电路板电路

电路板电路（精选12篇）

电路板电路 篇1

一、产业概况

近年来随着平板电脑及智慧型手机等相关产品于市场上持续发夯, 连带使素有电子系统产品之母的印刷电路板 (Printed Circuit Board或Printed Wiring Board;简称为PCB或PWB) 厂商业绩受惠。印刷电路板主要是依电路设计, 将连接电路零件的电气布线绘制成布线图形, 然后再以设计所指定的机械加工及表面处理等方式, 在绝缘体上使电气导体重现所构成的电路板称之印刷电路板, 是搭配电子零件之前的基板, 主要用途是将各项电子零件以电路板所形成的电子电路, 发挥各项电子零组件的功能, 以达到信号传递的目的。

岛内印刷电路板最早始于1969年美国安培公司来台设厂生产, 发展至今已有三十多年历史, 且所投入生产厂商众多, 产业间上中下游结构完整, 目前岛内印刷电路板类型约可分类成单面板、双面板、多层板等数种, 其相关生产厂商如表所示。

二、TOP10业者分析

台湾地区印刷电路板业发展多年, 厂商之间供应链体系已日趋完整, 制程技术亦更加成熟, 而近年来随着市场上高阶平板电脑与智慧型手机崛起, 带动高阶HDI板与覆晶载板 (FC) 的制程需求, 台湾厂商在技术制造的能力提升以及良好的成本控管能力与生产效率下, 于高阶印刷电路板营收比重有逐渐增加趋势, 部分台湾厂商更以并购或转投资同业方式扩充产能, 藉以因应客户订单需求。

根据中华征信所2011年出版的台湾地区大型企业排名TOP5000资料显示, 台湾印刷电路板业TOP10业者于2006年至2010年间合计年度总营收, 除2008及2009年间受全球金融海啸所影响呈现衰退外, 其余各年度多以一定比例成长。而2010年因景气逐渐走出金融海啸阴霾, 总营收成长幅度更达31.35%, 其中印刷电路板业龙头厂欣兴电子 (股) 、南亚塑胶工业 (股) 及南亚电路板 (股) 三家厂商合计营收达1267.45亿元 (新台币, 下同) , 占TOP10业者总营收51.36%, 而其余7家合计营收则占48.64%, 显见印刷电路板业大厂与小厂间制程技术与产能上仍有一定差距。

资料来源:中华征信所征信资料库及近五年台湾地区大型企业排名

由2006—2010年中华征信所TOP10排名变动可看出近五年来厂商并无太大变化, 仅于名次上做变动, 其中前三名多为欣兴电子 (股) 、南亚塑胶工业 (股) 及南亚电路板 (股) 所包揽, 而欣兴电子 (股) 自2009年后已连续两年为TOP10营收排名第一名, 志超科技 (股) 亦在2009年时入榜, 并连续两年为TOP10业者第八名。

资料来源:中华征信所征信资料库及近五年台湾地区大型企业排名

欣兴电子 (股) 隶属联华电子 (股) 关系企业之一, 自1990年1月成立后, 陆续于台湾、香港及大陆等地并购多家印刷电路板厂, 于2009年间并购全懋精密科技 (股) 之后, 生产据点遍及桃园、新竹、深圳、昆山、苏州等地, 同年集团合并营收达650亿元, 并名列全球第一大印刷电路板供应商。目前所生产的印刷电路板主要多应用于电信器材、通信设备、个人电脑及周边设备、笔记型电脑及智慧型手机等产业, IC载板则用于IC封装产业。

南亚塑胶工业 (股) 及南亚电路板 (股) , 分别成立于1958年8月及1997年10月, 同隶属台塑集团关系企业之一, 南亚塑胶工业 (股) 为岛内铜箔基板大厂, 而铜箔基板为印刷电路板核心材料之一, 南亚塑胶工业 (股) 目前于岛内铜箔基板市场市占率约为34%, 2010年产量约为2605万张。而南亚电路板 (股) 原为南亚塑胶工业 (股) 电路板事业部, 后于1997年间分割独立成转投资公司, 其铜箔基板则主要向南亚塑胶工业 (股) 购买, 目前主要以生产高阶印刷电路板及覆晶载板 (FC) , 印刷电路板主要应用于通讯、绘图晶片与记忆体等产品, 而覆晶载板则主要用于CPU、整合型晶片与绘图卡, 目前主要客户包括INTEL、NVIDIA、AMD等国际大厂。

精成科技 (股) 成立于1973年2月, 初期为运动鞋代工大厂宝成集团所转投资的电子事业, 主要从事铝门窗、铝挤型、铝帷墙的产销业务, 后于2001年开始转型从事印刷电路板加工业务, 2010年3月间将经营权转让予华新丽华集团, 正式成为华新丽华集团旗下关系企业之一。目前主要业务仍是以EMS电子加工服务为主, 其业务内容主要是将硬碟主板、主机板、显示卡以及LCD控制板上的零件做组装, 使基板上的配线电路能做连结, 以发挥基板的设计功能。

单位:新台币千元

资料来源:中华征信所征信资料库及近五年台湾地区大型企业排名;各公司公告资料

而从印刷电路板业营收TOP10业者营运状况表 (表3) 中可看出, 2010年全球景气已逐渐走出金融海啸阴霾, 市场需求亦逐渐回温, 各业者2010年营收概况皆较2009年成长, 其中又以欣兴电子 (股) 成长51.28%为TOP10业者之冠, 多数业者亦多维持成长20%至30%之间。而毛利率最高的业者为景硕科技 (股) , 其所擅长生产的晶片尺寸覆晶基板 (FC-CSP) 与塑胶球型栅状阵列基板 (PBGA) , 于市场上独具竞争性, 相关产品亦被广泛应用于手机基频、基地台、网通及BGA封装产业。

三、产业前景展望

台湾地区发展印刷电路板业已有多年时间, 产业间信息传递快速, 资源整合亦相对完整, 造就台湾成为全世界印刷电路板主要输出地之一。而印刷电路板业在早期电子工业中, 产业进入门槛较其他高科技电子产业而言相对较低, 因此产业间厂商林立, 削价竞争的惨况屡见不鲜。但近年来随着平板电脑、智慧型手机及消费性电子商品的崛起, 替印刷电路板的产业重新定位, 电路板的设计随着电子产品的日新月异日趋复杂, 因而淘汰了许多体质不良的厂商, 更加巩固了台湾于全世界印刷电路板业的地位。尽管2012年全球景气仍因欧债问题而充满不确定性, 但市场对于消费性电子产品、平板电脑、智能手机以及超轻薄笔电的需求依旧看好, 因而有机会使印刷电路板业厂商业绩受惠。根据台湾印刷电路板协会及工业技术研究院产业经济与趋势研究中心于日前预估, 2012年台商两岸印刷电路板产值约为5260亿元, 年增率约为4.89%, 整体产业仍呈缓步成长趋势。但未来仍需面临大陆市场的同业竞争, 沿海地区缺工, 造成人力资源成本的增加以及近来原物料价格的持续调涨, 如印刷电路板的重要材料铜箔基板, 因国际铜价已升到8600美元/吨的水准, 使得市场上预估铜箔基板涨幅达10%以上等相关问题, 厂商是否能在产业间持续保有一定的获利水平, 仍考验着企业团队的经营智慧。

电路板电路 篇2

学习对象分析

本课程的学习对象是初三学生，在初二下学期已经接触过简单用电器的基础上，学生们对电路的组成原件有了一定的认识，现在再学习电路与电路图有了一定的学习基础和学习动机，对求知的欲望也比以前要强烈，那现在教电路与电路图符合学生的求知需求，对以后的学习也打下很好的基础知识。

1、学习目标分析

本节课程的总体学习目标是使学生了解一些基本用电器的工作原理和功能，能够连接简单的电路图，基本掌握电路图的画法和认识使用电路可以达到的目的。（1）情感目标 ① 对电路的用电器的学习产生浓厚的学习兴趣，有求知的欲望。② 能够结合实际，运用所学的知识连接电路图 ③ 具有小组合作精神（2）能力目标 ① 具有较强的理解能力和分析能力 ② 具有很好的动手能力 ③ 提高自主学习能力和小组协作学习能力

2、学习内容分析

本课程的学习课时为1课时（45分钟），时间安排教师讲授20分钟，学生实验25分钟，在学生实验的过程中加强对学生的指导，监督和个别化辅导，并注重学习环境的设计，为学生提供多种学习资源和认知工具，注重多元化和过程化的教学评价。（1）教学重点

1知道电路各组成部分的基本作用

2知道什么是电路的通路、开路,知道短路及其危害

3能画出常见的电路元件的符号和简单的电路图

4会画简单电路的电路图和根据简单的电路图连接电路（2）教学难点

会画简单电路的电路图和根据简单的电路图连接电路

3、教学策略和方法设计

本课程采用“以教师为主导——学生为主体”的教学模式，根据具体的教学内容和学生认知的结构特点，分别采取了发现式教学（实验发）和传递—接受式教学（教授法和演示法），充分发挥两种教学策略的优点，达到教学效果的最优化。

5、教学过程设计：

一、复习提问:(1)维持电路中有持续电流存在的条件是什么?

