导图社区 硬件基础
这份硬件知识大纲思维导图模板,专为硬件工程师、电子信息专业学生、嵌入式开发爱好者及硬件行业求职人员打造,以结构化脑图形式系统梳理硬件学习全流程,模板内容覆盖硬件学习的全维度:从编程基础、数学物理知识等必备前提,到硬件基础理论、元器件识别(电阻 / 电容 / 二极管 / 三极管等),再到电路设计(模拟电路 / 数字电路 / 高频电路 / 电源电路)、PCB 设计流程、生产工艺环节、信号完整性分析、EMC/EMI 设计,以及职业发展路径与行业资源推荐,实现从入门到进阶的一站式梳理。无论是零基础入门硬件开发、备考电子类专业考试,还是在职工程师梳理技能短板、规划职业成长路线,都能通过这份模板快速搭建知识框架,明确学习方向。导图层级清晰、重点突出,支持自定义修改与内容拓展,可根据个人学习进度或项目需求,灵活调整模块内容,适配自学、课堂学习、项目复盘、团队培训等多种场景。通过可视化的知识梳理方式,大幅提升学习效率,帮助使用者精准定位薄弱环节,制定科学的学习计划,避免学习过程中走弯路。该模板借助万兴脑图软件绘制,助力硬件学习者高效搭建知识体系,轻松开启进阶之路。
编辑于2026-06-12 16:12:09这份硬件知识大纲思维导图模板,专为硬件工程师、电子信息专业学生、嵌入式开发爱好者及硬件行业求职人员打造,以结构化脑图形式系统梳理硬件学习全流程,模板内容覆盖硬件学习的全维度:从编程基础、数学物理知识等必备前提,到硬件基础理论、元器件识别(电阻 / 电容 / 二极管 / 三极管等),再到电路设计(模拟电路 / 数字电路 / 高频电路 / 电源电路)、PCB 设计流程、生产工艺环节、信号完整性分析、EMC/EMI 设计,以及职业发展路径与行业资源推荐,实现从入门到进阶的一站式梳理。无论是零基础入门硬件开发、备考电子类专业考试,还是在职工程师梳理技能短板、规划职业成长路线,都能通过这份模板快速搭建知识框架,明确学习方向。导图层级清晰、重点突出,支持自定义修改与内容拓展,可根据个人学习进度或项目需求,灵活调整模块内容,适配自学、课堂学习、项目复盘、团队培训等多种场景。通过可视化的知识梳理方式,大幅提升学习效率,帮助使用者精准定位薄弱环节,制定科学的学习计划,避免学习过程中走弯路。该模板借助万兴脑图软件绘制,助力硬件学习者高效搭建知识体系,轻松开启进阶之路。
这是一篇关于电源测试思维导图,第一模块 “电气性能测试(核心)”,涵盖输出特性测试(输出电压精度、负载调整率、纹波与噪声、电流输出能力)、动态响应测试(负载突变响应、启动 / 关机特性)、输入特性测试(输入电压范围测试),并结合通用电子设备的正常输入范围、宽电压输入范围、极限测试及 IEC 60950/UL 60950 安全标准,明确各项测试的技术指标与验证要求;第二模块 “安规测试”,包括绝缘与耐压测试(绝缘电阻测试、耐压测试)、漏电流测试,详细说明测试方法、标准参数及医疗设备等特殊场景的安规要求;第三模块 “保护功能测试”,梳理过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、过温保护(OTP)、短路保护的测试方法与判定标准,验证电源在异常工况下的自我保护能力;第四模块 “特殊场景测试”,针对医疗器械等特定产品,补充符合 IEC 60601-1 标准的专属测试项目,确保产品在医疗场景下的电气安全;第五模块 “基础工具”,列出示波器、万用表、负载仪、绝缘电阻表、耐压测试仪等常用测试设备,帮助使用者明确测试所需的工具配置。本模板内容全面、逻辑清晰,既适合电子工程师、硬件研发人员用于电源产品研发测试、方案验证,也适合质量检测从业者、生产质检人员用于电源产品的合规性检测与质量把控,帮助使用者高效梳理电源测试流程,攻克电气性能、安规与保护功能测试的核心难点,提升测试效率与产品质量。
这是一份专为一次性测压内镜的研发、测试与质量管控量身打造的专业思维导图,完整覆盖了内镜临床性能验证的四大核心维度,内容系统、逻辑清晰,是内镜测试工程师与质量管理人员不可多得的实用参考工具。适合人群广泛: 无论你是一次性内镜或泌尿外科内镜领域的测试工程师、质量管理人员,还是前端研发人员,甚至是刚入行的新人,这份导图都能作为入门培训与日常工作的核心参考资料,帮你快速上手、少走弯路。这份导图的价值远不止于罗列测试项目。 我们在每一项测试旁边都详细标注了其背后的临床意义、对应的合规要求以及日常管控的重点关注项,真正做到"知其然,更知其所以然"。它能帮你实现三大核心目标:✔️ 快速搭建测试框架: 面对繁多的测试项不再茫然,系统掌握一次性测压内镜的完整性能验证体系,避免关键项目遗漏,确保测试覆盖率达标;✔️ 理解风险逻辑: 清晰掌握每一项测试背后的临床风险与失效后果,告别盲目执行的无效测试,把有限的精力聚焦在真正影响产品安全与有效性的核心项目上;✔️ 直接适配合规要求: 全面对标医疗器械注册申报与飞行检查的审核要点,可直接作为测试用例设计、质量管控方案、迎检材料编写的参考依据,大幅提升工作效率与合规通过率。一图在手,测试不愁,质量无忧。
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这份硬件知识大纲思维导图模板,专为硬件工程师、电子信息专业学生、嵌入式开发爱好者及硬件行业求职人员打造,以结构化脑图形式系统梳理硬件学习全流程,模板内容覆盖硬件学习的全维度:从编程基础、数学物理知识等必备前提,到硬件基础理论、元器件识别(电阻 / 电容 / 二极管 / 三极管等),再到电路设计(模拟电路 / 数字电路 / 高频电路 / 电源电路)、PCB 设计流程、生产工艺环节、信号完整性分析、EMC/EMI 设计,以及职业发展路径与行业资源推荐,实现从入门到进阶的一站式梳理。无论是零基础入门硬件开发、备考电子类专业考试,还是在职工程师梳理技能短板、规划职业成长路线,都能通过这份模板快速搭建知识框架,明确学习方向。导图层级清晰、重点突出,支持自定义修改与内容拓展,可根据个人学习进度或项目需求,灵活调整模块内容,适配自学、课堂学习、项目复盘、团队培训等多种场景。通过可视化的知识梳理方式,大幅提升学习效率,帮助使用者精准定位薄弱环节,制定科学的学习计划,避免学习过程中走弯路。该模板借助万兴脑图软件绘制,助力硬件学习者高效搭建知识体系,轻松开启进阶之路。
