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xiaohoulee
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整流滤波电路原理分析一、整流电路整流电路的关键问题是利用二极管的单向导电性,将交流电压变换成单相脉动电压。单相整流电路可分半波、全波、桥式、倍压整流等。由于半波整流电路只在电源的半个周期工作,电源利用率低,输出波形脉动较大,且电路简单。1、全波整流电路如下图所示,全波整流是由两个单相半波整流电路组成的,变压器的二次线圈的中心抽头把U2分成两个大小相等,方向相反的U21和U22整流滤波电路原理分析图1 全波与桥式整流电路工作原理:在正弦交流电源的正半周,VD1正向导通,VD2反向截至,电流经VD1,负载电阻RL回到变压器中心抽头0点,构成回路,负载得到半波整流电压和电流。同理,在电源的负半周,VD2导通,VD1截止。电流经VD2,RL流回到变压器中心抽头0点,负载RL又得到半波电压和电流。在负载上得到的电压和电流波形图见图2a。电路一直重复上述过程,由此可见,全波整流电路的两只二极管VD1,VD2是轮流工作的。2、桥式整流电路如上图b)所示,单相桥式整流电路由电源变压器T,整流二极管和负载电阻RL组成。与全波整流电路一样,变压器将电网交流电压变换成整流电路所需的交流电压,设整流滤波电路原理分析当电源电压处于U2的正半周时,变压器二次绕组的a端电位高于b端电位,VD1,VD3在正向电压作用下导通,VD2和VD4在反向电压作用下截止,电流从变压器二次绕组的a端出发,经VD1,RL,VD3,由b端返回构成通路。由电流通过负载电阻RL,输出电压Uo=U2..。相同原理可以分析电源电压处于负半周的情况。在交流电压的整个周期内,整流器件在正负半周内各导通一次,负载电阻始终有电流通过,并且保持为同一方向,得到两个半波电压和电流,如图2b所示。所以桥式整流也是一种全波整流电路整流滤波电路原理分析图2 全波与桥式整流电压电流波形图二、滤波电路整流电路可以使交流电转换为脉动直流电,这种脉动直流电不仅包含直流分量,还有交流分量。但是需要的是直流分量,因此必须把脉动直流中的交流分量去掉。从阻抗观点看,电感线圈的直流电阻很小,而交流阻抗很大;电容器的直流电阻很大,交流电阻很小。如果组合起来就能很好地滤除交流分量。这种组合就是滤波器。常用的滤波电路有以下几种形式。整流滤波电路原理分析1、电容滤波电路如下图就是电容滤波电路,即在负载两端并联一只电容。工作原理:利用电容两端电压不能突变的特性,当二级管导通时,一方面给负载供电,另一方面对电容充电。充电到一定程度,电容开始经过负载电阻放电。放电速度较慢,会持续到交流电的负半周,然后再重复上述过程。输出电压的大小和脉动程度与放电时间常数有关。桥式整流电容滤波后,输出电压Uo=()U2.。滤波电容选用几十微法以上的电解电容,要注意其耐压值应高于倍U2.。整流滤波电路原理分析2、电感滤波电路如果要求负载电流较大时,输出电压仍较平稳,则采用电感滤波电路。如下图所示。电感线圈上的直流阻抗很小,所以脉动直流电压中的直流分量很容易通过电感线圈,几乎全部到达负载电阻RL,而电感对交流的阻抗很大,所以脉动电压中的交流分量很难通过电感线圈。由于电感和负载电阻串联,对交流分量可看成一个分压器,如果电感的感抗比负载电阻大很多,那么交流分量将大部分降在电感上,这样就可以将脉动较大的直流输出变为较平稳的直流输出。滤波后的波形见下图。如果负载电阻一定,电感越大,输出电压波动越小,滤波效果越好。所以电感滤波一般用于负载变动较大,负载平均电流较大的场合。整流滤波电路原理分析3、复式滤波器通过电容滤波或电感滤波,直流输出仍有或多或少的波动。在要求较高的场合,为得到更加平滑的直流,可采用复式滤波器。1)LC滤波器电容滤波适用于负载较大的情况,电感滤波适用于负载较小的情况,如果把这两种电路组合起来,就构成了下图中a所示的滤波器,它对于一般负载都可适用。LC滤波电路中,脉动电压经过双重滤波,使交流分量大部分被电感阻止,即使有小部分通过电感,还要经过电容的滤波作用而使交流旁路。因此负载上的交流分量很小,从而达到滤除交流的目的。2)整流滤波电路原理分析如下图b所示,该滤波器由电容滤波器和LC滤波器组合而成,滤波过程为:交流电流整流后先经电容滤波,然后再经LC滤波,所以该电路性能比LC滤波和电容滤波都要优越,获得的电压更加平滑整流滤波电路原理分析3)RC滤波器如果负载电流不大,为减轻重量、降低成本、缩小体积,可以将上述两个复式滤波器上的电感用一只电阻来代替,组成下图所示两种滤波器。RC滤波器中,电阻大滤波效果好,但电阻上压降损失也大。一般在小电流场合,电阻通常取值几十到几百欧姆,电容取200到500微法整流滤波电路原理分析整流后需加滤波电容,滤波电容的容量根据用电负荷大小选取,通常选几十到几百微法,要写要求较高的直流电源,还需增设集成稳压器进行稳压。滤波电容容量与负载电路的关系见下图。可根据输出电流选择滤波电容大小。整流滤波电路原理分析还要确定电容的耐压值,耐压值过低,会因过电压击穿电容,耐压值过大,会增加体积和成本。可按下式选择电容的耐压值。

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1 PWM控制的基本原理理论基础:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.冲量指窄脉冲的面积.效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同.低频段非常接近,仅在高频段略有差异.图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理:分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R-L电路)上,如图6-2a所示.其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示.从波形可以看出,在i(t)的上升段,i(t)的形状也略有不同,但其下降段则几乎完全相同.脉冲越窄,各i(t)响应波形的差异也越小.如果周期性地施加上述脉冲,则响应i(t)也是周期性的.用傅里叶级数分解后将可看出,各i(t)在低频段的特性将非常接近,仅在高频段有所不同.