標(biāo)題: 交流電壓有效值測(cè)量電路設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn) [打印本頁(yè)]
作者: SimonJee 時(shí)間: 2018-1-12 15:33
標(biāo)題: 交流電壓有效值測(cè)量電路設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)
7.實(shí)物圖
圖7-1 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊正面
圖7-2 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊背面
圖7-3 輸入信號(hào)
圖7-4 輸入信號(hào)波形
《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)目錄
摘要
1.電路方案論證與選擇
1.1系統(tǒng)基本方案
1.2各模塊方案論證與選擇
1.2.1可調(diào)直流穩(wěn)壓源
1.2.2 正弦信號(hào)發(fā)生器
1.2.3 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊
1.2.4 LED分段顯示模塊
2.電路仿真
3.焊接與調(diào)試
3.1材料清單
3.2過(guò)程描述
5.心得體會(huì)
6.參考文獻(xiàn)
7.實(shí)物圖
課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
學(xué)生姓名：邱*專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電信1602
指導(dǎo)教師：孟*工作單位：信息工程學(xué)院
題目: 電壓交流有效值測(cè)量電路設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)
初始條件：
可選元件：集成運(yùn)算放大器、電阻、電位器、電容若干，或自備元器件。
可用儀器：示波器，萬(wàn)用表，函數(shù)發(fā)生器
要求完成的主要任務(wù):
（1）設(shè)計(jì)任務(wù)
根據(jù)要求，完成電壓交流有效值測(cè)量電路的設(shè)計(jì)、仿真、裝配與調(diào)試，并自制直流電源。
（2）設(shè)計(jì)要求
① 自制正弦信號(hào)發(fā)生器，測(cè)量輸入電壓峰值＜10v ，允許誤差為±2％，采用LED分段顯示，分段區(qū)間自定，可加入音響指示；
② 選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。
③ 利用Proteus或Multisim仿真設(shè)計(jì)電路原理圖，確定電路元件參數(shù)、掌握電路工作原理并仿真實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。
④ 安裝調(diào)試并按規(guī)范要求格式完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。
⑤ 選做：利用仿真軟件的PCB設(shè)計(jì)功能進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。
時(shí)間安排：
1、 前半周，完成仿真設(shè)計(jì)調(diào)試；并制作實(shí)物。
2、 后半周，硬件調(diào)試，撰寫(xiě)、提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行驗(yàn)收和答辯。
指導(dǎo)教師簽名：年月日
系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日
摘 要
模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是繼《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)之后又一重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它的任務(wù)是在學(xué)生掌握和具備電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)與單元電路的設(shè)計(jì)能力之后，讓學(xué)生綜合運(yùn)用模擬電子技術(shù)知識(shí)，進(jìn)行實(shí)際模擬電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)測(cè)，利用Multisim等相關(guān)軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，提高綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、分析解決問(wèn)題的能力和電子技術(shù)實(shí)踐技能，讓學(xué)生了解模擬電子技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。為今后從事電子技術(shù)領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。
