第2章

常用電子元器件的應用第2章

常用電子元器件的應用2.1電阻器2.2電容器2.3晶體管2.4表面貼裝元器件2.5光電耦合器2.6繼電器2.7功率驅(qū)動2.8顯示器件第2章

常用電子元器件的應用本章從設計的角度出發(fā)，扼要介紹幾種常用電子元器件的原理與特性。設計時選用各種電子元器件通常遵循以下三條原則：1、元器件的技術(shù)參數(shù)必須完全滿足系統(tǒng)的要求，并留有合理的余地；2、最高性能/價格比；3、滿足系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要示（如體積、封裝形式等）。

2.1電阻器電阻器是一種無源電子元件，是構(gòu)成電路不可或缺、也是使用最多的基本元件之一。據(jù)統(tǒng)計，在典型電子系統(tǒng)的諸多電子元器件中，電阻器占元器件總數(shù)的40%以上，雖不起眼，但十分重要。

2.1.1主要技術(shù)參數(shù)1、標稱阻值標注于電阻體上的名義阻值。阻值的單位為：=10-3=10-6M=10-9G1/4W以上的金屬膜電阻采用直接標注法。1/4W及1/4W以下的金屬膜電阻采用四色或五色環(huán)標注。

2、允許誤差其中：R標為標稱阻值，R實為實際阻值。表2.1.2表示了幾種允許誤差值。其中市場上金屬膜電阻中最常見的為5%?！?%屬精密電阻范疇。目前精密電阻的允許誤差可達0.001%.電阻生產(chǎn)廠家，根據(jù)電阻的種類和允許誤差，按表2.1.2系列標稱值生產(chǎn)普通固定電阻器。它覆蓋了一定允許誤差下的數(shù)個阻值范圍。

表2.1.2普通固定電阻標稱值系列

允許誤差

50%1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.110%1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.220%1.01.52.23.34.76.83、額定功率在正常的大氣壓力90～106.6kPa及環(huán)境溫度為-55～+70℃的條件下,電阻長期工作所允許耗散的最大功率。表2.1.3為各種電阻額定功率的標稱系列值.通常額定功率與電阻的體積直接相關(guān),即體積愈大額定功率愈高。

表2.1.3電阻器額定功率標稱系列值

類型標稱值額定功率(w)線繞固定電阻器0.050.1250.250.512481016254075100150250500電位器0.250.1250.250.5125102550100非線繞固定電阻器0.050.1250.250.5125102550100電位器0.0250.050.10.250.51234、最高工作電壓定義：允許的最大連續(xù)工作電壓。部分碳膜、金屬膜電阻的最高工作電壓如表2.1.4和表2.1.5所示。該電壓與氣壓有關(guān),氣壓愈低、最高工作電壓也愈低。

表2.1.4部份碳膜電阻器的最大工作電壓數(shù)規(guī)格型號額定功率(W)標稱電阻范圍最高工作電壓(V)RT-0.1250.1255.1Ω-1MΩ100RT-0.250.2510Ω-5.1MΩ350RT-0.50.510Ω-10MΩ400RT-1127Ω-10MΩ500RT-2247Ω-10MΩ750RT-5547Ω-10MΩ800RT-1010

1000表2.1.5部份碳膜電阻器的最大工作電壓數(shù)規(guī)格型號額定功率(W)標稱電阻范圍最高工作電壓(V)RT-0.1250.12530Ω-510MΩ150RT-0.250.2530Ω-1MΩ200RT-0.50.510Ω-1MΩ250RT-1130Ω-10MΩ300RT-2230Ω-10MΩ3505、溫度系數(shù)溫度系數(shù)為溫度每變化1℃，所引起的阻值相對變化的百分主率：溫度系數(shù)=式中：實際阻值的變化量，R實為實際阻值。6、噪聲產(chǎn)生于電阻體內(nèi)的一種不規(guī)則電壓變化，熱噪聲是由導體內(nèi)部不規(guī)則的電子自由運力所形成。此外還有電流噪聲。2.1.2分類、特性與應用場合1、普通電阻器與電位器的特性碳膜電阻是用結(jié)晶碳沉積在瓷棒上制成。改變碳膜厚度和用刻槽的方法變更電阻體的有效長度可精確控制其阻值。其高頻特性與阻值穩(wěn)定性較好，價格低廉，是民用電子產(chǎn)中的首選品種。金屬膜電阻的導電體是用真空蒸發(fā)等方法沉積在瓷棒上形成的。其導電體分別可以是合金膜、金屬氧化膜、金屬箔導。其阻值范圍寬，電性能優(yōu)于碳膜電阻，最高工作溫度可達155℃,價格適中，是目前市場中最常見的品種。常用于要求較高的電子系統(tǒng)中。線繞電阻和電位器是用電阻率大的鎳鉻、錳銅導電阻線繞制而成。耐高溫（能在300℃高溫下穩(wěn)定工作），噪聲較少，精度易做高，額定功率可以達300W，常用于制作精密電阻或應用于功率要求較大的低頻或電源電路中。由于分布電感大，不宜用于較高頻率的電路。2、幾種常用的特殊電阻

（1）敏感電阻敏感電阻是指器件特性對溫度、電壓、光照、溫度、氣體、壓力、磁場等作用敏感的電阻。Pt熱敏電阻是一種以金屬材料鉑（Pt）為敏感體的薄膜型熱敏電阻。這是一種性能、精度最優(yōu)越，線性度良好，價格昂貴的熱敏電阻，主要用于精確的溫度測量。例如Pt100,是0℃時阻值為100的Pt電阻。NTC是一種采用過度金屬氧化物混合壓制而成的熱敏電阻，其溫度系數(shù)一般為-2%～6%/℃?？捎糜跍y溫或電路的溫度補償。壓敏電阻是一種以氧化鋅為材料的對電壓敏感的片狀電阻。當電阻兩端的電壓到達某壓敏電壓值時，電阻迅速導通。常用于防雷擊電路和晶閘管過壓保護等。

2、幾種常用的特殊電阻濕敏電阻是由感濕層，電極，絕緣體組成，濕敏電阻主要包括氯化鋰濕敏電阻，碳濕敏電阻，氧化物濕敏電阻幾種。氧化鋰濕敏電阻隨濕度上升而電阻減小，缺點是測濕范圍小，特性不好，受溫度影響大。碳濕敏電阻缺點為低溫靈敏度低，阻值受溫度影響大。氧化物濕敏電阻性能較優(yōu)越，可長期使用，溫度影響小，阻值與溫度變化呈線性關(guān)系。光敏電阻是電導率隨著光照度的變化而變化的電子元件，當某種物質(zhì)受到光照時，載流子的濃度增加從而增加了電導率，這是光電導效應。常于來進行照度測量。力敏電阻是一種阻值隨壓力變化而變化的電阻，國外稱為壓電電阻器。所謂壓力電阻效應即半導體材料的電阻率隨機械應力的變化而變化的效應?？芍瞥筛鞣N力矩計，半導體話筒，壓力傳感器等。主要品種有硅力敏電阻器，硒碲合金力敏電阻器，相對而言，合金電阻器具有更高的靈敏度。氣敏電阻是利用某些半導體吸收某種氣體發(fā)生氧化還原反應的原理而制成，主要成分是金屬氧化物。主要品種有：金屬氧化物氣敏電阻、復合氧化物氣敏電阻、陶瓷氣敏電阻等。常用于氣體檢測。

（2）電阻網(wǎng)絡俗稱“電阻排”。它是以高鋁瓷做基體，采用高穩(wěn)定性、高可靠性的餳系玻璃釉電阻材料，在高溫下燒結(jié)而成。電阻網(wǎng)絡承受功率大（單個電阻1/8或1/4W），溫度系數(shù)?。ā?00ppm/℃）,阻值范圍寬（10～1M）,特別是體積小，適用小型化電子系統(tǒng)。圖2.1.2中所示各種電阻網(wǎng)絡中以4～10個電阻組成的邊側(cè)并聯(lián)單列直插型式的最為常見。

圖2.1.2電阻網(wǎng)絡(a)阻值相同的標準型電阻網(wǎng)絡；(b)分壓電阻網(wǎng)張；（c）混合電阻網(wǎng)絡；(d)R/2R電阻網(wǎng)張；（e）一種8×10邊側(cè)并聯(lián)單直插式電阻網(wǎng)絡外形（3）3296W型玻璃釉予調(diào)電位器圖2.1.3為該電位器的外形圖。這種電位器阻值范圍為100Ω～1MΩ，阻值允許誤差為±10%,接觸電阻變化為≤3%R或5Ω,耐壓640Vac,極根觸點電流100mA,額定功率為0.5W@70℃,溫度系數(shù)為±250ppm/℃(ppm=10-6),總機械行程為28±2圈。其標稱阻值如表2.1.7所示。由于允許使用者調(diào)節(jié)28圈，故廣泛用于電路里需要精細調(diào)整的場合。但由于結(jié)構(gòu)的限制，只能應用在頻率較低的電路里。

