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“硬件工程师的工作”与“硬件工程师”应该做的工作
硬件工程师的日常：原理图、PCB、焊接、飞线、改板、发货、返还、挨骂、维修、改板、挨骂、改板、改方案，然后循环。能不能改变一下？前两天有企业来找去培训，说让我主要培训如何画原理图、PCB、生成BOM。我告诉他，如果我去培训，一定是培训这个工作以外的内容。我们在华为时，就是花大量的精力在原理图PCB之外，才能把产做好。9个月做个产品，画原理图PCB的时间只有一个月左右。核心技能其实并不是用那套绘图工具。有没有一本书读后，相当于华为工作十年经验？《硬十开发流程篇》点击《阅读原文》
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LLC串联谐振基本原理介绍
主要内容 1 LC 串联谐振基本原理介绍 2 LLC 串联谐振基本原理介绍 3 LLC 串联谐振拓朴实验总结 4 LLC 串联谐振控制技术 工作条件 工作频率高于谐振频率 原边开关管自然形成 ZVS 开关 付边二极管介于硬关断和 ZCS 关断之间 变压器输出电流为正弦波 , 无须输出电感 存在空载稳压问题 2 LLC 串联谐振基本原理介绍串联谐振基本原理介绍 LLC 串联谐振变换器 工作波形 LLC 串联谐振电路电压传输比 工作条件 LLC 串联谐振优点串联谐振优点 采用LLC的电路形式，可以使 ，使输入电压变化时满足高端效率；减小满载至轻载的工作频率变化范围，输出二极管为断续工作方式，无反向恢复电流。原边功率管关断电流小，关断损耗小。缺点在于增加了谐振电流，增加了通态损耗 3 LLC 串联谐振拓朴实验总结串联谐振拓朴实验总结 1 主电路拓朴方案 ( 见电路图 ) 2 电路性能指标 ( 见报告 ) 实验问题分析 谐振参数的确定与优化 输出滤波问题 谐振器件布局问题 谐振电感的集肤效应和接近效应问题 空载问题 谐振电感的集肤效应和接近效应问题问题 由于工作频率接近 200K, 同时谐振电感气隙较长 , 造成集肤效应和接近效应对电感影响很大 解决方法 : 1 采用丝包线绕制 2 选用 Ae 大 ,Aw 小的磁芯减少匝数
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硬件工程师入门基础知识：元器件在电路中的应用
本文介绍了硬件工程师入门的基础元器件，包括二极管、三极管、MOS管和IGBT。对比了肖特基二极管与硅二极管的特性，探讨了三极管作为开关的应用和电阻选择方法，解释了MOS管的结构和栅极串联电阻布局，并概述了IGBT在电力转换中的重要角色及其发展。 硬件工程师入门基础知识 （一）基础元器件认识（二） tips：学习资料和数据来自《硬件工程师炼成之路》、百度百科、网上资料。 1.二极管 2.三极管 3.MOS管 4.IGBT 5.晶振 1.二极管 肖特基二极管和硅二极管的比较： 肖特基二极管的优势主要在速度和压降，对这两个没要求的场景，那自然选择更便宜的由硅构成的二极管。 二极管漏电流 这个参数，值得一提的是，肖特基二极管的漏电流，是硅二极管的 100 倍左右。 还有一点就是，漏电流与温度有很大的关系。温度越高，漏电流越大。 硅二极管温度越高，漏电流越大，是原因硅二极管的漏电流是由少子决定的，温度越高，本征激发越强烈，少子浓度会升高，所以漏电流就越大了。 反向恢复时间：也是比较重要的参数，这个前面有文章专门讲过，就不再说了。 工作频率：由反向恢复时间决定的。 耐压：记住肖特基二极管耐压值，很难做高就行吧，一般不超过 100V，当然，更高的也有，这里只说常见的。而硅二极管可以做很高。 反向恢复时间 实际应用中的二极管，在电压突然反向时，二极管电流并不是很快减小到 0，而是会有比较大的反向电流存在，这个反向电流降低到最大值的 0.1 倍所需的时间，就是反向恢复时间。 几种二极管的最高工作频率顺序是下面这样的： 为什么要用肖特基二极管续流？ 我们来看一个问题： 为什么开关电源中，一般用肖特基二极管续流，不用快恢复二极管呢？ 主要有两点： 一是肖特基二极管导通电压更低。 二是肖特基二极管速度更快，反向恢复时间更小。 如此一来，使用肖特基二极管肯定损耗是更小的，温度更低，也不会烫成狗，这样整个开关电源效率也更高。 2.