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電子電路教程
電子電路是現代電子產品的基本組成部分，它們被用於為各種裝置和系統供電，從個人裝置到工業中使用的複雜自動化系統。
電子電路定義並實現裝置或系統中的特定功能。例如，在智慧手機中，當我們在螢幕上點選手電筒選項時，響應的電子電路將電池的電力輸送給手電筒並將其開啟。
典型的電子電路只不過是不同產能和耗能裝置的互連網路。
在本篇關於電子電路的全面教程中，您將學習不同型別的電子電路。本教程專為絕對初學者設計，因此任何具備基本閱讀能力和學習電子電路意願的人都可以學習本教程。它也是電子與通訊工程領域的入門課程。
電子電路簡介
電子電路是由電子元件以特定方式連線而成的網路，用於執行任務/功能。電子電路的主要功能是控制電流從電池等供能裝置流向LED等用能裝置。從基本的手電筒到計算和先進的機器人系統，電子電路都是所有電子裝置和系統的基本組成部分。
不同型別的電子電路是透過使用電池、電阻器、電容器、二極體、電晶體等元件設計和實現的，以執行廣泛的功能。
我們周圍常見的一些電子電路示例包括手機充電器、電子手電筒、放大器、風扇調速器、調光器等。
電子電路的型別
根據設計、功能或使用的訊號，電子電路可以分為以下主要型別。
根據訊號型別，電子電路分為類比電路、數位電路和混合訊號電路：
- 類比電路 - 這些電路設計用於處理連續時間訊號。類比電路的示例包括音訊放大器、收音機、電能表等。
- 數位電路 - 這些電路設計用於處理離散時間（二進位制）訊號。數位電路的示例包括手機、計算機和數字通訊系統中使用的電路。
- 混合訊號電路 - 這些也稱為混合電子電路。這些電路能夠處理模擬和數字訊號。混合訊號電路的示例包括智慧手機、筆記型電腦、智慧電錶等。
根據設計，主要的電子電路型別如下：
- 串聯電路 - 在這些電子電路中，元件串聯連線，僅提供一條電流路徑。
- 並聯電路 - 這些電子電路的元件連線在兩個公共節點之間以及電源兩端。
- 串並聯電路 - 這些型別的電子電路同時存在串聯和並聯的元件組合。
根據功能，主要的電子電路型別如下：
- 電力電子電路 - 這些電子電路設計用於處理大量的電力，並用於控制大功率電路中的電流。這些電路的示例包括逆變器、電源、轉換器等。
- 訊號處理電路 - 這些是設計用於處理訊號級電壓和電流的電子電路型別。這些也被稱為低功耗電路。這些電路的示例包括濾波器、放大器、通訊系統、天線等。
- 控制電路 - 正如名稱所示，這些電子電路設計用於執行特定的控制功能。這些電路的示例包括音量控制、低音控制、燈光調光器、風扇調速器、變頻器、電機啟動器等。
電子電路的主要元件
構建電子電路使用了各種元件。這裡簡要解釋了電子電路的一些主要元件。
1.無源電路元件
無源電路元件是指那些消耗或將電能轉換為其他形式的能量（如熱能、光能、聲能等）的電路元件。這些元件無法向其他元件供電，也無法在電子電路中產生功率增益。
這裡列出了一些常見的電子電路無源元件：
- 電阻器 - 一種限制電路中電流量並將多餘電能轉換為熱能的電子電路元件。
- 電感器 - 這是另一種基本的電子元件，用於電路中以阻止電流的突然變化。它還可以在磁場中儲存能量。
- 電容器 - 它也是一種無源電路元件，用於儲存靜電荷並阻止電壓的突然變化。
2.有源元件
那些向電路其餘部分供電或在電路中產生功率增益的電子電路元件被稱為有源元件。
電晶體 - 這是一種半導體器件，如果在其有源工作區域工作，則可以充當放大器。由於它可以在電路中產生功率增益，因此它是有源元件。有各種型別的電晶體，例如BJT、MOSFET、JFET、功率電晶體等。
3.特殊元件
這些電子元件設計用於執行特定功能。以下是電子電路中的一些專用元件：
- 感測器 - 這是一種電子元件，可以測量物理量併產生等效的電子訊號，電子電路可以對其進行處理以執行特定任務。
- 微處理器 - 它是一種積體電路，也是各種電子元件的組合。它設計用於執行各種功能和處理任務。
電子電路的設計過程
電子電路設計是一項非常複雜的任務。但是，這裡概述了電子電路設計的典型過程：
步驟1 - 首先，我們必須定義所需電子電路的功能或目的。
步驟2 - 然後我們繪製電路的最早設計圖。
步驟3 - 在此階段，我們確定設計電路所需的正確元件。
步驟4 - 然後，我們根據電路設計將所有元件連線在一起以構建實際電路。
步驟5 - 在實際操作電路之前，我們首先使用像PSpice這樣的模擬軟體來確定電路的行為方式及其設計中存在哪些問題。
步驟6 - 如果電路非常複雜，我們將使用PCB（印刷電路板）來實現它。
步驟7 - 最後，將測試電路以確保其按預期工作。
電子電路的應用
