模电课设 电压交流有效值测量电路设计

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作单位：

题目：电压交流有效值测量电路设计

初始条件：

具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、输入电压峰值0＜v ＜10

2、允许误差为±2％

3、采用LED分段显示，分段区间自定

4、可加入音响指示

5、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书

6、设计电源；

7、焊接：采用实验板完成，不得使用面包板。

时间安排：

二十一周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计

目录

1. 系统总体设计 (2)

1.1 设计方案 (2)

1.2 电路流程图 (2)

2.各模块方案及电路参数 (2)

2.1 AC-DC转换模块 (2)

2.1.1电路方案 (2)

2.1.2电路参数 (3)

2.1.3电路原理图 (3)

2.2电压比较模块 (4)

2.2.1电路方案 (4)

2.2.2电路原理图 (4)

2.3 LED分段显示电路 (5)

2.3.1电路方案 (5)

4. Multisim仿真 (5)

4.1 AC-DC电路仿真 (5)

4.2仿真电路整体图 (7)

5.所需元件 (8)

6.实物测试 (9)

7.总结 (11)

8.附录 (12)

9.参考书目 (12)

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计

摘要

《模拟电子技术基础》课程是一门实用的专业课，而该课程的课程设计就是为了让我们巩固在理论课和实验课程中学习到的知识。本次课程设计是做一个电压交流有效值测量电路，并通过LED灯分段显示电压有效值的范围。

众所周知，电压表在工程运用中无处不在，本次课设就是要求我们综合理论课程中的知识，运用Multisim来设计一个简单缩略的交流电压表，并通过安装调试组成一个可以测量电压交流有效值范围的电路。该电压有效值测量电路主要由交直流转换模块和电压比较和显示模块组成。本次课程设计经过方案论证-电路设计-电路实现-安装调试-系统测试-总结报告等过程，达到了提高动手能力和电子技术实践技能的目的。

关键词：电压有效值测量，交直流转换，LED分段显示。

1. 系统总体设计

1.1 设计方案

设计方案：将设计电路分为，电压比较模块，LED 分段显示模块共三块可达到基本要求。 AC-DC 转换模块：通过交直流转换电路将输入的交流电压转换成相对较稳定的直流电压。 电压比较模块：将整流后得到的直流电压通过正向输入但门限电压比较器，可比较输入交流电压有效值的大致范围。

LED 分段显示模块：当输入电压有效值大于设定的门限值时，输出正向电压，可使电路中的LED 灯发光，并通过发光数量来显示电压有效值的大致范围。

1.2 电路流程图

图1 电路系统流程图

2.各模块方案及电路参数

2.1 AC-DC 转换模块

2.1.1电路方案

AC-DC 转换模块采用单相桥式全波整流电路，该电路结构相对简单，用二极管整流桥，电容滤波就可以组成，方便安装，而且成本较低。但该电路输出电压的有效值有较大的差距，再加上二极管导通时存在的压降，使该电路输出的电压有效值误差非常大，因而在接下来的设计中要考虑如何消除此误差。

输入交流

电压

AC-DC 转换

电压比较

电路 LED 灯显示电压有效值范围

2.1.2电路参数

对于整流电路，要求电压峰峰值小于10V ，则二极管所承受最大反压

V V V RM 102==

(式1)

因此，选用1N4001为整流二极管即可。由于整流桥型号无法确定，所以采用4个1N4001

二极管自行组装成整流桥。

对于滤波电路，为得到较为平滑的输出电压，要求放电时间常数

2）53(d T

C R L -≥=τ （式2）

由于输入交流电压周期T 为0.02s ，而为了较好的滤波效果，此处采用100uF 电容即可。同时为保护电路各元件，要求输出电流要小一点，故负载选用200k Ω电阻。

2.1.3电路原理图

如图（a ）为整流滤波电路的电路原理图。

图2 AC-DC 转换电路原理图

当输入电压波形如图（b ）是，经过二极管整流后可得到（c ）图所示波形，在经过电容整流后可以得到脉动小的直流电压，必行如图（d ）所示。

图3 整流滤波过程波形图

（a ）

（b ）

（c ）

2.2电压比较模块

2.2.1电路方案

该模块采用单门限同相输入电压比较电路，其工作原理：当同向输入端的电压值小于反向输入端的基准电压值时，电压比较器输出为-VCC(-8V)，反之则为VCC(+8V)。由于此次设计任务要求输入电压小于10V ，则有效值为小于7.1V ，故而设置4个不同的门限电压比较器来区分以下几个输入电压有效值范围0-2V,2-4V,4-6V,6V 以上。 在整流电路无误差的情况下，门限值可设为0V 、2V 、4V 、6V ，但是输入电压进过整流后输出的有效值是有误差的，用串联方式接入4个电位器，每个电位器的分压为

)(24

1

V V U CC ==

∆ (式3) 故每个电位器(门限值)可调范围为0-2V,2-4V,4-6V,6-8V ，这样可以消除误差，使当输入电压有效值小于2V 时，第一个电压比较器输出为正，2-4V 时第二个电压比较器输出为正，4-6V 时第三个电压比较器输出为正，大于6V 时第四个电压比较器输出为正。

2.2.2电路原理图

如图为电压比较电路和LED 显示电路，电位器调整如下可符合门限值要求。

图4 电压比较及LED 显示电路原理图