电子设计从零开始
第1章 走进电子技术
前8章围绕模拟电路:连续变化的信号
光控报警器
电源:USB电池
电阻:阻值,功率和种类
根据焦耳定律,电流通过电阻时会产生热量,电阻越大、电流越大、时间越长,电阻发热就越厉害
选择额定功率比最大实际功率大的电阻
光敏电阻:其阻值与照射到其表面的光强成反比;光线越强阻值越小,反之亦然
电位器
开关
按钮开关:带锁按钮开关,按下按钮后,按钮就不起来了,非得再按一下按钮才回到原来的高度;
不带锁按钮开关,按下时开关导通,手离开按钮就会自动回到原来的高度
DIP开关:由若干个微型拨动开关组成,之间相互独立,可使用笔尖来拨动这些开关,使DIP开关中某些闭合、某些断开
Multisim:给电路图起一个文件名,能想起电路内容;另外绘制电路图的过程中随时保存我们的工作进程
二极管:只允许电流单向流经它
整流二极管:用于整流电路、检波电路
发光二极管:用于指示灯、照明灯中
稳压二极管:稳压电路
正向偏置、反向偏置
二极管正向导通电压:硅管 0.7V 锗管 0.15V
判断二极管是硅管还是锗管,用万能表的电阻党档对二极管进行测量,万能表红表笔(正极)接二极管的负极,黑表笔(负极)接二极管的正极
如果被测二极管阻值在1K欧左右是锗管,4-8K欧为硅管
三极管:一种用于放大或开关电信号的半导体器件
b——基极(base)、c——集电极(collector)、e——发射极(emitter)
NPN的箭头指向e极,PNP的箭头指向b极
不确定b、c、e极时,可上网查找或万用表测(一般万能表都有三极管直流放大倍数的测量档)
三极管是一个具有电流放大功能的器件
三极管的直流增益 直流放大倍数称为直流增益,这个倍数可以用数字万能表的h(FE)测量档直接测得
下标F代表正向电流,E代表三极管以e极形式连接,"F"和"E"都为大写,说明是与直流有关的参数,如果下标为小写,则是与交流有关的特性参数
三极管开关:给三极管b极一个偏置电压,三极管的c极和b极之间就开始导通
蜂鸣器是一种信号提示设备
第2章 收音机里蕴含的知识
围绕一台收音机来认识电磁波,并学习无线电中调制、解调、放大器的基础知识
无线电通信频段
MF频段——中频,MF频段的电磁波遇到地球电离层时会反射,夜间反射的效果比白天好,因此晚上能听到更远地方的中波广播节目
HF频段——高频,具有短波功能的收音机可以收听到远隔万里的美国或者欧洲的广播节目
单管收音机电路图
小功率无线发射机
——电声元件
还没有找到一种方法,能直接将声音传播到很远的地方,因为声音在介质中传播会随着距离的增加而迅速衰减
若将声音转换成电信号再传输,电信号可以通过导线或以电磁波的形式传输,一旦出现衰减可以利用放大器对信号进行放大
话筒:一种将声音转换为电信号的传感器
扬声器:一种将电信号转换为声音信号的换能器
耳机:将电信号还原成声音信号
电容器:一种储能器件,不允许直流通过,但能让交流通过
电源直接接电容——闭合开关,此时电容进行充电,这一过程出现短暂电流,电流从电池正极出发,依次经过回到电池负极,当电容之间电压等于电池电压时,
充电过程停止,电路中不再有电流流动,电容相当于开路 隔直流通交流
充电的电容像电池一样,可向电路提供电流——储能
电容的容量
电容表面印有容量的数值和单位 如1000uF,10V 10V代表电容的耐压值为10V
使用容量加单位缩写的方法 3n3代表3.3nF,33n代表33nF,4p7代表4.7pF
使用纯数字的方法来标记 103,10代表容量的前两位数,最后一位3代表倍数(0的个数),单位是pF
电容的耐压值和漏电流
电容的种类:电解电容 铝电解电容——圆柱形器件 钽电解电容 在低压电路中可与铝电解电容直接换用,有更小的漏电流和较小误差,但容量一般都不会超过470uF,铝电解电容的容量大得多
