模擬電子技術 課件 36 簡易電力線探測儀設計

模擬電子技術梁長垠教授綜合項目設計與測試—簡易電力線探測儀梁長垠教授測量方案設計選型01放大濾波電路設計02精密整流電路設計03報警顯示電路設計04一、測量方案設計選型1.任務描述該任務來自于2013年全國大學生電子設計大賽（高職高專組K題）項目，要求設計并制作一種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蜂鳴器報警或發(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，燈的亮滅由開關控制。電纜以圖釘側(cè)邊壓扣或膠帶粘貼的方式布設，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、測量方案設計選型2.任務分析對220V、60W白熾燈的照明線路，其信號輻射形式為交變的電磁場，信號的類型是50Hz正弦交流信號，信號幅度非常小，屬于微伏級信號。本項目的主要任務是首先要探測導照明線路的輻射信號，其次，將探測到的電力線輻射信號經(jīng)過濾波、放大等處理，最后通過聲光報警電路驅(qū)動點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警聲響。3.方案設計對照明線路輻射的交變電磁場信號的檢測方法有以下幾種：（1）測量交變的電場：用電容測量感應電荷在電阻上的感應電壓。（2）測交變磁場：用電感元件測量或用霍爾元件測量其感應電壓。（3）測交變電磁場：用電感測量感應電壓或用收音機模塊測量感應電壓。綜合分析，本項目采用電感元件作傳感器檢測照明線路上的感應電壓。一、測量方案設計選型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，由于該輻射信號非常小，易受干擾，因此后級需采用兩級低通放大電路(增益至少為80dB)對信號進行放大處理。放大以后的信號再經(jīng)過精密整流電路得到正極性信號，與基準電壓通過比較器進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警電路。測量方案設計選型01放大濾波電路設計02精密整流電路設計03報警顯示電路設計04二、放大濾波電路設計1.反相比例放大與低通濾波電路設計（1）反相比例放大與低通濾波電路設計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為50Hz正弦信號，為防止干擾，在反饋電阻兩端并聯(lián)103電容實現(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非常小，至少需要兩級放大器。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聯(lián)完成對傳感器檢測的照明線路輻射信號放大任務。二、單元電路設計調(diào)試2.同相比例放大與低通濾波電路設計（1）同相比例放大與低通濾波電路設計本系統(tǒng)的第二級放大電路采用同相比例運算放大器。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電容實現(xiàn)低通濾波功能，電路參數(shù)如圖所示。測量方案設計選型01放大濾波電路設計02精密整流電路設計03報警顯示電路設計04三、精密整流電路設計1.精密整流電路設計經(jīng)兩級放大器放大后的信號雖然具有了一定的信號幅度（信號幅度大小取決于電力線檢測用工字電感的電感量大小，如果信號幅度不夠可適當增大單級放大器或兩級放大器的放大倍數(shù)），但該信號仍是50Hz的交流信號。為使交流電壓信號變換成具有一定直流分量的電壓信號，本系統(tǒng)中材料了精密全波整流電路。三、精密整流電路設計2.精密整流電路工作原理即：若輸入信號為正半周交流信號，則輸出端將得到與輸入信號系統(tǒng)幅度、相同相位的正半周信號；若輸入信號為負半周交流信號，則輸出端將得到與輸入信號幅度相同、相位相反的信號。當Vi>0時，D1截止，D2導通，A1為反相比例放大電路，A2為反相加法電路，此時當Vi<0時，D1導通，D2截止，V01=0，V0=-Vi測量方案設計選型01放大濾波電路設計02精密整流電路設計03報警顯示電路設計04四、顯示報警電路設計1.顯示報警電路設計本系統(tǒng)的聲光報警電路單限比較器來實現(xiàn)。利用發(fā)光二極管指示與蜂鳴器報警。2.顯示報警電路原理經(jīng)精密整流電路輸出的全波整流信號接到比較器的反相輸入端，在比較器的同相端接入基準電壓（由電源電壓經(jīng)電位器分壓得到）。當精密整流電路輸出信