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电子元件基础知识
电子元器件是电子系统的基础，熟悉电子元器件的性能及识别方法，在学习理解电路上是非常重要的。本章将详细介绍电阻、电容、二极管、三极管、晶振和IC 等常用电子元器件的特性和使用方法。
一、 电阻器
电阻器简称电阻（Resistor，通常用“R”表示）是所有电子系统中使用最频繁的电子元件，其电路符号如图1 所示。电阻的主要物理特征是将电能转换为热能，电流经过它就产生内能，是耗能元件。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。

图1 各种电阻电路符号

1 分类
电阻的种类很多，如图2 所示。一般可以按以下几种方法来区分：
l 阻值特性：可分为固定电阻、可调电阻和特种电阻 （敏感电阻）等；
l 制造材料：碳膜电阻、金属膜电阻和线绕电阻等；
l 安装方式：插件电阻和贴片电阻。
注意：不同的电阻器，不仅其电阻值不同，功能也不一样，所以不同的电阻器是不可以随便替代的。

图2 电阻分类

2 电阻的单位
在国际单位制中电阻的单位是欧姆，用符号“Ω”表示。欧姆的定义：当在一个电阻器的两端加上1 伏特的电压时，如果在这个电阻器中有1 安培的电流通过，则这个电阻器的阻值为1 欧姆。此外还有KΩ（千欧），MΩ（兆欧），其中：1MΩ= 103KΩ，1KΩ= 103 Ω。
3 功率
功率的单位是瓦特，电阻器的功率为它在正常使用情况下能释放多少能量，功率越高， 释放的能量越多。需要注意的是，尽管电阻阻值一样，也不能使用低功率的电阻代替高功率的电阻。
4 误差
误差是电阻阻值允许变动的范围，用正号和负号表示其正常的变动状况。例如一个电阻阻值为100Ω±10%，则电阻阻值可以在90-110Ω之间变化。
精密电阻的误差在±2%以下，用五个色环识别；半精密电阻的误差在±2%以上，用四个色环识别。注意：若在元件体的一端有一宽的银色环，此元件不是电阻，是电感器，电阻的银色色环与其它色环宽度相同。
5 电阻的标识方法
(1)色标法
目前国标上普遍使用色环标识电阻，色环在电阻器上有不同的含义，它具有简单、直观、方便等特点。色环电阻中最常见的是四环电阻和五环电阻，如图3 所示。

图3 色环电阻识别图
1） 四环电阻
四环电阻由2 条数据环、1 条倍率环和1 条误差环构成。
l 第一道色环印在电阻的金属帽上，表示电阻第一位有效数字和色标法读数的方向；
l 第二道色环表示第二位有效数字；
l 第三道色环表示相乘的倍率；
l 第四环表示误差。
国外有些厂家把第四环也标在金属帽上，此时，金色或银色的一环是第四环，第一环是离元件体端部最近的一环。例如：某电阻的色环依次为“黄、紫、红、银”，则该电阻的阻值为47×102 Ω= 4.7KΩ，误差为±10% 。
2） 五环电阻
五环电阻的标识与四环电阻的基本相同，区别是：
l 多一条数据环；
l 阻值精度较高，五环电阻的误差在±2% 以下。
例如：电阻R1 的色环依次为“黄、紫、黑、棕、棕”，则该电阻的阻值为470×10Ω= 4.7KΩ，误差为±1%。除了四环电阻和五环电阻，还有六环电阻，阻值读法与五环电阻一样，其最后一环表示温度系数。
(2)直标法
将电阻器的主要参数和技术性能用数字或字母直接标注在电阻体上，例如：“5.1kΩ 5%”表示电阻阻值为5.1kΩ，误差为5%。
(3)文字符号法
将文字、数字两者有规律组合起来表示电阻器的主要参数。例如：0.1Ω= Ω1 = 0R1， 3.3Ω= Ω3 = 3R3，3K3 = 3.3KΩ。
(4)数标法
对于误差大于±2%的电阻，用三位数字表示，前两位数字代表有效数字，最后一位数字表示10 的多少次方。例如：103 表示10×103 Ω或10KΩ。对于误差小于±2%的电阻，阻值用四位数字表示，前三位数字代表重要数据，最后一位表示加零的个数。例如：2672 表示267×102 Ω或26.7KΩ。字母“R”代表小数点，后跟有效数字。例如：R10 = 0.10Ω。
6 电阻网络
电阻网络与色环电阻相比具有整齐、少占空间的优点，它的内部实际上是由很多个电阻并排在一起，所以也叫做排阻。在电路中电阻网络的符号为“RN”、“RP”等。电阻网络有两种类型，如图4 所示。
l 双列直插电阻网络，类似于IC；
l 单列直插电阻网络。
1 号管脚由在元件体上的小圆点或数字“1”或一条粗实线表示，一般为电阻网络的公
共端，使用的时候需要注意。

