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模拟IC与数字IC对比
 处理连续性的光、声音、速度、温度等自然模拟信号的IC被称为模拟IC。模拟IC处理的这些信号都具有连续性,可以转换为正弦波研究。而数字IC处理的是非连续性信号,都是脉冲方波。
模拟IC按技术类型来分有只处理模拟信号的线性IC和同时处理模拟与数字信号的混合IC。模拟IC按应用来分可分为标准型模拟IC和特殊应用型模拟IC。标准型模拟IC包括放大器(Amplifier)、电压调节与参考对比(Voltage Regulator/Reference)、信号界面(Interface)、数据转换(Data Conversion)、比较器(Comparator)等产品。特殊应用型模拟IC主要应用在4个领域,分别是通信、汽车、电脑周边和消费类电子。
模拟IC具有四大特点:
a、生命周期可长达10年。数字IC强调的是运算速度与成本比,数字IC设计的目标是在尽量低的成本下达到目标运算速度。设计者必须不断采用更高效率的算法来处理数字信号,或者利用新工艺提高集成度降低成本。因此数字IC的生命周期很短,大约为1年-2年。
  模拟IC强调的是高信噪比、低失真、低耗电、高可靠性和稳定性。产品一旦达到设计目标就具备长久的生命力,生命周期长达10年以上的模拟IC产品也不在少数。如音频运算放大器NE5532,自上世纪70年代末推出直到现在还是最常用的音频放大IC之一,几乎50%的多媒体音箱都采用了NE5532,其生命周期超过25年。因为生命周期长,所以模拟IC的价格通常偏低。
b、工艺特殊少用CMOS工艺
  数字IC多采用CMOS工艺,而模拟IC很少采用CMOS工艺。因为模拟IC通常要输出高电压或者大电流来驱动其他元件,而CMOS工艺的驱动能力很差。此外,模拟IC最关键的是低失真和高信噪比,这两者都是在高电压下比较容易做到的。而CMOS工艺主要用在5V以下的低电压环境,并且持续朝低电压方向发展。
  因此,模拟IC早期使用Bipolar工艺,但是Bipolar工艺功耗大,因此又出现BiCMOS工艺,结合了Bipolar工艺和CMOS工艺两者的优点。另外还有CD工艺,将CMOS工艺和DMOS工艺结合在一起。而BCD工艺则是结合了Bipolar、CMOS、DMOS三种工艺的优点。在高频领域还有SiGe和GaAS工艺。这些特殊工艺需要晶圆代工厂的配合,同时也需要设计者加以熟悉,而数字IC设计者基本上不用考虑工艺问题。
c、与元器件关系紧密
  模拟IC在整个线性工作区内需要具备良好的电流放大特性、小电流特性、频率特性等;在设计中因技术特性的需要,常常需要考虑元器件布局的对称结构和元器件参数的彼此匹配形式;模拟IC还必须具备低噪音和低失真性能。电阻、电容、电感都会产生噪音或失真,设计者必须考虑到这些元器件的影响。
对于数字电路来说是没有噪音和失真的,数字电路设计者完全不用考虑这些因素。此外由于工艺技术的限制,模拟电路设计时应尽量少用或不用电阻和电容,特别是高阻值电阻和大容量电容,只有这样才能提高集成度和降低成本。某些射频IC在电路板的布局也必须考虑在内,而这些是数字IC设计所不用考虑的。因此模拟IC的设计者必须熟悉几乎所有的电子元器件。
d、辅助工具少测试周期长
  模拟IC设计者既需要全面的知识,也需要长时间经验的积累。模拟IC设计者需要熟悉IC和晶圆制造工艺与流程,需要熟悉大部分元器件的电特性和物理特性。通常很少有设计师熟悉IC和晶圆的制造工艺与流程。而在经验方面,模拟IC设计师需要至少3年-5年的经验,优秀的模拟IC设计师需要10年甚至更长时间的经验。
  模拟IC设计的辅助工具少,其可以借助的EDA工具远不如数字IC设计多。由于模拟IC功耗大,牵涉的因素多,而模拟IC又必须保持高度稳定性,因此认证周期长。此外,模拟IC测试周期长且复杂。
  某些模拟IC产品需要采用特殊工艺和封装,必须与晶圆厂联合开发工艺,如BCD工艺和30V高压工艺。此外,有些产品需要采用WCPS晶圆级封装,拥有此技术的封装厂目前还不多。
新型非接触式电流传感器
 
  l 原来状况
  原来的非接触式电流传感器大致有3种结构模式,如图1所示。在图1中,例1所示为以霍尔元件作为磁场检测元件设置在铁芯的间隙内;例2所示为在铁芯的间隙内设置霍尔元件,而在铁芯上设置反馈线圈:例3所示为在铁芯的间隙内设置磁一光效应元件(应用法拉第效应的元件),用作磁场检测元件。
  上述3种结构模式的缺点如下:
  例l中元件的温度特性不佳,输出均匀性较差,因而电流检测精度不高。再者,此种传感器极易受漂移的影响.稍微受点漂移影响就难以测量含直流成分的电流。
  例2虽可解决例1中出现的问题,但要精密测量线圈中流过的电流还必须排除外界干扰因索,如果受到感应噪声等因素的影响,也就难以实现精密测量。特别是电流传感器的传感部和控制电流传感器信号的控制部之间的距离长,付出的代价就更高。
  例3由于其控制部的信号只用光传送,噪声虽低.但漂移的影响却不小.因而也不能测量含直流成分的电流。
  2 技术创新
  本开发立足于技术创新,着重致力于结构改进.其举措是局部铁芯为饱和磁体,并由铁芯形成间隙,铁芯环绕在导体的外周,线圈绕在铁芯上,将磁场检测元件设置在间隙内。
  由于本开发将磁场检测元件设置在铁芯饱和磁体的间隙内.因而在测量导体中所流过的电流时线圈中没有电流。若用磁场检测元件测量间隙内的磁场.根据测得的磁场强度即可知道导体中流过的电流。
  在此情况下.如果磁场检测元件的检测灵敏度始终保持稳定不变,那么要精确测量导体中流过的电流是不成问题的。可是,磁场检测元件的材料、制件、粘接剂等因温度引起的变化以及时效变化、光源变化等因素都会影响磁场检测元件的检测灵敏度.使之产生漂移。因此,不能精密测量导体中流过的电流。为此.本开发采用绕在铁芯上的线圈,可按需要对磁场检测元件的灵敏度加以校正,使磁场检测元件的灵敏度始终如一,经常保持在稳定不变的状态。
  校正灵敏度时经由绕在铁芯上的线圈内流过的电流达到一定量值程度时,就会使铁芯的磁体形成饱和状态而与导体中流过的电流无关。间隙内产生一定量的磁通密度,当其达到一定程度时,即使磁场再增强.磁通密度也不会再增大。此时。可用磁场检测元件测量间隙内的磁场。此测量值中如果不存在上述漂移因素.那么通常即为固定值(基准值)。但若存在漂移因素,其值就会变化。放大器与磁场检测元件的光检测器连接,对其进行调制,并将磁场检测元件的输出值与基准值相比较。同时对磁场检测元件的灵敏度进行校正。此校正可在瞬间进行,并且无需切断导体中流动的电流。
  
  3 实例
  图2所示为本开发提供的非接触式电流传感器的结构。线圈绕在铁芯上,磁场检测元件设置在铁芯的间隙内.光检测器测量磁场检测元件的输出,放大器调制磁场检测元件的输出。
  
  局部铁芯必须形成饱和磁体,但并不局限于此,整个铁芯均为饱和磁体也无妨。若需追求饱和磁体所具有的短暂饱和特性。选用铁紊体或非晶体之类的磁性合金便可奏效。
  图3所示为非接触式电流传感器的铁芯示例。铁芯的两端部采用高磁导率和高磁通密度的磁体,端头以外部分采用饱和磁体。两端头尖细成锥形,以增大间隙的磁通密度。提高电流传感器的灵敏度。
  
  磁场检测元件可以采用磁一光效应元件和霍尔元件。但是由于前者仅用光的方式就能进行传感部和控制部之间的信号传送,并且不受感应噪声的影响.因而相比之下前者较为理想。
  在测量导体内流过的电流时。饱和磁体随其流过的电流一旦达到饱和程度,即使再增大导体中的电流.间隙内的磁场也不会再变化。由于其变化量用磁场检测元件检测不出,因而饱和磁体的饱和程度不能由导体内流过的电流来定。而其饱和点主要取决于饱和磁体的形状和尺寸,特别是间隙的形状和尺寸。
  4 效果
  实验结果表明。新开发的非接触式电流传感器具有如下成效:消除了磁场检测元件的输出漂移,能精确测量含直流成分的电流;无需精密调制线圈中流动的电流就能精密测量电流;采用磁一光效应元件.其输入和输出信号为光信号,无感应噪声之忧;改善了温度特性。
导铜线的负载能力的计算
 
估算口诀: 
二点五下乘以九,往上减一顺号走。 
三十五乘三点五,双双成组减点五。 
条件有变加折算,高温九折铜升级。 
穿管根数二三四,八七六折满载流。 
说明: 
(1)本节口诀对各种绝缘线(橡皮和塑料绝缘线)的载流量(安全电流)不是直接指出,而是“截面乘上一定的倍数”来表示,通过心算而得。由表5 3可以看出:倍数随截面的增大而减小。 
“二点五下乘以九,往上减一顺号走”说的是2.5mm’及以下的各种截面铝芯绝缘线,其载流量约为截面数的9倍。如2.5mm’导线,载流量为2.5×9=22.5(A)。从4mm’及以上导线的载流量和截面数的倍数关系是顺着线号往上排,倍数逐次减l,即4×8、6×7、10×6、16×5、25×4。 
“三十五乘三点五,双双成组减点五”,说的是35mm”的导线载流量为截面数的3.5倍,即35×3.5=122.5(A)。从50mm’及以上的导线,其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个两个线号成一组,倍数依次减0.5。即50、70mm’导线的载流量为截面数的3倍;95、120mm”导线载流量是其截面积数的2.5倍,依次类推。 
“条件有变加折算,高温九折铜升级”。上述口诀是铝芯绝缘线、明敷在环境温度25℃的条件下而定的。若铝芯绝缘线明敷在环境温度长期高于25℃的地区,导线载流量可按上述口诀计算方法算出,然后再打九折即可;当使用的不是铝线而是铜芯绝缘线,它的载流量要比同规格铝线略大一些,可按上述口诀方法算出比铝线加大一个线号的载流量。如16mm’铜线的载流量,可按25mm2铝线计算。
磁性印刷与磁卡的制作

磁性印刷是磁性油墨印刷的简称,它以掺入氧化铁等磁性物质作为油墨颜料,并通过一定的印刷方式完成磁性记录体的制作,使印刷品具有所要求的特殊功能。近年来,随着计算机科技及网络技术的发展,磁性印刷品在很多领域得到应用,如银行存折、支票、身份证、信用卡、电话卡、车船票及价目表等。
   
1.基本组成
   
在磁性印刷中,构成磁性记录体的材料为磁性油墨。
   
磁性油墨属特种油墨,其基本组成方式与普通印刷油墨相似,即由颜料、连结料、填充料和辅料组成,但磁性油墨所采用的颜料不是色素,而是强磁性材料。所谓强磁性材料是指将其插入磁场中即被磁化,即使去掉磁场也能保留磁性的特殊材料。磁化前油墨本身是没有磁性的,之所以具有磁性,是因为油墨配方中所用的颜料在经过磁场处理后具有保留磁性的能力。当然,影响磁性记录层特性的因素较多,如颜料的磁性、油墨中磁性颜料的含量、磁性膜厚度等,实验表明,干燥后的磁性膜的厚度以10~20μm为宜。此外,为了提高磁性膜表面的平滑度和耐磨性,印刷后可用合成树脂进行表面上光。
   
在磁性油墨中起功能作用的是强磁性颜料,起印刷辅助作用的是与之相适应的油墨连结料,以下将按材料特性进行介绍。
   
2.磁性颜料
   
强磁性材料主要有铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)等磁性元素,Fe-Mo和Fe-W强磁性合金,以及具有Mn-Al和Mn-Bi那样的NiAs型结构的合金等。而作为磁性油墨的颜料大多是铁素体,即一般是用XO-Fe2O3表示的无机化合物,其中X为二价金属离子,依据X的种类不同,分别有锰-铁素体、铁-铁素体、铜-铁素体等。将上述强磁性材料置入磁场中,改变磁场强度,测试其所对应的磁化值,即可以得到强磁性材料的H-B曲线。H-B曲线是表示磁性材料特性的重要曲线,其中oa代表饱和磁化值,ob代表残余磁化值,oc代表磁阻值。
   
检测常规印刷品质量,往往是以印刷密度值和色相作为评价参数;而对于磁性印刷,则是以H-B曲线的残余磁化值和磁阻值作为印刷品质量评价的参数。例如,在计数与计量磁性记录体印刷中,强磁性材料的磁阻值应为20000~30000A/m,残余磁化值为0.08~0.11T。因此,进行磁性印刷必须了解强磁性材料的基本特性,合理选择强磁性材料,确定磁性油墨配方,这是获得优良磁性印刷品的关键。
   
常用磁性颜料有氧化铁黑(Fe3O4)、氧化铁棕(γ-Fe2O3)、含钴的γ-Fe2O3和氧化铬(CrO2)。
   
3.连结料
   
连结料是构成油墨流体的重要组分,其主要作用是赋予颜料等固体粉状物以流动性,使之在研磨分散后形成浆状流体,印刷后在承印物表面干燥固定下来。
   
油墨的流变性、黏度、干性以及印刷性能等主要取决于连结料。因此,高质量的磁性油墨不光要有好的磁性材料作为颜料,也要采用性能优良的连结料。
   
磁性油墨常用连结料有植物油(亚麻油)和合成树脂(醇酸树脂)。
   
1.印刷方式
   
磁性印刷过去通常采用平版、凸版印刷,以及显影磁性潜像三种方式。
随着各种磁卡的普及,磁性印刷已开始采用凹印、网印等多种印刷方式。此外,还有特种印刷,如用喷射方式形成磁性图像;非冲击装置高速印刷;磁性胶囊印刷及磁性层转印方式。
   
2.性能要求
   
大多数印刷油墨的功能是为了得到平面图文,而磁性印刷则是利用印刷得到的特殊图文作为检测和记录使用。评价磁性油墨的性能除了以油墨的磁性参数作为重点指标外,还应重视印刷适性和油墨附着性。例如,用于平版印刷的磁性油墨必须解决因磁性材料亲水而造成油墨乳化的问题,因为乳化现象会使油墨附着在空白部位,减弱图文部位的磁性,给下一步的磁性检测与判别带来不良影响。一般来说,磁性颜料相对于其他油墨颜料,具有密度大、含量高的特点,因此,必须确保连结料和颜料的亲和性良好。
   
为了改善磁性油墨的印刷适性和油墨附着性,目前是采用把铁粉及其他永磁性物质和聚酰胺树脂、热塑性环氧树脂、沥青纤维、聚苯乙烯、氧(杂)茚—茚等树脂混合后,在融熔或液体状态下使之悬浮于水性介质中,以得到适用于高速印刷的显影磁性潜像油墨。
   
由于磁卡采用的磁记录材料的物理、化学性能较稳定,可靠性好;便于长期保存,感化性能好,且可反复使用;消除磁性后可再次录制,经济性好;读写设备简单,可实现小型、轻型化,便于携带和使用;其种类及应用领域正在逐步扩大。
   
1.磁卡的分类
   
(1)按用途分类:一般分为磁卡、密码卡、预付现金卡。
   
(2)按制作及信息读取方式分类:一般分为磁卡、专用磁卡。
   
2.磁卡片基材料及规格
   
用于磁卡的片基材料需要满足一些基本要求,从使用条件考虑,应具有相应的物理、化学性能,要求耐久性良好,在使用和长期保存期间,性能不发生较大变化。
   
(1)材料类型:常用的磁卡片基材料可分为塑料片基和复合纸片基。塑料片基材料要求力学性能良好,尺寸稳定,表面光洁,但需要进行印前处理;复合纸片基材料印刷适性好,不需要进行印前处理,但其综合指标远不如塑料片基材料。
   
(2)塑料片基材料的性能特点:塑料片基按材料组成可分为聚酯(涤纶)片基、醋酸纤维素及聚氯乙烯片基。几种常用片基材料的性能对比。
   
(3)塑料磁卡的尺寸规格:国际标准化机构制定了塑料磁卡的尺寸规格,即ISO规格,规定了标准磁卡尺寸为:
   
长:85.47~85.72mm;
   
宽:53.92~54.03mm;
   
厚:0.68~0.84mm。
   
塑料磁卡ISO标准尺寸。
   
另外,各国在满足ISO标准的前提下,根据本国实际情况又制定了相应的国家标准。如日本制定了JIS—X6301标准,其中分为Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅰ型卡的磁条位于塑料磁卡的背面;Ⅱ型卡的磁条位于塑料磁卡的正面。
   
3.磁卡加工工艺
   
(1)生产工艺流程
   
设计→组版、校正→制版→印刷→覆膜→贴磁条→整平→断裁、成型→扩充加工→磁检查、消磁→数据写入→最终检查→成品
   
(2)主要生产过程 磁加工和扩充加工是磁卡印制加工中的重要工序,包括磁加工、热压塑字和着色、签名标条加工等。
   
①磁加工,将6mm左右宽的磁条贴在磁卡的指定区域,经整平、磁检和消磁等工序,最后写入必要的磁信息。
   
②热压塑字和着色,通过热压装置对磁卡表面进行文字凸起加工,形成诸如编号、有效期等文字,也可采用色箔进行着色加工。
③签名标条加工,采用丝网印刷或粘贴、热压的方式制作。
浅谈接地技术
       电子设备可能受到电源传输耦合、传输线干扰、地电流干扰带来的电磁干扰的影响。加接地与电磁屏蔽、加滤波器等方法都可以有效减小干扰。接地阻抗越小,设备之间的电位差越小,干扰对信号的影响也就越小。
        比如A、B两个电路直接有信号相连,二者分别接地,相距1m。当又一个上升时间20ms,幅度50mA的脉冲电流流经此地线时,将产生感应电压
                                  
        其中,地线的电感约为每米0.8uH。
        若存在TTL电路,那么这个感生出的电压就有可能造成电路的误翻转。
        信号接地的方式有悬浮接地、单点接地、多点接地。
        信号电路与外壳不相连时为悬浮接地,这样可以防止外壳上的干扰信号直接接近信号电路。但一般不采用这种接法,因为很难做到真正的悬浮,且隔离后如果产生了静电荷,还可能会出现放电的现象,反而带来了问题。
        单点接地就是信号电路的所有地都结在一起,只通过一个点接至接地系统,仍与外壳相隔离。这种方法不适用于频率较高的通信电子设备,在模拟电路中经常采用。因为各接线之间存在分布电容,在高频时会产生较大的阻抗。
        多点接地适用于高频信号,各点就近直接接入接地系统。
        可见当一个设备或电路板上同时拥有模拟和数字电路时,对于接地的处理是完全不同的。而如今的电子设备、仪器等普遍为数字和模拟的综合电路。因为数字地主要是如TTL或CMOS、I/O接口芯片等数字电路的地。而模拟地则是放大器、滤波器等模拟电路的地。数字芯片供电端一般需要加去耦和滤波电容,且尽量靠近电源。在使用A/D和D/A集成芯片时,一般芯片会同时存在模拟地和数字地,两个地要分别接在一起,然后仅在一点处把两个地共起来,即模拟地都接在一起,数字地也都接在一起,然后通过一个点接起来。一半会在两个地之间加上一个0.1u的电容或零欧电阻,滤掉数字电路部分的高频干扰。因为数字信号变化速度快,引起的噪声也就很大,而模拟需要纯净的地,尽量减少噪声对模拟信号的影响。
ADC/DAC的分类与指标简介
1. AD转换器的分类
下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点:积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。
1)积分型(如TLC7135)
积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率),然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率,但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比较型已逐步成为主流。 双积分tlc7135芯片资料
2)逐次比较型(如TLC0831)
逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低,在低分辩率(<12位)时价格便宜,但高精度(>12位)时价格很高。 TLC0831芯片资料(德州仪器公司(TI)推出的TLC0831/2是广泛应用的8位A/D转换器。TLC0831是单通道输入;TLC0832是双通道输入,并且可以软件配置成单端或差分输入。串行输出可以方便的和标准的移位寄存器及微处理器接口)
TLC0831可以外接高精度基准以提高转换精度,TLC0832的基准输入在片内与VCC连接。TLC0831/2的操作非常类似TLC0834/8(更多输入通道),为以后升级提供便利。
3)并行比较型/串并行比较型(如TLC5510)
并行比较型AD采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash(快速)型。由于转换速率极高,n位的转换需要2n-1个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。
串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间,最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成,用两次比较实行转换,所以称为 Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级(Multistep/Subrangling)型AD,而从转换时序角度又可称为流水线(Pipelined)型AD,现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高,电路规模比并行型小。
 tLC5510芯片资料 (TLC5510是CMOS、8位、20MSPS模拟量转数字量的转换器(ADC),它采用半闪速结构(semi-flash architecture)。单5V工作电源且功耗只有100mW(典型值)的功率。内含采样和保持电路,具有高阻抗方式的并行接口和内部基准电阻。
与闪速转换器(flash converters)相比,半闪速结构减少了功率损耗和晶片尺寸。通过在2步过程(2-step process)中实现转换,可以极大地减少比较器的数目。转换数据的等待时间为2.5个时钟。
内部基准电阻使用VDDA可产生标准的2V满度转换范围。为了实现此选项仅需外部跳线器,这样减小了对外部基准或电阻的需求。差分线性度在25℃ 温度下为0.5LSB,在整个工作温度范围内的最大值是0.75LSB。用差分增益1%和差分相位为0.7%可以规定动态特性范围。
4)Σ-Δ(Delta-Sigma)调制型(如AD7705)
Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型,将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号,用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化,因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。
5)电容阵列逐次比较型
电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式,也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致,在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列,可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。
6)压频变换型(如AD650)
压频变换型(Voltage-Frequency Converter)是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD的分辨率几乎可以无限增加,只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辩率高、功耗低、价格低,但是需要外部计数电路共同完成AD转换。
2. AD转换器的主要技术指标
1)分辩率(Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量,定义为满刻度与2n的比值。分辩率又称精度,通常以数字信号的位数来表示。
2)转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD,逐次比较型AD是微秒级属中速AD,全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念,是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成,采样速率 (Sample Rate)必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和Msps,表示每秒采样千/百万次(kilo / Million Samples per Second)。
3)量化误差 (Quantizing Error) 由于AD的有限分辩率而引起的误差,即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD(理想AD)的转移特性曲线(直线)之间的最大偏差。通常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量,表示为1LSB、1/2LSB。
4)偏移误差(Offset Error) 输入信号为零时输出信号不为零的值,可外接电位器调至最小。
5)满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。
6)线性度(Linearity) 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移,不包括以上三种误差。
其他指标还有:绝对精度(Absolute Accuracy) ,相对精度(Relative Accuracy),微分非线性,单调性和无错码,总谐波失真(Total Harmonic Distotortion缩写THD)和积分非线性。
3. DA转换器
DA 转换器的内部电路构成无太大差异,一般按输出是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分类。大多数DA转换器由电阻阵列和n个电流开关(或电压开关)构成。按数字输入值切换开关,产生比例于输入的电流(或电压)。此外,也有为了改善精度而把恒流源放入器件内部的。一般说来,由于电流开关的切换误差小,大多采用电流开关型电路,电流开关型电路如果直接输出生成的电流,则为电流输出型DA转换器,如果经电流椀缪棺缓笫涑觯蛭缪故涑鲂?/FONT> DA转换器。此外,电压开关型电路为直接输出电压型DA转换器。
1)电压输出型(如TLC5620)
电压输出型DA转换器虽有直接从电阻阵列输出电压的,但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出。直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载,由于无输出放大器部分的延迟,故常作为高速DA转换器使用。
2)电流输出型(如THS5661A)
电流输出型DA转换器很少直接利用电流输出,大多外接电流—电压转换电路得到电压输出,后者有两种方法:一是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流—电压转换,二是外接运算放大器。用负载电阻进行电流—电压转换的方法,虽可在电流输出引脚上出现电压,但必须在规定的输出电压范围内使用,而且由于输出阻抗高,所以一般外接运算放大器使用。此外,大部分CMOS DA转换器当输出电压不为零时不能正确动作,所以必须外接运算放大器。当外接运算放大器进行电流电压转换时,则电路构成基本上与内置放大器的电压输出型相同,这时由于在DA转换器的电流建立时间上加入了达算放入器的延迟,使响应变慢。此外,这种电路中运算放大器因输出引脚的内部电容而容易起振,有时必须作相位补偿。
3)乘算型(如AD7533)
DA转换器中有使用恒定基准电压的,也有在基准电压输入上加交流信号的,后者由于能得到数字输入和基准电压输入相乘的结果而输出,因而称为乘算型DA转换器。乘算型DA转换器一般不仅可以进行乘法运算,而且可以作为使输入信号数字化地衰减的衰减器及对输入信号进行调制的调制器使用。
4)一位DA转换器
一位DA转换器与前述转换方式全然不同,它将数字值转换为脉冲宽度调制或频率调制的输出,然后用数字滤波器作平均化而得到一般的电压输出(又称位流方式),用于音频等场合。
4. DA转换器的主要技术指标:
1)分辩率(Resolution) 指最小模拟输出量(对应数字量仅最低位为‘1’)与最大量(对应数字量所有有效位为‘1’)之比。
2)建立时间(Setting Time) 是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需的时间,也可以认为是转换时间。DA中常用建立时间来描述其速度,而不是AD中常用的转换速率。一般地,电流输出DA建立时间较短,电压输出DA则较长。
其他指标还有线性度(Linearity),转换精度,温度系数/漂移。
蓄电池自行放电的原因及预防
蓄电池在存放过程中,会或多或少地产生自行放电现象。正常的蓄电池,每存放1天,电能容量约损失1%~2%,即一个充足了电的蓄电池,贮存1个月,电能容量大约损失一半。
一、自行放电原因
1.蓄电池外部有搭铁或短路。当蓄电池引出导线与机体搭铁,或蓄电池壳体上有扳手、铁丝等导体将正负极连通,将会产生剧烈自行放电,很快将电能放完。另外,当蓄电池外壳、顶盖上有溅漏的电解液时,也可将正负极接线柱连通而放电。
2.蓄电极隔板腐蚀穿孔、损坏,或正、负极板下的沉积物过多,这时正、负极板便直接连通而短路,引起蓄电池内部自行放电。
3.电解液不纯,含有杂质,或添加的不是纯净水,这时电解液中的杂质随电解液的流动附着于极板上,各杂质之间形成一定的电位差,便会在蓄电池内部形成许多自成通路的微小电池,使蓄电池常处于短路状态。试验表明,电解液中若含有1%的铁,蓄电池充足电后会在24小时之内将电能全部放完。
4.蓄电池极板本身不纯,含杂质较多,也会形成许多微小电池而自行放电。
5.蓄电池存放过久,电解液中的水与硫酸,因比重不同而分层,使电解液密度上小下大,形成电位差而自行放电。
二、预防措施
1.加强保养,保持蓄电池上盖清洁。
2.保证电解液有较高的纯度,在配制电解液、添加蒸馏水时,都应严防杂质进入。
3.蓄电池在存放过程中应经常充电,使电解液密度保持均匀,并使液面不致下降。
4.冲洗蓄电池外表时应预防污水从加液口盖或通气孔处进入蓄电池内部。
5.隔板、极板损坏时应及时修复或更换。
6.更换电解液时,一定要将蓄电池内的残液清除干净。
燃料电池与普通蓄电池的区别
燃料电池是由电池负极一侧的氢极(燃料极)输入氢气,和在正极侧的氧化极(空气或氧气)输入空气或氧气。在正极与负极之间未电解质,电解质将两极分开。根据不同种类的燃料电池采用了不同的电解质,有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质。在燃料电池中燃料与氧化剂经催化剂的作用,在能量转换过程中,经过电化学反应生成电能和水(H2O),因此,不会产生氮氧化物(NOX)和碳氢化合物(HC)等对大气环境造成污染的气体排放。
燃料电池与普通蓄电池的区别在于:
1. 燃料电池是一种能量转换装置,在工作时必须有能量(燃料)输入,才能产出电能。普通蓄电池是一种能量储存装置,必须先将电能储存到电池中,在工作时只能输出电能,在工作时不需要输入能量,也不产生电能,这是燃料电池与普通电池本质的区别。
2. 一旦燃料电池的技术性能确定后,其所能够产生的电能只和燃料的供应有关,只要供给燃料就可以产生电能,其放电特性是连续进行的。普通蓄电池的技术性能确定后,只能在其额定范围内输出电能,而且必须是重复充电后才可能重复使用,其放电特性是间断进行的。
3. 燃料电池本体的质量和体积并不大,但燃料电池需要一套燃料储存装置或燃料转换装置和附属设备,才能获得氢气,而这些燃料储存装置或燃料转换装置和附属设备的质量和体积远远超过燃料电池本身,在工作过程中,燃料会随着燃料电池电能的产生逐渐消耗,质量逐渐减轻(指车载有限燃料)。普通蓄电池没有其他辅助设备,在技术性能确定后,不论是充满电还是放完电,蓄电池的质量和体积基本不变。
4. 燃料电池是将化学能转变为电能,普通蓄电池也是将化学能转变为电能,这是它们共同之处,但燃料电池在产生电能时,参加反应的反应物质在经过反应后,不断地消耗不再重复使用,因此,要求不断地输入反应物质。普通蓄电池的活性物质随蓄电池的充电和放电变化,活性物质反复进行可逆性化学变化,活性物质并不消耗,只需要添加一些电解液等物质。
电池内阻及其测量方法
 
众所周知每个电池都有内阻。不同类型的电池内阻不同。相同类型的电池,由于内部化学特性的不一致,内阻也不一样。电池的内阻很小,我们一般用微欧或者毫欧的单位来定义它。
  
内阻是衡量电池性能的一个重要技术指标。正常情况下,内阻小的电池的大电流放电能力强,内阻大的电池放电能力弱。
  
从电工基础原理来解释,我们可以把电池和内阻分开考虑,分为一个完全没有内阻的电池串接上一个阻值很小的电阻。此时如果外接的负载轻,那么分配在这个小电阻上的电压就小,反之如果外接很重的负载,那么分配在这个小电阻上的电压就比较大,就会有一部分功率被消耗在这个内阻上(可能转化为发热,或者是一些复杂的逆向电化学反应)。一个可充电电池出厂时的内阻是比较小的,但经过长期使用后,由于电池内部电解液的枯竭,以及电池内部化学物质活性的降低,这个内阻会逐渐增加,直到内阻大到电池内部的电量无法正常释放出来,此时电池也就“寿终正寝”了。绝大部分老化的电池都是因为内阻过大的原因而造成无使用价值,只好报废。
  
1.内阻不是一个固定的数值。
  
麻烦的一点是,电池处于不同的电量状态时,它的内阻值不一样;电池处于不同的使用寿命状态下,它的内阻值也不同。
  
从技术的角度出发,我们一般把电池的电阻分为两种状态考虑:充电态内阻和放电态内阻。
  
(1) 充电态内阻指电池完全充满电时的所测量到的电池内阻。
  
(2) 放电态内阻指电池充分放电后(放电到标准的截止电压时)所测量到的电池内阻。
  
一般情况下放电态的内阻是不稳定的,测量的结果也比正常值高出许多,而充电态内阻相对比较稳定,测量这个数值具有实际的比较意义。因此在电池的测量过程中,我们都以充电态内阻做为测量的标准。
  
2. 内阻无法用一般的方法进行精确测量
  
或许大家会说,高中物理课上有教用简单公式+电阻箱计算电池内阻的方法……但物理课本上教的用电阻箱推算的算法精度太低,只能用于理论的教学,在实际应用上根本无法采用。
  
电池的内阻很小,我们一般用微欧或者毫欧的单位来定义它。在一般的测量场合,我们要求电池的内阻测量精度误差必须控制在±5%以内。这么小的阻值和这么精确的要求必须用专用仪器来进行测量。
  
3.目前行业中应用的电池内阻测量方法。
  
3.1直流放电内阻测量法
  
根据物理公式R=U/I,测试设备让电池在短时间内(一般为2-3s)强制通过一个很大的恒定直流电流(目前一般使用40A-80A的大电流),测量此时电池两端的电压,并按公式计算出当前的电池内阻。
  
这种测量方法的精确度较高,控制得当的话,测量精度误差可以控制在0.1%以内。
  
但此法有以下明显的不足之处:
  
(1)只能测量大容量电池或者蓄电池,小容量电池无法在2-3s内负荷40A-80A的大电流;
  
(2)当电池通过大电流时,电池内部的电极会发生极化现象,产生极化内阻。故测量时间必须很短,否则测出的内阻值误差很大;
  
(3)大电流通过电池对电池内部的电极有一定损伤。
  
3.2交流压降内阻测量法
  
因为电池实际上等效于一个有源电阻,因此我们给电池施加一个固定频率和固定电流(目前一般使用1kHz频率,50mA小电流),然后对其电压进行采样,经过整流、滤波等一系列处理后通过运放电路计算出该电池的内阻值。
  
交流压降内阻测量法的电池测量时间极短,一般在100ms左右,几乎是一按下测量开关就测完了。
  
这种测量方法的精确度也不错,测量精度误差一般在1%~2%之间。
  
此法也存在下述优缺点:
  
(1)使用交流压降内阻测量法可以测量几乎所有的电池,包括小容量电池。笔记本电池电芯的内阻测量一般都用这种办法。
  
(2)交流压降测量法的测量精度很可能会受到纹波电流的影响,同时还有谐波电流干扰的可能。这对测量仪器电路中的抗干扰能力是一个考验。
  
(3)用此法测量,对电池本身不会有太大的损害。
  
(4)交流压降测量法的测量精度不如直流放电内阻测量法。在某些内阻在线监控的应用中,只能采用直流放电测量法而无法采用交流压降测量法。
  
3.3测试仪器的元件误差及测试用的电池连接线问题。
  
无论是上述哪一种方法,都存在一些很容易被我们忽视的问题,那就是测试仪器本身的元件误差和用于连接电池的测试线缆问题。因为要测量的电池的内阻很小,线路的电阻就要考虑进去了。一条短短的从仪器到电池的连接线本身也存在电阻(大约也是微欧级),还有电池与连接线的接触面也存在接触电阻,这些因素必须都在仪器的内部事先做好误差调节。
  
所以,正规的电池内阻测试仪一般都配有专用的连接线和电池固定架子。
4.总结
很多老化的电池其实内部电量还是很多,只是内阻过大放不出电来,实在可惜。但电池的内阻一旦增加后,要想人为降低这个内阻值是非常之难的。因此对于已经老化的电池,我们即使想出很多办法来“激活”它,比如大电流冲击,小电流浮充,放冰箱冷却等等,但大多无济于事,回天乏术。
  
在了解了上述知识之后,我们基本可以知道,挑选电池要尽可能地挑选内阻较小的电池。在进行电池组的组合过程中(例如笔记本的电池组组合),我们要尽可能选用内阻一致的电池。另外很重要的一点,电池久置不用,其内阻也会不断增加。所以建议大家还是要经常使用电池来保持电池内部化学物质的活性。还有就是不要选购旧的电池,比如拆机的电芯。
接地电阻的计算与测量
路灯设施的接地保护事关国家财产和人民生命安全的大事.为做好接地保护并有效地设置接地电阻,必须正确计算和测量接地电阻.理论上,接地电阻越小,接触电压和跨步电压就越低,对人身越安全.但要求接地电阻越小,则人工接地装置的投资也就越大,而且在土壤电阻率较高的地区不易做到.在实践中,可利用埋设在地下的各种金属管道(易燃体管道除外)和电缆金属外皮以及建筑物的地下金属结构等作为自然接地体.由于人工接地装置与自然接地体是并联关系,从而可减小人工接地装置的接地电阻,减少工程投资.
  
一、接地电阻值的规定
  
在1000V以下中性点直接接地系统中,接地电阻Rd应小于或等于4Ω,重复接地电阻应小于或等于10Ω.而电压1000V以下的中性点不接地系统中,一般规定接地电阻R为4Ω.因此,根据实际安装经验,在路灯照明系统中接地电阻Rd应小于或等于4Ω.
  
二、人工接地装置接地电阻的计算
  
人工接地装置常用的有垂直埋设的接地体、水平埋设的接地体以及复合接地体等.此外,接地电阻大小还与接地体形状有关,在路灯施工应用中,通常使用垂直、水平接地体,这里只简要介绍上述两种接地电阻的计算.
  
