高阻測(cè)量電路兆歐表

1、目 錄第1章 課程設(shè)計(jì)的目的與要求11.1高阻測(cè)量電路兆歐表的應(yīng)用11.2高阻測(cè)量電路兆歐表的要求21.3 設(shè)計(jì)方案論證31.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖分析3第2章 單元電路的設(shè)計(jì)42.1方波產(chǎn)生電路42.2脈沖升壓電路52.3 整流濾波電路6第3章 課程設(shè)計(jì)整體分析73.1 整體電路圖及工作原理73.2 電路參數(shù)計(jì)算83.3 整體電路性能分析9第4章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)10參考文獻(xiàn)11第一章 課程設(shè)計(jì)的目的與要求1.1高阻測(cè)量電路兆歐表的應(yīng)用兆歐表俗稱搖表，是一種用來(lái)測(cè)量高電阻值的儀表，它可用來(lái)測(cè)量電氣設(shè)備的絕緣電阻，也可用來(lái)測(cè)量某些元件的性能參數(shù)及質(zhì)量好壞。一般只有500伏或1000伏的兆歐表，當(dāng)測(cè)量

2、高壓電氣設(shè)備絕緣時(shí)，經(jīng)常會(huì)感到兆歐表的輸出電壓不足，靈敏度較低，甚至達(dá)不到查出局部性絕緣缺陷的目的。因有時(shí)用500伏兆歐表測(cè)被試品絕緣值電阻值較高，而用2500伏兆歐表測(cè)其絕緣電阻值時(shí)已低到不能使用的程度。絕緣是相對(duì)的，基本絕緣體對(duì)低壓是絕緣的，但對(duì)高壓不一定是絕緣的，因此，用不同電壓兆歐表測(cè)出的絕緣電阻值是不同的。1.2高阻測(cè)量電路兆歐表的設(shè)計(jì)要求兆歐表的應(yīng)用廣泛，可用來(lái)測(cè)量絕緣電阻，測(cè)量穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值，還可以用來(lái)測(cè)量晶體管的反向擊穿電壓。兆歐表的選擇，主要是選擇它的電壓及測(cè)量范圍。高壓電氣設(shè)備絕緣電阻要求高，須選用電壓高的兆歐表進(jìn)行測(cè)試；低壓電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣材料所能承受的電壓不高，為保

3、證設(shè)備安全，應(yīng)選擇電壓低的兆歐表。選擇兆歐表的原則是不使測(cè)量范圍過(guò)多地超出被測(cè)絕緣電阻的數(shù)值，以免因刻度較粗而產(chǎn)生較大的讀數(shù)誤差。另外還要注意有些兆歐表的起始刻度不是零，而是M或M，這種兆歐表不宜測(cè)量處于潮濕環(huán)境中的低壓電氣設(shè)備的絕緣電阻，因?yàn)樵谶@種環(huán)境中的設(shè)備絕緣電阻較小，有可能小于M，在儀表上讀不到讀數(shù)，容易誤認(rèn)為絕緣電阻為M或?yàn)榱阒怠?.3設(shè)計(jì)方案論證用手搖動(dòng)兆歐表的手柄時(shí)，兆歐表的正端（接線端）與負(fù)端（接地端）之間將產(chǎn)生脈動(dòng)的高壓直流電。在兆歐表的正端與負(fù)端之間開(kāi)路（兩端不接被測(cè)元器件）時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)手柄，兆歐表的指針指在“ ”的位置。1.4總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析1.設(shè)計(jì)思路要測(cè)量高阻

4、物體的阻值，需要有穩(wěn)定的直流高壓，故首先將直流低電壓（設(shè)用9V電池供點(diǎn)）升壓為1000V的直流高壓，同時(shí)采取穩(wěn)壓措施。根據(jù)直流電壓和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的原理，可先將電池供電的直流電壓變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，再通過(guò)脈沖變壓器升壓，然后經(jīng)過(guò)整流，濾波，可獲得直流高壓。為了穩(wěn)壓，可對(duì)輸出電壓采樣，利用采樣信號(hào)去控制方波的占空比，從而實(shí)現(xiàn)未定輸出電壓。有了直流高壓后，將微安表與被測(cè)電阻串如回路，便可測(cè)出流過(guò)電阻的電流，將流過(guò)表頭的電流換算成對(duì)應(yīng)電阻的刻度，則可直接讀出被測(cè)電阻的阻值。2兆歐表設(shè)計(jì)方案框圖方波產(chǎn)生電路升壓電路整流濾波電路控制電路兆歐表頭采樣電路R兆歐表框圖電源接通后，三極管T導(dǎo)通，線圈的兩端產(chǎn)生上正下負(fù)

