硬件電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、硬件電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（一）常用電子元器件的識(shí)別與選擇主要內(nèi)容一、模擬元器件1.分立元器件2.集成元器件二、數(shù)字電路常用器件1.分立數(shù)字器件2.集成數(shù)字電路一、常用模擬元器件 什么是模擬？ 隨時(shí)間連續(xù)變化的量，在電子信息學(xué)里表示連續(xù)變化的電壓。 模擬元器件主要包括：電阻，電容，電感，二極管，三極管，場(chǎng)效應(yīng)管等等。1.電阻元件 電阻是電路中重要的組成單元。 目前市面上常見(jiàn)的電阻分為：固定阻值電阻和可變電阻。1.1 固定阻值電阻的識(shí)別與選擇 當(dāng)前市面上常見(jiàn)的固定阻值分為直插式和貼片式兩種形式的電阻。 由于電阻的體積有限，為了能夠在有限的空間內(nèi)標(biāo)識(shí)出電阻的阻值，多采用色環(huán)法表示電阻的阻值。22歐姆 5%

2、470k歐姆 1% 四色環(huán)電阻五色環(huán)電阻 貼片電阻阻值讀法：貼片電阻的阻值表示與貼片電容容值表示都是數(shù)字與“R”組合表示的。譬如：3ohm用3R0表示，10ohm用100表示，100ohm用101表示，也就是說(shuō)“R”表示點(diǎn)“.”的意思，而101后面?zhèn)€位數(shù)的“1”表示的是帶有1個(gè)0，例如102表示10000。 電阻的參數(shù)還包括功率及耐壓值。 電阻的功率決定了電阻允許通過(guò)的最大電流，當(dāng)電流過(guò)大時(shí)電阻會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而燒毀。常用電阻功率一般有1/8 W, W, W等 電阻的耐壓值一般不作為標(biāo)明參數(shù)，電阻的耐壓值與其極板間距及材質(zhì)有關(guān)。正常情況下，同樣材質(zhì)的電阻，功率越大，耐壓越高。 因此，選擇電阻是要根據(jù)

3、所需精度，耐壓值，功率綜合考慮選擇對(duì)應(yīng)參數(shù)的電阻器件。1.2 可變電阻的識(shí)別與選擇 可變電阻的最大阻值一般標(biāo)識(shí)在器件表面。讀法與貼片電阻類似。 可變電阻的選擇要根據(jù)所需電阻范圍，選擇盡可能接近范圍阻值的可變電阻。2. 電容元件 電容元件也是電路的重要組成單元，特別在震蕩電路，電源電路中，電容元件的應(yīng)用極為廣泛。 類似電阻元件，電容元件也分為固定值電容、可變電容及微調(diào)電容。2.1 固定值電容的識(shí)別與選擇 與電阻元件類似，市面上常見(jiàn)的電容元件也分為直插式和貼片式。 直插式電容常見(jiàn)的有：瓷片電容，電解電容、鉭電容及滌綸電容。 瓷片電容體積較小，其標(biāo)志容量的方式類似于貼片電阻的標(biāo)識(shí)方式，沒(méi)有特殊注明的

4、情況下，單位為pF。 右圖電容的容量為0.1uF即100000pF 電解電容的介質(zhì)為電解液。與瓷片電容最大的不同就是電解電容帶有極性。而且容量較大。電解電容使用時(shí)，一定要注意極性，如果反接會(huì)產(chǎn)生爆炸。 鉭電容特性比較接近電解電容。鉭電容功能是慮波。相對(duì)于一般的電解電容來(lái)說(shuō)，鉭電容有更加良好的溫度特性。類似于電解電容，鉭電容也具有正負(fù)極性之分。 滌綸電容一般是以滌綸薄膜作為介質(zhì)，其介電常數(shù)較高，體積小，容量大，穩(wěn)定性好。常用于做旁路電容。電容上一般是標(biāo)：684J400V，意思是0.68uF，誤差5（字母K），耐壓400V 字母F G J K L M分別表示1% 2% 5% 10% 15% 20%

5、2.2 可變電容器識(shí)別與選擇 可變的電容器多用于諧振電路中，常見(jiàn)用于收音機(jī)的調(diào)諧旋鈕。 其參數(shù)常為270pf/27pF。表明其最大電容值為270pF，最小為27pF。3. 電感元件 電感器（電感線圈）是用絕緣導(dǎo)線（例如漆包線、紗包線等）繞制而成的電磁感應(yīng)元件，也是電子電路中常用的元器件之一。常用于振蕩電路中與電容組成LC振蕩電路。 電感也可分為固定值電感和可調(diào)電感。3.1 固定值電感 電感的封裝形式有多種。對(duì)于線性電感，一般常用類似電阻的封裝形式，但是與電阻在外觀上略有區(qū)別。相對(duì)于電阻來(lái)說(shuō)，電感短而粗。其標(biāo)識(shí)方法也常用色環(huán)法。電感封裝一般包括貼片與插件。 1.功率電感封裝以骨架的尺寸做封裝表示

