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
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
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
原文来自:周教授燚智能硬件开发网