全国大学生电子设计竞赛专题培训元器件及常用芯片.ppt

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1、张维昭2013.1.12,全国大学生电子设计竞赛专题培训,认识元器件及常用芯片,参加电子竞赛很辛苦，但要苦中取乐,3,1.全国竞赛组委会网站：ftp:/高等教育出版社网站：http:/北京赛区组委会指定网站：http:/上海赛区组委会指定网站：http:/nuedc-湖北赛区组委会指定网站：http:/四川赛区组委会指定网站：http:/陕西赛区组委会指定网站：http:/黑龙江赛区组委会指定网站：http:/,电子竞赛,获奖学生感言,5,一个能在全国大学生电子竞赛中得奖的团队必须具备这么几个特征：绝对喜欢电子开发。在软件、硬件、论文写作中各有所长。你想想3个只会C语言的家伙合一起能干什么。选

2、好团队后就要确定团队核心人物。大家一定都能想得到，一旦进入备战阶段，组员间的探讨是必然的，各抒己见固然好，但往往也比较容易起争执。这时如果有个核心人物，他的话在非常时期大家必须绝对服从，他说了算。要想获得成功，就必须认清自己团队的优势，充分调用组员中的优势资源，比如：某个组员在编程方面有优势，那么就应该合理分配编程工作给他，这样大家分工也就相对明确了，也都能充分发挥自己的所长，将团对协作的力量发挥到最大。,团队,各届全国竞赛题目的归类统计,通过对各届全国竞赛题目的归类统计可知,在所有题目中,所占比例最大的为测量及仪器仪表类题目,其次为无线电技术类和自动控制类。这些题目出现得比较频繁,几乎历届竞

3、赛都会出现,甚至会,在同一届竞赛中不止出现一题。信号源类题目虽然所占比例较小,但是该类题目注重基础,适合学生群体的范围较广,而且已经近三届连续出现,说明该类题目仍具有一定的重要性和可考性,是不容忽视的。,1.电路分析及设计 2.元器件选用及焊接技巧 3.单片机编程使用 4.资料搜集 5.论文写作整理 6.团结协作,接下里我们看下竞赛的常用模块,竞赛所需技能,熟练使用至少一种单片机，如AVR、61系列、51系列、PIC系列、MSP430系列、ARM、CPLD、FPGA、DSP等。,1 最小开发系统（MCU）,现在的微处理器很多，如比较古老的8051单片机，AVR单片机，PIC单片机，MSP430

4、单片机。同时现在也出了很多新型单片机，这类单片机含有很多的扩充资源，如大量的FLASH(这些FLASH对LCD字库很有帮助)、中速AD,DA、多定时器、PWM，语音功能等等，这些资源会给开发带来很多的方便。从个人经验看，竞赛一定要用自己擅长的单片机，但根据题目的不同，不同的单片机实现起来难度也不一样。利用ARM、DSP也是趋势，如果做的是关于高速数据处理的的题目，比如高速数据采集，高速数据传输等等，这样这两个东西会有用武之地。,一般正负5-24V直流电源，例如09电子竞赛：需制作完成正负5V、12V电源，5分,2 直流电源,键盘部分（1x8;4x4等）如果需要的键较少，可直接使用I/O口，也可

5、以使用74LS148等编码器（会节省一些I/O口），但要注意去抖动处理（可使用软件，也可以使用单稳态触发器，RC电路等硬件去抖动方法）。如果使用的键较多，可使用键盘管理芯片，如8279、7289A等，体积、功耗、成本会大一些，但比较好用，也容易使用。,键盘、显示部分,显示部分 一般来说分两大类：LED和LCD。LED比较经典，也比较常用，在一般的资料中都能查到，采用键盘显示管理芯片（MAX7219）统一管理是一个较好的办法。LCD分液晶片和液晶显示模块（又分字段式和点阵式两种），除非使用430系列单片机（它自带LCD驱动模块，接口和使用均十分方便。)其它单片机，为节省宝贵的时间，最好使用液晶模

6、块，特别是自带汉字库的液晶模块，平时应学会使用。,多路转换开关、调理电路、放大、滤波、隔离等 学会使用常用普通精密放大器、仪表放大器、隔离放大器等；这一部分 的连线，制板等都显得比较重要。集成运算放大器分类：1.通用型运算放大器（A741，LM358双，LM324四）2.高阻型运算放大器（输入阻抗1091012）（LF356，LF355，LF347四，CA3130，CA3140）3.低温漂型运算放大器（OP-07，AD508，ICL7650）4.高速型运算放大器（LM318，A715）5.低功耗型运算放大器（ICL7600）6.高压大功率型运算放大器（A791，D41）,4 前向通道,常用集成

