交流电压有效值测量.docx

沟通电压有效值测量The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2023摘 要模拟电子技术课程设计是继模拟电子技术根底理论学习和试验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生把握和具备电子技术根底学问与单元电路的设计力量之后，让学生综合运用模拟电子技术学问，进展实际模拟电子系统的设计、安装和调测，利用 multisim 等相关软件进展电路设计， 提高综合应用学问的力量、分析解决问题的力量和电子技术实践技能，让学生了解模拟电子技术在工业生产领域的应用现状和进展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好根底。本课程设计的思路是将沟通信号经过电阻分压后送至由 TL062 和电容、电阻组成的 AC-DC 转换模块，将直流信号送至 ICL7107 数码管显示，完成沟通电压有效值的测量。关键词：电阻分压、TL062、ICL7107、交直流转换、有效值测量1 电路方案论证与选择系统根本方案设计电路分为直流稳压电源模块、电压衰减模块、AC-DC 模块、数码管显示模块，即可完成题目对沟通电压有效值进展测量，并显示的设计要求。 各模块方案论证与选择直流稳压可调电源模块设计图为承受 7805 设计的直流稳压源。该稳压源可稳定输出+5V 电压，电路简洁，应用广泛。该稳压源由以下五局部组成。(1) 降压：通过变压器将输入的 220V，50HZ 沟通电降为+5V 输出。(2) 整流：通过桥式整流电路，将输入的沟通电压信号变为脉动信号。(3) 滤波：通过 C1 及 C2 等滤波电容将输入的电压信号转变为波形更为平缓的电压信号。(4) 稳压：通过集成稳压芯片 7805 将不稳定的电压信号变为稳定的直流电压。图 1-1 直流稳压电源电路电压衰减模块由于 AC-DC 模块的输入电压为 200mV，而题目要求的测量电压是V>10V，因此要对输入电压进展衰减。此处承受了电阻分压的方式对电压进展衰减，同时设计参数，使模块能输入 200mV2023V 范围内的电压。图 1-2 电压衰减电路承受类似的方法还可改装成测量电流和电阻的电路，测量电流的分流电阻和测量电压的分压电阻以及测量电阻的基准电阻往往就是同一组电阻，分别如图 1-3 和 1-4.原理此处不再做赘述。图 1-3 电阻分流电路图 1-4 测量电阻基准电阻电路AC-DC 转换模块方案一：随着集成电路的快速进展 , 近年来消灭了各种真有效值 AC/ DC 转换器。美国 AD 公司的 AD736 是其中格外典型的一种。AD736 是经过激光修正的单片周密真有效值 AC/DC 转换器。其主要特点是准确度高、灵敏性好(满量程为 200mVRMS) 、测量速率快、频率特性好(工作频率范围可达 0 460kHz) 、输入阻抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低(最大的电源工作电流为 200A。用它来测量正弦波电压的综合误差不超过 ±0. 3 %。但经查询，AD736 集成芯片的本钱较高，因此设计电路未实行此套方案。方案二：单门限比较器由于受正负电源的限制，输出电压为 Vo±Vc，c当输入信号 Vi<Vn 时，输出高电平 Vol=-Vcc；当输入信号 Vi>Vr 输出高电平Voh=+Vcc。由于需要多个电压比较器，应选用集成运放 LM324，内含四个抱负运算放大器图 1-3 比较器由于承受四个运放连线较为简单，且不能准确地输出沟通电压的有效值，故设计电路不承受此套方案。方案三：用 TL062和电容电阻构成积分运算电路。从输入端输入沟通信号，经过运算电路输出直流信号。且该信号与沟通有效值成线性关系，参数设置得当，即可得到输出信号等于输入沟通信号的有效值。