畢業(yè)設(shè)計(jì)-礦用本安直流電源的設(shè)計(jì)

1、<p>　　礦用本安直流電源的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電力是現(xiàn)代煤炭工業(yè)的主要?jiǎng)恿?，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(shí)不僅會(huì)影響原煤的生產(chǎn)產(chǎn)量，而且會(huì)導(dǎo)致礦井排水系統(tǒng)停止工作，同時(shí)井下停電停風(fēng)后，還會(huì)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(lái)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(jìn)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(cè)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(jì) ,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(lái)越得到人們的重視 。本文結(jié)合新版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB

3、3836. 4 -- 2010 和安標(biāo)國(guó)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(jì)，并通過(guò)仿真軟件Multisim的調(diào)試驗(yàn)證，基本實(shí)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(yàn)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(jiǎn)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(duì)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(jì)6</p><p>　　3.1過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.3開關(guān)控制電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.4整體設(shè)計(jì)電路圖22</p>&l

9、t;p>　　第四章 礦用本安直流電源設(shè)計(jì)電路的仿真實(shí)驗(yàn)24</p><p>　　4.1 Multisim仿真軟件25</p><p>　　4.2過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真實(shí)驗(yàn)30</p><p>　　4.3穩(wěn)壓電路的仿真實(shí)驗(yàn)36</p><p>　　4、4開關(guān)控制電路的仿真實(shí)驗(yàn)38</p><p>　　4

10、.5總體礦用本安直流電源電路的仿真實(shí)驗(yàn)38</p><p>　　第五章 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)42</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：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(duì)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(duì)電源的可靠性要求，克服中、大型計(jì)算機(jī)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(wèn)題，以全新的數(shù)字技術(shù)研制出的第三代工頻純?cè)诰€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(duì)電源的要求特別高。煤礦自動(dòng)化的高速發(fā)展 使得本安電源在礦井中的使用越來(lái)越頻繁，同時(shí)對(duì)它的使用要求也越來(lái)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(jì)過(guò)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(hù)工作, 以防止過(guò)壓或過(guò)流產(chǎn)生

13、的火花點(diǎn)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(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。在國(guó)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(diǎn)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(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路 ；這些

14、指標(biāo)給本安電源的設(shè)計(jì)提供了明確的設(shè)計(jì)方向。</p><p>　　所以，設(shè)計(jì)一種性能優(yōu)良、通用性強(qiáng)、體積較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)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(jì)的礦用本安直流電源，滿足了礦井工作對(duì)電源的高度要求，并在仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)功能模塊效果很好，證明了它能夠在易燃等危險(xiǎn)環(huán)境下正常使用。而且它還有著體積小、安裝簡(jiǎn)單、成本較低等一系列優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng)。</p><p>

15、　　第二章 礦用本安電源的簡(jiǎn)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(diǎn)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(cè)、監(jiān)控、報(bào)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(guò)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(hù)措施來(lái)控制電路出現(xiàn)故障時(shí)產(chǎn)生的電火花能量和熱能,從而實(shí)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(diǎn)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(guò)程中, 具有安全程度高、體積小、重量輕、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、制造成本低等優(yōu)點(diǎn), 更重要的是可以應(yīng)用

17、在易燃、易爆等危險(xiǎn)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(gè)等級(jí)。ia等級(jí)是指電路在正常工作、一個(gè)或兩個(gè)計(jì)數(shù)故障時(shí)，都不能點(diǎn)燃爆炸性混合物的電氣設(shè)備。ib等級(jí)是指電路在正常工作或一個(gè)計(jì)數(shù)故障時(shí)，不能點(diǎn)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(guò)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(dá)到規(guī)定的耐壓等級(jí) 。</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(shí)由備用電池繼續(xù)向負(fù)載供電 。</p><p>　　（3）保護(hù)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(jí)

