直流电路的动态分析精选(九篇)

第1篇：直流电路的动态分析范文

【关键词】晶体管 放大电路 叠加定理 应用

1 叠加定理概述

1.1 叠加定理

在线性电路运行中，爱如果同一时间多个电源共同作业，而支路电流、电压等于单独作用下所产生的电流，此时，在这条支路上，便会产生电流或者电压的代数和，也就是所谓的叠加。半导体晶体管主要作用于低频小信号，将自身作为线性元件，进行必要的分析。在此基础上，客观地分析叠加定理，优化设计低频小信号放大电路。在应用叠加定理分析晶体管放大电路的时候，需要对一些方面引起重视。

1.2 应用注意事项

对于叠加定理来说，只能用于计算线性电路的支路电流、电压，也就是说整个电路系统元件都必须是线性元件。如果电压源不起任何作用，说明出现短路故障，如果是电流源，说明出现开路故障。同时，在电路运行中，不能随意更换其中的线性元件，比如，电容、电阻，必须保护好受控源。在应用叠加定理的时候，一定要把握好电流、电压的参考方向，选择适宜的各分量正负号。

2 晶体管放大电路中叠加定理的应用

2.1 晶体管放大电路

对于晶体管放大电路来说，有两种放大元件，即三极管、场效应管。在三极管中，有两种载流子参与导电，比场效应管多。三极管又被叫做双极型晶体管，而场效应管被叫做单极型晶体管。前者有三个电极，即发射极、集电极、基极，后者也有三个极，即漏极、栅极、源极，各具特点，发挥着不同的作用。以三极管放大电路为例，有着不同的连接组态，比如，共基极、发射极。以共发射极放大组态为基点，对于分压式偏置电路来说，电源不止一个，即直流电源、交流信号源。在应用叠加定理的时候，需要根据该电路特点，准确画出这两种电源单独作用下分电路的具体示意图。需要注意的是：直流电路需要进行必要的开路处理，而交流电路需要进行可行的短路处理，避免出现故障问题，确保电路系统的运行更加安全、稳定。图1是分布式偏置电路直流通路示意图。

2.2 静态分析、动态分析

2.2.1 动态分析

在此基础上，需要从静态、动态两个角度分析晶体管放大电路。在该电路运行过程中，交流信号源不为零，但直流电源为零，不起任何作用，也就是说端子需要直接接地。在交流电中，电容相当于“短路”，发射极电路将会出现短路故障。就动态分析而言，必须明确放大电路运行中电压所放大的具体倍数，输入与输出电阻，只需要综合分析对应的交流分量。如果晶体管正好作用于放大区域，可以将其作为线性元件，也可以作为独立源。在叠加原理作用下，电路中的电流、电压和直流和交流分量叠加正好相等。相应地，图2 是固定偏置电路示意图。

2.2.2 静态分析

在静态分析中，交流信号源为零，只需要考虑对应的直流电源，此时电容等同于“开路”。在晶体管放大电路工作中，三级管各极的电流、电压瞬时值同时存在直流分量、交流分量。换句话说，电路中交流、直流同时存在。如果同时分析交流与直流分量，难度较大，准确率也不高。通常情况下，需要从静态、动态两个角度入手，全面、客观地分析交、直流。如果晶体管放大电路中，没有任何信号输入其中，便属于静态。一旦有信号输入，都属于动态。如果晶体管正好作用于放大区域，可以将其作为线性元件，也可以作为独立源。在叠加原理作用下，电路中的电流、电压和直流和交流分量叠加正好相等。

2.3 晶体管工作在饱和区、截止区

对于晶体管放大电路来说，要尽量保证输出的信号不出现失真现象，但引起失真的原因并不单一，主要原因是静态工作点存在问题，所输出的数据信号太大，导致晶体管放大电路超出所规定的范围，也就是晶体管在输出特性曲线方面的具体线性范围。如果晶体管已经进入饱和区、截止区，放大电路性质发生质的变化，具有非线性特点，也不能优化利用叠加定理客观地分析放大电路。为此，在应用叠加定理的时候，一定要充分考虑静态工作点设置不科学的情况。具体来说，以输出特性曲线为媒介，静态工作点并不能满足相关要求，低于所规定的范围，静态值集射极电压和电源电压大致相同。但集电极的电流会特别小，极易出现截止失真现象。如果该工作点特别高，其电压数值又会减小，而集电极的电流几乎处于饱和状态，出现饱和失真的几率非常大。一旦信号特别大，截止失真、饱和失真会同一时间出现。

3 结语

总而言之，在晶体管放大电路运行中，要综合分析各影响因素，优化利用叠加定理，使其更好地发挥自身作用，对电路进行必要的静态、动态方面的分析。以此，客观地了解晶体管放大短路具体运行情况，降低电路故障发生率，使其运行更加安全、稳定，有效防止出现截止失真、饱和失真等现象，提高晶体管运营效益。

参考文献

[1]刘纯顺.例析叠加定理在晶体管放大电路中的应用[J].电子技术与软件工程，2013，11：69.

[2]邵力耕，付艳萍，孙燕楠，孙艳霞.应用叠加定理分析基本放大电路[J].电气电子教学学报，2012，S1：42-44.

第2篇：直流电路的动态分析范文

摘 要：牡丹江市中医医院的彩色B超机的型号为Philips IU22，其内部包含了科学的人机工程设计以及智能控制作用，因此被广泛应用于各大医院当中，一定程度上提升了医生的工作效率。然而，该设备在长期使用过程中，各种故障的产生是不容忽视的。鉴于此，该文从Philips IU22彩超电源故障现象和分析入手，对Philips IU22彩超电源检测修理展开了探讨，对Philips IU22彩超电源故障分析与维修保养策略进行了总结，希望对我国医疗领域的全面发展起到促进作用。

关键词：Philips IU22 彩超电源 故障分析 维修保养 策略

中图分类号：TH776 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0132-02

1 Philips IU22彩超电源故障探讨

1.1 故障现象

交流电源的开关位于B超机的底端，在将这一开关打开的过程中，待机将是该系统马上呈现出来的状态。此时，蓝色指示灯在交流电源开关的右侧将处于开启的状态。ON/STANDY按钮位于机器中部，接下来应对这一按钮进行按动，确保电流可以通过该机器，在这一过程中，初始化将是设备保持的状态[1]。但是，3～4 s是这一状态将保持的最佳时间，此时“Phikips”几个字母将在液晶显示器中显示，当这几个字母消失以后，设备将瞬间处于断电状态，此时交流开关蓝色指示灯在设备底部会处于连续闪烁的状态。此时，应对ON/STANDY按钮重新按动，此时系统不会产生任何反应。在将交流开关进行关闭以后并对设备进行重新启动，故障并没有得到排除。

1.2 故障分析

在对以上故障进行充分分析的基础上可以断定，设备电源位置是故障产生的关键地点[2]。首先，可能一定程度的损坏、短路问题产生于电源内部某位置，从而导致正常的电流或电压无法有效输出，这样一来，在电源电路保护工作的基础上，将会切断电源；其次，该故障也有可能是充分的电压没有以直流电源提供出来。

