电流智能检测课程报告教材.pdf

宁波大红鹰学院 电子技术课程设计设计报告 题目：电流智能检测电路 所在学院：机械与电气工程学院 班 级：13 电自 1 班 姓 名：吴乾辉 学 号：1322210133 指导教师：高晓红 2015 年 6 月 题目：电流智能检测电路 一、设计目标和要求 1通过本课程设计，掌握仪表放大器、精密全波整流电路、电压比较器、数字逻辑电路工作原理。2熟悉简单模/数混合电路的设计方法和主要流程。3学习模/数混合电路的仿真与调试方法。设计要求：表 1 指标 采样电阻阻值()绿色 LED 点亮的电流范围 黄色 LED 点亮的电流范围 红色LED点亮的电流范围 0.02A 0.20.25A 0.25-0.5A 0.5A 二、工作原理及数据分析 电流智能检测电路由电压放大电路、精密全波整流电路、电压比较器和译码器组成。（1）电压放大电路：图 2.1 两级放大电路 此次所采用的放大电路为 T 形网络反相比例运算电路如图 2.1.i2 M i3 i4 N 11=2=21.13=231.14=2+3 =22 44 =2+41(1+2/43).（2.1）当3、10分别取值为 5.555k、4.348k时，一级放大比例系数为-20，二级放大比例系数为-25，所以整个放大电路的放大倍数为 500。（2）精密全波整流电路 图 2.2 精密全波整流 如图 2.2，当输入电压为正时，D1 截止，D2 导通。这时 R1、R2 和 U1 共同构成一个放大倍数为-1 的反向放大电路。R3、R4、R5 和 U2 共同构成了个反向加法电路。通过电阻 R4 的支路的放大倍数为-1，通过 R3 的支路的放大倍数为-2。因此，等效的框图可以表示如下。图 2.3 输入电压为正时的等效框图 可以看出，对于正电压输入，放大倍数为 1。这时输入阻抗为 R1|R4。当输入为负电压时，D1 导通，D2 截止。这时 U1 的作用为将 R2 的左端电位钳位在 0V。而 U2 的反馈作用使得 R3 的右端电位为 0。因此，R2、R3 这个支路 两端电位相等、没有电流的，实际上是不起任何作用的。因此，这时整个电路其实就是 R4、R5 和 U2 组成的放大倍数为-1 反向放大电路。此时电路的输入阻抗仍为：R1|R4。综合上面两种情况，该电路的功能就是将输入信号求绝对值，也就是精密整流功能。（3）电压比较器 图 2.4 电压比较器 图 2.5 集成运放电压传输特性 对于正、负两路电源供电的集成运放，电压传输特性如图 2.5 所示，从图示曲线可以看出，集成运放有线性放大区域和饱和区域两部分。在非线性区，输出电压只有两种可能的情况，+或。而在本次课程设计中，电压比较器采用单电源供电，所以输出电压为+或 0。当正相输入端电压大于反相输入端 电压时，输出 5V；当正相输入端电压小于反相输入端电压时，输出 0V.基准电压 1=1.273V 2=1.591V 3=3.181V（4）译码器 图 2.6 74HC138 译码器 本次设计采用 74HC138 译码器 表 2 74HC138 译码器真值表 输入 输出 C B A Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 000 001 010 011 100 101 110 111 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000 10000000 三、仿真测试及分析 1、测试目标:测试各个模块是否能正常工作；测试整个电流检测电路的检测误差。2、测试流程：放大电路测试：在输入端输入五组电压信号，观察输出信号是否为输入*放大倍数，计算误差。精密全波整流电路测试：在输入端输入五组不同的信号，用示波器观察输出波形。电压比较器电路测试：在公共输入端输入不同的电压值与基准电压相比较，观察三个输出端的电压值。输入电压别为 1&22&3。全功能测试：在每个设置范围内输入三组不同数据（范围的极大值、极小值、中间值各 1），观察 LED 亮灯情况。3、所需要的仪器设备：交流稳流源、TL082、LM393、74HC138 4、测试电路 图 3.1 电流智能检测电路 放大电路测试：图 3.1 放大电路测试波形图 精密全波整流电路测试：图 3.2 精密全波整流电路测试波形图 电压比较器测试：图 3.3 电压比较器测试图 5、测试结果汇总 放大电路放大系数为：500 精密全波整流电路：输出波形为全波。电压比较器：正相输入反相输入 5V 正相输入反相输入 0V 6、数据分析 表 3 仿真数据表 输入电流误差输入电压差值放大倍数0.199A2.814mv0.2A2.828mv0.23A0.248A0.25A3.536mv449.780.35A4.95mv0.498A449.780.5A7.071mv450.490.7A9.899mv红灯常亮5黄、红灯闪烁红灯常亮黄灯常亮led亮灯情况绿灯闪烁绿灯常亮绿、黄灯闪烁黄灯常亮绿灯常亮4.455V84449.15整流滤波后的电压1.273V1.591V3.181V2.227V 7、结果与误差分析 实验结果的主要误差来自于信号经过全波整流后还需经过滤波，而滤波后的波形如下图，图 3.4 滤波后波形图 图 3.5 滤波后波形放大图 经过一段时间后，输出波形为正弦，当峰值达到设置值时如图 3.4，图 3.5，此时，LED 灯闪烁；在经过精密全波整流后，所得电压信号之间的差值放大倍数并不完全相同如表 3；电压比较器存在线性区，影响了准确性。四、总结 经过两周的电子技术课程设计，我完成了我的项目，并达到了预计的要求。虽然这次设计的项目并不是非常难，但这将书本上的内容通过实践认证了，使我对一些元器件有了更深的认识。在做设计之前，老师为我们讲解了整个电路工作的大致流程：在采样电阻两端采电压，经放大电路进行放大将微小的变化放大至可检测。然后将放大后的信号经过精密全波整流电路整流，将交流信号转化成直流信号，使之与电压比较器进行比较，然后通过译码器来控制 LED 灯。整个流程看起来很清晰，并不是很复杂，但是，在实际设计仿真电路的时候，各种各样的小问题都出现了。例如，放大器型号的选择、放大倍数的选择、一级放大倍数不够而需两级放大等。其中，在全波整流电路的选择中，原本我打算以桥式整流电路来进行全波整流，但在设计的时候我发现桥式整流后的地参考点与电压比较器的地参考点不一样，而导致不能进行电压比较，之后我选择运用了运算放大器的精密全波整流电路来作为我的整流电路。尽管课程设计是在期末才开始，我们的教材学习完毕，掌握许多知识，但是还有很多地方理解领悟不到位，只得参考其他文献，在 Multisim 中试行仿真，逐步摸索。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。参考文献 11，童诗白 2，华成英.模拟电子技术基础M.北京市:高等教育出版社,2006:185-325 2阎石.数字电子技术基础M.北京市:高等教育出版社,2006:174-187