基本电子元器件有哪些

共有13种基本电子元件,其中许多还包含子类别。本文将逐一介绍这13种元件。最初,电子元件被分为两大类——无源元件和有源元件。正如 维基百科所解释的,“电子元件是 电子系统 中用于影响电子或其相关场的任何基本分立器件或物理实体”。

 

这13种元件类型是:

  1. 开关

  2. 电阻器

  3. 电容器

  4. 晶体管

  5. 二极管

  6. 电感器

  7. 继电器

  8. 电池

  9. 断路器

  10. 电动机

  11. 保险丝

  12. 变压器

  13. 集成电路

 

开关用于接通和断开电子电流,或将电流引导至其他电路中——其形式多种多样,包括摇臂开关、按钮开关、拨动开关,以及各种极数和掷数的组合—— 开关种类繁多。 开关有两种类型——机械式和电气式——两者都可用于电子元件的制造。开关有两项主要额定参数:电压,用于评估在发生短路和电弧闪络之前所能承受的最高电压;以及功率,用于设定元件在工作时所能承受的最大功率——通常以伏安(VA)或瓦特为单位来衡量。

 

电阻器 用于控制电路中的电压,以欧姆为单位进行测量,其阻值可通过电阻器上的彩色色环来确定。电阻器种类繁多,包括绕线电阻器、贴片电阻器、可变电阻器、金属膜电阻器以及厚膜和薄膜电阻器。正如 维基百科所解释的,“电阻器是一种无源双端电气元件,作为电路元件实现电阻功能。在电子电路中,电阻器用于减小电流、调节信号电平、分压、为有源元件提供偏置以及端接传输线等多种用途”。

 

电容器可以储存电能,在电路电压下降时释放使用。 电容器 也曾被称为电容器(旧称冷凝器)。与电阻器不同,电容器不会消耗大量能量,理想的电容器应完全不损耗能量。莱顿瓶是早期的电容器——诞生于1746年。每个电容器都有两个由非导电区域隔开的导体。电容器可被充电和放电,其容量以法拉(F)及其变体皮法(pF)和纳法(nF)为单位来衡量。

 

最早的 晶体管 于1947年在贝尔实验室问世,约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿也因此获得了1956年诺贝尔物理学奖。三年后,穆罕默德·阿塔拉与姜大元同样在贝尔实验室发明了MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)。MOSFET是当今最常用的晶体管,已成为现代电子学的基本构建模块。有趣的是,“晶体管”一词是“跨阻”(transresistance)的缩合词。该元件在大多数情况下取代了阴极管(真空管),因为它体积更小、耐热性更强,且功耗更低。

 

二极管引导电流,使其只能沿一个方向流动,而阻止其反向流动。二极管在一个方向(被阻断的方向)上具有高电阻,在另一个方向上具有低电阻。这两个方向分别称为正向(低电阻或零电阻方向)和反向(高电阻、被阻断的方向)。早期的 二极管 是真空管器件,此后根据不同用途发展出了多种类型的二极管。热敏二极管、半导体二极管、晶体二极管、雪崩二极管、激光二极管,以及广为人知的LED(发光二极管),都只是二极管众多种类中的一部分。


 

电感器 在电荷流经磁场时储存能量,是一种双端电子元件。根据法拉第电磁感应定律, 线圈周围磁场环境的任何变化都会在线圈中“感应”出电压(电动势)。电感器更多用于交流设备和收音机中,在这些应用中它们允许直流电通过,同时阻挡交流电流。

 

继电器是一种电动开关,最初用于电报系统。由于继电器具有开/关的特性,后来被应用于早期的计算机行业以及电话系统。由于其本质上以1和0的方式工作,继电器曾被用于计算机中的逻辑运算。“一个简单的电磁继电器由缠绕在软铁芯(螺线管)上的线圈、为磁通提供低磁阻路径的铁轭、一个可动的铁质衔铁,以及一组或多组触点组成,” 维基百科指出。

 

电池储存并释放电能——可充电电池可以反复完成这一过程。 电池 有多种尺寸,使用的金属材料也各不相同,从锌到氧化银,再到锂。电池的适应性也非常强——甚至有电池被用于月球表面和海洋深处。

 

断路器顾名思义,用于切断电路。本质上,断路器的作用类似于控制电流的开关,用以保护电路托马斯·爱迪生于1890年为其电力配送系统申请了保险丝专利 免受过载电流或短路的影响,这一点与只能使用一次的保险丝不同。断路器可以复位,因此使用寿命更长,也能降低成本。托马斯·爱迪生也参与了早期断路器的研发。“断路器的额定值既包括其预期承载的正常电流,也包括其能够安全切断的最大短路电流。后者被称为断路器的额定短路分断能力(AIC)。” 

 

电动机将电能转化为机械能(其他类型的电动机则转化为其他形式的能量)。这一过程涉及  磁场与载流导体之间的相互作用,最早于1821年被阐明,并在整个19世纪不断被制造和应用。这一过程效率越高,驱动电动机所需的千瓦数就越少。 

 

保险丝 用于保护电路免受过载影响,是一种一次性使用的金属丝或金属条。保险丝由银、铜、锌和铝等具有可预测电阻值的金属制成。保险丝作为断路器的替代品,是两者中较早出现的一种,最初是为了保护早期电报行业免受雷击而研发的。托马斯·爱迪生于1890年为其电力配送系统申请了保险丝专利。

 

变压器 将电能从一个电路传输到另一个电路(甚至可以传输到多个电路)。电磁感应现象由法拉第等人发现。感应线圈是最早实现批量生产的变压器,于1836年在爱尔兰制造,比法拉第阐述电动势和电磁感应晚了五年。 由卡罗伊·齐佩尔诺夫斯基、奥托·布拉蒂和米克萨·德里组成的ZBD团队在匈牙利甘茨工厂通过制造出第一台封闭式装置,彻底改变了变压器的发展。

 

集成电路(又称微芯片)是集成在一小片半导体材料上的一组电子电路。凭借其极小的体积以及“大规模生产能力、可靠性和电路设计的积木式方法,标准化集成电路迅速取代了使用分立晶体管的设计。如今,集成电路几乎应用于所有电子设备,彻底改变了电子学的世界。得益于集成电路体积小、成本低的特点,计算机、手机及其他数字家电如今已成为现代社会结构中不可或缺的一部分”。

 

集成电路基本上分为两种类型:模拟和数字。模拟集成电路是指在模拟域中工作的集成电路(如放大器、稳压器等)。数字集成电路则包括逻辑门、微控制器和微处理器。

 

微控制器 是集成在金属氧化物半导体芯片上的小型计算机,用于医疗设备、遥控器、家用电器等远程或嵌入式设备中。微控制器与晶体管一脉相承,也是遵循摩尔定律的另一种电子元件。微控制器(也称为MOS晶体管)最早在20世纪70年代初问世,如今被广泛应用于各种产品中。而且,由于MCU可以预先编程,制造商能够通过批量生产来降低成本。

 

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