本課程設(shè)計(jì)的思路是將交流信號(hào)經(jīng)過(guò)AC-DC模塊后，通過(guò)LED分段顯示電路確定有效值范圍來(lái)減小誤差，完成交流電壓有效值的測(cè)量。
關(guān)鍵詞：AC-DC轉(zhuǎn)換模塊、LED區(qū)間分段、有效值測(cè)量、減小誤差
電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)進(jìn)度要求
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| 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) | |
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1.電路方案論證與選擇
1.1 系統(tǒng)基本方案
設(shè)計(jì)電路分為直流穩(wěn)壓電源模塊、正弦信號(hào)發(fā)生器、AC-DC轉(zhuǎn)換模塊、LED分段顯示電路，即可完成題目對(duì)交流電壓有效值進(jìn)行測(cè)量，并顯示的設(shè)計(jì)要求。
1.2 各模塊方案論證與選擇
1.2.1 可調(diào)直流穩(wěn)壓源
設(shè)計(jì)圖1.1為采用CW設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓源。該穩(wěn)壓源可穩(wěn)定輸出電壓，電路簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。該穩(wěn)壓源由以下五部分組成。
(1)降壓：通過(guò)變壓器將輸入的220V，50HZ交流電降為14V輸出。
(2)整流：通過(guò)整流電路，將輸入的交流電壓信號(hào)變?yōu)槊}動(dòng)信號(hào)。
(3)濾波：通過(guò)C1及C2等濾波電容將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ㄐ胃鼮槠骄彽碾妷盒盘?hào)。
(4)穩(wěn)壓：通過(guò)穩(wěn)壓芯片將不穩(wěn)定的電壓信號(hào)變?yōu)榉�(wěn)定的直流電壓。
圖1-1 直流穩(wěn)壓電源電路
1.2.2 正弦信號(hào)發(fā)生器
圖1-2 正弦信號(hào)發(fā)生器
1.2.3 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊
圖1-3 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊
1.2.4 LED分段顯示電路
方案一：采用電壓跟隨器隔絕前后電路，再用分壓的辦法使得二極管能夠在不同的電壓時(shí)能夠亮起。
缺點(diǎn)：電壓跟隨器是在理想情況下，實(shí)際中實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，故不采用。
圖1-5LED分段顯示電路
方案二：采用電壓比較器，通過(guò)改變LED導(dǎo)通所需的初始電壓來(lái)達(dá)到分段顯示的目的。較易實(shí)現(xiàn)，故采用此方案。
圖1-6LED分段顯示電路
2.電路仿真
一：對(duì)系統(tǒng)電路的關(guān)鍵模塊AC-DC用Multisim進(jìn)行仿真，電路圖及仿真數(shù)據(jù)如下。
圖2-1 AD-DC模塊仿真
輸入頻率為50HZ、幅值分別為2、4、6、8、10的正弦波。
①輸入50HZ，幅值2Vpp的正弦波
②輸入50HZ，幅值4Vpp的正弦波
③輸入50HZ，幅值6Vpp的正弦波
④輸入50HZ，幅值8Vpp的正弦波
⑤輸入50HZ，幅值10Vpp的正弦波
表2-1 仿真數(shù)據(jù)
由表2-1可以看出，精確地將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，輸出其有效值，大約能輸出有效值的1.1—1.2倍。故需要更進(jìn)一步消除誤差，方案為通過(guò)外加電源和比較器的方式將輸出的有效值與理論有效值的差值部分抵消，從而使LED分段顯示有效值。
一：對(duì)系統(tǒng)電路的關(guān)鍵模塊AC-DC和LED電路用Multisim進(jìn)行仿真，電路圖及仿真數(shù)據(jù)如下。
3.焊接與調(diào)試
3.1材料清單
3.2過(guò)程描述
先用萬(wàn)用表檢測(cè)元件參數(shù)是否符合要求。然后按照原理圖，元件裝配。裝配完成后焊接該硬件。焊接時(shí)，以45度靠緊焊接面進(jìn)行預(yù)熱；然后將焊錫絲同時(shí)伸向被焊的組件腳及焊盤(pán)，一起接觸被焊處；當(dāng)焊錫絲熔化，向焊接處推入焊錫絲，使焊錫潤(rùn)濕焊盤(pán)與組件腳，當(dāng)焊點(diǎn)上的焊錫成圓錐形時(shí)即抽離焊錫絲。在焊錫完全熔化后，移去烙鐵頭。如果焊點(diǎn)有連焊，應(yīng)將焊錫線與烙鐵頭一起接觸在連焊的焊點(diǎn)之間，待焊錫絲與助焊劑一起熔化后，移去焊錫絲，再將烙鐵頭側(cè)放著向下移走，吸去多余的焊錫；焊點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是：焊點(diǎn)呈錐形，焊錫要適量，表面有光澤，光滑，清潔等。焊接完成后調(diào)試制作的硬件。
(1)按下自鎖開(kāi)關(guān)，將測(cè)試腳37腳接高電平，數(shù)碼管顯示-1888，說(shuō)明顯電壓數(shù)字顯示部分焊接無(wú)誤。
