硬件工程师成长之路（1）——元件基础

系列文章目录

1.元件基础
2.电路设计
3.PCB设计
4.元件焊接
5.板子调试
6.程序设计
7.算法学习
8.编写exe
9.检测标准
10.项目举例
11.职业规划

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文章目录

• 前言
• 一、认识元件
• • ①、认识元件
  • ②、认识封装
• 二、电阻
• • 1.上拉电阻与下拉电阻
  • • ①、定义
    • ②、应用
    • ③、阻值选择
    • ④、因上下拉电阻引发的问题
    • ⑤、因一颗上拉电阻引发的思考
  • 2.为什么说电流检测需要使用四脚开尔文连接的电阻/li>
  • 3.电平匹配之5V I/O口电平转3.3V
  • 4.为什么会有0欧电阻这种东西/li>
  • 5.电容均压电阻的原理
  • 6.阻容降压
  • 7.高精密贴片电阻的计算方法、精密贴片电阻标准阻值表
  • 8.信 反射的几个重要体现（过冲、下冲、振铃）及电路设计
  • 9.关于电阻其他内容
• 三、电容
• • 1.电容降压原理
  • 2.电容选型须知
  • 3.钽电容“降额”使用，这是为什么/li>
  • 4.为什么在一个大的电容上还并联一个小电容/li>
  • 5.100uF，10uF，100nF，10nF不同的容值，这些参数是如何确定的/li>
• 四、电感
• • 1.电感与磁珠的联系与区别
  • 2.电路板会“滋滋”的响
  • 3.电感的电流为什么不突变
• 五、二极管
• • 1.二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程
  • 2.产生反向恢复过程的原因——电荷存储效应
  • 3.什么是肖特基二极管
  • 4.肖特基二极管和场效应管有什么区别/li>
  • 5.肖特基二极管(SBD) 与普通二极管的区别
  • 6.STM32 I/O口保护二极管的作用
  • 7.IGBT反并联二极管的功能
  • 8.二极管伏安特性曲线_二极管的温度特性
  • 9.二极管漏电
  • 10.两个二极管串联有什么意义/li>
  • 11.续流二极管作用及工作原理
  • 12.二极管1N4148，做温度传感器，是什么原理/li>
  • 13、TVS管选型详细流程
  • 14、激光二极管的原理和应用
  • 15、激光二极管的结构与使用事项
• 六、三极管
• • 1.三极管为什么能放大
  • 2.三极管的应用
  • 3.半导体知识讲解：IGBT是个啥/li>
  • 4.三极管，MOSFET, IGBT的区别
  • 5.MOS管（场效应管）
  • 6、CMOS
  • 7、DMOS
  • 8、浮栅三极管-FAMOS、SAMOS、MNOS和FLOTOX
  • 9、可控硅/晶闸管
  • • 1、晶闸管和可控硅是怎么回事/li>
    • 2、晶闸管/可控硅典型应用电路
    • 3、电路分析
• 七、运放
• • 1.同相放大器有平衡电阻吗/li>
  • 2.运算放大器知识汇总
• 八、晶振
• • 1.晶振是什么
  • 2.晶体振荡器功能作用
  • 3.晶体振荡器应用
  • 4.晶振为什么要加电容/li>
  • 5.晶振需要配多大电容/li>
  • 6.晶振与整体电路之间的匹配
  • 7.为什么在晶振上并电阻/li>
  • 8.晶振为什么不能放置在PCB边缘/li>
  • • 现象描述：
    • 原因分析：
    • 思考与启示
  • 9、有助于提高晶振工作稳定性的建议：
  • 10、32.768KHZ的晶振有什么用
• 九、蜂鸣器
• • 1.如何区分有源蜂鸣器和无源蜂鸣器/li>
  • 2、三极管与蜂鸣器
• 十、屏幕
• • 1、触摸屏的特征
  • 2、屏幕尺寸在线计算器
  • 3、液晶屏MIPI接口与LVDS接口区别（总结）
  • 4、LCD屏：RGB接口与MCU接口区别
  • 5、屏幕成像为什么要分逐行与隔行扫描/li>
  • 6、组装屏和原装屏有什么区别/li>
• 十一、PTC、NTC
• • 1、POSISTOR 的基本特性
  • 2、PTC自恢复保险丝的重要指标：最大工作电压
  • 3、自恢复保险丝工作原理
  • 4、都是热敏电阻，PTC和NTC的区别你真的知道吗/li>
  • 5、什么是NTC
  • 6、防浪涌功率型NTC的选型原则
  • 7、选择电流保险丝要了解哪些参数
  • 8、电源模块保险丝选择慢断还是快断/li>
• 十二、电机
• • 1、电机分类
  • 2、电机学（入门）
  • 3、直流电机的原理及驱动
  • 4、步进电机原理及驱动
  • 5、PWM与步进电机
  • 6、电机温升
  • 7、直流电机的3种启动方式
  • 8、微型直流电机转速控制的3种方式
  • 9、直流有刷电机串电阻并电容并二极管
  • 10、一个电机能在不同国家使用吗/li>
• 十三、存储
• • 1、闪存的一些基本概念及其技术融合趋势（一）
  • 2、一篇写的相当不错的nandflash芯片编程介绍
  • 3、ROM, RAM, FLASH, SSD, DDR3/4， eMMC, UFS, SD卡, TF卡
• 十四、通讯接口
• • 1、串口、COM、UART、TTL、USB、RS-232、RS-485、I2C、SPI、CAN、1-WIRE
  • 2、MIPI CSI-2/DSI接口、FPD-Link III 接口、LVDS等接口对比
• 十五、仪器仪表
• • 1、示波器怎样测220V以直接测零火线吗/li>
  • 2、万用表上的虚线表示什么意思/li>
  • 3、模拟示波器和数字示波器有啥区别/li>
• 十六、连接线
• • 1、杜邦线
  • 2、FPC软排线
• 十七、专业名词
• • 1、功率因数
  • 2、额定功率和实际功率
  • 3、PAC&APC
  • 4、导热系数与热导率
  • 5、四分之一波长
• 十八、其他
• • 1、过零双向可控硅输出光耦
  • • ①、MOC3041自带的过零点检测电路是什么意思/li>
    • ②、MOC3041内部工作原理及实际应用实例图
  • 2、CPU、MCU和MPU，CACHE和MMU
  • 3、钨丝灯（纯电阻元件）
  • 4、编码器
  • 5、矩阵键盘
• 后记
• • 1.一些免费申请样品的公司
  • 2.在线设计工具与仿真

