学好嵌入式系统: 1 of 3

我们周遭所使用的所有电子设备均通过电流来控制其运行，而电流的连通则需要电路的支持。

通过在电路上搭载各种元器件，我们可实现由简单到复杂的各种操作。

为了能够更好的理解电路，首先让我们来了解一下构成电路的各个元器件的工作特性。

电路组成中不可或缺的无源元件

电阻、电容器、线圈等被称为无源元件，主要用于消耗、储存、释放电力，以实现功率放大、整流等控制操作。

电阻的工作

电阻也称为电阻器，可通过阻止电流运行来对电流进行控制，利用电流的改变影响电压，通过电流可产生任意电压。
电阻值的单位为Ω（欧姆），电阻值越大其对电流的阻止能力就越强，因此通过的电流也就越小。
在电阻的两端连接电压后，电流就可以流通。电流与电压成正比，与电阻成反比。这就是欧姆定律。利用欧姆定律，我们可以计算出电流、电压、以及电阻的值。

电容器的工作

电容具有储存电量，并将储存的电量释放出来的功能。电容器的容量被称为静电容量，其单位为F（法拉）。
电容器的构造是将电介质（绝缘体）夹在电极中，因此直流电无法通过，但在接通交流电后，电容器则可实现蓄电与放电的重复运行而形成电流。“只有交流电流才能通过”，这就是电容器的作用。

电容器在接入直流电后，会使电源正极的正电荷和负极的负电荷进行充电（带电）（图1充电状态）。而在电容器静电容量的电荷不断充电达到饱和时，电流就不再流通。（图2稳定状态）

当电容器接通交流电压

Figure 1 The Capacitor is Charging, Figure 2 The Capacitor is Charged (and Stable)

图1 电容充电 / 图2 充电后的电容状态

电流的流向发生异常变化，电容器的充、放电将持续进行（图3）。这可以看做是和电介质中交流电不断流通一样的“通交”，从而形成电流。交流电中的电阻被成为容抗，其单位为Ω（欧姆）。

Figure 3: Repeatedly charging and discharging

图3

线圈的工作

线圈也叫做电感线圈。线圈是用导线围绕并制成的元件。导线在接通电流后可产生磁场，从而存储能量。该容量为电感系数，其单位是H（亨利）。

导线将根据电流的方向产生右旋磁场（右旋定律）。在导线制成的线圈周围会形成定向磁场。而线圈内的磁场变化和感生电流的方向会有减少磁场变化趋势。这就是楞次定律。因此，线圈不能接通交流电，只用作直流电的接通。

Figure 4: Current and magnetic field

图4

将导体接通电流后将在电流方向产生右旋磁场。电流I磁场B）

Fig.5: Lenz's Law

图5 楞次定律

感生电流产生磁场的方向一定是减少线圈内磁感线数变化的方向。

滤波器电路-HPF与LPF

去除不需要的信号，只保留特定频率的电路叫做滤波器电路。比如，将电阻（R）与电容器（C）都为串联连接的RC串联电路中电阻的（Vr）电压作为电路的输出电压，那么我们就不能够只输出电压信号中的高频率部分而将低频率部分。这种特性被成为HPF：High-pass filter（图6）。
反之，如果把电容C上的电压作为输出，那么我们就不能够只输出输入电压信号中的低频率部分，而减少高频率部分。这种滤波器电路被称为LPF：Low-pass filter（图7）。

Figure 6: High-pass filter (HPF) / Figure 7: Low-pass filter (LPF)

图6 / 图7

下期内容中，我们将学习可对控制电流形成的波形、频率等进行控制的元件—二极管、晶体三极管、FET的相关基础知识。

学好嵌入式系统

  1. 无源元件
  2. 二极管、晶体管、FET
  3. 运算放大器