7、运算放大器：1.通用型（A741，LM324 四运放）2.高阻型（LF347四运放，CA3140）3.低温漂型（OP-07,OP27,OP37，ICL7650）4.高速型（LM318）5.低功耗型（ICL7600）常用仪表放大器：AD620,AD624等程控放大器：AD603,集成运算放大器的使用要点：1.集成运算放大器的电源供电方式（1）对称双电源；（2）单电源2.集成运算放大器的调零问题（1）内部调零（2）外部调零3.集成运算放大器的自激振荡问题4.集成运算放大器的保护问题（1）电源保护（2）输入保护（3）输出保护,为了消除运放的高频自激，应参照推荐参数在规定的消振引脚之间接入适当电容消振

8、，同时应尽量避免两级以上放大级级连，以减小消振困难。为了消除电源内阻引起的寄生振荡，可在运放电源端对地就近接去耦电容，考虑到去耦电解电容的电感效应，常常在其两端在并联一个容量为0.010.1F的瓷片电容。通常Rf宜小于1M，因Rf过大会影响阻值的精度；R1不宜过小，R1过小将要从信号源或前级吸取较大的电流。注意增益带宽积的概念,A/D 根据指标要求，选择合适的模数转换器，如果需要A/D，该部分是报告的重点内容之一。常用的8位A/D：AD0809 常用的12位A/D：AD574，MAX191，MAX197等 还有 型16位（AD7715）,24位（AD7714）等，内含放大，调理，滤波等单元电路

9、；即可单双极性输入，还可差动输入。,熟悉常用传感器的性能和使用。主要包括电压、电流、温度（热电偶，Pt1000，AD590，DS18B20等）压力，转速、位置（霍尔，码盘等）；如果有机器人方面的题目还要熟悉如红外传感器，接近开关，光敏电阻，金属探测等传感器。开关量信号的隔离（隔离的必要性）I/O口的扩展（必要性）,传感器,5 后向通道 主要包括驱动显示，打印，继电器，诸如PWM控制。具体要根据实际的题目而定。6 注意事项 考虑到不同的专业，每年的题目涉及的范围都比较广，要选择一个最有把握的题目去做；如果一个教学单位有很多组，最好多做几个题目，不要集中在一个题目上，好评奖。另外一定要把报告写好。

10、,17,芯片手册 http:/http:/http:/主要芯片厂家 http:/http:/www.maxim-http:/http:/http:/http:/,18,技术资料中国电子开发网论坛：http:/csdn 下载网：http:/,电路设计的一般过程：,1.选择方案 1）所谓总体方案是用具有一定功能的若干单元电路构成一个整体，以满足课题题目所提出的要求和性能指标，实现各项功能。方案选择就是按照系统总的要求，把电路划分成若干个功能块，得出能表示单元功能的整机原理框图。按照系统性能指标要求，规划出各单元功能电路所要完成的任务，确定输出与输入的关系，确定单元电路的结构。总体方案往往不止一个，

11、应当针对糸统提出的任务、要求和条件，进行广泛调查研究，大量查阅参考文献和有关资料，广开思路，要敢于探索，努力创新，提出若干不同方案，仔细分析每个方案的可行性和优缺点，反复比较，争取方案的设计合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进。框图应能说明方案的基本原理，应能正确反映系统完成的任务和各组成部分的功能，清楚表示出系统的基本组成和相互关系。2）方案选择必须注意下面两个问题：(1)要有全局观点，抓住主要矛盾。(2)在方案选择时要充分开动脑筋，不仅要考虑方案是否可行，还要考虑怎样保证性能可靠，考虑如何降低成本，降低功耗，减小体积等许多实际的问题。,2.设计单元电路 一般方法和步骤如下：(1)根据设计要

12、求和已选定的总体方案原理框图，确定对各单元电路的设计要求，拟定主要单元电路的性能指标、与前后级之间的关系、分析电路的构成形式。应注意各单元电路之间的相互配合，注意各部分输入信号、输出信号和控制信号的关系。(2)拟定好各单元电路的要求后，按信号流程顺序分别设计各单元电路。(3)选择单元电路的组成形式。一般情况下，应查阅有关资料，以丰富知识，开阔眼界，从已掌握的知识和了解的各种电路中选择一个合适的电路。如确实找不到性能指标完全满足要求的电路时，也可选用与设计要求比较接近的电路，然后调整电路参数。在单元电路的设计中特别要注意保证各功能块协调一致地工作。,一般来说，计算参数应注意以下几点：(1)各元器