图 1-4 AC-DC 转换模块本电路中，输入的是 0 的沟通信号，输出的是 0 的直流信号，从信号幅度来看，并不要求电路进展任何放大，但是，正是电路本身具有的放大作用，才保证了其几乎没有损失地进展 AC- DC 的信号转换。因此，这里使用的是低功耗的高阻输入运算放大器，其不灵敏区仅仅只有 2mV 左右，在一般数字万用表中大量使用，电路大同小异。数字显示模块ICL7107 拥有强大的直流电压数字显示功能，所需外围电路少，而且显示稳定准确。本次设计直接使用 ICL7107,协作四位七段共阳数码管构成有效值测量电路的显示局部。将经过衰减、AC-DC 转换后的信号电压输入到显示模块，电路的数码管便会显示相应的数值。假设原始输入电压经过 N 倍衰减，那么将得到的数值乘以 N(单位为 mV)变为所测沟通电压的有效值。显示模块使用了 ICL7107 集成芯片。ICL7107 是美国 Intersil 公司专为数字仪表生产的数字仪，满幅输入电压一般取 200mV 的专用芯片。该芯片集成度高, 转换精度高,抗干扰力量强,输出积分电容可直接驱动发光数码管,只需要很少的 外部元件,就可以构成数积分。芯片第一脚是供电，正确电压是 DC+5V 。第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在3V 至5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入±的电压。在一开头，可以把它接地，造成“0”信号输入，以便利测试。芯片 27,28,29 引脚的元件数值，它们是,47K,电容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的33 和 34 脚接的 104 电容也不能使用磁片电容。芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用状况下，这 4 个引脚都接地，在一些有特别要求的应用中例如测量电阻或者比例测量，30 脚或 35 脚就可能不接地而是依据需要接到其他电压上。负电压电源可以从电路外部直接使用 7905 等芯片来供给，但是这要求供电需要正负电源，通常承受简洁方法，利用一个+5V 供电就可以解决问题。比较常用的方法是利用ICL7660 或者NE555 等电路来得到，这样需要增加硬件本钱。我们常用一只NPN 三极管，两只电阻， 一个电感来进展信号放大，把芯片 38 脚的振荡信号串接一个 20K 56K 的电阻连接到三极管“B”极，在三极管“C”极串接一个电阻为了保护和一个电感提高沟通放大倍数，在正常工作时，三极管的“C”极电压为为最好。这样，在三极管的“C”极有放大的沟通信号，把这个信号通过 2 只 4u7 电容和 2 支 1N4148 二极管，构成倍压整流电路，可以得到负电压供给ICL7107 的 26 脚使用。这个电压，最好是在到之间ICL7107 也常常使用在±量程，这时候，芯片 27,28,29 引脚的元件数值，更换为,470K,阻容网络，并且把 36 脚基准调整到就可以使用在±量程了。图 1-5 数字显示模块2 电路仿真对系统电路的关键模块 AC-DC 用 Multsim 进展仿真，电路图及仿真数据如下所示。图 2-1 AD-DA 模块仿真输入频率为 1KHZ、幅值分别为 50、100、150、200mV 的正弦波。图 2-2 输入 200mV 正弦沟通信号图 2-3 输入 150mV 正弦沟通信号图 2-3 输入 100mV 沟通正弦信号输入幅值(mV)50100150200理论有效值(mV)输出值(mV)图 2-4 输入 50mV 沟通正弦信号表 2-1 仿真数据由表 2-1 可以看出，TL062 和电容、电阻构成的积分运算电路可以较为准确地将沟通信号转换为直流信号，并输出有效值。3 焊接与调试先用万用表检测元件参数是否符合要求。然后依据原理图，元件装配。装配完成后焊接该硬件。