張飛硬件設計開發筆記(第一部)

第一部:學習點亮一個LED燈
    首先電壓源爲交流16V LED燈點亮電壓爲3.3V 電流爲2-10mA,我們需要反推,怎麼將交流16V變成直流3.3V且通過LED的電流不能超過10mA,否則LED會損壞。


    上圖爲初級工程師思路,沒啥毛病,因爲我也是這樣用的。上圖給出了電容電阻取值的依據,其實現在大部分工程師都沒有去理解,只是看見別人怎麼選,自己就怎麼選,看完本博文後希望大家看後能理解清楚,做一個合格的工程師。
1:首先AC16通過整流橋變成DC23V     16*1.414=22.6V
2:C1的取值根據公式:C=I/(⊿V*f)   I爲負載電流   ⊿V爲紋波(一般爲3%-8%)f爲頻率(50Hz)
我們這裏紋波取中間值5%計算的話  C的大小算出來爲133uF,但是這只是剛好滿足負載,若後面負載變化,這個值就小了,所以我們都市按理論值的2-3倍給值。
3:C2應該不用講了,濾波電容一般取值0.1uF。
4:+23V經過7805後得到+5V的電壓,C3,C4的取值根據上面的內容,很容易理解。
5:LED燈點亮的電壓只需要3.3V 我們需要將+5V電壓降低,通過一個分壓電阻變成3.3V,電阻分壓爲:
5-3.3 = 1.7V  電阻取值爲:1.7V/10mA = 170R    R1的阻值就是這樣計算出來的。
P = UI = 1.7*10mA = 0.017W  這裏選擇0805爲(1/8W)是滿足條件的 0603也可以    0805是比較普遍,比較好焊接。
上面的應該是比較容易理解的,但是要成爲一個合格的硬件工程師,成本是必須考慮的,我們完全可以通過自己搭建電路來實現上面的功能,從而大大節省陳本,提高競爭力。
首先我們需要想的就是上面哪些元器件可以通過我們自己搭建電路從而取代它來降低我們的成本。上圖比較簡單,只有一個整流橋和7805。接下來我們要做的就是弄明白整流橋和7805的原理,然後自己搭建電路取代。
A:整流橋從圖上就很容易理解爲4個二極管構成,搭建起來應該是相當容易的。
B:  7805可能會複雜些,下面我會解剖一下這個元器件。

1:我們通過4個二極管來取代了整流橋,這個不做詳細講解,可以自己百度一下。
2:我們需要將23V的電壓需要降壓成5V可以用一個穩壓極管(反向通過一個2mA的電流能達到穩壓5V6的效果,正向導通則是一個二極管,別問爲什麼不用5V的穩壓二極管),R2的取值:因爲需要一個2mA的電流才能使穩壓二極管導通,23V降壓到5V6 則R2的電壓爲23-5.6=17.4V 通過2mA的電流需匹配的阻值爲8.7K 因爲後面還有負載,穩壓二極管和負載的電流是制約的。且不能每次都去選一個匹配電阻。所以我們需要將電流放大。
3:這裏我們引入了一個3904的三極管搭建一個放大電路。一些問題圖上講得也是比較清楚的,這裏也不做詳細講解,如果有啥問題可以提問,看到了會認真回答。
通過給三極管爲流控流的元器件,通過給B端加一個5V6的電壓 提供一個 > 2mA的電流使其完全導通(放大倍數爲90-100倍,但是3904完全導通的最大電流爲100mA)Vbe的壓降爲0.7V 所以+5V的電壓是5V6通過3904降壓0.7V後得來的。
此處有個細節就是C23和圖1的C4放置位置有啥區別,其實穩定了Ib的電流就是相當於穩定了Ice的電流,因爲三極管是將電流方法,放大係數按100倍理解,後面用0.1uF  則C23只需要前面的1%就行。當然用0.1uF也是完全沒有問題的,電流更穩定。
 

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