時(shí)間：2023-06-05 10:17:16
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇三極管工作原理，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
高中《通用技術(shù)》課的《電子控制技術(shù)》教學(xué)中，要學(xué)習(xí)晶體三極管的工作原理。利用現(xiàn)在市場(chǎng)上制作節(jié)能臺(tái)燈的發(fā)光二極管燈板，可以制作三極管電流放大原理示教板。示教板能從三極管3個(gè)極中串聯(lián)的發(fā)光二極管燈的亮暗變化，很容易看到晶體三極管工作時(shí)電流大小的變化。
1晶體三極管電流放大原理示教板電原理圖
晶體三極管電流放大原理示教板電原理圖如圖1所示。
2晶體三極管電流放大原理示教板的制作
材料：（1）長(zhǎng)60 cm、寬40 cm、厚5 cm廣告泡沫板1塊。
（2）電壓3.6 V發(fā)光二極管燈板2塊。
（3）發(fā)光二極管1個(gè)。
（4）PNP型大功率三極管1只。
（5）9 V電池1塊，1.5 V干電池2節(jié)。
（6）1N4007二極管2支。
（7）開關(guān)1個(gè)，200 Ω電阻1只，4.7 K電位器1只，電線1截。
把上面元件按圖1所示用電烙鐵上錫連接，用透明寬膠帶固定在廣告泡沫板上即可得到圖2所示實(shí)物圖。
3晶體三極管電流放大原理示教板的演示
3.1演示三極管處于截止區(qū)
開關(guān)K斷開，三極管B極無電流，發(fā)光二極管全部不亮（三極管E極、B極無電流，三極管處于截止區(qū)）。
3.2演示三極管處于放大區(qū)
開關(guān)K接通，滑動(dòng)4.7 K電位器，三極管B極上串聯(lián)的發(fā)光二極管亮度變化小，三極管E極、B極上串聯(lián)的發(fā)光二極管亮度變化大（三極管B極電流有較小的變化，三極管E極、B極電流就有較大的變化，三極管處于放大區(qū)）。
3.3演示三極管處于飽合區(qū)
滑動(dòng)4.7 K電位器到一定值時(shí)，三極管E極、B極亮度無變化（三極管B極電流增大，而三極管E極、B極電流無變化，三極管處于飽合區(qū)）。
3.4演示模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)
合上開關(guān)K，滑動(dòng)4.7 K電位器，三極管E極、B極上的二極管亮度可連續(xù)變化（模擬信號(hào)）。
關(guān)鍵詞：疊加定理、電子技術(shù)、放大電路
電子技術(shù)基礎(chǔ)則是中等職業(yè)學(xué)校電氣電子類專業(yè)通用的技術(shù)基礎(chǔ)課程。作為一門基礎(chǔ)課程，對(duì)于現(xiàn)有學(xué)生來講，課程內(nèi)容顯然不易理解和掌握。尤其是大量的非線性電路的分析更是顯得艱澀難懂。放大器作為電子設(shè)備中最重要最基本的單元電路，其應(yīng)用非常廣泛，在電子技術(shù)中介紹是必不可少的。如何分析三極管放大電路，使學(xué)生掌握基本的放大電路的工作原理，就成為了重點(diǎn)中的重點(diǎn)。
一、三極管放大電路課程分析
在講授三極管及放大電路教學(xué)過程中，因?yàn)槭切抡n程，新元件的使用（原來皆是兩腳元件），學(xué)生接受有障礙，且知識(shí)點(diǎn)多，從電路組成到直流通路、交流通路、輸入V―A特性、輸出V―A特性、Q點(diǎn)、Ri、Ro、Au、h參數(shù)等效電路、飽和失真、截止失真等等（還不包括三極管本身參數(shù)，如：?、rbb、rbe等）。當(dāng)需要理解和記憶的材料數(shù)量偏大時(shí)，就會(huì)給學(xué)習(xí)帶來困難。研究表明，在這種情況下，把記憶的組織適當(dāng)分散成若干小單元后，再依次存貯，記憶的效果就會(huì)好些。
二、基爾霍夫電流定律與管腳電流關(guān)系
基爾霍夫電流定律又叫做節(jié)點(diǎn)電流定律，它指出：電路中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)或假定封閉曲面上，任意時(shí)刻，流入的電流之和等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和，當(dāng)討論電流方向有正負(fù)時(shí)可以有ΣI=0。
當(dāng)學(xué)生根據(jù)三極管輸出特性曲線得出，三極管工作在放大區(qū)時(shí)有iC=βiB時(shí)，可以根據(jù)基爾霍夫電流定律取三極管為一閉合曲面，則有ΣI=0，即有iE=iB + iC = iB（1+β），且iE方向與iB和iC方向相反如圖所示：
三、疊加定理與放大器靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析
疊加定理是線性電路的一種重要分析方法，它解決了由線性電阻和多個(gè)電源組成的線性電路中，電流分布的問題。假定在電路內(nèi)只有各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，在此支路所產(chǎn)生的電流保持不變，對(duì)此電路求其電流分布，再假定只有第二個(gè)電動(dòng)勢(shì)起作用，而所有其余電動(dòng)勢(shì)都不起作用，再進(jìn)行計(jì)算；依次對(duì)所有電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行計(jì)算后再把所有結(jié)果合并進(jìn)而求出整個(gè)電路中的電流分布。
使用電工中對(duì)線性電路進(jìn)行分析方法對(duì)非線性元件三極管構(gòu)成的放大器進(jìn)行分析時(shí)，就要注意電壓或者叫做信號(hào)是否能夠疊加的問題。對(duì)于放大電路的最基本要求，一是不失真，二是能夠放大，若波形嚴(yán)重失真，則波形就無意義，所以只有信號(hào)在整個(gè)周期內(nèi)三極管始終保持在放大狀態(tài)，輸出信號(hào)才不會(huì)失真。
一般情況下，在放大電路中，直流信號(hào)（靜態(tài)電壓、電流）和交流信號(hào)（動(dòng)態(tài)電壓與電流）總是共存的，但是由于電容、電感等元件的存在，直流量所經(jīng)的通路與交流信號(hào)所經(jīng)過的通路并不完全相同，此時(shí)就可考慮用疊加定理。
分析電路圖1：
圖中分別有兩種電源，+VCC和US，則可將電路分開，于是根據(jù)疊加定理先將US短路，此時(shí)注意到整個(gè)電路為支流+VCC，于是C1、C2相當(dāng)與短路，于是又可轉(zhuǎn)化為圖2：（實(shí)際成為電路的直流通路）
又將+VCC短路，于是有此時(shí)電路電源為交流電源，可以有C相當(dāng)與短路，電路可轉(zhuǎn)化為圖3：（實(shí)際成為交流通路）
在進(jìn)行靜態(tài)分析時(shí)，充分運(yùn)用到電位知識(shí)點(diǎn)，由教師選擇兩條通路，啟發(fā)學(xué)生自己得到IB，IC和UCE的表達(dá)式。這樣不但使學(xué)生掌握了基本共射放大電路的靜態(tài)分析方法，而且為學(xué)生分析以后的共基、共集以及偏置電路打下了良好的基礎(chǔ)。
四、信號(hào)疊加與非線性失真
將靜態(tài)工作點(diǎn)Q代入到三極管的輸入曲線，于是可討論Q點(diǎn)位置、UBE與三極管發(fā)射極的關(guān)系，可見Q點(diǎn)低若uBE
若uBE< 0.7（由圖上可以讀出），則發(fā)射結(jié)截止，所以截止失真，即陰影部分信號(hào)放大失真。
對(duì)于飽和失真，當(dāng)Q點(diǎn)過高時(shí)，ib為不失真正弦波，但是由于輸入正半周太大，峰值部分若進(jìn)入三極管飽和區(qū)會(huì)引起ic產(chǎn)生頂部失真。同樣利用波形疊加的理論來解釋，有：
當(dāng)uBE大于 0.7V時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，輸入端不失真，但是有uBE變大，則ib變大，同時(shí)ic變大，UCE =VCC―IcRC值變小。若UCE接近于0甚至變?yōu)樨?fù)值時(shí)，則三極管集電結(jié)正偏，進(jìn)入飽和區(qū)，可能有部分UBE太大的信號(hào)無法正常放大，于是有過大的UBE信號(hào)（圖中陰影部分）放大失真。
顯然相對(duì)于復(fù)雜的輸出特性曲線分析，因?yàn)閷W(xué)生有疊加的基礎(chǔ)，用信號(hào)疊加的方法更加易于理解。同時(shí)，對(duì)于前面介紹過的靜態(tài)工作點(diǎn)Q的分析加深了學(xué)生對(duì)IB、IC、UCE之間的關(guān)系的掌握，起到了即學(xué)即用，加深掌握和記憶的效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]甄德山，教育學(xué)新編，天津教育出版社，1996.6，天津
[2]周紹敏，電工基礎(chǔ)，高等教育出版社，2006.5，北京
關(guān)鍵詞：工程實(shí)訓(xùn)；光機(jī)電一體化；電機(jī)調(diào)速
中圖分類號(hào)：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
引言
工程訓(xùn)練課程是高等教育的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、專業(yè)綜合能力和創(chuàng)新能力等方面有著其它課程不可代替的作用。但實(shí)訓(xùn)內(nèi)容較為單一刻板存在著照本宣科，依葫蘆畫瓢的現(xiàn)象，多數(shù)情況下學(xué)生只是跟著教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行練習(xí)而已，學(xué)生個(gè)人的想象力和直覺思維沒有開發(fā)出來，不善于質(zhì)疑、批判并超越教師和書本。為主動(dòng)適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)對(duì)人才的需求，主動(dòng)銜接“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，本文通過多年教學(xué)實(shí)踐，試圖從電子工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的內(nèi)容出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的直流電機(jī)調(diào)速控制實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。項(xiàng)目?jī)?nèi)容豐富，合理并具有層次性，注重經(jīng)典與先進(jìn)性相結(jié)合，有較好的靈活性和拓展性，為培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和工程綜合能力提供了一個(gè)行之有效的載體。
1 項(xiàng)目的基本工作原理與設(shè)計(jì)
1.1 PWM直流調(diào)速原理
我們知道直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n可表示如下：
n=(U-IR)/kφ （1）
式（1）中U為電樞端電壓，I為電樞電流，R為電樞電路總電阻，φ為每級(jí)磁通量， k為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。
從式中可知，改變U、φ、R等變量都可達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的，但最方便有效的調(diào)速方法是對(duì)電樞電壓U進(jìn)行控制。本文采用經(jīng)典的脈寬調(diào)制PWM直流控制技術(shù)，利用晶體管的開關(guān)特性對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)制，按一個(gè)固定的周期來接通與斷開功率晶體管，并根據(jù)外加控制信號(hào)來改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短，使加在電動(dòng)機(jī)電樞的電壓占空比改變，即改變電樞兩端平均電壓大小，從而達(dá)到控制PWM信號(hào)。
在實(shí)訓(xùn)過程中，產(chǎn)生PWM信號(hào)有4種方法可供學(xué)生選擇：
a、分立元件組成的PWM信號(hào)發(fā)生器。成本低、原理清晰，但電路復(fù)雜、調(diào)試難度大。
b、采用專用PWM集成電路，電路簡(jiǎn)單、性能好，但成本較高。
c、軟件模擬法，利用8051單片機(jī)的I/O口，通過軟件對(duì)該引腳輸出高低電平來實(shí)現(xiàn)PWM波。這種方法需占用CPU的大量資源，編程復(fù)雜，使得單片機(jī)的工作效率大為降低。
d、利用新一代單片機(jī)自帶的PWM口，通過控制單片機(jī)的初始化設(shè)置，使其自動(dòng)產(chǎn)生占空比可變的PWM，只有在改變脈沖寬度時(shí)，CPU才進(jìn)行干預(yù)，該方法控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)單、可靠。
2.2項(xiàng)目的整體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
我們以自帶PWM口的P87LPC768單片機(jī)為核心部件進(jìn)行闡述，光機(jī)電一體化直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
(1)單片機(jī)
選用P87LPC768，由于單片機(jī)只有20個(gè)引腳，既要控制電機(jī)的速度，又要顯示轉(zhuǎn)速，還要連接四個(gè)按鈕開關(guān)。I/O口線比較緊張，因此采用了片內(nèi)振蕩和內(nèi)部復(fù)位，使其對(duì)應(yīng)的3個(gè)引腳可作為I/O口線使用。單片機(jī)的PWM0(P0.1)口作為PWM輸出口。
本實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目主要采用P87LPC768的一路PWM輸出，PWM輸出主要由一個(gè)10位的輸出頻率相關(guān)寄存器CNSW及一個(gè)10位的脈沖寬度寄存器CPSW組成。根據(jù)需要設(shè)置CNSW的值，可得到PWM的輸出頻率：
fPWM=fc/(CNSW+1) （2）
設(shè)置CPSW的值，可得到PWM的脈沖寬度。對(duì)運(yùn)行的電機(jī)而言，各種不同的CPSW值就是各種不等的電壓。
(2)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路
采用光電傳感器測(cè)速電路。即在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上加裝一個(gè)圓盤，沿圓盤周邊均勻開一圈小孔，再通過對(duì)射型光電傳感器。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)射型光電傳感器上的發(fā)射單元發(fā)射的光線通過圓盤上的透光孔，交替地照射到接收單元，完成光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大整形可得相同頻率的連續(xù)脈沖，將脈沖信號(hào)送到CPU的計(jì)數(shù)器T1，計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
（3）功率驅(qū)動(dòng)電路
