十種常見(jiàn)硬件電路，你都用過(guò)沒(méi)(上)

大家好，我是硬件花園，一名樂(lè)于分享的硬件工程師。關(guān)注我，了解更多精彩內(nèi)容！

硬件工程師在工作中經(jīng)常遇到各種類型的電路，我梳理以下十種常見(jiàn)的電路類型，希望能幫助大家加深理解，豐富自己的知識(shí)庫(kù)、點(diǎn)亮自己的技能樹，遇見(jiàn)未來(lái)更好的自己！

一、 電源電路

電源電路是電子系統(tǒng)中的基石，它負(fù)責(zé)將外部電源轉(zhuǎn)換為設(shè)備所需的直流電壓。電源電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊懙秸麄€(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

電源電路的設(shè)計(jì)通常從整流開始，整流器將交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電。這一步驟是電源轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，但產(chǎn)生的直流電含有較大的紋波，因此需要通過(guò)濾波電路進(jìn)一步平滑。濾波電路通常由電容和/或電感組成，它們可以有效地減少電壓的波動(dòng)。

接下來(lái)是穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，穩(wěn)壓器確保輸出電壓在負(fù)載變化或輸入電壓波動(dòng)時(shí)保持穩(wěn)定。穩(wěn)壓技術(shù)可以基于線性穩(wěn)壓器或開關(guān)穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器通過(guò)調(diào)整內(nèi)部電阻的阻值來(lái)穩(wěn)定電壓，而開關(guān)穩(wěn)壓器則通過(guò)快速開關(guān)元件來(lái)控制能量的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)高效率和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

電源電路還可能包括過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、短路保護(hù)等安全特性，以防止電源故障對(duì)設(shè)備造成損害。此外，電源電路的設(shè)計(jì)還需要考慮電磁兼容性（EMC），以減少對(duì)其他設(shè)備的干擾。

在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)，工程師需要綜合考慮輸入電壓范圍、輸出電壓穩(wěn)定性、負(fù)載調(diào)整率、效率、熱設(shè)計(jì)和成本等多個(gè)因素。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電源電路越來(lái)越傾向于使用開關(guān)電源技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高的效率和更小的體積。

二、 放大電路

放大電路是電子系統(tǒng)中用于增強(qiáng)信號(hào)幅度的關(guān)鍵部分。它們可以基于不同的原理和元件設(shè)計(jì)，以滿足不同的應(yīng)用需求。 放大電路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用非常廣泛，從簡(jiǎn)單的音頻放大到復(fù)雜的信號(hào)處理系統(tǒng)。運(yùn)算放大器是放大電路中最常見(jiàn)的組件之一，它由高增益的差分放大器和多級(jí)放大器組成，能夠?qū)崿F(xiàn)線性放大、非線性處理等多種功能。

運(yùn)算放大器的增益可以通過(guò)外部電阻設(shè)置，這使得它們非常靈活。此外，運(yùn)算放大器還可以配置成不同類型的放大電路，如非反相放大器、反相放大器、差分放大器等，以適應(yīng)不同的信號(hào)處理需求。 在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，工程師需要考慮增益、帶寬、輸入輸出阻抗、噪聲性能和穩(wěn)定性等參數(shù)。例如，高保真音頻放大器需要低噪聲和高保真度，而高速數(shù)據(jù)放大器則需要寬帶寬和快速響應(yīng)。 放大電路還廣泛應(yīng)用于傳感器信號(hào)放大、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，放大電路不僅需要放大信號(hào)，還需要保持信號(hào)的完整性和準(zhǔn)確性。 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代放大電路越來(lái)越集成化，集成了多種功能和保護(hù)特性，以滿足復(fù)雜電子系統(tǒng)的需求。

三、 濾波電路

濾波電路在電子系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，它們用于選擇性地傳輸或阻斷信號(hào)的特定頻率成分。 濾波電路的設(shè)計(jì)取決于所需的頻率響應(yīng)特性。低通濾波器（LPF）允許低頻信號(hào)通過(guò)，而阻止高頻信號(hào)，它們?cè)谝纛l放大器和信號(hào)調(diào)理中非常常見(jiàn)。高通濾波器（HPF）則相反，它們?cè)试S高頻信號(hào)通過(guò)，而抑制低頻信號(hào)，常用于去除直流分量或噪聲。