2.1.3電阻器的應用1、根據(jù)電路對電阻的要求，選取相應種類的電阻當完成電路設計時，首先需要根據(jù)電路對電阻工作頻率、功率、精度確定電阻的種類。例如阻值在30～10M之間，噪聲要求較小，功率不大于2W，工作頻率在10MHz以下,應優(yōu)先選用金屬膜電阻；如對電性能要求一般，便價格要低，則應選碳膜電阻；若實際電功率大于1W，且在低頻電路中使用，則可選線繞電阻；若工作頻率高于10MHz,則建議選用小型表貼電阻（見2.4節(jié)）。

2.1.3電阻器的應用2、根據(jù)誤差要求，按表2.1.2選系列標稱值[例1]LED限流電阻的選用圖2.1.4LED限流電路圖2.1.4是一種利用發(fā)光二極管LED指示電壓V的電路。有關(guān)LED的特性見2.8.2節(jié)。LED導通發(fā)光時的正向壓降V=1.2～1.7V,高亮LDE正常亮度對應的電流If=1～3mA.現(xiàn)取If=2mA,Vf=1.6V，則相應的限流電阻為[例1]LED限流電阻的選用

顯然限流電阻R的取值直接影響LED的亮度。因LED僅做為電壓有無的指示，故對亮度，也就是對R的誤差無要求?？紤]到市場最常見的是±5%的電阻，故根據(jù)表2.1.2可選1.6k或1.8的電阻均可。

[例2]DVM量程擴展電路[例2]DVM量程擴展電路圖2.1.5DVM量程擴展電路圖2.1.5是一個利用電阻衰減器進行數(shù)字電壓表(DVM)量程擴展地電路。設DVM的輸入電阻Ri=，R2=1KΩ，R1=9KΩ，則可將DVM基本量程擴展為Vi=10Vx。設DVM量程擴展的換檔允許誤差為±1%,則R1、R2的允許誤碼差應為±0.5%,即R1、R2必須選精密電阻。

3、減額設計從電子系統(tǒng)可靠性設計有式中：A為元器件失效率的加速度系數(shù),常數(shù)，通常=5,而減額因子S式中應力在電子系統(tǒng)中為一些常規(guī)物理量，如電壓、電流、功率、頻率、扇出等。（1）功率減額設計當應力為功率時，則對于薄膜電阻而言，通常S≤0.5，即P實際≥2P額定。對[例1]中的R而言，其實際消耗功率為故P額定≥13.6mW,根據(jù)表2.1.3即P額定可選為0.05W或0.125W。顯然實際的S將遠小于0.5,這將對統(tǒng)統(tǒng)的可靠性十分有利。

（2）電壓減額設計當電應力指電壓時，則若[例2]的Vx為20V,則擴展量程后，R1承受的最大電壓V實際（max）=180V?？紤]到器件發(fā)熱及溫度系數(shù)的影響，最好根據(jù)表2.1.6選用額定功率2W的金屬膜電阻，電壓減額因子常為S=0.5。當電阻應用于電壓超過100V的電路，選用時必須考慮電壓減額。

4、精確電阻的獲得在模擬電子電路中，許多場合都需要十分準確的電阻，如橋式傳感器、有源濾波器、精密電阻衰減器、電流一電壓變換器等等。精密電阻難以從市場上直接購得，往往必須向電阻生產(chǎn)廠家直接訂制。這種辦法供貨周期長、價格昂貴。直接用一只大于所需阻值的3296W型予調(diào)電阻可替代精密電阻。如果用圖2.1.6的辦法，使

R1≈0.9R,予調(diào)電阻W≈0.3R則可以更好地取代R，并且W很容易可調(diào)到1/1000的精度。例如9kΩ±0.5%的電阻可用一只8.2kΩ(±5%)的固定電阻和一只2kΩ的3296W予調(diào)電阻代替。

圖2.1.6精密電阻的替代5、注意噪聲和頻率特性的要求

（1）一般線繞電阻（無感線繞電阻除外）,具有較大的分布電感，高頻特性差。且在交流電通過時，周圍產(chǎn)生交變磁場，易產(chǎn)生磁干擾。（2）在低噪聲（如前置放大電路）和高頻電路中，優(yōu)先考慮選用片狀表貼電阻，其次為金屬膜電阻，而且功率減額應更充分一些，以降低熱噪聲。（3）同類電阻器在阻值相同時，功率大，高頻特性越差；在功率相同時，阻值越小，高頻性能越好。

6、上拉和下拉電阻的選用υiυi6、上拉和下拉電阻的選用對于TTL或LSTTL數(shù)字邏輯器件，圖2.1.7(a)中的上拉電阻應滿足

式中VIH≈3.4V,IIH≈40μA,若Vcc=5V，考慮到集成芯片參數(shù)的離散性，則R＜40kΩ，通常取10kΩ。若為HCMOS芯片，則R可以大得多。圖2.1.6(b)為8421BCD碼撥盤開關(guān)與MCU(微控制器—單片機)的數(shù)碼輸入接口電路。由于當今的MCU均為HCMOS型，故由電阻網(wǎng)絡構(gòu)成的上拉電阻可以選得相當大，通常在10kΩ～100kΩ之間。（c）圖中TTL/LSTTL集成電極開路門驅(qū)動同類邏輯門的上拉電阻（n個OC門中僅一個導通）上拉和下拉電阻的選用式中：VOL、VOH分別為門的輸出低/高平；IIM為流入OC門的最大允許電流，m為負載門的個數(shù)；IIL、IIH分別為負載門輸入低高電平的電流；n為OC門數(shù)；IOH為每個OC門輸出管截止時的漏電流。（d）圖若為TTL/LSTTL邏輯門，為保證下拉時的低電平，R必須小于或等于1。若為CMOS/HCMOS器件，R則可大到100。2.1.4數(shù)字電位器1、基本原理數(shù)字電位器（DCP）是一種可以由數(shù)字信號控制其阻值的電位器，其中一種的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可由圖2.1.8表示。2.1.4數(shù)字電位器現(xiàn)以美國Xicor(Intersil)公司的X9C102/103/104/105為例說明其基本特性。(1)三線串行接口（、U/、）(2)99個電阻陣列，100個可控點,調(diào)整端接入電阻約為40Ω(3)總電阻誤差±20%(4)端點電壓±5V(5)低功耗CMOS器件，VCC=5V,工作電流＜3mA，待機電流＜750μA(6)高可靠性，每位允許100,000次數(shù)據(jù)擦寫，數(shù)據(jù)保存期10年(7)總阻值

X9C102=1kΩ,X9C103=10kΩ，X9C506=50kΩ，X9C104=kΩ(8)封裝：SOIC和DIP其它各種數(shù)字電位器特性可參看光盤附錄。2、應用要點(1)由于調(diào)整端由模擬開關(guān)接至電阻陣列節(jié)點，故應用時VH、VHL必須與系統(tǒng)電源相關(guān)。最簡單的做法是VL接地（如果電路允許的話）；(2)數(shù)字電位器當電壓衰減器使用時，有

式中：Ni為輸入數(shù)字量，Nmax為抽頭點數(shù)，VHL為輸入待衰減的電壓；

應用要點(3)數(shù)字電位可以串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)使用，如圖2.1.19所示。

應用要點(4)調(diào)整端接入電阻的影響不容忽視。(5)數(shù)字電位器可用程序和按鈕兩個控制方式。如果采用程控，希望上電后控制在某一確定點。辦法是：在上電初始化時，先減去其最大點數(shù)Nmax。這樣不論上電后，數(shù)字電位器由于失電記憶在哪一個點，都可以回到0點。(6)據(jù)Xicor公司測定，在輸入1kHz信號的情況下，X9408數(shù)字電位器噪聲＜-110dB。在200kHz輸入時，變化為±0.5dB?？傊C波失真+噪聲＜-80dB。即數(shù)字電位器可以在200kHz以下頻率很好地工作。圖2.1.10為數(shù)字電位器的一些應用電路。

應用應用舉例2.1.5電阻衰減器的設計

1、簡單直流電阻衰減器圖2.1.12的簡單電阻衰減器(又稱分壓器)是電子電路最常見的電路之一。

2、交流衰減器

當衰減器負載的容抗(即負載電路的輸入電容)不可忽略時，衰減的高頻特性變差，如果傳濾的是脈沖信號，則輸出信號前沿明顯失真。這時就必須使用圖2.1.15的交流衰減器了。υi交流衰減器若在輸入端輸入一個如圖2.1.16(a)所示的矩形脈沖，則當(1)R1C1<R2C2時，輸出波形為圖(b)所示，是為“欠補償”。圖中。(2)R1C1>R2C2時，出現(xiàn)如圖(c)所示的“過補償”,如圖(c)所示。(3)R1C1=R2C2時，出現(xiàn)如圖（d）所示的“最佳補償”。圖2.1.17交流衰減器的應用

