第一篇：Buck變換器工作原理分析與總結(jié)

題目： Buck變換器工作原理分析與總結(jié)

目錄

一、關(guān)于Buck變換器的簡(jiǎn)單介紹..........................................................2

1、Buck變換器另外三種叫法...........................................................2

2、Buck變換器工作原理結(jié)構(gòu)圖.......................................................2

二、Buck變換器工作原理分析...............................................................3

1、Buck變換器工作過(guò)程分析...........................................................3

2、Buck變換器反饋環(huán)路分析...........................................................4

3、Buck變換器的兩種工作模式.......................................................4 1）Buck變換器的CCM工作模式..............................................5 2）Buck變換器的DCM工作模式..............................................6 3）Buck變換器CCM模式和DCM模式的臨界條件...............7 4）兩種模式的特點(diǎn)......................................................................8

4、Buck變換器電感的選擇...............................................................8

5、Buck變換器輸出電容的選擇和紋波電壓...................................9

三、Buck變換器工作原理總結(jié).............................................................10

Buck變換器工作原理分析與總結(jié)

一、關(guān)于Buck變換器的簡(jiǎn)單介紹

1、Buck變換器另外三種叫法

1.降壓變換器：輸出電壓小于輸入電壓。

2.串聯(lián)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源：?jiǎn)蔚峨p擲開(kāi)關(guān)（晶體管）串聯(lián)于輸入與輸出之間。3.三端開(kāi)關(guān)型降壓穩(wěn)壓電源：

1)輸入與輸出的一根線(xiàn)是公用的。2)輸出電壓小于輸入電壓。

2、Buck變換器工作原理結(jié)構(gòu)圖

IM1M1VdcD1ID1V1L1IL1IC1C1R2VrefIsR1IORLVsE/AVeaPWMVtrVWM驅(qū)動(dòng)電路VGVO誤差放大器反饋環(huán)路 a VeaVtrVdcV10VVWM b Ton c d VG

圖1.Buck變換器的基本原理圖

由上圖可知，Buck變換器主要包括：開(kāi)關(guān)元件M1，二極管D1，電感L1，電容C1和反饋環(huán)路。而一般的反饋環(huán)路由四部分組成：采樣網(wǎng)絡(luò)，誤差放大器（Error Amplifier，E/A），脈寬調(diào)制器（Pulse Width Modulation，PWM）和驅(qū)動(dòng)電路。

二、Buck變換器工作原理分析

1、Buck變換器工作過(guò)程分析

圖2.Buck變換器的工作過(guò)程

為了便于對(duì)Buck變換器基本工作原理的分析，我們首先作以下幾點(diǎn)合理的假設(shè)：

1)開(kāi)關(guān)元件M1和二極管D1都是理想元件。它們可以快速的導(dǎo)通和關(guān)斷，且導(dǎo)通時(shí)壓降為零，關(guān)斷時(shí)漏電流為零；

2)電容和電感同樣是理想元件。電感工作在線(xiàn)性區(qū)而未飽和時(shí)，寄生電阻等于零。電容的等效串聯(lián)電阻（Equivalent Series Resistance，ESR）和等效串聯(lián)電感（Equivalent Series inductance，ESL）等于零； 3)輸出電壓中的紋波電壓和輸出電壓相比非常小，可以忽略不計(jì)。4)采樣網(wǎng)絡(luò)R1和R2的阻抗很大，從而使得流經(jīng)它們的電流可以忽略不計(jì)。在以上假設(shè)的基礎(chǔ)上，下面我們對(duì)Buck變換器的工作過(guò)程進(jìn)行分析。

如圖1所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件M1導(dǎo)通時(shí)，電壓V1與輸出電壓Vdc相等，晶體管D1處于反向截至狀態(tài)，電流ID1?0。電流IM1?IL1流經(jīng)電感L1，電流線(xiàn)性增加。經(jīng)過(guò)電容C1濾波后，產(chǎn)生輸出電流IO和輸出電壓VO。采樣網(wǎng)絡(luò)R1和R2對(duì)輸出電壓VO進(jìn)行采樣得到電壓信號(hào)VS，并與參考電壓Vref比較放大得到信號(hào)。如圖1（a）所示，信號(hào)Vea和線(xiàn)性上升的三角波信號(hào)Vtr比較。當(dāng)Vtr?Vea時(shí)，控制信號(hào)VWM和VG跳變?yōu)榈停_(kāi)關(guān)元件M1截至。此時(shí)，電感L1為了保持其電流IL1不變，電感L1中的磁場(chǎng)將改變電感L1兩端的電壓極性。這時(shí)二極管D1承受正向偏壓，并有電流ID1流過(guò)，故稱(chēng)D1為續(xù)流二極管。若IL1?IO時(shí)，電容C1處于放電狀態(tài)，有利于輸出電流IO和輸出電壓VO保持恒定。開(kāi)關(guān)元件截至的狀態(tài)一直保持到下一個(gè)周期的開(kāi)始，當(dāng)又一次滿(mǎn)足條件Vea?Vtr時(shí)，開(kāi)關(guān)元件M1再次導(dǎo)通，重復(fù)上面的過(guò)程。

由分析可得，Buck變換器的工作過(guò)程可分為兩部分： 1)開(kāi)關(guān)（晶體管）導(dǎo)通：

二極管D1截止；電感電流線(xiàn)性增加并儲(chǔ)能；電容充電儲(chǔ)能；輸出電壓Vo。2)開(kāi)關(guān)（晶體管）關(guān)斷：

二極管D1導(dǎo)通；電感釋放能量；電容放電；輸出Vo。

2、Buck變換器反饋環(huán)路分析

仔細(xì)分析Buck變換器的原理圖可知，它的反饋環(huán)路是一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路。如圖3所示，當(dāng)輸出電壓VO升高時(shí)，電壓VS升高，所以誤差放大器的輸出電壓Vea降低。由于Vea的降低，使得三角波Vtr更早的達(dá)到比較電平，所以導(dǎo)通時(shí)間Ton減小。因此，Buck變換器的輸入能量降低。由能量守恒可知，輸出電壓VO降低。反之亦然。

VOVOVSVSVeaVeaTonTonVOVO

圖3 Buck變換器的負(fù)反饋環(huán)路

3、Buck變換器的兩種工作模式

按電感電流IL1在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)是否從零開(kāi)始，Buck變換器的工作模式可以分為電感電流連續(xù)工作模式（Continuous Conduction Mode，CCM）和電感電流不連續(xù)工作模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）兩種。兩種工作模式的主要波形圖如圖2.4所示。下面分別對(duì)這兩種工作模式進(jìn)行分析。