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(jí), 保護(hù)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(shí)間 。在電路實(shí)現(xiàn)上,就是要有過(guò)流或短路、過(guò)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(guò)程中, 具有安全程度高、體積小、重量輕、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、制造成本低等優(yōu)點(diǎn), 更重要的是可以應(yīng)用在易燃、易爆等危險(xiǎn)工作環(huán)境中。</p><p>　　2、3 礦山企業(yè)對(duì)供電的基本要求</p><p>　　電力是礦山生產(chǎn)的主要能源。對(duì)礦山進(jìn)行可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的供電，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)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(duì)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(duì)電可靠性的要求是不同的，為了能在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的前提下滿足不同負(fù)荷對(duì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(duì)一類負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)獨(dú)電源供電；對(duì)有特殊要求的一類負(fù)荷，兩個(gè)獨(dú)立電源應(yīng)來(lái)自不同地點(diǎn)，以保證供電的絕對(duì)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(jī)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(chǎng)。對(duì)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(duì)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(yùn)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(duì)三類負(fù)荷則更多地考慮供電的經(jīng)濟(jì)性。因此，當(dāng)電力系統(tǒng)

25、因故障必須拉閘限電時(shí)，首先停三類負(fù)荷，必要時(shí)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(guò)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(yùn)行時(shí)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(duì)于額定頻率為 50Hz 的交流電，其頻率偏差不允許超過(guò) - 50~+50Hz。供電頻率由發(fā)電廠保證，用電企業(yè)無(wú)法改變。</p>&

27、lt;p><b>　　4 供電經(jīng)濟(jì) </b></p><p>　　供電的經(jīng)濟(jì)性一般考慮三個(gè)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(hù)費(fèi)用。</p><p>　　在設(shè)計(jì)礦用電源時(shí)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(gè)條件的前提下，再對(duì)考慮供電質(zhì)量

28、、 供電經(jīng)濟(jì)的要求 。</p><p>　　目前的本質(zhì)安全電路及設(shè)備完美的實(shí)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(jì)</p><p>　　電源電路的總體設(shè)計(jì)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(guò)壓過(guò)流保護(hù)，保證在出現(xiàn)一級(jí)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(shí)，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(dòng)回復(fù)到正常工作狀態(tài)。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)礦用本安電源功能，設(shè)計(jì)的本安直流電源電路相對(duì)比較復(fù)雜，為了方便、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)電路根據(jù)功能分為三個(gè)設(shè)計(jì)模塊，即過(guò)壓過(guò)流保護(hù)模塊，穩(wěn)壓模塊，開關(guān)控制模塊。</p><p

30、>　　3.1過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于本安電源的過(guò)壓過(guò)流保護(hù)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(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)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(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路，即一級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路、二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)模塊。兩級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)原理完全相同，過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的如圖3-1 所示。</p>

31、<p>　　圖3-1過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路</p><p>　　設(shè)計(jì)的過(guò)壓過(guò)流保護(hù)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(guò)流過(guò)壓保護(hù)功能主要通過(guò)控制三極管的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面將關(guān)于晶體三極管和二極管的幾個(gè)概念和一些特性進(jìn)行一下簡(jiǎn)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(lái)另一個(gè)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(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。</p>

33、<p>　　將PN結(jié)用外殼封裝起來(lái)，并加上電極引線就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱二極管。由P區(qū)引出的電極是陽(yáng)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(shí)，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(shuō)，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(shí)外加反向電壓時(shí)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(shí)，電流極??；當(dāng)電壓超過(guò)0.6V時(shí)，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(dá)到約0.7V時(shí)，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(hào)UD表示。 　　對(duì)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(lái)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(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)允許通過(guò)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?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)管子時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過(guò)容許限度（硅管為141左右，鍺管為90左右）時(shí)，就會(huì)使管芯過(guò)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(guò)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(shí)，會(huì)將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證使用安全，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(jì)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(guò)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(guò)此值時(shí)，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(gè)能相互影響的PN結(jié)，組成一個(gè)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(jiǎn)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(shí)，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(duì)于每一個(gè)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(duì)于某一條曲線，當(dāng)uCE從零逐漸增大時(shí)，集電極結(jié)電場(chǎng)隨之增強(qiáng)，收集基區(qū)非平衡少子的能力逐漸增強(qiáng)，因而iC也就逐漸增大。而當(dāng)uCE增大到一定數(shù)值時(shí)，集電結(jié)電

