【正文】 機(jī)質(zhì)量，一般在直流 612V 之間。小交換機(jī) ， 直流電壓一般兩種， 24V或者 48V。振鈴和通話時(shí)差不多。 普通電 話機(jī)的振鈴信號(hào)其電壓有效值 90177。15 伏，周期為 25HZ。振鈴以 5S 為周期，其中 1S 通， 4S 斷。其波形 包絡(luò) 如圖 32 所示。 圖 32 振鈴 包絡(luò) 信號(hào) 檢測(cè)原理 振鈴信號(hào) 檢測(cè) 的基本原理是，首先通過(guò)整流橋進(jìn)行全波整流將交流信變?yōu)橹绷餍盘?hào)。再通過(guò)穩(wěn)壓濾波逐步將脈動(dòng)的直流信號(hào)變?yōu)槠交闹绷餍盘?hào)，然后通過(guò)光耦隔離輸出TTL 上升沿電平給觸發(fā)器，最后 由 觸發(fā)器輸出標(biāo)準(zhǔn)的上升沿電平給單片機(jī)， 由 單片機(jī)來(lái)對(duì)鈴聲信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) 。據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果來(lái)完成后續(xù)的控制 。其波形變化如圖 33 所示。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 23 圖 331 交流振鈴信號(hào) 圖 332 脈動(dòng)直流 振鈴信號(hào) 圖 333 穩(wěn)壓濾波 振鈴信號(hào) 圖 334 標(biāo)準(zhǔn)高低電平 圖 33 波形變化 整流模塊 由于振鈴信號(hào)是一個(gè)斷續(xù)的交流信號(hào)，所以檢測(cè)之前需要借助整流 電路 來(lái)將交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)，然后交由下級(jí)電路去處理。而整流就是把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^(guò)程。利用具有單向?qū)щ娦缘钠骷梢园逊较蚝痛笮〗蛔兊?交流電 變換為直流電。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 24 半波整流 如圖 34 是一種最簡(jiǎn)單的整流電路。它由電源變壓器 B、整流二極管 D 和負(fù)載 Rfz組成。變壓器把市井電壓 (多為 220V)變換為所需要的電壓 e2， D 再把交流電變換成為脈動(dòng)的直流電。 圖 34 半波整流 電路 變壓器次級(jí)電壓 e2，是一個(gè)方向和大小都隨時(shí)間變化的正弦波電壓，它的波形如圖351 所示。在 0~π時(shí)間內(nèi) ,e2 為正半周期即變壓器上端 為 正下 為 端負(fù)。此時(shí)二極管 所 承受正向電壓面導(dǎo)通， e2 通過(guò)它加在負(fù)載電阻 Rfz 上，在 π~2π時(shí)間內(nèi)， e2 為負(fù)半周，變壓器次級(jí) 上 端正下端負(fù)。這時(shí) D 承受反向電壓不導(dǎo)通， Rfz 上無(wú)電壓。在 2π~3π時(shí)間內(nèi)，重復(fù) 0~π時(shí)間內(nèi)的過(guò)程 ， 而在 3π~4π時(shí)間內(nèi) 又重復(fù) π~2π時(shí)間的過(guò)程。這樣反復(fù)下去，交流電的負(fù)半周就被去掉了，只有正半周通過(guò) Rfz，在 Rfz 上獲得了一個(gè)單一方向的電壓，如圖 352 所示， 從而 達(dá)到了整流的目的 。 但是 由于 負(fù)載電壓以及負(fù)載電流的大小還隨時(shí)間而變化，因此，通常稱它為脈動(dòng)直流 [7]。 圖 351 半波整流 前信號(hào) 圖 352 半波整流 后信號(hào) 圖 35 半波整流河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 25 全 波整流 如果把 半波 整流電路的結(jié)構(gòu)作一些調(diào)整，可以得到一種充分利用電能的全波整流電路。如圖 36 所示是全波整流電路的電路原理圖。對(duì)于全波整流電路可以看出是由兩個(gè)半波整流電路組合而成。變壓器次級(jí)線圈中間需要引出一個(gè)抽頭，把次組線圈分成兩個(gè)對(duì)稱的線組，從而引出大小相等但極性相反的兩個(gè)電壓 e2a、 e2b，構(gòu)成 e2a、 D Rfz與 e2b、 D2Rfz，兩個(gè)通路。 圖 36 全波整流電路 全波整流的原理，可以用 37 所示的波形圖來(lái)說(shuō)明，在 0~π時(shí)間內(nèi) ， e2a 對(duì) D1 為正向電壓， D1 導(dǎo)通，在 Rfz 上得到上正下負(fù)的電壓； e2b 對(duì) D2 為反向 電壓， D2 不導(dǎo)通，如圖 372 所示。