5、的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，以阻止T的集電極電流i的增加。通過(guò)耦合線圈也產(chǎn)生上正下負(fù)的電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)經(jīng)電容的C的耦合通過(guò)R是T的基極電流加大，則i進(jìn)一步增加，再次通過(guò)使增加，該正反饋過(guò)程使三極管迅速飽和。此后C經(jīng)、T逐漸放電，C左端電位下降，又在中產(chǎn)生下正上負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也產(chǎn)生下正上負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)C使減小，I進(jìn)一步減小，此正反饋過(guò)程使三極管迅速截止，E通過(guò)D、對(duì)C充電，使T的基極電位升高，當(dāng)升到使T導(dǎo)通時(shí)，又重復(fù)上述過(guò)程。以上就是周而復(fù)始地進(jìn)行，產(chǎn)生振蕩，得方波輸出。改變電容的充放電時(shí)間常數(shù)，可改變其占空比。方波信號(hào)電壓通過(guò)脈沖變壓器升壓（/1），是輸出信號(hào)再經(jīng)過(guò)整流、濾波，得到支流高壓輸出信號(hào)。被

6、測(cè)電阻與微安表串于輸出回路中，則有相應(yīng)的電流流過(guò)表頭，采用切換開(kāi)關(guān)切換表頭不同的并聯(lián)電阻，使表頭滿刻度值分別校正為1000A、100A和10A，即可得到三檔不同量程。為了防止表頭損壞，可在表頭兩端并聯(lián)兩個(gè)反向的二極管。在輸出端串聯(lián)一保護(hù)電阻，防止R小于1M時(shí)損壞器件。用電阻分壓器對(duì)輸出信號(hào)采樣，用運(yùn)算放大器A和三極管構(gòu)成控制器?？刂破麟娐穲D當(dāng)上升時(shí)，也上升，使三極管的集射級(jí)電阻減小，時(shí)間常數(shù)減小，則加快電容C的放電速度，加速振蕩電路中T由飽和變截止，E變成下正上負(fù)，使減小，起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。第二章 單元電路的設(shè)計(jì)2.1方波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生電路電路圖在原理上講，凡具有發(fā)達(dá)能力的集成器件或三

7、極管都可用來(lái)組成振蕩器，目前已有按照振蕩器工作特點(diǎn)設(shè)計(jì)的集成電路供選用。例如，用集成振蕩器E1648能方便地組成震蕩頻率的振蕩器，集成多功能振蕩器5G8083能輸出低頻正弦波，方波，三角波信號(hào)，用集成定時(shí)器555/666能靈活地組成數(shù)百千赫以內(nèi)的多諧振搗能夠器等。用上述集成器件組成波形產(chǎn)生電路時(shí)，具有電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，性能優(yōu)良等一系列優(yōu)點(diǎn)，在相應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，可優(yōu)先選用此類器件。選用具有放大能力的集成器件時(shí)，首先應(yīng)考慮器件的工作頻率范圍。為了滿足振蕩器的起振條件，放大器的單位增益帶寬BW至少應(yīng)比振蕩頻率大（12）倍。為保證振蕩器有足夠高的頻率穩(wěn)定度，一般取3dB帶寬（對(duì)集成寬帶放大器）因此，

8、在幾百千赫以下時(shí)，可選用集成功放等，在兆赫以上時(shí)，可選用集成帶寬放大器，射頻帶寬放大器，射頻/中頻放大器，雙差分放大器等。其次應(yīng)考慮器件的最大輸出電壓幅度和負(fù)載特性能否滿足要求。當(dāng)振蕩器要求低噪聲性能時(shí)，應(yīng)選用噪聲系數(shù)小的器件。2.2脈沖升壓電路升壓就是將電池提供的較低的直流電壓，提升到需要的電壓值，其基本的工作過(guò)程都是：高頻振蕩產(chǎn)生低壓脈沖脈沖變壓器升壓到預(yù)定電壓值脈沖整流獲得高壓直流電，因此升壓電路屬于DC/DC電路的一種類型。在使用電池供電的便攜設(shè)備中，都是通過(guò)升壓電路獲得電路中所需要的高電壓。升壓電壓電路圖2.3整流濾波電路一個(gè)理想的濾波器，應(yīng)在要求的頻率帶內(nèi)均勻而穩(wěn)定的增益，而在通帶

