電氣維修方法論第十八篇(電氣元件的工作原理)

電氣維修方法論第十八篇(電氣元件的工作原理)

電氣元件是組成電路并實現(xiàn)電氣功能的最小單元，也是電氣維修中需要認知的最終對象，如果損壞一般只更換不維修。它種類繁多、形式多樣、原理不同、功能各異和應用廣泛，而且新元件層出不窮、日新月異。電氣元件屬于復雜對象，所有電氣元件構成電氣元件集，繼承了相同特性的電氣元件組成電氣元件類，每類電氣元件都有相同的本質特征和規(guī)律，每個具體電氣元件都有自身的特殊特征和規(guī)律。通過學習預先掌握同類電氣元件的本質特征和規(guī)律，在實踐中結合具體電氣元件的特殊特征和規(guī)律就能全面高效認知具體電氣元件的綜合特征和規(guī)律。

先科學的認知電氣元件，才能正確的使用電氣元件。認知前要先系統(tǒng)學習物理、化學、電磁學等理論知識，再積累相關實踐經(jīng)驗。為了提高認知效率，降低認知難度，在符合人直覺和認知習慣的前提下，需要從學習理解、設計生產和使用維護的層面將電氣元件按照工作原理、功能用途、規(guī)格封裝的角度進行分類，逐步掌握每類電氣元件本質特征和規(guī)律，才能深刻解釋元件故障原理，正確判斷元件的好壞，選擇合理的處理辦法。

工作原理能解釋電氣元件的功能，功能決定其用途，用途決定其封裝。相同工作原理的電氣元件有多種功能用途、規(guī)格封裝;相同功能用途的電氣元件有多種工作原理、規(guī)格封裝;相同規(guī)格封裝的電氣元件有多種工作原理、功能用途。從各層面和多角度對電氣元件分類存在部分重疊，會造成對個別電氣元件重復介紹，產生一定亢余量，請讀者諒解。

電氣元件按電氣功能分為基礎元件和復合元件。基礎元件是具有單一的基本電氣功能的獨立元件，常見的有電阻、電容、電感、二極管、三極管、場效應管、電壓源和電流源。復合元件是由多個基礎元件組成具有復雜電氣功能的電氣元件，如各類集成電路等，分為多個相同電氣元件并列封裝在一起的組合元件和多個不同電氣元件組合封裝在一起具有新電氣功能的復合元件兩類。先把基礎電氣元件抽象為理想元件，理想元件通過組合連接形成等效電路替代復合電氣元件(復合電氣元件有幾種工作狀態(tài)就有幾套等效電路)，等效電路的組織結構和伏安特性就是復合電氣元件的特征和規(guī)律。

現(xiàn)代電氣元件向模塊化方向發(fā)展，把核心電氣元件和輔助電氣元件整合在一起形成具有完整電氣功能的電氣模塊，能減小電路的體積，提高電路的可靠性。

電氣元件從早期電子管到現(xiàn)代晶體管和集成電路，未來電氣元件的基材從現(xiàn)今硅晶片向碳基、石墨烯等新電氣材料方向發(fā)展，隨著新技術、新工藝和新材料的出現(xiàn)會不斷產生具有新功能、高性能、高可靠和適用范圍廣的新電氣元件，維護時盡量用新電氣元件替換老舊電氣元件。因為電磁運動的不可見性，需要借助專用儀器測量電氣元件輸入輸出物理量判斷其是否正常工作，測量其主要電氣參數(shù)判斷其好壞。

因為電氣元件種類多更新快，所以本書只對常用電氣元件進行分類介紹，請讀者按照該分類思路通過實踐逐步創(chuàng)建和補充完善自己的電氣元件類庫。鑒于本書主題是研究電氣維修方法論，所以盡量用定性方式描述每類電氣元件本質特征和規(guī)律，完整精確的定量分析請讀者自行查閱相應專業(yè)書籍。

一、為提高查找故障源的效率，電氣元件需要從工作原理的角度進行分類并掌握其本質特征和規(guī)律，有利于判斷獨立電氣元件好壞(內因)。電氣元件工作原理包含材質成份、內部組織結構和外部連接方式、工作狀態(tài)和等效模型、能量變換等因素。

電氣元件在獨立狀態(tài)下用專用儀器檢測其好壞。如果沒有專用儀器，用通用儀器測量電氣元件參數(shù)(如端口間阻值)，再與相同正常元件或技術資料參數(shù)作對比，結合其工作原理推測其好壞。

材質成份

構成電氣元件的材料主要是絕緣材料、導體和半導體，絕緣材料用于電氣隔離，導體進行等電位連接，利用半導體的各種物理性能實現(xiàn)非線性電氣功能。常用半導體材料是硅或鍺，摻入某些微量元素后形成P型和N型半導體，在兩種類型半導體接觸面形成PN節(jié)，硅的PN結電壓為0.7V，鍺的PN結電壓為0.4V。在半導體中摻入其它元素可以改變其物理性能，實現(xiàn)不同的電氣功能。

除少數(shù)電氣元件(如化學電池和電磁元件)，大部分電氣元件運動都屬于分子或原子級的物理運動，所以多數(shù)電氣元件在額定工作條件下沒有材質損耗，體積沒有變化，使用壽命較長。

和宏觀的機械、化學運動不同，除了借助于專業(yè)儀器，人眼睛無法直接觀察到電氣元件的電磁運動，這也是觸電事故頻發(fā)的重要原因。

內部組織結構和外部連接方式

電氣元件通常由導體、半導體、絕緣體、鐵磁體、抗磁體和順磁體等具有電氣特性的材料組成，不同介質按照各自的物理形態(tài)封閉在有限的固定空間中，通過內部或外部物理運動、化學反應實現(xiàn)電磁能存儲或釋放、與其它能量相互轉換等功能，對外通常表現(xiàn)為輸入輸出端電壓或電流等基本物理量大小或方向的變化，是實現(xiàn)電路功能的基礎零件。

電信號分為模擬信號和數(shù)字信號，數(shù)字信號分為同步信號和異步信號。導體能直接將電信號混合在一起。電氣元件能接收、處理和輸出電信號。按電氣端口數(shù)電氣元件分為單端、雙端、三端和多端電氣元件。單端和雙端元件要依靠電信號自帶的能量工作，屬于無源元件。單端元件讓電信號只進不出，雙端元件能實現(xiàn)電信號的雙向傳輸。三端和多端通常需要外部電源才能工作，屬于有源元件。如果有源元件的輸入阻抗遠低于輸出阻抗，電信號正向傳輸效率高于反向傳輸效率，能實現(xiàn)電信號的單向傳輸。有源元件單向傳輸特性能實現(xiàn)電信號分配(一進多出)和合并(多進一出)功能，一進多出將一路電信號分配為多路，多進一出能實現(xiàn)多路電信號的算術、邏輯和比較等運算。

