前言：本文为手把手教学的电子设计入门教程硬件类的博客，该博客侧重针对电子设计中的常用元器件进行介绍。本篇博客将根据电子设计实战过程中的情况去详细讲解常用元器件，这些电子元器件包括：电阻、电容、电感、二极管、三极管、MOS管（场效应管）、自恢复保险丝与传统稳压器等。电子设计中的常用元器件是嵌入式工程师工作中必须接触的事物，希望这篇博文能给读者朋友的工程项目给予些许帮助，Respect！

一、常用元器件概述

本文所介绍得电子设计常用元器件，即为分立元件。分立元件（Discrete Components）是指那些单独的、非集成的电子元件，它们通常用于构建电子电路和系统。分立元件包括电阻器、电容器、电感器、二极管、晶体管、光耦合器、继电器等。它们在电路设计中扮演着重要的角色，可以根据特定的需求进行选择和组合，以实现电路的特定功能。

二、电阻

电阻是电路中的一个基本元件，它的主要作用是阻碍电流的流动。电阻的单位是欧姆（Ω），它是电压（伏特，V）与电流（安培，A）的比值，即 R = V / I。电阻有多种类型，包括固定电阻、可变电阻（如电位器）和特殊用途的电阻（如热敏电阻、光敏电阻等）。

在电路设计中，电阻可以用来控制电流和电压的大小，分配电压，以及作为信号衰减器等。电阻的功率额定值也很重要，它表示电阻能够承受的最大功率而不至于损坏。在选择电阻时，不仅要考虑其阻值，还要考虑其功率额定值以及其在电路中的具体作用。

电阻注意事项：

电阻的参数除了本身的电阻以外，还有功率和耐压：不同体积的电阻最大可以承受的耐压和功率是不同的，体积越大，功率和耐压越高，如果电阻所承受的电压超过自身最大耐压，电阻可能会击穿，如果电阻上面的功率超过了自身所能承受的最大功率，电阻可能会烧毁冒烟。

2.1 色环电阻（直插电阻）

常见的电阻包括：直插电阻（色环电阻），贴片电阻，电位器，热敏电阻，水泥电阻 

1、直插电阻（色环电阻）的封装：

色环电阻的封装是按照功率来区分的，功率越大，体积越大

2、色环电阻的数值读法

2.2 贴片电阻

贴片电阻，也称为表面贴装电阻（Surface Mount Resistor，简称SMR），是一种电子元件，它设计用于通过表面贴装技术（Surface Mount Technology，简称SMT）安装到印刷电路板（PCB）上。与传统的通孔电阻不同，贴片电阻不需要插入电路板上的孔中，并通过电路板的另一面焊接，而是直接贴附在电路板的表面，并通过焊膏和热风焊接固定在电路板上。

贴片电阻有多种不同的形状和尺寸，其中最常见的是矩形，拥有两个平行的金属端，用于连接电路。它们的尺寸通常按照英制来表示，例如 0603、0805、1206 等，这些数字分别代表电阻体的长度和宽度，以英寸为单位。贴片电阻可以承载的功率范围也各不相同，常见的规格有 1/16 W、 1/10 W、1/8 W等。

★贴片电阻的特点包括：

1、体积小、重量轻：贴片电阻相较于通孔电阻更小，有利于电子设备的小型化。

2、电性能好：由于接触面积增大，贴片电阻的接触电阻较低，有利于提高电路的性能。

3、高频特性佳：贴片电阻在高频应用中性能更优，因为它们的物理结构有助于减少寄生效应。

4、自动化装配：贴片电阻适用于自动化装配线，可以提高生产效率和一致性。

5、散热性能：贴片电阻的散热性能通常不如通孔电阻，因此在某些高功率应用中可能需要特别设计。

贴片电阻广泛应用于各种电子设备中，如手机、电脑、家用电器等。随着电子技术的不断发展，贴片电阻的种类和规格也在不断增多，以适应各种不同的应用需求。

★贴片电阻阻值命名规则 103 为例： 10*10^3 Ω = 10kΩ 102 = 1 KΩ 101 = 100Ω 100 = 10Ω 473 = 47 KΩ 474 = 470KΩ

2.3 电位器

电位器（Potentiometer）是一种可变电阻器，它具有三个连接端，通常包括两个固定端和一个可移动端（称为滑动触点或摇臂）。电位器用于调节电路中的电压分配，通过旋转旋钮或滑动摇臂来改变滑动触点在电阻体上的位置，从而改变电路中通过滑动触点和两个固定端之间电阻的比例。