图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,正弦半波N等分,看成N个相连的脉冲序列,宽度相等,但幅值不等;用矩形脉冲代替,等幅,不等宽,中点重合,面积(冲量)相等,宽度按正弦规律变化.SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形.图6-3 用PWM波代替正弦半波要改变等效输出正弦波幅值,按同一比例改变各脉冲宽度即可.等幅PWM波和不等幅PWM波:由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波,如直流斩波电路及本章主要介绍的PWM逆变电路,节的PWM整流电路.输入电源是交流,得到不等幅PWM波,如节讲述的斩控式交流调压电路,节的矩阵式变频电路.基于面积等效原理,本质是相同的.PWM电流波:电流型逆变电路进行PWM控制,得到的就是PWM电流波.PWM波形可等效的各种波形:直流斩波电路:等效直流波形SPWM波:等效正弦波形,还可以等效成其他所需波形,如等效所需非正弦交流波形等,其基本原理和SPWM控制相同,也基于等效面积原理.2 PWM逆变电路及其控制方法目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术.逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合.本节内容构成了本章的主体PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种,目前实用的几乎都是电压型.(1)计算法和调制法1,计算法根据正弦波频率,幅值和半周期脉冲数,准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔,据此控制逆变电路开关器件的通断,就可得到所需PWM波形.缺点:繁琐,当输出正弦波的频率,幅值或相位变化时,结果都要变化2,调制法输出波形作调制信号,进行调制得到期望的PWM波;通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波;等腰三角波应用最多,其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称;与任一平缓变化的调制信号波相交,在交点控制器件通断,就得宽度正比于信号波幅值的脉冲,符合PWM的要求.调制信号波为正弦波时,得到的就是SPWM波;调制信号不是正弦波,而是其他所需波形时,也能得到等效的PWM波.结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明:设负载为阻感负载,工作时V1和V2通断互补,V3和V4通断也互补.控制规律:uo正半周,V1通,V2断,V3和V4交替通断,负载电流比电压滞后,在电压正半周,电流有一段为正,一段为负,负载电流为正区间,V1和V4导通时,uo等于Ud,V4关断时,负载电流通过V1和VD3续流,uo=0,负载电流为负区间,io为负,实际上从VD1和VD4流过,仍有uo=Ud,V4断,V3通后,io从V3和VD1续流,uo=0,uo总可得到Ud和零两种电平.uo负半周,让V2保持通,V1保持断,V3和V4交替通断,uo可得-Ud和零两种电平.图6-4 单相桥式PWM逆变电路单极性PWM控制方式(单相桥逆变):在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断.ur正半周,V1保持通,V2保持断,当ur>uc时使V4通,V3断,uo=Ud,当ur图6-5 单极性PWM控制方式波形双极性PWM控制方式(单相桥逆变):在ur半个周期内,三角波载波有正有负,所得PWM波也有正有负.在ur一周期内,输出PWM波只有±Ud两种电平,仍在调制信号ur和载波信号uc的交点控制器件通断.ur正负半周,对各开关器件的控制规律相同,当ur >uc时,给V1和V4导通信号,给V2和V3关断信号,如io>0,V1和V4通,如io<0,VD1和VD4通, uo=Ud,当ur单相桥式电路既可采取单极性调制,也可采用双极性调制.图6-6 双极性PWM控制方式波形双极性PWM控制方式(三相桥逆变):见图6-7.三相PWM控制公用uc,三相的调制信号urU,urV和urW依次相差120°.U相的控制规律:当urU>uc时,给V1导通信号,给V4关断信号,uUN =Ud/2,当urUuVN 和uWN 的PWM波形只有±Ud/2两种电平,uUV波形可由uUN -uVN 得出,当1和6通时,uUV=Ud,当3和4通时,uUV=-Ud,当1和3或4和6通时,uUV=0.波形见图6-8.输出线电压PWM波由±Ud和0三种电平构成,负载相电压PWM波由(±2/3)Ud,(±1/3)Ud和0共5种电平组成.图6-8 三相桥式PWM逆变电路波形防直通死区时间:同一相上下两臂的驱动信号互补,为防止上下臂直通造成短路,留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间.死区时间的长短主要由器件关断时间决定.死区时间会给输出PWM波带来影响,使其稍稍偏离正弦波.特定谐波消去法(Selected Harmonic Elimination PWM—SHEPWM):计算法中一种较有代表性的方法,图6-9.输出电压半周期内,器件通,断各3次(不包括0和π),共6个开关时刻可控.为减少谐波并简化控制,要尽量使波形对称.首先,为消除偶次谐波,使波形正负两半周期镜对称,即:(6-1)图6-9 特定谐波消去法的输出PWM波形其次,为消除谐波中余弦项,使波形在半周期内前后1/4周期以π/2为轴线对称.(6-2)四分之一周期对称波形,用傅里叶级数表示为:(6-3)式中,an为 图6-9,能独立控制a1,a2和a3共3个时刻.该波形的an为(6-4)式中n=1,3,5,…确定a1的值,再令两个不同的an=0,就可建三个方程,求得a1,a2和a3.消去两种特定频率的谐波:在三相对称电路的线电压中,相电压所含的3次谐波相互抵消,可考虑消去5次和7次谐波,得如下联立方程:(6-5)给定a1,解方程可得a1,a2和变,a1,a2和a3也相应改变.一般,在输出电压半周期内器件通,断各k次,考虑PWM波四分之一周期对称,k个开关时刻可控,除用一个控制基波幅值,可消去k-1个频率的特定谐波,k越大,开关时刻的计算越复杂.除计算法和调制法外,还有跟踪控制方法,在节介绍(2)异步调制和同步调制载波比——载波频率fc与调制信号频率fr之比,N= fc / fr.根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况,PWM调制方式分为异步调制和同步调制:1,异步调制异步调制——载波信号和调制信号不同步的调制方式.