电路原理图中各个元器件的作用浅析

原理图就是用来体现电子电路的工作原理的一种电路图,又被叫做“电原理图”。这种图由于它直接体现了电子电路的结构和工作原理,所以一般用在设计、分析电 路中。分析电路时,通过识别图纸上所画的各种电路元件符号,以及它们之间的连接方式,就可以了解电路的实际工作时情况。

电路图基础知识入门步骤：

首先，要了解各个元件的有什么功能和作用，其有什么特点

其次，要了解各个元件间的组合有什么功能

再者，要知道一些基本的电路，比如:基本的电压源与电流源之间的相互转换电路，基本的运算放大电路等等

然后，就是可以适当的看一点复杂的电路图，慢慢了解各个电路间电流的走向。

以上所说的是模拟电路，还有数字电路就是要多了解一些‘门’的运用，比如说：与非门，与或门等等。

还有在一些复杂的电路图上会有集成芯片，所以，你还要了解给个芯片引脚的作用是什么，该怎么接，这些可以芯片的规格书里会有详细的说明。

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Part.1

各元件作用和特性

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电容

电容在电子电路中起着重要的作用。它的主要作用就是去耦，旁路，储能，滤波这四个。

特性：通交阻直

一、去耦

去耦就是在输出信号中放一个电容，去除掉输出信号的高频谐波噪声，使输出信号干净。跟电感的耦合是相反的，变压器的初，次级之间就是耦合，初级与次级之间会相互影响。去耦就是把输出与输入之间不产生影响。

二、旁路

旁路就是把输入信号中一些高次谐波通过设计好的电容给直接通地，从而有效抗谐波干扰，这就是每一个芯片的电源脚边上都要放一个0.1uF的电容的原因，它就是起到旁路作用，把高次谐波直接通地，不让它进入系统内。

去耦与旁路，其实是差不多的作用，区别就是位置上有些不同，旁路是去除输入信号的高频，把外界的谐波去除。去耦是把输出端的高频谐波信号去除，使输出信号干净。下图就很能说明问题:

三、储能

储能这个就是跟UPS(不间断供电系统)一样的，它就是通电的时候，电容会充电，而当电关闭以后，电路不会立即就断电，通过储能电容的放电，电路还能工作一段时间。这就是电容的储能作用。一般电解电容就是一种储能作用。

四、滤波

滤波就是把一个有尖峰的信号，通过电容的滤波作用，变成一个平坦的波形。如下图所示：

一般在电源输出脚都会有一个滤波电容，如上图中的C，它起到的作用就是把电源输出脚的尖峰给弄平坦喽，使电源是一个稳定的电源。 由于电容的滤波作用，所以会在电源的输出端加一个大容量滤波电容，也会在负载的输入端也加一个大容量的的电容，这是为了防止负载的变化导致电压的波动，这个滤波大电容就能滤除这些变化产生的电压波动，使电压稳定在可接受的范围。

五、自举

自举电容和其他普通的电容相比较，没有太大的区别，主要还是用到了，电容两端的电压差不能突变的原理。当提高电容负端的电压时，正端的电压也会随之被抬高，压差始终保持不变。

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电阻

一、分压

分压电路实际上是电阻的串联电路，它有以下几个特点：

通过各电阻的电流是同一电流，即各电阻中的电流相等；在串联电路中，电阻大的导体，它两端的电压也大，电压的分配与导体的电阻成正比，因此，导体串联具有分压作用。总电压等于各电阻上的电压降之和，在电路中应用如下图所示：

在电源芯片输出管脚上一般选择分压电阻的精度很高，电阻的精度直接决定了输出电压的精度，如5%的电阻输出电压波动范围为10%，1%精度的电阻输出电压波动范围达到2%，因此选择精度高的；这个可以计算一下大致差不多的误差。