(2)电源在电路中的作用是什么?

二、引入新课

实验: 黑板上连接电路,合上开关,小灯泡发光.先后取走电路中任一元件,观察小灯泡是否还能继续发光.将小灯泡换成电铃,重复上面的实验.通过观察实验,让同学思考一个最简单的电路都至少由哪几部分构成的?

三、进行新课

(1)电路的组成 ①由电源、用电器、开关和导线等元件组成的电流路径叫电路.一个正确的电路,无论多么复杂,也无论多么简单,都是由这几部分组成的,缺少其中的任一部分,电路都不会处于正常工作的状态.②各部分元件在电路中的作用

电源维持电路中有持续电流,为电路提供电能,是电路中的供电装置.导线连接各电路元件的导体,是电流的通道.用电器利用电流来工作的设备,在用电器工作时,将电能转化成其他形式的能.开关控制电路通、断的装置.③电路的通路、开路和短路

继续刚才实验的演示,重做实验,闭合开关,小灯泡发光.这种处处连通的电路叫通路.断开开关,或将电路中的某一部分断开,小灯泡都不会发光,说明电路中没有电流.这种因某一处断开而使电路中没有电流的电路叫开路.将小灯泡取下,用导线直接把电源的正、负极连接起来,过一会儿手摸导线会感觉到导线发热.这种电路中没有用电器,直接用导线将电源正负极相连的电路叫短路.短路是非常危险的,可能把电源烧坏,是不答应的.观察:观察手电筒电路.看看这个电路是由几部分组成的?(可让学生自带手电筒).思考:手电筒电路的开关与我们演示实验中所用的开关是否相同?你在家里和日常生活中还见过哪些与此不同的开关?它们在电路中的作用是否相同?(2)电路中各元件的符号

在设计、安装、修理各种实际电路的时候,经常需要画出表示电路连接情况的图.为了简便,通常不画实物图,而用国家统一规定的符号来代表电路中的各种元件.出示示教板或画有各电路元件符号的投影片,并作说明.(3)电路图:用规定的符号表示电路连接情况的图叫电路图.①示范:画出的电路图.②让同学画出用电铃做实验时的电路图.让同学说明电路中的电流方向.③变换一下实验中元件的位置,再让同学们练习画出电路图.注重纠正错误的画法.④根据同学们画电路图的情况,进行小结,提出画电路图应注重的问题.元件位置安排要适当,分布要均匀,元件不要画在拐角处.整个电路图最好呈长方形,有棱有角,导线横平竖直.四、小结

探究活动

一个实际电路中的用电器往往不只一个,有时有许多个.例如实验中的小灯泡和电铃要同时在一个电路里工作,用同一个开关来控制.这个电路应怎样连接?你有几种方法?请试着画出电路图

6、教学评价

喷墨机，打印你的电路板 篇3

来自佐治亚理工学院、东京大学和微软研究院的多位研究人员最近找到了一种快速开发电子设备的技术，能够直接通过家用喷墨打印机制作电路板。

搭配低价3D打印机和激光切割技术所制作的外壳，这种技术有望进一步降低硬件创业的研发门槛，帮助创业者快速实践想法、改进设计，最终带来创新的智能玩具或者可穿戴设备。

随便拆开一台电脑或者手机，你都会看见一块或者多块PCB电路板。PCB电路板一般是绿色，但也常被处理成红、蓝、黑或者设计师想要的任何其它颜色。不论处理器的供电，还是各组件之间的信号传输，都通过这些小板子上印着的金属线完成。它们往往在巨大的车间里由专业的设备批量生产完成。

大规模生产开始前，开发者需要先制作几块电路板来测试设计，然后根据测试结果修改设计。这个过程被称为打样或者原型制造。

大学实验课和产品研发最初阶段常用面包板打样。用户在一块密布接口的白板上插入电线、传感器、电阻等元件，模拟最终电子产品的表现。在面包板上改动设计非常方便，但它的体积巨大，而且可靠性和性能也和成品不符，开发者迟早还是得在PCB印刷电路板上打样。

为了帮助创业者和研究人员快速生产电路板，有公司提供了在线提交设计，生产完成后快递给用户的服务。但这样的生产模式至少需要一天以上才可能拿到电路板，严重拖慢了产品的研发速度，改两次设计就需要一周时间。

随着3D打印机和激光切割机成本的下降，硬件创业者已经能够在一天时间内尝试多种不同的外壳设计。PCB电路板漫长的加工周期已经成为创业型硬件产品设计之初的一个短板。

“我们认为应该带来一种快速打样、定制PCB板的方法，”佐治亚理工学院交互计算机学院教授格雷戈里·阿宝德（Gregory Abowd）认为这种技术应该更快更便宜，“便宜到任何想要实践的人都能负担的地步。”

材料科学方面的最新突破让阿宝德的想法成为可能。三菱研究人员武宣芳树发明了一种不需要高温处理，干燥后经过化学反应产生导电性的导体墨水。它将直径小于0.1微米的银纳米粒子溶解于含有聚合物胶乳的特殊溶剂，墨水干燥后数秒便会产生导电性。

为了确保导体墨水能够顺畅地从打印机的喷嘴喷出，三菱对墨水粘度、表面张力、挥发性和颗粒尺寸进行了优化，批量生产的版本每100毫升售价2万日元。用作电路板打印时，1毫米宽的电路每米平均5美分，成本并不高。

研究人员在多款家用喷墨打印机上测试了这种导体墨水，发现出墨量较大的喷墨打印机都能正常使用，最便宜的一款不到100美元。研究人员用针管将导体墨水注入干净的空墨盒。为避免漂浮物混入墨水影响导电性，注入过程中需要使用一次性过滤管。

导体墨水需要纸张有较低的电阻，同时还得避免墨水扩散以保证导电性。表面处理是必需的，实验发现光面照片打印纸、透明的PET塑料胶片都能满足电路打印需求。这些材料都是柔软、可弯曲的，适合柔性可穿戴电子设备的研发。这是一般PCB板定制服务所无法提供的。

电路打印本身并不需要特殊的软件，开发者只要将设计好的电路图转换成点阵图片即可使用。但打印出来的电路厚度不能太薄，太薄就无法确保导电性。因此打印时得选择照片模式，此时打印机会将青、红、黄三块区域的导体墨水混在一起组成黑色，出墨量高于只使用黑墨盒的文字模式。

研究人员发现，喷墨打印而来的电路板的电阻会随着时间的流逝而变化，在7个月后会增加15%。这是银纳米粒子氧化之后的结果，会影响电路板的长期使用。解决方案也很简单，直接用家用照片塑封机在电路板上压一层薄膜便可以有效阻止氧化。

电路板只是基础而已，打印完成以后的下一步是安装处理器、电阻、传感器之类的元件。传统PCB板的元件都通过焊接的方式固定上去，非常牢固。但焊接需要至少180℃的高温，会破坏电路板底部的纸张并影响已经凝固的电路。

研究人员找到的解决方法是通过导电银胶粘住元件，这是最牢固的安装方法。在65℃的烘箱里，导电银胶能够在十几分钟时间里固定元件。此外3M生产的导电双面胶，也能用于固定元件。

除了电路板本身，开发者也可以直接喷墨打印出简单的天线，甚至触控传感器。比如在儿童玩具上加装触控按钮，在感受触摸后播放音乐。这类天线和传感器的打印成本往往只有数十美分。

