交流电压_直流电压转换电路(课程设计)

电子技术课程设计

简要说明：

该电路将微小的输入交流信号u i 的有效值精确地转换成为直流电压输出U o ，以便于用直流电表进行测量。

思考题：

1．直接用二极管整流电路能否实现上述电路功能？为什么？ 2．该电路能够测量的信号的频率范围是多少？

参考文献：

施良驹 《集成电路应用集锦》电子工业出版社，1988，6

何希才，白广存 《最新集成电路应用300例》科学技术文献出版社，1995

庄效恒，李燕民 《模拟电子技术》机械工业出版社，1998，2

R 3

u U o

C

一、课题名称：交流电压/直流电压转换电路

二、课题摘要：该电路将微小的输入交流信号ui 的有效值精确地转换成为直流电压输出Uo ， 以便于用直流电表进行测量。 三、电路原理图：

∞

+

+

-+15V

-15V

N 1

R 1

100kΩ

15kΩ

∞

+

+

-+15V

-15V

N 2

R 6

150kΩ

R 3u i

10kΩR 2R 4

150kΩ

75kΩ

R 5150kΩ

D 1

C 110μF

C 2

10μF D 2

R 7∞

+

+

-+15V

-15V

N 3

U o

R 8

150kΩ

C 31μF

四、工作原理分析： （一）、电路原理分析

本电路依次运用微分运算放大电路、半波整流电路和积分电路将微小的交流信号i u 的有效值精确的转换为直流电压输出o U 。

第一部分：同向比例运算电路。

··

此电路为同向比例运算电路。由[1]P129，根据虚断路原则，0i i =，1R 上的压降为0。i u u +=。

电阻2R 上的电压

2

23

f o R u u u R R θ-==

+

由虚断路原则u u +-≈， 有

2

23

o R u u R R +=

+ 代入i u u +=，得

3

2

(1)o i R u u R =+

放大倍数

3215

11 2.510

uf R A R =+

=+= （2）

当2i u 在正半周期时1D 导通，2D 截止。

由虚断路原则，流入运放输入端的净输入电流0d i =，0u +=。 由虚短路原则0u u +-≈=，所以反向输入端为虚地， 故有：

214

i u i R =

， 55o o f u u u

i R R -

-==-；

因为：

1d f f i i i i +≈=； 代入25

4i o u u R R =-；

所以放大倍数

54150

1150

uf R A R =-

=-=- 当2i u 在负半周期时，2D 导通，1D 截止。此时闭环的放大倍数

0uf A =。

所以此电路的作用相当于半波整流器。交流信号经过此电路后正半周期按等大小翻折为负；而负半周期波形则被削去。 （3）

此电路为一阶低通有源滤波器中的反向输入低通滤波器。由[1]P174，信号输入在反向输入端，RC 滤波网接在反馈支路中。输出与输入间的向量关系式为：

18

883176;

:

//()1//50f o

jw i f CF x Z U A U Z R Z R jX jwR C Z R R R k ==-=-=

+===Ω

其中

代入，整理得：

8()0

088

00R 1

;

1/1

6666.6667;:

1061.5721061.57Hz jw x A R jw w w R C w f Hz f π

=-+=

==

=式中:因为所以,上限截止频率为

当w =0时，

8()R 1503;50

o x A R =

== 当0w w =时，有：

(0)w A A =

当w →∞时，()0A ∞= 当0f f 时，()()

2

o w A A ，信号衰减很小，可以认为全部通过滤波器。

当0f

f 时，输出信号衰减很大，认为不能通过滤波器，所以称这种电路为

低通滤波器。其通频带为

0~f ，即0~1061.57Hz 。

（二）、对于电路的改进建议。

按照原理， 2.122=倍。经过电脑仿真和实际测量都证明了计算结果的正确性。由于输出电压与输入电压之比为2.122，那么在实际测量中，需要将结果除以2.122才能得出正确的结论，不光存在误差，而且比较繁琐。如果让输出电压等于输入电压的有效值，则需让

18

883

1761;

:

//()1//50f o

jw i f CF x Z U A U Z R Z R jX jwR C Z R R R k ==-==-=

+===Ω

其中

所以：

850270.7R k ==Ω

经过电脑仿真和实际测量，证明改进后的电路比之前的更加准确。 1、修改前的波形图

2、修改后的波形图