前言
本系列博客为本人学习Expert电子实验室EDA系列课程的学习笔记，自用为主，不是教学或者经验分享，若有错误，大佬轻喷，同时欢迎交流学习
一、电路图基础
1. 原理图定义
原理图（schematic diagram）：用标准化符号表示电子元件及它们之间连接关系的图纸，是 EDA 设计和电路分析的核心依据。
2. 原理图四要素
- 元件符号：代表各类电子元件的标准图形标识
- 连接线：表示元件之间的电气连接关系
- 结点：连接线的交汇点，标识电流的汇合与分流
- 注释：补充元件参数、电路功能等关键说明
二、无源元件（电阻、电容、电感）
（一）电阻元件（Resistor）
1. 核心定义与特性
- 作用：限流元件，限制所在支路的电流大小
- 符号：用字母 "R" 表示
- 单位：欧姆（Ω），常用单位换算：1kΩ=10³Ω，1MΩ=10⁶Ω
- 核心公式：欧姆定律 U=RI（端电压与电流成正比）
- 分类：固定电阻器（阻值不可变）、电位器 / 可变电阻器（阻值可调）
- 实际应用：灯泡、电热丝等可等效为电阻元件
2. 电阻读数规则（色环 / 数码标注法）
| 读数类型 | 规则说明 | 精度 | 示例 |
|---|---|---|---|
| 3 位读数 | 前 2 位为有效数字，第 3 位为 10 的幂次（0 的个数） | ±5% | 104=10×10⁴Ω=100kΩ |
| 4 位读数 | 前 3 位为有效数字，第 4 位为 10 的幂次 | ±1% | 5112=511×10²Ω=51.1kΩ |
| 小于 10Ω 读数 | 用字母 "R" 代替小数点 | - | R002=0.002Ω，1R5=1.5Ω |
（二）电容元件（Capacitance）
1. 核心定义与特性
- 作用：容纳电荷，核心特性 "通交流，隔直流"，主要用于储能、滤波
- 符号：用字母 "C" 表示
- 单位：法拉（F），常用单位换算：1F=10³mF=10⁶μF=10⁹nF=10¹²pF
- 常用单位：微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）
2. 电容分类与标注
| 电容类型 | 关键参数 | 标注示例 |
|---|---|---|
| 铝电解电容 | 有极性（正 + 负 -），容量大 | 100μF/35V（容量 100μF，耐压 35V） |
| 钽电容 | 有极性，稳定性好 | 226V=22×10⁶pF=22μF，耐压 35V（V 对应 35V） |
| 瓷片电容（MLCC） | 无极性，体积小 | 104=10×10⁴pF=0.1μF（默认耐压 50V） |
| CBB 电容 | 无极性，耐压高 | 684K630V=68×10⁴pF=0.68μF，误差 ±20%，耐压 630V |
| X/Y 电容 | 用于 EMC 防护 | X 电容：0.01μF/275V |
（三）电感元件（Inductor）
1. 核心定义与特性
- 作用：将电能转化为磁能存储，核心特性 "通直流，隔交流"，主要用于滤波、扼流、谐振、储能
- 符号：用字母 "L" 表示
- 单位：亨利（H），常用单位换算：1H=10³mH=10⁶μH
2. 电感分类与标注
- 分类：贴片电感、插件电感、工字电感、磁棒电感、环形电感、共模电感、功率电感
- 标注规则：
- 数码标注法：前两位为有效数字，第三位为 10 的幂次（单位 μH），例：331=33×10¹μH=330μH
- 文字符号法：用 "R" 代替小数点，例：1R5=1.5μH
三、半导体器件（二极管、三极管、场效应管）
（一）二极管（Diode）
1. 核心定义与特性
- 材质：半导体材料（硅、锗、硒等）
- 结构：两个电极（阳极 +、阴极 -）
- 核心特性：单向导电（电流从阳极流向阴极）
- 关键参数：
- 导通压降：硅管 0.6-0.8V，锗管 0.2-0.3V
- 死区电压：硅管 0.5V，锗管 0.1V（低于此电压不导通）
- 反向击穿电压：反向电压超过此值会损坏
2. 二极管分类与应用
| 类型 | 核心特性 | 典型应用 |
|---|---|---|
| 普通二极管 | 单向导电 | 整流、检波、稳压、调制电路 |
