電阻、電容應(yīng)用……單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)大全

對(duì)于電阻，想必大家都覺(jué)得簡(jiǎn)單，沒(méi)有什么好說(shuō)的。其實(shí)電阻的應(yīng)該還是非常廣泛的，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合其作用是完全不同的。本人將總結(jié)其基本用法，及容易被忽略的地方。

1、概念

電阻（Resistance，通常用“R”表示），在物理學(xué)中表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大。不同的導(dǎo)體，電阻一般不同，電阻是導(dǎo)體本身的一種特性。電阻將會(huì)導(dǎo)致電子流通量的變化，電阻越小，電子流通量越大，反之亦然。而超導(dǎo)體則沒(méi)有電阻。

電阻元件的電阻值大小一般與溫度，材料，長(zhǎng)度，還有橫截面積有關(guān)，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1℃時(shí)電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。

電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說(shuō)它是一個(gè)耗能元件，電流經(jīng)過(guò)它就產(chǎn)生內(nèi)能。電阻在電路中通常起分壓、分流的作用。對(duì)信號(hào)來(lái)說(shuō)，交流與直流信號(hào)都可以通過(guò)電阻。

導(dǎo)體的電阻通常用字母R表示，電阻的單位是歐姆（ohm），簡(jiǎn)稱歐，符號(hào)是Ω（希臘字母，讀作Omega)，1Ω=1V/A。比較大的單位有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ）（兆=百萬(wàn)，即100萬(wàn)）。

KΩ（千歐）， MΩ（兆歐），他們的換算關(guān)系是：

1TΩ=1000GΩ；1GΩ=1000MΩ；1MΩ=1000KΩ；1KΩ=1000Ω（也就是一千進(jìn)率）

兩個(gè)電阻并聯(lián)式也可表示為

串聯(lián)： R=R1+R2+．．．+Rn

并聯(lián)：1/R=1/R1+1/R2+．．．+1/Rn 兩個(gè)電阻并聯(lián)式也可表示為 R=R1·R2/(R1+R2）

定義式：R=U/I

決定式：R=ρL/S(ρ表示電阻的電阻率，是由其本身性質(zhì)決定，L表示電阻的長(zhǎng)度，S表示電阻的橫截面積)

電阻元件的電阻值大小一般與溫度有關(guān)，還與導(dǎo)體長(zhǎng)度、橫截面積、材料有關(guān)。衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1℃時(shí)電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。多數(shù)（金屬）的電阻隨溫度的升高而升高，一些半導(dǎo)體卻相反。如：玻璃，碳在溫度一定的情況下，有公式R=ρl/s其中的ρ就是電阻率，l為材料的長(zhǎng)度，單位為m，s為面積，單位為平方米。可以看出，材料的電阻大小正比于材料的長(zhǎng)度，而反比于其面積。

電阻物理量：1歐電壓產(chǎn)生一歐電流則為1歐電阻。另外電阻的作用除了在電路中用來(lái)控制電流電壓外還可以制成發(fā)熱元件等。

2、電阻應(yīng)用

電阻在電路中的主要作用為分流、限流、分壓、偏置、濾波（與電容器組合使用）和阻抗匹配等。

電阻通常分為三大類：固定電阻，可變電阻，特種電阻。

在電子產(chǎn)品中，以固定電阻應(yīng)用最多。常用、常見(jiàn)的有ＲＴ型碳膜電阻、ＲＪ型金屬膜電阻、

ＲＸ型線繞電阻，近年來(lái)還廣泛應(yīng)用的片狀電阻。

電阻器型號(hào)命名:Ｒ代表電阻，Ｔ－碳膜，Ｊ－金屬，Ｘ－線繞，是拼音的第一個(gè)字母。在國(guó)產(chǎn)老式的電子產(chǎn)品中，?？梢钥吹酵獗硗扛簿G漆的電阻，那就是ＲＴ型的。而紅顏色的電阻，是ＲＪ型的。

按照功率可以分為小功率電阻和大功率電阻。大功率電阻通常是金屬電阻，實(shí)際上應(yīng)該是在金屬外面加一個(gè)金屬（鋁材料）散熱器，所以可以有10W以上的功率；在電子配套市場(chǎng)上專門賣電阻的市場(chǎng)上可以很容易地看到。

金屬電阻通常是作為負(fù)載，或者作為小設(shè)備的室外加熱器，如，在CCTV的一些解碼器箱和全天候防護(hù)罩中可以看到。

電阻在電路中起到限流、分壓等作用。通常1/8W電阻已經(jīng)完全可以滿足使用。但是，在作為7段LED中，要考慮到LED的壓降和供電電壓之差，再考慮LED的最大電流，通常是20mA（超高亮度的LED），如果是2×6（2排6個(gè)串聯(lián)），則電流是40mA。

不同廠家選用不同材料的，其壓降也有所不同。所以需要加上電實(shí)測(cè)一下。但是，不要讓單只LED的電流超出20mA，這時(shí)加大電流亮度也不會(huì)增加，但是LED的壽命會(huì)下降，限流電阻的大小就是壓降除以電流。電阻的功率隨之可以算出。

電位器

電位器就是可調(diào)電阻。它的阻值在1～nΩ之間變化。如N=102=10×10的2次方，也就是1000歐姆，1KΩ 。同理，502=5KΩ。

電位器又分單圈和多圈電位器。 單圈的電位器通常為灰白色，面上有一個(gè)十字可調(diào)的旋紐，出廠前放在一個(gè)固定的位置上，不在2頭； 多圈電位器通常為藍(lán)色，調(diào)節(jié)的旋紐為一字，一字小改錐可調(diào)； 多圈電位器又分成頂調(diào)和側(cè)調(diào)2種，主要是電路板調(diào)試起來(lái)方便。

有些是儀器儀表設(shè)備，通常是模擬電路，有一些不確定的因素，需要調(diào)節(jié)才能達(dá)到最理想的效果；有些是設(shè)備本身就需要輸出一個(gè)可變的東西，如電壓和電流，也需要一個(gè)電位器。

排電阻

是sip n的封裝，比較常用的就是阻值502和103的9腳的電阻排；象sip9就是8個(gè)電阻封裝在一起，8個(gè)電阻有一端連在一起，就是公共端，在排電阻上用一個(gè) 小白點(diǎn)表示。排電阻通常為黑色，也有黃色；51系統(tǒng)的P0需要一個(gè)排電阻上拉，否則，作為輸入的時(shí)候，不能正常讀入數(shù)據(jù)；作為輸出的時(shí)候，接7407是可 以的，不需要上拉電阻；但是，接其它的芯片，還是不行。有興趣可以看看51的P0的結(jié)構(gòu)；沒(méi)有興趣，依葫蘆畫瓢，照做沒(méi)錯(cuò)。

光敏電阻

當(dāng)照在光敏電阻上的光強(qiáng)變化時(shí)，電阻值也在變化。顯然這是半導(dǎo)體材料的特性。

使用光敏電阻可以檢測(cè)光強(qiáng)的變化。

電阻的封裝

電阻的封裝有表面貼和軸向的封裝。軸向封裝有：axial0.4、axial0.6、axial0.8等等；axial在英語(yǔ)中就是軸的意思；表面貼電阻的封裝最常用的就是0805；當(dāng)然還有更大的；但是更大的電阻不是很常用的。

3、限流電阻

電阻作為限流應(yīng)該是最常用的應(yīng)用之一，對(duì)于單片機(jī)外圍設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，電阻的應(yīng)用非常重要，在很多時(shí)候，我們必須在單片機(jī)的I/O端口上連接一個(gè)限流電阻，保證外圍電路不會(huì)應(yīng)用短路、過(guò)載等原因燒壞單片機(jī)的I/O端口，甚至整個(gè)單片機(jī)。

對(duì)于限流，想必大家都很清楚，可是在選擇電阻阻值時(shí)，你的標(biāo)準(zhǔn)是什么？你知道單片機(jī)端口是最大輸入電流嗎？知道單片機(jī)的最大輸出電流嗎？知道單片機(jī)端口能承受的最大電壓?jiǎn)幔?/span>

面對(duì)這些問(wèn)題，恐怕很多人都是知其然不知其所以然，完全憑靠經(jīng)驗(yàn)獲取，并沒(méi)有完全按照電路的要求計(jì)算取值。為此，在這里提出這些問(wèn)題，并不想教大家怎么去計(jì)算這些值，知道歐姆定律的人都應(yīng)該知道該怎么計(jì)算吧，所以，只是希望大家在選擇之前，先了解單片機(jī)的這些參數(shù)，然后，根據(jù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算時(shí)一定要留一定的預(yù)留空間。

IOL,IOH究竟指的是什么？

在看一些元器件的DATASHEET文件時(shí)，經(jīng)常會(huì)碰到元器件的參數(shù)，IOL,IOH,IIL,IIH,我也知道他們指的是輸入輸出高低電平時(shí)的最大最小電流，但在連接時(shí)他們之間的匹配問(wèn)題一直很模糊，如：IOL=1.5MA; IOH=-300UA

另一個(gè)的輸入為：

IIL=-100UA; IIH=10UA;

