電工量計及檢測技術PPT課件

1、第1頁/共79頁電 阻（2）主要參數(shù)標稱阻值，額定功率，分布參數(shù)，精度，溫度系數(shù)等. （3）等效電路（4）應 用C圖 6.1 電阻的等效電路R0L Z = （R0+ZL）/ZC ZL= jL ， ZC =1/jC（5）注意事項 分壓； 取樣； 限流； 均壓、均流； 泄放； 吸收 應根據(jù)具體應用場合，選擇合適的電阻，注意分布參數(shù)的影響.“熱噪聲”對微弱信號檢測的影響. 電阻上實際消耗的平均功率，應小于其額定功率的確1/2.第2頁/共79頁電 容（1）類 型 按使用材料 按用途高壓電容脈沖電容儲能電容瓷片、云母、玻璃膜、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、滌綸、聚碳酸脂、漆膜、紙介、混合紙介、鋁、鉭、鈮、鈦 按

2、結(jié)構電解電容非電解電容可變電容 按安裝第3頁/共79頁電 容（2）主要參數(shù)（3）等效電路（4）應 用（5）注意事項電容量，額定電壓，工作溫度，分布參數(shù)，精度等.RLC圖 6.3 電容的等效電路RLESRESR極板、引線及它們之間的接觸電阻 Z0f 圖 6.4 儲能； 濾波； 隔直； 耦合；吸收； 定時 連接時注意極性；使用時不能超過額定電壓； 電解電容一般不能用于快充快放，只能在額定紋波下使用； 溫度、頻率對電容特性的影響.第4頁/共79頁例：555定時器 充電時間：T1=0.693(R2+R3)C1放電時間: T2=0.693R3C1定時周期: T=T1+T2=0.693(R2+2R3)C1

3、 第5頁/共79頁例：CD4060（14位二進制串行計數(shù)/分頻器和振蕩器）14級分頻器RSRTCT91011圖 6.8TT2.21CRf 第6頁/共79頁電 感（2）主要參數(shù)（3）等效電路（4）應 用（5）注意事項（1）類 型空芯電感、鐵芯電感 、可調(diào)電感 、固定電感、濾波電感、調(diào)諧電感. 電感量，直流電阻，額定電流，分布參數(shù)等. LCP圖 6.5 電感的等效電路RWRTRT 磁芯損耗引起的等效并聯(lián)電阻 濾波； 限流； 儲能； 調(diào)諧等. 防止飽和. L與C往往共同存在，易在電路中形成振蕩. 注意電感瞬變的危險.第7頁/共79頁第8頁/共79頁振蕩過沖第9頁/共79頁ViVoC1C2R1R2高頻

4、電壓的測量示波器第10頁/共79頁二極管 （1）類型功率二極管、檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管開關二極管、阻尼二極管、發(fā)光二極管、光電二極管恒流二極管、熱敏二極管、光敏二極管、磁敏二極管 1.2 二極管(D)三極管(T)及其在檢測電路中的應用第11頁/共79頁（2）主要參數(shù) C bPN結(jié)的結(jié)電容 額定電壓、額定電流 截止頻率RS PN結(jié)的體電阻 結(jié)壓降 正向直流電阻 RD 反向擊穿電壓 VBR 最高反向工作電壓 VRM 最大反向電流 IBR 最大整流電流 IMbScCRf21（3）應 用二極管 （4）注意事項 整流； 隔離； 箝位、限幅； 構成門電路； 其它 額定參數(shù) 頻率特性第12頁/共

5、79頁（1）類型三極管 普通三極管、大功率三極管GTR、場效應管FET、絕緣柵雙極晶體管IGBT 第13頁/共79頁（2）主要參數(shù)（3）應 用三極管 （4）注意事項 驅(qū)動條件 額定電壓、額定電流 允許功耗、工作溫度 放大倍數(shù) 飽和管壓降 電流放大（功率放大） 各種開關 選擇參數(shù)必須留有一定的余量 驅(qū)動條件 散熱和保護第14頁/共79頁（1）類型 通用型: LM741、LM358 高精度型：725、TLE2141 高速型：TL082 低功耗型：TLC2252、TLV2211 單電源型：LM358 雙電源型：LM741、OP07 高壓型、功率型 1.3 運算放大器及其在檢測電路中的應用（2）主要參