三极管 常用的三极管电路设计-电阻到底是怎么选的我们在模电教材里面，会有各种放大电路，共基，共集，共射等，相关的计算公式，曲线，电路等效模型天花乱坠，学起来非常费劲。实际 90%工作，可能我们主要关注一个参数就行了，那就是电流放大倍数 β，其它的通通用不到，而且我们做产品，如果真要放大信号，那也是使用各种集成运放。 绝大多数情况，我们是把三极管当作一个低成本的开关来使用的，作为开关，虽然 MOS 可能更为合适，不过三极管价格更低，在小电流场景，三极管反而是用得更多的。 一个 NPN 三极管，价格也就 2 分钱左右。 常用的电路（NPN 为例） 1、电平转换，反相 这个电路用得非常多，有两个功能。 一是信号反相，就是输入高电平，输出就是低电平；输入低电平，输出就是高电平 二是改变输出信号的电压，比如输入的电压范围是 0V 或者是 3.3V，想要得到一个输出是 0V 或者是5V 的电平怎么办呢？让 Vcc 接 5V 就可以了，输出高的时候，out 的电平就是大约为 5V 的。 2、驱动指示灯 我们经常使用三极管驱动 LED 灯，比如下面这个电路： 3、驱动 MOS 开关 还一个电路也用得非常多，那就是驱动电源的 PMOS 开关，如下图： 在 in 为低时，三极管不导通，相当于是开路，PMOS 管的 Vgs 为 0，PMOS 管也不导通，Vcc2 没有电。 在 in 为高时，三极管导通，集电极相当于是接地 GND，于是 PMOS 管的 Vgs 为-Vcc1，PMOS 管导通，也就是 Vcc1 与 Vcc2 之间导通，Vcc2 有电。 如何选择电阻 我们的电路输入一般是只有两种状态，0V 或者是其它的高电平（1.8V，3.3V，5V 等），截止状态一般不用怎么考虑，因为如果让三极管的 Vbe=0，自然就截止了，重要的是饱和状态如何保证。 那么啥叫饱和状态？ 我们先假定三极管工作在放大状态，那么放大倍数就是β，如果基极有 Ib 电流流过，那么集电极 Ic=β*Ib，Ic 也会在 Rc 上面产生压降 Urc。易得：Urc+Uce=Vcc，显然，Ib 越大，那么 Urc=βIbRc 越大，如果 Ib 足够大，那么 Urc=Vcc 时， Uce=Vcc-Urc≈0。 电路计算举例 LED 灯的例子 已知条件：输入控制电压高电平为 3.3V，电源电压为 5V，灯的导通电流 10mA，灯导通电压 2V，三极管选用型号 MMBT3904 三极管饱和导通时，Vce=0V，所以 Rc=(5V-2V)/10mA=300Ω。 查询芯片手册，三极管 MMBT3904 的的放大倍数 β（hfe）如下图所示： 可以看到，在 Ic=10mA 时，放大倍数最小为 100。 那么 Ib=10mA/100=100uA，三极管导通时，Vbe 约为 0.7V，继而求得 Rb=（3.3- 0.7V)/100uA=26K。 也就是说只要 Rb<26K，三极管就工作在了饱和状态，像这种情况，我一般取 Rb=2.2K，或者是 1K，4.7K，10K，这样 Ib 更大，更能让三极管工作在饱和状态。 具体取多少，取决于整个板子的电阻使用情况，比如 10K 电阻用得多，那我就取 10K，这样物料种类少，生产更方便。 或者咱为了保险一点，比如要兼容别的三极管型号，可以取 Rb=1K，这样即使别的三极管 β 小于100，也能工作在饱和状态。 一般来说，我们不要取正好的值，比如 26K 或者接近 26K 的值，这样太不安全。 我们也可以反向验算下，假如 Rc=300Ω，Rb=10K，那么 Ib=（3.3-0.7）/10K=0.26mA，那么Ic=1000.26mA=26mA，那么 Rc 的压降是300Ω26mA=7.8V，这已经超过 Vcc 了，所以管子肯定是工作在饱和状态的。 3.MOS管1、MOS 导通后电流方向其实可以双向流动，可以从 d 到 s，也可以从 s 到 d。 2、MOS 管体二极管的持续电流可以根据 MOS 管的功耗限制来计算， 3、MOS 管体二极管瞬间可以通过的电流，等于 NMOS 管导通后瞬间可以通过的电流，一般不会是瓶颈 NMOS 管的结构 我们看一下 NMOS 管的结构。 以 NMOS 为例，如上图，S 和 D 都是掺杂浓度比较高的 N 型半导体，衬底为 P 型半导体，并且衬底和 S 极是接到一起的。 