电工量计及检测技术+第六章课件.ppt
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- 电工 量计 检测 技术 第六 课件
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1、第六章第六章 检测技术检测技术1.检测电路中常用元器件基础检测电路中常用元器件基础1.1 电阻(电阻(R)电容)电容(C)电感电感(L)及其在检测电路中的应用及其在检测电路中的应用电电 阻阻(1 1)类)类 型型 按阻值按阻值 固定电阻、固定电阻、可变电阻可变电阻 按材料按材料 按用途按用途 高压电阻、无感电阻、功率电阻、光敏电阻高压电阻、无感电阻、功率电阻、光敏电阻碳膜电阻碳膜电阻:价格便宜价格便宜,精度低(精度低(5%20%),适用温度低(适用温度低(40)金属膜电阻金属膜电阻:价格适中价格适中,精度一般(精度一般(5%5%10%10%)适用温度较高(适用温度较高(7070)金属氧化膜电阻
2、金属氧化膜电阻:价格适中价格适中,精度一般(精度一般(5%10%)适用温度高适用温度高(200)线绕电阻线绕电阻:价格较高,精度高价格较高,精度高(0.005%),温度特性好。但频率特性差。温度特性好。但频率特性差。按安装按安装 贴片电阻贴片电阻电电 阻阻(2 2)主要参数)主要参数标称阻值,额定功率,分布参数,精度,温度系数等.(3 3)等效电路)等效电路(4 4)应)应 用用C图 6.1 电阻的等效电路R0L Z=(R0+ZL)/ZC ZL=jL,ZC=1/jC(5 5)注意事项)注意事项 分压;分压;取样;取样;限流;限流;均压、均流;均压、均流;泄放;泄放;吸收吸收 应根据具体应用场合
3、,选择合适的电阻,注意分布参数的影响.“热噪声”对微弱信号检测的影响.电阻上实际消耗的平均功率,应小于其额定功率的确1/2.电电 容容(1 1)类)类 型型 按使用材料按使用材料 按用途按用途高压电容高压电容脉冲电容脉冲电容储能电容储能电容瓷片、云母、玻璃膜、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、涤纶、聚碳酸脂、瓷片、云母、玻璃膜、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、涤纶、聚碳酸脂、漆膜、纸介、混合纸介、铝、钽、铌、钛漆膜、纸介、混合纸介、铝、钽、铌、钛 按结构按结构电解电容电解电容非电解电容非电解电容可变电容可变电容 按安装按安装电电 容容(2 2)主要参数)主要参数(3 3)等效电路)等效电路(4 4)应)应 用用(5
4、 5)注意事项)注意事项电容量,额定电压,工作温度,分布参数,精度等.RLC图 6.3 电容的等效电路RLESRESR极板、引线及它们之间的接触电阻 Z0f 图 6.4 储能;滤波;隔直;耦合;吸收;定时 连接时注意极性;使用时不能超过额定电压;电解电容一般不能用于快充快放,只能在额定纹波下使用;温度、频率对电容特性的影响.例:例:555定时器定时器 充电时间:T1=0.693(R2+R3)C1放电时间:T2=0.693R3C1定时周期:T=T1+T2=0.693(R2+2R3)C1 例:例:CD4060(14位二进制串行计数位二进制串行计数/分频器和振荡器)分频器和振荡器)14级分频器RSR
5、TCT91011图 6.8TT2.21CRf 电电 感感(2 2)主要参数)主要参数(3 3)等效电路)等效电路(4 4)应)应 用用(5 5)注意事项)注意事项(1 1)类)类 型型空芯电感、铁芯电感、可调电感、固定电感、滤波电感、调谐电感.电感量,直流电阻,额定电流,分布参数等.LCP图 6.5 电感的等效电路RWRTRT 磁芯损耗引起的等效并联电阻 滤波;限流;储能;调谐等.防止饱和.L与C往往共同存在,易在电路中形成振荡.注意电感瞬变的危险.振荡振荡过冲过冲ViVoC1C2R1R2高频电压的测量示波器二极管二极管(1 1)类型)类型功率二极管、检波二极管、整流二极管、稳压二极管开关二极
6、管、阻尼二极管、发光二极管、光电二极管恒流二极管、热敏二极管、光敏二极管、磁敏二极管 1.2 二极管二极管(D)三极管三极管(T)及其在检测电路中的应用及其在检测电路中的应用(2 2)主要参数)主要参数 C bPN结的结电容额定电压、额定电流截止频率RSPN结的体电阻结压降正向直流电阻RD反向击穿电压VBR最高反向工作电压VRM最大反向电流IBR最大整流电流IMbScCRf21(3 3)应)应 用用二极管二极管(4 4)注意事项)注意事项 整流;隔离;箝位、限幅;构成门电路;其它 额定参数 频率特性(1 1)类型)类型三极管三极管 普通三极管、大功率三极管GTR、场效应管FET、绝缘栅双极晶体
