电工量计检测电路PPT课件

1、1. 常用元器件基础电电 阻阻（1 1）类 型第1页/共96页1. 常用元器件基础（2 2）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C 电阻的等效电路R0L Z = （R0+ZL）/ZC ZL= jL ， ZC =1/jC第2页/共96页1. 常用元器件基础（4 4）应 用（5 5）注意事项 分压、取样； 限流； 均压、均流； 泄放、 吸收. 应根据具体应用场合，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.第3页/共96页1. 常用元器件基础电电 容容 按用途按用途高压电容、脉

2、冲电容、储能电容高压电容、脉冲电容、储能电容 按结构按结构电解电容、非电解电容电解电容、非电解电容可变电容可变电容 按安装按安装 按使用材料按使用材料瓷片、云母、聚四氟乙烯、涤纶、聚碳酸脂、纸介、钽、钛（1 1）类 型第4页/共96页1. 常用元器件基础（2 2）主要参数电容量，额定电压，工作温度，分布参数（等效串联电阻ESR、等效电感 ），品质因素Q、精度（3 3）等效电路RLC电容的等效电路电容的等效电路RLESRESR极板、引线及它们之间的接触电阻 Z0f第5页/共96页1. 常用元器件基础（4 4）应 用（5 5）注意事项 储能； 滤波； 隔直； 耦合； 吸收； 定时. 连接时注意极性

3、； 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.第6页/共96页1. 常用元器件基础 555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 第7页/共96页1. 常用元器件基础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级分频器级分频器RSRTCT91011TT2.21CRf 第8页/共96页1. 常用元器件基础电电 感感（1 1）类 型空芯电感、铁芯电感 、可调电感 、固定电感、滤波电感

4、、调谐电感. 第9页/共96页1. 常用元器件基础（2 2）主要参数电感量，直流电阻，额定电流，分布参数，品质因素Q等. （3 3）等效电路电感的等效电路RTLCPRWRT - 磁芯损耗引起的等效并联电阻 CP - 绕组的分布电容 RW - 由于绕线和端子引起的串联电阻 L - 器件的理想电感 P021LCf固有谐振频率第10页/共96页1. 常用元器件基础（4 4）应 用（5 5）注意事项 滤波； 限流； 储能； 调谐. 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.第11页/共96页1. 常用元器件基础振荡振荡过冲过冲 电阻分布参数的影响电阻分布参数的影响第12

5、页/共96页1. 常用元器件基础1.2 二极管、三极管及其应用二极管（1 1）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 第13页/共96页1. 常用元器件基础（2 2）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 用（4 4）注意事项 整流； 隔离； 箝位、限幅； 逻辑电路； LEDLED使用. . 额定参数; 频率特性.第14页/共96页1.

6、 常用元器件基础三极管（1 1）类型普通三极管、大功率三极管GTR、场效应管FET、绝缘栅双极晶体管IGBT第15页/共96页1. 常用元器件基础三极管（2 2）主要参数（3 3）应 用（4 4）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 散热和保护第16页/共96页1. 常用元器件基础1.3 运算放大器及其应用（1 1）主要参数 电源指标（单、双，范围，静态功耗） 转换速率（V/s）、频带宽度 电压增益 工作环境 输入偏置电流、输入失调电流、输入失调电压 CMRR

7、功耗（静态和动态）. 第17页/共96页1. 常用元器件基础（2 2）类型 通用型: LM741、LM358 高精度型：725、TLE2141 高速型：TL082 低功耗型：TLC2252、TLV2211 单电源型：LM358 双电源型：LM741、OP07根据运放结构和功能（用途） 差动电压放大器、功率放大器、仪表放大器、对数放大器、隔离放大器、高压放大器第18页/共96页1. 常用元器件基础（3 3）理想运算放大器基本特性 开环电压增益A Ad d无穷大“虚短” 输入阻抗无穷大“虚断” 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（4 4）基本概念 电压增益 “开环电压增益 Ad

8、”（差模开环电压增益）和“共模电压增益 AC ”差模输入电压 共模输入电压运放输出电压iidifUUU2/ )(iicomUUUcomcdifdocod0UAUAUUU 带宽带宽 fWB=第19页/共96页1. 常用元器件基础（4 4）基本概念 共模抑制比cdAA /CMRR )/lg(20CMRR(dB)cdAA)CMRR/(0comdifdUUAU)(0iiddifdUUAUAU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IOS=IB1-IB2 （Uin=0） IOS=(IB1+IB2)/2 （Uin=0） Uin （Uo=0）第20页/共96页1.

