硬件基础元器件知识
时间：2022-10-01 06:30:00
硬件基础部件知识及选型
- 1 三极管
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- 1.1三极管概述
- 1.2三极管原理
- 1.3 三极管分辨法
- 1.4 三极管分类选型
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- 1.41三极管类型
- 1.42三极管选型
- 2 电阻
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- 2.1电阻概述
- 2.2电阻分类及选型类型：
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- 2.21电阻读取方法
- 1.42电阻选型
- 1.43电阻应用
- 3 电容
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- 3.1电容概述
- 3.2 电容原理
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- 3.3电容使用原理
- 3.4电容分类
- 4 场效应管
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- 4.1 绝缘栅场效应管（MOS管）概述
- 4.1 绝缘栅场效应管（MOS管）原理
- 4.3 MOS分辨方法
- 4.4 MOS分类及选型
- 5 电感
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- 5.1电感概述
- 5.2电感原理
- 5.3电感分类
- 5 线规
共有电子电路 八大金刚:三极管、电阻、电容、电感、二极管、场效应管、可控硅、光电耦合器。
这些都是广泛应用于电子电路的基本元件
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1 三极管
1.1三极管概述
三极管，全称为半导体三极管，又称双极晶体管、晶体三极管，是一种控制电流半导体器件的作用是将微弱信号放大成大范围值的电信号， 也用作无触点开关。
1.2三极管原理
三极管是半导体的基本部件之一放大电流，它是电子电路的核心部件。三极管是在一个半导体基板上制作两个非常接近的PN结，两个PN结将整个半导体分为三部分，中间为基区，两侧为发射区和集电区。PNP和NPN两种，如图1所示。
基极 b(base)，发射极 e（emitter），集电极 c（collector）。
NPN与PNP区分:箭头朝内PNP，箭头朝外NPN，箭头导通电压，电压导通，电流控制；
三种工作状态：截止，放大(暂时不用)，饱和；
| 工作状态 | 发射结 | 集电结 |
|---|---|---|
| 饱和状态 | 正偏 | 正偏 |
| 截止状态 | 反偏 | 反偏 |
1.3 三极管分辨法
方法一:用数字万用表测量时，用二极管档测量，红表笔相当于电池正极，黑表笔相当于电池负极。给PN正电流可导通。
先测基极：表笔两次导通，表笔两次截止为基极。再次测量集电极和发射极：基极和集电极的压降小于基极和发射极的压降。
1.4 三极管分类选型
1.41三极管类型
三极管的常用类型有NPN型与PNP型两种。由于这两种三极管工作时对电压极性的要求不同，不能相互替代。
锗和硅材料是三极管的材料。它们之间最大的区别是起始电压不同。锗管PN结的导通电压为0.2V而硅管PN结的导通电压为0.6～0.7V。在放大电路中，一般可以用相同类型的锗管代替相同类型的硅管，或者用相同类型的硅管代替相同类型的锗管，但必须调整基极偏置电压，因为它们的起始电压不同。但必须具体分析脉冲电路和开关电路中不同材料的三极管能否交换，不能盲目更换。
1.42三极管选型
选用三极管需要了解三极管的主要参数。最好手里有一本晶体管特性手册。三极管的参数很多。根据实践经验，我认为我们主要了解三极管的四个极限参数:ICM、BVCEO、PCM及fT可满足95%以上的使用需求。
