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【汇总】电子元器件基础知识大放送!硬件开发入门不再困难!

简介

电子元器件,是物联网硬件开发的基础。 燚智能周教授认为,元器件就像我们学的每一个汉字,用一串汉字组成一个句子,用多个句子组成一篇文章。一组元器件连在一起组成一个模块,多个模块连在一起组成一个完整硬件。 硬件电路=元器件+PCB板+固件。不管是硬件工程师,还是嵌入式工程师,还是硬件项目经理,都需要对元器件有充足的了解。

前言

电子元器件,是物联网硬件开发的基础。

硬件电路=元器件+PCB板+固件。不管是硬件工程师,还是嵌入式工程师,还是硬件项目经理,都需要对元器件有充足的了解。

燚智能周教授认为,元器件就像我们学的每一个汉字,用一串汉字组成一个句子,用多个句子组成一篇文章。一组元器件连在一起组成一个模块,多个模块连在一起组成一个完整硬件。

硬件工程师,首先要能“识字”,然后要“看得懂文章”“找的出错别字”,最后要能“自己写文章”。

 

目录

本文将按照“电阻电容电感、二三极管、小芯片、大芯片、连接器、电路板”由小到大的顺序来讲解。

且本文讲述的元器件主要面向小型物联网产品,不涉及大号的和强电类的元器件。

为了方便初学者理解,周教授物联网大讲堂主要讲解最常用的参数。不常用的参数,读者可以自行搜索。

补充内容,关于元器件的通用知识,阅读顺序不分先后:

【手工焊接技巧汇总】手工焊接,是硬件工程师、嵌入式工程师必备的调试技能

【物联网基础概念汇总】应用场景、开发理念、硬件选型、传输模式等

选择元器件,需要考虑的除了参数,还有价格、交期、包装、供应商关系等

元器件规格书大多是英文的。英语不好?照样可以快速看懂全英文规格书!

 

电容、电阻、电感

电阻篇

什么是电阻?电阻有什么用?电阻有什么常用参数?

电阻的核心参数讲解:阻值、精度、功率

电阻的常见使用方法:

在物联网产品的数字电路中,几乎所有的电阻都是以下几种看起来很奇葩的用法。

1.上拉下拉

2.ESD和EMC防护

3.零欧姆电阻的用处多多

4.跳线电阻

5.采样电阻

如果嫌上面写的太多了,这里一文总结电阻的5大常见用法

电阻还有几个特例:热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻等。

电阻的6个冷门参数,除了功率,其他基本用不到。

电容篇

什么是电容?电容的工作原理是什么?周教授画了几张图,一眼就看明白!

常用电容的种类:陶瓷电容、电解电容、钽电容等

电容的关键参数1 - 容值、容量、精度

电容的关键参数2 - 尺寸、耐压值、方向

虽然大家都知道电容是用来储能的,可是储存了电能有什么用?当电池用么?

普通电容拿来储存电能,并且当作电池用的时候,是非常少的。

电容的在变化的电压下的特性,电容的大部分应用场景都是依据这个特点。

数字电路上密密麻麻的电容,几乎都是拿来稳压和去耦用的。

电容在高频电路上、数字电路上,可以起到滤波和抗干扰的作用

电容拿来滤波,是怎么计算的?什么频率对应什么电容呢?

不同的应用场景中,滤波电容是怎么选型的?电源周围的1uF 0.1uF 10nF怎么是怎么计算的?

电感篇

什么是电感?电感的工作原理是什么样的?虽然比电容电阻难懂一些,但看周教授的图就很简单了。

电感的种类:叠层电感和绕线电感。主要就这两种。

电感的关键参数1 - 感值、尺寸

电感的关键参数2 - 额定电流、Q值、DCR值

接下来看电感的主要应用场景:物联网产品中电感用的不太多,电感能储能,因此大部分时候用在电源部分。

电脑主板周围大个头的,主要都是电感和电容。

电感的主要应用场景是开关电源:

1.电源的升压电路(DC-DC boost电路)的工作原理

2.电源的降压电路(DC-DC buck电路)的工作原理

电源上的功率电感选型方法,和注意事项。主要是电流、DCR、根据开关频率选择感值等。

电感在射频电路中用的也比较多,电感和电容经常协同工作,组成LC滤波电路。电感的高频特性和电容基本相反,电容通过高频,电感隔绝高频。具体可以参考电容滤波部分。

磁珠

磁珠=电阻+电感。主要用于滤除电源和数字电路上的高频噪声。

虽然是个非常常见的小元器件,但是初学者很少会学到。

磁珠的工作原理、用在哪里?关键参数等

 

二极管、三极管、mos管

普通二极管篇

二极管的核心特点是单向导通,普通二极管的应用场景也是依靠这个特性。

什么是二极管?二极管有哪些分类?有什么主要特性?

