变频器电路中的常用电气电子元器件

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1.1.1 变频器电路中的常用电气元器件

电气元器件是在电路中具有独立电气功能的基本单元。电气元器件在变频器电路中占有重要的地位，特别是通用电气元器件，如电阻器、电容器、电感器和开关、接插件等，更是变频器电路中必不可少的元器件。无论是进行电路分析还是了解其工作原理，只有了解了电气元器件的基本特性、工作原理及外形结构，才能为维修变频器打下坚实基础，才能从理论上正确地分析和理解变频器所用到的电气元器件在电路中的功能，以便指导实际的维修工作。

1. 电阻器

电阻器在电路中所起的作用就是阻止电流通过，如同水流在流通过程中遇到的阻力一样。对导体而言，电阻器的存在使电流流动遇到了阻力，具体表现就是电阻器消耗了电能。电阻值是一个物理量，它的单位是欧姆（Ω）。

常把电阻器简称为电阻（以下简称电阻）。电阻的种类很多，从结构形式来分，有固定电阻、可调电阻和电位器三种。在电路中，常用电阻的符号如图1-1所示。

图1-1 常用电阻的符号

1）电阻的种类

（1）碳膜电阻

碳膜电阻是通过在高温真空中分离出有机化合物的碳，并将碳膜紧密附着于瓷棒表面形成电阻体，再加以适当的接头后切薄而成的，其表面涂有环氧树脂以进行密封保护。碳膜电阻是目前电子、电器、电信产品使用量最大，价格最便宜，品质稳定性相对较高的固定电阻。合成碳膜电阻或碳膜电阻（统称碳质电阻）适用于对初始精度和随温度变化的稳定性要求不高的普通电路。其典型应用包括晶体管或场效应管偏置电路中集电极或发射极的负载电阻，充电电容器的放电电阻，以及数字逻辑电路中的上拉电阻或下拉电阻。

碳膜电阻的电阻值有一系列标准值，其阻值范围为1～22MΩ；其允许偏差为2%～5%（碳膜电阻），有时甚至高达20%（合成碳膜电阻）。其额定功率范围为1/8～2W.功率为1/4W和1/2W,允许偏差为5%和10%的碳膜电阻用得最多。

由于碳膜电阻的温度系数很差（典型值为5000ppm/℃），所以当温度变化时，在要求阻值几乎不变的精密应用场合不适合选用这种电阻。碳膜电阻的优点是制作简单、成本低，其缺点是稳定性差、噪声大、误差大。

（2）金属膜电阻

金属膜电阻适合用于高初始精度、低温度系数和低噪声的精密电路中。金属膜电阻通常是采用真空镀膜或阴极溅射工艺，将作为电阻材料的某种金属或合金（如镍铬合金、氧化锡或氮化钽）积淀在绝缘基体（如模制酚醛塑料）表面形成薄膜电阻体而构成的。

金属膜电阻的典型应用包括电桥电路、RC振荡器和有源滤波器。金属膜电阻的初始精度范围为0.1%～1.0%，温度系数范围为10～100ppm/℃。其阻值范围为10.0Ω～301kΩ，阻值间隔为2%。金属膜电阻的优点是体积小、精度高、稳定性好、噪声小、电感量小，其缺点是成本高。

（3）绕线电阻、无感性绕线电阻

将电阻线绕在无性耐热瓷体上，表面涂以耐热、耐湿、无腐蚀的不燃性保护涂料就可构成绕线电阻（KNP）。其特点是耐热性能优良、温度系数小、质轻、耐短时间过负载、低杂音、阻值长期使用变化小。无感性绕线电阻（NKNP）具有绕线电阻的基本特性，并具有低电感量的优点。

绕线电阻非常精密并且稳定（0.05%，＜10ppm/℃），主要用于对电阻性能要求苛刻的应用场合，如调谐网络和精密衰减电路。其典型阻值范围为0.1Ω～1.2MΩ。

2）电阻的主要参数

（1）标称阻值和允许误差

在电阻上标注的电阻数值叫做标称阻值，如1.5kΩ，5.1Ω，…。电阻的实际阻值允许有一定的误差，称为允许误差，分为Ⅰ级（±5%），Ⅱ级（±10%），Ⅲ级（±20%）。例如，电阻上标有“3kΩⅠ”，则表示这个电阻的阻值是3kΩ，误差为±5%。

电阻的标称值和误差也可以用色环来表示。在电阻上印有四条色彩鲜艳的圆环，紧靠电阻左端的三条色环表示电阻值，最后一条色环表示允许误差。微调电阻和电位器的标称值是它们的最大电阻值。例如，100kΩ电位器，表示它的阻值可在0～100kΩ内连续变化。