二、限流/分流

分流电路实际上是电阻器的并联电路，它有以下几点特点：

各支路的电压等于总电压；

总电流等于各支路电流倒数之和；

如下图所示：

三、上下拉

一般说法是上拉增大电流，下拉电阻是用来吸收电流。

上拉电阻：将一个不确定的信号（高或低电平），通过一个电阻与电源VCC相连，固定在高电平。

下拉电阻：将一个不确定的信号（高或低电平），通过一个电阻与地GND相连，固定在低电平。

注意：电阻R越小，上拉能力越大，但是会增大TTL端的饱和压降，导致TTL输出的低电平很高；
电阻R太大，会延缓TTL输出的上升沿。

四、阻抗匹配

由电阻器组成的阻抗匹配衰减器，它接在特性阻抗不同的两个网络中间，可以起到匹配阻抗的作用。

阻抗匹配：严格来讲，当高速电路中，信号再传输介质上的传输时间大于信号上升沿或者下降沿的1/4时，该传输介质就需要阻抗匹配

五、全带宽滤波（吸收毛刺）

在一些芯片的电源管脚，采用LC滤波，有时会在L之后串联一个几欧姆的电阻，电阻起到全频段滤波的作用，还有一个作用就是降低电路的品质因数Q，Q定义为回路发生谐振时，储存能量与一周期内消耗能量之比。Q=（LC）^1/2 / R。

六、RC电路

RC电路的是电阻和电容一起使用的。

七、偏置作用

晶体管构成的放大器要做到不失真地将信号电压放大，就必须保证晶体管的发射结正偏、集电结反偏。即应该设置它的工作点。所谓工作点就是通过外部电路的设置使晶体管的基极、发射极和集电极处于所要求的电位(可根据计算获得)。这些外部电路就称为偏置电路(可理解为，设置PN结正、反偏的电路)，偏置电路向晶体管提供的电流就称为偏置电流。

对共射放大电路来说，主流是从发射极到集电极的IC，偏流就是从发射极到基极的IB。相对与主电路而言，为基极提供电流的电路就是所谓的偏置电路。偏置电路往往有若干元件，其中有一重要电阻，往往要调整阻值，以使集电极电流在设计规范内。这要调整的电阻就是偏置电阻。

偏置：在电路某点给一个参考分量，使电路能适应工作需要。偏置可以是DC偏置，也可以是AC偏置。也可分为电流偏置和电压偏置。常见的是DC偏置。即电路某点经过一个起偏置作用的元件接到某个DC电源上。例如单级三极管发射极放大电路，至少需要一个基极偏置电阻。由于三极管放大电路经常用电流放大系数来计算放大效果。因此偏置电阻定义为电流偏置电阻，以便于计算和分析。CMOS 门电路输入端，接的上拉电阻或下拉电阻，一般可认为是电压偏置电阻。因为通过这个电阻的电流很少，电阻基本上是给门输入端一个静态参考电压。交流偏置的一个典型应用例子：录音机的交流偏磁。

简言之，偏置电阻用来调节基极偏置电流，使晶体管有一个适合的工作点。

七、0欧姆电阻

0欧姆电阻并不是真正的无阻值，一般阻值r ≤ 50 m Ω ，一般有 20mΩ、30mΩ 和 50mΩ 三个等级，根据下面公式可以算出电流i ；

0欧姆电阻使用场景：

1.做为跳线使用，兼容电路中，其中一个线路不使用时，0欧姆电阻不贴。

2.在数字和模拟等混合电路中，往往要求两个地分开，并且单点连接。

地是参考0电位，所有电压都是参考地得出来的，地的标准要一致，故各种地应短接在一起。

如果把模拟地和数字地大面积直接相连，会导致互相干扰，不短接又不妥。

我们可以用一个0欧的电阻来连接这两个地，而不是直接连在一起。这样做的好处就是，地线被分成了两个网络，在大面积铺铜等处理时，就会方便得多。

3.测试某条线路的电流时，可以去掉0欧姆电阻，接上电流表，方便测耗电流。

4.在高频信号下，充当电感或电容。（与外部电路特性有关）电感用，主要是解决EMC问题。如地与地，电源和IC Pin间。

5.分割区上的抗干扰。跨接时用于电流回路，当分割电地平面后，造成信号最短回流路径断裂，此时，信号回路不得不绕道，形成很大的环路面积，电场和磁场的影响就变强了，容易干扰/被干扰。在分割区上跨接0欧电阻，可以提供较短的回流路径，减小干扰。

6.布线布不过去时，可以使用0Ω电阻，但是一般不建议使用。

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电感

电感器在电路中主要起到滤波、振荡、延迟、陷波等作用，还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。