功率驅(qū)動(dòng)采用單電源可逆控制方式，一般采用由功率開關(guān)器件組成的H型橋式電路。有以下幾種選擇：a.采用功率場(chǎng)效應(yīng)管，開關(guān)性能好，但價(jià)格較高；b.采用大功率三極管，但因直流放大系數(shù)hFE太小，需驅(qū)動(dòng)的功率較大；c.采用中、小功率的三極管連接成達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，hFE較大，驅(qū)動(dòng)功率較小，可由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，且價(jià)格適中。
電路如圖2所示，其特點(diǎn)是在一個(gè)周期內(nèi)V12、V13與V23、V24和V21、V22與V15、V16兩組達(dá)林頓管交替導(dǎo)通，改變一個(gè)周期內(nèi)兩組達(dá)林頓管導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制，開關(guān)頻率可調(diào)至25kHz左右。
(4)LED顯示電路
數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)4位數(shù)碼管來顯示設(shè)定轉(zhuǎn)速和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，主要采用軟件掃描，占用了11條I/O口線。其中7根線用于段碼的選擇，4根用于位選擇，LED采用共陰極接法。
(3)按鈕開關(guān)
電機(jī)的運(yùn)行根據(jù)需要由四個(gè)按鈕開關(guān)進(jìn)行控制，單片機(jī)采用中斷掃描方法讀取按鈕信號(hào)，它們的功能分別是啟動(dòng)/停止鍵、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)鍵、定時(shí)鍵、轉(zhuǎn)向鍵。其中轉(zhuǎn)向鍵還可以使電機(jī)循環(huán)定時(shí)轉(zhuǎn)向。
本項(xiàng)目采用樂高（LEGO）機(jī)器人傳動(dòng)結(jié)構(gòu)組件構(gòu)建減速齒輪，曲柄連桿等機(jī)械機(jī)構(gòu)安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示。至于對(duì)過電壓、欠電壓和過電流保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法，相關(guān)文獻(xiàn)介紹較多，在此不作贅述。
3 教學(xué)實(shí)踐
3.1教學(xué)思路
根據(jù)電子實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)大綱的要求，我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中始終堅(jiān)持重基礎(chǔ)知識(shí)，重基本理論，重基本技能的教育，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)與前沿，經(jīng)典與現(xiàn)代，課外與課內(nèi)的有機(jī)結(jié)合（4）。光機(jī)電一體化直流電機(jī)調(diào)速控制實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是可供學(xué)生自主選擇的知識(shí)覆蓋面較全面的項(xiàng)目之一，學(xué)生利用這一實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目綜合運(yùn)用模擬和數(shù)字電路，單片機(jī)原理及接口技術(shù)，傳感器技術(shù)和電力傳動(dòng)控制技術(shù)，機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等課程的知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行綜合論證、設(shè)計(jì)、組裝和調(diào)試，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力為主線的教學(xué)指導(dǎo)思想。
3.2教學(xué)安排和實(shí)施過程
學(xué)生選擇本實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目后，老師把學(xué)生分成若干個(gè)小組，每組人數(shù)3~4人，若發(fā)現(xiàn)優(yōu)生和差生有扎堆現(xiàn)象，需做出適當(dāng)調(diào)整，以促進(jìn)學(xué)生互相學(xué)習(xí)和項(xiàng)目的完成。項(xiàng)目分為必修和選修兩部分，必修部分是電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)PWM控制和功率驅(qū)動(dòng)電路以及轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路，其它為選修部分。對(duì)于必修部分，老師從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)PWM控制原理入手，從轉(zhuǎn)速檢測(cè)（FG），頻率/電壓轉(zhuǎn)換器（f/v），基準(zhǔn)三角波發(fā)生器，PWM調(diào)速以及功率驅(qū)動(dòng)電路的組成、工作原理和設(shè)計(jì)思想進(jìn)行詳盡的講解和解剖，電路組成如圖3所示。
實(shí)訓(xùn)過程中，著重啟發(fā)學(xué)生利用基礎(chǔ)專業(yè)課程中學(xué)過的元器件知識(shí)，并結(jié)合查閱相關(guān)資料完成設(shè)計(jì)，力求拓展學(xué)生的視野，教師的工作是努力促成學(xué)生從知識(shí)積累向綜合能力的轉(zhuǎn)化。無論是必修部分還是選修部分，每一個(gè)功能電路都可以用不同的方案去進(jìn)行設(shè)計(jì)，把學(xué)生的興趣愛好置于核心地位，鼓勵(lì)主動(dòng)探究，為其個(gè)性發(fā)展創(chuàng)造條件，使得不同層次，不同基礎(chǔ)的學(xué)生都可以找到自己的角色。
學(xué)生實(shí)訓(xùn)成績(jī)?cè)u(píng)定，主要依據(jù)在設(shè)計(jì)和制作本項(xiàng)目的過程中，能做出多少功能電路，方案設(shè)計(jì)的先進(jìn)性及合理性，是否具有獨(dú)到創(chuàng)新之處，電路布局規(guī)范程度，測(cè)試數(shù)據(jù)和波形的準(zhǔn)確性，實(shí)習(xí)報(bào)告是否全面完整，先由各組學(xué)生自評(píng)和互評(píng)，最終由老師綜合考評(píng)確定實(shí)訓(xùn)成績(jī)。
3.3解決問題實(shí)例
在設(shè)計(jì)功率驅(qū)動(dòng)電路時(shí)有的學(xué)生決定采用H型可逆雙極性控制方案，使用了如圖2所示的電路，但在通電調(diào)試過程中，屢屢發(fā)生三極管被擊穿冒煙的情況，這是由于三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，集電極電流的變換滯后于基極電壓的變化，三極管內(nèi)部存在結(jié)電容效應(yīng)而造成的。我們啟發(fā)學(xué)生，在上面三極管導(dǎo)通時(shí)，如何保證下面三極管截止，反之亦然。大家開動(dòng)腦筋，反復(fù)琢磨，終于有了方案，引入如圖2所示的XY和NM兩條導(dǎo)線，其原理是，當(dāng)三極管V12和V15的基極為高電平時(shí)，V12和V13飽和導(dǎo)通，V15和V16截止，V15的發(fā)射極電位比基極高0.7V，反之亦然，從而保證了在同一時(shí)刻上下兩組三極管只能有一組導(dǎo)通，相當(dāng)于自鎖。問題解決后，電機(jī)運(yùn)行始終正常，使學(xué)生對(duì)三極管的特性有了更加深刻的理解。領(lǐng)悟到了基礎(chǔ)理論的重要性。
整個(gè)教學(xué)過程中我們始終強(qiáng)調(diào)工程設(shè)計(jì)，處理方法以及工程實(shí)踐中實(shí)際問題的解決。同學(xué)們感悟頗深，從課堂上學(xué)來的知識(shí)往往不是很深刻，只有從實(shí)踐中帶著問題學(xué)到的東西才說得上記憶深刻，真知灼見。
結(jié)語
工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)中的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目不應(yīng)是固定的、單一的、封閉的，而應(yīng)是多元的、開放的。學(xué)生通過實(shí)踐開闊了視野，活躍了思路，激發(fā)了靈感，養(yǎng)成了實(shí)事求是的態(tài)度，一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)，勇于面對(duì)失敗和挫折，積極進(jìn)取的探索精神，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的全面提高。工程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)與現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的應(yīng)用水平保持同步，并不斷更新，動(dòng)態(tài)調(diào)整，以適應(yīng)卓越工程師教育培養(yǎng)的教學(xué)改革，適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步的需要。
參考文獻(xiàn)
[1]浦龍梅，楊增強(qiáng)。單片機(jī)控制的PWM調(diào)速裝置的研究[J].電子技術(shù)，2006，(2):37-39.
[2]包松，鮑可進(jìn)，余景華，基于單片機(jī)PID算法的直流電機(jī)測(cè)控系統(tǒng)[J].微機(jī)發(fā)展，2003,13(8):72-74.
[2]曹琳琳，曹巧媛，單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2000.
關(guān)鍵詞：課程 實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐 教學(xué)改革 教學(xué)質(zhì)量
中圖分類號(hào)：G421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（b）-0-01
電子技術(shù)是電子專業(yè)、通信專業(yè)、電子與信息技術(shù)專業(yè)、應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)、自動(dòng)控制專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，課程的顯著特征之一是其實(shí)踐性特別強(qiáng)。對(duì)于職業(yè)技術(shù)學(xué)校的學(xué)生，要想很好的掌握電子技術(shù)，除了掌握基本器件的原理、電子電路的基本組成及分析方法外，還要掌握電子器件及基本電路的應(yīng)用技術(shù)，因而重視實(shí)驗(yàn)和加強(qiáng)實(shí)踐已成為職業(yè)技術(shù)學(xué)校電子技術(shù)教學(xué)中不容缺少的重要環(huán)節(jié)。
當(dāng)前，職業(yè)技術(shù)學(xué)校的電子技術(shù)教學(xué)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。其主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：一是職業(yè)技術(shù)學(xué)校的學(xué)生程度參差不齊，并且理論基礎(chǔ)水平大多比較薄弱；二是教材滯后并缺少針對(duì)性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能跟上時(shí)代的發(fā)展；三是所學(xué)知識(shí)缺少靈活性，難以適應(yīng)社會(huì)各行各業(yè)的需要；四是受試驗(yàn)場(chǎng)地、條件、儀器設(shè)備、經(jīng)費(fèi)等各方面的限制，學(xué)生很難有實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐機(jī)會(huì)。因此，必須針對(duì)這些因素對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)。教學(xué)方法的改進(jìn)可以抓住實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐這兩個(gè)環(huán)節(jié)，并充分利用仿真技術(shù)和自制教具等多種手段以提高教學(xué)質(zhì)量，從而達(dá)到培養(yǎng)出適合于職業(yè)技術(shù)教育特點(diǎn)的實(shí)用性技術(shù)人才的目的。
1 在教學(xué)中要重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)
對(duì)于職業(yè)技術(shù)學(xué)校的學(xué)生來說，其綜合素質(zhì)參差不齊，并且理論基礎(chǔ)水平較薄弱，面對(duì)復(fù)雜且枯燥的理論推理及難記的公式，學(xué)生往往缺乏學(xué)習(xí)熱情。所以，在教學(xué)過程中應(yīng)抓住基礎(chǔ)驗(yàn)證性演示實(shí)驗(yàn)，做好設(shè)計(jì)性試驗(yàn)，深化綜合性實(shí)驗(yàn)。1）通過基礎(chǔ)性演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使枯燥的的理論指導(dǎo)變得更為直觀、生動(dòng)。形象的演示，可使學(xué)生更好的掌握器件的性能及電子電路的基本原理，真正做到深入淺出。通過實(shí)驗(yàn)掌握理論，在實(shí)驗(yàn)中鞏固理論，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從而達(dá)到較好掌握知識(shí)的目的。例如我們?cè)诮o0212班講解半導(dǎo)體三極管工作原理時(shí)，由于學(xué)生化學(xué)知識(shí)有限，從微觀上分析其工作原理時(shí)學(xué)生會(huì)覺得晦澀難懂，而演示實(shí)驗(yàn)卻讓學(xué)生直接從電流表的讀數(shù)上掌握了三極管的工作原理，進(jìn)而也了解了三極管的工作性能。所有的同學(xué)都活躍起來使課堂教學(xué)效果事半功倍。2）通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以提高學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的運(yùn)用能力掌握參數(shù)及電子電路的內(nèi)在基本規(guī)律真正理解模擬電路參數(shù)“量”的差別和工作“狀態(tài)”的差別及數(shù)字電路的輸入、輸出邏輯關(guān)系。例如學(xué)完集成運(yùn)算放大電路，可以應(yīng)用EWB實(shí)驗(yàn)仿真軟件進(jìn)行集成線性應(yīng)用電路和非線性應(yīng)用電路的功能測(cè)試，使學(xué)生體會(huì)到電路參數(shù)“量”的差別和工作“狀態(tài)”的差別，既能減輕學(xué)校儀器設(shè)備的損耗，又可以讓學(xué)生掌握新的知識(shí)，從而拓寬學(xué)生的知識(shí)面，使其學(xué)有所獲。3）通過綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以提高學(xué)生對(duì)單元功能電路的理解，了解各功能電路間的相互影響，掌握各功能電路之間參數(shù)的銜接和匹配關(guān)系，以及模擬電路和數(shù)字電路之間的結(jié)合，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，形成自己靈活多變的知識(shí)體系。例如我們?cè)?212班、0218班的半導(dǎo)體收音機(jī)調(diào)試試驗(yàn)時(shí)，學(xué)生通過調(diào)試過程，既掌握了整流濾波電路、振蕩電路、多級(jí)放大電路、功放等電路及它們之間的銜接與匹配，又令學(xué)生學(xué)會(huì)了應(yīng)用各種儀器儀表進(jìn)行電路測(cè)試的方法，強(qiáng)化了學(xué)生的技能訓(xùn)練。
