2.6 常見阻容元器件

2.6.1 電阻器

物體對電流通過的阻礙作用稱為“電阻”，利用這種阻礙作用做成的電器元件稱為電阻器，簡稱電阻。在電子設(shè)備中，電阻是使用最多也是最普遍的元器件之一。

電阻器按其特性可分為固定電阻器、可變電阻器和特殊電阻器。

1 固定電阻器

固定電阻器的種類很多，其外形和電路圖型符號如圖2-36所示，圖中的符號R表示電阻，只有兩根引腳沿中心軸伸出，一般情況下不分正、負極性。

固定電阻器按照其結(jié)構(gòu)和外形可分為線繞電阻器和非線繞電阻器兩大類。

圖2-37為典型的線繞電阻器。通常，功率比較大的電阻常采用線繞電阻器，線繞電阻器是用鎳鉻合金、錳銅合金等電阻絲繞在絕緣支架上制成的，其外面涂有耐熱的釉絕緣層。

圖2-38為典型的非線繞電阻器。一般來說，非線繞電阻主要又可以分為薄膜電阻和實心電阻兩大類。

其中，薄膜電阻器是利用蒸鍍的方法將具有一定電阻率的材料蒸鍍在絕緣材料表面制成的，功率比較大。由于蒸鍍材料不同，薄膜電阻有碳膜電阻、金屬膜電阻和金屬氧化物膜電阻之分。

實心電阻器則是由有機導電材料（炭黑、石墨等）或無機導電材料及一些不良導電材料混合并加入黏合劑后壓制而成的。實心電阻器的成本低，但阻值誤差大，穩(wěn)定性較差。

2 可變電阻器

可變電阻器一般有3個引腳，其中有兩個定片引腳和一個動片引腳，設(shè)有一個調(diào)整口，通過它可以改變動片，從而改變該電阻的阻值。圖2-39為典型可變電阻器的實物外形。

可變電阻的最大阻值就是與可變電阻的標稱阻值十分相近的阻值；最小阻值就是該可變電阻的最小阻值，一般為0Ω；該類電阻器的阻值在最小阻值與最大阻值之間隨調(diào)整旋鈕的變化而變化。

3 特殊電阻器

根據(jù)電路實際工作的需要，一些特殊電阻器在電路板上發(fā)揮著其特殊的作用，如熔斷電阻器、水泥電阻器、壓敏電阻器、熱敏電阻器和光敏電阻器等。

如圖2-40所示，熔斷電阻器又叫保險絲電阻器。它是一種具有電阻器和過電流保護熔斷絲雙重作用的元件。在正常情況下具有普通電阻器的電氣功能，在電子設(shè)備當中常常采用熔斷電阻，從而保護其他元器件。在電流過大的情況下，其自身熔化斷裂從而保護整個設(shè)備不再過載。

如圖2-41所示，水泥電阻器采用陶瓷、礦質(zhì)材料包封，具有優(yōu)良的絕緣性能，散熱好，功率大，具有優(yōu)良的阻燃、防爆特性。內(nèi)部電阻絲選用康銅、錳銅、鎳鉻等合金材料，有較好的穩(wěn)定性和過負載能力。電阻絲同焊腳引線之間采用壓接方式，在負載短路的情況下，可迅速在壓接處熔斷，從而在電路中起限流保護的作用。

敏感電阻器是指器件特性對溫度、電壓、濕度、光照、氣體、磁場、壓力等作用敏感的電阻器。其主要用來作為傳感器。常見的敏感電阻如熱敏電阻器、光敏電阻器、濕敏電阻器和氣敏電阻器等（也就是前面說到的傳感器件）。

2.6.2 電容器

電容器也是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于隔直、耦合、旁路、濾波、調(diào)諧回路、能量轉(zhuǎn)換、控制電路等方面。

電容器的構(gòu)成非常簡單，兩個互相靠近的導體，中間夾一層不導電的絕緣介質(zhì)，就構(gòu)成了電容器。電容器是一種可貯存電荷的元件。電容可以通過電路元件進行充電和放電，而且電容器的充、放電都需要有一個過程和時間。任何一種電子產(chǎn)品都少不了電容。

