低频电子线路课程设计
----电压有效值测量电路
姓名：小杰
专业班级：通信工程（4）班
学号：xxxxxxxxx
实验时间：2013.11.25-2013.11.26
电压有效值测量电路
摘要：采用通用运放LM 324和检波二极管设计一个峰值半波整流电路，实现对正弦波电压有效值的测量，先设计电路图用Multisim软件进行仿真，再根据仿真的电路图在面包板上连接电路，用信号发生器和万用表检验实际电路是否符合要求。
一、设计任务与技术指标
1.设计任务
采用通用运放LM 324和检波二极管设计一个峰值半波整流电路，实现对正弦波电压有效值的测量。
2.技术指标
输入信号频率范围：0~100mV
上限频率：5KHz
电压显示：万用表直流档
电源电压：12V范围内可任选
二、设计要求
1.熟悉电路的工作原理。
2.根据技术指标通过分析计算确定电路形式和参数元件。
3.画出电路原理图。（元器件标准化，电路图规范化）
4.计算机仿真。
三、实验要求：
1、根据技术指标确定测试项目、测试方法和步骤。
2、确定实验所用仪器。
3、作出记录数据的表格。
4、完成实验。
四、实验原理
1、电路工作原理
下图为精密半波整流电路与电容滤波电路所组成的实验原理图，它属于反相型运放电路。当输入电压为正极性时，运放输出为负极性时，运放输出U
o1
为负
极性，二极管D2导通、D1截止，输出电压U
O 为零。当输入电压U
I
为负极性时，
U
o1
为正极性，此时D1导通、D2截止，电路处于反相比例运算状态，输出电压
U O =-U
I
R
f
/R
i。
图1. 仿真实验原理电路图
滤波电路由510Ω电阻与4.7μF并联组成，交流电经过整流后得到的是脉动直流，滤波电路可以大大降低这种交流波纹成分，让整流后的波形变得比较平滑。
2、LM324简介
LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2。
图1
图2
计算元器件参数：
通过整流滤波电路得到电压的峰峰值等于2倍电压有效值，通过放大器计
算公式：
U O=-U I R f/R i
可知，R f/R i应取2/2,在仿真中R f取为1.414kΩ，R i取2 kΩ。
五、元器件选择
通过以上所列公式，以及实验室中所提供的具体的器件选择如下：
LM 324芯片1个
2K电阻1个
1K电阻1个
0.51K电阻2个
4.7μF电容1个
信号发生器1台
万用表1台
直流电压源1台
面包板2块
导线若干
二极管2个
示波器1台
六、计算机仿真图
图2.示波器显示经整流与滤波后的波形
从图2中可以看出最终的波形近似为直线，与预期基本一致。
图3.仿真直流电压表示数
图3显示出来的直流电压表示数近似为信号发生器提供的10mV有效值，与预期基本一致。
七、实验步骤
1.检查芯片是否完好；
2.关闭电源，根据仿真电路图在面包板上连接电路由于缺少合适的元器件，所以R f在实际中用用1.51 kΩ电阻代替；
3.把直流电源调到12V（不能超过12V）并保持关闭状态接在芯片两个电源极上，11号管脚接负极，4管脚接电压源正极，3管脚接地，1管脚接输出，2管脚接输入。接地孔连接到面包板上作为相对参考地端，之后电路所有接地端口都与在面包板上与该端口对应的位置串联；
4.将输入端直接与信号发生器连接，万用表直流档接输出电压，调节信号发生器不同频率和电压值观察万用表示数是否与电压表示数对应；
7.打开直流电源、信号发生器；
8.调节信号发生器的频率与输出电压有效值，记录数据如下表：
注意事项：
插面包板时注意正负极，元器件和导线的并联与串联，地线从电压源引出正确接入电路。
八、数据分析
由测出来的数据可以看出万用表直流档测出的电压值近似等于信号发生器输出电压有效值，说明该实验电路的确实现了半波整流与滤波得到直流的功能。观察示波器的波形变化都与仿真时的现象基本一致，这说明实物电路元器件选择及连接正确，实验基本成功。
九、误差分析
1.面包板的微弱的电阻会对实验产生一定影响；
2.由于不能得准确的电阻，R f阻值与仿真值不同导致测量值与实际值不是很一致，元器件自身误差与外部环境的影响也造成实验结果有误差。滤波电路不能使波形完全平滑，导致示数不准确。
3.万用表、信号发生器、直流电源等仪器的接口老化也会对实验产生影响。
4.外界环境因素，如温度湿度都会对电路产生影响。
十、方案改进
1.电阻在使用之前先用万用表测下实际阻值，选择与所标阻值最接近的电阻。
2.选择较新的面包板，以防面包板老化对实验产生影响。
3.在实验前先检查示波器、信号发生器、万用表、直流电源等仪器所测数值是否准确。
十一、参考文献
1、张桂苓，刘公望《电子线路实验》大连海事大学出版社2006年8月
2、傅丰林《低频电子线路》高等教育出版社 2006年12月
十二、实验总结
通过此次实验，学会了Multisim 电路仿真软件的使用，为今后的专业学习带来了便利，此外对LM 324芯片以及集成芯片有了进一步的了解，进一步加深芯片电源不能反接的概念。此次实验题目为“电压有效值测量”，实际上用到了两个部分，即半波整流电路和滤波电路，对这两个结构的概念进一步加深；在这次实验中，巩固了对之前使用次数不是太多的直流电源和面包板的使用方法。由于这次实验先用multism仿真软件进行仿真，仿真的数据与实际值非常接近，在做实物实验统计数据时也较容易区分对错，与仿真测的数据相差若较大就去分析所连电路是否正确，大大缩短了实验所需时间。此次课程设计中，感谢老师的悉心指导，此外同学们相互提醒也免除了许多不必要的错误。加深了我对半波整流电路的了解。同时我也明白了做实验要学会变通，用电阻，电容的串并联来得到未提供的电阻和电容。