2 在教學(xué)中要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)
針對(duì)我院培養(yǎng)實(shí)用型技術(shù)人才的目標(biāo)，結(jié)合本課程實(shí)踐性特別強(qiáng)的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中要搞好階段性實(shí)踐，強(qiáng)化課程實(shí)踐。1）通過階段性實(shí)踐，深化學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的知識(shí)點(diǎn)，突破疑難點(diǎn)，提高學(xué)生的知識(shí)運(yùn)力。0212班的學(xué)生在學(xué)完功率放大電路后，及時(shí)進(jìn)行了功率放大電路的實(shí)訓(xùn)。為此，我們安排了一個(gè)功率放大器實(shí)訓(xùn)，其中包含變壓、整流濾波、穩(wěn)壓電路、功率放大電路等，并在電路中設(shè)置了一些測(cè)試點(diǎn)。通過實(shí)訓(xùn)可以達(dá)到以下幾個(gè)目的：學(xué)習(xí)萬用表的使用（包含元件好壞的判別、歐姆檔、交直流電壓或電流檔）；確知全波整流電路輸出電壓理論值與實(shí)際值是否相符；確知穩(wěn)壓電路電壓在電源波動(dòng)或負(fù)載電流改變時(shí)是否保持穩(wěn)定；觀測(cè)電路的靜、動(dòng)態(tài)電流隨負(fù)載改變的情況，還可用示波器演示信號(hào)的放大過程。在實(shí)踐中還可以練習(xí)基本功（如焊接、連線方法等）。學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情大大提高，他們有的連中午、晚上都在加班加點(diǎn)，為的是早一點(diǎn)看到自己的處女作是否成功。教師在整個(gè)實(shí)訓(xùn)過程中主要是教學(xué)生安裝調(diào)試并幫學(xué)生解決出現(xiàn)的問題，讓理論在實(shí)踐中得到驗(yàn)證，既深化知識(shí)，又提高了學(xué)生的實(shí)踐操作能力。2）通過課程時(shí)間，提高學(xué)生的綜合運(yùn)用能力及創(chuàng)新能力。0212班的學(xué)生進(jìn)行的半導(dǎo)體收音機(jī)的安裝和三位顯示計(jì)數(shù)系統(tǒng)的安裝，使學(xué)生們不但熟悉了收音機(jī)和位顯示記數(shù)系統(tǒng)的電路原理，而且還掌握了組裝和焊接工藝及故障判斷與排除方法。有一部分同學(xué)的制作精度很高，孫濤同學(xué)還在多用戶報(bào)警器的實(shí)訓(xùn)中自行在原電路基礎(chǔ)上加入光感電路，實(shí)現(xiàn)了光控報(bào)警。實(shí)踐不但培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還激發(fā)了他們的創(chuàng)新能力。
3 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
對(duì)此，不僅要抓住實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐這兩個(gè)環(huán)節(jié)，還要利用仿真技術(shù).和自制教具等多種教學(xué)手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。1）充分利用教具進(jìn)行教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生思維并激發(fā)其創(chuàng)造性。例如：0201班的學(xué)生學(xué)習(xí)編碼譯碼顯示器時(shí)我們用自制的教具做演示，不但所有的學(xué)生都興味盎然地掌握了編碼和譯碼顯示的邏輯功能，還有一部分同學(xué)聯(lián)想到了實(shí)際生活中的應(yīng)用前景。2）為克服版之和是實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)器材等方面的限制，電子技術(shù)的教學(xué)最好利用EWB實(shí)驗(yàn)仿真軟件和多媒體來教學(xué)，這可是枯燥抽象的理論知識(shí)直觀形象化，可以滿足不同層次、不同課時(shí)、不同專業(yè)的學(xué)生需要。總之，隨之電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，知識(shí)更新?lián)Q代的速度不斷加快，社會(huì)人才競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，社會(huì)對(duì)人才的要求越來越高，給職業(yè)技術(shù)教育的就業(yè)形勢(shì)帶來了巨大的壓力。因此，對(duì)我們職業(yè)技術(shù)學(xué)校學(xué)生的電子技術(shù)教育教學(xué)方式也提出了更高的要求。電子技術(shù)又是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，且它應(yīng)用于各行各業(yè)，所以，我們一定要搞好其實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，并充分利用仿真技術(shù)和自制教具等多種手段提高教學(xué)質(zhì)量，從而達(dá)到培養(yǎng)寬口徑實(shí)用型技術(shù)人才的目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：500kW短波發(fā)射機(jī)；射頻系統(tǒng)；工作原理
1 概述
我臺(tái)目前有五部TSW2500型500kW短波發(fā)射機(jī)，其中丙機(jī)房有三部，是我局最早引進(jìn)的，如今已運(yùn)行了十五年有余。機(jī)房有兩部，是在2003年安裝的，運(yùn)行也近14年了。本文對(duì)射頻系統(tǒng)的原理和構(gòu)成進(jìn)行說明，便于同行參考。
2 射頻系統(tǒng)
射頻部分組成分為頻率合成、自動(dòng)增益控制、射頻寬放、射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)輸入網(wǎng)絡(luò)、射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)、即射頻末級(jí)輸入網(wǎng)絡(luò)、射頻末級(jí)、射頻末級(jí)輸出網(wǎng)絡(luò)、VHF濾波器以及平衡/不平衡轉(zhuǎn)換器等部分組成。
射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)電子管V1為超蒸冷陶瓷三極管CTK12-1，射頻末級(jí)電子管V2為超蒸冷陶瓷四級(jí)管TH576。
磣云德屎銑善韉納淦敵藕牛經(jīng)過射頻自動(dòng)增益控制輸入到全固態(tài)寬帶放大器。射頻寬放輸出500W，推動(dòng)射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)將射頻信號(hào)提高到5kW，以推動(dòng)射頻末級(jí)管正常工作。射頻末級(jí)電子管的屏極電壓是由PSM提供的音頻+直流，射頻末級(jí)電子管工作在C類（丙類）放大區(qū)，輸出載波功率500kW。
輸出網(wǎng)絡(luò)由低通結(jié)構(gòu)的三節(jié)π網(wǎng)絡(luò)組成，將負(fù)載阻抗50Ω變換成末級(jí)管TH576所需的屏極阻抗190Ω。丙類放大器的屏極電路所需要的品質(zhì)因數(shù)Q值，也取決于輸出網(wǎng)絡(luò)，另外，三π網(wǎng)絡(luò)也起諧波濾波作用，即對(duì)諧波進(jìn)行衰減（對(duì)于屏極上所有諧波呈現(xiàn)盡可能低的阻抗）。
如果發(fā)射機(jī)進(jìn)行調(diào)諧（換頻），則存儲(chǔ)的和預(yù)設(shè)的調(diào)諧數(shù)值（MP值）首先對(duì)所有可調(diào)元件進(jìn)行調(diào)整，稱為粗調(diào)，粗調(diào)完成后加高壓，根據(jù)鑒相值和電壓電流的變化進(jìn)行自動(dòng)細(xì)調(diào)達(dá)到滿足發(fā)射機(jī)穩(wěn)定工作的各種標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（末級(jí)電子管柵流、簾柵流、屏流、輸出功率等）。
射頻末級(jí)由末級(jí)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（π網(wǎng)絡(luò)），末級(jí)電子管，輸出隔直電容和相應(yīng)的供電、中和和取樣電路組成。
驅(qū)動(dòng)π網(wǎng)絡(luò)的橫臂為電感L133（MP4），一個(gè)豎臂為電容C133（MP2），另一個(gè)豎臂為末級(jí)管的柵陰極間電容。網(wǎng)絡(luò)直接安裝在末級(jí)電子管的下面，管座的底部（控制柵極）正對(duì)著調(diào)諧線圈L133的滑動(dòng)接點(diǎn)的壓接圓銅板，為的是保持寄生電感最小，調(diào)諧電容C133也以最短的距離與管座的底座（陰極）聯(lián)接。發(fā)射機(jī)換頻時(shí)要調(diào)整該π網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到驅(qū)動(dòng)級(jí)與末級(jí)間的匹配。
射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)激勵(lì)射頻末級(jí)電子管工作，將直流能量以及音頻部分整合為射頻，將發(fā)射機(jī)輸出的雙邊帶調(diào)幅波通過饋線輸送至天線或假負(fù)載上。射頻末級(jí)使用一只超蒸發(fā)冷卻陶瓷四極管-TH576，采用陰地線路，陰極直接接地，四極管工作在C類狀態(tài)。
采用TH576電子管，是因?yàn)榫邆漭^好的高頻特性，陰極和柵極引出環(huán)相互交換位置，對(duì)于陰極直接接地的線路來講，電子管的管座可以非常簡(jiǎn)潔（僅裝有硅樹脂模壓的片狀電容（C221）用于簾柵極退耦，管座上的所有觸點(diǎn)均鍍銀降低接觸電阻），控制柵極和簾柵極線路的處理也可以更為直接和簡(jiǎn)潔，很好的縮小了管子的尺寸，對(duì)提升功率放大器的高頻特性有很好的幫助。
按照電子管TH576的特性，可以工作在無柵流狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)功率僅僅用于補(bǔ)償輸入匹配線路損耗，但為了工作在穩(wěn)定的飽和C類狀態(tài)，射頻末級(jí)仍然工作在小柵流狀態(tài)（約2A），需要激勵(lì)功率大約3-4kW，-800V偏壓加在控制柵極。載波狀態(tài)下，射頻末級(jí)放大器提供大于500kW的輸出功率，屏極阻抗大約為190Ω，屏極電壓為14kV。
射頻末級(jí)和其輸出網(wǎng)絡(luò)之間的射頻耦合是通過隔直電容C250（2nF/45kV）來實(shí)現(xiàn)的，該電容由鍍銅的特氟隆制成，呈圓筒狀，套在射頻末級(jí)管屏級(jí)上。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，引線電感很小。
屏極中和電容C140是連接在輸出耦合電容C250的后面，在輸入一邊，是連接在輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，為了在高頻端得到更好的調(diào)節(jié)能力。
3 結(jié)束語
我們還需要對(duì)機(jī)器設(shè)備做進(jìn)一步的分析研究，更好的掌握它，駕馭它，從而確保安全播出任務(wù)的圓滿完成。在此，我們希望有機(jī)會(huì)多與同行們進(jìn)行一下工作交流，互補(bǔ)互進(jìn)。
【關(guān)鍵詞】電視機(jī)；故障檢測(cè)；維修技巧
1.引言
電視機(jī)作為電子技術(shù)中的一個(gè)特殊領(lǐng)域，它重點(diǎn)研究圖像信息的處理與顯示。由于電視機(jī)在社會(huì)上的擁有量比較高，而隨著時(shí)間的推移或其它因素的影響，電視機(jī)或多或少地都會(huì)出現(xiàn)各式各樣的故障，但如何快速檢測(cè)和排除故障，是維修人員追求的目標(biāo)。由于電視機(jī)品牌繁多，電路復(fù)雜，故障千變?nèi)f化，如何快速查找并處理好電視機(jī)的故障并不是一件簡(jiǎn)單的事情。整個(gè)維修過程即需要專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，還要有熟練的操作技能與技巧。本人多年來在指導(dǎo)學(xué)生電視機(jī)維修的實(shí)踐教學(xué)中，積累了一定的維修經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合理論學(xué)習(xí)，總結(jié)出判斷電視機(jī)故障的兩點(diǎn)技巧。一是在通電狀態(tài)下維修，從各路電壓入手，測(cè)量故障電路測(cè)試點(diǎn)電壓；二是在斷電狀態(tài)下維修，找到故障電路電流稍大的范圍，利用萬用表對(duì)易損件電阻等測(cè)量，快速檢測(cè)出電視機(jī)的電路故障并加以排除。
2.在通電狀態(tài)下
電視機(jī)維修的首要問題就是故障點(diǎn)的鎖定。雖然電視機(jī)內(nèi)部電路復(fù)雜，而且各個(gè)品牌之間也有所差異，但是電視機(jī)的電路原理是相同的。我們會(huì)根據(jù)電視機(jī)顯示的故障，鎖定故障范圍，然后通過關(guān)鍵點(diǎn)電壓的測(cè)定，檢測(cè)故障所在的部位。
【例1】這里以電視機(jī)常見的故障無圖像、無光柵、無伴音為例。電視機(jī)出現(xiàn)上述問題，故障可能是在電源電路或者是行掃描電路，也可能是兩個(gè)部分同時(shí)存在問題。
我們第一要查看主電源的電壓是否正常，如果電壓不是115V，我們應(yīng)該切斷行掃描電路，給電視機(jī)的電源主回路加個(gè)負(fù)載，負(fù)載的大小要與電視機(jī)的功率相匹配，這時(shí)如果電壓還是不正常，應(yīng)斷定電源電路出現(xiàn)故障；如果電壓正常，故障可能就在行掃描電路。判斷出故障所在，再進(jìn)行具體分析。（1）電源電路故障：我們可以測(cè)量電源部分的直流電壓是否正常（300V），推斷出故障是在前面的整流濾波電路還是開關(guān)振蕩電路。（2）行掃描電路故障：我們檢測(cè)行輸出變壓器的二次側(cè)電壓，如12V、180V等，如果電壓正常，說明掃描電路良好，若其中哪組電壓不正常，故障就出在其中。當(dāng)檢測(cè)行輸出變壓器二次側(cè)沒有電壓時(shí)，可以檢測(cè)行輸出管的BE級(jí)間電壓，如果有0.2V的負(fù)電壓，則證明振蕩電路沒問題，說明故障在行輸出電路上。通過上述操作我們就能鎖定電路故障所在，快速排除。
在電路故障區(qū)域鎖定之后，我們?nèi)绾螐墓收想娐分邪l(fā)現(xiàn)損壞的元器件？當(dāng)然有些元器件明顯的故障可直接判定，例如電阻的燒黑，電容的爆裂和漏液，而絕大部分電阻、電容、穩(wěn)壓管、三極管、集成塊損壞是肉眼分辨不出來的，不能將每個(gè)元器件拆下來檢測(cè)，但可以根據(jù)每個(gè)元器件工作時(shí)的電壓特性來確定。在帶電的狀態(tài)下，通過電壓的檢測(cè)，可以斷定元器件是否良好。
