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  • 常用电路保护元件哪些?

    千次阅读 2018-12-08 16:49:59
    电路很容易在过压、过流、浪涌等情况发生的时候损坏,随着技术的发展,电子电路的产品日益多样化和复杂化,而电路保护则变得尤为重要。电路保护元件也从简单的玻璃管保险丝,变得种类更多,防护性能更优越。   ...

     

    子电路很容易在过压、过流、浪涌等情况发生的时候损坏,随着技术的发展,电子电路的产品日益多样化和复杂化,而电路保护则变得尤为重要。电路保护元件也从简单的玻璃管保险丝,变得种类更多,防护性能更优越。

     

     

    电路保护的意义是什么?

    在各类电子产品中,设置过压保护和过流保护变得越来越重要,那么电路保护的意义到底是什么,今天就来跟大家聊一聊:

    (1)由于如今电路板的集成度越来越高,板子的价格也跟着水涨船高,因此我们要加强保护。

    (2)半导体器件,IC的工作电压有越来越低的趋势,而电路保护的目的则是降低能耗损失,减少发热现象,延长使用寿命。

    (3)车载设备,由于使用环境的条件比一般电子产品更加恶劣,汽车行驶状况万变,汽车启动时产生很大的瞬间峰值电压等。因此,在为这些电子设备配套产品的电源适配器中,一般要使用过压保护元件。

    (4)通信设备,通信场所对防雷浪涌有一定的要求,在这些设备中使用过压保护、过流保护元件就变得重要起来,它们是保证用户人身安全和通信正常的关键。

    (5)大部分电子产品出现的故障,都是电子设备电路中出现的过压或者电路现象造成的,随着我们对电子设备质量的要求越来越高,电子电路保护也变得更加不容忽视。

    那么电路保护如此重要,常用的电路保护元件有哪些?今天就给大家介绍几种:

    防雷器件:

    1、陶瓷气体放电管:

    防雷器件中应用最广泛的是陶瓷气体放电管,之所以说陶瓷气体放电管是应用最广泛的防雷器件,是因为无论是直流电源的防雷还是各种信号的防雷,陶瓷气体放电管都能起到很好的防护作用。其最大的特点是通流量大,级间电容小,绝缘电阻高,击穿电压可选范围大。

    2、半导体放电管:

    半导体放电管是一种过压保护器件,是利用晶闸管原理制成的,依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电,可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流。其击穿电压的范围,构成了过压保护的范围。固体放电管使用时可直接跨接在被保护电路两端。具有精确导通、快速响应(响应时间ns级)、浪涌吸收能力较强、双向对称、可靠性高等特点。

    3、玻璃放电管:

    玻璃放电管(强效放电管、防雷管)是20世纪末新推出的防雷器件,它兼有陶瓷气体放电管和半导体过压保护器的优点:绝缘电阻高(≥10^8Ω)、极间电容小(≤0.8pF)、放电电流较大(最大达3 kA)、双向对称性、反应速度快(不存在冲击击穿的滞后现象)、性能稳定可靠、导通后电压较低,此外还有直流击穿电压高(最高达5000V)、体积小、寿命长等优点。其缺点是直流击穿电压分散性较大(±20%)。

    过压器件:

    4、压敏电阻:

    压敏电阻也是一种用得最多的限压器件。利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的响应时间为ns级,比空气放电管快,比TVS管稍慢一些,一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围,很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中,应用在交流电路的保护中时,因为其结电容较大会增加漏电流,在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大,但比气体放电管小。

    5、贴片压敏电阻的作用:

    贴片压敏电阻主要用于保护元件和电路,防止在电源供应、控制和信号线产生的ESD。

    6、瞬态抑制二极管:

    瞬态抑制器TVS二极管广泛应用于半导体及敏感器件的保护,通常用于二级保护。基本都会是用于在陶瓷气体放电管之后的二级保护,也有用户直接将其用于产品的一级保护。其特点为反应速度快(为 ps 级) ,体积小 ,脉冲功率较大 ,箝位电压低等。其 10/1000μs波脉冲功率从400W ~30KW,脉冲峰值电流从 0.52A~544A ;击穿电压有从6.8V~550V的系列值,便于各种不同电压的电路使用。 

    过流器件:

    7、自恢复保险丝:

    自恢复保险丝PPTC就是一种过流电子保护元件,采用高分子有机聚合物在高压、高温,硫化反应的条件下,搀加导电粒子材料后,经过特殊的工艺加工而成。自恢复保险丝(PPTC: 高分子自恢复保险丝)是一种正温度系数聚合物热敏电阻,作过流保护用,可代替电流保险丝。电路正常工作时它的阻值很小(压降很小),当电路出现过流使它温 度升高时,阻值急剧增大几个数量级,使电路中的电流减小到安全值以下,从而使后面的电路得到保护,过流消失后自动恢复为低阻值。

    静电元件:

    8、ESD静电放电二极管:

    ESD静电放电二极管是一种过压、防静电保护元件,是为高速数据传输应用的I/O端口保护设计的器件。ESD静电二极管是用来避免电子设备中的敏感电路受到ESD(静电放电)的影响。可提供非常低的电容,具有优异的传输线脉冲(TLP)测试,以及IEC6100-4-2测试能力,尤其是在多采样数高达1000之后,进而改善对敏感电子元件的保护。

    9、电感的作用:

    电磁的关系相信大家都清楚,电感的作用就是在电路刚开始的时候,一切还不稳定的时候,如果电感中有电流通过,就一定会产生一个与电流方向相反的感应电流(法拉第电磁感应定律),等到电路运行了一段时间后,一切都稳定了,电流没有什么变化了,电磁感应也就不会产生电流,这时候就稳定了,不会出现突发性的变故,从而保证了电路的安全,就像水车,一开始由于阻力转动的比较慢,后来慢慢趋于平和。

    10、磁珠的作用:

    磁珠有很高的电阻率和磁导率,他等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。 他比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果,在以太网芯片上用到过。

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  • 基于锁相环的频率合成电路设计

    千次阅读 多人点赞 2015-12-08 16:42:17
     锁相环简称PLL,是实现相位自动控制的一门技术,早期是为了解决接收机的同步接收问题而开发的,后来应用在电视机的扫描电路中。由于锁相技术的发展,该技术已逐渐应用到通信、导航、雷达、计算机到家用电器的各个...