6、數(shù) 電源指標（單、雙，范圍，靜態(tài)功耗） 轉(zhuǎn)換速率（V/s）、頻帶寬度 電壓增益、CMRR 工作環(huán)境 輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電壓第15頁/共79頁（3）理想運算放大器基本特性 開環(huán)電壓增益A0無窮大 “虛短” 輸入阻抗無窮大：“虛斷” 輸出阻抗為零 輸出電壓與輸出端連接的電阻阻值大小無關（4）基本概念 電壓增益 “開環(huán)電壓增益 A0 ”（差模開環(huán)電壓增益）“共模電壓增益 AC ”差模輸入電壓 共模輸入電壓運放輸出電壓iidifUUU2/ )(iicomUUUcomcdifcdUAUAUUU0000第16頁/共79頁（4）基本概念 共模抑制比cAA /CMRR0)/lg(20CMRR(dB)0cA

7、A)CMRR/(00comdifUUAU)(000iidifUUAUAU輸入失調(diào)電壓 輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流、輸入失調(diào)電壓 輸入失調(diào)電流 輸入偏置電流IOS=IB1-IB2IOS=(IB1+IB2)/2Vin (Vo=0)第17頁/共79頁（5）應用 信號放大、信號比較 各種運算（加法器、減法器、乘法器、除法器) 微分電路、積分電路 各種信號變換電路、檢測電路 波形（信號）發(fā)生器（6）注意事項 輸入信號范圍不應超出電源電壓 采取適當?shù)谋Ｗo措施 根據(jù)不同應用場合，選擇合適的運放 通常只能作為信號放大或變換，不能用于功率驅(qū)動 要求對信號放大倍數(shù)較大時，通常采用多級放大的方案 穩(wěn)壓源、穩(wěn)流源 清

8、楚理想運算放大器與實際運算放大器特性的區(qū)別 第18頁/共79頁基本應用1 反相電壓放大器 Z i= R1, Z0 =R f 輸入阻抗較低， 輸出阻抗不為零 110VRRUf A = R f / R1 閉環(huán)放大倍數(shù)較低 電阻元件的選擇: R1: 1 k幾十k R f: 1 k1000 k R2=R1 / R f R1、R f的上限主要受運放輸入失調(diào)電流的限制； R1的下限受輸入信號源的限制（閉環(huán)放大倍數(shù)有限）； R f為運放的負載，受其允許負載的限制.第19頁/共79頁T 形反饋網(wǎng)絡比例電路 可同時獲得高輸入阻抗和高閉環(huán)增益)(4132132RRRRRRRAc R1=R2=R3=100k， R4

9、=1.02k AC = -100 閉環(huán)增益:第20頁/共79頁基本應用2電壓跟隨器 圖6.16 電壓跟隨器+-特 點: 是一種單位增益的同相放大器； Zi很大，Z0很小(對信號源影響小，輸出受負載影響小). 用 途: 常作為緩沖隔離器（級）串接在輸入信號與負載（電路）之間， 以消除電路間的相互影響，提高驅(qū)動能力.第21頁/共79頁基本應用3積分器 用 途: 檢出運放的直流輸出成分，補償前置放大器的直流失調(diào)電壓， 使其直流輸出成分為0。 特 點: 對沒有直流成分的AC信號進行無限積分時結(jié)果為0； 直流成分被積分器放大. +-RC輸入輸出（a）反轉(zhuǎn)積分器+-RC輸入輸出（b）非反轉(zhuǎn)積分器RCf0d

10、B=1/(2RC) fA（dB）開環(huán)直流增益0dB（c）增益-頻率特性第22頁/共79頁+-+-R3C1R4R1R2OPOPR5VAC積分器應用消除運放直流失調(diào)電壓第23頁/共79頁光電耦合器 是發(fā)光器件發(fā)光器件和和光敏器件光敏器件的結(jié)合體.實現(xiàn)以“光”為媒介的電信號傳輸: “電光電”密封成一體（1）結(jié) 構1.4 光電耦合器及其在檢測電路中的應用第24頁/共79頁 光敏二極管型光敏二極管型 光敏三極管型光敏三極管型 光敏達林頓型（光敏三極管光敏達林頓型（光敏三極管 + NPN + NPN三極管）三極管） 光敏可控硅型光敏可控硅型（2）類 型第25頁/共79頁（3）特點 輸出與輸入之間電絕緣 體

