電壓有效值測量

1、低頻電子線路課程設(shè)計-電壓有效值測量電路 姓 名：小杰專業(yè)班級：通信工程（4）班學(xué) 號：xxxxxxxxx實驗時間：2013.11.25-2013.11.26電壓有效值測量電路摘要：采用通用運(yùn)放LM 324和檢波二極管設(shè)計一個峰值半波整流電路，實現(xiàn)對正弦波電壓有效值的測量，先設(shè)計電路圖用Multisim軟件進(jìn)行仿真，再根據(jù)仿真的電路圖在面包板上連接電路，用信號發(fā)生器和萬用表檢驗實際電路是否符合要求。1、 設(shè)計任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)1.設(shè)計任務(wù)采用通用運(yùn)放LM 324和檢波二極管設(shè)計一個峰值半波整流電路，實現(xiàn)對正弦波電壓有效值的測量。2.技術(shù)指標(biāo) 輸入信號頻率范圍：0100mV 上限頻率：5KHz 電壓

2、顯示：萬用表直流檔 電源電壓：12V范圍內(nèi)可任選二、設(shè)計要求1. 熟悉電路的工作原理。2. 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)通過分析計算確定電路形式和參數(shù)元件。3. 畫出電路原理圖。（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）4. 計算機(jī)仿真。三、實驗要求：1、根據(jù)技術(shù)指標(biāo)確定測試項目、測試方法和步驟。2、確定實驗所用儀器。3、作出記錄數(shù)據(jù)的表格。4、完成實驗。四、實驗原理1、 電路工作原理下圖為精密半波整流電路與電容濾波電路所組成的實驗原理圖，它屬于反相型運(yùn)放電路。當(dāng)輸入電壓為正極性時，運(yùn)放輸出為負(fù)極性時，運(yùn)放輸出Uo1為負(fù)極性，二極管D2導(dǎo)通、D1截止，輸出電壓UO為零。當(dāng)輸入電壓UI為負(fù)極性時，Uo1為正極性，此時D1導(dǎo)

3、通、D2截止，電路處于反相比例運(yùn)算狀態(tài)，輸出電壓UO=-UIRf/Ri 。圖1. 仿真實驗原理電路圖濾波電路由510電阻與4.7F并聯(lián)組成，交流電經(jīng)過整流后得到的是脈動直流，濾波電路可以大大降低這種交流波紋成分，讓整流后的波形變得比較平滑。2、LM324簡介 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)放相互獨立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示

4、運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖2。 圖1 圖2計算元器件參數(shù)：通過整流濾波電路得到電壓的峰峰值等于倍電壓有效值，通過放大器計算公式：UO=-UIRf/Ri可知，Rf/Ri應(yīng)取/2,在仿真中Rf取為1.414k，Ri取2 k。五、元器件選擇 通過以上所列公式，以及實驗室中所提供的具體的器件選擇如下：LM 324芯片 1個2K電阻 1個1K電阻 1個0.51K電阻 2個4.7F電容 1個信號發(fā)生器 1臺 萬用表 1臺直流電壓源 1臺面包板 2塊導(dǎo)線 若干二極管 2個示波器 1臺六、計算機(jī)仿真

5、圖 圖2.示波器顯示經(jīng)整流與濾波后的波形從圖2中可以看出最終的波形近似為直線，與預(yù)期基本一致。圖3.仿真直流電壓表示數(shù)圖3顯示出來的直流電壓表示數(shù)近似為信號發(fā)生器提供的10mV有效值，與預(yù)期基本一致。七、實驗步驟1.檢查芯片是否完好；2.關(guān)閉電源，根據(jù)仿真電路圖在面包板上連接電路由于缺少合適的元器件，所以Rf在實際中用用1.51 k電阻代替；3.把直流電源調(diào)到12V（不能超過12V）并保持關(guān)閉狀態(tài)接在芯片兩個電源極上，11號管腳接負(fù)極，4管腳接電壓源正極，3管腳接地，1管腳接輸出，2管腳接輸入。接地孔連接到面包板上作為相對參考地端，之后電路所有接地端口都與在面包板上與該端口對應(yīng)的位置串聯(lián)；4.