電子電路是我們今天使用的所有裝置的組成部分，從我們的耳機到筆記型電腦和工業自動化系統。
電子電路被廣泛應用於一些常見的領域：
- 消費電子產品 - 智慧手機、筆記型電腦、微波爐、冰箱、耳機以及所有使用電力的裝置。
- 汽車電子 - 汽車、腳踏車等中的發動機啟動器、資訊娛樂系統、前照燈、指示燈等。
- 工業控制和自動化 - 人機介面、裝配線自動化、生產自動化、機器和工廠監控系統等。
- 通訊系統 - 調變解調器、衛星、路由器、發射器、接收器等。
- 醫療裝置 - 診斷工具、心電圖機、核磁共振成像、CT掃描器等。
與電子電路相關的術語
本節簡要定義了一些與電子電路相關的最重要的術語，這些定義將有助於輕鬆理解本教程。
#1) 訊號 - 在電子電路中，如果電壓或電流用於攜帶資料或資訊，則稱為訊號。
#2) 波形整形 - 波形整形定義為改變或修改電子訊號波形形狀的過程。
#3) 線性波形整形 - 透過由電阻器、電感器和電容器組成的線性網路來修改訊號波形形狀的波形整形過程稱為線性波形整形。
#4) 低通濾波器 (LPF) 和高通濾波器 (HPF) - 低通濾波器 (LPF) 用於透過頻率低於其截止頻率的訊號。高通濾波器 (HPF) 用於透過頻率高於其截止頻率的訊號。
#5) 非線性波形整形 - 非線性波形整形是透過由二極體等非線性元件組成的網路來修改電子訊號波形的過程。
#6) 正鉗位電路 - 正鉗位電路是一種電子電路，設計用於衰減高於指定電壓水平的訊號的正部分。
#7) 負鉗位電路 - 負鉗位電路是一種電子電路，設計用於去除低於某個參考電壓的輸入訊號的負部分。
#8) 箝位電路 - 箝位電路是一種電子電路，設計用於將輸入訊號移到幅度軸上的某個電平。它執行此功能而不會改變原始訊號的形狀。
#9) 限幅器和倍壓器 - 限幅器電路是一種電子電路，用於限制輸出電壓不超過預定義值。倍壓器也是一種電子電路，它產生的直流輸出是交流峰值輸入的整數倍。
#10) 二極體作為開關 - 二極體是一種固態器件，提供單向電流流動。當施加正向電壓時，它充當開關閉合狀態，當施加反向電壓時，它充當開關斷開狀態。
#11) 電源 - 電源是設計用於供電和修改輸出電流和電壓以滿足特定裝置需求的電子電路。
#12) 整流器 − 整流器是一種電子電路，用於將交流電轉換為直流電（AC轉DC）。
#13) 全波整流器 − 全波整流器是一種整流電路，可以將輸入交流電源的正半波和負半波都轉換為直流電源。
#14) 濾波器 − 在電子學中，濾波器是用於阻擋或透過特定頻率範圍的電子電路。
#15) 穩壓器 − 穩壓器是電子電路，即使輸入電壓和負載條件發生變化，也能將電壓水平保持在規定的範圍內。
#16) 開關電源 (SMPS) − SMPS 代表開關模式電源。它是一種電源單元，對特定應用的電力供應進行整流、變換和穩壓。
學習電子電路的先決條件
本教程採用初學者友好的風格編寫。對電子元件和電路量（如電壓、電流、功率和能量）的基本瞭解有助於輕鬆掌握本教程中涵蓋的概念，但這並非必需。
如果您想複習本教程的先決條件的基本概念，您可以先學習我們的基礎電子學教程。
誰應該學習電子電路？
本電子電路教程適用於電子與通訊工程專業的本科大學生和從業人員。
任何對掌握電子電路基礎知識感興趣的人都可以參考本教程。本教程也可用於準備GATE等技術考試的學生。
關於電子電路的常見問題 (FAQ)
本節旨在解答一些關於電子電路的常見問題 (FAQ) −
電子電路是由電池、電阻器、電容器、電晶體、二極體等元件互連組成的網路。它為電流從電池等有源元件流向電阻器等無源元件提供閉合路徑。
一些常見的電子電路型別包括類比電路、數位電路、混合電子電路、串聯電路、並聯電路和串並聯電路。
使用連續時間訊號處理資訊的電子電路稱為類比電子電路。
使用離散時間訊號處理資訊的電子電路稱為數位電子電路。
在電子電路中，實現電路的實際工作模型以測試其設計、功能和可行性的過程稱為原型設計。
串聯電路和並聯電路的主要區別在於：串聯電路只有一條電流路徑，並且相同的電流流經所有元件；而並聯電路提供的電流路徑數量等於電路中支路的數量，所有支路的電壓保持相同。
二極體是一種單向半導體器件。因此，它只允許電流單向流動。它在電子電路中用作單向開關。
全波整流器是一種將交流電的整個波形轉換為直流電的電子電路。它使用兩個或四個二極體將交流電的正半波和負半波轉換為直流電。首先，全波整流器將交流電的正半波轉換為正直流電，然後將交流電的負半波轉換為正直流電。
濾波器用於電子電路中阻擋或透過特定頻率範圍。一些常用的濾波器包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等。
在電子電路中，穩壓器用於在輸出端產生穩定的電壓，即使輸入或負載條件發生變化。