非正弦交流电有效值的计算 交变电流的大小和方向随时间作周期性变化。为方便研究交变电流的特性，根据电流的热效应引入了有效值这一物理量。 定义：若某一交流电与另一直流电在相同时间内通过同一电阻产生相等的热量，则这一直流电的电压、电流的数值分别是该交流电的电压、电流的有效值。 教材中给出了正弦交流电的有效值I与最大值的关系，那么非正 弦交流电的有效值又该如何求解呢？其方法是从定义出发，根据热效应求解。 例1. 如图1所示的交变电流，周期为T，试计算其有效值I。 图1 分析：由图1可知，该交变电流在每个周期T内都可看作两个阶段的直流电 流：前中，，后中，。在一个周期中，该交变电流在电阻R上产生的热量为： ① 设该交变电流的有效值为I，则上述热量 ② 联立①、②两式，可得有效值为 例2. 如图2所示表示一交变电流随时间变化的图象，其中，从t＝0开始的每个时间内的图象均为半个周期的正弦曲线。求此交变电流的有效值。 图2 分析：此题所给交变电流虽然正负半周的最大值不同，但在任意一个周期内，前半周期和后半周期的有效值是可以求的，分别为
设所求交变电流的有效值为I，根据有效值的定义，选择一个周期的时间，利用在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相等，由焦耳定律得 即 解得 例3. 求如图3所示的交变电流的有效值，其中每个周期的后半周期的图象为半个周期的正弦曲线。 图3 分析：从t＝0开始的任意一个周期内，前半周期是大小不变的直流电，为 ，后半周期是有效值为的交变电流。 设所求交变电流的有效值为I，根据有效值的定义，选择一个周期的时间，利用在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相等，由焦耳定律得 即 解得 例4. 如图4实线所示的交变电流，最大值为，周期为T，则下列有关该交变电流的有效值I，判断正确的是（） 图4
交流电压测量 （常规仪器方式） 一、实验目的： 了解交流电压测量的基本原理，分析几种典型电压波形对不同检波特性电压表的响应，以及它们之间的换算关系，并对测量结果做误差分析。 二、实验原理： 一个交流电压的大小，可以用峰值U ?，平均值U ，有效值U ，以及波形因数K F ，波峰因数K P 等表征，若被测电压的瞬时值为)(t u ，则 全波平均值为 ? = T dt t u T U 0 )(1 有效值为 ?= T dt t u T U 02 )(1 波形因数为 U U K F = 波峰因数为 U U K P ?= 而用来测量电压的指针式电压表中的检波器有多种形式，一般来说，具有不同检波特性的电压表都是以正弦电压的有效值来定度的，但是，除有效值电压表外，电压表的示值本身并不直接代表任意波形被测电压的有效值。因此，如何利用不同检波特性的电压表的示值（即 读数）来正确求出被测电压的均值U ，峰值U ?，有效值U ，这便是一个十分值得注意的问题。 根据理论分析，不同波形的电压加至不同检波特性的电压表时，要由电压表读数确定被 测电压的U ?、U 、U ，一般可根据表1的关系计算。 从表1可知，用具有有效值响应的电压表和平均值响应的电压表分别对各种波形的电压测量时，若读数相同，只分别表示不同波形的被测电压有效值U 相同和平均值U 相同，而其余的并不一定相同。
三、实验设备： 1、DA-16晶体管毫伏表（均值检波）1台； 2、TD1914A数字毫伏表（有效值检波）1台； 3、函数信号发生器，型号YB1634，指标：0.2Hz-2MHz，数量1台； 4、双踪示波器，型号YB4320A，指标：20MHz，数量1台。 四、实验预习要求： 1、复习好《电子测量》中电压测量的有关章节。 2、参照仪器使用说明书，了解DA-16晶体管毫伏表、TD1914数字毫伏表、函数信号 发生器及双踪示波器的使用方法。 3、详细阅读实验指导书，作好绘制波形和测试记录的准备。 五、实验步骤： 1、将均值电压测量的实验仪器准备就绪，如下图所示。 2、将DA-16晶体管毫伏表置于1V/0db档位，如下图所示。 3、将DA-16晶体管毫伏表的输入线短接，如下图所示。 4、将DA-16晶体管毫伏表接通电源，待表针稳定，进行调零，如下图所示。 5、打开函数信号发生器的电源，选择产生1KHz左右的正弦波信号，如下图所示。 6、将函数信号发生器的信号线与DA-16晶体管毫伏表的输入端相接，如下图所示。 7、调节函数信号发生器的幅度输出，使DA-16的指示为0.7V，如下图所示。 8、打开示波器的电源，并进行校准，如下图所示。 9、将示波器探头与信号相接，并读出信号峰值，填入表2，如下图所示。 10、由函数信号发生器分别产生三角波、方波，并调节其幅度使电压表指示为0.7V，然后由示波器读出信号峰值，填入表2。 11、将DA—16电压表（平均值检波）换为TD1914A电压表（有效值检波），选择1V/0db 档位，并将其输入线短接，自动调零，如下图所示。 12、将示波器、函数信号发生器、电压表进行连接，如下图所示。 13、调节函数信号发生器的输出幅度，使电压表显示为0.7V，并从示波器上读出信号峰值，填入表2，如下图所示。 14、由函数信号发生器分别产生三角波、方波，并调节其幅度使电压表指示为0.7V， 然后由示波器读出信号峰值，填入表2。 比较由各电压表读数计算出的峰值U?和由示波器直接读出的峰值U?是否一致，并将测量和计算结果填入表2。
一种简单的交流电压测量方法 姓名：李俊利序号：18 通常,在测量220V或380V工频电压时,并不要求非常高的精度,一般的控制系统中,能精确到1%就足够了。在这里向大家介绍一种设计得非常简单的测量方法，实践证明，该方法实用、可靠，成本低廉，完全能够满足一般监控系统的要求。 硬件电路：仅用一个220V/6V-1W的普通电源变压器，经过全波整流，小电容滤波，滤除其高频干扰谐波，然后电阻分压成适合A/D转换的带有纹波的电压。直接连接到A/D输入脚。如果测量380V的电压，将两只220V的变压器串联使用即可。 软件设计： 1、先进行一次A/D转换，存入一个变量x中，作为参考值； 2、再进行一次A/D转换，与上次比较，如果小于x，说明正处于交流电压的下降沿，存入x中；继续A/D转换，至到大于前次的转换值，说明已经进入了交流电压的上升沿，存入x； 3、继续A/D转换，如果转换结果大于x，存入x；直到转换结果小于x，说明x中保存的就是交流电压的最大值！ 