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电子电路教程
电子电路是现代电子产品的基本组成部分，它们被用于为各种设备和系统供电，从个人设备到工业中使用的复杂自动化系统。
电子电路定义并实现设备或系统中的特定功能。例如，在智能手机中，当我们在屏幕上点击手电筒选项时，响应的电子电路将电池的电力输送给手电筒并将其打开。
典型的电子电路只不过是不同产能和耗能设备的互连网络。
在本篇关于电子电路的全面教程中，您将学习不同类型的电子电路。本教程专为绝对初学者设计，因此任何具备基本阅读能力和学习电子电路意愿的人都可以学习本教程。它也是电子与通信工程领域的入门课程。
电子电路简介
电子电路是由电子元件以特定方式连接而成的网络，用于执行任务/功能。电子电路的主要功能是控制电流从电池等供能设备流向LED等用能设备。从基本的手电筒到计算和先进的机器人系统，电子电路都是所有电子设备和系统的基本组成部分。
不同类型的电子电路是通过使用电池、电阻器、电容器、二极管、晶体管等元件设计和实现的，以执行广泛的功能。
我们周围常见的一些电子电路示例包括手机充电器、电子手电筒、放大器、风扇调速器、调光器等。
电子电路的类型
根据设计、功能或使用的信号，电子电路可以分为以下主要类型。
根据信号类型，电子电路分为模拟电路、数字电路和混合信号电路：
- 模拟电路 - 这些电路设计用于处理连续时间信号。模拟电路的示例包括音频放大器、收音机、电能表等。
- 数字电路 - 这些电路设计用于处理离散时间（二进制）信号。数字电路的示例包括手机、计算机和数字通信系统中使用的电路。
- 混合信号电路 - 这些也称为混合电子电路。这些电路能够处理模拟和数字信号。混合信号电路的示例包括智能手机、笔记本电脑、智能电表等。
根据设计，主要的电子电路类型如下：
- 串联电路 - 在这些电子电路中，元件串联连接，仅提供一条电流路径。
- 并联电路 - 这些电子电路的元件连接在两个公共节点之间以及电源两端。
- 串并联电路 - 这些类型的电子电路同时存在串联和并联的元件组合。
根据功能，主要的电子电路类型如下：
- 电力电子电路 - 这些电子电路设计用于处理大量的电力，并用于控制大功率电路中的电流。这些电路的示例包括逆变器、电源、转换器等。
- 信号处理电路 - 这些是设计用于处理信号级电压和电流的电子电路类型。这些也被称为低功耗电路。这些电路的示例包括滤波器、放大器、通信系统、天线等。
- 控制电路 - 正如名称所示，这些电子电路设计用于执行特定的控制功能。这些电路的示例包括音量控制、低音控制、灯光调光器、风扇调速器、变频器、电机启动器等。
电子电路的主要组件
构建电子电路使用了各种组件。这里简要解释了电子电路的一些主要组件。
1.无源电路组件
无源电路组件是指那些消耗或将电能转换为其他形式的能量（如热能、光能、声能等）的电路元件。这些组件无法向其他组件供电，也无法在电子电路中产生功率增益。
这里列出了一些常见的电子电路无源组件：
- 电阻器 - 一种限制电路中电流量并将多余电能转换为热能的电子电路组件。
- 电感器 - 这是另一种基本的电子元件，用于电路中以阻止电流的突然变化。它还可以在磁场中存储能量。
- 电容器 - 它也是一种无源电路组件，用于存储静电荷并阻止电压的突然变化。
2.有源组件
那些向电路其余部分供电或在电路中产生功率增益的电子电路组件被称为有源组件。
晶体管 - 这是一种半导体器件，如果在其有源工作区域工作，则可以充当放大器。由于它可以在电路中产生功率增益，因此它是有源组件。有各种类型的晶体管，例如BJT、MOSFET、JFET、功率晶体管等。
3.特殊组件
这些电子元件设计用于执行特定功能。以下是电子电路中的一些专用组件：
- 传感器 - 这是一种电子元件，可以测量物理量并产生等效的电子信号，电子电路可以对其进行处理以执行特定任务。
- 微处理器 - 它是一种集成电路，也是各种电子元件的组合。它设计用于执行各种功能和处理任务。
电子电路的设计过程
电子电路设计是一项非常复杂的任务。但是，这里概述了电子电路设计的典型过程：
步骤1 - 首先，我们必须定义所需电子电路的功能或目的。
步骤2 - 然后我们绘制电路的最早设计图。
步骤3 - 在此阶段，我们确定设计电路所需的正确组件。
步骤4 - 然后，我们根据电路设计将所有组件连接在一起以构建实际电路。
步骤5 - 在实际操作电路之前，我们首先使用像PSpice这样的仿真软件来确定电路的行为方式及其设计中存在哪些问题。
步骤6 - 如果电路非常复杂，我们将使用PCB（印刷电路板）来实现它。
步骤7 - 最后，将测试电路以确保其按预期工作。
电子电路的应用
