2.8　其他元器件

2.8.1　電聲元器件

電聲元器件用于電信號和聲音信號之間的相互轉換，常用的有揚聲器、耳機、傳聲器（送話器、受話器）等。

1.揚聲器

揚聲器俗稱喇叭，是音響設備中的主要元器件。揚聲器的種類很多，除了已經淘汰的舌簧式以外，現在多見的是電動式、勵磁式和晶體壓電式。圖2-60是常見揚聲器的結構與外形。

（1）電動式揚聲器。按所采用的磁性材料不同，電動式揚聲器分為永磁式和恒磁式兩種。永磁式揚聲器的體積很小，可以安裝在內部，所以又稱內磁式。它的特點是漏磁少、體積小但價格稍高。彩色電視機和計算機多媒體音箱等對屏蔽有要求的電子產品一般采用的全防磁喇叭就是永磁式電動揚聲器。恒磁式揚聲器的磁體較大，要安裝在外部，所以又稱外磁式。其特點是漏磁大、體積大但價格便宜，通常用在普通收音機等低檔電子產品中。

（2）壓電陶瓷揚聲器和蜂鳴器。如圖2-61所示，壓電陶瓷隨兩端所加交變電壓產生機械振動的性質叫作壓電效應，為壓電陶瓷片配上紙盆就能制成壓電陶瓷揚聲器。這種揚聲器的特點是體積小、厚度薄、重量輕，但頻率特性差、輸出功率小，目前還在改進研制之中。壓電陶瓷蜂鳴器則廣泛用于電子產品輸出音頻提示、報警信號。

（3）耳機和耳塞機。耳機和耳塞機在電子產品的放音系統中代替揚聲器播放聲音。它們的結構和形狀各有不同，但工作原理和電動式揚聲器相似，也是由磁場將音頻電流轉變為機械振動而還原聲音。耳塞機的體積微小，攜帶方便，一般應用在袖珍收音機中。耳機的音膜面積較大，能夠還原的音域較寬，音質、音色更好一些，一般價格也比耳塞機更貴。

2.傳聲器

傳聲器俗稱話筒，其作用與揚聲器相反，是將聲能轉換為電能的元器件。常見的話筒有動圈式和駐極體電容式。

（1）動圈式傳聲器。動圈式傳聲器由永久磁鐵、音圈、音膜和輸出變壓器等組成，其結構如圖2-62所示。聲壓使傳聲器的音膜振動，帶動音圈在磁場里前后運動，切割磁力線產生感應電動勢，把感受到的聲音轉換為電信號。輸出變壓器進行阻抗變換并實現輸出匹配。這種傳聲器有低阻（200～600Ω）和高阻（10～20kΩ）兩類，以阻抗600Ω的最常用，頻率響應一般在200～5000Hz。動圈式傳聲器的結構堅固，性能穩定，經濟耐用。

（2）普通電容式傳聲器。普通電容式傳聲器由一個固定電極和一個膜片組成，其結構如圖2-63所示。這種傳聲器的頻率響應好，阻抗極高，但結構復雜，體積大，又需要供電系統，使用不夠方便，適合在對音質要求高的固定錄音室內使用。

（3）駐極體電容式傳聲器。如圖2-64所示，駐極體電容式傳聲器除了具有普通電容式傳聲器的優良性能以外，還因為駐極體振動膜不需要外加直流極化電壓就能夠永久保持表面的電荷，所以結構簡單、體積小、質量輕、耐振動、價格低廉、使用方便，得到廣泛的應用。但駐極體電容式傳聲器在高溫高濕的工作條件下壽命較短。

3.選用電聲元器件的注意事項

（1）電聲元器件應該遠離熱源，這是因為電動式電聲元器件內大多有磁性材料，如果長期受熱，磁鐵就會退磁，動圈與音膜的連接就會損壞；壓電陶瓷式、駐極體電聲元器件因為受熱而改變性能。

（2）電聲元器件的振動膜是發聲、傳聲的核心部件，但共振腔是它產生音頻的條件之一。假如共振腔對振動膜起阻尼作用，會極大降低振動膜的電-聲轉換靈敏度。例如，揚聲器應該安裝在木箱或機殼內才能擴展音量，改善音質；外殼還可以保護電聲元器件的結構部件。