2 Philips IU22彩超电源检测修理

该设备的底端拥有两块侧板，分别位于左右两侧，将其打开之后，工作人员可以对六个电源组成部分进行全面的观察，其中包括待机电源、直流供电以及直流电压检测等部分。在设备电源的内部构成进行全面分析的基础上，可以将交流电源开关再一次打开，通过仔细检查可以发现，LED灯共6盏将在直流电压分配板和检测板中亮起，其中DS9、6、5、3、2为红灯，DS11为绿灯[3]。在检查以后发现，一路+5V电压从交流电源中分出来是DS11灯亮起的原因，该灯亮促使待机状态成为电压分配板和检测板的主要状态、而其他红袅了得飨低诚蛭修工作人员发出了提示。此时，为运行是直流供电部分的主要状态，而绿色指示灯AC OK和DC OK在电源风扇右上方的位置是没有被点亮的。此时在对ON/STANDY按钮进行按动，可以发现DS12、11、10、7、4、1等绿灯在直流电压分配板和检测板中都处于点亮的状态，但是所有其他的灯都处于熄灭的状态，在详细检查以后发现，交流电源在将正常的交流电压进行提供的过程中，会促使DS1灯被点亮。

由于6个部分存在于电源系统中，根据电路的构成特点，在对电源故障进行检查的过程中，首先应对交流供电部分的状态做出判断。并将交流供电部分打开，对交流值进行测量，此时可以发现这一数值为220V；接下来应对直流供电部分的状态进行判断，在判断中应将直流供电部分从底座中取出。在这一过程中，应卸掉相关螺丝，这部分螺丝是对平板上闸线起到固定作用的，在将闸线全部抬起以后，整体取出直流供电部分[4]。对两个直流电源的构成进行再一次检查，在直流电源输入部分分别连接外接的220 V电源，空载输出在直流电源中的数值可以通过万用表进行测量，其中，第一个电源的数值为+12V，第二个数值分别为+45.5 V、+5.3 V、+3.6 V和+15 V。如果拥有正常的输出值，就可以判断出直流供电电源处于正常的运行状态下。接下来需要对直流电压分配部分进行检测，该环节的芯片较多，在对其进行整体检测以后，发现短路现象存在于Philips 74HC573D中，该8D锁存器是带有三态门的。在对这一器件进行有效更换的基础上，对设备进行通电，会促使设备处于正常的云状状态下。

3 Philips IU22彩超电源电路各部分功能介绍

3.1 交流供电部分

交流通断控制开关、继电器以及空气断路器是交流供电部分的三个组成部分。该环节运行中，最大的功能是对交流电源进行控制，促使其有针对性地进行通断。在突然增大电流的状态下，空气断路器会将电路断开，从而对设备起到保护作用[5]。而在该交流供电系统进行自检时，继电器会在自检故障发生时进行自动断开，最终有效地对直流电源进行保护。

3.2 直流供电部分

直流电源在直流供电部分共包含两个，其运行中，分别可以对+15 V、+3.6 V、+5.3 V、+45.5 V和+12 V进行输出。值得注意的是，反馈回路和输出回路分别存在于两个直流电源中。而电源右侧整齐的排列着输出电源，左侧整齐的排列着反馈回路。要想促使电源处于正常的运行状态，应对绿色指示灯AC OK和DC OK进行观察，此时会发现二者都处于点亮的状态。而核心在整个设备电源来源中就是这两个直流供电电源。

3.3 待机电源部分

该环节包含一个电压，其值为6 V，内部是由电池构成的，3个电池以串联的形式存在，同时期内部还有一个电路板，其功能是对电池组进行充电或者是实现整流[6]。当设备最初启动时，充电电池可以讲工作电压提供给继电器，其位于交流供电回路中，这样一来，通电状态就可以在开机中的继电器中产生。

4 结语

综上所述，在开关这一媒介的基础上，220 V交流电会向直流电源位置流通，此时对开机/待机按钮进行启动，会促使工作状态产生于直流电源中，此时充足的电压将向分配板、电压检测进行提供，在这种情况下，各路电压开始得到分配板和电压检测板的检测，在完成检测工作以后，继电器将接收到响应的反馈信息，即DC OK，一直吸合成为继电器的主要运行状态。在电源完成自检以后，会向主机系统中流动，最终促使初始化状态成为主机的主要状态。在有效维修这一电源故障的基础上，相关部门可以有效节省维修成本，同时也充分说明，工作人员只有在对电源运行原理以及相关设备的结构进行充分掌握的基础上，才可以加大Philips IU22彩超电源故障分析与维修保养的力度。

参考文献

[1] 高大伟.IU22彩色多普勒超声诊断仪故障维修[J].中国医疗设备，2013（3）：133，140.

[2] 秦占伟，郑盘根，诰宝成，等.飞利浦iu22彩超影像工作站影像采集故障检修分析[J].中国医疗设备，2014，25（12）：120，

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[3] 朱宇莉，丁红，范培丽，等.维持性血透患者前臂自体动静脉内瘘（AVF）血流量参数超声测量的方法及参考值范围[J].复旦学报：医学版，2014，41（6）：755-759.

[4] 文莉，甘子明，张晓霞，等.彩色多普勒超声对不同透析条件下尿毒症肾脏血流动力学的研究[J].中国医药科学，2015（17）：138-140.

[5] 蒋田，周如海，袁瑞，等.产前超声检查在中晚期先天性心脏畸形胎儿筛查中的应用[J].中国妇幼保健，2014，26（33）：

第3篇：直流电路的动态分析范文

关键词：直流电动机；电气制动；对比法；解析几何法；归纳法

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）08-0103-03

“电机及拖动基础”是电气类专业一门主要的、必需的专业基础课程，既是一门理论性很强的技术基础课，又具有专业课的性质，对于电气类专业的其他课程具有承上启下的作用。

电气制动作为电动机的主要拖动性能之一，无疑是该课程的一个重点。因为该内容涉及电路连接转换、电磁关系变化、机械特性分析及相关计算等诸多方面，显然又是一个典型的难点。

笔者以他励直流电动机的电气制动为例，结合多年的教学经验，探讨了对比法、解析几何法及归纳法在该内容教学中的具体应用，使多变而抽象的问题变得具体而规范，大大改善了教学效果。

对比法

对比即比较，亦即抓住事物的本质、要点，增大反差，使学生在对比之中弄清一些模糊、难懂的问题，进而理解事物的本质特点，把握其基本概念和基本理论。一般认为，电动机有电动和制动两种工作状态，区别这两种状态的直接依据就是其电磁转矩T的方向与转速n的方向的关系：如果两者方向相同，即工作在电动状态；如果方向相反，即工作在制动状态。与此同时，制动状态往往是建立在电动状态的基础上。脱离电动状态阐述制动的工作原理，往往使学生无所适从，难以理解；反之，若以电动状态为基础，注意两者之间的对比，问题则迎刃而解。

下面以他励直流电动机的能耗制动为例进行介绍。其电路图如图1所示。

电动状态：开关S向上闭合，电枢绕组接通直流电源，此时电动机的外加电压U与电枢回路感应电势Ea的实际方向相反，但因为U>Ea，所以电枢电流Ia的方向与电压U的方向一致，T=CTΦIa，磁通Φ的方向不变，T的方向取决于Ia的方向，T与转速n的方向相同，电动机工作在电动状态。

