【备战2013国赛系列大讲堂】----基本电子元器件
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本帖最后由 paulhyde 于 2014-9-15 03:43 编辑
我就把自己的一些经验做一个总结，由于水平有限，有什么错误之处还请高手指出。我的讲堂从应用入手，对于一些原理、命名规则等对应用不太重要的参数不做详细介绍，如需了解请参考其他资料，附件中的资料也有一些介绍。
言归正传，不管什么电子产品都是由电子元器件组成，因此第一讲就说一下电子元器件。常用的电子元器件一般有电阻、电容、电感、以及不同规模的集成电路，另外还有一种就是晶振。
1、电阻
电阻是电路中应用最广泛的一种电子元器件，种类繁多，用法各异。因此在选型上有些初学者不知道从何下手。
电阻选型一般对阻值、功率、精度、封装几个参数进行选择。先说封装，电阻的封装一般分为贴片和直插的两种（特殊的除外，应用不太广泛），贴片电阻体积较小，合适高密度布板的应用，尤其是在当前一些大规模集成电路的应用中，直插的电阻由于体积过大无法满足布板密度的需要，因此采用贴片形式的较多，对于使用直插元器件较多，尤其是在万用板上自己搭建电路的时候，贴片电阻由于体积过小不方便焊接，因此使用直插电阻更合适。封装的另一个参数是体积大小，如贴片的0805、1206，直插的AXIAL0.4、AXIAL0.5等。体积的大小主要于电阻的额定功率有关。
功率是电阻的另一个参数，及电阻在电路中正常运行时消耗的额度功率，如果使用的电阻的额度功率过小而实际功率较大，电阻容易烧坏，反之，由于电阻的额度功率越大其体积越大，因此会占用较大的空间，造成浪费。一般的电阻有1/8W、1/4W、1/2W等，功率越大，体积越大。
电阻的阻值及精度的选择主要于其在电路中的作用决定的，电阻在电路中的作用一般分为这样几种：上拉（下拉）、限流、分压、采样、移相，其他参数调节等。在数字电路用电阻一般用作上拉（下拉）或限流。上拉（下拉）电阻一般是为了给单片机等的管脚一个确定的电平，防止其进入为止状态，或者数据线过长时增强数据线的驱动能力。上拉（下拉）电阻的阻值一般在1K~10K之间，电阻值越大其上拉（下拉）电流越弱，及常说的弱上拉。此外，对于集电极开路的管脚（如I2C管脚。51单片机的P0口及一些比较器等）必须外接上拉电阻，一般采用10K弱上拉即可。上拉电阻的精度要求不高，1%即可，5%精度的对电路影响也不大。限流只要用于数字电路IO驱动LED、光耦、蜂鸣器、三极管等器件时限制IO口的输出电流，选用的阻值=（电源电压-被驱动元器件压降）/驱动电流，限流电阻的精度同样要求不高，1%精度的即可。
分压采样多用在模拟电路中，其精度一般于测量的精度要求有关，一般要求较高，起码要高于测量精度要求的一个等级。对于一些带ADJ管脚的LDO器件，常用电阻调剂输出电压，此类电阻使用精度较高的电阻对电路工作稳定有好处。电阻作为调节替他电路参数时，其精度也应根据被调节电路的精度要求选择合适的电阻，同样需要使用较高等级的电阻调节电路参数，如锁相环中调节压控振荡器频率的电阻。电阻有一定的耐压值，一般的电阻的耐压在200V-300V左右（听别人说的），用于高电压分压的电阻尤其要注意电阻的耐压。
2、电容
电容是电子电路中另一种应用广泛的电子元器件。电容的分类方法有很多，应用也各异，不同材质的电容有着各自不同的特点，也就有着不同的应用领域，这个在下面会涉及到。电容从另一个角度来分可以简单的分为有极性电容和无极性电容，有极性的一般为电解电容，常见的有铝电解电容和钽电解电容，无极性的电容就更多了，如瓷片电容、CBB电容、涤纶电容等。
从应用上讲，电容一般可用于储能、滤波、去耦、调节电路参数等。由于电容样式太多，此处只讲一下国赛中常用的几种应用，其他的有些我也不懂，嘿嘿！电容首先的应用是在电源处，如7805的输入输出都需要并联电容，这个电容主要用于储能。一般来说，交流电经过整流后变成半个正弦波的直流，这个电容可以把电压稳定在一个固定位置，在电压小于这个固定值时由电容为负载供电。这个电容一般使用较大的电解电容，如470uF-2200uF的铝电解电容。电路中常用的另一种电容是用于电源的去耦，去耦是指电源在线上传输过程中可能受到附近高速数字信号的耦合而使电源含有高频的毛刺，去耦电容的主要作用就是去掉这些毛刺。去耦电容用的最多的是104（0.1uF）的高频瓷片电容。一般在每个集成电路（芯片）的电源管脚附近都需要使用一个0.1uF的高频瓷片电容对芯片供电电源进行去耦。滤波主要是使用电容和电阻或电感等构成的高通或低通滤波器，滤波器的设计以后会降到，大家也可以参考其他资料。用于滤波器的电容的大小和滤波器的通频带有关，因此选择起来比较麻烦。调节电路参数也是利用电容和其他元器件构成振荡器或者滤波器的特性，这个电容的选择也需要进行精密的计算。如晶体振荡器用的电容等。