交流衰減器的應用交流衰減器的一個典型應用是示波器的10:1探極，如圖2.1.16(a)所示。圖中探極內(nèi)的C1為微調(diào)電容，調(diào)整它可獲最佳補償。圖（b）中的T1集電極向T2管基極傳送脈沖信號，考慮到T2的發(fā)射結(jié)電容，以及使T2由截止能快速飽和，以及由飽和向截止態(tài)轉(zhuǎn)換時，加快IbS的減少，都必須使用Cj。Cj稱為“加速電容”。顯然它工作在過補償狀態(tài)。

2.2電容器2.2.1電容器的主要技術(shù)參數(shù)1、標稱電容量標注于電容上的名義電容量。2、允許誤差標稱容量與實際容量相對誤差的百分比。3、額定工作電壓額定工作電壓又稱“耐壓”，是指在技術(shù)條件所規(guī)定的溫度下，長期工作電容器所能承受的最大直流電壓。4、損耗實際的電容器可以等效地看作是理想電容器的和介質(zhì)絕緣電阻的并聯(lián)，如圖2.2.1（a）所示。圖（b）為等效電路的矢量圖。其中δ角稱為“電容器的損耗角”。電容器的損耗指的是損耗角的正切值tgδ。一般電容器的損耗很少，只有電解電容器由于絕緣電阻較小而損耗較大。實際的電容器也可以等效地看作是理想電容器和損耗電阻（ESR）的串聯(lián)。

2.2.1電容器的主要技術(shù)參數(shù)5、漏電流理想電容器的介質(zhì)絕緣電阻為無窮大，漏電流為零。一般電容器的漏電電流極小，電解電容器漏電流較大，對鉭電解電容器而言，漏電流Iφ(uA)

＝KCV式中K=0.02，C為標稱容量，V為所加直流電壓。漏電流和環(huán)境溫度密切相關(guān)，環(huán)境溫度越高，漏電流愈大。絕緣電阻實際上是漏電電流另一種表述。一般電容的絕緣電阻可達幾百兆歐以上。6、溫度系數(shù)7、工作壽命2.2.2分類與特性表2.2.3幾種常用固定電容器的特點種類特點紙介電容器用兩片金屬箔作電極，用紙作介質(zhì)制成。其體積較小，容量可做得大；溫度系數(shù)大、穩(wěn)定性差、損耗大、且有較大固定電感，適用于要求不高的低頻電路。油浸紙介電容器將紙介電容浸在特別處理的油中，可使其耐壓增高。這種電容器容量大，但體積也較大。金屬化紙介電容器在電容紙上覆上一層金屬膜代替金屬箔，其結(jié)構(gòu)和性能類同紙介電容器，但體積和損耗較紙介電容器小，內(nèi)部紙介質(zhì)擊穿后有自愈作用。有機薄膜介質(zhì)電容器滌綸（極性介質(zhì)）電容器介質(zhì)常數(shù)較高，體積小，容量大，穩(wěn)定性好，適宜作旁路電容。聚苯乙烯（非極性介質(zhì)）電容介質(zhì)損耗小，絕電阻高，穩(wěn)定性好，溫度性能較差，可用作高頻電路和定時電路中RC時間常數(shù)電路。聚四氟乙?。ǚ菢O性介質(zhì)）電容器耐高溫（達250℃）和耐化學腐蝕，電參數(shù)和溫度、頻率特性好，但成本較高。表2.2.3幾種常用固定電容器的特點云母電容器用云母作介質(zhì)，其介質(zhì)損耗小，絕緣電阻大，精度高，穩(wěn)定性好，適用于高頻電路。陶瓷電容器用無線電陶瓷作介質(zhì)，其損耗小，絕緣電阻大，穩(wěn)定性、耍熱性能好，適用于高頻電路。鐵電陶瓷電容器耐壓高，損耗和溫度系數(shù)較大，穩(wěn)定性差，適用于低頻電路。獨石瓷介電容器（CT4/CC4）由多層陶瓷介質(zhì)構(gòu)成，電容值范圍寬：1PF~10μF，電性能良好，體積小，價格較低，但溫度系數(shù)較大，是目前市場上最常見的電容器。CT4為低頻獨石，CC4為高頻獨石。鋁電解電容器容量大，可達幾個法。成本較低，價格便宜，但漏電大，壽命短（存儲壽命小于5年），適用于電源濾波或低頻電路。鉭、鈮電解電容器體積小，容量大，性能穩(wěn)定，壽命長，絕緣電阻大，溫度特性好，但價格較貴，適用于要求較高的設備中。2.2.3電容器的應用1、根據(jù)電路特性的要求選用相應種類的電容器。根據(jù)電容器的電路中的作用（如濾波、去耦、耦合、振蕩、定時、儲能等）容量，工作頻率，準確度，承受的電壓等，情況選擇能滿足各項要求的電容器。2、根據(jù)電路對電容器誤差的要求，由表2.2.1選擇相應系列的標稱容量值。3、電壓減額設計電容器推薦的電壓減額因子S=0.5。即電容器的額定工作電壓必須比實際工作電壓大一倍以上。4、去耦電容的選用

圖2.2.2去耦電容的作用5、耦合電容圖2.2.3RC耦合電路

6、定時電容

圖2.2.4定時電容的應用

7、注意對電容的特殊要求在精密線性積分電路如雙積分ADC中，積分電容的電粘滯會導致在積分在最高點時，線性被破壞。故此地的積分電容必須采用粘滯效應很小、穩(wěn)定性好和低損耗的聚苯乙烯或聚碳酸脂電容。

8、數(shù)控電容器

X90100是一款可數(shù)控的電容器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.2.5所示。它由上電復位電路、控制作和非易失性NVRAM、1Cu~16Cu五個陣列電容、五只模擬開關(guān)組成。與數(shù)控電位器相同的SPI接口NVRAN1使上電時可調(diào)用上次電容的設定值。容量調(diào)整范圍：（每步0.23），共32級（單端方式）電容絕緣體高度穩(wěn)定，具有非常低的電壓系數(shù)良好的線性；誤差＜0.5LSB快速調(diào)整：最大遞增量僅需5MSOP封裝這種電容器可用在低成本再生接收器的調(diào)整、可調(diào)射頻站、低漂移振蕩器、電容傳感器調(diào)整以R工業(yè)無線控制等方面。2.2.5電解電容器的特性與應用在電子系統(tǒng)的各種電容器中以電解電容使用最多。鋁電解電容器有二個鋁箔電極，電極間為含有電解液的多孔狀材料。為增大電容量，二電極采用卷繞形式。制好的電解電容在規(guī)定的正負極間加上賦能直流電壓，電極間的電解液產(chǎn)生電解作用，在鋁箔上形成一層很薄的三氧化二鋁介質(zhì)，這才是電解電容器的絕緣介質(zhì)。這種介質(zhì)，絕緣性能較差，故電解電容器的絕緣電阻有時低達幾十千歐，而允許漏電流在0.2~1.4之間。其損耗也是電容器中最大的一種。

電解電容的特點

1、一般的電解電容的均為有極性電容，故只有使用在直流電路或雖有交流成份通過，但電容器兩端的電壓始終能保證其極性要求的電路里。如果不慎將電解電容的極性接反，則通電后，電容器內(nèi)部電解作用反向進，正常介質(zhì)逐漸消失，漏電流迅速加大，電容器將發(fā)熱，最終導致爆裂！2、在需要電容量大的交流中功率設備中，如UPS不間斷電源、中頻電源設備、洗衣機，必須選用無極性油浸低介電容器或聚苯乙烯電容器。在小功率場合，則可選用無極性電解電容。3、在某些應用場合，必須充分考慮電解電容器漏電的影響。

[例1]延時電路[例1]圖2.2.6（a）為一種由RC和CMOS反相器構(gòu)成的延時電路。圖（b）中的反相器轉(zhuǎn)移電平Vth≈0.5VDD。輸出負矩形脈沖較輸入信號延遲了≈0.69RC。但是當R和電解電容器C的絕緣電阻可擬時，電路輸入端的等效電路如圖(c)所示。其中r為電容器的絕緣電阻。利用戴維南定理,圖(c)可等效為圖(d)。其中等效電動勢1’=1r/(R+r),等效內(nèi)阻為rR/(r+R)。1′就是這種情況下C充電結(jié)束時的最大電壓。倘若r較小,就可能出現(xiàn)1′＜Vth的可能,以致反相器無法翻轉(zhuǎn),電路無法正常工作的情況。選用漏電流小的鉭、鈮電解電容是解決上述問題的辦法之一。