制动状态：开关S向下闭合，电动机断开直流电源，电枢绕组通过串加电阻RB形成回路，此时，U=0，因为惯性，转速n不能突变，Ea=CeΦn不能突变，电枢回路只剩下感应电势Ea，无疑电枢电流IaB的方向取决于Ea的方向，而电枢回路感应电势Ea实际方向与电动机的外加电压U的方向相反，故此时电枢电流IaB的方向与电动状态时电枢电流Ia的方向相反，TB=CTΦIaB，则TB的方向与电动状态下T的方向相反，即TB与转速n的方向相反，电动机工作在制动状态，此即直流电动机能耗制动的工作原理。

经过前面教学环节对他励直流电动机的工作原理、工作特性和拖动特性的介绍，学生对电动状态的电磁关系印象往往比较深，而对制动的电磁关系则难以把握。运用上述比较，可使学生通过对两种工作状态下各电磁量的鲜明对比产生一个清晰的认识。

解析几何法

一般认为，直流电动机的电气制动分为能耗制动、反接制动和回馈制动三种。机械特性方程及其所对应的曲线是分析和计算各类制动的基本依据，而各类制动所对应的机械特性各不相同，学生往往因为其过于抽象而难以琢磨，混淆不清。如果借助解析几何法进行阐述，则问题可变得具体而规范。

（一）用解析几何法区分电动与制动状态

（二）用解析几何法把握机械特性方程

机械特性方程是求解电气制动问题的直接依据，而各类制动所对应的方程形式各不相同，单独理解往往单调而抽象，极容易混淆。如果利用解析几何法与坐标中的曲线联系起来，则问题就简单多了。由机械特性方程的一般式：

直线、方程与其所对应的解析几何知识相结合，使得原本抽象、多变的理论知识变得形象而直观，加上对各类制动工作原理的理解，学生就能很熟练地写出各类制动所对应的机械特性方程，而方程是求解具体问题的直接依据，实际问题的解决也就变得直观而容易把握了。

归纳法

前面关于制动的阐述虽然解决了难以理解和掌握、抽象及多变的问题，但仍然有些松散，不利于对各类制动特点及其适应场合的把握，如果再对其进行归纳、综合，则可以给学生一个全面而具体的直观印象，具体如图4所示。

从图4中，可以很直观地得到：（1）从第二象限的特性可以看出，电源反接制动与能耗制动都能用于制动停车，并且可直观地比较两种制动的制动转矩大小（横坐标所对应的绝对值）。显然前者的制动转矩比后者要大，而且因为能耗制动的特性曲线经过原点，不难理解在转速较低的时候其制动效果不理想的特点。（2）通过第四象限的特性比较可知：能耗制动和倒拉反接制动适应于低速匀速下放重物（位能性恒转矩负载），而回馈制动适应于高速匀速下放重物；在第四象限，n0，而在倒拉反接制动时n

应用举例

例如，一台他励直流电动机拖动某起重机提升机构，电动机的数据为PN=30kW，UN=220V，IN=158A，nN=1000r/min，Ra=0.069 Ω。忽略空载损耗。（1）电动机以转速600r/min提升重物时，负载转矩TL=0.8 TN，此时电动机运行在什么状态？求电枢回路应串入的电阻值；（2）电动机以转速600r/min 下放重物时，负载转矩TL=0.8TN，此时电动机可能运行在哪几种制动状态？求出各种制动状态下电枢回路应串入的电阻值；（3）电动机以1200r/min下放重物时，负载转矩TL=0.8TN，此时电动机运行在什么状态？求电枢回路应串入的电阻值。

结合位能性恒转矩负载的机械特性，对照图4，可以直观地判断出问题（1）中的电动机运行在电动状态；问题（2）中可能运行的制动状态为能耗制动和倒拉反接制动（转速反向的反接制动）；问题（3）中的电动机运行在回馈制动状态总结

电气制动是所有拖动性能中的一个典型难点，学生通过对该内容的把握，可以在一定程度上恢复对该课程的学习信心，激发学习兴趣。事实上，对比法在“电机及拖动基础”的教学中还可以广泛地用于直流电机与交流电机、变压器与交流电机的运行分析、电动机与发电机等许多方面，甚至可贯穿该课程教学的始终；解析几何法等数学方法亦可在起动、调速等其他拖动性能的分析、交流电动机的拖动性能分析等环节中推广。笔者多年的教学实践表明：该类方法能帮助学生把握抽象、模糊的概念和相关理论，实现有的放矢地分析问题。

参考文献：

[1]马爱芳.“电机及拖动”课程教学中现场环境的创设[J].中国电力教育，2010（6）：139-140.

[2]张乐平.对比、图解法在《电机及电力拖动基础》教学中的应用探讨[J].通化师范学院学报，2009（4）：98-100.

第4篇：直流电路的动态分析范文

【关键词】柔性直流输电线路 行波分析法 故障分析法

1概述

柔性直流输电与交流输电比较，具有输送电量大、输送距离长、配电网络互联简便、送电功率容易调节、输电走廊占用空间小等特点。因此在远距离输电、分布式电能并网、岛屿供电以及城市中心区域供电等方面优势明显。如今直流输电工程数量逐渐增多，柔性直流输电在我国发展十分迅速。直流系统中，由于雷电、树木遮挡和污染物附着导致输电线路故障率往往比较高。同时由于直流输电线路距离往往比较远、经常跨越各种地形穿越不同气候区域，导致高故障率的同时，也造成故障的诊断和恢复难度加大。因此，快速准确的定位故障，可以加快故障排除速度、大大降低停电造成的损失，对提高输电系统综合性能指标具有重要意义。[1]

2 柔性直流输电线路故障定位方法的研究

目前，直流输电线路的故障定位方法主要有行波分析法和故障分析法。其中行波分析法的应用最为广泛。行波分析法包括A、B、C、D、E、F五种类型，其中A、C、E、F应用单端分析原理，B、D采用双端分析原理。根据电气数据来源故障分析法可分为单端分析法和双端分析法两种，根据电气数据形式可分成频域分析法和时域分析法。[2]

2.1直流输电线路故障定位的行波分析法

行波分析定位法最初应用于交流线路的故障分析，因为暂态行波在线路中断传输速度稳定，因此故障距离可以通过测量行波在母线和故障点之间的传输时间计算得出。从理论上讲，行波分析法的可靠性和测量精度与输电线路类型、故障阻抗和两侧系统特性无关。和交流输电线路行波分析法相比，直流输电线路行波分析的优势有：（1）直流电压不存在周期性过零，不存在故障初相角影响的问题，并且暂态行波能量较大，波头比较容易分辨；（2）直流线路母线的机构固定，并且母线通常只有一条出线，不需要分辨故障点传输的行波和不同母线的反射波和透射波，故不存在其他线路影响的问题。实践表明，行波分析法测量直流输电线路的故障点检测误差通常不超过三千米。在实际应用中，双端分析原理应被作为主要的检测原理，而单端分析原理应作为辅助检测原理。