（2）额定功率

额定功率指电阻正常工作时允许的最大功率。超过额定功率值时，电阻将因过分发热而烧毁。

3）热敏电阻

热敏电阻是一种对温度敏感的电阻器件。当温度变化时，它的电阻值会按照预期的规律变化。一般来说，它的电阻会随着温度的上升而减小。在将某些热敏电阻用做电路保护组件的应用场合中，会使用正温度系数热敏电阻；但在温度控制、温度补偿等应用场合中，广泛使用的是负温度系数热敏电阻。

NTC是Negative Temperature Coefficient的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。所谓NTC热敏电阻就是指负温度系数热敏电阻，它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造出来的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为它们在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。当温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，因此电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，因此电阻值降低。NTC热敏电阻在室温下的变化范围为100～1000000Ω，温度系数范围为-2%～-6.5%。NTC热敏电阻可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。

热敏电阻的基础材料一般都是金属氧化物的混合物，其稳定性、电阻特性、电阻温度特性都可以通过改变电阻材料的化学成分和处理过程中的参数来进行控制。这样，就有各种不同特性的热敏电阻可供选择。再对其进行适当的封装，还可以进一步改善其稳定性和电气特性。热敏电阻的工作温度范围为-80℃～600℃，甚至更高。

热敏电阻的温度电阻特性是非线性的，热敏控制和温度补偿等应用都依赖于这种温度电阻特性。

热敏电阻在低电流时的功耗是很小的。当温度不变时，热敏电阻和一般固定电阻的特性相同，它的电压和电流存在线性关系。当电流增加时，热敏电阻不能消耗掉所产生的功率，结果使得电阻上的电压不随电流线性增加，反而相对减小。这种现象叫做“自热”效应。

当热敏电阻的功率做跳跃式变化时，在达到稳定的电流前总有一个延迟。在这个延迟期间，热敏电阻的电流将逐渐上升，并经过一定的时间T后达到稳定。这种特性的最典型应用是限制电流的突然增长。B值（材料常数）相同、阻值不同的NTC热敏电阻的R—T特性曲线如图1-2所示；相同阻值、不同 B值的NTC热敏电阻的 R—T特性曲线如图1-3所示。

图1-2 B值相同，阻值不同的NTC热敏电阻的R—T特性曲线

图1-3 相同阻值，不同B值的NTC热敏电阻的R—T特性曲线

2. 电容器

电容器可以用来储存和释放电荷，根据它储存电荷能力的不同，可以分别用于滤波、移相、选频。电容器在充电的瞬间，电路中便会产生电流。而充电过程很快结束，电容器充满电荷后，电流就会消失。电容器的容量越小，充电所用时间越短暂，由此可见直流电是不能通过电容器的。若将电源改为交流电源，电路中将有持续的电流。若交流电的频率可以变化，则在相同的电压下，较高频率的交流电比较低频率的交流电更易于通过同一个电容器。这说明电容器在电路中，可以起到“隔直流，通交流”，“通高频、阻低频”的作用。电容器在电路中的符号如图1-4所示。

图1-4 电容器在电路中的符号

1）电容器的构成

两个彼此绝缘、互相靠近的导体就构成了一个电容器。这两个导体叫做电容器的两个极，分别用导线引出。电容器的文字符号是C.它的大小用电容量来衡量。电容量的基本单位是法拉（用F表示），还有较小的单位，如微法（μF）和皮法（pF）。这三个单位的换算关系是：1F=106μF；1μF=106pF.

电容器按其电容量是否可以改变分为固定电容器和可变电容器（包括微调电容器和可变电容器）；若按制作材料划分，则可分为瓷介电容器、电解电容器、空气电容器等。

2）电容器的原理

当如图1-5中所示的电路开关合上时，电源加在电容器的电极A和电极B的两端，电路中有短暂的电流流过，电容器开始充电。当电极A和电极B之间的电压与电池的电压相等时，电流停止流动。假如电路中的开关打开，则电容器所充的电能将保留在电路中。若用导线短接电极A和电极B,则电容器所充的电能将经由导线释放。电容器的电容量，取决于电容极板的相对面积和电容极板之间的距离。

图1-5 电容器的结构示意图

电容器的充、放电示意图如图1-6所示。当电路中的开关接至点1时，电容器由电池E充电。电容器的终端电压EC不会立刻上升至E,而是逐渐接近E；当电路中的开关接至点2时，充入电容器的电能经由电阻器放电，电压逐渐由EC降至0.

