电子电路作品及原理

1.基本原理

自然界中的电荷只有两种，即正电荷和负电荷。电荷的多少，用电荷量表示。符号是Q 单位是库(仑)。在毛皮上摩擦后的橡胶制品能够吸引小纸片是物体带电的一种表现。我们还发现雷击、感应、加热、照射等等也能使物体带电。

有些传感器反映被测物理量大小是以电荷量来表示的。如利用晶体的压电效应，可以做成压力传感器、加速度传感器等。其输出电荷与所加其上的压力之比叫灵教度，比如，某传感器灵敏度为12pC/kg,表示每千克力输出12X10-12库仑的电荷。

我们知道，测量电荷使用电容器是比较好的方法，利用公式U=Q/C，使用标准电容C，测量电U，就可以知道电荷量Q。

由于传感器的引出线以及其他外部电容的存在(在本例中，我们以C21模拟这些电容的存在，C12作为普通标准电容器测量方法)，使得我们不容易得到准确的标准电容C，工程师们发明了电荷放大器，其基本原理，是利用运算放大器的特性，将所有电荷转移到反馈电容中(本例中是C3和C22),而由于运算放大器的虚短特点，C21两端电压近似为零，没有额外的电荷消耗在其他的电容上，我们只要测量标准的反馈电容两端电压，就可以得到电荷量的大小。

设计电荷型输出传感器的电子线路设计者，需婴把握以下两方面：一方面如何设计电荷放大器，把传感器输出电荷数量线性转换为容易处理的电压。这也是我们传感应用的电子产品设计的基本出发点。另一方面，我们设计好了产品，在传感器未知或不可测试时，怎么测定我们设计的电子产品的电荷利量准确性呢？

本产品是一种电荷放大电路的设计，还配合设计了其标定电路。电荷泵标定电路可以用来产生标准电荷量的发生装置。电荷放大电路将电荷量又转化为电压信号。

电荷泵标定电路，是通过产生一个恒流源，其电流大小是可调节的。同时设计了一个时间可控开关。这个开关用来控制加载电流的时间，这样就可以得到固定电荷量的输出了。

电路中，通过多个电流镜像电路。我们将由U5A和Q5确定的电流，在Q3和Q10上形

成正和负电流源，在通过模拟开关，接入电荷放大器。其电荷量应为Q=IXT，其中1为电流源电流，T为模拟开关导通时间。通过控制模拟开关的时序，我们可以得到电荷输出的不同时序，为便于使用示波器测量，我们的通过单片机产生周期性的时序，使得电荷放大器的输出是周期性波形。

电于负载用于验证信号源特性、仿真各种应用环境等场合。其基本功能是模拟电阻、模拟电流、模拟恒压负款等。本装置是一个功率5W，以电位器调节模拟阻，单片机控制恒定电流的电子负载。通过短路块的连接，分别实现电阻负载和恒流负载。

为了测试电子负载的特性，本装置配备了一个2-10V的直流电源。

高压绝缘子在电力输送系统中用于支撑传输导线，其本身应该是不导电的，理想情况下在高压线同支撑架之间相当于一个电容器(导体之间的电容)，在高压交流电压下会有一定的漏电流，当由于自身的原因或外部原因使得该漏电流增加时，表明绝缘子有了其他的导电途径，如绝缘子内部的裂痕或外部的表面的污垢等等，这些是造成故障的隐患，应及时发现并排除。

本电路给出了一种漏电监测电路产品的原理以及标定传感器灵敏度的信号源电路。

本电路由漏电测量电路、光传输电路、脉冲展宽电路、单片机频率测试电路等组成，标定电路用于试验测量系统的特性。

报警主机是安全防范系统中的重要电子技术防范系统的主要设备。而作为防范系统的电子设备的供电的判断和掉电处理也显得极为重要。

断电保护器包括主机和从机两个部分。从机由AT89C2051(以下简称2051)单片机控制，可以接入四路防区报警，考虑到调试方便，本产品采用四个按键来模拟四路防区。从机地址可配置。通过总线级联的方式很容易扩展(本产品仅一台从机，暂未考虑通信总线扩展)。主机则作为显示报警信息的终端。主机由AT89S52 单片机(以下简称8052) 控制，借助于串口与2051通信，可以监控从机地址和防区号。从机还可以检测到供电电源的异常掉电。本产品采用超级电容作为从机外电源掉电时报警的应急电源，可以将掉电报警信号连续发给主机，信号持续时间也可以反映超级电容的容量，以结合不同的分机选择恰当的超级电容型号，确保掉电报警信号可以有效送达主机。

直接数字合成(DDFS) 技术产生波形，是使用存储器来进行波形数据的存储。用计数器的出接至存储器的地址上来进行波形数据的读取，经过D/A转换、滤波就可以产生较好的稳定的波形。只要事行在存储器中存入相应的波形数据，理论上即可以产生任意形状的波形。

本波形发生器U2 用于产生计数器的时钟信号，产生的时钟信号送入由U3A和U3B (十六进制计数器) 组成的256 周期计数器，计数器输出端信号用于存储器UI 的寻址。存储器中的每一个波形由256 个数据点构成。存储器U1根据计数器和单片机U6 的相应寻址信号输出对应的波形数据D0-D7，波形数据再由7-2T 网络(100k、200 k 电阻) 进行D/A转换，初步转换成模拟信号。转换后的模拟信号再经U5 进行滤波，最终产生较为理想的模拟信号输出。

很多分析测量仪器中有光电测量电路，通过测量光通过被测介质的吸收量，再根据生物的或化学的有关原理，可以得到所需测试数据。本电路可以实现测量吸收量(相对衰减量)的功能，只是在实际的系统中，需要根据测量原理选用发光二极管，在这里我们选用红外发光二极管。

超级电容是特殊的一种电容，外形与铝电解电容相似。超级电容容量很大，但体积小，

其电容量为同体积电解电容的40倍以上。超级电容充放电性能强，充电在几秒内就可接近额定容量，且充放电次数可达100 万次以上，寿命长达40 万小时以上。完全免维护，充放电线路简单，安全可靠。

由于超级电容上述特点，其应用领域主要有:

1.电器电源: 无电源手电筒; 音响、视频的电子类产品中须随时保存数据的存储器后备

电源; 电子玩具; 无线电话; 电热水瓶; 照相机闪光灯系统; 助听器等

2.工业产品: 智能仪表; 无线报警系统; 电磁阀; 电子门锁; 脉冲电源; UPS; 电动工具; 汽车辅助系统; 汽车启动设备等的备电。

3.通讯: 双向寻呼; GSM 手机通讯时脉冲电源; 其它数据通讯设备。

电脑: 手提数据终端; PDA; 其它使用微处理器的手提设备。

4.由于超级电容应用广泛，有些场合对其放电能力的要求又很高，对该器件的检验测试很有必要。

本产品是超级电容应用测试电路。就是用来对超级电容的放电特性进行测试的装置。通

过简单的充电电路，快速充电到指定电压后，调节恒流源负载的电流，可以测试不同放电条件下的输出容量。