畢業(yè)設(shè)計-礦用本安直流電源的設(shè)計(含外文翻譯）

1、<p>　　礦用本安直流電源的設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電力是現(xiàn)代煤炭工業(yè)的主要動力，在煤炭生產(chǎn)中占有重要的地位，是保證礦業(yè)生產(chǎn)的先決條件。礦井供電要求保證可靠，礦井供電中斷時不僅會影響原煤的生產(chǎn)產(chǎn)量，而且會導(dǎo)致礦井排水系統(tǒng)停止工作，同時井下停電停風(fēng)后，還會造成瓦斯積累，從而導(dǎo)致設(shè)備損壞、生產(chǎn)停頓、危害井下人身安

2、全，造成礦井的破壞，后果比較嚴(yán)重。 隨著煤礦管理現(xiàn)代化的提高, 本安設(shè)備越來越多地被煤礦所采用 。本安電源作為本安系統(tǒng)不可缺少的組成部分 ,關(guān)系到礦井安全生產(chǎn)、抗災(zāi)能力和礦工安危，其技術(shù)先進性和產(chǎn)品質(zhì)量決定了本安設(shè)備的可靠性 , 從而直接影響到監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、可靠性 、穩(wěn)定性 。 據(jù)資料統(tǒng)計 ,電子設(shè)備的故障大約有80%是由于電源引起的 。因此 ,本安電源的質(zhì)量 、技術(shù)發(fā)展水平越來越得到人們的重視 。本文結(jié)合新版國家標(biāo)準(zhǔn) GB

3、3836. 4 -- 2010 和安標(biāo)國家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心的相關(guān)要求, 介紹了一種礦用本安直流電源的設(shè)計，并通過仿真軟件Multisim的調(diào)試驗證，基本實現(xiàn)了礦用電源的要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：本安直流電源 故障 Multisim 調(diào)試驗證</p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　Ele

4、ctric power is the main driving force of modern coal mining industry, coal production occupies an important position, is to ensure that the mining production prerequisites.Mine power supply requirements to ensure reliabl

5、e power supply interruption, the mine will not only affect the coal production yield, but also causes the mine drainage system to stop working, and the underground power to stop the wind, can cause gas accumulation, lead

6、ing to equipment with bad, production to a standstill, en</p><p>　　Key words: intrinsically safe power supply fault Multisim debugging verification</p><p><b>　　目 錄 </b></p

7、><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　第一章 緒論1</p><p>　　第二章 礦用本安電源的簡介2</p><p>　　2.1本質(zhì)安全型電路的基本原理2</p><p>　　2.2應(yīng)用礦用本安電源的特殊性3</p><p>　　2、3

8、 礦山企業(yè)對供電的基本要求4</p><p>　　第三章 礦用本安直流電源的的設(shè)計6</p><p>　　3.1過壓過流保護電路的設(shè)計7</p><p>　　3.2穩(wěn)壓電路的設(shè)計17</p><p>　　3.3開關(guān)控制電路的設(shè)計19</p><p>　　3.4整體設(shè)計電路圖22</p>&l

9、t;p>　　第四章 礦用本安直流電源設(shè)計電路的仿真實驗24</p><p>　　4.1 Multisim仿真軟件25</p><p>　　4.2過壓過流保護電路的仿真實驗30</p><p>　　4.3穩(wěn)壓電路的仿真實驗36</p><p>　　4、4開關(guān)控制電路的仿真實驗38</p><p>　　4

10、.5總體礦用本安直流電源電路的仿真實驗38</p><p>　　第五章 畢業(yè)設(shè)計總結(jié)和體會42</p><p><b>　　參考文獻：46</b></p><p><b>　　致 謝48</b></p><p><b>　　附錄：49</b></p>

11、<p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　不間斷電源（uninterrupted power supply，UPS），是針對電網(wǎng)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等對電源的可靠性要求，克服中、大型計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集中供電所造成的供電電網(wǎng)環(huán)境日益惡劣的問題，以全新的數(shù)字技術(shù)研制出的第三代工頻純在線式智能型UPS。直流電源，是維持電路中形成穩(wěn)恒電流的裝置。&l

12、t;/p><p>　　礦井井下工作環(huán)境特殊，特別容易發(fā)生事故，引起人身安全，對電源的要求特別高。煤礦自動化的高速發(fā)展 使得本安電源在礦井中的使用越來越頻繁，同時對它的使用要求也越來越嚴(yán)格。在礦井等存在易燃、易爆氣體的工作環(huán)境中，本安電源已經(jīng)是不可缺少的安全設(shè)備。一般情況下，礦井下有如瓦斯等爆炸性氣體存在 ，這就需要本安電 源在設(shè)計過程中充分地考慮到電路中的電壓和電流以及功率情況，并做好保護工作, 以防止過壓或過流產(chǎn)生

13、的火花點燃井下氣體，造成設(shè)備和人員的損壞和傷亡。</p><p>　　本安電源，即本質(zhì)安全型電源，本質(zhì)安全電路是指在正常工作和規(guī)定的故障條件下, 產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。在國標(biāo) GB3836.4-2010 中規(guī)定了本質(zhì)安全型電路的各種指標(biāo),主要有：輸出電壓或電流不能點燃周圍可燃性氣體；本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路之間必須有可靠的電氣隔離；要采用雙重過壓過流保護電路 ；這些

14、指標(biāo)給本安電源的設(shè)計提供了明確的設(shè)計方向。</p><p>　　所以，設(shè)計一種性能優(yōu)良、通用性強、體積較小、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的不間斷供電電源單元有非常好的應(yīng)用前景。本文中設(shè)計的礦用本安直流電源，滿足了礦井工作對電源的高度要求，并在仿真實驗過程中各個功能模塊效果很好，證明了它能夠在易燃等危險環(huán)境下正常使用。而且它還有著體積小、安裝簡單、成本較低等一系列優(yōu)點，實際應(yīng)用性強。</p><p>

15、　　第二章 礦用本安電源的簡介</p><p>　　本安電源即本質(zhì)安全電源，這種電源在正常工作和故障狀態(tài)下，其輸出的最高電壓、最大電流均具有本安性能。本安性能指本質(zhì)安全電源電路在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件(包括正常工作和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的故障條件)下產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境。2.1本質(zhì)安全型電路的基本原理</p><p>　　礦用本質(zhì)安全電路及相關(guān)設(shè)備, 主要應(yīng)用于礦井通

