模擬電子技術(shù) 課件 36 簡易電力線探測儀設(shè)計(jì)

模擬電子技術(shù)梁長垠教授綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)與測試—簡易電力線探測儀梁長垠教授測量方案設(shè)計(jì)選型01放大濾波電路設(shè)計(jì)02精密整流電路設(shè)計(jì)03報(bào)警顯示電路設(shè)計(jì)04一、測量方案設(shè)計(jì)選型1.任務(wù)描述該任務(wù)來自于2013年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽（高職高專組K題）項(xiàng)目，要求設(shè)計(jì)并制作一種220V、60W白熾燈（11W節(jié)能燈探測功能未列入）照明線路探測儀，能在5mm厚度的五合板正面探測出背面照明電纜的位置走向，并要求探測到帶電電纜時(shí)蜂鳴器報(bào)警或發(fā)光二極管指示。電纜位置的布線如圖所示。電纜一端與交流電源220V插座相連，另一端連接大螺口（E27）燈座，燈座擰入60W白熾燈，燈的亮滅由開關(guān)控制。電纜以圖釘側(cè)邊壓扣或膠帶粘貼的方式布設(shè)，布線可在7X7方格組成的區(qū)域內(nèi)根據(jù)需要任意調(diào)整。一、測量方案設(shè)計(jì)選型2.任務(wù)分析對(duì)220V、60W白熾燈的照明線路，其信號(hào)輻射形式為交變的電磁場，信號(hào)的類型是50Hz正弦交流信號(hào)，信號(hào)幅度非常小，屬于微伏級(jí)信號(hào)。本項(xiàng)目的主要任務(wù)是首先要探測導(dǎo)照明線路的輻射信號(hào)，其次，將探測到的電力線輻射信號(hào)經(jīng)過濾波、放大等處理，最后通過聲光報(bào)警電路驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲響。3.方案設(shè)計(jì)對(duì)照明線路輻射的交變電磁場信號(hào)的檢測方法有以下幾種：（1）測量交變的電場：用電容測量感應(yīng)電荷在電阻上的感應(yīng)電壓。（2）測交變磁場：用電感元件測量或用霍爾元件測量其感應(yīng)電壓。（3）測交變電磁場：用電感測量感應(yīng)電壓或用收音機(jī)模塊測量感應(yīng)電壓。綜合分析，本項(xiàng)目采用電感元件作傳感器檢測照明線路上的感應(yīng)電壓。一、測量方案設(shè)計(jì)選型4.系統(tǒng)框圖利用電感作為傳感器檢測照明線路輻射的50Hz正弦信號(hào)，由于該輻射信號(hào)非常小，易受干擾，因此后級(jí)需采用兩級(jí)低通放大電路(增益至少為80dB)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理。放大以后的信號(hào)再經(jīng)過精密整流電路得到正極性信號(hào)，與基準(zhǔn)電壓通過比較器進(jìn)行比較后得到整形的脈沖波形，送發(fā)光二極管指示電路與蜂鳴器報(bào)警電路。測量方案設(shè)計(jì)選型01放大濾波電路設(shè)計(jì)02精密整流電路設(shè)計(jì)03報(bào)警顯示電路設(shè)計(jì)04二、放大濾波電路設(shè)計(jì)1.反相比例放大與低通濾波電路設(shè)計(jì)（1）反相比例放大與低通濾波電路設(shè)計(jì)圖示為反相比例放大電路，電壓放大倍數(shù)為-100倍（40dB）。由于傳感器檢測到的照明線路輻射信號(hào)為50Hz正弦信號(hào)，為防止干擾，在反饋電阻兩端并聯(lián)103電容實(shí)現(xiàn)低通濾波作用。該濾波器的通帶截止頻率為

由于來自傳感器的電力線輻射信號(hào)非常小，至少需要兩級(jí)放大器。在本系統(tǒng)中，由反相比例放大電路與同相比例放大電路級(jí)聯(lián)完成對(duì)傳感器檢測的照明線路輻射信號(hào)放大任務(wù)。二、單元電路設(shè)計(jì)調(diào)試2.同相比例放大與低通濾波電路設(shè)計(jì)（1）同相比例放大與低通濾波電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的第二級(jí)放大電路采用同相比例運(yùn)算放大器。與反相比例低通濾波器電路分析類似，在反饋電阻兩端仍需要并聯(lián)103電容實(shí)現(xiàn)低通濾波功能，電路參數(shù)如圖所示。測量方案設(shè)計(jì)選型01放大濾波電路設(shè)計(jì)02精密整流電路設(shè)計(jì)03報(bào)警顯示電路設(shè)計(jì)04三、精密整流電路設(shè)計(jì)1.精密整流電路設(shè)計(jì)經(jīng)兩級(jí)放大器放大后的信號(hào)雖然具有了一定的信號(hào)幅度（信號(hào)幅度大小取決于電力線檢測用工字電感的電感量大小，如果信號(hào)幅度不夠可適當(dāng)增大單級(jí)放大器或兩級(jí)放大器的放大倍數(shù)），但該信號(hào)仍是50Hz的交流信號(hào)。為使交流電壓信號(hào)變換成具有一定直流分量的電壓信號(hào)，本系統(tǒng)中材料了精密全波整流電路。三、精密整流電路設(shè)計(jì)2.精密整流電路工作原理即：若輸入信號(hào)為正半周交流信號(hào)，則輸出端將得到與輸入信號(hào)系統(tǒng)幅度、相同相位的正半周信號(hào)；若輸入信號(hào)為負(fù)半周交流信號(hào)，則輸出端將得到與輸入信號(hào)幅度相同、相位相反的信號(hào)。當(dāng)Vi>0時(shí)，D1截止，D2導(dǎo)通，A1為反相比例放大電路，A2為反相加法電路，此時(shí)當(dāng)Vi<0時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止，V01=0，V0=-Vi測量方案設(shè)計(jì)選型01放大濾波電路設(shè)計(jì)02精密整流電路設(shè)計(jì)03報(bào)警顯示電路設(shè)計(jì)04四、顯示報(bào)警電路設(shè)計(jì)1.顯示報(bào)警電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的聲光報(bào)警電路單限比較器來實(shí)現(xiàn)。利用發(fā)光二極管指示與蜂鳴器報(bào)警。2.顯示報(bào)警電路原理經(jīng)精密整流電路輸出的全波整流信號(hào)接到比較器的反相輸入端，在比較器的同相端接入基準(zhǔn)電壓（由電源電壓經(jīng)電位器分壓得到）。當(dāng)精密整流電路輸出信