《模电想说爱你不容易》之无源器件篇：番外篇

硬小妹：“李工，有源元器件和无源元器件区分的标准是什么呢？”

油条李：“何谓有？何谓无？何谓源？”

硬小妹：“。。。。。。”

油条李：“无他！唯感叹尔。源即源头，电子的源头则是电，所以有电则为有源；无电则为无源！”

无源器件又称为被动器件，在电子电路中，我们常用的无源元器件除了电阻、电容、电感、二极管之外，还有哪些类型呢？下面我们一起学习一下吧。

【继电器】

继电器是我们常用的弱电控强电、隔离信号的器件，它能够将输入端的电压、电流、频率、温度、压力、速度、光等转换成输出端的通断状态，进而实现被控设备的开关操作。

一、继电器的分类

1.根据继电器的原理或者结构特征可分为：电磁继电器、固态继电器、混合式继电器、高频继电器、同轴继电器、真空继电器、热继电器、光电继电器、极化继电器、时间继电器、舌簧继电器。

2.根据继电器触点负载功率的大小可分为：微功率继电器、弱功率继电器、中功率继电器、大功率继电器。

3.根据继电器的外形尺寸可分为：微型继电器、超小型继电器、小型继电器。

4.根据继电器的防护特征可分为：密封继电器、封闭式继电器、敞开式继电器。

二、继电器常用的触点组合形式

我们常用的继电器触点组合形式有单刀单掷（SPST）和单刀双掷（SPDT），每一种类型又可分为常开、常闭、转换等，如下图所示：

图源|网络

三、继电器的主要组件

1.继电器的线圈。为了保证继电器稳定可靠的工作，需要在继电器线圈两端施加其规格书中的额定电压；使用晶体管驱动继电器线圈时，应考虑晶体管的压降，避免因晶体管压降过大导致继电器工作不稳定。对于极化继电器，需要确认线圈电压的极性；对于磁保持继电器，需要确保线圈上的电压不能超过其所规定的最大电压，以免造成继电器的误动作。

2.继电器的触点。继电器的触点在不同类型负载条件下，在吸合和断开的瞬间会存在一定的抖动，该抖动产生的电流远大于其稳态电流，如下表所示：

图源|宏发继电器

继电器的触点抖动时间随着负载的不同而不同，该时间一般小于1秒，如下图所示：

图源|宏发继电器

四、继电器的使用注意事项

1.对于AC型继电器，其线圈电源电压波形最好是正弦波，该波形能够较好的抑制蜂鸣声，另外，由于存在涡流损失、磁滞损失和线圈效率降低等因素，所以其温升一般比DC型继电器高；电源电压波动超过额定电压的±10%时，易产生蜂鸣声；线圈断电时，供电回路当中不能有残留的直流电压分量，否则可能导致继电器不能正常释放。

2.对于DC型继电器，线圈两端的电压应使用阶跃电压，避免施加渐变电压，且电压波动应小于±5%，否则易造成继电器工作不稳定，引起触点的粘连或者异常损耗，另外，如果线圈两端并联了二极管或者发光二极管，会导致继电器释放时间加长，可能会影响其耐久性。

3.继电器的温升会导致线圈电阻值的增大，进而使其动作电压升高，因此应避免继电器在高温环境或者长时间工作，且相关参数应留有一定的余量。

4.如果继电器的线圈供电电源线达到数十米以上时，应在测量继电器线圈两端的电压后再选择合适的额定电压的继电器；当线圈电源断开后，由于长电源线的寄生电容会产生残压，进而造成继电器释放不良，此时，应在线圈两端连接旁路电阻，如下图所示：

图源|宏发继电器

5.继电器长期放置在高温、高湿环境或者连续通电时，如果将线圈接地易造成线圈被电蚀而导致断线，因此尽量不要将继电器线圈接地，不得不接地时，可以将线圈的控制开关设置在线圈的正极端。

6.继电器触点的使用寿命受到触点材料、触点电压、电流、负载类型、切换频率、环境状况、接触形式、触点抖动现象等的影响，其失效模式有触点材料转移、粘连、异常消耗、接触电阻增大等现象，使用时需要特别注意。

