電氣維修方法論第十九篇(電氣元件的功能用途)

為縮小故障查找的范圍，電氣元件需要從功能用途的角度進行分類并掌握其本質(zhì)特征和規(guī)律，有利于判斷在線電氣元件是否正常工作外因。電氣元件功能用途包含電氣功能和使用效能、工作條件和適用范圍等因素。

通電在線狀態(tài)下判斷電氣元件的好壞，用專業(yè)儀器檢測其端口伏安特性，與相同正常電路或技術資料參數(shù)作對比，結合其功能用途推測其是否正常工作。

電氣功能和使用效能

電氣元件種類繁多、功能用途各異。電氣元件主要用途是根據(jù)電路需要通過組合連接構建閉合電路實現(xiàn)需要的電氣功能。在其它輔助電氣元件配合下，核心電氣元件才能在適用范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠地實現(xiàn)電路主要功能。在設計生產(chǎn)時根據(jù)電路用途選擇滿足功能的電氣元件，在使用維護時根據(jù)電氣元件的輸入輸出物理量判斷其是否正常工作。描述電氣元件功能的主要參數(shù)有額定電壓、電流、功率、溫度、轉(zhuǎn)速、頻率等。

電氣元件能量變換功能的主要用途是電磁能的生產(chǎn)、存儲、傳輸、分配和使用，還用于和其它能量(如機械能、熱能、光能和化學能)相互轉(zhuǎn)換，信號采樣和輸出控制。對電信號變換、計算、比較、轉(zhuǎn)換等功能的主要用途是信號的傳輸、分配、處理和保存，還用于人機交互、檢測保護和無線傳輸?shù)取?/p>

工作條件和適用范圍

電氣元件在外因、內(nèi)因和人為因素都正常時才能實現(xiàn)其功能。通常外因有：需要由外界電源提供額定電壓或電流(可用于控制其起停)，其它元件提供需要的偏置條件，正確的輸入信號、控制信號、地址信號和時鐘信號，是否在適用范圍內(nèi)等;內(nèi)因是電氣元件自身完好;人為因素是人的正常干涉行為。

外部條件在額定范圍內(nèi)電氣元件才能保證長期穩(wěn)定的工作，額定條件通常有電源電壓或電流、輸入輸出信號電壓或電流、輸出功率、工作頻率、承受溫差、保護電路保護范圍。針對不同電氣元件的不同參數(shù)，其額定值誤差范圍大小不一。

(一)基礎功能元件類

具有基本電氣功能的電氣元件稱為基礎元件，包括電阻、電容、電感、晶體二極管、晶體三極管、場效應管、恒壓源和恒流源，也是所有形式電路的基礎?；A元件本質(zhì)特征和規(guī)律是只具有單一電氣功能，根據(jù)不同用途，既能作核心元件，也能作輔助元件。

電阻的功能用途

電阻按結構分為固定電阻和可調(diào)電阻;按類型分為線繞電阻、薄膜電阻(碳膜電阻、金屬膜電阻、化學沉積膜電阻、玻璃釉膜電阻)、保險電阻、敏感電阻等。

電阻具有限制電流和產(chǎn)生熱能的基本功能。利用電阻能夠降低電壓或分配電流的特征和規(guī)律制做出偏置電阻，具有為其它電路提供偏置電壓的功能，作為輔助元件廣泛應用于各類模擬電路中;利用可調(diào)電阻能夠線性分配電壓的特征和規(guī)律制做出電壓調(diào)節(jié)器，具有為其它電路提供連續(xù)可調(diào)電壓的功能，作為輸入元件廣泛應用于各類控制電路中;利用大功率電阻將電能轉(zhuǎn)換為熱能的特征和規(guī)律制做出電熱元件(電熱片、電熱絲等)，具有制熱功能，作為核心元件廣泛應用于各類加熱電路中;利用電阻限制通過其電流的特征和規(guī)律制作出限流電阻，具有避免因電流過大沖擊重要元件的功能，作為核心元件廣泛應用于各類保護電路中;利用微阻值精密電阻兩端電壓測算通過電流的特征和規(guī)律制作出取樣電阻，具有精確反饋電流值的功能，作為保護元件廣泛應用于各類電流檢測和保護電路中;利用特殊電阻阻值隨外界環(huán)境(溫度、亮度、壓力、濕度和特殊氣體等)而變化的特征和規(guī)律制做出敏感電阻(溫敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻、濕敏電阻和氣敏電阻等)，具有檢測外部環(huán)境變化的功能，作為傳感元件廣泛應用于各類采樣輸入電路中。

電阻屬于無源元件，只要兩端存在電位差就有電流通過電阻。電阻主要性能參數(shù)是阻值和額定功率，針對不同用途電阻阻值從mΩ到MΩ、額定功率從mW到kW的范圍內(nèi)廣泛分布。如果通過電流超過其額定功率容易燒毀電阻，兩端電壓過高容易擊穿電阻。在電路通電狀態(tài)下，通過測量電阻兩端電壓差和通過電流值是否異常判斷其是否正常工作。

電容的功能用途

電容按結構分為固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器;按極性分為有極性電容器(如電解電容)和無極性電容器;按電解質(zhì)分為有機介質(zhì)電容、無機介質(zhì)電容、電解電容和空氣介質(zhì)電容器;按介質(zhì)或極板材質(zhì)分為鋁電解電容、鉭電解電容、薄膜電容、瓷介電容、獨石電容、紙質(zhì)電容、陶瓷電容、玻璃釉電容、云母和聚苯乙烯介質(zhì)電容。

