基督复临安息日会青年荣誉答题手册/职业/无线电电子学

无线电电子学
职业世界总会	技能等级 2
职业世界总会	引入年份：1938

无线电电子学荣誉是技术大师奖的一部分。

1. 识别至少 20 种电子学中使用的符号。

2. 通过颜色代码识别电阻器的阻值。

来自维基百科

电阻器的阻值通过使用色带标记在设备本身。

色带A是阻值的第一个有效数字（单位为欧姆）。
色带B是第二个有效数字。
色带C是十进制乘数。
色带D（如果存在）表示值的公差百分比（无颜色表示 20%）。

为军事用途制造的电阻器也可能包含第五条色带，表示组件故障率（可靠性）；有关更多详细信息，请参阅 MIL-STD-199。

根据 EIA-RS-279 的标准 EIA 颜色代码表如下：

颜色	第一条色带	第二条色带	第三条色带（乘数）	第四条色带（公差）	温度系数
黑色	0	0	×10⁰
棕色	1	1	×10¹	±1% (F)	100 ppm
红色	2	2	×10²	±2% (G)	50 ppm
橙色	3	3	×10³		15 ppm
黄色	4	4	×10⁴		25 ppm
绿色	5	5	×10⁵	±0.5% (D)
蓝色	6	6	×10⁶	±0.25% (C)
紫色	7	7	×10⁷	±0.1% (B)
灰色	8	8	×10⁸	±0.05% (A)
白色	9	9	×10⁹
金色			×0.1	±5% (J)
银色			×0.01	±10% (K)
无				±20% (M)

记住前十个颜色代码的实用记忆方法是“Better Be Right Or Your Great Big Venture Goes West”，其中第一个字母与颜色代码的第一个字母匹配，按从低到高的顺序排列。

电阻器以欧姆为单位测量，因此黄紫红棕色表示 4700 欧姆，公差为 1%。

3. 演示正确的焊接技术。

焊接是一种将电子元件半永久性地连接在一起或连接到电路板的方法。它涉及将焊料加热到熔点，并使其在元件本身重新凝固。加热是通过烙铁完成的。

首先打开烙铁并等待其足够热以熔化焊料。可以通过将一些焊料接触到烙铁尖部来测试这一点。通过用湿海绵擦拭烙铁尖部来清洁它。在焊接大量接头时，这可能需要经常重复。

在尝试焊接之前，连接也应该光亮干净。它们通常足够干净，不需要注意，但是如果您难以使焊料粘住，则可以使用一些焊剂清洁它们。

将烙铁尖部放置在您要连接的元件上，并将它们一起加热。在同时将焊料接触到元件时执行此操作 - 不要将焊料接触到烙铁。目标是将元件加热到足以使它们自己熔化焊料的程度。否则，您最终会得到一个“冷”的焊点，它将在将来某个时候失效。

如果焊接导线，请先将它们扭在一起。虽然焊料具有一定的机械强度，但不足以承受很大的压力。因此，不应依赖它来执行除建立电气连接以外的任何其他操作。如果接头承受压力，它很容易失效。

并且永远记住 - 焊料是热的，新焊接的电子元件也是热的。不小心可能会导致严重的烧伤。

4. 解释电子学中各种重要元件的使用和工作原理，例如电阻器、可变电容器、固定电容器、线圈、晶体管、集成电路、二极管和变压器。

电阻器

电阻器的功能是在电路中限制电流。电阻器也可以通过串联连接组合成“分压器”电路。

固定电容器

固定电容器可用于保存电荷。它们通常用于通过与电源并联放置来平滑电源电路中的噪声。如果电容器串联放置，则它不能通过直流电。这是因为电容器的阻抗随频率而变化，在零赫兹（直流电）时，它的阻抗为无穷大。大电容器在给定频率下的阻抗小于小电容器，因此，电容器可用于“频率选择电路”，例如滤波器。

电容器的值以法拉（或更常见的是微法拉）为单位测量。微法拉是法拉的百万分之一。大电容器具有数十或数百微法拉。较小的电容器以皮法拉（皮法拉是微法拉的百万分之一，或法拉的万亿分之一）为单位测量。微法拉通常缩写为 μF（有时为 uF），皮法拉通常缩写为 pF。

可变电容器

可变电容器可以用于频率选择电路，用户可以控制所选频率。例如，在收音机或电视机调谐器中。

线圈

线圈也称为电感器。通过线圈的阻抗也与频率有关，但与电容器相反。在直流电下，电感器几乎没有阻抗，阻抗随频率升高而增加。电感器通常与电容器结合使用，用于频率选择应用。它们也常用于滤除电源中的噪声。由于电源应该提供恒定电压（0 赫兹），因此可以在电源和负载之间串联放置电感器。电感器会吸收较高的频率，使负载不会受到影响。

