電阻

1概念

電阻元件的電阻值大小一般與溫度，材料，長度，還有橫截面積有關(guān)，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1℃時(shí)電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。

導(dǎo)體的電阻通常用字母R表示，電阻的單位是歐姆（ohm），簡稱歐，符號(hào)是Ω（希臘字母，讀作Omega），1Ω=1V/A。比較大的單位有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ）（兆=百萬，即100萬）。

1TΩ=1000GΩ；1GΩ=1000MΩ；1MΩ=1000KΩ；1KΩ=1000Ω（也就是一千進(jìn)率）

串聯(lián)：R=R1+R2+．．．+Rn定義式：R=U/I

電阻元件的電阻值大小一般與溫度有關(guān)，還與導(dǎo)體長度、橫截面積、材料有關(guān)。衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1℃時(shí)電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。多數(shù)（金屬）的電阻隨溫度的升高而升高，一些半導(dǎo)體卻相反。

如：玻璃，碳在溫度一定的情況下，有公式R=ρl/s其中的ρ就是電阻率，l為材料的長度，單位為m，s為面積，單位為平方米。可以看出，材料的電阻大小正比于材料的長度，而反比于其面積。

2電阻應(yīng)用

電阻通常分為三大類：固定電阻，可變電阻，特種電阻。

ＲＸ型線繞電阻，近年來還廣泛應(yīng)用的片狀電阻。

按照功率可以分為小功率電阻和大功率電阻。大功率電阻通常是金屬電阻，實(shí)際上應(yīng)該是在金屬外面加一個(gè)金屬（鋁材料）散熱器，所以可以有10W以上的功率；在電子配套市場上專門賣電阻的市場上可以很容易地看到。

電阻在電路中起到限流、分壓等作用。通常1/8W電阻已經(jīng)完全可以滿足使用。但是，在作為7段LED中，要考慮到LED的壓降和供電電壓之差，再考慮LED的最大電流，通常是20mA（超高亮度的LED），如果是2×6（2排6個(gè)串聯(lián)），則電流是40mA。

電位器又分單圈和多圈電位器。單圈的電位器通常為灰白色，面上有一個(gè)十字可調(diào)的旋紐，出廠前放在一個(gè)固定的位置上，不在2頭；多圈電位器通常為藍(lán)色，調(diào)節(jié)的旋紐為一字，一字小改錐可調(diào)；多圈電位器又分成頂調(diào)和側(cè)調(diào)2種，主要是電路板調(diào)試起來方便。

排電阻 ，光敏電阻 ，使用光敏電阻可以檢測光強(qiáng)的變化。

電阻的封裝有表面貼和軸向的封裝。軸向封裝有：axial0.4、axial0.6、axial0.8等等；axial在英語中就是軸的意思；表面貼電阻的封裝最常用的就是0805；當(dāng)然還有更大的；但是更大的電阻不是很常用的。

電阻作為限流應(yīng)該是最常用的應(yīng)用之一，對(duì)于單片機(jī)外圍設(shè)計(jì)來說，電阻的應(yīng)用非常重要，在很多時(shí)候，我們必須在單片機(jī)的I/O端口上連接一個(gè)限流電阻，保證外圍電路不會(huì)應(yīng)用短路、過載等原因燒壞單片機(jī)的I/O端口，甚至整個(gè)單片機(jī)。

面對(duì)這些問題，恐怕很多人都是知其然不知其所以然，完全憑靠經(jīng)驗(yàn)獲取，并沒有完全按照電路的要求計(jì)算取值。為此，在這里提出這些問題，并不想教大家怎么去計(jì)算這些值，知道歐姆定律的人都應(yīng)該知道該怎么計(jì)算吧，所以，只是希望大家在選擇之前，先了解單片機(jī)的這些參數(shù)，然后，根據(jù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算時(shí)一定要留一定的預(yù)留空間。

在看一些元器件的DATASHEET文件時(shí)，經(jīng)常會(huì)碰到元器件的參數(shù)，IOL，IOH，IIL，IIH，我也知道他們指的是輸入輸出高低電平時(shí)的最大最小電流，但在連接時(shí)他們之間的匹配問題一直很模糊，如：IOL=1.5MA; IOH=-300UAIIL=-100UA; IIH=10UA;

參考答案：

IOL和IOH表示輸出為低、高電平時(shí)的電流值，同樣-號(hào)表示從器件流出的電流。4上下拉電阻

上拉是對(duì)器件輸入電流，下拉是輸出電流；強(qiáng)弱只是上拉電阻的阻值不同，沒有什么嚴(yán)格區(qū)分；對(duì)于非集電極（或漏極）開路輸出型電路（如普通門電路）提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。

