利用分立器件進行電纜的測試設計

1、一、設計題目利用分立器件進行多路電纜的故障點(短路點和斷路點的測試設計二、設計目的1、學習和掌握查閱資料的方法2、學習和掌握電路設計的基本過程3、學習和掌握硬件電路的軟件仿真方法4、熟練硬件電路的連接技巧5、掌握硬件電路的調(diào)試過程6、學會利用理論知識分析和解決實際問題7、加深對理論課程的感性認識和深入理解三、所用器材 四、分析設計工作原理: (利用低壓脈沖反射法 測試時向電纜注入一低壓脈沖,該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點,如短路點、斷路點等,脈沖產(chǎn)生反射回送到測量點,波形上發(fā)射脈沖與反射脈沖的時間差t ,對應脈沖在測量點和阻抗不匹配點往返一次的時間 ,已知脈沖在電纜中的傳播速度為V ,再通過公

2、式得到故障點的距離。通過識別反射脈沖的極性可以判斷故障的性質(zhì)。短路故障點發(fā)射脈沖與入射脈沖的極性相反,而斷路故障點反射脈沖與入射脈沖的極性相同?？傮w設計框圖如下: (1周期窄脈沖產(chǎn)生模塊:同軸電纜(75特性阻抗中電信號傳輸速率為:200m/us 。因此,從發(fā)射出脈沖到接受到反射脈沖的時間間隔很小,為了不使發(fā)射脈沖與反射脈沖混疊,就要求 周期窄脈沖脈寬極窄而周期相對較長。利用與非門延遲(幾十ns 量級原理即可得到周期窄脈沖產(chǎn)生電路。然而,若直接將從函數(shù)信號發(fā)生器中輸出的信號取反,再和源信號相與,雖可獲得脈寬極窄的周期脈沖(約26ns ,但與此同時,脈沖幅度也很小(約800mv 。如此弱的信號在電

3、纜中傳輸 ,從斷點反射回來后,得到的反射信號由于衰減將會更微弱(不到200mv。因此,就必須用對高頻信號能穩(wěn)定放大且增益很高的共基放大電路將其放大到一定程度,以致其下降沿能觸發(fā)74 LS112使Q端狀態(tài)發(fā)生反轉(zhuǎn),從而達到計時目的。然而在設計中我們發(fā)現(xiàn):對我們而言,得到一個增益很高且放大效果很好的共基放大電路并不容易。因而,將發(fā)射脈沖幅度加大,從而使反射脈沖幅度加大,以減少對放大電路增益的要求成為必然。而要做到這一點,只需讓原始信號通過若干與門(這里我們?nèi)?個使延時增加,再將其取反,取反后的信號與原信號相與,就可使輸出信號幅度大大提高(約2.8v,從而反射脈沖幅度達到1.3v左右,脈寬52ns左

4、右。這樣就對放大器增益要求大大降低,同時能獲得較規(guī)整的反射波形(反射脈沖幅度過小會淹沒于噪聲中,波形嚴重畸變。然而,脈沖的展寬勢必導致測量盲區(qū)的加大,但更具實際情況,只要控制在一定程度內(nèi),還是可以接受的。具體電路如下: (2分路模塊:利用3-8譯碼器實現(xiàn)信號的分路,原理圖如下: 輸入一方波時,端口Y0和Y 1輸出也為方波,波形如下: (2放大模塊:因為共基放大電路對高頻信號能產(chǎn)生較高的增益且放大效果穩(wěn)定,因此,我們設計如下電路。在實際電路中我們發(fā)現(xiàn)對發(fā)射脈沖(幅度約為2.8V放大兩倍多,對反射信號放大倍數(shù)稍大一些,都能達到觸發(fā)電平。 (3鎖存模塊:利用下降沿的JK觸發(fā)器實現(xiàn)T觸發(fā)器的功能可以免

5、去對觸發(fā)器初始輸出電平的考慮。因為我們需要測量的時間可以用一段高電平或低電平表示,T觸發(fā)器來一個脈沖下降沿就翻轉(zhuǎn)一次,故可以在示波器上讀出兩次觸發(fā)之間的時間。具體電路如下: 五、故障分析(一、斷路故障脈沖在斷路點發(fā)生全反射,發(fā)射脈沖與發(fā)射脈沖同極性。如圖(一所示為斷路故障脈沖反射波形。波形上第一個故障點反射脈沖之后,還有若干個相距仍然是故障距離的反射脈沖,這是由于脈沖在測量端與故障點之間多次來回反射的結果。由于脈沖在電纜中傳輸存在損耗,脈沖幅度逐漸減小,并且波形上升變得愈來愈緩慢。 圖(一斷路故障脈沖反射波形(二短路故障脈沖在短路點產(chǎn)生全反射,反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相反。圖(二給出了電纜短路故

6、障脈沖反射波形,波形上第一個故障點反射脈沖之后的脈沖極性出現(xiàn)一正一負的交替變化,這是由于脈沖在短路點反射系數(shù)為-1,而在測量端反射為正的緣故。圖（二） 短路故障脈沖反射波形 六、測試數(shù)據(jù) 測試數(shù)據(jù) 放大前 測試名稱 發(fā)射脈寬 發(fā)射脈沖幅度 放大后 發(fā)射脈寬 發(fā)射脈沖幅度 反射脈寬 反射脈沖幅度 123 4.8 3 1.9 ns v ns v 測試數(shù)據(jù) 2 2.8 單位 ns v 根據(jù)測試所得數(shù)據(jù)計算盲區(qū)：L=1/2V =2.m 說明： 若從發(fā)射出脈沖到接收到反射脈沖的時間間隔不大于發(fā)射脈 1 寬 ，則發(fā)射信號與反射信號混疊。并將 L = V 定義為盲區(qū)。 2 七、實驗心得 通過此次課程設計，我

7、對測量理論有了更深入的認識；同時，實踐能力也得到了 很好地提高。在電路設計階段，我們采取了分模塊設計，分模塊仿真的方法。這樣就 大大的提高了效率，同時也使得修改和調(diào)試變得相對容易。 在實際搭建電路和具體調(diào)試階段，仍然分模塊搭建，分模塊調(diào)試，這樣就使得調(diào)試 過程相對容易。然而，仍然遇到了很多問題。例如布線不規(guī)整，接觸不良，器件性能差 異等都將使得總體電路出現(xiàn)問題。調(diào)試過程使我認識到：理論和實踐有很大差距，理論 的正確并不能保證技術的實現(xiàn)，技術層面的問題必須經(jīng)過大量的實踐來完善。理論是 實踐的指導， 同時， 實踐又反過來檢驗理論的正確性。 盡管用硬件建立具體電路之前， 我們做了很充分的理論分析和電路仿真，但在具體調(diào)試過程中還是遇到了很多問題， 于是再分析再仿真成為必然，最終的達到了預期的效果（因為在分析和仿真時無法得 到某些問題的真正的實際情況， 而這些情況只有通過調(diào)試具體電路才能真正搞清楚） 。 這正是平時的理論學習中所欠缺的，但同時