[科普中国]-动态电阻

动态电阻是在集成电路中利用反相偏置的二极管、三极管、MOS场效应晶体管的输出阻抗作为集成电路的动态电阻。动态电阻可以在较小的几何图形面积上扩散后得到较大的交流负载电阻。

简介当信号电压VS由一个恒定(直流)偏置分量VCD和一个小得多的时变(交流)分量Vac组成时，该交流分量Vac称为小信号。(注：小信号对于每个电路有其特定意义，应该小心定义。)作为例子

假设图3.12的二极管电路被下面的信号电压驱动：

(伏特)

二极管特性以及VDC=1V，R=50Ω的直流负载线如图3.18所示，可见求得的直流工作点(称为静态点或Q点)是ID=6mA，VD=0.7V。

我们知道，这个电路的动态工作点将保持在Q点的附近，因为与直流分量相比，VS和VD的变化不大。因此，该工作区域中二极管的最佳分段线性模型应该具有这样的特性曲线，它通过Q点，并有与二极管特性相同的斜率。二极管特性方程的斜率可以通过倒数求得。假设为正向偏置。则任一工作点上特性斜率的倒数称为二极管在该Q点的动态电阻。1

动态电阻的检测测量方法1.非平衡电桥测动态电阻

非平衡电桥的内部电路图如图9-14所示。具体应用如下所述。

将1、2、3端短路，8、9端短路，待测电阻Rx接在7、8两端，毫伏表当做检流计，当毫伏表指零，即构成非平衡电桥；此时，Rx=(R1/R2)R3。此处的Rx用专用电阻。

固定R1、R2、R3，当Rx随温度变化时，毫伏表显示非零值，Rx的改变数值可由毫伏表的示数求得，因此可用非平衡电桥测量动态电阻。

测量时，水浴锅内加人适量清水，先不接通电源，取R1=R2=110Ω；在室温下调节R3，使毫伏表尽量指零，此时，Rx0=R3，记下室温、Rx0及毫伏表读数；接通水浴电源，使水浴锅内待测电阻加热，以改变其温度，当温度达到一定值后，记录温度和相应的毫伏表读数；继续加热，测定下一组温度的数据，每隔10℃测一组数据，直到温度为90%为止。以T为横坐标，△U为纵坐标，用坐标纸作图。

保持R1、 R2、R3数值不变，将Rx换成电阻箱，调节电阻箱，记下毫伏表读数；然后每增加Ω，记录下毫伏表读数，直到电阻为140Ω为止。

以R为横坐标，△U为纵坐标，在同一张坐标纸上以适当的比例(△U按同一比例)作图。由此确定△U-T图上的每一点所对应的R值：通过该点做水平线，与△U-R曲线交点对应的R即为所求值。2

2.动态回路检测

一般的SF6断路器有主触头和弧触头，灭弧主要靠弧触头。当断路器在闭合状态，测得的回路电阻主要是主触头接触电阻和弧触头接触电阻的并联值。一般前者比后者小得多，所以所测回路电阻无法反映弧触头烧损情况。

在断路器分断过程中，主触头先分离，开断电流转移到弧触头上，弧触头间出现电弧，借助灭弧装置使电弧熄灭。如果弧触头严重烧损，在分断过程中先于主触头分离，则灭弧装置不能发挥作用，这样会导致断路器烧损。从主触头分离到弧触头分离这段时间称为有效接触时间，其行程称有效接触行程。为了断路器能顺利灭弧，必须保证弧触头有足够的有效接触行程和时间。检测在断路器动作过程中的回路电阻变化曲线可以不用拆开断路器就能得到弧触头的有效接触时间。这种检测方法称为动态回路检测，测得的电阻称为动态回路电阻，用以区别通常的在断路器闭合时测得的回路电阻，后者称为静态回路电阻。

测量原理检测原理图如图1.7-6所示。测量动态回路电阻需要一个稳定的低压大电流直流电源。可采用蓄电池作为电源，利用它过载放电，输出直流大电流，基本可以满足要求。在过载放电的情况下，蓄电池不能长期工作。因此在测量时，断路器先处于分断状态，然后测量断路器在合一分过程中的电流、电压波形。回路电流用分流器测量，电压直接测量。信号放大后，经A/D转换，进入微型计算机，完成计算、显示及打印。3

动态电阻的应用现已定型生产的动态电阻监控仪并不多，多属于试验开发型。

控制系统的传感器，采用霍尔效应片或软带线圈传感器。大部分是采集电极问电压和焊焊接电流，在测后换算，个别是采集电极问电压和焊接变压器的初级电流。信息的计算、处理以及控制，大多数采用微处理机和晶闸管电路。其前端电路虽然不同，但原理相近。

动态电阻监控系统的电路由电流通道、电压通道和电导通道组成。

电流通道由电流传感器输入端、放大器、精密全波整流电路组成。电流经传感器(霍尔效应单元)放大和整流之后，传输给除法器的z端。电压通道由电压传输导线、限幅、绝对值放大器及精密全波整流电路组成。电压信号传给除法器的x端。采用绝对值放大器，抵消了从电极头来的两根导线的感应电压，防止了它对电压信号的干扰。电导通道由除法器和控制门等电路组成。除法器完成电导计算，提供一个与输入信号成正比的电导。控制门(VF)由微分电路(Z4)产生的脉冲来控制。在Z4上每半周峰值时，产生一个很窄的脉冲，经Z4输给VF，并把门打开。VF的设置，隔断了因电流快速变化产生的周期性感应电压的影响。电导通道将信号输给CPU，在CPU中完成计算，并发出控制指令。据资料介绍，这类电阻监控系统可以在预定电阻曲线的±4%范围内进行控制。

电阻变化率监控仪的动态电阻监控部分是由电流传感器、电压传输电路(包括感应电压消除电路)、电阻计算单元、电阻变化量检查单元、比较器、周半控制单元组成(图16-28)。电流传感器如本章第一节所叙。电阻计算每半周波进行，但输出是每周的平均电阻值。电压部分必须有消除电压干扰的电路，才能真实地获得电极两端的电压降。

CU4800A监控仪，在焊接过程中，每半周测量电压和电流，并求得电阻值以及它与峰值电阻间的差值。这个差值(△R)与预置比较。当测量的△R值与预置值相等后，延长一周显示△R，同时切断电源。该监控仪的监控精度为±2%(不论电阻负载或电感负载的干扰)，重复精度也为±2%。4

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所