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硬件基础
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思考+画思维导图（系统框图）
直接要来别人整理好的思维导图没有任何意义，如果要学习的内容，不经过思考地进行笔记。和没学没什么两样。
该页面只记录电路的基础知识、常识、很简单但容易忽略的点。绝对不要记录不是自己思考的内容。
系统框图
自己的学习笔记——硬件工程师零基础入门到精通教程（100讲）
电路设计安全🔌
电路设计安全=功能ok+出问题也安全
刚学习电路设计的人，不要贸然接触220V家用交流电。操作不当会对人身安全产生威胁。
直流电的话电压小的话，在经过万用表测量后确认是小电压，可以直接接触正负极。但是，为了避免电源的问题导致接触到220V交流电，此时用手触摸的话，最安全的方式是用右手的手背去触碰正负极，因为如果电压的数值不对，人的身体在遭受电击时会出现条件反射式的收缩现象，这个时候就会脱离电压正负极从而摆脱危险。
为什么要用右手？因为右手远离心脏。
为什么只用一只手？因为如果用两只手，就会形成回路，如果电压过大，电流就会流经心脏，可能导致心脏跳动异常。
电压对身体并无危害，电流有害。
这句话如何理解？电工即使摸到220V交流高压，但是因为站在绝缘梯上，所以并没有和大地构成回路，没有电流流过人体。
人体安全电压：交流电压36V，交流电流10mA。
一、电气安全
电击防护：安全间距、绝缘、保护接地、使用安全特低电压
防火：过流保护、过热保护、元器件降额使用
二、功能安全
核心标准：ISO 26262（道路车辆功能安全）和 IEC 61508（电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全）
设计理念：故障检测与诊断（看门狗定时器、电流电压监测、信号合理性检查）、冗余设计、失效模式与影响分析（FMEA）、安全状态
电磁兼容性：
目的：保证自身产生的电磁干扰不影响其他设备，同时也能抵御来自外部的干扰。
电磁干扰：源头抑制（为高噪声源添加RC吸收回路和铁氧化体磁珠）、滤波（在电源入口和信号线上使用滤波器共模电感或滤波电容来抑制噪声传出）、良好布局（将高频的数字电路和敏感的模拟电路分区布局，减小电流回路面积）
电磁抗干扰度：防护电路、屏蔽
三、软件与网络安全（针对联网的智能设备）
欧姆定律
U = IR
电阻的阻值识别
电阻的误差会影响电路的输出结果。
电阻分为插件电阻、贴片电阻。
电阻的功率
P=UI
电阻的限流作用
供电电压大于负载电压时，不能直接接入电路，需要用电阻分压。
V/mA=千欧
电阻的分流&分压
分压：计算取得参考电压值
电容
不连通的导体中间放上绝缘材料，就成了电容。
电容不要反接，其次不要超过耐压值。
常见电容特性：
| 电容类型 | ESR (等效串联电阻) | ESL (等效串联电感) | 寿命 | 温度特性 | DC偏置特性 | 容量范围 | 电压范围 | 综合特性评分 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 铝电解电容 | 高 0.1Ω ~ 10Ω | 高 5nH ~ 20nH | 短 2,000 ~ 10,000h (105℃) | 一般 ±20% (-40~+85℃) | 可忽略 (线性介质) | 极高 1μF ~ 10F | 中 6.3V ~ 500V | ⭐⭐⭐ (高容量/低成本) |
| 钽电解电容 | 中 0.05Ω ~ 2Ω | 中 2nH ~ 5nH | 较长 >20,000h (85℃) | 较好 ±10% (-55~+125℃) | 轻微 (<5%) | 高 0.1μF ~ 1,000μF | 低 2.5V ~ 50V | ⭐⭐⭐⭐ (小型化/稳定) |
| 陶瓷C0G/NP0 | 极低 <0.01Ω | 极低 <0.5nH | 极长 几乎无限 | 极佳 ±30ppm/℃ (±0.5%) | 可忽略 (0%) | 低 0.5pF ~ 0.1μF | 中 25V ~ 200V | ⭐⭐⭐⭐⭐ (精密/高频) |
| 陶瓷X7R | 低 0.01Ω ~ 0.1Ω | 低 <1nH | 极长 几乎无限 | 中等 ±15% (-55~+125℃) | 严重 -60% ~ -80% | 高 1nF ~ 47μF | 中 6.3V ~ 250V | ⭐⭐⭐⭐ (通用/偏压敏感) |
| 陶瓷Y5V | 低 0.01Ω ~ 0.1Ω | 低 <1nH | 极长 几乎无限 | 差 +30%/-80% (-30~+85℃) | 非常严重 -80% ~ -90% | 高 10nF ~ 100μF | 低 6.3V ~ 50V | ⭐⭐ (低成本/性能差) |
| 薄膜聚酯 | 极低 <0.005Ω | 低 5nH ~ 10nH | 极长 几乎无限 | 优秀 ±5% (-55~+100℃) | 可忽略 (0%) | 中 1nF ~ 10μF | 高 50V ~ 1,000V | ⭐⭐⭐⭐ (安规/音频) |
| 薄膜聚丙烯 | 极低 <0.001Ω | 低 5nH ~ 10nH | 极长 几乎无限 | 极佳 ±2% (-55~+105℃) | 可忽略 (0%) | 中 100pF ~ 10μF | 极高 100V ~ 2,000V | ⭐⭐⭐⭐⭐ (高压/精密) |
| 超级电容 | 低 0.01Ω ~ 0.5Ω | 中 10nH ~ 50nH | 中 5~10年 (电压平衡关键) | 一般 ±20% (-40~+65℃) | 不适用 (本身即大容量) | 超高 1F ~ 3,000F | 极低 2.5V ~ 3V (单体需串联) | ⭐⭐⭐ (储能/短时供电) |
关键特性说明
| 特性 | 优秀标准 | 影响与应用建议 |
|---|---|---|
| ESR | 越低越好 | 决定纹波电流能力与发热。开关电源输出滤波要求ESR<50mΩ，否则温升过高 |
| ESL | 越低越好 | 影响自谐振频率(SRF)。高频去耦需ESL<1nH，0201封装陶瓷最佳 |
| 寿命 | 越长越好 | 电解电容遵循"温度每降10℃，寿命翻倍"法则。105℃/2000h的电容在65℃下寿命可达32,000h |
| 温度特性 | 变化率<±5% | 精密电路(如RTC定时)必须用C0G，容量变化需<±0.5%。X7R仅适合去耦 |
| DC偏置 | 变化率<±10% | 高介电常数陶瓷电容(X7R/Y5V)在额定电压下容量会衰减60-90%，选型时需预留2倍以上电压余量 |
| 高容量 | >100μF | 仅电解电容和超级电容能提供mF~F级容量，用于储能和平滑大纹波 |
| 高电压 | >500V | 仅薄膜电容和铝电解可达kV级，陶瓷高压系列也可达500V，但容量极小 |
快速选型指南
- 电源去耦：X7R陶瓷(0.1μF) + 铝电解(10μF)
- 精密定时：C0G陶瓷(NP0)
- 高压缓冲：聚丙烯薄膜电容
- 大容量储能：铝电解或超级电容
- 空间受限：钽电容(注意电压降额≥50%)