他們之間是否能直接相接？IOL,IOH，究竟指的是什么？是驅(qū)動(dòng)么？

參考答案：

IIL和IIH表示輸入高低電平時(shí)的電流值，-號(hào)表示從器件流出電流。

IOL和IOH表示輸出為低、高電平時(shí)的電流值，同樣-號(hào)表示從器件流出的電流。

你所說(shuō)的第一個(gè)器件表示在輸出低電平的時(shí)候可以吸收（流入）1.5mA電流，輸出為高電平的時(shí)候，可以輸出300uA電流。第二個(gè)器件表示在輸入低的時(shí)候會(huì)流出100uA電流，輸入高的時(shí)候?qū)⑽?0uA電流。 |IOL|> |IIL|，|IOH|> |IIH|，就表示輸出器件可以帶動(dòng)輸入器件。

4、上下拉電阻

電阻的又一應(yīng)用就是上下拉電阻，上拉就是將不確定的信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻鉗位在高電平，電阻同時(shí)起限流作用。下拉同理。也是是將不確定的信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻鉗位在低電平。

上拉是對(duì)器件輸入電流，下拉是輸出電流；強(qiáng)弱只是上拉電阻的阻值不同，沒(méi)有什么嚴(yán)格區(qū)分；對(duì)于非集電極（或漏極）開路輸出型電路（如普通門電路）提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。

*1 當(dāng)TTL電路驅(qū)動(dòng)CMOS電路時(shí)，如果電路輸出的高電平低于CMOS電路的最低高電平（一般為3.5V）， 這時(shí)就需要在TTL的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。

*2 OC門電路必須使用上拉電阻，以提高輸出的高電平值。

*3 為增強(qiáng)輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力，有的單片機(jī)管腳上也常使用上拉電阻。

*4 在CMOS芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻以降低輸入阻抗， 提供泄荷通路。

*5 芯片的管腳加上拉電阻來(lái)提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號(hào)的噪聲容限，增強(qiáng)抗干擾能力。

*6 提高總線的抗電磁干擾能力，管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。

*7 長(zhǎng)線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上、下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。

上拉電阻

就是從電源高電平引出的電阻接到輸出端

*1 如果電平用OC(集電極開路，TTL)或OD(漏極開路，CMOS)輸出，那么不用上拉電阻是不能工作的， 這個(gè)很容易理解，管子沒(méi)有電源就不能輸出高電平了。

*2 如果輸出電流比較大，輸出的電平就會(huì)降低（電路中已經(jīng)有了一個(gè)上拉電阻，但是電阻太大，壓降太高），就可以用上拉電阻提供電流分量， 把電平“拉高”。（就是并一個(gè)電阻在IC內(nèi)部的上拉電阻上，這時(shí)總電阻減小，總電流增大）。當(dāng)然管子按需要工作在線性范圍的上拉電阻不能太小。當(dāng)然也會(huì)用這個(gè)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)門電路電平的匹配。

為什么要使用上拉電阻

一般作單鍵觸發(fā)使用時(shí)，如果IC本身沒(méi)有內(nèi)接電阻，為了使單鍵維持在不被觸發(fā)的狀態(tài)或是觸發(fā)后回到原狀態(tài)，必須在IC外部另接一電阻。

數(shù)字電路有三種狀態(tài)：高電平、低電平、和高阻狀態(tài)，有些應(yīng)用場(chǎng)合不希望出現(xiàn)高阻狀態(tài)，可以通過(guò)上拉電阻或下拉電阻的方式使處于穩(wěn)定狀態(tài)，具體視設(shè)計(jì)要求而定！

一般說(shuō)的是I/O端口，有的可以設(shè)置，有的不可以設(shè)置，有的是內(nèi)置，有的是需要外接，I/O端口的輸出類似于一個(gè)三極管的C，當(dāng)C接通過(guò)一個(gè)電阻和電源連接在一起的時(shí)候，該電阻成為上拉電阻，也就是說(shuō)，該端口正常時(shí)為高電平；C通過(guò)一個(gè)電阻和地連接在一起的時(shí)候，該電阻稱為下拉電阻。

上拉電阻是用來(lái)解決總線驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)提供電流的問(wèn)題的。一般說(shuō)法是上拉增大電流，下拉電阻是用來(lái)吸收電流。

5、典型應(yīng)用

*1 固定電平

在外設(shè)沒(méi)有收到控制時(shí)，我們需要把某一外設(shè)或單片機(jī)I/O端口固定在某一固定電平上時(shí)，需要根據(jù)需要接上下拉電阻，例如：

上圖中，對(duì)于按鍵輸入來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有按下按鍵時(shí)，如果沒(méi)有上拉電阻的存在，單片機(jī)端口將處于懸乎狀態(tài)，沒(méi)有確定電平，當(dāng)然如果有內(nèi)部上拉電阻的單片機(jī)除外，加上上拉電阻會(huì)，在沒(méi)有按鍵時(shí)，單片機(jī)端口保持高電平，有按鍵時(shí)，單片機(jī)端口將輸入低電平。而對(duì)于蜂鳴器來(lái)說(shuō)，由于和按鍵有同樣的效果，不加上拉電阻，無(wú)法區(qū)別在沒(méi)有單片機(jī)控制時(shí)，三極管的工作狀態(tài)，所以，必須加上上拉電阻以保障無(wú)單片機(jī)控制時(shí)，三極管截止，蜂鳴器不工作。

*2 電平輸入

有時(shí)候由于器件自身設(shè)計(jì)的原因，如果不接外部上下拉電阻，設(shè)備無(wú)法正常實(shí)現(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換。例如，對(duì)于開漏輸出的I2C總線來(lái)說(shuō)，如果不接上拉電阻，其只能輸出低電平，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高電平輸出，加上上拉電阻，保證在沒(méi)有控制信號(hào)時(shí)，通過(guò)上拉電阻實(shí)現(xiàn)高電平。

單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)之二：電容

電容，作為電子電路的又一基本元器件，大家也是熟悉不過(guò)的了。下面我們談?wù)勲娙莸囊恍┗緫?yīng)用及注意事項(xiàng)。但是，由于電容的應(yīng)用非常廣泛，未必能面面俱到，如果有網(wǎng)友覺(jué)得沒(méi)有談到的地方，希望公共完善。

1、概念

電容（Capacitance）亦稱作“電容量”，是指在給定電位差下的電荷儲(chǔ)藏量，記為C，國(guó)際單位是法拉（F）。一般來(lái)說(shuō)，電荷在電場(chǎng)中會(huì)受力而移動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動(dòng)而使得電荷累積在導(dǎo)體上，造成電荷的累積儲(chǔ)存，儲(chǔ)存的電荷量則稱為電容。電容是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于隔直、耦合、旁路、濾波、調(diào)諧回路、能量轉(zhuǎn)換、控制電路等方面。

電容（或稱電容量）是表現(xiàn)電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。

電容從物理學(xué)上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲(chǔ)介質(zhì)，可能電荷會(huì)永久存在，這是它的特征，它的用途較廣，它是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、濾波、補(bǔ)償、充放電、儲(chǔ)能、隔直流等電路中。

在電路學(xué)里，給定電勢(shì)差，電容器儲(chǔ)存電荷的能力，稱為電容（capacitance），標(biāo)記為C。采用國(guó)際單位制，電容的單位是法拉（farad），標(biāo)記為F。

電容的符號(hào)是C。

C=εS/d=εS/4πkd（真空）=Q/U

在國(guó)際單位制里，電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法，

符號(hào)是F，由于法拉這個(gè)單位太大，所以常用的電容單位有毫法（mF）、微法（μF）、納法（nF）和皮法（pF）等，換算關(guān)系是：

1法拉（F）= 1000毫法（mF）=1000000微法（μF）

1微法（μF）= 1000納法（nF）= 1000000皮法（pF）。

電容與電池容量的關(guān)系：

1伏安時(shí)=1瓦時(shí)=3600焦耳

w=0.5cuu

一個(gè)電容器，如果帶1庫(kù)的電量時(shí)兩級(jí)間的電勢(shì)差是1伏，這個(gè)電容器的電容就是1法，即：C=Q/U 但電容的大小不是由Q（帶電量）或U（電壓）決定的，即：C=εS/4πkd 。其中，ε是一個(gè)常數(shù)，S為電容極板的正對(duì)面積，d為電容極板的距離，k則是靜電力常量。常見(jiàn)的平行板電容器，電容為C=εS/d（ε為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為極板面積，d為極板間的距離）。

定義式：C=Q/U

電容器的電勢(shì)能計(jì)算公式：E=CU^2/2=QU/2=Q^2/2C

多電容器并聯(lián)計(jì)算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn

多電容器串聯(lián)計(jì)算公式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn

三電容器串聯(lián)：C=（C1*C2*C3）/（C1*C2+C2*C3+C1*C3）

電容是指容納電場(chǎng)的能力。任何靜電場(chǎng)都是由許多個(gè)電容組成，有靜電場(chǎng)就有電容，電容是用靜電場(chǎng)描述的。一般認(rèn)為：孤立導(dǎo)體與無(wú)窮遠(yuǎn)處構(gòu)成電容，導(dǎo)體接地等效于接到無(wú)窮遠(yuǎn)處，并與大地連接成整體。

2、電容的應(yīng)用

根據(jù)電容在電路中的不同位置，電容表現(xiàn)著不同的狀態(tài)，常見(jiàn)的分類如下：

*1 按照結(jié)構(gòu)分三大類：固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器；

*2 按電解質(zhì)分類有：有機(jī)介質(zhì)電容器、無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器、電解電容器和空氣介質(zhì)電容器等；

