工程师基础培训 (2)教学提纲

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1、工程师基础培训基本元器件认识,鲍俊成 十堰市太和医院医学工程部,湖北省医学工程分会青年委员会 -青年工程师交流的平台,1,分离元器件介绍,单片机相关基础,电源知识介绍,结束语,内容大纲,电子系统的简介,2,1 电子系统的简介,传感器接收器,隔离、滤波、放大,运算、转换、比较,功放,一个复杂电子产品内部的信号流程，大致可以用下图概述,3,1 电子系统的简介,5,2 分离元器件介绍,电阻/电容/电感/电位器,二极管/三极管/可控硅,其他,变压器/整流桥/稳压器,开关/插接件/继电器,集成电路,元器件是构成复杂电子电路的最小元素，更是学习电路的基础,复杂电路,6,2.1 电阻/电感/电容/电位器,是

2、电子线路中不可缺少的一种器件，在电路中的作用是：缓冲、分压分流、保护等。,电阻,也是最基本的元件之一。在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时等。,电容,多被用在储能、滤波、延迟和振荡等方面，是保障电路稳定安全运行的重要元件。,电感,与可变电阻工作原理相同，在电路中，主要用作分压电路,电位器,7,2.1.1 电阻,普通电阻的种类 碳膜电阻 金属膜电阻 绕线电阻 水泥电阻 贴片电阻 电阻在电路中的作用 分流、限流、分压、偏置、阻抗匹配、缓冲、负载、保护等作用 电阻的参数 阻值：电阻标称的阻值称为标称阻值，单位为。 额定功率：是指电阻在电路中允许消耗的最大功率，常用的有1/8、1/4、1

3、/2、1、2 、3、5、10、20瓦等。选用电阻的时候，要留一定的余量。,8,2.1.1 电阻,普通电阻的标识方法 直标法：将电阻的标称值用数字和文字符号直接标注在电阻体上 文字符号法：将电阻的标称值和允许误差用数字和字母按一定规律组合标示在电阻体上。 只要是R在最前面，即表示阻值小于1，如0.22=R22，而2R2=2.2；只要出现R或者R在最后面，即表示阻值小于1K,如220=220R、22=22R、22.1=22R1；只要是出现K或者K在最后面，即表示阻值大于1K，如2200=2K2、22000=22K、2210000=2.21M=2M21 色环法：普通电阻用四色环表示，精密电阻用五色环

4、表示。紧靠电阻体一端头的色环为第一环，露着电阻体本色较多的另一端头为末环。最边缘的色环如果为金色或者银色，则该色环必为最后一环。,9,2.1.1 电阻,电阻的色码标识,10,2.1.2 电容,电容的分类 根据介质的不同，分为陶瓷、云母、纸质、薄膜、电解电容几种。 电容的参数和选用 主要参数是容量和耐压值 常用的容量单位有F （10-6F ）、nF（10-9F ）和PF （10-12F ），标注方法与电阻相同。 电容的选用应考虑使用频率、耐压。电解电容还应注意极性，使正极接到直流高电位，还应考虑使用温度。,11,因其隔断直流、连通交流、阻止低频的特性，广泛应用在耦合、隔直、旁路、滤波、调谐、能量

5、转换和自动控制等场合。,1、滤波电容：它接在直流电压的正负极之间，以滤除直流电源中不需要的交流成分，使直流电平滑，通常采用大容量的电解电容，也可以在电路中同时并接其它类型的小容量电容以滤除高频交流电。 2、退耦电容：并接于放大电路的电源正负极之间，防止由电源内阻形成的正反馈而引起的寄生振荡。 3、旁路电容：在交直流信号的电路中，将电容并接在电阻两端或由电路的某点跨接到公共电位上，为交流信号或脉冲信号设置一条通路，避免交流信号成分因通过电阻产生压降衰减。 4、耦合电容：在交流信号处理电路中，用于连接信号源和信号处理电路或者作为两放大器的级间连接，用于隔断直流，让交流信号或脉冲信号通过，使前后级放