電容器按其電容量是否可改變分為固定電容器和可變電容器兩種。

1 固定電容器

固定電容器是指電容器一經(jīng)制成后，其電容量不能再改變的電容器。它分為無極性電容和有極性電容兩種固定電容器。

其中，無極性電容器是指電容器的兩個金屬電極沒有正、負極性之分，使用時電容器兩極可以交換連接。

無極性固定電容器的種類很多，按絕緣介質(zhì)分為紙介電容器、瓷介電容器、云母電容器、滌綸電容器、聚苯乙烯電容器等。

圖2-42為常見的幾種不同介質(zhì)電容器的實物外形。

有極性電容器是指電容器的兩極有正負極性之分，使用時一定要正極性端連接電路的高電位，負極性端連接電路的低電位，否則會使電容器損壞。

流行的電解電容器均為有極性電容。按電極材料的不同可以分為鋁電解電容器和鉭電解電容器等，其實物外形和電路符號如圖2-43所示。

2 可變電容器

電容量可以調(diào)整的電容器被稱為可變電容器?？勺冸娙萜靼唇橘|(zhì)不同可分為空氣介質(zhì)和有機薄膜介質(zhì)兩種。而按結(jié)構(gòu)又可分為單聯(lián)、雙聯(lián)，甚至三聯(lián)、四聯(lián)等。

圖2-44為可變電容器的實物外形及電路符號。

2.6.3 電感器

電感器件是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制成的元件。通常分為兩類：一類是應(yīng)用自感作用的電感線圈，另一類是應(yīng)用互感作用的變壓器。

電感線圈是用導線在絕緣骨架上單層繞制而成的一種電子器件，電感線圈有固定電感、色環(huán)/色碼電感、微調(diào)電感等。

1 固定電感線圈

固定電感線圈有收音機中的高頻扼流圈、低頻扼流圈等，也有用較粗銅線或鍍銀銅線采用平繞或間繞方式制成的。圖2-45為常見的固定電感線圈。

2 小型電感器（固定色環(huán)、色碼電感器）

固定色環(huán)、色碼電感器是一種小型的固定電感器，這種電感器是將線圈繞制在軟磁鐵氧體的基體（磁心）上，再用環(huán)氧樹脂或塑料封裝，并在其外殼上標以色環(huán)或直接用數(shù)字表明電感量的數(shù)值，常用的色環(huán)、色碼電感器的實物外形如圖2-46所示。

3 微調(diào)電感器

微調(diào)電感器就是可以調(diào)整電感量大小的電感，常見微調(diào)電感器如圖2-47所示。微調(diào)電感器一般設(shè)有屏蔽外殼，可插入的磁心和外露的調(diào)節(jié)旋鈕，通過改變磁心在線圈中的位置來調(diào)節(jié)電感量的大小。

4 其他電感器

由于工作頻率、工作電流、屏蔽要求各不相同，電感線圈的繞組匝數(shù)、骨架材料、外形尺寸區(qū)別很大，因此，可以在電子產(chǎn)品的電路板上看到各種各樣的電感線圈，其外形結(jié)構(gòu)如圖2-48所示。

2.6.4 二極管

1 普通二極管

如圖2-49所示，根據(jù)功能的不同，普通二極管主要有整流二極管、檢波二極管和開關(guān)二極管等。觀察普通二極管的電路符號，其中符號的豎線側(cè)為二極管的負極。一般情況下，二極管的負極常用環(huán)帶、凸出的片狀物或其他方式表示。從封裝外形觀察，如果看到某個引腳和外殼直接相連，則外殼就是負極。

2 特殊二極管

如圖2-50所示，常見的特殊二極管主要有穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管、變?nèi)荻O管、雙向觸發(fā)二極管、快恢復二極管等。

2.6.5 晶體管

晶體管突出特點是在一定條件下具有電流放大作用；另外，還可用作電子開關(guān)、阻抗變換、驅(qū)動控制和振蕩器件。如圖2-51所示，常見的晶體管有NPN型和PNP型兩類。

如圖2-52所示，晶體管的種類也很多，按其型號可分為小功率、中功率、大功率晶體管；按其封裝形式可分為塑料封裝晶體管和金屬封裝晶體管；按其安裝方式可分為直插式和貼片式。不同種類和型號的晶體管都有其特殊的功能和作用。

2.6.6 場效應(yīng)晶體管

場效應(yīng)晶體管是電壓控制器件，具有輸入阻抗高、噪聲小、熱穩(wěn)定性好、便于集成等特點，但容易被靜電擊穿。

場效應(yīng)晶體管有三只引腳，分別為漏極（D）、源極（S）、柵極（G）。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場效應(yīng)晶體管可分為兩大類：結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）和絕緣柵型場效應(yīng)晶體管（MOSFET）。