[例2][例2]在電力電子技術(shù)中，常常使用二個同額定工作電壓、同容量的鋁電解電容器串聯(lián)使用以提高耐壓。但由于電容器的絕緣電阻難以保證相同，二只電容按絕緣電阻分壓后，所承受的實際電壓不同，可能導致二只電容器先后擊穿。為保證均勻分壓，可用二只同阻值的電阻器分別和電容并聯(lián)，當然要求這種“均壓”電阻器的阻值應小于電容器的絕緣電阻。

電解電容的特點4、電解電容器的卷繞式結(jié)構(gòu)，使其高頻特性差，故做去耦等應用時，一般均并聯(lián)一只小容量的高頻特性好的瓷介電容，容量為0.01～0.1,如圖2.2.2所示。5、鉭電解電容器分為固體和液體兩種。固體鉭電解電容器其結(jié)構(gòu)是將金屬鉭的氧化物經(jīng)模壓工藝加工成形后，再用化學方法氧化處理，得到極薄的、表面粗糙的氧化鉭層，作為絕緣介質(zhì)，然后在其上涂覆一層氧化錳固體電解質(zhì)，再噴涂一層導電金屬箔焊接引線、封裝而成。液體鉭電解電容器是將液體電解液做負極。

電解電容的特點6、鈮電解電容器以稀有金屬鈮為原材料，其加工過程和特性與鉭電解電容器類似。7、普通鋁電解電容器的壽命通常為2,000小時。在需要長壽命的軍工產(chǎn)品中只能選用軍品，壽命可達5,000小時。在一些同樣要求長壽命的民用產(chǎn)品如家用三表中，則可以采用幾只電容器并聯(lián)的“冗余備份”辦法來解決。

2.3晶體管2.3.1硅二級管和硅整流橋1．硅整流二極管硅整流二極管除主要用于電源電路做整流元件外，如圖2.3.1所示還可以做限幅、鉗位、保護、隔離等多種靈活應用。圖（c）中J為電磁繼電器線圈，二級管將抑制此感性負載在晶體管T由飽和跳變到截止時所產(chǎn)生的大幅度的反向電動勢，從而保護T。圖（d）為脈沖微分限幅電路，將在輸出削去負尖脈沖。圖（e）為RAM數(shù)據(jù)保持電路。后備銀鋅電池E=3.6V，在RAM正常工作時，RAM由+5V電源供電，且可通過D對E充電。斷電時，RAM由E供電，D將E和電路+5V端隔離。圖（f）為RC充放電電路。充電通過D1R1進行，而放電則通過D2R2進行。硅整流二極管2．硅整流橋

常用硅整流橋分為單相半橋、單相全橋和三相全橋幾種，如圖2.3.2所示。其中單相全橋在小功率整流電流中應用廣泛，而三相全橋則在電力整流器、逆變器等大功率設備中使用。硅二級管3．檢波二極管和整流管不同之處在于工作在小信號、高頻率的電路中，如各種檢波器。故其電流小，結(jié)電容小，工作頻率高。4．肖特基（Schottky）二極管肖特基二極管是由金屬和半導體接觸形成的，其制造工藝與TTL電路相類似，工藝步驟比較復雜。它不是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕抢脛輭镜恼髯饔煤投鄶?shù)載流子導電，因而沒有少數(shù)載流子的存儲效應。因此具有反向恢復時間短（最低可達10ns）和正向壓降低（可達0.2V）的突出優(yōu)點。它主要用于開關(guān)穩(wěn)壓電流做整流和逆變器中作續(xù)流二極管。硅二級管5．快恢復（FastRecovery）二極管快恢復二極管工作原理與普通二極管相似，亦是利用PN結(jié)單向?qū)щ娦裕圃旃に嚺c普通二極管不同。它的擴散深度及外延層（外延型）可以精確控制，因而可獲得較高的開關(guān)速度，同時，在耐壓允許范圍內(nèi)，外延層可做得較薄，正向壓降較低。它的反向時間約為0.2～0.75

s。和肖特基二極管相比，其耐壓高得多。它主要也用在逆變電源中做整流元件，以降低關(guān)斷損耗，提高效率和減少噪聲。高速恢復二極管反向恢復時間可達25ns。設計電路選用各種二極管時應注意以下幾點：（1）電流減額電流減額因子S≤0.5。如圖2.3.1（a）的全波整流電路，若通過負載RL的平均電流IL<0.5A，則應選擇平均整流電流≥1A的普通硅整流二極管，如1N4000系列。（2）注意浪涌電流在某些應用場合，如圖2.3.1（f）中的充放電電路，在開始充電瞬間通過D1的電流最大，選管時應予注意。（3）反向峰值電壓圖2.3.1（a）中整流二極管承受的最高反向電壓VR=1.4V（V為變壓器Tr次級繞組電壓的有效值）。選管時應充分考慮電壓減額。設計電路選用各種二極管時應注意以下幾點：（4）正向管壓降在低電壓大電流的整流電路里，整流二極管的管壓峰不能忽略。對于圖2.3.1（e）的隔離二極管D，若希望RAM的VCC>4.8V，則可以選用正向壓降在0.1～0.2V之間的肖特基二極管。（5）工作頻率二極管的最高工作頻率與其結(jié)構(gòu)與工藝密切相關(guān)，例如普通硅整流管PN結(jié)為平臺結(jié)構(gòu)，結(jié)電容大，正向整流大，工作頻率低。2AP型鍺二極管為點接觸型，結(jié)電容小、工作頻率高，正向壓降也小。（6）反向漏電流2.3.2半導體三極管1．常用小功率半導體三極管2．通用功率管3．達林頓（Darlingtons）功率管4．雙極性半導體三極管選用時的注意事項

（1）首先必須根據(jù)電路的要求確定三極管的類型。多數(shù)場合設計者喜歡選用NPN型。但是如果需要低電平使三極和導通或需要采用互補推拉式（pull-push）輸出，則必需使用PNP型晶體管。（2）晶體管特性表一般均會給出極限參數(shù)，設計時必須對ICM、PCM、BVCEO（或V(BR)CEO—基極開路時的集電極發(fā)射極間的擊穿電壓）、BVEBO、ICBO、

、fT（特征頻率，fT=f

，f為工作頻率）等參數(shù)進行減額使用。其中由于BVCEO>BVCES>BVCER>BVCEO，所以只要BVCEO滿足要求就可以了。一般高頻工作時，fT的減額因子可選為0.1～0.2。雙極性半導體三極管選用時的注意事項（3）晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)時，一般應選用開關(guān)參數(shù)（ton、toff、Ccb、fT）好的開關(guān)晶體管。若選用普通晶體管，則需選用fT>100MHz的管子。而且實用時，其開關(guān)參數(shù)（如tr、tf）和集電極負載電阻、負載電容密切相關(guān)。集電極電阻愈小，開關(guān)速度愈快，但IC和管耗都會增加，應權(quán)衡決定。（4）小功率晶體管的共射極交流小信號電流放大系數(shù)

（hFE）較高，數(shù)字萬用表測的是直流hFE，和交流hFE接近，但有差異。大功率晶體管hFE要低得多。特別值得注意的是：即使是小功率晶體管在開關(guān)應用時，飽和狀態(tài)的hFE，也遠較正常值為小。雙極性半導體三極管選用時的注意事項（5）小功率晶體管應避免靠近發(fā)熱元件，以減小溫度對性能的影響。大功率晶體管必須根據(jù)實際耗散功率，固定在足夠面積的散熱器上。（6）部分通用型和達林頓型晶體管的集電極與發(fā)射極之間在管子內(nèi)部并聯(lián)了一只高速反向保護二極管。部分晶體管沒有這只二極管，需要時在外部并聯(lián)之。2.3.3場效應管場效應管（FET）因為通過它的電流只能是空穴電流或電子電流的一種，故又稱為單極性器件。又因為流經(jīng)該器件的電流受控于外加電壓所形成的電場，故稱為場效應管。各種場效應管的共同特點是：輸入阻抗極高，噪聲小，特性受溫度和輻射的影響小，因而特別適用于高靈敏度、低噪聲的電路里。1．結(jié)型場效應管2．絕緣柵金屬氧化物場效應管

3．FET應用時的注意事項（1）不同類型FET應加電壓的極性（2）不論是哪一類FET，它的柵極基本上不消耗電流，故要求輸入電阻很高時，應選用FET。（3）由于FET傳輸特性的非線性，其跨導與工作點有關(guān)，|VGS|愈低，gfs愈高。FET應用時的注意事項（4）MOS

FET珊極的絕緣性質(zhì)，易在外電場的作用下絕緣被擊穿，故保存和焊接時均應采取相應措施。焊接時電路鐵應妥善接地或絡鐵斷電焊接。（5）FET是多子導電，受溫度影響小。在工作溫度變化劇烈的場合，宜選用FET。（6）FET的低噪聲，使其特別適合在信噪比要求高的電路里使用，如高增益放大器的前級。2.3.4功率VMOS場效應晶體管1．VMOS器件的特點（1）開關(guān)速度非常快VMOS器件為多數(shù)載流子器件，不存在存貯效應，故開關(guān)速度快。一般低壓器件開關(guān)時間為10ns數(shù)量級，高壓器件為100ns數(shù)量級。適合于做高頻功率開關(guān)。