根据测量原理可知，行波分析法定位故障点是通过分辨波头、测定波头的初始时间来完成故障定位的。波头的分辨和测定工作，要求完成工作的作业人员有较高的专业素质，此项工作实现自动化的难度较大。当存在过度电阻、行波波头幅值受到限制时，行波波头起始点分辨的准确度会更加难以保证，使定位的精确度和可靠性受到严重影响。一旦过渡电阻持续加大到一定值，行波分析法就会因为没有启动而不能定位故障，类似现象在南方电网的直流输电线路故障分析中多次出现。并且在故障发生在直流线路的首末端时，行波分析法还会出现死区，并且双端故障分析的准确度和可靠性取决于GPS的准确对时和正常通讯。同时，由于电磁波的传输速度接近光速，1μs的偏差则会导致大约300米的误差发生，为了更加精确的测定波头起始时间、提高定位精确度。必须应用高采样频率的装置。

综上可知，仅仅应用直流输电线路的行波分析法，对于要求采样频率较高、过渡电阻大的情况，难以实现故障点的定位分析。另外，由于波头分辨和起始时间测定的问题，必须工作人员完成，自动化测量难以实现。[3]

2.2直流输电线路故障定位的故障分析法

故障分析法是依据系统相关参数和测量出的电流、电压，经过分析和计算，得出故障点的距离。故障分析法对采样频率的要求比较低，因此可靠性相对较高，但容易受线路参数的准确度影响，导致故障定位的精度相对行波原理低。故障分析法中的基于分布参数的时域法从故障发生瞬时到稳态整个过程中的所有数据都可以用作故障定位，采样点直接测距不需时域到频域的转换，数据窗较短，时域法成为故障定位的发展趋势。

综上，时域法可以应用故障发生后的任一暂态数据进行故障定位，采样频率低、可靠性高，有一定的使用价值。但是所需线路参数高，造成故障定位的精度往往低于行波分析法。[4]

3直流输电线路故障定位研究的建议

因为直流输电线路和交流输电线路除能量集中的频带不同外，没有本质的分别。因此，从理论上讲，某些交流故障定位分析方法，同样适用于直流线路故障分析。直流线路故障暂态过程包括狠多特征频率信号，可进行特征频率的定位原理研究。故障的时域微分方程定位法，由于不受谐波和分周期分量影响，可进行直流输电线路时域故障定位分析。此外，应对线路参数不准确及频变特征问题、故障电弧特征问题进行研究，提出解决方法。对直流输电线路的故障特性进行深入研究和分析，提出更加先进的故障定位分析法，提高直流线路故障定位的精确度和可靠性。

4 结语

本文对直流输电线路的故障定位原理进行了简单的分析和讨论。根据国内外研究和实际应用的基础上，对故障定位的原理和方法进行了分类研究，指出了不同分析法的优缺点。并对故障定位分析的研究提出了一些建议和设想，提出了故障定位分析研究的进一步方向

参考文献：

[1]葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术[M].西安：西安交通大学出版社，2007.

[2]浙江大学发电教研组直流输电科研组.直流输电[M].北京：水利电力出版社，1985.

[3]郭俊宏，谭伟璞，杨以涵 等.电力系统故障定位原理综述[J].继电器，2006，34（3）：76-81.

第5篇：直流电路的动态分析范文

关键词：半桥逆变；MOSFET反偏；直流分压电容；中点电压偏移

【中图分类号】TM464

基金项目：电动车用轮毂无刷电机驱动系统关键基础问题研究 项目编号：ZDK2201401

在电压型单相半桥逆变电路中，带阻感性负载时，电感电流续流时绝大数教材认为通过MOSFET寄生的二极管进行续流，且当电感电流降到0以后，与之对应的MOSFET才开通，同时在四种工况时其等效电路仅有四种，也就是每一种工况对应一种等效电路，这种分析方法忽略了MOSFET反偏时栅源电压对导电沟道的控制作用和直流分压电容中点电压偏移，导致电压型半桥逆变电路阻感性负载教学内容无法满足其工程应用的需要。

1 电压型单相半桥逆变电路阻感性负载工作原理传统分析

在直流侧接有两个相互串联的电容，筛龅缛莸牧结点是直流电源的中点。半桥逆变电路有两个桥臂，每个桥臂有一个N―MOSFET和一个反并联二极管（反并二极管看成是MOSFET寄生的二极管）组成。负载联结在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。 设N沟道MOSFET Q1和Q2栅极信号在一周期内开通信号相差 ，并且占空比为40%。当负载为阻感性时，等效电路以及工作波形如下图1、图2所示：

图1 单相电压型半桥逆变器阻感性负载等效电路 图2 工作波形图

T1时刻，给Q1开通信号，负载中的电流开始增加，到t2时刻，Q1关断，此时D2先导通续流，电流开始减小，t3时刻电流减小到0，给Q2开通信号，负载中的电流反向增加，t4时刻，Q2关断，此时D1先导通续流，反向电流开始减小，t5时刻电流减小到0，给Q1开通信号，重复上述过程；上桥臂（Q1或者D1）导通，输出电压为 ，下桥臂（Q2或者D2）导通，输出电压为 。

2 电压型单相半桥逆变电路传统教学内容存在的问题

2.1 没有认识到MOSFET漏源反偏时栅源电压对导电沟道的控制作用

上桥臂MOSFET（Q1）关断后，负载中的电流减小，利用下桥臂的二极管续流D2，当电流降到0时，如果此时下桥臂MOSFET（Q2）有开通信号，那么下桥臂MOSFET（Q2）开通；在电流降到0以前，如果下桥臂MOSFET（Q2）有开通信号，此时几乎所有的教材都认为此时MOSFET不开通，主要是寄生的二极管导通，经试验验证发现：在电流降到0以前如果下桥臂MOSFET（Q2）有开通信号，MOSFET（Q2）形成了导电沟道，其导通压降较寄生二极管导通时显著减小。

2.2 直流分压电容中点电压偏移

四个不同工作状态中，几乎所有教材认为每一个状态只有一个等效电路，以上桥臂MOSFET（Q1）开通时情况为例：电流的流通路径为母线电压正极―C―D―Q1―L―R―B―C2―母线电压负极，这种分析是不全面的，没有考虑到直流分压电容中点电压偏移而造成工况的复杂性。

3 电压型单相半桥逆变电路教学内容设计

3.1 MOSFET反偏时栅源电压对导电沟道的控制作用

当MOSFET有开通信号时，无论此时MOSFET是正偏还是反偏，形成了导电沟通，寄生的PN结消失，MOSFET的导通压降显著减小，因此在MOSFET等效的电路分析中，当MOSFET有开通信号时，不论MOSFET漏源是正偏还是反偏，都是MOSFET导通，而不是寄生的二极管导通。

实验参数：直流电压为50V，直流侧电容为330UF/100V，电感L=1mH，负载电阻R=20Ω，脉冲频率为100Hz，占空比为40%，MOSFET的源极接电源正极，漏极接负载，MOSFET的导通电阻为0.1Ω，寄生二极管正向导通压降为1.3V，仿真模型和工作波形图如下图3和图4所示：

从上图4可以看出：当MOSFET没有开通信号时，MOSFET的导通压降为寄生二极管的压降1.3V，当MOSFET有开通信号时，MOSFET的导通压降为通态电阻与MOSFET导通电流的乘积，即在MOSFET漏源反向偏置时，栅源电压对导电沟道仍然有控制作用。

