第01章 电路基础
第01章 电路基础
1.1 电流
1、原子结构
带正电的原子核在中央，周围环绕带负电的电子
2、原子与电荷
绝缘材料
导电材料
3、电流的产生
电流是由自由电荷在电势差或电动势作用下定向移动形成的。
电流的大小取决于导体中电荷的流动速度
4、电流的单位
电流的单位安倍（A）
1秒内有6.2415093^18个电荷通过横截面的电流就是1A
单片机的待机电流10ma
鼠标和键盘的电流50ma
指示灯的电流5ma
笔记本电脑 3A
空调 10A
5、电流的分类
电流分为交流电和直流电
交流电（AC）
- 交流电的电流方向随时间变化。
- 电荷会在正、负两个方向上流动，周期性的交替反向。
- 交流电通常是通过电网供应电力。
- 用于各种大型的较大功率的电器设备和机械设备中，如电视、电冰箱、微波炉、电动汽车的电机。
直流电（DC）
- 直流电是指电流方向不变的电流。
- 电荷始终在同一个方向上流动直流。
- 电源通常由电池或者其他直流电源供应。
- 直流电常用于需要稳定电压和恒定方向的小型设备中，如手机、笔记本、电动自行车等。
1.2 电压
电压就是电势能
电压、电势是指电子在电路中的动能。
单位通常为伏特(V)。电压是电力系统中的一种重要概念，它决定着电流流动的强度。
电压越高，电子移动的越快，电流就会越大，而电压越低，电流就会越小。
1.3 电阻
1、电阻的概念
2、欧姆定律
3、欧姆定律的计算
串联电路
并联电路
4、电阻封装
1、插针电阻
2、贴片电阻
3、排阻
4、可调电阻器
5、贴片电阻的规格
0201封装规格（英制封装体积）
- 长 (L)：0.60±0.05mm
- 宽 (W)：0.30±0.05mm
- 高 (t)：0.23±0.05mm
0402封装规格（英制封装体积）
- 长 (L)：1.00±0.10mm
- 宽 (W)：0.50±0.10mm
- 高 (t)：0.30±0.10mm
0603封装规格（英制封装体积）
- 长 (L)：1.60±0.15mm
- 宽 (W)：0.80±0.15mm
- 高 (t)：0.40±0.10mm
0805封装规格（英制封装体积）
- 长 (L)：2.00±0.20mm
- 宽 (W)：1.25±0.15mm
- 高 (t)：0.50±0.10mm
1206封装规格（英制封装体积）
- 长 (L)：3.20±0.20mm
- 宽 (W)：1.25±0.15mm
- 高 (t)：0.55±0.10mm
1210封装规格（英制封装体积）
- 长 (L) : 3.20±0.20mm
- 宽 (W) : 0.50±0.20mm
- 高 (t) : 0.55±0.10mm
1812封装规格（英制封装体积）
- 长 (L) : 4.50±0.20mm
- 宽 (W) : 3.20±0.20mm
- 高 (t) : 0.55±0.10mm
2010封装规格（英制封装体积）
- 长 (L) : 5.00±0.20mm
- 宽 (W) : 2.50±0.20mm
- 高 (t) : 0.55±0.10mm
2512封装规格（英制封装体积）
- 长 (L) : 6.40±0.20mm
- 宽 (W) : 3.20±0.20mm
- 高 (t) : 0.55±0.10mm
1.4 电感
电感是电路中的一种元件，它的主要作用是储存和释放磁能量。电感通常是由线圈构成，当通过电流时，会在周围产生一个磁场。
电感的大小取决于其线圈的结构、材料以及线圈的匝数。一般来说，线圈匝数越多，磁场越强，电感就越大。
电感的单位是亨利（H）。
电感在电路中的主要作用有：
-
阻碍电流的变化：根据法拉第电磁感应定律，当电流通过电感时，它会产生一个磁场，当电流发生变化时，这个磁场也会随之变化从而产生感应电动势，阻碍电流的变化。因此，电感可以用来阻止电流的突然变化，使电路的响应更加缓慢。
-
存储能量：当电流通过电感时，它会在电感中存储磁能量。这个能量可以在需要时释放，从而平衡电路中的能量流动。
-
滤波：电感可以作为电路中的滤波器，通过阻止高频信号的通过，从而滤除噪声或干扰。
-
电感耦合：电感也可以用于电感耦合的电路中，将信号从一个线圈传输到另一个线圈，而不直接连接，例如线圈变压器。
1.5 电容
电容是电路中的一种元件，它的主要作用是存储电荷并在需要时释放电荷。电容通常由两个导体之间的绝缘介质（称为电介质）隔开，形成电容器。