    0 引言

      锁相环简称PLL,是实现相位自动控制的一门技术,早期是为了解决接收机的同步接收问题而开发的,后来应用在电视机的扫描电路中。由于锁相技术的发展,该技术已逐渐应用到通信、导航、雷达、计算机到家用电器的各个领域。自从20世纪70年代起,随着集成电路的发展,开始出现集成的锁相环器件、通用和专用集成单片锁相环,使锁相环逐渐变成一个低成本、使用简便的多功能器件。如今,PLL技术主要应用在调制解调、频率合成、彩电色幅载波提取、雷达、FM立体声解码等各个领域。随着数字技术的发展,还出现了各种数字PLL器件,它们在数字通信中的载波同步、位同步、相干解调等方面起着重要的作用。

      随着现代电子技术的飞快发展,具有高稳定性和准确度的频率源已经成为科研生产的重要组成部分。高性能的频率源可通过频率合成技术获得。随着大规模集成电路的发展,锁相式频率合成技术占有越来越重要的地位。由一个或几个高稳定度、高准确度的参考频率源通过数字锁相频率合成技术可获得高品质的离散频率源。

      1 锁相环及频率合成器的原理

      1.1 锁相环原理

      PLL是一种反馈控制电路,其特点是:利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因PLL可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪,所以PLL通常用于闭环跟踪电路。PLL在工作的过程中,当输出信号的频率与输入信号的频率相同时,输出电压与输入电压保持固定的相位差值,即输出电压与输入电压的相位被锁住,这就是PLL名称的由来。PLL通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部分组成,PLL组成的原理框图如图1所示。

    PLL组成的原理框图

      PLL中的鉴相器又称为相位比较器,它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差,并将检测出的相位差信号转换成uD(t)电压信号输出,该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC(t),对振荡器输出信号的频率实施控制。鉴相器通常由模拟乘法器组成,利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图2所示。

    利用模拟乘法器组成的鉴相器电路

      鉴相器的工作原理是:设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为:

      式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率,称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压uD为:

      用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉,剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压uC(t)。即uC(t)为:

      式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率,θ i(t)和θ 0(t)分别为输入信号和输出信号的瞬时位相,根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为:

      

      上式等于零,说明PLL进入相位锁定状态,此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态,uc(t)为恒定值。当上式不等于零时,说明PLL的相位还未锁定,输入信号和输出信号的频率不等,uc(t)随时间而变。因压控振荡器的压控特性如图3所示,

    压控振荡器的压控特性

      该特性说明压控振荡器的振荡频率ωu以ω0为中心,随输入信号电压uc(t)的变化而变化。该特性的表达式为

      上式说明,当uc(t)随时间而变时,压控振荡器的振荡频率ωu也随时间而变,Pll进入“频率牵引”,自动跟踪捕捉输入信号的频率,使PLL进入锁定状态,并保持ω0=ω。

    1.2 频率合成器原理

      如图4所示,PLL频率合成器是由参考频率源、参考分频器、相位比较器、环路滤波器、压控振荡器、可变分频器构成。参考分频器对参考频率源进行分频,输出信号作为相位比较器参考信号。可变分频器对压控振荡器的输出信号进行分频,分频之后返回到相位比较器输入端与参考信号进行比较。当环路处于锁定时,有f1=f2,因为f1=fr/M,f2=f0/N,所以有f0=Nfr/M.只要改变可变分频器的分频系数N,就可以输出不同频率的信号。

    频率合成器原理

      2 集成锁相环CD4046电路介绍

      CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路,其特点是电源电压范围宽(为3V~8V),输入阻抗高(约100M Ω),动态功耗小,在中心频率f0为10kHz下,功耗仅为600μW,属微功耗器件。在电源电压VDD=15V时最高频率可达1.2MHz,常用在中、低频段。CD4046内部集成了相位比较器1、相位比较器2、压控振荡器以及线性放大器、源跟随器、整形电路等。各引脚功能如下:

      1脚是相位输出端,环路人锁时为高电平,环路失锁时为低电平。2脚是相位比较器I的输出端。3脚是比较信号输入端。4脚是压控振荡器输出端。5脚是禁止端,高电平时禁止,低电平时允许压控振荡器工作。6、7脚是外接振荡电容端。8、16脚是电源的负端和正端。9脚是压控振荡器的控制端。10脚是解调输出端,用于FM解调。11、12脚是外接振荡电阻。13脚是相位比较器2的输出端。14脚是信号输入端。15脚是内部独立的齐纳稳压管负极。图5是CD4046内部结构图,图6是外围电路连线图。