在充电期间，称EC上升至恒定电压（E）的63.2%，以及在放电期间下降至E的36.8%所需的时间为时间常数，用符号表示为τ，其计算公式为

3）电容器的主要特性参数

（1）容量与误差

电容器的实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围为允许误差。精密电容器的允许误差较小，而电解电容器的允许误差较大。常用的电容器的误差精度等级和电阻器的表示方法相同。用字母表示为：D,005级，±0.5%；F,01级，±1%；G,02级，±2%；J,I级，±5%；K,II级，±10%；M,III级，±20%。

图1-6 电容器的充、放电示意图

（2）耐压

电容器长期可靠地工作时所能承受的最大直流电压为电容器的耐压，也叫做电容器的直流工作电压。如果应用在交流电路中，则要注意所加的交流电压的最大值不能超过电容器的直流工作电压值。对于结构、介质、容量相同的电容器，耐压越高的电容器体积越大。

（3）温度系数

在一定温度范围内，温度每变化1℃时电容量的相对变化值就叫做温度系数。电容器的温度系数越小，其性能越好。

（4）绝缘电阻

由于电容器两极之间的介质不是绝对的绝缘体，故它的电阻不是无限大，而是一个有限的数值，一般在1000MΩ以上。电容器两极之间的电阻叫做绝缘电阻，或者叫做漏电阻。漏电阻越小，漏电越严重。电容器漏电会引起能量损耗，这种损耗不仅会缩短电容器的寿命，而且会影响电路的工作。因此，其漏电阻应越大越好。

（5）损耗

电容器的损耗指在电场的作用下，在单位时间内发热而消耗的能量。这些损耗主要来自介质损耗和金属损耗，通常用损耗角的正切值来表示。

（6）频率特性

电容器的电参数会随电场频率变化而变化。在高频条件下工作的电容器，由于其介电常数在高频时比低频时小，故其电容量也相应减小，而其损耗随频率的升高而增加。另外，在高频条件下工作时，电容器的分布参数，如极片电阻、引线和极片间的电阻、极片的自身电感、引线电感等，都会影响电容器的性能。所有这些均使得电容器的使用频率受到了限制。不同品种的电容器，其最高使用频率不同。小型云母电容器的使用频率在250MHz以内；圆片型瓷介电容器为300MHz；圆管型瓷介电容器为200MHz；圆盘型瓷介电容器可达3000MHz；小型纸介电容器为80MHz；中型纸介电容器只有8MHz.

4）常用电容器

（1）有机介质电容器

由于现代高分子合成技术的进步，新的有机介质薄膜不断出现，故这类电容器发展很快。除了传统的纸介、金属化纸介电容器外，常见的涤纶、聚苯乙烯电容器等也均属此类。

[1] 纸介电容器（型号为CZ）。它是以纸作为绝缘介质，以金属箔作为电极板后卷绕而成的，是生产历史最悠久的一种电容器。它的制造成本低，容量范围大，耐压范围宽（36V～30kV），但其体积大，损耗（tanδ）大，因而只适用于直流或低频电路。在其他有机介质迅速发展的今天，纸介电容器将逐步被淘汰。

[2] 金属化纸介电容器（型号为CJ1）。它是通过在电容器纸上蒸镀一层金属膜作为电极，再卷制后封装而成的。它有单向和双向两种引线方式。金属化纸介电容器的成本低、容量大、体积小。在相同耐压和容量的条件下，其体积比纸介电容器的体积小3～5倍。这种电容器在电气参数上与纸介电容器基本一致，其突出的特点是受到高电压击穿后能够“自愈”，但其电容值不稳定，等效电感和损耗（tanδ值）都较大，适用于频率和稳定性要求不高的电路。

[3] 有机薄膜电容器。有机薄膜电容器与纸介电容器的区别在于它的介质材料不是电容纸，而是有机薄膜。有机薄膜在这里只是一个统称，它具体又分为涤纶、聚丙烯薄膜等数种。不论体积、质量还是电参数，这种电容器都要比纸介或金属化纸介电容器优越得多。最常见的涤纶薄膜电容器（型号为CL）具有体积小，容量范围大，耐热、耐湿性能好等优点。其稳定性不高，但仍比低频瓷介或金属化纸介电容器要好，宜做旁路电容器使用。

（2）无机介质电容器

无机介质电容器是由陶瓷、云母、玻璃等材料制成的。

[1] 瓷介电容器（型号为CC或CT）。瓷介电容器也是一种生产历史悠久、容易制造、成本低廉、安装方便、应用极为广泛的电容器，一般按其性能可分为低压小功率电容器和高压大功率（通常其额定工作电压高于1kV）电容器两种。

常见的低压小功率电容器有瓷片、瓷管、瓷介独石等类型。在陶瓷薄片两面喷涂银层并焊接引线，披釉烧结后就可制成瓷片电容器；若在陶瓷薄膜上印制电极后叠层烧结，就能制成独石电容器。独石电容器的单位体积比瓷片电容器小很多，这为瓷介电容器向小型化和大容量的方向发展开辟了良好的途径。

