交流电压超限报警系统设计

课程设计说明书

课程设计名称：模拟电路课程设计

课程设计题目：交流电压超限报警系统设计

学院名称：信息工程学院

专业：电子信息工程班级：

学号:姓名：

评分：教师：

2011年 3月6日

模拟电路课程设计任务书

20 11 －20 12 学年第 2 学期第 1 周－ 7 周

题目交流电压超限报警系统设计

内容及要求

当检测电压超过设定上下限值时，发出蜂鸣器报警声，要求报警声嘀嘀间断发声，频率约1HZ。

进度安排

1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：第一周 2天；

2. 领元器件、焊接、制作：第一周3天

3．调试：第二周2天

4. 验收：第二周0.5天

5. 写报告：本学期3～7周

学生姓名：

指导时间:第1～7周指导地点：E 楼 311 室任务下达2012 年 2 月13 日任务完成2012 年2 月 22 日考核方式 1.评阅□ 2.答辩□ 3.实际操作□ 4.其它□

指导教师系（部）主任

注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

摘要

据调查，一般电器的寿命也成为人们关注的热点，越来越多的人们关注电器的使用寿命问题，一般来说电器的使用寿命低于正常使用寿命，经过实验证明这主要是因为电器工作是交流电压超限造成的。若能及时的预警那就可以避免不必要的损耗从而保护电器。有一个报警系统对电器进行监控是非常有必要的。

本次课程设计的目的：设计交流电压超限报警系统电路，由一个蜂鸣器通过是否正常鸣叫告诉使用者电压是否超限，电位器控制电压超限范围。首先通过变压器对220V交流电压进行降压，其次通过桥式整流电路将交流转化为直流，再次运用电容滤波电路输出比较稳定的直流电压，接着设计一个频率为1HZ的方波发生器，最后通过LM324芯片放大器以及74LS08与门芯片控制电压的报警。当电压超过设定上下限值时产生报警功能。

关键字：电压超限滤波整流报警

目录

第一章绪论 (1)

第二章设计内容及要求 (2)

2.1设计内容 (2)

2.2设计要求 (2)

2.3实验设计目的 (2)

第三章设计原理 (3)

3.1单元电路设计 (3)

第四章电路组成及其工作原理 (6)

4.1整体电路设计和工作原理 (6)

4.1.1 电压采样 (6)

4.1.2 整流 (6)

4.1.3 滤波 (7)

4.1.4 方波 (8)

4.1.5 报警控制 (9)

4.2整体电路 (10)

第五章实验调试测试 (11)

第六章实验小结与心得体会 (12)

参考文献 (13)

附录一芯片介绍 (14)

附录二元件清单 (15)

附录三焊电路板技术 (16)

绪论

电压是日常生活，工业，医学，环境保护，化工，石油等领域最常用到的物理量。而且随着现代工业的发展，人们需要对工业生产中有关电压系统进行控制。会导致人生安全，所以需要用到电压报警控制器，如在工厂生产工作时电压不应过高以及过低，当电压超上下限值时，需要对工作人员给予警示，所以需要用到电压报警控制器。而且很多领域的电压可能较高或较低，有时人无法靠近或现场无，然而需人力来监控会导致人生安全，所以需要用到电压报警控制器。所以，对电压超限报警控制的研究就要更加要精确。

随着现代化，科技的腾飞，信息技术的高密度的集中，电压的控制也成为时代关注的一部分，制作一个高技术的电压报警系也是尤为重要的。交流电压超限报警器广泛运用，不仅保护人生安全，而且也更好的保护器件的使用，使器件使用寿命更长。

现在初步了解电压的相关性能，运用最简单的模拟电路对电压的控制，为以后对电压控制的深入研究打下了坚实的基础。

第二章设计内容及要求

2.1设计内容

设计一个交流电压超限报警系统。

2.2 设计要求

1．可设定上限电压报警值。

2．当检测电压超过设定上下限值时，发出蜂鸣器报警声，要求报警声嘀嘀间断发声，频率约1HZ。

2.3 实验设计目的

1.通过该实验提高自身的实验素养，实验操作、设计、分析能力，学会将理论

运用到实践当中，学会实验调试过程的分析和处理。

2.设计并完成一个可以达到相应设计要求的交流电压超限报警器。

3.学会电压采样。

4.学会滤波，整流。

5.掌握74LS08芯片的使用方法。

6.掌握通过一个放大器设计方波发生电路。

7.掌握反馈放大电路的计算与实际运用。

8.掌握与非门电路运用与设计。

第三章设计原理

3.1 单元电路设计

1. 电容滤波电路工作原理

（a）

（b）

图3-1 桥式整流电容滤波电路

（a）电路（b）波形

在整流电路的输出端，即负载电阻R L两端并联滤波电容C，就构成电容滤波电路。图3-1-1（a）所示为桥式整流电容滤波电路；当电路已进入稳态工作时，输出电压近似波形如图（b）中实线所示，虚线是未加滤波电路时输出电压的波形。

由图（a）可知，只有当电容上电压（即输出电压u o）小于变压器副边电压时，才有一对二极管导通，给电容充电。

若变压器副边电压u2在正半周，且电容上的电压在a点，a点对应的时间t1，则当时间t>t1时，D1和D3因加正向电压而导通，u2一方面提供负载电流，另一方面对C充电；若变压器副边内阻、二极管导通电阻均可忽略不计，则u o将按u2的变化规律充电至峰值电压，见图中b点。此后u2的下降使得u2

从图（b）所示波形图可以看出，电容滤波电路不但使输出电压的交流分量减小，而且使得输出电压平均值增大。从电容对交、直流分量容抗的差别可以理解，正是由于滤波电容对交流分量的容抗很小，将其负载电阻上交流电流变小，输出电压脉动减小；正是由于滤波电容对直流分量的容抗无穷大及其储能作用，使得输出电压平均值增大。放电回路时间常数R L C越大，输出电压的脉动越小，平均值越大。

2.整流二极管的导通角

在未加电容滤波时，不管在哪种整流电路中，整流二极管均在变压器副边电压的半周导通，称为导通角π。在采用电容滤波后，整流二极管的导通角小于π。

C越大，在一个周期内充电时间越短，即二极管的导通角越小，值得注意的是，R

L

由于电容上电压不能突变，所以在二极管导通时，会因整流电路内阻很小而流过很大的冲击电流，而且导通角越小，冲击电流越大，越影响二极管的寿命。因此在选择整流二极管时，最大整流平均电流IF要留有充分的余地，通常要大约无电容滤波时的2～3倍。当负载电阻很小，负载电流很大时，如2A以上，整流二极管的选取就比较困难，因而应考虑采用电感滤波电路。

综上所述，电容滤波电路适用于负载电流较小且变化范围不大的场合。

3.滤波电容的选择