*3 按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器；

*4 頻旁路：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器；

*5 低頻旁路：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器；

*6 濾波：鋁電解電容器、紙介電容器、復(fù)合紙介電容器、液體鉭電容器；

*7 調(diào)諧：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器；

*8 高頻耦合：陶瓷電容器、云母電容器、聚苯乙烯電容器；

*9 低耦合：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器；

*10 小型電容：金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電 容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸電容器、聚丙烯電容器、云母電容器。

電容作用

*電容器的基本作用就是充電與放電，但由這種基本充放電作用所延伸出來(lái)的許多電路現(xiàn)象，使得電容器有著種種不同的用途，例如：在電動(dòng)馬達(dá)中，用它來(lái)產(chǎn)生相移；在照相閃光燈中，用它來(lái)產(chǎn)生高能量的瞬間放電等等。而在電子電路中，電容器不同性質(zhì)的用途尤多，這許多不同的用途，雖然也有截然不同之處，但因其作用均來(lái)自充電與放電。

下面是一些電容的作用列表：

耦合電容：用在耦合電路中的電容稱為耦合電容，在阻容耦合放大器和其他電容耦合電路中大量使用這種電容電路，起隔直流通交流作用。

濾波電容：用在濾波電路中的電容器稱為濾波電容，在電源濾波和各種濾波器電路中使用這種電容電路，濾波電容將一定頻段內(nèi)的信號(hào)從總信號(hào)中去除。

退耦電容：用在退耦電路中的電容器稱為退耦電容，在多級(jí)放大器的直流電壓供給電路中使用這種電容電路，退耦電容消除每級(jí)放大器之間的有害低頻交連。

高頻消振電容：用在高頻消振電路中的電容稱為高頻消振電容，在音頻負(fù)反饋放大器中，為了消振可能出現(xiàn)的高頻自激，采用這種電容電路，以消除放大器可能出現(xiàn)的高頻嘯叫。

諧振電容：用在LC諧振電路中的電容器稱為諧振電容，LC并聯(lián)和串聯(lián)諧振電路中都需這種電容電路。

旁路電容：用在旁路電路中的電容器稱為旁路電容，電路中如果需要從信號(hào)中去掉某一頻段的信號(hào)，可以使用旁路電容電路，根據(jù)所去掉信號(hào)頻率不同，有全頻域（所有交流信號(hào)）旁路電容電路和高頻旁路電容電路。

中和電容：用在中和電路中的電容器稱為中和電容。在收音機(jī)高頻和中頻放大器，電視機(jī)高頻放大器中，采用這種中和電容電路，以消除自激。

定時(shí)電容：用在定時(shí)電路中的電容器稱為定時(shí)電容。在需要通過(guò)電容充電、放電進(jìn)行時(shí)間控制的電路中使用定時(shí)電容電路，電容起控制時(shí)間常數(shù)大小的作用。

積分電容：用在積分電路中的電容器稱為積分電容。在電勢(shì)場(chǎng)掃描的同步分離電路中，采用這種積分電容電路，可以從場(chǎng)復(fù)合同步信號(hào)中取出場(chǎng)同步信號(hào)。

微分電容：用在微分電路中的電容器稱為微分電容。在觸發(fā)器電路中為了得到尖頂觸發(fā)信號(hào)，采用這種微分電容電路，以從各類（主要是矩形脈沖）信號(hào)中得到尖頂脈沖觸發(fā)信號(hào)。

補(bǔ)償電容：用在補(bǔ)償電路中的電容器稱為補(bǔ)償電容，在卡座的低音補(bǔ)償電路中，使用這種低頻補(bǔ)償電容電路，以提升放音信號(hào)中的低頻信號(hào)，此外，還有高頻補(bǔ)償電容電路。

自舉電容：用在自舉電路中的電容器稱為自舉電容，常用的OTL功率放大器輸出級(jí)電路采用這種自舉電容電路，以通過(guò)正反饋的方式少量提升信號(hào)的正半周幅度。

分頻電容：在分頻電路中的電容器稱為分頻電容，在音箱的揚(yáng)聲器分頻電路中，使用分頻電容電路，以使高頻揚(yáng)聲器工作在高頻段，中頻揚(yáng)聲器工作在中頻段，低頻揚(yáng)聲器工作在低頻段。

負(fù)載電容：是指與石英晶體諧振器一起決定負(fù)載諧振頻率的有效外界電容。負(fù)載電容常用的標(biāo)準(zhǔn)值有16pF、20pF、30pF、50pF和100pF。負(fù)載電容可以根據(jù)具體情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，通過(guò)調(diào)整一般可以將諧振器的工作頻率調(diào)到標(biāo)稱值。

調(diào)諧電容：連接在諧振電路的振蕩線圈兩端，起到選擇振蕩頻率的作用。

襯墊電容：與諧振電路主電容串聯(lián)的輔助性電容，調(diào)整它可使振蕩信號(hào)頻率范圍變小，并能顯著地提高低頻端的振蕩頻率。

中和電容：并接在三極管放大器的基極與發(fā)射極之間，構(gòu)成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，以抑制三極管極間電容造成的自激振蕩。

穩(wěn)頻電容：在振蕩電路中，起穩(wěn)定振蕩頻率的作用。

定時(shí)電容：在RC時(shí)間常數(shù)電路中與電阻R串聯(lián)，共同決定充放電時(shí)間長(zhǎng)短的電容。

加速電容：接在振蕩器反饋電路中，使正反饋過(guò)程加速，提高振蕩信號(hào)的幅度。

縮短電容：在UHF高頻頭電路中，為了縮短振蕩電感器長(zhǎng)度而串聯(lián)的電容。

克拉波電容：在電容三點(diǎn)式振蕩電路中，與電感振蕩線圈串聯(lián)的電容，起到消除晶體管結(jié)電容對(duì)頻率穩(wěn)定性影響的作用。

錫拉電容：在電容三點(diǎn)式振蕩電路中，與電感振蕩線圈兩端并聯(lián)的電容，起到消除晶體管結(jié)電容的影響，使振蕩器在高頻端容易起振。

穩(wěn)幅電容：在鑒頻器中，用于穩(wěn)定輸出信號(hào)的幅度。

預(yù)加重電容：為了避免音頻調(diào)制信號(hào)在處理過(guò)程中造成對(duì)分頻量衰減和丟失，而設(shè)置的RC高頻分量提升網(wǎng)絡(luò)電容。

去加重電容：為了恢復(fù)原伴音信號(hào)，要求對(duì)音頻信號(hào)中經(jīng)預(yù)加重所提升的高頻分量和噪聲一起衰減掉，設(shè)置RC在網(wǎng)絡(luò)中的電容。

移相電容：用于改變交流信號(hào)相位的電容。

反饋電容：跨接于放大器的輸入與輸出端之間，使輸出信號(hào)回輸?shù)捷斎攵说碾娙荨?/span>

降壓限流電容：串聯(lián)在交流回路中，利用電容對(duì)交流電的容抗特性，對(duì)交流電進(jìn)行限流，從而構(gòu)成分壓電路。

逆程電容：用于行掃描輸出電路，并接在行輸出管的集電極與發(fā)射極之間，以產(chǎn)生高壓行掃描鋸齒波逆程脈沖，其耐壓一般在1500伏以上。

S校正電容：串接在偏轉(zhuǎn)線圈回路中，用于校正顯像管邊緣的延伸線性失真。

自舉升壓電容：利用電容器的充、放電儲(chǔ)能特性提升電路某點(diǎn)的電位，使該點(diǎn)電位達(dá)到供電端電壓值的2倍。

消亮點(diǎn)電容：設(shè)置在視放電路中，用于關(guān)機(jī)時(shí)消除顯像管上殘余亮點(diǎn)的電容。

軟啟動(dòng)電容：一般接在開關(guān)電源的開關(guān)管基極上，防止在開啟電源時(shí)，過(guò)大的浪涌電流或過(guò)高的峰值電壓加到開關(guān)管基極上，導(dǎo)致開關(guān)管損壞。

啟動(dòng)電容：串接在單相電動(dòng)機(jī)的副繞組上，為電動(dòng)機(jī)提供啟動(dòng)移相交流電壓，在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后與副繞組斷開。

運(yùn)轉(zhuǎn)電容：與單相電動(dòng)機(jī)的副繞組串聯(lián)，為電動(dòng)機(jī)副繞組提供移相交流電流。在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，與副繞組保持串接。

3、去耦電容

電容的應(yīng)用很廣泛，其中最為常見(jiàn)的就是去耦電容。該一般應(yīng)用在電源的旁邊，作為是為了降低電源對(duì)地的交流阻抗（也稱為旁路電容）。在沒(méi)有這個(gè)電容時(shí)，電路的交流特性變得很奇特，嚴(yán)重時(shí)電路產(chǎn)生振蕩。為此，單片機(jī)及其他外圍器件的每一個(gè)電源輸入腳都應(yīng)該加上一個(gè)旁路電容。

電容的阻抗為1/(2π*f*C)，頻率越高，阻抗應(yīng)該越小。在結(jié)構(gòu)上，小容量的電容器在高的頻率處，而大容量的電容器則在較低的頻率處，電容的阻抗變得最低。因此，在電源上并聯(lián)一個(gè)小容量電容和一個(gè)大容量電容是很有必要的，這樣在很寬的頻率范圍降低電源對(duì)地的阻抗。