7.避免同一继电器既通断大电流负载又通断小电流负载，因为通断大电流负载时易产生触点飞溅物，附着在通断小电流负载的触点上，进而导致触点故障。

8.由于一般继电器的触点间隙较小，应考虑到可能由于触点间电弧引起短路的情况，且在触点切换动作之间预留一定的时间间隔。

9.感性负载比阻性负载更容易使继电器的触点受到损伤，因此要采取一定的保护电路措施以免损伤触点，常见的触点保护电路如下图所示：

图源|宏发继电器

图源|宏发继电器

【蜂鸣器】

蜂鸣器是一种将电信号转换为声音信号的器件，有了它，电子的世界不再是默默无闻的，它用自己独特的声音向人类传递着电路板的状态，那蜂鸣声、滴滴声刺破寂静的空气，仿佛在刻意引起人类的注意！

一、蜂鸣器的分类

1.根据蜂鸣器的安装方式可分为：贴片蜂鸣器、插件蜂鸣器和引线蜂鸣器；

2.根据蜂鸣器的结构不同可分为：压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器；

3.根据蜂鸣器的驱动方式可分为：有源蜂鸣器和无源蜂鸣器；

4.根据蜂鸣器出音孔位置的不同可分为：顶发声蜂鸣器和侧发声蜂鸣器。

二、蜂鸣器的常见类型

1.电磁式蜂鸣器。该类型的蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

图源|弘腾实业官网

2.压电式蜂鸣器。该类型的蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后，多谐振荡器起振,输出1.5～2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

图源|弘腾实业官网

3.有源蜂鸣器。该种类型的蜂鸣器的震荡源是在其内部的，接通电源蜂鸣器即可发声，因此在三极管驱动蜂鸣器的电路当中，通过控制三极管基极电平的高低即可控制蜂鸣器是否发声。

4.无源蜂鸣器。该种类型的蜂鸣器的内部没有震荡源，需要外部提供震荡源，此震荡源的波形一般为占空比为50%的方波。

三、蜂鸣器的使用注意事项

1.压电型蜂鸣器得益于其结构原理，其驱动电流较小，一般为几毫安至十几毫安，且其尺寸高度可以做到很低；而电磁型蜂鸣器的驱动电流较大，一般为几十毫安至一百毫安，且其尺寸高度相对较高，这两种类型蜂鸣器特点的对照表如下图所示，因此我们在选择蜂鸣器时要根据实际需求选择合适的蜂鸣器类型。

图源|村田官网

2.由于有源蜂鸣器的驱动信号波形是高低电平，而无源蜂鸣器的驱动信号波形是方波，因此无源蜂鸣器可以通过改变方波的占空比的大小来调整蜂鸣器声音的大小，而有源蜂鸣器则无法实现。

3.在使用三极管驱动电磁无源蜂鸣器时，应注意三极管集电极最大电流是否大于蜂鸣器的额定电流，否则易损坏三极管。

4.对于电磁无源蜂鸣器，其管脚两端需要并联一个开关二极管，以泄放蜂鸣器线圈的能量，保护驱动电路中的三极管；而对于电磁有源蜂鸣器和压电式蜂鸣器则无需并联二极管。

5.蜂鸣器是有极性的，其表面一般会丝印正极的符号，或者根据其管脚“长正短负”的原则来判断极性。

【发光二极管】

发光二极管，也就是LED灯，它能够将电信号转换成光信号，有了它，电子的世界不再是黑暗的，它就像一座座灯塔，矗立在电路板间，照亮迷茫信号的道路，指示着电路板的点点滴滴！

随着发光二极管制造工艺的进步，其体积向着微型化和巨型化两个极端方向发展，出现了MicroLED和LED灯珠，MicroLED现已应用在显示屏领域，LED灯珠则逐渐取代传统灯具，成为主流的照明源。

一、发光二极管的分类

1.根据安装方式的不同可分为：贴片发光二极管和插件发光二极管；

2.根据光线颜色是否可见分为：可见光发光二极管和不可见光发光二极管；

3.根据发光颜色的不同可分为：红色发光二极管、绿色发光二极管、蓝色发光二极管等；

4.根据组合形式的不同可分为：单色发光二极管、双色发光二极管和三色发光二极管；

5.根据外形结构的不同可分为：半球圆形发光二极管、方形发光二极管、矩形发光二极管、符号形发光二极管和组合形发光二极管。

二、发光二极管的颜色

我们常见的可见光发光二极管的颜色有红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管，而黄色我们则常用红色和绿色发光二极管混色产生。发光二极管的制作工艺已相当成熟，但不同颜色发光二极管的成本也会有所差异，特别是蓝色发光二极管的成本较高，因此在研发设计时应避免使用蓝色发光二极管，尽可能使用红色或者绿色发光二极管。