9、常用元器件基础（5 5）应用 信号放大 各种运算（加法器、减法器、乘法器、除法器) 微分电路、积分电路 各种信号变换电路、检测电路 波形（信号）发生器 稳压源、稳流源 信号比较 有源滤波器第21页/共96页1. 常用元器件基础（6）注意事项 输入信号范围不应超出电源电压 采取适当的保护措施 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 要求对信号放大倍数较大时，通常采用多级放大的方案 清楚理想运算放大器与实际运算放大器特性的区别 第22页/共96页1. 常用元器件基础1.4光电器件及其应用光电耦合器光电耦合器 是发光器件和光敏器件的结合体.（1 1）结 构第2

10、3页/共96页1. 常用元器件基础（2 2）类 型 光敏二极管型 光敏三极管型 光敏达林顿型 光敏可控硅型第24页/共96页1. 常用元器件基础（3 3）特 点 输出与输入之间电绝缘 体积小、寿命长，无触点、耐冲击 容易与逻辑电路连接 响应速度快 单向信号传输，抗干扰能力强（4 4）主要参数 工作速度（bit/sbit/s） 隔离电压 电流传输比 CTR=Ic/IF100%，10% 1000%222RCtD第25页/共96页1. 常用元器件基础（5 5）应 用利用其通断特性和可控阻抗变换特性利用其通断特性和可控阻抗变换特性a. 开关电路b. 逻辑电路c. 采样电路d. 自动控制e. 电源VCC

11、(V)01.11.52.02.5VO(V)00.515.8011.6011.754N25VCC(V)01.11.52.04.0VO(V)00.050.633.2011.72P521124512VVCC5003.9kV0第26页/共96页1. 常用元器件基础（6 6）注意事项 隔离电压 工作速度 使用方法和参数选取使用方法和参数选取 光耦的“线性”与“非线性”第27页/共96页1. 常用元器件基础光电二极管和光电三极管JD1D2R1R2T1RP5VG1Ie( (mA) )Ee(lx)(lx)第28页/共96页1. 常用元器件基础1.5 基准源器件及其应用固定式 LM336-2.5,LM336-5

12、.0可调式 TL431第29页/共96页1. 常用元器件基础1.6 数字显示器件及其应用（1）类型）类型LED数码管、荧光数码管、液晶数码管数码管、荧光数码管、液晶数码管.第30页/共96页1. 常用元器件基础1.6 数字显示器件及其应用gfedcbaDPabcdefgDPCOM共共阳极阳极第31页/共96页1. 常用元器件基础1.6 数字显示器件及其应用（2）驱动方式）驱动方式 静态驱动和动态驱动静态驱动和动态驱动 分立元件驱动和专用分立元件驱动和专用IC驱动驱动第32页/共96页1. 常用元器件基础（3）应用）应用第33页/共96页1. 常用元器件基础（3）应用）应用第34页/共96页1.

13、 常用元器件基础1.7 元器件的选用原则 降额使用元器件； 满足性能要求； 满足可靠性要求； 选用经实践检验证明性能优良的定型元件； 在满足性能要求的前提下，尽量减少元件品种、型号； 尽量选用符合国家标准或部颁标准的器件； 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。器件种类器件种类分立半导分立半导体器件体器件集成电路集成电路 电阻电阻电容电容 电感电感继电器继电器降额系数降额系数0.50.50.70.20.60.70.60.4常用元器件的降额系数第35页/共96页2.典型电路及实例分析典型电路及实例分析2.5差动电压放大器差动电压放大器2.4比较器比较器2.2匹配网络（电路端子）匹

14、配网络（电路端子）2.3测量电桥测量电桥2.1传感器的传感器的“前置放大器前置放大器”2.7信号变换电路信号变换电路2.6精密整流电路精密整流电路2.8实例分析实例分析第36页/共96页2.典型电路及实例分析典型电路及实例分析2.1 传感器的传感器的“前置放大器前置放大器”电压输入型传感器的电压输入型传感器的“前置放大器前置放大器”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+ZIN)ZSZIN时，时，ISISZSZINISISISrZ0V0传感器传感器IS第41页/共96页2.典型电路及实例分析典型电路及实例分析2.1 传感器的传感器的“前置放大器

