【模电入门】从零开始学电子电路：三大基石 + 常见元器件全解析

• 电流I/电压U/电阻R
  • R = U / I（欧姆定律）
  • 电流
    • 定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量
    • 数学表达式为 I = dq /dt ， I 表示电流，q 表示电荷量，t 表示时间
    • 单位：安培（A）
    • 方向：负电子运动的反方向
    • 分类：
      • 1.直流电DC（干电池、汽车电池）
      • 2.交流电AC（家用电源）
  • 电压
    • 单位：伏特（V）
    • 来源：电荷积累/电势能/电化学过程/压电效应/热电效应
    • 测量工具：万用表，电压表
  • 电阻
    • 单位：欧姆Ω，通常用R表示，较大的单位有千欧（KΩ）、兆欧（MΩ）
    • 物理意义：限制电流、分压、降压和保护电路
    • 电阻的大小取决于导体的材料、电阻率ρ、长度L和横截面积A，公式为R = ρL / A，也可以用**电阻R等于导体两端电压U与通过电流I的比值**，即R = U / I（**欧姆定律**）
    • 分类
      • 阻值性：固定电阻、可调电阻和敏感电阻
      • 材料：碳膜、金属膜、线绕等类型
    • 分类：
      • 贴片电阻

      • 插件电阻

• 功耗
  • 简介：**功耗**就是电子设备消耗电能的**速率**，也就是它“吃电”有多快。
  • 单位是瓦特（W）公式：P（功耗）=U（电压）*I（电流）
  • 易混：

• 电池电量
  • 简单来说：**电池电量**指的是电池内部**储存的化学能**转化为电能后，当前剩余的、可供设备使用的**电荷总量**

• 常见元器件
  • 电阻
    • 关键参数
      • 额定功率：P=I*I*R=I*U（超过了额定功率会烧起来）
      • 电阻阻值
      • 精确度
    • 贴片电阻
      • 介绍：这种贴片电阻形状非常小，所以像这种贴片的元器件在板子出厂的过程中直接让制造商贴好，个人焊接很费劲。（需要镊子，放大镜等辅助工具）
    • 插件电阻
      • 介绍：这种插件电阻两端有很长的引线引出来，一般的插件电阻都长的一样，只有少上面的花纹不同。可以根据花纹来分辨其阻值的大小。具体读法可见AI
  • 电容器（通交阻直）
    • 简介：核心能力是**储存电荷**。你可以把它想象成一个小小的“电荷仓库”
    • 单位：**电容量 (C)**：衡量储存电荷能力的核心参数，单位是**法拉 (F)**。但因为法拉太大，我们常用**微法 (μF)**、**纳法 (nF)** 和**皮法 (pF)**。
      • >1F（法拉）= 1000 mF（毫法）
      • 1mF（毫法）=1000 μF（微法）
      • 1μF（微法）=1000 nF（纳法）
      • 1nF（纳法）=1000 pF（皮法）
    • 关键参数：
      • 1.**额定电压**：电容能长期稳定工作的最高电压。选型时，**实际工作电压必须低于额定电压**，否则电容可能被击穿损坏烧起来。
      • 2.**精度 (Tolerance)**：常见的有±1%、±2%、±10%等。
    • 电容器通用结构：由**两个导体极板**和中间的**绝缘介质**，构成当在极板上施加电压时，极板会储存电荷，形成电场。
    • 特性：
      • 1.**隔直通交**：在直流电路中，电容相当于断路；但在交流电路中，它能让电流“通过”（实际上是通过充放电形成的电流）。
      • 2.**电压不能突变**：电容的电压是逐渐建立或释放的，这个特性使它天生适合用于滤波、延时等场景。
    • 分类：