电位器的主要特点包括：

1、可调性：电位器允许用户手动调节电路中的电阻值，这在需要调节音量、亮度或其他电气特性的应用中非常有用。
2、精确控制：许多电位器设计为提供精确的线性或对数电阻变化，以便于精确控制。
3、多种类型：电位器有多种类型，包括线性和对数（音量控制常用）变化、单圈和多圈、带开关和不带开关等。
4、用途广泛：电位器广泛应用于音频设备、灯光控制、温度控制、电机速度控制等领域。
5、材料和结构：电位器的电阻体可以由碳膜、绕线、陶瓷等材料制成，不同的材料决定了电位器的耐用性、精度和温度系数。
6、调节方式：除了手动调节外，电位器还可以通过电动或气动方式远程控制。

电位器的符号通常是一个带有箭头的直线，箭头指示可移动触点的位置。在实际电路中，电位器可以用来分压、调节信号幅度或作为可变电阻使用。随着技术的发展，电位器也发展出了多种特殊类型，如数字电位器，它可以通过数字信号来控制电阻值，而不是通过物理接触来调节。

2.4 热敏电阻

热敏电阻（Thermistor）是一种电阻值随温度变化而显著变化的电子元件。热敏电阻通常由金属氧化物半导体材料制成，这种材料对温度非常敏感。热敏电阻可以分为两大类：正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）。

正温度系数热敏电阻（PTC）： PTC热敏电阻的电阻值随着温度的升高而增加。这种特性使得PTC热敏电阻在过流保护、自恢复保险丝和温度控制等方面非常有用。当电流通过PTC热敏电阻时，如果电流过大导致温度升高，电阻值会增加，从而限制电流的增长，起到保护电路的作用。

负温度系数热敏电阻（NTC）： NTC热敏电阻的电阻值随着温度的升高而减小。这种特性使得NTC热敏电阻在温度测量、温度补偿和温度控制等方面非常有用。NTC热敏电阻可以用来检测环境温度变化，或者用来补偿其他电子元件的温度漂移。

热敏电阻的几个关键特性包括：

1、灵敏度：热敏电阻对温度变化的响应程度非常高，这使得它们在温度监测和控制应用中非常有效。

2、稳定性：热敏电阻的电阻值随时间的变化很小，因此它们在长期应用中非常稳定。

3、响应时间：热敏电阻能够迅速响应温度变化，这使得它们在需要快速反应的应用中非常有用。

4、尺寸和形状：热敏电阻可以制成各种尺寸和形状，以适应不同的应用需求。

5、成本效益：热敏电阻通常成本较低，易于批量生产和应用。

2.5 水泥电阻

水泥电阻（Cement Resistor）是一种功率较大的电阻器，通常用于电力电子设备和电源中，尤其是在需要高功率和高压的应用场合。水泥电阻的名称来源于其独特的封装材料——水泥，这种封装材料能够提供良好的机械强度和散热性能，使得电阻器能够承受高温和较大的机械压力。

水泥电阻与铝壳电阻 – 大功率场合用，做电源实验时充当负载。

三、电容

电容（Capacitance）是电子学中的一种基本元件，它能够存储电能。电容的主要功能是存储电荷，当电压施加在电容两端时，它会在两个导体板（或电极）之间积累电荷，一个板积累正电荷，而另一个板积累等量的负电荷。电容的单位是法拉（Farad，符号：F），但实际上，由于法拉是一个非常大的单位，常用的电容单位有微法拉（微法，符号：μF）、纳法拉（纳法，符号：nF）和皮法拉（皮法，符号：pF）。

★电子设计中电容的核心作用：（1）储能作用；（2）滤波作用；（3）隔直通交

 电子设计中常用的电容只有三种：贴片电容MLCC，瓷片电容，电解电容 

3.1 贴片电容

贴片电容（Surface Mount Capacitor），也称为表面贴装电容，是一种无引线电子元件，设计用于通过表面贴装技术（Surface Mount Technology，SMT）安装在印刷电路板（PCB）上。贴片电容与传统的通孔电容（Through-Hole Capacitor）不同，后者需要插入PCB的孔中并通过板子的另一面焊接。