V1Vdc0IM1I2I10ID1I2I10IL1I2I10IC10TTonTofftV1Vdc0IM10TTonToffTdTidttID10IL10tIOttIOtttIC10

(a)CCM工作模式（b）DCM工作模式

圖4 Buck變換器的主要工作波形圖

t 1）Buck變換器的CCM工作模式

由定義可知，Buck變換器的CCM模式是指每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)電感L1上的電流不等于零，圖4（a）給出了Buck變換器工作在CCM模式下的主要波形。設(shè)開(kāi)關(guān)M1的導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)on，截止時(shí)間為T(mén)off，工作時(shí)鐘周期為T(mén)，則易知有

T?Ton?Toff（2-1）

開(kāi)關(guān)M1的狀態(tài)可以分為導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)。假設(shè)輸入輸出不變，開(kāi)關(guān)M1處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電壓V1?Vdc，此時(shí)電感L1兩端的電壓差等于Vdc?VO，電感電流IL1線(xiàn)性上升，二極管電流ID1?0。在開(kāi)關(guān)M1導(dǎo)通的時(shí)間內(nèi)，電感電流的增量為

?iL1??Ton0Vdc?VOV?VOdt?dc?Ton（2-2）L1L1其中，?iL1表示開(kāi)關(guān)M1導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)電感電流的增量（A）；L1表示電感L1的電感量（H）。

當(dāng)開(kāi)關(guān)M1處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，若沒(méi)有二極管D1的存在，電感L1中的磁場(chǎng)會(huì)將電壓V1感應(yīng)為負(fù)值，以保持電感中電流IL1不變。這種電壓極性顛倒的現(xiàn)象成為“電感反沖”。但此時(shí)二極管D1導(dǎo)通，將電壓V1鉗位在比地低一個(gè)二極管正向?qū)▔航档碾娢弧Ｓ杉僭O(shè)條件可知，電壓V1=0V。此時(shí)，電感L1兩端的電壓差等于VO，電感電流IL1線(xiàn)性下降，二極管電流ID1?IL1。在開(kāi)關(guān)M1截止的時(shí)間內(nèi)，電感電流的增量為

ToffVVO'O?iL??dt???Toff（2-3）1?0L1L1'其中，?iL； 1表示開(kāi)關(guān)M1截止時(shí)間內(nèi)電感電流的增量（A）

'

當(dāng)Buck變換器處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感電流的增量?iL1??iL1，所以

Vdc?VOV?Ton??O?Toff（2-4）L1L1整理可得

VO?Vdc*若令B1?TonT?Vdc*on（2-5）

Ton?ToffTTon，則 TVO?Vdc*B1（2-6）

其中，B1表示開(kāi)關(guān)M1導(dǎo)通時(shí)間占空比。上式表明，輸出電壓VO隨著占空比B1變化。若用G表示輸出電壓的電壓增益，則CCM模式下Buck變化器的電壓增益為VG?O?B（2-7）

Vdc2）Buck變換器的DCM工作模式

由定義可知，Buck變換器的DCM工作模式是指每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)電感L1上的電流等于零，圖4（b）給出了Buck變換器工作在DCM模式下的主要波形。由圖4（b）可知，DCM工作模式下Buck變換器共有三種狀態(tài)：開(kāi)關(guān)管M1導(dǎo)通，二極管D1導(dǎo)通和系統(tǒng)閑置（即開(kāi)關(guān)管M1和二極管D1都關(guān)閉）。設(shè)開(kāi)關(guān)M1的導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)on，截止時(shí)間為T(mén)off，二極管導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)d，系統(tǒng)閑置時(shí)間為T(mén)id，工作時(shí)鐘周期為T(mén)，則易知有

T?Ton?Toff?Ton?Td?Tid

（2-8）

假設(shè)輸入輸出不變，開(kāi)關(guān)M1處于導(dǎo)通狀態(tài)，參考Buck變換器工作在CCM模式的公式推導(dǎo)過(guò)程，可以推導(dǎo)出DCM模式下，在開(kāi)關(guān)M1導(dǎo)通的時(shí)間內(nèi)，電感電流的增量為

TonVV?VOdc?VO?iL1??dt?dc?Ton

（2-9）

0L1L1其中，?iL1表示開(kāi)關(guān)M1導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)電感電流的增量（A）。

同樣的，當(dāng)二極管D1導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)M1截止時(shí)，參考Buck變換器工作在CCM模式的公式推導(dǎo)過(guò)程，可以推導(dǎo)出DCM模式下，在二極管D1的導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，電感電流的增量為

TdVV'?iL1???Odt??O?Td

（2-10）

0LL11'其中，?iL。1表示二極管D1導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)電感電流的增量（A）當(dāng)系統(tǒng)處于閑置狀態(tài)時(shí)，電感電流IL1和二極管電流Id都等于零。為了維持輸出電壓VO和輸出電流IO不變，電容C1處于放電狀態(tài)。由假設(shè)條件c)可知，此時(shí)電容上的電流等于輸出電流IO，即

IC1(id)?IO?VO（2-11）RL其中，RL表示輸出負(fù)載的阻抗。

' 當(dāng)Buck變換器處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感電流的增量?iL1??iL1，所以

Vdc?VOV?Ton??O?Td

（2-12）L1L1整理可得

VO?Vdc*令B1?Ton（2-13）

Ton?TdTonT，B2?d，則上式可變?yōu)?TTVO?Vdc*B1（2-14）

B1?B2若用G表示輸出電壓的電壓增益，則DCM模式下Buck變換器的增益為

B1

（2-15）G?B1?B2另外，由圖2.4（b）可知，穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出電流IO等于電感電流IL1的平均值，而且等于VO，所以 RLIO?化簡(jiǎn)可得

?VV?VO1?1*?*?B1?B2?T*dcB1T??O（2-16）T?2L1?RL12K

（2-17）?1??B1?B2?B1G其中，K?L1。聯(lián)立式（2-15）和（2-17）可解得Buck變換器DCM模式下的RLT電壓增益為

G?VO?Vdc21?1?8KB12（2-18）

3）Buck變換器CCM模式和DCM模式的臨界條件

所謂Buck變換器的臨界條件就是指，此時(shí)Buck變換器的工作狀態(tài)即滿(mǎn)足DCM模式的條件，又滿(mǎn)足CCM模式的條件。由式（3）我們知道Buck變換器在DCM模式下有

?VV?VO1?1*?*?B1?B2?T*dcB1T??O（2-19）T?2L1?RL因?yàn)椋藭r(shí)Buck變換器又滿(mǎn)足CCM模式的條件，所以?B1?B2??1，故有 IO?IO?1Vdc?VO1*B1T??iL1（2-20）2L12因此，Buck變換器CCM模式和DCM模式的臨界條件為 1?iL1?IO（2-21）2且Buck變換器工作在CCM和DCM模式的判斷條件分別為