工作狀態(tài)和等效模型

電氣元件工作中有多種不同階段，但在同一時間內只能處于一種階段的某些狀態(tài)下。以人的正常響應時間為參考，狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)，暫態(tài)和異態(tài)。穩(wěn)態(tài)通常是電氣元件正常工作的持續(xù)狀態(tài)，暫態(tài)通常是電氣元件各種穩(wěn)態(tài)間相互轉換時的過度狀態(tài)，異態(tài)通常是電氣元件異常環(huán)境下的極端狀態(tài)。通常分為以下幾種階段：

關閉階段是電氣元件沒有獲得電能前的關閉階段，屬于穩(wěn)態(tài)。

工作階段是電氣元件獲得電能并正常的工作階段，屬于穩(wěn)態(tài)。有的電氣元件有多重工作階段，如晶體三極管就有放大、截至、飽和三重階段，二極管有正向導通、反向截止和反向擊穿三重階段。

停止階段是電氣元件獲得電能但停止工作的階段，屬于穩(wěn)態(tài)。

切換階段是電氣元件在關閉、停止和工作三個階段之間相互轉換的過度階段，屬于暫態(tài)。如電容的充放電過程和電感電流通斷的過程。

極限階段是電氣元件處于異常環(huán)境下的階段，屬于異態(tài)。常見異常環(huán)境有超極限的電壓、電流、溫度或機械震動等。電氣元件工作在極限階段中容易損壞或縮短壽命。

為了方便理解復雜電氣元件的工作原理，將抽象的理想導線、理想電阻、理想電容、理想電感、理想二極管、理想三極管、理想電壓源和理想電流源作為基礎元件，組成多個等效電路模擬復雜電氣元件在不同階段工作原理，用不同階段下等效電路的組織結構和外部連接描述復雜電氣元件的本質特征。用不同階段下等效電路的輸入輸出電壓、電流、磁感應強度和功率等變化描述復雜電氣元件的本質規(guī)律。常用電氣元件都有獨自圖形符號和簡稱，相同圖形符號的電氣元件工作原理相近，通過查詢圖形符號就能大致了解其本質特征和規(guī)律。

能量變化

電氣元件工作時需要消耗電能，無源電氣元件消耗的是輸入電信號的能量，輸出電信號強度必然低于輸入電信號。有源電氣元件消耗的是外部電源提供的能量，輸出電信號強度能夠大于或等于輸入電信號的強度。

因為能量轉換效率永遠小于一，電氣元件工作時部分電能必然轉換為熱能，所以電氣元件工作階段的溫度必然高于停止階段。通過紅外線檢測電氣元件表面溫度，可以定性估測其工作狀態(tài)。通常通過電氣元件的電流越大其能耗越大，通過檢測通過電流，可以定性估測其工作狀態(tài)。

(一)傳統(tǒng)元件類

利用人類最初發(fā)現(xiàn)的導體、絕緣體、鐵磁體、抗磁體和順磁體等傳統(tǒng)電氣材料制造出基礎的電氣元件，實現(xiàn)傳輸分配電能、通斷限制電流、存儲電場和磁場等基礎電氣功能。導線、電阻、電容和電感都屬于線性電氣元件，可用頻域復數(shù)描述其本質規(guī)律。

導線

用線或面形狀的導體(銅或鋁)并外敷絕緣材料(如塑料、橡膠或絕緣漆等)就制造出導線。導線屬于雙向雙端元件。在電路原理圖中用實線代表導線，分析時通常用阻值為零的電阻(符號R0)代替導線。導線的主要物理參數(shù)是截面積，極限物理參數(shù)是絕緣耐壓值。如果導線兩端存在電位差就會在導線中產生電流，電流超過導線額定值容易燒毀導線，在導線上電壓過高要擊穿其絕緣層，使導線處于異常狀態(tài)。通常用歐姆計判斷導線好壞。

導線的本質特征和規(guī)律是電阻近似為零，導體上電位處處相等。因為導體對電流阻力小耗能很低，所以在電路中主要用于傳輸和分配電能。導線有多種外觀樣式(如電線、銅排或敷銅皮等)。不同廠家電線產品的型號編碼也不同。

電阻

利用電流通過阻力較大導體(碳、高阻合金等)時受到限制并把電能轉換為熱能的特性就制造出電阻元件。電阻至少有兩個以上端口，屬于雙向雙端元件。在電路原理圖中用電阻符號和字母R代表電阻，主要物理參數(shù)是電阻值，其值大小表示限制電流的能力，計算公式：R=，ρ是電阻率，L是電阻長度，S是電阻截面積;伏安特性：，規(guī)定當電阻器兩端電勢差為1伏時流過電阻器的電流為1安，電阻值為基本單位1歐姆(Ω)，常用數(shù)量單位有千歐(KΩ)、兆歐(MΩ)等。

電阻基本原理是電荷在導體中移動時和分子碰撞產生的阻力，其本質特征和規(guī)律是阻礙電荷流動的能力，限制通過自身電流的大小。電阻在電路中主要用于降低電壓，限制電流。電阻兩端存在電位差就會在電阻中產生電流。電阻的極限物理參數(shù)是最大功率值，如果電流超過額定值容易燒毀電阻，使電阻處于異態(tài)。

通常用萬用表的電阻檔測量阻值判斷電阻好壞，測量時要考慮電信號頻率以及工作環(huán)境對測量結果的影響，否則會造成較大誤差或錯誤結果。真實電阻由理想電阻R和其它等效元件(引線電感Ls和分布電容Cp)組成。當通過高頻電流時需要考慮等效元件的影響，其阻抗和通過交流電流的頻率f相關。

電阻還能制造為將電能轉換為熱能的電熱元件和因溫度高而發(fā)光的發(fā)光元件。根據(jù)實際需要，電阻有多種封裝樣式，廠家不同電阻產品型號編碼也不同。

電容

利用電荷同性相斥異性相吸的特征，兩塊面積較大的導體極板重疊放置，中間用絕緣體隔開就制造出可以存儲電場能的電容元件。電容至少有兩個以上端口，其中無極電容屬于雙向雙端元件。在電路原理圖中用電容符號和字母C代表電容，主要物理參數(shù)是電容值，其值大小表示容納電荷的能力，計算公式：C=，式中：ε是介電常數(shù)，k是靜電力常量，S是兩板正對面積，d是兩板間距離;電氣特性：C=;規(guī)定在電容器兩極板間的電勢差為1伏時所存儲電荷量為1庫倫，電容值為基本單位1法拉(F)，常用數(shù)量單位有微法拉(uF)、皮法拉(pF)等。

電容基本原理是用絕緣介質隔離的正負電荷相互吸引形成的平衡狀態(tài)，其本質特征和規(guī)律是存儲電場能。電容在電路中主要用于延遲電壓的變化。在電容兩端存在直流電位差時，通過電容的電流為零。在電容兩端存在交流電位差時，通過電容的電流大于零，頻率越高電流越大。電容的極限物理參數(shù)是最大耐壓值，如果電壓超過額定值容易燒毀電容，使電容處于異態(tài)。