前言

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送给大学毕业后找不到奋斗方向的你（每周不定时更新）

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本系列文章只是你了解嵌入式的引子，它的作用就是引起你的兴趣，扩大自己的认知，如果真的想要深入了解嵌入式的话还是需要钻研书本的。
OK，开始10章的系统学习之路吧！加油！

有目的的学，方能更快成功，先做个自我测试

学前测试链接

②、认识封装

本小节目标：了解知道有这种封装即可。

下面是学习链接：

元器件各类封装（带图）

元器件封装

简单测试：一眼扫过去，如果下图封装都认识，那本小节掌握的可以了

在电子元器件间中，并不存在上拉电阻和下拉电阻这两种实体的电阻，之所以这样称呼，原因是根据电阻不同使用的场景来定义的，其本质还是电阻。就像去耦电容，耦合电容一样，也是根据其应用场合来取名，其本质还是电容。

上拉电阻的定义（上图R1）：
在某信 线上，通过电阻与一个固定的高电平VCC相接，使其电压在空闲状态保持在VCC电平，此时电阻被称为上拉电阻。

同理，下拉电阻的定义(上图R2)：
将某信 线通过电阻接在固定的低电平GND上，使其空闲状态保持GND电平，此时的电阻被称为下拉电阻。

②、应用

1.钳位（使处于一个稳定的状态）

首先先需要了解的是数字电路有三种状态：高电平、低电平和高阻态，有些场合希望电平在上电初始时为高或低，不要出现高阻态，就会使用上下拉电阻使管脚处于稳定的状态（同时可以限流），当学到系列六，用单片机写软件就会更加了解。

在CMOS芯片中，为了防止静电对器件造成损坏，不使用的常常不会悬空，接上拉电阻提供泄放电荷的通路。（如TI的SN74HC595的数据手册中所述）

③、阻值选择

电路设计中，一般阻值大小都是凭借经验选取。上拉电阻阻值有4.7k欧姆,10k欧姆等。

1.上下拉的电阻可以根据电阻阻值的大小，分为强拉和弱拉。拉电阻阻值越小，表示上下拉的能力也就越强，但是相应的功耗也就越大。

2.在高速电路中，过大的上拉电阻可能会导致信 的上升沿边沿不够陡峭，过小的上拉电阻可能会导致信 的低电平值增大（比0V高，若过高会导致低电平值被判为高电平导致数据出错）。

3.对于内部带上下拉的IO口，如果IO口带上拉，低功耗时可以将此引脚设置为高电平输出或者高阻，可以减少一部分的功耗；下拉同理，设置为低电平或者高阻减少功耗。

4.阻值计算（上拉电阻为例）

最大值：为确保高电平时输出有效，上拉电阻要明显小于负载的阻抗。若上拉电阻过大，会导致输出的高电平不足。

最小值：不超过场效应管的额定电流（或三极管的饱和电流）。

算出最大和最小值后，选取中间值就可以了。但是，如果负载电流较大，低电平要求很严格，那么就要选接近最小值的上拉电阻。如果考虑尽可能的低功耗，那么就选用接近最大值的上拉电阻。

