電子元件應(yīng)用基礎(chǔ)探索電子世界基礎(chǔ)構(gòu)件理解元件特性與應(yīng)用課程概述課程目標(biāo)掌握電子元件基本知識(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容元件類(lèi)型、參數(shù)和應(yīng)用重要性電子元件簡(jiǎn)介1定義構(gòu)成電子電路的基本單元2分類(lèi)無(wú)源元件與有源元件3作用實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理與能量轉(zhuǎn)換電阻器基礎(chǔ)電阻的定義限制電流流動(dòng)的元件單位：歐姆(Ω)歐姆定律電壓(V)=電流(I)×電阻(R)基本電路分析法則電阻器類(lèi)型固定電阻碳膜電阻金屬膜電阻線(xiàn)繞電阻可變電阻電位器微調(diào)電阻熱敏電阻特殊電阻光敏電阻壓敏電阻濕敏電阻電阻器參數(shù)阻值電阻大小色環(huán)標(biāo)識(shí)或直接標(biāo)注功率最大承受功率1/8W至數(shù)百瓦精度實(shí)際值與標(biāo)稱(chēng)值偏差常見(jiàn)±1%、±5%電阻器應(yīng)用限流保護(hù)敏感器件分壓獲得所需電壓保護(hù)防止過(guò)流損壞電容器基礎(chǔ)電容的定義儲(chǔ)存電荷的元件充電過(guò)程電荷積累放電過(guò)程釋放儲(chǔ)存能量電容器類(lèi)型陶瓷電容體積小，穩(wěn)定性好電解電容大容量，有極性薄膜電容精度高，自愈能力電容器參數(shù)1μF容值儲(chǔ)存電荷能力50V耐壓最大工作電壓0.5%漏電流電荷損失率電容器應(yīng)用濾波平滑電壓波動(dòng)耦合/去耦傳遞或隔離信號(hào)定時(shí)控制電路時(shí)間常數(shù)電感器基礎(chǔ)電感的定義儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件單位：亨利(H)自感和互感自感：?jiǎn)蝹€(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)互感：兩線(xiàn)圈間的磁耦合電感器類(lèi)型從左至右：空心電感、鐵芯電感、磁芯電感、環(huán)形電感電感器參數(shù)電感值儲(chǔ)存磁能能力Q值品質(zhì)因數(shù)，反映損耗自諧頻率電感與寄生電容共振頻率電感器應(yīng)用濾波抑制高頻噪聲振蕩與電容形成LC諧振能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)電源中儲(chǔ)存能量變壓器基礎(chǔ)變壓器的定義電磁感應(yīng)原理傳遞電能的裝置初級(jí)繞組接入輸入電壓，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)磁芯傳導(dǎo)磁通量次級(jí)繞組感應(yīng)產(chǎn)生輸出電壓變壓器類(lèi)型電源變壓器市電轉(zhuǎn)換工頻50/60Hz鐵芯結(jié)構(gòu)音頻變壓器信號(hào)傳輸寬頻帶響應(yīng)阻抗匹配高頻變壓器開(kāi)關(guān)電源中使用鐵氧體磁芯小型輕量變壓器參數(shù)變比功率效率溫升絕緣等級(jí)變壓器關(guān)鍵參數(shù)重要性分布變壓器應(yīng)用電壓轉(zhuǎn)換升壓或降壓隔離防止電擊危險(xiǎn)阻抗匹配最大功率傳輸二極管基礎(chǔ)二極管的定義單向?qū)щ姲雽?dǎo)體元件PN結(jié)原理P型與N型半導(dǎo)體結(jié)合形成單向?qū)щ娦哉虻妥瑁聪蚋咦瓒O管類(lèi)型整流二極管交流轉(zhuǎn)直流穩(wěn)壓二極管恒定電壓輸出發(fā)光二極管電能轉(zhuǎn)換為光二極管參數(shù)參數(shù)符號(hào)典型值正向電壓VF0.6-0.7V反向擊穿電壓VBR50-1000V最大電流IF(max)1-100A二極管應(yīng)用整流交流轉(zhuǎn)換為直流穩(wěn)壓保持恒定輸出電壓開(kāi)關(guān)控制電流方向保護(hù)防止反向電壓損壞三極管基礎(chǔ)三極管的定義電流放大半導(dǎo)體元件基極控制集電極-發(fā)射極電流NPN結(jié)構(gòu)兩層N型半導(dǎo)體夾P型最常用類(lèi)型PNP結(jié)構(gòu)兩層P型半導(dǎo)體夾N型電流方向與NPN相反三極管工作模式放大區(qū)線(xiàn)性放大，信號(hào)處理2開(kāi)關(guān)區(qū)飽和與截止之間切換截止區(qū)基極無(wú)電流，不導(dǎo)通飽和區(qū)完全導(dǎo)通，電阻最小三極管參數(shù)三極管參數(shù)重要性比較三極管應(yīng)用電流放大小信號(hào)變大信號(hào)開(kāi)關(guān)電路數(shù)字邏輯控制恒流源提供穩(wěn)定電流場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)場(chǎng)效應(yīng)管的定義電壓控制半導(dǎo)體元件高輸入阻抗JFET結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管耗盡型器件MOSFET金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管增強(qiáng)型和耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)跨導(dǎo)柵極電壓變化引起的漏極電流變化擊穿電壓最大漏源電壓柵源電容影響高頻性能導(dǎo)通電阻漏源間導(dǎo)通電阻場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用1放大器高輸入阻抗放大電路2開(kāi)關(guān)功率控制，低導(dǎo)通損耗電壓控制電阻柵極電壓調(diào)節(jié)阻值集成電