在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中，經(jīng)常需要根據(jù)硬件原理圖去進(jìn)行GPIO口配置；如果你硬件知識(shí)一點(diǎn)都不懂，那么在開(kāi)發(fā)中遇到問(wèn)題，你就很難初步判定是硬件的問(wèn)題，還是軟件配置的問(wèn)題。不一定需要掌握電路設(shè)計(jì)、會(huì)畫(huà)PCB圖，最起碼能看懂基本的硬件原理圖就行。

Part1二極管

1.1 基本概述

二極管，是一種具有兩個(gè)電極的半導(dǎo)體器件，大多是使用硅或鍺作為半導(dǎo)體材料，它最主要的功能特性就是 只允許電流由單一方向通過(guò) （稱(chēng)為正向偏壓），反向的時(shí)候阻斷 （稱(chēng)為反向偏壓）。

加正向電壓時(shí)，硅二極管達(dá)到0.7V時(shí)導(dǎo)通，鍺二極管達(dá)到0.3V時(shí)導(dǎo)通。

1.2 工作原理

晶體二極管是一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)，P區(qū)是陽(yáng)區(qū)，N區(qū)是陰區(qū)。

當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。

當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流。

當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱(chēng)為二極管的擊穿現(xiàn)象。

1.3 電路應(yīng)用

1.3.1 整流作用

整流二極管主要用于整流電路，即把交流電變換成脈動(dòng)的直流電。

1.3.2 通斷開(kāi)關(guān)

利用它的單向?qū)щ娦?，加正向電壓?dǎo)通，反向截止。

1.3.3 穩(wěn)壓作用

利用二極管的反向擊穿特性制成的，在電路中其兩端的電壓保持基本不變，起到穩(wěn)定電壓的作用。

1.3.4 其它

還有檢波、續(xù)流等其它作用。

Part2 三極管

2.1 基本概述

三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件，其作用是 把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào) ， 也用作 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) 。作為軟件開(kāi)發(fā)，我們一般只需要懂得如何控制三極管的通斷即可。

三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是 基區(qū)(B) ，兩側(cè)部分是 發(fā)射區(qū)(E)和集電區(qū)(C) ，又分為PNP、NPN型三極管（從電路圖上來(lái)直觀(guān)區(qū)別就是，箭頭向外的是NPN，箭頭指向里面（基極）的是PNP）。

2.2 基本工作狀態(tài)

把它們想象成兩個(gè)PN結(jié)組成比較好理解：

2.2.1 放大狀態(tài)

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏：

NPN管：發(fā)射結(jié)正偏，即b -> e，所以Ub>Ue；

集電結(jié)反偏，即c -> b，所以Uc>Ub；

Uc > Ub > Ue；

PNP管：同理，Ue > Ub > Uc。

2.2.2 飽和狀態(tài)

發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏：

NPN：Ub > Ue , Ub > Uc；

PNP：Ue > Ub , Uc > Ub；

在飽和狀態(tài)，c極、e極之間相當(dāng)于短路（可看成開(kāi)關(guān)閉合導(dǎo)通狀態(tài)）。

2.2.3 截止?fàn)顟B(tài)

發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)反偏：

此時(shí)c極、e極之間相當(dāng)于開(kāi)路（可看成開(kāi)關(guān)斷開(kāi)狀態(tài)）。

2.3 電路應(yīng)用

2.3.1 NPN應(yīng)用

R9作為下拉電阻；作用有二：一是保證b、e極間電容加速放電，加快三極管截止，二是為了給b極一個(gè)確定信號(hào)；

當(dāng)S4開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，流過(guò)R8的電壓大概為0.7V，e端接地（0V），NPN三極管處于飽和狀態(tài)，e-c導(dǎo)通。

2.3.2 PNP應(yīng)用

R6作為上拉電阻，S3開(kāi)關(guān)未按下時(shí)，b極處于高電平，三極管不導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)按下后b極接地導(dǎo)通。

Part3MOS管

3.1 基本概念

MOS管，是 場(chǎng)效應(yīng)管 ，是金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場(chǎng)效應(yīng)管，屬于絕緣柵型。

有三個(gè)極性引腳，分別為 S（源極）、G（柵極）和D（漏極） 。有兩條線(xiàn)的就是S極，G極在單獨(dú)一側(cè)，剩下的就是D極了。它又可以分為P溝道MOS管和N溝道MOS管。

3.2 溝道判斷

3.2.1 N溝道

箭頭指向G極的就是N溝道MOS管，作為開(kāi)關(guān)時(shí)，D極作為輸入端（接電源），S極輸出端（接地）；

通常會(huì)連接一個(gè)二極管，二極管的方向跟N溝道箭頭方向一致（由S極指向D極），如果是反過(guò)來(lái)接，二極管相當(dāng)于短路，D極直接短路到S極，使MOS管失去了作用。

可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為，Ug > Us時(shí)導(dǎo)通，Ug = Us = 0V時(shí)截止。

3.2.2 P溝道

箭頭背向G極的就是P溝道MOS管，作為開(kāi)關(guān)時(shí)，S極作為輸入端，D極輸出端；二極管的方向跟P溝道箭頭方向一致（由D極指向S極）?？梢院?jiǎn)單的認(rèn)為，Ug < Us時(shí)導(dǎo)通，Ug = Us = 0v時(shí)截止。

3.3 功能總結(jié)

MOS管（N/P溝道）用作開(kāi)關(guān)時(shí)，連接的二極管陰極接輸入端，陽(yáng)極接輸出端；

MOS管（N/P溝道）用作隔離（使用MOS管防止電流反向流）時(shí)，連接的二極管陽(yáng)極接輸入端。

Part4三者區(qū)別

二極管和三極管是電流控制元件，通過(guò)控制基極電流才能達(dá)到控制集電極電流或發(fā)射極電流；

MOS管是電壓控制元件，它的輸出電流決定于輸入端電壓的大小，基本上不需要信號(hào)源提供電流，MOS管更節(jié)能；

MOS管導(dǎo)通時(shí)壓降小（相當(dāng)于0V），二極管的導(dǎo)通壓降在0.7-1.5V左右。