    CD4046内部结构图,图6是外围电路连线图

      相位比较器1采用异或门结构,使用时要求输入信号占空比为50%.当两路输入信号的高低电平相异时,输出信号为高电平,反之,输出信号为低电平。相位比较器1的捕捉能力和滤波器有关,选择合适的滤波器可以得到较宽的捕捉范围。相位比较器2由一个信号的上升沿控制,它对输入信号的占空比要求不高,允许输入非对称波形,具有很宽的捕捉范围。相位比较器2的输出和两路输入信号的频率高低有关,当14脚的输入信号比3脚的比较信号频率低时,输出为逻辑“0”,反之则输出逻辑“1”.如果两信号的频率相同而相位不同,当输人信号的相位滞后于比较信号时,相位比较器2输出的为正脉冲,当相位超前时则输出为负脉冲。而当两个输入脉冲的频率和相位均相同时,相位比较器2的输出为高阻态。压控振荡器需要外接电阻R1、R2和电容C1.R1、C1是充放电元件,电阻R2起频率补偿作用。VCO的振荡频率不仅和R1、R以及C1的取值有关,还和电源电压有关,电源电压越高振荡频率越高。

      3 频率合成器外围电路设计

      3.1 参考频率源

      本设计中参考频率源选用CMOS石英晶体多谐振荡器-产生2MHz的矩形脉冲信号,电路如图7所示。

    矩形脉冲信号电路

      3.2 可变分频器

      可变分频器由集成四位二进制同步加法计数器74LS161来完成。这里采用4片74LS161通过预置数的方法来实现可变分频。为提高工作速度,可采用图8所示接法。利用同步方案最高可实现65536分频。预制值=65536-N.经过可变分频后获得的信号是窄脉冲信号,在输出端可利用74LS74对该信号进行二分频,以便获得方波信号,从而满足相位比较器1的占空比要求。此时实际分频系数变为2N.电路如图8所示。

    可变分频器

      参考分频器与可变分频器采用同样的电路,目的在于通过设置不同的分频系数M,以实现不同的频率间隔的需求。

      3.3 环路滤波

      本设计选取无源比例积分滤波器作为环路滤波器,其时间常数T=(R7+R8)C5电路如图9所示。

    环路滤波

      4 电路的调试

      在调试的过程中需注意R1、R以及C1的选取,选取不同的R1、R、C1并合理设置可变分频系数N就可获得不同频率范围的输出信号,同时根据所需情况选取合适的滤波器,设置不同的参考分频系数即可改变频率间隔。

      5 结束语

      本电路由于频率范围和频率间隔可根据具体需要进行调节,且输出信号频率具有高稳定性和准确性,可广泛作为离散信号源来使用,也可用于集成。此外,如用单片机对分频器的置数端进行控制,可更加方便地实现频率的调整。



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  • 电赛中常用的模块电路设计

    千次阅读 多人点赞 2021-06-12 22:31:12
    关注v-x-公-众-号:【嵌入式基地】 ...该电路用于产生占空比为1/3,频率为38KHZ的方波。 该电路将555定时器的2脚与6脚接在一起,构成施密特触发器。施密特触发器的电压传输特性是反相的。电阻R4和电容C2构成一个R

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    波形发生器

    方波发生电路

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    该电路用于产生占空比为1/3,频率为38KHZ的方波。
    该电路将555定时器的2脚与6脚接在一起,构成施密特触发器。施密特触发器的电压传输特性是反相的。电阻R4和电容C2构成一个RC积分电路,其输入端接施密特触发器的输出端,其输出端接施密特触发器的输入端。这样就构成了一个多谐振荡器,其中R3调节占空比,R4调节方波频率。

    三角波发生电路

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    采用满幅输出运放TLC4502及高速精密电压比较器LM311来实现。TLC4502不仅具有较宽的频带,而且可以在较低的电压下满幅输出,既保证能产生线性良好的三角波,而且可以达到在低电压下正常工作的要求。

    正弦波发生电路

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    RC串并联电路构成正负反馈支路,同时兼做选频网络,R15、R17、R11构成负反馈和稳幅环节。调节电位器R11,可以改变负反馈深度,以满足振荡的振幅条件并改善波形。为了稳定输出电压的幅值,常在R11 支路串接两个反向并联二极管,利用其正向电阻的非线性特性来实现稳幅。

    基于自然采样法的SPWM 波硬件产生电路

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    三角波和正弦波输入到比较器LM311进行比较,在输入到比较器LM311的前端加有隔直电容,这里主要是为了使前端输入的任意偏置的信号经隔直后中心线相等,然后再同时偏置2.5V的电压。以确保进入到比较器LM311的两路信号中心线齐平。

    恒幅移相电路

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    一般的RC 移相电路都会对幅值有一定的衰减,这个电路就可以等幅输出移相后的波形。通过选取电阻、电容的参数可以实现0°~180°滞后的移相范围。

    程控滤波器电路

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    程控滤波器由两片TLC7528及两片双运放集成芯片LF353构成。电路如图所示。第一片TLC7528控制滤波器的Q值和增益,第二片TLC7528控制滤波器的截止频率。

    AD9851电路

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    选用DDS集成芯片AD9851来实现。AD9851内置32位频率累加器、10bit高速DAC、高速比较器和可软件选通的时钟6倍频电路。外接参考频率源时,AD9851可以产生频谱纯净、频率和相位都可控且稳定度非常高的正弦波。控制字通过W-CLK引脚接入的控制字写时钟来触发写入的。当控制字写完后,在FQ-UD信号的上升沿的作用下,控制字被写入频率相位数据寄存器,更新DDS的输出频率和相位。电路设计时,注意电源和地线的连接,可有效地减小干扰,提高输出信号的质量。