電容具有存儲電場能和產(chǎn)生電壓慣性的基本功能。利用電容能夠保存電場能的特征和規(guī)律制做出儲能電容，具有類似電池為其它電路提供電能的功能，作為核心元件廣泛應用于各類儲能電路中;利用電容保持電壓慣性的頻率特征和規(guī)律(通交流、阻直流)制做出濾波電容，具有過濾掉或篩選出電信號中部分頻率段的功能(如高通和高阻、低通和低阻、帶通和帶阻等)，作為核心元件廣泛應用于各類耦合、隔離、旁路和濾波等電路中。

電容屬于無源元件，只要兩端存在交變電壓就有電流通過電容。電容的主要性能參數(shù)是電容量和額定耐壓值，針對不同用途電容值從uF到F、耐壓值從V到kV的范圍內(nèi)廣泛分布。如果端電壓超過額定耐壓值容易擊穿電容。在電路通電狀態(tài)下，通過測量電容兩端的交流電壓差是否異常判斷其是否正常工作。

電感的功能用途

電感按結構分為固定電感、可變電感和微調(diào)電感;按繞線結構分為單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈;按導磁體材質(zhì)分為空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈;按工作用途分為電磁鐵線圈、變壓器線圈、天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉(zhuǎn)線圈。

電感具有存儲磁場能和產(chǎn)生電流慣性的基本功能。利用電感能夠保存磁場能的特征和規(guī)律制做出儲能線圈，具有類似永磁體的功能，作為核心元件廣泛應用于各類機電部件中;利用電感保持電流慣性的頻率特征和規(guī)律(通直流、阻交流)制做出電感線圈或變壓器，具有過濾掉或篩選出電信號中部分頻率段的功能(如高通和高阻、低通和低阻、帶通和帶阻等)，作為核心元件廣泛應用于各類耦合、隔離、旁路和濾波等電路中。

電感屬于無源元件，只要有電流通過在兩端就會產(chǎn)生感應電壓。電感的主要性能參數(shù)是電感量和額定電流，針對不同用途電感值從uH到H、額定電流從mA到A的范圍內(nèi)廣泛分布。如果超過額定電流值容易燒毀電感。在電路通電狀態(tài)下，通過測量電感兩端的電壓差和通過電流值是否異常判斷其是否正常工作。

恒壓源的功能用途

常用恒壓源有化學電池、直流發(fā)電機、開關電壓源部件等。

恒壓源具有在額定功率范圍內(nèi)能夠輸出恒定直流電壓的功能。利用恒壓源輸出恒定電壓的特征和規(guī)律制做出恒壓電源，具有為不同電路提供電壓恒定、電流隨負載而變的功能，作為供能元件廣泛應用于各類電路中。

恒壓源提供電能，主要性能參數(shù)是輸出電壓和額定功率，針對不同用途輸出電壓從V到kV、額定功率從W到kW的范圍內(nèi)廣泛分布。如果輸出電流超過額定值容易燒毀恒壓源。通過測量恒壓源輸出端電壓和輸出電流是否異常判斷其是否正常工作。

恒流源的功能用途

常用恒流源有光伏電池、開關電流源部件等。

恒流源具有在額定功率范圍內(nèi)能夠輸出恒定直流電流的功能。利用恒流源輸出恒定電流的特征和規(guī)律制做出恒流電源，具有為不同電路提供電流恒定、電壓隨負載而變的功能，作為供能元件廣泛應用于各類電路中。

恒流源提供電能，主要性能參數(shù)是輸出電流和額定功率，針對不同用途輸出電壓從mA到kA、額定功率從mW到kW的范圍內(nèi)廣泛分布。如果輸出電壓超過額定值容易燒毀恒流源。通過測量恒流源輸出電流和端電壓是否異常判斷其是否正常工作。

恒壓源串聯(lián)電阻可轉(zhuǎn)換為恒流源，恒流源并聯(lián)電阻可轉(zhuǎn)換為恒壓源。

二極管的功能用途

二極管分為整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管等。

二極管具有單向?qū)ǖ幕竟δ?。利用單向?qū)ǖ奶卣骱鸵?guī)律制做出整流二極管，具有將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的功能，作為核心元件廣泛應用于各類整流電路中;利用二極管反向擊穿后通過電流變化時其兩端的電壓保持穩(wěn)定的特征和規(guī)律制做出穩(wěn)壓二極管，具有穩(wěn)定直流電壓的功能，作為核心元件廣泛應用于各類穩(wěn)壓電路中;利用二極管PN結電容隨反向偏壓變化而改變的特征和規(guī)律制作出變?nèi)荻O管，具有可調(diào)電容的功能，作為核心元件廣泛應用于高頻調(diào)諧電路中;利用電致發(fā)光的特征和規(guī)律制作出發(fā)光二極管，具有指示照明的功能，作為核心元件廣泛應用于信息輸出或照明電路中。

二極管屬于無源元件，只要兩端電壓滿足要求就能實現(xiàn)單向?qū)?。二極管的主要性能參數(shù)是額定電流和反向耐壓值，如果超過額定電流或反向耐壓值容易燒毀二極管。在電路通電狀態(tài)下，通過測量二極管兩端的電壓差是否異常判斷其是否正常工作。

三極管的功能用途

三極管按用途分為功率三極管、開關三極管、光敏三極管、阻尼三極管等。

三極管具有用基極電流控制集電極電流大小的基本功能。利用三極管能夠電流放大的特征和規(guī)律制做出放大管，具有放大電信號的功能，作為核心元件廣泛應用于各類放大電路中;利用三極管截止和飽和的特征和規(guī)律制做出開關管，具有電信號關斷和導通的功能，作為核心元件廣泛應用于各類開關電路中;利用三極管輸入和輸出信號相位相反的特征和規(guī)律制做出反相管，具有改變電信號相位的功能，作為核心元件廣泛應用于各類反相或震蕩電路中。

