模拟电子课程设计--欠电压保护提示电路的设计.doc

郑州科技学院模拟电子技术课程设计题 目 欠电压保护提示电路的设计学生姓名 韩 小 强 专业班级 通信工程一班 学 号 201151007 院 （系） 信息工程学院 指导教师 邵 峰 完成时间 2013年5月30日 目 录1 课程设计的目的42 课程设计的任务与要求42.1 设计任务42.2 设计要求43 设计方案与论证43.1 方案选择与论证43.2 欠电压指示电路的原理方框图54 设计原理与功能说明64.1 元器件选用原理64.2 总体电路图75 单元电路设计85.1 电源模块的设计85.2 比较模块的设计85.3 报警模块的设计96 硬件的制作与调试106.1 电烙铁的使用106.2 电子产品的调试与仿真117 总结13参考文献14附录一：总体电路原理实物图16附录二：元器件清单171 课程设计的目的 锻炼自己动手的能力，通过选题 设计论证方案 画出电路图列出原件清单 买器材等，掌握模拟电路的设计方法，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。1 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2 学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。3 培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。2 课程设计的任务与要求 2.1 设计任务设计一个欠电压电网电压异常指示器 2.2 设计要求 根据电压的变动在正常电压范围内电压指示灯绿灯亮电压异常情况下红灯亮，从而可以改变电压起到保护用电器的作用。要实现任务中提出的各个功能，需要分模块设计电路：一、电源模块对整个电路提供电源；二、采样及比较模块通过采样电压与比较电路的基准电压比较，将所得的输出信号传送给报警电路；三、报警模块电压正常或异常时，代表不同状况的指示灯亮，进行报警 3 方案的设计与论证 3.1 方案的选择与论证设计并制作一个欠电压电网电压异常报警器。（1.） 用两个红绿发光二极管制作指示器。（2.） 使用电压比较器实现欠电压时的比较。（3.） 设交流电网电压的正常波动范围为190V250V（单相交流有效值），在此范围内，报警器电路亮绿灯。当电网电压低于190V时，报警电路亮红灯，实现电路报警。（4） 由于本设计为欠电压保护电路，故忽略超电压状态，即只考虑电网电压是否大于欠电压临界值（190V）。 要实现任务中提出的各个功能，需要分模块设计电路：一、电源模块对整个电路提供电源；二、采样及比较模块通过采样电压与比较电路的基准电压比较，将所得的输出信号传送给报警电路；三、报警模块电压正常或异常时代表不同状况的指示灯亮，进行报警。（5） 方案一：采用10 TO 1 的变压器直接降压，并用1A50V的桥式整流电路进行桥式整流，用RC型滤波器进行滤波，最后用蜂鸣报警器实现报警功能。 方案二：采用10 TO 1 的变压器直接降压，用半波整流电路整流，用电容滤波电路滤波，最后利用不同颜色的发光二极管实现报警功能。3.2 欠电压指示电路的原理方框图比较电路整流滤波降压电路电网电压 采样电路指示电路如图电路原理方框图包括五部分分别是降压电路，整流滤波，比较电路，指示电路，采样电路。 4. 设计原理与功能说明 4.1 元器件选用原理 1. 变压器、发光二极管（红 绿）两个等 （1） 220v-22v变压器是根据交流电压转变为欠电压指示电路的电压，通过整流桥单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电，发光二极管是在电压正常情况下绿灯亮，电压异常情况下红灯亮发光二极管Led1绿色 Led2电压正常（190v-250v）亮 -电压异常 - 亮（2） 电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)： 当”输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平； 电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。 （3） 集成运放以对讯号进行加法、减法、积分、微分等数学运算。输入级：输入级由差分式电路组成，利用它的电路对称性可提高整个电路的性能。 中间级：中间电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成。 输出级：输出级的电压增益为1，但能为负载提供一定的功率，电路有两个电源供电。 偏置电路：它的作用是向各个放大级提供合适的偏置电流，使之具有合适的静态工作点在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，4.2 总体电路图1. 电路的工作原理本电路是有五部分组成，分别是降压电路主要由变压器把高电压降到合适的电压，整流滤波由整流桥构成用于提供电路滤波，提示电路中发光二极管主要是为了提示电压的范围是否正常，可以起到提前保护5 单元电路设计5.1 电源模块的设计 5-1 电源模块图电源模块说明：电源模块采用10 TO 1 的变压器降压，1A50V桥式整流电路进行整流，RC型为21.978V；通过由4个相同型号的二极管组成的桥式整流电路后，得到14.725V直流电压；再通过RC型滤波器和LM7812与LM7806的滤波、稳压功能，最终得到6.012V的直流电压。此时即可根据电源模块的输出电压算出门限电压，V=6.012*190/220=5.19V5.2 比较模块的设计由于本设计要求实现欠电压报警、保护的作用，故可以选择简单易于实现的单门限电压比较器来实现比较功能。