4、然后把x除以一个常数，得出你想显示出的值即可。完成一次测量。 这样完成一次测量最长时间是10ms，最短时间只需三次A/D转换时间。如果软件还执行其它操作，便转入其它子程序，之后继续1-4的步骤，将每次结果累加。 测量n次后，求算术平均值。也可以采取其它数字滤波的方法。 为避免测量0电压程序进入死循环，可以设置一个A/D转换次数计数器，转换一定次数之后退出。 校准电压可以在分压电阻中设置一个电位器，也可以软件校准。软件校准的方法：例如在380V点校准，把结果乘以380，再除以380，假如得382。那么，把除数变成382即可。 这样测量交流电压，在宽范围内的线性不是太好，主要原因是全波整流的二极管电压降是一个常数（约1.4V)。但针对220V或380V的电压测量来讲，电压波动不可能超过30%，在此范围内的线性误差还是可以接受的。我曾以一只0.5级的电压表与采取该方法的测量显示值相比较，基本一致。
(1)串联电路P（电功率）U（电压）I（电流）W（电功）R（电阻）T（时间）电流到处相称I1=I2=I 总电压等于各用电器两端电压之和U=U1+U2 总电阻等于各电阻之和... (1)串联电路P（电功率）U（电压）I（电流）W（电功）R（电阻）T（时间） 电流到处相称I1=I2=I 总电压等于各用电器两端电压之和U=U1+U2 总电阻等于各电阻之和R=R1+R2 U1：U2=R1：R2 总电功等于各电功之和W=W1+W2 W1：W2=R1：R2=U1：U2 P1：P2=R1：R2=U1：U2 总功率等于各功率之和P=P1+P2 (2)并联电路 总电流等于遍地电流之和I=I1+I2 遍地电压相称U1=U1=U 总电阻等于各电阻之积除以各电阻之和R=R1R2÷（R1+R2） 总电功等于各电功之和W=W1+W2 I1：I2=R2：R1 W1：W2=I1：I2=R2：R1 P1：P2=R2：R1=I1：I2 总功率等于各功率之和P=P1+P2 (3)统一用电器的电功率 ①定额功率比现实功率等于定额电压比现实电压的平方Pe/Ps=(Ue/Us)的平方 2．有关电路的公式 (1)电阻R ①电阻等于材料疏密程度乘以（长度除以横截平面或物体表面的大）R=疏密程度×（L÷S） ②电阻等于电压除以电流R=U÷I ③电阻等于电压平方除以电功率R=UU÷P (2)电功W 电功等于电流乘电压乘时间W=UIT（普式公式） 电功等于电功率乘以时间W=PT 电功等于电荷乘电压W=QT 电功等于电流平方乘电阻乘时间W=I×IRT（纯电阻电路） 电功等于电压平方除以电阻再乘以时间W=U?U÷R×T（同上） (3)电功率P ①电功率等于电压乘以电流P=UI ②电功率等于电流平方乘以电阻P=IIR（纯电阻电路） ③电功率等于电压平方除以电阻P=UU÷R(同上) ④电功率等于电功除以时间P＝W：T (4)电热Q 电热等于电流平方成电阻乘时间Q=IIRt（普式公式） 电热等于电流乘以电压乘时间Q=UIT=W（纯电阻电路 功率=1.732*定额电压*电流是三相电路中星型接法的纯阻性负载功率计算公式 功率=定额电压*电流是单相电路中纯阻性负载功率计算公式 P=1.732×（380×I×COSΦ）是三相电路中星型接法的感性负载功率计算公式 单相电阻类电功率的计算公式= 电压U*电流I 单相机电类电功率的计算公式= 电压U*电流I*功率因子COSΦ 三相电阻类电功率的计算公式= 1.732*线间电压U*线电流I （星形接法）
·电能公式和电能质量计算公式大全 电能公式和电能质量计算公式大全电能公式 电能公式有W=Pt,W=UIt,(电能＝电功率x时间) 有时也可用W=U^2t/R=I^2Rt 1度=1千瓦时=3.6*10^6焦P：电功率 W：电功 U:电压 I:电流 R：电阻 T:时间 电能质量计算公式大全 1.瞬时有效值： 刷新时间1s。 (1)分相电压、电流、频率的有效值 获得电压有效值的基本测量时间窗口应为10周波。 ① 电压计算公式： 相电压有效值，式中的是电压离散采样的序列值（为A、B、C相）。 ② 电流计算公式： 相电流有效值，式中的是电流离散采样的序列值（为A、B、C相）。 ③ 频率计算： 测量电网基波频率，每次取1s、3s或10s间隔内计到得整数周期与整数周期累计时间之比(和1s、3s或10s时钟重叠的单个周期应丢弃)。测量时间间隔不能重叠，每1s、3s或10s间隔应在1s、3s或10s时钟开始时计。 (2)有功功率、无功功率、视在功率（分相及合相） 有功功率：功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，以字母P表示，单位瓦特 (W)。
计算公式： 相平均有功功率记为，式中和分别是电压电流离散采样的序列值（为A、B、C相）。 多相电路中的有功功率：各单相电路中有功功率之和。 相视在功率 单相电路的视在功率：电压有效值与电流有效值的乘积，单位伏安(VA)或千伏安(kVA)。 多相电路中的视在功率：各单相电路中视在功率之和。 相功率因数 电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S 计算公式： 多相电路中的功率因数：多相的有功功率与视在功率的比值。 无功功率：单相电路中任一频率下正弦波的无功功率定义为电流和电压均方根值和其相位角正弦的乘积，单位乏 (Var)。（标准中的频率指基波频率） 计算公式： 多相电路中的无功功率：各单相电路中无功功率之和。 (3)电压电流不平衡率(不平衡度) 不平衡度：指三相电力系统中三相不平衡的程度。用电压、电流负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的方均根百分比表示。电压、电流的负序不平衡度和零序不平衡度分别用、和、表示。 首先根据零序分量的计算公式计算出零序分量，如果不含有零序分量，则按照不含零序分量的三相系统求电压电流不平衡度。如果含有零序分量，则按照含有零
