电子元器件及其应用-通信信号产品制造与工艺管理

电子元器件是组成电子总机的最小单元，是元件和器件的总称。电子元器件包括电阻、电容器、电位器、电子管、散热器、机电元件、连接器、半导体分立器件、电声器件、激光器件、电子显示器件、光电器件、传感器、电源、开关、微特电机、电子变压器、继电器、集成电路、各类电路、压电晶体、石英、陶瓷磁性材料、印刷电路用基材基板、电子功能工艺专用材料、电子胶（带）制品、电子化学材料及部品等。

电子元器件按封装形式，分通孔插装元器件和表面安装元器件。前者是“插装”，即将长引脚元器件插入PCB的焊盘孔中；而后者是“贴装”，即将“无引线或短引线的”元器件贴在PCB表面。图2-1（a）为通孔安装器件外形示意图，图2-1（b）为表面安装器件示意图。在实际应用中，表面安装元器件比通孔安装元器件在许多方面都有较高的技术要求。

图2-1　通孔安装器件和表面安装器件外形示意图

（一）通孔安装元器件

“通孔安装技术”（THT）是指将元器件引出脚插入印制电路板相应的安装孔，然后与印制电路板面的电路焊盘焊接固定的技术。

1．电阻器

电阻器简称电阻，用于电路中阻碍电流的通过。电阻的主要作用有：降压、分压、稳定和调节电流的作用；另外，与电容组合还可起滤波的作用。电阻器用字母“R”表示。

1）电阻器的种类

电阻器可分为固定电阻器和可变电阻器两大类。

（1）固定电阻器：根据制作的材料不同，又可分为碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻、水泥电阻等。

（2）可变电阻器：分为半可调电阻器和电位器两类。

2）电阻器的符号

电阻器在电路中的一般表示符号和插件电阻如图2-2所示。

图2-2　插件电阻

3）电阻器的主要参数

（1）电阻器的标称阻值。符合国家标准的电阻器表面都标有电阻值，称之为标称阻值。电阻的基本单位为欧姆，用字母“Ω”表示，其他单位还有“kΩ”“MΩ”等。

（2）电阻器的额定功率。额定功率是指电阻器在规定的气压和温度下，长期在交、直流电路中工作时所允许消耗的最大功率。

（3）电阻器的温度特性。温度每升高（降低）1℃，所引起电阻值的相对变化称为电阻的温度系数。

（4）电阻器的精度等级。精度等级是指电阻器的实际阻值与标称阻值之间所允许的最大误差。

4）电阻器的示值方法

电阻器的示值方法有三种：直接法、色环标记法和数码标记法。

（1）直接法。直接法是指在电阻表面直接标记电阻值。

（2）色环标记法。色环标记法是用颜色环代表电阻的阻值和误差。用色环标记的电阻又称为色环电阻。不同颜色代表不同的标称值和偏差，如表2-1所示。

表2-1　色码表

（3）数码标记法。数码标记法用数字表示阻值，用字母表示误差。误差代码表如表2-2所示。

表2-2　误差代码表

数码标记法读数的规律与色环电阻相同，即DDMT或DDDMT。所不同的是，D、M用数码标记而不是用色环来表示。电阻器示值举例如图2-3所示。

图2-3　电阻器示值举例

注：字符表示时“R”表示小数点，如R27表示0.27 Ω、2R7表示2.7 Ω等。

2．电容器

电容器简称电容，是一种储能元件，是组成电子电路的基本元件之一。电容器的作用主要有：耦合、滤波、隔直流、调谐以及与电感元件组成振荡电路等。在电力系统中，电容器可以改善系统的功率参数，提高电能的利用率；在机械加工艺中，电容器可以进行电火花加工等。

电容器用字母“C”表示。

1）电容器的种类

（1）固定电容器：按不同介质又可分为纸介电容器、金属化纸介电容器、云母电容器、陶瓷电容器、电解电容器等。

（2）可变电容器：按定片与动片之间所用的介质不同，可分为空气可变电容器和聚苯乙烯薄膜可变电容器等。

（3）微调电容器：也称半可调电容器，按介质不同又可分为瓷介微调电容器、云母微调电容器、有机薄膜介质微调电容器等，另外还有拉线微调电容器等。

2）电容器的符号

电容器及符号如图2-4所示。

图2-4　电容器及符号

3）电容器的主要参数

（1）标称容值和允许误差。标注在电容器外壳上的电容量数值称为电容器的标称容值。电容器的单位为法拉，用字母“F”表示，其他常用单位还有“pF”“nF”“μF”等。其关系为1012 pF=109 nF=106 μF=1 F。