16、訊、安全監(jiān)測、監(jiān)控、報警等系統(tǒng)中。本質(zhì)安全電路及設(shè)備的防爆原理是:通過規(guī)定電氣設(shè)備電路中的各種電氣參數(shù)或者采用必要的保護措施來控制電路出現(xiàn)故障時產(chǎn)生的電火花能量和熱能,從而實現(xiàn)電氣設(shè)備防爆。由于本質(zhì)安全型電氣設(shè)備電路本身被認(rèn)為是安全的, 電路產(chǎn)生的放電火花、電弧以及熱能均不能點燃電路周圍環(huán)境中的爆炸性混合物, 所以本質(zhì)安全電路及設(shè)備在使用過程中, 具有安全程度高、體積小、重量輕、安裝簡單、維護方便、制造成本低等優(yōu)點, 更重要的是可以應(yīng)用

17、在易燃、易爆等危險工作環(huán)境中, 目前本質(zhì)安全電路及設(shè)備已經(jīng)成為不可缺少的安全設(shè)備。本質(zhì)安全型電氣設(shè)備根據(jù)其安全程度不同分為ia和ib兩個等級。ia等級是指電路在正常工作、一個或兩個計數(shù)故障時，都不能點燃爆炸性混合物的電氣設(shè)備。ib等級是指電路在正常工作或一個計數(shù)故障時，不能點燃爆炸性混合物的電氣設(shè)備。</p><p>　　2.2應(yīng)用礦用本安電源的特殊性</p><p>　　本安電源與非本安

18、電源相比 ,具有許多特殊性 ，使得更便于用于煤礦生產(chǎn)中。</p><p>　?。?）輸入和輸出端電氣隔離。</p><p>　　由于本安電源的輸人端為非本安輸出,輸出端為本安型輸出 ,電路內(nèi)部是由非本安向本安轉(zhuǎn)換的過程。為防止非本安的輸人端傳遞到本安的輸出端 , 影響本安電源性能 ,要求輸人、輸出端必須采取電氣隔離 ,并且達到規(guī)定的耐壓等級 。</p><p>&l

19、t;b>　　（2）不間斷供電 </b></p><p>　　煤礦井下交流電因多種原因造成供電中斷。 根據(jù)煤礦相關(guān)的規(guī)定,許多傳感器在電網(wǎng)停后必須繼續(xù)工作。因此,本安電源必須具有備用電池 ,以便在電網(wǎng)停電時由備用電池繼續(xù)向負(fù)載供電 。</p><p>　?。?）保護電路多重化。</p><p>　　本安型電氣設(shè)備根據(jù)安全程度的不同分為IA 和IB等級

20、 。 按 GB3836一 2010《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,本安電源采用 IB等級, 保護元件或組件需要雙重化。</p><p><b>　　輸出功率受限制。</b></p><p>　　本安電源必須限制電路火花的放電能量,即限制電源的輸出電壓、放電電流和放 電時間 。在電路實現(xiàn)上,就是要有過流或短路、過壓、快速切斷功能。</p><

21、;p>　　除了這些特性外，本質(zhì)安全型電路及設(shè)備在使用過程中, 具有安全程度高、體積小、重量輕、安裝簡單、維護方便、制造成本低等優(yōu)點, 更重要的是可以應(yīng)用在易燃、易爆等危險工作環(huán)境中。</p><p>　　2、3 礦山企業(yè)對供電的基本要求</p><p>　　電力是礦山生產(chǎn)的主要能源。對礦山進行可靠、安全、經(jīng)濟的供電，對提高經(jīng)濟效益及保證安全生產(chǎn)等方面都有十分重要的意義。因此，礦山企

22、業(yè)對供電提出以下基本要求：</p><p><b>　　1 供電可靠 </b></p><p>　　供電可靠就是要求供電不間斷。在礦山企業(yè)中，各種電力負(fù)荷對電可靠性的要求是不同的，為了能在技術(shù)經(jīng)濟合理的前提下滿足不同負(fù)荷對供電可能性的要求，把電力負(fù)荷分為三類。</p><p>　　1.1 一類負(fù)荷:凡因突然中斷供電，可能造成人身傷亡事故或重

23、大設(shè)備損壞，給國民經(jīng)濟造成重大損失的或在政治上產(chǎn)生不良影響的負(fù)荷，均屬一類負(fù)荷。如礦井的主通風(fēng)設(shè)備一旦停電，可能導(dǎo)致瓦斯爆炸及井下人身傷亡等重大事故。一類負(fù)荷中影響人身與設(shè)備安全的負(fù)荷又叫保安負(fù)荷。對一類負(fù)荷應(yīng)由兩個獨電源供電；對有特殊要求的一類負(fù)荷，兩個獨立電源應(yīng)來自不同地點，以保證供電的絕對可靠。</p><p>　　1.2 二類負(fù)荷:凡因突然停電，造成大量減產(chǎn)或生產(chǎn)大量廢品的負(fù)荷。如礦井集中提煤設(shè)備、空壓

24、機及采區(qū)變電所等。</p><p>　　1.3 三類負(fù)荷:三類負(fù)荷是指除一類、二類負(fù)荷外的其他負(fù)荷，如礦山企業(yè)的附屬車場。對三類負(fù)荷供電一般采用單回路供電方式，不考慮備用電源，根據(jù)需要各負(fù)荷還可用一條輸電線路。</p><p>　　對電力負(fù)荷分類的目的是為了便于合理地供電。在供電系統(tǒng)運行，確保一類負(fù)荷的供電不間斷；保證二類負(fù)荷的用電；而對三類負(fù)荷則更多地考慮供電的經(jīng)濟性。因此，當(dāng)電力系統(tǒng)

25、因故障必須拉閘限電時，首先停三類負(fù)荷，必要時再停二類負(fù)荷，但必須保證一類負(fù)荷的用電。</p><p><b>　　2 供電安全 </b></p><p>　　供電安全就是在電能的分配、供應(yīng)和使用過程中，不應(yīng)發(fā)生人身觸電事故和設(shè)備事故，也不致引起電火災(zāi)和爆炸事故。尤其是礦井井下，工作環(huán)境特殊，特別容易發(fā)生上述事故。因此，必須嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，確保

26、安全供電。煤礦安全供電的三大任務(wù)是防爆、防火、防觸電。</p><p><b>　　3 供電質(zhì)量 </b></p><p>　　用電設(shè)備在額定參數(shù)下運行時性能最好。因此，要向用戶供應(yīng)質(zhì)量合格的電能，其電壓和頻率必須穩(wěn)定。對于額定頻率為 50Hz 的交流電，其頻率偏差不允許超過 - 50~+50Hz。供電頻率由發(fā)電廠保證，用電企業(yè)無法改變。</p>&

27、lt;p><b>　　4 供電經(jīng)濟 </b></p><p>　　供電的經(jīng)濟性一般考慮三個方面：盡量降低企業(yè)變電所與電網(wǎng)的基本建設(shè)投資；盡可能降低設(shè)備、材料及有色金屬的消耗量；盡量降低供電系統(tǒng)的電能損耗及維護費用。</p><p>　　在設(shè)計礦用電源時一定要充分考慮到這些供電要求， 供電可靠 、供電安全 一定要滿足，在滿足著兩個條件的前提下，再對考慮供電質(zhì)量

