标题: 交流电压有效值测量电路设计仿真与实现 [打印本页]
作者: SimonJee    时间: 2018-1-12 15:33
标题: 交流电压有效值测量电路设计仿真与实现
7.实物图
图7-1 AC-DC转换模块正面
图7-2 AC-DC转换模块背面
图7-3 输入信号
图7-4 输入信号波形
图7-5 输出信号波形

《模拟电子技术基础》课程设计目录
摘要
1.电路方案论证与选择
1.1系统基本方案
1.2各模块方案论证与选择
1.2.1可调直流稳压源
1.2.2 正弦信号发生器
1.2.3 AC-DC转换模块
          1.2.4 LED分段显示模块
2.电路仿真
3.焊接与调试
3.1材料清单
3.2过程描述
5.心得体会
6.参考文献
7.实物图

课程设计任务书


学生姓名：邱*专业班级：电信1602

指导教师：孟*工作单位：信息工程学院

题目: 电压交流有效值测量电路设计仿真与实现

初始条件：

可选元件：集成运算放大器、电阻、电位器、电容若干，或自备元器件。

可用仪器：示波器，万用表，函数发生器


要求完成的主要任务:

（1）设计任务

根据要求，完成电压交流有效值测量电路的设计、仿真、装配与调试，并自制直流电源。

（2）设计要求

① 自制正弦信号发生器，测量输入电压峰值＜10v ，允许误差为±2％，采用LED分段显示，分段区间自定，可加入音响指示；

② 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

③ 利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。

④ 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。

⑤ 选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。

时间安排：

1、 前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。

2、 后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。





指导教师签名：年月日


系主任（或责任教师）签名：年月日

摘 要
模拟电子技术课程设计是继《模拟电子技术基础》理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，让学生综合运用模拟电子技术知识，进行实际模拟电子系统的设计、安装和调测，利用Multisim等相关软件进行电路设计，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力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发展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。
本课程设计的思路是将交流信号经过AC-DC模块后，通过LED分段显示电路确定有效值范围来减小误差，完成交流电压有效值的测量。
关键词：AC-DC转换模块、LED区间分段、有效值测量、减小误差
电子技术课程设计进度要求
序号
设计内容
所用时间
1
布置任务及调研
1天
2
方案确定
0.5天
3
制作与调试
2天
4
撰写设计报告书
1天
5
答辩
0.5天

合  计
5天

1.电路方案论证与选择
1.1 系统基本方案
设计电路分为直流稳压电源模块、正弦信号发生器、AC-DC转换模块、LED分段显示电路，即可完成题目对交流电压有效值进行测量，并显示的设计要求。
1.2 各模块方案论证与选择
1.2.1 可调直流稳压源
设计图1.1为采用CW设计的直流稳压源。该稳压源可稳定输出电压，电路简单，应用广泛。该稳压源由以下五部分组成。
(1)降压：通过变压器将输入的220V，50HZ交流电降为14V输出。
(2)整流：通过整流电路，将输入的交流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：通过稳压芯片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
1.2.2 正弦信号发生器

图1-2 正弦信号发生器
1.2.3 AC-DC转换模块


                                图1-3  AC-DC转换模块

1.2.4 LED分段显示电路
方案一：采用电压跟随器隔绝前后电路，再用分压的办法使得二极管能够在不同的电压时能够亮起。
缺点：电压跟随器是在理想情况下，实际中实现较为复杂，故不采用。

图1-5LED分段显示电路
方案二：采用电压比较器，通过改变LED导通所需的初始电压来达到分段显示的目的。较易实现，故采用此方案。

图1-6LED分段显示电路
2.电路仿真
一：对系统电路的关键模块AC-DC用Multisim进行仿真，电路图及仿真数据如下。


图2-1 AD-DC模块仿真
输入频率为50HZ、幅值分别为2、4、6、8、10的正弦波。
①输入50HZ，幅值2Vpp的正弦波


②输入50HZ，幅值4Vpp的正弦波



③输入50HZ，幅值6Vpp的正弦波

④输入50HZ，幅值8Vpp的正弦波


⑤输入50HZ，幅值10Vpp的正弦波



表2-1 仿真数据
输入幅值(V)
2
4
6
8
10
理论有效(V)
1.414
2.828
4.242
6.656
7.071
输出值(V)
1.573
3.514
5.485
7.456
9.429
Vo/Vc
1.112
1.242
1.293
1.120
1.333

