电路元件的组成原来和象棋一样,都拥有自己的“车、马、炮”

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第一章 阻抗元件

第一章 阻抗元件

电子电路中有3种类似棋中“车、马、炮”重要棋子一样的基本元件,它们就是电阻器、电容器和电感器。作为科技制作“小达人”,要想顺利进行电子制作,必须首先熟悉和掌握这3种最基本元件的结构特点、外形种类、主要参数、识别方法和电路符号等内容。

电阻器、电容器和电感器可统称为阻抗元件,顾名思义,它们都具有阻碍“电”的能力,在电路中分别发挥出纯阻抗(电阻器)、容抗(电容器)或感抗(电感器)的功用。其中:电容器具有存储电荷的能力,其特点是允许交流电的流通,阻止直流电的流通;电感器具有存储磁能的能力,其特点与电容器相反,是通直流、阻交流。这两者是振荡电路、调谐电路、退耦电路和滤波电路中经常用到的元件。

1 无处不在的电阻器

电阻器是利用一些材料对电流有阻碍作用的特性所制成的,它是一种最基本、最常用的电子元件。电阻器在电路里的用途很多,大致可以归纳为降低电压、分配电压、限制电流和向各种元器件提供必要的工作条件(电压或电流)等。为了表述方便,通常将电阻器简称为电阻。

电阻器按其结构可分为固定电阻器和可调电阻器两种,电位器也是一种可调电阻器。

固定电阻器

固定电阻器通常简称电阻器或电阻,它是电子制作中使用最多的元器件之一。固定电阻器一经制成,其阻值便不能再改变。

(1)种类及特点

电子爱好者经常使用的固定电阻器有:实芯电阻器、薄膜电阻器和线绕电阻器。图1-1所示是它们的实物外形图。由图可知,普通固定电阻器只有两根引脚,引脚无正、负极性之分;小型固定电阻器的两根引脚一般沿轴线方向伸出,可以弯曲,以便在电路板上进行安装。

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图1-1 常用固定电阻器实物外形图

实芯电阻器是由碳与不良导电材料混合、并加入粘结剂制成的,型号中有RS标志。这种电阻器成本低,价格便宜,可靠性高,但阻值误差较大,稳定性差。在以前的电子管收音机和各种电子设备中,实芯电阻器使用非常普遍,但现在的成品电器中已经很少使用了。电子爱好者手头多有这种电阻器,一般在业余电子制作中是完全可以利用的。

薄膜电阻器是用蒸发的方法将碳或某些合金镀在瓷管(棒)的表面制成的,它是电子制作中最常用的电阻器。碳膜电阻器型号有RT标志(小型碳膜电阻器为RTX),它造价便宜、电压稳定性好,但允许的额定功率较小。金属膜电阻器型号有RJ标志,外面常涂以红色或棕色漆,它的特点是精度高,热稳定性好,在相同的额定功率下,体积只有碳膜电阻器的一半。

线绕电阻器在型号中有RX标志,是用镍铬或锰铜合金电阻丝绕在绝缘支架上制成的,表面常涂有绝缘漆或耐热釉层。线绕电阻器的特点是精度高,能承受较大功率,热稳定性好;缺点是价格贵,不容易得到高阻值。万用电表中的分流器、分压器大多采用线绕电阻器。

(2)主要参数

电阻器的主要技术参数有标称阻值、允许偏差和额定功率。

电阻值(简称阻值)的基本单位是欧姆(简称欧),用希腊字母“Ω”表示。通常还使用比欧姆更大的单位——千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)。它们之间的换算关系是:

1兆欧(MΩ)=1000千欧(kΩ)

1千欧(kΩ)=1000欧姆(Ω)

为了适应不同的需要,国家规定了一系列的电阻值作为产品的标准,并在产品上标注清楚标准电阻值,称之为标称电阻。我国电阻器的标称阻值系列见表1-1。表中所给出的基数,可以乘以10、100、1000……例如3.9这个基数,可以是3.9Ω,也可以是39Ω、390Ω、3.9kΩ、39kΩ、390kΩ和3.9MΩ等。

表1-1 电阻器标称阻值系列

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但是由于电阻器在生产过程中存在着误差,所以标称阻值并不是100%的等于电阻器的实际电阻。我们把电阻器的实际阻值和标称阻值间的差别,常以差值与标称阻值的百分比数来表示,叫作允许偏差(或阻值误差)。电阻器产品根据允许偏差大小可以分为3个等级,即:Ⅰ级允许偏差为±5%,Ⅱ级允许偏差为±10%,Ⅲ级允许偏差为±20%。很显然,允许偏差值越小,表示电阻器的阻值精度越高。

