模電課設(shè)電壓交流有效值測量電路設(shè)計

課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：工作單位：題 目：電壓交流有效值測量電路設(shè)計初始條件：具備模擬電子電路的理論知識；具備模擬電路基本電路的設(shè)計能力具備模擬電路的基本調(diào)試手段；自選相關(guān)電子器件；可以使用實驗室儀器調(diào)試。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、 輸入電壓峰值OVvVIO2、 允許誤差為±2％3、采用LED分段顯示，分段區(qū)間自定4、 可加入音響指示5、 安裝調(diào)試并完成符合學(xué)校要求的設(shè)計說明書6、 設(shè)計電源；7、 焊接：采用實驗板完成，不得使用面包板。時間安排：二十一周一周，其中3天硬件設(shè)計，2天硬件調(diào)試年月日指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日目錄系統(tǒng)總體設(shè)計2設(shè)計方案2電路流程圖2各模塊方案及電路參數(shù)2AC-DC轉(zhuǎn)換模塊22.1.1電路方案22.1.2電路參數(shù)32.1.3電路原理圖32.2電壓比較模塊42.2.1電路方案42.2.2電路原理圖4LED分段顯示電路52.3.1電路方案5Multisim仿真5AC-DC電路仿真54.2仿真電路整體圖7所需元件8實物測試9總結(jié)11附錄12參考書目12摘要《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程是一門實用的專業(yè)課，而該課程的課程設(shè)計就是為了讓我們鞏固在理論課和實驗課程中學(xué)習(xí)到的知識。本次課程設(shè)計是做一個電壓交流有效值測量電路，并通過LED燈分段顯示電壓有效值的范圍。眾所周知，電壓表在工程運用中無處不在，本次課設(shè)就是要求我們綜合理論課程中的知識，運用Multisim來設(shè)計一個簡單縮略的交流電壓表，并通過安裝調(diào)試組成一個可以測量電壓交流有效值范圍的電路。該電壓有效值測量電路主要由交直流轉(zhuǎn)換模塊和電壓比較和顯示模塊組成。本次課程設(shè)計經(jīng)過方案論證-電路設(shè)計-電路實現(xiàn)-安裝調(diào)試-系統(tǒng)測試-總結(jié)報告等過程，達到了提高動手能力和電子技術(shù)實踐技能的目的。關(guān)鍵詞：電壓有效值測量，交直流轉(zhuǎn)換，LED分段顯示。1.系統(tǒng)總體設(shè)計1.1設(shè)計方案設(shè)計方案：將設(shè)計電路分為，電壓比較模塊，LED分段顯示模塊共三塊可達到基本要求。AC-DC轉(zhuǎn)換模塊：通過交直流轉(zhuǎn)換電路將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換成相對較穩(wěn)定的直流電壓。電壓比較模塊：將整流后得到的直流電壓通過正向輸入但門限電壓比較器，可比較輸入交流電壓有效值的大致范圍。LED分段顯示模塊：當(dāng)輸入電壓有效值大于設(shè)定的門限值時，輸出正向電壓，可使電路中的LED燈發(fā)光，并通過發(fā)光數(shù)量來顯示電壓有效值的大致范圍。1.2電路流程圖輸入交流電壓轉(zhuǎn)換AC-DC電壓比較電路LED燈顯示電壓有效值范圍圖1電路系統(tǒng)流程圖2.各模塊方案及電路參數(shù)2.1AC-DC轉(zhuǎn)換模塊2.1.1電路方案AC-DC轉(zhuǎn)換模塊采用單相橋式全波整流電路，該電路結(jié)構(gòu)相對簡單，用二極管整流橋，電容濾波就可以組成，方便安裝，而且成本較低。但該電路輸出電壓的有效值有較大的差距，再加上二極管導(dǎo)通時存在的壓降，使該電路輸出的電壓有效值誤差非常大，因而在接下來的設(shè)計中要考慮如何消除此誤差。．電路參數(shù)2.1.2，則二極管所承受最大反壓對于整流電路，要求電壓峰峰值小于lOVvvv1）（式10??21N4001個由于整流橋型號無法確定，RM所以采用4選用因此，1N4001為整流二極管即可。二極管自行組裝成整流橋。