1.小功率三极管最常用于电子电路。主要用作小信号的放大、控制或振荡器。选择三极管时，首先要弄清楚电子电路的工作频率。
特征频率fT。随着工作频率的增加，三极管的放大能力会降低，对应β=1时的频率fT特征频率称为三极管。
工作频率一般要求：工程设计一般要求三极管fT实际工作频率超过3倍。
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BVCEO当三极管基极开路时，集电极-发射极反向击穿电压。如果集电极和发射极之间的电压超过这个值，三极管可能会产生很大的集电极电流，这被称为击穿。三极管击穿后会造成永久性损坏或性能下降。BVCEO可根据电路的电源电压来决定选择，一般来说，只要三极管是三极管BVCEO大于电路中电源的最高电压。
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PCM它是集电极最大的允许耗散功率。当三极管工作时，集电极电流会在集电结上产生热量并加热三极管。如果耗散功率过大，三极管就会烧坏。如果三极管在使用中大于PCM长时间工作会损坏三极管。需要注意的是，大功率三极管给出的最大允许耗散功率是加入一定规格散热器时的参数。使用时一定要注意这一点。当我们估计电路中三极管的工作电流（即集电极电流），并知道三极管集电极与发射极之间的电压时，我们可以根据P=U×I计算三极管集电极的最大允许耗散功率PCM。
4** ICM**它是集电极的最大允许电流。当集电极电流超过一定值时，其电流放大系数β它会下降的。因此，三极管的电流放大系数规定β当变化不超过允许值时，集电极的最大电流称为ICM。所以在使用中当集电极电流IC超过ICM三极管不会损坏，但会造成损坏β降低值会影响电路的工作性能。ICM在30～50mA一般不能考虑小信号电路。
选择大功率三极管
对于大功率三极管，只要不是高频发射电路，我们都不必考虑三极管的特征频率fT。三极管的集电极-发射极反向击穿电压BVCEO这一极限参数的考虑与小功率三极管相同。集电极最大允许电流ICM选择主要根据三极管的负载情况计算。三极管的集电极最大允许耗散功率PCM这是大功率三极管的关键问题。需要注意的是，大功率三极管必须有良好的散热器。
2 电阻
2.1电阻概述
电阻是阻碍物质中电子流动的能力，即电阻值和单位Ω。 电阻器是一种对电流流动有一定阻力的装置。电阻器通常被称为电阻，以便更方便地表达。
单位转换：
1KΩ=1000Ω，1MΩ=1000KΩ。
2.2电阻分类及选型类型：
**电阻特性：**伏安特性
温漂也重要
非线性电阻：
基本参数功率：P=I2R
标称阻值 额定功率 允许误差
分压：
R1:R2=U1:U2
限流： 采样电阻,电路保护
测温：
防浪涌
2.21电阻读取方法
1.色环电阻器
读取方法：若电阻采用四色环表示。其第一色环是十位数，第二色环是个位数，第三色环为应乘位数，第四色环为误差率，数如图1.
2.贴片电阻器又名片状电阻器，表面安装电阻。贴片电阻器主要有矩形和圆形两种形状。常用的贴片电阻器为黑色扁平小方块，两边的引脚焊片呈银白色。
特点：贴片电阻器具有体积小，重量轻，电性能稳定，可靠性高，装配成本低，机械强度高和高频特性优越的特点。
读取方法：在电路图上用三位数字来表示元器件标称阻值的方法被称为数码标示法。该法常见于贴片电阻器上。
在三位数字中，从左往右的前两位为有效数字，第三位数字表示因在有效数字后所加0的个数。如“103”表示10103，“334”表示33104.
3. 水泥电阻器
水泥电阻器是一种绕线电阻，将电阻绕于无碱性耐热瓷件上，外面加上防腐蚀耐热耐湿材料固定而成。一般情况下，外部填充物为水泥，故称水泥电阻器。
特点：水泥电阻器具有耐高功率，散热性好，稳定性好，耐震的特点。常用于过流检测，保护电路，音频功率放大的电路中。
第三种读取方法直标法
直标法是将电阻值的标称值用数字和文字符号按一定组合规律标在电阻体上
为了防止小数点在印刷不清时引起误会，故将小于1的值放在字母后面。如0.22Ω=R22，2.2Ω=2R2，2200Ω=2K2，2210000Ω=2M21.
