电子技术课程设计-简易交流过压欠压报警器.doc

简易交流过压欠压报警器目录1 设计任务与要求22 方案比较与论证22.1设计总体思路22.2各种方案比较与选择22.3 所用原件简绍52.4 性价比133 系统硬件设计133.1整流滤波电路133.2 比较电路143.3执行电路154 系统仿真165 系统的组装195.1 原理图195.2 PCB版196 结论207 制作软件的简绍207.1 Multisim简单简绍207.2 Protel 99SE简单简绍218 参考文献249附录:元器件清单25全套设计加扣3012250582 简易交流过压欠压报警器摘 要：某些用电设备对输入电压有一定的要求，电网工作正常时，用电设备接通电源，电网电压波动超过10%时，自动切断电源，停止工作。电源工作正常，绿色发光二极管亮，电源过压红色发光二极管亮、欠压黄色发光二极管亮。通过灯的亮灭情况监控输入电压。本题目是利用电压比较器的典型例子，实验中利用两个滞回比较器，通过对输入电压比较，得出结论，具体是根据三个发光二极管的发光情况来判断输入电压与标准电压的关系，当电压高出基准电压时，红灯发光，当电压低于基准电压时，黄灯发光，当在正常范围时绿灯发光。关键字：交流；过压；欠压；报警，简易交流过压欠压报警器1 设计任务与要求 交流电网高于75V或低于55V时能进行报警；正常供电电压可调；当电压低于55V或高于75V时，可进行光报警。当外接交流接触器时可切断电源保护用电器。2 方案比较与论证2.1设计总体思路 其电网电压分为三个不同的范围，分别是:电压低于55V；电压处于55V到75V之间；电压高于75V这三个状态。当电压低于55V时用电器处于欠压状态；当电压处于55V到75V之间时，用电器处于正常状态；当电压高于75V时，用电器处于过压状态。 报警指示的表现状态为：在正常状态下，报警器的正常指示灯亮（为绿色），不报警。在欠压和过压状态下，代表正常状态的指示灯不亮，报警指示灯亮，报警器产生报警。电路的设计原理是先将电网上的交流电通过变压器、稳压器转换成直流电，然后采用电压比较电路对输入电压进行比较监测。当出现过压和欠压时，电压比较器输出信号使报警器报警。2.2各种方案比较与选择方案一：Uh放大电路执行电路UAUB判别电路比较器BUl比较器A市电输入用电设备整流滤波 图2.2.1参考电路图2.2.2所示。图中桥式整流器输出点电位与输入的电网电压有关，其整流滤波后的电位与两个直流参考电压VH（高）及VL（低）在两个比较器U1、U2中进行比较，比较器输出电压U1、U2经二极管组成的判别电路驱动执行电路工作。图2.2.2市电整流滤波电路稳压电路基准值比较电路逻辑电路报警指示采样电路方案二：图2.2.3本方案的设计原理是:运用集成电压比较器对采样信号进行双限比较。运用用桥式电路先将交流电转换成直流以提供采样信号，并通过稳压电路得到稳定度较高的可调直流电压为各种器件提供工作电压。比较电路采用集成电压比较器，其输出的信号通过逻辑电路（或者采用555）控制报警器和指示电路工作。此方案的电压比较部分我们是准备利用LM399集成块内部四个独立的电压比较器构成的四个基本的单限比较器。这样可以对电网电压进行比较准确的双限监测。逻辑电路控制紫色、红色、绿色三个指示灯和一个发声喇叭。方案三：市电整流滤波电路555时基电路绿色发光二极管红色发光二级管图2.2.4本方案的设计原理是:运用集成电压比较器对采样信号进行双限比较。运用用桥式电路先将交流电转换成直流以提供采样信号，并通过稳压电路得到稳定度较高的可调直流电压为各种器件提供工作电压。比较电路采用集成电压比较器，其输出的信号通过逻辑电路（或者采用555）控制报警器和指示电路工作。此方案的电压比较部分我们是准备利用LM399集成块内部四个独立的电压比较器构成的四个基本的单限比较器。这样可以对电网电压进行比较准确的双限监测。逻辑电路控制紫色、红色、绿色三个指示灯和一个发声喇叭。原理分析555时基电路组成可复位型滞后电压比较器，它的电源由变压器T降压，二极管VD整流，稳压管VS稳压和电容C2滤波器供给。LED2为绿色发光二极管，当220V交流由电网电压正常时点亮发光。过电压，欠电压取样电路由电阻R2，电位器RP1,RP2等组成，RP1输出过电压信号并发送至555时基电路的阈值端TH（第6脚），RP2输出欠电压信号并送至555的强制复位端MR（第4脚）。图2.2.5电路首次通电时，电容C3的电压由0V开始充电上升，所以取样电路的两个输出端（即555时基电路的2脚和6脚）及4脚电平也从0V开始上升，555时基电路先复位，后置位，输出端（3脚）为高电平，LED2点亮发光，这是正常电压供电时的静止状态。取样电路R2,RP1.RP2串联接成分压器，它是接在未稳压的即VD输出端与地之间，当市电电压发生波动时，它的两个分压点（555时基电路的6脚和4脚）电位也随之波动。当市电电压过高并超过240V时，6脚电平上升到VS稳压值（6V）的2/3时，时基电路复位，3脚输出低电平，LED2熄灭，红色发光管LED1点亮报警。如果电网电压过低以至低于180V时。