硬件知识笔记

硬件知识笔记第一天电源事例：220V交流电变为5V直流电用来给LED供电（3.3V10mA）220V高压交流电经过变压器变为16V低压交流电，低压交流电经过整流桥全波整流变为直流，电压值为23V左右，电压整流比大约为√2倍，如果为半桥整流频率为电源频率，如果是全桥整流，频率为电源频率的两倍，输出电压需要加入有极性的电容进行滤波（耐压值选择），再接电源芯片（LM7815），再接次电源芯片（LM7805），防止压降过大负载过大导致电源芯片烧毁，电源芯片输入输出引脚需要加入有极性滤波电容，Led灯（发光二极管）电压3.3V通过电流一般3mA-10mA即可点亮电阻精度选择：限流电阻5%精度，分压电阻1%精度、电容1F=1e6uF=1e9nF=1e12pFC=Q/VQ电荷量V耐压值C电容值压差越大充电速率越快，压差小充电速率越小，因为容抗的存在（相对电容）充电电压公式𝑉𝑖𝑛=（1-𝑒−𝑡𝜏）𝑉𝑖𝑛外部充电电压时间常数τ=RC（相对电容）充电电流公式(𝑉𝑖𝑛/R)*𝑒−𝑡𝜏电流越来越小电容计算公式C=𝐼𝑂𝑈𝑇∆𝑣∗𝑓输出电流（负载）除以纹波电压（电压波动）与充电频率乘积，单位为标准单位第一个电容负载电流按灯的10mA计算允许纹波电压（工程一般允许范围3%~5%）这里采取1.5V纹波大约6.5%在允许范围之内符合工程规范频率为（半波整流50Hz全波整流100Hz）这里取100Hz得到电容68uF。实际工程因为误差，电解液挥发的缘故。需要比理论值要大x5或者x10，电压选取一般至少为输入电压1.5倍。35V680uF（若没有按标准选取合适电容型号）第二三个电容按第一种方法进行计算常用电阻电容封装功率1210—1/2W1206—1/4W0805—1/8W0603—1/10W0402—1/16W电压DC-DC分为两种：开关性质的电压源（转化效率高支持高功率）线性电压源（小功率用的多）常见直流电压DC+3.3V+5V+12V+15V常见交流电压AC14V16V24V此示例LED灯电压为3.3V,但考虑到限流电阻的分压,电源电压需要高于3.3V，在这里选取5V电压，（选择12V或者更高也可以满足要求，只是电阻功耗增加，发热增加向后输出功率能力减小，输入功耗增加不经济）。可以选择LM7805电源模块电阻计算：使LED最大电流工作10mA，工作电压3.3V，则电阻分压1.7V,通过电流10mA，则阻值170R假如输入直流电压24V则LM7805电压压降（24-5）=19V，通过电流10mA，则功率0.19W正常情况下LM7805可以通过电流1A，负载1W-2W情况下不会发热，如果功率太大需要加散热片,如果负载太大通过电流比较大，压差比较大则LM7805负载功率比较大，容易发热，解决方法在前一级在加一级降压（例如加LM7815），使LM7805压降减小，功率减小，减小发热。工程经验：一般负载电流100mA，甚至100-150mA之间电解电容取220uF、330uF都可以。电解电容：容量大、精度差、主要作用储能、滤除低频波，对于高频波滤除效果不好。电源滤波电路还应加上瓷片电容配合电源滤波，瓷片电容容量小（pF-nF级别）、精度高、对高频滤除效果好。电容容抗=12𝜋𝑓𝑐dvdt尖峰高频电压可以被瓷片电容滤掉电源滤波应该极性电容配合瓷片电容使用，滤除高低频杂波，这里瓷片电容用一个104的瓷片电容就可以。整流桥知识点电路搭建完成进行成本核算电路可以进一步优化，进一步降低成本。优化项：1、整流桥。2、LM7805电源模块，整流桥核心就是四个二极管，四个二极管的价格小于一个整流桥的价格。稳压二极管：只要有超过2mA的反向的电流就会产生一个稳定的电压LM7805原理：采用一个5.6V的稳压二极管，用一个电阻进行串联防止稳压二极管烧毁。电阻压降18.4V，如果产生2mA以上的电流采用9K电阻。但是如果后面加负载电阻只有2mA的供电能力，则负载不能获得电流。因此还需要调整。R1电阻确定后负载能力偏小，因此需要将电流进行放大，这里用到晶体管（三极管）。三极管流控流型器件封装功率：TO-930.625W常见的直插类型LM7805模拟：B级产生5.6V电压减去Vbe0.7V压降（工程实践0.6V同样可以），在E极产生稳定的5V电压，当Vbe0.7V或者Ib大于1mA，CE近似短路则E极电压变为24V，Vbe0.7V阻断，CE呈现高阻态，电流减小，E电压减小当小于5V，BE再次导通产生5V稳定电压，CE导通近似短路24V重新回到E，这样周而复始在E端始终得到稳定5V电压。TO-230.25W贴片封装两个C4有什么不同？第一个在输入端进行滤波，输入电流小，加小电容就可以实现平稳滤波。第二个C4在输出端进行滤波，因为Ie=100*Ib，需要较大的电容进行滤波，第一个小C4可以取代第二个大C4。效果相同。第二天项目二：加热温度上上一定程度断开绿灯亮下降一定程度马达开启红灯亮，马达12V板载电源15V电源部分R1D1组成稳压电路，稳压二极管工作在反向击穿状态，电流较小R1起到限制电流作用，（15-13）/1=2ma左右，只能提供电压没有电流输出能力。需要三极管提供电流输出，Ube0.7V,三极管导通CE近似短路E端电压为电源电压15V，Ube0.7V，BE高阻态，电流下降电压降低，当电压12V，三极管导通，继续输出电流，周而复始导致E级电压稳定在12V左右。温度开关部分Q3NPN三极管作开关管，开关滤波物理开关通断瞬间产生电弧使电压尖峰dv，对后面的控制部分产生干扰，因此需要滤掉，加电容。一般在微秒级别再大的也不超过1-2毫秒，需要加入RC单元进行滤波，R限流使尖峰电流没有那么大的暂时能量爆发，电容充电曲线较为平滑，不会太陡直。滤波时间（电容0-开启电压的时间）T=RC单位为标准单位。