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1、安全监控系统的应用与维护,魏引尚,内容提要,电子电路相关基础知识 监控系统的日常维修及养护,1 半导体二极管,1.1 半导体二极管的结构、符号及类型 1.1.1结构符号 二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图1.0所示,在图1.0(b)所示电路符号中,箭头指向为正向导通电流方向。 ,图1.0 二极管结构、符号及外形举例 (a)结构；(b)符号；(c)外形,1.2类型 (1）按材料分:有硅二极管,锗二极管和砷化镓二极管等。 (2）按结构分:根据PN结面积大小,有点接触型、面接触型二极管。 (3）按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电、变容、阻尼等二极管。 (4）按封装形式分:有塑封及金属封等
2、二极管。 (5）按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。,1.2.1半导体二极管的命名方法 半导体器件的型号由五个部分组成,如图1.1所示。其型号组成部分的符号及其意义见附录一。如2AP9,“2”表示电极数为2,“A”表示N型锗材料,“P”表示普通管,“9”表示序号。,图1.1 半导体器件的型号组成,1.2.2 半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的核心是PN结,它的特性就是PN结的特性单向导电性。常利用伏安特性曲线来形象地描述二极管的单向导电性。 若以电压为横坐标,电流为纵坐标,用作图法把电压、电流的对应值用平滑的曲线连接起来,就构成二极管的伏安特性曲线,如图1.2所示（图中虚线为锗管的
3、伏安特性,实线为硅管的伏安特性）。下面对二极管伏安特性曲线加以说明。,图1.2 二极管伏安特性曲线,1.2.3正向特性 二极管两端加正向电压时,就产生正向电流,当正向电压较小时,正向电流极小（几乎为零）,这一部分称为死区,相应的A(A)点的电压称为死区电压或门槛电压(也称阈值电压),硅管约为0.5V,锗管约为0.1V。 当正向电压超过门槛电压时,正向电流就会急剧地增大,二极管呈现很小电阻而处于导通状态。这时硅管的正向导通压降约为0.60.7V,锗管约为0.20.3V,如图1.2中AB(AB)段。 ,二极管正向导通时,要特别注意它的正向电流不能超过最大值,否则将烧坏PN结。 1.2.4. 反向特
4、性 二极管两端加上反向电压时,在开始很大范围内,二极管相当于非常大的电阻,反向电流很小,且不随反向电压而变化。此时的电流称之为反向饱和电流IR,见图1.2中OC（OC）段。 ,反向击穿特性 二极管反向电压加到一定数值时,反向电流急剧增大,这种现象称为反向击穿。此时对应的电压称为反向击穿电压,用UBR表示,如图1.11中CD(CD)段。 温度对特性的影响 由于二极管的核心是一个PN结,它的导电性能与温度有关,温度升高时二极管正向特性曲线向左移动,正向压降减小;反向特性曲线向下移动,反向电流增大。 ,1.3 二极管使用注意事项 二极管使用时，应注意以下事项： (1)二极管应按照用途、参数及使用环境
5、选择。 (2)使用二极管时,正、负极不可接反。通过二极管的电流,承受的反向电压及环境温度等都不应超过手册中所规定的极限值。 (3)更换二极管时,应用同类型或高一级的代替。 (4)二极管的引线弯曲处距离外壳端面应不小于2mm,以免造成引线折断或外壳破裂。,1.4 二极管的简易测试 将万用表置于R100或R1k()挡（R1挡电流太大,用R10k()挡电压太高,都易损坏管子）。如图1.3所示,图1.3 万用表简易测试二极管示意图 (a)电阻小；(b)电阻大, 按频率分：高频管、低频管；, 按功率分：小、中、大功率管；, 按半导体材料分：硅、锗管；,2.1 三极管的结构简介,三极管的类型：, 按结构分
6、：NPN和PNP管；,2.1 三极管的结构简介,(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管,半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。,2.1 三极管的结构简介,(a) NPN型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图 (c) NPN管的电路符号 (d) PNP管的电路符号,集成电路中典型NPN型BJT的截面图,2.1 三极管的结构简介,结构特点：, 发射区的掺杂浓度最高；, 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；, 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。,三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。
7、 外部条件：发射结正偏 集电结反偏,2.2 放大状态下三极管的工作原理,1. 内部载流子的传输过程,发射区：发射载流子 集电区：收集载流子 基区：传送和控制载流子 （以NPN为例）,由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。,IC= ICN+ ICBO,IB =IEP+ IBN- ICBO = IEP+ IEN - ICN ICBO = IE - IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,IE=IEN+ IEP,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,IC= ICN+ ICBO,通常 IC ICBO
8、,IE=IB+ IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,2.2 放大状态下三极管的工作原理,且令,2. 电流分配关系,2.2 放大状态下三极管的工作原理,3. 三极管的三种组态,共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。,共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,BJT的三种组态,2.2 放大状态下三极管的工作原理,共基极放大电路,4. 放大作用,电压放大倍数,vO = -iC RL = 0.98 V，,2.2 放大状态下BJT的工作原理,综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。 实现
