《电阻分检》PPT课件.ppt

电子技术应用与产品制作,蔡艳艳,2009.9.30,（实验四）电阻分检仪电路设计,第一讲 设计思路及工作原理,一、实验目的 通过电阻分检仪电路的设计、安装和调试，要求学会： （1）选择变压器、整流二极管、运算放大器、数字集成电路、电阻、电容来设计电阻分检电路； （2）掌握电阻分检仪电路的工作原理及调试方法。 二、设计任务要求 1、设计任务 设计一个电阻分检电路，能快捷地选出一级电阻，并有相应的LED发光显示。,2、设计要求 本课题主要完成以下几个部分的设计： 直流电源电路：为系统各部分提供稳定、可靠的直流电。 检测电路：把被测电阻与标准电阻串联进行比较，并对于检测的信号进行分析比较。 显示电路：在终端显示出各种检测信号状态。 设被测元件阻值为Rx，标准电阻为Rn，则电路测量情况为： 若Rx（10.05）Rn时， LED1红灯发光；LED3黄灯不发光。 若Rx（10.05）Rn时， LED1红灯不发光；LED3黄灯发光。 若0.95RnRx（1+0.05）Rn时，LED2绿灯发光，表示为一级电阻。,三、基本原理 1、电路框图,图1,2、电路原理图,图2,3、工作原理,（1）直流电源电路 直流电源由电源变压器、桥式整流电路、滤波器、稳压电路等四个组成部分 组成。,图3,本系统所需的是5V的直流电，因此要利用变压器将220V的市电先降至合适的交流电压（本电路需先降至15V交流电压），然后再将变压器次级输出电压去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。 桥式整流电路作用是利用具有单方向导电性能的整流元件将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。 滤波电路由电容元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。 稳压电路的作用使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。电源稳压常采用三端集成稳压器，本设计可以采用三端集成稳压器W7805和W7905，它具有体积小、可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活、价格低廉，只有三个引出端子，分别接输入端、输出端和公共端，基本上不需外接元件，而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，使用方便、安全。,（2）检测电路 本电路主要用LM324作为电压跟随器和窗口比较器；74LS86作为异或门。 电源给出5V直流电压送到检测电路，为了防止四运放芯片LM324因电源接反时两电源相互串通或所接信号过高损坏芯片，这里特加了D1、D2（利用二极管的单向导电性）加以保护。 选择器部分，应用四运放LM324作为跟随器和窗口比较器。A1电压跟随器实现阻抗变换，A2、A3组成窗口比较器。 检测原理：由门限电压与阻值的关系，求出上下门限电压。经电压比较器输出两个不同电平，即高电平和低电平。当待测电阻与标准电阻相串联比较送入跟随器，两个不同电平经窗口比较器送出电信号使相应发光二极管导通发光。 当标准电阻改变时或当电源电压改变时，也不影响电阻选择的精度。,图4,电路工作原理如下：A1的输出电压Ux随Rx阻值的增大而增大（电压跟随器）。当Ux大于UR1时，必定也大于UR3，此时A3和A2的输出电压均为UOH，因此D5导通发光，而D6和D7截止不亮，反之当Rx较小使Ux小于UR1时，必定也小于UR3 ，此时A3和A2输出电压均为UOL，因此D5和D6截止，D7导通发光。当 UR3UxUR1时，UO2=UOH,UO3=UOL,因此D5和D7均截止不亮，而D6导通发光。根据以上分析，当Ux与UR1和UR2满足以下条件时： Rx=1.05Rn, Ux=UR1 Rx=0.95Rn, Ux=UR2 就能利用发光二极管正确指示被测电阻 是否符合选择要求。 按电路图可得式： 化简得：,只要在R1,R2,R3中选定一个电阻值，便可由上列式求出另两个电阻值。例如：取R1=10K,则R3=10K,R2=526 不论Rn取何值，Rx的选择范围都是(0.951.05)Rn，因此，同一选择器可以用来选择任意标准值的电阻，只要改变Rn即可。 （3）显示电路 该电路由异或门与三个发光二极管组成。,图5,四、元器件的选择 1、 LM324集成运放 LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图6所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图6（a）所示的符号来表示，它有5个引出脚,其中“Vi-”、“Vi+”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。