在 Vgs 电压大于门限电压 Vth 时，也就是栅极相对衬底带正电，它会将 P 型衬底中的少子（电子）吸引到 P 型衬底上面，形成反型层，也就是导电沟道。PCB Layout 时，MOS 管栅极串联电阻放哪儿？ 如上图，串联的电阻 R1 到底是放在靠近 IC 端，还是靠近 MOS 端？（注意，图中的 L1 是走线寄生电感，并不是这里放了个电感器件）1、 TI 的无刷电机驱动芯片 DRV8300 的 demo 板 Demo 板硬件设计可以直接在 Ti 官网下载，如下图，可以看到，串联电阻是放置在 MOS 管端的。 2、 Ti 的 POE 方案 TPS23753A 的 Demo 板 原理图如下： PCB 如下图，串联电阻也是放置在靠近 MOS 管端。 3、 MPS 的无刷电机驱动芯片 MP6535。 如下图，6 个 MOS 的栅极串联电阻 R18，R19，R20，R21，R22，R23 放置在中间。 从走线长度看，Q1，Q2，Q3 串联的电阻离 MOS 较近，离驱动 IC 较远。Q4，Q5，Q6 串联的电阻在 MOS 和驱动 IC 中间。 大部分情况栅极串联电阻靠近 MOS 管放置这个说法是属实的。 4.IGBTIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由（Bipolar Junction Transistor，BJT）双极型三极管和绝缘栅型场效应管（Metal Oxide Semiconductor，MOS）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）金氧半场效晶体管的高输入阻抗和电力晶体管（Giant Transistor，GTR）的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上。IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见；IGBT功率模块采用IC驱动，各种驱动保护电路，高性能IGBT芯片，新型封装技术，从复合功率模块PIM发展到智能功率模块IPM、电力电子积木PEBB、电力模块IPEM。PIM向高压大电流发展，其产品水平为1200—1800A/1800—3300V，IPM除用于变频调速外，600A/2000V的IPM已用于电力机车VVVF逆变器。平面低电感封装技术是大电流IGBT模块为有源器件的PEBB，用于舰艇上的导弹发射装置。IPEM采用共烧瓷片多芯片模块技术组装PEBB，大大降低电路接线电感，进步系统效率，现已开发成功第二代IPEM，其中所有的无源元件以埋层方式掩埋在衬底中。智能化、模块化成为IGBT发展热门。IGBT如有讨论尽管留言，目前在新能源领域接触最多的还是IGBT模块。5.晶振晶振分类 首先，晶振一般分为两种，一种叫有源晶振，一种叫无源晶振。有源晶振也叫晶体振荡器，Oscillator；无源晶振有时也叫无源晶体，Crystal，晶体谐振器。至于哪个名字更专业，更准确，我觉得无需争论，名字只是代号而已，大家工作中沟通能知道说的是什么就行。简单说有源晶振自己供上电就能输出振荡信号，无源晶体必须额外增加电路才能振荡起来。 以上分类是从使用上面来说的。如果我们单看晶振的内部构造，就会发现，有源晶振内部是包含了一个无源晶振，然后再将阻容，放大等电路也包含进去，整体封装好再给我们用。晶振的等效模型 那么其中 Lm，Rm，Cm 分别又是什么意思呢？ Cm：动态电容，反映了振动体的弹性，随频率会变化 Lm：动态电感，反映了振动体的质量，随频率会变化 Rm：动态电阻，反映了振动体的损耗，随频率会变化 C0：静电容，两个电极间形成的电容。晶振是如何起振的？皮尔斯晶体振荡器 目前工作中用得最多的就是皮尔斯晶体振荡器，也就是下面这个结构。 CL1，CL2 为匹配电容，Rext 通常为串联的几百欧姆电阻（有时也不加）。有时候数据手册会有推荐参数。上面这个结构可能看着不是很熟悉，我们把它转换一下，变成下面这个就熟悉些。 Inv：内部反相放大器。 Q：石英或陶瓷晶振。 RF：内部反馈电阻。 RExt：外部限流电阻，限制反相器输出电流。 CL1 和 CL2：两个外部负载电容。 Cs：寄生电容：PCB 布线，OSC_IN 和 OSC_OUT 管脚之间的效杂散电容反馈电阻 RF 在几乎所有的 ST 的 MCU 中，RF 是内嵌在芯片内的。