④、因上下拉电阻引发的问题

1、RS485因为上下拉电阻通讯不良分析
2、单片机引脚浮空输入注意事项-STM32
3、stm32 串口接收引脚配置为浮空输入问题

⑤、因一颗上拉电阻引发的思考

工程师竟因一颗上拉电阻引发出这样的思考/p>

2.为什么说电流检测需要使用四脚开尔文连接的电阻/h2>

【极客说】为何高精度电阻测量需要四线么是开尔文测量法/p>

在用低阻值电阻来检测一个精密的电压降时，通常要使用四脚开尔文连接的电阻，这种结构的电阻能够消除电阻两端引脚的电压降对检测值带来的影响。在电流检测电路中，接触电阻和引脚的电阻可能比电阻本身的阻值还要大，所以如果使用两脚的电阻将可能导致重大测量误差。

下图为普通电阻的开尔文接法

4.为什么会有0欧电阻这种东西/h2>

7.高精密贴片电阻的计算方法、精密贴片电阻标准阻值表

高精密贴片电阻的计算方法、精密贴片电阻标准阻值表

8.信 反射的几个重要体现（过冲、下冲、振铃）及电路设计

信 反射的几个重要体现（过冲、下冲、振铃）及电路设计

9.关于电阻其他内容

关于电阻其他内容

那么我们为什么要用电容来降压，它的好处又是什么呢来看一个例子，比如当接入市电220V/50Hz时，负载RL需要一个最大约69mA的电流，如下图，可以在回路上串联一个电阻R1来实现。

通过以上的运算，可以看到需要串入一个3188Ω/15W的电阻。
再来看看用电容的情况， 假设电容C1的容量为1uF，那么C1的容抗Z计算公式如下。

以上接法是否能为RL提供直流电压呢然不行，因为明显违背了电容的原理，电容在交流情况下才能通过电流，由于二极管D1的单向导电性，使电容没有放电回路，正半波时电容充满电，但负半波时电流无法通过，使电容C1充满电后就达到电量平衡，再无电流流过负载，所以负载RL得不到正常的工作电流，正确的做法应该如下图。

全波整流时，输出电流计算公式如下：

也就是说半波整流时，最大电流约为31mA，全波整流时，最大电流约为62mA。
典型案例
下面来看一个家用电风扇的典型电源电路，如下图。

我们以Kemet 的T491系列钽表面贴装电容器 作为一个示例，了解有关降额的相关信息。

图中ESR是电容的串联等效电阻，ESL是电容的串联等效电感，C才是真正的理想电容。ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的，没法消除。那这两个东西对电路有什么影响。ESR影响电源的纹波，ESL影响电容的滤波频率特性。

我们知道电容的容抗Zc=1/ωC，电感的感抗Zl=ωL,( ω=2πf),实际电容的复阻抗为Z=ESR+jωL-1/jωC= ESR+j2πf L-1/j2πf C。可见当频率很低的时候是电容起作用，而频率高到一定的时候电感的作用就不可忽视了，再高的时候电感就起主导作用了。电容就失去滤波的作用了。所以记住，高频的时候电容就不是单纯的电容了。实际电容的滤波曲线如下图所示。

所以，以后不要见到什么都放0.1uF的电容，有些高速系统中这些0.1uF的电容根本就起不了作用.

15秒告诉你什么是电容补偿

四、电感

1.电感与磁珠的联系与区别

1、电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件；
2、电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信 回路，用于EMC对策；
3、磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题。EMI的两个途径，即：辐射和传导，不同的途径采用不同的抑制方法。前者用磁珠，后者用电感；
4、磁珠是用来吸收超高频信 ，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDRSDRAM，RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHZ；
5、电感一般用于电路的匹配和信 质量的控制上。一般地的连接和电源的连接。在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。对信 线也采用磁珠。
磁珠的大小（确切的说应该是磁珠的特性曲线）取决于需要磁珠吸收的干扰波的频率。磁珠就是阻高频，对直流电阻低，对高频电阻高。比如 1000R@100Mhz就是说对100M频率的信 有1000欧姆的电阻。因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。 磁珠的datasheet上一般会附有频率和阻抗的特性曲线图。一般以100MHz为标准，比如2012B601，就是指在100MHz的时候磁珠的 Impedance为600欧姆。

2.电路板会“滋滋”的响

电路板会“滋滋”的响

3.电感的电流为什么不突变

妙~终于明白电感的电流为什么不突变了！

五、二极管

1.二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程

设 VD 为二极管正向压降（硅管为 0.7V 左右），当 VF远大于 VD 时， VD 可略去不计，则：

在 t1 时， V