1、垂直埋设接地体的散流电阻
  
垂直埋设的接地体多用直径为50mm,长度2-2.5m的铁管或圆钢,其每根接地电阻可按下式求得:Rgo=[ρLn(4L/d)]/2πL
  
式中:ρ—土壤电阻率(Ω/cm)
  
L—接地体长度(cm)
  
d—接地铁管或圆钢的直径(cm)
  
为防止气候对接地电阻值的影响,一般将铁管顶端埋设在地下0.5-0.8m深处.若垂直接地体采用角钢或扁钢(见图1),其等效直径为:
  
等边角钢 d=0.84b
  
扁钢 d=0.5b
  
为达到所要求的接地电阻值,往往需埋设多根垂直接体,排列成行或成环形,而且相邻接地体之间距离一般取接地体长度的1-3倍,以便平坦分布接地体的电位和有利施工.这样,电流流入每根接地体时,由于相邻接地体之间的磁场作用而阻止电流扩散,即等效增加了每根接地体的电阻值,因而接地体的合成电阻值并不等于各个单根接地体流散电阻的并联值,而相差一个利用系数,于是接地体合成电阻为Rg=Rgo/(ηL*n)
  
式中,Rgo—单根垂直接地体的接地电阻(Ω);
  
ηL—接地体的利用系数;
 
n—垂直接地体的并联根数.
  
接地体的利用系数与相邻接地体之间的距离a和接地体的长度L的比值有关,a/L值越小,利用系数就越小,则散流电阻就越大.在实际施工中,接地体数量不超过10根,取a/L=3,那么接地体排列成行时,ηL在0.9-0.95之间;接地体排列成环形时,ηL约为0.8.
  
2、水平埋设接地体的散流电阻
  
一般水平埋设接地体采用扁钢、角钢或圆钢等制成,其人工接地电阻按下式求得:
  
Rsp=(ρ/2πL)*[Ln(L2/dh)+A] 
  
式中,L—水平接地体总长度(cm);
  
h—接地体埋没深度(cm);
  
A—水平接地体结构型式的修正系数
  
三、接地电阻的测定
  
接地电阻的测定有多种方法,如利用接地电阻测量仪、电流-电压表法等,其基本方法是测出被接地体至“地”电位之间的电压和流过被测接地体的电流,而后算出电阻值.
  
图2为电流-电压表法的原理图.其中A、B为长约1m、直径为50mm的临时检测用的辅助钢管,打入地中位置必须距被测接地装置在20m以上,A、B间距也应保持在20m以上.一般采用一根钢管作为辅助极即可达到准确测量的目的.
  
将电压表和电流表的读数分别记下,并列出下式
  
RdA=Rd+Rn=U1/I1
  
RdB=Rd+RB=U2/I2
  
RAB=RA+RB=U3/I3
  
因为RdA+RdB-RAB=2Rd
  
所以Rd=(RdA+RdB-RAB)/2Ω
  
用该方法测电阻不受测量范围的限制,但需要有独立的交流电源,在没有电源的地方,可利用电阻测量仪进行实测.值得一提的是,在测量接地电阻时,应考虑季节性的影响,即在最不利的条件下所测得的结果更符合检测要求。
热电阻的原理和类型
 
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。
1、热电阻测温原理及材料
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
2、热电阻的类型
1)普通型热电阻
从热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的,因此,热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。
2)铠装热电阻
铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,它的外径一般为φ2--φ8mm,最小可达φmm。与普通型热电阻相比,它有下列优点:①体积小,内部无空气隙,热惯性上,测量滞后小;②机械性能好、耐振,抗冲击;③能弯曲,便于安装④使用寿命长。
3)端面热电阻
端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比,能更正确和快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
4)隔爆型热电阻
隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒,把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内,生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
等响度技术
 
声音实际响度和人耳实际感受的响度并不完全呈线性关系,在小音量的时候,人耳对中高频的听觉会有生理性衰减,音量越小,这种衰减越明显。
为了在小音量的时候保持人耳听觉相对大音量时高低频段听觉的等响度效果,有些前级放大器插入了等响度效果电路,原理是在小音量的时候适当提升中高频段放大比例,达到人耳听感的一致性。
每个人的等响度曲线是不同的,平衡不同人的等响度特性,可以大致得出人类不同响度下的等响度曲线。
等响度控制电路在原理上分两种,一种是固定等响度控制量的电路,比较简单,这种电路一般设有一个等响度开关,当需要的时候按下等响度开关就行。还有一种是高级的线性等响度控制电路,随着音量的大小,等响度补偿的量会改变,达到最线性的效果,这样的电路往往没有等响度开关,是由音量电位器线性控制的。
在技术上,分模拟电路等响度控制电路和数字电路等响度控制电路。数字式的等响度控制器可以选择数种不同的等响度曲线,并达到完全线性控制的效果。
等响度控制电路会增大失真、劣化信噪比,所以一般用在汽车音响和普及型的放大器上,高档的放大器和专业用放大器都没有等响度控制电路。
阻抗匹配的研究
 
在高速的设计中,阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。阻抗匹配的技术可以说是丰富多样,但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用,需要衡量多个方面的因素。例如我们在系统中设计中,很多采用的都是源段的串连匹配。对于什么情况下需要匹配,采用什么方式的匹配,为什么采用这种方式。
例如:差分的匹配多数采用终端的匹配;时钟采用源段匹配;
1、串联终端匹配
串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R,使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射.
串联终端匹配后的信号传输具有以下特点:
A 由于串联匹配电阻的作用,驱动信号传播时以其幅度的50%向负载端传播;
B 信号在负载端的反射系数接近+1,因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50%。
C 反射信号与源端传播的信号叠加,使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同;
D 负载端反射信号向源端传播,到达源端后被匹配电阻吸收;
E 反射信号到达源端后,源端驱动电流降为0,直到下一次信号传输。
相对并联匹配来说,串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。
选择串联终端匹配电阻值的原则很简单,就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。理想的信号驱动器的输出阻抗为零,实际的驱动器总是有比较小的输出阻抗,而且在信号的电平发生变化时,输出阻抗可能不同。比如电源电压为+4.5V的CMOS驱动器,在低电平时典型的输出阻抗为37Ω,在高电平时典型的输出阻抗为45Ω[4];TTL驱动器和CMOS驱动一样,其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。因此,对TTL或CMOS电路来说,不可能有十分正确的匹配电阻,只能折中考虑。
链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配,所有的负载必须接到传输线的末端。否则,接到传输线中间的负载接受到的波形就会象图3.2.5中C点的电压波形一样。可以看出,有一段时间负载端信号幅度为原始信号幅度的一半。显然这时候信号处在不定逻辑状态,信号的噪声容限很低。
串联匹配是最常用的终端匹配方法。它的优点是功耗小,不会给驱动器带来额外的直流负载,也不会在信号和地之间引入额外的阻抗;而且只需要一个电阻元件。
2、并联终端匹配
并联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗很小的情况下,通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,达到消除负载端反射的目的。实现形式分为单电阻和双电阻两种形式。
并联终端匹配后的信号传输具有以下特点:
A 驱动信号近似以满幅度沿传输线传播;
B 所有的反射都被匹配电阻吸收;
C 负载端接受到的信号幅度与源端发送的信号幅度近似相同。
在实际的电路系统中,芯片的输入阻抗很高,因此对单电阻形式来说,负载端的并联电阻值必须与传输线的特征阻抗相近或相等。假定传输线的特征阻抗为50Ω,则R值为50Ω。如果信号的高电平为5V,则信号的静态电流将达到100mA。由于典型的TTL或CMOS电路的驱动能力很小,这种单电阻的并联匹配方式很少出现在这些电路中。
双电阻形式的并联匹配,也被称作戴维南终端匹配,要求的电流驱动能力比单电阻形式小。这是因为两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相匹配,每个电阻都比传输线的特征阻抗大。考虑到芯片的驱动能力,两个电阻值的选择必须遵循三个原则:
⑴. 两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相等;
⑵. 与电源连接的电阻值不能太小,以免信号为低电平时驱动电流过大;
⑶. 与地连接的电阻值不能太小,以免信号为高电平时驱动电流过大。
并联终端匹配优点是简单易行;显而易见的缺点是会带来直流功耗:单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关?;双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗。因而不适用于电池供电系统等对功耗要求高的系统。另外,单电阻方式由于驱动能力问题在一般的TTL、CMOS系统中没有应用,而双电阻方式需要两个元件,这就对PCB的板面积提出了要求,因此不适合用于高密度印刷电路板。
当然还有:AC终端匹配; 基于二极管的电压钳位等匹配方式。
微波电子学里的阻抗匹配
 
阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。
大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。
要匹配一组线路,首先把负载点的阻抗值,除以传输线的特性阻抗值来归一化,然后把数值划在史密夫图表上。
改变阻抗力
把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
调整传输线
由负载点至来源点加长传输线,在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动,直至走到电阻值为1的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完成匹配。
阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,当它的内阻等于负载时,输出功率最大,此时阻抗匹配。最大功率传输定理,如果是高频的话,就是无反射波。对于普通的宽频放大器,输出阻抗50Ω,功率传输电路中需要考虑阻抗匹配,可是如果信号波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,就无须考虑阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有能量损失。高速PCB布线时,为了防止信号的反射,要求是线路的阻抗为50欧姆。这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线则为100欧姆,只是取个整而已,为了匹配方便。
阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗字呢?简单地说,阻抗就是电阻加电抗,所以才叫阻抗;周延一点地说,阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。在直流电的世界中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。电阻小的物质称作良导体,电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的超导体,则是一种电阻值几近于零的东西。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是奥姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配。
干式变压器
 
    干式变压器在世界范围内得到迅速发展,时间要追朔到20世纪中后期,至今只有半个世纪。随着我国现代化建设的发展,城乡电网负荷不断增加。上世纪90年代干式变压器在我国得以广泛应用。随着城乡电网建设和改造、西部大开发的步伐加快、北京申办2008年奥运会的成功,长江三峡水利工程开始发电,干式变压器面临着新的发展机遇,其产销量必将有新的飞跃。
    近来,有关干式变压器的现状及其发展趋势的文章见诸各报刊,这些对技术、工艺的研究讨论对于干式变压器的发展是十分有益的。借此,我们也谈谈一些看法。
    1、我国干式变压器的现状
    20世纪80年代末,干式变压器从国外进入中国。至今每年以超过20%的增长率迅猛发展。2002年全国产销量约18,000MVA,成为世界上干变不销量最大的国家之一。据有关部门不完全统计,全国干式变压器生产厂有50多家,但其发展很不平衡:产销量排前五名的厂,约占全国总产销量的62%,前十名厂约占全国总产销量的80%;年产量在100MVA以上的厂有21家(面对如此激烈的市场竞争,年产量在100MVA以下的厂,求得生存和发展是极其艰难的)。
    目前,全球产销量第一的厂商为顺德特种变压器厂,从全球范围看,我国的干式变压器生产技术和生产工艺已经达到世界领先水平,并且拥有自主的知识产权,具有很强的竞争力。2002年产销量已超4,200MVA,加入WTO之后,随着开放程度的进一步提高,这一领域出现了更为广阔的市场空间。
    下面介绍我国干变在节能降噪、向多领域多用途发展、智能化等方面赶超世界先进水平的概况。
    1.1 损耗
    干式变压器的革新,主要集中在节能、环保、性能参数的优化等方面。特别是在变压器的损耗及声级水平这些世界性课题的研究上,我国已经取得诸多可喜的成绩。
    然而,值得注意的是,在相同原材料的情况下,苛求更低的损耗值是不尽合理的。此时,空载损耗的降低将导致用铁(硅钢片)量增加,负载损耗的降低将导致用铜量增加。收益与付出之利弊是需要精心权衡比较的。
    1.2 声级水平
    随着我国现代化进程的加速,环境保护显得日益重要,变压器的噪声危害提上了日程。干变制造厂与科研院校密切合格,对噪声产生的原因、机理进行潜心研究,不断深入求索,优化样品设计,反复进行试验验证,终于取得了突破,并很快将科研新成果落实到产品上。十几年来,更新了一代又一代产品,使干变噪声大幅度下降。新系列配电变压器已将其噪声比现行国标降低达10~20dB(A):2,500kVA及以下容量的配电变压器,噪声一般可控制在50dB(A)以内;35kV特大容量如16,000kVA电力变压器通常可控制在60dB(A)左右。
    可以这样说,中国人制造出的干变,已经基本上解决了变压器噪声扰民的问题;同时,噪声控制已达到世界先进水平。
    1.3 向多领域多用途发展
    (1)整流励磁变压器
    发电厂励磁,逐渐由传统的动态励磁发电机系统转变为静态变压整流励磁系统,而励磁变压器亦逐步用干式变压器所取代。其电压等级有10~22kV,单相额定容量315~3000kVA。发电厂高压通常采用离相(管道式)封闭母线进线,相间距较大,故励磁变通常采用单相结构。这一静态整流励磁系统已经在水电站广泛应用,新建、扩建的大型火电厂也在逐渐采用。
    目前,世界上最大的700MW水轮发电机组之励磁变压器,单相容量达3MVA、三相组成9MVA,4台机组之12台励磁变压器已经设计、制造好并发往三峡,以确保三峡发电厂今年开始发电。该产品为国产的“顺特电气”。由此可见:中国在整流励磁干式变压器的研发、设计、制造上,已达世界先进水平。
    (2)牵引整流变压器
    随着城市轨道交通的飞速发展,适用于城市地铁及轨道交通的干式变压器得以大量应用。电压等级通常有:10、35kV;整流脉波数有12脉波和24脉波,其中24脉波整流回路对电网的谐波污染比12脉波整流回路降低50%,可省去该处的滤波装置。容量有800、2000、2500、3300、4400kVA(用于深圳等地铁)。国内地铁及轻轨工程,如北京、上海、广州、深圳、南京、武汉、大连、长春等,均都选用了国产牵引整流变压器,车运营运行性能反映很好。健康德黑兰地铁工程也采用我国生产的牵引变压器。
 
   (3)桥整流变压器
    适用于电机交-交变频供电系统。额定容量315~2500kVA,电压等级通常有3、6kV,每台每相3~9个绕组,可以两台组合,通过移相联结成H桥整流。
    (4)三相五柱式整流变压器
    额定容量30~2500kVA,电压等级10、35kV,用于双反星形的整流电路中,可以取消平衡电抗器和减少调压电流冲击,且可降低运输高度。适用于安装场地受限制的变压器或应用于双反星形的整流系统。
    (5)冶金电炉变压器
    其特点是电压低、电流特别大,适用于大电流冶金电炉。如为贵冶生产的电炉变压器,容量3,500kVA、低压侧电压70~100V、电流达20,000A。电炉变压器采用干式变压器,受到客户的欢迎。
    (6)核电站用变压器
    十几年来,我国核电事业得以相应发展。一座座核电站相继选用各种国产干式变压器以及组合式变电站。1E级变压器是用于核电站核岛区域内的变压器。这是我国首次完全依照核安全监定程序进行产品鉴定的变压器(通过了60年寿命加速老化试验,并在老化试验完成后顺利通过了振动强度超过8级抗震试验,结果证明其产品的各项性能指标完全满足1E级变压器标准),这不仅标志着我国已具备生产进入核电站核岛区域的1E级干式变压器产品的能力,同时还说明了环氧树脂干变(CRDT)的高寿命、高安全可靠性。
    (7)船用及采油平台用变压器
    适用海洋运输及石油开发的需要,干式变压器已经走上了海船及采油钻井平台。产品额定容量30~10000kVA,电压等级0.38~35kV。产品获得中国船用产品形式认可证书。
    (8)电气化铁道所用变压器
    额定容量20~315kVA,电压等级27.5kV,联结组别有Dyn11、Ii0、Iiyn0(两相变三相)。适用于电气化铁道牵引变电所、开闭所、AT所、分区所的自用电系统。
    (9)自藕变压器
    额定容量30~2500kVA,电压等级10、35kV。该种变压器可降低成本。适用于电机启动供电系统
   (10)有载调压变压器
    对供电质量要求高的作业,如通信(含移动通讯等)、某些制造业等,要求采用有载调压干式变压器。对10kV干式配电变压器,常配套真空有载调压开关,目前最大容量达2,500Kva;对35kV干式电力变压器,常配套德国MR真空有载调压开关,目前最大容量达16,000Kva。上海大众汽车公司目前安装、使用了3台达到这一容量的产品,可说是世界上最大的有载调压干式变压器群。
    然而,有载调压干式变压器存在一个大问题,那就是有载调压开关装置的选用。10kV有载调压开关一般选用国产的,但产品质量存在诸多的问题,特别是开关元件质量。若选用进口的,价格太贵。35kV有载调压开关通常选用德国MR型,运行安全可靠,但其价格很贵且交货期长达三个月以上。
    1.4 干式变压器的类型
    当前,存在着以欧洲为代表的树脂浇注干式变压器(CRDT)及以美国为代表的浸漆型干式变压器)(OVDT)两种类型。我国及一些新兴工业国家(如日、韩等)与欧洲相似,由早期采用浸漆式干变发展到采用树脂真空浇注干变,该项技术在我国得以飞速发展。近来,有几个厂家从国外引进了用NOMEX纸作绝缘的浸漆式干变(OVDT),因各方面的原因,尚未占据国内较大市场。
    环氧树脂浇注的干式变压器机械强度高,耐受短路能力强,防潮及耐腐蚀性能特别好,且局放小、运行寿命长、损耗低、过负荷能力强,企业设计制造经验丰富,产品具备高安全可靠性及良好的环保特性,尤其是运行业绩非常好……据变压器行业统计,此树脂真空浇注干变(CRDT)在我国市场占有率高达90%以上。
    H级绝缘与F级绝缘的环氧树脂浇注干式变压器,在外形、基本结构方面极为相近。不同之处主要是采用H级绝缘环氧树脂、导线匝绝缘要用MOMEX纸包烧、部分线圈绝缘件要用NOMEX纸板制造。其代表厂“顺特电气”,早在六、七年前就已生产了多台H级绝缘的干式变压器。近来,为长江三峡水利枢纽生产的700MW发电机组励磁变压器(单相容量3MVA、2.2MVA)就是H级绝缘、环氧树脂浇注的。由于采用H级绝缘、按F级进行温升考核,变压器不但具有环氧树脂浇注式结构的优点——抗短路能力强、免维护、难燃阻燃等,而且具有更高的超铭牌运动能力。
    相对于其他类型H级绝缘的干式变压器,环氧树脂浇注式技术更为成熟、可靠。
水平电池介绍
 
铅网水平电池又叫水平电池,属于铅酸类电池,由于电池极板横置而得名。水平电池由美国人耗费将近八千万美元在20世纪80年代研制成功的,问世之际曾经在世界铅酸电池业内引起极大的轰动,并于1996年获得美国R&D100杰出大奖。水平电池形成批量生产至今已有十多年的历史,但由于正式投产初期只获准向美国军方输出产品,所以外界鲜为人知。长期以来,国内蓄电池行业受体制和技术的影响,产品技术进步缓慢。目前国内传统蓄电池领域如此庞大的存量如何实现技术升级,是个有待解决的问题。水平电池相比传统铅酸电池,具有比能量高、大电流放电性能强、可接受快速充电、更长的循环使用寿命、低温性能好、耐振动性能好等特点。在国外,水平电池成功用于电动叉车、电动游览车、电动高尔夫球车、大型车辆和大型机械启动等场合。凭着高效环保的特点,水平电池还成功为悉尼奥运会电动车作过配套。由于制造同等容量水平电池所需的酸、铅分别只是传统电池所需的20~60%,材料成本因此得以大大降低,市场前景非常看好。同时因为电池制造工艺的不同,水平电池在制造、使用、回收时非常的环保,使用推广水平电池,是造福子孙后代的好事情。
清洁高效    开辟一个绿色能源时代
推广水平电池技术,符合国民经济和蓄电池行业可持续发展政策,不仅可以大幅度提高铅酸电池产品的技术经济性能,符合我国的能源政策,还从根本上解决了铅酸电池制造业清洁化生产和环境保护问题,是铅酸蓄电池身产技术的又一次革命。水平电池在生产过程中,以复合铅丝纺织板栅制造工艺取代了传统的对环境污染严重的板栅铅合金熔炼及板栅铸造成型工艺,生产过程中没有铅蒸汽产生;采用彻底的电池内化成工艺改变了传统的外化成工艺,化成过程无酸雾;没有板栅洗涤产生的含有酸、重金属的废水排放,通过这些技术创新,屏弃了传统铅酸电池生产污染的主要环节。
水平电池生产的所有工序均在封闭环境下进行,避免了以外的排放。同时配套以世界领先的气体处理设备和工艺,气体净化效果可达到99.999%(0.8微米颗粒)。设备清洗产生的废水,通过设置的污水管道进入污水处理工艺,实行闭路循环,做到零排放。除尘回收的废弃物及污水沉渣,集中固化处理,送冶炼厂回收再生。
由于水平电池科技含量高,生产使用环保、快捷,目前全国唯一上电动车电池目录的铅酸电池就是铅网水平电池!
产品功能及应用领域:
  水平电池作为性能优异的廉价蓄电池产品在许多领域都有很大的发展空间,如纯电动汽车和混合动力车、电动自行车、工业机动车辆的动力电源,计算机、通讯、电力设备所需的小型化、轻量化辅助电源;应急电源蓄电池、太阳能、风能储能蓄电池,便携设备(如电动工具)专用蓄电池;水下动力蓄电池(潜艇、鱼雷的推进动力)、航空器启动蓄电池、战斗车辆和船舶启动蓄电池、军事自动化指挥系统备用蓄电池、高能武器电力能等等。目前水平电池产品已经用于国家863电动大巴项目。
产品主要技术性能指标:
  水平电池结构紧凑,比功率400KW/kg,比能量40Wh/kg,是目前其它蓄电池不可比拟的。比能量、循环寿命及其抗振性能都优于普通铅酸蓄电池。水平电池生产工艺清洁环保,是普通铅酸蓄电池的换代产品。
一、创新性
  1.复合材料技术:板栅采用通过固态挤压工艺制成的玻璃纤维增强复合铅丝编织而成的铅网。减轻了板栅重量,提高了活性物利用率,提高了电池比能量,减少了用铅量。
  2.结构创新:将电池极板传统的垂放置改为水平放置,极板呈准双极结构,极板组装采用独特的压力框架结构。电流通过板栅铅丝导通,电流分布均匀,提高了电池比功率。压力装配提高了电池抗震性能,延长了使用寿命。
  3.制造技术:生产过程完全自动化,生产工艺清洁环保。
二、先进性
  与传统的阀控式铅酸蓄电池相比,水平电池进行了材料上的革命和结构上的创新,大大提高了比能量和比功率,降低了铅用量,被誉为铅酸蓄电池的又一次革命。其他品种的二次电池中,镍氢电池用于电动车的技术较为成熟,但原材料价格昂贵,且中国镍资源贫乏,动力型镍氢电池控制和保护系统复杂。锂离子电池除价格昂贵外,大型锂点电池还存在安全隐患(失火或爆炸)。燃料电池技术发展很快,但燃料来源等系统工程不配套,加之制造和使用成本的问题,一时很难商品化。而水平电池以优异的动力性,低廉的价格,可靠的质量和规模化生产能力,成为动力电池的佼佼者。
  水平电池与传统铅酸蓄电池相比,各方面性能都具有明显的优势,主要表现在:
  1.比能量高。采用复合材料板栅极大地降低了电池极板的重量,使电池重量比能量高于传统铅酸电池50%左右,达到50Wh/kg。
  2.比功率高。水平电池由于新型材料的使用和结构的创新,比功率达到400W/kg左右,是目前其他蓄电池所不可比拟的。
  3.快速充电能力强。水平电池充电接受电流可以达到其容量的10倍以上,采用快速充电技术,全部充满电量所需时间为45分钟,8分钟内可充入电容量的50%,15分钟可达80%电容量。
  4.大电流放电性能强。12V85Ah电池用300A大电流放电,可持续12分钟,最大短路电流达6000A以上。
  5.电池抗振动能力强。由于内部组装采用压力框架固定,避免了因振动冲击导致活性物脱落而引起的电池失效。
  6.生产工艺采用现代制造技术,自动化程度高,清洁化生产符合环境保护要求。
电池基础知识问答
1、一次电池和充电电池有什么区别?
电池内部的电化学性决定了该类型的电池是否可充,根据它们的电化学成分和电极的结构可知,真正的可充电电池的内部结构之间所发生反应是可逆的。
理论上,这种可逆性是不会受循环次数的影响,既然充放电会在电极体积和结构上引起可逆的变化,那么可充电电池的内部设计必须支持这种变化,既然,一次电池仅做一放电,它内结构简单得多且不需要支持这种变化,因此,不可以将一次电池拿来充电,这种做法很危险也很不经济,如果需要反复使用,应有尽有选择真正的循环次数在1000次左右的充电电池,这种电池也可称为一次电池或蓄电池。
2、 一次电池和二次电池还有其他的区别吗?
另一明显的区别就是它们能量和负载能力,以及自放电率,二次电池能量远比一次电池高,然而他们的负载能力相对要小。
3、 可充电便携式电池的优缺点是什么?
充电电池寿命较长,可循环1000次以上,虽然价格比干电池贵,但如果经常使用的话,是比较划算的。充电电池的容量比同规格的碱锰电池或锌碳电池低,比如,他们放电较快。
另一缺点是由于他们 几近恒定的放电电压,很难预测放电何时结束。当放电结束时,电池电压会突然降低。假如在照相机上使用,突然电池放完了电,就不得不终止。
但另一方面可充电电池能提供的容量比太部分一次电池高。
但Li-ion电池却可被广泛地用照相器材中,因为它容量高,能量密度大,以及随放电深度的增加而逐渐降低的放电电压。
4、 充电电池是怎样实现它的能量转换?
每种电池都具有电化学转换的能力,即将储存的化学能直接转换成电能,就二次电子(也叫蓄电池)而言(另一术语也称可充电使携式电池),在放电过程中,是将化学能转换成电能;而在充电过程中,又将电能重新转换成化学能。这样的过程根据电化学系统不同,一般可充放电500次以上,而我司产品li-ion可重复充放电1000次以上。Li-ion是一种新型的可充电便携式电池。它的额定电压为3.6V,它的放电电压会随放电的深度逐渐衰退,不象其他充电电池一样,在放电未,电压突然降低。
5、 什么是Li-ion电池?
Li-ion是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion之前,先介绍锂电池。举例来讲,以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是锂金属,负极是碳。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出, 又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion就像一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion又叫摇椅式电池。
6、Li-ion电池有哪几部分组成?
(1)电池上下盖      (2)正极——活性物质为氧化锂钴        (3)隔膜——一种特殊的复合膜
(4)负极——活性物质为碳      (5)有机电解液              (6)电池壳(分为钢壳和铝壳两种)
7、Li-ion电池有哪些优点?哪些缺点?
  Li-ion具有以下优点:
1) 单体电池的工作电压高达3.6-3.8V:
2) 比能量大,目前能达到的实际比能量为100-115Wh/kg和240-253Wh/L(2倍于Nl-Cd,1.5倍于Ni-MH),未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg和400 Wh/L
3) 循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次.对于小电流放电的电器,电池的使用期限 将倍增电器的竞争力.
4) 安全性能好,无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域:Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素:部分工艺(如烧结式)的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”,严重束缚电池的使用,但Li-ion根本不存在这方面的问题。
5) 自放电小
室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右,大大低于Ni-Cd的25-30%,Ni、MH的30-35%。Li-ion也存在着一定的缺点,如:
1) 电池成本较高。主要表现在LiCoO2的价格高(Co的资源较小),电解质体系提纯困难。
2) 不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因,电池内阻相对其他类电池大。故要求较小的放电电流密度,一般放电电流在0.5C以下,只适合于中小电流的电器使用。
3) 需要保护线路控制。
A、 过充保护:电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命;同时过充电使电解液分解,内部压力过高而导致漏液等问题;故必须在4.1V-4.2V的恒压下充电;
B、 过放保护:过放会导致活性物质的恢复困难,故也需要有保护线路控制。
8、什么是锂离子制造过程?
1) 配料
用专门的溶液和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合,经高速搅拌均匀后,制成浆状的正负极物质。
2) 涂漠
将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面,烘干,分别制成正负极极片。
3) 装配
按正极片——隔膜——负极片——隔膜自上而下的 顺序放好,经卷绕制成电池极芯,在经注入电解液、封口等工艺过程,即完成电池装配过程。制成成品电池。
4) 化成
用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试,对每一只电池都进行检测。筛选出合格的成品电池,待出厂。
9、锂离子安全特性是如何实现的?
    为了确保Li-ion安全可靠的使用,专家们进行了非常严格、周密的电池安全性能设计,以达到电池安全考核指标。
1) 隔膜135℃自动关断保护
采用国际先进的Celgars2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120℃的情况下,PE复合膜两侧的膜孔闭合,电池内阻增大,电池内部升温减缓,电池升温达到135℃时,PP膜孔闭合,电池内部断路,电池不再升温,确保电池安全可靠。
2) 向电解液中加入添加剂
在电池过充,电池电压高于4.2V的条件下,电解液添加剂与电解液中其他物质聚合,电池内阻大幅度增加,电池内部形成大面积断路,电池不再升温。
3) 电池盖复合结构
电池盖采用刻痕防爆球结构,电池升温时,电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀,电池内压加大,压力达到一定程度刻痕破裂、放气。
4) 各种环境滥用测试
进行各项滥用实验,如外部短路、过充、针刺、冲击、焚烧等,考察电池安全性能。同时对电池进行温度冲击实验和振动、跌落、冲击等力学性能实验,考察电池在实际使用环境焉的性能情况。
9、什么充电限制电压?额定容量?额定电压?终止电压?
A、充电限制电压
按生产厂家规定,电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值。
B、 额定容量
生产厂家标明的电池容量,指电池在环境温度为20℃±5℃条件下,以5h率放电至终止电压时所应提供的电量,用C5表示,单位为Ah(安培小时)或mAh(毫安小时)。
C、 标称电压
用以表示电池电压的近似值。
D、 终止电压
规定放电终止时电池的负载电压,其值为n*2.75V(锂离子单体电池的串联只数用“n”表示)。
10、为什么恒压充电电流为逐渐减少?
  因为恒流过程终止时,电池内部的电化学极化然保持再整个恒流中相同的水平,恒压过程,再恒定电场作用下,内部Li+的浓差极化在逐渐消除,离子的迁移数和速度表现为电流逐渐减少。
11、什么是电池的容量?
    电池的容量有额定容量和实际容量之分。电池的额定量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下,应该放出最低限度的电量。Li-ion规定电池在常温、恒流(1C)恒压(4.2V)控制的充电条件下充电3h,电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量,主要受放电倍率和温度的影响(故严格来讲,电池容量应指明充放电条件)。容量常见单位有:mAh、Ah=1000mAh)。
12、什么是电池内阻?
    是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻大,会导致电池放电工作电压降低,放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。是衡量电池性能的一个重要参数。注:一般以充电态内阻为标准。测量电池的内阻需用专用内阻仪测量,而不能用万用表欧姆档测量。
13、什么是开路电压?
    是指电池在非工作状态下即电路无电流流过时,电池正负极之间的电势差。一般情况下,Li-ion充满电后开路电压为4.1-4.2V左右,放电后开压为3.0V左右,通过电池的开路电压,可以判断电池的荷电状态。
14、什么是工作电压?
    又称端电压,是指电池在工作状态下即电路中有电流过时电池正负极之间电势差。在电池放电工作状态下,当电流流过电池内部时,不需克服电池的内阻所造成阻力,故工作电压总是低于开路电池,充电时则与之相反。Li-ion的放电工作电压在3.6V左右。
15、什么是放电平台?
    放电平台是恒压充到电压为4.2V并且电电流小于0.01C时停充电,然后搁置10分钟,在任何们率的放电电流下下放电至3.6V时的放电时间。是衡量电池好坏的重要标准。
16、什么是(充放电)倍率?时率?
    是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值,它在数据值上等于电池额定容量的倍数,通常以字母C表示。
 
理解线性度和单调性
  线性度和单调性是许多器件(如数模转换器和模数转换器以及DMM数字万用表和传感器)技术指标中常见的两个指标,这两个指标经常引起混淆。单调性是一个相当简单的概念,线性度则可以定义为差分线性度或积分线性度。深入探究,积分线性度又分成三四种不同的形式。为把元器件或仪器与某种应用对应起来,设计人员必需基本了解这些指标。
 
  单调性是指相对于输入移动方向,器件输出移动的方向。对控制系统应用中使用的器件,这是一个非常重要的指标,在这些应用中,非单调的器件可能会导致重大损失。也就是说,对于单调器件,在器件输入值提高时,输出值也必须提高,从而忽略噪声的影响。同样,在输入下降时,输出也必须下降。数模转换器是一个很好的实例。如果器件被视为单调的话,那么在输入代码值提高时,模拟输出也必须提高。[图1] 单调性的重要特点是输出方向必须与输入方向一致,输入和输出必须同时提高或同时下降。因此,器件要么是单调的,要么是非单调的,而没有单调程度的说法。注意,在这一定义中没有提到输出随每个输入变化的量,这是因为单调性只涉及到变化方向,而不涉及变化幅度。
 
 

图1: 数模转换器实例,不单调,差分非线性度,遗漏码
  器件实际模拟输出变化相对于理想单阶 跃变化之差(1 LSB),确定了差分非线性度(DNL)。[图1] 理想器件的DNL为零,而DNL为-1 LSB则表明有一个遗漏码。DNL的数学计算公式如下:
  DNL = (LBS的模拟电压变化 - 1 LSB)
  线性度定义了在整个工作范围内器件实际输出与理想的直线保持一致的接近程度。但是,可以通过多种不同方式定义线性度,具体取决于直线的定位方式。
  常用的积分线性度的基本定义有三个:独立线性度、基于零的线性度和终端或端点线性度。在每种情况下,线性度都定义了器件在规定工作范围内的实际性能接近直线的程度。线性度通常使用距理想直线的偏差或非线性度衡量,其一般用全标的百分比表示,或用全标的ppm (百万分之几)表示。一般来说,通过对数据执行最小平方拟合,可以获得直线。这三个定义的区别在于直线相对于实际器件性能的位置放置方式不同。另外,这三个定义都忽略了实际器件性能特点中可能出现的任何增益或偏置误差。
  器件技术指标中经常只提到线性度,而没有另外解释指出是哪种线性度。在技术指标中只是提到线性度时,它一般指的是独立线性度。
  独立线性度[图2]可能是最常用的线性度定义,它经常用于DMM数字万用表和模数转换器及分压电压计等器件的技术指标中。独立线性度定义为器件实际性能相对于直线的最大偏差,放置直线位置时应使最大偏差达到最小。在本例中,对直线的位置没有提出任何限制,它可以放在任何必要的地方,以使直线与器件实际性能特点之间的偏差达到最小。
 
 

图2: 线性度偏差
  基于零的线性度[图2]强迫直线的下限值等于器件特点的实际下限值,但它允许直线旋转,以使最大偏差达到最小。在这种情况下,由于直线的位置受到直线的下限值与器件特点保持一致的要求限制,根据这一定义的非线性度一般会大于独立线性度。
  对终端线性度[图2],是不允许灵活放置直线来使偏差达到最小。直线的位置必须使直线的两个端点与器件的实际上限值和下限值相一致。这意味着根据这一定义测得的非线性度一般要大于根据独立线性度定义或基于零的线性度定义测得的值。这个线性度定义一般与模数转换器、数模转换器和各种传感器有关。
  第四个线性度定义是绝对线性度,我们只是偶尔才会遇到这个定义。绝对线性度是终端线性度的变通方案,因为它也不能灵活地放置直线,但在这种情况下,线性度指标中包括了实际器件的增益和偏置误差,因此这是最难衡量的器件性能指标。对绝对线性度,直线的两个端点使用器件理想的上限值和下限值确定,而不是由实际值确定。在这种情况下,线性度误差是器件实际性能距理想性能的最大偏差。
数字电源与模拟电源的区别
数字电源与模拟电源的区别主要集中在控制与通信部分。在简单易用、参数变更要求不多的应用场合,模拟电源产品更具优势,因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现,而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中,数字电源则具有优势。
此外,在复杂的多系统业务中,相对模拟电源,数字电源是通过软件编程来实现多方面的应用,其具备的可扩展性与重复使用性使用户可以方便更改工作参数,优化电源系统。通过实时过电流保护与管理,它还可以减少外围器件的数量。
数字电源有用DSP控制的,还有用MCU控制的。相对来讲,DSP控制的电源采用数字滤波方式,较MCU控制的电源更能满足复杂的电源需求、实时反应速度更快、电源稳压性能更好。
数字电源是可编程的,比如通讯、检测、遥测等所有功能都可用软件编程实现。另外,数字电源具有高性能和高可靠性,非常灵活。
SED和FED显示技术的比较分析
表面传导电子发射显示器(SED)和场发射显示器(FED)有许多相似特性,特别是它们都能用来实现超薄的平板显示器,而且这种平板显示器在快速响应时间、高效率、亮度和对比度方面可以与CRT相媲美。这两种技术的市场应用方向都是大屏幕的高清电视(HDTV)。两者都是通过控制电子束阵列在表面涂覆荧光粉的阳极板上刻画图像。两种技术都需要分布于整个显示器的多个隔离器支撑的真空玻璃封套。两者本质上都是基于场发射概念,但发射器(emitter)结构上的主要差异导致了电子驱动器和显示器工作方式有显著的不同。
信息显示器是电子系统非常关键的人机界面,几十年来业界专家一直在努力制造更大、更轻、更亮和更薄的显示器,特别是用于电视收看。进一步追求完美电视显示器的动力来自于HDTV,它改变了人们传统的娱乐体验,通过提供极高分辨率的清晰视频、高保真的环绕立体声、全屏图像,以及交互应用的功能,HDTV提供的无以伦比的用户体验,引起了全球消费者的兴趣。
由于目前用于HDTV的显示器技术的固有缺点,许多研究人员已经转向将纳米碳管(CNT)用作发射电极的场发射显示器(FED),并将此技术用于HDTV。另外,佳能和东芝公司已经开发出另外一种基于横向场发射器的FED,称为表面传导电子发射显示器(SED)。
FED和SED的相似性
SED和FED技术有许多相同的地方,如:
1.外形
首先,它们都是平板超薄屏幕技术,都可以满足针对大屏幕显示器的HDTV规范。业界推出的一种对角尺寸为36英寸的SED平面显示器具有(H)1280 X 3 X (V)768 像素。这种显示器只有7.3mm厚,由2.8mm厚的阴极板、2.8mm厚的阳极板和1.7mm厚的真空隔离层组成。这种平面显示器重量为7.8kg。相似尺寸的FED的重量和厚度也大致相仿,FEG和SED的目标市场都是大屏幕HDTV。
2. 显示技术
其次,它们都是直接观看或发射性显示技术。每个像素或子像素自身都能产生可被用户直接看见的光能,因此可以提供很高的对比度和效率,并且还有其它方面的性能改进。对于SED和其它FED技术来说,形成图像的光是由带能量电子撞击非常类似于阴极射线管(CRT)阳极屏幕的荧光屏阳极产生的。所用荧光层也与CRT相同或类似。
3. 结构
第三,因为电子加速需要真空才能避免电晕或等离子放电,因此SED和其它FED的机械结构要由密封玻璃封套组成,通过抽真空形成加速电子束所需的真空。根据显示器尺寸和玻璃墙厚度,通常需要隔离器(spacer)来保护玻璃墙免受大气压力的破坏。隔离器还必须能够承受高电压梯度,并且在正常工作状态对用户是透明的。36英寸SED需要用20个肋状隔离器以保持1.7mm厚的真空间隙。SED显示器的原理图如图1所示。包括SED在内的所有FED技术都需要某种形式的吸气技术,以便在显示器抽真空和密封后保持玻璃封套内所需的真空状态。
 
