模拟电路入门

用电去控制电，这是计算机工作的核心原理。

1、电流

电流的单位：安培（A）。一秒内有6.2415093*10^8个元电荷，就是1A。

• 单片机待机电流：10mA；
• 鼠标和键盘的电流：20mA；
• 强光手电筒：1A；
• 笔记本电脑：3A；
• 微波炉、烤箱、空调：10A；
• 闪电：10000A。

1.1、电路与电池

电路就是电流导通的道路，电池是一种特殊的通过化学反应产生能量的装置，电池正极，吸收电子，电池负极发送电子。

1.2、电流的方向

电流从正极流向负极。电流是由电子移动形成，电子从负极流向正极。

1.2.1、交流电 - AC

• 交流电的电流方向随时间变化；
• 电荷会在正、负两个方向上流动，周期性的交替方向；
• 交流电通常是通过电网供应的电力；
• 用于各种大型的较大功耗的电器设备和机械设备中。

1.2.2、直流电 - DC

• 直流电是指电流方向不变的电流；
• 电荷始终在同一个方向上流动；
• 直流电源通常由电池或者其他直流电源供应；
• 直流电常用于需要稳定电压和恒定方向的小型设备中。

1.3、直流交流电的对比

对比	直流电	交流电
方向	电流方向不变	电流的方向随时间周期性变化
电压变化	电压稳定必变	电压随时间周期性地变化
发电方式	化学电池，太阳能电池等	发电厂
传输损失	传输损失较小	电流传输损失较大
方便改变电压	不太方便	方便
应用	电池供电的设备、手机、笔记本电脑等	家用电器，工业机器

1.4、开路和闭路

“Open circut”和 “Close circut” 的区别在于电路中开关的状态是否闭合，这直接影响了电路中的电流是否能够流通，从而影响电路中的电器设备是否能够正常工作。

• 开路（Open Circut）：当电路中的开关处于断开状态，电路就处于”Open circut“状态，在这种状态下，电流无法流通，电路中的电器设备也无法工作。
• 闭路（Close Circut）：当电路中的开关处于闭合状态，电路就处于”Close circut“状态，在这种状态下，电流可以在电路中流通，电器设备也可以正常工作。

2、电压

电压（电势能）是指电子在电路中的动能，单位通常为伏特（V）。它决定着电流流动的强度，电压越高，电子移动得越快，电流就会越大，而电压越低，电流就会减小。

3、电阻 & 欧姆定律

电阻：是指电流经过导体时阻碍电流流动的程度，电阻的单位是欧姆。

欧姆定律：描述了电流和电压之间的关系，公式为I = U / R，其中I是电流（单位A），U是电压（单位V），R是电阻（单位R）。这个公式表明，在电阻不变的情况下，电压和电流成正比。

4、常见元器件

如电阻、电容、电感、二极管、晶体管等是电路设计中最基本最常用的元器件。

4.1、电阻器

• 普通电阻：是一种最基本的电阻，通常是由一根或多根绕在绝缘体上的金属丝或碳膜组成，可以提供固定的电阻值，适用于各种电路中；
• 薄膜电阻：薄膜电阻是一种由金属或合金薄膜制成的电阻器，可以提供高精度和稳定性的电阻值，常用于精密仪器、测量仪器等高要求的场合；
• 光敏电阻：光敏电阻是一种电阻值受光照强度影响的电阻器，常用于光敏电路和光控系统中；
• 金属薄膜电阻：金属薄膜电阻是一种由金属薄膜制成的电阻器，具有较高的精度和稳定性，适用于高精度电路中；
• 电位器：电位器是一种可调电阻器，通常由一个旋转或滑动的电阻器件和一个旋钮或滑动器组成，可以提供可调的电阻值，常用于电路的调节和控制；
• 旋钮可调电阻：旋钮可调电阻是一种可调电阻器，与电位器类似，但是旋钮可调电阻通常是用旋钮来改变电阻值，通常用于电子设备的调节和控制；
• 热敏电阻：热敏电阻是一种电阻值随温度变化而变化的电阻器，通常用于温度测量和控制系统中；
• 压敏电阻：压敏电阻是一种电阻值随压力变化而变化的电阻器，通常用于压力传感器和压力测量等应用场合；
• 高精度电阻：高精度电阻是一种精度较高的电阻器，通常具有稳定的电阻值和温度系数，适用于高精度仪器和精密测量仪器等场合。