电阻器是一种耗能元器件,当电流通过电阻器时,就会有一部分电能转换成热能,使电阻器温度升高。若使用时电阻器通过的电流太大或电阻器两端承受的电压过高,都会造成电阻器因过热而损坏。因此,各种电阻器都规定了它的标称功率(又叫额定功率)。如果低于额定功率使用,电阻器的寿命就长,工作安全;如果超负荷使用,轻者会缩短它的使用寿命,重者可能将电阻器烧坏。电阻器长期工作所允许承受的最大电功率即为额定功率,单位为瓦(W)。一般电阻器分为1/16W、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W、10W等多种,使用中电阻器实际消耗的功率必须小于它的额定功率。在电子制作中,如果电路中没有特别注明,通常都可以使用1/8W或1/4W的电阻器。

(3)型号命名

国产电阻器的型号命名一般由4部分组成,其格式和含义如图1-2所示。第1部分用字母“R”表示电阻器的主称;第2部分用汉语拼音字母表示构成电阻器的材料,如T为碳膜、H为合成碳膜、S为有机实芯、N为无机实芯、J为金属膜、Y为氧化膜、C为沉积膜、I为玻璃釉膜、X为线绕、F为复合膜;第3部分用阿拉伯数字(个别类型用汉语拼音字母)表示电阻器的分类,如1和2均为普通型、3为超高频、4为高阻、5为高温、7为精密、8为高压、9为特殊、G为高功率、T为可调;第4部分用阿拉伯数字表示产品序号。

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图1-2 国产电阻器的命名规则

通过国产电阻器的型号,可以获得构成对应电阻器的材料、结构类型等信息。例如:型号RT11表示这是普通碳膜电阻器,型号RX71表示这是精密线绕电阻器。

(4)标识方法

以前国产的电阻器大多数是将其标称阻值、允许偏差和额定功率(1W以下不标明)用数字和字母等直接印在表面漆膜上的,如图1-3(a)所示。这种直接标志法的好处是各项参数一目了然。另一种标志方法是在单位符号(Ω、kΩ、MΩ)前面用数字表示整数阻值,而在单位符号后面用数字表示第一位小数阻值,下面的字母则表示电阻值允许偏差的等级。字母等级划分:D表示±0.5%,F表示±1%,G表示±2%,J表示±5%,K表示±10%,M表示±20%。例如,图1-3(b)所示的电阻器阻值为3.9kΩ,偏差为±5%。

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图1-3 电阻器的直接标志法

实际上,目前占据电阻器主流标志方法的是国际上惯用的“色环标志法”。采用色环标志电阻器的标称阻值和允许偏差有很多好处:颜色醒目,标志清晰,不易褪色,并且从电阻器的各个方向都能看清阻值和允许偏差。使用这种电阻器装配整机时,不需注意电阻器的标志方向,有利于自动化生产。在整机调试和修理过程中,不用拨动电阻器就可看清阻值,给调试和修理带来了很大的方便,因此世界各国大多采用色环标志法。

采用色环标志法的电阻器,在电阻器上印有4道或5道色环表示阻值等,阻值的单位为Ω。对于4环电阻器,紧靠电阻器端部的第1、2环表示两位有效数字,第3环表示倍乘数,第4环表示允许偏差,如图1-4左边所示。对于5环电阻器,第1~3环表示3位有效数字,第4环表示倍乘数,第5环表示允许偏差,如图1-4右边所示。一般说来,我们常用的碳膜电阻器多采用4色环,而金属膜电阻器为了更好地表示精度,多采用5色环。

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图1-4 色环电阻器的标志法

色环一般采用黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、金、银12种颜色,它们所代表的数字意义如表1-2所示。图1-5给出了色环电阻器的实例。其中,图1-5(a)的电阻器4道色环依次为“棕、黑、红、金”,它表示10后面有两个“0”,其阻值为1000Ω=1kΩ,允许偏差为±5%;图1-5(b)的电阻器5道色环依次为“绿、棕、黑、橙、棕”,它表示510后面有3个“0”,其阻值为510×103Ω=510kΩ,允许偏差为±1%。

表1-2 电阻器上色环颜色的意义

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图1-5 色环电阻器实例

色环标志法中每种颜色所对应的数字在国际上是统一的,初学者往往一时记不住,运用得不熟练,其实你只要记住下面10个字的顺序,即“黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白”,它对应着数字“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9”,并且代表允许偏差的最后一圈色环多为专门的金色或银色,熟能生巧,慢慢就会运用自如了。

可调电阻器

可调电阻器主要有微调电阻器和电位器两大类,其最大特点是电阻值能够在一定范围内连续可调。

(1)微调电阻器

微调电阻器又称微调电位器、半可调电阻器,其实物外形见图1-6。它的阻值可以在一定范围内改变,常用于偶尔需要调整阻值的电路,例如作为晶体管的偏流电阻器、电桥平衡电阻器等。

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图1-6 常用微调电阻器实物外形图

微调电阻器的结构原理可通过图1-7所示的WH7-A型立式微调电阻器来说明。与固定电阻器相比较,微调电阻器增加了一个可以在两个固定电阻片引出脚之间滑动的触点引出脚,其中两个固定电阻片引出脚之间的电阻值固定,并将该电阻值称为这个微调电阻器的标称阻值。而滑动触点引出脚与任何一个固定电阻片引出脚之间的电阻值可以随着滑动触点的转动而改变。这样,可以达到调节电路中电压或电流的目的。