路基礎(chǔ)11958年杰克·基爾比發(fā)明第一個(gè)集成電路21970年代大規(guī)模集成電路出現(xiàn)31990年代超大規(guī)模集成電路普及4現(xiàn)今納米級(jí)工藝，數(shù)十億晶體管集成電路類(lèi)型從左至右：數(shù)字IC、模擬IC、混合信號(hào)IC、存儲(chǔ)器IC常用集成電路運(yùn)算放大器信號(hào)放大與處理555定時(shí)器精確定時(shí)與脈沖生成穩(wěn)壓器IC穩(wěn)定輸出固定電壓運(yùn)算放大器應(yīng)用反相放大器輸出相位反轉(zhuǎn)增益=-Rf/Rin虛地原理比較器信號(hào)大小比較產(chǎn)生高低電平輸出常用于觸發(fā)電路積分器對(duì)輸入信號(hào)積分低通濾波特性波形變換應(yīng)用555定時(shí)器應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)后固定時(shí)間脈沖輸出多諧振蕩器持續(xù)產(chǎn)生方波信號(hào)PWM控制脈寬調(diào)制信號(hào)生成穩(wěn)壓器IC應(yīng)用固定電壓輸出7805提供恒定5V可調(diào)電壓輸出LM317通過(guò)外部電阻調(diào)節(jié)低壓差穩(wěn)壓LDO適用于電池供電設(shè)備光電元件基礎(chǔ)光電效應(yīng)光能量轉(zhuǎn)換為電能量愛(ài)因斯坦獲諾貝爾獎(jiǎng)的理論光電轉(zhuǎn)換光照射→電子激發(fā)→產(chǎn)生電流半導(dǎo)體材料特性決定響應(yīng)波長(zhǎng)常見(jiàn)光電元件光敏電阻光照增強(qiáng)，電阻降低光電二極管光照產(chǎn)生電流光電三極管光控放大元件光耦合器發(fā)光部分LED發(fā)射光信號(hào)接收部分光電二極管/三極管接收光信號(hào)電氣隔離高低壓電路安全隔離傳感器基礎(chǔ)1智能傳感器帶信號(hào)處理功能物理傳感器測(cè)量物理量變化化學(xué)傳感器檢測(cè)化學(xué)物質(zhì)生物傳感器識(shí)別生物特性溫度傳感器熱電偶兩種金屬接觸產(chǎn)生熱電勢(shì)熱敏電阻溫度變化引起阻值變化集成溫度傳感器輸出與溫度成正比的電壓壓力傳感器應(yīng)變片機(jī)械變形改變電阻壓電式壓力產(chǎn)生電荷2電容式壓力改變電極間距3磁性元件基礎(chǔ)磁性材料鐵磁材料：鐵、鎳、鈷軟磁材料：易磁化易退磁硬磁材料：難磁化難退磁磁路磁通量：φ，單位韋伯磁通密度：B，單位特斯拉磁場(chǎng)強(qiáng)度：H，單位安/米常見(jiàn)磁性元件電感器儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量變壓器電磁感應(yīng)傳輸能量磁珠抑制高頻噪聲磁心增強(qiáng)磁通密度繼電器和開(kāi)關(guān)電磁繼電器電磁控制機(jī)械觸點(diǎn)固態(tài)繼電器半導(dǎo)體無(wú)機(jī)械部件機(jī)械開(kāi)關(guān)手動(dòng)控制電路通斷保護(hù)元件保險(xiǎn)絲過(guò)流熔斷保護(hù)熱敏電阻過(guò)熱保護(hù)電路壓敏電阻過(guò)壓保護(hù)電路晶振和濾波器頻率穩(wěn)定性成本各類(lèi)振蕩器和濾波器性能與成本對(duì)比電源電路基礎(chǔ)整流AC轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)DC濾波平滑電壓波動(dòng)穩(wěn)壓輸出恒定電壓開(kāi)關(guān)電源原理PWM控制調(diào)節(jié)占空比控制輸出反激式儲(chǔ)能與釋能分時(shí)進(jìn)行正激式能量同時(shí)傳輸高效率通常達(dá)80-95%4模擬電路基礎(chǔ)放大器電壓放大器電流放大器功率放大器濾波器低通濾波器高通濾波器帶通濾波器振蕩器RC振蕩器LC振蕩器晶體振蕩器數(shù)字電路基礎(chǔ)邏輯門(mén)AND、OR、NOT等基本單元觸發(fā)器存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息計(jì)數(shù)器順序計(jì)數(shù)產(chǎn)生時(shí)序PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)50%布局比重決定PCB成功的關(guān)鍵30%布線(xiàn)比重信號(hào)完整性保障20%EMC考慮電磁兼容性設(shè)計(jì)電子元件選型可靠性長(zhǎng)期穩(wěn)定工作能力參數(shù)匹配滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)格要求成本因素項(xiàng)目預(yù)算約束元件測(cè)試與故障診斷萬(wàn)用表使用測(cè)量電阻、電壓、電流2示波器測(cè)量觀察波形和信號(hào)特性故障分析開(kāi)路、短路和參數(shù)偏移電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)冗余設(shè)計(jì)關(guān)鍵部件備份熱設(shè)計(jì)熱量管理與散熱ESD防護(hù)靜電放電保護(hù)措施老化測(cè)試長(zhǎng)期可靠性驗(yàn)證新興電子元件技術(shù)MEMS器件微機(jī)電系統(tǒng)，集成傳感與執(zhí)行石墨烯應(yīng)用高導(dǎo)電性、輕薄柔性特性柔性電子可彎曲可穿戴電子設(shè)備電子元件與物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信模塊藍(lán)牙、WiFi、LoRa低功耗處理器邊緣計(jì)算能力能源獲取能量收集與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸安全高效通信