由表2-1可以看出，精确地将交流信号转换为直流信号，输出其有效值，大约能输出有效值的1.1—1.2倍。故需要更进一步消除误差，方案为通过外加电源和比较器的方式将输出的有效值与理论有效值的差值部分抵消，从而使LED分段显示有效值。
一：对系统电路的关键模块AC-DC和LED电路用Multisim进行仿真，电路图及仿真数据如下。
3.焊接与调试
3.1材料清单
器件类型
规格
数量
电阻R1
2kΩ
1
电阻R2
100kΩ
1
电阻R3
100kΩ
1
电阻R4
100kΩ
1
电阻R5
3kΩ
1
电位器R6
500Ω
1
电阻R7
6.8kΩ
1
电容C1
15pF
1
电容C2
4.7μF
1
电容C3
220nF
1
电容C4
10μF
1
电容C5
4.7μF
1
二极管
1N4148
3
芯片
TL062
1

3.2过程描述
先用万用表检测元件参数是否符合要求。然后按照原理图，元件装配。装配完成后焊接该硬件。焊接时，以45度靠紧焊接面进行预热；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。如果焊点有连焊，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，表面有光泽，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部分焊接无误。
(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的正弦交流电压，显示数字为60.0。
4.参数测量及验证
(1)电压衰减模块测试结果如表4-1
表4-1 电压衰减模块测试
电压（V）
<0.2V
2V档
20V档
输入（V）
0.2
1
1.5
2
3
4
6
7
输出（V）
0.2
0.1
0.14
0.2
0.028
0.041
0.058
0.07
(2)AC-DC模块测试结果如表4-2
用信号发生器直接在AC-DC模块输入有效值已知，频率可调的正弦交流电，在输出端测量其直流电压。与输入的有效值对比，发现数值相接近，基本满足后面的进一步连接要求。
表4-2 AC-DC转换模块测试
输入有效值（mV）
50
100
150
200
实际输出值（mV）
48
97
145
192
(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交流信号，改变信号有效值的同时也要相应的改变档位，以免将电路烧毁。
表3-3 整体测试结果1
档位
0.2V档
2V档
输入（mV）
50
100
150
200
500
800
1000
1500
显示（mV）
52.2
102.2
152.5
196.2
50.6
90
108.2
160.2
表3-4 整体测试结果2
档位
20V档
输入（V）
2
2.5
3
3.5
4
5
6
7
显示（mV）
20.1
27.5
31.2
38.2
43.5
52.2
61.7
74.8
5.心得体会
课程设计之初，我对交流电压有效值测量完全没有想法和方案。在完成课程设计的短短几天内，我不断搜集资料、设计方案、整理思路、制作电路图、电路仿真，最终得到了理想的电路设计方案与仿真结果，然后又开始着手元器件的购买、实物的焊接与调试、数据测试。这其中我遇到了很多的困难，在克服这些困难的同时，也学到了很多课本里学不到的知识，收获了很多课堂上讲不到的方法。
在收集资料的过程中我遇到了各种各样的方案，每种方案都有其利弊。我仔细对比了各种方案的可行性，考虑了成本、可操作性、繁简程度等诸多问题。在这个过程中我学到了很多书本中没有的知识。
在设计电路的过程中用到了Multisim软件。我之前一直使用Proteus软件进行设计电路与仿真，但是Proteus软件较Multisim软件来说在实用性与操作性上略逊。所以在此次在课程设计中我选用了Multisim软件进行电路仿真，在使用Multisim软件软件之前我上网看了一些教程，大致了解了Multisim软件的使用方法。我在以后的学习中会更加深入地研究与学习Multisim软件，用它的强大的功能来帮助我解决实际问题。
本次课程设计培养了我的工程设计思想。从收集资料、对比选择、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，从中所获得的经验对今后的学习与工作都有很大的帮助，同时我也学会了如何在短时间之内对知识进行取舍与进行重点学习和突破。
虽然课程设计的过程是辛苦的，但结果确是令人振奋的。我从中学到的知识、方法与积累的自信、经验都会在今后的学习和工作中对我有很大的帮助。
6.参考文献
[1] 康华光.电子技术基础（模拟部分）北京：高等教育出版社，2006
[2] 文艳.protel99SE电子电路设计 北京：机械工业出版社，2006
[3] 何希才.新型集成电路应用实例 北京：电子工业出版社，2002
[4] 臧春华.电子线路设计与应用 北京：高等出版社，2004
[5] 吴友宇.模拟电子技术基础 北京：清华大学出版社，2009
[6] 童诗白.模拟电子技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，2001

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