电子电路板生产是一个庞大的市场，去年产值94亿美元。施乐实验室（PARC）也进行了类似的尝试，在今年推出了一种名为银弹（Silver Bullet）的导电墨水，能够直接在塑料片上打印电路。打印完成后的塑料电路板需要以150℃的高温加热数小时才能安装元件。此外施乐的新材料需要使用来自富士等公司的工业级打印机，造价通常超过5万美元。

相比施乐的专用喷墨打印设备，佐治亚理工学院的解决方案只要300美元，打印速度也更快。

1988年，施乐实验室首席科学家马克·韦泽（Mark Weiser）提出普适计算的概念—大量可穿戴设备、平板设备和大屏幕交互设备的诞生将把计算机带入用户周遭的一切。韦泽的预言已经在逐渐变成现实。

参与该项目的东京大学助理教授川原弘相信自己的研究正是通向普适计算的重要一步。今年普适计算大会上，川原弘发表了一篇论文详细讲述即时喷墨打印电路技术的细节和前景。他在论文里写道：“研究中用到的所有材料都是市面上可以直接买到的物品，你可以直接在家进行实验。这种方法能够以极低的成本打印电路板、传感器和天线，带来很多新机遇。”

直流电路中含电容电路的求法 篇4

关键词：直流电路,电容电路,电阻,电压

在直流电路中，充电完毕后的电容器处于断路状态，这是我们解决含电容电路的前提。由于电容器充电完毕后处于断路状态，因此和电容器串联的电阻上由于电流为零而两端的电势相等，这样我们就可以用一无阻导线将该电阻替换掉，替换后会出现两种情况：

1. 如果能够很清楚地看出电容器是并联在哪个电阻两端或哪个电路两端，则电容器两端的电压就是这个电阻或者是这个电路两端的电压。

2.如果不能看出电容器是并联在哪个电阻或哪个电路两端，则用直流电路中各点电势的求法来确定电容器两端的电压。

3.利用Q=CU计算电容器所带的电量。

4.在求通过和电容器串联的电阻上的电量时，我们还需注意电容器极板上的带电性质有没有发生变化，如果没有发生变化，那么通过的电量是电容器始末带电量的差，如果发生了变化，则是电容器始末带电量的绝对值的和。

如何确定直流电路中各点电势关系呢？一般我们采取的办法是：

1.沿着电流的流向，电流每通过一个电阻R，电势降低i R。

2. 电流从电源负极流入而从正极流出时，电势升高E，降低ir。而从电源正极流入而从负极流出时，电势降低（E+ir)

3. 沿着电流的方向，前面一点的电势等于后面一点的电势加上升高的减去降低的。

例如：一电源的电动势为3伏，内阻为0.2欧，和一阻值为5欧的定值电阻串联构成的电路如图1所示，如规定B点的电势为零，电路中的电流强度为0.50安，则A、C两点的电势分别为多少伏？

分析：沿着电流的流向，相对来讲，B点是C前面的点，A点是B前面的点，由于B点接地，该点的电势为零。因此：

所以：ΦA=E-ir=3-0.5×0.2=2（伏）

例：在如图2所示的直流电路中，电源电动势为5V，内阻为0.5Ω，外电路的电阻为R1=R4=2Ω，R3=R2=6Ω，求电路中a、b两点的电势差Uab等于多少？

分析：根据串、并联电路的特点，外电路的总电阻为：

由全电路欧姆定律知，电路中的总电流为：

根据并联电路分流原理可知，通过a点和b点的电流均为1A。

当我们选择c点为电势参考点时，沿着电流的流向，a、b均为c点前面的点，所以ΦC=Φa-i R2=（Φa-6)

上述两式相减可得：Φa-Φb=4V且a点电势比b点电势高。

巩固与练习

1.如图3所示，U恒定，此时带电粒子P静止在平行板电容器之间，当K闭合时，带电粒子P:

A.向下加速运动

B.向上加速运动

C.保持静止

D.关于P的运动状态，以上说法都不正确

分析：R5是和电容器串联的定值电阻，在电容器充电完毕后，通过R5的电流为0，而两端电势相等，可用一根无阻导线替换，R2.R3.R4是并联关系，可以等效成一个电阻R，等效电路如图，从图上可以清楚地看出，电容器是并联在电阻R两端，因此：

当开关K闭合时，R变小，Uc变小，电容器内部的电场强度变小，带电粒子受到的电场力变小，带电将向下做匀加速运动。故选A

2.如图4所示的电路中，C1=3C2, R1=R2/3，当电路中的电流达到稳定状态后，下列判断哪些是正确的：

A.C1所带的电量是C2所带电量的3倍

B.C1和C2所带的电量相等

C.C1两端的电压是C2两端电压1/3倍

D.C1和C2两端的电压相等

分析：从图4上可以清楚地看出，电容器C1、C2分别并联在电阻R1.R2两端，它们两端的电压分别等于R1、R2两端的电压。U1=i R1U2=i R2=3IR1=3U1

故选BC

3. 在如图5所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，外电路电阻R1、R2、R3，电容器的电容为C，当开关K断开时，通过电阻R2的电量是多少？

分析：当开关闭合时，电容器C并联在电阻R2两端，上极板带正电，根据全电路欧姆定律知R2两端的电压为

当开关断开时，R3是和电容C串联的电阻，因为无电流通过而两端电势相等，可以用一根无阻导线替换掉，这样可以清楚的看到电容器C是并联在电阻R1两端，且下极板带正电，根据全电路欧姆定律知R1两端的电压为

3-1串联电路和并联电路教案 篇5

（一）知识与技能 第四节、串联电路和并联电路

1、了解串联和并联电路的连接方式，掌握串并联电路的电压和电流的特点。

2、掌握电组的串并联的计算。

3、知道常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表G（表头）改装而成的。

4、理解表头改装成常用电压表和电流表的原理，会求分压电阻和分流电阻的阻值。

（二）过程与方法

知道常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的。通过分压电阻和分流电阻阻值的计算，培养学生应用所学物理知识解决实际问题的能力

（三）情感、态度与价值观

通过本节课的教学活动，要培养学生的应用意识，引导学生关心实际问题，有志于把所学物理知识应用到实际中去。

教学重点

熟练掌握串并联电路的特点；电组的串并联的计算。

教学难点 教学方法 表头G改装成大量程电压表V和电流表A的原理，并会计算分压电阻和分流电阻

讲授、讨论、练习

教学手段

多媒体辅助教学设备

教学活动

（一）引入新课

在初中我们已经学过有关串联和并联的知识：

串联电压：U=U1+U并联电压：U=U1=U2 串联电流：I0I1I2

并联电流：I0I1I2 串联电阻： RR1R2

并联电阻：

RR1R2这节课我们要深入研究串并联电路中各部分的电流、电压及电阻的关系。

（二）进行新课

教师：（投影）教材图2.4-1和图2.4-2（如图所示）

电路中如果增加电阻个数（以由2个增到3个为例）

1、串联电路和并联电路的电流

（1）在恒定电流的电路中各出电荷的分布是稳定的，因此，在相等时间内，通过串联电路各部分的电荷量必须相等，故有串联电路各处的电流相等。即

I0I1I

2对于多个电阻的串联

I0I1I2I3

（2）在并联电路中，要保持电路各处电荷量分布稳定不变，相同时间内流过干路0点的电荷量必须等于各支路1、2、3各点的电荷量之和。因此，串联电路的总电流等于各支路电流之和。即