通常保持fc固定不变,当fr变化时,载波比N是变化的.在信号波的半周期内,PWM波的脉冲个数不固定,相位也不固定,正负半周期的脉冲不对称,半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称.当fr较低时,N较大,一周期内脉冲数较多,脉冲不对称的不利影响都较小,当fr增高时,N减小,一周期内的脉冲数减少,PWM脉冲不对称的影响就变大.因此,在采用异步调制方式时,希望采用较高的载波频率,以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比.2,同步调制同步调制——N等于常数,并在变频时使载波和信号波保持同步.基本同步调制方式,fr变化时N不变,信号波一周期内输出脉冲数固定.三相,公用一个三角波载波,且取N为3的整数倍,使三相输出对称.为使一相的PWM波正负半周镜对称,N应取奇数.当N=9时的同步调制三相PWM波形如图6-10所示.fr很低时,fc也很低,由调制带来的谐波不易滤除,fr很高时,fc会过高,使开关器件难以承受.为了克服上述缺点,可以采用分段同步调制的方法.3,分段同步调制把fr范围划分成若干个频段,每个频段内保持N恒定,不同频段N不同.在fr高的频段采用较低的N,使载波频率不致过高,在fr低的频段采用较高的N,使载波频率不致过低.图6-11,分段同步调制一例.为防止fc在切换点附近来回跳动,采用滞后切换的方法.同步调制比异步调制复杂,但用微机控制时容易实现.可在低频输出时采用异步调制方式,高频输出时切换到同步调制方式,这样把两者的优点结合起来,和分段同步方式效果接近.图6-10 同步调制三相PWM波形图6-11 分段同步调制方式举例(3) 规则采样法按SPWM基本原理,自然采样法中要求解复杂的超越方程,难以在实时控制中在线计算,工程应用不多.规则采样法特点:工程实用方法,效果接近自然采样法,计算量小得多.规则采样法原理:图6-12,三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc.自然采样法中,脉冲中点不和三角波一周期中点(即负峰点)重合.规则采样法使两者重合,每个脉冲中点为相应三角波中点,计算大为简化.三角波负峰时刻tD对信号波采样得D点,过D作水平线和三角波交于A,B点,在A点时刻tA和B点时刻tB控制器件的通断,脉冲宽度δ 和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近.图6-12 规则采样法规则采样法计算公式推导:正弦调制信号波公式中,a称为调制度,0≤a<1;ωr为信号波角频率.从图6-12因此可得: (6-6)三角波一周期内,脉冲两边间隙宽度 (6-7)三相桥逆变电路的情况:通常三相的三角波载波公用,三相调制波相位依次差120 ,同一三角波周期内三相的脉宽分别为δU,δV和δW,脉冲两边的间隙宽度分别为δ u,δ v和δ w,同一时刻三相正弦调制波电压之和为零,由式(6-6)得 (6-8)由式(6-7)得: (6-9)故由式(6-8)可得: (6-10)故由式(6-9)可得: (6-11)利用以上两式可简化三相SPWM波的计算(4)PWM逆变电路的谐波分析使用载波对正弦信号波调制,产生了和载波有关的谐波分量.谐波频率和幅值是衡量PWM逆变电路性能的重要指标之一.分析双极性SPWM波形:同步调制可看成异步调制的特殊情况,只分析异步调制方式.分析方法:不同信号波周期的PWM波不同,无法直接以信号波周期为基准分析,以载波周期为基础,再利用贝塞尔函数推导出PWM波的傅里叶级数表达式,分析过程相当复杂,结论却简单而直观.1,单相的分析结果:不同调制度a时的单相桥式PWM逆变电路在双极性调制方式下输出电压的频谱图如图6-13所示.其中所包含的谐波角频率为 式中,n=1,3,5,…时,k=0,2,4,…;n=2,4,6,…时,k=1,3,5,….可以看出,PWM波中不含低次谐波,只含有角频率为ωc,及其附近的谐波,以及2ωc,3ωc等及其附近的谐波.在上述谐波中,幅值最高影响最大的是角频率为ωc的谐波分量.图6-13 单相PWM桥式逆变电路输出电压频谱图2,三相的分析结果:三相桥式PWM逆变电路采用公用载波信号时不同调制度a时的三相桥式PWM逆变电路输出线电压的频谱图如图6-14所示.在输出线电压中,所包含的谐波角频率为式中,n=1,3,5,…时,k=3(2m-1)±1,m=1,2,…;6m +1,m =0,1,…;n =2,4,6,…时,k = 6m -1,m =1,2,….和单相比较,共同点是都不含低次谐波,一个较显著的区别是载波角频率ωc整数倍的谐波被消去了,谐波中幅值较高的是ωc±2ωr和2ωc±ωr.图6-14 三相桥式PWM逆变电路输出线电压频谱图SPWM波中谐波主要是角频率为ωc,2ωc及其附近的谐波,很容易滤除.当调制信号波不是正弦波时,谐波由两部分组成:一部分是对信号波本身进行谐波分析所得的结果,另一部分是由于信号波对载波的调制而产生的谐波.后者的谐波分布情况和SPWM波的谐波分析一致.(5) 提高直流电压利用率和减少开关次数直流电压利用率——逆变电路输出交流电压基波最大幅值U1m和直流电压Ud之比.提高直流电压利用率可提高逆变器的输出能力;减少器件的开关次数可以降低开关损耗;正弦波调制的三相PWM逆变电路,调制度a为1时,输出相电压的基波幅值为Ud/2,输出线电压的基波幅值为,即直流电压利用率仅为.这个值是比较低的,其原因是正弦调制信号的幅值不能超过三角波幅值,实际电路工作时,考虑到功率器件的开通和关断都需要时间,如不采取其他措施,调制度不可能达到1.采用这种调制方法实际能得到的直流电压利用率比还要低.1,梯形波调制方法的思路采用梯形波作为调制信号,可有效提高直流电压利用率.当梯形波幅值和三角波幅值相等时,梯形波所含的基波分量幅值更大.梯形波调制方法的原理及波形,见图6-15.梯形波的形状用三角化率s =Ut/Uto描述,Ut为以横轴为底时梯形波的高,Uto为以横轴为底边把梯形两腰延长后相交所形成的三角形的高.s =0时梯形波变为矩形波,s =1时梯形波变为三角波.梯形波含低次谐波,PWM波含同样的低次谐波,低次谐波(不包括由载波引起的谐波)产生的波形畸变率为δ.图6-16,δ 和U1m /Ud随s 变化的情况.图6-17,s 变化时各次谐波分量幅值Unm和基波幅值U1m之比.s = 时,谐波含量也较少,δ 约为,直流电压利用率为,综合效果较好.