通常情況下電阻易出現(xiàn)燒斷性故障，特別是大功率電阻很容易燒斷，若量得大功率電阻其電阻阻值很小，且其兩端電壓很高，可斷定電阻已損壞。二極管正常工作狀態(tài)下，正向電壓降一般只有0.7V，一旦發(fā)現(xiàn)二極管正向壓降大于此數(shù)值的話，可認(rèn)定二極管斷路，二極管短路時(shí)會(huì)引起所在電路中保險(xiǎn)絲或保險(xiǎn)電阻燒斷；三極管工作在放大狀態(tài)時(shí)，必須滿足三極管的特性即發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，但對(duì)于三極管NPN型，應(yīng)該是Uc>Ub>Ue，Ube接近0.6V-0.7V，否則三極管放大電路可能存在問題；對(duì)集成塊各引腳電壓的檢測(cè)，與標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，通過電壓不同判斷故障所在的電路。通過測(cè)量元件工作電壓、進(jìn)一步縮小故障的范圍，但最終元件的好壞還要通過測(cè)量元件阻值來確定。
電壓法在電視機(jī)維修中應(yīng)用很多，下面是兩個(gè)疑難故障的檢測(cè)和排除的實(shí)例。
【例2】有一臺(tái)彩電，輸出厚膜塊經(jīng)常燒壞，更換新的厚膜塊后還能保持一段良好工作時(shí)間。經(jīng)檢測(cè)場(chǎng)輸出厚膜塊和主電源工作電壓，發(fā)現(xiàn)其電壓都有些高，而且無法調(diào)整，因此我們認(rèn)為電源部分存在問題。經(jīng)檢測(cè)是電源部分的振蕩電容容量減小，引起主電源輸出電壓過高，更換電容后電源電壓恢復(fù)正常，故障排除。
【例3】另有一臺(tái)彩電，用的是TA8719 BN集成電路，該機(jī)開機(jī)后有聲音但圖像顯示不正常，而且屏幕上不斷變換著NTSC和PAL兩種制式。用手拍打電視機(jī)頂蓋后有時(shí)可以正常收看，從此現(xiàn)象可以判斷故障為接觸不良，經(jīng)多次修理后，此故障仍未排除，而且與此故障有關(guān)的電路都進(jìn)行了檢修。后用電壓檢測(cè)法，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，檢查解壓板與主板間插排，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)引腳電壓在變動(dòng)，因此判定此腳接觸不良，后將該腳與解壓板重新焊接，故障排除且圖像正常。
以上只是電壓法在電視機(jī)維修中的應(yīng)用，但是在實(shí)際操作過程中還有一些故障是不允許通電檢測(cè)的，因?yàn)橥姍z測(cè)會(huì)損壞一些主要元件，基于此將另一種技巧教給大家——易損件電阻的判別。
3.在斷電狀態(tài)下
在電視機(jī)維修中，電阻故障占有相當(dāng)大的比例。電阻器的損壞一般分為二種情況：
3.1 由外部原因造成
由于某種原因（多數(shù)是由于其他元器件的擊穿損壞），致使電路中的電壓、電流異常上升，造成在該電阻上產(chǎn)生的耗散功率大大超過了其額定功率而燒毀損壞。由外因造成的電阻損壞，多數(shù)會(huì)在電阻外觀上呈現(xiàn)出明顯的燒焦痕跡，用肉眼即很容易發(fā)現(xiàn)，但也有少部分特殊電阻（如保險(xiǎn)電阻）例外。因此，在檢修中如看到有燒焦的電阻或是保險(xiǎn)電阻燒斷等情況，必須進(jìn)一步查明造成該電阻損壞的原因并加以排除。若只是簡(jiǎn)單地更換電阻，不僅不能將機(jī)修復(fù)，還有可能使故障進(jìn)一步擴(kuò)大，造成不必要的損失。
3.2 由內(nèi)部原因造成
因電阻本身質(zhì)量不良，使阻值發(fā)生了變化，破壞了電路的正常工作，由此引發(fā)電視機(jī)產(chǎn)生各種各樣的故障現(xiàn)象。這種情況只要能找出損壞的電阻，直接進(jìn)行更換，便可立竿見影地排除電視機(jī)故障。電阻本身變值損壞通常在外觀上看不出有何異常，只能通過萬用表檢測(cè)才能發(fā)現(xiàn)。在實(shí)踐中還可看到，這種變值損壞的電阻有其一定的規(guī)律性：一種阻值一般是變大或開路；另一種是小阻值電阻損壞的概率相對(duì)較高。對(duì)于開路性損壞的電阻，一般通過檢測(cè)都能馬上被發(fā)現(xiàn)，但對(duì)于阻值變大的情況，檢測(cè)中如果稍為馬虎就很容易把它放過，結(jié)果使維修走彎路甚至陷人困境。因此，在對(duì)被懷疑的電阻進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一定要認(rèn)真、仔細(xì)，只要阻值誤差超過10%以上就要引起注意。如果所用萬用表精度不夠，可另外用同阻值且準(zhǔn)確的電阻來進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，即能發(fā)現(xiàn)問題。另外，檢修中當(dāng)判斷故障在某部分電路時(shí)，不妨對(duì)這部分電路中的小阻值電阻多加留意，一般小阻值電阻都是起限流保護(hù)作用的，那么電流大的地方，元件壞的機(jī)率也大。實(shí)例如下：
【例4】一臺(tái)長(zhǎng)虹c2551彩電，伴音、黑白圖像正常，但無彩色。
經(jīng)檢查制式選擇無誤，從AV輸入接口接入由錄像機(jī)播放的節(jié)目信號(hào)，將色飽和度調(diào)至最大，同樣無彩色，因此可確認(rèn)故障在色度信號(hào)處理電路。考慮到LA7680已更換過，且故障如故，因此可基本排除集成塊的原因，重點(diǎn)對(duì)電路進(jìn)行檢查。先后對(duì)色度帶通濾波器、制式轉(zhuǎn)換電路、色飽和度控制電路等進(jìn)行檢查均未發(fā)現(xiàn)異常，更換色副載波振蕩晶振無效，當(dāng)檢查到集成塊⑩腳元件時(shí)，發(fā)現(xiàn)R263已由220kΩ變?yōu)?80kΩ，另取一只220kΩ電阻換上后，彩色出現(xiàn)，故障排除。由LA7680工作原理分析，該機(jī)此集成塊⑩腳外接的R262、R263、R264、R265、C265等組成低通濾波器，它與自動(dòng)相位控制電路及壓控振蕩器共同構(gòu)成鎖相環(huán)路。因此，⑩腳外接個(gè)別元件損壞，會(huì)導(dǎo)致色副載波的振蕩頻率及相位無法被色同步信號(hào)鎖定，使內(nèi)部消色器啟動(dòng)，從而造成無彩色故障。據(jù)前維修人員說，他也曾幾次檢查過這個(gè)電阻，但每看到表針指在200kΩ左右即認(rèn)為“差不多”而沒有引起注意。如此馬虎，將故障元件一次次地從眼皮底下放過，最終使維修進(jìn)入死胡同也就是必然的了。
4.結(jié)語
通過上述幾個(gè)實(shí)例，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)它們都各自具備自己的特點(diǎn)，而我們所說的技巧大多都是經(jīng)過維修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的，一要選擇合適的方法，二要仔細(xì)觀察才能發(fā)現(xiàn)蛛絲馬跡。在這里還要提醒大家一句，在維修電視機(jī)的過程中，能在通電狀態(tài)下維修的，盡量選擇通電，因?yàn)橹挥性陔娨暀C(jī)工作的時(shí)候才會(huì)暴露出電壓標(biāo)稱值的對(duì)與錯(cuò)。
參考文獻(xiàn)
[1]張新芝.電視技術(shù)[M].北京：高教出版社，2003.
[2]肖運(yùn)虹.電視技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.
[3]呂剛，劉華東，何建新.彩色電視機(jī)維修技術(shù)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2009，1.
一、汽車電源系統(tǒng)原理
汽車電源系統(tǒng)由兩部分組成，即鉛蓄電池和交流發(fā)電機(jī)，鉛蓄電池和交流發(fā)電機(jī)并聯(lián)在一起工作。在發(fā)動(dòng)機(jī)沒有啟動(dòng)或已經(jīng)啟動(dòng)沒有達(dá)到穩(wěn)定帶速之前，主要由蓄電池提供能量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定帶速以后，主要由汽車發(fā)電機(jī)提供能量，同時(shí)交流發(fā)電機(jī)為鉛蓄電池充電。正常工作中鉛蓄電池與發(fā)電機(jī)并聯(lián)，由于鉛蓄電池的電壓鉗位作用，電源輸出電壓基本保持在額定電壓基礎(chǔ)上。如果汽車處在長(zhǎng)時(shí)間低耗能的狀態(tài)下運(yùn)行，鉛蓄電池可能出現(xiàn)滿電情況，如果發(fā)電機(jī)繼續(xù)為鉛蓄電池充電，鉛蓄電池的端電壓會(huì)隨充電電壓升高，產(chǎn)生交流發(fā)電機(jī)撇載現(xiàn)象。在撇載狀態(tài)下，鉛蓄電池失去電壓鉗位作用，輸出電壓等于交流發(fā)電機(jī)整流輸出電壓，大約15伏左右。
二、汽車電源保護(hù)電路作用
鉛蓄電池額定電壓大約為12伏（柴油車為24伏），交流發(fā)電機(jī)輸出額定電壓大約為14.5伏。汽車電器設(shè)備額定電壓是12伏，如果出現(xiàn)撇載現(xiàn)象，交流發(fā)電機(jī)電壓接在電器設(shè)備上，此時(shí)電壓已經(jīng)超出額定電壓的20%，可能燒毀用電設(shè)備。為了防止汽車電氣設(shè)備在發(fā)電機(jī)撇載后出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象，需要對(duì)汽車用電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，這個(gè)保護(hù)用電設(shè)備的電路，我們稱之為汽車電源保護(hù)器。本項(xiàng)目主要就是研究保護(hù)汽車用電設(shè)備的保護(hù)電路，以便使汽車能安全、可靠地運(yùn)行。
三、汽車電源保護(hù)電路結(jié)構(gòu)
汽車電源保護(hù)電路主要是把用電設(shè)備電壓控制在額定電壓的10%以內(nèi)。而對(duì)于汽車而言，出現(xiàn)撇載現(xiàn)象之前，用電設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)過壓現(xiàn)象而燒毀；出現(xiàn)撇載現(xiàn)象后，電壓升高可能燒毀用電設(shè)備。電路設(shè)計(jì)上采用兩部分組成，一部分采用開關(guān)控制哪一路電路接通；另一部分采用直流串聯(lián)穩(wěn)壓電路使撇在后輸出電壓穩(wěn)定。該電路主要由穩(wěn)壓電路和開關(guān)控制電路兩部分組成，撇載之前電源電壓經(jīng)過常閉觸點(diǎn)加在負(fù)載上，此時(shí)保護(hù)電路幾乎對(duì)原電路沒有影響；撇載之后，電壓經(jīng)過常開觸點(diǎn)送到穩(wěn)壓電路，經(jīng)過穩(wěn)壓后加到負(fù)載上。這樣就可以保證用電設(shè)備在額定電壓下工作，從而使用電設(shè)備更加可靠地運(yùn)行。
四、汽車電源保護(hù)電路工作原理
電源保護(hù)電路與普通串聯(lián)型穩(wěn)壓電源略有不同，在穩(wěn)壓電源的前邊增加了多觸點(diǎn)繼電器，當(dāng)電源電壓在12伏（汽車發(fā)電機(jī)撇載之前）時(shí)，繼電器不動(dòng)作，電源經(jīng)繼電器常閉觸點(diǎn)，加到用電設(shè)備上。當(dāng)電源電壓增加到12.5伏以上時(shí)，繼電器動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)打開，常開觸點(diǎn)閉合，電源電壓經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)，經(jīng)串聯(lián)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后加到用電設(shè)備上。
串聯(lián)穩(wěn)壓電路使用了具有溫度補(bǔ)償特性的，高精度的標(biāo)準(zhǔn)電壓源集成電路TL431，所以使電路簡(jiǎn)化，成本降低，而穩(wěn)壓性能卻很高。穩(wěn)壓管TL431的穩(wěn)壓值連續(xù)可調(diào)，這個(gè)穩(wěn)壓值決定了穩(wěn)壓電源的最大輸出電壓。調(diào)整管用的是大電流NPN型金屬殼硅管，由于它的發(fā)熱量很大，如果條件允許，盡量購(gòu)買大的散熱片，擴(kuò)大散熱面積，如果不需要大電流，也可以換用功率小一點(diǎn)的硅管，這樣可以做的體積小一些。濾波用兩只50V、4700uF電解電容并聯(lián)，使大電流輸出更穩(wěn)定，如果考慮高頻波影響，可以增加一個(gè)低容量濾波電容。
五、汽車電源保護(hù)電路設(shè)計(jì)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)
應(yīng)用汽車電源保護(hù)電路可以有效保護(hù)汽車用電設(shè)備，防止用電設(shè)備因?yàn)殡娫措妷荷叨鴵p壞。雖然電路在設(shè)計(jì)上采用穩(wěn)壓電路，但又與傳統(tǒng)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路不完全相同，具體體現(xiàn)在以下幾方面：
1.電源調(diào)整管采用雙管串聯(lián)形式，可以提供更大的電流。汽車電路具有低電壓、大電流的特點(diǎn)，因此采用雙管串聯(lián)，可以增加輸出電流。電流的增加會(huì)使調(diào)整管管耗增加，調(diào)整管可能會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，三極管的選擇很重要，同時(shí)散熱問題也是項(xiàng)目研究的重點(diǎn)，除了考慮增大散熱片外，必要時(shí)還可以考慮增加風(fēng)扇散熱，以保證三極管工作穩(wěn)定。
2.為了降低電源保護(hù)設(shè)備插入損耗，采用繼電器對(duì)電路中電壓分段控制。利用繼電器控制串聯(lián)穩(wěn)壓電路的工作狀態(tài)，只有在電源電壓升高時(shí)，穩(wěn)壓電路工作，其他情況下穩(wěn)壓電路不工作，這樣就可以降低設(shè)備損耗。
3.繼電器在斷開、吸合瞬間，可能產(chǎn)生脈沖電壓，影響輸出電壓穩(wěn)定。為了防止輸出電壓受到影響，電路中采用雙電容并聯(lián)形式，提高電路的充放電時(shí)間，降低由于繼電器動(dòng)作產(chǎn)生的影響。
汽車電源保護(hù)器主要是針對(duì)目前汽車市場(chǎng)上出現(xiàn)用電設(shè)備偶爾燒毀而設(shè)計(jì)的，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓效果好，安裝維護(hù)比較方便，插入損耗小。該電路主要為5A以上用電設(shè)備設(shè)計(jì)的，如果為收音機(jī)、電視機(jī)等供電，電源調(diào)整管還可以選擇小功率管。電路的缺點(diǎn)是輸出電壓在繼電器動(dòng)作前后可能不一致，設(shè)備體積可能略大，如果采用風(fēng)扇散熱，可能增加設(shè)備能耗等。但不管怎么說，這都是目前市場(chǎng)上絕無僅有的一款為汽車電器設(shè)備設(shè)計(jì)的保護(hù)電路，隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在不久的將來它將發(fā)揮巨大的作用。
參考文獻(xiàn)：
[1]張華.汽車電工電子技術(shù).北京理工大學(xué)出版社，2011.8
關(guān)鍵詞：直流電源系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè) 逆變電源晶閘管保護(hù)