通常用萬用表的電容檔判斷電容好壞，測量時要考慮電信號頻率以及工作環(huán)境對測量結果的影響，否則會造成較大誤差或錯誤結果。有極電容器的極性判別方法：用萬用表測量就可以了，先把電解電容放電，然后將表筆接到兩端，擺動大的那次就對了，但要注意：指針表的正極對的是電容的負 極，數(shù)字表相反，而且，兩次測量之間，電容必須放電。用元件引腳長短來區(qū)別正負極，長腳為正，短腳為負;電容上面有標志的黑塊為負極。在PCB板上電解電容的封裝符號為圓圈，圈中涂顏色的半圓對應電容負極引腳。

真實電容由理想電容C和其它等效元件(介質損耗Rc，引線電阻Rn和分布電感Ln)組成，當通過交流電流時需要考慮等效元件的影響，其阻抗和通過交流電流的頻率f相關。如果通過直流電流并進入穩(wěn)態(tài)時，真實電容可視為開路;如果通過低頻交流電流時，因為介質損耗Rc很小可忽略不計，具體電容可視為理想電感C、引線電阻Rn和分布電感Ln串聯(lián)。

如果極板間能相對運動成為靜電電機能將電磁能轉換為機械能。靜電電機電容值越大、加在極板上電壓越高，其輸出的機械力越大。常用電容有陶瓷、滌綸、電解質、鉭等類型。根據(jù)實際需要，電容有多種封裝形式，廠家不同電容產品型號編碼也不同。

電感

利用渦旋電流要產生磁場的特征，將絕緣導線呈環(huán)狀反復纏繞在絕緣管上形成線圈(絕緣管可以是空心的，也可以包含鐵芯或磁粉芯)，就制造出可以存儲磁場能的電感元件。電感至少有兩個以上端口，屬于雙向雙端元件。在電路原理圖中用電感符號和字母L代表電感，主要物理參數(shù)是電感值，其值大小表示容納磁場的能力，計算公式：L=μ*S*N2/ Lm，式中：μ是磁芯的磁導率、S是磁心的截面積、N是線圈的匝數(shù)、Lm是磁芯的磁路長度;電氣特性：L=，規(guī)定在通過電感截面的電流為1安培時所存儲磁通量為1韋，電感值為基本單位1亨利(H)，常用數(shù)量單位有毫亨(mH)、微亨(uH)等。

電感基本原理是電荷沿螺旋線圈移動時將磁場匯聚到線圈中，其本質特征和規(guī)律是存儲磁場能。電感在電路中主要用于延遲電流的變化。直流電通過電感時，電感兩端的電位差為零。交流電通過電感時，電感兩端的電位差大于零，頻率越高電位差越大。極限物理參數(shù)是最大電流值，如果電流超過額定值容易燒毀電感，使電感處于異態(tài)。

通常用萬用表的電感檔測量阻值判斷電感好壞，測量時要考慮電信號頻率以及工作環(huán)境對測量結果的影響，否則會造成較大誤差或錯誤結果。

真實電感由理想電感L和其它等效元件(損耗電阻RL和分布電容CL)組成，當通過交流電流時需要考慮等效元件的影響，其阻抗和通過交流電流的頻率f相關，如果通過直流電流并進入穩(wěn)態(tài)時，真實電感可視為電阻RL;如果通過低頻交流電流時，具體電感可視為理想電感L和損耗電阻RL的串聯(lián)。

含有鐵芯的電感極大的增強磁場強度成為電磁鐵能將電磁能轉換為機械能。電磁鐵電感量和通過線圈電流越大，電磁鐵輸出的機械力越大。常用電感有鐵芯、鐵氧體、銅芯等類型。根據(jù)實際需要，電感有多種封裝形式，廠家不同電感產品型號編碼也不同。

因為流過電阻、電容和電感的電流和端口電壓成線性的關系，所以把電阻、電容和電感統(tǒng)稱為線性電氣元件。全部由線性電氣元件組成電路的伏安特性為，Z=R+i(ωL+1/ωC )，其中：ω=2πf，Z為阻抗，R為電路總阻值，L為電路總電感值，C為總電阻值。

電壓源

通過發(fā)電裝置把其它能源轉換為電壓穩(wěn)定的電能。電壓源至少有兩個以上輸出引腳，屬于單向雙端元件。在電路原理圖中用電壓源符號和字母(直流電壓源DC)或(交流電壓源AC)代表電壓源，直流電壓源輸出電壓值保持不變，輸出電流隨著負荷而變化的特征，主要物理參數(shù)是直流電壓值、最大輸出電流。交流電壓源輸出電壓值呈正弦波變化，但是輸出有效電壓不變，主要物理參數(shù)是電壓有效值、最大輸出電流、頻率和起始相位。

電壓源本質特征和規(guī)律是內阻很小，能對外輸出電壓穩(wěn)定的電能。電壓源主要為電路提供電壓穩(wěn)定的工作電源，輸出電流越大，輸出功率越大。如果輸出電流超過極限值容易燒毀電壓源，使電壓源處于異常狀態(tài)。

通常用萬用表的電壓檔測量電壓判斷電壓源好壞。真實電壓源是由理想電壓源V和內阻Ru串聯(lián)組成。真實電壓源輸出：U=V1-I*Ru，當Ru遠小于負荷RL時輸出電壓U接近或等于理想電壓源V1。

常用的電壓源有化學電池、機械發(fā)電機等。根據(jù)實際需要，電壓源有多種封裝形式，廠家不同電壓源產品型號編碼也不同。

電流源

通過發(fā)電裝置把其它能源轉換為電流穩(wěn)定的電能。電流源至少有兩個以上輸出引腳，屬于單向雙端元件。在電路原理圖中用電流源符號和字母Is代表電流源。電流源輸出電流值保持不變，輸出電壓隨著負荷而變化的特征，主要物理參數(shù)有直流電流值，最大輸出電壓。

電流源本質特征和規(guī)律是內阻很大，能對外輸出電流穩(wěn)定的電能。電流源主要為電路提供電流穩(wěn)定的工作電源，輸出電壓越高，輸出功率越大。如果輸出電壓超過電流源的極限值容易擊穿電流源，使電流源處于異常狀態(tài)。

通常用萬用表的電流檔測量電流判斷電流源好壞。真實電流源是由理想電流源Is1和內阻Ri并聯(lián)組成。真實電流源輸出：I=Is1-Is1*Ri/(Ri+RL)，當Ri遠小于負荷RL時輸出電流I接近或等于理想電壓源Is。

常用的電流源有硅晶板電池等。根據(jù)實際需要，電流源有多種封裝形式，廠家不同電流源產品型號編碼也不同。

因為理想電壓源內阻無窮小和理想電流源內阻無窮大，所以電壓源和電流源不能互相等效。真實電壓源和真實電流源的內阻總是有限，當條件具備時兩種電源可以相互轉換。如果電壓源與電流源對相同負荷電路提供相同的電壓、電流和功率，不影響負載電路工作，那么兩種電源對于負載電路是互為等效電源。含內阻的電壓源與電流源等效互換的條件：Vs2=Is2*Ri1，Is2=Vs2/Rv1。