（3）電聲元器件應該避免潮濕的環境，紙盆式揚聲器的紙會受潮變形，電容式傳聲器會因潮濕降低電容器的品質。

（4）應該避免電聲元器件的撞擊和振動，防止磁體失去磁性、結構變形而損壞。

（5）揚聲器的長期輸入功率不超過其額定功率。

4.電聲元器件的檢測方法

（1）揚聲器好壞檢測方法

①用一節干電池，兩端焊上兩根導線，用這兩根導線斷續觸碰揚聲器的兩個引出端，揚聲器應發出“喀喀”聲。若不發聲，則表明揚聲器已壞。

②將萬用表置于R×1擋，把任意一表筆與揚聲器的任一引出端相接，用另一表筆斷續觸碰揚聲器另一引出端，如圖2-65所示。此時，揚聲器應發出“喀喀”聲，指針亦相應擺動。若觸碰時揚聲器不發聲，指針也不擺動，說明揚聲器內部音圈斷路或引線斷裂。

（2）耳機和耳塞的檢測方法

檢測前，將萬用表置于R×1擋，并仔細調準“0”位。目前，耳機、耳塞多為雙聲道式，相應引出插頭上有3個引出點。單聲道式的耳機、耳塞相應引出插頭上有兩個引出點。檢測時，應區別不同情況正確實施測量。

①檢測雙聲道耳機。如圖2-66所示，在雙聲道耳機插頭的3個引出點中，一般插頭后端的接觸點為公共點，前端和中間接觸點分別為左右聲道引出端。檢測時，將萬用表任一表筆接在耳機插頭的公共點上，然后用另一表筆分別觸碰耳機插頭的另外兩個引出點，相應的左或右聲道的耳機應發出“喀喀”聲，指針應偏轉，指示值為200Ω或300Ω左右，而且左右聲道的耳機阻值應對稱。如果測量時無聲，指針也不偏轉，說明該耳機有引線斷裂或內部焊點脫開的故障。若指針擺至“0”位附近，說明該耳機內部引線或耳機插頭處有短路的地方。若指針指示阻值正常，但發聲很輕，一般是耳機振膜片與磁鐵間的間隙不對造成的。

②檢測耳塞。檢測方法同上，將任一表筆固定接觸在耳塞插頭的一端，用另一表筆去觸碰耳塞插頭的另一端，指針應偏轉，指示值應為：高阻800Ω左右，低阻8～10Ω，同時耳塞中發出“喀喀”聲，如果無聲，指針也不偏轉，說明耳塞引線斷裂或耳塞內部焊線脫開。若觸碰時耳塞內無聲，但指針卻指示在“0”位附近，表明耳塞內部引線或耳塞插頭處存在短路故障。

（3）檢測壓電蜂鳴器

用6V直流電源（或四節串聯起來的1.5V干電池），把正、負極用導線引出，當電源正極接壓電蜂鳴器正極（一般為紅線），負極接壓電蜂鳴器負極（一般為綠線）時，蜂鳴器發出悅耳的響聲，說明其工作正常，如果通電后蜂鳴器不發聲，說明其內部有損壞元器件或引線根部斷線。

（4）駐極體電容式傳聲器的檢測方法

①電阻測量法。通過測量駐極體傳聲器引線間的電阻，可以判斷其內部是否開路或短路。測量時，將萬用表置于R×1或R×100擋，紅表筆接駐極體傳聲器的芯線或信號輸出端，黑表筆接引線的金屬外皮或傳聲器的金屬外殼。一般所測阻值應在500Ω～3kΩ范圍內，若所測阻值為無窮大，則說明駐極體傳聲器開路，若測得阻值接近零時，表明駐極體話筒有短路性故障。如果阻值比正常值小得多或大得多，說明被測傳聲器性能變差或已經損壞。

②靈敏度測量法。將萬用表置于R×100擋，將R×100擋，紅表筆接駐極體傳聲器的負極（一般為駐極體傳聲器引出線的芯線），黑表筆接駐極體傳聲器正極（一般為駐極體傳聲器引出線的屏蔽層）此時，萬用表指針應有一阻值（例如1kΩ），然后正對著駐極體傳聲器吹一口氣，仔細觀察指針，應有較大幅度的擺動。萬用表指針擺動的幅度越大，說明駐極體傳聲器的靈敏度越高，若指針擺動幅度很小，則說明駐極體傳聲器靈敏度很底，使用效果不佳。假如發現指針不動，可交換表筆位置再次吹氣試驗，若指針仍然不擺動，則說明駐極體傳聲器已經損壞。另外，如果在未吹氣時指針指示的阻值便出現漂移不定的現象，則說明駐極體傳聲器熱穩定性很差，這樣的駐極體傳聲器不宜繼續使用。