28、、 供電經(jīng)濟的要求 。</p><p>　　目前的本質(zhì)安全電路及設(shè)備完美的實現(xiàn)了這些要求，在很多供電系統(tǒng)中已經(jīng)成為不可缺少的安全設(shè)備，在煤礦業(yè)井下工作應(yīng)用中更是如此。</p><p>　　第三章 礦用本安直流電源的的設(shè)計</p><p>　　電源電路的總體設(shè)計思路</p><p>　　依據(jù) GB3836.4-2010 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，本質(zhì)安全型電

29、源需要雙重過壓過流保護，保證在出現(xiàn)一級故障的情況下，依然能夠滿足本質(zhì)安全的要求，這樣可極大地提高了下電路工作的安全系數(shù)。同時，系統(tǒng)也要求具有自恢復(fù)功能，即：當(dāng)系統(tǒng)故障排除后能自動回復(fù)到正常工作狀態(tài)。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計礦用本安電源功能，設(shè)計的本安直流電源電路相對比較復(fù)雜，為了方便、簡化設(shè)計，將設(shè)計電路根據(jù)功能分為三個設(shè)計模塊，即過壓過流保護模塊，穩(wěn)壓模塊，開關(guān)控制模塊。</p><p

30、>　　3.1過壓過流保護電路的設(shè)計</p><p>　　由于本安電源的過壓過流保護電路可以限制電路中電壓和電流的大小從而可以保證礦用本安電源的安全，因而過壓過流保護電路的設(shè)計尤為重要。為了使電源更可靠安全一般在本安電氣設(shè)備中電路都需要采用雙重過壓過流保護電路，即一級過壓過流保護電路、二級過壓過流保護模塊。兩級過壓過流保護電路設(shè)計思路和設(shè)計原理完全相同，過壓過流保護電路的如圖3-1 所示。</p>

31、<p>　　圖3-1過壓過流保護電路</p><p>　　設(shè)計的過壓過流保護電路電路中除了用到了常用電氣元件電阻，電容外，還用到了晶體三極管和二極管，電路的的過流過壓保護功能主要通過控制三極管的通斷來實現(xiàn)。下面將關(guān)于晶體三極管和二極管的幾個概念和一些特性進行一下簡單介紹。</p><p><b>　　3.1、1二極管</b></p><

32、;p>　　介紹二極管之前需要先提出來另一個名詞PN結(jié)。</p><p><b>　　PN結(jié)</b></p><p>　　采用不同的摻雜工藝，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上，在它們的交界面就形成PN結(jié)。</p><p>　　PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，即，外加正向電壓時處于導(dǎo)通狀態(tài)，外加反向電壓時處于截止?fàn)顟B(tài)。</p>

33、<p>　　將PN結(jié)用外殼封裝起來，并加上電極引線就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。由P區(qū)引出的電極是陽極，由N區(qū)引出的電極是陰極。</p><p><b>　　二極管的伏安特性</b></p><p>　　與PN結(jié)一樣，二極管具有單向?qū)щ娦?。但是由于二極管存在半導(dǎo)體體電阻和引線電阻，所以當(dāng)外加正向電壓時，在電流相同的情況下，二極管的端電壓大于PN結(jié)上的壓降

34、；或者說，在外加正向電壓相同的情況下，二極管的正向電流要小于PN結(jié)的電流；在大電流情況下，這種影響更明顯。另外，由于二極管表面漏電流的存在，時外加反向電壓時的反向電流更明顯。</p><p>　　在二極管加有正向電壓，當(dāng)電壓值較小時，電流極??；當(dāng)電壓超過0.6V時，正向電流開始隨電壓按指數(shù)規(guī)律增大，使二極管開始導(dǎo)通的臨界電壓二極管的開啟電壓；當(dāng)電壓達到約0.7V時，二極管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，通常稱此電壓為二極管的導(dǎo)

35、通電壓，用符號UD表示。 　　對于鍺二極管，開啟電壓為0.2V，導(dǎo)通電壓UD約為0.3V。 </p><p><b>　　主要參數(shù)</b></p><p>　　用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標(biāo)，稱為二極管的參數(shù)。不同類型的二極管有不同的特性參數(shù)。</p><p>　　最大整流電流　IF：</p><p>　　

36、最大整流電流IF是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值，其值與PN結(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為141左右，鍺管為90左右）時，就會使管芯過熱而損壞。所以在規(guī)定散熱條件下，二極管使用中不要超過二極管最大整流電流值。例如，常用的IN4001－4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。 　　</p><p>　　最高反向工作電壓： 　　<

37、;/p><p>　　加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時，會將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰Α榱吮ＷC使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V（本次設(shè)計用到）。 　　</p><p><b>　　反向電流 ：　　</b></p><p>　　反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電

38、壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶谩Ｖ档米⒁獾氖欠聪螂娏髋c溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。</p><p>　　最高工作頻率FM： </p><p>　　FM是二極管的上限截止頻率。超過此值時，由于結(jié)電容的作用，二極管將不能很好的體現(xiàn)單向?qū)щ娦浴?lt;/p><p>　　3、1、2晶體三極管</p&g

39、t;<p>　　晶體三極管又稱“半導(dǎo)體三極管”或“晶體管”。在半導(dǎo)體鍺或硅的單晶上制備兩個能相互影響的PN結(jié)，組成一個PNP（或NPN）結(jié)構(gòu)。中間的N區(qū)（或P區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)射極E和集電極C，是能起放大、振蕩或開關(guān)等作用的半導(dǎo)體電子器件。E區(qū)摻雜濃度最高，B區(qū)薄，摻雜濃度最底；C 區(qū)面積最大。</p><p>　　晶體三極管（以下簡稱

40、三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而p是加入硼取代硅，產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的。</p><p>　　晶體三極管的作用主要是電流放大，它是電子電路的核心元件，現(xiàn)在的大規(guī)模集成電路的基本組成部分也就是晶體

41、三極管，它能夠控制能量的轉(zhuǎn)換，將輸入的任何微小變化不失真的放大輸出。以NPN型硅管接入共射放大電路為例講述晶體三極管的放大作用、特性曲線和主要參數(shù)。</p><p><b>　　輸出特性曲線 </b></p><p>　　輸出特性曲線描述基極電流IB為一常量時，集電極電流iC與管壓降UCE之間的函數(shù)關(guān)系，即：</p><p>　　iC=f (u

42、CE)，iB= 常數(shù) ；</p><p>　　對于每一個確定的IB，都有一條曲線，所以輸出特性是一族曲線，如圖3-2所示。</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　對于某一條曲線，當(dāng)uCE從零逐漸增大時，集電極結(jié)電場隨之增強，收集基區(qū)非平衡少子的能力逐漸增強，因而iC也就逐漸增大。而當(dāng)uCE增大到一定數(shù)值時，集電結(jié)電