VMOS器件的特點（2）高輸入阻抗和低驅(qū)動其輸入電阻通常107Ω以上，直流驅(qū)動電流在0.1

A的數(shù)量級，故只要邏輯幅值超過VMOS的閾電壓（3.5V～4V），則可直接被CMOS和LSTTL、標準TTL等器件直接驅(qū)動，驅(qū)動電路簡單?？梢杂蒙侠娮杼岣唑?qū)動電平。上拉電阻值影響VMOS管開關(guān)時間。（3）安全工作區(qū)大VMOS器件無二次擊穿，安全工作區(qū)由器件的峰值電流、擊穿電壓的額定值和功率容量來決定，故工作安全，可靠性高。VMOS器件的特點（4）熱穩(wěn)定性好VMOS器件的最小導通電壓由導通電阻rDS(on)決定。低壓器件的rDS(on)甚小，但是隨著漏源間電壓的增加而增加，即漏極電流有負的溫度系數(shù)，使管耗隨溫度的變化得到了一定的自補償。（5）易于并聯(lián)使用VMOS可簡單并聯(lián)，以增加其電流容量。而雙極型器件并聯(lián)使用須增加均流電阻、內(nèi)部網(wǎng)絡匹配以及其它額外的保護裝置。VMOS器件的特點（6）跨導高度線性VMOS器件是一種短溝道器件，當VGS上升到一定值后，跨導基本為一恒定值，這就使其做為線性器件使用時，非線性失真大大減小。（7）管內(nèi)存在漏源二極管VMOS器件內(nèi)部漏源之間“寄生”了一個反向的漏源二極管，它的正向開關(guān)時間小于10ns，和快速恢復二極管類似也有一個100ns數(shù)量級的反向恢復時間trr。此二極管在實際電路中可起鉗位和消振的作用。VMOS器件的特點（8）注意防靜電破壞盡管VMOS器件有很大的輸入電容，不象一般MOS器件那樣對靜電放電很敏感，但由于它的柵源最大額定電壓約為

20V，遠遠低于100～2500V的靜電電壓，因此要注意采取防靜電措施：運輸時器件應放在抗靜電包裝或?qū)щ姷呐菽芰现?。拿取器件時要帶接地手鐲。最好在防靜電工作臺上操作。焊接要用接地電鉻鐵。在柵源間應接一個電阻保持低阻抗，必要時并20V的穩(wěn)壓管加以保護。VMOS應用實例VMOS器件由于具有雙極性晶體管不可比擬的優(yōu)點，其應用十分廣泛。圖2.3.6為幾種應用實例。圖（a）為燈泡壽命延長器。圖中L為15W～250W的鎢絲白熾燈，Rt為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，冷態(tài)電阻約1.65M

。初通電時，由于Rt很大，通過L的電流很小，隨著能電時間的增長，Rt電阻逐漸減小，L亮度逐步增加，約0.5s后降低至150k，L到達正常亮度。該電路可控制加于燈泡的10～15倍額定值的沖擊電流和降低由交流電源在燈絲上引起的機械應力（振動）VMOS應用實例圖（b）為某電池供電的便攜式儀器利用VMOS做為模擬開關(guān)的應用。由于電源開關(guān)為單觸點的薄膜開關(guān)而非雙觸點的機械開關(guān)，故使用了此電路。4043為四重RS觸發(fā)器。電路接通瞬間由0.1

F電容和100k

電阻使其Q=1，VMOS管斷。接下“開”按鈕時，R=0，Q=0，VMOS管通，電源通往用電回路。選用大電流管TP8P10（RDS

0.4

）以減小VMOS管導通損耗。VMOS應用實例圖（c）為VMOS簡單逆變電源。4011電路組成不對稱RC多諧振蕩器，它輸出的二個反相脈沖分別驅(qū)動T1和T2兩只VMOS，在升壓變壓器的次級可產(chǎn)生220V、50Hz的交流電。圖（d）中的RC不對稱多沿振蕩器產(chǎn)生約100kHz的方波控制VMOS管的通斷。D1、D2和二只0.1

F的電容構(gòu)成二倍壓整流電路。利用穩(wěn)壓管可獲得－(3～5)V的輸出。VMOS應用實例2.3.5晶體管陣列1．MC1411/1412/1413/1416七重達林頓晶體管陣列晶體管陣列與普通晶體管相比具有體積小，參數(shù)一致和可靠性高等優(yōu)點，在微機后向通道中應用較多，可直接驅(qū)動燈、繼電器或其它大電流負載。內(nèi)部的鉗位二極管特別適用于驅(qū)動感性負載。晶體管陣列2．功率MOSFET陣列圖2.3.10為P溝道功率MOSFET陣列的封裝及電連接圖，內(nèi)部封裝了4只MOSFET。主要用于電機、燈泡的驅(qū)動。它應用于開關(guān)狀態(tài)，驅(qū)動電平－4V。導通電性達0.8

。輸入電容190pF。2.4表面貼裝元器件表面貼裝元件（SMC）、表面貼裝器件（SMD）又稱為片狀無引腳LL（Lead-Less），元器件外形尺寸只有幾毫米、由于特殊的工藝及結(jié)構(gòu)，加上表面焊接技術(shù)（SMT），具有重量很輕、高頻噪聲小、抗干擾能力強而且耐振動沖擊性能好、便于全自動化生產(chǎn)等一系列突出的優(yōu)點，使電子系統(tǒng)的質(zhì)量產(chǎn)生了一個飛躍。表貼元器件分為無源元件（電阻器、電容器、電感器）和有源器件（晶體管、集成電路）二種。其外形有矩形、園柱形和異形三種。2.4.1表貼無源元器件1．矩形片狀電阻矩形片狀電阻是片狀元器件中用量最大的一種元器件，矩形片狀電阻的外形如圖2.4.1所示。它是在一個基礎瓷片上用蒸發(fā)的方式形成一層電阻膜層，在電阻膜層上面再敷加一層保護膜，保護膜采用玻璃或環(huán)氧樹脂，兩端夾以引線電極。片狀電阻阻值常常直接標注在電阻外面，用3位數(shù)字表示，前兩位數(shù)字表示阻值的有效數(shù)，第三位表示有效數(shù)字后面零的個數(shù)。

2．片狀電位器（可調(diào)電阻器）片狀電位器有片狀的，圓柱形的和無引線扁平結(jié)構(gòu)等多種。主要采用玻璃釉作為電阻體材料，其尺寸為4mm×5mm×2.5mm。片狀電位器的外形如圖2.4.2所示。其高頻特性好，可達100MHz，阻值范圍從10Ω～2MΩ，額定功率有1/20W、1/8W、1/4W等多種，最大的1/2W，電流可達100mA。3．矩形片狀陶瓷電容器它也有矩形和圓柱形兩種，矩形采用多層疊層結(jié)構(gòu)，具有體積小容最大的特點，體積容量比可達10

F/cm2。矩形片狀陶瓷電容器的外形如圖2.4.3所示。其內(nèi)電極與介質(zhì)材料是共同燒結(jié)而成的，具有良好的防潮性能和高可靠性。4．片狀固體鉭電解電容器傳統(tǒng)的鋁液體電解電容在片狀元件中已不再采用，取而代之的是體積更小、性能更高的固體鉭電解電容器。片狀固體鉭電解電容器的外形及結(jié)構(gòu)如圖2.4.4所示。其額定耐壓為4～50V之間，最大容量可做到330

F，標稱值直接打印在元件表面，如107表示10×107pF，即100

F。5．陶瓷微調(diào)電容器陶瓷微調(diào)電容器分為有極性和無極性兩種。陶瓷微調(diào)電容器的外形如圖2.4.5所示。其容量為10～120pF，耐壓大于25V。6．片狀電感器將電感線圈做成細小的長方體，片狀電感器的外形與結(jié)構(gòu)如圖2.4.6所示。圖2.4.6片狀電感器的外形與結(jié)構(gòu)

圖（a）為模壓電感，它采用樹脂外殼，內(nèi)部為片狀螺旋電感，電感之外有磁屏蔽層和絕熱層。圖（b）為電感線圈，將線圈繞在細小的鐵氧體磁心之上，引線從兩端引出，電感量可以做到1～1,000

H，Q值為50～100。圖（c）為可變電感，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似于晶體管收音機用的中周變壓器，在“I”字形磁心上繞有線圈，調(diào)節(jié)磁心可以調(diào)節(jié)電感量大小。其電感量為1