??3 為增強(qiáng)輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力，有的單片機(jī)管腳上也常使用上拉電阻。

??5 芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號(hào)的噪聲容限，增強(qiáng)抗干擾能力。

??7 長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上、下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。

就是從電源高電平引出的電阻接到輸出端

??2 如果輸出電流比較大，輸出的電平就會(huì)降低（電路中已經(jīng)有了一個(gè)上拉電阻，但是電阻太大，壓降太高），就可以用上拉電阻提供電流分量， 把電平“拉高”。（就是并一個(gè)電阻在IC內(nèi)部的上拉電阻上，這時(shí)總電阻減小，總電流增大）。當(dāng)然管子按需要工作在線性范圍的上拉電阻不能太小。當(dāng)然也會(huì)用這個(gè)方式來實(shí)現(xiàn)門電路電平的匹配。

一般作單鍵觸發(fā)使用時(shí)，如果IC本身沒有內(nèi)接電阻，為了使單鍵維持在不被觸發(fā)的狀態(tài)或是觸發(fā)后回到原狀態(tài)，必須在IC外部另接一電阻。

一般說的是I/O端口，有的可以設(shè)置，有的不可以設(shè)置，有的是內(nèi)置，有的是需要外接，I/O端口的輸出類似于一個(gè)三極管的C，當(dāng)C接通過一個(gè)電阻和電源連接在一起的時(shí)候，該電阻成為上拉電阻，也就是說，該端口正常時(shí)為高電平；C通過一個(gè)電阻和地連接在一起的時(shí)候，該電阻稱為下拉電阻。

5典型應(yīng)用

在外設(shè)沒有收到控制時(shí)，我們需要把某一外設(shè)或單片機(jī)I/O端口固定在某一固定電平上時(shí)，需要根據(jù)需要接上下拉電阻，例如：上圖中，對(duì)于按鍵輸入來說，在沒有按下按鍵時(shí)，如果沒有上拉電阻的存在，單片機(jī)端口將處于懸乎狀態(tài)，沒有確定電平，當(dāng)然如果有內(nèi)部上拉電阻的單片機(jī)除外，加上上拉電阻會(huì)，在沒有按鍵時(shí)，單片機(jī)端口保持高電平，有按鍵時(shí)，單片機(jī)端口將輸入低電平。

而對(duì)于蜂鳴器來說，由于和按鍵有同樣的效果，不加上拉電阻，無法區(qū)別在沒有單片機(jī)控制時(shí)，三極管的工作狀態(tài)，所以，必須加上上拉電阻以保障無單片機(jī)控制時(shí)，三極管截止，蜂鳴器不工作。

有時(shí)候由于器件自身設(shè)計(jì)的原因，如果不接外部上下拉電阻，設(shè)備無法正常實(shí)現(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換。例如，對(duì)于開漏輸出的I2C總線來說，如果不接上拉電阻，其只能輸出低電平，無法實(shí)現(xiàn)高電平輸出，加上上拉電阻，保證在沒有控制信號(hào)時(shí)，通過上拉電阻實(shí)現(xiàn)高電平。

電容

1概念

電容（或稱電容量）是表現(xiàn)電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。

電容從物理學(xué)上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲(chǔ)介質(zhì)，可能電荷會(huì)永久存在，這是它的特征，它的用途較廣，它是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、濾波、補(bǔ)償、充放電、儲(chǔ)能、隔直流等電路中。

電容的符號(hào)是C。在國際單位制里，電容的單位是法拉，簡稱法，符號(hào)是F，由于法拉這個(gè)單位太大，所以常用的電容單位有毫法（mF）、微法（μF）、納法（nF）和皮法（pF）等，換算關(guān)系是：

1微法（μF）= 1000納法（nF）= 1000000皮法（pF）。1伏安時(shí)=1瓦時(shí)=3600焦耳

一個(gè)電容器，如果帶1庫的電量時(shí)兩級(jí)間的電勢差是1伏，這個(gè)電容器的電容就是1法，即：C=Q/U 但電容的大小不是由Q（帶電量）或U（電壓）決定的，即：C=εS/4πkd 。其中，ε是一個(gè)常數(shù)，S為電容極板的正對(duì)面積，d為電容極板的距離，k則是靜電力常量。常見的平行板電容器，電容為C=εS/d（ε為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為極板面積，d為極板間的距離）。

定義式：C=Q/U多電容器并聯(lián)計(jì)算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn三電容器串聯(lián)：C=（C1*C2*C3）/（C1*C2+C2*C3+C1*C3）