这是一篇关于电源测试思维导图,第一模块 “电气性能测试(核心)”,涵盖输出特性测试(输出电压精度、负载调整率、纹波与噪声、电流输出能力)、动态响应测试(负载突变响应、启动 / 关机特性)、输入特性测试(输入电压范围测试),并结合通用电子设备的正常输入范围、宽电压输入范围、极限测试及 IEC 60950/UL 60950 安全标准,明确各项测试的技术指标与验证要求;第二模块 “安规测试”,包括绝缘与耐压测试(绝缘电阻测试、耐压测试)、漏电流测试,详细说明测试方法、标准参数及医疗设备等特殊场景的安规要求;第三模块 “保护功能测试”,梳理过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、过温保护(OTP)、短路保护的测试方法与判定标准,验证电源在异常工况下的自我保护能力;第四模块 “特殊场景测试”,针对医疗器械等特定产品,补充符合 IEC 60601-1 标准的专属测试项目,确保产品在医疗场景下的电气安全;第五模块 “基础工具”,列出示波器、万用表、负载仪、绝缘电阻表、耐压测试仪等常用测试设备,帮助使用者明确测试所需的工具配置。本模板内容全面、逻辑清晰,既适合电子工程师、硬件研发人员用于电源产品研发测试、方案验证,也适合质量检测从业者、生产质检人员用于电源产品的合规性检测与质量把控,帮助使用者高效梳理电源测试流程,攻克电气性能、安规与保护功能测试的核心难点,提升测试效率与产品质量。
这是一份专为一次性测压内镜的研发、测试与质量管控量身打造的专业思维导图,完整覆盖了内镜临床性能验证的四大核心维度,内容系统、逻辑清晰,是内镜测试工程师与质量管理人员不可多得的实用参考工具。适合人群广泛: 无论你是一次性内镜或泌尿外科内镜领域的测试工程师、质量管理人员,还是前端研发人员,甚至是刚入行的新人,这份导图都能作为入门培训与日常工作的核心参考资料,帮你快速上手、少走弯路。这份导图的价值远不止于罗列测试项目。 我们在每一项测试旁边都详细标注了其背后的临床意义、对应的合规要求以及日常管控的重点关注项,真正做到"知其然,更知其所以然"。它能帮你实现三大核心目标:✔️ 快速搭建测试框架: 面对繁多的测试项不再茫然,系统掌握一次性测压内镜的完整性能验证体系,避免关键项目遗漏,确保测试覆盖率达标;✔️ 理解风险逻辑: 清晰掌握每一项测试背后的临床风险与失效后果,告别盲目执行的无效测试,把有限的精力聚焦在真正影响产品安全与有效性的核心项目上;✔️ 直接适配合规要求: 全面对标医疗器械注册申报与飞行检查的审核要点,可直接作为测试用例设计、质量管控方案、迎检材料编写的参考依据,大幅提升工作效率与合规通过率。一图在手,测试不愁,质量无忧。
硬件知识大纲
基本要求
英语能力
手册阅读
流畅阅读外文资料
外语交流
数学知识
基本运算
复杂多项式
微积分,高等数学
思想准备
逻辑严密
认真细致
忍耐枯燥
持续学习
语言类
C语言基础
Verilog语言
看懂程序
硬件基础
数字电路
模拟电路
电路原理
微机原理
信号与系统
电磁场
自动控制原理
元器件认识
基本元器件选型指导,根据电路需求确定芯片指标,设计具体应用
基本元件
电阻
电容
电感
磁珠
二极管
三极管
MOS管
开关
2022-2023
接插件
功能元件
集成运放
电压放大器
电压比较器
电压偏置
电源芯片
开关电源DCDC
线性稳压LDO
电源管理
主控芯片
FPGA
ARM
单片机
DSP
CPLD
存储芯片
EMMC
UFS
Flash
DDR
通信芯片
USB2.0/3.0
RS485
RS422
RS232
CAN
百兆/千兆以太网
防护器件
TVS
压敏电阻
保险丝
气体放电管
数字IC
缓冲器
驱动器
触发器
锁存器
寄存器
门电路
编码器
译码器
计数器
收发器
电平转换器
显示
数码管
OLED显示器
LCD液晶显示
电路设计
软件使用
Atium Designer
Allegro
Pads
数字电路设计
速度
低速信号
高速信号
设计方法
参考原厂
部分改进
自主设计
模拟电路设计
内容
小信号分析
放大
滤波
采样
噪声控制
分类
单板
IC
电源设计
上电时序
指标要求
噪声/纹波控制
模数混合设计
高速信号设计
高速信号模拟信号设计
高速信号数字信号设计
高速电路电源要求
PCB
软件使用
布线
铺铜
接地方式
回流面积
传输线
叠层
加工工艺
PCB选材
镜像面
测试
掌握测试工具
单板功能测试
单板接口测试
单板性能测试
可靠性/安全测试
电磁兼容性测试
整体性能测试
机械结构测试
撰写测试文档
硬件开发文档
硬件需求说明书
硬件总体设计方案
单板硬件详细设计
单板硬件过程调试文档
单板系统联调报告
单板硬件测试文档
硬件总体方案归档详细文档
硬件单板总体方案归档详细文档
硬件信息库
专业领域
通信领域
终端产品
汽车电子
航空航天
知识领域
光电结合
化学知识
力学知识
秀
电源完整性
电源噪声来源分析
电容去耦设计
谐振峰影响
PDN系统之流压降
等等
信号完整性
数字信号频谱与带宽
传输线
信号反射与端接
串扰
S参数
阻抗不连续
抖动
均衡
EMC&EMI
基本概念和定义
理论基础
各国安规
导线
电阻
电容
电感
PCB
磁珠
变压器
屏蔽材料
绝缘材料
外部接口
防护器件
试验标准
静电实验
电快速脉冲EFT
浪涌冲击
射频场感应
电波暗室
仿真
仿真软件
原理图仿真
信号完整性仿真
EMC仿真
热仿真
生产工艺环节
DFM
设计要求评估
装配方式
塑胶件设计
钣金件设计
压铸材料
机械加工工艺
公差分析
可制造性分析
面向制造和装配的设计检查
职业发展
子主题
硬件研发技能
硬禾实战暑期
比较火的方向
IOT
BIG DATA
工业4.0
AI
开源平台
大大降低了硬件学习的难度和成本
人生的价值是一场时间的积分
科学上网
电路设计是一切硬件相关职业的基本技能
硬件工程师
重要的是“电路设计”,而不是PCB工具的使用
较好的电磁场基础,电路基础
对新产品,新技术的敏感,阅读英文文档的能力
规范化的设计流程
“产品”设计的理念,可制造性,成本,上市时间
解决未知问题的能力
系统工程师
对硬件系统有全面的掌握,模拟、数字、电源,处理器,通信等
对软,硬协同工作有丰富的经验
了解行业标准和市场的发展
具有“产品”设计的理念
方案论证、硬件选型、成本控制、设计/加工流程,测试/报告
嵌入式系统工程师
深刻理解处理结构,接口外设,存储管理,多任务等
嵌入式:硬件资源受限的情况下获得最佳的性能
嵌入式工程师不等于“C码农”
从硬件到软件到操作系统
对硬件底层的深入了解,器件架构,欸一个bit的功能,驱动程序
系统调试的能力
FPGA工程师
熟悉各个厂商,各个系列的器件的工作原理,根据实际的产品选用最佳性价比的器件
熟悉使用硬件设计语言(HDL)语言,善用IP
硬件设计思想,并行,时序的概念牢记在心
充分利用资源,不做器材党
软件,硬件协同
应用工程师.AE/FAE
丰富的硬件设计经验以及系统设计能力
沟通能力,内部资源调动,客户问题的沟通
专业英语能力,邮件,口语交流技术文档阅读
解决未知问题的能力,每天面对客户解决不了的能力
撰写报告,问题汇总,项目总结
测试管理人才
功能测试专家
测试理论
完整项目的测试流程
测试活动
测试输出
业务专家
了解行业背景
子主题
风险预警
硬件测试两大工作方向
单板白盒两及系统测试
电气性能
电压
电流
纹波
音频
频响
THD
SNR
射频
传导
天线
OTP
可靠性电磁兼容性等试验
环境试验
高低温运行,高低温存储,温度冲击
机械类
正弦振动
随机振动
EMC
RE
CE
RS
CS
常用仪器
示波器
万用表
频谱分析仪
电子负载
热成像仪器
硬件设计学习路线
初级理论篇
高等数学
重点掌握微积分和矩阵
线性代数
大学物理
