电子元件基础知识讲解 课件

电子元件基础知识欢迎来到电子元件基础知识讲解课程本课程专门为电子工程入门者和电子爱好者设计，将带您系统学习各种基本电子元器件的工作原理、特性参数和实际应用通过50节完整的讲解，我们将从最基础的概念开始，逐步深入到实际电路设计和应用案例课程概述1全面覆盖50节课程系统讲解常用电子元器件，包括电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路等核心元件2深度解析详细讲解每个元器件的工作原理、重要特性参数、典型应用场景和选型技巧3完整体系从零基础的电学概念开始，逐步建立完整的电子元器件知识体系，最终达到实际应用水平实践导向电子学基础概念电压电流电阻用符号U表示，单位是伏特用符号I表示，单位是安培用符号R表示，单位是欧姆V电压是电路中两点之A电流是单位时间内通Ω电阻表示导体对电流间的电位差，是推动电流流过导体横截面的电荷量在的阻碍程度电阻越大，在动的根本动力常见电压有电路分析中，我们通常用毫相同电压下通过的电流越

1.5V电池、5V逻辑电平、安mA和微安μA作为常用小220V交流电等单位功率用符号P表示，单位是瓦特W功率表示电路消耗或提供能量的速率，是设计电路时必须考虑的重要参数欧姆定律基本公式欧姆定律的数学表达式为U=I×R，这是电路分析的最基本公式其中U代表电压，I代表电流，R代表电阻三量关系电压、电流和电阻三个物理量相互关联已知其中任意两个量，就可以通过欧姆定律计算出第三个量这为电路设计和分析提供了强有力的工具分析原理欧姆定律是电路分析的基础原理，无论是简单的串并联电路，还是复杂的网络分析，都离不开这个基本定律掌握欧姆定律是学习电子学的第一步实际应用在实际电路设计中，我们经常需要根据负载要求计算限流电阻，或者根据电源规格确定电路参数欧姆定律为这些计算提供了理论依据电功率与电能电功率公式电能与容量电功率的基本公式为P=U×I，表示单位时间内电路消耗的电电能公式为W=P×T，其中W是电能，P是功率，T是时间电能通过结合欧姆定律，我们还可以得到P=I²R和P=U²/R这两能的单位是焦耳J或千瓦时kWh个等效公式电池容量常用mA·h毫安时和W·h瓦时表示mA·h表示电流容功率计算在电路设计中极其重要，它决定了元器件的发热量和能量，W·h表示能量容量两者之间的换算需要考虑电池的标称电耗大小选择元器件时，必须确保其功率额定值大于实际工作功压率电阻基础1定义与本质常见类型电路符号电阻是最基本的电子元器件，它的物电阻有多种类型和规格，从几欧姆到在电路图中，电阻用字母R表示，后面理本质是阻碍电流流动当电流通过几兆欧姆不等根据应用需求，可以跟数字编号，如R

1、R2等国际标准电阻时，电能转化为热能电阻材料选择不同功率等级和精度等级的电符号是锯齿形波浪线，国内标准符号的原子结构决定了其阻值大小阻常见规格有1/8W、1/4W、1/2W是矩形框等电阻基础2固定电阻材料分类阻值固定不变的电阻，是电路中最常用的类型包括碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等，各有不同的特点和应用场金属膜电阻精度高、温度系数小；碳膜电阻成本低、应用广合泛；线绕电阻功率大、精度高，适合大功率应用1234可变电阻功率精度阻值可以调节的电阻，包括电位器、微调电阻等广泛应用功率等级常见有1/8W、1/4W、1/2W、1W等精度等级有于音量调节、亮度控制、电路调试等场合±20%、±10%、±5%、±1%等，精度越高成本越高电阻参数识别色环标注法通过不同颜色的色环来表示电阻值四环电阻包括两位数字、倍数和精度；五环电阻包括三位数字、倍数和精度每种颜色代表特定的数字，需要熟记色环对照表直标法直接在电阻上标注阻值，如