11、積小、壽命長，無觸點、耐沖擊 容易與邏輯電路連接 響應速度快 單向信號傳輸，抗干擾能力強（4）主要參數(shù) 工作速度(nss):222RCtD 隔離電壓第26頁/共79頁利用其通斷特性和可控阻抗變換特性，在各電路中可實現(xiàn)： a. 開關電路 b. 邏輯電路 c. 組成隔離耦合電路 d. 穩(wěn)壓電路 e. 自動控制電路 （5）應用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第27頁/共79頁（5）應用第28頁/共79頁（5）應

12、用A/D微機VHVCCR1R2圖6.21 光耦在隔離采樣電路中的應用第29頁/共79頁（5）應用-+VCCJVCCT1R1R2R3OPVREFVIN圖6.22 光耦在保護電路中的應用第30頁/共79頁電壓竊電方式判斷第31頁/共79頁（6）注意事項 隔離電壓 工作速度 使用方法光耦的“線性”與“非線性”第32頁/共79頁JD1D2R1R2T1RP5VG1光電二極管、光電三極管 第33頁/共79頁gfedcbaDPabcdefgDPCOM共陽極第34頁/共79頁第35頁/共79頁第36頁/共79頁第37頁/共79頁（3）降額使用元器件；1.5 元器件的選用原則（1）滿足性能要求；（2）滿足可靠性

13、要求；常用元器件的降額系數(shù)器件種類分立半導體器件集成電路 電阻電容 電感繼電器降額系數(shù)0.500.500.700.200.600.700.600.40注: 電阻為功率降額，電容為電壓降額，晶體管和集成電路為功率、電流、 電壓降額，繼電器為電流降額.（4）選用經(jīng)實踐檢驗證明性能優(yōu)良的定型元件；（5）在滿足性能要求的前提下，盡量減少元件品種、型號；（6）盡量選用符合國家標準或部頒標準的器件； （7）在滿足性能和可靠性要求的條件下，盡量選用廉價的元器件。第38頁/共79頁2. 典型電路及實例分析2.6 差動電壓放大器2.4 遲滯比較器2.5 窗口比較器2.2 電路端子2.3 電橋（應變電橋）2.1

14、傳感器的“前置放大器”第39頁/共79頁(1)電壓輸入型傳感器的“前置放大器”為了提高傳感器輸入到前置放大器的效率，必須使ZIN比ZS大很多.VS=VSZIN/(ZS+ZIN)ZSZIN時，ISIS電流輸出型傳感器與前置放大器的連接ZSZINISISISrZ0V0傳感器IS(2)電流輸入型傳感器的“前置放大器”第43頁/共79頁適宜作電流輸入型前置放大器的電路電流輸入放大器 -+R2RCR1V0IS(a) 利用輸入電阻RC將電流 變換為電壓后放大V0=ISRC(R1+R2)/R1ZINRC+-RCV0IS(b) 基于負反饋的電流 輸入放大器V0=-ISRC；ZINRC/(1+A)(2)電流輸入

15、型傳感器的“前置放大器”第44頁/共79頁圖6.30 測量01A的CT用電流輸入放大器R1=6.8k,R2=100,R3=10k,R4=1M,RW1=1kC1=1 OP1=TL082, D1=D2=UF007+-+-R2C1R1D1D2OP1輸出：10V/A1.39mAR3R4RW1OP1 (c)電流互感器CT法（隔離） (2)電流輸入型傳感器的“前置放大器”第45頁/共79頁對電流輸入型前置放大器的基本要求和注意事項 使用OP放大器的偏置電流要比檢測的最小信號電流小得 多。因此宜選用低噪聲的FET輸入OP放大器。 由于輸入電流全部流過反饋電阻RC，所以輸入電流的最大 值不能超過OP放大器的最

16、大輸出電流。 由于反饋電阻RC的值往往很大，負反饋會因放大器的輸入電 容、輸入電纜的電容以及傳感器的輸出電容等而變得不穩(wěn)。 輸入阻抗隨反饋量而變化。 反饋量隨信號源電阻的大小而變化。 實際安裝時必須注意不要產(chǎn)生漏電流。 第46頁/共79頁tVinVrefV0振蕩+-VrefVinV0比較器輸出轉(zhuǎn)換期間的振蕩2.4 遲滯比較器和窗口比較器常用比較器的振蕩問題 第47頁/共79頁比較器輸出轉(zhuǎn)換期間的振蕩第48頁/共79頁AC220V+T1R1R2RtR4R5JT2溫度控制電路VCC+-第49頁/共79頁遲滯比較器（）及其輸出波形1216 . 0RRRVVVVZCCZPV 0VCC+-V+V-R1V