电容的大小取决于其几何形状、导体之间的距离以及电介质的性质。一般来说，电容的几何形状越大、导体之间的距离越小、电介质的介电常数越大，电容就越大。
电容的单位是法拉（F）。
电容在电路中的主要作用有：
-
储存电荷：当电压施加在电容器的两端时，正电荷会聚集在一端，负电荷会聚集在另一端，形成电场。这样就在电容中储存了电荷，例如电池。
-
释放电荷：当需要时，电容器可以释放储存的电荷，从而向电路中提供电流。这种能力使得电容在许多电子设备中用作能量储存器，例如电池。
-
滤波：电容器可以作为电路中的滤波器，通过存储和释放电荷来削弱或阻止特定频率的信号通过，从而滤除噪声或干扰。
-
耦合和隔离：电容器可以用于耦合两个电路，传递信号或阻止直流电流通过。
- 交流耦合
- 直流耦合
-
调节器件：电容器在电路中可以用作调节器件，例如在振荡电路中用于控制频率。
1.6 功率
功率是描述能量转换的物理量，通常表示为单位时间内能量转换的速度。在电路中，功率通常表示为电流和电压的乘积，
即：P=VI
其中，
·（P）表示功率（单位为瓦特，W）；
·（V）表示电压（单位为伏特，V）；
·（1）表示电流（单位为安培，A）。
功率的计算可以根据不同的情况采用不同的公式。
·在直流电路中，功率的计算比较简单，直接使用上述的（P=VI）公式即可。
·在交流电路中，由于电压和电流是随时间变化的，功率通常表示为电压和电流的乘积的平均值。
功率在各种电气设备中都是一个重要的参数，它直接反映了设备的能量转换效率和工作状态。
有功功率与无功功率
有功功率（Active Power）和无功功率（Reactive Power）是电路中的两个重要概念，它们分别描述了电路中实际能量转换的部分和对能量转换的支持部分。
-
有功功率（Active Power）：有功功率是指在电路中用于产生实际功效（比如做功、产生热量等）的功率。
- 有功功率是电流和电压的乘积的实部。
- 通常用单位“瓦特”（W）表示。
-
无功功率（Reactive Power）：无功功率是指在电路中由于电容器或电感器件的存在而导致的功率，它不做功，而是在电路中产生电场或磁场存储能量，然后再释放出来。
- 无功功率与电压和电流的乘积的虚部有关。它虽然不直接做功，但在某些情况下是必需的，比如用来维持电压和电流的相位关系，以确保电网稳定运行。
- 无功功率通常用单位“乏特”（VAR）表示。
第02章 模拟电路基础
2.1 二极管
二极管是一种电子元件，通常由两种不同类型的半导体材料组成，一般为P型半导体和N型半导体，因此称为PN结。它有两个引线，分别是阳极（Anode）和阴极（Cathode）。
二极管的主要特性是在正向偏置下有低电阻，而在反向偏置下有很高的电阻。
可以用水流的比喻来解释二极管的工作原理：
想象水流从一条河流（N型半导体）流向另一条河流（P型半导体），两条河流之间有一条大坝（PN结）。
- 在正向偏置时，坝上游的水 位高于下游，水可以自由地流过大坝，这代表二极管导通。
- 在反向偏置时，坝上游的水位低于下游，大坝有效阻止了水流，这代表二极管截止。
1、二极管特性
应用原理
- 整流功能：利用单向导电性将交流电转换为直流电
- 保护功能：防止继电器等感性负载产生的反向电压损坏电路元件
- 防倒灌机制：类似河口防潮闸，阻止电流反向流动
主要应用
- 整流器：交流转直流的核心元件
- 保护电路：用于继电器等易产生反向电动势的场合
- 信号调制：AM/FM收音机中的关键元件
- 电子开关：通过偏置电压控制电路通断
- 光电转换：LED显示和光通信的基础
- 电压稳定：特殊二极管实现稳压功能
2、二极管分类
- 整流二极管：电源电路中交流转直流的核心元件
- 稳压二极管：电源转换电路中的电压稳定元件（如5V转3.3V）
- 发光二极管(LED)：电能转光能，应用于指示灯和OLED显示
- 光电二极管
- 光敏传感器核心部件
- 光通信设备（如光猫）的光电转换元件
- 包含光敏电阻等衍生器件
- 特殊类型
- 肖特基二极管：高频应用
- 稳压二极管：精密稳压电路
2.2 三极管
1、什么是三极管
- 全称与别名: 三极管全称是"晶体三极管"，也被称作"晶体管"
- 本质属性: 是一种具有放大功能的半导体器件，通常指本征半导体三极管(BJT管)
- 物理结构: 由三个掺杂不同的半导体层组成：发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector)
