请教杭州公办初中排名SBL/XC之类如何算录取了

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短基线水声定位系统(SBL)
50 24)(44)( 222 dAVd c T RcTHHRcT ????24)(4)(222 dAVd c T RcTHHRcT ????利用第一个条件得到不等式 利用第二个条件得到不等式 3)解决的方法: 找出会发生反射声先于直达声到达的情况 。利用不等式作为判别条件设置基阵深度 ,避免水面反射的影响。 dd cTR ?cTR r 2? 49 ? 5、 距离模糊问题和数据预处理 ? 数据预处理 ? 水面反射的处理 1)问题的提出: 2)产生镜反射的条件: 3)产生镜反射的条件公式推导: 思路:几何关系+两个条件 第一条件: 第二条件: drd RcTRcTR ???? cT ,cTR r 2?cTRcT d 2??? ?222224 )()(dAVAVdAVrRHHHHRHHR???????24)(44)( 222 dAVd c T RcTHHRcT ????24)(4)(222 dAVd c T RcTHHRcT ???? 48 ? 5、 距离模糊问题和数据预处理 ? 数据预处理 ? 水面反射的处理 1)问题的提出: 2)产生镜反射的条件: 第一条件: 第二条件: drd RcTRcTR ???? cT ,cTR r 2?cTRcT d 2??反射声
47 ? 5、 距离模糊问题和数据预处理 ? 数据预处理 ? 预处理的目的:是为了避免不必要的干扰,保证进入解算的是有效直达声脉冲。 ? 方法:滤波、加距离门、
46 ? 5、 距离模糊问题和数据预处理 ? 距离模糊问题 ? 解决的方法 ? 增大信标发射信号的周期 ? 利用轨迹的连续性进行事后处理 ? 在不同信号发射周期的发射信号上设置发射标记。例如采用两个频率的信号交递发射,或在奇数周期发射两个脉冲。 ? 利用目标上另一周期较大的信号进行测距、判别。此时需在定位系统中增加一个接收通道,接收这个信号。
45 ? 5、 距离模糊问题和数据预处理 ? 距离模糊问题 ? 产生的原因 ? 当回波时间大于发射周期时 , 或作用距离大于 cT时 , 便会出现距离模糊 。 T
44 ? 4、 基阵校准与水下姿态修正 ? 基阵位置校准 ? 基阵水下姿态的修正 ? 水下基阵用可承重电缆悬挂到一定深度 。 受海洋环境和母船摇摆的影响 , 水下姿态并不固定 。 必须对姿态进行修正 , 将测得的相对于基阵坐标系的目标轨迹转换到大地坐标上 。 实际上也是坐标变换的问题 。 ? 基阵坐标系与北向坐标系的转换 ? 设目标在大地坐标系和基阵坐标系中的位置为 ? x=(x y z)T 和 xa=(xa ya za)T ? 进行坐标变换 axx M N Q??????????? ??1000c o ss in0s inc o s????M????????????????c o ss in0s inc o s0001N????????????????c o s0s in010s in0c o sQ绕 Y轴转角 β 绕 X轴转角 α 绕 Z轴转角 Φ
43 ? 4、 基阵校准与水下姿态修正 ? 基阵位置校准 ? 减少未知数的办法 ? 基阵的特殊结构 , Zi是已知的 , 因而 N个阵元减少了 N个未知数 。 ? 再选 y轴 , 使其通过对角两基元在 xoy平面投影点的连线 。此时 , 该两基元的 x坐标为 0, 又减少 2个未知数 。 ? 结果:总未知数个数减为 2N-2
