认识嵌入式中的元器件

认识嵌入式中的元器件

元器件符号

电阻

一种通过限制电流流动来调节电压和电流的电子元件，通常用来分压、限流、偏置电路等。通俗来说，电阻器就像一个水管中的狭窄部分，通过阻碍水流来控制流量。

参数

• 阻值(R)：电阻器的电阻值，单位为欧姆（Ω）；
  
• 功率额定值(P)：电阻器能够承受的最大功率，单位为瓦特(W)；
  
• 精度(Tolerance)：电阻值的允许偏差，一般用百分比表示，如±1%、±5%；
  
• 温度系数(TCR)：电阻值随温度变化的程度，单位为ppm/°c。
  

种类

固定电阻器

• 特点：阻值固定不变，常用材料有碳膜、金属膜、线绕等
  
• 应用：广泛用于限流、分压、偏置等电路中
  

可变电阻器（电位器）

• 特点：阻值可调，通常用于需要调节电路参数的场合
  
• 应用：音量调节、电路校准、传感器偏置等
  

热敏电阻器（NTC/PTC）

• 特点：阻值随温度变化，NTC电阻随温度升高阻值减小，PTC电阻随温度升高阻值增大
  
• 应用：温度传感、温度补偿、过热保护等
  

光敏电阻

• 特点：阻值随光强变化，光强增加时阻值减小
  
• 应用：光强检测、光控开关等
  

压敏电阻

• 特点：阻值随电压变化，电压升高时阻值减小，用于过压保护
  
• 应用：浪涌保护、过压保护等
  

水泥电阻

• 特点：由金属氧化膜制成，封装在耐高温的陶瓷或水泥外壳中，具有高功率、高稳定性和耐高温的特点
  
• 应用：用于需要处理大功率的电路，如功率放大器、电源电路和电动机控制等
  

功能应用

限流

电阻器用于限制电流，保护电路元件免受过流损坏

分压（采样）

电阻器用于分配电压，调节电路中的电压水平

上下拉电阻

用于确保数字电路输入端处于确定的电压状态，避免浮空

定时

电阻器与电容器组合使用，用于定时电路，控制时间常数

色环电阻判断

外表有不同颜色的色环

• 蓝色的是金属膜色环电阻，外表有一层金属膜，一般有5个色环
  
• 土黄色的是碳膜色环电阻，外表有一层碳膜，一般有4个色环
  

光耦

一种利用光信号进行电隔离的电子元件，通过LED和光敏器件(如光敏三极管)实现信号的传递和隔离

参数

• 电气隔离：光耦实现输入和输出电路的电气隔离防止高压干扰和保护低压电路；
  
• 抗干扰能力强：光信号传递不受电磁于扰影响，适用于噪声环境；
  
• 响应速度快：光耦具有较快的响应速度，适用于高速信号传输；
  
• 长寿命和可靠性：光耦采用固态元件，寿命长、可靠性高
  

工作原理

基本组成

1.LED：光耦输入端通常连接一个发光二极管(LED)。当输入电流流过LED时，LED会发光。
2.光敏器件:光耦输出端连接一个光敏器件，如光敏三极管、光敏达林顿管、光敏SCR或光敏MOSFET。光敏器件接收到LED发出的光后会导通或激活，从而传递信号。
工作示例