15、前置放大器”电流输入型传感器的电流输入型传感器的“前置放大器前置放大器”（2）适宜作电流输入型前置放大器的电路 -+R2RCR1V0IS(a)利用利用RC将电流将电流变换为电压后放大变换为电压后放大V0=ISRC(R1+R2)/R1ZINRC+-RCV0IS(b)基于负反馈的电流基于负反馈的电流输入放大器输入放大器V0=-ISRC；ZINRC/(1+A)运运 放放（c ） CT法CTI第42页/共96页2.典型电路及实例分析典型电路及实例分析2.1 传感器的传感器的“前置放大器前置放大器”电流输入型传感器的电流输入型传感器的“前置放大器前置放大器”（3）使用电流输入型前置放大器的注意事项 使用

16、OP放大器的偏置电流要比检测的最小信号电流小得多； 由于输入电流全部流过反馈电阻 RC，所以输入电流的最大 值不能超过OP放大器的最大输出电流； 由于反馈电阻 RC 的值往往很大，负反馈会因放大器的输入电 容、输入电缆的电容以及传感器的输出电容等而变得不稳； 输入阻抗随反馈量而变化； 反馈量随信号源电阻的大小而变化； 实际安装时必须注意不要产生漏电流.第43页/共96页2.典型电路及实例分析典型电路及实例分析2.1 传感器的传感器的“前置放大器前置放大器”电流输入型传感器的电流输入型传感器的“前置放大器前置放大器” CT法测量测量01A的的CT用电流输入放大器用电流输入放大器R1=6.8k,R

17、2=100,R3=10kR4=1M,RW1=1k,C1=1FOP=TL082, D1=D2=UF007+-+-R2C1D1D2OP1输出：输出：10V/A1.39mAR3R4RW1OP1R1第44页/共96页运放基本应用运放基本应用1反相放大器反相放大器R3R1R2U0Ui+iURRU130外围电阻元件的选择R1: 1k100k R3: 1k几M R2=R1/R3特点Zi=R1，输入阻抗较低.Z0 =R3 A = R3/R1，闭环放大倍数较低.共模输入信号UC=0，对于运放的共模抑制比要求不高.第45页/共96页运放基本应用运放基本应用2同相放大器同相放大器R2R1U0Ui+iURRU)1 (

18、120 输入电阻很大，输出电阻很小， 可以认为 ri=，ro=0 ； 共模输入信号Uic=Ui，对运放的 共模抑制比要求较高。特点第46页/共96页47运放基本应用运放基本应用3电压跟随器电压跟随器 是一种单位增益的同相放大器； Z i很大，Z0很小； 常作为缓冲隔离器（级）串接在 输入信号与负载（电路）之间， 以消除电路间的相互影响，提高 驱动能力。 U0Ui+特点第47页/共96页运放基本应用运放基本应用4积分器（超级伺服电路）积分器（超级伺服电路）+-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

19、特性用 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 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. . 第48页/共96页运放基本应用运放基本应用4积分器（超级伺服电路）积分器（超级伺服电路）+-+-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第49页/共96页光耦基本应用光耦基本应用1 光电计数光电计数第50页/共96页光耦基本应用光耦基本应用2 信号隔离采样信号隔离采样A/D微机微机VHVCCR1R2 光耦在隔离采样电路中的应用光耦在隔离采样电路中的应用第51页/共96页窃

20、电方式窃电方式( (电压电压) )判断判断光耦基本应用光耦基本应用2 信号隔离采样信号隔离采样第52页/共96页光耦基本应用光耦基本应用3 自动控制自动控制-+VCCJVCCT1R1R2R3OPVREFVIN 光耦在保护电路中的应用光耦在保护电路中的应用第53页/共96页光耦基本应用光耦基本应用3 开关电源开关电源光耦在开关电源中的应用第54页/共96页1. 常用元器件基础 R、C构成的高压分压器构成的高压分压器ViVoC1C2R1R2高频电压的测量高频电压的测量示波器示波器问题：为使输入至示波器的信号不失真，图中问题：为使输入至示波器的信号不失真，图中R1、C1、 R2、C2应满足什么关系？

