Важные расчеты в электронике: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Это руководство предназначено для перечисления некоторых важных расчетов, о которых инженеры / производители электроники должны знать. Откровенно говоря, есть много формул, которые могут вписаться в эту категорию. Поэтому я ограничил это руководство только основными формулами.

Для большинства перечисленных формул я также добавил ссылки на онлайн-калькуляторы, которые могут помочь вам с легкостью выполнять эти вычисления, когда они становятся громоздкими и трудоемкими.

Шаг 1. Калькулятор времени автономной работы

При питании проектов, использующих батареи, важно, чтобы мы знали ожидаемую продолжительность, в течение которой батарея может питать вашу схему / устройство. Это важно для продления срока службы батареи и предотвращения неожиданного сбоя вашего проекта. С этим связаны две важные формулы.

Максимальное время, в течение которого батарея может питать нагрузку

Срок службы батареи = Емкость батареи (мАч или Ач) / Ток нагрузки (мА или А)

Скорость, с которой нагрузка потребляет ток от батареи

Скорость разряда C = Ток нагрузки (мА или А) / Емкость аккумулятора (мАч или Ач)

Скорость разряда - важный параметр, который определяет, какой ток цепь может безопасно потреблять от батареи. Обычно это указано на батарее или будет указано в ее техническом описании.

Пример:

Емкость аккумулятора = 2000 мАч, ток нагрузки = 500 мА

Срок службы батареи = 2000 мАч / 500 мА = 4 часа

Скорость разряда C = 500 мА / 2000 мАч = 0,25 C

Вот онлайн-калькулятор времени автономной работы.

Шаг 2: Рассеивание мощности линейного регулятора

Линейные регуляторы используются, когда нам нужно фиксированное напряжение для питания схемы или устройства. Некоторые из популярных линейных регуляторов напряжения серии 78xx (7805, 7809, 7812 и т. Д.). Эти линейные регуляторы работают, понижая входное напряжение и обеспечивая стабильное выходное напряжение на выходе. Рассеивание мощности в этих линейных регуляторах часто упускается из виду. Знание рассеиваемой мощности очень важно, поэтому разработчики могут использовать радиаторы для компенсации высокого рассеяния мощности. Это можно рассчитать по следующей формуле

Рассеиваемая мощность определяется формулой

PD = (VIN - VOUT) x IOUT

Для расчета выходного тока

IOUT = PD / (VIN - VOUT)

Пример:

Входное напряжение - 9В, выходное напряжение - 5В, токовый выход -1А Результат

PD = (VIN - VOUT) x IOUT

= (9 - 5) * 1

= 4 Вт

Онлайн-калькулятор рассеиваемой мощности линейного регулятора.

Шаг 3: Калькулятор делителя напряжения

Делители напряжения используются для деления входящего напряжения до желаемых уровней напряжения. Это очень полезно для создания опорных напряжений в цепях. Делитель напряжения обычно строится с использованием как минимум двух резисторов. Узнайте больше о том, как работают делители напряжения. Формула, используемая с делителями напряжения:

Для определения выходного напряжения Vout = (R2 x Vin) / (R1 + R2)

Чтобы определить R2 R2 = (Vout x R1) / (Vin - Vout)

Чтобы определить R1 R1 = ((Vin - Vout) R2) / Vout

Для определения входного напряжения Vin = (Vout x (R1 + R2)) / R2

Пример:

Vin = 12 В, R1 = 200 кОм, R2 = 2 кОм

Vout = (R2 x Vin) / (R1 + R2)

Vout = (2k x 12) / (200k + 2k)

=0.118

= 0,12 В

Шаг 4: Калькулятор времени RC

Цепи RC используются для генерации задержек во многих цепях. Это происходит из-за действия резистора, влияющего на зарядный ток, протекающий через конденсатор. Чем больше сопротивление и емкость, тем больше времени требуется для зарядки конденсатора, и это будет отображаться как задержка. Это можно рассчитать по формуле.

