電子分檢儀課程設(shè)計(jì)正文

1、電阻分檢儀電路設(shè)計(jì) 摘 要 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，目前出現(xiàn)不少全新的儀器類型和測(cè)試系統(tǒng)體系， 各類分立電子元器件以及其所構(gòu)成的相關(guān)功能單元已逐漸被功能更強(qiáng)大，性能 更穩(wěn)定，使用更方便的集成電路所取代。本設(shè)計(jì)應(yīng)用橋式整流橋、三端穩(wěn)壓管、 LM324、或非門和發(fā)光二極管等器件來實(shí)現(xiàn)電阻分檢電路的設(shè)計(jì)。本裝置的設(shè)計(jì) 構(gòu)思巧妙，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制可靠、引腳數(shù)量少、使用方便，具有很高的控制 靈敏度，又不易產(chǎn)生誤動(dòng)作。在做一般控制時(shí)，不需另加控制電源，與外部設(shè) 備配合使用時(shí)，具有良好的隔離性，因而它具有很高的使用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：三端穩(wěn)壓管， LM324 ，或非門 目 錄 1 課題描述.1 2 方案設(shè)計(jì).1

2、 2.1 電源電路設(shè)計(jì).2 2.2 檢測(cè)電路設(shè)計(jì).3 2.3 顯示電路設(shè)計(jì).5 3 元件選擇.6 3.1 三端集成穩(wěn)壓器.6 3.2 LM324 四運(yùn)放集成芯片.6 3.3 四 2 輸入或非門芯片.7 總 結(jié).8 致 謝.9 參考文獻(xiàn).10 1 課題描述 如今工業(yè)化加速發(fā)展，許多產(chǎn)品得以大規(guī)模批量化生產(chǎn)。而與此同時(shí)，如 何快速高效地 對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)也成為受關(guān)注的問題。例如，生產(chǎn)的電阻范圍應(yīng)在 0.951.05 倍標(biāo)準(zhǔn)電阻為合格電阻，否則為不合格產(chǎn)品。本次設(shè)計(jì)電路是對(duì)電阻 進(jìn)行檢測(cè)，此電路可以直接接到 220V 上，電路內(nèi)部由電源部分，檢測(cè)部分， 顯示部分組成。其中電源部分主要是利用整流橋和三態(tài)穩(wěn)

3、壓管輸出+/-5V 直流 電壓，供檢測(cè)電路模塊工作電源。檢測(cè)部分只要選定門限電壓、測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)電 阻，由窗口比較器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行比較，這樣就可以準(zhǔn)確快速檢測(cè)出被測(cè)電阻是 否符合生產(chǎn)要求。 2 方案設(shè)計(jì) 整個(gè)電路系統(tǒng)如圖 1 所示。本系統(tǒng)由電源電路、檢測(cè)電路、顯示電路三部 分組成。其中電源電路部分是由變壓器、整流橋、電容和三端集成穩(wěn)壓器組成， 電源供四運(yùn)算放大器 LM324 工作。檢測(cè)電路部分包括由 LM324 組成的電壓跟 隨器和雙門限窗口比較器以及電阻、保護(hù)元件等組成。顯示電路是由或非門、 發(fā)光二極管組成。 電源電路 檢測(cè)電路 顯示電路 整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路電壓跟隨器窗口比較器或非門發(fā)光二極

4、管 圖 1 系統(tǒng)方框圖 電路設(shè)計(jì)圖如圖 2 所示。其中電源電路由單相橋式整流、電容濾波、三端集 成穩(wěn)壓器 W7805、W7905 等部分組成，可使其輸出電壓為+/-5V。 檢測(cè)電路部分由 LM324 四運(yùn)放集成芯片組成，其中一個(gè)運(yùn)放作為電壓跟隨 器實(shí)現(xiàn)阻抗變換，另外兩個(gè)運(yùn)放組成窗口比較器。由門限電壓與阻值的關(guān)系， 求出上下門限電壓。經(jīng)窗口比較器輸出兩個(gè)不同電平，即高電平和低電平。當(dāng) 標(biāo)準(zhǔn)電阻 Rz 改變時(shí)，不影響電阻選擇的精度。當(dāng)電源電壓改變時(shí)，也不影響 電阻選擇的精度。 顯示電路部分由或非門、發(fā)光二極管組成。當(dāng)兩個(gè)不同電平經(jīng)窗口比較器 送出電信號(hào)時(shí)，會(huì)導(dǎo)通相應(yīng)發(fā)光二極管，使其發(fā)光，以顯示檢測(cè)

5、電阻是否合格。 + + _ + _ + _ 1 2 3 2 1 3 Rz Rx R1 R2 R3 Rb Rc W7905 0.33F 0.33F 0.1F 0.1F 100F100F D1 D2 D3 紅 綠 黃 -Ui U2 Ux U1 Ra W7805 Ui A1 A2 A3 220V 圖 2 電阻分檢儀電路圖 2.1 電源電路設(shè)計(jì) 電源電路包括變壓、整流、濾波與穩(wěn)壓四部分。電源電路圖如圖 3 所示。 + W7805 1 2 3 2 1 3 Ra W7905 0.33F 0.33F 0.1F 0.1F 100F100F Ui -Ui 220V 圖 3 電源電路圖 電源電路使 220V 交流