43、場(chǎng)足以將基區(qū)非平衡少子的絕大部分收集到集電區(qū)來(lái)，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(gè)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(duì)于共射電路，UBE《=Uon且UCE>UBE。此時(shí)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(shí)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(duì)于共射電路，UBE>Uon且UCE>=UBE。此時(shí)，ic幾乎僅決定于ib,而UCE與無(wú)關(guān)，表現(xiàn)出ib對(duì)ic的控制作用，Ic=。在理想情況下，當(dāng)IB按等差變化時(shí)，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(duì)于共射電路，UBE>Uon且UCE《UBE。此時(shí)ic不僅與ib有關(guān)，而且明顯隨UCE增大而增大，Ic小于。在實(shí)際電路中，若晶體管的UBE增大時(shí)，ib隨之增大，但ic增大不多或基本不變，則說(shuō)明晶體管進(jìn)入飽和區(qū)。</p><p>　　3、1、3過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的保護(hù)原理</p>

46、;<p>　　兩級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路主要通過(guò)控制晶體三極管的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　一級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的保護(hù)原理是：輸入的12V(也可是其他數(shù)值）直流電源先經(jīng)過(guò)兩條并聯(lián)支路，一是由兩個(gè)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(guò)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(gè)IN4007（最大整流電流為1A)型號(hào)的二級(jí)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?，?2V又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管的開啟、導(dǎo)通電壓，所以此時(shí)兩個(gè)二極管導(dǎo)通，而經(jīng)過(guò)兩個(gè)二極管的這條支路電壓基本沒(méi)什么變化。此時(shí)根據(jù)各個(gè)點(diǎn)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(guò)兩個(gè)二極管的這條支路向下經(jīng)過(guò)一個(gè)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(guò)由兩個(gè)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(shí)，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(lái)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(lái)的。輸入的12V(也可是其他數(shù)值）直流電源經(jīng)過(guò)兩個(gè)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(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的保護(hù)原理，二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的保護(hù)原理和其類似。只是輸入電壓變?yōu)榻?jīng)過(guò)一級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的直流電壓。</p><p>　　二級(jí)保護(hù)輸入的直流電源（比12V略?。┫冉?jīng)過(guò)兩條并聯(lián)支路，一是由兩個(gè)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(guò)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(gè)IN4007（最大整流電流為1A)型號(hào)的二級(jí)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娦裕斎氲闹绷麟娫从诌h(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管的開啟、導(dǎo)通電壓，所以此時(shí)兩個(gè)二極管導(dǎo)通，而經(jīng)過(guò)兩個(gè)二極管的這條支路電壓基本沒(méi)什么變化。此時(shí)根據(jù)各個(gè)點(diǎn)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(guò)兩個(gè)二極管的這條支路向下經(jīng)過(guò)一個(gè)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(guò)由兩個(gè)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(shí)，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(jì)</p><p>　　經(jīng)過(guò)