用的最多的肖特基二极管,主要用于信号隔离、电源隔离、单向引流等

 

发光二极管

发光二极管(LED灯)的种类、工作原理、驱动方式、规格参数等

LED灯的分压电阻的计算方法。绝不是很多教程上的串个1K电阻那么简单!

炫彩灯的设计方法:矩阵式控制,或者直接上个驱动芯片

 

TVS二极管

TVS管,主要利用二极管的反向电压过高的时候的雪崩击穿效应,能够防护几千伏的静电的击打,保护电路的其他部分。

智能硬件产品的静电防护设计,凡是手能够触摸到的地方,都需要考虑!

 

MOS管

MOS管在物联网产品中,主要用作开关。控制信号的开关、电源的开关、开关电源的开关等等。三极管也是类似的用途,功耗比MOS管大一些。

虽然大家学三极管mos管的时候,主要学习的是放大作用,但实际数字电路中几乎不会用来做放大器用。

单独的一个管子放大作用很有限,稳定度抗干扰能力都不怎么样,可量产级的产品的功率放大电路,主流还是使用专用的放大芯片,几乎没有人用分立的管子来搭建。

MOS管的主要应用场景和设计注意事项

注意,用三极管mos管做开关的时候,一般需要在控制脚上预留一个上拉或下拉电阻,给开关一个无控状态下的默认值。对于MCU也一定要配置GPIO口的上下拉状态。如果没有默认值,就有可能导致开关被误打开导致漏电、电流反灌等情况。

 

晶体和晶振

晶体振荡器,是数字电路的“心跳”的来源。一切数字电路都是基于晶振提供的时钟来工作的。

例如电脑CPU的3.0GHz,射频的2.4GHz的频率,都是来自于晶体或晶振。

晶体和晶振是一个东西么?其实不太一样。。。

一文看懂!晶体和晶振的分类、常见参数、使用场景等。

 

供电部分

LDO,

是最便宜的、应用最广泛的小电流降压供电元器件。几毛钱人民币,极小的尺寸,提供稳定的电压和300mA左右的输出电流。

LDO的应用场景和设计注意事项

LDO的工作原理详解,就简单简单一句话!

DC-DC,

能够提升电压,能提供A级别的大电流,且效率远超LDO。升压电路和CPU内核供电必须品。

DC-DC,开关电源的升压原理降压原理(同前文电感部分的相关文章)

物联网产品的电源设计,用DC-DC还是LDO?DC-DC的效率不是所有的时候都比LDO高!

电池

物联网产品的电池种类:一次性电池、充电电流、锂电池等等

选择电池的关键参数,不同电池的不同特性等。

锂电池使用的5大禁忌,用错了会爆炸哦!

根据不同的物联网应用场景,选择不同的供电模式

充电和快速充电。充电5分钟通话2小时是怎么实现的?

 

连接器

大部分物联网产品里,不会只有一个电路板。

可能存在多个电路板,或者如电池、LCD显示屏、Camera等外围电子设备

连接器,用来连接这些不同的组件,传递电信号。

硬件电路板上,最常见的几种连接器:板对板、ZIF、排针、焊接、射频头等。

 

处理器相关元器件

处理器的架构 - CPU和PMU

ROM和RAM在嵌入式系统中怎么用?有哪些种类?

 

电路板(PCB和FPC)

一个硬件产品几百颗元器件,不能靠飞线把它们连起来吧?PCB电路板就是硬件的根基,所有的元器件都是焊接在电路板上的,通过电路板内部的错综复杂的线路连接在一起的。

先看这篇吧:高清立体大图,看PCB电路板的内部结构

PCB和FPC,是怎么设计出来的?内部结构是什么样的?

PCB电路板是怎么生产出来的?

FPC(柔性电路板)是怎么做的?用在哪里?有什么优点和缺点?

 

电路板之外的电子部件

智能产品要发出声音,用喇叭还是蜂鸣器?或者蜂鸣片?

物联网设备,要联网就得有天线:外置天线、内置天线、陶瓷天线?

LCD显示屏,常用的硬件接口说明:HDMI、MIPI、LVDS等

OLED屏和LCD屏之间的差别,哪个更好?

电容触摸屏的工作原理,及硬件接口

 

电子元器件的综合应用

如何把几百个电子元器件焊接到电路板上去?SMT生产工艺详解

EMC电磁干扰、ESD静电防护的实战案例分析,看看硬件工程师怎么解决问题的

超低功耗产品设计的5个主要思路

电容也会发出声音?你没听错,很诡异,但也很常见

 

 

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