低频电子线路课程设计 ----电压有效值测量电路 姓名：小杰 专业班级：通信工程（4）班 学号：xxxxxxxxx 实验时间：2013.11.25-2013.11.26
电压有效值测量电路 摘要：采用通用运放LM 324和检波二极管设计一个峰值半波整流电路，实现对正弦波电压有效值的测量，先设计电路图用Multisim软件进行仿真，再根据仿真的电路图在面包板上连接电路，用信号发生器和万用表检验实际电路是否符合要求。 一、设计任务与技术指标 1.设计任务 采用通用运放LM 324和检波二极管设计一个峰值半波整流电路，实现对正弦波电压有效值的测量。 2.技术指标 输入信号频率范围：0~100mV 上限频率：5KHz 电压显示：万用表直流档 电源电压：12V范围内可任选 二、设计要求 1.熟悉电路的工作原理。 2.根据技术指标通过分析计算确定电路形式和参数元件。 3.画出电路原理图。（元器件标准化，电路图规范化） 4.计算机仿真。 三、实验要求： 1、根据技术指标确定测试项目、测试方法和步骤。 2、确定实验所用仪器。 3、作出记录数据的表格。 4、完成实验。 四、实验原理 1、电路工作原理 下图为精密半波整流电路与电容滤波电路所组成的实验原理图，它属于反相型运放电路。当输入电压为正极性时，运放输出为负极性时，运放输出U o1 为负 极性，二极管D2导通、D1截止，输出电压U O 为零。当输入电压U I 为负极性时， U o1 为正极性，此时D1导通、D2截止，电路处于反相比例运算状态，输出电压 U O =-U I R f /R i。
图1. 仿真实验原理电路图
武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计 课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目：电压交流有效值测量电路设计 初始条件： 具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、输入电压峰值0＜v ＜10 2、允许误差为±2％ 3、采用LED分段显示，分段区间自定 4、可加入音响指示 5、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书 6、设计电源； 7、焊接：采用实验板完成，不得使用面包板。 时间安排： 二十一周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计 目录 1. 系统总体设计 (2) 1.1 设计方案 (2) 1.2 电路流程图 (2) 2.各模块方案及电路参数 (2) 2.1 AC-DC转换模块 (2) 2.1.1电路方案 (2) 2.1.2电路参数 (3) 2.1.3电路原理图 (3) 2.2电压比较模块 (4) 2.2.1电路方案 (4) 2.2.2电路原理图 (4) 2.3 LED分段显示电路 (5) 2.3.1电路方案 (5) 4. Multisim仿真 (5) 4.1 AC-DC电路仿真 (5) 4.2仿真电路整体图 (7) 5.所需元件 (8) 6.实物测试 (9) 7.总结 (11) 8.附录 (12) 9.参考书目 (12)
武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计 摘要 《模拟电子技术基础》课程是一门实用的专业课，而该课程的课程设计就是为了让我们巩固在理论课和实验课程中学习到的知识。本次课程设计是做一个电压交流有效值测量电路，并通过LED灯分段显示电压有效值的范围。 众所周知，电压表在工程运用中无处不在，本次课设就是要求我们综合理论课程中的知识，运用Multisim来设计一个简单缩略的交流电压表，并通过安装调试组成一个可以测量电压交流有效值范围的电路。该电压有效值测量电路主要由交直流转换模块和电压比较和显示模块组成。本次课程设计经过方案论证-电路设计-电路实现-安装调试-系统测试-总结报告等过程，达到了提高动手能力和电子技术实践技能的目的。 关键词：电压有效值测量，交直流转换，LED分段显示。
交流电压测量 姓名 学号 日期 一、实验目的： 了解交流电压测量的基本原理，分析几种典型电压波形对不同检波特性电压表的响应，以及它们之间的换算关系，并对测量结果做误差分析。 二、实验原理： 一个交流电压的大小，可以用峰值U ?，平均值U ，有效值U ，以及波形因数K F ，波峰因数K P 等表征，若被测电压的瞬时值为)(t u ，则 全波平均值为 ? = T dt t u T U 0 )(1 有效值为 ?= T dt t u T U 02 )(1 波形因数为 U U K F = 波峰因数为 U U K P ?= 而用来测量电压的指针式电压表中的检波器有多种形式，一般来说，具有不同检波特性的电压表都是以正弦电压的有效值来定度的，但是，除有效值电压表外，电压表的示值本身并不直接代表任意波形被测电压的有效值。因此，如何利用不同检波特性的电压表的示值（即 读数）来正确求出被测电压的均值U ，峰值U ?，有效值U ，这便是一个十分值得注意的问题。 根据理论分析，不同波形的电压加至不同检波特性的电压表时，要由电压表读数确定被 测电压的U ?、U 、U ，一般可根据表1的关系计算。 从表1可知，用具有有效值响应的电压表和平均值响应的电压表分别对各种波形的电压测量时，若读数相同，只分别表示不同波形的被测电压有效值U 相同和平均值U 相同，而其余的并不一定相同。
三、实验设备： 1、数字毫伏表1台； 2、函数信号发生器1台； 3、双踪示波器， 1台。 4、真有效值万用表 1个 四、实验内容： 调节函数信号发生器的输出幅度，使示波器的峰值读数为1V，观测各种电压表的读数 六、思考题： 1、实验过程中为了仪器的安全，电压表量程是否应尽量选大一些（如3V，10V甚至 30V档）？
