高阻测量电路兆欧表
辽宁工业大学课程设计说明书(论文)
目录
第1章课程设计的目的与要求
................................................................................................1
1.1高阻测量电路——兆欧表的应用
..........................................................................1
1.2高阻测量电路——兆欧表的要求
..........................................................................2
1.3 设计方案论证 .......................................................................................................3 1.4 总体设计方案框图分析 ........................................................................................3 |
2.3 整流滤波电路.......................................................................................................6第3章课程设计整体分析..........................................................................................73.1 整体电路图及工作原理........................................................................................73.2 电路参数计算.......................................................................................................83.3 整体电路性能分析................................................................................................9第4章课程设计总结...................................................................................................10参考文献 11
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第一章课程设计的目的与要求1.1高阻测量电路——兆欧表的应用
兆欧表俗称摇表，是一种用来测量高电阻值的仪表，它可用来测量电气设备的绝缘电阻，也可用来测量某些元件的性能参数及质量好坏。一般只有500伏或1000伏的兆欧表，当测量高压电气设备绝缘时，经常会感到兆欧表的输出电压不足，灵敏度较低，甚至达不到查出局部性绝缘缺陷的目的。因有时用500伏兆欧表测被试品绝缘值电阻值较高，而用2500伏兆欧表测其绝缘电阻值时已低到不能使用的程度。绝缘是相对的，基本绝缘体对低压是绝缘的，但对高压不一定是绝缘的，因此，用不同电压兆欧表测出的绝缘电阻值是不同的。
1.2高阻测量电路——兆欧表的设计要求
兆欧表的应用广泛，可用来测量绝缘电阻，测量稳压二极管的稳压值，还可以用来测量晶体管的反向击穿电压。兆欧表的选择，主要是选择它的电压及测量范围。高
压电气设备绝缘电阻要求高，须选用电压高的兆欧表进行测试;低压电气设备内部绝缘材料所能承受的电压不高，为保证设备安全，应选择电压低的兆欧表。选择兆欧表 |
兆欧表不宜测量处于潮湿环境中的低压电气设备的绝缘电阻，因为在这种环境中的设备绝缘电阻较小，有可能小于,MΩ，在仪表上读不到读数，容易误认为绝缘电阻为,MΩ或为零值。1.3设计方案论证
用手摇动兆欧表的手柄时，兆欧表的正端(接线端)与负端(接地端)之间将产生脉动的高压直流电。在兆欧表的正端与负端之间开路(两端不接被测元器件)时，转动发动机手柄，兆欧表的指针指在“”的位置。 ,
1.4总体设计方案框图及分析
1.设计思路
要测量高阻物体的阻值，需要有稳定的直流高压，故首先将直流低电压(设用9V
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电池供点)升压为1000V的直流高压，同时采取稳压措施。根据直流电压和开关稳压电源的原理，可先将电池供电的直流电压变为方波信号，再通过脉冲变压器升压，然后经过整流，滤波，可获得直流高压。为了稳压，可对输出电压采样，利用采样信号去控制方波的占空比，从而实现未定输出电压。