1CCM模式的判斷條件：?iL1?IO

21DCM模式的判斷條件：?iL1?IO

2聯(lián)立式（2-10）和（2-21）可得

V1VO*Td?IO?O

（2-22）2L1RL由上式可以得出Buck變換器CCM模式和DCM模式臨界條件的另一種形式

Td?2L1

（2-23）RL由上式可知，若二極管導(dǎo)通時(shí)間Td和電感量L1固定，Buck變換器工作在CCM模式還是DCM模式由負(fù)載電阻RL決定。當(dāng)電阻RL增大時(shí)，工作狀態(tài)由CCM模式轉(zhuǎn)化為DCM模式。

4）兩種模式的特點(diǎn)

a)b)c)d)不連續(xù)模式電壓峰值更高 不連續(xù)模式電流峰值更大

連續(xù)模式比不連續(xù)模式具有更好的可控性。

不連續(xù)模式能量完全傳遞，連續(xù)模式下能量不完全傳遞

4、Buck變換器電感的選擇

選擇Buck變換器電感的主要依據(jù)是變換器輸出電流的大小。假設(shè)Buck變換器的最大額定輸出電流為Iomax，最小額定輸出電流為Iomin。

當(dāng)Buck變換器的輸出電流等于Iomax時(shí)，仍然要保證電感工作在非飽和狀態(tài)，這樣電感值才能維持恒定不變。電感值L1的恒定確保了電感上的電流線(xiàn)性上升和下降。

其次，最小額定輸出電流Iomin和電感值L1決定了Buck變換器的工作狀態(tài)是否會(huì)進(jìn)入DCM模式。我們知道，當(dāng)Buck變化器工作在CCM模式時(shí)有

VTon?OT

（2-35）

Vdc且當(dāng)輸出電壓VO，輸入電壓Vdc和變換器的工作周期T不變時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間Ton保持不變。由CCM模式和DCM模式的臨界條件可知，CCM模式的最小輸出電流為

1IOmin??i

（2-36）

2又因?yàn)?/p>

V?V?i?dcO*Ton（2-37）

L1聯(lián)立式（2-35）,（2-36）和（2-37）得Buck變換器CCM模式和DCM模式的臨界電感值為

Lc??V?V?VTVdc?VOVO**T?dcOO（2-38）

2*IOminVdc2*IOminVdc5、Buck變換器輸出電容的選擇和紋波電壓

Buck變換器輸出電容的選擇和紋波電壓的大小密切相關(guān)。我們知道，實(shí)際的電容C1可以等效為如圖4所示的電路結(jié)構(gòu)。其中電阻R0為等效串連電阻（Equivalent Series Resistance, ESR）,電感L0為等效串連電感（Equivalent Series Inductance，ESL）。當(dāng)頻率低于300KHz或500KHz時(shí)，電容C1的等效串連電感可以忽略，輸出紋波電壓主要取決于電容C0和等效串連電阻R0。

L1IL1IOD1IC1VC0C1VOD1L1C0R0L0IC1?iL12C1的等效電路?iL1IOTtVpp_coVOt VC0T/2圖4 電容C1的等效電路及電容C1上的電流電壓變化

由上圖可知，電容C1上的電流為

IC1?IL1?IO

（2-39）

所以，電容C1上的電流最大變化量為?iL1，故等效串連電阻R0上產(chǎn)生的電壓波動(dòng)峰峰值為

Vpp_R0??iL1*R0

（2-40）

電容C0上的電壓紋波峰峰值為

Vpp_co?1?iL1?T*?*Q?22?2??iL1*T

（2-41）???C0C08C0所以，輸出電壓VO上的電壓紋波Vpp為 Vpp?Vpp_R0?Vpp_co??iL1*R0?T??iL1*(R0?)8C0?iL1*T8C0

（2-42）

但從一些廠(chǎng)家的產(chǎn)品手冊(cè)可知，大多數(shù)常用鋁電解電容R0*C0是一個(gè)常數(shù)，且等于50～80*10－6F。而B(niǎo)uck變換器的工作頻率一般為20～50KHz，所以其周期為20～50*10－6S。因此，Vpp_R0R8RC?0?00?8（2-43）TVpp_coT8C0所以，一般情況下我們可以忽略電容C0產(chǎn)生的紋波電壓，那么電壓紋波Vpp近似為

Vpp?Vpp_R0??iL1*R0（2-44）

而電壓紋波和電感電流變化量可以由系統(tǒng)參數(shù)得到，所以可以求出變量R0的值。然后由常用鋁電解電容R0*C0是一個(gè)常數(shù)可以計(jì)算出系統(tǒng)應(yīng)該選用的電容值C0。

三、Buck變換器工作原理總結(jié)

1.2.3.4.5.BUCK變換器應(yīng)用于降壓、輸入輸出非隔離。

BUCK變換器工作頻率不宜過(guò)高，一般小于50KHZ。當(dāng)有超過(guò)一組輸出時(shí)就不適合使用BUCK變換器。變換器的電器特性與電流模式關(guān)系密切。

變換器電路中的電感與電容起能量?jī)?chǔ)－放作用，且兩個(gè)器件接線(xiàn)形式必須為低通濾波樣式。

6.效率高，損耗低，輸出電流紋波較小，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較適合使用于大功率輸出。

第二篇：buck變換器設(shè)計(jì)報(bào)告

BUCK變換器設(shè)計(jì)報(bào)告

——電力電子裝置及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求

1.1設(shè)計(jì)指標(biāo)

?輸入電壓標(biāo)稱(chēng)直流48V 范圍：43V~53V ?輸出電壓：直流24V ?輸出電流：直流5A ?輸出電壓紋波：100mV ?電流紋波：0.25A ?開(kāi)關(guān)頻率：250kHz ?相位裕量：60 ?幅值裕量：10dB

1.2 設(shè)計(jì)要求

?計(jì)算主回路的電感和電容值

?開(kāi)關(guān)器件選用MOSFET, 計(jì)算其電壓和電流定額 ?設(shè)計(jì)控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù) ?畫(huà)出整個(gè)電路, 給出仿真結(jié)果 BUCK主電路各參數(shù)計(jì)算

圖1 利用matlab搭建的BUCK主電路

Mosfet2在0.01s時(shí)導(dǎo)通，使得負(fù)載電阻由9.6

變?yōu)?.8，也就是說(shuō)負(fù)載由半載到滿(mǎn)載，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流上升一倍，負(fù)載電壓不變，這兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換的過(guò)程的表征系統(tǒng)的性能指標(biāo)。2.1 電感值計(jì)算

