固态电路基础大分析：二极管/晶体管/整流器/压敏电阻

本文旨在对电子学进行简要概述，而不会使电子理论的读者感到不知所措。它简要讨论了二极管，晶体管，整流器，压敏电阻和电路板的操作。当直接使用电子电路板时，电子理论很重要。但是，在这个行业中，电路板的好坏。不必知道哪个组件有缺陷。除了更换熔断的保险丝外，很少尝试对电路板进行任何现场维修。

固态技术是什么意思？顾名思义，固态是指使用固态材料控制电子或电子运动。要了解固态，有必要知道它之前发生了什么，以了解为什么使用该术语。固态设备之前的许多电子组件都使用玻璃真空管或填充有特殊气体的玻璃管来控制电子流。是的，它们是固态设备，但它们具有真空空隙或特殊的电子传输气体。当电子流成分完全变为固态时，出现了固态一词。也就是说，它们没有玻璃，开口区域或空隙。

固态组件是当前的技术，并且与第一代固态组件和较旧的真空管技术相比，某些组件已经小型化。相比之下，第一批真空管计算机占据了一个很大的房间，并没有提供比当今更小的手机那么多的功能。

这是固态技术的优点：

● 减少设备尺寸

● 提高计算能力

● 更少的热量和能源使用

● 耐用性

所有这些优势都有利于电子技术的发展，其中包括对暖气通风空调和制冷（HVACR）设备的控制。

电容器类

电容器上电动机和压缩机中使用具有比在固态电路中使用的电容器不同的功能。单相电动机或压缩机上使用的电容器有助于启动电动机旋转（启动盖）或减少运行安培（运行盖）。固态电路中的电容器用于产生平滑的图1

图1

来自整流交流正弦波的直流电压。固态设备中的电容器也可以设计为阻止或控制电流和方向。图1显示了固态电路中可能看到的两种不同类型的电容器。与电动机盖相比，固态电路中使用的电容器通常具有非常低的微法拉和额定电压。

有时将电容器与电池进行比较，因为它们会存储电子并且因为它们都有两个端子。但是电容器与电池完全不同。电池产生化学反应，该化学反应在一个端子上产生电子，并在另一端子上吸收电子。但是，电容器不能产生电子。它只是将它们存储在盘子上。电子不会穿过电容器。电容器端子连接到由电绝缘材料隔开的两个板上。绝缘材料称为电介质。考虑电容器的一种方法是想象两块铝被一块绝缘纸隔开。电子存储在电容器板上。

二极体

甲二极管，如在图2和图3所示，是一个两端子电子仅在一个方向上传导电流分量。可以将其视为电子止回阀。该术语通常是指半导体二极管，是当今最常见的类型。半导体是连接到两个电端子的半导体材料的结晶片。

二极管最常见的功能是允许电流在一个方向上通过，而在相反方向上阻止电流。因此，可以将二极管视为单向阀的电子版本。这种单向行为称为校正或更改。这用于将交流电转换为直流电。

晶体管

的晶体管相比，它的前身，玻璃真空管。如图4所示，晶体管是用于增加或放大电信号的半导体器件。它也可以用作电子开关。它由一块固态的半导体材料制成，通常具有三个端子连接，如图5所示。某些晶体管单独使用，但大多数晶体管被小型化并嵌入集成电路（IC）中。

图2

图3

图4

图5

晶体管是现代电子设备的基本组成部分。该晶体管于1950年代初以其最简单的形式首次使用。它的较低的功率要求和紧凑的尺寸可以减小设备尺寸。商业晶体管的最早使用示例是小型便携式无线电设备，现称为较大的“动臂箱”。与当今的普通笔记本电脑和其他便携式设备相比，第一批计算机只有很少的固态组件，并且只有一个房间那么大，计算能力也较小。晶体管的问世和其他固态设备使计算机的尺寸缩小，功率要求也大大降低。这为个人计算机（PC），笔记本电脑和其他日常计算设备铺平了道路。

晶体管体积小，重量轻的优势促使人们开始着手使电子设备小型化。晶体管的其他优点是它们不需要预热时间，并且消耗的功率更少。因此，它们散发的热量更少。较低的功率需求转化为更高效率的运行。晶体管寿命长，可靠性高且坚固耐用。

集成电路

集成电路或集成电路包含安装在一个组件中并安装在电路板上的许多晶体管和其他固态设备。IC有时被称为芯片，通过金属引脚连接到电路板上，如图6所示。该IC实际上是本文讨论的大多数组件的最小化。该IC实际上用于电路板中的所有电子设备。