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，先進(jìn)技術(shù)的不斷出現(xiàn)，采用了下列兩項(xiàng)新技術(shù)，不但可以提高大功率逆變電源運(yùn)行的可靠性，而且還能夠延長(zhǎng)其使用壽命。下面介紹一下兩項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用。
1 直流電源系統(tǒng)的新技術(shù)
以往的直流電源系統(tǒng)由工頻變壓器，可控硅相控整流充電機(jī)和免維護(hù)全密封閥控式鉛酸蓄電池組等組成，改進(jìn)方案如下：
1.1 N+1冗余高頻開關(guān)電源模塊 設(shè)備的正常工作需要有充足的動(dòng)力來提供支持，充電機(jī)在直流電源系統(tǒng)中所擔(dān)負(fù)的作用就是通過不斷充電，使蓄電池始終保持足夠的電量。充電機(jī)的構(gòu)成一般分為兩大部分，即工頻變壓器和可控硅相控整流和濾波裝置。其缺點(diǎn)是一旦出現(xiàn)故障，由于停電檢修時(shí)間較長(zhǎng)，容易使整個(gè)系統(tǒng)處于危險(xiǎn)狀態(tài)。通常的應(yīng)對(duì)之策是采用雙充電機(jī)，這樣不僅會(huì)耗費(fèi)更多資金、增加占地面積，而且一旦備用設(shè)備同樣出現(xiàn)問題，其危險(xiǎn)狀態(tài)仍然無法解除。為了規(guī)避此類問題，利用N+1冗余高頻開關(guān)電源模塊就成為合理的選擇。其思路就是將原來的一個(gè)充電機(jī)替換為多個(gè)高頻逆變開關(guān)式小充電機(jī)。N+1冗余高頻開關(guān)電源模塊，即指用N個(gè)模塊承擔(dān)額定負(fù)載，它們可以帶電插拔，既彼此獨(dú)立又協(xié)同工作，更換模塊只需一分鐘就可完成。再加上備用模塊，可保證隨時(shí)對(duì)故障模塊進(jìn)行更換。相比于雙充電機(jī)模式，它的體積小、重量輕，可靠性更好。而且300KHZ的工作頻率使其工作效率更高，還可免去冷卻風(fēng)扇，工作噪音大大降低。原因就在于其采用了零開關(guān)高頻逆變技術(shù)，在零電壓條件下，可使逆變橋的大功率開關(guān)管開通和關(guān)斷，使開通和關(guān)斷時(shí)的峰值功率損耗從十幾千瓦下降到1千瓦左右，從而使開關(guān)管的平均功耗從幾百瓦下降到幾十瓦。模塊工作原理框圖見圖1。三相380V電源輸入后，經(jīng)整流濾波成直流，再由橋式電子開關(guān)逆變成300KHZ高頻，通過高頻變壓器隔離變壓后，使整流濾波成直流給電池充電。由于頻率高，變壓器體積很小。零開關(guān)技術(shù)的采用降低了電磁干擾的程度，而且效率達(dá)到90%以上。由于采用了智能技術(shù)，模塊可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均勻充電以及在浮充之間的切換，減少了人工工作量，同時(shí)電池壽命得以延長(zhǎng)。模塊獨(dú)立工作互不影響，自動(dòng)均流、協(xié)同充電，其可靠性也因?yàn)橐幌盗械倪^熱、限流、限壓等組成的保護(hù)措施而大大提高。
1.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng) 根據(jù)開關(guān)、電壓、電流、溫度、絕緣等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)保護(hù)報(bào)警的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，核心是其內(nèi)部的一至兩個(gè)以上的單片機(jī)，通過它，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以完成對(duì)本子系統(tǒng)的交流進(jìn)線柜、蓄電池柜、充電柜等運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控、警示和通訊的任務(wù)。本文主要對(duì)充電模塊的自適應(yīng)控制和蓄電池組單個(gè)電池的狀態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)行介紹，電源系統(tǒng)的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成見圖2。
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1.2.1 充電模塊的自適應(yīng)控制。根據(jù)電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)（電壓、溫度、現(xiàn)存容量）對(duì)充電電壓電流大小進(jìn)行調(diào)整，可以使電池時(shí)刻保持充滿狀態(tài)，延長(zhǎng)其使用時(shí)間。為了達(dá)到這一點(diǎn)，我們可以對(duì)充電模塊本身恒壓限流的外特性加以利用。除此之外，可以通過變外特性曲線的形狀，讓充電模塊實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，具體做法就是根據(jù)電池的狀態(tài)，利用單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)給定值予以修正，以取得最優(yōu)的充電效果。這里需要注意兩點(diǎn)，一是蓄電池溫度影響的修正，還有就是電池組實(shí)時(shí)容量的監(jiān)測(cè)。我們可以通過計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)電池組充放電時(shí)電流的大小以及時(shí)間長(zhǎng)短，并進(jìn)行記錄。單片機(jī)在對(duì)電池放電、電流、電壓的變化進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，修正數(shù)據(jù)而得出電池組的現(xiàn)存容量，然后結(jié)合實(shí)測(cè)溫度，依據(jù)蓄電池生產(chǎn)廠家提供的最優(yōu)充電曲線，對(duì)充電模塊的充電電流進(jìn)行控制。如果遇到電池容量很小、電池電壓快速下降，它會(huì)以發(fā)出故障報(bào)警的方式提醒用戶對(duì)其進(jìn)行更換。
1.2.2 蓄電池組的監(jiān)測(cè)。多節(jié)同等型號(hào)的電池串聯(lián)后可形成直流電源系統(tǒng)的蓄電池組。由于生產(chǎn)工藝和運(yùn)行情況不同，有的蓄電池可能先出現(xiàn)極化失效的問題，如果不及時(shí)采取補(bǔ)救措施，將影響整個(gè)電源系統(tǒng)正常運(yùn)行。因此，必須時(shí)時(shí)觀察并掌握蓄電池組中單個(gè)電池的運(yùn)行狀態(tài)。
多數(shù)用電單位均指派相關(guān)負(fù)責(zé)人定期觀測(cè)單節(jié)電池運(yùn)行情況。但是蓄電池組往往包括多節(jié)電池，不易進(jìn)行全面觀測(cè)，因此檢測(cè)周期很長(zhǎng)，時(shí)效差。如今計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已大范圍普及應(yīng)用，用電單位通過定時(shí)功能就輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)單節(jié)電池、電壓的監(jiān)測(cè)，還能將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)備份以便隨時(shí)查看，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有自動(dòng)預(yù)警功能，電池運(yùn)行發(fā)生問題可及時(shí)處理。通過單片機(jī)系統(tǒng)能判斷電池的后備容量，以便于充電機(jī)對(duì)充電電流電壓進(jìn)行控制。實(shí)踐證明，計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠確保蓄電池組穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)可以大幅度提升其工作效率。
2 逆變電源晶閘管的保護(hù)
晶閘管對(duì)過電壓和過電流較為敏感。若晶閘管過電流大于額定電流，可能會(huì)提高晶閘管的PN結(jié)溫度損壞電源部件。工作人員一定要選用合適的元件，設(shè)置好電路保護(hù)裝置。
在晶閘管電路中，逆變電路很容易使晶閘管出現(xiàn)過流損壞的問題。一旦觸發(fā)電路運(yùn)行不穩(wěn)定或出現(xiàn)電源缺相故障，極有可能引發(fā)逆變顛覆，回路內(nèi)也會(huì)發(fā)生強(qiáng)大的短路電流。一般情況下，晶閘管的溫升時(shí)間常數(shù)不及常規(guī)的電器元件，所以一旦逆變失敗，將會(huì)加速結(jié)溫升溫速度。如果結(jié)溫大于規(guī)定的范圍就會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞。所以如果晶閘管電路存在逆變過程，為避免逆變失敗使晶閘管遭到破壞，應(yīng)該預(yù)先設(shè)計(jì)好檢測(cè)逆變失敗的元件，同時(shí)設(shè)置電路保護(hù)。
以往均采用快速熔斷器做過流保護(hù)，在晶閘管交流電路發(fā)生逆變時(shí)保護(hù)晶閘管。這種方式實(shí)際是對(duì)通過元件的電流大小進(jìn)行保護(hù)的裝置，對(duì)于晶閘管是否已處于逆變失敗狀態(tài)的判斷作用不大，雖然線路單一，但不太牢靠。因此，采用上述設(shè)計(jì)可能會(huì)發(fā)生如下狀況：晶閘管往往在主電路逆變失敗前早已失敗，致使電源裝置在過流保護(hù)的伊始階段就已“長(zhǎng)期”導(dǎo)通在逆變失敗狀態(tài)。但由于變壓器的漏感及雜散電感的作用，主回路電流維持在一個(gè)持續(xù)上升的狀態(tài)，而不是瞬間增大，因此短時(shí)間內(nèi)不會(huì)熔斷熔絲。若能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并切斷主回路電流，就不會(huì)損壞晶閘管。如果用熔斷器做過流保護(hù)裝置，則周圍環(huán)境溫度、熔絲的型號(hào)、質(zhì)量及其構(gòu)造都直接影響熔絲被熔斷的速度，這樣從技術(shù)層面來分析，要使晶閘管在失控前一兩個(gè)周期內(nèi)監(jiān)測(cè)并切斷主回路，似乎是不可能的事情。因此，單純使用這種保護(hù)方式多在熔絲熔斷時(shí)，電路發(fā)生逆變失敗后已持續(xù)了一個(gè)時(shí)段，可能已經(jīng)因過高的PN結(jié)溫而損壞了晶閘管。
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我們主要通過圖3所示的保護(hù)電路來監(jiān)測(cè)晶閘管工作狀態(tài)，力求及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并將主回路迅速切斷。該電路設(shè)計(jì)利用電子技術(shù)掌握晶閘管導(dǎo)通時(shí)間，由此判斷其是否出現(xiàn)逆變失敗問題。同時(shí)，通過三相全控橋逆變電路對(duì)其工作原理進(jìn)行了具體分析：在一個(gè)正弦交流電周期內(nèi)，每個(gè)晶閘管都會(huì)導(dǎo)通一段時(shí)間（電路穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)是120°，折合6.6ms；電路在過度階段，則在90°～150°之間浮動(dòng)，折合時(shí)間5ms到8.2ms）。當(dāng)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，兩端電壓均大于等于0，工作人員通過計(jì)算機(jī)技術(shù)測(cè)得導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)，就能判斷出主回路是否發(fā)生逆變失敗的這段時(shí)間不會(huì)大于3ms，若主回路無觸點(diǎn)開關(guān)的時(shí)間常數(shù)較小，就能判斷從逆變失敗后4ms內(nèi)可將主回路切斷。據(jù)此可避免過大的電流通過晶閘管，影響其正常工作。
根據(jù)上述理念，設(shè)計(jì)人員繪制出圖3所示的逆變保護(hù)電路。該短路包括逆變失敗判斷電路、輸出控制電路、光電隔離電路、電壓極性變換電路等。R1與4個(gè)構(gòu)成橋式交流電路的二極管構(gòu)成了電壓極性變換電路，它能使光電耦合器的發(fā)光二極管在晶閘管承受電壓（包括正向的和反向的）的過程中，都能承受正向電壓而導(dǎo)通發(fā)光，這也能證明晶閘管運(yùn)行穩(wěn)定可靠。光電耦合器隔離了主電路和監(jiān)測(cè)電路，而R1則對(duì)光電耦合器的發(fā)光二極管中的電流起到限制作用。光電三極管的負(fù)載電阻R2不應(yīng)過小，當(dāng)光信號(hào)被收集到光電三極管時(shí)，電阻R2可以盡快飽和，而使a點(diǎn)電平等于低電平。逆變失敗判斷電路由R3R4、第一級(jí)比較器，R5、C、D1和第二級(jí)比較器等構(gòu)成。在晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)后，第一級(jí)比較電路將高電平輸出時(shí)，會(huì)增大電容器C的電壓。通過適當(dāng)選擇R5、C的值，經(jīng)過一個(gè)導(dǎo)通周期，電容器所帶電壓達(dá)不b點(diǎn)的電壓值，而晶閘管轉(zhuǎn)到關(guān)斷狀態(tài)，第一級(jí)比較電路輸出也變?yōu)榈碗娖剑娙萜鰿電壓通過二極管D1和第一級(jí)比較器輸出電路迅速降為0，所以，第二級(jí)比較器的輸出始終保持低高電平。一旦晶閘管狀態(tài)不穩(wěn)定，晶閘管兩端電壓始終維持在0的狀態(tài)，就會(huì)使第一級(jí)比較器始終輸出高電平。經(jīng)過一段時(shí)間后，電容器C的電壓可能會(huì)迅速增大甚至超過b點(diǎn)電平，迫使第二級(jí)比較器輸出高電平，因此我們很容易判定晶閘管已失控。或門電路接受到這個(gè)高電平信號(hào)，其輸出驅(qū)動(dòng)就會(huì)對(duì)電路進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而將主回路迅速切斷。選擇合適的R5、C參數(shù)，可使J在失控狀態(tài)發(fā)生后短時(shí)間內(nèi)對(duì)電路進(jìn)行控制，快速切斷主回路。
3 結(jié)束語
消防備用電源的重要性是不言而喻的，之所以將逆變電源用于早期人防工程是因?yàn)樵缙诮ㄖ姎庠O(shè)計(jì)是采用了雙路市電進(jìn)戶的設(shè)計(jì)方案，事實(shí)上可靠的雙路市電很難實(shí)現(xiàn)。近些年，大型人防工程設(shè)有柴油發(fā)電機(jī)電站，但機(jī)組可在臨戰(zhàn)前安裝。如將其作為消防備用電源使用，安裝發(fā)電機(jī)組還必須實(shí)施自動(dòng)啟動(dòng)控制，這樣不但投資大，維護(hù)管理上的困難也是可想而知的。
綜上所述，采用逆變電源用作消防備用電源，仍不失為最佳的選擇方案，這是探索其系統(tǒng)安全工作可靠性，延長(zhǎng)其使用壽命的目的。力求使綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)的水平進(jìn)一步提高，以適應(yīng)大型地下商場(chǎng)等人防工程電力系統(tǒng)的發(fā)展需要。
參考文獻(xiàn)：
[1]謝慧麗.淺談變電站直流系統(tǒng)驗(yàn)收主要項(xiàng)目及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[J].價(jià)值工程，2012（26）.