13、件的工作电压、电流、频率和功耗等应在允许的范围内，留有适当的裕量。(2)对于环境温度、交流电网电压等工作条件，计算参数时应按最不利的情况考虑。(3)涉及元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般按1.5倍左右考虑。例如，如果实际电路中三极管UCE0的最大值为20V，那么挑选三极管时应按UCE0 30V考虑。(4)电阻值尽可能选在1M范围内，最大一般不应超过10M，其数值应在常用电阻标称值系列之内，并根据具体情况正确选择电阻的品种。(5)非电解电容尽可能在100pF0.1f范围内选择，其数值应在常用电容器标称值系列之内，并根据具体情况正确选择电容的品种。（电源滤波电容最好选择胆电容）(6)在保证电

14、路性能的前提下，尽可能设法降低成本，减少器件品种，减少元器件的功耗和减小体积，为安装调试创造有利条件。(7)有些参数很难用公式计算确定，需要设计者具备一定的实际经验。如确实无法确定，个别参数可待仿真时再确定。,3.参数计算,仿真具有下列优越之处：（PSPICE、MULTISIM）(1)对电路中只能依据经验来确定的元器件参数，用电路仿真的方法很容易确定，而且电路的参数容易调整。(2)由于设计的电路中可能存在错误，或者在搭接电路时出错，可能损坏元器件，或者在调试中损坏仪器，从而造成经济损失。而电路仿真中也会损坏元器件或仪器，但不会造成经济损失。(3)电路仿真不受工作场地、仪器设备、元器件品种、数量

15、的限制。对于电路中关键部分或采用新技术、新电路、新器件的部分，一定要进行实验调试 仿真和实验要完成以下任务：检查各元器件的性能、参数、质量能否满足设计要求。检查各单元电路的功能和指标是否达到设计要求。检查各个接口电路是否起到应有的作用。把各单元电路组合起来，检查总体电路的功能、性能是否最佳。,4.仿真和调试,调试非常重要，经常遇到电路焊接完成后，不会调试，最终使电路达不到最佳性能的同胞们，,5.元器件的选择 选择元器件可从“需要什么”和“有什么”两个方面来考虑。所谓“需要什么”是指根据具体问题的要求所选择的方案需要什么样的元器件，即每个元器件各应具有哪些功能和什么样的性能指标。所谓“有什么”是

16、指有哪些元器件，哪些在市场上能买得到，它们的性能如何、价格如何、体积多大等。众所周知，电子元器件的种类繁多，而且不断出现新产品，这就需要用户经常关心元器件的新信息和新动向，多查资料。大量了解各种元器件特性、规格、参数、价格。一般优先选用集成电路。建议：在保证电路性能的前提下，尽量选用常见的、通用性好的、价格相对 低廉、手头有的或容易买到的。,一般优先选用集成电路 集成电路的广泛应用（特别是数字电路、稳压电路）（，不仅减少了电子设备的体积和成本，提高了可靠性，使安装调试和维修变得比较简单，而且大大简化了电子电路的设计。但是，并不是采用集成电路就一定比采用分立元器件好，有时功能相当简单的电路，只要

17、用一只二极管或三极管就能解决问题，若采用集成电路反而会使问题复杂化，而且增加成本。但在一般情况下，应优选集成电路，必要时可画出两种电路，进行比较。,一切从实际需求出发，将分离元件与集成电路巧妙地结合起来，而且尽量应用集成电路，以使系统简化，体积小，可靠性提高。,怎样选择集成电路：“先粗后细”：粗即功能、细既性能指标查资料、手册,很多赛题以单片机或FPGA系统为核心进行设计，主要功能由单片机或FPGA系统完成，如：测量类的“简易逻辑分析仪”、“数字式工频有效值多用表”等；数据采集类的“数字化语音存储与回放系统”、“多路数据采集系统”等；控制类的“悬挂运动控制系统”、“简易智能电动车”等。电源类的

18、“简易数控直流电源设计”、“数控直流电流源设计”等。,在这类赛题中，单片机或FPGA系统完成的主要功能有：信号的采集、输入控制；信号的存储、运算、分析、判断；信号的输出控制；人机交互功能；多机通讯功能等。,有些赛题需要单片机系统与专用芯片或可编程器件结合，完成设计要求，如：信号源类的“正弦信号发生器设计”、“实用信号源设计”等，如AD9850，AD9852，MAX038；无线电类的“调频收音机设计”、“单工无线呼叫系统设计”等；测量类的“简易数字储存示波器”、“简易数字频率计”等。电源类的“三相正弦波变频电源设计”、“开关稳压电源”等。,在这类赛题中，单片机系统完成的主要功能有：信号的输入、输

