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[入门教程] Arduino学习(二)电子电路基础

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单片机开发中,需要学习一点电子电路基础知识。这一篇科普一下。作为单片机开发前的背景知识。

一、关于电的几个基本概念

1,电流:电子在导体中流动,形成电流。电流的计量单位是 安培(A),    1 A = 1000 mA (毫安)

2,电压:指电路两端的电势差或电位差。这个电位差引发电子的流动,产生电流。电压的计量单位是 伏特 ( V )

3,电功率:电流在单位时间内做的功叫做电功率,是用来表示消耗电能的快慢的物理量。电功率的计量单位是 瓦特( W).

       功率=电压*电流*时间.

4,直流电:(Direct Current,简称DC), 正负极性不变、电流方向不变的电流。单片机使用直流电供电。电池提供直流电。

5,交流电:(Alternating Current,简称AC),电流方向、强度随时间作周期性变化的称为交流电。发电机生成交流电。220AC市电是交流电。

6,电路:由金属导线和电气、电子元器件组成的导电回路,称为电路。

7,断路:当电路没有闭合开关,或者导线没有连接好,或用电器烧坏或没安装好(如把电压表串联在电路中)时,即整个电路在某处断开。处在这种状态的电路叫做断路(又叫开路)。

8,短路:在电路中,电流不流经用电器,直接连接电源正负两极,由于导线的电阻很小,短路时电路上电流会非常大。这样大的电流,会造成电源损坏。导线的温度升高,严重时有可能造成火灾。

9,模拟电路(Analog Circuit):处理模拟信号的电子电路 。模拟电路中的电压和电流在一个范围内连续变化。“模拟”二字主要指电压(或电流)对于真实信号成比例的再现,比如模拟式温度计,可能0度时电压为0V, 10度时电压为10V。

10,数字电路(Digital Circuit):处理数字信号的电子电路 。对于工作电压为5V的单片机,数字电路中的电压只有两个值:0V 和 5V. 0V即低电平,表示数字0; 5V即高电平,表示数字1. 信号量以脉冲数字方式表示。比如数字式温度计,可能以几个脉冲电压( 5V-0V-5V-0V)表示二进制的1010,即数值10。

二、电的测量工具:万用表

万用表是用来测量电流、电压、电阻等的仪表。是电工和无线电制作的必备工具。
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三、常用电子元器件

(一)电阻

电阻(Resistor,电路图中常用  R 表示电阻)是限制电流的元器件。

将电阻接在电路中,它可限制通过它的电流的大小。电阻在电路中通常起限流、分压、分流的作用。
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电阻大小的计量单位是:欧姆(Ω), 1 KΩ = 1000 Ω

欧姆定律: I  =  U /  R

     其中:I是电流, U是电压, R是电阻

电阻在电路板上一般标识为 R,   在电路图上的表示方式, 如下图:
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(二)电容

电容(Capacitor)顾名思义,是‘装电的容器’,是一种容纳电荷的器件。广泛应用于电路中的隔直通交,耦合,旁路,滤波,调谐回路, 能量转换,控制等方面。
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电容是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。

当在两金属电极间加上电压时,电极上就会存储电荷,电容充电。

当电压减小时,电极会放出放电荷,电容放电。

对于直流电,电容中间有绝缘物质,所以电容相当于断路。
对于交流电,电容反复充放电,所以电容相当于通路。

电容为基本物理量,符号C,单位为F(法拉)。 1法拉(F)= 1000毫法(mF)=1000000微法(μF)

电容在电路板上一般标识为 C,    在电路图上的表示方式, 如下图:
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(三)二极管

二极管(英语:Diode),一种具有两个电极的电子元件,只允许电流由单一方向流过。反向则阻断。它最大的特性就是单向导电。

二极管的种类:普通二极管﹑稳压二极管﹑发光二极管﹑光敏二极管等。

二极管在电路板上一般标识为 D.  
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二极管有两个脚,一个脚是正极,一个脚是负极。在电路中,电流只能从二极管的正极流入,负极流出。

二极管的极性区分方法:

1,眼睛识别:在管体上有白圈(黑圈或蓝圈)的一端,是负极。对于发光二极管,短脚的一端为负极。

2,电阻测量法:用万用表测量电阻,互换管脚测二次。以阻值较小的一次测量为准,黑表笔所接的一端为正极,红表笔所接的一端则为负极。

注意:如果二极管正负极插反,轻则烧毁元件本身,重则烧毁电路其它元件!