6、， 貼片用橢柱型表示方法如5.8（5.2）4就表示長(zhǎng)徑為5.8mm短徑為5.2mm高為4mm的電感。 插件用圓柱型表示方法如68就表示直徑為6mm高為8mm的電感。 只是它們的骨架一般要通用，要不就要定造。 2.普通線性電感、色環(huán)電感與電阻電容的封裝都有一樣的表示， 貼片用尺寸表示如0603、0805、0402、1206等。 插件用功率表示如1/8W、1/4W、1/2W、1W等。3.2 可調(diào)電容 可調(diào)電感多用于諧振電路中用于調(diào)整諧振電路振蕩頻率。常用于無(wú)線電臺(tái)，收音機(jī)，電視機(jī)等設(shè)備。 其封裝有多種形式。右圖為開(kāi)放式螺線管可調(diào)電感4. 二極管 幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導(dǎo)體二極管，它在許

7、多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。 半導(dǎo)體二極管按其用途可分為：普通二極管和特殊二極管。普通二極管包括整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、開(kāi)關(guān)二極管、快速二極管等；特殊二極管包括變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、隧道二極管、觸發(fā)二極管等。 常見(jiàn)二極管封裝形式有以下幾種：玻璃封裝,金屬封裝和塑料封裝。4.1 發(fā)光二極管（LED） 發(fā)光二極管是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)ED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。常用于電路中狀態(tài)指示或者大型顯示屏。4.2 肖特基二極管肖特基（Schottky）二極管也稱肖特基勢(shì)壘二極

8、管（簡(jiǎn)稱SBD），是由金屬與半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘層為基礎(chǔ)制成的二極管，其主要特點(diǎn)是正向?qū)▔航敌。s0.45V），反向恢復(fù)時(shí)間短和開(kāi)關(guān)損耗小，是一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動(dòng)器等電路，作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管使用，或在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使用。右圖為IN5822肖特基二極管4.3 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管也稱齊納二極管或反向擊穿二極管，在電路中起穩(wěn)定電壓作用。它是利用二極管被反向擊穿后，在一定反向電流范圍內(nèi)反向電壓不隨反向電流變化這一特點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)壓的。 5. 三極管 半導(dǎo)體三極管也成為晶體三極管，可以說(shuō)他是電子

9、電路中最重要的器件。它的主要功能是電流放大和開(kāi)關(guān)作用 三極管根據(jù)其不同的結(jié)構(gòu)分為PNP和NPN不同的類型。在使用時(shí)要注意根據(jù)需求選擇選擇。 三極管的主要封裝形式為塑料封裝的T092封裝。 常用的三極管有90XX系列，包括低頻小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP)，低噪聲管9014(NPN)，高頻小功率管9018(NPN)等6. 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)晶體管：英文名稱為Field Effect Transistor，縮寫(xiě)為FET，簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng)管屬于電壓控制元件，這一點(diǎn)類似于電子管的三極管，但它的構(gòu)造與工作原理和電子管是截然不同的，與雙極型晶體管相比，場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有如下特點(diǎn)：（1）輸入

10、阻抗高；（2）輸入功耗?。唬?）溫度穩(wěn)定性好；（4）信號(hào)放大穩(wěn)定性好，信號(hào)失真??；（5）由于不存在雜亂運(yùn)動(dòng)的少子擴(kuò)散引起的散粒噪聲，所以噪聲低。場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)一般包括：耐壓（Vgs,Vds），最大允許電流，壓降，前驅(qū)電壓。場(chǎng)效應(yīng)管一般用于需要較大功率和速度的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，例如組成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的H橋。一般的MOSFET集成有續(xù)流二極管。需要根據(jù)電路的需求選擇不同場(chǎng)效應(yīng)管。二、 常用數(shù)字器件 微處理器、工控機(jī)和計(jì)算機(jī)處理的信號(hào)和信息均為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字邏輯在電路中的需要依托數(shù)字器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 數(shù)字電路中常用的邏輯器件包括：門電路（與門、非門、或門等等），A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，串行接口等等。1. 常見(jiàn)的門電路

11、常用的門電路為集成多路門電路。最常見(jiàn)的是74lsXX系列和74hcXX系列。 例如74ls08為雙輸入4與門。其機(jī)構(gòu)圖如右圖。 其它系列電路參照對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)手冊(cè)。2. A/D轉(zhuǎn)換器 CPU只能接受和處理離散的數(shù)字信號(hào)。如果需要接受或者處理外界連續(xù)的模擬信號(hào)，則需要將其轉(zhuǎn)換為CPU可以接受的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。 A/D轉(zhuǎn)換器常用的方法有：逐次逼近式，雙積分式，并行式等。 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換具有較高的精度，并行式具有極高的轉(zhuǎn)換速度，逐次逼近式在保證較高速度的同時(shí)保證了一定的精度。 8路A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809是經(jīng)常見(jiàn)到的一種A/D轉(zhuǎn)換器。具有較高的性價(jià)比。 它通過(guò)選通位來(lái)確定轉(zhuǎn)換的通道。需要外接提供10k1MHz的時(shí)鐘，當(dāng)時(shí)鐘頻率為500kHz時(shí)，其轉(zhuǎn)換速度約為128us。 常用于對(duì)于轉(zhuǎn)換速度要求不高，而輸入較多的情況下。ADC0809引腳結(jié)構(gòu) D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入