1.1 基础电子元件和测量仪器

如果你是电子学新手，或者刚开始搭建电子电路，那么重要的是要熟悉一些基本的电子元件和设备。如果不了解这些基本电子元件（即它们的数值、额定值、用途等），你的电路设计可能无法按预期工作。

有许多电子元件，如电阻、电容、LED、晶体管等，也有许多设备，如电源、示波器、函数发生器（或信号发生器）、万用表等。

在本教程中，你可以对一些最常见的基本电子元件有一个简要的了解。如果想了解某个特定元件的更多信息，可以查看与该元件相关的链接。

基本电子元件

有许多方法可以对不同类型电子元件进行分类，但最常见的方法是将它们分为三种类型：

1. 有源电子元件
2. 无源电子元件
3. 机电元件

有源电子元件

严格来说，有源元件是一种作为能量源的设备，例如电池。然而，根据一些进行电路分析的电子工程师的看法，有源元件的定义有所不同。有源元件被定义为依赖于能源源并能够向电路引入功率的设备。

例如，考虑二极管，它是一种有源元件。当二极管连接到电路并施加能源时，它并不会立即导通电子。只有当其阈值达到时，它才会开始导通。因此，它依赖于能源源来工作，因此它是一种有源元件。

有源电子元件可以控制通过它们的电子流动。一些常用的有源元件包括晶体管、半导体（二极管）、集成电路（IC）、电源（电池、交流和直流电源）等。

二极管

二极管是一种非线性半导体器件，它只允许电流在一个方向上流动。二极管是一个两终端设备，两个终端分别是阳极和阴极。以下是二极管的符号。

二极管类别下还有许多不同类型的元件，包括 PN 结二极管、发光二极管（LED）、齐纳二极管、肖特基二极管、光电二极管和双向二极管。

二极管类型	应用
GUNN 二极管	用于产生微波信号
激光二极管	用于光纤通信、条形码阅读器、CD/DVD 驱动器
发光二极管	用于航空照明、交通信号灯、相机闪光灯等照明应用
光电二极管	用作高压整流器、光电探测器、射频开关
快速恢复二极管	用于高频脉冲的产生和整形
隧道二极管	用于微波应用
变容二极管	主要用于射频应用
齐纳二极管	主要用于电压参考

晶体管

晶体管是一项改变了电子电路未来的发明。它是一种半导体器件，可用于切换电能或放大电子信号。

晶体管是一个三端设备，可以是电流控制器件或电压控制器件。晶体管有多种类型，基本分类如下：

1. 双极型晶体管（BJT）
2. 场效应晶体管（FET）

它们可以进一步细分为以下类别：

集成电路（IC）

集成电路（IC）是一种将多个电子元件（主要是晶体管）集成在一个由半导体材料（通常是硅）制成的单个设备（或芯片）上的技术。

几乎所有的电子设备，如电视、手机、笔记本电脑、音频播放器、路由器等，都包含集成电路。

集成电路分为模拟集成电路和数字集成电路。模拟集成电路处理连续变化的模拟信号，如温度、音频等；数字集成电路则处理离散信号，即零伏特和非零伏特（如 5V 或 3.3V），分别表示二进制 0 和 1。

在基本电子电路中常用的集成电路包括运算放大器（如 LM741）、定时器（如 NE555）、微控制器（如 AT89S52）、计数器（如 CD4017）和电机驱动器（如 L293D）。

真空管

在晶体管发明之前，真空管被用作晶体管的替代品。真空管是一种控制真空中电子流动的电子管。旧式电视和计算机显示器中使用的 CRT 屏幕是真空管的最佳示例。

电源

直流电源

在处理电子电路时，工作台电源是一个重要的设备。电子元件主要依赖直流电源工作，因此拥有可靠的直流电源非常重要。

有多种类型的电源，如交流 - 直流电源、线性稳压器、开关电源等。根据项目需求（如 5V 或 12V），也可以使用墙式适配器作为工作台电源的替代品。

电池

电池是一种将化学能转化为电能并为手机、笔记本电脑、手电筒等设备供电的设备。在电子学中，我们经常使用电池为电路供电，无论是为了使电路便于携带，还是仅仅为了测试电路的功能。