I0I1I对于多个电阻的并联

I0I1I2I3

电路串联一个电阻对电流之间关系影响不大，电路并联一个电阻分流。

2、串联电路和并联电路的电压

（1）串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和。即

U1=U2+U

3对于多个电阻的串联

U=U1+U2+U3

（2）并联电路的总电压与各支路电压相等。用U1、U2、U3代表图2.4-2中三个电阻两端的电压，即有

U1=U2=U

3对于多个电阻的并联

U=U1=U2=U3

电路串联一个电阻分压，电路并联一个电阻电压之间关系影响不大。

3、电阻的串联和并联

[（1）串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和。即

RR1R

2对于多个电阻的串联

RR1R2R3

（2）并联电路的总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和。即

111111对于多个电阻的并联



RR1R2R3RR1R2电路串联一个电阻，总电阻增大，电路并联一个电阻总电阻减小。电路中电阻个数不变，数值变化时，对电阻值影响。

串联：RR1R2

RR1R2 并联：111111

RR1R2RR1R2无论串联还是并联，某个电阻增大或者减小时，总电阻同增减。

4、电表（电压表和电流表）的改装

教师：常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表G（表头）改装而成的。

利用多媒体介绍表头的允许通过的最大电流Ig、最大电压Ug和内阻Rg。

学生：据部分电路欧姆定律可知：Ug=IgRg

教师：（投影）图2和图3（如图所示）

例1 G（表头）改装成大量程电压表

例2 G（表头）改装成大量程电流表

串联电压URUUg

并联电压

URUg=IgRg 串联电流 IRIg

并联电流

IR=I-Ig

UgURUUgUR分压电阻 R

分流电阻 R IRIgIRIIg

（三）板书设计（略）

电路板电路 篇6

1 立足学生，科学分析教材

本节内容可以分成三个部分：（1）电流概念构建.教材以类比水流的方式引导学生形象化地认识电流，并结合图片和文字描述，让学生了解例如电流单位，以及电流在日常生活中的存在等认识；（2）电流表的使用方法介绍.教材将此设计为学生活动，在学生观察电流表结构特点和刻度特征的过程中，了解电流表的接线方式和读数方法；（3）串并联电路的电流规律探究是本节内容的重难点，学生需要结合电流表的有关认知，运用实验探究，通过电路连接和数据测量并处理的方法实现规律的建立，同时这也让学生通过体验实验过程，获得科学探究能力提升.

结合教材的研读，教师还需立足学生的实际情况，为学生学习的顺利进行铺垫工作的设计.例如，教师创设情境让学生了解水流驱动水轮机的情景，教师提问激起学生的思考：“电路中的灯泡为什么亮起来？”学生会类比于水轮机转动的原因，形象化地认识到电流在电灯亮起过程中的作用，并且能结合水流速度对水轮机转速的影响，进一步认识到电流大小对电灯亮度的影响，从而引出电流也有强弱，其用字母I来表示.心理学研究表明，当学习的内容和学生熟悉的生活背景越贴近，学生自觉接纳知识的程度就越高.对于教材中的其他内容，教师也要仔细分析，设计处理手段：直观的、基础的，就应该放手让学生自主学习；抽象的、难以理解的，教师多加引导学生实现认知.

学生是教学的主体，全面提升学生的科学素养是新课改对初中物理教学的要求.分析教材中的科学素养和学生实际，笔者认为立足于物理教学来理解，科学素养不仅仅包括对教材中知识的掌握，应该包括学生应用物理知识和物理思维解决问题的能力，这里的解决问题不仅仅是解题能力，还包括学生对课堂知识和生活经验相互迁移的能力，分析和解决实际问题的能力以及相关方法积累和转换的能力.

2 围绕重点，构思教学策略

教师对于教学重难点的确定有两个立足点：一是物理知识本身的特点；二是学生的认知水平.因此，除了教材分析的过程中已经确定的重难点，我们还要意识到这是学生第一次接触电学量的测量，如果只是让学生通过自行阅读来了解电流表的使用，就有许多实验细节是学生无法理解或者容易忽略的.例如，电流表的接入方式和接线方法；电流表并联接入的危害性.普朗克曾说过：“物理定律不能单靠‘思维来获得，还应致力于观察和实验.”学生对此类实验过程中细节理解和把握对他们的实验能力而言是一次重要的飞跃，因此也应该列入教学重点之列.

对应上述细节性的内容，教师讲解过多时，学生的自主探究时间就被严重占用.因此教师的处理要策略化：电流表的接入方法，教师以演示的方式给学生做好示范；至于电流表并联接入的危害，教师可引导学生以试触法形式，直接感知电流表直接接在灯泡两端时，灯泡熄灭，电流表指针立刻摆过量程的情景，让他们讨论短路的危害，并让他们思考如果电流表直接接在电源两端会出现什么情况.

围绕重点进行延展式迁移教学来帮助学生构建物理知识，将物理知识与学科素养联系，当然也可以与具体的、具有实践性的现象相联系，也包括将课堂知识迁移到生活中，指导学生用物理的眼光来认识生活中事物.通过这种迁移，能充分实现学生物理认知与生活经验的融合，从而领悟“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念.

3 统一筹划，分散教学难点

对刚刚认清电路结构特点，了解电路常规接法的学生而言，教师让他们通过实验对串并联电路电流规律的探究无疑是本节课难度最大的部分，特别是并联电路电流规律的研究，它牵扯到干路电流和两条支路电流的测量，对初学者而言，任务相当繁琐.如果让学生将大量的精力花在并联电路的连接和电流的测量，这实际已经偏离了本节内容的主旨.笔者认为，[TP4CW29.TIF，Y#]可以统一安排这一模块的教学，将并联电路的连接和电路结构特点放到前一节的教学内容理解中.安排如图1的并联电路，提出问题：该电路中的开关控制哪一种灯泡？如果只允许改变一根导线的位置，你能否让开关控制整个电路？如果再让你改变一根导线，你能否让开关控制L1？

学生在相互协作中，找到答案：原先开关控制的是L2；将导线①接在接线柱B的端头改接在接线柱A上，则可让开关实现对整个电路的控制；将导线②原先接在接线柱A的一端改接到接线柱B就回答了最后一个问题.通过这样一组问题可以帮助学生进[TP4CW30.TIF，Y#]一步认识并联电路的结构和接线特点.以上述问题的思考为基础，当学生再次遇到并联电路，对其干路电流和支路电流进行区别认识的时候，教师将类似的电路图（如图2）提供给学生，并提出问题：如果要测量干路电流、L1支路电流、L2支路电流，应该怎样来连接电路？

上述问题一旦给出，学生会将先前的知识迁移过来，完成并联电路电流测定的电路设计.对于基础薄弱的同学，对比上节课问题的结论结果，按图索骥，再结合同学间相互的提点，有关疑难点也会迎刃而解.由此可见，分散难点并非直接将疑难点的思路直接化整为零地灌输给学生，而是教师预先在其他章节的教学中，将相似的模型介绍给学生.这样来处理，不仅能减轻本节课探究任务的负担，而且有助于学生迁移能力的培养.

4 依托预设，在互动中积极生成

当教学重难点的处理思路都安排妥当之后，教学工作的重头戏在上课之后才刚刚开始，一方面教师要依托预设，有序引领学生进行概念的构建和规律的探究；另一方面，教师还要在师生互动、生生互动中应对一些突发问题，巧妙而恰当进行生成性教学.具体说来，要做好以下两点.

4.1 尊重学生主体地位

为充分激发学生的学习兴趣，提升其学习动力，教师必须尊重学生的主体地位.例如，在引导学生进行串并联电路电流规律探究时，教师就要让学生真正体验探究过程，鼓励学生大胆地进行科学猜想，并让学生在课堂上进行交流，安排他们在相互讨论中完善猜想.当学生的思维陷入僵局时，教师应该积极介入，通过类比的方法激活他们的思维，点燃他们的灵感.

4.2 引导学生科学思维

初中生的视野和知识基础的局限性，导致其在面对物理问题时，他们的思维在严谨性和科学性上有欠缺的，因此这就需要教师恰当地引导.例如，在引导学生思考如何实验可以排除结论的偶然性，体现结论的普遍性时，学生会提议换用不同规格的灯泡或是改变电源来进行实验，测量多组数据来进行分析.教师对此做法进行肯定的同时，对它的可行性提出质疑：当前课堂只提供了每组同学不同规格的灯泡两只，电源一组，如何依靠有限的器材来改变电路结构，实现多组数据测量呢？教师的循循善诱，让学生认识到器材个数有限只是某一个组的情形，他们思路逐渐打开：组际合作不就突破灯泡和电源个数的局限了吗？在这一过程中，教师一方面启发学生思索如何实现规律的普遍性，这体现了物理研究的严谨性和科学性；另一方面引导学生实现组际合作，更是团队协作和科学精神的体现.