Чтобы определить время в секундах

Т = RC

Для определения R

R = T / C

Для определения C

C = T / R

Пример:

R = 100 К, C = 1 мкФ

Т = 100 х 1 х 10 ^ -6

T = 0,1 мс

Попробуйте онлайн-калькулятор постоянной времени RC.

Шаг 5: светодиодный резистор

Светодиоды довольно распространены именно в электронных схемах. Также светодиоды будут часто использоваться с токоограничивающим последовательным резистором, чтобы предотвратить повреждение из-за чрезмерного протекания тока. Это формула, используемая для расчета номинала последовательного резистора, используемого со светодиодами.

R = (Vs - Vf) / Если

Пример

Если вы используете светодиод с Vf = 2,5 В, If = 30 мА и входным напряжением Vs = 5 В. Тогда резистор будет

R = (5 - 2,5 В) / 30 мА

= 2,5 В / 30 мА

= 83 Ом

Шаг 6: нестабильный и моностабильный мультивибратор с использованием IC 555

555 IC - это универсальный чип, который имеет широкий спектр применений. Прямо от генерации прямоугольных сигналов, модуляции, временных задержек, активации устройства 555 может делать все это. Астабильный и моностабильный - два наиболее часто используемых режима, когда речь идет о 555.

Астабильный мультивибратор - он производит прямоугольный импульс на выходе с фиксированной частотой. Эта частота определяется используемыми с ней резисторами и конденсаторами.

С заданными значениями RA, RC и C. Частоту и рабочий цикл можно рассчитать по следующей формуле.

Частота = 1,44 / ((RA + 2RB) C)

Рабочий цикл = (RA + RB) / (RA + 2RB)

Используя значения RA, RC и F, емкость можно рассчитать по следующей формуле.

Конденсатор = 1,44 / ((RA + 2RB) F)

Пример:

Сопротивление RA = 10 кОм, Сопротивление RB = 15 кОм, Емкость C = 100 мкФ

Частота = 1,44 / ((RA + 2RB) * c)

= 1,44 / ((10k + 2 * 15k) * 100 * 10 ^ -6)

= 1,44 / ((40k) * 10 ^ -4)

= 0,36 Гц

Рабочий цикл = (RA + RB) / (RA + 2RB)

= (10k + 15k) / (10k + 2 * 15k)

= (25 тыс.) / (40 тыс.)

=62.5 %

Моностабильный мультивибратор

В этом режиме IC 555 будет вырабатывать высокий сигнал в течение определенного периода времени, когда вход триггера становится низким. Он используется для генерации временных задержек.

С заданными R и C мы можем рассчитать временную задержку, используя формулу ниже

Т = 1,1 х Р х С

Для определения R

R = T / (C x 1,1)

Для определения C

С = Т / (1,1 х R)

Пример:

R = 100 кОм, C = 10 мкФ

Т = 1,1 х Р х С

= 1,1 x 100 кОм x 10 мкФ

= 0,11 с

Вот онлайн-калькулятор для Астабильного мультивибратора и Моностабильного мультивибратора.

Шаг 7: Сопротивление, напряжение, ток и мощность (RVCP)

Начнем с основ. Если вы знакомы с электроникой, вы могли знать, что сопротивление, напряжение, ток и мощность взаимосвязаны. Изменение одного из вышеперечисленных приведет к изменению других значений. Формула для этого расчета:

Для определения напряжения V = IR

Чтобы определить ток I = V / R

Для определения сопротивления R = V / I

Для расчета мощности P = VI

Пример:

Рассмотрим следующие значения

R = 50 В, I = 32 мА

V = I x R

= 50 х 32 х 10 ^ -3

= 1,6 В

Тогда сила будет

P = V x I

= 1,6 х 32 х10 ^ -3

= 0,0512 Вт

Вот онлайн-калькулятор закона Ома для расчета сопротивления, напряжения, тока и мощности.

Я обновлю это руководство, добавив больше формул.

Оставляйте свои комментарии и предложения ниже и помогите мне добавить больше формул в это руководство.