2018年电赛A题（电流检测设备）的复刻

电流检测设备项目说明书
该项目由任意波形发生器、功率放大器、接收电流互感器、微弱电流放大器、单片机ADC采样构成。
下面一一介绍

任意波形发生器
一、芯片简介
ICL 8038 是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路, 只需调整个别的外部元件就能产生从 0.001HZ～300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调频信号输入端, 所以可以用来对低频信号进行频率调制。
二、工作原理

ICL8038 是单片集成函数信号发生器，其内部框图如右图所示。它由恒流源I1和 I2、电压比较器A和B、触发器、缓冲期和三角波变正弦波电路等组成。
外接电容C由两个恒流源充电和放电，振荡电容C由外部接入，它是由内部两个恒流源来完成充电放电过程。恒流源2的工作状态是由恒流源1对电容器C连续充电，增加电容电压，从而改变比较器的输入电平，比较器的状态改变，带动触发器翻转来连续控制的。当触发器的状态使恒流源2处于关闭状态，电容电压达到比较器1输入电压规定值的2/3倍时，比较器1状态改变，使触发器工作状态发生翻转，将模拟开关K由B点接到A点。由于恒流源2的工作电流值为2I，是恒流源1的2倍，电容器处于放电状态，在单位时间内电容器端电压将线性下降，当电容电压下降到比较器2的输入电压规定值的1/3倍时，比较器2状态改变，使触发器又翻转回到原来的状态，这样周期性的循环，完成振荡过程。
使用说明：该电路板由3-12V供电，有条件的情况下，使用正负电源，如果没有条件，直接将电源正极接到正电压输入，地接负电压输入即可。板上已经标明输出正弦波的引脚位置。

在这里附上原理图

功率放大器部分
一、芯片介绍
功率放大部分使用了两个方案：1.TDA2030A可调功率放大器 2.LM1875固定增益功放。
在这里插入图片描述

TDA2030是一款入门级功放芯片，可调增益使得能够更好地配合前后级电路，减小放大过程中的失真，其缺点是功率较小。LM1875则是一款功率比较大的放大器，其优点是功率大，放大效果稳定，缺点是容易产生失真。
使用说明：TDA2030使用5V供电，而LM1875需要12V左右供电，使用LM1875模块时很容易产生失真，此时要仔细调节波形发生器的输入电压和功放板的输入电压以获
得一个比较理想的波形！

电流信号检测部分
一、组成介绍
电流信号检测部分：包括一个输出级、电流互感器、微弱信号放大器
输出级由功率放大器的输出端接出，连接到功率电阻上（黄金壳电阻）
连接到功率电阻的连接线穿过电流互感器，获得一个微弱电流，此时再经过放大之后进入ADC采集
二、原理介绍
对于一个如图所示的线圈

先确定线圈的各项参数：假设磁环内径为a，外径为b，假设线圈有N匝，每匝线圈的半径为r。假设其总电阻为R。设此时导线恰好从磁环中央穿过，其上电流为I=Acos（wt+θ）。
忽略导线的半径（看作理想线电流），忽略电磁感应强度B在每匝线圈径向的变化。
在一匝线圈上，

可得B=μ0I / 4Π（（a+b）/2)²

代入，得到B=μ0Acos（wt+θ）/4Π（（a+b）/2）²

Φ=BS=BΠr²=μ0Ar²cos（wt+θ）/（（a+b）/2）²

由法拉第电磁感应定律可知

dΦ/dt=U

I=μ0wAr²sin（wt+θ）/（（a+b）/2）²R

那么线圈上获得的总电流

∑I=Nμ0wAr²sin（wt+θ）/（（a+b）/2）²R

由于μ0=4π×10-7
说明需要的匝数比较多，所以采用一个电流互感器，理想的变比是1000：1

此时获取的仍然是一个微弱电流信号，为了使单片机能够正常采集，还需要经过放大，采用LM358放大器，对其进行放大

使用说明：电流互感器和放大器已经集成到了一块电路板上，供电3-5V，供电大小和其上变阻器共同决定了对于微弱信号的放大效果，如果在此步出现了失真，大概率是由于之前的步骤引起，而不是此放大器。

放大器输出端采用了桥式整流，然后通过电容将脉动电流转化为直流，最后接到单片机采样引脚。

最后整个成品的样子：

输出端的电压（送入整流之前）:

略微有些失真，不过问题不大，具体是什么失真我就不分析了，有兴趣的朋友可以联系我，这期就到这里，谢谢观看。

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