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1，电感及使用

        电感也是常用的元器件，不过在嵌入式或计算机产品电路设计中没有电阻和电容那么广泛。百度对电感的定义：电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组。电感器具有一定的电感，它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下，电路接通时它将试图阻碍电流流过它；如果电感器在有电流通过的状态下，电路断开时它将试图维持电流不变。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。

电感器的特性与电容器的特性正好相反，它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性。直流信号通过线圈时的电阻就是导线本身的电阻压降很小；当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过，所以电感器的特性是通直流、阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。电感器在电路中经常和电容器一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流圈、变压器、继电器等。

* 通直流：指电感器对直流呈通路关态，如果不计电感线圈的电阻，那么直流电可以“畅通无阻”地通过电感器，对直流而言，线圈本身电阻很对直流的阻碍作用很小，所以在电路分析中往往忽略不计。

* 阻交流：当交流电通过电感线圈时电感器对交流电存在着阻碍作用，阻碍交流电的是电感线圈的感抗。

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。由于电容具有“阻直流，通交流”的特性，而电感则有“通直流，阻交流”的功能，因此电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成LC滤波电路。在计算机或嵌入式硬件设计中，电感使用最多的可能也就是LC滤波电路了。很多芯片的电源输入，特别是一些对电源质量要求很高的PLL电源往往都会加LC滤波电路。比如下图是南桥ICH8的电源引脚输入。图中电感L1201/1202/1203/1204就与相关的电容组成不同的LC滤波电路，连接到不同的电源引脚。

另外一个经常会用到电感的场合就是开关电源的设计电路中。计算机或嵌入式产品设计中，对于功率较大的电源，通常会采用降压的开关电源设计方案。比如下图就是一个典型的开关电源电路。由于电源设计比较复杂，需要更大的篇幅和时间慢慢分析，这里我们就不花很多时间详细分析电源电路了。电路中电感L2001以及其后面的电容C2008/C2009/C2010等等组成LC滤波整流电路，保证输出电压的稳定。电感L2001主要利用其自身的储能功能，和阻止电流变化的特性，从而提供电源电路的带负载能力。当上功率MOS管Q2002导通时，电源VCC_12V提供电流，电感L2001及其后的电容就储存能量；当上管关端，下功率管Q2001导通时，电感L2001及后面电容中储存的能量就可以释放，从而给负载电路继续提供电流，保持电源电压的稳定及负载电流的供应。开关电源的细节和更多内容，今后有机会再出专题讲解。

  2，二极管及使用

    除了前面讲过的电阻，电容，电感外，在嵌入式或计算机产品硬件设计中常用的分立元器件还有二极管，三极管，MOS管。在数字电路硬件设计中，这些元件的功能相对比较单一。为了便于大家理解后面的功能电路分析，这里也用点篇幅总结一些这些‘管’元件在硬件产品数字电路设计中常用功能。首先来看看二极管。

    二极管，（英语：Diode），电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过，许多的使用是应用其整流的功能。大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流（Rectifying）”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断（称为逆向偏压）。

晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的pn结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压或门坎电压。当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。门坎电压:硅管约为0.5V，锗管约为0.1V；正向导通压降硅管约为0.6~0.8V，锗二极管约为0.2~0.3V。

 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。下图为二极管的常用标识。

1）开关二极管         

    在数字电路设计中，最常用的功能是二极管的开关功能，利用其单向导电的特性。比如下图的电路就是一个例子。一个二极管芯片BAT54中集成两个二极管。

     该电路是计算机硬件设计中常用的RTC电源电路。RTC是realtime clock，就是说这是一个一直在运行的时钟，不管系统电源是开电还是关电，它都在运行，从而给系统提供准确实时的时钟。我们家里用的电脑，即使你关电一段时间后，再次重新开机时，里面的时间信息还是能维持最新的状态，而不是关机时的时间，就是这个RTC电源及相关逻辑功能一直在起作用的结果。VCC_3V3_BAT是电路板上一个圆形的纽扣电池所连出的电源信号。当系统关电时，该二极管芯片D1101的上面一个管就导通，从而向VCC_RTC供电，供给RTC相关电路和逻辑功能。一般纽扣电池的供电电压是3V，前面说过锗二极管的正向导通电压为0.2V，因此此时VCC_RTC电压是3-0.2=2.8V。

    大家都知道，电池的容量是有限的，如果RTC电路一直由电池供电的话，这个纽扣电池的使用寿命就比较短。因此，当计算机开电工作时，希望由系统的主电源给这部分RTC电路供电，这样电池的容量在系统电源工作时可以保存，从而提高电池的使用寿命。那么这个RTC电源供电电路切换是如何实现的呢？

    当系统开电时，系统主电源就提供VCC_3V3S（在系统关电时，这个电源为0V），电压是3.3V。前面说过电池供电时，VCC_RTC电压是2.8V。这样两边的电压差是0.5V，大于锗二极管的死区电压0.1V，所以D1101的下面一个二极管导通，其导通电压为0.2V，这样VCC_RTC电压就上升到3.3-0.2=3.1V。这时，对上面一个二级管而言，一边是电池电压3.0V，另一边电压上升到3.1V，因此是反向电压差，根据二极管单向导通的特性，上面一个二极管就关断了。就是通过二极管的单向导通作用，实现了VCC_RTC供电电源的切换。

2）发光二极管   

    在硬件设计中，另外一个在电路中经常看到的是发光二极管，利用发光二极管的发光的颜色或闪烁的频率表示不同的含义。下图是一个非常典型的发光二极管的应用电路。

    图中EC_LED1信号由系统嵌入式系统管理控制器芯片驱动。当该信号为‘高’时，三极管Q1812工作于饱和导通状态（下一节会作详细介绍），其引脚2和3直接导通，从而发光二极管LED1在电源VCC_3V3_AUX驱动下就会正向导通，并发光；当EC_LED1信号为‘低’时，三极管Q1812工作于截止关断状态，其引脚2和3直接导通，从而发光二极管LED1两端没有正向压降而处于关断状态，光亮熄灭；当EC_LED1信号为一定频率的方波时，三极管Q1812和发光二极管LED1也就以相同的频率导通和关断，从而该二极管就以相应的频率闪烁。系统管理者/设计者可以给这三种发光二极管状态（常亮，常暗，闪烁）定义不同含义，从而让使用者可以据此判断系统的工作状态。

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