19、出辅助控制；信号的存储；人机交互功能；多机通讯功能等；信号的处理过程由专用芯片或可编程器件完成。,还有少量的赛题单片机系统仅起一个辅助作用，主要功能由纯硬件电路完成，如：放大器类的“测量放大器设计”、“实用低频功率放大器设计”等。,在这类赛题中，单片机系统完成的主要功能有：信号的辅助控制；人机交互功能；主要功能由纯硬件电路完成。,这类题目中，在选择元器件，尤其是运算放大器时必须充分考虑带宽、输入失调电压、转换速率、输入电压范围,软件,一、常用电子电路元、器件：,电阻器、电容器、电感线圈、变压器、二极管、三极管、晶闸管（可控硅）、光电耦合器、晶振、显示器件、霍尔元件等,(一)电阻器：,1、类型：

20、材料：碳膜、金属膜、线绕电阻器；结构：固定、可变和敏感电阻器（压敏和热敏）；,2、符号、型号识别：外形：圆柱、片状(LL)电阻型号：色环法（柱状，4、5环）、数字直标法（片状，3位数字、2位+R),3、主要性能参数：标称阻值和允许误差、额定功率、温度系数、电压系数、最大工作电压等,R=4710210%4.7k10%,R=1001021%10k1%,用3位数码表示电阻器的标称值。例：152表示在15后面加2个“0”，,即R=1500=1.5k。,多用于贴片电阻,电阻器体积与功率的关系,电阻器额定功率系列,电路中的用途：,限流、降压、过载保护、自动控制等,4、选用和应用时注意的问题：,按用途选择电

21、阻器的种类。,在一般档次的电子产品中，选用碳膜电阻器就可满足要求；对于环境较恶劣的场所或精密仪器中，应选用金属膜电阻器。,正确选取阻值和允许误差。为保证电阻器可靠耐用，其额定功率应是实际功率的23倍。电阻器安装前，应将引线处理一下，以保证焊接可靠。高频电路中电阻器引线不宜长，以减小分布参数的影响；小型电阻器的引线不宜短，一般在5mm以上。使用电阻器时，应注意电阻器两端所承受的最高工作电压。电阻器的绝缘性能要良好，不能有脱漆现象等。,电位器用来进行阻值、电位的调节。收录机控制音调、音量电视机调节亮度、对比度等,（二）电容器,2.容量：,3.用途：,隔直、旁路、耦合、滤波、调谐、储能等,4.选择：

22、,1.参数：,容量（F,nF，pF）、工作电压、绝缘电阻,直标法、文字符号法(2p2=2.2 pF)、数字法(pF,3位数字表示，103=10103pF=0.01F）、色标法（同电阻的色环法，pF）误差：D=+0.5%,F=+1%,G=+2%,J=+5%,K=+10.%,M=+20%,额定使用、设计余量、注意保护,5.测量和判断：,指针式万用表测量漏电阻和充放电能力；数字式直接测其容量。,d,5.电容器的检测 1.固定电容器的检测(1)漏电电阻的测量：用万用表的欧姆挡（R10K或R1K挡，视电容器的容量而定。测大容量的电容时，把量程放小，测小容量电容器时，把量程放大），把两表笔分别接触电容器的

23、两引线脚，此时表针很快向顺时针方向摆动（R为零的方向摆动)，然后逐渐退回到原来的无穷大位置，然后断开表笔，并将红、黑表笔对调，重复测量电容器，如表针仍按上述的方法摆动，说明电容器的漏电电阻很小，表明电容器性能良好，能够正常使用。当测量中发现万用表的指标不能回到无穷大位置时，此时表针所指的阻值就是该电容器的漏电电阻。表针距离阻值无穷大位置越远，说明电容器漏电越严重。有的电容器在测其漏电电阻时，表针退回到无穷大位置时，然后又慢慢地向顺时针方向摆动，摆动的越多表明电容器漏电越严重。,(2)电容器断路的测量,电容器的容量范围很宽，用万用表判断电容器的断路情况时，首先要看电容量的大小。对于0.01F以下