53、雙重過(guò)壓過(guò)流保護(hù)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(guò)雙重保護(hù)電路得到的電源必須要經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓獲得較為干凈穩(wěn)定的直流電壓信號(hào)將其作為系統(tǒng)的直流電源輸出。本次設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電路原理比較簡(jiǎn)單，由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓效果不錯(cuò)，設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)穩(wěn)壓管并聯(lián)的方式，電路既簡(jiǎn)單，又實(shí)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(jiǎn)稱穩(wěn)壓管，它的電路符號(hào)是:。穩(wěn)壓管在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內(nèi)（或者說(shuō)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(shí)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(guò)一定值，管子就不會(huì)因過(guò)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(diǎn)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(jì)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(hào)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(guò)兩級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路得到的直流電源再經(jīng)過(guò)由兩個(gè)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(diǎn)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(shí)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(jì)</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(duì)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(lái)判斷電路的工作狀態(tài)。 本次設(shè)計(jì)用到了兩個(gè)發(fā)光二級(jí)管作為兩個(gè)指示燈，即紅色發(fā)光二級(jí)管和綠色發(fā)光二級(jí)管。其中，綠色發(fā)光二級(jí)管為電源指示燈，紅色發(fā)光二級(jí)管用來(lái)判斷電路的工作狀態(tài)，紅色發(fā)光二級(jí)管的亮滅是由燈控開關(guān)實(shí)現(xiàn)控制的。開關(guān)控制電路的設(shè)計(jì)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(jì)圖</p><p>　　電源指示燈綠色發(fā)光二級(jí)管一般情況下一直處于亮的狀態(tài)。紅色發(fā)光二級(jí)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(shí)，如果一二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路處于正常工作狀態(tài)，綠色發(fā)光二級(jí)管處于亮的狀態(tài)，如果一二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路出現(xiàn)工作異常時(shí)，綠色發(fā)光二級(jí)管不亮。當(dāng)燈控開關(guān)斷開時(shí)，不論電路是否工作，綠色發(fā)光二級(jí)管始終處于不亮狀態(tài)。</p><

60、;p>　　3、3、1發(fā)光二級(jí)管</p><p>　　發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。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(shí)能輻射出可見光，因而可以用來(lái)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(jí)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(zhǎng)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(jì)用到了紅色發(fā)光二級(jí)管和綠色發(fā)光二級(jí)管。如下圖下圖3-7所示為發(fā)光二級(jí)管的符號(hào)。</p><p>　　圖3-7 發(fā)光二級(jí)管符號(hào)</p><p>　　發(fā)光二級(jí)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(shí)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(qiáng)。使用時(shí)，應(yīng)特別注意不要超過(guò)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(jí)管因其驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)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(jì)電路圖可以看出來(lái)，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(jí)管LED1一直處于亮的狀態(tài)，而紅色發(fā)光二級(jí)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(guò)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(shí)，晶體三極管Q9的集電極接地，此時(shí)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(jí)管LED2中有電流通過(guò)，導(dǎo)通，發(fā)光。</p><p>　?。?）當(dāng)燈控開關(guān)J1斷開時(shí)，晶體三極

64、管Q9、Q10均截止，紅色發(fā)光二級(jí)管LED2始終處于熄滅狀態(tài)。</p><p>　　3.4整體設(shè)計(jì)電路圖</p><p>　　將各個(gè)設(shè)計(jì)模塊組合起來(lái)就構(gòu)成了整體設(shè)計(jì)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(jì)電路圖</p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)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(guò)兩級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路，通過(guò)控制晶體三極管的通斷來(lái)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(lái)判斷電路的工作狀態(tài)；輸出的直流電源經(jīng)由兩個(gè)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(diǎn)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(shí)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(jì)電路的仿真實(shí)驗(yàn)</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)的電路相對(duì)比較復(fù)雜，由幾個(gè)功能模塊組成，為了簡(jiǎn)化仿真實(shí)驗(yàn)，和電路設(shè)計(jì)一樣，按照先模塊仿真實(shí)驗(yàn)，再總體仿真實(shí)驗(yàn)的思路進(jìn)行調(diào)試仿真。因此，和電路的設(shè)計(jì)一樣將模塊仿真實(shí)驗(yàn)可分為三塊分別進(jìn)行，即，過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真實(shí)驗(yàn)，穩(wěn)壓電路的仿真實(shí)驗(yàn)，開關(guān)控制電路的仿真實(shí)驗(yàn)，模塊仿真實(shí)驗(yàn)分別

67、成功后，最后再進(jìn)行整體設(shè)計(jì)電路的仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)為了更仔細(xì)的分析電路一定要每隔一個(gè)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(gè)器件的功能。</p><p>　　本次的仿真實(shí)驗(yàn)用到的仿真軟件是Multisim 7，Multisim 7是EWB（Electronics Workbench）的產(chǎn)品，該軟件簡(jiǎn)單易學(xué)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯，完美的實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)計(jì)軟件化。下面對(duì)Multisim進(jìn)行簡(jiǎn)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(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)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(gè)菜單中各個(gè)選項(xiàng)的物理意義一目

