【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 入下一級(jí)進(jìn)行調(diào)理變化。因此，電路的第一點(diǎn)，是對(duì)高壓探頭進(jìn)行選擇，不同的高壓探頭，其區(qū)別在于衰減的比例不一樣，比如：1：10，1：100，1：1000等等的衰減比例。在本電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到檢測(cè)的高壓設(shè)備主要方向是電力機(jī)車等方面，其電壓比較高，本文選擇的高壓探頭為市場(chǎng)上常見的TAG5000型探頭，該探頭的使用范圍可達(dá)近10M，其主要參數(shù)見附錄一。 信號(hào)調(diào)理電路的組成信號(hào)調(diào)理電路，其功能是將高壓探頭采集的信號(hào)，進(jìn)行一系列的調(diào)理變換使之能達(dá)到總體設(shè)計(jì)時(shí)所需的目標(biāo)，即最后能夠?qū)⒉杉母邏盒盘?hào)與設(shè)定電壓進(jìn)行比較，從而判斷測(cè)試設(shè)備是否帶有高壓。為了達(dá)到這一目的，設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)整個(gè)信號(hào)調(diào)理電路的組成進(jìn)行選擇和判斷，從而使電路和元件能夠具有一定的功能完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 低通濾波電路由于高壓探頭采集的信號(hào)中，含有干擾信號(hào)，為了使檢測(cè)結(jié)果具有準(zhǔn)確性，必須濾掉所采集信號(hào)中的其他干擾信號(hào)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)需要的頻率小于50HZ，高于50HZ的信號(hào)將被過(guò)濾，因此在這采用個(gè)低通濾波電路。 ，圖中虛線為理想的情況，實(shí)線為實(shí)際的情況。 一階低通電路（LPF） 一階LPF的幅頻特性曲線當(dāng)f = 0時(shí)，電容器可視為開路，通帶內(nèi)的增益為 一階低通濾波器的傳遞函數(shù)如下 其中。 截至頻率：； 截止頻率即3db頻率。 頻率低于時(shí)→電壓增益 頻率高于時(shí)→衰減斜率：每10倍頻率20dB。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本文采用一階低通濾波電路，如截止頻率為50HZ，根據(jù)參數(shù)計(jì)算。故。 濾波電路部分的電路結(jié)構(gòu)在整個(gè)濾波電路的設(shè)計(jì)中，根據(jù)總體設(shè)計(jì)圖可知，低通濾波電路結(jié)構(gòu)組成為，包括一個(gè)電容C一個(gè)穩(wěn)壓管D電阻RR1R1R1R18，所述高壓探頭E1的信號(hào)輸出端一次經(jīng)過(guò)電阻RR1R12后連接到所述放大電路中，電阻R17一端連接到電阻R1R12之間，另一端接地，電阻R1電容C8與穩(wěn)壓管D5并聯(lián)后一端接地另一端也與放大電路相連。此時(shí)，通過(guò)多個(gè)電阻和電容的低通濾波作用，能夠?yàn)V除從高壓探頭輸出的小信號(hào)中的干擾信號(hào)，并同時(shí)將高壓探頭輸出的小信號(hào)轉(zhuǎn)換為一定幅度的正弦波的正半波輸入下述放大電路。 放大電路由上述濾波電路調(diào)理過(guò)的采集信號(hào)可以得到一個(gè)穩(wěn)定的信號(hào)，但是設(shè)計(jì)需求是此信號(hào)能與設(shè)定電壓相比，才能得出判斷是否為高壓信號(hào)。此時(shí)的信號(hào)一般來(lái)說(shuō)比較小，還不能進(jìn)行比較，因此，在這里還需設(shè)計(jì)一個(gè)放大電路，對(duì)所得信號(hào)進(jìn)行放大。從原理上說(shuō)，集成運(yùn)算放大電路實(shí)質(zhì)是—個(gè)具有高放大倍數(shù)的多級(jí)直耦合放大電路。它的內(nèi)部通常包含四個(gè)基本組成部分，即輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路。 集成運(yùn)放的組成 集成運(yùn)放的輸入級(jí)通常由差分放大電路組成、因此一般具有兩個(gè)輸入端以及一個(gè)輸出端，以及其他用以連接電源電壓和調(diào)零等的引出端。兩個(gè)輸入端中，一個(gè)與輸出端為反相關(guān)系，另一個(gè)為同相關(guān)系，分別稱為反相輸入端和同相輸入端。 同相放大電路 基本電路：電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入端虛短、虛斷。 同相放大電路 其中，； ； 。 特點(diǎn)：輸入電阻高，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)，V=V+=Vi，所以共模輸入等于輸入信號(hào)，對(duì)運(yùn)放的共模抑制比要求高。反相放大電路基本電路：電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入端虛短、虛斷。 反相放大電路 其中， ； ； 。 特點(diǎn)：反相端為虛地，所以共模輸入可視為0，對(duì)運(yùn)放共模抑制比要求低輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。 放大電路的選擇為了使放大電路輸出的信號(hào)能與比較電路中的設(shè)定電壓進(jìn)行比較。考慮到集成運(yùn)放的參數(shù)有下：工作電壓、靜態(tài)工作電流，信噪比、電壓最大增益、功耗、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入阻抗、輸出阻抗、增益帶寬積及轉(zhuǎn)換速率等。所謂增益帶寬積是指運(yùn)放開環(huán)電壓放大倍數(shù)A=1時(shí)，帶寬與放大倍數(shù)的乘積，對(duì)應(yīng)的帶寬頻率用fc表示(因工作頻率升高，運(yùn)放的放大倍數(shù)降低)，一般通用型可達(dá)1MHz，寬帶高速運(yùn)放可達(dá)100MHz以上。所謂轉(zhuǎn)換速率是指在額定負(fù)載條件下，當(dāng)輸入邊沿陡峭為大信號(hào)時(shí)，運(yùn)放輸出電壓的變化與所用時(shí)間比值，即輸出電壓變化率，用SR表示。根據(jù)本設(shè)計(jì)濾波電路送出的信號(hào)所需的放大倍數(shù)，以及輸入阻抗的影響，被設(shè)計(jì)采用的運(yùn)算放大器型號(hào)為L(zhǎng)M308。 