2022年电子设计工程师认证综合知识辅导讲座答案pdf .pdf
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1、问题答案一、电子元件(一)问答题答案:1.导线或传输线有长短之分,其主要区别就在于传输线的线长l 与所传送的信号波长之间的关系:当 l 10 时,导线或传输线称为短线,此时传输线的分布参数可不必考虑,它可做无损耗、无相移的短线对待。当 l10 时,导线或传输线称为长线,此时传输线的分布参数(电容、电感等)必须考虑。在()中、低频电路实验与设计时,所采用的导线均可视作短线。例:频率为100KHz的信号,其波长入=3*108/5= =3*108/105=3000m,/10 =300m,故此频率下电路实验所用的导线均为短线。2.一根直导线,既有电阻也有电感,其电阻又分直流电阻与交流电阻,直流电阻随导
2、线长度增加而增加。而交流电阻由于趋肤效应,随工作频率的升高而加大。如直径为0.644mm 的裸铜线,其直流电阻约为0.061 /m,工作频率升至10MHz 和 100MHz 时,其交流电阻便由0.47/m增至 2.2/m,增幅是甚大的。直导线的电感量也是存在的,通常1cm 的导线其等效的电感量约为(18)nH,此值随直导线直径减小而增大,随导线长度增加而增加。3.高频信号电流流经导线时,会出现“趋肤效应”的物理现象即随着工作频率的升高,导线中的电流密度在导线截面上的分布,将由直流状态时的均匀分布,逐渐向外表面扩张,导线中心部分的电流将趋于0,使得导线实际上(等效成)为一环形导体,从而使导电的实
3、际导电截面大大减小,使导线的实际电阻(交流电阻)大大增加,频率越高,这一现象越加明显。4. 双绞线的工作频带更宽,能传送更高频率的信号。固为双绞线间的分布电容要比平行双线小得多,且其分布参数有抵消作用,故这些参数对高频信号的影响甚小。计算机网络用线通常均选用多组双绞线,其频带宽度可达数百MHz 或更高,音频信号、电话线路可用平行双行,其频带宽度可达数千赫兹至百千赫兹。5.双绞线能传送更高的数据码率,理由与应用同上题解答。6.这主要是由于平行双线间的分布参数(电容、电感等)对矩形波状中所含高频分量的衰减而造成的,一个矩形波的前后沿是否陡直是与其所含高频分量有关,前后沿愈陡直则所含高频分量就愈丰富
4、。而传输线的等效电路具有低同性质,其示意图如图1.1 所示, (图中电感、电容均为传输线的分布参数)很显然,此低通电路就将矩形波中的、高频分量给滤除或衰减了。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 22 页 - - - - - - - - - 7.同轴电缆又称同轴传输线,其断面如图1.2 所示意,同轴线的外皮(层)为绝缘层,贴近外皮的为金属网状导线,可起屏蔽作用(使用时长接地),经填充材料后,中心为金属导线。同轴电缆的特点是信号的辐射损耗小,特别是在高频工作时更为
5、明显;它的结构牢固,工作稳定,外层绝缘性好,可在地下、水下工作,同轴线的特性阻抗常为 50、75、100、150多种,工作频率范围甚宽(几十MHzGHz) 。8.如果传输线的特性阻抗,Ec与负载阻抗EL相匹配,即满足Ec=EL条件时,传输线上就只有入射波而无发射波,此时负载能吸收最多的有功功率,传输线上的这种状态称为行波状态。 行波状态下, 传输线任一点上的电压与电流均同相,其比值即为特性阻抗Ec。9.如果传输线的终端开路(EL=)或阻抗不匹配或只接线电抗元件,则传输线上除了入射波外,还有反射波存在,这反射波与入射波叠加,在传输线上就形成了电压和电流的波腹和波节,这样的传输状态就称为驻波状态,
6、驻波最大值的点称为波腹,最小值的点称为波节,若波节点之值为零则称为驻波,EL=时产生的驻波为全驻波。10 驻波系数的定义为:=驻波的最大值(波腹)驻波的最小值(波节)传输线匹配,即Ec=EL时, =1 ,信号能量作最佳传输;在 EL=,即负载开路时,=,负载不吸收任何功率;在ECEL,即阻抗不匹配时,1,负载不能很好的吸收所传送的能量,而将部分能量(信号)反射至信号源,此时若信号源内阻又与传输线的特性阻抗不匹配。则信号源又将反射波再次由信号送至负载,如此可形成多次入射、反射、再入射、再反射,iiiiii而再入射的信号主要比前次入射信号有了时间上的延迟。在电视机的天线阻抗、传输线的特性阻抗、电视