69、了然，在輸入原理圖時(shí)，自動(dòng)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(shí)間；而在仿真過(guò)程中，若改變?cè)O(shè)計(jì)，則立刻獲得該變化所帶來(lái)的影響，實(shí)現(xiàn)了交互化的設(shè)計(jì)和仿真。</p><p>　　Multisim具有龐大的原器件模型參數(shù)庫(kù)和齊全的儀器儀表庫(kù)，它除了包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，還包含了萬(wàn)用表、信號(hào)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(jì)、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(chǎng)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(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣使用者無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò)Multisim和虛擬儀

71、器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)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(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。下面簡(jiǎn)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(dòng)Multisim后，將出現(xiàn)主窗口界面，界面由多個(gè)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(guò)對(duì)各部分的操作可以實(shí)現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對(duì)電路進(jìn)行相應(yīng)的觀測(cè)和分析。用戶可以通過(guò)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(guò)菜單可以對(duì)Multisim的所有功能進(jìn)行操作。 </p><p>　　不難看出菜單中有一些與大多數(shù)Windows平臺(tái)上的應(yīng)用軟件一致的功能選項(xiàng)，如File，Edit，View，Options，Help。此外，還有一些EDA軟件專用的選項(xiàng)，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(guò)View菜單中的選項(xiàng)方便地將頂層的工具欄打開或關(guān)閉，再通過(guò)頂層工具欄中的按鈕來(lái)管理和控制下層的工具欄。通過(guò)工具欄，用戶可以方便直接地使用軟件的各項(xiàng)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(duì)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(kù)的形式管理元器件，通過(guò)菜單Tools/ Database Management打開Database Management（數(shù)據(jù)庫(kù)管理）窗口，對(duì)元器件庫(kù)進(jìn)行管理。在Database Management窗口中的Daltabase列表中有兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)：Multisim Master和User。其中Multisim Master庫(kù)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(kù)。用戶對(duì)Multisim Master

77、數(shù)據(jù)庫(kù)中的元器件和表示方式?jīng)]有編輯權(quán)。當(dāng)選中Multisim Master時(shí)，窗口中對(duì)庫(kù)的編輯按鈕全部失效而變成灰色。但用戶可以通過(guò)這個(gè)對(duì)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(guò)選擇User數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而對(duì)自建元器件進(jìn)行編輯管理。</p><p>　　在Multisim Master中有實(shí)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(shí)

78、際元器件的型號(hào)、參數(shù)值以及封裝都相對(duì)應(yīng)的元器件，在設(shè)計(jì)中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計(jì)仿真與實(shí)際情況有良好的對(duì)應(yīng)性，還可以直接將設(shè)計(jì)導(dǎo)出到Ultiboard中進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)。另一種器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實(shí)際器件對(duì)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?cè)诠ぞ邫诤蛯?duì)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(shí)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(shí)際器件沒(méi)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(jì)工作的第一步，用戶從元器件庫(kù)中選擇需要的元器件放置在電路圖中并連接起來(lái),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(duì)話窗口，　通過(guò)該窗口的6個(gè)標(biāo)簽選項(xiàng)，用戶可以就編輯界面顏色、電路尺寸、縮放比例、自動(dòng)存儲(chǔ)時(shí)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(lái)。方法是：用鼠標(biāo)單擊連線的起點(diǎn)并拖動(dòng)鼠標(biāo)至連線的終點(diǎn)。在Multisim中連線的起點(diǎn)和終點(diǎn)不能懸空。</p><p>　　4、虛擬儀器及其使用</p><p>　　對(duì)電路進(jìn)行仿真運(yùn)行，是通過(guò)對(duì)運(yùn)行結(jié)果的分析，判斷設(shè)計(jì)是否正確合理，是