电阻我们主要关心：封装、标称、额定功率。

• 封装：看电阻是什么样的，是直插的还是贴片的，大小是多大。
• 标称：看电阻表的电阻阻值是多少，精确度是多少，误差是1%的，还是5%的，还是20%的，精度越高越贵；
• 额定功率：额定功率是P=I*I*R=I*U，额定功率其实决定了耐压值。电阻能通过的最大电流是固定的，额定功率越高，耐压值就越高，超过过了电阻的耐压值会导致电阻烧毁。

4.2、电容器

电容就是装电的容器。

电容器是一种电子原件，用于储存电荷和能量。它由两个导体板和介质层组成，介质层位于两个导体板上，并在两个板之间产生电场。

电容器的单位是法拉（F），一个法拉等于存储一库伦电荷所需的电势差的电容器。常见的电容器有电解电容器、陶瓷电容器、酯薄膜电容器、铝电解电容器等。

不同的材料材质，容纳电荷的能力不一样，电容的充放电是基于静电力的，不涉及化学反应变化，比锂电池更安全一些。

电容的分类（基于功能和制作工艺划分：

• 玻璃电容：使用玻璃作为介质的电容器，具有高温稳定性和低损耗等特点，常用于高频和高温环境下的电路中；
• 铝电容：使用铝金属作为介质的电容器，具有小尺寸，大电容量和高频特性等优点，常用于微型电脑中；
• 薄膜电容：使用金属膜或金属箔作为介质的电容器，具有高精度、稳定性好等特点，常用于高性能电子器件中；
• 铝电解电容：使用铝箔和电解液作为介质的电容器，具有大电容量、低成本等特点，常用于低频和直流电脑中；
• 云母电容：使用云母作为介质的电容器，具有高精度、高频特性等特点，常用于低频和直流电脑中；
• 空气电容：使用空气作为介质的电容器，具有高精度、稳定性好等特点，但体积较大，常用于高频和高压电路中；
• 陶瓷电容：使用陶瓷作为介质的电容器，具有小尺寸、高频特性和高温稳定性等优点，常用于电子设备中；
• 可调电容：具有可变电容值的电容器，常用于无线电和调谐电路中；
• 金属纸电容：使用金属化薄膜作为电极的电容器，具有高精度、稳定性好等特点，常用于高性能电子器件中；
• 超级电容：使用玻璃作为介质的电容器，具有高能量密度，高功率密度和长寿命等特点，常用于储能系统和电动汽车中。

注意：有的电容有极性，正负极接错会发生爆炸。

4.3、电感器

电和磁之间有密切的联系。

电感器是一种电子元件，用于在电路中存储和释放能量。它由一个线圈组成，通常由铜线组成，通常带有一个铁芯。当电流通过电感器时，它会在线圈中产生一个磁场，从而存储能量。当电流停止流动时，磁场会崩溃，导致电感器释放存储的能量。

电感器的主要作用是在电路中调节电流的变化率，它可以用来过滤电路中的高频噪声，电感器两端的电流不会突变，保护其他电子元件不受到电磁干扰的影响。

电感：电磁感应元器件，电会产生磁场，磁场又会抵制电流的变化。理想的电感没有能量损耗。跟电阻不同，电阻阻碍电流，发热。电感使用漆包线，纱包线等外部绝缘导线缠绕到铁芯上，电感的单位是H（亨），它和电容一样，也是一个很大的计量单位，另外还有毫亨mh、微亨uh、纳亨nh。

电感的作用：可以作为电路稳定器的一部分，通过抵抗电路中电流的变化，保持电路的稳定性和可靠性。

理想的电感没有能量损耗。

4.4、电感电容组成LRC振荡电路

振荡电路原理：LRC振荡电路是一种基本的振荡电路，由电感L、电容C和电阻R组成，可以产生稳定的交流电信号。在LRC振荡电路中，电感和电容通过共振的方式相互作用，导致电荷周期性地从电容器到电感器的反向流动，从而产生周期性的电流和电压信号。

LRC振荡电路的工作原理是当电容放电时，电感器中的电流开始增加，而电容器的电荷开始减少。当电容器的电荷达到0时，电感器中的电流达到最大值，并开始流回电容器中，导致电容器的电荷开始增加。当电容器的电荷重新达到最大值时，电感器中的电流达到0值，并开始再次增加。这个过程不断重复，从而形成一个周期性的交流电信号。

