一、概述
1、课题的提出依据和意义
中国人喜欢大摆筵席招呼亲朋好友，可是太多的食物往往无法消受，电冰箱
就成了最好的帮手。第一台电冰箱是１９２３年，由瑞典两位工程师浦拉腾和孟德斯制成的。1956年，国内第一台电冰箱在北京“雪花”冰箱厂研制成功。它不但可以储存剩饭剩菜、发扬节约的传统美德,而且还可以保存新鲜食品，为“懒人”们腾出更多的时间。不用多说，电冰箱的发展也是日新月异的，外形越发豪华美观，功能趋向完善，如抗菌、节能、０°Ｃ保鲜等。目前电冰箱广泛应用于家庭、医药卫生、商业和科研单位冷冻、冷藏设备。在日常生活中，人们对电冰箱的依赖性越来越高，但由于我国电力系统的不稳定性，给电冰箱的使用和保护带来了许多不便，不少电冰箱受到了不同程度的损坏，给家庭和社会带来了不小的损失。 电冰箱保护器是随着电冰箱的不断普及而派生的一种专用保护装置。它的使用，大大延长的电冰箱的使用寿命，已经成为家庭必不可少的得力帮手。电冰箱保护器的发展也成为多样化，也为电冰箱提供了有效的保护。 2、设计任务及技术指标
设计一个电冰箱多功能保护器，具有延时通电和过电压、欠电压保护功能。 电冰箱多功能保护器在停电后有来电时，延时5秒再接通电冰箱的电源，可防止压缩机启动时负载过重而损坏;当市电低于185V或高于240V时，该保护器能自动切断电冰箱的工作电源，避免了电冰箱在非正常的电压范围内工作而损坏。
一、方案论证
经过分析设计要求，共有二个设计方案满足要求。 方案一：
先进行电压延迟输出，再进行电压比较，由比较电路连接显示单元。 方案一的原理框图如图（1）所示
图（1） 方案一的原理框图
方案二：
电压比较和电压延迟输出同时进行，二者的输出连接一个与门，再有与门连接显示单元。
方案二的原理框图如图（2）所示
图（2） 方案二的原理框图
经过比较俩个方案的成本、稳定性等特点，以及对电路的了解和应用，选择第二个方案。由于第二个方案在Multisim里仿真较为繁琐、不方便，而在protues里仿真相对简单得多，所以决定用protues仿真。 二、电路设计
1.直流稳压电源：
电源转换原理框图如图（3）所示
图（3） 电源转换原理框
电路图如图（4）所示
图（4） 直流稳压电源电路图
选用220V 50Hz正弦电压作为源电压，经过变压器、单相桥式整流电路和电容滤波电路输出U=50V电压，在经过7805三端稳压器，输出5V的直流电压，
2、比较电路：
比较电路原理框图如图图（5）所示
图（5） 比较电路原理框图
电路图如图（6）所示
图（6） 比较电路电路图
当220V变压成3.6V时，240V所对应的电压U1满足下面的等式： UI/3.6=240/220; 所以U1=240*3.6/220=4.0V 。 同理可得，185V所对应的电压为3.0V。
设计原理：当电压不处于220~240V之间时，根据集成运放的特性，肯定有一个运放输出电压为0，经过后面的与门，输出电压为低电平，不能驱动后续电路。当电压处于220~240V之间时，根据集成运放的特性，俩个运放输出电压为
高电平，经过后面的与门，输出电压为1，可以驱动后续电路。
3、延时电路
延时电路原理框图如图（7）所示
图（7） 延时电路原理框图 电路图如图（8）所示
图（8） 延时电路电路图
因为延时时间t=5s，根据单稳态触发器的特性，1.1*R1*C2=5s，可设定R1=450KΩ，C2=10uf。
设计原理：停电时单稳态触发器的输入为高电平，输出为低电平，所以D触发器的时钟信号为高电平、没有高电平脉冲，输出为低电平，通过后面的与门，输出电压为低电平，不能驱动后续电路。来电时单稳态触发器的初始输入为高电平，初始输出为高电平，所以D触发器的初始时钟信号为低电平、没有高电平脉冲，初始输出不反转、仍为低电平，通过后面的与门，初始输出电压为低电平，不能驱动后续电路；经过单稳态触发器的延时作用，5秒钟后输出改为低电平，所以D触发器的时钟信号改为高电平，时钟信号出现高电平脉冲，输出反转、改为高电平，通过后面的与门，输出电压改为高电平，可以驱动后续电路。
