22 个电子电路项目分享,电路图+工作原理,一文总结,快速上手
大家好,我是李工,创作不易,希望大家多多支持我。今天给大家分享
22 种电子电路项目 ,都是一些相对基础的电子电路项目。(篇幅较长,建议收藏后,观看 )。电子爱好者和初级电子工程师建议直接上手试试,大佬级别的电子工程师请多指教。(图片可以点击放大 )
主要是以下 22 个电子电路项目 :
1、洗手间自动开关灯电路2、自动门铃响铃电路3、简易雨水报警系统4、 555 定时器闪光灯电路5、SCR 和 555 定时器的电池充电器6、智能风扇7、夜间感应灯8、LED调光器9、基于触点的呼叫铃10、火警系统11、直流照明电路12、下雨警报器13、简单的温度监测器14、触摸传感器电路15、万用表电路16、LED闪光灯电路17、隐形防盗报警器18、LED电路19、使用晶体管的简单光敏节拍器20、基于触摸的灵敏开关电路21、电子眼22、使用 UPC1651 的调频发射机一、洗手间自动开关灯电路
不知道大家有没有想过,在你进入洗手间的时候,系统就能帮你打开灯,当你离开浴室的时候,灯就会自动关掉。(忽然有种恐怖的气息)
这是真的可以实现的,下面就介绍洗手间自动开关灯电路 ,只需要一个常闭开关 、一个运算放大器 、一个555 定时器 和一个 12V灯。
1、洗手间自动开关灯电路元器件清单
洗手间自动开关灯电路元器件清单
2、洗手间自动开关灯电路连接
LM741 运算放大器是由 8 个引脚组成的单个 运算方法器芯片。引脚 2 和 3 为输入引脚,引脚 3 为同相端,引脚 2 为反相端。
电路通过分压器将固定电压提供给引脚 3,通过开关将输入电压提供给引脚 2。
电路使用的开关是常闭单刀单掷开关,LM741 运算放大器芯片的输出被送到 555 定时器 IC,如果触发(由其输入引脚 2 处的低电压触发),则会在其输出引脚上生成一个高逻辑脉冲(电压等于 12V 电源),这个输出引脚连接到 12V 灯 。
3、洗手间自动开关灯电路原理图
洗手间自动开关灯电路原理图
4、洗手间自动开关灯电路工作原理
开关放置在墙壁上的方式是,当将门完全推向墙壁以将其打开时,当门接触墙壁时,常闭开关将打开 。此处使用的 LM741 运算放大器用作比较器,当开关打开时,反相端连接到 12V 电源,大约 4V 的电压被馈送到同相端。
现在,同相端电压小于反相端电压,运算放大器的输出端会产生一个低逻辑脉冲,这通过分压器装置馈送到定时器 IC 输入。555 定时器 IC 在其输入端被一个低逻辑信号触发,并在其输出端产生一个高逻辑脉冲。在这里,555 定时器工作在单稳态模式,当灯接收到这个 12V 信号时,它就会发光。
同样,当一个人从洗手间出来并关上门时,开关会回到正常位置并关闭 。由于 LM741 运算放大器的非反相端的电压高于反相端,因此 LM741 运算放大器的输出处于逻辑高电平,这无法触发计时器,由于定时器没有输出,灯被关闭。
二、自动门铃响铃电路
自动门铃响铃电路 (实际实现仅限于家里有门铃的人[无辜笑]),大概的思路就是当你靠近门的时候,不需要手动去按门铃,门铃通过感应你的存在,就会自动响铃。
自动门铃响铃电路 需要传感器布置和控制电路 ,然后根据传感器输入触发门铃响 。
1、自动门铃响铃电路元器件清单
自动门铃响铃电路元器件清单
2、自动门铃响铃电路连接
自动门铃响铃电路 使用的传感器是一个 IR LED 和一个光电晶体管装置,它们彼此相邻放置。传感器单元的输出通过晶体管和电阻馈送到555 定时器 IC ,定时器的输入被提供给引脚 2。
传感器单元由 5V 电源供电,定时器 IC 引脚 8 由 9V Vcc 电源供电。在定时器的输出引脚 3 处,连接了一个蜂鸣器。
定时器 IC 的其他引脚以类似方式连接,以使555 定时器工作在单稳态模式 。
3、自动门铃响铃电路原理图
自动门铃响铃电路原理图(点击可放大)
4、自动门铃响铃电路工作原理