2.8.2　開關和繼電器

1.開關

（1）開關的分類。開關是電子設備中用于接通或切斷的功能元器件，開關的種類繁多，如圖2-67所示。傳統的開關都是手動式機械結構，由于構造簡單、操作方便、廉價可靠，使用十分廣泛。隨著新技術的發展，各種非機械結構的電子開關，如氣動開關、水銀開關以及調頻振蕩式、感應電容式、霍爾效應式的接近開關和軟件電子開關等，正在不斷出現。但它們已經不是傳統意義上的開關，往往包括了比較復雜的電子控制單元。

（2）開關的主要技術參數：

①額定電壓：正常工作狀態下能承受的最大直流電壓或交流電壓有效值。

②額定電流：正常工作狀態下所允許通過的最大直流電流或交流電流有效值。

③接觸電阻：一對接觸點連通時的電阻，一般要求≤20mΩ。

④絕緣電阻：不連通的各導電部分之間的電阻，一般要求≥100MΩ。

⑤抗電強度（耐壓）：不連通的各導電部分之間所能承受的電壓，一般開關要求≥100V，電源開關要求≥500V。

⑥工作壽命：在正常工作狀態下使用的次數，一般開關為5000～10000次，高可靠開關可達到5×104～5×105次。

2.繼電器

繼電器是根據輸入電信號變化而接通或斷開控制電路、實現自動控制和保護的自動化電器，它是自動化設備中的主要元器件之一，起到操作、調節、安全保護及監督設備工作狀態等作用。從廣義的角度講，繼電器是一種由電磁、聲、光等輸入物理參量控制的開關。

（1）繼電器的型號命名與分類

繼電器種類繁多，分類方法也不一樣。常用繼電器的型號命名如表2-20所示。按功率的大小可分為微功率、小功率、中功率、大功率繼電器。按用途的不同可分為控制、保護、時間繼電器等。

（2）電磁式繼電器的主要參數

①額定工作電壓：繼電器正常工作時加在線圈上的直流電壓或交流電壓有效值。它隨型號的不同而不同。

②吸合電壓或吸合電流：繼電器能夠產生吸合動作的最小電壓或最小電流。一般吸合電壓為額定工作電壓的75％左右。為了保證吸合動作的可靠性，實際工作電流必須略大于吸合電流，實際工作電壓也可以略高于額定電壓，但不能超過額定電壓的1.5倍，否則容易燒毀線圈。

③直流電阻：指線圈繞組的電阻值，指用萬用表測出的線圈的電阻值。

④釋放電壓或電流：繼電器由吸合狀態轉換為釋放狀態所需的最大電壓或電流值，釋放電壓要比吸合電壓小得多，一般釋放電壓是吸合電壓的1/4左右。

⑤觸點負荷：指繼電器的觸點在切換時能承受的電壓和電流值。一般同一型號的繼電器觸點的負荷是相同的，它決定了繼電器的控制能力。

此外，繼電器的體積大小、安裝方式、尺寸、吸合釋放時間、使用環境、絕緣強度、觸點數、觸點形式、觸點壽命（工作次數）、觸點是控制交流還是直流信號等，在設計時都需要考慮。

（3）幾種傳統繼電器

①電磁繼電器。電磁繼電器是各種繼電器中應用最廣泛的一種，它以電磁系統為主體構成。圖2-68是電磁繼電器結構示意圖。當繼電器線圈通過電流時，在鐵芯軛鐵、銜鐵和工作氣隙中形成磁通回路，使銜鐵受到電磁吸力的作用被吸向鐵芯，此時銜鐵帶動的支桿將板簧推開，斷開常閉觸點（或接通常開觸點）。當切斷繼電器線圈的電流時，電磁力失去，銜鐵在板簧的作用下恢復原位，觸點又閉合。

電磁繼電器的特點是觸點接觸電阻很小，結構簡單，工作可靠。缺點是動作時間觸點壽命較短，體積較大。

②舌簧繼電器。舌簧繼電器又稱干簧繼電器，是一種結構簡單的小型繼電器，具有動作速度快、工作穩定、機電壽命長以及體積小等優點。常見的有干簧繼電器外形如圖2-69所示。