电容器的允许误差有用百分数的，也有用误差等级的。对应关系：±1%──00级；±2%──0级；±5%──Ⅰ级；±10%──Ⅱ级；±20%──Ⅲ级。

（2）额定工作电压。额定工作电压是指电容器在电路中长期可靠地工作允许的最高直流电压。电容器工作在交流电路中时，交流电压的峰值（最大值）不得超过额定工作电压。

（3）绝缘电阻及其损耗。电容器的绝缘电阻是指电容器两极之间的电阻，也称漏电阻。使用时应选绝缘电阻大的电容器。大容量电容器，绝缘电阻较小，漏电流较大，选用时应综合考虑。

（4）损耗角正切（tanδ）。在规定频率的正弦电压下，电容器的损耗功率除以电容器的无功功率为损耗角正切。在实际应用中，电容器并不是一个纯电容，其内部还有等效电阻。

对于电子设备来说，要求等效电阻越小越好，也就是说要求损耗功率小，其与电容的功率的夹角要小。

电容器的其他参数还有温度系数和漏电流等。

4）电容器的示值方法

（1）直接标示法是指将电容器的主要参数和技术性能直接印注在电容器表面。

（2）色环、色点标示法是指在其本体上用不同颜色的色码环并用规定的方式来表示电容器的电容量值，单位为皮法（pF）。如图2-5（a）、（b）为色环、色点标示法：a为温度系数；b、c为第一、二位数字；d为倍率；e为允许误差。如图2-5（c）所示，顺着电容器的引线方向，第一、第二道色环表示电容量值的有效数字，第三道色环表示零的个数，其色环或色点的表示值同电阻表示。

图2-5　电容器的色环、色点标示法

（3）文字符号标示法是指将主要参数和技术性能用字母和数字有规律地组合起来标注在电容体上。例如，1p5表示1.5 pF，6n8表示6 800 pF或6.8 nF等。

常见电容器的字母符号见表2-3。

表2-3　常见电容器的字母符号

续表

常用固定电容的直流电压系列为1.6、4、6.3、10、16、25、32*、40、50、63、100、125*、160、250、300*、400、450*、500、630、1 000。注：有*的数值，只限电解电容用。

3．电感器

电感器简称电感，有时也叫线圈或电感线圈。电感器在电路中有阻止交流电通过，而让直流电流顺利通过的作用。其字母符号为“L”。电感器是家用电器中重要的组成元件之一。

1）电感器的种类及其在电路中的符号

常见的电感器可分为两类：一是具有自感作用的线圈，另一类是具有互感作用的线圈。

（1）自感线圈又可分为固定电感器和可变电感线圈。

① 固定电感器，包括小型固定电感器（色码电感）、空心线圈、扼流圈（有高频和低频两种，其作用是阻止高频信号通过，而让低频信号畅通无阻）等。

自感线圈在电路中的符号如图2-6所示。

图2-6　自感线圈符号

② 可变电感线圈，包括可调电感线圈（磁芯线圈）和微调电感线圈两种。可变电感线圈在电路中的符号如图2-7所示。

图2-7　可变电感线圈符号

（2）互感线圈又可分为电源变压器、中频变压器、音频输入变压器和输出变压器。

① 电源变压器，有“口”字形、“日”字形、“C”字形等几种外形，一般体积大的变压器传递的功率大。

② 中频变压器主要在收音机中作选频、级间耦合用。

③ 音频输入变压器，其作用是音频信号经变压器传送到下一级功放电路中去，进行功率放大。④ 输出变压器，其作用有阻抗匹配、在推挽功率放大电路中合成波形等。变压器的符号如图2-8所示，常用电感如图2-9所示。

图2-8　变压器符号

图2-9　电感

2）电感器的主要参数

（1）电感量是电感线圈的一个重要参数，其单位是亨利（H），简称亨。常用单位还有毫亨（mH）和微亨（μH），其关系为1 H=103 mH=106μH。

（2）品质因数是表示电感器质量的因数，常简称Q值。Q值是指电感器在某一频率下的交流电压工作时，电感器的感抗和本身直流电阻的比值，用公式表示为

Q=ωL/R=2πfL/R

（3）额定电流是指电感器正常工作时，允许通过的最大电流。

（4）固有电容。电感器线圈的匝与匝之间通过空气、导线的绝缘层、骨架等，存在着寄生电容；绕组与地之间、与屏蔽罩之间也存在着电容，这些电容是电感器固有的，为电感器的固有电容。