42 ? 4、 基阵校准与水下姿态修正 ? 基阵位置校准 ? 方法:多次测量 ( 可直接测量 ) 基阵两两之间的距离 , 列写方程组 , 方程组数目应为未知数个数 ( 阵元位置坐标 ) ,可依据实际情况减少未知数的个数保证方程个数大于未知数个数 。 ? 设各基元在基线坐标系中的位置为 , 它们之间的距离为 rij , 有 ? 其中 N为阵元数 。 共有 个距离 , 可列出 M个方程 。 每一基元有 3个未知数 , 总未知数个数为 3N。 方程数大于未知数个数时 , 方程可解 , 即 ? 解得 N≥ 7 ? 有时可测距离往往小于 M , 为使方程可解 , 必须减少未知数 。 ? ?iii zyx ,,jiNjizzyyxxr jijijiji????????,, . . . ,1, )()()( 22222/)1( ?? NNMNNN 32/)1( ?? 41 ? 定位误差小结: ? 引入定位误差的因素 ? 测距误差(由测时误差引起) ? 基阵姿态测量误差 ? 基阵尺寸误差 ? 声速误差 ? 交会误差 ? 结论: ? 在远距离将引起交会误差 ? 测时误差引起的交会误差最大 ? 加大基阵尺寸有助于减小交会误差 ccr ?? 2Xc ?tLrctX ??2? 40 ? 例:设距离为 r=200m, c=1500m/s, δ c=0.5%× c=7.5m/s,因此,由声速误差引起的交会误差为 在阵元间距 L= 1.5m时,由测时误差引起的交会误差为 在使用 CW脉冲时,若测时误差约为= 0.1ms,因此可算得 =28.3m。 ? 减小由测时误差造成的定位交会误差的方法:加大基阵长度,并尽可能减小测时误差(信号形式、算法)。 m25.715
?????ccX cr ??tLrctX ?? ?????? ?
021 5 0 /7 39 ? 声速误差引起的定位交会误差 ? 测时误差引起的定位误差 设测时误差相等记为 ,且在远距离上有 ccBA crrrLc??? 2)(2rXc ????? ? tLrcrrtLctrtrLcBABBAAtX ?????2)()( 222/12222 ?????t?rrr BA ??)( BBAA dtrdtrLcdX ?? 38 rA rB ? 声速误差引起的定位交会误差 crrrrLccrrLc BABABAcX??? ?????? ))((1)(1 22ccBA crrrLc??? 2)(2rXc ????Lrr BA ?? 2/)(BA rrr ???考虑 并且记 则有 dcctrctrLcdctrtrLdX BBAABBAAXc )(1)(1 ????? ? 37 ? 目标 T的位置坐标 ? 可解出信标的位置分量(如 X分量) ? 基元位置无误差时,目标位置误差分量为 3部分的总误差应为均方根误差=各误差的平方和开根 ?????????????????????????????00/LrrLrrLrrLLLDAcABA?????????????????LrrLrrLrrLDAcABA? ?222222 )()(2 1)(2 1 LctctLLrrLX BABA ??????? ?)()(1)(2)(221BBAABBAABBBAAAdtrdtrLcdctrtrLdtcdctctdtcdctctLdX??????????cA1?????????????ZYXxδXc δXt
36 ? 交会误差的分析 ? 求定位方程的解 ? 线性方程组中的向量和矩阵分别简化为 2/) ( 22 32 2 12 12T iiiiiiiiiiii rrddrrddrrdd ?????????? ??????c2/) (
LrrLrrLrr DACABA ????????????????????????????????????iiiiiiiiiiiiiiiiiizzyyxxzzyyxxzzyyxxA???????????LLL000000cA 1??x?????????????LLLAA/*1A2222 iiii zyxr ???rD rB rC
35 ? 交会误差的分析 ? 分析思路: ? 以一个特定的阵形为例进行误差分析 ? 设阵元位置坐标为 A(0,0,0), B(L,0,0), C(0,L,0),D(0,0,L) ? 解算位置坐标( 求定位方程的解) ? 求全微分进行误差分析
