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图的设计来写代码的,以我们不仅仅要学习编程知识,
通过上一课的学习,我们貌似成功的点亮了一个LED小灯,但是还有一些知识大家还没有彻底明白。单片机是根据硬件电路图的设计来写代码的,所以我们不仅仅要学习编程知识,还有硬件知识,也要进一步的学习,这节课我们就要来穿插介绍电路硬件知识。
3.1 电磁干扰EMI
第一个知识点,去耦电容的应用,那首先要介绍一下去耦电容的应用背景,这个背景就是电磁干扰,也就是传说中的EMI。
1、冬天的时候,尤其是空气比较干燥的内陆城市,很多朋友都有这样的经历,手触碰到电脑外壳、铁柜子等物品的时候会被电击,实际上这就是“静电放电”现象,也称之为ESD。
2、不知道有没有同学有这样的经历,早期我们使用电钻这种电机设备,并且同时在听收音机或者看电视的时候,收音机或者电视会出现杂音,这就是“快速瞬间群脉冲”的效果,也称之为EFT。
3、以前的老电脑,有的性能不是很好,带电热插拔优盘、移动硬盘等外围设备的时候,内部会产生一个百万分之一秒的电源切换,直接导致电脑出现蓝屏或者重启现象,就是热插拔的“浪涌”效果,称之为Surge。
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电磁干扰的内容有很多,我们这里不能一一列举,但是有些内容非常重要,后边我们要一点点的了解。这些问题大家不要认为是小问题,比如一个简单的静电放电,我们用手能感觉到的静电,可能已经达到3KV以上,如果用眼睛能看得到的,至少是5KV了,只是因为这个电压虽然很高,电量却很小,因此不会对人体造成伤害。但是我们应用的这些半导体元器件就不一样了,一旦瞬间电压过高,就有可能造成器件的损坏。而且,即使不损坏,在2、3里边介绍的两种现象,也严重干扰到我们正常使用电子设备了。
基于以上的这些问题,就诞生了电磁兼容(EMC)这个名词。这节课我们仅仅讲一下去耦电容的应用,电磁兼容的处理在我们今后设计电路,对PCB画板布局中应用尤为重要,那是后话,暂且不说。
3.2 去耦电容的应用
首先我们来看图3-1。
图3-1 去耦电容应用
左边这张图,过了保险丝以后,接了一个470uF的电容C16,右边这种图,经过开关后,接了一个100uF的电容C19,并且并联了一个0.1uF的电容C10。其中C16和C19起到的作用是一样的,C10的作用和他们两个不一样,我们先来介绍这2个大一点的电容。
容值比较大的电容,理论上可以理解成水缸或者水池子,同时,大家可以直接把电流理解成水流,其实大自然万物的原理都是类似的。
作 用一,缓冲作用。当上电的瞬间,电流从电源处流下来的时候,不稳定,容易冲击电子器件,加个电容可以起到缓冲作用。就如同我们直接用水龙头的水浇地,容易 冲坏花花草草的。我们只需要在水龙头处加个水池,让水经过水池后再缓慢流进草地,就不会冲坏花草,起到有效的保护作用。
作用二,稳定作用。我们一整套电路,后级的电子器件功率大小、电流大小也不一样,器件工作的时候,电流大小不是一直持续不变的。比如后级有个器件还没有工作的时候,电流消耗是100mA,突然它参与工作了,电流猛的增大到150mA了,这个时候如果没有一个水缸的话,电路中的电压(水位)就会直接突然下降,比如我们的5V电压突然降低到3V了。而我们系统中有些电子元器件,必须高于一定的电压才能正常工作,电压太低就直接不工作了,这个时候水缸就必不可少了。电容会在这个时候把存储在里边的电流释放一下,稳定电压,当然,随后前级的电流会及时把水缸充满的。
有了这个电容,可以说我们的电压和电流就会很稳定了,不会产生大的波动。这种电容常用的有以下三种:
图3-2 铝电解电容
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图3-3 钽电容? ?? ?? ?? ?? ???图3-4 陶瓷电容
这 三种电容是我们常用的三种电容,其中第一种个头大,占空间大,单位容量价格最便宜,第二种和第三种个头小,占空间小,性能一般也略好于第一种,但是价格也 贵不少。当然,除了价格,还有一些特殊参数,在通信要求高的场合也要考虑很多,这里暂且不说。我们板子上现在用的是第一种,只要在符合条件的情况下,第一 种470uF的电容不到一毛钱,同样的耐压和容值,第二种和第三种可能得1块钱左右。
电容的选取,第一个参数是耐压值的考虑。我们用的是5V系统,电容的耐压值要高于5V,一般推荐1.5倍到2倍即可,有些场合稍微高于也可以。我们板子上用的是10V耐压的。第二个参数是电容容值,这个就需要根据经验来选取了,选取的时候,要看这个电容起作用的这块系统的功率消耗情况,如果系统耗电较大,波动可能比较大,那么容值就要选大一些,反之,可以小一些。
刚开始同学们设计电路也模仿别人,别人用多大自己也用多大,慢慢积累。比如咱上边讲电容作用二的时候,电流从100mA突然增大到150mA的时候,其实即使加上这个电容,电压也会轻微波动,比如从5V波动到4.9V,但是只要我们板子上的器件在电压4.9V以上也可以正常工作的话,这
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