传感器和光电晶体管放置在附近,这样在正常操作中,光电晶体管不会接收任何光并且不会导通。因此,晶体管(因为它没有得到任何输入电压)不导通。
由于555 定时器输入管脚 2 为逻辑高电平信号,因此它没有被触发,蜂鸣器也没有响起,因为它没有接收到任何输入信号。
如果有人靠近门,LED发出的光会被该人接收并反射回来。光电晶体管接收该反射光,然后开始导电。
当这个光电晶体管导通时,晶体管得到偏置并开始导通。定时器的引脚 2 接收到低逻辑信号,定时器被触发。当这个定时器被触发时,输出端会产生一个 9V 的高逻辑脉冲,当蜂鸣器接收到这个脉冲时,它就会被触发并开始响铃。
三、简易雨水报警系统
雨是必要的,但同时雨的影响力也是毁灭性的,很多时候自己怕淋雨,晒的衣服也怕被雨淋湿,尤其是在下大雨的时候,即使是在车里面,操作车辆挡风玻璃也成为了一个很麻烦的事情。
这时候,一个雨水报警系统 就很有必要了,可以指示下雨的可能性。
雨水报警系统 的元件包括一个运算放大器 、一个555 定时器 、一个蜂鸣器 、两个探头 ,还有一些其他的基础元器件 。
将这个电路放在车里或者家里其他地方,并且将探头放在外面,就可以有一个简单的系统来检测雨水。
1、简易雨水报警系统元器件清单
简易雨水报警系统元器件清单
2、简易雨水报警系统电路连接
运算放大器 LM741 在这里用作比较器,两个探头作为输入提供给运算放大器 LM741 的反相端子,这样当雨水落在探头上时,它们就会连接在一起。 通过分压器装置向同相端子提供固定电压。
运算放大器 LM741在引脚 6 上的输出通过上拉电阻提供给定时器的引脚 2。定时器 555的引脚 2是触发引脚。
这里,定时器 555 以单稳态模式连接 ,因此当它在引脚 2 触发时,在定时器的 引脚 3 产生输出。6 引脚和地之间接一个470uF的电容,5脚和地之间接一个0.01uF的电容。在引脚 7 和 Vcc 电源之间连接一个 10K 欧姆的电阻。
3、简易雨水报警系统电路原理图
简易雨水报警系统电路原理图(点击可放大)
4、简易雨水报警系统电路工作原理
没有下雨时,探头不相互连接(此处使用按键代替探头),因此 运算放大器 LM741 的反相输入端没有电压供应。 由于同相端提供固定电压,因此运算放大器的输出为逻辑高电平信号。当这个信号加到定时器的输入引脚时,它没有被触发,也没有输出。
下雨时,由于水是电流的良导体,因此探针通过水滴相互连接,因此电流开始流过探针,并且电压被施加到运算放大器 LM741 的反相端子。该电压高于同相端的固定电压,因此运算放大器的输出处于逻辑低电平。
当该电压施加到定时器输入时,定时器被触发并产生逻辑高输出,然后将其提供给蜂鸣器。因此,当感应到雨水时,蜂鸣器开始响起,指示下雨。
四、 555 定时器闪光灯电路
这里介绍一个简单的闪光灯电路,555 定时器闪光灯电路 的思路是以一分钟间隔的频率改变灯的强度 ,这里主要是向开关或驱动灯的继电器提供振荡输入。
1、555 定时器闪光灯电路物料清单
555 定时器闪光灯电路物料清单
2、555 定时器闪光灯电路连接
在该系统中,555 定时器用作振荡器,能够以最长 10 分钟的时间间隔产生脉冲。 这个时间间隔的频率可以通过连接在 555 定时器 IC 的放电管脚 7 和 Vcc 管脚 8 之间的可变电阻来调节。另一个电阻值设置为1K,引脚 6 和引脚 1 之间的电容设置为 1uF。
引脚 3 处的 555 定时器输出提供给二极管和继电器的并联组合。
该系统使用常闭触点继电器 。系统使用4盏灯:其中两盏串联,另外两对串联灯相互并联。DPST开关用于控制每对灯的开关。
3、555 定时器闪光灯电路原理图
555 定时器闪光灯电路原理图(点击可放大)
4、555 定时器闪光灯电路工作原理
当该电路接收 9V 电源(也可以是 12V 或 15V)时,定时器 555 在其输出端产生振荡。输出端的二极管用于保护,当继电器线圈收到脉冲时,它就会通电。