34 ? 误差方程为 ? 其中, dc为声速误差, dti为测时误差,它由时钟误差、脉冲前沿测量误差(与信号 /噪声比有关)造成, dxi、 dyi、 dzi为基元位置误差,可通过预先校准减小基元位置误差。 )(2))((2))((2))((2dctdtcctdzdZzZdydYyYdxdXxXiiiiiiiii???????????? ? ? ? ? ? ? ? 6, . . . ,2,1 ,2222 ??????? ictzZyYxX iiii 33 ? 3、 误差源分析 ( 定位误差 ) ? 引入定位误差的因素: ? 测距误差(由测时误差引起) ? 基阵姿态测量误差 ? 基阵尺寸误差(基阵阵元位置测量误差) ? 声速误差 ? 交会误差 ? 由于基阵尺度较小,在远距离定位时,将引入交会误差 ? 误差分析的方法: ? 对定位解算的球面方程求全微分 。 ? ? ? ? ? ? ? ? 22222 iiiii ctdzZyYxX ??????? 32 ? 应当注意: ? 当所选基元在同一平面上时, A-1不存在,因而无解。为了保证任意 4个阵元都不在同一平面内,各阵元的 “ 杆长 ” 不同。(即保证构成的方程组所代表的平面两两不在一个平面) ? 若所选基元在某一平面附近,定位误差较大。 ? 若 4个基元处于立方体构成的直角坐标系的原点和 3轴上时,平面交会的效果最好,原因是 3个平面互相正交。 cA 1??x 31 ? 将定位方程组写成 矩阵形式 ? 令 ? 记 ? 则写为矩阵形式 Ax=c ? 当 A非奇异时可得到解 ?????????????????????????????iiiiiiiiiiiiiiiiiizzyyxxzzyyxxzzyyxxA) (T ZYXx ?2/) ( 22 12 2 12 12T iiiiiiiiiiii rrddrrddrrdd ?????????? ??????ccA 1??x 30 ? 定位方程的线性化 ? 将定位方程组写成 矩阵形式 ? 令 222 22 22222/)rrdd(Z)zz(Y)yy(X)xx(iiiiiiiiii??????????????2/)()()()(iiiiiiiiiirrddZzzYyyXxx??????????????222 32 32333/)rrdd(Z)zz(Y)yy(X)xx(iiiiiiiiii???????????????????????????????????????????iiiiiiiiiiiiiiiiiizzyyxxzzyyxxzzyyxx17/5/7 29 ? 定位方程的线性化 ? 方程中取 4个进行线性化, ? 两个式子相减,并设 可得 ? 取 3个方程构成平面交汇方程组,解方程即可确定目标的相对坐标 。 2/)()()()(iiiiiiiiiirrddZzzYyyXxx??????????????2222iiii zyxr ???? ? ? ? ? ? 2222 idzZyYxX iii ??????? ? ? ? ? ? 2 1212121 ???? ?????? iiii dzZyYxX 28 目标的位置 ? 三个独立的定位方程的解 ? 或者说三个球面的交汇点
27 ? 2、 定位方程 ? 定位方程 ? 基阵坐标系 ? 设参考点:基阵中心 ? 共有 6个接收基元 ? 其相对位置坐标为 ( xi, yi, zi) ,i=1,2… ,6。 ? 目标的相对位置坐标为 ( X,Y,Z) ? 则定位方程为 ? ? ? ? ? ? ? ? 621 ,22222 , . . . ,,ictdzZyYxX iiiii ???????? 26 2.5 短基线系统的应用实例 —— 船舷悬挂式轨迹短基线测量系统 ? 1、 引言 ? 背景 ? 海上试验 ? 目标的航速 、 姿态 、 控制特性 、 航行深度等 ? 高速运动目标自带内记设备 ? 短基线系统的使用目的 ? 客观评价运动目标航行情况 ? 运动目标自身的控制等性能 ? 运动目标的回收 水下高速运动体三维轨迹 短基线测量系统 同步信标 可承重多芯电缆 水下部分有换能器阵和水下电子舱,舱内含有前置放大器、姿态测量装置。
25 2.5 短基线系统的应用实例 —— 船舷悬挂式轨迹短基线测量系统 ? 关心的问题 ? 应用背景 ? 基线的阵形?需要几个水听器(基元)? ? 定位解算方程 ? 定位精度 ? 实际使用中还有哪些问题?如何解决? ? 基阵的安装,安装误差如何修正? ? 基线发生摇摆如何修正? ? 是否会发生距离模糊问题,如何避免? ? 多途效应(如水面的镜面反射)会否影响定位解算?如何避免?