焊接时，以 45 度靠紧焊接面进展预热；然后将焊锡丝同时伸向被焊的组件脚及焊盘，一起接触被焊处；当焊锡丝熔化，向焊接处推入焊锡丝，使焊锡润湿焊盘与组件脚，当焊点上的焊锡成圆锥形时即抽离焊锡丝。在焊锡完全熔化后，移去烙铁头。假设焊点有连焊，应将焊锡线与烙铁头一起接触在连焊的焊点之间，待焊锡丝与助焊剂一起熔化后，移去焊锡丝，再将烙铁头侧放着向下移走，吸去多余的焊锡；焊点的标准是：焊点呈锥形，焊锡要适量，外表有光泽，光滑，清洁等。焊接完成后调试制作的硬件。(1) 按下自锁开关，将测试脚 37 脚接高电平，数码管显示-1888，说明显电压数字显示局部焊接无误。(2) 将测试电压输入口短接，数码管显示为 0，说明测试无零点误差。(3)将测量档位调到 100 倍衰减，即量程为 20V 档位，输入接上有效值为6V，频率为 50Hz 的正弦沟通电压，显示数字为.4 参数测量及验证(1) 电压衰减模块测试结果如表 4-1电压(V)<2V 档20V 档输入V123467输出V表 4-1 电压衰减模块测试(2) AC-DC 模块测试结果如表 4-2用信号发生器直接在 AC-DC 模块输入有效值，频率可调的正弦沟通电，在输出端测量其直流电压。与输入的有效值比照，觉察数值相接近，根本满足后面的进一步连接要求。输入有效值50表 4-2 AC-DC 转换模块测试100150200mV输出mV4897145192(3) 整体调试参数如表 3-3将完整的电路全部连接好后，接入 50Hz 沟通信号，转变信号有效值的同时也要相应的转变档位，以免将电路烧毁。档位档2V 档表 3-3 整体测试结果 1输入mV5010015020050080010001500显示mV90表 3-4 整体测试结果 2档位输入V 显示mV20V 档2345675 心得体会本次课程设计题目为沟通电压有效值测量，总体设计思路分为四个局部：直流稳压电路、电压衰减电路、AC-DC 转换电路、数码管显示电路。在课程设计开头时，我们对沟通电压有效值测量几乎没有概念。在完成课程设计的短短几天内，我从搜集资料方案、思路整理、电路图设计制作、电路仿真，到元器件的购置、实物的焊接与调试、数据测试，遇到了很多的困 难，但在抑制这些困难的同时，也收获了很多。首先，在相关资料的收集过程中，不同的方案各有其利弊，在设计的过程中不仅要考虑到方案的可行性，还要考虑到方案本钱等问题。在比照方案上，我就花了不少的精力和时间，这是在书本中所体会不到的。在设计电路的过程中用到了 Protel 99SE 和 Multsim 软件。电路的仿真对于我来说也是一门的学问。在课程设计之前还不会使用 Multsim 仿真软件， 为了对电路进展仿真，我上网找了一些 Multsim 的使用说明，大致了解了对一般电路图的仿真步骤。Multsim 是一款功能强大而齐全的仿真软件，我现在所学会的不过是其中的一小局部，在今后的学习过程中，我会更加深入的学习Multsim。从本次课程设计中收获的最为重要的一点，是培育了一种工程设计的思想。从收集资料、比照并确定方案、电路图设计、电路仿真到元器件的配置、实物焊接与调试、数据的测量收集，从中所获得的阅历对今后的课程设计甚至工作都有很大的帮助，而要在短短几天之内学习一门完全不了解的学科、软 件，就不能依据挨次没有重点的学，而应领先整体把握，而后再有侧重点的逐步深入。汗水预示着结果，也证明着过程，期望在以后的学习生活中能更加深入的学习专业学问，同时更要留意动手力量的培育。在此由衷感谢赐予我帮助的指导教师和同学们！参考文献1 康华光.电子技术根底模拟局部北京：高等教育出版社，20232 文艳.protel99SE 电子电路设计 北京：机械工业出版社，20233 何希才.型集成电路应用实例 北京：电子工业出版社，20234 臧春华.电子线路设计与应用.北京：高等出版社，20235 吴友宇.模拟电子技术根底.北京：清华大学出版社，20236 童诗白.模拟电子技术根底第五版.北京：高等教育出版社，2023附录：实物图