藏书 “电子技术无处不在”,小到身边的随身听,大到“神舟飞船”,无一不闪现着电子技术 的身影。电子技术应用于社会的众多领域,根据应用领域的不同,电子技术可分为家庭消 费电子技术(如电视机)、通信电子技术(如移动电话)、工业电子技术(如变频器)、 机械电子技术(如智能机器人控制系统)、医疗电子技术(如 B 超机)、汽车电子技术 (如汽车电气控制系统)、消费数码电子技术(如数码相机)和军事科技电子技术(如导 弹制导系统)等。 电子工程师是指从事各类电子产品和信息系统研究、教学、产品设计、科技开发、生 产和管理等工作的高级工程技术人才。电子工程师一般分为硬件电子工程师和软件电子工 程师,其中硬件电子工程师主要负责运用各种电子工具进行电子产品的装配、测试和维修 等工作,其工作是技术与手动操作的结合;软件电子工程师主要负责分析、设计电路图, 制作印制电路板(PCB),以及对嵌入式系统(如单片机)进行编程等工作。 为了让读者能够轻松快速地进入电子工程师行列,我们推出了“电子工程师自学速 成”丛书,该丛书的分为“入门篇”、“提高篇”和“设计篇”3本,各书内容说明如下。 《电子工程师自学速成——入门篇》的内容包括电子技术入门基础、电子元器件(电 阻器、电容器、电感器、变压器、二极管、三极管、光电器件、电声器件、晶闸管、场效 应管、IGBT、继电器、干簧管、显示器件、贴片元器件、集成电路和传感器)、基础电 子电路、收音机与电子产品的检修、电子测量基础、指针万用表、数字万用表、信号发生 器、毫伏表、示波器、频率计和扫频仪等。 《电子工程师自学速成——提高篇》的内容包括模拟电路和数字电路两大部分,其中 模拟电路部分的内容有电路分析基础、放大电路、放大器、谐振电路、滤波电路、振荡 器、调制电路、解调电路、变频电路、反馈控制电路、电源电路和晶闸管电路,数字电路 部分的内容有数字电路基础、门电路、数制、编码、逻辑代数、组合逻辑电路、时序逻辑 电路、脉冲电路、D/A转换器、A/D转换器和半导体存储器。 《电子工程师自学速成——设计篇》的内容包括单片机技术和Protel电路绘图设计两 大部分,其中单片机技术部分的内容有单片机入门、单片机硬件原理、单片机的开发过 程、单片机编程、中断技术、定时器/计数器、串行通信技术和接口技术,Protel电路绘图 设计部分的内容有Protel软件入门、设计电路原理图、制作新元件、手工设计PCB、自动 设计PCB和制作新元件封装。 “电子工程师自学速成”丛书主要有以下特点。 ◆ 基础起点低。读者只需具有初中文化程度即可阅读本套丛书。 ◆ 语言通俗易懂。书中少用专业化的术语,遇到较难理解的内容用形象的比喻说 明,尽量避免复杂的理论分析和烦琐的公式推导,使得图书阅读起来十分顺畅。 ◆ 内容解说详细。考虑到自学时一般无人指导,因此在本套t丛y书w编藏写书过程中对书中 的知识和技能进行了详细解说,让读者能轻松理解所学内容。 ◆ 采用图文并茂的表现方式。书中大量采用读者喜欢的直观形象的图表方式表现内 容,使阅读变得非常轻松,不易产生阅读疲劳。 ◆ 内容安排符合认知规律。图书按照循序渐进、由浅入深的原则来确定各章节内容 的先后顺序,读者只需从前往后阅读图书,便会水到渠成。 ◆ 突出显示知识要点。为了帮助读者掌握书中的知识要点,书中用阴影和文字加粗 的方法突出显示知识要点,指示学习重点。 ◆ 网络免费辅导。读者在阅读时遇到难理解的问题可登录易天教学网: www.eTV100.com,观看有关辅导材料或向老师提问进行学习,读者也可以在该网站了解 本套丛书的新书信息。 本套丛书在编写过程中得到了许多老师的支持,其中,蔡玉山、詹春华、黄勇、何 慧、黄晓玲、蔡春霞、邓艳姣、刘凌云、刘海峰、刘元能、邵永亮、万四香、何宗昌、朱 球辉、何彬、李清荣、蔡理刚、何丽、蔡华山、梁云、蔡理峰、唐颖、王娟、蔡任英和邵 永明等参与了书中资料的收集和部分章节的编写工作,在此一致表示感谢。由于我们水平 有限,书中的错误和疏漏在所难免,望广大读者和同仁予以批评指正。 编者 第1章 电子技术入门基础tyw藏书 1.1 基本概念与规律 1.1.1 电路与电路图 图1-1(a)所示是一个简单的实物电路,该电路由电源(电池)、开关、导线和灯泡 组成。电源的作用是提供电能;开关、导线的作用是控制和传递电能,称为中间环节;灯 泡是消耗电能的用电器,它能将电能转变为光能,称为负载。因此,电路是由电源、中间 环节和负载组成的。 图1-1(a)所示为实物电路,绘制该电路很不方便,为此人们用简单的图形符号代替 实物的方法来画电路,这样画出的图形称为电路图。图1-1(b)所示的图形就是图11(a)所示实物电路的电路图,不难看出,用电路图来表示实际的电路非常方便。 图1-1 一个简单的电路 1.1.2 电流与电阻 1.电流 在图1-2所示电路中,将开关闭合,灯泡会发光,为什么会这样呢?下面就来解释其 中的原因。 tyw藏书 图1-2 电流说明图 当开关闭合时,带负电荷的电子源源不断地从电源负极经导线、灯泡、开关流向电源 正极。这些电子在流经灯泡内的钨丝时,钨丝会发热,温度急剧上升而发光。 大量的电荷朝一个方向移动(也称定向移动)就形成了电流,这就像公路上有大量的 汽车朝一个方向移动就形成“车流”一样。实际上,我们把电子运动的反方向作为电流方 向,即把正电荷在电路中的移动方向规定为电流的方向。图1-2所示电路的电流方向是: 电源正极→开关→灯泡→电源的负极。 电流通常用字母“I”表示,单位为安培(简称安),用“A”表示,比安培小的单位有毫 安(mA)、微安(μA),它们之间的换算关系为 2.电阻 在图1-3(a)所示电路中增加一个元器件——电阻器,发现灯光会变暗,该电路的电 路图如图1-3(b)所示。为什么在电路中增加了电阻器后灯光会变暗呢?原来电阻器对电 流有一定的阻碍作用,从而使流过灯泡的电流减小,灯光变暗。 图1-3 电阻说明图 导体对电流的阻碍称为该导体的电阻,电阻通常用字母“R”表示,电阻的单位为欧姆 (简称欧),用“Ω”表示,比欧姆大的单位有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ),它们之间的换 算关系为 导体的电阻计算公式为 tyw藏书 在上式中,L为导体的长度(单位:m),S为导体的横截面积(单位:m2),ρ为导 体的电阻率(单位:Ω·m)。不同的导体,ρ 值一般不同。表 1-1 列出了一些常见导体的 电阻率(20℃时)。在长度L和横截面积S相同的情况下,电阻率越大的导体其电阻越 大,例如,L、S相同的铁导线和铜导线,铁导线的电阻约是铜导线的 5.9 倍。由于铁导线 的电阻率较铜导线大很多,所以为了使负载得到较大电流以及减小供电线路的损耗,供电 线路通常采用铜导线。 表1-1 一些常见导体的电阻率(20℃时) 导体的电阻除了与材料有关外,还受温度影响。一般情况下,导体温度越高电阻越 大,例如常温下灯泡(白炽灯)内部钨丝的电阻很小,通电后钨丝的温度升到1 000℃以 上,其电阻急剧增大;导体温度下降电阻减小,某些金属材料在温度下降到某一值时(如 −109℃),电阻会突然变为0Ω,这种现象称为超导现象,具有这种性质的材料称为超导 材料。 1.1.3 电位、电压和电动势 电位、电压和电动势对初学者来说较难理解,下面通过图 1-4 所示的水流示意图来说 明这些术语。首先来分析图1-4中的水流过程。 tyw藏书 图1-4 水流示意图 水泵将河中的水抽到山顶的A处,水到达A处后再流到B处,水到B处后流往C处(河 中),然后水泵又将河中的水抽到A处,这样使得水不断循环流动。水为什么能从A处流 到B处,又从B处流到C处呢?这是因为A处水位较B处水位高,B处水位较C处水位高。 要测量A处和B处水位的高度,必须先要找一个基准点(零点),就像测量人的身高 要选择脚底为基准点一样,这里以河的水面为基准(C处)。AC之间的垂直高度为A处水 位的高度,用HA表示;BC之间的垂直高度为B处水位的高度,用HB表示。由于A处和B处 水位高度不一样,它们存在着水位差,该水位差用 HAB表示,它等于 A 处水位高度 HA与 B 处水位高度 HB之差,即HAB=HA−HB。为了让A处源源不断有水往B、C处流,需要水泵 将低水位的河水抽到高处的A点,这样做水泵是需要消耗能量的(如耗油)。 1.电位 电路中的电位、电压和电动势与上述水流情况很相似。如图 1-5 所示,电源的正极输 出电流,流到A点,再经R1流到B点,然后通过R2流到C点,最后流到电源的负极。 与图1-4所示水流示意图相似,图1-5所示电路中的A、B点也有高低之分,只不过不 是水位,而称为电位,A点电位较B点电位高。为了计算电位的高低,也需要找一个基准 点作为零点,为了表明某点为零基准点,通常在该点处画一个“⊥”符号,该符号称为接地 符号,接地符号处的电位规定为0V,电位单位不是米(m),而是伏特(简称伏), 用“V”表示。在图1-5所示电路中,以C点为0V(该点标有接地符号),A点的电位为3V, 表示为VA=3V;B点电位为1V,表示为VB=1V。 tyw藏书 图1-5 电位、电压和电动势说明图 2.电压 图1-5所示电路中的A点和B点的电位是不同的,有一定的差距,这种电位之间的差距 称为电位差,又称电压。A点和B点之间的电位差用UAB表示,它等于A点电位VA与B点电 位VB的差,即UAB=VA−VB=3V−1V=2V。因为A点和B点电位差实际上就是电阻器R1两端的 电位差(即电压), R1两端的电压用UR1表示,所以UAB=UR1。 3.电动势 为了让电路中始终有电流流过,电源需要在内部将流到负极的电流源源不断地“抽”到 正极,使电源正极具有较高的电位,这样正极才会输出电流。当然,电源内部将负极的电 流“抽”到正极需要消耗能量(如干电池会消耗掉化学能)。电源消耗能量在两极建立的电 位差称为电动势,电动势的单位也为伏特,图1-5所示电路中电源的电动势为3V。 由于电源内部的电流是由负极流向正极,故电源的电动势方向规定为从电源负极指向 正极。 1.1.4 电路的3种状态 电路有3种状态:通路、开路和短路,这3种状态的电路如图1-6所示。 图1-6 电路的3种状态 1.通路 图1-6(a)所示电路处于通路状态。电路处于通路状态的特点有:电路畅通,有正常 的电流流过负载,负载正常工作。 2.开路 图1-6(b)所示电路处于开路状态。电路处于开路状态的特点有:电路断开,无电流 流过负载,负载不工作。 3.短路 tyw藏书 图1-6(c)所示电路处于短路状态。电路处于短路状态的特点有:电路中有很大电流 流过,但电流不流过负载,负载不工作。由于电流很大,电源和导线很容易被烧坏。 1.1.5 接地与屏蔽 1.接地 接地在电子电路中应用广泛,电路中常用图1-7所示的符号表示接地和接机壳。 为了便于初学者理解,本书将接地和接机壳统一成接地来说明。在电子电路中,接地 的含义不是表示将电路连接到大地,而是有以下的意义。 ① 在电路中,接地符号处的电位规定为 0V。在图1-8(a)所示电路中,A 点标有接 地符号,规定A点的电位为0V。 ② 在电路中,标有接地符号的地方都是相通的。图1-8(b)所示的两个电路,虽然 从形式上看不一样,但电路的实际连接是一样的,故两个电路中的灯泡都会亮。 图1-7 接地和接机壳符号 图1-8 接地符号含义说明图 2.屏蔽 在电子设备中,为了防止某些元器件和电路工作时受到干扰,或者为了防止某些元器 件和电路在工作时产生信号干扰其他电路的正常工作,通常对这些元器件和电路采取隔离 措施,这种隔离称为屏蔽。屏蔽常用图1-9所示的符号表示。 屏蔽的具体做法是用金属材料(称为屏蔽罩)将元器件或电路封闭起来,再将屏蔽罩 接地。图 1-10所示为带有屏蔽罩的元器件和导线,外界干扰信号无法穿过金属屏蔽罩干 扰内部的元器件和电路。 图1-9 屏蔽符号 tyw藏书 图1-10 带有屏蔽罩的元器件和导线 1.1.6 欧姆定律 欧姆定律是电子技术中的一个最基本的定律,反映了电路中电阻、电流和电压之间的 关系。 欧姆定律的内容是:在电路中,流过电阻的电流I的大小与电阻两端的电压U成正比, 与电阻R的大小成反比,即 也可以表示为U=IR和 。 为了更好地理解欧姆定律,下面以图1-11所示的几种形式为例加以说明。 图1-11 欧姆定律的几种形式图示 在图1-11(a)中,已知电阻R=10Ω,电阻两端的电压UAB=5V,那么流过电阻的电流 。 在图1-11(b)中,已知电阻R=5Ω,流过电阻的电流I=2A,那么电阻两端的电压 UAB=I·R=2A× 5Ω=10V。 在图 1-11(c)中,已知流过电阻的电流 I=2A,电阻两端的电压 UAB=12V,那么电阻 的大小 。 下面以图1-12所示的电路为例来说明欧姆定律的应用。 tyw藏书 图1-12 欧姆定律的应用说明图 在图 1-12 所示的电路中,电源的电动势 E=12V,它与 A、D 之间的电压 UAD相等,3 个电阻R1、R2、R3串接起来,可以相当于一个电阻R,R=R1+R2+R3=2Ω+7Ω+3Ω=12Ω。 知道了电阻的大小和电阻两端的电压,就可以求出流过电阻的电流I了。 求出了流过R1、R2、R3的电流I,并且它们的电阻大小已知,就可以求出R1、R2、R3 两端的电压UR1(UR1实际就是A、B两点之间的电压UAB)、UR2和UR3了。 从上面可以看出 UR1+UR2+UR3=UAB+UBC+UCD=UAD=12V 在图1-12中如何求B点电压呢?首先要明白:在电路中,某点电压指的是该点与地之 间的电压,所以B点电压UB实际就是电压UBD,求UB有以下两种方法。 方法一  UB=UBD=UBC+UCD=UR2+UR3=7V+3V=10V 方法二  UB=UBD=UAD−UAB=UAD−UR1=12V−2V=10V 1.1.7 电功、电功率和焦耳定律 1.电功 电流流过灯泡,灯泡会发光;电流流过电炉丝,电炉丝会发热;电流流过电动机,电 动机会运转。可见电流流过一些用电设备时是会做功的,电流做的功称为电功。用电设备 做功的大小不但与加到用电设备两端的电压及流过用电设备的电流有关,而且与通电时间 长短有关。电功可用下面的公式计算 式中,W表示电功,单位为焦(J);U表示电压,单位为伏(tyV)w;藏I表书示电流,单位 为安(A);t表示时间,单位为秒(s)。 2.电功率 电流需要通过一些用电设备才能做功,为了衡量这些设备做功能力的大小,引入一个 电功率的概念。电功率是指单位时间里电流通过用电设备所做的功。电功率常用 P 表示, 单位为瓦(W),此外还有千瓦(kW)和毫瓦(mW),它们之间的换算关系是 电功率的计算公式是 根据欧姆定律可知U=I·R, ,所以电功率还可以用以下公式来表示 举例:在图1-13所示电路中,灯泡两端的电压为220V(它与电源的电动势相等),流 过灯泡的电流为 0.5A,求灯泡的电功率、电阻和灯泡在10s内所做的功。 图1-13 电功率计算例图 灯泡的电功率 P=UI=220V×0.5A=110W 灯泡的电阻 灯泡在10s做的功 W=Pt=UIt=220V×0.5A×10s=1 100J 这里要补充一下,电功的单位是焦耳(J),但在电学中还常用另一个单位——千瓦 时(kW· h)来表示,千瓦时也称度。1kW·h=1度,千瓦时与焦耳的关系是 1kW·h可以这样理解:一个电功率为100W的灯泡连续使用10h消耗的电功为1kW·h, 即消耗1度电。 3.焦耳定律 电流流过导体时导体会发热,这种现象称为电流的热效应。电ty热w锅藏、电书饭煲和电热水 器等都是利用电流的热效应来工作的。 英国物理学家焦耳通过实验发现:电流流过导体,导体发出的热量与导体流过的电 流、导体的电阻和通电的时间有关。这个关系用公式表示就是 式中,Q 表示热量,单位为焦耳(J);R 表示电阻,单位为欧姆(Ω);t 表示时 间,单位为秒(s)。 该定律说明:电流流过导体产生的热量,与电流的平方、导体的电阻及通电时间成正 比。 由于这个定律除了由焦耳发现外,俄国科学家楞次也通过实验独立发现,故该定律又 称焦耳-楞次定律。 举例:某台电动机的额定电压是220V,线圈的电阻为0.4Ω,当电动机接220V的电压 时,流过的电流是3A,求电动机的电功率和线圈每秒钟发出的热量。 电动机的电功率 P=U·I=220V×3A=660W 电动机线圈每秒钟发出的热量 Q=I2Rt=32A×0.4Ω×1s=3.6J 1.2 电阻的连接方式 电阻是电路中应用最多的一种电子元器件,在一个电路中往往同时使用多个电阻。电 阻的连接方式可分为串联、并联和混联3种。 tyw藏书 1.2.1 电阻的串联 两个或两个以上的电阻头尾相接连在电路中,称为电阻的串联。电阻的串联如图1-14 所示。 图1-14 电阻的串联 电阻串联电路的特点有以下几个。 ① 流过各串联电阻的电流相等,都为I。 ② 电阻串联后的总电阻增大,总电阻等于各串联电阻之和,即 ③ 总电压等于各串联电阻上电压之和,即 ④ 电阻越大,两端电压越高,因为R1I2。 在图 1-15 所示电路中,并联电阻 R1、R2两端的电压相等,UR1=UR2=U=6V;流过 R1 的电流 ,流过 R2的电流 ,总电流 I=I1+I2=1A+0.5A=1.5A;R1、R2并联总电阻 。 1.2.3 电阻的混联 一个电路中的电阻连接方式既有串联又有并联时,称为电阻的混联,如图1-16所示。 tyw藏书 图1-16 电阻的混联 对于电阻混联电路总电阻可以这样求:先求并联电阻的总电阻,然后再求串联电阻与 并联电阻的总电阻之和。在图 1-16 所示电路中,并联电阻 R3、R4的总电阻为 电路的总电阻 想想看,如何求图1-16中总电流I,R1两端电压UR1,R2两端电压 UR2,R3两端电压 UR3和流过 R3、R4的电流I3、I4的大小。 1.3 直流电与交流电 1.3.1 直流电 tyw藏书 直流电是指方向始终固定不变的电压或电流。能产生直流电的电源称为直流电源,常 见的干电池、蓄电池和直流发电机等都是直流电源,直流电源常用图 1-17(a)所示的图 形符号表示。直流电的电流总是由电源正极流出,再通过电路流到电源负极。在图 117(b)所示的直流电路中,电流从直流电源正极流出,经电阻R和灯泡流到电源负极结 束。 图1-17 直流电源图形符号与直流电路 直流电又分为稳定直流电和脉动直流电。 1.稳定直流电 稳定直流电是指方向固定不变并且大小也不变的直流电。稳定直流电可用图118(a)所示波形表示,稳定直流电的电流I大小始终保持恒定(始终为 6mA),在图中用 直线表示;直流电的电流方向保持不变,始终是从电源正极流向负极,图中的直线始终在 t轴上方,表示电流的方向始终不变。 2.脉动直流电 脉动直流电是指方向固定不变,但大小随时间变化的直流电。脉动直流电可用图118(b)所示的波形表示,从图中可以看出,脉动直流电的电流 I 大小随时间作波动变化 (如在 t1时刻电流为6mA,在 t2时刻电流变为 4mA),电流大小波动变化在图中用曲线表 示;脉动直流电的方向始终不变(电流始终从电源正极流向负极),图中的曲线始终在t 轴上方,表示电流的方向始终不变。 图1-18 直流电 1.3.2 交流电 交流电是指方向和大小都随时间作周期性变化的电压或电流。交流电类型很多,其中 最常见 1.的正是弦正交弦流交电流电,这里就以正弦交流电为例来介绍交流电。tyw藏书 正弦交流电的符号、电路和波形如图1-19所示。 图1-19 正弦交流电 下面以图1-19(b)所示的交流电路为例来说明图1-19(c)所示的正弦交流电波形。 ① 在0~t1期间:交流电源e的电压极性是上正下负,电流I的方向是:交流电源上正 →电阻R→交流电源下负,并且电流I逐渐增大,电流逐渐增大在图1-19(c)中用波形逐 渐上升表示,t1时刻电流达到最大值。 ② 在 t1~t2期间:交流电源 e 的电压极性仍是上正下负,电流 I 的方向仍是:交流电 源上正→电阻R→交流电源下负,但电流I逐渐减小,电流逐渐减小在图1-19(c)中用波 形逐渐下降表示, t2时刻电流为0A。 ③ 在t2~t3期间:交流电源e的电压极性变为上负下正,电流I的方向也发生改变,图 1-19(c)中的交流电波形由 t 轴上方转到下方表示电流方向发生改变,电流 I 的方向是: 交流电源下正→电阻R→交流电源上负,电流反方向逐渐增大,t3时刻反方向的电流达到 最大值。 ④ 在t3~t4期间:交流电源e 的电压极性仍为上负下正,电流仍是反方向,电流的方 向是:交流电源下正→电阻R→交流电源上负,电流反方向逐渐减小,t4时刻电流减小到 0A。 t4时刻以后,交流电源的电流大小和方向变化与0~t4期间变化相同。实际上,交流电 源不但电流大小和方向按正弦波变化,其电压大小和方向也像电流一样按正弦波变化。 2.周期和频率 周期和频率是交流电最常用的两个概念,下面以图1-20所示的正弦交流电波形图为例 来说明。 tyw藏书 图1-20 正弦交流电的周期、频率和瞬时值说明图 (1)周期 从图1-20可以看出,交流电变化过程是不断重复的,交流电重复变化一次所需的时间 称为周期,周期用T表示,单位是秒(s)。图1-20所示交流电的周期T为0.02s,说明该交 流电每隔0.02s就会重复变化一次。 (2)频率 交流电在每秒钟内重复变化的次数称为频率,频率用f表示,它是周期的倒数,即 频率的单位是赫兹(Hz)。图1-20所示交流电的周期T为0.02s,那么它的频率 f=1/T=1/0.02s=50Hz,该交流电的频率f=50Hz,说明在1s内交流电能重复0~t4这个过程50 次。交流电变化越快,变化一次所需要的时间越短,周期就越短,频率就越高。 (3)高频、中频和低频 根据频率的高低不同,交流信号分为高频信号、中频信号和低频信号。高频、中频和 低频信号的划分没有严格的规定,一般认为:频率在3MHz以上的信号称为高频信号,频 率在300kHz~3MHz范围内的信号称为中频信号,频率低于300kHz的信号称为低频信号。 高频、中频和低频还是一个相对概念,在不同的电子设备中,它们的范围是不同的。 例如在调频(FM)收音机中,88~108MHz称为高频,10.7MHz称为中频,20Hz~20kHz 称为低频;而在调幅(AM)收音机中,525~1 605kHz称为高频,465kHz称为中频,20Hz ~20kHz称为低频。 3.瞬时值和有效值 (1)瞬时值 交流电的大小和方向是不断变化的,交流电在某一时刻的值称为交流电在该时刻的瞬 时值。以图1-20所示的交流电压为例,它在t1时刻的瞬时值为 为最大瞬时值;在t2时刻瞬时值为0V,该值为最小瞬时值。 (2)有效值 V(约为311V),该值 交流电的大小和方向是不断变化的,这给电路计算和测量带来不便,为此引入有效值 的概念。下面以图1-21所示电路来说明有效值的含义。 tyw藏书 图1-21 交流电有效值的说明图 图 1-21 所示两个电路中的电热丝完全一样,现分别给电热丝通交流电和直流电,如 果两电路通电时间相同,并且电热丝发出热量也相同,对电热丝来说,这里的交流电和直 流电是等效的,那么就将图1-21(b)中直流电的电压值或电流值称为图1-21(a)中交流 电的有效电压值或有效电流值。 交流市电电压为220V指的就是有效值,其含义是虽然交流电压时刻变化,但它的效 果与220V直流电是一样的。如果没有特别说明,交流电的大小通常是指有效值,测量仪 表的测量值一般也是指有效值。正弦交流电的有效值与最大瞬时值的关系是 如交流市电的有效电压值为220V,它的最大瞬时电压值=220 ≈311V。 4.相位与相位差 (1)相位 正弦交流电的电压或电流值变化规律与正弦波一样,为了分析方便,将正弦交流电放 在图1-22所示的坐标中。 图中画出了交流电的一个周期,一个周期的角度为2π,一个周期的时间为T=0.02s, 从图可以看出,在不同的时刻,交流电压所处的角度不同,如在 t=0 时刻的角度为0°,在 t=0.005s时刻的角度为 ,在t=0.01s时刻的角度为π。 tyw藏书 图1-22 坐标中的正弦交流电 交流电在某时刻的角度称为交流电在该时刻的相位。图1-22中的交流电在t=0.005s时 刻的相位为 或90°),在t=0.01s时刻的相位为π(或180°)。交流电在t=0时刻的角度称 交流电的初相位,图1-22中的交流电初相位为0°。 (2)相位差 相位差是指两个同频率交流电的相位之差。如图1-23(a)所示,两个同频率的交流 电流I1、I2分别从两条线路流向A点,在同一时刻,到达A点的交流电流I1、I2的相位并不 相同,即两个交流信号存在相位差。 电流I1、I2的变化如图1-23(b)所示,在t=0时刻,I1的相位为 而I2相位为0°,在 t=0.01s时,I1的相位为 ,而I2相位为π,两个电流的相位差为 ,即I1、I2的相位差始终是 。在图1-23(b)中,若将I1的 前一段补充出来,也可以看出I1、I2的相位差是 并且I1超前I2(超前 ,也可说超前 90°)。 图1-23 交流电相位差说明 两个交流电存在相位差实际上就是两个交流电变化存在着时间差。在图1-23(b) tyw藏书 中,在t=0时刻,电流I1的值为5mA,电流I2的值为0mA;而到t=0.005s时,电流I1的值变为 0mA,电流I2的值变为5mA;也就是说,电流I2变化总是滞后电流I1的变化。 1.4 万用表的使用 1.4.1 指针万用表的使用 tyw藏书 指针万用表是一种广泛使用的电子测量仪表,它由一只灵敏度很高的直流电流表(微 安表)作表头,再加上挡位选择开关和相关电路组成。指针万用表可以测量电压、电流、 电阻,还可以测量电子元器件的好坏。指针万用表种类很多,使用方法大同小异,本节以 MF-47型万用表为例进行介绍。 1.面板介绍 MF-47型万用表的面板如图1-24所示。从面板上可以看出,指针万用表面板主要由刻 度盘、挡位选择开关、旋钮和插孔构成。 图1-24 MF-47型万用表的面板 (1)刻度盘 刻度盘用来指示被测量值的大小,它由1根表针和7条刻度线组成。刻度盘如图1-25所 示。 tyw藏书 图1-25 刻度盘 第1条标有“Ω”字样的为欧姆刻度线。在测量电阻阻值时查看该刻度线。这条刻度线 最右端刻度表示的阻值最小,为0Ω,最左端刻度表示的阻值最大,为∞(无穷大)。在未 测量时表针指在左端无穷大处。 第2条标有“V”(左方)和“mA”(右方)字样的为直、交流电压/直流电流刻度线。在 测量直流电压、电流和交流电压时都查看这条刻度线。该刻度线最左端刻度表示最小值, 最右端刻度表示最大值,在该刻度线下方标有3组数,它们的最大值分别是250、50和10, 当选择不同挡位时,要将刻度线的最大刻度看作该挡位最大量程数值(其他刻度也要相应 变化)。如挡位选择开关置于“50V”挡测量时,表针指在第2条刻度线最大刻度处,表示 此时测量的电压值为50V(而不是10V或250V)。 第3条标有“AC10V”字样的为交流10V挡专用刻度线。在挡位选择开关置于交 流“10V”挡测量时查看该刻度线。 第4条标有“hFE”字样的为三极管放大倍数刻度线。在测量三极管放大倍数时查看这条 刻度线。 第5条标有“C(μF)”字样的为电容量刻度线。在测量电容容量时查看这条刻度线。 第6条标有“L(H)”字样的为电感量刻度线。在测量电感的电感量时查看该刻度线。 第7条标有“dB”字样的为音频电平刻度线。在测量音频信号电平时查看这条刻度线。 (2)挡位选择开关 挡位选择开关的功能是选择不同的测量挡位。挡位选择开关如图1-26所示。 tyw藏书 图1-26 挡位选择开关 (3)旋钮 万用表面板上有2个旋钮:机械校零旋钮和欧姆校零旋钮,如图1-24所示。 机械校零旋钮的功能是在测量前将表针调到电压/电流刻度线的“0”刻度处。欧姆校零 旋钮的功能是在使用欧姆挡测量时,将表针调到欧姆刻度线的“0”刻度处。两个旋钮的详 细调节方法在后面将会介绍。 (4)插孔 万用表面板上有4个独立插孔和一个6孔组合插孔,如图1-24所示。 标有“+”字样的为红表笔插孔;标有“−(或COM)”字样的为黑表笔插孔;标 有“5A”字样的为大电流插孔,当测量 500mA~5A 范围内的电流时,红表笔应插入该插 孔;标有“2 500V”字样的为高电压插孔,当测量 1000~2500V 范围内的电压时,红表笔应 插入此插孔。6 孔组合插孔为三极管测量插孔,标有“N”字样的3 个孔为 NPN 型三极管的 测量插孔,标有“P”字样的 3个孔为PNP型三极管的测量插孔。 2.使用前的准备工作 指针万用表在使用前,需要安装电池、机械校零和安插表笔。 (1)安装电池 在使用万用表前,需要给万用表安装电池,若不安装电池,欧姆挡和三极管放大倍数 挡将无法使用,但电压、电流挡仍可使用。MF-47型万用表需要9V和1.5V两个电池,其中 9V电池供给R×10k挡使用,1.5V电池供给R×10k挡以外的欧姆挡和三极管放大倍数挡使 用。 万用表的电池安装如图1-27所示。安装电池时,一定要注意电池的极性不能装错。 tyw藏书 图1-27 万用表的电池安装 (2)机械校零 在出厂时,大多数厂家已对万用表进行了机械校零。当某些原因造成表针未校零时, 可自己进行机械校零。机械校零过程如图1-28所示。 图1-28 机械校零 (3)安插表笔 万用表有红、黑两根表笔,在测量时,红表笔要插入标有“+”字样的插孔,黑表笔要 插入标有“−”字样的插孔。 3.测量直流电压 MF-47型万用表的直流电压挡具体又分为0.25V、1V、2.5V、10V、50V、250V、500V 、1 000V和2 500V挡。 下面以测量一节电池的电压值为例来说明直流电压的测量操作,测量如图1-29所示, 具体过程如下。 tyw藏书 图1-29 直流电压的测量 第1步:选择挡位。测量前先大致估计被测电压可能有的最大值,再根据挡位应高于 且最接近被测电压的原则选择挡位,若无法估计,可先选最高挡测量,再根据大致测量值 重新选取合适低挡位测量。一节充电电池的电压一般低于 1.5V,根据挡位应高于且最接 近被测电压原则,选择 2.5V挡最为合适。 第2步:红、黑表笔接被测电压。红表笔接被测电压的高电位处(即电池的正极), 黑表笔接被测电压的低电位处(即电池的负极)。 第3步:读数。在刻度盘上找到旁边标有“V”字样的刻度线(即第2条刻度线),该刻 度线有最大值分别是250、50、10的3组数对应,因为测量时选择的挡位为2.5V,所以选择 最大值为250的那一组数进行读数,但需将250看成2.5,该组其他数作相应的变化。现观 察表针指在接近150的位置,约为“145”,那么被测电池的直流电压大小约为1.45V。 补充说明: ① 如果测量1 000~2 500V范围内的电压时,挡位选择开关应置于“1 000V”挡位,红 表笔要插在“2 500V”专用插孔中,黑表笔仍插在“−”插孔中,读数时选择最大值为250的那 一组数。 ② 直流电压0.25V 挡与直流电流0.05mA 挡是共用的。在测直流电压选择该挡时可以 测量0~0.25V范围内的电压,读数时选择最大值为250的那一组数;在测直流电流时选择 该挡可以测量0~0.05mA范围内的电流,读数时选择最大值为50的那一组数。 4.测量交流电压 MF-47型万用表的交流电压挡具体又分为10V、50V、250V、500V、1 000V和2 500V 挡。 tyw藏书 下面以测量市电电压的大小为例来说明交流电压的测量操作,测量如图1-30所示,具 体过程如下。 图1-30 交流电压的测量 第1步:选择挡位。市电电压一般在220V左右,根据挡位应高于且最接近被测电压的 原则,选择250V挡最为合适。 第2步:红、黑表笔接被测电压。由于交流电压无正、负极性之分,故红、黑表笔可 随意分别插在市电插座的两个插孔中。 第3步:读数。交流电压与直流电压共用刻度线,读数方法也相同。因为测量时选择 的挡位为250V,所以选择最大值为 250 的那一组数进行读数。现观察表针指在刻度线 为“230”的位置,那么被测市电电压的大小为230V。 注意:在选用10V交流挡测量时,需要查看标有“AC10V”字样的刻度线。 5.测量直流电流 MF-47型万用表的直流电流挡具体又分为0.05mA、0.5mA、5mA、50mA、500mA和5A 挡。 下面以测量图1-31(a)所示电路中流过灯泡的电流大小为例来说明直流电流的测量 操作,其测量等效图如图1-31(b)所示。测量流过灯泡的电流的具体过程如下。 第1步:选择挡位。灯泡工作电流较大,这里选择直流500mA挡。 第2步:断开电路,将万用表红、黑表笔串接在电路的断开处,红表笔接断开处的高 电位端,黑表笔接断开处的另一端。 第3步:读数。直流电流与直流电压共用刻度线,读数方法也t相y同w。藏因为书测量时选择 的挡位为500mA挡,所以选择最大值为50的那一组数进行读数。现观察表针指在刻度线接 近40的位置,约“39.5”,那么流过灯泡的电流为395mA。 如果流过灯泡的电流大于500mA,可将红表笔插入“5A”插孔,挡位仍置 于“500mA”挡。 图1-31 直流电流的测量 注意:测量电路的电流时,一定要断开电路,并将万用表串接在电路断开处,这样电 路中的电流才能流过万用表,万用表才能指示被测电流的大小。 6.测量电阻 测量电阻的阻值时需要选择欧姆挡。MF-47型万用表的欧姆挡具体又分为R×1、 R×10、R×100、R×1k和R×10k挡。 下面以测量一只电阻的阻值大小为例来说明欧姆挡的使用方法,测量如图1-32所示, 具体过程说明如下。 第1步:选择挡位。测量前先估计被测电阻的阻值大小,选择t合y适w的藏挡位书。挡位选择 的原则是:在测量时尽可能让表针指在欧姆刻度线的中央位置,因为表针指在刻度线中央 时的测量值最准确,若不能估计电阻的阻值,可先选高挡位测量,如果发现阻值偏小时, 再换成合适的低挡位重新测量。现估计被测电阻阻值为几百至几千欧,选择挡位R×100较 为合适。 第2~3步:欧姆校零。挡位选好后要进行欧姆校零,欧姆校零过程如图1-32(a)所 示。 先将红、黑表笔短接,观察表针是否指到欧姆刻度线(即第1条刻度线)的“0”处。若 表针没有指在“0”处,可调节欧姆校零旋钮,直到将表针调到“0”处为止;如果无法将表针 调到“0”处,一般为万用表内部电池用旧所致,需要更换新电池。 第4步:红、黑表笔接被测电阻。电阻没有正、负极之分,红、黑表笔可随意接被测 电阻两端。 第5步:读数。读数时查看欧姆刻度线,观察表针所指的数值,然后将该数值与挡位 数相乘,得到的结果就是该电阻的阻值。在图1-32(b)中,万用表表针指在数 值“20”处,选择挡位为R×100,则被测电阻的阻值为20×100Ω=2kΩ。 tyw藏书 图1-32 电阻的测量 7.万用表使用注意事项 万用表使用时要按正确的方法进行操作,否则轻则会使测量值不准确,重则会烧坏万 用表,甚至会触电危害人身安全。使用万用表时要注意以下事项。 ① 测量时不要选错挡位,特别是不能用电流或欧姆挡来测电压,否则极易烧坏万用 表。万用表不用时,可将挡位置于交流电压最高挡(如1 000V挡)。 ② 测量直流电压或直流电流时,要将红表笔接电源或电路的高电位,黑表笔接低电 位,若表笔接错表针会反偏,这时应马上互换红、黑表笔位置。 tyw藏书 ③ 若不能估计被测电压、电流或电阻的大小,应先用最高挡,如果高挡位测量值偏 小,可根据测量值大小重新选择相应的低挡位。 ④ 测量时,手不要接触表笔金属部位,以免触电或影响测量精确度。 ⑤ 测量电阻阻值和三极管放大倍数时要进行欧姆校零,如果旋钮无法将表针调到欧 姆刻度线的“0”处,一般为万用表内部电池用旧,可更换新电池。 1.4.2 数字万用表的使用 数字万用表与指针万用表相比,具有测量准确度高、测量速度快、输入阻抗大、过载 能力强和功能多等优点,所以它与指针万用表一样,在电子技术测量方面得到了广泛的应 用。数字万用表的种类很多,但使用方法基本相同,下面以使用较广泛且价格便宜的DT830B型数字万用表为例来说明数字万用表的使用方法。 1.面板介绍 数字万用表的面板上主要有液晶显示屏、挡位选择开关和各种插孔。DT-830B 型数字 万用表面板如图1-33所示。 (1)液晶显示屏 图1-33 DT-830B型数字万用表的面板 液晶显示屏用来显示被测量的数值,它可以显示 4 位数字,但最高位只能显示到 1, 其他位可显示0~9。 (2)挡位选择开关 挡位选择开关的功能是选择不同的测量挡位,它包括直流电压ty挡w、藏交流书电压挡、直流 电流挡、欧姆挡、二极管测量挡和三极管放大倍数挡。 (3)插孔 数字万用表的面板上有3个独立插孔和1个6孔组合插孔。标有“COM”字样的为黑表笔 插孔;标有“VΩmA”字样的为红表笔插孔;标有“10ADC”字样的为直流大电流插孔,在测 量200mA~10A范围内的直流电流时,红表笔要插入该插孔。6孔组合插孔为三极管测量 插孔。 2.测量直流电压 DT-830B型数字万用表的直流电压挡具体又分为200mV、2 000mV、20V、200V和1 000V挡。 下面以测量一节电池的电压值为例来说明直流电压的测量,测量如图1-34所示,具体 过程说明如下。 图1-34 直流电压的测量 第1步:选择挡位。一节电池的电压通常在1.5V左右,根据挡位应高于且最接近被测 电压原则,选择20V挡最为合适。 第2步:红、黑表笔接被测电压。红表笔接被测电压的高电位处(即电池的正极), 黑表笔接被测电压的低电位处(即电池的负极)。 第3步:在显示屏上读数。现观察显示屏显示的数值为“1.38”,则被测电池的直流电 压为1.38V。若显示屏显示的数字不断变化,可选择其中较稳定的数字作为测量值。 3.测量交流电压 DT-830B型数字万用表的交流电压挡具体又分为200V和750V挡。 下面以测量市电的电压值为例来说明交流电压的测量,测量如图1-35所示,具体过程 如下。 tyw藏书 图1-35 交流电压的测量 第1步:选择挡位。市电电压通常在220V左右,根据挡位应高于且最接近被测电压原 则,选择750V挡最为合适。 第2步:红、黑表笔接被测电压。由于交流电压无正、负极之分,故红、黑表笔可随 意分别插入市电插座的两个插孔中。 第3步:在显示屏上读数。现观察显示屏显示的数值为“231”,则市电的电压值为 231V。 4.测量电阻 万用表测电阻时采用欧姆挡,DT-830B 型万用表的欧姆挡具体又分为 200Ω、2 000Ω、20kΩ、200kΩ和2 000kΩ挡。 下面以测量一个电阻的阻值为例来说明欧姆挡的使用,测量如图1-36所示,具体过程 说明如下。 tyw藏书 图1-36 电阻的测量 第1步:选择挡位。估计被测电阻的阻值不会大于1kΩ,根据挡位应高于且最接近被 测电阻的阻值原则,选择2 000Ω挡最为合适。若无法估计电阻的大致阻值,可先用最高挡 测量,若发现偏小,再根据显示的阻值更换合适的低挡位重新测量。 第2步:红、黑表笔接被测电阻两端。 第3步:在显示屏上读数。现观察显示屏显示的数值为“992”,则被测电阻的阻值为 992Ω。 注意:数字万用表在使用低欧姆挡(200Ω挡)测量时,将两根表笔短接,会发现显 示屏显示的阻值通常不为“0”,一般在零点几欧至几欧之间,性能好的数字万用表该值很 小。由于数字万用表无法进行欧姆校零,如果对测量准确度要求很高,可先记下表笔短接 时的阻值,再将测量值减去该值即为被测电阻的实际值。 第2章 电阻器 tyw藏书 2.1 固定电阻器 电阻器是电子电路中最常用的元器件之一,简称电阻。电阻器种类很多,通常可以分 为3类:固定电阻器、电位器和敏感电阻器。 2.1.1 实物外形与图形符号 固定电阻器是一种阻值固定不变的电阻器。固定电阻器的实物外形和图形符号如图21所示。在图2-1(b)中,上方为国家标准的电阻器图形符号,下方为国外常用的电阻器 图形符号(在一些国外技术资料中常见)。 图2-1 固定电阻器 2.1.2 功能 固定电阻器的主要功能有降压、限流、分流和分压。固定电阻器的功能说明如图2-2 所示。 图2-2 固定电阻器的功能说明图 1.降压、限流 在图 2-2(a)所示电路中,电阻器 R1与灯泡串联,如果用导线直接代替 R1,加到灯 tyw藏书 泡两端的电压有6V,流过灯泡的电流很大,灯泡将会很亮;串联电阻R1后,由于R1上有 2V电压,灯泡两端的电压就被降低到4V,同时由于R1对电流有阻碍作用,流过灯泡的电 流也就减小。电阻器R1在这里就起着降压、限流的作用。 2.分流 在图2-2(b)所示电路中,电阻器R2与灯泡并联在一起,流过R1的电流I除了一部分 流过灯泡外,还有一路经R2流回到电源,这样流过灯泡的电流减小,灯泡变暗。R2的这 种功能称为分流。 3.分压 在图2-2(c)所示电路中,电阻器R1、R2和R3串联在一起,从电源正极出发,每经 过一个电阻器,电压会降低一次,电压降低多少取决于电阻器阻值的大小。阻值越大,电 压降低越多。图中的R1、R2和R3将6V电压又分出5V和2V的电压。 2.1.3 标称阻值 为了表示阻值的大小,在出厂时会在电阻器表面标注阻值。标注在电阻器上的阻值称 为标称阻值。电阻器的实际阻值与标称阻值往往有一定的差距,这个差距称为误差。电阻 器标称阻值和误差的标注方法主要有直标法和色环法。 1.直标法 直标法是指用文字符号(数字和字母)在电阻器上直接标注出阻值和误差的方法。直 标法的阻值单位有欧姆(Ω)、千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)。 误差大小的表示一般有两种方式:一是用罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示误差为± 5%、 ± 10%、 ± 20%,如果不标注误差,则误差为 ± 20%;二是用字母来表示,各字母 对应的误差见表2-1,如J、K 分别表示误差为 ± 5%、 ± 10%。 表2-1 字母与阻值误差对照表 直标法常见形式主要有以下几种。 (1)用“数值+单位+误差”表示 图2-3(a)所示的4个电阻器都采用这种方式,它们分别标注12kΩ ± 10%、12kΩⅡ、 tyw藏书 12kΩ10%、12kΩK,虽然各个误差标注形式不同,但都表示电阻器的阻值为12kΩ,误差 为 ± 10%。 (2)用单位代表小数点表示 图2-3(b)所示的4个电阻采用这种表示方式,1k2表示1.2kΩ,3M3表示3.3MΩ, 3R3(或3Ω3)表示3.3Ω,R33(或Ω33)表示0.33Ω。 (3)用“数值+单位”表示 这种标注法没有标出误差,表示误差为 ± 20%。图2-3(c)所示的两个电阻器均采用 这种方式,它们分别标注12kΩ、12k,表示的阻值都为12kΩ,误差为 ± 20%。 (4)用数字直接表示 一般 1kΩ以下的电阻采用这种形式。图 2-3(d)所示的两个电阻采用这种表示方 式,12 表示12Ω,120表示120Ω。 图2-3 直标法表示阻值的常见形式 2.色环法 色环法是指在电阻器上标注不同颜色圆环来表示阻值和误差的方法。图 2-4 所示的两 个电阻器就采用了色环法来标注阻值和误差。其中一只电阻器上有 4条色环,称为四环电 阻器;另一只电阻器上有 5条色环,称为五环电阻器,五环电阻器的阻值精度较四环电阻 器更高。 tyw藏书 图2-4 色环电阻器 (1)色环含义 要正确识读色环电阻器的阻值和误差,需先了解各种色环代表的含义。色环电阻器各 色环代表的含义见表2-2。 表2-2 四环电阻器各色环代表的含义及数值 续表 (2)四环电阻器的识读 四环电阻器阻值与误差的识读如图2-5所示。四环电阻器的具体识读过程如下。 图2-5 四环电阻器阻值和误差的识读 第1步:判别色环排列顺序。 四环电阻器的色环顺序判别规律如下。 ① 四环电阻器的第4条色环为误差环,一般为金色或银色,因此如果靠近电阻器一个 引脚的色环颜色为金、银色,该色环必为第4环,从该环向另一引脚方向排列的3条色环顺 序依次为第3条、第2条、第1条。 ② 对于色环标注标准的电阻器,一般第4环与第3环间隔较远。tyw藏书 第2步:识读色环。 按照第1、2环为有效数字环,第3环为倍乘数环,第4环为误差数环,再对照表2-2各 色环代表的数字识读出色环电阻器的阻值和误差。 (3)五环电阻器的识读 五环电阻器阻值与误差的识读方法与四环电阻器基本相同,不同之处在于五环电阻器 的第1~3环为有效数字环,第4环为倍乘数环,第5环为误差数环。另外,五环电阻器的误 差数环颜色除了有金、银色外,还可能是棕、红、绿、蓝和紫色。五环电阻器阻值和误差 的识读如图2-6所示。 图2-6 五环电阻器阻值和误差的识读 2.1.4 标称阻值系列 电阻器是由厂家生产出来的,但厂家不是随意生产任何阻值的电阻器的。为了生产、 选购和使用的方便,国家规定了电阻器阻值的系列标称值,该标称值分E-24、E-12和E-6 共3个系列,具体见表2-3。 表2-3 电阻器的标称阻值系列 国家标准规定,生产某系列的电阻器,其标称阻值应等于该系列中标称值的10n(n为 正整数)倍。如 E-24 系列的误差等级为Ⅰ,允许误差范围为 ± 5%,若要生产 E-24 系列 (误差为 ± 5%)的电阻器,厂家可以生产标称阻值为 1.3Ω、13Ω、130Ω、1.3kΩ、 13kΩ、130kΩ、1.3MΩ……的电阻器,而不能生产标称阻值是1.4Ω、14Ω、140Ω……的电 阻器。 2.1.5 额定功率 tyw藏书 额定功率是指在一定的条件下元器件长期使用允许承受的最大功率。电阻器额定功率 越大,允许流过的电流越大。固定电阻器的额定功率也要按国家标准进行标注,其标称系 列有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W和10W等。小电流电路一般采用功率为1/8~ 1/2W的电阻器,而大电流电路中常采用1W以上的电阻器。 电阻器额定功率识别方法如下。 ① 对于标注了功率的电阻器,可根据标注的功率值来识别功率大小。图2-7所示的电 阻器标注的额定功率值为10W,阻值为330Ω,误差为 ± 5%。 ② 对于没有标注功率的电阻器,可根据长度和直径来判别其功率大小。长度和直径 值越大,功率越大。图 2-8 所示的一大一小两个色环电阻器,体积大的电阻器的功率更 大。碳膜及金属膜电阻器的长度、直径与功率的对应关系可参见表2-4,例如一个长度为 8mm、直径为2.6mm的金属膜电阻器,其功率为0.25W。 图2-7 根据标注识别功率 图2-8 根据体积大小来判别功率 表2-4 碳膜、金属膜电阻器的长度、直径与功率对照表 tyw藏书 ③ 在电路图中,为了表示电阻器的功率大小,一般会在电阻器图形符号上标注一些 标志。电阻器上标注的标志与对应功率值如图2-9所示,1W以下用线条表示,1W以上 (含1W)的直接用数字表示功率大小(旧标准用罗马数字表示)。 图2-9 电路图中电阻器的功率标志 2.1.6 选用 电子元器件的选用是学习电子技术的一个重要内容。在选用元器件时,不同技术层次 的人考虑的问题不同,从事电子产品研发的人员需要考虑元器件的很多参数,这样才能保 证生产出来的电子产品性能好,并且不易出现问题;而对大多数从事维修、制作和简单设 计的电子爱好者来说,只要考虑元器件的一些重要参数就可以解决实际问题。本书中介绍 的各种元器件的选用方法主要是针对广大初、中级层次的电子技术人员。 1.选用举例 在选用电阻器时,主要考虑电阻器的阻值、误差、额定功率和极限电压。 (1)选用要求 在图2-10所示电路中,要求通过电阻器R的电流I = 0.01A,请选择合适的电阻器来满 足电路实际要求。 (2)选用过程 图2-10 电阻器选用例图 电阻器的选用过程如下。 ① 确定阻值。用欧姆定律可求出电阻器的阻值R = U/I = 220V/0.01A =22 000Ω = 22kΩ。 ② 确定误差。对于电路来说,误差越小越好,这里选择电阻器ty误w差藏为 ±书5%。若难以 找到误差为 ± 5%的电阻器,也可选择误差为 ± 10%的电阻器。 ③ 确定功率。根据功率计算公式可求出电阻器的功率大小为 P = I2R = (0.01A)2×22 000Ω =2.2W。为了让电阻器能长时间使用,选择的电阻器功率应在实际功率的两倍以 上,这里选择电阻器功率为5W。 ④ 确定被选电阻器的极限电压是否满足电路需要。当电阻器用在高电压、小电流的 电路中时,可能功率满足要求,但电阻器的极限电压小于电路加到它两端的电压,电阻器 会被击穿。 电阻器的极限电压可用 来求,这里的电阻器极限电压 ,该值大于其两端所加的 220V 电压,故可正常使用。当电 阻器的极限电压不够时,为了保证电阻器在电路中不被击穿,可根据情况选择阻值更大或 功率更大的电阻器。 综上所述,为了让图2-10所示电路中的电阻器R能正常工作并满足要求,应选择阻值 为22kΩ、误差为 ± 5%、额定功率为5W 的电阻器。 2.电阻器选用技巧 在实际工作中,经常会遇到所选择的电阻器无法与要求一致的情况,这时可按下面的 方法解决。 ① 对于要求不高的电路,在选择电阻器时,其阻值和功率应与要求值尽量接近,并 且额定功率只能大于要求值,若小于要求值,电阻器容易被烧坏。 ② 若无法找到某个阻值的电阻器,可采用多个电阻器并联或串联的方式来解决。电 阻器串联时阻值增大,并联时阻值减小。 ③ 若某个电阻器功率不够,可采用多个大阻值的小功率电阻器并联,或采用多个小 阻值的小功率电阻器串联,不管是采用并联还是串联,每个电阻器承受的功率都会变小。 至于每个电阻器应选择多大功率,可用P = U2/R或P = I2R来计算,再考虑两倍左右的余 量。 在图2-10所示电路中,如果无法找到22kΩ、5W的电阻器,可用两个44kΩ的电阻器并 联来充当22kΩ的电阻器。这两个电阻器阻值相同,并联在电路中消耗功率也相同,单个 电阻器在电路中承受的功率 P = U2/R = 2202V/44 000Ω = 1.1W,考虑两倍的余量,功率可 选择 2.5W,也就是说将两个44kΩ、2.5W的电阻器并联,可替代一个22kΩ、5W的电阻 器。 也可以采用两个11kΩ电阻器串联来代替图2-10所示的电阻器,两个阻值相同的电阻器 串联在电路中,它们消耗的功率相同,单个电阻器在电路中承受的功率 P = (U/2)2/R = 1102V/11 000Ω =1.1W,考虑两倍的余量,功率选择2.5W,也就是说将两个11kΩ、2.5W的 电阻器串联,同样可替代一个22kΩ、5W的电阻器。 tyw藏书 2.1.7 检测 固定电阻器的常见故障有开路、短路和变值。检测固定电阻器使用万用表的欧姆挡。 在检测时,先识读出电阻器上的标称阻值,再选用合适的挡位并进行欧姆校零,然后 开始检测电阻器。测量时为了减小测量误差,应尽量让万用表表针指在欧姆刻度线中央, 若表针在刻度线上过于偏左或偏右时,应切换更大或更小的挡位重新测量。 下面以测量一只标称阻值为2kΩ的色环电阻器为例来说明电阻器的检测方法,接线如 图2-11所示,具体步骤如下。 图2-11 固定电阻器的检测 第1步:将万用表的挡位开关拨至“R×100”挡。 第2步:进行欧姆校零。将红、黑表笔短路,观察表针是否指在“Ω”刻度线的“0”刻度 处,若未指在该处,应调节欧姆校零旋钮,让表针准确指在“0”刻度处。 第3步:将红、黑表笔分别接电阻器的两个引脚,再观察表针指在“Ω”刻度线的位 置,图中表针指在刻度“20”,那么被测电阻器的阻值为20×100Ω = 2kΩ。 若万用表测量出来的阻值与电阻器的标称阻值相同,说明该电阻器正常(若测量出来 的阻值与电阻器的标称阻值有些偏差,但在误差允许范围内,电阻器也算正常)。 若测量出来的阻值为∞,说明电阻器开路。 若测量出来的阻值为0Ω,说明电阻器短路。 若测量出来的阻值大于或小于电阻器的标称阻值,并超出误差允许范围,说明电阻器 变值。 2.1.8 种类 电阻器种类很多,根据构成形式不同,通常可以分为碳质电阻器、薄膜电阻器、线绕 电阻器和敏感电阻器四大类,每大类又可分成几小类。电阻器的种类及特点见表2-5。 表2-5 电阻器的种类及特点 tyw藏书 2.1.9 电阻器的型号命名方法 国产电阻器的型号由4个部分组成(不适合敏感电阻器的命名)。 第1部分用字母表示元件的主称,R表示电阻器,RP表示电位器。 第2部分用字母表示电阻体的制作材料,T—碳膜、H—合成膜、S—有机实心、N— 无机实心、J—金属膜(箔)、Y—氧化膜、C—沉积膜、I—玻璃釉膜、X—线绕。 第3部分用数字或字母表示元件的类型,1—普通、2—普通、3—超高频、4—高阻、5 —高温、6—精密、7—精密、8—高压、9—特殊、G—高功率、T—可调。 第4部分用数字表示序号。用不同序号来区分同类产品中的不同参数,如元件的外形 尺寸和性能指标等。 国产电阻器的型号命名方法具体见表2-6。 表2-6 国产电阻器的型号命名方法 tyw藏书 举例: 2.2 电位器 2.2.1 实物外形与图形符号 tyw藏书 电位器是一种阻值可以通过调节而改变的电阻器,又称可变电阻器。常见电位器的实 物外形及电位器的图形符号如图2-12所示。 图2-12 电位器 2.2.2 结构与原理 电位器种类很多,但结构基本相同,它的结构示意图如图2-13所示。 图2-13 电位器的结构示意图 从图2-13所示结构图中可看出,电位器有A、C、B 3 个引出极。在A、B 极之间连接 着一段电阻体,该电阻体的阻值用RAB表示,对于一个电位器, RAB的值是固定不变的, 该值为电位器的标称阻值;C极连接一个导体滑动片,该滑动片与电阻体接触, A极与C 极之间电阻体的阻值用RAC表示,B极与C极之间电阻体的阻值用RBC表示, RAC+RBC=RAB。 当转轴逆时针旋转时,滑动片往B极滑动,RBC减小,RAC增大;当转轴顺时针旋转 时,滑动片往A极滑动,RBC增大,RAC减小,当滑动片移到A极时,RAC= 0Ω,RBC= RAB。 2.2.3 应用 电位器与固定电阻器一样,都具有降压、限流和分流的功能,不过由于电位器具有阻 值可调性,故它可随时调节阻值来改变降压、限流和分流的程度。电位器的应用说明如图 2-14所示。 tyw藏书 图2-14 电位器的应用说明图 1.应用一 在图2-14(a)所示电路中,电位器RP的滑动端与灯泡连接,当滑动端向下移动时, 灯泡会变暗。灯泡变暗的原因有以下几个。 ① 当滑动端下移时,AC 段的阻体变长,RAC增大,对电流阻碍大,流经 AC 段阻体 的电流减小,从C端流向灯泡的电流也随之减小,同时由于RAC增大,AC段阻体降压增 大,加到灯泡两端的电压U降低。 ② 当滑动端下移时,在AC段阻体变长的同时,BC段阻体变短,RBC减小,流经AC段 的电流除了一路从C端流向灯泡外,还有一路经CB段阻体直接流回电源负极。由于BC段 电阻变短,分流增大,C端输出流向灯泡的电流减小。 电位器AC段的电阻起限流、降压作用,而CB段的电阻起分流作用。 2.应用二 在图2-14(b)所示电路中,电位器RP的滑动端C与固定端A连接在一起,由于AC段 阻体被A、C端直接连接的导线短路,所以电流不会流过AC段阻体,而是直接由A端经导 线到C端,再经CB段阻体流向灯泡。当滑动端下移时,CB段的阻体变短,RBC变小,对电 流阻碍小,流过灯泡的电流增大,灯泡变亮。 电位器RP在该电路中起降压、限流作用。 2.2.4 种类 电位器种类较多,通常可分为普通电位器、微调电位器、带开关电位器和多联电位器 等。 1.普通电位器 普通电位器一般是指带有调节手柄的电位器,常见的有旋转式电位器和直滑式电位 器,如图2-15所示。 2.微调电位器 微调电位器又称微调电阻器,通常是指没有调节手柄的电位器,并且不经常调节,如 图2-16所示。 tyw藏书 图2-15 普通电位器 图2-16 微调电位器 3.带开关电位器 带开关电位器是一种将开关和电位器结合在一起的电位器,收音机中调音量兼开关机 的部件就是带开关电位器。带开关电位器的实物外形与图形符号如图2-17所示,带开关电 位器的图形符号中的虚线表示电位器和开关同轴调节。 图2-17 带开关电位器 从实物外形图可以看出,带开关电位器将开关和电位器连为一体,共同受转轴控制。 当转轴顺时针旋到一定位置时,转轴凸起部分顶起开关,E、F间就处于断开状态;当转 轴逆时针旋转时,开关依靠弹力闭合,继续旋转转轴时,就开始调节A、C和B、C间的电 阻。 4.多联电位器 多联电位器是将多个电位器结合在一起同时调节的电位器。常见的多联电位器实物外 形如图 2-18(a)所示,从左至右依次是双联电位器、三联电位器和四位电位器,图 2- 18(b)所示为双联电位器的图形符号。 tyw藏书 图2-18 多联电位器 2.2.5 主要参数 电位器的主要参数有标称阻值、额定功率和阻值变化特性。 1.标称阻值 标称阻值是指电位器上标注的阻值,该值就是电位器两个固定端之间的阻值。与固定 电阻器一样,电位器也有标称阻值系列,电位器采用E-12和E-6系列。电位器有线绕和非 线绕两种类型,对于线绕电位器,允许误差有 ± 1%、 ± 2%、 ± 5%和 ± 10%;对于非线 绕电位器,允许误差有 ± 5%、 ± 10%和 ± 20%。 2.额定功率 额定功率是指在一定的条件下电位器长期使用允许承受的最大功率。电位器功率越 大,允许流过的电流也越大。 电位器功率也要按国家标称系列进行标注,并且对非线绕和线绕电位器标注有所不 同,非线绕电位器的标称系列有0.025W、0.05W、0.1W、0.25W、1W、2W、3W、5W、 10W、20W、30W等,线绕电位器的标称系列有 0.25W、0.5W、1W、1.6W、2W、3W、 5W、10W、16W、25W、40W、63W和100W等。从标称系列可以看出,线绕电位器的功 率可以做得更大。 3.阻值变化特性 阻值变化特性是指电位器阻值与转轴旋转角度(或触点滑动长度)的关系。根据阻值 变化特性不同,电位器可分为直线式(X)、指数式(Z)和对数式(D),3种电位器旋 转角度与阻值变化规律如图2-19所示。 tyw藏书 图2-19 3种电位器旋转角度与阻值变化规律 直线式电位器的阻值与旋转角度呈直线关系,当旋转转轴时,电位器的阻值会匀速变 化,即电位器的阻值变化与旋转角度大小呈正比关系。直线式电位器电阻体上的导电物质 分布均匀,所以具有这种特性。 指数式电位器的阻值与旋转角度呈指数关系,在刚开始转动转轴时,阻值变化很慢, 随着转动角度增大,阻值变化很大。指数式电位器的这种性质是因为电阻体上的导电物质 分布不均匀。指数式电位器通常用在音量调节电路中。 对数式电位器的阻值与旋转角度呈对数关系,在刚开始转动转轴时,阻值变化很快, 随着转动角度增大,阻值变化变慢。对数式电位器与指数式电位器性质正好相反,因此常 用在与指数式电位器要求相反的电路中,如电视机的音调控制电路和对比度控制电路。 2.2.6 检测 电位器检测使用万用表的欧姆挡。在检测时,先测量电位器两个固定端之间的阻值, 正常测量值应与标称阻值一致,然后再测量一个固定端与滑动端之间的阻值,同时旋转转 轴,正常测量值应在0Ω到标称阻值范围内变化。若是带开关电位器,还要检测开关是否 正常。 电位器检测分两步,只有每步测量均正常才能说明电位器正常。电位器的检测如图220所示。 tyw藏书 图2-20 电位器的检测 电位器的检测步骤如下。 第1步:测量电位器两个固定端之间的阻值。将万用表拨至“R×1k”挡(该电位器标称 阻值为20kΩ),红、黑表笔分别与电位器两个固定端接触,如图2-20(a)所示,然后在 刻度盘上读出阻值大小。 若电位器正常,测得的阻值应与电位器的标称阻值相同或相近(在误差允许范围 内)。 若测得的阻值为∞,说明电位器两个固定端之间开路。 若测得的阻值为0Ω,说明电位器两个固定端之间短路。 若测得的阻值大于或小于标称阻值,说明电位器两个固定端之间的阻体变值。 第2步:测量电位器一个固定端与滑动端之间的阻值。万用表仍置于“R×1k”挡,红、 黑表笔分别与电位器任意一个固定端和滑动端接触,如图2-20(b)所示,然后旋转电位 器转轴,同时观察刻度盘表针。 若电位器正常,表针会发生摆动,指示的阻值应在0~20kΩ范围内连续变化。 若测得的阻值始终为∞,说明电位器固定端与滑动端之间开路。 若测得的阻值为 0Ω,说明电位器固定端与滑动端之间短路。 若测得的阻值变化不连续、有跳变,说明电位器滑动端与阻体之间接触不良。 对于带开关电位器,除了要用上面的方法检测电位器部分是否正常外,还要检测开关 部分是否正常。带开关电位器开关部分的检测如图2-21所示。 tyw藏书 图2-21 检测带开关电位器的开关 将万用表置于“R×1”挡,把电位器旋至“关”位置,红、黑表笔分别接开关的两个端 子,正常测量出来的阻值应为∞;然后把电位器旋至“开”位置,测出来的阻值应为 0Ω。 如果在开或关位置测得的阻值均为∞,说明开关无法闭合;若测得的阻值均为0Ω,说明开 关无法断开。 2.2.7 选用 在选用电位器时,主要考虑标称阻值、额定功率和阻值变化特性应与电路要求一致, 如果难以找到各方面都符合要求的电位器,可按下面的原则用其他电位器替代。 ① 标称阻值应尽量相同,若无标称阻值相同的电位器,可以用阻值相近的替代,但 标称阻值不能超过要求阻值的 ± 20%。 ② 额定功率应尽量相同,若无功率相同的电位器,可以用功率大的电位器替代,一 般不允许用小功率的电位器替代大功率电位器。 ③ 阻值变化特性应相同,若无阻值变化特性相同的电位器,在要求不高的情况下, 可用直线式电位器替代其他类型的电位器。 ④ 除满足上面3点要求外,还应尽量选择外形和体积相同的电位器。 2.3 敏感电阻器 敏感电阻器是指阻值随某些外界条件的改变而变化的电阻器。敏感电阻器种类很多, 常见的有热敏电阻器、光敏电阻器、湿敏电阻器、压敏电阻器、力ty敏w电藏阻器书、气敏电阻器 和磁敏电阻器等。 2.3.1 热敏电阻器 热敏电阻器是一种对温度敏感的电阻器,当温度变化时其阻值也会随之变化。 1.实物外形与图形符号 热敏电阻器的实物外形和图形符号如图2-22所示。 图2-22 热敏电阻器 2.种类 热敏电阻器种类很多,通常可分为负温度系数(NTC)热敏电阻器和正温度系数 (PTC)热敏电阻器两类。 (1)NTC热敏电阻器 NTC 热敏电阻器的阻值随温度升高而减小。NTC 热敏电阻器是以氧化锰、氧化钴、 氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料制作而成的。根据使用温度条件不同, NTC热敏电阻器可分为低温(−60~300℃)、中温(300~600℃)和高温(>600℃)NTC 热敏电阻器3种。 NTC热敏电阻器的温度每升高1℃,阻值会减小1%~6%,阻值减小程度视不同型号 而定。NTC热敏电阻器广泛用于温度补偿和温度自动控制电路,如冰箱、空调、温室等温 控系统常采用NTC热敏电阻器作为测温元件。 (2)PTC热敏电阻器 PTC热敏电阻器的阻值随温度升高而增大。PTC热敏电阻器是在钛酸钡(BaTiO3)中 掺入适量的稀土元素制作而成的。 PTC热敏电阻器可分为缓慢型和开关型。缓慢型PTC热敏电阻器的温度每升高1℃, 其阻值会增大0.5%~8%。开关型PTC热敏电阻器有一个转折温度(又称居里点温度,钛 酸钡材料PTC热敏电阻器的居里点温度一般为120℃左右),当温度低于居里点温度时, 阻值较小,并且温度变化时阻值基本不变(相当于一个闭合的开关),一旦温度超过居里 点温度,其阻值会急剧增大(相关于开关断开)。 缓慢型 PTC 热敏电阻器常用在温度补偿电路中。开关型 PTCt热y敏w电藏阻书器由于具有开 关性质,常用在开机瞬间接通而后又马上断开的电路中,如彩电的消磁电路和冰箱的压缩 机启动电路就用到开关型PTC热敏电阻器。 3.应用 热敏电阻器具有阻值随温度变化而变化的特点,一般用在与温度有关的电路中。热敏 电阻器的应用说明如图2-23所示。 (1)NTC热敏电阻器的应用 在图2-23(a)所示电路中,R2(NTC型)与灯泡相距很近,当开关S闭合后,流过R1 的电流分作两路,一路流过灯泡,另一路流过R2,由于开始R2温度低,阻值大,经R2分 掉的电流小,灯泡流过的电流大而很亮,因为 R2与灯泡距离近,受灯泡的烘烤而温度上 升,阻值变小,分掉的电流增大,流过灯泡的电流减小,灯泡变暗,回到正常亮度。 图2-23 热敏电阻器的应用说明图 (2)PTC热敏电阻器的应用 在图2-23(b)所示电路中,当合上开关S时,有电流流过R1(开关型PTC热敏电阻 器)和灯泡,由于开始R1温度低,阻值小(相当于开关闭合),灯泡流过电流大而很 亮,随着电流流过R1, R1温度升高,当R1温度达到居里点温度时,R1的阻值急剧增大 (相当于开关断开),流过灯泡的电流很小,灯泡无法被继续点亮而熄灭,在此之后,流 过的小电流维持R1为高温、高阻值,灯泡一直处于熄灭状态。如果要灯泡重新亮,可先 断开开关S,然后等待几分钟,让R1冷却下来,再闭合开关S,灯泡会亮一下又熄灭。 4.检测 热敏电阻器的检测分两步,只有两步测量均正常才能说明热敏电阻器正常,在进行这 两步测量时还可以判断出电阻器的类型(NTC或PTC型)。 热敏电阻器的检测如图2-24所示。热敏电阻器的检测步骤如下。 第1步:测量常温下(25℃左右)的标称阻值。根据标称阻值选择合适的欧姆挡,图 中的热敏电阻器的标称阻值为25Ω,故选择R×1挡,将红、黑表笔分别接触热敏电阻器的 两个电极,如图2-24(a)所示,然后在刻度盘上查看测得阻值的大ty小w。藏书 图2-24 热敏电阻器的检测 若阻值与标称阻值一致或接近,说明热敏电阻器正常。 若阻值为0Ω,说明热敏电阻器短路。 若阻值为∞,说明热敏电阻器开路。 若阻值与标称阻值偏差过大,说明热敏电阻器性能变差或损坏。 第2步:改变温度测量阻值。用火焰靠近热敏电阻器(不要让火焰接触电阻器,以免 烧坏电阻器),如图2-24(b)所示,让火焰的热量对热敏电阻器进行加热,然后将红、 黑表笔分别接触热敏电阻器的两个电极,再在刻度盘上查看测得阻值的大小。 若阻值与标称阻值比较有变化,说明热敏电阻器正常。 若阻值往大于标称阻值的方向变化,说明热敏电阻器为PTC型。 若阻值往小于标称阻值的方向变化,说明热敏电阻器为NTC型。 若阻值不变化,说明热敏电阻器损坏。 2.3.2 光敏电阻器 光敏电阻器是一种对光线敏感的电阻器,当照射的光线强弱变化时,其阻值也会随着 变化,通常光线越强阻值越小。根据对光的敏感性不同,光敏电阻器可分为可见光光敏电 阻器(硫化镉材料)、红外光光敏电阻器(砷化镓材料)和紫外光光敏电阻器(硫化锌材 料)。其中用硫化镉材料制成的可见光光敏电阻器应用最广泛。 1.实物外形与图形符号 光敏电阻器的实物外形与图形符号如图2-25所示。 tyw藏书 图2-25 光敏电阻器 2.应用 光敏电阻器的功能与固定电阻器一样,不同之处在于它的阻值可以随光线强弱变化而 变化。 (1)应用一 在图2-26(a)所示电路中,若光敏电阻器R2无光线照射,则R2的阻值会很大,流过 灯泡的电流很小,灯泡很暗;若用光线照射R2,则R2阻值变小,流过灯泡的电流增大, 灯泡变亮。 (2)应用二 在图2-26(b)所示电路中,若光敏电阻器R2无光线照射,则R2的阻值会很大,经R2 分掉的电流少,流过灯泡的电流大,灯泡很亮;若用光线照射R2,则R2阻值变小,经R2 分掉的电流多,流过灯泡的电流减小,灯泡变暗。 图2-26 光敏电阻器的应用说明图 3.主要参数 光敏电阻器的参数很多,主要参数有暗电流和暗阻、亮电流和亮阻、额定功率、最大 工作电压及光谱响应等。 (1)暗电流和暗阻 在两端加有电压的情况下,无光照射时流过光敏电阻器的电流称为暗电流;在无光照 射时光敏电阻器的阻值称为暗阻,暗阻通常在几百千欧以上。 (2)亮电流和亮阻 在两端加有电压的情况下,有光照射时流过光敏电阻器的电流称为亮电流;在有光照 射时光敏电阻器的阻值称为亮阻,亮阻一般在几十千欧以下。 (3)额定功率 tyw藏书 额定功率是指光敏电阻器长期使用时允许的最大功率。光敏电阻器的额定功率有5~ 300mW多种规格。 (4)最大工作电压 最大工作电压是指光敏电阻器工作时两端允许的最高电压,一般为几十伏至上百伏。 (5)光谱响应 光谱响应又称光谱灵敏度,它是指光敏电阻器在不同颜色光线照射下的灵敏度。 光敏电阻器除了有上述参数外,还有光照特性(阻值随光照强度变化的特性)、温度 系数(阻值随温度变化的特性)和伏-安特性(两端电压与流过电流的关系)等。 4.检测 光敏电阻器的检测分两步,只有两步检测均正常才能说明光敏电阻器正常。光敏电阻 器的检测如图2-27所示。 光敏电阻器的检测步骤如下。 第1步:测量暗阻。万用表拨至“R×10k”挡,用黑色的布或纸将光敏电阻器的受光面 遮住,如图2-27(a)所示,再将红、黑表笔分别接光敏电阻器的两个电极,然后在刻度 盘上查看测得暗阻的大小。 若暗阻大于100kΩ,说明光敏电阻器正常。 若暗阻为0Ω,说明光敏电阻器短路损坏。 若暗阻小于100kΩ,通常是光敏电阻器性能变差。 第2步:测量亮阻。万用表拨至“R×1k”挡,让光线照射光敏电阻器的受光面,如图2- 27(b)所示,再将红、黑表笔分别接光敏电阻器的两个电极,然后在刻度盘上查看测得 亮阻的大小。 tyw藏书 图2-27 光敏电阻器的检测 若亮阻小于10kΩ,说明光敏电阻器正常。 若亮阻大于10kΩ,通常是光敏电阻器性能变差。 若亮阻为∞,说明光敏电阻器开路损坏。 2.3.3 压敏电阻器 压敏电阻器是一种对电压敏感的特殊电阻器。当两端电压低于标称电压时,其阻值接 近∞;当两端电压超过标称电压值时,其阻值急剧变小;当两端电压回落至标称电压值以 下时,其阻值又恢复到接近∞。压敏电阻器的种类较多,以氧化锌(ZnO)为材料制作而 成的压敏电阻器应用最为广泛。 1.实物外形与图形符号 压敏电阻器的实物外形与图形符号如图2-28所示。 2.应用 压敏电阻器具有过电压时阻值变小的性质,利用该性质可以将压敏电阻器应用在保护 电路中。图2-29所示是一个家用电器保护器,在使用时将它接在220V市电和家用电器之 间。 图2-28 压敏电阻器 tyw藏书 图2-29 压敏电阻器构成的家用电器保护器 在正常工作时,220V市电通过保护器中的熔断器F 和导线送给家用电器。当某些因素 (如雷电窜入电网)造成市电电压瞬间上升时,上升的电压通过插头、导线和熔断器加到 压敏电阻器两端,压敏电阻器马上击穿而阻值变小,流过熔断器和压敏电阻器的电流急剧 增大,熔断器瞬间熔断,高电压无法到达家用电器,从而保护了家用电器不被高压损坏。 在熔断器熔断后,有较小的电流流过高阻值的电阻R和灯泡,灯泡亮,指示熔断器损坏。 由于压敏电阻器具有自我恢复功能,在电压下降后阻值又变为∞,所以当更换熔断器后, 保护器可重新使用。 3.主要参数 压敏电阻器的参数很多,主要参数有标称电压、漏电流和通流量。 (1)标称电压 标称电压又称压敏电压、击穿电压或阈值电压,它是指压敏电阻器通过1mA直流电流 时两端的电压值。当加到压敏电阻器两端的电压超过标称电压时,压敏电阻器的阻值会急 剧减小。压敏电阻器的标称电压可在10~9 000V 范围内选择。有些压敏电阻器会标出标 称电压值,图2-30 所示的压敏电阻器标注“201K”,其中“201”表示标称电压为 20× 101= 200V,“K”表示误差为 ± 10%,若标注为“200”则表示标称电压为20×100= 20V。 图2-30 压敏电阻器标称电压识读例图 在选用压敏电阻器标称电压时,可用U1mA= 2.2UAC来计算, U1mA表示标称电压, UAC表示加到压敏电阻器两端的交流电压有效值。例如,要将一个压敏电阻器接220V的交 流电压时,应选标称电压在U1mA= 2.2UAC= 2.2×220V = 484V左右的压敏电阻器。 (2)漏电流 漏电流又称等待电流,是指在压敏电阻器两端加有 75%标称电压时通过压敏电阻器 的直流电流。压敏电阻器的漏电流通常小于50μA。 (3)通流量 通流量又称通流容量,是指压敏电阻器在短时间内(几微秒至ty几w毫藏秒)书允许流过的最 大电流。 4.检测 压敏电阻器的检测分两步,只有两步检测均通过才能确定其正常。