高压大功率瓷介电容器可制成鼓形、瓶形、板形等形式，这种电容器的额定直流电压可达30kV,其容量范围为470～6800pF,通常用于高压供电系统的功率因数补偿。

由于所用陶瓷材料的介电性能不同，因而低压小功率瓷介电容器有高频瓷介（CC）、低频瓷介（CT）电容器之分。高频瓷介电容器的体积小、耐热性好、绝缘电阻大、损耗小、稳定性高，常用于要求低损耗和容量稳定的高频、脉冲、温度补偿电路，但其容量范围较窄，一般为1pF～0.1μF；低频瓷介电容器的绝缘电阻小、损耗大、稳定性差，但质量轻、价格低廉、容量大，特别是独石电容器的容量可达2μF以上，一般用于对损耗和容量稳定性要求不高的低频电路，或在普通电子产品中广泛用做旁路、耦合元件。

[2] 云母电容器（型号为CY）。它是以云母为介质，用锡箔和云母片（或用喷涂银层的云母片）层叠后在胶木粉中压铸而成的。由于云母材料优良的电气性能和机械性能，使得云母电容器的自身电感和漏电损耗都很小，并具有耐压范围宽、可靠性高、性能稳定、容量精度高等优点。它被广泛用在一些具有特殊要求（如高温、高频、脉冲、高稳定性）的电路中。

目前应用较广的云母电容器的容量一般为4.7～51000pF,精度可达到 ±0.01% ～0.03%，这是其他种类的电容器难以做到的。云母电容器的直流耐压通常在100V～5kV之间，最高可达到40kV.其温度系数小，一般可达到10-6/℃；可用于高温条件下，最高环境温度可达到460℃；长期存放后，其容量变化小于0.01%～0.02%。但是云母电容器的生产工艺复杂，成本高，体积大，容量有限，因此它的使用范围受到了一定的限制。

[3] 玻璃电容器。玻璃电容器以玻璃为介质，目前常见的有玻璃独石和玻璃釉独石两种电容器。玻璃独石电容器与云母电容器的生产工艺相似，即通过把玻璃薄膜与金属电极交替叠合后热压成整体而制成；玻璃釉独石电容器与瓷介独石电容器的生产工艺相似，即先将玻璃釉粉压成薄膜，在膜上印制图形电极，再交替叠合后剪切成小块，最后在高温下烧结成整体。

与云母和瓷介电容器相比，玻璃电容器的生产工艺简单，因而其成本低廉。它具有良好的防潮性和抗振性，能在200℃高温下长期稳定工作，是一种高稳定性、耐高温的电容器。其稳定性介于云母与瓷介电容器之间，体积只有云母电容器的几十分之一，因此在高密度的电路中得到了广泛使用。

（3）电解电容器

电解电容器以金属氧化膜为介质，以金属和电解质为电容的两极（其中金属为阳极，电解质为阴极）。使用电解电容器时必须注意其极性：极性不能接反，否则会影响介质的极化，使电容器漏液、容量下降，甚至发热、击穿、爆炸。又由于介质单向极化的性质，故它不能用于交流电路。

由于电解电容器的介质是一层极薄的氧化膜（厚度只有几纳米到几十纳米），所以其比率电容（电容量/体积）比任何其他类型电容器的都要大。在相同容量和耐压情况下，其体积又要比其他电容器小几个或几十个数量级，低压电解电容器的这一特点更为突出。在要求大容量的场合（如滤波电路等）均应选用电解电容器。电解电容器的缺点是损耗大，温度特性、频率特性、绝缘性能差，漏电流大（可达毫安级），长期存放时可能因电解液干涸而老化。因此，除体积小以外，其任何性能均远不如其他类型的电容器。常见的电解电容器有铝电解电容器、钽电解电容器和铌电解电容器。此外，还有一些特殊性能的电解电容器，如激光储能型电容器、闪光灯专用型电容器、高频低感型电解电容器等，可用于不同要求的电路中。

[1] 铝电解电容器（型号为CD）。铝电解电容器一般是用铝箔和浸有电解液的纤维带交叠卷成圆柱形后，封装在铝壳内而制成的。大容量的铝电解电容器的外壳顶端通常有“十”字形压痕，其作用是防止电容器内部发热引起外壳爆炸。假如电解电容器被错误接入电路，介质反向极化会导致其内部迅速发热，电解液汽化，膨胀的气体就会顶开外壳顶端的压痕释放压力，从而避免外壳爆裂伤人。铝电解电容器是一种使用最广泛的通用型电解电容器，适用于电源滤波和音频旁路。铝电解电容器的绝缘电阻小，漏电损耗大，其容量范围为0.33～10000μF,额定工作电压一般在6.3～450V之间。