在 π~2π 時(shí)間內(nèi) ， E2B 對(duì) D2 為正向電壓， D2 導(dǎo)通，在 Rfz 上仍然是上正下負(fù)的電壓； e2a 對(duì) D1 為反向電壓， D1 不導(dǎo)通，如圖 373 所示。如此反復(fù)，由于兩個(gè)整流元件 D D2 輪流導(dǎo)電，結(jié)果負(fù)載電阻 Rfz 上在正、負(fù)兩個(gè)半周作用期間，都有同一方向的電流通過(guò)，如圖 374 所示那樣， 因此稱為全波整流 [7]。 圖 371 全波整流前信號(hào) 圖 372 前半周期信號(hào) 圖 373 后半周期信號(hào) 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 26 圖 374 全波整流后信號(hào) 圖 37 全波整流 橋式 整流 全波整流還有一種形式稱為橋式整流， 橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。其電路如圖 38所示。 圖 38 橋式整流電路 橋式整流電路的工作原理如下 。 e2 為正半周時(shí)，對(duì) D D3 加正向電壓， D D3導(dǎo)通；對(duì) D D4 加反向電壓， D D4 截止。電路中構(gòu)成 e d Rfz、 D3 通電回路，在 Rfz 上形成上正下負(fù)飛半波整流電壓，如圖 391 所示。 e2 為負(fù)半周時(shí)，對(duì) D D4加正向電壓， D D4 導(dǎo)通；對(duì) D1， D3 加反向電壓， D D3 截止。電路中構(gòu)成 eD Rfz、 D4 通電回路，同樣在 Rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓，如圖 392所示。如此重復(fù)下去，結(jié)果在 Rfz 上得全波整流電壓。橋式電路中每只二極管所承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整流電路小一半。 圖 391 正半周期導(dǎo)通回路 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 27 圖 392 負(fù)半周期導(dǎo)通回路 圖 39 橋式整流導(dǎo)通回路 綜上所述，結(jié)合分析了半波整流、全波整流以及橋式整流的各自特性，最終本系統(tǒng)采用了橋式整流來(lái)對(duì)振鈴信號(hào)進(jìn)行整流。如圖 3101 所示是振鈴信號(hào)進(jìn)行整流的仿真原理圖，圖 3102 是仿真結(jié)果圖。 圖 3101 整流仿真圖 圖 3102 整流仿真結(jié)果圖 圖 310 橋式整流仿真 濾波模塊 振鈴信號(hào) 在 經(jīng)過(guò)整流橋 整流之后，方向單一 ，但是大小 (電流強(qiáng)度 )還是處在不斷變化之中。這種脈動(dòng)直流一般是不能直接給一些電子器件。要把脈動(dòng)的直流變成平滑的直河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 28 流，還需要做一 些 填平取齊的工作，這便是濾波。也就是說(shuō)濾波的任務(wù)就是把整流器輸出的電壓中脈動(dòng)成分盡可能的減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。而通常我們采用的是電容濾波。電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的倉(cāng)庫(kù)。在電路中，當(dāng)電壓加到電容器兩端 的 時(shí)候，便對(duì)電容器進(jìn)行充電，把電能存儲(chǔ)在電容器中；當(dāng)外加電壓失去 (或降低 )之后，電容器把存儲(chǔ)的電能再釋放出來(lái)。充電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近 電源 電壓；放電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越大 或 負(fù)載電阻值越大，充電 和 放電所需的時(shí)間 就 越長(zhǎng)。這種電容兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來(lái)承當(dāng)濾波的任務(wù) [8]。 如圖 311 是一個(gè)簡(jiǎn)單的濾波電路。 圖 311 濾波電路 在二極管導(dǎo)通期間， e2 向負(fù)載電阻 Rfz 提供電流的同時(shí)，向電容器 C 充電，一直充到最大值。 