微调电阻器的阻值一般打印在它的外壳或表面明显处,所标阻值是它的最大阻值。微调电阻器多用于小电流的电路中,其额定功率较小,常见的多是合成碳膜电阻器,它的型号中有WH标志。若在大电流电路中使用微调电阻器,如电源滤波电路等,则要用线绕半可调电阻器(型号中有WX标志)。

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图1-7 WH77-A型立式微调电阻器

(2)电位器

电位器也是一种可调电阻器,它在电路中多用于经常需要改变阻值、进行某种控制或调节的地方,如收音机的音量调节、稳压电源输出电压调节等都是通过电位器来完成的。常用电位器有普通旋转式电位器、带开关电位器、小型带开关电位器、直滑式电位器等,它们的实物外形见图1-8。

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图1-8 常用电位器实物外形图

电位器与微调电阻器在构造上有相似的地方,它们一般都有3个引出脚(见图1-9),其中两边的两个固定电阻引出脚间的电阻最大,而中间的滑动触点引出脚与左、右两个引出脚之间的电阻可通过与旋轴相连的*片簧**式触点的移动而改变,但这两个电阻值之和始终等于最大电阻(标称阻值)。与微调电阻器相比,电位器具有较长的旋轴和外壳,制造工艺也更精巧,有的电位器还附有独立的电源开关。在业余电子制作或临时搭接线路的电子实验中,只要体积允许,可用电位器来代替微调电阻器。

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图1-9 WH1155-K型带开关电位器

电位器的主要参数除标称阻值、允许偏差和额定功率外,还有一个重要的参数——阻值变化特性,它是指其阻值随转轴的旋转角度(或动臂的滑动行程)而变化的关系。常见的电位器阻值变化规律有直线式、指数式和对数式3种,分别用字母X、Z、D(或B、A、C)来表示,其变化特性曲线如图1-10所示,具体特点和用途如下:

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图1-10 3种电位器阻值变化特性曲线

①直线式(X型)电位器。其阻值按转轴旋转的角度而均匀变化,适用于一些要求均匀调节的场合,如分压器、晶体三极管偏流调整等电路中。

②指数式(Z型)电位器。其阻值在转轴转过的角度较小时,变化缓慢,以后随着转轴转过的角度加大,阻值的变化也逐渐加快。简单地说,当转轴旋动时,这种电位器的阻值按照指数规律变化。这种电位器适合于音量控制电路,因为人耳对微小的声音稍有增加时,感觉很灵敏,但声音大到某一值后,即使声音功率有了较大的增加,人耳的感觉却变化不大,采用这种电位器进行音量控制,可获得音量与电位器转角近似于线性的关系。

③对数式(D型)电位器。其阻值在转轴转过的角度较小时,变化很快,以后随着转过角度的增大,变化就逐渐变慢,这正好与Z型电位器相反。简单地说,当转轴旋动时,这种电位器的阻值按照对数规律变化。这种电位器适用于反馈式音调控制电路等,可使电位器的转轴旋到中心位置(旋转角度为50%)时,高、低音控制电路处于既不提升又不衰减的状态。

各种不同类型的电位器(包括微调电阻器),可以通过它们的型号进行识别。国产电位器的型号命名一般由4部分组成,其格式和含义如图1-11所示。第1部分用字母“W”表示电位器的主称;第2部分用汉语拼音字母表示构成电位器电阻体的材料,如H为合成碳膜、S为有机实芯、N为无机实芯、J为金属膜、Y为氧化膜、I为玻璃釉膜、X为线绕、D为导电塑料、F为复合膜;第3部分用汉语拼音字母表示电位器的分类,如G为高压类、H为组合类、B为片式类、W为螺杆驱动预调类、Y为旋转预调类、J为单圈旋转预调类、D为多圈旋转预调类、M为直滑式精密类、X为旋转式低功率类、Z为直滑式低功率类、P为旋转功率类、T为特殊类,早期产品还用阿拉伯数字1和2表示普通类、7表示精密类、8 表示特种函数类、9表示特殊类、W表示微调类、D表示多圈类;第4部分用阿拉伯数字表示产品序号,有些还在数字序号后缀上单字母,作为区别代号。例如:型号WXJ2表示这是精密线绕电位器,型号WHX3表示这是旋转式合成碳膜电位器,型号WSW1A表示这是微调有机实芯电位器。

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图1-11 国产电位器的命名规则

电位器在实际应用时必须配上合适的手动绝缘旋钮或拨轮盘。例如,广泛应用于便携式收音机、磁带录放机等产品中的WH15-K型带开关小型合成膜电位器(见图1-9),只有给它配上了专门的塑料拨轮盘,才能顺利操作。通过塑料拨轮盘控制旋柄转动,从而完成控制电源开关和阻值改变两项工作。

