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

(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)。

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