全国大学生电子设计竞赛专题培训-元器件及常用芯片

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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:/ 2. 高等教育出版社网站： 3. 北京赛区组委会指定网站： 4. 上海赛区组委会指定网站： http:/nuedc- 5. 湖北赛区组委会指定网站： 6. 四川赛区组委会指定网站： 7. 陕西赛区组委会指定网站： 8. 黑龙江赛区组委会指定网站：,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。 选好团

2、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

3、历届竞赛都会出现,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

4、片机，MSP430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

5、，可直接使用I/O口，也可以使用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，

6、为节省宝贵的时间，最好使用液晶模块，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

7、放大器（ A791，D41）,4 前向通道,常用集成运算放大器： 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

8、（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，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，MAX

9、197等 还有 型16位（AD7715）,24位（AD7714）等，内含放大，调理，滤波等单元电路；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

10、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。,17,芯片手册 主要芯片厂家 http:/www.maxim- ,18,技术资料 中国电子开发网论坛： 程序员联合开发网： csdn 下载网： 电子工程世界论坛： 电子工程世界： 电子产品世界：,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

11、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，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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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”、

18、“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“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

19、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

20、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： 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

21、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

22、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：,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

23、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。

24、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0.471

25、0F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

26、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

27、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。

28、 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

29、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

30、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”

31、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

32、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、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

33、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%。,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

34、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

35、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。,2020/9/3,二极管的用途？,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,

36、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

37、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

38、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R1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

39、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

40、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

41、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；

42、,（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：,BJ

43、T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

44、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.按电路要求，选用NPN型管或PNP型管等。,（2）参数选择,4个参数，即

45、、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，不导通。,控制极（G）,阳极（A）,阴极(k),4.

46、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系列参数表示方式,过热保护电路,一种电压控制隔离开关，

47、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电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接

48、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、什么形式的触点。,继电器 HRS4HS-DC5

49、V,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、T5为复合功率

50、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

51、不同，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 超声波传感器 位置位移传感器 力觉传感器 听觉传感器 视觉传感器,感谢观赏,2013,