電子專業(yè)基礎(chǔ)匯報(bào)人：FatySuzhouChipsworkElectronicTechnologiesCo.,Ltd.專業(yè)/創(chuàng)新/真誠/共贏常用電子元器件介紹（基礎(chǔ)版）目錄12電壓、電流3電阻、電容、電感4半導(dǎo)體5二極管6三極管7邏輯電路8芯片原子與電子1原子與電子1-原子的構(gòu)成原子由原子核、電子兩個部分構(gòu)成，而原子核是由質(zhì)子和中子組成，其中定義電子帶一個單位負(fù)電荷，質(zhì)子帶一個單位正電荷，中子不帶電荷。以目前人類的認(rèn)知，電子不可再分，質(zhì)子和中子還能繼續(xù)分解成夸克……原子原子核電子(-)質(zhì)子(+)中子2-原子基本特性決定原子基本特性是質(zhì)子，即質(zhì)子數(shù)量決定了它是什么性質(zhì)的原子，而單個原子為了保持其電中性，其質(zhì)子數(shù)量與電子數(shù)量是相等的。例如碳原子一定有六個質(zhì)子，一定有六個電子。3-原子的體積與質(zhì)量原子核占據(jù)整個原子的體積較小，電子本身體積較小，但圍繞原子核做光速周期運(yùn)動，使得整個原子體積較大，一個碳原子大小大約在1.4X10^-7mm（140pm=0.14nm），而質(zhì)量上來說，質(zhì)子與中子基本差不多，而電子質(zhì)量幾乎為0。原子的重量基本來自于原子核。1、電子的半徑大小：大小為10^(-22)m。2、原子核的半徑大小：10^(-15)m。3、原子的半經(jīng)大?。?0^(-10)m。4-電子的排布電子圍繞原子核以光速旋轉(zhuǎn)，其主要的規(guī)律是層級，好比是地球和火星圍著太陽轉(zhuǎn)，有固定的軌道。但不同的是電子旋轉(zhuǎn)的軌道是共用的、且會飽和的。原子的第一層電子軌道最多容納2個，第二層最多8個，這就是化學(xué)上所說的電子排布式。迄今為止，只發(fā)現(xiàn)了7個電子層。特性：最外層電子接近于飽和時容易得到電子，最外層電子接近于0時容易失去電子。得到或失去電子后，成為離子。5-原子構(gòu)成物質(zhì)的方式原子構(gòu)成物質(zhì)的方式一般有原子、離子、分子、金屬陽離子與電子這幾種方式1、原子構(gòu)成的物質(zhì)大多表面電子排布穩(wěn)定或協(xié)調(diào)穩(wěn)定，進(jìn)而獲得不易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、不導(dǎo)電、高硬度等特質(zhì)，例如氦氣（He）、鉆石（C）、玻璃（SiO2）。2、離子構(gòu)成的物質(zhì)大多是金屬失去電子非金屬獲得電子后，由于離子電性結(jié)合。進(jìn)而獲許多不同的物理特性，例如鹽（NaCl）、鐵銹（Fe3O4）、石灰（CaO）。3、分子構(gòu)成的物質(zhì)大多是非金屬元素的原子間形成穩(wěn)定的分子建形成的物質(zhì)，分子相對容易破壞形成其他物質(zhì)且極少導(dǎo)電，例如水（H2O）、氧氣（O2）、碳（C）。4、金屬陽離子與自由電子是絕大多數(shù)金屬構(gòu)成的方式，基本上都有導(dǎo)電導(dǎo)熱等特性，如鋁（Al）、鐵（Fe）、銅（Cu）12342電壓、電流1-電壓電壓：也被稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產(chǎn)生的能量差的物理量，在電路當(dāng)中一般使用“電壓”這個詞。（電子多的部分相對于電子少的部分電勢高，差距越大時，電壓越大）電壓通常使用符號U，單位為伏特（V，簡稱伏)。電壓與水位高低所造成的水壓相似。-----------------電勢差（電壓）水壓2-電流電流：單位時間里通過導(dǎo)體任一橫截面的電量叫做電流強(qiáng)度，微觀上是說電子從電勢高的地方通過導(dǎo)體跑到電勢低的地方單位時間的量，就是速度。電流通常使用符號為I，單位是安培（A，簡稱“安”)使用水壓模型來理解就是水的流速。需要注意的是，由于歷史定義的原因，電流電性為正，電子電性為負(fù)，導(dǎo)致電流方向和實(shí)際電子移動方向是反的。-----------------水流方向-導(dǎo)體電子方向電流方向3-直流與交流直流電（DC）：上述內(nèi)容所述電勢差不變時持續(xù)供電產(chǎn)生電流為直流，也可理解為電流方向不變。交流電（AC）：電流方向按照固定頻率正反變化時即為交流電。需要理解的是，無論是直流或是交流，都可以把能量以固定方向進(jìn)行傳輸，因?yàn)槟芰總鬏斎Q于電子傳輸?shù)倪^程，而非方向，即不用產(chǎn)生的電子達(dá)到能量消耗點(diǎn)。