3）变压器的主要参数

（1）额定功率是指在规定的频率和电压下，变压器能长期工作而不超过规定温升的输出功率。其单位为伏安（VA）。

（2）匝数比。变压器初级线圈的匝数N1与次级线圈的匝数N2之比称为匝数比，即n=N1/N2。一般情况下，它就是输入电压U1与输出电压U2之比，所以又称为变压比，即n=U1/U2。

（3）效率是指变压器输入功率与输出功率之比值的百分数，即

效率=（输出功率/输入功率）×100%

（4）绝缘电阻。各绕组线圈之间或各线圈与铁心之间，在电气上应该是绝缘的，但是做不到。绝缘电阻是施加的试验电压与产生的漏电流之比：

绝缘电阻=施加电压/漏电流

其他参数还有频带宽度、温升、漏磁通等。

4）电感器的示值（小型固定电感器）

（1）直标法：在小型固定电感器的外壳上直接用文字标注出电感器的主要参数，如电感量、误差值、最大直流工作电流等。

（2）色标法：用色环标注的电感如图2-10所示。色环电感容易与色环电阻相混淆。色环电感有美国的Military Color Band电感和四色电感两种。色标法中，紧靠电感体一端的色环为第一色环，露着电感体本色较多的色环为末环。Military Color Band电感是五色环，电感一端有一条宽的银色色环（其宽度是其他色环的两倍），它只表示该元件为电感，与电感值无任何关系。其他四条色环表示电感值及其误差范围。各种颜色代表不同的数值，前面已作详细说明，这里不再赘述。色环标示规律为DDM±T，单位符号为µH。

图2-10　色环电感

4．二极管

二极管是由半导体材料硅或锗等的晶体做成的，故称之为晶体二极管或半导体二极管。二极管是结构最简单的有源电子器件。PN结是构成半导体器材的基础，即最简单的普通二极管。二极管用字母“D”表示。二极管是一种具有单向导电特性和非线性伏安特性的半导体器件。

1）二极管的种类及符号

（1）按材料和结构分。

① 二极管按材料分，有锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等。

② 二极管按结构分，有点接触型、面结合型等。

（2）按用途分。

二极管按用途可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、变容二极管、发光二极管（LED）、光电二极管等。

常见的通孔安装的二极管外形如图2-11所示。

图2-11　二极管符号及常用的通孔安装二极管外形图

2）二极管的特性

二极管具有正向导通，反向截止的单向导电性，即电流只能由正极流向负极，而不能由负极流向正极（理想状态）。在实际电路中，二极管反接时，会有反向漏电流存在，即还是有部分电流通过，但其电压稳定在反向击穿电压上，稳压二极管即是利用此原理制成的。

3）二极管的作用

与二极管分类中提到的一致，二极管的作用有：检波、整流、稳压、电光转换、开关、变容等。

4）二极管的主要参数

（1）普通二极管的主要参数。

① 最大整流电流ICM：二极管长时间使用时，允许通过PN结的最大正向电流。

② 最高反向工作电压URM：二极管正常工作时所能承受的最高反向电压值。

③ 最大反向电流IRM：在最高反向工作电压下所允许流过的反向电流。

④ 最高工作频率：保证二极管正常工作的最高频率。(www.chuimin.cn)

（2）稳压二极管的参数。

① 稳定电压UZ：稳压管在正常工作条件下，管子两端的电压。

② 稳定电流IZ和最大稳定电流IZ(max)。稳压管工作在稳定电压UZ时的工作电流称为稳定电流IZ。管子稳定工作时，不得超过的电流称最大稳定电流IZ(max)。

③ 电压温度系数：稳压管受温度变化影响的系数。稳压值高于6 V的稳压管具有正温度系数，即稳压值随温度升高略有上升；稳压值低于6 V的稳压管具有负温度系数，即稳压值随温度升高略有下降；而稳压值为6 V左右的稳压管的温度系数基本为零。