它的作用是让反相器作为一个放大器来工作。Vin 和 Vout 之间增加的反馈电阻使放大器在 Vout ＝ Vin 时产生偏置，迫使反向器工作在线性区域(图 5 中阴影区)。该放大器放大了晶振的正常工作区域内（Fs 与 Fa 之间）的噪声(例如晶振的热噪声)，该噪声从而引发晶振起振。在某些情况下，起振后去掉反馈电阻 RF，振荡器仍可以继续正常工作。 版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议， 本文链接：https://blog.csdn.net/qq_41600018/article/details/128993663
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两种电源输入的反接保护电路
自恢复保险丝+二极管，防反接防过流，缺点，自恢复保险丝有个0.1V左右的压降，大电流会发热，而且大电流的自恢复保险丝太贵mos防反接，成本低，压降小，可过大电流... 经常会有用户将设备的电源正负接反的事情。虽然现今这个社会已经默认了没按规定去操作就要全责，但谁都不想因为这事儿伤了和气，以后还要合作不是，更何况增加反接保护只要几毛钱的Bom成本，有的地方该加还是要加啊。天灾难避免，人祸需先防。电源输入的反接保护电路，一般有以下两种电路形式： 一、自恢复保险丝 + 二极管。 优点：防反接的同时，还防过流。缺点：1.自恢复保险丝有个0.xV左右的压降，大电流时会发热。 2.高耐压大电流的自恢复保险丝，不仅体积巨大，还贵。原理：- 电源极性正确接入时，二极管关断，相当于电路回路中串联了一个自恢复保险丝。- 电源反接时，二极管导通，使自恢复保险丝过流熔断，电流回路开路。待自恢复保险丝恢复时，重复熔断。所以反接的时候，自恢复保险丝会反复熔断、恢复，自恢复保险丝和二极管会些许发热。设计要点：D1的工作电流，起码要大于 F1的熔断电流（自恢复保险丝的熔断电流一般为工作电流的2倍，具体看手册）。完整电路像这样： 二、MOS管（N/P） 优点：占地面积小，成本低，压降小，可过大电流。原理：PMOS、NMOS做反接保护的原理都一样，以PMOS的电路为例。PMOS：- 电源极性正常接入时。Q2的寄生二极管导通，右侧S极的电压为 （24 - 0.7）=23.3V。 G极电压为 R9、R10的分压 24 x （200/（100+200））= 16V。 于是 Q2的 Vgs = 16 - 23.3 = -7.3V。 大于 AO3401的门极导通阀限电压 -1.3V，MOS管 DS极导通。 MOS导通后，MOS的寄生二极管被 DS短路。 此时的压降 Vds仅等于 MOS-DS极内阻 x 电流，Q2热功耗很小。 - 电源反接时，Q2的寄生二极管关断，DS极需要承受电压。设计要点：R9、R10的取值，要保证不会超出 最大Vgs电压范围，并且留有一定安全余量。MOS管的选型，要考虑 Vds、Vgs、DS极导通电阻（Rds-on）、DS极电流。MOS尽量使用 Rds-on小的型号。 P-MOS 反接保护电路：图中 R9、R10为分压作用。使 P-MOS的 Vgs，不会超过 ±12V的最大 Vgs电压范围，并且留有一定安全余量。AO3401 关键手册参数截图：N-MOS 反接保护电路：图中 R9、R10为分压作用。使 N-MOS的 Vgs，不会超过 ±12V的最大 Vgs电压范围，并且留有一定安全余量。AO3400 关键手册参数截图：
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防反接电路、防倒灌电路、过流保护和ESP保护
防反接电路 常见的措施： 1.通过机械结构的设计 让接线端子 正确接入时能匹配上，不正确时 匹配不上 2.通过线的颜色做区分 3.通过电路的设计 防反接电路汇总： 典型电路类型： 1.二极管防反接（不常用） 二极管有 0.7的导通压降 如果有大电流经过的时候就会发热 功率比较高。（一般选用 肖特基二极管导通压降比较低 也要考虑反向电压） 2.保险丝和二极管（稳压二极管）防反接 二极管并联到电路中。二极管要考虑导通电流和反向耐压等参数 3.桥式整流电路 看好电路图的 电源和负载的两端接哪 4.MOS管防反接（用得比较多的一种） PMOS： 在 PMOS 管防反接电路中，栅极那边的两个电阻主要起到限流和保护的作用。