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电磁是怎么被发现的?

ssdfans 2021-03-02 15:28 次阅读

麦克斯韦电磁理论支配着包括静电、稳恒磁场、电磁感应电路、电磁波等一切宏观电磁现象,而且将光学统一在这个理论框架之内,这是继牛顿力学体系建立之后,爱因斯坦与量子力学出现之前,物理学所取得的最大成就。

但是这个理论,即便是在麦克斯韦去世后相当长的一段时间内,依然得不到实验上的证明,也无法得到广泛的承认。在当时,最具影响力的是韦伯、诺伊曼的电磁学理论。因为这两个人都地处欧洲大陆,这套理论也被称为大陆派电动力学,当然他们两个的理论也没有得到实验证明。

麦克斯韦的理论以法拉第场为基础,与其他所有学派对电与磁现象的解释截然不同。麦克斯韦关于电磁场的描述过于复杂,在最初的表现形式也过于复杂。即便在英国,麦克斯韦的理论也没有受到过多的关注,绝大多数物理学家对这个理论表示困惑。

也有少部分人愿意相信麦克斯韦的一切。在其中,除了简化麦克斯韦方程组的英国人亥维赛之外,还有爱尔兰的乔治·菲兹杰拉德(George FitzGerald)和英国的奥利弗·洛奇(Oliver Lodge)。这三个人和麦克斯韦之间有一个共同特点,那就是均来自英伦三岛。

自从1873年麦克斯韦出版《电磁学通论》之后,菲兹杰拉德和洛奇便成为这一理论的忠实拥护者。1878年,两人在都柏林会面后决定合作,分别从理论与实验两个方面验证麦克斯韦的电磁学理论[40]。他们通过书信频繁交互对方的发现,并与亥维赛建立了联系。

菲兹杰拉德认为,在一个闭合的电路中对电容器进行放电,将引发快速的电流震荡,从而可以产生具有厘米级或者米级波长的电磁波。他甚至精确计算出采用这种方法所能产生的波长。菲兹杰拉德进行了多次实验,也许他所进行的实验确实产生了电磁波,却没有找到合适的电磁波检测方法。

动手能力更强的洛奇几乎成为发现电磁波的第一人。1987年,洛奇受邀进行避雷针优化的工作。在当时避雷针采用电阻极低的铜棒直接接地。但是非常多的事实发现,采用这种方法在很多情况下,并没有取得良好的避雷效果。在很多情况下,闪电没有通过铜棒这个指定路径,而是其他电阻更高的线路。

洛奇假设闪电不是由连续的直流组成,而是变换的电流组成。他使用莱顿瓶模拟闪电进行了大量的实验后,认为电阻很低的铜棒在周期变换的电流作用下具有较大的感抗,从而整体阻抗不是最低。这个发现极大优化了避雷针的设计。

在今天,避雷针大体由两部分组成,一个是外壳,另一个中心接地杆。其中外壳与中心接地杆之间具有几毫米的间距,形成一个耦合电容。当闪电击中避雷针后,直流部分通过外壳接地放电,交流部分通过耦合电容后接地放电,顷刻间将雷电流泄放入地。

1888年,洛奇进行了一系列实验,其中的一个实验几乎改写了电磁学史册。洛奇在进行避雷针优化的实验时,使用两个莱顿瓶,并在上方放置了一对火花间隙。当莱顿瓶放电时,火花间隙将出现光弧,洛奇使用这种方式模拟闪电。在一次实验中,洛奇使用两根29米长的电线与莱顿瓶相连,并在两根电线之间,放置了几个火花间隙B1、B2与B3,如图1‑20所示。

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图1‑21洛奇的电磁波实验

当莱顿瓶放电时,火花间隙A将出现光弧,随后洛奇惊奇的发现,B1、B2与B3也相应出现了光弧,而且在最末端的B3出现的光弧最长。洛奇明白这是因为在间隙A处震荡所产生的震荡,沿着导线传播在末端B3反射的结果,在此处入射波与反射波是同相的,而且是产生的电压是A点的一倍。