有了直流高压后，将微安表与被测电阻串如回路，便可测出流过电阻的电流，将流过表头的电流换算成对应电阻的刻度，则可直接读出被测电阻的阻值。
2(兆欧表设计方案框图
方波产生电路升压电路整流滤波电路
R
控制电路采样电路兆 | |
| |
头
兆欧表框图
电源接通后，三极管T导通，线圈的两端产生上正下负的感应电动势，以阻止Tn1的集电极电流i的增加。通过耦合线圈也产生上正下负的电动势，电动势经电容的C的耦合通过R是T的基极电流加大，则i进一步增加，再次通过使增加，该正反馈iniB2B过程使三极管迅速饱和。此后C经、T逐渐放电，C左端电位下降，又在中产生下Rn21正上负的感应电动势，也产生下正上负的感应电动势，通过C使减小，I进一步
减inB2
小，此正反馈过程使三极管迅速截止，E通过D、对C充电，使T的基极电位升高，
R2 | |
当升到使T导通时，又重复上述过程。以上就是周而复始地进行，产生振荡，得方波vB
输出。改变电容的充放电时间常数，可改变其占空比。
方波信号电压通过脉冲变压器升压(/,,1)，是输出信号再经过整流、滤vnn031波，得到支流高压输出信号。V0
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被测电阻与微安表串于输出回路中，则有相应的电流流过表头，采用切换开关切换表头不同的并联电阻，使表头满刻度值分别校正为1000μA、100μA和10μA，即可得到三档不同量程。为了防止表头损坏，可在表头两端并联两个反向的二极管。在输
出端串联一保护电阻，防止R小于1M时损坏器件。 |
控制器电路图
当上升时，也上升，使三极管的集—射级电阻减小，时间常数τ减小，T1rVV0F则加快电容C的放电速度，加速振荡电路中T由饱和变截止，E变成下正上负，使
减V0小，起到稳定输出电压的作用。3 | |
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第二章单元电路的设计
2.1方波产生电路
方波产生电路电路图
在原理上讲，凡具有发达能力的集成器件或三极管都可用来组成振荡器，目前已
有按照振荡器工作特点设计的集成电路供选用。例如，用集成振荡器E18能方便地组成震荡频率的振荡器，集成多功能振荡器5G8083能输出低频正弦波，方波，三角 |
选用具有放大能力的集成器件时，首先应考虑器件的工作频率范围。为了满足振荡器的起振条件，放大器的单位增益带宽BW至少应比振荡频率大(1—
2)倍。为保证振荡器有足够高的频率稳定度，一般取3dB带宽(对集成宽带放大器)因此，在几百千赫以下时，可选用集成功放等，在兆赫以上时，可选用集成带宽放大器，射频带宽放大器，射频/中频放大器，双差分放大器等。其次应考虑器件的最大输出电压幅度和负载特性能否满足要求。当振荡器要求低噪声性能时，应选用噪声系数小的器件。2.2脉冲升压电路
升压就是将电池提供的较低的直流电压，提升到需要的电压值，其基本的工作过 程都是:高频振荡产生低压脉冲——脉冲变压器升压到预定电压值——
脉冲整流获得高压直流电，因此升压电路属于DC/DC电路的一种类型。在使用电池供电的便携设备中，都是通过升压电路获得电路中所需要的高电压。
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升压电压电路图
一个理想的滤波器，应在要求的频率带内均匀而稳定的增益，而在通带外，则具 |
和体积过大等缺点
1.级数的选择
滤波器的级数主要根据对带外衰减特性的要求来确定。每一阶低通或高通电路可获得一12dB倍频的衰减。多级滤波器串接时，传输函数总特征的阶数等于各级数之和。当要求外带衰减特征为-MdB倍频时，则所取级数N应满足>>M/6
2.运放的要求
在无特殊要求的情况下。可选用通用型运算放大器。为了获得足够深的反馈，以保证所需滤波特征，运放的开环增益应在80dB以上。对运放频率特性的要求，由其
工作频率的上限确定，设工作频率的上限为FH，则运放的单位增益频率应满足下式: | |
BWg>>(3~~5)AfFh，、式中Af为滤波器通带的传输系数。 | |
如果滤波器的输入信号较小，例如在10mV以下，以选用低漂移运放为宜。如果滤波器工作于超低频，以至使RC网络中电阻元件的值超过100k时，则应选用低漂移，高输入阻抗的运放。
3.滤波器的要求
对一阶滤波器，其特征由通带传输系数和截止频率确定。至于二阶滤波器，对高通和低通滤波器，其特征由通带传输系数，自然频率Wn和阻尼系数确定。对带通和带阻波波器，
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则是由通带传输系数，中心频率Wo和品质因数Q决定。通常是根据技术指标的
要求确定这些参数，然后再由这些参数计算电路的元件值在设计时，经常出现待确定其值的元件数目多于元件取值的参数的数目。例如，压空电压源型滤波器待 |
手，因为电容标称值的分档数比较少，电容难配，而电阻易配。如图所示