24、的小容量电容器，用万用表不能准确判断其是否断路，只能用其他仪表进行鉴别（如Q表）。对于0.01F以上的电容器，用万用表测量时，必须根据电容器容量的大小，选择合适的量程进行测量，才能正确给以判断。如测量300F以上容量的电容器时，可选用R10挡或R1挡；如要测10300F电容器时可选用R100挡；如要测0.4710F的电容器时可选用R1K挡；如测0.010.47F的电容器时，可选用R10K挡。按照上述方法选择好万用表的量程后，便可将万用表的两表笔分别接电容器的两引线，测量时，如表针不动，可将两表笔对调后再测，如表针仍不动，说明电容器断路。,用万用表的欧姆挡，将表的两表笔分别接电容器的两引线，如表

25、针所示阻值很小或为零，而且表针不再退回无穷大处，说明电容器已经击穿短路。需要注意的是在测量容量较大的电容器时，要根据容量的大小，依照上述介绍的量程选择方法来选择适当的量程，否则就会把电容器的充电误认为是击穿。,(3)电容器的短路测量,6电容器的选用,不同的电路应选用不同种类的电容器,电源滤波、退耦电路用电解电容器；,高频、高压电路用瓷介电容器、云母电容器；,谐振电路用云母电容器、陶瓷电容器、有机薄膜电容器等；,隔直流时用纸介电容器、涤纶电容器、云母电容器、电解电容器等；,调谐回路用空气介质电容器或小型密封可变电容器。,电容器耐压的选择。,电容器的额定电压应高于实际工作电压10%20%，对以确保

26、电容器不被损坏和击穿,工作稳定性较差的电路，可留有更大的余量,容量的选择。对业余的小制作一般不必考虑电容器的误差。,在选用时还应注意电容器的引线形式,电容器在选用时不仅要注意以上几点，有时还要考虑其体积、价格、电容器所处的工作环境（温度和湿度）等情况。,电容器的代用。,代用的原则是：,电容器的容量基本相同电容器的耐压值不低于原电容器的耐压值对于旁路电容、耦合电容，可选用比原电容器容量大的代用 在高频电路中，代换时一定要考虑频率特性，应满足电路的要求,7电容器使用注意事项,使用电容器时应测量其绝缘电阻，其值应该符合使用要求。电容器外形应该完整，引线不应松动。电解电容器极性不能接反。电容器耐压应符

27、合要求，如果耐压不够，可采用串联的方法。某些电容器，其外壳有黑点或黑圈，在接入电路时应将该端接低电位或低阻抗的一端（接地）。作电源去耦以及旁路用的电容器，通常应使用2只电容器并联工作，一只选用较大容量的电解电容器，作为低频通路；另选一只小容量的云母电容器或瓷介电容器，作为高频通路。温度对电解电容器的漏电流、容量及寿命都有影响，一般的电解电容器只能在50以下环境使用。用于脉冲电路中的电容器，应选用频率特性和耐温性能较好的电容器，一般为涤纶电容器、云母电容器、聚苯乙烯电容器等。可变电容器的动片应良好接地。可变电容器使用日久，动片间会有灰尘，应定期清洁处理。,键盘及显示,单片机振荡器晶体/外部时钟源

28、输入电路,（三）电感,1电感器的分类,电感线圈和变压器两大类,（1）电感线圈的分类,按电感线圈圈芯性质分，有空心线圈和带磁芯的线圈。按绕制方式分，有单层线圈、多层线圈和蜂房线圈等。按电感量变化情况分，有固定电感和微调电感等。,（2）变压器的分类,按变压器的贴芯和线圈结构分，有芯式变压器和壳式变压器等,按变压器的使用频率分，有高频变压器、中频变压器和低频变压器,（a）低频变压器可分为音频变压器与电源变压器2种（b）中频变压器（又称中周）适用范围从几千赫兹到几十兆赫兹。（c）高频变压器又称耦合线圈和调谐线圈，如天线线圈和振荡线圈 都是高频变压器。,“通直流，阻交流”,基本作用：滤波、振荡、延迟、陷

29、波等，与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等；变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。,偏转线圈,2常用的电感器,常见的电感线圈有天线线圈、高频振荡线圈、中波本振线圈、短波振荡线圈、低频阻流圈、高频阻流圈、行偏转线圈、场偏转线圈等。,（1）小型固定电感器,（2）中频变压器,（3）电源变压器,（4）偏转线圈,（5）额定电流,指电感器正常工作时，允许通过的最大电流。若工作电流大于额定电流，电感器会因发热而改变参数，严重时会被烧毁。,3.电感器的标识方法,直标法：,小型固定电感器的工作电流和字母的关系,在小型固定电感器的外壳上直接用文字标出电感器的主要参数,例如，电感器