9、外，則具有無(wú)窮大的衰減。用運(yùn)算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)組成的有源濾波器，具有許多獨(dú)特的特點(diǎn)。因?yàn)椴挥秒姼性?，所以免除了電感所固有的非線性特性，磁場(chǎng)屏蔽，損耗，重量和體積過(guò)大等缺點(diǎn)1.級(jí)數(shù)的選擇濾波器的級(jí)數(shù)主要根據(jù)對(duì)帶外衰減特性的要求來(lái)確定。每一階低通或高通電路可獲得一12dB倍頻的衰減。多級(jí)濾波器串接時(shí)，傳輸函數(shù)總特征的階數(shù)等于各級(jí)數(shù)之和。當(dāng)要求外帶衰減特征為-MdB倍頻時(shí)，則所取級(jí)數(shù)N應(yīng)滿足M/62.運(yùn)放的要求在無(wú)特殊要求的情況下?？蛇x用通用型運(yùn)算放大器。為了獲得足夠深的反饋，以保證所需濾波特征，運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益應(yīng)在80dB以上。對(duì)運(yùn)放頻率特性的要求，由其工作頻率的上限確定，設(shè)工作頻率的上限為FH，

10、則運(yùn)放的單位增益頻率應(yīng)滿足下式：BWg（35）AfFh，、式中Af為濾波器通帶的傳輸系數(shù)。如果濾波器的輸入信號(hào)較小，例如在10mV以下，以選用低漂移運(yùn)放為宜。如果濾波器工作于超低頻，以至使RC網(wǎng)絡(luò)中電阻元件的值超過(guò)100k時(shí)，則應(yīng)選用低漂移，高輸入阻抗的運(yùn)放。3.濾波器的要求對(duì)一階濾波器，其特征由通帶傳輸系數(shù)和截止頻率確定。至于二階濾波器，對(duì)高通和低通濾波器，其特征由通帶傳輸系數(shù)，自然頻率Wn和阻尼系數(shù)確定。對(duì)帶通和帶阻波波器，則是由通帶傳輸系數(shù)，中心頻率Wo和品質(zhì)因數(shù)Q決定。通常是根據(jù)技術(shù)指標(biāo)的要求確定這些參數(shù)，然后再由這些參數(shù)計(jì)算電路的元件值在設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)待確定其值的元件數(shù)目多于限制元

11、件取值的參數(shù)的數(shù)目。例如，壓空電壓源型濾波器待確定其值的元件有六個(gè)，而限制元件取值的參數(shù)只有三個(gè)，即通帶傳輸系數(shù)，自然頻率，阻尼系數(shù)。因此，有許多個(gè)元件組可滿足給定特性的要求。一般從選定電容器入手，因?yàn)殡娙輼?biāo)稱值的分檔數(shù)比較少，電容難配，而電阻易配。如圖所示 二階無(wú)限增益多環(huán)反饋型有源濾波器電路 壓控電壓源型低通濾波器第三章 課程設(shè)計(jì)整體分析 3.1 整體電路圖及工作原理整體電路圖兆歐表由直流電源和磁電系比率計(jì)兩大部分組成。其中直流電源可以是手搖直流發(fā)電機(jī)，也可以是能輸出直流高壓的電子變換器。3.2電路參數(shù)計(jì)算電流I1和I2分別通過(guò)兩個(gè)可動(dòng)線圈時(shí)，都會(huì)受到永久磁鐵磁場(chǎng)電磁力的作用。兆歐表的結(jié)構(gòu)