好比拉風(fēng)箱，無論是推是拉，都是有風(fēng)吹向火源。3電阻、電容、電感1-電阻電阻：顧名思義是用來阻擋電流流過元器件，是一個限流元件，它可限制通過它所連支路的電流大小。使得電流流過速度更慢即電流更小。電阻通常使用符號R表示，單位為歐姆（Ω，簡稱歐）在水壓模型中，可以把它想象成更窄口徑的水管，可以限制水流流速。歐姆定律：U/R=I-----------------水流受阻電阻-------------------------------導(dǎo)體2-電容兩個相互靠近的導(dǎo)體，中間夾一層不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)，這就構(gòu)成了電容器。當(dāng)電容器的兩個極板之間加上電壓時，電容器就會儲存電荷。電容器的電容量在數(shù)值上等于一個導(dǎo)電極板上的電荷量與兩個極板之間的電壓之比。電容通常使用符號C表示，單位是法拉(F，簡稱法)。導(dǎo)體絕緣介質(zhì)絕緣介質(zhì)可以是一切絕緣的東西，但是不同絕緣的物品來作為絕緣介質(zhì)效果也不同（影響電容法拉值）。絕緣介質(zhì)的效果與其阻值無關(guān)，故使用介電常數(shù)來做區(qū)分+------+++++3-電容特性由于電容兩級中間本身是不導(dǎo)通的，所以直流電可以給電容充電，但無法通過電容。而交流電由于其正反極性交替變化，使得電容兩極片得到交替變化的感應(yīng)，電流可以借此通過。電子學(xué)科上，可以用于阻直流、通交流。實(shí)際可用電路信號濾波，信號噪聲過濾（并聯(lián)）。4-電容屏導(dǎo)體玻璃電容屏是電容的異形表現(xiàn)，為平鋪式電容，人的手則可視為介質(zhì)，在靠近觸碰到玻璃后，等效電容容值會跟隨變化，對其容值測量，轉(zhuǎn)化電信號，傳送到芯片，做后續(xù)處理。------++++++------++++++++++----5-電感當(dāng)電流通過線圈后，在線圈中形成磁場感應(yīng)，感應(yīng)磁場又會產(chǎn)生感應(yīng)電流來抵制通過線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱為電的感抗。電感使用L表示，單位是“亨利（簡稱亨，H）”電感基本構(gòu)造即是按序纏繞的線圈（一般使用漆包線）+磁芯（磁芯非必要），磁芯的存在會增加感抗值。影響感抗值的因素除了磁芯還有線圈砸數(shù)、線圈直徑等。6-電感特性電感原理上是通過電生成磁場，磁場逐漸消耗反饋給電流，使得電流變化更加平緩，利用這個特性，適用于電流信號的過濾、整形、相移（串聯(lián)）。大型的電感組合也是變壓器的基本原理。4半導(dǎo)體1-介紹半導(dǎo)體：指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。這種類型的材料通常會由于外界條件變化而導(dǎo)致其本身導(dǎo)電特性的改變。1833年，英國科學(xué)家電子學(xué)之父法拉第最先發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬，一般情況下，金屬的電阻隨溫度升高而增加，但法拉第發(fā)現(xiàn)硫化銀材料的電阻是隨著溫度的上升而降低。這是半導(dǎo)體現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)。不久，1839年法國的貝克萊爾發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)，在光照下會產(chǎn)生一個電壓，這就是后來人們熟知的光生伏特效應(yīng)，這是被發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體的第二個特性。1873年，英國的史密斯發(fā)現(xiàn)硒晶體材料在光照下電導(dǎo)增加的光電導(dǎo)效應(yīng)，這是半導(dǎo)體的第三種特性。在1874年，德國的布勞恩觀察到某些硫化物的電導(dǎo)與所加電場的方向有關(guān)，即它的導(dǎo)電有方向性，在它兩端加一個正向電壓，它是導(dǎo)通的；如果把電壓極性反過來，它就不導(dǎo)電，這就是半導(dǎo)體的整流效應(yīng)，也是半導(dǎo)體所特有的第四種特性。同年，舒斯特又發(fā)現(xiàn)了銅與氧化銅的整流效應(yīng)。