24 2.5 短基线系统的应用实例 —— 船舷悬挂式轨迹短基线测量系统 ? 关心的问题 ? 应用背景 ? 要测量、定位的目标是什么? ? 系统的作用距离、定位精度要求是什么? ? 确定采用 SBL、 SSBL、 LBL那种定位系统。 ? 基线的阵形?需要几个水听器(基元)? ? 定位解算方程 ? 定位精度 ? 误差有多大?与什么参数有关? ? 目的:寻求提高定位精度的方法。
23 写成矩阵形式有 ? 5)把 y轴的横滚角加上,就可得到 矩阵表示先平移到船坐标系,然后以 X轴为轴旋转,得到的结果再以 Y轴为轴旋转,便可得到对纵横摇的修正结果 。 PaPav ZZXXPMTPX ?? s i n)(c o s)( 00 ??????PaPav c o nZZXXMNONZ ?? )(s i n)( 00 ???????????????????????????????????00c o ss i ns i nc o sZZXXZXaappppvv??????????????????????????????????????????????????000c o ss i n0s i nc o s0001c o s0s i n010s i n0c o sZZYYXXZYXaaarrrrppppvvv???????? 22 应答器 T 应答器 N Q M P Z’a 基阵坐标系下测得应答器的位置为 aa ZX ,船坐标系,应答器的位置为 aa ZX ??,两个坐标系的偏移量为 旋转到 XVOZV坐标系 00ZZZXXXaaaa??????PaPavZZXXPMTPX??s in)(c o s)(00??????PaPav XXc o nZZMNONZ ?? s i n)()( 00 ??????X’a 基阵坐标系 船坐标系 XV YV
21 2.4 位置修正 ? 修正算法的推导 ? 方法一: ? 1) 假定基阵坐标系与船坐标系的坐标轴是平行的,只是两个坐标系的中心点不同。 ? 2) 先考虑二维的情况。 ? 3)第一步进行坐标平移。 ? 4)第二步进行坐标旋转。 )( )(00ZZZXXXaaaa????????PaPav ZZXXPMTPX ?? s i n)(c o s)( 00 ??????PaPav c o nZZXXMNONZ ?? )(s i n)( 00 ???????设基阵一个平面的坐标系为 ,测得的海底应答器在此坐标系的视在坐标为 。船的坐标系为 (已转动过的),应答器在此坐标系中的坐标为 。两个坐标系的偏移量为 。 AAA ZOXaa ZX ,AAA ZOX ???aa ZX ??,00,ZX 20 短基线系统有横摇和纵摇的情况 基阵坐标系的测量结果 → 船坐标系下坐标,并进行摇摆修正(补偿)。
19 2.4 位置修正(姿态修正) ? 为何要进行位置修正? ? 船有纵摇( pitch在船的 XZ平面内)、横摇 ( roll在 YZ平面内) ? 测量是以基阵坐标系进行的 ? 修正的方法 ? 水听器、基阵坐标系与船坐标系是一致运动的 ? 阵坐标系与船坐标系原点重合 ? 只要作坐标旋转变换 ? 水听器、基阵的坐标轴是平行的 ? 阵坐标系与船坐标系 XY平面平行 ? 只要作坐标平移变换 ? 水听器、基阵坐标系与船坐标系是任意情况 ? 先坐标平移,再旋转,或先旋转再平移 X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z
18 2.4 位置修正(姿态修正) ? 为何要进行位置修正? ? 船有纵摇( pitch在船的 XZ平面内)、横摇 ( roll在 YZ平面内) ? 测量是以基阵坐标系进行的 ? 修正的方法 ? 进行坐标变换 ? 什么是坐标变换 ? 将测量坐标系(如基阵坐标系)下 测量的目标位置或者说目标的坐标(视 在坐标)转换到另一个坐标系(如船坐标系、大地坐标系),即求出目标在新的坐标系下的坐标。 ? 将基阵坐标系下的目标位置转换为大地坐标系下的坐标需要:基阵坐标系 → 船坐标系(经摇摆修正后) → 大地坐标系。 X Y Z X Y Z
