.z."電機過載指示電路"課程設計任務書設計目的1．掌握儀表放大器的主要構造和設計方法。2．掌握精細半波整流電路的原理。3．掌握電壓比擬器的工作原理和設計方法。4．了解電路設計的過程，積累經歷。二、工作原理電機過載指示電路是一種簡易的檢測電流電路，是電機保護電路的一局部。當電機過載時，通過線圈的電流會急劇增大，因此通過判斷電流大小是判斷電機是否過載的重要方法。圖1電路框圖整個電路〔圖1〕包含儀表放大器〔差分放大電路〕、精細全波整流電路、電壓比擬器電路、整形〔含調整邏輯〕和顯示電路等四個模塊組成。其主要工作原理是：利用精細小電阻接入電路中，電流通過電阻時會在電阻兩端產生一定的電壓，用儀表放大器將該電壓按一定比例放大后輸出，由于電阻阻值和放大倍數是的，因而可以通過判斷輸出電壓大小，進而算出電流強度。采樣電阻R以串聯形式接入電機電路，由于串聯電路電流處處相等，因而通過采樣電阻R的電流也就是通過電機線圈的電流，即：圖2采樣電阻與電機的連接關系之所以加絕對值是因為直流電機根據所加電壓方向不同，可以有正、反兩種轉向，無論是正轉或反轉均存在過載的可能。從采樣電阻R所獲得的電壓非常微弱，要必須進展放大處理。放大的對象是R兩端電壓的差值，如此處需要使用差分放大電路，儀表放大電路就是一種常見的差分放大電路。精細全波整流的作用是將經過差分放大的信號進展絕對值處理，使其保持正數，以便后面的判斷電路進展判斷。電壓比擬器在系統中主要起判斷作用，即判斷輸出電壓是否為設定的正常值，并輸出給邏輯調整及整形電路〔一般由74HC14或74HC04組成，即非門〕整形成標準CMOS電平，如果工作正常，則綠色LED亮紅色LED滅，如果不正常，則相反。輸出信號此后可送單片機等再做其他處理。圖1儀表放大電路示意圖三、電路原理1.儀表放大器圖1所示為典型的儀表放大電路，其中U1和U2均為同相放大器，可對輸入信號進展同相放大，而U3是差分放大電路，被U1、U2放大的信號的共模局部在經過U3放大時受到了抑制，而其差模局部則被放大，由此可以實現對V2-V1值的放大。R14-R16是調節平衡用的電路。該放大電路在設計時經常將R1-R6設置為同樣阻值的電阻，其電壓增益為：因此前圖中的放大倍數為101倍，實際電路中，R7的位置一般用一個固定阻值電路和一個電位器代替，以滿足增益調節的需要。儀表放大電路需要在使用之前進展調節平衡和調節增益的操作，具體為：〔1〕將輸入端V1、V2相連并接地；〔2〕調節R16，使得放大電路輸出電壓為0。〔3〕將放大器接入電路，V2、V1均為實際值。調節R7位置上的電位器，使得輸出電壓到達預定值。2.精細半波整流圖2精細全波整流電路精細全波整流又稱絕對值電路〔圖2〕，它可以將輸入信號取絕對值后輸出。圖中的V1為電壓輸入端，電路可以將V1的電壓取絕對值后輸出〔"模擬電子技術根底"P456-457有類似電路〕。如圖中的例子，無論V1是2.2V還是-2.2V〔圖2所示案例〕，輸出結果都是2.2V。該電路適合用于直流或極低頻的情況。3.基準電源TL431是常用的基準電壓源，可以為電壓比擬器提供一個標準的電壓。使用基準源芯片，可以在電源電壓〔圖3中的Vcc〕有輕微波動的情況下，依然保持恒定輸出。圖3所示為TL431的兩種經典電路，萬用表的測點即為輸出端，左圖為固定輸出電路，右圖為輸出可變電路。在左圖中，TL431的輸出為其內部基準值〔理論值VREF為2.495V〕。右圖輸出值理論計算公式為：圖3電壓基準源一般情況下，IREF比擬小，可以忽略，TL431的輸出精度較高，一般與理論值的差距小于2%。基準源經常與電壓比擬器或模數〔ADC〕、數模〔DAC〕結合使用。四、實驗任務現有一小型單相直流電機，額定工作電壓為12V，工作電流為設定值〔見附表〕，線圈內阻約50歐姆，要求設計一個電機過載保護電路，當電流小于過載保護值時，判定為正常工作狀態，綠色LED點亮；當電流超過過載保護值時，紅色LED點亮。五、具體設計步驟1．合理選用采樣電阻，使得采樣電阻對線圈電流的影響小于3%，以免影響電機正常工作。2．根據采樣電阻的阻值和預設過載電流，計算儀表放大器的放大倍數，使得輸出電壓到達2.5V〔或其他數值A〕。根據放大倍數設計電路各元器件的參數。3．設計電壓比擬器的參數，使得輸入超過2.5V〔或其他數值A〕，電壓比擬器輸出高電平，當小于2.5V〔或其他數值A時〕，輸出低電平。4．對上下電平分別進展整形和邏輯處理，以灌電流方式驅動LED。注意74HC系列的芯片電源為5V，因此電壓比擬器的供電電壓應為5V。5．使用Multisim或proteus對電路進展仿真。六、器件選擇范圍〔缺乏局部自行外購〕1．三極管：2N3904。2．二極管：1N4007；1N4148。3．電阻：E24系列，碳膜電阻，1/4W，精度5%。阻值范圍為10-1M。4．電容：E6〔100pF—1000uF〕,電解電容耐壓25V、35V、50V。5．3296電位器：1K、2K、5K、10K、20K、50K、100K。6．集成運放：OP07、LM358、TL082、LM324七、工作內容1、設計并制作電路〔實物〕；2、用電源、電位器模擬電機的電流，當電流超過預設值，LED點亮。3、將測試結果記入下表：其中I為電流設計值，通過調節電位器使電流等于表中規定的預設值，同時測量放大器的輸出。序號電流預設值儀表放大器輸出值電流計算值相對誤差%10.2*I20.4*I30.6*I40.8*I5I61.2*I八、報告要求〔1〕設計完成的電路圖并仿真；〔