直流电路中含有电容器的电路分析 篇7

一、分析含有电容器的直流电路

1.电路达到稳定状态, 电容器所在支路可看做是断开的, 简化电路时可将电容器去掉分析, 若要求电容器所带电量时, 电容器两端电压等于与其并联那部分电路两端的电压。

2.当电容器与某一电阻串联后接入电路时, 电阻相当于导线, 电路两端的电压就等于电容器两极板间电压。

3.对于较复杂的电路, 需要将电容器两端的电势与零电势点的电势比较, 然后确定电容器两端的电压。

二、举例说明

1.计算电容器所带电荷量。

例1:在图1所示的电路中, 已知电容C=2μF, 电源电动势E=12V, 内电阻不计, R1∶R2∶R3∶R4=1∶2∶6∶3, 则电容器极板a所带的电量为 ()

解析:电源内阻不计, 则路端电压为12V, 电路稳定后电容器相当于断路, 串联电路中电压的分配与电阻成正比压, 则:U1=4V, U2=8V, U3=8V, U4=4V, 取电源的负极电势为零, 则a板电势为8V, b板电势为4V, 故电容器两极板间电势差Uab=4V, a板带正电荷Qa=CUab=8×10-6C, D选项正确。

2.计算电容器的电荷量变化。

例2:如图2所示的电路中, 电源的电动势E=3V内阻r=2.0Ω, 电阻R1=R2=10Ω, R3=30Ω, R4=35Ω, 电容器的电容C=10μF, 电容器原来不带电, 求接通电键K后流过R4的总电量。

解析:电键K断开时电容器不带电, 接通电键K后R4与电容器串联, R4相当于导线, R4两端的电压降零, 电容器两端的电压等于R3两端的电压U3, 电路中的总电流:

路端电压U=E-Ir=2.4V, R3两端的电压U3=1.8V, 则电容器两端的电压UC=U3=1.8V, 流过R4电量就等于电容器的带电量, QC=CUC=1.8×10-5C。

3.分析电容器两极板的电荷的运动。

例3:水平放置的平行板电容器C, 它与三个可变电阻及电源连接成如图3所示的电路。今有一质量为m的带电油滴悬浮在两极板之间静止不动。要使油滴上升, 可采用的办法是:

A.增大R1B.增大R2C.增大R3D.减小R2

解析:由带电油滴悬浮在两极板之间静止不动可知, 带负电油滴受竖直向下的重力与竖直向上的电场力等大反向, 要使油滴上升应增大极板间的电压。电阻R1与电容器串联, R1相当于导线, R1的变化不会改变电容器两极板间的电压, A选项错误, 可只增大R3、只减小R2 (或者增大R3同时减小R2) , C、D选项正确。

4.含电容器电路综合问题。

例4:如图4所示电路中的各元件值为R1=R2=10Ω, R3=R4=20Ω, C=300μF, 电源电动势E=6V, 内阻不计, 单刀双掷开关S开始时接通触点2, 试求:

(1) 当开关S从触点2改接触点1, 且电路稳定后, 电容C所带电量。

(2) 若开关S从触点1改接触点2后, 直至电流为零止, 通过电阻R1的电量。

解得通过电阻R1的电量Q12=8×10-4C。

电路板电路 篇8

1 555时基电路工作原理

1.1 555时基电路基本特性

555时基电路内部一共集成了21个晶体三极管、4个晶体二极管和16个电阻器, 组成了两个电压比较器、一个R-S触发器、一个放电晶体管和一个由3个全等电阻组成的分压器。555时基电路集成电路的电路图见下图1中虚线所围部分, 图中, A1和A2是两个高增益电压比较器, 它们的输出端分别接到触发器的R端 (置“0”端) 和S端 (置“1”端) ;VT是放电晶体管;R1、R2和R3的阻值相等, 均为5KΩ并组成分压器, 555的名称就是因此得名。

图1中, A1为上比较器, A2为下比较器, 由于R1、R2和R3的阻值相等, 均为5KΩ、因此集成电路的5脚 (控制端VC) 电位固定在为时基电路的工作电源电压) , 6脚叫做阈值输入端TH。同理, 下比较器A2的同相输入端电位被固定在, 反相输入端 (即2脚) 作为触发输入端。A1和A2的输出端分别送到R-S触发器 (即双稳态触发器) 的置位端 (即置“1”) S和复位端 (即置“0”) R, 以控制输出端OUT即 (3脚) 的电平状态和放电管VT的导通与截止。

1.2 555时基电路的真值表

时基电路的第5脚为控制端VC, 可以通过外接分压电阻或稳压管来改变A1、A2两个电压比较器的基准电压以扩大其应用范围。使用VC端一般可以悬空出来或通过0.01μF电容器接地GND以消除干扰。

2 555时基电路基本工作模式

555时基电路应用十分广泛, 用它可以轻易组成各种性能稳定的高/低频振荡器、单稳态触发器、双稳态R-S触发器及各种电子开关电路等, 但无论电路如何变换, 其基本工作模式不外乎单稳态、双稳态、无稳态这3种模式, 现分别介绍如下。

2.1 单稳态工作模式

单稳态工作模式是指电路只有一个稳态, 也称单稳态触发器。在稳定状态时, 555时基电路处于复位态, 即输出端OUT (3脚) 输出低电平。当电路受到低电平触发时, 555电路翻转置位进入暂稳态, 在暂稳态时间内, 3脚输出高电平, 经过一段延迟 (或称定时) 后, 电路可自动返回稳定态, 暂稳态时间通常简称为暂态时间t≈1.1Rt·Ct。

2.2 双稳态工作模式

双稳态工作模式是指电路有两个稳定状态, 即置位态 (输出端OUT 3脚输出高电平) 或复位态 (输出端OUT 3脚输出低电平) , 它无须任何外围元件。

该电路实质上是一个R-S触发器, S为置位端, 当输入脉冲电平低于时, 555置位, 3脚输出高电平;R为复位端, 当输入脉冲高于时, 555复位, 3脚输低电平。如果R端与S端的输入电平发生矛盾时, S端优先于R端。

2.3 无稳态工作模式

无稳态工作模式是指电路没有固定的稳定状态, 555时基电路处于置位与复位反复交替的状态, 即输出端OUT (3脚) 交替输出高电平与低电平, 输出波形为近似的矩形波。由于矩形波的高次谐波十分丰富, 所以无稳态工作模式又称为自激多谐振荡器。

3 555时基电路在定时电路中的应用

下图是个振荡定时电路, 电路通电后, 振荡器即输出高频率的矩形方波脉冲, 经一段定时时间后, 电路停止振荡, 输出端将一直保持低电平不变。

3.1 电路原理

要使电路能够正常工作, R1·C1的时间常数必须要远大于 (R2+R3) ·C1的时间常数。电路刚通电时, C1、C2两端电压均为零, 二极管VD2截止, 555时基电路与R2、R3、C2构成的无稳态振荡器能够正常起振工作。起振过程是:555首先置位, 3脚输出高电平, 正电源可通过R2、R3向C2充电, 当充至时, 555复位, 3脚与7脚均输出低电平, 此后C2储存的电荷可通过R3向555的7脚放电, 使C2两端电压下降, 当降至时, 555又置位, 3脚输出高电平。周而复始, 电路引起振荡, 振荡频率f=1.44/ (R2+2R3) ·C2。

电路在振荡过程中, 正电源还通过电阻R1向电容C1不断充电, 从而使C1两端电压逐渐上升, 当升至与二极管管压降0.7V相等时, 二极管VD2导通, 由于C1>>C2, 因此很快就将555时基电路的2、6两脚钳位在以上, 从而停止振荡并永久处于复位状态, 3脚一直保持低电平不变。

此电路开机输出矩形方波脉冲的定时时间可由公式t≈0.4Rt·Ct估算。二极管VD1的作用是电路关机后为电容提供放电回路, 从而使电路下次开机时有一个正常的输出连续方波脉冲的定时时间。

3.2 元器件选择

VD1、VD2选用IN4148型等硅二极管;R1、R2、R3最好选用RJ-1/4W型金属膜电阻器, 以确保定时时间与振荡频率的正确性;C1、C2应根据定时时间与振荡频率的需要选用聚酯、涤纶或电解电容器, C3可用CT1型瓷介电容器或CT4型独石电容器。

4 结论

由于555定时器的比较器灵敏度高, 输出驱动电流大, 功能灵活, 因而在电子电路中获得广泛应用。

参考文献

[1]清华大学电子学教研组编.数字电子技术基础简明教程[M].第三版.北京:高等教育出版社, 2006.

[2]华中理工大学电子学教研室编.电子技术基础.数字部分.第四版.北京:高等教育出版社, 1998.