电感器的单位是亨利，缩写为 H。

晶体管

晶体管有两个基本应用 - 可以用作开关，也可以用作放大器。

晶体管主要有两种类型，双极型和场效应型。

双极型晶体管有三个端子：基极、集电极和发射极。从基极流向发射极的电流控制着从集电极流向发射极的电流量。如果基极到发射极没有电流，集电极到发射极就不会有电流。这就是双极型晶体管可以用来作为开关的原因。

双极型晶体管有两种类型：NPN 和 PNP。在 NPN 双极型晶体管中，从集电极流向发射极的电流与从基极流向发射极的电流成正比。一个小信号可以通过注入到晶体管的基极来放大。在这种情况下，从集电极流向发射极的电流是流经基极到发射极的电流的放大版本。

PNP 双极型晶体管的工作方式与 NPN 相同，只是电流方向相反，即电流从发射极流向基极，以及从发射极流向集电极。对于 PNP 晶体管，可以想象从基极“拉出”电流，而不是“注入”到基极。

场效应晶体管与双极型晶体管类似。场效应晶体管 (FET) 主要有两种类型：N 沟道和 P 沟道。它们也有三个端子：栅极、漏极和源极。如果在 N 沟道 FET 的栅极和源极之间施加电压，则从漏极到源极的电阻会减小。如果在栅极和源极之间施加足够的电压，则电流可以不受阻碍地从漏极流向源极。如果没有施加电压，则电流就无法从漏极流向源极。

在 P 沟道 FET 中，电压和电流是反转的，即当栅极比源极更负时，电流可以从源极流向漏极。

集成电路

集成电路，也称为“芯片”，是将晶体管和电阻蚀刻在硅（或其他半导体材料）芯片上的集合。通过将许多晶体管组合在一个芯片上，可以构建非常复杂的电路。一个芯片上可以放置的晶体管数量超过百万个。

二极管

二极管是一种允许电流在一个方向流动，而不能在另一个方向流动的器件。这可以用在构建交流到直流转换器中，或者用于保护电路免受外部电源的影响。

变压器

变压器由一个或多个彼此靠近的线圈组成。当电流通过线圈时，会产生磁场。当电流变化时，磁场也会变化。当变化的磁场建立在靠近线圈的地方时，该线圈中会感应出电流。通过将两个线圈放置在公共磁场中，并将变化的电流注入一个线圈（初级线圈），就会在另一个线圈（次级线圈）中感应出比例电流。比例取决于每个线圈的匝数。如果变压器升高电压，它会降低电流，如果它降低电压，它会增加电流。因此，变压器的功率保持不变（除了损失）。电力公司通过将电力通过升压变压器传输，以便在长距离传输中使用更小的电流（但电压很高）。传输线路中的功率损耗等于电流的平方乘以电阻，因此通过升压降低电流可以节省大量能源。电压在输送到用户之前再次降低。

变压器还用于隔离两个电路，以便只有交流电流通过它们，并且它们的直流电源不会相互干扰。

5. 了解并理解欧姆定律。

如果在电阻上施加电压，电流就会流过它。欧姆定律描述了电流、电压和电阻之间的关系。它可以写成

$V=IR$

其中 v 是电压（以伏特为单位），i 是电流（以安培为单位），r 是电阻（以欧姆为单位）。该方程也可以写成

$I={\frac {V}{R}}$

和

$R={\frac {V}{I}}$

基本上，这意味着如果电压保持不变，而电阻减小，电流就会增加。或者，如果电阻保持不变，电流增加，电压也会增加。

6. 确定如何在电路板上正确放置或引脚集成电路、晶体管、二极管和电容器。

集成电路

集成电路通常有一些方法来指示器件上的“第 1 脚”在哪里。找到第 1 脚后，其余的脚按逆时针方向在器件周围编号。在 DIP 上，第 1 脚位于 IC 顶部铣削的凹槽左侧，如下所示

晶体管

晶体管有多种封装形式。要确定哪个引脚是基极、集电极和发射极（双极型晶体管）或栅极、源极和漏极（场效应晶体管），请参考器件的数据手册。

二极管

二极管通常在其阴极附近有一个条纹标记。电流从阳极流向阴极，但不能从阴极流向阳极。条纹可以解释为一个门，它不允许电流进入。

电容器

只有极性电容器是“引脚式”的，必须注意不要反向接线。如果电解电容器反向充电，可能会爆炸。极性电容器通常用一个条纹标记，显示哪个端子是阴极（负极端子）。有时条纹会连接阴极和阳极，但条纹上会有箭头或减号，表示电流流向（从阳极到阴极）。在原理图中，电容器的弯曲板表示阴极，直线板表示阳极。

