筆者の大学では模擬電子競技大会の話題があり、それが終わったら、何もすることがないときにここに投稿させていただきますので、勉強して皆さんと交流できればと思っています。
まとめ
この回路は、抵抗、インダクタ、コンデンサの自動識別を実現し、それらのインピーダンス値を測定します。抵抗、インダクタンス、およびキャパシタンスがそれぞれ接続されると、対応する小さな電球が発光し、対応するマルチメーターを確認するようにユーザーに指示します。抵抗測定範囲は0.1～1kΩ、静電容量測定範囲は0.1u～100u、インダクタンス測定範囲は100u～100mで、ポテンショメータを調整できるようにすると測定範囲はさらに大きくなります。回路は、コンポーネントの種類の識別とコンポーネントの値の測定の 2 つの部分に分けることができます。
部品識別部では信号解析の考え方を用いており、抵抗、インダクタ、コンデンサの両端の電圧が一定の位相差を持つという原理に従って、試験対象の部品と基準抵抗を直列に接続します。 1,000Ωとその両端の電圧を乗算器で乗算し、乗算結果に直流成分があるか、直流成分が正か負かで素子の種類を判断します。乗算された結果はローパス フィルターを通過し、元の結果に DC 成分と AC 成分が含まれている場合、フィルターは AC 成分を除去し、より大きな DC 成分を出力します。コンパレータ、74LS138、スモールライトなどを使用して、部品の種類を判断します。
数値測定部では、インダクタンスとキャパシタンスは、直列抵抗と被測定部品の両端の信号をアンプと整流フィルタ回路を通って交流を直流に変換し、対応する値を計算します。オームの法則に従ってディバイダーを通過します。抵抗器については、抵抗器と基準抵抗器の間の電圧を直接分圧し、両者の位相が全く同じであるため、分圧結果は比較的安定した直流流となり、非常に正確な抵抗値が得られます。電圧安定化回路です。
キーワード: コヒーレント復調、位相解析、整流器およびフィルタ回路の全自動測定、インダクタンス、抵抗およびキャパシタンス
1設計要件
- MCUは使用されません。
- 測定抵抗範囲: 0.1Ω～1KΩ;
- インダクタンス測定範囲: 100μH～100mH;
- 測定容量範囲: 0.1μF～100μF;
- 測定された抵抗とインダクタンスの値は、DC デジタル電圧計に直接表示できます。
- 抵抗成分とインダクタンス成分を自動識別する機能を備えています。
- 測定器の回路は、Multisim ソフトウェア上でシミュレーションおよびデモンストレーションできます。
注: 変圧器を調整できる場合、より広範囲の部品値を測定できます。
2全体スキーム設計フローチャート
図では回路フローチャートと全体回路図を示しており、フローチャートでは各部品間のボルテージフォロワは省略しています。
図2.1 部品認識回路の一部フローチャート
図2.2 測定回路フローチャート
図2.3 全体回路図
3モジュールの回路設計
3.1部品識別回路設計
正弦波を信号源として、被試験部品と基準抵抗を直列に接続し、乗算器や移相回路の解析により被試験部品の種類を判定します。この部分には 2 つの乗算回路、ローパス フィルター回路、シフト回路、論理解析回路などが含まれます。
3.1.1無位相乗算回路
テスト対象のコンポーネントが抵抗の場合、基準抵抗の両端の電圧をm sin (wt) として設定し、次にテスト対象のコンポーネントの両端の電圧をn sin (wt)として設定し 、2 つの電圧を乗算器で乗算して、結果: はmn 2 - cos (2wt) 2 です。ローパス フィルターを通過した後、AC 成分は 0 近くまでフィルターで除去され、DC 成分mn 2だけが残ります。
被測定部品がインダクタまたはコンデンサの場合、その両端の電圧を±n cos (wt)と設定すると、基準抵抗の電圧を乗算した結果は± sin (2wt) 2 となります。と成分が 0 に近づく場合の 2 つの場合の波形を図に示します (コンデンサの波形はインダクタの波形と似ていますが、フィルタリング後の正と負が異なります)。
図 3.1 抵抗を配置した場合の波形 図 3.2 インダクタを配置した場合の波形
3.1.2位相をずらした90度乗算回路