對于濾波電路，為得到較為平滑的輸出電壓，要求放電時間常數(shù)TC?R（式2））?35?（?d2電容即可。100uF為0.02s由于輸入交流電壓周期，而為了較Ld好的濾波效果，此處采用T同時為保護電路各元件，要求輸出電流要小一點，故負載選用200k電阻。?2.1.3電路原理圖如圖（a）為整流濾波電路的電路原理圖。1N4001C11MpF—041N4001C11MpF—04——— D21H4001- 1N40Q1■.■ ■iVrms{、J&0H1：J/護:::圖2AC-DC轉(zhuǎn)換電路原理圖當(dāng)輸入電壓波形如圖（b）是，經(jīng)過二極管整流后可得到（c）圖所示波形，在經(jīng)過）所示。d電容整流后可以得到脈動小的直流電壓，必行如圖（a）（（c））（b整流濾波過程波形圖3圖2.2電壓比較模塊2.2.1電路方案該模塊采用單門限同相輸入電壓比較電路，其工作原理：當(dāng)同向輸入端的電壓值小。由，反之則為VCC（+8V）于反向輸入端的基準(zhǔn)電壓值時，電壓比較器輸出為-VCC（-8V）個不同的門，故而設(shè)置4于此次設(shè)計任務(wù)要求輸入電壓小于10V,則有效值為小于7.1V0-2V,2-4V,4-6V,6V以上。限電壓比較器來區(qū)分以下幾個輸入電壓有效值范圍，但是輸入電壓進過整6V2V、4V、在整流電路無誤差的情況下，門限值可設(shè)為0V、個電位器，每個電位器的分壓為流后輸出的有效值是有誤差的，用串聯(lián)方式接入41VUV （式3） ）??2?（c4故每個電位器（門限值）可調(diào)范圍為0-2V,2-4V,4-6V,6-8V，這樣可以消除誤差，使當(dāng)輸入電壓有效值小于2V時，第一個電壓比較器輸出為正，2-4V時第二個電壓比較器輸出為正，4-6V時第三個電壓比較器輸出為正，大于6V時第四個電壓比較器輸出為正。2.2.2電路原理圖如圖為電壓比較電路和LED顯示電路，電位器調(diào)整如下可符合門限值要求。

顯示電路原理圖LED電壓比較及4圖2.3LED分段顯示電路2.3.1電路方案燈發(fā)燈，當(dāng)電壓比較器輸出端的電壓為正時，可使LED在運放輸出端接上一個LED光，這樣就可以根據(jù)燈亮的個數(shù)來判斷輸入電壓的有效值大致范圍。當(dāng)輸入電壓有效值同時，4盞燈。6V3盞燈，大于時亮?xí)r亮?xí)r亮亮為0-2V時，1盞燈，2-4V2盞燈，4-6V的電阻進行保護。500為了保護LED燈不被損壞，采用？仿真4-Multisim電路仿真4.1AC-DC）為濾波后得b）示，為當(dāng)輸入電壓有效值為a2.01V時的輸入波形和輸出波形，圖（如下圖所（到的直流電壓紋波波形1)a．fl.0003?BtS 懷fg」 忑imisE-l.saiv 2.)a．fl.0003?BtS 懷fg」 忑imisE-l.saiv 2.口EQV-1.582V 工口5DVo.ooa￥ ①cw#丫軸也萌腫,I廠I豈.aJI珂1噩?7ATh于：陽；：|c站IInIII-Sr]麗1■”敘：平勒位弓鯉也 ■TZ^ri時'：“jfeft1[Z1EEFb-mI半平：可-pn單底II丘蛍I白動『元]:SS0虛訊llliVidv[j.-r交in1-r?7：x也esr卜E7iTi?ftS)=~<i近驍0I飛*.I國+叵b)SS0虛訊llliVidv[j.-r交in1-r?7：x也esr卜E7iTi?ftS)=~<i近驍0I飛*.I國+叵b)(圖5交直流轉(zhuǎn)換輸入輸出波形以及紋波波形DiEoa.Vi?!ZOIVimf軸HlIT'：''<-v-1Wl-lMfl31i-ii〕加id:5DHe:『可叵I回回備三曬awi0030374JUUV：zkqs^「一■!Ser-ft--- ?…?._1^...||IFUlini1JUOD1亠；；IU；；；；血二如下圖所示為輸入2.01V有效值電壓時測得的紋波電壓和直流電壓有效值。1^—— 拠！ --I 4.DVIr^i __￡. ? ■圖6交直流轉(zhuǎn)換后的輸出有效值以及紋波值通過仿真可以看出，經(jīng)過整流后得到的直流電壓紋波比較小，整流效果比較好，但是VV?(1.1?1.2)為了消除誤差，輸入與輸出電壓之間的差距比較大。，根據(jù)大致可看成0表2數(shù)據(jù)可將門限值依次設(shè)為0V,2.04V,4.76V,7.48V來達到預(yù)期功能。