本節書摘來自華章出版社《迷人的8051單片機》一書中的第1章，第1.2節，作者高顯生，更多章節内容可以通路雲栖社群“華章計算機”公衆号檢視。<b></b>
<b>1.2 小元器件有大智慧</b>
前面介紹的歐姆定律揭示了電路中電壓、電流和電阻三者的關系，接下來應該研究一下構成電路的電子元器件。在元器件家族中，最基本的三類元件非電阻器、電容器和電感器莫屬。我們就從電阻器說起……
<b>1.2.1 電阻器</b>
電阻器簡稱“電阻”，是構成電路最基本的電子元件之一，在電路中有着廣泛的應用。按照制造技術和安裝方式的不同，電阻的種類也多種多樣。其中較為常用的一類電阻是直插式的，如圖1-2所示。直插式電阻通常用塗裝于表面的色環來表示阻值的大小，是以也稱其為色環電阻。
另一類電阻是基于表面貼裝（smd）技術開發的，稱其為貼片電阻，其外形如圖1-3所示。按照貼片工藝要求的不同，貼片電阻的大小也有差別，國際上通常以英制的四位數字來表示貼片電阻的外形尺寸和功率，如“0805”就代表貼片電阻的長、寬、高分别為2.0mm、1.25mm、0.5mm，具體的封裝尺寸詳見表1-2。
電阻的阻值表示方法有色标法和文字元号法兩種。
1.色标法
直插電阻外面的色環就是色标法表示阻值的代表，按照電阻精度不同，色标方法也略有不同。普通電阻器使用四個色環來表示其阻值和允許偏差，其中第一、第二色環表示有效數字，第三色環表示倍率（乘數），與前三個色環距離較大的第四色環表示電阻的精度。精密電阻器則用五個色環來表示阻值和允許偏差，其中第一、第二、第三色環表示有效數字，第四色環表示倍率，與前四個色環距離較大的第五色環表示精度，色環與阻值的對應關系詳見表1-3。
例如，一個由藍、灰、橙、金四環标注的電阻，其阻值大小為：68×103 = 68kΩ，阻值誤差為±5%；由有棕、黑、綠、棕、棕五環标注的電阻，其阻值大小為：105×101 = 1.05kΩ，阻值誤差為±1%。
2.文字元号法
文字元号法在貼片電阻的阻值辨別中有廣泛的應用。精度為±5%的電阻器通常使用三位數字表示阻值，其中前兩位數字表示電阻值的有效數字，第三位數字表示電阻值的倍率。例如“223”，表示電阻的阻值為22×103 = 22kΩ。小于10Ω的電阻，第一、第三位數字表示數值的有效數字，第二位用字母“r”表示小數點。例如“3r9”，表示阻值為3.9Ω。精度為±1%的貼片電阻使用四位數字表示阻值，其中前三位數字表示電阻值的有效數字，第四位數字表示電阻值的倍率。例如“1601”，表示電阻阻值為160×101 = 1.6kΩ。電阻器在電路圖中通常用一個兩端有引出線的矩形來表示，如圖1-4所示。
<b>1.2.2 電位器</b>
有這樣一類電阻，它的阻值是可變的，我們稱其為“可變電阻器”或“電位器”，其外觀如圖1-5所示。電位器通常有兩個固定端和一個滑動端，當調節電位器時，滑動端與兩個固定端之間的電阻大小會随之改變，進而改變電路中電流或電壓強度，實作某些控制功能，如控制音量、調節光照強度等。電位器在電路圖中通常用圖1-6所示的圖形來表示，其阻值用數值來表示，方法與貼片電阻的文字元号标注方法類似，例如“473”表示電位器的最大阻值是47k?。
<b>1.2.3 電容器</b>
說起電容器，我們可以追溯到富蘭克林所在的年代。在一個玻璃瓶子的内外壁分别貼上錫箔紙，将瓶内的錫箔通過金屬線連接配接到瓶外，就構成了萊頓瓶。别小看這樣的一個容器，它是可以存儲電荷的，當年富蘭克林就是用風筝把雷電引入萊頓瓶中儲存的。萊頓瓶就是早期電容器的雛形，它是一種能容納電荷的元件，任何兩個彼此絕緣且相隔很近的導體都能構成一個電容器。
