正文 一级电阻分选电路 课程设计任务书Word格式文档下载.docx
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随着大规模集成电路、计算机技术的迅速发展，以及人工智能在测试技术方面的广泛应用，传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化,逐步形成了一种完全突破传统概念的新一代测试仪器——智能型仪器。
目前，有很多的传统电子仪器已有相应的替代产品，而且还出现不少全新的仪器类型和测试系统体系。
在科学技术高速发展的今天，如何用简单便宜，性能良好的元器件制造出对人类生活和生产更好为有效的产品，已经成为人们研究的主要趋势
本设计直流电源电路，为系统各部分提供稳定、可靠的直流电，检测电路：
把被测电阻与标准电阻串联进行比较，并对于检测的信号进行比较，显示电路：
在终端显示出各种检测信号状态。
设串联电路中被测元件的阻值为
，标准电阻为
，则电路测量情况为：
①若
＞（1＋0.05）
时，A2输出高电平，LED1红灯发光；
A3输出高电平，LED3黄灯不发光。
②若
＜（1－0.05）
时，A2输出低电平，LED1红灯不发光；
A3输出低电平，LED3黄灯发光。
③若0.95
≤
≤（1+0.05）
时，LED1和LED3均不发光，LED2绿灯发光，
表示
为一级电阻。
2系统方框图
图1系统方框图
整个系统由如图1所示主要部分组成，用四运放LM324作为电压跟随器、窗口比较器。
其中电源部分主要是利用变压器、整流桥和三端稳压器输出+/-5V直流电压，供检测电路模块工作电压。
将被测元件与标准电阻串联分压，经电压跟随器在门限电压和窗口比较器的共同作用下输出高低两种电平，再由LED等显示。
由LED灯的状态显示就可以方便快捷挑地选出一级电阻。
硬件电路主要包括电源电路和电阻阻值选择电路。
3电路总图
图2电路总图
本设计主要用LM324、LM7805、LM7905、整流桥电路、阻抗变换等集成电路，将220V市交流电经变压器、桥式整流电路、滤波电路、三端稳压器LM7805，LM7905转化为本设计需要的双+/-5V直流电。
将被测元件与标准电阻串联分压，经电压跟随器在门限电压和窗口比较器的共同作用下输出高低两种电平，再由LED灯显示。
由LED灯的状态显示就可以方便快捷地选出一级电阻。
4电源电路的组成及其工作原理
电源电路包括变压、整流、滤波与稳压四部分。
电源电路图如图3所示。
图3电源电路图
电源电路使220V交流电压经单相桥式整流电路的整流处理，将双向脉冲电压变为单向电压。
单相电压再经电容滤波操作，大大减弱输入信号的脉动成分。
最后由三端集成稳压器LM7805,LM7905输出，其输出电压ui=sv、-ui=5v。
桥式整流电路作用是利用具有单方向导电性能的整流元件将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。
滤波电路由电容元件组成。
它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。
稳压电路的作用使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定[1]。
4.1电源变压器
选择电源变压器时要注意两点：
功率和副级的交流电压U2，其中副边电压V2要依稳压电路的输出电压Uo变压器功率要依据最大输出电流Io来确定，当电压差太小时，会使稳压器的性能变差而不起稳压作用，同时又会增大稳压器本身的功率消耗，使最大输出电流有所降低。
一般的估算方法是，（Uo≤12V时，U2=U0;
当U0≥12V时，U2=U0+2.在具体应用时，还需根据所用电源变压器的实际来作出调整。
电网提供的交流电一般为220V（或380V），而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同，本设计是将电网电压经过电源变压器，然后将变换以后的副边电压（+/-9V）去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值（+/-5V）。
4.2单相桥式整流
整流电路的作用是利用具有单方向导电性能的整流元件将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压，但是这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压差得很远。
本电路应用一组副边线圈的变压器,达到全波整流的目的。
电路种采用了四个二极管，接成电桥形式，故称为桥式整流电路。
在U2的正半周内，二极管VD1,VD2导通，VD3,VD4截止；
U2负半周时，VD3,VD4导电，VD1,VD2截止。
正，负半周均有电流流过负载电阻RL，而且无论在正半周还是负半周，流过RL的电流方向是一致的，因而使输出电压的直流成分得到提高，脉冲成分被降低。
桥式整流电路的工作原理如下：
e2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl，D3导通；