[關(guān)鍵詞]環(huán)保課桌；可循環(huán)利用；資源利用
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2017.15.104
1 設(shè)計(jì)背景及意義
環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基本前提。環(huán)境為我生存和發(fā)展提供了必需的資源和條件。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題已經(jīng)作為一個(gè)不可回避的重要問題提上了各國(guó)政府的議事日程。保護(hù)環(huán)境，減輕環(huán)境污染，遏制生態(tài)惡化趨勢(shì)，成為政府社會(huì)管理的重要任務(wù)。對(duì)于我們國(guó)家，保護(hù)環(huán)境是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，解決全國(guó)突出的環(huán)境問題，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展和實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是政府面臨的重要而又艱巨的任務(wù)。
針對(duì)我們國(guó)家現(xiàn)在的資源短缺，環(huán)境污染也是較嚴(yán)重的問題，為緩解該問題，國(guó)家提出了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，當(dāng)前，節(jié)能環(huán)保低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念已經(jīng)成為我們?nèi)祟惪沙掷m(xù)發(fā)展的行動(dòng)指南，要實(shí)現(xiàn)低碳的生活方式，必須要改變我們?nèi)祟惈@取能源的方式。因此只有積極探索并拓寬其他低碳能源獲得渠道，廣泛采用節(jié)能環(huán)保的清潔能源，逐步減少化石能源的使用，才能有效減少溫室氣體的排放，保護(hù)我們賴以生存的地球環(huán)境。在這樣的背景下，就想到設(shè)計(jì)一個(gè)既能節(jié)約資源又能環(huán)保的課堂教具，合理運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)（發(fā)電機(jī)）原理，以獨(dú)特的機(jī)械和電路設(shè)計(jì)，利用了人體腳踏運(yùn)動(dòng)能量，推動(dòng)機(jī)械裝置發(fā)電，供學(xué)習(xí)照明及充電使用。該設(shè)計(jì)獲得的電能來源可靠、照明光度穩(wěn)定，并能達(dá)到自動(dòng)儲(chǔ)能充電的目的。能夠滿足人們學(xué)習(xí)所需的照明和健身要求。而且考慮到平時(shí)使用的基礎(chǔ)課本，相同年級(jí)學(xué)的課本都相同，但年級(jí)不同用的課本也不同，所以，如果每一屆用過的課本能循環(huán)使用，同時(shí)又能夠方便學(xué)生取閱，那就可以節(jié)省制造課本的資源，以及相繼帶來的環(huán)境污染，繼而就想到了課桌這個(gè)暫存教具，利用課桌的空間，進(jìn)行對(duì)書的存放，但又考慮到書本的丟失和缺損現(xiàn)象，就設(shè)計(jì)一款全封閉式的課桌，結(jié)合電氣裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的控制。
2 設(shè)計(jì)方案
2.1 尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）本課桌最大尺寸是620mm×430mm×694mm，桌腿最大伸展長(zhǎng)度是657mm，桌腿最小收縮長(zhǎng)度是270mm。桌面、課斗、桌腿高的允許誤差范圍為±2mm，在其中的一面桌壁上安裝射頻插卡裝置，只需學(xué)生用學(xué)生證對(duì)準(zhǔn)該射頻裝置，便可使射頻裝置啟動(dòng)，為防止書出現(xiàn)丟失現(xiàn)象，學(xué)生在選擇書的時(shí)候，要輸入相應(yīng)的密碼，在射頻裝置中安裝讀卡器可以讀取并記錄學(xué)生的信息。將踏板機(jī)械能轉(zhuǎn)換為高速的轉(zhuǎn)速動(dòng)力，帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī)發(fā)電，提供書桌照明，同時(shí)將電能變換成標(biāo)準(zhǔn)充電電壓提供用戶充電使用。
（2）考慮到書傳出和收回時(shí)，采用用齒輪齒條機(jī)械結(jié)構(gòu)，由于該機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單且易加工。在書傳出時(shí)，通過單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)電機(jī)正傳前進(jìn)一段時(shí)間，使書到達(dá)指定的位置。
（3）為方便學(xué)生取書，我們?cè)谧老幌掳惭b桿和小滑軌，通過該機(jī)構(gòu)將書的一部分支起，停止一段時(shí)間能讓學(xué)生取得書之后，讓電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，回到初始位置，停止。裝置設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)由六部分組成，由機(jī)械踏板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流發(fā)電機(jī)，防回流電路、LED臺(tái)燈、充電保護(hù)電路、恒流控制電路、3.7V充電電源輸出1.2V充電電池夾等部分組成。
（4）通過鍵盤及LCD12864顯示屏，選擇所需要的書，初步擬定為桌膛可放四本書，為上、下兩層，中間用隔板隔開，用顯示屏可以看到每個(gè)號(hào)碼所對(duì)應(yīng)的書：分別為1-高等數(shù)學(xué)，2-材料力學(xué)，3-英語，假設(shè)需要高等數(shù)學(xué)書，則按下1按鈕，便可得到該書。
（5）由于該裝置是通過電控制的，所以，為防止停電時(shí)無法用書，我們?cè)谧捞艃?nèi)安裝了可充電式備用電池。
2.2 照明、充電參數(shù)的設(shè)計(jì)和選擇
書桌照明燈的設(shè)計(jì)和選擇：書桌照明燈的選擇應(yīng)考慮兩方面問題：一是不要消耗腳踏板太多動(dòng)力；二是用較小的功率提供足夠的書桌照明，以達(dá)到節(jié)能的目的。這里選用FX-DZSZ055Y型節(jié)能高亮度發(fā)光二極LED燈，其光通量6-7流明，色溫6000-6500K高亮正白，LED各項(xiàng)指標(biāo)基本符合書桌照明。
LED額定電壓3.2V，額定電流20毫安，其功率=3.2V×20毫安=0.064W要達(dá)到足夠的書桌照明根據(jù)光通量確定用8只LED燈組成書桌照明燈，其書桌照明燈總功率=0.064W×8只=0.512W。
儲(chǔ)能充電池電壓參數(shù)的確定：課題為了提供家庭常用電池充電，我們分別對(duì)家庭常用充電設(shè)備進(jìn)行了調(diào)查。家庭常用設(shè)備是手機(jī)、MP3、學(xué)習(xí)機(jī)、MP4、電筒、半導(dǎo)體收音機(jī)、電動(dòng)玩具車、電子照相機(jī)，主要是兩種型號(hào)充電器，3.7V鋰離子電池和1.2V鎳鎘電池，因此可確定充電對(duì)象電壓是3.7V和1.2V充電池，充電電流選取200MA較為合適。
裝置技術(shù)指標(biāo)：
（a）書桌照明功率：0.512W。
（b）輸出可對(duì)3.7V鋰電池和1.2V×3枚標(biāo)準(zhǔn)充電池充電。
（c）輸出充電電壓4.2V，電流200MA。
2.3 自動(dòng)控制恒流穩(wěn)定照明電路的設(shè)計(jì)
在踩踏板直流發(fā)電機(jī)在供電過程中，直流電源電壓是不穩(wěn)定的，不能恒定功率地供給高亮度發(fā)光二極管照明，因此照明亮度會(huì)有變化，產(chǎn)生照明不穩(wěn)定問題。為了解決這個(gè)問題，我在這里設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)恒流供電電路來保證LED照明時(shí)電流相對(duì)穩(wěn)定。設(shè)計(jì)方案是用三極管BG來組成自控恒流源，根據(jù)三極管工作原理Ib=Ic/β可知，只要提供恒定的Ib[基級(jí)電流]就可穩(wěn)定Ic電流，來保證LED照明亮度穩(wěn)定。電路中紅色發(fā)光二極管D10，電阻R1，來組成自動(dòng)穩(wěn)壓電路，其原理是利用紅色發(fā)光二極管D10導(dǎo)通時(shí)Vw正向壓降1.8V穩(wěn)定不變，來提供穩(wěn)定的基級(jí)Ib電流，另外紅色發(fā)光二極管做還同時(shí)用它兼顧裝置的面板工作狀態(tài)顯示，做到一舉兩得節(jié)約成本。照明燈由8個(gè)高亮LED【D1-D8】發(fā)光二極管組成，采取并聯(lián)的方式連接。
2.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的確定
（1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)較簡(jiǎn)單，但所占空間較大，在設(shè)計(jì)計(jì)算也較煩瑣，要求耐磨性能好，平行度較高。
（2）凸輪機(jī)構(gòu)
凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、運(yùn)動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)，但由于點(diǎn)、線接觸，接觸應(yīng)力較大，易磨損，因?yàn)橛糜谡n堂，產(chǎn)生的噪聲也較大，不易加工。
（3）齒輪齒條機(jī)構(gòu)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳遞功率與適用的速度范圍大、工作安全可靠，且易加工。
通過對(duì)以上三種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的比較，我們最終采用齒輪齒條機(jī)械機(jī)構(gòu)。
2.5 機(jī)械踏板傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)目的：是用機(jī)械踏板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)減速直流發(fā)電機(jī)發(fā)電。
設(shè)計(jì)參數(shù)：直流發(fā)電機(jī)的減速比1/4。踏板速度30次/分鐘時(shí)減速電機(jī)轉(zhuǎn)速260轉(zhuǎn)/分鐘。
設(shè)計(jì)思路：①采用兩個(gè)互成一定角度的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，導(dǎo)桿直接與踏板焊接。當(dāng)左邊的踏板進(jìn)入死點(diǎn)位置時(shí)，右邊的踏板剛好處在最高點(diǎn)處，這時(shí)右腳對(duì)右踏板施加一個(gè)外力時(shí)，力的方向垂直于滑塊，因此將對(duì)右邊的軸產(chǎn)生一個(gè)水平向前的分力F1，由于是S形軸，也將對(duì)左邊踏板產(chǎn)生一個(gè)向后的水平力F1，水平力F1推支滑塊繞軸承做圓周運(yùn)動(dòng)，滑塊繞軸承做圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)使左邊的踏板越過死點(diǎn)位置向上運(yùn)動(dòng)，有效度過死點(diǎn)位置；同理，左踏板的水平分力使右踏板越過死點(diǎn)位置。這樣交替蹬踏，都有效度過死點(diǎn)位置，避免了卡死的情況。②采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，齒輪模數(shù)為1的標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒輪，齒數(shù)分別為15和200（或225）。當(dāng)踏板速度30次/分鐘時(shí)，減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速剛好為260轉(zhuǎn)/分鐘。機(jī)械踏板傳動(dòng)結(jié)構(gòu)主要由S形軸、滑塊、導(dǎo)桿、踏板、大圓柱直齒輪、軸承、軸承支架、底座、直流發(fā)電機(jī)支架組成。
3 應(yīng)用
該裝置在推廣使用上是非常有意x的，雖然，它的成本比一般課桌要高，但它卻能實(shí)現(xiàn)普通課桌實(shí)現(xiàn)不了的功能，讓課堂在開始就充滿了未知的向往。在現(xiàn)在高科技迅速發(fā)展的時(shí)代，我們應(yīng)該讓學(xué)生更多地了解機(jī)械，運(yùn)用它，并喜歡上對(duì)機(jī)械的制造和研發(fā)，能夠讓學(xué)生更加積極主動(dòng)地加入到機(jī)械的行列，而且針對(duì)現(xiàn)在環(huán)保對(duì)于人類生存發(fā)展的重要性，雖然，它不能完全解決環(huán)境帶來的影響，卻能對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生一定影響，而且該課桌成批量生產(chǎn)成本會(huì)較低。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵字： 軟激勵(lì)； C類振蕩器； 大功率振蕩器； 自動(dòng)穩(wěn)幅
中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）15?0153?04
Class C high?power RF oscillator with soft excitation
and automatic amplitude?stabilized functions
LI Ning， LIU Ping
（School of Information Engineering， Zhengzhou University， Zhengzhou 450001， China）
Abstract： A Class C high?power RF oscillator with soft excitation and automatic amplitude?stabilized functions is introduced in this paper. High?power RF oscillator has been widely used in the fields of power electronics， RF power， low temperature plasma， high?frequency induction heating and so on. By sampling the output voltage， the oscillator introduced in this paper can output higher voltage and power， control the quiescent operating point of MOSFET and stabilize the output voltage. Moreover， the the designed circuit works in Class AB mode when it starts oscillation， after that， the automatic amplitude?stabilized circuit makes the oscillator work in Class C mode when it enters stable woring status. The soft excitation function of Class C high?power RF oscillator was achieved. The performance of the whole circuit was tested in simulation and material object experiments. The empirical formula about output voltage， output power and working model of MOSFET is offered in this paper.