假设 DPST 开关的公共触点以这样一种方式连接,即上面的一对灯接收 230 V AC 的电源。由于继电器的开关操作会因振荡而变化,因此灯的强度也会发生变化并出现闪烁。同样的操作也发生在另一对灯上。
五、使用 SCR 和 555 定时器的电池充电器
在停电的情况下,可以使用充电电池,最大的挑战就是电池的高效充电,可以设置一个电路来解决这个问题。
设计一个使用 SCR 和 555 定时器的简单电路 ,以确保电池的受控充电和放电并带有指示。
1、使用 SCR 和 555 定时器的电池充电器元器件清单
使用 SCR 和 555 定时器的电池充电器元器件清单
2、使用 SCR 和 555 定时器的电池充电器元器件电路连接
向变压器的初级提供 230V 电源,变压器的次级连接到可控硅整流器 (SCR) 的阴极。
接下来,将可控硅的阳极连接到灯上,将电池并联,然后将两个电阻(R5 和 R4)的组合与电池两端的 100 欧姆电位器串联连接。
使用单稳态模式的 555 定时器,它由二极管和 PNP 晶体管的串联组合触发。
3、使用 SCR 和 555 定时器的电池充电器电路原理图
使用 SCR 和 555 定时器的电池充电器电路原理图
4、使用 SCR 和 555 定时器的电池充电器电路工作原理
降压变压器降低其初级处的交流电压,该降低的交流电压在其次级提供。这里使用的 SCR 充当整流器。在正常操作中,当可控硅导通时,它允许直流电流流向电池。每当电池充电时,少量电流流过 R4、R5 和电位器的分压器排列。
由于二极管接收非常少量的电流,因此它的传导微不足道。当这个少量的偏置施加到 PNP 晶体管上时,它就会导通。结果,晶体管接地,定时器的输入引脚被赋予低逻辑信号,从而触发定时器,然后将定时器的输出提供给 SCR 的栅极端,触发导通。
如果电池充满电,则开始放电 ,通过分压器的电流增加,二极管也开始大量导通,然后晶体管处于截止区域,这无法触发定时器,因此,SCR 没有被触发,这会停止向电池供电。 电池充电时,指示灯会发出指示。
六、智能风扇
风扇是在家里或者办公室经常会使用到的,这个智能风扇 通过自动切换操作减少电能的浪费。
这里主要是面包板上进行设计,下图为智能风扇电路。
智能风扇电路(点击可放大)
智能风扇项目 是一个简单的电子电路,当有人在房间里时它会打开,当有人离开房间时风扇会关闭。因此,可以减少消耗的电能的量。
智能风扇电路框图
智能风扇电子电路 由红外 LED 和用于检测人的光电二极管 组成。
如果红外 LED 和光电二极管检测到任何人,则使用 555 定时器驱动风扇,然后启动 555 定时器。
七、夜间感应灯
夜间感应灯 是设计最简单的电子电路之一,也是通过灯的自动切换操作来节省电力 的最强大的电路。
夜间感应灯电路
夜间感应灯电路 将根据落在电路中使用的传感器上的光强来操作灯 。光敏电阻(LDR)用作电路中的光传感器,需要任何操作就可以自动打开和关闭灯。
夜间感应灯框图
八、LED调光器
LED 灯更受欢迎 ,因为它们效率最高 、寿命长且功耗极低 。
LED 的调光特性用于各种应用,例如恐吓、装饰等。尽管 LED 是为调光而设计的,但为了获得更好的性能,可以使用 LED 调光器电路。
LED调光器
LED 调光器 是使用 555 定时器 IC 、MOSFET 、可调预设电阻 和大功率 LED 设计的简单电子电路。电路连接如上图所示,亮度可以控制在10%到100%之间 。
LED调光器框图
九、基于触点的呼叫铃
在我们的日常生活中,我们通常会使用许多简单的电子电路,例如呼叫铃、电视的IR遥控器、AC等等。传统的呼叫铃系统由一个开关组成,用于操作并产生蜂鸣声或指示灯亮起。这里要介绍的是基于触点的呼叫铃 。
基于接触点的呼叫铃