电路符号

图1-12所示为固定电阻器、微调电阻器与电位器的电路符号。其图形符号中的长方块,表示电阻体本身,两端的短线表示电阻器的两个引脚线。微调电阻器和电位器图形符号中带箭头的引线,表示滑动*片簧**端。在电路图中,为了使电路图整齐、清楚,这些图形符号可以竖着画,也可以横着画,在电路图中的位置也以连接简洁为前提。这与制作时它们的实际安装位置,竖放还是横放,以及排列的远近疏密都没有关系。这一点对电阻器以外的其他元器件也是一样的,请初学者注意。

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图1-12 电阻器的符号

固定电阻器的文字符号是R,可调电阻器的文字符号是RP(有些书刊用W表示),它们常写在图形符号旁边。若电路图中有多只同类元器件,就在文字符号后面或右下角标上数字,以示区别,如R1、RP2或R1、RP2等。

2 隔直流、通交流的电容器

电容器简称电容,是最常见的电子元器件之一。在各种电子制作中,除了电阻器用量最大以外,电容器用量一般居第二位。

电容器的基本构造如图2-1所示:两块相距很近并且中间夹着绝缘介质(固体、气体或液体)的导电极板就构成了一个简单的电容器。电容器具有阻止直流电通过,而允许交流电通过(同时有阻碍作用)的特性,因此常用于振荡电路、调谐电路、滤波电路、旁路电路和耦合电路等。

电容器按其结构可分为固定电容器和可变电容器两大类。按介质分类则有纸介电容器、瓷介电容器、有机薄膜介质电容器、电解电容器、空气电容器等几种。电容器的电性能和应用场合在很大程度上取决于介质的种类。

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图2-1 电容器结构示意图

固定电容器

固定电容器是指容量不能人为改变的电容器,它可分为无极性固定电容器与有极性固定电容器两大类。电子爱好者常说的“电容器”,一般指的就是各种固定电容器。

(1)种类及特点

固定电容器的产品种类繁多,结构形态各异,图2-2所示给出了电子爱好者常用的几种固定电容器实物外形图,表2-1列出了它们的品种和主要特点。

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图2-2 常用固定电容器实物外形图

表2-1 常用固定电容器的品种和主要特点

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(2)主要参数

电容器的主要技术参数有电容量、额定直流工作电压和电容量允许偏差等。

电容器的电容量是指它储存电荷能力的大小,这是由电容本身构造所决定的。电容器的极板面积越大、介质越薄、介电常数(由介质种类决定)越大,电容量就越大;反之,电容量就越小。

电容量的基本单位是法拉,用字母“F”表示。这个单位很大,通常用它的百万分之一做单位,称为微法(μF),更小的单位是皮法(pF),也叫微微法,它们之间的关系是:

1法拉(F)=106微法(μF)

1微法(μF)=106皮法(pF)

电容器的额定直流工作电压简称为“耐压”。电容器工作电压超过耐压值,就会击穿里面的绝缘介质,造成不可修复的损坏。电容器的耐压一般都标在它的外壳上。

电容器的允许偏差(常称“误差”)是指它容量的实际值和标称值之差与标称值的百分比数,通常分3个等级:Ⅰ级为±5%,Ⅱ级为±10%,Ⅲ级为±20%。普通铝电解电容器的允许偏差较大,甚至达—30%~100%。

(3)型号命名

国产电容器的型号命名一般由4部分组成,其格式和含义如图2-3所示。第1部分用字母“C”表示电容器的主称;第2部分用汉语拼音字母表示电容器的介质材料,如A为钽电解、B为聚苯乙烯、BB为聚丙烯、BF为聚四氟乙烯、C为高频瓷介、D为铝电解、E为其他材料电解、G为合金电解、H为纸膜复合、I为玻璃釉、J为金属化纸介、L为聚酯(涤纶)等极性有机薄膜、N为铌电解、O为玻璃膜、Q为漆膜、T为低频瓷介、V为云母纸、Y为云母、Z为纸介;第3部分用阿拉伯数字或汉语拼音字母表示电容器的分类,具体详见表2-2;第4部分用阿拉伯数字表示产品序号。

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图2-3 国产电容器的命名规则

表2-2 电容器型号中(第3部分)分类代号的含义

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通过国产电容器的型号,一般可以获得构成对应电容器的介质材料、结构类型等信息。例如:型号CBB12表示这是非密封聚丙烯电容器,型号CT11表示这是圆形低频瓷介电容器,型号CD22表示这是铝电解电容器。

(4)标识方法

目前,大多数国产电容器都按照图2-4所示,把产品的标称容量、耐压、误差等级等直接标印在外壳上,称为“直接标志法”。有时还可将单位符号省略,其规定是:容量若用小数点表示,则省略的单位应该是微法(μF);若是整数,则单位是皮法(pF)。而对于几到几千微法的大容量电容器,标印单位不允许省略。另外,若容量是零点零几,常把整数位的“0”省去,例如,某电容器标称容量为“0.01μF”,常标注为“.01μF”。