 1:显示了阴极板、肋状隔离器和阳极板的SED结构(顶部)。
  FED结构(底部)也非常类似,只有阴极板细节有所不同
4. 制造
最后一点是制造和组装工艺也非常相似,除了阴极板是个例外,后面还会讨论到。目前开发的所有FED技术都需要装配一个前板(阳极)和一个后板(阴极或电子源)以及侧墙、隔离器和吸气装置。先单独制造阳极和阴极板,然后与其它组件装配在一起,再用玻璃粉或其它新型材料加以密封,最后抽真空。基于CNT的FED装配流程,该流程也同样适合包括SED在内的其它FED技术。有些技术将密封和抽真空步骤合并在一起,而有些技术则会取消隔离器或减少隔离器数量。一些正在开发中的新材料有望取代玻璃粉密封,以降低密封温度,并避免使用高含铅的材料。
SED和FED的阳极制造工艺非常相似。图3给出了SED面板阳极结构的细节:黑色矩阵和彩色过滤器用于提高对比度,金属背膜用于改善亮度和效率,也用作高压电位的电极,并在电子束照明期间从荧光层释放出电荷。
  图3:SED平面显示器阳极板的放大照片[4]。
  虽然其它FED显示器的尺寸可能会变化,但结构是非常相似的。
另外,SED和基于CNT的FED显示器都使用印刷的方法制造阳极和阴极板(后文将有详细说明)。因此以个人观点看,SED和其它FED技术有许多相同的组件,例如阳极以及阳极上使用的荧光层、隔离器、吸气器以及大部分装配工艺。下面让我们再看看SED和其它FED技术的独特性。
SED和FED之间的区别
从电子源板和驱动电路方面可以清楚地看到SED和FED之间的显著差异。在讨论差异的显著性之前,我们必须首先理解每种技术采用的结构和工作原理。
1. 标准FED发射器结构
采用纳米碳管(CNT)发射器的一些典型结构。微端(Microtip)发射器也有相似的结构。在这两种情况下,电子束都是通过从发射器结构(CNT或微端)获得电子形成的,这是阳极、栅极和阴极之间的电压差导致发射器上产生高电场的结果。在某些时候,阳极电场致使电子发射,而阴极-栅极的压差控制发射电流强度。
 
FED发射器的电子流受发射器上施加的电场(由阴极到栅极的偏置电压产生)控制,并受Fowler-Nordheim等式的约束。发射器的电流是施加电压的函数,并呈高度的非线性。图5是一个CNT发射器的I-V特性例子。除了施加电场外,发射电流还取决于发射器的功函数(workfunction())和发射器形状。当功函数降低时,例如涂覆碱金属,那么在较低的电场更容易获取电子。当发射器的形状变得较锐利时,也更容易或取电子,因为在发射器顶部的局部电场会更高。
 图5:作为电场函数的发射电流施加于CNT发射器,而且CNT发射器覆盖了铯。
  铯可以降低功函,允许在较低的提取电场下发射
考虑标准FED技术时有两个要点。首先,配置在很大程度上是垂直的。一般栅极紧靠阴极放置,这样施加的电场在CNT发射器沉积的阴极处大部分是垂直的,从阴极发射出来的电子将直接到达阳极。一些电子束的加宽是施加电场的横向分量引起的,但设计会尽可能地限制这些分量,或者需要时在路径中放置另外的聚焦电极加以纠正。通常情况下,FED设计师的目标是禁止电子在离开发射器后撞击除阳极外的其它任何表面。
其次,典型的FED是电压驱动型器件。在无源矩阵FED显示器中,很难在阴极和栅极(开和关电压)之间施加超过两个或三个电压等级,因此图像的灰度等级是由脉冲宽度调制实现的。对所有无源矩阵平面显示器而言,图像是一行行建立的。当某一行被激活时,该行的像素就被列驱动器打开;该行每个像素保持打开的时间取决于该幅图像帧的像素要求的发光强度。由于发射器的发射电流具有高度非线性,发射器的制造又很难控制,因此对微端和CNT显示器来说发射和图像的一致性是需要克服的大问题。制造技术已经改善了基于CNT的FED的一致性。阴极的发射一致性通常是由与阴极串联在一起的电流反馈电阻进行控制。
FED发射器的制造取决于FED开发团队所采用的方法。摩托罗拉和LETI公司开发的工艺要求CNT直接生长在阴极基底上,而ANI和三星等公司开发的工艺允许CNT印刷。与直接CNT生长所要求的高温CVD方法相比,印刷方法更适合大批量制造具有一致发射性能的大面积阴极。印刷方法要求一个活化步骤,但即使这个步骤也针对使用珠光处理(bead-blasting)技术的大面积制造工艺作了优化。
2.SED结构
SED结构与其它FED技术相比其独特性在于,针对每个像素对阳极提供的电子束流需要用两步产生。
a.第1步
电子源横向发出电子,穿越两个电极之间形成的非常窄的间隙。电极之间的这个间隙虽然小,只有数个纳米数量级,但仍是真空间隙,需要施加一定的电位才能将电子从一个电极提取出来,并穿过真空隧道屏障到达另外一个电极。穿越电极空隙的电子流遵循Fowler-Nordheim定律,因此具有高度非线性,并允许后文要讨论到的矩阵可寻址方式。表面传导发射器(SCE)正是从这种横向发射器结构而来。图6是SED发射器的结构图。
  图6:SED的结构。每个子像素都有一个独特的用于提供电子流的电极对
b.第2步
穿越间隙并撞击对面电极的电子要么被吸收进对面电极(因此只产生热量,不发光),要么被散射出来,再被阳极电位建立的电场所捕获,并加速撞击某个精确荧光点,从而产生红、绿或蓝光点。这种组合式电子发射加电子束散射过程如图7所示,其中Va代表阳极电位,Vf是跨越间隙的驱动电位。许多散射事件可能发生在电子被阳极电场捕获之前。因此被阳极捕获的电子数量的效率(Ie/If,图7)非常低,大约在3%,但功效比较理想,因为Vf比较低,约在20V。值得注意的是,到达阳极的电子流一致性取决于间隙处的电场发射电流以及像素到像素的散射事件效率。
  图7:表面传导发射器发射机制
上述发射器是采用多种技术制造的。简单的矩阵连线通过印刷方法沉积而成,这种方法在交叉点处使用银线和绝缘薄膜。铂(Pt)电极采用薄膜光刻制成,这些电极之间的间隙是60nm。纳米碳间隙采用两步工艺创建,最先是在Pt电极上和电极间用喷墨印刷方法沉积PdO薄膜(10nm厚)。这层薄膜由直径约10nm的超细PdO颗粒组成。然后是第一步,在两个Pt电极之间的这种PdO薄膜上施加一串电压脉冲,通过减少氧化层在该薄膜上“形成”一个间隙。由于基底处于真空环境,脉冲热量会减少PdO。随着PdO的减少,薄膜会受到一定的压力,最终在PdO点的直径范围内形成亚微米的间隙。
 
然后,将阴极暴露在有机气体中“激活”间隙,并往间隙上施加更多的脉冲电压。这些脉冲电压将形成局部放电,并导致间隙中形成类似CVD的碳薄膜沉积,最终间隙将缩小至自我限制的5nm数量级距离。当间隙较大时,由于碳氢化合物分子在因放电形成的等离子区内的分裂而沉积成碳元素。随着间隙逐渐变小,脉冲生成的局部放电电流会越来越大,材料将逐渐蒸发。当间隙为5nm时,碳元素的沉积和蒸发达到平衡。这种间隙的宽度受有机气体压力和脉冲电压的控制。间隙的横截面图像如图8所示。
  图8:(顶部)采用成型和激活工艺制造的纳米碳间隙的SED横截面图。
  (底部)纳米碳间隙结构的框图。基底损耗是由于激活工艺局部产生的高温引起的
与FED相似,SED也是逐行驱动的,如图9所示。扫描电路产生扫描信号(Vscan),信号调制电路产生同步于扫描信号的脉宽调制信号(Vsig)。由于表面传导发射器具有高度非线性的Ie-If特性,可以不用有源单元而使用简单的矩阵x-y配置来有选择地驱动每个像素,并在信号电压为18.9V、扫描电压为9.5V时仍能获得100000:1的亮度对比度。相比之下,基于CNT的FED结构的典型信号电压为 35" 50 V,扫描电压为50" 100 V。SED开关器件的电压低得多,但它们必须针对更高的稳态电流负载进行设计,由于SCE电子散射机制的低效率,最高电流可达30倍。SED的大电流还要求互连线阻抗比FED低,因为即使线上一个很小的压降也会导致边到边的非一致性。
  图9:SED矩阵寻址式驱动方法框图
本文小结
SED和其它FED技术有许多相似的部分,例如阳极配置和阳极使用的荧光层、隔离器技术、吸气器以及许多装配工艺。最大的差异在于发射器结构,虽然SED和其它基于FED的结构都可以用印刷技术进行制造,从而有助于降低大屏幕显示器的制造成本。
两种发射器结构都遵循Fowler-Nordheim特性,允许使用简单的x-y矩阵寻址实现高的对比度。SED已经可以提供100000:1的对比度;如果使用相同的阳极,FED也能提供近似值。SED和基于CNT的FED(对于印刷CNT层)都要求激活步骤,虽然激活过程有很大的不同。SED的驱动电压为20V或以下,但要求较大的电流能力。基于CNT的FED一般工作在50 " 100 V范围内,但驱动电流小得多。由于要求大的驱动电流和低的驱动电压,SED的互连线需要更稳定可靠。因此SED和基于CNT的FED已经被证明或有可能被证明是制造高质量、大屏幕HDTV显示器的低成本方法。
关于蓄电池组充电的思考
 
引言
本文根据我们多年从事直流系统开发设计及现场应用经验,试图对后备蓄电池组的充电方式进行一些探讨,希望能起到抛砖引玉的作用,研究出一种更加合理的蓄电池组充电方法。
  2 现今蓄电池组充电方式存在的缺陷
  在现今大部分后备电源(直流系统,ups等)中能量的存储都是用蓄电池组来实现的。那么作为不间断供电的最后一道保障的蓄电池组的性能就显得至关重要了。囿于半导体变流技术及成本的原因我们一直采用的充电方式是如下图所示的单充电机对整组串联蓄电池充电。
  
充电机以恒压限流方式永远与电池组并联在一起,理论上当电池组容量损失后,充电机将自动补充,但在实际应用中我们发现这种系统存在以下几方面问题。
   首先,单体蓄电池特性存在较大差异,即便是同一批出厂的蓄电池其特性也偏差较大(在国产电池中表现的尤为突出),因此在运行中将其作为一个整体一起充放 电,无法根据单电池运行参数运行状态进行充放电,势必造成某些电池过充电或欠充电,也可能引起过放电,这也是为什么蓄电池在成组运行时普遍达不到标称寿命 的重要原因之一。
  其二,在此种运行方式中检测单体蓄电池的电压、内阻是 比较困难的。现在普遍采用的是单独加装蓄电池检测装置,但蓄电池检测装置又不能很好的和充电机配合。从以上两点我们可以看出在此系统中按蓄电池状态(电 压、内阻、剩余容量、温度等参数)及充电曲线对蓄电池进行管理只不过是一句空话。另外单独加装蓄电池检测装置也势必造成成本的上升。
  其三,随着半导体技术的进步,高频开关电源以其体积 小,重量轻,效率高,噪声小的优势大有取代传统晶闸管整流电源的趋势,但是采用如方案一中的充电方式,因为充电机需要提供较高的充电电压和较大的输出容 量,对器件和技术以及工艺要求很高,大家都知道IGBT是很难超过20KHz的,而MOS-FET如果用于大电流回路中起结压降又很大,发热量也就很大, 所以限于器件及工艺原因单体高频开关电源(>20KHz)目前输出容量超过6KW是很困难的,所以大多采用小模块并联均流的运行方式,但模块数量和 复杂程度的增加也就带来了可靠性的降低,为此又提出了N+1冗余备分的概念,这就陷入了一个技术上的恶性循环,头痛医头,脚痛医脚。
  其四,请大家注意由于镉镍蓄电池存在记忆效应,它并不适于此种运行方式。但因为镉镍蓄电池的高倍率放电能力,为了追求低成本我们在为数不少的此种系统中采用了镉镍蓄电池,这是错误的。因此镉镍蓄电池不适用于浮充电方式运行,我们也就不过多讨论了。
  3 关于蓄电池组充电方式的一种理想的解决方案
  那么是否有一种更加完善的解决方案呢?笔者经过多次推敲思考,提出以下方案供大家探讨,称不上严密,仅仅是一种思路。其原理如下:
  
大家可以看到在此系统中蓄电池的充电和检测是以每节为单位进行的,所有充电及电池检测模块都含有处理单元,自行处理充电及检测过程。所有模块均由监控单元 通过通讯总线根据电池运行参数及状态统一协调进行。正常运行时每组充电模块串联形成一个整体电源为负荷供电,并且对每个蓄电池进行浮充电,当交流电源停电 时蓄电池将为负荷提供电源。所有充电模块及电池采用热插拔可抽出式结构,对模块及蓄电池的更换和检修将不会影响系统的运行。在本系统中以上三方面问题将会 得到很好的解决。
  首先,在本系统中单节蓄电池的充电是独立进行的,在每个充电模块完全可以结合每节蓄电池的运行参数及运行状态科学的对每解蓄电池进行充放电,避免了因蓄电池参数不一致引起过充电,欠充电,以及过放电等问题的发生,保证了电池的使用寿命。
  其二,在本系统中,每节蓄电池的检测和充电处于同一模块 中,有机的结合在一起。一方面电池检测部分可以通过控制充电部分轻易实现电池电压、内阻的检测。另一方面充电部分又可以根据检测单元测得参数(包括单电池 内阻、电压、温度、PH值)对电池进行合理的充电。真正实现了按蓄电池充电曲线结合其运行状态进行管理的思路。
磁性元件的测量
磁性元件的品种很多,如收音机的磁棒,收音机,电视机中周的磁芯、磁帽,电视机行输出的U形磁芯,偏转线圈磁环等。不仅品种较多,而且形状也各异,如中周磁芯有“工”字形的,也有“王”字形的,有螺丝的,也有因拄形的等。
    目前生产的软磁铁氧体中最常见和广泛应用的有锰锌铁氧体(低频用)和镍锌铁氧体(高频用)两大类。工厂在出厂时往往将锰锌的收舌机中波磁棒的一端涂以黑漆,将镍锌短波磁棒的一端涂以红漆。但大量的、各种形状的磁性元件往往没有标志,这就需要我们来加以区别。
    1.目测法
    低频用的锰锌铁氧体磁导率一般比较好,它的晶粒较大,结构也比较紧密,所以往往呈黑色。高频用的镍锌铁氧体的磁导率一般较低,其晶粒较小,所以呈棕色。如果在生产过程中烧结温度比较低时,其棕色更为明显。根据这些特点,就可以进行目测。
    目测的方法最好是准备一个普通的放大镜,如果有几个元件就更好,以便比较。在白天光线较亮的情况下,用放大镜进行观察,如果铁氧体带棕色,且光泽暗淡;晶粒不耀眼,那么此磁性元件即为镍锌铁氧体。如果看到铁氧体的颜色发黑,有较耀眼的亮结晶,那么此磁性元件为锰锌铁, 氧体。如果几个元件同一品种,无法分辨时,可以与家中收音机中的中波磁棒比较一下,就容易分辨了。
    值得注意的是这方法在灯光下部难分辨,最好白天在室外进行观察。
    2.水磨法
    根据目测法的原理,锰锌铁氧体呈黑色,镍锌铁氧体里棕色,就可以采用水磨法来识别。
    方法是将磁性元件的某一端面,放在200粒以上的细砂轮上或磨刀石上加水磨几下,然后根据磨出来的水粉进行判断。判断的方法同目测法,即水粉呈黑色的为锰锌铁氧体,而水粉呈棕色的为镍锌铁氧体;
    3.用万用表测量
    大家知道,锰锌铁氧体和镍锌铁氧体的电阻率是不同的,锰锌铁氧体的电阻率比较低,一般在103Ω.cm以下。而镍锌铁氧体的电阻串比较高,一般在105~108 Ω.cm左右,利用这一特点即可用万用表来测量。
    测量前,在被测磁性元件的一定距离上作两个电极。如果是“工”字形磁芯,那末两个端面即可作为两个电触。方法是先用“0”号砂纸轻轻磨去待测部位的磁芯氧化层,然后涂上导电性能良好的材料作为测试电极端,例如可用6B铅笔涂成石墨电极,然后用万用表进行测量。量程开关应置于1x10kΩ档,这是因为测其在电源电压10v以上的的电阻率。一般锰锌铁氧体的阻值在150kΩ以下,而镍锌铁氧体的阻值很大,电表的表头指针应不摆动,即在“∞”处。
    如果以上三种方法同时采用,则所作的判断就更正确了。什么是漆包线
一.漆包线的定义(自粘漆包线&非自粘漆包线):
漆包线的制作是在高纯度,高导电率的导体上披覆一层绝缘涂料,
即:导体+绝缘漆=非自粘漆包线
导体+绝缘漆+胶层=自粘漆包线
二.线材的分类及结构:
1.按其导体的材质的不同可分为:
铜线(Copper),铝线(AL),铜包铝线(C.C.A),
2. 按绝缘漆的厚度分类:
* 若以CNS(中国国家标准)或JIS(日本工业标准)标准来讲,其绝缘漆的厚度,可分为0种,1种, 2种, 3种线,其中0种线绝缘漆最厚, 3种线绝缘漆最薄;
* 若以IEC(国际电工委员会)标准来讲,分Grade1,Grade2,Grade3;
* 若以NEMA(国际电气制造业协会)标准来讲,分Single.Heary.Triple .Type1.Type2. Type3
* 因不同客户有不同的要求,所以可选用不同标准的线材
因此,在判定时一定要根据对应的标准进行
* PEI(聚亚胺聚脂漆包线)------以Polyester-imide树脂为主体的油脂为绝缘皮膜烤漆於导体而成;其的耐热等级为180℃(H级).
* UEW(聚胺基甲酸脂漆包线)------以Polyester-thane树脂为主体的油脂为绝缘皮膜烤漆於导体而成;其的最大特性为可直接焊锡且耐热等级为130℃(B级).
* PEW(聚脂漆包线) ------以Polyester树脂为主体油脂为绝缘皮膜烤漆於导体而成;其的耐热等级为155℃(F级)
* AIW(聚亚胺漆包线)------以Polyamide-imide树脂为主体油脂为绝缘皮膜烤漆於导体而;其的耐热等级为200℃(H+级)
3. 按粘着方式可分为:
酒精线--------在酒精作用下自行粘合的线材(如:Lock).
热风线--------经过热的作用下自行粘合的线材(如:PEI).
双用线--------在酒精或热的作用下自行粘合的线材
Si整流器与SiC二极管:谁与争锋
 
来源:今日电子/21IC  作者:Qspeed半导体公司 John Jovalusky
在当今的电气设备中,功率半导体和电抗式元件(电容和电感)随处可见。它们在正常工作过程中会在为其供电的交流电线上产生两种不希望出现的副作用。
首先,这些器件会引起较小的功率因数。其次,它们会使线电流失真,引起电噪声或者产生与线电压之间的相位偏移。
功率因数是指实际使用的功率与交流线上产生的视在功率二者的比值。电气设备中如果存在大电容或者电感就会导致视在功率大于实际使用的功率,出现较小的功率因数。
功率因数越小,在为设备供电的交流导线上损耗的电能就越多。如果设备中的功率半导体开关操作非常频繁,那么这种开关操作就会引起交流线电流的失真和噪声。在开关电源中尤其如此。
某些国际标准(例如IEC 61000-3-2)针对各种类型的电气设备规定了可容许的线电流失真与功率因数的大小。实现功率因数补偿最简单、最划算的一种方法就是使用增强-转换电路(如图1所示),这种电路能够产生比输入电压更高的输出电压。
 
图1 实现功率因数补偿最简单、最划算的一种方法就是使用能够产生比输入电压更高的输出电压的增强-转换电路
 
增强二极管的性能
对于功率达到300W以上的设备,通常使用工作在连续导通模式(即CCM)下的增强转换器。对于增强转换器所需的两种功率半导体器件——MOSFET和二极管,其中二极管具有相对较高的性能要求,因为它的反向恢复特性会影响MOSFET的性能。
在连续导通模式下,每当控制IC打开MOSFET时,二极管就会产生一个较高的正向电流。由于增强二极管在完全正向偏置的情况下会发生快速反偏,并且硅二极管的关闭需要一定的时间,因此在二极管关闭时流回二极管的反向恢复电流(IRR)就会非常大(参见图2中的红色曲线)。
图2 四种常见增强二极管(400V、5A、200A/μs、125℃)的反向恢复波形
流过MOSFET的反向电流升高了它的工作温度。为此人们设计出了具有极低反向恢复时间(tRR)的专用硅二极管,但是它们能够降低的IRR通常都很有限,经常会出现突然关闭的现象(参见图2中的黑色曲线)。
低QRR和高软化系数
肖特基二极管比PN结器件的行为特性更像一个理想的开关。肖特基二极管最重要的两个性能指标就是它的低反向恢复电荷(QRR)和它的恢复软化系数。
这两个指标对于增强转换器都非常重要。低QRR在二极管关闭时会产生较低的IRR。高软化系数会减少二极管关闭所产生的EMI噪声、在器件阳极上产生的电压脉冲峰值,降低换向操作干扰PFC控制IC的可能性。
肖特基二极管的局限性
肖特基二极管能够大大提高PFC增强转换器的性能,但是硅肖特基二极管具有250V左右的反向电压限制。由于增强二极管必须能够耐受500~600V,因此人们开始使用碳化硅(SiC)器件,这种化合物能够耐受较高的电压。但是,由于SiC器件的成本较高(是同类硅器件的3~5倍),因此很少有应用能够用得起这种器件。
过去几年中也出现了性能更好的硅二极管,但是它们的性能都比不上SiC肖特基器件。最近,人们研制出了一系列新型的硅整流器,它们的反向恢复性能可与SiC肖特基二极管媲美(参见图2中的绿色曲线)。
在PN结硅二极管发生反偏之前必须消除的QRR决定了在其关闭时能够从中产生的IRR大小。QRR主要取决于PN结附近少数载流子的持续时间或寿命。
由于肖特基二极管仅仅是由金属材料接触N型半导体材料构成的,因此它们没有少数载流子。当肖特基二极管发生反偏时,产生的低IRR来源于金属与二极管体接触电容的放电效应。
在硅二极管的设计过程中可以采用多种技术控制器件中少数载流子的寿命,但是迄今为止还无法匹配SiC二极管的低QRR。如图2中的绿色曲线所示,最新的硅器件——Qspeed半导体公司的Q系列——能够实现与SiC肖特基器件同样低的IRR(如图2中的蓝色曲线所示)。
肖特基二极管没有少数载流子,因为它们只是由金属材料接触N型半导体材料构成的。
软化系数是衡量二极管达到最大负值时其IRR下降归零速度的一个指标。具有快速恢复功能的硅二极管在设计过程中通常采用少数载流子寿命控制技术,使得IRR能够陡峭下降(如图2中的黑色曲线所示)。这种快速的关闭过程会在二极管的阳极产生大量EMI噪声和较大的电压尖脉冲。
为了抵消使用快速二极管时出现的这些不希望发生的现象,我们需要精心设计慢速的电路。高软化系数意味着二极管的IRR归零的变化速度(di/dt)等于或小于它上升到最大负值的速度。当二极管缓慢关闭时,它在二极管阳极上产生的EMI噪声较少,产生的电压尖脉冲也较低,而且不容易干扰控制IC的工作。
能够与SiC肖特基二极管相匹敌的硅整流器目前已经问世,因此工程师们应该重新评估其PFC增强转换器的设计,看一看在使用这些具有与SiC同样性能的新型硅器件之后是否能够降低设计成本并且/或者提高设计性能。
热敏电阻的非线性问题解决
 
        如果您打算在整个温度范围内均使用热敏电阻温度传感器件,那么该器件的设计工作会颇具挑战性。热敏电阻通常为一款高阻抗、电阻性器件,因此当您需要将热敏电阻的阻值转换为电压值时,该器件可以简化其中的一个接口问题。然而更具挑战性的接口问题是,如何利用线性 ADC 以数字形式捕获热敏电阻的非线性行为。
     “热敏电阻”一词源于对“热度敏感的电阻”这一描述的概括。热敏电阻包括两种基本的类型,分别为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻非常适用于高精度温度测量。要确定热敏电阻周围的温度,您可以借助 Steinhart-Hart 公式:T=1/(A0+A1(lnRT)+A3(lnRT3)) 来实现。其中,T 为开氏温度;RT 为热敏电阻在温度 T 时的阻值;而  A0、A1 和 A3 则是由热敏电阻生产厂商提供的常数。
  热敏电阻的阻值会随着温度的改变而改变,而这种改变是非线性的,Steinhart-Hart 公式表明了这一点。在进行温度测量时,需要驱动一个通过热敏电阻的参考电流,以创建一个等效电压,该等效电压具有非线性的响应。您可以使用配备在微控制器上的参照表,尝试对热敏电阻的非线性响应进行补偿。即使您可以在微控制器固件上运行此类算法,但您还是需要一个高精度转换器用于在出现极端值温度时进行数据捕获。
  另一种方法是,您可以在数字化之前使用“硬件线性化”技术和一个较低精度的 ADC。其中一种技术是将一个电阻 RSER 与热敏电阻 RTHERM 以及参考电压或电源进行串联(见图 1)。将 PGA(可编程增益放大器)设置为 1V/V,但在这样的电路中,一个 10 位精度的 ADC 只能感应很有限的温度范围(大约 ±25°C)。
  请注意,在图 1 中对高温区没能解析。但如果在这些温度值下增加 PGA 的增益,就可以将 PGA 的输出信号控制在一定范围内,在此范围内 ADC 能够提供可靠地转换,从而对热敏电阻的温度进行识别。
  微控制器固件的温度传感算法可读取 10 位精度的 ADC 数字值,并将其传送到 PGA 滞后软件程序。PGA 滞后程序会校验 PGA 增益设置,并将 ADC 数字值与图 1 显示的电压节点的值进行比较。如果 ADC 输出超过了电压节点的值,则微控制器会将 PGA 增益设置到下一个较高或较低的增益设定值上。如果有必要,微控制器会再次获取一个新的 ADC 值。然后 PGA 增益和 ADC 值会被传送到一个微控制器分段线性内插程序。
  从非线性的热敏电阻上获取数据有时候会被看作是一项“不可能实现的任务”。您可以将一个串联电阻、一个微控制器、一个 10 位 ADC 以及一个 PGA 合理的配合使用,以解决非线性热敏电阻在超过 ±25°C 温度以后所带来的测量难题。
变频电动机的设计要点
 
1、电磁设计
  对普通异步电动机来说,在设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机,由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不在需要过多考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下:
1) 尽可能的减小定子和转子电阻。
减小定子电阻即可降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起的铜耗增加
2)为抑制电流中的高次谐波,需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大,高次谐波铜耗也增大。因此,电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。
3)变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态,一是考虑高次谐波会加深磁路饱和,二是考虑在低频时,为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。
2、结构设计
在结构设计时,主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响,一般注意以下问题:
1)绝缘等级,一般为F级或更高,加强对地绝缘和线匝绝缘强度,特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。
2)对电机的振动、噪声问题,要充分考虑电动机构件及整体的刚性,尽力提高其固有频率,以避开与各次力波产生共振现象。
3)冷却方式:一般采用强迫通风冷却,即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。
4)防止轴电流措施,对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称,也会产生轴电流,当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时,轴电流将大为增加,从而导致轴承损坏,所以一般要采取绝缘措施。
5)对恒功率变频电动机,当转速超过3000/min时,应采用耐高温的特殊润滑脂,以补偿轴承的温度升高。
变频器对普通异步电动机的影响
1、电动机的效率和温升的问题
   不论那种形式的变频器,在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流,使电动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍,以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例,其低次谐波基本为零,剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为:2u+1(u为调制比)。
   高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜(铝)耗、铁耗及附加损耗的增加,最为显著的是转子铜(铝)耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的,因此,高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后,便会产生很大的转子损耗。除此之外,还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热,效率降低,输出功率减小,如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下,其温升一般要增加10%~20%。
2、电动机绝缘强度问题
   目前中小型变频器,不少是采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫,这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率,相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压,使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外,由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上,会对电动机对地绝缘构成威胁,对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。
3、谐波电磁噪声与震动
  普通异步电动机采用变频器供电时,会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉,形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时,将产生共振现象,从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽,转速变化范围大,各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。
4、电动机对频繁启动、制动的适应能力
  由于采用变频器供电后,电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动,并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动,为实现频繁启动和制动创造了条件,因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下,给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。
5、低转速时的冷却问题
  首先,异步电动机的阻抗不尽理想,当电源频率较底时,电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次,普通异步电动机再转速降低时,冷却风量与转速的三次方成比例减小,致使电动机的低速冷却状况变坏,温升急剧增加,难以实现恒转矩输出。真空断路器应用中的思考
1 真空断路器应用中的问题  
  (1)关于“免维护”的问题。当前,在对真空断路器的广告宣传、产品样本及使用说明书中,普遍谈到该产品"免维护"一词,实际上不现实的。高压真空断路器由于安装有质量相对较好的真空灭弧室,其电气性能和机械性能均有明显的提高,现场安装、维护比较简便,但也绝不是"免维护"。每一种形式的真空断路器,从结构上来讲,都是由上百种零部件组成,而这些零部件中生产厂只可能对部分零部件自行设计、加工,而相当一部分则是依靠外协。这些零部件的材质选型、工装、工艺、检验等各个环节都关系到整体产品的电气和机械性能,因此"免维护"这一提法欠妥,对真空断路器的应用是一种"误导"。依据标准的要求,应为"维护量小"、"不检修周期"比较妥当。
  (2)机械寿命。
  机械寿命是高压真空断路器产品质量的主要考核指标。根据相关资料报道,家高压电器质量检测中心对国产高压真空断路器进行过6次(1993、1995、1996、1999、2002及2003年)监督抽查,其合格率分别为83.3%、91.3%、58.8%、60%、57.1%及78.6%,此情令堪忧。其中一个主要问题是机械寿命达不到企业标准规定值,机械特性主要数也超出产品技术条件规定范围。
  通常一台高压断路器都是由数百只零部件组成,而每一个零部件的加工和工艺缺陷、相互配合链接咬合都将直接影响到高压断路器的机械特性。同时与操动机构配套的辅助开关、微动开关、减速器、接线端子等绝大部分都是外协件,存在有一定的分散性,质量难以达到100%,这些问题,都是直接影响真空断路器机械寿命的主要因素。有些真空断路器机械寿命标称3万次,有的甚至达到6万次或者10万次之多,这样的宣传令人疑虑。就当前国产真空灭弧室及与之配套部件能过关吗?产品真正的机械寿命试验通过了吗?所以,在高压真空断路器的选型应用中,不宜轻信产品说明书的不实之词,应以实际试验报告为依据,如果能够安全可靠地动作2万次,就足以满足运行现场的应用要求了。
  (3)断口的工频耐压。
  目前真空断路器中灭弧室真空度的在线监测仍无成熟的技术手段,许多科研单位对真空灭弧室真空度的在线监测仍处于研制开发阶段,在实际应用中,应以对灭弧室断口定期的工频耐压作为真空断路器断口间绝缘介质强度的判断依据。灭弧室真空度的下降可能使断路器在分闸时动、静触头之间产生放电击穿,严重地威胁着高压真空断路器的安全运行。所以,在真空断路器检修工艺规程中,明确规定有对真空断路器灭弧室工频耐压试验的周期和标准,在应用中必须给以重视,不宜轻信某些制造商宣传的误导。
   (4)额定电流值和额定短路电流值的选择。   
  额定电流值和额定短路开断电流值的选择,应以电网的实际容量为宜,尽可能地克服取值保险系数愈大愈好的倾向。取值过大不仅造成大马拉小车极不经济的情况,同时也将影响开断小的感性或容性电流性能,导致截流过电压的发生。据相关文献报导,我国运行中的10kV电网额定电流在2000A及以下的约占总馈路数的93.1%,故而对额定工作电流的选择应以2000A及以下为主。对于最大短路电流值的选择应依据"城市网络规划与改造导则"(1993年228号)文件中给出的10kV为16kA、35kV为16kA为宜,避免盲目追求过大的保险系数。
  (5)使用环境温度。高压真空断路器的使用环境温度多数标称都为-30℃~+40℃。在实际使用过程中,当环境气温较低时,断路器传动机构的摩擦力明显增大,常温情况下断路器的分、合闸操作力显然满足不了克服低气温时机构的摩擦力要求,导致分、合闸不能到位。如果此时开断、关合短路故障电流时,势必会出现异常,甚至发生爆炸。所以,对于产品说明书中注明的使用环境温度在特殊使用环境现场,应追究环境温度下限值进行合、分闸速度的试验,验证合格后即认可,绝不应盲从。
  (6)绝缘故障在真空开关设备中仍居首位。
  据相关文献报道,1998年至2002年我国运行的高压开关设备共发生绝缘故障398次,其中6~35kV绝缘故障共300次,占总绝缘故障的75.4%。而6~35kV高压开关设备绝缘故障中,真空开关设备的绝缘故障共138次,占绝缘故障的46%,仍然居多。所以,制造部门必须认真贯彻执行全面质量管理体系,提高工艺水平,保证装配质量,提供合格的产品及备品备件。运行部门应强化平时的维护检查,发现隐患,及时消除缺陷,严格执行预试规程要求,保证检修到位,确保修试质量,提高设备健康水平,绝不能对运行中的真空开关设备掉以轻心。
   (7)辅助开关问题。
  辅助开关的故障,不仅会造成系统停电和扩大事故范围,同时还有可能使分、合闸线圈烧损,甚至造成设备毁坏或者人身伤亡事故,为此有关上级部门曾召开对辅助开关的专题研讨、分析论证会议,确定改变传统的辅助开关唇型插入式结构为对接滑动型结构。
  据1998年至2002年我国运行中高压开关设备故障统计分析,在柜误动故障中,分、合闸线圈烧损76次、辅助开关故障35次,占误动故障的55%,可见辅助开关转换不灵、腐蚀、断线、受潮、接线端子松动等仍为高压开关设备运行维护中不可忽视的问题。对真空断路器也不例外,检修维护必须到位,尽可能使用对接滑动型辅助开关为佳。
2 真空断路器的应用展望
  随着计算机技术、电子技术、通讯技术和传感器技术的迅速发展,真空断路器在电力行业已被广泛应用,高压开关设备的智能化水平日益提高,真空断路器在产品制造过程中,应不断完善产品结构设计、提高制造工艺水平、保证装配质量、提高设备运行的可靠性。高压真空断路器在智能化选型、优化设备状态检修、降低运行维护费用、加速电力系统自动化控制、建立科学合理的状态评估系统中产生积极的促进作用,应用的前景是比较乐观的。
来源:高压开关网
看图识电阻
 SMD贴片电阻:
大功率电阻:
大功率电阻,25瓦特,220欧姆。
  精密型金属膜电阻器:
是用镍镉或类似的合金真空电镀技术,著膜于白瓷棒表面,经过切割调试阻值,以达到最终要求的精密阻值。金属膜电阻器提供广泛的阻值范围,有著精密阻值,公差范围小的特性。亦可应用于金属膜保险丝电阻器。
  金属氧化皮膜电阻器:
                                     