在上图中，黑色电容器的阴极在右侧。蓝色电容器的阴极朝向底部。

7. 并联电路和串联电路是什么意思？

串联电路是指元件首尾相连的电路。并联电路是指两个元件的两个端子连接在一起的电路。

在串联电路中，流过两个器件的电流将相等，但如果电阻不同，则它们两端的电压将不同。

在并联电路中，两个元件两端的电压相同，但电流在它们之间分配。一部分电流从顶部流过，其余电流从底部流过。

8. 从套件或从头开始制作以下两个电路

在美国，寻找以下项目中详细说明的元件的好地方包括 Waytek、Radio Shack、Mouser、Online Components、Digikey、Kionix（传感器）和 Jameco。所有这些供应商都将以小批量出售给爱好者。

构建这些电路的另一个选择是购买套件。您可以购买单个项目的套件，也可以购买通用套件，这些套件可以让您尝试许多不同的电路。请咨询 Radio Shack，了解他们的当前产品。电子套件也可以在玩具店买到，特别是那些强调“学习”玩具的玩具店。此类供应商包括 Toys R Us 和 Imaginarium，它们都通过亚马逊在互联网上提供套件。

光电管保护装置或计数器

光电管保护装置电路是一种光敏开关，可以打开或关闭某些设备。用现代术语来说，它被称为光敏开关。光电管计数器是一种电路，可以统计光敏开关被激活的次数。用现代术语来说，它被称为光敏计数电路。

在这个电路中，R2 是一个硫化镉电池（CdS 电池）——也就是说，一个光敏电阻。当暴露在光线下时，电池的电阻会降低。在黑暗中，电池的电阻较高。R1 和 R2 一起构成一个分压电路。随着照射到 CdS 电池的光线变亮，公共端子的电压会降低。随着光线变暗，电压会升高。此电压被施加到比较器 IC 的正极。比较器的负极连接到一个电位器的滑动触点，该电位器构成第二个分压电路。此电压可以通过调节电位器来调整。当照射到 CdS 电池的光线足够亮时，它会导致正极上的电压低于负极上的电压。这会导致比较器的输出变为 0 伏，从而点亮 LED。当光线再次变暗时，LED 会熄灭。

可以通过反转 R1 和 R2（CdS 电池）的位置，交换比较器的正负极，或通过连接 LED 通过电阻接地来反转 LED 的动作（黑暗时亮，亮时灭），而不是通过电阻连接到电源。

警报器

这个电路乍一看很吓人，但就像大多数事物一样，当它被分解成更小的部分时，就更容易理解了。

首先要注意的是，此电路需要双极电源——也就是说，一个可以提供正负电压的电源。这里用两节电池来实现这一点。该电路在±4.5V 到±12V 的电压范围内进行了测试，因此一对 9 伏电池效果很好。

向右移动，我们会遇到一个配置为低频振荡器的运放。这个振荡器与晶体管 Q1 协同工作，控制第二个振荡器的频率（在原理图中标记为“音频频率振荡器”）。

低频振荡器的频率由电容器 C1 和电阻 R1、R2 和 R3 决定。当放大器的输出（在引脚 1 上）为高电平时，C1 通过 R1 充电。当 C1 上的电压超过运放正极的阈值电压时，输出会变为低电平。当这种情况发生时，C1 会通过 R1 放电，正极上的电压会变为负值。当 C1 的电压下降到正极上的阈值电压以下时，输出会再次变为高电平，并且循环重复。正极的阈值电压由 R1 和 R2 的比例以及放大器的输出决定。

$V_{thresh}={\frac {R1}{R1+R2}}\times V_{out}$

如果在示波器上观察低频振荡器的输出电压，它将显示为方波，在两个电池供电电压之间振荡。如果此值用于驱动 Q1 的基极，则晶体管会在全开和全关之间突然切换，这会导致音频振荡器的频率在两个值之间突然跳跃（这使得它听起来更像是手机铃声而不是警报器——试试看！）。为了获得警报器效果，我们需要平滑的频率过渡，因此晶体管的基极由电容器 C1 上的电压驱动，该电压是三角波。

接下来要考虑的电路部分是音频频率振荡器。这个电路几乎与低频振荡器完全相同，只是 RC 值已更改，因此它以更高的频率振荡，并且设置正极（引脚 5）的阈值电压的分压电路已被修改。这个分压电路的下半部分包含一个晶体管。当晶体管导通时，分压电路下半部分的电阻会发生变化，这会改变音频振荡器的频率。因此，音频的音调会以低频振荡器设定的速率升高和降低。