小容量的電容器是在高頻情況下降低阻抗的，所以如果不配置在電路附近，則電容器的引線增長(zhǎng)，由于引線本身的阻抗，電源的阻抗不能降低。使用在使用小電容時(shí)，一定將盡量靠近器件的電源輸入腳，否則就算添加了這個(gè)電容也沒(méi)有任何意義。大容量電容器由于其低頻特性，在布局時(shí)可以適當(dāng)離器件遠(yuǎn)些也沒(méi)有問(wèn)題。在低頻電路上即使沒(méi)有小電容C1，電路也能正常工作。但是在高頻電路中，比起大電容C2來(lái)說(shuō)，C1起著更為重要的作用。

通常小容量的電容器是0.01~0.1uF的陶瓷電容器（薄膜電容器為NG），大容量的電容器是1~100uF的鋁電解電容。在實(shí)際應(yīng)用中，小容量電容器常取104電容，大容量電容器常取10uF電容。

從習(xí)慣上來(lái)說(shuō)，旁路電容也有大小兩個(gè)電容，形成兩條通路，也保證電路的可靠性。

電源是使電路進(jìn)行工作的基礎(chǔ)，因此，旁路電容可以認(rèn)為是電路工作的“保險(xiǎn)金”。在電路圖中，一定要添加旁路電容，所以，從一個(gè)人的對(duì)旁路電容的應(yīng)用，特別是布局就可以看出，其是否是高手了。

4、耦合電容

耦合電容，又稱電場(chǎng)耦合或靜電耦合，是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的一種耦合方式。耦合電容器是使得強(qiáng)電和弱電兩個(gè)系統(tǒng)通過(guò)電容器耦合并隔離，提供高頻信號(hào)通路，阻止工頻電流進(jìn)入弱電系統(tǒng)，保證人身安全。帶有電壓抽取裝置的耦合電容器除以上作用外，還可抽取工頻電壓供保護(hù)及重合閘使用，起到電壓互感器的作用。

電容耦合的作用是將交流信號(hào)從前一級(jí)傳到下一級(jí)。耦合的方法還有直接耦合和變壓器耦合的方法。直接耦合效率最高，信號(hào)又不失真，但是，前后兩級(jí)工作點(diǎn)的調(diào)整比較復(fù)雜，相互牽連。為了使后一級(jí)的工作點(diǎn)不受前一級(jí)的影響，就需要在直流方面把前一級(jí)和后一級(jí)分開，同時(shí)，又能使交流信號(hào)從前一級(jí)順利的傳遞到后一級(jí)，同時(shí)能完成這一任務(wù)的方法就是采用電容傳輸或者變壓器傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)。他們都能傳遞交流信號(hào)和隔斷直流，使前后級(jí)的工作點(diǎn)互不牽連。但不同的是，用電容傳輸時(shí)，信號(hào)的相位要延遲一些，用變壓器傳輸時(shí)，信號(hào)的高頻成分要損失一些。一般情況下，小信號(hào)傳輸時(shí)，常用電容作為耦合元件，大信號(hào)或者強(qiáng)信號(hào)傳輸時(shí)，常用變壓器作為耦合元件。

耦合電容利用了電容最為主要的一個(gè)特性：隔直傳交。通過(guò)這一特性，可以很好的把直流電路與交流電路進(jìn)行耦合，以保障其相互協(xié)調(diào)工作。對(duì)于單片機(jī)外圍電路來(lái)說(shuō)，使用比較多的耦合電容是，單片機(jī)需要與交流信號(hào)進(jìn)行通信的地方，例如：ADC和DAC。

在AD于DA電路上，我們需要把數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，為保障數(shù)字喜歡與模擬喜歡的互不干涉，我們往往需要在單片機(jī)的輸入端或輸出端串聯(lián)一個(gè)電容，對(duì)電路進(jìn)行耦合。

由于耦合電容和負(fù)載R1直接形成了高通濾波器，會(huì)因?yàn)檩敵龆私硬煌敵鲭娐返妮斎胱杩?，電容?yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的變化。為此，預(yù)先考慮接什么樣的負(fù)載是至關(guān)重要的。

5、起振電容

用于振蕩回路中，與電感或電阻配合，決定振蕩頻率（時(shí)間）的電容稱之為振蕩電容。

查了數(shù)據(jù)手冊(cè)得知實(shí)際頻率和標(biāo)稱頻率之間的關(guān)系：

Fx = F0(1+C1/(C0+CL))^(1/2);

而 CL = Cg*Cd/(Cg+Cd)+Cs;其中Cs為雜散電容，Cg和Cd為我們外部加的兩個(gè)電容，通常大家取值相等，它們對(duì)串聯(lián)起來(lái)加上雜散電容即為晶振的負(fù)載電容CL.

具體公式不用細(xì)想，我們可以從中得知負(fù)載電容的減小可以使實(shí)際頻率Fx變大，

我們可以改變的只有Cg和Cd，通過(guò)初步的計(jì)算發(fā)現(xiàn)CL改變1pF,Fx可以改變幾百Hz。

原有電路使用的是33pF的兩個(gè)電容，則并聯(lián)起來(lái)是16.5pF，我們的貼片電容只有27pF,33pF，39pF,所以我們選用了27pF和39pF并聯(lián)，則電容為15.95pF。電容焊好后，測(cè)量比原來(lái)大了200多赫茲，落在了設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

結(jié)論：晶振電路上的兩個(gè)電容可以不相等，通過(guò)微調(diào)電容的值可以微調(diào)晶振的振蕩頻率，不過(guò)如果你測(cè)了幾片晶振，頻率有大有小，而且偏移較大，那么這個(gè)晶振就是不合格的。

對(duì)于這電容來(lái)說(shuō)，大家應(yīng)該再熟悉不過(guò)了，基本上，沒(méi)有一個(gè)帶有微處理器的電路都至少有一個(gè)帶有起振電容的電路。雖然，大多是情況下，我們都是按照經(jīng)驗(yàn)選擇這兩個(gè)電容。實(shí)際上，這樣不科學(xué)，有的時(shí)候晶振并不會(huì)工作。所以，選擇合適是起振電容還是很有必要的。實(shí)際上，不同的晶振，起需要的起振電容是不同的，在購(gòu)買晶振時(shí)應(yīng)該選擇合適的晶振，一般來(lái)說(shuō)在晶振的數(shù)據(jù)手冊(cè)上也提供了選擇起振電容的依據(jù)。

不管怎么說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，我們還是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)是有電容：

在單片機(jī)的主時(shí)鐘輸入電路中，一般可以選擇22pF左右的起振電容，而在RTC時(shí)鐘中選擇6pF的起振電容，是沒(méi)有問(wèn)題的。當(dāng)然，如果對(duì)時(shí)鐘的要求比較嚴(yán)格時(shí)，還是建議參考晶振數(shù)據(jù)手冊(cè)，選擇電容。

6、復(fù)位電容

如圖所示是電容復(fù)位電路。Al是CPU集成電路,①腳是集成電路Al的復(fù)位引腳,復(fù)位引腳一般用RESET表示,①腳內(nèi)電路和外電路中的元件構(gòu)成復(fù)位電路,Cl是復(fù)位電容,Sl是手動(dòng)復(fù)位開關(guān)。這一復(fù)位電路的工作原理:I集成電路Al的①腳內(nèi)電路有一個(gè)斯密特觸發(fā)器和一個(gè)提拉電阻R1,它一端接在直流電壓+5V上,另一端通過(guò)Al的①腳與外電路中的電容C1相連。

電路的電源開關(guān)接通后,+5V直流電壓通過(guò)電阻R1對(duì)電容C1充電,這樣在電源接通瞬間電容Cl兩端沒(méi)有電壓(因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔?,隨著對(duì)電容Cl的充電,集成電路Al的①腳上的電壓開始升高,這樣可在Al的①腳上產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間足夠長(zhǎng)的復(fù)位脈沖,時(shí)間常數(shù)一般為0.2s.

隨著+5V直流電壓的充電,Al的①腳上的電壓達(dá)到了一定值,集成電路Al內(nèi)部所有電路均可建立起初始狀態(tài),復(fù)位工作完成,CPU進(jìn)入初始的正常工作狀態(tài)。這一復(fù)位電路的目的:使集成電路Al的復(fù)位引腳①腳上直流電壓的建立滯后于集成電路Al的+5V直流工作電壓規(guī)定的時(shí)間,如圖5-69所示的電壓波形可以說(shuō)明這一問(wèn)題。

單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)之三：電感

電感作為一種能夠改變電流的特殊器件，在數(shù)字電路中應(yīng)用相對(duì)比較少，一般都應(yīng)用在與電源相關(guān)的部分。

1、概念

電感（inductance of an ideal inductor）是閉合回路的一種屬性。當(dāng)線圈通過(guò)電流后，在線圈中形成磁場(chǎng)感應(yīng)，感應(yīng)磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流來(lái)抵制通過(guò)線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱為電的感抗，也就是電感，單位是“亨利（H）”。

電感是閉合回路的一種屬性，即當(dāng)通過(guò)閉合回路的電流改變時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)來(lái)抵抗電流的改變。這種電感稱為自感（self-inductance），是閉合回路自己本身的屬性。假設(shè)一個(gè)閉合回路的電流改變，由于感應(yīng)作用而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)于另外一個(gè)閉合回路，這種電感稱為互感（mutual inductance）。

