第 0 阶段 · 器件认识课 · 必须掌握
0-03 器件是什么:电阻、电容、电感、二极管与芯片
把器件的名称、基本作用、图中符号和板上外形联系起来;先认识,不急着设计电路。
正在浏览其他课程,保存的学习位置保持不变。回到当前学习 →
快速理解 · 电路板上的零件各有分工
电子元器件,就是在电路中承担具体工作的零件。 PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)负责承载和连接它们;器件配合起来,产品才有供电、计算、通信等功能。
原理图是一种用符号表示器件及其连接的图。今天只认单个符号,不要求你读懂整张图;每张对照图左边是符号,右边是板上外形的简化示意。
先看作用 → 再认符号 → 对照外形。外形不是身份证:相似的小方块,可能是不同器件。
电阻 · 限制电流的零件
Resistor(电阻) 也叫电阻器。上一课的“电阻”是一种阻碍电流的特性;这里是利用这种特性做成的零件。
它可以限制通过某条连接的电流,也能与另一个电阻配合,把总电压分成几部分,叫作分压。板上常见的贴片电阻,是直接焊在板面上的小长方块,两端用来连接。
为什么?深入理解 · 为什么放入电阻会改变电流
在电压相同的条件下,电阻越大,电流通常越小,这就是上一课欧姆定律描述的关系。电流经过电阻时,部分电能变成热;它不是把电流“吃掉”。
两个电阻接成一条连续通路时,总电压会分配在它们两端;这里先认识“分压”的用途,不计算比例。图中用长方框表示电阻,资料中也常用锯齿形,两者都可能是电阻符号。
**以后摆放时:**先确认它接在哪两个位置、为谁服务,不能因为外形一样就任意互换。
电容 · 暂存电荷与能量
Capacitor(电容) 可以先存下电荷和能量,再在需要时释放。常见贴片电容是两端带金属连接部位的小方块,外形可能和电阻很像。
为什么?深入理解 · 两片金属怎样暂存能量
最简单的模型是两片彼此隔开的金属,中间用不容易导电的材料分开。接上电源后,两侧分别积累相反的电荷,同时存下电能;不是电荷直接穿过中间的隔离材料。
在合适的连接下,它可以释放此前存下的能量,但不能像永久电源一样一直供电。图中的两根平行线对应这个基本模型;这张图表示不区分安装正负方向的一类电容,有些其他类型需要区分方向。
为什么芯片旁边经常有电容 · 先认识两种用途
滤波可以先理解为减少不想要的电压或电流变化。电容配合其他器件,可以让某些波动减小,不是把所有变化都消除。
去耦在这里先理解为帮助芯片获得更稳定的供电、减少供电变化对它的影响。芯片用电需求改变时,附近的电容能短时间提供或接收电荷,所以常能看到芯片周围有多个电容。
**以后摆放时:**先辨认它服务哪个芯片或供电位置。具体连接与摆放方法以后再学,不把“旁边有电容”当成设计已经正确的证明。
电感 · 不让电流轻易突变
Inductor(电感) 关注的是电流的变化:电流想突然增大或减小时,它会产生阻碍这种变化的作用。它常用于滤波和电源电路。
板上的电感可能像小方块,也可能是较大的方块或线圈。图中画的是一种较大的电源用电感;并不是所有电感都能从外面看到绕线。
为什么?深入理解 · 为什么电源附近常见电感
电流周围会形成磁场,可以把磁场先理解为电流产生的磁作用。电感利用这种作用储存能量;电流改变时,又会产生抵抗这个改变的电压,因此它限制的是“变化有多快”,不是简单禁止电流通过。
开关电源是一类通过反复接通、断开来调节供电的电路。其中常用电感配合其他器件,储存和释放能量,使供给外部的电流更平稳;并不是所有电源形式都有这类电感。
**以后摆放时:**认出它属于哪一部分供电电路,并注意它的体积和高度,不能只把它看成一个普通小方块。
二极管 · 两端方向不能随意交换
Diode(二极管) 在两个方向上的导电表现不同。对普通二极管,在合适条件下,一个方向较容易导通,反方向通常较难导通;它不是无条件的完美单向开关。