5．晶体三极管

晶体三极管是构成电子电路的核心元件，它可以组成放大、振荡及其他各种功能的电子线路。晶体三极管简称晶体管或三极管，在电路中用字母“Q”或“T”表示。

1）三极管的结构

三极管的三个电极分别为发射极、集电极和基极，分别用字母“E”“C”和“B”表示。三极管有NPN型和PNP型两种，其在电路中的符号如图2-12所示。

图2-12　三极管符号

2）三极管的种类

① 三极管按结构分，有点接触型、面接触型。

② 三极管按生产工艺分，有合金型、扩散型、台面型及平面型。

③ 三极管按封装形式分，有金属封装型、塑料封装型。

④ 三极管按频率特性及工作特性分，有高频管（fa≥3 MHz）、低频管（fa≤3 MHz）、开关管、场效应管和可控硅五大类。

⑤ 三极管按功率分，有小功率管（PCM≤500 mW）、中功率管（PCM=500 mW～3 W）、大功率管（PCM≥3 W）。

⑥ 三极管按半导体材料分，有锗管和硅管等。

三极管外形如图2-13所示。

图2-13　三极管外形图

3）特殊功能的三极管

① 场效应管（FET）：是电压控制器件，它的输出电流取决于输入信号电压的大小。其三个电极分别叫作源极（S极）、栅极（G极）与漏极（D极）。常见的场效应管外形如图2-14所示。

图2-14　常见的场效应管外形图

② 可控硅（又称晶闸管）。它由3个PN结、4层硅芯片和3个电极组成，3个电极分别为阳极（A）、阴极（K）和控制极（G）。

③ 光敏三极管（光电三极管）。其主要功能是实现光电转换。

④ 开关三极管。它具有较高的开关速度和较好的开关特性，广泛应用于开关电路中。

4）三极管的主要参数

（1）直流参数。

① 直流（静态）放大倍数hFE（β）。hFE=IC/IB。直流放大倍数与色标的对应关系见表2-4。

表2-4　直流放大倍数与色标的对应关系

② 集电极反向截止电流ICBO：IE=0时，C极与B极间加上一定的反向电压时的集电结漏电流。良好的三极管ICBO值很小。

③ 集电极—发射极反向电流ICBO，也称穿透电流，指基极开路时，集电极与发射极间加上规定的反向电压时的集电极漏电流。

（2）交流参数。

① 交流（动态）放大倍数β（hFE）。β=ΔIC/ΔIB。

② 特征频率fT：是当β 值下降到1时的频率值。三极管在这个频率下工作时，已完全失去了交流放大能力。

（3）极限参数。

① 集电极最大允许电流ICM：放大倍数下降到额定值的2/3或1/2时的集电极电流。

② 集电极最大允许耗散功率PCM。PCM=ICM·UCE。

③ 集电极—发射极反向击穿电压UCEO：当基极开路时，集电极与发射极间允许加的最高电压。

6．晶　振

晶振又叫晶体振荡器，是一种通过一定电压激励产生固定频率的一种电子元器件，被广泛用于家电仪器和计算机等方面。在电路中，晶振用字母“Y”表示。

1）晶振的种类及符号

晶振可分为无源晶振、有源晶振两种。无源晶振一般只有两只引脚；有源晶振一般为四只引脚，并且在插机时对相应脚位有严格的要求，如果插反方向，会使晶振损坏（注：贴片晶振的振膜很薄，拿取时要轻拿轻放）。晶振符号如图2-15所示。

图2-15　晶振符号

2）晶振的作用

晶振在电路中的作用是调换频率，为数字电路提供时钟信号等。

3）晶振的主要参数

① 标称起振频率：晶振本体注的或表示晶振规格的频率。

② 使用温度范围：即晶振能够正常工作的温度范围。

③ 保存温度范围：即晶振有效储存的温度范围。

④ 频率公差：在常温下（参考点25℃）中心频率的偏差值，用最大值和最小值来定义，单位用百分号（%）或百万分比（×10－6）表示。

7．继电器

1）继电器的定义及作用

继电器是根据输入电信号变化而接通或断开控制电路，实现自动控制和保护的自动电器。在电路中，继电器起操作、调节、安全保护及监督设备工作状态等作用，如图2-16所示。

图2-16　继电器

2）继电器的类型及型号命名

（1）继电器的种类。继电器的种类繁多，分类方法也不一样。继电器按功率的大小可分为微功率、小功率、中功率、大功率继电器；按用途的不同可分为控制、保护、时间继电器等。

（2）继电器的型号命名。继电器型号命名不一，部分常用继电器的型号命名法由五部分组成：第一部分是主称部分，用字母J表示继电器；第二部分用字母符号表示产品分类，不同的字母符号代表不同的含义，如表2-5所示；第三部分用字母符号表示形状特征，不同的字母代表不同的含义，如表2-6所示；第四部分用数字表示序号；第五部分用字母符号表示防护特性，字母代表的含义如表2-7所示。