4、控制电路
控制电路原理框图如图（9）所示
图（9） 控制电路原理框图
电路图如图（10）所示
图（10） 控制电路电路图
设计原理：当目前有电且电压值在185~220V之间时，与门俩个输入端均为高电平，输出也为高电平，可以驱动后续电路使LED灯亮起来。目前有电和电压值在185~220V之间，这俩个条件只要有一个不满足条件或者两个条件都不满足时，就无法驱动后续电路使LED灯亮起来。 三、性能测试
1、电源测试，将电源接入电压表得到读数（电压值为5.02V）
直流稳压电源的仿真测试结果图：
图（11） 电源电路测试图
2、比较电路测试
（1）当电压小于185V时，由LED灯没有亮起得到输出低电平的结果：
图（12） 比较电路测试一
（2）当电压大于185V且小于240V时，由LED灯亮着得到输出高电平的结果：
图（13） 比较电路测试二
（3）当电压大于240V时，由LED灯没有亮起得到输出低电平的结果：
图（14） 比较电路测试三
3、延时电路测试
(1) 当停电时，由LED灯没有亮起得到输出低电平的结果：
图（15） 延时电路测试一
(2) 当停电后有来电时，由LED灯亮着得到输出高电平的结果
:
图（16） 延时电路测试二
图（17） 示波器显示输出结果（下面第一行左边第一个旋钮为时间刻度）
4、整体测试
（1） 当停电后有来电且电压大于185V且小于240V时，由LED亮着得到 电冰箱
正在工作的结果：
图（18） 整体电路测试一
图（19）示波器显示高低电平（下面第一行左边第一个旋钮为时间刻度）
（2） 当停电时或者电压值不在185~240V之间时，由LED没有亮起得到电
冰箱没有正在工作的结果：
图（20） 整体电路测试二
四、结论
设计电路成功实现了延时供电和过电压、欠电压保护功能；在电压大于240V或小于185V时，自动切断电源；停电后有来电，延时5秒后再接通电冰箱电源。
五、性价比
该保护器电路元器件少，电路相对简单,而且和其他一些保护器相比较，可
以实现更多的功能。
六、课设体会及合理化建议
这次电子课程设计，它加深与巩固了我们所学的专业基础课程，例如数电和模电，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的能力。这次课设的设计流程我采用分块的设计顺序，优化了设计流程使之更符合逻辑性。但是在将各个分电路整合时，不能使各个分电路同时运行，只能满足部分电路的运行条件，所以每个环节必须认真进行，如果某模块电路没有设计好，或者存在错误，则总的电路都会受到影响。但由于之前没有设计类似复杂的电路，所以有些电路参数设置出现问题而导致电路运行不了，这次课设也增加了我对实际电路的认识。通过这次课程设计，我基本掌握了用Protues软件仿真电路图并进行仿真分析，且初步掌握了电子电路的设计方法，在以后的学习中还需多加练习，熟练掌握，为以后的工作作准备。
回顾这次课程设计，从理论到实践，我懂得了理论与实践相结合的重要性。而对于处理复杂的电路图，更需要的是我们的耐心和信心。
我认为对于电子课设来说，其中做实物的环节可以删去，而改成以一种实验的形式达到目的，电子课设电路本身有一定的复杂度，焊接电路过程难免出现错误，这不仅浪费材料，还费时费力，如果能以一种实验的形式来替代自己焊接实物，可以解决很多问题。
参考文献
[1]童诗白.模拟电子技术基础（第四版）.[M]北京：高等教育出版社 [2]阎石.数字电子技术基础（第五版）.[M]北京：高等教育出版社 [3]康光华.电子技术基础.[M]北京：高等教育出版社 [4]黄永定.电子实验综合实训教程.[M]北京：机械工程出版社
附录一 总电路图
图（21） 总电路图
附录II 元器件清单