1 結(jié)型場效應(yīng)晶體管

結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）可分為N溝道和P溝道兩種，如圖2-53所示，一般被用于音頻放大器的差分輸入電路及調(diào)制、放大、阻抗變換、穩(wěn)流、限流、自動保護等電路中。

2 絕緣柵型場效應(yīng)晶體管

絕緣柵型場效應(yīng)晶體管（MOSFET）簡稱MOS場效應(yīng)晶體管或MOS管，由金屬、氧化物、半導體材料制成，因其柵極與其他電極完全絕緣而得名。絕緣柵型場效應(yīng)管除有N溝道和P溝道之分外，根據(jù)工作方式的不同還分為增強型與耗盡型。

圖2-54為絕緣柵型場效應(yīng)晶體管的外形特點。

2.6.7 IGBT

1 IGBT的結(jié)構(gòu)

絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一種高壓、高速的大功率半導體器件。

（1）IGBT的外形

圖2-55為IGBT的外形與電路符號。

常見的IGBT分為帶有阻尼二極管和不帶有阻尼二極管的。它有3個極，分別為柵極（用G表示，也稱控制極）、漏極（用C表示，也稱集電極）和源極（用E表示，也稱發(fā)射極）。

（2）IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2-56為IGBT內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

絕緣柵雙晶體管的結(jié)構(gòu)是以P型硅片作為襯底，在襯底上有緩沖區(qū)N+和漂移區(qū)N-，在漂移區(qū)上有P+層，在其上部有兩個含有很多雜質(zhì)的N型材料，在P+層上分有發(fā)射極（E），在兩個P+層中間位柵極（G），在該IGBT管的底部為集電極（C）。它的等效電路相當于N溝道MOS管與晶體管復合而成的。

2 IGBT的工作原理與特性曲線

（1）IGBT的工作原理

圖2-57為IGBT的工作原理。

IGBT是由PNP型晶體管和N溝道MOS管的復合體。驅(qū)動電壓給IGBT的G極和E極提供U_GE電壓，電源+V經(jīng)R2為IGBT的C極與E極提供U_C、U_E電壓，當開關(guān)S閉合時，UGE端的電壓大于開罐器電壓（2～6V），IGBT內(nèi)部的MOS管有導電溝道產(chǎn)生，MOS管D、S極之間導通，為晶體管提供電流使其導通，當電流I_C流入IGBT后，經(jīng)晶體管的發(fā)射極分為I₁、I₂兩路，I₁電流流入MOS管，I₂電流從晶體管的集電極流出，I₁、I₂會合成I_E電流，這時說明IGBT導通。若當開關(guān)S斷開后，電壓U_GE為0，MOS管內(nèi)的溝道消失，IGBT截止。

（2）IGBT的特性曲線

圖2-58為IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線。這是IGBT集電極電流I_C與柵射電壓U_GE之間的關(guān)系。當開啟電壓U_GE（th）是IGBT能實現(xiàn)電導調(diào)制而導通的最低柵射電壓，隨溫度升高而略有下降。

圖2-59為IGBT的輸出特性曲線。從圖中可以看出，柵極發(fā)出的電壓為參考值，電流I_C與集射極間的電壓U_CE的變化關(guān)系。該輸出曲線特征分為正向阻斷區(qū)、有源區(qū)、飽和區(qū)、反向阻斷區(qū)。當D電壓U_CE＜0時，該IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)。

2.6.8 晶閘管

晶閘管是一種可控整流器件，也稱為可控硅。這種器件常作為電動機驅(qū)動控制、電動機調(diào)速控制、電量通/斷、調(diào)壓、控溫等的控制器件，廣泛應(yīng)用于電子電器產(chǎn)品、工業(yè)控制及自動化電路中。

1 單向晶閘管

如圖2-60所示，單向晶閘管是指觸發(fā)后只允許一個方向的電流流過的半導體器件，被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、逆變器和開關(guān)電源電路中。

2 雙向晶閘管

雙向晶閘管又稱雙向可控硅，屬于N-P-N-P-N共5層半導體器件，有第一電極（T1）、第二電極（T2）、控制極（G）3個電極，在結(jié)構(gòu)上相當于兩個單向晶閘管反極性并聯(lián)，常用在交流電路調(diào)節(jié)電壓、電流，或用作交流無觸點開關(guān)。雙向晶閘管的外形特點如圖2-61所示。