多個含電源支路作串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)時，可將其輸出端簡化為一個電壓源或電流源。與電壓源串聯(lián)的電阻可視為其內阻，與電流源并聯(lián)的電阻可視為其內阻。

(二)半導體元件類

半導體(如硅Si或鍺Ge等)導電性能介于導體和絕緣體之間，其導電性能容易受到雜質濃度、溫度和光線等因素的影響，利用其特殊電氣性質可以制造許多新型電氣元件，控制通過其電流和電壓的變化，實現(xiàn)單向導電、電流放大和電壓放大等電氣功能。純凈半導體只有微量電子構成的少數(shù)載流子，導通能力較弱。向半導體摻入三價元素(如硼等)形成以入空穴為多數(shù)載流子的P型半導體，摻入五價元素(如磷等)形成以電子為多數(shù)載流子的N型半導體，P型和N型半導體的導通能力較強。多數(shù)載流子是決定半導體元件電氣性能主要因素，少數(shù)載流子為次要因素。當P型半導體和N型半導體結合后在結合部因為載流子的濃差梯度產生擴散力，將N型半導體中電子擴散到P型半導體與空穴結合形成PN結。因為電荷分布不平衡，所以在PN結形成從N指向P的內電場(又稱為閾值電壓，Si為0.7V和Ge 為0.3V)平衡擴散力。PN結具有單向導通的電氣特征，當P型半導體和N型半導體兩端施加外部電場，如果方向和內電場相反(正向偏置)，電壓越高PN結越薄，導通能力越強，值超過內電場后變?yōu)轱柡蛯顟B(tài)，形成多數(shù)載流子組成的擴散電流。如果方向和內電場相同(反向偏置)，電壓越高PN結越厚，導通能力越弱，最后變?yōu)殛P斷狀態(tài)，只有少數(shù)載流子組成的漂移電流。

PN結是半導體元件的基礎結構，用歐姆表測量其正反向電阻值，如果兩次測量阻值差異較大可判斷二極管完好。在阻值較小的測量中用黑表筆接觸端口為PN結正極，紅表筆接觸端口為PN結負極。二極管、三極管和場效應管等基本半導體元件都是非線性電氣元件，為降低非線性電氣元件分析難度，將非線性元件做線性化處理。通常建立非線性電氣元件在不同工作狀態(tài)下對應的線性等效電路，簡化其本質特征和規(guī)律的描述。

晶體二極管

利用單個PN結單向導電的特征可以制造二極管元件。二極管有兩個端口，正端A稱為陽極，連接PN結的P型半導體，負端K稱為陰極，連接PN結的N型半導體。電流只能從陽極A向陰極K方向移動，屬于單向雙端元件。在電路原理圖中用二極管符號和字母D代表二極管，主要物理參數(shù)有：最大整流電流IF、最高反向工作電壓Udrm、最高工作頻率Fm等。

二極管基本原理是用PN結正向偏置時呈導通狀態(tài)，反向偏置時呈截止狀態(tài)，其本質特征和規(guī)律是能夠單向傳輸電流的電氣元件。二極管在電路中主要用于將交流電整流為直流電。當二極管兩端施加正向電壓大于PN結閾值電壓時，二極管處于正向導通的穩(wěn)態(tài)。如果導通電流過大燒毀，使二極管處于異態(tài)。在二極管兩端施加反向電壓，二極管處于反向截止的穩(wěn)態(tài)。如果反向電壓超過極限值會擊穿二極管，使二極管處于異態(tài)。

判斷普通二極管完好的檢測辦法和PN結一樣，測量時表筆接觸二極管的陽極和陰極。對測量結果要考慮到信號頻率以及工作環(huán)境的影響，否則會造成較大誤差或錯誤結果。

正常工作時二極管有正向導通和反向截止兩種工作狀態(tài)。正向導通時可用一恒壓源等效，該電壓與溫度和所流過的電流成正比。通常用伏安特性圖描述真實二極管正向導通和反向截止電氣特性：

除了常用的整流二極管，二極管還分為穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、紅外二極管、光敏二極管、熱敏二極管等種類。當反向偏置電壓高于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓時，穩(wěn)壓二極管兩端電壓值不隨通過電流大小而變化;當正向偏置電壓高于發(fā)光二極管的工作電壓(1.4～3V)時，發(fā)光二極管能夠正常發(fā)光;當正向偏置電壓高于紅外二極管的工作電壓(1.3～2.5V)時，紅外二極管能夠正常發(fā)出紅外光，可以通過手機攝像頭觀察到其是否正常工作。當環(huán)境光強或溫度發(fā)生變化時光敏或熱敏二極管的導通阻值也會隨之而變化，否則其已損壞，在電路中常用作光強或溫度傳感器。根據(jù)實際需要，二極管有多種封裝形式，廠家不同二極管產品型號編碼也不同。

晶體三極管

在半導體適當位置同時制作兩個相對分布的PN結，得到實現(xiàn)電流放大的三極管。三極管有三個端口，分為集電極c，基極b，發(fā)射極e，c極與b極之間的PN結叫集電結，b極與e極之間的PN結叫發(fā)射結。通常b極與e極為輸入端，c極與e極為輸出端，屬于單向三端元件。通常在電路原理圖中用三極管符號和字母Tr代表三極管。主要物理參數(shù)有：放大倍數(shù)β、集電極最大允許電流ICM、集電極最大允許功耗PCM和反向擊穿電壓UBR等。三極管屬于電流控制的放大元件，基極電流Ib和集電極電流Ic方向相同，共同流入或流出發(fā)射極E。如果基極電流Ib發(fā)生微小變化，那么集電極電流Ic會產生較大幅值的變化，計算公式：β=dIc/dIb。

三極管基本原理是調節(jié)PN結厚薄控制其導通能力，其本質特征和規(guī)律是用微弱電流控制主電流變化的電氣元件，屬于放大電路的核心元件，主要用于調節(jié)(放大或縮小)或開關電流。三極管按PN結的排列分為NPN管和PNP管，在電路中NPN管的集電極電位高于發(fā)射極電位，PNP管的發(fā)射極電位高于集電極電位。正常工作電路中的晶體三極管有放大、飽和和截止三種工作狀態(tài)。

三極管如果發(fā)射結正向偏置和集電結反向偏置，而且發(fā)射結電壓大于PN結閾值電壓，那么基極電流能控制集電極電流變化，使三極管處于電流放大狀態(tài)，屬于穩(wěn)態(tài)。如果發(fā)射結和集電結都是正向偏置，而且發(fā)射結電壓大于PN結閥值電壓，那么基極電流不能控制集電極電流變化，集電極電流隨負載而變化，這時集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，使三極管處于飽和導通狀態(tài)，屬于穩(wěn)態(tài);如果發(fā)射結是反向偏置，那么基極、集電極和發(fā)射極的電流都為零，使三極管處于截止斷開狀態(tài)，屬于穩(wěn)態(tài);如果加在集電極和發(fā)射極上的電壓過高會造成三極管擊穿，使三極管處于擊穿故障狀態(tài)，屬于異態(tài)。