(2)將測(cè)試電壓輸入口短接，數(shù)碼管顯示為0，說(shuō)明測(cè)試無(wú)零點(diǎn)誤差。
(3)將測(cè)量檔位調(diào)到100倍衰減，即量程為20V檔位，輸入接上有效值為6V，頻率為50Hz的正弦交流電壓，顯示數(shù)字為60.0。
4.參數(shù)測(cè)量及驗(yàn)證
(1)電壓衰減模塊測(cè)試結(jié)果如表4-1
表4-1 電壓衰減模塊測(cè)試
(2)AC-DC模塊測(cè)試結(jié)果如表4-2
用信號(hào)發(fā)生器直接在AC-DC模塊輸入有效值已知，頻率可調(diào)的正弦交流電，在輸出端測(cè)量其直流電壓。與輸入的有效值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)數(shù)值相接近，基本滿足后面的進(jìn)一步連接要求。
表4-2 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊測(cè)試
(3)整體調(diào)試參數(shù)如表3-3
將完整的電路全部連接好后，接入50Hz交流信號(hào)，改變信號(hào)有效值的同時(shí)也要相應(yīng)的改變檔位，以免將電路燒毀。
表3-3 整體測(cè)試結(jié)果1
表3-4 整體測(cè)試結(jié)果2
5.心得體會(huì)
課程設(shè)計(jì)之初，我對(duì)交流電壓有效值測(cè)量完全沒(méi)有想法和方案。在完成課程設(shè)計(jì)的短短幾天內(nèi)，我不斷搜集資料、設(shè)計(jì)方案、整理思路、制作電路圖、電路仿真，最終得到了理想的電路設(shè)計(jì)方案與仿真結(jié)果，然后又開(kāi)始著手元器件的購(gòu)買(mǎi)、實(shí)物的焊接與調(diào)試、數(shù)據(jù)測(cè)試。這其中我遇到了很多的困難，在克服這些困難的同時(shí)，也學(xué)到了很多課本里學(xué)不到的知識(shí)，收獲了很多課堂上講不到的方法。
在收集資料的過(guò)程中我遇到了各種各樣的方案，每種方案都有其利弊。我仔細(xì)對(duì)比了各種方案的可行性，考慮了成本、可操作性、繁簡(jiǎn)程度等諸多問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中我學(xué)到了很多書(shū)本中沒(méi)有的知識(shí)。
在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中用到了Multisim軟件。我之前一直使用Proteus軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)電路與仿真，但是Proteus軟件較Multisim軟件來(lái)說(shuō)在實(shí)用性與操作性上略遜。所以在此次在課程設(shè)計(jì)中我選用了Multisim軟件進(jìn)行電路仿真，在使用Multisim軟件軟件之前我上網(wǎng)看了一些教程，大致了解了Multisim軟件的使用方法。我在以后的學(xué)習(xí)中會(huì)更加深入地研究與學(xué)習(xí)Multisim軟件，用它的強(qiáng)大的功能來(lái)幫助我解決實(shí)際問(wèn)題。
本次課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我的工程設(shè)計(jì)思想。從收集資料、對(duì)比選擇、確定方案、電路圖設(shè)計(jì)、電路仿真到元器件的配置、實(shí)物焊接與調(diào)試、數(shù)據(jù)的測(cè)量收集，從中所獲得的經(jīng)驗(yàn)對(duì)今后的學(xué)習(xí)與工作都有很大的幫助，同時(shí)我也學(xué)會(huì)了如何在短時(shí)間之內(nèi)對(duì)知識(shí)進(jìn)行取舍與進(jìn)行重點(diǎn)學(xué)習(xí)和突破。
雖然課程設(shè)計(jì)的過(guò)程是辛苦的，但結(jié)果確是令人振奮的。我從中學(xué)到的知識(shí)、方法與積累的自信、經(jīng)驗(yàn)都會(huì)在今后的學(xué)習(xí)和工作中對(duì)我有很大的幫助。
6.參考文獻(xiàn)
[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）北京：高等教育出版社，2006
[2] 文艷.protel99SE電子電路設(shè)計(jì) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006
[3] 何希才.新型集成電路應(yīng)用實(shí)例 北京：電子工業(yè)出版社，2002
[4] 臧春華.電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用 北京：高等出版社，2004
[5] 吳友宇.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京：清華大學(xué)出版社，2009
[6] 童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，2001
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