4.7K表示

4.7千欧这种方法直观明了，常用于精密电阻和功率电阻大功率电阻通常采用这种标注方式贴片电阻标识贴片电阻采用数字标识法，如472表示47×10²Ω=

4.7KΩ前两位是有效数字，第三位是10的幂次掌握这种标识方法对SMT电路维修很重要电阻单位换算

100010004.7K基本换算高级换算常见表示1千欧KΩ=1000欧姆Ω1兆欧MΩ=1000千欧KΩ4700Ω通常写作

4.7KΩ在电路设计中，正确的单位换算非常重要工程师需要熟练掌握欧姆、千欧和兆欧之间的换算关系实际应用中，我们经常遇到各种单位的混合使用，比如一个分压电路可能包含几十欧姆的限流电阻和几千欧姆的负载电阻掌握单位换算有助于快速估算电路参数，提高设计效率在选择电阻时，也要注意单位的正确表示，避免因单位错误导致的设计问题电阻的主要作用分流限流分压偏置通过电阻分流可以保护敏感元器件，限制电利用电阻分压特性为电路提供合适的工作电路中的电流大小，防止过流损坏压，建立晶体管的静态工作点阻抗匹配滤波功能在高频电路中提供阻抗匹配，保护电路免受与电容组合构成RC滤波器，用于信号处理过压冲击，提高信号传输质量和电源滤波，去除不需要的频率成分电阻的并联与串联串联电阻并联电阻串联电路中，总电阻等于各个电阻之和R总=R₁+R₂+R₃并联电路中，总电阻的倒数等于各电阻倒数之和1/R总=+...串联电阻具有分压作用，各电阻上的电压分配与其阻值成1/R₁+1/R₂+1/R₃+...并联电阻具有分流作用，总电阻值正比小于最小的分电阻串联电路的特点是电流处处相等，但电压会根据电阻大小进行分并联电路的特点是各支路电压相等，电流按电阻阻值反比分配配这个特性被广泛应用于分压电路的设计中两个相等电阻并联，总阻值为单个电阻的一半特殊电阻元件热敏电阻光敏电阻压敏电阻阻值随温度变化的电阻元阻值随光照强度变化的元电阻值随电压变化的非线性件，分为正温度系数PTC件，在黑暗中电阻很大，在元件，主要用于过压保护和负温度系数NTC两种光照下电阻显著减小常用当电压超过阈值时，电阻急广泛应用于温度测量、温度于自动照明控制、光电开关剧减小，起到保护后级电路补偿和过热保护电路中和光强测量等应用的作用湿敏电阻阻值随环境湿度变化的传感器元件，用于湿度检测和控制系统在家用电器、农业自动化和气象监测中有重要应用电容基础1定义原理电容是由两个相互靠近的导体，中间夹有绝缘介质构成的储能元件它能够储存电荷和电能，在电路中起到耦合、滤波、调谐等重要作用电路符号在电路图中用字母C表示，后跟编号如C