压敏电阻器的检测 如图2-31所示。 图2-31 压敏电阻器的检测 压敏电阻器的检测步骤如下。 第1步:测量未加电压时的阻值。将万用表置于“R×10k”挡,如图2-31(a)所示,将 红、黑表笔分别接压敏电阻器的两个电极,然后在刻度盘上查看测得阻值的大小。 若压敏电阻器正常,阻值应为∞或接近∞。 若阻值为0Ω,说明压敏电阻器短路。 若阻值偏小,说明压敏电阻器漏电,不能使用。 第2步:检测加高压时能否被击穿(即阻值是否变小)。如图2-31(b)所示,将压敏 电阻器与一只 15W 的灯泡串联,再与 220V 电压连接(注:所接电压应高于压敏电阻器 的标称电压,图2-31(b)所示的压敏电阻器的标称电压为200V,故可加220V电压)。 若压敏电阻器正常,其阻值会变小,灯泡会亮。 若灯泡不亮,说明压敏电阻器开路。 2.3.4 湿敏电阻器 湿敏电阻器是一种对湿度敏感的电阻器,当湿度变化时其阻值也会随着变化。湿敏电 阻器可分为正温度特性湿敏电阻器(阻值随湿度增大而增大)和负温度特性湿敏电阻器 (阻值随湿度增大而减小)。 1.实物外形与图形符号 湿敏电阻器的实物外形与图形符号如图2-32所示。 2.应用 tyw藏书 湿敏电阻器具有湿度变化时阻值也会变化的特点,利用该特点可以用湿敏电阻器作传 感器来检测环境湿度。图2-33所示就是一个用湿敏电阻器制作的简易湿度指示表。 图2-32 湿敏电阻器 图2-33 用湿敏电阻器制作的简易湿度指示表 图 2-33 所示的 R2是一个正温度系数湿敏电阻器,将它放置在需检测湿度的环境中 (如放在厨房内),当闭合开关S后,流过R1的电流分作两路:一路经R2流到电源负极, 另一路流过电流表回到电源负极。若厨房的湿度较小,则R2的阻值小,分流掉的电流 多,流过电流表的电流较小,指示的电流值小,表示厨房内的湿度低;若厨房的湿度很 大,则R2的阻值变大,分流掉的电流较少,流过电流表的电流增大,指示的电流值大, 表示厨房内的湿度大。 3.检测 湿敏电阻器的检测分两步,在进行这两步检测时还可以检测出其类型(正温度特性或 负温度特性),只有两步检测均正常才能说明湿敏电阻器正常。湿敏电阻器的检测如图234所示。 湿敏电阻器的检测步骤如下。 第1步:在正常条件下测量阻值。根据标称阻值选择合适的欧姆挡,如图2-34(a)所 示,图中的湿敏电阻器标称阻值为 200Ω,故选择 R×10 挡,将红、黑表笔分别接湿敏电 阻器的两个电极,然后在刻度盘上查看测得阻值的大小。 tyw藏书 图2-34 湿敏电阻器的检测 若湿敏电阻器正常,则测得的阻值与标称阻值一致或接近。 若阻值为0Ω,说明湿敏电阻器短路。 若阻值为∞,说明湿敏电阻器开路。 若阻值与标称阻值偏差过大,说明湿敏电阻器性能变差或损坏。 第2步:改变湿度测量阻值。将红、黑表笔分别接湿敏电阻器的两个电极,再把湿敏 电阻器放在水蒸气上方(或者用嘴对湿敏电阻器哈气),如图2-34(b)所示,然后在刻 度盘上查看测得阻值的大小。 若湿敏电阻器正常,则测得的阻值与标称阻值比较应有变化。 若阻值往大于标称阻值的方向变化,说明湿敏电阻器为正温度特性。 若阻值往小于标称阻值的方向变化,说明湿敏电阻器为负温度特性。 若阻值不变化,说明湿敏电阻器损坏。 2.3.5 气敏电阻器 气敏电阻器是一种对某种或某些气体敏感的电阻器,当空气中的某种或某些气体含量 发生变化时,置于其中的气敏电阻器的阻值就会发生变化。 气敏电阻器种类很多,其中采用半导体材料制成的气敏电阻器应用最广泛。半导体气 敏电阻器有N型和P型之分。N型气敏电阻器在检测到甲烷、一氧化碳、天然气、煤气、液 化石油气、乙炔、氢气等气体时,其阻值会减小。P 型气敏电阻器在检测到可燃气体时, 其电阻值将增大;而在检测到氧气、氯气及二氧化氮等气体时,其阻值会减小。 1.实物外形与图形符号 气敏电阻器的实物外形与图形符号如图2-35所示。 tyw藏书 图2-35 气敏电阻器 2.结构 气敏电阻器的典型结构及特性曲线如图2-36所示。 图2-36 气敏电阻器的典型结构及特性曲线 气敏电阻器的气敏特性主要由内部的气敏元件决定。气敏元件引出4个电极,分别与 ①、②、③、④引脚相连。当在清洁的大气中给气敏电阻器的①、②脚通电(对气敏元件 加热)时,③、④脚之间的阻值先减小再增大(4~5min),阻值变化规律如图 236(b)曲线所示。增大到一定值时阻值保持稳定,若此时气敏电阻器接触某种气体,气 敏元件吸附该气体后,③、④脚之间阻值又会发生变化(若是P型气敏电阻器,其阻值会 增大;若是N型气敏电阻器,其阻值会减小)。 3.应用 气敏电阻器具有对某种或某些气体敏感的特点,利用该特点可以用气敏电阻器来检测 空气中特殊气体的含量。图2-37所示为利用气敏电阻器制作的简易煤气报警器,可将它安 装在厨房来监视有无煤气泄漏。 tyw藏书 图2-37 采用气敏电阻器制作的简易煤气报警器 在制作报警器时,先按图2-37所示将气敏电阻器连接好,然后闭合开关S,让电流通 过R流入气敏电阻器加热线圈,几分钟过后,待气敏电阻器AB间的阻值稳定,再调节电位 器RP,让灯泡处于将亮未亮状态。若发生煤气泄漏,气敏电阻器检测到后,AB间的阻值 变小,流过灯泡的电流增大,灯泡亮起来,警示煤气发生泄漏。 4.检测 气敏电阻器的检测通常分两步,在进行这两步检测时还可以判断其特性(P型或N 型)。气敏电阻器的检测如图2-38所示。 气敏电阻器的检测步骤如下。 第1步:测量静态阻值。将气敏电阻器的加热极F1、F2串接在电路中,如图2-38(a) 所示,再将万用表置于“R×1k”挡,红、黑表笔分别接气敏电阻器的A、B极,然后闭合开 关,让电流对气敏电阻器加热,同时在刻度盘上查看阻值大小。 若气敏电阻器正常,阻值应先变小,然后慢慢增大,在几分钟后阻值稳定,此时的阻 值称为静态电阻。 若阻值为0Ω,说明气敏电阻器短路。 若阻值为∞,说明气敏电阻器开路。 若在测量过程中阻值始终不变,说明气敏电阻器已失效。 tyw藏书 图2-38 气敏电阻器的检测 第2步:测量接触敏感气体时的阻值。在按第1步检测时,待气敏电阻器阻值稳定后, 再将气敏电阻器靠近煤气灶(打开煤气灶,将火吹灭),然后在刻度盘上查看阻值大小。 若阻值变小,说明气敏电阻器为N型;若阻值变大,说明气敏电阻器为P型。 若阻值始终不变,说明气敏电阻器已失效。 2.3.6 力敏电阻器 力敏电阻器是一种对压力敏感的电阻器,当施加给它的压力变化时,其阻值也会随着 变化。 1.实物外形与图形符号 力敏电阻器的实物外形与图形符号如图2-39所示。 2.结构原理 力敏电阻器的压敏特性是由内部封装的电阻应变片来实现的。电阻应变片有金属电阻 应变片和半导体应变片两种,这里简单介绍金属电阻应变片。金属电阻应变片的结构如图 2-40所示。 图2-39 力敏电阻器 tyw藏书 图2-40 金属电阻应变片的结构 从图2-40所示结构中可以看出,金属电阻应变片主要由金属电阻应变丝构成。当对金 属电阻应变丝施加压力时,应变丝的长度和截面积(粗细)就会发生变化,施加的压力越 大,应变丝越细越长,其阻值就越大。在使用电阻应变片时,一般将电阻应变片粘贴在某 物体上,当对该物体施加压力时,物体会变形,粘贴在物体上的电阻应变片也一起产生变 形,电阻应变片的阻值就会发生改变。 3.应用 力敏电阻器具有阻值随施加压力的变化而变化的特点,利用该特点可以用力敏电阻器 作传感器来检测压力的大小。图2-41所示就是一个用力敏电阻器制作的简易压力指示器。 图2-41 用力敏电阻器制作的简易压力指示器 在制作压力指示器前,先将力敏电阻器 R2(电阻应变片)紧紧粘贴在钢板上,然后 按图2-41所示将力敏电阻器的引脚与电路连接好,再对钢板施加压力让钢板变形。由于力 敏电阻器与钢板紧贴在一起,所以力敏电阻器也随之变形。对钢板施加压力越大,钢板变 形越严重,力敏电阻器R2变形也越严重,R2阻值增大,对电流分流减少,流过电流表的 电流增大,指示电流值变大,表明施加给钢板的压力增大。 4.检测 力敏电阻器的检测通常分以下两步。 第1步:在未施加压力的情况下测量其阻值。正常时阻值应与标称阻值一致或接近, 否则说明力敏电阻器损坏。 第2步:将力敏电阻器放在有弹性的物体上,然后用手轻轻压挤力敏电阻器(切不可 用力过大,以免力敏电阻器过于变形而损坏),再测量其阻值。正常时阻值应随施加的压 力大小变化而变化,否则说明力敏电阻器损坏。 2.3.7 磁敏电阻器 磁敏电阻器是一种对磁场敏感的电阻器,当施加给它的磁场强ty弱w发藏生变书化时,其阻值 也会随之变化。磁敏电阻器有正磁性和负磁性之分,正磁性磁敏电阻器的阻值随磁场增强 而增大,负磁性磁敏电阻器的阻值随磁场增强而减小。 1.实物外形与图形符号 磁敏电阻器的实物外形与图形符号如图2-42所示。 图2-42 磁敏电阻器 2.结构 磁敏电阻器分为单型和复合型,其结构如图2-43所示。 从图 2-43 所示结构中可以看出,磁敏电阻器是将磁阻材料制作在偏置磁铁内而构成 的。磁阻材料是一种对磁场敏感的材料,通常有两类:一类是化合物半导体磁阻材料,如 锑化镓(GaSb)和GaAs(砷化镓)等;另一类是高磁导率金属磁阻材料,如铁镍合金 (Ni-Fe)和钴镍合金(Ni-Co)等。 化合物半导体磁阻材料制成的磁敏电阻器具有正磁特性,高磁导率金属磁阻材料制成 的磁敏电阻器具有负磁特性。将磁阻材料制作在偏置磁铁中,可提高磁阻材料的热稳定性 和对磁场的灵敏度。 图2-43 磁敏电阻器的结构 3.应用 磁敏电阻器具有阻值随磁场变化而变化的特点,利用该特点可以用磁敏电阻器来检测 磁场的有无及强弱。图2-44所示为采用一个磁敏电阻器制作的简易防盗报警器。 tyw藏书 图2-44 用磁敏电阻器制作的简易防盗报警器 在制作该报警器时,先在门框上安装一个负磁性的磁敏电阻器R,再在门边沿靠近磁 敏电阻器的部位安装一块磁铁,然后按图 2-44 所示方式将磁敏电阻器与其他电路连接 好。在使用报警器前,需要进行调试,将门关闭,让磁铁的磁场作用于磁敏电阻器 R,此 时 R 阻值很小,对电流分流多,再调节电位器RP,使灯泡处于将亮未亮的状态。在夜 晚,如果小偷撬开门,门边沿上的磁铁离开门框上的磁敏电阻器,磁场无法作用于磁敏电 阻器 R,R 阻值变大,对电流分流减少,流过灯泡的电流增大,灯泡变亮,灯亮一方面对 小偷有震慑作用,同时还能提醒室内的人。 4.检测 磁敏电阻器的检测分以下两步。 第1步:在未加磁场时测量其阻值。正常时阻值应与标称阻值一致或接近,否则说明 磁敏电阻器损坏。 第2步:将磁铁靠近磁敏电阻器,再测量其阻值。正常时阻值应发生变化,若阻值增 大,说明该磁敏电阻器是正磁性;若阻值变小,说明磁敏电阻器为负磁性;若阻值不变 化,说明磁敏电阻器损坏。 2.3.8 敏感电阻器的型号命名方法 敏感电阻器的型号命名分为4个部分。 第1部分用字母表示主称。用字母“M”表示主称为敏感电阻器。 第2部分用字母表示类别。 第3部分用数字或字母表示用途或特征。 第4部分用数字或数字、字母混合表示序号。 敏感电阻器的型号命名及含义说明见表2-7。 表2-7 敏感电阻器的型号命名及含义 tyw藏书 举例: 2.4 排阻 排阻又称电阻排,它是由多个电阻器按一定的方式制作并封装在一起而构成的。排阻 具有安装密度高和安装方便等优点,广泛应用在数字电路系统中。tyw藏书 2.4.1 实物外形 常见的排阻实物外形如图2-45所示,前面两种为直插封装式(SIP)排阻,后一种为 表面贴装式(SMD)排阻。 图2-45 常见的排阻实物外形 2.4.2 命名方法 排阻命名一般由4个部分组成,第1部分为内部电路类型,第2部分为引脚数(由于引 脚数可直接看出,故该部分可省略),第3部分为阻值,第4部分为阻值误差。排阻命名方 法见表2-8。 表2-8 排阻命名方法 举例:排阻A08472J——8个引脚4 700Ω(± 5%)的A类排阻。 2.4.3 种类与结构 根据内部电路结构不同,排阻可分为A、B、C、D、E、F、G、H、I 9类。排阻虽然 种类很多,但最常用的为A、B类。排阻的种类及电路结构见表2-9。 表2-9 排阻的种类及电路结构 tyw藏书 续表 第3章 电容器 tyw藏书 3.1 固定电容器 电容器是一种可以储存电荷的元件。相距很近且中间隔有绝缘介质(如空气、纸和陶 瓷等)的两块导电极板就构成了电容器。 3.1.1 结构、实物外形与图形符号 电容器的结构、实物外形与图形符号如图3-1所示。 图3-1 电容器 3.1.2 主要参数 电容器的主要参数有标称容量、允许误差、额定电压和绝缘电阻等。 1.容量与允许误差 电容器能储存电荷,其储存电荷的多少称为容量。这一点与蓄电池类似,不过蓄电池 储存电荷的能力比电容器强得多。电容器的容量越大,储存的电荷越多。电容器的容量大 小与下面的因素有关。 ① 两导电极板相对面积。相对面积越大,容量越大。 ② 两极板之间的距离。极板相距越近,容量越大。 ③ 两极板中间的绝缘介质。在极板相对面积和距离相同的情况下,绝缘介质不同的 电容器,其容量不同。 电容器的容量单位有法拉(F)、毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法 (pF),它们之间的换算关系是 标注在电容器上的容量称为标称容量。允许误差是指电容器标称容量与实际容量之间 允许的最大误差范围。 tyw藏书 2.额定电压 额定电压又称电容器的耐压值,它是指在正常条件下电容器长时间使用两端允许承受 的最高电压。一旦加到电容器两端的电压超过额定电压,两极板之间的绝缘介质就容易被 击穿而失去绝缘能力,造成两极板短路。 3.绝缘电阻 电容器两极板之间隔着绝缘介质,绝缘电阻用来表示绝缘介质的绝缘程度。绝缘电阻 越大,表明绝缘介质的绝缘性能越好。如果绝缘电阻比较小,绝缘介质的绝缘性能下降, 就会出现一个极板上的电流会通过绝缘介质流到另一个极板上,这种现象称为漏电。若绝 缘电阻小的电容器存在漏电,不能继续使用。 一般情况下,无极性电容器的绝缘电阻为∞,而有极性电容器(电解电容器)的绝缘 电阻很大,但一般达不到∞。 3.1.3 性质 电容器的性质主要有“充电”、“放电”和“隔直”、“通交”。 1.电容器的“充电”和“放电”性质 “充电”和“放电”是电容器非常重要的性质,下面以图3-2所示的电路来说明该性质。 图3-2 电容充、放电性质说明图 (1)充电 在图 3-2(a)所示电路中,当开关 S1闭合后,从电源正极输出的电流经开关 S1流到 电容器的金属极板E上,在极板E上聚集了大量的正电荷。由于金属极板F与极板E相距很 近,又因为同性相斥,所以极板F上的正电荷受到很近的极板E上正电荷的排斥而流走, 这些正电荷汇合形成电流到达电源的负极,极板F上就剩下很多负电荷,结果在电容器的 上、下极板就储存了大量的上正下负的电荷(注:在常态时,金属极板 E、F 不呈电性, 但上、下极板上都有大量的正、负电荷,只是正、负电荷数相等而呈中性)。电源输出电 流流经电容器,在电容器上获得大量电荷的过程称为电容器的“充电”。 (2)放电 tyw藏书 在图3-2(b)所示电路中,先闭合开关S1,让电源对电容器C充得上正下负的电荷, 然后断开S1,再闭合开关S2,电容器上的电荷开始释放,电荷流经的途径是:电容器极板 E上的正电荷流出,形成电流→开关S2→电阻R→灯泡→极板F,中和极板F上的负电荷。 大量的电荷移动形成电流,该电流流经灯泡时,灯泡发光。随着极板E上的正电荷不断流 走,正电荷的数量慢慢减少,流经灯泡的电流减小,灯泡慢慢变暗。当极板E上先前充得 的正电荷全放完后,无电流流过灯泡,灯泡熄灭,此时极板F上的负电荷也完全被中和, 电容器两极板上先前充得的电荷消失。 电容器一个极板上的正电荷经一定的途径流到另一个极板,中和该极板上负电荷的过 程称为电容器的“放电”。 电容器充电后两极板上储存了电荷,两极板之间也就有了电压,这就像杯子装水后有 水位一样。电容器极板上的电荷数与两极板之间的电压有一定的关系,具体可这样概括: 在容量不变的情况下,电容器储存的电荷数与其两端电压成正比,即 式中,Q表示电荷数(单位:库仑,C),C表示容量(单位:法拉,F),U表示电 容器两端的电压(单位:伏特,V)。 这个公式可以从以下几个方面来理解。 ① 在容量不变的情况下(C不变),电容器充得电荷越多(Q增大),两端电压越高 (U增大)。这就像杯子大小不变时,杯子中装的水越多,杯子的水位越高一样。 ② 若向容量一大一小的两只电容器充相同数量的电荷(Q 不变),那么容量小的电 容器两端的电压更高(C 小 U 大)。这就像往容量一大一小的两只杯子装入同样多的水 时,小杯子中的水位更高一样。 2.电容器的“隔直”和“通交”性质 电容器的“隔直”和“通交”是指直流电不能通过电容器,而交流电能通过电容器。下面 以图3-3所示的电路来说明电容器的“隔直”和“通交”性质。 (1)隔直 在图3-3(a)所示电路中,电容器与直流电源连接,当开关S闭合后,直流电源开始 对电容器充电,充电途径是:电源正极→开关S→电容器的上极板获得大量正电荷→通过 电荷的排斥作用(电场作用),下极板上的大量正电荷被排斥流出形成电流→灯泡→电源 的负极,有电流流过灯泡,灯泡亮。随着电源对电容器的不断充电,电容器两端的电荷越 来越多,两端电压越来越高,当电容器两端电压与电源电压相等时,电源不能再对电容器 充电,无电流流到电容器上极板,下极板也就无电流流出,无电流流过灯泡,灯泡熄灭。 以上过程说明:在刚开始时直流电可以对电容器充电而通过电容器,该过程持续时间 很短,充电结束后,直流电就无法通过电容器了,这就是电容器的“隔直”性质。 (2)通交 tyw藏书 在图 3-3(b)所示电路中,电容器与交流电源连接。由于交流电的极性是经常变化 的,故图3-3(b)中所示的交流电源的极性也是经常变化的,一段时间极性是上正下负, 下一段时间极性变为下正上负。开关S闭合后,当交流电源的极性是上正下负时,交流电 源从上端输出电流,该电流对电容器充电,充电途径是:交流电源上端→开关 S→电容器 →灯泡→交流电源下端,有电流流过灯泡,灯泡发光,同时交流电源对电容器充得上正下 负的电荷;当交流电源的极性变为上负下正时,交流电源从下端输出电流,它经过灯泡对 电容反充电,电流途径是:交流电源下端→灯泡→电容器→开关 S→交流电源上端,有电 流流过灯泡,灯泡发光,同时电流对电容器反充得上负下正的电荷,这次充得的电荷极性 与先前充得的电荷极性相反,它们相互中和抵消,电容器上的电荷消失。当交流电源极性 重新变为上正下负时,又可以对电容器进行充电,以后不断重复上述过程。 图3-3 电容器的“隔直”和“通交”性质说明图 从上面的分析可以看出,由于交流电源的极性不断变化,电容器的充电和反充电(中 和抵消)交替进行,从而始终有电流流过电容器,这就是电容器的“通交”性质。 (3)电容器对交流电有阻碍作用 电容器虽然能通过交流电,但对交流电也有一定的阻碍,这种阻碍称为容抗,用XC 表示,容抗的单位是欧姆(Ω)。在图3-4所示电路中,两个电路中的交流电源电压相 等,灯泡也一样,但由于电容器的容抗对交流电有阻碍作用,故图3-4(b)中所示的灯泡 要暗一些。 tyw藏书 图3-4 容抗说明图 电容器的容抗与交流信号的频率、电容器的容量有关。交流信号频率越高,电容器对 交流信号的容抗越小;电容器容量越大,它对交流信号的容抗越小。在图3-4(b)所示电 路中,若交流电频率不变,则电容器容量越大,灯泡越亮;或者电容器容量不变,交流电 频率越高,灯泡越亮。这种关系可用下式表示 式中,XC表示容抗,f表示交流信号频率,π为常数3.14。 在图3-4(b)所示电路中,若交流电源的频率f=50Hz,电容器的容量C=100μF,那么 该电容器对交流电的容抗为 3.1.4 极性 固定电容器可分为无极性电容器和有极性电容器。 1.无极性电容器 无极性电容器的引脚无正、负极之分。常见的无极性电容器实物外形如图 3-5(a) 所示,无极性电容器的图形符号如图 3-5(b)所示。无极性电容器的容量小,但耐压 高。 2.有极性电容器 图3-5 无极性电容器 有极性电容器又称电解电容器,引脚有正、负极 之分。常见的有极性电容器实物外形如图3-6(a)所示,有极性电容器的图形符号如 图3-6(b)所示。有极性电容器的容量大,但耐压较低。 tyw藏书 图3-6 有极性电容器 有极性电容器的引脚有正、负极之分,在电路中不能乱接,若正、负极位置接错,轻 则电容器不能正常工作,重则电容器炸裂。有极性电容器正确的连接方法是:电容器正极 接电路中的高电位,负极接电路中的低电位。有极性电容器正确和错误的接法分别如图37所示。 图3-7 有极性电容器的正确与错误连接方法 3.有极性电容器的极性判别 由于有极性电容器有正、负极之分,在电路中又不能乱接,所以在使用有极性电容器 前需要判别出正、负极。有极性电容器的正、负极判别方法如下所述。 方法一:对于未使用过的新电容器,可以根据引脚长短来判别。引脚长的为正极,引 脚短的为负极,如图3-8所示。 方法二:根据电容器上标注的极性判别。电容器上标“+”的为正极,标“−”的为负极, 如图3-9所示。 图3-8 引脚长的为正极 tyw藏书 图3-9 标“−”的引脚为负极 方法三:用万用表判别。万用表拨至“R×10k”挡,测量电容器两极之间的阻值,正、 反各测一次,每次测量时表针都会先向右摆动,然后慢慢往左返回,待表针稳定不移动后 再观察阻值大小,两次测量会出现阻值一大一小的现象,以阻值大的那次为准,如图310(b)所示,黑表笔接的为正极,红表笔接的为负极。 图3-10 用万用表检测电容器的极性 3.1.5 种类 固定电容器种类很多,按应用材料可分为纸介电容器(CZ)、高频瓷片电容器 (CC)、低频瓷片电容器(CT)、云母电容器(CY)、聚苯乙烯等薄膜电容器 (CB)、玻璃釉电容器(CI)、漆膜电容器(CQ)、玻璃膜电容器(CO)、涤纶等薄膜 电容器(CL)、云母纸电容器(CV)、金属化纸电容器(CJ)、复合介质电容器 (CH)、铝电解电容器(CD)、钽电解电容器(CA)、铌电解电容器(CN)、合金电 解电容器(CG)和其他材料电解电容器(CE)等。 不同材料的电容器有不同的结构与特点,一些常见种类的电容器的结构与特点见表31。 表3-1 常见种类电容器的结构与特点 tyw藏书 续表 tyw藏书 续表 tyw藏书 3.1.6 串联与并联 在使用电容器时,如果无法找到合适容量或耐压的电容器,可将多个电容器进行并联 或串联来得到需要的电容器。 1.电容器的并联 两个或两个以上电容器头头相连、尾尾相接称为电容器并联。电容器的并联如图3-11 所示。 图3-11 电容器的并联 电容器并联后的总容量增大,总容量等于所有并联电容器的容量之和。以图311(a)所示电路为例,并联后总容量 电容器并联后的总耐压以耐压最小的电容器的耐压为准。仍以图 3-11(a)所示电路 为例,C1、C2、C3耐压不同,其中C1的耐压最小,故并联后电容器的总耐压以C1的耐压 6.3V为准,加在并联电容器两端的电压不能超过6.3V。 根据上述原则,图3-11(a)所示电路可等效为图3-11(b)所t示y电w路藏。书 2.电容器的串联 两个或两个以上电容器在电路中头尾相连就是电容器的串联。电容器的串联如图3-12 所示。 图3-12 电容器的串联 电容器串联后总容量减小,总容量比容量最小的电容器的容量还小。电容器串联后总 容量的计算方法是:总容量的倒数等于各电容器容量倒数之和,这与电阻器的并联计算相 同。以图3-12(a)所示电路为例,电容器串联后的总容量计算公式是 所以图3-12(a)所示电路与图3-12(b)所示电路是等效的。 电容器串联后总耐压增大,总耐压较耐压最低的电容器的耐压要高。在电路中,串联 的各电容器两端承担的电压与容量成反比,即容量越大,在电路中承担的电压越低,这个 关系可用公式表示 以图3-12(a)所示电路为例,C1的容量是C2容量的10倍,用上述公式计算可知,C2 两端承担的电压U2应是C1两端承担电压U1的10倍。如果交流电压为11V,则U1=1V, U2=10V。若C1、C2都是耐压为 6.3V 的电容器,就会出现 C2首先被击穿短路(因为它两 端承担了 10V 电压),11V电压马上全部加到C1两端,接着C1被击穿损坏的现象。 当电容器串联时,容量小的电容器应尽量选用耐压大的,以接近或等于电源电压为 佳。因为当电容器串联在电路中时,容量小的电容器在电路中承担的电压较容量大的电容 器承担的电压大得多。 3.1.7 容量与误差的标注方法 1.容量的标注方法 电容器容量的标注方法很多,下面介绍一些常用的容量标注方法。 (1)直标法 直标法是指在电容器上直接标出容量值和容量单位。 tyw藏书 电解电容器常采用直标法。图 3-13 所示左方的电容器的容量为 2 200μF,耐压为 63V,误差为 ± 20%;右方电容器的容量为68nF,J表示误差为 ± 5%。 (2)小数点标注法 容量较大的无极性电容器常采用小数点标注法。小数点标注法的容量单位是μF。 图3-14中所示的两个实物电容器的容量分别是0.01μF和0.033μF。有的电容器用μ、 n、p来表示小数点,同时指明容量单位,如图3-14中所示的p1、4n7、3μ3分别表示容量 0.1pF、4.7nF、3.3μF。如果用R表示小数点,则单位为μF,如R33表示容量是0.33μF。 图3-13 直标法例图 图3-14 小数点标注法例图 (3)整数标注法 容量较小的无极性电容器常采用整数标注法,单位为pF。 若整数末位是0,如标“330”则表示该电容器容量为330pF;若整数末位不是0,如 标“103”,则表示容量为 10×103pF。图 3-15 中所示的几个电容器的容量分别是 180pF、 330pF 和 22 000pF。 如果整数末位是9,不是表示109,而是表示10−1,如339表示3.3pF。 (4)色码标注法 色码标注法是指用不同颜色的色环、色带或色点表示容量大小的方法,色码标注法的 单位为pF。 电容器的色码标注法与色环电阻器相同,第1、2色码分别表示第1、2位有效数字,第 3色码表示倍乘数,第4色码表示误差数。 在图3-16中,左方的电容器往引脚方向,色码依次为“棕、红、橙”,表示容量为 tyw藏书 12×103=12 000pF=0.012μF;右方电容器只有两条色码“红、橙”,较宽的色码要当成两条 相同的色码,该电容器的容量为22×103=22 000pF=0.022μF。 图3-15 整数标注法例图 图3-16 色码标注法例图 2.误差表示法 电容器的误差表示方法主要有罗马数字表示法、字母表示法和直接表示法。 (1)罗马数字表示法 罗马数字表示法是在电容器上标注罗马数字来表示误差大小。这种方法用 0、Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ分别表示误差为 ± 2%、 ± 5%、 ± 10%和 ± 20%。 (2)字母表示法 字母表示法是在电容器上标注字母来表示误差的大小。字母及其代表的误差数见表32。例如某电容器上标注“K”,表示误差为 ± 10%。 表3-2 字母及其代表的误差数 (3)直接表示法 直接表示法是指在电容器上直接标出误差数值。如标注“68pF ± 5pF”表示误差为 ± 5pF,标注“ ± 20%”表示误差为 ± 20%,标注“0.033/5”表示误差为 ± 5%(%号被省掉)。 3.1.8 检测 电容器常见的故障有开路、短路和漏电。 1.无极性电容器的检测 检测时,万用表拨至“R×10k”或“R×1k”挡(对于容量小的电容器选R×10k挡位),测 量电容器两引脚之间的阻值。 tyw藏书 如果电容器正常,则表针先往右摆动,然后慢慢返回到∞处,容量越小向右摆动的幅 度越小,该过程如图 3-17 所示。表针摆动过程实际上就是万用表内部电池通过表笔对被 测电容器充电的过程,被测电容器容量越小充电越快,表针摆动幅度越小,充电完成后表 针停在∞处。 若检测时表针无摆动过程,而是始终停在∞处,说明电容器不能充电,该电容器开 路。 若表针能往右摆动,也能返回,但回不到∞,说明电容器能充电,但绝缘电阻小,该 电容器漏电。 若表针始终指在阻值小或0Ω处不动,说明电容器不能充电,并且绝缘电阻很小,该 电容器短路。 注:对于容量小于0.01μF的正常电容器,在测量时表针可能不会摆动,故无法用万用 表判断其是否开路,但可以判别是否短路和漏电。如果怀疑容量小的电容器开路,万用表 又无法检测时,可找相同容量的电容器代换,如果故障消失,就说明原电容器开路。 2.电解电容器的检测 万用表拨至“R×1k”或“R×10k”挡(对于容量很大的电容器,可选择R×100挡),测量 电容器正、反向电阻。 如果电容器正常,在测正向电阻(黑表笔接电容器正极引脚,红表笔接负极引脚) 时,表针先向右作大幅度摆动,然后慢慢返回到∞处(用 R×10k 挡测量可能到不了∞处, 但非常接近也是正常的),如图3-18(a)所示;在测反向电阻时,表针也是先向右摆 动,也能返回,但一般回不到∞处,如图3-18(b)所示。也就是说,正常电解电容器的 正向电阻大,反向电阻略小,它的检测过程与判别正、负极是一样的。 图3-17 无极性电容器的检测 tyw藏书 图3-18 电解电容器的检测 若正、反向电阻均为∞,说明电容器开路。 若正、反向电阻都很小,说明电容器漏电。 若正、反向电阻均为0Ω,说明电容器短路。 3.1.9 选用 电容器是一种较常用的电子元件,在选用时可遵循以下原则。 (1)标称容量要符合电路的需要 对于一些对容量大小有严格要求的电路(如定时电路、延时电路和振荡电路等),选 用的电容器容量应与要求相同;对于一些对容量要求不高的电路(如耦合电路、旁路电 路、电源滤波电路和电源退耦电路等),选用的电容器容量与要求相近即可。 (2)工作电压要符合电路的需要 为了保证电容器能在电路中长时间正常工作,选用的电容器的额定电压应略大于电路 可能出现的最高电压,约大于10%。 (3)电容器特性尽量符合电路需要 不同种类的电容器有不同的特性,为了让电路工作状态尽量最佳,可针对不同电路的 特点来选择合适种类的电容器。下面是一些电路选择电容器的规律。 ① 对于电源滤波、退耦电路和低频耦合、旁路电路,一般选择电解电容器。 ② 对于中频电路,一般可选择薄膜电容器和金属化纸介电容器。 ③ 对于高频电路,应选用高频特性良好的电容器,如瓷介电容器和云母电容器。 ④ 对于高压电路,应选用工作电压高的电容器,如高压瓷介电容器。 ⑤ 对于频率稳定性要求高的电路(如振荡电路、选频电路和移相电路),应选用温 度系数小的电容器。 3.1.10 电容器的型号命名方法 国产电容器型号命名由以下4个部分组成。 第1部分用字母“C”表示主称为电容器。 第2部分用字母表示电容器的介质材料。 第3部分用数字或字母表示电容器的类别。 第4部分用数字表示序号。 电容器的型号命名及含义见表3-3。 表3-3 电容器的型号命名及含义 tyw藏书 续表 tyw藏书 3.2 可变电容器 可变电容器又称可调电容器,是指容量可以调节的电容器。可变电容器可分为微调电 容器、单联电容器和多联电容器等。 tyw藏书 3.2.1 微调电容器 1.实物外形与图形符号 微调电容器又称半可变电容器,其容量不经常调节。图3-19(a)所示是两种常见的 微调电容器的实物外形,微调电容器用图3-19(b)所示图形符号表示。 2.结构 微调电容器是由一片动片和一片定片构成的。微调电容器的典型结构如图3-20所示, 动片与转轴连接在一起,当转动转轴时,动片也随之转动,动、定片的相对面积就会发生 变化,电容器的容量就随之变化。 图3-19 微调电容器 图3-20 微调电容器的结构示意图 3.种类 微调电容器可分为云母微调电容器、瓷介微调电容器、薄膜微调电容器和拉线微调电 容器等。 云母微调电容器一般是通过螺钉调节动、定片之间的距离来改变容量的。 瓷介微调电容器、薄膜微调电容器一般是通过改变动、定片之间的相对面积来改变容 量的。 拉线微调电容器以瓷管内壁镀银层作为定片,外面缠绕的细金属丝作为动片,减小金 属丝的圈数,就可改变容量。这种电容器的容量只能从大调到小。 4.检测 tyw藏书 检测微调电容器时,将万用表拨至“R×10k”挡,测量微调电容器两引脚之间的电阻, 如图 3-21 所示,正常测得的阻值应为∞。然后调节旋钮,同时观察阻值大小,正常阻值 应始终为∞。若调节时出现阻值为 0Ω或阻值变小现象,说明电容器动、定片之间存在短 路或漏电。 图3-21 微调电容器的检测 3.2.2 单联电容器 1.实物外形与图形符号 单联电容器是由多个连接在一起的金属片作为定片,以多个与金属转轴连接的金属片 作为动片构成的。单联电容器的实物外形和图形符号如图3-22所示。 2.结构 单联电容器的结构如图3-23所示,它以多个有连接的金属片作为定片,将多个与金属 转轴连接的金属片作为动片,再将定片与动片的金属片交叉且相互绝缘叠在一起,当转动 转轴时,各个定片与动片之间的相对面积会发生变化,整个电容器的容量就会变化。 图3-22 单联电容器 tyw藏书 图3-23 单联电容器的结构示意图 3.2.3 多联电容器 1.实物外形与图形符号 多联电容器是指将两个或两个以上的可变电容器结合在一起而构成的电容器。常见的 多联电容器有双联电容器和四联电容器。多联电容器的实物外形和图形符号如图3-24所 示。 图3-24 多联电容器 2.结构 多联电容器虽然种类较多,但结构大同小异,下面以图3-25所示的双联电容器为例说 明。双联电容器由两组动片和两组定片构成,两组动片都与金属转轴相连,而各组定片都 是独立的,当转动转轴时,与转轴连接的两组动片都会移动,它们与各自对应定片的相对 面积会同时变化,两个电容器的容量就被同时调节。 tyw藏书 图3-25 双联电容器的结构示意图 第4章 电感器与变压器tyw藏书 4.1 电感器 4.1.1 实物外形与图形符号 将导线在绝缘支架上绕制一定的匝数(圈数)就构成了电感器。常见的电感器的实物 外形如图4-1(a)所示。根据绕制的支架不同,电感器可分为空心电感器(无支架)、磁 芯电感器(磁性材料支架)和铁芯电感器(硅钢片支架),它们的图形符号如图4-1(b) 所示。 图4-1 电感器 4.1.2 主要参数与标注方法 1.主要参数 电感器的主要参数有电感量、误差、品质因数和额定电流等。 (1)电感量 电感器由线圈组成,当电感器通过电流时就会产生磁场,电流越大,产生的磁场越 强,穿过电感器的磁场(又称为磁通量Φ)就越大。实验证明,穿过电感器的磁通量Φ和 电感器通入的电流I成正比关系。磁通量Φ与电流I的比值称为自感系数,又称电感量L,用 公式表示为 电感量的基本单位为亨利(简称亨),用字母“H”表示,此外还有毫亨(mH)和微亨 (μH), 它们之间的换算关系是 电感器的电感量大小主要与线圈的匝数(圈数)、绕制方式和ty磁w芯藏材料书等有关。线圈 匝数越多、绕制的线圈越密集,电感量就越大;有磁芯的电感器比无磁芯的电感器电感量 大;电感器的磁芯磁导率越高,电感量也就越大。 (2)误差 误差是指电感器上标称电感量与实际电感量的差距。对于精度要求高的电路,电感器 的允许误差范围通常为 ± 0.2%~ ± 0.5%,一般的电路可采用误差为 ± 10%~ ± 15%的电 感器。 (3)品质因数(Q值) 品质因数也称Q值,是衡量电感器质量的主要参数。品质因数是指当电感器两端加某 一频率的交流电压时,其感抗XL(XL=2πfL)与直流电阻R的比值,用公式表示为 从上式可以看出,感抗越大或直流电阻越小,电感器的品质因数就越大。电感器对交 流信号的阻碍称为感抗,其单位为欧姆(Ω)。电感器的感抗大小与电感量有关,电感量 越大,感抗越大。 提高品质因数既可通过提高电感器的电感量来实现,也可通过减小电感器线圈的直流 电阻来实现。如粗线圈绕制而成的电感器,直流电阻较小,其Q值高;有磁芯的电感器较 空心电感器的电感量大,其Q值也高。 (4)额定电流 额定电流是指电感器在正常工作时允许通过的最大电流值。电感器在使用时,流过的 电流不能超过额定电流,否则电感器就会因发热而使性能参数发生改变,甚至会因过电流 而烧坏。 2.参数标注方法 电感器的参数标注方法主要有直标法和色标法。 (1)直标法 电感器采用直标法标注时,一般会在外壳上标注电感量、误差和额定电流值。图 4-2 所示列出了几个采用直标法标注的电感器。 tyw藏书 图4-2 电感器的直标法例图 在标注电感量时,通常会将电感量值及单位直接标出。在标注误差时,分别用Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ表示 ± 5%、 ± 10%、 ± 20%。在标注额定电流时,用A、B、C、D、E分别表示 50mA、150mA、300mA、0.7A和1.6A。 (2)色标法 色标法是采用色点或色环标在电感器上来表示电感量和误差的方法。色码电感器采用 色标法标注,其电感量和误差标注方法同色环电阻器,单位为 μH。色码电感器的各种颜 色的含义及代表的数值与色环电阻器相同,具体可见表 2-2。色码电感器颜色的排列也与 色环电阻器相同。色码电感器与色环电阻器识读的不同仅在于单位不同,色码电感器的单 位为 μH。色码电感器参数的识别如图4-3所示,图中的色码电感器上标注“红、棕、黑、 银”色,表示电感量为21μH,误差为 ± 10%。 图4-3 色码电感器参数的识别 4.1.3 性质 电感器的主要性质有“通直阻交”和“阻碍变化的电流”。 1.电感器的“通直阻交”性质 电感器的“通直阻交”是指电感器对通过的直流信号阻碍很小,直流信号可以很容易地 通过电感器,而交流信号通过时会受到较大的阻碍。 tyw藏书 电感器对通过的交流信号有较大的阻碍,这种阻碍称为感抗。感抗用XL表示,感抗 的单位是欧姆(Ω)。电感器的感抗大小与自身的电感量和交流信号的频率有关。感抗大 小可以用以下公式计算 式中,XL表示感抗,单位为Ω;f 表示交流信号的频率,单位为Hz;L表示电感器的 电感量,单位为H。 由上式可以看出:交流信号的频率越高,电感器对交流信号的感抗越大;电感器的电 感量越大,对交流信号的感抗也越大。 举例:在图4-4所示的电路中,交流信号的频率为50Hz,电感器的电感量为200mH, 那么电感器对交流信号的感抗就为 图4-4 感抗计算例图 2.电感器的“阻碍变化的电流”性质 当变化的电流流过电感器时,电感器会产生自感电动势来阻碍变化的电流。下面以图 4-5 所示的两个电路来说明电感器的这个性质。 在图4-5(a)所示电路中,当开关S闭合时,会发现灯泡不是马上亮起来,而是慢慢 亮起来。这是因为当开关闭合后,有电流流过电感器,这是一个增大的电流(从无到 有),电感器马上产生自感电动势来阻碍电流增大,其极性是A正B负,该电动势使A点 电位上升,电流从A点流入较困难,也就是说电感器产生的这种电动势对电流有阻碍作 用。由于电感器产生A正B负自感电动势的阻碍,流过电感器的电流不能一下子增大,而 是慢慢增大,所以灯泡慢慢变亮,当电流不再增大(即电流大小恒定)时,电感器上的电 动势消失,灯泡亮度也就不变了。 tyw藏书 图4-5 电感器“阻碍变化的电流”说明图 如果将开关S断开,如图4-5(b)所示,会发现灯泡不是马上熄灭,而是慢慢暗下 来。这是因为当开关断开后,流过电感器的电流突然变为0A,也就是说流过电感器的电 流突然变小(从有到无),电感器马上产生A负B正的自感电动势。由于电感器、灯泡和 电阻器R连接成闭合回路,电感器的自感电动势会产生电流流过灯泡,电流方向是:电感 器B正→灯泡→电阻器R→电感器A负,开关断开后,该电流维持灯泡继续发光。随着电感 器上的电动势逐渐降低,流过灯泡的电流慢慢减小,灯泡也就慢慢变暗。 从上面的电路分析可知,只要流过电感器的电流发生变化(不管是增大还是减小), 电感器就会产生自感电动势,电动势的方向总是阻碍电流的变化。 电感器的这个性质非常重要,在以后的电路分析中经常要用到该性质。为了让大家能 更透彻地理解电感器的这个性质,再来看图4-6中的两个例子。 图4-6 电感器性质说明图 在图4-6(a)所示的电路中,流过电感器的电流是逐渐增大的,电感器会产生A正B 负的电动势阻碍电流增大(可理解为A点为正,A点电位升高,电流通过较困难);在图 4-6(b)所示的电路中,流过电感器的电流是逐渐减小的,电感器会产生A负B正的电动 势阻碍电流减小(可理解为A点为负时,A点电位低,吸引电流流过来,阻碍它减小)。 4.1.4 种类 电感器的种类较多,下面主要介绍几种典型的电感器。 1.可调电感器 可调电感器是指电感量可以调节的电感器。可调电感器的实物外形和图形符号如图47所示。 tyw藏书 图4-7 可调电感器 可调电感器是通过调节磁芯在线圈中的位置来改变电感量的,磁芯进入线圈内部越 多,电感器的电感量越大。如果电感器没有磁芯,可以通过减少或增多线圈的匝数来降低 或提高电感器的电感量。另外,改变线圈之间的疏密程度也能调节电感量。 2.高频扼流圈 高频扼流圈又称高频阻流圈,它是一种电感量很小的电感器,常用在高频电路中,其 图形符号如图4-8(a)所示。 高频扼流圈又分为空心和磁芯两种。空心高频扼流圈多用较粗铜线或镀银铜线绕制而 成,可以通过改变匝数或匝距来改变电感量;磁芯高频扼流圈由铜线在磁芯材料上绕制一 定的匝数构成,其电感量可以通过调节磁芯在线圈中的位置来改变。 高频扼流圈在电路中的作用是“阻高频,通低频”。如图4-8(b)所示,当高频扼流圈 输入高、低频信号和直流信号时,高频信号不能通过,只有低频和直流信号能通过。 图4-8 高频扼流圈 3.低频扼流圈 低频扼流圈又称低频阻流圈,是一种电感量很大的电感器,常用在低频电路(如音频 电路和电源滤波电路)中,其图形符号如图4-9(a)所示。 低频扼流圈是用较细的漆包线在铁芯(硅钢片)或铜芯上绕制很多匝数制成的。低频 扼流圈在电路中的作用是“通直流,阻低频”。如图4-9(b)所示,当低频扼流圈输入高、 低频和直流信号时,高、低频信号均不能通过,只有直流信号才能通过。 4.色码电感器 图4-9 低频扼流圈 tyw藏书 色码电感器是一种高频电感线圈,它是在磁芯上绕上一定匝数的漆包线,再用环氧树 脂或塑料封装而制成的。色码电感器的工作频率范围一般在10kHz~200MHz,电感量在 0.1~3300μH范围内。色码电感器是具有固定电感量的电感器,其电感量标注与识读方法 和色环电阻器相同,但色码电感器的电感量单位为μH。 4.1.5 检测 电感器的电感量和Q值一般用专门的电感测量仪和Q表来测量,一些功能齐全的万用 表也具有电感量测量功能。 电感器常见的故障有开路和线圈匝间短路。电感器实际上就是线圈,由于线圈的电阻 一般比较小,所以测量时一般用万用表的R×1挡。电感器的检测如图4-10所示。 图4-10 电感器的检测 线径粗、匝数少的电感器电阻小,接近于0Ω;线径细、匝数多的电感器阻值较大。 在检测电感器时,用万用表可以很容易地检测出是否开路(开路时测出的电阻为∞),但 很难判断它是否匝间短路,因为电感器匝间短路时电阻减小很少,解决方法是:当怀疑电 感器匝间有短路,万用表又无法检测出来时,可更换新的同型号电感器,故障排除则说明 原电感器已损坏。 4.1.6 选用 在选用电感器时,要注意以下几点。 ① 选用电感器的电感量必须与电路要求一致,额定电流选大一些不会影响电路。 ② 选用电感器的工作频率要适合电路。低频电路一般选用硅钢片铁芯或铁氧体磁芯 的电感器,而高频电路一般选用高频铁氧体磁芯或空心的电感器。 ③ 对于不同的电路,应该选用相应性能的电感器。在检修电路时,如果遇到损坏的 电感器,并且该电感器功能比较特殊,通常需要用同型号的电感器更换。 ④ 在更换电感器时,不能随意改变电感器的线圈匝数、间距和形状等,以免电感器 的电感量发生变化。 tyw藏书 ⑤ 对于可调电感器,为了让它在电路中达到较好的效果,可将电感器接在电路中进 行调节。调节时可借助专门的仪器,也可以根据实际情况凭直觉调节,如调节电视机中与 图像处理有关的电感器时,可一边调节电感器磁芯,一般观察画面质量,质量最佳时调节 最准确。 ⑥ 对于色码电感器或小型固定电感器,当电感量相同、额定电流相同时,一般可以 代换。 ⑦ 对于有屏蔽罩的电感器,在使用时需要将屏蔽罩与电路地连接,以提高电感器的 抗干扰性。 4.1.7 电感器的型号命名方法 电感器的型号命名由3个部分组成。 第1部分用字母表示主称为电感线圈。 第2部分用字母与数字混合或数字来表示电感量。 第3部分用字母表示误差范围。 电感器的型号命名及含义见表4-1。 表4-1 电感器的型号命名及含义 4.2 变压器 4.2.1 实物外形与图形符号 tyw藏书 变压器可以改变交流电压或交流电流的大小。常见变压器的实物外形及图形符号如图 4-11所示。 图4-11 变压器 4.2.2 结构、原理和功能 1.结构 两组相距很近又相互绝缘的线圈就构成了变压器。变压器的结构如图4-12所示,从图 中可以看出,变压器主要由绕组和铁芯组成。绕组通常由漆包线(在表面涂有绝缘层的导 线)或纱包线绕制而成,与输入信号连接的绕组称为一次绕组(或称为初级绕组),输出 信号的绕组称为二次绕组(或称为次级绕组)。 图4-12 变压器的结构示意图 2.工作原理 变压器是利用电-磁和磁-电转换原理工作的。下面以图4-13所示电路来说明变压器的 工作原理。 当交流电压U1送到变压器的一次绕组L1两端时(L1的匝数为N1),有交流电流I1流过 L1,L1马上产生磁场,磁场的磁感线沿着导磁良好的铁芯穿过二次绕组L2(其匝数为 N2),有磁感线穿过L2,L2上马上产生感应电动势,此时L2相当于一个电源。由于L2与 电阻R连接成闭合电路,L2就有交流电流I2输出并流过电阻R,R两端的电压为U2。 变压器的一次绕组进行电-磁转换,而二次绕组进行磁-电转换。 tyw藏书 图4-13 变压器工作原理说明图 3.功能 变压器可以改变交流电压的大小,也可以改变交流电流的大小。 (1)改变交流电压 变压器既可以升高交流电压,也可以降低交流电压。在忽略电能损耗的情况下,变压 器一次电压U1、二次电压U2与一次绕组匝数N1、二次绕组匝数N2的关系为 n称作匝数比或电压比,由上面的式子可知以下几点。 ① 当二次绕组匝数 N2多于一次绕组的匝数 N1时,二次电压 U2就会高于一次电压 U1,即 时,变压器可以提升交流电压,故电压比n<1的变压器称为升压变压器。 ② 当二次绕组匝数N2少于一次绕组的匝数N1时,变压器能降低交流电压,故n>1的 变压器称为降压变压器。 ③ 当二次绕组匝数N2与一次绕组的匝数N1相等时,变压器不会改变交流电压的大 小,即一次电压U1与二次电压U2相等。这种变压器虽然不能改变电压大小,但能对一、 二次电路进行电气隔离,故n=1的变压器常用作隔离变压器。 (2)改变交流电流 变压器不但能改变交流电压的大小,而且能改变交流电流的大小。由于变压器对电能 损耗很少,所以可忽略不计,故变压器的输入功率P1与输出功率P2相等,即 tyw藏书 从上面的式子可知,变压器的一、二次电压与一、二次电流成反比。若提升了二次电 压,就会使二次电流减小;降低二次电压,二次电流会增大。 综上所述,对于变压器来说,匝数越多的绕组两端电压越高,流过的电流越小。例 如,某个电源变压器上标注“输入电压 220V ,输出电压 6V”,那么该变压器的一、二次绕 组匝数比n=220/6=110/3≈37,当将该变压器接在电路中时,二次绕组流出的电流是一次绕 组流入电流的37倍。 4.2.3 特殊绕组变压器 前面介绍的变压器一、二次绕组分别只有一组绕组,实际应用中经常会遇到其他一些 形式绕组的变压器。 1.多绕组变压器 多绕组变压器的一、二次绕组由多个绕组组成。图4-14(a)所示是一种典型的多个 绕组的变压器,如果将 L1作为一次绕组,那么 L2、L3、L4都是二次绕组,L1绕组上的电 压与其他绕组的电压关系都满足 。 例如,N1= 1 000、N2=200、N3=50、N4=10,当 U1= 220V 时,电压 U2、U3、U4分别 是 44V、1V和2.2V。 对于多绕组变压器,各绕组的电流不能按 来计算,而遵循P1=P2+P3+P4,即 U1I1=U2I2+U3I3+U4I4。当某个二次绕组接的负载电阻很小时,该绕组流出的电流会很 大,其输出功率就很大,其他二次绕组的输出电流就会减小,功率也相应减小。 2.多抽头变压器 多抽头变压器的一、二次绕组由两个绕组构成,除了本身具有4个引出线外,还在绕 组内部接出抽头,将一个绕组分成多个绕组。图4-14(b)所示是一种多抽头变压器。从 图中可以看出,多抽头变压器由抽头分出的各绕组之间在电气上是连通的,并且两个绕组 之间共用一个引出线,而多绕组变压器各个绕组之间在电气上是隔离的。如果将输入电压 加到匝数为N1的绕组两端,该绕组称为一次绕组,其他绕组就都是二次绕组,各绕组之 间的电压关系都满足 。 3.单绕组变压器 单绕组变压器又称自耦变压器,它只有一个绕组,通过在绕组中引出抽头而产生一、 二次绕组。单绕组变压器如图4-14(c)所示。如果将输入电压U1加到整个绕组上,那么 整个绕组就为一次绕 tyw藏书 组,其匝数为(N1+N2),匝数为N2的绕组为二次绕组,电压U1、U2关系满足 1 。 图4-14 特殊绕组变压器 4.2.4 种类 变压器的种类较多,可以根据有无铁(磁)芯、用途及工作频率等进行分类。 1.按有无铁(磁)芯种类分类 变压器按有无铁(磁)芯分类,可分为空心变压器、磁芯变压器和铁芯变压器,它们 的图形符号如图4-15所示。 图4-15 3种变压器的图形符号 空心变压器是指一、二次绕组没有绕制支架的变压器。磁芯变压器是指一、二次绕组 绕在磁芯(如铁氧体材料)上构成的变压器。铁芯变压器是指一、二次绕组绕在铁芯(如 硅钢片)上构成的变压器。 2.按用途分类 变压器按用途不同,可分为电源变压器、音频变压器、脉冲变压器、恒压变压器、自 耦变压器和隔离变压器等。 3.按工作频率分类 变压器按工作频率不同,可分为低频变压器、中频变压器和高频变压器。 (1)低频变压器 低频变压器是指用在低频电路中的变压器。低频变压器的铁芯ty一w般藏采用书硅钢片,常见 的铁芯形状有E形、C形和环形,如图4-16所示。 图4-16 常见的变压器铁芯 E 形铁芯的优点是成本低,缺点是磁路中的气隙较大、效率较低、工作时电噪声较 大。C 形铁芯是由两块形状相同的C形铁芯组合而成的,与E形铁芯相比,其磁路中的气 隙较小,性能有所提高。环形铁芯由冷轧硅钢带卷绕而成,磁路中无气隙,漏磁极小,工 作时电噪声较小。 常见的低频变压器有电源变压器和音频变压器,如图4-17所示。 图4-17 常见的低频变压器 电源变压器的功能是提升或降低电源电压。其中降低电压的降压电源变压器最为常 见,一些手机充电器、小型录音机的外置电源内部都采用降压电源变压器。这种变压器一 次绕组匝数多,接220V交流电压;而二次绕组匝数少,输出较低的交流电压。在一些优 质的功放机中,常采用环形电源变压器。 音频变压器用在音频信号处理电路中,如收音机、录音机的音频放大电路常用音频变 压器来传输信号。当在两个电路之间加接音频变压器后,音频变压器可以将前级电路的信 号最大程度传送到后级电路。 (2)中频变压器 中频变压器是指用在中频电路中的变压器。无线电设备采用的中频变压器又称为中 周,中周是将一、二次绕组绕在尼龙支架(内部装有磁芯)上,并用金属屏蔽罩封装起来 而构成的。中周的实物外形、结构与图形符号如图4-18所示。 中周常用在收音机和电视机等无线电设备中,主要用来选频(即从众多频率的信号中 选出需要频率的信号),调节磁芯在绕组中的位置可以改变一、二次绕组的电感量,就能 选取不同频率的信号。 (3)高频变压器 高频变压器是指用在高频电路中的变压器。高频变压器一般采ty用w磁藏芯或书空心,其中采 用磁芯的更为多见。最常见的高频变压器是收音机的磁性天线,其实物外形和图形符号如 图4-19所示。 图4-18 中频变压器(中周) 图4-19 高频变压器(磁性天线) 磁性天线的一、二次绕组都绕在磁棒上,一次绕组匝数很多,二次绕组匝数很少。磁 性天线的功能是从空间接收无线电波,当无线电波穿过磁棒时,一次绕组上会感应出无线 电波信号电压,该电压再感应到二次绕组上,二次绕组上的信号电压送到电路进行处理。 磁性天线的磁棒越长,截面积越大,接收下来的无线电波信号越强。 4.2.5 主要参数 变压器的主要参数有电压比、额定功率、频率特性和效率等。 (1)电压比 变压器的电压比是指一次绕组电压U1与二次绕组电压U2之比,它等于一次绕组匝数 N1与二次 绕组匝数N2的比,即 。 降压变压器的电压比n>1,升压变压器的电压比n<1,隔离变压器的电压比n=1。 (2)额定功率 额定功率是指在规定工作频率和电压下,变压器能长期正常工作时的输出功率。变压 器的额定功率与铁芯截面积、漆包线的线径等有关,变压器的铁芯截面积越大,漆包线线 径越粗,其输出功率就越大。 一般只有电源变压器才有额定功率参数,其他变压器由于工作电压低、电流小,通常 不考虑额定功率。 tyw藏书 (3)频率特性 频率特性是指变压器有一定的工作频率范围。不同工作频率范围的变压器,一般不能 互换使用,如不能用低频变压器代替高频变压器。当变压器在其频率范围外工作时,会出 现温度升高或不能正常工作等现象。 (4)效率 效率是指在变压器接额定负载时,输出功率 P2与输入功率 P1的比值。变压器效率可 用下面的公式计算 η值越大,表明变压器的损耗越小、效率越高,变压器的效率值一般在60%~100%。 4.2.6 检测 在检测变压器时,通常要测量各绕组的电阻、绕组间的绝缘电阻、绕组与铁芯之间的 绝缘电阻。下面以图4-20 所示的电源变压器为例来说明变压器的检测方法(注:该变压 器输入电压为220V、输出电压为3V-0V-3V、额定功率为3V·A)。 变压器的测量步骤如下。 第1步:测量各绕组的电阻。 将万用表拨至“R×100”挡,红、黑表笔分别接变压器的 1、2 端,测量一次绕组的电 阻,如图 4-21(a)所示, 然后在刻度盘上读出阻值大小。图中显示的是一次绕组的正常 阻值,为1.7kΩ。 图4-20 一种常见的电源变压器 若测得的阻值为∞,说明一次绕组开路。 若测得的阻值为0Ω,说明一次绕组短路。 若测得的阻值偏小,可能是一次绕组匝间出现短路。 tyw藏书 图4-21 变压器的检测 然后将万用表拨至“R×1”挡,用同样的方法测量变压器的3、4端和4、5端间的电阻, 正常为几欧。 一般来说,变压器的额定功率越大,其一次绕组的电阻越小;变压器的输出电压越 高,其二次绕组的电阻越大(因匝数多)。 第2步:测量绕组间的绝缘电阻。 将万用表拨至“R×10k”挡,红、黑表笔分别接变压器一、二次绕组的一端,如图421(b)所示,然后在刻度盘上读出阻值大小。图中显示的阻值为∞,说明一、二次绕组 间的绝缘良好。 若测得的阻值小于∞,说明一、二次绕组间存在短路或漏电。 第3步:测量绕组与铁芯间的绝缘电阻。 将万用表拨至“R×10k”挡,红表笔接变压器铁芯或金属外壳,黑表笔接一次绕组的一 端,如图4-21(c)所示,然后在刻度盘上读出阻值大小。图中显示的阻值为∞,说明绕组 与铁芯间绝缘良好。 若测得的阻值小于∞,说明一次绕组与铁芯间存在短路或漏电。 再用同样的方法测量二次绕组与铁芯间的绝缘电阻。 对于电源变压器,一般还要按图4-21(d)所示的方法测量其空载二次电压。先给变 压器的一次绕组接 220V交流电压,然后用万用表的 10V交流挡测量二次绕组某两端的电 压,测出的电压值应与变压器二次绕组的标称电压相同或相近,允许有5%~10%的误 差。若二次绕组所有接线端间的电压都偏高,则一次绕组局部有短ty路w;藏若二书次绕组某两端 电压偏低,则该两端间的绕组有局部短路。 4.2.7 选用 1.电源变压器的选用 选用电源变压器时,输入、输出电压要符合电路的需要,额定功率应大于电路所需的 功率。如图4-22所示,该电路需要6V交流电压供电,最大输入电流为0.4A,为了满足该电 路的要求,可选用输入电压为220V、输出电压为6V、功率为3V·A(3V·A>6V×0.4A)的电 源变压器。 图4-22 电源变压器选用例图 对于一般电源电路,可选用 E 形铁芯的电源变压器。若是高保真音频功率放大器的 电源电路,则应选用 C 形或环形铁芯的变压器。对于输出电压、输出功率相同且都是铁 芯材料的电源变压器,通常可以直接互换。 2.其他类型变压器的选用 虽然变压器的基本工作原理相同,但由于铁芯材料、绕组形式和引脚排列等不同,变 压器的种类繁多。在设计制作电路时,选用变压器要根据电路的需要,从结构、电压比、 频率特性、工作电压和额定功率等方面考虑。在检修电路中,最好用同型号的变压器代换 已损坏的变压器,若无法找到同型号的产品,应尽量找到参数相似的变压器进行代换。 4.2.8 变压器的型号命名方法 国产变压器型号的命名由以下3个部分组成。 第1部分用字母表示变压器的主称。 第2部分用数字表示变压器的额定功率。 第3部分用数字表示序号。 变压器的型号命名及含义见表4-2。 表4-2 变压器的型号命名及含义 tyw藏书 例如DB-60-2表示60V·A电源变压器。 第5章 二极管 tyw藏书 5.1 二极管基础知识 5.1.1 半导体 导电性能介于导体与绝缘体之间的材料称为半导体,常见的半导体材料有硅、锗和硒 等。利用半导体材料可以制作各种各样的半导体元器件,如二极管、三极管、场效应管和 晶闸管等都是由半导体材料制作而成的。 1.半导体的特性 半导体的主要特性有以下几个。 ① 掺杂性。当往纯净的半导体中掺入少量某些物质时,半导体的导电性就会大大增 强。二极管、三极管就是用掺入杂质的半导体制成的。 ② 热敏性。当温度上升时,半导体的导电能力会增强,利用该特性可以将某些半导 体制成热敏器件。 ③ 光敏性。当有光线照射半导体时,半导体的导电能力也会显著增强,利用该特性 可以将某些半导体制成光电器件。 2.半导体的类型 半导体主要有3种类型:本征半导体、N型半导体和P型半导体。 ① 本征半导体。纯净的半导体称为本征半导体,它的导电能力很弱,在纯净的半导 体中掺入杂质后,半导体的导电能力会大大增强。 ② N型半导体。在纯净半导体中掺入五价杂质(原子核最外层有5个电子的物质,如 磷、砷和锑等)后,半导体中会有大量带负电荷的电子(因为半导体原子核最外层一般只 有4个电子,所以可理解为当掺入五价元素后,半导体中的电子数偏多),这种电子偏多 的半导体称为N型半导体。 ③ P型半导体。在纯净半导体中掺入三价杂质(如硼、铝和镓)后,半导体中的电子 偏少,会有大量的空穴(可以看作正电荷)产生,这种空穴偏多的半导体称为P型半导 体。 5.1.2 二极管简介 1.构成 当P型半导体(含有大量的正电荷)和N型半导体(含有大量的电子)结合在一起 时,P型半导体中的正电荷向N型半导体中扩散,N型半导体中的电子向P型半导体中扩 散,于是在P型半导体和N型半导体中间就形成一个特殊的薄层,这个薄层称为PN结,该 过程如图5-1所示。 tyw藏书 图5-1 PN结的形成 从含有PN结的P型半导体和N型半导体两端各引出一个电极并封装起来就构成了二极 管。与P型半导体连接的电极称为正极(或阳极),用“+”或“A”表示;与N型半导体连接 的电极称为负极(或阴极),用“−”或“K”表示。 2.结构、图形符号和实物外形 二极管的内部结构、图形符号和实物外形如图5-2所示。 图5-2 二极管 3.性质 (1)性质说明 下面通过分析图5-3所示的两个电路来说明二极管的性质。 图5-3 二极管的性质说明图 在图5-3(a)所示电路中,当闭合开关S后,发现灯泡会发光,表明有电流流过二极 管,二极管导通;而在图5-3(b)所示电路中,当开关S闭合后灯泡不亮,说明无电流流 过二极管,二极管不导通。通过观察这两个电路中二极管的接法可以发现:在图5-3(a) 所示电路中,二极管的正极通过开关S与电源的正极连接,二极管t的y负w极藏通过书灯泡与电源 的负极相连;而在图5-3(b)所示电路中,二极管的负极通过开关S与电源的正极连接, 二极管的正极通过灯泡与电源的负极相连。 由此可以得出这样的结论:当二极管正极与电源正极连接,负极与电源负极相连时, 二极管能导通,反之二极管不能导通。二极管这种单方向导通的性质称为二极管的单向导 电性。 (2)伏-安特性曲线 在电子工程技术中,常采用伏-安特性曲线来说明元器件的性质。伏-安特性曲线又称 为电压-电流特性曲线,用来说明元器件两端电压与通过电流的变化规律。 二极管的伏-安特性曲线用来说明加到二极管两端的电压U与通过电流I之间的关系。 二极管的伏-安特性曲线如图5-4(a)所示,图5-4(b)和图5-4(c)所示则是为解释伏安特性曲线而画的电路。 图5-4 二极管的伏-安特性曲线及电路说明 在图5-4(a)所示的坐标图中,第一象限内的曲线表示二极管的正向特性,第三象限 内的曲线表示二极管的反向特性。下面从两方面来分析伏-安特性曲线。 ① 正向特性。正向特性是指给二极管加正向电压(二极管正极接高电位,负极接低 电位)时的特性。在图5-4(b)所示电路中,电源直接接到二极管两端,此电源电压对二 极管来说是正向电压。将电源电压U从0V开始慢慢调高,在刚开始时,由于电压U很低, 流过二极管的电流极小,可认为二极管没有导通,只有当正向电压达到图 5-4(a)所示 的电压 UA时,流过二极管的电流急剧增大,二极管才导通。这里的电压UA称为正向导通 电压,又称门电压(或阈值电压)。不同材料的二极管,其门电压是不同的,硅材料二极 管的门电压为0.5~0.7V,锗材料二极管的门电压为0.2~0.3V。 从上面的分析可以看出,二极管的正向特性是:当二极管加正向电压时不一定能导 通,只有正向电压达到门电压时,二极管才能导通。 ② 反向特性。反向特性是指给二极管加反向电压(二极管正极接低电位,负极接高 tyw藏书 电位)时的特性。在图5-4(c)所示电路中,电源直接接到二极管两端,此电源电压对二 极管来说是反向电压。将电源电压U从0V开始慢慢调高,在反向电压不高时,没有电流流 过二极管,二极管不能导通。当反向电压达到图 5-4(a)所示 UB电压时,流过二极管的 电流急剧增大,二极管反向导通了。这里的电压UB称为反向击穿电压,反向击穿电压一 般很高,远大于正向导通电压。不同型号的二极管反向击穿电压不同,低的十几伏,高的 有几千伏。普通二极管反向击穿导通通常是损坏性的,所以反向击穿导通的普通二极管一 般不能再使用。 从上面的分析可以看出,二极管的反向特性是:当二极管加较低的反向电压时不能导 通,但反向电压达到反向击穿电压时,二极管会反向击穿导通。 二极管的正、反向特性与生活中的开门类似:当你从室外推门(门是朝室内开的) 时,如果力很小,门是推不开的,只有力气较大时门才能被推开,这与二极管加正向电 压,只有达到门电压才能导通相似;当你从室内往外推门时,门是很难推开的,但如果推 门的力气非常大,门也会被推开,不过门被推开的同时一般也就损坏了,这与二极管加反 向电压时不能导通,但反向电压达到反向击穿电压(电压很高)时二极管会击穿导通相 似。 4.主要参数 二极管的主要参数有以下几个。 (1)最大整流电流IF 二极管长时间使用时允许流过的最大正向平均电流称为最大整流电流,或称为二极管 的额定工作电流。当流过二极管的电流大于最大整流电流时,二极管容易被烧坏。二极管 的最大整流电流与PN结面积、散热条件有关。PN结面积大的面接触型二极管的IF大,点 接触型二极管的IF小;金属封装二极管的IF大,而塑封二极管的IF小。 (2)最高反向工作电压UR 最高反向工作电压是指二极管正常工作时两端能承受的最高反向电压。最高反向工作 电压一般为反向击穿电压的一半。在高压电路中需要采用UR大的二极管,否则二极管易 被击穿损坏。 (3)最大反向电流IR 最大反向电流是指二极管两端加最高反向工作电压时流过的反向电流。该值越小,表 明二极管的单向导电性能越佳。 (4)最高工作频率fM 最高工作频率是指二极管在正常工作条件下的最高频率。如果加给二极管的信号频率 高于该频率,二极管将不能正常工作。fM的大小通常与二极管的PN结面积有关,PN结面 积越大,fM越低,故点接触型二极管的fM较高,而面接触型二极管的fM较低。 5.极性判别 二极管引脚有正、负极之分,在电路中乱接轻则二极管不能正ty常w工藏作,书重则损坏。二 极管极性判别可采用下面介绍的一些方法。 (1)根据标注或外形判断极性 为了让人们更好地区分出二极管的正、负极,有些二极管会在表面用一定的标志来指 示,有些特殊的二极管从外形也可找出正、负极。 图 5-5 所示左上方的二极管表面标有二极管符号,其中三角形端对应的电极为正极, 另一端为负极;左下方的二极管标有白色圆环的一端为负极;右方的二极管金属螺栓为负 极,另一端为正极。 图5-5 根据标注或外形判断二极管的极性 (2)用指针万用表判断极性 对于没有标注极性或无明显外形特征的二极管,可用指针万用表的欧姆挡来判断其极 性。将万用表拨至“R×100”或“R×1k”挡,测量二极管两个引脚之间的阻值,正、反各测一 次,会出现阻值一大一小的情况,如图5-6所示,以阻值小的一次为准,如图5-6(a)所 示,黑表笔接的为二极管的正极,红表笔接的为二极管的负极。 图5-6 用指针万用表判断二极管的极性 (3)用数字万用表判断极性 数字万用表与指针万用表一样,也有欧姆挡,但由于两者测量原理不同,数字万用表 欧姆挡无法判断二极管的正、负极(数字万用表测量正、反向电阻时阻值都显示∞符 号“1”),不过数字万用表有一个二极管专用测量挡,可以用该挡来判断二极管的极性。 用数字万用表判断二极管极性的过程如图5-7所示。 tyw藏书 图5-7 用数字万用表判断二极管的极性 在检测判断时,将数字万用表拨至“ ”挡(二极管测量专用挡),然后将红、黑 表笔分别接被测二极管的两极,正、反各测一次,测量中会出现一次显示“1”,如图57(a)所示,另一次显示100~800的数字,如图5-7(b)所示,以显示100~800数字的那 次测量为准,红表笔接的为二极管的正极,黑表笔接的为二极管的负极。在图中,显 示“1”表示二极管未导通,显示“585”表示二极管已导通,并且二极管当前的导通电压为 585mV(即0.585V)。 6.常见故障及检测 二极管的常见故障有开路、短路和性能不良。 在检测二极管时,将万用表拨至“R×1k”挡,测量二极管的正、反向电阻,测量方法 与极性判断相同,可参见图5-6。正常锗材料二极管的正向阻值在1kΩ左右,反向阻值在 500kΩ以上;正常硅材料二极管的正向电阻在1~10kΩ,反向电阻为∞(注:不同型号万 用表测量值略有差别)。也就是说,正常二极管的正向电阻小,反向电阻很大。 若测得二极管正、反向电阻均为0Ω,说明二极管短路。 若测得二极管正、反向电阻均为∞,说明二极管开路。 若测得正、反向电阻的差距小(即正向电阻偏大,反向电阻偏小),说明二极管性能 不良。 5.1.3 整流二极管与整流桥 1.整流二极管 整流二极管的功能是将交流电转换成直流电。整流二极管的功能说明如图5-8所示。 tyw藏书 图5-8 整流二极管的功能说明 在图 5-8(a)中,将灯泡与 220V 交流电源直接连起来。当交流电为正半周时,其电 压极性为上正下负,有正半周电流流过灯泡,电流流过途径为交流电源上正→灯泡→交流 电源下负,如实线箭头所示;当交流电为负半周时,其电压极性变为上负下正,有负半周 电流流过灯泡,电流流过途径为交流电源下正→灯泡→交流电源上负,如虚线箭头所示。 由于正、负半周电流均流过灯泡,所以灯泡会发光,并且光线很亮。 在图5-8(b)中,在220V交流电源与灯泡之间串接一个二极管,会发现灯泡也亮,但 亮度较暗,这是因为只有交流电源为正半周(极性为上正下负)时,二极管才导通,而当 交流电源为负半周(极性为上负下正)时,二极管不能导通,结果只有正半周交流电通过 灯泡,故灯泡仍亮,但亮度较暗。图中的二极管允许交流电的一个半周通过而阻止另一个 半周通过,其功能称为整流,该二极管称为整流二极管。 用作整流功能的二极管要求最大整流电流和最高反向工作电压满足电路要求,如图58(b)中的整流二极管在交流电源负半周时截止,它两端要承受300多伏的电压,如果选 用的二极管最高反向工作电压低于该值,则二极管会被反向击穿。 表5-1列出了一些常用整流二极管的主要参数。 表5-1 常用整流二极管的主要参数 2.整流桥 整流桥又称整流桥堆,它内部含有多个整流二极管,整流桥有半桥和全桥之分。 (1)整流半桥 半桥内部有两个二极管,根据二极管连接方式不同,可分为共阴极半桥、共阳极半桥 和独立二极管半桥,共阴极半桥、共阳极半桥有3个引脚,独立二极管半桥有4个引脚,如 图5-9所示。 tyw藏书 图5-9 整流半桥 在检测 3 个引脚的整流半桥时,将万用表拨至“R×1k”挡,测量任意两引脚之间的阻 值。当出现阻值小时,黑表笔接的为该二极管的正极,红表笔接的为该二极管的负极;然 后黑表笔不动,红表笔接余下的引脚,如果测得的阻值也很小,则所测整流半桥为共阳 极,黑表笔接的为公共极;如果测得阻值为∞,则所测整流半桥为共阴极,红表笔先前接 的引脚为公共极。 (2)整流全桥 全桥内部有4个整流二极管,其实物外形与内部连接如图5-10所示。全桥有4个引脚, 标有“~”的两个引脚为交流电压输入端,标有“+”和“−”的分别为直流电压“+”和“−”输出 端。 图5-10 整流全桥 5.1.4 开关二极管 二极管具有导通和截止两种状态,对应着开关的“开(接通)”和“关(断开)”两种状 态。当二极管加正向偏压时,正极电压高于负极电压,二极管导通,相当于开关闭合;当 二极管加反向偏压时,正极电压低于负极电压,二极管截止,相当于开关闭合。 1.特点 在开关进行开、关状态切换时,需要一定的切换时间,同样,二极管由一种状态转换 到另一种状态也需要一定的时间,二极管从导通状态转换到截止状态所需的时间称为反向 恢复时间,二极管从截止状态转换到导通状态所需的时间称为正向开通时间,二极管的反 向恢复时间要远大于正向开通时间。故二极管通常只给出反向恢复时间。 为了达到良好的开、关效果,要求开关二极管的导通、截止切ty换w速藏度很书快,即要求开 关二极管的反向恢复时间要短。开关二极管具有开关速度快、体积小、寿命长、可靠性高 等特点,广泛应用于电子设备的开关电路、检波电路、高频和脉冲整流电路及自动控制电 路中。 2.种类 开关二极管的种类很多,如普通开关二极管、高速开关二极管、超高速开关二极管、 低功耗开关二极管、高反压开关二极管和硅电压开关二极管等。 ① 普通开关二极管。常用的国产普通开关二极管有2AK系列锗开关二极管(如 2AK1)。 ② 高速开关二极管。高速开关二极管较普通开关二极管的反向恢复时间更短,开、 关频率更快。常用的国产高速开关二极管有2CK系列(2CK13),进口高速开关二极管有 1N系列(如1N4148)、1S系列(如1S2471)、1SS系列(有引线塑封)和RLS系列(表面 封装)。 ③ 超高速开关二极管。常用的超高速开关二极管有1SS系列和RLS系列。 ④ 低功耗开关二极管。低功耗开关二极管的功耗较低,但其零偏压电容和反向恢复 时间值均较高速开关二极管低。常用的低功耗开关二极管有RLS系列和1SS系列。 ⑤ 高反压开关二极管。高反压开关二极管的反向击穿电压均在 220V 以上,但其零偏 压电容和反向恢复时间值相对较大。常用的高反压开关二极管有RLS系列和1SS系列。 ⑥ 硅电压开关二极管。硅电压开关二极管是一种新型半导体器件,有单向电压开关 二极管和双向电压开关二极管之分,主要应用于触发器、过电压保护电路、脉冲发生器及 高压输出、延时、电子开关等电路。单向电压开关二极管也称转折二极管,其正向为负阻 开关特性(即当外加电压升高到正向转折电压值时,开关二极管由截止状态变为导通状 态,即由高阻转为低阻),反向为稳定特性;双向电压开关二极管的正向和反向均具有相 同的负阻开关特性。 