高阻測量電路——兆歐表

1、目錄第1章課程設(shè)計(jì)目的與要求11.1 課程設(shè)計(jì)目的11.2 課程設(shè)計(jì)的要求1第2章課程設(shè)計(jì)總方案12.1 高阻測量電路的方案論證12.2 高阻測量電路方案的實(shí)現(xiàn)2第3章課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容23.1 單元電路的設(shè)計(jì)2311 方波產(chǎn)生電路2312 脈沖升壓電路4313 整流濾波電路53.2 電路性能分析6第4章課程設(shè)計(jì)的總結(jié)841 元器件清單842 總結(jié)8參考文獻(xiàn)8第1章 課程設(shè)計(jì)目的與要求1.1 課程設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)任務(wù)：1 設(shè)計(jì)一種直流低電壓供電的高阻測量電路。2 設(shè)計(jì)放大器所需的直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計(jì)參數(shù)：1 量程為11000M。2 測量阻值分三檔在表頭顯示，即110M、10100M、1001000M。1

2、.2 課程設(shè)計(jì)的要求1 分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性結(jié)構(gòu)的繁簡成本的高低及制作的難易等方案作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4 組成系統(tǒng)。在一定幅畫的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。第2章 課程設(shè)計(jì)總方案2.1 高阻測量電路的方案論證整流濾波電路升壓電 路方波產(chǎn)生電路表頭控制電路采樣電路2.2 高阻測量電路方案的

3、實(shí)現(xiàn) 和其它測量電路一樣，如果想要測量高阻物體的阻值需要有穩(wěn)定的直流電源輸出，因此需要將直流低電壓升為高電壓。根據(jù)直流變牙和開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理先將直流電壓變?yōu)榉讲ㄐ盘?，再通過脈沖變壓器把電壓升高，再經(jīng)過濾波獲得直流電壓。為了穩(wěn)壓，對輸出電壓采樣信號去控制方波的占空比，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓。有了直流電壓后，將微安表和被測電阻串入回路，便可測出流過電阻的電流，將流過的電流換算出對應(yīng)的電阻的刻度，則可直接讀出電阻的阻值。第3章 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容3.1 單元電路的設(shè)計(jì) 311 方波產(chǎn)生電路 矩形波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生矩形波的非正弦信號發(fā)生電路。由于矩形波包含極豐富的諧波，因此，這種電路又稱為多諧振

4、蕩器。1電路組成矩形波產(chǎn)生電路如圖所示，它是在遲滯比較器的基礎(chǔ)上，把輸出電壓經(jīng)Rf、C反饋集成運(yùn)放的反相端。在運(yùn)放的輸出端引入限流電阻R和兩個(gè)穩(wěn)壓管而組成的雙向限幅電路。圖1 方波產(chǎn)生電路及工作原理2工作原理在接通電源的瞬間，圖01電路的輸出電壓究偏于正向飽和還是負(fù)向飽和，純屬偶然。設(shè)輸出電壓偏于負(fù)飽和值，即 時(shí)，則集成運(yùn)放同相端的電壓為（1）而 時(shí)電容反向充電，vc由零變負(fù)。在vc高于vp之前， 不變。當(dāng)vc下降到略低于vp時(shí)，vo從VZ跳變到+ VZ。與此同時(shí)，vp由 變?yōu)椋?）而 是電容充電，在vc低于vp以前， 不變。當(dāng)vc上升到略高于vp時(shí)，vo從+VZ跳到VZ。如此循環(huán)不已，產(chǎn)生振

5、蕩，輸出矩形波。3振蕩周期圖2圖2畫出了在時(shí)的一個(gè)方波的典型周期內(nèi)輸出端及電容C上的電壓波形。當(dāng) 時(shí)， ，則在的時(shí)間內(nèi)電容C上的電壓vc將以指數(shù)規(guī)律由 向+Vz方向變化，根據(jù)一階RC電路的三要素法：（1）時(shí)間常數(shù) （2）在t1時(shí)刻vC的初始值 （3）若 ，vC的終了值是+ VZ則得（3）其中 ，且t1tt2。當(dāng) 時(shí)， ，將這些條件代入式（3），得出 （4）通常將矩形波為高電平的持續(xù)時(shí)間與振蕩周期的比稱為占空比。對稱方波的占空比為50%。如需產(chǎn)生占空比小于或大于50%的矩形波，只需適當(dāng)改變電容C的正、反向充電時(shí)間常數(shù)即可。實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的一個(gè)方案是，將圖3所示網(wǎng)絡(luò)接入圖XX_01中節(jié)點(diǎn)O、N間，代替

6、電阻Rf。這樣，當(dāng)vO為正時(shí)，D1導(dǎo)通而D2截止，反向充電時(shí)間常數(shù)為Rf1C；當(dāng)vO為負(fù)時(shí)，D1截止而D2導(dǎo)通，正向充電時(shí)間常數(shù)為Rf2C。選取Rf1/ Rf2的比值不同，就改變了占空比。設(shè)忽略了二極管的正向電阻，此時(shí)的振蕩周期為 （5）。圖3312 脈沖升壓電路 高頻震蕩引弧器的工作原理本電路主要由兩部分組成，一個(gè)是高壓脈沖發(fā)生電路，另一個(gè)是高頻高壓脈沖發(fā)生電路，高壓脈沖發(fā)生器是根據(jù)電容充電放電原理制成的，由于電容上的電壓放電，再充電放電速度較快，可以采用脈沖變壓器取代一般的工頻升壓變壓器取代一般的工頻升壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)，使這種高頻引弧器具有體積小、重量輕、效率高、抗網(wǎng)壓波動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，制造工

