基督復臨安息日會青年榮譽答題手冊/職業/無線電電子學
| 無線電電子學 | ||
|---|---|---|
| 職業 世界總會 |
技能等級 2 | 
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| 引入年份：1938 | ||
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無線電電子學榮譽是技術大師獎的一部分。 |
來自維基百科
電阻器的阻值透過使用色帶標記在裝置本身。
色帶A是阻值的第一個有效數字（單位為歐姆）。
色帶B是第二個有效數字。
色帶C是十進位制乘數。
色帶D（如果存在）表示值的公差百分比（無顏色表示 20%）。
為軍事用途製造的電阻器也可能包含第五條色帶，表示元件故障率（可靠性）；有關更多詳細資訊，請參閱 MIL-STD-199。
根據 EIA-RS-279 的標準 EIA 顏色程式碼表如下：
| 顏色 | 第一條色帶 | 第二條色帶 | 第三條色帶（乘數） | 第四條色帶（公差） | 溫度係數 |
|---|---|---|---|---|---|
| 黑色 | 0 | 0 | ×100 | ||
| 棕色 | 1 | 1 | ×101 | ±1% (F) | 100 ppm |
| 紅色 | 2 | 2 | ×102 | ±2% (G) | 50 ppm |
| 橙色 | 3 | 3 | ×103 | 15 ppm | |
| 黃色 | 4 | 4 | ×104 | 25 ppm | |
| 綠色 | 5 | 5 | ×105 | ±0.5% (D) | |
| 藍色 | 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) | |||
| 銀色 | ×0.01 | ±10% (K) | |||
| 無 | ±20% (M) |
記住前十個顏色程式碼的實用記憶方法是“Better Be Right Or Your Great Big Venture Goes West”，其中第一個字母與顏色程式碼的第一個字母匹配，按從低到高的順序排列。
電阻器以歐姆為單位測量，因此黃紫紅棕色表示 4700 歐姆，公差為 1%。
焊接是一種將電子元件半永久性地連線在一起或連線到電路板的方法。它涉及將焊料加熱到熔點，並使其在元件本身重新凝固。加熱是透過烙鐵完成的。
首先開啟烙鐵並等待其足夠熱以熔化焊料。可以透過將一些焊料接觸到烙鐵尖部來測試這一點。透過用溼海綿擦拭烙鐵尖部來清潔它。在焊接大量接頭時，這可能需要經常重複。
在嘗試焊接之前，連線也應該光亮乾淨。它們通常足夠乾淨，不需要注意，但是如果您難以使焊料粘住，則可以使用一些焊劑清潔它們。
將烙鐵尖部放置在您要連線的元件上，並將它們一起加熱。在同時將焊料接觸到元件時執行此操作 - 不要將焊料接觸到烙鐵。目標是將元件加熱到足以使它們自己熔化焊料的程度。否則，您最終會得到一個“冷”的焊點，它將在將來某個時候失效。
如果焊接導線，請先將它們扭在一起。雖然焊料具有一定的機械強度，但不足以承受很大的壓力。因此，不應依賴它來執行除建立電氣連線以外的任何其他操作。如果接頭承受壓力，它很容易失效。
並且永遠記住 - 焊料是熱的，新焊接的電子元件也是熱的。不小心可能會導致嚴重的燒傷。
電阻器的功能是在電路中限制電流。電阻器也可以透過串聯連線組合成“分壓器”電路。
固定電容器可用於儲存電荷。它們通常用於透過與電源並聯放置來平滑電源電路中的噪聲。如果電容器串聯放置，則它不能透過直流電。這是因為電容器的阻抗隨頻率而變化，在零赫茲（直流電）時，它的阻抗為無窮大。大電容器在給定頻率下的阻抗小於小電容器，因此，電容器可用於“頻率選擇電路”，例如濾波器。
電容器的值以法拉（或更常見的是微法拉）為單位測量。微法拉是法拉的百萬分之一。大電容器具有數十或數百微法拉。較小的電容器以皮法拉（皮法拉是微法拉的百萬分之一，或法拉的萬億分之一）為單位測量。微法拉通常縮寫為 μF（有時為 uF），皮法拉通常縮寫為 pF。
可變電容器
[edit | edit source]可變電容器可以用於頻率選擇電路，使用者可以控制所選頻率。例如，在收音機或電視機調諧器中。