为什么?深入理解 · 方向性可以做什么
利用方向性,可以做整流,把来回改变方向的电流变成主要朝一个方向流动;也可以用合适的器件和连接做保护。钳位是把某处电压限制在一定范围,具体能限制到哪里取决于器件和电路。
符号中横杠所在的一端叫阴极。许多二极管在外壳上用条纹标记这一端,但标记方式必须以具体型号的资料为准,不能只凭颜色猜。
**以后摆放时:**核对符号方向、器件端号和外壳标记的对应关系。装反可能导致电路不工作,或使原本的保护失效。
芯片 · 把许多电路做进一个器件
IC(Integrated Circuit,集成电路) 通常也叫芯片。它把许多电路元件与连接集成在内部,可以完成计算、存储或供电控制等功能;不是每颗芯片都会完成这些全部功能。
Pin(引脚) 是芯片与外部连接的端子,通常有多个,每个有自己的编号和用途。图中只画四个来帮助看清对应关系,不代表真实芯片都只有四个。
从符号里的编号,找到板上的连接
引脚会接到 PCB 上对应的 Pad(焊盘)。图中强调“1 对 1”:原理图的 1 号连接、器件的 1 号引脚和板上对应的 1 号焊盘要一致,不能只按图上谁在左边来连接。
Package(封装) 决定器件的外形、大小和对外连接的排列等。同类功能的芯片可能有不同封装,不能看到功能相近就使用同一套板上连接位置。
为什么?深入理解 · 为什么符号不是外形照片
原理图符号主要表达功能和连接,为了读图方便,引脚画在纸上的顺序不一定等于实物上的排列。图里把它们画成同样顺序,只是为了第一次看时容易对照,真实设计仍需要核对编号。
**以后摆放时:**围绕芯片的各个连接安排它需要的其他器件,再安排铜连接路径。先认识芯片和封装的关系,具体怎样建立板上连接图形留到封装课程。
连接器 · 让板子接到外部
Connector(连接器) 用来连接 PCB 与线缆、其他板或外部设备。排针和插座都是常见例子;你熟悉的 USB(Universal Serial Bus,通用串行总线) 插座也是一种连接器,这里只认识外形与用途。
它在原理图中有编号的引脚,板上则有对应焊盘,有些焊接位置还带孔。它的开口和摆放位置往往要对准产品外壳或线缆的插入方向。
为什么?深入理解 · 接得通,也要插得上
连接器中的金属接触部分把板内连接延伸到板外;外壳和结构帮助它与配套的插头或插座接合。相同外形不保证内部接线相同,仍要核对编号和用途。
**以后摆放时:**先确认连接器能否对准外壳开口,周围是否留得出插拔空间。即使电连接完全正确,位置错误也可能使线缆插不进去。
一个认识练习 · 先看符号,再说作用
提示
对照上面的图:哪一种器件由彼此隔开的两部分构成?
这是电容的基本符号。两条分开的平行线对应彼此隔开的两部分,它能暂存电荷与能量。外形图中的小方块只是常见例子,真实小方块不一定都是电容,还要查型号和资料。
以后做布局布线有什么用 · 先认身份,再安排位置
Layout(布局布线)需要知道零件在电路中做什么,才能理解它为何出现在这个位置。电阻连接哪两处、电容服务谁、电感属于哪部分电源、二极管方向如何,都是后续安排位置时的出发点。
面对芯片与连接器,还要核对连接编号和外形尺寸。符号表达连接,封装决定外形与端子排列,板上的焊盘负责实际焊接。 它们必须相互对应。
遇到外形相似的器件,先查设计中的型号与制造商资料,而不是凭颜色认定。今天先学会“认出种类并知道该关注什么”,具体布线与制造规则以后会专门学习。
本课记住四件事
- 器件有分工:电阻限制电流,电容暂存电荷,电感影响电流变化,二极管有方向性。
- 芯片集成电路功能,连接器把板内连接延伸到外部。
- 符号、引脚编号、封装和焊盘要对应;符号不是外形照片。
- 外形帮助初步辨认,确认身份和方向还要核对型号资料。