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電子基礎(chǔ)知識

序言：

很多學(xué)生在學(xué)習(xí)電子知識的時候，往往會被茫茫多的電子器件弄得焦頭爛額。對于電阻電容等電子器件的工作原理及作用并不是很清楚，本文主要以概念結(jié)合實際作用的兩個方面來對電阻、電容、二極管、三極管作介紹，目的就是為了梳理思路，從而對深入的學(xué)習(xí)找到突破口。

電阻：

1、什么是電阻：

電阻器(Resistor)在日常生活中一般直接稱為電阻。是一個限流元件，將電阻接在電路中后，電阻器的阻值是固定的一般是兩個引腳，它可限制通過它所連支路的電流大小。阻值不能改變的稱為固定電阻器。阻值可變的稱為電位器或可變電阻器。理想的電阻器是線性的，即通過電阻器的瞬時電流與外加瞬時電壓成正比。用于分壓的可變電阻器。在裸露的電阻體上，緊壓著一至兩個可移金屬觸點。觸點位置確定電阻體任一端與觸點間的阻值。

端電壓與電流有確定函數(shù)關(guān)系，體現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為其他形式能力的二端器件，用字母R來表示，單位為歐姆Ω。實際器件如燈泡，電熱絲，電阻器等均可表示為電阻器元件。

電阻元件的電阻值大小一般與溫度，材料，長度，還有橫截面積有關(guān)，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1℃時電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說它是一個耗能元件，電流經(jīng)過它就產(chǎn)生內(nèi)能。電阻在電路中通常起分壓、分流的作用。對信號來說，交流與直流信號都可以通過電阻

2、電阻在電路中有什么作用：

1、 為三極管提供偏置電壓：

三極管的基極需要直流工作電壓，此時可以用一只電阻接在直流工作電壓與該三極管基極之間，電源通過電阻R給基極提供偏置電壓，電阻的大小決定了偏置電壓的大小，這種電阻在電路中一般稱為偏置電阻。

2、 降低電路中某一點的電壓：

在電源與電路的某點之間接入電阻時，某點的電壓就比電源電壓低，可以為發(fā)光二極管提供合適的電壓。電阻同時限制該條支路的電流，保護(hù)發(fā)光二極管不會因為電流太大而燒壞，這種電阻在電路中一般稱為降壓電阻或者是限流電阻。

3、 將電路中兩部分子電路隔離：

在電路中的子電路A和子電路B之間接入隔離電阻，就能將這兩部分電路隔離，在黑白電視機(jī)電路中通常把電源電路和掃描等電路隔離就采用這種電路結(jié)構(gòu)，這種電阻在電路中一般稱為隔離電阻。

4、 將電流轉(zhuǎn)換成電壓：

當(dāng)電流流過電阻時，就在電阻兩端產(chǎn)生電壓，如圖集電極負(fù)載電阻R2就是起到這個作用的，將流過電阻R2的電流轉(zhuǎn)換成電壓從UO輸出，這種電阻在電路中一般稱為集電極負(fù)載電阻。

5、 分壓作用：

當(dāng)一個電壓U1太高時，可以用兩只電阻構(gòu)成分壓電路，降低電壓為U2，U2符合電阻分壓公式U2=U1*R2/(R1+R2) ，這種電阻在電路中一般稱為分壓電阻。

6、 分流作用：

當(dāng)流過一只元器件的電流太大時，可以用一只電阻與之并聯(lián)，起到分流作用，符合電流分流公式：I=I1+I2，這種電阻在電路中一般稱為分流電阻。

7、 限流保護(hù)作用：

電阻R1用來限制電路中電流，防止可變電阻器阻值調(diào)到最小時，使得三極管VT1基極電壓等于電源電壓VCC，那樣會因為VT1基極電流太大而損壞VT1，這種電阻在電路中一般稱為保護(hù)電阻。

8、 退偶作用：

在多級放大器電路中，直流電壓供電電路中需要R1和C1這樣的退耦電路，他可以防止多級放大器之間的有害低頻干擾，這種電阻在電路中一般稱為退耦電阻。

9、 消振作用：

在一些性能要求較高的放大器中，采用這樣的耦合電路，即在耦合回路中串聯(lián)一只小電阻R1，可以防止電路可以出現(xiàn)的高頻振蕩，這種電阻在電路中一般稱為消振電阻。

