在硬件设计领域,经典电路的应用至关重要。以下将详细介绍 10 个在硬件设计中会用到的经典电路,为电子工程师们提供实用的参考。

在实际电子设计里,防反接保护电路不可或缺。简单的方法是利用二极管的单向导电性,当电源反接时,电路不通。不过,二极管存在正向压降,会使输出端电压下降。若对电压不敏感,比如后级电路需通过 DCDC 降压,可采用肖特基二极管,其压降相对较小。此外,使用整流桥也能实现防反接功能,即便极性接反也能工作,但会有两个二极管的压降。

二极管防反接存在压降问题,而 PMOS 能有效解决这一痛点。PMOS 完全导通后,导通电阻很小。在 GS 之间加
齐纳二极管可防止输入电压超过 MOS 的 Vgs。当输入端加正向电压时,PMOS 导通,寄生二极管短路;电压反接时,PMOS 不导通,实现防反接功能。但该电路存在电流倒流问题,若右侧负载为电池,直流输入突然断开时,可能引发故障,不过在简单电路场合仍可使用。
当负载中有大容量电容时,电源端会出现巨大浪涌电流。此电路可通过缓慢升高电压抑制上电时的浪涌电流,电压升高时间由 C1 与 R6 决定。若不需要开关功能,去掉三极管部分即可。

防反接保护电路可能出现倒流风险,特别是负载端为电池或有大容量电容时。背靠背连接两个 MOS 管可解决这一问题。当 Control 端为高电平时,三极管导通,两个 MOS 管导通,负载端得到 Vin 电压;当 Control 端为低电平时,三极管断开,MOS 管不导通,防止电流倒灌,但该电路需额外 IO 控制。
该电路通过三极管和 MOS 管的配合实现防倒灌功能。当 Vin > Vout 时,MOS 管打开,Vout≈Vin;当 Vin < Vout 时,MOS 管关闭,防止回流。其优点是防反接、输出基本不损失电压且无需额外控制信号。
电路板不同模块间电压不同,常需进行电平转换。使用 MOS 管可实现双向通讯,适用于 I2C 等开漏总线。但在用于串口、SPI 等推挽输出形式时需考虑速率和波形失真问题,且低端电压应低于等于高端电压。
RS485 为半双工通信,通常需使能信号标明发送或接收状态。该电路利用电容和电阻的充放电特性,实现自动方向控制。保持高电平的时间由电阻与电容决定,可根据电路和速率适当调整。在特殊情况或 IO 口充足时,仍可使用 IO 进行控制。
ESP32 等模块烧写程序时需将 EN 引脚和 IO0 引脚设置为低电平。传统使用按键或重新插拔的方式较麻烦,此电路使用带 DTR 和 RTS 引脚的 USB 转 UART 芯片,可自动发出进入烧写模式的信号,方便快捷。
Type - C 接口通过 CC 引脚控制输出不同功率。DFP 通过 CC 引脚上的电压得知 UFP 的供电需求,UFP 上加下拉电阻,DFP 上 CC 引脚有上拉电阻,通过电阻分压控制输出功率。纯 Type - C 下能提供 5V/3A 的驱动能力,PD 模式下可输出更高功率。
当电路环境易受噪声影响时,可采用二极管钳位保护。输入电压被钳位在 - Vf 与 VCC + Vf 之间,使用 Vf 较小的肖特基二极管可降低输入端电压。输入电阻起电流限制作用,但过大电阻会与二极管结电容组成低通滤波器,需根据实际情况调整。