此外,洛奇还证明了电线沿线存在驻波。在一间昏暗的房间里,他观察到电线上有一道可见的辉光。1888年的夏季,他还进行了一系列实验,直到他认为他发射并接收到了麦克斯韦在24年之前预言的电磁波。

随后洛奇去阿尔卑斯山度假,他准备归来时报告这个惊人的结果。但他在乘坐火车时,无意中发现在1888年7月的《物理年鉴》中,有一篇名为《空气中的电动波及其反射》的文章,署名是在当时并不有名的一位德国研究员,海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)。

赫兹有一个非常出名的老师赫尔曼·范·亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)。亥姆霍兹是能量守恒定律的创立者之一,也是在当时能够看懂麦克斯韦电磁学理论的人。在当时,以韦伯和诺伊曼为代表的大陆派电动力学更为主流。

但是亥姆霍兹发现大陆派电动力学的一个核心理念“韦伯力”,并不遵守他所创建的能量守恒定律;随后出现的一些实验证明诺伊曼的势理论也存在不小的问题。此时他没有更好的选择,摆在他面前的只剩下并不被看好的麦克斯韦。

亥姆霍兹以自己的方式,重新描述并通俗化了麦克斯韦的理论,还留下了关键的一步,使用实验进行验证。1879年冬,德国柏林科学院根据亥姆霍兹的倡议,颁布了一项科学竞赛奖项,征求麦克斯韦电磁场理论的实验证明。

亥姆霍兹鼓励他的学生赫兹从事这方面的实验。在1886年至1888年间,赫兹通过一系列实验验证了麦克斯韦尔的理论。这个实验就是著名的赫兹实验。在赫兹实验中使用的电磁波发射与接收装置如图1‑22所示。

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图1‑22赫兹实验使用的电磁波发射与接收装置

在进行这个实验之前,赫兹首先从观察电磁作用在导线中的传播开始,经过大量的实验验证了位移电流的存在,并随后观测到了“导线波”以有限的速度传播。1887年11月与1888年1月,赫兹发表了《论绝缘体中电扰动产生的电磁效应》与《论电磁作用传播的有限速度》这两篇文章阐述两个发现[42]。

此时的赫兹几乎已经发现了电磁波,他准备进一步验证电磁作用在空气中的传播。这是赫兹发现电磁波最为重要的阶段,也是他在这段“发现电磁波”历程中最为艰难的时刻。

在验证位移电流与导线波的过程中,赫兹对于如何调整电容与电感,操控火花间隙S处产生光弧已经炉火纯青[42]。这套装置即为图1‑22的左半部分,相当于电磁波发生器。

在实验中,赫兹将感应线圈的两端与两个铜棒相连,当感应线圈的电流突然中断时,由感应所产生的高电压将使火花间隙S产生火花,之后电荷经由火花间隙在锌板C间振荡。由麦克斯韦理论,这种火花将产生电磁波。

在赫兹实验中,最为艰难的是如何设计接收装置即检波器,来发现在空气中传播的电磁波。检波器的英文是Detector,主要功能从无线电信号中获得有用信息的装置,是无线电接收系统中最重要的一环。

受时代制约,赫兹只能设计出一个非常简陋的检波器。他将一小段导线弯成圆形,线的两端留有小电火花隙。如果电磁波能够从空气中传播到这个小线圈时,将产生感应电压,并在火花间隙M处产生电弧。

这次实验进行得异常艰苦。赫兹的发射装置确实能够产生电磁波,但是这次实验的检波器过于简陋。赫兹花费了大量的时间,调整发送装置与检波器,具体的工作是钻孔,绕线圈,调整电容大小与火花间隙的距离,调整检波器的位置等一系列琐碎的事务型工作。直到某一天,赫兹在一间昏暗的实验室中,发现了火花间隙M中的火花。