1、C2符号为两条平行线，有极性的电解电容在正极一侧标注+号充放电特性电容具有隔直通交的特性，对直流呈开路状态，对交流呈现容抗充电时电流逐渐减小，放电时提供电流维持电路工作容量单位电容量的基本单位是法拉F，这是一个很大的单位实际应用中常用微法μF、纳法nF、皮法pF等较小单位电容基础21234单位体系换算关系标注方法重要参数电容量单位从大到小依次1μF=1000nF=电容参数包括容量值、额定除容量外，电压额定值决定为法拉F、微法μF、纳1,000,000pF掌握这些换电压、误差等级常见标注了电容的耐压能力，容量误法nF、皮法pF每个单算关系对于正确选择和使用有直标法、色标法和数码标差影响电路的精度选型时位之间相差1000倍电容至关重要注法必须综合考虑这些参数电容的主要类型电解电容具有极性的电容，容量大，体积相对较小，广泛用于电源滤波正负极不能接反，否则会损坏常见容量从几微法到几千微法瓷片电容无极性，高频特性好，温度稳定性优良常用于高频滤波、去耦和旁路应用容量通常较小，从几皮法到几微法独石电容体积小，稳定性好，可靠性高采用多层陶瓷工艺制造，具有良好的频率特性，广泛应用于数字电路和高频电路钽电容高可靠性，低ESR，体积小虽然成本较高，但在要求高可靠性的场合不可替代，如航空航天、医疗设备等应用电容的主要作用滤波去耦耦合隔直在电源电路中滤除纹波，为IC提供干净稳定在信号电路中传递交流信号，阻断直流成分的电源•音频电路的信号耦合•大容量电容滤除低频纹波•放大器级间耦合•小容量电容滤除高频噪声储能平衡定时振荡储存电能并在需要时释放，平衡功率需求与电阻配合构成RC振荡器和定时电路•开关电源储能•多谐振荡器•瞬态功率支持•延时电路电感基础基本概念自感与互感电感是利用电磁感应原理工作的储能元件，通常由导线绕制成线自感是线圈本身产生的电磁感应现象，自感系数L反映了线圈储圈形式当电流通过线圈时，会产生磁场并储存磁能电感具有存磁能的能力线圈匝数越多、截面积越大、磁导率越高，自感通直阻交的特性，对直流电阻很小，对交流电呈现感抗量就越大互感是两个或多个线圈之间的电磁耦合现象，是变压器工作的基在电路图中用字母L表示，单位有亨利H、毫亨mH、微亨础互感的大小取决于两线圈的耦合程度和各自的自感量μH等1H=1000mH=1,000,000μH电感的主要特性阻抗特性电感的阻抗与频率成正比，计算公式为XL=2πfL频率越高，感抗越大这个特性使电感成为优秀的高频滤波元件，能够有效阻挡高频信号储能原理电感储存的能量公式为W=½LI²，储能大小与电感量和电流的平方成正比电感中的电流不能突变，这个特性在开关电源和脉冲电路中非常重要品质因数Q值反映电感的品质，Q=XL/R=ωL/RQ值越高，电感的损耗越小，频率选择性越好高Q值电感在谐振电路和滤波器中性能更优电感的主要类型空心线圈铁芯电感磁环电感没有磁芯的线圈电感，Q值使用铁氧体或铁粉芯的电绕制在环形磁芯上的电感，高，适合高频应用由于感，电感量大，适合中低磁场封闭性好，干扰小没有磁饱和问题，线性度频应用铁芯材料提高了广泛应用于开关电源、EMI好，常用于射频电路和高磁导率，在相同尺寸下能滤波器和共模扼流圈中频滤波器中获得更大的电感量片式电感适合SMT工艺的小型化电感，体积小，适合高密度电路板虽然Q值相对较低，但在移动设备和小型化产品中应用广泛电感的主要应用滤波抗干扰谐振电路电感在滤波电路中阻挡高频噪声，配合电容构成LC滤波器在与电容组成LC谐振回路，用于频率选择和信号调谐在射频电开关电源中作为输出滤波电感，平滑输出电流共模电感用于路中作为选频元件，在振荡器中提供反馈和频率控制谐振频EMI滤波，抑制共模干扰信号率由电感和电容值共同决定电源变换扼流圈在开关电源中作为储能元件，实现电压变换和功率传递升压阻止特定频率信号通过，保护电路不受干扰射频扼流圈阻挡电路中储存能量并释放到负载，降压电路中平滑输出电流波高频信号，音频扼流圈阻挡音频信号，在信号分离和保护方面形发挥重要作用二极管基础PN结原理二极管由P型半导体和N型半导体结合形成PN结P区有空穴载流子，N区有电子载流子在结合面形成耗尽层，建立内建电场正向导通当P端接正电压，N端接负电压时，外加电场削弱内建电场，载流子易于通过结区，二极管导通正向压降约为

0.7V硅或

0.3V锗反向截止当P端接负电压，N端接正电压时，外加电场增强内建电场，载流子难以通过结区，二极管截止只有很小的反向漏电流特性曲线二极管的伏安特性曲线呈指数关系正向时电流随电压指数增长，反向时电流很小且基本恒定，超过反向击穿电压后电流急剧增大二极管的主要参数正向压降二极管导通时的正向电压降，硅二极管约

0.7V，锗二极管约

0.3V这个参数影响电路的功耗和效率，在精密电路设计中需要精确考虑反向击穿电压二极管能承受的最大反向电压，超过此值会发生击穿选择二极管时必须确保工作电压不超过击穿电压的80%，留有安全余量最大正向电流二极管能承受的最大正向电流，超过会因过热而损坏在大电流应用中需要考虑散热问题，必要时添加散热器来提高功率处理能力反向恢复时间二极管从导通转为截止所需的时间，影响高频开关性能快恢复二极管的恢复时间很短，适合高频开关电路；普通二极管恢复时间较长二极管的主要类型整流二极管稳压二极管最常见的二极管类型，用于AC/DC转换具有较大的正向电流处理能力和足够的反向耐压广泛应用于电源整流电路工作在反向击穿区，提供稳定的参考电压击穿后电压基本中恒定，常用于稳压电路、基准电压和过压保护1234肖特基二极管发光二极管正向压降低约