Keywords： soft excitation； Class C oscillator： high?power oscillator； automatic amplitude?stabilization
不需要外加輸入信號(hào)，便能自行產(chǎn)生輸出信號(hào)的電路稱為振蕩器[1]。作為一種基本的電路結(jié)構(gòu)，振蕩器能夠依靠自激振蕩將直流電源轉(zhuǎn)換成交流電源。隨著技術(shù)的發(fā)展，大功率振蕩器作為一種高頻功率源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如電力電子技術(shù)中的大功率射頻電源[2]、低溫等離子體的激發(fā)、工業(yè)用高頻加熱設(shè)備和醫(yī)用的電療儀器等。本文介紹一種用MOSFET作為功率放大器件，并且具有自動(dòng)穩(wěn)幅功能的軟激勵(lì)C類大功率射頻振蕩器；最后分析了振蕩器輸出電壓、輸出功率與MOS管工作狀態(tài)的關(guān)系，并給出了經(jīng)驗(yàn)公式。
1 電路工作原理
本設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖1所示。整體電路結(jié)構(gòu)分為三個(gè)部分：偏置電路，諧振功率放大電路，自動(dòng)穩(wěn)幅電路。直流電源[VCC，]電阻[R1，][R2]構(gòu)成偏置電路，為MOS管提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；電感[L2]和[L3]為濾波電感，穩(wěn)壓二極管[D5，][D6]將柵極電壓限制在-5～+5 V，保護(hù)MOS管的安全。MOS管，電感[L1，]電容[C1]和[C2]構(gòu)成諧振功率放大器，其中電感[L1，]電容[C1]和[C2]構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)，為電容式三端振蕩器[3]；正反饋電壓取自電容[C2]的兩端；橋式整流濾波電路，比例運(yùn)算放大電路和三極管構(gòu)成自動(dòng)穩(wěn)幅電路。
為了方便電路起振，當(dāng)電路起振時(shí)工作在AB類狀態(tài)，當(dāng)電路穩(wěn)定工作后，振蕩器在自動(dòng)穩(wěn)幅電路的控制下，自動(dòng)從AB類工作狀態(tài)進(jìn)入C類工作狀態(tài)。自動(dòng)穩(wěn)幅電路一方面通過從輸出電壓采樣，將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?hào)，控制MOS管的靜態(tài)工作點(diǎn)，達(dá)到穩(wěn)幅的目的；另一方面自動(dòng)穩(wěn)幅電路在電路未穩(wěn)定工作時(shí)負(fù)責(zé)將電路從AB類工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镃類工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)C類振蕩器的軟激勵(lì)。
本設(shè)計(jì)輸入直流電壓[UDC=]200 V，輸出功率[Po=]100 W，工作頻率13.56 MHz。本設(shè)計(jì)中選擇的MOS管型號(hào)為ARF461B，其柵源極電壓[UGS]與漏極電流[ID]關(guān)系圖如圖2所示。
圖2 柵源極電壓[UGS]與漏極電流[ID]關(guān)系
2 電路參數(shù)計(jì)算
2.1 負(fù)載及諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算
本設(shè)計(jì)中直流輸入電壓[UDC=200] V，輸出功率[Po=100]W；當(dāng)振蕩器輸出電壓[Uo]為臨界狀態(tài)時(shí)，[Uo=200] V；振蕩器的負(fù)載阻抗值為：
[RP=12U2oPo=200 Ω] （1）
設(shè)計(jì)目標(biāo)中品質(zhì)因數(shù)[Q=5，]且并聯(lián)諧振回路品質(zhì)因數(shù)計(jì)算公式為[Q=RPωL，]并且當(dāng)諧振電路工作在臨界狀態(tài)時(shí)，[ωL=1ωC]所以諧振回路電感和電容的值分別為：
[L1=RPωQ=2002π×5×13.56×106=0.468 μH] （2）
[C=1ω2L=10.468×10-6×（13.56×106×2π）2=287.5 pF] （3）
式中：[C]為諧振回路中電容[C1，][C2]的并聯(lián)值，其中反饋電壓取自[C2，]電容[C1]和[C2]的比值就是反饋電路的反饋系數(shù)；電容[C1]和[C2]的選取需要滿足一定的條件，即反饋系數(shù)[F]的值需要滿足一定的條件，否則振蕩電路將無法起振。本設(shè)計(jì)中由于MOS管的增益比較大，遠(yuǎn)大于1，所以反饋系數(shù)[F
[F>1gmR′L=1gmRL+1gmRe0] （4）
又考慮到MOS管柵源極電壓限制和輸出電壓幅值，選擇反饋系數(shù)[F=0.009。]又由于[F=C1C2，][1C=1C1+1C2，]所以[C1=290]pF；[C2=32.23 ]nF。
2.2 偏置電路參數(shù)計(jì)算
綜合考慮輸出效率和輸出功率兩個(gè)方面，在本設(shè)計(jì)中，綜合考慮二者的影響，選擇導(dǎo)通角[4][θ=74.5°]。功率管的漏極電流用傅里葉級(jí)數(shù)分解后為：
[iC=IC0+iC1+iC2+…=IC0+IC1mcosωt+IC2mcosωt+…] （5）
式中：[IC1m]為經(jīng)過諧振網(wǎng)絡(luò)選頻后的正弦波電流的峰值，也是流過負(fù)載[RL]中的電流，[IC1m]是經(jīng)過諧振網(wǎng)絡(luò)選頻后的電流最大值，[IC1m=iCmaxα1（θ）]，其值為：
[IC1m=UDCRL=1 A] （6）
當(dāng)[θ=75o]時(shí)， [α1（θ）=0.455]，所以MOS管漏極電流最大值為：
[ICM=IC1mα1（θ）=2.2 A] （7）
由圖2可知當(dāng)柵源極電壓[UGS>3 V]時(shí)，MOS管導(dǎo)通；在實(shí)際的電路測(cè)量中，當(dāng)柵源極電壓[UGS=]3.2 V時(shí)，MOS管導(dǎo)通；又由圖1可知，當(dāng)漏極電流[ICm=2.2 V]時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源極電壓[UGS=4.5 V。]設(shè)振蕩電路的靜態(tài)工作點(diǎn)為[Eg，]反饋信號(hào)為[Uf=Ufmaxcos θ，]導(dǎo)通角[θ≈75°；]由靜態(tài)工作點(diǎn)方程可得：
[Ufmaxcosθ+Eg=UGS（th）=3.2 V] （8）
[Ufmax+Eg=UGSmax=4.5 V] （9）
由式（8），（9）可求出[Eg=2.74] V，[Ufmax=1.76] V。因此振蕩電路的靜態(tài)工作點(diǎn)小于開啟電壓，所以正常工作時(shí)振蕩器處于C類工作狀態(tài)，此時(shí)反饋信號(hào)為[Uf=1.76cosθ。]
如圖1所示為偏置電路的電路結(jié)構(gòu)。其中[R1]和[R2]為偏置電阻，通過分壓為MOS管提供合適的穩(wěn)定工作狀態(tài)，靜態(tài)工作點(diǎn)[R7，][R8]和[C1]構(gòu)成電流源電路，這部分電路的作用一是在電路起振后將電路的工作狀態(tài)從AB類切換到C類，另一方面還能改變MOS管的靜態(tài)工作點(diǎn)，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓幅度的目的。
剛起振時(shí)由于振蕩電路工作在AB類狀態(tài)，所以柵源極電壓[UGS]應(yīng)大于3.2 V；在本設(shè)計(jì)中，在剛起振狀態(tài)設(shè)計(jì)柵源極電壓為4 V。當(dāng)電路起振后轉(zhuǎn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，晶體管[C1]導(dǎo)通，對(duì)偏置電阻[R2]分流，降低MOS管的柵源極電壓。計(jì)算過程為：
[UGS1=R2R1+R2] （10）
[IR2=UGS2R2=1.34 mA] （11）
式中：[UGS1=4]V，[UGS2=2.74]V，[R1=100]kΩ。
流過晶體管[C1]集電極的電流為：
[IC1=UGS1-UGS2R2=0.62 mA] （12）
晶體管的放大倍數(shù)[β=40]，集電極?發(fā)射極飽和壓降[VCE（sat）=0.2]V，基極―發(fā)射極飽和壓降[VBE（sat）=0.6]V。由此可得晶體管基極電流為：
[UBE=R7Ib1+VBE（sat）+R8IC1=1.24 V] （13）
2.3 自穩(wěn)幅電路參數(shù)計(jì)算
采樣電壓為諧振電容[C2]兩端的電壓，所以其值為[Uf=1.76cosθ，]所以整流濾波電路輸出電壓[uo1=1.8]V；設(shè)計(jì)中運(yùn)用的比較放大電路為差分比例運(yùn)算電路，差分放大電路的兩路輸入為[uo1]和[uBEF；]其中[uo1]為整流濾波輸出電壓，[uBEF]為基準(zhǔn)電壓，差分比例運(yùn)算放大電路計(jì)算公式為：
[uo2=R4R3（uo1-uBEF）] （14）
[uo2=1.24]V，[uo1=1.8]V，給定的比較基準(zhǔn)電壓為[uBEG=1.4]V，所以得出電阻[R4]和[R3]的比值為3；所以選取[R3=2]kΩ，[R4=6]kΩ；又因?yàn)楸壤\(yùn)算放大電路中必須滿足參數(shù)對(duì)稱條件[5]，即[R6R5=R4R3，]所以[R6=R4=6]kΩ，[R5=R3=2]kΩ。
3 結(jié)果與討論
3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
本設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行了仿真測(cè)試，并制作了電路板，分析振蕩器輸出電壓、輸出功率與MOS管工作狀態(tài)的關(guān)系，并給出了經(jīng)驗(yàn)公式。
電路的仿真結(jié)果如圖3，圖4所示。
圖3 輸出電壓和電流波形圖
圖4 反饋電壓波形圖
由圖3和圖4可以看出，電路的仿真結(jié)果很好的滿足了電路設(shè)計(jì)指標(biāo)；但是漏極電流的波形諧波較大，出現(xiàn)了明顯的失真；造成這種現(xiàn)象的原因是由于電路的工作頻率較高，仿真過程中MOS管的寄生電容以及濾波電容濾波電感的影響變大造成的。
由于在200 V的輸出條件下MOS管的發(fā)熱量非常大，普通的散熱片已經(jīng)不能滿足散熱要求，需要用水冷裝置，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，本設(shè)計(jì)只測(cè)試了在50 V輸出條件下的波形圖。波形如圖5，圖6所示。
圖5 輸出電壓波形圖
由圖5可以看出，實(shí)際的輸出電壓波形有失真，電壓波形凹陷，為典型的過壓狀態(tài)；引起輸出電壓波形失真的原因是由于電路寄生參數(shù)的影響，導(dǎo)致反饋系數(shù)變大，反饋電壓增大，如圖6所示，可以看出，反饋電壓明顯大于設(shè)計(jì)目標(biāo)，導(dǎo)致柵源極電壓增大，使放大器處于過壓狀態(tài)。另外從圖中還可以看出，由于電路寄生參數(shù)的影響，電路的振蕩頻率已經(jīng)從設(shè)計(jì)的13.56 MHz下降到7.6 MHz左右，另外在實(shí)際測(cè)量中發(fā)現(xiàn)，電路的工作頻率上下有大約0.1 MHz的波動(dòng)，即頻率不是非常穩(wěn)定，造成工作頻率下降和跳變的主要原因是由于電路工作頻率增加，電路的寄生參數(shù)開始明顯的影響電路的性能，另外一點(diǎn)由于電路板布局的不合理造成干擾嚴(yán)重，這些都影響了電路的正常工作。
圖6 反饋電壓波形圖
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
由圖2可知，MOS管的柵源極電壓與漏極電流的關(guān)系近似為一條折線。當(dāng)柵源極電壓[UGS>]4 V時(shí)，漏極電流[ID]隨著柵源電壓的增長(zhǎng)急劇增加。由前文可知，MOS管漏極電流的最大連續(xù)工作電流為6.5 A，對(duì)應(yīng)圖2中知，此時(shí)柵源極電壓[UGS=5.7]V，所以當(dāng)MOS管正常工作時(shí)必須保證柵源極電壓小于5.7 V；因?yàn)槁O電流決定于負(fù)載電流的大小，負(fù)載電流與漏極電流的關(guān)系滿足余弦脈沖分解函數(shù)，當(dāng)導(dǎo)通角固定以后，漏極電流的大小僅決定于負(fù)載電流，所以負(fù)載電流的大小對(duì)功率管的性能和安全非常重要。詳細(xì)分析過程如下：