 
随着电子设备之发展其构成之零件亦趋向小型化、轻型化及耐用化等趋势。电阻在高温下工作,要有长期之安定性、稳定性,电阻的皮膜单位面积就要负载较高之电力,以适其工作之要求,而金属氧化皮膜电阻器就是合适的电阻。
   线绕电阻器 (KNP)、无感性线饶电阻器(KNPN):
将电阻线饶在无性耐热瓷体上,表面涂以耐热、耐湿、无腐蚀之不燃性涂料,保护而成。其特点如下:耐热性优、温度系数小、质轻、耐短時间过负载、低杂音、阻值经年变化小。无感性饶线电阻器 (NKNP) 有着饶线电阻器 (KNP) 基本特性,加上低电感量的优点。
   水泥型饶线电阻器 (SQ):
 
将电阻线饶于无咸性耐热瓷件上或用氧化膜电阻等固定电阻器,外面加上耐热,耐湿及耐腐蚀之材料保护固定而成。水泥型电阻是把电阻体放入方形瓷器框內,用特殊不燃性耐热水泥充填密封而成。具有耐高功率、散热容易、稳定性高等特点。
浅谈同轴馈线的选择
   业余操作一般限于小功率(小于100W)和低高频电压(小于1KV)。通常不用考虑馈线的容量。当使用功率超过100W的短波电台,则应选用较粗的馈线(例如-7),以避免发热。
    常见的同轴线有50欧、75欧、100欧三种标称阻抗。业余通讯常用50欧,虽然它的效率不是最高的。在选定了馈线阻抗(50欧)以后,最关键的是选择馈线的粗细,例如50-3、50-5、50-7等等。通常根据期望的馈线衰耗和线路造价综合考虑。具体的作法是这样的:
 
1、首先估测需要的馈线长度,并结合所用频率、所处位置、天线用途(用于普通电台还是中继台)等,确定天馈系统的总增益。然后根据天线增益确定能够容忍的最大馈线衰耗。天馈系统的总增益推荐为:
144MHz中继站:4dB;144MHz基地台:3dB;430MHz中继站5dB;430MHz基地台3dB。(表1)
2、根据容许的最大馈线衰耗和馈线的长度,求取馈线的容许衰减常数。
衰减常数=衰减量(dB)÷馈线长度(m)。单位为分贝每米。
3、根据求得的容许衰减常数,查同轴电缆性能手册,选取在给定频率的衰减常数小于容许衰减常数的同轴线。
例1:实际需要馈线长度至少30米,天线位于10楼顶,是一付8dB的玻璃钢天线,将用于非常重要的144MHz中继台。那么,为了保证中继台的效果(可以根据需要的通讯距离核算总空中衰减,然后求算天馈系统的总增益。业余条件下可查表1估算),需要天馈系统的总增益为4dB。不考虑接插件的损耗,要求馈线衰耗小于8-4=4dB。已知馈线长度为30米,得容许衰减常数为
4÷30=0.133dB/m。
查电缆手册可知,SYV50-7型同轴电缆符合要求,所以,选择50-7的同轴线已经足够了。
例2:同例1,天线增益改为10dB,频率改为430MHz。
解:结合实际情况估算得天馈系统总增益取5dB,馈线衰耗要求小于5dB。容许衰减常数为
5÷30=0.167dB/m。
在430MHz,同样的馈线,衰耗将远大于144MHz。查电缆手册,发现SYV50-12的馈线满足要求,故选用50-12馈线。这种馈线较贵,如果经济不能承受,则只有选择50-9的了。
选择馈线的经验:
    从馈线的效果考虑,当然是越粗越好。但是,越粗必然越贵,接插件的价格也不菲,处理起来更加麻烦。所以,选择馈线,“合适”就可以了。中继台等重要台站,必须保证效果,应当高标准严要求,选用粗一些的馈线。根据许多人的经验,150MHz,7.5DB天线,馈线长度为10m时,选50-5;馈线长20m时,选50-7;30米选50-9。用于一般业余电台,可以相应缩小一号(如果钱多的话,粗一点也无妨)。430MHz的电台,可以使用增益很高的天线,对馈线衰耗的要求较150MHz低。但是,同样规格的馈线,在430MHz的衰耗远大于150MHz,几乎是它的两倍。所以,通常还要选择更粗一些的馈线。
    国产SYV和SWY同轴电缆的衰减常数基本上是等价的,所以我们通常只说50-3、50-7等,而不提它们的系列。市场上销售的电缆,质量差异很大,价格差异同样很大。50-5的电缆,有的卖3.5元一米,有的卖5.5元一米,进口的个别型号要卖40元一米。实际上,3.5元的是可以达到GB的,5.5元的可能指标要更高一些(没被宰的前提下)。我用过美国产的同轴线,大小等同于50-3,实际效果远好于国产50-5的线,难怪要卖20多元一米。而充斥市场的劣质线,价格一般要便宜几角钱,效果却差到了极点。买线千万不能图便宜。
    至于多层屏蔽的电缆,一般用于频率较高的场合,在业余使用的144和430,意义不大,反而不易处理。
    这里,我们没有考虑通讯机的情况和天线的高度。许多时候,综合调整往往能弥补某一部分的不足。
    下面是常用同轴线的衰减常数(估算值,略有误差),供选线参考。
型号          频率150MHz          频率430MHz
50-3          0.242                  0.365
50-5          0.165                  0.253
50-7          0.124                  0.195
50-9          0.100                  0.161
50-12         0.086                  0.142
50-15         0.070                  0.119
作者:刘虎
稳压二极管的选用
 
    稳压二极管用途广泛,使用极多。看起来应用很简单,但如果不注意,也极易损坏。以下是选用时的几点注意事项:
       可将多只稳压二极管串联使用,但由于二极管参数的离散性比较大,不得并联使用。
       温度对半导体器件的特性影响较大,当环境温度超过 50℃ 时,温度每升高 1℃,应将最大耗散功率降低1%。
       稳压二极管管脚必须在离管壳 5mm 以上处进行焊接,最好使用 30W 以下的电烙铁进行焊接。若使用 40~75W 电烙铁焊接时,焊接时间应不超过 8~10s。尽量使用内装焊料的焊锡丝焊接,不要使用大块焊锡加松香的方法。
       为了使稳压二极管的电压温度系数得到补偿,可以将稳压二极管与硅二极管(包括硅稳压二极管)串联使用,所串的正向二极管不得超过三个,也可与特殊的温度补偿管串联使用。
       为了获得较低的稳定电压,可以选择适当的稳压二极管以相反极性方向串联,再加以适当的工作电流来获得。即将稳压二极管正向使用。
光电互感器的优点
与传统电磁感应式电流互感器相比,光电式电流互感器具有如下一系列优点:
1 优良的绝缘性能以及便宜的价格
  电磁感应式电流互感器的高压母线与二次线圈之间通过铁芯耦合,它们之间的绝缘结构复杂,其造价随电压等级呈指数关系上升。光电电流互感器(OCT)所用材料为玻璃,光纤等绝缘材料来传输信息,所以绝缘结构简单,其造价一般随电压等级升高呈线性增加。
2 不含铁芯,消除了磁饱和和铁磁谐振等问题
  电磁感应式电流互感器由于使用了铁芯,不可避免地存在磁饱和及铁磁共振和磁滞效应等问题,而OCT则不存在这方面的问题。
3 抗电磁干扰性能好,低压边无开路高压危险
  电磁感应式电流互感器二次回路不能开路,低压边存在开路危险。由于OCT的高压边与低压边之间只存在光纤联系,而光纤具有良好的绝缘性能,可保证高压回路与二次回路在电气上完全隔离,低压边无开路高压危险,免除电磁干扰。
4 动态范围大,测量精度高
  电网正常运行时,电流互感器流过的电流并不大,但短路电流一般很大,而且随着电网容量的增加,短路电流越来越大。电磁感应式电流互感器因存在磁饱和问题,难以实现大范围测量,同时满足高精度计量和继电保护的需要。OCT有很宽的动态范围,额定电流可测到几十安培几千安培,过电流范围可达几万安培;一个OCT可同时满足计量和继电保护的需要,可免除多个CT的冗余需求。
5 频率响应范围宽
  传感头部分的频率响应取决于光纤在传感头上的渡越时间,实际能测量的频率范围主要决定于电子线路部分。光电式电流互感器已被证明可以测出高压电力线上的谐波,还可进行电网电流暂态、高频大电流与直流的测量。而电磁感应式电流互感器是难以进行这方面的工作的。
6 没有因存油而产生的易燃、易爆炸等危险
  电磁感应式电流互感器一般采用存油的办法来解决绝缘问题,这样不可避免地存在易燃、易爆炸等危险;而光电式电流互感器绝缘结构简单,可以不采用油绝缘,在结构上可避免这方面的危险。
7 体积小、重量轻、节约空间
  光电式电流互感器传感头本身的重量一般小于1kg。据美国西屋公司公布的345kV的MOCT,其高度为2.7m,重量为109kg。而同电压等级的油浸式电流互感器高为5.3m,重量2300kg,这给运输和安装带来了很大的方便。
8 适应了电力计量和保护数字化、微机化和自动化发展的潮流
  随着计算机和数字技术的发展,电力计量与继电保护已日益实现自动化、微机化。电磁感应式电流互感器的5A或1A输出规范必需采用光转换技术才能与计算机接口,而光电式电流互感器本身就是利用光电技术的数字化设备,可直接输出给计算机,避免中间环节。
     综上所述,虽然目前光电式电流互感器也存在加工要求高、电源问题不好解决,传感头对温度和振动比较敏感等问题需要克服,但光电式电流互感器有着传统电磁式电流互感器无法比拟的优点,它结构简单、灵敏度高,是一种传统电磁式电流互感器的理想替代产品,必将在未来的电力工业中得到广泛的应用。因此,主要发达国家竞相投资研制,光电电流互感器已成为电流互感器的研究热点。
环型变压器铁芯知识
 
  环形变压器铁芯是采用高磁通密度晶粒取向硅钢带(即取向硅钢片)经裁切、卷绕、退火等工艺加工而成的。所谓“晶粒取向”是指硅钢带在轧制时,使硅钢带的导磁率出现了横向和顺向的差异。“晶粒取向”是指延最大导磁率方向剪切成带料,这样卷绕而成的铁芯性能最优,而普通冲压加工成的EI型铁芯不能顺着晶粒取向导磁最优而成型。
与传统的EI型变压器相比环形变压器具有体积小、漏磁小、效率高、内阻小、反应快的优点。由于采用了晶粒取向硅钢带卷绕而成,铁芯的磁通密度高,所以铁芯的截面积可大为减小,同时,环形变压器采用了环形穿绕的方法穿绕初级线圈,可以充分利用空间,使线圈的用线量也大为减小。普通变压器的内层与外层绕组每匝导线长度相差可达3倍,所以用线较多,除成本较大外内阻也较大。而环形变压器的内外层导线长度比普通少得多,使线圈用线量减少,这样不只是节省了铜线,更重要的是减小了变压器的内阻,提高了效率。
环形变压器与同功率普通变压器相比,体积和重量可减小25-30%,而效率90%以上,(普通变压器一般在80%左右)。
怎样测量电流互感器的极性
 
电流互感器在交接及大修前后应进行极性试验,以防在接线时将极性弄错,造成在继电保护回路上和计量回路中引起保护装置错误动作和不能够正确的进行测量,所以必须在投运前做极性试验。
测量电流互感器的极性的方法很多,我们在工作时常采用的有以下三种试验方法:①直流法;②交流法;③仪器法。
1 直流法
见图1。用1.5~3V干电池将其正极接于互感器的一次线圈L1,L2接负极,互感器的二次侧K1接毫安表正极,负极接K2,接好线后,将K合上毫安表指针正偏,拉开后毫安表指针负偏,说明互感器接在电池正极上的端头与接在毫安表正端的端头为同极性,即L1、K1为同极性即互感器为减极性。如指针摆动与上述相反为加极性。
 
图1 直流法测电流互感器极性
2 交流法
见图2,将电流互感器一、二次线圈的L2和二次侧K2用导线连接起来,在二次侧通以1~5V的交流电压(用小量程),用10V以下的电压表测量U2及U3的数值若U3=U1-U2为减极性。
 
 
图2 交流法测电流互感器极性
U3=U1+U2为加极性。注意:在试验过程中尽量使通入电压低一些,以免电流太大损坏线圈,为了读数清楚电压表尽量选择小一些,变流比在5以下时采用交流法测量比较简单准确,对变流比超过10的互感器不要采用这种方法进行测量,因为U2的数值较小U3与U1的数值接近,电压表的读数不易区别大小,所以在测量时不好辨别,一般不宜采用此法测量极性。
3 仪表法
一般的互感器校验仪都有极性指示器,在测量电流互感器误差之前仪器可预先检查极性,若指示器没有指示则说明被试电流互感器极性正确(减极性)。
扬声器材料对声音的影响
    扬声器基本上由驱动单元,分音器和声箱构成,这三部分的设计固然重要,所用的材料对音质也有密切关系,假如改变其中一部分材料其馀保留不变,声音必然会有差别,这个差别可能非常明显,有些爱自己动手的发烧友试用不同的材料代替原来的用料,例如给分音器换上 “ 补品级 ” 电容或用发烧线替换原有的接线,有些能令音质改善,亦有些破坏了原来的声音平衡。
  零件影响音质是一种不可捉摸的事,你以为更换了补品零件会改善声音,有时却相反,原来的几种零件配搭音质或平衡反而更佳,这点可能是设计时已经过了仔细试验达成最理想的零件配搭。发烧友可以自己作试验,但一经如此就会失掉代理商的保用服务,你把原来零件任意更改,出了问题当然由你自己负责。
  驱动单元
  
  驱动单元俗称喇叭,在构造用料方面有几点值得特别注意,电动式喇叭的振膜 ( 中及低音喇叭的振膜或称音盆 ) 材料有几种,纸振膜历史悠久,取其质轻和具有适当的阻尼特性,至禽仍有多家名厂坚持采用,但纸振膜易受潮湿霉烂或变形,它的表面硬度低,不能产生高辐射声波速度。但用於低音喇叭声音丰满深沉,十分适合。现在纸振膜多在低音和中音喇叭上使用,纸振膜的高音喇叭已几乎绝迹。
  
  约在八十年代初期,塑料振膜开始出现,在中音和低音喇叭上起初 BBC 采用 Bextrene ,后来聚丙烯 ( Polypropylene ) 逐渐普遍,愈来愈流行,今日的扬声器采用这种材料的占了一大部分。聚丙烯振膜具有极高的阴尼特性,不受潮湿影响,可以塑铸出任何需要的厚度及莆状,质轻而硬,物理特性与声音特性均甚佳,聚丙烯还可以与其他材料混合塑铸成硬度更高的振膜,例如混合陶瓷粉,玻璃纤维或石墨等,变化多多,至於实际上聚丙烯振膜声音是否优於纸振膜,见仁见智,采用这种材料的厂家大吹大擂,似乎只有优点而无缺点,但有些人仍认为纸振膜的音色较佳,聚丙烯带 “ 塑胶 ” 味。无论如何,聚丙烯这种材料已厂受厂家和用家欢迎,它不限於在中音和低音喇叭上使用,高音喇叭振膜亦适合。
  
  金属振膜在八十年代已出现,但当时技术只在起步阶段,显露出许多缺点,例如声乾硬,高音剌耳,虽然瞬态响应快但音色不自然,经过多年的改良,高音单元的半球金属振膜首先取得成功,材料包括铝、铝合金及钛等轻金属,将长处发挥和避免缺点,近年来金属振膜半球高音单元变遍流行,甚至低价扬声器亦采用。
  
  至於中音和低音单元采用金属振膜达成优良性能还是近几年的事,英国 AE ( Acoustic Energy ) 首先制成全金属振膜扬声器,获得崇高评,但售价昂贵。继 AE 之后, Monitor Audio 亦发展成全金属振膜扬声器,将这种技术迈向更成熟阶段。全金属振膜扬声器的优点是声音速度快,乾净利落,高音特别宽阔工扬及透明度高。
  
  在振膜周围有一圈边缘与动架连接,它是一种柔顺材料为振膜提供自由活动的悬挂,所用的材料有多种,包括天然橡胶,人造橡胶, PVC 塑料,早期更有些厂家用加漆膜的布,它们都做成波浪形或正反半卷边菜令柔顺度达到指定的高低,气垫式扬声器的低音喇叭边缘必面具有非常高的柔顺度以便大幅度活动,一般透气式扬声器需要的是边缘柔顺度较低,这是考虑采用那种材料的主因。
   支架
  
  喇叭支架的工作是保持机械构造稳定及为振膜提供准确的活动,支架必须构造坚固和避免谐振,一般喇叭采用的支架材料有钢、铝合金或镁合金等,钢支架是用高压制成,如果钢料厚的话亦相当坚固,现在不少大口径的低音喇叭仍用钢支架,但如果钢料太薄则容易引起谐振,钢支架制造成本较低,所以在低价扬声器中普遍采用。
  
  铝或镁合金压铸的支架在坚固性及防谐振方面性能更佳,外型亦较美观名贵,但这类支架制造成本较钢架高。有些扬声器尤其是日本货,虽然价钱不贵但亦采用合金压铸的支架,主要是为了使外观更有吸引力,实际上喇叭质素平平。
  音圈
  
  喇叭音圈根据低、中、高音单元的需要而有不同,高音喇叭音圈用十分细的线绕成,包括铜线和铝线两种,铝线质重较轻,可获得更佳的瞬态响应,但在承载力和耐用性方面不及铜线,中音和低音喇叭多用铜线绕音圈,而且铜线较粗能承受大功率,有些低音喇叭绕二至四层音圈增加承载力,至於铜线形状亦不同,例如圆形、六角及长方形横断面,圆线最普遍使用,六角及长方形线可以紧密排列不留空隙,能增加散热效率相应提高功率承载力。
  
  普通喇叭的音圈多绕在纸管上,但纸不是良好的导热体,只具有轻的优点,为了提高散热效率,有些喇叭采用铝或 Kapton 音圈管,将音圈固定在管上因散热较佳,显著增加承载力,近期愈来愈多扬声器采用这种材料。
  
  一般烧喇叭多数发生在高音喇叭上,因它的音圈用细线绕成,不能承受大功率,有些扬声器设有保护线路,当输入电流过高时自动截断或降低电流防止高音喇叭损坏。中音和低音喇叭音圈较强健不易烧断,只当输入过强时可能导致音圈撞底或偏斜。
  磁铁
  
  早期的喇叭多采用镁镍钴 ( Alinco ) 合金磁铁,它具有高强度和容易防止磁场滞漏的优点,可惜制造成本愈来愈高,厂家们被迫采用氧化铁磁铁,亦称陶瓷磁铁,它也具有相当高的磁力,但需要用大块,有些低音喇叭的磁铁重达 20 至 30 磅,磁场散播性强,在防汛磁地方使用必须小心控制。
  
  有一种地球稀有磁体称为 Samarium Cobalt ,中文名译作钐钴磁体,它的磁力为传统式磁铁的五至六倍,因此只需用少量即可达到足够的强度,蛤这种磁体十分昂贵,比较适合用於高单元上,中音及低音单元上甚少见。
  分音器
  
  分音器通常用三种零件构成,包括电感线圈、电容及电阻,线圈是用铜线绕成,高通部分线较细,低通部分线较粗,分音器的线圈有空气芯式及铁芯式,视乎不同的设计而定。电容人对音质影响甚大,现在高质素扬声器中分音器多采用聚丙烯电容,它的品质极受 HI FI 迷注意。
  
  一般扬声器的扫音器多将零件安装在线路板上,整齐美观,但线路板的铜迹因通路窄关系,可能对大电流记号不利,所以一些发烧级扬声器采用直接用硬线焊接方式,取得更佳音质。
  声箱
  
  扬声器的声箱材料主要是要求具有良好的阻尼特性,坚固无谐振,设计家为了达到这个目标,过去已选用了各式各样的材料,包括碎木板、木夹板、纤维板、塑料,甚至用到人造云石、三合土及金属。一般声箱多用木夹板或碎木粒压合板,取其容易切割和制造,现在不少较高级的扬声器采用中密度纤维板 ( MDF ) ,具有更佳期的特性。 Celestion 在他们的 SL600 书架扬声器上首创采用航空科技,以三夹层结构的铝制成声箱,有如飞机地板的构造一样,极为坚固全无谐振,那款书架式扬声器非常成功。另一创新的声箱构造是 B&W 的 Matrix ,内部作骨架式结构配合吸音乳胶从而获得清纯的音质。
压电陶瓷片的检测两法
 
    河南罗延峰压电陶瓷片是一种结构简单、轻巧的电声器件,因具有灵敏度高、无磁场散播外溢、不用铜线和磁铁、成本低,耗电少、修理方便、便于大量生产等优点而获得了广泛应用。工作原理是利用压电效应的可逆性,在其上施加音频电压,就可产生机械振动,从而发出声音。其质量的测试方法如下:
  
  第一种方法:将万用表的量程开关拨到直流电压2.5V挡,左手拇指与食指轻轻捏住压电陶瓷片的两面,右手持万用表的表笔,红表笔接金属片,黑表笔横放陶瓷表面上,然后左手稍用力压一下,随后又松一下,这样在压电陶瓷片上产生两个极性相反的电压信号,使万用表的指针先向右摆,接着回零,随后向左摆一下,摆幅约为0.1一0.15V,摆幅越大,说明灵敏度越高。若万用表指针静止不动,说明内部漏电或破损。
  
  切记不可用湿手捏压电片,测试时万用表不可用交流电压挡,否则观察不到指针摆动,且测试之前最好用R×l0k挡,测其绝缘电阻应为无穷大。
  
  第二种方法:用R×10k挡测两极电阻,正常时应为∞,然后轻轻敲击陶瓷片,指针应略微摆动。
来源:中发网
摩尔定律相关知识大搜索
   摩尔定律
  摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登&#8226;摩尔(GordonMoore)提出来的。其内容为:集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,而价格下降一半;或者说,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18个月翻两番。这一定律揭示了信息技术进步的速度。
  1965年4月19日《电子学》杂志第114页发表了一篇仙童公司工程师摩尔撰写的题为“让集成电路填满更多的元件”的文章,文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年翻一番。
  1975年,摩尔在IEEE的一次学术年会上提交了一篇论文,根据当时的实际情况对摩尔定律进行了修正,把“每年翻一番”改为“每两年翻一番”,而现在普遍流行的说法是“每18个月翻一番”。但1997年9月摩尔在接受一次采访时声明他从来没有说过“每18个月翻一番”。
  加州理工学院的教授CarverMead也参与了摩尔定律的提出。摩尔表示,20年来,他对人们称他为摩尔定律创始人的做法受之有愧。英特尔的前官员DavidHouse曾经推断说,晶体管的数量每18个月翻番。实际上,芯片的性能每隔18个月翻番一次。摩尔强调说,他从来没有说过18个月。
  摩尔定律不适合于硬盘驱动器的容量或者其它设备之上。摩尔开玩笑的说:“摩尔定律已经被应用于任何呈现指数级增长的东西上面,我很高兴因此而获得好评。”
  选择硅的原因
  这是一个材料科学上奇迹。硅是是一种很好的半导体(它能够导电,但同时也可以控制的方式进行的),尽管收缩,硅的晶体结构仍然能保持完整。
  摩尔定律现在失效了吗?
  尽管很多分析师与企业的官员已经放言摩尔定律将过时,但它可能仍然发挥作用。
  一些人,比如惠普实验室的StanWilliams与PhilKuekes认为,到2010年,晶体管的收缩将成为一个问题。因此,厂商需要找到新的替代材料,比如惠普的"纵横制交换"(crossbarswitches)。
  另外一些人,比如英特尔的科技战略部主任PaoloGargini则宣称,到2015年,制造商们才开始转向混合芯片(hybridchips),比如结合了传统晶体管元素与新出现材料,比如纳米线的芯片。到2020年,新型芯片才会完全投入使用。
  从理论的角度讲,硅晶体管还能够继续缩小,直到4纳米级别生产工艺出现为止,纳米是衡量芯片的体积单位。一纳米是一米的十亿分之一。目前的芯片一般使用90纳米工艺制造。预计时间可能在2023年左右。到那个时候,由于控制电流的晶体管栅极(transistorgate)以及氧化栅极(gateoxide)距离将非常贴近,因此,将发生电子漂移现象(electronsdrift)。如果发生这种情况,晶体管会失去可靠性,原因是晶体管会由此无法控制电子的进出,从而无法制造出1和0出来。
  如果替代晶体管的材料永远找不到,摩尔定律便会失效。
  如果替代材料出现了,那么类似摩尔定律的规律将仍然出现。
  现在,科学家们都在寻找最好的替代材料,碳纳米管,硅纳米线晶体管,分子开关(molecularcrossbars),相态变化材料(phasechangematerials),自旋电子(spintronics)目前都处于试验阶段。
  尽管硅有局限性,但制造商与设计师们仍然喜欢这种材料。硅将继续出现在某些设备当中。摩尔表示:“我认为,硅技术仍然是制造复杂微结构及材料的基本方法。”
  翻番的作用
  晶体管数量翻倍带来的好处可以总结为:更快、更小、更便宜。根据摩尔定律,芯片设计师的主要任务便是缩小晶体管的大小,然后让芯片能够容纳越多的晶体管。晶体管的增加可以让设计师为芯片添加更多的功能,比如3D显卡,从而节约成本。
  晶体管的增加也能够让设计师将精力放在依靠芯片的总体性能上。由于新旧芯片的体积一样,因此新款芯片的成本与旧款芯片一样。另外,小的晶体管意味着电子不需要传得过远,从而提升了芯片的性能。
  摩尔定律的影响
  摩尔定律让生产找到了提升其产品性能的途径。18年前,"华尔街"这部电影里面的麦克尔道格拉斯拿的手机象一块砖,而现在,晶体管数量的增加让多功能手机得以出现,电视,7百万象素照相机,MP3音乐播放器都能够融于小小的一只手机当中。功能更加强大,价格更加便宜的芯片让软件开发商们得以开发出既时通讯,3D游戏以及网页浏览器这样的东西。将电流弄进晶体管相当困难,晶体管会发热,这是一个问题。一些晶体管结构,譬如氧化栅极,仅有几个原子那么薄,因此很容易漏电。
  未来几年,硅将应用到新地方。各种才起步的公司希望在墙壁上,家具中甚至野生动物身上嵌入传感器。微流体芯片(MicrofluidicsChip)可以让医生用笔记本电脑获知许多病人的身体状况。在经济方面仅有几个行业会受此影响。汽车制造商们已经表示将会改造汽车内部的茶托(cupholders)以及汽车的外形,因为汽车的引擎不会朝令夕改。
  专门衡量摩尔定律的一个规则叫做Rock定律。Rock定律说,芯片工厂的组装成本每四年会翻番。现在,新的组装工厂会耗资数十亿美元。出于成本原因,绝大多数的芯片公司现在并不拥有组装工厂。华尔街的分析师,未来学家,甚至芯片企业的官员一直在表示,高昂的成本将终结或者减弱摩尔定律的使用。
  摩尔的预测
  摩尔在文章中还预见到:电脑不仅可用来保存数据和作为强大的计算机器,一旦处理器晶片的功能象大型机一样强劲,价格又非常之低时,电脑将会应用于社会的每个领域,如家庭电脑、手持电话等都会问世。信息的集中处理将为分散处理所取代,未来人们将生活在电脑无所不在的社会里.
  摩尔预见了计算机时代的美好未来.科学需要预见,产业需要眼光.这两者摩尔都具备了,所以他参与创办了Intel公司,身体力行地去验证了自己的预言,并使Intel公司在数年间就发展成为领导电脑工业潮流的全球性企业。
  摩尔还预测过家用电脑以及电子表。上个世纪70年代初,在电子学杂志的,摩尔还预测了"奥弗辛斯基效应应用电子标准内存"(OvonicsUnifiedMemory)。但并不是摩尔说的每样东西都变为了现实。他曾经预测说,现在的晶圆(wafers)直径会达到56英寸,现在的晶圆直径已经突破了12英寸。
  在过去的几十年里,计算机特别是微型计算机,它的微处理器以及许多新技术的发展速度均遵循摩尔定律的法则。摩尔定律现在已经被“移植”到许多新领域,如媒体传播领域。Internet的发展也被人们认为遵循摩尔定律的规律。
来源:华强电子世界网
传感器技术基础
 
1.1  自然定律与基础效应
1.1.1   自然定律
          守恒定律:能量、动量、电荷量守恒定律
          场的定律:动力场运动定律、电磁场感应定律、光电磁场干涉现象等。如:电磁感应定律、电容式、光的直线传播定律、光的干涉、衍射现象、多普勒效应等。
          统计法则:如热噪声温度传感器
          物质定律:物性型传感器。
     热平衡现象
     传输现象
     量子现象
1.1.2   基本效应
          光电效应:
光电子发射效应(外光电效应):发射电流与阴极所吸收的光通量成正比;发射出的光电子的最大动能随入射光频率的增高而线性地增大。光电管、光电倍增管
光导效应(内光电效应):本征光电导;杂质光电导。光敏电阻
光生伏特效应:势垒效应产生的光生伏特效应;体积光生伏特效应。光敏二极管、光敏三极管、光电池、太阳电池
          电光效应:光学特性受外电场影响而发生变化的现象。
泡克耳斯(Pockes)效应:平面偏振光沿着处在外电场内的压电晶体的光轴传播时发生双折射现象(称为电致双折射),两个主折射率之差与外电场强度成正比。25*109Hz。如:电光调制器、电光开关、光纤电压、电场传感器。
电光克尔(Kerr)效应:光照具有各向同性的透明物质,在与入射光垂直的方向上加以高电压将发生双折射现象,即一束入射光变成正常和异常两束出射光,⊿n=KE2,10-8s.如:观察放电现象、照相机快门、光导纤维传感器。
光弹性效应:弹性体产生应变时,弹性体的折射率发生变化,呈双折射性质。如:压力、振动、声响传感器。
光致发光效应:外电场及光的作用下发出冷光(荧光、磷光),在外电场的作用下发光的现象。如:发光二极管、半导体激光器。
          磁光效应:置于外磁场中的物体,在光和外磁场作用下,其光学特性(如吸光特性、折射率)发生变化的现象。包括:塞曼效应(应用于双频激光器中)、磁光法拉第效应、磁光克尔效应、科顿-蒙顿效应可用于光纤传感器
法拉第(Faraday)效应:平面偏振光通过带磁性的透光物体或通过在纵向磁场(磁场方向与光传播方向平行)作用下的非旋光物质时,其偏振光面发生偏转的现象。从物体端面射出的合成偏振光的偏转角度θ=KHL
磁光克尔(Kerr)效应:平面偏振光垂直入射于抛光的强电磁铁的磁极表面,所产生的反射光是一束椭圆偏振光,且偏振面偏转角度随磁场强度而变化。
科顿-蒙顿(Cotton-Mouton)效应:当光线垂直于磁场的方向照射液体时,液体分子在外磁场的作用下形成一定规律的排列,而呈现双折射特性,即一束入射光变为寻常和非常两束出射光。⊿n=C′λH2.
          电磁效应:磁场中的通电金属导体或半导体所产生的现象。
霍尔(Ha)效应:当电流垂直于外磁场方向通过导体或半导体薄片时,在薄片垂直于电流和磁场方向的两侧表面之间产生电位差的现象。位移、转速、加速度、压力、磁场、电流等
 
磁阻效应:当通有电流的半导体或磁性金属薄片置于与电流垂直或平行的外磁场中,由于磁场的作用力加长了载流子运动的路径,使其电阻值随外磁场增强而加大的现象。
          热电效应和热释电效应:
热电效应(温差电效应):正效应——塞贝克效应。
逆效应——珀耳帖效应和汤姆逊效应。
塞贝克效应(Seebeck):两种不同的金属串联接成闭合回路,当它们的两个结点处于不同温度时,则在回路内有电流产生,亦即两结点间产生电动势。热电偶温差发电器。
珀耳帖效应(Petier):当电流流过两种导体组成的闭合回路时一结点处变热(吸热),另一结点处变冷(放热),或当电流以不同的方向通过金属与半导体相接触处时,其接触处或发热或吸热的现象。制冷器等。
汤姆逊效应(Thomson):同一种金属组成闭合回路或一种半导体,保持回路两侧或半导体两端为一定温度差,并通以电流时,回路的温度转折处(或整个半导体)将产生比例于电流乘温差的吸热或放热的现象。
热释电效应:晶体受热产生温度变化时,其原子排列将发生变化,晶体自然极化,在其两表面产生电荷的现象。红外探测器、温度传感器、热成像器件。
          热磁效应:某些具有磁化的匀质金属两端由于温度差形成热流,在与垂直热流方向的磁场作用下所产生的物理现象(电场)。所产生的电场与热流及磁场方向相垂直称为横向能斯脱(Nernst)。若与热流方向一致则称为纵向能斯脱效应。红外探测器等。
          压电效应:压电效应是可逆的,它是正压电效应和逆压电效应的总称。习惯上常把正压电效应称为压电效应。
正压电效应:当某些电介质沿一定方向受外力作用而变形时,在其一定的两个表面上产生异号电荷,当外力去掉后,又恢复到不带电的状态的现象。力、压力、振动、加速度、拾声器、电唱头。
逆压电效应:当在电介质的极化方向施加电场,某些电介质在一定方向上将产生机械变形或机械应力,当外电场撤去后,变形或应力也随着消失的现象。超声波发生器、声发射传感器、压电扬声器、晶体振荡器。利用正、逆压电效应可制成压电超声波探头、压电声表面波传感器、压电陀螺。
电致伸缩效应:电介质在电场的作用下会由于极化的变化而引起形变,若形变与电场方向无关称为电致伸缩效应,若与电场方向有关则称为逆压电效应。
          压阻效应:半导体材料受外力或应力作用时,其电阻率发生变化的现象。压力、加速度、重量、应力、拉力、流量、真空度。
          压磁效应:时磁致伸缩的逆效应。
磁致伸缩效应:某些铁磁体及其合金,以及某些铁氧体在外磁场作用下产生机械变形的现象。电声器件、或超声波发生器、光纤传感器长度调制。
压磁效应:磁致伸缩材料在外力(或应力、应变)作用下,引起内部发生形变,产生应力,使各磁畴之间的界限发生移动,磁畴磁化强度矢量转动,从而使材料的磁化强度和磁导率发生相应的变化,这种由于应力使磁性材料磁性质变化的现象称为压磁效应。力、压力、力矩、重量。
威得曼效应(Wiedeman):给铁磁杆同时施加纵向和环向磁场(即通以纵向电流)时,杆件除长度发生变化外,还同时产生扭曲得现象。时磁致伸缩的一个特例。逆效应可用作扭矩、力传感器。
          约瑟夫逊效应:是超导体的一种量子干涉效应。在两块超导体之间放置厚度约为10-9m的极薄的绝缘层,组成约瑟夫结或称超导隧道结。超导电流可以无阻地通过绝缘层,会产生频率与所加直流电压成正比的高频超导电流,并向外辐射电磁波。高速、高灵敏度、高精度的磁、温度电压等的传感器。
          光的多普勒效应和萨古纳克效应:
光(波)的多普勒(Dopper)效应:当光波源(或其它的波源)或观察者(光接收者)相对于介质(或散射体、反射器)运动时,观察者所接收到的光波频率不同于光波源(其它的波源)的频率,两者接近时,接收到的频率增大,反之,则减少的现象
     f=f0(1±v/c cosθ)   c>>v时    
萨古纳克(Sagnac)效应:同一光源同一光路,两束对向传播光之间的光程差或相位差与其光学系统相对于惯性空间旋转的角速度成正比的现象。环形激光陀螺仪和光纤陀螺仪。
          声电、声光效应:
声电效应:在半导体中,超声(或声子)与自由载流子(电子或空穴)相互作用所产生的多种物理现象。
声光效应:某些介质在声波作用下,其光学特性(如折射率)发生改变的现象。声光偏转器、光调制器光纤式声传感器等
          放射线效应:物质被放射线照射后,其某些特性(如折射率)发生变化的现象,统称为放射线效应。
          击波动态效应:击波(如冲击波)通过某些物质时所引起的物理现象统称为击波效应。它包括有电学、光学、磁学三方面的效应。
          吸附效应及表面场效应
          与化学有关的效应:科顿效应、中性盐效应、饱和效应、电泳效应、贝克.纳赞效应、彼得效应。
超声液位传感器的选择
 