[3]陈有卿, 等.555时基电路原理、设计与应用.北京:电子工业出版社, 2007.9.

电路板电路 篇9

根据目前初中物理的教学要求, 电学部分所涉及的实验主要有电流与电压关系的测定、电流与电阻关系分析、伏安法测电阻以及小灯泡功率测试等方面的探究。

初中物理电学的实验对于学生的实验能力具有综合的要求, 要求学生能够按照指定电路图进行电路的连接, 能够进行故障诊断, 进行相应的设计, 对学生的分析设计能力、归纳总结能力具有一定的要求。实验能够提升学生的学习积极性与主动性, 因此根据基本电路的设计与分析, 对电学知识进行综合的复习对于提升学生的电学知识能力具有事半功倍的效果。

一、通过基本电路, 构建初中物理电学知识模块

初中物理电学所涉及的知识能力较多, 学生要全面掌握有一定的难度, 通过基本电路实验过程中所需的知识能力可以帮助学生实现基础知识能力的有效掌握, 在实验中实现各类重点考点的提炼。

本文中采用的基本电路涵盖了初中物理许多的基本知识点, 首先是能够掌握初中电学中电流表、电压表等基本测量仪器的使用注意事项, 使用方法以及基本原理, 同时可以了解滑动变阻器的原理以及对电路工作状态的影响, 可以了解电路中电流、电阻、电压之间的关系等。

构建的知识能力模块图可以对初中物理需要考查的知识进行整体的了解, 使学生能够对电学知识具有连贯以及整体的理解。同时便于学生进行自主学习, 让学生了解电学的学习目标以及相关知识内容。围绕基本电路对初中物理的电学核心知识能力模块构建如图1所示。

二、以基本电路为原型, 全面掌握初中电学中的各个实验

图2所示电路为整个初中物理电学实验的灵魂, 其中包含的电路原理, 实验规范, 对电流、电压、电阻关系的分析思维, 能够将初中物理电学实验的知识能力线性呈现。

1. 根据电路原理图进行实物电路连接

根据电路原理图完成实物图的连接是初中物理电学中极为重要的实验技能, 通过本实验可以锻炼学生本项实验技能。具体而言可以让学生掌握根据电路图连接实物图的基本方法, 找出两者之间的相互对应关系, 掌握电流表、电压表等仪表的正确连接方式, 掌握量程的估算方法, 理解电路不同连接方法对实验结果可能带来的影响。

实物图的连接可以有效锻炼学生的实验基本技能, 提高实践动手能力培养学生进行实验探索, 总结出方法原理的基本能力。

2. 依据基本电路, 复习电学实验

基本电路可以进行电流、电压关系的分析测试, 学生掌握电流、电压两个变量关系分析时, 应该保持其他的物理量、实验条件的确定。通过改变滑动变阻器的阻值, 对定值电阻两端的电压以及流经电阻的电流的数据进行记录, 分析电流以及电压之间的关系;同时还可以进行电流、电阻相互关系的分析及未知电阻的测量 (如小灯泡电阻的测量) 。

在实验过程中, 学生能够掌握基本仪表的读数方法、数据记录的方法、实验过程中的注意事项、实验中基本故障原因的分析以及故障解决等多个基本的实验技能。通过上面基本电路引出的测量型实验, 让学生认识到电阻测量可以通过工具直接测量还可以采用间接的方法进行测量。让学生弄懂间接测量的实验原理并正确使用器材, 掌握必要的实验技巧, 再通过分析推理得出正确结论。最后能够评估实验的得失, 获取实验的经验值, 此外还可以让学生在实验中学会查找实验中电路的故障问题, 使知识得到补充和完善, 更重要的是通过观察实验现象分析和解决问题, 能够培养学生的创造性思维能力, 激发学生的学习兴趣。

三、通过基本电路训练学生的发散性思维, 锻炼学生的创新能力

对于基本电路的深度掌握, 学生能够通过基本电路中的各项知识能力进行各类知识能力的创新。学生可以突破固有的认知方式以及知识结构, 创造性地进行新问题的解决。通过基本电路的学习, 让学生可以达到举一反三、触类旁通的学习效果。

例如, 通过基本电路的学习, 学生可以进行以下的创新探究, 比如, 目前的实验器材有电源一个、导线充足、电流表一个, 阻值已知的定值电阻R0, 要求根据上述器材进行一个未知电阻Rx的测量。

学生可以自主进行测量电路的设计以及电路测量方案的确定。根据基本电路的知识可以得知:U=IR。本题中电压未知, 同时也没有电压表, 但是电源电压是确定不变的, 因此设计测量方案如下, 首先将电源、定值电阻R0、开关、电流表进行串联, 读出此时电流表的读数为I1, 断开电路, 将定值电阻换成待测电阻Rx, 读出此时电路表的读数为I2。根据基本电路得到的欧姆定律 (忽略电源以及电流表内阻的影响) , 可以得到:U=I1R0=I2Rx。从而可以间接测算出未知电阻的阻值。同时可以引导学生分析, 如果仅有一个电压表而无电流表应该如何进行测量方案的设计, 如果仅有一个电阻箱该如何进行。

通过以上的问题, 学生可以通过基本电路的深度掌握, 找出间接测量等效方案。对培养学生的演绎推理能力、创新设计能力具有重要的作用。同时可以利用一题多变、不同解决方法等锻炼学生的思维能力、培养学生的创新能力以及发散性思维。

四、通过基本电路, 培养学生进行实际考题解决的能力

伏安法测量电阻是目前初中物理考试的重点知识之一, 考题中一般会涉及实物电路的连接、数据的记录、测量结果的分析等方面的内容。只要依靠基本电路的知识点的掌握, 可以轻松完成本方面实际的考题。

比如, 中考试题中出现的伏安法测电路的考题, 首先要求学生进行实物图的连接, 只要掌握测量的原理以及基本仪表的接入方式, 难度较低。同时要求分析多次测量求平均值的意义, 本考点也属于基本实验技能, 通过基本电路的分析, 学生理解多次测量求平均值可以有效降低误差对实验结果的影响。实验中将待测电阻换成小灯泡进行测量, 属于考题中难度较大的题。考题中给出了滑动变阻器在不同位置时, 小灯泡两端的电压以及流经小灯泡电流要求分析小灯泡电阻的变化趋势, 学生只需要根据基本电路中得出的电压与电流的关系进行电阻的计算就可以完成电阻值以及变化趋势的确定;同时要求分析小灯泡电阻值发生变化的原因, 总结分析因为当电流变大的时候, 小灯泡钨丝的温度升高, 阻值变大。

本试题属于中等偏上的难度, 围绕基本电路、仪表进行了电路实物连接能力考查、归纳演绎能力考查、实际问题具体分析以及运用科学术语对实验的结果进行原因分析以及结论总结等多个方面的能力。各种能力都在基本电路中有所涉及。

五、结论

初中物理电学教学过程中, 通过基本电路可以实现相关知识能力的有效构建, 符合学生的认知规律以及初中物理教学的特点。以基本电路的深度分析为主线, 将原来分散的知识点进行线性展开, 对提升学生的学习效率具有重要的意义。

本教学方案可以有效培养学生的知识迁移能力、培养学生的创新思维以及实际解决问题的能力, 为学生未来更高阶段的学习、未来从事自然科学的研究奠定坚实的基础。

参考文献

[1]许颖华.初中物理实验探究式教学研究[D].南京:南京师范大学, 2008.

[2]华雪侠.初中物理实验教学中教师教学行为的研究[D].北京:首都师范大学, 2008.

[3]阎金铎, 田世昆.中学物理教学概论[M].北京:高等教育出版社, 2003.

[4]许敬川.对一道经典电学实验题的勘误[J].物理通报, 2014 (04) :124—125.