17、iVXD1R3DZR2RWV0ViVPVZVCC2.4 遲滯比較器和窗口比較器設計公式：第50頁/共79頁V 0VCC+-R1ViVXD1R3DZR2RWV0ViVPVZVCCZiVV0:CCVV0 時：PZiVVV:CCVV0 時：（高電平）1216 . 0RRRVVVVZCCZVVP，令 VV 時：PiiVVV:，00V（低電平） ZPiVVV:ZVV VV00V時： ， ，（低電平） ZiVV VVCCVV0 時： ，（高電平）（高電平）第51頁/共79頁V/F電源變換電源變換I/VE /O高壓側(cè)O /E低壓側(cè)前置放大F/V微處理器測量儀表繼電保護圖 有源型光電式電流互感器高壓母線驅(qū)動器

18、Rogowski線圈電源CT實例分析遲滯比較器的應用 一種光電式電流互感器的供電電源 （基于PWM的電流源/電壓源）第52頁/共79頁（1）電流源/電壓源的一般方法實例分析遲滯比較器的應用 一種光電式電流互感器的供電電源 （基于PWM的電流源/電壓源）第53頁/共79頁（2）電流源/電壓源的改進方法實例分析遲滯比較器的應用 一種光電式電流互感器的供電電源 （基于PWM的電流源/電壓源）第54頁/共79頁（3）電流源）電流源/電壓源的改進方法電壓源的改進方法 電源的工作過程分析DW支路和GT1-2間形成的負反饋作用，使Uin在U1U2間波動T2T1U2U1UinUinILIIgGT1由斷態(tài)向通態(tài)

19、過度時的GT1-1觸發(fā)電流為Ig1維持GT1工作的GT1-1維持電流為Ig2GT1由通態(tài)向斷態(tài)過度時的GT1-1截止電流為Ig3Ig3Ig2Ig1實例分析遲滯比較器的應用 一種光電式電流互感器的供電電源 （基于PWM的電流源/電壓源）第55頁/共79頁 當當UinU2時 Q=C U ； Q=I t I T1=C （U2 - U1）+ IL T1 (b) 實例分析遲滯比較器的應用 一種光電式電流互感器的供電電源 （基于PWM的電流源/電壓源）第56頁/共79頁 T2期間GT1-2導通，它以較大的導納切入CT次級參與分流； T1期間GT1-2截止，它的等效導納近似于零，不參與分流T2/(T1+T2

20、）= 1 (IL+Ig)/(I+Ig) 的物理意義T2/(T1+T2）相當于CT次級電流為I時的GT1-2等效導納（平均）值或分流能力，它受控于CT的次級電流IT2T1U2U1Uin取GT1-2導通時的等效導納或分流能力為1,則 T2/(T1+T2）的物理意義在于:UinIIgIL實例分析遲滯比較器的應用 一種光電式電流互感器的供電電源 （基于PWM的電流源/電壓源）第57頁/共79頁實例分析遲滯比較器的應用 一種光電式電流互感器的供電電源 （基于PWM的電流源/電壓源）固態(tài)繼電器輸出的電壓波形第58頁/共79頁（4）電流源）電流源/電壓源的改進方法電壓源的改進方法實例分析遲滯比較器的應用 一

21、種光電式電流互感器的供電電源 （基于PWM的電流源/電壓源）第59頁/共79頁電源CT分 流 器整流濾波器取樣電路穩(wěn)壓器濾 波 器隔離驅(qū)動電 路繼電器J1控制CT基準電壓電 路遲 滯比較器繼電器J1線 圈高壓母線OECT高壓側(cè)電 路驅(qū)動器電流/電壓轉(zhuǎn) 換 器（2）基準電壓電 路遲 滯比較器J1-1J1-2（1）D C/ DCV+V-電源CT變比控制單元電源變換與穩(wěn)壓單元cba圖 有源型光電電流互感器的供電電源一種光電式電流互感器的供電電源（發(fā)明 ZL03111514.4） 一種適應母線電流動態(tài)范圍寬的光電式電流互感器供電電源. 中國電機工程學報, 2006, 26(19) :160-164 第