则555时基电路的强制复位端（4脚）电平低于0.4V，电路也被复位，同样LED2熄灭，红色发光管LED1点亮报警。调节电位器RP1,RP2的阻值可以分别调节电路的过压与欠压报警阈值电平。2.3 所用原件简绍2.3.1变压器变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。 变压器是一种静止的电气设备。它是根据电磁感应的原理，将某一等级的交流电压和电流转换成同频率的另一等级电压和电流的设备。作用：变换交流电压、交换交流电流和变换阻抗。对不同类型的变压器都有相应的技术要求，可用相应的技术参数表示。如电源变压器的主要技术参数有：额定功率、额定电压和电压比、额定频率、工作温度等级、温升、电压调整率、绝缘性能和防潮性能。对于一般低频变压器的主要技术参数是：变压比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽和静电屏蔽、效率等。变压器原理电压比：变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级，N2为次级。在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势。当N2N1 时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器；当N21 时，则N1N2 ，U1U2 ，该变压器为降压变压器。反之则为升压变压器。当变压器的输出功率P2 等于输入功率P1 时，效率 等于100%，变压器将不产生任何损耗。但实际上这种变压器是没有的。变压器传输电能时总要产生损耗，这种损耗主要有铜损和铁损。铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗。当电流通过线圈电阻发热时，一部分电能就转变为热能而损耗。由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成，因此称为铜损。变压器的铁损包括两个方面。一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化，使得硅钢片内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗。另一是涡流损耗，当变压器工作时。铁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流。涡流的存在使铁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗与输出功率比就越小，效率也就越高。反之，功率越小，效率也就越低。2.3.2整流器整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。整流器有两个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电(DC)，经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。 整流器是经过汽车发电机整流过后的直流电，波形仍然具有不规则的波动，直接影响了车辆点火的准确性；输出电压无法保持相对恒定，造成每次火花塞点火的能量差别大容易使您的爱车引擎抖动，出现换档顿挫、提速缓慢无力、怠速不稳以及车用空调效率低下等情形。从而大大降低了车载电器设备的性能和使用寿命；再加上高龄汽车的电路系统老化，电路阻阬变高的影响，对您的爱车的影响也就变得日益明显。电子整流器的作用是帮助车消除杂波干扰、稳定输出电压、提高电源系统的瞬间放电能力、增加扭力输出、加快油门反应、延长电池使用寿命、缩短汽车引擎启动时间、提高点火效率等，尤其是对小排量的车，效果比较明显。 半导体PN结在正向偏置时电流很大，反向偏置时电流很小。整流二极管就是利用PN结的这种单向导电特性将交流电流变为直流的一种PN结二极管。通常把电流容量在1安以下的器件称为整流二极管，1安以上的称为整流器。常用的半导体整流器有硅整流器和硒整流器，产品规格很多，电压从几十伏到几千伏，电流从几安到几千安。整流器广泛用于各种形式的整流电源中。 大功率整流电源要求整流器的电流容量大、击穿电压高、散热性能好，但这种器件的结面积大、结电容大，因而工作频率很低，一般在几十千赫以下。硅材料的禁带宽度较大，导热性能良好，适于制作大功率整流器件。在耐高压的整流装置中常采用高压硅堆，它由多个整流器件的管芯串联组成，其反向耐压由管芯的耐压及串联管芯数决定，最高耐压可达几百千伏。如果高频整流电路用于很高频率下，当交流电压的周期与整流器通态到关态的恢复时间相当时，整流器对高频电压不再起整流作用。为适应高频工作的需要，通常在硅整流器中采用掺金的方法，以缩短注入少数载流子的寿命，从而达到减小恢复时间的目的。 