7、接收机的输入阻抗(一般为75)二者不相等,即有上述现象发生,严重时会在屏幕图像上形成重影(驻波干扰)。固此电视机对输入端的驻波系数要求较严,一般应小于(23) 。11 三个发光管均发光,且亮度一样。原因在于:传输线工作在阻抗匹配条件下,传输线处于行波状态,传输线上任一点的电压值均相同,电压电流比值为常数Ec(传输线的特性阻抗)。12.三个发光管的发光情况不一样,位于0.25m、0.75m 处的发光管不发光,位于0.5m名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 22
8、页 - - - - - - - - - 处的发光管能发光,且最亮,原因在于:有示意图1.3 可见:传输线长正好与信号波l长相等,而负载开路此处应为电压之波腹、电流之波节,据此0.5m 也为电压之波腹,0.25m、0.75m 处为电压之波节,波腹处电压最大,故发光管最亮,而波节处电压最小(近于零),故发光管不亮。13 其输入阻抗的表达式为:tantanLLiEjEclEEcEcjEl=+?+式中EC-为传输线的特性阻抗EL-为传输线的终端负载阻抗l-为传输线的长度=2 /-为传输线的相移常数,式中为工作信号的波长。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -
9、- - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 22 页 - - - - - - - - - 14.输入阻抗特性曲线可知(见图1.4)终端为开路的l=/4 的无损传输线,其输入阻抗Ei=0,相当于短路。终端为短路的l=/4 无损传输线,其输入阻抗Ei=,相当于开路。这样的 /4 的短路线在电路中可作元件的支架,另外若用无穷多根这样的/4 短路线可构成一封闭谐振腔,谐振腔是一种微波元件。15.输入阻抗特性曲线可知(见图1.4)终端为开路的l/4 的无损传输线,其输入阻抗等效为一电容;终端为短路的l/4 的无损传输线,其输入阻抗等效为一电感;这种结构的传输
10、线的等效或等效电感常用作超高频调谐电路中的调谐元件,如电视机UHF高频调谐的电路中就有这样的实例。16.输入阻抗特性曲线可知(见图1.4)终端为开路的 /4 /2 的无损传输线,其输入阻抗等效为一电感;终端为短路的 /4 /2 的无损传输线,其输入阻抗等效为一电容;这种等效的电感或电容同样可用作超高频调谐电路中的调谐元件,在电视机UHF高频调谐名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 22 页 - - - - - - - - - 的电路中也有此应用。17.此电视机的
11、输入系统未实现阻抗匹配-一是天线阻抗与传输线间的不匹配,二是传输线与电视机输入阻抗间的不匹配,这种不匹配造成了信号功率不能很好的向负载(电视机)传输,使电路出现驻波状态,由于传输线的两端的阻抗均不匹配,结果造成的信号入射、反射、再入射、再反射的多次接收,使屏幕图像出现多道重影。iiiiii解决的办法:将天线与电视机间的传输线由300的扁平线换成75的同轴电缆即可。18. 10cm 长,直径为0.4mm 的电感量按下式求出:40.2 (2.3lg41000.2100(2.3lg)0.41230.75)0.75lLldnHnH=-此导线在 f=100 KHz 、100MHz、1GHz的感抗按计算分
12、别得:0.077、 77、 770。很显然,在高频或超高频工作时,一般导线决不能当作一短路线对待。19.电阻的主要技术系数有:阻值、允许误差(精度)、额定功率、尺寸(体积)、频率特性、温度系数等。20从使用角度区分,电阻长分一下几类:同轴电阻(膜电阻)这类电阻又常分为碳膜电阻和金属膜电阻两类。片状电阻(即LL 电阻)这类电阻由常分为“薄膜型”和“厚膜型”两种,应用较多者为后者。特殊电阻常用的有线绕电阻、水泥电阻、热敏电阻,保险电阻等多种。21. 碳膜电阻的特点:成本低、粒度较低、最高只能做到5% ,负温度系数。金属膜电阻的特点:粒度较高、最高可做到0.2%0.1%,正温度系数。与碳膜电阻相比,
