電壓采樣電路設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告

1、電壓采樣電路設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告 專業(yè)班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化實(shí)習(xí)日期：2013年7月22日-7月26日2013年7月26日 目錄一、設(shè)計(jì)要求及目的：3二、所用元件：3三、設(shè)計(jì)思路：31、電源部分電路42、電流-電壓轉(zhuǎn)化電路53、電壓抬升電路：64、二階濾波電路75、方波轉(zhuǎn)換電路8四、課程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案10五、設(shè)計(jì)總結(jié)10一、設(shè)計(jì)要求及目的：1、設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)一個(gè)電壓采樣電路，對(duì)220v交流信號(hào)進(jìn)行采樣，并利用運(yùn)放對(duì)其進(jìn)行處理，使其成為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（A/D）能夠處理的信號(hào)。2、基本要求：根據(jù)元件列表設(shè)計(jì)采樣電路及其工作電源回路，將220v交流輸入信號(hào)變?yōu)?-3v信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行二階有源濾波

2、，濾除高頻干擾信號(hào)，濾波后的信號(hào)平滑無(wú)畸變。3、擴(kuò)展：設(shè)計(jì)電路，將交流信號(hào)變?yōu)榉讲?，過(guò)零點(diǎn)處干凈無(wú)毛刺信號(hào)。4、設(shè)計(jì)目的： 1）加強(qiáng)自主性學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作，提高創(chuàng)新意識(shí)； 2）通過(guò)該設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)并掌握常用電子元器件的選擇和使用方法； 3）結(jié)合所學(xué)的電子電路的理論知識(shí)完成電壓采樣課程設(shè)計(jì)。二、所用元件：變壓器 1個(gè)、 1N4007單向二極管 5個(gè)、 470uF電解電容 4個(gè)芯片7815和7915、 緊密電流型電壓互感器 1個(gè)、 LM324芯片10K電位器 1個(gè)、 201pF電容 2個(gè)電阻：110K1個(gè)、 10K5個(gè)、 11個(gè)、 1K2個(gè)、 4701個(gè)、 2001個(gè)三、設(shè)計(jì)思路： 電壓采

3、樣電路基礎(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)思路首先是220v交流電源經(jīng)過(guò)電流型電壓互感器使強(qiáng)電轉(zhuǎn)換為弱電，再通過(guò)電流/電壓變換電路使其輸出電壓為-1.5v+1.5v，接著通過(guò)一個(gè)反相加法運(yùn)算電路使其輸出電壓抬升為03v，最后經(jīng)過(guò)一個(gè)二階有源低通濾波電路對(duì)其進(jìn)行濾波，濾除高頻干擾信號(hào)，濾波后的信號(hào)平滑無(wú)畸變，最后用一遲滯比較器將正弦波變成方波信號(hào)?？傠娐穲D為：1、電源部分電路 電路圖為：分析：通過(guò)電路圖中三個(gè)萬(wàn)用表的示數(shù)可知，變壓器輸出交流電的有效值為15.078V，輸出的直流電壓為+15.517V和-15.633V，符合要求。此電壓用于給給芯片LM324提供直流電源，以及提升電壓用。 1）電源變壓器：是降壓變壓器，

4、它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 2）整流電路：利用4個(gè)單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電。 3）濾波電路：由于經(jīng)過(guò)整流的直流脈沖電壓還含有較大的紋波，因此需要設(shè)計(jì)濾波電路將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓，用兩個(gè)470uF的電解電容。4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓、負(fù)載的變化而變化，用7815和7915芯片。2、電流-電壓轉(zhuǎn)化電路 思路：220V（有效值）交流電源經(jīng)過(guò)110K歐姆的電阻后電流變?yōu)?mA（有效值），經(jīng)過(guò)2mA/2m

5、A的精密電流型的電壓互感器后電流仍未2mA,根據(jù)運(yùn)放的虛短虛斷的原理可知，運(yùn)放輸出的電壓峰峰值為-1.5V到+1.5V。計(jì)算過(guò)程為：1.8mA*580*2=1.47V(由于給的功率電阻是121K的，所以電流為1.8mA)電路圖為：輸出波形圖為：3、電壓抬升電路： 思路：利用反向加法器的原理將正負(fù)1.5V的電壓提升到0-3V,所用提升電壓為直流電源提供的-15.633V電壓，通過(guò)參數(shù)選擇可以實(shí)現(xiàn)此模塊。電路圖為：計(jì)算公式為：U02=-U01*1K/1K+(-15)*1K/10K,U02為0-3V的正弦波。其中470歐姆的電阻是平衡電阻，其計(jì)算過(guò)程為1K/1K/10K，三個(gè)電阻并聯(lián)的阻值。輸出波形