1888年3月,赫兹与亥姆霍兹分享了这个结果,并在同月的31日,将《空气中的电动波及其反射》这篇文章抄送至《物理年鉴》。这是人类历史上,第一次观测到电磁波在空中的传递。

赫兹通过实验数据计算出电磁波在空气中的传播速度。虽然这个传播速度与光速之间有较大的误差,但至少在一个数量级中。

英国人洛奇与这个巨大的荣誉插肩而过,但他的注意力没有放在被赫兹抢了头功这件事情上,相反赫兹实验的完备使其深受鼓舞。来自英伦三岛的另外两位科学家菲兹杰拉德与亥维赛对赫兹实验也产生了浓厚的兴趣。此后的时间,四人频繁交流,增加了赫兹对电磁波的认识。

1888年12月,赫兹发表《论电磁辐射》[42],论述了电磁波的偏振、反射和折射现象的研究方法,并提供了实验结果。在这篇文章的最后,赫兹非常自信地认为,电磁波具有与光相同的属性。这些属性既能通过光学的角度推演出来,也能通过电磁学的角度进行推演。

至此麦克斯韦通过理论推导得出的光与电磁波的同一性获得了充分的实验依据。赫兹实验之后,只有时间能够阻挡无线通信的出现。在科学家、企业家、工程师与无数普通人的合力之下,这个时间被无限缩短。

不同的人怀着不同的目的,驶入了这片由法拉第、麦克斯韦与赫兹等人开辟的蓝海。这片蓝海所蕴含的巨大能量,扭曲了这段历史,使许多参与者只能拥有身后荣誉。

原文标题:半导体简史-电与磁--电磁波的发现

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责任编辑:haq

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FLC01 FLC01消防打火机电路

NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

7LP低压降(LDO)线性稳压器是流行的NCP1117系列低压差稳压器的低功耗版本,具有降低的静态电流。它主要用于0到125度温度范围内的大批量消费应用。该系列产品能够提供超过1 A的输出电流,在1 A全电流负载下具有1.3 V的压差,该系列包括1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.3 V的可调和五种固定电压版本, 5.0 V。 特性 优势 输出电流超过1.0 A 1A输出电流 应用 终端产品 电视和监视器 电视和监视器 设置顶盒和娱乐设备 电路图、引脚图和封装图...
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NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极

0负线性稳压器是一款价格低廉,易于使用的器件,适用于需要高达100 mA电流的众多应用。与功率更高的MC7900系列负调节器一样,该线性稳压器具有热关断和电流限制功能,使其非常坚固耐用。在大多数应用中,无需外部元件即可运行。 MC79L00线性稳压器适用于卡上调节或需要适度电流水平的稳压负电压的任何其他应用。与常见的电阻/齐纳二极管方法相比,该稳压器具有明显的优势。 规格: MC79L00AB MC79L00AC 容差 4% 4% 温度范围 -40°C到+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92 特性 无需外部组件 内部短路电流限制 内部热过载保护 低成本 提供的互补正稳压器(MC78L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...
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MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极

MC33761 LDO稳压器 80 mA 1 V 高PSRR 低噪声 带开/关控制

1是一款低压差(LDO)开关稳压器,具有出色的噪声性能。由于其创新设计,该电路在没有外部旁路电容的情况下达到令人印象深刻的40uVRMS噪声水平。这款LDO采用小型SOT-23 5引线封装,在空间和噪声非常高的情况下代表了理想设计师的选择。 没有外部带隙电容可加快唤醒信号的响应时间并将其保持在40us(重复模式)内,使MC33761成为便携式应用的理想选择。 MC33761低压差(LDO)线性稳压器还采用了一种新颖的架构,可防止存在过多的下冲快速瞬态突发,如在任何突发系统中。 最后,静态线路调节优于-75dB,它自然屏蔽下游电子设备免受波动线的影响。 特性 超低噪音:150 nV / sq。根Hz @ 100 Hz,40mVRMS 100 Hz - 100 kHz典型值,I out = 60 mA,Co = 1.0mF 从OFF到ON的快速响应时间:200 Hz重复频率时典型值为40ms 准备1.0 V平台:ON,900 mV高电平 额定输出电流80 mA具有100 mA峰值容量 典型压降90 mV @ 30 mA,160 mV @ 80 mA 纹波抑制:70 dB @ 1.0 kHz 1.5%输出精度@ 25°C 热关机 V out 可在2.5 V,2.8 V,2.9 V,3.0 V下使用,5.0...
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MC33761 LDO稳压器 80 mA 1 V 高PSRR 低噪声 带开/关控制

