硬件电路设计知识

一、电阻

1、欧姆定律

       只要知道电阻值以及电阻两端的电压，就能够求出流过电阻的电流

     只要知道电阻两端的电压，以及流过电阻的电流，就能够求出电阻

  只要知道电阻值以及流过电阻的电流，就能够求出电阻两端的电压

 在这里我们强调一下，就是这里不像我们初中所学的那样，电压会用到很大然后去利用公式去求解电流或是电阻

在设计电路中一般来说我们的电阻都是K欧级别的，然后电压的话也不会这么高，常见电压，直流电压24V，12V，15V也是一个比较常见的电压以及12V，5V等等，当然还有一些其他的常见电压，实际上在设计电路的时候我们的电压是很小的，电阻是很大的

2、电阻值的识别

（1）色环电阻或者直插电阻

这种直插式电阻分为两种

其中一种它的色环只有4个：前面3个色环是表示你的电阻值的大小，最后一个色环呢，它是用来表示你的精度的

还有一种类型它的环有5个，这个前面的四个用来表示这个电阻的大小，最后一个用来表示你电阻的精度

注意：无论是哪种色环，他的这个度数的几个色环靠的近一点，最后一个精度的靠的远一点，与精度色环靠的近一点的色环表示电阻的乘数的也就是10的N次方，在前面的色环就是组成的我们的数值，就是这里面不同的颜色代表的数值是不一样的，（例如5色环）前三个读出来的数值直接写出来，然后靠近精度的色环的那个读出来就乘以10的几次方

（2）贴片电阻

 

 

3、电阻的作用

（1）电阻的功率

（2）电阻的限流作用

 其中我们这里给出几个公式单位的快捷方法

 （3）电阻分流作用

 有一些场景中它的工作电流是比较大的，比如说这时候的负载就不是一个LED了，是一个电机，这时候对应的现象就不一样了，这里呢如果我们还是按照之前的思路在我们的电机的上面加一个电阻从而达到一个限流的作用而不避免电机的损耗，但在实际的操作过程中呢我们会发现，电阻会因为达到了它本身的额定功率而损坏，所以我们可以利用并联多个电阻从而达到分流的作用，最后汇总到电机本身，也不损坏电机，也不损坏电阻

 （4）电阻的分压功能

这里特别提醒一下电阻串联分压并且电压相同

分压的作用

（1）保护电路的作用

电阻分压公式：

这个通过电阻分压的方式我们也可以实现上面利用电阻分流的功能实现个一个大的载体供电，而不导致电阻因为功率过大从而损坏，我们利用电路串联分压，不分流的特性

通过公式的角度我们可以理解为P=IU,我们让电路中的电流保持不变，通过串联让电阻分压，保持电路电阻的电压都变小，这样我们也可以实现给大功率的载体供电，从而保护器件的作用，这也是一个设计电路的另一个思路

（2）参考电压

我们利用分压公式能够求出这个参考电压VR的电压值是多少

二、电容

电容简单来说就是两块不连同的导体加上中间的绝缘材料

电容的注意事项：电解电容中是区分正负极的，长引脚为正，短引脚为负，也就是期间上面有一小条条灰色的那侧引脚为负极，另一个为正极。我们在使用的过程中避免正负极反向连接，容易把电容炸掉

这里电容是有最大的耐压值的和电容的容量，及时我们的电容没有接反，但超过我们的最大耐压值电容也是会炸掉的

1、常见的电容特性

 电容是有很多种类的电容，不同的电容中他们的电容特性也是不一样的

 电容功能其实有很多的但最重要的一个特性就是电容两端电压不能突变

3、电容的功能

（1）电容两端电压不能突变

电容两端的相对电压不能突变，只要电容不充点或放电，电容两端的电压就不变

注意：电容两端的相对电压不能突变，但是两端的电压可以同时突变

两端电压不能突变的意思是说A电极的电压相对B电极的电压它是不会发生突变的，什么意思呢

就什么叫突变呢，我们这里有一个电源，当我们把开关突然之间一闭合，电阻的两端的电压是可以从0瞬间一下变成2.5V的，这一个电压上升的过程中，它是一个突然变化的过程，是开关一闭合，它立刻就上去了，是没有任何的一个延时的，这一种我们就把它成之为突变

