嵌入式八股文（五）硬件电路篇

一、名词概念

1. 整流和逆变

（1）整流：整流是将交流电（AC）转变为直流电（DC）。常见的整流电路包括单向整流（二极管）、桥式整流等。

        半波整流：只使用交流电的正半周，负半周被“裁剪”掉。

        全波整流：使用交流电的正负两个半周，输出的直流电更加平稳。

（2）逆变：直流电（DC）转换为交流电（AC）叫做逆变，通常使用逆变器。逆变器将直流电压通过开关元件（如晶体管）转换为交流电压，以驱动交流电动机或供电给交流电设备。

二、常用电路。

1. 串联电路

        在串联电路中，元件连接成一个线性的顺序。串联电路中元件的电流相等，电压与其阻值成正比例关系。

（1）总电阻计算

（2）电流计算

（3）电压计算

                                 或

（4）特性

        ① 串联电路总电压等于各元件电压之和，总阻值为各个元件阻值总和。

        ②电流处处都相同。

2. 并联电路

        在并联电路中，元件的两端分别连接到相同的电压源，即并联电路中元件的电压相等，电流与其阻值成反比例关系。

 （1）电流计算

（2）电压计算                         

（3）特性

        ①并联电路总电流等于各支路电流之和。

        ②电压处处都相等。

        ③并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和。

三、常用元器件。 

1. 电阻

        电阻的主要作用是限制电流的大小。它根据欧姆定律与电流和电压之间的关系：U=I×R。在电路中，电阻常用于控制电流、分压、限流等。

举例：（限流电阻）

        假设你想用一个LED灯，它的工作电流是20mA，而电源电压是5V。如果直接连接LED到5V电源上，LED可能会因为电流过大而损坏。因此需要串联一个电阻来限制电流。假设LED的正向电压为2V，所需电阻可以计算为：

2. 电容

        电容用于储存电荷，并在电路中产生电压变化。它对直流电流有阻隔作用，但对交流电流有通过作用。在电路中，电容常用于滤波、去耦、时间延迟等。

举例：（滤波电容）

        在电源电路中，电容常用于平滑交流电源的波动。比如整流后的直流电源有一定的波动，电容可以将这些波动滤除，提供更稳定的电压输出。

        假设你有一个直流电源，它的波动为50Hz，你可以在电源输出端并联一个电容，它会对50Hz的波动提供“短路”作用，从而将电压波动抑制到最低。

3. 电感

        电感用于储存磁能，并对电流的变化产生反作用。电感器的主要特性是能够抵抗电流的变化，常用于滤波、变压、谐振等电路中。可以看作一个线圈。

举例：（  电源滤波）

      在开关电源中，电感和电容通常配合使用，用于滤除高频噪声和纹波。比如，在开关稳压电源的输出端，电感和电容可以帮助平滑输出电压，使其更加稳定。

4. 二极管

        二极管是一个单向导电元件，它只允许电流在一个方向流动，常用于整流、限压等电路中。最常见的二极管是硅二极管（Si）和肖特基二极管。

举例：

        二极管最常见的应用是整流电路。在交流电源中，使用二极管可以将交流电转换为直流电。比如，在一个简单的桥式整流电路中，四个二极管被用来将交流电的正负半周都转化为正向直流电。

5. 晶体管（PNP、NPN）

        晶体管可以充当开关元件，控制电流的开关。例如，在一个简单的LED开关电路中，使用NPN型晶体管，当基极有信号输入时，晶体管导通，LED灯亮；没有信号时，晶体管截止，LED灯灭。

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四、电源类型。

1. 直流电 (DC) 

        直流电是指电流在电路中保持恒定方向的电流。换句话说，直流电流的电荷流动方向不会改变，电压也保持恒定（或在一定范围内稳定变化）。

        优点：便于储存（如电池），电流和电压稳定，适合需要精确控制的设备。

        缺点：直流电在长距离传输时存在较大的能量损耗，不能轻易转换为不同电压级别（需要用到电压变换器）。

2. 交流电 (AC)

        交流电是指电流的方向和大小随着时间周期性变化的电流。交流电的电流方向不断地反转，电压大小也随着时间呈现波动。

        优点：交流电易于变压（通过变压器），适合长距离传输。电力公司普遍使用交流电来供应家庭和工业用电。

        缺点：电流的波动和频率变化可能对某些精密电子设备产生影响（例如，可能需要整流和滤波电路来转换为直流电）。