21、（注：忽略示波器的输入阻抗）应满足什么关系？（注：忽略示波器的输入阻抗）第55页/共96页562.4比较器比较器（1）常用比较器及其使用 用作比较器的器件 输出形式 比较器的使用 比较器的振荡问题 第56页/共96页572.4比较器比较器tVinVrefV0振荡振荡+-VrefVinV0比较器输出转换期间的振荡比较器输出转换期间的振荡第57页/共96页582.4比较器比较器第58页/共96页592.4比较器比较器AC220V+T1R1R2RtR4R5JT2温度控制电路温度控制电路VCC+-第59页/共96页2.4比较器比较器（2）迟滞比较器（） 1216 . 0RRRVVVVZCCZPV 0V

22、CC+-V+V-R1ViVXD1R3DZR2RWV0ViVPVZVCC设计公式：设计公式：第60页/共96页V 0VCC+-R1ViVXD1R3DZR2RWV0ViVPVZVCCZiVV0:CCVV0 时：时：PZiVVV:CCVV0 时：时：（高电平）1216 . 0RRRVVVVZCCZVVP，令 VV 时：时：PiiVVV:，00V（低电平低电平） ZPiVVV:ZVV VV00V时：时： ， ，（低电平低电平） ZiVV VVCCVV0 时：时： ，（高电平）（高电平）第61页/共96页2.4比较器比较器（3）窗口比较器第62页/共96页2.5差动电压放大器差动电压放大器R3R1R4R

23、2U0V1V2I1+- -（1）标准差动电压放大器第63页/共96页2.5差动电压放大器差动电压放大器（1）仪表放大器 电路组成 参数设计453210/ )(1RRRRRVVdifR4 / R5=R6 / R7)/21 (310RRVVdifR1= R2，R4 = R5=R6=R7第64页/共96页2.5差动电压放大器差动电压放大器 电路性能特点 高共模抑制比、高输入阻抗和低失调.第65页/共96页（1）问题提出）问题提出uiu02.6精密整流电路精密整流电路第66页/共96页（2）设计思想）设计思想2.6精密整流电路精密整流电路第67页/共96页2.6精密整流电路精密整流电路（3）半波精密整

24、流电路）半波精密整流电路第68页/共96页2.6精密整流电路精密整流电路（4）全波精密整流电路）全波精密整流电路第69页/共96页702.7信号变换电路信号变换电路（1）在信号传输线中，直流不受交流感应影响，易于解决 仪表的抗干扰问题；（2）直流不受传输线路的电感、电容及电荷性质的影响， 不存在相位偏移问题，使接线简化；（3）直流信号便于A/D转换. 统一标准信号采用直流信号的优点？第70页/共96页（1）电流电压变换（I/V）电路+EfRf8e0iiZieifRieo2.7信号变换电路信号变换电路第71页/共96页 I/V变换电路1A10A100A1mA F. S.全量程全量程输入端输入端+

25、1k5k5ke02e01Cf+15V- -15V输入保护电路输入保护电路+Cf+15V- -15V- -15V+15V5V5V950k 100k95k 10k9.5k 1k0.95k 0.1k10k3.3k3.3k100k Rf4558A71488防止振荡20k输出端输出端第72页/共96页73（2） V/I变换电路变换电路2.7信号变换电路信号变换电路（1）电压很容易受到干扰，而电流不易被干扰；（2）小电压信号不易远距离传送; （3）给一些小型传感器供电.在工业环境下常把传感器输出信号转换为电流信号 ？4-20mA第73页/共96页74（2） V/I变换电路变换电路2.7信号变换电路信号变换

26、电路 0-10mAV/I变换电路变换电路第74页/共96页752.7信号变换电路信号变换电路 4-20mAV/I变换电路变换电路（2） V/I变换电路变换电路第75页/共96页1510551RRRRIRRRUULSN44224230)(RRRURRRRRIUbLP)(3240bSUURRRI令 UN=UP 当 R1=R2, R4=R5时，有2.7信号变换电路信号变换电路第76页/共96页2.8实例分析实例分析（1）TL431应用应用交流稳压电源交流稳压电源（3）窗口比较器应用电压正常范围指示电路（4）差动放大器应用霍尔传感器的基础放大器（5）迟滞比较器应用光电式电流互感器的供电电源 （发明 Z