    • 作用：
      • 1.滤波：利用充放电特性格把电源或者信号中的交流波纹变得平滑

      • 2.**旁路/去耦 (Bypass/Decoupling)**：为高频噪声提供一条低阻抗的通路到地（过滤高频噪声），从而保护芯片免受干扰
      • 3.**耦合 (Coupling)**：连接两级电路，让**交流信号**通过，同时**隔断直流**，防止前后级电路的直流工作点互相影响。
      • 4.**储能 (Energy Storage)**：作为一个小型电池存储电能，在需要时释放。例如相机闪光灯、设备断电时的数据保存等场景。
    • 电容容量计算公式：
      • t=(C*V)/I t是放电时间(单位：秒)C是电容的容量(单位：法拉）V是电容的电压(单位：伏特)I是放电电流(单位：安培)
  • 电感器（通直阻交）
    • 介绍：是一种电子元件，用于在电路中存储和释放能量。（具体原理：电感和工作原理及功能和作用 - 知乎）
    • 特性：它由一个线圈组成，通常由铜线绕成，通常带有一个铁芯。当电流通过电感器时，它会在线圈中产生一个磁场，从而存储能量。当电流停止流动时，磁场会崩溃，导致电感器释放存储的能量。
    • 作用：电感可以作为电路稳定器的一部分，通过抵抗电路中电流的变化，保持电路的稳定性和可靠性。
  • 保险丝/熔断器
    • 作用：保险丝和熔断器都是用来保护电路免受过载或短路等电气故障的设备
    • 电气特性：
      • 保险丝（熔断不可以重复使用）：保险丝是一种电气元件，通常由金属丝或铜箔制成，其作用是在电流过载时断开电路，以保护电路中其他电气元件不受损坏。当电流达到或超过保险丝的额定电流时，保险丝中的金属丝或铜箔会被加热，最终熔断
      • 熔断器（响应速度快，可重复使用）：与保险丝不同，熔断器通常可以重复使用。熔断器的另一个优点是它们通常比保险丝更快地响应电气故障
    • 关键参数：
      • 1.熔断速度，慢速，中速，快速，特快速。（快速熔断器熔断时间小于0.001秒）
      • 2.电压额定值
      • 3.电流额定值
    • 接插件

    • 蜂鸣器
      • 分类：
        • 有源蜂鸣器：插电就叫，不可控制叫声频率
        • 无源蜂鸣器：需要一定周期的高低电压信息才叫
    • 继电器
      • 工作原理：当通过线圈流过一定电流时，磁铁会产生磁场，使触点间距变小，进而接通电路

      • 优点：绝对稳定、高效率、长寿命、安全可靠
    • 半导体
      • 半导体
        • 硅中掺杂一些三价硼、五价磷（硅稳定，参杂一下能导电）
          • P，positive，正电，有空穴

          • N，negative，负电，有电子

      • 二极管
        • 具有单向导通性
        • 原理：P型半导体有空穴，N型半导体有电子，电子和空穴的移动会形成一个从N区指向P区的电场
          • 当外电场的电压大于0.7V时会抵消掉内电场，此时就使二极管导通。反之如下右图，内电场和外电场的方向相同，PN结区域增大，空穴和电子更难移动，二极管无法导通。

        • 应用：防止电流回流/把交流电变成脉动直流电/发光指示,正向通电发光
          • 全波、桥式整流：4 只二极管组成整流桥，电源适配器、充电器内部就是整流电路。

      • 三极管
        • 分类
          • NPN型：两块N型半导体中间加入P型，基极和集电极流入电流，发射极流出

          • PNP型：两块P型半导体中间加入N型，发射极流入电流，基极和集电极流出

        • 原理
          • 当给NPN三极管的基极(P区)一个正电（突破0.7v的电压差），P和N之间的内部电场会被外部电场抵消，此时两端的N就会导通

        • 上拉和下拉
          • 下拉电阻（上拉是指确保在接通开关之前的基极是没有电压的）

          • 上拉电阻（下拉是指在接通开关前拉高上部电压的相对差异）
            • 开关悬空时，如果没有上拉，基极浮空，电平乱跳，三极管状态不稳定。上拉电阻强制把基极拉为高电平，锁定电路状态。