硬币识别器(4)

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信号，可采用运算放大器进行放大。

但是运算放大器对微弱信号的放大，仅适用与信号回路不受干扰的情况。但是在此类硬币识别器当中使用的两种传感器都会受到相互的干扰，并且在传感器的两个输出端上经常产生较大的干扰信号，有时是完全相同的，即共模干扰。对简单的反相输入或同相输入接法，由于电路结构的不对称，地狱共模干扰的能力很差，故不能用在精密测量场合，因此需要引入另一种形式的放大器，即测量放大器，又称仪用放大器、数据放大器，它广泛用于传感器的信号放大，特别是微弱信号及具有较大共模干扰的场合。因此在此类硬币识别器中我选用的是AD612测量放大电路。

测量放大器除了对低电平信号进行线性放大外，还担负着阻抗匹配和抗共模干扰的任务。它具有高共模抑制比、高速度、高精度、高频带、高稳定性、高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声等特点。

如下图测量放大器由三个运算放大器组成，其中A1、A2两个同相放大器组成前级，为对称结构。输入信号加在A1、A2的同相输入端，从而具有高抑制共模干扰的能力和高输入阻抗。差动放大器A3为后级，它可以切断共模干扰的传输。该测量放大器的放大倍数为

G=Uo/Ui=R3/R2(1+R1/RG+R1`/RG)

式中。RG为用于调节放大倍数的外接电阻，通常RG采用多圈电位器，并靠近组件，若距离较远，应将联线绞合在一起，改变RG可使放大倍数在1～1000范围内调节。

AD612是一种高精度、高速度的测量放大器，能在恶劣环境中工作，具有很好的交直流特性。测量放大器内部结构（见电路图）。电路中所有电阻都是采用激光自动修刻工艺制作的高精度薄膜电阻，用这些网络电阻构成的放大器增益精度

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高，最大增益误差不超过10*10-6/Oc,用户可以很方便地连接这些网络的引脚，获得1～1024倍二进制关系的增益，这种测量放大器在数据采集系统中应用广泛。当A1反相端（1）和精密电阻网络的各引出端（3）～（12）不连接时，RG=∞。Af=1。当精密电阻网络引出端（3）～（10）分别和（1）端想连时，按二进制关系建立增益，其范围为2的1次方～2的8次方。当要求增益为2的9次方时，需把引出端（10）、（11）和（12）端均与（1）端相连。若要求增益为2的10次方需把（10）、（11）和（12）均与（1）端相连。所以只要在（1）端和（2）～（12）断之间加一个多路转换开关，用数码去控制开关的通与断，就可以方便地进行增益控制。

另一种非二进制增益关系的测量放大器与一般三运放测量放大器一样只要在（1）端和（2）端之间外接一个电阻RG，其增益为：

Af=1+80k/RG

AD612放大电路的用法：

在电路图中可以看出测量放大电路是由三个运算放大器组成的，在使用是应该注意：

（1） 差动输入端的连接。由于AD612放大器是三运放结构，它的两输入端都是

有偏置电流的，使用时要特别注意为偏置电流提供回路。如果没有回路，则这些电流将对分布电容充电，造成电压不可控制的漂移或处于饱和。因此对于浮置的，例如变压器耦合、热电偶以及交流电容耦合的信号源，必须对测量放大器的每个输入端构成到电源地的直流通路

（2） 护卫（GUARD）端的连接。连接护卫端主要是为了对交流共模干扰VCM有效

的抑制。

在我设计电路时，我将AD612 的REF端作为了信号的输出端而∑OIUN端接电源地，这样也形成了差动输入端的连接。正是因为AD612的这些特点所以我选用了它做为信号传输的放大器。

3.2.3整流电路

由于硬币识别器所用电源为交流电而当信号要输入单片机时需要变为直流电，所以在电路中我们需要接入一个整流电路，所谓整流电路就是将交流信号转换为直流信号。单相整流电路分为半波整流、全波整流、桥式整流及倍压整流电路等。

单相半波可控整流电路：

具有电阻性负载的单相半波可控整流电路

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单相半波可控整流电路的主电路，如图1所示。设图中变压器副边电压为v2，负载 RL为电阻性负载。现将这种可控整流电路的工作原理分析如下： （1）工作原理若晶闸管的控制极上未加正向触发电压，那么根据晶闸管的导通条件，不论正弦交流电压v2 是正半周还是负半周，晶闸管都不会导通。这时，负载端电压Vo=0、负载电流 io=0，因而电源的全部电压都由晶闸管承受，即

VT=V2。

当v2 由零进入正半周，设a点电位高于b点电位，晶闸管承受正向电压，如果在

时「见图2」，在控制极加上适当的触发脉冲电压 ，晶闸管将立即导通。

，这样负载电流

。

电路中电流流向为a→T→RL→b。晶闸管导通后，其管压降约1V左右，若忽略此管压降，则电源电压全部加在负载RL上，即

此后，尽管触发电压随即消失，晶闸管仍然继续导通，直到电源电压v2 从正半周转入负半周过零的时候，晶闸管才自行关断。当v2 在负半周时，因为晶闸管承受的是反向电压，所以即使控制极上加触发电压，晶闸管也不会导通。这时，负载电压、电流都为零，晶闸管承受v2 的全部电压。在以后各个周期，均重复上述过程。

从整流电路的工作波形图看，v2 、io 均是一个不完整的半波整流波形（阴影部分）。在晶闸管承受正向电压的半周内，加上触发脉冲电压，使晶闸管开始导通的相位角 称为控制角，而晶闸管从开始导通到关断所经历的电角度 称为导通角，故

。显然， 的大小是由加上触发脉冲的时刻来控制的。改变 的

大小称为移相。 的变化范围称为移相范围。因此，改变 就可以方便地获得可调节的整流电压和电流。比较图2（a）与（b）可见，控制角 越小，则输出电压、电流的平均值越大。

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（2）负载电压和电流

单相半波可控整流电路的负载电压和电流的平均值，可以用控制角 为变量的函数来表示。由图2 可知，负载电压vo 是正弦半波电压的一部分，一个周期的平均值为

而负载电流的平均值为

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在单相半波可控整流电路中，触发脉冲的移相范围为0°～180°。当.

，当

时，则晶闸管在正半周内全导通，输出电压平均值最高，其值为

、

时，则晶闸管全关断，输出电压、电流都为零。

。

可见，输出电压的可控范围为

单相桥式整流电路的工作原理：

单相桥式整流电路如图1（a）所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压vI变成整流电路要求的交流电压 ，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图1（a）中实线箭头表示。在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图1（a）中虚线箭头所示。

图1 (a)

(b)

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