查看: 8974|回复: 3

[入门] Arduino学习（二）电子电路基础

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。
Arduino学习（二）电子电路基础图1

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。
Arduino学习（二）电子电路基础图2

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：
Arduino学习（二）电子电路基础图3

（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。
Arduino学习（二）电子电路基础图4

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：
Arduino学习（二）电子电路基础图5

（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.
Arduino学习（二）电子电路基础图6

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

}
Arduino学习（二）电子电路基础图7

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。

Arduino学习（二）电子电路基础图9

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：
Arduino学习（二）电子电路基础图8

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。
Arduino学习（二）电子电路基础图10

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：
Arduino学习（二）电子电路基础图11

（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
Arduino学习（二）电子电路基础图12

晶振在电路图上的表示方式，如下图：
Arduino学习（二）电子电路基础图13

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)
Arduino学习（二）电子电路基础图14

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：
Arduino学习（二）电子电路基础图15

（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.
Arduino学习（二）电子电路基础图16

QFP封装，是(Quad Flat Package)的缩写，叫方型扁平式封装。适用于SMT贴片
Arduino学习（二）电子电路基础图17

（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
Arduino学习（二）电子电路基础图18