用于微弱交流電壓信號(hào)的精密整流電路設(shè)計(jì)燕山大學(xué)

1、燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書第一章 模塊電路本實(shí)驗(yàn)的目的是掌握微弱交流電壓信號(hào)的放大，整流，濾波，檢測(cè)外部物理信號(hào)的傳感器所輸出的電信號(hào)通常是很微弱的交流信號(hào)。對(duì)于這些能量過于微弱的信號(hào)，既無(wú)法直接顯示，也很難作進(jìn)一步分析處理。許多測(cè)量?jī)x器的測(cè)量電路經(jīng)常是將這種微弱信號(hào)進(jìn)行放大、整流，然后測(cè)量。本文介紹能對(duì)這種微弱信號(hào)進(jìn)行放大、全波整流和濾波成直流信號(hào)的電路，靈敏度較高，基本滿足了檢測(cè)要求。1.1 交流電路正弦交流電的表達(dá)式如下，其曲線如圖2.1-1所圖1.1-1 正弦交流電電壓電流圖由此可見，正弦交流電的特征表現(xiàn)在整弦交流電的大小、變化快慢及初始值三方面。而它們分別由幅值（或有

2、效值）、頻率（或周期）和初相位來(lái)確定。所以幅值、頻率、初相位被稱為正弦交流電的三要素。1.2 整流電路模塊整流電路的作用是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電，嚴(yán)格地講是單方向大脈動(dòng)直流電，而濾波電路的作用是把大脈動(dòng)直流電處理成平滑的脈動(dòng)小的直流電。整流原理：利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪?shí)現(xiàn)整流。如下我們分為半波整流和全波整流半波整流：如下圖所示為半波整流器件。圖1.2-1 半波整流器件半波整流電路：半波整流是一種利用二極管的單向?qū)ㄌ匦詠?lái)進(jìn)行整流的常見電路，除去半周、剩下半周的整流方法，叫半波整流。作用是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，也就是整流。 圖 1.2-2 半波整流器(1) : 正的輸入使導(dǎo)通，因此在環(huán)運(yùn)算放大器

3、產(chǎn)生一個(gè)負(fù)反饋。利用虛地原理可得=0。這表明將運(yùn)算放大器的輸出箝位在。另外，截止，因此沒有電流流過，(2) ：負(fù)的輸入使運(yùn)算放大器的輸出為正，導(dǎo)通。這樣得到另一條經(jīng)過和的負(fù)反饋通路，它仍能確保。顯然，此時(shí)截止，因此從運(yùn)算放大器流出，流向的電流等于v1從R1處吸收的電流，或 由此可得: （1.2.1）另外 （1.2.2）我們得到半波整流圖如下圖所示。圖1.2-3 半波整流圖如上圖所示我們可以看到半波整流后的效果圖。1.3 全波整流模塊全波整流是一種對(duì)交流整流的電路。在這種整流電路中，在半個(gè)周期內(nèi)，電流經(jīng)過一個(gè)整流器件（比如晶體二極管），而在另一個(gè)半周內(nèi)，電流流經(jīng)第二個(gè)整流器件，并且兩個(gè)整流器件的

4、連接能使流經(jīng)它們的電流以同一方向流過負(fù)載。全波整流整流前后的波形與半波整流所不同的，是在全波整流中利用了交流的兩個(gè)半波，這就提高了整流器的效率，并使已整電流易于平滑。因此在整流器中廣泛地應(yīng)用著全波整流。在應(yīng)用全波整流器時(shí)其電源變壓器必須有中心抽頭。無(wú)論正半周或負(fù)半周，通過負(fù)載電阻的電流方向總是相同的。如下圖所示，為全波整流器件。圖1.3-1 全波整流器件下面為全波整流器件的原理：圖 1.3-2 精密全波整流器一種產(chǎn)生信號(hào)絕對(duì)值的方法是將信號(hào)本身和它的反相半波整流信號(hào)以1比2的比例組合在一起，如圖1所示。這里進(jìn)行反向半波整流，以1比2的比率對(duì)和HWR輸出求和，可獲得= - （/） -（/）。由于

5、0時(shí)，= - （/）和0V （1.3.1）= - ， 50Hz，滿足要求。第三章 電路圖及仿真結(jié)果3.1 電路設(shè)計(jì)圖由上面的模塊電路分析以及需要用的到的元器件我們?cè)O(shè)計(jì)了如下電路圖，并且運(yùn)用Multisim進(jìn)行仿真。電路圖如下圖所示。圖3.1-1 設(shè)計(jì)電路圖3.2 Multisim仿真結(jié)果圖3.2.1 整流濾波電路圖如下圖所示：圖3.2-1 整流濾波電路圖3.2.2輸入10mv時(shí)仿真結(jié)果圖：圖3.2-2 輸入10mv時(shí)仿真結(jié)果圖3.2.3 輸入50mv時(shí)仿真結(jié)果圖 32-3 輸入50mv時(shí)仿真結(jié)果圖3.2.4輸入100mv時(shí)仿真結(jié)果圖：3.2-4 輸入100mv時(shí)仿真結(jié)果圖第四章 PCB板的設(shè)計(jì)

6、如下我設(shè)計(jì)了pcb板子，運(yùn)用Altium designer 軟件如下圖所示，分上面兩面將2D視圖進(jìn)行展示：圖4.1-1pcb板正面視圖圖4.1-2 pcb板背面視圖第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析當(dāng)輸入電壓為10mV時(shí)，電路穩(wěn)定后輸出結(jié)果為4.261mV，基本滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)輸入電壓為50mv時(shí)，電路穩(wěn)定后輸出結(jié)果為1.111V，滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)輸入電壓為100mV時(shí)，電路穩(wěn)定后輸出結(jié)果為2.495V，計(jì)算（2.5-2.495）/2.5=0.2%,誤差為0.2%，滿足設(shè)計(jì)要求。 心得體會(huì)（1）本次課程設(shè)計(jì)，開始兩天主要是查詢有關(guān)關(guān)于課題方面的資料，并且學(xué)習(xí)Multisim軟件的使用，之后我用Multisi

7、m軟件仿真模擬了交流電路，整流濾波電路，放大電路，偏置電路等等，由于我個(gè)人能力有限，在調(diào)試測(cè)量電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸出的電壓有很大區(qū)別，綜合各方面的考慮，最終選擇了簡(jiǎn)單方便的運(yùn)算放大器測(cè)量電路。確定好電路之后，我開始對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，并運(yùn)用課本知識(shí)計(jì)算得出的數(shù)值是否合適。最后開始分析電路，得出處理方法和結(jié)果，最后撰寫課程設(shè)計(jì)說明書。（2）這次課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，經(jīng)過一周的課程設(shè)計(jì)，它不僅是鞏固了之前所學(xué)的知識(shí)，加深了對(duì)學(xué)過的知識(shí)的印象，鍛煉了我運(yùn)用課本基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)與解決實(shí)際問題相結(jié)合的能力，鍛煉了我的動(dòng)手操作能力，使我對(duì)課本的基礎(chǔ)知識(shí)有了更深一步的了解，也使我熟悉了Multisim軟件和mathtype軟件以及Altium designer軟件的使用，使我以后可以利用此軟件模擬課本自己不懂的電路，為以后的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。在完成課