    基本物理量检测电路

    测频测相电路

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    对于工频范围的相位测量我们采用LM311先滞回后过零比较的方式,将正弦波整形成方波,然后送后级测量电路检测。采用滞回比较的方式能在一定程度上消除由于波形噪声干扰而引起的抖动。但是它的去干扰能力是有限的,如果前级信号噪声过大,或是地线上引入了较大的干扰,那么测量出来的相位差还是会存在较大的误差的。

    电流采样电路

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    INA128为精密仪表放大器,其增益可调,差分输入方式能对小信号进行处理,这里我们选用0.1欧的康铜丝对电流进行采样后经INA128放大再送后级测量电路或是控制电路处理。由于INA128 的输入共模电压有限,因此康铜丝一般是在低侧采样电流后给INA128检测。

    电流采样电路

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    INA168是专用的高侧电流监视器,其输入共模电压可以高达60V,当康铜丝选取为0.1欧时,可以测量0~5A以内的电流,它的输出方式为电流,我们只需接一个采样电阻就可以转换为电压。因此可以用它对高侧电流进行检测。

    PGA202、PGA203 级联程控放大电路

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    在一个很宽广的测量范围内,放大倍数选为固定值时测量精度不高。PGA202和PGA203 程控仪表放大器在某种程度上解决了这个问题。PGA202增益可选为1、10、100、1000,PGA203 增益可选为1、2、4、8,两者级联可以产生1、2、4、8、10、20、40、80、100、200、400、800、1000、2000、4000、8000共16种增益。前级通过峰值检测电路测量出信号的大致幅值以决定程控放大倍数,这样就可以提高测量精度。

    AD637真有效值检测电路

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    对于有效值的检测,我们选用AD637来实现。AD637是真有效值测量芯片。其有效值计算公式为Vrms=[AvgVin2/Vrms]Vrms = [Avg * Vin^2/Vrms]应用时只需在芯片的外围添加适当的电阻、电容即可实现任意波形交变信号的有效值的测量。其中平均电容C1可用来设定平均时间常数,并决定低频准确度,输出纹波大小和稳定时间。R1、R2、C1、C2及运放OPA277构成二阶低通滤波滤除检波后的纹波。

    TLC7528 程控衰减电路

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    TLC7528是双八位D/A转换器,转换速度快,精度高,内部集成权电阻网络,通过程序控制输入的8位数据即可改变电阻比例来达到程控衰减的目的。

    霍尔电压、电流传感器隔离采样电路

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    TA0913为交流电流传感器,绝缘电阻常态时大于1000MΩ;抗电强度可承受工频6000V50Hz/1 分钟。工作范围:20Hz~20kHz。用它来检测交流电流可以起到很好的隔离效果。HV03-10/25mA-P 为电流型电压传感器,用于测试直流、交流、脉动电流;利用霍尔效应及磁补偿原理,被测回路与测试回路绝缘度高;工作频率范围为0-150kHz。额定输入电流IIN 10mA;额定输入电压VPN 10~500V。可以用它来对交直流电压进行隔离检测。

    差分检测电路

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    高输入电压差分放大器,可获取逆变输出的电压波形。该电路将逆变后的双端浮动信号变成单端对地的信号,同时也对逆变的电压进行了衰减,以便后级的信号处理。

    LM311峰值检测电路

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    对于精度要求不是很高的低频正弦波的峰值检测,我们可以采用LM311峰值检测电路,这里电容的选取很重要,它决定了输出波形的平滑度和对峰值的响应速度,因此要有一个折中的选择。

    双运放峰值检波电路

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    峰值检波电路是由二极管电路和电压跟随器组成,其工作原理为:当输入电压正半周通过时,检波管U2导通,对电容C1、C2充电,直到到达其峰值。三极管的基极由单片机或FPGA控制,产生10us的高电平使电容放电,以减少前一频率测量对后一频率测量的影响,提高幅值测量精度。其中U1为常导通,用以补偿U2上造成的压降。电容C1、C2的取值需根据被测信号的频率合适的选取,此电路中的二极管使用高频二极管,可大大提高测量范围的频率上限。

    ADS8344 电压采样电路

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    DAC8811 数模转换电路

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    正负可调基准源电路

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    基准源输出一路接一个可调电阻作为正的基准源,另一路经反相放大得到负的基准源。

    光敏三极管3DU33 检测电路

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    光敏三级管不仅对光照的灵敏度高,而且其本身就具备电流放大作用,3DU33采集到光信号后,使整个电路导通,通过三极管将微弱的电流信号放大,图中的R1为偏置电阻,可以调节工作点及稳定电路。3DU33 在正常室内光照下,电流为微安级,故需选择合适的偏置电阻,放大后再送至A/D采样。

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  • 常用模块电路

    千次阅读 2019-02-03 18:48:14
    目录 TB6612电机驱动模块 A4988 步进电机驱动模块 ...TB6612FNG是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件,它具有大电流MOSFET-H桥结构,双通道电路输出,可同时驱动2个电机。 TB6612FNG每通道输出高1 ...

