接近开关电路图识读优化技巧

【例4-5-3】变压器反馈式高频振荡型接近开关（晶体管输出）

接近开关又称无触点行程开关，其形式有多种，不论哪一种都是由接近信号发生机构以及后级的检波、鉴幅和出口电路所组成。接近开关可根据其感辨机构工作原理的不同分为下列几种形式：高频振荡型用于检测各种金属，当前应用最为普遍；电磁感应型（包括差动变压器型）用于检测导磁和非导磁金属；电容型用于检测各种导电和不导电的液体及金属；永磁型及磁敏组件用于检测磁场及磁性金属；光电型用于检测不透光的物质；超声波型用于检测不透过超声波的物质。

高频振荡型接近开关是一种当被测物体（金属体）接近到一定距离时，不需接触就能发出动作信号的一种电器。其发生机构实际上是一个LC振荡器，L是电感式感辨头。当金属检测体接近感辨头时，在金属检测体中将产生涡流，由于涡流的去磁作用使感辨头的等效参数发生变化，改变振荡回路的谐振阻抗和谐振频率，使振荡减弱直至停止，当金属片离开时，振荡又恢复。利用“振荡”、“停止”、“振荡”，并以此发出接近信号，电路如图4-5-7所示。

1.电路组成

VT₁、L₁、L2、C3、L3组成变压器回馈式振荡器，L₃、C₄组成并联谐振回路，L₂为反馈线圈，L₁为振荡信号输出线圈，RP₁、R₁、R₂为VT₁提供基极偏置电压，C₁为旁路电容；R₃为射极直流负反馈电阻，C₂为旁路电容，其直流、交流等效电路如图4-5-8所示。VD₁为振荡信号检波二极管。VT₂、VT₃组成开关电路，继电器KA为输出执行组件。线圈L₁、L₂与L₃绕在同一磁心上，组成感应探头。通过L₂加到VT₁输入端的反馈信号是用来维持振荡的，反馈的大小与L₂、L₃之间的耦合程度有关。VD₂为续流二极管。

2.电路工作过程

接近开关接通+24V电源后，电源对振荡器的回路L₃、C₄进行充电，反馈线圈L₂把信号反馈到晶体管VT₁的基极，从而使振荡器产生高频振荡，输出线圈L₁获得高频电压由二极管VD₁半波整流，电容C₃滤波后，在电阻R₅上产生直流电压，作用于VT₂的基极，使VT₂饱和导通，通过R₇耦合至VT₃的基极，使VT₃截止，VT₃的集电极输出高电位，接近+24V，使继电器KA不动作。

当铁磁材料金属片被受控机械带动逐渐靠近感应头时，金属片因进入探头平面磁场中而感生涡流，消耗振荡器能量。振荡器无法补偿涡流损失而停止振荡，L₂无电压，VT₂截止，VT₂集电极出现高电位，通过R₇耦合至VT₃基极，使VT₃饱和导通，继电器KA得电动作。

通过VT₃输出端电位的高低，来控制继电器KA的释放或吸合，表明金属件是否接近的信号便由继电器KA发出。

R₄的作用是加快接近开关的动作速度。当金属片靠近感应头时，振荡器振荡减弱，晶体管VT₂的工作状态由饱和向截止转化时，即VT₂集电极电位由接近于零上升时，这个升高的电位通过R₄回馈至VT₁的发射极，因而VT₁加快截止，即振荡更快地停止。同样，在金属片离去，振荡恢复，VT₂导通时，VT₂集电极电位的降低也由R₄回馈到VT₁的发射极，使VT₁更快地导通，即振荡器迅速起振。加快起振与加快停振，都有利于缩短接近开关的动作时间。

VS的作用是使振荡器起振迅速。当VT₂截止、VT₃饱和时，VT₃的集电极电位近似为零。由于R₆=R₇=4.7kΩ，而R₈被VT₃的发射结短接，如无VS，则VT₂集电极电位将近似为U_C2=24V·[R₇/（R₆+R₇）]=12V。而接上硅稳压二极管VS（型号为2CW16，稳压值为8～9.5V）后，则由于VS反向击穿，使VT₂集电极电位限制在8～9.5V，VT₂集电极电位通过电阻R₄耦合至VT₁的发射极，与没有VS时的情况相比，VT₁的发射极电位较低。当金属片离开感应头，VT₂由截止变为导通时，VT₁的发射极从较低的电位开始下降，则振荡器的起振更为迅速。

【例4-5-4】电容式接近开关

电路如图4-5-9所示。

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图4-5-7 变压器反馈式高频振荡型接近开关电路

图4-5-8 图4-5-7所示电路的等效电路

a）直流等效电路 b）交流等效电路

图4-5-9 电容式接近开关电路

1.电路组成

电容式接近开关利用电容器极间介电常数ε发生变化时，电容器的电容量C（=εS/d）的值将发生变化，从而引起振荡器频率发生变化的原理来进行检测的。电容式接近开关除能检测金属外，还能够检测一切非金属物体。

VT₁组成振荡器；VT2组成放大器；比较器N为鉴幅器，由CMOS运放L339组成；VT₃为输出电路。Cx为探测电极组成的电容器，Cx与C₀、L₂组成传感器，在工作频率范围内，其等效为电容C。

2.电路工作过程

当有检测物体接近探测电极时，传感器等效电容增大，则容抗X_C（=1/ωC）减小，正反馈减弱，即VT₁的基极输入信号减弱，振荡器停振，VT₁截止，输出端无高频信号输出，致使VT₂截止，VT₂输出电压（即VT₂集电极电压）近似电源电压，送至鉴幅器N的同相输入端，该电压高于鉴幅器N的反相输入端所施加的基准电压（由R₇、R₈分压所得），因此鉴幅器N输出高电平，使VT₃饱和导通，继电器KA线圈得电动作。

当检测物体远离探测电极时，传感器等效电容减小，其容抗增大，正回馈增加，振荡器起振，VT₁导通，输出高频信号，致使VT₂导通，VT₂输出低电压，使鉴幅器也输出低电压，导致VT₃截止，继电器KA不动作。