一个默默耕耘的工程师…
1.说明
在前面的基础上,新增以下功能:
- 空气进化器的工作模式分为手动模式和自动模式。
- 在自动模式下,根据污染指数对马达进行速度调整。
- 增加三个LED灯作为指示空气质量好,中,差三个状态:一个灯亮时表示好;两个灯亮时表示中;三个灯亮时表示差。
- 在三个灯的亮灭发生改变时,需要声音提醒。
2.项目资源评估
(1)需要比较器区分三个状态。
(2)需要三个LED和一个蜂鸣器。
(3)需要产生一个PWM波进行速度调整。
3.蜂鸣器的分类
分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。
注:
从外形上看,引脚长的是正,短的是负。
4.有源蜂鸣器控制方式
一般用一个三极管来控制,当三极管导通时,就会有Ice电流,则该有源蜂鸣器就会响,并且Ice电流越大,声音就越响。
5.无源蜂鸣器的控制方式
在三极管B极输入一个一定频率的波,可以让无源蜂鸣器响。
6.LM358数据手册详解
6.1.供电方式
- 单电源供电
负端接地,正端接VCC;并且3V<VCC<32V;即VCC最大不能超过32V,最小不能低于3V。 - 双电源供电
负端接负电压VEE(-16V以上),正端接正电压VCC(+16V以下)。
6.2.输入端电压范围
不管是单电源供电还是双电源供电,LM358的正负输入端都可以同时输入-32V~+32V以内的信号。
6.3.一些重要的参数
(1)将输出端直接接地,测得输出端电流大小,该值用来衡量运放的输出能力。
(2)参数表
表示运放能抑制的共模电压的范围。
6.4.运放放大差分信号
(1)运放的输出端电压是对输入端电压差的放大。
即c点电压是a和b之间的电压差的放大;放大的是差分信号。
注意:
如果后面的负载比较轻,则负载可以接运放的输出端;即让运放输出端直接驱动负载。如果后面的负载比较重,则需要将运放的输出端电流进行放大(可以使用推挽电路来放大电流),然后再来驱动负载。
6.5.差模电压和共模电压
运放两端接的是差分信号/差模信号/差模电压(信号是通过输入端的电压差的大小来决定的,这种方式的输入信号就是差模信号),但这两根输入端对地也有一个电压,该电压称为共模电压(因为所有的这类信号都是直接对地的,有共同的地,所以被称为共模电压)。
共模干扰是共模电压对差分信号/差分电压的干扰,运放能抑制共模干扰体现在:对于输入端的差分信号,运放可以无限制的放大(理想状态下),对于共模电压,运放不会放大(因为差分信号本质是一样的,只不过极性相反,差分信号的一端增大了,另一个也会增大同样的幅度,故两端的电压差还是不变的)。
6.6.运放的offset电压
理想状态下,运放的输入端电压差为0V时,则运放的输出端的电压也为0V;但实际测试发现,当输入端电压差为0V时,输出端电压不为0V;为了让运放输出端为0V,则输入端电压差就不是0V,譬如为V=0.2mV;即当输入端电压差为0.2mV时,运放的输出端才为0V,称V电压就是该运放的offset电压;Offset电流也是同理。
注:
offset电压或offset越小越好,offset越小表示输入和输出漂移越小。
6.7.运放输出电压的峰值
运放放大之后的电压的峰值不能超过给运放供电的电源电压(如果反馈电阻过大,就有可能会出现这种情况,反馈电阻越大,则放大倍数会越大,放大倍数越大,输出越大),如果峰值超过供电电压,则超过部分直接被截断为供电电压,即是一段平的波形(譬如供电电压为15V,但峰值已经达到了20V,那么这多出来的5V是哪里来的呢?这是不符合逻辑的),这就造成了波形失真;即运放能输出的最大电压为供电电压。
注:
- 运放放大之后的波形:最好能做到:只是放大输入信号的幅值,而不改变输入信号的相位。
- 一个运放电路设计得合不合理,首先看输出端电压是否会超过供电电压。
6.8.对输入信号进行不失真放大的条件
(1)输出电压不能超过电源电压。
(2)输入信号是中频信号。
6.9.运放的输入信号频率/带宽
(1)运放是三极管集成的,信号经过三极管,达到阈值电压是需要时间的,要被放大的输入信号是模拟信号,即从0V到5V不是瞬间的,而是需要一段时间。
(2)输入信号是一个方波,频率为1K,1V和0V。运放的放大倍数是5倍。
运放输出可能为下图,频率为1K,高点为5V,低点为0V;从0V上升到5V需要的时间为t2-t1(运放一样,那么t2-t1的时间就一样,该时间是由运放内部决定的)。
(3)输入信号是一个方波,频率为2K,1V和0V,运放的放大倍数是5倍。
运放输出可能为下图,频率还是2K,高点为5V,低点为0V;从0V上升到5V需要的时间为t2-t1(和第一种情况的时长一样)。
(3)如果频率再加大,输出波形可能直接为三角波,因为上升的时间和下降的时间刚好为一个输入方波的一个波齿的时间。
(4)如果频率再加大,则输出可能还没有上升到5V时,输入波立马就变为下降波形了,则输出的幅值会发生改变。
总结:
因为输入波的频率越大,运放可能处理不过来,因为输出端电压的变化是一个模拟量,不能瞬变,需要一定的时间;有可能在输出端电压的上升时间和下降时间内,因为输入波频率太高,都已经过去了好几个周期了,所以运放的工作有一个频率上限值,即有一个带宽。运放的带宽一般是在中频段。
注:
速度越高的运放,说明它电压从0V上升到放大电压的时间越短。运放的速度越高,则能处理的信号频率也可以越大;但价格更贵。
6.10.轨至轨(rail to rail)运放
运放的内部是有三极管集成的,三极管都有管压降,这使得运放的输出端电压的最大值不能达到供电电压,因为三极管上有压降,譬如供电电压为15V,输出端可能为14V,甚至13V。
有一种运放,制作工艺比较复杂,即可以做到最大输出电压为供电电压;这种输出端电压能达到供电电压的运放,称为轨至轨运放。如果项目中需要达到供电电压,则可以使用轨至轨(rail to rail)运放,但价格比较贵。