集成电路发展至今日,量产IC的制程已经达到10nm。伴随电路设计集成度的迅速提高,高频高速电子信号的处理需求越来越旺盛,电子技术的发展重心逐步从模拟时代过渡到数字化阶段。虽然数字IC大行其道的当下,模拟电路以及分立式电子元器件的使用频率逐年减少。但是在处理EMC、电源设计的过程当中,模拟电子技术和分立式元器件依然扮演着重要角色。
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本文主要描述了笔者在日常开发过程当中,接触到的常用模拟电路及分立电子元器件相关知识,便于从事单片机开发以及嵌入式系统裸板调试的同学,方便的补充与查阅相关知识点。摒弃高校传统《电路分析》、《模拟电路》、《数字电路》三部电子技术基础课程庞杂的知识体系,倡导言简意赅、学以至用的嵌入式硬件学习思路。本文将伴随笔者工作经验的积累,逐步增加相应知识点并移除落后不常用的内容。
文章中的部分公式与电路图摘自中文维基百科,三极管以及基尔霍夫定律相关图例摘自木村诚聪所著的《电子世界轻松游》。
电路的三类状态
● 通路/回路:指电流通过元器件或者用电器后流回电源的通路,通常是指闭合电路。
● 断短/开路:电路中两点之间无电流通过(开关没有闭合或导线未连接)或者连接了阻抗值/电阻值非常大的导体,即整个电路处于断开的状态。
● 短路:短路是指电路或电路中的一部分被短接。如负载与电源两端被导线连接在一起,就称为短路,短路时电源提供的电流将比通路时提供的电流大得多,一般情况下不允许短路,如果短路,严重时会烧坏电源或设备。
电子技术常用数量级单位
数量级是国际单位制当中衡量数量的尺度与大小级别的单位,同样也适用于表达电子技术所涉及单位的数量级,《中华人民共和国法定计量单位》当中规定了与国际数量级单位相对应的中文命名,具体对应关系请参见下表:
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电流
自由电子的定向运动产生电流,其方向与自由电子运动的方向相反,电流用字母I表示,基本单位是安培 A。
电流I(安培)=电荷Q(库仑)/时间t(秒)
1秒内通过导体横截面的电荷量为1库仑。
电压
高、低电位之间的电位差称为电压,用字母U表示,基本单位是伏特V。
电压V(伏特)=电荷Q(库仑)*电功W(焦耳)
1库仑电荷做1焦耳的功形成的电位差等于1伏特。
电
用来限制通过其所连支路的电流大小,电阻用字母R表示,基本单位为欧姆Ω。电阻值通常与温度、_材料_、_长度_、导体横截面积有关,主要物理特性是将电能转换为热能,因此可以认为它是一个耗能元件,在电路中通常起到分压、分流作用。
电阻R(欧)=电阻率ρ(欧·厘米)*[长度L(厘米)/横截面积S(平方厘米)]
限流电阻:用来限制电阻所在支路电流的大小。
上拉电阻:输入端口未连接设备或处于高阻抗时,用于保证输入信号为指定逻辑电平。
下拉电阻:接地连接从而使逻辑信号保持在接近0伏特状态。
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欧姆定律
通过某段导体的电流跟该段导体两端的电压成正比,电阻成反比。
电压V(伏)=电流I(安)*电阻R(欧)
基尔霍夫定律
电流定律:流向某一结点的电流之和恒等于该结点流出的电流之和(流入流出结点的电流相等)。
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电压定律:某回路的电源电压恒等于各电阻之上的压降之和(回路中的电压总和是零)。
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电容
一种可以容纳电荷的储能元件,由2块金属电极之间夹1层绝缘电介质构成,用字母C表示,基本单位是法拉第F。
电容C(法)=电荷Q(库)/电极间的电压V(伏)
选取电容时要注意其耐压值(即临界电压,过大电压会导致电容器损坏)。
电容器在开发板主要有如下几个作用:
耦合,充放电的特性可以阻止直流电通过,但是允许交流电通过,即通交隔直。
滤波,将一定频段内的信号从总信号中去除。
去耦,防止前后电路电流大小变化时,在供电电路中形成的电流波动对电路正常工作产生影响。
数字电路当中,所有IO器件的VCC和GND之间(包括电源)都会放置一个0.1uF的去耦电容。
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本文转载自:Bit by bit(作者: Hank)
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