    目录

    TB6612电机驱动模块

    A4988 步进电机驱动模块

    淘宝使用说明

    引脚说明

    逻辑控制图

     

    L298N电机驱动模块


    步进电机

     

     

     

     

     

    TB6612电机驱动模块

    TB6612FNG是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件,它具有大电流MOSFET-H桥结构,双通道电路输出,可同时驱动2个电机。
        TB6612FNG每通道输出高1 A的连续驱动电流,启动峰值电流达2A/3A(连续脉冲/单脉冲);4种电机控制模式:正转/反转/制动/停止PWM支持频率高达100 kHz;待机状态;片内低压检测电路与热停机保护电路;工作温度:-20~85℃;SSOP24小型贴片封装。

    TB6612FNG的主要引脚功能:AINl/AIN2、BIN1/BIN2、PWMA/PWMB为控制信号输入端;AO1/A02、B01/B02为2路电机控制输出端;STBY为正常工作/待机状态控制引脚;VM(3~13.5 V)和VCC(2.7~5.5 V)分别为电机驱动电压输入和逻辑电平输入端。

    相比L298N的热耗性和外围二管续流电路,它无需外加散热片,外围电路简单,只需外接电源滤波电容就可以直接驱动电机,利于减小系统尺寸。对于PWM信号,高达100 kHz的频率。

    TB6612的的用法:
    TB6612是双驱动,也就是可以驱动两个电机
    下面分别是控制两个电机的IO口
    STBY口接单片机的IO口清零电机部停止,置1通过AIN1 AIN2,BIN1,BIN2 来控制正反转
    VM  接15V以内电源(3~13.5 V)
    VCC 接5V电源(2.7~5.5 V)
    GND 就不多说了啊

    驱动1路
    PWMA      接单片机的PWM口  
    真值表:
    AIN1 0      0      1
    AIN2 0      1      0
         停止 正传   反转

    A01  
    AO2   接电机1的两个脚

    驱动2路
    PWMB     接单片机的PWM口
    真值表:
    BIN1 0      0      1
    BIN2 0      1      0
         停止 正传   反转
    B01
    BO2   接电机2的两个脚

    A4988 步进电机驱动模块

    A4988是一款带转换器和过流保护的DMOS微步进电机驱动器,它用于操作双极步进电机,在步进模式,输出驱动的能力35V和±2A。

    转换器是A4988易于实施的关键。只要在“STEP”引脚输入一个脉冲,即可驱动电动机产生微步。无须进行相位顺序表、高频率控制行或复杂的界面编程。A4988界面非常适合复杂的微处理器不可用或过载的应用。

    2  产品特点

    1、控制简单,只需要控制STEP与DIR两个端口;

    2、精度调整,五种不同的步进模式:全、半、1/4、1/8、1/16;

    3、可调电位器可以调节输出电流,从而获得更高的步进率;

    4、兼容3.3V和5V逻辑输入;

    STEP、DIR分别连接单片机的两个控制端口,EN可以使用单片机端口控制,也可以直接连接GND使能;MS1、MS2、MS3按照上一节“步进模式设置”,接高低电平,设置步进模式,来选择不同的步距角。设置脉冲的频率,来控制旋转速度。
    2B、2A、1A、1B分别接步进电机红、蓝、黑、绿线。
    VMOT、GND接12V左右直流电源(电压大小更具步进电机不同,选择合适电压)。
    VDD、GND接3.3V或5V。
    7  实验代码
    //初始化步进电机控制端口
    //STEP1 PCout(4)
    //DIR1 PCout(5)
    void STEP_Init(void)
    {
            RCC->APB2ENR|=1<<4;    //使能PORTC时钟
            GPIOC->CRL&=0XFF00FFFF;        
            GPIOC->CRL|=0X00330000;
    }
    //dir:为方向控制,TRUE:正转 FALSE:反转
    //period为周期
    //steps:脉冲个数
    void Step_Control(u8 dir,u16 period,u32 steps)
    {
            u32 i;
            for(i=0; i <= steps;i++)
            {
                    DIR = dir;
                    STEP = 1;
                    delay_us(1);
                    STEP = 0;
                    delay_us(period);
            }
    }
    #define        TRUE  1
    #define FALSE 0
    //端口定义
    #define STEP PCout(4)
    #define DIR PCout(5)
    int main(void)
    {                                  
            Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置
            delay_init(72);             //延时初始化        
            STEP_Init();                 //步进电机驱动端口初始化
            LED_Init();                           //初始化与LED连接的硬件接口
            while(1)
            {        
                    LED = !LED;
                    Step_Control(FALSE,1600,200);
                    delay_ms(1000);
                    Step_Control(TRUE,1600,400);
                    delay_ms(1000);
            }         
    }
    程序实现功能:电机反转1圈、正转2圈。
    不改变程序,设置不同的步进模式,观察步进电机的旋转角度。

    (1)睡眠模式:Sleep管脚电平置0,进入睡眠模式,驱动器输出待机模式;Sleep管脚置1,驱动器处于正常工作状态;

    (2)正反转模式:正转模式DIR管脚置0或1,反转模式置1或0;

    (3)复位模式:复位模式下容易消耗能量,产生的冲击电流较大。直接RESET管脚置1,在不影响系统工作时RESET管脚置0复位。一旦驱动芯片复位,系统将回归到原始A4988 I/O端口控制状态;

    (4)使能模式:使能模式控制系统是否开始工作,ENBALBE管脚置0开始工作,置1停止工作;

    (5)细分模式:通过MS1、MS2、MS3控制细分系数,A4988细分为1/16细分为最小,通过计算角度值可得最小细分角度为全步进角度的1/16。A4988驱动逻辑控制如表1所示。


    使用方法:

    拿到一个步进电机时,首先检测步进电机两条线之间的电阻,两条线之间电阻小的(在蠕动泵上测试为33Ω左右),接4988的1A、1B端(或2A、2B端),其中调换1A、1B端(或2A、2B端)的顺序可以改变电机的旋转方向。