③固態繼電器。固態繼電器如圖2-70所示，它是由固體電子元器件組成的無觸點開關，簡稱SSR。從工作原理上說，固態繼電器并不屬于機電元器件，但它能在很多應用場合作為一種高性能的繼電器代替品。對被控電路優異獨特的通斷能力和顯著延長的工作壽命讓它的使用范圍迅速從繼電器的范疇擴大到電源開關的范疇，它具有控制靈活、工作可靠、防爆耐震、無聲運行等特點。

（4）國產繼電器的型號命名方法

一般國產繼電器的型號命名由4部分組成，如表2-21所示。

例如：JRX-13F（封閉式小功率小型繼電器）

JR——小功率繼電器；X——小型；13——序號；F——封閉式。

（5）繼電器性能的測量

①線圈直流電阻的測量

用指針式萬用表R×10Ω擋，測量線圈兩引腳之間的電阻值。阻值與繼電器的額定工作電壓有關。額定電壓越高，直流電阻值越大，反之額定電壓越低，則電阻值越小。幾種常用小型繼電器的主要參數如表2-22所示。

②吸合性能測量

吸合性能測量指吸合電壓的測量，即達到這種電壓時，繼電器觸點動作。吸合電壓一般是繼電器標稱額定工作電壓的0.75倍。

測量方法（以HG4123繼電器為例）如圖2-71所示。繼電器1、2腳接直流可調電源，3、4腳接萬用表，萬用表置R×1kΩ擋，當E=0V時，萬用表應指示為零歐姆。當可變直流電源由0V逐漸上升至4.5V時，繼電器觸點動作吸合（有輕微的吸合聲響），此時萬用表指示為無窮大。此時，4.5V電壓為吸合電壓。符合此要求則正常。

2.8.3　LED數碼管和液晶顯示器

1.LED數碼管

LED數碼管也稱為半導體數碼管，能將電信號轉換成光信號顯示出紅、橙、黃、綠等顏色，是數字式顯示裝置的重要部件，其外形如圖2-72所示。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應速度快、顯示清晰、易于與集成電路匹配等優點，適用于數字化儀表及各種終端設備中作數字顯示器件。

（1）LED數碼管的結構及原理

LED數碼管是由多個發光二極管封裝在一起組成“8”字形的器件，引線已在內部連接完成。只需引出它們的各個筆段，公共電極。LED數碼管常用段數一般為7段，有的另加一個小數點。LED數碼管根據LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，內部結構如圖2-73所示。a～g代表筆段的驅動端，也稱筆段電極。DP是小數點。第3腳與第8腳內部連通，⊕表示公共陽極，表示公共陰極。對于共陽極LED數碼管如圖2-73（a）所示，將8只發光二極管的陽極（正極）連接起來作為公共陽極。其工作特點是當筆段電極接低電平而公共陽極接高電平時，相應筆段就發光。共陰極LED數碼管則相反，如圖2-73（b）所示，當驅動信號為高電平，負端接低電平時，發光二極管才發光。發光二極管在正向導通之前，正向電流近似為零，筆段不發光。當電壓超過發光二極管的開啟電壓時，電流急劇增大，筆段才會發光。LED工作時，工作電流一般選為10mA/段左右，保證亮度適中，對發光二極管來說也安全。

（2）LED數碼管的分類

根據顯示位數劃分。LED數碼管可劃分成一位、雙位和多位顯示器。一位的就是通常說的LED數碼管，如圖2-73（c）所示。兩位以上的一般稱作顯示器。雙位顯示器是將兩只數碼管封裝在一起，其結構緊湊、成本低。國外產品LC5012-11S（兩位、紅色、共陰極）LED顯示器的管排列如圖2-73（d）所示。

（3）LED數碼管的檢測

①判斷LED數碼管是共陰極還是共陽極。將萬用表置R×1擋并串聯兩節1.5V電池，接法如圖2-74所示。把黑表筆接LED數碼管1腳，將電池負極引出一條軟導線，用軟導線依次去接觸LED數碼管的其他引腳（2～10引腳），若軟導線接3腳和8腳，LED數碼管某一筆段才發出光來，而接觸其他引腳數碼管不發光，說明引腳3和8是公共極，此LED數碼管是共陰極的。

