模電課設(shè)電壓交流有效值測(cè)量電路設(shè)計(jì)

1、v1.0可編輯可修改課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：工作單位：題 目：電壓交流有效值測(cè)量電路設(shè)計(jì)初始條件：具備模擬電子電路的理論知識(shí)；具備模擬電路基本電路的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室儀器調(diào)試。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）1、輸入電壓峰值Ov v v 102、允許誤差為士 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(jì)說(shuō)明書(shū)6、設(shè)計(jì)電源；7、焊接：采用實(shí)驗(yàn)板完成，不得使用面包板。時(shí)間安排：二十一周一周，其中3天硬件設(shè)計(jì)，2天硬件調(diào)試指導(dǎo)教師簽

2、名：年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名:目錄1. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2設(shè)計(jì)方案 2電路流程圖22. 各模塊方案及電路參數(shù) 2AC-DC轉(zhuǎn)換模塊2電路方案2電路參數(shù)3電路原理圖3電壓比較模塊 4電路方案4電路原理圖4LED分段顯示電路 5電路方案54. Multisim 仿真 5AC-DC電路仿真 5仿真電路整體圖 85. 所需元件 96. 實(shí)物測(cè)試 97. 總結(jié) 128. 附錄 139. 參考書(shū)目 131摘要模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程是一門(mén)實(shí)用的專(zhuān)業(yè)課，而該課程的課程設(shè)計(jì)就是為了讓 我們鞏固在理論課和實(shí)驗(yàn)課程中學(xué)習(xí)到的知識(shí)。本次課程設(shè)計(jì)是做一個(gè)電壓交流有效值 測(cè)量電路，并通過(guò)LED丁分段顯示電壓有效值的

3、范圍。眾所周知，電壓表在工程運(yùn)用中無(wú)處不在，本次課設(shè)就是要求我們綜合理論課程中 的知識(shí)，運(yùn)用Multisim來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單縮略的交流電壓表， 并通過(guò)安裝調(diào)試組成一個(gè)可 以測(cè)量電壓交流有效值范圍的電路。該電壓有效值測(cè)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(jì)經(jīng)過(guò)方案論證 -電路設(shè)計(jì)-電路實(shí)現(xiàn)-安裝調(diào)試-系 統(tǒng)測(cè)試-總結(jié)報(bào)告等過(guò)程，達(dá)到了提高動(dòng)手能力和電子技術(shù)實(shí)踐技能的目的。關(guān)鍵詞：電壓有效值測(cè)量，交直流轉(zhuǎn)換，LED分段顯示1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案：將設(shè)計(jì)電路分為，電壓比較模塊，LED分段顯示模塊共三塊可達(dá)到基本要求AC-DC轉(zhuǎn)換模塊：通過(guò)交直流轉(zhuǎn)換電路將輸入的交流

4、電壓轉(zhuǎn)換成相對(duì)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(guò)正向輸入但門(mén)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(mén)限值時(shí)，輸出正向電壓，可使電路中的LED燈發(fā)光，并通過(guò)發(fā)光數(shù)量來(lái)顯示電壓有效值的大致范圍。電路流程圖圖1電路系統(tǒng)流程圖2.各模塊方案及電路參數(shù)AC-DC轉(zhuǎn)換模塊電路方案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(duì)簡(jiǎn)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 v1.0可編輯可修改大的差距，再加上二極管導(dǎo)通時(shí)存在的壓降，使該電路輸出的電壓有效值誤差非常大,

5、 因而在接下來(lái)的設(shè)計(jì)中要考慮如何消除此誤差。電路參數(shù)對(duì)于整流電路，要求電壓峰峰值小于 10V,則二極管所承受最大反壓VRm2V10V（式 1）因此，選用1N4001為整流二極管即可。由于整流橋型號(hào)無(wú)法確定，所以采用4個(gè)1N4001 二極管自行組裝成整流橋。對(duì)于濾波電路，為得到較為平滑的輸出電壓，要求放電時(shí)間常數(shù)dRlC （3 5）I（式 2）由于輸入交流電壓周期T為，而為了較好的濾波效果，此處采用 100uF電容即可。同時(shí) 為保護(hù)電路各元件，要求輸出電流要小一點(diǎn)，故負(fù)載選用200k電阻。電路原理圖33v1.0可編輯可修改當(dāng)輸入電壓波形如圖（b）是，經(jīng)過(guò)二極管整流后可得到（c）圖所示波形，在經(jīng)過(guò)

