電源過壓欠壓保護電路課設(shè)報告(共13頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄一、 摘要2二、 方案論證2三、 電路工作原理及說明31.電壓比較電路32.比較器與運算放大器的差別73.執(zhí)行電路74.總電路圖9四、 電路性能指標的測試10五、 設(shè)計心得10附錄13附錄一13參考文獻 14電源過壓欠壓保護電路一、 摘要隨著微控技術(shù)的日益完善和發(fā)展，在工業(yè)控制中，用電設(shè)備通常工作至三相電源中，而很多用電設(shè)備在使用中對相應(yīng)提供的工作電源有著較高的要求。但通常電網(wǎng)產(chǎn)生的電壓偏高(是指給定的瞬間設(shè)備端電壓U與設(shè)備額定電壓Un之差)，以及大功率電動機的起動，電焊機的工作，特別是大型電弧爐和大型軋鋼機沖擊性負荷的工作，均會引起負荷的急劇變動，使電網(wǎng)電壓損耗

2、隨之產(chǎn)生相應(yīng)變動，從而使用戶公共供電點的電壓出現(xiàn)波動現(xiàn)象。而上述情況所造成的電壓波動，又會給用電設(shè)備造成不應(yīng)有的過壓、欠壓現(xiàn)象。如長時間供給用電設(shè)備，則會極大的損壞用電設(shè)備。所以在用電設(shè)備使用中，會加入相應(yīng)的保護電路，以保證用電設(shè)備在正常的供電狀態(tài)下使用。當供電線路出現(xiàn)過、欠壓時，保護電路進行有效保護，從而確保用電設(shè)備安全正常運行。二、 方案論證本課題主要設(shè)計電源過壓/欠壓保護電路。主要設(shè)計思想為：在正常情況下，即電壓在標準電壓附近的時候，電路正常工作，報警器不工作。當有過壓、欠壓或者掉電的時候，輸入電壓經(jīng)過整流濾波穩(wěn)壓后與已知標準電壓相差很大時，電路使晶體管工作，從而驅(qū)動報警器報警，提示工作

3、人員進行必要的措施，防止不必要的損失。經(jīng)過理論推理，進行分析比較并逐步模擬，確立以下比較合理的方案。過壓、欠壓保護電路原理框圖如圖1所示。該電路設(shè)計過壓/欠壓掉電報警器電路，由比較電路、報警器裝置組成。 電源比較電路報警電路圖1 過壓/欠壓保護電路原理框圖三、 電路工作原理及說明1. 電壓比較電路保護電路中主要是電壓比較器在起作用，電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運算放大器。比較電路主要由兩個理想運放組成，這是電路正常工作的核心。通過運放組成電壓比較器，對輸入電壓判別，從而輸出相應(yīng)高低電平，作用于后續(xù)電路。比較電路如圖2所示:圖2 比較電路² 電壓比較器的功能：比較兩個電

4、壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關(guān)系)： 當”輸入端電壓高于”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平； 當”輸入端電壓低于”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；² 電壓比較器的作用：它可用作和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波?？捎糜趫缶麟娐?、自動控制電路、測量技術(shù)，也可用于V/F變換電路、A/D變換電路、高速采樣電路、電源電壓監(jiān)測電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過零檢測電路等。簡單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，改進后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。運算放大器是通過反饋回路和

5、輸入回路的確定“運算參數(shù)”，比如放大倍數(shù)，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開關(guān)（高低電平）量。一般應(yīng)用中，有時也可以用線性運算放大器，在不加負反饋的情況下，構(gòu)成電壓比較器來使用。電壓比較器是對兩個模擬電壓比較其大小，并判斷出其中哪一個電壓高。 圖1(a)是比較器，它有兩個輸入端：同相輸入端(“+”端)及反相輸入端(“-”端)，有一個輸出端Vout(輸出電平信號)。另外有電源V+及地(這是個單電源比較器)，同相端輸入電壓VA，反相端輸入VB。VA和VB的變化

6、如圖1(b)所示。在時間 圖1單電源比較器框圖及工作波形 0t1時，VA>VB；在t1t2時，VB>VA；在t2t3時，VA>VB。在這種情況下，Vout的輸出如圖1(c)所示：VA>VB時，Vout輸出高電平(飽和輸出)；VB>VA時，Vout輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個電壓大。如果把VA輸入到反相端，VB輸入到同相端，VA及VB的電壓變化仍然如圖1(b)所示，則Vout輸出如圖1(d)所示。與圖1(c)比較，其輸出電平倒了一下。輸出電平變化與VA、VB的輸入端有關(guān)。圖2(a)是雙電源(正負電源)供電的比較器。如果它的VA、VB輸入電壓如圖1(b)

7、那樣，它的輸出特性如圖2(b)所示。VB>VA時，Vout輸出飽和負電壓。圖2 雙電源比較器框圖及工作波形 如果輸入電壓VA與某一個固定不變的電壓VB相比較，如圖3(a)所示。此VB稱為參考電壓、基準 圖3 其他比較器框圖電壓或閾值電壓。如果這參考電壓是0V(地電平)，如圖3(b)所示，它一般用作過零檢測。² 比較器的工作原理比較器是由運算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運算放大器的一種應(yīng)用電路。由于比較器電路應(yīng)用較為廣泛，所以開發(fā)出了專門的比較器集成電路。圖4 運算放大器和比較器圖4(a)由運算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經(jīng)分壓器R2、R3分壓后接在同相端，