2電容的應(yīng)用

??1 按照結(jié)構(gòu)分三大類：固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器；??3 按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器；??5 低頻旁路：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器；??7 調(diào)諧：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器；??9 低耦合：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器；

電容作用

耦合電容：用在耦合電路中的電容稱為耦合電容，在阻容耦合放大器和其他電容耦合電路中大量使用這種電容電路，起隔直流通交流作用。

退耦電容：用在退耦電路中的電容器稱為退耦電容，在多級(jí)放大器的直流電壓供給電路中使用這種電容電路，退耦電容消除每級(jí)放大器之間的有害低頻交連。

諧振電容：用在LC諧振電路中的電容器稱為諧振電容，LC并聯(lián)和串聯(lián)諧振電路中都需這種電容電路。

中和電容：用在中和電路中的電容器稱為中和電容。在收音機(jī)高頻和中頻放大器，電視機(jī)高頻放大器中，采用這種中和電容電路，以消除自激。

積分電容：用在積分電路中的電容器稱為積分電容。在電勢場掃描的同步分離電路中，采用這種積分電容電路，可以從場復(fù)合同步信號(hào)中取出場同步信號(hào)。

補(bǔ)償電容：用在補(bǔ)償電路中的電容器稱為補(bǔ)償電容，在卡座的低音補(bǔ)償電路中，使用這種低頻補(bǔ)償電容電路，以提升放音信號(hào)中的低頻信號(hào)，此外，還有高頻補(bǔ)償電容電路。

分頻電容：在分頻電路中的電容器稱為分頻電容，在音箱的揚(yáng)聲器分頻電路中，使用分頻電容電路，以使高頻揚(yáng)聲器工作在高頻段，中頻揚(yáng)聲器工作在中頻段，低頻揚(yáng)聲器工作在低頻段。

調(diào)諧電容：連接在諧振電路的振蕩線圈兩端，起到選擇振蕩頻率的作用。

中和電容：并接在三極管放大器的基極與發(fā)射極之間，構(gòu)成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，以抑制三極管極間電容造成的自激振蕩。

定時(shí)電容：在RC時(shí)間常數(shù)電路中與電阻R串聯(lián)，共同決定充放電時(shí)間長短的電容。

縮短電容：在UHF高頻頭電路中，為了縮短振蕩電感器長度而串聯(lián)的電容。

錫拉電容：在電容三點(diǎn)式振蕩電路中，與電感振蕩線圈兩端并聯(lián)的電容，起到消除晶體管結(jié)電容的影響，使振蕩器在高頻端容易起振。

預(yù)加重電容：為了避免音頻調(diào)制信號(hào)在處理過程中造成對(duì)分頻量衰減和丟失，而設(shè)置的RC高頻分量提升網(wǎng)絡(luò)電容。

移相電容：用于改變交流信號(hào)相位的電容。

降壓限流電容：串聯(lián)在交流回路中，利用電容對(duì)交流電的容抗特性，對(duì)交流電進(jìn)行限流，從而構(gòu)成分壓電路。

S校正電容：串接在偏轉(zhuǎn)線圈回路中，用于校正顯像管邊緣的延伸線性失真。

消亮點(diǎn)電容：設(shè)置在視放電路中，用于關(guān)機(jī)時(shí)消除顯像管上殘余亮點(diǎn)的電容。

啟動(dòng)電容：串接在單相電動(dòng)機(jī)的副繞組上，為電動(dòng)機(jī)提供啟動(dòng)移相交流電壓，在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后與副繞組斷開。

3去耦電容

電容的阻抗為1/（2π*f*C），頻率越高，阻抗應(yīng)該越小。在結(jié)構(gòu)上，小容量的電容器在高的頻率處，而大容量的電容器則在較低的頻率處，電容的阻抗變得最低。因此，在電源上并聯(lián)一個(gè)小容量電容和一個(gè)大容量電容是很有必要的，這樣在很寬的頻率范圍降低電源對(duì)地的阻抗。

小容量的電容器是在高頻情況下降低阻抗的，所以如果不配置在電路附近，則電容器的引線增長，由于引線本身的阻抗，電源的阻抗不能降低。使用在使用小電容時(shí)，一定將盡量靠近器件的電源輸入腳，否則就算添加了這個(gè)電容也沒有任何意義。大容量電容器由于其低頻特性，在布局時(shí)可以適當(dāng)離器件遠(yuǎn)些也沒有問題。在低頻電路上即使沒有小電容C1，電路也能正常工作。但是在高頻電路中，比起大電容C2來說，C1起著更為重要的作用。