这些电阻的阻值通常根据具体的电路设计要求来选择，一般需要根据 PMOS 管的特性和工作电压来确定。 旁边的二极管是一个稳压保护二极管 为了保护GS之间的电压不会过高从而损坏二极管 在电路分析中 pmos导通和体二极管无关。mos的源漏是相对的。对pmos，电压高的是s，低的是d。正常上电时，3脚电压高，所以这时3脚是s，g比s低，所以管子导通（图中的D S应该反过来）。 NMOS： NMOS 如果 正接 Vg=2V Vs=0V 所以 DS导通 形成回路 反接 Vg=0 Vs=5V 所以DS不导通 形成不了回路 防倒灌电路 什么是倒灌？ 1.开关电源给负载供电， 如果负载是电池或者其他感性负载（比如像 电机 有线圈 当电源突然断掉时 会产生感应电动势）时， 当220V断掉的时候，可能会出现 电池反向给开关电源 的 输出端 供电，导致开关电源的一些莫名损坏。 2.系统在不同的 输出电压 之间 切换时，会存在高压电压倒灌到低压电压源中。 例如：系统 有两个电源供电 比如 一个电池 一个 充电器 充电器的电压一般会高于电池 如果没有防倒灌的电路 可能充电器的电压会直接倒灌给电池 造成电池的损坏。 1.二极管串联防倒灌电路： 该电路 二极管选型要 选取电源 额定输出电流的（5-10）倍 并且可以加 散热片。 2.双MOS组成的防倒灌电路 电路分析： 正常情况下（无电流倒灌） ON/OFF接口可以进行IO口控制也可以直接通过VIN控制， 所以这次就以 VIN的有无 来控制 VIN输入电压到三极管，三极管导通（基极电压大于发射极），由于三极管下连的是地，所以 PMOS管的栅极电压为0， Vgs=-Vin 所以导通 所以 两个PMOS管导通。 当输入电压突然没有的时候， Vin没有 所以 三极管Vb=0 Vbe<0，所以不导通，PMOS管栅极和漏极S连在一起所以电压相等 Vgs=0，所以不导通 3.双MOS组成电源自动切换电路（前提 VCC>电池电压） Bat Charge 为电池电压 VCC为系统电压 当只用电池电压供电时：MOS管Q9 栅极g为0V 源极S Vs=V电池 Vgs=-V电池 PMOS导通 Q9导通了 Q10也导通了 ，然后给到 单片机VCC_mcu。 只有VCC时：通过LDO Vout 通过二极管给到MCU进行供电 Q9和Q10的G都是Vout的电压 所以不导通。VCC_MCU=Vout-二极管的压降 当VCC和电池同时供电时：Q9栅极电压为VCC 对于MOS管 Vgs=Vout-V电池 所以MOS管不导通， Q10 g极 Vg=Vout Vs=Vout-V二极管 Vgs>0 所以也截止 。 4.双三极管镜像电路防倒灌 Vin 经过三极管 由于是PNP三极管 Vb连接地=0V Ve=Vin 所以三极管Q6导通 导通之后就会有管压降 所以 Vb的电压=Vin-0.6V Q7 Ve=Vout-0.6V 需要满足 Ve>Vb 三极管Q7才会导通 但Vout会大于Vin 所以会是截止的。 正常工作时 Q5 Q6导通 Q7不导通 ， 当出现倒灌时 Q5 Q6不导通 Q7导通 过流保护 ESP：静电放电(一般在芯片内部电路) ESD相关概念及模型 人体放电：人体带的电荷 然后触碰芯片管脚， 芯片其他管脚正好有个接了地 产生电流 损坏芯片 机器放电模式：机器触碰芯片的时候， 带电金属体 触碰芯片 元件充电：芯片可能在搬运啥的过程中 本身 被充电了 当夹具夹住的时候可能就通过夹具释放出来了 ESD保护概念 在芯片内部 提供ESD的电流路径 以免ESD放电的时候 静电电流流入芯片内部对芯片造成伤害 从而保护电路 下图 PAD可以当做芯片引脚 如果没加保护电路， 以人体放电为例，手碰到了 PAD1 PAD2接地 电流直接沿着紫色虚线的方向走从PAD1到PAD2，直接烧毁芯片。 蓝色的这些都是ESD保护 这些电路能在发生ESD的时候 能瞬间导通 把电流引导出去 且是可逆的 不会被静电所损伤 ESD保护示例 利用二极管（齐纳二极管）的正向导通和反向击穿特性可实现最基础的ESD保护电路 如果来了ESD PAD1和PAD3形成回路
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TVS二极管选型