对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。
电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；
对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。
电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
如此重复下去，结果在Rfz，上便得到全波整流电压。
其波形图和全波整流波形图是一样的[1]。
4.3滤波电路
从上面的分析可以看出，整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相去甚远。
所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。
滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等。
图4桥式整流电容滤波电路和波形
图4分别是桥式整流电容滤波电路和它的部分波形。
这里假设t<
0时，电容器C已经充电到交流电压V2的最大值（如波形图所示）。
电解电容器C1是稳压器输入端的滤波电容。
对于电解电容，在高频时其自身存在较大的等效电感，故其对于引入的各种高频干扰的抑制能力较差。
为了改善微波电压和瞬时输入电压，在C1旁并联一只小容量电容器（容量0.1-0.47ｕF）C2，可有效抑制高频干扰。
另外，稳压器在开环增益较高，负载较重的状态下，由于分布参数的影响，有可能产生自激，C2则兼有抑制高频震荡的作用。
在三端稳压器的输出端接入电容器C3是为了改善瞬态负载相应特性和减小高频输出阻抗。
如对电路的要求不高，C2，C3可不用。
4.4稳压电路
LM7805三端稳压器，集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端、输出端和公共端，因而称为三端稳压器。
按功能分类：
固定式稳压电路：
输出电压不能进行调节，为固定值。
可调式稳压电路：
通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。
LM7805为固定式稳压电路，其输出电压有5V，最后两位数表示输出电压值。
LM7805，表示输出电压为＋5V、最大输出电流为1.5A；
LM7905，表示输出电压为－5V、最大输出电流为1.5A；
主要参数：
最大输入电压UImax：
保证稳压器安全工作时所允许的最大输入电压，UImax为35伏。
输出电压UO：
稳压器正常工作时，能输出的额定电压，UO为5V，6V，9V，12V，15V，18V，24V等七个档级。
最小输入输出电压差值（UI—UO）min：
保证稳压器正常工作时所允许的输入与输出电压的差值。
（UI—UO）min应为2—3伏。
此值太小，调整管将进入饱和区。
电压调整率KV：
当输入电压UI变化10%时输出电压相对变化量UO/UO的百分数称为电压调整率KV。
此值越小，稳压性能越好。
电压调整率能达到0.1～0.2%。
（电压调整率是稳压系数Sr当UI/UI=10%的特例）。
输出电阻RO：
在输入电压变化量UI为0时，输出电压变化量Uo与输出电流变化量Io的比值。
即
它反映负载变化时的稳压性能，即稳压器带负载能力。
RO越小，即UO越小，稳压性能越好，带负载能力越强。
由文献[1，536-538]可知。
（1）集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同。
（2）三端集成稳压器的主要参数
最大输入电压Uimax指稳压器输入端可以外加的最大电压，此参数与稳压器的击穿电压有关。
在使用时，不要让整流滤波后的输出电压超过这个数值
最小输入，输出压差（Ui-Uo）min，其中Ui为输入电压，Uo为输出电压，其表示：
稳压器正常工作时要求的输入电压与输出电压的最小差值。
当输入电压小于最小输入电压时，稳压器的输出波纹将变大，稳压性能将降低。
最大输出电流Iomax
输出电压范围。
指稳压器各参数符合要求时的输出电压范围。
二端固定输出稳压器的电压偏差范围一般为标准值的±
5%。
电压调整率Su。
表示稳压器输入电压发生变化时所引起输出电压的变化情况。
对此有两种定义：
第一种定义：
Su=△U0/（△Ui*U0）
这是指单位输出电压相对变化量与输入电压变化量的比值
第二种定义：
将输入电压Ui限定在一个变化的范围内，直接把△Uo数值作为Su。
以上两种定义得到的Su单位不同，前者单位是“百分数/U”后者为“mU”。
可调输出稳压器一般采用第一种定义方法，固定输出稳压器则多使用第二种定义方法。
不论哪一种，Su值越小，说明稳压器性能越好。
（3）实际使用W7805稳压器的注意事项
集成稳压器应安装在面积足够大的散热片上使用，一般可用普通大功率晶体管的散热器代替。
用F-2型标准封装的稳压器，因其金属外壳就是电路的接地端，故不必将散热器与外壳绝缘。
这样大大改善了稳压器的散热性能，同时也为改装分立元件式的稳压电源带来了方便。