重点掌握电阻、电容、电感的特性和电生磁、磁生电的原理,其中麦克斯韦方程会在射频和微波里用到
电路分析基础
重点掌握戴维南定理
模拟电子技术
配合Multisim仿真软件才能学好
数字电子技术
电力电子技术
中级理论篇
复变函数
信号与系统
自动控制原理
高频电子线路
是模电的非线性部分
电子测量技术
高级理论篇
信号完整性分析
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
开关电源
学会设计电源电路,给自己的的电路系统
射频电路设计
通信原理
集成电路原理与应用
板卡测试
按键测试
相机测试
雷达测试
线路板测试
半导体测试
电路测试
芯片测试
IV测试
子主题
书籍&网站
子主题
网站
电子发烧友
PHP中文网
EDA365助力硬件研发
4K123
硬禾学堂
书籍
元器件应用宝典
第12章 发光二极管基础知识及应用电路
发光二极管基础知识
发光二极管指示灯电路
LED电平指示器
其他形式LED电平指示器
白色发光二极管基础知识及应用电路
第13章 其他13种二极管实用知识及应用电路
肖特基二极管基础知识及应用电路
快恢复二极管和超快恢复二极管基础知识及应用电路
恒流二极管基础知识及应用电路
瞬态电压抑制二极管基础知识及应用电路
双向触发二极管基础知识及应用电路
变阻二极管基础知识及应用电路
其他7种二极管基础知识综述
第14章 三极管基础知识和直流电路
三极管基础知识
三极管主要特性
三极管直流电路
三大类三极管偏置电路
三极管集电极直流电路
三极管发射极直流电路
第15章 3种基本单极放大器
共发射极放大器
共集电极放大器
共基极放大器
3种类型的单极放大器小结
第16章 集成电路基础知识
集成电路基础知识ABC
集成电路的型号命名方法和各类使用资料的使用说明
第17章 集成电路的常用引脚外电路
集成电路引脚分布规律及识别方法
集成电路电源引脚和接地引脚识别方法及外电路分析
集成电路信号输入引脚和信号输出引脚识别方法
多层次全方位讲解低压差线性稳压器集成电路
微控制器集成电路震荡和复位引脚电路知识点
第18章 开关件及接插件电路
普通开关件
专用开关件
开关电路
通用接插件知识
电脑接插件
第19章 晶体闸流管,场效应管和电子管
晶体闸流管基础知识
场效应管基础知识
电子管基础知识
放大器件的鼻祖和音色令人神往的胆机
第20章 其他元器件
继电器基础知识及应用电路
卡座磁头基础知识及应用电路
直流有刷电动机基础知识及应用电路
石英晶振基础知识及应用电路
陶瓷滤波器基础知识及应用电路
声表面波滤波器基础知识及应用电路
光敏二极管、光敏三极管和光电池
系统阅读:光电耦合器
数字式显示器基础知识及应用电路
半导体存储器
扬声器基础知识及应用电路
传声器
陶瓷气体放电管
电路板,面包板,散热片和磁性元件
音响线材
第21章 常用元器件检测方法
电阻器检测方法
可变电阻器和电位器检测及故障处理
敏感电阻器检测方法
电容器故障检测方法
电感器和变压器检测方法
普通二极管检测、选配与更换方法
其他常用二极管检测方法
三极管检测方法
其他三极管检测方法
开关件和插件检测方法
子主题
工具
示波器
子主题
焊接技能
拆卸SOP芯片
焊锡融化,取走芯片,清洁焊盘 技巧:加上充足的锡
门户网站
与非网-国内领先的电子工程师设计技术门户网站
电子发烧友-领先的电子工程师技术社区
CSDN-专业开发者社区
博客园-开发者的网上家园
中国大学MOOC
面包板社区
B站
知乎
立创
21IC电子网
不管做什么事情,强烈的愿望是不够的,必须反复推敲行动的每一步,接下来的事情就很简单了,只要一步一步地去完成就行了,当你把最后一步完成地时候,你就会发现,目标已经实现了。
想象五年后在做什么
反复推敲自己的行动
第一步,应该;第二步,应该;
中心主题
DCDC/LDO电路区别
结论
LDO
低压差线性稳压器
通过调整管压降来稳压,效率低但干净
DCDC
通过开关管PWM来稳压,效率高但有纹波
工作原理的本质区别
LDO是线性调节
想象一下水龙头调节水流。 LDO就是这个原理,通过调节内部的MOS管或三极管的导通程度,把多余的电压“消耗掉”
输出输出的压差都转化成热量散掉了 效率=Vout/Vin * 100%
如果用5V输入,3.3V输出,效率只有66%
DCDC是开关调节
DCDC就像是一个高速开关的的水泵系统。通过快速开关(几十万到几MHz)配合电感、电容的储能特性,把能量“搬运”过去
关键参数
效率
LDO
效率低,通常在50%-90%之间,具体取决于输入压差
DCDC
效率高,通常85%-90%
输出纹波
LDO
输出非常干净,纹波在uV级,基本可忽略
DCDC
输出有明显的纹波,一般在毫伏(mV)
外围器件和PCB面积
LDO非常简单,外围只需要输入输出各一个电容就能工作,有些型号甚至可以省略
DCDC复杂很多,至少需要电感、输入电容,输出电容等,电感通常最占空间,整体PCB面积会比LDO大不少
成本
LDO
性价比高
DCDC
较贵
EMI和干扰
LDO几乎不产生电磁干扰,因为它是线性工作的,没有高频开关工作
DCDC高频开关会产生明显的EMI,需要仔细设计PCB layout
压差和负载响应
LDO有个dropout voltage的限制,也就是输入输出最小压差要求,但LDO负载响应很快
DCDC对压差没有特殊要求,甚至可以做Boost。这是LDO做不到的。DCDC负载响应较慢,因为电感电流不能突变,需要几个开关周期才能稳定
实际使用场景
LDO
对噪声敏感的电路
ADC模拟电路
射频电路VCO供电
音频功放电源
压差小的场景
3.3V转3.0V
低功耗待机应用
负载电流<100mA的场景
DCDC
压差大,电流大
发热受限
升压需求
LDO+DCDC
12V通过DCDC转3.3V,然后通过LDO转3V
DCDC承担大部分压差,保证效率
LDO最后净化,保证输出质量
子主题
LDO压差为什么不能太小
中心主题
20230331-硬件设计的认识
常见的硬件应用
人的躯体是“硬件”,人的思想是“软件”
家电产品,空调,洗衣机,冰箱,油烟机,电动工具,手电钻。打磨机
当开关闭合的时候,就有电流流过灯泡,这样就形成了电流流通的通路,这样的电流通路叫做回路。电源就是源、电流的流通的通路就是回路、灯泡就是阻抗。
吊扇也是接在220V的交流电上的。其实,对于吊扇来说,它用的是交流电机,可以直接用220V交流电来供电,所以不需要电机驱动电路。但是,这种电机效率低,调速性能还不好。如果用220V交流电直接驱动交流电机的话,是不行的,是无法达到国家标准要求的一级能效的,里面用的是直流电机。
要想控制直流电机,按照期望的方式运行,需要用一个开关,这个开关首先耐压要高,还要有流过一定电流大小的能力。但是肯定不能用我们壁上的开关,就算可以满足耐压和电流,它的频率也达不到,就比如10KHZ吧,它表示频率f,一个周期的时间T=1/f。
要求短时间就要开关一次,机械开关肯定是不能满足的,必要用到电子开关:MOS管,IGBT等。
如何来控制MOS管呢?