自感

當(dāng)線圈中有電流通過(guò)時(shí)，線圈的周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，其周圍的磁場(chǎng)也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，此變化的磁場(chǎng)可使線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感生電動(dòng)勢(shì)）（電動(dòng)勢(shì)用以表示有源元件理想電源的端電壓），這就是自感。

互感

兩個(gè)電感線圈相互靠近時(shí)，一個(gè)電感線圈的磁場(chǎng)變化將影響另一個(gè)電感線圈，這種影響就是互感?；ジ械拇笮∪Q于電感線圈的自感與兩個(gè)電感線圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。

電感符號(hào)：L

電感單位：亨（H）、毫亨（mH）、微亨（μH），換算關(guān)系為

1H=10^3mH=10^6μH=10^9nH。

換算：數(shù)值X10的n次方 如103 即為10X10的三次方nh 為10uh

除此外還有一般電感和精密電感之分

一般電感：誤差值為20%，用M表示；誤差值為10%，用K表示。

精密電感：誤差值為5%，用J表示；誤差值為1%，用F表示。

如：100M，即為10μH，誤差20%。

2、電感應(yīng)用

電感是用絕緣導(dǎo)線(例如漆包線,沙包線等)繞制而成的電磁感應(yīng)元件。屬于常用元件。

電感的作用:通直流阻交流這是簡(jiǎn)單的說(shuō)法，對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行隔離,濾波或與電容器,電阻器等組成諧振電路.

調(diào)諧與選頻電感的作用：電感線圈與電容器并聯(lián)可組成LC調(diào)諧電路。即電路的固有振蕩頻率f0與非交流信號(hào)的頻率f相等，則回路的感抗與容抗也相等，于是電磁能量就在電感、電容之間來(lái)回振蕩，這就是LC回路的諧振現(xiàn)象。諧振時(shí)由于電路的感抗與容抗等值又反向，因此回路總電流的感抗最小，電流量最大（指f=f0的交流信號(hào)），所以LC諧振電路具有選擇頻率的作用，能將某一頻率f的交流信號(hào)選擇出來(lái)。

磁環(huán)電感的作用：磁環(huán)與連接電纜構(gòu)成一個(gè)電感器(電纜中的導(dǎo)線在磁環(huán)上繞幾圈作為電感線圈)，它是電子電路中常用的抗干擾元件，對(duì)于高頻噪聲有很好的屏蔽作用，故被稱為吸收磁環(huán)，由于通常使用鐵氧體材料制成，所以又稱鐵氧體磁環(huán)(簡(jiǎn)稱磁環(huán))。在圖中，上面為一體式磁環(huán)，下面為帶安裝夾的磁環(huán)。磁環(huán)在不同的頻率下有不同的阻抗特牲。一般在低頻時(shí)阻抗很小，當(dāng)信號(hào)頻率升高后磁環(huán)的阻抗急劇變大?？梢?jiàn)電感的作用如此之大，大家都知道，信號(hào)頻率越高，越容易輻射出去，而一般的信號(hào)線都是沒(méi)有屏蔽層的，這些信號(hào)線就成了很好的天線，接收周圍環(huán)境中各種雜亂的高頻信號(hào)，而這些信號(hào)疊加在原來(lái)傳輸?shù)男盘?hào)上，甚至?xí)淖冊(cè)瓉?lái)傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)，嚴(yán)重干擾電子設(shè)備的正常工作，因此降低電子設(shè)備的電磁干擾(EM)已經(jīng)是必須考慮的問(wèn)題。在磁環(huán)作用下，即使正常有用的信號(hào)順利地通過(guò)，又能很好地抑制高頻于擾信號(hào)，而且成本低廉。

電感的作用還有篩選信號(hào)、過(guò)濾噪聲、穩(wěn)定電流及抑制電磁波干擾等重要的作用。

電感的主要參數(shù)有電感量、允許偏差、品質(zhì)因數(shù)、分布電容及額定電流等。

電感量

電感量也稱自感系數(shù)，是表示電感器產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個(gè)物理量。

電感器電感量的大小，主要取決于線圈的圈數(shù)（匝數(shù)）、繞制方式、有無(wú)磁心及磁心的材料等等。通常，線圈圈數(shù)越多、繞制的線圈越密集，電感量就越大。有磁心的線圈比無(wú)磁心的線圈電感量大；磁心導(dǎo)磁率越大的線圈，電感量也越大。

電感量的基本單位是亨利（簡(jiǎn)稱亨），用字母“H”表示。常用的單位還有毫亨（mH）和微亨（μH），它們之間的關(guān)系是：

1H=1000mH

1mH=1000μH

允許偏差

允許偏差是指電感器上標(biāo)稱的電感量與實(shí)際電感的允許誤差值。

一般用于振蕩或?yàn)V波等電路中的電感器要求精度較高，允許偏差為±0.2%~±0.5%；而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高；允許偏差為±10%~15%。

品質(zhì)因數(shù)

品質(zhì)因數(shù)也稱Q值或優(yōu)值，是衡量電感器質(zhì)量的主要參數(shù)。

它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時(shí)，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高。

電感器品質(zhì)因數(shù)的高低與線圈導(dǎo)線的直流電阻、線圈骨架的介質(zhì)損耗及鐵心、屏蔽罩等引起的損耗等有關(guān)。

分布電容

分布電容是指線圈的匝與匝之間，線圈與磁心之間，線圈與地之間，線圈與金屬之間都存在的電容。電感器的分布電容越小，其穩(wěn)定性越好。分布電容能使等效耗能電阻變大，品質(zhì)因數(shù)變大。減少分布電容常用絲包線或多股漆包線，有時(shí)也用蜂窩式繞線法等。

額定電流

額定電流是指電感器在允許的工作環(huán)境下能承受的最大電流值。若工作電流超過(guò)額定電流，則電感器就 會(huì)因發(fā)熱而使性能參數(shù)發(fā)生改變，甚至還會(huì)因過(guò)流而燒毀。

3、儲(chǔ)能電感

在開關(guān)電源中，由于在開關(guān)過(guò)程中輸出電流是不能間斷的，所以需要一個(gè)能夠在這個(gè)時(shí)候釋放能量的器件，這就是儲(chǔ)能電感。這個(gè)電感一直伴隨著各種開關(guān)電源。幾乎所有的開關(guān)電源都必須伴隨著這樣一個(gè)電感的存在。

例如，在單片機(jī)系統(tǒng)中最常使用的開關(guān)電源LM2576電源電路中

所有的開關(guān)調(diào)節(jié)器都有兩種基本的工作方式：即連續(xù)型和非連續(xù)型，兩者之間的區(qū)別主要在于流過(guò)電感的電流不同，即電感電流若是連續(xù)的則稱為連續(xù)型；若電感電流在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)降到零則為非連續(xù)型。每一種工作模式都可以影響開關(guān)調(diào)節(jié)器的性能和要求。當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)，在設(shè)計(jì)中可采用非連續(xù)模式。LM2576 既適用于連續(xù)型也適用于非連續(xù)型。通常情況下，連續(xù)型工作模式具有好的工作特性且能提供較大的輸出功率、較小的峰峰值電流和較小的紋波電壓。一般應(yīng)用時(shí)可根據(jù)下面公式進(jìn)行電感的選擇：（電壓?jiǎn)挝唬篤 電流單位：A）

4、隔離電感

使用電感對(duì)電源電路隔離也是比較常用的方法，在很多時(shí)候，我們需要把幾個(gè)電源相互隔離以防其相互干擾，這時(shí)候最常使用的器件就是電感（有時(shí)會(huì)使用0Ω電阻代替）。

上圖是一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)的一部分原理圖，在圖中我們可以看到。為了把單片機(jī)的數(shù)字地和模擬地進(jìn)行隔離，使用了一個(gè)10uH的電感，以保證這兩個(gè)電源的相對(duì)獨(dú)立。

單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)之四：二極管

在單片機(jī)外圍電路中，二極管的應(yīng)用也非常廣泛，而且二極管根據(jù)其應(yīng)用不同，種類非常繁多，下面我們主要談?wù)劙l(fā)光二極管、續(xù)流二極管、整流二極管、限幅二極管等。

1、概述

二極管又稱晶體二極管,簡(jiǎn)稱二極管(diode)，另外，還有早期的真空電子二極管；它是一種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個(gè)PN結(jié)兩個(gè)引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的轉(zhuǎn)導(dǎo)性。一般來(lái)講，晶體二極管是一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的p-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場(chǎng)。當(dāng)外加電壓等于零時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。

二極管（英語(yǔ)：Diode），電子元件當(dāng)中，一種具有兩個(gè)電極的裝置，只允許電流由單一方向流過(guò)。許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。而變?nèi)荻O管（Varicap Diode）則用來(lái)當(dāng)作電子式的可調(diào)電容器。

大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流（Rectifying）”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(guò)（稱為順向偏壓），反向時(shí)阻斷 （稱為逆向偏壓）。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。然而實(shí)際上二極管并不會(huì)表現(xiàn)出如此完美的開與關(guān)的方向性，而是較為復(fù)雜的非線性電子特征——這是由特定類型的二極管技術(shù)決定的。二極管使用上除了用做開關(guān)的方式之外還有很多其他的功能。

早期的二極管包含“貓須晶體（"Cat's Whisker" Crystals）”以及真空管(英國(guó)稱為“熱游離閥（Thermionic Valves）”)?，F(xiàn)今最普遍的二極管大多是使用半導(dǎo)體材料如硅或鍺。