若稳压器在工作中散热不良，稳压器过热保护电路就会自动限制输出电流。
稳压器的输入输出端不可接反，否则会烧坏稳压器。
公共端的接线必须确实接触良好。
一旦接地脚与地断开，输出端电压Uo会升高到与输入电压相同，可能造成稳压器所接负载元器件损坏。
如发现接地脚断开，不可带电连接地脚，应先断开电源再连接，否则容易损坏稳压器。
[2-3]
5检测电路设计
检测电路工作原理如下:
Al同相比例运算的一种特殊形式。
作为电压跟随器，其输出电压等于Ux，电压跟随器是同相比例运算电路如图5所示:
图5同向比例运算电路
同相比例运算电路的比例系数总是大于或等于1。
当RO或R1、时，比例系数等于1，此时电路如图6所示
图6电压跟随器
由于这种电路的输出电压与输入电压不仅幅值相等，而且相位相同，二者之间是一种‘银随”关系，所以又称为电压跟随器。
由于引入了深度电压串联负反馈，，因此电路的输入电阻很高，输出电阻很低。
5.2、窗口比较器
A2/A3两个运放组成窗口比较器，其电路及传输特性如图7所示。
这种比较器有两个门限电平:
上门限电平UTH和下门限电平UTL，故也称为双限比较器.在本电路中，UTH=U1,UTL=U2。
经窗口比较器输出两个不同电平，即高电平和低电平。
图7窗口比较器及其传输特性
检测电路如图8所示。
图8检测电路
由图可知，Ux随Rx阻值的增大而增大，且很显然U1>
U2:
当Ux>
U1时，A2输出高电平，A3输出低电平。
当U>
>
Ux>
U:
时，Az输出低电平，A3输出为低电平。
当Ux<
U2时，A2输出低电平，凡输出高电平。
即可通过A2.A3输出的高低电平使对应的发光二极管导通或截止，来显示待测电
阻是否合格。
根据以上分析，当Ux与U1和U2满足以下条件时:
当Rx=1.05Rz时，令Ux=U1
当Rx=0.95Rz时，令Ux=U2
便能检测出范围在0.95-1.05Rz（标准电阻）的生产电阻
按电路图可得式:
1.05Rz/（Rz+1.05Rz）x2Ui=（R2+R3）/（R1+R2+R3）x2Ui
（1）
0.95Rz/（Rz+0.95Rz）x2Ui=R3/（R1+R2+R3）x2Ui
（2）
由1式和2式可得:
（R2+R3）/（R1+R2+R3）=1.05/2.05
R3/（R1+R2+R3）x.95/1.95
只要在R1,R2,R3中选定一个电阻值，便可由上列式求出另两个电阻值。
例如:
取R1=10K.Q，则R3=10KS2,R2=52652
不论Rz取何值，Rx的选择范围都是0.95Rz-1.05Rz，因此，同一电阻分检仪可以接入选择任意标准值的电阻，只要改变Rz即可。
6、显示电路
显示电路由或非门和发光二极管组成，电路如图9所示。
图9显示电路图
当两个不同电平经窗口比较器送出电信号时，会导通相应发光二极管，使其发光，
以显示检测电阻是否合格。
有以下三种情况:
当Ux>
U，时，A2输出高电平，A3输出低电平。
D:
导通，D2,D，截止，此时红灯亮，说明待测电阻Rx阻值高于1.05Rz，不符合生产要求。
当U1>
U2时，A2输出低电平，A3输出为低电平。
D2导通，Di,D3截止，此时绿灯亮，说明待测电阻Rx阻值在0.95-1.95Rz之间，符合生产要求。
U2时，A2输出低电平，A3输出高电平。
D3导通，D1。
D2截止，此时黄亮，说明待测电阻Rx阻值低于0.95Rz，同样不符合生产要求。
[4]
总结
本设计电路是对电阻进行检测，此电路可以直接接到220V上，电路内部由电源部分、检测部分、显示部分组成；
电路主要用LM324、LM7805、LM7905、整流桥电路、阻抗变换等集成电路，将220V市交流电经变压器、桥式整流电路、滤波电路、三端稳压器LM7805，LM7905转化为本设计需要的双+/-5V直流电。
但是本设计还存在缺点，稳压器没有过流保护、电路工作不稳定等。
致谢
本次关于一级电阻分选电路的课程设计在贺素霞和其他辅导老师的精心指导下才得以顺利完成，通过这次毕业设计使我进一步了解电子信息专业，把自己所学的理论知识与时间联系起来，提高了自己的思考能力，动手能力,增强了团队协作意识,激发了创新意识。
感谢学校领导，能给我提供充足的时间，得以我的课程设计和论文才能顺利完成。
感谢我们组的其他成员，能在课程设计过程中，遇到问题时，能相互合作，集中精力共同解决，才使毕业设计得意顺利进展下去。
参考文献
[1]宋家友，乐丽琴，吴显鼎.数字电子技术.哈尔冰工程大学出版社,2010年9月；
[2]吴显鼎，模拟电子技术.南开大学出版社，2010年9月；
[3]杨素行．模拟电子技术基础简明教程．北京：
高等教育出版社，1998；
[4]陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：
机械工业出版社，2008年8月；
[5]杨颂华，冯毛官，孙万蓉，胡力山．数字电子技术基础．西安：
西安电子科技大学出版社，2000；
[6]清源计算机工作室．Protel99se原理图与PCB及仿真．北京：
机械工业出版社，2004。
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