この回路は基本的に 3.1.1 の抵抗素子の乗算回路と同じですが、基準抵抗の両端の電圧が乗算前に 90°移相回路を通過する必要がある点が異なります。乗算後の結果は 3.1.1 の回路とは逆となり、被測定部品が抵抗の場合は 0 に近い DC 成分、インダクタの場合は負の DC 成分となります。はコンデンサであり、正の直流成分です。図のように回路に移動します。
図 3.3 90°移相回路
仮想ショート 仮想ショートおよびその他の回路知識によると、次のようになります。
u i - 1 jw C 4 I 1 = R 6 I 2
u i - 1 jw C 4 I 1 = R 1 I 1
u o - u i =- (R 6 + R 5 ) I 2
同時に 3 つの式が得られます。u o + u i 1-2 1 16jw C 4 +1 =0 、C 4が 1nF、R1 が 16kΩ の場合、u o =- ju i
図 3.4 抵抗を配置した場合の波形 図 3.5 インダクタを配置した場合の波形
3.1.3論理解析回路
上記の 2 つの乗算回路は、抵抗、インダクタンス、およびキャパシタンスから 3 つの出力を取得し、3 つのコンパレータを使用します。1 つのコンパレータの「+」極は抵抗出力に接続され、「-」極はインダクタンス出力に接続されます。 A; 1 つのコンパレータ「+」極はインダクタンス出力に接続され、「-」極は抵抗出力に接続され、B として記録されます。コンパレータの「+」極はキャパシタンス出力に接続され、 「-」極は抵抗出力に接続され、C として記録されます。3 つのコンパレータの出力結果は、真理値表に従って A、B、C として記録され、コンポーネントの識別を支援するために 74138 を使用します。対応する小さな電球を点灯させます。その真理値表を表 3.1 に示します。
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あ |
B |
C |
R |
L |
C |
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1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
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0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
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1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
表3.1 コンパレータ出力と部品種類の真理値表
3.1.4認識結果の分析
抵抗、インダクタ、コンデンサを別々に配置すると、この回路の認識効果がより優れていることがわかりますコンパレータと74138の補助機能のおかげで、部品の値が大きく異なっていても、部品の種類を認識できます無事に特定される。測定結果は図の通りで、抵抗を配置した場合は青色、インダクタを配置した場合はオレンジ色、コンデンサを配置した場合は緑色が点灯し、対応する直流電流計を確認することができます。照明の状況に応じて。
図3.6 抵抗を配置した場合の点灯状況図
3.2数値測定回路
3.2.1容量性インダクタンス検出値回路
3.2.1.1測定原理
直列分圧の原理を使用してコンポーネントのインピーダンス値を測定します。容量の場合: U x U 1 = 1 jw C 1 R 4 、変換後: C= U 1 2πf R 4 U x ;
インダクタンスの場合: U x U 1 = jwL R 4 、変換後は次のようになります: L= U x U 1 2πf R 4 被試験部品と基準抵抗器の両端の電圧信号を増幅した後、安定したブリッジ整流フィルタ回路により直流電流が得られます。分圧器のK値を調整することで流量を計算し、素子のインピーダンス値を表す直流電圧値を直流電流計で読み取ります。
3.2.1.2ハードウェア回路設計
仮想短絡および関連回路の知識に従って、除算回路を図に示します。