SensComp公司 RICHARD BEZERKO
---超声传感器利用空气声纳原理,它们先发射一种线性调频超声波,然后再转换成接收模式并等待接收从目标表面返回的回波。知道空气(或其他气体)中给定的声速,用户即可计算出距离。将超声传感器置于储罐顶端,同时将储罐中的液体表面作为目标,用户很容易确定储罐中的液位。
---此外,还可探测及补偿像温度这样的变量,并产生出高精度的读数。非接触式超声传感器与接触式机械传感器相比具有很多优势,因为它们可以避免机械活动元件与液体长时间接触而产生的磨损、黏结或腐蚀等。
---今天的电子及微处理器芯片,使人们能通过编程赋予传感器更多的特性,其中包括高低告警、噪声及其他瞬态干扰滤除、使用率信息报告以及故障诊断等。
压电超声传感器
---压电传感器用一种已被切割并具有特定频率范围的陶瓷压电元件制成。将两个电极焊接在压电晶体上后,再将晶体粘在一个封闭盒内并从后面密封。
---压电传感器的一个显著优势是可将陶瓷元件装入各种封装中,例如:铝、不锈钢、聚四氟乙烯、PVC或RTV等。这使得设计工程师们能够选择一种与被测液体及其相关气体环境相兼容的传感器封装类型。
---压电传感器的主要缺点是导致探测距离相对较短的低灵敏度、被发射后的长振铃所限制的短距离探测能力,以及由于温度变化所导致的谐振频率偏移等。传感器设计者已经通过采用独特的驱动及接收电路设计而成功地解决了频率偏移问题。
---通过高电压和单周期窄脉冲来驱动而不是用音频来驱动,传感器产生出像用锤子敲钟那样的谐振。设计具有带通滤波器的接收电路,可使传感器适应在指定温度范围内的动态频率范围。
---这种方法的缺点主要是驱动能力有限和探测距离较短。对于那些传感器处于恒定温度上的应用(譬如室内应用),音频驱动及较窄的接收带通滤波器,比脉冲驱动可获得更佳的探测距离。
---长振铃对于压电传感器来说仍然是一个问题,如果希望能拥有距离更短的探测能力,设计师们通常可使用两个转换器:一个用于发射一个用于接收。低灵敏度也限制了压电传感器的长距离探测能力,尽管通过修改转换器设计以及使用低噪声及高增益接收电路,许多压电传感器厂商已经显著提高了这些传感器的长距离探测能力。
静电超声传感器
---静电超声传感器工作原理与电容式麦克风相似:只在一边镀有一层金属的薄介电薄膜形成传感器的活动元件,用来发射和/或接收超声信号。中心开槽的固定底板主要用来集中声束以冲击薄膜。
---薄膜紧紧裹住固定底板,很像一面鼓的鼓面,而底板上则加有直流偏置。发射时,镀金属薄膜会由于加高压交流超声信号而振动;接收时传感器探测回波信号,并将信号转换成小幅度交流,经过适当放大后再由接收电路接收及处理。
---静电元件在宽频率范围内具有相对比较平坦的频率响应,且由于它们不会谐振,因此具有极低的振铃特性。这种元件具有比对应压电元件更高的灵敏度——通常高40 dB或更高。
---静电传感器更高的灵敏度可转换成比压电传感器更长距离的探测能力(或短距离应用时的更低增益接收电路),以及更为可靠的探测小型及吸声目标的能力。带适当驱动和接收电路的单个静电传感器,可覆盖短至1英寸、长至60英尺的探测距离,使其成为储罐液位测量应用的理想选择。
---这种传感器的性能在宽工作温度范围(典型为-40~125℃)内都很稳定,故可使用无须对器件温度偏移进行补偿的驱动及接收电路,因此可将电路与传感器一起封装于传感器盒中。如图1所示,静电智能传感器的尺寸仅为1.6(直径)英寸×0.75(高)英寸,使其成为有限空间应用的一种紧凑型解决方案。
---但静电传感器也有一些缺点,例如:紧贴静电传感器的工作元件(镀金属薄膜)比压电传感器的易碎,不太结实,以及盒体封装材料仅局限于各类钢材等。
音响器材产生噪声的原因
  在录音、现场扩音等音响系统中,噪声问题是一个普遍存在又非常令人头痛的问题。通常组成音响系统的设备越多,或传输出距离越长,系统的背景噪声就越大,甚至使得音响系统无法进行正常的录音或扩音工作。音响系统噪声形成的机理比较复杂,现就这些音响系统噪声的主要产生原因和解决办法做一分析探讨。
噪声的产生原因
 
1、电磁辐射干扰噪声
 
    环境的杂散电磁波辐射干扰,如手机,对讲机等通讯设备的高频电磁波辐射干扰、周围环境的电梯、空调、汽车点火、电焊等电脉冲辐射、演播厅灯光控制采用可控硅整流控制设备所产生的辐射,都会通过音频传输线直接混入传输信号中形成噪声、或穿过屏蔽不良的机器设备的外壳干扰机内电路产生干扰噪声。实践表明,在一些特殊的场合,如大量使用可控硅调光设备的演播厅等,如果没有采取可靠的屏蔽和接地措施,噪声将会很严重。
 
2、电源干扰噪声
 
    音响设备的外部干扰,除电磁车辐射方式外,电源部分引入干扰噪声将是另一个产生噪声的主要原因。城市电网由于各种照明设备、动力设备、控制设备共同接入,形成了一个十分严重的干扰源。如接在同一电网中的灯光调控设备、空调、马达等等设备会在电源线路上产生尖峰脉冲、浪涌电流,不同频率的纹波电压,通过电源线路窜入音响设备的供电电源,总会有一部分干扰噪声无法通过音响设备的电源电路有效的滤除,将必然会在设备内部形成噪声。尤其是同一电网中的电磁兼容性不达要求的大功率设备,是干扰音响设备的主要原因。
 
3、接地回路噪声
 
    在音响系统中,必须要求整个系统有良好的接地,接地电阻要求小于4欧姆。否则,音响系统中设备由于各种辐射和电磁感应产生的感应电荷将不能够流入大地,从而形成噪声电压叠加在音频信号中。
 
    如果在不同设备的地线之间由于接地电阻的不同而存在地电位差,或者在系统的内部接地存在回路时,则会引起接地噪声。两个不同的音响系统互连时,也有可能产生噪声,噪声是由两个系统的地线直接相连造成的。
 
4、设备内部的电路噪声
 
    音响设备都有一项指标——信噪比。由于内部电子元件产生的电噪声,在一台设备单独工作时,可以达到要求的指标,但是当多台设备级连时,噪声就会积累增加。实践应用中,有些低档次的民用音响设备会因为内部电源滤波不好,使得设备本身的交流噪声很大,在音响系统中有时会形成很严重的噪声。
脉冲电路的基本知识
 
在数字电路中分别以高电平和低电平表示1状态和0状态。此时电信号的波形是非正弦波。通常,就把一切既非直流又非正弦交流的电压或电流统称为脉冲。
图Z1601表示出几种常见的脉冲波形,它们既可有规律地重复出现,也可以偶尔出现一次。
脉冲波形多种多样,表征它们特性的参数也不尽相同,这里,仅以图Z1602所示的矩形脉冲为例,介绍脉冲波形的主要参数。
 (1)脉冲幅度Vm--脉冲电压或电流的最大值。脉冲电压幅度的单位为V、mV,脉冲电流幅度的单位为A、mA。
(2)脉冲前沿上升时间tr--脉冲前沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需要的时间。单位为ms、μs、ns。
(3)脉冲后沿下降时间tf--脉冲后沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需要的时间。单位为:ms、μs、ns。
(4)脉冲宽度tk--从脉冲前沿上升到0.5Vm处开始,到脉冲下降到0.5Vm处为止的一段时间。单位为:s、ms、μs或ns。
(5)脉冲周期T--周期性重复的脉冲序列中,两相邻脉冲重复出现的间隔时间。单位为:s、ms、μs。
(6)脉冲重复频率--脉冲周期的倒数,即f =1/T,表示单位时间内脉冲重复出现的次数,单位为Hz、kHz、MHz。
(7)占空比tk/T--脉冲宽度与脉冲周期的比值,亦称占空系数。
 
 逻辑电路中的几个概念和规定
1.逻辑状态表示方法
按双值逻辑规定,"条件"和"结果"只有两种对立状态,如电位的高、低,灯泡的亮、灭等。若一种状态用"1"表示,与之对应的状态就用"0"表示。这里的"1"和"0"并不表示数量大小,为了与数制中的"1"和"0"相区别,一般称它们为逻辑"1"和逻辑"0"。
2.正逻辑和负逻辑
根据"1"、"0"代表逻辑状态的含义不同,有正、负逻辑之分。比如,认定"1"表示事件发生,"0"表示事件不发生,则形成正逻辑系统;反之则形成负逻辑系统。
同一逻辑电路,既可用正逻辑表示,也可用负逻辑表示。在本书中,只要未做特别声明,均采用正逻辑。
3.逻辑函数表示法
若输入逻辑变量A、B、C…取值确定后,输出逻辑变量Y的值也随之确定,则称y是A、B、C…的逻辑函数,记作:
Y=F(A、B、C、···)
逻辑函数有多种表示形式,常见的有:逻辑表达式、真值表、逻辑图和时序图。
(1)逻辑关系式
把输出逻辑变量表示成输入逻辑变量运算组合的函数式,称为逻辑函数表达式,简称逻辑表达式。
(2)真值表
把输入逻辑变量的各种取值和相应函数值列在一起而组成的表格称为真值表。
(3)逻辑图
在逻辑电路中,并不要求画出具体电路,而是采用一个特定的符号表示基本单元电路,这种用来表示基本单元电路的符号称为逻辑符号。用逻辑符号表示的逻辑电路的电原理图,称为逻辑图。
(4)时序图
把一个逻辑电路的输入变量的波形和输出变量的波形,依时间顺序画出来的图称为时序图,又称波形图。
交流接触器的原理、选择和接法
 
 交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路,用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点,而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点,小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。
  交流接触器的接点,由银钨合金制成,具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。
 
  交流接触器主要有四部分组成:(1) 电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯;(2)触头系统,包括三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的;(3)灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头;(4)绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。
工作原理:
  当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。
交流接触器的选择: 来源:http www.tede.cn
  (1)持续运行的设备。接触器按67-75%算.即100A的交流接触器,只能控制最大额定电流是67-75A以下的设备。
  (2)间断运行的设备。接触器按80%算.即100A的交流接触器,只能控制最大额定电流是80A以下的设备。 来源:www.tede
  (3)反复短时工作的设备。接触器按116-120%算。即100A的交流接触器,只能控制最大额定电流是116-120A以下的设备。 来源:www.tede.cn
  还要考虑工作环境和接触器的结构形式。
  还要说明的一点是:由于市场竞争激烈,国内有些厂家为降低成本,已经在偷工减料,比如:在线圈的制作减小线径甚至少绕匝数,在触头上用不符合国标的材料或厚度和截面都不够。这种情况不仅体现在接触器上,在其他如短路器等产品上也是如此。造成在实际使用中,标的是100A的接触器或短路器,其实际负载量只能在80A甚至更低,故障率很高。所以,现在有流行的说法是:用国产低端产品,要按其铭牌说明的额定容量打7折使用! 来源:www.tede
接法: 来源:tede.cn
  一:一般三相接触器一共有8个点,三路输入,三路输出,还有是控制点两个。输出和输入是对应的,很容易能看出来。如果要加自锁的话,则还需要从输出点的一个端子将线接到控制点上面。 来源:输配电设备网
  二: 首先应该知道交流接触器的原理。他是用外界电源来加在线圈上,产生电磁场。加电吸合,断电后接触点就断开。知道原理后,你应该弄清楚外加电源的接点,也就是线圈的两个接点,一般在接触器的下部,并且各在一边。其他的几路输入和输出一般在上部,一看就知道。还要注意外加电源的电压是多少(220V或 380V),一般都标得有。并且注意接触点是常闭还是常开。如果有自锁控制,根据原理理一下线路就可以了。
电抗器基础知识
 
一、电抗器概念
电抗器也叫电感器,一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁   场,所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。然而通电长直导体的电感较小,所产生的磁场不强,因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式,称空心电抗器;有时为了让这只螺线管具有更大的电感,便在螺线管中插入铁心,称铁心电抗器。电抗分为感抗和容抗,比较科学的归类是感抗器(电感器)和容抗器(电容器)统称为电抗器,然而由于过去先有了电感器,并且被称谓电抗器,所以现在人们所说的电容器就是容抗器,而电抗器专指电感器。
二、电抗器分类:
   按结构及冷却介质、按接法、按功能、按用途进行分类。
   1 按结构及冷却介质:分为空心式、铁心式、干式、油浸式等,例如干式空心电抗器、干式铁心   电抗器、油浸铁心电抗器、油浸空心电抗器、夹持式干式空心电抗器、绕包式干式空心电抗器、水泥电抗器等。
   2 按接法:分为并联电抗器和串联电抗器。
   3 按功能:分为限流和补偿。
   4 按用途:按具体用途细分,例如限流电抗器、滤波电抗器、平波电抗器、功率因数补偿电抗器、串联电抗器、平衡电抗器、接地电抗器、消弧线圈、进线电抗器、出线电抗器、饱和电抗器、自饱和电抗器、可变电抗器(可调电抗器、可控电抗器)、轭流电抗器、串联谐振电抗器、并联谐振电抗器等。
       电抗器作为无功补偿手段,在电力系统中是不可缺少的。
并联电抗器:发电机满负载试验用的电抗器是并联电抗器的雏型。铁心式电抗器由于分段铁心饼之间存在着交变磁场的吸引力,因此噪音一般要比同容量变压器高出10dB左右。
限流电抗器:限流电抗器一般用于配电线路。从同一母线引出的分支馈线上往往串有限流电抗器,以限制馈线的短路电流,并维持母线电压,不致因馈线短路而致过低。
阻尼电抗器(通常也称串联电抗器)与电容器组或密集型电容器相串联,用以限制电容器的合闸涌流。这一点,作用与限流电抗器相类似滤波电抗器滤波电抗器与滤波电容器串联组成谐振滤波器,一般用于3次至17次的谐振滤波或更高次的高通滤波。直流输电线路的换流站、相控型静止补偿装置、中大型整流装置、电气化铁道,以至于所有大功率晶闸管控制的电力电子电路都是谐波电流源,必须加以滤除,不让其进入系统。电力部门对于电力系统中的谐波有具体规定。p
消弧线圈:消弧线圈广泛用于lOkV-6kV级的谐振接地系统。由于变电所的无油化倾向,因此35kV以下的消弧线圈现很多是干式浇注型。
平波电抗器:平波电抗器用于整流以后的直流回路中。整流电路的脉波数总是有限的,在输出的整直电压中总是有纹波的。这种纹波往往是有害的,需要由平波电抗器加以抑制。直流输电的换流站都装有平波电抗器,使输出的直流接近于理想直流。直流供电的晶闸管电气传动中,平波电抗器也是不可少的。
   直流控制的饱和电抗器:串在电路中的扼流式或自饱和饱和电抗器,在电压正弦波的周期内,饱和   电抗器在饱和前吸收了一定的伏-秒,达到饱和,以后就呈全开放状态。因此其输出电压是非正弦的, 这种饱和电抗器的作用与晶闸管相似。
         电气回路的主要组成部分有电阻、电容和电感.电感具有抑制电流变化的作用,并能使交流电移相.把具有电感作用的绕线式的静止感应装置称为电抗器。
       电抗器的作用
       电力系统中所采取的电抗器 常见的有串联电抗器和并联电抗器。串联电抗器主要用来限制短路电流,也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。 220kV、110kV、35kV、10kV电网中的电抗器是用来吸收电缆线路的充电容性无功的。可以通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压。超高压并联电抗器有改善电力系统无功功率有关运行状况的多种功能,主要包括:
(1)轻空载或轻负荷线路上的电容效应,以降低工频暂态过电压。
       (2)改善长输电线路上的电压分布。
       (3)使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡,防止无功功率不合理流动 同时也减轻了线路上的功率损失。
       (4)在大机组与系统并列时 降低高压母线上工频稳态电压,便于发电机同期并列。
       (5)防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象。
       (6)当采用电抗器中性点经小电抗接地装置时,还可用小电抗器补偿线路相间及相地电容,以加速潜供电流自动熄灭,便于采用。
          电抗器的接线分串联和并联两种方式。串联电抗器通常起限流作用,并联电抗器经常用于无功补偿。
遥控电路基础知识
电动遥控玩具也就是在电动玩具里增加了遥控电路。常见的遥控电路一般有如下几种类型:声控、光控、无线电遥控等等。
遥控电路的控制原理
  声控就是用声音去控制对象动作,一般采用驻极体话筒或压电陶瓷片作为传感元件来拾取声音,通过电路放大驱动后级电子开关动作。为防止外界音频干扰,可以采用超声波控制,但也有故意选用声频来进行控制的,比如用小孩发出的声音频率去控制声控玩具娃娃的哭笑动作等。
  简单的单通道光控电路是利用光敏管受光以后内阻发生变化使电子开关的状态发生变化,传感器有光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光敏电池等等(早期生产的玻璃壳封制晶体管,刮掉外面黑色遮光油漆后就是一个不错的光敏管。)。这个光源既可以是可见光,也可以是红外线等不可见光源,不同的光敏元件有着不同的光谱。复杂一些的光控电路则能够完成多通道开关或模拟量变化控制,应用极其广泛,可以说家家都有。因为带遥控的电视机、功放音响、VCD录像机等家用电器的遥控器都是利用红外线光源进行遥控的典例。上海现在有许多居民楼的走廊照明灯都采用了光控与声控相结合的电路,利用路过的人发出的脚步声、谈话声或其他声音去触发照明灯的声控电子开关,用光控电路使得照明灯在白天自动关闭停止响应。
  无线电遥控电路比起声控或光控电路复杂多了,但控制距离也更远是它的主要特点,光控、声控电路一般仅有几米到十几米的作用距离,而无线电遥控视不同的应用场合近可以是零点几米,远则可以超越地球到达太空!它由发射电路和接收电路2部分组成,当接收机收到发射机发出的无线电波以后驱动电子开关电路工作。所以它的发射频率与接收频率必须是完全相同的。根据其发射的高频波形有等幅、调幅、调频、数字脉冲发射机,根据其控制的开关数目有单通道遥控和多通道遥控等。
无线电遥控原理和特点
  等幅发射只能用于单通道控制,线路简单发射效率高但是抗干扰性极差。用固定的音频频率[/b]去调制高频发射波的[b]幅度(所谓调制,就是使发射的高频电波随着音频频率的变化而产生相应变化的过程。),使发射的高频电波幅度随着音频频率的变化而产生相应变化,这就是调幅发射。它可以用不同的音频频率去控制不同的开关通道,所以可以做成遥控多通道控制电路。由于调幅波的高频发射功率不能被全部利用,所以高频发射效率比较低,但是因为它采用了音频调制的方法,所以大大提高了抗干扰的能力。
  如果用固定频率的音频去调制高频发射波的频率,使得高频发射频率随着音频频率产生相应的频率偏移,这就是调频发射。因为调频发射发送的是高频等幅波(高频全功率发射),充分利用了高频发射功率,所以在发射机的高频发射功率相同的情况下,控制距离比调幅波远得多。由于自然界里的干扰电波多数是调幅波,所以调频波的抗干扰性能也远远优于调幅波,缺点是调频接收电路相对调幅接收电路来说比较复杂一些。
  如果用于调制的音频不是固定频率,而是直接用人的话音频率去调制高频发射波,那就是无线电对讲机了,发送接收的基本道理都一样。所以我在农场工作的那段时间经常喜欢把相关杂志介绍的无线电遥控电路改成单工无线电对讲机(当时对无线电对讲机的有关电路介绍比较少。)玩得不亦乐乎,因为我有时对无线电通讯似乎更感兴趣。如果用数字信号去调制高频发射电波,那发射的就是高频脉冲波了。接收电镀虽然更复杂,但是各项技术指标均有提高,工作的可靠性、稳定性都是其他调制方式望尘莫及的。
  由于发射功率过大会干扰和影响其他电子设备的正常工作(飞机上不允许乘客使用手机,就是怕手机的高频发射电波会干扰驾驶舱电子仪器的正常运行而产生事故。),所以每个国家都有专门的无线电管理委员会进行监督管理,对在不同场合、不同工作性质下使用的无线电波发射功率、发射频率均有严格的限制和规定。对于业余无线电爱好者,开辟有专门的业余波段提供使用。所以你在做业余无线电发射实验的时候,千万别忘记这些基本常识,以免引起不必要的麻烦(有兴趣可以看看我附在文后的参考资料,了解一下有关政策法规。)。
  遥控有效距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。但由于上述发射功率、工作频率受到各种限制,一般可以从提高接收灵敏度、改善接收电路的抗干扰性能等方面入手去改进接收电路。
  
   最初级的无线电遥控电路,接收采用简单的超再生电路,会产生“沙沙……”的电路特有噪声,当接收到发射机发出的与接收频率相同的高频等幅波时,噪声立刻被抑制,使后级的低频放大电路的输入状态改变而驱动电子开关动作。由于它只有在打开或关闭发射机时产生对应的开关信号,所以只能工作在单通道遥控方式。而且当遥控距离拉长后,由于接收到的高频电波减弱,电路噪声将不能被完全抑制,此时的电子开关就处于极不稳定的临界状态,或开或关,这可是遥控电路的大忌!所以此遥控电路应用范围很小。
  调幅接收机接收到经过音频调制的高频调幅信号以后,通过检波级将音频信号截下送往后级放大电路。如果是多通道的接收机,一般用磁罐制作精密电感组成多级不同谐振频率的LC音频滤波电路,每级只允许与该级谐振频率相同的音频频率通过,经过处理转换成直流电平驱动后面的电子开关。接收机视遥控场合的不同要求可以是直放式、高放式、外差式等电路组合,抗干扰要求高的重要场所还可以增加二次变频电路加强安全系数。
  无线电遥控电路的重点就是抗干扰和稳定性问题,所以电路里为了安全可能会设置了许多的附加电路。毕竟无线电遥控电路与无线电对讲机在安全要求方面大不一样,对讲机一句话没听清楚可以要求对方再说一遍,说错了还可以纠正,用于重要场合的遥控器要是开关动作错了,也许就是人命关天的后果!
  数字接收电路的接收过程以及原理这里限于篇幅我就不做详细介绍了(彩电的遥控器就是用IC内部编制的数字信号去调制红外线发射管的输出,实现了多路控制。),由于数字接收电路里没有了笨重的磁罐电感等元件,就可以通过集成化做得体积更小。现在的玩具遥控车的接收电路已有采用IC集成元件的,大大提高了遥控性能,同时也降低了生产、调试、元件的成本。
串口通信基本接线方法
 
目前较为常用的串口有9针串口(DB9)和25针串口(DB25),通信距离较近时(<12m),可以用电缆线直接连接标准RS232端口(RS422、RS485较远),若距离较远,需附加调制解调器(MODEM)。最为简单且常用的是三线制接法,即地、接收数据和发送数据三脚相连,本文只涉及到最为基本的接法,且直接用RS232相连。
1、DB9和DB25的常用信号脚说明
2、RS232C串口通信接线方法(三线制)
首先,串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连 同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连 对9针串口和25针串口,均是2与3直接相连;
两个不同串口(不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口)
上面表格是对微机标准串行口而言的,还有许多非标准设备,如接收GPS数据或电子罗盘数据,只要记住一个原则:接收数据针脚(或线)与发送数据针脚(或线)相连,彼些交叉,信号地对应相接,就能百战百胜。
3、串口调试中要注意的几点: 不同编码机制不能混接,如RS232C不能直接与RS422接口相连,市面上专门的各种转换器卖,必须通过转换器才能连接;
线路焊接要牢固,不然程序没问题,却因为接线问题误事;
串口调试时,准备一个好用的调试工具,如串口调试助手、串口精灵等,有事半功倍之效果;
强烈建议不要带电插拨串口,插拨时至少有一端是断电的,否则串口易损坏。
谈谈精密电阻器
电子电路中时常会用到精密电阻器,简称精密电阻。所谓精密电阻,是指电阻的阻值误差、电阻的热稳定性(温度系数)、电阻器的分布参数(分布电容和分布电感)等项指标均达到一定标准的电阻器。
精密电阻按材料分,有金属膜精密电阻、线绕精密电阻和金属箔精密电阻几类。金属膜精密电阻的精度较高,但阻值温度系数和分布参数指标略低;线绕精密电阻的阻值精度和温度系数指标很高,但分布参数指标偏低;金属箔精密电阻的精度、阻值温度系数和分布参数各项指标都很高:精度可达10-6,温度系数可达±0.3×10-6/℃,分布电容可低于0.5pF,分布电感可低于0.1μH。由于上述三类精密电阻器的价格随性能而提高,所以在应用中应根据实际情况合理选用。例如,在直流或频率很低的交流电路中,一般只需选用线绕精密电阻或金属膜精密电阻即可,没有必要选用价格高昂的金属箔精密电阻。
金属膜精密电阻的主体通常为圆柱形;线绕精密电阻则有圆柱形、扁柱形和长方框架形几种;金属箔精密电阻则常呈方块形或片形。线绕精密电阻的匝数较多时,往往采用无感绕制法绕制,正向绕制的匝数和反向绕制的匝数相同,以尽量减小分布电感。长方框架形的线绕精密电阻通常是设备制造厂根据需要专门定制的,常用于仪器仪表。
一旦仪器仪表中的长方框架形线绕精密电阻损坏,可用与原电阻合金丝的材料、直径、长度均相同的新合金电阻丝均匀绕在原框架上代替。如果原长方框架形线绕精密电阻只是表面绝缘层破损,只需将原电阻丝从框架上拆下,重新浸漆(宜选用性能优、价格低的1260绝缘清漆),再经晾干处理后重新绕到原长方框架上即可。
 
共模抑制比(CMRR)
 
共模抑制比(CMRR)是指差分放大器对同时加到两个输入端上的共模信号的抑制能力。更确切地说,CMRR是产生特定输出所需输入的共模电压与产生同样输出所需输入的差分电压的比值。同时,CMRR还等于放大器开环共模增益与开环差模增益的比值。
为了综合评价差动放大电路对共模信号的抑制能力和对差模信号的放大能力,特别引入一个叫做共模抑制比(common-mode rejection ratio)的技术指标。其定义为差模电压放大倍数和共模电压放大倍数之比的绝对值。即
测试共模抑制比
逻辑门电路使用中的几个实际问题
 
一、各种门电路之间的接口问题
  在数字电路或系统的设计中,往往由于工作速度或者功耗指标的要求,需要采用多种逻辑器件混合使用 ,例如,TTL和CMOS两种器件都要使用。由前面几节的讨论已知,每种器件的电压和电流参数各不相同,因而需要采用接口电路,一般需要考虑下面三个条件:
  1.驱动器件必须能对负载器件提供灌电流最大值。
  2.驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流。
  3.驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围
,包括高。低电压值。
  其中条件1和2,属于门电路的扇出数问题,已在第四节作过详细的分析。条件3属于电压兼容性的问题。其余如噪声容限、输入和输出电容以及开关速度等参数在某些设计中也必须予以考虑。
  下面分别就CMOS门驱动TTL 门或者相反的两种情况的接口问题进行分析。
1.CMOS门驱动TTL门
  在这种情况下,只要两者的电压参数兼容,不需另加接口电路,仅按电流大小计算出扇出数即可。
  下图表示CMOS门驱动TTL门的简单电路 。当CMOS门的输出为高电平时,它为TTL负载提供拉电流,反之则提供灌电流。
例2.9.1——74HC00与非门电路用来驱动一个基本的TTL反相器和六个74LS门电路。试验算此时的CMOS门电路是否过载?
解:
  (1)查相关手册得接口参数如下:一个基本的TTL门电路,IIL=1.6mA,六个74LS门的输入电流IIL=6×0.4mA=2.4mA。总的输入电流IIL(total)=1.6mA+2.4mA=4mA。
  (2)因74HC00门电路的IOL=IIL=4mA,所驱动的TTL门电路未过载。
2. TTL门驱动CMOS门
  此时TTL为驱动器件,CMOS为负载器件。由手册可知,当TTL输入为低电平时 ,它的输出电压参数与CMOS HC的输入电压参数是不兼容的。例如,LSTTL的VOH(min)为2.7V,而HC CMOS的VIH(min)为3.5V。为了克服这一矛盾,常采用如上图所示的接口措施。由图可知,用上拉电阻Rp接到VDD可将TTL的输出高电平电压升到约5V,上拉电阻的值取决于负载器件的数目以及TTL和CMOS的电流参数。
  当TTL驱动CMO——HCT时,由于电压参数兼容 ,不需另加接口电路。基于这一情况,在数字电路设计中 ,也常用CMOS——HCT当作接口器件,以免除上拉电阻。
二、门电路带负载时的接口电路
1.用门电路直接驱动显示器件
  在数字电, 路中,往往需要用发光二极管来显示信息的传输,如简单的逻辑器件的状态,七段数码显示,图形符号显示等。在每种情况下均需接口电路将数字信息转换为模拟信息显示。
  下图(a)表示CMOS反相器74HC04驱动一发光二极管LED,电路中串接了一限流电阻R以保护LED。限流电阻的大小可分别按下面两种情况来计算。当图中门电路的输入为低电平时,输出为高电平,于是
  反之,当LED接人电路的情况如上图(b)所示时,门电路的输入信号应为高电平,输出为低电平,故有
  以上两式中,ID——LED的电流,VF——LED的正向压降,VOH和VOL为门电路的输出高、低电平电压,常取典型值。
2.机电性负载接口
  在工程实践中,往往会遇到用各种数字电路以控制机电性系统的功能,如控制电动机的位置和转速,继电器的接通与断开,流体系统中的阀门的开通和关闭,自动生产线中的机械手多参数控制等。下面以继电器的接口电路为例来说明。在继电器的应用中,继电器本身有额定的电压和电流参数。一般情况下,需用运算放大器以提升到必须的数一模电压和电流接口值。对于小型继电器,可以将两个反相器并联作为驱动电路,如下图所示。
三、抗干扰措施
  在利用逻辑门电路(TTL或CMOS)作具体的设计时,还应当注意下列几个实际问题:
1.多余输入端的处理措施
  集成逻辑门电路在使用时,一般不让多余的输入端悬空,以防止干扰信号引人。对多余输入端的处理以不改变电路工作状态及稳定可靠为原则。
  对于TTL与非门,一般可将多余的输入端通过上拉电阻(1~3kΩ
)接电源正端,也可利用一反相器将其输入端接地,其输出高电位可接多余的输入端。
  对于CMOS电路,多余输入端可根据需要使之接地(或非门)或直接接VDD(与非门)。
2.去耦合滤波器
  数字电路或系统往往是由多片逻辑门电路构成,它们是由一公共的直流电源供电。这种电源是非理想的,一般是由整流稳压电路供电
,具有一定的内阻抗。当数字电路运行时,产生较大的脉冲电流或尖峰电流,当它们流经公共的内阻抗时,必将产生相互的影响,甚至使逻辑功能发生错乱。一种常用的处理方法是采用去耦合滤波器,通常是用10~100uF 的大电容器与直流电源并联以滤除不需的频率成分。除此以外,对于每一集成芯片还加接0.luF的电容器以滤除开关噪声。
3.接地和安装工艺
  正确的接地技术对于降低电路噪声是很重要的。这方面可将电源地与信号地分开,先将信号地汇集在一点,然后将二者用最短的导线连在一起,以避免含有多种脉冲波形(含尖峰电流)的大电流引到某数字器件的输入端而导致系统正常的逻辑功能失效。此外,当系统中兼有模拟和数字两种器件时,同样需将二者的地分开,然后再选用一个合适共同点接地,以免除二者之间的影响。必要时,也可设计模拟和数字两块电路板,各备直流电源,然后将二者恰当的地连接在一起
。在印刷电路板的设计或安装中,要注意连线尽可能短,以减少接线电容而导致寄生反馈有可能引起寄生振荡。有关这方面技术问题的详细介绍,可参阅有关文献。集成数字电路的数据手册,也提供某些典型电路应用设计,亦是有益的参考资料。
  此外,CMOS器件在使用和储藏过程中要注意静电感应导致损伤的问题。静电屏蔽是常用的防护措施
电路图的知识
 
一、电子电路图的意义 
电路图是人们为了研究和工程的需要,用约定的符号绘制的一种表示电路结构的图形。通过电 路图可以知道实际电路的情况。这样,我们在分析电路时,就不必把实物翻来覆去地琢磨,而只要拿着一张图纸就可以了;在设计电路时,也可以从容地在纸上或电 脑上进行,确认完善后再进行实际安装,通过调试、改进,直至成功;而现在,我们更可以应用先进的计算机软件来进行电路的辅助设计,甚至进行虚拟的电路实 验,大大提高了工作效率。 
二、电子电路图的分类 
常遇到的电子电路图有原理图、方框图、装配图和印板图等 
( 一 ) 原理图 
原理图就是用来体现电子电路的工作原理的一种电路图,又被叫做“电原理图”。这种图,由于它直接体现了电子电路的结构和工作原理,所以一般用在设计、分析电 路中。分析电路时,通过识别图纸上所画的各种电路元件符号,以及它们之间的连接方式,就可以了解电路的实际工作时情况。图 1 所示的就是一个收音机电路的原理图。 
图 1
( 二 ) 方框图 ( 框图 ) 
方框图是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图。从根本上说,这也是一 种原理图,不过在这种图纸中,除了方框和连线,几乎就没有别的符号了。它和上面的原理图主要的区别就在于原理图上详细地绘制了电路的全部的元器件和它们的 连接方式,而方框图只是简单地将电路按照功能划分为几个部分,将每一个部分描绘成一个方框,在方框中加上简单的文字说明,在方框间用连线(有时用带箭头的 连线)说明各个方框之间的关系。所以方框图只能用来体现电路的大致工作原理,而原理图除了详细地表明电路的工作原理之外,还可以用来作为采集元件、制作电 路的依据。下图所示的就是上述收音机电路的方框图 
图 2
( 三 ) 装配图 
它是为了进行电路装配而采用的一种图纸,图上的符号往往是电路元件的实物的外形图。我们只要照着图上画的样子,依样画葫芦地把一些电路元器件连接起来就能够完成电路的装配。这种电路图一般是供初学者使用的。下面就是初学者常有看到的装配图: 
图 3 
装配图根据装配模板的不同而各不一样,大多数作为电子产品的场合,用的都是下面要介绍的印刷线路板,所以印板图是装配图的主要形式。如下图: 
图 4 
在初学电子知识时,为了安全和扩大普及面,让更多年龄更小的学生能早一点接触电子技术,我们选用了螺孔板作为基本的安装模板,因此安装图也就变成另一种模式,如图: 
图 5
( 四 ) 印板图 
印板图的全名是“印刷电路板图”或“印刷线路板图”,它和装配图其实属于同一类的电路图,都是供装配实际电路使用的。下面图 6 是某控制电路印刷线路板的正面,图 7 是它的反面。 
图 6 
图 7 
印刷电路板是在一块绝缘板上先覆上一层金属箔,再将电路不需要的金属箔腐蚀掉,剩下的部分金属箔作为电路元器件之间的连接线,然后将电路中的元器件安装在这 块绝缘板上,利用板上剩余的金属箔作为元器件之间导电的连线,完成电路的连接。由于这种电路板的一面或两面覆的金属是铜皮,所以印刷电路板又叫“覆铜 板”。印板图的元件分布往往和原理图中大不一样。这主要是因为,在印刷电路板的设计中,主要考虑所有元件的分布和连接是否合理,要考虑元件体积、散热、抗 干扰、抗耦合等等诸多因素,综合这些因素设计出来的印刷电路板,从外观看很难和原理图完全一致;而实际上却能更好地实现电路的功能。
随着科技发展,现在印刷线路板的制作技术已经有了很大的发展;除了单面板、双面板外,还有多面板,已经大量运用到日常生活、工业生产、国防建设、航天事业等许多领域。
在上面介绍的四种形式的电路图中,电原理图是最常用也是最重要的,能够看懂原理图,也就基本掌握了电路的原理,绘制方框图,设计装配图、印板图这都比较容易了。掌握了原理图,进行电器的维修、设计,也是十分方便的。因此,关键是掌握原理图。
零欧姆电阻的作用
 