[2] 钽电解电容器（型号为CA）。钽电解电容器采用金属钽（粉剂或溶液）作为电解质。由于钽及其氧化膜的物理性能稳定，所以与铝电解电容器相比，钽电解电容器具有绝缘电阻大、漏电小、寿命长、比率电容大、长期存放性能稳定、温度及频率特性好等优点，其缺点是成本高、额定工作电压低（最高只有160V）。这种电容器主要用于一些对电气性能要求较高的电路，如积分、计时、开关电路等。钽电解电容器分为有极性和无极性两种。除液体钽电容器以外，近年来又有了超小型固体钽电容器，如高频片状钽电容器的最小尺寸可达1mm×2mm,可用在混合集成电路或采用SMT技术的微型电子产品中。

3. 电感器

电感器俗称电感或电感线圈，是利用电磁感应原理制成的元件，在电路里起阻流、变压、传送信号的作用。电感器的应用范围很广泛，常用在调谐、振荡、耦合、匹配、滤波、陷波、延迟、补偿及偏转聚焦等电路中。由于其用途、工作频率、功率、工作环境不同，对电感器的基本参数和结构就有不同的要求，从而导致电感器的类型和结构多样化。电感器在电路中的符号如图1-7所示。它常用L来表示。

图1-7 电感器在电路中的符号

电感器按工作特征分为电感量固定的和电感量可变的两种；按磁导体性质分成空心电感、磁芯电感和铜芯电感；按绕制方式及其结构分成单层、多层、蜂房式、有骨架式或无骨架式电感。

（1）电感量

在没有非线性导磁物质存在的条件下，一个载流线圈的磁通量Ψ与线圈中的电流I成正比，称其比例常数为自感系数，用L表示，简称电感，即

电感的基本单位是H（亨利），实际常用单位还有mH（毫亨）、μH（微亨）和nH（毫微亨）。一般电感器的电感量精度在±5%～±20%之间。

（2）固有电容

电感线圈的各匝绕组之间通过空气、绝缘层和骨架而存在分布电容。同时，在屏蔽罩之间、多层绕组的每层之间、绕组与底板之间也都存在分布电容。这样，电感器实际上可以等效成如图1-8所示的电路。图1-8中的等效电容C0就是电感器的固有电容。由于固有电容的存在，使电感线圈有一个固有频率或谐振频率（f0），其值为

图1-8 电感器的等效电路

使用电感线圈时，应使工作频率远低于电感线圈的固有频率。为了减小电感线圈的固有电容，可以减小电感线圈骨架的直径，用细导线绕制电感线圈，或者采用间绕法、蜂房式绕法。

（3）品质因数（Q值）

电感线圈的品质因数定义为

式中，f是工作频率（Hz）；L是电感线圈的电感量（H）；r表示电感线圈的损耗电阻（Ω），包括直流电阻、高频电阻及介质损耗电阻。

Q值反映了电感线圈损耗的大小，Q值越高，损耗功率越小，电路效率越高。一般谐振电路要求电感线圈的Q值高，以便获得更好的选择性。为提高电感线圈的品质因数，可以采用镀银导线、多股绝缘线绕制电感线圈，以及使用高频陶瓷骨架及磁芯（提高磁通量）。

（4）额定电流

电感线圈的额定电流指电感线圈长期允许通过的最大电流。当电感线圈在供电回路中作为高频扼流圈或在大功率谐振电路里作为谐振电感使用时，都必须考虑它的额定电流是否符合要求。

（5）稳定性

因电感线圈产生几何变形、温度变化而引起的固有电容和漏电损耗的增加，都会影响电感线圈的稳定性。电感线圈的稳定性通常用电感温度系数αL和不稳定系数βL来衡量，两者的值越大，表示电感线圈的稳定性越差。αL用于衡量电感量相对于温度的稳定性，其值为

式中，L2和L1分别表示温度为t2和t1时的电感量（H）。

βL表示电感量经过温度循环变化后不再能恢复到原来数值的这种不可逆变化（无单位数值，可以用小数或百分数表示），其值为

式中，L和Lt分别为原来的和温度循环变化后的电感量（H）。

温度对电感量的主要影响是导线受热膨胀后使电感线圈产生几何变形，为减小这一影响，可以采用热绕法（绕制时将导线加热，冷却后导线收缩，紧紧贴合在骨架上）或烧渗法（在高频陶瓷骨架上烧渗一层旋绕的银薄膜来代替原来的导线），以保证电感线圈不变形。

当湿度增大时，电感线圈的固有电容和漏电损耗会增加，这也会降低电感线圈的稳定性。改进的方法是将电感线圈用绝缘漆或环氧树脂等防潮物质浸渍密封。但这样处理后，由于浸渍材料的介电常数比空气大，会使线匝间的分布电容增大，同时还会引入介质损耗，影响Q值。

4. 变压器

两个电感线圈相互靠近，就会产生互感现象。因此从原理上来说，各种变压器都属于电感器。变压器在电子产品中能够起到交流电压变换、电流变换、传递功率和阻抗变换的作用，是不可缺少的重要元件之一。变压器在电路中的符号如图1-9所示。变压器的主要性能参数如下。

