在硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，經(jīng)典電路的應(yīng)用至關(guān)重要。以下將詳細(xì)介紹 10 個(gè)在硬件設(shè)計(jì)中會(huì)用到的經(jīng)典電路，為電子工程師們提供實(shí)用的參考。

1. 防反接保護(hù)（二極管）

在實(shí)際電子設(shè)計(jì)里，防反接保護(hù)電路不可或缺。最簡(jiǎn)單的方法是利用二極管的單向?qū)щ娦?，?dāng)電源反接時(shí)，電路不通。不過(guò)，二極管存在正向壓降，會(huì)使輸出端電壓下降。若對(duì)電壓不敏感，比如后級(jí)電路需通過(guò) DCDC 降壓，可采用肖特基二極管，其壓降相對(duì)較小。此外，使用整流橋也能實(shí)現(xiàn)防反接功能，即便極性接反也能工作，但會(huì)有兩個(gè)二極管的壓降。

2. 防反接保護(hù)（PMOS）

二極管防反接存在壓降問(wèn)題，而 PMOS 能有效解決這一痛點(diǎn)。PMOS 完全導(dǎo)通后，導(dǎo)通電阻很小。在 GS 之間加齊納二極管可防止輸入電壓超過(guò) MOS 的 Vgs。當(dāng)輸入端加正向電壓時(shí)，PMOS 導(dǎo)通，寄生二極管短路；電壓反接時(shí)，PMOS 不導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)防反接功能。但該電路存在電流倒流問(wèn)題，若右側(cè)負(fù)載為電池，直流輸入突然斷開(kāi)時(shí)，可能引發(fā)故障，不過(guò)在簡(jiǎn)單電路場(chǎng)合仍可使用。

3. 直流浪涌電流抑制開(kāi)關(guān)

當(dāng)負(fù)載中有大容量電容時(shí)，電源端會(huì)出現(xiàn)巨大浪涌電流。此電路可通過(guò)緩慢升高電壓抑制上電時(shí)的浪涌電流，電壓升高時(shí)間由 C1 與 R6 決定。若不需要開(kāi)關(guān)功能，去掉三極管部分即可。

4. 背靠背防倒灌

防反接保護(hù)電路可能出現(xiàn)倒流風(fēng)險(xiǎn)，特別是負(fù)載端為電池或有大容量電容時(shí)。背靠背連接兩個(gè) MOS 管可解決這一問(wèn)題。當(dāng) Control 端為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，兩個(gè) MOS 管導(dǎo)通，負(fù)載端得到 Vin 電壓；當(dāng) Control 端為低電平時(shí)，三極管斷開(kāi)，MOS 管不導(dǎo)通，防止電流倒灌，但該電路需額外 IO 控制。

5. 雙三極管鏡像電路防倒灌（理想二極管）

該電路通過(guò)三極管和 MOS 管的配合實(shí)現(xiàn)防倒灌功能。當(dāng) Vin > Vout 時(shí)，MOS 管打開(kāi)，Vout≈Vin；當(dāng) Vin < Vout 時(shí)，MOS 管關(guān)閉，防止回流。其優(yōu)點(diǎn)是防反接、輸出基本不損失電壓且無(wú)需額外控制信號(hào)。

6. 雙向電平轉(zhuǎn)換（MOS 管）

電路板不同模塊間電壓不同，常需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。使用 MOS 管可實(shí)現(xiàn)雙向通訊，適用于 I2C 等開(kāi)漏總線。但在用于串口、SPI 等推挽輸出形式時(shí)需考慮速率和波形失真問(wèn)題，且低端電壓應(yīng)低于等于高端電壓。

7. RS485 方向自動(dòng)控制

RS485 為半雙工通信，通常需使能信號(hào)標(biāo)明發(fā)送或接收狀態(tài)。該電路利用電容和電阻的充放電特性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)方向控制。保持高電平的時(shí)間由電阻與電容決定，可根據(jù)電路和速率適當(dāng)調(diào)整。在特殊情況或 IO 口充足時(shí)，仍可使用 IO 進(jìn)行控制。

8. ESP32 自動(dòng)下載電路

ESP32 等模塊燒寫程序時(shí)需將 EN 引腳和 IO0 引腳設(shè)置為低電平。傳統(tǒng)使用按鍵或重新插拔的方式較麻煩，此電路使用帶 DTR 和 RTS 引腳的 USB 轉(zhuǎn) UART 芯片，可自動(dòng)發(fā)出進(jìn)入燒寫模式的信號(hào)，方便快捷。

9. 簡(jiǎn)易 Type - C 拉取 5V/3A 電流電路

Type - C 接口通過(guò) CC 引腳控制輸出不同功率。DFP 通過(guò) CC 引腳上的電壓得知 UFP 的供電需求，UFP 上加下拉電阻，DFP 上 CC 引腳有上拉電阻，通過(guò)電阻分壓控制輸出功率。純 Type - C 下最大能提供 5V/3A 的驅(qū)動(dòng)能力，PD 模式下可輸出更高功率。

10. 二極管鉗位（I/O 的過(guò)壓 / 浪涌保護(hù)等）

當(dāng)電路環(huán)境易受噪聲影響時(shí)，可采用二極管鉗位保護(hù)。輸入電壓被鉗位在 - Vf 與 VCC + Vf 之間，使用 Vf 較小的肖特基二極管可降低輸入端電壓。輸入電阻起電流限制作用，但過(guò)大電阻會(huì)與二極管結(jié)電容組成低通濾波器，需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。