2.3.3 555定时器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型（TTL）工艺制作的称为 555，用 互补金属氧化物（CMOS ）工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如右图所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表1示。表2.3.3.1表2.3.3.1定时器的功能表清零端高触发端TH低触发端TLQ放电管T功能00导通直接清零101保持上一状态保持上一状态1101截止置1 1001截止置1 1110导通清零555的应用： （1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路； 如图2.3.1.1， 振荡周期： T=0.7（R1+2R2）C图2.3.3.1（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。2.3.4电容器 电容器与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。 不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（F）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（F） 1微法（F）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF） 在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1F以上的电容均为电解电容，而1F以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。 把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压（学了以后的教程，可以用万用表观察），我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。举一个现实生活中的例子，我们看到市售的整流电源在拔下插头后，上面的发光二极管还会继续亮一会儿，然后逐渐熄灭，就是因为里面的电容事先存储了电能，然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波，不知你有没有用整流电源听随身听的经历，一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容，造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容（1000F，注意正极接正极），一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响，都要用至少1万微法以上的电容器来滤波，滤波电容越大，输出的电压波形越接近直流，而且大电容的储能作用，使得突发的大信号到来时，电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时，大电容的作用有点像水库，使得原来汹涌的水流平滑地输出，并可以保证下游大量用水时的供应。电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢？我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上，电容器连续地充电、放电，电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。2.3.5运算放大器运算放大器从诞生至今，已有40多年的历史了。最早的工艺是采用硅NPN工艺，后来改进为硅NPN-PNP工艺（后面称为标准硅工艺）。在结型场效应 管技术成熟后，又进一步的加入了结型场效应管工艺。当MOS管技术成熟后，特别是CMOS技术成熟后，模拟运算放大器有了质的飞跃，一方面解决了低功耗的 问题，另一方面通过混合模拟与数字电路技术，解决了直流小信号直接处理的难题。经过多年的发展，模拟运算放大器技术已经很成熟，性能曰臻完善，品种极多。这使得初学者选用时不知如何是好。为了便于初学者选用，本文对集成模拟运算放大 器采用工艺分类法和功能/性能分类分类法等两种分类方法，便于读者理解，可能与通常的分类方法有所不同。 根据制造工艺，目前在使用中的集成模拟运算放大器可以分为标准硅工艺运算放大器、在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器、在标准硅工艺中加入 了MOS工艺的运算放大器。按照工艺分类，是为了便于初学者了解加工工艺对集成模拟运算放大器性能的影响，快速掌握运放的特点。标准硅工艺的集成模拟运算放大器的特点是开环输入阻抗低，输入噪声低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗较高。