零基础入门PCB设计 入门篇 第二章（电子元器件简介）

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1、电路图的概念

（1）在日常与电子电器打交道的时候，我们往往接触到的都是一块块实物PCB版，一眼望去很难知道它上面有哪些元器件（明显的当然可以看出来，但是把它所有的元器件列成清单，显然没那么容易）。

（2）一块实物PCB版往往会有其对应的电路图，在PCB设计中，我们更倾向于将它叫做“原理图”。

（3）PCB原理图四要素分别为元件符号、连接线、结点和注释。

2、电阻元件

（1）电阻元件简介：

①电阻器（Resistor）在日常中一般直接称为电阻，是一个限流元件，将电阻接在电路中后，它可限制通过它所连支路的电流大小。

②阻值不能改变电阻元件的称为固定电阻器，它一般是两个引脚，如下左图所示；阻值可变的电阻元件分为电位器和可变电阻器，电位器一般是三个引脚，如下右图所示，中间的引脚为“滑动端”，而可变电阻器一般是两个引脚，其阻值会因其它因素的改变而改变，如光敏电阻、热敏电阻等。

③电阻的端电压U与电流I有确定函数关系（也可认为其关系为一代数方程）。将电能转化为其它形式能量（如热能）的二端器件，其阻值可用字母R来表示，单位为欧姆Ω。

④实际器件如灯泡、电热丝、电阻器等均可表示为电阻器元件，根据其U、I关系方程是否是线性方程，电阻元件可分为线性电阻和非线性电阻。

（2）电阻元件实物：

①PCB版中常用的电阻有插件（左）和贴片（右）两种，如下图所示，不同封装的电阻，在阻值一样的前提下，额定功率可能是不同的。

②常见电阻元件概览：

③带色环的插件电阻可通过色环进行阻值读数（色环电阻是定值电阻）：

[1] 4色环3位读数：前两色环对应前2位，为有效数字（低色环对应高位），第三色环表示一个10的倍数，它是有效数字的乘数，乘法结果为色环电阻的阻值；第四环表示色环电阻的精度。

[2] 5色环4位读数：前三色环对应前3位，为有效数字（低色环对应高位），第四色环表示一个10的倍数，它是有效数字的乘数，乘法结果为色环电阻的阻值；第五环表示色环电阻的精度。

[3] 因为色环电阻没有标识哪边是第一环，所以读数时往往还需要配合万用表做一个二次检查，或者按照两种顺序各读一遍，一般按错误顺序读出的阻值会“不规律”，能明显感觉出不会有这种阻值的单个电阻。

④贴片电阻可通过贴片标识进行阻值读数：

[1] 3位读数：贴片前2位为有效数字，第3位表示10的n次幂（也可以理解为0的个数），精度为±5%。（如“104”表示100000Ω）

[2] 4位读数：贴片前3位为有效数字，第4位表示10的n次幂（也可以理解为0的个数），精度为±1%。（如“5112”表示51100Ω）

[3] 阻值小于10Ω的读数：通常在两个数之间插入一个字母R，用字母R来代替小数点。（如“R010”表示0.01Ω）

3、电容元件

（1）电容元件简介：

①电容又叫电容器，一般用通常用“C”表示（Capacitance）。

②电容的单位是法拉，简称法，符号是F，常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等。

③实际的电子产品应用中，根据电容“通交流，隔直流”的特性，在电路中所起的作用主要是储能与滤波。

（2）电容元件实物：

①常见的电容元件有如下几种（包括但不限于），其中部分区分正负极性，部分不区分正负极性。（铝电解电容、铝电容、钽电容必须严格区分正负极，反接会导致发热、漏液甚至爆炸）

②电容容值读数举例：

[1] 第一组：铝电解电容可通过其本身颜色较为“突出”的一侧找到负极，引脚较短的一侧一般也是负极，它们的容值和耐压一般都直接写在元件上；钽电容可通过其本身颜色较为“突出”的一侧找到正极，它的容值和耐压一般都直接写在元件上；X电容不区分正负极，其容值和耐压一般都直接写在元件上。

[2] 第二组：CBB电容的容值通过有效数字和10的n次幂形式给出，如“684”表示“680000”，其耐压会写在元件上；瓷片电容的容值通过有效数字和10的n次幂形式给出，如“104”表示“100000”，其耐压可能不会写在元件上，取默认耐压50V。

[3] 第三组：钽电容实物有时候会较小，写不下太多信息，这时可通过其本身颜色较为“突出”的一侧找到正极，容值通过有效数字和10的n次幂形式给出，如“226”表示“22000000”，其耐压不会直接写在元件上，但会以对应字母的形式给出。

[4] 第四组：涤纶电容不区分正负极，容值通过有效数字和10的n次幂形式给出，如“223”表示“22000”，其耐压不会直接写在元件上，但会以对应字母和给10的n次幂形式给出，如“2A”，其中A对应1.0V，耐压为1.0V乘以10的2次方，即100V。