通常用伏安特性圖描述真實三極管放大、飽和導通和截止斷開的電氣特性：放大狀態(tài)視為基極電流和集電極電流成正比電流源;飽和導通狀態(tài)視為以集電極和發(fā)射極為輸出端口的電壓源;截止斷開狀態(tài)視為集電極和發(fā)射極之間開路。

通常用萬用表的二極管檔結合三極管檔判斷三極管好壞，測量時要考慮電信號頻率以及工作環(huán)境對測量結果的影響，否則會造成較大誤差或錯誤結果。

三極管按工作頻率分為高頻管和低頻管;按功率分為小功率管、中功率管和大功率管;按用途分為開關管和放大管。根據(jù)實際需要，三極管有多種封裝形式，廠家不同三極管產品型號編碼也不同。

場效應管

在半導體上按專門結構要求布局PN結，得到用電壓控制主電流的場效應管。場效應管有三個端口，分別為柵極g、漏極d、源極s，通常g極與s極為輸入端，s極與d極為輸出端，屬于單向三端元件。通常在電路原理圖中用場效應管符號和字母FET代表場效應管。主要物理參數(shù)有：開啟電壓Ugs(th)、夾斷電壓Up、漏源電流Ids，漏源電壓Uds，跨導Gm、漏源擊穿電壓BUDS等。場效應管屬于電壓控制的放大元件，Ugs的方向垂直于Id方向，柵極電流為零，漏極和源極電流相等。如果柵源電壓Ugs發(fā)生變化，那么漏源電流Id會產生較大幅值的變化。

場效應管基本原理是用電場Vgs調節(jié)PN結寬窄控制導電溝道從無到有、從小到大從而調整漏源電流Ids的變化，其本質特征和規(guī)律是能夠用電壓控制導通電流的變化，屬于放大電路的核心元件，主要用于調節(jié)(放大或縮小)或開關電流。場效應管按半導體材質分為P型管和N型管，按照結構分為結型場效應管(JFET)和絕緣柵場效應管(MOS管)兩大類，絕緣柵場效應管(MOS管)的分為增強型和耗盡型兩種(請詳見相關專業(yè)文獻)。正常工作時場效應管有恒流放大、可變電阻和截止三種工作狀態(tài)。

當場效應管柵極g、漏極d和源極s間的電壓符合Ugs>Ugs(th)和Uds>Ugs-Ugs(th)時，通過Ugs來控制Id，使場效應管處于恒流放大狀態(tài)，屬于穩(wěn)態(tài)。當加在場效應管柵極、漏極和源極的電壓符合Ugs>Ugs(th)和Uds 通常用伏安特性圖描述真實場效應管恒流放大、可變電阻和正向截止電氣特性：恒流放大狀態(tài)將漏源極之間視為恒流源，其輸出電流Ids只受Ugs控制，與Uds無關;可變電阻狀態(tài)將漏源極之間等效為壓控電阻Rd，該電阻值受Ugs控制，還與溫度成正比;正向截止狀態(tài)將漏源極之間視為電容，其容量與所加的正向電壓、環(huán)境溫度等有關。

通常用萬用表的二極管檔結合電阻檔判斷場效應管好壞，測量時要考慮電信號頻率以及工作環(huán)境對測量結果的影響，否則會造成較大誤差或錯誤結果。

場效應管按功率分為小功率管、中功率管等;按用途分為開關管、放大管等。根據(jù)實際需要，場效應管有多種封裝形式，廠家不同場效應管產品型號編碼也不同。

(三)無源和有源元件類

無源電氣元件

僅靠輸入信號能量就能實現(xiàn)其電氣功能的電氣元件。無源電氣元件本質特征和規(guī)律為通常端口數(shù)量少，能實現(xiàn)簡單的電氣功能，因為本身消耗部分能量，所以輸出能量低于輸入能量。常見無源電氣元件有：電阻、電阻排、電容、電感、變壓器、繼電器、按鍵、蜂鳴器、喇叭、開關、二極管、天線等。

有源電氣元件

需要外加電能才能實現(xiàn)其電氣功能的電氣元件，屬于復合元件類。有源電氣元件本質特征和規(guī)律為端口數(shù)量較多，因為由工作電源提供電能，所以其輸出信號能量能夠大于或等于輸入信號，進而能實現(xiàn)各類復雜電氣功能。一類有源電氣元件為工作電源或公共地與信號輸入或輸出口共用一個端口(如三極管、場效應管和晶閘管等)，另一類為工作電源、公共地、信號輸入口和信號輸出口都是獨立端口(如復合元件、集成電路和部件等)。

(四)復合元件類

將多個電氣元件連接固定后組合封裝在一起能實現(xiàn)復雜電氣功能的電氣元件稱為復合元件。常用的復合元件有復合管和厚膜元件。

復合管

將多只放大元件按照并聯(lián)或串接組合在一起得到復合管，等效為單只放大元件。通常在電路原理圖中用復合管符號代表復合管。

并聯(lián)復合管由兩只相同大功率三極管或場效應管并聯(lián)組合而成。所有三極管集電極c、基極b和發(fā)射極e(場效應管為g極、s極和d極)分別合并為三個端口，屬于單向三端元件。并聯(lián)復合管工作原理為輸出電流等于單只大功率三極管或場效應管的兩倍，輸入輸出阻抗為單只大功率三極管或場效應管的一半，放大倍數(shù)與單只大功率三極管或場效應管相同。

串接復合管通常由兩個類型和功率大小的不限三極管按先后順序串接組合而成(又稱達林頓管)。達林頓管串接形式有四種： NPN+NPN、PNP+PNP、NPN+PNP和PNP+NPN(請詳見相關專業(yè)文獻)。無論怎樣串接組合，都有統(tǒng)一的基極b、集電極c和發(fā)射極e，屬于單向三端元件。達林頓管工作原理為電流放大倍數(shù)是兩個串接三極管放大倍數(shù)的乘積，其類型和連接輸入端三極管的類型一致。

復合管本質特征和規(guī)律是功率放大倍數(shù)大(可達數(shù)百、數(shù)千倍)、驅動能力強、功率大、開關速度快和易于集成化，但是其頻域范圍變窄?？捎糜隍寗哟蠊β守撦d的放大電路、音頻功率放大器電路、大功率開關電路和自動控制電路等。

工作時每個引腳的偏置電壓不同，復合管有放大、飽和和截止三種工作的穩(wěn)態(tài)。如果加在輸出引腳之間的電壓過高會造成復合管擊穿，使復合管處于故障的異態(tài)。通常用萬用表的二極管檔結合三極管檔判斷復合管好壞。