從習(xí)慣上來說，旁路電容也有大小兩個(gè)電容，形成兩條通路，也保證電路的可靠性。

4耦合電容

電容耦合的作用是將交流信號(hào)從前一級(jí)傳到下一級(jí)。耦合的方法還有直接耦合和變壓器耦合的方法。直接耦合效率最高，信號(hào)又不失真，但是，前后兩級(jí)工作點(diǎn)的調(diào)整比較復(fù)雜，相互牽連。為了使后一級(jí)的工作點(diǎn)不受前一級(jí)的影響，就需要在直流方面把前一級(jí)和后一級(jí)分開。

同時(shí)，又能使交流信號(hào)從前一級(jí)順利的傳遞到后一級(jí)，同時(shí)能完成這一任務(wù)的方法就是采用電容傳輸或者變壓器傳輸來實(shí)現(xiàn)。他們都能傳遞交流信號(hào)和隔斷直流，使前后級(jí)的工作點(diǎn)互不牽連。但不同的是，用電容傳輸時(shí)，信號(hào)的相位要延遲一些，用變壓器傳輸時(shí)，信號(hào)的高頻成分要損失一些。一般情況下，小信號(hào)傳輸時(shí)，常用電容作為耦合元件，大信號(hào)或者強(qiáng)信號(hào)傳輸時(shí)，常用變壓器作為耦合元件。

在AD于DA電路上，我們需要把數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，為保障數(shù)字喜歡與模擬喜歡的互不干涉，我們往往需要在單片機(jī)的輸入端或輸出端串聯(lián)一個(gè)電容，對(duì)電路進(jìn)行耦合。

用于振蕩回路中，與電感或電阻配合，決定振蕩頻率（時(shí)間）的電容稱之為振蕩電容。

Fx = F0（1+C1/（C0+CL））^（1/2）;

具體公式不用細(xì)想，我們可以從中得知負(fù)載電容的減小可以使實(shí)際頻率Fx變大，原有電路使用的是33pF的兩個(gè)電容，則并聯(lián)起來是16.5pF，我們的貼片電容只有27pF，33pF，39pF，所以我們選用了27pF和39pF并聯(lián)，則電容為15.95pF。電容焊好后，測量比原來大了200多赫茲，落在了設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

對(duì)于這電容來說，大家應(yīng)該再熟悉不過了，基本上，沒有一個(gè)帶有微處理器的電路都至少有一個(gè)帶有起振電容的電路。雖然，大多是情況下，我們都是按照經(jīng)驗(yàn)選擇這兩個(gè)電容。實(shí)際上，這樣不科學(xué)，有的時(shí)候晶振并不會(huì)工作。所以，選擇合適是起振電容還是很有必要的。實(shí)際上，不同的晶振，起需要的起振電容是不同的，在購買晶振時(shí)應(yīng)該選擇合適的晶振，一般來說在晶振的數(shù)據(jù)手冊上也提供了選擇起振電容的依據(jù)。

6復(fù)位電容

隨著+5V直流電壓的充電，Al的①腳上的電壓達(dá)到了一定值，集成電路Al內(nèi)部所有電路均可建立起初始狀態(tài)，復(fù)位工作完成，CPU進(jìn)入初始的正常工作狀態(tài)。這一復(fù)位電路的目的：使集成電路Al的復(fù)位引腳①腳上直流電壓的建立滯后于集成電路Al的+5V直流工作電壓規(guī)定的時(shí)間，如圖5-69所示的電壓波形可以說明這一問題。

電感

1.電感作為一種能夠改變電流的特殊器件，在數(shù)字電路中應(yīng)用相對(duì)比較少，一般都應(yīng)用在與電源相關(guān)的部分。

電感（inductance of an ideal inductor）是閉合回路的一種屬性。當(dāng)線圈通過電流后，在線圈中形成磁場感應(yīng)，感應(yīng)磁場又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流來抵制通過線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱為電的感抗，也就是電感，單位是“亨利（H）”。

自感，互感電感符號(hào)：L1H=10^3mH=10^6μH=10^9nH。除此外還有一般電感和精密電感之分精密電感：誤差值為5%，用J表示；誤差值為1%，用F表示。

2電感應(yīng)用

電感的作用：通直流阻交流這是簡單的說法，對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行隔離，濾波或與電容器，電阻器等組成諧振電路。

磁環(huán)電感的作用：磁環(huán)與連接電纜構(gòu)成一個(gè)電感器（電纜中的導(dǎo)線在磁環(huán)上繞幾圈作為電感線圈），它是電子電路中常用的抗干擾元件，對(duì)于高頻噪聲有很好的屏蔽作用，故被稱為吸收磁環(huán)，由于通常使用鐵氧體材料制成，所以又稱鐵氧體磁環(huán)（簡稱磁環(huán)）。

