電壓采樣電路設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告

..電壓采樣電路設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告專業(yè)__電氣工程及其自動化實(shí)習(xí)日期：20XX7月22日7月26日20XX7月26日..目錄TOC\o"1-3"\u一、設(shè)計(jì)要求及目的： 3二、所用元件： 3三、設(shè)計(jì)思路： 31、電源部分電路 42、電流-電壓轉(zhuǎn)化電路 53、電壓抬升電路： 64、二階濾波電路 75、方波轉(zhuǎn)換電路 8四、課程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題及解決方案 10五、設(shè)計(jì)總結(jié) 10一、設(shè)計(jì)要求及目的：1、設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)一個(gè)電壓采樣電路,對220v交流信號進(jìn)行采樣,并利用運(yùn)放對其進(jìn)行處理,使其成為數(shù)模轉(zhuǎn)換器〔A/D能夠處理的信號。2、基本要求：根據(jù)元件列表設(shè)計(jì)采樣電路及其工作電源回路,將220v交流輸入信號變?yōu)?-3v信號,并對其進(jìn)行二階有源濾波,濾除高頻干擾信號,濾波后的信號平滑無畸變。3、擴(kuò)展：設(shè)計(jì)電路,將交流信號變?yōu)榉讲?過零點(diǎn)處干凈無毛刺信號。4、設(shè)計(jì)目的：1加強(qiáng)自主性學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí),加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作,提高創(chuàng)新意識；2通過該設(shè)計(jì)學(xué)會并掌握常用電子元器件的選擇和使用方法；3結(jié)合所學(xué)的電子電路的理論知識完成電壓采樣課程設(shè)計(jì)。二、所用元件：變壓器1個(gè)、1N4007單向二極管5個(gè)、470uF電解電容4個(gè)芯片7815和7915、緊密電流型電壓互感器1個(gè)、LM324芯片10K電位器1個(gè)、201pF電容2個(gè)電阻：110KΩ1個(gè)、10KΩ5個(gè)、1Ω1個(gè)、1KΩ2個(gè)、470Ω1個(gè)、200Ω1個(gè)三、設(shè)計(jì)思路：電壓采樣電路基礎(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)思路首先是220v交流電源經(jīng)過電流型電壓互感器使強(qiáng)電轉(zhuǎn)換為弱電,再通過電流/電壓變換電路使其輸出電壓為-1.5v~+1.5v,接著通過一個(gè)反相加法運(yùn)算電路使其輸出電壓抬升為0~3v,最后經(jīng)過一個(gè)二階有源低通濾波電路對其進(jìn)行濾波,濾除高頻干擾信號,濾波后的信號平滑無畸變,最后用一遲滯比較器將正弦波變成方波信號?？傠娐穲D為：1、電源部分電路電路圖為：分析：通過電路圖中三個(gè)萬用表的示數(shù)可知,變壓器輸出交流電的有效值為15.078V,輸出的直流電壓為+15.517V和-15.633V,符合要求。此電壓用于給給芯片LM324提供直流電源,以及提升電壓用。1電源變壓器：是降壓變壓器,它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓,并送給整流電路,變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。2整流電路：利用4個(gè)單向?qū)щ娫?把50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電。3濾波電路：由于經(jīng)過整流的直流脈沖電壓還含有較大的紋波,因此需要設(shè)計(jì)濾波電路將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除,從而得到比較平滑的直流電壓,用兩個(gè)470uF的電解電容。4穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定,不隨交流電網(wǎng)電壓、負(fù)載的變化而變化,用7815和7915芯片。