电缆电压降 对于动力装置，例如发电机、变压器等配置的电力电缆，当传输距离较远时，例如900m，就应考虑电缆电压的“压降”问题，否则电缆采购、安装以后，方才发觉因未考虑压降，导致设备无法正常启动，而因此造成工程损失。 一.电力线路为何会产生“电压降”？ 电力线路的电压降是因为导体存在电阻。正因为此，所以不管导体采用哪种材料（铜，铝）都会造成线路一定的电压损耗，而这种损耗（压降）不大于本身电压的10%时一般是不会对线路的电力驱动产生后果的。 二.在哪些场合需要考虑电压降? 一般来说，线路长度不很长的场合，由于电压降非常有限，往往可以忽略“压降”的问题，例如线路只有几十米。但是，在一些较长的电力线路上如果忽略了电缆压降，电缆敷设后在启动设备可能会因电压太低，根本启动不了设备；或设备虽能启动，但处于低电压运行状态，时间长了损坏设备。 较长电力线路需要考虑压降的问题。所谓“长线路”一般是指电缆线路大于500米。 对电压精度要求较高的场合也要考虑压降。 三.如何计算电力线路的压降？ 一般来说，计算线路的压降并不复杂，可按以下步骤： 1.计算线路电流I 公式：I= P/1.732×U×cosθ 其中： P—功率，用“千瓦”U—电压，单位kV cosθ—功率因素，用0.8～0.85 2 .计算线路电阻R 公式：R=ρ×L/S 其中：ρ—导体电阻率，铜芯电缆用0.01740代入，铝导体用0.0283代入
L—线路长度，用“米”代入 S—电缆的标称截面 3.计算线路压降 公式：ΔU=I×R 举例说明： 某电力线路长度为600m，电机功率90kW，工作电压380v，电缆是70mm2铜芯电缆，试求电压降。 解：先求线路电流I I=P/1.732×U×cosθ=90÷（1.732×0.380×0.85）=161(A) 再求线路电阻R R=ρ×L/S=0.01740×600÷70=0.149(Ω) 现在可以求线路压降了： ΔU=I×R =161×0.149=23.99（V） 由于ΔU=23.99V，已经超出电压380V的5%（23.99÷380=6.3%），因此无法满足电压的要求。 解决方案：增大电缆截面或缩短线路长度。读者可以自行计算验正。 例：在800米外有30KW负荷，用70㎜2电缆看是否符合要求？ I=P/1.732*U*COS?=30/1.732*0.38*0.8=56.98A R=ρL/S=0.018*800/70=0.206欧 △U=IR=56.98*0.206=11.72<19V (5%U=0.05*380=19) 符合要求。 电压降的估算 1．用途
1.如何计算几种典型交变电流的有效值？ 答：交流电的有效值是根据电流的热效应规定的.让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值. 解析：通常求交变电流的有效值的类型有如下几种： （1）正弦式交流电的有效值 此类交流电满足公式e =E m s in ω t ,i =I m s in ω t 它的电压有效值为E = 2 m E ，电流有效值I = 2 m I 对于其他类型的交流电要求其有效值，应紧紧把握有效值的概念.下面介绍几种典型交流电有效值的求法. （2）正弦半波交流电的有效值 若将右图所示的交流电加在电阻R 上，那么经一周期产生的热量应等于它为全波交流电时的1/2，即U 半2 T /R= 2 1（ R T U 2 全），而U 全= 2 m U ，因而得U 半= 2 1U m ，同理得I 半= 2 1I m . （3）正弦单向脉动电流有效值 因为电流热效应与电流方向无关，所以左下图所示正弦单向脉动电流与正弦交流电通入电阻时所产生的热效应完全相同，即U = 2 m U ，I = 2 m I . （4）矩形脉动电流的有效值 如右上图所示电流实质是一种脉冲直流电，当它通入电阻后一个周期内产生的热量相当于直流电产生热量的 T t ，这里t 是一个周期内脉动时间.由I 矩 2 R T =（ T t ）I m 2RT 或（ R U 2 矩） T = T t （ R u 2 m ）T ,得I 矩= T t I m ，U 矩= T t U m .当 T t =1/2时，I 矩= 2 1I m ，U 矩=2 1U m . （5）非对称性交流电有效值
摘要 模拟电子技术课程设计是继《模拟电子技术基础》理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，让学生综合运用模拟电子技术知识，进行实际模拟电子系统的设计、安装和调测，利用multisim等相关软件进行电路设计，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，让学生了解模拟电子技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。 本课程设计的思路是将交流信号经过电阻分压后送至由TL062和电容、电阻组成的AC-DC转换模块，将直流信号送至ICL7107数码管显示，完成交流电压有效值的测量。 关键词：电阻分压、TL062、ICL7107、交直流转换、有效值测量
1 电路方案论证与选择 1.1 系统基本方案 设计电路分为直流稳压电源模块、电压衰减模块、AC-DC模块、数码管显示模块，即可完成题目对交流电压有效值进行测量，并显示的设计要求。 1.2 各模块方案论证与选择 1.2.1 直流稳压可调电源模块 设计图1.1为采用7805设计的直流稳压源。该稳压源可稳定输出+5V电压，电路简单，应用广泛。该稳压源由以下五部分组成。 (1) 降压：通过变压器将输入的220V，50HZ交流电降为+5V输出。 (2) 整流：通过桥式整流电路，将输入的交流电压信号变为脉动信号。 (3) 滤波：通过C1及C2等滤波电容将输入的电压信号转变为波形更为平缓 的电压信号。 (4) 稳压：通过集成稳压芯片7805将不稳定的电压信号变为稳定的直流电 压。 图1-1 直流稳压电源电路 1.2.2 电压衰减模块 由于AC-DC模块的输入电压为200mV，而题目要求的测量电压是V>10V，因此要对输入电压进行衰减。此处采用了电阻分压的方式对电压进行衰减，同时设计参数，使模块能输入200mV~2000V范围内的电压。