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图2-4 电容器直接标志法

对于体积较小的电容器来讲,采用“直接标志法”显然有一定难度。实际上,国内外生产的电容器规格数值标志法还有许多种,其中使用最为普遍的是国际电工委员会推荐的“数字符号法”,其具体规则是:用2~4位数字和1个字母表示电容量。其中数字表示有效数值,字母表示数值的量级,即p表示皮法(10-12F),n表示毫微法(10-9F),μ表示微法(10-6F),m表示毫法(10-3F)。同时,字母还表示小数点的位置,例如,1p5表示l.5pF,4μ7表示4.7μF。电容量误差也用字母表示,它们的含义是:F=±1%,G=±2%,J=±5%,K=±10%,L=±15%,M=±20%,N=±30%等。图2-5给出了几种电容器的数字符号标志法实例,读者通过仔细对比,可尽快掌握规律要领,达到举一反三的效果。

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图2-5 电容器数字符号标志法

现在还有一种“数码标志法”,应用也很普遍,它的规则是:数码一般为3位数,从左算起,第1、2位数为有效数字,第3位数为倍乘位,表示有效数字后面跟的“0”的个数。数码标志法的容量单位为皮法(pF)。例如,某电容器标有104K字样,它表示电容量为0.1μF,误差±10%。千万不要把它当作是104 kΩ的电阻器。图2-6是数码标志法的两个实例。需要另外说明的是,如果第3位数是“9”,则表示倍乘数为10-1,而不是109。例如:“339”表示33×10-1 pF,即3.3 pF。可见,凡第3位数字为“9”的电容器,其容量必为1~9.9 pF。

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图2-6 电容器数码标志法

电解电容器作为一种有极性的固定电容器,其外壳除了标明容量和耐压等以外,还采用明显的箭头符号或文字说明来标识清楚引脚的正、负极性,详见图2-7。

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图2-7 电解电容器极性识别法

可变电容器

可变电容器也叫可调电容器,它是指容量大小可以调节的电容器。这类型的电容器按使用场合和要求的不同,可划分成容量需要经常改变的可变电容器和容量一经调整好就固定下来不再经常改变的微调电容器两大类。

(1)可变电容器

可变电容器的电容量可以在一定的范围内匀滑地改变,多用于收音机的调谐回路中等,其外形如图2-8所示。可变电容器由多层定片和多层动片构成电容器的极板。定片与支架一起固定,动片与轴柄相联可自由转动,通过改变动片与定片的对应面积,可实现电容量的连续调节。常用可变电容器根据动片与定片之间所用介质的不同,可分为体积较大的空气可变电容器和体积较小的有机薄膜(多元乙烯薄膜)可变电容器两种;如果按动片组数来分,有单连、双连和多连电容器3种;按各连电容量是否相同来分,有等容和差容两种。在图2-8中,左边的空气可变电容器为双连差容式,右边的有机薄膜可变电容器为双连等容式。

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图2-8 常用可变电容器实物外形图

可变电容器的动片全部旋入定片时容量最大,有270pF、360pF等几种;旋出时最小容量只有几皮法。可变电容器的容量变化范围常用分数法表示,分子表示最小容量,分母表示最大容量。常见的容量规格有:7/270pF、12/360pF等几种。如果是双连等容可变电容器,则容量值用最大容量乘以2表示,如270pF×2、360pF×2等。如果是双连差容可变电容器,两连最大容量值用分数表示,如60/127pF、250/290pF等。

国产半导体收音机中常用的有机薄膜介质可变电容器规格较多,其型号命名一般由6部分组成,格式和含义如图2-9所示。第1部分用字母“CBM”表示薄膜介质可变电容器;第2部分用阿拉伯数字表示产品的连数,如“1”表示单连、“2”表示双连……;第3部分用阿拉伯数字表示产品附加的微调电容器数量,不带微调电容器的产品用“0”表示;第4部分用阿拉伯数字表示产品的外形大小,具体用“1”代表产品边框尺寸为30mm×30mm,“2”代表产品边框尺寸为25mm×25mm,“3”代表产品边框尺寸为20mm×20mm,“4”代表产品边框尺寸为17.5mm×17.5mm,“5”代表产品边框尺寸为15mm×15mm;第5部分用汉语拼音字母表示产品最大电容量标称值,具体如表2-3所示;第6部分用阿拉伯数字区分产品电容量曲线的不同,一些产品无此代号。