三極管屬于有源元件，三個端口之間要保持對應的電位差才能實現(xiàn)不同的功能。三極管的主要性能參數(shù)是放大系數(shù)、額定電流值和反向耐壓值。如果超過額定電流值和反向耐壓值容易燒毀三極管。在電路通電狀態(tài)下，通過測量三極管三端電壓差是否異常判斷其是否正常工作。

場效應管的功能用途

場效應管按用途分為功率場效應極管、開關場效應極管等。

場效應管具有用柵極電壓控制漏極電流大小的基本功能。利用場效應管能夠電壓放大的特征和規(guī)律制做出放大管，具有放大電信號的功能，作為核心元件廣泛應用于各類放大電路中;利用場效應管截止和飽和的特征和規(guī)律制做出開關管，具有電信號關斷和導通的功能，作為核心元件廣泛應用于各類開關電路中;利用場效應管輸入和輸出信號相位相反的特征和規(guī)律制做出反相管，具有改變電信號相位的功能，作為核心元件廣泛應用于各類反相或震蕩電路中。

場效應管屬于有源元件，三個端口之間要保持對應的電位差才能實現(xiàn)不同的功能。場效應管的主要性能參數(shù)是額定電流值和反向耐壓值。如果超過額定電流值和反向耐壓值容易燒毀場效應管。在電路通電狀態(tài)下，通過測量場效應管三端電壓差是否異常判斷其是否正常工作。

(二)能量轉(zhuǎn)換元件類

發(fā)電元件的功能用途

發(fā)電元件按工作原理分為機械發(fā)電、化學發(fā)電、熱能發(fā)電和光能發(fā)電等;按電能輸出形式分為直流發(fā)電和交流發(fā)電;按電源形式分為恒壓源和恒流源。

發(fā)電元件具有將其它能源轉(zhuǎn)換為電能的基本功能。利用機械能轉(zhuǎn)換電能的特征和規(guī)律制做出機械發(fā)電機，具有提供交流或直流電壓的功能，作為電源廣泛應用于發(fā)電電路中;利用熱能轉(zhuǎn)換電能的特征和規(guī)律制做出溫差發(fā)電機，具有提供穩(wěn)定直流電壓的功能，作為恒壓源廣泛應用于發(fā)電電路中;利用化學能轉(zhuǎn)換電能的特征和規(guī)律制做出化學電池，具有提供穩(wěn)定直流電壓的功能，作為恒壓源廣泛應用于各用電電路中;利用光能轉(zhuǎn)換電能的特征和規(guī)律制做出光伏電池，具有提供穩(wěn)定直流電流的功能，作為恒流源廣泛應用于各用電電路中。

發(fā)電元件屬于供能元件，需要其它能源具備時才能工作。發(fā)電元件的主要參數(shù)是輸出功率、額定電壓、額定電流和轉(zhuǎn)換效率，通常輸出功率越大，發(fā)電元件功率越大。在電路通電狀態(tài)下，通過測量通發(fā)電元件輸出端的電壓和電流值是否異常判斷其是否正常工作。

電能傳輸和分配元件的功能用途

電能傳輸和分配元件的功能是將電能安全和高效傳輸或分配到需要的空間位置，通常通過導線進行線路連接。

變壓器：變壓器由鐵芯和多個繞在絕緣骨架上的銅線圈線構成，用內(nèi)阻很大的鐵磁性材料制作鐵芯增強線圈的電感量，線圈中間用絕緣材料分隔為輸入線圈和輸出線圈。根據(jù)能量守恒原理，在傳輸功率和導線截面相同的情況下，電壓等級越高，電流越小，導線電阻損耗越低，電能傳輸距離越遠，但安全風險越高，否則反之。

變壓器按類型分為升壓變壓器和降壓變壓器，按相數(shù)分為單相變壓器和三相變壓器，按散熱方式分為干式變壓器和油浸式變壓器，按用途分為電力變壓器、儀表變壓器、試驗變壓器、特種變壓器和自耦變電器等。

變壓器具有從輸入繞組向輸出線圈傳輸電能的基本功能。利用提升電壓變換能減少線路損耗的特性和規(guī)律制作出升壓變壓器，具有遠距離傳輸電能的功能，作為升壓元件廣泛應用于各類電能傳輸電路中;利用降壓能變換能獲得大電流的特征和規(guī)律制作出升壓變壓器，具有大電流驅(qū)動功能，作為電源元件廣泛應用于各類用電電路中;利用交流電信號才能產(chǎn)生電磁感應的特征和規(guī)律制作出耦合變壓器，具有通交流隔直流信號的功能，廣泛應用于各類信號耦合電路中;利用輸入線圈和輸出線圈絕緣隔離的特征和規(guī)律制作出隔離變壓器，具有隔離多個電路電氣關聯(lián)的功能，廣泛應用于各類隔離電路中;利用輸入輸出阻抗比是輸入輸出線圈匝數(shù)比平方的特征和規(guī)律制作出阻抗匹配器，具有提高信號輸出效率的功能，廣泛應用于各類信號傳輸匹配電路中。

變壓器屬于無源元件，只要輸入端交流電壓和電流滿足要求就能實現(xiàn)變壓功能。變壓器的主要性能參數(shù)是輸入輸出額定電壓、額定功率和輸入輸出線圈匝數(shù)比。如果超過額定電壓或額定功率容易燒毀變壓器。