最常用的开关二极管有 1N4148、1N4448,两者均采用透明玻壳封装,靠近黑色环的 引脚为负极,它们可以代换国产大部分2CK系列型号的开关二极管。1N4148、1N4448的 参数见表5-2。 表5-2 1N4148、1N4448的参数 tyw藏书 3.应用 开关二极管的应用举例如图 5-11 所示。从 A 点输入的Ui信号要到达 B 点输出,必须 经过二极管 VD,当控制电压为正电压时,二极管导通,Ui信号经C1、VD、C2到达B点输 出;当控制电压为负电压时,二极管截止,Ui信号无法通过VD,不能到达B点。二极管 VD在该电路中相当于一个开关,其通断受电压控制,故又称为电子开关。 图5-11 开关二极管的应用举例 5.1.5 二极管的型号命名方法 国产二极管的型号命名分为以下5个部分。 第1部分用数字“2”表示主称为二极管。 第2部分用字母表示二极管的材料与极性。 第3部分用字母表示二极管的类别。 第4部分用数字表示序号。 第5部分用字母表示二极管的规格号。 国产二极管的型号命名及含义见表5-3。 表5-3 国产二极管的型号命名及含义 举例: tyw藏书 5.2 稳压二极管 5.2.1 实物外形与图形符号 tyw藏书 稳压二极管又称齐纳二极管或反向击穿二极管,在电路中起稳压作用。稳压二极管的 实物外形和图形符号如图5-12所示。 图5-12 稳压二极管 5.2.2 工作原理 在电路中,稳压二极管可以稳定电压。要让稳压二极管起稳压作用,需将它反接在电 路中(即稳压二极管的负极接电路中的高电位,正极接低电位),稳压二极管在电路中正 接时的性质与普通二极管相同。下面以图5-13所示的电路为例来说明稳压二极管的稳压原 理。 图5-13 稳压二极管的稳压原理说明图 图5-13中所示稳压二极管VZ的稳压值为5V,若电源电压低于5V,当闭合开关S时, VZ反向不能导通,无电流流过限流电阻R,UR= IR = 0V,电源电压途经R时,R上没有压 降,故A点电压与电源电压相等,VZ两端的电压UVZ与电源电压也相等。例如E=4V时, UVZ也为4V,电源电压在5V范围内变化时,UVZ也随之变化。也就是说,当加到稳压二极 管两端的电压低于它的稳压值时,稳压二极管处于截止状态,无稳压功能。 若电源电压超过稳压二极管的稳压值,如E=8V,当闭合开关S时,8V电压通过电阻R 送到A点,该电压超过稳压二极管的稳压值,VZ反向击穿导通,马上有电流流过电阻R和 稳压二极管VZ,电流在流过电阻R时,R产生3V的压降(即UR=3V),稳压二极管VZ两端 的电压UVZ=5V。 若调节电源E使电压由8V上升到10V时,由于电压的升高,流过R和VZ的电流都会增 tyw藏书 大,因流过R的电流增大,R上的电压UR也随之增大(由3V上升到5V),而稳压二极管VZ 上的电压UVZ则维持5V不变。 稳压二极管的稳压原理可概括为:当外加电压低于稳压二极管的稳压值时,稳压二极 管不能导通,无稳压功能;当外加电压高于稳压二极管的稳压值时,稳压二极管反向击 穿,两端电压保持不变,大小等于稳压值(注:为了保护稳压二极管并使它有良好的稳压 效果,需要给稳压二极管串接限流电阻)。 5.2.3 应用 稳压二极管在电路中通常有两种应用连接形式,如图5-14所示。 在图5-14(a)所示电路中,输出电压Uo取自稳压二极管VZ两端,故Uo=UVZ。当电源 电压上升时,由于稳压二极管的稳压作用,UVZ稳定不变,输出电压Uo也不变。也就是说 在电源电压变化的情况下,稳压二极管两端的电压始终保持不变,该稳定不变的电压可供 给其他电路,使电路能稳定正常工作。 在图 5-14(b)所示电路中,输出电压取自限流电阻 R 两端,当电源电压上升时,稳 压二极管两端电压 UVZ不变,限流电阻 R 两端电压上升,故输出电压 Uo也上升。稳压二 极管按这种接法是不能为电路提供稳定电压的。 图5-14 稳压二极管在电路中的两种应用连接形式 5.2.4 主要参数 稳压二极管的主要参数有稳定电压、最大稳定电流和最大耗散功率等。 (1)稳定电压 稳定电压是指稳压二极管工作在反向击穿状态时两端的电压值。同一型号的稳压二极 管,稳定电压可能为某一固定值,也可能在一定的数值范围内。例如2CW15的稳定电压 是7~8.8V,说明它的稳定电压可能是7V,可能是8V,还可能是8.8V等数值。 (2)最大稳定电流 tyw藏书 最大稳定电流是指稳压二极管正常工作时所允许通过的最大电流。稳压二极管在工作 时,实际工作电流要小于该电流,否则其会因为长时间工作而损坏。 (3)最大耗散功率 最大耗散功率是指稳压二极管通过反向电流时允许消耗的最大功率,它等于稳定电压 和最大稳定电流的乘积。在使用中,如果稳压二极管消耗的功率超过该功率,稳压二极管 就容易损坏。 5.2.5 检测 稳压二极管的检测包括极性判断、好坏检测和稳压值检测。稳压二极管具有普通二极 管的单向导电性,故其极性检测与普通二极管相同,这里仅介绍稳压二极管的好坏检测和 稳压值检测。 1.好坏检测 将万用表拨至“R×100”或“R×1k”挡,测量稳压二极管的正、反向电阻,如图5-15所 示。正常的稳压二极管的正向电阻很小,反向电阻很大。 图5-15 稳压二极管的好坏检测 若测得的正、反向电阻均为0Ω,说明稳压二极管短路。 若测得的正、反向电阻均为∞,说明稳压二极管开路。 若测得的正、反向电阻差距不大,说明稳压二极管性能不良。 注:对于稳压值小于9V的稳压二极管,用万用表的R×10k挡(此挡位万用表内接9V电 池)测反向电阻时,稳压二极管会被反向击穿,此时测出的反向阻值较小,这属于正常情 况。 2.稳压值检测 检测稳压二极管的稳压值可按下面两个步骤进行。 第1步:按图5-16所示的方法将稳压二极管与电容、电阻和耐压大于300V的二极管接 好,再与220V市电连接。 tyw藏书 图5-16 稳压二极管稳压值的检测 第2步:将万用表拨至直流“50 V”挡,红、黑表笔分别接被测稳压二极管的负、正 极,然后在表盘上读出测得的电压值,该值即为稳压二极管的稳定电压值。图中测得稳压 二极管的稳压值为15V。 5.3 变容二极管 5.3.1 实物外形与图形符号 tyw藏书 变容二极管在电路中可以相当于电容,并且容量可调。变容二极管的实物外形和图形 符号如图5-17所示。 图5-17 变容二极管 5.3.2 工作原理 变容二极管与普通二极管一样,加正向电压时导通,加反向电压时截止。在变容二极 管两端加反向电压时,其除了截止外,还可以视为电容。变容二极管的性质说明如图5-18 所示。 图5-18 变容二极管的性质说明图 (1)加正向电压 当变容二极管两端加正向电压时,其内部的PN结变薄,如图5-18(a)所示,当正向 电压达到导通电压时,PN结消失,它对电流的阻碍消失,变容二极ty管w像藏普通书二极管一样 正向导通。 (2)加反向电压 当变容二极管两端加反向电压时,其内部的PN结变厚,如图5-18(b)所示,PN结阻 止电流通过,故变容二极管处于截止状态。反向电压越高,PN结越厚。PN结阻止电流通 过,相当于绝缘介质,而P型半导体和N型半导体分别相当于两个极板,也就是说处于截 止状态的变容二极管内部会形成电容的结构,这种电容称为结电容。普通二极管的P型半 导体和N型半导体都比较小,形成的结电容很小,可以忽略;而变容二极管在制造时特意 增大P型半导体和N型半导体的面积,从而增大结电容。 也就是说,当变容二极管两端加反向电压时,变容二极管处于截止状态,内部会形成 电容器的结构,此状态下的变容二极管可以看成是电容器。 (3)容量变化规律 变容二极管加反向电压时可以相当于电容器,当反向电压改变时,其容量就会发生变 化。下面以图5-19所示的电路和曲线为例来说明变容二极管的容量变化规律。 图5-19 变容二极管的容量变化规律 在图5-19(a)所示电路中,变容二极管VD加有反向电压,电位器RP用来调节反向电 压的大小。当RP滑动端右移时,加到变容二极管负端的电压升高,即反向电压增大,VD 内部的PN结变厚,内部的P、N型半导体距离变远,形成的电容容量变小;当RP滑动端左 移时,变容二极管反向电压减小,VD内部的PN结变薄,内部的P、N型半导体距离变近, 形成的电容容量增大。 也就是说,当调节变容二极管的反向电压大小时,其容量会发生变化。反向电压越 高,容量越小;反向电压越低,容量越大。 图5-19(b)所示为变容二极管的特性曲线,它直观表示出变容二极管两端反向电压 与容量的变化规律。如当反向电压为2V时,容量为3pF;当反向电压增大到6V时,容量减 小到2pF。 5.3.3 主要参数 变容二极管的主要参数有结电容、结电容变化范围和最高反向ty电w压藏等。书 (1)结电容 结电容指两端加一定反向电压时变容二极管PN结的容量。 (2)结电容变化范围 结电容变化范围是指变容二极管的反向电压从 0V 开始变化到某一电压值时,其结电 容的变化范围。 (3)最高反向电压 最高反向电压是指变容二极管正常工作时两端允许施加的最高反向电压值。使用时超 过该值,变容二极管容易被击穿。 5.3.4 检测 变容二极管的检测方法与普通二极管基本相同。检测时将万用表拨至“R×10k”挡,测 量变容二极管的正、反向电阻,正常的变容二极管反向电阻为∞,正向电阻一般在200kΩ 左右(不同型号该值略有差别)。 若测得正、反向电阻均很小或为0Ω,说明变容二极管漏电或短路。 若测得正、反向电阻均为∞,说明变容二极管开路。 5.4 双向触发二极管 5.4.1 实物外形与图形符号 tyw藏书 双向触发二极管简称双向二极管,它在电路中可以双向导通。双向触发二极管的实物 外形和图形符号如图5-20所示。 图5-20 双向触发二极管 5.4.2 性质 普通二极管有单向导电性,而双向触发二极管具有双向导电性,但它的导通电压通常 比较高。下面通过图5-21所示电路来说明双向触发二极管的性质。 (1)加正向电压 在图5-21(a)所示电路中,将双向触发二极管VD与可调电源E连接起来。当电源电 压较低时, VD并不能导通,随着电源电压的逐渐调高,当调到某一值(如30V)时,VD 马上导通,有从上往下的电流流过双向触发二极管。 (2)加反向电压 在图5-21(b)所示电路中,将电源的极性调换后再与双向触发二极管VD连接起来。 当电源电压较低时,VD不能导通,随着电源电压的逐渐调高,当调到某一值(如30V) 时,VD马上导通,有从下向上的电流流过双向触发二极管。 综上所述,不管加正向电压还是反向电压,只要电压达到一定值,双向触发二极管就 能导通。 (3)特性曲线 双向触发二极管的性质可用图5-22所示的曲线来表示,坐标中的横轴表示加在双向触 发二极管两端的电压,纵轴表示流过双向触发二极管的电流。 tyw藏书 图5-21 双向触发二极管的性质说明 图5-22 双向触发二极管的特性曲线 从图5-22所示特性曲线可以看出,当双向触发二极管两端加正向电压时,如果两端电 压低于电压UB1,流过的电流很小,双向触发二极管不能导通,一旦两端的正向电压达到 UB1(称为触发电压),双向触发二极管马上导通,有很大的电流流过双向触发二极管, 同时双向触发二极管两端的电压会下降(低于UB1)。 同样,当双向触发二极管两端加反向电压时,在两端电压低于电压 UB2时双向触发二 极管也不能导通,只有两端的反向电压达到UB2时才能导通,导通后的双向触发二极管两 端的电压会下降(低于UB2)。 从图5-22中还可以看出,双向触发二极管的正、反向特性相同,具有对称性,故双向 触发二极管的极性没有正、负之分。 双向触发二极管的触发电压较高,30V左右最为常见。双向触发二极管的触发电压一 般有20~60V、100~150V和200~250V 3个等级。 5.4.3 检测 双向触发二极管的检测包括好坏检测和触发电压检测。 1.好坏检测 将万用表拨至“R×10k”挡,测量双向触发二极管的正、反向电阻,如图5-23所示。 若双向触发二极管正常,则正、反向电阻均为∞。 若测得的正、反向电阻很小或为0Ω,则说明双向触发二极管漏电或短路,不能使 用。 tyw藏书 2.触发电压检测 检测双向触发二极管的触发电压可按下面3个步骤进行。 第1步:按图5-24所示的方法将双向触发二极管与电容、电阻和耐压大于300V的二极 管接好,再与220V市电连接。 图5-23 双向触发二极管的好坏检测 tyw藏书 图5-24 双向触发二极管触发电压的检测 第2步:将万用表拨至直流“50 V”挡,红、黑表笔分别接被测双向触发二极管的两 极,然后观察表针位置。如果表针在表盘上摆动(时大时小),则表针所指最大电压即为 双向触发二极管的触发电压。图中表针指的最大值为30V,即双向触发二极管的触发电压 值约为30V。 第3步:将双向触发二极管的两极对调,再测两端电压,正常时该电压值应与第2步测 得的电压值相等或相近。两者差值越小,表明双向触发二极管的对称性越好,即性能越 好。 5.5 双基极二极管 tyw藏书 双基极二极管又称单结晶管,它除了有一个发射极E外,还有B1、B2两个基极。 5.5.1 实物外形、图形符号、结构和等效图 双基极二极管的实物外形、图形符号、结构和等效图如图5-25所示。 双基极二极管的制作过程:在一块高电阻率的 N 型半导体基片的两端各引出一个铝 电极,如图5-25(c)所示,分别称为第一基极B1和第二基极B2,然后在N型半导体基片 一侧埋入P型半导体,在两种半导体的结合部位就形成了一个 PN 结,再在 P 型半导体端 引出一个电极,称为发射极(E)。 双基极二极管的等效图如图5-25(d)所示。双基极二极管B1、B2极之间为高电阻率 的N型半导体,故两极之间的电阻 RBB较大(4~12kΩ)。以 PN 结为中心,将 N 型半导 体分为两部分,PN结与B1极之间的电阻用RB1表示,PN结与B2极之间的电阻用RB2表示, RBB=RB1+RB2。E极与N型半导体之间的PN结可等效为一个二极管,用VD表示。 图5-25 双基极二极管 5.5.2 工作原理 为了分析双基极二极管的工作原理,在E极和第一基极B1之间加电压UE,在第二基极 B2和第一基极B1之间加电压UBB,具体如图5-26(a)所示。下面分几种情况来分析双基 极二极管的工作原理。 tyw藏书 图5-26 双基极二极管工作原理说明图 当UE=0V时,双基极二极管内部的PN结截止,由于B2、B1极之间加有电压UBB,所 以有电流IB流过RB2和RB1,这两个等效电阻上都有电压,分别是URB2和URB1。从图中不 难看出,URB1与UBB之比等于RB1与(RB1+RB2)之比,即 式中的 称为双基极二极管的分压系数(或称分压比),常用η表示。不同的 双基极二极管的η有所不同,η通常在0.3~0.9范围内。 当0Ub使发射区的电压较基区的电压高,两区之间的发射结(PN结)导通,这样发射 区大量的才能穿过发射结到达基区。三极管发射极与基极之间的电压(电位差)Ueb(Ueb =Ue−Ub)称为 Ub>Uc可以使集电区电压较基区电压低,这样才能使集电区有足够的吸引力(电压越 低,对正电荷的吸引力越大),将基区内的大量电荷吸引穿过集电结而到达集电区。 2.NPN型三极管的电流、电压规律 图6-5所示为NPN型三极管的偏置电路。从图中可以看出,NPN型三极管的集电极接 tyw藏书 电源的正极,发射极接电源的负极,基极通过电阻接电源的正极,这与PNP型三极管的连 接正好相反。 (1)电流关系 在图6-5所示电路中,当开关S闭合后,电源输出的电流马上流过三极管,三极管导 通。流发射极的电流称为电流Ie,流经基极的电流称为电流Ib,流经集电极的电流称为电 流Ic。 电流Ib、Ic、Ie的途径分别如下 ① 电流 Ib的途径:从电源的正极输出电流→开关 S→电阻 R→电流流入三极管 VT 的 基极→基区。 ② 电流Ic的途径:从电源的正极输出电流→电流流入三极管VT的集电极→集电区→ 基区。 ③ 电流 Ie的途径:三极管集电极和基极流入的 Ib、Ic在基区汇合→发射区→电流从发 射极输出→电源的负极。 图6-5 NPN型三极管的偏置电路 不难看出,NPN型三极管电流Ie、Ib、Ic的关系是:Ib+Ic=Ie,并且电流Ic要远大于电流 Ib。 (2)电压关系 在图6-5所示电路中,NPN型三极管的集电极接电源的正极,发射极接电源的负极, 基极通过电阻接电源的正极。故NPN型三极管电压Ue、Ub、Uc之间的关系是 Uc>Ub可以使基区电压较集电区电压低,这样基区才能将集电区的电荷吸引穿过集电 结而到达基区。 tyw藏书 Ub>Ue可以使发射区的电压较基极的电压低,两区之间的发射结(PN结)导通,基区 的电荷才能穿过发射结到达发射区。 NPN型三极管基极与发射极之间的电压Ube(Ube=Ub−Ue)称为发射结正向电压。 6.1.4 放大原理 三极管在电路中主要起放大作用,下面以图6-6所示的电路来说明三极管的放大原 理。 图6-6 三极管的放大原理说明图 1.放大原理 给三极管的3个极接上3个毫安表mA1、mA2和mA3,分别用来测量电流Ie、Ib、Ic的大 小。电位器RP用来调节Ib的大小, RP滑动端下移时阻值变小,RP对三极管基极流出的电 流Ib阻碍减小,Ib增大。当调节RP改变Ib大小时,Ic、Ie也会变化。表6-1列出了调节RP时 毫安表测得的3组数据。 (单位:mA) 表6-1 3组Ie、Ib、Ic电流数据 从表6-1可以看出以下两点。 ① 不论哪组测量数据都遵循Ib+Ic=Ie。 ② 当电流 Ib变化时,电流 Ic也会变化,并且 Ib有微小的变化,Ic会有很大的变化。如 电流 Ib由0.01mA增大到0.018mA,变化量为0.008mA(0.018mA−0.01mA),电流Ic则由 0.49mA变化0.982mA,变化量为 0.492mA(0.982mA−0.49mA),电流 Ic变化量是电流 Ib变 化量的 62 倍(0.492mA/0.008mA ≈ 62)。 tyw藏书 也就是说,当三极管的基极电流 Ib有微小的变化时,集电极电流 Ic会有很大的变化, 电流 Ic的变化量是电流Ib变化量的很多倍,这就是三极管的放大原理。 2.放大倍数 不同的三极管,其放大能力是不同的,为了衡量三极管放大能力的大小,需要用到三 极管的一个重要参数——放大倍数。三极管的放大倍数可分为直流放大倍数和交流放大倍 数。 三极管集电极电流Ic与基极电流Ib的比值称为三极管的直流放大倍数(用β或hFE表 示),即 例如在表6-1中,当Ib=0.018mA时,Ic=0.982mA,三极管的直流放大倍数为 万用表可测量三极管的放大倍数,它测得的放大倍数hFE实际上就是三极管的直流放 大倍数。 三极管集电极电流变化量ΔIc与基极电流变化量ΔIb的比值称为交流放大倍数(用β或 hFE表示),即 以表6-1的第1、2组数据为例 测量三极管的交流放大倍数至少需要知道两组数据,这样比较麻烦,而测量直流放大 倍数比较简单(只要测一组数据即可),又因为直流放大倍数与交流放大倍数相近,所以 通常只用万用表测量直流放大倍数来判断三极管放大能力的大小。 6.1.5 3种状态说明 三极管的状态有3种:截止、放大和饱和。下面通过图6-7所示的电路来说明三极管的 3种状态。 1.3种状态下的电流特点 当开关S处于断开状态时,三极管VT的基极供电切断,无电流Ib流入,三极管内部无 法导通电流Ic无法流入三极管,三极管发射极也就没有电流Ie流出。 三极管无电流Ib、Ic、Ie流过的状态(即Ib、Ic、Ie都为0A)称为截止状态。 当开关S闭合后,三极管VT的基极有电流Ib流入,三极管内部导通,电流Ic从集电极 tyw藏书 流入三极管,在内部电流Ib、Ic汇合后形成电流Ie从发射极流出。此时调节电位器RP,电 流Ib变化,电流Ic也会随之变化。例如当RP滑动端下移时,其阻值减小,电流Ib增大,电 流Ic也增大,两者满足Ic=βIb的关系。 三极管有电流Ib、Ic、Ie流过且满足Ic=βIb的状态称为放大状态。 在开关S处于闭合状态时,如果将电位器RP的阻值不断调小,三极管VT的基极电流Ib 就会不断增大,电流Ic也随之不断增大,当电流Ib、Ic增大到一定程度时,Ib再增大,Ic也 不会随之再增大,而是保持不变,此时Ic<βIb。 三极管有很大的电流Ib、Ic、Ie流过且满足Ic<βIb的状态称为饱和状态。 综上所述,当三极管处于截止状态时,无电流Ib、Ic、Ie通过;当三极管处于放大状 态时,有电流Ib、Ic、Ie通过,并且Ib变化时Ic也会变化(即电流Ib可以控制电流Ic),三极 管具有放大功能;当三极管处于饱和状态时,有很大的电流Ib、Ic、Ie通过,Ib变化时Ic不 会变化(即电流Ib无法控制电流Ic)。 2.3种状态下PN结的特点和各极电压关系 三极管内部有集电结和发射结,在不同状态下这两个PN结的特点是不同的。由于PN 结的结构与二极管相同,在分析时为了方便,可将三极管的两个PN结画成二极管的符 号。图6-8所示为NPN型和PNP型三极管的PN结示意图。 图6-7 三极管的3种状态说明图 tyw藏书 图6-8 三极管的PN结示意图 当三极管处于不同状态时,集电结和发射结也有相对应的特点。不论NPN型或PNP型 三极管,在3种状态下的发射结和集电结都有以下特点。 ① 处于放大状态时,发射结正偏导通,集电结反偏。 ② 处于饱和状态时,发射结正偏导通,集电结也正偏。 ③ 处于截止状态时,发射结反偏或正偏但不导通,集电结反偏。 正偏是指PN结的P端电压高于N端电压。正偏导通除了要满足PN结的P端电压大于N端 电压外,还要求电压要大于门电压(0.2~0.3V或0.5~0.7V),这样才能让PN结导通。反 偏是指PN结的N端电压高于P端电压。 不管哪种类型的三极管,只要记住三极管某种状态下两个 PN 结的特点,就可以很容 易推断出三极管在该状态下的电压关系;反之,也可以根据三极管各极的电压关系推断出 该三极管处于什么状态。 例如在图6-9(a)所示电路中,NPN型三极管VT的Uc=4V、Ub=2.5V、Ue=1.8V,其中 Ub−Ue=0.7V使发射结正偏导通,Uc>Ub使集电结反偏,该三极管处于放大状态。 在图6-9(b)所示电路中,NPN型三极管VT的Uc=4.7V、Ub=5V、Ue=4.3V,其中Ub −Ue=0.7V使发射结正偏导通,Ub>Uc使集电结正偏,三极管处于饱和状态。 在图6-9(c)所示电路中,PNP型三极管VT的Uc=0V、Ub=6V、Ue=6V,Ue−Ub=0V使 发射结零偏不导通,Ub>Uc使集电结反偏,三极管处于截止状态。从该电路的电流情况也 可以判断出三极管是截止的,假设VT可以导通,则从电源正极输出的电流Ie经Re从发射极 流入,在内部分成电流Ib、Ic,电流Ib从基极流出后就无法继续流动(不能通过RP返回到 电源的正极,因为电流只能从高电位往低电位流动),所以VT的电流Ib实际上是不存在 的,无电流Ib,也就无电流Ic,故VT处于截止状态。 tyw藏书 图6-9 根据PN结的情况推断三极管的状态 三极管3种状态的特点见表6-2。 表6-2 三极管3种状态的特点 3.3种状态的应用说明 三极管有 3 种工作状态,处于不同状态时可以实现不同的功能。当三极管处于放大状 态时,可以对信号进行放大;当三极管处于饱和与截止状态时,可以当成电子开关使用。 (1)放大状态的应用 在图6-10(a)所示电路中,电阻R1的阻值很大,流进三极管基极的电流Ib较小,从 集电极流入的电流Ic也不是很大,电流Ib变化时Ic也会随之变化,故三极管处于放大状 态。 图6-10 三极管放大状态的应用 当闭合开关S后,有电流Ib通过R1流入三极管VT的基极,马上有电流Ic流入VT的集电 极,从VT的发射极流出电流Ie,三极管有正常大小的Ib、Ic、Ie流过,处于放大状态。这 时如果将一个微弱的交流信号经C1送到三极管的基极,三极管就会对它进行放大,然后 tyw藏书 从集电极输出幅度大的信号,该信号经C2送往后级电路。 要注意的是,当交流信号从基极输入,经三极管放大后从集电极输出时,三极管除了 对信号放大外,还会对信号进行倒相再从集电极输出。若交流信号从基极输入、从发射极 输出时,三极管对信号会进行放大但不会倒相,如图6-10(b)所示。 (2)饱和与截止状态的应用 三极管饱和与截止状态的应用如图6-11所示。 图6-11 三极管饱和与截止状态的应用 在图6-11(a)所示电路中,当闭合开关S1后,有电流Ib经S1、R流入三极管VT的基 极,马上有电流Ic流入VT的集电极,然后从发射极输出电流Ie,由于R的阻值很小,故VT 基极电压很高,电流 Ib很大,电流 Ic也很大,并且 Ic<βIb,三极管处于饱和状态。三极管 进入饱和状态后,从集电极流入、发射极流出的电流很大,三极管集、射极之间就相当于 一个闭合的开关。 在图6-11(b)所示电路中,当开关S1断开后,三极管基极无电压,基极无电流Ib流 入,集电极无电流Ic流入,发射极也就没有电流Ie流出,三极管处于截止状态。三极管进 入截止状态后,集电极电流无法流入、发射极无电流流出,三极管集、射极之间就相当于 一个断开的开关。 三极管处于饱和与截止状态时,集、射极之间分别相当于开关闭合与断开。由于三极 管具有这种性质,故在电路中可以当作电子开关(依靠电压来控制通、断)。当三极管基 极加较高的电压时,集、射极之间导通;当基极不加电压时,集、射极之间断开。 6.1.6 主要参数 三极管的主要参数有以下几个。 (1)电流放大倍数 三极管的电流放大倍数分直流电流放大倍数和交流电流放大倍数。三极管集电极电流 Ic与基极电流Ib的比值称为三极管的直流电流放大倍数(用β或hFE表示),即 tyw藏书 三极管集电极电流变化量ΔIc与基极电流变化量ΔIb的比值称为三极管的交流电流放大 倍数(用β或hFE表示),即 上面两个电流放大倍数的含义虽然不同,但两者近似相等,故在以后应用时一般不加 以区分。三极管的 β 值过小,电流放大作用小;β 值过大,三极管的稳定性会变差。在实 际使用时,选用 β在40~80的管子较为合适。 (2)穿透电流ICEO(注:为与参数常用表示方法一致,此处c、e、b与C、E、B未 统一大小写) 穿透电流又称集电极-发射极反向电流,它是指在基极开路时,给集电极与发射极之 间加一定的电压后,由集电极流往发射极的电流。穿透电流的大小受温度的影响较大,三 极管的穿透电流越小,热稳定性越好,通常锗管的穿透电流较硅管要大些。 (3)集电极最大允许电流ICM 当三极管的集电极电流Ic在一定的范围内变化时,其β值基本保持不变,但当Ic增大到 某一值时,β值会下降。使电流放大倍数β明显减小(约减小到2/3β)的电流Ic称为集电极 最大允许电流。三极管用作放大时,电流Ic不能超过ICM。 (4)击穿电压UBR(CEO) 击穿电压UBR(CEO)是指基极开路时,允许加在集-射极之间的最高电压。在使用 时,若三极管集-射极之间的电压Uce>UBR(CEO),集电极电流Ic将急剧增大,这种现象 称为击穿。击穿的三极管属于永久损坏,故选用三极管时要注意其击穿电压不能低于电路 的电源电压,一般三极管的击穿电压应是电源电压的两倍。 (5)集电极最大允许功耗PCM 三极管在工作时,集电极电流流过集电结时会产生热量,从而使三极管温度升高。在 规定的散热条件下,集电极电流Ic在流过三极管集电极时允许消耗的最大功率称为集电极 最大允许功耗PCM。当三极管的实际功耗超过PCM时,温度会升到很高而使三极管烧坏。 三极管散热良好时的PCM较正常时要大。 集电极最大允许功耗PCM可用下面的式子计算 三极管的电流Ic过大或电压Uce过高,都会导致功耗过大而超出PCM。三极管手册上列 出的PCM值是在常温下25℃时测得的。硅管的集电结上限温度为150℃左右,锗管为70℃ 左右,使用时应注意不要超过此值,否则管子将损坏。 (6)特征频率fT 在工作时,三极管的放大倍数β会随着信号频率的升高而减小。使三极管的放大倍数β tyw藏书 下降到1时的频率称为三极管的特征频率fT。当信号频率f等于fT时,三极管对该信号将失 去电流放大功能;信号频率大于fT时,三极管将不能正常工作。 6.1.7 检测 三极管的检测包括类型检测、电极检测和好坏检测。 1.类型检测 三极管类型有NPN型和PNP型,三极管的类型可用万用表欧姆挡进行检测。 (1)检测规律 NPN型和PNP型三极管的内部都有两个PN结,故三极管可视为两个二极管的组合。在 用万用表测量三极管任意两个引脚之间时有6种情况,如图6-12所示。 图6-12 用万用表测三极管任意两脚的6种情况 从图6-12中不难得出这样的规律:万用表的黑表笔接P极、红表笔接N极时,测得的 是PN结的正向电阻,该阻值小;当黑表笔接N极、红表笔接P极时,测得的是PN结的反向 电阻,该阻值很大(接近∞);当黑、红表笔接的两极都为P极(或两极都为N极)时,测 得的阻值大(两个PN结不会导通)。 (2)类型检测方法 在检测三极管类型时,将万用表拨至“R×100”或“R×1k”挡,测量三极管任意两脚之间 的电阻。当测量出现一次阻值小时,黑表笔接的为P极,红表笔接的为N极,如图613(a)所示;然后黑表笔不动(即让黑表笔仍接P极),将红表笔接另外一个极,有两种 tyw藏书 可能:若测得阻值很大,则红表笔接的极一定是P极,该三极管为PNP型,红表笔先前接 的极为基极,如图6-13(b)所示;若测得阻值小,则红表笔接的为N极,该三极管为NPN 型,黑表笔所接为基极。 图6-13 三极管类型的检测 2.集电极与发射极的检测 三极管有发射极、基极和集电极 3 个电极,在使用时不能混用。由于在检测类型时已 经找出基极,下面介绍如何用万用表的欧姆挡检测出发射极和集电极。 (1)NPN型三极管集电极和发射极的判别 NPN型三极管集电极和发射极的判别如图6-14所示。 图6-14 NPN型三极管发射极和集电极的判别 将万用表置于“R×1k”或“R×100”挡,黑表笔接基极以外任意一个极,再用手接触该极 与基极(手相当于一个电阻,即在该极与基极之间接一个电阻),红表笔接另外一个极, 测量并记下阻值的大小,该过程如图6-14(a)所示;然后红、黑表笔互换,手再捏住基 极与对换后黑表笔所接的极,测量并记下阻值大小,该过程如图6-14(b)所示。两次测 量会出现阻值一大一小,以阻值小的那次为准,如图6-14(a)所示,黑表笔接的为集电 极,红表笔接的为发射极。 注意:如果两次测量出来的阻值大小区别不明显,可先给手沾点水,让手的电阻减 小,再用手接触两个电极进行测量。 (2)PNP型三极管集电极和发射极的判别 PNP型三极管集电极和发射极的判别如图6-15所示。 tyw藏书 图6-15 PNP型三极管集电极和发射极的判别 将万用表置于“R×1k”或“R×100”挡,红表笔接基极以外任意一个极,再用手接触该极 与基极,黑表笔接余下的一个极,测量并记下阻值的大小,该过程如图6-15(a)所示; 然后红、黑表笔互换,手再接触基极与对换后红表笔所接的极,测量并记下阻值大小,该 过程如图6-15(b)所示。两次测量会出现阻值一大一小,以阻值小的那次为准,如图615(a)所示,红表笔接的为集电极,黑表笔接的为发射极。 (3)利用hFE挡来判别发射极和集电极 如果万用表有 hFE 挡(三极管放大倍数测量挡),则可利用该挡判别三极管的电 极。这种方法应在已检测出三极管的类型和基极时使用。 利用万用表的三极管放大倍数挡来判别极性的测量过程如图6-16所示。 图6-16 利用万用表的三极管放大倍数挡来判别发射极和集电极 将万用表拨至“hFE”挡,再根据三极管类型选择相应的插孔,并将基极插入基极插孔 中,另外两个未知极分别插入另外两个插孔中,记下此时测得的放大倍数,如图6- 16(a)所示;然后让三极管的基极不动,将另外两个未知极互换插孔,观察这次测得的 放大倍数,如图6-16(b)所示。两次测得的放大倍数会出现一大一小,以放大倍数大的 那次为准,如图6-16(b)所示,c极插孔对应的电极是集电极,e极插孔对应的电极为发 射极。 tyw藏书 3.好坏检测 三极管的好坏检测具体包括下面的内容。 (1)测量集电结和发射结的正、反向电阻 三极管内部有两个PN结,任意一个PN结损坏,三极管就不能使用了,所以三极管检 测先要测量两个PN结是否正常。检测时将万用表拨至“R×100”或“R×1k”挡,测量PNP型或 NPN型三极管集电极和基极之间的正、反向电阻(即测量集电结的正、反向电阻),然后 再测量发射极与基极之间的正、反向电阻(即测量发射结的正、反向电阻)。正常时,集 电结和发射结正向电阻都比较小,为几百欧至几千欧;反向电阻都很大,为几百千欧至 ∞。 (2)测量集电极与发射极之间的正、反向电阻 对于PNP型三极管,红表笔接集电极,黑表笔接发射极测得的是正向电阻,正常为十 几千欧至几百千欧(用R×1k挡测得),互换表笔测得的是反向电阻,与正向电阻阻值相 近;对于NPN型三极管,黑表笔接集电极,红表笔接发射极测得的是正向电阻,互换表笔 测得的是反向电阻,正常时正、反向电阻阻值相近,为几百千欧至∞。 如果三极管任意一个 PN 结的正、反向电阻不正常,或发射极与集电极之间正、反向 电阻不正常,说明三极管损坏。若发射结正、反向电阻阻值均为∞,说明发射结开路;若 集-射极之间阻值为0Ω,说明集-射极之间击穿短路。 综上所述,一个三极管的好坏检测需要进行6次测量:其中测发射结正、反向电阻各 一次(两次),测集电结正、反向电阻各一次(两次),测集-射极之间的正、反向电阻 各一次(两次)。只有这6次检测都正常才能说明三极管是正常的;只要有一次测量不正 常,该三极管就不能使用。 6.1.8 三极管的型号命名方法 国产三极管型号由以下5个部分组成。 第1部分用数字“3”表示主称三极管。 第2部分用字母表示三极管的材料和极性。 第3部分用字母表示三极管的类别。 第4部分用数字表示同一类型产品的序号。 第5部分用字母表示规格号。 国产三极管型号命名及含义见表6-3。 表6-3 国产三极管型号命名及含义 tyw藏书 6.2 特殊三极管 1.外形与图形符号 6.2.1 带阻三极管 tyw藏书 带阻三极管是指基极和发射极接有电阻并封装为一体的三极管。带阻三极管常用在电 路中作为电子开关。带阻三极管外形和图形符号如图6-17所示。 2.检测 带阻三极管的检测方法与普通三极管基本类似,但由于内部接有电阻,故检测出来的 阻值大小稍有不同。以图6-17(b)中的NPN型带阻三极管为例,检测时万用表选择R×1k 挡,测量基极(b极)、发射极(e极)、集电极(c极)任意两个之间的正、反向电阻, 若带阻三极管正常,则有以下的规律。 b、e极之间正、反向电阻都比较小(具体大小与R1、R2的值有关),但b、e极之间 的正向电阻(黑表笔接b极、红表笔接e极测得)会略小一点,因为测正向电阻时发射结会 导通。 b、c极之间正向电阻(黑表笔接b极,红表笔接c极)小,反向电阻接近∞。 c、e极之间正、反向电阻都接近∞。 图6-17 带阻三极管 检测时如果与上述结果不符,则为带阻三极管损坏。 6.2.2 带阻尼三极管 tyw藏书 1.外形与图形符号 带阻尼三极管是指在c极和e极之间接有二极管并封装为一体的三极管。带阻尼三极管 的功率很大,常用在彩电和计算机显示器的扫描输出电路中。带阻尼三极管的外形和图形 符号如图 6-18所示。 图6-18 带阻尼三极管 2.检测 在检测带阻尼三极管时(以图6-18(b)所示三极管为例),万用表选择R×1k挡,测 量b、e、c极任意两个之间的正、反向电阻,若带阻尼三极管正常,则有以下的规律。 b、e 极之间正、反向电阻都比较小,但 b、e 极之间的正向电阻(黑表笔接 b 极,红 表笔接 e极)会略小一点。 b、c极之间正向电阻(黑表笔接b极,红表笔接c极)小,反向电阻接近∞。 c、e极之间正向电阻(黑表笔接c极,红表笔接e极)接近∞,反向电阻很小(因为阻 尼二极管会导通)。 检测时如果与上述结果不符,则为带阻尼三极管损坏。 6.2.3 达林顿三极管 1.外形与图形符号 达林顿三极管又称复合三极管,它是由两只或两只以上三极管组成并封装为一体的三 极管。达林顿三极管的外形如图 6-19(a)所示,图 6-19(b)所示是两种常见的达林顿 三极管的图形符号。 tyw藏书 图6-19 达林顿三极管 2.工作原理 与普通三极管一样,达林顿三极管也需要给各极提供电压,让各极有电流流过,才能 正常工作。达林顿三极管具有放大倍数高、热稳定性好和简化放大电路等优点。图6-20所 示是一种典型的达林顿三极管偏置电路。 图6-20 达林顿三极管的偏置电路 接通电源后,达林顿三极管c、b、e极得到供电,内部的VT1、VT2均导通,VT1的 Ib1、Ic1、Ie1电流和VT2的Ib2、Ic2、Ie2电流途径如图6-20中箭头所示。达林顿三极管的放 大倍数β与VT1、VT2的放大倍数β1、β2有如下的关系 tyw藏书 即达林顿三极管的放大倍数为 3.检测 以检测图6-19(b)所示的NPN型达林顿三极管为例,在检测时,万用表选择R×10k 挡,测量b、e、c极任意两个之间的正、反向电阻,若达林顿三极管正常,则有以下的规 律。 b、e极之间正向电阻(黑表笔接b极,红表笔接e极)小,反向电阻接近∞。 b、c极之间正向电阻(黑表笔接b极,红表笔接c极)小,反向电阻接近∞。 c、e极之间正、反向电阻都接近∞。 检测时如果与上述结果不符,则为达林顿三极管损坏。 第7章 光电器件 tyw藏书 7.1 发光二极管 7.1.1 普通发光二极管 1.实物外形与图形符号 发光二极管是一种电-光转换器件,能将电信号转换成光。图7-1(a)所示是一些常 见的发光二极管的实物外形,图7-1(b)所示为发光二极管的图形符号。 图7-1 发光二极管 2.性质 发光二极管在电路中需要正接才能工作。下面以图7-2所示的电路为例来说明发光二 极管的性质。 图7-2 发光二极管的性质说明图 在图7-2所示电路中,可调电源E通过电阻R将电压加到发光二极管VD两端,电源正极 对应发光二极管的正极,电源负极对应发光二极管的负极。将电源E的电压由0V开始慢慢 调高,发光二极管两端的电压UVD也随之升高,在电压较低时发光二极管并不导通,只有 UVD达到一定值时,发光二极管才导通,此时的电压UVD称为发光二极管的导通电压。发 光二极管导通后有电流流过,就开始发光,流过的电流越大,发出的光线越强。 不同颜色的发光二极管,其导通电压有所不同,红外线发光二极管的最低,略高于 1V,红光发光二极管为 1.5~2V,黄光发光二极管约为 2V,绿光发光二极管为2.5~ 2.9V,高亮度蓝光、白光发光二极管的导通电压一般达到3V以上。tyw藏书 发光二极管正常工作时的电流较小,小功率发光二极管的工作电流一般在5~30mA。 若流过发光二极管的电流过大,发光二极管容易被烧坏。发光二极管的反向耐压也较低, 一般在10V以下。 3.检测 发光二极管的检测包括极性判别和好坏检测。 (1)极性判别 ① 从外观判别极性。 对于未使用过的发光二极管,引脚长的为正极,引脚短的为负极,也可以通过观察发 光二极管的内电极来判断引脚极性,内电极大的引脚为负极,如图7-3所示。 图7-3 从外观判别引脚极性 ② 万用表检测极性。 发光二极管与普通二极管一样具有单向导电性,即正向电阻小,反向电阻大。根据这 一点可以用万用表检测发光二极管的极性。 由于发光二极管的导通电压在1.5V以上,而万用表选择R×1~R×1k挡时,内部使用 1.5V电池,它所提供的电压无法使发光二极管正向导通,故检测发光二极管的极性时,万 用表选择R×10k挡(内部使用 9V 电池),红、黑表笔分别接发光二极管的两个电极, 正、反各测一次,两次测量的阻值会出现一大一小,以阻值小的那次为准,黑表笔接的为 正极,红表笔接的为负极。 (2)好坏检测 在检测发光二极管好坏时,万用表选择R×10k挡,测量两引脚之间的正、反向电阻。 若发光二极管正常,正向电阻小,反向电阻大(接近∞)。 若正、反向电阻均为∞,则发光二极管开路。 若正、反向电阻均为0Ω,则发光二极管短路。 若反向电阻偏小,则发光二极管反向漏电。 7.1.2 双色发光二极管 tyw藏书 1.实物外形与图形符号 双色发光二极管可以发出多种颜色的光线。双色发光二极管有两个引脚和3个引脚之 分,常见的双色发光二极管实物外形如图7-4(a)所示,图7-4(b)所示为双色发光二极 管的图形符号。 图7-4 双色发光二极管 2.工作原理 双色发光二极管是将两种颜色的发光二极管制作封装在一起构成的,常见的有红绿双 色发光二极管。双色发光二极管内部两个二极管的连接方式有两种:一是共阳或共阴形式 (即正极或负极连接成公共端),二是正、负连接形式(即一只二极管正极与另一只二极 管负极连接)。共阳或共阴式双色发光二极管有3个引脚,正、负连接式双色发光二极管 有两个引脚。 下面以图7-5所示的电路为例来说明双色发光二极管的工作原理。 图7-5 双色发光二极管工作原理说明图 图7-5(a)所示为3个引脚的双色发光二极管应用电路。当闭合开关S1时,有电流流 过双色发光二极管内部的绿管,双色发光二极管发出绿色光;当闭合开关S2时,电流通过 内部红管,双色发光二极管发出红光;若两个开关都闭合,红、绿管都亮,双色发光二极 管发出混合色光——黄光。 tyw藏书 图7-5(b)所示为两个引脚的双色发光二极管应用电路。当闭合开关S1时,有电流流 过红管,双色发光二极管发出红色光;当闭合开关S2时,有电流流过内部绿管,双色发光 二极管发出绿光;当闭合开关S3时,由于交流电源的极性周期性变化,产生的电流交替流 过红、绿管,红、绿管都亮,双色发光二极管发出的光线呈红、绿混合色——黄色。 7.1.3 三基色发光二极管 1.三基色与混色方法 (1)三基色 实践证明,自然界几乎所有的颜色都可以由红(R)、绿(G)、蓝(B)3 种颜色按 不同的比例混合而成,反之,自然界绝大多数颜色都可以分解成红、绿、蓝3种颜色,因 此将红、绿、蓝3种颜色称为三基色。 (2)混色方法 用三基色几乎可以混出自然界所有的颜色。常见的混色方法有以下3种。 ① 直接相加混色法。 直接相加混色法是指将两种或3种基色按一定的比例混合而得到另一种颜色的方法。 图7-6所示为三基色混色环,3 个大圆环分别表示红、绿、蓝 3 种基色,圆环重叠表示颜 色混合,例如将红色和绿色等量直接混合在一起可以得到黄色,将红色和蓝色等量直接混 合在一起可以得到紫色,将红、绿、蓝 3 种颜色等量直接混合在一起可得到白色。3 种基 色在混合时,若混合比例不同,得到的颜色将会不同,由此可混出各种各样的颜色。 ② 空间相加混色法。 当3种基色相距很近,而观察距离又较远时,就会产生混色效果。空间相加混色如图 7-7所示,图7-7(a)所示为3个点状发光体,分别可发出红(R)、绿(G)、蓝(B)3 种光,当它们同时发出3种颜色光时,如果观察距离较远,无法区分出是3个点,会觉得是 一个大点,那么感觉该点为白色,如果R、G发光体同时发光时,会觉得该点为黄色;图 7-7(b)所示为3个条状发光体,当它们同时发出3种颜色光时,如果观察距离较远,会觉 得是一个粗条,而且该粗条为白色,如果R、G 发光体同时发光时,会觉得粗条为黄色。 彩色电视机、液晶显示器等就是利用空间相加混色法来显示彩色图像的。 ③ 时间相加混色法。 如果将3种基色光按先后顺序照射到同一表面上,只要基色光切换速度足够快,由于 人眼的视觉暂留特性(物体在人眼前消失后,人眼会觉得该物体还在眼前,这种印象约能 保留 0.04s),人眼就会获得3种基色直接混合而形成的混色感觉。如图7-8所示,先将一 束红光照射到一个圆上,让它呈红色,然后迅速移开红光,再将绿光照射到该圆上,只要 两者切换速度足够快(不超过0.04s),绿光与人眼印象中保留的红色相混合,会觉得该 圆为黄色。 tyw藏书 图7-6 三基色混色环 图7-7 空间相加混色 图7-8 时间相加混色 2.三基色发光二极管 (1)外形与图形符号 三基色发光二极管又称全彩发光二极管,其外形和图形符号如图7-9所示。 (2)工作原理 三基色发光二极管是将红、绿、蓝3种颜色的发光二极管制作并封装在一起构成的, 在内部将3个发光二极管的负极(共阴型)或正极(共阳型)连接在一起,再接一个公共 引脚。下面以图7-10所示的电路为例来说明共阴极三基色发光二极管的工作原理。 图7-9 三基色发光二极管 tyw藏书 图7-10 三基色发光二极管工作原理说明图 当闭合开关S1时,有电流流过内部的R发光二极管,三基色发光二极管发出红光;当 闭合开关S2时,有电流流过内部的G发光二极管,三基色发光二极管发出绿光;当闭合开 关S3时,有电流流过内部的B发光二极管,三基色发光二极管发出蓝光;若S1、S3两个开 关都闭合,R、B发光二极管都亮,三基色发光二极管发出混合色光——紫光。 (3)检测 ① 类型及公共引脚的检测。 三基色发光二极管有共阴、共阳之分,使用时要区分开来。在检测时,将万用表拨 至“R×10k”挡,测量任意两引脚之间的阻值,当出现阻值小的情况时,红表笔不动,黑表 笔接剩下两个引脚中的任意一个,若测得阻值小,则红表笔接的为公共引脚,且该脚内接 发光二极管的负极,该管子为共阴型管;若测得阻值为∞或接近∞,则该管为共阳型管。 ② 引脚极性检测。 三基色发光二极管除了公共引脚外,还有R、G、B 3个引脚,在区分这些引脚时,使 用万用表的R×10k挡。对于共阴型管子,红表笔接公共引脚,黑表笔接某个引脚,管子有 微弱的光线发出,观察光线的颜色,若为红色,则黑表笔接的为R引脚,若为绿色,则黑 表笔接的为G引脚,若为蓝色,则黑表笔接的为B引脚。 由于万用表的 R×10k 挡提供的电流很小,因此测量时有可能无法让三基色发光二极 管内部的发光二极管正常发光,虽然万用表使用R×1~R×1k挡时提供的电流大,但内部使 用1.5V电池,无法使发光二极管导通发光,解决这个问题的方法是将万用表拨 至“R×10”或“R×1”挡,按图7-11所示,给红表笔串接 1.5V 或 3V 电池,电池的负极接三基 色发光二极管的公共引脚,黑表笔接其他引脚,根据管子发出的光线判别引脚的极性。 tyw藏书 图7-11 三基色发光二极管的引脚极性检测 ③ 好坏检测。 从三基色发光二极管内部的 3 只发光二极管的连接方式可以看出,R、G、B引脚与 COM引脚之间的正向电阻小,反向电阻大(∞),R、G、B任意两引脚之间的正、反向电 阻均为∞。在检测时,将万用表拨至“R×10k”挡,测量任意两引脚之间的阻值,正、反向 各测一次,若两次测量阻值均很小或为0Ω,则管子损坏;若两次阻值均为∞,无法确定管 子好坏,应一支表笔不动,另一支表笔接其他引脚,再进行正、反向电阻测量。也可以先 检测出公共引脚和类型,然后测R、G、B引脚与COM引脚之间的正、反向阻值,正常应 为正向电阻小、反向电阻∞,R、G、B任意两引脚之间的正、反向电阻均为∞,否则管子 损坏。 7.1.4 闪烁发光二极管 1.实物外形与结构 闪烁发光二极管在通电后会时亮时暗闪烁发光。图7-12(a)所示为常见的闪烁发光 二极管,图7-12(b)所示为闪烁发光二极管的结构。 2.工作原理 闪烁发光二极管是将集成电路(IC)和发光二极管制作并封装在一起而构成的。下面 以图7-13所示的电路为例来说明闪烁发光二极管的工作原理。 当闭合开关S后,电源电压通过电阻R和开关S加到闪烁发光二极管两端,该电压提供 给内部的IC作为电源,IC马上开始工作,工作后输出时高时低的电压(即脉冲信号),发 光二极管时亮时暗,闪烁发光。常见的闪烁发光二极管有红、绿、橙、黄 4 种颜色,它们 的正常工作电压为3~5.5V。 tyw藏书 图7-12 闪烁发光二极管 图7-13 闪烁发光二极管工作原理说明图 3.检测 闪烁发光二极管的电极有正、负之分,在电路中不能接错。闪烁发光二极管的电极判 别可采用万用表的R×1k挡。 在检测闪烁发光二极管时,将万用表拨至“R×1k”挡,红、黑表笔分别接两个电极, 正、反各测一次,其中一次测量表针会往右摆动到一定的位置,然后在该位置轻微摆动 (内部的IC在万用表提供的1.5V电压下开始工作),如图7-14所示,以这次测量为准,黑 表笔接的为正极,红表笔接的为负极。 图7-14 闪烁发光二极管的正、负极检测 7.1.5 红外线发光二极管 1.实物外形与图形符号 红外线发光二极管通电后会发出人眼无法看见的红外光,家用电器的遥控器采用红外 线发光二极管发射遥控信号。红外线发光二极管的实物外形与图形符号如图7-15所示。 tyw藏书 图7-15 红外线发光二极管 2.检测 (1)极性与好坏检测 红外线发光二极管具有单向导电性,其正向导通电压略高于 1V。在检测时,将万用 表拨至“R×1k”挡,红、黑表笔分别接两个电极,正、反各测一次,以阻值小的一次测量 为准,红表笔接的为负极,黑表笔接的为正极。对于未使用过的红外线发光二极管,引脚 长的为正极,引脚短的为负极。 在检测红外线发光二极管的好坏时,使用万用表的 R×1k 挡测正、反向电阻,正常时 正向电阻在20~40kΩ,反向电阻应在500kΩ以上。若正向电阻偏大或反向电阻偏小,表明 管子性能不良;若正、反向电阻均为0Ω或∞,表明管子短路或开路。 (2)区分红外线发光二极管与普通发光二极管 红外线发光二极管的起始导通电压为1~1.3V,普通发光二极管的起始导通电压为1.6 ~2V,万用表选择R×1~R×1k挡时,内部使用1.5V电池,根据这些规律可使用万用表的 R×100挡来测管子的正、反向电阻。若正、反向电阻均为∞或接近∞,则所测管子为普通 发光二极管;若正向电阻小、反向电阻大,则所测管子为红外线发光二极管。由于红外线 为不可见光,故也可使用R×10k挡来测量正、反向电阻,同时观察管子是否有光发出,有 光发出者为普通发光二极管,无光发出者为红外线发光二极管。 3.常见红外线发光二极管的主要参数 常见的红外线发光二极管有HG型、GL型、SIM型、SIR型和HIR型,表7-1 列出了一 些HG型红外线发光二极管的主要参数。 表7-1 一些HG型红外线发光二极管的主要参数 tyw藏书 7.1.6 发光二极管的型号命名方法 国产发光二极管的型号命名分为以下6个部分。 第1部分用字母FG表示发光二极管。 第2部分用数字表示发光二极管的材料。 第3部分用数字表示发光二极管的发光颜色。 第4部分用数字表示发光二极管的封装形式。 第5部分用数字表示发光二极管的外形。 第6部分用数字表示产品序号。 国产发光二极管的型号命名及含义见表7-2。 表7-2 国产发光二极管的型号命名及含义 续表 举例: tyw藏书 7.2 光电二极管 7.2.1 普通光电二极管 1.实物外形与图形符号 tyw藏书 光电二极管是一种光-电转换器件,能将光转换成电信号。图 7-16(a)所示是一些常 见的光电二极管的实物外形,图7-16(b)所示为光电二极管的图形符号。 2.性质 光电二极管在电路中需要反向连接才能正常工作。下面以图7-17所示的电路为例来说 明光电二极管的性质。 图7-16 光电二极管 图7-17 光电二极管的性质说明图 在图7-17所示电路中,当无光线照射时,光电二极管VD1不导通,无电流流过发光二 极管VD2, VD2不发光。如果用光线照射VD1,VD1导通,电源输出的电流通过VD1流经 发光二极管VD2,VD2发光。照射光电二极管的光线越强,光电二极管的导通程度越深, 自身的电阻变得越小,经它流到发光二极管的电流越大,发光二极管发出的光线越亮。 3.主要参数 光电二极管的主要参数有最高工作电压、光电流、暗电流、响应时间和光灵敏度等。 (1)最高工作电压 最高工作电压是指无光线照射时,光电二极管反向电流不超过1μA时所加的最高反向 电压值。 (2)光电流 光电流是指光电二极管在受到一定的光线照射并加有一定的反ty向w电藏压时书的反向电流。 对于光电二极管来说,该值越大越好。 (3)暗电流 暗电流是指光电二极管无光线照射并加有一定的反向电压时的反向电流。该值越小越 好。 (4)响应时间 响应时间是指光电二极管将光转换成电信号所需的时间。 (5)光灵敏度 光灵敏度是指光电二极管对光线的敏感程度。它是指在接受到 1μW 光线照射时产生 的电流大小,光灵敏度的单位是μA/W。 4.检测 光电二极管的检测包括极性检测和好坏检测。 (1)极性检测 与普通二极管一样,光电二极管也有正、负极。对于未使用过的光电二极管,引脚长 的为正极(P),引脚短的为负极。在无光线照射时,光电二极管也具有正向电阻小、反 向电阻大的特点。根据这一点可以用万用表检测光电二极管的极性。 在检测光电二极管极性时,万用表选择R×1k挡,用黑色物体遮住光电二极管,然后 红、黑表笔分别接光电二极管的两个电极,正、反各测一次,两次测量中阻值会出现一大 一小的情况,如图7-18所示,以阻值小的那次为准,如图7-18(a)所示,黑表笔接的为 正极,红表笔接的为负极。 图7-18 光电二极管的极性检测 (2)好坏检测 光电二极管的检测包括遮光检测和受光检测。 在进行遮光检测时,用黑纸或黑布遮住光电二极管,然后检测两电极之间的正、反向 电阻,正常应为正向电阻小、反向电阻大,具体检测可参见图7-18。 在进行受光检测时,万用表仍选择 R×1k 挡,用光源照射光电二极管的受光面,如图 tyw藏书 7-19所示,再测量两电极之间的正、反向电阻。若光电二极管正常,则在有光照射时测得 的反向电阻明显变小,而正向电阻变化不大。 图7-19 光电二极管的好坏检测 若正、反向电阻均为∞,则光电二极管开路。 若正、反向电阻均为0Ω,则光电二极管短路。 若遮光和受光测量时的反向电阻大小无变化,则光电二极管失效。 7.2.2 红外线接收二极管 1.实物外形与图形符号 红外线接收二极管又称红外线光敏二极管,简称红外线接收管,它能将红外光转换成 电信号,为了减少可见光的干扰,其常采用黑色树脂材料封装。红外线接收二极管的实物 外形与图形符号如图7-20所示。 图7-20 红外线接收二极管 2.检测 (1)极性与好坏检测 红外线接收二极管具有单向导电性。在检测时,将万用表拨至“R×1k”挡,红、黑表 笔分别接两个电极,正、反各测一次,以阻值小的一次测量为准,红表笔接的为负极,黑 表笔接的为正极。对于未使用过的红外线接收二极管,引脚长的为正极,引脚短的为负 极。 在检测红外线接收二极管的好坏时,使用万用表的 R×1k 挡测t正y、w反藏向书电阻,正常时 正向电阻在3~4kΩ,反向电阻应达500kΩ以上。若正向电阻偏大或反向电阻偏小,表明管 子性能不良,若正、反向电阻均为0Ω或∞,表明管子短路或开路。 (2)受光能力检测 将万用表拨至“50μA”或“0.1mA”挡,用红表笔接红外线接收二极管的正极,黑表笔接 负极,然后让阳光照射被测管,此时万用表表针应向右摆动,摆动幅度越大,表明管子 光-电转换能力越强,性能越好。若表针不摆动,说明管子性能不良,不可使用。 3.常见红外线接收二极管的主要参数 常见的红外线接收二极管的主要参数见表7-3。 表7-3 常见的红外线接收二极管的主要参数 续表 7.2.3 红外线接收组件 1.实物外形 红外线接收组件简称红外线接收头,广泛用在各种具有遥控接收功能的电子产品中。 常见的红外线接收头实物外形如图7-21所示。 2.结构与原理 红外线接收头内部由红外线接收二极管和接收集成电路组成,接收集成电路内部主要 由放大、选频及解调电路组成。红外线接收头内部结构如图7-22所示。 tyw藏书 图7-21 红外线接收头 图7-22 红外线接收头内部结构 接收头内的红外线接收二极管将遥控器发射来的红外光转换成电信号,送入接收集成 电路进行放大,然后经选频电路选出特定频率的信号,再由解调电路从该信号中取出遥控 指令信号(由一系列二进制数1、0组成),从OUT端输出去微处理器或单片机。 3.引脚识别与好坏检测 (1)引脚识别 红外线接收头有3个引脚:VCC(电源,通常为5V)、OUT(输出)和GND(接 地)。可根据红外线接收头的外形来识别引脚,具体如图7-23所示。 (2)好坏检测 在检测好坏时,在红外线接收头的电源和接地脚之间接上5V电源,然后将万用表拨 至直流“10V”挡,将黑表笔接接地脚,将红表笔接输出脚。在未接收到遥控信号时输出脚 电压约为5V,然后用遥控器对准接收头发射信号,正常时输出脚的电压会发生波动下 降,说明输出脚有信号输出,否则可能是接收头损坏。用示波器取代万用表检测输出脚有 无脉冲输出也可判断接收头是否正常。 tyw藏书 图7-23 根据外形识别红外线接收头的引脚 7.3 光电三极管 7.3.1 实物外形与图形符号 tyw藏书 光电三极管是一种对光线敏感且具有放大能力的三极管。光电三极管大多只有两个引 脚,少数有3个引脚。图7-24(a)所示是一些常见的光电三极管的实物外形,图724(b)所示为光电三极管的图形符号。 图7-24 光电三极管 7.3.2 性质 光电三极管与光电二极管的区别在于,光电三极管除了具有光敏性外,还具有放大能 力。两个引脚的光电三极管的基极是一个受光面,没有引脚;3 个引脚的光电三极管基极 既作受光面,又引出电极。下面以图7-25所示的电路为例来说明光电三极管的性质。 图7-25 光电三极管的性质说明图 在图7-25(a)所示电路中,两个引脚的光电三极管与发光二极管串接在一起。在无 光照射时,光电三极管不导通,发光二极管不亮。当光线照射光电三极管的受光面(基 极)时,受光面将入射光转换成电流 Ib,该电流控制光电三极管的 c、e 极之间导通,有 电流 Ic流过,光线越强,电流 Ib越大,Ic越大,发光二极管越亮。 在图7-25(b)所示电路中,3个引脚的光电三极管与发光二极管串接在一起。光电三 极管c、e极间的导通可由3种方式控制:一是用光线照射受光面,二是给b极直接通入电流 Ib,三是既通电流Ib又用光线照射。 tyw藏书 由于光电三极管具有放大能力,所以比较适合用在光线微弱的环境中,它能将微弱光 线产生的小电流进行放大,控制光电三极管导通效果比较明显;而光电二极管对光线的敏 感度较差,常用在光线较强的环境中。 7.3.3 检测 1.光电二极管和光电三极管的判别 光电二极管与两个引脚的光电三极管的外形基本相同,判别方法是:遮住受光窗口, 万用表选择 R×1k 挡,测量两管引脚间的正、反向电阻,均为∞的为光电三极管,正、反 向阻值一大一小的为光电二极管。 2.电极判别 光电三极管有c极和e极,可根据外形判断电极,引脚长的为e极,引脚短的为c极;对 于有标志(如色点)的管子,靠近标志处的引脚为e极,另一引脚为c极。 光电三极管的c极和e极也可用万用表检测。以NPN型光电三极管为例,万用表选择 R×1k挡,将光电三极管对着自然光或灯光,用红、黑表笔测量光电三极管两个引脚之间 的正、反向电阻,两次测量中阻值会出现一大一小的情况,以阻值小的那次为准,黑表笔 接的为c极,红表笔接的为e极。 3.好坏检测 光电三极管的好坏检测包括无光检测和受光检测。 在进行无光检测时,用黑布或黑纸遮住光电三极管的受光面,万用表选择 R×1k 挡, 测量管子两引脚间的正、反向电阻,正常应均为∞。 在进行受光检测时,万用表仍选择R×1k挡,黑表笔接c极,红表笔接e极,让光线照 射光电三极管受光面,正常情况下光电三极管的阻值应变小。在无光和受光检测时阻值变 化越大,表明光电三极管灵敏度越高。 若无光检测和受光检测的结果与上述不符,则为光电三极管损坏或性能变差。 7.4 光电耦合器 7.4.1 实物外形与图形符号 tyw藏书 光电耦合器是将发光二极管和光电三极管组合在一起并封装起来构成的。图726(a)所示是一些常见的光电耦合器的实物外形,图7-26(b)所示为光电耦合器的图形 符号。 图7-26 光电耦合器 7.4.2 工作原理 光电耦合器内部集成了发光二极管和光电三极管。下面以图7-27所示的电路为例来说 明光电耦合器的工作原理。 在图7-27所示电路中,当闭合开关S时,电源E1经开关S和电位器RP为光电耦合器内 部的发光二极管提供电压,有电流流过发光二极管,发光二极管发出光线,光线照射到内 部的光电三极管,光电三极管导通,电源E2输出的电流经电阻R、发光二极管VD流入光 电耦合器的c极,然后从e极流出回到E2的负极,有电流流过发光二极管VD,VD发光。 图7-27 光电耦合器工作原理说明 调节电位器RP可以改变发光二极管VD的光线亮度。当RP滑动端右移时,其阻值变 小,流入光电耦合器内发光二极管的电流变大,发光二极管光线变强,光电三极管导通程 度变深,光电三极管c、e极之间的电阻变小,电源E2的回路总电阻变小,流经发光二极管 VD的电流变大,VD变得更亮。 若断开开关 S,则无电流流过光电耦合器内的发光二极管,发光二极管不亮,光电三 极管无光照射不能导通,电源E2回路切断,发光二极管VD因无电流通过而熄灭。 7.4.3 检测 tyw藏书 光电耦合器的检测包括电极检测和好坏检测。 1.电极检测 光电耦合器内部有发光二极管和光电三极管,根据引脚数量不同,可分为四引脚型和 六引脚型。光电耦合器引脚的识别如图7-28所示,光电耦合器上小圆点处对应①脚,按逆 时针方向依次为②、③脚等。对于四引脚型光电耦合器,通常①、②脚接内部发光二极 管,③、④脚接内部光电三极管,如图7-26(b)所示;对于六引脚型光电耦合器,通常 ①、②脚接内部发光二极管,③脚为空脚,④、⑤、⑥脚接内部光电三极管。 图7-28 光电耦合器引脚识别 光电耦合器的电极也可以用万用表来判别。下面以检测四引脚型光电耦合器为例来说 明。 在检测光电耦合器时,先检测出发光二极管的引脚。万用表选择R×1k挡,测量光电 耦合器任意两脚之间的电阻,当出现阻值小的情况时,如图7-29所示,黑表笔接的为发光 二极管的正极,红表笔接的为发光二极管负极,剩余两极为光电三极管的引脚。 找出光电耦合器的发光二极管的引脚后,再判别光电三极管的c、e极引脚。在判别光 电三极管的c、e极时,可采用两只万用表,如图7-30所示,将其中一只万用表拨 至“R×100”挡,黑表笔接发光二极管的正极,红表笔接发光二极管的负极,这样做是为了 利用万用表内部的电池为发光二极管供电,使之发光;将另一只万用表拨至“R×1k”挡, 红、黑表笔分别接光电耦合器内光电三极管的两引脚,正、反各测一次,测量会出现阻值 一大一小的情况,以测得阻值小那次的测量为准,黑表笔接的为光电三极管的c极,红表 笔接的为光电三极管的e极。 tyw藏书 图7-29 光电耦合器发光二极管的检测 图7-30 光电耦合器的光电三极管c、e极的判别 如果只有一只万用表,可用一节1.5V电池串联一个100Ω的电阻,来代替万用表为光 电耦合器的发光二极管供电。 2.好坏检测 在检测光电耦合器的好坏时,要进行3项检测:一是检测发光二极管的好坏,二是检 测光电三极管的好坏,三是检测发光二极管与光电三极管之间的绝缘电阻。 在检测发光二极管的好坏时,万用表选择 R×1k 挡,测量发光二极管两引脚之间的 正、反向电阻。若发光二极管正常,则正向电阻小、反向电阻为∞,否则说明发光二极管 损坏。 在检测光电三极管的好坏时,万用表仍选择 R×1k 挡,测量光电三极管两引脚之间的 正、反向电阻。若光电三极管正常,则正、反向电阻均为∞,否则说明光电三极管损坏。 在检测发光二极管与光电三极管的绝缘电阻时,万用表选择 R×10k 挡,一支表笔接 发光二极管的任意一个引脚,另一支表笔接光电三极管的任意一个引脚,测量两者之间的 电阻,正、反各测一次。若光电耦合器正常,则两次测得的发光二极管与光电三极管之间 的绝缘电阻应均为∞。 检测光电耦合器时,只有上面3项测量都正常,才能说明光电耦合器正常;任意一项 测量不正常,光电耦合器都不能使用。 7.5 光遮断器 光遮断器又称光断续器、穿透型光电感应器,它与光电耦合器一样,都是由发光二极 管和光电三极管组成的,但光遮断器的发光二极管和光电三极管并ty没w有藏封装书成一体,而是 相互独立。 7.5.1 实物外形与图形符号 光遮断器的实物外形与图形符号如图7-31所示。 图7-31 光遮断器 7.5.2 工作原理 光遮断器可分为对射型和反射型,下面以图7-32所示电路为例来说明这两种光遮断器 的工作原理。 图7-32 光遮断器工作原理说明图 图7-32(a)所示为对射型光遮断器的结构及应用电路。当电源通过R1为发光二极管 供电时,发光二极管发光,其光线通过小孔照射到光电三极管,光电三极管受光导通,输 出电压Uo为低电平;如果用一个遮光体放在发光二极管和光电三极管之间,则发光二极 tyw藏书 管的光线无法照射到光电三极管,光电三极管截止,输出电压Uo为高电平。 图7-32(b)所示为反射型光遮断器的结构及应用电路。当电源通过R1为发光二极管 供电时,发光二极管发光,其光线先照射到反光体上,再反射到光电三极管,光电三极管 受光导通,输出电压Uo为高电平;如果无反光体存在,则发光二极管的光线无法反射到 光电三极管,光电三极管截止,输出电压Uo为低电平。 7.5.3 检测 光遮断器的结构与光电耦合器类似,因此检测方法也大同小异。 1.电极检测 在检测光遮断器时,先检测出发光二极管的引脚。万用表选择R×1k挡,测量光遮断 器任意两脚之间的电阻,当出现阻值小的情况时,黑表笔接的为发光二极管的正极,红表 笔接的为发光二极管的负极,剩余两极为光电三极管的引脚。 找出光遮断器的发光二极管引脚后,再判别光电三极管的c、e极引脚。在判别光电三 极管c、e极时,可采用两只万用表,将其中一只万用表拨至“R×100”挡,黑表笔接发光二 极管的正极,红表笔接负极,这样做是利用万用表内部电池为发光二极管供电,使之发 光;将另一只万用表拨至“R× 1k”挡,红、黑表笔接光遮断器的光电三极管引脚,正、反 各测一次,测量过程中会出现阻值一大一小的情况,以阻值小的那次测量为准,黑表笔接 的为光电三极管的c极,红表笔接的为光电三极管的e极。 2.好坏检测 在检测光遮断器好坏时,要进行3项检测:一是检测发光二极管的好坏,二是检测光 电三极管的好坏,三是检测遮光效果。 在检测发光二极管好坏时,万用表选择R×1k挡,测量发光二极管两引脚之间的正、 反向电阻。若发光二极管正常,则正向电阻小、反向电阻∞,否则发光二极管损坏。 在检测光电三极管好坏时,万用表仍选择R×1k挡,测量光电三极管两引脚之间的 正、反向电阻。若光电三极管正常,则正、反向电阻均为∞,否则光电三极管损坏。 在检测光遮断器遮光效果时,可采用两只万用表,将其中一只万用表拨 至“R×100”挡,黑表笔接发光二极管的正极,红表笔接负极,利用万用表内部电池为发光 二极管供电,使之发光;将另一只万用表拨至“R×1k”挡,红、黑表笔分别接光遮断器光 电三极管的c、e极。对于对射型光遮断器,光电三极管会导通,故其正常阻值应较小;对 于反射型光遮断器,光电三极管截止,故其正常阻值应为∞。然后用遮光体或反光体遮挡 或反射光线,光电三极管的阻值应发生变化,否则光遮断器损坏。 检测光遮断器时,只有上面3项测量都正常,才能说明光遮断器正常;任意一项测量 不正常,光遮断器都不能使用。 tyw藏书 第8章 电声器件 tyw藏书 8.1 扬声器 8.1.1 实物外形与图形符号 扬声器又称喇叭,是一种最常用的电-声转换器件,其功能是将电信号转换成声音。 扬声器的实物外形和图形符号如图8-1所示。 图8-1 扬声器 8.1.2 种类与工作原理 1.种类 扬声器可按以下方式进行分类。 按换能方式可分为动圈式(即电动式)、电容式(即静电式)、电磁式(即舌簧式) 和压电式(即晶体式)扬声器等。 按频率范围可分为低音扬声器、中音扬声器和高音扬声器。 按扬声器形状可分为纸盆式、号筒式和球顶式扬声器等。 2.工作原理 扬声器的种类很多,工作原理大同小异,这里仅介绍应用最为广泛的动圈式扬声器的 工作原理。动圈式扬声器的结构如图8-2所示。 tyw藏书 图8-2 动圈式扬声器的结构 从图中可以看出,动圈式扬声器主要由永久磁铁、线圈(或称为音圈)和与线圈做在 一起的纸盆等构成。当电信号通过引出线流进线圈时,线圈产生磁场。由于流进线圈的电 流是变化的,故线圈产生的磁场也是变化的,线圈变化的磁场与磁铁的磁场相互作用,线 圈和磁铁不断排斥和吸引,使重量轻的线圈产生运动(时而远离磁铁,时而靠近磁铁), 线圈的运动带动与它相连的纸盆振动,纸盆就发出声音,从而实现了电-声转换。 8.1.3 主要参数 扬声器的主要参数有以下几个。 (1)额定功率 额定功率又称标称功率,是指扬声器在无明显失真的情况下,能长时间正常工作时的 输入电功率。扬声器实际能承受的最大功率要大于额定功率(1~3 倍)。为了获得较好 的音质,应让扬声器的实际输入功率小于额定功率。 (2)额定阻抗 额定阻抗又称标称阻抗,是指扬声器工作在额定功率下所呈现的交流阻抗值。扬声器 的额定阻抗有4Ω、8Ω、16Ω和32Ω等。当扬声器与功放电路连接时,扬声器的阻抗只有与 功放电路的输出阻抗相等,才能工作在最佳状态。 (3)频率特性 频率特性是指扬声器输出的声音大小随输入音频信号频率的变化而变化的特性。不同 频率特性的扬声器适合用在不同的电路,例如低频特性好的扬声器在还原低音时声音大、 效果好。 根据频率特性不同,扬声器可分为高音扬声器(几千赫到20kHz)、中音扬声器(1 ~3kHz)和低音扬声器(几十赫到几百赫)。扬声器的频率特性与其结构有关,一般体 积小的扬声器高频特性较好。 (4)灵敏度 灵敏度是指给扬声器输入规定大小和频率的电信号时,在一定距离处扬声器产生的声 压(即声音大小)。在输入相同频率和大小的信号时,灵敏度越高的扬声器发出的声音越 大。 (5)指向性 指向性是指扬声器发声时在不同空间位置辐射的声压分布特性。扬声器的指向性越 强,就意味着发出的声音越集中。扬声器的指向性与纸盆有关,纸ty盆w越藏大,书指向性越强; 另外还与频率有关,频率越高,指向性越强。 8.1.4 检测 扬声器的检测包括好坏检测和极性检测。 1.好坏检测 在检测扬声器时,万用表选择 R×1 挡,红、黑表笔分别接扬声器的两个接线端,测 量扬声器内部线圈的电阻,如图8-3所示。 如果扬声器正常,测得的阻值应与标称阻抗相同或相近,同时扬声器会发出轻微 的“嚓嚓”声。图8-3中扬声器上标注阻抗为8Ω,万用表测出的阻值也应在8Ω左右。若测得 阻值为∞,则为扬声器线圈开路或接线端脱焊;若测得阻值为0Ω,则为扬声器线圈短路。 图8-3 扬声器的好坏检测 2.极性检测 单个扬声器接在电路中,可以不考虑两个接线端的极性,但如果将多个扬声器并联或 串联起来使用,就需要考虑接线端的极性了。这是因为相同的音频信号从不同极性的接线 端流入扬声器时,扬声器纸盆振动方向会相反,这样扬声器发出的声音会抵消一部分,扬 声器间相距越近,抵消越明显。 在检测扬声器极性时,万用表选择0.05mA挡,红、黑表笔分别接扬声器的两个接线 端,如图8-4所示,然后手轻压纸盆,会发现表针摆动一下又返回到0处。若表针向右摆 动,则红表笔接的接线端为“+”,黑表笔接的接线端为“−”;若表针向左摆动,则红表笔接 的接线端为“−”,黑表笔接的接线端为“+”。 用上述方法检测扬声器的理论根据是:当手轻压纸盆时,纸盆带动线圈运动,线圈切 割磁铁的磁感线而产生电流,电流从扬声器的“+”接线端流出。当红表笔接“+”端时,表针 往右摆动;若红表笔接“−”端时,表针反偏(左摆)。 当多个扬声器并联使用时,要将各个扬声器的“+”端与“+”端连接在一起,“−”端 与“−”端连接在一起,如图8-5所示。当多个扬声器串联使用时,要将下一个扬声器 的“+”端与上一个扬声器的“−”端连接在一起。 tyw藏书 图8-4 扬声器的极性检测 图8-5 多个扬声器并、串联时正确的连接方法 8.1.5 扬声器的型号命名方法 新型国产扬声器的型号命名由以下4个部分组成。 第1部分用字母“Y”表示产品名称为扬声器。 第2部分用字母表示产品类型,“D”为电动式,“HG”为号筒高音。 第3部分用字母表示扬声器的重放频带,用数字表示扬声器口径(单位为mm)。 第4部分用数字或数字与字母混合表示扬声器的生产序号。 新型国产扬声器的型号命名及含义见表8-1。 