基于接触点的呼叫铃 是一种创新且简单的电子电路 ,旨在取代传统的呼叫铃。该电路由触摸传感器 、555定时器IC 、晶体管 和蜂鸣器 组成。
如果人体触摸到电路的触摸传感器,则在触摸板上产生的电压用于触发定时器 。因此,555 定时器输出在固定的时间间隔内变为高电平(基于 RC 时间常数)。该输出用于驱动晶体管,该晶体管在该时间间隔内触发蜂鸣器并在此之后自动关闭。
基于接触点的呼叫铃框图
十、火警系统
住的地方、办公室、每一个可能发生火灾事故的地方,最重要的电子电路就是火灾报警系统 。火灾报警系统有助于扑灭火灾或从火灾事故中逃生,从而减少人员损失和财产损失。
火警系统
使用 LED 指示灯 、晶体管 和热敏电阻 构建的简单电子项目可用作火灾报警系统 。
火灾报警系统项目 甚至可以用于指示高温 (火灾导致高温),以便可以打开冷却系统以将温度降低到有限范围。
热敏电阻 (温度传感器)用于识别温度变化 ,从而改变晶体管输入 。因此,如果温度范围超过限制值,则晶体管将打开 LED 指示灯指示高温。
火灾报警系统框图
十一、直流照明电路
直流电源用于具有两个端子即阳极和阴极的小型 LED,阳极为+ve,阴极为-ve。
在直流照明电路 中,灯被用作负载 ,它有两个端子,例如正极和负极。灯的+ve端子连接到电池的阳极端子,电池的-ve端子连接到电池的-ve端子。一个开关连接在电线之间,为 LED 灯泡提供直流电源电压。
直流照明简单电子电路
十二、下雨警报警报
下雨警报电路 用于在下雨时发出警报 ,这个电路用于在家中保护他们洗过的衣服和其他容易被雨淋的东西 。
构建下雨警报电路 所需的组件是探针 、10K和330K电阻 ,BC548和BC558三极管 、3V 电池 、01mf 电容 、喇叭 。
雨报警电路
每当雨水与下雨警报电路中的探头接触时,电流就会流过电路,使 Q1 (NPN) 晶体管和 Q1 晶体管使 Q2 晶体管 (PNP) 变为活动状态,因此,Q2 晶体管导通,然后通过扬声器的电流会产生蜂鸣声。
在探头与水接触之前,此过程会一次又一次地重复。内置在上述电路中的振荡电路可以改变音调的频率,从而可以改变音调。
十三、简单的温度监测器
当电池电压低于 9 V时,温度检测器电路 使用 LED 发出指示。温度检测器电路非常适合监控 12V 小型电池的充电水平 ,这些电池用于防盗报警系统和便携式设备。
简单的温度检测器电路 的工作取决于 T1 晶体管基极的偏置 。
温度监控器简单电子电路
当电池电压大于9伏时,基极-发射极上的电压将相同,这使晶体管和 LED 都处于关闭状态。
当电池电压因使用而降低到 9V 以下时,T1 晶体管的基极电压下降,而其发射极电压保持不变,因为 C1 电容已充满电。在这个阶段,T1 晶体管的基极端变为+ve 并导通。C1 电容通过 LED 放电。
十四、触摸传感器电路
触摸传感器电路 由电阻 、晶体管 和发光二极 管三个元件组成。在这里,电阻和 LED 都与晶体管集电极端子的正电源串联。
触摸传感器简单电子电路
选择一个电阻将 LED 的电流设置为 20mA 左右。现在给出两个裸露端的连接,一个连接到 +ve 电源,另一个连接到晶体管的基极端子 。用手指触摸这些电线,LED 就会亮起 。
十五、万用表电路
万用表电路 是一种基本、简单且基本的电路,用于测量电压 、电阻 和电流 ,还用于测量直流和交流参数 。
万用表电路 包括一个与电阻串联的检流计,可以通过将万用表的探针放在电路上来测量电路上的电压,万用表主要用于电机绕组的导通。
万用表简单电子电路
十六、LED闪光灯电路
LED闪光灯电路 的配置如下所示。下面的电路是用最流行的组件之一构建的,如555 定时器和集成电路,该电路将定期闪烁 LED 。
LED闪光灯简单电子电路
在电路中从左到右,电容和两个晶体管设置时间 以及打开或关闭 LED 所需的时间 。通过改变给电容充电的时间 来激活定时器 。