图6

整流器

甲整流器是一个电气设备，其将交流（AC）到直流（DC）。许多固态设备使用直流电源。整流器会阻塞一部分交流电波以对其进行修改，使其更接近直流电压。例如，整流器可以设计为斩波AC电压正弦波的下半部分。整流器本身不会产生直流电压。可能需要其他整流器，二极管和电容器（如果需要直流电压）。

图7

图7显示了连接到桥式整流器电路中的四个整流器。桥式整流器也称为全波整流器。图的上部显示了正常的交流正弦波，每秒60赫兹。中间的图显示了如何连接四个整流器以创建桥式整流器电路。下图是修改后的输出电压。修改后的DC并非电池电压所期望的平坦电压，而是适用于某些DC电路的断断续续的正电压。如果直流操作需要，可以用电容器和其他固态组件清除不稳定的直流电压。

图8

图8显示了两种不同类型的桥式整流器。桥式整流器的识别功能是四线连接。整流器的大小确定其当前承载能力。

整流有时会起到除产生直流电压以外的作用。例如，在燃气加热系统中，先导火焰精馏用于检测小火焰的存在，该小火焰将用于点燃燃烧器。放置在引燃火焰中的两个金属电极提供了一条穿过火焰的电流路径。火焰实际上是改变交流电压的导体。施加的交流电压的整流将在引燃火焰等离子体中发生，但仅在存在火焰时会产生。部分直流电压用于向安全控制装置发出信号，指示存在先导火焰，并且燃气阀可以打开以点燃燃烧器。这将启动点火过程。

压敏电阻

甲变阻器是与反向电阻的两元件的半导体，其中所述电阻下降为所施加的电压增加。它们也称为金属氧化物压敏电阻（MOV）。压敏电阻的符号如图9所示。图10所示为MOV。乍一看，请注意，MOV的外观与固态电路中使用的电容器相同。但是MOV的界限并不常见在电容器上发现。将MOV视为高压避雷针，将危险电压从要保护的组件上移开。

图9

图10

压敏电阻通常用作使电子电路中的瞬态高压短路的安全装置。瞬态电压是一种高压尖峰，可以持续足够长的时间，从而导致组件损坏。例如，在将短期瞬变200 V施加到120 V电路时，可能会发生这种情况。施加的电压越高，时间越长，组件损坏的可能性就越大。即使是短时的高压尖峰也可能会断开电动机或线圈绕组，或损坏敏感的固态设备。MOV连接在电路中，因此在高于正常电压的情况下触发MOV时，会将高压产生的电流引向要保护的组件。压敏电阻也称为压敏电阻（VDR）。

常用的压敏电阻是MOV，用于构建典型的电涌保护器电源板。MOV是夹在两个金属板之间的氧化锌颗粒的陶瓷块。这种设计的结果是高度非线性的电流-电压特性，其中MOV在低电压下具有高电阻，而在高电压下具有低电阻。MOV可以很好地使与其保护的组件之间的线路电压瞬变短路。

MOV不做什么

MOV将无法控制电涌。照明通常比电压尖峰高，并且会损坏MOV以及可能要保护的设备。使用串联热保险丝是防止灾难性MOV故障的一种方法。

压敏电阻不提供以下设备保护：

• 浪涌电流浪涌
• 短路产生过电流
• 电压骤降（也称为掉电）；它既不感知也不影响此类事件
• 微控制器和微处理器

从本质上说，微控制器是一台运行一个主要组件的专用计算机。微处理器，也称为中央处理单元或CPU，旨在操作复杂的系统。可以将CPU设计为在HVACR系统中执行多种功能。电子膨胀阀（EXV）可以通过简单的CPU或微控制器进行控制。EXV附带的电子控制器可测量各种制冷剂管线温度，电机温度和转换后的压力，以控制准确的EXV过热。精度在设定的过热温度的±1°F之内。

电路板

固态组件安装在有时称为印刷电路板的电路板上。顶部和底部电路板的示意图如图11所示。将组件放置在电路板的顶部，并通过板上的字母标识安装。例如：

R =电阻

I =集成电路

D =二极管

K =继电器

P =插入式连接

图11

如图所示，板的底部显示了组件连接线和焊接点。连接线取代了电线的使用。它们通常是铜带，但在特殊应用中可以是银或金。
编辑：hfy