表8-1 新型国产扬声器的型号命名及含义 举例: tyw藏书 续表 8.2 蜂鸣器 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警 器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中用作ty发w声藏器件书。 8.2.1 实物外形与图形符号 蜂鸣器的实物外形和图形符号如图8-6所示,蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”表 示。 图8-6 蜂鸣器 8.2.2 种类及结构原理 蜂鸣器主要有压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。 1.压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。 有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成,当接 通直流电源(1.5~15V)时,多谐振荡器起振,产生 1.5~2.5kHz 的音频信号,经阻抗匹 配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成,在陶瓷 片的两面镀上银电极,经极化和老化处理后,再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 2.电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后,振 荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁 铁的相互作用下,周期性地振动发声。 8.2.3 有源和无源蜂鸣器的区别 根据内部是否含有振荡器,蜂鸣器可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。 无源蜂鸣器的结构与扬声器相似,内部不含振荡器,它通常采用电磁线圈来驱动振动 膜片发声。由于内部不含振荡器,当提供直流电压时这种蜂鸣器无法工作,必须给它提供 音频信号才能使之发声。有源蜂鸣器内部含有振荡器,发声部件可以采用压电结构或是电 磁结构,在工作时只要提供合适的直流电压,让振荡器工作产生音ty频w信藏号就书能使发声部件 工作。 有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的区别方法如下。 将万用表拨至“R×1”挡,用黑表笔接蜂鸣器的“+”引脚,红表笔间断碰触另一引脚, 蜂鸣器发出“咔嚓”声,并且电阻较小(通常为8Ω或16Ω左右)的为无源蜂鸣器,能发出持 续声音且电阻在几百欧以上的是有源蜂鸣器。 有些有源蜂鸣器的工作电源电压较高,万用表 R×1 挡提供的直流电压可能无法使其 内部振荡器工作,这种情况下蜂鸣器不发声,这时可给蜂鸣器的两个引脚直接接上额定电 源(蜂鸣器的标签上通常标有),有源蜂鸣器就会连续发声,而无源蜂鸣器则和电磁扬声 器一样,需要直接加音频信号才能发声。 8.3 话筒 8.3.1 实物外形与图形符号 tyw藏书 话筒又称麦克风、传声器,是一种声-电转换器件,其功能是将声音转换成电信号。 话筒的实物外形和图形符号如图8-7所示。 图8-7 话筒 8.3.2 工作原理 话筒的种类很多,下面介绍最常用的动圈式话筒和驻极体式话筒的工作原理。 1.动圈式话筒的工作原理 动圈式话筒的结构如图8-8所示,它主要由振动膜、线圈和永久磁铁等组成。 当声音传递到振动膜时,振动膜产生振动,与振动膜连在一起的线圈会随振动膜一起 运动,由于线圈处于磁铁的磁场中,所以当线圈在磁场中运动时,线圈会切割磁铁的磁感 线而产生与运动相对应的电信号,该电信号从引出线输出,从而实现声-电转换。 2.驻极体式话筒的工作原理 驻极体式话筒具有体积小、性能好,并且价格便宜的优点,广泛应用在一些小型、具 有录音功能的电子设备中。驻极体式话筒的结构如图8-9所示。 图8-8 动圈式话筒的结构 tyw藏书 图8-9 驻极体式话筒的结构 图8-9中虚线框内的为驻极体式话筒,它由振动极、固定极和一个场效应管构成。振 动极与固定极形成一个电容,由于两电极是经过特殊处理的,所以它本身具有静电场(即 两电极上有电荷)。当声音传递到振动极时,振动极发生振动,振动极与固定极的距离发 生变化,引起容量发生变化,容量的变化导致固定电极上的电荷向场效应管的栅极G移 动,移动的电荷就形成电信号,电信号经场效应管放大后从漏极D输出,从而完成了声电转换过程。 8.3.3 主要参数 话筒的主要参数有以下几个。 (1)灵敏度 灵敏度是指话筒在一定的声压下能产生音频信号电压的大小。灵敏度越高,在相同大 小的声音下输出的音频信号幅度越大。 (2)频率特性 频率特性是指话筒的灵敏度随频率变化而变化的特性。如果话筒的高频特性好,那么 还原出来的高频信号幅度大且失真小。大多数话筒频率特性较好的范围为100Hz~ 10kHz,优质话筒频率特性范围可达到20Hz~20kHz。 (3)输出阻抗 输出阻抗是指话筒在1kHz的情况下输出端的交流阻抗。低阻抗话筒输出阻抗一般在 2kΩ以下,输出阻抗在2kΩ以上的话筒称为高阻抗话筒。 (4)固有噪声 固有噪声是指在没有外界声音时话筒输出的噪声信号电压。话筒的固有噪声越大,工 作时输出信号中混有的噪声越多。 (5)指向性 指向性是指话筒灵敏度随声波入射方向变化而变化的特性。话筒的指向性有单向性、 双向性和全向性3种。 单向性话筒对正面方向的声音灵敏度高于其他方向的声音。双ty向w性藏话筒书对正、背面方 向的声音灵敏度高于其他方向的声音。全向性话筒对所有方向的声音灵敏度都高。 8.3.4 种类与选用 1.种类 话筒的种类很多,常见的有动圈式话筒、驻极体式话筒、铝带式话筒、电容式话筒、 压电式话筒和炭粒式话筒等。常见话筒的特点见表8-2。 表8-2 常见话筒的特点 2.选用 话筒的选用主要根据环境和声源的特点。在室内进行语言录音时,一般选用动圈式话 筒,因为语言的频带较窄,使用动圈式话筒可避免产生不必要的杂音。在进行音乐录音 时,一般要选择性能好的电容式话筒,以满足宽频带、大动态、高保真的需要。若环境噪 声大,可选用单指向话筒,以增加选择性。 在使用话筒时,除近讲话筒外,普通话筒要注意与声源保持0.3m左右的距离,以防失 真。在运动中录音时,要使用无线话筒,使用无线话筒时要注意防止干扰和“死区”,碰到 这种情况时,可通过改变话筒的无线电频率和调整收、发天线来解决。 8.3.5 检测 1.动圈式话筒的检测 动圈式话筒的外部接线端与内部线圈连接,根据线圈电阻大小可分为低阻抗话筒(几 十欧至几百欧)和高阻抗话筒(几百欧至几千欧)。 在检测低阻抗话筒时,万用表选择 R×10 挡;在检测高阻抗话筒时,可选择万用表的 R×100或R×1k挡,然后测量话筒两接线端之间的电阻。 若话筒正常,阻值应在几十欧至几千欧,同时话筒有轻微的“嚓嚓”声发出。 若阻值为0Ω,说明话筒线圈短路。 若阻值为∞,则为话筒线圈开路。 2.驻极体式话筒的检测 tyw藏书 驻极体式话筒的检测包括电极检测、好坏检测和灵敏度检测。 (1)电极检测 驻极体式话筒的实物外形和结构如图8-10所示。 图8-10 驻极体式话筒 从图8-10 中可以看出,驻极体式话筒有两个接线端,分别与内部场效应管的漏极(D 极)、源极(S极)连接,其中S极与栅极(G极)之间接有一个二极管。在使用时,驻极 体话筒的S极与电路的地连接,D极除了接电源外,还是话筒信号的输出端,具体连接可 参见图8-9。 驻极体式话筒电极的判断用直观法,也可以用万用表检测。在用直观法观察时,会发 现有一个电极与话筒的金属外壳连接,如图8-10(a)所示,该极为S极,另一个电极为D 极。 在用万用表检测时,万用表选择R×100或R×1k挡,测量两电极之间的正、反向电阻, 如图8-11 所示,正常测得阻值一大一小,以阻值小的那次为准,如图 8-11(a)所示,黑 表笔接的为 S极,红表笔接的为D极。 图8-11 驻极体式话筒的检测 (2)好坏检测 在检测驻极体式话筒的好坏时,万用表选择R×100或R×1k挡,测量两电极之间的正、 反向电阻,正常测得阻值一大一小。 tyw藏书 若正、反向电阻均为∞,则说明话筒内部的场效应管开路。 若正、反向电阻均为0Ω,则说明话筒内部的场效应管短路。 若正、反向电阻相等,则话筒内部场效应管G、S极之间的二极管开路。 (3)灵敏度检测 灵敏度检测可以判断话筒的声-电转换效果。在检测灵敏度时,万用表选择R×100或 R×1k挡,黑表笔接话筒的D极,红表笔接话筒的S极,这样做是利用万用表内部的电池为 场效应管D、S极之间提供电压,然后对话筒正面吹气,如图8-12所示。 图8-12 驻极体式话筒灵敏度的检测 若话筒正常,表针应发生摆动,话筒灵敏度越高,表针摆动幅度越大。 若表针不动,则话筒失效。 8.3.6 电声器件的型号命名方法 国产电声器件的型号命名由以下4个部分组成。 第1部分用字母表示产品的主称。 第2部分用字母表示产品类型。 第3部分用字母或数字表示产品特征(包括辐射形式、形状、结构、功率、等级、用 途等)。 第4部分用数字表示产品序号(部分扬声器表示口径和序号)。 国产电声器件型号命名及含义见表8-3。 表8-3 国产电声器件型号命名及含义 举例: tyw藏书 8.4 耳机 8.4.1 实物外形与图形符号 tyw藏书 耳机与扬声器一样,是一种电-声转换器件,其功能是将电信号转换成声音。耳机的 实物外形和图形符号如图8-13所示。 图8-13 耳机 8.4.2 种类与工作原理 耳机的种类很多,可分为动圈式、动铁式、压电式、静电式、气动式、等磁式和驻极 体式7类,动圈式、动铁式和压电式耳机较为常见,其中动圈式耳机使用最为广泛。 动圈式耳机:是一种最常用的耳机,其结构、工作原理与动圈式扬声器相同,可以看 作是微型动圈式扬声器。动圈式耳机的优点是制作相对容易,且线性好、失真小、频响 宽。 动铁式耳机:又称电磁式耳机,其结构如图8-14所示,一个铁片振动膜被永久磁铁吸 引,在永久磁铁上绕有线圈,当线圈通入音频电流时会产生变化的磁场,它会增强或削弱 永久磁铁的磁场,磁铁变化的磁场使铁片振动膜发生振动而发声。动铁式耳机的优点是使 用寿命长、效率高,缺点是失真大、频响窄,在早期较为常用。 压电式耳机:它是利用压电陶瓷的压电效应发声的,压电陶瓷的结构如图8-15所示, 在铜片和涂银层之间夹有压电陶瓷片,当给铜片和涂银层之间施加变化的电压时,压电陶 瓷片会发生振动而发声。压电式耳机的优点是效率高、频率高,其缺点是失真大、驱动电 压高、低频响应差、抗冲击性差。这种耳机使用远不及动圈式耳机广泛。 tyw藏书 图8-14 电磁式耳机的结构 图8-15 压电陶瓷的结构 8.4.3 检测 图8-16是双声道耳机的接线示意图,从图中可以看出,耳机插头有L、R、公共3个导 电环,由两个绝缘环隔开,3个导电环内部接出3根导线,一根导线引出后一分为二,3根 导线变为4根后两两与左、右声道耳机线圈连接。 图8-16 双声道耳机的接线示意图 在检测耳机时,万用表选择R×1或R×10挡,先将黑表笔接耳机插头的公共导电环,红 表笔间断接触L导电环,听左声道耳机有无声音,正常耳机有“嚓嚓”声发出。红、黑表笔 接触两导电环不动时,测得左声道耳机线圈阻值应为几至几百欧,如图8-17所示,如果阻 值为0Ω或∞,表明左声道耳机线圈短路或开路。然后黑表笔不动,红表笔间断接触R导电 环,检测右声道耳机是否正常。 tyw藏书 图8-17 双声道耳机的检测 第9章 晶闸管 tyw藏书 9.1 单向晶闸管 9.1.1 实物外形与图形符号 单向晶闸管又称可控硅,它有3个电极,分别是阳极(A极)、阴极(K极)和控制极 (G极)。图9-1(a)所示是一些常见的单向晶闸管的实物外形,图9-1(b)所示为单向 晶闸管的图形符号。 图9-1 单向晶闸管 9.1.2 结构与工作原理 1.结构 单向晶闸管的内部结构和等效图如图9-2所示。 单向晶闸管有3个极:A极(阳极)、G极(控制极)和K极(阴极)。单向晶闸管内 部结构如图9-2(a)所示,它相当于PNP型三极管和NPN型三极管以图9-2(b)所示的方 式连接而成。 2.工作原理 下面以图9-3所示的电路为例来说明单向晶闸管的工作原理。 电源E2通过R2为单向晶闸管A、K极提供正向电压UAK,电源E1经电阻R1和开关S为 单向晶闸管G、K极提供正向电压UGK,当开关S处于断开状态时,VT1无电流Ib1而无法导 通,VT2也无法导通,单向晶闸管处于截止状态,电流I2为0A。 如果将开关S闭合,电源E1马上通过R1、S为VT1提供电流Ib1,VT1导通,VT2也导通 (VT2的电流Ib2经过VT1的集电极、发射极),VT2导通后,它的电流Ic2与E1提供的电流 汇合形成更大的电流Ib1流经VT1的发射结,VT1导通更深,电流Ic1更大,VT2的Ib2也增大 (VT2的Ib2与VT1的Ic1相等),Ic2增大,这样会形成强烈的正反馈,正反馈过程是: tyw藏书 图9-2 单向晶闸管的内部结构与等效图 图9-3 单向晶闸管的工作原理说明图 正反馈使VT1、VT2都进入饱和状态,Ib2、Ic2都很大,Ib2、Ic2都由VT2的发射极流 入,也即由单向晶闸管A极流入,电流Ib2、Ic2在内部流经VT1、VT2后从K极输出。很大 的电流从单向晶闸管A极流入,然后从K极流出,相当于单向晶闸管导通。 单向晶闸管导通后,若断开开关S,电流Ib2、Ic2继续存在,单向晶闸管继续导通。这 时如果慢慢调低电源E2的电压,流入单向晶闸管A极的电流(即图中的电流I2)也慢慢减 小,当电源电压调到很低时(接近0V),流入A极的电流接近0A,单向晶闸管进入截止 状态。 综上所述,单向晶闸管具有以下性质。 ① 无论A、K 极之间加什么电压,只要G、K极之间没有加正向电压,单向晶闸管就 无法导通。 tyw藏书 ② 只有A、K极之间加正向电压,并且G、K极之间也加一定的正向电压,单向晶闸 管才能导通。 ③ 单向晶闸管导通后,撤掉G、K 极之间的正向电压单向晶闸管仍继续导通。要让导 通的单向晶闸管截止,可采用两种方法:一是让流入单向晶闸管A极的电流减小到某一值 IH(维持电流),二是让A、K极之间的正向电压UAK减小到0V或为反向电压。 单向晶闸管导通和关断(截止)条件见表9-1。 表9-1 单向晶闸管导通和关断条件 9.1.3 主要参数 单向晶闸管的主要参数有以下几个。 (1)正向断态重复峰值电压UDRM 正向断态重复峰值电压是指在G极开路和单向晶闸管关断的条件下,允许重复加到 A、K极之间的最大正向峰值电压。一般所说电压为多少伏的单向晶闸管指的就是该值。 (2)反向重复峰值电压URRM 反向重复峰值电压是指在G极开路时,允许加到单向晶闸管A、K极之间的最大反向 峰值电压。一般URRM与UDRM接近或相等。 (3)控制极(G极)触发电压UGT 在室温条件下,A、K极之间加6V电压时,使单向晶闸管从截止转为导通所需的最小 G极直流电压。 (4)控制极(G极)触发电流IGT 在室温条件下,A、K极之间加6V电压时,使单向晶闸管从截止变为导通所需的G极 最小直流电流。 (5)通态平均电流IT 通态平均电流又称额定态平均电流,是指在环境温度不大于40℃和标准的散热条件 下,可以连续通过50Hz正弦波电流的平均值。 (6)维持电流IH 维持电流是指在G极开路时,维持单向晶闸管继续导通的最小正向电流。 9.1.4 检测 tyw藏书 单向晶闸管的检测包括电极检测、好坏检测和触发能力检测。 1.电极检测 单向晶闸管有A、G、K 3 个电极,三者不能混用,在使用单向晶闸管前要先检测出 各个电极。单向晶闸管的G、K极之间有一个PN结,它具有单向导电性(即正向电阻小、 反向电阻大),而A、K极与A、G极之间的正、反向电阻都是很大的。根据这个原则,可 采用下面的方法来判别单向晶闸管的电极。 将万用表拨至“R×100”或“R×1k”挡,测量任意两个电极之间的阻值,如图9-4所示,当 测量出现小阻值时,以这次测量为准,黑表笔接的电极为G极,红表笔接的电极为K极, 剩下的一个电极为A极。 2.好坏检测 正常的单向晶闸管除了G、K极之间的正向电阻小、反向电阻大外,其他各极之间的 正、反向电阻均接近∞。在检测单向晶闸管时,将万用表拨至“R×1k”挡,测量单向晶闸管 任意两极之间的正、反向电阻。 若出现两次或两次以上阻值小的情况,说明单向晶闸管内部有短路。 若G、K极之间的正、反向电阻均为∞,说明单向晶闸管G、K极之间开路。 若测量时只出现一次阻值小的情况,则不能确定单向晶闸管一定正常(如G、K极之 间正常, A、G极之间出现开路),在这种情况下,需要进一步测量单向晶闸管的触发能 力。 3.触发能力检测 检测单向晶闸管的触发能力实际上就是检测G极控制A、K极之间的导通能力。单向 晶闸管触发能力的检测过程如图9-5所示,检测过程说明如下。 将万用表拨至“R×1”挡,测量单向晶闸管A、K极之间的正向电阻(黑表笔接A极,红 表笔接K极),A、K极之间的阻值正常应接近∞。然后用一根导线将A、G极短路,为G极 提供触发电压,如果单向晶闸管良好,A、K极之间应导通,A、K极之间的阻值马上变 小,再将导线移开,让G极失去触发电压,此时单向晶闸管还应处于导通状态,A、K极 之间的阻值仍很小。 tyw藏书 图9-4 单向晶闸管的电极检测 图9-5 单向晶闸管触发能力检测 在上面的检测中,若用导线短路A、G极前后,A、K极之间的阻值变化不大,说明G 极失去触发能力,单向晶闸管损坏;若移开导线后,单向晶闸管A、K极之间的阻值又变 大,则为单向晶闸管开路(注:即使单向晶闸管正常,如果使用万用表高阻挡测量,由于 在高阻挡时万用表提供给单向晶闸管的维持电流比较小,有可能不足以维持单向晶闸管继 续导通,也会出现移开导线后 A、K极之间阻值变大的情况。因此,为了避免检测判断失 误,应采用R×1或R×10挡测量)。 9.1.5 种类 晶闸管的种类很多,前面介绍的是单向晶闸管,此外还有双向晶闸管、门极可关断晶 闸管、逆导晶闸管和光控晶闸管等。常见的晶闸管的图形符号及特点见表9-2。 表9-2 常见晶闸管的图形符号及特点 tyw藏书 9.1.6 晶闸管的型号命名方法 国产晶闸管的型号命名主要由下面4个部分组成。 第1部分用字母“K”表示主称为晶闸管。 第2部分用字母表示晶闸管的类别。 第3部分用数字表示晶闸管的额定通态电流值。 第4部分用数字表示重复峰值电压级数。 国产晶闸管的型号命名及含义见表9-3。 表9-3 国产晶闸管的型号命名及含义 举例: tyw藏书 9.2 门极可关断晶闸管 门极可关断晶闸管是晶闸管的一种派生器件,简称GTO。它除了具有普通晶闸管的触 发导通功能外,还可以通过在G、K极之间加反向电压来关断。 tyw藏书 9.2.1 实物外形、结构与图形符号 GTO的实物外形、结构、等效电路和图形符号如图9-6所示。从图中可以看出,GTO 与普通的晶闸管(SCR)结构相似,但为了实现关断功能,GTO的两个等效三极管的放大 倍数较SCR的小,另外制造工艺也有所改进。 图9-6 GTO 9.2.2 工作原理 GTO的工作原理说明如图9-7所示。 图9-7 GTO工作原理说明图 电源E3通过R3为GTO的A、K极之间提供正向电压UAK,电源E1、E2通过开关S为GTO 的G极提供正压或负压。当开关S置于“1”时,电源E1为GTO的G极提供正压(UGK> 0V),GTO导通,有电流从A极流入,从K极流出;当开关S置于“2”时,电源E2为GTO的 G极提供负压(UGK<0V),GTO马上关断,电流无法从A极流入。 SCR和GTO的共同点是:给G极加正压后都会触发导通,撤去G极电压会继续处于导 通状态;不同点在于给SCR的G极加负压时SCR仍会导通,而给GTO的G极加负压时GTO 会关断。 tyw藏书 9.2.3 检测 1.极性检测 由于GTO的结构与SCR相似,G、K极之间都有一个PN结,故GTO极性的检测方法与 SCR相同。检测时,万用表选择R×100挡,测量GTO各引脚之间的正、反向电阻,当出现 一次阻值小的情况时,以这次测量为准,黑表笔接的是G极,红表笔接的是K极,剩下的 一只引脚为A极。 2.好坏检测 GTO的好坏检测可按下面的步骤进行。 第1步:检测各引脚间的阻值。用万用表的 R×1k 挡检测 GTO 各引脚之间的正、反向 电阻,正常只会出现一次阻值小的情况。若出现两次或两次以上阻值小的情况,可确定 GTO 一定损坏;若只出现一次阻值小的情况,还不能确定 GTO 一定正常,需要进行触发 能力和关断能力的检测。 第2步:检测触发能力和关断能力。将万用表拨至“R×1”挡,黑表笔接GTO的A极,红 表笔接K极,此时表针指示的阻值为∞。然后用导线瞬间将A、G极短接,让万用表的黑表 笔为G极提供正向触发电压,如果表针指示的阻值马上由大变小,表明 GTO 被触发导 通,GTO 触发能力正常。再按图9-8所示的方法将一节1.5V电池与50Ω的电阻串联,反接 在GTO的G、K极之间,给GTO的G极提供负压,如果表针指示的阻值马上由小变大 (∞),表明GTO被关断,GTO关断能力正常。 图9-8 检测GTO的关断能力 检测时,如果测量结果与上述不符,则为GTO损坏或性能不良。 tyw藏书 9.3 双向晶闸管 9.3.1 图形符号与结构 tyw藏书 双向晶闸管的图形符号与结构如图 9-9 所示。双向晶闸管有 3 个电极:主电极 T1、 主电极 T2和控制极(G极)。 图9-9 双向晶闸管 9.3.2 工作原理 单向晶闸管只能单向导通,双向晶闸管可以双向导通。下面分几种情况来说明双向晶 闸管的工作原理。 (1)当T2、T1极之间加正向电压(即UT2>UT1)时 如图9-10(a)所示,在这种情况下,若G极无电压,则T2、T1极之间不导通;若在 G、T1极之间加正向电压(即UG>UT1),则T2、T1极之间马上导通,电流由T2极流入, 从T1极流出,此时撤去G极电压,T2、T1极之间仍处于导通状态。 也就是说,当UT2>UG>UT1时,双向晶闸管导通,电流由T2极流向T1极,撤去G极电 压后,晶闸管继续处于导通状态。 图9-10 双向晶闸管的两种触发导通方式 (2)当T2、T1极之间加反向电压(即UT2UG>UT2时,双向晶闸管导通,电流由T1极流向T2极,撤去G极电 压后,晶闸管继续处于导通状态。 双向晶闸管导通后,撤去G极电压,双向晶闸管会继续处于导通状态,在这种情况 下,要使双向晶闸管由导通进入关断状态,可采用以下任意一种方法。 ① 让流过主电极T1、T2的电流减小至维持电流以下。 ② 让主电极T1、T2之间的电压为0V 或改变两极间电压的极性。 9.3.3 检测 双向晶闸管的检测包括电极检测、好坏检测和触发能力检测。 1.电极检测 双向晶闸管的电极检测分以下两步。 第1步:找出T2极。从图9-9所示的双向晶闸管内部结构可以看出,T1、G极之间为P 型半导体,P型半导体的电阻很小,为几十欧,而T2极距离G极和T1极都较远,故它们之 间的正、反向阻值都接近∞。在检测时,将万用表拨至“R×1”挡,测量任意两个电极之间 的正、反向电阻,当测得某两个极之间的正、反向电阻均很小(几十欧)时,则这两个极 为 T1和 G 极,另一个电极为T2极。 第2步:判断T1极和G极。找出双向晶闸管的T2极后,才能判断T1极和G极。在测量 时,将万用表拨至“R×10”挡,先假定一个电极为T1极,另一个电极为G极,将黑表笔接假 定的T1极,红表笔接假定的T2极,测量的阻值应为∞。接着用红表笔尖将T2与G短路,如 图9-11所示,给G极加上负触发信号,阻值应为几十欧,说明管子已经导通。再将红表笔 尖与G极脱开(但仍接T2),如果阻值变化不大,仍很小,表明管子在触发之后仍能维持 导通状态,先前的假设正确,即黑表笔接的电极为T1极,红表笔接的为T2极(先前已判 明),另一个电极为G极。如果红表笔尖与G极脱开后,阻值马上由小变为∞,说明先前 假设错误,即先前假定的T1极实为G极,假定的G极实为T1极。 2.好坏检测 正常的双向晶闸管除了T1、G极之间的正、反向电阻较小外,T1、T2极和T2、G极之 间的正、反向电阻均接近∞。双向晶闸管的好坏检测分以下两步。 tyw藏书 图9-11 检测双向晶闸管的T1极和G极 第1步:测量双向晶闸管T1、G极之间的电阻。将万用表拨至“R×10”挡,测量晶闸管 T1、G极之间的正、反向电阻,正常时正、反向电阻都很小,为几十欧;若正、反向电阻 均为0Ω,则T1、G极之间短路;若正、反向电阻均为∞,则T1、G极之间开路。 第2步:测量T2、G极和T2、T1极之间的正、反向电阻。将万用表拨至“R×1k”挡,测 量晶闸管T2、G极和T2、T1极之间的正、反向电阻,正常它们之间的电阻均接近∞,若某 两极之间出现阻值小的情况,表明它们之间有短路。 如果检测时发现T1、G极之间的正、反向电阻小,T1、T2极和T2、G极之间的正、反 向电阻均接近∞,则不能说明双向晶闸管一定正常,还应检测它的触发能力。 3.触发能力检测 双向晶闸管触发能力的检测分以下两步。 第1步:将万用表拨至“R×10”挡,红表笔接T1极,黑表笔接T2极,测得的阻值应为 ∞;再用导线将T1极与G极短路,如图9-12(a)所示,给G极加上触发信号,若晶闸管触 发能力正常,晶闸管马上导通,T1、T2极之间的阻值应为几十欧;移开导线后,晶闸管 仍维持导通状态。 第2步:将万用表拨至“R×10”挡,黑表笔接T1极,红表笔接T2极,测得的阻值应为 ∞;再用导线将T2极与G极短路,如图9-12(b)所示,给G极加上触发信号,若晶闸管触 发能力正常,晶闸管马上导通,T1、T2极之间的阻值应为几十欧;移开导线后,晶闸管 维持导通状态。 tyw藏书 图9-12 检测双向晶闸管的触发能力 对双向晶闸管进行上述两步检测后,若结果都表现正常,说明晶闸管触发能力正常, 否则说明晶闸管损坏或性能不良。 第10章 场效应管与IGBTtyw藏书 10.1 结型场效应管 场效应管又称场效应晶体管(Field Effect Transistor,缩写为FET),它与三极管一 样,具有放大能力。场效应管有漏极(D极)、栅极(G极)和源极(S极)。场效应管可 分为结型和绝缘栅型,本节介绍结型场效应管(JFET)。 10.1.1 实物外形与图形符号 图10-1(a)所示是一些场效应管的实物外形,图10-1(b)所示为结型场效应管的图 形符号。 图10-1 场效应管 10.1.2 结构与工作原理 1.结构 与三极管一样,场效应管也是由P型半导体和N型半导体组成的。三极管有PNP型和 NPN型两种,场效应管则分P沟道和N沟道两种。两种沟道的结型场效应管的结构如图102所示。 图10-2(a)所示为N沟道结型场效应管的结构图,从图中可以看出,N沟道结型场效 应管内部有两块P型半导体,它们通过导线内部相连,再引出一个电极,该电极称为G 极。两块P型半导体以外的部分均为N型半导体,在P型半导体与N型半导体交界处形成两 个耗尽层(即PN结),耗尽层的中间区域为沟道,由于该图沟道由N型半导体构成,所以 称为N沟道,D极与S极分别接在沟道两端。 tyw藏书 图10-2 结型场效应管的结构 图10-2(b)所示为P沟道结型场效应管的结构图,P沟道结型场效应管内部有两块N 型半导体,G极与它们连接,两块N型半导体与邻近的P型半导体在交界处形成两个耗尽 层,耗尽层的中间区域为P沟道。 如果在N沟道结型场效应管D、S极之间加电压,如图10-2(c)所示,电源正极输出 的电流就会由结型场效应管的D极流入,在内部通过沟道从S极流出,回到电源的负极。 结型场效应管流过电流的大小与沟道的宽窄有关,沟道越宽,能通过的电流越大。 2.工作原理 结型场效应管在电路中主要用作放大信号电压。下面以图10-3为例来说明结型场效应 管的工作原理。 图10-3 结型场效应管的工作原理 图10-3所示虚线框内为N沟道结型场效应管结构图。当在D、S极之间加上正向电压 UDS时,会有电流从D极流向S极,若再在G、S极之间加上反向电压UGS(P型半导体接低 电位,N型半导体接高电位),结型场效应管内部的两个耗尽层就变厚,沟道变窄,由D 极流向S极的电流ID就会变小,反向电压越高,沟道越窄,电流ID越小。 tyw藏书 由此可见,改变G、S极之间的电压UGS,就能改变从D极流向S极的电流ID的大小, 并且电流ID变化较电压UGS变化大得多,这就是结型场效应管的放大原理。结型场效应管 的放大能力用跨导gm表示,即 gm反映了G、S极电压UGS对G极电流ID的控制能力,是表征结型场效应管放大能力的 一个重要参数(相当于三极管的β),gm的单位是西门子(S),也可以用A/V表示。 若给N沟道结型场效应管的G、S极之间加正向电压,如图10-3(b)所示,结型场效 应管内部两个耗尽层都会导通,耗尽层消失,不管如何增大 G、S 间的正向电压,沟道宽 度都不变,电流ID也不变化。也就是说,当给N沟道结型场效应管的G、S极之间加正向电 压时,无法控制电流ID变化。 在正常工作时,N沟道结型场效应管的G、S极之间应加反向电压,即UGUS, UGS=UG−US为正电压。 10.1.3 主要参数 结型场效应管的主要参数有以下几个。 (1)跨导gm 跨导是指当UDS为某一定值时,电流ID的变化量与电压UGS变化量的比值,即 跨导反映了栅-源(G-S)电压对漏极(D极)电流的控制能力。 (2)夹断电压UP 夹断电压是指当UDS为某一定值时,让电流ID减小到近似为0A时的电压UGS值。 (3)饱和漏极(D极)电流IDSS 饱和漏极电流是指当UGS=0V且UDS>UP时的漏极电流。 (4)最大漏-源(D-S)电压UDS 最大漏-源电压是指漏极与源极之间的最大击穿电压,即当ID急剧增大时的UDS值。 10.1.4 检测 结型场效应管的检测包括类型及极性检测、放大能力检测和好坏检测。 1.类型及极性检测 结型场效应管的源极(S 极)和漏极(D 极)在制造工艺上是对称的,故两极可互换 使用,并不影响正常工作,所以一般不判别D极和S极(D、S极之间的正、反向电阻相 等,均为几十欧至几千欧),只判断栅极(G极)和沟道的类型。tyw藏书 在判断G极和沟道的类型前,首先要了解以下几点。 ① 与D、S极连接的半导体类型总是相同的(要么都是P型,要么都是N型),如图 10-2所示, D、S极之间的正、反向电阻相等并且比较小。 ② G 极连接的半导体类型与D、S 极连接的半导体类型总是不同的,如G极连接的为P 型时, D、S极连接的肯定是N型。 ③ G 极与D、S 极之间有PN 结,PN 结的正向电阻小、反向电阻大。 结型场效应管G极与沟道类型的判别方法是:将万用表拨至“R×100”挡,测量结型场 效应管任意两极之间的电阻,正、反各测一次,两次测量阻值有以下情况。 若两次测得的阻值相同或相近,则这两极是 D、S 极,剩下的极为 G 极;然后红表笔 不动,黑表笔接已判断出的 G 极,如果阻值很大,此测得为 PN 结的反向电阻,黑表笔接 的应为 N,红表笔接的为 P。由于在前面的测量中已确定黑表笔接的是 G 极,而现在又确 定出 G极为N,故沟道应为P,所以该管子为P沟道结型场效应管。如果测得阻值小,则为 N沟道结型场效应管。 若两次测量阻值一大一小,以阻值小的那次为准,红表笔不动,黑表笔接另一个极, 如果阻值小,并且与黑表笔换极前测得的阻值相等或相近,则红表笔接的为G极,该管子 为P沟道结型场效应管;如果测得的阻值与黑表笔换极前测得的阻值有较大差距,则黑表 笔换极前接的极为G极,该管子为N沟道结型场效应管。 2.放大能力检测 万用表没有专门测量结型场效应管跨导的挡位,所以无法准确检测结型场效应管的放 大能力,但可用万用表大致估计放大能力。结型场效应管放大能力的估测方法如图10-4所 示。 图10-4 结型场效应管放大能力的估测方法 将万用表拨至“R×100”挡,红表笔接S极,黑表笔接D极,由于测量阻值时万用表内接 1.5V电池,这样相当于给场效应管的D、S极加上了一个正向电压;然后用手接触G极,将 人体的感应电压作为输入信号加到G极上。由于结型场效应管具有放大作用,所以表针会 tyw藏书 摆动(电流ID变化引起),表针摆动幅度越大(不论向左或向右摆动均正常),表明结型 场效应管的放大能力越大,若表针不动说明结型场效应管已经损坏。 3.好坏检测 结型场效应管的好坏检测包括检测D、S极之间的正、反向电阻,G、D极之间的正、 反向电阻和G、S极之间的正、反向电阻。这些检测共有6步,只有每步检测都通过才能确 定结型场效应管是正常的。 在检测 D、S 极之间的正、反向电阻时,将万用表置于“R×10”或“R×100”挡,测量 D、S极之间的正、反向电阻,正常阻值应均在几十欧至几千欧(不同型号有所不同)。 若超出这个阻值范围,则可能是D、S极之间短路、开路或性能不良。 在检测G、D极或G、S极之间的正、反向电阻时,将万用表置于“R×1k”挡,测量G、 D极或 G、S 极之间的正、反向电阻,正常时正向电阻小,反向电阻为∞或接近∞。若不符 合,则可能是G、D极或G、S极之间短路、开路或性能不良。 10.1.5 场效应管的型号命名方法 场效应管型号命名现行有以下两种方法。 第1种方法与三极管相同。第1位“3”表示电极数;第2位字母代表材料,“D”是P型硅N 沟道,“C”是 N型硅 P沟道;第3位字母“J”代表结型场效应管,“O”代表绝缘栅型场效应 管。例如3DJ6D是结型N沟道场效应管,3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应管。 第2种命名方法是CS××#,CS代表场效应管,××以数字代表型号的序号,#用字母代 表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。 10.2 绝缘栅型场效应管 绝缘栅型场效应管(MOSFET)简称MOS管,MOS管分为耗尽型和增强型,每种类 型又分为P沟道和N沟道。 tyw藏书 10.2.1 增强型MOS管 1.图形符号 增强型MOS管分为N沟道MOS管和P沟道MOS管,其图形符号如图10-5所示。 2.结构与工作原理 增强型MOS管有N沟道和P沟道之分,分别称为增强型NMOS管和增强型PMOS管,其 结构与工作原理基本相似,在实际中增强型NMOS管更为常用。下面以增强型NMOS管为 例来说明增强型MOS管的结构与工作原理。 (1)结构 增强型NMOS管的结构与等效图形符号如图10-6所示。 图10-5 MOS管的图形符号 图10-6 增强型NMOS管 增强型NMOS管以P型硅片作为基片(又称衬底),在基片上制作两个含很多杂质的 N型材料,再在上面制作一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层,在两个N型材料上引出两 个铝电极,分别称为漏极(D极)和源极(S极),在两极中间的SiO2绝缘层上制作一层 铝制导电层,从该导电层上引出的电极称为栅极(G极)。P型衬底与D极连接的N型半导 体会形成二极管结构(称之为寄生二极管)。由于P型衬底通常与S极连接在一起,所以 增强型NMOS管又可用图10-6(b)所示的等效图形符号表示。 (2)工作原理 tyw藏书 增强型NMOS管需要加合适的电压才能工作。加有电压的增强型NMOS管如图10-7所 示,图10-7(a)所示为结构图形式,图10-7(b)所示为电路图形式。 如图10-7(a)所示,电源E1通过R1接NMOS管的D、S极,电源E2通过开关S接NMOS 管的G、S极。在开关S断开时,NMOS管的G极无电压,D、S极所接的两个N区之间没有 导电沟道,所以两个N区之间不能导通,电流ID为0A;如果将开关S闭合,NMOS管的G极 获得正电压,与G极连接的铝电极有正电荷,它产生的电场穿过SiO2层,将P衬底的很多 电子吸引靠近SiO2层,从而在两个N区之间形成导电沟道,由于此时D、S极之间加有正向 电压,所以有电流ID从D极流入,再经导电沟道从S极流出。 图10-7 加有电压的增强型NMOS管 如果改变E2电压的大小,也即改变G、S极之间的电压UGS,与G极相通的铝层产生的 电场大小就会变化,SiO2层下面的电子数量就会变化,两个 N 区之间的沟道宽度就会变 化,流过的电流ID大小就会变化。电压UGS越高,沟道就会越宽,电流ID就会越大。 由此可见,改变G、S极之间的电压UGS,D、S极之间的内部沟道宽窄就会发生变 化,从D极流向S极的电流ID大小也就发生变化,并且电流ID变化较电压UGS变化大得多, 这就是场效应管的放大原理(即电压控制电流变化原理)。为了表示场效应管的放大能 力,引入一个参数—跨导gm, gm用下面的公式计算 gm反映了G、S极间电压UGS对D极电流ID的控制能力,是表述场效应管放大能力的一 个重要参数(相当于三极管的β),gm的单位是西门子(S),也可以用A/V表示。 增强型MOS管具有的特点是:在G、S极之间未加电压(即UGS=0V)时,D、S极之间 tyw藏书 没有沟道,ID=0A;当G、S极之间加上合适的电压(大于开启电压UT)时,D、S极之间 有沟道形成,电压UGS变化时,沟道宽窄会发生变化,电流ID也会变化。 对于增强型 NMOS 管,G、S 极之间应加正电压(即 UG>US,UGS=UG−US为正电 压),D、S极之间才会形成沟道;对于增强型PMOS管,G、S极之间需加负电压(即 UGUS,UGS=UG−US为正电压。 10.3 绝缘栅双极型晶体管 绝缘栅双极型晶体管是一种由MOS管和三极管组合成的复合器件,简称为IGBT或 tyw藏书 IGT,它综合了三极管和MOS管的优点,故有很好的特性,因此广泛应用在各种中小功率 的电力电子设备中。 10.3.1 实物外形、结构与图形符号 IGBT的实物外形、结构及等效图和图形符号如图10-12所示。从等效图可以看出, IGBT相当于一个PNP型三极管和增强型NMOS管以图10-12(c)所示的方式组合而成。 IGBT有3个极:集电极(C极)、栅极(G极)和发射极(E极)。 图10-12 IGBT 10.3.2 工作原理 图10-12中所示的IGBT是由PNP型三极管和N沟道MOS管组合而成的,这种IGBT称为 N-IGBT,用图 10-12(d)所示的图形符号表示;相应的还有P沟道IGBT,称为P-IGBT, 将图10-12(d)所示图形符号中的箭头改为由E极指向G极即为P-IGBT的图形符号。 由于电力电子设备中主要采用 N-IGBT,所以下面以图10-13所示电路为例来说明NIGBT的工作原理。 tyw藏书 图10-13 N-IGBT工作原理说明图 电源E2通过开关S为IGBT提供UGE电压,电源E1经R1为IGBT提供UCE电压。当开关S 闭合时,IGBT的G、E极之间获得电压UGE,只要电压UGE大于开启电压(2~6V), IGBT内部的NMOS管就有导电沟道形成,NMOS管的D、S极导通,为三极管电流Ib提供通 路,三极管导通,有电流IC从IGBT的C极流入,经三极管e极后分成I1和I2两路电流,电流 I1流经NMOS管的D、S极,电流I2从三极管的c极流出,电流I1、I2汇合成电流IE从IGBT的 E极流出,即IGBT处于导通状态。当开关S断开后,电压UGE为0V, NMOS管的导电沟道 夹断(消失),I1、I2都为0A,电流IC、IE也为0A,即IGBT处于截止状态。 调节电源E2可以改变UGE电压的大小,IGBT内部的NMOS管的导电沟道宽度会随之变 化,电流 I1大小会发生变化。由于电流 I1实际上是三极管的电流 Ib,I1微小的变化会引起 电流I2(I2为三极管的电流Ic)的急剧变化。例如当UGE增大时,NMOS管的导电沟道变 宽,电流I1增大,电流I2也增大,即IGBT的C极流入、E极流出的电流增大。 10.3.3 检测 IGBT的检测包括极性检测和好坏检测,检测方法与增强型NMOS管相似。 1.极性检测 正常的IGBT的G极与C、E极之间不能导通,正、反向电阻均为∞。在G极无电压时, IGBT的C、E极之间不能正向导通,但由于C、E极之间存在一个反向寄生二极管,所以 C、E极的正向电阻为∞,反向电阻较小。 在检测IGBT时,万用表选择R×1k挡,测量IGBT各脚之间的正、反向电阻,当出现一 次阻值小的情况时,红表笔接的引脚为C极,黑表笔接的引脚为E极,余下的引脚为G极。 2.好坏检测 IGBT的好坏检测可按下面的步骤进行。 第1步:用万用表的R×1k挡检测IGBT各引脚之间的正、反向电阻,正常只会出现一次 阻值小的情况。若出现两次或两次以上阻值小的情况,可确定 IGBT 一定损坏;若只出现 一次阻值小的情况,则不能确定IGBT一定正常,需要进行第2步测量。 第2步:用导线将IGBT的G、S极短接,释放G极上的电荷,再将万用表拨 tyw藏书 至“R×10k”挡,红表笔接IGBT的E极,黑表笔接C极,此时表针指示的阻值为∞或接近∞; 然后用导线瞬间将C、G极短接,让万用表内部的电池经黑表笔和导线给G极充电,让G极 获得电压,如果IGBT正常,内部会形成沟道,表针指示的阻值马上由大变小;再用导线 将G、E极短路,释放G极上的电荷来消除G极电压,如果IGBT正常,则内部沟道会消失, 表针指示的阻值马上由小变为∞。 进行以上两步检测时,如果有一次检测不正常,则为IGBT损坏或性能不良。 第11章 继电器与干簧管tyw藏书 11.1 继电器 11.1.1 实物外形与图形符号 继电器是一种利用电磁原理来控制触点通、断的器件。图11-1(a)所示是一些常见 继电器的实物外形,图11-1(b)所示为继电器的图形符号。 图11-1 继电器 11.1.2 结构与应用 1.结构 继电器是利用线圈通过电流产生磁场,来吸合衔铁而使触点断开或接通的。继电器内 部结构如图11-2所示。从图中可以看出,继电器主要由线圈、铁芯、衔铁、弹簧、动触 点、常闭触点(动断触点)、常开触点(动合触点)和一些接线端等组成。 当线圈接线端①、②脚未通电时,依靠弹簧的拉力将动触点与常闭触点接触,④、⑤ 脚接通。当线圈接线端①、②脚通电时,有电流流过线圈,线圈产生磁场吸合衔铁,衔铁 移动,将动触点与常开触点接触,③、④脚接通。 2.应用 继电器的典型应用电路如图11-3所示。 当开关S断开时,继电器线圈无电流流过,线圈没有磁场产生,继电器的常开触点断 开,常闭触点闭合,灯泡HL1不亮,灯泡HL2亮。 tyw藏书 图11-2 继电器的内部结构 图11-3 继电器的典型应用电路 当开关S闭合时,继电器的线圈有电流流过,线圈产生磁场吸合内部衔铁,使常开触 点闭合、常闭触点断开,结果灯泡HL1亮,灯泡HL2熄灭。 11.1.3 主要参数 继电器的主要参数有以下几个。 (1)额定工作电压 额定工作电压是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同,额 定工作电压可以是交流电压,也可以是直流电压。继电器线圈所加的工作电压一般不要超 过额定工作电压的1.5倍。 (2)吸合电流 吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时,通过线圈的电流 必须略大于吸合电流,这样继电器才能稳定地工作。 (3)直流电阻 直流电阻是指继电器中线圈的直流电阻。直流电阻的大小可以用万用表来测量。 (4)释放电流 释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器线圈的电流减小到释放电流 值时,继电器就会恢复到释放状态。释放电流远小于吸合电流。 tyw藏书 (5)触点电压和电流 触点电压和电流又称触点负荷,是指继电器触点允许承受的电压和电流。在使用时, 触点两端的电压和流过触点的电流不能超过此值,否则继电器的触点容易损坏。 11.1.4 检测 继电器的检测包括触点、线圈检测和吸合能力检测。 1.触点、线圈检测 继电器内部主要有触点和线圈,在判断继电器好坏时这两部分都需要检测。 在检测继电器触点时,万用表选择R×1挡,测量常闭触点的电阻,正常应为0Ω,如图 11-4(a) 所示;若常闭触点阻值大于0Ω或为∞,说明常闭触点已氧化或开路。再测量常开触点 间的电阻,正常应为∞,如图11-4(b)所示;若常开触点阻值为0Ω,说明常开触点短 路。 在检测继电器线圈时,万用表选择 R×10 或 R×100 挡,测量线圈两引脚之间的电阻, 正常阻值应为25Ω~2kΩ,如图11-4(c)所示。一般继电器线圈的额定电压越高,线圈的 电阻越大。若线圈电阻为∞,则线圈开路;若线圈电阻小于正常值或为0Ω,则线圈存在短 路故障。 tyw藏书 图11-4 触点、线圈检测 2.吸合能力检测 在检测继电器时,如果测量触点和线圈的电阻基本正常,还不能完全确定继电器就能 正常工作,还需要通电检测线圈控制触点的吸合能力。 在检测继电器吸合能力时,给继电器线圈端加额定工作电压,如图 11-5 所示,将万 用表置于“R×1”挡,测量常闭触点的阻值,正常应为∞(线圈通电后常闭触点应断开), 再测量常开触点的阻值,正常应为0Ω(线圈通电后常开触点应闭合)。 图11-5 继电器吸合能力检测 若测得常闭触点阻值为0Ω,常开触点阻值为∞,则可能是线圈因局部短路而导致产生 的吸合力不够,或者继电器内部触点切换部件损坏。 11.1.5 继电器的型号命名方法 国产继电器的型号命名由以下4个部分组成。 第1部分用字母表示继电器的主称类型。 第2部分用字母表示继电器的形状特征。 tyw藏书 第3部分用数字表示产品序号。 第4部分用字母表示防护特征。 国产继电器的型号命名及含义见表11-1。 表11-1 国产继电器的型号命名及含义 举例: 11.2 干簧管 11.2.1 实物外形与图形符号 tyw藏书 干簧管是一种利用磁场直接磁化触点而让触点产生接通或断开动作的器件。图116(a)所示是一些常见干簧管的实物外形,图11-6(b)所示为干簧管的图形符号。 图11-6 干簧管 图11-6中所示的干簧管内部只有常开或常闭触点,还有一些干簧管不但有触点,还有 线圈,这种干簧管称为干簧管继电器。图11-7(a)所示为一些常见的干簧管继电器,图 11-7(b)所示为干簧管继电器的图形符号。 图11-7 干簧管继电器 11.2.2 工作原理 1.干簧管的工作原理 干簧管的工作原理如图11-8所示。 当干簧管未加磁场时,内部两个簧片不带磁性,处于断开状态。若将磁铁靠近干簧 管,则其内部两个簧片被磁化而带上磁性,一个簧片磁性为 N,另一个簧片磁性为 S,两 个簧片磁性相异产生吸引,从而使两簧片的触点接触。 2.干簧管继电器的工作原理 干簧管继电器的工作原理如图11-9所示。 图11-8 干簧管的工作原理 tyw藏书 图11-9 干簧管继电器的工作原理 当干簧管继电器线圈未加电压时,内部两个簧片不带磁性,处于断开状态。若给干簧 管继电器的线圈加电压,则线圈产生磁场,线圈的磁场使内部两个簧片磁化而带上磁性, 一个簧片磁性为N,另一个簧片磁性为S,两个簧片磁性相异产生吸引,从而使两簧片的 触点接触。 11.2.3 应用 图11-10所示是一个光控开门控制电路,它可根据有无光线来启动电动机工作,让电 动机驱动大门打开。图中的光控开门控制电路主要是由干簧管继电器GHG、继电器K1和 安装在大门口的光敏电阻RG及电动机组成的。 图11-10 光控开门控制电路 在白天,将开关S断开,光控开门控制电路不工作。在晚上,将开关S闭合,在没有 光线照射大门时,光敏电阻RG阻值很大,流过干簧管继电器线圈的电流很小,干簧管继 电器不工作;有光线(如汽车灯)照射大门时,光敏电阻阻值变小,流过干簧管继电器线 圈的电流变大,线圈产生磁场将管内的两块簧片磁化,两块簧片吸引而使触点接触,有电 流流过继电器K1的线圈,线圈产生磁场吸合常开触点K1,K1闭合,有电流流过电动机, 电动机运转,通过传动机构将大门打开。 11.2.4 检测 1.干簧管的检测 tyw藏书 干簧管的检测包括常态检测和施加磁场检测。 常态检测是指在未施加磁场时对干簧管进行检测。在常态检测时,万用表选择R×1 挡,测量干簧管两引脚之间的电阻,如图11-11(a)所示,对于常开触点正常阻值应为 ∞,若阻值为0Ω,说明干簧管簧片触点短路。 在施加磁场检测时,万用表选择R×1挡,测量干簧管两引脚之间的电阻,同时用一块 磁铁靠近干簧管,如图11-11(b)所示,正常阻值应由∞变为0Ω,若阻值始终为∞,说明 干簧管触点无法闭合。 图11-11 干簧管的检测 2.干簧管继电器的检测 对于干簧管继电器,在常态检测时,除了要检测触点间的电阻外,还要检测线圈引脚 间的电阻,正常触点间的电阻应为∞,线圈引脚间的电阻应为十几欧至几十千欧。 干簧管继电器常态检测正常后,还需要给线圈通电进行检测。干簧管继电器通电检测 如图 11-12 所示,将万用表拨至“R×1”挡,测量干簧管继电器触点之间的电阻,然后给线 圈引脚通额定工作电压,正常触点间的阻值应由∞变为0Ω,若阻值始终为∞,说明干簧管 继电器触点无法闭合。 图11-12 干簧管继电器通电检测 第12章 显示器件 tyw藏书 显示器件可将电信号转换成能看见的字符图形。显示器件种类很多,本章主要介绍 LED数码管、LED点阵显示器、真空荧光显示器和液晶显示屏。 LED数码管将LED做成段状,通过让不同段发光来组合成各种数字;LED点阵显示器 是将LED做成点状,通过让不同点发光来组合成各种字符或图形;真空荧光显示器是将有 关电极做成各种形状并涂上荧光粉,通过让灯丝发射电子轰击不同电极上的荧光粉来显示 字符或图形;液晶显示屏是通过施加电压使特定区域的液晶变得透明或不透明来显示字符 图形。 12.1 LED数码管与LED点阵显示器 12.1.1 一位LED数码管 1.实物外形、结构与类型 tyw藏书 一位LED数码管的实物外形如图12-1所示,它将a、b、c、d、e、f、g、dp共8个LED 排成图示的“ .”字形,通过让a、b、c、d、e、f、g不同的段发光来显示数字0~9。 8个LED共有16个引脚,为了减少数码管的引脚数,在数码管内部将8个LED的正极或 负极引脚连接起来,接成一个公共端(COM 端),根据公共端是LED的正极还是负极, 可分为共阳极接法(正极相连)和共阴极接法(负极相连),如图12-2所示。 对于共阳极接法的数码管,需要给段极加低电平才能使其发光;而对于共阴极接法的 数码管,需要给段极加高电平才能使其发光。假设图 12-1是一个共阴极接法的数码管, 如果让它显示一个数字“5”,那么需要给a、c、d、f、g引脚加高电平(即这些引脚为 1),给b、e引脚加低电平(即这些引脚为0),这样a、c、d、f、g段的LED有电流通过而 发光,b、e段的LED不发光,数码管就会显示出数字“5”。 图12-1 一位LED数码管 图12-2 一位LED数码管内部LED的连接方式 2.应用 图12-3所示为数码管译码控制器的电路图。5161BS为共阳极七段数码管,74LS47为 tyw藏书 BCD-七段显示译码器芯片,能将A3~A0引脚输入的二进制数转换成七段码来驱动数码管 显示对应的十进制数,表12-1所示为74LS47的输入/输出关系表,表中的H表示高电平,L 表示低电平。S3~S0按钮分别为74LS47的A3~A0引脚提供输入信号,按钮未按下时,输 入为低电平(常用0表示),按下时输入为高电平(常用1表示)。 图12-3 一位数码管译码控制器的电路图 表12-1 74LS47输入/输出关系表 根据数码管译码控制器电路图和 74LS47 输入/输出关系表可知,当 S3~S0按钮均未 按下时,A3~A0引脚都为低电平,相当于A3A2A1A0=0000,74LS47对二进制数“0000”译 码后从a~g引脚输出七段码0000001,因为5161BS为共阳极数码管,g引脚为高电平,所 以数码管的g段LED不亮,其他段均亮,数码管显示的数字为“0”。当按下按钮S2时,A2引 脚为高电平,相当于A3A2A1A0=0100,74LS47对“0100”译码后从a~g引脚输出七段 码“1001100”,数码管显示的数字为“4”。 3.类型与引脚检测 检测LED数码管可使用万用表的R×10k挡。从图12-2所示的数码管内部LED的连接方 式可以看出:对于共阳极数码管,黑表笔接公共极、红表笔依次接其他各极时,会出现8 次阻值小的情况;对于共阴极数码管,红表笔接公共极、黑表笔依ty次w接藏其他书各极时,也会 出现8次阻值小的情况。 (1)类型与公共极的判别 在判别LED数码管的类型及公共极(com)时,将万用表拨至“R×10k”挡,测量任意 两引脚之间的正、反向电阻,当出现阻值小的情况时,如图12-4(a)所示,说明黑表笔 接的为LED的正极,红表笔接的为负极,然后黑表笔不动,红表笔依次接其他各引脚,若 出现阻值小的次数大于两次时,则黑表笔接的引脚为公共极,被测数码管为共阳极类型, 若出现阻值小的次数仅有一次,则该次测量时红表笔接的引脚为公共极,被测数码管为共 阴极。 图12-4 LED数码管的检测 (2)各段极的判别 在检测LED数码管各引脚对应的段时,万用表选择R×10k挡。对于共阳极数码管,黑 表笔接公共引脚,红表笔接其他某个引脚,这时会发现数码管某段有微弱的亮光,如a段 有亮光,表明红表笔接的引脚与a段LED负极连接;对于共阴极数码管,红表笔接公共引 脚,黑表笔接其他某个引脚,会发现数码管某段有微弱的亮光,则黑表笔接的引脚与该段 LED正极连接。 由于万用表的R×10k挡提供的电流很小,因此测量时有可能无法让一些数码管内部的 LED正常发光。虽然万用表使用R×1~R×1k挡时提供的电流大,但内部使用1.5V电池,无 法使LED导通发光,解决这个问题的方法是将万用表拨至“R×10”或“R×1”挡,给红表笔串 接一个1.5V的电池,电池的正极连接红表笔,负极连接被测数码管的引脚,如图124(b)所示,具体的检测方法与万用表选择R×10k挡时相同。 12.1.2 多位LED数码管 1.实物外形与类型 tyw藏书 图12-5所示是4位LED数码管,它有两排共12个引脚,其内部LED有共阳极和共阴极 两种连接方式,如图 12-6 所示, 、⑨、⑧、⑥脚分别为各位数码管的公共极, 、 ⑦、④、②、①、⑩、⑤、③脚同时接各位数码管的相应段,称为段极。 2.显示原理 多位LED数码管的显示既可采用直接控制各段发光的静态显示方式,也可采用动态驱 动方式,又称扫描显示方式。为了让大家理解扫描显示原理,这里以在图12-5所示的4位 LED数码管上显示“1278”为例来说明,假设其内部LED为图12-6(b)所示的连接方式。 图12-5 4位LED数码管 图12-6 4位LED数码管内部LED的连接方式 先给数码管的 脚加一个低电平(⑨、⑧、⑥脚为高电平),再给⑦、④脚加高电 平( 、②、①、⑩、⑤脚均为低电平),结果第1位的B、C段LED点亮,第1位显 示“1”,由于⑨、⑧、⑥脚均为高电平,故第2、3、4位中的所有LED均无法导通而不显 示;然后给⑨脚加一个低电平( 、⑧、⑥脚为高电平),给 、⑦、②、①、⑤脚加 tyw藏书 高电平(④、⑩脚为低电平),第2位的A、B、D、E、G段LED点亮,第2位显示“2”,同 样原理,在第3位和第4位分别显示数字“7”、“8”。 多位数码管的数字虽然是一位一位地显示出来的,但人眼具有视觉暂留特性(所谓视 觉暂留特性是指当人眼看见一个物体后,如果物体消失,人眼还会觉得物体仍在原位置, 这种感觉保留约0.04s的时间),所以当数码管显示到最后一位数字“8”时,人眼会感觉前 面3位数字还在显示,故看起来好像是一下子显示“1278”4位数。 3.应用 图12-7所示是一个4位LED数码管显示电路。ATmega8为8位AVR单片机,它除了从PC1 ~PC4引脚输出位扫描信号外,还分别从MOSI、SCK引脚输出串行数据和时钟信号。 74HC164为串入并出芯片,它在CLK引脚输入的时钟信号控制下,将A、B引脚输入的串 行数据转换成并行数据,即数据从A、B引脚一位一位输入74HC164,经转换后从Q0~Q7 端同时输出8位数据,送到4位LED数码管的A~G、DP端,数码管以扫描方式显示4位数。 图12-7 一个4位LED数码管显示电路 单片机输出的位扫描信号和串行显示数据由编写的程序来决定。 4.检测 检测多位LED数码管应使用万用表的R×10k挡。从图12-6所示的多位数码管内部LED 的连接方式可以看出:对于共阳极多位数码管,黑表笔接某一位极、红表笔依次接其他各 极时,会出现8 次阻值小的情况;对于共阴极多位数码管,红表笔接某一位极、黑表笔依 次接其他各极时,也会出现8次阻值小的情况。 (1)类型与某位的公共极的判别 tyw藏书 在检测多位 LED 数码管类型时,将万用表拨至“R×10k”挡,测量任意两引脚之间的 正、反向电阻,当出现阻值小的情况时,说明黑表笔接的为LED的正极,红表笔接的为负 极,然后黑表笔不动,红表笔依次接其他各引脚,若出现阻值小的次数等于8次,则黑表 笔接的引脚为某位的公共极,被测多位数码管为共阳极,若出现阻值小的次数等于数码管 的位数(4位数码管为4次),则黑表笔接的引脚为段极,被测多位数码管为共阴极,红表 笔接的引脚为某位的公共极。 (2)各段极的判别 在检测多位LED数码管各引脚对应的段时,万用表选择R×10k挡。对于共阳极数码 管,黑表笔接某位的公共极,红表笔接其他引脚,若发现数码管某段有微弱的亮光,如a 段有亮光,表明红表笔接的引脚与a段LED的负极连接;对于共阴极数码管,红表笔接某 位的公共极,黑表笔接其他引脚,若发现数码管某段有微弱的亮光,则黑表笔接的引脚与 该段LED的正极连接。 如果使用万用表的R×10k挡检测无法观察到数码管的亮光,可按图12-4(b)所示的方 法,将万用表拨至“R×10”或“R×1”挡,再给红表笔串接一个1.5V的电池,电池的正极连接 红表笔,负极连接被测数码管的引脚,具体的检测方法与万用表选择R×10k挡时相同。 12.1.3 LED点阵显示器 1.实物外形与结构 图12-8(a)所示为LED点阵显示器的实物外形,图12-8(b)所示为8×8 LED点阵显 示器内部结构,它是由8×8=64个LED组成的,每个LED相当于一个点,LED为单色LED可 构成单色点阵显示器,LED为双色LED或三基色LED则能构成彩色点阵显示器。 图12-8 LED点阵显示器 2.类型与工作原理 (1)类型 根据内部LED连接方式不同,LED点阵显示器可分为共阴型和t共y阳w型藏,书其结构如图 12-9所示。对单色LED点阵来说,若第1个引脚(引脚旁通常标有1)接LED的阴极,则该 点阵叫做共阴型点阵(又称行共阴列共阳点阵),反之则叫做共阳型点阵(又称行共阳列 共阴点阵)。 图12-9 单色LED点阵显示器的结构类型 (2)工作原理 如图12-10所示,下面以在5×5点阵中显示“△”图形为例来说明点阵显示器的工作原 理。 点阵显示器采用扫描显示方式,具体可分为3种方式:行扫描、列扫描和点扫描。 ① 行扫描方式。 在显示前让点阵所有行线为低电平(0)、所有列线为高电平(1),点阵中的LED均 截止,不发光。在显示时,首先让行①线为1,如图12-10(b)所示,列①~⑤线为 11111,第1行LED都不亮,然后让行②线为1,列①~⑤线为11011,第2行中的第3个LED 亮,再让行③线为1,列①~⑤线为10101,第3行中的第2、4个LED亮,接着让行④线为 1,列①~⑤线为00000,第4行中的所有LED都亮,最后让行⑤线为1,列①~⑤为 11111,第5行中的所有LED都不亮。第5行显示后,由于人眼的视觉暂留特性,会觉得前 面几行的LED还在亮,整个点阵显示一个“△”图形。 tyw藏书 图12-10 点阵显示原理说明 当点阵工作在行扫描方式时,为了让显示的图形有整体连续感,要求从第①行扫到最 后一行的时间不超过0.04s(人眼视觉暂留时间),即行扫描信号的周期不要超过0.04s, 频率不要低于25Hz,若行扫描信号的周期为0.04s,则每行的扫描时间为0.008s,即每列数 据持续时间为0.008s,列数据切换频率为125Hz。 ② 列扫描方式。 列扫描与行扫描的工作原理大致相同,不同之处在于列扫描是从列线输入扫描信号, 并且列扫描信号为低电平有效,从行线输入行数据。以图12-10(a)所示电路为例,在列 扫描时,首先让列①线为低电平(0),从行①~⑤线输入00010,然后让列②线为0,从 行①~⑤线输入00110。 ③ 点扫描方式。 点扫描方式的工作过程是:首先让行①线为高电平,让列①~⑤线逐线依次输出1、 1、1、1、1,然后让行②线为高电平,让列①~⑤线逐线依次输出1、1、0、1、1,再让 行③线为高电平,让列①~⑤线逐线依次输出1、0、1、0、1,接着让行④线为高电平, 让列①~⑤线逐线依次输出0、0、0、0、0,最后让行⑤线为高电平,让列①~⑤线逐线 依次输出 1、1、1、1、1,结果在点阵上显示出“△”图形。 从上述分析可知,点扫描是从前往后让点阵中的每个LED逐个显示,由于是逐点输送 数据,这样就要求列数据的切换频率很高。以5×5点阵为例,如果整个点阵的扫描周期为 0.04s,那么每个LED的显示时间为0.04s/25=0.001 6s,即1.6ms,列数据切换频率达 625Hz。对于128×128点阵,若采用点扫描方式显示,其数据切换频率更达 409 600Hz,每 个 LED 通电时间约为 2μs,这要求点阵驱动电路有很高的数据处理速度。另外,由于每 个LED通电时间很短,会造成整个点阵显示的图形偏暗,故像素很多的点阵很少采用点扫 描方式。 3.应用 tyw藏书 图12-11所示是一个单片机驱动的8×8点阵电路。U1为8×8共阳型LED点阵,其列引脚 旁的小圆圈表示低电平输入有效,不显示时这些引脚为高电平,需要点阵某列显示时可让 对应列引脚为低电平。U2为AT89S51型单片机,S、C1、R2构成单片机的复位电路,Y1、 C2、C3为单片机的振荡电路外接定时元件,R1为1kΩ的排阻,①脚与②~⑨脚之间分别接 有8个1kΩ的电阻。如果希望在点阵上显示字符或图形,可先在计算机中用编程软件编写 相应的程序,然后通过编程器将程序写入单片机AT89S51,再将单片机安装在图12-11所 示的电路中,它就能输出扫描信号和显示数据,驱动点阵显示相应的字符或图形。该点阵 的扫描方式由编写的程序确定,具体可参阅有关单片机方面的书籍。 图12-11 一个单片机驱动的8×8点阵电路 4.检测 (1)共阳、共阴类型的检测 对单色LED点阵来说,若第1个引脚接LED的阴极,则该点阵叫做共阴型点阵,反之 则叫做共阳型点阵。在检测时,将万用表拨至“R×10k”挡,红表笔接点阵的第1个引脚 (引脚旁通常标有1)不动,黑表笔接其他引脚,若出现阻值小的情况,表明红表笔接的 第1个引脚为LED的负极,该点阵为共阴型,若未出现阻值小的情况,则红表笔接的第1个 引脚为LED的正极,该点阵为共阳型。 tyw藏书 (2)点阵引脚与LED正、负极连接检测 从图12-9所示的点阵内部LED的连接方式来看,共阴、共阳型点阵没有根本的区别, 共阴型上下翻转过来就可变成共阳型,因此如果找不到第1个引脚,只要判断点阵哪些引 脚接LED正极,哪些引脚接LED负极,驱动电路是采用正极扫描或是负极扫描,在使用时 就不会出错。 点阵引脚与 LED 正、负极连接检测:将万用表拨至“R×10k”挡,测量点阵任意两脚之 间的电阻,当出现阻值小的情况时,黑表笔接的引脚为LED的正极,红表笔接的为LED的 负极,然后黑表笔不动,红表笔依次接其他各脚,所有出现阻值小的情况时红表笔接的引 脚都与LED负极连接,其余引脚都与LED正极连接。 (3)好坏判别 LED点阵由很多LED组成,只要检测这些LED是否正常,就能判断点阵是否正常。判 别时,将3~6V 直流电源与一只 100Ω电阻串联,如图 12-12 所示,再用导线将行①~⑤ 引脚短接,并将电源正极(串有电阻)与行某引脚连接,然后将电源负极接列①引脚,列 ①5个LED应全亮,若某个LED不亮,则该LED损坏,用同样方法将电源负极依次接列② ~⑤引脚,若点阵正常,则列②~⑤的每列 LED 会依次亮。 图12-12 LED点阵的好坏检测 12.2 真空荧光显示器 真空荧光显示器简称 VFD,是一种真空显示器件,常用在一些家用电器(如影碟 机、录像机和音响设备)、办公自动化设备、工业仪器仪表及汽车ty等w中藏,用书来显示机器的 状态和时间等信息。 12.2.1 实物外形 真空荧光显示器的实物外形如图12-13所示。 图12-13 真空荧光显示器 12.2.2 结构与工作原理 真空荧光显示器有一位荧光显示器和多位荧光显示器。 1.一位真空荧光显示器 图12-14为一位真空荧光显示器的结构示意图,它内部有灯丝、栅极(控制极)和a、 b、c、d、e、f、g 7个阳极,这7个阳极上都涂有荧光粉并排列成“ ”字样。灯丝的作用是 发射电子,栅极(金属网格状)处于灯丝和阳极之间,灯丝发射出来的电子能否到达阳极 受栅极的控制,阳极上涂有荧光粉,当电子轰击荧光粉时,阳极上的荧光粉发光。 tyw藏书 图12-14 一位真空荧光显示器的结构示意图 在真空荧光显示器工作时,要给灯丝提供 3V 左右的交流电压,灯丝发热后才能发射 电子,栅极加上较高的电压才能吸引电子,让它穿过栅极并往阳极方向运动。电子要轰击 某个阳极,该阳极必须有高电压。 当要显示“3”字样时,由驱动电路给真空荧光显示器的a、b、c、d、e、f、g 7个阳极 分别送1、1、1、1、0、0、1信号,即给a、b、c、d、g 5个阳极送高电压,另外给栅极也 加上高电压,于是灯丝发射的电子穿过网格状的栅极后轰击加有高电压的a、b、c、d、g 阳极,由于这些阳极上涂有荧光粉,在电子的轰击下,这些阳极发光,显示器显示“3”的 字样。 2.多位真空荧光显示器 一位真空荧光显示器能显示一位数字,若需要同时显示多位数字或字符,可使用多位 真空荧光显示器。图12-15(a)所示为4位真空荧光显示器的结构示意图。 图12-15 4位真空荧光显示器的结构及扫描信号 图 12-15 中的真空荧光显示器有 A、B、C、D 4 个位区,每个位区都有单独的栅极, 4 个位区的栅极引出脚分别为G1、G2、G3、G4;每个位区的灯丝在内部以并联的形式连 接起来,对外只引出两个引脚;A、B、C位区数字的相应各段的阳极都连接在一起,再与 外面的引脚相连,例如C位区的阳极段a与B、A位区的阳极段a都连接起来,再与显示器引 脚a连接;D位区两个阳极为图形和文字形状,消毒图形与文字为一个阳极,与引脚 f 连 接,干燥图形与文字为一个阳极,与引脚 g连接。 多位真空荧光显示器与多位LED数码管一样,都采用扫描显示t原yw理。藏下书面以在图12- 15所示的显示器上显示“127消毒”为例来进行说明。 首先给灯丝引脚F1、F2通电,再给G1引脚加一个高电平,此时G2、G3、G4均为低电 平,然后分别给b、c引脚加高电平,灯丝通电发热后发射电子,电子穿过G1栅极轰击A位 阳极b、c,使这两个电极的荧光粉发光,在A位显示“1”字样。这时虽然b、c引脚的电压也 会加到B、C位的阳极b、c上,但因为B、C位的栅极为低电平,B、C位的灯丝发射的电子 无法穿过B、C位的栅极轰击阳极,故B、C位无显示。接着给G2脚加高电平,此时G1、 G3、G4引脚均为低电平,再给阳极a、b、d、e、g加高电平,灯丝发射的电子轰击B位阳 极a、b、d、e、g,使这些阳极发光,在B位显示“2”字样。同样原理,在C位和D位分别显 示“7”、“消毒”字样,G1、G2、G3、G4极的电压变化关系如图12-15(b)所示。 显示器的数字虽然是一位一位地显示出来的,但由于人眼的视觉暂留特性,当显示器 显示最后的“消毒”字样时,人眼仍会感觉前面3位数字还在显示,故看起来好像是一下子 显示“127消毒”。 12.2.3 应用 图12-16所示为DVD机的操作显示电路,显示器采用真空荧光显示器(VFD),IC1为 微处理器芯片,内部含有显示器驱动电路,DVD机在工作时,IC1会输出有关的位栅极扫 描信号1G~12G和段阳极信号P1~P15,使VFD显示机器的工作状态和时间等信息。 tyw藏书 图12-16 DVD机的操作显示电路 12.2.4 检测 真空荧光显示器处于真空工作状态,如果发生显示器破裂漏气就会无法工作。在工作 时,真空荧光显示器的灯丝加有3V左右的交流电压,在暗处真空荧光显示器内部灯丝有 微弱的红光发出。 在检测真空荧光显示器时,可用万用表的R×1挡或R×10挡测量灯丝的阻值,正常阻值 很小,如果阻值∞,则为灯丝开路或引脚开路。在检测各栅极和阳极时,使用万用表的 R×1k挡,测量各栅极之间、各阳极之间、栅/阳极之间和栅/阳极与灯丝间的阻值,正常应 均为∞,若出现阻值为0Ω或较小的情况,则为所测极之间出现短路故障。 12.3 液晶显示屏 液晶显示屏简称LCD屏,其主要材料是液晶。液晶是一种有机材料,在特定的温度范 围内,既有液体的流动性又有某些光学特性,其透明度和颜色随电ty场w、藏磁场书、光及温度等 外界条件的变化而变化。液晶显示屏是一种被动式显示器件,液晶本身不会发光,它是通 过反射或透射外部光线来显示的,光线越强,其显示效果越好。液晶显示屏是利用液晶在 电场作用下光学性能变化的特性制成的。 液晶显示屏可分为笔段式显示屏和点阵式显示屏。 12.3.1 笔段式液晶显示屏 1.实物外形 笔段式液晶显示屏的实物外形如图12-17所示。 2.结构与工作原理 图12-18所示是一位笔段式液晶显示屏的结构。 图12-17 笔段式液晶显示屏 图12-18 一位笔段式液晶显示屏的结构 一位笔段式液晶显示屏是将液晶材料封装在两块玻璃板之间,在上玻璃板内表面涂 上“ ”字形的七段透明电极,在下玻璃板内表面整个涂上导电层作公共电极(或称背电 极)。 当给液晶显示屏上玻璃板的某段透明电极与下玻璃板的公共电极之间加上适当大小的 电压时,该段极与下玻璃板上的公共电极之间夹持的液晶会产生“散射效应”,夹持的液晶 不透明,就会显示出该段形状。例如给下玻璃板上的公共电极加一个低电压,而给上玻璃 板内表面的a、b段透明电极加高电压,a、b段极与下玻璃板上的公共电极存在电压差,它 们中间夹持的液晶特性改变,a、b段下面的液晶变得不透明,呈现ty出w“1”藏字样书。 如果在上玻璃板内表面涂上某种形状的透明电极,只要给该电极与下面的公共电极之 间加一定的电压,液晶显示屏就能显示该形状。笔段式液晶显示屏上玻璃板内表面可以涂 上各种形状的透明电极,如图12-17所示,有横、竖、点状和雪花状,由于这些形状的电 极是透明的,且液晶未加电压时也是透明的,故未加电时显示屏无任何显示,只要给这些 电极与公共极之间加电压,就可以将这些形状显示出来。 3.多位笔段式液晶显示屏的驱动方式 多位笔段式液晶显示屏有静态和动态(扫描)两种驱动方式。在采用静态驱动方式 时,整个显示屏使用一个公共背电极并接出一个引脚,而各段电极都需要独立接出引脚, 如图 12-19 所示,故静态驱动方式的显示屏引脚数量较多。在采用动态驱动(即扫描方 式)时,各位都要有独立的背极,各位相应的段电极在内部连接在一起再接出一个引脚, 动态驱动方式的显示屏引脚数量较少。 图12-19 静态驱动方式的多位笔段式液晶显示屏 动态驱动方式的多位笔段式液晶显示屏的工作原理与多位 LED 数码管、多位真空荧 光显示器一样,采用逐位快速显示的扫描方式,利用人眼的视觉暂留特性来产生屏幕整体 显示的效果。如果要将图12-19所示的静态驱动显示屏改成动态驱动显示屏,只需将整个 公共背极切分成5个独立的背极,并引出5个引脚,然后将5个位中相同的段极在内部连接 起来并接出1个引脚,共接出8个引脚,这样整个显示屏只需 13 个引脚。在工作时,先给 第1 位背极加电压,同时给各段极传送相应电压,显示屏第1位会显ty示w出藏需要书的数字,然 后给第2位背极加电压,同时给各段极传送相应电压,显示屏第2位会显示出需要的数字, 如此工作,直至第5位显示出需要的数字,然后重新从第1位开始显示。 4.