图6-15 梯形波为调制信号的PWM控制梯形波调制的缺点:输出波形中含5次,7次等低次谐波.实际使用时,可以考虑当输出电压较低时用正弦波作为调制信号,使输出电压不含低次谐波;当正弦波调制不能满足输出电压的要求时,改用梯形波调制,以提高直流电压利用率.图6-16 s 变化时的d 和直流电压利用率 图6-17 s 变化时的各次谐波含量2,线电压控制方式(叠加3次谐波)对两个线电压进行控制,适当地利用多余的一个自由度来改善控制性能.目标——使输出线电压不含低次谐波的同时尽可能提高直流电压利用率,并尽量减少器件开关次数.直接控制手段仍是对相电压进行控制,但控制目标却是线电压.相对线电压控制方式,控制目标为相电压时称为相电压控制方式.在相电压调制信号中叠加3次谐波,使之成为鞍形波,输出相电压中也含3次谐波,且三相的三次谐波相位相同.合成线电压时,3次谐波相互抵消,线电压为正弦波.如图6-18所示.鞍形波的基波分量幅值大.除叠加3次谐波外,还可叠加其他3倍频的信号,也可叠加直流分量,都不会影响线电压.图6-18 叠加3次谐波的调制信号3,线电压控制方式(叠加3倍次谐波和直流分量):叠加up,既包含3倍次谐波,也包含直流分量,up大小随正弦信号的大小而变化.设三角波载波幅值为1,三相调制信号的正弦分别为urU1,urV1和urW1,并令:(6-12)则三相的调制信号分别为(6-13)图6-19 线电压控制方式举例不论urU1,urV1和urW1幅值的大小,urU,urV,urW总有1/3周期的值和三角波负峰值相等.在这1/3周期中,不对调制信号值为-1的相进行控制,只对其他两相进行控制,因此,这种控制方式也称为两相控制方式.优点:(1)在1/3周期内器件不动作,开关损耗减少1/3(2)最大输出线电压基波幅值为Ud,直流电压利用率提高(3)输出线电压不含低次谐波,优于梯形波调制方式(6) PWM逆变电路的多重化和一般逆变电路一样,大容量PWM逆变电路也可采用多重化技术.采用SPWM技术理论上可以不产生低次谐波,因此,在构成PWM多重化逆变电路时,一般不再以减少低次谐波为目的,而是为了提高等效开关频率,减少开关损耗,减少和载波有关的谐波分量.PWM逆变电路多重化联结方式有变压器方式和电抗器方式,利用电抗器联接实现二重PWM逆变电路的例子如图6-20所示.电路的输出从电抗器中心抽头处引出,图中两个逆变电路单元的载波信号相互错开180°,所得到的输出电压波形如图6-21所示.图中,输出端相对于直流电源中点的电压,已变为单极性PWM波了.输出线电压共有0,±(1/2)Ud,±Ud五个电平,比非多重化时谐波有所减少.一般多重化逆变电路中电抗器所加电压频率为输出频率,因而需要的电抗器较大.而在多重PWM型逆变电路中,电抗器上所加电压的频率为载波频率,比输出频率高得多,因此只要很小的电抗器就可以了.二重化后,输出电压中所含谐波的角频率仍可表示为,但其中当n奇数时的谐波已全部被除去,谐波的最低频率在附近,相当于电路的等效载波频率提高了一倍.图6-20 二重PWM型逆变电路图6-21 二重PWM型逆变电路输出波形电抗器上所加电压频率为载波频率,比输出频率高得多,很小.输出电压所含谐波角频率仍可表示为nwc+kwr,但其中n为奇数时的谐波已全被除去,谐波最低频率在2wc附近,相当于电路的等效载波频率提高一倍.3 PWM跟踪控制技术PWM波形生成的第三种方法——跟踪控制方法.把希望输出的波形作为指令信号,把实际波形作为反馈信号,通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各器件的通断,使实际的输出跟踪指令信号变化,常用的有滞环比较方式和三角波比较方式.(1)滞环比较方式1,电流跟踪控制基本原理:把指令电流i*和实际输出电流i的偏差i*-i作为滞环比较器的输入,比较器输出控制器件V1和V2的通断.V1(或VD1)通时,i增大,V2(或VD2)通时,i减小.通过环宽为2DI的滞环比较器的控制,i就在i*+DI和i*-DI的范围内,呈锯齿状地跟踪指令电流i*.滞环环宽对跟踪性能的影响:环宽过宽时,开关频率低,跟踪误差大;环宽过窄时,跟踪误差小,但开关频率过高.电抗器L的作用:L大时,i的变化率小,跟踪慢.L小时,i的变化率大,开关频率过高.图6-22 滞环比较方式电流跟踪控制举例图6-23 滞环比较方式的指令电流和输出电流三相的情况:图6-24 三相电流跟踪型PWM逆变电路图6-25 三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路有如下特点(1)硬件电路简单(2)实时控制,电流响应快(3)不用载波,输出电压波形中不含特定频率的谐波(4)和计算法及调制法相比,相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多(5)闭环控制,是各种跟踪型PWM变流电路的共同特点2,电压跟踪控制采用滞环比较方式实现电压跟踪控制.如图6-26所示.把指令电压u*和输出电压u进行比较,滤除偏差信号中的谐波,滤波器的输出送入滞环比较器,由比较器输出控制开关通断,从而实现电压跟踪控制.和电流跟踪控制电路相比,只是把指令和反馈从电流变为电压.输出电压PWM波形中含大量高次谐波,必须用适当的滤波器滤除.图6-26 电压跟踪控制电路举例u*=0时,输出u为频率较高的矩形波,相当于一个自励振荡电路.u*为直流时,u产生直流偏移,变为正负脉冲宽度不等,正宽负窄或正窄负宽的矩形波.u*为交流信号时,只要其频率远低于上述自励振荡频率,从u中滤除由器件通断产生的高次谐波后,所得的波形就几乎和u* 相同,从而实现电压跟踪控制.(2)三角波比较方式基本原理:不是把指令信号和三角波直接进行比较,而是闭环控制.把指令电流i*U,i*V和i*W和实际输出电流iU,iV,iW进行比较,求出偏差,放大器A放大后,再和三角波进行比较,产生PWM波形.放大器A通常具有比例积分特性或比例特性,其系数直接影响电流跟踪特性.图6-27 三角波比较方式电流跟踪型逆变电路特点:开关频率固定,等于载波频率,高频滤波器设计方便;为改善输出电压波形,三角波载波常用三相;和滞环比较控制方式相比,这种控制方式输出电流谐波少.定时比较方式:不用滞环比较器,而是设置一个固定的时钟.以固定采样周期对指令信号和被控量采样,按偏差的极性来控制开关器件通断.在时钟信号到来时刻,如i i*,令V1断,V2通,使i减小.每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误差减小.