當變壓器分離斷電時，用萬用表電阻檔分別測量輸入和輸出線圈電阻是否正常(如果阻值無窮大證明線圈已開路)，再測量所有線圈之間、線圈和鐵芯之間絕緣阻值是否達到耐壓要求，判斷其好壞。當變壓器在線通電時，用萬用表電壓檔和電流檔測量其輸入輸出電壓和電流是否達到額定值判斷其是否正常工作。

斷路器：斷路器按極數(shù)分為單極、二極、三極和四極等，按安裝方式分為插入式、固定式和抽屜式等，按滅弧介質(zhì)分為空氣斷路器(空氣開關)、真空斷路器、油斷路器、SF6斷路器、磁吹斷路器等。

利用分斷滅弧能力強、過載響應速度快的特征和規(guī)律制做出斷路器，具有在正常狀態(tài)時手動通斷電路和異常狀態(tài)時規(guī)定時間內(nèi)自動分斷電路的開關電路功能，作為手動分斷元件廣泛應用于各類電路通斷、電能分配和用電電路中。

斷路器屬于無源元件，只要輸入端電壓和電流滿足要求就能實現(xiàn)分斷功能。斷路器的主要性能參數(shù)是額定電流和額定電壓。如果超過額定電流容易燒毀斷路器。當斷路器分離斷電時，用萬用表電阻檔分別測量輸入端和輸出端之間阻值是否正常(正常阻值很低)判斷其好壞。當斷路器在線通電時，用萬用表電壓檔測量輸出端電壓是否達到額定值判斷其是否正常工作。

接觸器：接觸器分為直流接觸器和交流接觸器，專門用于控制電信號的小型接觸器稱為繼電器。

利用間接控制通斷、分斷滅弧能力強的特征和規(guī)律制做出接觸器，具有通過控制電磁鐵吸合電氣觸頭、間接實現(xiàn)控制電路通斷的功能，作為間接分斷元件廣泛應用于各類分配電能、自動控制和用電電路中。

接觸器屬于有源元件，只有輸入端和控制端電壓和電流都滿足要求才能實現(xiàn)分斷功能。接觸器的主要性能參數(shù)是額定電壓、通斷電流和線圈電壓。如果超過額定電流容易燒毀接觸器。

當接觸器分離斷電時，用萬用表電阻檔測量吸合線圈阻值是否在正常范圍內(nèi)，手動壓合后分斷觸點間阻值是否正常(正常阻值很低)判斷其好壞。當接觸器在線通電時，用萬用表電壓檔測量吸合線圈端電壓是否正常，再觀察動觸點是否吸合斷開判斷其是否正常工作。

用電元件的功能用途

將電能轉(zhuǎn)換為其它能源的電氣元件。

電機元件：常用電機元件有直線電動機、旋轉(zhuǎn)電動機、往復電機和擺動電機等。利用鐵芯線圈能極大增強磁場間同極相斥、異極相吸作用力的特征和規(guī)律制作出電機，具有將電能轉(zhuǎn)換為直線、旋轉(zhuǎn)、震動和擺動等機械運動的功能，作為機械動力元件廣泛應用于各類驅(qū)動電路中。機械元件的主要性能參數(shù)是速度和作用力，速度和作用力過大容易損壞機械元件。因為機械運動比較直觀，所以在電路通電狀態(tài)下用眼睛觀察直接判斷電機是否正常工作。

電聲元件：常用發(fā)聲元件有揚聲器、電鈴和蜂鳴器等。利用交流電流驅(qū)動震動零件產(chǎn)生空氣震動的特征和規(guī)律制作出電聲元件，具有將電能轉(zhuǎn)換為聲能的功能，作為發(fā)聲元件廣泛應用于等各類人機交互電路中。發(fā)聲元件的主要性能參數(shù)是聲壓和頻率，聲壓和頻率過大容易損壞發(fā)聲元件。因為聲能比較直觀，所以在電路通電狀態(tài)下用耳朵聆聽直接判斷揚聲器是否正常工作。

電熱元件：常用電熱元件有電熱絲、電阻、PTC電熱元件、電熱膜等。利用電子撞擊下原子震動加劇的特征和規(guī)律制作出電熱元件，具有將電能轉(zhuǎn)換為熱能的功能，作為制熱元件廣泛應用于等各類發(fā)熱電路中。發(fā)熱元件的主要性能參數(shù)是溫度和功率，溫度和功率過大容易損壞發(fā)熱元件。因為熱能比較直觀，所以在電路通電狀態(tài)下用皮膚直接感知發(fā)熱元件是否正常工作。

電光元件：常用發(fā)光元件有白熾燈、熒光燈、發(fā)光LED等。利用電子撞擊時原子能級躍遷輻射出光子的特征和規(guī)律制作出電光元件，具有將電能轉(zhuǎn)換為光能的功能，作為發(fā)光元件廣泛應用于等各類照明電路中。發(fā)光元件的主要性能參數(shù)是亮度和功率，亮度和功率過大容易損壞發(fā)光元件。因為光能比較直觀，所以在電路通電狀態(tài)下用眼睛直接觀察電燈是否正常工作。

電化元件：常用化學元件有充電電池(鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰電池)等。利用電場作用下正負離子分離后形成電位差的特征和規(guī)律制作出電化元件，具有將電能轉(zhuǎn)換為化學能的功能，作為電池廣泛應用于等各類儲能電路中?；瘜W元件的功能是。充電電池主要性能參數(shù)是充電電壓和容量，充電電壓過高容易損壞充電電池。在電路通電狀態(tài)下，通常用萬用表電壓檔測量電化元件兩端電壓變化判斷其是否正常工作。