82、EDA軟件的一項(xiàng)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(cè)的電路點(diǎn)與虛擬儀器面板上的觀測(cè)口相連，本次設(shè)計(jì)用到的是示波器和萬(wàn)用表，可以用虛擬示波器同時(shí)觀測(cè)電路中兩點(diǎn)的波形，用萬(wàn)用表測(cè)量輸出端的電流。 </p><p>　　雙擊虛擬儀器就會(huì)出現(xiàn)儀器面板，面板為

83、用戶提供觀測(cè)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(huì)出現(xiàn)示波器的面板。可以通過(guò)Simulation工具欄啟動(dòng)電路仿真，點(diǎn)擊黃色按鈕運(yùn)行|停止分析按鈕；也可用快捷鍵F5鍵啟動(dòng)電路仿真。電路仿真啟動(dòng)后，示波器面板的窗口中就會(huì)出現(xiàn)被觀測(cè)點(diǎn)的波形。</p><p>　　4.2過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真實(shí)驗(yàn)</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(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真分開進(jìn)行，過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真實(shí)驗(yàn)分為一級(jí)保護(hù)和二級(jí)保護(hù)的仿真實(shí)驗(yàn)。仿真試驗(yàn)時(shí)用到了示波器和萬(wàn)用表，示波器是觀察電壓的變化用的，萬(wàn)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(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真實(shí)驗(yàn)</p><p>　　輸入的12V直流電源經(jīng)過(guò)一級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路后，會(huì)得到相對(duì)較為安全的直流電源.電路仿真試驗(yàn)時(shí)接入示

85、波器和萬(wàn)用表后，會(huì)得到形象準(zhǔn)確的電壓波形和精確地電流讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)一定每隔一個(gè)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(cuò)誤時(shí)也能方便快速的判斷是哪個(gè)小部分電路甚至是哪個(gè)元器件出現(xiàn)了問(wèn)題，根據(jù)示波器的波形和示數(shù)并分析接入的每一個(gè)器件的作用。</p><p>　　由于設(shè)計(jì)電路相對(duì)比較復(fù)雜，使用到的元器件個(gè)數(shù)較多，因此仿真實(shí)驗(yàn)的次數(shù)比較多，以一級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真實(shí)驗(yàn)的最后一步，即一級(jí)保護(hù)

86、的最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果為例。試驗(yàn)時(shí)將示波器的A、B端分別接到一級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的輸入端和輸出端，萬(wàn)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(jí)過(guò)壓過(guò)流電路的仿真實(shí)驗(yàn)圖</p><p><b>　　仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：</b></p><p>　?。?）一級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)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(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)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(jí)過(guò)壓過(guò)流電路的輸出端接上萬(wàn)用表，將開關(guān)打到電流檔，測(cè)出輸出端的電流大小，根據(jù)電流值的大小估計(jì)電路的限流能力。</p><p&g

88、t;<b>　　仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果：</b></p><p>　　示波器和萬(wàn)用表仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖如圖4-2，4-3所示</p><p>　　圖4-2 一級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路示波器仿真結(jié)果圖</p><p>　　4-3 一級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路萬(wàn)用表仿真結(jié)果圖</p><p>　　4.2.2二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真實(shí)驗(yàn)</p

89、><p>　　經(jīng)過(guò)二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路得到的電源比一級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路得到的的更安全，更穩(wěn)定。二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真實(shí)驗(yàn)電路圖與一級(jí)保護(hù)的仿真實(shí)驗(yàn)電路圖類似，只是接入示波器和萬(wàn)用表的位置有所不同，也需要每隔一個(gè)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(gè)器件的作用。也以二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真實(shí)驗(yàn)的最后一步，即以二級(jí)保護(hù)電路的最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果為例。</p><p><b&g

90、t;　　仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：</b></p><p>　?。?）二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)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(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)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(jí)過(guò)壓過(guò)流電路的輸出端接上萬(wàn)用表，將開