H～5.6mH，Q值為40～130。只是體積比中周更小，更扁、更精細而已。2.4.2表貼有源器件1．表貼二極管和三極管2．表貼小型集成電路SOP2.5光電耦合器2.5.1“地”電流的影響電子系統(tǒng)的“地”通常有三類：1．工作地2．安全地3．屏蔽地2.5.2通用光電耦合器1．特性光電耦合器又稱光隔離器（Optoisolators），它是利用電-光-電轉(zhuǎn)換作用的半導體器件。它的功能是通過電光和光電轉(zhuǎn)換傳遞信號，同時在電氣上隔離信號的發(fā)送端和接收端。由于光電耦合器具有有隔離作用，能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，響應速度較快，壽命長，體積小，耐沖擊等優(yōu)點，使其在強-弱電接口，特別是在微機系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應用。2．多重光電耦合器（1）PC817系列（2）TLP521系列3．通用光電耦合器的應用2.5.3線性光電耦合器和普通光電耦合器開關(guān)型應用不同，線性應用時，二次側(cè)晶體管工作于放大狀態(tài)，希望驅(qū)動一次側(cè)LED的電流與二次側(cè)晶體管的輸出電壓在一定范圍內(nèi)為線性關(guān)系。普通光耦當做線性光耦的問題利用普通光電耦合器當做線性光電耦合器使用時，存在如下四個問題：（1）LED的死區(qū)電壓使其輸入電壓在小于VF時，LED不導通。即小于VF的輸入電壓在輸出端不能反映。（2）光電耦合器的CTR并非是常數(shù)，圖2.5.7為PC817ACTR隨IF變化的曲線。這就使輸出電壓與IF之間難以保持線性關(guān)系。普通光耦當做線性光耦的問題（3）CTR受溫度的影響較大，即線性度也要受溫度影響。（4）IF與LED的發(fā)光亮度并非線性關(guān)系。利用配對的LED構(gòu)成一個進行線性補償?shù)呢摲答亯囊愿纳凭€性是線性光電耦合器芯片所采用的方法。線性光電耦合器TIL300的典型應用電路

圖2.5.9TIL300A應用電路

2.6繼電器

常用的繼電器主要有電磁式繼電器、干簧式繼電器、磁保持濕簧式繼電器、步進繼電器和固態(tài)繼電器等。電磁式繼電器又分為交流電磁繼電器、直流電磁繼電器、大電流電磁繼電器、小型電磁繼電器、常開型電磁繼電器、常閉型電磁繼電器、極化繼電器、雙穩(wěn)態(tài)繼電器、逆流繼電器、緩吸繼電器、緩放繼電器、快速繼電器等多種。固態(tài)繼電器又分為直流型固態(tài)繼電器、交流型固態(tài)繼電器、功率固態(tài)繼電器、高靈敏度固態(tài)繼電器、多功能開關(guān)型固態(tài)繼電路、固態(tài)時間繼電器、參數(shù)固態(tài)繼電器、無源固態(tài)溫度繼電器、雙向傳輸固態(tài)繼電器等。其中的交流固態(tài)繼電器應用最為普遍。2.6.1電磁繼電器2.6.1電磁繼電器1．電磁繼電器的基本特征電磁繼電器是一種利用電磁力來切換觸點的開關(guān)型電子器件。其典型結(jié)構(gòu)示意于圖2.6.1（a）。它由一個帶軟鐵鐵芯的線圈J、簧片、彈簧及若干對合金觸點構(gòu)成：在線圈未通電時，觸點1-2是閉合的，稱常閉觸點。1-3觸點是斷開的，稱常開觸點。繼電器可以只帶一對常閉觸點，用字母H表示。也可以帶一開一閉二個觸點，用字母Z表示。線圈得電后則1-3接通，1-2斷開。1-2-3三個觸點為一組，繼電器可以帶多達7組觸點。

2．JQX-14F（4124）小型大功率繼電器3．DS2Y型小型電磁繼電器4．小型干簧式繼電器5．電磁繼電器設計要點（1）電磁繼電器的線圈分無極性與有極性兩種。有極性線圈必須按正確方向施加吸合電壓，繼電器才能動作。（2）繼電器線圈的吸合電流一般為幾十毫安，故必須使用雙極性晶體管、MOS管或晶體管、MOS管陣列驅(qū)動。（3）電磁繼電器吸合和釋放都需要十幾毫秒的時間，系統(tǒng)運行時，這一時間必須考慮在內(nèi)。例如，利用電磁繼電器自動切換DVM量程，切換后必須等待繼電器吸合或釋放才能啟動ADC。5．電磁繼電器設計要點（4）和模擬開關(guān)比較，電磁繼電器也是雙向的，但其導通過觸點電阻<0.1Ω,遠比模擬開關(guān)低；它允許大幅度的交直流信號直通，但開關(guān)速度就無法和模擬開關(guān)相抗衡了。（5）為了減少導通時的觸點電阻和耐觸點動作時的火花腐蝕，多用白金觸點。盡量如此，火花的氧化作用，還是容易使觸點燒損（發(fā)黑），觸點電阻亦隨之增加，影響使用壽命。為此，觸點側(cè)參數(shù)應充分減額，有時在觸點并RC回路對減小火花也有作用。繼電器的火花會對數(shù)字系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重干擾，應采取屏蔽等措施。（6）電磁繼電器的觸點可以并聯(lián)使用，以提高觸點電流、改進可靠性。2.6.2固態(tài)繼電器1．交流固態(tài)繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.6.4是一種典型交流固態(tài)繼電器的內(nèi)部電路。它由輸入電路、光電耦合器隔離級、驅(qū)動級、晶閘管TRIC以及RC抑制元件等組成。2．固態(tài)繼電器的特點（1）內(nèi)部的光電耦合器完善地實現(xiàn)了強-弱電的隔離，抗干擾能力強。（2）無機械電磁繼電器的觸點，動作速度快（10－7～10－10秒），無火花或電弧，無機械磨損，壽命長，干擾小。（3）驅(qū)動功率小，可低至10－3～10－8W，驅(qū)動靈敏度高。輸入端通常與TTL電平兼容，可采用直流或脈沖驅(qū)動方式。2．固態(tài)繼電器的特點（4）體積小、重量輕。（5）交流固態(tài)繼電器又可分為“零壓型”和“調(diào)相型”兩類。（6）接通電阻較電磁繼電器大，而斷開電阻較電磁繼電器小。（7）價格較電磁繼電器高。交流固態(tài)繼電器的幾個典型應用圖2.6.5為交流固態(tài)繼電器的幾個典型應用電路圖（a）為TTL、LSTTL、MCU等器件利用輸出低電平驅(qū)動SSR的接法。圖（b）為CMOS器件通過晶體管T驅(qū)動SSR，圖中820Ω限流電阻是否需要應根據(jù)SSR輸入要求來決定。圖（c）為用三只SSR驅(qū)動三相交流感應電機的接法。電機三個繞組既可接成“Y”形也可以接成“Δ”形。圖（d）為小功率SSR的擴展功率的接法。

SSR的幾個典型應用電路

5．固態(tài)繼電器應用要點1）首先應根據(jù)功率負載選擇相應的固態(tài)繼電器（直流/交流）。（2）器件的發(fā)熱：SSR在導通態(tài)時，元件將承受的熱耗散功率P為P=V×I其中V和I分別為飽和壓降和工作電流的有效值，這時需依據(jù)實際工作環(huán)境條件，嚴格參照額定工作電流時允許外殼溫升，合理選用散熱器尺寸或降低電流使用，否則將因過熱引起失控，甚至造成器件損壞。在線路板上使用，10A以下可采用散熱條件良好的儀器底板散熱。（3）輸入端的驅(qū)動SSR按輸入控制方式可分為電阻型，恒流源型和交流輸入控制型三類。SSR屬于電流型輸入器件。當輸入端光耦可控硅充分導通后（微秒數(shù)量級），觸發(fā)功率可控硅導通。當激勵不足或斜坡式的觸發(fā)電壓，有可能造成功率可控硅處于臨界導通邊緣，并造成主負載電流流經(jīng)觸發(fā)回路引起的損壞。例如基本性能測試電路，輸入為可調(diào)電壓源，測試負載使用100W燈泡。輸入觸發(fā)信號應為階躍邏輯電平，強觸發(fā)方式。國外廠家提供的器件標準電流為100mA，考慮到全溫度工作范圍（－40℃～70℃）、發(fā)光效率穩(wěn)定和抗干擾能力，推薦最佳直流觸發(fā)工作電流在12mA～25mA范圍。一般器件例如7404，05，06，07，244，MC1413或晶體管能滿足要求?？刂苹芈飞想姾螅蓽y試一下驅(qū)動電路指標無誤后再加負載交流電源。SSR輸入端可并聯(lián)或串聯(lián)驅(qū)動，串聯(lián)使用時，若一個SSR按4V電壓考慮，12V電壓可驅(qū)動三只SSR。（4）RC吸收回路與截止漏電流SSR產(chǎn)品內(nèi)部一般裝有RC吸收回路，吸收回路的主要作用是浪涌電壓吸收和提高dv/dt，但這會增加截止態(tài)的漏電流。在小電流負載情況下，應在負載兩端并聯(lián)電阻減少這一影響。應該指出RC時間常數(shù)應與負載功率因數(shù)匹配。例如控制洗衣機電機所用SSR內(nèi)部的電容是0.01