图4 直插电阻实物图

7 电位器
电位器是一种可调电阻器，可通过调整其元件体上的旋扭或螺钉改变其阻值。
电位器的电路符号是“R”，具有方向性。一个电位器有三个管脚，一般只有一种方法把电位器插入电路板。电位器有方形、圆形等形状。

图5 电位器
8 敏感电阻器
敏感电阻是指器件特性对温度，电压，湿度，光照，气体，磁场，压力等作用敏感的电阻器。敏感电阻的符号是在普通电阻的符号中加一斜线，并在旁标注敏感电阻的类型，例如：T、V 等。
(1)压敏电阻
压敏电阻是对电压变化很敏感的非线性电阻器。当电阻器上的电压在标称值内时，电阻器上的阻值呈无穷大状态，当电压略高于标称电压时，其阻值很快下降，使电阻器处于导通状态，当电压减小到标称电压以下时，其阻值又开始增加。
压敏电阻可分为无极性(对称型)和有极性(非对称型)压敏电阻.选用时，压敏电阻器的 标称电压值应是加在压敏电阻器两端电压的2~2.5 倍。另外需要注意压敏电阻的温度系数。
(2)湿敏电阻
湿敏电阻由感湿层、电极和绝缘体组成，湿敏电阻主要包括氯化锂湿敏电阻、碳湿敏电阻和氧化物湿敏电阻。
l 氯化锂湿敏电阻随湿度上升而电阻减小，缺点是测试范围小，特性重复性不好，受温度影响大；
l 碳湿敏电阻缺点是低温灵敏度低，阻值受温度影响大，有老化特性，较少使用；
l 氧化物湿敏电阻性能较优越，可长期使用，温度影响小，阻值与湿度变化呈线性关系。
(3)光敏电阻
光敏电阻是电导率随着光量力的变化而变化的电子元件，当某种物质受到光照时，载流子的浓度增加从而增加了电导率，这就是光电导效应。光敏电阻分为可见光光敏电阻、红外光光敏电阻和紫外光光敏电阻。
(4)气敏电阻
利用某些半导体吸收某种气体后发生氧化还原反应制成，主要成分是金属氧化物，主要类型有：金属氧化物气敏电阻、复合氧化物气敏电阻和陶瓷气敏电阻等。
(5)力敏电阻
力敏电阻是一种阻值随压力变化而变化的电阻。主要类型有硅力敏电阻器，硒碲合金力敏电阻器，合金电阻器具有更高灵敏度。力敏电阻可制成各种力矩计，半导体话筒，压力传感器等。

二、 电容器
电容器 （Capacitor）简称电容，由两个金属极和绝缘介质构成。电容的特性主要是隔 直流通交流，多用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐。电容的符号为“C”，电路符号如图6 所示。

图6 常见电容电路符号

1 类型
电容可以按以下几方面进行分类：
l 介质：气体介质电容、液体介质电容、无机固体介质电容和有机固体介质电解电容；
l 极性：有极性电容和无极性电容；
l 结构：固定电容、可变电容和微调电容。
2 电容的容量单位和耐压
电容容量就是反映电容器施加电压后储存电荷的能力。电容的基本单位是F （法）， 常用单位还有：mF（毫法）、μF（微法）、nF（纳法）和pF（皮法）。由于F 的容量比较大，电容一般以μF、nF、pF 为单位。

换算关系：1F = 106 μF，1μF = 103 nF = 106 pF。

每个电容都有它的耐压值，用“V ”表示。无极性电容的标称耐压值比较高，一般有： 63V、100V、160V、250V 和400V 等。有极性电容的耐压相对比较低，一般有：4V、6.3V、 10V、16V、25V、35V 和50V 等。

注意：如果两电容器的容量相同，工作电压大的电容器可代替工作电压小的电容器，反之则不能代替。
3 电容的标注方法和容量误差
电容的标注方法一般采用直标法和数标法两种方式。
（1） 直标法
直标法就是将电容容量直接标注在电容器的表面。体积比较大的电容多采用这种方式 进行标注。例如：“25V10 μF”表示容量值为10μF 耐压值为25V 的电容。
（2） 数标法
数标法常用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是10 的多少次 方。例如：102 表示10×102 pF = 1000pF。
电容容量误差用特定符号来表示，如表1 所列。
表1 电容误差表
字母
F
G
J
K
L
M
误差 （±%）
1
2
5
10
15
20

4 电容的正负极区分
如图7 所示，常用电解电容器上面有白色条纹，表示该脚是负极。钽质电容器上面有一个正号，表示该脚是正极。引脚长短也可以用来区别正负极，长脚为正，短脚为负。

图7 几种电容的外形

三、二极管
二极管是一种单向导电性元件，在正向电压的作用下，导通电阻很小，反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。因此常用作整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等。二极管的符号是“CR”或“D”，其电路符号如图8 所示。

图8 常见二极管电路符号
二极管其外形如图9 所示，其封装材料有玻璃和塑料等。二极管表面上的标记是型 号和正负极；小功率二极管的负极，大多采用一种色圈标出来；发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长引脚为正极，短引脚为负极。

