Dôležité výpočty v elektronike: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Tento inštrukcia má v úmysle uviesť niektoré z dôležitých výpočtov, ktorých by si mali byť inžinieri/výrobcovia elektroniky vedomí. Úprimne povedané, existuje veľa vzorcov, ktoré sa zmestia do tejto kategórie. Preto som tento návod obmedzil iba na základné vzorce.

Pre väčšinu uvedených vzorcov som tiež pridal odkaz na online kalkulačky, ktoré vám môžu pomôcť ľahko vykonať tieto výpočty, keď sa stanú ťažkopádnymi a časovo náročnými.

Krok 1: Kalkulačka životnosti batérie

Pri napájaní projektov pomocou batérií je nevyhnutné, aby sme poznali predpokladané trvanie, ktoré môže batéria napájať váš obvod/ zariadenie. To je dôležité pre predĺženie životnosti batérie a zabránenie neočakávanému zlyhaniu vášho projektu. S tým súvisia dva dôležité vzorce.

Maximálna výdrž batérie môže vydržať záťaž

Životnosť batérie = kapacita batérie (mAh alebo Ah) / záťažový prúd (mA alebo A)

Rýchlosť, ktorou záťaž odoberá prúd z batérie

Rýchlosť vybíjania C = záťažový prúd (mA alebo A) / kapacita batérie (mAh alebo Ah)

Rýchlosť vybíjania je dôležitým parametrom, ktorý rozhoduje o tom, koľko prúdu môže obvod bezpečne odobrať z batérie. Toto je zvyčajne vyznačené v batérii alebo bude uvedené v jeho technickom liste.

Príklad:

Kapacita batérie = 2000mAh, záťažový prúd = 500mA

Výdrž batérie = 2000mAh / 500mA = 4 hodiny

Rýchlosť vybíjania C = 500mA/2000mAh = 0,25 C

Tu je online kalkulačka životnosti batérie.

Krok 2: Strata výkonu lineárnym regulátorom

Lineárne regulátory sa používajú vtedy, keď na napájanie obvodu alebo zariadenia potrebujeme pevné napätie. Niektoré z populárnych lineárnych regulátorov napätia sú rady 78xx (7805, 7809, 7812 a tak ďalej). Tieto lineárne regulátory pracujú tak, že znižujú vstupné napätie a poskytujú na výstupe stabilné výstupné napätie. Rozptýlenie výkonu v týchto lineárnych regulátoroch sa často prehliada. Vedieť, že rozptýlený výkon je veľmi dôležitý, aby dizajnéri mohli použiť chladiče na kompenzáciu vysokého výkonu. To sa dá vypočítať pomocou nižšie uvedeného vzorca

Rozptýlenie výkonu je dané vzorcom

PD = (VIN - VOUT) x IOUT

Na výpočet výstupného prúdu

IOUT = PD / (VIN - VOUT)

Príklad:

Vstupné napätie - 9V, Výstupné napätie - 5V, Prúdový výstup -1A Výsledok

PD = (VIN - VOUT) x IOUT

= (9 - 5) * 1

= 4 watty

Online kalkulačka na odvod výkonu lineárneho regulátora.

Krok 3: Kalkulačka deliča napätia

Oddeľovače napätia sa používajú na rozdelenie vstupného napätia na požadované úrovne napätia. To je veľmi užitočné pri vytváraní referenčných napätí v obvodoch. Delič napätia je spravidla skonštruovaný pomocou najmenej dvoch odporov. Získajte viac informácií o tom, ako fungujú rozdeľovače napätia. Vzorec používaný s deličmi napätia je

Na určenie výstupného napätia Vout = (R2 x Vin) / (R1 + R2)

Na určenie R2 R2 = (Vout x R1) / (Vin - Vout)

Na určenie R1 R1 = ((Vin - Vout) R2) / Vout

Na určenie vstupného napätia Vin = (Vout x (R1 + R2)) / R2

Príklad:

Vin = 12 V, R1 = 200 k, R2 = 2 k

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

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

=0.118

= 0,12 V

Krok 4: Kalkulačka časovania RC

RC obvody sa používajú na generovanie časových oneskorení v mnohých obvodoch. Je to spôsobené pôsobením rezistora na nabíjací prúd, ktorý prúdi do kondenzátora. Čím väčší je odpor a kapacita, tým viac času trvá nabíjanie kondenzátora, čo sa prejaví ako oneskorenie. To sa dá vypočítať pomocou vzorca.