8、VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻，若不考慮輸入失調(diào)電壓，則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個電阻的關(guān)系式為：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB若R1=R2，R3=RF，則Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1為放大器的增益。當R1=R2=0(相當于R1、R2短路)，R3=RF=(相當于R3、RF開路)時，Vout=。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖4(b)的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實際上，運放處于開環(huán)狀態(tài)時，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負電源電壓，也不可能是無窮大。從圖4中

9、可以看出，比較器電路就是一個運算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。2. 比較器與運算放大器的差別運算放大器可以做比較器電路，但性能較好的比較器比通用運放的開環(huán)增益更高，輸入失調(diào)電壓更小，共模輸入電壓范圍更大，壓擺率較高(使比較器響應(yīng)速度更快)。另外，比較器的輸出級常用集電極開路結(jié)構(gòu)。比較器電路本身也有技術(shù)指標要求，如精度、響應(yīng)速度、傳播延遲時間、靈敏度等，大部分參數(shù)與運放的參數(shù)相同。在要求不高時可采用通用運放來作比較器電路。如在A/D變換器電路中要求采用精密比較器電路。由于比較器與運放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，其大部分參數(shù)(電特性參數(shù))與運放的參數(shù)項基本一樣(如輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入

10、偏置電流等)。3. 執(zhí)行電路 執(zhí)行電路也是電路中必不可缺的部分，是電路功能實現(xiàn)和執(zhí)行部分，是決定實驗的成敗關(guān)鍵。圖5 執(zhí)行電路此次課題要求在給定電源電壓為20V的條件下，設(shè)計一個過壓欠壓報警器，使其在正常電壓變動范圍內(nèi)時，綠燈發(fā)光；過壓（超過15V）時紅燈亮；欠壓（低于5V）時黃燈亮。從而達到報警效果。設(shè)計思路明確，通過比較電路來決定發(fā)光二極管的發(fā)光情況。4. 總電路圖圖6 總電路圖四、 電路性能指標的測試圖 7 測試電路給定電源電壓為20V的條件下，設(shè)計一個過壓欠壓報警器，使其在正常電壓變動范圍內(nèi)時，綠燈發(fā)光；過壓（超過15V）時紅燈亮；欠壓（低于5V）時黃燈亮。從而達到報警效果。設(shè)計思路明

11、確，通過比較電路來決定發(fā)光二極管的發(fā)光情況。五、 設(shè)計心得一周的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計中我學到了很多，這期間我查閱了很多資料，在圖書館找到了很多相關(guān)書籍，我相信這段時間的經(jīng)歷會對我日后工作有很大幫助。因為這次課設(shè)，我將模擬電子技術(shù)的重要內(nèi)容都復習了一遍，這讓我更好的掌握了課本上的知識點。這是我第二次接觸multisim軟件，同時我也對Multisim這種軟件的使用掌握的更熟練了。 我一向認為過程是最重要的，在這幾天中，我從對報警器這個名詞的陌生到可以分門別類地介紹報警器的熟悉，我在摸索中前行。我查閱了大量的材料，查找各種整體的電路元器件，想方設(shè)法進行連接以完成課題的目標。在這個過程中我的毅力得到

12、了磨煉，我曾研究一份電路圖研究了三天，但實在無法實現(xiàn)報警功能，只得改換電路圖，也就是現(xiàn)在的電路圖，終于實現(xiàn)了報警功能，期間我們同組同學也不乏交流，團結(jié)協(xié)作精神得到了很好的體現(xiàn)。在課程設(shè)計的過程中我發(fā)現(xiàn)自己原理知識掌握不扎實，學過的知識不會應(yīng)用，只是覺得都見過卻不知道應(yīng)該怎么連。而且對于Multisim軟件的應(yīng)用也極不熟練，我希望以后院里能提供給我們更多的鍛煉機會來培養(yǎng)我們的實踐能力、動手能力以及理論聯(lián)系實際的能力。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計上，在多種方案的選擇中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對電路的改進，上機仿真以及接線

13、調(diào)試，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復實踐，其過程很可能相當煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。 設(shè)計單元電路階段，這個階段可以說是考察數(shù)電書本知識的階段。所有的設(shè)計方法還有步驟在數(shù)電書上都有，而且還有例題。這個階段遇到的主要問題就是以前的知識忘記不少，所以做設(shè)計的時候要常隨手翻閱課本，等于是做了幾道數(shù)電作業(yè)題。這個

14、階段的難度也不是很大，一般翻課本就可以找到答案并解決問題。 實驗階段可以說是這次設(shè)計中最重要的部分，因為以前的只是理論而不是真正的實體。所以說它是最重要的。實驗階段我們遇到的問題有：對軟件不熟悉；對實驗過程中信號的測量知識學習很少；因為各個模塊是分開做而后又組裝到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合為一個整體，部分工作能行但是接到一起就會出現(xiàn)問題）;針對以上幾個問題我們作出了以下的“對策”:軟件不熟悉，就借來參考書，一步一步的對著學，而且老師給的資料上也有軟件的使用說明，所以隨著接觸的增加軟件也就越來越熟悉，這方面的問題不是太難因為一邊理論一邊學習正好是學習的好方法，而且也學的特別快。制作過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，電路的焊接要一步一步來，焊點多，走線復雜。這又要我們要靈活處理，一邊操作一邊構(gòu)思，在不影響試驗的前提下加快進度。另外就是要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。這是應(yīng)用課本知識的大好時機?？傊?，通過這次練習我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，