6、為：經(jīng)測(cè)試后在示波器上得到的波形與仿真波形相似，但稍有毛刺。4、二階濾波電路思路：利用所學(xué)的二階低通濾波電路可以設(shè)計(jì)出符合要求的濾波電路電路圖為：根據(jù)其要求對(duì)0-3V電壓進(jìn)行二階有源濾波，濾除高頻干擾信號(hào)，濾波后的信號(hào)平滑無(wú)畸變。根據(jù)二階低通有源濾波的公式得：f0=1/(2*3.14*R*C),我們選擇電阻值為1M，電容值為201pF，故f0=1/（2*3.14*1*106*201*10-12）=792.2Hz，近似為800Hz,符合要求。由“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)可得方程：U+=U-=U03*R8/(R7+R8)=U03/(1+R8/R7)=U03/Aup ，應(yīng)使U+=U-=U03得Aup

7、=1，則取R7=2M，R8=1，目的是使濾波的低通增益為1，不會(huì)改變之前03v電壓的波形。經(jīng)濾波后的U03的波形為0-3V正弦波。 輸出波形圖為：從示波器上測(cè)試的結(jié)果稍微有點(diǎn)相位差，兩個(gè)波形并不是完全的重合，但是誤差不大，分析原因?yàn)殡娮栌幸欢ǖ恼`差。5、方波轉(zhuǎn)換電路思路：利用遲滯比較器，不用過(guò)零比較器的原因是，過(guò)零比較器是輸入信號(hào)與零點(diǎn)相比較，但正弦波的零點(diǎn)會(huì)有抖動(dòng)，所以方波會(huì)出現(xiàn)脈沖，用遲滯比較器可以將零點(diǎn)越過(guò)去。然后后面加一單向?qū)ǖ亩O管，只留下方波的上半部分。電路圖為：分析過(guò)程為：R11之前接的是第一個(gè)運(yùn)放的輸出U01即峰值1.5V的正弦波，設(shè)計(jì)要求中，需要將輸出波形的毛刺去除，所以所

8、用電路為遲滯比較器。為運(yùn)放的正輸入端電壓近似為0，有公式得：U+=U04*R14/(R14+R11),則應(yīng)使R14遠(yuǎn)小于R11。經(jīng)多次的仿真調(diào)試，我們選擇R14=150,R11=10K. 波形圖為：所焊的電路在示波器上檢測(cè)的波形雖有一定的相位差，但總體上符合要求，分析產(chǎn)生相移的原因?yàn)椋玫氖沁t滯比較器，不可能?chē)?yán)格過(guò)零點(diǎn)只能盡量去接近零點(diǎn)。四、課程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案 1、設(shè)計(jì)電路首先在電腦上用軟件仿真，以此來(lái)選取參數(shù)，不同的仿真軟件可能有不同的結(jié)果，運(yùn)放也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，不過(guò)通過(guò)不斷的更改參數(shù)，不斷的理論計(jì)算在仿真，最終出現(xiàn)了各部分波形圖。 2、這次所用的芯片是LM324，是四個(gè)運(yùn)放集合在一個(gè)芯片上，所以布局很重要，通過(guò)組內(nèi)討論，將繞線最少，電路最簡(jiǎn)單為目的。 3、剛開(kāi)始輸出的方波和正弦波有一定的相位差，分析其原因是電阻參數(shù)選取的不合適，運(yùn)放是用作電壓比較器用，所以輸入端電壓越接近零越好。通過(guò)改變參數(shù)，最終在老師那檢測(cè)的結(jié)果基本符合要求。五、設(shè)計(jì)總結(jié) 1、通過(guò)近幾天的實(shí)習(xí)，我們學(xué)習(xí)了采樣電路設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，遇到問(wèn)題互相討論最終解決； 2、實(shí)踐出真知，無(wú)論課本上講的內(nèi)容如何，只有通過(guò)實(shí)踐才能獲得真正的真理，所以在以后的學(xué)習(xí)生活中要理論聯(lián)系實(shí)際，多動(dòng)手動(dòng)腦； 3、團(tuán)隊(duì)的力量大于個(gè)人，我們?nèi)朔止っ鞔_并將遇到的各種問(wèn)題討論后一一解決，所以只有團(tuán)隊(duì)合作，才能把事