3.2、直流分压电容中点电压偏移

根据单相半桥逆变电路带阻感性负载的等效电路，在图1中假定直流母线电压 保持恒定，有：

当 ， 时：

，

。

故： 。

对节点B由基尔霍夫电流定律： 。

故： 。

由上述计算可知：对于直流分压电容而言，一个电容充电，另一个电容一定放电，造成直流分压电容中点电压偏移，每一种工作状态中电感中电流一方面对一个电容充电，另一方面另一个电容又通过电感进行放电，因此传统的分析方法中认为每一种工况中只有一个等效电路的情况与实际工况不符；以第一种工作状态为例，在 时间段内，上桥臂MOSFET导通，负载中的电流增加，此时的等效电路如下图5所示：

上图分析了第一种工作状态时电压型半桥逆变电路带阻感性负载时等效电路，后续的三种工作状态的每一种工作状态都有两种等效电路，其电流的流向均可以按照上述方法进行分析。

4 结论

1）、MOSFET的漏源无论正偏还是反偏，栅源电压对导电沟道均具有控制作用，只要栅源电压大于其开启电压，半导体反型，PN结消失，导电沟道形成，MOSFET的导通压降大大降低；

2）、结论1不仅仅在半桥逆变电路成立，在所有MOSFET漏源反偏情况下，栅极对MOSFET的导电沟道均具有控制作用；

3）、单相电压型半桥逆变电路带阻感性负载时，由于直流分压电容中点电压的偏移，四种工作状态中每一种工作状态电流的流通路径均有两条流通路径，在电压型全桥逆变电路中不存在这种情况。

参考文献

[1] 王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2] 陈伯时.电力拖动自动控制系统―运动控制系统[M].北京：机械工业出版

第6篇：直流电路的动态分析范文

电力电子技术课程主要研究各种电力半导体器件及其组成的各种变流装置的工作原理及应用，主要涉及整流、逆变、直流斩波、交-交变换等电能变换及PWM控制和软开关技术等内容。在该课程的教学中，需要对相关电路进行波形分析及电量计算，不仅需要画出大量的电压、电流信号波形图，而且需要作相关电量的数学公式推导及谐波分析。在传统教学中主要采用PPT动画及课堂板书等教学方式，存在着波形绘制工作量大、所画波形不规范、电路的工作过程及波形的动态变化表现不足、交互性差、理论分析及公式推导繁琐抽象等问题，使得授课课时紧张，课堂教学信息量不够大，授课方式单调枯燥，学生容易产生疲倦感，难于达到理想的教学效果。在课堂教学中引入MATLAB计算机仿真技术作为传统课堂教学手段的补充，有助于克服传统课堂教学的缺点，提高学生的学习兴趣，提高教学质量。本文以三相电压型SPWM逆变电路为例，介绍了MATLAB/SIMULINK在电力电子技术教学中的应用，建立了相应的仿真电路模型并给出了相关的仿真波形。

 

一、MATLAB/SIMULINK介绍

 

MATLAB是由美国mathworks公司的商业数学软件，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等功能集成在一个视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案。利用其中的SIMULINK软件包提供的图形化交互环境，可快速建立电力电子电路的仿真模型，利用MATLAB提供的各种数学计算及功能分析工具，可方便地对电路进行波形分析及数值计算，并可调用丰富的测量仪器工具对相应电压、电流进行波形观测及数值读取。

 

在建立电力电子电路仿真模型时主要用到了SIMULINK软件包中的以下模块库：电力系统模型库(SimPower Systems)中的电源模块库(Electrical Sources)、电器元件模块库(Elements)、电力电子元件模块库(Power Electronics)、测量仪器模块库(Measurements)、其他电器模块库(Extra library)等子模块库，以及Simulink模型库中的仪器仪表库(Sinks)、连接模块库(Connectors)等子模块库。建立电路仿真模型时，不用书写任何代码，只要使用鼠标调出相应的元器件功能模型并将它们连接起来，设置好各元器件的模型参数，即可对电路进行动态仿真。

 

二、基于MATLAB的三相电压型SPWM逆变电路仿真

 

三相电压型SPWM逆变电路结构广泛用于通用变频器中，其作用是通过控制开关功率器件的通断将直流电逆变为SPWM交流电。该部分教学内容是电力电子技术课程的重要知识点。在教学中不仅要分析电路的工作原理，而且还涉及电压和电流的波形分析和数值计算。尤其在作输出电压的谐波分析时，需要推导繁杂的公式，教学内容复杂、抽象、枯燥且不易理解。利用MATLAB/SIMULINK建立三相电压型SPWM逆变电路仿真模型，可借助MATLAB强大的波形分析及数值计算功能对SPWM逆变电路进行动态分析，作为传统课堂教学的辅助手段，提高教学效率和教学质量。

 

(一)建立仿真模型

 

打开MATLAB/SIMULINK仿真平台，从电力系统SimPower Systems模型库中选取直流电源模块、多功能桥(Universal Bridge)模块、PWM脉冲发生器(PWM Generator)模块及三相RLC串联负载模块，将以上电路元器件模块按三相电压型SPWM逆变的原理连接起来组成仿真电路。从测量仪器(Measurements)模块库中调用多路测量仪(Multimeter),配合仪器仪表(Sinks)库中的Scope示波器，可同时观察多个节点及支路的电压电流波形。从其他电气模块库(Extra Library)中调用傅里叶分析(Fourier)模块以便对输出电压信号ua进行谐波分析，调用有效值测量(RMS)模块对输出电压ua进行有效值计算，并用数字显示器Display将分析计算结果显示出来。最终建立的三相电压型SPWM逆变电路仿真模型示于图1中。

 

(二)设置模块参数

 

双击仿真电路中的相应模块，对逆变电路元器件进行参数设置。

 

1.直流电压源Us:电压为100V，测量项Measurements选择Voltage，以便电压数据可通过多路测量仪Multimeter观察。

 

2.逆变桥(Universal Bridge)模块：桥臂数选3，吸收电阻Rs=1e5(Ohms)，吸收电容Cs=inf(F)，功率器件选择：IGBT/Diodes，导通电阻Ron=1e-3(Ohms)。

 

3.三相RLC串联负载模块：电阻R=1(Ohms)，电感L=0.001(H)，测量项Measurements选择Branch voltages and currents，以便数据可通过多路测量仪Multimeter观察。

 

4.PWM脉冲发生器(PWM Generator)模块：采用内部产生正弦调制波方式，发生器模式选择6 pulses，载波频率为3000Hz，调制度为0.7，输出电压频率为50Hz，输出电压相角为0o。

 

5.傅里叶分析(Fourier)模块：基波频率设置为50Hz，利用Fourier模块分析基波的幅值magnitude-1及基波的相位angle-1。利用Fourier1模块分析3次谐波的幅值magnitude-3及相位angle-3。分析结果用数字显示器显示。

 

6.有效值测量(RMS)模块：基波频率设置为50Hz，分析结果用数字显示器显示。

 

三、电路仿真及结果分析

 