(三)信號處理元件類

晶體振蕩器的功能用途

按材質(zhì)分為石英晶振和陶瓷晶振，按工作性質(zhì)分為有源晶振和無源晶振。利用能夠產(chǎn)生高精度和高穩(wěn)定度交流電信號的特征和規(guī)律制作出晶體振蕩器，具有提供基準信號的功能，作為時鐘元件廣泛應用于各類數(shù)字電路或震蕩電路中。晶體振蕩器主要性能參數(shù)是振蕩頻率和有源晶振電源電壓。在電路通電狀態(tài)下，通常用萬用表頻率檔測量頻率判斷晶體振蕩器是否正常工作。

放大元件的功能用途

常用放大元件有三極管、場效應管和運算放大器等。利用小電流和電壓改變半導體PN結厚度進而影響其導電性能的特征和規(guī)律制作出放大元件，具有放大、導通或關斷電信號的功能，作為核心元件廣泛應用于各類電信號功率放大、導通和關斷等電路中。放大元件屬于有源元件，要為其提供工作電源才能正常工作。放大元件類主要性能參數(shù)是放大倍數(shù)和導通電流。在電路通電狀態(tài)下，通常用萬用表二極管檔結合三極管檔測量三極管或場效應管是否正常工作。

移相元件的功能用途

常用移相元件有電容和電感。利用電容和電感的阻抗和電信號的頻率成反比、電容使電壓相位滯后于電流和電感使電壓相位滯后于電流的特征和規(guī)律制作出移相元件，具有改變電信號電壓和電流之間相位的功能，作為調(diào)相元件廣泛應用于各類低通、高通、帶通和帶阻濾波器等電路中。移相元件屬于無源元件。移相元件類主要性能參數(shù)是電容值和電感量。在電路通電狀態(tài)下，通常用萬用表電容檔和電感檔測量電容或電感是否正常工作。

整流元件的功能用途

常用整流元件有二極管。利用二極管單向?qū)ǖ奶卣骱鸵?guī)律制作出整流元件，具有將交流電整流為直流電的功能，作為核心元件廣泛應用于各類整流或改變信號波形等電路中。整流元件屬于無源元件。整流元件類主要性能參數(shù)是導通電流和反向耐壓。在電路通電狀態(tài)下，通常用萬用表二極管檔測量二極管是否正常工作。

模擬信號處理元件的功能用途

通常模擬信號處理元件主要是運算放大器，運算放大器屬于封裝尺寸較小集成電路，在電路中作為獨立元件使用。利用具有“虛短(同向輸入端和反向輸入端電位相近)”和“虛斷(輸入端輸入電流很小)”以及對輸入信號無限放大的特征和規(guī)律制作出運算放大器，具有能進行模擬信號放大、比較等的功能，作為放大器或比較器廣泛應用于各類模擬信號處理電路中。運算放大器屬于有源元件，要為其提供工作電源才能正常工作。運算放大器主要性能參數(shù)是輸入輸出阻抗和電壓增益。

在電路通電狀態(tài)下，通常采用替換法或?qū)Ｓ脺y試儀判斷運算放大器是否正常工作。先分辨運算放大器在電路中是作為放大器還是比較器。通常有閉環(huán)負反饋(反饋電阻Rf較小)為放大器，沒有閉環(huán)負反饋(反饋電阻Rf很大)為比較器。

運算放大器為放大器正常工作時，同向輸入端和反向輸入端電位相近，電位差低于0.2V。如果大于0.5V放大器沒有正常工作。

運算放大器為比較器正常工作時，如果同向輸入端電位高于反向輸入端，那么輸出端電位接近正工作電壓;如果同向輸入端電位低于反向輸入端，那么輸出端電位接近0V(單電源)或負工作電壓(雙電源)。否則比較器沒有正常工作。

數(shù)字信號處理元件的功能用途

常用的數(shù)字信號處理元件有74和54系列數(shù)字集成電路。利用放大元件飽和截止狀態(tài)代替邏輯運算中0和1、進而實現(xiàn)與、或、非門等基本邏輯運算的特征和規(guī)律制作出數(shù)字信號處理元件，具有用門電路和觸發(fā)器結合實現(xiàn)各類邏輯運算的功能，作為門電路廣泛應用于各類組合邏輯和時序邏輯等電路中。數(shù)字信號處理元件屬于有源元件，要為其提供工作電源才能正常工作。數(shù)字信號處理元件主要性能參數(shù)是工作電壓和響應速度。在電路通電狀態(tài)下，通常采用替換法或?qū)Ｓ脺y試儀判斷數(shù)字集成電路是否正常工作。

模數(shù)轉(zhuǎn)換元件的功能用途

常用模數(shù)轉(zhuǎn)換元件分成間接雙積分型、直接并聯(lián)比較型和逐次逼近型，數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC分為電阻型和電容型。利用數(shù)字信號按位數(shù)開關倍數(shù)遞減電阻網(wǎng)絡電阻獲得模擬信號和對模擬信號按時間片分割量化后獲得數(shù)字信號的特征和規(guī)律制作出模數(shù)轉(zhuǎn)換元件，具有將模擬和數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換(模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)模D/A)的功能，作為信號轉(zhuǎn)換元件廣泛應用于各類模擬、數(shù)字信號混合等電路中。模數(shù)轉(zhuǎn)換元件屬于有源元件，要為其提供工作電源才能正常工作。模數(shù)轉(zhuǎn)換元件主要性能參數(shù)是轉(zhuǎn)換精度和速度。在電路通電狀態(tài)下，通常采用替換法或?qū)Ｓ脺y試儀判斷模數(shù)轉(zhuǎn)換元件是否正常工作。