線圈
[edit | edit source]線圈也稱為電感器。透過線圈的阻抗也與頻率有關，但與電容器相反。在直流電下，電感器幾乎沒有阻抗，阻抗隨頻率升高而增加。電感器通常與電容器結合使用，用於頻率選擇應用。它們也常用於濾除電源中的噪聲。由於電源應該提供恆定電壓（0 赫茲），因此可以在電源和負載之間串聯放置電感器。電感器會吸收較高的頻率，使負載不會受到影響。
電感器的單位是亨利，縮寫為 H。
電晶體
[edit | edit source]電晶體有兩個基本應用 - 可以用作開關，也可以用作放大器。
電晶體主要有兩種型別，雙極型和場效應型。
雙極型電晶體有三個端子：基極、集電極和發射極。從基極流向發射極的電流控制著從集電極流向發射極的電流量。如果基極到發射極沒有電流，集電極到發射極就不會有電流。這就是雙極型電晶體可以用來作為開關的原因。
雙極型電晶體有兩種型別：NPN 和 PNP。在 NPN 雙極型電晶體中，從集電極流向發射極的電流與從基極流向發射極的電流成正比。一個小訊號可以透過注入到電晶體的基極來放大。在這種情況下，從集電極流向發射極的電流是流經基極到發射極的電流的放大版本。
PNP 雙極型電晶體的工作方式與 NPN 相同，只是電流方向相反，即電流從發射極流向基極，以及從發射極流向集電極。對於 PNP 電晶體，可以想象從基極“拉出”電流，而不是“注入”到基極。
場效應電晶體與雙極型電晶體類似。場效應電晶體 (FET) 主要有兩種型別：N 溝道和 P 溝道。它們也有三個端子：柵極、漏極和源極。如果在 N 溝道 FET 的柵極和源極之間施加電壓，則從漏極到源極的電阻會減小。如果在柵極和源極之間施加足夠的電壓，則電流可以不受阻礙地從漏極流向源極。如果沒有施加電壓，則電流就無法從漏極流向源極。
在 P 溝道 FET 中，電壓和電流是反轉的，即當柵極比源極更負時，電流可以從源極流向漏極。
積體電路
[edit | edit source]積體電路，也稱為“晶片”，是將電晶體和電阻蝕刻在矽（或其他半導體材料）晶片上的集合。透過將許多電晶體組合在一個晶片上，可以構建非常複雜的電路。一個晶片上可以放置的電晶體數量超過百萬個。
二極體
[edit | edit source]二極體是一種允許電流在一個方向流動，而不能在另一個方向流動的器件。這可以用在構建交流到直流轉換器中，或者用於保護電路免受外部電源的影響。
變壓器
[edit | edit source]變壓器由一個或多個彼此靠近的線圈組成。當電流透過線圈時，會產生磁場。當電流變化時，磁場也會變化。當變化的磁場建立在靠近線圈的地方時，該線圈中會感應出電流。透過將兩個線圈放置在公共磁場中，並將變化的電流注入一個線圈（初級線圈），就會在另一個線圈（次級線圈）中感應出比例電流。比例取決於每個線圈的匝數。如果變壓器升高電壓，它會降低電流，如果它降低電壓，它會增加電流。因此，變壓器的功率保持不變（除了損失）。電力公司透過將電力透過升壓變壓器傳輸，以便在長距離傳輸中使用更小的電流（但電壓很高）。傳輸線路中的功率損耗等於電流的平方乘以電阻，因此透過升壓降低電流可以節省大量能源。電壓在輸送到使用者之前再次降低。
變壓器還用於隔離兩個電路，以便只有交流電流透過它們，並且它們的直流電源不會相互干擾。
5. 瞭解並理解歐姆定律。
[edit | edit source]如果在電阻上施加電壓，電流就會流過它。歐姆定律描述了電流、電壓和電阻之間的關係。它可以寫成
其中 v 是電壓（以伏特為單位），i 是電流（以安培為單位），r 是電阻（以歐姆為單位）。該方程也可以寫成
和
基本上，這意味著如果電壓保持不變，而電阻減小，電流就會增加。或者，如果電阻保持不變，電流增加，電壓也會增加。
6. 確定如何在電路板上正確放置或引腳積體電路、電晶體、二極體和電容器。
[edit | edit source]積體電路
[edit | edit source]積體電路通常有一些方法來指示器件上的“第 1 腳”在哪裡。找到第 1 腳後，其餘的腳按逆時針方向在器件周圍編號。在 DIP 上，第 1 腳位於 IC 頂部銑削的凹槽左側，如下所示