6、大电路的直流工作点互不影响。,2.1.2 电容,电容在电路中的作用,12,2.1.3 电感,电感的分类 按形式分为：固定电感、可变电感。 按导磁体性质分：空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。 按工作性质分：天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。 按绕线结构分类：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。 电感的主要参数 电感量L：表示线圈本身固有特性，与电流大小无关。除色码电感外，电感量一般不专门标注在线圈上，而以特定的名称标注。,13,2.1.3 电感,电感的主要参数 感抗：电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL，单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2fL 品质因

7、素Q：是表示线圈质量的一个物理量，Q为感抗XL与其等效的电阻的比值，即：Q=XL/R,线圈的Q值愈高，回路的损耗愈小。 分布电容：线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差，因而线圈的分布电容越小越好。,14,2.1.4 电位器,电位器与可变电阻 电位器的功率比效大、一般按装在机箱上有一个调整手柄便于人们调节。而可调电阻一般功率比较小，一般都按装在线路板上用于调整电路的电流，调好后一般不再调整，无调整手柄。 电位器的主要参数 分辨力：对于线绕电位器和线性电位器来说，分辨力是用动触点在绕组上每移动一匝所引起的电阻变化量与总电阻

8、的百分比表示。,15,2.1.4 电位器,电位器的主要参数 滑动噪声：滑动噪声是电位器特有的噪声。在改变电阻值时，由于电位器电阻分配不当、转动系统配合不当以及电位器存在接触电阻等原因，会使动触点在电阻体表面移动时，输出端除有有用信号外，还伴有随着信号起伏不定的噪声。 机械寿命 ： 电位器的机械寿命也称磨损寿命，常用机械耐久性表示。机械耐久性是指电位器在规定的试验条件下，动触点可靠运动的总次数，常用 周表示。,16,2.2 二极管/三极管/可控硅,是一个由N型半导体和P型半导体形成的PN结。主要特性是单向导电性。主要作用：稳压、整流、检波、开关、光电转换等。,二极管,具有放大、电子开关、控制等作

9、用，是电子电路与电子设备中广泛使用的半导体元件。,三极管,多被用在储能、滤波、延迟和振荡等方面，是保障电路稳定安全运行的重要元件。,可控硅,17,2.2.1 二极管,二极管分类 按材料来分：硅管、锗管 按结构来分：点接触型、面接触型 按用途来分：稳压管、整流管、检波管、开关管、变容管、发光管、光电管等。 二极管的主要参数 最大整流电流： 是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。 最高反向工作电压：加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会损坏二极管。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。,18,2.2.1 二极管,二极管的主要参数 额定正向工

10、作电流IF：是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。 反向击穿电压VBR：是指管子反向击穿时的电压值。一般手册上给出的最高反向工作电压UWRM约为击穿电压的一半。 反向电流IR：是指管子未击穿时的反向电流，其数值越小，则管子单向导电性越好。 最大浪涌电流Isurge ：是指允许流过的最大正向电流，该值为瞬间电流，一般为额定正向工作电流的20倍左右。,19,2.2.1 二极管,二极管的主要特性 正向特性和反向特性： 二极管两端加上的正向电压小于一定值时，正向电流很小，当正向电压增大到一定程度后，正向电流则迅速增大，并且正向电压稍增大一点，正向电流就增大许多。使二极管正向电流开始迅速增大的

11、正向电压UI成为起始电压。 给二极管加的反向电压小于一定值时，反向电流始终很小，当所加反向电压大到一定值时，反向电流迅速增大，二极管处于电击穿状态。使反向电流开始迅速增大的反向电压称为反向击穿电压UZ。,20,2.2.1 二极管,二极管的主要特性 正向压降基本不变特性和温度特性： 二极管正向导通后的管压降基本不变，但不是绝对不变的。下列因素会导致二极管管压降有一个微小的变化。当温度升高时，其管压降略有下降，当温度降低时，其管压降略有增大；当正向电流增大电流增大许多时，正向压降会有微小的增大。 正向电阻小、反向电阻大特性： 正向电阻是二极管正向导通后正、负极之间的电阻，这一电阻很小，即正向电阻小