1,在电路中没有任何功能,只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因。
2,可以做跳线用,如果某段线路不用,直接不贴该电阻即可(不影响外观)。
3,在匹配电路参数不确定的时候,以0欧姆代替,实际调试的时候,确定参数,再以具体数值的元件代替。
4,想测某部分电路的耗电流的时候,可以去掉0ohm电阻,接上电流表,这样方便测耗电流。
5,在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个0欧的电阻。
6,在高频信号下,充当电感或电容。(与外部电路特性有关)电感用,主要是解决EMC问题。如地与地,电源和IC Pin间。
7,单点接地(指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,各自成为独立系统)。
8,熔丝作用
*模拟地和数字地单点接地*
  只要是地,最终都要接到一起,然后入大地。如果不接在一起就是"浮地",存在压差,容易积累电荷,造成静电。地是参考0电位,所有电压都是参考地得出的,地的标准要一致,故各种地应短接在一起。人们认为大地能够吸收所有电荷,始终维持稳定,是最终的地参考点。虽然有些板子没有接大地,但发电厂是接大地的,板子上的电源最终还是会返回发电厂入地。如果把模拟地和数字地大面积直接相连,会导致互相干扰。不短接又不妥,理由如上有四种方法解决此问题:1、用磁珠连接;2、用电容连接;3、用电感连接;4、用0欧姆电阻连接。
  磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显著抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合。
  电容隔直通交,造成浮地。
  电感体积大,杂散参数多,不稳定。
  0欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗),这点比磁珠强。
  *跨接时用于电流回路*
  当分割电地平面后,造成信号最短回流路径断裂,此时,信号回路不得不绕道,形成很大的环路面积,电场和磁场的影响就变强了,容易干扰/被干扰。在分割区上跨接0欧电阻,可以提供较短的回流路径,减小干扰。
  *配置电路*
  一般,产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置,易引起误会,为了减少维护费用,应用0欧电阻代替跳线等焊在板子上。
  空置跳线在高频时相当于天线,用贴片电阻效果好。
  *其他用途* 布线时跨线
  调试/测试用
  临时取代其他贴片器件
  作为温度补偿器件
更多时候是出于EMC对策的需要。另外,0欧姆电阻比过孔的寄生电感小,而且过孔还会影响地平面(因为要挖孔)。
罩极异步电动机
 
  利用套在一部分磁极上的短路绕组产生旋转磁场和起动转矩的单相异步电动机。其定子大都是凸极式的。在磁极上装有集中绕组,即主绕组。在极弧的1/3~1/2处开有小槽,装入铜质短路绕组,将部分磁极罩起来,故称为罩极异步电动机。图示为罩极异步电动机的原理示意。
  当主绕组接上电源时,便有电流通过并产生脉振磁通。它分为两部分,即不穿过罩极绕组的磁通Ф1和穿过罩极绕组的磁通Ф2。Ф2要在罩极绕组中感应电动势Ek并产生电流Ik,罩极线圈中的电流Ik也将产生磁通φk,于是罩极下的总磁通Ф3将为Ф2和φk之和。Ф3在时间上落后于Ф1,由于非罩极部分的磁通Ф1与罩极部分的磁通Ф3在空间及时间上均有一定的相位差,故能产生椭圆形旋转磁场,从非罩极部分向罩极部分转动。通过电磁感应在转子绕组中感应起电流,产生起动转矩,使转子转动。
镇流器介绍
 
  气体放电光源电路中,安装在电源与一个或几个放电灯之间,使灯能稳定工作并将灯电流限制到所需数值的装置。还有改善启动性能的快速启动镇流器、瞬时启动镇流器等。镇流器可以由电阻、电感、电容和漏磁变压器等独立组成,也可以由这些器件或由电子元件等组合而成。
  作用原理  大多数气体放电灯是利用弧光放电特性制成的,如试验灯管启动性能的启动镇流器,具有电压随电流增加而下降的负特性(又称负阻特性),不可能建立稳定的工作点。为了使放电稳定,限制灯工作电流,必须在气体放电光源电路中设置镇流器。镇流器已成为气体放电光源电路中重要的附加装置。
  类型  镇流器的类型很多,主要有电阻型、电感型、漏磁变压器型、电容型、LC型和电子型6种。
  电阻镇流器  它通过电阻上的电压正比于电流来调节灯电流。大功率的气体放电光源应用电子镇流器较少。在配用直流电源的气体放电光源电路中,应用电阻镇流器,设计和加工都比较简单,优点非常突出,但功耗大,效率低。在配用交流电源的气体放电光源电路中,也有应用电阻镇流器的,如自镇流高压汞灯电路中,生产和应用都受到一定限制,应用钨丝作电阻镇流器。LC镇流器由于设计复杂、加工困难,但一般来说,而LC镇流器和电子镇流器则有很大的发展前途。在交流电路中应用电阻镇流器会影响灯电流波形,并使灯的发光效率下降和稳定性变差,但能提高电路功率因数。②以电网(交流220V)直流供电的电路,
  电感镇流器  又称电抗器、扼流圈,又称逆变器。属于滞后型镇流器,即灯电流位相滞后于电源电压位相。目前实际应用的电子镇流器又分两种:①以低压直流电源(电压低于250V)供电的电路,它通过电感上的电压正比于电流的时间变化率来调节灯电流。灯管处于20~100kHz工作状态。主要应用于配用交流电源的气体放电光源电路。与电阻镇流器相比较,它的功耗较小,除直接电源外均工作于电源频率下(一般为50Hz或60Hz),能改善灯电流波形和灯工作的稳定性。电子镇流器与上述各种镇流器的灯管,电感型镇流器由铁磁材料制成的铁芯、漆包线制成的线圈和有关绝缘材料组成,加工工艺与普通变压器加工工艺类似。电感镇流器是根据电源电压、灯电压和灯电流进行设计的,主要保证灯的电参数,还要结合考虑损耗、温升等其他参数。还可以大大提高重复着火能力。在实际应用中,电感镇流器性能稳定可靠,但较笨重且有噪声。
  漏磁变压器镇流器  它是一种能获得较高开路电压(大于电源电压)的镇流器。利用变压器的漏磁性能等效作为电感型镇流器应用,可以较好地改善电路功率因数。属于滞后型镇流器。突出的优点是使灯启动方便,一般属于超前型镇流器,缺点是比电感性镇流器功耗大,也更笨重且噪声更大。
  电容镇流器  即在配用交流电源的气体放电光源电路中应用电容作镇流器。它不能限制灯的瞬时电流,仅限制每半周中通过电路的总电荷量。在低频交流电路中,将会使灯电流波形严重失真,形成很高的脉冲峰值电流(有效值不大),这对灯的电极产生十分有害的影响,导致灯寿命大大缩减。因此在低频交流电路中很少应用电容作镇流器。在较高频率(20~100kHz)的交流电路中,电容可以作为镇流器应用而获得满意的效果,功耗较小,电流波形失真小,体积小,重量轻,且没有噪声。
  LC镇流器  有以下两种形式。
  ①由电感和电容串联组成的镇流器。功耗较小,通常设计容抗为感抗的两倍左右,总阻抗呈容性,属于超前型镇流器,即灯电流位相超前于电源电压的位相。导致灯寿命大大缩减。与电阻镇流器和电感镇流器相比较,功耗小,尤其具有良好的稳流特性,将会使灯电流波形严重失真,灯启动时的短路特性也好。在低频交流电路中,与滞后型的电感镇流器配合应用,可大大改善电路的功率因数。但在电源电压换向时提供的每半周重复电离的电压较低,重复着火能力较差。
  ②由漏磁变压器和电容组合成的镇流器。一般属于超前型镇流器,如参数选择适当,可以较好地改善电路功率因数。其主要性能同前一种形式的LC镇流器一样,如果在设计中选择特殊的漏磁变压器结构,组成LC超前顶峰式镇流器,电感镇流器性能稳定可靠,则除上述各项优点外,还可以大大提高重复着火能力。这是一种比较理想的镇流器。缺点是设计和加工都比较复杂。电感镇流器是根据电源电压、灯电压和灯电流进行设计的,
  电子镇流器  它是由电子元件组合而成的新型镇流器。加工工艺与普通变压器加工工艺类似。它的损耗、体积、重量、电路功率因素、闪烁等参数均优于上述各种镇流器。电子镇流器与上述各种镇流器的灯管,除直接电源外均工作于电源频率下(一般为50Hz或60Hz),而电子镇流器则使灯工作于20~100kHz的频率下,与电阻镇流器相比较,它实质上是一个电源变换器,灯管处于20~100kHz工作状态。目前实际应用的电子镇流器又分两种:①以低压直流电源(电压低于250V)供电的电路,称为晶体管镇流器,属于滞后型镇流器,又称逆变器。②以电网(交流220V)直流供电的电路,称为电子镇流器。并使灯的发光效率下降和稳定性变差,
  发展趋势  目前生产应用的主要为电感镇流器,而LC镇流器和电子镇流器则有很大的发展前途。LC镇流器由于设计复杂、加工困难,应用钨丝作电阻镇流器。生产和应用都受到一定限制,但某些类型的气体放电光源(如金属卤化物灯)以配用特殊结构形式的LC超前顶峰式镇流器为好,因而受到了人们的重视。在配用交流电源的气体放电光源电路中,80年代以来电子镇流器发展很快,效率低。尤其配合紧凑型荧光灯的发展应用,但功耗大,优点非常突出,如节能、小型、启动快、使用方便等。目前电子镇流器主要应用于荧光灯和其他小功率的气体放电光源,在配用直流电源的气体放电光源电路中,大功率的气体放电光源应用电子镇流器较少。
  镇流器在实际应用中,主要有电阻型、电感型、漏磁变压器型、电容型、LC型和电子型6种。其功能已不仅局限于镇流器本身,还常将电路中所需的其他功能或装置,都包含于镇流器之中。镇流器中可以包括以下各种装置:电源电压变压的装置;提供启动电压、预热电流的装置;防止冷态启动的装置;减少频闪效应的装置;校正功率因数的装置;抗无线电干扰的装置等。随着应用范围的扩大,生产和测试的需要,还出现了各种专用镇流器,如试验灯管启动性能的启动镇流器,作灯管寿命试验用的寿命镇流器,也可以由这些器件或由电子元件等组合而成。作灯管测试用的基准镇流器等。还有改善启动性能的快速启动镇流器、瞬时启动镇流器等。使灯能稳定工作并将灯电流限制到所需数值的装置。
自整角电机/自整角机
  在无机械联接的转角信号传递系统或电信号的传递系统中,传递角度或信号的电感式角度传感元件。是最早应用的一种微特电机。又称自整角机,自同步机。自整角机与绕线式感应电机相似。当转子位置改变时,绕组间电磁耦合发生变化,感应出电信号或输出电流,在发送机和接收机(或变压器)之间接入差动自整角机(图2)。从而产生电磁转矩,以保证传递系统自同步地传递角度或信号。
  自整角机按系统工作方式分为控制式和力矩式两大类;按功能分为自整角发送机、自整角接收机、自整角变压器和差动自整角机;按结构分为接触式和无接触式。阻尼时间小于3秒,典型的接触式结构主要由定子、转子和集电装置(集电环和电刷)3部分组成。 定子铁心由均匀分布槽的冲片叠成,槽内一般嵌有三相对称Y连接的绕组。Ⅰ级品在1.2度以内,转子铁心是由凸极式或均匀分布槽的冲片叠成,一般放置单相绕组。无接触式自整角机有几种形式,一种是采用环形变压器;另一种是采用轴向磁路和径向磁路组合而成的ΒЭИ式(由全苏电工研究院发明)。此外还有其他形式。无接触式工作可靠,寿命长,在随动控制中为了不致产生振荡,但结构复杂,体积大,通常发送机转动,功耗也大。
  自整角机和线绕式感应电机虽相似,但设计和工艺相差甚远。自整角机采用特殊设计和精密加工制造。使两个转子向失调角减少方向旋转。例如,在这个转矩(又称整步转矩)作用下,精确计算绕组和合理安排斜槽,以消除影响误差最大的高次谐波;为了使磁路均匀,在对接的回路中流过电流形成合成磁场,要求冲片槽分度误差小且采用扇形叠装,定、转子要有较高的同心度;除精密加工保证外,还选用高精度的轴承等。这样就使得自整角机具有传递精度高、可靠性好以及动态特性优良的性能,仅将自整角变压器改为自整角接收机,满足高精度传递系统的要求。
  自整角机在军用和民用等产品上获得广泛使用,如自动火炮、雷达天线的方位角、俯仰角的控制和指示,飞机、舰船平台控制和指示,船用传令钟,转子虽是均布的槽,轧钢机轧辊的间隙控制,核反应堆的控制棒指示器及同步摄影等的同步传递系统。
  控制式自整角机传递系统  图1是用于传递电信号的系统线路简图。自整角发送机励磁绕组接入电网,自整角变压器输出绕组作电信号输出,它们的整步绕组对接。当发送机和变压器有一失调角θ=α-β时,在变压器中形成合成的脉振磁场,并交链输出绕组,感应出输出电动势E0=Emcosθ(Em为变压器输出绕组最大电动势)。其主要性能参数是电误差(角分)、比电压(伏/度)及剩余电压(毫伏)等。合成的脉振磁场轴线与发送机转子的轴角一致,负载能力大。这样,但精度高,变压器输出电动势大小能反映发送机转子的实际角位移。系统较复杂,θ很小时,E0=Emcosθ≈Em,电动势变化不大明显,难以分辨。因此,在实际使用中,变压器输出绕组轴线与发送机励磁绕组轴线相差90°电角度,此时E0=Emsinθ,即发送机转角很小,电动势变化不大明显,也能从输出电动势检测出转角位移。实际系统须用放大器及伺服电机来执行,系统较复杂,但精度高,负载能力大。合成的脉振磁场轴线与发送机转子的轴角一致,其主要性能参数是电误差(角分)、比电压(伏/度)及剩余电压(毫伏)等。70年代,自整角机中精密产品的电误差低于几角分。
  为了进一步提高系统的精度而采用电气双通道传递系统,即精、粗两个通道。其中,自整角变压器输出绕组作电信号输出,精通道是用多极自整角机系统。多极自整角机特点是极对数P多、输出信号(E0=EmsinPθ)大,可提高灵敏度和分辨率。为了缩小尺寸,转子虽是均布的槽,实际上是组成凸极式结构,飞机、舰船平台控制和指示,极数等于齿数,如自动火炮、雷达天线的方位角、俯仰角的控制和指示,定子采用分数槽(q<1)的绕组。
  力矩式自整角机传递系统  简单线路图与图1类似,满足高精度传递系统的要求。仅将自整角变压器改为自整角接收机,其励磁绕组也接入电网。还选用高精度的轴承等。当发送机和接收机转子失步时,定、转子要有较高的同心度;除精密加工保证外,发送机和接收机的脉振磁场在它们整步绕组上各自感应出时间上同相位的三相电动势,在对接的回路中流过电流形成合成磁场,并与励磁绕组的脉振磁场作用产生电磁转矩,精确计算绕组和合理安排斜槽,在这个转矩(又称整步转矩)作用下,使两个转子向失调角减少方向旋转。当θ=0,整步转矩等于零,达到平衡。通常发送机转动,接收机跟随,在随动控制中为了不致产生振荡,寿命长,接收机一般装有机械阻尼器或电阻尼器。这类系统简单,传递精度低,带负载能力小。无接触式自整角机有几种形式,其主要性能是转角静态误差,0级品在0.5度以内,Ⅰ级品在1.2度以内,Ⅱ级品在2度以内。动态误差一般小于5度,阻尼时间小于3秒,比整步转矩(牛·米/度)按负载来设计。
  差动自整角机传递系统  一种复杂的力矩式或控制式系统,在发送机和接收机(或变压器)之间接入差动自整角机(图2)。差动自整角机的定、转子绕组均为三相对称Y连接的绕组。
  如果系统中差动自整角机是在发送机下工作,则自整角机(接收机或变压器)转角为β=α±γ或输出电动势E0=Emsin(α-β±γ)。后面自整角机如为接收机,自同步机。则该系统称力矩式系统;若为变压器形式,又称自整角机,该系统称控制式系统。传递角度或信号的电感式角度传感元件。
屏蔽技术简介
屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲,就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波)的作用,所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。
  ( 1 )当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率的金属材料中产生的涡流,形成对外来电磁波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果。
  ( 2 )当干扰电磁波的频率较低时,要采用高导磁率的材料,从而使磁力线限制在屏蔽体内部,防止扩散到屏蔽的空间去。
  ( 3 )在某些场合下,如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时,往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。
  许多人不了解电磁屏蔽的原理,认为只要用金属做一个箱子,然后将箱子接地,就能够起到电磁屏蔽的作用。在这种概念指导下结果是失败。因为,电磁屏蔽与屏蔽体接地与否并没有关系。真正影响屏蔽体屏蔽效能的只有两个因素:一个是整个屏蔽体表面必须是导电连续的,另一个是不能有直接穿透屏蔽体的导体。屏蔽体上有很多导电不连续点,最主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙。这些不导电的缝隙就产生了电磁泄漏,如同流体会从容器上的缝隙上泄漏一样。解决这种泄漏的一个方法是在缝隙处填充导电弹性材料,消除不导电点。这就像在流体容器的缝隙处填充橡胶的道理一样。这种弹性导电填充材料就是电磁密封衬垫。
  在许多文献中将电磁屏蔽体比喻成液体密封容器,似乎只有当用导电弹性材料将缝隙密封到滴水不漏的程度才能够防止电磁波泄漏。实际上这是不确切的。因为缝隙或孔洞是否会泄漏电磁波,取决于缝隙或孔洞相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于开口尺寸时,并不会产生明显的泄漏。因此,当干扰的频率较高时,这时波长较短,就需要使用电磁密封衬垫。具体说,当干扰的频率超过 10MHz 时,就要考虑使用电磁密封衬垫。
凡是有弹性且导电良好的材料都可以用做电磁密封衬垫。按照这个原理制造的电磁密封衬垫有:
  导电橡胶:在硅橡胶内填充占总重量 70 ~ 80 %比例的金属颗粒,如银粉、铜粉、铝粉、镀银铜粉、镀银铝粉、镀银玻璃球等。这种材料保留一部分硅橡胶良好弹性的特性,同时具有较好的导电性。
  金属编织网:用铍铜丝、蒙乃尔丝或不锈钢丝编织成管状长条,外形很像屏蔽电缆的屏蔽层。但它的编织方法与电缆屏蔽层不同,电缆屏蔽层是用多根线编成的,而这种屏蔽衬垫是由一根线织成的。打个形象的比喻,就像毛衣的袖子一样。为了增强金属网的弹性,有时在网管内加入橡胶芯。
  指形簧片:铍铜制成的簧片,具有很好的弹性和导电性。导电性和弹性。
  多重导电橡胶:由两层橡胶构成,内层是普通硅橡胶,外层是导电橡胶。这种材料克服了传统导电橡胶弹性差的缺点,使橡胶的弹性得以充分体现。它的原理有些像带橡胶芯的金属丝网条。
  选择使用什么种类电磁密封衬垫时要考虑四个因素:屏蔽效能要求、有无环境密封要求、安装结构要求、成本要求。屏蔽按机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。
  1 电场屏蔽
  【屏蔽机理】:将电场感应看成分布电容间的耦合。
  【设计要点】:
  a 、屏蔽板以靠近受保护物为好,而且屏蔽板的接地必须良好!!!
  b 、屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响。全封闭的金属盒最好,但工程中很难做到!
  c 、屏蔽板的材料以良导体为好,但对厚度无要求,只要有足够的强度就可了。
  2 磁场屏蔽
  磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽,其效果比电场屏蔽和电磁场屏蔽要差的多。
  【 屏蔽机理】:主要是依靠高导磁材料所具有的低磁阻,对磁通起着分路的作用,使得屏蔽体内部的磁场大为减弱。
  【设计要点】:
  a 、选用高导磁材料,如坡莫合金;
  b 、增加屏蔽体的厚度;
  以上均是为了减小屏蔽体的磁阻;
  c 、被屏蔽的物体不要安排在紧靠屏蔽体的位置上,以尽量减小通过被屏蔽物体体内的磁通;
  d 、注意屏蔽体的结构设计,凡接缝、通风空等均可能增加屏蔽体的磁阻,从而降低屏蔽效果。
  e 、对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体的结构。
  对要屏蔽外部强磁场的,则屏蔽体的外层选用不易饱和的材料,如硅钢;而内部可选用容易达到饱和的高导磁材料,如坡莫合金等。反之,如果要屏蔽内部强磁场时,则材料的排列次序要到过来。在安装内外两层屏蔽体时,要注意彼此间的绝缘。当没有接地要求时,可用绝缘材料做支撑件。若需接地时,可选用非铁磁材料(如铜、铝)做支撑件。
  3 电磁场屏蔽
  电磁场屏蔽是利用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种措施。
  【电磁场屏蔽的机理】:
  a 、当电磁波到达屏蔽体表面时,由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续,对入射波产生的反射。这种反射不要求屏蔽材料必须有一定的厚度,只要求交界面上的不连续;
  b 、未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量,在体内向前传播的过程中,被屏蔽材料所衰减。也就是所谓的吸收;
  c 、在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量,传到材料的另一表面时,遇到金属-空气阻抗不连续的交界面,会形成再次反射,并重新返回屏蔽体内。这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。
  总之,电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收。
【吸收损耗】不同的材料、不同的材料厚度对于电磁波的吸收效果不一样 . 可根据材料吸收损耗的列线图得出。
  【反射损耗】分为三类:低阻抗磁场、高阻抗电场、平面波场。
  其中低阻抗磁场和高阻抗电场的反射损耗列线图计算方法相同,与金属材料、频率及辐射源到屏蔽体的距离有关。
  对于平面波,波阻抗为一常数,而与辐射源到屏蔽体的距离无关,在列线图中只需连接金属材料和感兴趣的频率就可求出此时的反射损耗值。
  4 实际的电磁屏蔽体
  【结构材料】
  a 、适用于底板和机壳的材料大多数是良导体,如铜、铝等,可以屏蔽电场,主要的屏蔽机理是反射信号而不是吸收。
  b 、对磁场的屏蔽需要铁磁材料,如高导磁率合金和铁。主要的屏蔽机理是吸收而不是反射。
  c 、在强电磁环境中,要求材料能屏蔽电场和磁场两种成分,因此需要结构上完好的铁磁材料。屏蔽效率直接受材料的厚度以及搭接和接地方法好坏的影响。
  d 、对于塑料壳体,是在其内壁喷涂屏蔽层,或在汽塑时掺入金属纤维。
  必须尽量减少结构的电气不连续性,以便控制经底板和机壳进出的泄漏辐射。提高缝隙屏蔽效能的结构措施包括增加缝隙深度,减少缝隙长度,在结合面上加入导电衬垫,在接缝处涂上导电涂料,缩短螺钉间距离等。
  【搭接】
  a 、在底板和机壳的每一条缝和不连续处要尽可能好的搭接。最坏的电搭接对壳体的的屏蔽效能起决定性作用。
  b 、保证接缝处金属对金属的接触,以防电磁能的泄漏和辐射。
  c 、在可能的情况下,接缝应焊接。在条件受限制的情况下,可用点焊、晓间距的铆接和用螺钉来固定。
  d 、在不加导电衬垫时,螺钉间距一般应小于最高工作频率的 1 %,至少不大于 1/20 波长。
  e 、用螺钉或铆接进行搭接时,应首先在缝的中部搭接好,然后逐渐向两端延伸,以防金属表面的弯曲。
  f 、保证紧固方法有足够的压力,以便在有变形应力、冲击、震动时保持表面接触。
  g 、在接缝不平整的地方,或在可移动的面板等处,必须使用导电衬垫或指形弹簧材料。
  h 、选择高导电率的和弹性好的衬垫。选择衬垫时要考虑结合处所使用的频率。
  i 、选择硬韧性材料做成的衬垫,以便划破金属上的任何表面。
  j 、保证同衬垫材料配合的金属表面没有任何非导电保护层。
  k 、当需要活动接触时,使用指形压簧,并要注意保持弹性指簧的压力。
  l 、导电橡胶衬垫用在铝金属表面时,要注意电化腐蚀作用。纯银填料的橡胶或 monel 线性衬垫将出现最严重的电化腐蚀。银镀铝填料的导电橡胶是盐雾环境下用于铝金属配合表面的最好衬垫材料。
  以下是按优先等级排列的各种衬垫。
  1 金属网射频衬垫 容易变形,压力为 1.4kg/cm 时,衰减为 54db 。
  资料表明,频率较低时衰减最大。用于永久密封较好,不适宜用于开与关的面板。
  2 铜镀合金 有很高的导电性和很好的抗腐蚀性。
  弹性好,最适合用于和活动面板配合。可制成指条形、螺旋和锯齿面。衰减为 100db 。
  3 导电橡胶 适用于只需名义上连接和少量螺钉的地方。
  实现水汽密封和电气密封经 1500 ℃、 48 小时老化后,体电阻率为 10 ~ 20m ω /cm(max) 。变形度限制值为 25 %。资料表明,频率较高时衰减为最大。
  4 导电蒙布 在泡沫塑料上蒙一块镀银编织物,形成一个软衬垫,占去大部分疏松空间,主要为民用,适用于泡沫衬垫机柜和门板。
  【穿透和开口】
  a、要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度。典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时,屏蔽效能降低 30db 以上。
  b 、电源线进入机壳时,全部应通过滤波器盒。滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外;若滤波器结构不宜穿出机壳,则应在电源线进入机壳出专为滤波器设置一隔舱。
  c 、信号线、控制线进入 / 穿出机壳时,要通过适当的滤波器。具有滤波插针的多芯连接器适于这种场合使用。
  d 、穿过屏蔽体的金属控制轴,应该用金属触片、接地螺母或射频衬垫接地。也可不用接地的金属轴,而用其它轴贯通波导截止频率比工作频率高的园管来做控制轴。
  e 、必须注意在截止波导孔内贯通金属轴或导线时会严重降低屏蔽效能。
  f 、当要求使用对地绝缘的金属控制轴时,可用短的隐性控制轴,不调节时,用螺帽或金属衬垫弹性安装帽盖住。
  g 、为保险丝、插孔等加金属帽。
  h 、用导电衬垫和垫圈、螺母等实现钮子开关防泄漏安装。
  i 、在屏蔽、通风和强度要求高而质量不苛刻时,用蜂窝板屏蔽通风口,最好用焊接方式保持线连接,防止泄漏。
  j 、尽可能在指示器、显示器后面加屏蔽,并对所有引线用穿心电容滤波。
  k 、在不能从后面屏蔽指示器 / 显示器和对引线滤波时,要用与机壳连续连接的金属网或导电玻璃屏蔽指示器 / 显示器的前面。对夹金属丝的屏蔽玻璃,在保持合理透光度条件下,对 30 ~ 1000m 的屏蔽效能可达 50 ~ 110db 。在透明塑料或玻璃上镀透明导电膜,其屏蔽效果一般不大于20db 。但后者可消除观察窗上的静电积累,在仪器上常用。
电流互感器的主要技术参数的选择
 
电流互感器的二次回路分为测量回路和保护回路。它的主要技术规范的选择方法如下所述。
1) 额定一次电压,由所在系统的标称电压确定。可以选用高电压等级的电流互感器在低电压等级的系统中使用,如选用10kv的电流互感器在6kv系统中使用。
2) 额定一次电流,按照GB1208规定的额定电流等级选用。如果一次电流不能按照规定的这些等级选用时,可以用以下的方法解决:
 (1)保护回路和测量回路的变比要求不同时,可采用二次绕组带抽头电流互感器。也可以改变一次抽头的电流互感器,一般分串联和并联接法,可获得倍数变比或半数变比的电流互感器。
(2)测量回路用电流互感器有特殊用途的用s级的,它在10~110%的额定电流范围内保持准确度要求。
3) 额定二次电流:有1A和5A两类。选用原则:
(1)对新建发电厂和变电所有条件时,宜选用1A。
(2)如有利于互感器安装或扩建工程原有TA为5A时,及某些情况下为降低TA的二次开路电压,额定二次电流可选用5A。
(3)一个厂,站内的额定二次电流可同时选用1A和5A。
4) 准确级和暂态特性在以下专题说明
5) 铁心个数。 电流互感器铁心个数有两类:一类为一个电流互感器只有一个一次绕组和二次绕组的单铁心式,大部分低压电流互感器就是这一类;一类是为一个一次绕组有两个及两个以上二次绕组的多铁心式,每个二次绕组,按照用途不同配置。电能计量仪表和测量表计在满足准确级的前提下,可以共用一个二次绕组。
6) 按结构可分为油浸式,树脂浇注式和SF6式电流互感器。
7) 短路要求,对带有一次回路导体的TA进行校验,对于母线从窗口穿过皆无固定板的TA可不校验动稳定。
负荷开关与熔断器配合问题
1、限流型断路器的原理
    大家都知道限流型断路器的分断能力很高,可以达到150-200KA,但这里给出的数据往往是预期短路电流值,并不是实际通过限流型断路器短路电流值,因此在采用限流型断路器保护的配电系统校验动热稳定时,要注意所选择的短路电流参数。有些厂家声称他们的低压断路器全部是限流型断路器,大家在了解限流型断路器的限流原理后,就可以分辨真伪。低压断路器的限流问题是为了分断低阻抗大容量变压器及不断发展的配电网络所引起的很大的故障短路电流而提出的,它要求断路器的分断时间短得足以使短路电流在达到其预期峰值前分断。50年代末,法国首先研究限流分断问题,并研制出了限流空气断路器,使空气断路器的短路分断能力达到100kA。几十年来,有许多种成熟的、效果好的限流技术在低压断路器中得到广泛的使用,如去离子栅灭弧、限流电阻、自复式限流元件、磁吹、电动斥力、VJC以及固体绝缘屏幕限流技术等。目前,在先进的塑壳式断路器的设计中,充分利用了空气&nbsp;电磁原理和限流原理,使其分断能力达200kA。近年来,随着计算机技术、控制技术、新材料技术以及电力电子技术的引入,使得限流技术有了更新的发展,如超导限流器、以GTO为基础的限流器、可控阻抗变换器及故障检测技术等,这些限流分断新技术的研究会大大提高断路器的分断能力和限流能力。
    传统低压断路器限流分断的原理是当故障发生时,触头快速打开产生电弧,相当于在线路中串入一个迅速增长的电弧电阻,从而限制短路电流。这个迅速增长的电弧电阻,通常称为“动态电弧电阻”。&nbsp;与一般的断路器的灭弧室不同,低压限流断路器的灭弧室采用多个灭弧栅片。在开断过程中,首先动触头和静触头分开产生电弧,在电磁场和热场,流场的作用下运动至灭弧栅片。当电弧进入栅片后,由于被分成的多个短弧的近极压降,使电弧电压迅速上升,从而达到限流的目的。为了有较高的电弧电压,限流断路器灭弧室的栅片数比一般的断路器要多,并且排列得更紧密。电弧电压上升得越快,限流效果就越好,最终,电弧电压超过电源电压的值,使得电源电压无法维持电弧,从而完成熄弧限流分断。要使电弧电压迅速升高,传统的有两种方法:(1)磁吹线圈。这种情况下,电弧将会被迅速拉长,它不仅增加了电弧的长度,而且也增加电弧的热传导面积。(2)使用引弧道来迅速升高电弧电压。当触头打开时,沿着引弧道上的电磁力将拉长电弧,当电弧被驱动到灭弧室,就会进一步分割、冷却,这种方法的前提要求:①电弧必须能被强迫脱离触头(在触头间的间隙大于约1mm时,它才会发生);②电弧必须非常快地脱离触头区,这样就减少了触头材料的损耗,同时,触头间隙恢复;③电弧必须以非常快的速度沿着引弧道运动(约100m/s),然后进入去离子栅片以提高最终的电弧电压值。
    在限流断路器的设计中,有以下4个基本的原则:
                  a 触头迅速打开
                  b  迅速提高电弧电压
                  c 使最终的电弧电压值高
                  d 快速的介质强度恢复。

    常用的限流技术分三类:
    1)人工零点法。利用电弧去产生人工零点,使得弧隙中的电流为零,从而使电弧熄灭。
    2)提高电弧静态伏—安特性法。通常采用去离子栅法、绝缘栅法、窄缝法及VJC法等。去离子栅法就是利用金属栅片把电弧分割成若干个互相串联的短弧,利用短弧的压降来提高电弧电压而使电弧熄灭;绝缘栅法:即栅片是绝缘的,其作用是导出电弧的热量,以提高电弧的弧柱压,同时,栅片将电弧分割成若干段的短弧,每一栅片就是短弧的电极,同时产生许多个阳极压降和阴极压降,对直流电弧而言,利用近极处的电弧电压降加弧柱的电压降一起灭弧;窄缝法,通常采用多重窄缝,这样,可以减少电弧进入上部窄缝的阻力,因而在驱动电弧运动的电磁力给定时,可以采用比单窄缝灭弧室更小的缝隙,一方面可将电弧直径压缩,使电弧同缝隙壁紧密接触;另一方面,也使电弧面积增加,长度增长,这些都进一步加强了冷却和去游离的作用,使电弧熄灭;VJC法主要是在电极的四周覆盖一定厚度的绝缘物或高电阻金属材料,从而对电弧弧柱进行控制,以达到升高电弧电压的目的。固体绝缘屏幕法是利用一固体绝缘屏幕快速插入到分断故障电流的触头中,使触头间燃烧的电弧被屏幕隔开而迅速熄灭。以上这些方法通常综合使用,如VJC及多窄缝法,以取得更好的限流分断的效果。
   3)提高触头分断速度法。通常利用巨大的断开弹簧或其他加速装置将触头拉开,或利用储能的电容器对斥力线圈放电在铝盘中感应出涡流来产生巨大电动斥力,将动触头打开,与此同时,尽量加快脱扣器的动作及机构的动作,以达到高速分断的目的,这样,分离时所需时间越小,则限流作用就越大。在六十年代,电力电子器件就被引入到电器中。现在,已有无触头的晶闸管断路器、触头—晶闸管并联的混合式断路器在某些国家得到开发、并有一定程度的应用,但由于电力电子器件存在导通压降大造成的能耗高、分断电器不能形成间隙绝缘距离、过载能力差、工作参数缺乏相应的各个电压等级以及费用高,这些使其构成的无触点电器不能大量应用。当然,无触点电器本身具有操作率高、开关速度快、控制功率小、噪音低、寿命长的特点,适合某些特殊的工作场合使用。在限流中,主要采用带触头的混合式,如触头—晶闸管并联的混合式断路器,具有触头正常导通时压降能耗小的特点,再利用电力电子器件的开断时间短的特点,进一步缩短电流的开断时间,从而实现限流分断。在断路器设计中,使用电力电子器件,主要要考虑器件的电流和电压的参数。早期使用晶闸管,但它不能自关断,需要换流关断,造成电器的体积增大。目前,通常考虑自关断的器件,如IGBT(绝缘栅双极晶体管),GTO(可关断晶体管)等。
2.高压限流型熔断器与低分断能力电器之间的选择性配合。
   在这种使用情况下,限流型熔断器在大故障电流下动作,低分断能力电器之间只能分断它所允许分断的小电流,因此需要根据两者不同的时间-电流曲线配合实现。1/以曲线相交点为分界,限流型熔断器承担大故障电流分断,其他电器承担正常电流和小故障电流开断。2/如果其他电器不随熔断器撞击器联锁脱扣,则相交点必须大于高压限流型熔断器的最小动作电流。3/曲线相交点电流必须小于其他电器的开断能力。4/当用高压限流型熔断器开断电路时,其他电器必须具有足够通过短路电流和关合短路电流的能力(校验该电器的热稳定、动稳定对应采用其开断电流、关合电流),这些能力应与高压限流型熔断器截止电流和I2t值相适应。5/如果其他电器随熔断器撞击器联锁脱扣,例如负荷开关,则要求负荷开关允许的转移电流值大于熔断器的最大转移电流值。
变频器的谐波干扰与抑制
 