當(dāng)當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，時(shí)，D=0.558 , 求得，D=0.5 , 求得，D=0.453，求得

所以，取

2.2 電容值的計(jì)算

代入，得，由于考慮實(shí)際中能

量存儲(chǔ)以及輸入和負(fù)載變化，一般取C大于該值，取

2.3 開(kāi)關(guān)器件電壓電流計(jì)算

2.4 開(kāi)傳遞函數(shù)的確定

其中

故開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)性能

3.1 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的階躍響應(yīng)

由MATLAB可以作出系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)函數(shù)的單位階躍響應(yīng)，如下圖所示

由圖可知，系統(tǒng)振蕩時(shí)間較長(zhǎng)，在5ms之后才可以達(dá)到穩(wěn)定值，超調(diào)量為66.67%，需要增加校正裝置進(jìn)行校正。

3.2 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)輸出電壓電壓、電流響應(yīng)

由MATLAB simulink作出的系統(tǒng)的輸出電壓、電流響應(yīng)如下圖所示

圖2 開(kāi)環(huán)電壓、電流響應(yīng)

在0.01s時(shí)負(fù)載由9.6。

由圖可知電壓超調(diào)量達(dá)到70%，電流超調(diào)量達(dá)到75%。

變?yōu)?.8，電壓振蕩后不變，電流增大一倍

圖3負(fù)載變化時(shí)電流響應(yīng)圖4負(fù)載變化時(shí)點(diǎn)響應(yīng)

圖3 電流紋波圖4 電壓紋波

電流紋波約為0.002A，電壓紋波為0.01V，符合設(shè)計(jì)的要求，由于器件本身的壓降損耗等因素，電壓穩(wěn)態(tài)值不等于24V，電流的穩(wěn)態(tài)值也不等于5A。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 控制原理

圖5 閉環(huán)控制系統(tǒng)原理

取輸出輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)，經(jīng)過(guò)校正裝置來(lái)控制MOSFET的導(dǎo)通和斷開(kāi)，在開(kāi)關(guān)周期一定的情況下控制占空比，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。根據(jù)控制信號(hào)的不同，有以下兩種控制方法：

圖6 電壓型控制

電壓控制型：電壓作為反饋信號(hào)，經(jīng)過(guò)校正裝置與鋸齒波比較來(lái)控制開(kāi)關(guān)的占空比。

圖7 電流型控制

電流峰值控制：用通過(guò)功率開(kāi)關(guān)的電流波形替代普通PWM調(diào)制電路中的載波信號(hào)。

4.2 閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖8 閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

閉環(huán)增益:調(diào)節(jié)器增益：反饋因子：

4.3 調(diào)節(jié)器類(lèi)型

積分器

PI調(diào)節(jié)器

PID調(diào)節(jié)器

?積分器：斜率-20db/dec,-90°.?PI調(diào)節(jié)器：加入一個(gè)零點(diǎn)，局部斜率平坦，并且可提供90°的超前相位。

?PID調(diào)節(jié)器：加入兩個(gè)零點(diǎn)，局部斜率上翹，并且可提供180°的超前相位。

4.4 閉環(huán)系統(tǒng)各參數(shù)確定

采用電壓型控制，取輸出電壓作為反饋量，選用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且使用K因子法確定各參數(shù)的數(shù)值。

4.4.1 確定相位裕量 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，相位裕量為600

4.4.2 確定剪切頻率

由于PID調(diào)節(jié)器可以提供180度相位超前

取 4.4.3 確定。，即，為確保校正成功，取相位裕量為7由開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)可以求得當(dāng)時(shí)，由于遞函數(shù),可得

4.4.4 各電路參數(shù)及

由K因子法公式可得

由公式 的確定 ,所以,可得代入傳

可得

進(jìn)而可得

解得 K=27.75

已知 代入解得，K=27.75，表達(dá)式為：

代入得 系統(tǒng)閉環(huán)電路設(shè)計(jì)

5.1 基于MATLAB的閉環(huán)系統(tǒng)

圖 MATLAB下系統(tǒng)閉環(huán)電路

5.1.1 校正后的bode圖

MATLAB作出的校正后的系統(tǒng)bode圖

圖9 校正前后bode圖

利用MATLAB SISOTOOL同樣可以作出加入PID調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的bode圖

圖10 MATLAB SISOTOOL作出的bode圖

圖中方形點(diǎn)為極點(diǎn)，圓形點(diǎn)為零點(diǎn)，由圖中可以直接讀出,并可以求得幅值裕量為無(wú)窮大，均符合設(shè)計(jì)要求。

5.1.2 系統(tǒng)的閉閉環(huán)單位階躍響應(yīng)

圖11 閉環(huán)傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)

對(duì)比開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)圖可知，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，在0.5ms時(shí)基本達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，振蕩過(guò)程大大縮短。

5.1.3 閉環(huán)系統(tǒng)輸出電壓、電流波形

圖12 電壓響應(yīng)波形

圖13 電流響應(yīng)波形

圖14 負(fù)載變化電流響應(yīng) 圖15 負(fù)載變化電壓響應(yīng)

電壓電流紋波狀況如下圖所示

圖16電流紋波 圖 電壓紋波

由圖可知電壓電流響應(yīng)都明顯快于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，振蕩的幅度小，振蕩時(shí)間短。電流紋波約為0.002V，電壓紋波約為0.01V，均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 基于psim的閉環(huán)電路設(shè)計(jì)

圖 基于PSIM的閉環(huán)電路圖

在48V基礎(chǔ)上疊加一個(gè)頻率為200Hz 設(shè)計(jì)感悟

第三篇：尚朋堂電磁爐工作原理與檢修分析

第一節(jié)工作原理

適用：尚朋堂 SR-CH2008W、CH2009W、CH2007D、CH2006D、CHS204W、CHH205W、CHG202W、Y2002D、CHS203D、CHG201D

一、電源輸出電路：

工頻220V交流電經(jīng)D1、D4整流后由R51，L6給U6供電C4濾波。從U6○1○2腳輸出經(jīng)L3、C10濾波得到18VDC給風(fēng)扇供電，再經(jīng)D10、ZD1給U6穩(wěn)壓。整機(jī)供電由L5、C18濾波后供給，得到穩(wěn)定的18V后經(jīng)R21、Q3、U5、穩(wěn)壓DC5V給CPU供電。