43、場足以將基區(qū)非平衡少子的絕大部分收集到集電區(qū)來，uCE再增大，收集能力已不能明顯提高，表現(xiàn)為曲線幾乎平行于橫軸，即iC幾乎僅僅決定于IB。 </p><p>　　從輸出特性曲線可以看出，晶體管有三個工作區(qū)域，截止區(qū)，放大區(qū)，飽和區(qū)。</p><p>　　截止區(qū)：其特征是發(fā)射結(jié)正電壓小于開啟電壓且集電結(jié)反向偏置。對于共射電路，UBE《=Uon且UCE>UBE。此時Ib=0,而

44、ic<=ICEO.小功率硅管的ICEO在1uA以下，鍺管的ICEO小于幾十微安。因此在近似分析中可以認(rèn)為晶體管截止時的ic約為0.</p><p>　　放大區(qū)：其特征是發(fā)射結(jié)正向偏置（UBE大于發(fā)射結(jié)開啟電壓Uon)且集電結(jié)反向偏置。對于共射電路，UBE>Uon且UCE>=UBE。此時，ic幾乎僅決定于ib,而UCE與無關(guān)，表現(xiàn)出ib對ic的控制作用，Ic=。在理想情況下，當(dāng)IB按等差變化時，輸

45、出特性是一組橫軸的等距離平行線。</p><p>　　飽和區(qū)：其特征是發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均處于正向偏量。對于共射電路，UBE>Uon且UCE《UBE。此時ic不僅與ib有關(guān)，而且明顯隨UCE增大而增大，Ic小于。在實際電路中，若晶體管的UBE增大時，ib隨之增大，但ic增大不多或基本不變，則說明晶體管進入飽和區(qū)。</p><p>　　3、1、3過壓過流保護電路的保護原理</p>

46、;<p>　　兩級過壓過流保護電路主要通過控制晶體三極管的通斷來實現(xiàn)的。</p><p>　　一級過壓過流保護電路的保護原理是：輸入的12V(也可是其他數(shù)值）直流電源先經(jīng)過兩條并聯(lián)支路，一是由兩個490歐姆的電阻R1.R2并聯(lián)組成的負(fù)載分壓電路接到晶體三極管Q1的發(fā)射極上，經(jīng)過該條分壓支路得到的電壓比輸入的直流電源12V小一些；二是由兩個IN4007（最大整流電流為1A)型號的二級管ID1、ID2串

47、聯(lián)組成的電路接到晶體三極管Q1的基極上，由于二極管的單向?qū)щ娦裕?2V又遠遠大于二極管的開啟、導(dǎo)通電壓，所以此時兩個二極管導(dǎo)通，而經(jīng)過兩個二極管的這條支路電壓基本沒什么變化。此時根據(jù)各個點的電位可以判斷出UBE>Uon（0.2）,UCE>UBE,根據(jù)晶體三極管的輸出特性曲線可知晶體三極管Q1處于放大狀態(tài)。經(jīng)過兩個二極管的這條支路向下經(jīng)過一個1千歐姆的分壓負(fù)載電阻R3然后接到晶體三極管Q2的集電極上，從輸入的12V(也可是其

48、他數(shù)值）直流電源接入的另外一條支路經(jīng)過由兩個分壓電阻1千歐姆的R4和490歐姆的R5組成的串聯(lián)電路接到晶體三極管Q2的的基集上，而晶體三極管Q2的發(fā)射極接地，電位為0.此時，Q2也滿足UBE>Uon（0.2）,UCE>UBE，處于放大狀態(tài)。從R4引出的一端接到晶體</p><p>　　從輸入的12V(也可是其他數(shù)值）直流電源接入一條支路經(jīng)一10千歐姆的負(fù)載電阻R10接到了晶體三極管Q4的基集上，從Q3

49、的基集接入的R7出來分成了兩條路，一條接12V的穩(wěn)壓管，另一條支路接到了晶體三極管Q4的集電極上，而根據(jù)電路圖可以看出晶體三極管Q4發(fā)射極的電位是可以準(zhǔn)確算出來的。輸入的12V(也可是其他數(shù)值）直流電源經(jīng)過兩個分壓電阻470歐姆的R9和2.4千歐姆的R11組成的串聯(lián)分壓R11的另一端直接接地，根據(jù)分壓原理有：UE=2.4/（2.4+0.47）*12V=10.03V，Q4也滿足處于放大狀態(tài)的條件。</p><p>

50、　　上述是一級過壓過流保護電路的保護原理，二級過壓過流保護電路的保護原理和其類似。只是輸入電壓變?yōu)榻?jīng)過一級過壓過流保護電路的直流電壓。</p><p>　　二級保護輸入的直流電源（比12V略小）先經(jīng)過兩條并聯(lián)支路，一是由兩個490歐姆的電阻R12.R13并聯(lián)組成的負(fù)載分壓電路接到晶體三極管Q5的發(fā)射極上，經(jīng)過該條分壓支路得到的電壓比輸入的直流電源略小一些；二是由兩個IN4007（最大整流電流為1A)型號的二級管D

51、4、D5串聯(lián)組成的電路接到晶體三極管Q5的基集上，由于二極管的單向?qū)щ娦?，而輸入的直流電源又遠遠大于二極管的開啟、導(dǎo)通電壓，所以此時兩個二極管導(dǎo)通，而經(jīng)過兩個二極管的這條支路電壓基本沒什么變化。此時根據(jù)各個點的電位可以判斷出UBE>Uon（0.2）,UCE>UBE,根據(jù)晶體三極管的輸出特性曲線可知晶體三極管Q5處于放大狀態(tài)。經(jīng)過兩個二極管的這條支路向下經(jīng)過一個1千歐姆的負(fù)載分壓電阻R14然后接到晶體三極管Q6的集電極上，從輸

52、入的12V(也可是其他數(shù)值）直流電源接入的另外一條支路經(jīng)過由兩個分壓電阻1千歐姆的R16和490歐姆的R15組成的串聯(lián)電路接到晶體三極管Q6的的基集上，而晶體三極管Q6的發(fā)射極接地，電位為0.此時，Q6也滿足UBE>Uon（0.2）,UCE>UBE，處于放大狀態(tài)。從R14引出的一端接到晶體三極管Q7的集電極上，</p><p>　　3.2穩(wěn)壓電路的設(shè)計</p><p>　　經(jīng)過