(四)傳感器元件類

傳感器按用途通常分為壓電元件、力敏元件、溫敏元件、光敏元件、氣敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等，屬于能彌補人自身感知器官不足的檢測元件，常用于采集各種物理信號(電、力、熱、光、磁和聲等)、化學信號和生物信號(基于酶、抗體、和激素等)并轉(zhuǎn)換為電信號，是傳感器電路的源頭，讓電路具有觸覺、嗅覺和聽覺等功能，目前正朝著微型化、多功能化、數(shù)字智能化、系統(tǒng)網(wǎng)絡化方向發(fā)展。

傳感器頻率響應范圍決定不失真測量范圍，通常傳感器要在30%～70%量程內(nèi)保證一定測量精度，線性范圍越寬量程越大。按照被測對象和測量要求選擇傳感器類型、量程、靈敏度、準確度、體積、接觸方式和信息輸出方式。通常采用替換法或?qū)Ｓ脺y試儀判斷傳感器是否正常工作。

壓敏傳感器的功能用途

分為電阻應變式傳感器和壓阻式傳感器。電阻應變式傳感器中的電阻應變片具有在外力作用下產(chǎn)生機械形變的應變效應，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化。電阻應變片有金屬和半導體兩類，金屬應變片分為絲式、箔式、薄膜式，靈敏度低。半導體應變片靈敏度高、橫向效應小。壓阻式傳感器是根據(jù)半導體壓阻效應，用半導體材料的擴散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式，基片受到外力作用而產(chǎn)生應變時，電橋各擴散電阻值發(fā)生變化產(chǎn)生不平衡輸出，基片材料主要為硅片或鍺片。壓敏傳感器具有將外界壓力轉(zhuǎn)換為電信號的功能，廣泛應用于各類機械壓力檢測電路中。

位移傳感器的功能用途

位移傳感器屬于金屬感應的線性器件，按工作原理分為電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、光電式位移傳感器、超聲波式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。按被測量變換形式分為模擬式和數(shù)字式兩種，模擬式結構包括電位器式位移傳感器、 電感式位移傳感器、自整角機、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等，數(shù)字式位移傳感器輸出數(shù)字信號。位移傳感器具有將空間相對位移轉(zhuǎn)換為電信號的功能，廣泛應用于各類速度測量電路中。

霍爾傳感器的功能用途

霍爾傳感器分為線性型和開關型，線性型由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，輸出模擬信息;開關型由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，輸出數(shù)字信息?；魻杺鞲衅骶哂欣没魻栯妷弘S磁場強度而變化特征和規(guī)律將磁場強度轉(zhuǎn)換為電信號的功能，廣泛應用于各類磁場強度檢測電路中。

溫度傳感器的功能用途

溫度傳感器分為熱電阻和熱電偶。熱電阻材料有鉑、銅、鎳等，分為PTC熱電阻傳感器(此類傳感器為正溫度系數(shù)傳感器，阻值隨溫度升高而增大)和NTC熱電阻傳感器(此類傳感器為負溫度系數(shù)傳感器，阻值隨溫度升高而減小)，具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、精度高和溫度范圍寬等特點。熱電偶分為鉑銠熱電偶、鎳鉻熱電偶、鎳銅熱電偶、康銅熱電偶等。溫度傳感器具有利用電阻值隨溫度而變化特征和規(guī)律將外界溫度轉(zhuǎn)換為電信號的功能，廣泛應用于各類溫度檢測電路中。

光敏傳感器的功能用途

光敏傳感器種類繁多，分為光電管、光敏電阻、光敏三極管、紅外線傳感器、紫外線傳感器、色彩傳感器等。光敏傳感器具有利用敏感光波照射下改變半導體導電性能特征和規(guī)律將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的功能，廣泛應用于各類光強檢測電路中。

圖像傳感器的功能用途

通常以像素數(shù)量作為分辨率來衡量圖像的清晰和細膩度。常用圖像傳感器有CCD和CMOS，前者分辨率高于后者。圖像傳感器具有利用感光二極管陣列對入射光線進行光電轉(zhuǎn)換、將整幅圖像轉(zhuǎn)換為大量像素數(shù)據(jù)組成數(shù)字陣列的功能，廣泛應用于各類圖像檢測和對比等電路中。

激光傳感器的功能用途

激光傳感器由激光器、激光檢測器和測量電路組成，工作時先由激光器對準目標發(fā)射激光脈沖，被目標反射返回到光學系統(tǒng)成像后雪崩光電二極管將返回弱光信號轉(zhuǎn)化為電信號。激光傳感器具有利用亮度高、顏色純、方向直、距離遠、相干性好和抗光電干擾能力強特征和規(guī)律能高精度、非接觸測量的功能，廣泛應用于長度、距離、振動、速度、方位等非電測量電路中。

超聲波傳感器的功能用途

超聲波傳感器分為電致伸縮的壓電晶體(鋯鈦酸鉛(PZT)和磁致伸縮的鎳鐵鋁合金兩類，壓電晶體既能產(chǎn)生超聲波(發(fā)送器)又能接受檢測超聲波(接收器)。超聲波傳感器具有利用超聲波為媒介撲捉發(fā)射和接收時間差能準確、非接觸、防腐蝕和低成本檢測到目標物距離的功能，廣泛應用于距離、遙控、防盜、液位和物位等非電測量電路中。

雷達傳感器的功能用途

雷達傳感器按輻射源種類分為有源雷達和無源雷達，按照波形分為脈沖雷達和連續(xù)波雷達，按工作波長分為分米波雷達、厘米波雷達和毫米波雷達等，按掃描方式分為機械掃描雷達和電掃描雷達。雷達傳感器具有利用天線發(fā)射高頻微波再用微平面天線接受返回高頻微波，獲得物體距離、方向和運動速度信息的功能，具有體積小、靈敏度高、質(zhì)量輕和性能穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛應用于智能交通、安防、體育運動、智能家居等測量電路中。