瞬态电压抑制二极管（TVS，Transient Voltage Suppressors）二极管，是一种在传统齐纳二极管工艺基础之上制造的一种电路保护元器件，也被称为 瞬变抑制二极管、瞬态电压抑制器、雪崩击穿二极管 等。其具有单向与双向之分，当两端经受瞬间高能量冲击时，就会以皮秒级别的速度将两端的阻抗值由高阻抗变化为低阻抗，从而将瞬间大电流接地，并把两端的电压箝制在一个预定的数值上，进而确保后级电路不会受到瞬态高压尖峰脉冲的影响。 总而言之，TVS 二极管凭借皮秒级导通速率、大瞬态功率、低漏电流与电容、容易控制的箝位电压、击穿电压偏差小、可靠性高、体积小 等优势，被广泛应用于敏感电路的过压保护当中（特别是 ESD 静电防护）。目前国际市场上比较主流的 TVS 生产制造企业有 美国威世 Vishay、美国力特 Littelfuse、日本安森美 Onsemi、荷兰安世 Nexperia 等厂家，而国内最近几年也涌现出了 乐山无线电 LRC、台州电子 TechPublic 以及国巨旗下的 君耀电子 BrightKing 等比较有实力的供应商。 原理图符号 瞬态电压抑制器（TVS，Transient Voltage Suppressors）狭义上是指雪崩击穿二极管，这是一种二极管形式的高效保护器件，通常采用较大尺寸的 SMA 或者 SMB 封装，结电容比较大，主要运用在防浪涌防护以及电源 ESD 等领域。而广义上的 TVS 是指包含有 TVS 二极管的 ESD 专用防护器件，其原理图符号如下图所示： 单向 & 双向 TVS 二极管可以具体划分为单向和双向两种类型，双向 TVS 主要应用于交流电压电路，而单向 TVS 一般运用于直流电路（使用的时候需要反接在电路当中，这意味着使用的时候需要注意极性。考虑到物料规格的统一，以及采购成本的差异较为细微，双向 TVS 在实际生产环境下使用更为普遍）。 当单向 TVS 二极管被应用于直流电路，在电路正常工作的时候，TVS 处于截止状态（高阻态），不影响正常工作。但是当电路中出现瞬态电压突变（达到 TVS 的雪崩击穿电压），TVS 二极管就会迅速由高阻态转变为低阻态，将由于异常过压所导致的瞬态电流接入到地平面，同时将这个瞬态电压箝位在一个比较低的水平，进而保护后级电路免遭瞬态电压突变的损坏（瞬态电压突变消失以后，TVS 二极管又会恢复为高阻态）。 伏安特性参数 涉及选型的 TVS 二极管伏安特性参数，主要涉及到 VRWM、IR、VBR、IPP、VC、Cj 六个，阅读时请结合如下的伏安特性曲线图： 反向截止电压 VRWM：不会造成 TVS 二极管损坏的最高峰值电压（如果是交流电压则使用真有效值表示），低于该参数时 TVS 不会导通，设计电路的额定工作电压（5V 或者 3.3V）应当低于这个参数。 反向漏电流 IR：当工作在低于反向截止电压 VRWM 的时候，TVS 所承受的最大反向电流。也就是说如果向 TVS 两端施加电压 VRWM，此时通过的电流就是 TVS 的漏电流 IR。通常情况下，这个参数小于 0.1uA 微安。 击穿电压 VBR：即 ESD 防护生效的电压，只要超过该参数，TVS 二极管就会击穿导通。导通时间一般不会超过 400 毫秒，避免较大电流损坏元器件。 脉冲峰值电流 IPP：峰值反向脉冲电流是指 TVS 按照 IEC61000-4-5:2014 或者 GB/T 17626.5-2019 标准，使其工作在规定的 8/20 微秒或 10/1000 微秒的脉冲波形下，此时 TVS 所允许通过的最大峰值电流。也就是达到箝位电压 VC 的时候，通过 TVS 二极管的电流，超过该参数会导致 TVS 的损毁。 箝位电压 VC：即通过峰值脉冲电流 IPP 的时候，TVS 两端产生的峰值电压。IPP 以及 VC 这两个参数相互联系，主要用于衡量 TVS 抵抗浪涌脉冲电流以及限制电压的能力。IPP 越大耐电流冲击能力越强，VC 越小说明 TVS 的箝位特性越好。 脉冲峰值功率 Ppp：即 箝位电压 VC 与峰值脉冲电流 IPP 的乘积，超过该参数同样会造成 TVS 二极管的损毁。 结电容 Cj：即 TVS 当中的寄生电容，高速电路设计过程当中，需要重点关注这个参数，结电容过大会影响到信号的完整性。 本文接下来的内容当中，会对上述一系列的 TVS 二极管选型参数，进行更加详细的说明。 