对几个电路图的工作原理的分析
一、下图为负载电流限流电路,请分析工作原理,图中V5起什么作用?
这是从网上看到的一个求助帖。其电路图如下:
电路原理分析:
图中的TA为电流互感器,将负载电流缩小n倍(n为互感器初次级线圈匝比)变为ma级
电流,流经RP与R1电阻形成采样电压(交流),调节RP可改变采样输出电压的大小。
V6为半波整流二极管,将采样电压整流为半波直流电,C3为滤波电容,使整流电流平
稳。该整流电压与负载电流成正比,即负载电流增加,其整流电压也增大。
VT1为带电流负反馈的放大器,由于集电极电流≈发射极电流,如取R4≤R5,在基极输
入电压≤1/2电源电压时,VT1管处于放大状态(即集电极与发射极间的电压Uce >0),
R4又为VT2管的基极偏置电阻,在VT1管处于放大状态且Uce >VT2的发射结电压时,
会使VT2饱和导通,VT2D的饱和导通,使其集电极电压=VT1D的发射极电压,该电压小
于稳压管V7的稳压值,故使V7不导通,即使VT3管截止,继电器KA处于断电状态。
在负载电流小于限定的电流值时。调节RP使VT1的基极对地电压低于1/2电源电压,
由上面分析可知,VT1处于放大状态,使VT2饱和导通,使VT3截止,继电器KA处于断
电状态。当负载电流增大到限定电流时,使VT1的基极对地电压高于1/2电源电压,使VT1
处于饱和导通状态,即VT1的Vce=0,使VT2截止,由于电源电压高于稳压管V7的稳压值,
这样R6、V7将注入给VT3基极足够大的基极电流使VT3饱和导通,继电器KA得电吸合。
KA的动作即发出越限报警。
V5管的作用:V5管反并接在继电器线圈二端,起续流作用,继电器得电吸合时,V5反接处于截止状态,当继电器断电瞬间,线圈将释放电流而硬性通过晶体管VT3(VT3已截止),如未加V5,会产生很高的反电压,将VT3击穿,加上V5,会迅速将线圈电流释放,不会形成过电压,从而保护晶体管VT3,使它不易损坏。
二、0-78MV怎么转换成标准的0-20MA
下面的电路图,可实现将0~78mV转换为0~20ma的电路图,所用元件很少(一个358双运发,2只晶体管和几个电阻)只需几元钱。
工作原理分析:该电路的特点为:U1A的3角对地电压(即Ui)≡G1管的发射极对地电压,而G1的集电极R2的电压≡G2管的发射极R3的电压。G1为电流负反馈放大器,放大倍数=100,在输入电压0~78mV变化时,R2的电压为0~7.8V变化,即R2的电压= R1的电压的100倍。
1、 当Ui=0V时,其G1管的发射极对地电压=0V,即R1的电压=0V。发射极电流=0其G1管的集电极电流也=0,故R2的电压也=0V,G2的发射极电压≡G1的集电极电压,故此时R3 的电压=0V,其电流也=0,此时G2截止对外输出电流=0。
2、 当Ui=0V开始增加时,其G1管的发射极对地电压也由=0开始增加,即R1的电压由0开始增加。由于G1管的集电极电流与发射极电流相等,又100×R1=R2,故R2的电压也由0增加,G2的发射极电压≡G1的集电极电压,故此时R3 的电压也由0开始增加,使G2管集电极输出电流也由0开始增加
3、 当Ui=78mV时,其G1管的发射极对地电压=78mV,即R1的电压=78mV。由于G1管的集电极电流与发射极电流相等,又R2=100×R1,故R2的电压=78mV×100=7.8V,G2的发射极电压≡G1的集电极电压,故此时R3 的电压=7.8V,此时G2的发射极(也是集电极)电流=7.8 V÷ 390 Ω = 20ma。
三、对求助帖:“单按钮启动 停止电磁阀只用2个中间继电器可否实现?”的电路设计及动作原理解析
这一求助帖还是颇有难度的,虽说实用性不大,但可锻炼我们硬件的设计能力。这里我画出二个电路方案,供大家分析参考:
第一方案见图一:
1、图一电路的组成:J0、J1为JRX-13F型小型直流继电器,工作电压:J0为18V,J1为24V.J0与电解电容C2、电阻R1组成通电与断电皆延时的定时器,通、断延时时间皆≥2秒。按钮K含有二个触点:K_1为常开触点,K_2为常闭触点。D1为电磁阀线圈。
2、要求:每次按钮的按下时间最长不得大于2秒。
3、分析J0、R1、C2组成的通电与断电皆延时的定时器原理:
J0 为JRX-13F型直流继电器,工作电压=18V,线圈内阻=700Ω,串接R1(300Ω)电阻,加在24V电压,其线圈电压=17V,J0可吸合。J0又并联C2电解电容,见图二:当开关K闭合时,由于C2的电压不能突变,其电压由0逐渐增加,J0与C2并联,使J0线圈的电流也由0 逐渐增加,当C2电压上升到17V时,其电压达到J0的吸合电压,J0才吸和动作,可见开关K的闭合,由于C2的作用,J0不能立即吸合,需延时一段时间,J0才能吸合,即J0成为通电延时定时器。再看图三,J0吸合后,将K断开,虽然此时外电源已断,由于C2的电压不能突变,它将通过线圈电阻放电,随着放电,线圈电压逐渐变小,当电压低于J0的释放电压时,J0才断开,这样,从K断开到J0断开也延时一段时间,故J0又为断电延时定时器。
4、图一电路动作原理:接通电源,J0、J1皆处于断电状态。按一下按钮K,K_1闭合,K_2断开,J0支路通导,由于J0通电后要延时2秒才能闭合,故只有J1得电闭合且自保。通电2秒后J0吸合,由于此时按钮K早已回原位,故J0常闭触点虽断开,J1仍保持吸合状态。此时J1与 J0皆处于闭合状态。J1触点闭合使电磁阀D1得电启动。
当再按一下按钮K时,由于此时J0已吸合,其常闭触点已断开,K_2的断开,使J1立刻失电断开。虽然J1的常开触点断开使J0支路断开,由于C2的作用(C2放电给J0线圈),使J0仍保持吸合(即断电延时2秒),当按钮抬起后又延时一段时间J0才断开。此时J0与J1都处于断电状态,J1触点的断开使电磁阀D1失电停止。从而实现用一个按钮二个继电器控制电磁阀的启停。
该电路不足之处就是按钮按下的时间不能过长(即不能大于J0的通电与断电的延时时间)。
第二方案:见下图:
该图是在图一的基础上,稍加改动而成的,其特点为:按钮按下时间不受限制(可随意长),从而克服了图一对按钮按下时间有要求的缺点。电路仍是由一个按钮、二个继电器,及一个电阻一个电容组成
电路动作原理:开机J0与J1继电器皆处于断电状态,电磁阀D1 停止。
1、按下按钮K,K_1的闭合,由于此时J0常开触点处于断开,故使J0不能得电。而J0的常闭触点闭合,使J1得电吸合且自保。J1的另一常开触点闭合,使电磁阀D1得电启动,由于K_3触点已断开,故使J0仍然处于断电状态,只要按钮不抬起,这个状态将保持下变:即J1得电吸合,J0处于断开状态。
2、当K抬起时,K_3的闭合,使J0得电,但由于C2的原电压=0且不能突变,它与J0线圈并联,故J0不能立即吸合,只有当C2的电压充电到J0的吸合电压时,J0才能吸合,由于此时按钮早已复位(即K_2已闭合),故J0的常闭触点断开,不会影响J1的通电吸合。此时电路J1与J0皆处于通电吸合状态。
3、当再按按钮K时,由于J0已吸合,其常闭触点已断开,K_2的断开使J1失电而断开,。由于K_1的闭合及J0常开触点的闭合,使J0仍保持通电状态,此时J1的断开,使D1失电,电磁阀停。只要按钮不抬起,电路始终保持这种状态(即J1断开,J0闭合)。
4、当按钮抬起时,由于J1常开触点已断开,K_1的断开要前于K_2的闭合,故J1仍处于断电状态,而J1常开触点断开,与K_1触电的断开,使J0断电,由于C2的作用,J0不马上断开,要延时一段时间,当其电压低于释放电压时,J0才能断开,此时电路,J0与J1 皆处于断电状态。即开机的初始状态,如再按按钮将重复以上动作。
四、用电子电路实现的用一个点动按钮可使电磁阀启动停止的电路设计
下面是不需继电器只用几个电子元件构成的“用一个按钮控制电磁阀的启停电路”的最简单电路图:一片4013集成块(1.5元 / 块)、一只BD137功率管( 1元 /只)2只电阻和一直二极管(1~2角钱),总价格不到5元钱••。
在分析电路原理之前,先介绍一下4013双D触发器的工作原理:
4013为COS集成电路,内含2个D触发器(本图只用一个),D触发器有6个引脚:D为数据输入点,R、S为复位与置位输入点(高电平有效)Q与Q\为正负输出端,CLK为控制输入点(正跳沿触发有效)。当CLK无控制输入时,D触发器将保持原电路状态不变,当CLK输入一控制信号时,其正跳沿触发将会改变D触发器的输出状态,其原则为:如数据点D=0(低电位),CLK的正跳沿触发将使Q 点输出=0(低电位),Q\点输出=1(高电位)。如数据点D=1(高电位),CLK的正跳沿触发将使Q 点输出=1(高电位),Q\点输出=0(低电位)。如CLK无再有正跳沿输入,它将保持前次触发所形成的输出状态不变。
电路动作原理:如D触发器U1A的Q=1(高电位)、Q\=0(低电位),由于Q\点与D点线连接,故D=0,BD137此时的基极电压=0V,故BD137截止,电磁阀处于断电状态。如此时按一下按钮,使CLK点电位突然由0V上跳为+12V,这由0到1的突变对U1A触发有效,由于此时D=0,故使Q点有原来的1下跳为0,而Q\点由原来的0,上跳为1,D点也随之为 1,此时R2上端电压=12V,故使G1管饱和导通,即电磁阀得电启动。在按钮按下未抬起时间里 虽然CLK点=+12V,由于没有再正突跳变化,故D触发器保持状态不变。按钮抬起时CLK由12V下跳为0,由于这是负跳变,故对D触发器也不起作用。