第一，选择菜单simulation/parameters对仿真参数进行设置：仿真开始时间设为0，终止时间设为0.045，选用变步长ode23t算法，计算精度为0.001。

 

第二，选择菜单simulation/start开始仿真。通过示波器Scope可观察到三相输出SPWM电压ua、ub、uc波形及三相输出电流ia、ib、ic的波形。仿真结果示于图2中。

 

■

 

图2 三相输出SPWM电压及三相输出电流波形

 

在图2中示出了三相输出SPWM电压ua、ub、uc的波形及三相输出电流ia、ib及ic的波形，仿真结果与理论分析结果基本一致。在程序的运行过程中，学生可观察到仿真波形的动态产生过程，通过观察波形，加深学生对三相对称电压及电流的幅值及其相位关系的理解。利用MATLAB提供的工具，可定向放大局部波形，加强学生对SPWM波的多电平波形的感性认识，三相输出SPWM电压、电流局部放大波形示于图3中。

 

■

 

图3三相输出SPWM电压、电流局部放大波形

 

利用傅里叶分析(Fourier)模块对SPWM电压ua作基波和3次谐波的幅值及相角计算，结果示于图4，图4中还示出了ua的RMS有效值计算结果，仿真结果与理论计算结果基本一致。改变设置参数，可观察到其他任意次谐波的幅值和相位的计算结果。

 

通过该例可以看出，在课堂教学中，利用MATLAB/SIMULINK对电路进行动态交互式分析，分析结果直观、形象，通过改变模块参数可轻易实现对不同电量的分析和波形观察，有助于理解教学中抽象的理论知识，可作为教学的辅助手段，引起学生的学习兴趣，提高课程教学质量。

 

四、结论

 

本文以三相电压型SPWM逆变电路为例，介绍了将MATLAB/SIMULINK计算机仿真技术应用到电力电子技术教学中，作为课堂教学的辅助手段，对电力电子电路进行交互式动态波形分析、谐波分析及电量计算，分析结果直观、形象，并可通过改变模块参数轻易实现对不同电量的分析和波形观察，有助于学生理解抽象的理论分析，提高学生学习的兴趣和主动性，改善教学效果，提高教学质量。

第7篇：直流电路的动态分析范文

关键词：实验 实训 要求 培养

直流电阻电路故障的检查是电工基础教材（全国中等职业技术学校电工类专业通用教材第四版）第二章中安排的实验与实训中的一个教学内容。其实验目的是：运用第一章学习的测电位、测电压和测电阻等方法检查与判断直流电阻电路的故障。每组实验所需的实验设备有：直流稳压电源1个、直流电压表（0―15―30V）1只、万用表1只、电阻元件6个、导线若干、开关一个（另加上）。

实验的内容要求有三项：一是用直流电压表检查电阻串联电路；二是用直流电压表检查电阻混联电路；三是按要求用万能表分别测量总电阻和各段电阻。

直流电阻电路故障的检查实验，所使用的实验器材、实验过程中所需构建的电路结构、实验原理以及实验过程中的实际操作都不算复杂。但是笔者认为，指导学生在这个实验过程中，严格按照操作规程，细致认真地做好实验很有必要。这是学生进入技校学习电工基础课程亲自动手去操作实验的第一次实验，对培养学生务实地操作演练、认真观察分析、推敲问题、得出实验结论的严谨态度很重要。同时这个实验也是一个很重要的基础实验，体现在以下几个方面。

一、培养学生亲自动手的能力和让学生体验成就感

这个实验是学生学习了电路的串联、并联的内容知识以及万用电表的使用后，亲自动手连接电路，使用仪器、仪表进行测试操作。笔者在教学过程中，在原实验要求的基础上多加了一个开关。学生要将实验中三项内容的实验电路连接好，是学生将学到的理论知识转化到实际操作的体现。在此过程中，教师要多巡查，如发现有学生未能按实验要求接好电路，要提醒学生，不要直接指出，应留给学生思考的空间，发展学生的能力。不要小看这一点，笔者见过很多高中毕业的学生回到家中甚至不会安装一支光管，也不会使用万用表。学生从简单的基础实验过程中，可以体会到实验成功的喜悦。教师可以从实验成功的体会中培养学生敢于动手、学会自己动手以及爱动手的习惯和自信心。

二、培养学生严谨的实验态度

无论是做什么实验，都有需要注意的问题。这是学生第一次使用仪表对实际电路进行测量。教师要先指出实验中所需要注意的问题，让学生在实验过程别留意。比如连接电路时要注意接触点的接触情况，使用直流电压表测电位、电压时要注意量程与正负极，使用万用电表测量时要回想一下需要注意的问题等。实验操作的指引中没有提出这些问题，为了学生的实验操作能顺利完成，教师要事先将这些指出。这样对培养学生在实验操作过程中的良好习惯形成有好处。

不管实验过程是简单的还是复杂的，都应该要求学生严格按实验操作步骤去操作，每一个细节都要以认真的态度去对待，在每个环节中要认真对待需要注意的问题。就算要多用一些时间，也要按实验要求完整地完成操作，同时也使学生明白，如果在实验过程中坚持认真的态度，自己是有能力做好实验的。此过程可以增强学生对实验操作的自信心和兴趣，培养学生严谨的实验态度。

三、培养学生的观察能力和分析能力

任何一个实验，不是只机械式地按实验步骤操作一遍就完成，更重要的是细心地观察每个环节发生的现象和问题。有些实验是通过观察在实验过程中所发生的变化或一些特殊的现象，有些实验是通过测量记录表现某种特征的数据，根据数据的变化情况，分析实验发生的现象与问题的原因。

在直流电阻电路故障的检查的实验中，用直流电压表检查电阻串联电路和用直流电压表检查电阻混联电路时，在电路状态为正常、断开故障和短路故障中对参考点测电位值与分段电压等的操作过程中，可以通过观察记录的数据与对应电路状态正常、断开故障、短路故障的数据变化，学会对相应电路故障问题的分析。

第三项实验操作的要点是用万用表分别测量总电阻和分段电阻，对应的电路状态有：正常状态、短路状态和某处短路状态。在这一步中，主要是检查对万用表的使用以及判断故障现象的方法。在做这个实验的过程中，也可以加入用万用表测电路的电压和电流。通过测量记录的数据，分析对应具体电路的状态，掌握不同电路状态下，相应电路及分段电路电阻阻值的测量。这个实验的三个步骤的操作，是一个电工工作者经常用来判断电路的状态的方法，所以笔者在教学过程中很重视这个实验的教学。

四、让学生明确实验的目的，提高学生实验操作能力

无论干什么事情，如果明确了目标和方向，那么完成任务的胜算就会更大。做实验也是一样，学生明确了实验的目的，就能更好地端正自己的实验态度，提高对实验的兴趣和热情，才会更认真地对待实验，才能更有效地训练自己的实操能力。可以先用一定的时间，让学生了解实验的内容，了解实验的目的和相关的操作要求，联系学习的相关知识内容；让学生知道实验中操作要求和相关数据体现的结果，以及对实验要求分析的内容是什么等。这样学生在实验的训练过程中就不会马虎对待了。比如在本实验中，用直流电压表检查串联电路的测量操作中，让学生明白，这样的测量操作，是让我们学会掌握串联电路处于正常状态、断路状态或是短路状态的判别方法；要让学生明白，用直流电压表检查电阻混联电路的测量操作，是让我们学会检查混联电路故障的主要方法；用万用表分别测量电路总电阻和各段电路的电阻的测量操作，是要求学生一定要掌握检查电路故障的方法。学生明白了这些要求，在实验中就能认真操作，每个环节、每个数据的测量都会很细心，因为他们知道了这是培养自己今后工作的能力，所以才会在实验的操作训练中对自己提出更高的要求，而不是教师强迫的要求。只有这样才能提高学生实验操作的实效性。