在圖中，上面為一體式磁環(huán)，下面為帶安裝夾的磁環(huán)。磁環(huán)在不同的頻率下有不同的阻抗特牲。一般在低頻時(shí)阻抗很小，當(dāng)信號(hào)頻率升高后磁環(huán)的阻抗急劇變大。可見電感的作用如此之大，大家都知道，信號(hào)頻率越高，越容易輻射出去，而一般的信號(hào)線都是沒有屏蔽層的，這些信號(hào)線就成了很好的天線，接收周圍環(huán)境中各種雜亂的高頻信號(hào)，而這些信號(hào)疊加在原來傳輸?shù)男盘?hào)上，甚至?xí)淖冊瓉韨鬏數(shù)挠杏眯盘?hào)，嚴(yán)重干擾電子設(shè)備的正常工作。

因此降低電子設(shè)備的電磁干擾（EM）已經(jīng)是必須考慮的問題。在磁環(huán)作用下，即使正常有用的信號(hào)順利地通過，又能很好地抑制高頻于擾信號(hào)，而且成本低廉。電感的主要參數(shù)有電感量、允許偏差、品質(zhì)因數(shù)、分布電容及額定電流等。

電感量也稱自感系數(shù)，是表示電感器產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個(gè)物理量。

電感量的基本單位是亨利（簡稱亨），用字母“H”表示。常用的單位還有毫亨（mH）和微亨（μH），它們之間的關(guān)系是：

1mH=1000μH

允許偏差是指電感器上標(biāo)稱的電感量與實(shí)際電感的允許誤差值

品質(zhì)因數(shù)

它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時(shí)，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高。

3儲(chǔ)能電感

例如，在單片機(jī)系統(tǒng)中最常使用的開關(guān)電源LM2576電源電路中，所有的開關(guān)調(diào)節(jié)器都有兩種基本的工作方式：即連續(xù)型和非連續(xù)型，兩者之間的區(qū)別主要在于流過電感的電流不同，即電感電流若是連續(xù)的則稱為連續(xù)型；

若電感電流在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)降到零則為非連續(xù)型。每一種工作模式都可以影響開關(guān)調(diào)節(jié)器的性能和要求。當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)，在設(shè)計(jì)中可采用非連續(xù)模式。LM2576 既適用于連續(xù)型也適用于非連續(xù)型。

通常情況下，連續(xù)型工作模式具有好的工作特性且能提供較大的輸出功率、較小的峰峰值電流和較小的紋波電壓。一般應(yīng)用時(shí)可根據(jù)下面公式進(jìn)行電感的選擇：（電壓單位：V 電流單位：A）

二極管

在單片機(jī)外圍電路中，二極管的應(yīng)用也非常廣泛，而且二極管根據(jù)其應(yīng)用不同，種類非常繁多，下面我們主要談?wù)劙l(fā)光二極管、續(xù)流二極管、整流二極管、限幅二極管等。

二極管又稱晶體二極管，簡稱二極管（diode），另外，還有早期的真空電子二極管；它是一種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個(gè)PN結(jié)兩個(gè)引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的轉(zhuǎn)導(dǎo)性。

一般來講，晶體二極管是一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的p-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓等于零時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。

大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流（Rectifying）”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過（稱為順向偏壓），反向時(shí)阻斷 （稱為逆向偏壓）。

因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。然而實(shí)際上二極管并不會(huì)表現(xiàn)出如此完美的開與關(guān)的方向性，而是較為復(fù)雜的非線性電子特征——這是由特定類型的二極管技術(shù)決定的。二極管使用上除了用做開關(guān)的方式之外還有很多其他的功能。

外加正向電壓時(shí)，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱為死區(qū)。這個(gè)不能使二極管導(dǎo)通的正向電壓稱為死區(qū)電壓。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓以后，PN結(jié)內(nèi)電場被克服，二極管正向?qū)ǎ娏麟S電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內(nèi)，導(dǎo)通時(shí)二極管的端電壓幾乎維持不變，這個(gè)電壓稱為二極管的正向電壓。

當(dāng)二極管兩端的正向電壓超過一定數(shù)值Vth，內(nèi)電場很快被削弱，電流迅速增長，二極管正向?qū)āth叫做門坎電壓或閾值電壓，硅管約為0.5V，鍺管約為0.1V。硅二極管的正向?qū)▔航导s為0.6~0.8V，鍺二極管的正向?qū)▔航导s為0.2~0.3V。