30、外壳上标有3.9mH、A、等字样，,表示其电感量为3.9mH，误差为%（10%），最大工作电流为A挡（50mA）。,色标法：,红红银黑，,电感量:0.2220%H,标称电感值采用3位数字表示，前2位数字表示电感值的有效数字，第3位数字表示“0”的个数，小数点用“R”表示，单位为H。,222表示电感量为2200H，151表示电感量为150H，100表示电感量为10H，R68表示电感量为0.68H,4电感器的简易测试,电感器的电感量一般可通过高频Q表或电感表来测量，也可用万用表测量线圈的直流电阻来判断其好坏。,（1）电感器的测试,用万用表电阻挡测量电感器阻值的大小。若被测电感器的阻值为零，说明电感

31、器内部绕阻有短路故障。若被测电感器阻值为无穷大，说明电感器的绕阻或引脚与绕阻接点处发生了断路故障。,（2）中周变压器的测试,检测绕阻通断：将万用表拨至R1挡，按照中周变压器的各绕组引脚排列规律，逐一检查各绕组的通断情况，进而判断其是否正常。,数码法：,将万用表置于R10k挡，作如下几种状态测试。（a）初级绕组与次级绕组之间的电阻值。（b）初级绕组与外壳之间的电阻值。（c）次级绕组与外壳之间的电阻值。,a）阻值为无穷大：正常。（b）阻值为零：有短路性故障。（c）阻值小于无穷大，但大于零：有漏电性故障。,（3）变压器的测试,绝缘性能测试：用万用表R10k挡分别测量铁芯与一次、一次与二次、铁芯与二次

32、、静电屏蔽层与一次和二次间的电阻值，应均为无穷大，否则说明变压器绝缘性能不良。测量绕阻通断：用万用表R1挡分别测量变压器一次、二次各个绕组间的电阻值，一般一次绕阻值应为几十欧至几百欧，变压器功率越小电阻值越小；二次绕组电阻值一般为几欧至几十欧，如某一组的电阻值为无穷大，则说明该组有断路故障。测量空载电流：将变压器二次开路，测量一次电流，变压器一次空载电流为100mA左右。如果超出太多，则说明变压器有短路故障。测量空载电压：将变压器一次接入220V电压，分别测量二次电压，一般高压绕组的电压误差小于或等于10%，低压绕组的电压误差小于或等于5%，带中心抽头的2组对称绕组的电压误差小于或等于2%。,

33、上述测试结果会出现如下3种情况:,检测绝缘性能：,电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感L。,输出电压平均值:UL=0.9U2,谐波分量:f 越高，XL 越大,电压大部分降在电感上。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。,直流分量:XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上,电感滤波电路,(四)半导体二极管,二极管=PN结+管壳+引线,结构：,符号：,二极管电路的近似分析计算：,UD=0.7V,若E极性相反呢？,回路不通，无电流，UD=-10V，反偏。,二极管的主要参数,(1)最大整流电流IF,二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。,(2)反向击穿电压UBR,二极管反

34、向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压UBR。,(3)反向电流IR,在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。,(4)最高工作频率fM,维持单向导电性的最高工作频率值。,1.点接触型锗管，检波和小电流整流。2.硅面接触型整流管。,2023/10/4,二极管的用途？,1.限幅电路,2.钳位电路,3.电路中的元件保护,4.整流电路,整流管,电源电路,1二极管的分类,（1）按材料分类分锗管和硅管2大类,正向压降：锗管为0.2V，硅管为0.50.7V。反向漏电流锗管约为几百微安，硅管小于1A。PN结承受的温度：锗管约为100，硅

35、管约为200,（2）按用途分类分为普通二极管和特殊二极管,常用二极管的外形,常用二极管的电路符号,显示器件 发光二极管,正向电压较一般二极管高，电流为几 几十mA,符号：,LED,点亮电压约为1-3V一般作为电源指示或工作指示；,显示器件七段数码管,AG段用于显示数字,字符的笔画,（Dp显示小数点），,加上电压，全部开关闭合时数码管全部点亮,最小系统应用实例,显示器件（LED）点阵,8X8点阵64个发光管,16X16点阵256个发光管,8X8点阵接线图,可跟据实际要求适当提升。,多个8X8点阵的驱动电路,当稳压二极管工作在反向击穿状态下,工作电流IZ在Izmax和Izmin之间变化时,其两端电