变频器中要进行大功率二极管整流、大功率晶体管逆变,结果是在输入输出回路产生电流高次谐波,干扰供电系统、负载及其他邻近电气设备。在实际使用过程中,经常遇到变频器谐波干扰问题,下面简单介绍谐波产生的机理、传播途径及有效抑制干扰的方法。
  1.变频器谐波产生机理
  变频器的主电路一般为交-直-交组成,外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号,经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中,输入电流的波形为不规则的矩形波,波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波,其中的高次谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中,输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形,对于GTR大功率逆变元件,其PWM的载波频率为2~3kHz,而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达15kHz。同样,输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波,而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射,干扰邻近电气设备。
  2.抑制谐波干扰常用的方法
  谐波的传播途径是传导和辐射,解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离;解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽。具体常用方法:(1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立,或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器,切断谐波电流。(2)在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器,或安装谐波滤波器,滤波器的组成必须是LC型,吸收谐波和增大电源或负载的阻抗,达到抑制谐波的目的。(3)电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆,并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设,避免辐射干扰。(4)信号线采用屏蔽线,且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离(至少20cm以上),切断辐射干扰。(5)变频器使用专用接地线,且用粗短线接地,邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开,使用短线。这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。
  3.抑制谐波干扰实例
  例1,某变频切换控制系统,变频器启动运行正常,而邻近液位计读数偏高,一次表输入4mA时,液位显示不是下限值;液位未到设定上限值时,液位计却显示上限,致使变频器接收停机指令,迫使变频器停止运行。
  这显然是变频器的高次谐波干扰液位计,干扰传播途径是液位计的电源回路或信号线。解决办法:将液位计的供电电源取自另一供电变压器,谐波干扰减弱,再将信号线穿入钢管敷设,并与变频器主回路线隔开一定距离,经这样处理后,谐波干扰基本抑制,液位计工作恢复正常。
  例2,某变频控制液位显示系统,液位计与变频器在同一个柜体安装,变频器工作正常,而液位计显示不准且不稳,起初我们怀凝一次表、二次表、信号线及流体介质有问题,更换所有这些仪表、信号电缆,并改善流体特性,故障依然存在,而这故障就是变频器的高次谐波电流通过输出回路电缆向外辐射,传递到信号电缆,引起干扰。
  解决办法:液位计信号线及其控制线与变频器的控制线及主回路线分开一定距离,且柜体外信号线穿入钢管敷设,外壳良好接地,故障排除。例3,某变频控制系统,由两台变频器组成,且在同一柜体内,变频器调频方式均为电位器手调方式,运行某一台变频器时,工作正常,两台同时运行时,频率互相干扰,即调节一台变频器的电位器对另一台变频器的频率有影响,反过来也一样。开始我们认为是电位器及控制线故障,排除这种可能后,断定是谐波干扰引起。
  解决办法:把其中一只电位器移到其他柜体固定,且引线用屏蔽信号线,结果干扰减弱。为了彻底抑制干扰,重新加工一个电控柜,并与原柜体一定距离放置,把其中的一台变频器移到该电控柜,相应的接线及引线作必要的改动,这样处理后,干扰基本消除,故障排除。例4,某变频控制系统,切换两套机泵,原先机泵是靠自耦降压启动工频运行正常,现改为变频运行,虽能实现调频减速功能,但变频器输出端到电动机间的输出线严重发热,电动机外壳温升加重,经常出现保护跳闸。这是由于变频器输出电压和电流信号中包含PWM高次谐波,而谐波电流在输出导线和电动机绕线上形成附加功率损耗。
  解决办法:把变频器输入线与输出线分开,分别走各自的电缆沟,选用大一号截面的电缆换原先电缆,输出端与电动机之间的电缆长度尽可能短。这样处理后,发热故障排除。对现场出现的各种变频器高次谐波干扰,基本上都能照以上介绍的方法顺利抑制,但对谐波成分及幅度要求很严的设备,彻底抑制高次谐波干扰非常困难,有待进一步攻关解决。
零序电流保护的原理
 
零序电流保护的基本原理是基于基尔霍夫电流定律:流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零,即ΣI=0,它是用零序C.T作为取样元件。在线路与电气设备正常的情况下,各相电流的矢量和等于零(对零序电流保护假定不考虑不平衡电流),因此,零序C.T的二次侧绕组无信号输出(零序电流保护时躲过不平衡电流),执行元件不动作。当发生接地故障时的各相电流的矢量和不为零,故障电流使零序C.T的环形铁芯中产生磁通,零序C.T的二次侧感应电压使执行元件动作,带动脱扣装置,切换供电网络,达到接地故障保护的目的。
零序电流保护一般适合使用于TN接地系统。因为当发生一相接地时,对TN-S系统Id回路阻抗包括相线阻抗Z1,PE线阻抗ZPE和接触阻抗Zf,即Zs=Z1+ZPE+Zf;对于TN-C系统,Id回路阻抗包括相线阻抗Z1,PEN线阻抗ZPEN和接触电阻Zf,即ZS=Z1+ZPEN+Zf;对于TN-C-S系统,Id回路阻抗包括相线阻抗Z1,PEN线阻抗ZPEN,PE线阻抗ZPE和接触电阻Zf,即ZS=Z1+ZPEN+ZPE+Zf,产生的单相接地故障电流Id=220/ZS,明显大于无故障时的三相不平衡电流,只要整定合适,就可检测出发生接地故障时的零序电流,以切断故障回路。而对IT系统,一般均是使用对供电可靠性要求较高、对单相接地不必要立即切断供电回路、但需发出绝缘破坏监察信号、以维持继续供电一段时间。工矿企业内的不配出中性线的三相三线配电线路。当单相接地时,该故障线路上流过的零序电流是全系统非故障系统电容电流之和,因而容易检测出接地故障电流,故可用零序电流保护装置来监察相对地第一次接地故障。TT接地系统常应用于工农业、民用建筑的照明、动力混合供电的三相四线配电系统中,常发现三相不平衡电流较大,当发生一相接地时,Id回路阻抗包括相线阻抗Z1,PE线阻抗ZPE,负载侧接地电阻RA和电源侧接地电阻RB,接触阻抗Zf,即ZS=Z1+ZPE+RA+RB+Zf,接地故障电流Id=220/ZS,由于RA+RB>>Z1+ZPE+Zf,且RA+RB数值一般均较大,很明显TT系统的故障环路阻抗大,产生的单接故障电流Id,远远小于不平衡电流,很难检测出故障电流,故不适用于TT接地系统。
零序电流保护具体应用可在三相线路上各装一个电流互感器(C.T),或让三相导线一起穿过一零序C.T,也可在中性线N上安装一个零序C.T,利用这些C.T来检测三相的电流矢量和,即零序电流Io,IA+IB+IC=IO,当线路上所接的三相负荷完全平衡时(无接地故障,且不考虑线路、电器设备的泄漏电流),IO=0;当线路上所接的三相负荷不平衡,则IO=IN,此时的零序电流为不平衡电流IN;当某一相发生接地故障时,必然产生一个单相接地故障电流Id,此时检测到的零序电流IO=IN+Id,是三相不平衡电流与单相接地电流的矢量和。
电流互感器的误差及其影响因素
 
·  电流互感器主要由三部分组成:铁心、一次线圈和二次线圈。由于铁心磁阻的存在,电流互感器在传变电流的过程中,必须消耗一小部分电流用于激磁,使铁心磁化,从而在二次线圈产生感应电势和二次电流,电流互感器的误差就是由于铁心所消耗的励磁电流引起的。由于激磁电流和铁损的存在,电流互感器一次电流和二次电流的差值是一个向量,误差包括比值差和相角差。
影响误差的因素:
  1、电流互感器的内部参数是影响电流互感器误差的主要因素。
  ⑴ 二次线圈内阻R2和漏抗X2对误差的影响: 当R2增大时比差和角差都增大; X2增大时比差增大,但角差减校因此要改善误差应尽量减小R2和适当的X2值。由于二次线圈内阻R2和漏抗X2与二次负载Rfh和Xfh比较而言值很小,所以改变R2和X2对误差的影响不大,只有对小容量的电流互感器影响才较显著。
  ⑵ 铁芯截面对误差的影响:铁芯截面增大使铁芯的磁通密度减少,励磁电流减小,从而改善比差和角差。没有补偿的电流互感器在额定条件下铁芯的磁通密度已经很小,所以减少磁通密度也相对减小了导磁系数,使励磁电流减小不多,而且磁通密度越小效果越差。
  ⑶ 线圈匝数对误差的影响: 增加线圈匝数就是增加安匝,增加匝数可以使磁通密度减小,其改善误差的效果比增加铁芯截面显著得多。但是线圈匝数的增加会引起铜用量的增加,同时引起动稳定倍数的减少和饱和倍数的增加。此外,对于单匝式的电流互感器(如穿心型或套管型电流互感器一次线圈只允许一匝)不能用增加匝数的办法改善误差。
  ⑷ 减少铁芯损耗和提高导磁率。在铁芯磁通密度不变的条件下,减少铁芯励磁安匝和损耗安匝也将改善比差和角差,因此采用优质的磁性材料和采取适宜的退火工艺都能达到提高导磁率和减少损耗的目的。铁芯磁性的优劣还影响饱和倍数,铁芯磁性差时饱和倍数较校。
2、运行中的电流互感器的误差
  当电流互感器已经定型,其内部参数就确定了,那么它的误差大小将受二次电流(或一次电流)、二次负载、功率因数以及频率的影响。这些因素称为外部因素,在运行中的电流互感器的误差主要受这四个因素影响。
  ⑴ 电流频率的变动对误差的影响比较复杂,一般系统频率变化甚小,其影响可忽略不计。假使频率变化过大,例如额定频率为50Hz的电流互感器用于60Hz的系统中,就应当考虑频率的影响,因为频率变动不但影响铁芯损耗、磁通密度和线圈漏抗的大小,也同时影响了二次侧负载电抗值的大校
  ⑵ 当一次电流减小时,磁通密度按比例相应减少,但在低磁通密度时,励磁安匝的减少比磁通密度减少要慢,因此比差和角差的绝对值就相对增大。
  ⑶ 电流互感器误差具有以下特征:当一次电流在规定的范围内变化时,二次电流按比例变化,当二次负载阻抗在规定范围内变化时,不影响二次电流的大校所以当二次负载在额定范围内减少时,磁通密度也减少,由于二次电流不变,励磁电流减小,误差也将减校电流互感器的出厂说明书一般会标明额定二次负载阻抗值,在运行中其误差应按给定接线方式下的最大二次负载阻抗值来校核。
  ⑷ 二次负载的功率因数增大,也就是Rfh增大,Xfh减小,角差将增大而比差将减少。对于饱和倍数而言,互感器厂家说明书注明的饱和倍数是指功率因数为0.8时的饱和倍数,此值相当于的饱和倍数的“极小值”,因此功率因数无论增大或减小,饱和倍数都增大。
减小误差的措施:
  励磁电流是造成电流互感器误差的主要原因,因此减小励磁电流就可以减小误差:
  ⑴ 采用高导磁率的材料做铁芯,因为铁心磁性能不但影响比差和角差,也影响饱和倍数。
  ⑵ 增大铁心截面,缩短磁路长度;增加线圈匝数。增减铁心截面或线圈安匝会相应增大和减小饱和倍数,在采取增加铁心截面或线圈安匝以改善比差和角差时,必须考虑到对饱和倍数的影响。
  ⑶ 限制二次负载的影响。在现场一般用增加连接导线的有效截面的方法,如采用较大截面的电缆,或多芯并联使用,以减少二次负载的阻抗值。还可以把两个同型号、变比相同的电流互感器串联使用,使每个电流互感器的负载成为整个负载的一半。
  ⑷ 适当增大电流互感器变比。在现场运行中选用较大变比的互感器。
  另外,还有二次绕组的分数补偿、二次侧电容分路补偿等等。
有关放大线路的分析方法
 
     《电子技术基础》是电子类专业一门重要的技术基础课。模拟电路是学生难学、教师难教的一门课程。放大器是模拟电路的入门基础,也是《电子技术基础》的重点和难点,只有解决了这个难题,才能进入电子技术的领域。笔者经过教学实践,逐渐形成了以非线性器件、线性器件与线性放大的主要矛盾,以线性非线性线性为主线,以直流分析和交流分析为主要内容的放大器的分析思路和原则,较好地解决了从《电路》到《电子技术》的过渡,解决了电子技术入门难的问题。
      1 从线性到非线性
  电子线路是电路的一个分支,是包含有电子器件的电路,而电子器件是非线性器件,所以电子线路是非线性电路。《电路》中一般包括非线性电路一章,但内容少,只是简单介绍,没有引起学生足够的重视。所以《电子技术基础》课一开始就要做好从线性电路到非线性电路的过渡。
  《电子技术基础》一开始就讲PN结,PN结是半导体器件的基础。在讨论了PN结的工作原理,得到PN结的伏安特性后,就进入了非线性:其伏安特性曲线为非线性函数。在这里首先要给出线性电阻的定义,引出直流(静态)电阻和交流(动态)电阻的概念,对比线性电阻(伏安特性曲线为通过原点的一条直线,其直流电阻和交流电阻相等且为一常量)可得出如下重要结论:
  (1)非线性元件在伏安特性曲线上任一点的直流电阻和交流电阻一般是不相等的。
  (2)非线性元件的直流电阻和交流电阻不是一个常数,而是随着静态工作点的不同而变化。
  PN结的正向电阻很小,而反向电阻很大。所以,往往把他的非线性概括为单向导电性。二极管就是一个PN结,三极管由2个PN结组成,当他工作在放大状态时,输入特性相当于PN结的正向特性,而输出特性相当于基区注入少数载流子控制下的PN结反向特性。
  以上讲的是电子器件的非线性,有了电子器件非线性特点,才有电子线路与一般线性电路的区别,才能理解放大器的工作原理、静态工作点的设置及直流分析和交流分析的不同。
       2 非线性带来的放大线路的特点
  非线性元件往往会产生新的频率分量,也就是产生非线性失真。这就是电子线路必须考虑的首要问题。如果把交流信号直接加到三极管的发射结上(即不加静态偏置),则由于发射结的单向导电性,即便忽略了他的死区电压和正向特性的非线性,也会产生严重的非线性失真,这样只有正半周导通,而负半周是截止的(乙类工作状态)。只有将交流信号的中心位置沿电压轴向上平移,即在发射结加正向偏压,并使正向偏压值大于交流信号的振幅值,才能使PN结在交流信号的正、负半周均导通(甲类工作状态),才能得到不失真的放大,由此得到2条结论:
  (1)为了克服PN结单向导电性带来的非线性失真,放大器在加入交流信号之前必须加上直流偏置信号。
  (2)放大器线路中既有直流信号,也有交流信号; 2种信号的流通回路可能不同,即既有直流通路,又有交流通路;放大器中各处的电压和电流既有直流分量,又有交流分量,即瞬时量等于直流量加交流量,这就决定了放大器的分析包括直流分析和交流分析2部分,直流分析是确定放大器的直流工作点,交流分析是计算放大倍数,输入和输出电阻、输出功率和效率以及频率响应等性能指标。直流信号与交流信号的通路不同,特别是非线性器件对直流信号和交流信号所呈现的性能不同(直流电阻和交流电阻),所以直流分析和交流分析要采用不同的电路网络和参数。这些往往被一些同学所忽略,应特别引起注重。
      3 微变信号的线性等效电路分析
  对微变信号在放大器的分析方法中,把他变为线性电路的分析问题,这样就完成了线性---非线性--- 线性的全过程。但这并不是回到了原来的地方去,而是有了一个质的飞跃和提高。虽然放大线路的交流分析也是线性分析,但必须采用非线性器件在给定的静态工作点上的交流参数,非线性的特点在这里仍然起作用,在很多电子线路中,就是利用电子器件的直流电阻和交流电阻不同这一特点的。利用这一概念可以理解和解释很多电路的工作原理。例如,有源负载就是利用这一特点,在较低的直流电源电压或较大的静态工作电流的情况下,得到一个较大的交流等效电阻,在差动放大电路中,通过对长尾式差动放大器发射极电阻功能的分析,知道他能够有效地减小共模放大倍数而对差模信号没有任何影响,所以他越大越好,如果用线性电阻,在一定的工作电流下,选用大的电阻,就必须受到发射极直流电源电压的限制,这样,选用交流电阻很大而直流电阻很小的有源负载就是很自然。
        4 结语
  《电路》课程中一般的线性电路分析,到电子器件的非线性,再到放大线路中交流信号的线性分析,至此,对放大线路分析的任务就基本完成了,因为电路就是由电路元件构成的回路,分析电路就是先用电路元件的模型代替这些元件后,利用电路基本定律和基本分析方法,对由电路元件的模型构成的网络求解,电子线路与一般电路的惟一区别就在于他包含有电子器件。现在,当把电子器件也用他的电路模型代替后,电子线路也就变成了一般的电路,其分析也就变成了一般电路的分析,这样讲,是让学生明白,电子线路是电路的一个分支,《电子技术基础》是《电路》的延续和扩展,其基本定律和分析方法是相同的,从而建立一个统一、完整的电路分析的概念。
温度测量的基本概念
温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。
 华氏温标(oF)规定:在标准大气压下,冰的熔点为32度,水的沸点为212度,中间划分180等分,每第分为报氏1度,符号为oF。
 摄氏温度(℃)规定:在标准大气压下,冰的熔点为0度,水的沸点为100度,中间划分100等分,每第分为报氏1度,符号为℃。
 热力学温标又称开尔文温标,或称绝对温标,它规定分子运动停止时的温度为绝对零度,记符号为K。
国际实用温标是一个国际协议性温标,它与热力学温标相接近,而且复现精度高,使用方便。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》,记为:IPTS-68(Rev-75)。但由于IPTS-68温示存在一定的不足,国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS-90,ITS-90温标替代IPTS-68。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。
 1990年国际温标(ITS-90)简介如下。
1.温度单位
热力学温度(符号为T)是基本功手物理量,它的单位为开尔文(符号为K),定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。由于以前的温标定义中,使用了与273.15K(冰点)的差值来表示温度,因此现在仍保留这各方法。
根据定义,摄氏度的大小等于开尔文,温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。
国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度(符号为T90)和国际摄氏温度(符号为t90)
2.国际温标ITS-90的通则
ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。ITS-90是这样制订的,即在全量程中,任何温度的T90值非常接近于温标采纳时T的最佳估计值,与直接测量热力学温度相比,T90的测量要方便得多,而且更为精密,并具有很高的复现性。
3. ITS-90的定义
第一温区为0.65K到5.00K之间, T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。
第二温区为3.0K到氖三相点(24.5661K)之间T90是用氦气体温度计来定义.
第二温区为平衡氢三相点(13.8033K)到银的凝固点(961.78℃)之间,T90是由铂电阻温度计来定义.它使用一组规定的定义固定点及利用规定的内插法来分度.
银凝固点(961.78℃)以上的温区,T90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光学高温计。
无线电天线经典知识
 
  在电工学中我们已知道了由电容和电感元件可以组成谐振回路。其中串联谐振回路有以下特点:谐振时回路阻抗最小,且为纯电阻;电路中电流最大,并与电源电压同相……。
  实际应用的天线,其导体本身就具有一定的电感量,它和大地间又存在着电容。对于收发信机来说,整个天线系统就像一个LC串联回路。构成天线的导体的几何尺寸、天线与周围物体以及与地之间的距离等因素影响着它的电感、电容参数。收信天线对某一频率谐振时,这个频率的电磁波能使天线产生较大的感应电流而使接受机能从众多的信号中很容易就“发现”它;发信天线对某一频率谐振时,发射机能使天线中的电流达到最大,当然信号也就能最有效地发射出去。
  和LC谐振回路一样,当天线发生谐振时,它等效为一个纯电阻。这个电阻包含了天线的辐射电阻和损耗电阻两个部分。我们根据欧姆定律可以推断,当电流一定的时候,辐射电阻越大,发射效率越高。辐射电阻的大小取决于天线的结构形式。损耗电阻是有害的,在实际制作中我们选择导电性能好、表面积尽可能大的材料制作天线以求得到最小的损耗电阻。谐振时天线的电阻也就是天线的特性阻抗,这是使用天线时必须了解的一个重要参数。
  众所周知,用以表征谐振回路特征的“幅度——频率”特性曲线形状有陡、缓之分,有的回路频率响应范围宽,有的则反之。天线也有同样的特征:有的天线可用于比较宽的一个频段,有的则不行。业余通信使用的频率虽然包括了相当宽的范围,但就每个波段而言却都是很窄的,所以业余通信使用的天线大多选用频带窄而效率高的天线。许多淘汰的军用通信机中配用的天线,如44m、22m双极式天线等,都不能谐振在业余频段上,对于发射功率不大的业余通信来说效果并不好。
  我们都有这样的经验:如果LC回路谐振频率不合要求,可以用改变电感或电容数值的方法进行调试。天线也一样,当天线谐振频率不对时,可以调整它的尺寸。如果无法调整尺寸也可以给天线回路串联或者并联电感电容,这就是“天线调谐”。不过应该知道,这种办法虽然可以使整个回路总体上达到谐振,但天线的效果却并不见得好。可以设想,如果我们继续加大附加的电感电容比例,缩小天线部分,最后不就成了一个名符其实的LC回路了吗?这时的“辐射电阻”极小,能量只能在回路内交换吞吐,并不能被发射出去。
 
电磁干扰与抗电磁干扰
 
电磁干扰 (EMI:Electro-Magnetic-Interference)是指不需要的电磁信号或噪声信号等对需要的电磁信号的干扰。在如今电子信息时代,随着信息高速公路、卫星通信、移动通信、计算机应用等的高速发展,电磁干扰 (EMI)在军事和民用电子信息领域的影响越来越严重,对公共环境和人身安全以及军事保密、安全造成了很大的危害。
 
目前强制性的电磁兼容标准 (EMC)已经在世界范围内执行,一些发达国家在电磁兼容设计技术、材料技术、元器件技术等方面从70年代就开始研究,并形成一系列的标准加以应用。我国已于1998年底宣布执行电磁兼容标准。
 
电磁兼容问题涉及面很宽,其核心是设法减少自身产生的电磁干扰和提高抗电磁干扰的能力。目前在电子设备和系统中通用的电磁兼容设计技术有接地、屏蔽、滤波三种,通常称之为抑制电磁干扰的三大技术。
 
接地是将干扰信号引入接地端;屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或衰减干扰信号的电磁传输;滤波是阻止干扰频率信号通过而允许有用频率信号通过的一种技术。在这三种技术中,滤波技术是目前抑止电磁干扰最常见、最有效、最经济的一种手段。运用的方法也非常简单,在电气设备电源线的入口处插入抗EMI滤波器,滤波器可以把通过电源线传导的电磁干扰信号给予充分地抑制,换而言之,它既能抑制电气设备内部产生的电磁干扰,又能抑制外界电网传入的电磁干扰。
 
美国在70年代就开始了铁氧体抗电磁干扰材料的研制,目前已能生产各类抗电磁干扰材料和器件。美国陶瓷-磁性公司主要产品集中在NiZn铁氧体材料上,通过铁氧体的复数磁导率与频率的关系,改变不同成分配方及掺杂来实现铁氧体阻抗的频率特性和衰减频域;制成宽频域抗EMI铁氧体材料和各种滤波器。美国STEWARD公司,FILTER CONECPTS公司分别研制成功14个系列和4个系列的抗EMI软磁材料,并应用于IBM公司、ZENITH公司和MOTOROLA公司的各种微型计算机、数字设备以及ATT信息系统,取得了良好的效果。同时,也大量用于军用电子装备上,便其更加完善。
 
日本TDK公司有5大类抗EMI材料研制成功,也主要用于PC联网、数字设备中。富士公司则集中于MMIC及IC用抗电磁干扰滤波器材料及器件的开发。
  国内在此方面的研究始于80年代。主要在软磁铁氧体材料和器件方面进行了大量的研究。现在国内市场上已有部分抗EMI材料、抗EMI元件、抗EMI滤波器面世。而用磁性和陶瓷材料制备的复合材料作为新型的抗电磁干扰材料也是研究开发的热点。
开关电源EMI抑制技术
 
◆  开关电源电磁干扰的产生机理
  开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明:
  1、二极管的反向恢复时间引起的干扰
  高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。
  2、开关管工作时产生的谐波干扰
  功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。
  3、交流输入回路产生的干扰
  无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。这 种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。
  4、其他原因
   元器件的寄生参数,开关电源的原理图设计不够完美,印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布置,具有很大的随意性,PCB的近场干扰大,并且印刷板上器件的安装、放置,以及方位的不合理都会造成EMI干扰。
 
◆  开关电源EMI的特点
  作为工作于开关状态的能量转换装置,开关电源的电压、电流变化率很高,产生的干扰强度较大;干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器,相对于数字电路干扰源的位置较为 清楚;开关频率不高(从几十千赫和数兆赫兹),主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板 (PCB)走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。
 
◆  EMI测试技术
  目前诊断差模共模干扰的三种方法:射频电流探头、差模抑制网络、噪声分离网络。用射频电流探头是测量差模共模干扰最简单的方法,但测量结果与标准限值比较要经过较复杂的换算。差模抑制网络结构比较简单,测量结果可直接与标准限值比较,但只能测量共模干扰。噪声分离网络是最理想的方法, 但其关键部件变压器的制造要求很高。
 
◆  目前抑制干扰的几种措施
  形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而,抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。
  首先应该抑制干扰源,直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道,它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。
  采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如,功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗,为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片 进行绝缘,这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容,开关电源的底板是交流电源的地线,因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰,解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割断了射频干扰向输入电网传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射,电磁干扰对其他电子设备的影响,可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体,就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。例如,静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰;电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地,但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应,所以仍以接地为好,这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连,可为信号回路提供稳定的参考电位。因此,系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后,最终都与大地相连。
在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则,如果形成多点接地,会出现闭合的接地环路,当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声,实际上很难实现“一点接地”。因此,为降低接地阻抗,消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地,利用一个导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参考地,需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中,应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后,再连接到公共参考点上。
滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如,在电源输入端接上滤波器,可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰,也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中,还采用很多专用的滤波 元件,如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环,它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器,并正确地安装和使用滤波器,是抗干扰技术的重要组成部分。  
EMI滤波技术是一种抑制尖脉冲干扰的有效措施,可以滤除多种原因产生的传导干扰。一种由电容、电感组成的EMI滤波器,接在开关电源的输入端。电路中,C1、C5是高频旁路电容,用于滤除两输入电源线间的差模干扰;L1与C2、C4;L2与C3、C4组成共模干扰滤波环节,用于滤除电源线与地之间非对称的共模干扰;L3、L4的初次级匝数相等、极性相反,交流电流在磁芯中产生的磁通相反,因而可有效地抑制共模干扰。测试表明,只要适当选择元器件的参数,便可较好地抑制开关电源产生的传导干扰。
 
◆ 目前开关电源EMI抑制措施的不足之处
  现有的抑制措施大多从消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径
出发,这确是抑制干扰的一种行之有效的办法,但很少有人涉及直接控制干扰源,消除干扰,提
高受扰设备的抗扰能力,殊不知后者还有许多发展的空间。
 
◆  改进措施的建议
  目前从电磁干扰的传播途径出发来抑制干扰,已渐进成熟。我们的视点要回到开关电源器件本身来。从多年的工作实践来看,在电路方面要注意以下几点:
  (1) 印制板布局时,要将模拟电路区和数字电路区合理地分开,电源和地线单独引出,电源供给处汇集 到一点;PCB布线时,高频数字信号线要用短线,主要信号线最好集中在PCB板中心,同时电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开。其次,可以根据耦合系数来布线,尽量减少干 扰耦合。
  (2) 印制板的电源线和地线印制条尽可能宽,以减小线阻抗,从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。
  (3) 器件多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引脚长度,以减小元件分布电感的影响。
    (4) 在Vdd及Vcc电源端尽可能靠近器件接入滤波电容,以缩短开关电流的流通途径,如用10μF铝电解和0 1μF电容并联接在电源脚上。对于高速数字IC的电源端可以用钽电解电容代替铝电解电容,因为钽电解的对地阻抗比铝电解小得多。   
  产生开关电源电磁干扰的因素还很多,抑制电磁干扰还有大量的工作。全面抑制开关电源的各种噪声 才会使开关电源得到更广泛的应用。
 
利用表格和公式了解滤波器
 
使用在线电子表格,设计人员可从一个通用滤波器传递函数推导出最常见的滤波器类型。 当一定复杂程度的信号通过几乎任何电子系统时,它都需要某种滤波——经常是多种类型的。但许多以数字电路背景为主的设计人员在对付模拟滤波器时会犹豫不决,因为他们在大学时代有过对滤波器极点与零点进行复杂分析的不愉快经历。幸运的是,通过将滤波器特性与一个通用滤波器传递函数的5个参数进行关联,设计人员就可从此函数推导出最常用的滤波器类型。另外,通过使用Excel电子表格软件,还有助于获得对滤波器响应与这些参数如何关联的感性认识。
滤波器是一种可通过或阻止某种信号频率的电路。您可以通过基本的滤波器积木块——二阶通用滤波器传递函数,推导出最通用的滤波器类型:低通、带通、高通、陷波和椭圆型滤波器。
 

传递函数的参数——f0、d、hHP、hBP和hLP,可用来构造所有类型的滤波器。转降频率f0为s项开始占支配作用时的频率。设计者将低于此值的频率看作是低频,而将高于此值的频率看作是高频,并将在此值附近的频率看作是带内频率。阻尼d用于测量滤波器如何从低频率转变至高频率,它是滤波器趋向振荡的一个指标。实际阻尼值从0至2变化(表1)。高通系数hHP是对那些高于转降频率的频率起支配作用的分子的系数。带通系数hBP是对那些在转降频率附近的频率起支配作用的分子的系数。低通系数hLP是对那些低于转降频率的频率起支配作用的分子的系数。设计者只需这5个参数即可定义一个滤波器。
 
高通与低通滤波器的最常见拓扑是Sallen Key,它只需一个运放(图1a和1b)。多通(道)滤波器常用作带通滤波器(图1c),而且它还只需要一个运放。图2及图3示出了双二阶滤波器部分的拓扑。每种结构都能实现完整的通用滤波器传递函数。图2所示电路使用三个运放,并且使用中央运放的目的仅是为了使总的反馈路径为负反馈。带开关电容器的相同滤波器只需两个运放(图3)。参考文献1和2介绍了这些滤波器结构。
 
 

低通滤波器
低通滤波器允许从直流到某个截止频率 (fCUTOFF) 的信号通过。将通用滤波器二阶传递函数的高通和带通系数均设为零,即得到一个二阶低通滤波器传递公式:
 
 
图4示出了一个典型低通滤波器的曲线,此曲线和表2表明低于f0的频率其响应相对平坦。对于高于f0的频率,信号按该频率平方的速率下降。在频率f0处,阻尼值使输出信号衰减。您可以级联多个这样的滤波器部分来得到一个更高阶的(更陡峭的转降)滤波器。假定设计要求一个截止频率为10kHz的四阶贝塞尔 (Bessel) 低通滤波器。根据参考文献1,每部分的转降频率分别为16.13及18.19 kHz,阻尼值分别为1.775及0.821,并且这两个滤波器分区的高通、带通和低通系数分别为0、0与1。您可以使用这两个带有上述参数的滤波器部分来实现所要求的滤波器。截止频率为输出信号衰减3 dB的频率点。
 
 
带通滤波器
带通滤波器允许定义的中频附近的信号通过。将通用滤波器二阶传递函数的高通和低通系数设为零,即得到如下的二阶带通滤波器传递公式:
 
图5显示一个典型带通滤波器的曲线,表3表明在f0处响应达到峰值,它等于低通系数除以阻尼值。对高于10f0的频率,信号按正比于频率的速度下降。对低于f0/10的频率,信号按反比于频率的速度下降。带通滤波器的带宽是可通过的、信号衰减不超过3 dB的频率宽度。滤波器性能的另一个度量是Q,它表示用滤波器带宽除中心频率所得的比率。Q值越高,相对带宽就越窄。根据定义,它等于阻尼值的倒数:
 
和低通滤波器一样,设计人员可以级联多个带通滤波器来构成更高阶的滤波器。假设设计要求一个允许950Hz与1050Hz之间的频率通过的滤波器,则中心频率为这两个值的几何平均数,即999Hz,带宽为100Hz。由这些设计参数可得到Q值为9.99,阻尼值为0.1001。转降频率为998 Hz;阻尼值为0.1001;并且高通、带通和低通系数分别为0、0.1001和0。
 
高通滤波器
 
高通滤波器允许频率高于某个截止频率的信号通过。二阶高通滤波器的传递公式为:
 
图5显示一个典型带通滤波器的曲线,表3表明在f0处响应达到峰值,它等于低通系数除以阻尼值。对高于10f0的频率,信号按正比于频率的速度下降。对低于f0/10的频率,信号按反比于频率的速度下降。带通滤波器的带宽是可通过的、信号衰减不超过3 dB的频率宽度。滤波器性能的另一个度量是Q,它表示用滤波器带宽除中心频率所得的比率。Q值越高,相对带宽就越窄。根据定义,它等于阻尼值的倒数:
 
和低通滤波器一样,设计人员可以级联多个带通滤波器来构成更高阶的滤波器。假设设计要求一个允许950Hz与1050Hz之间的频率通过的滤波器,则中心频率为这两个值的几何平均数,即999Hz,带宽为100Hz。由这些设计参数可得到Q值为9.99,阻尼值为0.1001。转降频率为998 Hz;阻尼值为0.1001;并且高通、带通和低通系数分别为0、0.1001和0。
 
高通滤波器
 
高通滤波器允许频率高于某个截止频率的信号通过。二阶高通滤波器的传递公式为:
 
图6显示一个典型高通滤波器的曲线,表4表明对于高于f0的频率,响应相对平坦。对于高于f0的频率,信号按频率的平方的速度下降。在f0处,阻尼值会衰减输出信号。请注意,截止频率fCUTOFF为输出信号衰减3dB时的频率。该频率无须等于f0。但幸运的是,滤波器设计手册上提供的数据表中,给出了用于设计不同类型的滤波器所需的转降频率与阻尼值。
 
陷波滤波器
 
除一个定义的中频附近的频率外,陷波滤波器允许其他频率信号通过,这正好与带通滤波器相反。它结合了数值相等的低通和高通系数:
 
二阶通用传递函数的带通系数为零。图7显示一个典型陷波滤波器的曲线,表5表明在f0处的响应为零。在远离f0一定距离的频率上,信号可以相对无衰减地通过。和带通滤波器一样,设计人员可利用Q值来测量陷波滤波器的性能。假设要求设计一个频率限与前面带通滤波器范例相同的陷波滤波器,则转降频率与阻尼值仍保持不变:分别为998 Hz及0.1001。对于单位增益而言,高通和低通系数为1,而带通系数则为0。
 
 
椭圆滤波器
 
带有多通系数的滤波器部分可以有不同的值。这种滤波器即为椭圆滤波器,它可以以一种增益允许低频率通过,并以另一种增益允许高频率通过。二阶滤波器的传递公式如下:
 