- 类型区分
- PNP型：箭头向内的结构
- NPN型：箭头向外的结构
- 引脚识别: 有箭头的部分为发射极，箭头方向决定类型(NPN向外/PNP向内)
2、三极管的理解
-
- 核心机制
- 基于控制基极电流来控制集电极和发射极之间的电流
- 当基极-发射极间加小信号电流时，可控制发射极-集电极间的大电流
-
水流比喻
- 集电极: 类似水库或水管，负责提供水源(电流)
- 基极: 类似调节阀/水龙头，控制水流(电流)大小
- 发射极: 类似出水口，负责水流(电流)输出
-
放大原理: 基极的小电流变化会引起集电极-发射极间大电流的成比例变化
3、三极管的分类
根据结构分类
- NPN型三极管
- PNP型三极管
根据功率分类
- 小功率
- 中功率
- 大功率
根据封装形式分类
- 金属封装
- 塑料封装
根据PN材料分类
- 锗（ge）三极管
- 硅（si）三极管
4、三极管的工作原理
PNP三极管
- 结构特征：由两种p型材料夹一种n型材料构成，形成p-n-p结构
- 组成原理：由两个串联的晶体二极管组成，右侧为集电极-基极二极管，左侧为发射极-基极二极管
- 电流控制：通过n型材料层控制两个p型材料层之间的电流流动
NPN三极管
- 结构特征：由两种n型材料夹一种p型材料构成，形成n-p-n结构
- 功能特点：主要用于将弱信号放大为强信号
- 工作原理：电子从发射极区移动到集电极区形成电流，广泛应用于各类电路
5、三极管的3种工作状态
-
截止状态
- 条件：发射结反偏，集电结反偏
- 特性：各电极电流几乎为0，相当于关闭的水龙头
- 电压特征：集电极与发射极互不相通
-
放大状态
- 条件：发射结正偏，集电结反偏
- 特性
- 集电极电流$i_c$与基极电流$i_b$成比例关系，$i_c=βi_b $
- 类比说明：如同受控水龙头，开关开度决定水流大小
-
饱和状态
-
条件：发射结正偏，集电结正偏
-
特性
-
$i_c$不再随$i_b$增大而增大，达到最大值
-
电压特征
$U_{ce}$约0.1V，相当于开关闭合
-
6、三极管的功能应用
-
电流放大功能
-
信号放大：可将微弱交流或直流信号放大
-
控制特性：通过小基极电流控制大集电极电流输出
-
典型应用：广泛用于各类放大电路设计
2. 开关功能
- 截止状态：相当于开关断开
- 饱和状态：相当于开关闭合
- 转换速度：三极管可在两种状态间快速切换
2.3 MOS管
1、什么是MOS管
- 全称与结构：MOS管是MOSFET的缩写，全称金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）。由金属（栅极）、氧化物（绝缘层）和半导体（衬底）三层结构组成。
- 引脚名称：包含三个关键引脚：栅极（G，Gate）、源极（S，Source）、漏极（D，Drain）。其中栅极控制电流通断，源极和漏极构成电流通道。
2、MOS管的构造
-
衬底材料：以P型半导体为衬底，通过扩散技术制作两块高掺杂浓度的N型半导体区域，分别作为源极和漏极。
-
绝缘层设计
：在P型衬底与N型区域之间添加二氧化硅（$SiO_2$）绝缘层，栅极通过多晶硅引线覆盖在绝缘层上方。
-
连接特性：P型衬底在内部与源极相连，形成三端器件结构。漏极和源极在物理结构上对称，实际功能取决于外加电压方向。
3、MOS管的分类
- 操作类型
- 增强型：默认关闭，需施加栅极电压才能导通（电路符号中使用虚线表示）。
- 耗尽型：默认导通，需施加栅极电压才能关闭（电路符号中使用实线表示）。
- 沟道类型：根据材料分为N沟道和P沟道，组合后共有四种类型：N沟道增强型/耗尽型、P沟道增强型/耗尽型。
4、MOS管的工作原理
-
核心机制：通过栅极电压控制MOS电容，改变氧化层下方半导体表面的载流子类型（P型反转为N型或反之）。
-
开关类比
类似水闸门控制水流：
- 导通状态：栅极电压形成导电沟道，电流在漏源极间自由流动（闸门开启）。
- 截止状态：无栅极电压时沟道消失，电流被阻断（闸门关闭）。
-
控制特点：属于电压控制型器件，仅需栅极电压即可工作，无需持续电流。
5、MOS管与三极管对比
MOS管和三极管（又称晶体管）是两种常见的半导体器件，它们在电子电路中有着不同的应用和特点。以下是它们之间的一些对比：
结构：
