3.2 常用电子元器件的功能与应用

电工常接触的电子元器件包括基本电子元件，以及晶体二极管、晶体三极管、晶闸管、场效应晶体管和集成电路等。

3.2.1 基本电子元件的功能与应用

电工用基本电子元件主要是指电阻器、电容器和电感器等元件。

1. 电阻器的功能与应用

通常，物体对电流通过的阻碍作用称为电阻，而利用这种阻碍作用做成的元件称为电阻器，简称为电阻。图3-26所示为电阻器的外形。通常，电阻器可分为固定电阻器和可变电阻器两大类。

电阻器种类繁多，其中，固定电阻器按外形特点和规格可细分为碳膜电阻器、金属膜电阻器、金属氧化膜电阻器、合成碳膜电阻器、玻璃釉电阻器、水泥电阻器、熔断电阻器、实心电阻器和排电阻器等。

可变电阻器按外形特点和规格可细分为可调电阻器、线绕电位器、碳膜电位器、合成碳膜电位器、实心电位器、导电塑料电位器、单/双联电位器、单/多线圈电位器、直滑式电位器、热敏电阻器、光敏电阻器、湿敏电阻器、气敏电阻器、压敏电阻器等。

电阻器类别不同，其功能特点也不相同，因此各种电阻器的应用电路也不相同。在不同电路中，合理、恰当地选用电阻器可以实现某些特定的功能。

【重点提示】

在实际使用中，除了在特殊环境下，对电阻器的使用没有太明确的限制，因此往往会忽略掉电阻器的材质，尤其以固定电阻器最为明显。

① 固定电阻器的应用

电阻器几乎应用于所有电路中，在这些电路中起分压、限流的作用。

图3-27所示为扬声器驱动电路。该电路中R1和R3构成分压电路，为晶体三极管VT2基极提供直流偏压，R2则是晶体三极管VT3的负载电阻。

② 光敏电阻器的应用

光敏电阻器可根据外界光源强度的变化，改变自身电阻值的大小。光敏电阻器适用于各种光电自动控制系统、电子照相机和光报警器等。

图3-28所示为台灯照明电路。该电路可根据外界光线的明暗度，自动调节台灯亮度。对于这类自动感知环境明暗度的电路，多选用可见光光敏电阻器作为光控元件，并利用其本身对光线的感知特性实现自动控制功能。

当光敏电阻器RG感受外界光照强度不同时，其电阻值也发生改变，从而使晶体管VT1基极获得的不同的电压值，则经该晶体三极管放大后由集电极输出的电压值也相应发生改变。环境光变暗时，RG的电阻值增加，使VT1基极与发射极之间变成正向偏置，VT1导通，集电极输出电流为C2充电，C2的电压上升，VS2导通，触发VS1导通，L灯发光。

③ 气敏电阻器的应用

气敏电阻器是一种新型半导体元件，这种电阻器是利用金属氧化物半导体表面的吸收某种气体分子时，会发生氧化反应或还原反应使电阻值改变的特性而制成的电阻器。

气敏电阻器通常分为N型和P型两种：N型气敏电阻器在检测到甲烷、一氧化碳、天燃气、煤气、液化石油气、乙烷、氢气等气体时，其电阻值将减小；P型气敏电阻器在检测到可燃气体时，其电阻值将增大，当检测到氧气、氯气或二氧化氮等气体时，其电阻值将减小。

图3-29所示，为家用瓦斯报警电路。

该电路中选用对气体极为敏感的P型气敏电阻器（QM-N10）作为核心部件。气敏电阻器在洁净空气中的电阻值大约为几万欧。气敏电阻器未接触到有害气体时，其电阻值较高，输出电压较低。一旦气敏电阻器接触到有害气体时，其电阻值会急剧下降，经过电阻器R2、R3分压后，使IC1A的②脚处于高电位，此时IC1A的③脚的输出变为低电平，经IC1B反相放大后变为高电平，振荡器起振工作，三极管VT2周期性地导通与截止，使报警器发出报警声。