图9 几种二极管的外形
二极管按作用可分为：整流二极管 （如1N4004）、隔离二极管（如1N4148）、肖特基二极管 （如1N5819）、发光二极管和稳压二极管等。
1 稳压二极管
稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体管，简称稳压管。稳压管在反向击穿时， 在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中。
2 发光二极管(LED)
发光二极管通常用来作为显示用途，除单个使用外，也常作为七段式或矩阵式器件，工作电流一般为几毫安至几十毫安之间。发光二极管的另一重要用途是将电信号变为光信号，通过光缆传输，然后再用光电二极管接收，再现电信号。发光二极管常用的符号是“LED”。
3 光电二极管
光电二极管的结构与PN 结二极管类似，但在它的PN 结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接受外部光照。这种器件的PN 结在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加二而上升。光电二极管可用作光的测量，是将光信号转换为电信号的常用器件。

四、 三极管
三极管，是半导体基本元器件之一，是电子电路的核心元件。三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观如图10 所示。

图10 几种三级管的外形
三极管的电路符号有两种，如图2.11 所示。带箭头的电极是发射极，箭头向外的是 NPN 型三极管，而箭头向内的是PNP 型三级管。

图11 三级管的电路图符号
1 作用
三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号。三极管的一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是基极注入电流β倍的电流，即集电极电流，基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。
2 三极管基极的判别
根据三极管的结构示意图，我们知道三极管的基极是三极管中两个PN 结的公共极，因此，在判别三极管的基极时，可利用万用表找出两个PN 结的公共极，即为三极管的基极。

3 无源晶体

图12 晶体实物图
晶体符号是X、Y，晶体是构成振荡电路的振源，外形如图12 所示，常用金属外壳封装，保护里面的晶片。晶体没有极性，电路符号如图13 所示。晶体表面上标记有商标（或厂家名称）和振荡频率，振荡频率是晶体物理性能的一个主要参数，在应用中只需认准这个参数。晶体只有与其它器件构成振荡电路后才能产生振荡信号。

图13 晶体电路符号
4 有源晶振
有源晶振内部集成晶片、电阻和电容等器件，已经形成一个振荡电路，可以直接产生一定频率的振荡信号。外形如图14 所示，器件表面标记有振荡频率、第一脚位置和商标（厂家名称）。使用时只需认准振荡频率和第一脚位置，第一脚位置用“·”表示，振荡频率数字标明。有源晶振的符号是“Y”。

图14 有源晶振实物图
五、 稳压器
电子系统中，都需要稳定的直流电源供电，稳压器就扮演了这个重要角色。常用的稳压器为三端集成稳压器，由输入端、地和输出端构成，如图15 所示。

图15 集成稳压芯片
稳压器分为固定式和可调式。常用的固定式稳压器有78/79 系列，1117 系列等。以78 系列为例，7805 表示输出电压为5V，输入电压范围为7V~35V。同样电压不同型号的稳压器虽输出电压相同，但性能不同，在选型的时候需要慎重考虑。
可调式有317 系列等，配合相应的电路可以调节输出电压。使用固定集成稳压器配上 相应的电路，也可实现输出电压可调功能。

六、 集成电路 （IC）
集成电路是通过半导体工艺将有源元件 （晶体管和二极管等）、无源元件 （电阻和电容等）及其互连布线，集成在半导体或绝缘体基片上，形成结构紧密具有特定功能的电路。 与分立元器件组成的电路相比，具有体积小、重量轻、引线短、焊点少、可靠性高、功率低、使用方便和成本低等优点。
IC 的种类很多，常见的有TTL 系列（与非门电路）、RAM 系列（随机储存器）、ROM（只读存储器）、EPROM （紫外线可擦除式唯读存储器）系列和PAL （可编程逻辑阵列）。 集成电路符号为“U”。Actel 公司的ProASIC3 系列FPGA IC 如图16 所示。

图16 集成电路实物图
1 集成电路型号的识别
集成电路的型号一般以字母和数字的方式标注在集成电路的表面，通过型号就可以了 解到这款集成电路的用途、功能和电气特性等。
2 安装集成电路时要注意方向
安装集成电路时，要注意安装的方向。以集成电路上的缺口或标志点为准，按逆时针排列。有一些集成电路引脚排列较为特殊，所以在安装前要仔细阅读芯片手册，根据手册所标明的引脚排列方式进行安装。
如图17 所示，安装时注意以标志点一端为第1 引脚。

图17 集成电路管脚排布
七、 静电防护
ESD （静电敏感）是一种描述静电放电的术语，指电荷在两个物体间的传递。生活中常看到的电火花现象就是静电放电效应的结果，所有元件或电路板都被认为是静电敏感的。 静电放电引起的元件击穿是电子工业最普遍、最严重的静电危害，它分硬击穿和软击穿，硬击穿是一次性造成元器件介质击穿、烧毁或永久性失效；软击穿则是造成器件的性能劣化或参数指标下降。 静电防护工作是一项系统工程，任何环节的疏漏或失误，都将导致静电防护工作的失 败，必须时时防范。