采用定时比较方式时,器件最高开关频率为时钟频率的1/2,和滞环比较方式相比,电流误差没有一定的环宽,控制的精度低一些.4 PWM整流电路及其控制方法实用的整流电路几乎都是晶闸管整流或二极管整流.晶闸管相控整流电路:输入电流滞后于电压,且谐波分量大,因此功率因数很低.二极管整流电路:虽位移因数接近1,但输入电流谐波很大,所以功率因数也很低.把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路,就形成了PWM整流电路.可使其输入电流非常接近正弦波,且和输入电压同相位,功率因数近似为1,也称单位功率因数变流器,或高功率因数整流器.(1)PWM整流电路的工作原理PWM整流电路也可分为电压型和电流型两大类,目前电压型的较多1,单相PWM整流电路图6-28a和b分别为单相半桥和全桥PWM整流电路.半桥电路直流侧电容必须由两个电容串联,其中点和交流电源连接.全桥电路直流侧电容只要一个就可以.交流侧电感Ls包括外接电抗器的电感和交流电源内部电感,是电路正常工作所必须的.图6-28 单相PWM整流电路a) 单相半桥电路 b) 单相全桥电路单相全桥PWM整流电路的工作原理:正弦信号波和三角波相比较的方法对V1~V4进行SPWM控制,就可在交流输入端AB产生SPWM波中含有和信号波同频率且幅值成比例的基波,和载波有关的高频谐波,不含低次谐波.由于Ls的滤波作用,谐波电压只使is产生很小的脉动.当信号波频率和电源频率相同时,is也为与电源频率相同的正弦波.us一定时,is幅值和相位仅由uAB中基波uABf的幅值及其与us的相位差决定.改变uABf的幅值和相位,可使is和us同相或反相,is比us超前90°,或is与us相位差为所需角度.相量图(图6-29)a:滞后相角δ,Is和Us同相,整流状态,功率因数为1,PWM整流电路最基本的工作状态b:超前相角δ,Is和Us反相,逆变状态,说明PWM整流电路可实现能量正反两方向流动,这一特点对于需再生制动的交流电动机调速系统很重要.c:滞后相角δ,Is超前Us90°,电路向交流电源送出无功功率,这时称为静止无功功率发送器(Static Var Generator—SVG)d:通过对幅值和相位的控制,可以使Is比Us超前或滞后任一角度φ.图6-29 PWM整流电路的运行方式相量图a)整流运行 b)逆变运行 c)无功补偿运行 d) 超前角为φ对单相全桥PWM整流电路工作原理的进一步说明整流状态下,us > 0时,(V2,VD4,VD1,Ls)和(V3,VD1,VD4,Ls)分别组成两个升压斩波电路,以(V2,VD4,VD1,Ls)为例.V2通时,us通过V2,VD4向Ls储能.V2关断时,Ls中的储能通过VD1,VD4向C充电.us < 0时,(V1,VD3,VD2,Ls)和(V4,VD2,VD3,Ls)分别组成两个升压斩波电路.由于是按升压斩波电路工作,如控制不当,直流侧电容电压可能比交流电压峰值高出许多倍,对器件形成威胁.另一方面,如直流侧电压过低,例如低于us的峰值,则uAB中就得不到图6-29a中所需的足够高的基波电压幅值,或uAB中含有较大的低次谐波,这样就不能按需要控制is,is波形会畸变.可见,电压型PWM整流电路是升压型整流电路,其输出直流电压可从交流电源电压峰值附近向高调节,如要向低调节就会使性能恶化,以至不能工作.2,三相PWM整流电路图6-30,三相桥式PWM整流电路最基本的PWM整流电路之一,应用最广.工作原理和前述的单相全桥电路相似,只是从单相扩展到三相进行SPWM控制,在交流输入端A,B和C可得SPWM电压,按图6-29a的相量图控制,可使ia,ib,ic为正弦波且和电压同相且功率因数近似为1.和单相相同,该电路也可工作在逆变运行状态及图c或d的状态.(2)PWM整流电路的控制方法有多种控制方法,根据有没有引入电流反馈可分为两种:没有引入交流电流反馈的——间接电流控制;引入交流电流反馈的——直接电流控制.1,间接电流控制间接电流控制也称为相位和幅值控制.按图6-29a(逆变时为图6-29b)的相量关系来控制整流桥交流输入端电压,使得输入电流和电压同相位,从而得到功率因数为1的控制效果.图6-31,间接电流控制的系统结构图.图中的PWM整流电路为图6-30的三相桥式电路.控制系统的闭环是整流器直流侧电压控制环.控制原理:和实际直流电压ud比较后送入PI调节器,PI调节器的输出为一直流电流信号id,id的大小和交流输入电流幅值成正比.稳态时,ud= ,PI调节器输入为零,PI调节器的输出id和负载电流大小对应,也和交流输入电流幅值对应.负载电流增大时,C放电而使ud下降,PI的输入端正偏差,使其输出id增大,进而使交流输入电流增大,也使ud回升.达到新的稳态时,ud和 相等,id为新的较大的值,与较大的负载电流和较大的交流输入电流对应.负载电流减小时,调节过程和上述过程相反.从整流运行向逆变运行转换首先负载电流反向而向C充电,ud抬高,PI调节器负偏差,id减小后变为负值,使交流输入电流相位和电压相位反相,实现逆变运行.稳态时,ud和 仍然相等,PI调节器输入恢复到零,id为负值,并与逆变电流的大小对应.控制系统中其余部分的工作原理上面的乘法器是id分别乘以和a,b,c三相相电压同相位的正弦信号,再乘以电阻R,得到各相电流在Rs上的压降uRa,uRb和uRc下面的乘法器是id分别乘以比a,b,c三相相电压相位超前π/2的余弦信号,再乘以电感L的感抗,得到各相电流在电感Ls上的压降uLa,uLb和uLc.各相电源相电压ua,ub,uc分别减去前面求得的输入电流在电阻R和电感L上的压降,就可得到所需要的交流输入端各相的相电压uA,uB和uC的信号,用该信号对三角波载波进行调制,得到PWM开关信号去控制整流桥,就可以得到需要的控制效果.存在的问题:在信号运算过程中用到电路参数Ls和Rs,当Ls和Rs的运算值和实际值有误差时,会影响到控制效果;基于系统的静态模型设计,动态特性较差;应用较少.2,直接电流控制通过运算求出交流输入电流指令值,再引入交流电流反馈,通过对交流电流的直接控制而使其跟踪指令电流值,因此称为直接电流控制.有不同的电流跟踪控制方法,图6-32,一种最常用的采用电流滞环比较方式的控制系统结构图.控制系统组成双闭环控制系统,外环是直流电压控制环,内环是交流电流控制环外环的结构,工作原理和图6-31间接电流控制系统相同.外环PI的输出为id,id分别乘以和a,b,c三相相电压同相位的正弦信号,得到三相交流电流的正弦指令信号 , 和 , 和 分别和各自的电源电压同相位,其幅值和反映负载电流大小的直流信号id成正比,指令信号和实际交流电流信号比较后,通过滞环对器件进行控制,便可使实际交流输入电流跟踪指令值.