MC7900 线性稳压器 1 A 5 V 负极

固定输出负线性稳压器旨在作为流行的MC7800系列器件的补充。该负电压调节器提供与MC7800器件相同的七电压选项。此外,负系统MC7900系列还提供MECL系统中常用的一个额外电压选项。 这些线性稳压器具有-5.0 V至-24 V的固定输出电压选项,采用限流,热关断和安全区域补偿 - 使其在大多数工作条件下非常坚固。通过充分的散热,它们可以提供超过1.0 A的输出电流。 规格: MC7900AC MC7900B MC7900C 容差 2% 4% 4% 温度范围 0°C至+ 125°C -40°C至+ 125°C 0°C至+ 125° C 包装 D2PAK,TO-220 D2PAK,TO-220 D2PAK,TO -220 特性 无需外部组件 内部热过载保护 内部短路电流限制 输出晶体管安全区域补偿 2%电压T可用油酸(参见订购信息) 无铅包可能有货。 G-Suffix表示无铅铅涂层。 电路图、引脚图和封装图...
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MC7900 线性稳压器 1 A 5 V 负极

LV5686PVC 线性稳压器 3通道 带6个高侧开关

PVC是用于汽车音响系统的多电压调节器。该IC具有3个稳压器,5V输出用于微控制器,9.85V输出用于照明,9V输出用于音频控制,6个高端开关。关于保护电路,它具有过流保护,过压保护和热关断功能。该IC最适用于汽车音响系统。 特性 3系统稳压器: VDD(MCU)照明音频 6个高侧开关 过流保护 BATT。检测:欠压1(
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LV5686PVC 线性稳压器 3通道 带6个高侧开关

FDMF2011 高性能100V智能功率级模块

11 电路图、引脚图和封装图
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FDMF2011 高性能100V智能功率级模块

MC33375 LDO稳压器 300 mA 高PSRR 带开/关控制

5系列是微功率低压差(LDO)线性稳压器,提供各种输出电压以及封装,SOT-223和SOP-8表面贴装封装。这些器件具有极低的静态电流,能够提供高达300mA的输出电流。输出端存在短路,内部热关断电路提供内部电流和热限制保护。 MC33375有一个控制引脚,允许逻辑电平信号关闭或转向 - 关于稳压器输出。 由于低输入至输出电压差和偏置电流规格,这些器件非常适用于电池供电的计算机,消费类和工业设备,其中延长了有用的电池寿命理想。 特性 低静态电流(OFF模式下为0.3 mA; ON模式下为125 mA) I O = 10 mA时输入至输出电压差为25 mV,I O时为260 mV = 300 mA 极其严格的线路和负载调节 稳定,输出电容仅为0.3 2.5 m输出电压3 mF 内部电流和热限制 逻辑电平开/关控制 应用 终端产品 电池供电的消费类产品 HandHeld Instruments 可携式摄像机和相机 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
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MC33375 LDO稳压器 300 mA 高PSRR 带开/关控制

FAN48617 固定输出同步TinyBoost®稳压器

17 电路图、引脚图和封装图
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FAN48617 固定输出同步TinyBoost®稳压器