表2-5　继电器型号第二部分的字母含义

表2-6　继电器型号第三部分的字母含义

表2-7　继电器型号第五部分的字母含义

3）继电器的主要参数

下面主要以电磁式继电器和固态继电器为例介绍其主要参数。

（1）电磁式继电器的主要参数。

额定工作电压：继电器正常工作时加在线圈上的直流电压或交流电压的有效值。它随型号的不同而不同。

吸合电压或吸合电流：继电器能够产生吸合动作的最小电压或最小电流。为了保证吸合动作的可靠性，实际工作电流必须略大于吸合电流，实际工作电压也可以略高于额定电压，但不能超过额定电压的1.5倍，否则容易烧毁线圈。

直流电阻：线圈绕组的电阻值。

释放电压或电流：继电器由吸合状态转换为释放状态，所需的最大电压或电流值，一般为吸合值的1/10～1/2。

触点负荷：继电器触点允许的电压、电流值。一般，同一型号的继电器触点的负荷是相同的，它决定了继电器的控制能力。一般继电器的触点负荷如表2-8所示。

表2-8　一般继电器的触点负荷

此外，继电器的体积大小、安装方式、尺寸、吸合释放时间、使用环境、绝缘强度、触点数、触点形式、触点寿命（工作次数）、触点是控制交流还是直流信号等，在设计时都需要考虑。

（2）固态继电器（SSR）的主要参数。

SSR的参数包括输入参数和输出参数，表2-9所示为国产SSR的参数范围，供选用时参考。

表2-9　SSR的主要参数

8．集成电路

集成电路也叫“IC”或“芯片”，在电路中用字母“U”表示。集成电路与分立元器件电路相比，具有体积小、功耗低、性能好、质量轻、可靠性高、成本低等许多优点。电子设备的小型化、微型化、高可靠性，很大程度上归功于集成电路的应用。

1）集成电路的分类

IC的分类主要依据IC的封装形式，基本可分为SOJ（双排内侧J形）、PLCC（四方J形引脚）、QFP（正四方）、BGA（底部球状形）、DIP、SIP等，如图2-17所示。

图2-17　集成电路的分类

2）集成电路的方向

集成电路的引脚是按一定的顺序排列的，即集成电路是有方向区分的。根据集成电路的封装形式及生产厂家的不同，集成电路的方向有不同的表示方法，如图2-18所示。

图2-18　常见的集成电路方向

国际上采用IC脚位的统一标准：将IC的方向标示朝左边，靠近自己一边的引脚从左至右为第一脚至第N脚，远离自己的一边从右至左为第N＋1脚至最后一脚（即以标示位对应的第一脚开始，逆时针数脚）。

绝大多数集成电路相邻两个引脚的间距是2.54mm（英制100 mil），宽间距的是5.08mm（200 mil），窄间距的是1.778mm（70 mil）；DIP封装芯片两列引脚之间的距离是7.62mm（300 mil）或15.24mm（600 mil），DIP的引脚数目有8、14、16、20、22、24、28、32、40、48等几种。

3）集成电路的丝印

集成电路的丝印一般包括制造商名或其标志、集成电路规格型号、集成电路的运行速度、集成电路的生产周期、集成电路的产地及生产批号等，如图2-19所示。

图2-19　集成电路的丝印

9．其他常用通孔插装元器件

其他常用通孔插装元器件如表2-10所示。

表2-10　其他常用通孔插装元器件

续表

（二）表面贴装元器件

微课：贴片元器件简介

表面安装元器件从结构形状分，有薄片矩形、圆柱形、扁平异形等。表面安装元器件同传统元器件一样，也可以从功能上分为无源元件（Surface Mounting Component，SMC）、有源器件（Surface Mounting Device，SMD）和机电元件三大类。表面安装元器件的详细分类如表2-11所示。

表2-11　表面安装元器件的详细分类表

续表

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1．SMT片状电阻/电容尺寸规格

片状电阻/电容尺寸规格通常以“长×宽”形式分为几种规格，有英制表示和公制表示，1 in=25.4mm。常用的有0402/0603/0805/1206等几种规格，其实际尺寸如表2-12所示。

表2-12　SMT片状电阻/电容尺寸规格

2．SMT片状电阻阻值表示法

片状电阻的阻值以数字法表示，数字标示于电阻表面。

（1）采用三位数表示：第一位、第二位为有效数，第三位为有效数后“0”的个数。如电阻标示为“322”，则该电阻为3.2 kΩ。

（2）采用四位数表示：第一位、第二位、第三位为有效数，第四位为有效数后“0”的个数。如电阻标示为“8222”，则该电阻为 82.2 kΩ。