这是由于标准硅工艺的集成模拟运算放大器 内部全部采用NPN-PNP管，它们是电流型器件，输入阻抗低，输入噪声低、增益低、功耗高的特点，即使输入级采用多种技术改进，在兼顾起啊挺能的前提下 仍然无法摆脱输入阻抗低的问题，典型开环输入阻抗在1M欧姆数量级。为了顾及频率特性，中间增益级不能过多，使得总增益偏小，一般在80110dB之 间。标准硅工艺可以结合激光修正技术，使集成模拟运算放大器的精度大大提高，温度漂移指标目前可以达到0.15ppm。通过变更标准硅工艺，可以设计出通 用运放和高速运放。典型代表是LM324。在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器主要是将标准硅工艺的集成模拟运算放大器的输入级改进为结型场效应管，大大提高运放的开环输入阻抗，顺 带提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。典型开环输入阻抗在1000M欧姆数量级。典型代表是TL084。 在标准硅工艺中加入了MOS场效应管工艺的运算放大器分为三类，一类是是将 标准硅工艺的集成模拟运算放大器的输入级改进为MOS场效应管，比结型场效应管大大提高运放的开环输入阻抗，顺带提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工 艺的集成模拟运算放大器类似。典型开环输入阻抗在1012欧姆数量级。典型代表是CA3140。第二类是采用全MOS场效应管工艺的模拟运算放大器，它大大降低了功耗，但是电源电压降低，功耗大大降低，它的典型开环输入阻抗在1012欧姆数量级。第 三类是采用全MOS场效应管工艺的模拟数字混合运算放大器，采用所谓斩波稳零技术，主要用于改善直流信号的处理精度，输入失调电压可以达到 0.01uV，温度漂移指标目前可以达到0.02ppm。在处理直流信号方面接近理想运放特性。它的典型开环输入阻抗在1012欧姆数量级。典型产品是 ICL7650。 按照功能/性能分类，本分类方法参考了中国集 成电路大全集成运算放大器。按照功能/性能分类，模拟运算放大器一般可分为通用运放、低功耗运放、精密运放、高输入阻抗运放、高速运放、宽带运 放、高压运放，另外还有一些特殊运放，例如程控运放、电流运放、电压跟随器等等。实际上由于为了满足应用需要，运放种类极多。本文以上述简单分类法为准。需 要说明的是，随着技术的进步，上述分类的门槛一直在变化。例如以前的LM108最初是归入精密运放类，现在只能归入通用运放了。另外，有些运放同时具有低 功耗和高输入阻抗，或者与此类似，这样就可能同时归入多个类中。通用运放实际就是具有最基本功能的最廉价的运放。这类运放用途广泛，使用量 最大。低功耗运放是在通用运放的基础上大降低了功耗，可以用于对功耗有限制的场所，例如手持设备。它具有静态功耗低、工作电压可以低到接近 电池电压、在低电压下还能保持良好的电气性能。随着MOS技术的进步，低功耗运放已经不是个别现象。低功耗运放的静态功耗一般低于1mW。精密运 放是指漂移和噪声非常低、增益和共模抑制比非常高的集成运放，也称作低漂移运放或低噪声运放。这类运放的温度漂移一般低于1uV/摄氏度。由于技术进步的 原因，早期的部分运放的失调电压比较高，可能达到1mV；现在精密运放的失调电压可以达到0.1mV；采用斩波稳零技术的精密运放的失调电压可以达到 0.005mV。精密运放主要用于对放大处理精度有要求的地方，例如自控仪表等等。高输入阻抗运放一般是指采用结型场效应管或是MOS管做输入级 的集成运放，这包括了全MOS管做的集成运放。高输入阻抗运放的输入阻抗一般大于109欧姆。作为高输入阻抗运放的一个附带特性就是转换速度比较高。高输 入阻抗运放用途十分广泛，例如采样保持电路、积分器、对数放大器、测量放大器、带通滤波器等等。高速运放是指转换速度较高的运放。一般转换 速度在100V/us以上。高速运放用于高速AD/DA转换器、高速滤波器、高速采样保持、锁相环电路、模拟乘法器、机密比较器、视频电路中。目前最高转 换速度已经可以做到6000V/us。宽带运放是指-3dB带宽（BW）比通用运放宽得多的集成运放。很多高速运放都具有较宽的带宽，也可 以称作高速宽带运放。这个分类是相对的，同一个运放在不同使用条件下的分类可能有所不同。宽带运放主要用于处理输入信号的带宽较宽的电路。高压运 放是为了解决高输出电压或高输出功率的要求而设计的。在设计中，主要解决电路的耐压、动态范围和功耗的问题。高压运放的电源电压可以高于20VDC，输 出电压可以高于20VDC。当然，高压运放可以用通用运放在输出后面外扩晶体管/MOS管来代替。主要交流指标： 开环带宽：开环带宽定义为，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从 运放的输出端测得开环电压增益从运放的直流增益下降3db（或是相当于运放的直流增益的0.707）所对应的信号频率。这用于很小信号处理。