电池有不同的尺寸和电压。电池还分为一次电池和二次电池。一次电池使用完后可以丢弃；而二次电池在耗尽后可以通过充电再次使用。在电子电路中，我们经常使用 1.5V 的 AA 电池或 9V 的 PP3 电池。

显示设备

• 16×2 LCD 最常用的电子电路显示模块是 LCD 显示屏，特别是 16×2 LCD 显示屏。它是一个具有两行和 16 列的字母数字显示屏，最多可以显示 32 个字符。

• 七段显示器 另一种常见的显示模块是七段显示器。它可以用于在各种电子设备（如时钟、仪表、计算器、公共信息系统等）中显示十进制数字。

无源元件

无源元件无法控制通过它们的电流流动，即它们无法向电路引入能量，但可以增加或减少电压和电流。

这些元件的运行不依赖于能源源。电阻、电容、电感和变压器等双端元件是无源元件的示例。

电阻

电阻是所有电子元件的基础。它是一种无源电子元件，可在电路中引入电阻。通过使用电阻，我们可以减少电流、分压、设置晶体管（或其他有源元件）的偏置等。

欧姆定律定义了电阻的行为，它指出通过导体的电流与导体两端的电压成正比。比例常数称为电阻。

欧姆定律的数学表达式为 $I = \frac{V}{R}$。

根据功能、尺寸、特性等，可以定义不同类型的电阻。电阻分为固定电阻和可变电阻。

顾名思义，固定电阻具有固定的电阻值，其电阻不会因外部参数而改变。另一方面，可变电阻具有可变的电阻值，可以通过手动调节或由外部因素（如光敏电阻（LDR）或热敏电阻）控制。以下是不同类型的电阻。

电容

电容是第二种重要的无源元件，一种以电场形式储存能量的设备。大多数电容由两个导电板组成，它们之间由介电材料隔开。

如果 $Q$ 是其中一个导电板上的电荷，$V$ 是它们之间的电压，那么电容 $C$ 的电容值为 $C = \frac{Q}{V}$。

在电子电路中，电容主要用于阻断直流电流并允许交流电流通过。电容的其他应用包括滤波器、定时电路、电源和能量储存元件。

电容有许多类型，如极化电容、非极化电容、陶瓷电容、薄膜电容、电解电容、超级电容等。

电感

如果电容以电场形式储存能量，那么电感就是以磁场形式储存能量的设备。电感实际上是一根绕成线圈的导线。

电感广泛应用于交流设备，如滤波器、扼流圈、调谐电路等。

线圈绕制的磁芯（如空气、铁、铁氧体等）将决定磁场的强度。电感会阻碍通过它们的电流变化，电流的变化会导致感应电压的产生。

基本测试和测量设备

在设计电子电路时，测试和测量各种参数（如电流、电压、频率、电阻、电容等）非常重要。因此，示波器、万用表、逻辑分析仪、函数发生器（或信号发生器）等测试和测量设备经常被使用。

示波器

示波器是观察连续变化信号最可靠的测试设备。借助示波器，我们可以观察到随时间变化的电信号（如电压）的变化。

示波器广泛应用于医疗、电子、汽车、工业和电信等领域。

最初的示波器由阴极射线管（CRT）显示器组成，但如今，几乎所有示波器都是具有存储和记忆等高级功能的数字示波器。

万用表

万用表是电压表、电流表和欧姆表的组合。它们提供了一种便捷的方法，用于测量电子电路中的不同参数，如电流、电压等。

万用表可以测量交流电（AC）和直流电（DC）的数值。早期的万用表是模拟式的，包含一个指针。现代的万用表是数字式的，通常被称为数字万用表（Digital Multimeters，简称 DMMs）。

数字万用表既有便携式设备，也有台式设备。万用表在查找电路中的基本故障时非常方便。

函数发生器（或信号发生器）

顾名思义，信号发生器用于生成多种信号，以测试和排查电子电路中的问题。最常见的信号类型包括三角波、正弦波、方波和锯齿波。

除了工作台电源和示波器外，函数发生器也是设计电子电路时的重要设备。

在本文中，我们介绍了一些在设计或测试电子电路时经常遇到的基本电子元件和测试设备。

随着项目的推进，我们还可以探索更多元件，如变压器、按钮、开关、连接器等。