《模電想說愛你不容易》之無源器件篇：番外篇

油條李：“無他！唯感嘆爾。源即源頭，電子的源頭則是電，所以有電則為有源；無電則為無源！”

無源器件又稱為被動器件，在電子電路中，我們常用的無源元器件除了電阻、電容、電感、二極管之外，還有哪些類型呢？下面我們一起學(xué)習(xí)一下吧。

【繼電器】

繼電器是我們常用的弱電控強(qiáng)電、隔離信號的器件，它能夠?qū)⑤斎攵说碾妷?、電流、頻率、溫度、壓力、速度、光等轉(zhuǎn)換成輸出端的通斷狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備的開關(guān)操作。

一、繼電器的分類

1.根據(jù)繼電器的原理或者結(jié)構(gòu)特征可分為：電磁繼電器、固態(tài)繼電器、混合式繼電器、高頻繼電器、同軸繼電器、真空繼電器、熱繼電器、光電繼電器、極化繼電器、時(shí)間繼電器、舌簧繼電器。

2.根據(jù)繼電器觸點(diǎn)負(fù)載功率的大小可分為：微功率繼電器、弱功率繼電器、中功率繼電器、大功率繼電器。

3.根據(jù)繼電器的外形尺寸可分為：微型繼電器、超小型繼電器、小型繼電器。

4.根據(jù)繼電器的防護(hù)特征可分為：密封繼電器、封閉式繼電器、敞開式繼電器。

二、繼電器常用的觸點(diǎn)組合形式

我們常用的繼電器觸點(diǎn)組合形式有單刀單擲（SPST）和單刀雙擲（SPDT），每一種類型又可分為常開、常閉、轉(zhuǎn)換等，如下圖所示：

圖源|網(wǎng)絡(luò)

三、繼電器的主要組件

1.繼電器的線圈。為了保證繼電器穩(wěn)定可靠的工作，需要在繼電器線圈兩端施加其規(guī)格書中的額定電壓；使用晶體管驅(qū)動繼電器線圈時(shí)，應(yīng)考慮晶體管的壓降，避免因晶體管壓降過大導(dǎo)致繼電器工作不穩(wěn)定。對于極化繼電器，需要確認(rèn)線圈電壓的極性；對于磁保持繼電器，需要確保線圈上的電壓不能超過其所規(guī)定的最大電壓，以免造成繼電器的誤動作。

2.繼電器的觸點(diǎn)。繼電器的觸點(diǎn)在不同類型負(fù)載條件下，在吸合和斷開的瞬間會存在一定的抖動，該抖動產(chǎn)生的電流遠(yuǎn)大于其穩(wěn)態(tài)電流，如下表所示：

圖源|宏發(fā)繼電器

繼電器的觸點(diǎn)抖動時(shí)間隨著負(fù)載的不同而不同，該時(shí)間一般小于1秒，如下圖所示：

圖源|宏發(fā)繼電器

四、繼電器的使用注意事項(xiàng)

1.對于AC型繼電器，其線圈電源電壓波形最好是正弦波，該波形能夠較好的抑制蜂鳴聲，另外，由于存在渦流損失、磁滯損失和線圈效率降低等因素，所以其溫升一般比DC型繼電器高；電源電壓波動超過額定電壓的±10%時(shí)，易產(chǎn)生蜂鳴聲；線圈斷電時(shí)，供電回路當(dāng)中不能有殘留的直流電壓分量，否則可能導(dǎo)致繼電器不能正常釋放。

2.對于DC型繼電器，線圈兩端的電壓應(yīng)使用階躍電壓，避免施加漸變電壓，且電壓波動應(yīng)小于±5%，否則易造成繼電器工作不穩(wěn)定，引起觸點(diǎn)的粘連或者異常損耗，另外，如果線圈兩端并聯(lián)了二極管或者發(fā)光二極管，會導(dǎo)致繼電器釋放時(shí)間加長，可能會影響其耐久性。

3.繼電器的溫升會導(dǎo)致線圈電阻值的增大，進(jìn)而使其動作電壓升高，因此應(yīng)避免繼電器在高溫環(huán)境或者長時(shí)間工作，且相關(guān)參數(shù)應(yīng)留有一定的余量。

