课程设计(论文)--一级电阻分选电路的设计.doc

课程设计说明书 第I 页
一级电阻分选电路的设计
摘 要
本设计充分利用了现代集成芯片技术，采用了阻抗变换和比较的方法，其结果简单、控制可靠、使用方便、具有很高的灵敏性，又不易产生错误。具有很高的使用价值。
主要运用桥式整流电路，窗口比较电路和显示电路等基本电路，并利用三端稳压器稳定输出电压，并通过窗口比较电路输出高低电平，再通过LED显示电路显示出合适的电阻，从而方便快捷的挑选出一级电阻。本设计主要运用的芯片有W7805,W7905,CD4001,LM324D等。整体设计遵循硬件工程的方法经过需求分析，总体设计，安装调试，模块测试和系统实现几个阶段。
关键词：稳压电路，窗口比较器，CD4001，电阻测量

目 录
1 课题描述 1
2 设计方案 1
2.1电源电路设计 2
2.2检测电路 2
2.3显示电路 5
3元件选择 5
3.1 三端稳压器 5
3.2 LM324四运放 6
3.3 四输入或非门 6
4整体电路 7
总 结 8
致 谢 9
参考文献 10

9

课程设计说明书 第9 页
1 课题描述
随着工业的快速发展，很多东西得到了批量的生产。但是，这就给质量检验增加了难度。过去的微电子技术已经不能满足现状所需，因此微电子技术的发展应运而生，新的测试方法，新的测试理论，新的测试领域以及新的测试领域不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的观念，电子仪器的功能和作用发生了质的变化。因此，如何快速而又高效的检测便成了人们关注的问题。比如，生产出来的电阻由于各种原因而造成在一定范围内浮动，如何筛选变化在0.95~1.05范围内的合格电阻而抛弃那些不合格的电阻。本设计是对电阻进行检测，有电源部分，检测部分和显示部分构成。并且，此设计可以直接加载在220V交流电上。其中，电源部分由整流桥整流和三态稳压管进行稳压，以输出+/- 5V的直流电压，用以检测电路模块的工作。检测部分通过选定门限电压、标准电阻，通过窗口比较器进行比较，就可以快速而又准确的检测出被测电阻是否合格。
2 设计方案
整个电路系统如图1所示，由电源部分、检测部分和显示部分三部分构成[1]。
电源模块

显示模块
检测模块

图1 整体电路框图
电源模块由桥式整流、电容滤波和三端集成稳压块W7805和W7809等部分组成，可使输出电压为+/-5V。检测电路由LM324四运放集成芯片构成，其中一个运放作为电压跟随器事项阻抗变换，另外两个运放组成窗口比较器。由门限电压与阻值的关系，求出上下门限电压。经窗口比较器输出两个不同电平，即高电平和低电平。当标准电阻Rz改变时，不影响电阻选择的精度。当电源电压改变时，也不影响电阻选择的精度。
显示电路部分由或非门、发光二极管组成。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。
2.1电源电路设计
电源电路由变压、整流、滤波和稳压四部分。电路图如下图2所示[2][8]。

图2电源电路
电源电路由220V交流电压经桥式整流电路的整流处理后，将双向电压变为单向电压。单向电压再经电容滤波作用，使得输入信号的脉动成分大大减弱。最后由三端集成稳压器W7805、W7905输出，其输出电压Ui=5V、-Ui=-5V。
桥式整流电路作用是利用具有二极管的单向导电性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除，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输入电压或负载电流发生变化时保持稳定。
2.2检测电路
检测电路工作原理是电压跟随器A的输出电压等于Ux，电压跟随器是同相比例运算的一种特殊形式。同相比例运算电路如下图3所示[2][6]：

图3同相比例运算电路
同相比例运算电路的比例系数总是大于或等于1。当RF=0或R1=∞时，比例系数等于1，此时电路如图4所示[2]。

图4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“跟随”关系，所以又称为电压跟随器。同时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。
A2A、A3A两个运放组成窗口比较器，其电路及传输特性如图5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[3]。