7、藝簡單，由于電路沒有直接能量損耗，其效率較高，引弧速度可靠，比一般工頻震蕩引弧速度可提高一倍以上。 圖4高阻引弧器電路原理圖高脈沖發(fā)生器的工作原理 高脈沖發(fā)生器的主要作用是將工頻電壓經(jīng)過倍壓整流以后變成脈沖電壓，在一個(gè)工頻周期內(nèi)產(chǎn)生兩組高壓脈沖，這部分是引弧器的核心部分，起工作過程和波形如圖1、圖2所示。工頻電壓輸入后，正半周T1時(shí)刻、電壓V1首先通過D1對C1進(jìn)行充電，到達(dá)T2時(shí)刻沖電結(jié)束，此刻C1上的充電電壓為VC1，進(jìn)入半周期從t2時(shí)刻開始，電壓v1通過D2對C2進(jìn)行充電，當(dāng)?shù)竭_(dá)t3時(shí)刻充電電壓vc2=v2-vc1，即ab兩端電壓達(dá)到穩(wěn)壓管的擊穿電壓，穩(wěn)壓管DZ被擊穿，SCR迅速導(dǎo)通vl

8、1=vc2+vc1，形成一個(gè)正向脈沖峰值電壓，此后C1+C2與L1發(fā)生電磁震蕩，首先是C1+C2上的電壓vc1+vc2通過SCR對L1進(jìn)行正向放電，而后電感L1上的電壓將通過二極管D3對C1+C2進(jìn)行反向充電，到達(dá)T4時(shí)刻，反向充電結(jié)束，這時(shí)V1+V2又要對L1放電，由于此時(shí)SCR承受反向電壓而被迫關(guān)斷，vc1+vc2將通過與SCR并聯(lián)的二極管D3進(jìn)行反向放電，而后又正向充電，到達(dá)T2時(shí)刻結(jié)束vl1=vc2+vc1達(dá)到另一個(gè)反向峰值，這時(shí)vc1+vc2電壓又要對L1放電，但由于SCR已被頗關(guān)斷而停止放電，vl1速度衰減為零，電磁震蕩結(jié)束，這樣完成負(fù)半周的一次震蕩過程。而此時(shí)負(fù)半周電壓并未結(jié)束，

9、它將通過D2對C2進(jìn)行充電，到達(dá)T6時(shí)刻充電結(jié)束，此時(shí)C2上的充電電壓為vc2，從T6時(shí)刻開始進(jìn)入另一正半周期，V1將通過D1對C1進(jìn)行充電，到達(dá)T7時(shí)刻，C1上的充電電壓vl1=vc2+vc1，即ab兩端電壓達(dá)到穩(wěn)壓管擊穿電壓Voe，穩(wěn)壓管DZ再次擊穿SCR迅速導(dǎo)通，形成正半周期的又一次電磁震蕩，并產(chǎn)生又一組正負(fù)電壓脈沖，此后，這種過程循環(huán)下去，這樣在一個(gè)周期內(nèi)，在上分別得到一組幅值為VDZ的電壓脈沖VL1，經(jīng)PB1耦合，在次級L2得到一組高壓脈沖。313 整流濾波電路如圖所示為半波整流電容濾波電路。在沒有接電容時(shí)，整流二極管VD在U2的正半周導(dǎo)通負(fù)半周截止，輸入電壓U0為6中虛線所示。而在

10、并接了電容后，假設(shè)在t=0時(shí)接通電源，則當(dāng)U2由零逐漸增大時(shí)，二極管VD導(dǎo)電。由圖5可見，二極管導(dǎo)電時(shí)除了有一電流流向負(fù)載外，還有一個(gè)電流向電容充電，電容兩端的電壓U0的極性為上正下負(fù)。如果忽略二極管導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻，則在VD導(dǎo)通時(shí)，UC等于變壓器次極電壓U2，而當(dāng)U2到達(dá)最大值以后開始下降，此時(shí)電容上的電壓U也將由于放電而逐漸下降，于是UC一定的時(shí)間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律下降，直到下一個(gè)正半周期到來。當(dāng)U2UC導(dǎo)通，再次向電容C充電。輸出電壓UC=U0圖b中實(shí)線所示。與圖6比較，可以看到，由于電容的濾波作用，輸出電壓比無電容器時(shí)平滑多了，且直流成分也增加了。電容器在全波整流電路或橋式整流電路中的濾波原理

11、與半波整流電路中的類似，其原理電路和波形如圖5和6所示。所不同的只不過是，在橋式整流電路中，無論輸入電壓U的正半周還是負(fù)半周，電容C都有充電過程。圖5 整流濾波電路3.2 電路性能分析 如圖所示的高阻測量電路，由于方波輸出部分沒有具體器件改變充電、放電的時(shí)間常數(shù)，所以不能調(diào)節(jié)占空比，使方波輸出不是很方便，其第二部分脈沖變壓期工作在脈沖狀態(tài)，電容充電放電速度很快，由于電容沒有直接能量消耗，其效率非常高。在整流濾波過程中，電容濾波器只有在RLC值很大的條件下，才呢功能使輸出電壓的波紋較小，但是電容C的增大是有顯的。電路總圖3.3 參數(shù)計(jì)算第4章 課程設(shè)計(jì)的總結(jié)41 元器件清單RF20KC2=0.068F0.068FC10.022FR1110 KR110 KR2210 KR240 KC30.022FR2 KC4200FD1A741RL1 KD2A741D2CZ55MD3A741D2CZ55MD2CW56D2CZ55MC20.068FD2CZ55M42 總結(jié) 通過近半個(gè)月的艱苦研究，終于將完成了本次課程設(shè)計(jì)，可以說這段時(shí)間收獲頗豐。首先就是了解了高阻測量電路兆歐表的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及