53、雙重過壓過流保護電路得到的電壓可能有一些"紋波"，為了保證電源的質(zhì)量經(jīng)過雙重保護電路得到的電源必須要經(jīng)過穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓獲得較為干凈穩(wěn)定的直流電壓信號將其作為系統(tǒng)的直流電源輸出。本次設(shè)計的穩(wěn)壓電路原理比較簡單，由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓效果不錯，設(shè)計采用了兩個穩(wěn)壓管并聯(lián)的方式，電路既簡單，又實現(xiàn)了穩(wěn)壓功能。穩(wěn)壓電路圖所下圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 穩(wěn)壓電路圖</p>&l

54、t;p>　　3.2.1穩(wěn)壓二極管</p><p>　　穩(wěn)壓二極管是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡稱穩(wěn)壓管，它的電路符號是:。穩(wěn)壓管在反向擊穿時，在一定的電流范圍內(nèi)（或者說在一定的功率損耗范圍內(nèi)），端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應(yīng)用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。</p><p><b>　　穩(wěn)壓管的伏安特性</b></p><p&

55、gt;　　穩(wěn)壓二極管的伏安特性與普通二極管相類似，如圖3-4所示，正向特性為指數(shù)曲線。當(dāng)穩(wěn)壓管外加反向電壓的數(shù)值大到一定程度時則被擊穿，擊穿區(qū)的曲線很陡，幾乎平行于縱軸，表現(xiàn)其具有穩(wěn)壓特性。只要控制反向電流不超過一定值，管子就不會因過熱而損壞。</p><p>　　圖3-4 穩(wěn)壓管的伏安特性曲線</p><p>　　穩(wěn)壓二極管(又稱齊納二極管)： </p><p>

56、　　是一種專門工作于反向(崩潰，Breakdown)區(qū)域的二極管，如有一適量的電流流經(jīng)此二極管，則其兩端點間產(chǎn)生一固定不變的電壓，名為：”穩(wěn)壓電壓”，由于其電壓穩(wěn)定，故被廣泛用于穩(wěn)壓電路或用作參考電壓源。本次設(shè)計的穩(wěn)壓電路就是利用了穩(wěn)壓管良好的穩(wěn)壓特性。</p><p>　　電路符號和曲線圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5 穩(wěn)壓管的等效電路圖</p><p&g

57、t;　　3.2.2穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓原理</p><p>　　穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理：經(jīng)過兩級過壓過流保護電路得到的直流電源再經(jīng)過由兩個12V的穩(wěn)壓管D7、D8并聯(lián)組成的穩(wěn)壓電路，由穩(wěn)壓管的特性可知穩(wěn)壓管兩端點間產(chǎn)生一固定不變的電壓，電壓穩(wěn)定，而輸出電壓與12V相近，實現(xiàn)了穩(wěn)壓效果，即可得到理想的直流電源，隨后本安輸出。</p><p>　　3.3開關(guān)控制電路的設(shè)計</p><p

58、>　　由于本質(zhì)安全型電源在煤礦井下特殊的工作環(huán)境,必須要求絕對的安全，而指示燈外在表現(xiàn)比較明顯，工作人員可以根據(jù)指示燈的亮滅來判斷電路的工作狀態(tài)。 本次設(shè)計用到了兩個發(fā)光二級管作為兩個指示燈，即紅色發(fā)光二級管和綠色發(fā)光二級管。其中，綠色發(fā)光二級管為電源指示燈，紅色發(fā)光二級管用來判斷電路的工作狀態(tài)，紅色發(fā)光二級管的亮滅是由燈控開關(guān)實現(xiàn)控制的。開關(guān)控制電路的設(shè)計電路圖如下圖3-6所示。</p><p>　　圖3

59、-6 開關(guān)控制電路設(shè)計圖</p><p>　　電源指示燈綠色發(fā)光二級管一般情況下一直處于亮的狀態(tài)。紅色發(fā)光二級管的亮滅狀態(tài)和電路的工作狀態(tài)和燈控開關(guān)的是否閉合有關(guān)，當(dāng)燈控開關(guān)閉合時，如果一二級過壓過流保護電路處于正常工作狀態(tài)，綠色發(fā)光二級管處于亮的狀態(tài)，如果一二級過壓過流保護電路出現(xiàn)工作異常時，綠色發(fā)光二級管不亮。當(dāng)燈控開關(guān)斷開時，不論電路是否工作，綠色發(fā)光二級管始終處于不亮狀態(tài)。</p><

60、;p>　　3、3、1發(fā)光二級管</p><p>　　發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。發(fā)光二級管的發(fā)光顏色決定于所用材料，目前只有紅、綠、黃、橙等色，可以制成各種形狀，如長方形、圓形等。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，本次

61、設(shè)計用到了紅色發(fā)光二級管和綠色發(fā)光二級管。如下圖下圖3-7所示為發(fā)光二級管的符號。</p><p>　　圖3-7 發(fā)光二級管符號</p><p>　　發(fā)光二級管也具有單向?qū)щ娦?，只有?dāng)外加的正向電壓使得正向電流足夠大時才發(fā)光，它的開啟電壓比普通二極管的大.紅色的在1.6--1.8V之間，綠色的約為2V。正向電流愈大，發(fā)光愈強。使用時，應(yīng)特別注意不要超過最大功耗、最大正向電流和反向擊穿電壓等

62、極限參數(shù)。發(fā)光二級管因其驅(qū)動電壓低、功耗小、壽命長、可靠性高等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于顯示電路中。</p><p>　　3、3、2開關(guān)控制電路的控制原理</p><p>　　由開關(guān)控制電路的設(shè)計電路圖可以看出來，由于輸入的12V(也可是其他數(shù)值）直流電源的直接作用電源指示燈綠色發(fā)光二級管LED1一直處于亮的狀態(tài)，而紅色發(fā)光二級管LED2的狀態(tài)和燈控開關(guān)J1的斷開閉合有關(guān)。</p>&l

63、t;p>　　開關(guān)控制電路的控制原理是：從電阻R7.R17引出的支路分別經(jīng)過12V的穩(wěn)壓管D2.D1接到控制開關(guān)J1上。（1）當(dāng)燈控開關(guān)J1閉合時，晶體三極管Q9的集電極接地，此時Q9滿足導(dǎo)通條件，處于放大狀態(tài)，Q9的集電極經(jīng)一1千歐姆的電阻接到晶體三極管Q10的基集上，Q10的發(fā)射極接地，Q10也導(dǎo)通，紅色發(fā)光二級管LED2中有電流通過，導(dǎo)通，發(fā)光。</p><p>　　（2）當(dāng)燈控開關(guān)J1斷開時，晶體三極

64、管Q9、Q10均截止，紅色發(fā)光二級管LED2始終處于熄滅狀態(tài)。</p><p>　　3.4整體設(shè)計電路圖</p><p>　　將各個設(shè)計模塊組合起來就構(gòu)成了整體設(shè)計電路圖，如下圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 礦用本安直流電源整體設(shè)計電路圖</p><p>　　整個設(shè)計電路的工作原理是：輸入的12V(也可是其他數(shù)值）直流電源先