检测 (1)公共极的判断 由液晶显示屏的工作原理可知,只有公共极与段极之间加有电压,段极形状才能显示 出来,段极与段极之间加电压无显示,根据该原理可检测出公共极。检测时,将万用表拨 至“R×10k”挡(也可使用数字万用表的二极管测量挡),红、黑表笔接显示屏任意两引 脚,当显示屏有某段显示时,一支表笔不动,另一支表笔接其他引脚,如果有其他段显 示,则不动的表笔所接为公共极。 (2)好坏检测 在检测静态驱动式笔段式液晶显示屏时,将万用表拨至“R×10k”挡,将一支表笔接显 示屏的公共极引脚,另一支表笔依次接各段极引脚,当接到某段极引脚时,万用表就通过 两表笔给公共极与段极之间加电压,如果该段正常,该段的形状将会显示出来。如果显示 屏正常,各段显示应清晰、无毛边;如果某段无显示或有断线,则该段极可能有开路或断 极;如果所有段均不显示,可能是公共极开路或显示屏损坏。在检测时,有时测某段时邻 近的段也会显示出来,这是正常的感应现象,可用导线将邻近段引脚与公共极引脚短路, 即可消除感应现象。 在检测动态驱动式笔段式液晶显示屏时,万用表仍拨至“R×10k”挡。动态驱动显示屏 有多个公共极,检测时先将一支表笔接某位公共极引脚,另一支表笔依次接各段引脚,正 常各段应正常显示,再将接位公共极引脚的表笔移至下一个位公共极引脚,用同样的方法 检测该位各段是否正常。 用上述方法不但可以检测液晶显示屏的好坏,还可以判断出各引脚连接的段极。 12.3.2 点阵式液晶显示屏 1.实物外形 笔段式液晶显示屏结构简单、价格低廉,但显示的内容简单且可变化性小;点阵式液 晶显示屏以点的形式显示,几乎可显示任何字符和图形内容。点阵式液晶显示屏的实物外 形如图12-20所示。 tyw藏书 图12-20 点阵式液晶显示屏 2.结构与工作原理 图12-21(a)所示为5×5点阵式液晶显示屏的结构示意图,它是在封装有液晶的下玻 璃板内表面涂有 5条行电极,在上玻璃板内表面涂有 5条透明列电极,从上往下看,行电 极与列电极有 25个交点,每个交点相当于一个点(又称像素)。 图12-21 点阵式液晶显示屏显示原理说明 点阵式液晶显示屏与点阵式LED显示屏一样,也采用扫描方式,也可分为3种方式: 行扫描、列扫描和点扫描。下面以显示“△”图形为例来说明最为常用的行扫描方式。 在显示前,让点阵所有行、列线电压相同,这样下行线与上列线之间不存在电压差, 中间的液晶处于透明状态。在显示时,首先让行①线为1(高电平),如图12-21(b)所 示,列①~⑤线为11011,第①行电极与第③列电极之间存在电压差,其夹持的液晶不透 明;然后让行②线为 1,列①~⑤线为10101,第②行与第②、④列夹持的液晶不透明; 再让行③线为1,列①~⑤线为00000,第③行与第①~⑤列夹持的液晶都不透明;接着让 行④线为1,列①~⑤线为11111,第④行与第①~⑤列夹持的液晶全透明,最后让行⑤线 为1,列①~⑤为11111,第⑤行与第①~⑤列夹持的液晶全透明。第⑤行显示后,由于人 眼的视觉暂留特性,会觉得前面几行内容还在亮,整个点阵显示一个“△”图形。 点阵式液晶显示屏有反射型和透射型之分,如图 12-22 所示。反射型液晶显示屏依靠 液晶不透明来反射光线显示图形,如电子表显示屏、数字万用表的显示屏等都是利用液晶 不透明(通常为黑色)来显示数字;透射型液晶显示屏依靠光线透过透明的液晶来显示图 像,如手机显示屏、液晶电视显示屏等都是采用透射方式显示图像。 tyw藏书 图12-22 点阵式液晶显示屏的类型 图12-22(a)所示的点阵为反射型液晶显示屏,如果将它改成透射型液晶显示屏, 行、列电极均需为透明电极,另外还要用光源(背光源)从下往上照射液晶显示屏,显示 屏的 25 个液晶点像25个小门。液晶点透明相当于门打开,光线可透过小门从上玻璃板射 出,该点看起来为白色(背光源为白色);液晶点不透明相当于门关闭,该点看起来为黑 色。 第13章 贴片元器件与集成电tyw路藏书 13.1 贴片元器件 13.1.1 贴片电阻器 1.实物外形 贴片电阻器有矩形式和圆柱式。矩形式贴片电阻器的功率一般在0.031 5~0.125W, 工作电压在7.5~200V;圆柱式贴片电阻器的功率一般在 0.125~0.25W,工作 电压在75~100V。常见贴片电阻器如图13-1所示。 图13-1 贴片电阻器 2.阻值标注方法 贴片电阻器阻值的表示有色环标注法,也有数字标注法。色环标注的贴片电阻器,其 阻值识读方法同普通的电阻器。数字标注的贴片电阻器有3位和4位之分。对于3位数字标 注的贴片电阻器,前两位表示有效数字,第3位表示0的个数;对于4位数字标注的贴片电 阻器,前3位表示有效数字,第4位表示0的个数。 贴片电阻器的常见标注形式如图13-2所示。 在生产电子产品时,贴片元器件一般采用贴片机安装,为了便于机器高效安装,贴片 元器件通常装载在连续条带的凹坑内,凹坑由塑料带盖住并卷成盘状,图13-3所示就是一 盘贴片元件(为几千个)。卷成盘状的贴片电阻器通常会在盘体标签上标明元件型号和有 关参数。 图13-2 贴片电阻器的常见标注形式 tyw藏书 图13-3 盘状包装的贴片电阻器 贴片电阻器各项标注的含义见表13-1。 表13-1 贴片电阻器各项标注的含义 3.贴片电位器 贴片电位器是一种阻值可以调节的元件,体积小巧不带手柄,贴片电位器的功率一般 在 0.1~0.25W,其阻值标注方法与贴片电阻器相同。常见的贴片电位器如图13-4所示。 图13-4 常见的贴片电位器 13.1.2 贴片电容器 1.实物外形 贴片电容器可分为无极性电容器和有极性电容器(电解电容器)。图 13-5 所示是一 些常见的贴片电容器。 tyw藏书 图13-5 贴片电容器 2.容量标注方法 贴片电容器的体积较小,故很多电容器不标注容量,对于这类电容器,可用电容表测 量容量或者通过查看包装上的标签来识别容量。也有些贴片电容器对容量进行标注,贴片 电容器常见的标注方法有数字标注法、字母与数字标注法、颜色与字母标注法。 (1)数字标注法 数字标注法的贴片电容器的容量识别方法与贴片电阻器相同,无极性贴片电容器的单 位为pF,有极性贴片电容器的单位为μF。 (2)字母与数字标注法 字母与数字标注法采用英文字母与数字组合的方式来表示容量大小。这种标注法中的 第1位用字母表示容量的有效数字,第2位用数字表示有效数字后面0的个数。字母与数字 标注法的字母和数字含义见表13-2。 表13-2 字母与数字标注法的字母和数字的含义 图13-6所示的几个贴片电容器就采用了字母与数字混合标注法,标注“B2”表示容量为 110pF,标注“S3”表示容量为4 700pF。 图13-6 采用字母与数字混合标注的贴片电容器 (3)颜色与字母标注法 颜色与字母标注法采用颜色和一位字母来标注容量大小,采用这种方法标注的容量单 位为pF。例如蓝色与J,表示容量为220pF;红色与S,表示容量为9pF。颜色与字母标注 法的颜色与字母组合代表的含义见表13-3。 tyw藏书 表13-3 颜色与字母标注法的颜色与字母组合代表的含义 13.1.3 贴片电感器 1.实物外形 贴片电感器的功能与普通电感器相同,图13-7所示是一些常见的贴片电感器。 图13-7 贴片电感器 2.电感量的标注方法 贴片电感器的电感量一般会标注出来,其标注方法与贴片电阻器基本相同,单位为 μH。常见贴片电感器的标注形式如图13-8所示。 图13-8 常见贴片电感器的标注形式 13.1.4 贴片二极管 1.实物外形 贴片二极管有矩形和圆柱形之分。矩形贴片二极管一般为黑色,使用更为广泛。图 13-9所示是一些常见的贴片二极管。 图13-9 贴片二极管 tyw藏书 2.结构 贴片二极管有单管和对管之分,单管式贴片二极管内部只有一个二极管,而对管式贴 片二极管内部有两个二极管。 单管式贴片二极管一般有两个极,标有白色横条的为负极,另一端为正极。也有些单 管式贴片二极管有3个极,其中一个极为空,其内部结构如图13-10所示。 图13-10 贴片二极管的内部结构 对管式贴片二极管根据内部两个二极管的连接方式不同,可分为共阳极对管(两个二 极管正极共用)、共阴极对管(两个二极管负极共用)和串联对管,如图13-11所示。 图13-11 对管式贴片二极管的内部结构 13.1.5 贴片三极管 1.实物外形 图13-12所示是一些常见的贴片三极管的实物外形。 2.结构 图13-12 贴片三极管 贴片三极管有 c、b、e 3 个极。对于图 13-13(a)所示单列贴片三极管,正面朝上, 粘贴面朝下,从左到右依次为b、c、e极。对于图13-13(b)所示双列贴片三极管,正面 朝上,粘贴面朝下,单极为c极,双极左为b极,右为e极。 与普通三极管一样,贴片三极管也有NPN型和PNP型之分,这t两y种w类藏型书的贴片三极管 的内部结构如图13-14所示。 图13-13 贴片三极管引脚排列规律 图13-14 贴片三极管的内部结构 13.2 集成电路 13.2.1 简介 tyw藏书 将许多电阻、二极管和三极管等元器件以电路的形式制作在半导体硅片上,然后接出 引脚并封装起来,就构成了集成电路(IC)。集成电路简称为集成块,又称芯片。图1315(a)所示的LM380就是一种常见的音频放大集成电路,其内部电路如图13-15(b)所 示。 由于集成电路内部结构复杂,对于大多数人来说,可不用了解其内部电路的具体结 构,只需知道集成电路的用途和各引脚的功能。 图13-15 LM380集成电路 图13-15 LM380集成电路(续) 单个集成电路是无法工作的,需要加接相应的外围元器件并提供电源它才能工作。图 13-16 中所示的集成电路LM380有电源并加接了外围元器件,它可以对⑥脚输入的音频信 号进行放大,然后从⑧脚输出放大的音频信号,再送入扬声器使之发声。 tyw藏书 图13-16 LM380构成的实用电路 13.2.2 特点 有的集成电路内部只有十几个元器件,而有些集成电路内部则有成千上万个元器件 (如计算机中的 CPU)。集成电路内部电路很复杂,对于大多数电子技术人员可不用理 会内部电路原理,除非是从事电路设计工作的人员。集成电路一般有以下特点。 ① 集成电路中多用晶体管,少用电感、电容和电阻,特别是大容量的电容器,因为 制作这些元器件需要占用大面积的硅片,导致成本提高。 ② 集成电路内的各个电路之间多采用直接连接(即用导线直接将两个电路连接起 来),少用电容连接,这样既可以减少集成电路的面积,又能使它适用于各种频率的电 路。 ③ 集成电路内多采用对称电路(如差动电路),这样可以纠正制造工艺上的偏差。 ④ 集成电路一旦生产出来,内部的电路无法更改,不像分立元器件电路可以随时改 动,所以当集成电路内的某个元器件损坏时只能更换整个集成电路。 ⑤ 集成电路一般不能单独使用,需要与分立元器件组合才能构成实用的电路。对于 集成电路,大多数电子技术人员只要知道它内部具有什么样功能的电路,即了解内部结构 方框图和各引脚的功能就行了。 13.2.3 种类 集成电路的种类很多,其分类方式也很多,这里介绍几种主要分类方式。 1.按集成电路所体现的功能来分 可分为模拟集成电路、数字集成电路、接口电路和特殊电路4类。 2.按有源器件类型分 可分为双极型、单极型及双极-单极混合型3种。 双极型集成电路内部主要采用二极管和三极管。它又可以分为 DTL(二极管-三极管 逻辑)、TTL(三极管-三极管逻辑)、ECL(发射极耦合逻辑、电流型逻辑)、HTL(高 抗干扰逻辑)和I2L (集成注入逻辑)电路。双极型集成电路开关速度快,频率高,信号 传输延迟时间短,但制造工艺较复杂。 tyw藏书 单极型集成电路内部主要采用MOS管。它又可分为PMOS、NMOS和CMOS电路。单 极型集成电路输入阻抗高、功耗小、工艺简单、集成密度高,易于大规模集成。 双极-单极混合型集成电路内部采用MOS和双极兼容工艺制成,因而兼有两者的优 点。 3.按集成电路的集成度来分 可分为小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI) 和超大规模集成电路(VLSI)。 对于数字集成电路来说,小规模集成电路是指集成度为1~12门/片或10~100个元器 件/片的集成电路,它主要是逻辑单元电路,如各种逻辑门电路、集成触发器等。 中规模集成电路是指集成度为13~99门/片或100~1 000个元器件/片的集成电路,它 是逻辑功能部件,如编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、计数器、寄存器、算术 逻辑运算部件、A/D和D/A转换器等。 大规模集成电路是指集成度为 100~1 000 门/片或 1 000~100 000 个元器件/片的集成 电路,它是数字逻辑系统,如微型计算机使用的CPU、存储器(ROM、RAM)和各种接 口电路(PIO、CTC)等。 超大规模集成电路是指集成度大于1 000 门/片或105个元器件/片的集成电路,它是高 集成度的数字逻辑系统,如各种型号的单片机,就是在一处硅片上集成了一个完整的微型 计算机。 对于模拟集成电路来说,由于工艺要求高,电路又复杂,故通常将集成50个以下元器 件的集成电路称为小规模集成电路,集成50~100个元器件的集成电路称为中规模集成电 路,集成100个以上元器件的集成电路称为大规模集成电路。 13.2.4 封装形式 封装是指把硅片上的电路引脚用导线接引到外部引脚处,以便与其他元器件连接的方 式。封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。集成电路常见的封装形式见表134。 表13-4 集成电路常见的封装形式 tyw藏书 13.2.5 引脚识别 集成电路的引脚很多,少则几个,多则几百个,各个引脚的功能不一样,所以在使用 时一定要对号入座,否则会造成集成电路不工作甚至烧坏。因此一定要知道集成电路引脚 的识别方法。 不管什么集成电路,它们都有一个标记指出①脚,常见的标记有小圆点、小凸起、缺 tyw藏书 口、缺角,找到该脚后,逆时针依次为②、③、④等脚,如图13-17(a)所示。对于单列 或双列引脚的集成电路,若表面标有文字,可让文字正对着读者,文字左下角为①脚,然 后逆时针依次为②、③、④等脚,如图13-17(b)所示。 图13-17 集成电路引脚识别 13.2.6 好坏检测 集成电路型号很多,内部电路千变万化,故检测集成电路好坏较为复杂。下面介绍一 些常用的集成电路好坏检测方法。 1.开路测量电阻法 开路测量电阻法是指在集成电路未与其他电路连接时,通过测量集成电路各引脚与接 地引脚之间的电阻来判别好坏的方法。 集成电路都有一个接地引脚(GND),其他各引脚与接地引脚之间都有一定的电 阻,由于同型号的集成电路内部电路相同,因此同型号的正常集成电路的各引脚与接地引 脚之间的电阻均是相同的。根据这一点,可使用开路测量电阻的方法来判别集成电路的好 坏。 在检测时,将万用表拨至“R×100”挡,红表笔固定接被测集成电路的接地引脚,黑表 笔依次接其他各引脚,如图 13-18 所示,测出并记下各引脚与接地引脚之间的电阻,然后 用同样的方法测出同型号的正常集成电路的各引脚的对地电阻,再将两个集成电路各引脚 的对地电阻一一对照,如果两者完全相同,则被测集成电路正常,如果有引脚电阻差距很 大,则被测集成电路损坏。在测量各引脚电阻时最好用同一挡位,如果因某引脚电阻过大 或过小难以观察而需要更换挡位时,测量正常集成电路的该引脚电阻时也要换到相应挡 位。这是因为集成电路内部大部分是半导体元器件,不同的欧姆挡ty提w供藏的电书流不同,对于 同一引脚,使用不同欧姆挡测量时内部元器件导通程度有所不同,故不同的欧姆挡测同一 引脚得到的阻值可能有一定的差距。 图13-18 开路测量电阻示意图 采用开路测电阻法判别集成电路的好坏比较准确,并且对大多数集成电路都适用,其 缺点是检测时需要找一个同型号的正常集成电路作为对照,解决这个问题的方法是平时多 测量一些常用集成电路的开路电阻数据,以便以后检测同型号集成电路时作为参考,另外 也可查阅一些资料来获得这方面的数据。图13-19所示是一种常用的内部有4个运算放大器 的集成电路LM324,表13-5中列出了其开路电阻数据,测量时使用数字万用表的200kΩ 挡。表中有两组数据,一组为红表笔接 脚(接地脚)、黑表笔接其他各脚测得的数 据,另一组为黑表笔接 脚、红表笔接其他各脚测得的数据。在检测LM324的好坏时,也 应使用数字万用表的200kΩ挡,再将实测的各脚数据与表中数据进行对照来判别所测集成 电路的好坏。 图13-19 集成电路LM324 表13-5 LM324各引脚对地的开路电阻数据 tyw藏书 2.在路检测法 在路检测法是指在集成电路与其他电路连接时检测集成电路的方法。 (1)在路直流电压测量法 在路直流电压测量法是在通电的情况下,用万用表直流电压挡测量集成电路各引脚对 地电压,再与参考电压进行比较来判断故障的方法。 在路直流电压测量法使用要点如下。 ① 为了减小测量时万用表内阻的影响,尽量使用内阻高的万用表。例如MF47型万用 表直流电压挡的内阻为20kΩ/V,当选择10V挡测量时,万用表的内阻为200kΩ。在测量 时,万用表内阻会对被测电压有一定的分流,从而使被测电压较实际电压略低,内阻越 大,对被测电路的电压影响越小。MF50型万用表直流电压挡的内阻较小,为10kΩ/V,使 用它测量时对电路电压影响较MF47型万用表大。 ② 在检测时,首先测量电源脚电压是否正常,如果电源脚电压不正常,可检查供电 电路,如果供电电路正常,则可能是集成电路内部损坏,或者是集成电路某些引脚外围元 器件损坏,进而通过内部电路使电源脚电压不正常。 ③ 在确定集成电路的电源脚电压正常后,才可进一步测量其他引脚电压是否正常。 如果个别引脚电压不正常,先检测该脚外围元器件,若外围元器件正常,则为集成电路损 坏,如果多个引脚电压不正常,可通过集成电路内部大致结构和外围电路工作原理,分析 这些引脚电压的异常是否因某个或某些引脚电压变化引起,着重检查这些引脚的外围元器 件,若外围元器件正常,则为集成电路损坏。 ④ 有些集成电路在有信号输入(动态)和无信号输入(静态)时某些引脚电压可能 不同,在将实测电压与该集成电路的参考电压对照时,要注意其测量条件,实测电压也应 在该条件下测得。例如彩色电视机图纸上标注出来的参考电压通常是在接收彩条信号时测 得的,实测时也应尽量让电视机接收彩条信号。 ⑤ 有些电子产品有多种工作方式,在不同的工作方式下和工作方式切换过程中,有 关集成电路的某些引脚电压会发生变化,对于这种集成电路,需要了解电路工作原理才能 作出准确的测量与判断。例如DVD机在光盘出、光盘入、光盘搜索和读盘时,有关集成 电路的某些引脚电压会发生变化。 集成电路各引脚的直流电压参考值可以通过参看有关图纸或查阅有关资料来获得。表 13-6列出了彩色电视机常用的场扫描输出集成电路LA7837的各引脚功能、直流电压和在 路电阻参考值。 表13-6 LA7837的各引脚功能、直流电压和在路电阻参考值 tyw藏书 注:表中数据在康佳T5429D彩色电视机上测得。R 正表示红表笔测量、黑表笔接 地,R 反表示黑表笔测量、红表笔接地。 (2)在路电阻测量法 在路电阻测量法是在切断电源的情况下,用万用表欧姆挡测量集成电路各引脚及外围 元器件的正、反向电阻值,再与参考数据相比较来判断故障的方法。 在路电阻测量法使用要点如下。 ① 测量前一定要断开被测电路的电源,以免损坏元器件和仪表,并避免测得的电阻 值不准确。 ② 万用表 R×10k 挡内部使用 9V 电池,有些集成电路工作电压较低(如 3.3V、 5V),为了防止高电压损坏被测集成电路,测量时万用表最好选择R×100挡或R×1k挡。 ③ 在测量集成电路各引脚电阻时,一支表笔接地,另一支表笔接集成电路各引脚, 如图13-20所示。测得的阻值是该脚外围元器件(R1、C)与集成电路内部电路及有关外 围元器件的并联值,如果发现个别引脚电阻值与参考电阻值差距较大,先检测该引脚外围 元器件,如果外围元器件正常,通常为集成电路内部损坏,如果多数引脚电阻不正常,集 成电路损坏的可能性很大,但也不能完全排除这些引脚外围元器件损坏。 tyw藏书 图13-20 测量集成电路的在路电阻 集成电路各引脚的电阻参考值可以通过参看有关图纸或查阅有关资料来获得。彩色电 视机常用的场扫描输出集成电路LA7837各引脚的在路电阻参考值见表13-6。 (3)在路总电流测量法 在路总电流测量法是指通过测量集成电路的总电流来判断故障的方法。 集成电路内部元器件大多采用直接连接方式组成电路,当某个元器件被击穿或开路 时,通常对后级电路有一定的影响,从而使得整个集成电路的总工作电流减小或增大,测 得集成电路的总电流后再与参考电流比较,过大、过小均说明集成电路或外围元器件存在 故障。电子产品的图纸和有关资料一般不提供集成电路总电流参考数据,该数据可在正常 电子产品的电路中实测获得。 在路测量集成电路的总电流如图 13-21 所示。在测量时,既可以断开集成电路的电源 引脚直接测量电流;也可以测量电源引脚的供电电阻两端的电压,然后利用I=U/R来计算 出电流值。 图13-21 在路测量集成电路的总电流 3.排除法和代换法 不管是开路测量电阻法,还是在路检测法,检测集成电路的好坏都需要知道相应的参 考数据。如果无法获得参考数据,可使用排除法和代换法。 (1)排除法 在使用集成电路时,需要给它外接一些元器件,如果集成电路不工作,可能是集成电 路本身损坏,也可能是外围元器件损坏。排除法是指先检查集成电路各引脚外围元器件, 当外围元器件均正常时,外围元器件损坏导致集成电路工作不正常的原因可以排除,故障 应为集成电路本身损坏。 排除法使用要点如下。 tyw藏书 ① 在检测时,最好在测得集成电路供电正常后再使用排除法。如果电源脚电压不正 常,应先检查修复供电电路。 ② 有些集成电路只需本身和外围元器件正常就能正常工作,也有些集成电路(数字 集成电路较多)还要求其他电路送有关控制信号(或反馈信号)才能正常工作,对于这样 的集成电路,除了要检查外围元器件是否正常外,还要检查集成电路是否接收到相关的控 制信号。 ③ 对外围元器件集成电路,使用排除法更为快捷。对外围元器件很多的集成电路, 通常先检查一些重要引脚的外围元器件和易损坏的元器件。 (2)代换法 代换法是指当怀疑集成电路损坏时,直接用同型号正常的集成电路代换,如果故障消 失,则为原集成电路损坏,如果故障依旧,则可能是集成电路外围元器件损坏、更换的集 成电路不良,也可能是外围元器件故障未排除导致更换的集成电路又被损坏,还有些集成 电路可能是未接收到其他电路送来的控制信号。 代换法使用要点如下。 ① 由于在未排除外围元器件故障时直接更换集成电路,可能会使集成电路再次损 坏,因此,对于工作在高电压、大电流下的集成电路,最好在检查外围元器件正常后再更 换集成电路;对于工作在低电压下的集成电路,也尽量在确定一些关键引脚的外围元器件 正常后再更换集成电路。 ② 有些数字集成电路内部含有程序,如果程序发生错误,即使集成电路外围元器件 和有关控制信号都正常,集成电路也不能正常工作,对于这种情况,可使用一些设备重新 给集成电路写入程序或更换已写入程序的集成电路。 13.2.7 直插式集成电路的拆卸 在检修电路时,经常需要从印制电路板上拆卸集成电路。集成电路引脚多,拆卸起来 比较困难,拆卸不当可能会损坏集成电路及电路板。下面介绍几种常用的拆卸集成电路的 方法。 1.用注射器针头拆卸 在拆卸集成电路时,可借助如图 13-22 所示的不锈钢空心套管或注射器针头(电子市 场有售)来拆卸。拆卸方法如图 13-23 所示,用烙铁头接触集成电路的某一引脚焊点,当 该引脚焊点的焊锡熔化后,将大小合适的注射器针头套在该引脚上并旋转,让集成电路的 引脚与印制电路板焊锡铜箔脱离,然后将烙铁头移开,稍后拔出注射器针头,这样集成电 路的一个引脚就与印制电路板铜箔脱离开来,再用同样的方法将集成电路其他引脚与电路 板铜箔脱离,最后就能将该集成电路从电路板上拔下来。 tyw藏书 图13-22 不锈钢空心套管和注射器针头 图13-23 用不锈钢空心套管拆卸多引脚集成电路 2.用吸锡器拆卸 吸锡器是一种利用手动或电动方式产生吸力,将焊锡吸离电路板铜箔的工具。吸锡器 的实物外形如图13-24所示,图中下方的吸锡器具有加热功能,又称吸锡电烙铁。 利用吸锡器拆卸集成电路的操作如图13-25所示。 ① 将吸锡器活塞向下压至卡住。 ② 用电烙铁加热焊点至焊料熔化。 ③ 移开电烙铁,同时迅速把吸锡器吸嘴贴上焊点,并按下吸锡器按钮,让活塞弹起 产生的吸力将焊锡吸入吸锡器。 ④ 如果一次吸不干净,可重复操作多次。 当所有引脚的焊锡被吸走后,就可以从电路板上取下集成电路了。 图13-24 吸锡器 图13-25 用吸锡器拆卸集成电路 3.用毛刷配合电烙铁拆卸 这种拆卸方法比较简单,拆卸时只需一把电烙铁和一把小毛刷即可。在使用该方法拆 卸集成电路时,先用电烙铁加热集成电路引脚处的焊锡,待引脚上的焊锡熔化后,马上用 毛刷将熔化的焊锡扫掉,再用这种方法清除其他引脚的焊锡,当所ty有w引藏脚处书的焊锡被清除 后,用镊子或小型一字螺丝刀撬下集成电路。 4.用多股铜芯导线吸锡拆卸 在使用这种方法拆卸时,需要用到多股铜芯导线,如图13-26所示。 用多股铜芯导线吸锡拆卸集成电路的操作过程如下。 ① 去除多股铜芯导线的塑胶外皮,将导线放在松香中用电烙铁加热,使导线沾上松 香。 ② 将多股铜芯丝放到集成电路引脚上,用电烙铁加热,这样引脚上的焊锡就会被沾 有松香的铜丝吸附,吸上焊锡的部分可剪去,重复操作几次就可将集成电路引脚上的焊锡 全部吸走,然后用镊子或小型一字螺丝刀轻轻将集成电路撬下。 5.增加引脚焊锡熔化拆卸 这种拆卸方法无需借助其他工具和材料,特别适合拆卸单列或双列且引脚数量不是很 多的集成电路。 用增加引脚焊锡熔化的方法拆卸集成电路的操作过程如下。 在拆卸时,先给集成电路一列引脚上增加一些焊锡,让焊锡将该列引脚上所有的焊点 连接起来,然后用电烙铁加热该列的中间引脚,并往两端移动,利用焊锡的热传导性将该 列所有引脚上的焊锡熔化,再用镊子或小型一字螺丝刀偏向该列位置轻轻将集成电路往上 撬一点,再用同样的方法对另一列引脚加热、撬动,对两列引脚轮换加热,直到拆下为 止。一般情况下,每列引脚加热两次即可拆下。 6.用热风拆焊台或热风枪拆卸 热风拆焊台和热风枪实物外形如图 13-27 所示。其喷头可以喷出温度达几百摄氏度的 热风,利用热风将集成电路各引脚上的焊锡熔化,然后就可拆下集成电路。 图13-26 多股铜芯导线 tyw藏书 图13-27 热风拆焊台和热风枪 在拆卸时要注意,用单喷头拆卸时,应让喷头和所拆的集成电路保持垂直,并沿集成 电路周围引脚移动喷头,对各引脚焊锡均匀加热,喷头不要触及集成电路及周围的外围元 器件,吹焊的位置要准确,尽量不要吹到集成电路周围的元器件。 13.2.8 贴片集成电路的拆卸与焊接 1.拆卸 贴片集成电路的引脚多且排列紧密,有的还四面都有引脚,在拆卸时若方法不当,轻 则无法拆下,重则损坏集成电路引脚和电路板上的铜箔。贴片集成电路的拆卸通常使用热 风拆焊台或热风枪。 贴片集成电路的拆卸操作过程如下。 ① 在拆卸前,仔细观察待拆集成电路在电路板上的位置和方位,并做好标记,以便 焊接时按对应标记安装集成电路,避免安装出错。 ② 用小刷子将贴片集成电路周围的杂质清理干净,再给贴片集成电路的引脚上涂少 许松香粉末或松香水。 ③ 调好热风枪的温度和风速。温度开关一般调至3~5挡,风速开关调至2~3挡。 ④ 用单喷头拆卸时,应注意使喷头和所拆集成电路保持垂直,并沿集成电路周围引 脚移动,对各引脚均匀加热,喷头不可触及集成电路及周围的外围元器件,吹焊的位置要 准确,且不可吹到集成电路周围的元器件。 ⑤ 待集成电路的各引脚的焊锡全部熔化后,用镊子将集成电路掀起或夹走,且不可 用力,否则极易损坏与集成电路连接的铜箔。 对于没有热风拆焊台或热风枪的维修人员,可采用以下方法拆卸贴片集成电路。 先给集成电路某列引脚涂上松香,并用焊锡将该列引脚全部连接起来,然后用电烙铁 对焊锡加热,待该列引脚上的焊锡熔化后,用薄刀片(如刮胡刀片)从电路板和引脚之间 推进去,移开电烙铁等待几秒钟后拿出刀片,这样集成电路该列引脚就和电路板脱离了, 再用同样的方法将集成电路的其他引脚与电路板分离开,就能取下整个集成电路了。 2.焊接 贴片集成电路的焊接过程如下。 ① 将电路板上的焊点用电烙铁整理平整,如有必要,可对焊锡较少的焊点进行补 锡,然后用酒精清洁干净焊点周围的杂质。 ② 将待焊接的集成电路与电路板上的焊接位置对好,再用电烙铁焊好集成电路对角 线上的 4个引脚,将集成电路固定,在引脚上涂上松香水或撒些松香粉末。 ③ 如果用热风枪焊接,可用热风枪吹焊集成电路四周引脚,待ty电w路藏板焊书点上的焊锡 熔化后,移开热风枪,引脚就与电路板焊点粘在一起。如果使用电烙铁焊接,可在烙铁头 上沾上少量焊锡,然后在一列引脚上拖动,焊锡会将各引脚与电路板焊点粘好。如果集成 电路的某些引脚被焊锡连接短路,可先用多股铜线将多余的焊锡吸走,再在该处涂上松香 水,用电烙铁在该处加热,引脚之间的剩余焊锡会自动断开,回到引脚上。 ④ 焊接完成后,检查集成电路各引脚之间有无短路或漏焊,检查时可借助放大镜或 万用表检测,若有漏焊,应用尖头烙铁进行补焊,最后用无水酒精将集成电路周围的松香 清理干净。 13.2.9 集成电路的型号命名方法 我国国家标准(GB 3430—1989)规定的《半导体集成电路型号命名法》由 5 个部分 组成,具体见表13-7。 表13-7 半导体集成电路型号命名法及含义 例如: 第1部分(1)表示国家标准。 第2部分(2)表示TTL电路。 第3部分(3)表示系列品种代号。其中,1:标准系列,同国际54/74系列;2:高速 系列,同国际54H/74H系列;3:肖特基系列,同国际54S/74S系列;4:低功耗肖特基系 列,同国际54LS/74LS系列。(4)表示品种代号,同国际一致。 tyw藏书 第4部分(5)表示工作温度范围。C:0~+70℃,同国际74系列电路的工作温度范 围;M:−55~+125℃,同国际54系列电路的工作温度范围。 第5部分(6)表示封装形式为陶瓷双列直插。 国家标准型号的集成电路与国际通用或流行的系列品种相仿,其型号主干、功能、电 特性及引脚排列等均与国外同类品种相同,因而品种代号相同的产品可以互相代用。 第14章 传感器 tyw藏书 传感器是一种将非电量(如温度、湿度、光线、磁场和声音等)信号转换成电信号的 器件。 传感器种类很多,主要可分为物理传感器和化学传感器。物理传感器可将物理变化 (如压力、温度、速度和磁场的变化)转换成变化的电信号,化学传感器主要依据化学吸 附、电化学反应等原理,将被测量的微小变化转换成变化的电信号。如果将人的眼睛、耳 朵和皮肤看作是物理传感器,那么舌头、鼻子就是化学传感器。本章主要介绍一些较常见 的传感器:热释电人体红外线传感器、霍尔传感器和热电偶。 14.1 热释电人体红外线传感器 热释电人体红外线传感器是一种将人或动物发出的红外线转换成电信号的器件。热释 tyw藏书 电人体红外线传感器的实物外形如图14-1所示,利用它可以探测人体的存在,因此广泛用 在保险装置、防盗报警器、感应门、自动灯具和智慧玩具等电子产品中。 图14-1 热释电人体红外线传感器 14.1.1 结构与工作原理 热释电人体红外线传感器的结构如图14-2所示,从图中可以看出,它主要由敏感元 件、场效应管、高阻值电阻和滤光片组成。 1.各组成部分说明 (1)敏感元件 敏感元件是由热电材料(如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等)制成的,热释 电人体红外线传感器内一般装有两个敏感元件,并将两个敏感元件以反极性串联,当环境 温度使敏感元件自身温度升高而产生电压时,两敏感元件产生的电压大小相等、方向相 反,串联叠加后送给场效应管的电压为0V,抑制了环境温度的干扰。 图14-2 热释电人体红外线传感器的结构 两个敏感元件串联就像两节电池反向串联一样,如图14-3(a)所示,E1、E2电压均 为1.5V,当它们反极性串联后,两电压相互抵消,输出电压U=0V。如果某原因使E1电压 变为1.8V,如图14-3(b)所示,两电压不能完全抵消,输出电压为U=0.3V。 tyw藏书 图14-3 两节电池的反向串联 (2)场效应管和高阻值电阻 敏感元件产生的电压信号很弱,其输出电流也极小,故采用输入阻抗很高的场效应管 (电压放大型器件)对敏感元件产生的电压信号进行放大,在采用源极输出放大方式时, 源极输出信号可达 0.4~1.0V。高阻值电阻的作用是释放场效应管栅极电荷(由敏感元件 产生的电压充得),让场效应管始终能正常工作。(3)滤光片 敏感元件是一种广谱热电材料制成的元件,对各种波长光线比较敏感。为了让传感器 仅对人体发出的红外线敏感,而对太阳光、电灯光具有抗干扰性,传感器采用特定的滤光 片作为受光窗口,该滤光片的通光波长为7.5~14μm。人体温度为36~37℃,该温度的人 体会发出波长在9.64~9.67μm范围内的红外线(红外线人眼无法看见),由此可见,人体 辐射的红外线波长正好处于滤光片的通光波长范围内,而太阳、电灯发出的红外线的波长 在滤光片的通光范围之外,无法通过滤光片照射到传感器的敏感元件上。 2.工作原理 当人体(或与人体温相似的动物)靠近热释电人体红外线传感器时,人体发出的红外 线通过滤光片照射到传感器的一个敏感元件上,该敏感元件两端电压发生变化,另一个敏 感元件无光线照射,其两端电压不变,两敏感元件反极性串联得到的电压不再为 0V,而 是一个变化的电压(与受光照射敏感元件两端电压变化相同),该电压送到场效应管的栅 极,放大后从源极输出,再到后级电路进一步处理。 3.菲涅尔透镜 热释电人体红外线传感器可以探测人体发出的红外线,但探测距离较近,一般在2m 以内,为了提高其探测距离,通常在传感器的受光面前面加装一个菲涅尔透镜,该透镜可 使探测距离达到10m以上。 菲涅尔透镜如图14-4所示,该透镜通常用透明塑料制成,透镜按一定的制作方法被分 成若干等份。菲涅尔透镜的作用有两个:一是对光线起聚焦作用,二是将探测区域分为若 干个明区和暗区。当人进入探测区域的某个明区时,人体发出的红外光经该明区对应的透 镜部分聚焦后,通过传感器的滤光片照射到敏感元件上,敏感元件产生电压,当人走到暗 区时,人体红外光无法到达敏感元件,敏感元件两端的电压会发生变化,即敏感元件两端 电压随光线的有无而发生变化,该变化的电压经场效应管放大后输出,传感器输出信号的 频率与人在探测范围内明、暗区之间移动的速度有关,移动速度越快,输出的信号频率越 高,如果人在探测范围内不动,传感器则输出固定不变的电压。 tyw藏书 图14-4 菲涅尔透镜 14.1.2 引脚识别 热释电人体红外线传感器有3个引脚,分别为漏极(D极)、源极(S极)、接地极 (G极),3个引脚极性的识别如图14-5所示。 图14-5 3个引脚热释电人体红外线传感器的引脚极性识别 14.1.3 常用热释电传感器的主要参数 常用热释电传感器的主要参数见表14-1。 表14-1 常用热释电传感器的主要参数 tyw藏书 14.1.4 应用 图14-6所示是一种采用热释电人体红外线传感器来检测是否有人的自动灯控制电路。 图14-6 采用热释电人体红外线传感器的自动灯控制电路 220V交流电压经C10//R15降压和整流二极管VD1对C11充得上正下负的电压,由于稳 压二极管VD3的稳压作用,C11上的电压约为6V,该电压除了供给各级放大电路外,还经 R16、C12、R17、C13进一步滤波,得到更稳定的电压供给热释电传感器。 当热释电传感器探测范围内无人时,传感器S端无信号输出,运算放大器A1无信号输 入,放大器A2无信号输出,比较器A3反相输入端无信号输入,其同相输入端电压(约 3.9V)高于反相输入端电压,输出高电平,二极管 VD2截止,比较器 A4同相输入端电压 高于反相输入端电压,A4输出高电平,三极管VT1截止,R14两端无电压,双向晶闸管VS 无触发电压而不能导通,灯泡不亮。当有人进入热释电传感器探测范围内时,传感器S端 有信号输出,运算放大器A1有信号输入,放大器A2有信号输出,比较器A3反相输入端有 信号输入,其反相输入端电压高于同相输入端电压(约3.9V), A3输出低电平,二极管 VD2导通,C9通过VD2往前级电路放电,放电使比较器A4同相输入端电压低于反相输入端 电压,A4输出低电平,三极管VT1导通,有电流流过R14,R14两端触发双向晶闸管VS导 通,有电流流过灯泡,灯泡变亮。当人体离开热释电传感器探测范围时,传感器无信号输 tyw藏书 出,比较器 A3无输入信号电压,同相电压高于反相电压,A3输出高电平,二极管 VD2截 止,6V电源经RP1对C9充电,当C9两端电压高于3.9V时,A4输出高电平,三极管VT1截 止,双向晶闸管 VS 失去触发电压也截止,灯泡熄灭,由于 C9充电需要一定时间,故人 离开一段时间后灯泡才熄灭。 为了避免白天人来灯亮、人走灯灭的情况发生,电路采用光敏电阻 RG 来解决这个问 题。在白天,光敏电阻RG受光照而阻值变小,有人时,A2有信号输出,但因RG阻值小, A3反相输入端电压仍很低,A3输出高电平,VD2截止,A4输出高电平,VT1截止,VS也 截止,灯泡不亮,在晚上, RG无光照而阻值变大,在有人时,A2输出电压会使A3反相电 压高于同相电压,A3输出低电平,通过后级电路使灯泡变亮。 14.2 霍尔传感器 霍尔传感器是一种检测磁场的传感器,可以用来检测磁场的存在和变化,广泛用在测 量、自动化控制、交通运输和日常生活等领域。 tyw藏书 14.2.1 实物外形与图形符号 霍尔传感器的实物外形与图形符号如图14-7所示。 图14-7 霍尔传感器 14.2.2 结构与工作原理 1.霍尔效应 当一个通电导体置于磁场中时,在该导体两侧面会产生电压,该现象称为霍尔效应。 下面以图14-8所示为例,说明霍尔传感器的工作原理。 先给导体通图示方向(z轴方向)的电流I,然后在与电流垂直的方向(y轴方向)施 加磁场B,那么会在导体两侧(x轴方向)产生电压UH,UH称为霍尔电压。霍尔电压UH可 用以下表达式来求得: 在式中,UH为霍尔电压,单位为 mV;K 为灵敏度,单位为 mV/(mA·T);I 为电流, 单位为mA;B为磁感应强度,单位为T(特斯拉);θ为磁场与磁敏面垂直方向的夹角, 磁场与磁敏面垂直方向一致时,θ=0°,cosθ=1。 2.霍尔元件与霍尔传感器 金属导体具有霍尔效应,但其灵敏度低,产生的霍尔电压很低,不适合作霍尔元件。 霍尔元件一般由半导体材料(锑化铟最为常见)制成,其结构如图14-9所示,它由衬底、 十字形半导体材料、电极引线和磁性体顶端等构成。十字形锑化铟材料的4个端部的引线 中,①、②为电流引脚,③、④为电压引脚,磁性体顶端的作用是聚集磁场磁感线来提高 元件的灵敏度。 tyw藏书 图14-8 霍尔传感器的工作原理说明图 图14-9 霍尔元件的结构 由于霍尔元件产生的电压很小,故通常将霍尔元件与放大电路、温度补偿电路及稳压 电源等集成在一个芯片上,称之为霍尔传感器。 14.2.3 种类 霍尔传感器可分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。 1.线性型霍尔传感器 线性型霍尔传感器主要由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,其组成如图1410(a)所示。当施加给线性型霍尔传感器的磁场逐渐增强时,其输出的电压会逐渐增 大,即输出信号为模拟量。线性型霍尔传感器的特性曲线如图14-10(b)所示。 tyw藏书 图14-10 线性型霍尔传感器 2.开关型霍尔传感器 开关型霍尔传感器主要由霍尔元件、放大器、施密特触发器(整形电路)和输出级组 成,其组成和特性曲线如图14-11 所示。当施加给开关型霍尔传感器的磁场增强时,只要 磁感应强度小于BOP,其输出电压Uo就为高电平,当磁感应强度大于BOP时输出由高电平 变为低电平;当磁场减弱时,磁感应强度需要减小到BRP,输出电压Uo才能由低电平转为 高电平,也就是说,开关型霍尔传感器由高电平转为低电平和由低电平转为高电平所要求 的磁感应强度是不同的,高电平转为低电平要求的磁感应强度更强。 图14-11 开关型霍尔传感器 14.2.4 型号命名与参数 1.型号命名 霍尔传感器型号命名方法如下。 2.常用国产霍尔元件的主要参数 常用国产霍尔元件的主要参数见表14-2。 表14-2 常用国产霍尔元件的主要参数 tyw藏书 14.2.5 引脚识别与检测 1.引脚识别 霍尔传感器内部由霍尔元件和有关电路组成,它对外引出3个或4个引脚。对于3个引 脚的传感器,分别为电源端、接地端和信号输出端;对于4个引脚的传感器,分别为电源 端、接地端和两个信号输出端。3 个引脚的霍尔传感器更为常用。霍尔传感器的引脚可根 据外形来识别,具体如图14-12所示。霍尔传感器带文字标记的面通常为磁敏面,正对N 或S磁极时灵敏度最高。 图14-12 霍尔传感器的引脚识别 2.好坏检测 霍尔传感器好坏检测方法如图 14-13 所示。在传感器的电源、接地脚之间接5V电源, 然后将万用表拨至直流电压“2.5V”挡,红、黑表笔分别接输出脚和接地脚,再用一块磁铁 靠近霍尔传感器的敏感面,如果霍尔传感器正常,应有电压输出,万用表表针会摆动。表 针摆动幅度越大,说明传感器灵敏度越高;如果表针不动,则为霍尔元件损坏。 tyw藏书 图14-13 霍尔传感器的好坏检测 利用该方法不但可以判别霍尔元件的好坏,还可以判别霍尔元件的类型。如果在磁铁 靠近或远离传感器的过程中,输出电压慢慢连续变化,则为线性型传感器;如果输出电压 在某点突然发生高、低电平的转换,则为开关型传感器。 14.2.6 应用 1.线性型霍尔传感器的应用 线性型霍尔传感器具有磁感应强度连续变化时输出电压也连续变化的特点,主要用于 一些物理量的测量。 图 14-14 所示是一种采用线性型霍尔传感器构成的电子型电流互感器,用来检测线路 的电流大小。当线圈有电流 I 流过时,线圈会产生磁场,该磁场磁感线沿铁芯构成磁回 路,铁芯上开有一个缺口,缺口中放置一个霍尔传感器,磁感线在穿过霍尔传感器时,传 感器会输出电压,电流 I 越大,线圈产生的磁场越强,霍尔传感器输出的电压越高。 图14-14 采用线性型霍尔传感器构成的电子型电流互感器 2.开关型霍尔传感器的应用 开关型霍尔传感器具有磁感应强度达到一定强度时输出电压才会发生电平转换的特 点,主要用于测转数、转速、风速、流速,或用在接近开关、关门告知器、报警器和自动 控制电路中。 图 14-15 所示是一种采用开关型霍尔传感器构成的转数测量装置的结构示意图,转盘 每旋转一周,磁铁靠近传感器一次,传感器就会输出一个脉冲,只要计算输出脉冲的个 数,就可以知道转盘的转数。 tyw藏书 图14-16所示是一种采用开关型霍尔元件构成的磁铁极性识别电路。当磁铁S极靠近霍 尔元件时,d、c间的电压极性为d+、c−,三极管VT1导通,发光二极管VD1有电流流过而 发光;当磁铁N极靠近霍尔元件时,d、c间的电压极性为d−、c+,三极管VT2导通,发光 二极管VD2有电流流过而发光;当无磁铁靠近霍尔元件时,d、c间的电压为0V,VD1、 VD2均不亮。 图14-15 采用开关型霍尔传感器构成的转数测量装置的结构示意图 图14-16 采用开关型霍尔元件构成的磁铁极性识别电路 14.3 热电偶 热电偶是一种测温元件,可以将不同的温度信号转换成大小不同的电信号,广泛使用 在一些测温领域,如测温仪器仪表和冶金、石油化工、热电站、纺ty织w和藏造纸书等行业的测温 系统中。常见的热电偶实物外形如图14-17所示。 图14-17 常见的热电偶 14.3.1 热电效应与热电偶测量原理 1.热电效应 当将两个不同的导体(或半导体)两端连接起来时,如图14-18所示,如果结点1的温 度t1高于结点2的温度t2,那么该回路会有电动势(常称为热电势)产生,由于两导体连接 构成了闭合回路,因而回路中有电流流过,这种现象称为塞贝克效应,即热电效应。两结 点温差越大,回路产生的电动势越高,回路中的电流就越大。 图14-18 热电效应说明图 2.利用热电偶测量温度 在图14-18中,如果将结点2的温度t2固定下来(如固定为0℃),那么回路产生的电 动势就随结点1的温度t1变化而变化,只要测得回路电动势或电流值,就能确定结点1的温 度值t1。利用热电偶测量温度的接线如图14-19所示。 图14-19 利用热电偶测量温度的两种接线方式 在图14-19(a)所示接线中,导体B被分作两部分,中间接入导体C(导线和电流 表),只要3、4点的温度相同,回路的电动势大小与3、4点直接连接起来是一样的。在图 14-19(b)所示接线中,取消了结点2,但只要3、4点的温度相同,回路中的电动势大小 tyw藏书 与有结点2是一样的。在利用热电偶测量温度时,一般使用图14-19(b)所示的接线方 式。在该方式中,3、4称为冷端(或自由端),结点1称为热端,在测量温度时,将结点1 接触被测对象。 在图14-19(b)所示接线中,如果希望测量精度尽量高,应不用导线直接将仪表接 3、4端,但由于测量对象与测量仪表往往有较远的距离,故一般测量时常使用补偿导线来 连接热电偶与测量仪表。补偿导线有两种:一种采用伸长型的与热电偶材料相同的导线, 另一种采用与热电偶具有类似热电势特性的合金导线。 3.冷端温度补偿 在使用热电偶测温度时,仪表根据热电偶产生的电动势大小来确定被测温度值,而电 动势的大小与热、冷端的温差有关,温差越大,热电偶产生的电动势越大。为了让电动势 值与温度值一一对应,通常让冷端为0℃。 在实际测量中,冷端温度通常与环境温度一致,如25℃左右,如果将冷端为0℃、热 端为40℃时热电偶产生的电动势设为 E40,这时仪表显示温度值应为 40℃,那么在冷端为 25℃、热端为40℃时热电偶产生的电动势肯定小于 E40,仪表显示温度值会小于 40℃,测 量出现很大的偏差。为了使测量准确,需要对热电偶进行冷端温度补偿。 (1)冰浴补偿法 冰浴补偿法是指将热电偶的冷端放置在冰水混合物中,让冷端温度恒定为0℃的补偿 方法。冰浴补偿法如图14-20所示,补偿导线一端通过接线盒与热电偶的热端连接,另一 端与铜线连接形成结点,该结点为冷端,它被放置在0℃的冰水混合物中,铜线的另一端 接毫伏表,用于测量热电偶产生的电动势,如果将毫伏表刻度按一定的规律标记成温度 值,该装置就是温度测量装置。 图14-20 冰浴补偿法 用冰浴补偿法测温时,由于冰融化很快,不能长时间让冷端保持 0℃,故该方法通常 用在实验室中。 (2)偏差修正法 在测量时,若热电偶的冷端温度不为 0℃,可采用偏差修正法来补偿。如果测量时热 tyw藏书 电偶热端温度为t,冷端温度为t1,仪表测量值为E1, 为(t−t1)温差产生的电动势 值,而(t1−0)温差产生的电动势值为 (该值可通过查相应材料热电偶的分度表来获 得),那么将仪表测量值 加上修正值 ,所得电动势Et−0值在仪表上所对应的值即为 实际温度值。 偏差修正法有两种方式:手动修正和自动修正。手动修正法的使用如图 14-21所示, 如果环境温度(气温)为40℃,可调节机械校零旋钮,将表针调到40℃位置,进行冷端温 度修正。一些数字温度测量仪表通常采用自动修正方式,即自动给实测值加上冷端温度值 并显示出来。 图14-21 手动修正法 14.3.2 结构说明 热电偶有各种各样的外形,但基本结构是相同的,图14-22所示是一种典型的热电偶 组成结构。 tyw藏书 图14-22 典型的热电偶组成结构 14.3.3 利用热电偶配合数字万用表测量电烙铁的温度 有的数字万用表具有温度测量功能,VC9208数字万用表就具有该功能,它采用K型热 电偶和温度测量挡配合可测量−40~+1 000℃的温度。VC9208数字万用表配套的K型热电 偶(镍铬-镍硅)如图14-23所示,它由热端(测温端)、补偿导线和冷端组成。 图14-23 数字万用表使用的热电偶 利用热电偶测量电烙铁温度的操作过程如图14-24所示。将热电偶的黑插头(冷端) 插入“mA”孔、红插头(冷端)插入“COM”孔,再将挡位选择开关置于“℃”挡,将热电偶 的热端(测温端)接触电烙铁,然后观察显示屏显示的数值为“244”,则说明电烙铁的温 度为244℃。 tyw藏书 图14-24 利用热电偶测量电烙铁温度的操作图 14.3.4 好坏检测 热电偶由两种不同导体焊接起来构成,其一端焊接起来,另一端通过补偿导线连接测 量仪表。检测热电偶好坏可按以下两步进行。 第1步:测量热电偶的电阻。将万用表拨至“R×1”挡,红、黑表笔分别接热电偶的两 根补偿导线,如果热电偶及补偿导线正常,测得的阻值较小(几欧至几十欧),若阻值 ∞,则为热电偶或补偿导线开路。 第2步:测量热电偶的热电转换效果。将万用表拨至最小的直流电压挡,红、黑表笔 分别接热电偶的两根补偿导线,然后将热电偶的热端接触温度高的物体(如烧热的铁 锅),如果热电偶正常,万用表表针会指示一定的电压值,随着热端温度上升,表针指示 电压值会慢慢增大,用数字万用表测量时,电压值变化较明显,如果电压值为0V,说明 热电偶无法进行热电转换,热电偶损坏或失效。 14.3.5 多个热电偶连接的灵活使用 热电偶不但能单独使用,还可以多个连接起来一起使用,从而实现各种灵活的温度测 量功能。 1.测量两点间的温差 利用热电偶测量两点间温差的接线如图14-25所示。将两热电偶同性质的B极连接在一 起,两个 A 极分别接仪表两输入端,如果一个热电偶接触 t1温度产生的电压为 ,另一 个热电偶接触t2温度产生的电压为 驱动仪表显示出温差值。 2.测量多点的平均温度值 ,那么 就是(t1−t2)温差产生的电压,它 tyw藏书 利用热电偶测量多点的平均温度值的接线如图14-26所示。将热电偶的B极全部连接到 一起,再接到仪表一个输入端,各A极分别通过一个阻值为R的电阻接到仪表的另一个输 入端,即将各热电偶并联起来再接仪表,仪表显示出来的为各点温度的平均值。 图14-25 利用热电偶测量两点间温差的接线 图14-26 利用热电偶测量多点的平均温度值的接线 3.测量多点温度之和 利用热电偶测量多点温度之和的接线如图 14-27 所示。它实际上是把各个热电偶串联 起来,将各热电偶产生的电压叠加后送给仪表。 4.多个热电偶共用一台仪表 多个热电偶共用一台仪表的接线如图 14-28 所示。当切换开关切换到不同位置时,相 应的热电偶就与仪表连接起来。 tyw藏书 图14-27 利用热电偶测量多点温度之和的接线 图14-28 多个热电偶共用一台仪表的接线 14.3.6 热电偶的种类及特点 国际电工委员会(IEC)认证的标准热电偶有8种,这8种热电偶的特点说明见表143。 表14-3 8种热电偶的特点 续表 tyw藏书 第15章 基础电子电路 tyw藏书 15.1 放大电路 三极管是一种具有放大功能的电子元器件,但单独的三极管是无法放大信号的,只有 给三极管提供电压,让它导通才具有放大能力。为三极管提供导通所需的电压,使三极管 具有放大能力的简单放大电路通常称为基本放大电路,又称偏置放大电路。常见的基本放 大电路有固定偏置放大电路、电压负反馈放大电路、分压式偏置放大电路和交流放大电 路。 15.1.1 固定偏置放大电路 固定偏置放大电路是一种最简单的放大电路。固定偏置放大电路如图15-1所示,其中 图15-1(a)所示为NPN型三极管构成的固定偏置放大电路,图15-1(b)所示为PNP型三 极管构成的固定偏置放大电路。它们都由三极管VT和电阻Rb、Rc组成,Rb称为偏置电 阻,Rc称为负载电阻。接通电源后,有电流流过三极管 VT,VT 就会导通而具有放大能 力。下面以图 15-1(a)所示电路为例来分析固定偏置放大电路。 图15-1 固定偏置放大电路 1.电流关系 接通电源后,从电源E的正极流出电流,分作两路:一路电流经电阻Rb流入三极管VT 的基极,再通过VT内部的发射结从发射极流出;另一路电流经电阻Rc流入VT的集电极, 再通过VT内部从发射极流出;两路电流从VT的发射极流出后汇合成一路电流,再流到电 源的负极。 三极管3个极分别有电流流过,其中流经基极的电流称为Ib,流经集电极的电流称为 Ic,流经发射极的电流称为Ie。这些电流的关系为 2.电压关系 tyw藏书 接通电源后,电源为三极管的各个极提供电压,电源正极电压经Rc降压后为VT提供 集电极电压Uc,电源正极电压经Rb降压后为VT提供基极电压Ub,电源负极电压直接加到 VT的发射极,发射极电压为Ue。电路中Rb的阻值较Rc的阻值大很多,所以三极管VT 3个 极的电压关系为 在放大电路中,三极管的Ib(基极电流)、Ic(集电极电流)和Uce(集-射极之间的 电压,Uce=Uc−Ue)称为静态工作点。 3.三极管内部两个PN结的状态 图15-1(a)中的三极管VT为NPN型三极管,它内部有两个PN结:集电极和基极之间 有一个PN结,称为集电结;发射极和基极之间有一个PN结,称为发射结。因为VT的3个 极的电压关系是Uc>Ub>Ue,所以VT内部两个PN结的状态是:发射结正偏(PN结可相当于 一个二极管,P极电压高于N极电压时称为PN结电压正偏),集电结反偏。 综上所述,三极管处于放大状态时具有的特点如下。 ① Ib+Ic=Ie,Ic=Ib·β。 ② Uc>Ub>Ue(NPN 型三极管)。 ③ 发射结正偏导通,集电结反偏。 以上分析的是NPN型三极管固定偏置放大电路,读者可根据上面的方法来分析图151(b)中所示的PNP型三极管固定偏置放大电路。 固定偏置放大电路结构简单,但当三极管温度上升引起静态工作点发生变化时(如环 境温度上升,三极管内半导体导电能力增强,会使电流Ib、Ic增大),电路无法使静态工 作点恢复正常,从而会导致三极管工作不稳定,所以固定偏置放大电路一般用在要求不高 的电子设备中。 15.1.2 电压负反馈放大电路 1.关于反馈 所谓反馈是指从电路的输出端取一部分电压(或电流)反送到输入端。如果反送的电 压(或电流)使输入端电压(或电流)减弱,即起抵消作用,这种反馈称为“负反馈”;如 果反送的电压(或电流)使输入端电压(或电流)增强,这种反馈称为“正反馈”。反馈放 大电路的组成如图15-2所示。 tyw藏书 图15-2 反馈放大电路的组成 在图15-2(a)所示框图中,输入信号经放大电路放大后分作两路:一路去后级电 路,另一路经反馈电路反送到输入端,从图中可以看出,反馈信号与输入信号相位相同, 反馈信号会增强输入信号,所以该反馈电路为正反馈。在图15-2(b)所示框图中,反馈 信号与输入信号相位相反,反馈信号会削弱输入信号,所以该反馈电路为负反馈。负反馈 电路常用来稳定放大电路的静态工作点,即稳定放大电路的电压和电流,正反馈常与放大 电路组合构成振荡器。 2.电压负反馈放大电路原理 电压负反馈放大电路如图15-3所示。 电压负反馈放大电路中的电阻R1除了可以为三极管VT提供基极电流Ib外,还能将输 出信号的一部分反馈到VT的基极(即输入端),由于基极与集电极是反相关系,故反馈 为负反馈。 负反馈电路的一个非常重要的特点就是可以稳定放大电路的静态工作点,下面分析图 15-3所示电压负反馈放大电路静态工作点的稳定过程。 图15-3 电压负反馈放大电路 三极管是半导体器件,具有热敏性,当环境温度上升时,它的导电性增强,电流 Ib、 Ic会增大,从而导致三极管工作不稳定,整个放大电路工作也不稳定,而负反馈电阻R1可 以稳定电流Ib、Ic。R1稳定电路工作点过程如下所述。 当环境温度上升时,三极管VT的电流Ib、Ic增大→流过R2的电流I增大(I=Ib+Ic,电流 Ib、Ic增大,I就增大)→R2两端的电压UR2增大(UR2=I·R2,I增大,R2不变,UR2增大) →VT的集电极 tyw藏书 电压Uc下降(Uc=VCC−UR2,UR2增大,VCC不变,Uc就减小)→VT的基极电压Ub下 降(Ub由Uc经R1降压获得,Uc下降,Ub也会跟着下降)→Ib减小(Ub下降,VT发射结两 端的电压Ube减小,流过的电流Ib就减小)→Ic也减小(Ic=Ib·β,Ib减小,β不变,故Ic减 小)→Ib、Ic减小,恢复到正常值。 由此可见,由于R1的负反馈作用,电压负反馈放大电路的静态工作点得到稳定。 15.1.3 分压式偏置放大电路 分压式偏置放大电路是一种应用最为广泛的放大电路,这主要是因为它能有效克服固 定偏置放大电路无法稳定静态工作点的缺点。分压式偏置放大电路如图 15-4 所示,其 中,R1为上偏置电阻,R2为下偏置电阻, R3为负载电阻,R4为发射极电阻。 图15-4 分压式偏置放大电路 1.电流关系 接通电源后,电路中有电流 I1、I2、Ib、Ic、Ie产生,各电流的流向如图所示。不难看 出,这些电流有以下关系 2.电压关系 接通电源后,电源为三极管的各个极提供电压,+VCC电源经Rc降压后为VT提供集电 极电压Uc,+VCC经R1、R2分压为VT提供基极电压Ub,电流Ie在流经R4时,在R4上得到电 压UR4,UR4大小与VT的发射极电压Ue相等。图中的三极管VT处于放大状态,Uc、Ub、 Ue3个电压满足以下关系 3.三极管内部两个PN结的状态 tyw藏书 Uc>Ub>Ue,其中Uc>Ub使VT的集电结处于反偏状态,Ub>Ue使VT的发射结处于正偏 状态。 4.静态工作点的稳定 与固定偏置放大电路相比,分压式偏置放大电路最大的优点是具有稳定静态工作点的 功能。分压式偏置放大电路静态工作点的稳定过程分析如下。 当环境温度上升时,三极管内部的半导体材料导电性增强,VT 的电流 Ib、Ic增大→ 流过 R4的电流Ie增大(Ie=Ib+Ic,电流Ib、Ic增大,Ie就增大)→R4两端的电压UR4增大 (UR4=Ie· R4,R4不变, Ie增大,UR4也就增大)→VT的发射极电压Ue上升(Ue=UR4) →VT的发射结两端的电压Ube下降(Ube=Ub−Ue,Ub基本不变,Ue上升,Ube下降)→Ib减 小→Ic也减小(Ic=Ib· β,β不变,Ib减小,Ic也减小)→Ib、Ic减小,恢复到正常值,从而 稳定了三极管的电流Ib、Ic。 15.1.4 交流放大电路 放大电路具有放大能力,若给放大电路输入交流信号,它就可以对交流信号进行放 大,然后输出幅度大的交流信号。为了使放大电路能以良好的效果放大交流信号,并能与 其他电路很好连接,通常要给放大电路增加一些耦合、隔离和旁路元件,这样的电路常称 为交流放大电路。图15-5所示是一种典型的交流放大电路。 图15-5 交流放大电路 在图 15-5 所示电路中,电阻 R1、R2、R3、R4与三极管 VT 构成分压式偏置放大电 路;C1、C2称为耦合电容,C1、C2容量较大,对交流信号阻碍很小,交流信号很容易通 过C1、C2,C1用来将输入端的交流信号传送到VT的基极,C2用来将VT集电极输出的交流 信号传送给负载RL,电容除了传送交流信号外,还起隔直作用,所以VT基极直流电压无 法通过C1到输入端,VT集电极直流电压无法通过C3到负载RL;C2称为交流旁路电容,可 以提高放大电路的放大能力。 1.直流工作条件 tyw藏书 因为三极管只有在满足了直流工作条件后才具有放大能力,所以分析一个放大电路首 先要分析它能否为三极管提供直流工作条件。 三极管要工作在放大状态,需满足的直流工作条件主要有:第一,有完整的电流Ib、 Ic、Ie途径第二,能提供电压Uc、Ub、Ue;第三,发射结正偏导通,集电结反偏。这3个 条件具备了,三极管才具有放大能力。一般情况下,如果三极管电流Ib、Ic、Ie在电路中 有完整的途径就可认为三极管具有放大能力,因此以后在分析三极管的直流工作条件时, 一般分析三极管的电流Ib、Ic、Ie途径就可以了。 VT的电流Ib的途径是:电源VCC正极→电阻R1→VT的基极→VT的发射极; VT的电流Ic的途径是:电源VCC正极→电阻R3→VT的集电极→VT的发射极; VT的电流Ie的途径是:VT的发射极→R4→地(即电源VCC的负极)。 下面的电流流程图可以更直观地表示各电流的关系: 从上面的分析可知,三极管VT的电流Ib、Ic、Ie在电路中有完整的途径,所以VT具有 放大能力。试想一下,如果R1或R3开路,三极管VT有无放大能力,为什么? 2.交流信号处理过程 满足了直流工作条件后,三极管具有了放大能力,就可以放大交流信号了。图 15-5 中所示的Ui为小幅度的交流信号电压,它通过电容C1加到三极管VT的基极。 当交流信号电压 Ui为正半周时,Ui极性为上正下负,上正电压经 C1送到 VT 的基 极,与基极的直流电压(VCC经R1提供)叠加,使基极电压上升,VT的电流Ib增大,电流 Ic也增大,流过R3的电流Ic增大,R3上的电压UR3也增大(UR3=Ic·R3,因Ic增大,故UR3增 大),VT集电极电压Uc下降(Uc=VCC−UR3,UR3增大,故Uc下降),即A点电压下降, 该下降的电压即为放大输出的信号电压,但信号电压被倒相180°,变成负半周信号电压。 当交流信号电压 Ui为负半周时,Ui极性为上负下正,上负电压经 C1送到 VT 的基 极,与基极的直流电压(VCC经R1提供)叠加,使基极电压下降,VT的电流Ib减小,电流 Ic也减小,流过R3的电流Ic减小,R3上的电压UR3也减小(UR3=Ic·R3,因Ic减小,故UR3减 小),VT集电极电压Uc上升(Uc=VCC−UR3,UR3减小,故Uc上升),即A点电压上升, 该上升的电压即为放大输出的信号电压,但信号电压也被倒相180°,变成正半周信号电 压。 也就是说,当交流信号电压正、负半周送到三极管基极、经三极管放大后,从集电极 输出放大的信号电压,但输出信号电压与输入信号电压相位相反。三极管集电极输出信号 tyw藏书 电压(即A点电压)始终大于0V(含直流成分),它经耦合电容C3隔离掉直流成分后,在 B点得到交流信号电压送给负载RL。 15.2 谐振电路 谐振电路是一种由电感和电容构成的电路,故又称为 LC 谐振电路。谐振电路在工作 时会表现出一些特殊的性质,这使它得到广泛应用。谐振电路分为ty串w联藏谐振书电路和并联谐 振电路。 15.2.1 串联谐振电路 1.电路分析 电容和电感头尾相连,并与交流信号连接在一起就构成了串联谐振电路。串联谐振电 路如图15-6所示,其中U为交流信号,C为电容,L为电感,R为电感L的直流等效电阻。 为了分析串联谐振电路的性质,将一个电压不变、频率可调的交流信号电压U加到串 联谐振电路两端,再在电路中串接一个交流电流表,如图15-7所示。 图15-6 串联谐振电路 图15-7 串联谐振电路分析图 让交流信号电压U始终保持不变,而将交流信号频率由0Hz慢慢调高,在调节交流信 号频率的同时观察电流表,结果发现电流表指示电流先慢慢增大,当增大到某一值后再将 交流信号频率继续调高时,会发现电流又逐渐开始下降,这个过程可用图15-7所示的特性 曲线表示。 tyw藏书 在串联谐振电路中,当交流信号频率为某一频率值(f0)时,电路出现最大电流的现 象称为串联谐振现象,简称“串联谐振”,这个频率称为谐振频率,用 f0表示,谐振频率 f0 的大小可用下面的公式来计算 2.电路特点 串联谐振电路在谐振时的特点主要有以下几点。 ① 谐振时,电路中的电流最大,此时LC 元件串在一起就像一只阻值很小的电阻,即 串联谐振电路谐振时总阻抗最小(电阻、容抗和感抗统称为阻抗,用Z表示,阻抗单位为 Ω)。 ② 谐振时,电感上的电压 UL和电容上的电压 UC都很高,往往比交流信号电压 U 大 很多倍(UL=UC=Q·U,Q 为品质因数, ),因此串联谐振电路又称电压谐振电 路,在谐振时 UL与UC在数值上相等,但两电压的极性相反,故两电压之和(UL+ UC)近 似为0V。 3.应用举例 串联谐振电路的应用如图15-8所示。 图15-8 串联谐振电路的应用举例 在图15-8(a)所示电路中,L、C元件构成串联谐振电路,其谐振频率为6.5MHz。当 8MHz、6.5MHz 和465kHz 3 个频率的信号到达A 点时,LC 串联谐振电路对6.5MHz 信号产 生谐振,对该信号阻抗很小,6.5MHz信号经LC串联谐振电路旁路到地,而串联谐振电路 对8MHz和465kHz的信号不会产生谐振,它对这两个频率信号的阻抗很大,无法旁路,所 以电路输出8MHz信号和465kHz信号。 在图15-8(b)所示电路中,LC串联谐振电路的谐振频率为6.5MHz。当8MHz、 6.5MHz和465kHz3个频率的信号到达A点时,LC串联谐振电路对6.5MHz信号产生谐振,对 该信号阻抗很小,6.5MHz信号经LC串联谐振电路送往输出端,而串联谐振电路对8MHz和 465kHz的信号不会产生谐振,它对这两个频率信号的阻抗很大,这两个信号无法通过LC 电路。 tyw藏书 15.2.2 并联谐振电路 1.电路分析 电容和电感头头相连、尾尾相接与交流信号连接起来就构成了并联谐振电路。并联谐 振电路如图15-9所示,其中U为交流信号,C为电容,L为电感,R为电感L的直流等效电 阻。 为了分析并联谐振电路的性质,将一个电压不变、频率可调的交流信号电压加到并联 谐振电路两端,再在电路中串接一个交流电流表,如图15-10所示。 图15-9 并联谐振电路 图15-10 并联谐振电路分析图 让交流信号电压U始终保持不变,将交流信号频率从0Hz开始慢慢调高,在调节交流 信号频率的同时观察电流表,结果发现电流表指示电流开始很大,随着交流信号的频率逐 渐调高电流慢慢减小,当电流减小到某一值时再将交流信号频率继续调高,发现电流又逐 渐变大,该过程可用图15-10所示特性曲线表示。 在并联谐振电路中,当交流信号频率为某一频率值(f0)时,电路出现最小电流的现 tyw藏书 象称为并联谐振现象,简称“并联谐振”,这个频率称为谐振频率,用 f0表示,谐振频率 f0 的大小可用下面的公式来计算 2.电路特点 并联谐振电路谐振时的特点主要有以下几点。 ① 谐振时,电路中的总电流I 最小,此时LC元件并在一起就相当于一个阻值很大的电 阻,即并联谐振电路谐振时总阻抗最大。 ② 谐振时,流过电容支路的电流 IC和流过电感支路的电流 IL比总电流 I 大很多倍, 故并联谐振电路又称为电流谐振电路。其中IC与IL数值相等,IC与IL在LC支路构成回路, 不会流过主干路。 3.应用举例 并联谐振电路的应用如图15-11所示。 图15-11 并联谐振电路的应用举例 在图15-11(a)所示电路中,L、C元件构成并联谐振电路,其谐振频率为6.5MHz。 当8MHz、6.5MHz 和465kHz 3 个频率的信号到达A 点时,LC 并联谐振电路对6.5MHz 信号 产生谐振,对该信号阻抗很大,6.5MHz信号不会被LC电路旁路到地,而并联谐振电路对 8MHz和465kHz的信号不会产生谐振,它对这两个频率信号的阻抗很小,这两个信号经 LC 电路旁路到地,所以电路输出6.5MHz信号。 在图 15-11(b)所示电路中,LC 并联谐振电路的谐振频率为 6.5MHz。当 8MHz、 6.5MHz 和465kHz 3 个频率的信号到达A 点时,LC 并联谐振电路对6.5MHz 信号产生谐 振,对该信号阻抗很大,6.5MHz信号无法通过LC并联谐振电路,而并联谐振电路对8MHz 和465kHz信号不会产生谐振,它对这两个频率信号的阻抗很小,这两个信号很容易通过 LC电路去输出端。 15.3 振荡器 振荡器是一种产生交流信号的电路。只要提供直流电源,振荡器就可以产生各种频率 的信号,因此振荡器是一种直流-交流转换电路。 tyw藏书 15.3.1 振荡器的组成与原理 振荡器由放大电路、选频电路和正反馈电路3个部分组成。振荡器组成如图15-12所 示。 图15-12 振荡器组成 振荡器的工作原理说明如下。 接通电源后,放大电路获得供电开始导通,导通时电流有一个从无到有的变化过程, 该变化的电流中包含有微弱的0~∞Hz各种频率的信号,这些信号输出并送到选频电路, 选频电路从中选出频率为f0的信号,f0信号经正反馈电路反馈到放大电路的输入端,放大 后输出幅度较大的f0信号,f0信号又经选频电路选出,再通过正反馈电路反馈到放大电路 输入端进行放大,然后输出幅度更大的f0信号,接着又选频、反馈和放大,如此反复,放 大电路输出的 f0信号越来越大,随着 f0信号不断增大,由于三极管的非线性原因(即三极 管输入信号达到一定幅度时,放大能力会下降,幅度越大,放大能力下降越多),放大电 路的放大倍数A自动不断减小。 因为放大电路输出的f0信号不会全部都反馈到放大电路的输入端,而是经反馈电路衰 减了再送到放大电路输入端,设反馈电路反馈衰减系数为 1/F,在振荡器工作后,放大电 路的放大倍数 A 不断减小,当放大电路的放大倍数A与反馈电路的衰减系数1/F相等时, 输出的f0信号幅度不会再增大。例如f0信号被反馈电路衰减为原来的1/10,再反馈到放大 电路放大10倍,输出的f0信号不会变化,电路输出幅度稳定的f0信号。 从上述分析不难看出,一个振荡电路由放大电路、选频电路和正反馈电路组成:放大 电路的功能是对微弱的信号进行反复放大;选频电路的功能是选取某一频率信号;正反馈 电路的功能是不断将放大电路输出的某频率信号反送到放大电路输入端,使放大电路输出 的信号不断增大。 15.3.2 变压器反馈式振荡器 振荡电路种类很多,下面介绍一种典型的振荡器——变压器反馈式振荡器。变压器反 馈式振荡器采用变压器构成反馈和选频电路,其电路结构如图15-13所示,图中的三极管 tyw藏书 VT和电阻R1、R2、R3等元器件构成放大电路;L1、C1构成选频电路,其频率为 ;变压器T1的绕组L2和电容C3构成反馈电路。 图15-13 变压器反馈式振荡器 (1)反馈类型的判别 假设三极管VT基极电压上升(图中用“+”表示),集电极电压会下降(图中用“−”表 示),变压器T1的绕组L1下端电压下降,L1的上端电压上升(电感两端电压极性相 反),由于同名端的缘故,绕组L2的上端电压上升,L2上端上升的电压经C3反馈到VT的 基极,反馈电压与假设的输入电压变化相同,故该反馈为正反馈。 (2)电路振荡过程 接通电源后,三极管VT导通,有电流Ic经绕组L1流过VT,Ic是一个变化的电流(由小 到大),它包含着微弱的0~∞Hz各种频率的信号,因为L1、C1构成的选频电路频率为 f0,它从0~∞Hz这些信号中选出 f0信号,选出后在 L1上有 f0信号电压(其他频率信号在 L1上没有电压或电压很低),L1上的f0信号感应到L2上,L2上的f0信号再通过电容C3耦合 到三极管VT的基极,放大后从集电极输出,选频电路将放大的信号选出,在 L1上有更高 的 f0信号电压,该信号又感应到L2上再反馈到VT的基极,如此反复进行,VT输出的f0信 号幅度越来越大,反馈到VT基极的 f0信号也越来越大。随着反馈信号逐渐增大,三极管 VT 的放大倍数 A 不断减小,当放大电路的放大倍数A与反馈电路的衰减系数1/F(主要由 L1与L2的匝数比决定)相等时,三极管VT输出送到L1上的f0信号电压不能再增大,L1上稳 定的f0信号电压感应到绕组L3上,送给需要f0信号的电路。 tyw藏书 15.4 电源电路 电路工作时需要提供电源,电源是电路工作的动力。电源的种类很多,如干电池、蓄 tyw藏书 电池和太阳电池等,但最常见的电源是220V的交流市电。大多数电子设备的供电都来自 220V交流市电,但这些设备内部电路真正需要的是直流电压,为了解决这个矛盾,电子 设备内部通常都设有电源电路,其任务是将220V交流电压转换成很低的直流电压,再供 给内部各个电路。 15.4.1 电源电路的组成 电源电路通常由整流电路、滤波电路和稳压电路组成。电源电路的组成方框图如图 15-14所示。 