27、L03111514.4）（2）温度传感器应用）温度传感器应用热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿第77页/共96页2.8实例分析实例分析（1）TL431应用应用交流稳压电源交流稳压电源第78页/共96页2.8实例分析实例分析（2）温度传感器应用）温度传感器应用热电偶的冷端补偿之一热电偶的冷端补偿之一第79页/共96页2.8实例分析实例分析（2）温度传感器应用）温度传感器应用热电偶的冷端补偿之一热电偶的冷端补偿之一接入前的回路电势接入前的回路电势EAB(t,t1)= EAB(t,t0)- EAB(t1,t0)接入后的回路电势接入后的回路电势EAB(t,t0)- EAB(t1,t0)+e1其中，补偿电

28、压 e1=273.15R1+ R1t1(V)令，R1t1(V)= EAB(t1,t0)则，接入后的回路电势则，接入后的回路电势EAB(t,t0)+ 273.15R1第80页/共96页2.8实例分析实例分析（2）温度传感器应用）温度传感器应用热电偶的冷端补偿之二热电偶的冷端补偿之二如图，K型热电偶，将0500的温度转换为05V的电压信号。已知1对应热电偶输出电压40V，500对应输出电压20.64mV。求： 信号电路增益 AV； 描述电路个部 分作用； 如何实现热电 偶断线检测功 能的？为何要 求运放输入偏 置电流小？ 第81页/共96页（3）窗口比较器应用电压正常范围指示电路2.8实例分析实例

29、分析第82页/共96页2.8实例分析实例分析+-6V1234R1R1R2R251k51k2M2M326TL071VOUT标准差动放大器仪器放大器+-6V1234R1R2R2310k10k10k10k9108TL071VOUT+-+-21657100k100k5.1k（4）差动放大器应用霍尔传感器的基础放大器第83页/共96页2.8实例分析实例分析（5）迟滞比较器应用光电式电流互感器的供电电源 （发明 ZL03111514.4） 电流源电流源/电压源的一般方法电压源的一般方法第84页/共96页 电流源电流源/电压源的改进方法电压源的改进方法2.8实例分析实例分析第85页/共96页 电流源电流源/

30、电压源的改进方法电压源的改进方法2.8实例分析实例分析 电源的工作过程分析T2T1U2U1UinUinILIIgGT1由断态向通态过度时的GT1-1触发电流为Ig1维持GT1工作的GT1-1维持电流为Ig2GT1由通态向断态过度时的GT1-1截止电流为Ig3Ig3Ig2Ig1DW支路和GT1-2间形成的负反馈作用，使Uin在U1U2间波动第86页/共96页 当UinU2时 Q=C U ； Q=I t I T1=C （U2 - U1）+ IL T1 (b) 2.8实例分析实例分析第87页/共96页2.8实例分析实例分析 T2期间GT1-2导通，它以较大的导纳切入CT次级参与分流； T1期间GT1

31、-2截止，它的等效导纳近似于零，不参与分流T2/(T1+T2）= 1 (IL+Ig)/(I+Ig) 的物理意义T2/(T1+T2）相当于CT次级电流为I时的GT1-2等效导纳（平均）值或分流能力，它受控于CT的次级电流IT2T1U2U1Uin取GT1-2导通时的等效导纳或分流能力为1,则 T2/(T1+T2）的物理意义在于:UinIIgIL第88页/共96页固态继电器输出的电压波形2.8实例分析实例分析第89页/共96页2.8实例分析实例分析 电流源/电压源的改进方法第90页/共96页电源电源CT分分 流流 器器整流滤波整流滤波器器取样电路取样电路稳压器稳压器滤滤 波波 器器隔离驱动隔离驱动电

32、电 路路继电器继电器J1控制控制CT基准电压基准电压电电 路路迟迟 滞滞比较器比较器继电器继电器J1线线 圈圈高压高压母线母线OECT高压侧高压侧电电 路路驱动器驱动器电流电流/电压电压转转 换换 器器（2）基准电压基准电压电电 路路迟迟 滞滞比较器比较器J1-1J1-2（1）DC/DCV+V-电源电源CT变比变比控制单元控制单元电源变换电源变换与与稳压单元稳压单元cba一种光电式电流互感器的供电电源（发明 ZL03111514.4） 一种适应母线电流动态范围宽的光电式电流互感器供电电源. 中国电机工程学报, 2006, 26(19) :160-164 第91页/共96页本章小结（1）掌握元器件应着重 “类型-结构（等效电路）-主要参数-作用-典型应用- 使用注意事项”等几方面；（2）元器件是组