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周小蜜99

一、晶体三极管的命名方法及型号字母意义 晶体三极管的命名方法见图5-18,型号字母意义见表5-6 二、晶体三极管的种类 晶体三极管主要有NPN 型和PNP型两大类,一般我们可以从晶体管上标出的型号来识别。详见表5-6。晶体三极管的种类划分如下。 ①按设计结构分为 : 点接触型、面接触型。 ②按工作频率分为 : 高频管、低频管、开关管。 ③按功率大小分为 : 大功率、中功率、小功率。 ④从封装形式分为 : 金属封装、塑料封装。 三、三极管的主要参数 一般情况晶体管的参数可分为直流参数、交流参数、极限参数三大类。 ①直流参数 : 集电极 -基极反向电流 ICBO。此值越小说明晶体管温度稳定性越好。一般小功率管约10μA左右,硅晶体管更小。 集电极-发射极反向电流ICEO, 也称穿透电流。此值越小说明晶体管稳定性越好。过大说明这个晶体管不宜使用。 ②极限参数:晶体管的极限参数有: 集电极最大允许电流ICM;集电极最大允许耗散功率ICM;集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO 。 ③晶体管的电流放大系数:晶体管的直流放大系数和交流放大系数近似相等,在实际使用时一般不再区分,都用β表示,也可用hFE表示。 为了能直观地表明三极管的放大倍数 , 常在三极管的外壳上标注不同的色标。锗、硅开关管 , 高、低频小功率管 , 硅低频大功率管所用的色标标志如表 2-9-6 所示。β范围 0~15 15~25 25~40 40~55 55~80 80~120 120~180 180~270 270~400 400~ 色标 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 黑 表5-7 部分三极管β值色标表示 ④特性频率fT:晶体三极管的β值随工作频率的升高而下降,三极管的特性频率f是当β下降到 1 时的频率值。也就是说 , 在这个频率下的三极管,己失去放大能力,因为晶体管的工作频率必须小于晶体管特性频率的一半以下。四、常用晶体三极管的外形识别 ①小功率晶体三极管外形电极识别:对于小功率晶体三极管来说,有金属外壳和塑料外壳封装两种,如图5-25 所示。②大功率晶体三极管外形电极识别:对于大功率晶体三极管,外形一般分为F型,G型两种,如图5-26(a) 所示。F型管从外形上只能看到两个电极。将管脚底面朝上,两个电极管脚置于左侧,上面为e极,下为b极,底座为C极。G型管的三个电极的分布如图5-26(b) 所示。图 5-26 大功率晶体三极管电极识别五、用指针式万用表判断晶体三极管好坏及辨别三极管的e、 b、c电极 三极管的管脚必须正确辨认,否则,接入电路不但不能正常工作,还可能烧坏晶体管。己知三极管类型及电极,指针式万用表判别晶体管好坏的方法如下: ①测 NPN 三极管:将万用表欧姆挡置 "R × 100" 或 "R × lk" 处,把黑表笔接在基极上,将红表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都较小,再将红表笔接在基极上,将黑表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都很大,则说明三极管是好的。 ②测 PNP 三极管:将万用表欧姆挡置 "R × 100" 或 "R × lk" 处,把红表笔接在基极上,将黑表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都较小,再将黑表笔接在基极上,将红表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都很大,则说明三极管是好的。 当三极管上标记不清楚时,可以用万用表来初步确定三极管的好坏及类型 (NPN 型还是 PNP 型 ),并辨别出e、b、c三个电极。测试方法如下 : ①用指针式万用表判断基极 b 和三极管的类型:将万用表欧姆挡置 "R × 100" 或"R×lk" 处,先假设三极管的某极为"基极",并把黑表笔接在假设的基极上,将红表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都很小(或约为几百欧至几千欧 ),则假设的基极是正确的,且被测三极管为 NPN 型管;同上,如果两次测得的电阻值都很大( 约为几千欧至几十千欧 ), 则假设的基极是正确的,且被测三极管为 PNP 型管。如果两次测得的电阻值是一大一小,则原来假设的基极是错误的,这时必须重新假设另一电极为"基极",再重复上述测试。 ②判断集电极c和发射极e:仍将指针式万用表欧姆挡置 "R × 100"或"R × 1k" 处,以NPN管为例,把黑表笔接在假设的集电极c上,红表笔接到假设的发射极e上,并用手捏住b和c极 ( 不能使b、c直接接触 ), 通过人体 , 相当 b 、 C 之间接入偏置电阻 , 如图 5-27(a) 所示。读出表头所示的阻值 , 然后将两表笔反接重测。若第一次测得的阻值比第二次小 , 说明原假设成立 , 因为 c 、 e 问电阻值小说明通过万用表的电流大 , 偏置正常。其等效电路如图5-27(b) 所示 , 图中VCC 是表内电阻挡提供的电池 ,R为表 内阻 ,Rm 为人体电阻。图 5-27 用指针万用表判别三极管 c 、 e 电极 用数字万用表测二极管的挡位也能检测三极管的PN结,可以很方便地确定三极管的好坏及类型,但要注意,与指针式万用表不同,数字式万用表红表笔为内部电池的正端。例:当把红表笔接在假设的基极上, 而将黑表笔先后接到其余两个极上, 如果表显示通〈硅管正向压降在 左右 ), 则假设的基极是正确的 , 且被测三极管为 NPN 型管。 数字式万用表一般都有测三极管放大倍数的挡位(hFE), 使用时 , 先确认晶体管类型 , 然后将被测管子 e 、b 、c三脚分别插入数字式万用表面板对应的三极管插孔中,表显示出hFE 的近似值。 以上介绍的方法是比较简单的测试,要想进一步精确测试可以使用晶体管图示仪 ,它能十分清楚地显示出三极管的特性曲线及电流放大倍数等。六、三极管的选用 选用三极管要依据它在电路中所承担的作用查阅晶体管手册,选择参数合适的三极管型号。 a、NPN型和PNP型的晶体管直流偏置电路极性是完全相反的,具体连接时必须注意。 b、电路加在晶体管上的恒定或瞬态反向电压值要小于晶体管的反向击穿电压,否则晶体管很易损坏。 c、高频运用时,所选晶体管的特征频率F,要高于工作频率,以保证晶体管能正常工作。 d、大功率运用时晶体管内耗散的功率必须小于厂家给出的最大耗散功率,否则晶体管容易被热击穿,晶体管的耗散功率值与环境温度及散热大小形状有关,使用时注意手册说明。 七、中、小功率三极管的检测方 ①性能好环的判定,对已知型号和端子排列的三极管,可按下述方法来判断其性能好环。 a、测量极间电阻。测试方法如图5-28所示。将万用表置于R×100或R×1K挡,按照红、黑表笔的6种不同接法时行测试,其中,发射结和集电结的正向电阻值比较低,其他4种接法测得电阻值得都很高。质量良好的中、小功率三极管。正向电阻一般为几百欧至几千欧,其余的极间电阻值都很高,约为几百千欧至无穷大,但不管是低阻还是高阻,硅材料三极管的极间电阻要比锗材料三极管的极间电阻大。图5-28 三极管的正常极间电阻 b、测量穿透电流ICBD三极管的穿透电流ICBD的数值近似等于管子的放大倍数β和集电结的反向饱和电流ICBD乘积,ICBD随着环境温度的升高增长很快,ICBD的增加必然ICBD然的增大,而ICBD的增大将直接影响管子工作的稳定性,所以在使用中尽量选用ICBD+小的管子。 