7、管IGBT (2 2)主要参数)主要参数(3 3)应)应 用用三极管三极管(4 4)注意事项)注意事项 驱动条件 额定电压、额定电流 允许功耗、工作温度 放大倍数 饱和管压降 电流放大(功率放大)各种开关 选择参数必须留有一定的余量 驱动条件 散热和保护(1 1)类型)类型 通用型通用型:LM741、LM358 高精度型:高精度型:725、TLE2141 高速型:高速型:TL082 低功耗型:低功耗型:TLC2252、TLV2211 单电源型:单电源型:LM358 双电源型:双电源型:LM741、OP07 高压型、功率型高压型、功率型 1.3 运算放大器及其在检测电路中的应用运算放大器及其在检
8、测电路中的应用(2 2)主要参数)主要参数 电源指标(单、双,范围,静态功耗)电源指标(单、双,范围,静态功耗)转换速率(转换速率(V/s)、频带宽度)、频带宽度 电压增益、电压增益、CMRR 工作环境工作环境 输入失调电流、输入失调电压输入失调电流、输入失调电压(3 3)理想运算放大器基本特性)理想运算放大器基本特性 开环电压增益开环电压增益A A0 0无穷大无穷大“虚短虚短”输入阻抗无穷大:输入阻抗无穷大:“虚断虚断”输出阻抗为零输出阻抗为零 输出电压与输出端连接的电阻阻值大小无关输出电压与输出端连接的电阻阻值大小无关(4 4)基本概念)基本概念 电压增益电压增益“开环电压增益开环电压增益
9、 A0”(差模开环电压增益)(差模开环电压增益)“共模电压增益共模电压增益 AC”差模输入电压差模输入电压 共模输入电压共模输入电压运放输出电压运放输出电压iidifUUU2/)(iicomUUUcomcdifcdUAUAUUU0000(4 4)基本概念)基本概念 共模抑制比共模抑制比cAA/CMRR0)/lg(20CMRR(dB)0cAA)CMRR/(00comdifUUAU)(000iidifUUAUAU输入失调电压输入失调电压 输入失调电流、输入偏置电流、输入失调电压输入失调电流、输入偏置电流、输入失调电压 输入失调电流输入失调电流 输入偏置电流输入偏置电流IOS=IB1-IB2IOS=
10、(IB1+IB2)/2Vin(Vo=0)(5 5)应用)应用 信号放大、信号比较信号放大、信号比较 各种运算(加法器、减法器、乘法器、除法器各种运算(加法器、减法器、乘法器、除法器)微分电路、积分电路微分电路、积分电路 各种信号变换电路、检测电路各种信号变换电路、检测电路 波形(信号)发生器波形(信号)发生器(6)注意事项注意事项 输入信号范围不应超出电源电压输入信号范围不应超出电源电压 采取适当的保护措施采取适当的保护措施 根据不同应用场合,选择合适的运放根据不同应用场合,选择合适的运放 通常只能作为信号放大或变换,不能用于功率驱动通常只能作为信号放大或变换,不能用于功率驱动 要求对信号放大
11、倍数较大时,通常采用多级放大的方案要求对信号放大倍数较大时,通常采用多级放大的方案 稳压源、稳流源稳压源、稳流源 清楚理想运算放大器与实际运算放大器特性的区别清楚理想运算放大器与实际运算放大器特性的区别 基本应用基本应用1 反相电压放大器反相电压放大器 Z i=R1,Z0=R f 输入阻抗较低,输入阻抗较低,输出阻抗不为零输出阻抗不为零 110VRRUf A=R f/R1 闭环放大倍数较低闭环放大倍数较低 电阻元件的选择电阻元件的选择:R1:1 k几十几十k R f:1 k1000 k R2=R1/R f R1、R f的上限主要受运放输入失调电流的限制;的上限主要受运放输入失调电流的限制;R1
12、的下限受输入信号源的限制(闭环放大倍数有限);的下限受输入信号源的限制(闭环放大倍数有限);R f为运放的负载,受其允许负载的限制为运放的负载,受其允许负载的限制.T 形反馈网络比例电路形反馈网络比例电路 可同时获得高输入阻抗和高闭环增益可同时获得高输入阻抗和高闭环增益)(4132132RRRRRRRAc R1=R2=R3=100k,R4=1.02k AC=-100 闭环增益闭环增益:基本应用基本应用2电压跟随器电压跟随器 图6.16 电压跟随器+-特特 点点:是一种单位增益的同相放大器;Zi很大,Z0很小(对信号源影响小,输出受负载影响小).用用 途途:常作为缓冲隔离器(级)串接在输入信号与