需要把220V交流电,整流成310V的直流电,然后用直流电来控制直流电机。要想控制好直流电机,开关管的频率是很高的,一般会在10KHZ-20KHZ。整流电路就是把交流电整流成直流电的电路。
AC-DC电路:220V交流电整流成310V直流电,使用一个整流桥外加一个电容就能实现整流桥外加一个电容就能实现交流转直流
需要若干元器件构成的电路来控制MOS管
Q/A
为什么PCBA不能直接利用220V交流电呢?而是需要整流成310V呢?要先把220V 50HZ的交流电整流成310V 0HZ的直流电
要想控制高电压,大电流,对于这样的功率级器件来说,是通过低电压,小电流的弱信号去控制的。
常见的的信号控制级的低电压,一般有:24V,15V,12V,5V,3.3V,这些低压直流电,都可以通过310V得到,所以会用DC-DC电流,比如Buck电路,反激式开关电源,将310V的高电压降为12V,5V等电压
电路的设计,就是对电流或电压波形的整形。
比如,这个三角波,方波发生电路,就是对频率进行变换
对电压的控制,一般想到的器件就是电容
对电流的控制,一般想到的器件就是电感
除了源,回路,阻抗,这里重要概念:器件的特性
如何对波形整形
更多利用开关管实现,比如三极管,MOS管
再结合电容,电阻,电感,比较器,运放等这些元器件,搭建成想要的功能模块电路
AC-DC
LDO
恒流源电路
差分放大电路
PWM发生电路
欠压保护电路
过流保护电路
20230401-电阻
电阻在硬件设计电路中的作用
电阻分压
电压采样电路,电阻分压电路就可以看成是对波形的整形
电路功能:利用两个电阻的分压,得到一个比较低的电压值,把这个比较低的分压值送给单片机引脚(单片机的引脚用做输入模式时,阻抗是比较大的,输入电流比较小,所以不会影响被测电压。)
电阻限流
点亮这个LED,需要接一个源,+5V
在电路中,通常用电容来代替电压源,如图中的C1就代表5V的电压源,电容好比水缸,水缸水位的高低可以类比比电容电压的大小,把C1看做电压源的话,上面的电路就构成了一个完整的源、回路、阻抗。
电流采样
电阻的种类
贴片电阻
贴片电阻的用量是最大的,体积小,最适合用在PCBA上
我们选择这个电阻,要考虑这个电阻是否能承受这么大的功率,就涉及到选择电阻的封装,电阻的封装暗含了电阻能承受多大的功率。对贴片电阻来说,额定功率和耐压,在同一概念中体现就是:封装
功率
耐压
丝印
插件电阻
插件电阻,承受的功率最大,对于功率有一定要求的场合,会用到它
热敏电阻
压敏电阻
水泥电阻
这种电阻在调试的时候用到的会更多,经常用作假负载
精密可调电阻
在成品的PCBA上很少看见它,大多用于电路调试阶段,等电路调试完成之后,再换成固定阻值的电阻,起到电路参数调节的作用
可调电阻
E24
E96
电阻的封装(功率、耐压、尺寸),标称阻值,精度,丝印识别,温度特性,频率特性
贴片电阻识别
虽然是3位数字,但是中间的数字有一个下划线,表示的是+/-1%的精度
R可以看做小数点
3位数字表示的是+/-5%精度的阻值;4位数字表示的是+/-1%精度的阻值(前面的数字是有效数字,最后一位是几次方的关系)
贴片电阻封装
在家电和电动工具行业,常用的可能是0603,0805,1206,2512 在手机和平板电脑通讯行业,用的会更小:01005,0201
贴片电阻额定功率,耐压
电阻是需要功率降额选型的
尺寸与封装的关系
电阻的温度特性
电阻的额定功率受温度影响
比如:在环境温度很舒适时,,塑料桶可以装满一桶水,这个塑料桶可以装满一桶水,是没有任何问题的,若是环境升高到100℃,塑料水桶软了,很明显就不能装满一桶水了。当贴片电阻的环境温度很高时,贴片电阻所能承受的额定功率时会下降的。
按照2倍额定功率来选型,是可以满足绝大多数的应用场合的
图中表示的环境温度不是贴片电阻表面的温度,而是贴片电阻所处的环境的温度。指的是PCBA电路板所在的最小密闭空间的环境温度。由于PCBA板上器件的发热,以及洗衣机电机等设备的发热,密闭空间的环境温度会高于室内温度。PCBA一般是安装在塑料盒里面的,那么安装在PCBA盒子里面的平均温度,就是电阻工作的环境温度。
电阻的阻值会受温度影响(温漂)
如何计算电阻阻值温漂的大小,电阻有一个参数,可以计算电阻阻值温漂的大小
电阻温度系数TCR(通过数据手册查询得到),TCR值的单位是ppm/℃,1ppm/℃表示这个电阻没变化1℃,阻值会有百万分之一的误差。数据手册上给的阻值是在25℃环境温度下测试的,所有,温度每变化1℃是相对于25℃来说的。
电阻的频率特性
频率会让电阻呈现出不同的频率特性,就是电阻不是纯电阻了,电阻会呈现感性。
采样电阻
采样电阻是用来采集回路中电流的,只要根据欧姆定律就可以得到电流。在低频下,确实是一个电阻,满足欧姆定律。但是一般情况下,采样电阻的工作环境是在高频回路中,而且是大电流的场合。
什么是高频开关信号?
当回路中有一个开关的时候,这个开关在不断的闭合,断开,闭合,断开。随着开关的不断开关闭合,电流的变化速度很快
直流信号
随着时间的变化,电压保持5V不变,直流信号的频率可以理解为0HZ。这个波形,它就像平均的湖面,没有一点点波浪,叫做纯直流信号。
交流信号
电压的大小,电压的方向也在变化。这个波形,就好比水流的方向一会儿顺着流,一会儿倒着流,而且大小还在变化,叫做纯交流信号。
这个波形信号,一个幅值为1V的交流分量,叠加在一个5V的直流分量上
电阻的串并联
串联
并联
电阻的高频等效模型
EMC研究的就是寄生参数的影响
在高频回路中,电阻R1除了表现出电阻的特性外,电阻还有很多寄生参数
C1表示电阻内部的寄生电容
子主题
C2表示焊盘或者引线之间的寄生电容
L1和L2表示电阻两端的寄生电感
在低频回路中,电容相当于是断路的,
在低频下,电流的变化速度(di/dt表示电流变化速度)很小,电感两端的压降Ldi/dt很小,所以寄生电感两端的压降也很小,所以低频下寄生电感的影响可以忽略
采样电阻
采样电阻也叫无感电阻,认为是没有寄生电感的
对于采样电阻来说,对它的电流采样值造成误差的是寄生电感,因为主回路中的电流一般是很大的。虽然频率高,但是寄生电容的容值很小,寄生电容很快就会被充满,所以高频下寄生电容的影响很小。
高频下电流的变化速度di/dt很大(高频开关造成电流高速变化),而电感两端的压降就大
20230406-电阻
0Ω电阻作用
跳线,调试
便于串联电流表测试电流
对于5%精度的0Ω电阻来说,它的阻值范围是0-50mΩ
对于1%精度的0Ω电阻来说,它的阻值范围是0-10mΩ
厂家会给出这个参数,这里的电流就是指的0Ω电阻所能流过的额定电流
贴片电阻的品牌及价格
选择电阻时,除了考虑品牌、交期、价格外,还需考虑公司里面的库存
厚声
风华
三星
罗姆
松下
KOA
电阻的选型
计算它的阻值,然后选一个靠近一些的标称阻值
然后看它的功能,是分压还是限流,涉及到精度
耐压
功率,结合环境温度,需要考虑功率降额,来选择合适的封装
选用电阻,根据库存
企业考虑最重要的是满足性能后,成本以及供货是否稳定
热敏电阻
热敏电阻是在AC-DC,也就是交流转直流电路中起到防浪涌的
一般在AC-DC电路中,输入电压一般是市电220V 50HZ的正弦交流电,AC-DC电路的功能是将220Vac交流电转成330Vdc直流电,电路包含了整流以及滤波的功能。AC-DC核心元器件是2个,一个是整流桥,另一个是储能和滤波作用的电容。
电容C1好比一个水缸,电流好比水流,当水流流入水缸后,水缸会把水存储起来,水缸水位的高低,就是电容电压的大小。如果电容在初始状态下没有电的话,那么电路刚刚上电时刻,电容相当于短路。
二极管具有单向导电性,二极管正向导通后,会在二极管两端产生压降,约定这个压降就等于0.7V,电流总是从高电位流向低电位,所以电流会流向D3而不是D4。
假设L极电位是100V,忽略导线上的压降,那整流桥3脚电位就是100V
经过二极管D1后,整流桥1脚电位是99.3V
假设在刚刚上电时刻,电容还没存有电压,刚刚上电时,电容相当于短路,就是相当于一根导线,4脚电位也是99.3V。所以,电流只能流向D3,而不是D4.
