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模拟电路基础：半导体器件入门
电信号分模拟与数字两种：模拟信号是连续的，数字信号是离散的。处理模拟信号的模拟电路，核心元件是二极管、三极管和场效应管这三种半导体器件。对嵌入式软件开发来说，重点不是信号放大与滤波（那是硬件工程师的事），而是用三极管和场效应管搭建开关电路——用一个 IO 口的电平去控制另一路电流的通断。本章就把这三种器件的开关原理讲清楚，并用一个光感灯电路把它们串起来。
一、模拟信号与数字信号
信号是反映信息的物理量，以电流为载体方便存储和传递。模拟信号在时间和数值上都连续变化，比如声音经麦克风转换出的电压；数字信号则是离散的，只有高、低两种电平，单片机内部跑的就是数字信号。模拟电路负责对模拟信号进行滤波、放大和传递。在嵌入式开发中，我们主要用三极管和场效应管做开关电路——继电器虽然也能做开关，但封装体积大，不适合放进集成电路。至于信号的放大、滤波，交给嵌入式硬件工程师去操心就好。
二、二极管：单向导电
二极管实际上就是一个 PN 结，特性是单向导电：电流正向通过时压降非常小，近似导通；反向通过时，只要不超过反向击穿电压，几乎处于截止状态。从伏安特性曲线上可以直观看到：正向电压超过阈值后电流迅速上升，反向则几乎没有电流。发光二极管（LED）是最常见的二极管应用，选型时最要紧的参数是工作电流——电流太小不亮，太大则烧坏。把多个 LED 按段组合，就是能显示数字的数码管；按 8×8 排成阵列，就是可以显示图案的点阵屏。
二极管伏安特性曲线：正向导通、反向截止
发光二极管（LED）实物
三、三极管：放大与开关
三极管（晶体管）就是把两个 PN 结接在一起，有 NPN 和 PNP 两种结构，三个引脚分别是基极 B、集电极 C、发射极 E。它既能放大电流也能当开关用：放大指的是用 B 极的小电流去控制 C、E 之间的大电流，实际应用中我们更常用它的开关作用。以 NPN 型为例：给 B 极一个高电平（如 5V）信号，C、E 之间就导通，LED 通路接通——此时三极管起到了类似继电器的作用；PNP 型则相反，给 B 极一个低电平信号就导通。常用的 8050 就是一只 NPN 型三极管。与继电器相比，三极管体积小、速度快、没有机械触点，非常适合集成电路。
三极管：两个 PN 结组成，分 NPN 与 PNP
NPN 三极管做开关：B 极给高电平，LED 导通发光
四、MOS 管（场效应管）
场效应管英文全称 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属-氧化物-半导体场效应晶体管），简称 MOS 管。它也是一种晶体管，区别在于：传统三极管通过电流来控制电流，场效应管则通过电场来控制电流，栅极几乎不取电流。场效应管可用于放大、开关和电压控制，更重要的是——它是芯片的底层原理，是芯片中的最小单位。选型时重点关注三个参数：阈值电压、漏源电压和连续漏极电流。
场效应管的分类
以最常用的绝缘栅型增强型为例：N 沟道增强型场效应管，给 G 极（栅极）一个高电平（5V）信号就开启，LED 通路接通；给低电平（1V）则关闭。P 沟道增强型恰好相反：G 极低电平开启、高电平关闭。这和三极管的 NPN/PNP 开关逻辑异曲同工，只是控制方式从电流换成了电压，驱动起来更省劲。
N 沟道增强型：G 极高电平开启，LED 点亮
五、案例：光感灯电路分析
把学过的器件组合起来，就能做出一个根据光照强弱自动控制 LED 亮暗的光感灯。电路的关键是电位器和光敏电阻构成的分压电路：光照减弱时，光敏电阻阻值增大，分压点电压升高，三极管基极电压随之升高，三极管导通，LED 发光；光照增强时，光敏电阻阻值减小，基极电压降低，三极管关闭，LED 熄灭。电位器用来调节灵敏度。这个电路没有一行代码，却实现了"天黑自动亮灯"——这就是模拟电路的魅力。
光感灯：光照越弱，LED 越亮
小结
- 模拟信号连续、数字信号离散；嵌入式关注开关应用
- 二极管是 PN 结，单向导电；LED 选型看工作电流
- 三极管 NPN 高电平导通、PNP 低电平导通，是电流控制的开关
- MOS 管用电场控制电流，栅极几乎不取电流，是芯片的最小单位
- 光感灯 = 光敏电阻分压 + 三极管开关的经典组合
下一章进入典型电路实践，看电阻电容在真实电路板上的实战用法。