表2輸入與輸出電壓有效值對比表輸入電壓有效值(V)輸出電壓有效值(V)22.0373.37834.75846.08357.47568.86874.2仿真電路整體圖VC-C1■R5如下圖所示，當(dāng)輸入電壓有效值為2.01V時，交直流轉(zhuǎn)換后的電壓有效值大于第一個和第二個電壓比較器的門限值，LED燈亮兩盞。皿】VC-C1■R5如下圖所示，當(dāng)輸入電壓有效值為2.01V時，交直流轉(zhuǎn)換后的電壓有效值大于第一個和第二個電壓比較器的門限值，LED燈亮兩盞。皿】1.01wins---S&KjeD7.::..：：：…VCC3-■U1W"LWMAI>?圖7整體電路仿真結(jié)果圖表3電壓交流有效值測量電路仿真顯示表輸入電壓峰峰值(V)理論電壓有效值(V)燈亮個數(shù)

2.822.0012.852.0225.623.9825.654.0038.465.99410.07.0745.所需元件表4所需元件表元件數(shù)量直流穩(wěn)壓電源+8V1）電位器（2K4）電阻（200k1）510電阻（4四運放集成芯片LM3241LED燈4二極管1N40014）100uF電容（.16?頭物測試依次將實際門限值設(shè)2V,4V,6V的輸入電壓有效值經(jīng)過整流后得到的有效值， 通過測量。4.53V，7.28V為0,1.95V,有效值電壓時，大于第一個燈門限，亮第一燈；如下）所示，當(dāng)輸入1.92Va如下圖（）燈亮；如下圖（2.11V有效值電壓時，大于第2個燈門限，第2c圖（b）所示，當(dāng)輸入）所示，3個燈門限，第燈亮；如下圖（d4.00V所示，當(dāng)輸入有效值電壓時，大于第3燈亮。個燈門限，第當(dāng)輸入6.54V有效值電壓時，大于第44(a)(b)

(a)(b)c）（d）調(diào)試結(jié)果圖8圖實物測試數(shù)據(jù)表表522.0622.1123.9924.00334.79335.8535.89346.544第二個燈誤差亮兩盞，2V時亮兩盞，實際2.06V對于上表所測數(shù)據(jù)，設(shè)計中的輸入2-2.06時燈亮，實際與之相同，約為LED燈誤設(shè)計4V；對于第三的%.00100%?3?2時便燈亮，誤差約為時燈亮，實際在5.89燈設(shè)計誤差非常??；而對于第四個LED6V686.-5有效值2v。實物中兩盞燈超出誤差允許范圍，誤差原因：當(dāng)%33.100?%?26此誤差為電路而第二個電位器實際調(diào)整范圍在1.95-3.98v,1.90v電壓經(jīng)過整流后變成，燈的誤差主要是第四個電位器調(diào)試不成功造成的。設(shè)置不太合理造成；第四個LED總結(jié)設(shè)計中的不足以及遇到的問題：1、電位器采用串聯(lián)形式的接法，方便了電路的連接，但卻是電位器可調(diào)范圍變小，有點達不到門限值的要求，而且該連接方式使輸入的直流電源的要求提高。改用并聯(lián)形式可改善該電路，將可調(diào)范圍變成0-V,從而消除第二個LED燈顯示的誤差。CC心得體會：模電課設(shè)是我們進入大學(xué)以來的第一次課程設(shè)計，在臨近課設(shè)時，感覺是束手無策。這次的課設(shè)題目是電壓交流有效值的測量電路，只是分段顯示，在經(jīng)過一天的資料查找后終于搞清楚了基本原理和電路模塊了。對于現(xiàn)在的我們來說，Multisim軟件也是一個新事物，需要自己慢慢摸索。而在仿真中的數(shù)據(jù)和實物的實際數(shù)據(jù)相差還是比較打的，我們應(yīng)該學(xué)會如何去解決或者減小實物中出現(xiàn)的誤差?？偟膩碚f，課設(shè)是一個在自己動手動腦中不斷提高成長的過程，仿真軟件可以一步一步學(xué)會使用一些基本功能，雖然好多元器件型號都分不清楚，但有一個起步還是可以加強的。還有就是在這次課設(shè)中，我意識到了自我學(xué)習(xí)的重要性，也意識到我們每一次大膽去嘗試，就會有一定的收獲。另外，我們學(xué)習(xí)到的理論知識在這次實踐課程中也用上去了，理論和實踐結(jié)合，自然而然地提高我們的綜合實踐能力，在未來的發(fā)展上打下一個小基礎(chǔ)。附錄1.LM324芯片資料LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。該四放大