学习笔记2011.11.8-张飞-硬件开发与设计实战-门控开关设计

项目开发步骤

1. 项目背景：使用的环境、条件、应用领域等
2. 项目资源评估：评估是否有完成的能力
3. 设计原理图（包括元器件原理分析）
4. 元器件选型：温度、湿度、精度、成本、封装、供货商的稳定性…
5. 电路功能的验证：样板的焊接、示波器的使用
6. 绘制PCB板
7. PCB板制作：生成BOM表（包括型号、数量、厂家等）
8. PCBA的调试
9. PCBA的测试：示波器的使用
10. PCBA的定型：优化电路
11. Bom表的制作：型号、厂家、价格、工作温度…
12. 结案移交客户

项目一：门控开关设计

项目背景

维修操作时，提醒外部不要进行任何操作→门打开时，有警示灯

项目评估

供电电源、220V交流输入、警示灯低压→降压→变压器、滤波、开关

原理图

AD

1. 整流桥： 16V→（整流）23V左右（整流前的√2倍）
   • 4个二极管 全波
   • 2个二极管 半波
2. 滤波：电容 Capacitor，电源输入输出都需要加电容
3. 需要两个加压芯片：若降压电源输入输出压差太大，发热量大
4. LED：发光二极管 3.3V 10mA

原理图分析+元器件原理分析

研发测试标准

1. 高温高湿环境下，连续运行3个月，进行老化测试
2. 双85标准：85℃，85°湿度 检测
3. 电子产品正常可使用7~15年
   

1. 二极管

1. LED灯（发光二极管）：工作电压3.3V 工作电流3mA~10mA（电流越高灯越亮）
   ： 因为是警示灯，灯越亮越好，所以选择最大电流10mA
2. 二极管：
   ：箭头指向的方向为“-”
   ：单项流通性：电流只能正向流通，反向电流不通过
   ：二极管一般正向导通时压差为0.7V，即左端比右端高0.7V
   ：发光二极管：正向电流流过时，因为材料的原因，有光源发出

2. 电阻

电源为+5V，LED工作电压为3.3V$\Rightarrow$电阻压降为1.7V$\Rightarrow$$R=\frac{U}{I}=\frac{1.7}{10\times 10^{-3}}=170\Omega$
考虑因素：阻值、封装、温度特性—温度对阻值的变化率有影响、精度

• 精度：一般分为5%（用于限流）、1%（用于分压）

• 限流：
  
  设LED 3.3V 电阻值为1K
  电源为5V→电阻压降为1.7V $I=\frac{1.7V}{1K\Omega }=1.7mA$
  • 如果选择5%，则误差为50Ω $I=\frac{1.7V}{1K\Omega \pm 50\Omega }$
    : 但是电流变化对LED光亮度影响不大，即对精度要求不高，所以选择成本较低的5%

• 分压
  
  理想电路，两个电阻均分电压，输出端为2.5V

• 如果选择5% 误差50Ω，若一个电阻为1.05K，另一个电阻为1.495K，此时的输出U＜2.5V，为2.4V，对电路影响较大
  ： 所以一般选用1%用于分压
  电阻功率：功率大，成本高 ；功率低，电阻容易发热，寿命低
  ：此处 $P=\frac{U^2}{R}=\frac{1.7^2}{170}=0.017w$
  电阻选型：封装：0805–功率为0.125w＞0.017w

3.全桥整流滤波

输入时，电压为正弦波的交流电压

• 工频和周期

• 全桥整流 工频f=100Hz 周期 $T=\frac{1}{f}$
• 半桥整流 f=50Hz

• 电流方向

• 0~$\pi$：电压为正，电流方向设为正向
• $\pi$~2$\pi$：电压为负，电流方向则相反

• 正半周期
  

• 二极管正向导通，需要有0,7V的压差，此时1点到2点经过一个二极管已有0.7V的压差，而2点与4点电压相等，即1点比4点大0.7V$\Rightarrow$4不会向1流，同理3不会向2流
• 1→2,4→3 二极管导通；4→1,3→2二极管截止

• 负半周期
  
• 引脚4-GND：电流经过4点出来，不经过电容就进入地
• 引脚2-“+”：正向电流不经过电容经过2点

4.电容（类比水缸）

1. 输入交流电压，输出直流电压
2. 电容容量：电容容量：微法（$\mu$F）、纳法（nF）、皮法（pF）
   1F=$10^6\mu$F=$10^9$nF=$10^{1}2$pF
3. 同样两个水缸，都充到10V时， 底面积大（C）的，所需电荷量（Q）大
   $$C=\frac{Q}{V}(底面积=\frac{电荷数}{高度})$$
4. 电容有抵抗性，外部电源对其充电时含有抵抗性（水压越大，充水速度越快；水压越小，速度越慢）→容抗：阻碍作用
5. 电压波形图