电流电阻电压计算公式 1、串联电路电流和电压有以下几个规律：（如：R1，R2串联） ①电流：I=I1=I2（串联电路中各处的电流相等） ②电压：U=U1+U2（总电压等于各处电压之和） ③电阻：R=R1+R2（总电阻等于各电阻之和）如果n个阻值相同的电阻串联，则有R总=nR 2、并联电路电流和电压有以下几个规律：（如：R1，R2并联） ①电流：I=I1+I2（干路电流等于各支路电流之和） ②电压：U=U1=U2（干路电压等于各支路电压） ③电阻：（总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数和）或。 如果n个阻值相同的电阻并联，则有R总= R 注意：并联电路的总电阻比任何一个支路电阻都小。 电功计算公式：W=UIt（式中单位W→焦(J)；U→伏(V)；I→安(A)；t→秒）。 5、利用W=UIt计算电功时注意：①式中的W、U、I和t是在同一段电路；②计算时单位要统一；③已知任意的三个量都可以求出第四个量。 6、计算电功还可用以下公式：W=I2Rt ；W=Pt；W=UQ（Q是电量）； 【电学部分】 1电流强度：I＝Q电量/t 2电阻：R=ρL/S 3欧姆定律：I＝U/R 4焦耳定律： ⑴Q＝I2Rt普适公式) ⑵Q＝UIt＝Pt＝UQ电量＝U2t/R (纯电阻公式) 5串联电路： ⑴I＝I1＝I2 ⑵U＝U1＋U2 ⑶R＝R1＋R2 ⑷U1/U2＝R1/R2 (分压公式) ⑸P1/P2＝R1/R2 6并联电路： ⑴I＝I1＋I2 ⑵U＝U1＝U2 ⑶1/R＝1/R1＋1/R2 [ R＝R1R2/(R1＋R2)] ⑷I1/I2＝R2/R1(分流公式) ⑸P1/P2＝R2/R1 7定值电阻： ⑴I1/I2＝U1/U2 ⑵P1/P2＝I12/I22 ⑶P1/P2＝U12/U22
交流电有效值计算方法 1?如何计算几种典型交变电流的有效值？ 答：交流电的有效值是根据电流的热效应规定的?让交变电流和直流电通过同样的电阻, 如果它们在同一时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值解析：通常求交变电流的有效值的类型有如下几种： (1)正弦式交流电的有效值 此类交流电满足公式e=E m Sin w t,i =I m sin w t 对于其他类型的交流电要求其有效值，应紧紧把握有效值的概念流电有效值 的求法 (2)正弦半波交流电的有效值 若将右图所示的交流电加在电阻 2 1 电时的1/2,即卩U半2T/R=—( 2 U m 1 而U全=—=，因而得U半=一U m, 412 (3)正弦单向脉动电流有效值因为电流热效应与电流方向无关, 电阻 时所 产生 的热 效应 完全 相 同， 即 它的电压有效值为 E=E2， 电流有效值 ?下面介绍几种典型交 R上，那么经一周期产生的热量应等于它为全波交流 U全2T R 1 同理得I半=—I m. 2 所以左下图所示正弦单向脉动电流与正弦交流电通入 七，m 、2
2 2 于直流电产生热量的—，这里t是一个周期内脉动时间.由I矩2RT= ( — ) I m2RT或() T T R
T=T(牛)「得1矩=：T Im，U矩=4.当T=1/2时，1：2im，U矩、2Um. (5)非对称性交流电有效值 假设让一直流电压 U和如图所示的交流电压分别加在冋一电阻上，交变电流在一个周 期内产生的热量为Q1= 2 2 U1 T U2 T ..................... . .............. .. ，直流电在相等时间内产生的热量 R 2 R 2 2?—电压U o=1O V的直流电通过电阻R在时间t内产生的热量与一交变电流通过R/2时在同一时间内产生的热量相同，则该交流电的有效值为多少？ 解：根据t时间内直流电压U o在电阻R上产生的热量与同一时间内交流电压的有效值U在电阻R/2 上产生的热量相同，则 3?在图示电路中，已知交流电源电压u=200si n10n t V,电阻R=10 Q ,则电流表和电压表读数分别为 A.14.1 A,200 V C.2 A,200 V 分析：在交流电路中电流表和电压表测量的是交流电的有效值，所以电压表示数为 200 V=141 V,电流值i=U= ：00 R 衬2汉10 A=14.1 A. U2 T,根据它们的热量相等有 +U 2 )，同理有I = ￡(I 1I 22). 2 2 知=胡「所以U哼=5 2 V B.14.1 A,141 V D.2 A,141 V
1.如何计算几种典型交变电流的有效值 答：交流电的有效值是根据电流的热效应规定的.让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值. 解析：通常求交变电流的有效值的类型有如下几种： （1）正弦式交流电的有效值 此类交流电满足公式e =E m s in ω t ,i =I m s in ω t 它的电压有效值为E =2m E ，电流有效值I =2m I 对于其他类型的交流电要求其有效值，应紧紧把握有效值的概念.下面介绍几种典型交流电有效值的求法. （2）正弦半波交流电的有效值 若将右图所示的交流电加在电阻R 上，那么经一周期产生的热量应等于它为全波交流电 时的1/2，即U 半2T /R=21（R T U 2全），而U 全=2 m U ，因而得U 半=21U m ，同理得I 半=21I m . （3）正弦单向脉动电流有效值 因为电流热效应与电流方向无关，所以左下图所示正弦单向脉动电流与正弦交流电通入电阻时所产生的热效应完全相同，即U = 2m U ，I =2m I . （4）矩形脉动电流的有效值 如右上图所示电流实质是一种脉冲直流电，当它通入电阻后一个周期内产生的热量相当 于直流电产生热量的T t ，这里t 是一个周期内脉动时间.由I 矩2R T =（T t ）I m 2RT 或（R U 2 矩）T =T t （R u 2 m ）T ,得I 矩=T t I m ，U 矩=T t U m .当T t =1/2时，I 矩=21I m ，U 矩=21U m .