通直流：所谓通直流就是指在直流电路中，电感的作用就相当于一根导线，不起任何作用

阻交流：在交流电路中，电感会有阻抗，即XL，整个电路的电流会变小，对交流有一定的阻碍作用。

1.利用电感的储能特性，可以与电容组成谐振电路

2.利用电感通直流阻交流特性，可以作为限流电感器﹑整流电路滤波器﹑带通滤波器等

电感和磁珠有什么联系与区别

1、电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件；

2、电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，用于EMC对策；

3、磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题。EMI的两个途径，即：辐射和传导，不同的途径采用不同的抑制方法。前者用磁珠，后者用电感；

4、磁珠是用来吸收超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDRSDRAM，RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHZ；

5、电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上。一般地的连接和电源的连接。在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。对信号线也采用磁珠。

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二极管

二极管的作用和功能用四个字来说：“单向导电。”二极管常用来整流、检波、稳压、钳位、保护电路等。

一、整流

电路中的VD1、VD2和VD3是普通二极管，它们串联起来后构成一个简易直流电压稳压电路。在直流工作电压的正向偏置作用下导通，导通后对这一电路的作用是稳定了电路中A点的直流电压。

二、稳压

电路中的VD1、VD2和VD3是普通二极管，它们串联起来后构成一个简易直流电压稳压电路。在直流工作电压的正向偏置作用下导通，导通后对这一电路的作用是稳定了电路中A点的直流电压。

三、保护电路

电路中的二极管VD1用来保护驱动三级管VT1。这种保护电路在继电器驱动和电磁铁吸铁电路中有广泛的应用。

四.检波

峰值检波电路是对输入信号幅值的最大值进行检测，其工作原理是：当输入电压幅度大于二极管正向电压时，二极管导通，输出电压加在电容C1上，电容两端充电完毕，当输入电压幅值低于先前输入电压幅值时，二极管处于反偏截止状态，此时，电容两端的电压基本保持不变；若再输入信号，输入电压幅度必须高于此时电容两端的电压（即加在二极管的正向电压），二极管才能导通。

五.钳位

二极管钳位电路用于将信号的正峰值或负峰值置于所需要的电平。直流分量被简单地添加到输入信号中或从输入信号中减去，钳位电路也被称为IC 恢复器和交流信号电平转换器。

钳位电路也称为直流电阻，主要功能是将一些直流电平添加到输入交流信号中。下图中显示了钳位电路，它在输入交流信号中添加了一个正直流电平。

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MOS管

（1）信号切换

实际电路中经常会遇到各模块之间对接的IO口电平不一致，可以用N-MOS来实现电平转换。

如上图，UART2_TX_3V3信号线上高电平是3.3V，而后端信号EXT_UART_5V需要5V的电平，这时可以用N-MOS来实现电平转换

（2）电压通断

可以用P-MOS实现电源开关

如上图，VDD_ENCODE_3V3的电源是来自VDD_MCU_3V3，用ENCODE_EN来控制。但需要注意前提是VCC_NCU3V3跟ENCODE_EN的高电平是同电位的。

MOS管在电路中不都是起开关作用，还有放大、阻抗变换、振荡等等作用。利用它低导通内阻特点作为开关的比较多。

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Part.1

原理图基础知识

一般情况下，我们不会直接将电路板上的模拟电路设计图全部绘制在一起，这样的话，如果电路板过于复杂的话，整个原理图就会显得十分拥挤，不容易识别、分析，因此，我们可以将单独的元器件分离开来，作为一个单独的小模块，绘制在原理图上，这样我们就可以单独分析单个模块功能。

1.网络标号

上述情况下，如果将模块从整个原理图结构中分开，但是又不破坏整个原理图的完整性，就需要使用网络标号。网络标号的实质就是一串字符串，而他的特性就是只要这一串字符串一致，那么就表示这两个地方在电气特性上是直连的。

网络标号的命名规则是见名知意，比如Ffid_nCS表示RFID射频模块的CS片选信号。

2.网络标号边上的尖括号

一般在原理图上都会出现这样的尖括号：

这个一般是在原理图中表示跨页输入输出。因为原理图一般在设计的时候，会根据开发板上的功能，进行模块细分：控制、audio、camera、memory、RF等，但是这些是能在一张A4纸上全部显示的（原理图1页设计一般都是在A4大小左右），这就需要跨页，而这种尖括号就是表示跨页输入和输出：箭头指向网络标号表示输入到网络标号，箭头指向标号另一侧表示从网络标号输出。

3.常用的原理图符号

审核编辑：刘清