正向性

外加正向電壓時(shí)，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱為死區(qū)。這個(gè)不能使二極管導(dǎo)通的正向電壓稱為死區(qū)電壓。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓以后，PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)被克服，二極管正向?qū)?，電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內(nèi)，導(dǎo)通時(shí)二極管的端電壓幾乎維持不變，這個(gè)電壓稱為二極管的正向電壓。當(dāng)二極管兩端的正向電壓超過(guò)一定數(shù)值Vth，內(nèi)電場(chǎng)很快被削弱，電流迅速增長(zhǎng)，二極管正向?qū)?。Vth叫做門坎電壓或閾值電壓，硅管約為0.5V，鍺管約為0.1V。硅二極管的正向?qū)▔航导s為0.6~0.8V，鍺二極管的正向?qū)▔航导s為0.2~0.3V。

反向性

外加反向電壓不超過(guò)一定范圍時(shí)，通過(guò)二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一般硅管的反向電流比鍺管小得多，小功率硅管的反響飽和電流在nA數(shù)量級(jí)，小功率鍺管在μA數(shù)量級(jí)。溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體受熱激發(fā)，少數(shù)截流子數(shù)目增加，反向飽和電流也隨之增加。

2、二極管的應(yīng)用

二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、硅功率開關(guān)二極管、旋轉(zhuǎn)二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成一個(gè)“PN結(jié)”。由于是點(diǎn)接觸，只允許通過(guò)較小的電流（不超過(guò)幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機(jī)的檢波等。面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過(guò)較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過(guò)較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。

半導(dǎo)體二極管主要是依靠PN結(jié)而工作的。與PN結(jié)不可分割的點(diǎn)接觸型和肖特基型，也被列入一般的二極管的范圍內(nèi)。包括這兩種型號(hào)在內(nèi)，根據(jù)PN結(jié)構(gòu)造面的特點(diǎn)，把晶體二極管分類如下：

點(diǎn)接觸型二極管

點(diǎn)接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后，再通過(guò)電流法而形成的。因此，其PN結(jié)的靜電容量小，適用于高頻電路。但是，與面結(jié)型相比較，點(diǎn)接觸型二極管正向特性和反向特性都差，因此，不能使用于大電流和整流。因?yàn)闃?gòu)造簡(jiǎn)單，所以價(jià)格便宜。

面接觸型二極管

面接觸型或稱面積型二極管的PN結(jié)是用合金法或擴(kuò)散法做成的，由于這種二極管的PN結(jié)面積大，可承受較大電流，但極間電容也大。這類器件適用于整流，而不宜用于高頻率電路中。

鍵型二極管

鍵型二極管是在鍺或硅的單晶片上熔接或銀的細(xì)絲而形成的。其特性介于點(diǎn)接觸型二極管和合金型二極管之間。與點(diǎn)接觸型相比較，雖然鍵型二極管的PN結(jié)電容量稍有增加，但正向特性特別優(yōu)良。多作開關(guān)用，有時(shí)也被應(yīng)用于檢波和電源整流（不大于50mA）。在鍵型二極管中，熔接金絲的二極管有時(shí)被稱金鍵型，熔接銀絲的二極管有時(shí)被稱為銀鍵型。

合金型二極管

在N型鍺或硅的單晶片上，通過(guò)合金銦、鋁等金屬的方法制作PN結(jié)而形成的。正向電壓降小，適于大電流整流。因其PN結(jié)反向時(shí)靜電容量大，所以不適于高頻檢波和高頻整流。

擴(kuò)散型二極管

在高溫的P型雜質(zhì)氣體中，加熱N型鍺或硅的單晶片，使單晶片表面的一部變成P型，以此法PN結(jié)。因PN結(jié)正向電壓降小，適用于大電流整流。最近，使用大電流整流器的主流已由硅合金型轉(zhuǎn)移到硅擴(kuò)散型。

臺(tái)面型二極管

PN結(jié)的制作方法雖然與擴(kuò)散型相同，但是，只保留PN結(jié)及其必要的部分，把不必要的部分用藥品腐蝕掉。其剩余的部分便呈現(xiàn)出臺(tái)面形，因而得名。初期生產(chǎn)的臺(tái)面型，是對(duì)半導(dǎo)體材料使用擴(kuò)散法而制成的。因此，又把這種臺(tái)面型稱為擴(kuò)散臺(tái)面型。對(duì)于這一類型來(lái)說(shuō)，似乎大電流整流用的產(chǎn)品型號(hào)很少，而小電流開關(guān)用的產(chǎn)品型號(hào)卻很多。

平面型二極管

在半導(dǎo)體單晶片（主要地是N型硅單晶片）上，擴(kuò)散P型雜質(zhì)，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅單晶片上僅選擇性地?cái)U(kuò)散一部分而形成的PN結(jié)。因此，不需要為調(diào)整PN結(jié)面積的藥品腐蝕作用。由于半導(dǎo)體表面被制作得平整，故而得名。并且，PN結(jié)合的表面，因被氧化膜覆蓋，所以公認(rèn)為是穩(wěn)定性好和壽命長(zhǎng)的類型。最初，對(duì)于被使用的半導(dǎo)體材料是采用外延法形成的，故又把平面型稱為外延平面型。對(duì)平面型二極管而言，似乎使用于大電流整流用的型號(hào)很少，而作小電流開關(guān)用的型號(hào)則很多。

合金擴(kuò)散型二極管

它是合金型的一種。合金材料是容易被擴(kuò)散的材料。把難以制作的材料通過(guò)巧妙地?fù)脚潆s質(zhì)，就能與合金一起過(guò)擴(kuò)散，以便在已經(jīng)形成的PN結(jié)中獲得雜質(zhì)的恰當(dāng)?shù)臐舛确植?。此法適用于制造高靈敏度的變?nèi)荻O管。

外延型二極管

用外延面長(zhǎng)的過(guò)程制造PN結(jié)而形成的二極管。制造時(shí)需要非常高超的技術(shù)。因能隨意地控制雜質(zhì)的不同濃度的分布，故適宜于制造高靈敏度的變?nèi)荻O管。

肖特基二極管

基本原理是：在金屬（例如鉛）和半導(dǎo)體（N型硅片）的接觸面上，用已形成的肖特基來(lái)阻擋反向電壓。肖特基與PN結(jié)的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長(zhǎng)是：開關(guān)速度非常快：反向恢復(fù)時(shí)間trr特別地短。因此，能制作開關(guān)二極和低壓大電流整流二極管。

3、發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是學(xué)習(xí)單片機(jī)的入門器件，因?yàn)槠淞翜鐮顟B(tài)能夠清晰的體現(xiàn)出單片機(jī)關(guān)鍵的電平狀態(tài)。當(dāng)然，作為指示電路，LED也是必不可少的。

LED的基本架構(gòu)如上圖，只要在LED的兩個(gè)管腳上添加正確的電壓，LED就可以發(fā)光，那么應(yīng)該在LED管腳上添加多少伏電壓呢？

有的網(wǎng)友可能已經(jīng)使用過(guò)多種LED了吧，不過(guò)，不知道你是否知道LED的工作電壓？不同顏色的LED，由于使用的材料不同，其工作電壓是不同的。一般來(lái)說(shuō)紅色、黃色的LED，其工作電壓在2V左右；而藍(lán)色、綠色和白色的LED，其工作電壓在3V左右。如果設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的專門的LED發(fā)光類的產(chǎn)品（LED護(hù)欄管、LED照明燈等），應(yīng)該保證LED的工作電壓在其正常工作的電壓范圍，具體的LED燈的工作電壓可以通過(guò)LED廠家提供的LED參數(shù)確定。同時(shí)，如果要讓LED正常工作，一般其工作電流在20mA左右。當(dāng)然，如果我們使用的LED是用來(lái)作為指示用，那么并不需要LED發(fā)太亮的光，在這種情況下，一般認(rèn)為L(zhǎng)ED的工作電壓在2V左右，工作電流4mA即可，如果需要調(diào)節(jié)亮度，可以通過(guò)改變限流電阻確定。

上圖是最簡(jiǎn)單的LED應(yīng)用電路，在這個(gè)電路中需要注意的是限流電阻R1的選擇。如果該電路用于指示用，而且單片機(jī)的I/O端口可以輸出4mA左右的電流，則可以直接通過(guò)單片機(jī)端口控制，則R1的計(jì)算公式如下：

R1 = （VCC - Vled ）/ 4mA

但是，如果這個(gè)電路用作照明用，顯然是單片機(jī)的I/O端口是無(wú)法輸出這么大電流的，這是，我們可以考慮用三級(jí)管或FET來(lái)開關(guān)控制。當(dāng)然，如果作為一般指示電路使用時(shí)，如果單片機(jī)無(wú)法輸出4mA的電流時(shí)，也可用于使用三極管貨FET來(lái)驅(qū)動(dòng)LED。

4、續(xù)流二極管

我們通常所說(shuō)的“續(xù)流二極管”由于在電路中起到續(xù)流的作用而得名，一般選擇快速恢復(fù)二極管或者肖特基二極管來(lái)作為“續(xù)流二極管”，它在電路中一般用來(lái)保護(hù)元件不被感應(yīng)電壓擊穿或燒壞，以并聯(lián)的方式接到產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的元件兩端，并與其形成回路，使其產(chǎn)生的高電動(dòng)勢(shì)在回路以續(xù)電流方式消耗，從而起到保護(hù)電路中的元件不被損壞的作用。