電容器簡稱“電容”，在電路圖中的表示符号有兩種，一種是無極性的電容，一種是有極性的電解電容。無極性的電容用兩個平行且粗細相同的線來表示，而有極性的電容則是在無極性電容符号的基礎上，在電容的正極标注正号，如圖1-7所示。電容器可以存儲電荷，但電路中電容器的作用并不是用于存儲電能，而是利用電容器能反複充放電的特點，達到阻直流、通交流的目的。
按照極闆間絕緣材料的不同，電容器可以分為瓷介電容、滌綸電容、聚丙烯電容、電解電容、钽電容等。其中瓷介電容、滌綸電容、聚丙烯電容都是無極性的，而電解電容、钽電容是有極性的。
常用的貼片電容就是無極性電容的代表，其全稱為“多層片式陶瓷電容器”， 使用陶瓷作為電媒體，外形以片式居多，其外觀如圖1-8所示。
電解電容多為直插的封裝，引線的一端标注着“－”号，它表示這一端是電容器的負極，相應沒有标注的一端則為電解電容的正極。将電解電容連接配接到電路中時，如果接錯了極性，電解電容的内部會因為快速積聚氣體而發生爆炸。另外，當電解電容的兩端施加了超過其承受能力的電壓時，極闆會被擊穿而短路。不僅是電解電容，所有的電容都是有耐壓值要求的，電解電容的耐壓值通常用數字直接标出，其外觀如圖1-9所示。
钽電容也屬于電解電容的一種，全稱為“钽電解電容”，因其内部使用了金屬钽作為工作媒體而得名。钽電容具有體積小、電性能優良、工作溫度範圍寬、堅固耐用等優點，在高端應用中較為多見。貼片钽電容有标記的一端是正極，另外一端是負極，其實物如圖1-10所示。
電容的機關是法拉，簡稱“法”，符号是“f”。法拉是一個比較大的機關，在實際使用時往往達不到這樣的取值範圍，是以常用的電容機關都比較小，如毫法（mf）、微法（μf）、納法（nf）、皮法（pf）等，它們之間的換算關系如下：
1法拉（f） = 103毫法（mf）= 106微法（μf）
1微法（μf）= 103納法（nf） = 106皮法（pf）
直插形式的電解電容常用數字直接标明電容值，如“220μf/16v”，表示電容值為220μf，耐壓為16v。钽電容和基于表面貼裝工藝的電容通常用字母或數字表示其容量，具體有如下兩種方法：
1.字母表示法
例如，“47n”表示47nf， “3n3”表示3300pf，“68p” 表示68pf，“5p6”表示5.6pf。
2.數字表示法
通常用三位數字表示電容值。前兩位數字為标稱容量的有效數字，第三位數字表示有效數字後面零的個數，它們的機關都是pf。
例如，“102”表示标稱容量為1000pf；“221”表示标稱容量為220pf。
值得注意的是，基于表面貼裝工藝的電容很多是沒有電容容量辨別的，使用時可以用萬用表的電容檔來對其進行測量。
<b>1.2.4 電感器</b>
當導線中有電流流過時，會在導線的周圍産生磁場，為了讓通電的導線産生更強的磁場，我們可以将導線纏繞起來制成螺線管，這樣會使導線周圍的磁場互相疊加。當線圈中的電流發生變化時，其周圍的磁場也會發生相應的變化，此變化的磁場還可使線圈自身産生感應電動勢，這種現象稱為“自感”；如果在一個通電的線圈周圍放置另外一個線圈，當通電的線圈中電流發生變化時，它周圍的磁場變化會影響另一個線圈，并在另一個線圈的兩端産生電壓，如果這個線圈是閉合的，将有電流流過這個線圈，這種兩個電感線圈靠近時互相影響的現象稱為“互感”。
我們所說的電感器簡稱為“電感”，是指在電路中能産生自感或互感作用的元件，電路中的電感器通常是由一段導線繞制在空心骨架或磁性材料上構成的，其外觀如圖1-11所示，在電路圖中的表示符号如圖1-12所示。
電感器在電路中的應用十分靈活，既可以對交流信号進行隔離，實作濾波的作用；又可以與電容器、電阻器等組成諧振電路，産生振蕩信号；還可以将電能轉化為磁能，用于電壓轉換。電感器的機關主要用于标稱其電感量，也稱作“自感系數”。電感量的機關是亨利，簡稱“亨”，用字母“h”表示。亨利同樣也是一個較大的機關，常用的機關有毫亨（mh）和微亨（μh）等，它們之間的換算關系如下：
