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，所以在实际中用用1.51 kΩ电阻代替；
R
f
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
阻值与仿真值不同导致测量值与实际值不是很一
f
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。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）