    使用中,把使能脚和细分脚全部接地,即不设置细分(步进值为1),复位脚和睡眠脚用跳线帽短接。

    淘宝使用说明

    引脚说明

    direction方向控制

    step脉冲控制

    Sleep管脚电平置0,进入睡眠模式,驱动器输出待机模式;Sleep管脚置1,驱动器处于正常工作状态

    Reset与Sleep连接,也可同时置高电平工作

    MS1、MS2、MS3控制细分系数

    ENBALBE使能模式控制系统是否开始工作,ENBALBE管脚置0开始工作,置1停止工作抱死

    VMOT、GND接12V左右直流电源,步进电机工作电压(电压大小更具步进电机不同,选择合适电压)。

    VDD、GND接3.3V或5V,芯片工作电压

    逻辑控制图

    控制简单,只需要控制STEP与DIR两个端口;其余按照逻辑控制表接线

    控制DIR、STEP

     

     

    L298N电机驱动模块

    使能信号输入电压范围(ENA ENB): 
    低电平:-0.3≤Vin≤1.5V(控制信号无效)  

    高电平:2.3V≤Vin≤Vss(控制信号有效)

    注意事项:

    1.当你的驱动电压(上图标识为12V输入,实际可以接受的输入范围是7-12V)为7V-12V的时候,可以使能板载的5V逻辑供电,当使用板载5V供电之后,接口中的+5V供电不要输入电压但是可以引出5V电压供外部使用。(这种即为常规应用!)

    2.当驱动电压高于12V,小于等于24V(芯片手册中提出可以支持到35V,但是按照经验一般298保守应用最大电压支持到24V已经很了不起!)时,比如要驱动额定电压为18V的电机。首先必须拔除板载5V输出使能的跳线帽。然后在5V输出端口外部接入5V。
    5V使能即一个电平为5V的控制信号,当此信号输入有效时,且电机驱动模块中电源供电正常时,电机驱动模块输出电流。否则即使电源供电正常,电机上也无电流。电压对L298N内部逻辑电路供电。(这种是高压驱动的非常规应用!)

     

    
    
    #include "cnc_step_control.h"
    #include "main.h"
    
    
    void step_gpio_config(void)
    {
    	GPIO_InitTypeDef GPIO_Initstructure;
    
    
    	RCC_APB2PeriphClockCmd( STEP_X_APB2Periph, ENABLE );
    
    
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = STEP_X_PIN;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    	GPIO_Init( STEP_X_PORT,&GPIO_Initstructure);
    
    	GPIO_ResetBits(STEP_X_PORT,STEP_X_PIN);
    	
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = DIR_X_PIN;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    	GPIO_Init( DIR_X_PORT,&GPIO_Initstructure);	
    	
    	GPIO_ResetBits(DIR_X_PORT,DIR_X_PIN);
    
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = MS1_PIN;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    	GPIO_Init( MS1_PORT,&GPIO_Initstructure);	
    	
    	GPIO_SetBits(MS1_PORT,MS1_PIN);
    
    
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = MS2_PIN;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    	GPIO_Init( MS2_PORT,&GPIO_Initstructure);	
    	
    	GPIO_SetBits(MS2_PORT,MS2_PIN);
    
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = MS3_PIN;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    	GPIO_Init( MS3_PORT,&GPIO_Initstructure);	
    	
    	GPIO_SetBits(MS3_PORT,MS3_PIN);
    
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = EN_PIN;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    	GPIO_Initstructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    	GPIO_Init( EN_PORT,&GPIO_Initstructure);	
    	
    	GPIO_ResetBits(EN_PORT,EN_PIN);
    
    }
    
    
    
    
    
    // 中断优先级配置
    void step_TIM3_NVIC_Config(void)//采用最后面的优先级		     		      group:0 preemption :15 sub:0 
    {
          NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
          // 设置中断组为 0
          NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
          // 设置中断来源
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn ;
          // 设置主优先级为 0
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 15;
          // 设置抢占优先级为 3
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
          NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    }
    
    
    /* 频率确定  
    就按核心板的时钟频率为72Mhz计算
     X = 72MHZ/(ARR+1)(PRESC+1)
     采样频率设置为1000hz
     
    */
    #define TIM3_ARR	900-1 
    #define TIM3_PRESCARE	80-1
    
    void step_TIM3_Config(void)
    {
          TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    			
          // 开启定时器时钟,即内部时钟 CK_INT=72M
          RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //使能定时器5时      
            //初始化TIM5
          // 自动重装载寄存器周的值(计数值)
          TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=TIM3_ARR;
          // 累计 TIM_Period 个频率后产生一个更新或者中断
          // 时钟预分频数为 71,则驱动计数器的时钟 CK_CNT = CK_INT / (71+1)=1M
          TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= TIM3_PRESCARE;
          // 时钟分频因子 ,基本定时器没有,不用管
          TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
          // 计数器计数模式,基本定时器只能向上计数,没有计数模式的设置
          TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
          // 重复计数器的值,基本定时器没有,不用管
          TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
          // 初始化定时器
          TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
    	  
    	  // 清除计数器中断标志位
    	  TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);
    	  
    	  TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);
    	  
    	  TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
    
          
    
    }
    
    
    
    void CNC_step_Init(void)
    {
    
    		printf("\r\n cnc_step_Init \r\n");
    
    		step_TIM3_NVIC_Config();
    		step_TIM3_Config();
    		step_gpio_config();
    
    
    };
    