首先根据电路图中电路符号确定是无极性还是极性电容,一般用途电路,两种均可选择。瓷介电容一般较便宜,云母电容容量较小,电路中信号频率较高可以选用
极性电容的选取,一般选用铝电解电容,电路对电容漏电流要求很高时可考虑使用钽电解电容
电容的串联和并联
电容串、并联的总容量计算方法与电阻串、并联的总电阻计算方法相反
含有直流成分的交流信号经过电容后,直流成分被过滤掉了,只剩下交流成分
容抗:交流信号能通过电容,但毕竟不是导线,会对信号产生一定的影响
电容对交流信号的削减程度与电容的容量和信号的频率有关,把电容对交流信号的削减程能力描述为容性阻抗
电容容量越大,交流信号频率越高,容抗越小。如果信号频率为0,即直流信号,则容抗无限大
电感器:一种把能量存储在流经它的电流所形成的磁场中的器件(一种储能器件)
电感器在电路起什么作用?接DC,断开开关再重新接起,与电感器串联的灯会延迟1-2秒再亮,电感器对电流的变化有阻碍作用
接AC,灯不会亮,因为交流信号的电流在时刻变化,电感器不停地与变化对抗,根本没有电流能流过
结论:电感器让直流通过,阻止交流通过,或者说电感器阻碍电流变化
电感器对交流信号的阻碍程度与电感器的电感和信号的频率有关,把电感器对交流信号的阻碍能力描述为感性阻抗,简称感抗。
电感器的电感越大、交流信号频率越高,感抗会越大
电阻、电容、电感
电阻,允许直、交流信号通过,但会分掉一部分电压;
电容,允许交流信号通过,其容抗随着信号频率的增加而减小;直流信号下,当电容充电完成后电容消失;
电感,允许直流和交流信号通过,但对交流信号的阻碍比直流大,感抗随着频率的增加而变大。
电容分别在放大器的输入和输出端,负责传递交流信号而阻隔直流信号,称为耦合电容,功能是耦合、传递信号
调制与解调
不直接把声音或图像信号通过天线发送出去,主要原因是这些信号的频率都比较低,频率越低,所需发射天线的尺寸就越大
模拟信号的调制方式:幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)
既然低频信号(如声音信号)不宜直接发送,想办法把低频信号“嫁接”到高频信号上再发送,这种“嫁接”“结合”就是调制的过程 高频周期性信号称为载波。
解调:把嫁接在一起的低频信号和高频周期性信号拆散,提取其中的低频信号
幅度调制(AM):以高频载波的幅度来反映低频的有用信号的方法,调制之后的融合了低频有用信号的高频载波成了AM信号
调频载波的幅度变化反映的正是低频有用信号。AM信号的频率等于高频载波但蕴含低频有用信号,其高频特性利于发送和降低干扰,蕴含的低频有用信号可通过接收端的解调电路还原出来
频率调制(FM)
第4章 从扩音机中学小信号放大器
小信号放大 放大倍数通常叫做增益,为输出信号与输入信号的比值
以放大信号幅度为主的放大器称为小信号放大器
实现电流放大的为功率放大器
话筒输出的反映声音的微小信号首先由前置放大器(小信号放大器)进行一定倍数的幅度放大,之后送入主放大器(功率放大器)进行电流放大后推动扬声器工作
若直接提高前置放大器的放大倍数后直接驱动扬声器这种消耗功率较大的负载,是没法驱动的
若直接把话筒输出信号直接送到主放大器进行放大,功率放大器输入阻抗与话筒的阻抗不匹配,话筒的输入信号还没被放大就被消耗了,功率放大器获得不了足够的输入信号
通过小信号放大器与功率放大器的组合,可以很好地实现信号的传递和有效放大
放大器的阻抗匹配是指放大器的输出阻抗和下一级放大器或负载的输入阻抗相等或相近,此时能够实现较理想的功率传递
三极管的三个直流特性
直流增益(描述了三极管把电流放大的倍数)——三极管的直流增益并不是恒定的,会随着c极电流的变化而变化
输入(b极)参数:当三极管的b-e极正向偏置时,就像一个二极管一样出现正向压降Vbe 当三极管的b-e极正向偏置时,Vbe=0.7V,始终成立