10、 阻尼作用：

在LC諧振電路中接入電阻R1，可以降低Q值，起阻尼作用，這種電阻在電路中一般稱為阻尼電阻。

11、 RC電路：

電路中電阻與電容組合在一起的電路稱為RC電路，圖中R1和C1構(gòu)成了RC串聯(lián)電路，R2和C2構(gòu)成了RC并聯(lián)電路。

12、 負(fù)反饋作用：

電阻器可以構(gòu)成多種形式的負(fù)反饋電路，電路中的電阻R1構(gòu)成了一種負(fù)反饋電路的反饋支路，這種電阻在電路中一般稱為反饋電阻。

電容：

1、什么是電容：

電容器，通常簡稱其容納電荷的本領(lǐng)為電容，用字母C表示。定義1：電容器，顧名思義，是‘裝電的容器’，是一種容納電荷的器件。英文名稱：capacitor。電容器是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于電路中的隔直通交，耦合，旁路，濾波，調(diào)諧回路， 能量轉(zhuǎn)換，控制等方面。定義2：電容器，任何兩個彼此絕緣且相隔很近的導(dǎo)體(包括導(dǎo)線)間都構(gòu)成一個電容器。

電容與電容器不同。電容為基本物理量，符號C，單位為F(法拉)。

通用公式C=Q/U平行板電容器專用公式：板間電場強(qiáng)度E=U/d ，電容器電容決定式 C=εS/4πkd

隨著電子信息技術(shù)的日新月異，數(shù)碼電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來越快，以平板電視(LCD和PDP)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等產(chǎn)品為主的消費類電子產(chǎn)品產(chǎn)銷量持續(xù)增長，帶動了電容器產(chǎn)業(yè)增長。

2、電容在電路中的作用：

1、 隔直流:

組織直流通過而讓交流通過。

2.旁路(去偶)：為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。

3.耦合：作為兩個電路之間的連接，允許交流信號通過并傳輸?shù)较乱患夒娐?/p>

用電容做耦合的元件，是為了將前級信號傳遞到后一級，并且隔斷前一級的直流對后一級的影響，使電路調(diào)試簡單，性能穩(wěn)定。

如果不加電容交流信號放大不會改變，只是各級工作點需重新設(shè)計，由于前后級影響，調(diào)試工作點非常困難，在多級時幾乎無法實現(xiàn)。

4.濾波：這個對 電路而言很重要，CPU背后的電容基本都是這個作用。

即頻率f越大，電容的阻抗Z越小。當(dāng)?shù)皖l時，電容C由于阻抗Z比較大，有用信號可以順利通過;當(dāng)高頻時，電容C由于阻抗Z已經(jīng)很小了，相當(dāng)于把高頻噪聲短路到GND上去了。

5.溫度補(bǔ)償：針對其它元件對溫度的適應(yīng)性不夠帶來的影響，而進(jìn)行補(bǔ)償，改善電路的穩(wěn)定性。

分析：由于定時電容的容量決定了行振蕩器的振蕩頻率，所以要求定時電容的容量非常穩(wěn)定，不隨環(huán)境濕度變化而變化，這樣才能使行振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定。因此采用正、負(fù)溫度系數(shù)的電容釋聯(lián)，進(jìn)行溫度互補(bǔ)。

當(dāng)工作溫度升高時，Cl的容量在增大，而C2的容量在減小，兩只電容并聯(lián)后的總?cè)萘繛閮芍浑娙萑萘恐�和，由于一個容量在增大而另一個在減小，所以總?cè)萘炕�本不變�?/p>

同理，在溫度降低時，一個電容的容量在減小而另一個在增大，總的容量基本不變，穩(wěn)定了振蕩頻率，實現(xiàn)溫度補(bǔ)償目的。

6.計時：電容器與電阻器配合使用，確定電路的時間常數(shù)

輸入信號由低向高跳變時，經(jīng)過緩沖1后輸入RC電路。電容充電的特性使B點的信號并不會跟隨輸入信號立即跳變，而是有一個逐漸變大的過程。當(dāng)變大到一定程度時，緩沖2翻轉(zhuǎn)，在輸出端得到了一個延遲的由低向高的跳變。

7.調(diào)諧：對與頻率相關(guān)的電路進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)諧，比如手機(jī)、收音機(jī)、電視機(jī)。

因為lc調(diào)諧的振蕩電路的諧振頻率是lc的函數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)振蕩電路的最大與最小諧振頻率之比隨著電容比的平方根變化。此處電容比是指反偏電壓最小時的電容與反偏電壓最大時的電容之比。因而，電路的調(diào)諧特征曲線(偏壓一諧振頻率)基本上是一條拋物線。

8.整流：在預(yù)定的時間開或者關(guān)半閉導(dǎo)體開關(guān)元件。

9、 儲能：儲存電能，用于必須要的時候釋放。例如相機(jī)閃光燈，加熱設(shè)備等等.(如今某些電容的儲能水平己經(jīng)接近鋰電池的水準(zhǔn)，一個電容儲存的電能可以供一個手機(jī)使用一天。

