交流電壓超限報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱： 模擬電路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：交流電壓超限報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院專業(yè)：電子信息工程 班級(jí)： 學(xué)號(hào): 姓名： 評(píng)分： 教師： 2011 年 3 月 6 日 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)2 模擬電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)20 11 20 12 學(xué)年 第 2 學(xué)期第 1 周 7 周 注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長(zhǎng)一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)” 、 “學(xué)生成績(jī)單”一并交院教務(wù)存檔。題目交流電壓超限報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求當(dāng)檢測(cè)電壓超過(guò)設(shè)定上下限值時(shí)，發(fā)出蜂鳴器報(bào)警聲，要求報(bào)警聲嘀

2、嘀間斷發(fā)聲，頻率約 1HZ。進(jìn)度安排1. 布置任務(wù)、查閱資料、選擇方案，領(lǐng)儀器設(shè)備： 第一周 2 天； 2. 領(lǐng)元器件、焊接、制作：第一周 3 天3調(diào)試：第二周 2 天4. 驗(yàn)收：第二周 0.5 天5. 寫(xiě)報(bào)告：本學(xué)期 37 周學(xué)生姓名： 指導(dǎo)時(shí)間:第 17 周指導(dǎo)地點(diǎn)：E 樓 311 室任務(wù)下達(dá)2012 年 2 月 13 日任務(wù)完成2012 年 2 月 22 日考核方式1.評(píng)閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師系（部）主任 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)3摘要 據(jù)調(diào)查，一般電器的壽命也成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，越來(lái)越多的人們關(guān)注電器的使用壽命問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)電器的使用壽命低于正常使用壽命，經(jīng)過(guò)

3、實(shí)驗(yàn)證明這主要是因?yàn)殡娖鞴ぷ魇墙涣麟妷撼拊斐傻摹Ｈ裟芗皶r(shí)的預(yù)警那就可以避免不必要的損耗從而保護(hù)電器。有一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)電器進(jìn)行監(jiān)控是非常有必要的。本次課程設(shè)計(jì)的目的：設(shè)計(jì)交流電壓超限報(bào)警系統(tǒng)電路，由一個(gè)蜂鳴器通過(guò)是否正常鳴叫告訴使用者電壓是否超限，電位器控制電壓超限范圍。首先通過(guò)變壓器對(duì) 220V 交流電壓進(jìn)行降壓，其次通過(guò)橋式整流電路將交流轉(zhuǎn)化為直流，再次運(yùn)用電容濾波電路輸出比較穩(wěn)定的直流電壓，接著設(shè)計(jì)一個(gè)頻率為1HZ 的方波發(fā)生器，最后通過(guò) LM324 芯片放大器以及 74LS08 與門(mén)芯片控制電壓的報(bào)警。當(dāng)電壓超過(guò)設(shè)定上下限值時(shí)產(chǎn)生報(bào)警功能。關(guān)鍵字：電壓超限關(guān)鍵字：電壓超限 濾波濾波 整

4、流整流 報(bào)警報(bào)警 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)4目錄目錄第一章第一章 緒論緒論.1第二章第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求.22.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容.22.2 設(shè)計(jì)要求.22.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的.2第三章第三章 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理.33.1 單元電路設(shè)計(jì).3第四章第四章 電路組成及其工作原理電路組成及其工作原理.64.1 整體電路設(shè)計(jì)和工作原理.64.1.1 電壓采樣.64.1.2 整流.64.1.3 濾波.74.1.4 方波.84.1.5 報(bào)警控制.94.2 整體電路.10第第五五章章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試測(cè)試實(shí)驗(yàn)調(diào)試測(cè)試.11第六章第六章 實(shí)驗(yàn)小結(jié)與心得體會(huì)實(shí)驗(yàn)小結(jié)與心得體會(huì).12參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).13附錄一

5、附錄一 芯片介紹芯片介紹.14附錄二附錄二 元件清單元件清單.15附錄三附錄三 焊電路板技術(shù)焊電路板技術(shù).16 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)1緒論緒論 電壓是日常生活，工業(yè)，醫(yī)學(xué)，環(huán)境保護(hù)，化工，石油等領(lǐng)域最常用到的物理量。而且隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們需要對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中有關(guān)電壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。會(huì)導(dǎo)致人生安全，所以需要用到電壓報(bào)警控制器，如在工廠生產(chǎn)工作時(shí)電壓不應(yīng)過(guò)高以及過(guò)低，當(dāng)電壓超上下限值時(shí)，需要對(duì)工作人員給予警示，所以需要用到電壓報(bào)警控制器。而且很多領(lǐng)域的電壓可能較高或較低，有時(shí)人無(wú)法靠近或現(xiàn)場(chǎng)無(wú)，然而需人力來(lái)監(jiān)控會(huì)導(dǎo)致人生安全，所以需要用到電壓報(bào)警控制器。所以，對(duì)電壓超限報(bào)警控制的研究就要更