二、CT檢鍋電路：

檢鍋電路由電阻R94（100Ω）對(duì)地取樣C71濾波，經(jīng)R70送入U(xiǎn)2A ○2腳進(jìn)行放大，R102、C67構(gòu)成反饋回路.從1腳輸出放大后的CT信號(hào)經(jīng)VR1電位器調(diào)節(jié)經(jīng)R105、C70、R63、C66、R6、C21濾波送進(jìn)CPU○8腳進(jìn)行檢測(cè)。

三、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路：

風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)信號(hào)由CPU 腳輸出經(jīng)R36、R37使Q2導(dǎo)通，Q2集電極↘Q6導(dǎo)通，18V經(jīng)Q6 E極進(jìn)去從C極輸出經(jīng)L4給風(fēng)扇供電，風(fēng)扇導(dǎo)通同時(shí)經(jīng)R14、R20分壓送入Q4基極控制IG電壓，送進(jìn)CPU○5腳進(jìn)行風(fēng)扇欠壓保護(hù)（IG電壓為1.7V-4.1V）。

四、溫度檢測(cè)電路：

溫度檢測(cè)電路分兩部分；1）IGBT溫度檢測(cè)由5V經(jīng)R29、R115（IGBT‘ NTC’與R136并聯(lián)）分壓C81濾波經(jīng)、R13

送進(jìn)CPU○5腳實(shí)現(xiàn)IGBT溫度檢測(cè)。2）鍋底溫度檢測(cè)由5V經(jīng)R17，（NTC與R10并聯(lián)）分壓由C6、R16、C20構(gòu)成∏型濾波送進(jìn)CPU○7腳實(shí)現(xiàn)鍋底溫度檢測(cè)，同時(shí)分壓后經(jīng)R95送進(jìn)U2B○5腳與○6腳的基準(zhǔn)電壓比較，從○7腳輸出經(jīng)R117、R92送入U(xiǎn)4B○7腳與○5腳比較由○1腳去控制VD電壓實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

五、同步電路：

由U3A構(gòu)成，從BD1整流C51濾波后經(jīng)R59、R58（200K）R57分壓給U3A○5腳提供基準(zhǔn)電壓，當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)線(xiàn)盤(pán)與C53構(gòu)成振蕩電路，經(jīng)R84~R86、R53（64.9K）、R54分壓送入○4腳進(jìn)行比較○2腳輸出比較電壓與VD進(jìn)行同步。

六、高壓保護(hù)電路：

高壓保護(hù)電路分兩部分；1）由U3B構(gòu)成，5V經(jīng)R60給○7腳提供基準(zhǔn)電壓，當(dāng)IGBTC極電壓過(guò)高時(shí)經(jīng)R84~R86、R55、R56分壓送入U(xiǎn)3B○6腳比較從1腳輸出低電平實(shí)現(xiàn)保護(hù)。2）由U3D構(gòu)成5V經(jīng)R79，（R98與R133并聯(lián)）分壓給U3D○11腳提供基準(zhǔn)電壓，當(dāng)電源電壓過(guò)高或電源有過(guò)高的脈沖干擾時(shí)經(jīng)BD1整流，R59、R58、R57分壓后供給U3D○5腳（反向輸入）得到的電壓↗○13腳電壓↘，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

七、VD驅(qū)動(dòng)電路：

由U3C、Q55、Q53構(gòu)成，從CPU○12腳輸出PWM（脈寬調(diào)

制信號(hào)）經(jīng)R1、R72給U3C○8腳提供基準(zhǔn)電壓。在SB信號(hào)的作用下，經(jīng)D51、D52、R104送入U(xiǎn)3C○9腳進(jìn)行比較○14腳輸出使Q55截止，此時(shí)C極↗Q53 B極↗Q53導(dǎo)通產(chǎn)生VD經(jīng)R65使IGBT導(dǎo)通，C53與線(xiàn)盤(pán)構(gòu)成LC振蕩，經(jīng)同步電路返回D51、D52構(gòu)成回路后CPU送出的SB信號(hào)為低電平，整機(jī)開(kāi)始工作。

八、過(guò)流保護(hù)電路：

由U4C、U4D、Q52構(gòu)成。VD驅(qū)動(dòng)電壓經(jīng)R77送到U4D○10腳與11腳（5V）基準(zhǔn)比較由○13腳輸出經(jīng)Q52送入U(xiǎn)4D○8腳與○9腳基準(zhǔn)比較從○14腳輸出經(jīng)R74去控制PWM信號(hào)（PWM越高功率就越大）實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

九、電流偵測(cè)電路

電流偵測(cè)信號(hào)由R67對(duì)地取樣經(jīng)C56耦合Q51放大從Q51集電極輸出經(jīng)C60送入U(xiǎn)4C○8腳與○9腳比較從○14腳輸出去控制PWM信號(hào)的寬度，從而控制電流的大小。

第二節(jié)2008W系列故障檢修

故障現(xiàn)象檢修流程排除方法

1．燈閃不加熱1.檢查高壓保護(hù)電路

2.檢查SB、PWM信號(hào)是否正常

3.檢查VD驅(qū)動(dòng)信號(hào)

4.檢查CT信號(hào)電路1.可查R84-R89、R58-R59、U3、U4、C3、BD

2.可查CPU、C2、IG電壓、C3、U2、D13、D51、D52、Q64、Q54、C57、U3

3.可查C611、Q55、Q53、Q554、DD55、C82、R65、U4、IGBT

4.可查R94、C31、R33、C30、U2、CPU、VR1

2．通電沒(méi)反應(yīng)

1.檢查主電源供電電路

2.檢查5V穩(wěn)壓電路

3.檢查CPU及周?chē)娐?/p>

1.可查，先確定有無(wú)220V正常，D1、D4、R51、L6、U6、D6、C19、ZD1

2.可查，Q3、U5、ZD6、R21、R28

3.可查，復(fù)位電路，D5、R28、C14和振蕩電路Y1（8MHZ）晶振及更換CPU

3．功率大小不可調(diào)1.檢查CS電流調(diào)節(jié)電路

2.檢查鍋具檢查電路

3.檢查振蕩電路1.可查R67、Q51、R71、C60、D54、Q52、U3、ZD52、U4、C57、2.可查R33、U2、VR1、C31

3.可查C63、C53、C61、D51、D52、R75

4．通電爆機(jī)1.檢查VD驅(qū)動(dòng)電路

2.檢查SB信號(hào)輸入電路1.可查Q55、Q53、D55、D62、R15、IGBT、BD、C82、C53、U3、F1、R75

2.可查U2、Q64、Q54、D51、D52、CPU、5．加壓呈保溫狀態(tài)1.檢查IGBT、發(fā)熱盤(pán)、NTC是否正常

2.檢查溫控電路

3.檢查散熱機(jī)構(gòu)1.正常情況下在常溫狀態(tài)NTC為100K左右

2.可查C3、C13、U4、C81、C6、C20和兩個(gè)NTC

3.可查看風(fēng)扇轉(zhuǎn)運(yùn)是否正常，IGBT散熱內(nèi)有無(wú)雜物

6．通電風(fēng)扇一直轉(zhuǎn)1.檢查風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路