6、 電容整流后可以得到脈動(dòng)小的直流電壓，必行如圖（d）所示。圖3整流濾波過(guò)程波形圖電壓比較模塊電路方案該模塊采用單門(mén)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于反向輸入端的基準(zhǔn)電壓值時(shí)，電壓比較器輸出為-VCC（-8V），反之則為VCC（+8V由于此次設(shè)計(jì)任務(wù)要求輸入電壓小于10V,則有效值為小于，故而設(shè)置 4個(gè)不同的門(mén)限電壓比較器來(lái)區(qū)分以下幾個(gè)輸入電壓有效值范圍0-2V,2-4V,4-6V,6V以上。在整流電路無(wú)誤差的情況下，門(mén)限值可設(shè)為0V、2V、4V、6V，但是輸入電壓進(jìn)過(guò)整流后輸出的有效值是有誤差的，用串聯(lián)方式接入4個(gè)電位器，每個(gè)電位器的分壓為1U匚 VxNV）（式 3）

7、故每個(gè)電位器（門(mén)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(shí)，第一個(gè)電壓比較器輸出為正，2-4V時(shí)第二個(gè)電壓比較器 輸出為正，4-6V時(shí)第三個(gè)電壓比較器輸出為正，大于 6V時(shí)第四個(gè)電壓比較器輸出為正。 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(mén)限值要求。#v1.0可編輯可修改圖4 電壓比較及LED顯示電路原理圖LED分段顯示電路電路方案在運(yùn)放輸出端接上一個(gè)LED燈，當(dāng)電壓比較器輸出端的電壓為正時(shí)，可使LED燈發(fā)光，這樣就可以根據(jù)燈亮的個(gè)數(shù)來(lái)判斷輸入電壓的有效值大致范圍。當(dāng)輸入電壓有效值 為0-2V時(shí)，亮1盞

8、燈，2-4V時(shí)亮2盞燈，4-6V時(shí)亮3盞燈，大于6V時(shí)亮4盞燈。同時(shí), 為了保護(hù)LED燈不被損壞，采用500的電阻進(jìn)行保護(hù)。4. Multisim 仿真AC-DC電路仿真b）為濾波后得到的如下圖所（a）示，為當(dāng)輸入電壓有效值為時(shí)的輸入波形和輸出波形，圖（ 直流電壓紋波波形55v1.0可編輯可修改#(b)圖5交直流轉(zhuǎn)換輸入輸出波形以及紋波波形如下圖所示為輸入有效值電壓時(shí)測(cè)得的紋波電壓和直流電壓有效值。v1.0可編輯可修改77HA .E心4N4頫一1柑則IMflOi -61iinmniiiaiBiaiBiB *11 JOI i - »DJ .FV.廠右伽QIJr-MrT _H , T37

9、4233 uVI圖6交直流轉(zhuǎn)換后的輸出有效值以及紋波值通過(guò)仿真可以看出，經(jīng)過(guò)整流后得到的直流電壓紋波比較小，整流效果比較好，但是輸入與輸出電壓之間的差距比較大,大致可看成Vo (1. 1 1.2)V。為了消除誤差，根據(jù)表2數(shù)據(jù)可將門(mén)限值依次設(shè)為0V,來(lái)達(dá)到預(yù)期功能表2 輸入與輸出電壓有效值對(duì)比表輸入電壓有效值(V)輸出電壓有效值(V)234567v1.0可編輯可修改仿真電路整體圖如下圖所示，當(dāng)輸入電壓有效值為時(shí)，交直流轉(zhuǎn)換后的電壓有效值大于第一個(gè)和第二個(gè)電壓比較器的門(mén)限值，LED燈亮兩盞。表3電壓交流有效值測(cè)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(gè)數(shù)1223#v1.0可編