通过用万用表电阻挡测量三极管e-c极之间的电阻的方法,可间接估计ICBD的大小,具体方法如下。 测试电路如5-29所示,其中图(a)为测PNP型管的接法,图(b)为测NPN型管的接法,万用表电阻挡量程一般选用R×100或R×1K挡,要求测得的电阻值越大越好,e-c间的阻值越大,说明管子ICBD越小,反之,所测阻值越小,说明被测管ICBD越大。一般说来,中、小功率硅管、锗材料高频管及锗材料低频管,其阻值应分别在几百千欧,几十千欧及十几千欧以上。如果阻值很小或测试时万用表来回晃动,则表明ICEO很大,管子的性能不稳定。图5-29 测量三极管的Iceo 在测量三极管的ICEO的过程中,还可以同时检查判断一下管子的稳定性优劣。具体办法是:测量时,用手捏住管壳约1min左右,观察万用表指针向右漂移的情况,指针向右漂移摆动速度越快,说明管子的稳定性越差。通常,e-c间电阻比较小的管子,热稳定性相对就较差。在使用的过程中,稳定性不佳的管子应尽量不用,特别是在要求稳定性较高的电路中更不能使用ICEO大的管子。另外,管子的β越大,ICEO也越大,所以在要求稳定性较高的电路中,所使用的管子的β值不要太高。 C.测量放大能力β。测试电路如图5-30所示。其中图(a)为测PNP型管的接法,图(b)为测NPN型管的接法。万用表置于R×1k挡。具体测试步骤是,先将红、黑表笔按图7-46所示电路接相应端子,然后将电阻R接入电路。此时,万用表指针应向右偏转,偏转的角度越大,说明被测管的放大倍数β越大。如果接上电阻R以后指针向右摆幅度不大或者根本就停止在原位不动,则表明管子的放大能力很差或者已经被损坏。电阻R可用70~100kΩ的固定电阻,也可以利用人体电阻,即用手捏住c、b两端子(注意,c、b间不能短接)来代替电阻R。另外也可以用两手操作,用舌头去舔c、b两端子来充当电阻R进行测量。图5-30 测量三极管的β值方法一 上述方法的优点是简单易行,缺点是只能比较管子β的相对大小,而不能测出β的具体数值。 有些型号的中、小功率三极管,生产厂家在其管壳顶部表示出不同色点来表明管子的放大倍数β值,其颜色和β值的对应关系如表5-8所示。但要注意,各厂家用色标并不一定完全相同。色点 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 黑 β 17 17~27 27~40 40~77 77~80 80~120 120~180 180~270 270~400 >400 ②检测判别电极 如果不知道三极管的型号及管子的端子排列,用万用表进行检测判断。 a.判定基极。测试电路如图5-31所示。用万用表R×100和R×1k挡测量三极管三个电极中两个之间的正、反向电阻值。当用第一根表笔接某一电极,而第二根表笔先后接触另外两个电极均测得低电阻值时,则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。这时,要注意万用表表笔的极性,如果红表笔接的是基极b,黑表笔分别接在其他两电极时,测得的阻值都较小,则会判定被测三极管为PNP型管;如果黑表笔接的是基极b,红表笔分别接触其他两电极时,测得的阻值都较小,则被测三极管为NPN型管。图5-31 判定三极管基极 b.判定集电极c和发射集e。测试方法如图5-32所示。现以PNP型三极管为例加以说明。将万用表置于R×1k挡。先使被测三极管的基极悬空,万用表的红、黑表笔分别任接其余两端子,此时指针应指在无穷大位置。然后用手指同时捏住基极与右边的端子,如果万用表指针向右偏转较明显,则表明右边一端即为集电极c,左边的端子为发射极e。如果万用表指针基本不摆动,可改用手指同时捏住基极与左边的端子,若指针向右偏转较明显,则证明左边端子为集电极c,右边的端子为发射极e。 图5-32 判定三极管c、e极 如果在以上两次测量过程中万用表指针均不向右摆动和摆动的幅度不明显,则说明万用表给被测三极管提供的测试电压极性接反了,应将红、黑表笔对调位置后按上述步骤重新测试直到将管子的c、e极区分开为止。 用此种方法判定c、e电极的原理如图7-48(b)所示。在这里,基极偏置电阻Rb是用手指来代替的。由于被测管子的集电结上加有反向偏压,发射结加的是正向偏压,所以使其处在放大状态,此时电流放大倍数较高,所产生的集电极电流Ic要使万用表指针明显向右偏转。倘若红、黑表笔接反了,就等于工作电压接反了,管子也就不能正常工作了。放大倍数大大降低了,从十几倍降到几倍,甚至为零,因此,万用表指针摆幅极小甚至根本不动。 ③判别锗管和硅管 测试电路如图5-33所示。E为一节干电池,Rp为50~100kΩ的电阻。将万用表置于直流挡。电路接通以后,万用表所指示的便是被测管子的发射结正向压降。若是锗管,该电压值为~;若是硅管,该电压值为~。顺便指出,目前绝大多数硅管为NPN型管,锗管为PNP型管。图5-33测三极管b、e电压判别锗管与硅管 ④判别高频管与低频管 高频管的截止频率大于3MHz,而低频管的截止频率则小于3MHz,一般情况下,二者是不能互换使用的。由于高、低频管的型号不同,所以当它们的标志清楚时,可以查有关手册,较容易地直接加以区分。当它们的标志型号不清时,可利用其BVebo的不同用万用表测量发射结的反向电阻,将高、低频管区分开。 以NPN型管为例,将万用表置于R×1k挡,黑表笔接管子的发射结e,红表笔接管子的基极b。此时电阻值一般均在几百千欧以上。接着将万用表拔至R×10k高阻挡,红、黑表笔接法不变,重新测量一次e、b间的电阻值。若所测量阻值与第一次测得的阻值变化不大,可基本判定被测管为低频管;若阻值变化很大,超过万用表满度1/3,可基本判定被测管为高频管。

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欧阳小七

晶体三极管在电路中常用“Q”加数字表示,如:Q17表示编号为17的三极管。 1、特点:晶体三极管(简称三极管)是内部含有2个PN结,并且具有放大能力的特殊器件。它分NPN型和PNP型两种类型,这两种类型的三极管从工作特性上可互相弥补,所谓OTL电路中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用。 电话机中常用的PNP型三极管有:A92、9015等型号;NPN型三极管有:A42、9014、9018、9013、9012等型号。 2、晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用,在常见电路中有三种接法。为了便于比较,将晶体管三种接法电路所具有的特点列于下表,供大家参考。 名称 共发射极电路 共集电极电路(射极输出器) 共基极电路 输入阻抗 中(几百欧~几千欧) 大(几十千欧以上) 小(几欧~几十欧) 输出阻抗 中(几千欧~几十千欧) 小(几欧~几十欧) 大(几十千欧~几百千欧) 电压放大倍数 大 小(小于1并接近于1) 大 电流放大倍数 大(几十) 大(几十) 小(小于1并接近于1) 功率放大倍数 大(约30~40分贝) 小(约10分贝) 中(约15~20分贝) 频率特性 高频差 好 好 续表 应用 多级放大器中间级,低频放大 输入级、输出级或作阻抗匹配用 高频或宽频带电路及恒流源电路 3、在线工作测量 在实际维修中,三极管都已经安装在线路板上,要每只拆下来测量实在是一件麻烦事,并且很容易损坏电路板,根据实际维修,本人总结出一种在电路上带电测量三极管工作状态来判断故障所在的方法,供大家参考: 类别 故障发生部位 测试要点 e-b极开路 Ved>1v Ved=V+ e-b极短路 Veb=0v Vcd=0v Vbd升高 Re开路 Ved=0v Rb2开路 Vbd=Ved=V+ Rb2短路 Ved约为 Rb1增值很多,开路 Vec< Vcd升高 e-c极间开路 Veb= Vec=0v Vcd升高 b-c极间开路 Veb= Ved=0v b-c极间短路 Vbc=0v Vcd很低 Rc开路 Vbc=0v Vcd升高 Vbd不变 Rb2阻值增大很多 Ved约为V+ Vcd约为0V Ved电压不稳 三极管和周围元件有虚焊 类 别 故障发生部位 测 试 要 点 Rb1开路 Vbe=0 Vcd=V+ Ved=0 Rb1短路 Vbe约为1v Ved=V-Vbe Rb2短路 Vbd=0v Vbe=0v Vcd=V+ Re开路 Vbd升高 Vce=0v Vbe=0v Re短路 Vbd= Vbe= Rc开路 Vce=0v Vbe= Ved约为0v c-e极短路 Vce=0v Vbe= Ved升高 b-e极开路 Vbe>1v Ved=0v Vcd=V+ b-e极短路 Vce约为V+ Vbe=0v Vcd约为0v c-b极开路 Vce=V+ Vbe= Ved=0v c-b极短路 Vcb=0v Vbe= Vcd=0v 八、场效应晶体管放大器 1、场效应晶体管具有较高输入阻抗和低噪声等优点,因而也被广泛应用于各种电子设备中。