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图2-9 国产薄膜介质可变电容器的命名规则

表2-3 薄膜介质可变电容器最大电容量标称值代号

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通过国产有机薄膜介质可变电容器的型号,一般可以获得构成对应可变电容器的连数、带不带微调电容器及微调电容器的数量、产品外形尺寸、最大标称电容量等信息。例如:型号CBM-202B1表示这是双连、不附加微调电容器、边框尺寸为25mm×25mm,最大电容量为270pF×2 (等容)的有机薄膜介质可变电容器;型号CBM-223P表示这是双连、附加有2个微调电容器、边框尺寸为20mm×20mm,最大电容量为60pF/140pF(差容)的有机薄膜介质可变电容器,型号CBM-443DF表示这是4连、附加有4个微调电容器、边框尺寸为20mm×20mm,最大电容量为130pF×2/20pF×2(等容)的调频调幅有机薄膜介质可变电容器。

(2)微调电容器

微调电容器又叫半可变电容器,顾名思义,它是起微量调节作用的,常用于需要将电容量调整得很准确,同时在使用过程中又不再要求改变电容量的一些电路中。对微调电容器最重要的要求是保持既定电容量的可靠性。

微调电容器的种类很多。按介质材料可分为空气微调电容器、瓷介微调电容器、有机薄膜微调电容器和云母微调电容器等,还有单连、双连、多连之分。图2-10给出了两种最常见的微调电容器的实物外形图。其中,瓷介微调电容器由两块被银瓷片构成,下面一块是定片,上面的是动片,动片可随转轴旋转,因为两块瓷片上被银的部分面积不到半圆,所以转轴旋转时可以改变容量。有机薄膜微调电容器以聚脂薄膜作介质,用单层或多层磷铜片作定片和动片,体积比瓷介微调电容器要小。

电路元件的组成原来和象棋一样,都拥有自己的“车、马、炮”

图2-10 常用微调电容器实物外形图

微调电容器的容量变化范围也用分数法表示,其常见的容量规格有:3/10pF、5/20pF、7/25pF等几种。

电路符号

图2-11给出了几种电容器的电路符号,其图形符号形象地表示了电容器的结构:两条平行的粗线就好像是电容器的两片极板,两条细线代表引出线。电解电容器的图形符号中,还用“+”号表示电容器的正极片,由它引出的细线为正极引线,另一根引线则为负极引线。微调或可变电容器的图形符号画有带短线或箭头的长斜线,通常有短线或箭头一端的引线表示接电容器的定片,另一端的引线则接电容器的动片或接地端。对于双连(或多连)可变电容器,在按动、定片连数画出电容器图形符号后,还用虚线将各电容器图形符号的斜线尾端连接起来,表示各动片连动(即同时调节)。

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图2-11 电容器的符号

电容器的文字符号是C。一般在图形符号旁标出文字符号,并注明电容量数值和单位。习惯上,凡不带小数点的整数,若不标注单位,则是皮法(pF),例如,300pF电容在图上只标300就可以了。凡带小数点的数,若不标单位,则是指微法(μF),例如,标注3.3就是3.3μF,0.01就是0.01μF。这一单位符号省略规定,与电容器外壳上所采用的“直接标志法”是完全一致的。

在一般电子制作中,由于电源电压远低于常用无极性电容器的耐压值,所以电路图中通常不标注所用电容器的耐压值。电解电容器符号旁则经常注明所需耐压值,如33μF/16V字样等。

电容器种类繁多,各有特点。在电路中到底要选哪种电容器,从符号上是看不出来的,还需看有关的文字说明。如无说明,在简单电子制作中,只要容量和耐压满足要求,就可以用任何型号的电容器。

3 阻交流、通直流的电感器

电感器俗称为电感线圈或简称线圈,也是一种常用的电子元器件。但它在电路中的应用相对于电阻器和电容器来说要少得多。如收音机的磁性天线线圈、简单半导体收音机中的高频扼流圈、超外差式收音机中的振荡线圈等,都是电感器。

电感器是根据电磁感应原理制成的器件。实际上,凡是能够产生自感、互感作用的器件,均可称为电感器。电感器的用途极为广泛,在交流电路中电感器有阻碍交流通过的能力,在电路中常被用作阻流、变压、交流耦合及负载等;当电感器和电容器配合时,可用作调谐、滤波、选频、分频等。

结构和种类

电感器通常由骨架、线圈、屏蔽罩、磁芯等组成。骨架材料的好坏,对于电感器的质量以及工作稳定性等都有一定的影响。而线圈匝数的多少决定着电感量的大小,一般电感量越大,线圈的匝数就越多。屏蔽罩则是为了减小外界电磁场对线圈工作的干扰、并防止线圈产生的电磁场对外电路的影响而采取的一项措施。通常是将线圈放入一个闭合的具有良好接地的金属罩内来实现。线圈装有磁芯后会使它的电感量显著增大,或者说,与同样电感量的空芯线圈相比,带磁芯的线圈圈数可以减少,体积相应减小。有些电感器(如超外差式收音机中的振荡线圈和中周变压器)为了能在一定范围内调节电感量,常常采用调整磁芯在线圈中的位置的方法来实现。但实际应用中,根据使用场合的不同,有的电感器没有磁芯和屏蔽罩,自制的脱胎线圈则连骨架也不用。