使用电容时也要注意电容的耐压，电容的耐压等级比较细，如铝电解电容有16V、25V、35V、50V、63V等等，耐压几百伏的铝电解电容也很常见。其他电容也是类似，又不同的电压等级，使用的时候需要特别注意。一般来说，电容值越大，耐压值越高其体积就越大。
和电阻一样，电容也有直插和贴片的封装形势。同样在元器件密集的地方使用贴片电容比较好，但贴片电容的成本较高。
电容中有一种比较有专用名字的电容叫做安规电容，安规电容与其他电容相比最大的特点之一是才电容失效时不会短路，从而保证安全。安规电容有X和Y两种，X电容用于接在L和N。Y电容用于接在L或N与大地之间。安规电容一般电容值较小，这是因为安规电容是用于电力系统中，较大的电容会产生过大的漏电流，从而产生危险。
电容材质的分类请参考附件！
3、电感
电感相对于电容和电阻来说应用较少，但同样是普遍使用的一种电子元器件。电感的主要功能是储能和滤波，以及在射频电路中产生震荡。电感最常用的是在电源中作为储能和滤波的元件，由于本人对电源和射频电路了解甚少，故没法讲的太细。只能把自己的理解说一下，有错误的地方请高手指正。
用于电源中的电感一般是工字电感，以及在变压器骨架上绕着的电感（叫什么名字我不知道）。在开关电源中，电感是最常用也是必须用的一种滤波元件，一般来说，开关频率越高所需的电感量就较小。在电源中选择电感一般要注意电感的电感量以及电感的额度电流，还有就是根据空间选择合适的封装形势。射频电路中使用较多的是色环电感和自己绕制的空心电感（空心线圈）。但我没接触过射频电路，了解不多。需要的请关注论坛里其他人的帖子，具体的我也不清楚啦！undefined
4、集成电路
集成电路通俗的讲就是硅半导体电路。从简单的二极管到各种常见的芯片都是这个范围之列。下面就其中的几类单独的做一些介绍。
4.1、 二极管
二极管是最简单的集成电路。其结构只是一个简单的PN节，最大的特点就是单向导电性。二极管在电路中一般用于整流、续流等（本人知识有限，只知道这么多了）。
二极管最简单的应用就是利用四个二极管组成一个整流桥，从而把交流变成直流。常用的整流二极管是1N400X系列的，从1N4001-1N4007有着不同的型号可供选择。
续流二极管主要用在可能会产生反向电动势的回路中为反向电动势提供回路，防止反向电动势对元器件本身造成损害！续流二极管可供选择的型号也有很多，一般的二极管都可以，但应注意其具体参数的选择。续流二极管最常见的应用是在继电器的控制中，还有就是开关电源芯片（如2596）的输出部分对地之间的续流。
二极管的主要参数有正向电流和反向击穿电压，另外一个就是导通速度。整流二极管一般对速度要求不大，只要正向电流和反向击穿电压满足要求即可，二极管用于续流时，除了上述参数外还要注意其导通速度。如用于高速开关信号的续流需要高速二极管，及肖特基二极管。这个嘛。我没用过，什么型号我也不知道啦。大家需要的话自己找去啊。
二极管反向击穿后，其反向电压不会变化，利用二极管的这个特性，可以把二极管用于采样信号的限幅（钳位）。同样，可以作为简单的稳压电源。最常用的比如5.1V的稳压管。
4.2、三极管
三极管是另一种简单的集成电路，其结构是两个PN节，这样三极管就有PNP和NPN两种结构。三极管在数字电路中的应用主要作为开关使用，从而达到扩流的作用。三极管同样可以用于小信号的放大，这个一句话也说不清楚，回家查自己的模电书就可以了。这里我简单介绍一下在数字电路中的应用。作为开关使用的三极管应该调节三极管使其工作在饱和状态或截止状态，及开和关两个状态。使用三极管作为开关使用时有一点需要注意，那就是三极管的发射极需要接电源或地，负载接在三极管的集电极，使用电平信号控制基极，为了减小基极电流，一般在基极加限流电阻，因为在开关状态下基极电流很小即可是三极管导通。有人说自己没按照这个原则连接的电路也可以使用，这个我也做过，但这样接的电路使用的电阻不当了会是三极管工作在放大状态，从而使电路无法正常工作，我相信在很多时候这样电路也是可以工作的。
4.3、 芯片
芯片我就没法一个一个细说了，因为芯片实在太多了，如各式各样的单片机。
芯片的选择主要考虑芯片的功能，如进行模数转换就得选择合适的AD芯片。信号放大就得选择运算放大器等。
这个就不说了哈！
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困了，接下来的明天补上啊！嘿嘿undefined
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