反向截止电压 VRWM 正常情况下，TVS 二极管应当处于截止状态（没有导通），因此 TVS 的反向截止电压 VRWM 应当大于被保护电路的工作电压，从而确保 TVS 不会影响被保护电路的正常工作，反向截止电压 VRWM 的取值可以通过下面的参考公式计算得到： VRWM=(1.1∼1.2)×VCC 如果 VRWM 比被保护电路的额定工作电压更大，那么 TVS 二极管的漏电流就会越小。反之，VRWM 越小，TVS 二极管的箝位电压 VC 就会越小，对于后级电路的保护效果会相对更好。 注意：上述公式当中的 VCC 等于被保护电路的工作电压，例如 12V、5V、3.3V、1.8V 等等。 箝位电压 VC TVS 二极管的箝位电压 VC，应当小于被保护电路最大可承受的瞬态安全电压，否则当 TVS 处于箝位状态的时候，VC 会损坏后级的被保护电路: VC
2024-12-30 65浏览 -
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振幅解调电路的Multisim仿真及分析
仿真前仿真中示波器波形图振幅解调电路简称检波电路。该电路中输入信号为有效值2伏、载波为100KHZ、调制信号为1KHZ的调幅波信号。
2024-12-19 8浏览 -
精密整流电路工作原理、公式构建、测试、应用和调试
今天给大家分享的是精密整流电路。 主要是以下几个方面：1、精密整流电路，2、精密整流电路分析 3、精密整流电路原理，4、精密整流电路电路公式构建，5、精密整流电路测试；6、精密整流电路应用和调试。 整流电路是将交流电（AC）转换为直流电（DC）的电路，交流电总是随着时间改变方向，但直流电却不断地沿一个方向流动。 在典型的整流电路中，我们使用二极管将交流电整流为直流电，但这种整流方法只能在输入电压大于二极管的正向电压（通常为 0.7V）时使用。 为了克服这个问题，引入精密整流电路。 精密整流电路是将交流电转换为直流电的另一种整流电路，但在精密整流电路中，在精密整流电路中，将使用运算方法器来补偿二极管两端的电压降，这样的话就可以避免损失 0.6V 或 0.7V 电压降。二极管也可以将电路构造为在放大器的输出端也有一些增益。 在本文中主要是运算放大器构建、测试、应用和调试精密整流电路。 一、什么是精密整流电路？ 在了解精密整流电流源之前，先回忆一下整流电路的基础知识。关于整流电路，我之前有文章详细讲解过，大家如果不记得可以去我的主页搜索。 下图显示了理想整流电路的特性及其传递特性，这意味着当输入信号为正时，输出将为0 V，当输入信号为正，输出将跟随输入信号。 理想整流电路的特性及其传递特性 下图显示了一个实用的整流电路及其传输特性。在实际的整流电路中，输出波形将比实际的输入电压小 0.7V，传输特性将如下图所示。此时，只要当施加的输入信号略大于二极管的正向电压，二极管才会导通。 实用的整流电路及其传输特性 二、精密整流器的工作原理 下图的电路显示了一个基本的半波精密整流电路，带有一个 LM358 运算放大电路和一个 LN4148 二极管。 半波精密整流电路 下图的电路给大家展示了精密整流电路的输入输出波形，正好等于输入。电路从二极管的输出中获取反馈，运算放大器会补偿二极管上的任何电压降，因此二极管类似于理想二极管。 精密整流电路的输入输出波形 在上图中，你可以清楚地看到输入信号的正负半周期应用于运算放大器的输入端时会发生什么，但在实际电路中，不会得到如上图所示的输出。 精密整流电路的输入输出波形 在下图的示波器中，黄色信号是输入，绿色信号是输出。我们不是得到半波整流，而是得到一种全波整流。 下图显示了当二极管关闭时，信号的负半周期是通过电阻流向输出，这就是为什么我们得到像输出一样的全波整流，但这不是实际的电路。 全波整流电路 我们可以看下，当我们连接一个1K 负载时会发生什么，电路图如下所示： 全波整流电路 输出看起来像下图： 精密整流电路示波器波形图 输出看起来像上图一样，是因为我们实际上已经形成了一个带有两个 9.1K 和一个 1K电阻的分压器电路，这就是为什么信号的输入正半部分被衰减的原因。 下图，显示了当将负载从 1K 更改到 220R会发生什么？具体的如下图所示 精密整流电路示波器波形图 下图显示了一个下冲条件，其中电路的输出低于零伏并在某个尖峰后上升。 下图显示了上述两个电路的下冲情况，有负载和无负载。这是因为，只要输入信号低于零，运算放大器就会进入负饱和区，结果就是所示图像。 