电平显示及越限报警电路

电平显示及越限报警电路

1.实验目的

（1）自主设计一个电平显示及越限报警电路；

（2）熟悉各实验仪器、常用芯片和常用元器件的使用。

（3）培养创新意识，锻炼实验技能。

2.总体设计方案或技术路线

（1）设计一个双限电压比较器对输入电平进行比较，判断输入电平是否越限。

（2）利用三个LED，根据双限电压比较器的输出状态，显示输入电平的高低。

（3）利用555芯片设计一个能产生1Hz矩形波脉冲的多谐振荡器，为蜂鸣器提供输入脉冲，与蜂鸣器一起构成一个电平越限报警系统。

3.实验电路图

4. 仪器设备名称、型号

（1）双线电压比较器电路

12V直流电源、3kΩ电阻（3个）、2kΩ电阻（1个）、1kΩ电阻（1个）、741集成运算放大器（2个）、1N4007二极管（2个）、黄灯LED（1个）、红灯LED（1个）、10Ω限流电阻（1个）、1N4735A稳压管（1个）

（2）绿灯电路

74LS04芯片（1片）、绿灯LED（1个）、10Ω限流电阻（1个）

（3）蜂鸣器电路

555芯片（1片）、4.7μF电容（1个）、电阻（100Ω、2kΩ、43kΩ、130kΩ各1个）、10nF

电容（1个）、蜂鸣器（1个）

（4）其他仪器设备

电子技术实验箱（2个）、Agilent DSO-X2002A型示波器、直流稳压电源、导线、万用表

5.理论分析或仿真分析结果

仿真结果分析：

（1）接通电源V3、V4为集成运算放大器供电，接通电源V1作为电压比较器的参考电压（电压上限为8V，电压下限为1V），调节可调电源V2作为输入电压。

（2）当输入电压大于8V时，只有红灯LED1亮，显示输入电平过高，双限电压比较器输出高电平，多谐振荡器开始输出1Hz的矩形波脉冲，蜂鸣器间断报警；当输入电压小于1V时，只有黄灯LED2亮，显示输入电平过低，双限电压比较器输出高电平，多谐振荡器开始输出1Hz的矩形波脉冲，蜂鸣器间断报警；当输入电压大于1V且小于8V时，只有绿灯LED3亮，显示输入电平在正常范围内，双限电压比较器输出低电平，多谐振荡器停止工作，蜂鸣器不报警。

6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）

（1）检查各实验仪器能否正常工作。

（2）检查所用的芯片、元器件能否正常工作，参数是否正确。

（3）按实验电路图连接电路。

（4）接通电源V3、V4为集成运算放大器供电，接通电源V1作为电压比较器的参考电压（电压上限为8V，电压下限为1V）。

（5）调节可调电源V2，使输入电压大于8V，观察是否只有红灯LED1工作，并用示波器观察多谐振荡器的输出波形，观察蜂鸣器是否正常报警；调节可调电源V2，使输入电压小于1V，观察是否只有黄灯LED2工作，并用示波器观察多谐振荡器的输出波形，观察蜂鸣器是否正常报警；调节可调电源V2，使输入电压大于2V且小于8V，观察是否只有绿灯LED3工作，并用示波器观察多谐振荡器的输出波形，观察蜂鸣器是否停止报警。

（6）根据实验中出现的各种问题并寻找解决方案，根据实验室的具体情况修改实验方案继续完成实验。

（7）由于一个实验台所提供的可调直流电源的个数不足，将实验电路进行如下修改：a.参考电压由电子技术实验箱上的两个直流电源输入（一个提供电压上限4V，另一个提供电压下限1V）；b.输入电压通过电位器分压提供；c.再利用一个741集成运放和相应电阻构成一个反相器，代替74LS04的非门作用。

（8）修改实验电路后的实验现象记录如下表所示。

表1 实验现象记录表

输入电压（单位：V）点亮的LED 蜂鸣器是否报警

0 LED1（红）报警

0.5 LED1（红）报警

1 LED1（红）报警

1.5 LED3（绿）不报警

2 LED3（绿）不报警

2.5 LED3（绿）不报警

3 LED3（绿）不报警

3.5 LED3（绿）不报警

4 LED3（绿）不报警

4.5 LED2（黄）报警

5 LED2（黄）报警

5.5 LED2（黄）报警

6 LED2（黄）报警

（9）拆除实验电路，整理实验台。

7. 实验结论

根据实验室的具体情况，对原设计电路进行适当修改后进行实验，电平显示及越限报警电路的功能能够基本实现，即能够显示输入电平是否过高、是否过低、是否正常，并对过高或过低的输入电平进行报警。

8. 实验中出现的问题及解决对策

（1）一个实验台所提供的可调直流电源的个数不足，在保证给电子技术实验箱提供+12V和-12V电源之后，不能再作为直流可调电源提供双限电压比较器的输入电平。

解决对策：将电子技术实验箱上的10kΩ电位器与+12V电源和“地”相连，利用电位器进行分压作为可调直流电源。

（2）根据原设计电路，双限电压比较器的两个参考电压是由一串电阻串联分压实现的。在未接入双限电压比较器之前，串联电阻电路上的2点和5点的电位为预先设计的8V和1V，但是将双限电压比较器接入电路后，2点和5点的电位变成了负值，不能为双限电压比较器提供正确的参考电平。

解决对策：参考电压改为由电子技术实验箱上的两个直流电源输入，一个提供电压上限4V，另一个提供电压下限1V。

（3）一个实验台所提供的可调直流电源的个数不足，在保证给电子技术实验箱提供+12V和-12V电源之后，由于实验室提供的直流稳压电源的三通道的正极是与二通道的负极相连的，即不能使用直流稳压电源的三通道为74LS04芯片提供5V电源。

解决对策：再利用一个741集成运放和相应电阻构成一个反相器，代替74LS04的非门作用。

9. 本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议

（1）本次实验的收获和体会

为了更好地设计一个电路，基础知识要掌握扎实，对所学过的电路要有印象并深刻理解其原理，才能学以致用。设计电路时应根据实际情况（如实验室可提供的仪器设备、元器件）进行设计，否则将造成无法进行实验或者电路修改量过大的影响。应用Multisim电路仿真软件对设计电路进行仿真的结果与在实验室进行实验的结果有很大的差别，因为电路仿真软件中的实验环境是理想化的，而且仿真软件所提供的元器件与实验室所提供的元器件的参数和使用方法可能有少许差别，在进行实验时，应根据具体问题具体分析，在保证电路功能基本不变的前提下，修改实验方案，完成实验。

10．参考文献