4.如果繼電器的線圈供電電源線達(dá)到數(shù)十米以上時(shí)，應(yīng)在測量繼電器線圈兩端的電壓后再選擇合適的額定電壓的繼電器；當(dāng)線圈電源斷開后，由于長電源線的寄生電容會產(chǎn)生殘壓，進(jìn)而造成繼電器釋放不良，此時(shí)，應(yīng)在線圈兩端連接旁路電阻，如下圖所示：

圖源|宏發(fā)繼電器

5.繼電器長期放置在高溫、高濕環(huán)境或者連續(xù)通電時(shí)，如果將線圈接地易造成線圈被電蝕而導(dǎo)致斷線，因此盡量不要將繼電器線圈接地，不得不接地時(shí)，可以將線圈的控制開關(guān)設(shè)置在線圈的正極端。

6.繼電器觸點(diǎn)的使用壽命受到觸點(diǎn)材料、觸點(diǎn)電壓、電流、負(fù)載類型、切換頻率、環(huán)境狀況、接觸形式、觸點(diǎn)抖動現(xiàn)象等的影響，其失效模式有觸點(diǎn)材料轉(zhuǎn)移、粘連、異常消耗、接觸電阻增大等現(xiàn)象，使用時(shí)需要特別注意。

7.避免同一繼電器既通斷大電流負(fù)載又通斷小電流負(fù)載，因?yàn)橥〝啻箅娏髫?fù)載時(shí)易產(chǎn)生觸點(diǎn)飛濺物，附著在通斷小電流負(fù)載的觸點(diǎn)上，進(jìn)而導(dǎo)致觸點(diǎn)故障。

8.由于一般繼電器的觸點(diǎn)間隙較小，應(yīng)考慮到可能由于觸點(diǎn)間電弧引起短路的情況，且在觸點(diǎn)切換動作之間預(yù)留一定的時(shí)間間隔。

9.感性負(fù)載比阻性負(fù)載更容易使繼電器的觸點(diǎn)受到損傷，因此要采取一定的保護(hù)電路措施以免損傷觸點(diǎn)，常見的觸點(diǎn)保護(hù)電路如下圖所示：

圖源|宏發(fā)繼電器

圖源|宏發(fā)繼電器

【蜂鳴器】

蜂鳴器是一種將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號的器件，有了它，電子的世界不再是默默無聞的，它用自己獨(dú)特的聲音向人類傳遞著電路板的狀態(tài)，那蜂鳴聲、滴滴聲刺破寂靜的空氣，仿佛在刻意引起人類的注意！

一、蜂鳴器的分類

1.根據(jù)蜂鳴器的安裝方式可分為：貼片蜂鳴器、插件蜂鳴器和引線蜂鳴器；

2.根據(jù)蜂鳴器的結(jié)構(gòu)不同可分為：壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器；

3.根據(jù)蜂鳴器的驅(qū)動方式可分為：有源蜂鳴器和無源蜂鳴器；

4.根據(jù)蜂鳴器出音孔位置的不同可分為：頂發(fā)聲蜂鳴器和側(cè)發(fā)聲蜂鳴器。

二、蜂鳴器的常見類型

1.電磁式蜂鳴器。該類型的蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。

圖源|弘騰實(shí)業(yè)官網(wǎng)

2.壓電式蜂鳴器。該類型的蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后，多諧振蕩器起振,輸出1.5～2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。

圖源|弘騰實(shí)業(yè)官網(wǎng)

3.有源蜂鳴器。該種類型的蜂鳴器的震蕩源是在其內(nèi)部的，接通電源蜂鳴器即可發(fā)聲，因此在三極管驅(qū)動蜂鳴器的電路當(dāng)中，通過控制三極管基極電平的高低即可控制蜂鳴器是否發(fā)聲。

4.無源蜂鳴器。該種類型的蜂鳴器的內(nèi)部沒有震蕩源，需要外部提供震蕩源，此震蕩源的波形一般為占空比為50%的方波。

三、蜂鳴器的使用注意事項(xiàng)

1.壓電型蜂鳴器得益于其結(jié)構(gòu)原理，其驅(qū)動電流較小，一般為幾毫安至十幾毫安，且其尺寸高度可以做到很低；而電磁型蜂鳴器的驅(qū)動電流較大，一般為幾十毫安至一百毫安，且其尺寸高度相對較高，這兩種類型蜂鳴器特點(diǎn)的對照表如下圖所示，因此我們在選擇蜂鳴器時(shí)要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的蜂鳴器類型。

圖源|村田官網(wǎng)