續(xù)流二極管經(jīng)常和儲(chǔ)能元件一起使用，防止電壓電流突變，提供通路。電感可以經(jīng)過(guò)它給負(fù)載提供持續(xù)的電流，以免負(fù)載電流突變，起到平滑電流的作用。在開關(guān)電源中，就能見(jiàn)到一個(gè)由二極管和電阻串連起來(lái)構(gòu)成的的續(xù)流電路。這個(gè)電路與變壓器原邊并聯(lián)。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，續(xù)流電路可以釋放掉變壓器線圈中儲(chǔ)存的能量，防止感應(yīng)電壓過(guò)高，擊穿開關(guān)管。一般選擇快速恢復(fù)二極管或者肖特基二極管就可以了，用來(lái)把線圈產(chǎn)生的反向電勢(shì)通過(guò)電流的形式消耗掉，可見(jiàn)“續(xù)流二極管”并不是一個(gè)實(shí)質(zhì)的元件，它只不過(guò)在電路中起到的作用稱做“續(xù)流”。

例如：下面的繼電器開關(guān)電路

當(dāng)開關(guān)的負(fù)載為繼電器或電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載時(shí)，在截?cái)嗔鬟^(guò)負(fù)載的電流時(shí)（晶體管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)）會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)。這時(shí)產(chǎn)生的電壓非常大。當(dāng)這種電壓超過(guò)晶體管的集電極-基極間、集電極-發(fā)射機(jī)間電壓的最大額定值Vcbo、Vceo時(shí)，晶體管將會(huì)被擊穿。

并聯(lián)續(xù)流二極管后，而與二極管與繼電器形成閉合回路，可以放掉繼電器線圈產(chǎn)生的高達(dá)140V的反向電壓，從而保證集電極電位不高于電源電壓的0.6V，而防止晶體管被擊穿。

5、整流二極管

一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿陌雽?dǎo)體器件。通常它包含一個(gè)PN結(jié)，有正極和負(fù)極兩個(gè)端子。

整流二極管一般為平面型硅二極管，用于各種電源整流電路中。

選用整流二極管時(shí)，主要應(yīng)考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)。

普通串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路中使用的整流二極管，對(duì)截止頻率的反向恢復(fù)時(shí)間要求不高，只要根據(jù)電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管即可。例如，1N系列、2CZ系列、RLR系列等。

開關(guān)穩(wěn)壓電源的整流電路及脈沖整流電路中使用的整流二極管，應(yīng)選用工作頻率較高、反向恢復(fù)時(shí)間較短的整流二極管（例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等）或選擇快恢復(fù)二極管。還有一種肖特基整流二極管。

整流二極管一般應(yīng)用在電源電路中，常見(jiàn)的有交流變直流時(shí)的電橋。防止電源接反時(shí)的，保護(hù)二極管等等。對(duì)于這類二極管，主要應(yīng)用的是其單向?qū)щ娦?。在?shí)際的應(yīng)用中，比較常用的系列是1N系列。

半波整流

全波整流

6、穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很小的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來(lái)分檔的，因?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用.其伏安特性見(jiàn)圖1，穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來(lái)以便在較高的電壓上使用，通過(guò)串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。

這類二極管往往應(yīng)用在對(duì)電壓有一定的特殊要求的地方，高于穩(wěn)壓二極管的電壓將會(huì)被二極管吃掉，從而起到穩(wěn)壓的作用，當(dāng)然也可也到限幅的作用。這種二極管一般在單片機(jī)電路中，常用用于對(duì)輸入高電壓的信號(hào)進(jìn)行處理，以整輸入電壓在一個(gè)合理的范圍，確保不對(duì)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行破壞。

單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)之五：三極管

三級(jí)管是一起數(shù)字鍵電路的基礎(chǔ)，在數(shù)字電路中三極管一般工作在開關(guān)狀態(tài)，所以，在這里，我們將談?wù)?，三極管工作在開關(guān)狀態(tài)的一些問(wèn)題，至于放大電路的應(yīng)用，這里就不在說(shuō)明了。

1、概述

半導(dǎo)體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。在半導(dǎo)體鍺或硅的單晶上制備兩個(gè)能相互影響的PN結(jié)，組成一個(gè)PNP（或NPN）結(jié)構(gòu)。中間的N區(qū)（或P區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)射極E和集電極C，是能起放大、振蕩或開關(guān)等作用的半導(dǎo)體電子器件。

晶體三極管（以下簡(jiǎn)稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而p是加入硼取代硅，產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。對(duì)于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)，三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。

當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。在制造三極管時(shí)，有意識(shí)地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過(guò)發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過(guò)發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流了。由于基區(qū)很薄，加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過(guò)集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電極電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ibo.根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic，這就是說(shuō)，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的Ib，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：β1=Ic/Ib 式中：β1--稱為直流放大倍數(shù)，集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：β= △Ic/△Ib。式中β--稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時(shí)β1和β的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見(jiàn)，對(duì)兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，β值約為幾十至一百多。三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過(guò)電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?/span>

2、三極管工作原理

掌握三極管的工作原理，在理解電路上是非常重要的。但是在不能設(shè)計(jì)三極管電路的技術(shù)人員中，大部分都是對(duì)三極管的工作電路沒(méi)有形象的認(rèn)識(shí)。所以，如何形象認(rèn)識(shí)三極管的工作原理，成為使用和設(shè)計(jì)電路的關(guān)鍵。

由于三極管大多工作在放大狀態(tài)，這也是三極管應(yīng)用的基礎(chǔ)，下面我們將從三極管放大開始，逐步了解三極管的工作原理。

何為放大？

三極管是只具有“放大”的單功能器件，這個(gè)“放大”功能是非常有用的，在初學(xué)者看來(lái)三極管的放大工作原理應(yīng)該是如下圖所示：

實(shí)際上不是這樣的，從能量守恒可以知道，信號(hào)是不可能無(wú)緣無(wú)故被放大的，放大的信號(hào)也必定有來(lái)源。輸入小的信號(hào)，要變成放大的信號(hào)，這個(gè)能量只能來(lái)源于電源供電，即由電源輸出一個(gè)被放大的形狀相同的信號(hào)。所以，在外部看來(lái)，可以看成輸入信號(hào)被“放大”了，這就是三極管的放大原理。

工作原理

三極管的內(nèi)部工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，如下圖所示，基極與發(fā)射極之間流過(guò)的電流進(jìn)行不斷地監(jiān)視，并控制集電極與發(fā)射極之間放大的電流。也就是說(shuō)，三極管用基極電流來(lái)控制集電極和發(fā)射極之間的電流。

不管什么樣的三極管，其實(shí)其工作原理是完全一致的，從外部看來(lái)，因?yàn)樵诨鶚O輸入了一個(gè)小電流被變化而出現(xiàn)在集電極和發(fā)射極之間就出現(xiàn)了一個(gè)被放大的電流。

三極管實(shí)際上可以這樣理解，在三極管的基極和發(fā)射極之間加入了二極管，當(dāng)三極管工作時(shí)，基極與發(fā)射極之間的二極管的正向壓降為0.6~0.7V。反過(guò)來(lái)可以這樣理解，要讓三極管工作，實(shí)際上可以讓三極管里邊的二極管工作，當(dāng)這個(gè)二極管工作了，那么三極管以就工作了。

而且從上圖可以看出，由箭頭可以看出PN極的方向，同時(shí)由這個(gè)PN結(jié)就可以確定管子的類型為NPN，還是PNP了。例如上圖的第一個(gè)三極管基極的PN結(jié)的P，發(fā)射極是PN結(jié)的N，故集電極應(yīng)該為N，所以，第1個(gè)三極管為NPN型，同樣的方法可以確定第2個(gè)三極管為PNP。

兩種類型的晶體管

實(shí)際上三極管的NPN和PNP都是由兩PN結(jié)構(gòu)成。所以，我們可以認(rèn)為，三極管的基極和發(fā)射機(jī)間與基極和集電極之間連接2個(gè)二極管。在一般的放大電路中，使基極和發(fā)射極之間的二極管導(dǎo)通，使基極和集電極之間的二極管截止來(lái)設(shè)置三極管各端電位。

3、三極管開關(guān)電路

三極管可以工作在三種狀態(tài)：截止、放大、飽和。在模擬電路中，一般比較常用的是放大狀態(tài)，而在單片機(jī)外圍電路中，我們比較常用的還是其開關(guān)狀態(tài)，即工作在截止和飽和狀態(tài)。

實(shí)際上三極管的開關(guān)電路可以從放大電路逐步演變而來(lái)。如下圖所示：

上圖左邊是正常的放大電路，右邊是我們需要的開關(guān)電路。從這兩個(gè)波形不難看出，其狀態(tài)很像，只是一個(gè)是正弦波，一個(gè)是方波。如果我們把放大倍數(shù)調(diào)大，或者把輸入信號(hào)增大，那么會(huì)導(dǎo)致什么現(xiàn)象呢？這一點(diǎn)不難想象，輸入輸出信號(hào)的增大，放大波形的上下均會(huì)被切掉。切掉后的正弦波是不是很像我們的方波呢？由此可以看出，我們只需要修改這個(gè)放大電路，讓其進(jìn)入兩個(gè)極端就可以得到開關(guān)電路了。

