電源過壓欠壓保護(hù)電路報(bào)告教材

電路工作原理及說明電壓比較電路保護(hù)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(yùn)算放大器。比較電路主要由兩個(gè)理想運(yùn)放組成，這是電路正常工作的核心。通過運(yùn)放組成電壓比較器，對(duì)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比較電路電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)：當(dāng)”＋”輸入端電壓高于”－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平；當(dāng)”＋”輸入端電壓低于”－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平；電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數(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(jiǎn)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?bào)警器電路、自動(dòng)控制電路、測(cè)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(cè)電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過零檢測(cè)電路等。簡(jiǎn)單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，改進(jìn)后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。運(yùn)算放大器是通過反饋回路和輸入回路的確定“運(yùn)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(gè)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(shí)也可以用線性運(yùn)算放大器，在不加負(fù)反饋的情況下，構(gòu)成電壓比較器來使用。電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小，并判斷出其中哪一個(gè)電壓高。圖1(a)是比較器，它有兩個(gè)輸入端：同相輸入端(“+”端)及反相輸入端(“-”端)，有一個(gè)輸出端Vout(輸出電平信號(hào))。另外有電源V+及地(這是個(gè)單電源比較器)，同相端輸入電壓VA，反相端輸入VB。VA和VB的變化如圖1(b)所示。在時(shí)間圖1單電源比較器框圖及工作波形0～t1時(shí)，VA>VB；在t1～t2時(shí)，VB>VA；在t2～t3時(shí)，VA>VB。在這種情況下，Vout的輸出如圖1(c)所示：VA>VB時(shí)，Vout輸出高電平(飽和輸出)；VB>VA時(shí)，Vout輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個(gè)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(fù)電源)供電的比較器。如果它的VA、VB輸入電壓如圖1(b)那樣，它的輸出特性如圖2(b)所示。VB>VA時(shí)，Vout輸出飽和負(fù)電壓。圖2雙電源比較器框圖及工作波形比較器的工作原理比較器是由運(yùn)算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運(yùn)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(yùn)算放大器和比較器圖4(a)由運(yùn)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，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(gè)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(dāng)R1=R2=0(相當(dāng)于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相當(dāng)于R3、RF開路)時(shí)，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(shí)際上，運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)時(shí)，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓，也不可能是無窮大。從圖4中可以看出，比較器電路就是一個(gè)運(yùn)算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。比較器與運(yùn)算放大器的差別運(yùn)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(yùn)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(jí)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(biāo)要求，如精度、響應(yīng)速度、傳播延遲時(shí)間、靈敏度等，大部分參數(shù)與運(yùn)放的參數(shù)相同。在要求不高時(shí)可采用通用運(yùn)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(yùn)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(yùn)放的參數(shù)項(xiàng)基本一樣(如輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流等)。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(shí)現(xiàn)和執(zhí)行部分，是決定實(shí)驗(yàn)的成敗關(guān)鍵。圖5報(bào)警電路此次課題要求在給定電源電壓為20V的條件下，設(shè)計(jì)一個(gè)過壓欠壓報(bào)警器，使其在正常電壓變動(dòng)范圍內(nèi)時(shí)，綠燈發(fā)光；過壓（超過15V）時(shí)紅燈亮；欠壓（低于5V）時(shí)黃燈亮。從而達(dá)到報(bào)警效果。設(shè)計(jì)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?？傠娐穲D圖6總電路圖電路性能指標(biāo)的測(cè)試圖7測(cè)試電路給定電源電壓為20V的條件下，設(shè)計(jì)一個(gè)過壓欠壓報(bào)警器，使其在正常電壓變動(dòng)范圍內(nèi)時(shí)，綠燈發(fā)光；過壓（超過15V）時(shí)紅燈亮；欠壓（低于5V）時(shí)黃燈亮。從而達(dá)到報(bào)警效果。設(shè)計(jì)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。設(shè)計(jì)心得一周的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)中我學(xué)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(shí)間的經(jīng)歷會(huì)對(duì)我日后工作有很大幫助。因?yàn)檫@次課設(shè)，我將模擬電子技術(shù)的重要內(nèi)容都復(fù)習(xí)了一遍，這讓我更好的掌握了課本上的知識(shí)點(diǎn)。這是我第二次接觸multisim軟件，同時(shí)我也對(duì)Multisim這種軟件的使用掌握的更熟練了。我一向認(rèn)為過程是最重要的，在這幾天中，我從對(duì)報(bào)警器這個(gè)名詞的陌生到可以分門別類地介紹報(bào)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(jìn)行連接以完成課題的目標(biāo)。在這個(gè)過程中我的毅力得到了磨煉，我曾研究一份電路圖研究了三天，但實(shí)在無法實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，只得改換電路圖，也就是現(xiàn)在的電路圖，終于實(shí)現(xiàn)了報(bào)警功能，期間我們同組同學(xué)也不乏交流，團(tuán)結(jié)協(xié)作精神得到了很好的體現(xiàn)。在課程設(shè)計(jì)的過程中我發(fā)現(xiàn)自己原理知識(shí)掌握不扎實(shí)，學(xué)過的知識(shí)不會(huì)應(yīng)用，只是覺得都見過卻不知道應(yīng)該怎么連。而且對(duì)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(jī)會(huì)來培養(yǎng)我們的實(shí)踐能力、動(dòng)手能力以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對(duì)電路的改進(jìn)，上機(jī)仿真以及接線調(diào)試，終于使整個(gè)電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計(jì)過程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)單元電路階段，這個(gè)階段可以說是考察數(shù)電書本知識(shí)的階段。所有的設(shè)計(jì)方法還有步驟在數(shù)電書上都有，而且還有例題。這個(gè)階段遇到的主要問題就是以前的知識(shí)忘記不少，所以做設(shè)計(jì)的時(shí)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(gè)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(shí)驗(yàn)階段可以說是這次設(shè)計(jì)中最重要的部分，因?yàn)橐郧暗闹皇抢碚摱皇钦嬲膶?shí)體。所以說它是最重要的。實(shí)驗(yàn)階段我們遇到的問題有：對(duì)軟件不熟悉；對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中信號(hào)的測(cè)量知識(shí)學(xué)習(xí)很少；因?yàn)楦鱾€(gè)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(gè)整體，部分工作能行但是接到一起就會(huì)出現(xiàn)問題）;針對(duì)以上幾個(gè)問題我們作出了以下的“對(duì)策”:軟件不熟悉，就借來參考書，一步一步的對(duì)著學(xué)，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?yàn)橐贿吚碚撘贿厡W(xué)習(xí)正好是學(xué)習(xí)的好方法，而且也學(xué)的特別快。制作過程是一個(gè)考驗(yàn)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(diǎn)多，走線復(fù)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(yàn)的前提下加快進(jìn)度。另外就是要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。這是應(yīng)用課本知識(shí)的大好時(shí)機(jī)。總之，通過這次練習(xí)我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)了動(dòng)手能力。在改進(jìn)電路的過程中，同學(xué)們共同探討，最后的電路已經(jīng)比初期設(shè)計(jì)有了很大