IC 555 定时器 用于确定 LED 保持开启和关闭的时间 ,它内部包含一个复杂的电路,但由于它被封装在集成电路中。
两个电容位于定时器的右侧,它们是定时器正常工作所必需的。
最后一部分是 LED 和电阻,电阻 用于限制 LED 上的电流 ,所以不会损坏。
十七、隐形防盗报警器
隐形防盗报警器 的电路由光电晶体管 和红外 LED 组成 。
当红外线的路径没有障碍物时,报警器不会发出蜂鸣声。当有人穿过红外线光束时,就会发出警报,蜂鸣器响起。
如果光电三极管和红外LED封装在黑管中并完美连接,则电路范围为1米。
窃贼报警器简单电子电路
当红外光束落 在 L14F1 光电晶体管 上时,它会保持 BC557 (PNP) 不导通,此时蜂鸣器不会发出声音 。当红外光束中断 时,光电晶体管关闭 ,允许 PNP 晶体管执行并且蜂鸣器响起。
将背面的光电晶体管和红外 LED 固定到正确的位置,使蜂鸣器静音。调整可变电阻以设置 PNP 晶体管的偏置。
这里也可以用其他种类的光电晶体管代替LI4F1,但L14F1更敏感。
十八、LED 电路
发光二极管 是一个发光的小元件,使用 LED 有很多优点,因为它非常便宜,易于使用,我们可以通过它的指示很容易地了解电路是否工作。
LED简易电子电路
在正向偏置条件下,穿过结的空穴和电子来回移动,在这个过程中,他们将被合并或以其他方式相互淘汰。一段时间后,如果电子从 n 型硅移动到 p 型硅,则该电子将与空穴结合并消失。它使一个完整的原子更稳定,因此它会以光子的形式产生少量能量。
在反向偏置条件下,正电源将带走结中存在的所有电子,所有的孔都将拉向负极。所以结被电荷载流子耗尽,电流不会流过它。
阳极是长针,这是你连接到最正电压的引脚,阴极引脚应连接到最负电压 。它们必须正确连接才能使 LED 工作。
十九、使用晶体管的简单光敏节拍器
这是使用晶体管的简单光敏节拍器电路 。该电路中使用了两种晶体管 ,即晶体管型号 2N3904 和 2N3906 构成了一个原点频率电路 。
扬声器发出的声音会随着声音中的频率而增加和下降。
LDR 用于该电路中 LDR 表示光敏电阻 ,我们也可以将其称为光敏电阻或光电管。LDR是一种光控可变电阻。
光敏节拍器简单电子电路
如果入射光强度增加,则 LDR 的电阻会降低,这种现象称为光电导。
暗房内的引闪灯靠近 LDR 时,它接收到光,然后 LDR 的电阻会下降。即会增强或影响频率原点、频率声音电路。 通过电路中的频率变化,木头不断地抚摸着音乐。
二十、基于触摸的灵敏开关电路
触摸式感应开关电路 的电路图如下所示。该电路可以用 IC 555 构建 。
在单稳态多谐振荡器模式下,555 IC 可以通过产生一个高逻辑来响应 引脚 2 来激活,产生输出所需的时间主要取决于电容 (C1) 以及可变电阻 (VR1) 的值 。
基于触摸的灵敏开关
一旦触摸板被触动,那么 IC 的 引脚 2 将被拖到一个不太逻辑的电位,例如低于 Vcc 的 1/3。输出状态可按时由低变高,使触发继电器的驱动级。一旦 C1 电容放电,负载将被激活,这里负载连接到继电器触点,可以通过继电器触点进行控制。
二十一、电子眼
电子眼 主要用于在入口底部监控客人 ,它不是响铃,而是通过 LDR 连接到门 。
每当未经授权的人试图打开门时,那个人的影子就会落在 LDR 上,然后,电路将立即激活以使用蜂鸣器产生声音。
电子眼
电子眼电路 的设计可以使用逻辑门来完成 ,例如非门使用 D4049 CMOS IC。该 IC 内置有六个独立的非门,但该电路仅使用一个非门。一旦非门输出为高且引脚 3 输入与电源的1/3 级相比较少。类似地,当电压供应电平增加到 1/3 以上时,输出变低。
电子眼电路 的输出有 0 和 1 两种状态,该电路使用 9V 电池。电路中的 引脚 1 可以连接到正电压电源,而 引脚 8 连接到接地端子。
在该电路中,LDR 主要用于检测人影 ,其值主要取决于落在其上的阴影的亮度 。
