过压欠压报警器.docx

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过压欠压报警器

科信学院

课程设计说明书

（2011/2012学年第一学期）

课程名称：

电子系统应用课程设计

题目：

过压欠压报警器

专业班级：

08电子信息工程1班

学生姓名：

刘文恒

学号：

080072136

指导教师：

谢万新李晓东

贾东立耿志卿

设计周数：

2周

设计成绩：

2011年12月30日

一、课程设计目的-2-

二、技术要求:

-2-

三、课程设计方案论证-2-

1.原理框图-2-

2.原理图-3-

3.单元电路设计-3-

4.元件芯片介绍-5-

四、设计总结-8-

五、参考文献-10-

一、课程设计目的

某些用电设备对输入电压有一定的要求，电网工作正常时，用电设备接通电源，电网电压波动超过10%时，自动切断电源，停止工作。

电源工作正常，绿色发光二极管亮，电源过压红色发光二极管亮、欠压黄色发光二极管亮。

通过灯的亮灭情况监控输入电压。

本课设题目是利用电压比较器的典型例子，实验中利用两个滞回比较器，通过对输入电压比较，得出结论，具体是根据三个发光二极管的发光情况来判断输入电压与标准电压的关系，当电压高出基准电压时，红灯发光，当电压低于基准电压时，黄灯发光，当在正常范围时绿灯发光。

二、技术要求:

1、输入要求：

规定电器的工作电压为180V～240V之间，对与电路正常工作时不警示；

2、输出要求：

当检测到电压超过240V时或低于180V时，电路报警；

3、性能指标：

240伏经过变压器降压成16伏，180伏对应12伏，220伏对应15伏，这三数值是工作电压临界值。

三、课程设计方案论证

1.原理框图

图1

利用实验装置似的交流变压输出的18、20、22V端点模拟电网电压的变化。

用20V模拟电网电压工作在正常范围，用22V和18V模拟电网电压波动超出正负10％状态。

参考电路如图2所示。

图中桥式整流器输出点电位与输入的电网电压有关，其整流滤波后的电位与两个直流参考电压VH（高）及VL（低）在两个比较器A、B中进行比较，比较器输出电压

U1、U2经二极管组成的判别电路驱动执行电路工作。

2原理图

图2过压欠压报警器的原理图

3.单元电路设计

3.1电源电路

报警电路的第一步，首先要将电转化为直流电，还要实现电压的降低，这主要通过变压器实现，而要将交流变直流必须用到我们模电课本里的桥式整流器以及滤波电容，通过全波整流以及滤波，可使变压器输出电压提高1.3倍，时间常数的设定很重要，理论上应该越大越好，这样使电路更稳定。

实验过程中电源部分用可变电源代替稳压电源。

3.2比较电路

比较电路主要由两个理想运放组成，这是电路正常工作的核心。

通过运放组成电压比较器，对输入电压判别，从而输出相应高低电平，作用于后续电路。

比较电路如图3所示。

图3比较电路

3.3执行电路

执行电路也是电路中必不可缺的部分，是电路功能实现和执行部分，是决定实验的成败关键。

执行电路如图4所示。

图4执行电路

3.4电路的工作原理及说明

该方案电路用可变电源代替稳压电源，用VCC=15V代替220V来检测电路，给定15V模拟电压工作在正常范围，用16.5V和13.5V模拟电压波动超出正负10％状态。

电路中用到两组比较器分别比较过压和欠压临界点。

当给电路加入15V电压后然后分别调节两个5K的滑动变阻器，找到过压和欠压临界时的电位点，使电路恰好工作在正常电压范围内，及只有绿色指示灯两，之后，改变电压VCC使它分别取值大于等于16.5V和小于等于13.5时观察电路报警情况，实验结果与理论相符合即设计完成。

4.元件芯片介绍

4.1LM339芯片介绍

4.1.1引脚图

LM339电压比较器芯片内部装有四个独立的电压比较器，是很常见LM339引脚图的集成电路。

利用lm339可以方便的组成各种电压比较器电路和振荡器电路

4.1.2LM339的一些特点和参数

1）电压失调小，一般是2mV；

2）共模范围非常大，为0V到电源电压减1.5V;

3）它对比较信号源的内阻限制很宽；

4）LM339VCC电压范围宽，单电源为2—36V,双电源电压为±1V-±18V；

5）输出端电位可灵活方便地选用；

6）差动输入电压范围很大，甚至能等于VCC。

4.1.3电压比较器LM339简介

LM339集成块采用C-14型封装，外型及管脚排列如图。

由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。

　　LM339类似于增益不可调的运算放大器。

每个比较器有两个输入端和一个输出端。

两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。

用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。

当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。

当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。

两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。

LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。

选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。

因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。

另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。

4.1.2LM339应用范围

LM339可构成单限比较器、迟滞比较器、双限比较器（窗口比较器）、振荡器等。

LM339还可以组成高压数字逻辑门电路，并可直接与TTL、CMOS电路接口。

4.274LS86芯片介绍

4.2.1引脚图

86为四组2输入端异或门，共有54/7486、54/74S86、54/74LS86三种线路结构型式，其主要电特性的典型值如下：

型号

tPLH

tPHL

pD

CT5486/CT7486

15ns

11ns

150mW

CT54S86/CT74S86

7ns

6.5ns

250mW

CT54LS86/CT74LS86

12ns

10ns

31mW

引出端符号：

1A－4A1B－4B输入端

1Y－4Y输出端

4.2.274LS86的真值表

4.2.374LS86芯片极限值

电源电压------------------------------------------------7V

输入电压

54/7486、54/74S86--------------------------------5.5V

54/74LS86---------------------------------------7V

工作环境温度

54×××---------------------------------------－55～125℃

74×××----------------------------------------0～70℃

贮存温度--------------------------------------－65～150℃

4.3LM7805简介

4.3.1引脚图

7805是我们最常用到的稳压芯片了，使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差别,用的最多的还是lm7805。

4.3.2LM7805的特点

1）最大输出电流为1.5A

2）输出电压为5V

3）热过载保护

4）短路保护

5）输出晶体管安全工作区保护

4.4该方案的设计原理与思路

该设计用到的二极管、电阻、电容、集成运放等都是模拟电子线路设计中常用的器件，电路简单易懂，可读性强，制作简单，经济实用。

从器件选择到设计整体都考虑了器件的常见度与成本，所以从总体看遵循了性价比较高的原则。

该方案增加蜂鸣器，不仅用不同的指示灯对电路工作在过压或是欠压的具体情况进行报警，而且在过压或欠压时蜂鸣器也会发声报警电路的工作正常与否。

另外该方案用到了LM7805稳压电路，是设计检测更精确。

四、设计总结

经过两周的课设，我学会了很多平时没有接触的知识。

已经掌握的知识在本次实践中得到了充分的发挥。

经过老师的多次建议和我们自己翻阅资料，最终确定了我们的方案。

我们分工明确，相互学习，顺利完成本次课设。

经过这次课设，我们掌握了报警器电路的基本原理，拓展了知识面。

这使我觉得自己在学习和实践方面有很大局限性，很多事情一定要自己去实践才知道行不行。

五、参考文献

[1]谢嘉奎，电子线路（非线性部分），高等教育出版社。

2004.6

[2]何希才，新型电子电路应用实例，科学出版社。

2005

[3]李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社。

2005.6

[4]康华光，电子技术基础（数字部分），高等教育出版社。

2000.7

课程设计

评语

课程设计

成绩

指导教师

（签字）

年月日

（注：

素材和资料部分来自网络，供参考。

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）