相反的比如我们把上面的电路换成下面的这个，把其中一个电阻换成一个电容，我们电阻旁边的电压就会缓慢的上升，不会瞬间到达一个电压值，所以它就不具备刚刚所说的突变的特性，这就是由于我们的电容的一个基本特性导致的，你要想改变电容两端的相对电压，你必须给进行充电或放电的过程，所以在它充电和放电的时候呢一定是需要时间的，既然需要时间肯定不可以突变的

把不能换成不会，这句话的意思其实就是，可以这么理解，电容两端的电压是充电上去的，充电要时间，所以不能一下子的变化

注意事项

电容两端的电压不能突变，但是我们两端的电压是可以同时突变的

解释就是：

（2）电容的储能特性

电容可以简单理解成一个小电池

电容的充点速度与电容大小以及充点电流有关

 通过电容存储电能的特性，可以设计延时上电的功能电路

利用电容的储能特性可以实现断电延时

就是在我们没有电源的时候，我们可以利用这个电容的特性，使电路在维持一会儿，让我们外部的电路慢慢的关断

例如上面两个电路，左边的电路当我们把电源断开的时候我们的灯就会立即熄灭，右边的电路当我们断开电源的时候，我们的电容相当一个小的电源，会给灯进行供电，所以当电源断开的时候，灯会持续的亮一会儿之后熄灭。

（3）电容稳定电压的作用（滤波）

为什么在很多电路和芯片上面都要加电容

其实就是为了稳定VCC上面的电压,就是不管你是做一些低频的储能滤波，还是说高频的一些噪声滤波，它最终的目的就是为了稳定电容两端的电压

为什么要这样做呢，只要的原理是这样子的，现在我们假设这里有一个芯片，假设这个芯片的工作电压是3.3V，假如我们这个3.3V的电压除了给我们芯片供电以外，它后面这里还会给一个负载供电，比如说我们的负载是一比较大的电阻，这里面我们接一个电源power.这一个就是我们常见的一个电路的基本的工作特性。

这里我的A期间为什么要加很多电容呢，只要的原理是这样子的，如果说我们这里的电容你不加，当我们正常工作的时候，，这一点的电压就是3.3V，但突然之间在某一时刻，你的B点的开关啪一下开关闭合了，这时候我么这里面的这一个回路的电流突然之间就要增大，但是大家一定要注意，因为我们的这一个电源它一般来说，离我们的用电的器件都是会有一个比较远的距离。因为它的距离比较远，同时我们电源它也是有自己的反应时间的，这这样的话就会导致一个什么问题，当我开关突然之间一闭合一瞬间，我们这里面它所提供的过来的电流，它不会说立刻就可以给你提供一个足够大的电流的。什么意思呢。

我们这里举一个例子

比如说一开始我们芯片的供电电流是一个10mA，比如所我们的这个器件在1A的电流在工作，在我们开关没闭合的时候，我们的电源它流过来的电流也就只有10mA的电流，然后这个10mAd的电流全部都是往右边芯片走的，突然之间这边的开关一闭合，它闭合一瞬间，理论上来说这里的电流就要从一个10mA的电流加到1A电流，所以它就要有一个电流突变的过程，但是我们的电源它电流从10mA上升到1A这个过程它是有反应时间的它不是瞬时完成的，这样的话就会导致什么问题，在我们这一个电源它的输出电流从10mA上升到1A的过程中它会有一个电路中的电流就供电不足，只要它出现供电不足的情况，这样我们就会发现这个3.3V有一个电压跌落，什么意思呢，比如说一开始你是一个很平稳的3.3V，你开关突然闭合之后，就会电压就会瞬间掉下去，然后当这个电源反应过来了，这的电压才会慢慢上升，最终上升到等一3.3V，这一个问题我们就经常把它称之为电压跌落的问题。这个电压跌落的问题是非常严重的，它会非常容易会导致我们的一些芯片或电路出现一些工作异常的状态，比如说死机，复位等。那我们如何解决这个问题呢，就是利用电容来解决这个问题。

 我们刚刚有说电容其实就相当是一个小电池，然后它是可以存储能量的，在它存储能量的时候，当你外部电压不够或者说关掉的时候，它会持续的给我们这个电路供电，供一部分时间

 

 电容的容抗计算公式

     a、低通滤波电路原理及作用

低通滤波电路可以让“低频”的信号通过，衰减“高频”的信号

低通滤波电路有以上作用是利用了电容充放电特性实现的

低通滤波电路：就是由一个R和一个C组成的电路，它的低通滤波电路中有属于它自己的一个截止频率，它的截止频率的的公式就是等于下面图中的公式，就是由我们电阻值以及电容值来决定的一个结果。