2.檢查CPU有無(wú)損壞1.可查Q6、D7、Q2、L4及有無(wú)18V輸出

2.更換CPU

7．顯示故障代碼1.顯示E1顯示E2

2.顯示E3顯示E4

3.顯示E7

4.顯示E81.檢查香菇頭，C6、R10、C20、CPU

2.檢查IG電壓（3.45V），C3、C13、C81、IGBT（NTC）、U4及風(fēng)扇電路

3.檢查風(fēng)扇電路，風(fēng)扇、C34、U2

4.檢查CT電路，R107 VR1、C91、CPU

第四篇：3D打印機(jī)工作原理分析淺談

.3D打印技術(shù)能否顛覆世界

說(shuō)到3D技術(shù)我們肯定不會(huì)陌生，在近年間3D技術(shù)得到廣為的流傳，尤其在辦公方面。聽(tīng)到3D打印這個(gè)詞您是不是就覺(jué)得酷酷的？又神奇又好奇？現(xiàn)在的3D市場(chǎng)涉及到的領(lǐng)域特別多，3D打印機(jī)在建筑設(shè)計(jì)、食品制作、微型模型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、零配件、趣味模型等領(lǐng)域都已經(jīng)有了一定的應(yīng)用。

其實(shí)在國(guó)外市場(chǎng)3D打印機(jī)已經(jīng)是一類(lèi)比較成熟的設(shè)備，按照物體的大小和材質(zhì)來(lái)分，立體打印機(jī)也是多種多樣的，大小和價(jià)格都是不同的，僅僅知道這些可是不夠的，想要了解3D打印機(jī)的原理和技術(shù)嗎？我們一起往下看：

3D打印機(jī)最早出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。3D與普通打印機(jī)工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。這打印技術(shù)稱(chēng)為3D立體打印技術(shù)。

3D打印機(jī)和普通打印機(jī)的差異

隨著現(xiàn)在社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)需求的日益化提高，很多原有的東西已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們，普通的打印來(lái)說(shuō)應(yīng)用范圍太過(guò)于狹小，這時(shí)候很多人開(kāi)始琢磨3D打印技術(shù)和3D打印機(jī)。

對(duì)于打印機(jī)來(lái)說(shuō)，更多的人們只知道噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)，其實(shí)按打印機(jī)組件來(lái)分析，包括3D打印機(jī)在內(nèi)，都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的，打印原理是一樣的，3D打印機(jī)主要是在打印前在電腦上設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的三維立體模型，然后在進(jìn)行打印輸出，其實(shí)可以打印很多

類(lèi)型的東西，等著我們不斷開(kāi)發(fā)。

其實(shí)說(shuō)到普通打印機(jī)和3D打印機(jī)最大的差別就在于耗材不同，普通打印機(jī)的耗材是由傳統(tǒng)的墨水和紙張組成的，而3D打印機(jī)主要是由膠水和粉末組成的，都是經(jīng)過(guò)特殊處理的材料，但是對(duì)固化反應(yīng)速度和模型強(qiáng)度以及分辨率都有很大關(guān)系。

3D打印技術(shù)藍(lán)圖變實(shí)物

說(shuō)打印機(jī)之前我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)3D打印技術(shù)，在上世紀(jì)90年代中期，利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。這個(gè)技術(shù)在如今的社會(huì)中涉及到了各個(gè)領(lǐng)域，得到了不錯(cuò)的應(yīng)用，大家通過(guò)它來(lái)制作實(shí)物，制作醫(yī)學(xué)物品，制作建筑材料，制作服裝等等。

其實(shí)3D打印的工作原理是很簡(jiǎn)單的，基本與普通打印機(jī)的工作原理相同。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是主要通過(guò)電腦連接和打印機(jī)內(nèi)部的耗材來(lái)完成的，通過(guò)打印材料和三圍立體模型一層層的疊加，最終把藍(lán)圖變成實(shí)物。

3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。受到噴打印原理的限制，打印速度勢(shì)必不會(huì)很快，較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)25毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實(shí)現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達(dá)24位。

3D打印機(jī)工作原理特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

我們對(duì)3D打印技術(shù)有了一個(gè)初步的了解，對(duì)接下來(lái)我們要介紹的3D打印機(jī)就更容易理解了。3D打印機(jī)又叫做三維立體打印機(jī)，要說(shuō)3D打印是添加劑制造技術(shù)的一種形式，在添加劑制造技術(shù)中三維對(duì)象是通過(guò)連續(xù)的物理層創(chuàng)建的話(huà)，3D打印機(jī)就是對(duì)于其它的添加劑制造技術(shù)而言的，具有速度快、價(jià)格便宜、高易用性等優(yōu)點(diǎn)。

3D打印機(jī)就是可以打印出真實(shí)物體的設(shè)備，功能上與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來(lái)完成3D實(shí)體打印。3D打印機(jī)在生產(chǎn)應(yīng)用方面存在著巨大的潛力，并在珠寶首飾、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、汽車(chē)、航天、醫(yī)學(xué)高領(lǐng)域打偶得到了廣泛的應(yīng)用。

3D打印機(jī)應(yīng)用及技術(shù)展望

3D打印機(jī)作為緊跟3D潮流的迅猛發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，被稱(chēng)為改變未來(lái)世界的創(chuàng)造性科技，不僅改變了許多

工廠(chǎng)的生產(chǎn)方式還帶來(lái)制造業(yè)的新革命，接下來(lái)還將打進(jìn)家庭內(nèi)部，給我們的生活帶來(lái)翻天覆地的變化。

3D技術(shù)現(xiàn)在得到了很廣泛的應(yīng)用，但是因?yàn)楫a(chǎn)品的價(jià)格依然很高，使用率還是少數(shù)，雖然3D打印機(jī)價(jià)格不斷降低，但是很多廠(chǎng)家、設(shè)計(jì)院和大學(xué)也只是開(kāi)始準(zhǔn)備配備中，并沒(méi)有得到很好的普及。