17 x y ( x, y, z) 应答器 P R1 R2 H1 H2 H3 H4 R3 R4 T 各个 R值如何确定? ? 设 H4为问答器,则 H4发射并接收,回波时间为 T0,因此, ? 而 H1收到回波的时间为 t1,行程为, ? 所以 ? 任意一个 2/04 cTR ?141 ctRR ??)2(2 0101411 TtccTctRctR ??????)2(200 TtccTctRiii ????1 4
16 ? 若只收到 3个信号,例如 1, 2, 3号收到信号 aRRx4)( 2123 ??bRRy4)( 2221 ??? 深度的均值 3321 zzzz ???? 问题:各个 R值如何确定? ? 在船中心只有一个发射器(不是问答器)时,应答器到各水听器的距离可用各信号的往返距离的1/2代替。 ? 若采用 问答机 ,则容易通过它得到船中心(发射器位置)与应答器的距离,从而得到应答器到各水听器的距离。
15 ? 因此有 axRR 42123 ??axRR 42224 ??byRR 42221 ??byRR 42423 ??? 消去 z,得到 aRRRRx8)()(
????bRRRRy8)()(
????? ? 2/122211 )()( byaxRz ?????? 代回原方程有 ? ? 2/122222 )()( byaxRz ?????? ? 2/122233 )()( byaxRz ?????? ? 2/122244 )()( byaxRz ?????? 深度的均值 -- 4个值的平均 44321 zzzzz ???? 14 x y ( x, y, z) 应答器 P R1 R2 H1 H2 H3 H4 R3 R4 T 定位解算方程 ? 设 应答器的坐标为 T( x, y, z) ? 不考虑声线弯曲时,由几何关系可以得到定位方程 22221 )()( zbyaxR ?????22222 )()( zbyaxR ?????22223 )()( zbyaxR ?????22224 )()( zbyaxR ?????(a,-b) (-a,-b) (a,b) (-a,b)
13 定位解算方法 ? 设应答器的坐标为, ? 有 4个水听器位于边长为 2a, 2b的矩形顶点 ? 有 X、 y、 z三个未知数, 3个水听器可有 3个斜距,列 3个方程 ? 有一个冗余的水听器,有何意义? ),,( zyxT),,( zyxT 12 2.3 使用应答器的短基线水声定位系统 ? 使用应答器的短基线水声定位系统(船上除有水听器阵外,还有问答机)
11 2.3 使用应答器的短基线水声定位系统 ? 使用应答器的优点 ? 只有问答机发出询问信号时,应答器才回答。无询问信号时,它保持安静,使电池寿命得以延长; ? 可利用绝对往返时间求解,不需要简化假设。使用非同步信标方式,只能利用时差,不得不作假设; ? 可以编程询问,按需要调整数据速率。在多个应答器的情况下,可在时间上调整询问,避免回答重叠; ? 因询问时刻已知,可用时间窗接收,从而降低虚警并减小多途回波的干扰; ? 在两个问答机和两个应答器的情况,有可能根据几何关系确定最佳可视范围。
10 记 , 因此有 而 当船在信标上方附近时, θ X很小,有 。因此有 类似地,计算出信标在 y轴的位移,得到 131)( ttdt ?? 122)( ttdt ??111 /)(/s i n DdtcDdRx ????xzx ?t a n??11 /)( Ddtczx ???22 /)( Ddtczy ???xx ?? s inta n ?问题:信标深度如何知道? 应答器的位置事先是如何确定的?