截止频率的感念：当我们这一个输入信号多等于我们这一个截止频率的时候，这时候我们这一个交流信号进入到我们RC之后，在这里面的电压它会衰减，简单来说它会衰减成它自身的0.707倍

举例说明:在这个电路中我们的RC所组成的截止频率是等于1K的，具体的R和C是等于多少我们就不管了，如果说我们这里输入一个交流信号，然后我们这个峰峰值假设是等于正负1伏，然后它的频率也等于1K，当它进入到我么这RC低通滤波电路之后，它的输出会是多少呢，首先它的频率还是等于1K,但是它的峰值会衰减-3DB也就是自身的0.707倍，也就是说它的最高正峰值是0.707伏，最低负峰值是-0.707伏

低通滤波简单来说就是，我们的这一个频率当它比较低的时候，它就可以通过我们低通滤波电路，当这个频率比较高的时候，它通过我们的低通滤波电路之后，它就会有一点的衰减，你高的越多它衰减的就严重。

低通滤波电路是指你的频率比你我们这一个某个值低的时候，它才通过，那它通过的值具体是等于多少呢，我们在这里有一个公式，这个公式我们把它称之为低通滤波电路的截止频率。

这个低通滤波电路有什么作用呢

因为在我们实际的电路中呢，没有那么理想的电路，比如说我们这里有一个电路，这里我们输入一个交流信号，正常来讲我们这一个交流信号是一个纯正很漂亮的，我们电路可以根据这个信号去执行某个动作或控制某个东西。但实际上呢，这个电路没有那么理想的，这信号多多少少会有没有注意或者没有处理不好，再者外界突然之间电压有一点点的抖动，就会发现这个正弦波上面多少会有一些噪声，这些噪声呢很有可能就是一些高频的噪声，这些高频的噪声就是我们不想要的东西，这时候我们就可以利用低通滤波，来把这个高噪声给滤掉了，低通滤波是我们当频率比较低的时候它可以通过，频率高的时候可以把它衰减到的

 低通滤波电路的实现和原理

物理本质：其实就是利用电容的本质电容充放电特性实现的，电容它两端的电压是不能突变的，电容它在充电的时候是有一个时间的，这个充电速度是和R和C有关的，当R和C一旦确定之后，它这个电容的充电速度是一个确定的状态，如果说这个信号它是一个直接信号的话就好说，给电路同直流电源的时候，我们的电容电压会一点一点上升知道等于直流电压。但是如果说我们输入的信号不是一个直流信号，那这个电容的电压就不一定会等于输入电压了，刚刚有说到电容是有一个充电速度的一个概念的，假如说我们的信号是一个交流信号，如果说这个交流信号是很快的，远远快鱼我们电容的充电的充放电的速度，这时我们就会发现当我们输入信号的电压的变化速度快于我们电容的充放电速的时候，电容两端的电压是有衰减的，就是因为电容的充放电速度跟不上输入信号的速度

其实它的本质就是因为电容的充放电速度跟不上你输入信号的一个变化速度，就是你的输入信号的变化速度越快，电容上面得到的电压就越小，所以最终它衰减的就越多

 b、高通滤波电路原理及作用

三、电感

电感就是一根导线加一个磁性材料

生活中，所有由线圈组成的器件，都是电感

 还有一种电感就是屏蔽型电感

简单来说就是一个材料包住的电感

电感的磁性是用来干什么的呢

磁芯其实就是为了增强我们这一个电感量的，作用：为了控制我们这一个电感量的

一个线圈就是一个电感，任何一根导线他都是一个很小的电阻，以及很小的电感组成。

1、电感的基本特性

流过电感的电流不能突变

 

在这个电路中我们可以知道当我们的开关闭合的一瞬间我们电路中的电流会瞬间从0mA上升到0.25mA ,电源断开之后，电流又从0.25mA直接降到0mA

这个电路中他的电流是可以瞬间突变的

 在这个电路当中呢我们加了电感之后就和之间的不一样了，流过电感的电路它是不可以突变的

这里我们的电流波形图就是当我们开关闭合的时候它的电流是慢慢上升的，慢慢上升到最大值，然后就平稳了

 在这里我们也说一下电路中的两端电压的情况，同样的道理上一个电路 我们在测电阻两端的电压时，会发现电阻的电压会直接从0V到2.5V，而第二个电路中的电阻会发现也会慢慢一点的升压，不会瞬间变的很大。电感会把你电路中的电流给抑制住的，就是他的上升速度是会被抑制住的，但下降速度也是一样的。也是一样会被抑制住的