通過(guò)這篇簡(jiǎn)短的文章，相信大家對(duì)3D打印有個(gè)初步的印象和了解。之前雖然我們多多少少聽(tīng)說(shuō)過(guò)3D打印技術(shù)，但是我們會(huì)認(rèn)為3D打印更趨近廠(chǎng)商和醫(yī)學(xué)、航天等一些離身邊較遠(yuǎn)的高領(lǐng)域，其實(shí)3D打印在生活中無(wú)處不在，有了更充分的認(rèn)識(shí)才能更充分了解。3D打印是添加劑制造技術(shù)的一種形式，在添加劑制造技術(shù)中三維對(duì)象是通過(guò)連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來(lái)的。3D打印機(jī)就是可以“打印”出真實(shí)3D物體的一種設(shè)備，利用分層加工和疊加成型通過(guò)逐層增加材料來(lái)完成的實(shí)體。

第五篇：電容工作原理與用法總結(jié)（最終版）

無(wú)論在何種情況下，兩個(gè)具有不同電位的導(dǎo)體間都會(huì)產(chǎn)生電容。在兩個(gè)具有不同電位的導(dǎo)體之間，總是存在一個(gè)電場(chǎng)。電場(chǎng)中存儲(chǔ)的能量由驅(qū)動(dòng)電路供給。因?yàn)轵?qū)動(dòng)電路是一個(gè)功率有限的激勵(lì)源，所以在任何兩個(gè)導(dǎo)體之間的電壓將在有限的時(shí)間內(nèi)建立一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)值。隨著能量的注入，電壓會(huì)很快地建立或衰減，其中對(duì)電壓的阻力稱(chēng)為電容。例如兩個(gè)平等金屬板的結(jié)構(gòu)，在低電壓下包含了大量電荷，所以電容就很大。

圖1.5顯示了由30歐激勵(lì)源驅(qū)動(dòng)一個(gè)電容時(shí)理想的電流和電壓波形，電容階躍響應(yīng)的上升變化顯示為一個(gè)時(shí)間的函數(shù)。當(dāng)電壓階躍剛開(kāi)始時(shí)，大量的能量流入電容，從而建立起它的電場(chǎng)。進(jìn)入電容的初始電流相當(dāng)高，而電壓階躍剛開(kāi)始時(shí)，大量的能量流入電容，從而建立起它的電場(chǎng)。進(jìn)入電容的初始電流相當(dāng)高，而電壓與電流的比值Y(T)II(T)非常低。在很短的時(shí)間范圍內(nèi)，電容看起來(lái)就像一個(gè)短路連接。

隨著時(shí)間的推移，比值Y(T)II(T)逐漸增大。最終，電流下降至接近于零，電容此時(shí)看起來(lái)像開(kāi)路一樣。最后，電容內(nèi)的電場(chǎng)完全建立，由于電介質(zhì)非理想的絕緣性質(zhì)，電容兩極之間只有一個(gè)很小的泄漏電流存在。此時(shí)的Y(T)II(T)比值非常高。

有此電路元件的階躍響應(yīng)在某個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)顯示為電容特征，而在另外的時(shí)間范圍內(nèi)顯示為電感特征，或者相反，舉例來(lái)說(shuō)，電容的安裝引腳在非常高的頻率時(shí)，其電感通常足以使整個(gè)元件呈現(xiàn)為電感特征。該電容的階躍響應(yīng)在零時(shí)刻會(huì)出現(xiàn)一個(gè)微小的脈沖，也許僅有數(shù)百皮秒(對(duì)應(yīng)于引腳電感大小)，接著下降至零，隨后才是一個(gè)正常的容性上升斜線(xiàn)。

如果階躍激勵(lì)源的上升時(shí)間太慢，輸出曲線(xiàn)的軌跡將不會(huì)出現(xiàn)電感性尖脈沖。由于脈沖非常短，如果示波器的掃描時(shí)間基準(zhǔn)設(shè)定得太慢，也很容易會(huì)錯(cuò)過(guò)。令人感興趣的是，通過(guò)調(diào)整上升時(shí)間和設(shè)定掃描時(shí)間基準(zhǔn)，我們可以使電路元件的階躍響應(yīng)測(cè)量結(jié)果在某個(gè)特定頻率范圍內(nèi)特征更加突出。概括來(lái)說(shuō)，如果階躍上升時(shí)間是TR，接近零時(shí)刻的階躍響應(yīng)與電路元件在頻率FA附近的阻抗大小有關(guān)：FA=0.5/TR 其中，TR=階躍激勵(lì)源的上升時(shí)間 FA=近似分析頻率

通過(guò)直觀地平均整個(gè)時(shí)間周期上的階躍應(yīng)值，我們可以休息出較低頻率上的阻抗大小。采用上式可以計(jì)算出應(yīng)于一個(gè)平均周期值TR的近似分析頻率。

階躍響應(yīng)的最終數(shù)值顯示出了直流時(shí)的阻抗。僅從一個(gè)階躍上升時(shí)間TR，我們無(wú)法推斷出比FA更高的頻率分量上更多特性。只有階躍激勵(lì)源的信號(hào)頻率足夠高，才能確保揭示出所想要看到的情況。

圖1.6描繪了一個(gè)測(cè)量裝置，適合用來(lái)表現(xiàn)一個(gè)幾皮法電容在納秒級(jí)時(shí)間周期上的特性。這個(gè)裝置適用于揭示諸如印刷電路走線(xiàn)、六電路輸入電容、旁路電容元件以及其他數(shù)字電路通用元件的電容特性。該方法通過(guò)一個(gè)已知的電阻來(lái)驅(qū)動(dòng)被測(cè)電容。通過(guò)測(cè)量產(chǎn)生波形的上升時(shí)間，可以推導(dǎo)出電容的容值。與音頻電路所用技術(shù)相比較，這個(gè)裝置非常復(fù)雜。復(fù)雜性來(lái)自于在高頻電磁場(chǎng)能量的控制和引導(dǎo)方面的困難。同軸電纜用來(lái)直接引導(dǎo)測(cè)試信號(hào)，并把測(cè)量結(jié)果輸入輸出到一個(gè)小于1IN的完整地平面，該處是實(shí)際進(jìn)行測(cè)量的位置。把測(cè)量區(qū)域限制為NIN，是為了確保電路呈現(xiàn)為集總電路的特性。

例1.1 一個(gè)小的接地電容的測(cè)量

本例中(見(jiàn)圖1.6)的被測(cè)設(shè)備(DUT)是一個(gè)平行板電容器。采用0.5IN*0.75IN的1.5IZ覆銅印制在環(huán)氧樹(shù)脂F(xiàn)R-4印刷電路板正面，背面是一個(gè)平行的完整地平面，標(biāo)稱(chēng)的平行間隔為0.008IN。這個(gè)結(jié)構(gòu)一個(gè)電容器，附帶有非常低的寄生串聯(lián)電感。