電晶體有多種封裝形式。要確定哪個引腳是基極、集電極和發射極（雙極型電晶體）或柵極、源極和漏極（場效應電晶體），請參考器件的資料手冊。
二極體通常在其陰極附近有一個條紋標記。電流從陽極流向陰極，但不能從陰極流向陽極。條紋可以解釋為一個門，它不允許電流進入。
只有極性電容器是“引腳式”的，必須注意不要反向接線。如果電解電容器反向充電，可能會爆炸。極性電容器通常用一個條紋標記，顯示哪個端子是陰極（負極端子）。有時條紋會連線陰極和陽極，但條紋上會有箭頭或減號，表示電流流向（從陽極到陰極）。在原理圖中，電容器的彎曲板表示陰極，直線板表示陽極。
在上圖中，黑色電容器的陰極在右側。藍色電容器的陰極朝向底部。
串聯電路是指元件首尾相連的電路。並聯電路是指兩個元件的兩個端子連線在一起的電路。
在串聯電路中，流過兩個器件的電流將相等，但如果電阻不同，則它們兩端的電壓將不同。
在並聯電路中，兩個元件兩端的電壓相同，但電流在它們之間分配。一部分電流從頂部流過，其餘電流從底部流過。
在美國，尋找以下專案中詳細說明的元件的好地方包括 Waytek、Radio Shack、Mouser、Online Components、Digikey、Kionix（感測器）和 Jameco。所有這些供應商都將以小批量出售給愛好者。
構建這些電路的另一個選擇是購買套件。您可以購買單個專案的套件，也可以購買通用套件，這些套件可以讓您嘗試許多不同的電路。請諮詢 Radio Shack，瞭解他們的當前產品。電子套件也可以在玩具店買到，特別是那些強調“學習”玩具的玩具店。此類供應商包括 Toys R Us 和 Imaginarium，它們都透過亞馬遜在網際網路上提供套件。
光電管保護裝置電路是一種光敏開關，可以開啟或關閉某些裝置。用現代術語來說，它被稱為光敏開關。光電管計數器是一種電路，可以統計光敏開關被啟用的次數。用現代術語來說，它被稱為光敏計數電路。
在這個電路中，R2 是一個硫化鎘電池（CdS 電池）——也就是說，一個光敏電阻。當暴露在光線下時，電池的電阻會降低。在黑暗中，電池的電阻較高。R1 和 R2 一起構成一個分壓電路。隨著照射到 CdS 電池的光線變亮，公共端子的電壓會降低。隨著光線變暗，電壓會升高。此電壓被施加到比較器 IC 的正極。比較器的負極連線到一個電位器 的滑動觸點，該電位器構成第二個分壓電路。此電壓可以透過調節電位器來調整。當照射到 CdS 電池的光線足夠亮時，它會導致正極上的電壓低於負極上的電壓。這會導致比較器的輸出變為 0 伏，從而點亮 LED。當光線再次變暗時，LED 會熄滅。
可以透過反轉 R1 和 R2（CdS 電池）的位置，交換比較器的正負極，或透過連線 LED 透過電阻接地來反轉 LED 的動作（黑暗時亮，亮時滅），而不是透過電阻連線到電源。
這個電路乍一看很嚇人，但就像大多數事物一樣，當它被分解成更小的部分時，就更容易理解了。
首先要注意的是，此電路需要雙極電源——也就是說，一個可以提供正負電壓的電源。這裡用兩節電池來實現這一點。該電路在±4.5V 到±12V 的電壓範圍內進行了測試，因此一對 9 伏電池效果很好。
向右移動，我們會遇到一個配置為低頻振盪器的運放。這個振盪器與電晶體 Q1 協同工作，控制第二個振盪器的頻率（在原理圖中標記為“音訊頻率振盪器”）。
低頻振盪器的頻率由電容器 C1 和電阻 R1、R2 和 R3 決定。當放大器的輸出（在引腳 1 上）為高電平時，C1 透過 R1 充電。當 C1 上的電壓超過運放正極的閾值電壓時，輸出會變為低電平。當這種情況發生時，C1 會透過 R1 放電，正極上的電壓會變為負值。當 C1 的電壓下降到正極上的閾值電壓以下時，輸出會再次變為高電平，並且迴圈重複。正極的閾值電壓由 R1 和 R2 的比例以及放大器的輸出決定。
如果在示波器上觀察低頻振盪器的輸出電壓，它將顯示為方波，在兩個電池供電電壓之間振盪。如果此值用於驅動 Q1 的基極，則電晶體會在全開和全關之間突然切換，這會導致音訊振盪器的頻率在兩個值之間突然跳躍（這使得它聽起來更像是手機鈴聲而不是警報器——試試看！）。為了獲得警報器效果，我們需要平滑的頻率過渡，因此電晶體的基極由電容器 C1 上的電壓驅動，該電壓是三角波。