特别提醒：

常见电路中，电感只能改变电路中的电路变化速度，但是不能改变电路的电路最大值

电感回路的电阻突然变很大会怎样

电感流过电流时，如果电感回路的电阻突然变得很大，电感会感生出一个很高的电压，此时容易击穿器件，所以应用电感时，必须要考虑电感的续流回路

 

 电感的感抗计算公式

电感在频率越高时，阻抗越大，频率越低时，阻抗越小。

信号的工作频率F，在乘上电感量L，当电感固定的时候，频率越高，电感的对你的这一信号的阻碍作用越强，就是它对应的阻抗越大。反之，频率越低时，电感对你的信号的阻碍作用越弱，就是它对应的阻抗越小

2、电感的低通滤波原理

低通滤波电路可以让低频的信号流过，衰减高频信号

 概念：当我输入信号的频率低于我们低通滤波电路的截止频率的时候，它就可以顺利的通过我们这个电路。相反，当我们输入信号的频率高于我们这个一个截止频率的时候，它经过我们滤波电路之后就会有衰减

注意:这里电感的低通滤波的使用场景和电容低通滤波的使用场景的不同

RC一般用在相对来说工作的功率比较小，电流小的一些场景，一般来讲这个RC低通滤波电路只要就是滤除一些信号传输的场景

当然在有电流小的场景就一定有电流大的场景，在很多时候的话电流比较大的时候，你这一个信号上面也会有高频噪声，这个时候我们肯定也想把高频噪声给滤掉，但我们刚刚有说RC电路是不能用在一些电流比较大的场景，这是怎么办呢

这时候我们就可以用LR低通滤波电路，这个电路有一个好处是什么呢，就是我们电感它是不损耗能量的，它和电阻不一样，这样就有一个非常好的优点，就是这里的电流尽管它可可能会比较大，但是因为我的电感它自身是不耗能的，所以说它对我们整个电路中它的损耗就会比较低，所以一般来说我们的LR低通滤波只要应用在一些电流比较大的一些场景，我们在一些电源线上面的滤波，所以我们经常能看到的就是对于一些信号线上面的一些高频噪声的滤波，我们就是用RC回路来进行滤除，然后在一些电源上面呢，我们很少看见用一个电阻和一个电容去做滤波，一般来说我们使用电感去做一些对应的低通滤波，但电感的种类有很多，所以这对应的就是我们一些常见的滤波方案的选择了。但是这个RC滤通电路也不是只能用在一些信号的传输的滤波，比如说想一些运放芯片，这些运放芯片它工作电流比较小，所以我们有时候的话在运放的电源端，我们也会用RC低通滤波来滤除我们运放的工作的电源噪声的

以上就是我们低昂啊低通滤波和RC低通滤波的一些区别，原理其实都是一样的，只是说一个利用的是电容电压不能突变，一个是利用电感电流不能突变的特性，而形成的一个区别

3、电感的高通滤波原理

高通滤波电路可以让高频的信号流过，衰减低频信号

输入频率越高，流过电感的电流变化越快，因电感有抑止电流变化的作用，因此电流变化比输入输入变化慢，导致R上的电压较低，反之输入频率越低变化越慢，电感抑止作用越小，电流变化与输入变化越接近，R上的电压也与输入越接近。

 4、LC低通滤波原理

LC低通滤波电路比RC低通滤波电路，LR低通滤波电路的滤波效果更好

 

四、二极管

1、二极管的基本特性

二极管的结构就是一个PN节，导通后肯定会存在降压

其结构就像一个漏斗结构，普通二极管只能单向导通

注意：二极管两端不能直接大于二极管导通压降的电压，否则电流会很大，烧毁二极管

普通二极管的压降是0.7V，肖特基的二极管压降是0.3V。简单来说就是二极管不能直接与一个电压源并联。

 二极管具有单项导通特性

（1） 二极管的漏电特性

刚刚有说到二极管具有单向导通，但是二极管它并不是一个很理想的器件，它只要加了一个反向电压，虽然说它自身是不导通的，但是它依旧会有一点点的漏电流会漏出来，其实不单单是二极管，我们所有的半导体材料都一样，只要你的这个一个器件上面有耐压，就是这个器件是处于一个不工作或者不导通的状态，你的这个器件上面依旧会有漏电电流的，只是说要看你漏电电流的大小而已