F，外部應增加一個0.1

F的電容和一只數(shù)十歐姆的電阻。實用中也可用示波器觀察輸出波型來選擇最佳的補償。

（5）干擾問題（6）過流/過壓保護（7）關(guān)于負載的考慮2.7功率驅(qū)動2.7.1幾種常見的功率負載1．發(fā)光二極管LED

2．繼電器3．電聲元件（1）電動揚聲器（2）蜂鳴器2.7.2常用數(shù)字器件的輸出特性器件類型輸出特性TTLLSTTLCMOS(4000,4500)74HC74HCTMCU(AT89C5X)電源電壓(V)4.75～5.254.75～5.253～182～64.5～5.54～6輸出高電平VOH（V）2.4～3.42.7～3.4VDD≈VDD**≈VDD**0.75VDD**輸出高電平電流IOH(mA)－0.4*－0.4－0.5－4－4－0.3***輸出低電平VOL（V）0.2～0.40.35～0.500**0**0.45***輸出低電平電流IOL(mA)16*8－0.54410***2.7.3功率驅(qū)動設計1．輸出高電平驅(qū)動（1）直接驅(qū)動（2）利用上拉電阻增加高電平驅(qū)動能力（3）利用OC/OD門提高高電平驅(qū)動能力（4）直接利用帶緩沖器的器件高電平驅(qū)動負載（5）數(shù)字器件加驅(qū)動晶體管或MOS管2．輸出低電平驅(qū)動2.7.4電動揚聲器的驅(qū)動LM386是一款低電壓音頻功率放大器。該芯片的電源電壓為4～12V或5～18V（LM386N-4）。靜態(tài)電流4mA。電源電壓VS=6V，揚聲器阻抗為8Ω，總諧波失真為10%時的輸出功為325mW。在VS=6V，信號頻率為1kHz時的電壓增益約為20或200（1腳和8腳接10

F電容）。A=20時的帶寬為300KHz?？偟闹C波失真為0.2%（VS=6V，RL=8Ω，Pout=125W，f=1kHz，A=20）。圖2.7.10為其A=20和A=200時的典型應用電路。2.8顯示器件顯示器件按顯示體可分為段位式（常見為7段位和若干特殊段位）、點陣式（點陣、點字字符和點陣圖形）兩大類。按其結(jié)構(gòu)可分為獨立的顯示器和組合（如計數(shù)器+譯碼器+驅(qū)動器+LCD）兩大類。其次還可以按顯示體的顏色、結(jié)構(gòu)尺寸、封裝形式等分類。2.8.1LED發(fā)光二極管1.LED有如下特點：（1）與白熾燈相比，小電流可獲得較高的亮度。一般在零點幾毫安開始發(fā)光，通常工作電流為幾毫安。（2）正向?qū)▔航礦F視半導體材料等因素而不同，一般在1.5V～2.3V之間。其中紅色LED較綠色LED的VF為低。（3）發(fā)光響應速度快，約10－7～10－8s。（4）體積小、高可靠、耐振動、耐沖擊、發(fā)熱少、功耗低。（5）驅(qū)動電路簡單，適宜于和集成電路配合。（6）亮度可隨電流在較大范圍內(nèi)變化，而波長幾乎不變。2．LED驅(qū)動的設計要點（1）常用LED的驅(qū)動電路如圖2.8.2所示。（2）LF的取值在0.5～10mA之間，高亮和超高亮LED在0.5mA時已有明顯的顯示。不能無限制增大IF來提高亮度，必須考慮IFmax和最大功耗。2.8.2LED數(shù)碼管及其驅(qū)動1．LED數(shù)碼管的分類LED數(shù)碼管按亮度可分為：（1）普通亮度（已趨于淘汰）（2）高亮度（市場上及應用上最常見）（3）超高亮度（廣告牌、照明等使用）按顯示體結(jié)構(gòu)可分為：（1）七段位（最常用）（2）十段位（3）五段位（只能顯示十、一、１）（4）十七段位按電極連接形可分為：（1）共陰極（高電平驅(qū)動）（2）共陽極（低電平驅(qū)動）2．LED數(shù)碼管的靜態(tài)驅(qū)動（1）譯碼器直接驅(qū)動（2）MCUI/O口并口直接驅(qū)動（3）MCU串口加移位寄存器靜態(tài)驅(qū)動圖2.8.5譯碼器直接驅(qū)動 2.8.6MCUI/O口直接驅(qū)動圖2.8.7

MCU串口加位移位寄存器靜態(tài)驅(qū)動電路3．LED數(shù)碼管的動態(tài)驅(qū)動（1）典型動態(tài)LED數(shù)碼管驅(qū)動電路（2）一種最簡單的動態(tài)掃描電路（3）專用LED動態(tài)掃描驅(qū)動芯片圖2.8.8典型LED數(shù)碼管動態(tài)掃描電路圖2.8.9一種最簡單的動態(tài)掃描電路

4．LED數(shù)碼管限流電路的設計（1）分段單獨限流（2）分管限流方式（3）公共限流方式（4）無需限流電阻5．LED數(shù)碼管小數(shù)驅(qū)動1）與筆段同時由芯片直接驅(qū)動如圖2.8.6、圖2.8.7、圖2.8.8、圖2.8.9均可由MCU或芯片直接驅(qū)動，小數(shù)點顯示靈活、方便。（2）小數(shù)點位單獨驅(qū)動七段譯碼—驅(qū)動芯片不能直接驅(qū)動小數(shù)點，如圖2.8.5所示。這時小數(shù)點或者固定點亮某一位或者由控制電路決定哪一位的LED數(shù)碼小數(shù)點點亮。6．前零消隱數(shù)字量顯示的高位零最好消隱，這樣比較符合人們的習慣。（1）硬件消隱（2）軟件前零消隱對于如圖2.8.7之類由MCU控制的顯示電路，可以很容易地用程序來完成前零消隱任務。圖2.8.10硬件前零消隱電路2.8.3LCD顯示器及其驅(qū)動

1．液晶顯示器原理液晶是一種在一定溫度范圍內(nèi)既有液體的流動性和連續(xù)性，又有晶體的光學性質(zhì)的有機化合物，又稱為液態(tài)晶件。這類物質(zhì)在電場和溫度的作用下能產(chǎn)生各種特殊的電光效應和熱光效應，利用這些效應可達到顯示的目的。液晶顯示器的主要特點如下1）低電壓（3～5V），微功耗（0.3

W～100

W）。同等顯示面積，其功耗比一般LED數(shù)碼管小數(shù)百倍。宜于和CMOS器件配合使用。（2）它是一種被動發(fā)光器件。外界光愈強，對比度愈高，顯示愈清晰。但在黑暗中無法顯示，必須加背光光源。常見的背光光源有LED、CCFL（冷陰極熒光燈）等。（3）體積小，外形薄，如手表用LCD的厚度僅為1.2～1.6mm。其引出線可用斑馬形導電橡膠引出，也可用標準DIP尺寸硬腳引出。（4）顯示面積、字形大小和位數(shù)在一定范圍內(nèi)不受限制。（5）壽命長，一般數(shù)萬小時以上。（6）響應（上升）時間和余輝較長。（7）因為電極間若加直流電壓，則液晶材料會電解而喪失其性能，故必須用交流方波電壓驅(qū)動，且要求方波電壓嚴格對稱，直流分量為零，至少要小于100mV。這就使LCD的驅(qū)動電路和LED數(shù)碼管不同。LCD的主要參數(shù)有（1）工作電壓。（2）工作電流或功耗。（3）閾值電壓：扭曲-向列型閾值電壓的定義可參見圖2.8.12的電光效應曲線。（4）響應時間：從電壓加上到光透過率達到飽和值90%所需的時間。（5）余輝：脈沖方波驅(qū)動電壓消除到光透過率減到10%所需的時間。（6）視角。（7）對比度。2．LCD的靜態(tài)驅(qū)動原理由于LCD必需由交流方波驅(qū)動，故其靜態(tài)驅(qū)動常用異或門完成，如圖2.8.13（a）所示。圖中A為顯示控制信號，B為驅(qū)動方波，由方波發(fā)生器提供。S為異或門G的輸出，也是LCD的某一筆段，COM為LCD所有段位的公共（襯底）電極。由于故S的波形如圖（b）所示。LCDS筆段的顯示與否取決于S與COM之間的電位差。由圖可見，當A=0時，S－COM=0，液晶S筆段不顯示。A=1，S－COM為交流方波，液晶S筆段顯示。