子主题
这个时候,LN之间的电压全部加在了D1和D3两个二极管上,此时的电流非常大,这就是浪涌电流。
热敏电阻就是解决这个问题的。刚上电时,热敏电阻阻值大,可以防止浪涌电流,当电路正常工作后,热敏电阻的温度升高以后,热敏电阻的阻值减小,用来减小热敏电阻的无用功耗。
D3负端的电位是99.3V-0.7V=98.6V
把L交流电的正半周时,如上图,上正下负。交流电的负半周,下正上负
20230408-电阻
220V是有效值,310V是最大值
为了解决开机浪涌电流问题,在交流回路中串一个NTC热敏电阻
在数据手册中,还会给出一个电容容值
这个电容其实就是整流桥后面的电容。热敏电阻的使用,对整流桥后面的电容容量是有要求的
热敏电阻的作用是抑制开机浪涌电流(就是在开机时,给后面电容充电的那一段时间的浪涌电流)。等后面电容里的电充满了,就不存在开机浪涌电流说法。
虽然热敏电阻抑制刚刚上电时的浪涌电流,但是也要保证热敏电阻能承受的住在后面电容充满电这段时间的能量。后面的容值越大,充满电的时间越长,热敏电阻承受的能量就越大。所以,在选型时,后面的电容容值不能超过数据手册上给到的参数就可。
电容的能量公式,对电容来说,它存储的能量是和它两端的电压正相关。
电容在刚刚上电时两端电压为0,所以电容刚上电时存储的能量是0,浪涌电流过后,电容存储的能量变成E1,这些能量全部会通过热敏电阻。所以,这颗热敏电阻能承受的最大能量如下:
请问在110V电压情况下,存储相同能量E1,电容的容值C是多少?
在AC-DC电路中,NTC热敏电阻的选型总结
电网存在波动,要考虑电网+/-20%波动,所以,电网电压最高值为
按最大值计算。60A是什么?
热敏电阻阻值计算出来了,需要选择比这个阻值大的热敏电阻
估算电流降额
检查整流桥后面的电容容量是否超标
确定热敏电阻选型
热敏电阻的应用场合(小功率)
对NTC热敏电阻,它的最大稳态电流是有要求的
比如左图中的5.5A。所以,NTC热敏电阻的方案,一般只适用于小功率的场合
其他方案(大功率场合)
水泥电阻+继电器;PTC+继电器
当电容充满电后,继电器再吸合。继电器吸合之后,水泥电阻或者PTC电阻短路,减小电阻的损耗。
20230408-电容
回路中的源是交流电压,回路中的电流也是交流电
要得到流过电阻的电流波形,只需要把电阻两端的电压波形再竖直方向进行拉伸或压缩就可,把电阻两端电压U的大小在每个时刻都缩放为原来的1/R,而水平方向上不进行平移
回路中的源是交流电压源,电容的电压和电流的波形和电阻是不同的。
电容两端的电压和电流也满足欧姆定律:
B点比A点晚了90度,电容电压滞后电流90度
一般在PCBA上的电容,大多数回路中的电源是低压直流电,虽然PCBA中是直流电,但是它并不干净,直流电上会叠加各种干扰和纹波,就相当于直流电上叠加了高频的交流信号
此时,回路中的电源是一个理想的直流电压源
假设电容初始情况下的电压为0V,开关闭合的瞬间,此时电容是短路的,回路中的电流是很大的
所以,需要在这个回路中串联一个电阻,来限制这个开关瞬间的大电流
电容隔直通交的含义
电容隔直的本质:电容充满以后,电容电压=电源电压,就没有电流通过电容了
电容类比成一个水缸
回路中,电阻两端的电压+电容两端的电压=电源电压
假设初始时刻电容两端的电压为0V,开关闭合瞬间,电容两端电压为0V,电源电压完全加在电阻两端,电源电压=电阻两端的电压。
开关闭合瞬间,回路中的电流
电容两端的电压充到1V,电阻两端的电压?9V,流过电阻的电流9V/1K=9mA
电容电压充到6V,电阻两端的电压4V,流过电阻的电流4V/1K=4mA
电容电压充到10V,电容电压=直流电源的电压,回路中的电流为0A
回路相当于断开了,这就是隔直
通过分析,当电容上的电压越高,充电电流越小
通交的含义
若回路中电源是交流电压源,因为交流电压源的电压是时刻变化的,电容电压=电源电压,电源电压时刻发生变化,电容电压也跟着变化,所以回路中始终是有电流的
对交流来说,电容是通交的。通交的本质:交流电一直变化的,所以电容电压永远不等于电源电压,所以电容一直在充放电,所以电容上一直有电流。
如上的电路,当电容电压刚刚从0V-10V,若是此时10V-15V,电容就要继续充电
电容充满电
电容电压充到和电源电压相等时,电容才算充满电
电容的种类
电解电容
铝电解电容
内部构造
黑边的那一边是负极,个头相对插件来说较小,一般容量相对来说也较小。通常铝电解电容用来储能,贴片电容用来滤波。
钽电解电容
钽电解电容为了解决铝电解电容体积大,易挥发的问题
插件
贴片
优点
体积小,没有挥发的情况(即钽电解电容的温度稳定性好)
高频特性好
缺点
耐压相对低
钽电容价格贵
红色箭头所指的是正极
贴片电容
无极性电容
安规电容
X电容
Y电容
作用
X电容和Y电容的作用是抑制电磁干扰的。
用途
安规电容用在AC-DC电路中,也就是交流转直流的电路中
L是火线,N是零线,PE是地线
LN之间的电压信号,叫做差模信号
接在LN之间的电容叫做差模电容
C1是差模电容(X电容)
L和PE之间的电压信号叫做共模信号
接在L和PE,N和PE之的电容叫做共模电容
C2,C3共模电容(Y电容)
N和PE之间的电压信号叫做共模信号
案例
X电容接在LN之间,Y电容接在L和PE,N和PE之间。PE是地线,PCB上可以添加PE,PE连接产品外壳,另一端接入大地,防止人接触外壳触电。
X电容和Y电容的作用是抑制电磁干扰的。
CBB(聚丙烯膜)电容
高频特性好,一般用来吸收尖峰电压
总结
保护类
安规电容
抑制共模干扰,差模干扰
CBB电容
吸收尖峰电压
功能用的
电解电容
储能,滤波
贴片电容
储能,滤波
标称容值
贴片电容没有丝印,贴片电阻有丝印
104通常用来滤波
耐压
主要有6.3V,10V,16V,25V,50V,100V,当然也有高压贴片电容:200V,500V,高压贴片电容很贵
电解电容
容值
耐压
温度
极性
品牌
20230411-电容
在电源芯片的输入端或者输出端处也会并联两个电容,一个大电容和一个小电容
电容C1,起到储能作用
滤波一般使用小电容
举个例子:芯片的消耗不是一成不变的,有时芯片消耗的电流大一些,如需要100mA;有时芯片消耗的电流小一些,比如有时候需要20mA的电流。
当芯片需要的电流突然从20mA增加到100mA的时候,若芯片旁没有电容C1,3.3V电源无法立刻向芯片提供这100mA的电流。
走线上会存在寄生电感,电感有抑制电流变化的作用
电感作用:当电流变大的时候,抑制电流变大。当电流变小的时候,抑制电流变小
所以芯片要向3.3V电源要100mA的电流,中途遭到了走线寄生电感的阻碍,芯片引脚距离3.3V电源有一段距离,3.3V电源来不及立刻向芯片提供100mA的电流。需要经过一段时间以后才能提供100mA的电流,这个时候旁边的电容就先给芯片提供100mA的电流。
在短时间内,电容可以为芯片供电,就是这颗储能电容的作用
在芯片的电源引脚旁边并联一个uF级别的电容是用来储能的
电容的基本原理其实就是两个极板,两个极板之间是绝缘的
一个极板上存储的正电荷,另一个极板上存储的是负电荷,在正负极之间就会形成一个匀强电场。
所以电容是存储电能的,电容存储的电能指的就是这个电场
为什么在电容两个极板之间建立起电场,就说电容存储了电能?