65、經(jīng)過兩級過壓過流保護電路，通過控制晶體三極管的通斷來控制電路，得到安全的直流電源，從R7、R17引出的線分別接12V的穩(wěn)壓管，然后接入燈控開關(guān)控制電路，工作人員可以根據(jù)等的亮滅來判斷電路的工作狀態(tài)；輸出的直流電源經(jīng)由兩個12V的穩(wěn)壓管并聯(lián)組成的穩(wěn)壓電路，由穩(wěn)壓管的特性可知穩(wěn)壓管兩端點間產(chǎn)生一固定不變的電壓，電壓穩(wěn)定，而輸出電壓與12V相近，實現(xiàn)了穩(wěn)壓效果，</p><p>　　得到穩(wěn)定的直流電壓最后接1千歐姆的負(fù)

66、載電阻本安輸出。</p><p>　　第四章 礦用本安直流電源設(shè)計電路的仿真實驗</p><p>　　由于本次設(shè)計的電路相對比較復(fù)雜，由幾個功能模塊組成，為了簡化仿真實驗，和電路設(shè)計一樣，按照先模塊仿真實驗，再總體仿真實驗的思路進行調(diào)試仿真。因此，和電路的設(shè)計一樣將模塊仿真實驗可分為三塊分別進行，即，過壓過流保護電路的仿真實驗，穩(wěn)壓電路的仿真實驗，開關(guān)控制電路的仿真實驗，模塊仿真實驗分別

67、成功后，最后再進行整體設(shè)計電路的仿真實驗。實驗時為了更仔細的分析電路一定要每隔一個器件就用示波器觀察一次波形，根據(jù)電壓波形的變化分析接入的每一個器件的功能。</p><p>　　本次的仿真實驗用到的仿真軟件是Multisim 7，Multisim 7是EWB（Electronics Workbench）的產(chǎn)品，該軟件簡單易學(xué)，實驗結(jié)果明顯，完美的實現(xiàn)了硬件設(shè)計軟件化。下面對Multisim進行簡單的介紹。<

68、/p><p>　　4.1 Multisim仿真軟件</p><p>　　Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。與其他Windows環(huán)境下的系統(tǒng)軟件相類似，它具有圖形化界面，提供按鈕式的工具欄，各個菜單中各個選項的物理意義一目

69、了然，在輸入原理圖時，自動的將其編輯成網(wǎng)絡(luò)表送到仿真器，加快建立和管理的時間；而在仿真過程中，若改變設(shè)計，則立刻獲得該變化所帶來的影響，實現(xiàn)了交互化的設(shè)計和仿真。</p><p>　　Multisim具有龐大的原器件模型參數(shù)庫和齊全的儀器儀表庫，它除了包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，還包含了萬用表、信號發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、失真分析儀、頻率計、邏輯分

70、析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、波特圖儀、瓦特表等18種虛擬儀器儀表。為適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，Multisim推出了許多版本，用戶可以根據(jù)自己的需要加以選擇。</p><p>　　我們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣使用者無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀

71、器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。下面簡要地介紹該軟件的概況和使用方法。</p><p>　　1、Multisim概貌</p><p>　　軟件采用以圖形界面為主，菜單欄、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般Windows應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟悉程度自如使用?！?lt;/p>

72、<p>　　一、Multisim的主窗口界面。</p><p>　　啟動Multisim后，將出現(xiàn)主窗口界面，界面由多個區(qū)域構(gòu)成：菜單欄，各種工具欄，電路輸入窗口，狀態(tài)條，列表框等。通過對各部分的操作可以實現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對電路進行相應(yīng)的觀測和分析。用戶可以通過菜單或工具欄改變主窗口的視圖內(nèi)容。</p><p><b>　　二、菜單欄 </b&g

73、t;</p><p>　　菜單欄位于界面的上方，通過菜單可以對Multisim的所有功能進行操作。 </p><p>　　不難看出菜單中有一些與大多數(shù)Windows平臺上的應(yīng)用軟件一致的功能選項，如File，Edit，View，Options，Help。此外，還有一些EDA軟件專用的選項，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等。</p><p

74、><b>　　三、工具欄 </b></p><p>　　Multisim 2001提供了多種工具欄，并以層次化的模式加以管理，用戶可以通過View菜單中的選項方便地將頂層的工具欄打開或關(guān)閉，再通過頂層工具欄中的按鈕來管理和控制下層的工具欄。通過工具欄，用戶可以方便直接地使用軟件的各項功能。 </p><p>　　頂層的工具欄有：Standard工具欄、Desig

75、n工具欄、Zoom工具欄，Simulation工具欄。</p><p>　　2、Multisim對元器件的管理</p><p>　　EDA軟件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的準(zhǔn)確性都直接決定了該EDA軟件的質(zhì)量和易用性。Multisim為用戶提供了豐富的元器件，并以開放的形式管理元器件，使得用戶能夠自己添加所需要的元器件。 </p><p>　　Multisi

76、m以庫的形式管理元器件，通過菜單Tools/ Database Management打開Database Management（數(shù)據(jù)庫管理）窗口，對元器件庫進行管理。在Database Management窗口中的Daltabase列表中有兩個數(shù)據(jù)庫：Multisim Master和User。其中Multisim Master庫中存放的是軟件為用戶提供的元器件，User是為用戶自建元器件準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫。用戶對Multisim Master

77、數(shù)據(jù)庫中的元器件和表示方式?jīng)]有編輯權(quán)。當(dāng)選中Multisim Master時，窗口中對庫的編輯按鈕全部失效而變成灰色。但用戶可以通過這個對話窗口中的Button in Toolbar顯示框，查找?guī)熘胁煌悇e器件在工具欄中的表示方法。據(jù)此用戶可以通過選擇User數(shù)據(jù)庫，進而對自建元器件進行編輯管理。</p><p>　　在Multisim Master中有實際元器件和虛擬元器件之分，它們之間根本差別在于：一種是與實

78、際元器件的型號、參數(shù)值以及封裝都相對應(yīng)的元器件，在設(shè)計中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計仿真與實際情況有良好的對應(yīng)性，還可以直接將設(shè)計導(dǎo)出到Ultiboard中進行PCB的設(shè)計。另一種器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實際器件對應(yīng)，用戶可以根據(jù)需要改變器件模型的參數(shù)值，只能用于仿真，這類器件稱為虛擬器件。它們在工具欄和對話窗口中的表示方法也不同。在元器件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類實際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬器件的按鈕有

79、底色，而實際器件沒有。</p><p><b>　　3、輸入并編輯電路</b></p><p>　　輸入電路圖是分析和設(shè)計工作的第一步，用戶從元器件庫中選擇需要的元器件放置在電路圖中并連接起來,為分析和仿真做準(zhǔn)備。</p><p>　　設(shè)置Multisim的通用環(huán)境變量</p><p>　　為了適應(yīng)不同的需求和用戶習(xí)慣，

