电路仿真平台Multisim经典的教学与基础设计平台基于 SPICE 引擎界面直观内置了丰富的虚拟仪器示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等像把实验室搬进了电脑。非常适合模拟/数字电路的基础学习和快速验证。注意对复杂嵌入式MCU的支持较弱且在进行较大规模仿真时可能会比较慢。安全提示大电容断电后可能仍带高压。修电源、LED驱动、充电器时不能以为拔电就安全要等待并测量放电必要时用电阻放电。特别是高压大电容可能电人。电容是储能元件通电时它存电荷断电后它像一个小电池把电放给灯泡/电路。电容在电路中的作用旁路/去耦利用其对高频低阻抗的特性将高频噪声电流旁路到地保护后面的电路。滤波与电阻或电感构成频率选择网络。电容与电阻换算1. RC 时间常数2. RC 截止频率3. 单位换算电阻1kΩ1000Ω1kΩ1000Ω1MΩ1000kΩ106Ω1MΩ1000kΩ106Ω电容1F1000mF1F1000mF1mF1000μF1mF1000μF1μF1000nF1μF1000nF1nF1000pF1nF1000pF1F106μF109nF1012pF1F106μF109nF1012pF电容储能时间计算RC 充电时电容电压其中 τRCτRC。理论上永远“充不满”因为电压是指数逼近电源电压只会无限接近。电容电压VV0 ─────────────────────────── 99.3% 5τ╭──────────────╭──╯ 95.0% 3τ╭──╯ 86.5% 2τ╭──╯ 63.2% 1τ0 ┴──┴──┴──┴──┴──┴── tτ 2τ 3τ 4τ 5τ工程上一般这样算“充满”时间充满程度1τ1τ63.2%2τ2τ86.5%3τ3τ95.0%4τ4τ98.2%5τ5τ99.3%7τ7τ99.9%电容缓解电压跌落现象电压 V^|V0 ─────────────────┐│\│ \ 有电容先由电容补电│ \ 电压缓慢下降│ \____│ \____ 电源恢复电压回升││ 无电容几乎瞬间跌落│ ↓Vmin ───────────────┴──╲________________t0负载突增电阻分流与电容分流电阻分流基于欧姆定律与频率无关电阻的阻值 RR 是固定的。在并联电压 UU 下支路电流 IU/RIU/R阻值越小分得的电流越大。这个关系对直流和交流都成立是稳定且可预测的。电容“分流”基于容抗强烈依赖频率电容的“阻力”是容抗 XC1/(2πfC)XC1/(2πfC)。它不是一个固定值对直流电f0容抗趋于无穷大电容相当于开路电流完全无法通过。因此在直流电路中电容完全不能像电阻那样分流。对交流电容抗随频率升高而减小。频率越高电容对交流电的“导通”能力越强。分得的电流 IU/XCIU/XC在相同频率和电压下电容量越大的电容分得的交流电流越多。一、容抗是什么电容对交流电的“阻碍作用”叫容抗常见的元件标识、原理图符号以及核心作用1. 无源器件最常用、数量最多R (Resistor) - 电阻作用限制电流限流、分担电压分压、给信号线一个默认电平上拉/下拉。图中实例原理图中R1、R2 (10kΩ)是 I2C 总线的上拉电阻保证总线空闲时处于高电平R5 (10kΩ)是 BOOT0 的下拉电阻确保芯片正常从 Flash 启动。C (Capacitor) - 电容作用通交流、阻直流。常用作去耦/滤波滤除电源高频杂波、储能应对瞬间大电流、耦合传递信号。图中实例C2、C3、C4 (100nF)紧挨着 MCU 的电源引脚这是旁路/去耦电容C12、C13是 IMU 芯片的滤波电容C1 (100nF)和X1 (8MHz 晶振)配合用于起振。L (Inductor) - 电感作用通直流、阻交流。常用于电源滤波、DC-DC 降压/升压电路中储能。(图中未明显体现但在蓝牙/WiFi模块或开关电源中极常见)2. 半导体分立器件D (Diode) - 二极管作用单向导电。常用于防反接保护、整流。TVS / 稳压管瞬态电压抑制。图中实例D1 (BZT52C5V1)和D2 (SMF12CT)是防静电ESD和过压保护二极管防止外部接口引入的高压击穿芯片。Q (Transistor) - 三极管 / MOS管作用作为电子开关或者放大信号。MOS管常用于控制大电流设备的开关。(图中没有常见于电机驱动或电源切换电路)3. 核心集成电路 (IC)U (Integrated Circuit) - 集成电路/芯片作用整个电路的大脑或核心模块。图中实例U1 (AT32F425)是 MCU微控制器主控芯片U2 (LSM6DSV16X)是 IMU六轴姿态传感器U3 (SN74LVC2G241)是缓冲器用于信号整形和隔离U4 (HT7333)和U5 (SGM2036)是 LDO低压差线性稳压器用于降压供电。Y / X (Crystal) - 晶振作用给芯片提供精准的时钟频率。图中实例X1 (8MHz)晶振为 MCU 提供外部基准时钟。4. 接口与交互器件J / CN / P (Connector / Header) - 连接器 / 排针 / 插座作用用于板与板之间、板与外设之间的电气连接。图中实例J1是调试下载接口SWD排针CN1是串行总线接口可能是 SH 或 GH 系列的带线插座。SW / K (Switch) - 开关 / 按键作用人机交互输入或硬件复位。图中实例BOOT0 旁边的按键用于在复位时拉高电平进入系统存储器启动模式用于串口下载程序。降压型 DC-DC 与 LDO 的区别LDOLow Dropout Regulator是线性稳压器而降压型DC-DCBuck是开关稳压器两者在工作原理和适用场景上差异显著。工作原理降压DC-DCBuck通过PWM控制开关管快速通断配合电感和电容进行能量存储与传递来降压属于开关式转换。LDO相当于一个可变电阻通过运放控制调整管的导通程度将多余的电压以热量形式耗散掉属于线性调节。效率降压DC-DC效率很高重载时可达96%轻载也有80%以上。LDO效率约等于Vout / Vin。压差越大效率越低多余功率全部变成热。输出能力降压DC-DC支持大电流输出适合功率较大的场合。LDO输出电流通常较小且大电流下发热严重。噪声与纹波降压DC-DC开关动作会带来较大的输出纹波和开关噪声。LDO噪声低、纹波小电源输出非常“干净”。外围与体积降压DC-DC需要电感、电容等外围元件体积相对较大。LDO外围电路极简通常只需输入/输出电容封装小。
)