6、加要精確。 隨著現(xiàn)代化，科技的騰飛，信息技術(shù)的高密度的集中，電壓的控制也成為時(shí)代關(guān)注的一部分，制作一個(gè)高技術(shù)的電壓報(bào)警系也是尤為重要的。交流電壓超限報(bào)警器廣泛運(yùn)用，不僅保護(hù)人生安全，而且也更好的保護(hù)器件的使用，使器件使用壽命更長(zhǎng)?，F(xiàn)在初步了解電壓的相關(guān)性能，運(yùn)用最簡(jiǎn)單的模擬電路對(duì)電壓的控制，為以后對(duì)電壓控制的深入研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)2第二章第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)交流電壓超限報(bào)警系統(tǒng)。2.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求1可設(shè)定上限電壓報(bào)警值。2當(dāng)檢測(cè)電壓超過(guò)設(shè)定上下限值時(shí)，發(fā)出蜂鳴器報(bào)警聲，要求報(bào)警聲嘀嘀間斷發(fā)聲，頻率約 1HZ

7、。2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的1. 通過(guò)該實(shí)驗(yàn)提高自身的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)操作、設(shè)計(jì)、分析能力，學(xué)會(huì)將理論運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程的分析和處理。2. 設(shè)計(jì)并完成一個(gè)可以達(dá)到相應(yīng)設(shè)計(jì)要求的交流電壓超限報(bào)警器。3. 學(xué)會(huì)電壓采樣。4. 學(xué)會(huì)濾波，整流。5. 掌握 74LS08 芯片的使用方法。6. 掌握通過(guò)一個(gè)放大器設(shè)計(jì)方波發(fā)生電路。7. 掌握反饋放大電路的計(jì)算與實(shí)際運(yùn)用。8. 掌握與非門(mén)電路運(yùn)用與設(shè)計(jì)。 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)3第三章第三章 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理3.1 單元電路設(shè)計(jì)單元電路設(shè)計(jì)1.1. 電容濾波電路工作原理電容濾波電路工作原理（a）（b）圖圖 3-13-1 橋式整流電容

8、濾波電路橋式整流電容濾波電路 （a）電路 （b）波形在整流電路的輸出端，即負(fù)載電阻 RL兩端并聯(lián)濾波電容 C，就構(gòu)成電容濾波電路。圖 3-1-1（a）所示為橋式整流電容濾波電路；當(dāng)電路已進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，輸出電壓近似波形如圖（b）中實(shí)線所示，虛線是未加濾波電路時(shí)輸出電壓的波形。 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)4由圖（a）可知，只有當(dāng)電容上電壓（即輸出電壓 uo）小于變壓器副邊電壓時(shí)，才有一對(duì)二極管導(dǎo)通，給電容充電。若變壓器副邊電壓 u2在正半周，且電容上的電壓在 a 點(diǎn)，a 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1，則當(dāng)時(shí)間 tt1時(shí)，D1和 D3因加正向電壓而導(dǎo)通，u2一方面提供負(fù)載電流，另一方面對(duì) C 充電；若變壓器

9、副邊內(nèi)阻、二極管導(dǎo)通電阻均可忽略不計(jì)，則 uo將按 u2的變化規(guī)律充電至峰值電壓，見(jiàn)圖中 b 點(diǎn)。此后 u2的下降使得 u2uc，所有二極管均截止，濾波電容 C 向負(fù)載電阻 RL放電，時(shí)間常數(shù) RLC。在放電的 bc 段，uo基本按 u2的變化規(guī)律線的 cd 段。電容 C 放電到圖中的 d 點(diǎn)后，又重復(fù)前述 a 點(diǎn)以后的過(guò)程，但在 u2 的負(fù)半周電容充電時(shí)是 D2、D4導(dǎo)通，如此周而復(fù)始，形成了濾波電容周期性的充、放電過(guò)程。從圖（b）所示波形圖可以看出，電容濾波電路不但使輸出電壓的交流分量減小，而且使得輸出電壓平均值增大。從電容對(duì)交、直流分量容抗的差別可以理解，正是由于濾波電容對(duì)交流分量的容抗

10、很小，將其負(fù)載電阻上交流電流變小，輸出電壓脈動(dòng)減?。徽怯捎跒V波電容對(duì)直流分量的容抗無(wú)窮大及其儲(chǔ)能作用，使得輸出電壓平均值增大。放電回路時(shí)間常數(shù) RLC 越大，輸出電壓的脈動(dòng)越小，平均值越大。2.2. 整流二極管的導(dǎo)通角整流二極管的導(dǎo)通角 在未加電容濾波時(shí)，不管在哪種整流電路中，整流二極管均在變壓器副邊電壓的半周導(dǎo)通，稱為導(dǎo)通角 。在采用電容濾波后，整流二極管的導(dǎo)通角小于 。值得注意的是，RLC 越大，在一個(gè)周期內(nèi)充電時(shí)間越短，即二極管的導(dǎo)通角越小，由于電容上電壓不能突變，所以在二極管導(dǎo)通時(shí)，會(huì)因整流電路內(nèi)阻很小而流過(guò)很大的沖擊電流，而且導(dǎo)通角越小，沖擊電流越大，越影響二極管的壽命。因此在選擇