二阶无限增益多环反馈型有源滤波器电路 | |
压控电压源型低通滤波器
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3.1 整体电路图及工作原理
整体电路图
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兆欧表由直流电源和磁电系比率计两大部分组成。其中直流电源可以是手摇直流发电机，也可以是能输出直流高压的电子变换器。
3.2电路参数计算
电流I和I分别通过两个可动线圈时，都会受到永久磁铁磁场电磁力的作用。兆欧
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表的结构和内部接线应保证两个可动线圈所受电磁力矩方向相反，M是转动力矩，M是12反作用力矩。由于磁场不均匀，M和M的大小不仅与电流有关，还与比率
计可动部分(包12 |
当可动部分偏转到M=M位置时，由于12
I,F(,),I,F(,)1122
,F()I21,F(),,3F(,)I12
磁电系比率计指针的偏转角
I1,F(),I2
可见，磁电系比率计的指针偏转角α是I与I的比值的函数，这也是它被称为“比12率计”的主要原因。
兆欧表的测量原理电路，点划线框内的部分是兆欧表的内部电路。可动线圈1与电阻R、被测量绝缘电阻R串联，可动线圈2和电阻R串联，之后两个支路都并接到手 摇发1x2
电机的两端。当被测绝缘电阻不同时，在相同的电源电压U的作用下，I的数值不同，1而I的数值始终一样。也就是说，不同的被测电阻Rx，使得兆欧表中I/I的比值不同，212指针的偏转角α不同。所以，可以根据指针偏转角α的大小确定被测绝缘电阻
的大小。
当被测绝缘电阻Rx=?时，I=0，M=0，可动部分在M作用下逆时针偏转，直至可动
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线圈2转到圆柱形铁心缺口处，线圈2受到的电磁力方向通过转轴，M=0。此时，指针2停在标尺左端“?”
当被测绝缘电阻Rx=0时，电流I最大，可动部分偏转角α也最大，指针指在标尺右
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3.3整体电路性能分析
1测试电压可选1,10MΩ、10,100MΩ、100,1000MΩ
2.测量时间15秒、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30分钟可选
3.高压源输出电流能力?5mA
1000MΩ4.测量量程1,
5.绝缘电阻值测量精度5%(20GΩ)、10%(200GΩ) 6.测试电压精度5%7.内附可充电电池连续工作时间达到2小时以上
8.内部可保存100个测量结果
9.工作条件:环境温度:0,40? 相对湿度:30,,80, 9 | |
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第4章设计总结
要测量高阻物体的阻值，需要有稳定的支流高压，故首先将直流低电压升高为直流高压，同时需采取稳压措施。根据直流变压和开关稳压电源的原理，可先将电池供电的直流电压变为方波信号，再通过脉冲变压器升压，然后经过整流、滤波，可获得直流高压。为了稳压，可对输出电压采样，利用采样信号去控制方波的占空比，从而实现稳定输出电压。
课程设计中，我用了很长时间去查资料，去研究。从设计电路图，选择元器件，使用仿真电路，过程中也出现了许多的问题，但我依然坚持了下来，积极向老师和同学请教，并且一再的重复实践，直到达到我期望的结果。事实也证明我的努力没有白费
，认真严谨的实习态度给我带来了成功的喜悦～通过这次课程设计，我掌握了设计一个模拟电路的基本方法和基本步骤，实际解决了设计中出现的问题，增强了寻找 |
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参考文献
傅云鹏《数字电压表的设计及原理及使用手则》电子产品世界2005年7期赵振雁《王哲宁，数字电压表的原理与应用》传器世界2001年2期
周长恩《数字电压表的原理与应用》传器世界2001年4期
王建林《数字电子电路应用大全及汇总》2009年6月8日出版，修订版第4版沙占友《新型数字电压表原理与应用》北京国防工业出版社，2002
附录:器件清单
名称位号型号大小单位数量电阻R1 10K Ω 1 电阻 R2 1M Ω1 电阻 R3 1M Ω 1 电阻R4 1.5K Ω 1 电阻 R5 4.7KΩ 1 电阻 R7 10K Ω 1 可调电位器RP2 4.7K Ω 1
可调电位器RP310K Ω 1 二极管VD1-VD66 二极管LED1-LED33 三极管IC1-a1 三极管IC1-b1 变压器220V-10V1 电解电容C11000 uf 1 电解电容C2/C30.1 uf 2 导线若干
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