22、60頁/共79頁2.4 遲滯比較器和窗口比較器圖6.45 窗口比較器及其輸出波形VCC+V1R1VinR2R3R4V2V3V4D1D2V5VintV1V2V3V4V5t1t2t3t4t5t6tt1t2t3t4t5t6tt0000t1t2t3t4t5t6第61頁/共79頁儀表放大器2.5 差動電壓放大器V1V2V3V4V5V6V0A1A2A3I+-R1R2+-+-R4R5R7R3R6電路特點：前級是由兩個同相放大器（A1、A2）組成， 后級是由A3組成的標準差動放大電路; 可有效抑制運放的輸入失調(diào)和共模干擾信號. 第62頁/共79頁V1V2V3V4V5V6V0A1A2A3I+-R1R2+-+-R

23、4R5R7R3R6基本公式: U4=U1，U5=U2 3213RVVIRV4=V1，V5=V2 IR1=IR3=IR2 132113RRVVVV232126RRVVVV)1 (32163RRRVVVdif21VVVdif令:, 得:第63頁/共79頁V1V2V3V4V5V6V0A1A2A3I+-R1R2+-+-R4R5R7R3R6基本公式: )1 (32163RRRVVVdif45630)V(RRVV453210/ )(1RRRRRVVdif條件: R4 / R6=R5 / R7)/21 (310RRVVdif條件: R1= R2, R4 = R5=R6=R7第64頁/共79頁實例分析差動放大

24、器的應用 霍爾效應傳感器的基礎放大電路 +-6V1234R1R1R2R251k51k2M2M326TL071VOUT標準差動放大器儀器放大器+-6V1234R1R2R2310k10k10k10k9108TL071VOUT+-+-21657100k100k5.1k第65頁/共79頁(1) 設計思想脈沖電源輸出電壓占空比的調(diào)節(jié)方法(原理)脈寬調(diào)制集成電路TL494、SG3524占空比的調(diào)節(jié)方法脈寬調(diào)制IC的“補償端”電壓（用電位器）VCDVC與 D 的關系差動電壓放大器的輸入電壓與輸出電壓間的關系實例分析差動放大器的應用 一種脈沖電源輸出電壓占空比的數(shù)字顯示裝置 （ZL03213266.2 ） 第

25、66頁/共79頁(2) 現(xiàn)有的占空比測量方法 示波器測量占空比可行，但不方便. 單片機為核心測量占空比 可行，但較復雜,須軟件支持. 標定曲線測量占空比可行，但由于非線性而不方便. 基于差動電壓放大器的占空比測量電路 R1R2R4R3VCCOPV+V-V0+)(120VVRRVR2/R1 = R4/R3 差動電壓放大器輸入電壓與輸出電壓間的關系實例分析差動放大器的應用 一種脈沖電源輸出電壓占空比的數(shù)字顯示裝置 （ZL03213266.2 ） 第67頁/共79頁VC與 D 的關系D與VC之間的關系0VCD(0, D0)(VC0, 0)( a )0VCD(VC01, 0)(VC02, D02)(

26、b )(000CCCVVVDD（0VC VC0） )(01010202CCCCVVVVDD（VC01 VC VC02 ） 實例分析差動放大器的應用 一種脈沖電源輸出電壓占空比的數(shù)字顯示裝置 （ZL03213266.2 ） 第68頁/共79頁電路設計)(000CCCVVVDD)(1201VVRRVR1R2R4R3VCCOPV+V-V01+0VCD(0, D0)(VC0, 0)R2 / R1=D0 / VC 0 ; V-=VC ; V+=VC 0V01 =D實例分析差動放大器的應用 一種脈沖電源輸出電壓占空比的數(shù)字顯示裝置 （ZL03213266.2 ） 第69頁/共79頁在 D 隨著 VC 增加

27、而減小情況下的占空比測量電路R1R2R4R3VCCOPVREF1VC數(shù)字電壓表VCCVCCR6R5V01+VREF1=VCCR5 /（R5+R6）=VC 0實例分析差動放大器的應用 一種脈沖電源輸出電壓占空比的數(shù)字顯示裝置 （ZL03213266.2 ） 第70頁/共79頁R7R8R10R9VCCOPV+V-V02+0VCD(VC01, 0)(VC02, D02)R8 / R7=D02 /（VC 02-VC 01） ; V-=VC 01 ; V+=VC V02 =D)(7802VVRRV)(01010202CCCCVVVVDD實例分析差動放大器的應用 一種脈沖電源輸出電壓占空比的數(shù)字顯示裝置 （ZL03213266.2 ） 第71頁/共79頁在D隨著VC增加而增大情況下的占空比測量電路R7R8R10R9VCCOPVREF2VC數(shù)字電