畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-金屬探測(cè)器的研究與設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-08-05 01:00本頁(yè)面
【正文】 圖 31 金屬探測(cè)器原理框圖 前置放大器 電壓電流變換器 電流頻率變換器 穩(wěn)壓電 源 欠壓報(bào) 警 ≥1 探頭 振蕩器 檢 波器 德州學(xué)院 2021 屆 電子信息工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 4 單元電路的設(shè)計(jì) 振蕩器 一 、 RC 文氏電橋振蕩電路原理 RC 文氏電橋振蕩器的電路如圖 41 所示， RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò)，由運(yùn)算放大器、 R3 和 R4 負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成放大電路。 C1R C2R R R4 正好構(gòu)成一個(gè)橋路，稱為文氏橋。 RC 串聯(lián)臂的阻抗用 Z1表示， RC 并聯(lián)臂的阻抗用 Z2表示。令公式 41 的虛部為 0，即可求出諧振頻率。 德州學(xué)院 2021 屆 電子信息工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 (a) 幅頻特性曲線 (b) 相頻特性曲線 圖 43 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性曲線 （ 4）反饋系數(shù) 當(dāng)滿足 R=R1 = R2， C=C1 = C2條件，且當(dāng) f=f0時(shí)的反饋系數(shù) 31. 0..??UUF f （ 45） 此時(shí)反饋系 數(shù)31. ?F 與頻率 f0的大小無關(guān)，此時(shí)的相角 ?F=0?。 根據(jù)振蕩條件丨 AF 丨＞ 1，在諧振時(shí)，放大電路的 電壓增益 應(yīng)該 Au=3。由于電路中存在噪聲，噪聲的頻譜分布很廣，其中也包括 f0及其附近一些頻率成分。為了保證這種微弱的信號(hào)，經(jīng)過放大通過 正反饋的選頻網(wǎng)絡(luò)，使輸出幅度愈來愈大，振蕩電路在起振時(shí)應(yīng)有比振蕩穩(wěn)定時(shí)更大一些的電壓增益，即丨 AF 丨＞ 1，所以 Au f＞ 3， 丨 AF 丨 ＞ 1 稱為起振條件。若 Au f始終大于 3，振蕩電路的輸出會(huì)不斷加大，最后受電路中非線性元件的限制，使振蕩幅度不再增加，但振蕩電路的輸出會(huì)產(chǎn)生失真。解決這個(gè)問題必須要 自動(dòng)地改變運(yùn)算放大器的增益，起振時(shí)，增益大于 3，起振后增益穩(wěn)定在 3。 R4是具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻，起振前其阻值較小，使 Au f＞ 3。若熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)，應(yīng)放置在 R3的位置。 振蕩電路的輸出波形經(jīng)電阻分壓后輸出 ； 當(dāng)未探測(cè)到金屬時(shí) ， 輸出 5v 左右的正弦波 ,當(dāng)探測(cè)到金屬時(shí) ， 電感量發(fā)生變化 ,致使 LC 選頻網(wǎng)絡(luò)失諧 ,其阻抗減小 ， 從而輸出波 德州學(xué)院 2021 屆 電子信息工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 形幅度減小 ， 產(chǎn)生一個(gè)電壓差。這種變化發(fā)生時(shí)，我們就認(rèn)為，探測(cè)到金屬了。其 LC 諧振頻率為 21k 左右 圖 47 LC 選頻網(wǎng)絡(luò) 二極管包絡(luò)檢波 電路 （ 1）原理電路及工作原理 圖 48 是二極管峰值包絡(luò)檢波器的原理電路。在該電路中一般要求輸入信號(hào)的幅度在 以上，所以二極管處于大信號(hào)工作狀態(tài)，又稱為大信號(hào)檢波電路。在理想情況下 ,RC 網(wǎng)絡(luò)的阻抗 Z 應(yīng)為 0)( 0??Z RZ ??)( (48) 圖 48 二極管峰值包絡(luò)檢波器 (a) 原理電路 (b)二極管導(dǎo)通 (c)二極管截止 （ 2）輸入電阻 iR 檢波器的輸入阻抗包括輸入電阻 iR及輸入電容 iC， 如圖 49 所示。由式 (49)， 有 )cossin( ??? ??? Di g (410) 當(dāng)DRg≥50 時(shí) ， θ 很小 ， sinθ≈θθ3/6， cosθ≈1θ2/2， 代入上式 ， 可得 RURU ci222m ? 2Ri?R (411) 德州學(xué)院 2021 屆 電子信息工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 49 檢波器的輸入阻抗 （ 3）檢波器的失真 1)惰性失真 在二極管截止期間 ， 電容 C 兩端電壓下降的速度取決于 RC 的時(shí)常數(shù)。從 1t時(shí)刻開始通過 R 放電的速度為 RC ttmRCttc etmURCeu 11 )c os1(1t 11???? ???????????? （ 413） 將上 2 個(gè)式代入可得 1c o s1 sin 11 ??? ?? tm tRCmA （ 414） 實(shí)際上 ， 不同的 1t，)t(U和u的下降速度不同 ， 為避免產(chǎn)生惰性失真 ， 必須保證 A 值最大時(shí) ， 仍有max≤1。 圖 410 前置放大電路 電壓電流 變換電路 N1+P1A1R0R1R2R3RLR4N2+P2GNDA2GNDUIUo1Uo2I0 圖 411 實(shí)用的電壓 電流轉(zhuǎn)換電路 上圖 411所示為實(shí)用的電壓 電流轉(zhuǎn)換電路。圖中 RRRRR ???? 4321， 因此經(jīng)分析推導(dǎo)可得 德州學(xué)院 2021 屆 電子信息工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 00i RuI? （ 416） 由于電路引入了負(fù)反饋， 1A構(gòu)成同相求和運(yùn)算電路， 2A構(gòu)成電壓跟隨器。 因此 22u po u? 2243 443 41 .. pIpIp uuuRR RuRR Ru ?????? （ 417） 2A構(gòu)成同相求和運(yùn)算電路，因此11121 21 ppo uuRRu ??????? ? ，代入上式得 Ipo uuu ?? 21 ，0上的電壓 IpoR uuuu ??? 210 所以 oIo Rui? (418) 實(shí)現(xiàn)電壓 電流轉(zhuǎn)換 圖 412 電壓 電流轉(zhuǎn)換 電路 電流 頻率變換電路 本設(shè)計(jì)的電流頻率轉(zhuǎn)換電路以 555 為核心組成，用于實(shí)現(xiàn) 電流和頻率的變換。當(dāng)輸入電流對(duì)1充電，沖到 2/3VDD 閥值電平時(shí)，則 555 復(fù)位，輸出低電平 [11]。周而復(fù)始，使輸入電流變換為振蕩頻率，電流越大則頻率越高。 圖 413 以 555 為核心組成的電流頻率轉(zhuǎn)換電路 直流電源欠電壓報(bào)警 當(dāng)電源電壓正常工作時(shí)，）（ ?? ? VVV ref所以 LM358 的 7 腳輸出低電平， NPN 三極管不通 ， 蜂鳴器不工作；當(dāng)輸入電壓in變小的 [1
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