电阻分检仪

电

阻

分

检

仪

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班级：07普本电信姓名：￥￥ 学号：070102097

2009-12-8

摘要

现代生活日新月异,人们一刻也离不开电。在用电过程中就存在着用电安全问题,在电器设备中,例如电机、电缆、家用电器等。它们的正常运行之一就是其绝缘材料的绝缘程度即绝缘电阻的数值。当受热和受潮时,绝缘材料便老化。其电阻便降低。从而造成电器设备漏电或短路事故的发生。为了避免事故发生,就要求经常测量各种电器设备的电阻值。判断其绝缘程度是否满足设备需要。本课题采用先进的“电压跟随+窗口比较”的方法，充分利用了现代集成芯片技术，将被测元件与标准电阻串联，经门限电压和窗口比较器的共同作用输出高低两种不同的电平信号，经LED灯的状态显示，可以方便快捷的挑选出一级电阻。该分检电路通过电压跟随和窗口比较来筛选出我们所需要的电阻，去除不必要的电阻，大大节省了时间，也提高了选用电阻的精确度。更满足了整个系统的工作性能。

关键词：短路 漏电 标准电阻 一级电阻 节省时间

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234 一，实验框图 交流变压电路整流电路滤波电路稳压电路显示电路 比较器电压跟随器1， 原理图 R110K10RND101N40014U2CR40.2KLM3241U174LS86AYB714D5+589红D63R70.2KJ1321CON3RX11U2A312LM324D111N4001R61K52绿U2B76R50.2KLM324D7R310K黄 2，工作原理 本系统所需的是±5V的直流电，因此要利用变压器将220V的市电先降至合适的交流电压（本电路需先降至15V交流电压），然后再将变压器次级输出电压去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。 桥式整流电路作用是利用具有单方向导电性能的整流元件将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。 第 3 页

滤波电路由电容元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。

稳压电路的作用使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。电源稳压常采用三端集成稳压器，本设计可以采用三端集成稳压器W7805和W7905，它具有体积小、可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活、价格低廉，只有三个引出端子，分别接输入端、输出端和公共端，基本上不需外接元件，而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，使用方便、安全。

LM324作为电压跟随器和窗口比较器；74LS86作为异或门。电源给出±5V直流电压送到检测电路，为了防止四运放芯片LM324因电源接反时两电源相互串通或所接信号过高损坏芯片，这里特加了D10、D11（利用二极管的单向导电性）加以保护。选择器部分，应用四运放LM324作为跟随器和窗口比较器。U2A电压跟随器实现阻抗变换，U2B,U2C组成窗口比较器。

检测原理：由门限电压与阻值的关系，求出上下门限电压。经电压比较器输出两个不同电平，即高电平和低电平。当待测电阻与标准电阻相串联比较送入跟随器，两个不同电平经窗口比较器送出电信号使相应发光二极管导通发光。

二， 各部分电路工作原理

1，电源部分

经过变压器的的变压作用使得市电变成15V交流电，再经过桥堆的整流与电容的滤波然后通过W7805和W7905产生稳定的+5v和-5v的直流电压以满足集成块的工作需要 2，检测电路

（1），原理图

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R110KU2C10RND101N400189LM3244U2A312RXLM324R61K511D111N4001U2B76R310KLM324 （2），电路工作原理 U2A的输出电压Ux随Rx阻值的增大而增大（电压跟随器）。当Ux大于UR1时，必定也大于UR3，此时U2B和U2C的输出电压均为UOH，因此D5导通发光，而D6和D7截止不亮，反之当Rx较小使Ux小于UR1时，必定也小于UR3 ，此时A3和A2输出电压均为UOL，因此D5和D6截止，D7导通发光。当 UR3第 5 页

只要在R1,R2,R3中选定一个电阻值，便可由上列式求出另两个电阻值。例如：取R1=10KΩ,则R3=10KΩ,R2=526Ω 不论Rn取何值，Rx的选择范围都是(0.95—1.05)Rn，因此，同一选择器可以用来选择任意标准值的电阻，只要改变Rn即可。 3, 显示电路 (1), 工作原理 该电路由异或门与三个发光二极管组成。 设被测元件阻值为Rx，标准电阻为Rn，则电路测量情况为： 若Rx＞（1＋0.05）Rn时， LED1红灯发光；LED3黄灯不发光。 若Rx＜（1－0.05）Rn时， LED1红灯不发光；LED3黄灯发光。 若0.95Rn≤Rx≤（1+0.05）Rn时，LED2绿灯发光，表示为一级电阻。 (2),原理图 45R40.2KU174LS86AYB+5D514红D63R70.2K12绿7R50.2KD7黄 三， 主要器件 1，比较器 第 6 页

（a）过零比较器电路 （b）电压传输特

图1

图1为加限幅电路的过零比较器，DZ为限幅稳压管。信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零,从同相端输入。

当Ui＞0时，输出UO＝-(UZ+UD)，当Ui＜0时，UO＝+(UZ+UD)。其电压传输特性如图1（b）所示。过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。