电场的基本特性:电场对位于电场中的电荷有力的作用
电容器两个极板之间的电场方向是从正极板指向负极板
正电荷在电场中受到的力的方向和电场线的方向相同
电荷在电场力的作用下移动了一段距离,那么就说电场力对这个正电荷做功了,电场力对电荷做正功,电场的电能转化为电荷的动能,电荷的动能就是给电荷加速度,让电荷运动。
电流的定义:正电荷的正向移动。在电场力的作用下,电荷发生了定向移动,就形成了电流。电容的电能变成了电流的动能,然后电流再通过电阻,将电流的动能转化为热能或者电流转化为其他形式的能量,比如电流驱动电机旋转,转化为电机的动能。
电容器的两个极板之间是绝缘的,是不会有电荷通过两个极板中间的
粉线表示的是电容器建立的电场方向
实际是,电荷是通过粉线运动的,而不是通过电容两个极板之间
20230413-电容
电容两端的电压/电流
电荷量对时间的变化率,也就是电荷量变化的速度
表示的是电压对时间的变化率
距离对时间的变化率,就是单位时间移动的距离,也就是运动的速度
电荷量对时间的变化率,就是单位时间内通过导线的电荷量,就是电流
周期对时间的变化率,就是单位时间内变化的周期数,就是频率
电荷量对时间的变化率,也就是电荷量变化的速度
对电容来说,电容中存储的电荷Q就等于电容电压U乘以电容容值C
电容的电流和“电容电压的变化速度”成正比,和电容的容值C成正比
电容比作水缸
水缸的高度就是电容电压U
水缸的底面积就是电容的容量C
水缸中存储的水量就是电容存储的电荷量Q
给电容充电,就相当于向水缸中倒水,给电容充电的电流i就相当于向水缸中注水的水流。
假如电容初始电荷量Q=0,如果给电容充电的充电电流i是恒定不变的话,那么经过时间t以后,向电容中充了多少电荷量?
两个公式
Q和U成正比例关系
电容的串并联
还可以用极板面积和极板距离来理解电容的串并联
并联
·
极板面积增大了
电容并联,总的容值是会变大的,相当于两个水缸并联,总的底面积变大了
电容的容量和极板是相关的,极板面积越大,电容的容量就越大
电容并联在一起,就相当于极板的面积增大了,总电容增大
串联
C2的容值是C1的2倍,上面是一个小水杠,下面是一个大水缸
C1和C2电容串联,流过它们的电流i是相等的
在相同时间内,两个电容中存储的电荷量是相同的
C1电压U1是C2电压U2的2倍
推导电容串联公式
电容的能量公式
电容由两个极板构成,极板上正负电荷聚集的越多,两个极板中间的电场强度就越大,两个极板之间的电压也就越高。随着正负电荷的不断聚集,电容的电压也在不断的上升
Q和U的乘积,就是电容中存储的能量
电容的容抗和复阻抗
这个公式只说明了容抗的大小关系,没有考虑方向。如果把方向考虑进去,电容的“阻抗”称之为:复阻抗
就是它的方向
就是它的大小
案例
对于RC串联电路来说,它的总阻抗并不是R1+Xc
容抗和阻抗是这样相加的
在某一个频率的交流输入电情况下,1KΩ电阻和1KΩ容抗分压,得到电压值0.707Vin
此时,输入电压此时的频率我们称之为:截止频率
频率越低,信号越容易通过;频率越高,信号越不容易通过。
?
对于RC电路来说,输入Vin频率越低,分压V0越高;反之,输入Vin频率越高,分压V0越低。
RC低通滤波器
假设Vin频率越高,那么,Xc就越小,那么V0就越小
20220419-电容
输入电源是直流电
RC充电电路
10V电源通过电阻R,给电容C充电,电容最终会充到10V
从10V电源出发,经过电阻、电容、再回到电源的负极GND,构成了一个完整的源、源、阻抗
假设刚开始充电的时候,电容电压为0V,那么电容电压和电源电压的关系
前提条件:刚开始充电的时候,电容的初始电压为0V
子主题
举例子
如果电阻的阻值R=1K,电容的容值C=1nF,那么时间常熟:R*C=1us,如果充电时间等于1us的话,电容两端的电压能充到多少伏?
e=2.718
充电时间等于1us的时候,电容电压被充到电源电压的63.2%
如果t=RC,那么Vo=0.632Vin
如果t=2RC,那么V0=0.864Vin
如果t=3RC,那么V0=0.950Vin
如果t=4RC,那么V0=0.982Vin
如果t=5RC,那么V0=0.993Vin
经过了5倍的时间常数的充电时间后,我们就认为电容充满了
当电容上的电压充到9V时,请问回路上的电流是多少?电阻两端的电压=10V-9V=1V,流过电阻的电流1V/1K=1mA
当电容充到9.9V的时候,回路中的电流=0.1mA
当电容充到9.99V的时候,回路中的电流=0.01mA
以此类推,当电容两端电压越接近电源电压时,给电容的充电电流就越来越小了
充电电流越小,电容两端的电压上升的就越慢
充电的电流i越来越小,相同时间t内,Q越来越小,所以U越来越小
也可以把电容比作水缸,给水缸中倒水的水流越来越小,水缸中的水位就上升的越来越慢。
如果电源电压是20V,也是5us(5RC)才能充满
对于一个RC电路来说,花多长时间充满,不是取决于输入的电源电压,而是取决于RC参数。
学习并了解了RC充电电路,时间常数的概念
RC充电电路中,当电源电压是直流电压时,电容电压的充电波形
假设RC充电电路中,R=1K,C=1nF,那么时间常数就等于R*C=1us
如图,充电时间在1us的时候,电容电压大概充到了63.2%的电源电压
如图,充电时间在2us的时候,电容电压大概充到了86.4%的电源电压
越往后,电压上升的越慢
蓝色的波形是充电电流的波形。刚开始的时候,充电电流是最大的,随着电容两端的电压升高,充电电流会越来越小。
输入电源是交流电
这个电路有很多名字,低通滤波电路,RC延时电路,RC滤波电路,RC积分电路.....
假设输入电压Vin是方波,分析这个电路
假设刚上电时刻是t0时刻,t0时刻输入电压Vin是高电平,此时电容电压是0V
主题
主题
EMC
电磁兼容技术简介
概述
EMC测试项目
电磁干扰EMI
电磁抗干扰性EMC
电磁发射
辐射发射RE(Radited Emission)
测试通过空间传播电磁能量
传导发射CE(Conducted Emission)
测试通过电源线、信号线或控制线传播的能量
产品EMC设计的重要性
EMC设计考虑不周易引起内部串扰,影响产品稳定性
抗外部干扰能力差,工作难稳定
子主题
传导干扰
共阻抗耦合
由两个回路径公共阻抗耦合而产生,干扰量是电流i,或变化的电流di/dt
干扰抑制方法
让两个电流回路或系统彼此无关。信号相互独立,避免电路的连接,以避免形成电路性耦合
限制耦合阻抗,使耦合阻抗越低越好,当耦合阻抗趋于0时,称为电路去耦。为了使得耦合阻抗小,必须使导线阻抗和导线电感都尽可能小。
容性耦合
在干扰源与干扰对称之间存在着分布电容而产生,干扰量是变化的电场,即变化的电压du/dt
感性耦合
在干扰源和干扰对称之间存在着互感而产生的,干扰量是变化的磁场。即变化的电流di/dt
子主题
电感
电感
电感是闭合回路的一种属性,是一个物理量。当线圈通过电流后,在线圈中形成磁场感应,感应磁场会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。
它是描述线圈电流的变化,并不是电流本身的大小,就是对电流求导(其实就是斜率,电流的变化快慢)di/dt
空心电感和带磁性的电感
区别就是电感量 N表示匝数,A表示中间圆圈的面积,L表示磁路长度
假设这三个是相同的,体现不同之处就是u0,u(磁导率,介质磁导率)
空心电感
u0:表示真空磁导率;Ur:表示相对磁导率
带磁芯的电感
一般常用电感的磁芯是铁氧体,它的ur都能达到好几千,也就是说,感量能比空心电感大好几千倍。前提是圈数其他条件不变的情况下。不做硬性要求,只是协助理解。
电感与电容
电感
通直隔交,通低频阻高频
频率越高,感抗越高,信号越难通过,这叫阻高频
储能和滤波
电感是以电流的形式
能量公式
电感存储能量是以磁场的方式
电感的电流不能突变,电容的电流是可以突变的
比如一个水缸,能从0米水位,变成1m水位需要一个时间过程。对于流过电容的电流,它是可以突变的。比如,没上电,流过电容的电流=0,当开关突然闭合时,电容瞬间就有电流存在,所以,电容的电流时可以突变的,但是电压无法改变。
电感具有阻碍电流变化的作用—如果电流增大,电感就会阻碍它增大;如果电流变小,电感会阻碍它变小。
为什么会有阻碍的作用:
电感的自感电动势
举例一个小电路来理解
当开关闭合时,回路中的电流:
电流波形
电阻前串联一个电感
电感有阻碍电流变化的作用,刚刚上电时刻,电感产生左正右负的自感电动势,这种现象就是楞次定律,楞次定律的本质是“来拒去留”,你增大我就阻止增大,你减小我就让你增大
开关闭合时刻,电感产生左正右负的自感电动势,来抵消12V电源。开关闭合时刻,电阻上的电流为0mA,并不是12mA。开关一直闭合,电感电流会逐渐上升,电阻上的电流也逐渐上升,电阻上的电压也逐渐上升。电感上的电压=电源电压-电阻上的电压
U逐渐减小,那么di/dt也会逐渐减小,最终电感上的电流会逐渐增大达到最大值
刚上电时间,感应电动势一定是12V?