9 H3H1H2D1D2y x H3H1R3R1x z x?x?x xzx ?t a n??R1 dR 1313 ctctRRdR ????xD ?s in1?θX 简化假设: 考虑船与信标的距离较远,船在信标的上方。因此, 3个入射角 θ 较小,且近似相等,用 θx代替。 θ x为沿 x轴的两个水听器的信号入射角 A E D B C 定位解算方法
8 2.2 使用非同步信标的短基线系统 ? 定位解算的思路: ? 通过测量两两水听器接收信号的时间差,确定信标相对水面船的距离。 ? 由于使用的是非同步信标,只能利用 时间差 进行测向,在进行定位。 ? 利用几何关系建立 定位方程 。 ? 解方程,确定水面船的相对信标的位置。 ? 根据信标的绝对位置,确定水面船的位置坐标。
7 2.2 使用非同步信标的短基线系统 ? 分析: ? 用信标定位的目的:要知道船或目标(应答器)的大地位置,首先需要知道船与信标的相对位置。 ? 定位条件:船上只需 3只接收器 ? 设要求解的船的坐标是: x、 y、 z, 信号的为θx,已知 信标深度为 Z、两换能器的间距分别为 D1 、 D2 ,测得两两水听器接收信号的时延差。 ? 可用通过几何关系可列出它们之间的关系方程。
6 ? 问题: ? 有无其它的信号形式? ? 有无其它的测时方法?效果如何? ? 测时方法: ? 采用常规脉冲包络检波和相对到达时间测量方法。 ? 定位精度: ? 一般在长基线和超短基线系统之间。 ? 特点及存在的问题: ? 水听器需要安装在载体的不同位置,有些水听器有时不可避免地会处于噪声较大的位置,从而影响定位效果。
5 典型的 SBL系统的工作原理 使用非同步信标的短基线系统 使用应答器的短基线水声定位系统
4 短基线系统( SBL ) ? 系统组成 ? 被定位的船或潜器上至少有 3个水听器。 ? 间距在 5~ 20米的量级。 ? 水面船上面装有问答机 ? 一个同步信标(或应答器)置于海底 ? 工作原理 ? 问答机接收来自信标(或应答器)发出的信号,根据信号到达各基元的时间,求得斜距,据此可计算水面船相对于信标(或应答器)的位置。
3 2.1 引言 是安装在船上的发射器和接收器。它以一个频率发出询问信号,并以另一频率接收回答信号。接收频率可以多个,对应于多个应答器,常常只相隔 0.5kHz。发射和接收换能器是无指向性的。 是置于海底或装在载体上的发射 /接收器。它接收问答机的询问信号(或指令),发回另一与接收频率不同的回答信号。收发换能器无指向性的。 问答器:先发后收,发射器和接收器可在一起也可分开。 应答器:先收后发,发射和接收共用一个换能器。 注意:问答器和应答器的区别。 置于海底或装在水下载体(潜器)上的发射器,它以特定频率不停的发出声脉冲。它是自主工作的。声信标分同步式和非同步式两种。 置于海底或装在水下载体(潜器)上的发射器,它由外部硬件(如控制线)的控制信号触发,发出询问信号。问答机或其它水听器接收它的信号。它常用于噪声较强的场合。 ? 一些名词的解释 ? 询问器或问答机( Interogator) ? 应答器 ( Transponder) ? 声信标 ( Beacon或 Pinger) ? 响应器( Responder)
2 本章要解决的问题 ? 短基线定位系统的结构(组成)和原理 ? 三种工作模式(同步和非同步信标方式、应答器方式)下的定位算法(位置解算公式) ? 解算后位置修正问题(坐标变换是通用的。基阵坐标系、转换为船坐标系、大地坐标系) ? 介绍短基线定位系统的实例 ? 由定位方程进行定位解算的方法 ? 定位误差的分析 ? 基阵校准与水下姿态修正 ? 距离模糊问题(定位系统存在的普遍问题)
1 水下定位与导航技术 第二章 短基线水声定位系统( Ultra-short baseline positioning system --SBL)
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低压差稳压电路
【性能 参数】
&#160; &#160; &#160; 采用单列3脚(SOT-89-3)封装。输入为-0.3~7V,稳定电压为4.7V(±1.0%);输出为250mA;最大耗散功率为1000mW;工作温度为-40~85℃。&#160; &#160; &#160; 其输入输出极小,只有0.1μF,且可以在超低的消耗电流1.0μA(典型值)条件下工作。另外因内置低导通,故输入输出电压差小,且可以获得较大的输出电流。内置了过载电流保护,以使电流不超过输出晶体管的电流容量。
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