图1-9 变压器在电路中的符号

（1）额定功率

在规定的电压和频率下，变压器能够长期连续工作而不超过规定温升的输出功率即为额定功率。一般电子产品中的变压器的额定功率都在数百瓦以下。

（2）变压比

变压比指变压器初级电压与次级电压的比值或初级绕组匝数与次级绕组匝数的比值。通常在变压器外壳上会直接标出变压比，如220V/12V.变阻比是变压比的另一种表达形式，可以用来表示初级和次级的阻抗变换关系，如用4∶1表示初级、次级的阻抗比值。

（3）效率

效率指输出功率与输入功率的比值，一般用百分数表示。变压器的效率由设计参数、材料、制造工艺及额定功率决定。通常20W以下的变压器的效率是70%～80%，而100W以上的变压器的效率可达到95%左右。

（4）温升

温升指当变压器通电工作以后，线圈温度上升到稳定值时，比环境温度升高的数值。温升高将使变压器的绕组导线和绝缘材料老化。

（5）绝缘电阻和抗电强度

绝缘电阻和抗电强度（指线圈之间、线圈与铁芯之间及引线之间，在规定的时间内（如1分钟）可以承受的试验电压）是判断变压器能否安全工作的特别重要的参数。不同的工作电压、不同的使用条件和要求，对变压器的绝缘电阻和抗电强度有不同的要求。一般要求电子产品中的小型变压器的绝缘电阻≥500MΩ，抗电强度≥2000V.

（6）空载电流

称给变压器初级加上额定电压而次级空载时的初级电流为空载电流。空载电流的大小，反映了变压器的设计、材料和加工质量的优劣。空载电流大的变压器的自身损耗大，输出效率低。空载电流一般不超过变压器额定电流的10%。设计和制作优良的变压器，空载电流可小于额定电流的5%。

（7）信号传输参数

用于阻抗变换的音频、高频变压器，还要考虑漏电感、频带宽度和非线性失真等信号传输参数。

5. 接插件的分类

接插件可按工作频率和外形结构特征来分类，按照工作频率可分为低频接插件和高频接插件两种。其中，低频接插件适合在频率为100MHz以下时工作，高频接插件适合在频率为100MHz以上时工作。高频接插件在结构上需要考虑高频电场的泄漏、反射等问题，一般都采用同轴结构，以便与同轴电缆连接，因此又称其为同轴连接器。

接插件按照外形结构特征分为矩形接插件、印制板接插件、带状电缆接插件等。

（1）矩形接插件

矩形接插件如图1-10所示。由于矩形接插件的体积较大，电流容量也较大，并且矩形排列能够充分利用空间，所以这种接插件被广泛用于印制电路板上安培级电流信号的互相连接。有些矩形接插件带有金属外壳及锁紧装置，可以用于机外的电缆之间、电路板与面板之间的电气连接。

图1-10 矩形接插件

（2）印制板接插件

印制板接插件如图1-11所示。印制板接插件用于印制电路板之间的直接连接，其外形是长条形，结构有直接型、绕接型、间接型等。其插头由印制电路板（“子”板）边缘上镀金的排状铜箔条（俗称“金手指”）构成；插座根据设计要求订购，焊接在“母”板上。“子”板插入“母”板上的插座，就可连接两个电路。印制板插座的型号很多，其主要规格有排数（单排、双排）、针数（引线数目，从7线到近200线不等）、针间距（相邻接点簧片之间的距离），以及有无定位装置、有无锁定装置等。

图1-11 印制板接插件

（3）带状电缆接插件

带状电缆是一种扁平电缆，从外观看像是将几十根塑料导线并排黏合在一起而形成的。带状电缆占用空间小，轻巧柔韧，布线方便，不易混淆。带状电缆插头是电缆两端的连接器，它与电缆的连接不用焊接，而是靠压力使连接端内的刀口刺破电缆的绝缘层来实现电气连接的。带状电缆接插件的工艺简单可靠，如图1-12所示。带状电缆接插件的插座部分直接装配焊接在印制电路板上。

图1-12 带状电缆接插件

带状电缆接插件用于低电压、小电流的场合，能够可靠地同时传输几路到几十路数字信号，但不适合用在高频电路中。它在高密度的印制电路板之间得以广泛应用。

（4）条形接插件

条形接插件如图1-13所示，广泛用于印制电路板与导线的连接。接插件的插针间距有2.54mm（额定电流为1.2A）和3.96mm（额定电流为3A）两种，工作电压为250V,接触电阻约为0.01Ω。插座焊接在印制电路板上，导线压接在插头上，压接质量对连接可靠性的影响很大。这种接插件可保证约30次插拔次数。