贴片电容的主要特点包括：

1、体积小、重量轻：贴片电容比通孔电容体积小，有利于电子设备的小型化和轻量化。

2、高频特性好：贴片电容在高频应用中性能更优，因为它们的物理结构有助于减少寄生效应。

3、自动化装配：贴片电容适用于自动化装配线，可以提高生产效率和一致性。

4、类型多样：贴片电容有多种类型，包括陶瓷电容、钽电容、聚脂电容等，每种类型都有其特定的应用和性能特点。

5、温度特性：贴片电容的温度特性可能会影响其电容值，这在设计电路时需要考虑。

贴片电容与电阻相同，英制：0201，0402，0603，0805，1206，2512

3.2 瓷片电容

瓷片电容（Ceramic Capacitor）是一种使用陶瓷材料作为电介质的电容器。它们是非极性的，这意味着可以在电路中任意方向安装。瓷片电容因其稳定性、紧凑的尺寸和低成本而广泛应用于电子设备中。

瓷片电容的主要特点包括：

1、体积小、重量轻：瓷片电容具有较小的体积和重量，适合表面贴装技术（SMT）和紧凑的电路设计。

2、高稳定性：高品质的瓷片电容具有很高的温度和频率稳定性，适用于要求严格的电路。

3、多种电容值：瓷片电容提供广泛的电容值范围，以满足不同的电路设计需求。

4、非极性：瓷片电容不区分正负极，可以安全地用于直流（DC）和交流（AC）电路。

5、温度特性：瓷片电容的温度特性通常分为不同的等级，如X7R、X5R、Y5V等，不同的等级有不同的电容值随温度变化的行为。

6、高频性能：瓷片电容具有良好的高频性能，适用于高频滤波和耦合应用。

3.3 电解电容

电解电容（Electrolytic Capacitor）是一种极性电容，它使用电解液（通常是液态或固态的电解质）作为电介质。电解电容通常有一个正极和一个负极，因此在电路中安装时必须注意极性，不能接错。

电解电容的主要特点包括：

1、高电容值：电解电容能够提供比陶瓷电容更高的电容值，范围可以从微法拉（μF）到法拉（F）。

2、极性：电解电容是极性的，正极和负极之间有明显的区分。如果极性接反，电容可能会损坏甚至爆炸。

3、电压额定值：电解电容有不同的电压额定值，选择时必须确保电容的额定电压高于电路中的工作电压。

4、泄漏电流：电解电容存在一定的泄漏电流，这是由于电解质的特性造成的。

5、温度特性：电解电容的电容值随温度变化较大，且温度过高可能会导致电容性能下降甚至失效。

6、体积和重量：相比陶瓷电容，电解电容的体积和重量通常较大，但随着技术的发展，小型化的电解电容也被广泛使用。

7、应用范围：电解电容广泛应用于电源滤波、能量存储、耦合和去耦等应用。

四、电感

电感（Inductor）是一种电子元件，它能够存储能量在其磁场中，并且对电流的变化产生反抗。电感的基本工作原理是基于法拉第电磁感应定律，当电流通过一个线圈时，它会产生一个磁场，而磁场的改变又会在线圈中产生电动势（EMF），这个电动势会反抗电流的变化。

电感的实质是好多圈导线绕在一个可以导磁的磁环上，具体可以参考高中的楞次定律！！！

4.1 电感性质的演示

1、阶段一：闭合开关，电感充能，稳态电流为5mA；

2、阶段二：断开开关，电感放能，断开瞬间电流仍然为5mA；

4.2 电感分类

贴片：一体成型电感  >  屏蔽电感  >  CD系列电感 、0603系列 （做电源推荐用一体成型电感）

直插：工字电感、绕线电感

五、二极管与LED

5.1 肖特基二极管与快恢复二极管

在二极管正向导通后，突然加反向电流， 理想情况下，二极管应该立刻变为截止状态 但是实际上二极管并不会立即变为截止状态， 而是有一个反向电流，然后这个反向电流经过很小的一段时间后慢慢减小到0，达到截至状态。

反向恢复时间 = ts + tt

高频电路里为什么用肖特基二极管呢？

假设电路频率1Mhz，那么周期就是1us， 也就是1000ns，如果用普通二极管，这1000ns里有500ns以上时间都需要等待二极管反向恢复，那么电路是会出大问题的！

5.2 稳压二极管

稳压二极管（Zener diode）是一种特殊的半导体二极管，它具有在反向击穿电压下工作的能力，而且击穿后其两端电压基本保持不变，因此可以用作稳压器。当稳压二极管的反向电压达到其额定稳压值时，它会导通并维持一个几乎恒定的电压，从而为电路提供稳定的电压输出。