LRC振荡电路的频率由电感L和电容C的值决定，可以通过调整电感和电容的值来改变输出信号的频率。

4.5、保险丝 / 熔断器

保险丝和熔断器都是用来保护电路免受过载或短路等电气故障的设备。

保险丝是一种电气元件，通常由金属丝或铝箔制成，其作用是在电流过载时断开电路，以保护电路中其他元器件不受损坏。当电流达到或超过保险丝的额定电流时，保险丝中的金属丝或铜箔会被加热，最终熔断，中断电路，以避免电气火灾等危险情况。

熔断器与保险丝类似，与保险丝不同，熔断器通常可以重复使用。熔断器的另一个优点是它们通常比保险丝更快地响应电气故障，因此能更好地保护电路。

保险丝、熔断器参数：熔断速度（慢速、中速、快速、特快速）。

• 快速熔断器：熔断时间小于0.001秒；
• 电压额定值：所能承受的最高电压；
• 电流额定值：所能承受的最高电流。

熔断特性：快速熔断器适用于对电路的保护要求较高的场合，能够在短时间内切断过载电流或短路电流；而慢速熔断器则适用于对电路保护要求不高的场合，能够在一定时间内承受额定电流的2-3倍电流。

4.6、接插件

开关、按键、连接端子本质上都是电路连接器。

4.7、蜂鸣器

能发出蜂鸣的声音的小元器件。

蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，源是振动源。有源蜂鸣器插电就叫，无源蜂鸣器插电不叫，需要一定周期的高低压信息给他，才会叫。

蜂鸣器的音频是指蜂鸣器发出的声音的声波频率，是指每秒连续循环的次数。频率的计量单位是”赫兹（Hz）“，人类听觉的频率范围约为20-20kHz。20Hz以下是次声，20kHz以上是超声波。

蜂鸣器常用产品的谐振频率为2-4kHz。

4.8、万用表

万用表是一种电子测量仪器，可用于测量电压、电流和电阻等电学量。它通常具有多个量程和功能，可以通过旋钮、按钮或选择开关进行选择。

5、模拟电路软件

Circut JS 是一个使用JavaScript编写的电路仿真器，它允许用户创建和模拟各种电路，包括数字和模拟电路。

Circut JS 提供了一个直观的用户界面，允许用户通过从库中拖动元件并将它们放置在工作区中来创建电路。用户可以在电路中添加电源、电阻器、电容器、电感器、晶体管、运算放大器、逻辑门等元件，并连接它们以创建复杂的电路。

一旦电路创建完毕，用户可以使用模拟器模拟电路的行为，包括电流、电压、功率等参数。模拟器还可以显示波形图和频谱图，以帮助用户更好地理解电路的行为。

6、常见电学的定律

• 戴维宁定理：任何复杂电路可以等效为一个电压源和一个电阻器组成。
• 诺顿定理：任何复杂电路可以等效为一个电流源和一个电阻器组成。
• 基尔霍夫定律：对于电路中任一节点，流入节点的电流之和必等于流出该节点的电流之和。

7、毫安时 & 毫瓦时

毫安时（mAh）和毫瓦时（mWh）是两个不同的物理量，它们分别表示电量和能量的度量单位。

8、继电器

用电信号去控制电。

继电器、真空管和晶体管都是用于实现电流信号的开关控制的电子元件。

继电器是一种电气元器件，它通过接受一个电信号来控制另一个电路中的电压或电流。继电器通常由一个磁铁和一个电磁线圈组成。当通过线圈流过一定电流时，磁铁会产生磁场，使触点间距变小，进而接通电路。继电器由于具有绝对稳定、高效率、安全可靠等优点，因而在自动化、电力、通信、电子等领域中广泛应用。