图1-13 条形接插件

1.1.2 变频器电路中的常用电子元器件

1. 二极管

1）普通二极管

半导体二极管是由PN结加上引线和管壳构成的。它按制造材料分为硅二极管和锗二极管；按二极管的结构分为点接触型二极管和面接触型二极管。二极管在电路中的符号为 ，用VD来表示，其电流方向为箭头所指方向。给二极管施加正向电压时它会导通，施加反向电压时它不导通，因此它具有单向导电性。二极管的基本特性参数有以下几个。

（1）正向特性

当加在二极管两端的正向电压（P为正、N为负）很小时（锗二极管小于0.1V,硅二极管小于0.5V），二极管不导通，处于“死区”状态。当正向电压超过一定数值后，二极管才导通；电压再稍微增大，电流会急剧增加。不同材料的二极管的起始电压不同，硅管为0.5～0.7V,锗管为0.1～0.3V.

（2）反向特性

当二极管两端加上反向电压时，反向电流很小。当反向电压逐渐增加时，反向电流基本保持不变，这时的电流叫做反向饱和电流。不同材料的二极管的反向电流大小不同，硅管约为一微安到几十微安，锗管则可高达数百微安（锗管的稳定性比硅管差）。另外，反向电流受温度变化的影响很大。

（3）击穿特性

当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象叫做反向击穿。这时的反向电压叫做反向击穿电压。由不同结构、工艺和材料制成的二极管，其反向击穿电压值的差异很大，其变化范围为一伏到几百伏，甚至高达数千伏。

（4）频率特性

由于结电容的存在，当频率高到某一程度时，其容抗会小到使PN结短路，从而导致二极管失去单向导电性，不能工作。PN结面积越大，结电容也越大，越不适用于高频电路应用场合。

（5）温度特性

二极管对温度很敏感，在室温附近，温度每升高1℃，其正向压降将减小2～2.5mV；温度每升高10℃，反向电流约增加一倍。

晶体二极管的主要参数有以下几个。

[1] 正向电流IF:在额定功率下允许通过二极管的电流值。

[2] 正向电压降UF:二极管通过额定正向电流时，在其阳极和阴极之间所产生的电压降。

[3] 最大整流电流（平均值）IOM:二极管在半波整流连续工作的情况下，允许通过的最大半波电流的平均值。

[4] 反向击穿电压UB:二极管的反向电流急剧增大到出现击穿现象时的反向电压值。

[5] 反向峰值电压URM:二极管正常工作时所允许的反向电压峰值。通常URM为UB的三分之二或略小一些。

[6] 反向电流IR:在规定的反向电压条件下流过二极管的反向电流值。

[7] 结电容C:结电容包括势垒电容和扩散电容。在高频场合下使用时，要求结电容小于某一规定数值。

[8] 最高工作频率fm:二极管具有单向导电性的最高交流信号的频率。

2）稳压二极管

稳压二极管（又称齐纳二极管）是由硅材料制成的面结合型晶体二极管。它是利用PN结反向击穿时电压基本上不随电流变化而变化的特点来达到稳压的目的的。因为它能在电路中起稳压作用，故称其为稳压二极管（简称稳压管），其在电路中的符号为 。

稳压二极管根据其封装形式、电流容量、内部结构的不同可以分为多种类型，如根据封装形式可分为金属外壳封装稳压二极管、玻璃封装（简称玻封）稳压二极管和塑料封装（简称塑封）稳压二极管。而塑封稳压二极管又分为有引线型和表面封装两种类型。

稳压二极管工作在反向击穿区。当反向电流变化很大时，其反向电压变化反而很小，从而使其表现出了很好的稳压特性。当稳压二极管的反向电压达到UZ时，即使电压有微小的增加，反向电流也会猛增（反向击穿曲线很徒直），此时二极管处于击穿状态。如果把击穿电流限制在一定的范围内，则稳压二极管就可以长时间在反向击穿状态下稳定工作了。

稳压二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，在该临界击穿点上，反向电阻会降低到一个很小的数值，而在这个低阻区中电流会增加，电压则保持恒定。稳压二极管主要用做稳压器或电压基准。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过将其串联可获得更高的稳定电压。

3）发光二极管

发光二极管（LED）是将电能转化为光能的一种器件。它采用砷化镓（GaP）、磷砷化镓（GaAsP）、磷化镓（AsP）等半导体材料制成。其工作电压低，工作电流小，所需功率低，但亮度非常高。发光二极管在电路中的符号为 。当其正向流过一定强度的电流时，发光二极管能发出可见光或不可见光，如发出红色光线或红外光线。它具有体积小、发光均匀、寿命长的优点。