    
    
    u8 PWM_X = 10;
    u8 PWM_Y;
    u8 PWM_Z;
    
    int speed_motor1 = 0;
    int motor_id = 0;
    
    char  stepX_flag = 1;
    char  stepY_flag = 0;
    char  stepZ_flag = 0;
    char  stepperFlag = 1;
    
    char  stepX_direct = 0;
    char  stepY_direct = 0;
    char  stepZ_direct = 0;
    
    int step_countX = 0;
    int step_countY = 0;
    int step_countZ = 0;
    
    
    
    
    
    void runing(void)
    {
    	if(stepX_flag ==1)
    		{
    			step_countX ++;
    			
    			if(step_countX ==	PWM_X/2)
    			{
    				step_X(1);
    
    			}
    			if(step_countX ==	PWM_X)
    			{
    				step_countX=0;
    				step_X(0);
    			}
    		}
    		
    		if(stepY_flag ==1)
    		{
    			step_countY ++;
    			
    			if(step_countY ==	PWM_Y/2)
    			{
    				step_Y(1);
    
    			}
    			if(step_countY ==	PWM_Y)
    			{
    				step_countY=0;
    				step_Y(0);
    			}
    		}
    
    		if(stepZ_flag ==1)
    		{
    			step_countZ ++;
    			
    			if(step_countZ ==	PWM_Z/2)
    			{
    				step_Z(1);
    
    			}
    			if(step_countZ ==	PWM_Z)
    			{
    				step_countZ=0;
    				step_Z(0);
    			}
    		}
    
    
    }
    
    void   TIM3_IRQHandler(void)  //采集
    {
    
    	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET) //如果TIM3设置的数值溢出
    	{
    
    		if(stepperFlag == 1)
    			runing();
    		TIM_ClearITPendingBit(TIM3 , TIM_FLAG_Update);
        }
    
    }
    /*
    控制步进电机速度与方向
    参数:
    参数1:电机id
    参数2:方向
    参数3:速度
    */
    void set_stepmoter_XYZ(step_XYZ id,char  direct,int PWM)
    {
    
    	stepX_direct = direct;
    	switch (id)
    	{
    		case STEP_X:
    			stepX_direct = direct;
    			PWM_X = PWM;
    			break;
    		case STEP_Y:
    			stepY_direct = direct;
    			PWM_Y = PWM;
    			break;
    		case STEP_Z:
    			stepZ_direct = direct;
    			PWM_Z = PWM;
    			break;
    
    		default:
    		break;
    	}
    	start();
    
    	
    	printf("id:%d\t direct:%d\t speed:%d\t \r\n",id, direct, PWM);
    
    }
    
    void stop(void)
    {
    	stepperFlag = 0;
    
    }
    
    void start(void)
    {
    	stepperFlag = 1;
    
    }
    
    
    
    #ifndef __BASE_STEP_CONCTROL_H
    #define __BASE_STEP_CONCTROL_H
    
    
    #include "stm32f10x.h"
    
    #include "main.h"
    
    #define MOTOR_PERIOD 1000 //与平路周期有关
    
    
    /********************基本定时器 TIM 参数定义,只限 TIM6、 7************/
    
    #define BASIC_TIM TIM3													
    #define BASIC_TIM_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd													
    #define BASIC_TIM_CLK RCC_APB1Periph_TIM3													
    #define BASIC_TIM_IRQ TIM3_IRQn													
    #define BASIC_TIM_IRQHandler TIM3_IRQHandler													
    
    
    #define STEP_X_APB2Periph RCC_APB2Periph_GPIOC																									
    #define STEP_X_PORT 	GPIOC 																	
    #define STEP_X_PIN 	GPIO_Pin_14																
    #define step_X(n)  GPIO_WriteBit( STEP_X_PORT,  STEP_X_PIN,(BitAction) n)					
    #define DIR_X_APB2Periph RCC_APB2Periph_GPIOC																									
    #define DIR_X_PORT 	GPIOC 																	
    #define DIR_X_PIN 	GPIO_Pin_13																
    #define DIR_X(n)  GPIO_WriteBit( DIR_X_PORT,  DIR_X_PIN,(BitAction) n)					
    ///
    
    #define STEP_Y_APB2Periph RCC_APB2Periph_GPIOC																									
    #define STEP_Y_PORT 	GPIOC 																	
    #define STEP_Y_PIN 	GPIO_Pin_14																
    #define step_Y(n)  GPIO_WriteBit( STEP_Y_PORT,  STEP_Y_PIN,(BitAction) n)					
    
    #define STEP_Z_APB2Periph RCC_APB2Periph_GPIOC																									
    #define STEP_Z_PORT 	GPIOC 																	
    #define STEP_Z_PIN 	GPIO_Pin_15																
    #define step_Z(n)  GPIO_WriteBit( STEP_Z_PORT,  STEP_Z_PIN,(BitAction) n)					
    
    /
    #define MS1_APB2Periph RCC_APB2Periph_GPIOA																									
    #define MS1_PORT 	GPIOC 																	
    #define MS1_PIN 	GPIO_Pin_3																
    #define MS1_X(n)  GPIO_WriteBit( MS1_PORT,  MS1_PIN,(BitAction) n)
    