（5）非对称性交流电有效值 假设让一直流电压U 和如图所示的交流电压分别加在同一电阻上，交变电流在一个周期 内产生的热量为Q 1=222221T R U T R U ?+?，直流电在相等时间内产生的热量 Q 2=R U 2 T ，根据它们的热量相等有 R U T R U 2 212=?T 得 U =)(212221U U +，同理有I =)(2 12221I I +. 2.一电压U 0=10 V 的直流电通过电阻R 在时间t 内产生的热量与一交变电流通过R/2时在同一时间内产生的热量相同，则该交流电的有效值为多少 解：根据t 时间内直流电压U 0在电阻R 上产生的热量与同一时间内交流电压的有效值U 在电阻R /2上产生的热量相同，则 V 252 ,)2/(02 2 ===U U t R U t R U o 所以 3.在图示电路中，已知交流电源电压u=200s in 10πt V ，电阻R=10 Ω，则电流表和电压表读数分别为 A,200 V A,141 V A,200 V A,141 V 分析：在交流电路中电流表和电压表测量的是交流电的有效值，所以电压表示数为 u =2200 V=141 V ，电流值i =R U =10 2200? A= A. 答案：B
第五章电压测量 一、填空题 1、用一只级50V的电压表测量直流电压，产生的绝对误差≤__伏。 答案： 2、用峰值电压表测量某一电压，若读数为1V，则该电压的峰值为____伏。 答案： 3、采用某电压表（正弦有效值刻度）测量峰值相等（Vp=5V）的正弦波、方波、三角波，发现读数相同，则该表为____检波方式，读数____。 答案：峰值 4、.峰值电压表的基本组成形式为________式。 答案：检波—放大 5、均值电压表的工作频率范围主要受_______的限制，而灵敏度受放大器_______ 的限制。答案：宽带放大器带宽内部噪声 6、在150Ω的电阻上，测得其电压电平为+20dBv，其对应的功率电平应为________。 答案：+26dBm 7、某数字电压表的最大计数容量为19999，通常称该表为________位数字电压表；若其最小量程为，则其分辨力为________ 。 答案：(或四位半) , 10μV 8、DVM测量系统输入端采取的措施，是提高CMR的行之有效的方法。 答案：浮置 9. 四位半的DVM测量15V的稳压电源电压为，取四位有效数字时其值为。 答案： 二、判断题： 1、对双积分式DVM来说，串模干扰的最大危险在低频。（）√ 2、数字电压表的固有误差由两项组成，其中仅与被测电压大小有关的误差叫读数误差，与选用量程有关的误差叫满度误差。（）√ 3、峰值电压表按有效值刻度，它能测量任意波形电压的有效值。（）√ 4、积分式DVM对一定的积分时间T，干扰频率越高，SMR越大。（）× 5、有效值电压表适应于非正弦波的电压测量，其电压刻度与被测电压波形无关。（）×
6、双斜式DVM 中，其平均特性可以抑制共模干扰影响。（ ）√ 7、双积分式DVM 中变换结果与积分器积分元件RC 有关，但其积分器线性不好也不会引起测量误差。（ ）× 8、对于双积分式DVM ，对输入信号积分的时间只有等于工频（50Hz ）的周期时，才能抑制工频干扰。（ ）× 9. 一台四位半的DVM ，基本量程为2V ，则其具有超量程能力。( ) × 四位半的DVM 显示为19999，若基本量程为2V ，则不能再超过此值。 三、选择题： 1、交流电压的波峰因素Kp 定义为____。( C ) A:峰值/平均值 B:有效值/平均值 C:峰值/有效值 D:平均值/峰值 2、波形因素为______。( B ) A:平均值与有效值之比 B:有效值与平均值之比 C:峰值与平均值之比 D:峰值与有效值之比 3、设测量电压时的相对误差的γ，则其分贝误差γ[dB]= ____。( B ) A: 20γlg B: 20)1lg(γ+ C: 10γlg D: 10)1lg(γ+ 4、DVM 的固有误差表示为V ?＝±（m x V V %%βα+），其中第一项x V %α 称为 ( B )。 A:满度误差； B:读数误差； C:量化误差； D:零漂误差。 5、交流电压V(t)的有效值的表达式为_____。( D ) A: ?T dt t v T 0)(1 B: ?T dt t v T 02 )(1 C: ?T dt t v T 0)(1 D: ?T dt t v T 0 2 )(1 6、一台5位DVM ，其基本量程为10V ，则其刻度系数（即每个字代表的电压值）为_____mv/字。( B ) A: B:0.1 C:1 D:10 7、一台5位半DVM ，其基本量程为2V ，则其刻度系数（即每个字代表的电压值）为_____mV/字。( A ) A: B:0.1 C:1 D:10 8、DMM 的串模抑制比定义为20b a U U lg ，其中a U 和b U 分别表示（ ）。( A )
电学公式定律总表 十三、电场 19 1. 两种电荷、电荷守恒定律、元电荷(e=1.60 x 10- C) 2. 库仑定律F=KQ i Q2/r2(在真空中)*F=KQ I Q2/ ￡r2(在介质中F:点电荷间的作用力(N) K:静电力常量K=9.0 x 109N -m f/C2Q i、Q2：两点荷的电量(C) 介电常数r:两点荷间的距离(m) 方向在它们的连线上，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。 3. 电场强度E=F/q (定义式、计算式)E :电场强度(N/C) q:检验电荷的电量(C)是矢量 2 4. 真空点电荷形成的电场E=KQ/ r r :点电荷到该位置的距离(m) Q:点电荷的电亘 5. 电场力F=qE F:电场力(N q：受到电场力的电荷的电量(C) E:电场强度(N/C) 6. 电势与电势差U A=￡A/q U AB=U A- U B U AB =W AB/q=- △ ^/q 7. 电场力做功W AB= qU AB W AB:带电体由A到B时电场力所做的功(J) q: 带电量(C) U AB：电场中A、B两点间的电势差(V) ( 电场力做功与路径无关) 8. 