電壓超限指示和報(bào)警電路.doc

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1、五電壓超限指示和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)一、目的通過電壓超限指示和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，熟悉窗口比較器和555電路的應(yīng)用。二、要求設(shè)計(jì)一個(gè)電壓過限指示和報(bào)警電路。1.電壓上限為UH=5.5V，下限為UL=4.5V，當(dāng)4.5V＜uI＜5.5V時(shí)，為正常范圍。否則uI＞5.5V或uI＜4.5V都為不正常，此時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2.電壓uI在正常范圍內(nèi)。綠燈亮，不發(fā)出報(bào)警聲響。3.電壓uI低于下限時(shí)，黃燈亮，同時(shí)連續(xù)發(fā)出報(bào)警聲響。4.電壓uI高于上限時(shí)，紅燈閃爍，同時(shí)發(fā)出斷續(xù)的報(bào)警聲響。三、設(shè)計(jì)方案提示根據(jù)題目要求，若需要鑒別一個(gè)電壓是否屬于正?；虿徽７秶?，可以利用窗口比較器。

2、窗口比較器的傳輸特性如圖5-1所示。當(dāng)UH＞uI＞UL時(shí)，輸出為低電平，而當(dāng)uI＞UH或uI＜UL時(shí)輸出為高電平，利用這一特性，就可以鑒別電壓是否處于正常范圍。如果是其他物理量（如溫度）也可以通過傳感器將其轉(zhuǎn)換為電壓量來實(shí)現(xiàn)報(bào)警。圖5-1窗口比較器的傳輸特性圖5-2電壓超限指示和報(bào)警電路框圖聲音報(bào)警可利用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器來實(shí)現(xiàn)，斷續(xù)聲音可以由一個(gè)頻率較低的振蕩器去控制一個(gè)頻率較高的振蕩器來實(shí)現(xiàn)。圖5-2為這種電路的框圖。圖5-3是一個(gè)電壓超限指示和報(bào)警電路的參考電路。四、參考電路簡要說明1.窗口比較器在參考電路中窗口比較器由兩個(gè)運(yùn)算放大器、兩個(gè)二極

3、管和電阻組成，LM324內(nèi)包含四個(gè)運(yùn)算放大器，使用其中的兩個(gè)運(yùn)算放大器組成窗口比較器。（1）當(dāng)UL＜uI＜UH時(shí)，處于正常狀態(tài)，A、B兩點(diǎn)均為低電平，二極管不導(dǎo)通，再經(jīng)或非門輸出，綠色指示燈亮。此時(shí)異或門輸出端C點(diǎn)為低電平，此電壓送到第一片555定時(shí)器的異步置零端（4腳），555振蕩器停振，不發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（2）當(dāng)uI＞UH時(shí)，圖中A點(diǎn)為高電平，B點(diǎn)為低電平，所以或非門輸出為低電平，綠燈滅。而異或門的輸出端C點(diǎn)為高電平，故第一個(gè)振蕩器產(chǎn)生頻率較低的方波信號(hào)。此信號(hào)送至第二片555的（4腳），從而發(fā)出斷續(xù)的報(bào)警聲音信號(hào)。同時(shí)，C點(diǎn)信號(hào)與第一片555的輸出信號(hào)相與

4、，使得紅燈閃爍，其閃爍頻率同第一片555的振蕩頻率相同，達(dá)到了聲、光同時(shí)報(bào)警的目的。（3）當(dāng)uI＜UL時(shí)，A點(diǎn)為低電平，B點(diǎn)為高電平，黃燈亮。而異或門的輸出C點(diǎn)為高電平，第一片555振蕩器起振，其輸出與B點(diǎn)信號(hào)相或，輸出始終為高電平，使第二片振蕩器發(fā)出連續(xù)的報(bào)警聲響。2.555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的設(shè)計(jì)在參考電路圖中，當(dāng)?shù)谝黄?55振蕩器的4腳為高電平振蕩器起振，其振蕩頻率為：若第一片振蕩器的振蕩頻率f1=6Hz，取C1=10μf，R1=1KΩ，則由上式計(jì)算出R2≈11.4KΩ，取R2=10KΩ。第一片555的輸出電壓uo1加到第二片555的異步置零端（4腳

5、），當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，第二片555振蕩器停振；而此信號(hào)為高電平時(shí)，第二片555振蕩器起振，輸出電壓為uo2，產(chǎn)生斷續(xù)報(bào)警信號(hào)，其波形如圖5-4所示。圖5-4斷續(xù)聲音報(bào)警波形圖第二片555振蕩器的C2′=0.2μf，R1′′=0.5KΩ，R2′=8KΩ，根據(jù)式，可計(jì)算出其振蕩頻率f2為：實(shí)驗(yàn)中，集成運(yùn)算放大器使用±12V電源，所有的門電路和定時(shí)器（555或556）都使用CMOS器件。若使用TTL器件（Vcc=+5V）要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和匹配，或集成運(yùn)算放大器的輸出加穩(wěn)壓管限幅電路。