交流电压有效值测量

学号：课程报告（模拟电子技术基础）题目电压交流有效值测量电路学院信息工程学院专业电子信息工程班级电信1404姓名周成浩指导教师曾刚2016年1月15日摘要模拟电子技术课程设计是继《模拟电子技术基础》理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，让学生综合运用模拟电子技术知识，进行实际模拟电子系统的设计、安装和调测，利用multisim等相关软件进行电路设计，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，让学生了解模拟电子技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。 本课程设计的思路是将交流信号经过整流器整流后送至1000uf电容、再由由电阻组成的反向比例放大器模块将直流信号缩小1.1倍，再将输出信号送至单门限电压比较器比较，输出后通至LED发光半导体中，完成交流电压有效值的测量。关键词：multisim、交直流转换、反向输入方式、电压比较器、有效值测量

目 录1.电路方案论证………31.1系统基本方案…………………31.2各模块方案论证与选择………31.2.1直流稳压可调电源模块…………………31.2.2全波整流、滤波模块……4……………4……………52.电路仿真………………62.1Multsim进行仿真……………62．2仿真数据………93.焊接与调试……………93.1焊接……………9调试……………94.参数测量与计算……………………105.心得体会……………116.附录…………………131电路方案论证1.1系统基本方案设计电路分为直流稳压电源模块、全波整流模块、电压比较模块、LED灯显示模块，即可完成题目对交流电压有效值进行测量，并显示的设计要求。1.2各模块方案论证与选择1.2.1直流稳压可调电源模块（实验室中可用信号发生器代替）为采用7812设计的直流稳压源。该稳压源可稳定输出+12V电压，电路简单，应用广泛。该稳压源由以下五部分组成。(1)降压：通过变压器将输入的220V，50HZ交流电降为+12V输出。(2)整流：通过桥式整流电路，将输入的交流电压信号变为脉动信号。(3)滤波：通过C1及C2等滤波电容将输入的电压信号转变为波形更为平缓的电压信号。(4)稳压：通过集成稳压芯片7812将不稳定的电压信号变为稳定的直流电压。图1-1直流稳压电源电路全波整流、滤波模块全波整流是一种对交流整流的电路。在这种整流电路中，在半个周期内，电流流过一个整流器件（比如晶体二极管），而在另一个半周内，电流流经第二个整流器件，并且两个整流器件的连接能使流经它们的电流以同一方向流过负载。全波整流整流前后的波形与半波整流所不同的，是在全波整流中利用了交流的两个半波，这就提高了整流器的效率，并使已整电流易于平滑。在应用全波整流器时其电源变压器必须有中心抽头。无论正半周或负半周，输出电流方向总是相同的。其次经过1000uf极性电容进行滤波，之后输出较为平稳的电压。图1-2全波整流、滤波电路及波形1.2.3电压放大模块（反向输入方式）对于反向输入方式，信号从反向输入端输入，如图1-2所示。输入一个Vi(Vi<0)，根据-Vo/R4=Vi/R2，将输出电压变为缩小1.1倍。图1-3电压放大模块1.2.4电压比较模块及LED灯模块电压比较模块我们用的是LM358的运算芯片，如图1-2，我们的显示效果是从0V到2V亮一个灯，2V到4V亮两个灯，从4V到6V亮三个灯，从6V到8V亮四个灯，而8V以上全亮。仿真中我们运用1k，1k，1k，3k的电阻将12V输入的电压，进行分压，电压值为2V,4V,6V,大于8V。其次如图1-5分别接入电压比较器的反向端，与接入输入端的正向端比较。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。输出高电平时LED灯与串联电阻正向导通，LED灯亮，代表2V电压。其中1K欧电阻起到保护LED灯的作用，防止电流过大烧坏二极管。