11、整流二極管時(shí)，最大整流平均電流 IF 要留有充分的余地，通常要大約無(wú)電容濾波時(shí)的 23 倍。當(dāng)負(fù)載電阻很小，負(fù)載電流很大時(shí)，如2A 以上，整流二極管的選取就比較困難，因而應(yīng)考慮采用電感濾波電路。綜上所述，電容濾波電路適用于負(fù)載電流較小且變化范圍不大的場(chǎng)合。3.3. 濾波電容的選擇濾波電容的選擇 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)5 從理論上講，濾波電容越大，放電過(guò)程越慢，輸出電壓越平滑，平均值也越高。但實(shí)際上，電容的容量越大，不但體積越大，而且會(huì)使整流二極管流過(guò)的沖擊電流更大。因此，對(duì)于全波整流電路，通常濾波電容的容量滿足 RLC=(1.52.5)T 式（1.1）式子中 T 為交流電壓的周期。此時(shí)，

12、可認(rèn)為輸出電壓平均 UO（AV）=1.2U2 式（1.2）一般選擇幾十至幾千微法的電解電容。考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為+10%，其耐壓值應(yīng)大于 1.55U2，且應(yīng)按電容的正、負(fù)極性將其接入電路。 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)6第四章第四章 整體電路組成及其工作原理整體電路組成及其工作原理4.1 整體電路設(shè)計(jì)和工作原理整體電路設(shè)計(jì)和工作原理4.1.1 電壓采樣電壓采樣首先通過(guò)變壓器把 220v 的交流電壓變成 12v 的小電壓如 4-1 圖所示：4-1 圖圖 降壓電路降壓電路4.1.2 整流整流然后們運(yùn)用整流橋堆進(jìn)行整流，使得交流變成直流。橋式整流是由 4 個(gè)整流二極管組成的電路。這樣就在負(fù)載

13、RL 上得到一個(gè)與全波整流相同的電壓波形，其電流的計(jì)算與全波整流相同，即UL = 0.9U2 式（1.3） 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)7IL = 0.9U2RL 式（1.4）流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流為ID = IL2 = 0.45 U2RL每個(gè)二極管所承受的最高反向電壓為 (為全波整流的一半) 式（1.5） U22Urm橋式整流電路克服了全波整流電路要求變壓器次級(jí)有中心抽頭和二極管承受反壓大的缺點(diǎn)，但多用了兩只二極管。在半導(dǎo)體器件發(fā)展快，成本較低的今天，此缺點(diǎn)并不突出，因而橋式整流電路在實(shí)際中應(yīng)用較為廣泛。如圖 4-2 所示 4-24-2 圖圖 橋式整流電路橋式整流電路4.1.3 濾波濾波設(shè)

14、計(jì)一個(gè)電路進(jìn)行濾波 達(dá)到穩(wěn)定作用，該為電容電容濾波電路。該電路為在整流電路的輸出端，即負(fù)載電阻 R 兩端并聯(lián)濾波電容 C，就容濾波電路。通常濾 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)8波電容的容量滿足 RC=(3-5)T/2 輸出電壓平均值為 1.2U。如下圖 4-3 所示圖圖 4-34-3 電容濾波電路電容濾波電路4.1.4 方波方波通過(guò)矩形波振蕩電路(又稱多諧振蕩器)由反相輸入的滯回比較器和 RC 電路組成。滯回比較器起開(kāi)關(guān)作用，RC 電路的作用是產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)程。RC 回路既是延遲環(huán)節(jié)，亦是反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò) RC 充、放電過(guò)程實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。在運(yùn)放的輸出端引入限流電阻和兩個(gè)背靠背的穩(wěn)壓管就組成了

15、如圖 4-4 所示的雙向限幅矩形波發(fā)生器。 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)9圖圖 4-4 方波電路方波電路4.1.5 報(bào)警控制報(bào)警控制通過(guò)放大器可以設(shè)置電壓上下限，然后通過(guò)窗口比較器放大器產(chǎn)生的信號(hào)輸入與門(mén)電路 74LS08 芯片中，在芯片的輸出端呈現(xiàn)不同的反應(yīng)。如果兩端輸入端都是高電平，則輸出的也是高電平，使的蜂鳴器發(fā)出聲音，如果兩端輸入端至少有一端是低電平，則輸出的還是低電平，蜂鳴器不會(huì)發(fā)出聲音。4.2 整體電路整體電路通過(guò)交流電壓采樣，整流，濾波，方波，報(bào)警控制的設(shè)計(jì)，完成了整個(gè)交流電壓報(bào)警控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，如圖 4-5 所示。 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)10圖圖 4-54-5 交流電