输出(c极)参数:
三极管技术手册——该器件的详细参数
第9章 数字启航
模拟信号是一类幅度随时间连续变化的信号
把这段信号分成n份,任意一个时刻都会对应一个幅度值,放到一个新的坐标轴中,会得到一串离散信号
n越大,信号还原的越逼真
mp3播放器的原理:代表一首音乐的许多高、低电平存储在存储器中,重放时把这些高、低电平转换成模拟信号即可。
1或高电平,0或低电平只是指一个逻辑状态,并不是具体电压值
对于许多+5V供电的数字集成电路来说,+2V以上可视为1或高电平;+0.8V以下则视为0或低电平,介于+0.8——+2V视为分隔区,这个范围内的电平不会被数字系统识别
时钟脉冲信号是许多数字系统工作时序的来源,一般由方波充当
经常把一些输出信号与时钟脉冲结合起来描述
时钟脉冲与计数——向计数器发送一个脉冲,计数器每接收到一个脉冲其4路输出状态(二进制)就加1
数制和编码
十六进制
BCD码(8421码)
字模与编码(点阵)
逻辑门
与门有两个或两个以上输入端和一个输出端
74HC08——2输入四与门 74HC11——3输入三与门 74HC21——4输入二与门
非门有一个输入端A和一个输出端Y
电平指示器连接到多媒体音箱功率放大器输出端,可以看到发光二极管随着音乐的变化而闪动
或门 有两个或三个输入端和一个输出端
门和两个窗口的传感器与一个3输入或门相连,或门输出端连接一个报警器
与非门——根据发光二极管的亮灭来判断水箱的水位情况
或非门
逻辑门集成电路——目前有3种数字集成技术可用于实现逻辑门器件的制造,分别是TTL、CMOS、ECL
CMOS(互补金属氧化物半导体)——功耗低
逻辑门集成电路 所有逻辑门都可在CMOS或TTL集成电路中找到具体器件,而不同逻辑门由型号的最后两位或三位数字来识别
最后两位数字为04的一般为非门集成电路,比如74HC04是一个高速CMOS门,74LS04是一个低功率肖特基TTL非门等
第10章 逻辑门的应用
布尔加法:只要有一个输入变量为1,则布尔加法运算结果就为1
布尔乘法:只有所有的输入变量为1,布尔乘法运算的结果才为1
用布尔代数分析逻辑电路
卡诺图:是一种化简布尔表达式的最优方法
七段数码管:由7个亮段和1个小数点组成,7个亮段实际上就是7个发光二极管
显示的数字和对应的亮段组合之间关联性不强,十分不利于电路的控制,所以不直接控制而使用一个译码器7447进行编码和驱动
组合逻辑的功能器件
加法器
比较器
译码器:检测输入端的二进制数,并在输出端对应位上唯一输出1或0(把二进制翻译成十进制)
编码器:(把十进制翻译成二进制)
第11章 翻转与计数
不管是简单逻辑电路还是具有组合逻辑功能的器件,它们的输入、输出与时间并没有太大的关系
时序电路:某一时刻的输出状态不仅与当前输入变量的状态有关,还与前一时刻的状态有关,一般时序电路由组合逻辑电路和存储单元或反馈延迟电路组成
锁存器与触发器是两类典型的双稳态器件。双稳态器件有两个稳定的状态,分别为置位和复位,或者说是1和0。可以永久的保存在1或0上,适合构成存储器
锁存器:是一种双稳态器件,或者说多谐振荡器
任意一个与非门的输出与另一个与非门的输入相连形成负反馈
如果输入状态不变,那锁存器的状态也就不变,二进制信息仿佛被锁住一般。
作为开关过滤器:一旦开关从1打到2上,输出端理应由1变为0。但由于拨动开关时手的抖动或开关接触点接触不良,会导致输出端出现短暂的不稳定跳变过程
边沿触发器:相比锁存器,多了一个时钟脉冲输入端,并只会在时钟脉冲的上升沿或下降沿中翻转
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第12章 单片机就在我们身边
电源(+VCC、GND)
时钟信号
复位