u o =- R 37 R 38 u i1 、u o =K u o u i1の場合、2 つの式を結合して分圧出力電圧u o =- R 37 K R 38 u i1 u i2を得ることができます 。ここで、K は乗算器のパラメータ。乗算器の原理については詳しく説明しませんが、適切な K 値を調整することで、出力電圧の値を対応するコンポーネントの値と等しくすることができます。
この回路の静電容量を測定する場合、K= A u2 A u1 2πf R 4 ≈ 9.2 インダクタンスを測定する場合、K= A u1 A u2 2πf R 4 ≈ 6.28、ここで、A u1とA u2 はそれぞれ被測定部品と基準抵抗です。両端の電圧倍率です。
図3.7 除算回路図
また、ブリッジ整流フィルタ回路が出力する直流電圧値は、その内部コンデンサと直列に接続された抵抗値に関係することを考慮すると、抵抗値が大きいほどコンデンサの放電は遅くなります。 1.2 によると、この回路の抵抗値は分圧器の 2 つの抵抗R 38とR 37によって決まります。ボルテージ フォロワが整流フィルタの後に直接直列に接続されている場合、この回路では、出力 DC 電圧の倍数を安定させることはできますが、分圧器の分圧係数は複雑で計算が難しい変化を受けるため、この回路では 2 つの抵抗を 500kΩ に調整することを選択します。これにより、DC 電圧の倍数に影響を与えることなく DC 出力の倍数が安定します。ディバイダー。この部分の回路図を図に示します。
また、コンデンサとインダクタ間の電圧が低い場合、ブリッジ整流フィルタ回路のダイオードの分圧が無視できなくなるため、シミュレーションファイルでは加算器を使用して回路の出力を0.3V。ダイオード分圧の影響をある程度軽減します。
図 3.7 コンデンサのインダクタンス・インピーダンス測定回路
3.2.2抵抗測定回路
抵抗の測定には直列分圧の原理も使用されます: U x U 1 = R R 4 、つまりR= U x U 1 R 4
テスト対象の部品が抵抗である場合、基準抵抗の両端の電圧をm sin (wt) 、測定対象の部品の両端の電圧をnと仮定すると、その位相は基準抵抗の位相とまったく同じであることを考慮します。sin (wt) を使用すると、この 2 つは直接位相調整できます。さらに、共通交換量 sin wt は直接削除され、R 4を乗じて 非常に正確な抵抗値が得られます。抵抗測定回路は、前述のインダクタンスや容量の整流測定回路に比べ、測定対象の抵抗が小さい場合には無視できないダイオード分圧による大きな誤差を気にする必要がなく、簡単です。高精度で測定範囲が広い 唯一の欠点は出力電圧が実際のものであること 状況が急変する可能性があるため、後段に電圧調整回路を直列に接続することで最適化できます。部分を図に示します。
図3.8 抵抗測定回路
4試験結果と分析
表4.1 基準抵抗1kの場合の実験結果
抵抗値の測定は比較的正確であることがわかりますが、インダクタンスとキャパシタンスの測定にはある程度の誤差があります (誤差の主な理由は、ブリッジ整流フィルタ回路のダイオードが入力電圧を分圧することです)。 。したがって、この回路は基準抵抗の抵抗値を調整することで測定範囲を左右に移動できます。基準抵抗を 10k に調整した場合の拡大結果を表 4.2 に示します。理論上の測定範囲は基準によってのみ制限されます。抵抗器。
表4.2 基準抵抗10kの場合の測定結果を追加
5エピローグ
この回路の主な革新点は、信号解析におけるコヒーレント復調の考え方がテスト対象のコンポーネント識別回路に導入されていることです。違いは、フィルタリングされた AC 成分が DC 成分ではなく、デコーダの知識を組み合わせていることです。識別回路はコンポーネントの値の影響を受けなくなり、理論的にはエラーが発生する可能性はなくなりました。測定に関しては、インダクタンスとキャパシタンスの測定は、分周器を備えた整流器とフィルター回路を用いて測定するため、精度はあまり高くありませんが、回路は安定しています。抵抗測定では、正弦波関数を除去する目的を達成するために、基準抵抗を被測定部品で直接分圧するため、静電容量やインダクタンスの測定と比較して、ダイオード分圧による抵抗値への影響を考慮する必要がありません。測定結果。