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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

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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