0.3V，开关速度快，适合高频和低压应用能够发光的特殊二极管，将电能直接转换为光能有多种颜在开关电源和高频整流中有重要应用，能提高电路效率色可选，具有高效率、长寿命的特点，广泛应用于显示和照明二极管的主要应用整流电路稳压电路将交流电转换为直流电的核心元件利用稳压二极管提供稳定的参考电压•半波整流电路•简单稳压电源•全波整流电路•基准电压产生•桥式整流电路•过压保护电路信号检波开关电路从调制信号中提取有用信息利用导通和截止特性实现开关功能•AM检波器•数字逻辑门•峰值检测•开关电源•信号整形•信号开关发光二极管LED工作原理应用特点LED通过电子和空穴的复合发光，不同的半导体材料发出不同颜LED需要恒流驱动，通常串联限流电阻来控制电流驱动电流决色的光发光效率高，寿命长，是传统白炽灯的理想替代品正定亮度，但过大电流会缩短寿命一般小功率LED的工作电流为向电压通常为

1.8V-

3.3V，根据颜色不同而变化20mALED具有单向导电性，必须正向连接才能发光红色LED正向电应用场景包括指示灯、数码显示、背光源、装饰照明、信号灯压约

1.8V，绿色约

2.1V，蓝色和白色约

3.1V等现代大功率LED还用于通用照明，具有节能环保的显著优势稳压二极管工作原理稳压二极管工作在反向击穿状态，当反向电压达到稳压值时发生雪崩击穿或齐纳击穿击穿后电压基本保持恒定，电流变化时电压变化很小，从而实现稳压功能稳压特性稳压值是稳压二极管的核心参数，常见规格有

3.3V、

5.1V、

9.1V、12V等稳压精度和温度系数决定了稳压性能的好坏低功耗应用选择小功率稳压管电路应用最简单的稳压电路由稳压管和限流电阻组成限流电阻确保稳压管工作在合适的电流范围内在复杂电路中，稳压管常用作基准电压源和过压保护三极管基础1基本结构载流子运动工作条件三极管由三层半导体构成，在NPN管中，电子从发射极三极管正常工作时，发射结有NPN和PNP两种类型三注入基极，大部分电子穿过正偏，集电结反偏基极电个电极分别是发射极E、基薄的基极到达集电极基极流很小但能控制较大的集电极B和集电极C内部包电流控制发射极到集电极的极电流，电流放大倍数β是含两个PN结发射结和集电流，实现电流放大功能重要参数电结特性曲线三极管有输入特性曲线和输出特性曲线输入特性反映基极电流与基极电压的关系，输出特性反映集电极电流与集电极电压的关系三极管基础2放大区线性放大工作状态饱和区开关导通状态截止区开关断开状态三极管的放大原理基于小电流控制大电流基极电流的微小变化能引起集电极电流的大幅变化，电流放大倍数β=Ic/Ib在放大应用中，三极管工作在线性区；在开关应用中，工作在饱和和截止两个状态之间Vbe约为

