硬件电路设计基础

硬件电路设计基础（一）常用电子元器件的识别与选择主要内容一、模拟元器件1.分立元器件2.集成元器件二、数字电路常用器件1.分立数字器件2.集成数字电路一、常用模拟元器件•什么是模拟？•随时间连续变化的量，在电子信息学里表示连续变化的电压。•模拟元器件主要包括：电阻，电容，电感，二极管，三极管，场效应管等等。。1.电阻元件•电阻是电路中重要的组成单元。•目前市面上常见的电阻分为：固定阻值电阻和可变电阻。1.1固定阻值电阻的识别与选择•当前市面上常见的固定阻值分为直插式和贴片式两种形式的电阻。•由于电阻的体积有限，为了能够在有限的空间内标识出电阻的阻值，多采用色环法表示电阻的阻值。颜色第一位(环)第二位(环)第三位(环)指数位精度位黑0001棕11110±1%红222100±2%橙3331000黄44410000绿555100000±0.5%蓝6661000000±0.25%紫77710000000±0.10%灰888100000000±0.05%白9991000000000金0.1±5%银0.01±10%22欧姆±5%470k欧姆±1%四色环电阻五色环电阻•贴片电阻阻值读法：贴片电阻的阻值表示与贴片电容容值表示都是数字与“R”组合表示的。譬如：3ohm用3R0表示，10ohm用100表示，100ohm用101表示，也就是说“R”表示点“.”的意思，而101后面个位数的“1”表示的是带有1个0，例如102表示10000。•电阻的参数还包括功率及耐压值。•电阻的功率决定了电阻允许通过的最大电流，当电流过大时电阻会因为过热而烧毁。常用电阻功率一般有1/8W,¼W,½W等•电阻的耐压值一般不作为标明参数，电阻的耐压值与其极板间距及材质有关。正常情况下，同样材质的电阻，功率越大，耐压越高。•因此，选择电阻是要根据所需精度，耐压值，功率综合考虑选择对应参数的电阻器件。1.2可变电阻的识别与选择•可变电阻的最大阻值一般标识在器件表面。读法与贴片电阻类似。•可变电阻的选择要根据所需电阻范围，选择尽可能接近范围阻值的可变电阻。2.电容元件•电容元件也是电路的重要组成单元，特别在震荡电路，电源电路中，电容元件的应用极为广泛。•类似电阻元件，电容元件也分为固定值电容、可变电容及微调电容。2.1固定值电容的识别与选择•与电阻元件类似，市面上常见的电容元件也分为直插式和贴片式。•直插式电容常见的有：瓷片电容，电解电容、钽电容及涤纶电容。•瓷片电容体积较小，其标志容量的方式类似于贴片电阻的标识方式，没有特殊注明的情况下，单位为pF。•右图电容的容量为0.1uF即100000pF•电解电容的介质为电解液。与瓷片电容最大的不同就是电解电容带有极性。而且容量较大。电解电容使用时，一定要注意极性，如果反接会产生爆炸。•钽电容特性比较接近电解电容。钽电容功能是虑波。相对于一般的电解电容来说，钽电容有更加良好的温度特性。类似于电解电容，钽电容也具有正负极性之分。•涤纶电容一般是以涤纶薄膜作为介质，其介电常数较高，体积小，容量大，稳定性好。常用于做旁路电容。电容上一般是标：684J400V，意思是0.68uF，误差±5％（字母K），耐压400V字母FGJKLM分别表示±1%±2%±5%±10%±15%±20%2.2可变电容器识别与选择•可变的电容器多用于谐振电路中，常见用于收音机的调谐旋钮。•其参数常为270pf/27pF。表明其最大电容值为270pF，最小为27pF。3.电感元件•电感器（电感线圈）是用绝缘导线（例如漆包线、纱包线等）绕制而成的电磁感应元件，也是电子电路中常用的元器件之一。常用于振荡电路中与电容组成LC振荡电路。•电感也可分为固定值电感和可调电感。3.1固定值电感•电感的封装形式有多种。对于线性电感，一般常用类似电阻的封装形式，但是与电阻在外观上略有区别。相对于电阻来说，电感短而粗。其标识方法也常用色环法。•电感封装一般包括贴片与插件。•1.功率电感封装以骨架的尺寸做封装表示，贴片用椭柱型表示方法如5.8（5.2）×4就表示长径为5.8mm短径为5.2mm高为4mm的电感。插件用圆柱型表示方法如φ6×8就表示直径为6mm高为8mm的电感。只是它们的骨架一般要通用，要不就要定造。•2.普通线性电感、色环电感与电阻电容的封装都有一样的表示，贴片用尺寸表示如0603、0805、0402、1206等。插件用功率表示如1/8W、1/4W、1/2W、1W等。3.2可调电容•可调电感多用于谐振电路中用于调整谐振电路振荡频率。常用于无线电台，收音机，电视机等设备。•其封装有多种形式。右图为开放式螺线管可调电感4.二极管•几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。•半导体二极管按其用途可分为：普通二极管和特殊二极管。