6、電壓經(jīng)單相橋式整流電路的整流處理，將雙向脈沖 電壓變?yōu)閱蜗螂妷骸蜗嚯妷涸俳?jīng)電容濾波操作，大大減弱輸入信號(hào)的脈動(dòng)成 分。最后由三端集成穩(wěn)壓器 W7805、W7905 輸出，其輸出電壓 Ui=5V、-Ui=- 5V。 橋式整流電路作用是利用具有單方向?qū)щ娦阅艿恼髟⒄?fù)交替的正 弦交流電壓整流成為單向脈動(dòng)電壓。 濾波電路由電容元件組成。它的作用是盡可能地將單向脈動(dòng)電壓中交流成 分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。 穩(wěn)壓電路的作用使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)保持 穩(wěn)定。 2.2 檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 檢測(cè)電路工作原理如下：A1作為電壓跟隨器，其輸出電壓等于 Ux，電壓 跟隨器是

7、同相比例運(yùn)算的一種特殊形式。同相比例運(yùn)算電路如圖 4 所示： + _ A Ui Uo RF R1 R2 圖 4 同相比例運(yùn)算電路 同相比例運(yùn)算電路的比例系數(shù)總是大于或等于1。當(dāng)RF=0或R1=時(shí)，比例 系數(shù)等于1，此時(shí)電路如圖5所示： + _ A Ui Uo 圖 5 電壓跟隨器 由于這種電路的輸出電壓與輸入電壓不僅幅值相等，而且相位相同，二者 之間是一種“跟隨”關(guān)系，所以又稱為電壓跟隨器。由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù) 反饋，因此電路的輸入電阻很高，輸出電阻很低。 A2、A3兩個(gè)運(yùn)放組成窗口比較器，其電路及傳輸特性如圖6所示。這種比 較器有兩個(gè)門限電平：上門限電平UTH和下門限電平UTL，故也稱為雙

8、限比較器。 在本電路中，UTH=U1，UTL=U2。經(jīng)窗口比較器輸出兩個(gè)不同電平，即高電平和 低電平。 Ui 0 Uo UTHUTL + _ A + _ A U1 U2 Ui RL Uo R R R R 圖6 窗口比較器及其傳輸特性 檢測(cè)電路如圖 7 所示。由圖 7 可知， Ux 隨 Rx 阻值的增大而增大，且很 顯然 U1U2： 當(dāng) UxU1時(shí)，A2輸出高電平，A3輸出低電平。 當(dāng) U1UxU2時(shí)，A2輸出低電平，A3輸出為低電平。 當(dāng) UxU2時(shí)，A2輸出低電平，A3輸出高電平。 即可通過 A2、A3輸出的高低電平使對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管導(dǎo)通或截止，來顯示 待測(cè)電阻是否合格。 圖 7 檢測(cè)電路圖

9、 根據(jù)以上分析，當(dāng) Ux 與 U1和 U2滿足以下條件時(shí)： 當(dāng) Rx=1.05Rz 時(shí)，令 Ux=U1。 當(dāng) Rx=0.95Rz 時(shí)，令 Ux=U2。 便能檢測(cè)出范圍在 0.951.05Rz（標(biāo)準(zhǔn)電阻）的生產(chǎn)電阻。 按電路圖可得式： 1.05Rz/(Rz+1.05Rz)2Ui=(R2+R3)/(R1+R2+R3)2Ui （2.2.1） 0.95Rz/(Rz+0.95Rz)2Ui= R3/(R1+R2+R3)2Ui (2.2.2) 由 2.2.1 式和 2.2.2 式可得： (R2+R3)/(R1+R2+R3)=1.05/2.05 R3/(R1+R2+R3)=0.95/1.95 只要在 R1,R

10、2,R3 中選定一個(gè)電阻值，便可由上列式求出另兩個(gè)電阻值。例 如：取 R1=10K,則 R3=10K,R2=526 不論 Rz 取何值，Rx 的選擇范圍都是 0.95Rz1.05Rz，因此，同一電阻分檢 儀可以接入選擇任意標(biāo)準(zhǔn)值的電阻，只要改變 Rz 即可。 2.3 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示電路由或非門和發(fā)光二極管組成，電路如圖 8 所示： D1 D2 D3 紅 綠 黃 圖 8 顯示電路圖 當(dāng)兩個(gè)不同電平經(jīng)窗口比較器送出電信號(hào)時(shí)，會(huì)導(dǎo)通相應(yīng)發(fā)光二極管，使 其發(fā)光，以顯示檢測(cè)電阻是否合格。有以下三種情況： 當(dāng) UxU1時(shí)，A2輸出高電平，A3輸出低電平。D1導(dǎo)通，D2、D3截止， 此時(shí)紅燈亮，說明待測(cè)