图1-4电压比较器原理图图1-5电压比较器及LED灯模块2电路仿真2.1Multsim进行仿真对系统电路的关键模块直流稳压电源模块、全波整流模块、电压比较模块、LED灯显示模块用Multsim进行仿真，电路图及仿真数据如下所示。图2-1电路仿真图接下来输入频率为50HZ、幅值分别为2V、4V、6V、8V的正弦波，分别测量输入电压有效值，输出电压有效值，输入电压波形与整流、滤波后电压波形。图2-2输入2V正弦交流信号图2-3输入4V正弦交流信号图2-4输入6V交流正弦信号图2-5输入8V交流正弦信号2.2仿真数据输入幅值(V)2468理论有效值(mV)输出值(mV)LED灯（个）1（0~2）2（2~4）3（4~6）3（4~6）由上表可以看出,LM358和电容、电阻构成的电压比较器电路将交流信号转换为直流信号，并可以较为精确地输出有效值的范围。3焊接与调试3.1焊接先用万用表检测元件参数是否符合要求。然后按照原理图，元件装配。装配完成后焊接该硬件。焊接时，以45度靠紧焊接面进行预热；然后将焊锡丝同时伸向被焊的组件脚及焊盘，一起接触被焊处；当焊锡丝熔化，向焊接处推入焊锡丝，使焊锡润湿焊盘与组件脚，当焊点上的焊锡成圆锥形时即抽离焊锡丝。在焊锡完全熔化后，移去烙铁头。如果焊点有连焊，应将焊锡线与烙铁头一起接触在连焊的焊点之间，待焊锡丝与助焊剂一起熔化后，移去焊锡丝，再将烙铁头侧放着向下移走，吸去多余的焊锡；焊点的标准是：焊点呈锥形，焊锡要适量，表面有光泽，光滑，清洁等。焊接完成后调试制作的硬件。图3-1焊接效果图(1)接入12V电源，打开开关，将输入端断开，测量各点点位，若无问题，说明电压比较器部分焊接无误。(2)将测试电压输入口短接，，LED灯亮一盏，说明整体焊接无误。(3)输入峰值为6V交流电源，频率为50Hz的正弦交流电压，LED灯亮3盏，则电路放大关系基本无误。4参数测量、计算与误差分析4.1参数测量、计算测量输入电压值，整流后输入电压值，实际输出电压值，LED灯盏数，与实际输入值相比的误差。输入幅值(V)2345输入有效值(V)实际输出值(mV)LED灯（个）1（0~2）2（2~4）2（2~4）3（4~6）相对误差表一输入幅值(V)6789输入有效值(mV)输出值(mV)LED灯（个）3（4~6）3（4~6）3（4~6）4（6~8）相对误差表二由上表所得的相对误差分别为0.26，0,14，0.05，0.03,0.01,0.02,0.03,0.05，由于测量区间为2V，而在有效值大于２Ｖ时相对误差为＋—２％左右，但因为测量误差无法避免，所以２Ｖ与８Ｖ的误差较大。5心得体会 本次课程设计题目为交流电压有效值测量，总体设计思路分为四个部分：直流稳压电源模块、全波整流模块、电压比较模块、LED灯显示模块。 在课程设计开始时，我们对交流电压有效值测量几乎没有概念。在完成课程设计的短短几天内，我从搜集资料方案、思路整理、电路图设计制作、电路仿真，到元器件的购买、实物的焊接与调试、数据测试，遇到了很多的困难，但在克服这些困难的同时，也收获了很多。 首先，在相关资料的收集过程中，不同的方案各有其利弊，在设计的过程中不仅要考虑到方案的可行性，还要考虑到方案成本等问题。在对比方案上，我就花了不少的精力和时间，这是在书本中所体会不到的。 在设计电路的过程中用到了Multsim软件。电路的仿真对于我来说也是一门新的学问。在课程设计之前还不会使用Multsim仿真软件，为了对电路进行仿真，我上网找了一些Multsim的使用说明，大致了解了对一般电路图的仿真步骤。Multsim是一款功能强大而齐全的仿真软件，我现在所学会的不过是其中的一小部分，在今后的学习过程中，我会更加深入的学习Multsim。 从本次课程设计中收获的最为重要的一点，是培养了一种工程设计的思想。从收集资料、对比并确定方案、电路图设计、电路仿真到元器件的配置、实物焊接与调试、数据的测量收集，从中所获得的经验对今后的课程设计甚至工作都有很大的帮助，而要在短短几天之内学习一门完全不了解的学科、软件，就不能按照顺序没有重点的学，而应该先整体把握，而后再有侧重点的逐步深入。 汗水预示着结果，也证明着过程，希望在以后的学习生活中能更加深入的学习专业知识，同时更要注重动手能力的培养。在此由衷感谢给予我帮助的指导老师和同学们！原件清单元件名1K欧姆电阻100欧姆电阻1000uf电容L