設(shè)負(fù)載電流為[IL，]漏極電流[ID，]負(fù)載電阻[RL，]輸出電壓[UL，]輸出功率[P；]所以漏極電流為：
[ID=IL（α1（θ））] （15）
又因?yàn)樨?fù)載電流為：
[IL=ULRL] （16）
[P=12U2LRL] （17）
所以負(fù)載電阻和負(fù)載電流的大小決定于輸出電壓和輸出功率的選取，即設(shè)計(jì)指標(biāo)；也即漏極電流的大小依賴于設(shè)計(jì)指標(biāo)的選取，當(dāng)設(shè)計(jì)指標(biāo)合適時(shí)，才能設(shè)計(jì)出性能可靠的振蕩電路。例如當(dāng)設(shè)計(jì)指標(biāo)為輸出電壓[UL=]100 V，輸出功率[P=100]W時(shí)，輸出電阻為[RL=50]Ω，負(fù)載電流為[IL=ULRL=2]A，由式（7）知，漏極電流為[ID=4.4]A，此時(shí)由圖2知，柵源極電壓[UGS=5.2]V，已經(jīng)接近了最大柵源極電壓的限制值，所以非常容易造成MOS管的燒毀；反之，當(dāng)設(shè)計(jì)指標(biāo)為輸出電壓[UL=200]V，輸出功率[P=100]W時(shí)，輸出電阻為[RL=200]Ω，負(fù)載電流為[IL=ULRL=1]A，此時(shí)漏極電流為[ID=2.2]A，柵源極電壓為[UGS=4.5]V，遠(yuǎn)小于最大柵源極限制電壓。在本設(shè)計(jì)中由于導(dǎo)通角選取為[θ=75°，]所以[IL=0.455ID，]所以有：
[UL=0.455ID?RL] （18）
[P=12（0.455ID）2?RL] （19）
式（19）除以式（18）得：
[PUL=0.23ID] （20）
所以在設(shè)計(jì)電路指標(biāo)時(shí)，為了保證MOS管工作在安全區(qū)域，要首先確定一個(gè)合適的漏極電流值，從理論上講漏極電流值越小越好，但是當(dāng)選取的漏極電流太小時(shí)，柵源極電壓也會(huì)很小，導(dǎo)致電路不能正常起振；另外，在選擇漏極電流時(shí)，要注意到輸出電壓[UL]也不能太大，如果輸出電壓過大，將導(dǎo)致反饋系數(shù)降低，如果反饋系數(shù)降低到不能滿足起振條件[6]：[A?F>1，]也會(huì)導(dǎo)致振蕩電路的不起振。所以，電路設(shè)計(jì)指標(biāo)不能隨便選取，一定要符合上述條件。
4 結(jié) 語
本設(shè)計(jì)利用單管MOSFET制作了一個(gè)具有自動(dòng)穩(wěn)幅功能的軟激勵(lì)C類大功率射頻振蕩器。輸出電壓達(dá)到了200 V，輸出功率達(dá)到了100 W，工作頻率為13.56 MHz。通過仿真分析與實(shí)物電路分析，電路的指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。另外，本設(shè)計(jì)中分析了振蕩器輸出電壓、輸出功率與MOS管工作狀態(tài)的關(guān)系，并給出了經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)今后的設(shè)計(jì)工作有很好的指導(dǎo)作用。
參考文獻(xiàn)
[1] 趙建勛.射頻電路基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011.
[2] 徐立群，李哲英，鈕文良.射頻與微波晶體管振蕩器設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.
[3] LUDWIG R， BRETCHKO P. RF circit design： theory and applications [M]. Beijing： Electronic Industry Press， 2011.
[4] 董建杰，陳可中，肖桂平，等.射頻功率放大器最佳導(dǎo)通角的理論定義與控制[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30（1）：170?172.
[關(guān)鍵詞]高頻逆變；交直交變頻；集成控制器；車載電源
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2015.45.071
1 引 言
車載逆變電源作用是把汽車蓄電池12V或24V的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?0Hz的交流電，得到的交流電可以給筆記本電腦、數(shù)碼攝像機(jī)、普通照明燈、平板電腦、電動(dòng)工具、車載冰箱等使用220V交流電源的用電設(shè)備供電。車載逆變電源在國(guó)外普遍受到歡迎。中國(guó)已成為世界上汽車產(chǎn)銷量第一大國(guó)，隨著我國(guó)汽車普及程度的逐漸提高，車載逆變電源的市場(chǎng)會(huì)越來越巨大。
2 總體設(shè)計(jì)
車載逆變電源設(shè)計(jì)主要有兩點(diǎn)，一個(gè)是把蓄電池電壓提升至220V，另一個(gè)就是頻率要為50Hz。把12V的電壓提到220V，采用升壓斬波電路進(jìn)行。采用升壓斬波電路即Boost電路來實(shí)現(xiàn)，由于出電壓比輸入電壓高出很多，升壓倍數(shù)約為18。由Boost電路工作原理易知，占空比約為0.95，理論上可行，但Boost電路實(shí)際中難以實(shí)現(xiàn)[1]，所以要升壓就要借助變壓器來實(shí)現(xiàn)。變壓器如果采用工頻變壓器，輸出同樣功率的情況下，體積和重量會(huì)比高頻變壓器大出很多，是人們不能接受的。因此要采用高頻變壓器，采用高頻變換電路。借助高頻變壓器實(shí)現(xiàn)12V的電壓變?yōu)?20V的電壓，輸出頻率必然也是高頻。高頻的220V交流電，很多我們使用的220V市電供電的用電設(shè)備不能直接使用。要再進(jìn)一步變換，把高頻直流電源變換成50Hz的交流電。從總體結(jié)構(gòu)上來說，設(shè)計(jì)的電路共有兩部分：前一部分借助高頻變壓器和相就的變換電路把12V直流電變?yōu)?20V的高頻交流電，后一部分把高頻的220V交流電變換為50Hz的220V交流電。
輸入為12V低壓輸入，輸出功率大時(shí)輸入電流會(huì)很大，屬低壓較大電流輸入。全橋式變換電路回路中有兩個(gè)功率管，而半橋式回路是一半電壓對(duì)應(yīng)一個(gè)功率管，對(duì)推挽式逆變電路回路中功率開關(guān)管只有一個(gè)，相比較而言，可以減少功耗[2]。后一部分輸入的電壓本身比較高，而全橋逆變電路可以實(shí)現(xiàn)比較大的功率輸出。因此電路設(shè)計(jì)前一部分采用推挽逆變電路，后一部分采用全橋逆變電路。推挽變換電路輸出的高頻220V經(jīng)高頻二極管整流濾波后得到直流電，再經(jīng)全橋逆變電路得到50Hz的220V的交流電。
3 推挽逆變部分
該部分功能為把蓄電池12V直流輸出變?yōu)楦邏?20V輸出，頻率為10KHz，屬高頻輸出。推挽式變換電路主要由兩個(gè)開關(guān)管Q1、Q2，變壓器T1構(gòu)成。開關(guān)管Q1、Q2正負(fù)半周交替通斷工作。中心抽頭把變器原邊對(duì)稱地分為兩半。正半周期開關(guān)管Q1導(dǎo)通，Q2關(guān)斷，12V蓄電池，變壓器原邊的一半和Q1構(gòu)成回路；負(fù)半周期開關(guān)管Q2導(dǎo)通，Q1關(guān)斷，12V蓄電池，變壓器原邊的另一半和Q2構(gòu)成回路。正負(fù)半周流過變壓器原邊的電流方向相反，變壓器副邊得到交流電[3]。這里采用的變壓器副邊匝數(shù)等于原邊匝數(shù)的好多倍，所以輸出電壓高。逆變輸出的交流電頻率主要取決于開關(guān)管工作頻率。如前所敘述，為了減少變壓器的重量和體積，采用高頻變壓器，開關(guān)管工作頻相對(duì)比較高。推挽逆變電路部分如圖1所示。
推挽逆變的控制驅(qū)動(dòng)以SG3525為核心。 SG3525是專用的集成電壓型的PWM控制器。圖1推挽逆變電路中芯片1腳，2腳對(duì)應(yīng)一誤放大器同向輸入端和反向輸入端，兩腳電壓差比較大，輸出PWM占空比最大[4]，同樣條件下，逆變電路輸出電壓也最大。5腳，6腳外接電阻電容大小決定了芯片輸出PWM信號(hào)頻率也就決定了推挽逆變器工作頻率。11 腳和14腳輸出兩波形一樣而相位相差180°的PWM信號(hào)，分別通過R6、R7驅(qū)動(dòng)Q1和Q2。
4 整流與全橋逆變部分
整流與全橋逆變部分也即交直交變頻部分。該部分功能為把前一部分220V高頻輸出轉(zhuǎn)變成頻率50Hz的220V的交流電。電路如圖2所示。220V的高頻交流電經(jīng)二極管VD1-VD4構(gòu)成的橋式整流電路整流濾變?yōu)橹绷麟姾笤俳?jīng)過四個(gè)功率管VT1-VT4逆變后得到220V，50Hz交流電。控制以TL494為核心。芯片5腳6腳接的電阻電容決定了其輸出PWM信號(hào)的頻率也就決定了逆變電路輸出頻率，5腳6腳接的電阻電容選擇恰當(dāng)?shù)闹稻涂梢宰屇孀冸娐份敵鲱l率為50Hz。1腳、2腳對(duì)應(yīng)于一誤差放大器同向輸入端和反向輸入端，15腳、16腳對(duì)應(yīng)于另一誤差放大器。兩誤差放大器反向輸出端接14腳獲得比較高的電壓，而同輸入端接地，這樣輸出的PWM信號(hào)占空比最大。8腳和11腳為PWM信號(hào)輸出端，互補(bǔ)輸出，即相位相差180°。8腳的輸出控制VT1和VT3，11腳的輸出控制VT2和VT4。8腳和9腳分別是芯片內(nèi)部集成的開關(guān)三極管的集電極和射極8腳輸出是低電位時(shí)，VT3不導(dǎo)通，Q11也不導(dǎo)通，蓄電池12V電壓通過VD5，R4和R1讓VT1導(dǎo)通；8腳輸出高電位時(shí)，通過R7使VT3導(dǎo)通，同時(shí)易知Q11也導(dǎo)通，把VT1柵極電位拉低，VT1截止。11腳的輸出驅(qū)動(dòng)控制VT2和VT4工作過程和8腳輸出驅(qū)動(dòng)控制VT1和VT3相同，只是8腳和11腳輸出的PWM相位上相差180°。
TL494也是常用的電壓型脈寬調(diào)制集成控制器。其內(nèi)部主要集成了線性鋸齒波振蕩器，兩個(gè)誤差放大器，死區(qū)時(shí)間比較器，PWM比較器，基準(zhǔn)電壓源，觸發(fā)器等，共有16個(gè)引腳。線性鋸齒波振蕩器的振蕩頻率由5腳、6腳上外接的電阻電容來決定。兩個(gè)誤差放大器在這里地位是一樣的，它們的輸出分別經(jīng)過一個(gè)二極管送到PWM比較器的同向輸入端，與加在PWM比較器反向輸入端的線性鋸齒波做比較，產(chǎn)生PWM信號(hào)。3腳是兩誤差放大器的輸出端，也是PWM比較器同向輸入端；脈沖寬度的調(diào)節(jié)可以通過3腳上的電壓來控制，也可分別通過誤差放大器進(jìn)行調(diào)節(jié)[5]。13端為輸出控制端，當(dāng)其接低電平時(shí)，兩管子工作情況相同，當(dāng)其接高電平時(shí)兩管子推挽輸出。TL494內(nèi)部還有一個(gè)基準(zhǔn)電壓源，通過14腳為其在應(yīng)用時(shí)提供5.0V的基準(zhǔn)電壓。芯片的4腳為死區(qū)控制引腳，可用來限定芯片輸出PWM的最大占空比。利用此功能，引入反饋信號(hào)至引腳上可以限定全橋逆變電路的最大輸出電壓，圖2中未畫出該部分。
5 結(jié) 論
經(jīng)實(shí)踐可知，該款逆變電源性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，成本優(yōu)勢(shì)明顯，可使有車生活更加方便。不足之處在于它的輸出不是正弦波，輸出電壓會(huì)受輸入電壓影響，在220V左右一定范圍內(nèi)波動(dòng)。
參考文獻(xiàn)：
[1]侯振義，夏崢，柏雪倩，等.直流開關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.
[2]閆福軍，梁永春.一種光伏發(fā)電系統(tǒng)中輔助電源設(shè)計(jì)[J].電力電子技術(shù)，2010，44（8），14-16.
[3]陳德康.脈寬調(diào)制器UC3842在開關(guān)電源中的應(yīng)用[J].西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，20（2）：27-30.