精密整流有无负载波形图 使尖峰电压低于0 V 的原因：每当输入电压从正向摆动时，运算放大器反馈开始发挥作用并稳定输出需要一些时间。 发生这种情况是因为我使用的是转换率低的 LM358 运算放大器。其实只需放置一个具有更高压摆率的运算放大器，你就可以解决这个问题，但是，这也会发生在电路的较高频率范围内。 精密整流电路示波器波形图 三、改进的精密整流电路 下图显示了改进的精密整流电路，通过它可以减少上述所有缺陷和缺点。 在下面的电路中，你可以看到如果正弦信号的正半部分用作输入，二极管 D2 将导通。现在上面的路径 （黄线）已经完成，运算放大器作为反相放大器，如果我们看到 P1 ，电压为 0V，因为在该店形成了虚拟地，所以电流不能流过电阻 R19。 在输出点 P2，由于运算放大器正在补充 二极管压降，电压为负 0.7V，因此电流无法流向 P3 点。因此只需要将信号的正半周期施加到运算放大器的输入端。 这样就可以实现 0V 输出。 改进的精密整流电路 现在假设已经将 正弦交流信号的副板部分应用到运算放大器的输入端，这就意味着施加的输入信号小于0V。 此时，二极管 D2 处于反向偏置状态，这意味着它是开路的。正好如下图所示： 改进的精密整流电路 由于二极管 D2 处于反向偏置状态，电流将流过电阻 R22，在点 P1 处形成虚拟接地。现在，当施加输入信号的负半部分时，我们将在输出中得到一个正信号，作为其反相放大器。二极管将导通，我们将在 P3 点获得补偿输出。 现在输出电压将为 -Vin/R2 = Vout/ R1 所以输出电压变为 Vout = -R2/R1* Vin 现在在示波器中观察电路的输出，没有任何负载的电路的实际输出，如下图所示。 改进的精密整流电路示波器波形图 现在对电路进行分析，半波整流电路就足够了，在实际电路中，半波整流就没有实际意义。正是因为如此，才引入了全波整流电路，要实现全波精密整流，只需要做一个求和放大器。 四、使用运算放大器的精密全波整流器 为了制作全波精密整流电路，在前面提到的半波整流电路的输出端添加了一个求和放大器，从这一点来看，P1 到 P2 点是基本的精密整流电路，二极管的配置使我们在输出端获得负电压。 使用运算放大器的精密全波整流器 从点 P2 到点 P3 为求和放大器，精密整流器的输出通过电阻 R3 馈送到求和放大器。电阻 R3 的值是 R5 的一半，或者你可以说它是 R5/2，这就是我们设置运算放大器 2 倍增益的方式。 在电阻 R4 的帮助下，来自点 P1 的输入也被馈送到求和放大器，电阻 R4 和 R5 负责将运算放大器的增益设置为 1X。 由于 P2 点的输出直接馈送到增益为 2X 的加法放大器，这意味着输出电压将是输入电压的 2 倍。假设输入电压为 2V 峰值，因此我们将在输出端获得 4V 峰值。同时，我们直接将输入馈送到增益为 1X 的求和放大器。 现在，当求和电路发生时，我们在输出端得到一个总和电压，即 (-4V) + (+2V) = -2V，并作为输出端的运算放大器。由于运算放大器配置为反相放大器，我们将在输出端获得 +2V，即 P3 点。 当施加输入信号的负峰值时，也会发生同样的情况。 精密整流电路的最终输出波形图 上图是电路的最终输出，蓝色波形是输入，黄色波形是半波整流电路的输出，绿色波形是全波整流电路的输出。 四、所需组件 LM358 运算放大器 IC - 2 6.8K，1% 电阻 - 8 1K 电阻 - 2 1N4148 二极管 - 4 面包板 - 1 跳线 - 10 电源 (± 10V) - 1 五、全波精密整流电路理图，示意图 使用运算放大器的半波和全波精密整流电路图如下： 使用运算放大器的半波整流电路 使用运算放大器的全波整流电路 在此演示中，电路在原理图的帮助下构建在无焊面包板上；为了减少寄生电感和电容，将组件连接得尽可能近。 半波精密整流电路和全波精密整流电路 六、进一步增强 可以进一步修改电路以提高其性能，就像我们可以添加一个额外的滤波器来抑制高频噪声一样。 这个电路仅仅只是用来讲解电路。如果你考虑在实际应用中使用电路，就必须使用斩波型运算放大器和高精度 0.1 欧姆电阻来实现绝对稳定性。 声明：内容来源于网络，版权归原作者所有。如有侵权，请联系删除。
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