一、什麼是電子元器件
常言道,巧婦難為無米之炊,電子元器件就是電子工程師的“米”,它們是電子工程師日常設計中接觸到最多的實物,掌握常用器件的各項特性,是一個合格的電子工程師必備技能。
電子元器件其實是電子元件和電子器件的合稱。一開始他們的定義如下。電子元件是指生産過程中,不改變分子成分的成品。也叫無源器件,如電阻、電容、電感等。電子器件是指生産過程中改變分子結構的成品。如電子管、半導體、內建電路等。随着電子行業發展越來越快,工藝逐漸提高,元器件也越來越多,電子元件和電子器件的概念越來越模糊;電子工程師沒必要糾結本概念。習慣中,電子元件、電子器件和電子元器件均指同一類物品。甚至某些外圍物品(如連接配接器、插座、排線等)我們也叫做電子元器件。
二、電子元器件分類
1、從電源的角度分類
從是否消耗電源的角度分類,電子元器件可分為有源器件和無源器件。
無源器件:如果電子元器件工作時,不需要外間電源就能表現其自身的特征,則這種元器件叫做無源器件。常用的無源器件如電阻、電容、電感、二極管等。
有源器件:與無源器件對應,如果電子元器件工作時,需要能量才能顯示出其特性,這種元器件叫做有源器件。常用的有源器件如三極管、場效應管、大部分內建電路等等。
2、從功能上分類
根據功能上分類,可分為分立元器件和內建電路兩種。
分立元器件:從功能上,那些具有單獨的基本功能并且功能不能拆分的單元,叫做分立元器件。如電阻、電容、電感、二極管、三極管等等。他們功能單一,并且是電子電路中最基本的功能。
內建電路(Integrated Circuit,IC):采用一定的工藝,把半導體、二極管、電容、電感等基本器件內建在一起,形成一個體積較小、且具有特定功能的微型電子電路結構,我們叫做內建電路。近幾十年內建電路技術和工藝飛速發展,這就為電子工程師日常設計提供了較大的發揮空間。
三、基本電子元器件
1、電阻器
提到電阻器大家都不陌生,按照定義,我們把導體對電流的阻礙作用就叫做導體的電阻。電子線路中,用某種材料制造的具有電阻特性的導體,我們叫做電阻器,也常常簡稱為電阻。電阻器是電子線路中使用最多的基本元器件之一。電阻(我們常用R表示)的機關為歐姆(Ω)。定義為公式(1)。

其中 V 為導體兩端的電壓,I為流經導體的電流。電阻為導體的基本屬性,假設導體均勻,則他的電阻值與長度成正比,與截面積成反比。電阻的倒數叫做電導(常用G表示),機關為西門子。
電子線路中,習慣上常用Rx(x表示數字編号)表示電阻器,電阻器常用于分壓、限流、阻抗比對等作用。電阻器有很多實體形式,圖一列出了常用的電阻器封裝。iBoard中,我們使用的是表面貼裝(貼片)電阻器。
圖一(1)直插式電阻器 圖一(2)貼片電阻器
2、電容器
電容器是一種容納電荷的器件,又叫電容。簡單的電容是由兩片極闆和中間的絕緣電媒體構成。電容的機關為法拉(F),它以發現電磁感應現象的英國實體學家邁克爾· 法拉第命名。法拉是一個“較大”的機關,電子線路中,我們常用微法(uF,1uF=10-6F)、皮法(pF,1pF=10-12F)來表示電容值。
電容的種類很多,從原理上,我們可以分為無極性電容和有極性電容。有極性電容使用過程中極性不能接反,接反後極有可能引起電容器爆炸,電容器接反也是調試過程中工程師最容易犯的低級錯誤。從材料上我們可以分為電解電容、瓷片電容、钽電容、CBB電容、獨石電容等等,每種電容都有其自身的特征,電子工程師需根據不同的電子線路特征來選擇合适的電容器。