e2 達(dá)到最大值以后 逐漸下降；而電容器兩端的電壓不能突然變化，仍然保持較高電壓。這是， D 受反向電壓，不能導(dǎo)通，于是 Uc 便通過(guò)負(fù)載電阻 Rfz 放電。由于 C 和 Rfz 較大，放電速度很慢，在 e2 下降期間里，電容器 C 上的電壓降的差不多。當(dāng) e2 下一個(gè)周期來(lái)到并升高到大于 Uc 時(shí)，又再次對(duì)電容器充電。如此重復(fù)，電容器 C兩端 (即負(fù)載電阻 Rfz 兩端 )變保持了一個(gè)較平穩(wěn)的電壓，在波形圖上呈現(xiàn)出比較平滑的波形。如圖 3121 和 3122 分別示出了半波整流和全波整流 時(shí) 電容器濾波前后的輸出波形。 圖 3121 半波整流 濾波 輸出波形 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 29 圖 3122 全波整流 濾波 輸出波形 圖 312 整流 濾波 輸出波形 顯然，電容量越大，濾波效果越好，輸出波形 越 趨于平滑，輸出電壓也越高。但是電容量達(dá)到一定值以后，再加大電容量對(duì)提高濾波效果已無(wú)明顯效果。通常應(yīng)根據(jù)負(fù)載電阻和輸出電流的大小選擇最佳電容量。表 31 和表 32 中 列出了 濾波電容器容量和輸出 電流、電壓 的關(guān)系。電容器的耐壓值一般取 √2E2 的 倍。 表 31 濾波電容與電流的關(guān)系 輸出電流 2A左右 1A左右 10050mA 50mA以下 濾波電容 4000uf 2021uf 1000uf 500uf 200500uf 200uf 表 32 各電壓之間的關(guān)系 整流類型 輸入交流電壓 (有效值 ) 負(fù)載開(kāi)路時(shí)的 輸出電壓 帶負(fù)載時(shí)的 輸出電壓 每管承受的最大 反向電壓 半波整流 E2 √2E2 約 2√2E2 全波整流 E2+E2 √2E2 約 2√2E2 橋式整流 E3 √2E2 約 √2E2 在這個(gè)系統(tǒng)中也需要濾波電路來(lái)對(duì)整流橋輸出的脈動(dòng)直流進(jìn)行平滑濾波，如圖3131 和 3132 分別是濾波效果的仿真原理圖和仿真效果圖。 圖 3131 濾波仿真圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 30 圖 3132 濾波仿真結(jié)果 圖 313 濾波 電路 仿真 穩(wěn)壓模塊 在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，由于整流器輸出的電壓值很大，且交流電經(jīng)過(guò)整流變成直流電它的電壓時(shí)不穩(wěn)定的，供電電壓的變化或用電電流的變化都能引起電源電壓的波動(dòng)。要獲得穩(wěn)定不變的直流電 壓 ，還必須再增加穩(wěn)壓電路。而通常的穩(wěn)壓電力都是由穩(wěn)壓管構(gòu)成的。一般普通二極管都是正向?qū)ǚ聪蚪刂?。加在二極管上的反向電壓如果超過(guò)二極管是承受力，二極管就要被擊穿損壞。但是有一種二極管，它是正向特性與普通二極管相同，而反向特性比較特殊。當(dāng)反向電壓加到一定程度時(shí)，雖然管子呈現(xiàn)擊穿狀態(tài)，通過(guò)較大的電流，卻不損壞，并且這種現(xiàn)象的重復(fù)性很好。反過(guò)來(lái)看，只要管子處于擊穿狀態(tài)，盡管流過(guò)管子的電流變化很大，而管子的兩端的電壓卻變化極小，從而起到了穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管是利用反向擊穿區(qū)的穩(wěn)壓特性進(jìn)行工作的，因此穩(wěn)壓管在電路中要反向鏈接，穩(wěn)壓管 的 反向擊穿電壓 稱 成為穩(wěn)定電壓，不同類型的穩(wěn)壓管 的穩(wěn) 定電壓也是不一樣的，某一型號(hào)的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值固定在特定的范圍 [8]。 如圖 314 為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性曲線。 圖 314 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能的好壞，可以用它的動(dòng)態(tài)電阻來(lái)表示，其動(dòng)態(tài)電阻 等于 其兩端的電壓變化量與其兩端電流變化量的比值。顯然對(duì)于同樣的電流變化量，穩(wěn)壓管兩端的電壓變化量越小，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓管性能就越好。穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻是隨工作電流變化的，工作電流越大，動(dòng)態(tài)電阻越小。因此為使穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓 效果好，工作電流要選合適。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 31 工作電流選的大些，可以減小動(dòng)態(tài)電阻，但不能超過(guò)管子的最大允許電流 (或最大耗散功率 )。如圖 315 所示是由硅穩(wěn)壓管組成的簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路。 圖 315 穩(wěn)壓電路 當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，整流電路的輸出電壓 Usr 也隨之升高， 引起 負(fù)載電壓升高。由于穩(wěn)壓管 DW 與負(fù)載 Rfz 并聯(lián)， Usc 只要有很少的增長(zhǎng)，就會(huì)使流過(guò)穩(wěn)壓管的電流急劇增加，是的 I1 也增大，限流電阻 R1 上的電壓增大，從而抵消了 Usr 升高，保持負(fù)載電壓基本不變。反之，若電網(wǎng)電壓降低，引起 Usr 也下降，則穩(wěn)壓管中電流急劇減小，使得 I1 減小， R1 上的壓降也減小，從而抵消了 Usr 的下降，從而保持了負(fù)載電壓的基本不變。若 Usr 不變而負(fù)載 電流急劇增加，則 R1 上的壓降增加，造成負(fù)載電壓 Usr 下降。Usr 只要下降一點(diǎn)點(diǎn)，穩(wěn)壓管中的電流就迅速減小，使得 R1 上的壓降在減小下來(lái)，從而保持 R1 上的壓降基本不變，是負(fù)載電壓得以穩(wěn)定。綜上所述可以看出，穩(wěn)壓管起著電流自動(dòng)調(diào)劑作用，而限流電阻起著電壓調(diào)節(jié)作用。在這個(gè)系統(tǒng)中也需要穩(wěn)壓電路來(lái)對(duì)整流橋輸出的直流點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)壓，以降低回路電壓，以便得到一個(gè)穩(wěn)定的電壓輸出到下一級(jí)電路。如圖 3161 和 3162 分別是穩(wěn)壓電路的仿真原理圖和仿真效果圖。 圖 3161 穩(wěn)壓電路 仿真圖 圖 3162 穩(wěn)壓仿真結(jié)果 圖 316 穩(wěn)壓電路 仿真河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 32 光耦模塊 光電耦合器是以光為媒介把輸入端信號(hào)耦合到輸出端來(lái)傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器與受光器分裝在同一管殼內(nèi)，將它們的光路耦合在一起，當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了電 光 電的轉(zhuǎn)換。且輸入 端 輸出之間不供地，因此廣泛應(yīng)用與需要信號(hào)隔離的電路當(dāng)中。光電耦合器傳輸?shù)男盘?hào)可以是數(shù)字信號(hào)也可以是模擬信號(hào)，只是對(duì)器件的要求不同，故選擇應(yīng)針對(duì)輸入信號(hào)選擇相應(yīng)的光電耦合器。在振鈴信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)中由于整流穩(wěn)壓以后的信號(hào)還不是恒穩(wěn)的一個(gè)直流源，需要加入光電耦合器，使其能夠輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 電平給下級(jí)電路，當(dāng)有振鈴信號(hào)時(shí)，輸出高電平，當(dāng)沒(méi)有振鈴信號(hào)時(shí)，輸出一個(gè)低電平。以及考慮到對(duì)電話路中程控交換機(jī)等一些設(shè)備的保護(hù)，需要加入光耦將檢測(cè)回路與電話線路之間隔離開(kāi) [9]。本系統(tǒng) 光電耦合器采用的是 TIL117，其內(nèi)部原理圖如 圖 317 所示。 圖 317 TIL117 光耦在工作時(shí)有一些基本的參數(shù)，如圖 318 所示。原邊輸入信號(hào) Vin， 施加到發(fā)光二極管和 Ri 上產(chǎn)生光耦的輸入電流 If， If驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，使得副 邊 的光敏三極管導(dǎo)通，回路 VCC、 RL 產(chǎn)生 Ic， Ic 經(jīng)過(guò) RL