(四)三极管

三极管,一种具有三个电极的电子元件,又称晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。

三极管是一种控制电流的半导体器件,其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号,也用作无触点开关。因此,三极管常用于信号放大、开关电路、控制电路等。

三极管是一个半导体部分,由两个PN结组成。

{

P型半导体---本征半导体中掺入微量的三价元素,得到以空穴载流子为主的空穴型半导体,空穴载流子是带正电荷

N型半导体---本征半导体中掺入微量的五价元素,得到以电子载流子为主的电子型半导体,电子载流子是带负电荷

PN结: 通过一定的生产工艺,把P型半导体和N型半导体结合在一起,在它们的交界处形成一个具有特殊性能的薄层

}
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三极管有三个脚,分别为:基极(b),集电极(c),发射极(e).

根据PN结的不同,一般分为PNP型和NPN型两类。

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三极管的插件极性区分:在管体上有弧度的一端,对应PCB板丝印弧度垂直插入.
插件注意:如果三极管正负极插反,轻则烧毁元件本身,重则烧毁电路其它元件!

三极管的极性判断,使用万用表的方法如下:
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三级管在电路板上一般用字母Q表示

(五)电感

电感器又称电感线圈或线圈,文字符号:“L”,它是由线圈绕在磁体上构成。电感器是一种贮能元件,利用电磁感应将电能转换成磁能并储存起来,具有阻碍交流电通过的特性,其作用有滤波、作为谐振电路的振荡元件等。概括起来就是:阻交通直,储存磁能。
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电感器在电路板上一般标识为 L,    在电路图上的表示方式, 如下图:
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(六)晶振

晶振,用来选择频率和产生频率的元器件。

频率的单位:Hz(赫兹), 1 MHz = 1000 KHz = 1,000,000 Hz
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晶振在电路图上的表示方式,如下图:
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单片机系统里都有晶振.  一个晶振和几个电容组成振荡电路,产生单片机所需的时钟频率.



(七)集成电路

集成电路(Integrated Circuit,简称IC)是一种微型电子器件或部件。
采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个壳内。
集成电路使其中所有元件在结构上已组成一个整体,使得电路小型化、低功耗、高可靠性,得到非常广泛的应用。

集成电路,又称为芯片(Chip)
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集成电路有非常非常多种。使用时,要对每一种芯片具体学习、实验、测试、使用。

在电路设计中,往往就是在选择不同功能的芯片,进行连接组合。

单片机本身就是一个集成电路。

四、电子设计制作

(一)电路原理图

电子设计,首先要设计电路原理图。用电路元件符号表示电路连接的图,叫电路原理图,简称电路图。例如:
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(二)印刷电路板(Printed circuit board, 简称PCB)

使用设计软件,将电路图转化为电路板设计文件。交付制版工厂,批量生产印刷电路板。

(三)焊接元器件


再交付制版工厂,将元器件焊接在印刷电路板上。然后,写入软件数据、整体测试、包装出成品。

焊接工艺有两种: 穿孔焊接、SMT贴片(最流行,Surface Mounted Technology,表面贴装技术))

为适应不同的焊接工艺,

同一种元器件有两种形式:直脚型和贴片型

同一种集成电路芯片,往往管脚相同,但有两种封装形式:DIP,  QFP

DIP封装,是Dual Inline-pin Package的缩写,也叫双列直插式封装。适用于穿孔焊接.
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QFP封装,是(Quad Flat Package)的缩写,叫方型扁平式封装。适用于SMT贴片
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(四)实验室的电路板制作

在实验室环境中,往往无法批量生产印刷电路板,一般只有手工焊接。因此要用实验器材制作电路。

1, 面包板:是一种电路板,上面有很多小插孔,专为电子电路的无焊接实验设计制造的。由于各种电子元器件可根据需要随意插入或拔出,免去了焊接,节省了电路的组装时间,而且元件可以重复使用,所以非常适合电子电路的组装、调试和训练。

面包板的用法,请百度一下即可
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2,杜邦线:用于连接芯片、器件、面包板的导线,根据需要随意插入或拔出,无需焊接,适合于电路实验。
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3, 用板,又称洞洞板:一种实验板,板上有很多洞。可以把元器件插入并焊接,同时焊接连接导线,形成电路板。
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作者:JoStudio

tyjjr  中级技匠
 楼主|

发表于 2019-1-24 10:46:22

为什么我不能留言
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hnyzcj  超级版主

发表于 2019-1-24 14:46:09

tyjjr 发表于 2019-1-24 10:46
为什么我不能留言

你不是留了吗
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gada888  版主

发表于 2019-1-24 15:13:20

经鉴定:此贴对初学者极好。
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