模电基础知识汇总

一、半导体

半导体是介于导体和绝缘体之间。

世间万物都由原子构成。带正电荷的原子周围有若干带负电的电子。绝大多数固体材料，他们的原子核和电子靠的很近很稳定。在金属固体中，电子离原子核比较远所以可以自由移动，原子核不动。

导体：原子最外层价电子（与原子形成化学键了，导不了电）挣脱束缚成为自由电子，从而导电。

绝缘体：原子外层空间比较稳定。

本征半导体：具有晶体结构半导体，比如Si、Ge四价元素（最外层4个电子可以和其他原子形成共价键，8个稳定）、金属氧化物、金属硫化物。

二、I U R 

电流:单位是安培（A），1A=1s内有6.24乘以10的18次方个元电荷通过横截面,I=q/t。电流如同水流。有电流必须有电压，有电压不一定有电流。

电路:电流走的道路。

电池:通过化学反应产生能量的装置，正极吸收电子，负极释放电子。

AC交流电：电流方向随时间变化，是通过电网供应的电力，方便改变电压。

DC直流电：电流方向一直不变，用于小型设备，不方便改变电压。

开路（Open circuit）:电路断开，闭路：电路闭合。

电压：产生电势能即让电子在电路中移动的能量。电压越高，电势差越高，电子流动的越快。

电阻：阻碍电流移动。单位欧姆（Ω）。

I=U/R。

锂电池工作电压3.3v-4.2v，一节电池标准电压都是3.7v。

12580mWh电池以12.58W的功率输出1h=12580/3.7mAh=3400mAh。

1度电=1000Wh。

欧姆定律：

三、元器件

1 电阻

普通电阻：在绝缘体上缠绕1/多根金属丝/碳膜。

薄膜电阻：把不太导电的材料（金属/合金薄膜）一层层压在一起构成的，用于精密仪器。

光敏电阻：根据光改变电阻值。

金属薄膜电阻：用于高精度。

电位器：可调电阻，用在台灯左右调节。

0603贴片电阻：长6mm，宽3mm。

电阻关心：封装（尺寸、是直插还是贴片）、标称（精确度）、额定功率。

2 电容(C)

2.1 表示

用C表示，是电荷和电势之比，C=q/V。单位：法拉（F），还有mf，uf，nf。

组成：导体板+介质层+导体板。

基于静电力，不涉及化学反应。

2.2 作用

1 降压（防止电压突变）

让电容分担210v电压。

电容有容抗，容量计算公式：

当容抗为2100Ω（f通常为50hz），c为1.5微法，就可以满足要求。（通常给电容串联大电阻，这样保证断电安全性），也可以用电阻，但电阻消耗有功功率存在发热问题，电容消耗的无功功率，不发热。

2 滤波

大电容滤低频，小电容滤高频。阻直流，通交流。

高通滤波器：

如果输入10V直流电，因为直流电频率0hz，容抗∞，根据串联分压原理，最后输出0V.所以低频无法通过电容。如果输入频率∞大交流电，容抗几乎0Ω，高频可以通过。

2.3 分类

薄膜电容：两个薄膜里面包电解液，使用金属膜/金属箔作为电极。

铝电解电容：铝箔+电解液作为电极做出来的电容。一般一个长脚（正极），一个短脚（负极）。如果接反正负极，电解液的氢离子（+）往正极移动形成H2,会爆。

3 电感（L）

在电路存储和释放能量。通常铜线绕铁芯。电流进来，产生磁场，储存能量。电磁感应：如水里扔了一块石头，电子：涟漪；磁：产生涟漪的趋势。电感单位是亨利（H），还有mh，uh，nh。

 

作用：1 储存能量 2 保持电流稳定(电流没了，电路不是电瞬间流没有了)。

LRC震荡电路：

应用：爆闪灯等。

示例：

原理：电感先给电容充电，然后电容再给电感充电。

4 保险丝 熔断器

保险丝由铜箔或者金属丝制成，I>保险丝额定I，加热被熔断。

熔断器相对于保险丝可以自恢复。两种模式：1 如同保险丝，但温度高断，温度高结合。2 两种不同金属片压合一起，一种温度高膨胀大，一种较稳定。

5 接插件

6 蜂鸣器

分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。源是震动源，有源蜂鸣器插上电就bi，无源需要写代码输入信息。谐振频率2k-4khz，人耳听觉频率范围20-20000hz。

Circuit Simulator Applet

4 二极管

纯硅（化合价为4）不导电。参杂3 价硼的P（positive）型半导体带正电（因为离8电子稳定结构少了一个电子），参杂5价磷（磷带5个带电子）的N（negative）型半导体（N型掺杂）带负电（虽然形成8电子稳定结构，但多出来一个电子），纯硅稳定基本绝缘。

杂质半导体：在本征半导体掺入少量杂质元素。

二极管是P-N结的结构。

只能左边流向右边，不能右边流向左边。LED灯也是只能从正极流向负极。

正向导通：P型半导体吸引N型半导体电子，N型半导体失去电子带+电，P型半导体得到电子带-电，这块区域是耗尽层（PN结）。电压>0.7V，电子就可以穿过耗尽层。

反向截止：负极输入负电荷填充空穴（学名：本征激发），耗尽层增大。温度越高，本征激发速度越快。

PN结：

正向加电压：

反向加电压：

载流子：空穴、自由电子。

对于N型半导体，自由电子是多数载流子，称多子。空穴是少子。温度对多子影响不大，对少子影响非常敏感。

5 继电器

通常由一个磁铁和一个电磁线圈构成。

工作原理：

6 三极管

基极输入电流信号。三极管用于放大电信号如无线电和音频放大器，也用于控制电流。

三极管放大电流原理：

终于有人讲了，凭什么三极管能放大?_哔哩哔哩_bilibili

放大电流应用：非接触测电笔

右边两节5号电池3v，J1是金属片，灯亮了说明电线是火线，灯没亮说明电线是零线。火线是+220v降到0降到-220v，每秒50hz，磁场一变化J1就可以感应微弱电流

7 NE555

集成电路，又称555计时器，应用在定时器、方波发生器等。

7.1封装方式

1 贴片类型封装SOP8

2 直插类型封装DIP8

适合手工焊接，用烙铁焊焊到板子上。

7.2 数据手册

NE555:C5157696

小黑点表示相连。

7.3 比较器

阈值比较和触发比较都是比较器。

比较器（运放）：比较上面电压和下面电压，如果上面电压高，可能输出高电平信号(可以放大信号，比如输入的几v，输出的100v)。

7.4 非门

非门：高（电）压变低压，低压变高压。

非门原理：

输入0v，输出5v；输入5v，输出0v。

7.5 或非门

只有所有输入是低电平，输出才是高电平；否则输出低电平。

7.6 双稳态触发器

可以用电路存储一个状态，想要修改这个状态也一直会被保留，直到R端被高电压重置。

初始状态：

S切换高电平上面的Q亮，然后保持亮的状态，知道R高压重置。

Q 上面的横线代表输入状态（low）和输出状态（high）相反。

7.7 工作过程

三极管打开，电容放电。

7.8 应用说明

占空比：输出高电平时间与整个周期时间的比例。

四、PCB

PCB（Printed Circuit Board）印刷电路板，由玻璃纤维制成。

组成：

EDA（Electronic Design Automation）电子设计自动化，工具包括PCB设计工具、电路仿真工具、芯片设计工具等。

可以使用EDA软件自动导出PCB 3D预览模型。