两个信号输入端中,(b) (c) 图6, LM324主要参数 电压增益： 100dB 单位增益带宽： 1MHz 单电源工作范围： 3V-30V DC 每个运放功耗：（V+=5V时） 1mV/op.Amp 输入失调电压： 2mV（最大值7mV） 输入偏置电流： 50nA-150nA 输入失调电流： 5nA-50nA 输入共模电压范围： 0-V+-1.5V DC（单电源时） V-V+-1.5V DC（双电源时） 输出电压幅度： 0-V+-1.5V DC（单电源时） 输出电流： 40mA 放大器间隔离度： -120dB（f0:1kHz-20kHz）, 电路特点 可以用+5V电源工作，此时能与TTL逻辑电路兼容，即单电源工作； 可以用+15V电源工作，此时能与任何运放兼容； 可以作中等电流驱动器，输出电流40mA，吸入电流5mA； 输入阻抗高，频带宽。 由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中。 电压跟随器 电路的主要特点是：高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1 电路的作用：具有缓冲、隔离、提高带载能力，完成阻抗匹配的功能。 输入高阻抗，输出低阻抗的特性，使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放大电路更好的工作。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲，起到承上启下的作用。,举一个应用的典型例子：电吉他的信号输出属于高阻，接入录音设备或者音箱时，在音色处理电路之前加入这个电压跟随器，会使得阻抗配匹，音色更加完美。很多电吉他效果器的输入部分设计都用到了这个电路。 电压隔离器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离”作用。 电压跟随器常用作中间级，以“隔离”前后级之间的影响，此时称之为缓冲级。基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低之特点。 电压跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低特点，可以极端一点去理解，当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路；当输出阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响。一个对前级电路相当于开路，输出电压又不受后级阻抗影响的电路当然具备隔离作用，即使得前、后级电路之间互不影响。,A709构成的电压跟随器电路 图(a)所示电路为电压跟随器，它是同相放大电路的特殊情况，输入信号是从集成运放的同相端引入，反馈电阻为零，负反馈极强，运放工作非常稳定，输入阻抗很大。输出电阻却很小，因而这种电路具有阻抗变换作用。所谓阻抗变换作用是指经电压跟随器放大后，其输出电压近似等于信号源的电动势而其输出电阻却很小。该电路常用作输入级、中间缓冲级和输出级。 该电路的基本关系如下： Vi+Vis=Vo Vo=-AVis 式中：A运放开环电压放大倍数； Vis运放的纯输入电压； 对该电路，当输入信号的电压振幅增大到接近运放的正电源电压时，将可能发生死锁现象，即信号将不能正常输出，这是由于运放内部的正反馈产生了寄生振荡。为了防止该现象产生，可采用图(b)。, 比较器,(a) 过零比较器 电路 (b) 电压传输特性 图 7 过零比较器,图7为加限幅电路的过零比较器，DZ为限幅稳压管。信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零,从同相端输入。 当Ui0时，输出UO-(UZ+UD)，当Ui0时，UO+(UZ+UD)。其电压传输特性如图7（b）所示。过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。,(a) 电路图 (b) 传输特性 图8 滞回比较器,如图8所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，若uo改变状态，点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。当uo为正（记作U+） ，则当uiU后，uo即由正变负（记作U-），此时U变为U。故只有当ui下降到U以下，才能使uo再度回升到U+，于是出现图8(b)中所示的滞回特性。U与U的差称为回差。改变R2的数值可以改变回差的大小。,单限比较器和滞回比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测输入电压是否在两个给定电压之间，而窗口比较器具有这一功能。在元件选择与分类，或对生产现场进行监视与控制时，窗口比较器是很有用的。 上图所示为一种双限比较器，工作原理： 当输入电压uIURH时，uIURL，所以集成运放A1的输出uO1=+UOM，A2的输出uO2=-UOM。使得二极管D1导通D2截止，电流通路如图(b)所标注，稳压管DZ工作在稳压状态，输出电压uO=+UZ。,当输入电压uIURL时，uIURH，所以集成运放A1的输出uO1=-UOM，A2的输出uO2=+UOM。使得二极管D2导通D1截止，电流通路如图b所标注，稳压管DZ工作在稳压状态，输出电压uO=+UZ。 URLuIU