STM32自己从零开始实操03:输出部分原理图

一、继电器电路

1.1指路

延续使用 JZC-33F-012-ZS3 继电器，设计出以小电流撬动大电流的继电器电路。

（提示）电路需要包含：三极管开关电路、续流二极管、滤波电容、指示灯、输出部分。

1.2数据手册重要信息提炼

联系排列：1A、1C。
有一个常开触点，有一个常闭触点。
初始接触电阻最大值：100mΩ（在1A 24VDC 时）。
指在给定的电流和电压条件下，触点初始接触时的最大电阻。
标准情况：
额定电压VDC：3V；吸合电压VDC：2.25V；释放电压VDC：0.15V；
最大允许电压VDC（20℃）：3.9V；线圈电阻： 20±10% Ω
后续更正用 5V 供电
最大开关电流：10A
指继电器能够承受的最大开关电流，超过此电流可能导致继电器损坏或不稳定。

1.3自己画图

1.3.1自己的理解：

~~滤波电容：本项目常规滤波电容值 0.1uF ，这样电源在给继电器供电时稳定一点。~~
~~继电器开启时的指示灯，10K 限流电阻是本项目与 LED 灯常规搭配使用的电阻。~~
~~限流电阻，限制一下流经继电器的电流。阻值较小，意思一下。~~
~~续流二极管，选择是开关速度比较快的肖特基二极管。~~
三极管开关电路，功能：使单片机 IO 口 → 控制三极管通断 → 控制继电器电路的运行与否。
输出部分
将三个输出全部引出来了，其中 2 端可以作为公共端接 220V，其他两端可以接灯等负载

1.3.2计算

关于三极管开关电路详情见基于三极管的开关电路_三极管开关电路-CSDN博客，在3、5中的电阻值计算也是参照该博客，计算详情如下（不知道对不对）。

然而在复盘计算的过程，我发现：继电器的等效电阻只有 20Ω ，我用 220Ω 的电阻来限流， 220Ω 的电阻分压之后，继电器上就没有电压，没有足够的电流了，故去掉 3 中的“限流电阻”，具体计算过程如下（绿色框中）。

1.4改进

我设计的电路中的一些值和老师设计的电路中一些值，有微小出入，我个人觉得电路都是可以运行的同的。需要改进的地方如下：

（1）为了和电源指示灯区分开，这里用蓝色 LED 灯，请注意由于不同颜色的 LED 灯光的波长不同，驱动的电流等不一样，蓝色 LED 灯一般搭配的限流电阻为 470Ω。

（2）当三极管导通的瞬间会有一个 100mA 比较大的电流流过继电器的控制部分到三极管到地，滤波电容选择为 10uF。原因：

线圈电感效应：继电器的线圈本质上是一个电感元件。当电压突然加到电感上时，电感会抵抗电流的突然变化，根据法拉第电磁感应定律，线圈内会产生反向电动势，这会导致在导通瞬间线圈的电流迅速增加。
初始充电电流：在三极管刚导通的瞬间，继电器线圈两端的电压突然上升，产生了较大的初始电流。这是因为线圈在开始充电时，相当于一个短路，电流会迅速上升到线圈的电感能够维持的最大值。
电路瞬态响应：当三极管导通，电源电压通过线圈加到三极管上，由于线圈的电感特性，瞬间会产生一个大的冲击电流。这是电路的瞬态响应过程，电流会逐渐减少到线圈的稳态工作电流。

所以当：三极管 + 电感元件时，滤波电容需要大一点。

（3）原本电路设计犯低级问题，多了一根导线。二极管就应该放在电路里，并且就是不需要其他支路，3.3V 导通时电流从继电器，不能多一根线，从该线上流，继电器上还流个屁。

1.4第二次改进

在上面改进后的电路中，个人是按照 3.3V 计算得到相关的值。

虽然电路应该也是可以运行的通，但是由于硬件工程师的经验：一般像继电器这种需要靠电流电磁感应效应吸合开关、蜂鸣器尽量发出较大的蜂鸣声（下面）这样的电路会选择驱动力再大一点的电源，所以这里选择 5V 供电。

（之前的输入部分是由各个芯片驱动，芯片要求的电源电压为 3.3V 就使用 3.3V 的电源。）

$I_{c}=\frac{3.75V}{55\Omega }=68mA$

$I_{b}=\frac{1}{10}I_{c}\approx 7mA$

$R_{b}=\frac{3.3V}{7mA}\approx 470\Omega$

二、无源蜂鸣器驱动电路

蜂鸣器电路基本和上面继电器电路一样。

使用 SEA-1285F-0520-42Ω-40P6.5 蜂鸣器，部分参数如下：

额定电压：5V；工作电压：4~7V；消耗电流：≤50mA；线圈电阻：42±5Ω。

$R_{b}$ 电阻计算：

$I_{b}=\frac{1}{10}I_{c}=\frac{1}{10}\cdot 50mA=5mA$ ；

$R_{b}=\frac{3.3V}{5mA}=660\Omega$ →1KΩ（老师取值，不能让他刚好 50mA ；因为这里用了 1K 的电阻，可以考虑到减少不同阻值的电阻种类，上面也使用 1K 的电阻）

三、NPN和PNP 输出电路

看“听课时的笔记（尽量不去看图）”＋“三极管开关电路笔记”设计如下：

在上图中，1红框中 PNP 集电极的电阻接地作用：

泄放漏电流：PNP三极管在关断状态时，可能会有微小的漏电流流过集电极。如果没有并联电阻，这些漏电流可能会积累在LED上，导致LED微亮或误亮。并联电阻可以将这些漏电流泄放掉，确保LED完全熄灭。
提高电路稳定性：并联电阻可以提供一个稳定的电流路径，即使在开关状态转换过程中，也能保持电路的稳定性，避免在开关瞬间产生的不必要的干扰。
加速关断过程：在PNP三极管由导通转为关断时，基极电荷需要快速撤除，并联电阻可以帮助迅速降低基极电压，从而加速三极管的关断过程，提高开关速度。
防止浮空状态：如果没有并联电阻，集电极在某些情况下可能会处于浮空状态，尤其是在三极管没有完全导通或关断不完全时。并联电阻提供了一个固定的电位，避免了浮空状态带来的不确定性。