4、电感元件

（1）电感元件简介：

①电感（Inductor）是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件，通常用字母“L”表示。

②电感的单位是亨利，简称亨，符号是H，常用的电感单位有亨（H）、毫亨（mH）、微法（μH）。

③实际的电子产品应用中，根据电感“通直流，隔交流”的特性，在电路中所起的作用主要是滤波、扼流、谐振、储能。

（2）电感元件实物：

①常见的电感元件有如下几种（包括但不限于）。

②电感感值读数：

[1] 色环标注法：与四色环电阻类似，前两环表示有效数字，第三环表示乘数（或者说倍率），第四环表示误差，默认单位为uH。

[2] 数码标注法：与一些电容的容值读法类似，前两位表示有效数字，第三位表示10的n次幂（或者说倍率），默认单位为uH。

[3] 文字符号标注法：与贴片电阻阻值的读法类似，R表示小数点，分隔整数部分和小数部分，默认单位为uH。

5、二极管元件

（1）二极管简介：

①二极管是用半导体材料（硅、硒、锗等）制成的一种电子器件 。

②二极管有两个电极，正极又叫阳极，负极又叫阴极。给二极管两极间加上正向电压时二极管导通，加上反向电压时二极管截止。二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。

③二极管具有单向导电性能，导通时电流方向是由阳极通过管子流向阴极。

④二极管是最早诞生的半导体器件之一，其应用非常广泛。特别是在各种电子电路中，利用二极管和电阻、电容、电感等元器件进行合理的连接，构成不同功能的电路，可以实现对交流电整流、对调制信号检波、限幅和钳位以及对电源电压的稳压等多种功能 。

⑤二级管在《模拟电路》中有进行介绍，此处不再详细介绍。

（2）二极管的伏安特性曲线：

（3）常见的二极管（包括但不限于）：

（4）二极管元器件实物一般都会有标识区分正负极，如发光二极管，其正极引脚往往较长（出厂设置）。

（5）二极管在PCB上可能对应的焊盘和丝印：

6、三极管元件

（1）三极管简介：

①三极管全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件，其作用主要是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也可用作无触点开关（需要说明的是，三极管的作用并不仅仅如此）。

②三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。

③三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。

④三级管在《模拟电路》中有进行介绍，此处不再详细介绍。

（2）三极管的输出特性曲线：

（3）三极管的三个状态（把基极电流视作集电结“阀门”开关，集电结和发射结是比基级粗得多的“水管”；倒置状态此处不介绍）：

①截止状态：发射结反偏，集电结反偏，加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零（相当于“阀门”关闭，“水管中”不会有水流动），集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态。

②放大状态：当三极管发射结正偏，集电结反偏时，三极管就会进入放大状态，基极电流逐渐增大，即当我们逐渐打开“阀门”时，“水管”内的水会开始流动，这就相当于三极管进入了放大状态。

③饱和状态：当三极管发射结正偏，集电结正偏时，三极管工作在饱和状态，饱和状态下的三极管基极电流即使变大，集电极电流也不会增大，相当于“阀门”完全打开时，“水管”中的水流已经最大。

（4）三极管的常见封装及引脚排列如下图所示。

7、场效应管元件

（1）场效应管元件简介：

①场效应晶体管（Field Effect Transistor）简称场效应管，它是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，具有开关作用。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。

②场效应管属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。

③场效应管主要有两种类型：结型场效应管（junction FET—JFET）、金属—氧化物半导体场效应管（metal-oxide semiconductor FET，简称MOS-FET）。

④按沟道分类，场效应管分为PMOS管（P沟道型，下左图）和NMOS（N沟道型，下右图）管。

⑤按材料分类，可以分为分为耗尽型和增强型：

[1] 增强型管：栅极-源极电压Vgs为零时漏极电流也为零。

[2] 耗尽型管：栅极-源极电压Vgs为零时漏极电流不为零。

⑥场效应管在《数字电路》中有进行介绍，此处不再详细介绍。

（2）场效应管和三极管简单对比：

（3）不同封装的场效应管，其额定电压、额定功率、应用场景甚至管脚定义可能都是不同的，以下是几种常见的封装：

①SOT-23：一般单片机方案中常用的封装，适用于几A电流、60V及以下的电压环境，比如AO3401、BSS84。

②SOT-223：单片机方案中常用的封装，适用于几A电流、60V及以下的电压环境，比如IRFL9014TRPBF、ZXMP6A17GTA。

③TO-252：目前主流封装之一，电流可以到70A，电压控制在100V以内（电压与电流成反比，电流越大，电压越小），比如SM4286T9RL。

④TO-220/220F：这两种封装样式的MOS管外观差不多，可以互换使用，不过T0-220背部有散热片，其散热效果比T0-220F要好些，价格相对也要贵些，这两个封装产品适于中压大电流120A以下、高压大电流20A以下的场合应用，比如IRF4905PBF、NCE6050A。