电路板电路 篇10

对于控制系统的主电源来说,本系统采用的是直流供电,在实际应用中的电动汽车使用的也是直流供电。本系统的直流电源为300V,可以串联蓄电池获得,也可以经过交流电进行整流获得。系统主电路如图1所示。

1、功率器件的选取

由于无刷直流电机PWM调速时要求较高的开关频率,因此,对开关元件的驱动电路提出了如下要求:改善开关元件的开关特性,减少开关时间;减少驱动功率,提高驱动效率;对开关元件的过流提供快速、可靠的保护。

随着电力电子器件的发展,快速关断器件如门极可关断晶体管GTO、功率双极型晶体管GTR、金属氧化硅晶体管MOSFET和绝缘栅双极晶体管IGBT等相继开发成功。其中IGBT是集MOSEFT和GTR优点于一身。即具有少子器件GTR的通态压降低、耐压高、可承受大电流等优点。又兼有多子器件MOSFET的开关速度快、热稳定好、无二次击穿、输入阻抗高、驱动微功耗的长处。因此倍受青睐。尤其是在电机控制、中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域发展迅速。在大功率全桥变换中。IGBT作为功率开关元器件是非常适合的。

IGBT是一压控器件。它所需的驱动电流与驱动功率非常小,可直接与模拟或数字功能块相接,不需加任何附加接口电路而且转换功率也大大提高。IGBT的导通与关断是由栅极电压UGE来控制的。当UGE大于开启电压UGE时。IGBT导通。当栅极和发射极间施加反向或不加信号时,使得IGBT关断。

本研究选用FS400R12KF4为驱动器件,FS400R12KF4基本参数:400A/1200V/6U。图2为功率器件。

2、IGBT驱动电路工作原理

本系统采用了EXB系列中的EXB841驱动模块。图3为驱动模块的外形图。EXB841是日本富士公司提供的300A/1200V高速型IGBT专用驱动模块。其最高工作频率为40kHz:单20V电源供电,内部自己产生-5V的反偏电压:具有过流保护和软关断功能。

从图4和图5看出,EXB841主要由放大、过流保护、5V基准电压和输出等部分组成。其中放大部分由TLP550、V2、V4、V5和R1、C1、R2,、R9组成,TLP550起信号输入和隔离作用,V2是中间级,V4和V5组成推挽输出;短路过流保护部分由V1、V3、V6、VZ1和C2、R3、R4、R5、R6、C3、R7、R8、C4等组成,实现过流检测和延时保护功能。EXB841的6脚通过快速恢复二极管接至IGBT的C极,检测IGBT的集射之间的通态电压降的高低来判断IGBT的过流情况加以保护;5V电压基准部分由R10、VZ2、C5组成,为IGBT驱动提供-5V反偏压。表1为EXB841的各端子。

(1)正常开通过程

当控制电路使EXB841输入端14和15脚有10mA的电流流过时,光耦TLP550导通,A点电位迅速下降至0V,使V1、V2截止;V2截止使D点电位上升至20V,V4导通V5截止,EXB841通过V4及栅极电阻R,向IGBT提供电流使之迅速导通,IGBT的VCE下降至3V,与此同时,EXB841的V1截止使+20V电源通过R3向电容C2充电,使B点电位上升,它们由零上升到13V的时间为2.54μs,由于IGBT约1μs后已导通,VCE下降至3V左右,从而使EXB841的6脚电位特制在8V左右,因此B点和C点电位不会充至13V,而是充至8V,稳压管VZ1的稳压值为13V,IGBT正常开通时不会被击穿,V3不通,E点电位仍为20V,二极管VD6截止,不影响V4,V5的正常工作。

(2)正常关断过程

控制电路使EXB841输入端14,15脚无电流流过,光耦TLP550不通,A点电位上升使V1,V2导通;V2导通使V4截止,V5导通,IGBT栅极电荷通过V5迅速放电,使EXB841的1脚电位迅速下降至0V,使IGBT可靠关断,VCE迅速上升,使EXB841的6脚“悬空”。与此同时V1导通,C2通过V1更快放电,将B点和C点电位箱制在0V,使VZ1仍不通,后续电路不会动作,IGBT正常关断。

(3)过流保护

设IGBT正常导通,则EXB841中V1和V2截止,V4导通,V5截止,B点和C点电位稳定在8V左右,VZ1不被击穿,V3不通,E点电位保持在20V,二极管VD6截止。若此时发生短路,IGBT承受大电流而退饱和,VCE上升很多,二极管VD7截止,EXB841的6脚“悬空”,B点和C点电位由8V上升,当上升至13V时,VZ1被击穿,V3导通,C4通过R7和V3放电,E点电位逐渐下降,二极管VD6导通使D点电位也逐渐下降,从而使EXB841的3脚电位也逐步下降,慢慢关断IGBT。

3、驱动电路驱动板的设计

3.1 驱动板的电源电路

驱动模块使用的供电电压为20伏,而驱动板的供电为24伏,内部需要加设电源电路,以此来稳定驱动模块的供电电压。首先,由接口提供24伏的直流电压,经过电容滤波,再使用芯片7818将电压降至18伏,因为三个二极管D29、D30、D31和电容的作用,电压被稳定为20.1伏左右。以此为驱动板内的各驱动模块供电。图6所示。

3.2 驱动模块的驱动电路

驱动电路的设计如图7。

驱动电路的内部原理前面已经叙述过了,在这里就不再重复,需要说明的有以下几点:

①驱动板内共有驱动这样的驱动应用电路6个,分别用来驱动功率器件内的6个IGBT;

②驱动信号来自处理器芯片的PWM引脚或I/O引脚;

③本电路中IGBT栅极进行了保护设计,D11和D12两个反向连接的稳压管可以保证VGE在-5V—+15V之间;

④驱动芯片EXB841的6脚(集电极电压监测端)输出串接一个稳压管和二极管接到IGBT集电极。集电极电压监测端的主要作用是进行前面我们所讲的过电流保护的。

参考文献

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[2]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发-基于ARM微处理器与uC/OS-II实时操作系统[M].北京:清华大学出版社,2003:154-168.

[3]田泽.嵌入式系统开发与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005:150-190.

[4]王晓明,王玲.电动机的DSP控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004:13-24.

[5]杨兴瑶.电动机调速的原理及系统[M].北京:水利电力出版社,1995:52-78.

“电路变化”题例析 篇11

例1 如图1所示的电路，电源电压不变，闭合开关S、S，两灯都发光；当把开关S断开时，灯泡L的亮度及电流表示数变化情况是（）。

A L变亮，电流表示数变小

B L变亮，电流表示数不变

C L亮度不变，电流表示数变小

D L亮度不变，电流表示数不变

解析：当开关通断变化时，引起电路的连接方式发生改变。判断灯泡的发光亮暗变化，实际是判断灯泡的功率变化，通过灯泡两端的电压电流情况来判断（P=UI）。电流表示数的变化可以通过电路的连接方式的改变来判断。

当闭合开关S、S时，L与L并联，电流表串联在干路，是电路的总电流（I＝I＋I）；当开关S断开时，L开路，只有L接入电路，L两端电压不变，仍与电源电压相等，故L发光情况是亮度变亮。此时，电流表通过L的电流是为串联电路电流I，所以电流表示数不变。

答案：B。

例2 如图2所示的电路，电源电压不变，闭合S，当滑动变阻器的滑片P向右端移动的过程中，电流表、电压表的示数变化情况是（）。

A电流表示数变大，电压表示数变小

B电流表示数变大，电压表示数变大

C电流表示数变小，电压表示数变小

D电流表示数变小，电压表示数变大

解析：当滑动变阻器的滑片移动时，将改变接入电路的电阻，进而引起整个电路（或部分电路）的电阻、电流、电压的变化时，要先识别电路的连接方式，弄清电流表、电压表各测哪部分电路的电流、电压，再结合串联并联电路知识和欧姆定律进行分析。例2中判断R两端的电压变化，就是利用了串联电路的知识和欧姆定律来分析。

闭合S，定值电阻R1与滑动变阻器R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流。当滑片P向右移动时，R2接入电路的阻值增大，电路的总电阻随之增大（R=R1+R2），电源电压不变，电流将变小（I=）。根据串联电路电压的知识得U2=U-U1，由U1=IR1知R1两端电压U1将变小，所以，R2两端电压U2将变大。答案：D。

练习

1 图3所示的电路中，闭合开关S，滑动变阻器的滑片向a端滑动的过程中（）。

A 电流表示数变小

B 电压表示数不变

C 灯光变亮

D 变阻器两端电压变大

2 图4所示的电路中，电源电压不变，闭合开关S后（）。

A 电流表示数变大

B 电压表示数变大

C 电路的总电阻变大

D R消耗的功率变大

高速印制电路板设计 篇12

随着微电子技术的发展, 速度已成为许多系统设计中需要考虑的最重要因素之一。对于高速系统的设计, 无论是数字电路还是模拟电路, 噪声是一个最值得关注的问题。高频信号会由于辐射而产生干扰, 亦会导致振铃、反射以及串扰等, 如果不加以控制, 会严重降低系统性能。