筆劃式LCD一般均由BCD－七段LCD譯碼芯片如4055、4543、4544等驅(qū)動。也可用MSI的ICM7211等四位LCD顯示驅(qū)動芯片驅(qū)動。這類LCD譯碼驅(qū)動器和LED譯碼器不同處在于芯片內(nèi)部有異或門，并且有驅(qū)動方波輸入端（Ph）。由于LCD為容性負載，驅(qū)動信號工作頻率與功耗成正比，且頻率太高對比度會下降。太低則產(chǎn)生閃爍。對于靜態(tài)驅(qū)動而言，工作頻率在30～100Hz之間為宜，對下述的動態(tài)驅(qū)動，工作頻率在100～2000Hz之間。3．點陣字符型LCD驅(qū)動圖2.8.14（a）為一個2×2LCD點陣，可控制圖中四個點的明暗，其中A、B為點陣列引出線，C和D為行出線。如欲顯示點陣中的A—C交叉點，則A、D施加幅度為V/2的交流驅(qū)動脈沖，B列為0電平，C行施加－V/2信號，如圖（b）所示。A-C點稱為“選擇點”，A-D、B-C稱為“半選擇點”，B-D稱為非選擇點。點陣四個交叉點的信號波形如圖（c）所示。其中A-D為0電平，B-C、B-D分別為反相、幅度V/2交流方波。只有A-D是幅度為V的交流方波。若設計使LCD顯示的閾電壓在V/2和V之間，則只有A-D對應點顯示，其余三點不顯示。上述這種方法又稱時分1/2偏壓法。除此之外常用的還有1/3、1/4等偏壓法。1/3偏和1/4偏電平為分三和四個等級。點陣字符型LCD驅(qū)動動態(tài)驅(qū)動法中加入了偏壓法使其更加完善，它不僅廣泛用于點陣型液晶顯示器件的驅(qū)動，也適應多背電極排布的筆段型液晶顯示器件的驅(qū)動，此時也被稱為多路尋址驅(qū)動法。當掃描行數(shù)N=1時，動態(tài)驅(qū)動法就等于靜態(tài)驅(qū)動法，換句話說，靜態(tài)驅(qū)動法是動態(tài)驅(qū)動法的行數(shù)為1時的特例。由于靜態(tài)驅(qū)動法沒有交叉效應，所以也就沒有偏壓法的應用。若不采用上述偏壓法，而僅在選擇點在第（i，j）上施反相的方波電壓，而其它行、列不加電壓，則選擇點固然可以顯示，非選擇點不會顯示，而其余的半選擇點也有正或負方波電壓存在，也有一點顯示。這明顯地降低了LCD的對比度（對比度=顯示點亮度/非顯示點亮度），此稱為“效叉效應”。點陣字符型LCD驅(qū)動雙頻驅(qū)動法是解決交叉效應的又一種方法。雙頻驅(qū)動法利用了液晶介電常數(shù)與驅(qū)動電壓頻率的相互關(guān)系。當驅(qū)動電壓頻率遠低于介電轉(zhuǎn)換頻率時可使液晶分子穩(wěn)定在一種取向上；當驅(qū)動電壓頻率遠高于介電轉(zhuǎn)換頻率時可使液晶分子穩(wěn)定在另一種取向上。這樣我們可以使用兩種不同的驅(qū)動電壓頻率來改變液晶顯示器件上各顯示像素的分子取向，使其達到顯示的效果。當使用低頻驅(qū)動電壓作為顯示選擇的驅(qū)動頻率的雙頻驅(qū)動法稱之為低頻選擇的雙頻驅(qū)動法。此時高頻驅(qū)動電壓則是用來消除背景顯示影響。液晶模塊與MCU的接口電路

圖2.8.15為點陣字符LCD與MCU的硬件接口電路。圖中W為對比度調(diào)節(jié)。運行LCD時必須先將W調(diào)至適當位置，字符才能正常顯示。UC-162-03LCD相應的子程序根據(jù)時序要求、指令表、接口電路，UC-162-03LCD相應的子程序以下：（1）初始化子程序DMLCD：CLR P1.0 ；RS=0 CLR P1.1 ；R/W=0，寫指令準備MOV DPTR，#8000H ；液晶模塊地址MOV A，#30HMOVX @DPTR，A ；功能設置CALLD5MS ；延時5ms

MOVX DPTR，A CALL D100 ；再設一次功能，延時100μsMOVX @DPTR，A ACALL D100 ；再設一次功能，延時100μSMOV A，#38H ；功能設置：8位、雙行、5×7點陣MOVX @DPTR，ACALL JBUSY ；檢查忙標志UC-162-03LCD相應的子程序MOV A，#0EHMOVX @DPTR，ACALL JBUSY ；開顯示、開光標、不閃爍MOV A，#01HMOVX @DPTR，ACALL JUBSY ；清屏MOV A，#06HMOVX @DPTR，ACALL JBUSY；輸入方式設置，模塊初始化至此完成RET（2）顯示子程序DISP：CLR P1.0 CLR P1.1MOVA，R2MOVX@DPTR，ACALL JBUSY；設首字地址，顯示器第一行第一位（最左）地址為80H；第二行第一位地址為C0HMOV R0，#Add ；顯示緩沖器首字地址MOV R3，#data ；字符數(shù)LOOP:SETB P1.0CLR P1.1MOV A，@R0MOVX @DPTRT，A ；字寫入INC R0DJNZ R3，LOOPRLR P1.0CLR P1.1MOV A，#0CHMOVX @DPTR，ACALL JBUSY ；開顯示、關(guān)光標、關(guān)閃爍RET

（3）忙標志檢查子程序JBUSY：PUSH P1PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLMOV DPTR，#8000HSETB P1.1CLR P1.0J：MOVX A，@DPTRJB ACC.7，JPOP DPLPOP DPHDOP ACC.POP P1RET4．點陣圖形LCD點陣圖形液晶顯示器按點陣的列、行數(shù)有120×32、122×32、128×32、128×64*、128×128、160×32、160×128、192×64、192×128、240×64、240×128*、256×64及320×240*若干品種，其中帶*號者為常用品種。顯示器內(nèi)部所帶的控制器有SED1520、HD61202、ST7920、KS010718、T6963C、SED1335等，其中以Tb963C應用較廣。CSTN（彩色超扭曲向列型）省電，在手機、MP3等便攜式產(chǎn)品中應用廣泛。TFT（ThinFilmTechnology）薄膜工藝LCD則從大尺寸的液晶電視、筆記本電腦到小尺寸MP3都有廣泛應用。LCD的背光LCD的背光則有EL、LED、CCFL等。其中LED背光源顏色常為黃綠色、蘭色。它的發(fā)光效率高，壽命長，驅(qū)動電壓低（<5V），電流較小，是目前小型點陣圖形LCD應用的最多的背光源。CCFL背光顏色可為紅、綠、蘭色，發(fā)光效率較LED低，需要>100V的交流電壓驅(qū)動，亮度高，適于彩色顯示。圖2.8.16為以T6963C為控制器的240×128點陣圖形LCD的框圖各引腳的功能如下：/CE片選、低電平有效；/WR、/RD寫讀線，低電平有效；/RST復位，低電平有效，常直接接電源；C/D指令、數(shù)據(jù)選擇端，C/D=0，讀寫數(shù)據(jù)，C/D=1，讀寫指令；DB0～DB7數(shù)據(jù)線；FGLCD金屬外框架端，通常接地；VDD+5V電源端；VSS地端；VOUT（VEE）負壓輸出端；V0LCD偏壓輸入端；LED+、LED－背光驅(qū)動。除以上引腳外，有時還有一個FS－字型選擇端，F(xiàn)S=0，8×8點陣（常用）或FS=1，6×8點陣。（2）T6963C的時序（3）T6963C指令集STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0

STA0：指令讀寫狀態(tài)1：準備好0：忙

STA1：數(shù)據(jù)讀寫狀態(tài)1：準備好0：忙

STA2：數(shù)據(jù)自動讀狀態(tài)1：準備好0：忙

STA3：數(shù)據(jù)自動寫狀態(tài)1：準備好0：忙

STA4：未用

STA5：控制器運行檢測可能性1：可能0：不能

STA6：屏讀/拷貝出錯狀態(tài)1：出錯0：正確

STA7：閃爍狀態(tài)檢測1：正常顯示0：關(guān)顯示（4）點陣圖形LCD與MCU的硬件接口圖2.8.18為點陣圖形LCD與MCU的接口電路。圖（a）為總線方式（又稱直接訪問方式），指令讀地址為8FFFH，數(shù)據(jù)讀寫地址為8FFEH。圖（b）為I/O口接口方式（又稱間接訪問方式）。圖2.8.18點陣圖形LCD與MCU接口電路

（5）點陣圖形LCD的顯示程序。總線和I/O口接口方式相應的顯示程序附于光盤中，請查閱。（6）字模提取點陣圖形LCD顯示所需的英文字符可以從模塊內(nèi)12