稳压二极管的主要特点如下：

1、稳压特性：在反向击穿电压以下，稳压二极管不导电；当反向电压达到其额定稳压值时，电流迅速增加，但二极管两端电压保持几乎恒定，起到稳压作用。

2、温度稳定性：稳压二极管的稳压性能受温度影响较小，因此在一定范围内，它可以在不同温度下提供相对稳定的电压。

3、应用广泛：稳压二极管广泛应用于各种电子设备中，如电源电路、电压调节和保护电路等。

4、规格多样：稳压二极管有多种不同的稳压值和功率等级，以满足不同的电路设计需求。

稳压二极管实际应用：阻容降压（案例）

5.3 TVS二极管

TVS二极管（Transient Voltage Suppressor Diode），即瞬态电压抑制二极管，是一种用于保护电路免受电压瞬变和浪涌损害的电子元件。TVS二极管可以在极短的时间内响应电压的瞬变，将其导向地面或供电电源，从而保护电路中的其他电子元件。

TVS二极管的工作原理是基于PN结的雪崩击穿特性。当TVS二极管两端的电压超过其额定击穿电压（又称为钳位电压）时，它会迅速导通，将过电压分流到地或者供电电源，从而限制电压的峰值，保护电路不受损害。当过电压消失后，TVS二极管会自动恢复到高阻状态，电路恢复正常工作。

TVS二极管的主要特点如下：

1. 响应速度快：TVS二极管能够在皮秒（ps）到纳秒（ns）级别的时间内响应电压瞬变。

2. 击穿电压稳定：TVS二极管在击穿后，其两端电压会保持在一定的钳位电压水平，不会随着电流的增加而显著上升。

3. 功率容量大：TVS二极管能够处理较大的能量，吸收功率从几百瓦到数千瓦不等，取决于其型号和尺寸。

4. 单向和双向保护：TVS二极管有单向和双向之分，单向TVS二极管只对单一方向的电压瞬变有保护作用，而双向TVS二极管可以保护电路免受两个方向上的电压瞬变。

5. 应用广泛：TVS二极管广泛应用于电子设备、通信设备、电源供应器、汽车电子、工业控制等领域，用于保护电路免受静电放电（ESD）、雷电感应、开关动作等引起的电压瞬变和浪涌的损害。

保护原理： 当电路有尖峰时，TVS二极管 会被反向击穿，类似短路， 尖峰电流就会流过TVS二极管， 使得尖峰电压被削顶， 保护了后面的电路

# 二极管的封装：

DO系列（直插）：例如 DO-15、DO-41、DO-27 SOD系列（贴片）：例如 SOD-123 、SOD-323、SOD-523 SOT系列（贴片）：例如 SOT-123、SOT-323、SOT-523 SMA、SMB、SMC系列：多为肖特基二极管，比如SS14，SS54等 LL系列（玻封，贴片）：例如LL34

六、三极管

6.1 三极管概述

三极管（Transistor）是一种具有三个控制电极的半导体器件，它能够放大电信号或用作开关。三极管的基本结构包括两种半导体材料——N型半导体和P型半导体——按照一定的组合方式形成三个区域，分别是发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。根据半导体组合的不同，三极管可以分为两种类型：NPN型和PNP型。

三极管的功能：信号的放大、电子开关

三个电极 ：e（发射极）b（基极）c（集电极）

6.2  三极管三种工作状态

根据这三种状态，我们日常使用三极管通常有俩种方式：

1、放大状态：让三极管保持在放大状态，用来搭建分立元件放大电路。

2、开关状态：让三极管在截至状态和饱和状态之间切换，这时相当于一个开关，用来当作电子开关

6.3 三级管的日常应用

电子开关  ----  流控型开关，有电流就能导通

一般用单片机来控制微型小电机、蜂鸣器、继电器等电压电流较大的器件时，都会选择用三极管来驱动用的多的是 NPN 三极管、PNP 的很少用。此时三极管工作在开关状态 NPN 三极管的驱动电路是高电平使能，PNP 三极管的驱动电路是低电平使能。 基极电阻通常为1K

