模拟电子技术课程设音频功率测量电路.docVIP

题 目： 音频功率测量电路 院 系：机械工程学院 班 级：测控技术与仪器091201 学 号： 200912020138 学生姓名： 赵世荣 指导教师： 郭宏 设计周数： 两周 日期：2011年12月 30 日 目录 一 设计内容及要求........2 二 工作原理及设计........2 三 调试及总结..............10 四 元器件清单..............14 五 电路总图................15 六 参考文献................16 功率测量电路 （一）设计内容及要求 本设计通过检测负载电流与电压的乘积信号来测量电功率，该测量方法与负载产生的相移无关，不依赖于负载阻抗的变化，以有效值方式实现了有功功率的数字化测量。 （二）工作原理及电路设计 2.1 工作原理 电路组成如图1所示，由取样电路、乘积运算电路、电平转换电路、A／D转换电路和LED显示部分组成。 本设计基于电功率等于电流与电压乘积的基本原理。完成该乘积运算的核心器件是模拟乘法器MC1495，配合使用运算放大器LM741实现电平转换，ICL7107完成A／D转换并驱动LED实现功率的数字显示。 其中，取样电路获取负载电压UL和负载电流IL，模拟乘法器MC1495实现负载电流与电压的乘积运算，即功率运算，该模拟乘法器采用差动方式从2脚和14脚输出与负载功率成比例的电流I2-I14口由运放LM741组成的电平转换电路将乘法器输出的差动电流转换成电压VO，此电压正比于负载上的平均有功功率PO，再配接由ICL7107为核心组成A／D转换及显示电路，LED数码管显示的数字即为负载有功功率。 2.2 电路设计 总体电路如图2所示。整个电路制作在一块5×8 cm的印刷电路板上 (1) 取样电路 取样电路的任务是获取负载电流IL和负载两端的电压UL。图2中精密取样电阻Rsense将负载电流，IL转换为电压VX′，Rsense=0.1 Ω，故VX′==ILRsense0.1IL。负载电压UL则直接送至VY′。 (2) 有效值功率转换电路 由四象限线性模拟乘法器MC1495实现负载电流与电压的乘积运算，采用差动方式输出与负载功率成比例的电流。这部分电路主要设计是依据制造商提供的MC1495技术资料及设计要求，详见文献[4]。 按最大有效值电功率P=100 W设计，扬声器阻抗RLoad耐变化范围在4～16 Ω之间，则负载电流IL最大约5 A(峰值7 A)，负载电压UL最大约40 V(峰值57 V)。从而有VX′(max)=0.7 V，VY′(max)=57 V。选择R01=51 kΩ，R02=R03=R04=10 kΩ，则 满足MC1495输入电压范围不超过±10 V的要求。 根据设计要求，MC1495的13脚外接电阻R13=12 kΩ，3脚外接电阻由R3=12 kΩ与RP3=5.0 kΩ串联组成，从而保证13脚电流I13和3脚电流I3均为1 mA左右。RP3可微调乘法器的增益系数。 根据VX(max)I13RX和VY(max)I3RY得RX0.35 kΩ，RY9.3 kΩ，取RX=0.51 kΩ，RY=10 kΩ。并根据±15 V供电电压，选择1脚外接电阻R1=3.0kΩ，乘法器MC1495输出端2脚和14脚外接负载电阻RL=3.0 kΩ。12脚和8脚分别是乘法器的X和Y输入直流偏置调节，该功能由R05，R06，RP1，RP2，DZ1，DZ2组成的平衡调节网络完成。 至此，乘法器MC1495对电流与电压的乘积运算已实现，从2脚和14脚双端差动方式输出与负载功率成比例的电流信号。设MC1495的2脚和14脚电流(方向如图2所示)分别为I2和I14，则有 (3) 电平转换与滤波电路 电平转换电路由图2中的RL，R07，RP4，Rf和运放LM741组成，作用是将MC1495差动输出电流线性转换成单端输出电压，以便A／D转换。若电路对称(R07+Rp4=Rf，可通过微调RP4实现)，则可得运放的输出电压VO=(I2-I14)Rf，，由式(2)代入得 前面已选择I3=1 mA，RX=0.51 kΩ，RY=10 kΩ，并将式(1)代入式(3)得 就一般情况而言，可能存在非阻性负载引起的相移φ，那么应该以负载电流和电压瞬时值进行深入分析，设，由