通过 220 KΩ 电阻和 LDR 串联设计分压电路 。一旦 LDR 在黑暗中获得较少的电压,它就会从分压器获得更多的电压。这个分压可以作为非门输入。
一旦LDR 变暗并且该门的输入电压降低到电压的 1/3,则 引脚 2 获得高电压。最后,蜂鸣器将被激活以产生声音。
二十二、使用 UPC1651 的调频发射机
FM 发射器电路 如下图所示,适用于 5V DC。该电路可以使用 ICUPC1651 等硅放大器构建 。该电路的功率增益范围很广 ,如 19dB,而频率响应为 1200MHz。
在该电路中,可以使用麦克风接收音频信号 ,音频信号通过 C1 电容馈送到芯片的第二个输入端,在这里,电容 就像一个噪声滤波器 。
调频发射机
FM 调制信号在 引脚 4 是允许的,引脚 4 是一个输出引脚。
在上述电路中,可以使用 L1 和 C3 等电感和电容形成 LC电路,从而形成振荡,进而改变电容 C3 ,可以改变发射器频率。
以上就是关于22 个电子电路项目 的知识,希望大家多多支持 我,得点赞 ,关注 ,有问题欢迎在评论区留言 ,大家一起讨论 。
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硬件很难吗?按照这样的学习路线,提高硬件设计能力
不懂硬件的人,会觉得硬件高深莫测,“为什么他改几个电阻、电容就调出来,我弄个半天没搞定?”,“噢,靠的是经验”,但是经验又是什么呢?不能形容,反正就是不明觉厉。
就是这种崇拜心理,才能触发你的好奇心,去学下去,这也是成为工程师的首要条件,但这是远远不够,还需要一条可供参考的学习路线,再加上99%的汗水和1%的灵感才可以。
硬件设计,可以说是包罗万象,它涉及到非常庞大的知识量,而且,一个电路错一点小地方,都有可能导致整个系统不能工作,所以,搞硬件的人思维要非常缜密才可以,而这种思维要靠后面的学习来培养出来的,而不是说还没入门,就否定了自己。
今天我们来介绍一下硬件设计的学习路线。
一、初级理论篇
1、高等数学和线性代数。这里重点掌握微积分和矩阵,因为在后面的课程里面将会大量用到这两个东西,是基础中的基础。
2、大学物理。这里很多东西其实在高中有学到,重点掌握电阻、电容、电感的特性和电生磁、磁生电的原理,其中麦克斯韦方程组将会在射频、微波中有用到。
3、电路分析基础。其实电路基础的理论并不难,但是有些抽象的东西,是暂时不能很好地理解,比如说受控源(其实就是三极管),所以学完模电还要再回过头来再看一遍。这里重点掌握戴维南定理,不然后面没法学。
4、模拟电子技术。这是电子专业的核心基础课,至少学三遍,此外,学啃书是不行的,还得配合Multisim仿真软件才能学好(实践部分后面再介绍)。如果说电路基础、高数当中的答案都是明确、唯一的,那么模电的答案将是不明确、多样化的,需要在实践中权衡取舍,一定要把以前的思维转变过来,不然后面没法学。这门课全部都是重点,但是学完它,除了抄书上的电路,你仍然什么都做不了,因为还需要其它方面的知识一起用才可以。这里不得不提一下器件特性这个概念,没有它将不能打开电路设计的大门,但是由于篇幅有限,以后再写文章介绍。
5、数字电子技术。这门课相对于模电来说,要简单很多很多。它把三级管搭成各种门电路、触发器,以便于直接把数学知识运用起来,同时它也是FPGA的先修课,是硬件工程师向算法工程师(跟计算机的算法有很大区别)转变的基础。这门课全部都是重点,但是要真正掌握它,还是得学FPGA才可以。
6、电力电子技术。这里讲到晶闸管、IGBT和电力MOS管,都是用在强电领域的器件,是开关电源的先修课。可以说电源是硬件设计当中最关键的部分,一个电源设计得好不好,直接影响整个系统能否正常工作。其中整流、逆变、升压、降压电路,都是要重点掌握的。
二、中级理论篇