图2 滞回比较器

如图2所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，若uo改变状态，∑点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。当uo为正（记作U+） ，则当ui＞U∑后，uo即由正变负（记作U-），此时U∑变为－U∑。故只有当ui下降到－U∑以下，才能使uo再度回升到U+，于是出现图1(b)中所示的滞回特性。－U∑与U∑的差称为回差。改变R2的数值可以改变回差的大小。

单限比较器和滞回比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测输入电压是否在两个给定电压之间，而窗口比较器具有这一功能。在元件选择与分类，或对生产现场进行监视与控制时，窗口比较器是很有用的。

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图3

图3所示为一种双限比较器，工作原理：

当输入电压uI>URH时，uI>URL，所以集成运放A1的输出uO1=+UOM，A2的输出uO2=-UOM。使得二极管D1导通D2截止，电流通路如图3(b)所标注，稳压管

DZ工作在稳压状态，输出电压uO=+UZ。

当输入电压uIURLURH和URL分别为比较器的两个阈值电压，设URH和URL均大于零，则传输特性如图3(b)所示。

实验中用到的是lm324四运放，其引脚图如下图所示：

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2，74LS86

集成电路74LS86是一片四2输入异或门电路，其引脚图图4所示：

图4

异或门电路有两个输入端，1个输出端。当两个输入端中只有1个是高电平时，输出端则为高电平；当输入都是低电平或都是高电平时，输出端才是低电平。逻辑关系式为 YABABAB

四，安装与调试

1，元器件清单

变压器 1个

二极管 普通二极管 2个 发光二极管 3个 LM324 1个 74LS86 1个 普通电阻 9个

滑动变阻器 1个（1K） 三极管 1个 2，相关元器件参数

（1）LM324主要参数 电压增益： 100dB 单位增益带宽： 1MHz 单电源工作范围： 3V---30V DC

每个运放功耗：（V+=5V时） 1mV/op.Amp 输入失调电压： 2mV（最大值7mV）

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输入偏置电流： 50nA---150nA 输入失调电流： 5nA---50nA

输入共模电压范围： 0----V+-1.5V DC（单电源时） V-----V+-1.5V DC（双电源时）

输出电压幅度： 0----V+-1.5V DC（单电源时） 输出电流： 40mA

放大器间隔离度： -120dB（f0:1kHz----20kHz） 电路特点

可以用+5V电源工作，此时能与TTL逻辑电路兼容，即单电源工作； 可以用+15V电源工作，此时能与任何运放兼容；

可以作中等电流驱动器，输出电流40mA，吸入电流5mA； 输入阻抗高，频带宽。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中。

（2）电压跟随器

电路的主要特点是：高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1 电路的作用：具有缓冲、隔离、提高带载能力，完成阻抗匹配的功能。 输入高阻抗，输出低阻抗的特性，使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放大电路更好的工作。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲，起到承上启下的作用

（3）PCB板

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（4）调试

设被测元件阻值为Rx，标准电阻为Rn，则电路测量情况为： 若Rx＞（1＋0.05）Rn时， LED1红灯发光；LED3黄灯不发光。 若Rx＜（1－0.05）Rn时， LED1红灯不发光；LED3黄灯发光。 若0.95Rn≤Rx≤（1+0.05）Rn时，LED2绿灯发光，表示为一级

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总结

从一开始通过Protel99SE软件进行PCB的制作，直到到最后电路的调试成功，我一直在关注实验的进程。期间我收获颇丰，我前后一共做了五次板，虽然花费了很多精力和时间，但是，毕竟最后成功了，这是最值得欣慰的。前几个板的失败均是由原理图的修改造成的，虽然测试过，但是结果可想而知—失败！经过肜瑶老师的细心指导和自己的不断努力，最终得以调试成功，完全满足实验的要求。

1，软件不熟悉，特别是封装以及打印输出这些环节不太清晰。通过向老师和同学请教，到图书馆查阅资料，使自己的操作水平得以提高，才得以解决。

2，电路原理理不清，不会分析其工作原理。请教老师得以解决。 3，焊接工艺不高，产生了严重的后果，导致测试失败。努力训练，使自己的焊接技术提高。

总之，从设计之初的无从下手到设计工作的圆满完成，期间遇到了诸多的问题和困难。但在肜瑶老师的细心指导和帮助下，通过自己的努力，最终这些问题与困难都得到了圆满解决。使我可以按时课程设计并使自己的专业知识与综合能力都得到了相应的提高。在课程设计过程中，肜老师在百忙中对我的设计进行了指导。肜老师首先细致地为我解题；当我迷茫于众多的资料时，她又为我提纲挈领、梳理脉络，使我确立了本文的框架。感谢肜老师对我的论文不厌其烦的细心指点。在论文写作中，每次都能得到肜老师的亲切指点。从框架的完善，到内容的扩充；从行文的用语到格式的规范；肜老师都严格要求，力求完美。而且我还从肜老师那里学到了严谨、务实、认真的工作态度和极强的敬业精神。我再次为肜老师的耐心付出表示感谢。

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