2、電流-電壓轉(zhuǎn)化電路思路：220V〔有效值交流電源經(jīng)過110K歐姆的電阻后電流變?yōu)?mA〔有效值,經(jīng)過2mA/2mA的精密電流型的電壓互感器后電流仍未2mA,根據(jù)運(yùn)放的虛短虛斷的原理可知,運(yùn)放輸出的電壓峰峰值為-1.5V到+1.5V。計(jì)算過程為：1.8mA*580Ω*√2=1.47V<由于給的功率電阻是121K的,所以電流為1.8mA>電路圖為：輸出波形圖為：3、電壓抬升電路：思路：利用反向加法器的原理將正負(fù)1.5V的電壓提升到0-3V,所用提升電壓為直流電源提供的-15.633V電壓,通過參數(shù)選擇可以實(shí)現(xiàn)此模塊。電路圖為：計(jì)算公式為：U02=-[U01*1KΩ/1KΩ+<-15>*1KΩ/10KΩ],U02為0-3V的正弦波。其中470歐姆的電阻是平衡電阻,其計(jì)算過程為1K//1K//10K,三個(gè)電阻并聯(lián)的阻值。輸出波形為：經(jīng)測試后在示波器上得到的波形與仿真波形相似,但稍有毛刺。4、二階濾波電路思路：利用所學(xué)的二階低通濾波電路可以設(shè)計(jì)出符合要求的濾波電路電路圖為：根據(jù)其要求對0-3V電壓進(jìn)行二階有源濾波,濾除高頻干擾信號,濾波后的信號平滑無畸變。根據(jù)二階低通有源濾波的公式得：f0=1/<2*3.14*R*C>,我們選擇電阻值為1MΩ,電容值為201pF,故f0=1/〔2*3.14*1*106*201*10-12=792.2Hz,近似為800Hz,符合要求。由"虛短"和"虛斷"的特點(diǎn)可得方程：U+=U-=U03*R8/<R7+R8>=U03/<1+R8/R7>=U03/Aup,應(yīng)使U+=U-=U03得Aup=1,則取R7=2MΩ,R8=1Ω,目的是使濾波的低通增益為1,不會改變之前0—3v電壓的波形。經(jīng)濾波后的U03的波形為0-3V正弦波。輸出波形圖為：從示波器上測試的結(jié)果稍微有點(diǎn)相位差,兩個(gè)波形并不是完全的重合,但是誤差不大,分析原因?yàn)殡娮栌幸欢ǖ恼`差。5、方波轉(zhuǎn)換電路思路：利用遲滯比較器,不用過零比較器的原因是,過零比較器是輸入信號與零點(diǎn)相比較,但正弦波的零點(diǎn)會有抖動,所以方波會出現(xiàn)脈沖,用遲滯比較器可以將零點(diǎn)越過去。然后后面加一單向?qū)ǖ亩O管,只留下方波的上半部分。電路圖為：分析過程為：R11之前接的是第一個(gè)運(yùn)放的輸出U01即峰值1.5V的正弦波,設(shè)計(jì)要求中,需要將輸出波形的毛刺去除,所以所用電路為遲滯比較器。為運(yùn)放的正輸入端電壓近似為0,有公式得：U+=U04*R14/<R14+R11>,則應(yīng)使R14遠(yuǎn)小于R11。經(jīng)多次的仿真調(diào)試,我們選擇R14=150Ω,R11=10KΩ.波形圖為：所焊的電路在示波器上檢測的波形雖有一定的相位差,但總體上符合要求,分析產(chǎn)生相移的原因?yàn)?用的是遲滯比較器,不可能嚴(yán)格過零點(diǎn)只能盡量去接近零點(diǎn)。四、課程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題及解決方案1、設(shè)計(jì)電路首先在電腦上用軟件仿真,以此來選取參數(shù),不同的仿真軟件可能有不同的結(jié)果,運(yùn)放也會出現(xiàn)問題,不過通過不斷的更改參數(shù),不斷的理論計(jì)算在仿真,最終出現(xiàn)了各部分波形圖。2、這次所用的芯片是LM324,是四個(gè)運(yùn)放集合在一個(gè)芯片上,所以布局很重要,通過組內(nèi)討論,將繞線最少,電路最簡單為目的。3、剛開始輸出的方波和正弦波有一定的相位差,分析其原因是電阻參數(shù)選取的不合適,運(yùn)放是用作電壓比較器用,所以輸入端電壓越接近零越好。通過改變參數(shù),最終在老師那檢測的結(jié)果基本符合要求。五、設(shè)計(jì)總結(jié)1、通過近幾天的實(shí)習(xí),我們學(xué)習(xí)了采樣電路設(shè)計(jì)的相關(guān)知識,遇到問題互相討論最終解決；2、實(shí)踐出真知,無論課本上講的內(nèi)容如何,只有通過實(shí)踐才能獲得真正的真理,所以在以后的學(xué)習(xí)生活中要理論聯(lián)系實(shí)際,多動手動腦；3、團(tuán)隊(duì)的力量大于個(gè)人,我們?nèi)朔止っ鞔_并將遇到的各種問題討論后一一解決,