模拟电子技术 课件 36 简易电力线探测仪设计

模拟电子技术梁长垠教授综合项目设计与测试—简易电力线探测仪梁长垠教授测量方案设计选型01放大滤波电路设计02精密整流电路设计03报警显示电路设计04一、测量方案设计选型1.任务描述该任务来自于2013年全国大学生电子设计大赛（高职高专组K题）项目，要求设计并制作一种220V、60W白炽灯（11W节能灯探测功能未列入）照明线路探测仪，能在5mm厚度的五合板正面探测出背面照明电缆的位置走向，并要求探测到带电电缆时蜂鸣器报警或发光二极管指示。电缆位置的布线如图所示。电缆一端与交流电源220V插座相连，另一端连接大螺口（E27）灯座，灯座拧入60W白炽灯，灯的亮灭由开关控制。电缆以图钉侧边压扣或胶带粘贴的方式布设，布线可在7X7方格组成的区域内根据需要任意调整。一、测量方案设计选型2.任务分析对220V、60W白炽灯的照明线路，其信号辐射形式为交变的电磁场，信号的类型是50Hz正弦交流信号，信号幅度非常小，属于微伏级信号。本项目的主要任务是首先要探测导照明线路的辐射信号，其次，将探测到的电力线辐射信号经过滤波、放大等处理，最后通过声光报警电路驱动点亮发光二极管或驱动蜂鸣器发出报警声响。3.方案设计对照明线路辐射的交变电磁场信号的检测方法有以下几种：（1）测量交变的电场：用电容测量感应电荷在电阻上的感应电压。（2）测交变磁场：用电感元件测量或用霍尔元件测量其感应电压。（3）测交变电磁场：用电感测量感应电压或用收音机模块测量感应电压。综合分析，本项目采用电感元件作传感器检测照明线路上的感应电压。一、测量方案设计选型4.系统框图利用电感作为传感器检测照明线路辐射的50Hz正弦信号，由于该辐射信号非常小，易受干扰，因此后级需采用两级低通放大电路(增益至少为80dB)对信号进行放大处理。放大以后的信号再经过精密整流电路得到正极性信号，与基准电压通过比较器进行比较后得到整形的脉冲波形，送发光二极管指示电路与蜂鸣器报警电路。测量方案设计选型01放大滤波电路设计02精密整流电路设计03报警显示电路设计04二、放大滤波电路设计1.反相比例放大与低通滤波电路设计（1）反相比例放大与低通滤波电路设计图示为反相比例放大电路，电压放大倍数为-100倍（40dB）。由于传感器检测到的照明线路辐射信号为50Hz正弦信号，为防止干扰，在反馈电阻两端并联103电容实现低通滤波作用。该滤波器的通带截止频率为

由于来自传感器的电力线辐射信号非常小，至少需要两级放大器。在本系统中，由反相比例放大电路与同相比例放大电路级联完成对传感器检测的照明线路辐射信号放大任务。二、单元电路设计调试2.同相比例放大与低通滤波电路设计（1）同相比例放大与低通滤波电路设计本系统的第二级放大电路采用同相比例运算放大器。与反相比例低通滤波器电路分析类似，在反馈电阻两端仍需要并联103电容实现低通滤波功能，电路参数如图所示。测量方案设计选型01放大滤波电路设计02精密整流电路设计03报警显示电路设计04三、精密整流电路设计1.精密整流电路设计经两级放大器放大后的信号虽然具有了一定的信号幅度（信号幅度大小取决于电力线检测用工字电感的电感量大小，如果信号幅度不够可适当增大单级放大器或两级放大器的放大倍数），但该信号仍是50Hz的交流信号。为使交流电压信号变换成具有一定直流分量的电压信号，本系统中材料了精密全波整流电路。三、精密整流电路设计2.精密整流电路工作原理即：若输入信号为正半周交流信号，则输出端将得到与输入信号系统幅度、相同相位的正半周信号；若输入信号为负半周交流信号，则输出端将得到与输入信号幅度相同、相位相反的信号。当Vi>0时，D1截止，D2导通，A1为反相比例放大电路，A2为反相加法电路，此时当Vi<0时，D1导通，D2截止，V01=0，V0=-Vi测量方案设计选型01放大滤波电路设计02精密整流电路设计03报警显示电路设计04四、显示报警电路设计1.显示报警电路设计本系统的声光报警电路单限比较器来实现。利用发光二极管指示与蜂鸣器报警。2.显示报警电路原理经精密整流电路输出的全波整流信号接到比较器的反相输入端，在比较器的同相端接入基准电压（由电源电压经电位器分压得到）。当精密整流电路输出信