电感器的种类很多,根据不同的结构特点,可分为单层线圈、多层线圈、蜂房线圈、带磁芯线圈及可变电感线圈等。图3-1所示是几种常用电感器的实物外形图。

单层线圈的绕制可采用密绕或间绕。间绕线圈各匝之间保持一定距离,它的稳定性高,电感量很小。密绕线圈所占尺寸小,所以体积也小,但稳定性稍差。

多层线圈在要求电感量较大时(例如大于300μH)时采用。由于多层线圈层与层之间电压相差较大,当线圈两端具有较高电压时,容易发生跳火、绝缘击穿等问题,因此大多采用分段绕制。

磁芯线圈体积小、损耗小、品质因数高,多数产品还通过调节磁芯在线圈中的位置来实现电感量在一定范围内的连续可调,主要用于收音机的天线线圈、振荡线圈等。

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图3-1 几种常用电感器实物外形图

标准电感器是一种通用性强的系列产品,它按不同电感量的要求,将不同直径的铜线绕在磁芯上,再用塑料壳封装或环氧树脂包封而成。标准电感器的优点是体积小、重量轻、电感量稳定、结构牢固和使用方便。

特性及参数

电感器和电容器一样,都是储能元件。所不同的是电容器储存的是电荷,而电感器储存的是磁能。当电流通过电感器时,电感线圈的周围就产生了磁场,把电能转换成磁场能量储存在磁场中。电感器有一个重要特性,就是“通过电感的电流不能突变”,也就是说,它具有延缓电流变化的特性,对变化的电流呈现一种特殊的阻力,因而在电路中起着“阻交流、通直流”的作用。电感器的这一特性与电容器的“通交流、阻直流”特性正好相反。

电感器的储能特性用电感量来衡量。电感量的基本单位是亨利,用符号H表示。较小的单位是毫亨(mH)和微亨(μH),它们之间的换算关系是:

1亨利(H)=1000毫亨(mH)

1毫亨(mH)=1000微亨(μH)

电感量的大小主要取决于线圈的尺寸、线圈匝数及有无磁芯等。线圈的横截面积越大,其电感量也越大;线圈的圈数越多,绕制越集中,电感量越大;线圈内有磁芯的,电感量大;磁芯导磁率越大,电感量越大。电感线圈的用途不同,所需的电感量也不同。例如,在高频电路中,线圈的电感量一般为0.1~100μH;而在电源整流滤波中,线圈的电感量可达1~30H。

电感器在制造过程中实际电感量会偏离标称电感量,其限制的偏离范围叫作允许偏差(也叫误差),常用最大允许差值与标称值的百分比来表示。很显然,允许偏差值越小,表示电感器的电感量精度越高。

由于电感线圈是由导线绕成的,总会具有一定的电阻。一般而言,直流电阻越小,电感线圈的性能越好。电感器的一个重要参数是品质因数,用字母Q表示,简称Q值。Q值越大,电感器自身的损耗越小,在用电感器和电容器组成谐振电路时,选择性越好。举例来说,收音机的磁性天线线圈大多采用多股漆包线绕制,就是为提高它的Q值,改善收音机的选择性。

另外,线圈的匝与匝间、层与层间以及使用中的线圈与电路金属底板、连接导线、其他元器件之间都存在着等效电容,称之为分布电容。一般情况下,线圈分布电容的数值是很小的,但它的存在会使Q值降低,稳定性变差。线圈的分布电容应越小越好。

型号命名

电感器的型号命名目前不够统一,各生产厂家有所不同。常用电感器的型号命名一般由4部分组成,其格式和含义如图3-2(a)所示。第1部分用字母表示电感器的主称,其中“L”为电感线圈,“ZL”为阻流圈(扼流圈);第2部分用字母表示电感器的特征,如“G”为高频,“F”为低频;第3部分用字母或数字表示电感器的类型,如“X”表示小型,“DR”表示工字形磁芯,“1”表示卧式,“2”表示立式;第4部分用字母或数字表示区别代号,也可空缺。例如:型号LGX表示这是小型高频电感线圈;型号ZLG1表示这是卧式高频阻流圈。

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图3-2 国产电感器的命名规则

国产立式工字形电感器的型号命名比较特别,它包含了产品的磁芯尺寸、标称电感量及其允许误差等内容,具体格式和含义如图3-2(b)所示。第1部分用字母“LGB”表示工字形电感器;第2部分用阿拉伯数字表示工字形磁芯的尺寸,具体格式为“直径+高度”(单位为毫米),如“0608”表示磁芯直径6mm、高度8mm,“1016”表示磁芯直径10mm、高度16mm;第3部分用数字法表示电感量,如“3R9”代表3.9μH,“101”代表100μH,“472”代表4.7mH,“103”代表10mH;第4部分用字母表示标称电感值允许偏差,如“M”代表±20%,“K”代表±10%,“J”代表±5%。例如:型号LGB0810-103K,表示这是磁芯尺寸为φ8mm×10mm、标称电感量是10mH、允许偏差为±10%的立式工字形电感器。