9、三极管

三极管也是一种用电去控制电的元器件。三极管由三个区域，这三个区域分别被称为发射极、基极和集电极。

当在三极管的基极输入电流信号时，这个信号可以控制三极管的集电极和发射极之间的电流流动。这样的话，我们就可以通过改变输入信号的电流来控制输出电流的大小。

三极管通常被用来放大电信号，例如在无线电和音频放大器中，它们也可以用来控制电路中的电流，例如在电子开关和电源电路中。

两种不同类型的三极管：pnp三极管（低电压导通，高电压截止）和npn三极管（高电压导通，低电压截止）。

10、mos 管

11、模拟集成电路之神 - NE555

NE555 是模拟电路中神一般的存在，可以不夸张地说，掌握了NE555，就学会了模拟电路。

NE555 源于上个世纪70年代，由美国国家半导体公司发明，到现在还是非常流行。

NE555 是一种集成电路，也被称为555计时器，它广泛应用于模拟电路中，NE555 集成电路具有多种应用，包括方波发生器、多谐振荡器、脉冲宽度调制器、定时器等。它是一种通用、可靠、经济实惠地电路元件，可用于各种模拟电路设计。

NE555 集成电路是模拟电路中非常重要的元件之一，它的多种应用使得它在各种电子设备中广泛使用。

11.1、比较器（运放）

运放一般是通过比较输入信号的电压大小来产生输出信号的，在运放的差分输入端口，通常会接入两个电压信号，一个是（+IN）的电压，一个是（-IN）的电压。运放会通过放大、比较这两个电压信号的大小关系，然后产生一个输出电压信号。

需要配置输出的高电压、低电压和运放的阻抗。阻抗越大，运放对电路的影响越小。

11.2、相反门（非门 ）

高电压变低电压，低电压变高电压。

非门（NOT gate）：是一种只有一个输入端口和一个输出端口的逻辑门，它的输出等于输入的反向，即当输入为高电平时，输出为低电平，反之亦然。

11.3、或非门

或非门（NOR gate）是电子电路中常见的一种逻辑门。或非门的输出信号取决于所有输入信号的状态，但是只要有一个输入信号是高电平，那么它的输出信号就会是低电平，只有当所有的输入信号都是低电平时，它们的输出信号才会是高电平。

11.4、双稳态触发器

• 有两个稳定状态：低电压0态和高电压1态；
• 能根据输入信号S将触发器置成0或1态；
• 输入信号消失后，被置成的0或1态能保存下来；
• 即具有记忆功能，直到R端高电压重置为止。

12、PCB

PCB 是一种非常重要的电子零件，它像电子设备的底板一样，可以帮助各种电子元件连接在一起，就像我们在做搭积木一样，需要一个底板来支撑和连接各种积木一样，PCB就是电子设备中的底板，支撑和连接各种电子元件，现在我们的手机、电脑、电视，任意的电子设备里面都必须有PCB。

PCB是 Printed Circut Board 的缩写，中文名称为印刷电路板，是一种用于电子设备中的基础组件。它通常是由一个薄而平坦的非导体材料制成，表面印有金属线路和其他电子元件，用于连接和支持电子元件，使它们可以按照设计的方式相互通信和交互。

早期电子设备的制造使用的是点对点的电路连接方法，这种方法制造起来效率低下，且容易出错。

随着电子技术的不断发展，人们开始探索更有效率，更可靠的电路连接方式，在20实际40年代初，美国的一位工程师发明了一种电路连接方式，他将导线印刷在一块板上，这就是PCB的雏形。随着技术的进步，PCB制造技术不断发展，现在已成为电子制造中最重要的组成部分之一。

现代的PCB是在一块绝缘材料（通常是玻璃纤维板）表面布置线路（通常是铜的薄层）后的板子。PCB除了担任连接各个元器件的任务外，还作为电子元件的支撑体。

现代PCB板都是多层的，一般包含如下几层：

• 基板：绝缘材料，用于承载线路与机械支撑；
• 铜层：铜层用于布置需要的线路；
• 阻焊层：遮挡不需要暴露的铜层部分，使其绝缘；
• 丝印层：印刷在阻焊层上，用于标记元器件位置。

13、EDA 软件

EDA 是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，是一种特殊的计算机软件来设计、分析和验证电子系统。

EDA 工具通常包括电路仿真工具、电路布局工具、PCB设计工具和芯片设计工具等。这些工具可以帮助设计师进行电路仿真，优化电路性能，实现电路布局和PCB设计，并生成电路图、PCB图和原理图等设计文档。

EDA 已成为现代电子设计的基本工具，它不仅可以大大提高设计效率和质量，而且还可以减少设计成本和缩短产品上市时间。