12、和內(nèi)部接線應(yīng)保證兩個(gè)可動(dòng)線圈所受電磁力矩方向相反，M1是轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，M2是反作用力矩。由于磁場(chǎng)不均勻，M1和M2的大小不僅與電流有關(guān)，還與比率計(jì)可動(dòng)部分（包括指針6）的偏轉(zhuǎn)角有關(guān)，即當(dāng)可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)到M1=M2位置時(shí)，由于磁電系比率計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角可見(jiàn)，磁電系比率計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)角是I1與I2的比值的函數(shù)，這也是它被稱為“比率計(jì)”的主要原因。兆歐表的測(cè)量原理電路，點(diǎn)劃線框內(nèi)的部分是兆歐表的內(nèi)部電路?？蓜?dòng)線圈1與電阻R1、被測(cè)量絕緣電阻Rx串聯(lián)，可動(dòng)線圈2和電阻R2串聯(lián)，之后兩個(gè)支路都并接到手搖發(fā)電機(jī)的兩端。當(dāng)被測(cè)絕緣電阻不同時(shí)，在相同的電源電壓U的作用下，I1的數(shù)值不同，而I2的數(shù)值始終一樣。也就是說(shuō)，

13、不同的被測(cè)電阻Rx，使得兆歐表中I1/I2的比值不同，指針的偏轉(zhuǎn)角不同。所以，可以根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角的大小確定被測(cè)絕緣電阻的大小。當(dāng)被測(cè)絕緣電阻Rx=時(shí)，I1=0，M1=0，可動(dòng)部分在M2作用下逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，直至可動(dòng)線圈2轉(zhuǎn)到圓柱形鐵心缺口處，線圈2受到的電磁力方向通過(guò)轉(zhuǎn)軸，M2=0。此時(shí)，指針停在標(biāo)尺左端“”當(dāng)被測(cè)絕緣電阻Rx=0時(shí)，電流I1最大，可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)角也最大，指針指在標(biāo)尺右端“0”處。兆歐表的標(biāo)尺刻度是反向不均勻的。由于沒(méi)有機(jī)械游絲，磁電系比率計(jì)在不通電時(shí)其指針可以停留在任一位置。3.3整體電路性能分析1測(cè)試電壓可選110M、10100M、1001000M2.測(cè)量時(shí)間15秒、1、2、3、

14、4、5、6、7、8、9、10、20、30分鐘可選3.高壓源輸出電流能力5mA4.測(cè)量量程11000M5.絕緣電阻值測(cè)量精度5%（20 G）、10%（200 G）6.測(cè)試電壓精度5%7.內(nèi)附可充電電池連續(xù)工作時(shí)間達(dá)到2小時(shí)以上8.內(nèi)部可保存100個(gè)測(cè)量結(jié)果9.工作條件：環(huán)境溫度：040 相對(duì)濕度：3080第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)要測(cè)量高阻物體的阻值，需要有穩(wěn)定的支流高壓，故首先將直流低電壓升高為直流高壓，同時(shí)需采取穩(wěn)壓措施。根據(jù)直流變壓和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的原理，可先將電池供電的直流電壓變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，再通過(guò)脈沖變壓器升壓，然后經(jīng)過(guò)整流、濾波，可獲得直流高壓。為了穩(wěn)壓，可對(duì)輸出電壓采樣，利用采樣信號(hào)去控制方波的

15、占空比，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓。課程設(shè)計(jì)中，我用了很長(zhǎng)時(shí)間去查資料，去研究。從設(shè)計(jì)電路圖，選擇元器件，使用仿真電路，過(guò)程中也出現(xiàn)了許多的問(wèn)題，但我依然堅(jiān)持了下來(lái)，積極向老師和同學(xué)請(qǐng)教，并且一再的重復(fù)實(shí)踐，直到達(dá)到我期望的結(jié)果。事實(shí)也證明我的努力沒(méi)有白費(fèi)，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)習(xí)態(tài)度給我?guī)?lái)了成功的喜悅！通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了設(shè)計(jì)一個(gè)模擬電路的基本方法和基本步驟，實(shí)際解決了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，增強(qiáng)了尋找問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。參考文獻(xiàn) 傅云鵬數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)及原理及使用手則電子產(chǎn)品世界 2005年7期 趙振雁王哲寧，數(shù)字電壓表的原理與應(yīng)用傳器世界2001年2期 周長(zhǎng)恩數(shù)字電壓表的原理與應(yīng)用傳器世界2001年4期 王建林?jǐn)?shù)字電子電路應(yīng)用大全及匯總2009年6月8日出版，修訂版第4版沙占友新型數(shù)字電壓