    #define MS2_APB2Periph RCC_APB2Periph_GPIOA																									
    #define MS2_PORT 	GPIOC 																	
    #define MS2_PIN 	GPIO_Pin_4																
    #define MS2_X(n)  GPIO_WriteBit( MS2_PORT,  MS2_PIN,(BitAction) n)	
    #define MS3_APB2Periph RCC_APB2Periph_GPIOA																									
    #define MS3_PORT 	GPIOC 																	
    #define MS3_PIN 	GPIO_Pin_5															
    #define MS3_X(n)  GPIO_WriteBit( MS3_PORT,  MS3_PIN,(BitAction) n)	
    #define EN_APB2Periph RCC_APB2Periph_GPIOA																									
    #define EN_PORT 	GPIOC 																	
    #define EN_PIN 	GPIO_Pin_6															
    #define EN_X(n)  GPIO_WriteBit( EN_PORT,  EN_PIN,(BitAction) n)						
    ///
    
    
    void CNC_step_Init(void);
    
    
    
    void set_stepmoter_XYZ(step_XYZ id,char  direct,int speed);
    
    static void CNC_Step_SET(void);
    void start(void);
    
    void stop(void);
    
    #endif /* __SYSTICK_H */
    

     

    展开全文
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    千次阅读 2019-11-04 13:55:11
    我们知道,在电路系统的各个子模块进行数据交换时可能会存在一些问题导致信号无法正常、高质量地“流通”,例如有时电路子模块各自的工作时序偏差(如CPU与外设)或者各自的信号类型不一致(如传感器检测光信号)等,...
  • 在综合测评中,基本都是考核波形的产生和变换,涉及到正弦波、方波、三角波和上述信号的合成信号,涉及到的电路有: (1)方波、三角波振荡电路:使用一个运算放大器产生特定频率和幅度的方波或者三角波(注意是...
  • 常用集成电路名词缩写汇总(第二版)

    千次阅读 2018-05-01 09:21:00
    本文对常见的集成电路相关的名词缩写进行了汇总,特别聚焦与集成电路设计领域,意在整理常用的数字电路/DC/PT/ICC/DFV/DFT/RTL/ATE相关方面的知识点,方便大家快速学习和掌握相关知识,方便大家查询;同时希望对学生将来...
  • 如在板级比较常用的SPI协议,50MHz的话则表示它的时钟能在1秒钟重复5000万次(当然实际使用中由于每个指令周期之间会存在一定间隔,所以会小于这个数量),它的信号周期长度为1/f,其中f为频率,所以50MHz
  • 1引言 随着科学技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的...但是由于开关电源中控制电路比较复杂,晶体管和集成器件耐受电、热冲
  • NE555芯片常用产生的频率计算方法

    万次阅读 多人点赞 2018-03-28 13:24:56
    常用的振荡器的频率 T=0.7(R1+2R2)C ,当然还有很多的类型。你可以在图书城或书店去查看专业的书籍,这方面的资料还是蛮多的。附带一个这个电路计算器地址:NE555频率计算器...
  • 常用电路设计EDA软件简介

    千次阅读 2009-09-08 17:24:00
    随着计算机在国内的逐渐普及,EDA(Electronic Design Automatic,电路设计自动化)软件在电路行业的应用也越来越广泛。这些软件包括电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件,这里主要...
  • 在高频端和低频端各一个截止频率,分别称为上截止频率和下截止频率。两个截止频率之间的频率范围称为通频带。 关于通频带,3dB带宽,三阶截点和 1dB压缩点 1.通频带 通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的...
  • 20个常用模拟电路(详细分析)

    万次阅读 2016-09-05 22:29:27
    一、 桥式整流电路 1二极管的单向导电性:二极管的PN结加正向电压,处于导通状态;加反向电压,处于截止状态。 伏安特性曲线; 理想开关模型和恒压降模型: 理想模型指的是在二极管正向偏置时,其管压降为0,而当其...
  • SI分析:电路常用端接方法

    千次阅读 2017-02-14 21:08:34
    今天我们从理论以及仿真的角度上分析一下电路的端接问题,其中可能不当之处,也请各位指出。 本文讨论时所使用ADS以及cadence公司的sigxplorer进行仿真。 一、什么是端接,怎样的信号传输线需要端接   1.为什么...
  • EDA软件_电路设计仿真软件比较

    千次阅读 2016-09-09 17:43:45
    本文对几款常用电路仿真软件进行了介绍和比较
  • AAFPCB音频电路板 AB 地址总线 ab 地址总线 accessorier 配件 ACCESSORRIER 配件 ADC(A/O) 模拟到数字的转换 adc 模拟到数字的转换 ADDRESS BUS地址总线 AFC 自动频率控制 afc 自动频率控制 AFC自动频率控制 ...
  • 数字电路-门电路

    千次阅读 2019-12-14 12:58:20
    摘要:本章系统地讲述了数字集成电路中的基本逻辑单元电路--门电路。由于门电路中的二极管和三极管经常工作在开关状态,所以首先介绍它们在开关状态下的工作特性。然后,重点讨论了目前广泛使用的CMOS门电路和TTL门...
  • 电路中7个常用接口类型之要点说明

    千次阅读 2013-12-28 22:44:18
    我们知道,在电路系统的各个子模块进行数据交换时可能会存在一些问题导致信号无法正常、高质量地“流通”,例如有时电路子模块各自的工作时序偏差(如CPU与外设)或者各自的信号类型不一致(如传感器检测光信号)...
  • 晶振电路原理

    万次阅读 2014-08-01 13:48:01
    在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络,电工学上这个网络两个谐振点,以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离...
  • 简介:单片机接口技术在很多文献中均详细的介绍,但在对大量电气控制产品的改造和设计中,经常会碰到用接口芯片所无法解决的问题(如驱动电流大、开关速度慢、抗干扰差等),因此必须寻求另一种电路解决方案。...

空空如也

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常用的频率比较电路有