根據(jù)實際需要，復合管有多種封裝形式，廠家不同復合管產品型號編碼也不同。

厚膜元件

是指在陶瓷基片上采用絲印、燒結和電鍍等工藝制作連接布線，再裝配上微型電氣元件后構成的復合元件。厚膜元件有多個端口，分為工作電源和公共地端口、輸入和輸出端口等，屬于有源多向多端元件。通常在電路原理圖中用厚膜元件符號代表厚膜元件。因為厚膜元件種類較多，通常用功能方框圖描述其工作原理，用端口等效電路描述其輸入輸出信號的伏安特性。厚膜元件本質特征和規(guī)律是單元電路微型化，工作時需要滿足額定電源要求才能正常工作，如果偏差太大，厚膜元件表現(xiàn)為故障的異態(tài)。通常用萬用表的二極管檔結合引腳對地或對電源電阻值判斷厚膜元件好壞。

厚膜元件代表符號和字母

厚膜元件優(yōu)點是性能可靠、體積小、成本低、設計靈活、方便多品種小批量生產，適用于需要高電壓、大電流、大功率的電路。常用的厚膜電氣元件有：開關電源厚膜、排阻厚膜、排容厚膜等。根據(jù)實際需要，厚膜元件有多種封裝形式，廠家不同厚膜元件型號編碼也不同。

(五)集成電路類

采用特殊造型布局、摻入不同雜質等技術能讓半導體實現(xiàn)各種電氣功能，制做出導線、絕緣層、電阻、電容、電感、二極管、三極管和場效應管等電氣元件(大電容、大電感除外)。隨著微加工工藝(如光刻、腐蝕等)水平的提高，能在小塊半導體晶片上制做將大量微型電氣元件。將微型電氣元件按照功能要求進行布局和線路連線，能在半導體晶片搭建出大多數(shù)類型的電路，將電路端口連接至外部引腳，最后封裝為能實現(xiàn)各類復雜電路功能的集成電路(又簡稱為芯片)。集成電路有多種類型端口，如工作電源、公共地、輸入口、輸出口和時鐘等端口，屬于有源多端元件。通常在電路原理圖中用集成電路符號和字母U代表集成電路。因為集成電路種類多，通常用功能方框圖描述其工作原理，用端口等效電路描述其輸入輸出信號的伏安特性。

集成電路代表符號和字母

集成電路本質特征和規(guī)律是功能電路微型化，是現(xiàn)代電路的核心元件。集成電路內部微電子元件密度遠高于厚膜元件，集成度從小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模發(fā)展到超大規(guī)模。集成電路使電氣元件向體積微型化、多功能化、智能化、低功耗和高可靠性方向快速發(fā)展，豐富了電氣元件類型，降低了電路設計制造難度，是現(xiàn)代電路的基石，廣泛應用在人類生產生活的各個方面。

集成電路按處理信號類型、功能、結構分為模擬、數(shù)字和數(shù)/?；旌先箢悺ＤM集成電路處理模擬模擬信號，其晶體管工作在放大區(qū)。數(shù)字集成電路處理數(shù)字信號，其晶體管工作在飽和或截止區(qū)。數(shù)/模混合集成電路兩者兼而有之。

模擬信號指自變量和函數(shù)量都是連續(xù)變化的電信號，如模擬音頻視頻信號、溫度變化信號、音量速度調節(jié)信號等。處理模擬信號的電路就是模擬電路，是其它電路的基礎，主要包括放大電路、信號運算和處理電路、整流振蕩電路、控制保護電路、調制解調電路和電源電路等。集成后產生模擬集成電路，其基礎單元是運算放大器(簡稱運放)，以運放為核心實現(xiàn)對模擬信號的產生、放大、變換、算術運算、邏輯比較和輸出等操作(請詳見相關專業(yè)文獻)。

數(shù)字信號指自變量和因變量都是離散的電信號，如控制程序、數(shù)字音頻視頻、輸入按鈕信號、指示燈信號等。處理數(shù)字信號的電路就是數(shù)字電路，分為組合邏輯電路和時序邏輯電路，主要包括與門、或門、非門、觸發(fā)器、計數(shù)器和存儲器等，正朝著軟硬結合的方向發(fā)展。集成后產生數(shù)字集成電路，其基礎單元電路是邏輯門和由邏輯門構成具有記憶功能的觸發(fā)器，以門電路和觸發(fā)器為核心實現(xiàn)數(shù)字信號的產生、算術運算、邏輯比較和輸出等操作(請詳見相關專業(yè)文獻)。數(shù)字集成電路按晶體管類型分為雙極型(三極管)和單極型(場效應管)集成電路。雙極型集成電路優(yōu)點是速度比較快，缺點是集成度較低、制作工藝復雜和功耗較大，如TTL、ECL、HTL等類型。單極型集成電路優(yōu)點是集成度較高、工藝較簡單和功耗較低，缺點是速度比較慢，如CMOS、NMOS、PMOS等類型。

因為集成電路對工作電源和溫度比較敏感，使用時要注意其工作電壓、信號類型、自身溫度是否在正常范圍內，對于單極型CMOS集成電路采取防止靜電措施，避免擊穿集成電路，否則會使集成電路處于故障狀態(tài)，屬于異態(tài)。根據(jù)實際需要，集成電路有多種封裝形式，廠家不同集成電路產品型號編碼也不同。集成電路常用封裝形式有單列直插、雙列直插和貼片封裝等。集成電路有多種型號，其命名一般由前綴、數(shù)字編號、后綴組成。前綴表示集成電路的生產商及類別，后綴一般用來表示集成電路的封裝形式、版本代號等。

運算放大器

運放放大器(簡稱運放)由多級電壓放大電路串聯(lián)組成，由反相和同相兩個高阻抗輸入端和一個低阻抗輸出端的高增益直接耦合形成的電壓放大單元電路，是接近理想狀態(tài)的放大器。運放通常封裝為運放集成電路后作為電氣元件使用。集成運放具有體積小、使用方便、共模抑制比極大、頻帶極寬等特點。運放至少有兩個輸入和一個輸出端口，屬于有源單向元件。在電路原理圖中用運放符號代表運放，主要物理參數(shù)分為直流指標和交流指標，直流指標有差模開環(huán)增益、共模抑制比、輸出峰值電壓、最大共模輸入電壓、最大差模輸入電壓等，交流指標有開環(huán)頻寬、單位增益頻寬、差模輸入阻抗、共模輸入阻抗、輸出阻抗等。

運放代表符號圖

運放的本質特征是輸入阻抗、開環(huán)增益、共模抑制比和開環(huán)頻寬無限大、輸出阻抗為零。其本質規(guī)律是“虛短”和“虛斷”：運放開環(huán)增益無限大，工作在線性放大狀態(tài)時，其同相和反相輸入端電位象短路一樣接近，稱為虛短;運放輸入阻抗無限大，輸入其同相和反相輸入端的電流象開路一樣極小，稱為虛斷。

運放常用于電信號幅值比較、放大或運算等電路中，是其它模擬集成電路的基礎。根據(jù)實際需要，運放有多種封裝樣式，廠家不同運放產品型號編碼也不同。

數(shù)字存儲器

是存儲二進制數(shù)據(jù)的數(shù)字集成電路，常用于存儲數(shù)據(jù)、地址和指令。在數(shù)字存儲器出現(xiàn)以前，數(shù)字集成電路的邏輯功能由硬件決定無法改變。數(shù)字存儲器出現(xiàn)后，其輸入輸出邏輯功能隨存儲數(shù)據(jù)變化而改變。數(shù)字存儲器主要參數(shù)有存儲容量(地址大小)和數(shù)據(jù)大小(數(shù)據(jù)位數(shù))。

