電子設計入門實用小技巧

作者 : Urgon

本文將為初學者提供一些實用的佈局、提示和技巧,可以幫助您避免意外事件,並有助於解決各種問題。

本文將為初學者提供一些實用的佈局、提示和技巧,可以幫助您避免意外事件,並有助於解決各種問題。

最簡單的短路/過流保護

我曾經在《Elektronika dla Wszystkich》(Electronics for Everyone)中讀到,每個受熔絲保護的電晶體都會透過熔斷來保護該熔絲。但有時候,如果有一個帶電晶體的執行電路,即使在電流過大的情況不至於損壞任何元件就更好了,特別是當我們不知道能承受多大的電流之時。

RCC中經常使用以下解決方案來限制初級繞組電流:

Garść praktycznych porad dla początkujących 1

上圖是一個帶有 NPN 和 MOSFET-N 執行電晶體的基本電路。兩種系統的工作方式相同——當 Rs1/Rs2 電阻兩端的電壓超過 0.6V 時,Q1/Q3 電晶體將開始導通,在 Q2的基極或Q4的閘極基礎上降低電壓。

該電壓降限制了流向 Rs1 / Rs2 的電流。只要 Q2/Q4 在安全工作區(SOA)內,該電路將在任何 VCC 電壓和任何負載阻抗下運作。值得注意的是,執行電晶體和電阻器 Rs1 / Rs2 上的損耗功率。

快速直流馬達踩「刹車」

直流(DC)發動機的一個有趣且有用特性:它們可以用作馬達。發動機的一個重要特性是電力負載越多,所產生的機械阻力就越大。這種現象可用於將馬達停止在幾乎適當的位置,在關閉電源後,足以使馬達端子彼此閉合。在機電設備中,為此目的使用了限位元開關。如果馬達連接到 H 橋,則打開兩個上電晶體或兩個下電晶體就足夠了。但是,如果馬達由一個電晶體控制,您可以建構這樣的系統:

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該電路考慮了上述建議中馬達的電流限制。與馬達並聯的光電三端雙向可控矽開關 VO1 帶有一個額外的電阻器和控制停止功能的電晶體。當我們想要停止馬達時,可在 Start 輸入上將狀態設置為低電平,然後在 stop 輸入上設置為高電平狀態。光耦合器(Opto-Triac)將透過短接馬達開始導通。即使在停止輸入關閉後,只要透過可控矽的電流不低於光可控矽鎖存電流(Ift),光可控矽的導通狀態就會繼續。在該系統中,啟動和停止輸入同時處於高電平狀態是不可接受的——它可能會損壞光可控矽,並且發動機不會旋轉。佈局可以簡化一點:

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在這裡,我們使用齊納二極體 D1,而不是額外的控制輸入和隨附的電晶體和電阻器。齊納電壓應等於電源電壓減去控制馬達的電壓。當輸入為高電平時,陽極和陰極 D1 之間的電壓將太低,二極體無法開始導通,光電三端雙向可控矽開關將不導通。

當我們將輸入端設置為低電平(通常為0V)時,穩壓二極體將開始導通,因此光電二極體也會亮起。只要輸入端的電壓不超過 2V-二極體導通電壓 Vf 的值,這種狀態就會持續。對於典型的 Vf 值,其將是 0.5-0.85V。當馬達主動制動時,該系統還有另一個優點,因為一旦超過支援電流(Ih),光電雙向可控矽開關就會開始導通。當然,在以前的系統中,當 Stop 輸入狀態為高時,可以進行主動制動。通常,保持電流明顯低於鎖存電流。對於 MOC3023 光可控矽,If最大為 5mA,Ih 僅為 250µA。

上述帶有光可控矽的解決方案僅適用於較小的馬達,因為如果馬達短路電流過高,它們將被損壞!

對於更高的功率,您可以添加一個三端雙向可控矽開關如下圖:

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光三端雙向可控矽開關已被三端雙向可控矽開關取代。當輸入為高電平時,D1 二極體不導通,R2 上的電流太低,不足以使三端雙向可控矽開關在其上沉積。當輸入為低電平時,二極體將導通,並且將向電阻器施加足夠的電壓以觸發三端雙向可控矽開關。同時,電阻 R3 將限制雙向可控矽閘極電流。在這種配置中,三端雙向可控矽開關可以更大,使其能夠與更大的馬達和更高的短路電流一起工作。

不用的運算放大器怎麼辦?

有時,必須使用具有比我們需要的更多運算放大器的電路。

在這種情況下,慢速放大器不應該只是「掛」在自己身上,因為它不僅會消耗電力,而且還可能開始激發並產生不必要的干擾和雜訊。

為什麼?因為沒有反饋限制的運算放大器增益很高。

對於普及的晶片,TL07x 超過 100dB,也就是 200,000 倍。這些失真、雜訊和激勵不僅會穿透相鄰的放大器,而且放大器會消耗能量並不必要地發熱。未使用的放大器端接不當可能會導致其飽和並消耗最大電流,從而導致系統發熱,從而使使用中的放大器參數變差。

所以,可以怎麼做呢?

如果我們有一個具有高增益的放大級,可以將其轉換為具有較低增益的兩個級,因而使用額外的放大器並改善頻率響應。

如果在一個系統中建構三個放大器,其中四合一裝有一個儀器放大器那麼第四個放大器可以作為一個額外的緩衝器。

假設我們不想這樣做,因為自雜訊、輸入電壓和電流不平衡等。然後呢?

以下是單電壓和對稱電壓放大器的解決方案:

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在具有單電源電壓的配置中,R1 和 R2 電阻器應在 1kΩ 至 470kΩ 的範圍內具有相同的值。較低的值適用於具有較高偏置電流的雙極輸入的放大器,較高的適用於具有 JFET 和 CMOS 輸入的放大器。如果不想放置額外的電阻,則可以將同相輸入連接到安全輸入電壓範圍內的電壓源。在對稱配置中,將未使用放大器的非反相輸入連接到地就足夠了。

硬體消除接觸振動

接觸振動很容易透過軟體消除,未來將舉例說明。現在先展示三個解決方案,其中第一種方案有缺陷但最常見,第三種方案較為複雜。從以下實物圖來看:

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左邊的電路是最常見的解決方案,其中電阻器為電容器充電,按鈕將其放電至零。這種解決方案非常有效,但它有一個小缺點:短路電流將流過觸點,僅受其電阻和寄生電阻的限制。每次按壓都意味著電流突波和觸點的緩慢退化。

第二種解決方案完全消除了這個問題,同時增加了比接觸振動時間更長的延遲。由於 R2 和 R3 構成分壓器,微控制器輸入端的電壓約為電源電壓的 10%。第三種方案添加了一個帶有施密特輸入的及閘作為附加緩衝器。因此,只要電容器上的電壓降至輸入狀態變化閾值以下,輸出就會改變其狀態。目前沒有必要,因為大多數微控制器都有施密特閘輸入。

還有一點需要注意的是:並不總是需要在 plus 上安裝上拉電阻,因為許多微控制器至少有幾個輸入帶有內置上拉電阻,可以透過軟體打開。

(參考原文:Garść praktycznych porad dla początkujących 1by Urgon)

本文原刊登於EDN China網站,夏菲編譯

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