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构思新颖的自动双向电流流向演示电路

构思新颖的自动双向电流流向演示电路

点击数:7155 次   录入时间:03-04 11:51:34   整理:http://www.55dianzi.com   电工-电机

  自动双向电流流向演示电路如下图所示,本电流流向演示器主要由信号放大电路,方向识别电路,脉冲发生电路,输出显示电路等部分组成。

  1.信号放大电路
  
  如下图,信号放大部分主要由运放ICIA、电阻R0~R4及二极管VD1、VD2组成。其中的Ro取值较小,其功能是将流过a、b端的电流值转化为相应的电压信号;二只反向并联的二极管VD1、VD2是用于输入信号限幅保护,防止因输入的差模电压过大以至损坏ICIA;R2、R3的阻值相等,构成一个基本的分压电路,为运放的“+”端(同相输入端)提供一个“Vref=VCC/2”的基准电压。

  静态时a、b间无电流输入,故Uab=0,由运算放大器的“虚断”及“虚短”的特性可知,此时11=-12=0,所以可以求得此时的输出电压Uo应为“Vref=VCC/2”的基准电压。

  当接入了从a流向b端的电流时,电阻Ro上将产生一个压降Uab,经运放放大后,可求得此时输出的电压Uo=Vref+(R4/R1)Uab,即输出电压Uo小于基准电压Vref。

  同理当接入从b流向a端的电流时,可求得输出信号电压Uo=Vref+(R4/Rl)Uba,即此时输出电压Uo大于基准值Vref。

自动双向电流流向演示电路

  2.方向识别电路
  
  方向识别电路由运放IC2A、IC2B,二极管VD3,电阻R5和电位器RP1组成。其中R5、VD3、RP1通过分压为比较器IC2B的反相端及IC2A的同相端提供基准电压,由于电路中串入了二极管VD3,就使IC2B、IC2A的基准电压相差了一个PN结的压降约0.5伏左右。通过调节电位器RP1可以使比较器IC2A“-”端的基准电压为Vref,+(0.2~0.3V),比较器IC2B“+”端的基准电压为Vref-(0.2~0.3V)。

  若a,b端无电流,由于U。输出的信号电压为VCC/2,此时的信号电压既不大干VCC/2+(0.2~0.3V)也不小于VCC/2-(0.2~0.3V),二个比较器IC2A、IC2B均输出为低电平,VD4~VD23均不发光,无显示。

  当有电流从a流向b端时,此时Uo输出信号电压会小于VCC/2,当值小于VCC/2-(0.2~0.3V)时,比较器IC2A输出为低电平,接通VD14~23组LED的K,在555和4017的控制下各LED顺次点亮,模拟显示出“电流”由a流向b。

  当有电流从b流向a端时,Uo输出的信号电压大于VCC/2,当值大于VCC/2+(0.2~0.3V)时,比较器IC2B输出为低电平,接通VD4—13组LED的K,在555和4017的控制下各LED顺次点亮,模拟显示出“电流”由b流向a。

  本电路中串入的二极管VD3,使二组比较器的基准电压产生了0.5V的压差,这样即便在某些特别的情况下(如电路输入不平衡或电阻值误差等).有时虽然没有电流输入但U。输出的值也不一定就是VCC/2,可能会出现一些微小的上下偏差,此时由于有这个零点几伏的差值存在,提供了充足的容差区间,保证了在没有电流输入时不会输出任何信号,当然这个容差值的大小还可以视电路的情况进行相应的调节,从而保证整个装置工作稳定可靠。

  3.脉冲发生电路
  
  脉冲发生电路是由时基电路IC4(NE555),电阻R6、R7,电位器RP和电容C1、C2等组成的一个多谐振荡电路构成,为十进制计数器IC3提供计数脉冲。通过调节RP可改变电路的振荡频率,从而可以得到合适的光点流动速度。

  4.输出显示电路
  
  输出显示电路主要由十进制计数器IC3(CD4017)、二组LED及限流电阻组成。4017的CP端输入脉冲后,总是按照QO、Q1、……Q9的顺序依次输出高电平。当无电流输入时,尽管此时4017依然正常工作,但因此时lC2a、IC2b均输出为低电平,VT1、VT2都截止,因此所有LED均不显示;当电流由b流向a时,ICla输出电压升高,IC2a输出高电平,IC2b输出低电平,VT1导通,VT2截止,4017依次驱动VD4~VD13顺序发光形成(如下图所示)由左向右流动的光点;当电流由a流向b时,ICla输出电压降低,IC2a输出低电平,IC2b输出高电平,VT1截止,VT2导通,4017依次驱动VD14~VD23顺序发光,形成由右向左流动的光点,从而模拟出“电流”流动的效果。当然,制作时有条件的话可以将二组LED分设为二种不同的颜色,这样演示起来的效果就会更好。

  5.电源电路
  
  由于本电路中使用的是CMOS型的集成电路,所以对电源的要求不高,且电路中没有什么大功率的器件,LED的电流一般也只有10mA左右,故采用最简单的三端稳压集成电路即可,使用由7806构成的直流电源即可。CD4017内阻较大,可直接驱动LED不需要限流电阻。

  制作、调试方法
  
  本电路结构比较简单,所有选用元件的参数都已在原理图上标注清楚了,只需按图进行制作、安装即可,需要注意的是VD4~VD23二组LED在安装时应注意顺序,VD4~VD13的顺序应与VD14~VD23顺序相反,除此以外没有其他特别的要求。

  制作完成后要调整RP1使VD4~VD23均无显示(即调整IC2A、IC2B的参考电位,使二个比较器均输出为低电平)。然后,将该电流方向演示仪串联接入电路中,便能观察到光点由电源的“+”流向电源的“-”。比较简单的调试方法还可以将万用表拨到电阻R×l挡上,将红表棒接a端,黑表棒接b端,这时光点应能从b点流向a点。然后再反向连接,这时光点应能从a流向b(注:黑表棒实际上接万用表内部电池的正极,不过数字表与此相反)。最后调节RP2使光点以一个合适的速度流动。

  在实际的应用过程中,可能会由于所测量的值不同,造成灵敏度有差异,此时可通过调整R1与R4的阻值来实现,R4/R1的值越大,灵敏度就越高,反之亦然。

自动双向电流流向演示电路




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