电子开关 – 图腾柱电路（推挽电路）

实质是射极跟随器，没有电压放大能力，输出电压与三极管基极电压相差 0.7V 但是有电流放大能力，输出电流是基极电流 Ib 的（1+ β）倍

6.4 三极管的选型

一般我们选用三极管都是用作电子开关，充当控制电路（单片机或数字电路）驱动大功率器件的媒介；

需要考虑的参数：三极管耐压、最大可持续工作电流、功率、封装 

这里列举出了常用的三极管型号，直接根据需求选用即可：

1、单片机驱动发光二极管、蜂鸣器、小型继电器：S8050(N) （贴片小封装SOT-23 ，小功率）

2、单片机驱动比较大的继电器和微型小电机：D882(N)   （贴片小封装SOT-89 ，中小功率）

3、单片机驱动MOS管，控制电机：D882(N)+B772(P)对管，更强驱动能力：TIP41C(N)+TIP42C(P)对管

三极管用作开关电源的电子开关：TIP41C(N)或TIP42C(N)，或者更大耐压耐流的三极管

七、MOS管（场效应管）与应用

7.1 MOS管概述

MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种场效应晶体管，它由一个金属门极、一个氧化物绝缘层和一个半导体衬底组成。MOS管是一种电压控制型半导体器件，其工作原理是通过在门极和源极之间施加电压来控制漏极和源极之间的电流流动。

MOS管分为两种类型：N沟道MOS管和P沟道MOS管。

1、N沟道MOS管

N沟道MOS管在结构上是一个P型半导体衬底，上面有一个N型扩散区作为源极，另一个N型扩散区作为漏极，门极由一个金属电极和覆盖在半导体表面的氧化物绝缘层组成。当在门极和源极之间施加正电压时，会在半导体表面形成一个N型导电通道，从而允许电流从漏极流向源极。

2、P沟道MOS管

P沟道MOS管在结构上是一个N型半导体衬底，上面有一个P型扩散区作为源极，另一个P型扩散区作为漏极，门极同样由一个金属电极和氧化物绝缘层组成。当在门极和源极之间施加负电压时，会在半导体表面形成一个P型导电通道，允许电流从源极流向漏极。

★简单粗暴    经常用到的只有N沟道的MOS管，这里只讲NMOS！！！

给栅极电容充电，MOS就会导通，给栅极电容放电，MOS就会关断；

7.2  MOS等效电路及驱动

典型的MOS驱动电路如图：

Q22的作用：电平变换，把单片机的0V/5V电平变为12V/0V电平。Q20、Q23作用：推挽电路，放大Q22的输出电流，产生足够的驱动电流来推动MOS管导通/关断。 D7：给电机的自感电流提供泄放回路。 在MOS关断后电机会由于自身的感性产生自感电流，如不加D7可能会击穿MOS

7.3 MOS管选型

参数： DS间耐压、Id（最大工作电流）、RDS(on)（内阻）、Qgs（栅极电荷）、体二极管压降，电流，反向恢复时间

八、自恢复保险丝

自恢复保险丝（Self-repairing fuse），也称为聚合物PTC（正温度系数）热敏电阻，是一种过电流保护元件，能够在过载条件下断开电路，并在故障条件消除后自动恢复导通状态。这种保险丝通常由聚合物材料制成，内含导电颗粒，当通过它的电流超过额定值时，由于材料内部产生的热量导致温度升高，使得聚合物材料的电阻率降低，从而增加整个电路的阻抗，限制电流的进一步增长。当过载条件消失后，聚合物冷却，电阻率降低，保险丝恢复导通状态。

保险丝概括：就是过流熔断后可以自动恢复的保险丝，可以保护电子电路在短路时不至于冒烟

九、线性稳压器

线性稳压器（Linear Voltage Regulator）是一种电子电路，用于保持输出电压恒定，不随输入电压或负载电流的变化而变化。线性稳压器通过一个-pass元件（通常是晶体管）和一个反馈电阻网络来实现稳压功能。当输入电压变化或负载电流变化时，反馈网络会调整-pass元件的导通程度，以维持输出电压的稳定。

线性稳压器的主要特点包括：

1、稳定性：线性稳压器能够提供非常稳定的输出电压，波动很小。

2、简单性：线性稳压器的设计相对简单，通常只需要几个外部元件。

3、低噪声：线性稳压器产生的噪声较低，适合对噪声敏感的应用。

4、响应速度：线性稳压器的响应速度较慢，对于快速变化的输入电压或负载电流的响应不如开关稳压器。

5、效率：线性稳压器的效率相对较低，特别是在输入电压和输出电压差距较大时，会有较多的能量以热的形式消耗。

6、功耗：由于效率较低，线性稳压器在输出电流较大时会有较大的功耗和发热。

线性稳压器的常见类型有：

常用型号：L78系列：7824、7812、7809、7805等 ；AMS1117系列：AMS1117-5、AMS1117-3.3；XC6206：3.3V稳压器，体积最小的一款 ，PCB如下图：