 二极管反向截止并不代表完全关断，其实会有微弱的漏电流其中肖特基二极管的漏电流会比较大

（2）二极管的整流功能

 二极管因为它有一个单向导通特性，利用这一个特性的话，我们是可以实现对一个交流电整流的整流：简单来说就是我们可以把一个交流电变成一个直流电，比如说我们这里输入了一个交流信号

但是我们后面的器件它只能工作在一个直流信号，这个时候我们就可以利用一个二极管的单向导通特性，来实现把交流变成直流

（3）全波整流工作原理

 （4）二极管的钳位功能

二极管的钳位功能：利用二极管的导通电压特性，可以实现对信号线进行钳位

二极管能够钳位的前提条件：是我们这个一个电阻的分压要大于我们二极管的导通压降

（5）二极管控制电路的电流方向

 （6）二极管的最大反向耐压

 这里注意：二极管有一个反向耐压，但是没有正向耐压，因为在正向导通后它等于它额定电压值，但是当你输入一个正向电压的时候要注意的是，流过它的电流，不能超过它的最大电流

 稳压二极管的基本功能

 在这里我们要注意的是：稳压电流一定不能够太大

当我们的稳压二极管反接的时候我们可以当成一个普通二极管来用

五、三极管

1、三极管的基本结构

什么是三极管，晶体三极管是一种半导体电子器件，也是电子工程中最基本的原件之一，它有三个区域，分别是P型半导体，N型半导体，从而形成PNP型晶体三极管或者NPN型晶体三极管

晶体三极管的主要作用是放大和控制电流和电压。其放大作用是通过控制输入信号的小变化来改变输出信号的大信号。而控制作用都是根据输入信号的大小和类型，通过电流和电压的变化来控制器件的功率，频率和负载。

三极管，全称应为半导体三极管，也称双极性晶体管，晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件，其作用是把微弱信号放大称幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

2、三极管工作原理以及功能

（1）电子开关

可以把左边的中的A,B看成我们三极管中的C，E，其中三极管的导通条件就是当b端和e端有一个输入信号也就是产生一个电流的时候C和E之间就会导通，就会有电流产生。正常来讲我们三极管的基极要接到我们的主控芯片上去的

我们忽略三极管的内部的具体的电子运动，在运用时，只需要把三极管的电流放大作用类比称一个阀门即可。

3、三极管的三种工作状态

3.1、截止状态

当加在三极管发射集的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这是失去了电流放大的作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态

3.2、放大状态

当加在三极管发射极的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射极正向偏置，集电极反向偏置，这是基极电路对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β=ΔIc/ΔIb，这时三极管处于放大状态

3.4饱和状态

当加在三极管发射极的电压大于PN结的导通电压 ，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不在随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态

4、三极管的三种工状态的解释和理解

理想的开关只有“开”和”关“两个状态

但是三极管不是一个理想的开关，它有”似开不开，似关不关”的第三种状态（放大）

当三极管作为一个开关来使用的时候，你的电阻的阻值是一定不能够随便乱取的

4.1电压角度判断三极管的工作状态

它是否有没有工作在一个饱和导通的状态，看它的Vec,当你发现你的Vce等于我们电源提供电压VCC的时候，这个时候它就处于一个断开状态，也叫做截止状态

当我们的Vce等于或小于0.3V的时候，我们称之为饱和状态（导通状态）

当VCE大于0.3小于VCC的时候，三极管处于放大状态，这是一定不能够带大电流载体

4.2电流的角度（电流方的倍数）

处于饱和导通状态

处于断开状态

放大状态

4.3求电阻值的一个方法

当三极管作为一个开关来使用的时候，你的电阻的阻值是一定不能够随便乱取的

首先找到负载器件的Ic最大值，一般我们查找这个负载的数据手册就可以知道。

  例如我们的这个5V的电机的最大电流可以等于500毫安，

5、P型三极管开关电路设计

 P管可以用来控制我们的负载电源的，可以充当是一个电源开关

N管它一般是要接到我们负载的负端的，去控制的是我们负载的GND,可以认为是一个负极的开关，但是它们的工作场景是不一样的，也不能绝对化，不一定说N管就只能去控制负载的低端，功率相对比较小的也可以直接去控制GND