当再按一下按钮K时,CLK又由0上跳12V,故触发有效。此时D=1,使Q点由0变1,而Q\点由1下跳为0,D也随之为0,使G1管由导通变截止,电磁阀失电而停止。再按扭未抬起与抬起时,D触发器始终保持不变。
再按按钮将重复上述动作。
D1二极管反并接与电磁阀线圈二端,其断电续流作用,因为电磁阀线圈是感性原件,当其断电时,仍保持断电前的电流强行通过G1,此时G1已截止,必然会形成很高的反电压,使G1击穿,加上D1二极管,电磁阀导通时由于二极管反接处于截止状态,当电磁阀断电时,线圈的释放电流将会通过二级管迅速放电,不会产生高的冲击电压,确保G1不会损坏。
五、求助帖:用时间继电器和中间继电器在注塑机上加1组吹气动作,要求用开模动作信号启动,然后可以延迟若干时间后(1分钟可调),再做吹气动作若干时间(1分钟可调)之后停止,希望用最少的时间继电器和中间继电器。请画出原理图纸,谢谢
按求助帖的要求,设计如下电路图:
图中的J0为小型直流继电器,JI与J2为通电延时定时器,
动作原理:按钮K按下的时间为开模时间,J1延时时间为K闭合到吹气开始的间隔时间,J2的延时时间为吹气时间。J1+J2时间和<开模时间。
K开关启动,使J0得电且自保,同时使定时器J1得电开始延时,延时时间到,J1动作,其常开触点闭合,开始吹气输出,同时J1的另一触点闭合使J2得电且开始延时,延时时间到,J2的一个常闭触点断开,使吹气输出停止,另一个常闭触点断开,使J0失电断开,J0的常开触点虽然断开,但由于此时开关K仍处于闭合状态,故使J1、J2仍通电且保持吸合状态,直到K开关断开,J1、J2才失电而断开。
六、网上有人曾求助:“4~20ma电流源能否实现线性衰减”
为此做了以下电路设计及电路工作原理说明,供大家分析参考,希望能对搞电路设计的初学者有所帮助。电路图如下图一:
图一、带自动线性衰减的4~20ma电流源
该电路的输入信号为正常的4~20ma电流源,流经25Ω标准电阻R0,通过输出口Iot流入沿途导线电阻Rx及负载电阻Re,直至到地(GND)。4~20ma电流在R0上产生0.1~0.5V电压降(设为Uo),在负载电阻Re上产生2~10V电压降(设为Ue)。在导线电阻电压降Ux,图中A点对地电压Ua=Uo+Ux+Ue。B点对地电压Ub=Ux+Ue,B点比A点电压低Uo。
运放器U1B与晶体管G1构成电压跟随器,故C点电压Uc≡A点电压Ua, 运放器U1A与晶体管G2构成电压跟随器,故D点电压Ud≡B点电压Ub, ,由此可知:R0的电压≡R1的电压。
运放器U2A与晶体管G3构成电压跟随器,故F点对-15V的电压Uf≡E点对-15V的电压Ue,由此可知:R2的电压≡R3的电压。由于R1=R2(先不考虑触点J0与电容C1的存在)而R1与R2的电流相等(晶体管的集电极电流与发射极电流相等)又可知:R1的电压≡R2的电压。故可推出:R3的电压≡R0的电压. 由于R0=R3,故可知R3的电流≡R0的电流.
R0的电流实为4~20ma即外输入电流(I1),而R3的电流又为G3管的发射极电流,故G3管的集电极电流(I2)与外输入电流(I1)相等。由图推知:电流I2与I1数值相等。但电流方向相反:I1从输出点Iot流出,I2从输出点Iot流入,故输出电流(即I1与I2的和电流)I=0.
上面推出的结论是在没有触点J0与电容C1存在的情况下得出的结论,加上这二个元件,电路的输出状态就不是这样了:
1、如触点J0始终为闭合状态,使E点对-15V电压差=0,即F点对-15V电压差=0,使R3的电流=0,即I2=0,此时输出电流I= I1,和正常的电流源一样,其输出电流为4~20ma。
2、如触点J0闭合,输出电流为10ma(假设),如从t1时刻将J0由闭合变断开, C1被充电,其电压将由0线性增加,使F点对-15V的电压差由0 开始增加,R3的电流也随之由0开始增加,即I2由0开始增加,输出电流将由10ma开始线性下降,当C1的电压=R1的电压时,充电结束,此时的I2=10ma,故输出电流I=0.
由上述分析可知:在开关触点J0闭合时,I2≡0,输出电流I=I1(外输入电流:4~20ma)。当开关触点J0由闭合变断开后时,I2将由0线性增加,直至I2值=I1电流值停止增长。其输出电流I将由I1值线性下降,直至减小为0,从而实现电流源能线性衰减的控制要求。
本文到此结束,如有不妥之处请给于指正,本人深表感谢!