半導(dǎo)體的這四個特性，雖在1880年以前就先后被發(fā)現(xiàn)了，但半導(dǎo)體這個名詞大概到1911年才被考尼白格和維斯首次使用。而總結(jié)出半導(dǎo)體的這四個特性一直到1947年12月才由貝爾實(shí)驗(yàn)室完成。半導(dǎo)體在集成電路、消費(fèi)電子、通信系統(tǒng)、光伏發(fā)電、照明、大功率電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域都有應(yīng)用，如二極管就是采用半導(dǎo)體制作的器件。2-微觀特性從微觀上說，原子本身外層電子數(shù)量特性在易得到也易失去時比較容易體現(xiàn)出半導(dǎo)體的特性。原子外層比較穩(wěn)定的電子數(shù)是8個。其導(dǎo)電方式是半導(dǎo)體物質(zhì)結(jié)構(gòu)中只有部分可隨意移動的價電子，所以不同于金屬的全導(dǎo)方式。5二極管1-介紹二極管是用半導(dǎo)體材料(硅、硒、鍺等)制成的一種電子器件。它具有單向?qū)щ娦阅?，即給二極管陽極和陰極加上正向電壓時，二極管導(dǎo)通。當(dāng)給陽極和陰極加上反向電壓時，二極管截止（不導(dǎo)通）。因此，二極管的導(dǎo)通和截止，則相當(dāng)于開關(guān)的接通與斷開。主要分類點(diǎn)接觸型二極管：不能通過較大的正向電流和承受較高的反向電壓，但高頻性能好，適宜在高頻檢波電路和開關(guān)電路中使用。面接觸型二極管：可以通過較大的電流，也能承受較高的反向電壓，適宜在整流電路中使用。平面型二極管：脈沖數(shù)字電路中作開關(guān)管使用時PN結(jié)面積小，用于大功率整流時PN結(jié)面積較大。穩(wěn)壓管：具有穩(wěn)定電壓的作用。光電二極管：能夠直接把光能變成電能。發(fā)光二極管：將電能直接轉(zhuǎn)換成光能。2-原理由于原子最外層電子8個最穩(wěn)定，通過化學(xué)化合的方法，使得半導(dǎo)體材料出現(xiàn)多余電子和空穴空穴型半導(dǎo)體又稱P型半導(dǎo)體電子型半導(dǎo)體又稱N型半導(dǎo)體3-原理當(dāng)P型N型半導(dǎo)體接觸后，P型空穴會獲得N型的自由電子，此時P型成電負(fù)性，N型成電正性，但整體呈電中性。此時PN接觸的區(qū)域稱為PN結(jié)，內(nèi)部有一個從N往P方向的電場（也可理解為內(nèi)部電壓）。此時電子容易從N區(qū)往P區(qū)流動（電流方向與電子運(yùn)動方向相反，即P→N），故P為二極管正極，N為負(fù)極。小拓展：在電子移動填充空穴的過程中，會釋放出電磁波（光即是電磁波）只要PN材料本身選擇易于電磁波透出，即可在二極管通電時持續(xù)釋放電磁波，即可發(fā)光。4-功能特性特性1：正向有一個啟動電壓，但通常很小，超過啟動電壓后，才可導(dǎo)電，并且電阻極小。特性2：反向并不是絕對不不導(dǎo)通，電壓增大到一定程度（通常是幾十伏往上）即可擊穿導(dǎo)通，擊穿導(dǎo)通后電阻極小。特性3：擊穿后視二極管本身材料特性，若電壓不夠大，在電壓撤除后，二極管的特性會恢復(fù)，但若電壓太大，則可能導(dǎo)致永久性擊穿或直接燒壞。特性4：反向即使沒有達(dá)到擊穿電壓仍然會有微小電流經(jīng)過，換句話說，反向是關(guān)不斷的6三極管1-介紹三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。三極管是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。可以說，沒有三極管就沒今天的電子產(chǎn)業(yè)。2-原理當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Eb。在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電子流。由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電極電流Icn，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ibn。發(fā)射極（Emitter）基極(Base)集電極(Collector)3-原理根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic。這就是說，在基極補(bǔ)充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：β1=Ic/Ib。