5.1、P型三极管的电阻计算方法

它和N型三极管的计算方法是一样的

 5.2N型三极管和P型三极管的特性对比

N型三极管和P型三极管的工作逻辑相反

5.3 三极管的输出反向功能

三极管集电极信号于输入信号的逻辑相反，所以可以利用三极管对信号进行反相

5、三极管的基极下拉电阻的重要性

在这里我们可以看我们通过手按一下，LED灯也可以亮，放手熄灭，这个效果就好像我们人体的手也好像可以提供电给它，为什么会出现这种情况呢，主要的一个原因是因为我们人体，其实只要工作在我们电器周围，我们人体其实是会被我们电器上面的220V的电压感应出一些电荷的，这些电荷我们也把它称之为感应出来的静电。这个电荷它是存在一个220V的一个交流电信息的，就是它的感应电荷的频率，也就是一个50赫兹的电荷，然后这个电荷就会通过下面的电路形成一个IB的电流，形成一个回路，最终我们会发现我们人体的这一个感应电荷也会控制灯的亮灭，影响到它的工作。这个电路就是我们经常说的电路里面的工频干扰

这时候我们可以在IB之间加一个下拉电阻来防止这个干扰，就是这个电路可以给我们的噪声干扰提供一个释放静电的一些回路

其中我们P管的三极管也是一样的，但只是我们需要加一个上拉电阻，来防止外部的噪声干扰。

6、 三极管的最大耐压

三极管并不是一个理性开关，每个三极管都有其最大耐压值

 

 六、应用实例

 1、自动出水水龙头原理

首先先介绍一下，这个电路中很重要的一个器件就是比较器

这里我们不具体阐述它的具体功能，只介绍它的特性

比较器的工作特性

 红外接收二极管的工作原理

当我们的红外接收二极管，它没有接收到任何红外信号的时候，可以简单的认为，它的红外接收二极管它是处于一个断开的状态，当红外接收二极管接收到红外光的时候，这是这个电路处于一个导通的状态，同时这时候它会流过一定的电流，所以红外接收二极管的原理就是，当它没有接收到红外光的时候它就断开，就收到红外光它就导通有电流流过，然后它电流的大小与红外光的亮度成正比，也就是红外光越亮，电流就越大

这个红外接受二极管其实就是集合了下面图中的包括比较器左边的电路，当我们的手挡在二极管前面的时候，由二极管发射出来的红外光被我们的手反射到我们的红外接受，然后，电路中的二极管被打通，电路形成回路。但我们的手不挡者的时候，这个红外光就会发射出去，不会弹回来，发光二极管也就接受不到红外光

注意：但是我们这个电路中有一个缺点就是没有加续流的二极管

自动出水水龙头原理注意事项

我们要加一个续流二极管，因为在我们的负载的电机电感中当我们的突然断开电源的时候，会感生一个很大的电压，所以我们加一个二极管，消耗掉我们的感生电压。

 比较器为什么要加上一个上拉电阻

不是所有的比较器都可以主动输出一个高电平或者一个低电平的，就是我们比较器它要想输出一个高电平或者一个低电平

这里我们要看比价器里面的内部结构，像结构是开漏输出结构就一定要加一个上拉电阻，像这个推挽输出结构可以不加上拉电阻

 2、温控风扇工作原理

这里我们用到的是三极管的P基三极管

这个温控风扇的原理其实很简单的，就是当我们模块检测到温度的时候，电路就打通，使电路正常工作，没有检测到温度的时候，就是短路的状态。然后其实这个温度越高我们的电机的转速其实也是越快的

 热敏电阻的特性

正温度特性：当我们的温度越高的时候，电阻的阻值就会越大，当温度越低的时候，电阻的阻值就会越低。

负温度特性：当温度越高的时候，电阻的阻值就会越低，温度越低的时候，电阻的阻值就会越高。

3、人体感应灯的工作原理

 

4、光控灯工作原理

这里要用到光敏电阻和热敏电阻一样

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7、三极管经典电路分析

7.1 NPN三极管开关电路

电路分析：上图为NPN型三极管，按下开关S1，约1mA的Ib流过箭头，三极管工作在饱和状态，c极到e极完全导通，e极电平接近0V(GND)，负载RL两端压降接近5V；Ib与Ic电流都流入e极，根据电流方向，e极为低电平，应接地，c极接负载和电源。