1、复变函数。这门课跟高数的微积分一样,是一种数学工具。复数信号是物理不可实现的,但是为什么需要复数?诚然,正弦波(包括余弦,下同)有振幅、频率和相位三要素,如何在一个图上面表示振幅与频率的关系或者相位与频率的关系(方便观察分析才需要这样弄)?这就需要用到复数了,其中i或者j(因为电流的符号是i,所以才换成j,以防混淆)表示的就是方向,对应着极坐标的向量。我们可以把复数转成模和辐角的形式,想象一下,模就是时钟的秒针,而辐角就是秒针转动的角度,秒针转一圈就是个圆,而把这个圆的各点按照出现的时间先后,重新描绘在直角坐标系中,就是一个正弦波。这就意味着,用复数可以表示一个正弦波的三要素,振幅就是模(秒针的长短),相位就是秒针转动的角度,频率就是秒针转动的快慢。想一下,如果用实数来表示正弦波的三要素,是不是很麻烦?这里重点掌握留数、保形映射。
2、信号与系统。介绍如何利用数学建模去描述电路,就是这门课要研究的内容。什么是信号?LED灯的亮灭、喇叭发出的声音、天线感应的电磁波等,有实际用途的信息载体(包括声、光、电、热等)都是信号。什么是系统?就是处理信息载体的东西(包括放大器、传动装置等)。系统是一种更为抽象的概念,可大可小,小到一个三极管,大到一个无线收发装置,这些都要根据实际需求来确定,不能一概而论。这门课都是重点。
3、自动控制原理。自控原理是信号与系统的姐妹学科。介绍如何用数学建模的方法去分析电路,主要分析电路的稳定性。其中,波特图、PID都是要重点掌握的。学懂这门课就可以用里面的知识去分析一些较为复杂的带运放的电路,这种电路用KCL和KVL是仍然很难解决。
4、高频电子线路。高频是模电的非线性部分。你会发现高频里面很多内容跟模电都差不多,也有放大器、振荡器、功放,但是这些电路用在更高的频段,所以分析方法有所不同。模电的功底较为扎实的情况下,再学这门课,就不觉得难,因为它本身就是模电的扩展,而不是全新的领域。这门课都是重点,至少学三遍。
5、单片机。现在已经很少不用CPU的硬件电路了,而单片机正是最简单的CPU,所以掌握单片机也是很有必要的。其中单片机的接口电路也是相当考验你的硬件功底的。
6、电子测量技术。做硬件的经常要跟仪器打交道,学习测量技术,一方面让你更能熟练地使用仪器,另一方面还能让你做一些测量电路(配合单片机就可以运用在物联网领域)。这里会接触很多新器件,大多都是传感器,当然重点研究的还是电气特性。这门课并不难,关键要多做实验。
三、高级理论篇
1、信号完整性分析。可以说硬件工程师最大的敌人就是干扰,要解决这些干扰就得做好电磁兼容性设计,学好这门课,才可以画出性能更优的PCB。
2、开关电源。学会设计电源电路,给自己的电路系统配上合适的电源,以及解决电源完整性问题,也是相当考验硬件工程师的模电功底。
3、射频电路设计。随着科技的发展,电路的工作频率将会越来越高,频率升高会带来各种各样的难题,所以学会设计射频电路也是很有必要的。
4、通信原理。掌握现代的通信技术,其中包括信息论基础和各种调制方式都会在各种通信电路当中有用到。
5、集成电路原理与应用。可以说几乎每块电路板都会用到芯片,所以学习一下芯片的制造技术,将会让你的硬件水平大大提高。
举个简单的案例,数字电位器里面的电阻就是用MOS管构成的有源电阻,一定要上电,它才体现出电阻的特性,如果只使用模电的知识将无法理解这一现象。
四、总结
如果你认为这么多书,怎么看都看不完。那是以一种静止、偏面的观点来分析问题了。其实上介绍那么多课,很多内容都是相通的。比如,数电里面的移位寄存器,就是单片机里面的串口收发器。模电里面的放大器、振荡器,到了高频、射频,照样讲到,只是分析方法有点不同而已。
高频里面的AM、FM、PM,到了通信原理,照样讲到,此外,还提出了ASK、FSK、PSK这几种雷同而且更为简单的调制方式。电力电子技术里面的直流斩波电路,就是开关电源的内容,只是扩展了一些内容而已。
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