单片机电路基础
思维导图
一、基本元器件
1. 电阻
- 作用:基于欧姆定律,主要用于限制电流、调节电压和保护电路。
- 数值计算:以 LED 限流电阻为例,电源 5V,LED 额定电压 1.7V,电流 10mA,根据欧姆定律可计算电阻值(需分压 5V-1.7V=3.3V,电阻 R=3.3V/0.01A=330Ω)。
- 分类与读数:
类型 读数规则 精度 3 位色环 前 2 位为有效数字,第 3 位为 10 的 n 次幂(0 的个数) ±5% 4 位色环 前 3 位为有效数字,第 4 位为 10 的 n 次幂 ±1% 阻值<10 用字母 R 代替小数点(如 R010 表示 0.01Ω) - - 常用参数:上拉、下拉电阻常用 1K-10K,根据库存选择。
2. 电容
- 原理:基于充放电特性,电压升高时充电储存电荷,电压降低时放电释放电荷。
- 作用:
- 滤波:过滤电源波动和纹波,大电容(10uF)滤低频,小电容(100nF)滤高频,通常先滤低频后滤高频。
- 旁路:统一使用 100nF 进行旁路滤波(经验值)。
- RC 延时:电源通过电阻给电容充电,电容电压升至阈值的时间为延时时间。
主要作用:过滤电源上的波动和纹波(滤波)、耦合,平滑电源 通交隔直。
电路与电路之间的关系
交流电电压不断地变化,那电容的充放电状态也在不断的变化,保持在不断的充放电
经典滤波电路
3. 电感
- 原理:基于电磁感应,电流通过线圈产生磁场,磁通量随电流变化。
- 作用:储能、滤波、阻抗匹配,具有 “通直流,阻交流” 特性,会阻碍电流变化(感应电动势 UL = L*(di/dt),电流不变时感应电动势为 0)。
4. 二极管
- 原理:基于 PN 结单向导电性,正向偏置时导通,反向偏置时截止。
- 导通压降:硅管 0.6V-0.8V,锗管 0.2V-0.3V;死区电压:硅管 0.5V,锗管 0.1V。
- 作用:
- 整流:将交流电转换为直流电。
- 稳压:稳压二极管工作在反向击穿状态,两端电压基本恒定,需配合保护电阻使用。
5. 三极管
- 原理:基于电流放大和开关原理,有发射极、基极、集电极三个极,存在截止、放大、饱和三种状态(常用饱和和截止状态作开关)。
- 电流关系:放大状态下,Ie=Ib+βIb,Ic=βIb(β 为放大系数)。
- 类型:NPN 型(基极高电平导通)、PNP 型(基极低电平导通)。
6. MOS 管
- 原理:基于电压控制特性,栅极电场控制源极和漏极间电阻。
- 类型与导通条件:
- NMOS:栅极高电平(VGS > Vt)导通,控制与地之间的导通。
- PMOS:栅极低电平(VGS < Vt)导通,控制与电源之间的导通。
- 特点:输入阻抗高(上亿欧姆)、导通电阻低(几毫欧)、开关速度快,适合 PWM 输出。