硬币识别器(5)

成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）

综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图2。由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。

图2

桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极管用得较多。通过对以上两种整流电路的介绍对比正是由于桥式整流电路的这些特性硬币识别器所以我选用选用了单相桥式整流电路。

3.2.4 滤波电路

滤波电路的分类及幅频特性：

所谓滤波，就是保留信号中所需频段的成分，抑制其他频段信号的过程。

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根据输出信号中所保留的频率段的不同，可将滤波分为低通滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波等四类。滤波电路的理想特性是：

⑴通带范围内信号无衰减地通过，阻带范围内无信号输出； ⑵通带与阻带之间的过渡带为零。 ① 无源无源滤波电路

若滤波电路仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成。如图所示为RC低通滤波器及其幅频特性，当信号频率趋于零时，电容的容抗趋于无穷大，故低频信号顺利通过。

带负载后，通带放大倍数的数值减小，通带截止频率升高。可见，无源滤波电路的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化。无源滤波电路结构简单，但有以下缺点：

⑴由于R及C上有信号压降，使输出信号幅值下降；

⑵带负载能力差，当RL变化时，输出信号的幅值将随之改变，滤波特性也随之变化⑶过渡带较宽，幅频特性不理想。

这些缺点不符合信号处理的要求，因而产生有源滤波器。

图1

图2

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② 有源滤波电路

为了使负载不影响滤波特性，可在无源滤波电路和负载之间加一个高输入电阻低输出电阻的隔离电路，最简单的方法是加一个电压跟随器，如下图所示，这样就构成了有源滤波电路。R和C为无源低通滤波器，运算放大器接成同相比例放大组态，对输入信号中各频率分量均有如下的关系：

Uo=AuduB=〔1+Rf/R1〕*uB=〔1+Rf/R1〕*〔1/1+jwRC〕*ui

由上式可以看出，输入信号频率越高，相应的输出电压越小，而低频信号则可得到有效的放大，故称为低通滤波电路。

在理想运放的条件下，由于电压跟随器的输入电阻为无穷大，输出电阻为零，因而

仅决定于RC的取值。输出电压

=

，负载变化，输出不变。

有源滤波必须在合适的直流电源供电的情况下才能起作用，还可以放大，只适合于信号处理，不适合高电压大电流的负载。

在传感器接口电路中设置滤波电路可以滤除外界干扰引入的信号，滤波电路或滤波器是一种能是某一种频率顺利通过而另一部分频率受到较大衰减的装置。因传感器的输出信号大多是缓慢变化的，因而对传感器输出信号的滤波常采用有源低通滤波电路，它只允许低频信号通过，而不能通过高频信号。

3.2.5电压比较器

电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。

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图3－1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相输入端，输入电压ui加在反相输入端。

（a）电路图 （b）传输特性

图3－1 电压比较器

当ui＜UR时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压UZ，即 uO＝UZ

当ui＞UR时，运放输出低电平，DZ正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降UD，即 uo＝－UD

因此，以UR为界，当输入电压ui变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。

在设计这个硬币识别器时考虑到要检测1角、五角、一元三种硬币所以我在UREF设置了三个设定电压作为比较是识别功能更完善。

表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。 图3－1(b)为(a)图比较器的传输特性。

常用的电压比较器有过零比较器、具有滞回特性的过零比较器、双限比较器（又称窗口比较器）等。

由于单门限电压比较器的状态翻转的门限电压是在一个固定值上。而在实际应用时如果实际测得的信号存在外界干扰，即正弦波上叠加了高频干扰，过零电压比较器就容易出先多次翻转，因此我选择滞回电压比较器。它的组成如图1：

、

图1

1．电路特点：

滞回电压比较器电路是在单值电压比较7的基础上增加了正反馈元件Rf

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和R2。由于集成运放工作于非线性状态，那么它的输出只可能有两种状态：正向饱和电压+Uom和负向饱和电压—Uom。由图2（a）可知集成运放的同相端电压u+是由输出电压和参考电压共同作用叠加而成，因此集成运放的同相端电压u+也有两个。

当输出为正向饱和电压+Uom时，将集成运放的同相端电压称为上门限电平，用UTH1表示，则有

UTH1=u+=UREF*Rf/Rf+R2+Uom*R2/R2+Rf(6.12)

当输出为负向饱和电压-Uom时，将集成运放的同相端电压称为下门限电平，用UTH2表示，则有

UTH2=u+=UREF*Rf/Rf+R2-Uom*R2/R2=Rf（6.13）

通过两式可以看出，上门限电平UTH1的值比下门限电平UTH2的值大。

2．传输特性和回差电压△UTH

滞回比较器的传输特性如图

2(b)所示当输入信号ui从零开始增加时，电

路输出为正饱和电压+Uom，此时集成运放的同相端对地电压为UTH1。当ui逐渐增加到刚超过UTH1时，电路翻转，输出变为负向饱和电压-Uom,这时同相端对地电压变为UTH2,ui继续增大时，输出保持-Uom不变。

若ui从最大值开始下降，当下降到上门限电压UTH1时，输出并不翻转，只有下降到略小于下门限电压UTH2时，电路才发生翻转，输出变为正向饱和电压+Uom。

由上分析可知，该比较器具有滞回特性。

我们把上门限电压UTH1与下门限电压UTH2之差称为回差电压，用△UTH表示

△ UTH=UTH1-UTH2=2UomR2/R2+RF

回差电压的存在，大大提高了电路的抗干扰能力。只要干扰信号的峰值小于半个回差电压，比较器就不会因为干扰而误动作。从电压比较器传输出的“高电

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