80、用戶可以用菜單Option/Preferences打開Preferences對話窗口，　通過該窗口的6個標(biāo)簽選項，用戶可以就編輯界面顏色、電路尺寸、縮放比例、自動存儲時間等內(nèi)容作相應(yīng)的設(shè)置。</p><p><b>　　取用元器件</b></p><p>　　取用元器件的方法有兩種：從工具欄取用或從菜單取用</p><p><b>　

81、　將元器件連接成電路</b></p><p>　　在將電路需要的元器件放置在電路編輯窗口后，用鼠標(biāo)就可以方便地將器件連接起來。方法是：用鼠標(biāo)單擊連線的起點并拖動鼠標(biāo)至連線的終點。在Multisim中連線的起點和終點不能懸空。</p><p>　　4、虛擬儀器及其使用</p><p>　　對電路進行仿真運行，是通過對運行結(jié)果的分析，判斷設(shè)計是否正確合理，是

82、EDA軟件的一項主要功能。為此，Multisim為用戶提供了類型豐富的虛擬儀器，在選用后，各種虛擬儀表都以面板的方式顯示在電路中。</p><p>　　在電路中選用了相應(yīng)的虛擬儀器后，將需要觀測的電路點與虛擬儀器面板上的觀測口相連，本次設(shè)計用到的是示波器和萬用表，可以用虛擬示波器同時觀測電路中兩點的波形，用萬用表測量輸出端的電流。 </p><p>　　雙擊虛擬儀器就會出現(xiàn)儀器面板，面板為

83、用戶提供觀測窗口和參數(shù)設(shè)定按鈕。以示波器為例，，雙擊選中的示波器，就會出現(xiàn)示波器的面板?？梢酝ㄟ^Simulation工具欄啟動電路仿真，點擊黃色按鈕運行|停止分析按鈕；也可用快捷鍵F5鍵啟動電路仿真。電路仿真啟動后，示波器面板的窗口中就會出現(xiàn)被觀測點的波形。</p><p>　　4.2過壓過流保護電路的仿真實驗</p><p>　　為了描述的更清楚，使輸出波形的微小變化更易于觀察，將一、二

84、級過壓過流保護電路的仿真分開進行，過壓過流保護電路的仿真實驗分為一級保護和二級保護的仿真實驗。仿真試驗時用到了示波器和萬用表，示波器是觀察電壓的變化用的，萬用表用到的是電流檔，根據(jù)其示數(shù)可以估算電路的限流大小。</p><p>　　4.2.1一級過壓過流保護電路的仿真實驗</p><p>　　輸入的12V直流電源經(jīng)過一級過壓過流保護電路后，會得到相對較為安全的直流電源.電路仿真試驗時接入示

85、波器和萬用表后，會得到形象準(zhǔn)確的電壓波形和精確地電流讀數(shù)。實驗時一定每隔一個器件就用示波器觀察一次波形，這樣才能更好的觀察電壓波形的變化，當(dāng)出現(xiàn)錯誤時也能方便快速的判斷是哪個小部分電路甚至是哪個元器件出現(xiàn)了問題，根據(jù)示波器的波形和示數(shù)并分析接入的每一個器件的作用。</p><p>　　由于設(shè)計電路相對比較復(fù)雜，使用到的元器件個數(shù)較多，因此仿真實驗的次數(shù)比較多，以一級過壓過流保護電路的仿真實驗的最后一步，即一級保護

86、的最終實驗結(jié)果為例。試驗時將示波器的A、B端分別接到一級過壓過流保護電路的輸入端和輸出端，萬用表的+端接在輸出端，- 端接地，仿真電路圖如圖4-1所示:</p><p>　　圖4-1 一級過壓過流電路的仿真實驗圖</p><p><b>　　仿真實驗內(nèi)容：</b></p><p>　　（1）一級過壓過流保護電路輸入輸出端電壓波形的變化情況。&

87、lt;/p><p>　　將示波器的兩端分別接在一級過壓過流保護電路的前后兩端，用示波器觀察輸入輸出電壓波形的的微小變化。</p><p><b>　　電路限流能力大小。</b></p><p>　　將一級過壓過流電路的輸出端接上萬用表，將開關(guān)打到電流檔，測出輸出端的電流大小，根據(jù)電流值的大小估計電路的限流能力。</p><p&g

88、t;<b>　　仿真實驗結(jié)果：</b></p><p>　　示波器和萬用表仿真實驗結(jié)果圖如圖4-2，4-3所示</p><p>　　圖4-2 一級過壓過流保護電路示波器仿真結(jié)果圖</p><p>　　4-3 一級過壓過流保護電路萬用表仿真結(jié)果圖</p><p>　　4.2.2二級過壓過流保護電路的仿真實驗</p

89、><p>　　經(jīng)過二級過壓過流保護電路得到的電源比一級過壓過流保護電路得到的的更安全，更穩(wěn)定。二級過壓過流保護電路的仿真實驗電路圖與一級保護的仿真實驗電路圖類似，只是接入示波器和萬用表的位置有所不同，也需要每隔一個器件就用示波器觀察一次電壓波形的變化，并分析接入的每一個器件的作用。也以二級過壓過流保護電路的仿真實驗的最后一步，即以二級保護電路的最終實驗結(jié)果為例。</p><p><b&g

90、t;　　仿真實驗內(nèi)容：</b></p><p>　?。?）二級過壓過流保護電路輸入輸出端電壓波形的變化情況。</p><p>　　將示波器的兩端分別接在二級過壓過流保護電路的前后兩端，用示波器觀察輸入輸出電壓波形的的變化。</p><p>　　（2）電路限流能力大小。</p><p>　　將二級過壓過流電路的輸出端接上萬用表，將開

91、關(guān)打到電流檔，測出輸出端的電流大小，根據(jù)電流值的大小估計電路的限流能力。</p><p><b>　　仿真實驗結(jié)果：</b></p><p>　　示波器和萬用表仿真實驗結(jié)果圖如圖4-4，4-5所示。</p><p>　　圖4-4 二級過壓過流保護電路示波器仿真結(jié)果圖</p><p>　　4-5 二級過壓過流保護電路萬

92、用表仿真結(jié)果圖</p><p>　　4.3穩(wěn)壓電路的仿真實驗</p><p>　　由于穩(wěn)壓電路的設(shè)計電路比較簡單，就用到了兩個穩(wěn)壓管，比起兩級過壓過流保護電路的仿真實驗，穩(wěn)壓電路的仿真實驗比較簡單，只需接入示波器和萬用表一次，觀察一下穩(wěn)壓電路是否正常工作，就可以完成。</p><p><b>　　仿真實驗內(nèi)容：</b></p>&