外加反向電壓不超過一定范圍時(shí)，通過二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。

一般硅管的反向電流比鍺管小得多，小功率硅管的反響飽和電流在nA數(shù)量級(jí)，小功率鍺管在μA數(shù)量級(jí)。溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體受熱激發(fā)，少數(shù)截流子數(shù)目增加，反向飽和電流也隨之增加。

二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、硅功率開關(guān)二極管、旋轉(zhuǎn)二極管等。

按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成一個(gè)“PN結(jié)”。

由于是點(diǎn)接觸，只允許通過較小的電流（不超過幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機(jī)的檢波等。面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。

點(diǎn)接觸型二極管面接觸型二極管鍵型二極管合金型二極管擴(kuò)散型二極管臺(tái)面型二極管平面型二極管合金擴(kuò)散型二極管外延型二極管肖特基二極管發(fā)光二極管

有的網(wǎng)友可能已經(jīng)使用過多種LED了吧，不過，不知道你是否知道LED的工作電壓？不同顏色的LED，由于使用的材料不同，其工作電壓是不同的。一般來說紅色、黃色的LED，其工作電壓在2V左右；而藍(lán)色、綠色和白色的LED，其工作電壓在3V左右。

如果設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的專門的LED發(fā)光類的產(chǎn)品（LED護(hù)欄管、LED照明燈等），應(yīng)該保證LED的工作電壓在其正常工作的電壓范圍，具體的LED燈的工作電壓可以通過LED廠家提供的LED參數(shù)確定。同時(shí)，如果要讓LED正常工作，一般其工作電流在20mA左右。當(dāng)然，如果我們使用的LED是用來作為指示用，那么并不需要LED發(fā)太亮的光，在這種情況下，一般認(rèn)為LED的工作電壓在2V左右，工作電流4mA即可，如果需要調(diào)節(jié)亮度，可以通過改變限流電阻確定。

上圖是最簡單的LED應(yīng)用電路，在這個(gè)電路中需要注意的是限流電阻R1的選擇。如果該電路用于指示用，而且單片機(jī)的I/O端口可以輸出4mA左右的電流，則可以直接通過單片機(jī)端口控制，則R1的計(jì)算公式如下：

但是，如果這個(gè)電路用作照明用，顯然是單片機(jī)的I/O端口是無法輸出這么大電流的，這是，我們可以考慮用三級(jí)管或FET來開關(guān)控制。當(dāng)然，如果作為一般指示電路使用時(shí)，如果單片機(jī)無法輸出4mA的電流時(shí)，也可用于使用三極管貨FET來驅(qū)動(dòng)LED。

我們通常所說的“續(xù)流二極管”由于在電路中起到續(xù)流的作用而得名，一般選擇快速恢復(fù)二極管或者肖特基二極管來作為“續(xù)流二極管”，它在電路中一般用來保護(hù)元件不被感應(yīng)電壓擊穿或燒壞，以并聯(lián)的方式接到產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的元件兩端，并與其形成回路，使其產(chǎn)生的高電動(dòng)勢在回路以續(xù)電流方式消耗，從而起到保護(hù)電路中的元件不被損壞的作用。

例如：下面的繼電器開關(guān)電路

當(dāng)開關(guān)的負(fù)載為繼電器或電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載時(shí)，在截?cái)嗔鬟^負(fù)載的電流時(shí)（晶體管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)）會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢。這時(shí)產(chǎn)生的電壓非常大。當(dāng)這種電壓超過晶體管的集電極-基極間、集電極-發(fā)射機(jī)間電壓的最大額定值Vcbo、Vceo時(shí)，晶體管將會(huì)被擊穿。

整流二極管

整流二極管一般為平面型硅二極管，用于各種電源整流電路中。

普通串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路中使用的整流二極管，對(duì)截止頻率的反向恢復(fù)時(shí)間要求不高，只要根據(jù)電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管即可。例如，1N系列、2CZ系列、RLR系列等。

整流二極管一般應(yīng)用在電源電路中，常見的有交流變直流時(shí)的電橋。防止電源接反時(shí)的，保護(hù)二極管等等。對(duì)于這類二極管，主要應(yīng)用的是其單向?qū)щ娦浴Ｔ趯?shí)際的應(yīng)用中，比較常用的系列是1N系列。

穩(wěn)壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。在這臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很小的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。其伏安特性見圖1，穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。

這類二極管往往應(yīng)用在對(duì)電壓有一定的特殊要求的地方，高于穩(wěn)壓二極管的電壓將會(huì)被二極管吃掉，從而起到穩(wěn)壓的作用，當(dāng)然也可也到限幅的作用。這種二極管一般在單片機(jī)電路中，常用用于對(duì)輸入高電壓的信號(hào)進(jìn)行處理，以整輸入電壓在一個(gè)合理的范圍，確保不對(duì)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行破壞。