11、電阻 Rx 阻值高于 1.05Rz，不符合生產(chǎn)要求。 當(dāng) U1UxU2時(shí)，A2輸出低電平，A3輸出為低電平。D2導(dǎo)通，D1、D3截 止，此時(shí)綠燈亮，說明待測(cè)電阻 Rx 阻值在 0.951.95Rz 之間，符合生產(chǎn)要求。 當(dāng) UxU2時(shí)，A2輸出低電平，A3輸出高電平。D3導(dǎo)通，D1、D2截止， 此時(shí)黃燈亮，說明待測(cè)電阻 Rx 阻值低于 0.95Rz，同樣不符合生產(chǎn)要求。 3 元件選擇 3.1 三端集成穩(wěn)壓器 三端集成穩(wěn)壓器分為固定輸出和可調(diào)輸出兩種不同的類型。其中固定輸出 集成穩(wěn)壓器又分為正輸出和負(fù)輸出兩大類。本設(shè)計(jì)所采用的 W7805 和 W7905 即分別是固定正輸出和負(fù)輸出集成三端集成穩(wěn)

12、壓器。它們的輸出電壓值通常可 分為七個(gè)等級(jí)，即5V、6V、8V、l2V、15V、18V 以及24V。以 W7805 圖為例，如圖 9 所示: 圖 9 W7805 引腳圖 三端集成穩(wěn)壓器芯片只引出三個(gè)端子，分別接輸入端、輸出端和公共端， 基本上不需要外界元件。芯片內(nèi)集成了各種保護(hù)電路，使用更加安全、可靠。 3.2 LM324 四運(yùn)放集成芯片 LM324 為四運(yùn)放集成電路芯片，電路功耗很小，LM324 工作電壓范圍寬， 可用正電源 332V，或正負(fù)雙電源1.5V16V 工作。它的輸入電壓可低到零 電位，而輸出電壓范圍為 032V。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大 器，除電源共用外，四組運(yùn)放相

13、互獨(dú)立。其引腳排列如圖 10 所示： 圖 10 LM324 引腳排列圖 3.3 四 2 輸入或非門芯片 本設(shè)計(jì)選用 CD4001 四 2 輸入或非門芯片，它的內(nèi)部包含四組形式完全相 同的或非門，除電源共用外，四組或非門相互獨(dú)立。其引腳排列如圖 11 所示： 圖 11 CD4001 引腳排列圖 總 結(jié) 通過本次課程設(shè)計(jì)我對(duì)電阻分檢儀的原理及應(yīng)用都有了一個(gè)很好的掌握， 同時(shí)也提高了自己應(yīng)用資料的能力、創(chuàng)造能力。在方案設(shè)計(jì)過程中，我通過查 找資料，對(duì)電路進(jìn)行分析總結(jié)，最終確定電路圖及所用元器件。在運(yùn)用軟件繪 制電路圖的過程中，我初步了解并基本掌握了繪圖方法及注意事項(xiàng)。 這次課程設(shè)計(jì)讓我把以前學(xué)習(xí)到的

14、知識(shí)得到鞏固和進(jìn)一步的提高認(rèn)識(shí)，并 運(yùn)用結(jié)合在一起。另外，我在課程設(shè)計(jì)中碰到了很多的問題，通過查閱相關(guān)書 籍、資料，自己分析研究，最終克服困難，完成此次課程設(shè)計(jì)。我在圖書館和 網(wǎng)絡(luò)上查閱了大量的資料,同時(shí)也認(rèn)識(shí)到了圖書館和網(wǎng)絡(luò)的重要作用。在今后的 學(xué)習(xí)過程中,應(yīng)該多到圖書館和網(wǎng)絡(luò)上看一些專業(yè)方面的資料，以豐富自己的知 識(shí)。 當(dāng)然，通過這次課程設(shè)計(jì)，我也發(fā)現(xiàn)了自身的很多不足之處，在以后的學(xué) 習(xí)中，我會(huì)不斷的完善自我，不斷進(jìn)取，能使自己在這方面有一個(gè)大的發(fā)展。 致 謝 由于是第一次課程設(shè)計(jì)，由于沒有太多的經(jīng)驗(yàn)可談，難免有許多考慮不全 的地方，幸好有老師的督促指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，我才能在這么短時(shí)間內(nèi)完成 這個(gè)設(shè)計(jì)。在此謹(jǐn)向賀老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意，感謝賀老師的細(xì)心 教導(dǎo)，給予了我很大的幫助，不僅使我思路開闊，還讓我認(rèn)識(shí)到了自己對(duì)以前 所學(xué)知識(shí)的不足方面及需要提高的方面。在此向您深深鞠躬：賀老師，您辛苦 了！ 參考文獻(xiàn) 1 童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京: 高等教育出版社,1988. 2 楊素行等.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程M.北京：高等教育出版社,2001. 3 胡斌.電子工程師識(shí)圖M.北京: 電子工業(yè)出版社,2007. 4 沈尚賢.電子技術(shù)導(dǎo)論M. 北京: 高等教育出版社,1985. 5 吳顯鼎.集成電子線路設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 福建人民出版社. 6