《电机过载指示电路》课程设计任务书.doc

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1、《电机过载指示电路》课程设计任务书一、设计目的1．掌握仪表放大器的主要结构和设计方法。2．掌握精密半波整流电路的原理。3．掌握电压比较器的工作原理和设计方法。4．了解电路设计的过程，积累经验。二、工作原理电机过载指示电路是一种简易的检测电流电路，是电机保护电路的一部分。当电机过载时，通过线圈的电流会急剧增大，因此通过判断电流大小是判断电机是否过载的重要方法。图1电路框图整个电路（图1）包含仪表放大器（差分放大电路）、精密全波整流电路、电压比较器电路、整形（含调整逻辑）和显示电路等四个模块组成。其主要工作原理是：利用精密小电阻接入电路中，电流通过电阻时会在电阻两端产生一定的电压，用仪表放

2、大器将该电压按一定比例放大后输出，由于电阻阻值和放大倍数是已知的，因而可以通过判断输出电压大小，进而算出电流强度。采样电阻R以串联形式接入电机电路，由于串联电路电流处处相等，因而通过采样电阻R的电流也就是通过电机线圈的电流，即：6图2采样电阻与电机的连接关系之所以加绝对值是因为直流电机根据所加电压方向不同，可以有正、反两种转向，无论是正转或反转均存在过载的可能。从采样电阻R所获得的电压非常微弱，要必须进行放大处理。放大的对象是R两端电压的差值，如此处需要使用差分放大电路，仪表放大电路就是一种常见的差分放大电路。精密全波整流的作用是将经过差分放大的信号进行绝对值处理，使其保持正数，以便后

3、面的判断电路进行判断。电压比较器在系统中主要起判断作用，即判断输出电压是否为设定的正常值，并输出给逻辑调整及整形电路（一般由74HC14或74HC04组成，即非门）整形成标准CMOS电平，如果工作正常，则绿色LED亮红色LED灭，如果不正常，则相反。输出信号此后可送单片机等再做其他处理。图1仪表放大电路示意图6三、电路原理1.仪表放大器图1所示为典型的仪表放大电路，其中U1和U2均为同相放大器，可对输入信号进行同相放大，而U3是差分放大电路，被U1、U2放大的信号的共模部分在经过U3放大时受到了抑制，而其差模部分则被放大，由此可以实现对V2-V1值的放大。R14-R16是调节平衡用的电

4、路。该放大电路在设计时经常将R1-R6设置为同样阻值的电阻，其电压增益为：因此前图中的放大倍数为101倍，实际电路中，R7的位置一般用一个固定阻值电路和一个电位器代替，以满足增益调节的需要。仪表放大电路需要在使用之前进行调节平衡和调节增益的操作，具体为：（1）将输入端V1、V2相连并接地；（2）调节R16，使得放大电路输出电压为0。（3）将放大器接入电路，V2、V1均为实际值。调节R7位置上的电位器，使得输出电压达到预定值。2.精密半波整流图2精密全波整流电路精密全波整流又称绝对值电路（图2），它可以将输入信号取绝对值后输出。图中的V1为电压输入端，电路可以将V1的电压取绝对值后输出（

5、《模拟电子技术基础》P456-457有类似电路）。如图中的例子，无论V1是2.2V还是-2.2V（图2所示案例），输出结果都是2.2V。该电路适合用于直流或极低频的情况。3.基准电源6TL431是常用的基准电压源，可以为电压比较器提供一个标准的电压。使用基准源芯片，可以在电源电压（图3中的Vcc）有轻微波动的情况下，依然保持恒定输出。图3所示为TL431的两种经典电路，万用表的测点即为输出端，左图为固定输出电路，右图为输出可变电路。在左图中，TL431的输出为其内部基准值（理论值VREF为2.495V）。右图输出值理论计算公式为：图3电压基准源一般情况下，IREF比较小，可以忽略，TL

6、431的输出精度较高，一般与理论值的差距小于2%。基准源经常与电压比较器或模数（ADC）、数模（DAC）结合使用。四、实验任务现有一小型单相直流电机，额定工作电压为12V，工作电流为设定值（见附表），线圈内阻约50欧姆，要求设计一个电机过载保护电路，当电流小于过载保护值时，判定为正常工作状态，绿色LED点亮；当电流超过过载保护值时，红色LED点亮。五、具体设计步骤1．合理选用采样电阻，使得采样电阻对线圈电流的影响小于3%，以免影响电机正常工作。2．根据采样电阻的阻值和预设过载电流，计算仪表放大器的放大倍数，使得输出电压达到2.5V（或其他数值A）。根据放大倍数设计电路各元器件的参数。3

7、．6设计电压比较器的参数，使得输入超过2.5V（或其他数值A），电压比较器输出高电平，当小于2.5V（或其他数值A时），输出低电平。4．对高低电平分别进行整形和逻辑处理，以灌电流方式驱动LED。注意74HC系列的芯片电源为5V，因此电压比较器的供电电压应为5V。5．使用Multisim或proteus对电路进行仿真。六、器件选择范围（不足部分自行外购）1．三极管：2N3904。2．二极管：1N4007；1N4148。3．电阻：E24系列，碳膜电