尤其用场效管做整个电子设备的输入级,可以获得一般晶体管很难达到的性能。 2、场效应管分成结型和绝缘栅型两大类,其控制原理都是一样的。如图1-1-1是两种型号的表示符号: 3、场效应管与晶体管的比较 (1)场效应管是电压控制元件,而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用晶体管。 (2)场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。 (3)有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好。 (4)场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。 作者:yinqiao436 2007-9-22 21:34 回复此发言 -------------------------------------------------------------------------------- 2 回复:晶体三极管 三极管基础知识及检测方法 一、晶体管基础 双极结型三极管相当于两个背靠背的二极管 PN 结。正向偏置的 EB 结有空穴从发射极注入基区,其中大部分空穴能够到达集电结的边界,并在反向偏置的 CB 结势垒电场的作用下到达集电区,形成集电极电流 IC 。在共发射极晶体管电路中 , 发射结在基极电路中正向偏置 , 其电压降很小。绝大部分 的集电极和发射极之间的外加偏压都加在反向偏置的集电结上。由于 VBE 很小,所以基极电流约为 IB= 5V/50 k Ω = 。 如果晶体管的共发射极电流放大系数β = IC / IB =100, 集电极电流 IC= β*IB=10mA。在500Ω的集电极负载电阻上有电压降VRC=10mA*500Ω=5V,而晶体管集电极和发射极之间的压降为VCE=5V,如果在基极偏置电路中叠加一个交变的小电流ib,在集电极电路中将出现一个相应的交变电流ic,有c/ib=β,实现了双极晶体管的电流放大作用。 金属氧化物半导体场效应三极管的基本工作原理是靠半导体表面的电场效应,在半导体中感生出导电沟道来进行工作的。当栅 G 电压 VG 增大时, p 型半导体表面的多数载流子枣空穴逐渐减少、耗尽,而电子逐渐积累到反型。当表面达到反型时,电子积累层将在 n+ 源区 S 和 n+ 漏区 D 之间形成导电沟道。当 VDS ≠ 0 时,源漏电极之间有较大的电流 IDS 流过。使半导体表面达到强反型时所需加的栅源电压称为阈值电压 VT 。当 VGS>VT 并取不同数值时,反型层的导电能力将改变,在相同的 VDS 下也将产生不同的 IDS , 实现栅源电压 VGS 对源漏电流 IDS 的控制。 二、晶体管的命名方法 晶体管:最常用的有三极管和二极管两种。三极管以符号BG(旧)或(T)表示,二极管以D表示。按制作材料分,晶体管可分为锗管和硅管两种。 按极性分,三极管有PNP和NPN两种,而二极管有P型和N型之分。多数国产管用xxx表示,其中每一位都有特定含义:如 3 A X 31,第一位3代表三极管,2代表二极管。第二位代表材料和极性。A代表PNP型锗材料;B代表NPN型锗材料;C为PNP型硅材料;D为NPN型硅材料。第三位表示用途,其中X代表低频小功率管;D代表低频大功率管;G代表高频小功率管;A代表高频大功率管。最后面的数字是产品的序号,序号不同,各种指标略有差异。注意,二极管同三极管第二位意义基本相同,而第三位则含义不同。对于二极管来说,第三位的P代表检波管;W代表稳压管;Z代表整流管。上面举的例子,具体来说就是PNP型锗材料低频小功率管。对于进口的三极管来说,就各有不同,要在实际使用过程中注意积累资料。 常用的进口管有韩国的90xx、80xx系列,欧洲的2Sx系列,在该系列中,第三位含义同国产管的第三位基本相同。 三、 常用中小功率三极管参数表 型号 材料与极性 Pcm(W) Icm(mA) BVcbo(V) ft(MHz) 3DG6C SI-NPN 20 45 >100 3DG7C SI-NPN 100 >60 >100 3DG12C SI-NPN 300 40 >300 3DG111 SI-NPN 100 >20 >100 3DG112 SI-NPN 100 60 >100 3DG130C SI-NPN 300 60 150 3DG201C SI-NPN 25 45 150 C9011 SI-NPN 30 50 150 C9012 SI-PNP -500 -40 C9013 SI-NPN 500 40 C9014 SI-NPN 100 50 150 C9015 SI-PNP -100 -50 100 C9016 SI-NPN 25 30 620 C9018 SI-NPN 50 30 C8050 SI-NPN 1 40 190 C8580 SI-PNP 1 -40 200 2N5551 SI-NPN 600 180 2N5401 SI-PNP -600 160 100 2N4124 SI-NPN 200 30 300 四、用万用表测试三极管 (1) 判别基极和管子的类型 选用欧姆档的R*100(或R*1K)档,先用红表笔接一个管脚,黑表笔接另一个管脚,可测出两个电阻值,然后再用红表笔接另一个管脚,重复上述步骤,又测得一组电阻值,这样测3次,其中有一组两个阻值都很小的,对应测得这组值的红表笔接的为基极,且管子是PNP型的;反之,若用黑表笔接一个管脚,重复上述做法,若测得两个阻值都小,对应黑表笔为基极,且管子是NPN型的。 (2)判别集电极 因为三极管发射极和集电极正确连接时β大(表针摆动幅度大),反接时β就小得多。因此,先假设一个集电极,用欧姆档连接,(对NPN型管,发射极接黑表笔,集电极接红表笔)。测量时,用手捏住基极和假设的集电极,两极不能接触,若指针摆动幅度大,而把两极对调后指针摆动小,则说明假设是正确的,从而确定集电极和发射极。 (2) 电流放大系数β的估算 选用欧姆档的R*100(或R*1K)档,对NPN型管,红表笔接发射极,黑表笔接集电极,测量时,只要比较用手捏住基极和集电极(两极不能接触),和把手放开两种情况小指针摆动的大小,摆动越大,β值越高。

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JasonZhou520

将脉冲电压变化为平稳的直流电

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鹿鹿小宝贝

不是吧,0分你也来

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