91、關(guān)打到電流檔，測(cè)出輸出端的電流大小，根據(jù)電流值的大小估計(jì)電路的限流能力。</p><p><b>　　仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果：</b></p><p>　　示波器和萬(wàn)用表仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖如圖4-4，4-5所示。</p><p>　　圖4-4 二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路示波器仿真結(jié)果圖</p><p>　　4-5 二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路萬(wàn)

92、用表仿真結(jié)果圖</p><p>　　4.3穩(wěn)壓電路的仿真實(shí)驗(yàn)</p><p>　　由于穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)電路比較簡(jiǎn)單，就用到了兩個(gè)穩(wěn)壓管，比起兩級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的仿真實(shí)驗(yàn)，穩(wěn)壓電路的仿真實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，只需接入示波器和萬(wàn)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(shí)驗(yàn)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(wàn)用表，打到電流檔，測(cè)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(wàn)用表的示數(shù)和二級(jí)保護(hù)電路的沒(méi)多大變化。</p><p><b>　　仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果：</b></p><p>　　示波器和萬(wàn)用表仿真試驗(yàn)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(wàn)用表仿真結(jié)果圖</p><

95、;p>　　4、4開關(guān)控制電路的仿真實(shí)驗(yàn)</p><p>　　開關(guān)控制電路的仿真實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，和以上電路的仿真實(shí)驗(yàn)不同，不需要觀察電壓電流的變化，并不需要用到萬(wàn)用表和示波器，只需觀察發(fā)光二級(jí)管的亮滅狀態(tài)即可。綠色發(fā)光二級(jí)管為電源指示燈一直處于發(fā)光狀態(tài)。</p><p><b>　　仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)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(jí)管的亮滅狀態(tài)。若紅色二極管處于發(fā)光狀態(tài)，則說(shuō)明一二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路是正常工作狀態(tài)的，若紅色發(fā)光二級(jí)管處于滅的狀態(tài)，則說(shuō)明一二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路出現(xiàn)工作異常情況。這時(shí)應(yīng)該及時(shí)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(jí)管是否一直處于滅的狀態(tài)。</p><p>　　實(shí)際上此時(shí)一二級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路與發(fā)光二

97、級(jí)管的狀態(tài)無(wú)關(guān)，正常情況下，在開關(guān)斷開時(shí)，紅色發(fā)光二級(jí)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(jì)電路的仿真實(shí)驗(yàn)</p><p>　　以上幾個(gè)電路模塊分別仿真實(shí)驗(yàn)成功后就要進(jìn)行整個(gè)設(shè)計(jì)電路的仿真實(shí)驗(yàn)了。 總體設(shè)計(jì)電路圖的仿真實(shí)驗(yàn)是整個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程的最后一步，也是最關(guān)鍵的一步，是為了測(cè)試整體設(shè)計(jì)電路的最終結(jié)果，根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果可以基本判斷出電路的設(shè)計(jì)成功

98、與否。</p><p><b>　　仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：</b></p><p>　?。?）總體設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)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>　?。?）設(shè)計(jì)電路的限流能力大小。</p><p&

99、gt;　　將整個(gè)設(shè)計(jì)電路的輸出端接上萬(wàn)用表，將開關(guān)打到電流檔，測(cè)出輸出端的電流大小，根據(jù)電流值的大小估計(jì)整個(gè)設(shè)計(jì)電路的限流能力。</p><p>　　示波器和萬(wàn)用表仿真試驗(yàn)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(wàn)用表仿真結(jié)果圖</p><p>　　4.