10、輯可修改445. 所需元件表4 所需兀件表元件數(shù)量+8V直流穩(wěn)壓電源1電位器（2K）4電阻（200k）1電阻（510）4LM324四運(yùn)放集成芯片1LED燈4二極管 1N40014電容（100uF）16. 實(shí)物測(cè)試通過(guò)測(cè)量2V,4V,6V的輸入電壓有效值經(jīng)過(guò)整流后得到的有效值， 依次將實(shí)際門(mén)限值設(shè) 為 0,，。如下圖（a）所示，當(dāng)輸入有效值電壓時(shí)，大于第一個(gè)燈門(mén)限，亮第一燈；如下圖（b）所示，當(dāng)輸入有效值電壓時(shí)，大于第2個(gè)燈門(mén)限，第2燈亮；如下圖（c）所示，當(dāng)輸入 有效值電壓時(shí)，大于第3個(gè)燈門(mén)限，第3燈亮；如下圖（d）所示，當(dāng)輸入有效值電壓時(shí)， 大于第4個(gè)燈門(mén)限，第4燈亮。99v1.0可編輯可修

11、改(a)(b)(c)(d)圖8調(diào)試結(jié)果圖表5實(shí)物測(cè)試數(shù)據(jù)表理論有效值（V理論亮燈數(shù)量實(shí)際亮燈數(shù)量11212222#v1.0可編輯可修改33333334445. 86 - 66100%2.33%。實(shí)物中兩盞燈超出誤差允許范圍，誤差原因：當(dāng)2v有效值對(duì)于上表所測(cè)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)中的輸入 2V時(shí)亮兩盞，實(shí)際亮兩盞，第二個(gè)燈誤差約為2. 06 - 22100%3. 00%;對(duì)于第三的LED燈誤設(shè)計(jì)4V時(shí)燈亮，實(shí)際與之相同，誤差非常??；而對(duì)于第四個(gè)LED燈設(shè)計(jì)6V時(shí)燈亮，實(shí)際在時(shí)便燈亮，誤差約為電壓經(jīng)過(guò)整流后變成，而第二個(gè)電位器實(shí)際調(diào)整范圍在此誤差為電路設(shè)置不太合理造成;第四個(gè)LED燈的誤差主要是第四個(gè)電位器

12、調(diào)試不成功造成的1111v1.0可編輯可修改7. 總結(jié)設(shè)計(jì)中的不足以及遇到的問(wèn)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(diǎn)達(dá)不到門(mén)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 O-Vcq從而消除第二個(gè)LED燈顯示的誤差。心得體會(huì)：模電課設(shè)是我們進(jìn)入大學(xué)以來(lái)的第一次課程設(shè)計(jì)，在臨近課設(shè)時(shí)，感覺(jué)是束手無(wú)策。這次的課設(shè)題目是電壓交流有效值的測(cè)量電路，只是分段顯示，在經(jīng)過(guò)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(duì)于現(xiàn)在的我們來(lái)說(shuō)，Multisim 軟件也是一個(gè)新事物，需要自己慢慢摸索。而在仿真中的數(shù)

13、據(jù)和實(shí)物的實(shí)際數(shù)據(jù)相差還是比較打的， 我們應(yīng)該學(xué)會(huì)如何去解決或者減小實(shí)物中出現(xiàn)的誤差。總的來(lái)說(shuō)，課設(shè)是一個(gè)在自己動(dòng) 手動(dòng)腦中不斷提高成長(zhǎng)的過(guò)程，仿真軟件可以一步一步學(xué)會(huì)使用一些基本功能，雖然好 多元器件型號(hào)都分不清楚，但有一個(gè)起步還是可以加強(qiáng)的。還有就是在這次課設(shè)中，我 意識(shí)到了自我學(xué)習(xí)的重要性，也意識(shí)到我們每一次大膽去嘗試，就會(huì)有一定的收獲。另外，我們學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)在這次實(shí)踐課程中也用上去了，理論和實(shí)踐結(jié)合，自 然而然地提高我們的綜合實(shí)踐能力，在未來(lái)的發(fā)展上打下一個(gè)小基礎(chǔ)。#v1.0可編輯可修改8附錄芯片資料LM324是四運(yùn)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(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。該四放大器 可以工作在低到伏或者