13、负载(电路)之间,以消除电路间的相互影响,提高驱动能力.基本应用基本应用3积分器积分器 用用 途途:检出运放的直流输出成分,补偿前置放大器的直流失调电压,使其直流输出成分为0。特特 点点:对没有直流成分的AC信号进行无限积分时结果为0;直流成分被积分器放大.+-RC输入输出(a)反转积分器+-RC输入输出(b)非反转积分器RCf0dB=1/(2RC)fA(dB)开环直流增益0dB(c)增益-频率特性+-+-R3C1R4R1R2OPOPR5VAC积分器应用消除运放直流失调电压消除运放直流失调电压光电耦合器 是发光器件发光器件和和光敏器件光敏器件的结合体.实现以“光”为媒介的电信号传输:“电电光光
14、电电”密封成一体密封成一体(1 1)结)结 构构1.4 光电耦合器及其在检测电路中的应用光电耦合器及其在检测电路中的应用 光敏二极管型光敏二极管型 光敏三极管型光敏三极管型 光敏达林顿型(光敏三极管光敏达林顿型(光敏三极管 +NPN+NPN三极管)三极管)光敏可控硅型光敏可控硅型(2 2)类)类 型型(3 3)特点)特点 输出与输入之间电绝缘输出与输入之间电绝缘 体积小、寿命长,无触点、耐冲击体积小、寿命长,无触点、耐冲击 容易与逻辑电路连接容易与逻辑电路连接 响应速度快响应速度快 单向信号传输,抗干扰能力强单向信号传输,抗干扰能力强(4 4)主要参数)主要参数 工作速度工作速度(nsnsss
15、):):222RCtD 隔离电压隔离电压利用其通断特性和可控阻抗变换特性,在各电路中可实现:a.开关电路开关电路 b.逻辑电路逻辑电路 c.组成隔离耦合电路组成隔离耦合电路 d.稳压电路稳压电路 e.自动控制电路自动控制电路(5 5)应用)应用124512VVCC5003.9kV0VCC(V)01.11.52.02.5VO(V)00.515.8011.6011.754N25VCC(V)01.11.52.04.0VO(V)00.050.633.2011.72P521(5 5)应用)应用(5 5)应用)应用A/D微机VHVCCR1R2图6.21 光耦在隔离采样电路中的应用(5 5)应用)应用-+V
16、CCJVCCT1R1R2R3OPVREFVIN图6.22 光耦在保护电路中的应用电电压压窃窃电电方方式式判判断断(6 6)注意事项注意事项 隔离电压 工作速度 使用方法光耦的“线性”与“非线性”JD1D2R1R2T1RP5VG1光电二极管、光电三极管光电二极管、光电三极管 gfedcbaDPabcdefgDPCOM共阳极(3)降额使用元器件;1.5元器件的选用原则元器件的选用原则(1)满足性能要求;(2)满足可靠性要求;常用元器件的降额系数常用元器件的降额系数器件种类分立半导体器件集成电路 电阻电容 电感继电器降额系数0.500.500.700.200.600.700.600.40注:电阻为功
17、率降额,电容为电压降额,晶体管和集成电路为功率、电流、电压降额,继电器为电流降额.(4)选用经实践检验证明性能优良的定型元件;定型元件;(5)在满足性能要求的前提下,尽量减少元件品种、型号;(6)尽量选用符合国家标准或部颁标准的器件;(7)在满足性能和可靠性要求的条件下,尽量选用廉价的元器件。2.典型电路及实例分析典型电路及实例分析2.6 差动电压放大器2.4 迟滞比较器2.5 窗口比较器2.2 电路端子2.3 电桥(应变电桥)应变电桥)2.1 传感器的“前置放大器”(1)电压输入型传感器的“前置放大器”为了提高传感器输入到前置放大器的效率,必须使ZIN比ZS大很多.VS=VSZIN/(ZS+
18、ZIN)ZSZIN时,时,ISIS电流输出型传感器与前置放大器的连接电流输出型传感器与前置放大器的连接ZSZINISISISrZ0V0传感器传感器IS(2)电流输入型传感器的“前置放大器”适宜作电流输入型前置放大器的电路适宜作电流输入型前置放大器的电路电流输入放大器电流输入放大器-+R2RCR1V0IS(a)利用输入电阻RC将电流变换为电压后放大V0=ISRC(R1+R2)/R1ZINRC+-RCV0IS(b)基于负反馈的电流输入放大器V0=-ISRC;ZINRC/(1+A)(2)电流输入型传感器的“前置放大器”图6.30 测量01A的CT用电流输入放大器R1=6.8k,R2=100,R3=1
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