嵌入式应会的模电数电基础

news2024/11/24 14:21:46

AC/DC交直流

电压

欧姆定律

常见元器件

电阻器

并联电阻，增加通路，电阻更小，电流更大
串联电阻，电阻更大，电流越小

相同阻值的电阻，个头大小不同主要区别在功率容量、耐压能力和散热性能方面。

功率容量：电阻的功率容量是指电阻能够承受的最大功率，而不会引起过热或损坏。一般来说，体积较大的电阻可以承受的功率更高。例如，一个100欧姆1W的电阻比一个100欧姆1/4W的电阻能够通过更大的电流。
耐压能力：耐压能力是指在制造电阻时螺旋刻法相邻之间的电压承受能力。在高电压场合，电阻的间距如果不够可能会引起飞弧现象。因此，对于高电压应用，可能需要使用体积较大或者特别设计的电阻来确保足够的间距。
散热性能：电阻在工作时会产生热量，散热性能好的电阻可以更有效地将热量散发到环境中，从而避免过热。体积较大的电阻通常有更好的散热性能，因为它们有更大的表面积和更多的散热材料。

电阻选型

电容器

作用：阻止电压突变，储能滤波（大电容滤除低频，小电容滤除高平）
部分电容有极性区分，严禁反接，不可在电容两边直接导通不加负载。

电感器

磁生电，电生磁，主要作用：存储能量，断电时防止电流突变对其它器件造成影响，可滤除高频噪声。继电器门锁原理

LRC震荡电路

保险丝熔断器

接插件

万用表

不要在金属桌面测量，注意量程，插座中是交流电，正常电池单片机直流电

测导通蜂鸣档，测电阻，电压，电流，二极管，三极管

继电器

二极管

二极管作用

参考：二极管的应用电路

整流作用

整流二极管主要用于整流电路，即把交流电变换成脉动的直流电。

稳压作用

利用二极管的反向击穿特性制成的，在电路中其两端的电压保持基本不变，起到稳定电压的作用。

三极管

基本概述

三极管，是一种控制电流的半导体器件，其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。作为软件开发，我们一般只需要懂得如何控制三极管的通断即可。

控制开关，区分NPN,PNP,NMOS,PMOS
NPN高电平导通，PNP低电平导通，流控原件
NMOS PMOS压控原件
NPN三种状态截止：不导通低电平放大饱和都是导通，放大：发射极正反集电极反偏，饱和：发射级正偏，集电极正偏Ubc < Ube

N型MOS管发热可能有多种原因，以下是一些可能导致其发热的因素：

电路设计问题：如果MOS管没有工作在开关状态而是工作在线性状态，会导致导通过程时间过长，等效直流阻抗增大，从而造成较大的压降和功耗，进而引起发热。
驱动频率过高：如果功率管的驱动频率太高，频率与导通损耗成正比，导致MOS管上的损耗增大，因此会引发更多的发热问题。
散热设计不足：如果电路板的散热设计不充分，即使电流未达到MOS管的最大承受电流，也可能因为散热不良而产生过热现象。在这种情况下，可能需要增加辅助散热片来改善散热效果。
选型不当：如果MOS管的选型有误，例如对功率判断错误或内阻没有充分考虑，也可能导致开关阻抗增大，从而引起发热问题。
电源和负载条件：电源电压过高或过低、负载过重或存在短路等情况，都可能导致MOS管工作时的电流增大，进而引起发热。
栅极驱动问题：如果N-MOS做开关时，G级（栅极）电压没有比电源高几伏以完全导通，或者P-MOS的情况相反，没有完全导通会导致压降增大，从而造成损耗过大导致发热。

什么是mos管线性区：
当MOS管工作在线性状态时，它并没有完全关闭或完全打开，而是处于一种中间状态。这种状态下，电流可以流过MOS管，但同时会产生较大的功耗和发热。

详细来说，以下是一些关于MOS管线性工作状态的详细解释：

线性区的特点：在线性区，也被称为恒流区或放大区，MOS管的漏极和源极之间的电压与电流成线性关系。这个区域通常用于模拟信号的放大。
开关损耗：当MOS管在截止区和完全导通区之间高频切换时，会经过线性区，这时会产生开关损耗。这是因为在线性区，MOS管等效于一个阻抗，电流流过时会有压降，从而产生热能。
不稳定性问题：在某些应用中，如放大器设计，通常会避免让MOS管工作在线性区，因为该区域可能带来不稳定性。设计师会尽量让MOS管工作在饱和区，以确保性能稳定。
设计考虑：在一些特定的应用中，比如热插拔、负载开关、分立LDO的调整管等，MOS管可能会较长时间或一直工作在线性区。在这种情况下，设计者需要特别注意MOS管的热管理和散热设计，以防止过热导致损坏。
功率容量：由于线性工作时的导通过程时间过长，等效直流阻抗增大，会造成较大的压降和功耗，这就意味着MOS管需要有更高的功率容量来承受这种状态下的损耗。
电容效应：MOS管的工作还涉及到其内部的电容效应，即栅极和沟道之间的氧化层下方的半导体表面。施加不同的电压可以改变这一区域的电荷状态，从而影响MOS管的导通和关闭状态。

三极管三种状态

导通：放大饱和都是导通，截止

2.2.1 放大状态
发射结正偏，集电结反偏；

NPN管：发射结正偏，即b -> e，所以Ub>Ue；

集电结反偏，即c -> b，所以Uc>Ub；

Uc > Ub > Ue；

PNP管：同理，Ue > Ub > Uc；

2.2.2 饱和状态
发射结正偏、集电结正偏；

NPN：Ub > Ue , Ub > Uc；

PNP：Ue > Ub , Uc > Ub；

在饱和状态，c极、e极之间相当于短路（可看成开关闭合导通状态）；

2.2.3 截止状态
发射结反偏，集电结反偏；

此时c极、e极之间相当于开路（可看成开关断开状态）；

NPN应用

PNP应用

MOS管

基本概念

MOS管，是场效应管，是金属-氧化物-半导体型场效应管，属于绝缘栅型。

有三个极性引脚，分别为S（源极）、G（栅极）和D（漏极）。有两条线的就是S极，G极在单独一侧，剩下的就是D极了。它又可以分为P沟道MOS管和N沟道MOS管。

沟道判断

N沟道

箭头指向G极的就是N沟道MOS管，作为开关时，D极作为输入端（接电源），S极输出端（接地）；

通常会连接一个二极管，二极管的方向4（由S极指向D极），如果是反过来接，二极管相当于短路，D极直接短路到S极，使MOS管失去了作用。

可以简单的认为，Ug > Us时导通，Ug = Us = 0V时截止

P沟道

箭头背向G极的就是P沟道MOS管，作为开关时，S极作为输入端，D极输出端；二极管的方向由D极指向S极）。可以简单的认为，Ug < Us时导通，Ug = Us = 0v时截止

总结：

功能总结

MOS管（N/P沟道）用作开关时，连接的二极管阴极接输入端，阳极接输出端；

MOS管（N/P沟道）用作隔离（使用MOS管防止电流反向流）时，连接的二极管阳极接输入端

三者区别

二极管和三极管是电流控制元件，通过控制基极电流才能达到控制集电极电流或发射极电流；

MOS管是电压控制元件，它的输出电流决定于输入端电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，MOS管更节能；

MOS管导通时压降小（相当于0V），二极管的导通压降在0.7-1.5V左右。