測(cè)量裝置由兩個(gè)RG-174同軸電纜組成，分別用于信號(hào)的輸入和輸出。輸入電纜通過(guò)50歐端接到地，已端接的信號(hào)輸出通過(guò)一個(gè)1K的驅(qū)動(dòng)電阻連接到被測(cè)設(shè)備。1K電阻隔離了被測(cè)設(shè)備與信號(hào)源，為信號(hào)幅度性能的一致性，面無(wú)需考被測(cè)設(shè)備的負(fù)載阻抗。

實(shí)際路中的信號(hào)源脈沖發(fā)生器應(yīng)能提供幅度及上升時(shí)間與期望相近似的信號(hào)。當(dāng)測(cè)量無(wú)源元件時(shí)，脈沖發(fā)生器的直流偏置不太重要。另一方面，當(dāng)測(cè)量門(mén)電路輸入時(shí)，通常應(yīng)使脈沖源的輸出覆蓋門(mén)電路輸入的整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍，并向被測(cè)門(mén)電路提供能量，以使門(mén)電路偏置于實(shí)驗(yàn)所需的工作范圍之內(nèi)。需要較大輸入驅(qū)動(dòng)電流的門(mén)電路可能還會(huì)要求比1K更小的源端電阻。

如果信號(hào)發(fā)生器具有一個(gè)50歐的反端接器件，利用它可以減少輸入電纜上的反射。該器件在信號(hào)發(fā)生器輸出級(jí)插入一個(gè)50歐的串聯(lián)阻抗，可以減少信號(hào)源電纜的前向和反向反射，該反射通常是由測(cè)試夾具與信號(hào)源輸出阻抗之間不可避免的輕微不匹配而引起的。反向端接后，來(lái)自源信號(hào)的不必要反射被兩次衰減，第一次是被測(cè)試夾具彈回時(shí)，第二次是在源端反向端接電阻上反彈后返回到測(cè)量?jī)x器的路徑上，反向端接雖然使信號(hào)源輸出的有效幅度降低了一半，但是改善了系統(tǒng)階躍響應(yīng)。

輸出電纜通過(guò)一個(gè)1K電阻與被測(cè)電路隔離連接，另一端連到一個(gè)內(nèi)部含有50歐端接的示波器輸入端。1K電阻起一個(gè)21：1探頭的作用。這里的輸入和輸出電纜都是3FT長(zhǎng)。

輸出電纜通過(guò)一個(gè)1K電阻與被測(cè)電路隔離連接，另一端連到一個(gè)內(nèi)部含有50歐端接的示波器輸入端。1K電阻起一個(gè)21：1探頭的作用。這個(gè)信號(hào)感應(yīng)裝置的優(yōu)點(diǎn)將在本書(shū)后面關(guān)于示波器探索測(cè)的小節(jié)中詳細(xì)闡述。這里的輸入和輸出電電纜都是3FT長(zhǎng)。

當(dāng)信號(hào)源的階躍輸入為2.6V，且DUT斷開(kāi)時(shí)，這個(gè)探頭的開(kāi)路響應(yīng)結(jié)果如圖1.7所示。頂部的掃描線(xiàn)是以5NS/刻度記錄的，底部的掃描線(xiàn)記錄的是同一信號(hào)放大為500PS/刻度的視圖。

用于記錄這個(gè)波形的TEKTRINIX11403示波器自動(dòng)計(jì)算出的10~90%上升時(shí)間為818PS標(biāo)稱(chēng)階躍幅度的1/21，而DUT上幅度1.3V是信號(hào)源驅(qū)動(dòng)電壓的一半。

如圖1.8所示，這個(gè)實(shí)驗(yàn)配置的戴維南等效電路，將總系統(tǒng)上升時(shí)間都集中表現(xiàn)到信號(hào)源上。這里不關(guān)心究竟是信號(hào)源還是示波器使得觀察到的上升的時(shí)間變得更慢。任何一個(gè)具有近似開(kāi)路的時(shí)間的信號(hào)源與示波器的合理組合，在這個(gè)DUT的影響下都會(huì)有類(lèi)似的特性。我們只關(guān)心已知的信號(hào)源-示波器的合理組合，在這個(gè)DUT的影響下都會(huì)有類(lèi)似的特性。我們只關(guān)心已知的信號(hào)源-示波器組合的總上升時(shí)間。當(dāng)測(cè)量無(wú)源元件時(shí)，我們同樣只關(guān)心觀察到的階躍幅度，而DUT上實(shí)際的電壓細(xì)節(jié)的探頭衰減比例都不重要。

關(guān)鍵字：電容 工作原理

關(guān)掉脈沖源而仍然保持50歐反向端接的連接，采用一個(gè)歐姆表在DUT的端子上測(cè)量，得到信號(hào)源的源端阻抗為503歐。這個(gè)503歐電阻是1K驅(qū)動(dòng)電阻和1K感應(yīng)電阻關(guān)聯(lián)的結(jié)果。

在連接DUT的情況下，觀察到的電壓波形顯示為電容特性，由低開(kāi)始然后上升。初始驅(qū)動(dòng)波形的存儲(chǔ)副本被重疊在這個(gè)圖上以便讀者參考。通過(guò)這個(gè)探頭，在整個(gè)可觀察的時(shí)間刻度范圍上，從800PS(信號(hào)源和示波器組合的總上升時(shí)間)到40NS(在示波器圖中顯示的線(xiàn)跡長(zhǎng)度)，DUT表現(xiàn)出理想的容性。從圖1.9中光標(biāo)沿著上升時(shí)間標(biāo)出的63%的點(diǎn)，我們可以得知RC時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)為23.5NS。已知驅(qū)動(dòng)電阻為503歐，我們可以用關(guān)系式C=π/R計(jì)算出DUT的電容值：

從這個(gè)上升時(shí)間的頻率之間的關(guān)系可以推導(dǎo)出一個(gè)粗略的辦法，用電容的數(shù)字波形前沿來(lái)表示電抗。當(dāng)考慮到由于一個(gè)容性負(fù)載導(dǎo)致的數(shù)字波形失真時(shí)，這種方法非學(xué)有用。

XC=T1/XC 對(duì)于一個(gè)3NS上升沿。例1.1中的電容的電抗值為20.44歐，由此我們預(yù)知它將會(huì)使來(lái)自輸出阻抗為30歐的TTL驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)3NS上升沿顯著畸變。

在任何時(shí)刻，電容上升過(guò)的電流與其電壓的上升時(shí)間的關(guān)系總是依照下列通用公式： I電容=C DV電容/D1