0.7V是硅三极管的重要特征参数正确理解三极管的工作模式是设计放大电路和开关电路的基础三极管的主要应用开关电路利用三极管的饱和和截止特性实现开关功能在数字电路中作为逻辑开关，在功率电路中控制大电流负载开关速度快，控制功率小，是理想的电子开关元件放大电路利用电流放大特性实现信号放大小信号放大器用于音频、射频等信号处理，功率放大器用于驱动扬声器、电机等负载放大倍数可通过电路参数调节达林顿电路两个三极管串联连接，获得更高的电流放大倍数第一个管子的发射极连接第二个管子的基极，总放大倍数为两管放大倍数的乘积，适合高增益应用恒流源通过负反馈电路使三极管提供恒定的电流输出广泛应用于LED驱动、传感器供电、充电电路等需要恒流的场合，提高电路的稳定性和可靠性基本三极管电路共射极放大共集电极电路最常用的放大电路配置，信号从基极输入，从集电极输出具有也称射极跟随器，信号从基极输入，从射极输出具有电流放大电压放大和电流放大功能，输入阻抗适中，输出阻抗较高电压功能但无电压放大，输入阻抗高，输出阻抗低电压增益接近增益高，相位反转180度1，同相输出适用于中等阻抗的信号放大，在音频放大器、中频放大器中广泛主要用作阻抗变换和缓冲隔离，在多级放大器中作为中间级或输应用设计时需要合理选择偏置电阻和负载电阻出级能够驱动低阻抗负载而不影响前级电路场效应管基础MOSFET工作原理MOSFET通过栅极电压控制沟道中的载流子浓度，从而控制源极到漏极的电流栅极与沟道间有绝缘层隔离，几乎不消耗电流，具有极高的输入阻抗沟道类型N沟道MOSFET中电子作为载流子，P沟道MOSFET中空穴作为载流子N沟道管栅极电压为正时导通，P沟道管栅极电压为负时导通选择原则基于电路需求增强与耗尽增强型MOSFET在零栅压时截止，需要栅压才能导通；耗尽型在零栅压时就有沟道存在增强型更常用，因为它在无控制信号时自然截止，安全性更好符号识别电路符号中，栅极G用一条直线表示，源极S和漏极D用平行线表示增强型管的沟道用虚线表示，耗尽型用实线箭头方向表示沟道类型场效应管的主要参数栅源阈值电压Vgsth是使MOSFET开始导通的最小栅源电压这个参数决定了驱动电路的设计要求，通常在1V-4V之间阈值电压过高需要更高的驱动电压导通电阻Rdson是MOSFET完全导通时的源漏电阻，决定了导通损耗低导通电阻的管子效率更高，但成本也更高在功率应用中这是关键参数最大栅源电压Vgsmax是栅极能承受的最大电压，超过会损坏栅极绝缘层通常为±20V，设计时要确保驱动电压不超过此限制，必要时需要钳位保护最大漏极电流Idmax是管子能承受的最大连续电流，由芯片面积和封装散热能力决定在大电流应用中需要考虑散热设计，并留有足够的安全裕量场效应管的应用开关电路放大电路开关速度快，导通电阻小输入阻抗高，噪声低•开关电源功率管•音频前置放大器•电机驱动开关•射频功率放大器•LED驱动电路•仪表放大器电子开关功率控制理想的模拟开关特性高效率功率变换和控制•信号多路器•DC-DC变换器•采样保持电路•电机调速器•数字电位器•不间断电源集成电路基础1定义分类集成电路是将大量电子元器件集成在单一芯片上的电路按功能分为数字IC和模拟IC，按集成度分为小、中、大、超大规模集成电路2封装类型常见封装有DIP、SOP、QFP、BGA等DIP适合原型开发，SOP节省空间，QFP引脚多，BGA密度最高选择封装要考虑电路板工艺和成本3引脚排列IC的引脚有标准的编号方式，从标记点开始逆时针编号VCC或VDD是电源正端，GND或VSS是接地端正确识别引脚是使用IC的前提4参数选型主要参数包括工作电压、工作电流、工作温度、封装类型等选型时要确保所有参数都满足应用要求，并考虑供货稳定性和成本因素常用集成电路运算放大器555定时器电压稳压器具有高增益、高输入阻抗、经典的定时器IC，可构成多提供稳定直流电压输出的低输出阻抗特性的放大器谐振荡器、单稳态触发器等IC，有固定输出和可调输出IC广泛应用于信号调理、电路由于结构简单、性能两种内部集成了基准电滤波器、比较器、积分器等稳定，在定时、延时、脉冲压、误差放大器、功率管模拟电路设计中产生等应用中使用广泛等，使用简单可靠逻辑门电路实现基本逻辑运算的数字IC，包括与门、或门、非门、异或门等是构成复杂数字系统的基本单元，有TTL和CMOS两大系列运算放大器基本特性应用电路理想运算放大器具有无穷大的开环增益、无穷大的输入阻抗、零反相放大器增益为-Rf/Ri，同相放大器增益为1+Rf/Ri差分放大输出阻抗、无穷大的带宽等特性实际器件虽然达不到理想值，器可以放大两输入信号的差值，抑制共模信号积分器和微分器但已经非常接近可以实现数学运算功能运放有两个输入端同相输入端+和反相输入端-在负反馈比较器应用中，运放工作在开环状态，输出为饱和电压电压跟条件下，两个输入端电压相等，输入电流为零，这是分析运放电随器增益为1，主要用于阻抗变换和信号缓冲路的基础定时器555内部结构555定时器内部包含比较器、触发器、放电管等电路两个比较器的参考电压分别为VCC/3和2VCC/3，通过外部RC电路可以构成各种定时和振荡电路工作模式单稳态模式产生固定宽度的脉冲，脉宽由外部RC时间常数决定多稳态模式产生连续的方波信号，频率和占空比可通过外部元件调节还可用作施密特触发器实用电路LED闪烁器、蜂鸣器驱动、延时开关、脉宽调制器等都可以用555定时器实现由于其结构简单、性能稳定、价格低廉，成为电子爱好者的首选器件。