对于不可见光发光二极管，比如红外发光二极管，它的颜色是人眼无法捕获的，此时可以借助手机的摄像头来观察红外二极管的发光状态。红外发光二极管具有轻巧、省电、价廉、可靠耐用的优点，常用在家电产品遥控器、短距离通讯、光电耦合器等场景，但其也有通讯距离短、具有方向性等缺点。

三、发光二极管的特性

1.正向电压（VF）。发光二极管的正向电压一般为2V左右，不同颜色的发光二极管该参数会有所差异，因此在计算发光二极管限流电阻大小的时候要考虑到该参数的大小。

2.正向电流（IF）。该参数表征的是发光二极管的最大电流，因此发光二极管的工作电流不能超过该参数值且要降额使用，否则会影响其使用寿命。

3.发光二极管的正向电压会随着正向电流的大小的变化而变化，正向电流越大其正向电压也会缓慢增大，如下图所示：

图源|国星光电

4.发光二极管的正向电流的大小会随着环境温度的变化而变化，温度越高，其正向电流会逐渐减小，因此在实际使用过程中要注意环境温度对发光二极管的影响，如下图所示：

图源|国星光电

5.发光二极管的极性。对于插件二极管，可以通过器件管脚“长正短负”的原则来判断其正负极性，或者通过其表面的缺口标识来判断其极性，缺口处的管脚为负极；对于贴片二极管，可以通过其表面有绿色标记的一端为负极来判断，或者通过器件底部的绿色三角标识来判断其极性，三角指向的一端为负极。

【连接器】

在电子产品中，随着产品功能和复杂度的提高，不可避免使用多块电路板和外接器件，因此连接器几乎成为电路板不可或缺的元器件。

一、连接器的分类

1.根据使用方式可分为：线对板连接器、板对板连接器、线对线连接器；

2.根据结构不同可分为：一般型连接器、耐湿防水型连接器、气密性连接器、耐火型连接器等；

3.根据用途的不同可分为：PCB板连接器、扁平电缆连接器、同轴电缆连接器、压轴式连接器、角型连接器等；

4.根据工作频率的高低可分为：低频连接器和高频连接器。

图源|莫仕官网

二、连接器的线材

连接器的线材主要由线芯和护套组成，其中线芯的直径大小不同国家有不同的线规标准，比如美国线规AWG（American wire gauge），英国线规SWG（Standard wire gauge），伯明翰线规BWG（Birmingham wire gauge），目前线芯的线规标准使用较多的还是美国线规AWG，其又被称为Brown & Sharpe线规，该标准于1857年开始在美国使用。我们常用的AWG线规有22AWG、24AWG、26AWG等等，其数字越大，线芯的直径越小，如下表所示：

图源|网络

美国保险商实验室（Underwriters Laboratories），简称为UL，是世界知名的检测认证机构，其发布的关于电缆的标准已成为行业标准，UL标准电缆为单股电缆，具有多种颜色和护套结构可选，常用的UL线材标准有以下几种：

1.UL1571。该标准为电子设备内部连接线，最大耐压30VAC，最高耐温80℃，线芯规格为大于50AWG,单根、裸铜或者镀锡铜丝；

2.UL1007。该标准为电子设备内部连接线，最大耐压300VAC，最高耐温80℃，线芯规格为32AWG~16AWG，单根、裸铜或者镀锡铜丝；

3.UL1061。该标准为电子设备内部连接线，最大耐压300VAC，最高耐温80℃，线芯规格为30AWG~14AWG，单根、裸铜或者镀锡铜丝；

4.UL1015。该标准为电子设备内部连接线，最大耐压600VAC，最高耐温105℃，线芯规格为30AWG~1AWG,单根、裸铜或者镀锡铜丝；

三、连接器的选择注意事项

1.管脚间距。常用的连接器管脚间距有1.0mm、1.27mm、1.5mm、2.0mm、2.54mm、3.96mm和5.08mm等等，在结构空间允许的条件下，尽可能选择管脚间距大的连接器，以保证信号的可靠性。

2.管脚镀层。连接器管脚的镀层主要有镀锡、镀银、镀金，在潮湿环境或者有腐蚀性气体的环境中，应选择管脚镀金的连接器，以免长时间管脚氧化，进而导致接触不良。

3.管脚电压电流。不同规格尺寸的连接器其管脚最大耐压和电流是有差异的，特别是管脚间距较小的连接器，要特别注意，使用时不可超过其规定值。

4.连接器的方向性。对于插座来说，有直插式和弯插式两种，使用时应根据实际需求进行选择。

5.连接器的抗震性。在振动剧烈的环境中，应考虑连接器的抗震性，选择耐振动和冲击性能好的连接器类型。