 电路分析：对于NPN三极管，更应该在b极加一个下拉电阻，一是为了保证b、e极间电容加速放电，加快三极管截止；二是为了保证给三极管b极一个已知逻辑状态，防止控制输入端悬空或高阻态时对三极管工作状态的不确定。

7.2PNP三极管开关电路

 电路分析：上图为PNP型三极管，按下开关S2，约1mA的Ib流过箭头，三极管工作在饱和状态，e极到c极完全导通，c极电平接近5V，负载RL两端压降接近5V；Ib与Ic电流都流出e极，根据电流方向，e极为高电平，应接电源，c极接负载和地。

电路分析：对于PNP三极管，更应该在b极加一个上拉电阻，原理同NPN三极管。

 7.3 NPN三极管驱动蜂鸣器

 电路分析：对于感性负载，必须在负载两端并联一个反向续流二极管，因为三极管在关断时，线圈会自感产生很高的反向电动势，而续流二极管提供的续流通路，同时钳位反向电动势，防止击穿三极管。续流二极管的选型必须是快恢复二极管或肖特基二极管，两者响应速度快。

7.4NPN三极管驱动继电器

电路分析：对于某些控制信号为低电平时，可能并不是真正的0V，一般在1V以内，为保证三极管完全截止，不得不在三极管b极加一个反向稳压管或正向二极管，以提高三极管导通的阈值电压。根据个人经验，推挽输出的数字信号不用加，OC输出、二极管输出以及延时控制有必要加，通常稳压管正常的工作电流≥1mA。

七、MOS管的基本结构

MOS管虽然也是一个电子开关，但是这个和三极管的结构是截然不同的，

1、MOS的导通条件

 2、MOS开关电路的设计方法

在MOS管中我们可以不加限流电阻和三极管不同

NMOS管的导通

3、PMOS管的导通

4、常见MOS管设计注意事项

（1）MOS的寄生电容问题

这个MOS管中的gs之间会产生一个寄生电容，当我们开关闭合的时候,LED灯会亮，但当我们的开关断开的时候会发现，我们的LED灯不会立刻熄灭，这时候发现gs的电压也会往下掉

（2）如何解决寄生电容带来的问题

只需要给他外部加一个给放电的路径就好了

这个电阻就是为了释放我们这一个寄生电容的能量的，通过这个电阻可以快速把我们电容的能量给释放掉，这样子的话我们加了电阻上去之后，可以快速让我们MOS管关掉了，一般我们的电阻我们加大一点的电阻，如果你电阻加的很小的话，你这开关一闭合，这个电阻是会一直耗能的，这样这个电阻的损耗就会比较大。我们加一个大电阻的话，它对我们这个开关，它其实也可以到达一个快速地关掉的作用

（3）MOS的寄生二极管不能够忽略

MOS管的寄生体二极管不能够忽略，否则容易导致电流反灌的问题

（4）Noms管做电源开关时的注意事项

Noms控制负载的工作电源时，需要使用自举电容或者一个比电源更高的控制信号来控制MOS栅极

有一些场景我们的NMmos管它的S极，它不是接在我们GND上面的，它是接在我们的负载上面的

（5）Pmos的电源开关设计方法

Pmos做开关时，通常S极接电源

（6）Pmos防反接电路的工作原理

5、MOS管DS之间的电流可以双向导通

三极管的ce之间有电流方向，但是mos没有

只要mos的gs之间满足导通条件，mos管DS之间的电流可以双向导通  

（1）MOS管的导通电流与Vgs的关系

MOS管的导通电流与Vgs的大小成正比，大部分mos当Vgs大于4.5V时，进入饱和状态

之间我们讲三极管的时候我们讲到我们说三极管的IC电流，它是被我们这一个三极管的IB电流控制的，MOS管中的ID其实和我们Vgs也是有关系的，只是这里我们用Vgs去控制我们ID