共陽極LED數碼管檢測方法與共陰極LED數碼管的檢測方法一樣，只是把電池引線互換一下即可。

②LED數碼管發光情況的檢測。使用萬用表的R×10k擋也可直接檢測LED數碼管的發光情況，如圖2-75所示。對于共陰極的LED數碼管來說，將萬用表置R×10k檔，紅表筆接3腳或8腳，黑表筆依次接觸其他引腳，黑表筆接觸哪個引腳，哪個筆段就會發光，同時萬用表指針應大幅度擺動。如果黑表筆接觸某個引腳，它對應的筆段不發光，萬用表指針也不擺動，說明該筆段已經損壞。如果接觸某一引腳，而兩個筆段都顯示出來，這是連筆現象，這樣的數碼管不能使用。若LED數碼管是好的，當2、4、5、6、7、9腳均短接上，并接黑表筆，再把3腳或8腳接在萬用表的紅表筆上，則LED數碼管應能顯示出“口”字形。

2.液晶顯示器

液晶是一種有機化合物，是介于固體和液體之間的一種晶狀物質。它具有液體的流動性，同時也具有某些類似固態晶體的各向異性的特征，因而稱為液晶。在外加電場的作用下，由于液晶分子排列的變化而引起液晶光學性質改變，這種現象稱為液晶的光電效應。液晶顯示器就是利用液晶的光電效應制成的一種顯示器件。

（1）液晶顯示器的構造

液晶顯示器的結構如圖2-76所示。將上下兩塊制作有透明電極的玻璃（留有一定的間隙，約1μm），四周用膠框封好，封接邊框留有一個注入口，從注入口抽真空并注入液晶材料后，將注入口封好，形成液晶盒。在玻璃的上下表面各貼上一片偏振方向相互垂直的偏振片，底部再加一個反射板。

（2）液晶顯示器的檢測

應用廣泛的三位半靜態液晶顯示屏的引腳如圖2-77所示，一般引腳均勻按此排列。背極（也稱公共極）一般在顯示器最邊緣最后一個引腳，而且較寬，通常液晶顯示器上有1～4個背極引腳。平時主要檢測液晶顯示器有無斷筆或連筆現象，并檢測其清晰程度。

①用萬用表R×10k擋檢測。將任一表筆固定在液晶顯示屏的背極上，用另一表筆依次接觸其他各引腳，當表筆接觸到某一筆段引腳時，該筆段就應顯示出來。如果能看到清晰、無毛邊的各筆段，說明質量良好。如果發現某筆段不顯示，有缺筆現象，或發現某些筆段連在一起，有連筆現象，說明此顯示器質量不佳。檢測中會遇到某引腳和背極間電阻為零的情況，則此引腳也是背極。檢測中應注意：

上面檢測中，有時在測某筆段時，會出現鄰近筆段也顯示出來，這是感應顯示，不是故障。此時，用手摸一摸鄰近筆段與公共極，就可以消除感應顯示。

液晶顯示器不宜長時間在直流電壓下工作，因此用萬用表的R×10k擋檢測時，時間不要過長。

由于萬用表的R×10k擋內部有9～15V的電池，而液晶顯示器的閾值為1.5V，為了避免損壞顯示屏，最好在表筆上串聯一個40～60kΩ的電阻器。

在檢測時，用表筆接觸顯示器引腳時，用力不要太大，否則容易劃傷引腳造成液晶顯示器接觸不良。

當液晶顯示器出現斷筆故障時，多為斷筆引腳側面引線開路所致，可以用削尖的6B鉛筆，在引線根部劃幾下，用石墨將其連接，仍可繼續使用。

②加電檢測法。用3V直流電源（或兩節1.5V電池串聯），將任一極（如正極）接在顯示器公共極上，用電池負極依次接觸顯示器其他各引腳，與其引腳相關的筆段就會顯示出來。這種方法和用萬用表的R×10k擋檢測是一樣的，只是用外接電源。

加電檢測法也可以用交流電檢測。取一段長度約為1m的絕緣軟線，讓軟線靠近220V交流電源線，這樣軟導線上就可以感應出50Hz、零點幾V（依線長短、靠近程度而定）的交流電壓，用手摸著顯示器的公共極，用導線一端去接觸顯示器其他各引腳，各個引腳相應筆段也可以顯示出來。