最后，我们来看看功率放大器。这是一个简单的同相运放，它的作用是驱动扬声器并将其与音频振荡器隔离。如果扬声器直接连接到音频振荡器的输出，它会改变该部分的特性，我们无法听到警报器效果。

简易电压表

此链接包含一些关于使用 LM3914 作为条形图仪表的资料。

以下是构建数字仪表盘仪表的另一个链接。

有几个模拟到数字转换器（包括 MAX136、MAX1496 和 ICL7107）芯片可以直接驱动多个 7 段 LED 显示器。在网上搜索这些器件编号（或搜索“3.5 位 LED”以查找其他器件）应该会找到数据手册，大多数数据手册都有“典型应用”部分，显示如何连接这些芯片。

压力传感器

简单的直流电源

在这个直流电源中，家用电流（北美为 120VAC，60 Hz）被施加到左侧的电源线。保险丝保护电路，不能省略。然后，电压被电源变压器降压。电源变压器在 Radio Shack 和五金店都有售（参见门铃部分）。尽量选择一个输出电压接近但略高于所需直流输出电压的变压器。

电压降压后，会通过一个二极管网络，构成“全桥整流器”。无论输入电压是正极还是负极，二极管都会将电流引导到网络的顶部，并允许电流从底部返回。

然后，电容器会使电压平滑。如果没有电容器，二极管网络的输出会不断下降到零，然后又升回到峰值。电容器将这些电压平均，从而产生一个平滑的直流值。

电路中的下一个元件是 LM7805，一个 5 伏线性稳压器。可以使用类似的器件来获得不同的电压（例如，LM7812 用于 12V，LM7809 用于 9 伏等）。只要输入电压足够高，LM7805 就会输出稳定的 5 伏。变压器应选择使得输入稳压器的电压不高于 5V（6V 或 7V 比较合适）。多余的电压会跨越器件的输入和输出端，并转化为热量。电压越高，器件需要耗散的热量就越多。由于它只能耗散有限的热量，这实际上限制了该电路可以提供的功率。将散热器连接到 LM7805 上也有助于散热。

电路应安装在某种外壳中，以保护 120VAC 输入电源端子。电源端子本身应使用电气胶带或热缩管包裹，以获得额外的保护。

简单的晶体管收音机

尽管这个FM 收音机项目只使用了一个晶体管，但它仍然相当复杂。最好购买一个套件来完成这个项目。可以去 Radio Shack 看看。

9. 从记忆中绘制，使用正确的符号，完成在要求 8 中构建的设备的完整接线图。

记住这些图表的最好方法是理解它们。光电管和电源最容易理解，如果两者都制作了，电源可以用来为光电管电路供电。警报器和无线电电路稍微复杂一些，但它们也更有成就感。

10. 列出电子产品在日常生活中使用的十种方式。

计算机 - 用于工作和娱乐。
娱乐 - 电视、音响、电子游戏、玩具等。
医疗 - 患者监测、诊断（核磁共振、CT 扫描、X 光等）。
工业 - 电机控制器、机器人等。
家用电器 - 微波炉、定时器、烤箱、冰箱、洗衣机、烘干机。
无线电通信 - 警察和消防无线电、对讲机、车队无线电。
电信 - 电话、传真机。
消防安全 - 火灾警报器、烟雾探测器、喷水灭火系统。
供水 - 水塔指示泵站等。
安全 - 机场的金属探测器和 X 光机、商店的防盗装置、安全摄像头。
音乐 - 功放、合成器、调音台、录音设备。
交通管制 - 交通信号灯。
汽车 - 安全气囊、防抱死制动系统、诊断、电子点火等。

历史记录

这个荣誉最初命名为无线电机械。1956 年，名称改为无线电电子。

关于作者

吉姆·托马斯于 1985 年在默里州立大学获得电气工程技术学士学位（BSEET），并于 1995 年在弗吉尼亚理工大学获得电气工程硕士学位（MSEE）。自 1985 年以来，他一直从事计算机/电子行业，设计计算机硬件和为嵌入式数字信号处理应用程序编写软件。

吉姆是一位资深向导，担任新罕布什尔州中部火焰拓荒者俱乐部的主任，该俱乐部位于新罕布什尔州康科德，他还在当地教会担任长老。他和妻子维吉尼亚有两个儿子和一个女儿。

他是一位热情的自己动手爱好者，他的爱好包括拓荒（当然！）、木工、激流皮划艇、玩电脑和识别野花。吉姆定期在Wordpress上写博客，有时会写到这本维基教科书。