（2）如何抵消MOS的寄生二极管

（3） MOS管的耐压

七、比较器

比较器是什么：其实就是比较电压的，它根据你输入的两端的电压的比较关系来决定它的输出电压的一个高低

1、比较器在使用中的注意事项

上拉电阻相关问题

在使用比较器的时候到底要不要加上拉电阻，这个是由我们比较器的内部结构决定的，一般来说主流的两个结构，一种结构就是推挽结构，这个结构他里面就意味着它的输出信号线里面是要接两个开关的一个开关接到VCC一个开关接到GND，这两个开关的前面会接一大推的控制逻辑电路，这些逻辑电路当它发现V+大于V-的时候，它就会让我们的上管闭合，信号线输出高电平，反之就是下管闭合，信号线输出低电平。这种内部结构的比较器它是可以主动输出高低信号的，是可以决定信号线的高低电平的，所以这种类型的比较器是不需要加上拉电阻的。

 

 第二种内部结构

开漏输出结构：这种结构是没有接到VCC的开关的，所以这种只能够让我们这一根信号线输出低电平，高电平它是不能够主动让它变成一个高电平的，所以这里要想让信号线输出高点平，我们需要加一个上拉电阻。

2、比较器的输入范围不能够超出芯片的供电范围，超过芯片供电范围可能会工作异常

3、比较器的颤振问题

 按道理来说的话就是当我们的输入信号大于1V的时候，输出高电平，小于1V的时候输入低电平，但是它在我们高低电平转化的那一瞬间，是会抖几下的，这一个现象就是我们经常说的颤振现象，这一个现象如何解决，我们可以在比较器的输出段加一个电阻，接到我们这一个同向端就可以了，

 八、运放

1、运放是什么

运放：全称运算放大器，常用于做信号处理。如：信号放大，滤波，积分，微分，整流，甚至可以用来做电路主控等等。其功能非常强大

2、运放的重要特性

（1）虚短

（2）虚断

虚短

虚断的概念是指运放正常工作过程中，其中V+=V-

物理本质上解释：当运放发现V+>V-时，输出Vout上升

                             当运放发现V-<=V-时，输出Vout下降

这里用一个具体的数值进行解释，假设这个电路在上电前电压都等于0，突然上电，这里给Vin同时加一个1V上去，电阻附近的电压也会跟着等于1V的，这里等于1V之后，我们下面的一个反向端还有输出端它依旧还是等于0的，这是我们运放内部的电路就会发现，V+=>V-,所以它的输出就会往上升，当它从0V上升到1V的时候，通过输出电压的上升，它会经过下面的负反馈电路，导致V-的电压也会上升的，这时候会发现V+还是大于V-的，所以输出电压还是会往上升的，当输出电压上升到10V的时候，我们会发现V-的电压等于1V了，这时候V+等于V-

运放满足虚短的条件

1）负反馈回路：反馈路径可以让我们V+和V-之间的电压越来越接近的

2）运放的输出不能够饱和：不饱和是指我们运放的Vout已经等于它的供电电压的一个边界了

虚断

虚断的概念是指运放的输入端口相对于外部电路来说，可以认为是短路

 这里可以说我们运放内部有一个很大很大的一个电阻，因为这里输入的电阻非常大，我们可以认为输入端的一点电压是没有电流输入进来的，通过这个我们可以知道这个V+就是等于Vin的，同时反向端的回路也是一样的，这里我们把电路简化一下

这个V-里面的电阻是很大的，所以V-里面的输入阻抗相对外部电路来说可以认为是不存在的，因为电阻特别的大，没有电流通过，有电流通过的话也是非常非常小的，所以我们可以认为，这个电路是不存在的

3、 运放常见电路分析

同向放大电路

 我们在分析所有的运放电路中呢，在分析之前，一定要判断它是否满足虚短和虚断这两个条件，在判断是虚短和虚断之后，在去分析它的输出和输入的关系，首先我们先利用虚断进行一个独立的分析，根据虚短我们知道V+等于Vin，所以我们这里得到第一个公式，Vin=V+。其次在利用虚断，把这个输出电路进行一个简化，之后在利用分压公式进行求解，最后得出它对应的就是一个10倍的同向放大电路

 反向放大电路

 反向放大电路也是一样的在分析之前，先判断是否满足虚短和虚断

 单电源反相放大电路

 

 差分放大电路

九、直流稳压电源工作原理

直流稳压电源工作原理--------带反馈

带反馈的的稳压电源电路其实就是一个带运放的电路

直流稳压电源工作原理-------不带反馈

十、开关电源工作原理

降压型开关电源---------BUCK工作原理

升压型开关电源------BOOST工作原理