電子設計中,我們常用電容器實作儲能、旁路、去耦、濾波等功能。電子線路裡,常用Cx(x為編号)表示無極性電容器,用ECx(x為編号)表示有極性電容器。圖二為 iBoard 中使用的電容器類型。
圖二(1)貼片瓷片電容 圖二(2)貼片鋁電解電容
3、電感器
有一種電子元器件,把他放在閉合回路中,在回路中電流改變時,會出現電動勢來抵抗回路電流的改變,這種特性叫電感,具有電感特性的元器件我們成為電感器。最簡單的電感是螺線管樣式的導線。這裡大家要清楚,電感對電流的阻礙作用和電阻對電流的阻礙作用是兩碼事。一方面,電感是在電流變化時,它阻礙電流的變化;而電阻,有電流他就阻礙;第二,電阻是消耗能量的,而電感,是把能量“儲存起來”。
電感的機關為亨利,标記為“H”,它以美國科學家約瑟 · 亨利命名。電子電路中,我們以 Lx(x為編号)表示電感,圖三為常用電感實物圖。
圖三 常用電感(依次為貼片功率電感、磁環電感、工字型電感和貼片層疊電感)
4、鐵氧體磁珠
磁珠是用于抑制信号線、電源線上高頻幹擾的電子元器件。我們可以把磁珠認為品質因數Q較小的電感器。磁珠可以等效為電阻器和電感器串聯,但磁珠和電感也是有很大差别的,電感是儲存能量而磁珠是消耗能量的。
磁珠的機關是歐姆(Ω),他與電阻有着相同的機關,我們常以100MHz時的阻抗,作為磁珠的阻抗值。電子線路中,常用FBx(x為編号)來表示磁珠,圖四為磁珠的實物圖和電路符号。
圖四 磁珠實物圖與電路符号
5、晶體二極管
晶體二極管,簡稱二極管,是一種具有電流單向流動性的電子元器件。二極管有兩個電極,分别為陽極(Anode,簡稱A)和陰極(Cathode,簡稱K),電流可以從陽極流向陰極,不能從陰極流向陽極。
二極管有很多分類,如普通二極管,肖特基二極管,穩壓二極管、發光二級管(LED)等。常用二極管實物圖如圖五所示,電路符号如圖六所示,依次為普通二極管、發光二級管、肖特基二極管、齊納二極管、變容二極管和隧道二極管。電路中,我們常用Dx(x為編号)來表示二極管。
圖五 常用二極管實物圖
圖六 二極管電路符号
6、晶體三極管
晶體三極管,簡稱三極管。它具有電流放大作用,是最基本的元器件之一。三極管是由相鄰的兩個 PN 結組成,兩個 PN 結把三極管分成三部分,排列方式有NPN和 PNP兩種方式。
三極管有三個引腳分别為基極(B)、集電極(C)和發射極(E)。電子電路中,三極管常用Qx(x為編号)表示,常用與電流放大和開關作用,其電路符号如圖七所示。實物圖如圖八所示。
圖七 三極管電路符号
圖八 三極管實物圖
四、內建電路封裝
內建電路,簡稱 IC。從1958年第一個內建電路的出現一直到現在,內建電路經曆幾十年的飛速發展後,出現了各式各樣的種類。制造技術的發展,使得內建電路內建度越來越高,功能越來越複雜,而價格卻越來越低。如今內建電路已經滲透到人們生活的各個角落,它為資訊化社會奠定了硬體基礎。以後的章節我們都建立在內建電路的基礎上。
生産廠商把內建電路做成各式各樣的封裝(當然,為了降低成本,某些應用領域也用裸片的形式出現),一是為電路提供一個穩定可靠的工作空間,二是友善電子工程師應用。了解常用內建電路的封裝,是電子工程師最基本的技能。下面為一些具有代表性的電子元器件封裝形式。
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