电子电路是我们今天使用的所有设备的组成部分，从我们的耳机到笔记本电脑和工业自动化系统。
电子电路被广泛应用于一些常见的领域：
- 消费电子产品 - 智能手机、笔记本电脑、微波炉、冰箱、耳机以及所有使用电力的设备。
- 汽车电子 - 汽车、自行车等中的发动机启动器、信息娱乐系统、前照灯、指示灯等。
- 工业控制和自动化 - 人机界面、装配线自动化、生产自动化、机器和工厂监控系统等。
- 通信系统 - 调制解调器、卫星、路由器、发射器、接收器等。
- 医疗设备 - 诊断工具、心电图机、核磁共振成像、CT扫描仪等。
与电子电路相关的术语
本节简要定义了一些与电子电路相关的最重要的术语，这些定义将有助于轻松理解本教程。
#1) 信号 - 在电子电路中，如果电压或电流用于携带数据或信息，则称为信号。
#2) 波形整形 - 波形整形定义为改变或修改电子信号波形形状的过程。
#3) 线性波形整形 - 通过由电阻器、电感器和电容器组成的线性网络来修改信号波形形状的波形整形过程称为线性波形整形。
#4) 低通滤波器 (LPF) 和高通滤波器 (HPF) - 低通滤波器 (LPF) 用于通过频率低于其截止频率的信号。高通滤波器 (HPF) 用于通过频率高于其截止频率的信号。
#5) 非线性波形整形 - 非线性波形整形是通过由二极管等非线性组件组成的网络来修改电子信号波形的过程。
#6) 正钳位电路 - 正钳位电路是一种电子电路，设计用于衰减高于指定电压水平的信号的正部分。
#7) 负钳位电路 - 负钳位电路是一种电子电路，设计用于去除低于某个参考电压的输入信号的负部分。
#8) 箝位电路 - 箝位电路是一种电子电路，设计用于将输入信号移到幅度轴上的某个电平。它执行此功能而不会改变原始信号的形状。
#9) 限幅器和倍压器 - 限幅器电路是一种电子电路，用于限制输出电压不超过预定义值。倍压器也是一种电子电路，它产生的直流输出是交流峰值输入的整数倍。
#10) 二极管作为开关 - 二极管是一种固态器件，提供单向电流流动。当施加正向电压时，它充当开关闭合状态，当施加反向电压时，它充当开关断开状态。
#11) 电源 - 电源是设计用于供电和修改输出电流和电压以满足特定设备需求的电子电路。
#12) 整流器 − 整流器是一种电子电路，用于将交流电转换为直流电（AC转DC）。
#13) 全波整流器 − 全波整流器是一种整流电路，可以将输入交流电源的正半波和负半波都转换为直流电源。
#14) 滤波器 − 在电子学中，滤波器是用于阻挡或通过特定频率范围的电子电路。
#15) 稳压器 − 稳压器是电子电路，即使输入电压和负载条件发生变化，也能将电压水平保持在规定的范围内。
#16) 开关电源 (SMPS) − SMPS 代表开关模式电源。它是一种电源单元，对特定应用的电力供应进行整流、变换和稳压。
学习电子电路的先决条件
本教程采用初学者友好的风格编写。对电子元件和电路量（如电压、电流、功率和能量）的基本了解有助于轻松掌握本教程中涵盖的概念，但这并非必需。
如果您想复习本教程的先决条件的基本概念，您可以先学习我们的基础电子学教程。
谁应该学习电子电路？
本电子电路教程适用于电子与通信工程专业的本科大学生和从业人员。
任何对掌握电子电路基础知识感兴趣的人都可以参考本教程。本教程也可用于准备GATE等技术考试的学生。
关于电子电路的常见问题 (FAQ)
本节旨在解答一些关于电子电路的常见问题 (FAQ) −
电子电路是由电池、电阻器、电容器、晶体管、二极管等元件互连组成的网络。它为电流从电池等有源元件流向电阻器等无源元件提供闭合路径。
一些常见的电子电路类型包括模拟电路、数字电路、混合电子电路、串联电路、并联电路和串并联电路。
使用连续时间信号处理信息的电子电路称为模拟电子电路。
使用离散时间信号处理信息的电子电路称为数字电子电路。
在电子电路中，实现电路的实际工作模型以测试其设计、功能和可行性的过程称为原型设计。
串联电路和并联电路的主要区别在于：串联电路只有一条电流路径，并且相同的电流流经所有元件；而并联电路提供的电流路径数量等于电路中支路的数量，所有支路的电压保持相同。
二极管是一种单向半导体器件。因此，它只允许电流单向流动。它在电子电路中用作单向开关。
全波整流器是一种将交流电的整个波形转换为直流电的电子电路。它使用两个或四个二极管将交流电的正半波和负半波转换为直流电。首先，全波整流器将交流电的正半波转换为正直流电，然后将交流电的负半波转换为正直流电。
滤波器用于电子电路中阻挡或通过特定频率范围。一些常用的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。
在电子电路中，稳压器用于在输出端产生稳定的电压，即使输入或负载条件发生变化。