二極管：

1、什么是二極管：

電子元件當(dāng)中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。而變?nèi)荻�極管(Varicap Diode)則用來當(dāng)作電子式的可調(diào)電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流(Rectifying)”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓)，反向時阻斷 (稱為逆向偏壓)。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。

早期的真空電子二極管;它是一種能夠單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個PN結(jié)兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導(dǎo)性。一般來講，晶體二極管是一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的p-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓等于零時，由于p-n 結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。

早期的二極管包含“貓須晶體("Cat's Whisker" Crystals)”以及真空管(英國稱為“熱游離閥(Thermionic Valves)”)�，F(xiàn)今最普遍的二極管大多是使用半導(dǎo)體材料如硅或鍺。

2、二極管在電路中的作用：

1、 整流：利用二極管單項導(dǎo)電性，可以把方向交替變化的交流電變成單一方向的脈沖直流電。

2、 開關(guān)：二極管在正向電壓作用之下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān)，在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān)。利用二極管開關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。

3、 限幅：二極管正向?qū)�通后，它的正向壓降基本保持不�?硅管為0.7v，鍺管為0.3v)。利用這一特性，在電路中作為限幅原件，可以把信號幅度限制在一定范圍內(nèi)。

4、 續(xù)流：在開關(guān)電源的電感中繼電器等感性負(fù)載中起續(xù)流作用。

5、 檢波：在收音機(jī)中起檢波作用。檢波主要將高頻信號中的低頻信號檢出。

6、 變?nèi)荩嚎梢酝ㄟ^對其施加反向電壓來改變其PN結(jié)的靜電容量，從而達(dá)到變?nèi)莨δ�，�?jīng)常用于電視機(jī)高頻頭的頻道轉(zhuǎn)換和調(diào)諧電路。

7、 顯示：既是發(fā)光二極管。經(jīng)常用于VCD、DVD、計算機(jī)顯示器上。

8、 穩(wěn)壓：穩(wěn)壓二極管實質(zhì)上是一個面結(jié)型硅二極管，穩(wěn)壓二極管應(yīng)用在反向擊穿狀態(tài)。在二極管的制造工藝中，使它有低壓擊穿特性。穩(wěn)壓二極管的方向擊穿電壓恒定，在穩(wěn)壓電路中串入限流電阻，使穩(wěn)壓管擊穿后電流不超過允許值，因此擊穿狀態(tài)可以長期持續(xù)并不會損壞。

9、 觸發(fā)：觸發(fā)二極管又稱雙向觸發(fā)二極管(DIAC)屬于三層結(jié)構(gòu)，具有對稱性的二段半導(dǎo)體器件。常用來觸發(fā)雙向可控硅，在電路中作過壓保護(hù)等用途。

三極管：

1、什么是三極管：

三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號， 也用作無觸點開關(guān)。晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。

2、三極管在電路中有什么作用：

1、 放大作用：

a) 三極管工作在放大狀態(tài)，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

b) 輸入回路的設(shè)置應(yīng)當(dāng)使輸入信號耦合到三極管的輸入電極，形成變化的基極電流，從而產(chǎn)生三極管的電流控制關(guān)系，變成集電極電流的變化。

輸出回路的設(shè)置應(yīng)該保證將三極管放大以后的電流信號轉(zhuǎn)變成負(fù)載需要的電量形式(輸出電壓或輸出電流)。

2、 開關(guān)作用：

a) 基極必須串接電阻，保護(hù)基極

b) 基極根據(jù)PNP或者NPN管子加上拉電阻或者下拉電阻。

c) 集電極電阻阻值根據(jù)驅(qū)動電流實際情況調(diào)整。

基極和集電極需要串接電阻，作用是在輸入呈高阻態(tài)時使晶體管可靠截止，負(fù)載越重準(zhǔn)許的阻值就越大，通常采用10K量級。

防止三極管受噪聲信號的影響而產(chǎn)生誤動作，使晶體管截止更可靠!三極管的基極不能出現(xiàn)懸空，當(dāng)輸入信號不確定時(如輸入信號為高阻態(tài)時)，加下拉電阻，就能使有效接地。

總結(jié)：

相信通過上面簡單的介紹，同學(xué)可以對電子電路有一些初步的感性認(rèn)識。當(dāng)然這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。學(xué)習(xí)的確應(yīng)該從感性的認(rèn)識開始，建立初步概念，進(jìn)而激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。簡單的元件中也蘊(yùn)含著深奧的知識，只有不斷的學(xué)習(xí)，不斷的提高自己的思想境界才能對同一個問題進(jìn)行更加深入的解讀。