模电课程设计电冰箱过压欠压延时保护器设计报告

模拟电子技术课程设计报告

电冰箱过压、欠压、延时保护器设计

一、设计目的

（1）掌握电冰箱保护器工作原理。

（2）熟悉比较器、555定时器和发光二极管的使用。

（3）加深模电及数电相关知识的理解。

二、电路设计要求

设计一个过压、欠压、延时供电电路，可以通过电位器模拟调节过压和欠压，并使用发光二极管指示过压、欠压报警状态，使用发光二极管模拟指示电冰箱通电状态。冰箱上电时有延时通电要求，保护后恢复供电也要延时送电，延时时间是10秒左右。

三、电路元件

电位器、LM339、发光二极管、三极管、555定时器、电阻

图1 总电路

四、电路原理

其中由LM339的两个比较器组成过电压、欠电压检测电路，其中U1A 比较器用于过电压检测，U1B比较器用于欠电压检测；Q2构成电子开关，其中LED1、LED2为过压和欠压指示灯，当电压在正常范围内（3V～9V），LED1、LED2均不亮；V RW >9V时，LED1亮，过压指示；V RW < 3V时，LED2亮，欠压指示；NE555时基电路组成延迟电路。

接通电源后，使电压在正常范围内，上、下比较器都输出高电平，此时Q2导通，因为C1两端初始电压为0V，555时基电路的6脚为高电平，555时基电路复位，电冰箱电源（LED3）被切断。然后电源向C1充电，使2、6两脚电位不断下降，约经过10s，可使电位降至12V电压的1/3，555时基电路才置位，3脚输出高电平，电冰箱（LED3）通电工作。电路仿真如下图所示，当电位器阻值为总阻值的55%时，输入电压应为6.6V，电冰箱处于正常工作状态。

图2 正常工作时电路

当电网意外断电时，C1储存电荷通过R2、D4迅速泄放，当电网恢复供电时，电路又要延迟10s左右才向电冰箱供电，从而确保电冰箱压缩机不受损坏。当电压升高到9V以上，U1A比较器输出低电平；市电电压下降到3V以下，U1B比较器输出低电平，只要两者之一输出低电平，Q2截止，此时6脚为高电平，555时基电路复位，电冰箱电源（LED3）被切断，从而使电冰箱在电压过高或过低的情况下自动停止工作，保证了电冰箱能安全工作于规定的电源范围内。当电压恢复正常时，电路要延迟10s左右才向电冰箱（LED3）供电。

图3 欠压时保护电路

图4 过压时保护电路

五、参数确定

1.比较器的上限电压为9V，下限电压为3V。调节电位器，

使电路正常工作。电网由断电到恢复供电后，电冰箱要延

时一段时间才能正常工作，此延时时间τ由NE555的外围

电路C1和R10决定：τ≈1.1×C1×R10，电路要求延时10

秒，设C1=220μF，则R10的阻值计算如下：

R=10÷（1.1×220×10-6）≈47KΩ

2.LM339是集电极开路输出，使用时输出端到正电源须接一

直电阻（称为上拉电阻，选3~15K）。R8为10K。

六、问题分析

对于测试时候老师提问的问题回答的不是很好，在这里对这几个问题进行比较完整的分析回答。（真心觉得提问不如考试）

1、当接入两个比较器同相与反相端互相接反，会有什么现象发生？

答：由于接入两个比较器同相与反相端互相接反，导致上面的比较

器同相端电压为3V，下面的比较器反相端电压为9V，分析时应该分为三个部分分别进行说明：

（1）当输入电压3V~9V时，上面的比较器U+

（2）当输入电压小于3V时，上面的比较器U+>U-，输出高电平，红色LED熄灭；下面的比较器U+

（3）当输入电压大于9V时，上面的比较器U+U-，输出高电平，黄色LED常亮；绿色LED熄灭，电冰箱工作不正常。

总之，整个过程中黄色LED常亮，只有输入电压3V~9V时，红色LED才亮，电冰箱一直不能正常工作。

2、二极管D3的作用是什么？

答：钳位。由于与门输出低电平时实际上有二极管的压降，如果不加钳位二极管，如果二极管的压降大于Ube，那么三极管电路照样会导通，起不到保护的目的。

3、R9的阻值改变，对三极管的工作状态有什么影响？

答：三极管电路为共射极放大电路，R9相当于Rc，Rc的改变必然引起Uce的变化，导致静态工作点变化；但由于在这个电路中我们用的不是共射极放大电路的放大作用，而是线与的作用，所以只要R9变化不大，对于整个电路来说并没有太大的影响。

七、设计总结

本次设计比较完整的实现了所有基本功能，从拿到题目到完工，我们经历的电路的整体布线工作、焊接工作和最后的调试工作，在这三个过程中，出现问题和困难是难免的，尤其是在开始的阶段，由于不熟悉花费了大量工作，但是就因为前期缜密的准备工作，才有了后来较顺利的完成。

我们在电路的搭建时，在保证质量的同时要力求电路的美观、易读，这就要求我们焊接前认真布线和焊接时耐心正确焊接，但不可避免的出现失误，导致焊接线路出现小问题，最后经过讨论，成功解决了问题，这也给我们增加了经验。

另外，当我们在调试电路时，我们要学会运用电路原理和各种仪器找出电路故障所在，保证实验现象的顺利实现。比如，在第一次测试时，红色LED常亮，分析认为可能是3.9kΩ电阻与比较器连接出现问题，用万用表测通断发现果然如此，重新焊接之后电路实现正常工作。

在本次课程设计中，我还认识到了团队协作的重要性，虽然只有两个人一组，但是，由于我们分工明确，共同克服问题困难，因此较快较好地完成了任务。