图15-14 电源电路的组成方框图 220V的交流电压先经变压器降压,得到较低的交流电压,交流低压再由整流电路转 换成脉动直流电压,该脉动直流电压的波动很大(即电压时大时小,变化幅度很大),它 经滤波电路平滑后波动变小,然后经稳压电路进一步稳压,得到稳定的直流电压,供给其 他电路作为直流电源。 15.4.2 整流电路 整流电路的功能是将交流电转换成直流电。整流电路主要有半波整流电路、全波整流 电路和桥式整流电路等。 1.半波整流电路 半波整流电路采用一个二极管将交流电转换成直流电,它只能利用到交流电的半个周 期,故称为半波整流。半波整流电路及有关电压波形如图15-15所示。 图15-15(a)所示为半波整流电路,图15-15(b)所示为电路中有关电压的波形。 220V交流电压送到变压器T1一次绕组L1两端,L1两端的交流电压U1的波形如图1515(b)所示,该电压感应到二次绕组L2上,在L2上得到图15-15(b)所示的较低的交流 电压U2。当L2上的交流电压U2为正半周时,U2的极性是上正下负,二极管 VD 导通,有 电流流过二极管和电阻 RL,电流方向是:U2上正→VD→RL→U2下负;当L2上的交流电 压U2为负半周时,U2电压的极性是上负下正,二极管截止,无电流流过二极管VD和电阻 RL。如此反复工作,在电阻RL上会得到图15-15(b)所示的脉动直流电压UL。 tyw藏书 图15-15 半波整流电路及电压波形 从上面的分析可以看出,半波整流电路只能在交流电压半个周期内导通,在另半个周 期内不能导通,即半波整流电路只能利用半个周期的交流电压。 半波整流电路结构简单,使用元器件少,但整流输出的直流电压波动大,另外由于整 流时只利用了交流电压的半个周期(半波),故效率很低,因此半波整流电路常用在对效 率和电压稳定性要求不高的小功率电子设备中。 2.全波整流电路 全波整流电路采用两个二极管将交流电转换成直流电,由于它可以利用交流电的正、 负半周,所以称为全波整流。全波整流电路及有关电压波形如图15-16所示。 图15-16 全波整流电路及电压波形 全波整流电路如图15-16(a)所示,电路中信号的波形如图15-16(b)所示。这种整 流电路采用两只整流二极管,使用的变压器二次绕组L2被对称地分作L2A和L2B两部分。 全波整流电路的工作原理说明如下。 220V交流电压U1送到变压器T1的一次绕组L1两端,U1电压波形如图15-16(b)所 tyw藏书 示。当交流电压 U1的正半周送到 L1时,L1上的交流电压 U1极性为上正下负,该电压感应 到 L2A、L2B上, L2A、L2B上的电压极性也是上正下负,L2A的上正下负电压使VD1导 通,有电流流过负载RL,其途径是:L2A上正→VD1→RL→L2A下负,此时 L2B的上正下负 电压对 VD2为反向电压(L2B下负对应VD2正极),故VD2不能导通;当交流电压U1的负 半周来时,L1上的交流电压极性为上负下正,L2A、L2B感应到的电压极性也为上负下 正,L2B的上负下正电压使VD2导通,有电流流过负载RL,其途径是:L2B下正 →VD2→RL→L2B上负,此时L2A的上负下正电压对VD1为反向电压,VD1不能导通。如此 反复工作,在RL上会得到如图15-16(b)所示的脉动直流电压UL。 从上面的分析可以看出,全波整流能利用到交流电压的正、负半周,效率大大提高, 达到半波整流的两倍。 全波整流电路的输出直流电压脉动小,整流二极管通过的电流小,但由于两个整流二 极管轮流导通,变压器始终只有半个二次绕组工作,变压器利用率低,从而使输出电压 低、输出电流小。 3.桥式整流电路 桥式整流电路采用4个二极管将交流电转换成直流电,由于4个二极管在电路中的连接 与电桥相似,故称为桥式整流电路。桥式整流电路及有关电压波形如图15-17所示。 图15-17 桥式整流电路及电压波形 桥式整流电路如图15-17(a)所示,这种整流电路用到了4个整流二极管。桥式整流 电路的工作原理分析如下。 220V交流电压U1送到变压器一次绕组L1上,该电压经降压感应到L2上,在L2上得到 U2电压, U1、U2电压波形如图15-17(b)所示。当交流电压U1为正半周时,L1上的电压 极性为上正下负, L2上感应的电压U2极性也为上正下负,L2上正下负电压U2使VD1、 VD3导通,有电流流过RL,电流途经是:L2上正→VD1→RL→VD3→L2下负;当交流电压 负半周来时,L1上的电压极性为上负下正,L2上感应的电压U2极性也为上负下正,L2上 tyw藏书 负下正电压 U2使 VD2、VD4导通,电流途径是:L2下正→VD2→RL→VD4→L2上负。如此 反复工作,在RL上得到图15-17(b)所示脉动直流电压UL。 从上面的分析可以看出,桥式整流电路在交流电压整个周期内都能导通,即桥式整流 电路能利用整个周期的交流电压。 桥式整流电路输出的直流电压脉动小,由于能利用到交流电压的正、负半周,故整流 效率高,正因为有这些优点,故大多数电子设备的电源电路都采用桥式整流电路。 15.4.3 滤波电路 整流电路能将交流电转变为直流电,但由于交流电压大小时刻在变化,故整流后流过 负载的电流大小也时刻变化。例如当变压器上的正半周交流电压逐渐上升时,经二极管整 流后流过负载的电流会逐渐增大;而当变压器的正半周交流电压逐渐下降时,经整流后流 过负载的电流会逐渐减小,这样忽大忽小的电流流过负载,负载很难正常工作。为了让流 过负载的电流大小稳定不变或变化尽量小,需要在整流电路后加上滤波电路。 常见的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路和复合滤波电路等。 1.电容滤波电路 电容滤波电路是利用电容的充、放电原理工作的。电容滤波电路及有关的电压波形如 图15-18所示。 图15-18 电容滤波电路及电压波形 电容滤波电路如图15-18(a)所示,电容C为滤波电容。220V交流电压经变压器T1降 压后,在L2上得到图15-18(b)所示的电压U2,在没有滤波电容C时,负载RL得到的电压 为URL1,电压URL1随电压U2波动而波动,波动变化很大,如t1时刻电压URL1最大,t2时刻 电压URL1变为0V,这样时大时小、时有时无的电压使负载无法正常工作,在整流电路之 后增加滤波电容可以解决这个问题。 电容滤波原理说明如下。 tyw藏书 在0~t1期间,电压U2极性为上正下负且大小逐渐增大,U2波形如图15-18(b)所 示,VD1、VD3导通,电压U2通过VD1、VD3整流输出的电流一方面流过负载RL,另一方 面对电容C充电,在电容C上充得上正下负的电压,t1时刻充得电压最高。 在t1~t2期间,电压U2极性为上正下负但大小逐渐减小,电容C上的电压高于电压 U2,VD1、VD3截止,电容C开始对RL放电,使整流二极管截止时RL仍有电流流过。 在t2~t3期间,电压U2极性变为上负下正且大小逐渐增大,但电容C上的电压仍高于 电压U2, VD1、VD3截止,电容C继续对RL放电。 在t3~t4期间,电压U2极性为上负下正且大小继续增大,电压U2开始大于电容C上的 电压, VD2、VD4导通,电压U2通过VD2、VD4整流输出的电流又流过负载RL,并对电容 C充电,在电容C上充得上正下负的电压。 在t4~t5期间,电压U2极性仍为上负下正但大小逐渐减小,电容C上的电压高于电压 U2,VD2VD4截止,电容C又对RL放电,使RL仍有电流流过。 在t5~t6期间,电压U2极性变为上正下负且大小逐渐增大,但电容C上的电压仍高于 电压U2, VD2、VD4截止,电容C继续对RL放电。 t6时刻以后,电路会重复0~t6过程,从而在负载RL两端(也是电容C两端)得到图 15-18(b)所示的URL2电压。比较图15-18(b)中的电压URL1和URL2波形不难发现,增 加了滤波电容后在负载上得到的电压大小波动较无滤波电容时要小得多。 电容使整流电路输出电压波动变小的功能称为滤波。电容滤波的实质是在输入电压高 时通过充电将电能存储起来,而在输入电压较低时通过放电将电能释放出来,从而保证负 载得到波动较小的电压。电容滤波与水缸蓄水相似,如果自来水供应紧张,白天不供水或 供水量很少而晚上供水量很多时,为了保证一整天能正常用水,可以在晚上水多时一边用 水一边用水缸蓄水(相当于给电容充电),而在白天水少或无水时水缸可以供水(相当于 电容放电),这里的水缸就相当于电容,只不过水缸存储水,而电容存储电能。 电容能使整流输出电压波动变小,电容的容量越大,其两端的电压波动越小,即电容 容量越大,滤波效果越好。容量大和容量小的电容可相当于大水缸和小茶杯,大水缸蓄水 多,在停水时可以供很长时间的用水;而小茶杯蓄水少,停水时供水时间短,还会造成用 水时有时无。 2.电感滤波电路 电感滤波电路是利用电感储能和放能原理工作的。电感滤波电路如图15-19所示。 tyw藏书 图15-19 电感滤波电路 在图15-19所示电路中,电感L为滤波电感。220V交流电压经变压器T1降压后,在L2 上得到电压U2。电感滤波原理说明如下。 当电压U2极性为上正下负且逐渐增大时,VD1、VD3导通,有电流流过电感L和负载 RL,电流途径是:L2上正→VD1→电感L→RL→VD3→L2下负,电流在流过电感L时,电感 会产生左正右负的自感电动势阻碍电流,同时电感存储能量,由于电感自感电动势的阻 碍,流过负载的电流缓慢增大。 当电压U2极性为上正下负且逐渐减小时,经整流二极管VD1、VD3流过电感L和负载 RL的电流变小,电感L马上产生左负右正的自感电动势开始释放能量,电感L的左负右正 电动势产生电流,电流的途径是:L 右正→RL→VD3→L2→VD1→L 左负,该电流与电压 U2产生的电流一齐流过负载RL,使流过RL的电流不会因U2减小而变小。 当电压 U2极性为上负下正时,VD2、VD4导通,电路工作原理与电压 U2极性为上正 下负时基本相同,这里不再叙述。 从上面的分析可知,当输入电压高使输入电流大时,电感产生电动势对电流进行阻 碍,避免流过负载的电流过大;而当输入电压低使输入电流小时,电感又产生反电动势, 反电动势产生的电流与变小的整流电流一起流过负载,避免流过负载的电流减小,这样就 使得流过负载的电流大小波动较小。 电感滤波的效果与电感的电感量有关,电感量越大,流过负载的电流波动越小,滤波 效果越好。 3.复合滤波电路 单独的电容滤波或电感滤波效果往往不理想,因此可将电容、电感和电阻组合起来构 成复合滤波电路,复合滤波电路的滤波效果比较好。 (1)LC滤波电路 LC滤波电路由电感L和电容C构成,其电路结构如图15-20虚线框内部分所示。 tyw藏书 图15-20 LC滤波电路 整流电路输出的脉动直流电压先由电感L滤除大部分波动成分,少量的波动成分再由 电容C进一步滤掉,供给负载的电压波动就很小。 LC滤波电路带负载能力很强,即使负载变化时,输出的电压也比较稳定。另外,电 容接在电感之后,在刚接通电源时,电感会对突然流过的浪涌电流产生阻碍,从而减小浪 涌电流对整流二极管的冲击。 (2)LC-π滤波电路 LC-π滤波电路由一个电感和两个电容接成π形构成,其电路结构如图15-21虚线框内部 分所示。 图15-21 LC-π滤波电路 整流电路输出的脉动直流电压依次经电容C1、电感L和电容C2滤波后,波动成分基本 被滤掉,供给负载的电压波动很小。 LC-π滤波电路的滤波效果要好于LC滤波电路,但它带负载能力较差。电容C1接在电 感之前,在刚接通电源时,变压器二次绕组通过整流二极管对C1充电的浪涌电流很大, 为了缩短浪涌电流的持续时间,一般要求C1的容量小于C2的容量。 (3)RC-π滤波电路 RC-π滤波电路用电阻替代电感,并与电容接成π形。RC-π滤波电路如图15-22虚线框 内部分所示。 整流电路输出的脉动直流电压经电容C1滤除部分波动成分后,在通过电阻R时,波动 电压在R上会产生一定压降,从而使C2上的波动电压大大减小。R的阻值越大,滤波效果 越好。 tyw藏书 图15-22 RC-π滤波电路 RC-π滤波电路成本低、体积小,但电流在经过电阻时有电压降和损耗,会导致输出 电压下降,所以这种滤波电路主要用在负载电流不大的电路中,另外要求R的阻值不能太 大,一般为几十欧至几百欧,且满足R<5mA(正常)、Ic=0mA、Ic<5mA,下面来分 析这3种情况产生的原因。 tyw藏书 图16-44 电流法应用举例一 图16-45 电流法应用举例二 (1)Ic=0mA 根据电路分析Ic=0mA有两种可能:一是电流Ic回路出现开路;二是电流Ib回路出现开 路,使Ib=0mA,导致Ic=0mA。 电流Ic途径(即Ic电流的回路):+3V→R3→VT1的集电极→VT1的发射极→R4→地。 故Ic=0mA的原因之一可能是R3开路、VT1的集-射极之间开路或R4开路。 电流Ib途径:+3V→R1→VT1的基极→VT1的发射极→R4→地,该途径开路会使 Ib=0mA,从而使Ic=0mA。故Ic=0mA的原因之二是R1开路、VT1的发射结开路、R4开路。 另外R2短路会使VT1的基极电压Ub1=0V,VT1的发射结无法导通,Ib=0mA,导致 Ic=0mA。 综上所述,该电路的Ic=0mA的故障原因有R1、R3、R4开路,R2短路,VT1开路,至 于到底是哪个元器件损坏,可以用电阻法逐个检查以上元器件,找出损坏的元器件。 (2)Ic>5mA 根据电路分析Ic>5mA可能是电流Ib回路电阻变小引起Ib增大,从而导致Ic增大。 电流Ib回路电阻变小的原因可能是R1、R4阻值变小,使Ib增大,Ic增大;另外,R2阻 值增大会使VT1的基极电压Ub1上升,Ib增大,Ic也增大;此外,三极管VT1的集-射极之间 漏电也会使Ic增大。 综上所述,Ic>5mA的可能原因是R1、R4阻值变小,R2阻值变大,VT1的集-射极之间 漏电。 tyw藏书 (3)Ic<5mA Ic<5mA与Ic>5mA正好相反,可能是电流Ib回路电阻变大引起Ib减小,从而导致Ic也减 小。 电流Ib回路电阻变大的原因可能是R1、R4阻值变大,使Ib减小,Ic减小;另外,R2阻 值变小会使VT1的基极电压下降,Ib减小,Ic也减小。 综上所述,Ic<5mA的可能原因是R1、R4阻值变大,R2阻值变小 16.5.5 信号注入法 信号注入法是通过在电路的输入端注入一个信号,然后观察电路有无信号输出来判断 电路是否正常的方法。如果注入信号能输出,说明电路是正常的,因为该电路能让注入信 号通过;如果注入信号不能输出,说明电路损坏,因为注入信号不能通过电路。 信号注入法使用的注入信号可以是信号发生器产生的测试信号,也可以是镊子、螺丝 刀或万用表接触电路时产生的干扰信号。如果给电路注入的信号是干扰信号,这种方式的 信号注入法又称为干扰法。镊子产生的干扰信号较弱,也可采用万用表进行干扰,在使用 万用表干扰时,选择欧姆挡,红表笔接地,黑表笔间断接触电路输入端。 下面以图16-46所示的简易扩音机为例来说明信号注入法的使用。 图16-46 信号注入法使用举例 扩音机的故障是对着话筒讲话时扬声器不发声。为了判断故障部位,可以采用干扰法 从后级电路往前级电路干扰,即依次干扰C、B、A点,在干扰C点时最好使用万用表干 扰,因为万用表产生的干扰信号较镊子或螺丝刀强。如果扬声器正常,干扰C点时扬声器 会发出“喀喀”声,否则扬声器损坏;如果干扰C点时扬声器中有干扰反应,可再干扰B 点,干扰B点扬声器无反应说明放大电路2损坏,有干扰反应说明放大电路2正常;接着干 扰A点,如果无干扰反应说明放大电路1损坏,有干扰反应说明放大电路1正常,扩音机无 声的故障原因是话筒损坏。用干扰法确定是某个放大电路损坏后,再用电阻法检查该放大 电路中的各个元器件,就能最终找出损坏的元器件。 16.5.6 断开电路法 当电子产品的电路出现短路时流过电路的电流会很大,供电电路和短路的电路都容易 被烧坏,为了能很快找出故障电路,可以采用断开电路法。如果该电子产品内部有很多电 路,为了判断是哪个电路出现短路故障,可以依次将电路断开,当断到某个电路时,供电 tyw藏书 电路电流突然变小,说明该电路为存在短路的电路。下面以图16-47所示的电路为例来说 明断开电路法的使用。 图16-47 断开电路法使用举例 在图16-47中,用手接触供电电阻R时发现很烫,这说明流过R的电流很大,3个电路 中肯定存在短路。为了确定到底是哪个电路有短路,可以依次断开3个电路(在断开下一 个电路时要将先前断开的电路接通还原),当断到某个电路时,例如断开电路 2 时,供电 电阻R 的温度降低,说明电路2出现了短路。关掉电源,用电阻法检查电路2中的各个元器 件,找出损坏的元器件。 16.5.7 短路法 短路法是通过将电路某处与地之间短路,或者是将某电路短路来判断故障部位的方 法。在使用短路法时,为了在短路时不影响电路的直流工作条件,短路通常不用导线而采 用电容实现,在低频电路中要用容量较大的电解电容,而在中、高频电路中要用容量较大 的无极性电容。下面以图16-48所示的扩音机为例来说明短路法的使用。 图16-48 短路法使用举例 如果扩音机出现无声故障,为了找出故障电路,可用一只容量较大的电解电容C1短 路放大电路,短路时用电容C1连接B、C点(实际是短路放大电路2),让音频信号直接通 过电容C1去扬声器,发现扩音机现在有声音发出,只是声音稍小,这说明无声是由放大 电路2出现故障引起的。 如果扩音机有声音,但同时伴有很大的噪声,为了找出噪声是哪个电路产生的,可用 一只容量较大的电解电容C2依次将C、B、A点与地之间短路,发现在短路C、B点时,正 tyw藏书 常的声音和噪声同时消失(它们同时被C2短路到地),而短路到A点时,正常的声音消 失,但仍有噪声,这说明噪声是由放大电路1产生的,再仔细检查放大电路1,就能找出产 生噪声的元器件。 16.5.8 代替法 代替法是用正常元器件代替怀疑损坏的元器件或电路来判断故障部位的方法。当怀疑 元器件损坏而又难检测出来时,可采用代替法。比如怀疑某电路中的三极管损坏,但拆下 测量又是好的,这时可用同型号的三极管代替它,如果故障消失说明原三极管是损坏的 (软损坏)。有些元器件代替时可不必从印制电路板上拆下,如在图16-49所示电路中, 当怀疑电容C开路或失效时,只要将一只容量相同或相近的正常电容并联在该电容两端即 可,如果故障消失说明原电容损坏。注意电容短路或漏电是不能这样做的,必须要拆下代 替。 图16-49 代替法使用举例 代替法具有简单实用的特点,只需要掌握焊接技术并能识别元器件参数,不需要很多 的电路知识就可以使用该方法。 16.6 收音机的检修 收音机安装完成后如果不能正常工作,通常先进行调试,如果调试后还是无法正常工 作,就需要对收音机进行检修了。市面上的收音机价格已非常便宜ty,w从藏实用书眼光来看没有 什么维修价值,但是通过检修收音机既可以培养我们的动手能力,又能让我们掌握电子产 品检修的一些思想和方法,为以后检修各种高档电子产品打下基础。 考虑到进行收音机检修的目的是让我们掌握电子产品检修的思想和方法,这里就以一 台刚安装好的S66型收音机出现无声故障为例来说明收音机的检修。S66型收音机的电路 图参见图16-35,其检修步骤如下。 第1步:用直观法检查。 检修一台电子产品一般首先用直观法,对于收音机可检查内容有以下几个。 ① 检查电池是否良好:如电池是否变软,外壳是否冒白粉,电池内是否有黏液流 出,电池是否硬化等。 ② 检查电池夹:如电池夹是否生锈、是否接触不良等。 ③ 检查元器件是否相碰。 ④ 检查各连接线有无断落。 ⑤ 检查印制电路板铜箔有无断裂、焊点是否松动/虚焊、各焊点之间是否短路等。 ⑥ 检查元器件有无装错,特别是元器件引脚极性有无装错。 第2步:用电压法检查。 电压法在检修电子产品中的应用比较广泛,但由于收音机中的电压比较低,电压法检 测不明显,故收音机检修中较少采用电压法。这里主要是用电压法测量电池电压是否正 常,正常电池电压为3V。 第3步:用电流法检查。 用电流法可以很容易判断出电路的直流工作情况是否正常,在使用电流法时收音机不 要收到电台(静态),再进行以下检查。 ① 断开电源开关 S,在开关两端测量收音机的整机工作电流,正常应在 5mA 左右。 如果电流过大说明某电路存在短路,如果电流很小,某电路可能开路或不工作;当整机电 流不正常时,为了进一步确定是哪个电路引起的,可接着测量收音机各级电路的工作电 流。 ② 在D 点将电路断开,测量功放电路的工作电流,正常应在1.5mA 左右。如果电流 偏大,可能是电阻 R8、R10的阻值变大,R7、R9的阻值变小,VT5、VT6的集-射极之间漏 电或短路,C9漏电或短路;如果电流偏小,可能是R8、R10的阻值变小,R7、R9的阻值变 大。 ③ 在C点将电路断开,测量前置放大电路的工作电流,正常应为2mA左右。如果电流 偏大可能是R5阻值变小,VT4的集-射极之间漏电或短路;如果电流偏小,可能是R5阻值 变大。 ④ 在 B 点将电路断开,测量中放电路的工作电流,正常应为 0.5mA 左右。如果电流 tyw藏书 偏大,可能是R4、R3阻值变小,VT2的集-射极之间漏电或短路;如果电流偏小,可能是 R4、R3阻值变大, C3、C4漏电。 ⑤ 在A 点将电路断开,测量变频电路的工作电流,正常应为0.3mA 左右。如果电流偏 大,可能是R1、R2阻值变小,VT1的集-射极之间漏电或短路,C2漏电或短路;如果电流 偏小,可能是R1、R2阻值变大,C1漏电。 另外,电源退耦电容C8漏电或短路,R11阻值变小也会导致收音机整机电流偏大。 在用电流法确定某级电路工作电流不正常后,就可以确定该电路为故障电路,接着用 电阻法检测该级电路中可能损坏的元器件。 第4步:用干扰法检查。 在用上述方法检查出各级电路的直流工作条件都正常后,如果收音机还是无声,这时 就要用干扰法来检查收音机中与交流信号处理有关的电路了。这里采用万用表产生的干扰 信号作为注入信号。干扰法的检查可按下面的方法和步骤来进行。 ① 用万用表R×10挡干扰功放电路的中心点(即电容C9的左端),听扬声器中有无干 扰反应(有无“喀喀”声发出)。如无干扰反应,可能是C9开路、耳机插孔接触不良、扬声 器开路。 ② 用万用表R×100 挡干扰音量电位器的中心滑动端,如果扬声器中无干扰反应,说 明干扰信号不能通过前置放大电路和功放电路,又因为它们都能正常放大信号(用电流法 检查它们的直流工作电流正常),所以无干扰反应可能是交流耦合电容C6开路、变压器 T5线圈短路,无法传送交流信号。 ③ 用这种方法从后往前依次干扰 VT3、VT2、VT1的基极,若干扰哪级电路无反应, 该级电路就存在故障,主要检查电路之间的耦合元器件,如中周T4、T3线圈短路。 第5步:用电阻法检查。 用干扰法干扰VT1的基极,扬声器中有反应,说明交流信号可以从VT1基极一直到达 扬声器,如果收音机还是无正常的声音,就要用电阻法直接检查本振电路和输入调谐回路 各个元器件是否正常了。检查时主要用电阻法测量磁性天线T1线圈、振荡线圈T2有无开 路,耦合电容C2和交流旁路电容C1是否开路。 第6步:用代替法检查。 由于输入调谐回路和本振电路中的双联可变电容和微调电容用万用表难于检测出好 坏,故可用同样的双联电容代换它们,如果故障排除,说明原双联电容损坏。 以上就是收音机无声故障的检修过程,其中包含了很多的检修思路和方法,读者可细 细体味,这对提高电子产品的检修能力是有很大帮助的。 第17章 电子测量基础 tyw藏书 17.1 电子测量的基础知识 测量是指为确定被测对象的量值而进行的实验过程。电子测量是测量的一个重要分 支,它是指以电子技术为理论基础,以电子测量设备和仪器为工具,对各种电量进行的测 量。本章理论性较强,如果读者阅读有一定的困难,可以跳过本章,这样并不影响后面内 容的学习。 17.1.1 电子测量的内容 用万用表测量市电电压的大小,用示波器测量信号的波形,都属于电子测量的范围, 电子测量的范围很广,主要包括以下内容。 1.基本电量的测量 基本电量的测量包括电压、电流和功率等的测量。 2.电信号波形及特征的测量 从电信号的波形测量可以直观地观察到各种电信号的波形,电信号的特征测量包括各 种电信号的幅度、频率、相位、周期和失真度等的测量。 3.电路元器件参数的测量 电路元器件参数的测量包括电阻、电容、电感、阻抗以及其他参数(如三极管的放大 倍数、电感的品质因数Q值等)的测量。 4.电路特性的测量 电路特性的测量包括电路的衰减量、增益、灵敏度和通频带等的测量。 17.1.2 电子测量的基本方法 电子测量采用的基本方法有两种:一种是直接测量,另一种是间接测量。 1.直接测量法 直接测量法是指直接测量被测对象量值的方法。下面举例说明直接测量法的应用,如 图17-1(a)所示,如果想知道流过灯泡电流I的大小,可以在B点将电路断开,再将电流 表的两支表笔分别接在断开处的两端,电流流过电流表,电流表就会显示电流的大小。 2.间接测量法 间接测量法是指不直接测量被测对象某个量值,而是测量与之相关的另外一个量值, 再根据两个量值之间的关系求出未知量值的方法。下面举例说明间接测量法的应用,如图 17-1(b)所示,如果想知道流过灯泡电流I的大小,可以用电压表测量电阻R两端的电压 tyw藏书 U,然后根据部分电路欧姆定律I=U/R就可以求出电流I的大小(注:电阻R的阻值已 知)。 图17-1 电子测量两种基本的测量方法举例 同样是测一个电路的电流大小,可以采用图17-1(a)所示的直接测量法,也可以采 用图17-1(b)所示的间接测量法。图 17-1(a)所示的直接测量法可以直接读出被测对象 的量值大小,但需要断开电路;图17-1(b)所示的间接测量法不需要断开电路,比较方 便,但测量后需要通过欧姆定律进行计算。 直接测量法和间接测量法没有优劣之分,在进行电子测量时,选择哪一种方法要根据 实际情况来决定。 17.2 电子测量的误差与数据处理 17.2.1 电子测量的误差及产生原因 tyw藏书 一个被测量的真实数值称为该被测量的真值。真值是一个理想的概念,在实际测量过 程中,仪器的误差、测量手段的不完善等原因,都会使测量的数值无法与真值一致。被测 量的测量值与真值之间的差异称为测量误差。误差是客观存在而无法消除的,测量时要做 的是如何将误差降到最小。 测量误差产生的原因有以下几个。 1.仪器误差 电子测量仪器本身所带有的误差称为仪器误差。它主要是由电子测量仪器本身性能决 定的,一般来说,高档的电子测量仪器较低档的电子测量仪器误差小。 2.方法误差 由于测量的方法不合理而引起的误差称为方法误差。例如用低内阻的普通万用表测量 电路中大阻值电阻两端的电压。 3.理论误差 用近似公式或近似值计算测量结果时引起的误差称为理论误差。 4.人身误差 由于测量者的分辨力、视觉疲劳、不良的测量习惯等引起的误差称为人身误差。例如 观察测量时斜视、读错刻度等。 5.影响误差 测量时,各种环境因素与要求的条件不一致引起的误差称为影响误差。例如在测量 时,因温度、湿度或电源电压的不稳定而引起的测量误差。 误差是客观存在的,人们无法消除它,只能通过各种方法减小误差,让测量值最大程 度地接近真值。 17.2.2 测量误差的表示方法 测量误差的表示方法通常有两种:一种是绝对误差,另一种是相对误差。 1.绝对误差 测量值x与真值A之差称为绝对误差。绝对误差通常用Δx表示,即 由于真值一般无法得到,故常用准确度更高的仪器测量的值代替真值。 仪器测量的准确程度通常要用准确度更高的仪器来检验纠正,例如用一台普通的电压 表测某电压为9V,而用准确度更高的电压表测该电压为8.8V,那么绝对误差为 从上面的例子可以看出,普通仪器测量时有一定的偏差,为了使测量值尽可能准确, 可以对测量值进行修正,只要在普通仪器的9V上进行−0.2V的修正,得到的值(8.8V)就 是较准确的值,这里的−0.2V为修正值,它与绝对误差相等但符号t相y反w。藏书 与绝对误差Δx相等但符号相反的值称为修正值,一般用C表示,即 2.相对误差 相对误差的表示方法有4种:实际相对误差γA、示值相对误差γx、满度相对误差γm和 分贝误差γdB。 (1)实际相对误差γA 绝对误差与被测量的实际值之比的百分数称为实际相对误差,用γA表示 在前面的例子中,Δx=0.2V,A=8.8V,那么实际相对误差 (2)示值相对误差γx 绝对误差与测量值之比的百分数称为示值相对误差,用γx表示 在前面的例子中,Δx=0.2V,x=9V,那么示值相对误差 (3)满度相对误差γm 绝对误差与仪器的满度值xm之比的百分数称为满度相对误差,用γm表示 在前面的例子中,Δx=0.2V,测量时满刻度为xm=10V,那么满度相对误差 在一些仪表中,常按γm值的大小来划分等级,例如2.5级的仪表(在面板上标有2.5的 符号),其γm≤±2.5%。 在进行电子测量时,为了减小相对误差,在选择仪器量程时应使表针尽可能接近于满 度(指示最好不小于2/3满度)。 (4)分贝误差γdB 在电子测量时经常会遇到用分贝(dB)数来表示相对误差的情况,这种误差称为分 贝误差γdB。它具有以下规律。 对于电流、电压等量有 tyw藏书 对于电功率有 分贝误差数γdB与示值相对误差数γx有以下关系。 对于电压、电流等量有:γdB≈8.69γx(dB); 对于电功率有:γdB≈4.3γx(dB)。 例如某毫伏表测1MHz以下信号电压的误差为0.5dB,用示值相对误差表示就是 17.2.3 电子测量的数据处理 电子测量的数据处理是指依据一定的规律,从原始的测量数据中求出测量结果。电子 测量的数据处理主要有两方面的问题。 1.测量数据的取舍 如果测量数据的位数不符合要求,就要进行数据的取舍。数据取舍的规律是“四舍五 入”,测量技术中规定“小于5,舍;大于5,入;等于5时采取偶数法则”。也就是说,以保 留数字的末位为准,它后面的数小于5时舍去,大于5时舍去,同时要给末位数加1,如果 后面的数恰好为5时,将末位数凑成偶数。下面举例来说明数据的取舍。 18.34→18.3(舍去4,因为4<5) 18.37→18.4(舍去7同时给末位加1,因为7>5) 18.35→18.4(因为末位3为奇数,舍去5时给3加1使它变为偶数4) 18.45→18.4(因为末位4为偶数,舍去5时不需加1) 从上面可知,每个数据经舍入后,末位数就不是准确的数了,称为欠准数字,末位数 以前的数是准确的数字。 2.有效数字的表示 在测量过程中,测量结果的数字位数过多、过少都不好,因此要合理确定数据的位 数。 有效数字是指从数据左边第一个非零的数字开始,直到右边最后一个数字为止的所有 数字。根据有效数字的定义可知如下两点。 ① 数据中第1 位非零数字左边的“0”不是有效数字。如测量某信号频率为0.030 410MHz,“3”前面的两个“0”不是有效数字,它与测量准确度无关,当换成另一个单位时 可以去掉,将它表示成30.410kHz时,前面的“0”就不存在了。 tyw藏书 ② 数据中第1 位非零数字右边的所有“0”都是有效数字。这里包括数据中间和尾部 的“0”,尾部的“0”很重要,它能表示测量结果的精确位数,例如45.30表示精确到百分 位,45.3是准确数字;45.3表示精确到十分位,45是准确数字,3是欠准数字。 测量的数据并不是位数越多越好,位数偏少也不好,保留几位有效数字可按这样的原 则来确定:根据仪器测量的准确程度来确定有效数字的位数(允许保留一位欠准数字), 再根据舍入原则将有效位以后的数字作舍入处理。 例如,某电压表测得某信号的电压为 5.362V,测量误差为±0.05V,从测量误差来 看,百分位数字有误差,而十分位数字没有误差,那么该电压值应表示成5.36V(6为欠准 数字)。 第18章 指针万用表 tyw藏书 18.1 面板说明 指针万用表是一种广泛使用的电子测量仪表,它由一只灵敏度很高的直流电流表(微 安表)作表头,再加上挡位选择开关和相关的电路组成。指针万用表可以测量电压、电 流、电阻,还可以测量电子元器件的好坏。指针万用表的种类很多,但使用方法都大同小 异,本章以MF-47D新型万用表为例进行介绍。 MF-47D新型万用表外观如图18-1所示,它在早期MF-47型万用表的基础上增加了很 多新的测量功能,如增加了电容量、电池电量、稳压二极管稳压值的测量功能,另外还有 电路通路蜂鸣测量和电阻箱等功能。从图中可以看出,MF-47D新型指针万用表面板上主 要有刻度盘、挡位选择开关、旋钮和一些插孔。 18.1.1 刻度盘 图18-1 MF-47D新型指针万用表外观图 刻度盘如图18-2所示,它由9条刻度线组成。 tyw藏书 图18-2 刻度盘 第1条标有“Ω”符号的为欧姆刻度线。在测量电阻阻值时查看该刻度线。这条刻度线 最右端刻度表示的阻值最小,为0Ω;最左端刻度表示的阻值最大,为∞(无穷大)。在未 测量时,表针指在左端∞处。 第2条标有“ ”符号的为直、交流电压/直流电流刻度线。在测量直、交流电压和 直流电流时都查看这条刻度线。该刻度线最左端刻度表示最小值,最右端刻度表示最大 值。该刻度线下方标有3组数,它们的最大值分别是250、50和10。当选择不同挡位时,要 将刻度线的最大刻度看作是该挡位的最大量程数值(其他刻度也要相应变化)。如挡位选 择开关拨至“50V”挡测量时,表针指在第2条刻度线最大刻度处,表示此时测量的电压值 为50V(而不是10V或250V)。 第3条标有“AC10V”字样的为交流10V挡专用刻度线。在挡位选择开关拨至交 流“10V”挡测量时查看该刻度线。 第4条标有“C(μF)”字样的为电容容量刻度线。在测量电容容量时查看该刻度线。 第5条标有“IC/IBhFE”字样(标在刻度线右方)的为三极管放大倍数刻度线。在测量三 极管放大倍数时查看该刻度线。 第6条标有“LV”字样的为负载电压刻度线。在测量稳压二极管稳压值和一些非线性元 器件(如整流二极管、发光二极管和三极管的PN结)的正向压降时查看该刻度线。 第7条标有“L(H)50Hz”字样的为电感量刻度线。在测量电感的电感量时查看该刻度 线。 第8条标有“dB”字样的为音频电平刻度线。在测量音频信号电平时查看该刻度线。 第9条标有“BATT”字样的为电池电量刻度线。在测量1.2~3.6V电池是否可用时查看该 刻度线。 18.1.2 挡位选择开关 当万用表测量不同的量时,应将挡位选择开关拨至不同的挡位。挡位选择开关如图 tyw藏书 18-3所示,它可以分为多类挡位,除通路蜂鸣挡和电池电量挡外,其他各类挡位根据测量 值的大小又细分成多挡。 图18-3 挡位选择开关及插孔 18.1.3 旋钮 指针万用表面板上的旋钮有机械校零旋钮和欧姆校零旋钮。机械校零旋钮如图18-1所 示,欧姆校零旋钮如图18-3所示。 机械校零旋钮的作用是在使用万用表测量前,将表针调到刻度盘电压刻度线(第2条 刻度线)的“0”刻度处(或欧姆刻度线的“∞”刻度处)。 欧姆校零旋钮的作用是在使用欧姆挡或通路蜂鸣挡测量前,按一定的方法将表针调到 欧姆刻度线的“0”刻度处。 18.1.4 插孔 万用表的插孔如图 18-3 所示。在图中左下角标有“ ”字样的为黑表笔插孔,标 有“+”字样的为红表笔插孔;图中右下角标有“ ”字样的为高电压测量插孔(在测量 大于 1 000V而小于 2 500V 的电压时,红表笔需插入该插孔),标有“10A”字样的为大电 流测量插孔(在测量大于500mA而小于10A的直流电流时,红表笔需插入该插孔);图中 左上角标有“P”字样的为PNP型三极管插孔,标有“N”字样的为NPN型三极管插孔。 18.2 测量原理 指针万用表内部有一只直流电流表,为了让它不但能测直流电流还能测电压、电阻等 电量,需要给万用表加相关的电路。下面就介绍万用表内部各种电ty路w如藏何与书直流电流表配 合进行各种电量的测量。 18.2.1 直流电流的测量原理 万用表直流电流的测量原理如图18-4所示,图中右端虚线框内的部分为万用表测直流 电流时的等效电路,左端为被测电路。 图18-4 直流电流测量原理说明图 在图18-4中,如果想测量流过灯泡的电流大小,首先要将电路断开,然后将万用表的 红表笔接A点(断口的高电位处),黑表笔接B点(断口的低电位处)。这时被测电路的 电流经A点、红表笔流进万用表。在万用表内部,电流经挡位选择开关S的“1”端后分作两 路:一路流经电阻R1、R2,另一路流经电流表,两电流在F点汇合后再从黑表笔流出进入 被测电路。因为有电流流经电流表,电流表表针偏转指示被测电流的大小。 如果被测电路的电流很大,为了防止流过电流表的电流过大而表针无法正常指示或电 流表被烧坏,可以将挡位选择开关S拨至“2”处(大电流测量挡),这时从红表笔流入的大 电流经开关S的“2”到达D点,电流又分作两路:一路流经R2,另一路流经R1、电流表,两 电流在F点汇合后再从黑表笔流出。因为在测大电流时分流电阻小(测小电流时分流电阻 为 R1和 R2,而测大电流时分流电阻为R2),被分流掉的电流大,再加上R1的限流,所以 流过电流表的电流不会很大,电流表不会被烧坏,表针仍可以正常指示。 从上面的分析可知,万用表测量直流电流时有以下规律。 ① 用万用表测直流电流时需要将电路断开,并且红表笔接断口的高电位处,黑表笔 接断口的低电位处。 ② 用万用表测直流电流时,内部需要并联电阻进行分流,测量的电流越大,要求分 流电阻越小,所以在选用大电流挡测量时,万用表内部的电阻很小。 18.2.2 直流电压的测量原理 万用表直流电压的测量原理如图18-5所示,图中右端虚线框内的部分为万用表测直流 电压时的等效电路,左端为被测电路。 tyw藏书 图18-5 直流电压测量原理说明图 在图18-5中,如果要测量被测电路中电阻R两端的电压(即A、B两点之间的电压), 应将红表笔接A点(R的高电位端),黑表笔接B点(R的低电位端),这时从A点会有一 路电流流进红表笔,在万用表内部经挡位选择开关S的“1”端和限流电阻R2后流经电流 表,再从黑表笔流出到达B点。A、B之间的电压越高(即R两端的电压越高),流过电流 表的电流越大,表针摆动幅度越大,指示的电压值越高。 如果A、B 之间的电压很高,流过电流表的电流就会很大,则会出现表针摆动幅度超 出指示范围而无法正常指示,或者电流表被烧坏的情况。为避免这种情况的发生,在测量 高电压时,可以将挡位选择开关 S 拨至“2”处(高电压测量挡),这时从红表笔流入的电 流经开关 S 的“2”端,再由R1、R2限流后流经电流表,然后从黑表笔流出。因为测高电压 时万用表内部的限流电阻大,故流进内部电流表的电流不会很大,电流表不会被烧坏,表 针可以正常指示。 从上面的分析可知,万用表测量直流电压时有以下规律。 ① 用万用表测直流电压时,红表笔要接被测电路的高电位处,黑表笔接低电位处。 ② 用万用表测直流电压时,内部需要用串联电阻进行限流,测量的电压越高,要求 限流电阻越大,所以在选用高电压挡测量时,万用表内部的电阻很大。 18.2.3 交流电压的测量原理 万用表交流电压的测量原理如图18-6所示,图中右端虚线框内的部分为万用表测交流 电压时的等效电路,左端为被测交流信号。 tyw藏书 图18-6 交流电压测量原理说明图 从图18-6中可以看出,万用表测交流电压与测直流电压时的等效电路大部分是相同 的,但在测交流电压时增加了 VD1、VD2构成的半波整流电路。因为交流信号的极性是随 时变化的,所以红、黑表笔可以随意接在A、B点,为了叙述方便,将红表笔接A点,黑 表笔接B点。 在测量时,如果交流信号为正半周,那么A点为正,B点为负,则有电流从红表笔流 入万用表,再经挡位选择开关S的“1”端、电阻R1和二极管VD1流经电流表,然后由黑表笔 流出到达交流信号的B点。如果交流信号为负半周,那么A点为负,B点为正,则有电流从 黑表笔流入万用表,经二极管VD2、电阻R1和挡位选择开关S的“1”端,再由红表笔流出到 达交流信号的A点。测交流电压时有一个半周有电流流过电流表,表针会摆动,并且交流 电压越高,表针摆动的幅度越大,指示的电压越高。 如果被测交流电压很高,可以将挡位选择开关S拨至“2”处(高电压测量挡),这时从 红表笔入的电流需要经过限流电阻R2、R1,因为限流电阻很大,所以流过电流表的电流 不会很大,电流不会被烧坏,表针可以正常指示。 从上面的分析可知,万用表测量交流电压时有以下规律。 ① 用万用表测交流电压时,因为交流电压极性随时变化,故红、黑表笔可以任意接 在被测交流电压的两端。 ② 用万用表测交流电压时,内部需要用串联电阻进行限流,测量的电压越高,要求 限流电阻越大,另外内部还需要整流电路。 18.2.4 电阻阻值的测量原理 万用表电阻阻值的测量原理如图18-7所示,图中右端虚线框内的部分为万用表测电阻 阻值时的等效电路,左端为被测电阻Rx。由于电阻不能提供电流,所以在测电阻时,万 用表需要使用内部直流电源(电池)。 tyw藏书 图18-7 电阻测量原理说明图 电阻无正、负极之分,故在测电阻阻值时,红、黑表笔可以随意接在被测电阻两端。 在测量电阻时,红表笔接在被测电阻 Rx的一端,黑表笔接另一端,这时万用表内部电路 与 Rx构成回路,有电流流过电路,电流从电池的正极流出,在C点分作两路:一路经挡位 选择开关S的“1”端、电阻R1流到D点,另一路经电位器RP、电流表流到D点,两电流在D 点汇合后从黑表笔流出,再流经被测电阻Rx,然后由红表笔流入,回到电池的负极。 被测电阻Rx的阻值越小,回路的电阻也就越小,流经电流表的电流也就越大,表针 摆动的幅度越大,指示的阻值越小,这一点与测电压、电流是相反的(测电压、电流时, 表针摆动幅度越大,指示的电压或电流值越大),所以万用表刻度盘上电阻刻度线标注的 数值大小与电压、电流刻度线是相反的。 被测电阻阻值越大,流过电流表的电流就越小,表针摆动幅度会很小,读数困难且不 准确。为此在测量高阻值电阻时,可以将挡位选择开关S拨至“2”(高阻值测量挡)处,接 入的电阻R2的阻值较低挡位的电阻R1大,因为R2阻值大,所以经R2分流掉的电流小,流 过电流表的电流大,表针摆动的幅度大,使测量高阻值电阻时也可以很容易从刻度盘准确 读数。 从上面的分析可知,万用表测量电阻阻值时有以下规律。 ① 在测电阻阻值时,万用表内部需要用到电池(在测电压、电流时,电池处于断开 状态)。 ② 在测电阻阻值时,万用表的红表笔接内部电池的负极,黑表笔接内部电池的正 极。 ③ 在测电阻阻值时,被测电阻阻值越大,表针摆动的幅度越小;被测电阻阻值越 小,表针摆动的幅度越大。 18.2.5 三极管放大倍数的测量原理 三极管有PNP和NPN两种类型,它们的放大倍数、测量原理基本相同,下面以如图 18-8所示的NPN型三极管为例来说明三极管放大倍数的测量原理。图中右端虚线框内的部 分为万用表测三极管放大倍数时的等效电路,3个小圆圈分别为三极管的集电极、基极和 发射极插孔。 当将 NPN 型三极管各极插入相应的插孔后,万用表内部的电池就会为三极管提供电 tyw藏书 源,三极管导通,有电流Ib、Ic和Ie流过三极管,电流表串接在三极管的集电极,故电流Ic 会流过电流表。因为三极管基极接的电阻R的阻值是不变的,所以流过三极管的电流Ib也 是不变的,根据Ic=β·Ib可知,在Ib不变的情况下,放大倍数β 越大,电流Ic也就越大,表针 摆动的幅度也就越大。 由此可知,三极管放大倍数的测量原理是:让三极管的电流Ib为固定值,被测的三极 管放大倍数越大,流过电流表的电流Ic也就越大,表针摆动的幅度也就越大,指示的放大 倍数就越大。 图18-8 万用表测量三极管放大倍数原理说明图 18.3 使用方法 本节以MF-47D新型指针万用表为例来说明指针万用表的使用方法。 tyw藏书 18.3.1 使用前的准备工作 指针万用表在使用前需要安装电池、机械校零和安插表笔。 1.安装电池 指针万用表工作时需要安装电池,电池安装如图18-9所示。 图18-9 安装电池 在安装电池时,先将万用表后面的电池盖取下,然后将一节2号1.5V电池和一节9V电 池分别安装在相应的电池插座中,安装时要注意两节电池的正、负极性要与电池盒上标注 的极性一致。如果万用表不安装电池,欧姆挡(兼作电容量/负载电压/hFE挡)和通路蜂 鸣挡将无法使用,电压、电流挡仍可使用。 2.机械校零 机械校零过程如图18-10所示。 tyw藏书 图18-10 机械校零操作 将万用表平放在桌面上,观察表针是否指在电压/电流刻度线左端“0”位置(即欧姆刻 度线左端“∞”位置),如果未指向该位置,可用螺丝刀(俗称起子)调节机械校零旋钮, 让表针指在电压/电流刻度线左端“0”处。 3.安插表笔 万用表有红、黑两支表笔,测量时应将红表笔插入标“+”字样的插孔中,将黑表笔插 入标“ ”字样的插孔中。 18.3.2 直流电压的测量 MF-47D新型指针万用表的直流电压挡位可细分为0.25V、1V、2.5V、10V、50V、 250V、500V、1 000V、2 500V挡。 1.直流电压的测量步骤 直流电压的测量步骤如下。 ① 测量前先估计被测电压的最大值,选择合适的挡位,即选择的挡位要大于且最接 近估计的最大电压值,这样测量值更准确,若无法估计,可先选最高挡测量,再根据大致 测量值重新选取合适的低挡位进行测量。 ② 测量时,将红表笔接被测电压的高电位处,黑表笔接被测电压的低电位处。 ③ 读数时,找到刻度盘上的直流电压刻度线,即第2条刻度线,观察表针指在该刻度 线何处。由于第2条刻度线标有3组数(3组数共用一条刻度线),读哪一组数要根据所选 择的电压挡位来确定。例如,测量时选择的是250V挡,读数时就要读最大值为250的那一 tyw藏书 组数,在选择2.5V挡时仍读该组数,只不过要将250看成是2.5,该组其他数也要作相应变 化。同样,在选择10V、1 000V 挡测量时读最大值为 10 的那组数,在选择 50V、500V 挡 位测量时要读最大值为50的那组数。 直流电压测量补充说明如下。 ① 如果要测量1 000~2 500V电压,挡位选择开关应拨至“1 000V”挡,红表笔插入“2 500V”专用插孔,黑表笔仍插在“ ”插孔中,读数时选择最大值为250的那一组数。 ② 直流电压0.25V 挡与直流电流50μA 挡是共用的。在选择该挡测直流电压时,可以 测量0~0.25V范围内的电压,读数时选择最大值为250的那一组数;在选择该挡测直流电 流时,可以测量0~50μA范围内的电流,读数选择最大值为50的那一组数。 2.直流电压测量举例 (1)测量电池的电压 用万用表测量一节干电池的电压,测量过程如图18-11所示。 图18-11 一节干电池电压的测量操作图 估计一节电池的电压不会超过2V,因此将挡位选择开关拨至直流电压的“2.5V”挡,然 后将红表笔接电池的正极,将黑表笔接电池的负极,读数时查看表针在第2条刻度线所指 的刻度,并观察该刻度对应的数值(最大值为250那组数),现发现表针所指刻度对应数 值为“135”,那么该电池电压为1.35V(250看成2.5,135相应要看成1.35)。 当然也可以选择10V、50V挡,甚至更高的挡位来测量电池的电压,但准确度会下 降。挡位偏离电池实际电压越大,测量准确度越低,这与用大秤称小物体不准确的道理是 一样的。 (2)测量电路中某元件两端电压 这里以测量电路中一个电阻两端的电压为例来说明,测量示意图如图18-12所示。 tyw藏书 因为电路的电源电压为 10V,故电阻 R1两端电压不会超过 10V,所以将挡位选择开 关拨至直流电压“10V”挡,然后红表笔接被测电阻 R1的高电位端(即 A 点),黑表笔接 R1的低电位端(即B点),再观察表针指在6V位置,则R1两端的电压UR1=6V(A、B两点 之间的电压UAB也为6V)。 (3)测量电路中某点电压 电路中某点电压实际上就是指该点与地之间的电压。下面以测量如图 18-13 所示电路 中的三极管集电极电压为例来说明。 因为电路的电源电压为18V,三极管VT的集电极电压最大不会超过18V,但可能大于 10V,所以将挡位选择开关拨至直流电压“50V”挡,然后红表笔接三极管的集电极,黑表 笔接地,再观察表针指在12V刻度处,则三极管的集电极电压为12V。 图18-12 电路中元件两端电压的测量示意图 图18-13 电路中某点电压的测量示意图 18.3.3 直流电流的测量 MF-47D新型指针万用表的直流电流挡位可细分为50μA、0.5mA、5mA、50mA、 500mA、10A挡。 1.直流电流的测量步骤 直流电流的测量步骤如下。 ① 先估计被测电路电流可能有的最大值,然后选取合适的直流电流挡位,选取的挡 位应大于并且最接近估计的最大电流值。 ② 测量时,先要将被测电路断开,再将红表笔接断开位置的高电位处,黑表笔接断 开位置的另一端。 tyw藏书 ③ 读数时查看第2条刻度线,读数方法与直流电压测量读数方法相同。 直流电流测量补充说明:当测量500mA~10A电流时,红表笔应插入“10A”专用插 孔,黑表笔仍插在“ ”插孔中不动,挡位选择开关拨至“500mA”挡,测量时查看第2条 刻度线,并选择最大值为10的那组数进行读数,单位为A。 2.直流电流测量举例 下面以测量流过一只灯泡的电流大小为例来说明直流电流的测量方法,测量过程如图 18-14所示。 图18-14 灯泡电流的测量示意图 估计流过灯泡的电流不会超过 250mA,将挡位选择开关拨至“250mA”挡,再将被测电 路断开,然后将红表笔接断开位置的高电位处,黑表笔接断开位置的另一端,这样才能保 证电流由红表笔流进,从黑表笔流出,表针才能朝正方向摆动,否则表针会反偏。读数时 发现表针所指刻度对应的数值为“120”,故流过灯泡的电流为120mA。 18.3.4 交流电压的测量 MF-47D新型指针万用表的交流电压挡位可细分为10V、50V、250V、500V、1 000V、 2 500V挡。 1.交流电压的测量步骤 交流电压的测量步骤如下。 ① 估计被测交流电压可能有的最大值,选取合适的交流电压挡位,选取的挡位应大 于并且最接近估计的最大值。 ② 红、黑表笔分别接被测电压两端(交流电压无正、负之分,故红、黑表笔可随意 接)。 ③ 读数时查看第2条刻度线,读数方法与直流电压的测量读数相同。 交流电压测量补充说明如下。 ① 当选择交流10V挡测量时,应查看第3条刻度线(10V交流电压挡测量专用刻度 线),读数时选择最大值为10的一组数。 ② 在测量1 000~2 500V交流电压时,挡位选择开关应拨至交流“1 000V”挡,红表笔 tyw藏书 要插入“2 500V”专用插孔,黑表笔仍插在“ ”插孔中,读数时选择最大值为250的那组 数。 2.交流电压测量举例 下面以测量市电电压的大小为例来说明交流电压的测量方法,测量过程如图18-15所 示。 图18-15 市电电压的测量操作图 估计市电电压不会大于250V且最接近250V,故将挡位选择开关拨至交流“250V”挡, 然后将红、黑表笔分别插入交流市电插座,读数时发现表针指在第2条刻度线的“240”处 (读最大值为250那组数),则市电电压为240V。 18.3.5 电阻阻值的测量 测量电阻的阻值要用到欧姆挡,MF-47D 新型指针万用表的欧姆挡可细分为 R×1、 R×10、R× 100、R×1k、R×10k挡。 1.电阻阻值的测量步骤 电阻阻值的测量步骤如下。 ① 选择挡位。先估计被测电阻的阻值大小,然后选择合适的欧姆挡位。挡位选择的 原则是:在测量时尽可能让表针指在欧姆刻度线的中央位置,因为表针指在刻度线中央位 置时的测量值最准确,若不能估计电阻的阻值,可先选高挡位测量,如果发现阻值偏小, 再换成合适的低挡位重新测量。 ② 欧姆校零。挡位选好后要进行欧姆校零,欧姆校零过程如图18-16所示。先将红、 tyw藏书 黑表笔短接,观察表针是否指到欧姆刻度线(即第1条刻度线)的“0”刻度处,如果表针没 有指在“0”刻度处,可调节欧姆校零旋钮,直到将表针调到“0”刻度处。 图18-16 欧姆校零的操作图 ③ 红、黑表笔分别接被测电阻的两端。 ④ 读数时查看第1条刻度线,观察表针所指刻度数值,然后将该数值与挡位数相乘, 得到的结果就是该电阻的阻值。 2.欧姆挡使用举例 下面以测量一个标称阻值为120Ω的电阻为例来说明欧姆挡的使用方法。 电阻的标称阻值为120Ω,为了使表针能尽量指到刻度线中央,可选择“R×10”挡,然 后进行欧姆校零,过程如图 18-16 所示。再将红、黑表笔分别接被测电阻两端并观察表针 在欧姆刻度线的所指位置,如图18-17所示。现发现表针指在数值“12”位置,则该电阻的 阻值为12×10Ω=120Ω。 tyw藏书 图18-17 电阻阻值的测量操作图 18.3.6 三极管放大倍数的测量 三极管具有放大功能,它的放大能力用数值表示就是放大倍数。如果想知道一个三极 管的放大倍数,可以用万用表进行检测。MF-47D新型万用表的hFE挡用来测量三极管的 放大倍数。 三极管有 PNP 型和 NPN 型两种,它们的检测方法是一样的。三极管的放大倍数测量 如图18-18所示。 tyw藏书 图18-18 三极管放大倍数的测量操作图 三极管放大倍数的测量过程如下。 ① 选择hFE挡并进行欧姆校零。将挡位选择开关拨至“hFE”挡(与R×10挡共用)处, 然后将红、黑表笔短接,再调节欧姆校零旋钮,使表针指在欧姆刻度线的“0”处。 ② 根据三极管的类型和引脚的极性将三极管插入相应的测量插孔中。PNP 型三极管 插入标有“P”字样的插孔,NPN型三极管插入标有“N”字样的插孔,图18-18中的三极管为 NPN型,故将它插入“N”插孔。 ③ 读数。读数时查看标有“hFE”字样的第5条刻度线,观察表针所指的刻度数值,现 发现表针指在第5条刻度线的“150”处,则该三极管的放大倍数为150倍。 18.3.7 通路蜂鸣测量 通路蜂鸣测量是MF-47D新型指针万用表新增的功能,利用该功能可以测量电路是否 处于通路。若处于通路(电路阻值低于10Ω),万用表会发出1kHz的蜂鸣声,这样用户测 量时不用查看刻度盘即能了解电路的通断情况。 MF-47D新型指针万用表的BUZZ(R×3)挡用作通路蜂鸣测量。下面以测量一根导线 为例来说明通路蜂鸣的测量方法,测量操作过程如图18-19所示。利用通路蜂鸣挡测量导 线的步骤如下。 ① 将挡位选择开关拨至“BUZZ(R×3)”挡(即通路蜂鸣挡)。 ② 将红、黑表笔短接进行欧姆校零。 ③ 将红、黑表笔接被测导线的两端。 tyw藏书 图18-19 利用通路蜂鸣挡测量导线的操作图 ④ 如果万用表有蜂鸣声发出,表明导线处于通路状态,此时若想知道导线的电阻, 可查看表针在欧姆刻度线处所指的数值,该数值乘以3即为被测导线的电阻。 18.3.8 电容量的测量 电容量的测量是MF-47D新型指针万用表的新增功能,电容量测量的挡位可细分为 C×1、C× 10、C×100、C×1k、C×10k挡,它们分别与R×10k、R×1k、R×100、R×10、R×1 挡共用。 1.电容量的测量步骤 电容量的测量步骤如下。 ① 根据被测电容的容量标称值选择合适的挡位。表 18-1 列出了各挡位及其容量测量 范围。测量时为了观察方便,选择挡位时应尽量让表针摆动幅度大(最大有效幅度值为 10),如测量一个标称值为2.2μF的电容,可以选择C×1、C×10和C×100挡,但选择C×1挡 测量时表针摆动幅度最大,最适宜观察。 表18-1 各电容量测量挡与容量测量范围对照表 ② 欧姆校零。 ③ 将红、黑表笔分别接被测电容的两电极。如果是有极性电容,黑表笔应接电容的 正极,红表笔接电容的负极,这是因为黑表笔接万用表内部电池的正极,红表笔接电池的 负极,若表笔接错电容的极性,则测量值不准确。 ④ 观察表针在“C(μF)”刻度线上的最大摆动指示值,该值乘以挡位数即被测电容的 容量值。 注意:如果对被测电容重新进行测量,或者对充有电荷的电容进行测量,需要将电容 两极短接放电,然后再按上面的步骤测量电容的容量,否则测量值不准确。 2.电容的容量测量举例 tyw藏书 下面以测一个标称容量为 47μF 的电解电容为例来说明电容的容量测量方法,测量操 作过程如图18-20所示。 图18-20 电容容量的测量操作图 由于被测电容的标称容量为47μF,为了观察明显,可选择C×10挡,然后将红、黑表 笔短接进行欧姆校零,再将红、黑表笔分别接被测电容的负、正极,同时观察表针 在“C(μF)”刻度线上的最大摆动指示值,现观察到表针最大摆动指示值接近“5”,则被 测电容的容量近似为5×10μF=50μF,与电容的容量标称值基本一致,故被测电容正常。 18.3.9 负载电压测量(LV测量) 负载电压测量挡主要用来测量不同电流情况下非线性元器件两端的压降。该挡可以测 量普通二极管、发光二极管的正向导通压降,也可以测量稳压值在10.5V以下的稳压二极 管的稳压值。 1.负载电压测量原理 负载电压测量原理如图18-21所示,其中虚线框内部分为测负载电压时的万用表内部 电路等效图。 tyw藏书 图18-21 负载电压测量原理说明图 在测量时,1.5V电池和9V电池叠加得到10.5V电压,它经万用表内部电路降压后加到 被测稳压二极管VZ两端,如果VZ的稳压值小于10.5V,则VZ被反向击穿,有电流流过电流 表和VZ,电流表的表针会发生摆动,由于稳压二极管击穿后两端电压等于稳压值,所以 稳压二极管的稳压值越大,C、D 两点间的电压越小,即加到电流表两端的电压越小,流 过电流表的电流越小,表针摆动幅度越小,指示的负载电压值越大(负载电压刻度线左小 右大)。 如图18-21所示,被测元器件两端的电压称为负载电压,在表盘中用LV表示;流过负 载的电流称为负载电流,用LI表示。 2.负载电压测量说明 MF-47D新型指针万用表的负载电压测量挡与欧姆挡共用,可细分为R×1、R×10、 R×100、R×1k、R×10k挡。当选择R×1~R×1k挡时,万用表内部使用1.5V电池;当选择 R×10k挡时,万用表内部使用1.5V和9V两个电池,提供10.5V电压。在使用不同挡位测量 时,万用表输出电流不同,即流过被测负载的电流(LI)不同,具体见表18-2。 表18-2 各负载电压挡位提供的电流、电压对照表 负载电压测量步骤如下。 ① 根据被测非线性元器件的正向导通电压或反向导通电压选择合适的挡位。对于导 通电压低于1.5V的元器件,可选择R×1~R×1k挡测量;对于导通电压处于1.5~10.5V的元 器件,可选择R×10k 挡测量。在选择 R×1~R×1k 各挡测同一非线性元器件时,如测整流 二极管的正向导通电压,由于测量时各挡提供的电流不同,故测出来的电压会有一定的差 距,高挡位提供的负载电流小,测出的导通电压会较低挡位测出的稍低一些。在选择 R×10k 挡测量时,由于该挡提供的负载电流很小,故测出的导通电压较元器件在正常电路 中的导通电压会低一些。 ② 欧姆校零。 ③ 将红、黑表笔接被测元器件两端。若测元器件的正向导通电压,则黑表笔接被测 元器件的正极,红表笔接被测元器件的负极;若测元器件的反向导通电压,则黑表笔接元 器件的负极,红表笔接元器件的正极。 tyw藏书 ④ 读数时查看负载电压挡刻度线。该挡刻度线有 0~1.5V 和 0~10.5V 两组数,当选 择 R× 1~R×1k挡测量时,读0~1.5V这组数;若选择R×10k挡,则读0~10.5V这组数。 3.负载电压测量举例说明 下面以测量一只整流二极管的正向导通电压为例来说明负载电压的测量方法,测量操 作过程如图18-22所示。 由于整流二极管的正向导通电压小于1.5V,故可选择R×1~R×1k挡中的某一挡,这里 选择R×100挡,短接红、黑表笔进行欧姆校零,然后将红、黑表笔分别接二极管的负、正 极,同时观察表针在“LV”刻度线上的位置,现发现表针的位置对应数值为“0.55”(查看0 ~1.5这组数),则被测整流二极管的正向导通电压为0.55V。 如果想知道此时流过二极管的负载电流大小,可查看表针在欧姆刻度线处的指示值, 将该值乘以挡位数后得到二极管的导通电阻,将测得的负载电压除以导通电阻,所得结果 即为流过二极管的负载电流。在图 18-22 中,表针在欧姆刻度线处的指示值为“10”,将该 值×100 后得到二极管导通电阻为 1 000Ω,将 0.55V 除以 1 000Ω得到 0.000 55A(0.55mA),即流过二极管的负载电流为0.55mA。 图18-22 二极管正向导通电压的测量操作图 18.3.10 电池电量的测量(BATT测量) 电池电量测量挡用来测量电池电量情况,以确定被测电池是否可用。该挡可以测量 1.2~3.6V的各类电池的电量(不含纽扣电池)。 1.电池电量测量原理 (1)电池电量判断方法 tyw藏书 任何一种电池,都可以看成是由如图18-23所示的电动势E和内阻r组成的。对于电量 充足的电池,其内阻很小,当电池接入电路时,内阻上的压降很小,电池两端的电压U与 电动势E基本相等,用万用表测电池电压时,测得的实际为电压U。电池用旧后,其内阻 增大,输出电流I变小,如果此时电池外接负载电阻RL的阻值很大,U=IRL值仍较大,故 电池两端的电压U下降还不明显,但若RL阻值较小,则U=IRL值很小。 总之,电量不足的电池的特征是:当接相同的负载时,输出电流较新电池小;当接阻 值小的负载时,输出电压与新电池相比会明显下降,但接阻值大的负载时,输出电压下降 不明显。 (2)电池电量测量原理 电池电量测量原理如图18-24所示,其中右虚线框内部分为测电池电量时的万用表内 部电路等效图。 图18-23 电池电量判断说明图 图18-24 电池电量测量原理说明图 在测量电池电量时,红、黑表笔分别接被测电池的正、负极,被测电池输出的电流流 经万用表内部的电流表,表针会发生摆动。若被测电池电量充足,则其内阻很小,输出电 压很高,E、F两点间的电压高,电流表两端电压高,流过电流表的电流大,表针摆动幅 度大,表示被测电池电量充足;若被测电池电量不足,则其内阻很大,内阻上的压降增 大,电池输出电流减小,输出电压变低,流过电流表的电流减小,表针摆动幅度减小,表 示被测电池电量不足。电池电量测量与直流电压测量原理相似,但ty实w际藏两者书存在较大的差 别,在使用直流电压挡测量时,万用表的内阻很大(红、黑表笔之间万用表内部电路的总 电阻)。例如,选择直流电压2.5V挡时,万用表的内阻为50kΩ;而选择电池电量测量挡 时,万用表的内阻为8~12Ω。 总之,电池电量测量原理是:在测量电池电量时,万用表为被测电池提供一个合适的 负载,再将被测电池在该负载下对电流表表针的驱动能力展现出来,从而判断电池电量是 否充足。 2.电池电量测量步骤 电池电量测量步骤如下。 ① 将挡位选择开关拨到“BATT”挡(电池电量测量挡)。 ② 将红、黑表笔分别接被测电池的正、负极。 ③ 根据被测电池的标称值观察表针所指的位置。若指在绿框范围内,表示电池电量 充足;若指在“?”范围内,表示电池尚可使用;若指在红框范围内,则表示电池电量不 足。 补充说明:电池电量测量挡可以测量 1.2~3.6V 的各类电池的电量,但不含纽扣电 池,对于纽扣电池,可用直流电压2.5V挡测量(该挡提供的负载RL阻值为50kΩ)。 3.电池电量测量举例 下面以测量一节1.5V电池的电量为例来说明电池电量的测量方法,测量操作过程如图 18-25所示。 tyw藏书 图18-25 电池电量测量操作图 先将万用表的挡位选择开关拨到“BATT”挡,再将红、黑表笔分别接被测电池的正、 负极,然后观察表针在“BATT”刻度线1.5V区域的指示位置,现发现表针指在1.5V绿框范 围内,说明被测电池电量充足。 18.3.11 标准电阻箱功能的使用 1.电阻箱挡位及标准电阻值 MF-47D新型指针万用表具有标准电阻箱功能,DCmA(直流电流)挡和DCV(直流 电压)挡兼作电阻箱电阻选择挡。当万用表处于不同的DCmA挡和DCV挡时,其内阻大小 有一些规律,例如,当万用表拨至直流电流“50mA”挡时,万用表的内阻为5Ω,此时万用 表红、黑表笔内接电路总电阻为5Ω,整个万用表相当于一个5Ω的电阻;当万用表处于直 流电压1V挡时,其内阻为20kΩ,整个万用表相当于一个20kΩ的电阻。MF-47D新型指针万 用表的电阻箱挡位及对应的标准电阻值见表18-3。 表18-3 电阻箱挡位及对应的标准电阻值 2.电阻箱挡位及电阻值验证 为了验证电阻箱挡位与标称电阻值是否对应,下面采用一个数字万用表来测量指针万 用表5mA挡的内阻值,测量操作过程如图18-26所示。 tyw藏书 图18-26 电阻箱挡位与其标称电阻值是否对应的验证测量图 测量时,先将指针万用表挡位开关拨至“5mA”挡,接着将数字万用表的挡位开关拨 至“200Ω”挡,然后将数字万用表的红、黑表笔分别接指针万用表的红、黑表笔插孔,再 观察数字万用表显示屏显示的数值,现发现显示数值为“51”,考虑数字万用表的测量误 差,可认为指针万用表挡位开关处于5mA挡时,整个指针万用表内部电路相当于一个50Ω 的电阻,测量出来的阻值与该挡位的标称阻值一致。 3.标准电阻箱功能的应用举例 在一些情况下可利用万用表的标准电阻箱功能。如图18-27(a)所示,发光二极管 VD不亮,用万用表测得3V电源正常,VD不亮的原因可能是电阻R开路或VD损坏,这时可 按图18-27(b)所示的方法,将万用表拨至“0.5mA”挡(与500Ω同挡),整个万用表相当 于一个500Ω的电阻,然后将红、黑表笔分别接在电阻 R 两端,如果 VD 发光,说明电阻 R 开路,如果 VD 仍不亮,则为VD损坏。 图18-27 标准电阻箱的应用例图 之所以不用导线直接短路A、B点,是为了防止流过发光二极管的电流过大而烧坏发 光二极管;万用表选择0.5mA挡是因为该挡的电阻值与R很接近。 18.3.12 电感量的测量 tyw藏书 MF-47D 新型指针万用表具有电感量测量功能,电感量的测量范围是 20~1 000H。在 测电感的电感量时,需要用到10V、50Hz的交流电压,具体测量线路连接如图18-28所 示。 图18-28 万用表测电感量的线路连接图 先将挡位选择开关拨至交流“10V”挡,然后按图18-28所示的方法将22∶1电源变压 器、被测电感和红、黑表笔连接起来,再给电源变压器一次侧接通220V的市电电压,在 二次绕组上得到10V的交流电压,这时表针摆动,观察表针在电感量刻度线(第7条标 有“L(H)50Hz”字样的刻度线)的指示值,现发现表针指在“200”数值处,则被测电感的 电感量为200H。 注意:电感量刻度线右端刻度指示的电感量小,左端刻度指示的电感量大。 18.3.13 音频电平的测量 MF-47D新型指针万用表具有音频电平测量功能,音频电平的测量范围是−10~ +22dB。在音频电路中,如果想知道音频信号的大小,可用万用表来测量音频电平,音频 电平越高,说明音频信号幅度越大。 万用表测音频电平的测量线路连接如图 18-29 所示。在测音频电平时,万用表挡位选 择开关拨至交流“10V”挡,将黑表笔接地,红表笔通过一个0.1μF的隔直电容接扬声器一端 (即A点),这时表针会摆动,观察表针指在音频电平刻度线(第8条标有“dB”字样的刻 度线)的指示值,发现表针指在“2”处,说明扬声器两端的音频信号电平为2dB。 tyw藏书 图18-29 万用表测音频电平的线路连接图 音频信号电平的单位为dB(分贝),0dB=0.775V,若音频电平为负值,说明音频信 号电压低于0.775V,否则高于0.775V。如果音频电平很高,可将挡位选择开关拨至交 流“50V”挡或者更高挡,读数时仍选择第8条刻度线,但需要在此基础上进行修正,各挡 位修正值见表18-4。 表18-4 测量音频电平时的各挡位修正值 例如,当挡位选择开关拨至交流“50V”挡时,表针指在第8条刻度线的+15dB 位置上, 则实际音频电平值应该为+15dB(读数值)加上+14dB(修正值),即+29dB。 18.3.14 指针万用表使用注意事项 指针万用表在使用时要按正确的方法操作,否则轻者会导致测量值不准确,重者会烧 坏万用表,甚至发生触电事故,危害人身安全。指针万用表使用时的具体注意事项如下。 ① 测量时不能选错挡位,特别是不能用电流或欧姆挡来测电压,否则极易烧坏万用 表。万用表不用时,可将挡位选择开关拨至交流电压最高挡(如1 000V挡)。 ② 测量直流电压或直流电流时,注意红表笔接电源或电路的高电位、黑表笔接低电 位,若表笔接错测量表针会反偏,可能会损坏万用表。 ③ 若不能估计被测电压、电流或电阻值的大小,应先用最高挡测量,再根据测得值 的大小,换至合适的低挡位测量。 ④ 测量时,手不要接触表笔的金属部位,以免触电或影响测量精确度。 ⑤ 测量电阻阻值和三极管放大倍数时要进行欧姆校零,如果旋钮无法将表针调到欧 姆刻度线的“0”处,一般为万用表内部电池用旧,应及时更换电池。 第19章 数字万用表 tyw藏书 19.1 数字万用表的结构及测量原理 19.1.1 数字万用表的面板介绍 数字万用表的种类很多,但使用方法基本相同,本章以 VC9208 型数字万用表为例来 说明数字万用表的使用方法。VC9208 型数字万用表的面板如图19-1所示。 图19-1 VC9208型数字万用表面板 从图 19-1 可以看出,数字万用表面板主要由液晶显示屏、按键、挡位选择开关和各 种插孔组成。 1.液晶显示屏 在测量时,数字万用表依靠液晶显示屏(简称显示屏)显示数字来表明被测对象的量 值大小。图中的液晶显示屏可以显示4位数字和一个小数点,选择不同挡位时,小数点的 位置会改变。 2.按键 VC9208 型数字万用表面板上有 3 个按键,如图19-2所示。左边标“POWER”的为电源 开关键,按下时内部电源启动,万用表可以开始测量;弹起时关闭ty电w源藏,万书用表无法进行 测量。中间标“HOLD”的为保持键,当显示屏显示的数字变化时,可以按下该键,显示的 数字保持稳定不变。右边标“B/L”的为背光灯控制键,按下时开启液晶显示屏的背光灯, 弹起时背光灯关闭。 3.挡位选择开关 在测量不同的量时,挡位选择开关要置于相应的挡位。挡位选择开关如图19-3所示, 挡位有直流电压挡、交流电压挡、交流电流挡、直流电流挡、温度测量挡、容量测量挡、 频率测量挡、二极管测量挡和欧姆挡及三极管测量挡。 图19-2 面板上的3个按键 图19-3 挡位选择开关及各种挡位 4.插孔 面板上有5个插孔,如图19-4所示。标“VΩHz”的为红表笔插孔,在测电压、电阻和频 率时,红表笔应插入该插孔;标“COM”的为黑表笔插孔;标“mA”的为小电流插孔,当测0 ~200mA电流时,红表笔应插入该插孔;标“20A”的为大电流插孔,当测200mA~20A电 流时,红表笔应插入该插孔。 tyw藏书 图19-4 面板上的5个插孔 19.1.2 数字万用表的组成及测量原理 1.数字万用表的组成 数字万用表的组成框图如图19-5所示。 图19-5 数字万用表的组成框图 从图19-5中可以看出,数字万用表由挡位选择开关、功能转换电路和数字电压表组 成。 数字电压表只能测直流电压,由A/D转换电路、数据处理电路和显示器构成。它通过 A/D转换电路将输入的直流电压转换成数字信号,再经数据处理电路处理后送到显示器, 将输入的直流电压的大小以数字的形式显示出来。 功能转换电路主要由 R/U、 和 I/U 等转换电路组成。R/U 转换电路的功能是将电 阻的大小转换成相应大小的直流电压, 转换电路能将大小不同的交流电压转换成相应 的直流电压,I/U转换电路的功能是将大小不同的电流转换成大小不同的直流电压。 挡位选择开关的作用是根据待测的量选择相应的功能转换电路ty。w例藏如在书测电流时,挡 位选择开关将被测电流送至I/U转换电路。 这里以测电流为例来说明数字万用表的工作原理:在测电流时,电流由表笔、插孔进 入数字万用表,在内部经挡位选择开关(开关置于电流挡)后,电流送到 I/U 转换电路, 转换电路将电流转换成直流电压再送到数字电压表,最终在显示屏显示数字。被测电流越 大,转换电路转换成的直流电压越高,显示屏显示的数字越大,指示出的电流数值越大。 由上述可知,不管数字万用表在测电流、电阻,还是测交流电压时,在内部都要转换 成直流电压。 2.数字万用表的测量原理 数字万用表的各种量的测量区别主要在于功能转换电路。 (1)直流电压的测量原理 直流电压的测量原理示意图如图19-6所示。 图19-6 直流电压的测量原理 被测电压通过表笔送入万用表,如果被测电压低,则直接送到电压表IC的IN+(正极 输入)端和IN−(负极输入)端。被测电压经IC进行A/D转换和数据处理后在显示器上显 示出被测电压的大小。 如果被测电压很高,则将挡位选择开关S置于“2”,被测电压经电阻R1降压后再通过 挡位选择开关送到数字电压表的IC输入端。 (2)直流电流的测量原理 直流电流的测量原理示意图如图19-7所示。 tyw藏书 图19-7 直流电流的测量原理 被测电流通过表笔送入万用表,电流在流经电阻 R1、R2时,在 R1、R2上有直流电 压,如果被测电流小,可将挡位选择开关S置于“1”,取R1、R2上的电压送到IC的IN+端和 IN−端,被测电流越大,R1、R2上的直流电压越高,送到 IC 输入端的电压就越高,显示 器显示的数字就越大(因为挡位选择的是电流挡,故显示的数值读作电流值)。 如果被测电流很大,可将挡位选择开关S置于“2”,只取R2上的电压送到数字电压表 的IC输入端,这样可以避免被测电流大时电压过高而超出电压表显示范围。 (3)交流电压的测量原理 交流电压的测量原理示意图如图19-8所示。 图19-8 交流电压的测量原理 被测交流电压通过表笔送入万用表,交流电压正半周经VD1对电容C1充得上正下负的 电压,负半周则由VD2、R1旁路,C1上的电压经挡位选择开关直接送到IC的IN+端和IN −端,被测电压经IC处理后在显示器上显示出大小。 如果被测交流电压很高,则 C1上被充得的电压很高,这时可将挡位选择开关 S 置 于“2”,C1上的电压经R2降压,再通过挡位选择开关送到数字电压表的IC输入端。 (4)电阻阻值的测量原理 电阻阻值的测量原理示意图如图19-9所示。 在测电阻时,万用表内部的电源VDD经R1、R2为被测电阻Rx提供电压,Rx上的电压 送到IC的IN+端和IN−端,Rx阻值越大,Rx两端的电压越高,送到IC输入端的电压越高, 最终在显示器上显示的数值越大。 如果被测电阻 Rx阻值很小,它两端的电压就会很低,IC 无法正常处理,这时可将挡 位选择开关S置于“2”,这样电源只经R2降压为Rx提供电压,Rx上的电压不会很低,IC可 以正常处理并显示出来。 (5)二极管的测量原理 二极管的测量原理示意图如图19-10所示。 tyw藏书 图19-9 电阻阻值的测量原理 图19-10 二极管的测量原理 万用表内部+2.8V 的电源经 VD1、R 为被测二极管 VD2提供电压,如果二极管是正接 (即二极管的正、负极分别接万用表的红表笔和黑表笔),二极管会正向导通,如果二极 管反接则不会导通。对于硅管,它的正向导通电压 VF为 0.45~0.7V;对于锗管,它的正 向导通电压 VF为0.15~0.3V。 在测量二极管时,如果二极管正接,送到IC的IN+端和IN−端的电压不大于0.7V,显示 屏将该电压显示出来;如果二极管反接,二极管截止,送到 IC 输入端的电压为 2V,显示 屏显示溢出符号“1”。 (6)三极管放大倍数的测量原理 三极管放大倍数的测量原理示意图如图19-11所示(以测量NPN型三极管为例)。 tyw藏书 图19-11 三极管放大倍数测量原理 在数字万用表上标有“B(b)”、“C(c)”、“E(e)”插孔(注:为了与数字万用表表 盘显示一致,下文B、C、E未与前文统一大小写),在测三极管时,将3个极插入相应的 插孔中,万用表内部的电源 VDD经 R1为三极管提供电流 IB,三极管导通,有电流IE流过 R2,在 R2上得到电压(UR2=IER2),由于R1阻值固定,所以电流IB固定,根据IC=IBβ ≈IE 可知,三极管的β 值越大, IE也就越大,R2上的电压就越高,送到IC输入端的电压就越 高,最终在显示器上显示的数值就越大。 (7)电容容量的测量原理 电容容量的测量原理示意图如图19-12所示。 图19-12 电容容量测量原理 在测电容容量时,万用表内部的IC提供一个正弦波交流信号电压。交流信号电压经挡 位选择开关S的“1”端、R1、R2送到被测电容Cx,根据容抗XC=1/(2πfC)可知,在交流信号f 不变的情况下,电容容量越大,其容抗越小,它两端的交流电压越低,该交流信号电压经 运算放大器1放大后输出,再经 VD1整流后在 C1上充得上正下负的直流电压,此直流电压 经运算放大器 2 倒相放大后再送到IC的IN+端和IN−端。 如果 Cx容量大,它两端的交流信号电压就低,在电容 C1上充得的直流电压也低,该 电压经倒放大后送到IC输入端的电压就高,显示器显示的容量就大。 如果被测电容Cx容量很大,它两端的交流信号电压就会很低,经放大、整流和倒相 放大后送到IC输入端的电压会很高,显示的数字会超出显示器显示范围。这时可将挡位选 择开关置于“2”,这样仅经R2为Cx提供的交流电压仍较高,经放大、整流和倒相放大后送 到IC输入端的电压不会很高,IC可以正常处理并显示出来。 tyw藏书 19.2 数字万用表的常规测量 数字万用表的常规测量主要有直流电压和直流电流的测量、交流电压和交流电流的测 量、电阻阻值的测量、二极管和三极管的测量,一些功能比较全的ty数w字藏万用书表还具有测量 电容、电感、温度和频率等功能。胜利VC9208 型数字万用表具有上述大多数测量功能, 下面以该型号的数字万用表为例来说明各项常规测量方法。 19.2.1 直流电压的测量 VC9208型数字万用表的直流电压测量挡位有2V、20V、200V和1 000V挡。 1.直流电压的测量步骤 ① 将红表笔插入“VΩHz”插孔,黑表笔插入“COM”插孔。 ② 测量前先估计被测电压可能有的最大值,选取比估计电压高并且最接近的电压挡 位,这样测量值更准确。若无法估计,可先选用最高挡测量,再根据大致测量值重新选取 合适挡位进行测量。 ③ 测量时,红表笔接被测电压的高电位处,黑表笔接被测电压的低电位处。 ④ 读数时,直接从显示屏读出的数字就是被测电压值,读数时要注意小数点。 2.直流电压测量举例 下面以测量一节电池的电压为例来说明直流电压的测量方法,测量过程如图19-13所 示。 图19-13 数字万用表测电池电压 估计一节电池的电压不会超过2V并且最接近2V,因此将挡位选择开关置于直流电压 的“2V”挡,然后红表笔接电池的正极,黑表笔接电池的负极,再从显示屏直接读出数值 tyw藏书 即可。如果显示数据有变化,待其稳定后读值。图19-13中显示屏显示值为“1.326”,说明 被测电池的电压为1.326V。 当然也可以将挡位选择开关置于“20V”、“200V”挡测量,但准确度会降低。挡位偏离 被测电压越大,测量出来的电压值误差越大。 19.2.2 直流电流的测量 测量直流电流的挡位有2mA、20mA、200mA和20A挡。 1.直流电流的测量步骤 ① 将黑表笔插入“COM”插孔,红表笔插入“mA”插孔;如果测量200mA~20A的电 流,红表笔应插入“20A”插孔。 ② 测量前先估计被测电流的大小,再选取合适的挡位,选取的挡位应大于并且最接 近被测电流值。 ③ 测量时,要将被测电路断开,然后再将红表笔置于断开位置的高电位处,黑表笔 置于断开位置的低电位处。 ④ 从显示屏上直接读出电流数值。 2.直流电流测量举例 下面以测量流过一只灯泡的电流大小为例来说明直流电流的测量方法,测量过程如图 19-14所示。 tyw藏书 图19-14 数字万用表测流过灯泡的直流电流 估计流过灯泡的电流不会超过250mA,先将电池连向灯泡的一根线断开,再将红表笔 置于断开位置的高电位处,黑表笔置于断开位置的低电位处,这样才能保证电流由红表笔 流进,从黑表笔流出,然后观察显示屏,发现显示的数值为“47.0”,则被测电流的大小为 47mA。 19.2.3 交流电压的测量 测量交流电压的挡位有2V、20V、200V、750V和1 000V挡。 1.交流电压的测量步骤 ① 将红表笔插入“VΩHz”插孔,黑表笔插入“COM”插孔。 ② 测量前,估计被测交流电压可能的最大值,选取合适的挡位,选取的挡位要大于 并且最接近被测电压值。 ③ 红、黑表笔分别接被测电压两端(交流电压无正、负之分,故红、黑表笔可随意 接)。 ④ 读数时,直接从显示屏读出的数字就是被测电压值。 2.交流电压测量举例 下面以测量市电电压的大小为例来说明交流电压的测量方法,测量过程如图19-15所 示。 tyw藏书 图19-15 数字万用表测市电电压 因为市电电压在220V左右,而万用表交流电压挡只有750V挡大于且最接近被测电 压,故将挡位选择开关置于交流“750V”挡,然后将红、黑表笔分别插入交流市电插座, 再从显示屏读出显示的数字,现观察显示数字为“224”,故市电电压为224V。 19.2.4 交流电流的测量 测量交流电流的挡位有20mA、200mA和20A挡。 1.交流电流的测量步骤 ① 将黑表笔插入“COM”插孔,红表笔插入“mA”插孔;如果测量200mA~20A的电 流,红表笔应插入“20A”插孔。 ② 测量前先估计被测电流的大小,选取合适的挡位,选取的挡位应大于且最接近被 测电流。 ③ 测量时,要将被测电路断开,再将红、黑表笔各接断开位置的一端。 ④ 从显示屏上直接读出电流数值。 2.交流电流测量举例 下面以测量流过一个电烙铁的电流为例来说明交流电流的测量方法,测量过程如图 19-16所示。 估计流进电烙铁的电流不会超过200mA,故将挡位选择开关置于交流“200mA”挡,按 图19-16所示的方法将万用表的红、黑表笔与电烙铁连接起来,然后观察显示屏显示的数 字为“109.4”,则流入电烙铁的交流电流大小为109.4mA。 tyw藏书 图19-16 数字万用表测流过电烙铁的交流电流 19.2.5 电阻阻值的测量 电阻阻值的测量用到欧姆挡,欧姆挡的挡位有200Ω、2kΩ、20kΩ、200kΩ、2MΩ和 20MΩ挡。 1.电阻阻值的测量步骤 ① 将红表笔插入“VΩHz”插孔,黑表笔插入“COM”插孔。 ② 测量前,估计被测电阻阻值的大小,选取合适的挡位,选取的挡位要大于并且最 接近被测电阻值。 ③ 红、黑表笔分别接被测电阻的两端。 ④ 从显示屏上直接读出阻值大小。 2.欧姆挡测量举例 下面以测量一个阻值为几千欧的电阻为例来说明欧姆挡的使用方法,测量过程如图 19-17所示。 tyw藏书 图19-17 数字万用表测电阻的阻值 估计被测电阻的阻值为几千欧,将挡位选择开关置于“20kΩ”挡,然后红、黑表笔分 别接被测电阻两端,再观察显示屏显示的数字为“1.78”,则被测电阻的阻值为1.78kΩ。 19.2.6 二极管的测量 数字万用表有一个二极管专用测量挡,可以判断出二极管的正、负极。二极管的测量 过程如图19-18所示。 tyw藏书 图19-18 二极管的测量 二极管测量步骤如下。 ① 将红表笔插入“VΩHz”插孔,黑表笔插入“COM”插孔。将挡位选择开关置于二极管 测量挡,如图19-18(a)所示。 ② 红、黑表笔分别置于被测二极管的两个引脚,并记下显示屏显示的数值,如图19- 18(a)所示,图中显示数值为“1”。 ③ 再将红、黑表笔对调后接被测二极管的两个引脚,记下显示ty屏w显藏示的书数值,如图 19-18(b)所示,图中显示数值为“469”。 以显示数值为“469”的一次测量为准,红表笔接的为二极管的正极,二极管正向导通 电压为0.469V。 19.2.7 三极管放大倍数的测量 与指针万用表一样,数字万用表也能测量三极管的放大倍数。这里以测量NPN型三极 管的放大倍数为例来说明,测量过程如图19-19所示。 图19-19 三极管放大倍数的测量 三极管放大倍数测量步骤如下。 ① 将挡位选择开关置于“hFE”挡。 ② 将被测三极管的B、C、E 3个极分别插入NPN型“B”、“C”、“E”插孔中。 ③ 观察显示屏显示的数字为“205”,则被测三极管的放大倍数为205。 19.2.8 电容容量的测量 电容容量测量挡位有20nF、2μF和200μF挡。 1.电容容量的测量步骤 ① 将黑表笔插入“COM”插孔,红表笔插入“mA CAP”插孔。 ② 测量前,先估计被测电容容量的大小,选取合适的挡位,选取的挡位要大于并且 最接近被测电容容量值。 tyw藏书 ③ 对于无极性电容,红、黑表笔不分正、负分别接被测电容两端;对于有极性电 容,红表笔接电容正极,黑表笔接电容负极。 ④ 从显示屏上直接读出电容容量大小。 2.电容容量测量举例 下面以测量一个电解电容(有极性电容)的容量为例来说明容量的测量方法,测量过 程如图19-20所示。 图19-20 电容容量的测量 估计被测电容容量不会大于200μF,故将挡位选择开关置于容量测量“200μF”挡,然 后红表笔接电容正极,黑表笔接电容负极,再观察显示屏显示的数字为“10.2”,则被测电 容容量为10.2μF。 19.2.9 温度的测量 VC9208型数字万用表可以测温度,它的温度测量范围是−40~1 000℃。 1.温度测量的步骤 ① 将万用表附带的热电偶的黑插头插入“mA”插孔,红插头插入“COM”插孔。热电偶 是一种传感器,能将不同的温度转换成不同的电压。热电偶如图19-21所示。 ② 将挡位选择开关置于“℃”挡。 ③ 将热电偶测温端(工作端)接触待测温的物体。 ④ 读取显示屏显示的温度数值。 2.温度测量举例 tyw藏书 下面以测一只电烙铁的温度为例来说明温度测量方法,测量过程如图19-22所示。 将热电偶的黑插头插入“mA”插孔,红插头插入“COM”插孔,再将挡位选择开关置 于“℃”挡,将热电偶测温端(工作端)接触电烙铁,然后观察显示屏显示的数值 为“244”,说明电烙铁的温度为244℃。 图19-21 热电偶 tyw藏书 图19-22 电烙铁温度的测量 19.2.10 频率的测量 普通的数字万用表不具有频率测量功能,但一些中高档的数字万用表常附有此功能。 VC9208型数字万用表可以测频率,它的频率测量范围是0~200kHz,频率测量挡有2kHz和 200kHz两挡。 1.频率的测量步骤 ① 将黑表笔插入“COM”插孔,红表笔插入“VΩHz”插孔。 ② 测量前先估计被测信号的频率,选取合适的挡位,选取的挡位要大于并且最接近 被测信号的频率值。 ③ 将黑表笔接被测信号的接地端,红表笔接被测信号的另一端。 ④ 读取显示屏显示的频率数值。 2.频率测量举例 下面以测一台信号发生器产生信号的频率为例来说明频率的测量方法,测量过程如图 19-23所示。 tyw藏书 图19-23 频率的测量 估计被测信号的频率不会大于200kHz,故将挡位选择开关置于“200kHz”挡,再将红、 黑表笔分别接信号发生器的信号输出端和接地端,然后观察显示屏显示的数值为“25.3”, 则被测信号的频率为25.3kHz。 19.2.11 数字万用表使用注意事项 数字万用表使用时要注意以下事项。 ① 选择各量程测量时,严禁输入的电参数值超过量程的极限值。 ② 36V 以下的电压为安全电压,在测高于36V 的直流电压或高于 25V 的交流电压 时,要检查表笔是否可靠接触、是否正确连接、是否绝缘良好等,以免触电。 ③ 转换功能和量程时,表笔应离开测试点。 ④ 选择正确的功能和量程,谨防操作失误,数字万用表内部一般都设有保护电路, 但为了安全起见,仍应正确操作。 ⑤ 在电池没有装好和电池后盖没安装时,不要进行测试操作。 ⑥ 测量电阻时,请不要输入电压值。 ⑦ 在更换电池或保险丝(熔丝的俗称)前,请将测试表笔从测试点移开,再关闭电 源开关。 19.3 数字万用表的检测技巧 除了可以进行上述常规的测量外,还可以灵活地使用数字万用表来检测电子元器件, 进行一些特殊的检测。 tyw藏书 19.3.1 电容的检测 电容的检测包括容量的测量和好坏检测。 1.电容容量的测量 电容容量的测量方法在19.2节已经讲过,为了节省篇幅这里不再叙述,读者可参见 19.2节相关内容。 2.电容的好坏检测 电容的常见故障有开路、短路和漏电。检测电容的好坏通常采用欧姆挡,大多数数字 万用表的欧姆挡可以检测容量在0.1μF至几千微法的电容。 在测量电容时,将挡位选择开关置于“2MΩ”或“20MΩ”挡(挡位越高,从红表笔流出 的电流越小,故容量小的无极性电容通常选择20MΩ挡测量),然后将红、黑表笔分别接 被测电容的两极(对于有极性电容,要求红表笔接正极、黑表笔接负极),再观察显示屏 显示的数值。 若电容正常,则显示屏显示的数字由小变大(这是电容充电的表现),最后显示溢出 符号“1”(显示“1”表明阻值大,超出所选挡位最大测量值)。电容容量越大,充电时间越 长,数字由小到显示为“1”经历的时间越长。 若测量时显示屏显示的阻值数字始终为“1”(无充电过程),表明电容开路。 若测量时显示屏显示的阻值数字始终为“0”,表明电容短路。 若测量时显示屏显示的阻值数字能由小变大,但无法达到“1”,表明电容漏电。 19.3.2 二极管的检测 二极管的检测包括正、负极检测和好坏检测。 1.二极管正、负极检测 二极管正、负极检测使用二极管测量挡。检测时,将挡位选择开关置于二极管测量 挡,然后红、黑表笔分别接二极管任意引脚,正、反各测一次,并观察每次测量时显示屏 显示的数据,该检测过程如图19-18所示。 若显示的数字在 150~800(即 150~800mV)之间,表明二极管处于导通状态,红表 笔接的为二极管的正极,黑表笔接的为负极。例如,在图 19-18(b)中,显示屏显示的 数据为“469”,在150~800之间,则红表笔接的为二极管正极,黑表笔接的为负极。 若显示的数字为溢出符号“1”,表明二极管处于截止状态,红表笔接的为二极管的负 极,黑表笔接的为正极。例如,在图19-18(a)中,显示屏显示的数据为“1”,则红表笔 接的为二极管负极,黑表笔接的为正极。 在进行二极管正、负极检测的同时,还可以判别出二极管是硅ty管w还藏是锗书管。正向测量 (即红表笔接二极管正极、黑表笔接负极)时,若显示屏显示的数字在150~300之间,则 被测二极管为锗管;若显示屏显示的数字在400~800之间,则被测二极管为硅管。根据这 点可以确定,图19-18中检测的二极管为硅管。 2.二极管的好坏检测 二极管的常见故障有开路、短路和性能不良。检测二极管的好坏可使用二极管测量 挡。 检测时,将挡位选择开关置于二极管测量挡,然后将红、黑表笔分别接二极管的任意 引脚,正、反各测一次,并观察每次测量时显示屏显示的数据。 如果二极管正常,则正向测量时显示的数字在150~800之间,反向测量时显示溢出符 号“1”。 如果正、反向测量时,显示屏显示的数字始终为“1”,表明二极管开路。 如果正、反向测量时,显示屏显示的数字始终为“0”,表明二极管短路。 如果正向测量时显示的数字大于 800,反向测量时显示屏显示的数字很大,但没有达 到“1”,表明二极管性能不良。 19.3.3 三极管的检测 三极管的检测包括类型检测、电极极性检测和好坏检测。 1.三极管的类型检测 三极管有NPN型和PNP型,三极管的类型检测使用二极管测量挡。检测时,将挡位选 择开关置于二极管测量挡,然后红、黑表笔分别接三极管任意两个引脚,同时观察每次测 量时显示屏显示的数据,以某次出现显示150~800范围内的数字时为准,红表笔接的为 P,黑表笔接的为N。该检测过程如图19-24(a)所示。 然后红表笔不动,将黑表笔接三极管的另一个引脚,如果显示屏显示150~800范围内 的数字,则黑表笔接的引脚为N,该三极管为NPN型三极管,红表笔接的为基极,该检测 如图19-24(b)所示。如果显示屏显示溢出符号“1”,则黑表笔接的引脚为P,被测三极管 为PNP型三极管,黑表笔第1次接的引脚为基极。 2.三极管的极性检测 进行三极管类型检测时,在检测出类型的同时还找出了基极,下面再介绍如何检测出 集电极和发射极。三极管集电极、发射极的检测使用hFE挡。 检测时,将挡位选择开关置于“hFE”挡,然后根据被测三极管是PNP型还是NPN型, 找到相应的三极管插孔,再将已知的基极插入“B”插孔,另外两个引脚分别插 入“C”和“E”插孔,接着观察显示屏显示的数值。 tyw藏书 图19-24 三极管类型的检测 tyw藏书 图19-24 三极管类型的检测(续) 如果显示的放大倍数在几十至几百之间,说明三极管两引脚安插正确,插入“C”孔的 引脚为集电极,插入“E”孔的引脚为发射极。 如果显示的放大倍数在几至十几之间,说明三极管两引脚安插错误,插入“C”孔的引 脚为发射极,插入“E”孔的引脚为集电极。 下面以检测一只 NPN型三极管为例来说明集电极和发射极的检测方法,检测过程如 图 19-25所示。 tyw藏书 图19-25 三极管集电极和发射极的检测 图19-25 三极管集电极和发射极的检测(续) 将挡位选择开关置于“hFE”挡,再将被测三极管的基极插入 NPN 型三极管的“B”插 孔,集电极和发射极分别插入另外两个插孔,观察并记下显示屏显示的数据,然后将集电 极和发射极互换插孔,观察并记下显示屏显示的数据,两次测量显ty示w的藏数据书会一大一小, 以大的一次测量为准,“C”插孔插入的电极为集电极,“E”插孔插入的电极为发射极。 3.三极管的好坏检测 三极管好坏检测主要有以下几步。 (1)检测三极管集电结和发射结(为两个PN结)是否正常 三极管中任何一个PN结损坏就不能使用,所以三极管检测先要检测两个PN结是否正 常。 检测时,挡位选择开关置于二极管测量挡,分别检测三极管的两个PN结,每个PN结 正、反各测一次,如果正常,正向检测每个PN结(红表笔接P、黑表笔接N)时,显示屏 显示150~800范围内的数字,反向检测每个PN结时,显示屏显示溢出符号“1”。 (2)检测三极管集电极与发射极之间的漏电电流 指针万用表是通过测量三极管的集-射极之间的电阻来判断漏电电流的,电阻越大说 明漏电电流越小。数字万用表可以使用 hFE 挡直接来检测三极管集-射极之间的漏电电 流。利用 hFE 挡检测三极管集-射极之间的漏电电流的原理如图19-26所示。 在图19-26(a)中,将三极管集电极和发射极分别接万用表的“C”、“E”插孔,而让基 极悬空,如果三极管正常,三极管集-射极之间无法导通,即集-射极之间的漏电电流为 0A,无电流流过R2, R2两端的电压为0V,送到IC输入端的电压为0V,显示器显示的数字 也就为“0”;如果三极管集-射极之间漏电,会有电流流过 R2,就会有电压送到 IC 的输入 端,显示器显示的数字就不为“0”,漏电电流越大,显示的数字也越大。图19-26(b)所 示是检测集-射极反向漏电电流的电路图,与正向漏电电流的检测原理相同。 三极管集-射极之间的漏电电流检测过程如下。 将挡位选择开关置于“hFE”挡,让基极保持悬空状态,再根据三极管的类型和电极极 性,将三极管的集电极和发射极分别插入相应的“C”和“E”插孔,然后观察显示屏显示的 数值,正常显示数字为“0”;保持基极处于悬空状态,将集电极和发射极互换插孔(即让 集电极插入“E”孔、发射极插入“C”孔),正常显示数字也为“0”。在测量时,如果显示数 字超过了“2”,说明三极管集-射极之间的漏电电流很大,一般不能再用;如果显示溢出符 号“1”,说明三极管集-射极之间已经短路。 tyw藏书 图19-26 利用hFE挡测三极管集-射极之间的漏电电流的原理图 图19-27所示为检测一只NPN型三极管的集-射极之间的漏电电流示意图,图中为测集射极正向漏电电流,显示屏显示“000”,说明集-射极之间无漏电电流。 总之,如果三极管任意一个 PN 结不正常,或发射极与集电极之间有漏电电流,均说 明三极管损坏。如检测发射结时,显示数字为“0”,说明发射结短路。检测集-射极之间漏 电电流时,若显示溢出符号“1”,则说明集-射极之间短路。 综上所述,三极管的好坏检测需要进行6次测量,其中检测发射结正、反向电阻各一 次(两次),检测集电结正、反向电阻各一次(两次),检测集-射极之间的正、反向电 阻各一次(两次)。只有这6次检测都正常才能说明三极管是正常的。 图19-27 三极管集-射极之间漏电电流的检测 tyw藏书 图19-27 三极管集-射极之间漏电电流的检测(续) 19.3.4 晶闸管的检测 晶闸管的检测包括极性检测和好坏检测。 1.晶闸管的极性检测 晶闸管有3个极,分别是阳极(A极)、阴极(K极)和栅极(G极),如图1928(a)所示。判断晶闸管3个电极的极性可采用二极管测量挡。晶闸管内部可以看成是由 两个三极管组合而成的,其等效图如图19-28(b)所示,从图中可以看出,晶闸管的G、 K极之间是一个PN结。 图19-28 晶闸管的图形符号及等效图 晶闸管的极性检测过程如下。 检测时,将挡位选择开关置于二极管测量挡,然后红、黑表笔分别接晶闸管任意两个 引脚,同时观察每次测量时显示屏显示的数据,以显示屏显示150~800范围内的数字时为 准,红表笔接的为G极,黑表笔接的为K极,剩下的为A极。该检测过程如图19-29所示。 2.晶闸管的好坏检测 从图 19-28(b)可以看出,晶闸管与一个 NPN 型三极管很相似,所以晶闸管的好坏 检测可采用hFE挡,检测时将挡位选择开关置于“hFE”挡,检测过程分两步。 第1步:检测G极不加触发电压时,A、K极之间是否导通。检t测y时w,藏将书晶闸管的A、K 极分别插入NPN插孔的“C”、“E”插孔,G极悬空,观察显示屏显示的数据。如果晶闸管正 常,在G极悬空时,A、K极之间不会导通,显示屏显示“000”。该测量原理与过程如图1930所示。 图19-29 晶闸管极性的检测 tyw藏书 图19-30 检测晶闸管G极不加触发电压时,A、K极之间是否导通 第2步:检测G极加触发电压时,A、K极之间是否导通。检测时,将晶闸管的A、K极 分别插入NPN型的“C”、“E”插孔,然后将G极与A极瞬间短路再断开,即给晶闸管加一个 触发电压,观察显示屏显示的数据。如果晶闸管正常,在G极与A极瞬间短路后,A、K极 之间会导通,显示屏显示一个较大的数字(或显示溢出符号“1”),数字越大,表明A、K 极之间导通越深。该测量原理与过程如图19-31所示。 tyw藏书 图19-31 检测晶闸管G极加触发电压时,A、K极之间是否导通 如果上述检测都正常,说明晶闸管是正常的,否则晶闸管损坏或性能不良。 19.3.5 市电火线和零线的检测 市电火线(相线的俗称)和零线的检测通常采用测电笔,在手头没有测电笔的情况 下,也可以用数字万用表来检测。 市电火线和零线的检测采用交流电压20V挡。检测时,将挡位选择开关置于交流电 压“20V”挡,让黑表笔悬空,然后将红表笔分别接市电的两根导线,同时观察显示屏显示 的数字,结果会发现显示屏显示的数字一次大、一次小,以测量数值大的那次为准,红表 笔接的导线为火线。市电火线和零线的检测过程如图19-32所示。 tyw藏书 图19-32 市电火线和零线的检测 第20章 信号发生器 tyw藏书 信号发生器的功能是产生各种电信号。信号发生器的种类很多,根据用途可分为专用 信号发生器和通用信号发生器。专用信号发生器是专为某种特定的用途设计的,如电视信 号发生器、收音机信号发生器和电话信号发生器等。通用信号发生器具有通用性,常见的 通用信号发生器有低频信号发生器、高频信号发生器和函数信号发生器。本章主要介绍通 用信号发生器。 20.1 低频信号发生器 低频信号发生器用来产生1Hz~1MHz的低频正弦波信号。在检测低频电路的放大能 力、频率特性时常用到低频信号发生器。低频信号发生器是信号发ty生w器藏中应书用最广泛的一 种。 20.1.1 工作原理 低频信号发生器虽然种类很多,但工作原理基本相同,其组成结构如图20-1所示。 图20-1 低频信号发生器组成结构图 接通电源后,低频振荡器产生低频信号,该振荡器常采用 RC 桥式振荡器,它的振荡 频率 f =1/(2πRC)。当频率选择开关 S1置于“1”时,容量大的电容 C1接入振荡器,振荡 器振荡频率低,产生的低频信号频率就低;若将 S1置于“2”,容量小的电容 C2接入振荡 器,振荡器振荡频率高,产生的低频信号频率就高;调节可调电阻RP的阻值可连续改变 振荡器的频率。 低频振荡器产生的低频信号送到R1、R2构成的衰减器,当衰减开关S2置于“1”时,低 频信号直接通过S2送往后级电路;当衰减开关S2置于“2”时,低频信号要经R1衰减再通过 S2送往后级电路,由于经过衰减,所以送往后级电路的低频信号幅度小。 低频信号经过衰减器后分作两路:一路直接送到低频信号输出端;另一路送到交流电 压表,驱动电压表表针摆动,指示输出低频信号的电压大小。 20.1.2 使用方法 低频信号发生器种类很多,使用方法大同小异,这里以 XD-2 型低频信号发生器为例 来说明。XD-2型低频信号发生器如图20-2所示,其中图20-2(a)所示为实物图,图202(b)所示为绘制示意图。 tyw藏书 图20-2 XD-2型低频信号发生器 1.面板介绍 ① 电源开关。电源开关用来接通和切断仪器内部电路的电源。当开关拨向“ON”时接 通电源,当开关拨向“OFF”时切断电源。 ② 电源指示灯。电源指示灯用于指示仪器是否接通电源。当电源开关拨向“ON”时指 示灯亮,当电源开关拨向“OFF”时指示灯灭。 ③ 保险管。当仪器内部电路出现过电流时,保险管熔断,保护内部电路。 ④ 交流电压表。交流电压表用来指示输出低频信号电压的大小。 ⑤ 阻尼开关。阻尼开关用来调节电压表表针的摆动阻力。当开关拨向“快”时,表针 受到阻力小,摆动速度快;当开关拨向“慢”时,表针受到阻力大,摆动速度慢。 ⑥ 频率范围选择开关。频率范围选择开关用来调节输出信号的频率范围。它有1~ 10Hz、10~100Hz、100Hz~1kHz、1~10kHz、10~100kHz、100~1 000kHz 6个挡位。 ⑦ 输出衰减开关。输出衰减开关用来调节输出信号的衰减程度,衰减越大,输出信 号越小。它有 0、10、20、30、40、50、60、70、80、90 共10 个衰减挡位,这里的衰减 大小是以分贝(dB)为单位的,衰减分贝数与衰减倍数的关系是 tyw藏书 例如,选择衰减分贝数为 10dB,则输出信号被衰减了 3.16 倍。衰减分贝数与衰减倍 数的关系见表20-1。 表20-1 衰减分贝数与衰减倍数的对应关系 ⑧ 输出细调旋钮。输出细调旋钮用来调节输出信号电压的大小。在调节输出信号电 压大小时,需要将输出衰减开关和输出细调旋钮配合使用,先调节输出衰减开关,选择大 致的输出信号电压范围,然后通过输出细调旋钮精确调节输出信号的电压。 ⑨ 频率调节旋钮。频率调节旋钮用来调节输出信号的频率。频率调节旋钮有3个,第 1个旋钮有10个挡位(倍数为 × 1),第2个旋钮有10个挡位(倍数为 × 0.1),第3个旋钮 有15个挡位(倍数为 × 0.01)。 ⑩ 输出接线柱。输出接线柱用来将仪器内部的信号输出。它有红、黑两个接线柱, 红接线柱为信号输出端,黑接线柱为接地端。 2.使用说明 XD-2型低频信号发生器可以输出频率在1Hz~1MHz、电压在0~5V的低频信号。下面 以输出电压为0.6V、频率为13.8kHz的低频信号为例来说明XD-2型低频信号发生器的使用 方法,具体操作步骤如下。 第1步:开机前将输出细调旋钮置于最小值处(即逆时针旋到底),目的是防止开机 时输出信号幅度过大而打弯表针。 第2步:接通电源。将电源开关拨到“ON”位置,接通仪器内部电路的电源,同时电源 指示灯亮。 第3步:调节输出信号的频率。先调节频率范围选择开关选择输出信号的频率范围, 再调节面板上的3个频率调节旋钮,使输出信号的频率为13.8kHz,具体过程如下。 ① 将频率范围选择开关拨至“10~100kHz”挡。 ② 将倍数为 × 1的旋钮旋至“1”位置,将倍数为 × 0.1的旋钮旋至“3”位置,将倍数为 × 0.01的旋钮旋至“8”位置,这样输出的信号频率为 tyw藏书 第4步:调节输出信号的电压。先调节输出衰减开关选择适当的衰减倍数,再调节输 出细调旋钮,使输出信号电压为0.6V,具体过程如下。 ① 根据表 20-1 可知,当衰减分贝数为 10dB 时衰减倍数为 3.16,该挡可以输出 0~ 1.58V (5V/3.16=1.58V)的信号,因此将输出衰减开关拨至“10dB”挡。 ② 调节输出细调旋钮,同时观察电压表表针所指数值。根据 可知,当调节输出细调旋钮,让电压表表针指在1.896V(接近2V)处时,仪器就会 输出0.6V的信号。 通过以上调整,XD-2 型低频信号发生器从接线柱端输出电压为 0.6V、频率为 13.8kHz 的低频信号。 20.2 高频信号发生器 高频信号发生器用来产生100kHz~30MHz的高频正弦波信号,它主要用于检测各种无 线电接收机的灵敏度、选择性,另外也常作为检测高频电路的信号ty源w。藏书 20.2.1 工作原理 高频信号发生器种类很多,它们的工作原理基本相同,其基本组成结构如图20-3所 示。 图20-3 高频信号发生器的组成结构图 高频信号发生器可以产生高频等幅信号、高频调幅信号和高频调频信号,这3种信号 的波形如图20-4所示。 图20-4 高频信号发生器产生的3种信号 (1)高频等幅信号的产生 接通电源后,压控高频振荡器产生高频等幅信号,它经放大器放大后再送到放大调制 器作进一步放大,然后分作两路输出:一路去频率与幅度指示器,让指示器指示信号的频 率和幅度值;另一路送到衰减器进行衰减,再送到高频信号输出插孔。 (2)高频调幅信号的产生 高频调幅信号是一种频率不变、幅度变化的高频信号,它是由低频信号(即调制信 号)调制高频等幅信号而得到的。根据调制信号来源不同,产生高频调幅信号有两种方 式:内调制和外调制。若以内调制方式产生高频调幅信号,应将开关S1置于“AM”、开关 S2置于“内”,内调制振荡器产生的低频信号经S1、S2送到放大调制器,此时放大调制器工 作在调制状态,在调制器中低频信号调制高频等幅信号(来自压控高频振荡器),结果从 调制器输出高频调幅信号送往后级电路。若以外调制方式产生高频调幅信号,应将开关S1 置于“AM”、开关S2置于“外”,这时可以通过外调制输入插孔送入低频信号,输入的低频 tyw藏书 信号经S1、S2送到放大调制器,在调制器中调制高频等幅信号而得到高频调幅信号。 (3)高频调频信号的产生 高频调频信号是一种幅度不变、频率变化的高频信号,它是由低频信号(即调制信 号)调制高频等幅信号而得到的。产生高频调频信号有两种方式:内调制和外调制。若以 内调制方式产生高频调频信号,应将开关 S1置于“FM”、开关 S2置于“内”,内调制振荡器 产生低频信号经 S1、S2送到压控高频振荡器,控制它的振荡频率,低频信号正半周来时 振荡频率高,负半周来时振荡频率低,结果从压控高频振荡器输出幅度不变、频率变化的 高频调频信号。若要以外调制方式产生高频调频信号,应将开关 S1置于“FM”、开关 S2置 于“外”,这时可以通过外调制输入插孔送入低频信号,输入的低频信号经 S1、S2送到压 控高频振荡器,压控高频振荡器就会输出高频调频信号。 20.2.2 使用方法 高频信号发生器种类很多,使用方法大同小异,这里以YB1051型高频信号发生器为 例来说明它的使用方法。YB1051型高频信号发生器如图20-5所示,其中图20-5(a)所示 为实物图,图20-5(b)所示为绘制示意图。 1.面板介绍 ① 电源开关。电源开关用来接通和切断仪器内部电路的电源。按下时接通电源,弹 起时切断电源。 ② 频率显示屏。频率显示屏用于显示输出信号的频率。它旁边有“kHz”和“MHz”两个 单位指示灯,当某个指示灯亮时,频率就选择该单位。 ③ 幅度显示屏。幅度显示屏用来指示输出信号电压的大小。它的单位是V。 ④ 低频频率选择按钮。低频频率选择按钮用来选择低频信号的频率。它能选择两种 低频信号:400Hz和1kHz。当按钮弹起时,内部产生400Hz的低频信号;当按钮按下时, 内部产生1kHz的低频信号。 ⑤ 低频衰减选择按钮。低频衰减选择按钮用来选择低频信号的衰减大小。它有 10dB 和 20dB两个按钮,按下时分别选择衰减分贝数为10dB和20dB。 ⑥ 输入/输出选择按钮。输入/输出选择按钮用来选择低频输入/输出插孔的信号输 入、输出方式。当按钮弹起时,低频输入/输出插孔会输出低频信号;当按钮按下时,可 以往低频输入/输出插孔输入外部低频信号。 ⑦ 低频幅度调节旋钮。低频幅度调节旋钮用来调节输出低频信号的幅度。 tyw藏书 图20-5 YB1051型高频信号发生器 ⑧ 低频输入/输出插孔。低频输入/输出插孔是低频信号输入、输出的通道。当输入/ 输出选择按钮弹起时,该插孔输出低频信号;当输入/输出选择按钮按下时,外部低频信 号可以从该插孔进入仪器。 ⑨ 调幅选择按钮。调幅选择按钮用来选择调幅调制方式。该按钮按下时选择内部调 制方式为调幅调制。 ⑩ 调幅度调节旋钮。调幅度调节旋钮用来调节输出高频调幅信号的幅度。调幅度是 指调制信号幅度与高频载波的幅度之比。如图20-6(a)所示,图中的U1为调制信号半个 周期的幅度,U2为高频载波半个周期的幅度,该调幅波的调幅度为 tyw藏书 图20-6 调幅度与频偏 调频选择按钮。调频选择按钮用来选择调频调制方式。该按钮按下时选择内部调 制方式为调频调制。 频偏宽度调节旋钮。频偏宽度调节旋钮用来调节输出高频调频信号的频率偏移范 围。频偏宽度是指调频信号频率偏离中心频率的范围。如图20-6(b)所示,高频调频信 号的中心频率为f0,它的频偏宽度为Δf。 高频衰减按钮。高频衰减按钮用来选择输出高频信号的衰减程度。它有−10dB、 −20dB 和−30dB 3个按钮,按下不同的按钮时选择不同的衰减分贝数。 高频幅度调节旋钮。高频幅度调节旋钮用来调节输出高频信号的幅度。 高频输出插孔。高频输出插孔用来输出仪器产生的高频信号。高频等幅信号、高 频调幅信号和高频调频信号都由这个插孔输出。 频率范围选择按钮。频率范围选择按钮用来选择信号的频率范围。 频率调节旋钮。频率调节旋钮用来调节输出高频信号的频率。 2.使用说明 YB1051型高频信号发生器可以输出频率为100kHz~40MHz、电压在0~1V的高频信号 (高频等幅信号、高频调幅信号和高频调频信号),另外还能输出0~2.5V的400Hz和 1kHz的低频信号。下面以产生0.3V、30MHz的各种高频信号和1V、400Hz的低频信号为例 来说明高频信号发生器的使用方法。 (1)0.3V、30MHz高频等幅信号的产生 产生0.3V、30MHz高频等幅信号的操作过程如下。 第1步:接通电源。按下电源开关接通电源,让仪器预热5min。 第2步:选择频率范围。让调幅选择按钮和调频选择按钮处于弹起状态,再按下频率 范围选择按钮中的最大值按钮。 第3步:调节输出信号频率。调节频率调节旋钮,同时观察频率显示屏,直到显示频 率为30MHz。 第4步:调节输出信号的幅度。按下−10dB的高频衰减按钮(信号被衰减3.16倍),再 调节高频幅度调节旋钮,同时观察幅度显示屏,直到显示电压为0.3V。 这样就会从仪器的高频输出端输出0.3V、30MHz的高频等幅信号。 (2)0.3V、30MHz高频调幅信号的产生 产生0.3V、30MHz高频调幅信号的操作过程如下。 第1步:接通电源。按下电源开关接通电源,让仪器预热5min。 第2步:选择频率范围并调节输出信号频率。按下频率范围选t择y按w钮藏中的书最大值按 钮,然后调节频率调节旋钮,同时观察频率显示屏,直到显示频率为30MHz。 第3步:选择内/外调制方式。让输入/输出选择按钮处于弹起状态,选择调制方式为 内调制;若按下该按钮,则选择了外调制方式,需要从低频输入/输出插孔输入低频信号 作为调制信号。 第4步:选择调幅方式,并调节调幅度调节旋钮。按下调幅选择按钮选择调幅方式, 然后调节调幅度调节旋钮,调节调幅信号的幅度。 第5步:调节输出信号幅度。按下−10dB的高频衰减按钮,再调节高频幅度调节旋 钮,同时观察幅度显示屏,直到显示电压为0.3V。 这样就会从仪器的高频输出端输出0.3V、30MHz的高频调幅信号。 (3)0.3V、30MHz高频调频信号的产生 产生0.3V、30MHz高频调频信号的操作过程如下。 第1步:接通电源。按下电源开关接通电源,让仪器预热5min。 第2步:选择频率范围并调节输出信号频率。按下频率范围选择按钮中的最大值按 钮,然后调节频率调节旋钮,同时观察频率显示屏,直到显示频率为30MHz。 第3步:选择内/外调制方式。让输入/输出选择按钮处于弹起状态,选择调制方式为 内调制;若按下输入/输出选择按钮,则选择了外调制方式,需要从低频输入/输出插孔输 入低频信号作为调制信号。 第4步:选择调频方式,并调节频偏宽度。按下调频选择按钮选择调频方式,然后调 节频偏宽度调节旋钮,调节调频信号的频率偏移范围。 第5步:调节输出信号幅度。按下−10dB的高频衰减按钮,再调节高频幅度调节旋 钮,同时观察幅度显示屏,直到显示电压为0.3V。 这样就会从仪器的高频输出端输出0.3V、30MHz的高频调频信号。 (4)1V、400Hz低频信号的产生 产生1V、400Hz低频信号的操作过程如下。 第1步:接通电源。按下电源开关接通电源,让仪器预热5min。 第2步:选择低频信号的频率和输入/输出方式。让低频频率选择按钮处于弹起状态, 内部产生400Hz的低频信号,再让输入/输出选择按钮处于弹起状态,选择方式为输出,这 时低频输入/输出插孔就会有400Hz的低频信号输出。 第3步:调节输出信号的幅度。调节低频幅度调节旋钮,使输出的低频信号幅度为 1V。 这样就会从仪器的低频输入/输出端输出1V、400Hz的低频信号。 3.特点与技术指标 (1)特点 ① 输出频率和幅度采用数字显示。 ② 具有载波稳幅、调频、调幅功能。 tyw藏书 ③ 有较高的载波幅度和频率稳定度。 (2)技术指标 ① 工作频率:0.1~40MHz。 ② 输出幅度范围:1V有效值,衰减0~70dB(细调衰减10dB)。 ③ 输出幅度误差:±2dB(当频率大于30MHz时,另加±0.5dB)。 ④ 输出幅度显示误差:±5%。 ⑤ 控制方式:单片机控制。 ⑥ 调幅范围:0~60%连续可调。 ⑦ 内调幅频率:400Hz和1kHz。 ⑧ 频偏范围(载波频率不小于0.3MHz):0~100kHz连续可调。 ⑨ 内调频频率:400Hz和1kHz。 ⑩ 音频频率:400Hz和1kHz。 音频输出幅度:最大1V(有效值),衰减0~40dB(细调衰减10dB)。 20.3 函数信号发生器 函数信号发生器是一种能产生正弦波、三角波、方波、矩形波和锯齿波等周期性时间 函数波形信号的电子仪器。它产生信号的频率范围可从几微赫到几ty十w兆藏赫。书函数信号发生 器在电路实验和设备检测中应用十分广泛,除在通信、广播、电视系统和自动控制系统中 大量应用外,还广泛用于其他非电量测量领域。 20.3.1 工作原理 函数信号发生器产生多种信号的基本原理是先产生三角波信号,然后将三角波转换成 方波、正弦波信号等其他信号。函数信号发生器的基本组成如图20-7所示。 图20-7 函数信号发生器的基本组成 (1)三角波的产生 在接通电源时,电容 C1两端电压为 0V,正向恒流源产生的恒定电流经开关 S1“1”和 S2对电容 C1充电,在 C1上充得上正下负的电压,A 点电压呈线性上升,当电压上升到上 限电压时,高电压比较器输出高电平,该高电平加到触发器的复位端(即置“0”端),触 发器复位,输出低电平,该低电平使三极管VT截止,VT发射极为低电平,它使开关S1 由“1”切换至“2”,三角波上升阶段结束。 在S1切换到“2”后,电容C1开始通过S1的“2”和负向恒流源恒流放电,C1上的电压为上 正下负,电压线性下降,A点电压随之线性下降,当C1两端电压下降到0V时,负向恒流源 产生负向恒定电流由下往上对C1充电,在C1上充得上负下正的电压,A点电压继续呈线性 下降,当A点电压下降到下限电压时,低电压比较器输出高电平,该高电平加到触发器的 置位端(即置“1”端),触发器置位,输出高电平,该高电平使三极管VT导通,VT发射极 为高电平,它使开关S1由“2”切换至“1”,三角波下降阶段结束。 在 S1切换到“1”后,正向恒流源产生的恒定电流对电容 C1充电,先逐渐中和 C1两端 tyw藏书 的下正电压,A点电压呈线性上升,当C1两端电压被完全中和后,C1两端电压为0V,从 而在A成一个周期的三角波信号。此后,正向恒流源又开始在 C1上充上正下负电压,从 而在 A 点得续的三角波信号。 (2)正弦波和方波的产生 在电路工作时,A 点会得到三角波信号,它经跟随器放大后分作两路:一路送往信号 类型选择开关;另一路由三角波转正弦波电路平滑后转换成正弦波信号,再送往信号类型 选择开关。在产生三角波的过程中,触发器会输出方波信号,它经三极管 VT 放大后输 出,也送往信号选择开关。3种信号经信号类型选择开关选择一种后,再经功率放大输出 级放大后送往仪器的信号输出端。 (3)信号的频段选择、频率调节、幅度调节和类型选择 S2为频段选择开关,通过S2切换不同容量的电容可以改变三角波的频率。如果C2容 量较C1大,当S2接通C2时,C2充电上升到上限电压需要的时间长,产生的三角波周期 长,频率低,即S2接入的电容容量越大,产生的信号频率越低。由于S2切换的电容容量不 连续,故S2无法连续改变信号频率。 RP为频率调节电阻,当调节RP时,恒流源控制电路会改变正、负向恒流源的电流大 小,电容充电电流就会发生变化,电路形成的三角波频率也会变化。如果恒流源的电流变 大,在电容容量不变的情况下,电容充到上、下限电压所需时间短,形成的三角波周期 短,频率高。由于 RP 可以连续调节,所以它可以连续改变恒流源电流的大小,从而可连 续调节三角波的频率。 S3为信号类型选择开关,它通过切换不同挡位来选择不同类型的信号。输出信号的幅 度调节是通过改变功率放大输出级的增益来实现的,增益越高,输出信号幅度越大。 20.3.2 使用方法 函数信号发生器的种类很多,但使用方法大同小异,这里以VC2002 型函数信号发生 器为例来说明。VC2002 型函数信号发生器可以输出正弦波、方波、矩形波、三角波和锯 齿波 5 种基本函数信号,这些信号的频率和幅度都可以连续调节。 1.面板介绍 VC2002型函数信号发生器的前、后面板如图20-8所示。 面板各部分功能说明如下。 ① 信号输出插孔。信号输出插孔用于输出仪器产生的信号。 ② 占空比调节旋钮。占空比调节旋钮用来调节输出信号的占空比。本仪器的占空比 调节范围为20%~80%。注:占空比是指一个信号周期内高电平时间与整个周期时间的比 值,占空比为 50%的矩形波为方波。 tyw藏书 图20-8 VC2002型函数信号发生器 图20-8 VC2002型函数信号发生器(续) ③ 频率调节旋钮。频率调节旋钮用来调节输出信号的频率。 ④ 幅度调节旋钮。幅度调节旋钮用来调节输出信号的幅度。 ⑤ 20dB 衰减按钮。当该按钮按下时,输出信号会被衰减20dB(即衰减10 倍)再输 出。 ⑥ 40dB 衰减按钮。当该按钮按下时,输出信号会被衰减40dB(即衰减100 倍)再输 出。 ⑦ 信号类型选择按钮。信号类型选择按钮用来选择输出信号的类型。当反复按压该 按钮时,5位LED频率显示屏的最高位会循环显示“1”、“2”、“3”,显示“1”表示选择输出信 号为正弦波,“2”表示方波,“3”表示三角波。 ⑧ 频段选择按钮。频段选择按钮用来选择输出信号的频段。当ty反w复藏按压书该按钮时,5 位LED频率显示屏的最低位会循环显示频段“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”,各频段 的频率范围如下。 在使用仪器时,先操作频段选择按钮选择好频段,再调节频率调节旋钮就可使仪器输 出本频段频率范围内任一频率的信号了。 ⑨ 确定按钮。当仪器的各项调节好后,再按下此按钮,仪器开始运行,按设定输出 信号,同时在显示屏上显示输出信号的频率和幅度。 ⑩ 复位按钮。当仪器出现显示错误或死机时,按下此按钮,仪器复位启动重新开始 工作。 频率显示屏。频率显示屏用来显示输出信号的频率。它由5位LED数码管组成,它 是一个多功能显示屏。在进行信号类型选择时,最高位显示“1”、“2”、“3”,分别代表正 弦波、方波、三角波;在进行频段选择时,最低位显 示“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”,分别代表不同的频率范围;在输出信号时,显示 输出信号的频率。 Hz指示灯。当该灯亮时,表示输出信号频率以“Hz”为单位。 kHz指示灯。当该灯亮时,表示输出信号频率以“kHz”为单位。 幅度显示屏。幅度显示屏用来显示输出信号的幅度。 mVp-p指示灯。当该灯亮时,表示输出信号的峰峰值幅度以“mV”为单位,Vp-p表 示峰峰值。 Vp-p指示灯。当该灯亮时,表示输出信号的峰峰值幅度以“V”为单位。 电源开关。电源开关用来接通和切断仪器的电源。 110V/220V电源转换开关。110V/220V电源转换开关的功能是使仪器能在110V或 220V两种交流电源供电时都正常使用。 电源插座。电源插座用来插入配套的电源插线,为仪器引入110V或220V电源。 保险管。当仪器内部出现过载或短路时,保险管内熔丝熔断,使仪器得到保护。 该保险管熔丝的容量为500mA/250V。 2.使用说明 VC2002型函数信号发生器的使用操作方法如下。 tyw藏书 第1步:开机并接好输出测试线。将仪器后面板上的110V/220V电源转换开关拨 至“220V”位置,然后将电源插座插入电源线并接通 220V 电源,再按下电源开关,仪器开 始工作,接着在仪器的信号输出插孔上接好输出测试线。 第2步:设置输出信号的频段。反复按压频段选择按钮,同时观察频率显示屏最低位 显示的频段号(1~7),选择合适的输出信号频段。 第3步:设置输出信号的波形类型。反复按压信号类型选择按钮,同时观察频率显示 屏最高位显示的波形类型代码(1表示正弦波,2表示方波,3表示三角波),选择好输出 信号的类型。 第4步:按下“确认”按钮,仪器开始运行,在频率显示屏显示信号的频率,在幅度显 示屏显示信号的幅度。 第5步:调节频率调节旋钮的同时观察频率显示屏,使信号频率满足要求;调节幅度 调节旋钮并观察幅度显示屏,使信号幅度满足要求。 第6步:调节占空比调节旋钮使输出信号的占空比满足要求。方波的占空比为50%, 大于或小于该值为矩形波;三角波的占空比为50%,大于或小于该值为锯齿波。 第7步:将仪器的信号输出测试线与其他待测电路连接,若连接后仪器的输出信号频 率或幅度等发生变化,可重新调节仪器,直至输出信号满足要求。 3.特点与技术指标 (1)特点 ① 频率范围:0.2Hz~2MHz。 ② 波形:正弦波、三角波、方波、矩形波、锯齿波。 ③ 5位LED频率显示,3位LED幅度显示。 ④ 频率、幅度、占空比连续可调。 ⑤ 二段式固定衰减器:20dB/40dB。 (2)技术指标 ① 频率范围:0.2Hz、2Hz、20Hz、200Hz、2kHz、20kHz、200kHz、2MHz。 ② 幅度:(2~20Vp-p) ± 20%。 ③ 阻抗:50Ω。 ④ 衰减:20dB/40dB。 ⑤ 占空比:20%~80%(± 10%)。 ⑥ 显示:5位LED频率显示,同时3位LED幅度显示。 ⑦ 正弦波:失真度<2%。 ⑧ 三角波:线性度>99%。 ⑨ 方波:上升沿/下降沿时间<100ns。 ⑩ 时基:标称频率为12MHz,频率稳定度为± 5 × 10−5。 信号频率稳定度:<0.1%/min。 tyw藏书 测量误差:≤0.5%。 电源:220V/110V ± 10%、50Hz/60Hz ± 5%、功耗≤15W。 第21章 毫伏表 tyw藏书 万用表可以测量交流信号电压,但通常只限于测量频率为几百赫以下的正弦波信号电 压,测量此频率以外的交流信号就不准确了,并且不能测量幅度很小的交流信号。毫伏表 可以测量频率范围很宽的交流信号,另外因为它内部有放大电路,所以可以测量幅度很小 的交流信号。 21.1 模拟毫伏表 模拟毫伏表内部主要采用模拟电路,并且以指针式指示器来指示被测电压的大小。 tyw藏书 21.1.1 工作原理 模拟毫伏表种类很多,从其工作原理来分,主要有 3 种类型:放大-检波式、检波-放 大式和外差式,这3种类型的毫伏表原理框图如图21-1所示。 图21-1 3种类型模拟毫伏表的原理框图 1.放大-检波式毫伏表 放大-检波式毫伏表原理框图如图21-1(a)所示。 毫伏表内部常采用射随器(即共集电极放大电路)作为输入电路,因为射随器具有输 入阻抗大、输出阻抗小的特点,采用它作为输入电路可以减小毫伏表对被测电路的影响。 输入信号经射随器放大后送到衰减器,当交流信号小时,衰减开关S置于“1”,如果信号 大,S置于“2”,交流信号再送到交流放大器进行放大,然后去检波器,将交流信号转换成 直流电压加到指示表,表针偏转,指示被测信号的电压值。 放大-检波式毫伏表的优点是性能稳定、灵敏度高;缺点是测量频率范围受放大器带 宽的限制,测量频率范围窄。 2.检波-放大式毫伏表 检波-放大式毫伏表的原理框图如图21-1(b)所示。 检波-放大式毫伏表先由检波器将交流信号转换成直流电压,然后经射随器放大后送 到衰减器,再送到直流放大器放大,直流电压送到指示表,驱动表ty针w摆藏动,书指示被测信号 的电压值。 检波-放大式毫伏表的优点是测量频率范围宽,缺点是灵敏度低、稳定性较差。 3.外差式毫伏表 外差式毫伏表的原理框图如图21-1(c)所示。 被测交流信号经射随器放大和衰减器衰减后送到混频器,同时由本机振荡器产生的本 振信号也送到混频器,两者混频差拍(f振−f信)后得到中频信号,被测信号幅度越大,混 频差拍后得到的中频信号电压越大,中频信号经检波器转换成直流电压送到指示表,驱动 表针摆动,指示被测信号的电压值。 外差式毫伏表的优点是灵敏度高(可测微伏级信号),因为采用了变频技术,所以可 以测量频率范围很宽的信号,测量范围通常为几千赫至几百兆赫。 21.1.2 使用方法 模拟毫伏表的种类很多,但使用方法基本类似,这里以AS2294D型毫伏表为例来说明 它的使用方法。AS2294D 型毫伏表是一种放大-检波式毫伏表,它可以测量频率为 5Hz~ 2MHz、输入电压为30μV~300V的正弦波信号。AS2294D型毫伏表可以同时测量两个通道 的输入信号,测量方式有同步和异步两种。AS2294D型毫伏表如图21-2所示,其中图212(a)所示为实物图,图21-2(b)所示为绘制示意图。 1.面板介绍 ① 电源开关。电源开关用来接通和切断仪器内部电路的电源。按下时接通电源,弹 起时切断电源。 ② 刻度盘。刻度盘用于指示被测信号的大小。刻度盘如图 21-3 所示,它有两个表 针,一个为黑色表针,一个为红色表针,分别用来指示左通道和右通道输入信号的大小。 另外,刻度盘上有 4条刻度线,第1、2条为电压刻度线,当选择1、10、100量程时,查看 第1条刻度线(最大值为1),当选择0.3、3、30、300量程时,查看第2条刻度线(最大值 为3);第3条为dB(分贝)刻度线,最大值为0,最小值为−20,在测量时,量程dB值与 表针在该刻度线指示的dB值之和即被测值;第4条为dBm(分贝毫瓦)刻度线,0dBm相当 于1mW,该刻度线很少使用。 ③ 机械校零旋钮。机械校零旋钮用来在仪表使用前将表针调到“0”位置。机械校零旋 钮有红、黑两个,在测量前分别调节红、黑表针,使两个表针均指在“0”位置。 tyw藏书 图21-2 AS2294D型毫伏表 ④ 右通道量程指示灯。右通道量程指示灯用来指示右通道的量程挡位。 tyw藏书 图21-3 AS2294D型毫伏表的刻度盘 ⑤ 左通道量程指示灯。左通道量程指示灯用来指示左通道的量程挡位。 ⑥ 左通道量程选择开关。左通道量程选择开关用来选择左通道测量量程。当旋转该 开关选择不同的量程时,左通道相应的量程指示灯会亮。 ⑦ 右通道量程选择开关。右通道量程选择开关用来选择右通道测量量程。当旋转该 开关选择不同的量程时,右通道相应的量程指示灯会亮。 ⑧ 左通道信号输入插孔。在使用左通道测量时,被测信号由该插孔输入。 ⑨ 右通道信号输入插孔。在使用右通道测量时,被测信号由该插孔输入。 ⑩ 同步/异步选择开关。同步/异步选择开关用来选择同步和异步测量的方式。开关按 下时选择“同步”测量方式,弹起时选择“异步”测量方式。 2.使用说明 AS2294D型毫伏表可以测量一个信号,也可以同时测量两个信号,测量两个信号的方 式有两种,即异步测量和同步测量。 (1)异步测量方式 当该仪器工作在异步方式时,相当于两个单独的电压表,这种方式适合测量电压相差 较大的两个信号。下面以测量如图21-4所示的放大器的交流放大倍数为例来说明异步测量 的方法。 图21-4 异步测量方式举例 异步测量的操作步骤如下。 第1步:接通电源。将电源开关按下,接通仪器内部电路的电源。 第2步:选择异步测量方式。让同步/异步选择开关处于弹起状态,这时异步指示灯 亮。 第3步:选择左、右通道的测量量程。估计放大电路的输入和输出信号的大小,调节 tyw藏书 左、右通道量程选择开关,选择左通道的量程为30mV(−30dB)挡,选择右通道的量程 为1V(0dB)挡。 第4步:将左、右通道测量表笔分别接放大电路的输入端(A点)和输出端(B端)。 第5步:读出输入和输出信号的大小。观察刻度盘上黑表针指示的数值,发现黑表针 指在最大值为3的刻度线的“2”处,同时指在dB刻度线的“−4”处,则输入信号的电压值为 20mV,dB值为− 30dB + (− 4)dB = −34dB;再观察红表针指示的数值,发现红表针指在最 大值为1的刻度线的“0.8”处,同时指在dB刻度线的“−2”处,则输出信号的电压值为0.8V, dB值为0dB + ( − 2)dB = −2dB。 第6步:计算被测电路的放大倍数和增益。根据放大倍数 A=Uo/Ui,可求出被测电路 的放大倍数为0.8V/20mV = 0.8/0.02 = 40;根据输入/输出信号的dB值之差,可求出被测电 路的增益为−2dB−(−34dB)= 32dB。 (2)同步测量方式 当该仪器工作在同步方式时,一个量程选择开关可以同时控制两个通道的量程,这种 方式适合测量特性相同的两个电路的平衡程度。下面以测量如图21-5所示的立体声双声道 放大器的平衡程度为例来说明同步测量的方法。 同步测量的操作步骤如下。 第1步:接通电源。将电源开关按下,接通仪器内部电路的电源。 第2步:选择同步测量方式。按下同步/异步选择开关,这时同步指示灯亮。 第3步:选择测量量程。因为仪器工作在同步方式时,一个量程选择开关可以同时控 制两个通道的量程,调节其中一个量程选择开关,选择量程为1V挡,这时两个通道的测 量量程都为1V。 第4步:测量左、右通道的相似程度。给左、右通道输入大小相同的信号,再将左、 右通道测量表笔分别接在左、右声道放大电路的输出端(即A点和B点),然后观察刻度 盘上两个表针是否重叠,若重叠说明两通道特性相同,否则特性有差异,两表针相隔越 小,表明两通道特性越接近,可以通过直接观察两表针的间隔来读出两通道的不平衡程 度。 (3)放大器功能 AS2294D型毫伏表除了有测量输入信号的功能外,还有对输入信号进行放大再输出的 功能。在AS2294D型毫伏表的后面板上有信号输出插孔,如图21-6所示。 tyw藏书 图21-5 同步测量方式举例 图21-6 AS2294D型毫伏表的后面板 当LIN或RIN插孔输入信号时,毫伏表的表针除了会指示输入信号的电压外,还会对 输入信号进行放大,再从后面板的LEFT或RIGHT插座输出。毫伏表处于不同的挡位时具 有不同的放大能力,具体见表21-1。例如,当量程开关处于“1mV”挡时,毫伏表会对输入 信号放大100倍(也即40dB),再从后面板相应的输出插孔输出。 表21-1 量程开关挡位与放大倍数对应表 (4)浮置测量方式 有些电路采用平衡方式输出信号,在测量这种信号时,毫伏表要置于“浮置”测量方 式。例如,双端输出的差动放大电路和BTL放大电路,它们的两个输出端中任意一端都没 有接地,因此测量时要采用浮置测量方式,否则会导致测量不准确或损坏电路。采用浮置 测量方式很简单,只要将毫伏表的FLOAT(浮置)/GND(接地)开关置于“FLOAT”位置 即可。 tyw藏书 21.2 数字毫伏表 数字毫伏表又称数字电子电压表,它与模拟毫伏表一样,都可以测量微弱的交流信号 电压。另外,除了采用数字方式外,其内部还大量采用数字处理电ty路w。藏数字书毫伏表具有显 示直观和测量精度高等优点。 21.2.1 工作原理 数字毫伏表的典型结构如图21-7所示。从图中可以看出,数字毫伏表的输入部分与模 拟毫伏表基本相同,都要将交流信号转换成相应大小的直流电压,但数字毫伏表还要用 A/D转换器将直流电压转换成数字信号,再经数字电路处理后送到显示器,直观地将被测 电压显示出来。 图21-7 数字毫伏表的典型结构图 21.2.2 使用方法 数字毫伏表的种类很多,但使用方法大同小异,下面以 DF1930 型数字毫伏表为例来 说明数字毫伏表的使用方法。 1.面板介绍 DF1930型数字毫伏表采用4位数字显示测量值,具有交流电压、dB和dBm 3种测量功 能,测量量程可自动和手动转换。DF1930型数字毫伏表的面板如图21-8所示。 面板各部分功能说明如下。 ① 电源开关(POWER)。电源开关用来接通和切换电源。按下为ON,弹起为OFF。 ② 量程选择按钮(PRESET RANGE)。量程选择按钮用于选择测量量程。当仪器处 于手动测量方式时,按压“ ”按钮,量程减小;按压“ ”按钮,量程增大。 ③ 自动/手动测量方式选择按钮(AUTO/MAN)。自动/手动测量方式选择按钮用于 选择测量方式。仪器开机后会自动处于“AUTO”(自动测量)方式,按压该按钮,会切换 到“MAN”(手动测量)方式,再按压一次按钮,又切换到“AUTO”方式。当处于自动测量 方式时,仪器会根据输入信号幅度自动调整量程;而处于手动测量方式时,需要操作量程 选择按钮来选择量程。 ④ 显示方式选择按钮(V/dB/dBm)。显示方式选择按钮用于选择显示单位。开机后 显示单位为V,不断按压该按钮,显示单位会以“V→dB→dBm”顺序循环切换,显示屏右 方的单位指示灯会有相应的变化。 tyw藏书 图21-8 DF1930型数字毫伏表的面板图 ⑤ 被测信号输入端(INPUT)。被测信号输入端用于输入被测信号。在测量时需要 在该端连接好相应的测试线,再接被测电路。 ⑥ OVER(过、欠载)指示灯。当处于“MAN”(手动测量)方式时,若显示屏显示的 数字(不计小数点)大于3 100 或小于290,该指示灯亮,表示当前的量程不合适。 ⑦ AUTO(自动测量)指示灯。当该灯亮时,表示仪器处于自动测量方式。 ⑧ MAN(手动测量)指示灯。当该灯亮时,表示仪器处于手动测量方式。 ⑨ 显示屏。显示屏用于显示测量数值。它由4位LED数码管组成,当显示的数字出现 闪烁时,表示被测电压超出测量范围,显示的数字无效。 ⑩ 显示单位指示灯。显示单位指示灯用于指示测量数值的单位。它由mV、V、dB、 dBm共4个指示灯组成,在操作显示方式选择按钮时,这些指示灯会循环切换。 量程指示灯。量程指示灯用于指示量程。它由3mV、30mV、300mV和3V、30V、 300V共6个指示灯组成,在操作量程选择按钮时,这些指示灯用来指示6个量程挡。 2.使用说明 第1步:按下电源开关,对仪器进行短时间预热。刚开机时,显示屏的数码管会亮, 显示的数字有几秒的跳动,几秒后数字应该稳定下来。 第2步:选择测量方式。开机后,仪器处于自动测量和电压显示方式,AUTO指示灯 tyw藏书 和V指示灯都亮,若要选择手动测量方式,可操作“AUTO/MAN”按钮,使MAN指示灯变 亮。 第3步:选择显示单位。根据测量需要,操作“V/dB/dBm”按钮,同时观察mV、V、 dB、dBm4个指示灯,选择合适的测量显示单位。 第4步:选择测量量程。在自动测量方式时,仪器会根据输入被测信号的大小自动选 择合适的量程挡;在手动测量方式时,先估计被测信号的大小,再操作“ ”和“ ”按钮同 时观察量程指示灯,选择合适的量程挡,量程挡应大于且最接近于被测信号电压。 第5步:给仪器输入被测信号。将仪器的信号输入线与被测电路连接。 第6步:读数。测量时,在显示屏上会显示测量值,右方亮起的灯指示其单位。如果 显示屏显示的数字不闪烁且OVER灯不亮,表示仪器工作正常,此时显示的数字即被测信 号的值;如果OVER灯亮,表示当前测量数据误差很大,需要更换量程;如果显示的数字 闪烁,表示被测电压已超出当前的量程,也必须更换量程。 3.特点与技术指标 (1)特点 ① 采用单片机进行测量、数据处理和控制。 ② 具有交流电压、dB和dBm 3种测量功能。 ③ 4位数字显示。 ④ 测量量程可自动和手动转换。 ⑤ 采用轻触式控制开关,手感好,使用寿命长。 (2)技术指标 ① 电压测量范围:100μV~400V。 ② dB测量范围:−79~50dB。 ③ dBm测量范围:−77~52dBm。 ④ 测量量程:4mV、40mV、0.4V、4V、40V、400V。 ⑤ 频率范围:5Hz~2MHz。 ⑥ 最小测量误差:1.5% ± 8个字。 ⑦ 最高测量分辨率:1μV。 ⑧ 噪声:输入短路时小于15个字。 ⑨ 交流测量串/共模抑制比:大于40dB/90dB。 ⑩ 输入阻抗:1MΩ/30pF。 第22章 示波器 tyw藏书 22.1 示波器的结构及工作原理 示波器是一种能将被测电信号直观显示出来的电子仪器。它可以测量交、直流电压的 大小,测量交流信号的波形、幅度、频率和相位等参数,如果与其他有关的电子仪器(如 信号发生器)配合,还可以检测电路是否正常。示波器是一种应用极为广泛的电子测量仪 器。 22.1.1 示波器的种类 示波器的种类很多,按用途和性能可分为以下几种。 1.通用示波器 通用示波器包括单踪示波器和双踪示波器。单踪示波器可测量一个信号的波形、幅 度、频率和相位等参数。而双踪示波器能同时测两个信号的波形和参数,也可以对两个信 号进行比较。通用示波器是应用最广泛的一种示波器。 2.采样示波器 通用示波器测量频率很高的信号比较困难,而采样示波器可以测量频率很高的信号, 它可以看成是由采样电路和通用示波器组合而成的。采样示波器利用了采样原理将高频信 号转换成低频信号,然后由通用示波器部分将低频信号显示出来。 3.存储示波器和记忆示波器 普通的示波器可以将被测信号实时显示出来,但如果撤掉输入信号,显示屏显示的信 号马上会消失。而存储示波器和记忆示波器在撤掉被测信号后,仍可以将信号保存并继续 显示出来。存储示波器是利用数字存储器将被测信号保存下来;记忆示波器则是采用具有 记忆功能的示波管,使被测信号波形仍可在示波管上继续保持。 存储示波器和记忆示波器具有保持功能,所以可以将瞬变过程、非周期变化和超低频 信号保存下来,以便于仔细观察、比较分析和研究。 22.1.2 示波管的结构 示波器是依靠示波管将被测信号直观显示出来的,示波管又称为阴极射线管 (CRT),它的工作原理与电视机的显像管有点相似,其结构如图22-1所示。 tyw藏书 图22-1 示波管的结构 1.示波管各部分说明 ① 灯丝F:它的功能是通电发热,对阴极进行加热,使阴极能够发射电子。 ② 阴极K:它是一个表面涂有氧化物的金属小圆筒,在灯丝加热的情况下,阴极的氧 化层会发射出电子。 ③ 控制栅极 G:又称调制栅极,简称栅极,它是一个前端开孔的金属圆筒,该极上 加有比阴极更低的电压。电子自由运动方向是从低电位往高电位运动,如果电子由高电位 往低电位运动要受阻碍,而阴极电位较栅极高,故阴极发射出来的电子通过栅极要受到一 定的阻力。栅极电压越低,电子受到的阻力越大,通过栅极的电子越少,到达荧光屏的电 子也越少,荧光屏光线越暗。 RP1称为辉度电位器,又称亮度电位器,调节 RP1能改变栅极电压,以控制到达荧光 屏的电子数量,从而调节荧光屏的亮度。 ④ 第一阳极A1和第二阳极A2:它们中间都开有小孔,电子从小孔中通过,这两个阳 极的作用是对阴极发射出来并通过栅极的电子束进行加速,同时进行聚焦,将很粗的电子 束聚焦成很细的电子束,这样电子束在荧光屏上扫出来的信号波形更清晰。 RP2称为聚焦电位器,它可以调节第一阳极的电压;RP3称为辅助聚焦电位器,可以 调节第二阳极的电压。为了让荧光屏显示的波形清晰明亮,需要对RP2、RP3进行反复调 节。 ⑤ 垂直偏转板:又称 Y 轴偏转板,它由垂直方向的上、下两块金属板组成,电子束 从中间穿过,当给这两块金属板加一定电压时,电子束就会在垂直方向作偏转运动。 ⑥ 水平偏转板:又称 X 轴偏转板,它由水平方向的左、右两块金属板组成,电子束 从中间穿过,当给这两块金属板加一定电压时,电子束就会在水平方向作偏转运动。 ⑦ 荧光屏:它是在荧光管正面的内层壁上涂上一层荧光粉而构成的。当电子束轰击 荧光屏上的荧光粉时,荧光粉就会发光,电子数越多、速度越快,荧光粉越亮。 2.示波管的工作过程 示波管的工作过程:首先给灯丝通电,灯丝开始发热,阴极因灯丝的加热而发射大量 的电子,由于受栅极电压(较阴极低)的阻碍,只有一部分电子能穿过栅极,穿过栅极的 电子受到第一阳极和第二阳极高电压的加速和聚焦后,形成密集、ty高w速藏的电书子束往荧光屏 运动。电子束再经过垂直偏转板和水平偏转板,偏转板产生的电场变化,使电子束运动轨 迹也随之变化,这种运动轨迹变化的电子束轰击荧光屏,就会在荧光屏上显示出波形。 22.1.3 示波器的波形显示原理 示波器是依靠示波管与电路配合来显示各种信号波形的。示波管显示信号波形的过程 是:首先让阴极发射电子,然后进行加速和聚焦,再给垂直和水平偏转板加一定的电压, 让电子束产生偏转并对荧光屏进行扫描,这样就会在荧光屏上显示出信号波形。下面从几 个方面来说明示波器的波形显示原理。 1.X轴和Y轴偏转板都不加电压 如图22-2(a)所示,X轴和Y轴偏转板都不加电压时,阴极发射出来的电子束不会产 生偏转,而是作直线运动轰击荧光屏中心,在荧光屏中心会出现一个亮点。 图22-2 示波管波形显示原理 2.Y轴偏转板不加电压,X轴偏转板加锯齿波电压 由于Y轴偏转板不加电压,所以电子束在垂直方向不受电场力,而X轴偏转板加锯齿 波电压,电子束在水平方向受到电场力作用而会产生偏转,在屏幕上扫出水平一条亮线, 如图22-2(b)所示。 具体过程说明如下。 tyw藏书 当0~t1期间的锯齿波电压加到X轴偏转板时,偏转板产生电场,让电子束由荧光屏的 a点(中心)扫到荧光屏的b点(左端)。 当t1~t2期间的锯齿波电压加到X轴偏转板时,偏转板产生电场,让电子束由b点扫到 a点。 当t2~t3期间的锯齿波电压加到X轴偏转板时,偏转板产生电场,让电子束由a点扫到c 点。 当t3~t4期间的锯齿波电压加到X轴偏转板时,偏转板产生电场,让电子束由c点扫到a 点。 t4时刻以后,下一个周期的锯齿波电压到来,电子束又重复上述扫描过程,结果在荧 光屏上出现一条亮线。 从锯齿波电压的波形可以看出,0~t1和 t3~t4期间的时间很短,电子束运行的方向是 由屏幕右边往左扫动(即回扫),在这两段时间内阴极是不发射电子的,这两段时间称为 逆程;而t1~t3期间的时间很长,电子束由屏幕左边往右扫动,在这段时间内阴极发射电 子,这段时间称为正程。荧光屏出现的亮线是正程期间阴极发射电子扫描出来的。 从上面的分析还可以看出,锯齿波电压周期越短(频率越高),电子束由荧光屏左端 扫到右端的时间越短。 同样的道理,如果给Y轴偏转板加锯齿波电压,X轴偏转板不加电压,电子束只受Y 轴偏转板产生的电场力作用,会在荧光屏上扫出垂直一条亮线。 3.Y轴偏转板加正弦波电压,X轴偏转板加锯齿波电压 当Y轴偏转板加正弦波电压、X轴偏转板加锯齿波电压时,电子束在垂直和水平方向 都受到偏转力,电子束就会在屏幕上扫出正弦波,如图22-2(c)所示。 具体过程说明如下。 在0~t1期间,锯齿波电压加到X轴偏转板,Y轴偏转板无电压,X轴偏转板产生电 场,让电子束由荧光屏的a点直接扫到b点。