100、6仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　將仿真實(shí)驗(yàn)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(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)、斷電保護(hù)功能，從表格中數(shù)據(jù)可以看出來(lái)設(shè)計(jì)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(guò)12 V 時(shí)，晶體三極管截止，電路不能正常工作，進(jìn)行電壓保護(hù)功

101、能；對(duì)于電流，當(dāng)其數(shù)值超過(guò)645.7mA時(shí)，電路進(jìn)行電流保護(hù)，這就是電路的過(guò)流過(guò)壓保護(hù)功能。當(dāng)電路中出現(xiàn)故障直流電源中斷供電時(shí)，電路并不會(huì)立刻停止工作，因?yàn)榇藭r(shí)已經(jīng)充滿電的電容C1.C2會(huì)進(jìn)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(shí)間，實(shí)現(xiàn)了斷電保護(hù)功能。當(dāng)故障解除時(shí)供電回復(fù)到正常狀態(tài)，電容C1.C2不會(huì)再進(jìn)行放電給電路供電，電路也自動(dòng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。電路正常工作后，電容C1.C2會(huì)進(jìn)行充電直至充滿，整個(gè)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(guò)兩級(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的輸入電流和輸出電流值的大小基本沒(méi)什么變化，也就是說(shuō)，保護(hù)電路對(duì)電流的變化基本沒(méi)起作用。這是因?yàn)閮杉?jí)保護(hù)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(shí)，當(dāng)基極電流IB變化時(shí)，集電極電流Ic變化B倍，發(fā)

103、射極電流變化B+1倍。反過(guò)來(lái)說(shuō)，當(dāng)發(fā)射極變化B+1倍時(shí)，基極只能變化1/(B+1)倍，集電極也就只能變化B倍。因?yàn)锽/(B+1)<1，所以說(shuō)不能放大電流。而且對(duì)晶體三極管來(lái)說(shuō)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(jí)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路、穩(wěn)壓電路、開關(guān)控制電路、總體設(shè)計(jì)電路的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，觀察每次仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)示波器的電壓波形的變化

104、情況和萬(wàn)用表電流檔示數(shù)結(jié)果，分析每個(gè)模塊電路的作用。表中的實(shí)際仿真實(shí)驗(yàn)值與理論計(jì)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(shí)驗(yàn)很成功，所以說(shuō)，本次設(shè)計(jì)的電路是正確的。</p><p>　　第五章 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì) </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　【1】張光明，沈衛(wèi)東，曲穎等.UPS供電

105、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2004</p><p>　　【2】童詩(shī)白 華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）. 高等教育出版社，2009.</p><p>　　【3】李成章.現(xiàn)代UPS電源及電路圖集[M].北京:電子工業(yè)出版社，2001.</p><p>　　【4】張燕美，李維堅(jiān).本質(zhì)安全電路設(shè)計(jì)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社</p>

106、<p>　　【5】王連英.Multisim 7仿真設(shè)計(jì).江西高等教育出版社，2007</p><p>　　【6】閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社，2006</p><p>　　【7】劉 輝. 隔爆兼本安直流穩(wěn)壓電源的研究 ［D］. 西安 ：西安科技大學(xué)，2005.</p><p>　　【8】王其英, 劉秀榮. 新型不停電電源( U P

107、S) 的管理使用和維護(hù)[ M ] . 北京: 人民郵電出版社, 2005.</p><p>　　【9】商立群 本質(zhì)安全電路及其研究 [ J] 儀器儀表學(xué)報(bào), 2002, 23 ( 3 增)</p><p>　　【10】孫繼平 礦井安全控制系統(tǒng) 北京: 中國(guó)煤炭工業(yè)勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì), 安全監(jiān)控專業(yè)委員會(huì), 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) ( 北京) 信息工程研究所, 2004</p>

108、<p>　　【11】 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)起草小組中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB38364- 2000 eqvIEC60079- 11:1999 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第4 部分: 本質(zhì)安全型i[S] 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2001</p><p>　　【12】劉強(qiáng)，楊昉昉.礦用直流不間斷電源的設(shè)計(jì) 工礦自動(dòng)化，2011第8期</p><p>　　【13】 馬福昌，程旭 ，馬 珺 ，等.

109、 新型礦用直流開關(guān)電源 ［J］. 煤礦機(jī)械 ，2010，3(6):123-124.</p><p>　　【14】王文清，田柏林. 礦用本安直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與研究［J］. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2008(10):35-38.</p><p>　　【15】 M T / T 1078 - 2008 礦用本質(zhì)安全直流輸出電源[ S] . 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008</p><