從放大電路到開關(guān)電路

從發(fā)射極放大電路演變掉開關(guān)電路的示意圖如下：

從圖中可以看出，電路（a）去掉輸入輸出兩個(gè)耦合電容后得到了電路（b），由于放大倍數(shù)是有Rc和Re兩個(gè)電阻決定的，所以去掉Re后，得到了電路（c），同時(shí)，基極偏置電路也沒(méi)有什么必要，當(dāng)輸入信號(hào)為0V時(shí)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，如圖（d）。

為了確保在沒(méi)有任何信號(hào)輸入時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這里加上了下拉電阻R2。我們知道，如果在電路中輸入信號(hào)超過(guò)0.6V時(shí)，三極管的基極和發(fā)射極之間的二極管將導(dǎo)通，開始為電路提高基極電流，在這種狀態(tài)下，由于沒(méi)有限制電流的大小，可能會(huì)損害單片機(jī)端口和三極管，為此還需要在基極上添加一個(gè)限流電阻。至此一個(gè)開關(guān)電路就這樣演變而來(lái)。

負(fù)載放置

開關(guān)電路完成了，那么負(fù)載應(yīng)該放在什么地方呢？對(duì)于這個(gè)電路，負(fù)載的放置有兩種方式：

上圖上邊是開路集電極電路，跟負(fù)載使用電源沒(méi)有關(guān)系，只要基極有電壓，電路就能工作；而上圖下邊的是開路發(fā)射極，基極電壓與負(fù)載電源是有關(guān)系的，輸出電壓要比輸入電壓低0.6V。所以，這兩種開關(guān)電路各有優(yōu)缺點(diǎn)。上邊電路的開關(guān)速度不夠高，還必須通過(guò)添加其他器件來(lái)提高其開關(guān)速度。而下邊電路的開關(guān)速度卻非?？?，但輸入電源和輸出電源有關(guān)聯(lián)。所以，在實(shí)際的應(yīng)用中，比較常用的還是左邊的那種方式，本人也建議盡量采用上邊的（b）圖，而盡量不要應(yīng)用右邊的這兩種方式。

4、如何提高開關(guān)速度

上面提到開路集電極電路的最大缺點(diǎn)就是開關(guān)速度不夠快，在需要快速開關(guān)時(shí)，達(dá)不到我們的要求，為此下面我們看看怎么來(lái)提高其開關(guān)速度。

加速電容

如上圖所示，由于基極限流電路的作用，導(dǎo)致其開關(guān)速度受限。為此給限流電阻R1并聯(lián)一個(gè)小容量的電容器。這樣，當(dāng)輸入信號(hào)上升、下降時(shí)能夠使R1電阻瞬間被旁路并提供基極電流，從而消除開關(guān)時(shí)間滯后。

肖特基箍位

提高三極管開關(guān)速度的另外一種方法是添加肖特基二極管箍位。這里利用的是這種二極管是采用金屬與半導(dǎo)體接觸形成具有整流作用，這種二極管的開關(guān)速度很快。

5、三極管的應(yīng)用

三級(jí)管的開關(guān)應(yīng)用非常多，常見(jiàn)的有控制繼電器、控制LED、控制LCD背光、控制光耦等，一切開關(guān)電路幾乎都可以使用三極管或者需要三極管協(xié)助完成。

繼電器控制

繼電器是磁性機(jī)械開關(guān)元件，是用邏輯信號(hào)開關(guān)各種信號(hào)時(shí)使用的元件。繼電器工作電流相對(duì)比較大，直接使用單片機(jī)的I/O端口控制是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，在這種情況下，一般需要使用三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)控制。在選擇三極管時(shí)，可以使用NPN，也可以使用PNP。對(duì)于這兩種三級(jí)管來(lái)說(shuō)，唯一不同的就是驅(qū)動(dòng)電平而已，其他完全一致。

上圖是繼電器驅(qū)動(dòng)常見(jiàn)電路，這里使用的是NPN三極管，高電平控制。為保證沒(méi)有控制信號(hào)時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器不工作，這里加了一個(gè)10K的下拉電阻。為了限制基極的輸入電流，這里使用了4.3K的限流電阻，保證在單片機(jī)控制下，最大輸入電流Ib=（5-0.6）/4.3K=1mA。 同時(shí)，我們?cè)俅螐?qiáng)調(diào)，在繼電器端必須并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，否則開關(guān)繼電器的同時(shí)可能會(huì)損壞三極管，這一點(diǎn)我們?cè)谥v述二極管時(shí)已經(jīng)說(shuō)明。

LED驅(qū)動(dòng)

對(duì)于需要提供大電流才工作的LED電路，我們也必須考慮使用三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，有時(shí)甚至?xí)枰鄠€(gè)三極管同時(shí)才能驅(qū)動(dòng)。

對(duì)于上圖來(lái)說(shuō)，每一路LED的顯示和每一個(gè)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，都會(huì)使用大的電流。7段數(shù)碼管的每一段LED需要打電流大概是30mA，而其電流的控制由其串聯(lián)的限流電阻確定。我們之前也說(shuō)過(guò)，一般LED的工作壓降為2V，所以LED的工作電流I=5-2-0.6/82=30mA。

由于7段數(shù)碼管是共陰的，當(dāng)7段同時(shí)工作時(shí)輸出電流有210mA的電流，為保證其能夠正常工作，這里采用兩個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)控制。

6、總結(jié)：

雖然說(shuō)在三極管的基極和發(fā)射極之間只要有0.6V的工作電壓，三極管就可以導(dǎo)通，但是并不意味著三極管導(dǎo)通就可以在集電極和發(fā)射極之間通過(guò)任何電流。這里所謂的開關(guān)狀態(tài)是指，在集電極和發(fā)射極之間可以有電流通過(guò)。但是，在任何情況下三極管都沒(méi)有絕對(duì)的導(dǎo)通，導(dǎo)通只是相對(duì)的，基極電流越大，開關(guān)控制的輸出電流也越大。由于受到三極管本身的限制，能夠通過(guò)的電流是由限的。為此大家一定要認(rèn)識(shí)到，需要控制不同電流導(dǎo)通時(shí)，應(yīng)該采用不同的基極電流或者不同的三極管。

單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)之六：場(chǎng)效應(yīng)管

對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)說(shuō)，在大學(xué)期間老師基本沒(méi)有講，讓自己自學(xué)。到了工作的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用還是比較廣泛的。其實(shí)場(chǎng)效應(yīng)管和三極管還是很相似的。在很多應(yīng)用中，甚至可以直接貼換三極管。

1、概述

場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高（10^7～10^12Ω）、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒(méi)有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。

特點(diǎn)

與雙極型晶體管相比，場(chǎng)效應(yīng)管具有如下特點(diǎn)。

（1）場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過(guò)VGS(柵源電壓)來(lái)控制ID（漏極電流）；

（2）場(chǎng)效應(yīng)管的控制輸入端電流極小，因此它的輸入電阻(Ω)很大。

（3）它是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好；

（4）它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù)；

（5）場(chǎng)效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng)；

（6）由于不存在雜亂運(yùn)動(dòng)的電子擴(kuò)散引起的散粒噪聲，所以噪聲低。

場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下，應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管；而在信號(hào)電壓較低，又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下，應(yīng)選用晶體管。場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是既有多數(shù)載流子，也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電，被稱之為雙極型器件。

2、工作原理

和三極管一樣場(chǎng)效應(yīng)管也可以應(yīng)用在放大電路中，而且和三極管是放大基本一致，其放大原理如下：

和三極管一樣，場(chǎng)效應(yīng)管的放大也是通過(guò)電源實(shí)現(xiàn)的，而不是信號(hào)自己放大。

與三極管對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)三極管是通過(guò)電流控制放大的，而場(chǎng)效應(yīng)管則是通過(guò)電壓放大的。

3、開關(guān)電路

場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)電路和三極管的開關(guān)電路一樣，都是可以從放大電路變化而得。這里不在說(shuō)明其變化過(guò)程。

同樣把負(fù)載放置在Rd的位置。

對(duì)于偏置電阻的確定，需要注意：其作用和三極管的上下拉電阻一樣，用于確定柵極的電平狀態(tài)，取值一般沒(méi)有要求，大都取1M。

4、開關(guān)電路應(yīng)用

場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)電路應(yīng)用非常廣泛，由于其為電壓控制型，而且內(nèi)阻非常小，常常應(yīng)用在各種大電流開關(guān)控制電路中。例如，熱敏微型打印機(jī)電源開關(guān)、外部電源輸出開關(guān)等等。簡(jiǎn)單的說(shuō)，一般小電流開關(guān)電路可以適用三極管，大電流開關(guān)電路使用場(chǎng)效應(yīng)管，這里就不在列舉實(shí)例了。

5、總結(jié)：

和三極管一樣，其開關(guān)并不是絕對(duì)的，雖然說(shuō)，在一定的工作電壓下，場(chǎng)效應(yīng)管就處于開關(guān)狀態(tài)。但它的開關(guān)狀態(tài)并不是沒(méi)有內(nèi)阻，其內(nèi)阻的變化一般都是跟隨其外部電壓的大小而變化。所以，為了減小其內(nèi)阻，應(yīng)盡量加大其開關(guān)電壓值。具體多大合適一定要查詢芯片資料。