此期间为逆程,阴极不发射电子,故a点到b点 之间不会出现亮线。 在t1~t2期间,逐渐下降的锯齿波电压加到X轴偏转板,先上升后下降的正弦波电压 加到Y轴偏转板,电子束在这两个电场力的作用下在荧光屏上扫出正弦波的正半周。 在t2~t3期间,反方向逐渐增大的锯齿波电压加到X轴偏转板,反方向先增大后减小 的正弦波电压加到Y轴偏转板,电子束在这两个电场力的作用下在荧光屏上扫出正弦波的 负半周。 在t3~t4期间,反方向逐渐增大的锯齿波电压加到X轴偏转板,Y轴偏转板无电压,X 轴偏转板产生电场,让电子束由荧光屏的c点直接扫到a点。此期间为逆程,阴极不发射电 子,故c点到a点之间不会出现亮线。 经过上述4个过程,电子束就在荧光屏上扫出一个周期的正弦波信号波形,如果正弦 波频率提高一倍,那么在荧光屏上就会出现两个周期的正弦波信号ty波w形藏。 书 从上面的分析可以得出这样的结论:当给示波管的X轴偏转板加锯齿波电压、Y轴偏 转板加某个信号电压时,通过电子束的扫描,在屏幕上就会显示出Y轴偏转板上的信号波 形。 示波器的波形显示原理是这样的:由示波器内部的扫描电路产生锯齿波电压送到X轴 偏转板,然后将被测信号送到Y轴偏转板,在X、Y轴偏转板产生的电场作用下,电子束 就会在荧光屏上扫出被测信号的波形。 22.2 单踪示波器 单踪示波器是一种价格便宜、操作简便的通用示波器,在进行一些要求不高的电子测 量时常采用单踪示波器。 tyw藏书 22.2.1 工作原理 单踪示波器主要由Y通道(又称Y轴偏转系统或垂直系统)、X通道(又称X轴偏转系 统或水平系统)、示波管和一些附属电路组成。单踪示波器的组成框图如图22-3所示。 1.Y通道 Y通道主要由衰减器、Y前置放大器、延迟线和Y输出放大器组成。它主要将被测信 号进行处理,再送到示波管的Y轴偏转板。 图22-3 单踪示波器的组成框图 (1)衰减器 衰减器的功能是对输入的被测信号进行适当的衰减,以保证显示在荧光屏上的信号不 至于过大而失真。衰减器常采用RC电路组成,常见的衰减器如图22-4所示。 图22-4中电容的作用是对输入的信号进行补偿,可以让电路保持较宽的通频带。如果 衰减器的R1C1=R2C2,那么衰减器的衰减量与电容C1、C2的容量无关,输出电压 例如,当R1=2MΩ、C1=600pF、R2=3MΩ、C2=400pF,输入电压Ui=0.3V时,输出电 压 即输入电压Ui被衰减到3/5输出。 实际上,示波器中的衰减器由多个 RC 电路构成,可以通过开关切换不同的 RC 电路 来对信号进行不同的衰减,从而适应各种不同电压的输入信号。 (2)Y前置放大器 Y 前置放大器的作用是对衰减器送来的信号进行适当的放大。t它yw放大藏输书出的信号分作 两路:一路送到延迟线,另一路送到触发电路。 (3)延迟线 延迟线的功能是对被测信号进行一定的延时后,再送到后级电路。在Y通道设置延迟 线后可以将荧光屏显示的波形由左端往中央移动一定的位置,这样可以避免在屏幕上显示 的信号波形过于偏左而造成部分信号无法观察,如图22-5所示。 图22-4 衰减器 图22-5 延迟线功能说明 延迟线种类很多,较常见的是由多级LC元件构成的LC延迟电路(又称集中参数延迟 线),这种延迟线如图22-6所示,输入信号经过LC电路后被延迟t时间再输出。 图22-6 集中参数LC延迟线 (4)Y输出放大器 Y 输出放大器常用差分放大电路,它具有较好的抗干扰性,除了放大输入信号外,还 会将一路输入信号分成相反的两路信号输出,分别送往Y轴的两个偏转板。 2.X通道 X通道主要由触发电路、扫描信号发生器和X放大器组成。它的主要作用是产生符合 要求的锯齿波电压,再送到示波管的X轴偏转板。 (1)触发电路 触发电路的功能是在被测信号或外触发输入插孔送来的外来信号的控制下,产生触发 信号,去控制扫描电路产生合适的锯齿波电压。 如果没有触发信号,扫描信号发生器产生的锯齿波电压周期将ty是w固藏定的书,而输入的被 测信号电压是不固定的,这样两个电压送到X、Y轴偏转板控制电子束扫描,扫描出来的 波形有可能不同步。下面通过图22-7所示的几种情况来分析这种问题。 图22-7 无触发信号控制的几种扫描情况 图22-7中锯齿波电压UX的周期用TX表示,被测信号UY的周期用TY表示。 ① 当TX=nTY时,如图22-7(a)所示,如果TX=TY。 在0~t2期间,第1个周期的锯齿波电压UX加到X轴偏转板,在此期间,第1个完整周 期被测信号UY1送到Y轴偏转板,两个偏转板产生的电场控制电子束在荧光屏上扫出一个 完整周期的被测信号,在t2时刻,电子束由左端迅速返回右端。 在t2~t4期间,第2个周期的锯齿波电压UX加到X轴偏转板,在此期间,第2个周期的 被测信号UY1送到Y轴偏转板,电子束又从荧光屏左端开始往右扫出第2个周期的被测信 号。信号UY1的第2个周期与第1个周期波形相同,所以在荧光屏上扫出的两个周期的信号 波形是重叠的,看起来只有一个周期的波形。 仍如图22-7(a)所示,如果TX=2TY2。 tyw藏书 在0~t2期间,第1个周期的锯齿波电压UX加到X轴偏转板,在此期间,第1、2个完整 周期信号UY2送到Y轴偏转板,电子束在荧光屏上扫出第1、2个完整周期的信号UY2,在t2 时刻,电子束由左端迅速返回右端。 在t2~t4期间,第2个周期的锯齿波电压UX加到X轴偏转板,在此期间,第3、4个周期 的信号UY2送到Y轴偏转板,电子束又从荧光屏左端开始往右扫出第3、4个周期的信号 UY2。信号UY2的第1、2个周期与第3、4个周期波形相同,在荧光屏上扫出的第1、2个周 期与第3、4个周期波形是重叠的,所以在荧光屏上看到两个周期的信号UY2波形。 扫描电压(锯齿波电压)的周期是被测信号周期的整数倍,这样在荧光屏上扫描出来 的信号波形是稳定的,这种情况称为扫描电压与被测信号同步。 ② 当TX≠nTY时,如图22-7(b)所示,图中的TX>TY。 在0~t2期间,第1个周期的锯齿波电压UX加到X轴偏转板,在此期间,0~e段(A 段)信号UY3送到Y轴偏转板,电子束在荧光屏上扫出0~e段(A段)信号UY3,在t2时 刻,电子束由左端迅速返回右端。 在t2~t4期间,第2个周期的锯齿波电压UX加到X轴偏转板,在此期间,e~j段(B 段)信号UY3送到Y轴偏转板,电子束在荧光屏上扫出e~j段(B段)信号UY3,在t4时 刻,电子束由左端迅速返回右端。 在t4~t6期间,第3个周期的锯齿波电压UX加到X轴偏转板,在此期间,j~o段(C 段)信号UY3送到Y轴偏转板,电子束在荧光屏上扫出j~o段(C段)信号UY3,电子束又 从荧光屏左端开始往右扫出j~o段信号UY3。 由于信号UY3的A(0~e)段、B(e~j)段和C(j~o)段信号波形不一致,所以它 们是不重叠的,虽然这3段信号波形是先后扫出来的,但由于荧光粉的余辉效应(荧光粉 发光后光辉能保留一定的时间),在扫完C段波形时,A、B段波形还在发光,故在荧光屏 上会看到3个重叠的波形,同时视觉上还会感到波形由左往右移动。 扫描电压的周期不是被测信号周期的整数倍,在荧光屏上会出现多段重叠的被测信号 波形,同时还可能会看见波形由左往右移动,这种情况称为扫描电压与被测信号不同步。 在大多数情况下,示波器内部产生的锯齿波电压的周期不是被测信号周期的整数倍, 荧光屏显示的波形会产生重叠和移动,这样不便于观察被测信号,为了解决这个问题,可 以采用触发电路,如图22-8所示。 如果没有触发电路,锯齿波发生器处于失控工作状态,产生的锯齿波周期不是被测信 号周期的整数倍,这样扫描出来的波形就会不同步,解决这个问题的方法是给锯齿波发生 器加一个触发电路。被测信号UY3分作两路:一路直接送到Y轴偏转板;另一路送到触发 电路,在信号UY3的每个周期的开始处,触发电路会产生一个触发脉冲,触发脉冲送到锯 齿波信号发生器,让它结束上一个周期开始产生下一个周期的锯齿波电压,这样锯齿波电 tyw藏书 压就与信号 UY3周期相等,在荧光屏上就能扫出稳定同步的信号UY3的波形。 图22-8 有触发信号控制的扫描 (2)扫描信号发生器 扫描信号发生器实际上是一个锯齿波信号发生器,它的功能是在触发脉冲的控制下产 生符合要求的锯齿波电压。 (3)X放大器 X放大器的功能是放大锯齿波信号发生器送来的锯齿波电压,并把锯齿波电压送到X 轴偏转板。 3.附属电路 (1)增辉电路 增辉电路的功能是在锯齿波电压的正程期间(此期间正好电子由荧光屏左端扫到右 端)产生一个增辉脉冲送到示波管的栅极(或阴极),让阴极发射更多的电子对荧光屏进 行扫描,这样扫出来的信号波形更明亮清晰。 (2)校准信号发生器 校准信号发生器的功能是产生频率和幅度都稳定的方波信号。将方波信号输入到示波 器的Y通道作为被测信号,在荧光屏显示出来,根据此信号显示的波形可对示波器进行调 整和检修。 (3)电源 电源的功能是将220V的交流电压转换成各种直流电压,供给示波器内部的各个电路 使用。 (4)开关 tyw藏书 框图中(见图22-3)有S1、S2两个开关。S1为触发信号切换开关,当置于“内”时,将 被测信号作为触发信号;当置于“外”时,将外同步触发输入插孔送入的信号作为触发信 号。S2为X轴输入选择开关,当置于“内”时,将内部锯齿波信号发生器产生的锯齿波电压 送到X轴偏转板;当置于“外”时,将X输入插孔输入的信号送到X轴偏转板。 22.2.2 面板介绍 单踪示波器的种类很多,但功能和使用方法基本相同,这里以图22-9所示的ST16型示 波器为例来介绍单踪示波器的面板。 图22-9 ST16型示波器面板 1.显示屏 显示屏是用来直观显示被测信号波形的。显示屏的外形如图22-10所示,在显示屏上 标有8行10列的坐标格,因为ST16型示波器采用了圆形显示屏,故屏幕四角各少一个坐标 格,在屏幕正中央有一个十字架状的坐标,坐标将每个坐标格从横ty、w纵藏方向书分成5等份。 2.电源开关与指示灯 当电源开关拨向“ON”时,接通仪器内部电源,电源开关旁边的指示灯发光。 3.辉度旋钮 辉度旋钮又称亮度旋钮,它的作用是调节显示屏上光点或扫描线的明暗程度。如果长 时间不测量信号时,应将辉度调小,这样做是为了防止光点或扫描线长时间停在屏幕上某 处而使该处的荧光粉老化。 4.聚焦旋钮 聚焦旋钮的作用是调节显示屏上光点或扫描线的粗细,以便显示出来的信号清晰明 亮。 5.辅助聚焦旋钮 辅助聚焦旋钮的作用也是调节显示屏上光点或扫描线的粗细,它往往与聚焦旋钮配合 起来使用。 6.垂直移位旋钮 垂直移位旋钮又称Y轴移位旋钮,它的作用是调节屏幕上光点或信号波形在垂直方向 的位置,即调节它可以让光点或信号波形在屏幕垂直方向进行移动。 7.水平移位旋钮 水平移位旋钮又称X轴移位旋钮,它的作用是调节屏幕上光点或信号波形在水平方向 的位置,即调节它可以让光点或信号波形在屏幕水平方向进行移动。 8.触发电平旋钮 触发电平旋钮的作用是调节触发信号波形上产生触发的电平值,顺时针旋转趋向于触 发信号的正向部分,逆时针旋转趋向于触发信号的负向部分。下面以图 22-11 为例来说明 触发电平与显示信号波形的关系。 图22-10 显示屏 tyw藏书 图22-11 触发电平与显示信号波形关系说明 在图22-11中,被测信号一路去Y通道处理再加到Y轴偏转板,另一路作为触发信号送 到触发电路,让触发电路产生触发脉冲,去控制锯齿波发生器开始锯齿波正程(对应电子 束从左端开始扫描)。如果调节触发电路中的触发电平调节电位器,让触发电路在触发信 号a电平来时产生触发脉冲,结果会在屏幕上产生从 a 点电平开始的图示信号波形;如果 调节电位器,让触发电路在触发信号 b电平来时产生触发脉冲,结果会在屏幕上产生从b 点电平开始的图示信号波形。 触发电平旋钮是一个带开关的电位器,当它顺时针旋到底(即旋到“自动”位置)时会 断开开关,这时触发电路处于断开状态,不会产生触发脉冲,此时锯齿波发生器也能自动 产生锯齿波电压,进行自动扫描。 9.垂直灵敏度选择开关 垂直灵敏度选择开关又称Y轴灵敏度步进开关,简称V/div开关,它的作用是步进式调 节屏幕上信号波形的幅度。垂直灵敏度选择开关如图22-12所示,它有10个挡位:第1挡是 标准信号测试挡,另外是0.02~10V/div等9个挡。 tyw藏书 图22-12 垂直灵敏度选择开关(V/div开关) 同样的被测信号,选择的挡位越高,屏幕上显示的波形幅度越小。灵敏度单位为 V/div,V/div即伏/格,其含义是屏幕垂直方向上的每个坐标格表示多少伏电压。例如当垂 直灵敏度选择开关置于“0.05V/div”挡时,信号波形在屏幕上垂直方向占了两格,那么该信 号电压为0.05V/div×2=0.1V。 当垂直灵敏度选择开关置于“标准信号测试”挡时,示波器内部的标准信号发生器会产 生一个100mV的方波信号,该信号送到Y通道,在屏幕上就会显示出此方波信号波形,供 检查示波器是否正常以及进行垂直灵敏度和水平扫描速率校正。 10.垂直灵敏度微调旋钮 垂直灵敏度微调旋钮位于垂直灵敏度选择开关上面,如图 22-12 所示。垂直灵敏度微 调旋钮的作用是连续调节屏幕上信号波形的幅度。它通过改变Y通道放大器的增益来实现 信号幅度的调节,微调范围大于 2.5 倍。垂直灵敏度微调旋钮顺时针旋到底时为“校准”位 置,在测量信号电压大小时要旋到此位置。 11.水平扫描速率选择开关 水平扫描速率选择开关又称X 轴扫描速率步进开关,简称 t/div 开关,它的作用是步 进式调节屏幕上信号波形在水平方向的宽度。水平扫描速率选择开关如图 22-13 所示,它 有 0.1µs/div~10ms/div等16个挡位。 图22-13 水平扫描速率选择开关 同样的被测信号,选择的挡位越高,屏幕上显示的信号波形越窄。水平扫描速率单位 是t/div,即时间/格,其含义是电子束在屏幕的水平方向上扫一格需要的时间。例如当水 平灵敏度选择开关置于“2ms/div”挡时,一个周期的信号波形在屏幕上水平方向占了4格, 那么扫描该信号的一个周期波形需要的时间为2ms×4=8ms。 12.水平扫描速率微调旋钮 水平扫描速率微调旋钮位于水平扫描速率选择开关上面,如图 22-13 所示。水平扫描 速率微调旋钮的作用是连续调节屏幕上信号波形在水平方向的宽度ty。w水藏平扫书描速率微调旋 钮顺时针旋到底时为“校准”位置,在测量信号周期和频率时要旋到此位置。 13.Y通道输入插孔 Y通道输入插孔输入的信号在内部送到Y通道电路,在测量信号时,被测信号通常是 从该插孔输入的。 14.输入耦合方式开关 输入耦合方式开关的作用是选择Y 通道被测信号的输入耦合方式。它有AC、接地、 DC 3种方式。当开关拨到“AC”时,被测信号要经耦合电容隔离掉直流成分,只有交流成 分去 Y 通道;当开关拨到“DC”时,被测信号直、交流成分都能去 Y 通道;当开关拨到“接 地”时,输入端被接地,无信号去Y通道。 15.触发极性选择开关 触发极性选择开关的作用是选择触发信号是上升时触发还是下降时触发扫描电路。它 有3个挡位“+”、“−”、“X”。当选择“+”时,触发信号上升时触发扫描;当选择“−”时,触发 信号下降时触发扫描;当触发极性选择开关选择“X”、触发信号源选择开关(后面介绍) 选择“外”时,将X·外触发输入插孔送入的信号作为水平信号送到X轴偏转板。 16.触发信号源选择开关 触发信号源选择开关的作用是选择触发信号的来源,它有3个方式,即内、电视场、 外。当选择“内”时,触发信号来源为Y通道的被测信号;当选择“电视场”时,Y通道的被 测电视信号要经过积分电路分出场同步信号,再把场同步信号作为触发信号;当选 择“外”时,将 X·外触发输入插孔送入的信号作为触发信号。 17.X·外触发输入插孔 X·外触发输入插孔有两个功能:一是作为水平信号输入端,该端输入的信号直接送 到X轴偏转板;二是作为外触发信号输入端,此时该端输入的信号去触发锯齿波发生器。 该插孔实现何种功能受触发极性选择开关和触发信号源选择开关的控制。当触发极性 选择开关选择“X”、触发信号源选择开关选择“外”时,该插孔作为水平信号输入端;当触 发信号源选择开关选择“外”、触发极性选择开关选择“X”以外的挡位时,该插孔作为外触 发信号输入端。 18.测量接地端 为了防止示波器外壳带电,可以将此测量接地端接地。 ST16型示波器除了具有上述常用的开关、旋钮和插孔外,还有一些在正常情况时不 需调节的旋钮,这里简单介绍一下。 19.平衡旋钮 平衡旋钮的作用是调节Y通道输入放大器的直流电平,使之保持平衡状态。当输入放 大电路不平衡时,屏幕显示的光线会随 V/div 开关和微调旋钮的转换调节而在垂直方向移 动,调节平衡旋钮可以将这种移动减到最小。 tyw藏书 20.稳定度旋钮 稳定度旋钮的作用是通过改变扫描电路的工作状态,让扫描电路在无输入信号时处于 待触发的临界状态,这样屏幕上的波形就能稳定地显示。稳定度调节过程如下。 ① 将输入耦合方式开关置于“接地”,垂直灵敏度选择开关置于“0.02V/div”。 ② 用螺丝刀将稳定度电位器顺时针调到底,此时屏幕应出现扫描线,然后缓慢逆时 针调节,直到扫描线正好消失,此位置表示扫描电路正好处于待触发的临界状态。 21.扫描校准旋钮 扫描校准旋钮的作用是调节X放大器的增益来校准时基扫描线。校准过程如下。 ① 将 V/div 开关置于“标准信号测试”挡,让屏幕上出现 100mV 的方波信号,因为示 波器产生的100mV的方波信号频率与市电频率一致,其频率也为50Hz,周期为20ms,故 将t/div开关置于“2ms”,同时把t/div微调旋钮顺时针旋到底。 ② 观察屏幕上的100mV的方波信号,然后调节扫描校准旋钮,直到屏幕上的100mV的 方波信号一个周期的水平宽度恰好到10div时为止。 22.增益校准旋钮 增益校准旋钮的作用是调节Y放大器的增益来校准Y通道的灵敏度,校准过程具体如 下。 ① 将V/div开关置于“标准信号测试”挡,同时把垂直灵敏度微调旋钮顺时针旋到底 (即旋到“校准”位置)。 ② 观察屏幕上的100mV的方波信号,然后调节增益校准旋钮,直到屏幕上的100mV的 方波信号幅度恰好到5div时为止。 22.2.3 使用方法 这里以ST16型示波器为例来说明示波器的使用方法。 1.使用前的准备工作 ① 开启电源。将示波器电源插头接上220V交流电压,然后将电源开关拨到“ON”,电 源指示灯亮。 ② 辉度和聚焦的调节。将V/div 开关置于“标准信号测试”挡,t/div 开关置 于“2ms”挡,触发信号源选择开关置于“内”,这时屏幕上应出现方波信号。如果没有,可 将辉度调大,同时调节水平和垂直移位旋钮将方波信号移到屏幕中央。然后调节辉度旋钮 和聚焦旋钮(包括辅助聚焦),让屏幕上的方波信号波形明亮清晰。 ③ 垂直灵敏度和扫描时基的校准。若屏幕上显示的方波信号一个周期的水平方向正 好为10div,垂直方向为5div,如图22-14所示,就无需进行垂直灵敏度和扫描时基的校 准。如果水平方向不为10div,就需要调节扫描校准旋钮,直到方波信号一个周期到10div tyw藏书 为止;如果垂直方向不为5div,就需要调节增益校准旋钮,直到方波信号垂直方向到5div 为止。 图22-14 垂直灵敏度和扫描时基的校准 ④ 接入探极。将一个 10∶1 的探极插入 Y 通道输入插孔,被测信号由此探极进入示 波器。10∶1的测量探极如图22-15所示。 图22-15(a)所示为测量探极的实物图,图22-15(b)所示为探极的内部电路。从探 极内部电路可以看出,R1、C1和R2、C2组成一个衰减器,输入电压U1经探极衰减后得到 电压U2送到示波器内部,这里的 U2=U1/10。在探极上有一个衰减选择开关,当拨 到“×10”时输入信号被衰减 10 倍(衰减为原来的1/10);当拨到“×1”时,输入信号不被衰 减,直接去示波器。 tyw藏书 图22-15 10∶1测量探极 2.信号波形的测量 信号波形的测量是示波器最基本的功能。在检测电路时,通过示波器测量电路中有无 信号和信号波形是否正常可以判断电路有无故障。下面以测量一个电路中的正弦波信号为 例来说明信号波形的测量方法,测量过程如图22-16所示。 信号波形的具体测量过程分析如下。 第1~3步:选择输入方式、触发极性和触发信号。将输入耦合方式开关置于“AC”, 将触发极性选择开关置于“+”,将触发信号源选择开关置于“内”。 第4步:选择合适的垂直灵敏度。估计被测信号的电压值,通过V/div开关来选择合适 的垂直灵敏度挡位。如果被测信号电压很低,可选择低挡位,否则选择高挡位;如果无法 估计被测信号电压,为安全起见,将V/div开关置于最高挡“10V/div”,若测量发现显示的 波形小,再换到合适的低挡位测量。 第5步:选择合适的水平扫描速率。估计被测信号的频率,通过t/div开关来选择合适 的水平扫描速率挡位。如果被测信号频率低,可选择低速率挡位(ms/div),否则选择高 速率挡位(μs/div);如果无法估计被测信号频率,可将t/div开关置于中间挡位测量。 第6步:将探极连接被测电路。将探极的接地极与被测电路的接地端连接,将探极的 信号极与被测电路的信号端连接。 tyw藏书 图22-16 信号波形的测量过程 第7步:观察屏幕上被测信号的波形。如果信号垂直幅度小,可以选择更低的V/div 挡,否则选择更高挡;如果信号水平方向很密,可以选择t/div高速率挡位,否则选择低速 率挡位;如果信号波形不稳定(移动),可调节触发电平旋钮,使信号波形稳定。选择好 合适的V/div挡、t/div挡后,可一边观察屏幕上的信号波形,一边调节V/div开关、t/div开 关上面的微调旋钮,直到屏幕上的信号波形最佳。 3.交流信号峰峰值、周期和频率的测量 示波器可以测量交流信号的峰峰值(峰峰值是指交流信号正峰和负峰之间的电压 值),还可以测量交流信号的周期和频率。 交流信号峰峰值、周期和频率的测量与信号波形的测量过程基本相同,不同之处在于 以下几点。 ① 测量时,V/div开关、t/div开关上面的微调旋钮都要顺时针旋到底(“校准”位 置)。 ② 在测量完后,交流信号的峰峰值、周期和频率还要进行计算才能获得。 交流信号峰峰值、周期和频率的测量如图22-17所示。 交流信号峰峰值、周期和频率的测量过程如下。 第1~3步:选择输入方式、触发极性和触发信号。将输入耦合方式开关置于“AC”, 将触发极性选择开关置于“+”,将触发信号源选择开关置于“内”。 tyw藏书 第4步:选择合适的垂直灵敏度。估计被测信号的电压值,通过V/div开关来选择合适 的垂直灵敏度挡位,并将V/div开关上面的微调旋钮顺时针旋到底。 第5步:选择合适的水平扫描速率。估计被测信号的频率,通过t/div开关选择合适的 水平扫描速率挡位,并将t/div开关上面的微调旋钮顺时针旋到底。 第6步:将探极连接被测电路。将10∶1的探极连接被测电路。 第7步:观察屏幕上被测信号的波形并根据屏幕上的波形计算各项值。如果屏幕上的 信号不稳定,可调节触发电平旋钮使图形稳定。 tyw藏书 图22-17 交流信号峰峰值、周期和频率的测量 (1)交流信号峰峰值的计算 图22-17中交流分量的正峰与负峰距离为4div,V/div开关挡位为0.2V/div,探极衰减为 10∶1,那么交流分量的峰峰值为 (2)周期和频率的计算 图22-17中交流信号的一个周期占了4div,t/div开关挡位为0.1ms/div,那么交流信号的 周期为 交流信号的频率为 4.含直流成分的交流信号的测量 tyw藏书 示波器可以测量含直流成分的交流信号,包括直流成分的大小、交流成分的大小和交 流信号的某点瞬时值。含直流成分的交流信号的测量过程如图22-18所示。 含直流成分的交流信号的测量过程如下。 第1~4步:将输入耦合方式开关置于“⊥”,将触发极性选择开关置于“+”,将触发信 号源选择开关置于“内”,再将触发电平旋钮旋到“AUTO”(自动)位置,这时屏幕上会出 现水平一条扫描线。 tyw藏书 图22-18 含直流成分的交流信号的测量过程 tyw藏书 图22-18 含直流成分的交流信号的测量过程(续) 第5步:估计被测信号的电压值,通过 V/div 开关来选择合适的垂直灵敏度挡位,并 将 V/div开关上面的微调旋钮顺时针旋到底。 第6步:估计被测信号的频率,通过t/div开关选择合适的水平扫描速率挡位,并将 t/div开关上面的微调旋钮顺时针旋到底。 第7步:调节垂直移位旋钮,将水平扫描线移到合适的位置作为零基准线(0V)。 第8步:将输入耦合方式开关切换到“DC”位置。 第9步:将10∶1的探极连接被测电路。 第10步:观察屏幕上被测信号的波形并根据屏幕上的波形计算各项值。如果屏幕上的 信号不稳定,可调节触发电平旋钮使图形稳定。下面计算信号的直、交流分量和交流某点 瞬时值。 (1)直流分量的计算 在图22-18中,直流分量的电平与零基准电平距离为3div,V/div开关挡位为0.2V/div, 探极衰减为10∶1,那么直流分量的电压大小 (2)交流分量的计算 在图22-18中,交流分量的正峰与负峰距离为2div,V/div开关挡位为0.2V/div,探极衰 减为10∶1,那么交流分量的峰峰值为 (3)交流信号A点瞬时值的计算 在图22-18中,交流信号A点与零基准电平距离为4div,V/div开关挡位为0.2V/div,探 极衰减为10∶1,那么交流信号A点瞬时值为 22.3 双踪示波器 在实际测量过程中,常常需要同时观察两个(或两个以上)频率相同的信号,以方便 比较分析,这就要用到双踪(或多踪)示波器。多踪示波器和双踪ty示w波藏器的书原理基本相 同,而双踪示波器的应用更广泛,所以本节主要讲双踪示波器的原理与使用方法。 22.3.1 工作原理 双踪示波器主要有两种:一种是采用双束示波管的示波器,另一种是采用单束示波管 的示波器。 双束示波管的双踪示波器采用一种双束示波管,如图22-19所示,内部有两个电子枪 和偏转板,它们相互独立,但共用一个荧光屏,在测量时只要将两个信号送到各自的偏转 板,两个电子枪发射出来的电子束就在荧光屏不同的位置分别扫出两个信号波形。 图22-19 双束示波管结构 单束示波管的双踪示波器采用与单踪示波器一样的示波管,由于这种示波管只有一个 电子枪,为了在荧光屏上同时显示两个信号波形,需要通过转换的方式来实现。 双束示波管的双踪示波器由于采用了成本高的双束示波管,并且需要相应两套偏转电 路和Y通道,所以测量时具有干扰少、各信号的调节方便、波形显示清晰明亮和测量误差 小的优点,但因为它的价格贵、功耗大,所以普及率远远不如单束示波管的双踪示波器。 这里主要介绍广泛应用的单束示波管的双踪示波器。 1.多波形显示原理 单束示波管只有一个电子枪,要实现在一个屏幕上显示两个波形,可以采用两种扫描 方式:一种是交替转换扫描,另一种是断续转换扫描。 (1)交替转换扫描 交替转换扫描是在扫描信号(锯齿波电压)的一个周期内扫出一个通道的被测信号, 而在下一个周期内扫出另一个通道的被测信号。下面以图22-20所示的示意图来说明交替 转换扫描原理。 tyw藏书 图22-20 交替转换扫描原理 当0~t2期间的锯齿波电压送到X轴偏转板时,电子开关置于“1”,Y1通道的信号UY1 的A段经开关送到Y轴偏转板,在屏幕上扫出信号UY1的A段。 当t2~t4期间的锯齿波电压送到X轴偏转板时,电子开关切换到“2”,Y2通道的信号 UY2的B段经开关送到Y轴偏转板,在屏幕上扫出信号UY2的B段。 当t4~t6期间的锯齿波电压送到X轴偏转板时,电子开关又切换到“1”,Y1通道的信号 UY1的C段经开关送到Y轴偏转板,在屏幕上扫出信号UY1的C段。 如此反复,信号 UY1和 UY2的波形在屏幕上被依次扫出,两个信号会先后显示出来, 但由于荧光粉的余辉效应,信号 UY2波形扫出后信号 UY1波形还在显示,故在屏幕上能同 时看见两个通道的信号波形。 为了让屏幕上能同时稳定显示两个信号的波形,要满足以下几点。 ① 要让两个信号能在屏幕不同的位置显示,要求两个通道的信号中的直流成分不 同。 ② 要让两个信号能同时在屏幕上显示,要求电子开关切换频率不能低于人眼视觉暂 留时间(约0.04s),否则将会看到两个信号先后在屏幕上显示出来。所以这种方式不能 测频率很低的信号。 ③ 为了保证两个信号都能同步,要求两个被测信号频率是锯齿波信号的整数倍。 由于交替转换扫描不是将两个信号完整扫出来,而是间隔选取每个信号的一部分进行 扫描显示,对于周期性信号因为每个周期是相同的,这种方式是可行的,但对于非周期性 信号,每个周期的波形可能不同,这样间隔会漏掉一部分信号。 交替转换扫描不适合测量频率过低的信号和非周期信号。 (2)断续转换扫描 交替转换扫描不适合测量频率过低的信号和非周期信号,而采用断续转换扫描方式可 以测这些信号。 断续转换扫描是先扫出一个通道信号的一部分(远小于一个周期),再扫出另一个通 道信号的一部分,接着又扫出第1个通道信号的一部分,结果会在屏幕上扫出两个通道的 断续信号波形。下面以图22-21所示的示意图为例来说明断续转换扫ty描w原藏理。书 图22-21 断续转换扫描原理 在图22-21(a)中,电子开关受信号US的控制,当高电平来时,开关接“1”;低电平 来时,开关接“2”。 当信号US的第1个脉冲来时,开关S置于“1”,信号UY1的a段到来,它通过开关加到Y 轴偏转板,在屏幕上扫出信号UY1的a段。 当信号US的第2个脉冲来时,开关S置于“2”,信号UY2的b段到来,它通过开关加到Y 轴偏转板,在屏幕上扫出信号UY2的b段。 当信号US的第3个脉冲来时,开关S置于“1”,信号UY1的c段到来,它通过开关加到Y 轴偏转板,在屏幕上扫出信号UY1的c段。 当信号US的第4个脉冲来时,开关S置于“2”,信号UY2的d段到来,它通过开关加到Y 轴偏转板,在屏幕上扫出信号UY2的d段。 如此反复,信号 UY1和 UY2的波形在屏幕上被同时扫描显示出来,但由于两个信号不 是连续而是断续扫描出来,所以屏幕上显示出来的两个信号的波形是断续的,如图2221(b)所示。如果开关控制信号US频率很高,那么扫描出来的信号相邻段间隔小,如果 间隔足够小,眼睛难于区分出来,信号波形看起来就是连续的。 断续转换扫描的优点是在整个扫描正程内,两个信号都能同时被扫描显示出来,可以 比较容易地测出低频和非周期信号,但由于是断续扫描,故显示出来的波形是断续的,测 量时可能会漏掉瞬变的信号。另外,为了防止显示的波形断续间隙大,要求电子开关的切 换频率远大于被测信号的频率。 2.双踪示波器的组成 双踪示波器的组成框图如图22-22所示。 tyw藏书 图22-22 双踪示波器组成框图 从图22-22中可以看出,与单踪示波器相比,双踪示波器主要多了一个Y通道和电子 开关控制电路。双踪示波器的电子开关工作状态有交替、断续、“A”、“B”和“A+B”几种, 下面来分别介绍。 (1)交替状态 当示波器工作在交替状态时,在扫描信号的一个周期内,控制电路让电子开关将 YA 通道与末级放大器接通,在扫描信号的下一个周期来时,电子开关将 YB通道与末级放大 器接通。在这种状态下,屏幕上先后显示两个通道的被测信号,因为荧光粉的余辉效应, 会在屏幕上同时看见两个信号波形。 (2)断续状态 当示波器工作在断续状态时,在扫描信号的每个周期内,控制电路让电子开关反复将 YA、YB通道交替与末级放大器接通,YA、YB通道断续的被测信号经放大后送到 Y 轴偏 转板。在这种状态下,屏幕上同时显示两个通道断续的被测信号。 (3)“A”状态 当示波器工作在“A”状态时,控制电路让电子开关将 YA通道一直与末级放大器接 通,YA通道的被测信号经放大后送到Y轴偏转板。在这种状态下,屏幕上只显示YA通道 的被测信号。 (4)“B”状态 当示波器工作在“B”状态时,控制电路让电子开关将YB通道一直与末级放大器接通, YB通道的被测信号经放大后送到Y轴偏转板。在这种状态下,屏幕上只显示YB通道的被 测信号。 (5)“A+B”状态 tyw藏书 当示波器工作在“A+B”状态时,控制电路让电子开关同时将YA、YB通道与末级放大 器接通, YA、YB通道的两个被测信号经叠加再放大后送到Y轴偏转板。在这种状态下, 屏幕上显示YA、YB通道的两个被测信号的叠加波形。 22.3.2 面板介绍 双踪示波器的种类很多,功能和使用方法基本相同,这里以XJ4328型双踪示波器为 例来说明。XJ4328型双踪示波器的面板如图22-23所示。 tyw藏书 图22-23 XJ4328型双踪示波器的面板 1.显示屏 显示屏是用来直观显示被测信号的。显示屏外形如图22-24所示,在显示屏上标有8行 10列的坐标格,XJ4328型双踪示波器采用方形屏,在屏幕正中央有一个十字架状的坐 标,坐标将每个坐标格从横、纵方向分成5等份。 2.电源开关与指示灯 电源开关按下时为“ON”,接通仪器内部电源,电源开关旁边的指示灯发光。 3.辉度旋钮 辉度旋钮又称亮度旋钮,它的作用是调节显示屏上光点或扫描线的明暗程度。 4.聚焦旋钮 聚焦旋钮的作用是调节显示屏上光点或扫描线的粗细,以便显示出来的信号看上去清 晰明亮。 5.校准信号输出端 tyw藏书 该端可以输出幅度为0.2V(峰峰值)、频率为1kHz的方波信号。该方波信号用作检验 和校准示波器。 6.CH1(图22-23中实物标识为CH1)垂直移位旋钮 CH1垂直移位旋钮的作用是调节屏幕上CH1通道光迹在垂直方向的位置。 7.CH2(图22-23中实物标识为CH2)垂直移位旋钮 CH2垂直移位旋钮的作用是调节屏幕上CH2通道光迹在垂直方向的位置。 8.垂直输入方式开关 垂直输入方式开关的作用是控制电子开关来选择被测信号输入方式。垂直输入方式开 关如图22-25所示,它可以选择5种方式。 图22-24 显示屏 图22-25 垂直输入方式开关 CH1:单独显示CH1通道(相当于YA通道)输入的信号。 CH2:单独显示CH2通道(相当于YB通道)输入的信号。 ALT(交替):以交替转换的形式显示CH1、CH2通道输入的信号,适合测频率较高 的信号。 CHOP(断续):以断续转换的形式显示CH1、CH2通道输入的信号,适合测频率较 低的信号。 ADD(相加):将CH1、CH2通道信号叠加后显示出来。 9.CH1垂直灵敏度开关及微调旋钮 tyw藏书 CH1垂直灵敏度开关的作用是可以步进式调节屏幕上CH1通道信号波形的幅度。垂直 灵敏度开关如图22-26所示,它按1-2-5分为10个挡位(5mV/DIV~5V/DIV)(注:为与原 图一致,DIV未与前面统一大小写)。 图22-26 垂直灵敏度开关及微调旋钮 垂直灵敏度微调旋钮位于垂直灵敏度开关上面,它的作用是连续调节屏幕上 CH1通 道信号波形的幅度。垂直灵敏度微调旋钮顺时针旋到底时为“校准”位置,在测量信号电压 大小时要旋到此位置。 10.CH1输入耦合方式开关 CH1输入耦合方式开关的作用是选择CH1通道被测信号的输入方式。它有两个开关: 左边一个为“接地”开关,按下将输入端接地;右边一个为“AC”、“DC”方式选择开关,按 下选择“DC”,弹起选择“AC”。 11.CH1输入插孔 该插孔输入的信号进入CH1通道。 12.CH2垂直灵敏度开关及微调旋钮 CH2垂直灵敏度开关的作用是步进式调节屏幕上CH2通道信号波形的幅度。 垂直灵敏度微调旋钮的作用是连续调节屏幕上CH2通道信号波形的幅度。垂直灵敏度 微调旋钮顺时针旋到底时为“校准”位置,在测量信号电压大小时要旋到此位置。 13.CH2输入耦合方式开关 CH2输入耦合方式开关的作用是选择CH2通道被测信号的输入方式。它有两个开关, 能选择“接地”、“AC”、“DC”3种输入方式。 14.CH2输入插孔 该插孔输入的信号进入CH2通道。 15.水平移位旋钮 水平移位旋钮的作用是调节屏幕上光迹在水平方向的位置,即调节它可以让光迹在屏 幕的水平方向移动。 tyw藏书 16.扫描方式选择开关 扫描方式选择开关用于选择扫描工作方式。置于“自动”时,扫描电路处于自激状态 (无信号控制状态);置于“触发”时,扫描电路受触发信号控制;置于“X-Y”并让垂直输 入方式开关所有按钮都弹起时,可以让示波器进行X-Y方式测量,有关X-Y方式测量后面 会介绍。 17.触发方式选择开关 触发方式选择开关用于选择触发方式,共有3个选择开关,可选择以下几种触发方 式。 “+”:测量正脉冲前沿及负脉冲后沿宜用“+”。 “−”:测量负脉冲前沿及正脉冲后沿宜用“−”。 内(INT):为内触发,触发信号取自CH1或CH2通道。当第3个开关处于弹起状态 时,触发信号取自CH1通道的信号;当第3个开关被按下时,触发信号取自CH2通道的信 号。 外(EXT):为外触发,触发信号来自外触发输入插孔。 18.水平扫描速率选择开关及微调旋钮 水平扫描速率选择开关简称 t/DIV 开关,它的作用是可以步进式调节屏幕上信号波形 在水平方向的宽度。水平扫描速率选择开关如图22-27所示,它按1-2-5形式从0.5µs/DIV~ 0.2s/DIV分为18个挡位。 图22-27 水平扫描速率选择开关及微调旋钮 水平扫描速率微调旋钮位于水平扫描速率选择开关上面,如图 22-27 所示,其作用是 连续调节屏幕上信号波形在水平方向的宽度,当它被拉出时,波形变宽10倍。水平扫描速 率微调旋钮顺时针旋到底时为“校准”位置,在测量信号周期时要旋到此位置。 19.触发电平旋钮 触发电平旋钮的作用是调节触发信号波形上产生触发的电平值,顺时针旋转趋向于触 tyw藏书 发信号的正向部分,逆时针旋转趋向于触发信号的负向部分。当逆时针旋至“LOCK”(锁 定)位置时,触发点将自动处于被测波形的中心电平附近。 20.测量接地端 为了防止示波器外壳带电,可以在该处将仪器接地。 21.外触发输入插孔 该插孔用于输入外触发信号。 22.光线旋转旋钮 光线旋转旋钮的作用是调节扫描基线,让它与屏幕水平坐标平行。 22.3.3 使用方法 1.使用前的准备工作 ① 使用注意事项如下。 在使用前要将示波器后面板上的“220V/110V”电源切换开关拨到“220V”。 输入端不要输入过高的电压。 显示屏光迹辉度不要调得过亮。 ② 在接通电源前,请将面板上有关开关、按钮置于表 22-1 所示的位置,并将 10∶1 的探极一端插入CH1插孔。 表22-1 面板控制件的作用位置 ③ 按下电源开关,指示灯亮,同时屏幕上出现水平一条扫描线。 ④ 将探极测量端接到校准信号输出端,这时屏幕会出现方波信号,然后调节辉度和 聚焦旋钮,使方波信号清晰明亮。 2.信号波形的测量 双踪示波器有CH1和CH2两个垂直通道,在测量一个信号时可以利用任意一个通道, 也可以用两个通道同时测量两个信号。 (1)一个信号的测量 ① 用CH1通道测量。用CH1通道测量信号如图22-28所示。 tyw藏书 图22-28 用CH1通道测量信号 用CH1通道测量信号的过程如下。 第1~3步:选择通道、输入方式和触发方式。按下垂直输入方式开关中的“CH1”按 键,选择CH1通道。将CH1输入耦合方式开关置于“AC”,将触发方式选择开关置 于“内”和“CH1”(即让两个键处于弹起状态)。 第4步:选择合适的CH1通道垂直灵敏度挡位。估计被测信号的电压值,通过CH1通 道的V/DIV 开关来选择合适的垂直灵敏度挡位。 第5步:选择合适的水平扫描速率挡位。估计被测信号的频率,通过t/DIV开关选择合 适的水平扫描速率挡位。 第6步:将探极与被测电路连接。将探极的接地极与被测电路的地相接,将探极的信 号极与被测电路的信号端连接。 第7步:观察屏幕上被测信号的波形。如果信号波形垂直幅度过大或过小,可转换 V/DIV开关的挡位,同时调节V/DIV开关上面的微调旋钮;如果信号水平方向过宽或过 窄,可转换t/DIV开关的挡位,同时调节 t/DIV 开关上面的微调旋钮;如果信号波形不同 步,可调节触发电平旋钮,使信号波形稳定。 ② 用 CH2通道测量。用 CH2通道测量一个信号的方法与用 CH1通道测量基本相同, 其测量过程如图22-29所示。 tyw藏书 图22-29 用CH2通道测量信号 用CH2通道测量信号的过程如下。 第1~3步:选择通道、输入方式和触发方式。按下垂直输入方式开关中的“CH2”按 键,选择CH2通道。将CH2输入耦合方式开关置于“AC”。将触发方式选择开关置 于“内”和“CH2”(将CH2键按下)。 第4步:选择合适的CH2通道垂直灵敏度挡位。估计被测信号的电压值,通过CH2通 道的V/DIV开关来选择合适的垂直灵敏度挡位。 第5步:选择合适的水平扫描速率挡位。估计被测信号的频率,通过t/DIV开关选择合 适的水平扫描速率挡位。 第6步:将探极与被测电路连接。将探极的接地极与被测电路的地相接,将探极的信 号极与被测电路的信号端连接。 第7步:观察屏幕上被测信号的波形。如果信号波形垂直幅度过大或过小,可转换 V/DIV开关的挡位,同时调节V/DIV开关上面的微调旋钮;如果信号水平方向过宽或过 窄,可转换t/DIV开关的挡位,同时调节t/DIV开关上面的微调旋钮;如果信号波形不同 步,可调节触发电平旋钮,使信号波形稳定。 (2)两个信号的测量 XJ4328型双踪示波器两个信号的测量有4种方式:交替、断续、相加和X-Y。 ① 交替方式测量。交替方式测量过程如图22-30所示。 tyw藏书 图22-30 交替方式测量信号 交替方式测量的具体步骤如下。 第1步:选择交替测量方式。按下垂直输入方式开关中的“ALT”按键,选择交替方 式。 第2、3步:选择CH1、CH2通道输入方式和触发方式。将CH1、CH2输入耦合方式开 关都置于“AC”,将触发方式选择开关置于“内”和“CH1”(即让CH1通道的信号作为触发信 号)。 第4步:选择合适的CH1、CH2通道垂直灵敏度挡位。估计CH1、CH2通道被测信号的 电压值,通过CH1、CH2通道的V/DIV开关来选择各自通道合适的垂直灵敏度挡位。 第5步:选择合适的水平扫描速率挡位。估计被测信号的频率,通过t/DIV开关选择合 适的水平扫描速率挡位。 第6步:从CH1、CH2输入插孔输入两个被测信号。将两个探极分别插入CH1输入插孔 和CH2输入插孔,然后分别输入两个被测信号。 第7步:观察屏幕上显示的两个被测信号的波形并进行调节。 如果两个信号中某个信号波形垂直幅度过大或过小,可转换相应通道的V/DIV开关的 挡位,同调节V/DIV开关上面的微调旋钮;如果信号波形水平方向过宽或过窄,可转换 t/DIV开关的挡位,时调节t/DIV开关上面的微调旋钮;如果两个信号在屏幕上垂直方向距 离过近或过远,可调节CH1或CH2通道的垂直移位旋钮将各自的信号移到合适的位置。 tyw藏书 由于测量时选择CH1通道信号作为触发信号,所以两个信号中往往只有CH1信号是同 步的,这是正常现象。如果CH1信号波形不同步,可调节触发电平旋钮,使信号波形稳 定。如果需要CH2信号同步,可将触发方式选择开关置于“内”和“CH2”。 ② 断续方式测量。断续方式测量与交替方式测量过程基本相同,测量过程如图22-31 所示。 图22-31 断续方式测量信号 断续方式测量的具体步骤如下。 第1步:选择断续方式测量。按下垂直输入方式开关中的“CHOP”按键,选择断续方 式。 第2、3步:选择CH1、CH2通道输入方式和触发方式。将CH1、CH2输入耦合方式开 关都置于AC”,将触发方式选择开关置于“内”和“CH1”。 第4步:选择合适的CH1、CH2通道垂直灵敏度挡位。 第5步:选择合适的水平扫描速率挡位。 第6步:从CH1、CH2输入插孔输入两个被测信号。 第7步:观察屏幕上显示的两个被测信号的波形并进行调节。由于断续方式扫描出来 的两个信号是断续的,屏幕上显示出来的波形亮度较交替方式偏暗,如果选择低速率的水 平扫描速率挡测量时,还会看见两个波形是由许多小点组成的。 tyw藏书 ③ 相加方式测量。相加测量是指将CH1、CH2通道信号相加后再显示出来,测量过程 如图22-32所示。 相加方式测量的具体步骤如下。 第1步:选择相加方式测量。按下垂直输入方式开关中的“ADD”按键,选择相加测量 方式。 第2、3步:选择CH1、CH2通道输入方式和触发方式。将CH1、CH2输入耦合方式开 关都置于AC”,将触发方式选择开关置于“内”和“CH1”。 图22-32 相加方式测量信号 第4步:选择合适的CH1、CH2通道垂直灵敏度挡位。 第5步:选择合适的水平扫描速率挡位。 第6步:从CH1、CH2输入插孔输入两个被测信号。 第7步:观察屏幕上被测信号的波形并进行调节。两个信号相加后在屏幕上会出现一 个信号,如果两个被测信号相位、频率相同,相加后的信号相位、频率不变,但幅度会变 大;如果两个被测信号相位、频率不相同,相加后得到的信号情况就比较复杂。 ④ X-Y方式测量。X-Y方式测量是将CH1通道的信号送到X轴偏转板(即用CH1通道 的信号取代内部产生的锯齿波电压),而CH2通道的信号仍送到Y轴偏转板。X-Y方式测 量过程如图22-33所示。 X-Y方式测量的具体步骤如下。 第1步:选择X-Y方式测量。让垂直输入方式开关中所有的按键都处于弹起状态,将 扫描方式选择开关中的“X-Y”按键按下,选择X-Y测量方式。 tyw藏书 第2、3步:选择CH1、CH2通道输入方式和触发方式。将CH1、CH2输入耦合方式开 关都置于“AC”,将触发方式选择开关置于“内”和“CH1”。 第4步:选择合适的CH1、CH2通道垂直灵敏度挡位。 第5步:选择合适的水平扫描速率挡位。 第6步:从CH1、CH2输入插孔输入两个被测信号。 第7步:观察屏幕上被测信号的波形并进行调节。在X-Y方式测量时,根据两个被测 信号的不同,屏幕上会显示出各种各样的李沙育图形,图22-33中是一个圆形。 3.相位的测量 与单踪示波器一样,双踪示波器可以测量交流信号的波形、峰峰值、瞬时值、直流成 分的大小和周期、频率等,另外,双踪示波器还可以测量交流信号的相位。 图22-33 X-Y方式测量信号 双踪示波器可以测量两个频率相同信号之间的相位差,测量相位有两种常见的方法: 波形比较法和李沙育图形法。 (1)波形比较法 波形比较法是让示波器以断续的方式测量出两个信号的波形,再将两波形进行比较而 计算出两个信号的相位差。 测量过程如图22-34(a)所示,测量步骤如下。 第1~5步:对示波器进行操作,让它进行断续方式测量,具体见前面的断续测量方式 操作方法。 tyw藏书 第6步:用CH1(X)、CH2(Y)通道的探极各引入一个被测信号。 第7步:调节CH1、CH2通道垂直灵敏度开关和微调旋钮,使两个被测信号幅度相等 或接近调节CH1、CH2通道垂直移位旋钮,让两个被测信号处于同一水平。 第8步:观察屏幕上两个信号波形并计算它们之间的相位差。图 22-34(b)所示为示 波器显示的两个信号波形。 首先观察出两信号的任意一个信号的周期水平占有的长度L,然后观察两个信号的水 平距离d,那么两个信号的相位差 。图22-34(b)中信号的一个周期长度为 L=4cm(4DIV),两个信号的水平距离d = 1cm(1DIV),那么两信号的相位差 (2)李沙育图形法 李沙育图形法是让示波器以X-Y方式测量两个信号,再观察屏幕上显示的李沙育图形 特点来计算两个信号的相位差。 tyw藏书 图22-34 利用波形比较法测量并计算两信号相位差 测量过程如图22-35(a)所示,测量步骤如下。 第1~4步:对示波器进行操作,让它以交替或断续方式测量。 第5步:用CH1(X)、CH2(Y)通道的探极引入两个相位不同的被测信号。 第6、7步:调节CH1、CH2通道垂直灵敏度开关和微调旋钮,使两个被测信号幅度相 等;调节CH1、CH2通道垂直移位旋钮,让两个被测信号处于同一水平。 第8步:选择X-Y方式测量。让垂直输入方式开关中所有的按键都处于弹起状态,将 扫描方式选择开关中的X-Y按键按下,选择X-Y测量方式。 第9步:观察屏幕上显示的李沙育图形,再计算两信号的相位差。图22-35(b)所示 为示波器显示出来的李沙育图形。 tyw藏书 图22-35 利用李沙育图形计算两信号相位差 首先观察出李沙育图形的波形与Y轴的两截点的最大距离A及波形在Y轴上占的最大 距离B,再根据θ = arcsin(A/B)就可以求出两个信号的相位差。图22-35(b)中的李沙 育图形A为1DIV, B为2DIV,那么两个信号的相位差 tyw藏书 如果两个被测信号的相位相差90°, ,李沙育图形是一个正 圆。图22-36所示为几种典型的李沙育相位差图形,测量时可作参考。 图22-36 几种典型的李沙育相位差图形 第23章 频率计与扫频仪tyw藏书 23.1 频率计的测量原理与使用方法 23.1.1 频率计的测量原理 1.频率测量原理 频率计的频率测量原理如图23-1所示。 图23-1 频率测量原理 被测信号(a信号)经放大整形电路处理后得到图示的b信号,b信号频率与a信号相 同,它被送到闸门电路。闸门电路相当于一个受控的开关,d信号高电平来时闭合,低电 平来时断开。 与此同时,晶体振荡器产生一定频率的交流信号,该信号送到分频器,根据选择可以 进行不同的分频,比如时基开关S置于“1s”时,分频器可以将振荡器产生的信号分频成周 期T=1s(频率f =1Hz)的c信号。 T=1s的c信号送到双稳态电路,控制它产生脉冲宽度为1s的d信号,d信号送到闸门电 路,闸门打开(相当于开关闭合),打开时间为1s,在闸门打开期间,b信号有5个脉冲通 过闸门到计数显示电路,计数显示电路对它进行计数并在显示器上显示“5”,就表示被测 信号的频率f =5/1=5Hz。 如果时基开关 S置于“0.1s”,分频器会输出 T=0.1s的 c信号,该信号触发双稳态电路 产生脉冲宽度为0.1s的d信号,去控制闸门电路打开时间持续0.1s,如果在这段时间内b信 号通过的脉冲个数为 5,计数显示电路计数后在显示器上显示“5”,那么被测信号的频率 f =5/0.1=50Hz。 由此可见,频率计测量频率的原理是:让计数电路计算被测信号在 t 时间内(如10s 内)通过闸门的脉冲个数N(如50个),那么被测信号的频率f =N t(f =5010=5Hz)。 2.周期测量原理 频率计周期测量原理如图23-2所示。 tyw藏书 图23-2 周期测量原理 周期为Tx的被测信号(a信号)经放大整形电路处理后得到图示的b信号,b信号的周 期与a信号的周期相同,它被送到分频器进行分频,如果开关S2置于“×1”,b信号频率不改 变(周期也仍为Tx),它直接去触发双稳态电路,让它产生脉冲宽度为Tx的c信号,再去 控制闸门电路打开。 与此同时,晶体振荡器产生一定频率的交流信号,该信号送到分频器,根据选择不同 的分频可以得到不同的时标信号Tb,比如开关S1置于“1μs”时,分频器可以将振荡器产生 的信号分频成周期为Tb=1μs(频率为1MHz)的d信号。 脉冲宽度为Tx的c信号送到闸门电路,闸门打开,打开时间为Tx,在闸门打开期间,d 信号有N个脉冲(比如500个)通过闸门到计数显示电路,计数显示电路对它进行计数并 在显示器上显示“N(500)”,那么被测信号的周期Tx=N×Tb=500×1μs=500μs。 如果开关 S1置于“1ms”,分频器 1 对振荡器产生的信号分频后会输出 Tb=1ms的 c信 号。开关 S2置于“×10”,分频器 2 对被测信号分频会得到周期为 10Tx的信号,触发双稳态 电路产生脉冲宽度为 10Tx的 d信号。如果在 10Tx时间内 b信号通过的脉冲个数为 N(如 500个),计数显示电路计数后在显示器上显示“N(500)”,那么被测信号的周期 Tx=N ×Tb/N=500× 1ms/10=50ms。 由此可见,频率计测量周期的原理是:让计数显示电路计算出 10n个被测信号周期内 通过闸门的时标信号(周期为Tb)个数N,那么被测信号的周期Tx=N×Tb/10n。 23.1.2 频率计的使用方法 频率计的种类很多,使用方法大同小异,这里以VC2000型频率计为例来介绍其使用 方法。 1.面板介绍 VC2000型频率计前、后面板如图23-3所示。 tyw藏书 图23-3 VC2000频率计面板图 ① 电源开关:电源开关的作用是接通和断开频率计内部电路的供电。 ② 电源插座:220V交流电源接口。 ③ 熔丝插座:熔丝的额定电流为200mA。 ④ A输入插孔:A输入插孔为高频信号输入端,当测量50MHz~2.4GHz的高频信号 时,被测信号应从该端输入。该输入插孔输入的信号电压不允许超过3V。 ⑤ B输入插孔:B输入插孔为低频信号输入端,当测量10Hz~50MHz的信号时,被测 信号应从该端输入。该输入插孔输入的信号电压不允许超过30V。 ⑥ LED显示屏:它是一个8位高亮度显示屏,可以显示频率、计数和晶振频率等信 息。 ⑦ 频率指示灯:当该灯亮时,表示当前仪器处于频率测量状态。 ⑧ 计数指示灯:当该灯亮时,表示当前仪器处于计数测量状态。 ⑨ kHz指示灯:当该灯亮时,表示显示屏显示的数值以kHz为单ty位w。藏书 ⑩ MHz指示灯:当该灯亮时,表示显示屏显示的数值以MHz为单位。 晶振指示灯:当该灯亮时,表示当前仪器处于晶振测量状态。 晶振测量插孔:在测晶振频率时,要将待测晶振插入该插孔。 晶振键:在测量晶振时,应将该键按下,不测晶振时应再按一下,让内部振荡电 路停止工作,以免产生干扰。 闸门键:在测量时,用于设置闸门开启时间,共有4个闸门时间:0.1s、1s、5s和 10s。闸门时间越长,测量精度越高,但测量所花时间也越长。当反复按闸门键时,可在 0.1s→1s→5s→10s→0.1s之间循环切换,在切换的同时,显示屏最左端两位会显示闸门时 间。 挡位键:用于设置测量挡位,共有5个挡位,反复按该键可以在这5个挡位之间切 换。 第1挡:频率测量挡,用来测量A插孔输入的50MHz~2.4GHz的信号,同时MHz指示 灯亮。 第2挡:频率测量挡,用来测量B插孔输入的4~50MHz的信号,同时MHz指示灯亮。 第3挡:频率测量挡,用来测量B插孔输入的10Hz~4MHz的信号,同时kHz指示灯 亮。 第4挡:计数测量挡,用来测量B插孔输入的脉冲个数,同时计数指示灯亮。 第5挡:晶振测量挡,用来测量晶振测量插孔的晶振,同时晶振指示灯亮。 确定键:每次选好闸门、挡位,再按“确定”键后,频率计开始工作。另外,每次 开机或按“复位”键后,仪器自动进入上次按“确定”键后的工作状态。 复位键:在测量时,如果出现不正常情况,可以按一下该键,仪器可以恢复正 常。 2.使用方法 VC2000频率计是一个能测量10Hz~2.4GHz频率范围内的信号的多功能仪器,它不但 能测量频率,还可以测量脉冲的个数(计数)和晶振频率。下面就从频率、计数和晶振测 量这3个方面来介绍VC2000频率计的使用方法。 (1)频率的测量 下面以测量一个正弦波信号的频率为例来说明频率计的频率测量,测量过程如图23-4 所示。 频率测量的步骤如下。 第1步:开通电源。将电源开关按下,电源指示灯亮。 tyw藏书 图23-4 频率测量过程 图23-4 频率测量过程(续) 第2步:选择信号输入插孔。估计被测信号频率低于50MHz,故选择B输入插孔,将 测量探极插入“B”输入插孔。 第3步:选择测量挡位。按压几次“挡位”键,同时观察显示屏最后一位数字,因为选 择B输入插孔,故让显示数为“3”,这样就将挡位设置为“频率3”挡。 第4步:设置闸门时间。按几次“闸门”键,同时观察显示屏前两位数字,让显示数 为“10”,这样就将闸门时间设置为“10s”。 第5步:将测量探极与被测信号连接。 tyw藏书 第6步:按下“确定”键,并进行读数。前面5步操作完成后,按下“确定”键,频率计开 始读数,在显示屏上会显示出被测信号的频率大小3.449 6kHz。 (2)计数的测量 频率计除了可以测量信号频率外,还可以测量一定时间内信号脉冲出现的个数。下面 来测量10s内一个信号中有多少个脉冲出现,测量过程如图23-5所示。 计数的步骤如下。 第1步:开通电源。将电源开关按下,电源指示灯亮。 第2步:选择B输入插孔,并将测量探极插入“B”输入插孔。 第3步:选择测量挡位。按压几次“挡位”键,同时观察显示屏最后一位数字,因为是 计数测量,故让显示数为“4”,这样就将挡位设置为“计数”挡。 第4步:设置测量时间(实际就是设置闸门时间)。按压几次“闸门”键,同时观察显 示屏的前两位数字,让显示数为“5.0”,这样就将测量时间设置为“5s”。 第5步:将测量探极与被测信号连接。 第6步:按下“确定”键,并进行读数。前面5步操作完成后,按下“确定”键,频率计开 始计数,5s后计数停止,在显示屏上显示出的数字就是5s内被测信号中脉冲的个数。 (3)晶振频率的测量 频率计还可以测晶振的频率。下面以测量一个晶振的频率为例来说明频率计测量晶振 的过程,测量过程如图23-6所示。 tyw藏书 图23-5 计数测量过程 tyw藏书 图23-6 晶振频率测量过程 图23-6 晶振频率测量过程(续) 晶振频率的测量步骤如下。 第1步:开通电源。将电源开关按下,电源指示灯亮。 第2步:选择测量挡位。按压几次“挡位”键,同时观察显示屏最后一位数字,因为是 测晶振频率,故让显示数为“5”,这样就将挡位设置为“晶振”挡。 第3步:设置闸门时间。按压几次“闸门”键,同时观察显示屏前两位数字,让显示数 为“5.0”,这样就将闸门时间设置为“5s”。 第4步:将晶振插入晶振测量插座。 第5步:按下“晶振”键。 第6步:按下“确定”键,频率计开始测量,显示屏显示的数字就是晶振的频率。 晶振频率测量结束后,应再按一次“晶振”键,让内部电路停振,以免在测频率时产生 干扰。 tyw藏书 23.2 扫频仪的测量原理与使用方法 扫频仪全称为频率特性测试仪,其基本功能是测量电路的幅频特性。在测量电路的幅 频特性时,扫频仪可以将幅频特性以曲线的形式在显示屏上直观地ty显w示藏出来书。 23.2.1 扫频仪的测量原理 1.电路幅频特性的测量 (1)幅频特性 电路的幅频特性是指当电路输入一定频率范围内的恒定信号电压时,其输出信号电压 随频率变化的关系特性。下面以图23-7所示为例来说明幅频特性。 如图23-7所示,给被测电路输入0~8MHz、电压均为U1的各种信号,这些信号经被测 电路后输出。输入、输出端信号都可以用横轴为频率 f、纵轴为电压 U 的曲线表示,这种 曲线称为幅频特性曲线。 从幅频特性曲线可以看出,0~8MHz等幅信号经被测电路后,输出的2~6MHz频率范 围内的信号幅度最大且相等,而低于2MHz和高于6MHz的信号幅度都有减小,并且频率越 高(高于6MHz)或频率越低(低于2MHz),输出信号幅度越小。 (2)幅频特性的测量方法 要测量电路的幅频特性,通常可以采用两种方法:一是点频法,二是扫频法。 ① 点频法。 点频法是指用信号发生器依次给被测电路输入几种不同频率的信号,并用毫伏表在电 路输出端测出这几个频率信号的电压值,然后将这些值以点的形式绘制在坐标中,再把各 点连接起来得到被测电路的幅频特性曲线。点频法测量如图23-8所示。 图23-7 幅频特性曲线说明图 tyw藏书 图23-8 点频法测量 首先调节信号发生器,让它产生1MHz的信号并送到被测电路输入端,再用毫伏表测 出输出端的电压值,然后将电压值以点的形式绘制在坐标图中。以同样的方法,分别给被 测电路输入3MHz、5MHz和7MHz的信号,并测出它们输出的电压值,再把这些电压值绘 制在坐标中,最后用平滑的线将这些点连接起来,就得到了如图23-8(b)所示的被测电 路的幅频特性曲线。 点频法测量简单,不需要专用仪器,但测量时容易漏掉一些关键点,并且在测频点不 多的情况下,绘制出来的幅频特性与电路真实的幅频特性有一定的差距。 ② 扫频法。 扫频法是利用扫频仪给被测电路输入频率由低到高连续变化的信号,然后将被测电路 输出的信号送回扫频仪进行处理,并以图示的方式将幅频特性曲线显示出来。扫频法的测 量原理如图23-9所示。 图23-9 扫频法的测量原理说明图 图23-9所示中虚线框内的部分为扫频仪内部示意图。扫频信号发生器输出频率由低到 高的信号,这些信号送到被测电路的输入端,经电路后输出。从图23-9中可以看出,这些 输出信号中的高、低频部分幅度有一定的减小,它们又送回到扫频仪,经检波器检出其中 的包络成分,再送到显示器(显示原理与示波器相同),将幅频特ty性w曲藏线直书观显示出来。 由于扫频仪中的扫频信号发生器能自动产生连续的频率信号,并且扫频仪能将被测电 路的幅频特性直观显示出来,所以测量方便快捷。另外,扫频法是动态自动测量,测量的 幅频特性更接近被测电路的真实情况。因此在测量电路的幅频特性方面,扫频法得到广泛 应用。 2.扫频仪的结构及工作原理 扫频仪组成框图如图 23-10 所示。扫频仪主要由扫频信号发生器、频标信号产生电 路、显示器和检波探头组成。 图23-10 扫频仪组成框图 (1)扫频信号发生器 扫频信号发生器的作用是产生频率由低到高连续变化的扫频信号和锯齿波信号。扫频 信号发生器的结构如图23-11所示。 图23-11 扫频信号发生器的结构 锯齿波发生器产生锯齿波电压,它一方面送到显示器的X轴偏转板,另一方面送到扫 频振荡器控制其振荡频率。当送到振荡器的锯齿波电压逐渐上升时,振荡器输出的扫频信 号频率由低逐渐升高,该信号经输出衰减器衰减后从扫频仪输出。 稳幅电路的作用是稳定扫频振荡器输出信号的幅度。如果振荡器产生的信号幅度大, 稳幅电路对幅度大的信号进行处理得到一个控制电压,控制振荡器振荡减弱,输出的信号 幅度减小,回到正常幅度。 (2)频标信号发生器 tyw藏书 频标信号发生器又称频标信号产生电路,它的作用是产生频标信号(频率标尺),以 便在显示器上显示频率点。显示器上显示的频标如图23-12所示。 频标显示在屏幕不同的位置表示不同的频率点,频标可以显示在水平扫描线上作为频 率标尺,也可以显示在幅频曲线上,在显示器上显示频标可以方便读出在某一频率点或某 一段频率范围内的幅频特性。 图23-12 显示器上的频标 频标信号发生器的组成如图23-13所示。 标准频率振荡器产生一个标准频率信号,如产生 1MHz的信号,它经谐波发生器后输出基波及各次谐波,如1MHz、2MHz、3MHz、 4MHz、5MHz……被送到频标混频器,与此同时,由扫频信号发生器产生的扫频信号也送 到频标混频器。下面以2MHz频标为例来说明频标的产生过程。 图23-13 频标信号发生器的组成 当扫频信号频率变化到2MHz时,信号被送到频标混频器,与谐波发生器送来的2MHz 的谐波信号进行混频差拍,由于两个信号频率相等,差拍得到直流成分,2MHz的谐波信 号与2MHz附近扫频信号(略低于和略高于2MHz的信号)差拍会得到低频信号,直流和低 频信号由低通滤波器选出,得到一个菱形状的频标信号,经放大器放大后再送到 Y 轴偏 转板,让显示器在屏幕上显示出2MHz的频标。 从上述分析可知,在产生2MHz频标信号时,扫频信号频率也为2MHz,当2MHz扫频 信号频率通过被测电路并经检波送到显示器屏幕显示时,频标信号也恰好送到显示器显 示,这样在扫频信号2MHz频率处出现2MHz的频标点。 (3)显示器 扫频仪的显示器与单踪示波器的显示器相同。如图 23-14 所示,在工作时,若只有锯 齿波电压送到X轴偏转板,Y轴偏转板无电压,电子束仅受到水平方向的电场力作用,会 从屏幕左端扫到右端,屏幕上会出现一条水平亮线。若在X轴偏转板上加有锯齿波电压的 同时,Y轴偏转板也加有信号电压,则电子束除了受到水平方向的力外,还受到垂直方向 的力,电子束在屏幕上的扫描轨迹与Y轴信号电压波形一致。 tyw藏书 图23-14 扫频仪显示器结构示意图 (4)检波探头 检波探头是一种内含检波电路的测量探头,它对被测电路的输出信号进行检波,滤掉 其中的中高频成分,检出包络信号,再将包络信号送入扫频仪内部显示器的Y轴偏转板。 有些扫频仪内部已含有检波电路,无需外接检波探头。 23.2.2 扫频仪的使用方法 扫频仪的型号很多,大多数扫频仪的基本功能是相同的,操作方法大同小异,这里以 BT-3G型扫频仪为例来介绍扫频仪的使用。 1.面板介绍 BT-3G型扫频仪面板如图23-15所示。 tyw藏书 图23-15 BT-3G型扫频仪面板 ① 电源开关和电源指示灯。电源开关用来接通和切断电源,电源指示灯用来指示电 源通断。 ② 辉度旋钮。辉度旋钮用来调节屏幕光迹的亮度。 ③ 聚焦旋钮。聚焦旋钮用来调节屏幕光迹的聚焦,使扫描线清晰明亮。 ④ Y轴位移旋钮。Y轴位移旋钮用来调节屏幕上的光迹在垂直方向上下移动。 ⑤ Y轴输入端。被测电路输出的信号经检波后送入到该插孔。 ⑥ 输入耦合方式选择开关。输入耦合方式选择开关用来选择输入信号的耦合方式, 有“AC”和“DC”两挡。 ⑦ 频标选择开关。频标选择开关有50·10、10·1和外接3挡。当选择“50·10”挡时,显 示屏会出现50MHz大频标和10MHz小频标,50MHz大频标之间有间隔为10MHz的多个小频 标;当选择“10·1”挡时,显示屏会出现 10MHz 大频标和 1MHz 小频标,10MHz 大频标之 间有间隔为1MHz的多个小频标;当选择“外接”挡时,可以从外接频标信号输入端送入频 标信号。 ⑧ 外接频标信号输入端。当频标选择开关选择“外接”挡时,可以通过该插孔将外部 信号送入仪器作为频标信号。 ⑨ 频标幅度调节旋钮。频标幅度调节旋钮用来调节屏幕上频标的幅度。 ⑩ 扫频信号输出端。扫频信号输出端用来输出扫频信号。 输出粗衰减调节旋钮。输出粗衰减调节旋钮用来调节输出扫频信号的衰减量(粗 调),有0dB、10dB、20dB、30dB、40dB、50dB、60dB共7挡,10dB挡步进。 输出细衰减调节旋钮。输出细衰减调节旋钮用来调节输出扫频信号的衰减量(细 tyw藏书 调),有0dB、1dB、2dB、3dB、4dB、5dB、6dB、7dB、8dB、9dB、10dB共11挡,1dB 挡步进。 扫频宽度调节旋钮。扫频宽度调节旋钮用来调节屏幕上频标之间的距离,扫描显 示的特性曲线也会水平方向展宽或收缩。 中心频率旋钮。中心频率旋钮用来调节屏幕频标的位置,它与示波器的X轴位移旋 钮相似,在调节时,屏幕上的频标会在水平方向移动。 影像极性转换开关。影像极性转换开关用来调节屏幕图形显示形式,它 有“+”和“−”两挡。当选择“+”时,图形正常显示;当选择“−”时,图形像经过镜子一样反向 显示。 Y轴衰减开关。Y轴衰减开关用来调节Y轴输入端送入信号的衰减量,采用步进调 节。 Y轴增益旋钮。Y轴增益旋钮用来调节Y轴输入端送入信号的增益,采用连续调 节。 显示屏。 2.扫频仪的检查与调整 BT-3G型扫频仪的扫描范围为2Hz~300MHz,中心频率为2Hz~250MHz,扫频宽度最 宽大于100MHz,最窄小于1MHz。为了让测量更准确,扫频仪在使用时一般要先进行检查 与调整,然后再进行各种测量。 BT-3G型扫频仪的检查与调整过程如下。 第1步:接通220V电源,并按下面板上的电源开关,指示灯亮。 第2步:调节辉度旋钮和聚焦旋钮,使屏幕上的水平扫描线明亮清晰。 第3步:根据测量需要,将影像极性转换开关置“+”或“−”,将输入耦合方式选择开关 置于“AC”或“DC”。 第4步:进行零频率标记识别和频标检查。具体过程如下。 ① 将频标选择开关置于“10·1”挡,将扫频宽度和频标幅度调到适中,再顺时针旋转中 心频率旋钮,扫描线上的频标向右移动,当顺时针旋到底时屏幕上应出现零频标。零频标 的特征是:它的左侧有一幅度较小的频标为识别标志,零频标右侧第1 个为2MHz频标。 确定了零频标后,向右依次是2MHz、3MHz、4MHz……频标,满10出现一个大频标,如 图23-16所示。然后逆时针旋转中心频率旋钮,屏幕上的频标向左移动,从零频标起至 300MHz各个频标应该清晰分明。 tyw藏书 图23-16 零频标识别 ② 将频标选择开关置于“50·10”挡,左右调节中心频率旋钮,在全频段内每间隔 50MHz会出现一个大频标,各个频标应该清晰分明。 ③ 检查外接频标时,将频标选择开关置于“外接”挡,在外接频标信号输入端送入 30MHz 的连续波信号,输入幅度约0.5V,此时在显示屏上应出现指示30MHz的菱形标 记。 第5步:进行扫频信号和扫频宽度的检查。 将扫频仪的Y轴衰减开关置于“0dB”、机箱底部通/断开关置于“通”、频标选择开关置 于“10·1”位置,然后将一根75Ω射频电缆(配件)一端接仪器的扫频信号输出端,另一端 接低阻检波器“75Ω”输入端。低阻检波器如图23-17所示。再用一根50Ω电缆将低阻检波器 输出端与扫频仪Y轴输入端连接起来,调整Y轴增益旋钮,在显示屏幕上会出现如图23-18 所示的图形(类似方框)。再旋转中心频率旋钮,屏幕上的扫频线和频标都相应地跟着移 动,在整个扫频范围内扫频线应不产生较大的起伏。 图23-17 低阻检波器 图23-18 扫频信号和扫描宽度的检查 第6步:检查扫频线性。 将频标选择开关置于“50·10”挡,调节扫频宽度旋钮,使扫频宽度为 100MHz,调节中 心频率旋钮使频标位置如图23-19所示,则扫频线性 应小于±10%。 tyw藏书 第7步:检查扫频信号平坦度和衰减器。 仍将频标选择开关置于“50·10”挡,调节扫频宽度调节旋钮,使扫频宽度为 100MHz, 然后将衰减开关置于“0dB”,调节 Y 轴位移旋钮,使扫描基线显示在屏幕的底线上。再调 节 Y 轴增益旋钮,让带有标记的信号线离底线轴约6DIV,调节中心频率旋钮,自零频标 至300MHz找出最大幅度为A,增加1dB衰减时,记下幅度A跌落至B,然后将衰减开关调 回到为“0dB”,这时在全频段(2~300MHz)内,扫频电压波动应落在A和B之间,如图 23-20所示。 图23-19 扫频线性的检查 图23-20 扫频信号平坦度和衰减器的检查 第8步:测量输出电平。 ① 将扫频仪粗、细衰减调节旋钮均置于“0dB”,把中心频率调到150MHz,扫频宽度 调到最小。将机箱底部通/断开关置于“断”位置。 ② 找一台超高频毫伏表,将其量程置于“1V”挡,并将它与扫频仪的扫频信号输出端 相连,测量扫频仪输出信号的大小,正常测得输出电压应为0.3V。测毕后,通/断开关仍 恢复于“通”位置。 3.扫频仪的使用举例 下面以测量一个放大器的增益和带宽为例来说明BT-3G型扫频仪的使用方法。 (1)放大电路增益的测量 放大电路的增益测量步骤如下。 第1步:进行0dB校正。先将75Ω的射频电缆一端连接扫频信号输出插孔,另一端接低 阻检波器“75Ω”输入端,然后用50Ω的检波电缆把低阻检波器输出端与扫频仪的Y轴输入 端连接,再将输出衰减调节旋钮置于“0dB”挡,Y轴衰减开关置“校正”挡,调节Y轴增益旋 钮,让扫频电压线与基线之间的距离为整数格H(一般取H = 5DIV)。 第2步:将经过0dB校正的扫频仪与被测电路连接好,如图23-t2y1所w示藏。书 第3步:调节衰减并读出测量值。保持Y轴增益旋钮不动,调节输出粗、细衰减调节 旋钮,使屏幕显示的幅频特性曲线的幅度正好为 H,则输出衰减的分贝值就等于被测电路 的增益。例如,粗调衰减为30dB,细衰减为3dB,则增益A=33dB。 (2)放大电路带宽的测量 放大电路的带宽测量步骤如下。 第1步:将被测放大电路与扫频仪连接好。连接方法如图23-21所示。 第2步:从屏幕上读出幅频特性曲线的下限频率fL与上限频率fH,再计算出放大电路 的带宽将频标选择开关置于“10·1”,然后调节中心频率旋钮和扫频宽度调节旋钮,从屏幕 上显示的幅特性曲线上找到下限频率fL与上限频率fH,再根据带宽BW = fH−fL,就能算出 放大电路的带宽。 例如,从图23-22所示的幅频特性曲线上,读出曲线中频段左侧弯曲下降到0.707所对 应处为下限频率 fL= 48MHz、曲线右端弯曲段下降到 0.707 所对应处为上限频率 fH= 56MHz,则BW = 56MHz−48MHz = 8MHz。 图23-21 放大电路增益的测量 图23-22 根据幅频特性曲线计算带宽
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