硬件知识总结梳理
文章目录
一、二极管
1.原理
- 单向导通器件（内部PN结结构）
- 正向接通后，导通；
- 反向接电后，几乎不导通（反向漏电流参数相关），相当于开路；
- 导通压降（硅管 ≈ 0.7V，肖特基 ≈ 0.2-0.3V，LED ≈ 1.8~3.2V）
2.关键参数
- 正向导通电压：导通时阳极与阴极的电压差，设计时需要预留压降余量，避免电路异常；
- 正向额定电流：二极管长期稳定工作能承受的最大正向电流，例如：普通整流二极管=1A，LED灯为20~50mA；
- 反向击穿电压：反向电压超过该数值后，二极管会被反向击穿，器件会烧毁，但稳压二极管除外，稳压二极管是利用反向击穿后电压稳定的特性工作；
- 反向漏电流：反向截止时，流过二极管的微小电流，与功耗息息相关；
- 封装：不同类型二极管，封装不同，适用于不同PCB布局；
3.常用封装
- 贴片封装
- 0402、0603、0805：小型信号二极管，ESD二极管，用于信号接口，小电流电路；
- SOD-113、SOD-323：肖特基二极管，稳压二极管，体积小，功率低，适配紧凑布局；
- SMA、SMB：中功率肖特基，整流二极管（1~3A）
- 插件封装
- DO-41：稳压二极管（IN4733）,整流二极管（IN4007），大功率电源回路；
- DO-35：小功率信号二极管，仅用于调试和兼容设计
4.常用类型+使用场景
1.普通硅整流二极管
1. 核心参数
- 压降：0.7V；
- 正向电流：1A；
- 反向击穿电压：1000V；
- 反向漏电流：≤5uA
2. 使用场景
- 电源防反接
设计思路：通常用12V供电，若电源正负极接反，会烧毁主板芯片，二极管串联在电源正极，利用单向导电特性，防止反接时电流导通。
电路搭建：电源输入（+12V） → 二极管阳极（A） → 二极管阴极（K） → 主板电源输入端（VIN）；电源负极（GND）直接接主板GND。
选择原因：为什么选1N4007？根据产品需求电源电流通常≤500mA，1N4007的If=1A，余量足够；Vbr=1000V，避免电源浪涌击穿；0.7V压降对12V电源影响极小，不会导致供电不足。
- 交流整流
设计思路：将220V交流经变压器降压后，通过整流二极管变成单向脉动直流，再配合电容滤波，得到稳定直流电压。
电路搭建：变压器次级输出（交流12V） → 二极管阳极 → 二极管阴极 → 电容（10μF+100nF）滤波 → 输出直流11.3V（12V-0.7V压降）。2.肖特基二极管（电源、续流、高频、低压降）
1. 核心参数
- 压降：0.2~0.3V；
- 正向电流：1A；
- 反向击穿电压：40V；
- 反向漏电流：≤20uA
2. 使用场景
- DCDC续流（电源压降必做）
设计思路：DC-DC芯片（如MP1484）工作时，内部开关管关断瞬间，电感会产生反向电动势，若没有续流二极管，反向电动势会击穿芯片；肖特基二极管低压降、高频特性好，能快速泄放反向电动势，保护芯片。
电路搭建：DC-DC芯片SW引脚（开关输出） → 电感一端 → 电感另一端 → 主板3.3V输出；肖特基二极管阳极接GND，阴极接SW引脚（与电感一端相连）。
选择原因：为什么不用普通硅管？普通硅管Vf=0.7V，续流时功耗大、发热多，且高频响应慢，无法满足DC-DC高频开关（几十kHz-MHz）的需求；肖特基Vf=0.2~0.3V，功耗低、响应快，完美适配。3.LED（LED导通时，电子与空穴复合会释放光子（发光），而普通二极管仅发热。）
1. 核心参数
- 压降：红色1.8~2.2V、绿色：2.0-2.4V、蓝色：3.0-3.2V；
- 正向电流：20~50mA；
- 发光强度：单位mcd，数值越大越亮；
2. 使用场景
设计思路：LED必须串联限流电阻，根据Vf和If计算电阻阻值，防止过流烧毁；LED通常由单片机GPIO控制，低电平导通或高电平导通（结合三极管/MCU IO能力）。
电路搭建1：LED直接由MCU GPIO控制MCU GPIO引脚 → 限流电阻（R） → LED阳极（A） → LED阴极（K） → GND。
电路搭建2：LED由三极管驱动（LED数量多、或GPIO电流不足时用）MCU GPIO → 三极管基极限流电阻（1kΩ） → NPN三极管基极（B）；三极管发射极（E）→ GND；三极管集电极（C）→ LED阳极 → LED阴极 → 限流电阻（68Ω）→ 3.3V电源。