2. 电容器的功能与应用

电容器是一种可储存电荷的元器件。图3-30所示为电容器的外形。通常，电容器可以分为固定电容器和可变电容器两大类。

电容器的两个极片上具有储存电荷的能力，电容器可以进行充电和放电。

① 固定电容器的应用

在常用电子元件中，电容器属于种类及规格特性最复杂的元件，尤其为了配合不同电路及工作的要求差异，即使是相同电容量值及额定电压值的电容器，也有多种不同种类及材料特质的选择。常见几种固定电容器的特点及应用电路见表3-13所列。

图3-31所示为两级音频放大电路。该电路主要用来将音频信号进行两级放大，因此两级放大之间需要选用一个元件作为信号的传输“桥梁”，一般可选用电解电容器，利用其耦合特性将信号传输过去。

在电子产品中，电容器的耦合作用几乎无所不在，图3-31所示电路中晶体管VT1集电极输出的交流信号通过耦合电容器C2传输到VT2的基极。由于电容器的阻隔直流作用，VT1集电极的直流电压不会影响VT2基极。

② 可变电容器的应用

常见几种可变电容器的特点和应用电路见表3-14所列。

图3-32所示为外差式收音机高频放大电路。该电路中，由于需要接收不同频率的信号来实现选台功能，因此电路中应选用可变的元件，电路中一般由电感器和电容器构成LC调谐电路，该类电路中的电容器通常选用双联可变电容器。

电路中的C1与L1构成谐振回路，对接收的信号进行选频。C5与L4构成本机振荡器产生谐振信号。调整时两电容器同步调整。

3. 电感器的功能与应用

电感器是一种储能元件，它可以把电能转换成磁能并储存起来，是电子产品中最基本、最常用的电子元件之一。图3-33所示为几种常见电感器的实物外形。

电感器在电子电路中具有滤波作用，常作为高频信号负载，或与电容器组成谐振电路。

① 固定电感器的应用

固定电感器体积小巧，性能比较稳定。该电感器常应用于LC滤波、振荡、陷波、延迟等电路中。

图3-34所示为彩色电视机的预中放电路。在预中放电路中，由电感器作为晶体三极管集电极的负载，在有高频信号输入的情况下，相当于加大了负载电阻，可提高输出信号的幅度。

中频信号经耦合电容器C1加到晶体三极管VT1的基极，经放大后由集电极输出，再经耦合电容器C3送往声表面波滤波器X101的输入端。电感器L1与电阻器R3并联作为VT1的集电极负载。利用电感器L1对高频信号阻抗高的特性来补偿预中放的高频特性。

② 可变电感器的应用

可变电感器的磁芯制成螺纹式，可以旋到线圈骨架内，整体同金属封装起来，以增加机械强度。磁芯帽上设有凹槽，可通过凹槽改变磁芯的位置来调节电感量的大小。

图3-35所示为可调振荡器电路。该电路是一种1.5～5MHz可调整振荡器电路，该电路由电感器L1与电容器C1和C4构成LC谐振电路，通过改变电感量来改变谐振频率。

3.2.2 晶体二极管的功能与应用

晶体二极管种类很多，根据制作材料、结构和功能的不同，可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、开关二极管、发光二极管、光敏二极管和双向触发二极管等。

（1） 整流二极管的应用

整流二极管具有击穿电压高，反向漏电小，高温性能良好等特点，它应用于各种电源的整流电路、保护电路、测试电路、控制电路或照明电路等。

图3-36所示为全波整流电路。该电路中选用两只整流二极管作为整流器件，将交流信号的正负半周的信号全部进行整流后输出。两个整流二极管分别将正负半周的波形输出后叠加在一起。

变压器次级线圈由抽头分成上下两个部分，组成两个半波整流器。VD1对交流电正半周电压进行整流；二极管VD2对负半周的电压进行整流，这样最后得到两个合成的电流，称为全波整流。

【重点提示】

图3-37所示为桥式整流电路。该电路为一种由四只整流二极管构成的桥式整流电路，实际上桥式整流就是一种较特别的全波整流。

交流电压为正半周时，电流I1经VD2、负载R、VD4形成回路，负载上电压U为上正下负；当交流电压为负半周时，电流I2经VD3、负载R、VD1形成回路，负载上电压U仍为上正下负，这样整流电路输入的是交流电压，输出的则是直流电压，从而实现了全波整流。

