高压报警器

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随着祖国电力工业的飞速发展,电力系统维护、检修工作大量增加,为了防止在维修时误登带电杆塔、误碰带电回路,我们自制了一种晶体管高压报警器。经现场实际试验证明:对二十二万伏高压带电体,可在离带电体三米至十多米范围内可靠发出报警音响;对三万五千伏高压,可在离带电体半米至两米左右范围内发出警报;对于220伏市电电源,则能在离导线几十毫米至几毫米处发出警报。报警音响恒定,声音洪亮。全机装在84×56×26(毫米)的小盒中,使用者可以方便地装在上衣胸前的小口袋中。

报警器主要由直流放大器、反相开关和音频振荡器等部分组成,方框图见图1,电路原理见图2。

图1
图1 🔍原图 (671×240)
图2
图2 🔍原图 (1081×445)

直流放大器由三只晶体管组成,BG\(_{2}\)和BG1接成直接耦合复合电路,BG\(_{3}\)和BG1组成互补型复合电路。这种电路具有较高的输入电阻和热稳定性,而且有很高的电流放大倍数。因为这里的直流放大器是在零偏置条件下工作的,所以比一般具有独立工作点的正偏置电路的热稳定性要高。BG\(_{2}\)输入电阻的存在,提高了直流放大器总的输入电阻;而BG3输入电阻的存在,有利于降低BG\(_{1}\)穿透电流对电路产生的影响,使Iceo1变得更小,也使电路的热稳定性有所提高。复合管的总电流放大倍数β=β\(_{1}\)(β2+β\(_{3}\)),所以这电路的总电流放大倍数是很高的。BG2和BG\(_{3}\)并联连接(要求两管的β值尽可能地接近),输出电阻比一般复合电路约小一倍,输出电路的电流动态范围约为单管输出时的两倍,可以适应输入信号有较大幅度的变化而保证电路能正常工作。

晶体管反相开关,是一级普通的集电极输出直接耦合直流放大器,在输入和输出端都加有稳压二极管,目的在得到更为理想的开关特性,使报警器具有报警界限明显的特点,而不致造成随着同带电体间距离的改变而报警音响的大小也有明显的改变。

最后一级是受反相开关控制的音频振荡器,利用普通推挽输出变压器的一次线圈,很容易得到足够的正反馈,电路简单且极易起振。

图中“接收”和“接地”两块极板,是装在报警器小盒正、背两面互相绝缘的两块金属薄板。当没有高压电场或受高压电场影响不够大的情况下,两极板间没有或只有很小的感应电压,这时直流放大器处于截止或接近截止的状态,BG\(_{2}\)和BG3的集电极电流很小,可以近似地认为等于锗管BG\(_{3}\)的穿透电流Iceo3,而硅管BG\(_{2}\)的穿透电流Iceo2极小,在这里就忽略它对电路的影响。A点的电位,就是I\(_{ceo3}\)在电阻(W1+R\(_{2}\))上所产生的电压降值,VA≈I\(_{ceo3}\)(W1+R\(_{2}\))。因Iceo3很小,故V\(_{A}\)很低,即很接近电池负极的电位。稳压管DZ1的阴极(A'点)电位,就是BG\(_{4}\)的基极电位,通常认为锗管的Ube=0.2伏,所以A'点的电位就是电源电压与BG\(_{4}\)发射给电压降Ube4之差,V\(_{A}\)'接近电池正极的电位。当电源电压为9伏时,我们选用型号为2CW7D的稳压管,由产品目录查知,2CW7D的工作电压Uw=6~7.5伏,只要满足条件|V\(_{A}\)-VA'|≥U\(_{w}\),即DZ1的阴极电位高于阳极电位,且其差的绝对值大于或等于它的工作电压,DZ\(_{1}\)就被反向击穿而导通,从而BG4就有基极电流而导通,使B点处于高电位(等于电源电压与BG\(_{4}\)饱和电压降之差),而B'点的电位就是BG5的基极电位,这时也是高电位,因此B点和B'点间电位差很小,远低于DZ\(_{2}\)的工作电压Uw,故DZ\(_{2}\)不导通,因而关闭了音频振荡器。当进入报警区时,两极板间有较大的感应电压,使BG1形成一个较大的基极电流,经复合管放大后,BG\(_{2}\)、BG3的集电极电流IC\(_{2}\)、IC3都很大,这在(W\(_{1}\)+R2)上产生很大的电压降,使A点电位大大提高,此时A点和A'点都是高电位,两点间电位差很小,使DZ\(_{1}\)不能导通,BG4的基极电流被截止,反相开关管BG\(_{4}\)转为截止状态,使B点变为低电位,故DZ2导通,启开了音频振荡器,发出音响信号,达到报警的目的。此时全机工作电流约为18毫安。

报警器在准备状态时,整机工作电流约4毫安(指电源接通但无高压电场的情况)。

由于接收到的外界工频电场信号,首先是被BG\(_{1}\)和BG2两个串接的“发射结”整流后再进行放大的,所以实际上经放大后的A点和B点的电压都是工频的半波整流波形,C\(_{2}\)和C3的作用就是将这种脉动直流信号变得更平坦些。否则,末级音频振荡器将被工频所交扰调制,产生带“嘟噜……”声的音响效果。

改变音频振荡槽路电容C\(_{6}\)的取值,可改变音调的高低。在反馈电容C5既定的情况下,减小C\(_{6}\)可提高音调,同时使振荡也有所增强。

R\(_{3}\)的阻值变化时,直接影响音频振荡的强弱;而C5的大小也因关系到反馈量的多少而对振荡的强弱产生影响。故应按需要经实践适当调整确定,以获得足够的音量和适度的音调。

调节电位器W\(_{1}\),可以改变BG4的饱和深度而改变整机接收灵敏度,也就是说可以连续地改变报警距离。电位器阻值越小,BG\(_{4}\)饱和越深,要使它翻转就越困难,所以相当于降低了整机接收灵敏度,也就是减小了报警距离。实验证明,电位器阻值增至25千欧以后,接收灵敏度不再有明显增加。

控制电键DJ处在“准备”位置时,整机电源被关闭,但电池对电容C\(_{4}\)充电。当DJ扳到“工作”位置时,接通整机电源,同时电容C4经二极管D\(_{1}\)及电阻R1对输入回路放电,等于人为地送进一个报警信号,对报警器本身进行一次自动检查,这时报警器发出报警音响历时大约5秒钟,表示整机正常,可以可靠地工作。

因为在零偏下工作的直流放大器输入电阻很高,所以在自检验电容C\(_{4}\)的放电回路中需串入二极管D1,防止输入信号通过R\(_{1}\)经C4接地而引起损耗,致使接收灵敏度大幅度下降,甚至造成报警器的灵敏度达不到要求。(本溪电业局调度所 吴听明)