化學傳感器的功能用途

化學傳感器分為酸濃度傳感器、堿濃度傳感器和鹽濃度傳感器。酸、堿、鹽濃度傳感器具有利用在一定范圍內(nèi)酸堿溶液濃度與其電導率成比例工作原理來確定酸、堿、鹽濃度的功能，廣泛應用于化工、醫(yī)療等檢測電路中。

(五)人機交互元件類

音頻提示元件的功能用途

音頻提示元件屬于信息輸出元件，如蜂鳴器、揚聲器等。蜂鳴器只能發(fā)出抽象數(shù)字音頻信息，揚聲器能發(fā)出模擬語音信息。利用電致發(fā)音的特征和規(guī)律制作出音頻提示元件，具有用聲信號向人耳傳遞信息的功能，作為音頻信息發(fā)布元件應用于人機交互電路中。

視頻顯示元件的功能用途

視頻顯示元件屬于信息輸出元件，如指示燈、數(shù)碼管和顯示屏等。指示燈和數(shù)碼管只能顯示數(shù)字圖形信息，顯示屏能顯示模擬圖像信息。利用電致發(fā)光的特征和規(guī)律制作出視頻顯示元件，具有用光信號向人眼傳遞信息的功能，作為視頻信息發(fā)布元件應用于人機交互電路中。

命令元件的功能用途

命令元件屬于信息輸入元件，如按鈕、搖柄、滑桿、旋鈕、鍵盤、觸摸屏等。按鈕和搖柄只能輸入獨立數(shù)字命令?；瑮U和旋鈕能輸入連續(xù)模擬命令。鍵盤能構成輸入矩陣，可輸入組合命令。觸摸屏能設置成多種矩陣，可輸入多種組合命令。利用可調(diào)電阻、可調(diào)電容、可調(diào)電感、變?nèi)荻O管或拾音器等參數(shù)可調(diào)的電氣元件將輸入命令轉(zhuǎn)換為電信號的特征和規(guī)律制作出命令元件，具有將各種命令轉(zhuǎn)換為電信號的功能，作為信息輸入元件應用于人機交互電路中。

(六)無線傳輸元件類

天線的功能用途

天線按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線和接收天線，按用途可分為通信天線、廣播電視天線、雷達天線等，按方向性可分為全向天線和定向天線等，按工作波長可分為長波天線、中波天線、短波天線、微波天線等，按結構形式和工作原理可分為線天線和面天線等。天線、發(fā)射機和接收機都是無線電設備重要組成部分。因為發(fā)射或接收基本相同，所以同一天線既能作發(fā)射天線，也能作接收天線。利用將高頻電流變換為電磁波或者相反變換的特征和規(guī)律制作出天線，具有提高發(fā)射機或接收機傳播無線電波效率的功能，作為無線傳輸元件廣泛用于無線通信、廣播電視、雷達導航、電子對抗、遙感測量和無線充電等電路中。天線主要物理參數(shù)是方向性系數(shù)、增益、輸入阻抗、輻射效率、極化和頻寬等。

(七)保護元件類

保護元件具有保護電路的重要核心或高價值電氣元件免受損壞的基本功能。按保護方式分為直接保護和間接保護，直接保護將檢測和執(zhí)行整合，響應快、保護類型少。間接保護將檢測和執(zhí)行分開，響應慢、保護類型多。分為使用后只能報廢和可重復使用兩類。

保險元件的功能用途

保險元件由普通電阻串聯(lián)低熔點金屬密封后組成，分為一次式和可復式，通常與被保護對象串聯(lián)使用。在一定時間內(nèi)通過電流持續(xù)超過其額定電流數(shù)倍時保險元件熔斷，其響應時間快、分斷能力強。利用低熔點金屬過熱后熔化斷開的特征和規(guī)律制作出保險元件，具有過流熔斷直接保護重要元件免受過流沖擊的功能，作為保護元件廣泛應用于各種大功率電路的主回路中。保險元件的主要物理參數(shù)是額定電流、分斷電流和額定電壓等。

壓敏元件的功能用途

壓敏元件屬于一次式直接保護元件，通常與被保護對象并聯(lián)使用，響應時間快(納秒級)。壓敏元件按結構分為結型壓敏電阻器、體型壓敏電阻器、單顆粒層壓敏電阻器和薄膜度壓敏電阻器等，按材料分為氧化鋅壓敏電阻器、碳化硅壓敏電阻器、金屬氧化物壓敏電阻器、鍺(硅)壓敏電阻器、鈦酸鋇壓敏電阻器等，按伏安特性分為對稱型壓敏電阻器(無極性)和非對稱型壓敏電阻器(有極性)。利用浪涌電流出現(xiàn)時呈非線性導電特征和規(guī)律制作出壓敏元件，具有通過快速降低其阻值鉗住兩端電壓、保護重要元件免受過壓沖擊的功能，作為保護元件廣泛應用于過壓保護、防雷、吸收尖峰脈沖、抑制浪涌電流、限幅、高壓滅弧等電路中。壓敏元件的主要物理參數(shù)是限制電壓、通流容量、額定功率等。

(八)連接固定元件類

基底襯板的功能用途

常用基底襯板有鐵板和絕緣板等。其基本功能是安裝固定電氣元件，電氣元件端口之間采用導線進行連接。電氣元件要先安裝固定在基底襯板上，再用導線連接各電氣元件端口(通常采用機械壓接)。因為采用手工制作，所以成本高、體積大和精度低，適用于小批量生產(chǎn)的大功率電路。