桥式整流电路是由4个整流二极管构成，为减小电路板的体积，常采用集成式的桥式整流堆来代替。图3-38所示为桥式整流堆的外形。

（2） 稳压二极管的应用

稳压二极管工作在反向击穿状态下，它在反向击穿前的导电特性与普通整流二极管相似；在击穿电压下，只要限制其通过的电流是可以安全工作在反向击穿状态下，其两端电压基本会保持不变，起到了稳压的作用。在实际电路中通常使用限流电阻器，对稳压二极管进行保护。

稳压二极管应用于稳压电源电路中，在基准电压源或在过压保护电路中作为保护二极管使用。

图3-39所示为稳压电路。在稳压电路中，一般选用稳压二极管作为稳压器件，用于稳定经整流二极管整流后的直流电压。

（3） 发光二极管的应用

发光二极管具有体积小、工作电压低、亮度高、寿命长等特点。该二极管应用于检测电路、指示电路、数字化仪表电路、计算机或其他电子设备的数字显示电路中。

图3-40所示为直流稳压电源指示电路。当电路进入正常工作状态后，其输出端有稳定的电压输出，使发光二极管点亮，指示该电路工作正常。

3.2.3 晶体三极管的功能与应用

根据功率、频率和功能的不同，晶体三极管可分为小功率晶体三极管、中功率晶体三极管、大功率晶体三极管、低频晶体三极管、高频晶体三极管和光敏晶体三极管等。

晶体三极管最重要的功能就是它具有电流放大的作用。常见几种晶体三极管的应用见表3-15所列。

图3-41所示为光控数码管显示电路。该电路中选用了一只普通光敏晶体管VT1来感知光线的变化。

当光敏晶体三极管VT1检测到外界光线强度发生变化时，其自身的电阻值也会发生变化，从而引起晶体管VT2基极电压发生改变，使VT2发射极的电压发生相应的变化，而VT2的发射极接在三端稳压器的控制端，控制其输出端的电压发生变化，由此来控制数码管显示器的状态。

3.2.4 晶闸管的功能与应用

晶闸管是一种可控整流器件，可以用做可控开关。它在一定的电压条件下，只要有一个触发的脉冲信号就可导通，并且信号消失，晶体管仍能维持导通状态。晶闸管的种类很多，主要有单向晶闸管、双向晶闸管、快速晶闸管、螺栓型晶闸管和可关断晶闸管等。

【重点提示】

普通晶闸管靠控制极正信号触发之后，撤掉信号亦能维持导通状态。若要关断，需切断电源，使正电流低于维持电流或施以反向电压强迫关断。

可关断晶闸管克服了普通晶闸管的缺陷，它既保留了普通晶闸管的耐压高、电流大等优点，也具有自动关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。大功率可关断晶闸管现已广泛应用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域。

晶闸管的特点及应用见表3-16所列。

图3-42所示为报警控制电路。该电路是一种具有锁定功能的报警控制电路，在电路中，只要光敏晶体三极管导通一次，晶闸管会一直导通，进行报警。

当有物体阻挡光线时，光敏晶体三极管便会截止，D1正端电压升高，VT1发射极电压升高并输出触发信号，使晶闸管导通，报警灯因电流通过而发光。此时，即使物体离开光电检测区，晶闸管仍处于导通状态，报警灯持续发光，只有关断开关K1，才能使电路恢复初始状态。

图3-43所示为电热毯控制电路。交流220V电压经双向晶闸管后为电热丝供电。时基电路NE555的③脚输出触发脉冲信号去触发双向晶闸管，晶闸管导通使加热丝得电工作。NE555的②、⑤、⑥脚外接电位器，可调整触发脉冲的频率和相位。从而改变加热丝中电流的周期和时间，以达到控制发热量的目的。

3.2.5 场效应晶体管的功能与应用

场效应晶体管是一种具有PN结结构的半导体器件。场效应晶体管按其结构不同可分为结型场效应晶体管和绝缘栅型场效应晶体管。场效应晶体管的外形如图3-44所示。

场效应晶体管的应用见表3-17所列。

图3-45所示为无刷电动机驱动电路。场效应晶体管是无刷电动机驱动电路中的核心器件，六个场效应晶体管构成桥式电路，其输出分别接到电动机的三相绕组上。使三相绕组中的电流按规律顺次改变，从而形成旋转磁场，驱动电动机的转子连续旋转。