9、这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。 （2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,2.2 放大状态下三极管的工作原理,示波器是利用电子束的电偏转来观察电压波形的一种常 用电子仪器，主要用于观察和测量电信号。一般的电学量（如电流、电功率、阻抗等）和可转化为电学量的非电学量（如温度、位移、速度、压力、光强、磁场、频率）以及它们随时间变化的规律都可以用示波器来观测。示波器在结构上都包含几个基本的部分： 示波管、水平放大器、竖直放大器、扫描发生器、触发同步和直流电源等。 通用示波器主要包括简易示波器、示教示波器、高灵敏度示波器、慢扫描示波器、
10、多线示波器、多踪示波器等等 示波器可喻为电子工程师的“眼睛”，在实验中扮演着极为重要角色。 以Tektronix TDS 1002示波器为例进行介绍。,3.1 示波器概述,探头由四个部件组成，使用探头过程中应防止部件丢失。,3.2 P2200无源电压探头,开关在1X 位置时，P2200 探头的带宽为6 MHz 开关在10X 位置时，其带宽为200 MHz,使用过程中应注意使探头衰减选择与示波器“探头”选项设置一致,3.2 P2200无源电压探头,1.存储/调出（SAVE/RECALL）。存储和取回波形和波形到内存或软盘。,2.测量（MESSURE）。执行自动化的波形测量。,3.采样（ACQUI
11、RE）。采样设置。,4.工具（UTILITY）。激活系统工具功能，诸如选择语言。,5.光标（CURSOR）。激活光标，测量波形参数。,6.显示（DISPLAY ）。改变波形外观和显示屏。,7.帮助（HELP）。激活帮助系统。,8.默认设置（DEFAULT SETUP）。恢复出厂设置。,9.自动设置（AUTO SET）。自动的设置垂直、水平和触发器控制器用于可用的显示。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,10.单序（SINGLE SEQ）。一次单脉冲捕获设置触发参数至正确位置。,11.运行/停止（RUN/STOP）。停止和重新启动捕获。,12.打印设置（PRINT）。打印机设
12、置。,3.3示波器面板按钮介绍,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12,11,13,14,15,1.垂直位置(VERTICAL POSITION)。调节所选波形的垂直位置（可调节光标1位置）。,2.通道1菜单(CH1 MENU)。显示/关闭CH1通道波形。,3. 垂直刻度(VOLTS/DIV)。调整所选波形的垂直刻度系数。,4. 运算菜单(MATH MENU)。显示所选运算类型、波形。,5. 水平位置(HORIZONTAL POSITION)。调节相对于已捕获波形的触发点位置。,6. 水平视窗菜单 (HORIZONTAL MENU)。调节水平视窗及释抑电平。,7. SET TO ZER
13、O 。设置相对于已捕获波形的触发点到中点。,8. 水平刻度（SEC/DIV）。调整所选波形的水平刻度系数。,9.触发电平（TRIGGER LEVEL）。调节触发电平。,10.触发菜单（TRIG MENU）。调节触发功能。,3.3示波器面板按钮介绍,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12,11,13,14,16,11.SET TO 50% 设置触发电平至中点。,12.强制触发（FORCE TRIG）。 强制进行一次立即触发事件。,13.触发线（TRIG VIEW）。 显示垂直触发点位置。,14.探头检查（PROBE CHECK）。 调节探头补偿。,15.外部触发（EXT TRIG）。使用
14、TekProbe介面进行外部触发输入。,15,16.屏幕按钮 。根据屏幕显示调节对应的选项。,3.3示波器面板按钮介绍,1.打开电源，等待确认所有自检通过。,功能检查：,2.将示波器探头连接至PROBE COMP 连接器。,3.按下【AUTOSET】按钮，在显示屏上会显示一个方形波（约5V，1KHz）。 4.调整【VOLT/DIV】改变每格电压值，调整【SEC/DIV】改变每格对应时间值，按【RUN/STOP】切换可观擦动态、静态波形。,3.4 示波器基本运用,1. 按下CH 1 MENU（CH 1 菜单） “探头” “电压” “衰减”选项并选择10X。在P2220探头上将开关设定到10X 并
15、将探头连接到示波器的通道1 上。如果使用探头钩式端部，请确保钩式端部牢固地插在探头上。 2. 将探头端部连接到探头元件5V1kHz 终端，将基准导线连接到探头元件机箱接地终端。显示通道，然后按下“自动设置” 按钮。 3. 检查所显示波形的形状。 4. 如有必要，请调整探头。,3.4.1 手动探头补偿,使用光标可快速对波形进行时间和振幅测量。 时间测量步骤： 1. 按下CURSOR（光标）按钮查看Cursor（光标）菜单。 2. 按下“类型” “时间”。 3. 按下“信源” CH1。 4. 旋转多用途旋钮【CURSOR1】，将光标置于第一个测量点。 5. 旋转多用途旋钮【CURSOR2】 ，将光
16、标置于第二个测量点。,3.4.3 示波器使用基础-光标使用,电压测量步骤： 8. 按下“类型” “幅度”。 10. 旋转多用途旋钮【CURSOR1】 ，将光标1置于第一个测量点。 12. 旋转多用途旋钮【CURSOR2】 ，将光标2 置于第二个测量点。,类似与时间测量，在显示界面右侧可读出电压测量的相关参数。,3.4.3 示波器使用基础-光标使用,通过按【MATH MENU】按键切换到信号数学运算界面，通过选择“操作”类型（分别有FFT、+、）可实现对单路信号做FFT分析，双路信号加减运算。在FFT模式下可通过“信源”选择输入信号通道，可切换“窗口”选择FFT观察窗类型。 在FFT分析时也可使用光标辅助观察信号频谱特性，操作和前述光标使用一致，对信号加减运算操作和FFT分析操作类似。,3.4.4 示波器使用基础-数学计算,在双通道观察模式下需选