PCB板的功能用途

基本特征是將基底襯板和導線整合，既可以固定電氣元件，還能進行電氣連接。PCB板分為單層板、雙層板和多層板。單面板中電源線、公共線和信號線都在同一層中，電氣元件分布密度低，適用于比較簡單電路。雙層板中電源線、公共線和信號線合理分布在頂層和底層，相互間用過孔連接，電氣元件分布密度較高，適用于復雜電路。多層板中電源線、公共線和信號線合理分布在不同層中，相互間用過孔連接，電氣元件分布密度高，適用于特別復雜電路。PCB板上電氣元件采用熱熔錫焊進行固定連接。因為采用批量化生產(chǎn)，所以成本低、體積小和精度高，適用于大批量生產(chǎn)的小功率電路。

為了掌握電路板包含的線路分布信息，需要從電路板關鍵元件入手，根據(jù)其端口連接線路走向，逆向推導出電路的接線圖。為了提高推導效率，先掃描和照相獲得電路板的元件分布圖，再拆除所有元件后獲得每層(多層板需要逐層解剖)的清晰數(shù)字圖片，多張數(shù)字圖片重疊進行異或運算后(反面圖片先鏡像處理)獲得電路的PCB圖。在PCB圖上用不同顏色矢量線條對不同線路用進行覆蓋，再把電氣元件更換為相應元件符號并編號，最后將矢量線條連接到元件符號各端口，就獲得電路工作原理圖。

通常PCB板上敷銅線條越寬通過電流越大。常用敷銅線條用途有電源線路、公共線路、接地線路、信號線路和總線線路等。電源線路和工作電源的正負電壓端直接相連，向電路板分配電流，電路板有一條或多條電源線路，其線條較寬或面積較大，連接多個電氣元件的端口，通常和有源元件電源端口直接相連;公共線路和工作電源的公共端直接相連，從電路板匯集電流，通常電路板只有一條公共線路，其線條較寬或面積較大，連接多個電氣元件的端口，通常和有源元件公共端口直接相連;接地線路通常和市電地線直接相連，通常也直接相連電氣設備外殼，用于保護用戶用電安全;信號線路連接多個電氣元件的端口，用于傳輸或分配數(shù)據(jù)、地址和控制等信息，電路板有多條信號線路，其線條較窄，高頻信號線路通常用公共線路作屏蔽包裹?？偩€線路連接多個具有總線端口的電氣元件，用于傳輸或分配多路同類信息，由多根并行排布的線條組成，其線條較窄。

接插件的功能用途

接插件通過機械壓力接觸產(chǎn)生電氣連接，其配合接口具有可分離性，可以增加電路設計靈活性、提高生產(chǎn)效率、方便更換零件。其基本特征是連接和固定各類電氣元件，將分布在不同空間位置電氣元件有機連接形成閉合電路，適用于需要經(jīng)常拆裝電氣元件的電路板中。

接插件分為插件和連接件。插件包括配套插頭和插座，插頭和插座針對不同設備、電路或電氣元件，封裝形式和可靠等級不同。連接件分為單芯、多芯導線、屏蔽線和排線等。插座、插頭和連接線必須緊密連接，保證連接可靠性。主要物理參數(shù)有：電氣性能包括接觸電阻、絕緣電阻、耐壓強度、特性阻抗和屏蔽效果;機械性能就是插拔力;環(huán)境性能包括耐溫、耐濕、耐鹽霧、抗振動和沖擊等。接插件要在額定電流和頻率范圍內(nèi)才能正常工作，否則使其處于不能正常工作的異態(tài)。通常用萬用表電阻檔判斷元件接插件好壞。

接插件由連接器、插頭、插座、連接電纜組成，用于連接或延長電路。廣泛應用于信號連接、高速信號連接、電源連接、高壓電源連接、光纖連接、車用連接、航空連接等。按其形狀體積分為圓形連接器、D型連接器、條形連接器和矩形連接器等。按其結構強度分為螺紋連接器、卡鎖連接器、推拉式連接器和直插式連接器等。

元件接插件是電路板上接線或安裝電氣元件的接插件，分為通用接插件和PCB元件插座。通用接插件用于連接不同的電路板。PCB元件插座固定在PCB板上，將電氣元件的安裝固定和電氣連接整合，方便多端口電氣元件(如CPU、內(nèi)存、顯卡等元件插座)的固定、拆裝和測量。

(九)電氣元件等級類

電氣元件根據(jù)穩(wěn)定性和耐用性要求分為民用級、工業(yè)級和軍工級。民用級電氣元件和工業(yè)級電氣元件在封裝和標識上沒有區(qū)別，軍工級電氣元件的封裝和標識有別于民用級和工業(yè)級電氣元件。

民用級電氣元件

主要應用于民用電氣產(chǎn)品中，易購實用，價格便宜，對參數(shù)指標、精密度要求低。民用級電氣元件的工作溫度范圍是0℃~+70℃。

工業(yè)級電氣元件

主要應用于工業(yè)用電氣產(chǎn)品中，穩(wěn)定耐用，價格中等，其參數(shù)指標、精密度高于民用級電氣元件。工業(yè)級電氣元件的工作溫度范圍是-40℃~+85℃。

軍工級電氣元件

主要應用于軍工用電氣產(chǎn)品和軍事裝備中，技術最先進，穩(wěn)定要求極高，價格昂貴，采購難度大，其參數(shù)指標、精密度高于民用級和工業(yè)級電氣元件。軍工級電氣元件的工作溫度范圍是-55℃~+150℃。

審核編輯：湯梓紅