帶通濾波器（BPF）允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而帶阻濾波器（BEF）則阻止這一頻率范圍的信號(hào)。這些濾波器在無(wú)線通信、信號(hào)檢測(cè)和音頻處理等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。 濾波電路可以基于無(wú)源元件（電阻、電容、電感）設(shè)計(jì)，也可以利用有源元件（如運(yùn)算放大器）實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的濾波功能。無(wú)源濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但可能存在插入損耗和相位失真。有源濾波器則可以提供更高的選擇性和更低的插入損耗，但設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，成本也相對(duì)較高。 在設(shè)計(jì)濾波電路時(shí)，需要考慮截止頻率、帶寬、插入損耗和相位響應(yīng)等參數(shù)。此外，濾波器的設(shè)計(jì)還需要考慮實(shí)際應(yīng)用中的非理想因素，如元件的非線性特性、溫度漂移和噪聲。 隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字濾波器在許多應(yīng)用中取代了傳統(tǒng)的模擬濾波器。數(shù)字濾波器通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，具有更高的靈活性和可調(diào)整性，但需要數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）或微控制器的支持。

四、 振蕩電路

振蕩電路是電子系統(tǒng)中用于生成具有特定頻率和幅度的周期性信號(hào)的關(guān)鍵部分。 振蕩電路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用非常廣泛，從簡(jiǎn)單的時(shí)鐘信號(hào)生成到復(fù)雜的無(wú)線通信系統(tǒng)。LC振蕩器利用電感和電容的諧振特性來(lái)產(chǎn)生振蕩，它們?cè)陬l率穩(wěn)定性和相位噪聲方面具有優(yōu)勢(shì)，但可能受到溫度和電源波動(dòng)的影響。

晶體振蕩器則利用石英晶體的壓電效應(yīng)來(lái)提供穩(wěn)定的頻率源。石英晶體振蕩器具有極高的頻率穩(wěn)定性和較低的相位噪聲，但成本相對(duì)較高，且頻率調(diào)整范圍有限。 振蕩電路的設(shè)計(jì)需要考慮頻率穩(wěn)定性、幅度穩(wěn)定性、相位噪聲和功耗等參數(shù)。在無(wú)線通信系統(tǒng)中，振蕩電路的頻率穩(wěn)定性直接影響到信號(hào)的傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)的性能。 此外，振蕩電路還可以用于測(cè)試儀器、信號(hào)源和時(shí)鐘電路等應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，振蕩電路需要與其他電路協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體性能要求。 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代振蕩電路越來(lái)越集成化，集成了多種功能和保護(hù)特性，以滿足復(fù)雜電子系統(tǒng)的需求。例如，一些振蕩電路集成了溫度補(bǔ)償功能，以提高在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性。

五、 調(diào)制與解調(diào)電路

調(diào)制與解調(diào)電路是通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，它們負(fù)責(zé)將信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男问?，并在接收端將信?hào)還原為原始信息。 調(diào)制是將信息信號(hào)（如音頻或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男问?，以適應(yīng)不同的傳輸媒介和環(huán)境。調(diào)制技術(shù)包括調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）、相位調(diào)制（PM）等，每種調(diào)制方式都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景和性能特點(diǎn)。例如，調(diào)幅技術(shù)簡(jiǎn)單，但抗干擾能力較弱；調(diào)頻技術(shù)抗干擾能力強(qiáng)，但調(diào)制和解調(diào)電路較為復(fù)雜。

解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，它在接收端將調(diào)制信號(hào)還原為原始信息。解調(diào)電路需要與調(diào)制電路相匹配，以確保信號(hào)能夠準(zhǔn)確地還原。解調(diào)電路的設(shè)計(jì)需要考慮調(diào)制方式、信號(hào)帶寬、噪聲性能和同步機(jī)制等因素。

在設(shè)計(jì)調(diào)制與解調(diào)電路時(shí)，需要考慮調(diào)制指數(shù)、頻率偏差、信號(hào)帶寬和噪聲性能等參數(shù)。此外，調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計(jì)還需要考慮實(shí)際應(yīng)用中的非理想因素，如信號(hào)的非線性特性、多徑效應(yīng)和多普勒頻移。

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)在許多應(yīng)用中取代了傳統(tǒng)的模擬調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)具有更高的頻譜效率和更強(qiáng)的抗干擾能力，但需要數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）或微控制器的支持。

硬件工程師需要不斷學(xué)習(xí)各種電路的應(yīng)用、搞懂電路原理，不斷提高技術(shù)能力，逐步提高自己的職業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，最終實(shí)現(xiàn)職業(yè)發(fā)展的目標(biāo)！

以上列舉的這五種電路，你在實(shí)際工作中的用到過(guò)沒(méi)？