36、压近似为常数,稳定电压,稳压二极管,稳压管是工作在反向击穿区的特殊二极管（面结型、硅、高掺杂）,正向同二极管,反偏电压UZ 反向击穿,UZ,稳压二极管的主要参数,(1)稳定电压UZ,(2)动态电阻rZ,在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。,rZ=U/I rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。,(3)最小稳定工作 电流IZmin,保证稳压管击穿所对应的电流，若IZIZmin则不能稳压。,(4)最大稳定工作电流IZmax,超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。,如何使用稳压管构成简单的稳压电路？,讨论：,公厕自动冲水控制器电路,2.常用二极管的特性,3二极管的简易测试,（1）极

37、性识别方法,常用二极管的外壳上均印有型号和标记。标记箭头所指的方向为阴极。有的二极管只有一个色点，有色的一端为阴极；有的带定位标志，判别时，观察者面对管底，由定位标志起，按顺时针方向，引线依次为正极和负极，,（2）检测方法,单向导电性的检测。,（a）测得的反向电阻（几百千欧）和正向电阻（几千欧）之比在100以上，表明二极管性能良好。,（b）反、正向电阻之比为几十、甚至几百，表明二极管单向导电性不佳，不宜使用。,（c）正、反向电阻为无限大，表明二极管断路。,（d）正、反向电阻为零，表明二极管短路。,注：检测小功率二极管时应将万用表置于R100挡或R1k挡；检测中、大功率二极管时，方可将量程置于R

38、1挡或R10挡。,二极管极性的判断,将万用表的两表笔分别接触二极管的2个电极，若测出的电阻为几十欧、几百欧或几千欧，则黑表笔所接触的电极为二极管的正极，红表笔所接触的电极是二极管的负极，如图a,若测出来的电阻为几十千欧至几百千欧，则黑表笔所接触的电极为二极管的负极，红表笔所接触的电极为二极管的正极，如图b,二极管极性的判断,4二极管的选用,（1）类型选择,按照用途选择二极管的类型。,检波用点接触型普通二极管，整流用面接触型普通二极管或整流二极管，光电转换用光电二极管，开关电路用开关二极管等。,检波二极管的选用,选择工作频率高、反向电流小、正向电流足够大的检波二极管。,整流二极管的选用,考虑最大

39、整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。,普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可，例如1N系列、2CZ系列、RLR系列等。开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管，应选用工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管（例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等）或选择快恢复二极管。,稳压二极管的选用,稳压二极管的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同,稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载电流50%左右。,开关二极管的选用,中速开关电路和检波电路，可以选用2AK系列普通开关二极管。高速开关电路可

40、以选用RLS系列、1SS系列、1N系列、2CK系列高速开关二极管。要根据应用电路的主要参数（例如正向电流、最高反向电压、反向恢复时间等）来选择开关二极管的具体型号。,变容二极管的选用,应着重考虑其工作频率、最高反向工作电压、最大正向电流和零偏压结电容等参数是否符合应用电路的要求，应选用结电容变化大、高Q值、反向漏电流小的变容二极管。,（2）参数选择,（3）材料选择,要求正向压降小的选锗管；要求反向电流小的选硅管；要求反向电压高、耐高压的选硅管。,（五）三极管,结构和符号,NPN型,PNP型,符号:,三极管的实验电路,晶体管三个电极电流关系数据：,1.电流放大作用。,2.电流控制电流的元件。（流

41、控元件）,IE=IC+IB,直流模型,（a）发射结正向偏置，集电结反向偏置；（b）电流关系式：IC=IB；,（c）对NPN型的三极管，有电位关系：UCUBUE；（d）对NPN型硅三极管，UBE0.7V；对NPN型锗三极管，UBE0.2V。,（a）发射结和集电结均反向偏置；（b）若不计穿透电流ICEO，IB、IC近似为0；（c）三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个开关断开。,1.三极管的发射结和集电结均正向偏置；2.UCE的值很小，称为饱和压降，用UCES表示。（一般硅三极管的UCES约为0.3V，锗三极管的UCES约为0.1V）3.三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一

42、个开关导通。,1.利用饱和区和截止区的特点：,非门,应用电路：,2.控制开关：,BJT的主要参数,1.共发射极交流电流放大系数：,当信号频率增加时，三极管的 将会下降。当 下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。,2.特征频率fT,3.集电极最大允许电流ICM,4.集电极最大允许功率损耗PCM,5.反向击穿电压:,双极型三极管的参数,1.8550(PNP)、8050(NPN),2.9012(PNP型)、9013、9014、9018（NPN）,中小功率塑料三极管管脚的判断方法：1.平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为e b c,常用型号：,低电压,大电流,小信号硅三极管.,主