| 稳压二极管（齐纳） | 反向击穿时电压稳定 | 稳压器、电压基准元件 |
| 发光二极管（LED） | 正向导通时发光 | 照明、平板显示、指示灯 |
| 肖特基二极管 | 反向恢复时间短（纳秒级），导通压降 0.4V 左右 | 高频 / 低压 / 大电流整流、续流、检波 |
| 变容二极管 | 反偏电压越大，结电容越小 | 高频电路自动调谐、调频、调相 |
| TVS 二极管 | 耗散高瞬态功率浪涌 | 抑制高压尖峰、电路保护 |
3. 极性判断
- LED：长引脚为阳极（+），短引脚为阴极（-）；内部芯片大的为阴极，小的为阳极
- 普通 / 稳压二极管：外壳有色环的一端为阴极（-）
（二）三极管（Transistor）
1. 核心定义与结构
- 别称：半导体三极管、双极型晶体管
- 作用：电流放大、无触点开关（电子电路核心元件）
- 结构：一块半导体基片上两个 PN 结，分为三部分（基区 b、发射区 e、集电区 c）
- 类型：PNP 型、NPN 型（两种排列方式）
2. 三种工作状态
| 工作状态 | 偏置条件 | 特性 | 等效功能 |
|---|---|---|---|
| 截止区 | 发射结反偏，集电结反偏 | 基极电流 Ib=0，集电极电流 Ic≈0 | 开关断开 |
| 放大区 | 发射结正偏，集电结反偏 | Ic=βIb（β 为电流放大倍数，50-100） | 信号放大 |
| 饱和区 | 发射结正偏，集电结正偏 | Ib 增大时 Ic 不再增大 | 开关闭合 |
3. 关键应用
- 信号放大：将微弱电流信号放大为大幅值电信号
- 开关控制：通过截止 / 饱和状态实现电路通断
- 常见封装：TO 封装（功率较大）、SOT 封装（小型化），功率管集电极引脚通常较大（便于散热）
（三）场效应管（FET）
1. 核心定义与特性
- 别称：单极型晶体管（仅靠多数载流子导电）
- 控制方式：电压控制型器件（通过栅极电场控制输出电流）
- 优点：输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、无二次击穿、热稳定性好、易于集成
2. 分类
- 按结构：结型场效应管（JFET）、金属 - 氧化物半导体场效应管（MOS-FET）
- 按沟道：P 沟道、N 沟道
- 按类型：
- 增强型：Vgs=0 时漏极电流 Id=0
- 耗尽型：Vgs=0 时漏极电流 Id≠0（Ipss 为零偏漏极电流）
- 四种 MOS 管：增强型 NMOS、增强型 PMOS、耗尽型 NMOS、耗尽型 PMOS
3. 与三极管的核心区别
| 对比项目 | 三极管 | 场效应管 |
|---|---|---|
| 导电机构 | 多子 + 少子（双极导电） | 仅多子（单极导电） |
| 控制方式 | 电流控制（Ib 控制 Ic） | 电压控制（Vgs 控制 Id） |
| 输入电阻 | 10²-10⁵Ω（较低） | 10¹²-10¹⁵Ω（极高） |
| 噪声 | 较大 | 较小 |
| 热稳定性 | 较差 | 较好 |
| 制造工艺 | 较复杂 | 简单，成本低，便于集成 |
4. 常见封装
- SOT-23：单片机方案常用，适用于小电流（几 A）、低电压（≤60V），如 AO3401、BSS84
- SOT-223：同 SOT-23，适配中小功率场景，如 IRFL9014TRPBF
- TO-252（DPAK）：主流封装，电流可达 70A，电压≤100V，如 SM4286T9RL
- TO-220/220F：中高压大电流场景，TO-220 带散热片（散热更好），如 IRF4905PBF
（四）芯片 / IC 基础
- 定义：将多个电子元件（二极管、三极管、电阻、电容等）集成在一块半导体芯片上的功能模块
- 示例（自制 WLED 控制器）：
- 核心芯片：ESP32（单片机）、WS2812B（LED 驱动芯片）、CH343P（USB 串口转换芯片）、CJ73L06（LDO 稳压芯片）
- 配套电路：单片机最小系统、DCDC3.3V 电路、LDO5V 电路、电平转换电路、USB 串口转换和快充诱骗电路、输出驱动电路等
- 标注信息：包含型号、版本（VER）、尺寸（SIZE）、创建 / 更新日期等（如 VER1.0，A4 尺寸，2023-03-15 创建）