本文将就高速信号反射控制、串扰控制、电磁干扰控制以及叠层设计等方面讨论高速印制电路板设计中需要注意的几个噪声控制问题。

2 高速印制电路板设计的难点

对于高速印制电路板设计, 最重要也是最难的是如何保证信号的完整性和对电磁干扰的控制。对于信号完整性的分析, 主要包括对反射、串扰及电源完整性的分析等。串扰可以使信号中增加干扰频率成分, 导致信号质量变差, 严重时接收端将无法接收信号。电磁干扰是指系统通过传导或辐射的方式发射电磁波影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。它会影响本系统及其他系统的正常运行, 也应该进行严格的控制。

3 信号的完整性保证与电磁干扰控制

3.1 信号反射控制

反射是指由于阻抗不匹配而造成信号能量不完全吸收的现象。当信号在不同媒介传播时, 由于不同媒介的阻抗不同, 导致信号在不同媒介交界处部分能量不能通过, 情况严重时, 还会引起信号在媒介两端不停地反射, 随之产生一系列的信号完整性问题。但是, 在实际设计中, 并不能完全保证传输线阻抗的恒定不变, 只能尽量控制。在设计过程中, 采取以下措施来控制阻抗:

(1) 对于驱动端与接收端的阻抗不一致现象, 采用Thevenin等效阻抗进行匹配。采用这种阻抗匹配方式能够平衡高低电平, 提高电路的扇出能力, 减小由于占空比失调引起的能量消耗。

(2) 严格控制高速信号传输线的特性阻抗。通过调整线宽、线距、叠层厚度等PCB参数尽量将传输线特性阻抗控制在一个固定值 (如50Ω) 。设计中信号走线采用表面微带传输线, 它的特性阻抗计算公式如式 (1) 和式 (2) 。

其中, Z0表示传输线的特性阻抗, 单位为Ω;W表示信号走线的宽度;T表示信号走线的厚度;H表示信号走线与参考平面的距离;表示介质的相对介电常数。W、T和H这三者的单位要一致;1mil=0.0254mm。

一般情况下高速信号均采用差分格式, 此时表面微带差分传输线的特性阻抗的计算公式如式 (3) 。

式中, D表示两差分走线边沿的距离, 单位要与H的单位保持一致;Z差分表示差分传输线的特性阻抗, 单位为Ω;

例如, 在设计中, 如果要把差分微带传输线的特性阻抗控制在100Ω, 为此, 兼顾其他方面的要求, 可以确定各参数值如下:

将以上数值代入式2和式3, 计算得差分阻抗Z差分=100.1Ω。当然, 以上的计算并不精确, 因为公式中本身就忽略了一些参数, 如表面覆盖的绿漆厚度以及它的介电常数等, 再加上在实际制板过程中, 由于工艺上的误差可能导致各个参数值的差异, 实际PCB板上的差分特性阻抗并不完全等于100Ω。为此可以用专门的软件进一步计算这个特性阻抗, 但最终的匹配阻抗值则需要在最后的调试阶段进行阻值调整, 以达到完全匹配。用目前较为流行的计算特性阻抗的软件Polar Si8000计算上例中的差分特性阻抗, 得到Z差分=109.77Ω, 这个值是综合考虑了表面绿漆及工艺误差等因素得出的, 最后的调试结果证明了这个差分阻抗能够实现较好的信号质量。其界面如图1所示。

(3) 严格进行差分线上的阻抗连续性控制。为了达到使用差分传输线的最佳效果, 必须进行阻抗连续性控制, 否则信号就会在阻抗不连续的地方产生反射。为此, 要尽量做到两差分线“等长等距”平行走线, 信号离开器件引脚后, 要尽量靠近, 保持两差分线距离为0.2mm;尽量不使用过孔, 必须使用过孔时要保持两差分线上的过孔数目相等;尽量使用圆弧折线, 避免使用或折线, 以减少阻抗不连续发生的可能性。

3.2 信号串扰控制

串扰是指当信号在传输线上传播时, 因电磁耦合对相邻的传输线产生不期望的电压噪声干扰[5]。这种干扰是由于传输线之间的互感和互容引起的, 所以对串扰的控制也就应该从减小传输线间的互感和互容入手。在设计中, 可以从以下三个方面来减小串扰:

(1) 使用差分信号格式。在设计初期选择器件时就优先选择具有差分信号接口的器件。由于数字信号在差分线上传输时, 正负两路信号的相位相差, 即信号是以“差模”的方式传输, 而噪声是以“共模”的方式在一对差分线上耦合出现。在接收端, 正负两路信号相减就可以得到信号, 消除噪声, 所以采用差分传输线可以有效地减小串扰。

(2) 低速信号与高速信号分层布线。将电平幅度较大的低速信号 (如TTL电平信号) 远离高速差分信号, 尽可能将它们布在不同层面上, 以减小低速信号对高速信号的影响。

(3) 尽量减小地平面与传输线之间的距离, 将它控制在0.2mm, 使信号回流面积最小。

3.3 电磁干扰控制

电磁干扰 (EMI) 是电子设计过程中不可避免的一个问题。特别是在高速电路的PCB设计过程中, 如果不对EMI进行有效控制, 就很难达到设计目的。控制EMI的主要措施有三种:屏蔽、滤波和接地。它们之间的相互关联的, 接地的好坏直接影响设备对屏蔽和滤波的要求, 而屏蔽的优劣也影响着对滤波器的要求。此外, 采用差分对走线也能起到抑制EMI的效果。

(1) 滤波。一般在设计中采用去耦电容、EMI滤波器和磁性元件等器件来实现滤波。通常的做法是用电容值比较高的电容去滤除低频噪声, 用电容值比较小的电容去滤除高频噪声。在设计中, 每个电源输入处各放置一个47μF和一个100μF的钽电容, 来抑制电源低频成分。在器件的每个电源输入引脚处尽可能多地放置一些去耦电容来滤除高频部分, 容值为0.001μF和0.01μF, 电容位置尽可能靠近器件。电容之间使用多个过孔到地, 电容的过孔尽量靠近焊盘, 这样可以获得最佳的滤波效果。此外, 磁性元件用于电源滤波的效果非常好。在设计中, 在每个电源的输入端可以串连一个磁珠, 这样可以有效加强对EMI的控制。

(2) 屏蔽。通过空间传播的电磁干扰可以通过屏蔽进行有效地抑制。屏蔽不仅可以避免本系统给其他系统造成影响, 而且可以防止外界电磁辐射干扰本系统。

(3) 接地。接地方式有很多种, 其中多点接地是指电路中的接地点都直接接到离它最近的地, 以使得各个接地线的长度最小。

4 PCB叠层设计

从前面的分析可以看到, 保证信号到参考平面的低阻抗在抑制EMI中起着重要的作用, 因而在进行叠层设计时, 应该特别注重参考平面层的安排。理想的分层结构应该是接地层紧挨着信号层两边, 而且保证电源层与接地层相邻, 二者距离尽可能的小。随着信号频率的不断提高, 一般只有6层以上的PCB板才能起到良好的EMI抑制效果。

以6层板为例, 其叠层结构设计如图2所示。

在图2中, 与顶层高速信号层和底层低速信号层相邻的都是地层, 距离为0.2mm。两个电源层分别与地层近距离相邻, 距离为0.2mm。由于系统需要6个电源电压, 如果在一个电源层上分割困难, 则采用双电源层设计。

参考文献

[1]SI仿真小组.高速PCB基础理论及内存仿真技术[R].2002-10-252002-10-25.上海:ATP华腾微电子 (上海) , 2002

[2] (美) Mark I.Montrose.电磁兼容和印刷电路板理论、设计和布线[M]. (刘元安等译) .北京:人民邮电出版社, 2003:151~154

[3]江思敏.PCB和电磁兼容设计[M].北京:机械工业出版社.2006.176~183

[4] (美) V.Prasad Kodali.Engineering Electromagnetic Compatibility[M]. (陈淑凤等译) .北京:人民邮电出版社, 2006.210~218