三極管

1概述

晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而p是加入硼取代硅，產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。對(duì)于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)，三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。

2三極管工作原理

由于三極管大多工作在放大狀態(tài)，這也是三極管應(yīng)用的基礎(chǔ)，下面我們將從三極管放大開始，逐步了解三極管的工作原理。

三極管是只具有“放大”的單功能器件，這個(gè)“放大”功能是非常有用的，在初學(xué)者看來三極管的放大工作原理應(yīng)該是如下圖所示：

實(shí)際上不是這樣的，從能量守恒可以知道，信號(hào)是不可能無緣無故被放大的，放大的信號(hào)也必定有來源。輸入小的信號(hào)，要變成放大的信號(hào)，這個(gè)能量只能來源于電源供電，即由電源輸出一個(gè)被放大的形狀相同的信號(hào)。所以，在外部看來，可以看成輸入信號(hào)被“放大”了，這就是三極管的放大原理。

工作原理

三極管實(shí)際上可以這樣理解，在三極管的基極和發(fā)射極之間加入了二極管，當(dāng)三極管工作時(shí)，基極與發(fā)射極之間的二極管的正向壓降為0.6~0.7V。反過來可以這樣理解，要讓三極管工作，實(shí)際上可以讓三極管里邊的二極管工作，當(dāng)這個(gè)二極管工作了，那么三極管以就工作了。

而且從上圖可以看出，由箭頭可以看出PN極的方向，同時(shí)由這個(gè)PN結(jié)就可以確定管子的類型為NPN，還是PNP了。例如上圖的第一個(gè)三極管基極的PN結(jié)的P，發(fā)射極是PN結(jié)的N，故集電極應(yīng)該為N，所以，第1個(gè)三極管為NPN型，同樣的方法可以確定第2個(gè)三極管為PNP。

實(shí)際上三極管的NPN和PNP都是由兩PN結(jié)構(gòu)成。所以，我們可以認(rèn)為，三極管的基極和發(fā)射機(jī)間與基極和集電極之間連接2個(gè)二極管。在一般的放大電路中，使基極和發(fā)射極之間的二極管導(dǎo)通，使基極和集電極之間的二極管截止來設(shè)置三極管各端電位。

3三極管開關(guān)電路

上圖左邊是正常的放大電路，右邊是我們需要的開關(guān)電路。從這兩個(gè)波形不難看出，其狀態(tài)很像，只是一個(gè)是正弦波，一個(gè)是方波。如果我們把放大倍數(shù)調(diào)大，或者把輸入信號(hào)增大，那么會(huì)導(dǎo)致什么現(xiàn)象呢？這一點(diǎn)不難想象，輸入輸出信號(hào)的增大，放大波形的上下均會(huì)被切掉。切掉后的正弦波是不是很像我們的方波呢？由此可以看出，我們只需要修改這個(gè)放大電路，讓其進(jìn)入兩個(gè)極端就可以得到開關(guān)電路了。

從發(fā)射極放大電路演變掉開關(guān)電路的示意圖如下：從圖中可以看出，電路（a）去掉輸入輸出兩個(gè)耦合電容后得到了電路（b），由于放大倍數(shù)是有Rc和Re兩個(gè)電阻決定的，所以去掉Re后，得到了電路（c），同時(shí)，基極偏置電路也沒有什么必要，當(dāng)輸入信號(hào)為0V時(shí)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，如圖（d）。

上圖上邊是開路集電極電路，跟負(fù)載使用電源沒有關(guān)系，只要基極有電壓，電路就能工作；而上圖下邊的是開路發(fā)射極，基極電壓與負(fù)載電源是有關(guān)系的，輸出電壓要比輸入電壓低0.6V。所以，這兩種開關(guān)電路各有優(yōu)缺點(diǎn)。上邊電路的開關(guān)速度不夠高，還必須通過添加其他器件來提高其開關(guān)速度。而下邊電路的開關(guān)速度卻非常快，但輸入電源和輸出電源有關(guān)聯(lián)。所以，在實(shí)際的應(yīng)用中，比較常用的還是左邊的那種方式，本人也建議盡量采用上邊的（b）圖，而盡量不要應(yīng)用右邊的這兩種方式。

上面提到開路集電極電路的最大缺點(diǎn)就是開關(guān)速度不夠快，在需要快速開關(guān)時(shí)，達(dá)不到我們的要求，為此下面我們看看怎么來提高其開關(guān)速度。