接下來要考慮的電路部分是音訊頻率振盪器。這個電路幾乎與低頻振盪器完全相同，只是 RC 值已更改，因此它以更高的頻率振盪，並且設定正極（引腳 5）的閾值電壓的分壓電路已被修改。這個分壓電路的下半部分包含一個電晶體。當電晶體導通時，分壓電路下半部分的電阻會發生變化，這會改變音訊振盪器的頻率。因此，音訊的音調會以低頻振盪器設定的速率升高和降低。
最後，我們來看看功率放大器。這是一個簡單的同相運放，它的作用是驅動揚聲器並將其與音訊振盪器隔離。如果揚聲器直接連線到音訊振盪器的輸出，它會改變該部分的特性，我們無法聽到警報器效果。
此連結包含一些關於使用 LM3914 作為 條形圖儀表 的資料。
以下是構建 數字儀表盤儀表 的另一個連結。
有幾個模擬到數字轉換器（包括 MAX136、MAX1496 和 ICL7107）晶片可以直接驅動多個 7 段 LED 顯示器。在網上搜索這些器件編號（或搜尋“3.5 位 LED”以查詢其他器件）應該會找到資料手冊，大多數資料手冊都有“典型應用”部分，顯示如何連線這些晶片。
在這個直流電源中，家用電流（北美為 120VAC，60 Hz）被施加到左側的電源線。保險絲保護電路，不能省略。然後，電壓被電源變壓器降壓。電源變壓器在 Radio Shack 和五金店都有售（參見門鈴部分）。儘量選擇一個輸出電壓接近但略高於所需直流輸出電壓的變壓器。
電壓降壓後，會透過一個二極體網路，構成“全橋整流器”。無論輸入電壓是正極還是負極，二極體都會將電流引導到網路的頂部，並允許電流從底部返回。
然後，電容器會使電壓平滑。如果沒有電容器，二極體網路的輸出會不斷下降到零，然後又升回到峰值。電容器將這些電壓平均，從而產生一個平滑的直流值。
電路中的下一個元件是 LM7805，一個 5 伏線性穩壓器。可以使用類似的器件來獲得不同的電壓（例如，LM7812 用於 12V，LM7809 用於 9 伏等）。只要輸入電壓足夠高，LM7805 就會輸出穩定的 5 伏。變壓器應選擇使得輸入穩壓器的電壓不高於 5V（6V 或 7V 比較合適）。多餘的電壓會跨越器件的輸入和輸出端，並轉化為熱量。電壓越高，器件需要耗散的熱量就越多。由於它只能耗散有限的熱量，這實際上限制了該電路可以提供的功率。將散熱器連線到 LM7805 上也有助於散熱。
電路應安裝在某種外殼中，以保護 120VAC 輸入電源端子。電源端子本身應使用電氣膠帶或熱縮管包裹，以獲得額外的保護。
儘管這個FM 收音機專案只使用了一個電晶體，但它仍然相當複雜。最好購買一個套件來完成這個專案。可以去 Radio Shack 看看。
記住這些圖表的最好方法是理解它們。光電管和電源最容易理解，如果兩者都製作了，電源可以用來為光電管電路供電。警報器和無線電電路稍微複雜一些，但它們也更有成就感。
- 計算機 - 用於工作和娛樂。
- 娛樂 - 電視、音響、電子遊戲、玩具等。
- 醫療 - 患者監測、診斷（核磁共振、CT 掃描、X 光等）。
- 工業 - 電機控制器、機器人等。
- 家用電器 - 微波爐、定時器、烤箱、冰箱、洗衣機、烘乾機。
- 無線電通訊 - 警察和消防無線電、對講機、車隊無線電。
- 電信 - 電話、傳真機。
- 消防安全 - 火災警報器、煙霧探測器、噴水滅火系統。
- 供水 - 水塔指示泵站等。
- 安全 - 機場的金屬探測器和 X 光機、商店的防盜裝置、安全攝像頭。
- 音樂 - 功放、合成器、調音臺、錄音裝置。
- 交通管制 - 交通訊號燈。
- 汽車 - 安全氣囊、防抱死制動系統、診斷、電子點火等。
這個榮譽最初命名為無線電機械。1956 年，名稱改為無線電電子。
吉姆·托馬斯於 1985 年在默裡州立大學獲得電氣工程技術學士學位（BSEET），並於 1995 年在弗吉尼亞理工大學獲得電氣工程碩士學位（MSEE）。自 1985 年以來，他一直從事計算機/電子行業，設計計算機硬體和為嵌入式數字訊號處理應用程式編寫軟體。
吉姆是一位資深嚮導，擔任新罕布什爾州中部火焰拓荒者俱樂部的主任，該俱樂部位於新罕布什爾州康科德，他還在當地教會擔任長老。他和妻子維吉尼亞有兩個兒子和一個女兒。
他是一位熱情的自己動手愛好者，他的愛好包括拓荒（當然！）、木工、激流皮划艇、玩電腦和識別野花。吉姆定期在Wordpress上寫部落格，有時會寫到這本華夏公益教科書。