电路基础与PCB设计（一）电路
电路基础
1 欧姆定律 —— 电路的“万恶之源”
基本概念
电压 (V)：电场中推动电荷移动的“压力”。生活中常见的电源电压是 220V、380V。
电流 (I)：电荷流动的速率。生活常用电器的电流多在 10A 左右。
电阻 (R)：电荷运动的阻力。
关系：I = U / R
电荷说明
正电荷：原子失去电子后形成，但本身不能移动。
电子：自由电子可以移动，方向与电流方向相反。
实际测量
通电后只能测量电流、电压、通断性，不能直接测电阻。
2 电阻 —— 最常用的基础元件
2.1 电阻概述
作用：限流、降压、分压、保护电路。
特殊电阻：可作传感器（如热敏电阻、光敏电阻）。
电功率：电阻在工作时会消耗功率并产生热量。
2.2 串联与并联
串联
电压和电流被分配。
作用：分压 + 限流，用于后续器件保护。
并联
两端电压相同，总电阻减小。
作用：分流，增强可靠性，调节参数。
3 电容 —— 电荷的“小水库”
3.1 电容概述
定义：在给定电位差下储存的电荷量，C = Q / U。
单位换算：1F = 1000mF = 1000000μF。
构成：两块导体（极板）+ 绝缘介质。
原理：加电压 → 极板一边积正电荷，另一边积负电荷。
3.2 电容压降
特性：阻直流，通交流。
直流时：阻抗无穷大，相当于断路。
交流时：阻抗 Z = 1 / (2πfC)，频率越高阻抗越小。
应用：在交流电路中充当电阻。
3.3 高通滤波器
作用：允许高频信号通过，阻止直流和低频。
应用：去掉直流偏置，只传递交流信号。
3.4 旁路滤波
原理：电容“通交流阻直流”。
应用：放在电源端，旁路掉高频干扰，保证直流稳定。
3.5 MCU 信号耦合
芯片通信信号常带直流分量。
电容隔直流，保留交流信号，保证通信稳定。
3.6 RC 延时电路
R + C 的充放电特性使电压/电流缓慢上升。
应用：上电延时、防止冲击电流，保护芯片。
4 二极管 —— 电路保护的关键器件 【重点】
4.1 概述
P 型半导体：三价杂质 → 产生空穴 → 空穴为主要载流子。
N 型半导体：五价杂质 → 多余电子 → 自由电子为主要载流子。
结合形成 PN 结 → 二极管。
4.2 防反接
二极管单向导通，避免电源接反损坏电路。
4.3 钳位效应 【重点】
正常导通时有 0.7V 压降。
应用：输入 5V 电路，若超过 5.7V，二极管导通，将多余电压泄放，保护电路。
4.4 交流限幅
二极管限制电压在 ±0.7V（两只对称二极管时可到 ±1.4V）。
应用：交流信号限幅保护。
4.5 收音机原理 【重点】
LC 谐振电路：电感 + 电容形成选频电路，只接收目标频率。
二极管检波：单向导通，只保留交流的一半。
电容滤波：滤掉高频，只留下低频音频信号给耳机。
实质：从高频载波中提取低频原始信息（调幅解调）。
4.6 二极管整流桥【重点】
二极管整流桥的作用是把交流电的电流方向统一，保证进入负载的电压始终保持同一方向。在整流桥的基础上，如果再加入电容，就能把电流进一步平滑，输出接近直流的电压。
例如风扇的“弱风档”，就是利用二极管的半波整流特性，把进入负载的电流减少一半，从而使电机的功率减半，转速也降低。
4.7 二极管升压/倍压
5 三极管
5.1 三极管概述
三极管的基本功能是：用小电流/小电压去控制大电流电路。
这解决了 MCU 芯片无法直接驱动高功耗器件的问题。
举例：MCU 输出电压一般是 3.3V，最大电流 20mA，那么最大功率就是：
3.3V × 0.02A = 0.066W。
这个功率很小，直接驱动不了电机、继电器之类的外设，所以必须借助三极管。
5.2 三极管电路分析
6 MOS 管
6.1 N 沟道 MOS 管
6.2 P 沟道 MOS 管
7 光耦
光耦的作用是把电信号转换成光信号，再由光信号去控制电信号。这样能实现电气隔离，保护 MCU。
一个典型的设计是：
MCU 通过 NPN 型三极管，用小电流去控制 12V 的电路；
12V 驱动一个光耦模块；
光耦模块再去驱动外部的 24V 电路，比如电机。
这样，MCU 就能通过编程来控制外部大功率设备，同时利用光耦和三极管实现电路隔离，保护 MCU 不被高压损坏。