13、 等阻值金属膜电阻的体积要小将近一倍,另外其稳定性能也更好,故得到广泛应用。22.片状电阻是一种无引线电阻,(Lead-Less电阻),简称 LL元件,片状电阻也分 “薄膜型”和“厚膜型”两种,而应用较多者为后者,与“薄膜型”相比,厚膜片状电阻的功率容量较大,且高频噪声较小,与同轴电阻相比,片状电阻的体积要小的多,其应用已愈来愈少。23.体积较大的同轴电阻(倒1/8W的功率以上)阻值常用直接标注法,即在电阻体上直接用数字标注电阻的阻值与粒度,这种标注简捷而明了。1/8W 功率以下碳膜电阻的阻值常采用四色色环标注法,其前例如图1.5 (a)所示。1/8W 功率以下金属膜电阻的阻值常采用五色色环标
14、注法,其前例如图1.5 (b)所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 22 页 - - - - - - - - - 24.各色色标的含义如表1-1 所示:表 1-1色环标注法的含义色环色序第 1 环(靠近电阻一段)数值第 1环数值第 3 环第 4 环第 5 环为 5 色环法电阻误差4 色环法为 0 的个数5 色环法数值4 色环法电阻误差4 色环法为 0 的个数黑0001000101111011101%红2221022102%橙3331033104441044
15、100.5%绿55510550.2%名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 22 页 - - - - - - - - - 表 1-125.片状电阻阻值的标注通常有3 种方法,其具体含义如表12所列。表 12片状电阻阻值的标注法26.用猛铜、康铜、镍铝电阻丝在陶瓷、树脂等绝缘材料制成的圆柱或薄片骨架上绕制、引线、封装而成的电阻器,即为线绕电阻。线绕电阻的特点是精度高,功率容量大 (从瓦级至几十瓦级甚至更高),缺点是体积大,并具有较大的寄生电感,不适用中高频电子电路。
16、另外还有一种无感线绕电阻,这是以双线并绕工艺而制成的一种线绕电阻,这种电阻基本上不存在寄生电感,同时也能防止外侵干扰,性能较好,常用于精密仪器制造,市售不多见。27.用镍铬合金电阻丝,在长方形云母片骨架或圆柱形陶瓷骨架上间绕而成,再以铜线两端引出,并以白水泥浇灌封装而成的电阻器即为水泥电阻。水泥电阻的特点是:功率容量大、耐热、结实、寿命长,使用于大功率场合,但由于是线绕结构,故存在寄生电感。蓝6661066100.1%紫777107710888108810999109910110-5%110-5%银210-10%210-10%无色20%20%3 位数字标注法(XYZ )2 位数字后加R 法(
17、XYR )2 位数字中间加R法( XRY )释义X-表示阻值的第1 位有效数字Y-表示阻值的第2 为有效数字Z-表示前两位有效数字后“0”的个数,单位为?X-表示阻值的第1 位有效数字Y-表示阻值的第2 为有效数字R-字母 R表示前两位XY之间的小数点单位为 ?X-表示阻值的第1位有效数字Y-末尾数字表示该电阻阻值小数点后的有效数字R-字母 R表示 X、Y间的小数点单位为 ?示例例 1:275-2700000?=2.7M?例 2:10010?例 3:10310000?=10K ?例 1:51R-5.1?例 2:10R-1.0=1?例 3:47R4.7?例 1:5R15.1R例 2:4R74.7
18、?例 3:9R19.1?说明通常为大阻值标注通常为小电阻阻值标注名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 22 页 - - - - - - - - - 28.保险电阻是一种计型双功率元件,它既有普通电阻的限流降压功能,又有保险丝的熔断功能,近年来已广泛应用与电视、DVD、扩音机等音视频家用电器中,保险电阻有分类:不可恢复型 -超过额定电流时,电阻快速熔断,切断电的通路,熔断后,此电阻不可恢复,必须更换。此类电阻的功率规格为0.25、 3W。阻值范围为0.2210K;
19、?可恢复型 -在过流状态时, 不做破坏性熔断,而是大电流骤然增大时其自身温度陡之上升,温度上升导致自身的阻值瞬时变得很大,使流过的电流大大减小,而起到保险(保护)作用。这种电阻对电网的电流流通、雷电、瞬间的静电干扰等均有较好的防护,一旦这些扰动过后,此保险电阻的29.电阻器在高频条件下工作,有两个重要因素必须考虑:一是电阻的两端引线以及电阻体的电感;另一是电阻体与电路中其它金属体,如底板、外壳等之间的分布电容。其中引线电感和电阻R 等效为串联联接,分布电容和电阻R域并联联接, 其等效电路模型如图1.6 所示:实例表明,一个两端引线各为10mm,电阻体长为7mm 的电阻,其寄生电感(引线电感)约