2.由于有源蜂鳴器的驅(qū)動信號波形是高低電平，而無源蜂鳴器的驅(qū)動信號波形是方波，因此無源蜂鳴器可以通過改變方波的占空比的大小來調(diào)整蜂鳴器聲音的大小，而有源蜂鳴器則無法實(shí)現(xiàn)。

3.在使用三極管驅(qū)動電磁無源蜂鳴器時(shí)，應(yīng)注意三極管集電極最大電流是否大于蜂鳴器的額定電流，否則易損壞三極管。

4.對于電磁無源蜂鳴器，其管腳兩端需要并聯(lián)一個(gè)開關(guān)二極管，以泄放蜂鳴器線圈的能量，保護(hù)驅(qū)動電路中的三極管；而對于電磁有源蜂鳴器和壓電式蜂鳴器則無需并聯(lián)二極管。

5.蜂鳴器是有極性的，其表面一般會絲印正極的符號，或者根據(jù)其管腳“長正短負(fù)”的原則來判斷極性。

【發(fā)光二極管】

發(fā)光二極管，也就是LED燈，它能夠?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)換成光信號，有了它，電子的世界不再是黑暗的，它就像一座座燈塔，矗立在電路板間，照亮迷茫信號的道路，指示著電路板的點(diǎn)點(diǎn)滴滴！

隨著發(fā)光二極管制造工藝的進(jìn)步，其體積向著微型化和巨型化兩個(gè)極端方向發(fā)展，出現(xiàn)了MicroLED和LED燈珠，MicroLED現(xiàn)已應(yīng)用在顯示屏領(lǐng)域，LED燈珠則逐漸取代傳統(tǒng)燈具，成為主流的照明源。

一、發(fā)光二極管的分類

1.根據(jù)安裝方式的不同可分為：貼片發(fā)光二極管和插件發(fā)光二極管；

2.根據(jù)光線顏色是否可見分為：可見光發(fā)光二極管和不可見光發(fā)光二極管；

3.根據(jù)發(fā)光顏色的不同可分為：紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管、藍(lán)色發(fā)光二極管等；

4.根據(jù)組合形式的不同可分為：單色發(fā)光二極管、雙色發(fā)光二極管和三色發(fā)光二極管；

5.根據(jù)外形結(jié)構(gòu)的不同可分為：半球圓形發(fā)光二極管、方形發(fā)光二極管、矩形發(fā)光二極管、符號形發(fā)光二極管和組合形發(fā)光二極管。

二、發(fā)光二極管的顏色

我們常見的可見光發(fā)光二極管的顏色有紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管，而黃色我們則常用紅色和綠色發(fā)光二極管混色產(chǎn)生。發(fā)光二極管的制作工藝已相當(dāng)成熟，但不同顏色發(fā)光二極管的成本也會有所差異，特別是藍(lán)色發(fā)光二極管的成本較高，因此在研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免使用藍(lán)色發(fā)光二極管，盡可能使用紅色或者綠色發(fā)光二極管。

對于不可見光發(fā)光二極管，比如紅外發(fā)光二極管，它的顏色是人眼無法捕獲的，此時(shí)可以借助手機(jī)的攝像頭來觀察紅外二極管的發(fā)光狀態(tài)。紅外發(fā)光二極管具有輕巧、省電、價(jià)廉、可靠耐用的優(yōu)點(diǎn)，常用在家電產(chǎn)品遙控器、短距離通訊、光電耦合器等場景，但其也有通訊距離短、具有方向性等缺點(diǎn)。

三、發(fā)光二極管的特性

1.正向電壓（VF）。發(fā)光二極管的正向電壓一般為2V左右，不同顏色的發(fā)光二極管該參數(shù)會有所差異，因此在計(jì)算發(fā)光二極管限流電阻大小的時(shí)候要考慮到該參數(shù)的大小。

2.正向電流（IF）。該參數(shù)表征的是發(fā)光二極管的最大電流，因此發(fā)光二極管的工作電流不能超過該參數(shù)值且要降額使用，否則會影響其使用壽命。

3.發(fā)光二極管的正向電壓會隨著正向電流的大小的變化而變化，正向電流越大其正向電壓也會緩慢增大，如下圖所示：

圖源|國星光電

4.發(fā)光二極管的正向電流的大小會隨著環(huán)境溫度的變化而變化，溫度越高，其正向電流會逐漸減小，因此在實(shí)際使用過程中要注意環(huán)境溫度對發(fā)光二極管的影響，如下圖所示：

