19.9元的自拍杆大致的产品结构:有个小按键,使用蓝牙将手机与自拍杆连接后,按下按键就可以拍照(实际上就是发送一个音量键+给手机)。
电路结构相当简单,电路使用一颗CR1632的3V纽扣电池供电,拆开后就是一个简单的最小系统:单片机+晶振+按键,电阻一颗,电容一颗,为了省钱,甚至连晶振的起振电容都没有贴。确实够省成本。
PS:推荐1块钱左右的蓝牙芯片:
低功耗SOC芯片WS8000P16ES8:1.00元;CMT4502:0.85元。
电路背面没有器件。
总结:不得不说19.9元,也是蛮良心价的,这东西的结构感觉用料还蛮扎实的,电路成本不高,主要是结构成本和人工快递成本。
拆解器件测试仪(又叫晶体管测试仪),型号GM328A:
使用9V电池供电:
电路板的背面:
该元器件测试仪上用到一个“一键开关机电路(又叫单按键开关机电路)”,简单实用,可以做到关机功耗为0。原理图如下:
原理图和实物的对应关系:
注:原理图中的MCU主控芯片U1,只画出了和“一键开关机电路”相关的部分,其他不相关的部分没有画,比如U1的晶振电路就没有画。
1.元器件测试仪的功能介绍
1)测量三极管。三极管的引脚及参数非常直观:
2)测量晶闸管。这里是单向晶闸管MCR100-6:
3)测量二极管。这里的具体型号为1N4007,屏幕中非常直观地显示出正向压降Uf、结电容C、反向电流Ir:
4)测量电容。这里是在测量CBB电容:
包括且不限于以上的功能,小几十块钱就可以包邮到家,还是蛮不错的。
这个产品只用一个按键就实现了:
1)开机。在关机状态下,短按一下按键就开机:
2)切换菜单。在开机状态下,短按一下按键则切换菜单:
3)关机。在开机状态下,切换到“Switch Off”菜单后,长按按键则关机:
2.“一键开关机电路”的电路原理
1)开机过程
①在关机状态下,电路各点的电压如下(均为实测值):
此时电池电压Vbat = 9.04V,三极管Q1、Q2、Q3都是不导通的,整机功耗为0。
②在关机状态下,按下按键SW1时,产生了以下回路:
③此时三极管Q1的Vbe = 7.73V - 8.53V = -0.80V,所以三极管Q1饱和导通,稳压芯片U6将电池电压稳压到4.99V,输出给主控芯片U1:
④主控芯片U1上电后,GPIO-Out引脚马上输出高电平,打开三极管Q2:
⑤三极管Q2打开后饱和导通,此时按键SW1可以松开,完成上电开机的全过程:
2)关机过程
①在开机状态下,松开按键时,主控芯片的GPIO-In引脚为高电平4.83V:
②按下按键时:
③因为三极管Q3饱和导通,主控芯片U1的GPIO-In被拉到低电平0V:
④主控芯片U1检测到按键被按下,GPIO-Out引脚输出低电平0V:
⑤当按键SW1松开后,系统断电关机,完成关机的全过程:
可以看到在关机状态下,所有负载都断开了,电池不对外供电,所以关机功耗为0,或者说几乎为0。说是“几乎”,是因为三极管可能存在漏电流,其实可以忽略不计。
三、分析一个实际案例
客户设计的电路方案,其中有个负载模块是4V供电,这个模块的电流需求正常在0.5A左右,但有时电流峰值需求可能达到1.5A。这个方案用的单片机系统是5V供电的,这个负载模块对电源的纹波要求比较高,客户用了一个射极跟随器做稳压器,将系统的5V降低为4V给这个负载模块供电,这部分电路如下图:
乍一看以上电路没什么问题,三极管基极被稳压管ZD1钳位为4.7V,三极管发射极跟随基极电压为4.7-0.7=4V。仔细一看,又觉得哪有问题,经过计算发现,Q1的基极电流最大只有(5-4.7)/82=3.6mA。查看了三极管PXT8050的datasheet,虽然PXT8050的最大集电极电流能达到1.5A,但根据放大倍数Hfe和Ic关系的曲线图,当Ic电流为1.5A时,三极管的放大倍数约为50左右(如下图),Ic在1A以上时,放大倍数是随着温度升高而减小的。而且实际三极管工作温度肯定会超过理想的25℃。
我们来算下,当负载模块电流需要电源提供1.5A的电流时,即使不考虑三极管的实际温升,此时需要的三极管基极电流为1.5/50=30mA。计算结果已经远远大于电路实际能提供的电流,根据最开始的计算,电路实际能提供的基极电流为3.6mA,而且这还是没有考虑稳压管消耗的电流的情况下。考虑到温升,实际情况会更糟,也就是当后级模块需要1.5A电流时,电源根本提供不了这么大的电流。我将这个问题反馈给客户方的工程师,建议将R1改为10欧,同时将Q1更换为电流和放大倍数更大的三极管D882S,选用放大倍数区间为200-400倍的管子。当D882S的Ic电流为3A时,放大倍数还能达到200左右。如下图:
选GR档
3A时对应的放大倍数200
但接下来对方工程师的回答让我很诧异。对方工程师说,R1不能减小,减小电阻后基极电流就超过1mA了,基极电流不能超过1mA。我懵圈了,我回答说为什么不能超过1mA?对方回答,他们一直是这么规定的?而且目前的电路经过样机测试没有问题,不需要更改。我没有继续跟他争辩了,只是说你们内部需不需要再评估下?几台样机测试正常并不能代表真实的客户使用环境下机器不会出问题。和客户反馈这个问题后,特意查了下三极管的手册,发现一般的小电流三极管确实没有标明最大基极电流这个参数,而只有一些大功率的三极管才会标明最大基极电流,如下图:
那电路设计中我们怎么来设定最大基极电流这个参数呢?一般来说是将三极管最大集电极电流除以最小放大倍数得到最大的基极电流,或者一般工程应用上最大基极电流通常取最大集电极电流的十分之一,不超过这个值,也是比较安全且留有余量的。这事就此作罢。年中这个产品上市后,几个月后就陆续有市场退货,市场反馈机器有重启复位掉线等现象,我司配合客户处理问题,经检测故障机器,分析故障是由上述负载模块供电不足导致。最终这个客户的这批产品全部召回返工,因后续返工的电路板,客户没有再找我司代工,从侧面打听,整改方案是减小R1阻值,三极管换成电流和放大倍数更大的管子,具体型号未知。
再回头谈谈这个方案,这个电路方案适用于后级负载对电压精度要求不高的场合,或者后级负载是小电流的场合,因为三极管的Vbe会随着集电极电流变换而变化的,也就是三极管的Vbe并不是稳定的0.7V(如下图).好在这里的负载模块供电电压需求为3.8-4.2V之间,所以问题不大。
随着Ic增大,Vbe也在增大