20、为 17.65nH。30.在中低频,乃至高频工作时,由于引线电感,分布电容所起的作用甚小,故其电流、电压是同相的,二者间无相位差,但在超高频(300MHz 以上)工作时,这些分布参数不可忽略,其电压、电流之间的相位就会不再相同。31.电阻上所产生的噪声属于热噪声,也称其父噪声或白噪声,它的频谱范围是非常宽的。电阻所产生的噪声大小与电阻值R,温度 T, 噪声带宽与有关,其表达式为:Nf24nnUKTRf=式中 K为波尔兹曼常数,其值为,231.3810/JK-T为电阻的绝对温度,为电阻两端所产生的热噪声电动势的均方值。2nU32.阻值随温度变化而变化的电阻称为热敏电阻,此温度包括环境温度和自身的
21、温升。热敏电阻通常分如下三类:Pt 热敏电阻 - 这是由贵金属电阻铂( Pt)为敏感元件的薄膜型热敏电阻。其特点是精度高、灵敏度高、线性度好(在室温至范围内)坚固可靠,但价格昂贵。01000CPTV热敏电阻 - 这是一种应用十分广阔的正温度系数热敏电阻。其阻值在常温下只有几欧姆或几十欧姆,但温度升至自身的“居里点”时(可在之间选择),其阻值030300C名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 22 页 - - - - - - - - - 能在 12 秒钟内急剧升至
22、几百欧姆至几千欧姆,另外PTV元件的额定功率很大,可达几百至几百瓦。NTC热敏电阻 - 这只一种应用甚为广泛的负温度系数热敏电阻,其负温度系数一般为,在温度为的常用温度范围内,NTC元件的阻值随温度是02%6% /C-050C-0250C线性状态变化,附近阻值约为数千欧姆,而在时,阻值可降至几十欧姆,另050C-0250C外 NTC元件的额定功率很小,约为mw级,不能承受过大电流。NTC 元件常用于温度测量和温度控制的设备中。33.一种一半导体为材料,电阻值能随光照强度变化而变化的电阻,其特点是灵敏度高、光谱响应范围宽、抗过载抗震动冲击能力强,机械强度好,体积小、重量轻、寿命长。光敏电阻一般分
23、为两大类:可见光敏电阻 -应用十分广泛不可见光敏电阻-它又分为红外光光敏电阻和紫外光光敏电阻通常光敏电阻的阻值是随光照强度增强而减小。34 力敏电阻也称电阻应度片,应度片、电阻片。这是一种阻值随外加压力、拉力、重力、应变、加速度、位移等物理量变化而变化的力敏元件。请注意:力敏电阻不是压敏电阻。常用的电阻应度片分为两类:金属箔式电阻应度片-主要用于测量纵向拉伸应力,性价比高,应用广泛;金属薄膜式电阻度片-性能好、品质优良、制造工艺要求高。35 压敏电阻是一种对外加电压(不是压力!)的变化而产生敏感效应的特中电阻,其阻值的变化一般与外加电压的变化成反比关系,即当外加电压升高时,其电阻值将下降。常用
24、的压敏电阻有二种:硅( Si)压敏电阻 -为低电压(最低0.55V)工作的小型非线性电阻,工作时能吸收和抑制过电压脉冲,对电路能起保护作用。在电路中不可稳压、限幅、非线性补偿之用。硅压敏电阻具有负温度系数特性。氧化锌压敏电阻-应用极其广泛,其非线性特性明显,限幅特性良好,在高压状态下耐压浪涌电流的能力强,能限制电路自身产生的或外部侵入的异常电压冲击,从而能对相关电路与元器件起保护作用。另外它还有响应速度快、漏电流小、电压范围宽、性能稳定、体积小、价廉等优点。36.阻值随周围环境中某些气体(如一氧化碳、甲烷、丁烷、乙醇等被测气体)浓度变化而变化的电阻器称为气敏电阻。气敏电阻通常为半导体敏感元件,
25、是由非线性化学配比的具有气敏效应的金属氧化物半导体材料以独特工艺、高温烧结而成, 它有 N 型和 P型两种类型。图1.7 是气敏电阻工作的典型电路。图1.8 是 N 型气敏电阻的敏感特性曲线。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 22 页 - - - - - - - - - 图 1.7 的电路中:AB两端外接正的直流电压,电压范围为540V,灯丝 ff 的外接直流电压不分正负,电压范围为 4.55.5V,在常态下,气敏电阻的阻值较大且较稳定,此时输电电压较小,约
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