NCP1594A 同步DC-DC降压转换器 集成 2.9至5.5 V 4A 开关频率高达2 MHz

4A提供了极大的灵活性,可以进行设计优化。该部件能够优化尺寸与效率之间的权衡和可调节性,以满足各种POL应用。可调功能包括软启动时序,开关频率,输出电压和工作模式(固定CCM模式或DCM / CCM操作)。附加功能包括REFIN输入,允许使用外部参考,可用于DDR终端应用。可通过两个输入选择九个输出电压,或者可通过两个外部电阻在外部调节该部件.NCP1594A具有过流,欠压和热故障保护功能。该部件在-40C至85C之间完全指定。 特性 优势 2.9 V至5.5V的操作 允许从3.3V或5V总线轨操作 可调频率从500 kHz到2 MHz 优化总体规模与效率的权衡 9固定输出电压或外部可调低至0.6V 节省外部电阻和/或提供设计灵活性 欠压,过流和过温保护 保护IC免受故障 可调节软启动 设置受控输出斜坡上升时间 安全启动到prebias输出 防止来自输出电容器的反向电流 外部参考输入 允许更改输出并可用于DDR终止应用程序 逐周期过流 防止过流情况 可调开关频率从500kHz到2MHz 在规模和效率方面优化设计 REFIN输入 允许在...
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NCP1594A 同步DC-DC降压转换器 集成 2.9至5.5 V 4A 开关频率高达2 MHz

LV52117QA 用于LCD面板的双输出DC-DC转换器

7是一款高电流双输出DC-DC转换器,可产生正电压和负电压。 LV52117特别适用于LCD显示器等电源应用。 特性 集成1.5MHz同步升压和逆变器转换器 2.75V至4.6V输入电压范围 4.6V至5.8V可调正输出(VDCO1) -5.8V至-4.6V可调负输出(VDCO2) 输出电流高达100mA 脉冲跳跃模式低负载条件 过流/短路保护 终端产品 液晶面板 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-30 00:02 177次 阅读
LV52117QA 用于LCD面板的双输出DC-DC转换器

LP2951_XFCS LDO稳压器 100 mA 带有错误标志输出

_XFCS 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 23:02 103次 阅读
LP2951_XFCS LDO稳压器 100 mA 带有错误标志输出

KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

XC是一款适用于各种电子设备的低压差稳压器。它提供带有TO-220-4引线全模封装的恒压电源。在满额定电流(1A)下,KA78RXXC的压差低于0.5V。该稳压器具有各种功能,如峰值电流保护,热关断,过压保护和输出禁用功能。 特性 1A / 3.3V,5V,8V,9V ,12V,15V输出低压差稳压器 TO-220全模封装(4pin) 过流保护,热关机 过压保护,短路保护 带输出禁用功能 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 239次 阅读
KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

NCV8537 LDO稳压器 500 mA 低压差

7是一款高性能低压差线性稳压器。该器件基于流行的NCV8535,保留了其前代产品的所有最佳功能,包括高精度,出色的稳定性,低噪声性能和反向偏置保护,但现在包含一个电源良好输出信号,可以监控电源系统。 NCV8537完全符合AECQ100和PPAP标准。该器件的工作温度范围为-40℃至125℃,可提供固定或可调输出,采用10引脚3x3 mm DFN封装。 特性 优势 线路和负载高精度输出差异 多种应用的多功能解决方案 工作温度范围:-40C至125C 适用于汽车应用 低噪声(33 Vrms w / 10 nF Cnr和52 Vrms w / out Cnr) 非常受音频和娱乐系统欢迎 电源良好输出可用 自我监控调节器在哪里指定限制。 M最大电压输入16V,输入工作电压范围2.9 V至12 V. 性能稳定 符合AECQ100和PPAP 适用于汽车应用 应用 终端产品 网络系统,DSL /电缆调制解调器 汽车应用音频系统 导航系统 PCMCIA卡 手机 Camcoders and Cameras Cable SetTop Box MP3 / CD播放器 远程信息处理 导航系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 79次 阅读
NCV8537 LDO稳压器 500 mA 低压差