单 位增益带宽GB：单位增益带宽定义为，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降 3db（或是相当于运放输入信号的0.707）所对应的信号频率。单位增益带宽是一个很重要的指标，对于正弦小信号放大时，单位增益带宽等于输入信号频率 与该频率下的最大增益的乘积，换句话说，就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增以后，可以计算出单位增益带宽，用以选择合适的运放。这用于小信号处理 中运放选型。转换速率（也称为压摆率）SR：运放转换速率定义为，运放接成闭环条件下，将一个大信号（含阶跃信号）输入到运放的输入端，从 运放的输出端测得运放的输出上升速率。由于在转换期间，运放的输入级处于开关状态，所以运放的反馈回路不起作用，也就是转换速率与闭环增益无关。转换速率 对于大信号处理是一个很重要的指标，对于一般运放转换速率SR10V/s。目前的高速运放最高 转换速率SR达到 6000V/s。这用于大信号处理中运放选型。全功率带宽BW：全功率带宽定义为，在额定的负载时，运放的闭环增 益为1倍条件下，将一个恒幅正弦大信号输入到运放的输入端，使运放输出幅度达到最大（允许一定失真）的信号频率。这个频率受到运放转换速率的限制。近似 地，全功率带宽=转换速率/2Vop（Vop是运放的峰值输出幅度）。全功率带宽是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。建立时 间：建立时间定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个阶跃大信号输入到运放的输入端，使运放输出由0增加到某一给定值的所需要的时 间。由于是阶跃大信号输入，输出信号达到给定值后会出现一定抖动，这个抖动时间称为稳定时间。稳定时间+上升时间=建立时间。对于不同的输出精度，稳定时 间有较大差别，精度越高，稳定时间越长。建立时间是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。等效输入噪声电压：等效输入噪声电压定义 为，屏蔽良好、无信号输入的的运放，在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压。这个噪声电压折算到运放输入端时，就称为运放输入噪声电压（有时也用噪声 电流表示）。对于宽带噪声，普通运放的输入噪声电压有效值约1020V。差模输入阻抗（也称为输入阻抗）：差模输入阻抗定义为，运放工 作在线性区时，两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。差模输入阻抗包括输入电阻和输入电容，在低频时仅指输入电阻。一般产品也仅仅给出输 入电阻。采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于10兆欧；场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大于109欧。共模输入阻抗：共 模输入阻抗定义为，运放工作在输入信号时（即运放两输入端输入同一个信号），共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比。在低频情况下，它表现为共 模电阻。通常，运放的共模输入阻抗比差模输入阻抗高很多，典型值在108欧以上。输出阻抗：输出阻抗定义为，运放工作在线性区时，在运放的 输出端加信号电压，这个电压变化量与对应的电流变化量的比值。在低频时仅指运放的输出电阻。这个参数在开环测试。2.4 性价比方案一中设计用到的二极管、电阻、电容、桥式整流器、集成运放等都是模拟电子线路设计中常用的器件，电路简单易懂，可读性强，制作简单，经济实用。从器件选择到设计整体都考虑了器件的常见度与成本，所以从总体看遵循了性价比较高的原则。故最后选择方案一。3 系统硬件设计3.1整流滤波电路报警电路的第一步，首先要将市电转化为交流电，还要实现电压的降低，这主要通过变压器实现，而要将交流变直流必须用到我们模电课本里的桥式整流器以及滤波电容，通过全波整流以及滤波，可使变压器输出电压提高1.3倍，时间常数的设定很重要，理论上应该越大越好，这样使电路更稳定。 整流滤波如图3.1.1所示。图3.1.1 整流滤波电路3.2 比较电路比较电路主要由两个理想运放组成，这是电路正常工作的核心。通过运放组成电压比较器，对输入电压判别，从而输出相应高低电平，作用于后续电路。比较电路如图3.2.1所示。图3.2.1 比较电路3.3执行电路执行电路也是电路中必不可缺的部分，是电路功能实现和执行部分，是决定实验的成败关键。执行电路图3.3.1所示。图3.3.1 执行电路 该电路由三个二极管和一个电阻组成，其中三个二极管由上到下分别为红灯、绿灯、蓝灯分别表示，欠压、正常和过压。