12、；反向电阻是二极管处于反向偏置而未击穿时的电阻，这一电阻很大，即反向电阻大。 反向电阻远远大于正向电阻，并且希望越大越好。,21,2.2.2 三极管,三极管的分类 按材料分类：硅管、锗管 按结构分类：NPN管、PNP管 按功率分类：大功率管、中功 率管、 小功率管 按频率分类：高频管、低频管 按用途分类：放大管、检波管、 开关管、光电管等。 三极管的主要参数,22,2.2.2 三极管,三极管的主要参数 特征频率fT：当f= fT时，三极管完全失去电流放大功能。 工作电压/电流：用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围。 hFE：电流放大倍数。 VCEO：集电极发射极反向击穿电压，表示临界饱和时

13、的饱和电压。 PCM ：最大允许耗散功率。,23,2.2.2 三极管,三极管的主要应用 放大电路：三极管有三种基本的放大电路，即共射极放大器、共集电极放大器和共基极放大器，它还可以组成多级放大器等放大电路。 电子开关：给三极管的基极一个高电平信号，那么集电极和发射极就会导通，利用这个特点我们可以用一个或者几个三极管来作为电子开关，联合推动（用小三极管推动大功率三极管），三极管与阻容元件和电感线圈组合使用还可以形成振荡电路用于开关电源和高频电路中。,24,2.2.3 可控硅,可控硅简介 可控硅是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点

14、，是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。,25,2.2.3 可控硅,可控硅主要参数 额定正向平均电流（IF)：在环境温度小于40和标准散热条件下，允许连续通过晶闸管阳极的工频正弦波半波电流的平均值。 维持电流IH：在控制极开路且规定的环境温度下，晶闸管维持导通时的最小阳极电流。正向电流小于IH时，管子自动阻断。 触发电压UG和触发电流IG：室温下，当U=6V时使晶闸管从阻断到完全导通所需最小的控制极电压和电流。 正向重复峰值电压UDRM：控制极开路时，允许重复作用在晶闸管上的最大正向电压。一般UDRM=UBO8

15、0% 反向重复峰值电压URRM：控制极开路时，允许重复作用在晶闸管上的最大反向电压。一般UDRM=UBR80%,26,2.2.3 可控硅,可控硅工作原理 当晶闸管的阳极A和阴极C之间加正向电压且控制极和阴极之间也加正向电压时，J3处于导通状态。若T2管的基极电流为iB2，则其集电极电流为2iB2；T1管的基极电流iB1等于T2管的集电极电流2iB2，因而T1管的集电极电流iC1为12iB2；该电流又作为T2管的基极电流，再一次进行上述放大过程，形成正反馈。在很短的时间内（一般不超过几微秒），两支管子均进入饱和状态，使晶闸管完全导通，这个过程称为触发导通过程。晶闸管一旦导通，控制极就失去控制作用

16、，管子依靠内部的正反馈始终维持导通状态。,27,2.3 变压器/整流桥/三端稳压器,利用电磁感应改变交流电压的装置。主要功能：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离,变压器,整流桥就是将整流管封在一个壳内构成的一 个器件。分全桥和半桥,整流桥,分为输出电压固定和输出电压可调两种，二者基本原理相同，均采用串联型稳压电路,三端稳压器,28,2.3.1 变压器,变压器分类 按相数分： (1)单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。 (2)三相变压器：用于三相系统的升、降电压。 按冷却方式分: (1)干式变压器：依靠空气对流进行自然冷却或增加风机冷却。 (2)油浸式变压器：依靠油作冷却介质。,29,2.3.1 变压器,变压器分类 按用途分: (1)电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。 (2)仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。 (3)试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。 (4)特种变压器：如电