肖特基箍位

提高三極管開關(guān)速度的另外一種方法是添加肖特基二極管箍位。這里利用的是這種二極管是采用金屬與半導(dǎo)體接觸形成具有整流作用，這種二極管的開關(guān)速度很快。

三級(jí)管的開關(guān)應(yīng)用非常多，常見的有控制繼電器、控制LED、控制LCD背光、控制光耦等，一切開關(guān)電路幾乎都可以使用三極管或者需要三極管協(xié)助完成。

繼電器是磁性機(jī)械開關(guān)元件，是用邏輯信號(hào)開關(guān)各種信號(hào)時(shí)使用的元件。繼電器工作電流相對(duì)比較大，直接使用單片機(jī)的I/O端口控制是無法實(shí)現(xiàn)的，在這種情況下，一般需要使用三極管來驅(qū)動(dòng)控制。在選擇三極管時(shí)，可以使用NPN，也可以使用PNP。對(duì)于這兩種三級(jí)管來說，唯一不同的就是驅(qū)動(dòng)電平而已，其他完全一致。

驅(qū)動(dòng)常見電路，這里使用的是NPN三極管，高電平控制。為保證沒有控制信號(hào)時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器不工作，這里加了一個(gè)10K的下拉電阻。為了限制基極的輸入電流，這里使用了4.3K的限流電阻，保證在單片機(jī)控制下，最大輸入電流Ib=（5-0.6）/4.3K=1mA。同時(shí)，我們再次強(qiáng)調(diào)，在繼電器端必須并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，否則開關(guān)繼電器的同時(shí)可能會(huì)損壞三極管，這一點(diǎn)我們在講述二極管時(shí)已經(jīng)說明。

對(duì)于需要提供大電流才工作的LED電路，我們也必須考慮使用三極管來驅(qū)動(dòng)，有時(shí)甚至?xí)枰鄠€(gè)三極管同時(shí)才能驅(qū)動(dòng)。

對(duì)于上圖來說，每一路LED的顯示和每一個(gè)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，都會(huì)使用大的電流。7段數(shù)碼管的每一段LED需要打電流大概是30mA，而其電流的控制由其串聯(lián)的限流電阻確定。我們之前也說過，一般LED的工作壓降為2V，所以LED的工作電流I=5-2-0.6/82=30mA。

場效應(yīng)晶體管

對(duì)于場效應(yīng)管來說，在大學(xué)期間老師基本沒有講，讓自己自學(xué)。到了工作的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)場效應(yīng)管應(yīng)用還是比較廣泛的。其實(shí)場效應(yīng)管和三極管還是很相似的。在很多應(yīng)用中，甚至可以直接貼換三極管。

場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫（FET））簡稱場效應(yīng)管。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高（10^7～10^12Ω）、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。

1.與雙極型晶體管相比，場效應(yīng)管具有如下特點(diǎn)。

（1）場效應(yīng)管的控制輸入端電流極小，因此它的輸入電阻（Ω）很大。（2）它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù)；（3）由于不存在雜亂運(yùn)動(dòng)的電子擴(kuò)散引起的散粒噪聲，所以噪聲低。

2.工作原理

場效應(yīng)管的開關(guān)電路和三極管的開關(guān)電路一樣，都是可以從放大電路變化而得。這里不在說明其變化過程。同樣把負(fù)載放置在Rd的位置。

對(duì)于偏置電阻的確定，需要注意：其作用和三極管的上下拉電阻一樣，用于確定柵極的電平狀態(tài)，取值一般沒有要求，大都取1M。

場效應(yīng)管的開關(guān)電路應(yīng)用非常廣泛，由于其為電壓控制型，而且內(nèi)阻非常小，常常應(yīng)用在各種大電流開關(guān)控制電路中。例如，熱敏微型打印機(jī)電源開關(guān)、外部電源輸出開關(guān)等等。簡單的說，一般小電流開關(guān)電路可以適用三極管，大電流開關(guān)電路使用場效應(yīng)管，這里就不在列舉實(shí)例了。

和三極管一樣，其開關(guān)并不是絕對(duì)的，雖然說，在一定的工作電壓下，場效應(yīng)管就處于開關(guān)狀態(tài)。但它的開關(guān)狀態(tài)并不是沒有內(nèi)阻，其內(nèi)阻的變化一般都是跟隨其外部電壓的大小而變化。所以，為了減小其內(nèi)阻，應(yīng)盡量加大其開關(guān)電壓值。具體多大合適一定要查詢芯片資料。

原文標(biāo)題：太牛了，詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)知識(shí)：電阻、電容、電感、二極管、三極管、mos管！

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