发光二极管也具有单向导电性，并工作在正向偏置状态。它的正向导通电压降比较大，一般在2V左右。当正向电流达到2mA时，发光二极管开始发光，而且其光线强度的增加与电流强度成正比。发光二极管发出的光线颜色主要取决于晶体材料及其所掺杂质。常见发光二极管光线的颜色有红色、黄色、绿色和蓝色。

发光二极管的主要特征参数有发光面积A、发光强度IV等。其极限参数有最大允许正向直流电流IFmax,最大允许反向电压URmax,最大允许功耗PTOT等。发光二极管主要用做显示器件，用来指示电子产品的工作状态。表示数字的七段字符显示器就是由发光二极管组成的。

（1）七段字符显示器

利用发光二极管的光电效应，可以制成简单的显示器件，最典型的就是七段字符显示器，又称七段码显示器，如图1-14（a）所示。通常使用的七段字符显示器是由8个条状发光二极管按图1-14（a）所示的形式排列而成的。通常表示小数点的段叫做h段，8字的每一段分别叫做a～g段。按规定使某些笔段的发光二极管点亮，就能组成数字或字母。

图1-14 七段字符显示器

由于在实际应用中，小数点段不常使用，所以该显示器就叫七段字符显示器。七段字符显示器内部发光二极管的连接形式有两种，即共阴极和共阳极连接，共阴极连接如图1-14（b）所示，共阳极连接如图1-14（c）所示。七段字符显示器的外形一般是长方形，有9个引脚，引脚符号为com（公共端）和a～h端（字段端）。

当七段字符显示器中某一段的发光二极管的正向导通电流大于2mA时，该段被点亮发光。导通电流越大，发光二极管所发光线越强，人眼感觉越亮，但发光二极管的寿命就越短。可以在电路中采用限流电阻来控制发光强度。

七段字符显示器能显示0～9的数字和简单的字符，如需显示大写英文字母E,则需要a,b,c,d,g段亮，而e,f,h段灭，此时则应该正向偏置a,b,c,d,g段的发光二极管，反向偏置e,f,h段的发光二极管。对于共阴极连接的七段字符显示器，发光段端的电位要高于公共端（com），不发光段端的电位应低于或等于公共端；而共阳极连接的七段字符显示器则与此相反。

（2）多位七段字符显示器

在实际应用时，通常是将多个七段字符显示器一起组合使用的，即一般按图1-15所示的形式排列。这时，每一个七段字符显示器的a～h端相连，统一引出后仍然叫a～h端。由于它们决定了每一个七段字符显示器的显示字符形式，所以称其为字选控制端；每一个七段字符显示器的公共端独立引出并用其控制每个七段字符显示器的亮与灭，称其为位选控制端。显示时，利用了人的视觉暂留现象，并采用了动态扫描的显示方法，即某一时刻只有一个七段字符显示器被点亮。七段字符显示器的驱动电路比较简单，用数字电路或通用的微处理器芯片都可以实现。

图1-15 多位七段字符显示器

2. 晶体三极管

晶体三极管是采用半导体材料制成的。由于结构不同，它分为PNP型和NPN型两大类。晶体三极管的文字符号是VT.常用晶体三极管的图形符号如图1-16所示。

图1-16 常用晶体三极管的图形符号

所谓NPN型，就是指两边是N型半导体，中间是P型半导体，它们组成了两个PN结。所谓PNP型，即指两边是P型半导体，中间是N型半导体，它们也组成了两个PN结。不论是哪一种类型，中间的一块半导体的区域都叫做基区，基区一般做得很薄（在几个微米左右），由基区引出的电极叫基极，用字母b表示。两边的两块半导体所在的区域，一个叫发射区，一个叫集电区；由发射区引出的电极叫发射极，用字母e表示；由集电区引出的电极叫集电极，用字母c表示。发射区和集电区虽然都是同一类型的半导体，但它们是不对称的，不能互换，它们的区别在于发射区掺入的杂质浓度要比集电区高，而其面积比集电区小。三个区间有两个PN结，发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电结。

晶体三极管发射极上的箭头表示流过晶体三极管的电流方向，由此可见两类晶体三极管中电流的流向是相反的。PNP型和NPN型晶体三极管的结构示意图如图1-17（a）、（b）所示。晶体三极管的主要参数有以下几个。

图1-17 晶体三极管的结构示意图

（1）放大倍数

放大倍数用于表征晶体三极管的放大能力。它分为共基极放大倍数α和共发射极放大倍数β两种。二者之间的关系是

（2）极间反向电流（是由少数载流子形成的）

极间反向电流包括集电极—基极间的反向饱和电流ICBO和穿透电流ICEO.ICEO与ICBO的关系为

（3）参数与温度的关系

由于半导体的载流子受温度影响，所以晶体三极管的参数也会受温度影响。温度上升，其输入特性曲线向左移，基极的电流不变，基极与发射极之间的电压降低，输出特性曲线向上移，放大倍数增加。