1h = 103mh = 106μh
<b>1.2.5 繼電器</b>
繼電器也是基于電磁感應的原理制成的，是一種用小電流控制大電流的電子器件。繼電器的内部結構原理如圖1-13所示。繼電器的核心部分是一個電磁鐵（圖中a、b兩點之間的部分），在電流的作用下，電磁鐵會吸引設定在它作用範圍内的銜鐵（圖中與c點相連的部分），銜鐵帶動與之相連的開關打開或閉合（圖中c、d、e三點間的部分），進而控制另外一個電路的通斷。
繼電器的實物外形如圖1-14所示，在電路中的表示符号如圖1-15所示。
<b>1.2.6 蜂鳴器</b>
蜂鳴器是一種會發出聲音的電子器件，家用的電磁爐在按鍵時會發出“哔哔”的聲音，就是因為其内部安裝有蜂鳴器。蜂鳴器的原理與繼電器類似，通電的電磁鐵吸引振膜振蕩産生音頻信号，進而發出聲音。
常用的蜂鳴器分為兩種：一種是有源蜂鳴器，它内部設有振蕩電路，在它的兩個引腳上接上電壓就會發出固定頻率的聲音；另一種是無源蜂鳴器，内部無振蕩電路，接上電源後不會發聲，使用時需要用不同頻率的方波信号來驅動它發聲。
蜂鳴器的引腳是有極性的，引腳較長的是正極，另一個較短的為負極，使用時要注意區分。另外，源蜂鳴器的頂端有一個貼紙，用于保護内部振蕩電路不會因制造環節的清洗過程而損壞，正常使用時需要将貼紙揭掉。蜂鳴器的實物外形如圖1-16所示，在電路中的表示符号如圖1-17所示。
<b>1.2.7 晶體振蕩器</b>
使用電阻和電容搭建一個正回報的振蕩電路就可以擷取時鐘信号，通過改變電阻或電容的值還可以調節時鐘信号的頻率，這種由rc網絡構成的振蕩電路在電子管時代有着廣泛的應用。由rc網絡構成的振蕩電路的優點是起振快，加電後立即可以輸出滿幅的振蕩信号，但它也有缺點，即當外界溫度變化時，阻容元件的值也會發生變化，進而引起振蕩頻率的漂移。
後期發現了陶瓷的壓電效應，一個兩面覆寫電極的陶瓷片在外加電場的作用下，自身會發生形變而産生振蕩，當振蕩達到自身的共振頻率時，即可進入穩定的諧振狀态，輸出固定頻率的振蕩信号。陶瓷諧振器的優點是起振快、不怕過激勵，但頻率穩定性和精度稍差。
人們對高穩定時鐘信号的追求一直都沒有停止。當一個石英晶體受到激勵後，會産生穩定性極高的時鐘。利用這一特性，将一小片經過仔細研磨的石英片兩端用引線引出，外面加上屏蔽罩，即可制成石英晶體振蕩器，簡稱“晶振”。
石英晶體振蕩器不會自己振蕩，它要有外部的電路配合才能起振，一旦開始振蕩，就會穩定地保持在某一固定的頻率上，一般商業用的晶振頻率誤差都在百萬分之一百以内，可見其頻率穩定性極高。利用晶體振蕩器，可以制作成精度很高的電子計時器，我們常用的石英鐘也是因為其内部有石英晶體而得名。石英晶體振蕩器的實物外觀如圖1-18所示，在電路中的表示方法如圖1-19所示。
晶體振蕩器的振蕩頻率一般是在産品上用數字的形式直接标出，如12m、11.0592m、32.786k等。盡管晶體振蕩器具有時鐘穩定性高的優點，但它也有缺點。首先，晶體振蕩器的起振是一個漸進的過程，需要經過一段時間才能輸出穩定且滿幅的振蕩信号，這給在系統加電後就立即需要穩定時鐘的應用帶來了不便；其次，晶體振蕩器在受到強烈撞擊或電壓沖擊時，石英晶體會因實體結構的改變而損壞，是以在使用時需要考慮産品的抗震性。
<b>本章回顧</b>
本章主要介紹的是電路中電壓、電阻和電流三個常用實體量的機關及換算關系，以及電路中最基本的元器件的識别及符号辨別，這些知識是我們步入電子世界的基礎，對于那些隻會做難題，卻不知電阻是何物的“學霸們”也是必補的一課，加油！