• 初始状态：输入电路没有给LED施加电压，LED不发光，光敏三极管处于截止状态，输出电路没有电流流过；
  
• 输入信号施加：输入电路给LED施加正向电压，电流流过LED，LED发光。光的强度与输入电流成正比；
  
• 光电转换：光敏三极管接收到LED发出的光后，基极-发射极结被光激发，集电极-发射极间导通，输出电路中的电流开始流过光敏三极管；
  
• 输出信号传递：光敏三极管导通后，输出电路中的负载得到驱动信号，完成信号的传递和隔离
  

输出种类

光敏三极管输出

• 特点：输出端为光敏三极管，响应速度快，适用于低电流应用
  
• 应用：用于信号隔离、电平转换和开关控制
  

光敏MOSFET输出

• 特点：输出端为光敏三极管，响应速度快，适用于低电流应用
  
• 应用：用于信号隔离、电平转换和开关控制
  

光敏可控硅(晶闸管)输出

• 特点：输出端为光敏可控硅，适用于交流电路的开关控制
  
• 应用：用于交流电路的开关控制、灯光调节等
  

光敏达林顿管输出

• 特点：输出端为光敏IGBT，适用于高压大电流应用，具有高输入阻抗和快速开关特性
  
• 应用：用于电力电子、逆变器和高压大功率开关控制
  

集成电路输出

• 特点：输出端为光敏集成电路，具有多种功能集成，适用于复杂控制应用
  
• 应用：用于微控制器接口、复杂控制电路等
  

光敏IGBT输出

• 特点：输出端为光敏IGBT，适用于高压大电流应用，具有高输入阻抗和快速开关特性
  
• 应用：用于电力电子、逆变器和高压大功率开关控制
  

功能应用

• 信号隔离：光耦用于输入和输出电路的信号隔离，防止高压干扰和保护低压电路；
  
• 电平转换：光耦用于不同电平之间的信号转换，如TTL与CMOS电平转换；
  
• 开关控制：光耦用于控制大功率开关器件，如晶闸管、继电器等；
  
• 通信接口：光耦用于串行通信接口隔离，防止电磁干扰
  

二极管

单向导电性的半导体器件，允许电流在一个方向通过，而在另一个方向阻止电流通过。通俗来说，二极管就像一个单行道，只允许电流从一个方向流过

参数

• 最大正向电流(I_F)：二极管在正向导通时允许的最大电流
  
• 反向击穿电压(V_BR)：二极管在反向阻断时允许的最大电压
  
• 正向压降(V_F)：二极管正向导通时的电压降
  
• 反向漏电流(I_R)：二极管在反向阻断时的微小电流
  

种类及特点

• 常规二极管
  
  
  
  

• 特点：标准的单向导电特性，正向压降为0.7V(硅材料)或0.3V(锗材料)
  
• 应用：常用于整流电路、信号处理等基础应用
  

• 发光二极管（LED）
  
  
  
  

• 特点：正向导通时能够发光，颜色取决于半导体材料，具有较高的正向电压(通常在1.8V到3.3V之间)
  
• 应用：用于显示、指示灯、照明等
  

• 肖特基二极管
  
  
  
  

• 特点：具有较低的正向压降(约0.2V到0.3V)，开关速度快，适用于高频应用
  
• 应用：用于电源整流、高频信号整流、开关电源等
  

• 瞬态电压抑制（TVS）二极管
  
  
  
  

• 特点：在瞬态高压条件下能够迅速导通，吸收瞬态高能量，保护电路元件
  
• 应用：用于防止电压尖峰和浪涌对电路的损害，常见于电源和通信接门保护
  

• 齐纳(稳压)二极管
  
  
  
  

• 特点：在反向击穿时能够稳定在特定电压，具有很高的稳定性和精度
  
• 应用：用于电压稳压、过压保护、参考电压源等
  

• 变容二极管
  
  
  
  

• 特点：其电容值随反向电压变化而变化，具有较高的电容调谐特性
  
• 应用：用于调谐电路、频率合成器、RF调制等
  

三极管

通过小电流控制大电流，常用于放大和开关电路。通俗来说，三极管就像一个电子水龙头，可以用阀门控制水箱流入出水门

参数

• 集电极电流(Ic)：三极管的最大集电极电流；
  
• 集电极-发射极电压(Vce)：三极管的最大集电极-发射极电压；
  
• 放大倍数(hFE或β)：三极管的电流放大倍数；
  
• 截止频率(ft)：三极管在高频时保持放大特性的频率范围
  

工作状态

• 截止状态
  
  
  
  

• 基极-发射极电压(V_BE)小于阈值电压(约0.7V对于硅三极管)；
  
• 基极电流(I_B)为零或接近零；
  
• 集电极电流(I_C)为零或接近零；
  
• 三极管相当于一个开路状态，集电极和发射极之间没有导通
  

• 饱和状态
  
  
  
  

• 基极-发射极电压(V_BE)大于阈值电压(约0.7V对于硅三极管)；
  
• 基极电流(I_B)足够大，使得集电极电流(I_C)达到最大值；
  
• 集电极-发射极电压(V_CE)较低，接近零；
  
• 三极管相当于一个导通的开关，集电极和发射极之间完全导通
  

• 放大状态
  
  
  
  

• 基极-发射极电压(V_BE)大于阀值电压(约0.7V对于硅三极管)；
  
• 基极电流(I_B)较小，但非零；
  
• 集电极电流(I_C)与基极电流(I_B)成比例关系，I_C=β*I_B(β为三极管的电流放大倍数)
  