NCV8518C LDO稳压器 200 mA 看门狗唤醒 复位和使能

8C器件是一款精密微功率稳压器。它具有5.0 V的固定输出电压,可在±2%范围内调节。它适用于所有汽车环境,并包含控制微处理器所需的所有功能。该器件具有低压差和低静态电流。它包括看门狗定时器,可调复位,唤醒和使能功能。该器件还包括安全功能,如热关断和短路保护。它能够处理高达45 V的瞬变。 特性 输出电压选项:5.0 V 输出电压精度:±2% 输出电流高达250 mA 低压差 70μA的低静态电流 低睡眠模式电流小于1.0μA 微功率兼容控制功能: - ENABLE - 看门狗 - 重置 - 唤醒 保护功能: - 热关断 - 电流限制 AEC-Q100 1级合格且PPAP能力 应用 终端产品 车身和底盘 仪器和集群 发动机控制单元 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 85次 阅读
NCV8518C LDO稳压器 200 mA 看门狗唤醒 复位和使能

NCV8535 LDO稳压器 500 mA 低Iq 超高精度 带使能

5低静态电流低压降(LDO)线性稳压器是一款高性能LDO稳压器。它具有+/- 0.9%的线路和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件保证在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于任何类型的小至1.0 uF的电容器都是稳定的。 NCV8535还配备了感应和降噪引脚,以提高设备的整体实用性。 NCV8535提供反向偏压保护。 特性 线路和负载的高精度(25℃时+/- 0.9%) 满载时的超低压降(典型值260 mV) 稳定性无最小输出电流 低噪声(31 uVrms) w / 10 nF Cnr和51 uVrms w / out Cnr) 低关断电流(0.07 uA) 反向偏向保护 2.6 V至12 V电源范围 热关断保护 目前的限制 仅需1.0 uF输出电容以确保稳定性 使用任何类型的电容器(包括MLCC)均可稳定 提供1.5 V,1.8 V,1.9V,2.5 V,2.8 V,2.85 V,3.0 V,3.3 V,3.5V,5.0 V和可调输出电压 应用 终端产品 汽车音响和信息娱乐 汽车配件 汽车仪表盘 汽车相机显示器 汽车仪表板电子产品 汽车 工业 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 118次 阅读
NCV8535 LDO稳压器 500 mA 低Iq 超高精度 带使能

MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极

0 / MC78M00A正线性稳压器与流行的MC7800系列器件完全相同,只是它的输出电流仅为输出电流的一半。与MC7800器件一样,MC78M00三端稳压器用于本地卡上电压调节。 内部通道晶体管的内部限流,热关断电路和安全区域补偿相结合,使这些线性稳压器在大多数工作条件下都非常坚固。具有足够散热的最大输出电流为500 mA。 规格:
发表于 07-29 21:02 280次 阅读
MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极

LV5749NV 降压稳压器 开关 1通道

NV是单通道降压型开关稳压器。 特性 与负载无关的软启动电路 ON / OFF功能 集成脉冲脉冲过流保护 电流模式控制 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 19:02 189次 阅读
LV5749NV 降压稳压器 开关 1通道

NCP5269 具有2位VID的系统代理控制器

9 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 17:02 286次 阅读
NCP5269 具有2位VID的系统代理控制器

NCP1581 用于跟踪应用的同步降压控制器 高频PWM

1同步降压控制器IC旨在为14引脚SOIC中的板载DC-DC应用提供简单的同步降压稳压器。 NCP1581专为跟踪应用而设计,提供轨道输入。 NCP1581采用固定内部400 kHz开关频率工作,允许使用小型外部元件。该器件具有由外部电容设置的可编程软启动,欠压锁定和输出欠压检测,可在检测到输出短路时锁定器件。电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 16:02 261次 阅读
NCP1581 用于跟踪应用的同步降压控制器 高频PWM