为什么加限流电阻：LED没有固定阻值，若直接接电源，电流会无限大，瞬间烧毁；限流电阻的作用是固定LED的工作电流，确保长期稳定发光。4.稳压二极管（齐纳二极管，简单稳压常用）
1. 核心知识
- 稳压二极管必须反向接法（阴极接高电平，阳极接低电平），才能实现稳压功能；正向接法和普通二极管一样，仅导通、不稳压。
2. 核心参数（1N4733）
- 参考电压：5.1V（反向击穿后，稳定输出5.1V）；
- 额定电流：10mA（稳定稳压时的最佳电流）；
- 最大电流：150mA（超过会烧毁）；
- 压降：0.7V（正向导通压降，和普通硅管一致）
3. 使用场景
- 简单稳压电路
设计思路：主板3.3V电源若有波动，可通过稳压管稳定输出3.3V，给传感器（如温度传感器）供电，确保传感器采集精准。
电路搭建（以3.3V稳压为例，型号1N4728，Vz=3.3V）：主板3.3V电源 → 限流电阻（R） → 稳压二极管阴极（K）；稳压二极管阳极（A）→ GND；稳压二极管两端（阴极和阳极之间）引出输出端，给传感器供电（输出稳定3.3V）。
注意事项：输入电压必须高于Vz（参考电压），否则无法反向击穿，不能稳压；限流电阻必须加，防止流过稳压管的电流超过Izmax，烧毁器件。
- ADC参考电压
设计思路：单片机ADC采集电池电压、传感器信号时，需要一个精准的参考电压（比如5.1V），确保采集值准确；稳压管提供稳定的Vz，作为ADC的参考电压。
电路搭建：5V电源 → 限流电阻（120Ω） → 1N4733阴极 → 1N4733阳极 → GND；1N4733阴极引出线，连接到单片机ADC的REF引脚（参考电压引脚），输出稳定5.1V参考电压。5.ESD二极管（静电保护二极管，接口必用）
1. 核心参数（以常用型号ESD5Z3.3为例）
- 击穿电压：3.3V（静电到来时，超过3.3V击穿，泄放静电）
- 最大泄放电流（Iesd）：8kV（接触放电）、15kV（空气放电）。
2. 使用场景
- OBU接口防静电（USB、UART、RS485、射频接口）
设计思路：外部接口（如调试UART、射频天线接口）容易引入静电，ESD二极管并联在接口引脚和GND之间，当静电到来时，二极管瞬间击穿，将静电电流泄放到GND，保护接口芯片不被静电烧毁。
电路图（UART接口ESD防护，最常用）：UART接口TX引脚 → ESD二极管阳极；ESD二极管阴极 → GND；UART接口RX引脚 → 另一个ESD二极管阳极；ESD二极管阴极 → GND。
为什么并联：ESD二极管平时处于截止状态（接口正常电压≤3.3V，低于击穿电压），不影响接口信号传输；静电到来时，电压瞬间超过3.3V，二极管击穿，泄放静电，静电消失后，二极管恢复截止，不影响正常工作。6.瞬态抑制二极管（TVS管，电源浪涌防护常用）
1. 核心参数（以常用型号ESD5Z3.3为例）
- 击穿电压：15V（电源浪涌超过15V时，击穿泄放）
- 最大峰值电流：40A（能承受的最大浪涌电流）
2. 使用场景
- 电源浪涌防护（防止外部电源浪涌烧毁主板）
设计思路：外部电源浪涌（比如瞬间20V）到来时，TVS管瞬间击穿，将浪涌电流泄放到GND，限制电源电压不超过15V，保护主板芯片；浪涌消失后，TVS管恢复截止。
电路搭建：电源输入（+12V） → TVS管阴极；TVS管阳极 → GND；电源输入和GND之间并联TVS管，同时配合保险丝使用（双重防护）。5.设计重点
- 稳压二极管必须反向接法，正向接和普通二极管一样，无法稳压；若接反，不仅不能稳压，还可能因过流烧毁。
- LED必须串联限流电阻，哪怕是小电流LED，没有限流电阻必烧毁；阻值计算要结合Vf和If，不能凭感觉选。
- 肖特基二极管反向漏电流比普通硅管大，不适合用于高阻抗、超高精度电路，但适合低功耗、高频场景。
- 接口ESD二极管，必须靠近接口布局，距离接口越近，防静电效果越好（否则静电会先击穿接口芯片）。
- 选型时，正向电流、反向击穿电压必须留1.5~2倍余量（比如电源电流500mA，选If=1A的二极管），避免长期工作发热、烧毁。
6.备注
- 大家查看过程中发现有缺失项，漏洞，问题点或者有更好的案例后，还请提供一下，我到时候补充一下。