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什么是线性电路 线性元器件有哪些

来源:电子之家 作者:华仔 浏览:3252

标签:

摘要: 加于其上的电压和电流之间的关系可用线性的代数或微分方程来描述的元件,称为线性元件。电阻、电容和电感元件是线性元件。由线性元件组成的电路,称为线性电路。

线性电路 

加于其上的电压和电流之间的关系可用线性的代数或微分方程来描述的元件,称为线性元件。电阻、电容和电感元件是线性元件。由线性元件组成的电路,称为线性电路。 

线性电路的特性 

线性电路的最基本的特性是它具有叠加性和均匀性。叠加性和均匀性的含义可以用下面的图来说明。

 1111.jpg

图中的方框表示电路,x 表示加在电路上的输入信号,或称激励;y 表示电路对该输入信号产生的输出,或称响应。叠加性的含义是:若激励x1产生的激励为y1, 激励x2产生的激励为y2,则当 x1 与 x2 共同作用于电路时产生的响应为 y1 + y2 。均匀性的含义是:若激励 x作用于电路产生的响应为 y,则激励 ky 做用于电路产生的响应必为 ky 。换句话说,线性电路对于各个激励共同作用的响应是各个激励的加权之和。  

严格说来,真正的线性电路在实际中是不存在的。但是大量的实际电路在一定条件下都可以近似视为线性电路。在电路理论中,对线性电路的研究已经有了相当长的历史,有了成熟的理论和方法。 

线性元件有哪些

在电子电路中,线性元件是一种电子元件,与电流和电压有线性的关系。电阻是最普遍的线性元件范例,常见的线性元件还有电容和电感。线性元件是指输出量和输入量具有正比关系的元件。例如在温度不变的情况下金属电阻元件的两端电压同电流的关系就可以认为是线性的。金属导体、电解液也都具有这一特性。电子元器件具有这种关系的很多。质量差的元器件在一定情况下会出现“线性失真”,就是在这样的情况下输入量和输出量不再满足线性关系了。 

非线性元件其输入输出不呈“线性”关系。当信号通过一个元器件后,信号的波形没有改变,我们就称之为线性器件;比如电阻,电容。当信号通过一个元器件后,信号的波形被改变了,我们就称之为非线性器件;比如二极管,交流信号通过它以后,只剩下半边了。线性电路与非线性电路也是这样;当信号通过一个电路后,信号的波形没有改变,我们就称之为线性电路;当信号通过一个电路后,信号的波形被改变了,我们就称之为非线性电路。即输入值与输出值的函数曲线为直线,就是我们所说的线性;否则就是非线性。(注:这里说的“输入值与输出值的函数”其实就是“输入值与输出值的一个比例k”,一般元件的k=1,功放元件不等于1,但是是一个常数。也就是说,k为固定常数的时候,电路时线性电路,k不固定的时候为非线性元件。 

线性元件和非线性元件的区别

线性元件的的自变量与因变量(一般指的电压与电流)呈现线性关系(一次函数关系)。不符合线性原件条件的都是非线性元件。用数学语言面熟它们的关系就是:互斥。

所谓线性元件是指自变量与函数的关系曲线呈现线性关系(一次函数关系)。比如针对电压和电流的伏安特性曲线来说,电阻就是线性元件。不符合线性原件条件的都是非线性元件。比如电容、电感类元件等。       

RCD吸收电路 

RCD吸收电路它由电阻Rs、电容Cs和二极管VDs构成。电阻Rs也可以与二极管VDs并联连接。RCD吸收电路对过电压的抑制要好于RC吸收电路,与RC电路相比Vce升高的幅度更小。由于可以取大阻值的吸收电阻,在一定程度上降低了损耗。 

RCD吸收电路原理 

aaa.png

若开关断开,蓄积在寄生电感中能量通过开关的寄生电容充电,开关电压上升。其电压上升到吸收电容的电压时,吸收二极管导通,开关电压被吸收二极管所嵌位,约为1V左右。寄生电感中蓄积的能量也对吸收电容充电。开关接通期间,吸收电容通过电阻放电。 

RCD吸收电路作用 

RCD电路在电源中能够较大程度的吸收电阻,从而起到降低损耗的作用。

在原边反馈IC恒流方案中,RCD起到的作用:

1、可以减少漏感在主开关上形成的电压尖峰,

2、减少EMI干扰 

RCD吸收电路设计

1、测量主变压器的初级漏感电感量Lr

这两种钳位电路均是为了吸收漏感的能量以降低主开关管的电压应力,既然是吸收漏感的能量,显然我们要知道变压器的漏感能量有多大。然而,需要知道漏感能量有多大,需要知道漏感多大,因此第一步我们就要测量变压器的漏感Lr。

2、计算漏感能量E

E=1/2*Lr*Ipk2

3、确定Vcmax或Vtvs

一般我们至少要给MOS电压应力留有10%的裕量,保守情况留有20%的裕量,尤其是没有软启动切功率相对较大的电源里,这里我们取20%的裕量。所以就有Vcmax(Vtvs)=80%*Vdsmax-√2*Vinmax。

4、确定△Vc,Vcavg,Vcmin(TVS方案无此步骤)

RCD电路中C1两端电压是变化的,主开关关断时漏感能量迅速将其充电至Vcmax,然后通过R慢慢放电到Vcmin。这个△Vc一般我们会设计在10%-15%Vcmax左右。有了△Vc即可得到Vcavg,Vcmin。

5、确定R2大小

在第二步中我们已经计算出了漏感能量,假设我们的漏感能量全部被转移到C1(或被TVS消耗掉)中,那么R2上必然消耗掉这些能量。当然,漏感的能量不会全部转移到C1中或被TVS消耗掉,但是作为一个理论设计指导,此假设是合理的(假设误差由实际测试结果来调整)。

所以,Vcavg2/R=E*f

由此式即可计算出R2的大小,亦可得出R2的功率要求,一般要保证R2的功率要大于此功率(E*f)的1.5-2.5倍。若为TVS则,TVS的功率也要和电阻的功率要求一样,要大于1.5-2.5*E*f。

6、确定C1的大小

由第五步中的假设,可知:E=1/2*C1*(Vcmax2-Vcmin2)所以C1大小可求出。至此我们分析了R2,C1,ZD1(TVS)的设计流程,还有R1和D1的要求了。

7、R1可以改善EMI,同时限制D1的反向恢复电流,小功率电源中常用。

一般我们会选取几十Ω左右,当然功率越大,Ipk越大,此电阻的损耗越大,所以要取的越小,大功率此电阻取几Ω即可,甚至不要此电阻。大功率电源中慎用此电阻。

功耗要大于Ipk2*R1

8、D1一般用快恢复或超快恢复二极管

二极管电流电压按一般裕量原则1.5Ipk,1.5Vcmax即可,功耗要求大于1/2*Ipk*Vf(DCM模式),CCM模式1/2*Ipk替换为初级平均电流即可,主要还是看此二极管的发热量。关于D1用慢管的运用,一定要配合好R1且在小功率场合。

型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67