6、將輸入端直接與信號發(fā)生器連接，萬用表直流檔接輸出電壓，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器不同頻率和電壓值觀察萬用表示數(shù)是否與電壓表示數(shù)對應(yīng)；7.打開直流電源、信號發(fā)生器；8.調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的頻率與輸出電壓有效值，記錄數(shù)據(jù)如下表：當(dāng)信號發(fā)生器頻率為500Hz時， 交流電壓表示數(shù)(mV)102030405060708090100萬用表直流檔示數(shù)(mV)9.218.929.038.447.957.467.276.586.495.6當(dāng)信號發(fā)生器頻率為1000Hz時，交流電壓表示數(shù)(mV)102003405060708090100萬用表直流檔示數(shù)(mV)9.720.030.740.850.760.970.780.991.0

7、101.1當(dāng)信號發(fā)生器頻率為5000Hz時，交流電壓表示數(shù)(mV)102030405060708090100萬用表直流檔示數(shù)(mV)8.218.128.839.149.259.469.679.990.1100.5注意事項：插面包板時注意正負(fù)極，元器件和導(dǎo)線的并聯(lián)與串聯(lián)，地線從電壓源引出正確接入電路。八、數(shù)據(jù)分析由測出來的數(shù)據(jù)可以看出萬用表直流檔測出的電壓值近似等于信號發(fā)生器輸出電壓有效值，說明該實驗電路的確實現(xiàn)了半波整流與濾波得到直流的功能。觀察示波器的波形變化都與仿真時的現(xiàn)象基本一致，這說明實物電路元器件選擇及連接正確，實驗基本成功。九、誤差分析1.面包板的微弱的電阻會對實驗產(chǎn)生一定影響；2

8、.由于不能得準(zhǔn)確的電阻，Rf阻值與仿真值不同導(dǎo)致測量值與實際值不是很一致，元器件自身誤差與外部環(huán)境的影響也造成實驗結(jié)果有誤差。濾波電路不能使波形完全平滑，導(dǎo)致示數(shù)不準(zhǔn)確。3.萬用表、信號發(fā)生器、直流電源等儀器的接口老化也會對實驗產(chǎn)生影響。4.外界環(huán)境因素，如溫度濕度都會對電路產(chǎn)生影響。十、方案改進(jìn)1.電阻在使用之前先用萬用表測下實際阻值，選擇與所標(biāo)阻值最接近的電阻。2.選擇較新的面包板，以防面包板老化對實驗產(chǎn)生影響。3.在實驗前先檢查示波器、信號發(fā)生器、萬用表、直流電源等儀器所測數(shù)值是否準(zhǔn)確。十一、參考文獻(xiàn)1、張桂苓，劉公望電子線路實驗 大連海事大學(xué)出版社 2006年8月2、傅豐林 低頻電子線路 高等教育出版社 2006年12月十二、實驗總結(jié) 通過此次實驗，學(xué)會了Multisim 電路仿真軟件的使用，為今后的專業(yè)學(xué)習(xí)帶來了便利，此外對LM 324芯片以及集成芯片有了進(jìn)一步的了解，進(jìn)一步加深芯片電源不能反接的概念。此次實驗題目為“電壓有效值測量”，實際上用到了兩個部分，即半波整流電路和濾波電路，對這兩個結(jié)構(gòu)的概念進(jìn)一步加深；在這次實驗中，鞏固了對之前使用次數(shù)不是太多的直流電源和面包板的使用方法。由于這次實驗先用multism仿真軟件進(jìn)行仿真，仿真的數(shù)據(jù)與實際值非常接近，在做實物實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)時也較