93、lt;p>　　觀察穩(wěn)壓電路電路前后電壓波形的變化情況。</p><p>　　將示波器的兩端分別接在穩(wěn)壓電路電路的前后兩端，用示波器觀察輸入輸出電壓波形的的變化。</p><p><b>　　電路限流能力大小。</b></p><p>　　將穩(wěn)壓電路電路的輸出端接上萬用表，打到電流檔，測出輸出端的電流大小。由于穩(wěn)壓電路只有穩(wěn)壓功能，并不能限

94、流，所以萬用表的示數(shù)和二級保護電路的沒多大變化。</p><p><b>　　仿真實驗結(jié)果：</b></p><p>　　示波器和萬用表仿真試驗結(jié)果圖如圖4-6，4-7所示。</p><p>　　圖4-6 穩(wěn)壓電路示波器仿真結(jié)果圖</p><p>　　圖4-7 穩(wěn)壓電路萬用表仿真結(jié)果圖</p><

95、;p>　　4、4開關(guān)控制電路的仿真實驗</p><p>　　開關(guān)控制電路的仿真實驗比較簡單，和以上電路的仿真實驗不同，不需要觀察電壓電流的變化，并不需要用到萬用表和示波器，只需觀察發(fā)光二級管的亮滅狀態(tài)即可。綠色發(fā)光二級管為電源指示燈一直處于發(fā)光狀態(tài)。</p><p><b>　　仿真實驗過程：</b></p><p>　?。?）將開關(guān)打到

96、閉合狀態(tài)，觀察紅色發(fā)光二級管的亮滅狀態(tài)。若紅色二極管處于發(fā)光狀態(tài)，則說明一二級過壓過流保護電路是正常工作狀態(tài)的，若紅色發(fā)光二級管處于滅的狀態(tài)，則說明一二級過壓過流保護電路出現(xiàn)工作異常情況。這時應(yīng)該及時檢查電路故障原因，盡快讓電路恢復(fù)正常狀態(tài)。</p><p>　?。?)將開關(guān)打到斷開狀態(tài)，觀察紅色發(fā)光二級管是否一直處于滅的狀態(tài)。</p><p>　　實際上此時一二級過壓過流保護電路與發(fā)光二

97、級管的狀態(tài)無關(guān)，正常情況下，在開關(guān)斷開時，紅色發(fā)光二級管是一直處于滅的狀態(tài)的。</p><p>　　4.5總體礦用本安直流電源設(shè)計電路的仿真實驗</p><p>　　以上幾個電路模塊分別仿真實驗成功后就要進行整個設(shè)計電路的仿真實驗了。 總體設(shè)計電路圖的仿真實驗是整個仿真實驗過程的最后一步，也是最關(guān)鍵的一步，是為了測試整體設(shè)計電路的最終結(jié)果，根據(jù)仿真實驗的最終結(jié)果可以基本判斷出電路的設(shè)計成功

98、與否。</p><p><b>　　仿真實驗內(nèi)容：</b></p><p>　?。?）總體設(shè)計電路輸入輸出端電壓波形的變化情況。</p><p>　　將示波器的兩端分別接在整個設(shè)計電路的前后兩端，用示波器觀察輸入輸出電壓波形的的變化。</p><p>　　（2）設(shè)計電路的限流能力大小。</p><p&

99、gt;　　將整個設(shè)計電路的輸出端接上萬用表，將開關(guān)打到電流檔，測出輸出端的電流大小，根據(jù)電流值的大小估計整個設(shè)計電路的限流能力。</p><p>　　示波器和萬用表仿真試驗結(jié)果圖如圖4-8，4-9所示。</p><p>　　圖4-8 總體電路示波器仿真結(jié)果圖</p><p>　　圖4-9 總體電路萬用表仿真結(jié)果圖</p><p>　　4.

100、6仿真實驗結(jié)果分析</p><p>　　將仿真實驗輸出結(jié)果匯總成下表4-1：</p><p>　　表4- 1 本安電源輸入輸出數(shù)據(jù)表</p><p>　　由于本安電源具有負(fù)載過壓保護和過流保護、斷電保護功能，從表格中數(shù)據(jù)可以看出來設(shè)計電路的電壓電流限制能力分別是12 V、645.7mA。當(dāng)電路中電壓超過12 V 時，晶體三極管截止，電路不能正常工作，進行電壓保護功

101、能；對于電流，當(dāng)其數(shù)值超過645.7mA時，電路進行電流保護，這就是電路的過流過壓保護功能。當(dāng)電路中出現(xiàn)故障直流電源中斷供電時，電路并不會立刻停止工作，因為此時已經(jīng)充滿電的電容C1.C2會進行放電繼續(xù)給電路提供電源供應(yīng)，讓電路繼續(xù)工作一段時間，實現(xiàn)了斷電保護功能。當(dāng)故障解除時供電回復(fù)到正常狀態(tài)，電容C1.C2不會再進行放電給電路供電，電路也自動恢復(fù)到正常狀態(tài)。電路正常工作后，電容C1.C2會進行充電直至充滿，整個電路恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

102、</p><p>　　由表可以看出經(jīng)過兩級過壓過流保護電路的輸入電流和輸出電流值的大小基本沒什么變化，也就是說，保護電路對電流的變化基本沒起作用。這是因為兩級保護電路起主控制作用的晶體三極管Q1、Q5是以共基極的形式接入電路的，共基極放大電路的最大特征是只能放大電壓不能放大電流。共基極放大電路是以發(fā)射極做為輸入端，集電極輸出。三極管的電流放大原理是在放大工作狀態(tài)時，當(dāng)基極電流IB變化時，集電極電流Ic變化B倍，發(fā)

103、射極電流變化B+1倍。反過來說，當(dāng)發(fā)射極變化B+1倍時，基極只能變化1/(B+1)倍，集電極也就只能變化B倍。因為B/(B+1)<1，所以說不能放大電流。而且對晶體三極管來說由于放大倍數(shù)B的值較大，B/(B+1)的值接近為1，所以，發(fā)射極和集電極的電流數(shù)值大小基本一樣。</p><p>　　根據(jù)兩級過壓過流保護電路、穩(wěn)壓電路、開關(guān)控制電路、總體設(shè)計電路的仿真實驗結(jié)果，觀察每次仿真實驗時示波器的電壓波形的變化

104、情況和萬用表電流檔示數(shù)結(jié)果，分析每個模塊電路的作用。表中的實際仿真實驗值與理論計算值基本一致，誤差很小，在允許范圍內(nèi)，且開關(guān)控制電路的仿真實驗很成功，所以說，本次設(shè)計的電路是正確的。</p><p>　　第五章 畢業(yè)設(shè)計總結(jié)和體會 </p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　【1】張光明，沈衛(wèi)東，曲穎等.UPS供電

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