一、概述
1、课题的提出依据和意义
中国人喜欢大摆筵席招呼亲朋好友，可是太多的食物往往无法消受，电冰箱
就成了最好的帮手。第一台电冰箱是１９２３年，由瑞典两位工程师浦拉腾和孟德斯制成的。1956年，国内第一台电冰箱在北京“雪花”冰箱厂研制成功。它不但可以储存剩饭剩菜、发扬节约的传统美德,而且还可以保存新鲜食品，为“懒人”们腾出更多的时间。不用多说，电冰箱的发展也是日新月异的，外形越发豪华美观，功能趋向完善，如抗菌、节能、０°Ｃ保鲜等。目前电冰箱广泛应用于家庭、医药卫生、商业和科研单位冷冻、冷藏设备。在日常生活中，人们对电冰箱的依赖性越来越高，但由于我国电力系统的不稳定性，给电冰箱的使用和保护带来了许多不便，不少电冰箱受到了不同程度的损坏，给家庭和社会带来了不小的损失。 电冰箱保护器是随着电冰箱的不断普及而派生的一种专用保护装置。它的使用，大大延长的电冰箱的使用寿命，已经成为家庭必不可少的得力帮手。电冰箱保护器的发展也成为多样化，也为电冰箱提供了有效的保护。 2、设计任务及技术指标
设计一个电冰箱多功能保护器，具有延时通电和过电压、欠电压保护功能。 电冰箱多功能保护器在停电后有来电时，延时5秒再接通电冰箱的电源，可防止压缩机启动时负载过重而损坏;当市电低于185V或高于240V时，该保护器能自动切断电冰箱的工作电源，避免了电冰箱在非正常的电压范围内工作而损坏。
一、方案论证
经过分析设计要求，共有二个设计方案满足要求。 方案一：
先进行电压延迟输出，再进行电压比较，由比较电路连接显示单元。 方案一的原理框图如图（1）所示
图（1） 方案一的原理框图
方案二：
电压比较和电压延迟输出同时进行，二者的输出连接一个与门，再有与门连接显示单元。
方案二的原理框图如图（2）所示
图（2） 方案二的原理框图
经过比较俩个方案的成本、稳定性等特点，以及对电路的了解和应用，选择第二个方案。由于第二个方案在Multisim里仿真较为繁琐、不方便，而在protues里仿真相对简单得多，所以决定用protues仿真。 二、电路设计
1.直流稳压电源：
电源转换原理框图如图（3）所示
图（3） 电源转换原理框
电路图如图（4）所示
图（4） 直流稳压电源电路图
选用220V 50Hz正弦电压作为源电压，经过变压器、单相桥式整流电路和电容滤波电路输出U=50V电压，在经过7805三端稳压器，输出5V的直流电压，
2、比较电路：
比较电路原理框图如图图（5）所示
图（5） 比较电路原理框图
电路图如图（6）所示
图（6） 比较电路电路图
当220V变压成3.6V时，240V所对应的电压U1满足下面的等式： UI/3.6=240/220; 所以U1=240*3.6/220=4.0V 。 同理可得，185V所对应的电压为3.0V。
设计原理：当电压不处于220~240V之间时，根据集成运放的特性，肯定有一个运放输出电压为0，经过后面的与门，输出电压为低电平，不能驱动后续电路。当电压处于220~240V之间时，根据集成运放的特性，俩个运放输出电压为
高电平，经过后面的与门，输出电压为1，可以驱动后续电路。
3、延时电路
延时电路原理框图如图（7）所示
图（7） 延时电路原理框图 电路图如图（8）所示
图（8） 延时电路电路图
因为延时时间t=5s，根据单稳态触发器的特性，1.1*R1*C2=5s，可设定R1=450KΩ，C2=10uf。
设计原理：停电时单稳态触发器的输入为高电平，输出为低电平，所以D触发器的时钟信号为高电平、没有高电平脉冲，输出为低电平，通过后面的与门，输出电压为低电平，不能驱动后续电路。来电时单稳态触发器的初始输入为高电平，初始输出为高电平，所以D触发器的初始时钟信号为低电平、没有高电平脉冲，初始输出不反转、仍为低电平，通过后面的与门，初始输出电压为低电平，不能驱动后续电路；经过单稳态触发器的延时作用，5秒钟后输出改为低电平，所以D触发器的时钟信号改为高电平，时钟信号出现高电平脉冲，输出反转、改为高电平，通过后面的与门，输出电压改为高电平，可以驱动后续电路。
