1、 题题 目：目： 音频功率测量电路音频功率测量电路 院院 系：系：机械工程学院机械工程学院 班班 级：级：测控技术与仪器测控技术与仪器 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 设计周数：设计周数： 日期：2011 年 12 月 30 日 目录目录 一一 设计内容及要求设计内容及要求22 二二 工作原理及设计工作原理及设计22 三三 调试及总结调试及总结1010 四四 元器件清单元器件清单1414 五五 电路总图电路总图1515 六六 参考文献参考文献1616 功率测量电路功率测量电路 （一）设计内容及要求设计内容及要求 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，
2、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工作原理及电路设计 2.1 2.1 工作原理工作原理 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、AD 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 AD 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
3、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 AD 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 2.2 电路设计电路设计 总体电路如图 2 所示。整个电路制作在一块 58 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，Rsens
4、e=0.1 ，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416 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 k，R02=R0
5、3=R04=10 k，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 k，3 脚外接电阻由 R3=12 k与 RP3=5.0 k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)9.3 k，取 RX=0.51 k，RY=10 k。并根据15 V供电电压， 选择1脚外接电阻R1=3.0k， 乘法器MC1495 输出端2脚和14脚外接负载电阻 RL=3.0 k。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
6、，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 AD 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 k，RY=10 k，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， 那么应该以负载电流和电压瞬时值进行深