（a）窗口比较器电路 (b) 传输特性
图5 窗口比较器及其传输特性
检测电路如图6所示。由图6可知， Ux随Rx阻值的增大而增大，且很显然U1＞U2：
当Ux＞U1时，A2A输出高电平，A3A输出低电平。
当U1＞Ux＞U2时，AA输出低电平，A3A输出为低电平。
当Ux＜U2时，A2A输出低电平，A3A输出高电平。
即可通过A2A、A3A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。

图6检测电路图
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)×2Ui=(R2+R3)/(R1+R2+R3)×2Ui
0.95Rz/(Rz+0.95Rz)×2Ui=R3/(R1+R2+R3)×2Ui
由以上两式可得：
(R2+R3)/(R1+R2+R3)=1.05/2.05
R3/(R1+R2+R3)=0.95/1.95
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=10KΩ,则R3=10KΩ,R2=526Ω
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。
2.3显示电路
显示电路由或非门和发光二极管组成，电路如图7所示[9]：

图7 显示电路原理图
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＞U1时，A2A输出高电平，A3A输出低电平。D1导通，D2、D3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＞Ux＞U2时，A2A输出低电平，A3A输出为低电平。D2导通，D1、D3截止，此时黄灯亮，说明待测电阻Rx阻值在0.95~1.95Rz之间，符合生产要求。
当Ux＜U2时，A2A输出低电平，A3A输出高电平。D3导通，D1、D2截止，此时绿灯亮，说明待测电阻Rx阻值低于0.95Rz，同样不符合生产要求。
3元件选择
3.1 三端稳压器
三端集成稳压器分为固定输出和可调输出两种不同的类型。其中固定输出集成稳压器又分为正输出和负输出两类。本设计所采用的W7805和W7905即分别是固定正输出和负输出集成三端集成稳压器。图8为三端稳压器的原理图。

图8 三端稳压器
三端集成稳压器芯片只引出三个端子，分别接输入端、输出端和公共端。
3.2 LM324四运放
LM324为四运放集成电路芯片，电路功耗很小，LM324工作电压范围宽，可用正电源3～32V，或正负双电源±1.5V～±16V工作。它的输入电压可低到零电位，而输出电压范围为0～32V。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。其引脚排列如图9所示[3][4]。

图9LM324引脚图
3.3 四输入或非门
本设计选用CD4001四输入或非门芯片，它的内部包含四组完全相同的或非门，并且四组或非门相互独立。其引脚图如图10所示。

图10CD4001引脚图
4整体电路
输入220V的交流电，经过桥式整流电路将双向交流电压转换为单向交流电压，通过电容的滤波之后，在经过三端稳压器稳压，使其输出5V的正负电压，然后通过比较电路，红灯亮和绿灯亮时分别为打大于和小于要求的电阻，黄灯亮时为要求电阻。电路如图11所示。

图11 整体电路图

总 结
本设计主要运用桥式整流电路，窗口比较电路和显示电路等基本电路，并利用三端稳压器稳定输出电压，并通过窗口比较电路输出高低电平，再通过LED显示电路显示出合适的电阻，从而方便快捷的挑选出一级电阻。充分利用了现代集成芯片技术，采用了阻抗变换和比较的方法，其结果简单、控制可靠、使用方便、具有很高的灵敏性，又不易产生错误。具有很高的使用价值。

致 谢
本次关于一级电阻分选电路的课程设计在老师的精心指导下才得以顺利完成。同时，通过本次课程设计，使我提高了自己应用查阅资料的能力和综合运用资料的能力，同时提高了自己的动手能力。
感谢学校领导，能给我提供充足的时间，得以使我们的课程设计才能顺利完成。

参考文献
[1]周惠潮 孙晓峰.常用电子器件及典型应用[M].电子工业出版社.2007年4月
[2]杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第三版）[M].高等教育出版社.2007年5月.
[8] 赵学良，张国华.电源电路[M].北京:电子工业出版社,1995
[9] 黄继昌.数字集成电路应用300例 人民邮电出版社