4 系统仿真选取的元件应使电压在正常范围时使绿灯发光，当过压时使蓝灯亮，当欠压时使红灯亮，电阻取值如下：R1=R4=100欧姆，R2=R3=R5=R6=R7=1K欧姆图4.1 电压处于正常范围时灯图4.2 欠压时的仿真电路图该图片为过压仿真，红色灯亮，表示欠压，其他参数和正常时一样，均不发生变化。该电压是用55V输入电压做的模拟。图4.3 过压时的仿真电路图该图片为过压仿真，蓝色灯亮，表示过压，其他参数和正常时一样，均不发生变化。该电压是用75V输入电压做的模拟. 5 系统的组装5.1 原理图图5.1.15.2 PCB版图5.2.1 PCB版6 结论此次课题要求在给定电源电压为220V的条件下，设计一个过压欠压报警器，使其在正常电压变动范围内时，绿灯发光；过压时红灯亮；欠压时黄灯亮。从而达到报警效果。设计思路明确，通过比较电路来决定发光二极管的发光情况。电路图相对简单，可读性好，条理非常明确，可以更好地了解报警器的工作原理。电路简单，元器件少，这也为在实际生活生产中制造此类光电报警器带来了很大的便利。7 制作软件的简绍7.1 Multisim简单简绍 Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 基本概念：工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。简介：Multisim 被美国NI公司收购以后，其性能得到了极大的提升。最大的改变就是：Multisim 9与LABEW 8的完美结合：新特点可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上；所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。Multisim 9组成构建仿真电路仿真电路环境multi mcu（单片机仿真）FPGA、PLD，CPLD等仿真通信系统分析与设计的模块PCB设计模块：直观、层板32层、快速自动布线、强制向量和密度直方图自动布线模块仿真的内容器件建模及仿真；电路的构建及仿真；系统的组成及仿真；仪表仪器原理及制造仿真。器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：模拟器件（二极管，三极管，功率管等）；数字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）；FPGA器件。电路的构建及仿真:单元电路、功能电路、单片机硬件电路的构建及相应软件调试的仿真。系统的组成及仿真：Commsim 是一个理想的通信系统的教学软件。它很适用于如信号与系统、通信、网络等课程，难度适合从一般介绍到高级。使学生学的更快并且掌握的更多。Commsim含有200多个通用通信和数学模块，包含工业中的大部分编码器，调制器，滤波器，信号源，信道等，Commsim 中的模块和通常通信技术中的很一致，这可以确保你的学生学会当今所有最重要的通信技术。要观察仿真的结果，你可以有多种选择：时域，频域，XY图，对数坐标，比特误码率，眼图和功率谱。仪表仪器的原理及制造仿真：可以任意制造出属于自己的虚拟仪器、仪表，并在计算机仿真环境和实际环境中进行使用。7.2 Protel 99SE简单简绍Protel 99SE是ProklTechnology公司基于Windows环境下开发的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，是大中专院校电学专业必学课程，同时也是业界人士首选的电路板设计工具。Protel 99SE 由两大部分组成：电路原理图设计（Advanced Schematic）和多层印刷电路板设计（Advanced PCB）。其中Advanced Schematic由两部分组成：电路图编辑器（Schematic）和元件库编辑器（Schematic Library）。概述：进入Design Protel 99se后在Documents中通过右键 “New” 建立 “Schematic Document”文件，打开后即可进行电路原理图的编辑。先按照已画好的电路草图将所有元件找到拖放到编辑框里。将编辑框缩小，将元件照电路的样子搭好，整体上排列匀称。接下来就可以进行局部的连线了。 或者可以先将电路的各个模块搭好，再通过框定各模块平移组合成完整的电路，取消框定要通过EditDeSelectInside Area再用鼠标框定以前选中的模块，就可以解除，表现为模块由黄色变成普通颜色。对某个工程的操作是对一个数据库的操作，因此不同的数据库会在不同的窗口中打开，通过最小化可看到各个数据库的窗口。常用操作：1、调用画图工具ViewToolbarsCustomize2、在移动元件时按空格可旋转元件3、找元件时要参照对元件库的描述， Converter含有AD、DA等； Analog是模拟器件如运放等； Memory是存储器件.4、一个工程数据库中最好不要将所有文件都放在文件夹Documents中,因为这样会产生一些意想不到的小问题。而将文件直接放在数据库根目录下则不会出现这些问题。原理图元件库：概述：虽然Protel本身包含