中央處理器CPU

主要功能是按存儲器中程序指令進行譯碼以及進行數(shù)據(jù)計算，是計算機核心電氣元件，讓人類進入信息時代。中央處理器CPU由控制單元、運算器ALU、高速緩沖存儲器Cache、內部存儲器Memory、地址數(shù)據(jù)控制總線Bus和輸入輸出I/O單元等組成，屬于超大規(guī)模數(shù)字集成電路。CPU包括通用CPU和專用CPU，主要參數(shù)有工作頻率、數(shù)據(jù)位數(shù)和尋址范圍等。

控制單元是CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR、指令譯碼器ID和操作控制器OC(包括時鐘脈沖發(fā)生器、節(jié)拍脈沖發(fā)生器、控制矩陣和復位啟停電路等)等組成，協(xié)調整個CPU有序工作?？刂茊卧跁r鐘控制下依次從存儲器中讀出預先存儲的指令，放在指令寄存器IR中進行譯碼，再操作控制器OC按確定的時序向相應單元發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各種操作控制信號。寄存器用于保存正在處理指令或數(shù)據(jù)，專用寄存器用于固定寄存相應數(shù)據(jù)，通用寄存器用途由程序決定，寄存器的讀寫速度最快。

運算器ALU接受控制單元命令執(zhí)行算術運算(包括加減乘數(shù)等基本運算及其附加運算)和邏輯運算(包括與或非運算、比較、移位或邏輯測試)。

高速緩沖存儲器Cache用于提前讀寫或保存內部存儲器Memory存儲的數(shù)據(jù)，內部存儲器Memory用于讀寫、保存等待處理或已經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)。寄存器讀寫速度快于高速緩沖存儲器Cache，高速緩沖存儲器Cache讀寫速度快于內部存儲器Memory。

總線Bus包括命令總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線，命令、地址和數(shù)據(jù)通過總線Bus進行傳輸。通過輸入輸出I/O單元向外設輸入或輸出數(shù)據(jù)。

數(shù)/模混合集成電路

由模擬和數(shù)字電路混合而成能實現(xiàn)數(shù)字、模擬信號相互轉換功能的集成電路，如A/D集成電路能夠將模擬信號轉換為數(shù)字信號，D/A集成電路能能夠將數(shù)字信號轉換為模擬信號。A/D和D/A轉換器主要參數(shù)有轉換精度(數(shù)據(jù)位數(shù))和轉換速度。

(六)部件類

為實現(xiàn)復雜功能、降低成本和方便應用，將部分通用功能電路整合形成部件。部件在電路中作為獨立電氣元件使用。電氣部件具有相對完整的外殼，對外耦合度小，除了工作電源、公共地和少量接口，通常不需要其它元件配合就能實現(xiàn)需要的功能。因為部件種類繁多，通常用功能方框圖描述其工作原理，用部件接口等效電路描述輸入輸出信號的伏安特性。部件功率和體積大于集成電路，有的內部甚至包含機械結構。部件通常采用標準化模式設計生產，功能和外觀都有統(tǒng)一標準，通用性強，使用維護方便。

電氣部件

以電路板為核心的部件稱為電氣部件。通常將常用功能電路整合為通用電氣部件，如開關電源、功率放大模塊、通訊模塊等，需要工作電源提供額定電壓時才能正常工作。如果工作電源提供的電壓和額定電壓偏差太大，使復合部件處于故障的異態(tài)。通常用萬用表電壓檔或電流檔測量部件的輸出判斷其好壞。

機電部件

把電氣和機械元件整合在一起形成具有完整機電功能的零件，統(tǒng)稱為機電部件。用鐵磁體做電感的鐵芯能夠極大增強電感磁場的特征，制造出電磁鐵部件，如變壓器、電動機、發(fā)電機、斷路器、揚聲器、受話器等。通常在電路原理圖中用線圈符號代表線圈。電磁鐵線圈在額定電壓下有足夠電磁力才能正常工作，如果輸入電流超過線圈極限值容易燒毀線圈，使電磁鐵處于故障的異態(tài)。通常用萬用表電阻檔判斷線圈好壞。因為機械結構和運動的可見性，可直觀判斷其是否正常工作。

兩組彼此獨立但匝數(shù)不同的線圈安裝在閉合的鐵磁體上，當通過一組線圈的電流變化時，根據(jù)法拉第電磁感應原理，在另外一組線圈上感應出與匝數(shù)比成正比變化的電流，制造出可以改變輸出電壓和電流的變壓器。

利用電磁鐵對鐵磁體有磁力的特征，能將電磁能轉換為旋轉、擺動、直線和振動等機械能，如旋轉電動機、直線電動機等。利用運動電磁鐵產生電場的特征，再結合旋轉機械的工作原理，制造出把機械能轉換為電能的發(fā)電機。

利用電磁鐵結合機械杠桿，制造出可以間接控制的電路開關，如接觸器、繼電器等。

利用電磁鐵對鐵磁體有磁力的特征，使機械薄膜上線圈產生電磁力的原理，制造出把電磁能轉換為聲能的揚聲器。利用運動電磁鐵產生電場的特征，再結合機械薄膜上線圈震動切割磁力線原理，制造出可以測量震動的元件，如震動傳感器、拾音頭等。

(七)高頻元件類

能在高頻電信號下工作的電氣元件統(tǒng)稱為高頻元件。電信號頻率越高電磁波無線輻射能力越強。按照電信號頻率范圍劃分為中低頻、高頻、超高頻等。高頻元件主要參數(shù)為頻率特性。

低頻電氣元件與高頻電氣元件的頻率特性不同。電氣元件在低頻信號時表現(xiàn)為理想電氣元件，在運用和分析高頻信號時必須考慮其寄生旁路電容、寄生電感和等效電阻對高頻電信號的影響。在高頻電路中必須使用專門的高頻電氣元件。高頻電氣元件基本上由無源元件、無源網(wǎng)絡和有源元件組成的。無源元件主要有高頻電阻、高頻電容和高頻電感，可以組成無源網(wǎng)絡。有源元件主要有高頻二極管、高頻三極管、高頻場效應管。高頻元件在額定功率和頻率范圍內才能正常工作，否則使其處于不能工作的異態(tài)。通常用萬用表的電阻、電容、電感、二極管、三極管檔判斷其好壞。