图8给出了一个典型椭圆低通滤波器的曲线。表6表明在由f0、hHP和hLP确定的频率点上的响应为零。在离f0一定距离的频率上,由相关的传递系数确定信号。椭圆滤波器可以为高通或低通滤波器。在某个规定点上,输出迅速下降为零。假设系统要求一个5kHz的二阶巴特沃斯 (Butterworth) 低通滤波器,则在5kHz上信号衰减3dB。但直到频率达到15.8 kHz时信号才会衰减20dB (电子表格可验证这个结果)。对于一个相对频率,信号有3dB的衰减,达到3.16倍的相对频率,信号衰减20dB。假设系统要求更高频率信号衰减不超过20dB,则可以给滤波器传递函数增加一个高通系数,其值为低通系数的十分之一——20dB,从而将低通滤波器转换为一个椭圆滤波器。在本例中,阻尼值为1.414,高通、带通和低通系数分别为0.1、0和1。
逆变变压器介绍
液晶显示器、笔记本电脑、车载便携式DVD、液晶电视等办公、家用电器已广泛深入人们的工作和生活,这类电器所使用的显示设备均采用CCFL(冷阴极荧光灯)为其提供背光源。
在正常使用时,上述产品一般采用6-24V DC作为电源,而要驱动CCFL则需约1600V AC 电压(当工作稳定后,仍需有大于500V AC的电压),因此需有一个DC/AC转换过程。此项工作由DC/AC逆变转换电源(DC/AC INVERTER POWER)来完成。而由低电压转换成高电压,则必需使用逆变变压器(INVERTER TRANSFORMER)。
逆变变压器在整个DC/AC逆变转换电源中是体积最大的一个部件,其尺寸大小直接影响整个电源的体积。为了适应液晶显示器超薄的需要,应有超薄的逆变电源,也就需要有厚度薄的逆变变压器。在生产此种变压器时必需满足以下条件:
1、选择厚度薄的磁芯和骨架;
2、因变压器次级输出高电压低电流,所以要有较多的圈数(1300-2500Ts),并用小线径(Φ0.03-Φ0.08mm)的铜线绕制;
3、于次级输出高压,为防止高压击穿,次级起始端与结束端需有足够的安全距离;
4、次级分段绕制,以减少分布电容;
5、减少变压器损耗,保证变压器有高的转换效率;
6、次级铜线不允许有任何损伤,线包内不允许有任何异物。以上这些因素决定了其制作方式完全有别于普通开关电源变压器,必须有非常严格的工艺要求来保证其品质。
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
美国国家半导体开关稳压调整器技术问答精选1
问:在待机状态,能耗的降低会不会将系统稳定性降低?
答:待机时有两种方法:1.高电压绕组降低到MCU低电压电源,系统进入突发模式,输出电压有更多波纹,但依然在反馈回路;至于某些临界的应用,线性调整器如7805适合这方面的应用,例如NCP1209或MC44608。2.对于NCP1200,它的输出波纹会很小,如2.5%,直接驱动MCU会很安全。我们确信,在待机时,上面的任一种方法依然在控制回路。
问:一个系统要降低功耗,一般应该从哪几方面来入手解决呢?
答:从系统的观点来看,不仅要谈到待机,效率是第一位的。我们首先要做的是要保证系统效率尽可能的高。为了达到这点,我们需要确定功率在什么地方损失掉,即是说,流过功率MOSFET的电流产生热量,场效应晶体管(FET)的Rds(on)决定了此时的损耗。类似这种考卷需要针对系统中每一个功率元件来进行。
问:DVD可以提供何种芯片做到0.4W?我们的输出功率260瓦。
答:NCP1200适合用在20-30WDVD播放机,达到0.4W。你的应用不仅仅是DVD播放机,应该是DVD+AMP(放大器)。我们有NCP1203(140W)和其它器件一起用的解决方案。请电邮到:manson.chan@onsemi.com,以便更清楚你的想法。
问:有些解决方案辅助绕组供电时需加稳压管,这样是不是过压保护功能实现不了?
答:齐纳二极管加接在Vcc引脚,保护IC免受损害。如果需要过压保护,要增加更多的外接元件。请参阅我们的应用手册AND8069。
问:采用安森美芯片的产品,在电磁兼容性方面应该做什么样的处理?
答:从根本上来说,它应该根据通常的EMC来考虑整个电路,如PCB的布局,变压器的结构,线路输入滤波器,开关电源(SMPS)的工作模式,屏蔽等。我们的一些芯片能安全地工作在关键的部位,能消除许多EMC的问题。
问:目前IC芯片的功耗在逐步降低,供电电压已降至1.5V,而传统5V供电芯片也在大量使用,这样在进行系统设计时,电源设计就是一个很大的问题。一个系统中,不同的芯片需要不同的工作电压,由此造成系统设计复杂化,各芯片接口部分产生诸多不确定错误,比如3V在5V芯片中会误认为低电平,如果加转换器件,又增加成本,请问如何解决系统设计中的此类问题?
答:事实上,我们的IC能处理多个输出。例如,DVD播放器电源板之一有六个输出。每个都能调整,也有低电压和高电压在一起。最重要的是把设计电源作为一个系统而不是单独的输出来考虑。
问:1.采用变压器次级绕组提供60V高压降低至5V时,待机功耗约多少?使用安森美1200P40,变压器次级绕组电压能否升高至80V?2.使用安森美1200P40能否配用4N60系列MOS管?
答:是的。NCP1200至少有两种方法加电,一种是动态自供电(DSS),另一种是采用辅助绕组。它驱动4N60没有问题。
问:Q1:待机功耗与电源功率以及频率有何关系?Q2:目前国际标准要求待机功耗是多少?现在实用电源的最低待机功耗是多少?Q3:国际上有那几种方法实现待机?哪种最先进?
答:Q1:在开关电源,开关损耗扮演很重要的角色,降低开关频率能降低开关损耗。Q2:它取决于是什么产品和出货到什么地方。对于适配器,IEA建议为0.75W,美国总统布什要求是1W。安森美的产品能满足所有这些要求。Q3:有很多方法实现待机,安森美的解决方案已经证明是高成本效率的。 问:开关频率对降低损耗有多大影响?除降低开关频率外,可有其它措施?
答:在在线座谈中,你能看到频率起到很重要的作用。还有其它方法来降低功耗。甚至流过光耦合器的电流也会影响到待机功耗。
问:降低待机能耗的技术的关键是什么?能降低到什么程度?
答:要降低待机功耗,必须要降低开关周期数,维持输出在调整状态。目前,对于70W通用电源,在负载条件下我们能降到低于0.1W。
问:降低待机功耗,IC起到很重要作用。除此之外,它还和什么因素有关?比如变压器,阻容元件?
答:良好控制的IC是解决方案的关键。但是如果没有良好的变压器和电容,你也不能做到。
问:NCP系列好像对变压器特殊要求?如何设计辅助绕组?
答:所有的开关电源在辅助绕组上的设计都是相同的,但是,NCP系列比以前的更容易,绝大多数来自DSS的本身电源功能中,而当负载很轻,或者,从重负载变到轻负载,占空比就降低,辅助绕组电压就下降,一些正常的PWMIC会关断。但是,NCP系列如NCP1200会改变到DSS模式,直接从电源线加电。要小心,不要超过数据表上的最大电压例如16V。此外,还要注意变压器绕组的耦合问题。
问:待机功耗与电源的转换效率有什么联系?
答:一般来讲,满负载的有效电源更容易满足轻负载或小负载的待机功耗要求。但是,待机功耗的规范变得越来越严格。你要用特别的方案才能满足规范的待机功耗,例如安森美的开关控制器。
问:采用准谐振,对电源的参数有何影响比如波纹系数等?
答:准谐振(QR)模式是一种临界模式,负载的响应很快,这在开关电源(SMPS)中是最好的(和连续模式相比)。如果负载从最低(甚至于零)变到最大额定功率,系统会很适合使用。从另一方面,一些开关的噪音会高,因为在这种模式,峰值电流会更高。要注意PCB的布线和整流器部分。
问:可变频率模式的频率如何变化?随负载的大小而变化吗?什么时候开始变化?
答:开关频率取决于负载和准谐振或谷底开关模式的线路情况。负载增加,开关频率下降。线路电压增加,开关频率增加。安森美的器件采用特别的技术来中断这种现象,降低轻负载时的开关频率。
问:如果有遥控电路要工作你们的IC提供多大的5V电流?还有现在功耗还能降到多少,对于电源自身功耗呢?谢谢!
答:这取决于待机时的5V电流。通常,如果是红外(IR)遥控系统,MCU和IR传感器的电流将会是从10mA到30mA。我们公司任一种IC都能提供这种电流。但是,如果你的电路是RF遥控器,以及有许多其它处理器不能进入待机状态如300mA,这将不可能有1W的待机功耗。合理的估计是输出功率除以3或2,就是你的开关电源待机功耗的极限。
问:除了芯片以外,无源元件的选择对待机功耗的影响有多大?OnSemi对选择无源元件有何建议?
答:这取决于不同的应用和工作模式。一般说来,在待机模式,高电压边对待机功耗有大的影响。这不仅需要控制器减小工作电流和漏电,而且还需要一些元件来进一步降低起动电路的电流。开关损耗是另一个问题。在这种情况下,你可选用一些低栅极电荷的MOSFET。对次级边,次级重新配置模式在多个输出状态下能节省更多的功率。但是,一些元件的工作速度是十分重要的,例如,采用此办法的MC44608,开关(可控硅器件:SCR)是重要的。
问:准谐振的频率如何确定?介绍说,它能降低EMI,它的原理是什么?
答:在我们的网站上有关于如何确定QR频率的应用手册。请键入NCP1205搜索。QR降低EMI,因为在最低的Vds开关MOSFET。开态时的电流尖峰是EMI的主要来源。QR能有效地降低电流尖峰。
问:请问电源输入电压对待机功能耗有多大的影响?
答:这又是待机功耗的一个很重要来源,输入电压越高,降低待机功耗就越困难。这就是说,采用110VAC和220VAC的国家,采用同样的开关电源(SMPS),前者的待机功耗较低。这主要是因为来自工作电流,阻尼电路和所有初级边元件的漏电……
问:变压器的质量如漏磁,对待机功耗有何影响?
答:是的。它们是待机功耗和正常电源效率的关键问题。尽你的所能来降低漏电感,而这同时也会增加系统可靠性。美国国家半导体开关稳压调整器技术问答精选2
问:抽头电感器方式变换器的输出线圈中的电流波纹非常大,会使效率下降,请问用什么方法可以解决?
答:中心抽头电感有噪音增加和电源效率不高的问题。没有快捷的办法改善它。用两个开关电源也许是个好建议。 问:我是一位产品开发者。在我们产品中我们利用LM2575组合的恒流源作为电流驱动,但在实际的应用中我们发现LM2575发热过大,效率不高。因此我们选用LM2670,但是我们发现采用LM2670后,CPU经常复位,整个电路工作不起来。对此我们感到很困惑,请您给予解答,谢谢!
答:我想你应该测量一下CPU上的电压,因为CPU对开关噪音和波纹敏感。在连接到CPU之前采用LC滤波器,也许是个好建议。
问:LM2576-ADJ为3A输出,如需要12A的电流输出,是否可以用并联的方式达到目的?如不行,请提供何种方式较为方便?
答:采用LM2576是很难连接成并行输出。请采用三个频率同步的LM2677,产生15A的电流。每个输出端加接二极管,阻止电流倒流。
问:开关电源用在DSL产品中,对模拟前端(AFE)电路都有不同程度的干扰,有什么比较好的方法来避免吗?谢谢!
答:开关噪音常常是AFE应用中的一个问题。良好的PCB接线和低开关噪音是解决方案。A)良好PCB地线,请参阅美国国家半导体(NSC)的应用手册AN1197和AN1229,那里有详细的论述。B)低开关噪音,有几种解决办法,例如加大开关阻尼,采用较低ESR(等效串联电阻)的电容,可以改善它。
问:我曾经用开关稳压芯片为音频处理电路和MCU提供电源。但是,开关噪声对声音通道信号质量影响很大。请问在电路设计和PCB设计上通常有什么设计对策?
答:开关噪音是普遍存在的问题。良好的PCB接地能解决它,请参阅NSC的应用手册AN1197和AN1229。这两个手册详细解释了接地问题。请从NSC的网站上下载。
问:LM2596中的电感选择问题,如果太大或太小会有什么影响?
答:电感对于开关电源是非常重要的。我会建议你从NSC网站上下载应用手册AN1197和AN1229。他们详细描述了这个问题。较大的电感会带来高成本,开关系统也会变成连续模式。小的电感将要求较高开关电流,系统工作在不连续模式。 问:LM276X的效率能达94%,能介绍一下影响效率的设计要点和应用要点吗?
答:效率主要取决于输入电压Vin (Vin越高,效率越低)和输出电压Vout (Vout越低,效率越低)。良好的肖特基二极管能改善少许效率。较高的电感也能改善少许效率。
问:为降低EMI,如何选择电容和电感?LM集成电路内部有没有降低EMI的电路?
答:EMI(电磁干扰)主要来自PCB走线和外部元件,电感的开关电流。你可采用屏蔽电感来降低EMI。
问:LM2576的转换效率与输入电压的大小有什么关系(如12V和18V)?
答:输入电压越高,效率越低。这是因为输入电压增加,其内部的功率晶体管的开关损耗也增加了。 问:请问在使用NSC的开关电源芯片时,经常会给电路造成不同程度的高频干扰,怎样更好的消除这些干扰?
答:布局将是降低干扰的方法之一。我们提供应用手册:AN1229 SIMPLE SWITCHERTMPCB布局指南。你可从网站上下载:www.national.com。如果干扰严重,你必须要屏蔽它。
问:我们的一个产品使用了LM2575-5.0,在做EMC测试的时候,发现电源辐射超标。请问可以采取哪些措施降低辐射?
答:主要的来源是肖特基二极管。你可以增加一个阻尼器(电阻和电容串联),跨接在肖特基二极管两端。你也可尝试在输入端增加LC滤波器。
问:我使用LM系列的芯片,设计的电源效率都只有80%左右,和提供的参数效率相差较大,有什么方法来达到较高的效率吗?影响效率的因素有哪, 些?
答:SIMPLE SWITCHER 稳压器的效率在80%到94%之间,取决于你的应用,输入电压和输出电压。如果你要在你的工作条件下增加效率,你可用NSC的同步开关调整器。请和我们的当地办事处,分销商联系或登录我们的网站。
问:在实际工作中,我发现LM2596有高频干扰问题,能将噪音反馈到输入电源处,有好的解决办法么?
答:你可以在输入端增加一个小电容器,滤去高频噪音。你也能在输入端增加一个小电感或铁氧体珠。 问:在汽车上使用系统采用LM2596的DC/DC芯片,发现比较容易在汽车启动时系统复位,怎样解决?
答:你可在电路中增加时延。这样,汽车起动一段时间后DC/DC转换器才会开启。
问:输入电容的变化对输出电压的影响在哪?
答:适当的选择输入滤波器电容是非常重要的。它会影响到电源输出端低频交流(AC)波纹和延期时间。
问:1.开关电源的PCB设计应该注意哪些要点?2.设计好的开关电源进行测试时,主要应该测试哪些方面内容?
答:1.PCB布局:首先放置功率和开关元件。反馈回路走线应尽可能远离电感和噪音源走线。所有的功率(大电流)走线要尽可能短,直和厚。详细的设计指南,请参阅我们的应用手册AN1149:开关电源的布局指南。2.主要的测试有:高/低输入电压测试,最大负载,轻负载,瞬态响应和开关负载。
问:LM系列的抗EMI性能如何?包括本身的和对外的。
答:我们已从我们的客户中收到关于我们产品的EMI问题的反馈。对一般应用的反应是良好的。EMI可通过以下方法降低:1)降低驱动器峰值栅电流;2)用10欧姆电阻和Cboost电容串联,减慢栅的开启;3)在肖特基二极管上增加阻尼器。
问:电感的选择有什么的要求?
答:主要参数是开关工作频率,功耗和铁芯额定处理能量。请参阅我们的应用手册AN1197:降压转换器的电感选择。你也可从网站:www.national.com 下载。
问:对输出电容的ESR有要求吗?是不是越低越好,还是太低了就不好?
答:输出电容的ESR影响到调整器控制回路的稳定性。所以,它取决于电路的频率特性,波德图。
问:控制环路的设计应注意什么?
答:反馈控制回路会影响电路的稳定。输出电容和电感要小心选择。要增加元件来改善相位富余度。
问:介绍一下同步时钟的要求以及对性能的影响如波纹系数和效率?
答:外部时钟能用作开关频率,通过同步引脚控制调整器输出波纹频率。这种功能提供了系统间输出波纹滤波的一致性以及波纹频率的精确频谱位置,这在通信和无线应用中是很需要的。另外的要求就是要使几个开关调整器的频率同步,以减小它们相互间的干扰。 问:请问在选择稳压器时, 重要的指标是什?
答:输入电压的范围、最大输出电流、输出电压、开关噪音、功率效率和外接元件数量。
问:如何消除在使用美国国家半导体的开关电源时产生的高频干扰?
答:请参阅NSC应用手册AN1197和AN1229,熟悉开关电源器件的应用。请登录NSC网站获取产品信息。
问:软起动的起动时间有多少?电压的上升时间有多少?如何确定?
答:从LM2679的7引脚接一个电容到地,能使开关调整器放慢开启。这个选择电容控制着加电时LM2679的起动。电容由内部的电流源线性地充电,称之为软起动电流,典型值为3.7 A。这个电压逐渐地增加功率开关的工作周期,直至到达正常工作周期,它由输出电压和输入电压的比例来决定。软起动开启时间由选择Css来编程。
问:我用LM2576做个DSL的产品,发现会干扰AFE模块的性能,采用物理方式(把该电源模块切下,用线连接到相应的连接点)分开一段距离就不会干扰。重新布板以后,保证了该试验的物理距离,但干扰还是出现了,并没有达到试验的效果,这会是什么样的问题?
答:它可能是传导噪音,即是说,噪音通过Vin 或Vcc进入其它电路。你要在LM2576的Vin引脚增加铁氧体珠,在输出端加滤波器,看看有什么改善。对LM2576进行屏蔽,肯定不会对其它电路造成EMI干扰。
问:在电感固定的情况下,滤波电容是越大越好吗?
答:不。它取决于系统稳定所考虑的问题。
问:怎么实现两个供电电源之间的平滑切换?如用电池与稳压电源同时给电器产品供电的情形?
答:电池和电源可并行连接,给系统提供电流。功率二极管连接在电池和电源的输出端,以阻塞反向电流。
问:电容对输出电压的特性非常有影响,有时候电容值小了,就会造成很大的纹波以及高频产物,从而对电路很有影响。 请问是为什么?
答:电容的ESR是影响输出波纹的一个因素。绝大多数小电容有较高的ESR,导致高的开关波纹。
居里点 居里温度
居里点或居里温度(the Curie temperature )是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。低于居里点温度时该物质成为铁磁体,此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里点温度时,该物质成为顺磁体,磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。
19世纪末,著名物理家居里在自己的实验室里发现磁石的一个物理特性,就是当磁石加热到一定温度时,原来的磁性就会消失。后来,人们把这个温度叫“居里点”。在地球上,岩石在成岩过程中受到地磁场的磁化作用,获得微弱磁性,并且被磁化的岩石的磁场与地磁场是一致的。这就是说,无论地磁场怎样改换方向,只要它的温度不高于“居里点”,岩石的磁性是不会改变的。根据这个道理,只要测出岩石的磁性,自然能推测出当时的地磁方向。这就是在地学研究中人们常说的化石磁性。在此基础之上,科学家利用化石磁性的原理,研究地球演化历史的地磁场变化规律,这就是古地磁说。
为了寻找大陆漂移说的新证据,科学家把古地磁学引入海洋地质领域,并取得令人鼓舞的成绩。
第二次世界大战之后,科学家使用高灵敏度的磁力探测仪,在大西洋洋中脊上的海面进行古地磁调查。之后,人们又使用磁力仪等仪器,以密集测线方式对太平洋进行古地磁测量。两次调查的资料使人们惊奇地发现,在大洋底部存在着等磁力线条带,而且呈南北向平行于大洋洋中脊中轴线的两侧,磁性正负相间。每条磁力线条带长约数百千米,宽度在数十千米至上百千米之间不等。海底磁性条带的发现,成为本世纪地学研究的一大奇迹。1963年,英国剑桥大学的一位年轻学者F.J.瓦因和他的老师D.H.马修斯提出,如果“海底扩张”曾经发生过,那么,大洋中脊上涌的熔岩,当它凝固后应当保留当时地球磁场的磁化方向。就是说在洋脊两侧的海底应该有磁化情况相同的磁性条带存在。当地球磁场发生反转时,磁性条带的极性也应该发生反转,磁性条带的宽度可以作为两次反转时间的度量标准。这个大胆的假说,很快被证实了,人们在太平洋、大西洋、印度洋都找到了同样对称的磁性条带。不仅如此,科学家还计算出在7600万年中,地球曾发生过171次反转现象。
研究还发现,地球磁场两次反转之间的时间最长周期约为300万年,最短的周期约为5万年,两次反转的平均周期约为42~48万年。目前,地球的磁场方向己保留70万年了,所以,人们预感到一个新的磁场变化可能正在向我们靠近。
对于海底磁性条带的研究仍在继续之中,许多问题仍找不到令人满意的答案。例如,对于地球磁场为什么要来回反转这个最基本的问题,就无法解释清楚。尽管科学家们提出过种种假说,但其真正的原因还是不清楚的。也就是说,地球发生磁场转向的内在规律之谜,有待于科学家们去继续探索。
直流电机的换向
 
  带换向器的电枢绕组在运行中的一种特有现象。图1所示为最简单的直流电机模型,其换向原理如下:假定电枢只有一个线圈abcd,换向器只有两个换向片,它们分别与线圈首、尾相连接,A与B为静止的两个电刷。当线圈在磁极N、S中逆时针转动时,处于N极下的导体ab产生的电动势,方向为从b至a,处于S极下的导体cd产生的电动势方向为从 d至c。但当线圈转动180°后,导体ab与导体cd位置对调,导体中的电动势也与原来的方向相反。所以在线圈连续旋转时,导体及整个线圈的电动势是在正最大值与负最大值之间不断交变,故为交流电动势。但由图不难看到,电刷A只与处在N极下的导体引出端相连,永为正极性;电刷B只与处在S极下的导体引出端相连,永为负极性。故电刷所引导出来的电动势及电流的方向始终不变,也就是说,对于外电路而言,引出的是直流电。这就是直流电机换向的基本原理。通常,电枢绕组由很多线圈串、并联而成,其中各线圈电流换向情况还要复杂些。图2为一个元件(一个单元线圈)在被电刷短路时发生的换向过程。
  当电枢元件随着电枢的旋转,依次从一条支路转移到另一支路时,各元件中的电流也就从一种流动方向改变为另一种流动方向。这种利用机械方法(换向器和电刷)使元件中电流变换方向的现象称为换向。换向过程总是与元件被电刷短路的过程相伴随的。图2中,当元件a开始被电刷短路时(图2a),元件电流便进入了换向过程。当元件a脱离短路时(图2c),换向过程也就结束。整个过程所耗时间称为换向周期(Tc)。换向周期的长短与电刷的宽度及电枢的转速有关。电刷越宽,转速越慢,换向周期越长。   
换向过程中,由于电流变化,换向元件中会产生自感电动势,俗称电抗电动势。当同槽中有多个元件同时换向时,电抗电动势还包括它们之间的互感电动势在内。这种电动势起阻止换向的作用。电抗电动势越大,换向越困难,甚至在电刷边上会产生火花。严重的火花有时发展成换向器环火而损坏换向器。   
改善换向的主要方法是在两个主磁极之间装置换向极,用以在换向元件中产生切割电动势来抵消电抗电动势。因为电抗电动势是随着电流增大而增大的,故换向极绕组需与电枢串联,使换向极磁场及其相应的切割电动势也能随电枢电流同步增大。换向极应接成与电枢电流产生的磁场极性相反。
电压跟随器
电压跟随器是共集电极电路,信号从基极输入,射极输出,故又称射极输出器。基极电压与集电极电压相位相同,即输入电压与输出电压同相。这一电路的主要特点是:高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1,所以叫做电压跟随器。
那么电压跟随有什么作用呢?概括地讲,电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。
共集电路的输入高阻抗,输出低阻抗的特性,使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用,能够使得后一级的放大电路更好的工作。举一个应用的典型例子:电吉他的信号输出属于高阻,接入录音设备或者音箱时,在音色处理电路之前加入这个电压跟随器,会使得阻抗配匹,音色更加完美。很多电吉他效果器的输入部分设计都用到了这个电路。
电压隔离器输出电压近似输入电压幅度,并对前级电路呈高阻状态,对后级电路呈低阻状态,因而对前后级电路起到“隔离”作用。
电压跟随器常用作中间级,以“隔离”前后级之间的影响,此时称之为缓冲级。基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低之特点。
电压跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低特点,可以极端一点去理解,当输入阻抗很高时,就相当于对前级电路开路;当输出阻抗很低时,对后级电路就相当于一个恒压源,即输出电压不受后级电路阻抗影响。一个对前级电路相当于开路,输出电压又不受后级阻抗影响的电路当然具备隔离作用,即使前、后级电路之间互不影响。
8种常用电容器的结构和特点
电容器是电子设备中常用的电子元件,下面对几种常用电容器的结构和特点作以简要介绍,以供大家参考。
    1.铝电解电容器:它是由铝圆筒做负极、里面装有液体电解质,插人一片弯曲的铝带做正极制成。还需经直流电压处理,做正极的片上形成一层氧化膜做介质。其特点是容量大、但是漏电大、稳定性差、有正负极性,适于电源滤波或低频电路中,使用时,正、负极不要接反。
2.钽铌电解电容器:它用金属钽或者铌做正极,用稀硫酸等配液做负极,用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。其特点是:体积小、容量大、性能稳定、寿命长。绝缘电阻大。温度性能好,用在要求较高的设备中。
    3.陶瓷电容器:用陶瓷做介质。在陶瓷基体两面喷涂银层,然后烧成银质薄膜作极板制成。其特点是:体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高,但容量小,适用于高频电路。铁电陶瓷电容容量较大,但损耗和温度系数较大,适用于低频电路。
    4.云母电容器:用金属箔或在云母片上喷涂银层做电极板,极板和云母一层一层叠合后,再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。其特点是:介质损耗小、绝缘电阻大。温度系数小,适用于高频电路。
    5.薄膜电容器:结构相同于纸介电容器,介质是涤纶或聚苯乙烯。涤纶薄膜电容,介质常数较高,体积小、容量大、稳定性较好,适宜做旁路电容。聚苯乙烯薄膜电容器,介质损耗小、绝缘电阻高,但温度系数大,可用于高频电路。
    6.纸介电容器:用两片金属箔做电极,夹在极薄的电容纸中,卷成圆柱形或者扁柱形芯子,然后密封在金属壳或者绝缘材料壳中制成。它的特点是体积较小,容量可以做得较大。但是固有电感和损耗比较大,适用于低频电路。
    7 金属化纸介电容器:结构基本相同于纸介电容器,它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代金属箔,体积小、容里较大,一般用于低频电路。
    8 油浸纸介电容器:它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里,能增强其耐压。其特点是电容量大、耐压高,但体积较大。此外,在实际应用中,第一要根据不同的用途选择不同类型的电容器;第二要考虑到电容器的标称容量,允许误差、耐压值、漏电电阻等技术参数;第三对于有正、负极性的电解电容器来说,正、负极在焊接时不要接反。
变频电源与变频器的比较
 
日意电子RFC型变频电源与变频器的比较
 
项目 变频电源 变频器
用途 通过改变输出电源的电压和频率,并提供纯净的稳定的电源,供负载使用 通过改变频率和电压,达到电机缓启动的功能,电压和频率按比例变化,不可单独调整
负载类型 适用于阻性、容性、感性等各种负载 电动机类的负载转速的精密控制,不能用于其它负载及测试
输出电压 在满载的条件下,输出电压稳定度为设定电压的1% 输出频率随着电机工作特性的改变而改变
输出频率 在满载的条件下,输出频率稳定度为设定频率的0.01% 输出频率随着电机工作特性的改变而改变
 
输出波形
  纯正弦波 方波
 
输出波形失真
  在满载的条件下,输出波形失真度小于2% 波形失真至少为30%
EMI干扰 无辐射干扰,传导干扰低,能满足实验室设备对于电源的要求 辐射干扰较低,传导干扰强,实验室设备无法正常工作
 
输出方式
  允许输出单相及三相,三相输出时,能承受100%不平衡负载 只有三相输出,且三相时承受不平衡负载能力差
 
控制方式
  IGBT/SPWM式 IGBT/V/F控制方式
 
滤波装置
  输出配有专门的滤波装置,输出高次谐波少 输出无滤波装置,谐波含量高
 
隔离变压器
  输出具备隔离变压器 无隔离变压器
总结 专业设计用于为各类型负载提供稳定、可*的电源,并为测试提供标准电源,保证测量数据的真实、有效、可*,为分析产品性能,确保产品质量提供帮助 达到降低电动机启动电流,精确控制电动机转速的目的
 
压力的检测与变送
 
一、概述
  压力是工业生产中的重要参数之一,为了保证生产政党运行,必须对压力进行监测和控制,但需说明的是,这里所说的压力,实际上是物理概念中的压强,即垂直作用在单位面积上的力。
  在压力测量中,常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力,用符号pj表示。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力,用符号pq表示。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差。称为表压力,用符号pb表示。即pb=pj-pq。当绝对压力值小于大气压力值时,表压力为负值(即负压力),此负压力值的绝对值,称为真空度,用符号pz表示。用来测量真空度的仪表称为真空表。既能测量压力值又能测量真空度的仪表叫压力真空表。
二、压力的测量与压力计的选择
  压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等等。压力计测量压力范围宽广可以从超真空如133×10-13Pa直到超高压280MPa。压力计从结构上可分为实验室型和工业应用型。压力计的品种繁多。因此根据被测压力对象很好地选用压力计就显得十分重要。
1.就地压力指示
  当压力在2.6Kpa时,可采用膜片式压力表、波纹管压力表和波登管压力表。如接近大气压的低压检测时,可用膜片式压力表或波纹管式压力表。
2.远距离压力显示
  若需要进行远距离压力显示时,一般用气动或电动压力变压器,也可用电气压力传感器。当压力范围为140~280MPa时,则应采用高压压力传感受器。当高真空测量时可采用热电真空计。
3.多点压力测量
  进行多点压力测量时,可采用巡回压力检测仪。
  若被测压力达到极限值需报警的,则应选用附带报警装置的各类压力计。
  正确选择压力计除上述几点考虑外,还需考虑以下几点。
(1)量程的选择 根据被测压力的大小确定仪表量程。对于弹性式压力表,在测稳定压力时,最大压力值应不超过满量程的3/4;测波动压力时,最大压力值应不超过满量程的2/3。最低测量压力值应不低于全量程的1/3。
(2)精度选择 根据生产允许的最大测量误差,以经济、实惠的原则确定仪表的精度级。一般工业用压力表1.5级或2.5级已足够,科研或精密测量用0.5级或0.35级的精密压力计或标准压力表。
(3)使用环境及介质性能的考虑 环境条件恶劣,,如高温、腐蚀、潮湿、振动等,被测介质的性能,如温度的高低、腐蚀性、易结晶、易燃、易爆等等,以此来确定压力表的种类和型号。
(4)压力表外形尺寸的选择 现场就地指示的压力表一般表面直径为φ100mm,在标准较高或照明条件关差的场合用表面直径为φ200~φ250mm的,盘装压力表直径为φ150mm,或用矩形压力表。常用弹性式压力表规格见表2-1-13。
三、压力传感器
  压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。
1.应变式压力传感器
  应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的,应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体,其阻值随压力所产生的应变而变化。
2.压电式压力传感器
   压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应,目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等,当这些晶体受压力作用发生机械变形时,在其相对的两个侧面上产生异性电荷,这种现象称为“压电效应”。
3.光导纤维压力传感器
  光导纤维压力传感器与传统压力传感器相比,有其独特的优点:利用光波传导压力信息,不受电磁干扰,电气绝缘好,耐腐蚀,无电火花,可以在高压、易燃易爆的环境中测量压力、流量、液位等。它灵敏高度,体积小,可挠性好,可插入狭窄的空间是进行测量,因此而得到重视,并且得到迅速发展。
四、压力变送器
  需要在控制室内显示压力的仪表,一般选用压力变送器或压力传感器,对于爆炸危险场所,常选用气动压力变送器、防爆型电动Ⅱ型或Ⅲ型压力变送器;对于微压力的测量,可采用微差压变送器;对粘稠、易堵、易结晶和腐蚀强的介质,宜选用带法兰的膜片式压力变送器;在大气腐蚀场所及强腐蚀性等介质测量中,还可选用1151系列或820系列压力变送器。
  压力变送器测量部分的测压敏感元件所产生的测量力的大小范围约为50~100,最高不超过150N。根据这一要求,敏感元件的选择依据由制成的波纹管,其结构原理如图2-1-12所示。当被测压力p进入测量室后,经测量波纹管转换成测量力,通过推杆用在主杠杆上,传递到气动转换部分。测量中、高压2.5~10MPa,10~60 MPa)的敏感元件一般采用铬钒钢制成的包端管,它的测量原理是利用包端管末端产生的径向分力,通过推杆2作用在主杠杆3的下端,带动变送器的气动转换部分动作。
变频器在使用中遇到的问题和故障防范
 
由于使用方法不正确或设置环境不合理,将容易造成变频器误动作及发生故障,或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然,事先对故障原因进行认真分析显得尤为重要。
外部的电磁感应干扰
如果变频器周围存在干扰源,它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部,引起控制回路误动作,造成工作不正常或停机,严重时甚至损坏变频器。提高变频器自身的抗干扰能力固然重要,但由于受装置成本限制,在外部采取噪声抑制措施,消除干扰源显得更合理、更必要 。以下几项措施是对噪声干扰实行“三不”原则的具体方法:变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置,如RC吸收器;尽量缩短控制回路的配线距离,并使其与主线路分离;指定采用屏蔽线回路,须按规定进行,若线路较,应采用合理的中继方式;变频器接地端子应按规定进行,不能同电焊、动力接地混用;变频器输入端安装噪声滤波器,避免由电源进线引入干扰。
安装环境
变频器属于电子器件装置,在其规格书中有详细安装使用环境的要求。在特殊情况下,若确实无法满足这些要求,必须尽量采用相应抑制措施:振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因,对于振动冲击较大的场合,应采用橡胶等避振措施;潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件生锈、接触不良、绝缘降低而形成短路,作为防范措施,应对控制板进行防腐防尘处理,并采用封闭式结构;温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素,特别是半导体器件,应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直射。
除上述3点外,定期检查变频器的空气滤清器及冷却风扇也是非常必要的。对于特殊的高寒场合,为防止微处理器因温度过低不能正常工作,应采取设置空间加热器等必要措施。
电源异常
电源异常表现为各种形式,但大致分以下3种,即缺相、低电压、停电,有时也出现它们的混和形式。这些异常现象的主要原因多半是输电线路因风、雪、雷击造成的,有时也因为同一供电系统内出现对地短路及相间短路。而雷击因地域和季节有很大差异。除电压波动外,有些电网或自行发电单位,也会出现频率波动,并且这些现象有时在短时间内重复出现,为保证设备的正常运行,对变频器供电电源也提出相应要求。
如果附近有直接起动电动机和电磁炉等设备,为防止这些设备投入时造成的电压降低,应和变频器供电系统分离,减小相互影响;对于要求瞬时停电后仍能继续运行的场合,除选择合适价格的变频器外,还因预先考虑负载电机的降速比例。变频器和外部控制回路采用瞬停补偿方式,当电压回复后,通过速度追踪和测速电机的检测来防止在加速中的过电流;对于要求必须量需运行的设备,要对变频器加装自动切换的不停电电源装置。
二极管输入及使用单相控制电源的变频器,虽然在缺相状态也能继续工作,但整流器中个别器件电流过大及电容器的脉冲电流过大,若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响,应及早检查处理。
雷击、感应雷电
雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成变频器的损坏。此外,当电源系统一次侧带有真空断路器时,短路器开闭也能产生较高的冲击电压。变压器一次侧真空断路器断开时,通过耦合在二次侧形成很高的电压冲击尖峰。
为防止因冲击电压造成过电压损坏,通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件,保证输入电压不高于变频器主回路期间所允许的最大电压。当使用真空断路器时,应尽量采用冲击形成追加RC浪涌吸收器。若变压器一次侧有真空断路器,因在控制时序上保证真空断路器动作前先将变频器断开。
过去的晶体管变频器主要有以下缺点:容易跳闸、不容易再起动、过负载能力低。由于IGBT及CPU的迅速发展,变频器内部增加了完善的自诊断及故障防范功能,大幅度提高了变频器的可靠性。
如果使用矢量控制变频器中的“全领域自动转矩补偿功能”,其中“起动转矩不足”、“环境条件变化造成出力下降”等故障原因,将得到很好的克服。该功能是利用变频器内部的微型计算机的高速运算,计算出当前时刻所需要的转矩,迅速对输出电压进行修正和补偿,以抵消因外部条件变化而造成的变频器输出转矩变化 。
此外,由于变频器的软件开发更加完善,可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施,并使故障化解后仍能保持继续运行,例如:对自由停车过程中的电机进行再起动;对内部故障自动复位并保持连续运行;负载转矩过大时能自动调整运行曲线,避免Trip;能够对机械系统的异常转矩进行检测。
变频器对周边设备的影响及故障防范
变频器的安装使用也将对其他设备产生影响,有时甚至导致其他设备故障。因此,对这些影响因素进行分析探讨,并研究应该采取哪些措施时非常必要的。
电源高次谐波
由于目前的变频器几乎都采用PWM控制方式,这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流,并造成电压波形畸变,对电源系统产生严重影响,通常采用以下处理措施:采用专用变压器对变频器供电,与其它供电系统分离;在变频器输入侧加装滤波电抗器或多种整流桥回路,降低高次谐波分量,对于有进相电容器的场合因高次谐波电流将电容电流增加造成发热严重,必须在电容前串接电抗器,以减小谐波分量,对电抗器的电感应合理分析计算,避免形成LC振荡。
电动机温度过高及运行范围
对于现有电机进行变频调速改造时,由于自冷电机在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。此外,因为变频器输出波形中所含有的高次谐波势必增加电机的铁损和铜损,因此在确认电机的负载状态和运行范围之后,采取以下的相应措施:对电机进行强冷通风或提高电机规格等级;更换变频专用电机;限定运行范围,避开低速区。
振动、噪声
振动通常是由于电机的脉动转矩及机械系统的共振引起的,特别是当脉动转矩与机械共振电恰好一致时更为严重。噪声通常分为变频装置噪声和电动机噪声,对于不同的安装场所应采取不同的处理措施:变频器在调试过程中,在保证控制精度的前提下,应尽量减小脉冲转矩成分;调试确认机械共振点,利用变频器的频率屏蔽功能,使这些共振点排除在运行范围之外;由于变频器噪声主要有冷却风扇机电抗器产生,因选用低噪声器件;在电动机与变频器之间合理设置交流电抗器,减小因PWM调制方式造成的高次谐波。
高频开关形成尖峰电压对电机绝缘不利
在变频器的输出电压中,含有高频尖峰浪用电压。这些高次谐波冲击电压将会降低电动机绕组的绝缘强度,尤其以PWM控制型变频器更为明显,应采取以下措施:尽量缩短变频器到电机的配线距离;采用阻断二极管的浪涌电压吸收装置,对变频器输出电压进行处理;对PWM型变频器应尽量在电机输入侧加滤波器。
 
色环电阻的阻值读法
 
碳质电阻和一些1/8瓦碳膜电阻的阻值和误差用色环表示。在电阻上有三道或者四道色环。靠近电阻端的是第一道色环,其余顺次是二、三、四道色环,如下图所示。第一道色环表示阻值的最大一位数字,第二道色环表示第二位数字,第三道色环表示阻值未应该有几个零。第四道色环表示阻值的误差。国产或进口电视机、收录机广泛采用色环电阻,其优点是在装配、调试和修理过程中,不用拨动元件,即可在任意角度看清色环,读出阻值,使用很方便。色环颜色所代表的数字或者意义见下图:
色 别 第一色环
最大一位数字 第二色环
第二位数字 第三色环
应乘的数 第四色环
误 差
棕 1 1 10  
红 2 2 100  
橙 3 3 1000  
黄 4 4 10000  
绿 5 5 100000  
蓝 6 6 1000000  
紫 7 7 10000000  
灰 8 8 100000000  
白 9 9 1000000000  
黑 0 0 1  
金     0.1 误差5%
银     0.01 误差10%
无色       误差20%