動態電阻

動態電阻是在積體電路中利用反相偏置的二極體、三極體、MOS場效應電晶體的輸出阻抗作為積體電路的動態電阻。動態電阻可以在較小的幾何圖形面積上擴散後得到較大的交流負載電阻。

基本介紹

• 中文名：動態電阻
• 外文名：dynamic resistance
• 檢測方法：非平衡電橋、動態迴路
• 值域：可正可負
• 電路組成：電流通道、電壓通道和電導通道
• 套用：感測器等

簡介

當信號電壓V_S由一個恆定(直流)偏置分量V_CD和一個小得多的時變(交流)分量V_ac組成時，該交流分量V_ac稱為小信號。(註：小信號對於每個電路有其特定意義，應該小心定義。)作為例子

假設圖3.12的二極體電路被下面的信號電壓驅動：

(伏特)

二極體特性以及V_DC=1V，R=50Ω的直流負載線如圖3.18所示，可見求得的直流工作點(稱為靜態點或Q點)是I_D=6mA，V_D=0.7V。

我們知道，這個電路的動態工作點將保持在Q點的附近，因為與直流分量相比，V_S和V_D的變化不大。因此，該工作區域中二極體的最佳分段線性模型應該具有這樣的特性曲線，它通過Q點，並有與二極體特性相同的斜率。二極體特性方程的斜率可以通過倒數求得。假設為正向偏置。則任一工作點上特性斜率的倒數稱為二極體在該Q點的動態電阻。

動態電阻的檢測

測量方法

1.非平衡電橋測動態電阻

9-14

非平衡電橋的內部電路圖如圖9-14所示。具體套用如下所述。

將1、2、3端短路，8、9端短路，待測電阻R_x接在7、8兩端，毫伏表當做檢流計，當毫伏表指零，即構成非平衡電橋；此時，R_x=(R₁/R₂)R₃。此處的R_x用專用電阻。

固定R₁、R₂、R₃，當R_x隨溫度變化時，毫伏表顯示非零值，R_x的改變數值可由毫伏表的示數求得，因此可用非平衡電橋測量動態電阻。

測量時，水浴鍋內加人適量清水，先不接通電源，取R₁=R₂=110Ω；在室溫下調節R₃，使毫伏表儘量指零，此時，R_x0=R₃，記下室溫、R_x0及毫伏表讀數；接通水浴電源，使水浴鍋內待測電阻加熱，以改變其溫度，當溫度達到一定值後，記錄溫度和相應的毫伏表讀數；繼續加熱，測定下一組溫度的數據，每隔10℃測一組數據，直到溫度為90%為止。以T為橫坐標，△U為縱坐標，用坐標紙作圖。

保持R₁、 R₂、R₃數值不變，將R_x換成電阻箱，調節電阻箱，記下毫伏表讀數；然後每增加Ω，記錄下毫伏表讀數，直到電阻為140Ω為止。

以R為橫坐標，△U為縱坐標，在同一張坐標紙上以適當的比例(△U按同一比例)作圖。由此確定△U-T圖上的每一點所對應的R值：通過該點做水平線，與△U-R曲線交點對應的R即為所求值。

2.動態迴路檢測

一般的SF₆斷路器有主觸頭和弧觸頭，滅弧主要靠弧觸頭。當斷路器在閉合狀態，測得的迴路電阻主要是主觸頭接觸電阻和弧觸頭接觸電阻的並聯值。一般前者比後者小得多，所以所測迴路電阻無法反映弧觸頭燒損情況。

在斷路器分斷過程中，主觸頭先分離，開斷電流轉移到弧觸頭上，弧觸頭間出現電弧，藉助滅弧裝置使電弧熄滅。如果弧觸頭嚴重燒損，在分斷過程中先於主觸頭分離，則滅弧裝置不能發揮作用，這樣會導致斷路器燒損。從主觸頭分離到弧觸頭分離這段時間稱為有效接觸時間，其行程稱有效接觸行程。為了斷路器能順利滅弧，必須保證弧觸頭有足夠的有效接觸行程和時間。檢測在斷路器動作過程中的迴路電阻變化曲線可以不用拆開斷路器就能得到弧觸頭的有效接觸時間。這種檢測方法稱為動態迴路檢測，測得的電阻稱為動態迴路電阻，用以區別通常的在斷路器閉合時測得的迴路電阻，後者稱為靜態迴路電阻。

測量原理

檢測原理圖如圖1.7-6所示。測量動態迴路電阻需要一個穩定的低壓大電流直流電源。可採用蓄電池作為電源，利用它過載放電，輸出直流大電流，基本可以滿足要求。在過載放電的情況下，蓄電池不能長期工作。因此在測量時，斷路器先處於分斷狀態，然後測量斷路器在合一分過程中的電流、電壓波形。迴路電流用分流器測量，電壓直接測量。信號放大後，經A/D轉換，進入微型計算機，完成計算、顯示及列印。

1.7-6

動態電阻的套用

現已定型生產的動態電阻監控儀並不多，多屬於試驗開發型。

控制系統的感測器，採用霍爾效應片或軟帶線圈感測器。大部分是採集電極問電壓和焊焊接電流，在測後換算，個別是採集電極問電壓和焊接變壓器的初級電流。信息的計算、處理以及控制，大多數採用微處理機和晶閘管電路。其前端電路雖然不同，但原理相近。

動態電阻監控系統的電路由電流通道、電壓通道和電導通道組成。

電流通道由電流感測器輸入端、放大器、精密全波整流電路組成。電流經感測器(霍爾效應單元)放大和整流之後，傳輸給除法器的z端。電壓通道由電壓傳輸導線、限幅、絕對值放大器及精密全波整流電路組成。電壓信號傳給除法器的x端。採用絕對值放大器，抵消了從電極頭來的兩根導線的感應電壓，防止了它對電壓信號的干擾。電導通道由除法器和控制門等電路組成。除法器完成電導計算，提供一個與輸入信號成正比的電導。控制門(VF)由微分電路(Z₄)產生的脈衝來控制。在Z₄上每半周峰值時，產生一個很窄的脈衝，經Z₄輸給VF，並把門打開。VF的設定，隔斷了因電流快速變化產生的周期性感應電壓的影響。電導通道將信號輸給CPU，在CPU中完成計算，並發出控制指令。據資料介紹，這類電阻監控系統可以在預定電阻曲線的±4%範圍內進行控制。

電阻變化率監控儀的動態電阻監控部分是由電流感測器、電壓傳輸電路(包括感應電壓消除電路)、電阻計算單元、電阻變化量檢查單元、比較器、周半控制單元組成(圖16-28)。電流感測器如本章第一節所敘。電阻計算每半周波進行，但輸出是每周的平均電阻值。電壓部分必須有消除電壓干擾的電路，才能真實地獲得電極兩端的電壓降。

CU4800A監控儀，在焊接過程中，每半周測量電壓和電流，並求得電阻值以及它與峰值電阻間的差值。這個差值(△R)與預置比較。當測量的△R值與預置值相等後，延長一周顯示△R，同時切斷電源。該監控儀的監控精度為±2%(不論電阻負載或電感負載的干擾)，重複精度也為±2%。