五、实验操作与实际情况的联想与思考

通过本次实验的操作训练，应让学生联想一下，回到家里，自己是否可以安装一盏电灯、一支光管或安装一台吊扇等；或者是家里的电灯、光管都不亮了，自己应该怎样做？学生如果在实验后能这样思考一下，或者在实际中真正体验一下，会有很好的效果，因为现实的情况与实验中设定的情况是有差别的。只有通过实际的操作训练，才能消除学生在实际情况中不敢动手的惧怕心理，同时也能引发学生对实际遇到问题的思考。只有对问题进行思考，才可能想到解决问题的方法，才能不断提高自我工作能力。

第8篇：直流电路的动态分析范文

关键词：电压放大倍数；输入电阻；输出电阻；静态工作点

中图分类号：TN701 文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2009)01-076-02

Influence of Quiescent Point′s Stability on Dynamic Performance of Emitter Follower

REN Junyuan

(Bohai University,Jinzhou,121000,China)

Abstract：In a variety of electronics textbooks,RC coupling emitter follower adopts the form that quiescent point is not stable.The effect of quiescent point′s stability on circuit has not been researched.Thus,if emitter follower needs stable quiescent point remains a question.Index of emitter follower′s dynamic performance,such as voltage amplification,input resistance,output resistance and its relationship with quiescent point are studied.It′s found that quiescent point′s stability has slight effect on dynamic performance.As a consequence,emitter follower bias circuit has a simple structure.

Keywords：voltage amplification；input resistance；output resistance；quiescent point

0 引 言

图1为见于一般教材的阻容耦合射极输出器的典型电路,其直流通路如图2 所示。

图1 射极输出器的典型电路

观察图2所示的直流通路可看出,基极电阻Rb、发射极电阻Re构成决定静态工作点的偏置电路,依KVL及晶体管的电流分配关系,可写出基极直流电位U BQ,发射极静态电流 I EQ的表达式为:

U BQ=V CC－I BQRb=

V CC－V CC－U BEQRb+(1+β)Re・Rb

(1)

I EQ=V CC－U BEQRb1+β+Re

(2)

图2 射极输出器的直流通路

由图2及式(1)、式(2),可得出射极输出器偏置电路的构成特点及静态工作点的稳定情况：

(1) 晶体管的基极只接有一个基极电阻Rb,没有采用基极电位稳定的二个电阻分压式偏置形式,基极直流电位U BQ与电流放大系数β、发射结直流电压U BEQ等晶体管的参数有关,随晶体管的参数变化而变化不是稳定的。

(2) 晶体管发射极所接的发射极电阻R e引入了直流负反馈,但因基极直流电位U BQ不稳定而影响静态工作点的稳定性,发射极静态电流I EQ与电流放大系数β、发射结直流电压U BEQ等晶体管的参数有关,静态工作点随晶体管的参数变化而变化。

几乎所有电子技术类的教材［1-10］,在介绍射极输出器时,所给出的电路均为图1所示的形式,但都不说明为什么采用基极电位不稳定、静态工作点不稳定的简单构成形式的偏置电路,都不强调静态工作点的设置和稳定问题,都没有分析静态工作点的稳定性对射极输出器动态性能影响的问题。这给射极输出器的教学带来几个疑点问题：射极输出器不需要稳定的静态工作点？静态工作点的稳定性对射极输出器动态性能有什么影响？

1 射极输出器动态性能和静态工作点的关系分析

射极输出器和其他放大电路一样,用电压放大倍数 u反映对输入信号的放大能力,用输入电阻Ri反映对信号源的影响程度,用输出电阻Ro反映带负载的能力。

利用微变等效电路法［1-10］,求得图1所示的射极输出器的电压放大倍数 u、输入电阻Ri及输出电阻Ro三大动态性能指标的计算公式为:

电压放大倍数:

u=(1+β)

R′Lr be+(1+β)R′L

(3)

输入电阻:

Ri=Rb∥［r be+(1+β)R′L］

(4)

输出电阻:

Ro=Re∥R′s+r be1+β

(5)

其中:

R′L=Re∥RL

(6)

R′s=Rs∥Rb

(7)

r be=

r′ bb+(1+β)26(mV)I EQ(mA)

(8)

式(8)中含有静态工作点的电量I EQ,使得含有晶体管输入电阻 r be的电压放大倍数 u、输入电阻Ri,输出电阻Ro与I EQ有关,但都可以近似忽略,分析如下：

晶体管的电流放大系数β1,电路一般满足(1+β)R′Lr be的关系,因而式(3)、式(4)可近似简化为：

u=(1+β)R′Lr be+(1+β)R′L(1+β)R′L(1+β)R′L=1

(9)

Ri=Rb∥［r be+(1+β)R′L］Rb∥βR′L

(10)

式(9),式(10)表明,电压放大倍数 u与静态工作点的直流电量及静态工作点的稳定性近似无关；输入电阻Ri与晶体管的电流放大系数β有关,与静态工作点的直流电量及静态工作点的稳定性近似无关。

射极输出器的输出端为负载RL其提供信号电压,可将射极输出器的输出端用一个实际电压源等效,其内阻为射极输出器的输出电阻R o,如图3所示。

由图3可写出输出电压表达式为:

uo=RLRo+RLu′o

(11)

由于晶体管的电流放大系数β1,使式(5)所表示的输出电阻Ro很小,电路一般满足RoRL的关系,则式(11)可近似简化为:

uo=RLRo+RLu′ou′o

(12)

式(5)、式(12)表明,虽然输出电阻Ro与静态工作点的电量有关,但由于输出电阻Ro很小,射极输出器的带负载能力受静态工作点变化的影响很小可以忽略,负载RL两端的电压基本稳定不变。

图3 输出端等效电路

2 结 语

以上分析表明,射极输出器静态工作点的稳定性对电路动态性能影响很小,可近似忽略。

放大电路直流偏置电路的构成形式,要根据动态性能受到静态工作点的影响和制约情况等因素而确定。

因此,为简化电路,射极输出器一般采用简单的偏置电路形式,即：

晶体管的基极只用一个电阻R b―― 用于引入晶体管发射结的正偏压,简化了电路但基极直流电位不恒定；

晶体管的发射极接有电阻Re―― 因发射极交流电流ie 需经电阻转换成交流电压从发射极输出,发射极必须接有电阻Re,Re又对直流有负反馈作用,有一定稳定静态工作点的作用。

需要指出的是：

(1) 为满足β1,(1+β)R′Lr be及RoRL的条件,忽略静态工作点的稳定性对射极输出器动态性能的影响,晶体管的电流放大系数β应尽可能大些。

(2) 射极输出器的静态工作点仍要设置合适,否则可能产生非线性失真,影响动态输出范围。

参考文献

［1］华成英,童诗白.模拟电子技术基础［M］.4版.北京：高等教育出版社,2006.