在本設(shè)計(jì)中，： 放大電路部分的電路圖此放大電路中，由一個(gè)運(yùn)算放大器LM379及其外圍電路構(gòu)成，用于將濾波后的信號(hào)進(jìn)行放大，所示運(yùn)放LM379的同相輸入端與所述濾波電路的輸出端直接相連，反相輸入端經(jīng)過(guò)電阻R13后接地，同時(shí)依次經(jīng)過(guò)電阻R1可變電阻R25連接到二極管D6一端，所述可變電阻R25的滑動(dòng)端也接地，通過(guò)調(diào)節(jié)所述可變電阻的大小，實(shí)現(xiàn)放大電路放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)，所述運(yùn)放LM379的輸出端分為兩路，一路經(jīng)過(guò)一個(gè)反向連接的二極管D6形成反饋與反相輸入端相連，另一路經(jīng)過(guò)一個(gè)正向連接的二極管D7與下述比較電路相連，所述二極管D6的正極和D7的負(fù)極直接還連接一個(gè)電阻R29。該放大電路的特點(diǎn)是，能將信號(hào)進(jìn)行比例放大，放大到所需的信號(hào)大小，以便于在比較電路的進(jìn)行比較。 比較電路通過(guò)上述放大電路對(duì)信號(hào)的放大處理，為了檢測(cè)設(shè)備是否含有高壓，就必須對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行比較了。故在這選擇一個(gè)比較電路，將信號(hào)與設(shè)定電壓進(jìn)行比較，從而判斷設(shè)備是否含有高壓。如有，則產(chǎn)生信號(hào)到報(bào)警控制電路進(jìn)行預(yù)警，從而達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。比較電路的構(gòu)成有許多，這里所進(jìn)行的是電壓比較，故在這采用電壓比較電路。所謂的電壓比較電路：電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無(wú)窮大”的運(yùn)算放大器。電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)： 當(dāng)”＋”輸入端電壓高于”－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平； 當(dāng)”＋”輸入端電壓低于”－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平。 電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。簡(jiǎn)單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此人們就要對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。運(yùn)放，是通過(guò)反饋回路和輸入回路的確定“運(yùn)算參數(shù)”，比如放大倍數(shù)，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個(gè)輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開關(guān)（高低電平）量。一般應(yīng)用中，有時(shí)也可以用線性運(yùn)算放大器，在不加負(fù)反饋的情況下，構(gòu)成電壓比較器來(lái)使用。： 比較電路電路圖本設(shè)計(jì)的比較電路由一個(gè)運(yùn)放LM379及其外圍電路構(gòu)成，所述運(yùn)放的反相輸入端經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻R14與所述放大電路的輸出端相連，電阻R15和電解電容C11并聯(lián)后一端接地，另一端也連接到運(yùn)放LM379的反相輸入端，所述運(yùn)放U4B的同相輸入端經(jīng)過(guò)電阻R20與工作電源VCC相連，還同時(shí)依次經(jīng)過(guò)電阻R2可變電阻R26接地，所述可變電阻R26的滑動(dòng)端也接地，通過(guò)調(diào)節(jié)所述可變電阻R26的阻值大小，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)比較電路中基準(zhǔn)電壓的調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)設(shè)定的檢測(cè)距離和檢測(cè)電壓。同時(shí)通過(guò)電阻R1R15和電容C11將放大后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成成比例反映強(qiáng)電場(chǎng)信號(hào)的直流信號(hào)。經(jīng)過(guò)上述比較電路比較的信號(hào)，就可以判斷出所采集信號(hào)處的設(shè)備電壓是否過(guò)高，從而部分實(shí)現(xiàn)非接觸高電壓的檢測(cè)。判斷的結(jié)果，將輸入報(bào)警控制電路，提示操作人員，從而完成完整的電壓檢測(cè)。 報(bào)警控制電路經(jīng)過(guò)上述比較電路，對(duì)采集信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，從而判斷出所測(cè)的高壓是否高于基準(zhǔn)電壓，檢測(cè)出設(shè)備是否帶有高壓，是否會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)。當(dāng)所測(cè)電壓確實(shí)過(guò)高，電路必須立即報(bào)警，提示操作員電壓安全情況，避免事故的發(fā)生。因此在比較電路后必須接有一個(gè)報(bào)警控制電路，對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行反應(yīng)。 在本設(shè)計(jì)中，所設(shè)計(jì)的報(bào)警控制電路部分，： 報(bào)警控制電路圖 該報(bào)警電路中，包括一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管Q一個(gè)繼電器K續(xù)流二極管D電解電容C12及其它元件。在上述的比較電路的輸出端依次經(jīng)過(guò)一個(gè)正相連接的二極管D電阻R16后與所述場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極，一個(gè)電阻R22和電解電容C12并聯(lián)后一端與所述場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極連接，另一端接地，其中電解電容C12的負(fù)極端接地，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q1的源極也接地，漏極經(jīng)過(guò)所述繼電器K1的線圈后與工作