开关闭合时刻,电阻上电流为0,此时电源电压等于电感两端的电压
当电感电流达到12mA,电源就基本全部加在电阻上,此时电感两端近似无压差,这时电感就相当于一根导线了。此刻电感上的电流也变成了直流di/dt=0
开关断开,电感两端的电压如何变化?
开关断开,电感会产生右正左负的自感电动势。自感电动势会阻碍电流的变化,电流增加,阻碍变大,电流减小,阻碍变小
开关闭合,电感上的电流是多少?电流方向是怎么样的?
12mA,电感电流方向是向右的
没有电感的时候,只有电阻,当开关断开后,电流减小。若加上电感,开关断开前电感上的电流和电阻一样是12mA,且电流方向向右。开关断开后,电感上的电流和电阻上的电流减小,方向还是向右,电阻电流是向右减小。
电感就是要阻止这种减小。若是没有加电感,瞬间就减小到0。加了电感,电感会阻止减小,电流向右减小,电感就让向右增大,那么电感的自感电压方向就是增大电流的方向,必然向右,形成“左负右正”的趋势。
此时电感的自感电动势相当于一个电源,看是否有电源回路?源的正端出发,回到源的负端。此时电感作为源,从正端回到它的负端,是没有回路存在的。当开关断开时,回路中的电流从12mA瞬间降为0A了?电流波形如图,电感想阻碍电流慢慢变小,所以电感产生了自感电动势,但是没有回路,电路变化很快,由电感电压公式可知
回路中的电流从12mA变为0mA,它的变化量是12mA,那么从12mA变为0mA,时间是多长?开关断开,瞬间为0,可以认为无限小。分子的变化量是12mA,分母的变化量是0,自感反动势U为无穷大。由于正端通过电阻,接到0V,左边的负端是不是无穷大
把这个电感产生的右正左负的自感电动势改善,不能让电路回路断开,如何改善?为了防止断开开关,电感产生巨大的自感电动势能这样加电阻并联吗? 如果加电阻,开关闭合时,会产生多余的回路,这条回路让电感不起作用,所以电阻肯定不能加了。加电容,电容加小了没有作用,加大了也会破坏原有的回路,那就加二极管。电感并联二极管,二极管具有单向导电的特性,开关闭合了,并联的二极管反向截止不导通,对电路无任何影响。当开关断开后,电感产生的自感电动势就会通过并联的二极管正向导通形成电感回路放电。看下图,目的时让电感产生的自感反电动势有回路存在。
电容短路,电流无穷大;电感短路,电压无穷大
按照如图接法,电感放电电流时不是通过了电阻R1,假如R1是负载,是不是电感放电的时候依然给负载提供了能量,这样就不会造成能量浪费
在用电感的时候,一定要注意电感电流断开的时候要提供续流回路,并二极管是常用方法,具体问题具体分析。
电感等效电路
电感是铜线绕制,一圈圈的导线紧靠着。电感线圈是一匝一匝绕制的,每匝与每匝间,会有寄生电容存在,同样导线也有寄生电阻。对于电感本身,自身也能构成一个回路,但是,寄生电容很小,不能指望寄生参数构成的回路,来完全消除掉无穷大的自感电动势。
电感不能断路
如果人为断开电感,不构成续流回路,它两端的电压是一个有限值,但也是相当大的,而不是理论上的无穷大,但是这个相当大的自感电动势,会造成元器件击穿。所以,电感是不能断路的。
电容
通交隔直,通高频阻低频
频率越高,容抗越低,信号越容易通过,这叫通高频
储能和滤波
电容是以电压的形式
能量公式
电容存储能量以电场的方式
电容两端的电压不能突变
区别
电容不喜欢电压突变,会努力把电压维持得连续
电感不喜欢电流突变,会努力把电流维持得连续
类型
功率电感
工字电感
共模电感
磁环共模电感
用在交流输入前端,在大功率电源里面常见,线径较粗
UU共模滤波器
用在交流输入前端,在小功率电源里面常见,线径更小
共模电感有4个引脚,因为共模电感信号有两路,之前说Y电容要用两个。它有两个独立的绕组,分别接L线和N线,对两根线的共模干扰进行滤波。
作用:滤除共模干扰的
共模电感对共模干扰抑制原理
假定输入交流电在正半期,它的电流方向如图所示
这个路径和上面的共模电感L进N出一样。对于L上面的绕组,它是向右流的,N下面的绕组是向左流的。
右手定则,L上面电感产生的磁力线方向是顺时针
右手定则,N下面的电感产生的磁力线方向是逆时针
如果L线绕组和N线绕组匝数一样,磁场就相互抵消了,说明电感没有抑制电流作用了。
L,N之间的信号,叫做差模信号。因此,共模电感对差模信号和差模干扰没有起到抑制的作用。对正常的信号没有影响。
共模干扰路径
共模干扰经过共模电感L,然后经过共模电容, 回到大地
子主题
共模信号
两个大小相等,方向相同的信号
差模电感
作用:滤除差模干扰
还可以用作储能,也叫功率电感
贴片电感
磁珠
磁珠的单位不是感量的单位,而是欧姆单位。磁珠需要选择对应频段的电阻值
磁珠和电阻的区别
电阻对任何信号都消耗,磁珠对对应频段的信号消耗能量
计算公式
电流对时间的积分
磁感应强度对面积的积分
B:磁感应强度;A是面积
水缸里的存水量,可以看作水流对时间的积分。那么,电感里面的磁通量,可以看作磁感应强度对面积的积分
电容电流
对电容来说,电流的大小,反应的是电压的变化率。就好比,水缸的水位如果上升的很快,表示水流很大。电容两端的电压越高,但是没有变化,也是没有电流流过电容的。
电感电压
对电感来说,如果电流变化很快,在电感两端产生的电压就很高。即使电流再大,如果不变化,电感两端是没有电压的。
电磁感应
一根闭合回路的导线,回路中有电流存在,它的周围就会有磁场存在。磁场是有方向的。电生磁,磁生电,有电的地方,都会有磁场,指的是电流,而不是电压。电流越大,磁场越强。如果电流不变,磁场强度也不变。电流变化,磁场强度也会跟着变化。
右手定则:大拇指指向电流的方向,四指弯曲的方向,就是磁力线方向
Q/A
信号级干扰
你的板子,低压系统里的信号传输都是信号级,电源输入输出及负载都属于功率级
Y电容放在共模电感前好还是后好
靠近端口放最好
用电感的时候必须要有回路
在用电感的时候,一定要注意电感电流断开的时候要提供续流回路,并二极管是常用方法,具体问题具体分析。
电阻
8.电阻在电路中的一般有哪些作用?