如图电阻器阻值的允许误差则由字母表示。
测量方法：万用表
1.42电阻选型
电阻的应用一般降压、限流、信号隔离、电阻器检测。
常用
1 电阻选型首先要考虑电阻值它影响着电流的计算**（I=U/R），同时也涉及到功率的计算（P=I²R）**，此外还有其它分压偏置等电路的计算。
2 封装 封装的类型和尺寸，而贴片电阻器常用的尺寸规格从小到大排列有：0201、0402、0603、0805、1206、1210、2010、2512。
重要的参数
3 额定功率 如果在电阻器身上加载超过其本身所能承受的功率，电阻器最终会因为过热而烧毁。例如0603封装对应的额定功率为1/10W；2512封装对应额定功率是1W。
4 降额 高温会使得电阻的额定功率成比例下降。至于降额的幅度，需要根据项目的实际情况以及设计的标准来综合考虑，通常是50%~80%。
1.43电阻应用
上拉电阻：* 输出端
加强驱动能力，开漏输出可以将电位钳制在高电平
上拉电阻：输入端
钳制在低电平，也可以变成高电平
3 电容
3.1电容概述
电容器是储存电量和电能的元件，电容器由一个导体发出的电场线全部终止在另一个导体的导体系构成。电容器的电容量在数值上等于一个导电极板上的电荷量与两个极板之间的电压之比，基本单位是法拉(Farad)。电容器在调谐、旁路、耦合、滤波等电路中起着重要的作用。
单位转换：
1法拉（F）= 103毫法（mF）=106微法（μF）=109纳法（nF）=1012皮法（pF）。
根据电容的定义我们得知，电容（用C表示）是一定电势差（用U表示）下的电荷储藏量。电荷储藏量一般称为“带电量”，用Q来表示。那么，按以下公式计算电容量C=Q/U。
多电容并联的情况下，总的电容量为各个并联电容的电容量总和，即C总=C1+C2+C3+…+Cn。而电容串联的总电容量的倒数，是各个串联电容的电容量倒数之和，即1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn。
3.2 电容原理
1.旁路和去耦
Zc:电容阻抗 F：信号频率 C：电容容量
电容的去耦功能
2.储能 超级电容器是专门储存能量的电容，但是一般电容也有储能的作用，比如旁路电容和去耦电容除了过滤信号中的噪声，还能兼具储能的作用，就像一个电池，不断充放电。
3.耦合与隔离
4.软启动 利用电容两端电压不能突变的性质，防止在打开开关瞬间电压过大，损坏后级电路
5.电容和电阻组合还可以构成积分电路，微分电路，定时电路，自举电路等。
3.3电容使用原理
ESL等效串联电感，ESR等效串联电感，信号会衰减
理想状态下，电容是不消耗能量，实际上由于ESR的存在，电容会做功，从而导致温度上升。
3.4电容分类
原理上分：1-无极性可变电容 2-无极性固定电容 3-有极性电容等
材料上分：1-CBB电容（聚乙烯） 2-涤纶电容 3-瓷片电容 4-云母电容 5-独石电容 6-电解电容 7-钽电容等
1-无极性可变电容：
应用：通过调节电容改变频率
2-无极性固定电容
3-无极性瓷片电容
4-无极性云母电容
5-有极性电解电容
6-钽电容
7-贴片电容
选型思路表：
4 场效应管
场效应管主要有两种类型，分别是结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOS管）。
4.1 绝缘栅场效应管（MOS管）概述
MOS管是FET的一种(另一种是JFET)，可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。
4.1 绝缘栅场效应管（MOS管）原理
源极S（source）、栅极G（Gate）和漏极（Drain）
PMOS管就是positive管，是积极的管，而NMOS管是negative管，是消极的管。积极的管就是顺应潮流，顺势而为；消极的管就是违背趋势，逆流而上。
很显然，电流从源极（输入端）到漏极（输出端），那就是顺势而为，因为源极就是源头嘛，因此这种管就是PMOS管；而电流要是从漏极（输入端）到源极（输出端），那就是逆流而上，是NMOS管。
记忆技巧：
1.交叉的线最多的是源极；
2.栅极也就是门（gate），既然是门，就具有控制的职能。
3.无论是PMOS管还是NMOS管，二极管的方向正好与输入输出的方向是相反的
4.无论是PMOS管还是NMOS管，栅源极箭头的方向正好与二极管的方向相同
5.无论是PMOS管还是NMOS管，我们只需要比较G极电压与S极电压大小关系就可以判断MOS管能不能导通
6.对于PMOS管来说，电流是从源极（输入端）到漏极（输出端），从上到下，各节点电平应该是依次变小的，因此栅极G的电压必须小于源极电压；换句话说，当UGS<0时，PMOS管才导通。
7.对于NMOS管来说，电流是从漏极（输入端）到源极（输出端），从下到上，各节点电平应该是依次变小的，因此栅极G的电压必须大于源极电压；换句话说，当UGS>0时，NMOS管才导通。
4.3 MOS分辨方法
4.4 MOS分类及选型
5 电感
5.1电感概述
电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组。电感器具有一定的电感，它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下，电路接通时它将试图阻碍电流流过它;如果电感器在有电流通过的状态下，电路断开时它将试图维持电流不变。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。
5.2电感原理
电感的损耗主要有哦两种：
: 线圈损耗：DCR,ACR
: 磁芯损耗：磁滞损耗，涡流损耗，剩余损耗
DCR:
ACR：
磁芯损耗：磁滞损耗，涡流损耗，剩余损耗
5.3电感分类
5 线规
常用：AWG
https://britripe.blog.csdn.net/article/details/105264681中美线规对照表