标志方法

成品电感器的标志方法常见的有直接标志法、数字符号标志法、数码标志法和颜色标志法(简称“色标法”)4种。标志内容主要是电感量和允许偏差,有的还标出型号和额定电流等。

①直接标志法。该方法将标称电感量直接用数字和文字符号印在电感器的外壳上,后面用一个英文字母表示其允许偏差(误差),如图3-3所示。各字母所代表的允许偏差见表3-1。例如,100μH K表示标称电感量为100μH,允许偏差为±10%;2.5mH J表示标称电感量为2.5mH,允许偏差为±5%;150μH M表示标称电感量为150μH,允许偏差为±20%。需要说明的是,一些国产电感器的允许偏差不采用英文字母表示,而是采用“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ”3个等级来表示,其中:Ⅰ级为±5%,Ⅱ级为±10%,Ⅲ级为±20%。这与一些国产电阻器、电容器的表示方法是完全一致的。

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图3-3 电感器直接标志法

表3-1 电感器所标字母代表的允许偏差值

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②数字符号标志法。这种方法是将电感器的标称值和允许偏差值用数字和文字符号按一定的规律组合标志在电感器上。采用这种标志方法的通常是一些小功率电感器,其单位通常为nH(1μH=1000nH)或μH,分别用字母“N”或“R”表示。在遇有小数点时,还用该字母代表小数点。例如:在图3-4所示的实例中,47N表示电感量为47nH=0.047μH,4R7则代表电感量为4.7μH,6R8表示电感量为6.8μH。采用这种标志法的电感器通常还后缀一个英文字母表示允许偏差,各字母代表的允许偏差与直接标志法相同(见表3-1)。

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图3-4 电感器数字符号标志法

③数码标志法。该方法用3位数字来表示电感器的标称电感量,如图3-5所示。在3位数字中,从左至右的第1、第2位为有效数字,第3位数字表示有效数字后面所加“0”的个数。数码标示法的电感量单位为μH。电感量单位后面用一个英文字母表示其允许偏差,各字母代表的允许偏差见附表。例如:标示为“151K”的电感量为15×10=150μH,允许偏差为±10%;标示为“333J”的电感量为33×103=33000μH=33 mH,允许偏差为±5%。需要注意的是,要将这种标志法与传统的直接标志法区别开来,如标示为“470K”的电感量为47μH,而不是470μH。

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图3-5 电感器数码标志法

④颜色标志法。多采用图3-6(a)所示的4色环表示电感量和允许偏差,其电感量单位为μH。第1、2环表示两位有效数字,第3环表示倍乘数,第4环表示允许偏差。需要注意的是,紧靠电感体1端的色环为第1环,露着电感体本色较多的另1端为末环。这种色环标志法与色环电阻器标志法相似,各色环颜色的含义与色环电阻器相同,这里不再详细介绍。另外,还有在电感器外壳上通过色点标志电感量数值和允许误差的,其规则见图3-6(b)。例如:某电感器的色环(色点)颜色顺序是“棕、黑、金、金”,那么它的电感量为1μH,允许偏差为5%。颜色标志法常用于小型固定高频电感线圈,因采用色标法,常把这种电感器叫做色码电感器。这种方法也在电阻器和电容器中采用,区别在于器身的底色:碳膜电阻器底色为米黄色,金属膜电阻器为天蓝色,电容器为粉红色,电感器为草绿色。

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图3-6 电感器的颜色标志法

国产LG型小型固定电感器用色码表示电感量,并用字母来表示它的额定工作电流:A表示50mA,B表示150mA,C表示300mA,D表示700mA,E表示1600mA(1.6A)。额定电流是指电感器在正常工作时,所允许通过的最大电流。使用中,电感器的实际工作电流必须小于额定电流,否则电感线圈将会严重发热,甚至烧毁。

电路符号

电感器种类很多,不同类型的电感器在电路图中通常采用不同的图形符号来表示。图3-7是几种电感器的电路符号,它形象地表示了电感器的结构,连续的半圆线就好像是线圈的绕组,两端的直线代表引出线。如果线圈中间画出了直线,表示该线圈带有抽头;如果在连续的半圆线上方画出较粗的平行直线,表示该线圈是绕在铁芯上的;如果较粗的平行直线是断续的,则表示该线圈是绕在磁芯上。另外,如果在图中各电感器图形符号上画出带有箭头的斜线,则表示是一个电感量可调电感器。

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图3-7 几种电感器的符号

电感器的文字符号是L。一般在图形符号旁标出文字符号,并注明电感量数值和单位。若电路图中有多只同类元器件时,就在文字符号后面或右下角标上自然数,以示区别,如L1、L2等。

通常情况下,如果一个电感器在电路符号中或文字叙述中没有其他特别的说明,则可认为选择该电感器时对型号、种类以及工作电流大小等均无特殊要求。