分压
限流
采样
9.热敏电阻在电路中的作用?
10.压敏电阻在电路中的作用?
11.为什么贴片电阻在低频下只考虑阻性和满足线性要求?
12.电阻在高频作用下还需要考虑哪些因素?
容性
感性
13.0欧姆电阻在电路中的作用?
14.温度对电阻的阻值有怎样的影响?
15.光敏电阻在电路中的作用?
16.可调电阻在电路中的作用
开关电源
术语
拓扑
降压式
升压式
正激式
反激式
推免式
半桥式
全桥式
正激型/反激型
正激型
定义
在功率开关管导通期间向负载传输能量的DC/DC变换器
反激式
降压式Buck电路
作用/特点
将较高的直流电压变换成较低的直流电压,如24V-12V
损耗很小,效率很高
核心元件
开关管
三极管
MOSFET管
IGBT
开关管在脉宽调制(PWM)信号的控制下,交替的导通与关断(截至)
电感
以将电能转换成磁能储存起来,也能将磁能转换成电能再次释放。电感在进行储能和释放转换时,电感的正负极会发生反向,流经电感的电流不能突变,只能逐步变大或变小
二极管
非同步Buck电路
Buck电路使用开关管Q1将输入的直流电源进行“斩波”,形成方波。利用一个方波控制开关管,让开关管按照控制信号进行通断。调节方波的占空比,控制通过的能量。再对通过开关管的方波进行低通滤波,让直流电压输出。
非同步Buck电路,二极管续流(二极管与电感形成一个通路,二极管为电感保持电流持续,电流从二极管通过)
二极管两端的电压相对恒定,表现为二极管正向导通压降。这个特性导致非同步压降电路在二极管上消耗的能量比较大,所以非同步Buck的效率比较低
二极管两端的电压相对恒定,表现为二极管正向导通压降。这个特性导致非同步压降电路在二极管上消耗的能量比较大,所以非同步Buck的效率比较低
非同步Buck电路中,在上管导通时,二极管反向截止,没有正向电流,等同于关断状态。
储能电感L1被充磁(充磁的压差为Vin-Vout),流经电感的电流线性增加,同时给电容C1充电,给负载RL提供能量。
同步Buck电路
是同步电路把这个二极管用一个MOSFET给替代了,这个MOSFET被称为“下管”
采用MOSFET,下管续流的期间(上管关闭,下管打开,下管为电感保持电流持续,电流从下管通过)
MOSFET表现为D极和S极之间的导通等效阻抗
所以其两端的电压也比较小,消耗在下管上的损耗比二极管也小很多
所以同步Buck电路的效率比较高,相比来说需要额外的控制电路,成本相对也高一些。但是随着芯片的技术发展,同步Buck电路的优势越来越大,所以一般都选择同步Buck,规模效应带来的成本优势逐步明显。
当开关管Q1驱动为高电平,上管导通,开关管Q2驱动为低电平,下管关闭,储能电感L1被充磁(充磁的压差为Vin-Vout)
流经电感的电流线性增加,同时给电容C1充电,给负载RL提供能量
在同步Buck电路中,当开关管Q1驱动为低电平,上管关断,开关管Q2驱动为高电平,下管导通,储能电感L1通过下管放电,电感电流线性减少,输出电压靠输出滤波电容C1放电以及减小的电感电流维持
死区时间
在同步Buck电路中,最理想的状态是上管关闭的一瞬间,下管打开;下管关闭的一瞬间,上管打开。如果能严丝合缝,没有一点点时间差,则上面两个状态就足以把同步Buck电路工作起来了
MOSFET不是理想的开关特性,它在关断到导通的过程中存在一个过渡的过程就是一个放大区,介于完全关断和完全导通之间的一个状态
控制时序也是不理想的,不可能做到“严丝合缝”。也就是说,两个驱动器在时间上是非常难控制到精确的同步
我们有一个状态是必须要避免的,就是上管和下管同时打开
此时,Vin通过两个打开的MOSFET直连到GND,形成了短路。这种直通的现象,即会损坏MOSFET,也会导致Vin短路而损坏前一级供电电源。
UGATE是上管的控制信号,LGATE是下管的控制信号。第一个状态是下管导通,上管关闭,需要切换状态的时候,先关闭下管(两个控制信号都为低电平)。下管关闭的过程需要一个时间tFL,关闭的过程上管保持关断。两个开关管都处于一个关闭的状态,此时至少没有短路的风险。
等待一段时间(tLGFUGR)之后再打开上管,这个等待的过程,就叫做“死区时间
电感的一端被悬空了
在“死区时间”的这个时间段内,下管二极管虽然没有被导通,但是他本身有一个寄生的二极管。这个二极管可以像非同步Buck电路一样帮助电感续流。
升压式Boost电路
作用/特点
较低的直流电压变成成较高的直流电压,如5V-12V
损耗小,效率高
工作原理
L上施加了U1的电压,电流IL线性的增加,电感储存的能量在增加,电感电动势左“+”右“—”。输入电流(电感电流)提供的能量以磁场能量形式存储在电感L中
左“-”右“+”,二极管VD截至
电容C放电,为负载R提供电流I0,电容C的放电电流I1与负载电流I0相等
因电感电流不能突变,L上有左“-”右“+”感应电动势,维持电流IL不变
二极管VD导通
L上的感应电动势与UI串联,储存在L中的磁场能量转化为电能,以超过Ui的电压向负载提供电流
对滤波电容C进行充电
电感电容IL为电容充电电流I2和负载电流I0的总和
升压式变换器是在功率开关管关断时向负载传输能量,属于反激型变换器。
降压升压式Buck-Boost电路
作用/特点
损耗小,效率高
工作原理
L上施加了UI的电压,电流IL线性增加,电感储能也在增加,电感电动势上“+”下“-”,能量以磁场能量形式存储在电感L中。
上“+”下“-”,二极管VD截至
电容C放电,为负载R提供电流I0,电容C的放电电流I1与负载电流I0相等
因电感电流不能突变,L上有上“-”下“+”感应电动势,以维持电流IL不变
续流二极管VD导通
在L中的磁场能量转化成电能,对输出滤波电容C进行充电,并向负载RL提供电流
电感电流IL为电容充电电流I2和负载电流I0的总和
降压/升压式变换器是在功率开关管关断时向负载传输能量的,属于反激型变换器。
项目经验总结
主题
主题
浮动主题
浮动主题
Ui:直流输入电压
VT:功率二极管
L:储能电感
VD:续流二极管
C:输出滤波电容
U0:直流输出电压
RL:外部负载电阻
PWM
用来控制VT的导通和关断
Ui:直流输入电压
VT:功率二极管
L:储能电感/升压电感
VD:续流二极管/升压二极管
C:输出滤波电容
U0:直流输出电压
RL:外部负载电阻
PWM
用来控制VT的导通和关断
浮动主题
子主题
子主题
子主题
串口通信协议家族
TTL电平
芯片级通信
RS232
设备间距离通信
RS485
设备间长距离/多设备通信
中心主题
原理图上的电源符号
VCC
C=Circuit表示电路,即接入电路的电压
VDD
D=Device表示器件,即器件内部的工作电压
VEE
负电压供电
VSS
S=Series表示公共连接,通常指电路公共接地端电压
VPP
编程/擦除电压
数字电路
VCC
电路的工作电压
VDD
芯片的工作电压
VSS
接地点
场效应管(CMOS器件)
VDD
子主题
主题
主题
NPN型晶体管伏安特性
静态和动态
静态:指某一特定的,不变化的状态
子主题
动态
子主题