(八)功率元件類

能夠處理高電壓、大電流的電氣元件統(tǒng)稱為功率元件(又稱為電力電子器件)，廣泛應用在大功率電能轉換行業(yè)，是電能/功率處理的核心元件。功率元件是強電回路的樞紐，主要用于電力設備的電能變換，也是弱電控制強電回路的溝通橋梁。功率元件通常將多個分立功率半導體器件整合封裝而來，主要功率元件有功率二極管、晶閘管SCR、IGBT、功率場效應管和功率集成電路，用于開關、整流、逆變、變頻、調壓、變流和功率放大分配的電路中。通常在電路原理圖中用功率元件符號和字母代表功率元件。因為功率元件種類較多，通常用功能方框圖描述功率元件的工作原理，用功率元件接口等效電路描述其輸入輸出信號的伏安特性。功率元件按對電路信號的控制程度分為全控、半控及不可控型;按驅動信號類型分為電壓驅動型、電流驅動型等。

不同功率元件的承受電壓、電流容量、阻抗能力、體積大小等特性不同，常用于家電、新能源和交通等領域。不同領域對功率元件的承受電壓要求不一樣，家電類一般在600V以下，太陽能逆變器及新能源汽車要求在600V-1200V，而軌道交通要求最高，范圍在3300V-6500V之間，工作頻率從10Hz-100kHz。功率元件在額定電壓和額定功率下才能正常工作，具體應用中要根據(jù)不同領域和需求選擇合適的功率元件，否則使其處于故障的異態(tài)。通常用萬用表的二極管檔結合三極管檔判斷功率元件好壞。

功率二極管

能夠承受高電壓通過大電流的二極管，實際上由面積較大的PN結組成的。二極管有陽極A和陰極K兩個端口，屬于單向雙端元件。主要物理參數(shù)有：正向平均電流I、正向壓降UF、反向重復峰值電壓URRM、反向恢復時間trr等。在電路中常用于整流、箝位和續(xù)流。通常用萬用表的二極管檔判斷功率二極管的好壞。根據(jù)實際需要，功率二極管有多種封裝形式，廠家不同功率二極管產品型號編碼也不同。

晶閥管

能夠實現(xiàn)單向可控導通的大功率元件叫晶閘管(又稱為可控硅)。通常在電路原理圖中用晶閥管符號和字母SCR代表晶閥管。晶閥管的陽極A為輸入端，陰極K為輸出端、控制極G為控制端，屬于單向三端元件。主要物理參數(shù)有：額定正向平均電流(IF)、正向平均維持電流(IH)、反向阻斷峰值電壓(VPRU)、控制極觸發(fā)電流(Ig)、控制極觸發(fā)電壓(Ug)

晶閥管基本工作原理是由四層半導體材料組成的，有三個PN結，對外有三個電極：第一層P型半導體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導體引出的電極叫陰極K。如果在陽極A 加正向電壓，控制極G加正向觸發(fā)脈沖才能使晶閘管導通，但不能關斷，當流過陽極A的電流小于維持電流時才能關斷。如果流經(jīng)晶閘管陽極和陰極之間是交流電或脈動直流電，在電流過零時晶閘管會自行關斷(請詳見相關專業(yè)文獻)。其本質特征和規(guī)律是只有導通和關斷兩種狀態(tài)。

晶閥管具有功率放大倍數(shù)高、響應快、無噪音、體積小、無觸點火花和效率高等優(yōu)點，也具有靜態(tài)及動態(tài)過載能力較差、容易受干擾而誤導通等缺點。在控制系統(tǒng)中實現(xiàn)用小功率控件控制大功率設備功能，反向并聯(lián)后成為無觸點開關，可以代替有觸點的接觸器。改變晶閥管控制端的導通相位，能夠調節(jié)通過陽極交流電流的大小。通常用萬用表的二極管檔結合電阻檔判斷場效應管好壞。

晶閥管按關斷、導通及控制方式分為普通可控硅、雙向可控硅、逆導可控硅、門極關斷可控硅(GTO)、BTG可控硅、溫控可控硅和光控可控硅等多種;按其引腳和極性可分為二極可控硅、三極可控硅和四極可控硅;按其電流容量可分為大功率可控硅、中功率可控硅和小功率可控硅三種;按其關斷速度分為普通可控硅和高頻可控硅。晶閥管常用作聲光控燈、可調壓輸出直流電源、中頻熔煉爐等。根據(jù)實際需要，晶閥管有多種封裝形式，廠家不同晶閥管產品型號編碼也不同。

IGBT模塊

IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件。IGBT模塊有G為門極，C為集電極，E為發(fā)射極三個端口，屬于雙向三端元件。通常在電路原理圖中用IGBT模塊符號和字母IGBT代表IGBT模塊。主要物理參數(shù)有：集電極-發(fā)射極額定電壓UCE、柵極-發(fā)射極額定電壓UGE、集電極額定電流IC、集電極-發(fā)射極飽和電壓UCE、開關頻率。

IGBT模塊的基本原理是由G和E加正向電壓和負向電壓來觸發(fā)和關斷IGBT。IGBT內部正負離子均勻分布，半導體材料呈中性。如果在G E兩端施加電壓，內部電子在電壓作用下發(fā)生轉移后累積到一邊形成一層導電溝道，呈導通狀態(tài)。如果去掉GE兩端的電壓，導電溝道消失后不再導電，呈絕緣狀態(tài)(請詳見相關專業(yè)文獻)。其本質特征和規(guī)律是一個非通即斷的開關，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。

IGBT主要優(yōu)點是熱穩(wěn)定性好、安全工作區(qū)大。缺點是擊穿電壓低，工作電流小。在IGBT模塊工作額定電壓與電源電壓相同情況下，集電極電流增大時，產生的額定損耗和開關損耗亦增大，加劇其發(fā)熱，所以選用IGBT模塊額定電流應該大于負載電流，降級使用，否則容易使IGBT模塊處于故障的異態(tài)。IGBT模塊作為大功率主流器件已經(jīng)廣泛應用于功率變換、電動汽車、變頻器、工業(yè)電機、不間斷電源、照明電路、風電與太陽能設備等領域。根據(jù)實際需要，IGBT模塊有多種封裝形式，廠家不同IGBT模塊產品型號編碼也不同。

功率場效應管

能夠承受高電壓通過大電流的場效應管(又稱VMOS)。功率場效應管有源極S、柵極G和漏極D三個端口，屬于單向三端元件。功率場效應管具有較高的開關速度、開啟電壓高、可靠性、過載能力強和可靠性高的特性，廣泛應用在電機調速，開關電源等電路中(請詳見相關專業(yè)文獻)。根據(jù)實際需要，功率場效應管有多種封裝形式，廠家不同功率場效應管產品型號編碼也不同。

功率集成電路

利用微電子加工技術將分立功率半導體器件與驅動、控制、保護、接口、監(jiān)測等外圍電路整合集成在一塊芯片上得到功率集成電路(又稱為PIC)。功率集成電路具有縱向結構的功率器件，重要功能是處理高電壓和大電流，還具有自保護、功率控制、故障診斷等功能(請詳見相關專業(yè)文獻)。廣泛應用于電機調速、顯示驅動和程控電話交換機中。今后功率集成電路向著高壓化(100 ~1200V)和智能化方向發(fā)展。根據(jù)實際需要，功率集成電路有多種封裝形式，廠家不同功率集成電路產品型號編碼也不同。

審核編輯：湯梓紅