［2］杨素行.模拟电子技术基础简明教程［M］.3版.北京：高等教育出版社,2006.

［3］温希东.电子技术基础 ［M］.北京：经济科学出版社,2006.

［4］胡晏如.模拟电子技术［M］.2版.北京：高等教育出版社,2004.

［5］王佩珠.电路与模拟电子技术 ［M］.南京：南京大学出版社,2001.

［6］付植桐.电子技术 ［M］.北京：高等教育出版社,2000.

［7］康华光,陈大钦.电子技术基础:模拟部分［M］.4版.北京：高等教育出版社,1999.

［8］杨素行.模拟电子电路 ［M］.北京：中央广播电视大学出版社,1994.

［9］陈知令.模拟电子技术基础 ［M］.北京：北京航空航天大学出版社,1993.

第9篇：直流电路的动态分析范文

【关键词】RLC纹波抑制电路 状态空间模型 状态轨迹 输出 研究

线性直流稳压电源可为数电/模电电路提供3.3V、±5V和±12V的直流压信号，该类型电源纹波系数越低，输出性能就越好。

如图1所示的RLC纹波抑制电路可滤除直流电压uO中掺杂的纹波电压uR，在额定负载电流条件下，使得uO具有较为合理的纹波系数Y（Y≤1%）。

本文通过对RLC纹波抑制电路进行状态空间时域分析，获得该电路较为合理的参数配置。

1 国内外纹波抑制电路的研究状况

近年来，国内外直流稳压电源研发机构普遍采用频域和时域相结合的方法对纹波抑制电路的元件参数配置及性能进行分析和研究。

（1）2017年1月，根据Kujund?i?G.和Ile? S.在关于直流电源电路传函建模的文献《Optimal charging of valve-regulated lead-acid batteries based on model predictive control》中描述，基于可调电阻RP、电感L和电容C构建的纹波滤除电路具有较好的动、静态性能；

（2）2016年11月，根据TrichtchenkoO.和Deconinck B.在关于纹波滤除系统时域分析的文献《The Instability of Wilton ripples》中描述，电阻R、电感L和电解电容C的不同参数配置会直接影响纹波滤除系统时域响应的表现。

本文在上述研究的基础上，首先构造出直流稳压电源内部RLC纹波抑制电路的传递函数模型GO（s），进而计算出与GO（s）对应的Jordan标准型ΣJ（J， BJ，CJ）和能控标准型ΣC（AC， BC， CC），并根据ΣJ和ΣC的时域分析结果给出纹波抑制电路较为合理的参数配置。

2 RLC纹波抑制电路传函的构建

2.1 RLC纹波抑制电路的基尔霍夫方程

根据图1，RLC纹波抑制电路的KVL和KCL方程如下。

2.2 确定RLC纹波抑制电路的传函

将（2）式代入（1）式，并利用拉氏变换计算得到RLC纹波抑制电路的传函如下：

若取电感LR=3.3μH，CR=0.1μF且RP=15Ω，则

由于GO（s）的两个极点s1=-3.73，s2=-0.81，因此RLC纹波抑制电路能够稳定工作。

3 Jordan标准型ΣJ（J，BJ，CJ）的时域分析

3.1 Jordan标准型ΣJ（J，BJ，CJ）的求取

（1）传函GO（s）进行部分分式展开，得：

（2）选取合适的状态变量X1（s）和X2（s），ΣJ（J，BJ，CJ）对应的信号流图如图2。

（3）根据图2，Jordan标准型ΣJ（J，BJ，CJ）如下：

3.2 Jordan标准型ΣJ（J，BJ，CJ）的时域分析

（1）ΣJ的状态转移矩阵ΦJ如下：

（2）令X（0）=0，u（t）=1，ΣJ的状态X（t）计算如下：

（3）ΣJ的状态X（t）和输出y（t）曲线如图3。

4 能控标准型ΣC（AC，BC，CC）的时域分析

4.1 能控标准型ΣC（AC，BC，CC）的求取

（1）选取合适的状态变量X1C（s）和X2C（s），能控标准型ΣC（AC，BC，CC）对应的信号流图如图4。

（2）根据图4，能控标准型ΣC（AC， BC， CC）如下：

4.2 能控标准型ΣC（AC，BC，CC）的时域分析

（1）ΣC的状态转移矩阵ΦC如下：

（2）令X（0）=0，u（t）=1，ΣC的状态XC（t）计算如下：

（3）ΣC的状态XC（t）和输出y（t）曲线如图5。

5 ΣJ和ΣC状态轨迹和输出响应的分析

如图3所示，当系统初始状态X（0）=0且输入u（t）=1时，纹波抑制电路Jordan标准型ΣJ的状态X（t）的终了值X（∝）=[0.27 1.23]T，同时ΣJ模型输出y（t）的终了值y（∝）=1。

如图5所示，当系统初始状态X（0）=0且输入u（t）=1时，纹波抑制电路能控标准型ΣC的状态XC（t）的终了值XC（∝）=[0.33 -0.01]T，同时ΣC模型输出y（t）的终了值y（∝）=1。

通过以上分析，明显看出对应于同一个纹波抑制电路的传递函数模型GO（s），由于X（t）≠XC（t），因此X（∝）≠XC（∝）；但由于系统传递函数的惟一性，纹波抑制电路在不同状态空间模型（ΣJ≠ΣC）下的输出响应y（t）的终了值惟一，即：y（∝）=1。

6 结论

RLC纹波抑制电路中，电容CR滤除纹波电压uR，电感LR滤除纹波电流iR，在额定负载电流（iO≤id）条件下，该电路可明显提升直流稳压电源输出电压uO的品质。

直流稳压电源的输入为AC 220V（50Hz）的工频电，输出电压uO∈[0， 30V]，输出电流iO∈[0，2A]，当电阻RP∈[0， 200Ω]，电感LR∈[3.3， 47μH]，电容CR∈[0.1， 47μF]时，纹波滤除系统具有较好的时域响应，输出电压uO的纹波系数Y∈[1%， 5%]。

参考文献

[1]马正华，夏建锋，包伯成.脉冲跨周期调制Buck变换器输出电压纹波研究[J].电力电子技术，2013（06）：86-88.

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[7]李峰，王广柱.模块化多电平矩阵变换器电容电压纹波稳态分析[J].中国电机工程学报，2013（24）：52-58.

[8]Heinrich L.Influences of a Rippled Surface on Growth Rates of Tollmien-SchlichtingWaves[J].Procedia IUTAM，2015（14）：527-535.

[9]Kujund?i?G，Ile? S.Optimal charging of valve-regulated lead-acid batteries based on model predictive control[J].Applied Energy，2017，187（01）：189-202.

[10]Trichtchenko O，Deconinck B，et al.The instability of Wilton ripples[J].Wave Motion，2016，66（11）：147-155.

作者介

马振峰（1971-），男，辽宁省阜新市人。硕士生导师。副教授。主要从事应用电子技术和自动控制技术方面的研究。