Na určenie času v sekundách

T = RC

Na určenie R.

R = T / C

Na určenie C.

C = T / R

Príklad:

R = 100K, C = 1uF

T = 100 x 1 x 10^-6

T = 0,1 ms

Vyskúšajte túto online kalkulačku časovej konštanty RC.

Krok 5: Rezistor LED

LED diódy sú celkom bežné v elektronických obvodoch. LED diódy sa budú tiež často používať s odporom obmedzujúcim prúd, aby sa zabránilo poškodeniu nadmerného prúdu. Toto je vzorec použitý na výpočet hodnoty sériového odporu použitého s LED

R = (Vs - Vf) / If

Príklad

Ak používate LED s Vf = 2,5V, If = 30mA a vstupným napätím Vs = 5V. Potom bude odpor

R = (5 - 2,5 V) / 30 mA

= 2,5 V / 30 mA

= 83 Ohmov

Krok 6: Astabilný a monostabilný multivibrátor pomocou IC 555

555 IC je všestranný čip, ktorý má široké spektrum aplikácií. 555 už dokáže generovať štvorcové vlny, moduláciu, časové oneskorenia, aktiváciu zariadenia a zvládne všetko. Astable a Monostable sú dva bežne používané režimy, pokiaľ ide o 555.

Astabilný multivibrátor - Vytvára impulz štvorcovej vlny ako výstup s pevnou frekvenciou. O tejto frekvencii rozhodujú odpory a kondenzátory, ktoré sú s ňou použité.

S danými hodnotami RA, RC a C. Frekvenčný a pracovný cyklus je možné vypočítať pomocou nižšie uvedeného vzorca

Frekvencia = 1,44 / ((RA +2RB) C)

Pracovný cyklus = (RA + RB) / (RA + 2RB)

Pomocou hodnôt RA, RC a F je možné kapacitu vypočítať pomocou nižšie uvedeného vzorca

Kondenzátor = 1,44 / ((RA + 2RB) F)

Príklad:

Odpor RA = 10 kohm, odpor RB = 15 kohm, kapacita C = 100 mikrofarad

Frekvencia = 1,44 / ((RA+2RB)*c)

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

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

= 0,36 Hz

Pracovný cyklus = (RA+RB)/(RA+2RB)

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

= (25k)/(40k)

=62.5 %

Monostabilný multivibrátor

V tomto režime bude IC 555 produkovať vysoký signál po určitú dobu, keď sa zníži vstup spúšte. Používa sa na generovanie časových oneskorení.

Pri daných R a C môžeme vypočítať časové oneskorenie pomocou nižšie uvedeného vzorca

T = 1,1 x R x C

Na určenie R.

R = T / (C x 1,1)

Na určenie C.

C = T / (1,1 x R)

Príklad:

R = 100 k, C = 10 uF

T = 1,1 x R x C

= 1,1 x 100 k x 10 uF

= 0,11 s

Tu je online kalkulačka pre Astable multivibrator a Monostable multivibrator

Krok 7: Odpor, napätie, prúd a výkon (RVCP)

Začneme od základov. Ak ste sa zoznámili s elektronikou, možno ste vedeli, že odpor, napätie, prúd a výkon sú navzájom prepojené. Zmenou jednej z vyššie uvedených hodnôt sa zmenia ďalšie hodnoty. Vzorec pre tento výpočet je

Na určenie napätia V = IR

Na určenie prúdu I = V / R

Na stanovenie odporu R = V / I

Na výpočet výkonu P = VI

Príklad:

Uvažujme nižšie uvedené hodnoty

R = 50 V, I = 32 mA

V = I x R.

= 50 x 32 x 10^-3

= 1,6 V.

Potom bude sila

P = V x I

= 1,6 x 32 x 10^-3

= 0,0512 wattov

Tu je online kalkulačka zákona o ohmoch na výpočet odporu, napätia, prúdu a výkonu.

Tento Instructable aktualizujem o ďalšie vzorce.

Nechajte svoje komentáre a návrhy nižšie a pomôžte mi pridať ďalšie vzorce k tomuto návodu na použitie.