【模电课程设计】---水位检测电路的设计-Toy模板网

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主要内容

用二极管的基本特性、三极管的基本特性、运算放大器、热敏电阻（或可调电阻）等知识,设计相应的模拟电路,实现一款直流稳压电源、水位检测电路的设计.

1、任务要求

(1)设计并制作一个输入电压为 15V（输入电压不分极性）,能输出±5V 电压的直流稳压电源；
(2用 LED1 灯(绿色)做电源指示灯,流过 LED 灯电流≤10mA；
(3)设计一个+5VDC 电源,为数字电路课程设计提供+5VDC 工作电源接口；
(4)用窗口比较器实现当水位在下限以下或上限以上亮 LED 报警,而当水位适当时点亮绿色 LED 的功能；
(5)绿色 LED 2 灯亮时,流过 LED 灯电流≤10mA；
(6)红色 LED 灯亮时,流过 LED 灯电流≤10mA；
(7)实现硬件电路设计、仿真并成功焊接和调试；
(8)电路焊接规范,美观；
(9)撰写项目报告,报告结构完整、排版美观；
(10)答辩思路清晰、论点正确、对设计方案理解深入,问题回答正确；

2 、方案

2.1 直流稳压电源

在直流稳压电源设计中,由整流电路、滤波电路、稳压电路构成,器件上利用整流二极管 1n4007、电容、三端稳压器 7805 及 7905 构成能输出±5V 的直流稳压电源。

2.2 水位检测电路

在水位检测电路设计中,使用一个滑动变阻器的电压模拟水位输入,两个滑动变阻器的电压为窗口比较器 LM393 提供两个阈值电压,LM393 的输出控制 NPN及 PNP 三极管导通,使其达到不同水位时的小灯点亮.设计思路如下图。

【模电课程设计】---水位检测电路的设计

3 、设计原理

3.1 直流稳压电源原理图

【模电课程设计】---水位检测电路的设计
如上图所示：

器件:整流二极管1n4007、三端稳压器7805及7905,发光二极管、电阻及电容若干.
原理:
（1）采用整流桥使得输入端不分极性；
（2）R1电阻用于调节输出端GND的电位,防止LM7805或者LM7905输入电压不到5V导致输出电压失调；
（3）4个1uF去耦电容；
（4）两个470uF电容防止负载忽然增加导致输出电压大幅度降低；

3.2 水位检测电路原理图

【模电课程设计】---水位检测电路的设计
如上图所示：

器件: LM393、整流二极管、滑动变阻器、NPN及PNP三极管、发光二极管、电阻若干.
原理:
（1）滑动变阻器R10模拟水位高度,输入不同的电压；
（2）滑动变阻器R8、R9为比较器提供阈值电压；
（3）根据LM393内部结构图可知,其为开漏输出,因此需接上拉电阻；
（4）为避免Q2(2N3906)导通时将Q1(2N3904)连带导通,使用1N4007将其B极分隔开；

4、实物测试结果及分析

4.1 直流稳压电源实物分析

通过最终调试，选取 1k 电阻，使电源输出能稳定在±5V，并且指示灯点亮，且
电流≦10mA。
【模电课程设计】---水位检测电路的设计
实物结果分析：
（1）正电压输出端：4.9V
（2）负电压输出端：5.0V
（3）绿色 LED 指示灯点亮,并且流过电流为 0.3mA

4.2 直流稳压电源实物与仿真对比分析

【模电课程设计】---水位检测电路的设计
对比结果分析：
实物与仿真在负电压输出结果区别较大,原因可能是实际电路中元件受温度影响或者电路连接本身存在一定电阻,导致电路电位发生变化；LED指示灯电流有微小差异,可忽略.

4.3 水位检测电路

两个电位器的电压为窗口比较器的输入阈值电压，模拟水位的上下线。我们选取水位下限阈值电压为1V，水位上限电压为3V。
【模电课程设计】---水位检测电路的设计

实物结果分析：
选择三个水位典型值,0.5V、1.5V、3.5V,测试结果如下。
（1）输入 0.5V 时,低于水位下限,红灯亮,绿灯灭,并且水位异常红色指示灯工作电流为 0.2mA；
（2）输入 1.5V 时,水位适中,红灯灭,绿灯亮,并且水位正常绿色指示灯工作电流为 0.3mA；
（3）输入 3.5V 时,高于水位上限,红灯亮,绿灯灭,并且水位异常红色指示灯工作电流：0.2mA；