- 三极管：由三个掺杂不同的半导体层构成，通常包括发射极、基极和集电极。
- MOS管：由金属-氧化物-半导体构成，主要包括栅极、漏极和源极。
控制方式：
- 三极管：通过控制基极电流来控制集电极和发射极之间的电流。简称电流控型元件。
- MOS管：通过调节栅极电压来控制漏极和源极之间的电流。简称电流控型元件。
输入阻抗：
- 三极管：输入阻抗相对较低。
- MOS管：输入阻抗较高。
开关速度：
- 三极管：开关速度相对较慢。
- MOS管：开关速度较快。
功耗：
- 三极管：在工作时需要较大的基极电流，因此功耗较高。
- MOS管：功耗较低。
适用范围：
三极管：在低频放大电路和电源控制电路中应用广泛。
MOS管：在集成电路和数字电路中应用广泛，尤其是在大规模集成电路中使用较多
6、MOS管应用
MOS管由于其独特的特性，被广泛应用于以下领域：
-
数字电路：MOS管是数字电路中常用的开关元件，可以实现逻辑门电路、计数器、存储器等功能。
-
模拟电路：MOS管可以用作模拟信号放大、开关、开环控制等方面，例如集成运放、可变电容器等。
-
通信领域：MOS管在射频功率放大器（RFPA）中应用广泛，可以实现高效率的功率放大，适用于移动通信、无线电、卫星通信等领域。
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控制系统：MOS管可以用于各种控制系统中，如马达控制、电源开关、温度控制、光控开关等。
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传感器：MOS管可以用作传感器和检测器，在气体检测、光学测量、温度测量等方面有广泛的应用。
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电源管理：MOS管可以用于电源管理电路中的电源开关、电源保护、电源监控等方面，实现高效、稳定、可靠的电源管理。
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车载电子：MOS管在汽车电子中应用广泛，如发动机控制、车载音响、车载导航、灯光控制等。
2.4 直流电源电路
1、直流电源电路
直流电源是能量转换电路，将220V 50HZ 的交流电转换为直流电
2、整流电路
整流电路要研究的问题
-
电路的工作原理：即二极管工作状态、电路波形的分析。
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输出电压和输出电流平均值：即输出脉动直流电压和电流平均值的求解方法。
-
整流二极管的选择：即二极管承受的最大整流平均电流和最高反向工作电压的分析。
为了分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器内阻为0。
整流二极管的伏安特性：理想二极管的正向导通电压为0，即反向电阻为无穷大。
单向半波整流电路的工作原理
D正半周期导通
D负半周期截止
半波整形电路波形
单向桥式整流电路的工作原理
正半周期
负半周期
桥式整流电路波形
3、滤波电路
电容滤波电路
电容滤波电路工作原理
滤波后波形
电感滤波电路
当回路电路减小时，感生电动势的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导通角
4、集成稳亚器（三端稳压器）
W7800系列
第03章 数字电路基础
3.1 门电路
1 门电路的理解
2 与门电路
3 或门电路
4 非门电路
5 异或门电路
3.2 施密特触发器
1 介绍
2 工作原理
3 主要用途
3.3 555定时器
1 介绍
2 引脚介绍
3 无稳态电路
3.4 ADC转换器
1 概念
2 工作原理
3 常见类型
4 主要参数
3.5 DAC转换器
1 概念
2 工作原理
3
第04章 常用元器件
4.1 蜂鸣器
4.2 光耦隔离器
4.3 继电器
1 概念
4.4 晶振
4.5 USB转串口芯片
4.6 电源芯片（LDO）
4.7 电源芯片（DCDC）
第05章 常用测量工具
5.1 三合一万用表
1.三合一手持数字示波器带万用表
5.2 万用表
5.3 示波器
5.4 信号发生器
第06章 电路设计软件
6.1 软件介绍
6.2 立创EDA
6.3
浙公网安备 33010602011771号