7邏輯電路1-介紹邏輯電路是一種離散信號的傳遞和處理，以二進(jìn)制為原理、實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號邏輯運(yùn)算和操作的電路。邏輯電路是一種離散信號的傳遞和處理，以二進(jìn)制為原理、實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號邏輯運(yùn)算和操作的電路。組合邏輯電路：由最基本的“與門”電路、“或門”電路和“非門”電路組成，其輸出值僅依賴于其輸入變量的當(dāng)前值，與輸入變量的過去值無關(guān)—即不具記憶和存儲功能。時序邏輯電路：也由上述基本邏輯門電路組成，但存在反饋回路—它的輸出值不僅依賴于輸入變量的當(dāng)前值，也依賴于輸入變量的過去值。非門與門或門與非門或非門異或門同或門輸入輸出輸入輸出輸入輸出輸入輸出輸入輸出輸入輸出輸入輸出ABABCABCABCABCABCABC01000000001001000001100100110110100110101001011011001011001111111101101101112-舉例組合邏輯電路組成的二進(jìn)制全加器舉例，處理器做1bit加法時最基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。3-舉例時序邏輯電路RS鎖存器，也是1bit內(nèi)存的最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，但這種RS鎖存器有相當(dāng)嚴(yán)重的問題，比如RS同時低電平會導(dǎo)致鎖存器錯誤，又比如信號延遲的時候RS輸入無法達(dá)到同步造成工作混亂。RSQnQn+1功能說明000X不允許001X不允許0100置00110置01001置11011置11100保持1111保持4-時鐘信號的引入為了解決輸入信號不同步的問題，在幾乎所有數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，都引入了時鐘信號CLK、SCL等，這樣電路在收集到要處理的數(shù)據(jù)后，收到或發(fā)出時鐘信號，進(jìn)行一次統(tǒng)一的電路激活工作，傳出數(shù)據(jù)后繼續(xù)等待下一次時鐘信號。簡單來講時鐘信號頻率越高，其電路處理能力就越快，但其頻率應(yīng)該與電路本身能力相匹配，否則會導(dǎo)致電路信號混亂，發(fā)熱量上升等問題。5-邏輯電路的晶體管實(shí)現(xiàn)無論是何種邏輯門電路，都有對應(yīng)的晶體管電路可以實(shí)現(xiàn)，以下是最簡單的舉例，實(shí)際應(yīng)用中為了克服各種情況（例如溫漂、耦合、噪聲）會設(shè)計(jì)出更加復(fù)雜的晶體管電路來實(shí)現(xiàn)邏輯作用。與門電路或門電路非門電路寄存器的晶體管電路8芯片1-介紹簡單理解，芯片就是將設(shè)計(jì)好的晶體電路，包括所有必須的半導(dǎo)體元件，直接做在晶圓（硅片）上。換句話說，芯片功能也可以通過手動用正常體積的半導(dǎo)體元件搭接，但整個體積成指數(shù)倍增長。世界上第一臺計(jì)算機(jī)長30.48米，寬1米，占地面積170平方米，30個操作臺，約相當(dāng)于10間普通房間的大小，重達(dá)30噸，耗電量150千瓦，造價48萬美元。它包含了17468個真空管、7200個二極管、70000個電阻器、10000電容器、1500個繼電器、6000多個開關(guān)，每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法，是繼電器計(jì)算機(jī)的1000倍、手工計(jì)算的20萬倍。而現(xiàn)在家用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度都是在每秒20億次+，體積大家都懂的，而這一切都得益于芯片的發(fā)展。芯片的類型小型集成電路（SSI英文全名為SmallScaleIntegration）邏輯門10個以下或晶體管100個以下。中型集成電路（MSI英文全名為MediumScaleIntegration）邏輯門11~100個或晶體管101~1k個。大規(guī)模集成電路（LSI英文全名為LargeScaleIntegration）邏輯門101~1k個或晶體管1,001~10k個。超大規(guī)模集成電路（VLSI英文全名為Verylargescaleintegration）邏輯門1,001~10k個或晶體管10,001~100k個。極大規(guī)模集成電路