单门限电压比较器采用简单的运放OPAMP的反相输入端接一个直流电源，其值即为电源模块中所确定的门限电压；同相输入端则端接电源模块的输出电压。从而实现电网电压经变压器、整流电路、滤波电路后与其基准值相比较的目的。输入从同相端进，当电网电压比基准电压大时，比较器输出电压V向正向跳变；当电网电压比基准电压小时，比较器输出电压V向负向跳变；跳变的高度由报警电路中的稳压二极管所决定。 5-2比较模块图5.3 报警模块的设计 5-3报警模块图 报警模块说明：报警模块中，共并联了三条支路。第一条支路由两个对接的型号为02BZ2.2的稳压二极管组成，它使电压比较结束后，比较器的输出电压V能够向正负两个方向跳变，并且提供了2.2V的跳变高度，从而使得相应报警指示灯能够亮或者是灭； 第二条支路由一个150的电阻和一个红色的LED发光二极管组成，其中150的电阻用于保护发光二极管，当电网电压小于基准电压时，V向负向跳变，此时LED1截止，LED2导通，LED2发出红光，表示电网欠电压；第三条支路由一个150电阻和一个绿色的LED发光二极管组成，其中150电阻用于保护发光二极管，当电网电压大于基准电压时，V向正向跳变，此时LED2截止，LED1导通，LED1发出绿光，表示电网电压正常。6 硬件的制作与调试6.1 电烙铁的使用1. 新烙铁使用前，应用细砂纸将烙铁头打光亮，通电烧热，蘸上松香后用烙铁头刃面接触焊锡丝，使烙铁头上均匀地镀上一层锡。这样做，可以便于焊接和防止烙铁头表面氧化。旧的烙铁头如严重氧化而发黑，可用钢挫挫去表层氧化物，使其露出金属光泽后，重新镀锡，才能使用。电烙铁要用220V交流电源，使用时要特别注意安全。应认真做到以下几点：电烙铁插头最好使用三极插头。要使外壳妥善接地。使用前，应认真检查电源插头、电源线有无损坏。并检查烙铁头是否松动。电烙铁使用中，不能用力敲击。要防止跌落。烙铁头上焊锡过多时，可用布擦掉。不可乱甩，以防烫伤他人。 2. 焊接方法焊接 检查 剪短（1） 右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡。（2） 将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在23秒钟。（3） 抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。（4） 用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。6.2 电子产品的调试与仿真1. 仿真 总电路仿真图 （1） 电网电压正常由于本设计基于电网电压的波动，但是软件仿真难以实现波动的交流，所以我们选择人为的改变电源的电压值，从而模拟电网电压的波动。为了模拟正常状态下的电网电压，现将电源电压改为200V，并用万用表测量比较器输入端的电压V，明显比较器输入端电压V=5.525V 大于基准电压5.19V，报警电路LED1绿灯亮，表示此时电压正常。可见，此时仿真得到的结果与假设并改变的电网电压200V为正常电压相一致。（2） 电网欠电压同样，为了模拟电网电压的波动，我们人为改变电源电压值。为了模拟电网欠电压，我们将电源电压改为170V，并用万用表测量比较器输入端电压V，明显，比较器输入端电压V=4.767V 小于 基准电压5.19V，报警电路LED2红灯亮，表示此时电网欠电压。可见，此时的仿真结果与我们假设并改变的电网电压亮，表示此时电网欠电压。可见，此时的仿真结果与我们假设并改变的电网电压170V为欠电压相一致。1. 调试由于实验室的实验箱上没有电源模块中的LM7812和LM7806，而且也没有报警电路中所需要的双向稳压管（即可稳定正负双向电压的二极管）和两种不同颜色的发光二极管，所以在实验室中无法实现总电路图中的效果。但是，根据本设计的发光二极管，所以在实验室中无法实现总电路图中的效果。但是，根据本设计最基本的原理，我们简化了电源模块的设计，只是利用桥式整流电路和简单的滤波电路，同样能够实现报警，从而证明了设计原理的正确性。7 总结经过两周的模拟电子实训，首先要感谢老师的细心指导和我组员的精心合作，没有你们的帮助我是无法完成课程设计的。 刚开始，我们设计的电路很非常简单，但是经过仿真运行我们发现，由于电路整流、滤波的部分过于简单，导致输出电压误差大，并没有达到我们想要的效果。非常幸运，第二天我们就去了实验室，并且搭出了实际电路，然由于实验室没有双向二极管，实验最终还是没能做出来，但是，在搭电路的过程中，老师为我们解答了许多我们不是很清楚的地方，使得我们后续的设计豁然开朗。在那之后的几天，我们查阅了很多资料，并且在一本参考书上找到了我们现在所用的电源模块，经过仿真我们发现，这样的电源模块能够很精确的给出我们想要的结果。通过这次课程设计，我了解到，自己平时所学的知识都只是皮毛，而且几乎没能与实际生活相结合，导致在做设计时碰到一些简单的实际问题时不知道怎么办。所以，在今后学习中，我会在认真学习书本上的知识的同时更加注重知识与实践的结合，为今后的实际工作做准备。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础在此感谢我们的邵老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。 参考文献1 华中理工大学电子学教研室编，康华光主编：电子技术基础（模拟部分高等教育出版社，2010年。2 孙余凯 项绮明 等编著：精选实用电子电路260例电子工业出版社，2007年。3 冼凯仪 编著：电子技术基础实验指导书 华南理工大学出版社，2001年4 美 J.马库斯 编著：电子电路大全 计量出版社，1985年。5 中国计量出版社 组编新编电子电路大全 中国计量出版社，2001年6 任为明 编著:电子技术基础课程设计 中央广播电视大学出版社，1996。7 黄培根 编著：Multisim虚拟仿真和业余制版实用技术 电子工业出版8 ,华东