16、壓報(bào)警控制電路交流電壓報(bào)警控制電路 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)11第五章第五章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試測(cè)試實(shí)驗(yàn)調(diào)試測(cè)試在設(shè)計(jì)中，根據(jù)仿真電路以及用示波器檢測(cè)器波形，可以得到標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)。由圖 5-2 可知得出了 1HZ 的方波，得到了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)調(diào)試，當(dāng)電壓超過(guò)上下限時(shí)，會(huì)發(fā)出 1HZ 的蜂鳴報(bào)警聲，實(shí)驗(yàn)成功。圖圖 5-1 方波方波 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)12第六章第六章 實(shí)驗(yàn)小結(jié)與心得體會(huì)實(shí)驗(yàn)小結(jié)與心得體會(huì)本次電路設(shè)計(jì)是比較好的鍛煉了我們電路設(shè)計(jì)、資料的查找、方案確定，分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、焊接技術(shù)等各方面的能力。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)我們提高了自身的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，方案確定，設(shè)計(jì)，錯(cuò)誤分析能力，學(xué)會(huì)

17、將理論運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程的分析和處理。我們可以自己動(dòng)手完成一個(gè)簡(jiǎn)單的可以達(dá)到相應(yīng)設(shè)計(jì)要求的交流電壓超限報(bào)警器。掌握了電橋設(shè)計(jì)的方案以及反饋放大電路的計(jì)算與實(shí)際運(yùn)用，掌握了與非門(mén)電路的運(yùn)用與設(shè)計(jì)。在用 Multiuse 軟件進(jìn)行了仿真過(guò)程中，有許多地方都和理論計(jì)算存在不同程度的出入，但最終的結(jié)果還是符合要求的。這次課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，但是卻留下許多不盡人意的地方，比如說(shuō)，調(diào)試的出現(xiàn)了波形調(diào)不出來(lái)，或者調(diào)出的好像是正弦波等問(wèn)題，在濾波效果上并不是十分的理想，未能達(dá)到理想的濾波效果。還有電路的焊接技術(shù)也有待進(jìn)一步提高。同時(shí)在本次的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中也收獲了許多，它不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操

18、作的能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；更重要的是我們學(xué)會(huì)了如何去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，將理論付諸于實(shí)踐。在今后的學(xué)習(xí)中我們會(huì)更加注意將理論與實(shí)踐相結(jié)合，因?yàn)樵俸玫睦碚?，都必須由?shí)踐去證明，理論才是實(shí)踐檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)13參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1.華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M. 北京:上清華大學(xué)出版社.20062.謝自美.電子線路綜合設(shè)計(jì)(第一版) M.武漢:華中科技大學(xué)出版社.20063.沈小豐.余瓊?cè)?電子線路實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路基礎(chǔ)M.北京:上清華大學(xué)出版社.2006 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)14附錄一附錄一 芯片介紹芯片介紹74LS08 芯片的介紹74LS08

19、是 2 輸入四與門(mén)集成電路芯片,常用在各種功能的字電路系統(tǒng)中。74LS08 工作環(huán)境為：74LS08 最大電源電壓: 7V；工作電壓: 4.5V 到 5.5V；74LS08 引腳功能如附錄一 1 圖所示： 附錄一附錄一 1 圖圖74LS08 芯片的真值表如附錄一 2 圖：附錄一附錄一 2 圖圖 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)15附錄二附錄二 元件清單元件清單元件清單序號(hào)類型型號(hào)數(shù)量LM32411芯片74LS0811k520k12電阻50k13電位器1 k14電橋15變壓器16蜂鳴器1IN400727二極管IN4735322F18電容220uf 1 南昌航空大學(xué)模擬電路課程設(shè)計(jì)16附錄三附錄三 焊電路板技術(shù)焊電路板技術(shù)焊接是電子產(chǎn)品組裝過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)之一。如果沒(méi)有相應(yīng)的焊接工藝質(zhì)量保證，則任何一個(gè)設(shè)計(jì)精良的電子裝置都難以達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，眾為興公司通過(guò)多年對(duì)焊接行業(yè)了解，總結(jié)出一套完美的焊接過(guò)程。因此，在焊接時(shí)，必須做到以下幾點(diǎn)：1焊接表面必須保持清潔即使是可焊性好的焊件，由于長(zhǎng)期存儲(chǔ)和污染等原因，焊件的表面可能產(chǎn)生有害的氧化膜