普通二极管包括整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、快速二极管等；特殊二极管包括变容二极管、发光二极管、隧道二极管、触发二极管等。•常见二极管封装形式有以下几种：玻璃封装,金属封装和塑料封装。4.1发光二极管（LED）•发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。常用于电路中状态指示或者大型显示屏。4.2肖特基二极管•肖特基（Schottky）二极管也称肖特基势垒二极管（简称SBD），是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管，其主要特点是正向导通压降小（约0.45V），反向恢复时间短和开关损耗小，是一种低功耗、超高速半导体器件，广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等电路，作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管使用，或在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。•右图为IN5822肖特基二极管4.3稳压二极管•稳压二极管也称齐纳二极管或反向击穿二极管，在电路中起稳定电压作用。它是利用二极管被反向击穿后，在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化这一特点进行稳压的。5.三极管•半导体三极管也成为晶体三极管，可以说他是电子电路中最重要的器件。它的主要功能是电流放大和开关作用•三极管根据其不同的结构分为PNP和NPN不同的类型。在使用时要注意根据需求选择选择。•三极管的主要封装形式为塑料封装的T092封装。•常用的三极管有90XX系列，包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP)，低噪声管9014(NPN)，高频小功率管9018(NPN)等6.场效应管•场效应晶体管：英文名称为FieldEffectTransistor，缩写为FET，简称场效应管。场效应管属于电压控制元件，这一点类似于电子管的三极管，但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的，与双极型晶体管相比，场效应晶体管具有如下特点：（1）输入阻抗高；（2）输入功耗小；（3）温度稳定性好；（4）信号放大稳定性好，信号失真小；（5）由于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散粒噪声，所以噪声低。场效应管的参数一般包括：耐压（Vgs,Vds），最大允许电流，压降，前驱电压。场效应管一般用于需要较大功率和速度的驱动场合，例如组成驱动电机的H桥。一般的MOSFET集成有续流二极管。需要根据电路的需求选择不同场效应管。二、常用数字器件•微处理器、工控机和计算机处理的信号和信息均为数字信号。数字逻辑在电路中的需要依托数字器件来实现。•数字电路中常用的逻辑器件包括：门电路（与门、非门、或门等等），A/D、D/A转换器，串行接口等等。1.常见的门电路•常用的门电路为集成多路门电路。最常见的是74lsXX系列和74hcXX系列。•例如74ls08为双输入4与门。其机构图如右图。•其它系列电路参照对应数据手册。2.A/D转换器•CPU只能接受和处理离散的数字信号。如果需要接受或者处理外界连续的模拟信号，则需要将其转换为CPU可以接受的数字信号进行处理。•A/D转换器常用的方法有：逐次逼近式，双积分式，并行式等。•双积分式A/D转换具有较高的精度，并行式具有极高的转换速度，逐次逼近式在保证较高速度的同时保证了一定的精度。•8路A/D转换芯片ADC0809是经常见到的一种A/D转换器。具有较高的性价比。•它通过选通位来确定转换的通道。需要外接提供10k~1MHz的时钟，当时钟频率为500kHz时，其转换速度约为128us。•常用于对于转换速度要求不高，而输入较多的情况下。•ADC0809引脚结构D7-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C：地址输入线。3.串行口电平转换IC•RS232串行通信标准规定的基准电压为+12/-12分别代表二进制数字逻辑中的1和0，而计算机或者控制器等所支持的电平为TTL电平，即+5/0分别代表1和0.这样就需要在控制器与串行口之间增加电平转换电路。•常用的电平转换电路为MAX232。•MAX232典型应用电路。其中的电容推荐使用钽电容。谢谢