圖源|國星光電

5.發(fā)光二極管的極性。對于插件二極管，可以通過器件管腳“長正短負(fù)”的原則來判斷其正負(fù)極性，或者通過其表面的缺口標(biāo)識來判斷其極性，缺口處的管腳為負(fù)極；對于貼片二極管，可以通過其表面有綠色標(biāo)記的一端為負(fù)極來判斷，或者通過器件底部的綠色三角標(biāo)識來判斷其極性，三角指向的一端為負(fù)極。

【連接器】

在電子產(chǎn)品中，隨著產(chǎn)品功能和復(fù)雜度的提高，不可避免使用多塊電路板和外接器件，因此連接器幾乎成為電路板不可或缺的元器件。

一、連接器的分類

1.根據(jù)使用方式可分為：線對板連接器、板對板連接器、線對線連接器；

2.根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為：一般型連接器、耐濕防水型連接器、氣密性連接器、耐火型連接器等；

3.根據(jù)用途的不同可分為：PCB板連接器、扁平電纜連接器、同軸電纜連接器、壓軸式連接器、角型連接器等；

4.根據(jù)工作頻率的高低可分為：低頻連接器和高頻連接器。

圖源|莫仕官網(wǎng)

二、連接器的線材

連接器的線材主要由線芯和護(hù)套組成，其中線芯的直徑大小不同國家有不同的線規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，比如美國線規(guī)AWG（American wire gauge），英國線規(guī)SWG（Standard wire gauge），伯明翰線規(guī)BWG（Birmingham wire gauge），目前線芯的線規(guī)標(biāo)準(zhǔn)使用較多的還是美國線規(guī)AWG，其又被稱為Brown & Sharpe線規(guī)，該標(biāo)準(zhǔn)于1857年開始在美國使用。我們常用的AWG線規(guī)有22AWG、24AWG、26AWG等等，其數(shù)字越大，線芯的直徑越小，如下表所示：

圖源|網(wǎng)絡(luò)

美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室（Underwriters Laboratories），簡稱為UL，是世界知名的檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)，其發(fā)布的關(guān)于電纜的標(biāo)準(zhǔn)已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，UL標(biāo)準(zhǔn)電纜為單股電纜，具有多種顏色和護(hù)套結(jié)構(gòu)可選，常用的UL線材標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：

1.UL1571。該標(biāo)準(zhǔn)為電子設(shè)備內(nèi)部連接線，最大耐壓30VAC，最高耐溫80℃，線芯規(guī)格為大于50AWG,單根、裸銅或者鍍錫銅絲；

2.UL1007。該標(biāo)準(zhǔn)為電子設(shè)備內(nèi)部連接線，最大耐壓300VAC，最高耐溫80℃，線芯規(guī)格為32AWG~16AWG，單根、裸銅或者鍍錫銅絲；

3.UL1061。該標(biāo)準(zhǔn)為電子設(shè)備內(nèi)部連接線，最大耐壓300VAC，最高耐溫80℃，線芯規(guī)格為30AWG~14AWG，單根、裸銅或者鍍錫銅絲；

4.UL1015。該標(biāo)準(zhǔn)為電子設(shè)備內(nèi)部連接線，最大耐壓600VAC，最高耐溫105℃，線芯規(guī)格為30AWG~1AWG,單根、裸銅或者鍍錫銅絲；

三、連接器的選擇注意事項(xiàng)

1.管腳間距。常用的連接器管腳間距有1.0mm、1.27mm、1.5mm、2.0mm、2.54mm、3.96mm和5.08mm等等，在結(jié)構(gòu)空間允許的條件下，盡可能選擇管腳間距大的連接器，以保證信號的可靠性。

2.管腳鍍層。連接器管腳的鍍層主要有鍍錫、鍍銀、鍍金，在潮濕環(huán)境或者有腐蝕性氣體的環(huán)境中，應(yīng)選擇管腳鍍金的連接器，以免長時(shí)間管腳氧化，進(jìn)而導(dǎo)致接觸不良。

3.管腳電壓電流。不同規(guī)格尺寸的連接器其管腳最大耐壓和電流是有差異的，特別是管腳間距較小的連接器，要特別注意，使用時(shí)不可超過其規(guī)定值。

4.連接器的方向性。對于插座來說，有直插式和彎插式兩種，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

5.連接器的抗震性。在振動劇烈的環(huán)境中，應(yīng)考慮連接器的抗震性，選擇耐振動和沖擊性能好的連接器類型。