43、要用途：开关应用、射频放大,2.定位销向左，三个引脚朝上放置，则从顺时针依次为e b c,大功率晶体三极管外形：,三极管的分类,依工作频率分为高频三极管（T3MHz）、低频三极管（T1W）、中功率三极管（PC在0.51W）和小功率三极管（PC0.5W）。,5三极管的选用,（1）类型选择,1.按电路的工作频率，可分低频放大和高频放大，应选用相应的低频管或高频管,2.若要求管子工作在开关状态，应选用开关管,3.根据集电极电流和耗散功率的大小，可分别选用小功率管或大功率管，一般集电极电流在0.5A以上、集电极耗散功率在1W以上的选用大功率三极管，而集电极电流在0.1A以下的称小功率管；,4.按电路要

44、求，选用NPN型管或PNP型管等。,（2）参数选择,4个参数，即、U（BR）CEO、ICM和PCM，,注意事项,1.安装时焊点距管壳不要太近。2.大功率管的散热器与管壳的接触面应平整光滑，中间应涂抹硅脂，要拧紧固定螺丝，使大功率管的散热器与管壳的接触良好。,（六）晶闸管（SCR）,晶闸管俗称可控硅，分为单向可控硅和双向可控硅。,1.常用晶闸管的外形：,2.可控硅的符号,单向的有MCR100等，双向的有TLC336等,3.晶闸管的伏安特性,1）单向可控硅的特性：1.阳极（A）和控制极（G）同时接正向电压时，呈现导通状态。2.当阳极（A）接反向电压，或者阳极（A）接正向电压但控制极不加电压时，不导

45、通。,控制极（G）,阳极（A）,阴极(k),4.特性及工作条件,2）双向可控硅的特性,1.B、A之间有触发电压时SCR导通。2.B、A之间没有触发电压时SCR就截止。,图1-8-4 可控硅的触发特性,双向可控硅是在单向可控硅的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。,应用电路,光控电路：VD整流，RV降压，VZ稳压在15V左右，使VT1具备了工作条件，有光照且使电流在6-20mA时可控硅导通，RL得到电压而工作。,晶闸管的型号:,KP系列参数表示方式,如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。,3CT系列参数表

46、示方式,过热保护电路,一种电压控制隔离开关，常用于弱电对强电的控制电路或电控开关的执行器件。,（七）继电器,图中虚线框内即为电磁继电器，D为动触点，E为静触点,当线圈 A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路。,控制电路的工作原理：天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低

47、电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭,当照度下降到设定值时，由于光敏电阻阻值上升激发VT1导通，VT2的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制。,对于继电器的“常开、常闭”触点：常开触点:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,常闭触点:处于接通状态的静触点.,先了解必要的条件：控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式

48、的触点。,继电器 HRS4HS-DC5V,线圈工作电压：5VDC,光敏器件,电子蜡烛：接通电源后，当光敏三极管3DU无光照时可控硅VS触发端G因无触发电流而关断，灯ZD不亮。当点燃火柴并靠近3DU时，其c、e极间电阻迅速降低，VS导通，灯亮。当火柴熄灭后，由于VS有自锁功能，灯一直亮着。若对着气动开关SA1吹气，SA1的动片被吹离触点，切断了灯和VS的电源，灯灭。由于VS有自锁功能，SA1复原接通电源，灯也不会亮，只有再点燃火柴用光照光敏三极管才行。灯就象电子蜡烛。,光敏电阻的应用1）照度监视器 RG、R1、RW为采光电路，T1、T2为差动放大电路，T3为复合开关，IC为音乐集成电路，T4、T

49、5为复合功率放大电路，当光照低于100lx时，RG值大，T1截止，T2、T3导通，IC工作，扬声器发声；当光照高于100lx时，RG值小，T1导通，T2、T3截止，IC不工作，扬声器不发声；,温度报警器的工作电路，如图所示：其工作原理：常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，Rl的阻值不同，则报警温度不同,传感器：,温度传感器的应用测温仪,非接触式红外测温仪,由于物体的温度不同，

50、发射红外线的情况也不同，因此利用红外线敏感元件可以实现无接触测温,电阻式传感器电子称,原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。,采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。,电容式传感器驻极体电容传声器,霍尔转速传感器 汽车防抱死装置（ABS）中的应用,若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。,带有微型磁铁的霍尔传感器,钢质,霍尔,五官与传感器,简易机器人常用传感器,接触开关红外光电传感器超声波传感