电势能& A=qU A ￡ A:带电体在A点的电势能(J) q:电量(C) U A：A点的电势(V) 9. 电势能的变化厶知=SB- SA (带电体在电场中从A位置到B位置时电势能的差值) 10. 电场力做功与电势能变化厶彌二-W AB= -qU AB (电势能的增量等于电场力做功的负值) 11. 电容C=Q/U (定义式,计算式)C:电容(F) Q:电量(C) U:电压(两极板电势差)(V) 12. 匀强电场的场强E=U AB/d U AB:AB两点间的电压(V) d:AB两点在场强方向的距离(m ) 2 1/2 13. 带电粒子在电场中的加速(V o=0) W=A E K qu=mV t /2 V t=(2qU/m) 14. 带电粒子沿垂直电场方向以速度V)进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用的情况下)类似于平抛运动 l垂直电杨方向:匀速直线运动L=V)t (在带等量异种电荷的平行极板中：E=U/d) Y平行电场方向：初速度为零的匀加速直线运动d=at 2/2 a=F/m=qE/m 15. *平行板电容器的电容C= &S/4 uKd S:两极板正对面积d:两极板间的垂直距离 注：(1)两个完全相同的带电金属小球接触时，电量分配规律:原带异种电荷的先中和后平分，原带同种电荷的总量平分。(2)电场线从正电荷出发终止于负电荷，电场线不相交，切线方向为场强向，电场线密处场强大，顺着电场线电势越来越低，电场线与等势线垂直。(3)常见电场的电场线分布要求熟记，(见图、[教材B7、C178])。 (4)电场强度(矢量)与电势(标量)均由电场本身决定，而电场力与电势能还与带电体带的电量多少和电荷正负有 关。(5)处于静电平衡导体是个等势体,表面是个等势面,导体外表面附近的电场线垂直于导体表面.导体内部合场强为零，导体内部没有净电荷,净电荷只分布于导体外表面。(6)电容单位换算仆=10 6M F=1012P F (7 )电子伏(eV)是能量的单位,1eV=1.60 x 10-19J。(8)静电的产生、静电的防止和应用要掌握。 十四、恒定电流 1. 电流强度I=q/t I: 电流强度(A) q:在时间t内通过导体横载面的电量(C) t:时间(S) 2. 部分电路欧姆定律I=U/R I:导体电流强度(A) U:导体两端电压(V) R:导体阻值(Q ) 3. 电阻电阻定律R=p L/S p :电阻率(Q-m) L:导体的长度(m) S:导体横截面积(m2) 4. 闭合电路欧姆定律I =S /( r + R) S = I r + I R S =U内+U外 I:电路中的总电流(A) S :电源电动势(V) R:外电路电阻(Q ) r:电源内阻(Q)
《单片机应用实践》课程设计任务书 学生姓名:杨博专业班级: 电信1303 班 指导教师: 孟哲工作单位: 信息工程学院 题目: 50Hz正弦波有效值测量仪表的设计与实现 初始条件: （1）提供实验室机房及其proteus7.0以上版本软件； （2）《单片机原理与应用》学习。 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要 求): （1）选择一本《单片机原理与应用》，认真学习该教程的全部内容，包括汇编语言的理解与应用，51单片机的基本功能与应用； （2）要求用51单片机设计一个测量仪表，能够测量量程200mv~20v的50Hz 正弦波交流电的有效值 （3）要求做出仿真，并依照仿真设计实物并对实验结果进行分析和总结； （4）要求阅读相关参考文献不少于5篇； （5）根据课程设计有关规范，按时、独立完成课程设计说明书。 时间安排: (1) 分析课题，完成设计构想两天； (2) 完成仿真一天； (3) 购买元件并完成实物两天； (4) 完成报告书一天； 指导教师签名: 年月日 系主任(或责任教师)签名: 年月日
摘要 在实际生产与生活之中，有效值扮演了一个极其重要的角色。由于有效值能够直接反映出交流信号能量的大小，因此在对于其他物理量例如功率、噪声、失真度、能量转换等的研究上发挥着极其重要的作用。 本次课设完成一个50Hz正弦波有效值测量仪表的设计与实现。根据要求，本次课设以STC89C52单片机为控制核心，通过电阻分压网络、基于AD736的有效值检测模块、基于LM324的信号放大模块以及基于TLC549的A/D转换模块完成正弦波有效值测量工作，结果通过LCD显示。 关键词：正弦波；有效值；单片机控制；AD736；TLC549.
电压测量 一、填空题 1、用一只0.5 级50V的电压表测量直流电压，产生的绝对误差≤__伏。 答案：0.25 2、用峰值电压表测量某一电压，若读数为1V，则该电压的峰值为____伏。 答案： 1.41 3、采用某电压表（正弦有效值刻度）测量峰值相等（Vp=5V）的正弦波、方波、三角波，发现读数相同，则该表为____检波方式，读数____。 答案：峰值 3.53V 4、.峰值电压表的基本组成形式为________式。 答案：检波—放大 7、某数字电压表的最大计数容量为19999，通常称该表为________位数字电压表；若其最小量程为0.2V，则其分辨力为________ 。 答案：(或四位半) , 10μV 9. 四位半的DVM测量15V的稳压电源电压为15.125V，取四位有效数字时其值为。答案： 15.12V 二、判断题： 2、数字电压表的固有误差由两项组成，其中仅与被测电压大小有关的误差叫读数误差，与选用量程有关的误差叫满度误差。（）√ 5、有效值电压表适应于非正弦波的电压测量，其电压刻度与被测电压波形无关。（）× 6、双斜式DVM中，其平均特性可以抑制共模干扰影响。（）√ 7、双积分式DVM中变换结果与积分器积分元件RC有关，但其积分器线性不好也不会引起测量误差。（）× 8、对于双积分式DVM，对输入信号积分的时间只有等于工频（50Hz）的周期时，才能抑制工频干扰。（）× 9. 一台四位半的DVM，基本量程为2V，则其具有超量程能力。( ) × 四位半的DVM显示为19999，若基本量程为2V，则不能再超过此值。 三、选择题： 1、交流电压的波峰因素Kp定义为____。( C )