電壓采樣電路設計總結報告

1、電壓采樣電路設計總結報告 專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化實習日期：2013年7月22日-7月26日2013年7月26日 目錄一、設計要求及目的：3二、所用元件：3三、設計思路：31、電源部分電路42、電流-電壓轉化電路53、電壓抬升電路：64、二階濾波電路75、方波轉換電路8四、課程設計中出現(xiàn)的問題及解決方案10五、設計總結10一、設計要求及目的：1、設計目標：設計一個電壓采樣電路，對220v交流信號進行采樣，并利用運放對其進行處理，使其成為數(shù)模轉換器（A/D）能夠處理的信號。2、基本要求：根據(jù)元件列表設計采樣電路及其工作電源回路，將220v交流輸入信號變?yōu)?-3v信號，并對其進行二階有源濾波

2、，濾除高頻干擾信號，濾波后的信號平滑無畸變。3、擴展：設計電路，將交流信號變?yōu)榉讲?，過零點處干凈無毛刺信號。4、設計目的： 1）加強自主性學習、研究性學習，加強團隊合作，提高創(chuàng)新意識； 2）通過該設計學會并掌握常用電子元器件的選擇和使用方法； 3）結合所學的電子電路的理論知識完成電壓采樣課程設計。二、所用元件：變壓器 1個、 1N4007單向二極管 5個、 470uF電解電容 4個芯片7815和7915、 緊密電流型電壓互感器 1個、 LM324芯片10K電位器 1個、 201pF電容 2個電阻：110K1個、 10K5個、 11個、 1K2個、 4701個、 2001個三、設計思路： 電壓采

3、樣電路基礎模塊的設計思路首先是220v交流電源經(jīng)過電流型電壓互感器使強電轉換為弱電，再通過電流/電壓變換電路使其輸出電壓為-1.5v+1.5v，接著通過一個反相加法運算電路使其輸出電壓抬升為03v，最后經(jīng)過一個二階有源低通濾波電路對其進行濾波，濾除高頻干擾信號，濾波后的信號平滑無畸變，最后用一遲滯比較器將正弦波變成方波信號?？傠娐穲D為：1、電源部分電路 電路圖為：分析：通過電路圖中三個萬用表的示數(shù)可知，變壓器輸出交流電的有效值為15.078V，輸出的直流電壓為+15.517V和-15.633V，符合要求。此電壓用于給給芯片LM324提供直流電源，以及提升電壓用。 1）電源變壓器：是降壓變壓器，

4、它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 2）整流電路：利用4個單向導電元件，把50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電。 3）濾波電路：由于經(jīng)過整流的直流脈沖電壓還含有較大的紋波，因此需要設計濾波電路將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓，用兩個470uF的電解電容。4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓、負載的變化而變化，用7815和7915芯片。2、電流-電壓轉化電路 思路：220V（有效值）交流電源經(jīng)過110K歐姆的電阻后電流變?yōu)?mA（有效值），經(jīng)過2mA/2m

5、A的精密電流型的電壓互感器后電流仍未2mA,根據(jù)運放的虛短虛斷的原理可知，運放輸出的電壓峰峰值為-1.5V到+1.5V。計算過程為：1.8mA*580*2=1.47V(由于給的功率電阻是121K的，所以電流為1.8mA)電路圖為：輸出波形圖為：3、電壓抬升電路： 思路：利用反向加法器的原理將正負1.5V的電壓提升到0-3V,所用提升電壓為直流電源提供的-15.633V電壓，通過參數(shù)選擇可以實現(xiàn)此模塊。電路圖為：計算公式為：U02=-U01*1K/1K+(-15)*1K/10K,U02為0-3V的正弦波。其中470歐姆的電阻是平衡電阻，其計算過程為1K/1K/10K，三個電阻并聯(lián)的阻值。輸出波形

6、為：經(jīng)測試后在示波器上得到的波形與仿真波形相似，但稍有毛刺。4、二階濾波電路思路：利用所學的二階低通濾波電路可以設計出符合要求的濾波電路電路圖為：根據(jù)其要求對0-3V電壓進行二階有源濾波，濾除高頻干擾信號，濾波后的信號平滑無畸變。根據(jù)二階低通有源濾波的公式得：f0=1/(2*3.14*R*C),我們選擇電阻值為1M，電容值為201pF，故f0=1/（2*3.14*1*106*201*10-12）=792.2Hz，近似為800Hz,符合要求。由“虛短”和“虛斷”的特點可得方程：U+=U-=U03*R8/(R7+R8)=U03/(1+R8/R7)=U03/Aup ，應使U+=U-=U03得Aup

7、=1，則取R7=2M，R8=1，目的是使濾波的低通增益為1，不會改變之前03v電壓的波形。經(jīng)濾波后的U03的波形為0-3V正弦波。 輸出波形圖為：從示波器上測試的結果稍微有點相位差，兩個波形并不是完全的重合，但是誤差不大，分析原因為電阻有一定的誤差。5、方波轉換電路思路：利用遲滯比較器，不用過零比較器的原因是，過零比較器是輸入信號與零點相比較，但正弦波的零點會有抖動，所以方波會出現(xiàn)脈沖，用遲滯比較器可以將零點越過去。然后后面加一單向導通的二極管，只留下方波的上半部分。電路圖為：分析過程為：R11之前接的是第一個運放的輸出U01即峰值1.5V的正弦波，設計要求中，需要將輸出波形的毛刺去除，所以所

8、用電路為遲滯比較器。為運放的正輸入端電壓近似為0，有公式得：U+=U04*R14/(R14+R11),則應使R14遠小于R11。經(jīng)多次的仿真調(diào)試，我們選擇R14=150,R11=10K. 波形圖為：所焊的電路在示波器上檢測的波形雖有一定的相位差，但總體上符合要求，分析產(chǎn)生相移的原因為，用的是遲滯比較器，不可能嚴格過零點只能盡量去接近零點。四、課程設計中出現(xiàn)的問題及解決方案 1、設計電路首先在電腦上用軟件仿真，以此來選取參數(shù)，不同的仿真軟件可能有不同的結果，運放也會出現(xiàn)問題，不過通過不斷的更改參數(shù)，不斷的理論計算在仿真，最終出現(xiàn)了各部分波形圖。 2、這次所用的芯片是LM324，是四個運放集合在一個芯片上，所以布局很重要，通過組內(nèi)討論，將繞線最少，電路最簡單為目的。 3、剛開始輸出的方波和正弦波有一定的相位差，分析其原因是電阻參數(shù)選取的不合適，運放是用作電壓比較器用，所以輸入端電壓越接近零越好。通過改變參數(shù)，最終在老師那檢測的結果基本符合要求。五、設計總結 1、通過近幾天的實習，我們學習了采樣電路設計的相關知識，遇到問題互相討論最終解決； 2、實踐出真知，無論課本上講的內(nèi)容如何，只有通過實踐才能獲得真正的真理，所以在以后的學習生活中要理論聯(lián)系實際，多動手動腦； 3、團隊的力量大于個人，我們?nèi)朔止っ鞔_并將遇到的各種問題討論后一一解決，所以只有團隊合作，才能把事