• 三极管处于放大状态，集电极和发射极之间部分导通
  

实用案例

使用NPN型三极管，通过微控制器控制三极管的基极电流，从而控制LED的通断

继电器

以小控大的电子开关，利用电磁感应原理，通过控制低电流电路来开关高电流电路的电子元件。它在电路中起到控制、保护和转换电路的作用

参数

• 额定电压：继电器线圈所需的工作电压；
  
• 额定电流：继电器触点能够承受的最大电流；
  
• 触点形式：继电器触点的类型，如常开、常闭或转换
  

工作原理

• 初始状态
  

• 当继电器线圈未通电时，电磁铁没有磁场，衔铁在弹簧的作用下处于初始位置；
  
• 触点处于未动状态，根据继电器类型，常开触点(C)断开，常闭触点(A)闭合。
  

• 通电状态
  

• 当控制电路给继电器线圈施加电压时，线圈中产生电流电磁铁产生磁场；
  
• 磁场吸引衔铁，使其克服弹等的作用力，向电磁铁向常开触点(C)移动
  

• 恢复状态
  

• 当控制电路断开电压，线圈失去电流，电磁铁失去磁场，衔铁在弹等的作用下恢复初始位置，触点状态恢复:
  
• 常开触点(C)：断开
  
• 常闭触点(A)：闭合
  

功能作用

• 隔离作用：实现控制电路与被控电路的电气隔离，保护控制电路的安全
  
  
  
  
• 高负载能力：继电器能够控制高电流、高电压的电路适用于大功率设备的控制
  
  
  
  

晶振（晶体振荡器）

一个精准的时间守卫：一种通过压电效应产生稳定振荡信号的电子元件，广泛用于时钟信号生成和频率控制。通俗来说，晶振就像一个精准的时间机器，为电子设备提供稳定的时钟信号，确保各部分协同工作。

特点

• 高稳定性：晶振具有很高的频率稳定性，受温度、湿度等环境因素影响较小；
  
• 高精度：晶振能够产生高精度的时钟信号，误差极小；
  
• 小尺寸：晶振体积小，易于集成到各种电子设备中；
  
• 低功耗：晶振功耗低，适合用于需要长时间工作的设备中
  

种类

• 石英晶体振荡器：最常见的晶振，使用石英晶体作为振荡元件；
  
• 陶瓷晶体振荡器：使用陶瓷材料作为振荡元件，成本较低；
  
• 温度补偿晶体振荡器(TCXO)：通过温度补偿电路提供更高的频率稳定性；
  
• 压控振荡器(VCO):频率可以通过控制电压进行调整的晶振
  

功能作用

• 时钟信号生成：在微控制器和处理器中提供稳定的时钟信号，确保系统正常运行；
  
• 频率控制：在无线通信设备中控制频率，如收发器的频率合成器；
  
• 定时器：在电子设备中提供精确的定时信号，用于计时和同步操作；
  
• 数字电路：为数字电路提供参考时钟信号，确保数据传输的准确性。
  

电感

通交流隔直流的储能器件，一种能够储存电磁能量的电子元件，由线圈绕制而成。电感器在电路中可以产生电磁感应效应。通俗来说，电感器就像一个能量弹簧，可以储存和释放电能，通过磁场来控制电流的变化

参数

• 电感量(L)：表示电感器的电感值，单位为享利(H)；
  
• 品质因数(Q)：表示电感器的性能，高Q值表示损耗小、效率高；
  
• 额定电流：电感器能够安全通过的最大电流值；
  
• 饱和电流：超过此电流，电感器的电感量会显著降低
  

种类

• 固定电感：电感值固定不变的电感器，如空心电感铁芯电感等
  
  
  
  
• 可变电感：电感值可以调节的电感器，常用于调谐电路
  
• 功率电感：用于处理大电流的电感器，常见于电源滤波和功率变换器中
  
  
  
  

功能作用

• 储能：电感器可以储存电磁能量，并在需要时释放
  
• 阻抗：电感器对交流电阻抗随频率增加而增加，对直流电呈现低阻抗
  
  
  
  
• 滤波：电感器可以滤除电路中的高频噪声，平滑电流
  
  
  
  
• 电流响应：电感器能平滑电流变化，防止突变电流
  
  
  
  

电容

特点

种类

• 电解电容：有正负极区分，在元器件一旁标出正极的位置，需要按照正确的极性连接；
  
• 独石（瓷片）电容：不区分正负极；
  

按键

蜂鸣器/扬声器

扬声器（喇叭）

特点

• 需要音频输入和功率放大之后才能发声
  

干簧管

电位器

麦克风

数码管

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