4、控制电路
控制电路原理框图如图（9）所示
图（9） 控制电路原理框图
电路图如图（10）所示
图（10） 控制电路电路图
设计原理：当目前有电且电压值在185~220V之间时，与门俩个输入端均为高电平，输出也为高电平，可以驱动后续电路使LED灯亮起来。目前有电和电压值在185~220V之间，这俩个条件只要有一个不满足条件或者两个条件都不满足时，就无法驱动后续电路使LED灯亮起来。 三、性能测试
1、电源测试，将电源接入电压表得到读数（电压值为5.02V）
直流稳压电源的仿真测试结果图：
图（11） 电源电路测试图
2、比较电路测试
（1）当电压小于185V时，由LED灯没有亮起得到输出低电平的结果：
图（12） 比较电路测试一
（2）当电压大于185V且小于240V时，由LED灯亮着得到输出高电平的结果：
图（13） 比较电路测试二
（3）当电压大于240V时，由LED灯没有亮起得到输出低电平的结果：
图（14） 比较电路测试三
3、延时电路测试
(1) 当停电时，由LED灯没有亮起得到输出低电平的结果：
图（15） 延时电路测试一
(2) 当停电后有来电时，由LED灯亮着得到输出高电平的结果
:
图（16） 延时电路测试二
图（17） 示波器显示输出结果（下面第一行左边第一个旋钮为时间刻度）
4、整体测试
（1） 当停电后有来电且电压大于185V且小于240V时，由LED亮着得到 电冰箱
正在工作的结果：
图（18） 整体电路测试一
图（19）示波器显示高低电平（下面第一行左边第一个旋钮为时间刻度）
（2） 当停电时或者电压值不在185~240V之间时，由LED没有亮起得到电
冰箱没有正在工作的结果：
图（20） 整体电路测试二
四、结论
设计电路成功实现了延时供电和过电压、欠电压保护功能；在电压大于240V或小于185V时，自动切断电源；停电后有来电，延时5秒后再接通电冰箱电源。
五、性价比
该保护器电路元器件少，电路相对简单,而且和其他一些保护器相比较，可
以实现更多的功能。
六、课设体会及合理化建议
这次电子课程设计，它加深与巩固了我们所学的专业基础课程，例如数电和模电，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的能力。这次课设的设计流程我采用分块的设计顺序，优化了设计流程使之更符合逻辑性。但是在将各个分电路整合时，不能使各个分电路同时运行，只能满足部分电路的运行条件，所以每个环节必须认真进行，如果某模块电路没有设计好，或者存在错误，则总的电路都会受到影响。但由于之前没有设计类似复杂的电路，所以有些电路参数设置出现问题而导致电路运行不了，这次课设也增加了我对实际电路的认识。通过这次课程设计，我基本掌握了用Protues软件仿真电路图并进行仿真分析，且初步掌握了电子电路的设计方法，在以后的学习中还需多加练习，熟练掌握，为以后的工作作准备。
回顾这次课程设计，从理论到实践，我懂得了理论与实践相结合的重要性。而对于处理复杂的电路图，更需要的是我们的耐心和信心。
我认为对于电子课设来说，其中做实物的环节可以删去，而改成以一种实验的形式达到目的，电子课设电路本身有一定的复杂度，焊接电路过程难免出现错误，这不仅浪费材料，还费时费力，如果能以一种实验的形式来替代自己焊接实物，可以解决很多问题。
参考文献
[1]童诗白.模拟电子技术基础（第四版）.[M]北京：高等教育出版社 [2]阎石.数字电子技术基础（第五版）.[M]北京：高等教育出版社 [3]康光华.电子技术基础.[M]北京：高等教育出版社 [4]黄永定.电子实验综合实训教程.[M]北京：机械工程出版社
附录一 总电路图
图（21） 总电路图
附录II 元器件清单