B数显式电路设计方案

1 B 数显式电路设计方案 一 课程设计的任务及基本要求 课程设计任务书 三极管的电流放大系数 值可以用晶体管特性图示仪来进行测量，但存在着读数不直观和误差较大等缺点，因此本课题要求设计一个“三极管值得数显式测量电路”。 目的及意义： 了解物理参数测量的基本原理和数显电路的设计方法和步骤。 学会理论联系实际，对上学期所学的数电课程还有模电课程有更深的理解，另一方面加强大家的动手操作能力和实际解决问题的能力。培养小团队合作精神，提高学习能力。 （ 1） 1. 测量 三极管的直流电流放大系数 199。 测试条件： 、 10A ，允许误差 2 。 B、 14V16V，对不同 值的三极管， 本不变。 （ 2）用两只 码管和一个发光二极管构成十进制数字显示器，二极管作为百位显示，它的 亮状态和暗状 态 分别用来代表 1 和 0，两只 最大显示数字为 199。数字显示器显示的数字应当清晰，显示周期的长短要合适（ （ 3）设 B、 C、 E 三个插孔，当被测二极管插入时，打开电源，显示器即显示该二极管的 值， 响应时间不超过 2秒钟 (4)测量电路误差绝对值不超 过 1+5N/100（ 字显示器的 读数 ） (5)限定使用的主要元器件 通用型集成运放 阻型集成运放 通用型集成电压比较器 成定时器 七段译码器 74 4 2输入与非门 阴极 二 逻辑框图设计 2 三 逻辑电路的设计及参数计算 总体电路的设计（选择元器件，具体电路设计并计算参数）： 主要单元 电路设计和参数计算： 换电路； f 转换电路：压控振荡器； 计数时间产生电路； 计数、译码、显示电路； 清 0 信号产生电路等。 换电路 极管的集电极后面应加一个电流到电压的转换电路从而构成 电压并联负反馈，如下电路图： 换电路 压控振荡器 10进制计数器 被测 三极管 与门 计数时间产生电路 10进制计数器 1位锁存器 清零信号产生电路 七段译码器 七段译码器 2017 值测量的 方框图 3 由最大值 (199)时有： =13V； 根据运放两输入端的外接等效电阻应尽量相等的原则， 小于 (2) 压控振荡器 324 c b e 3 1 R x 4 相关参数计算： 设积分器的负向积分时间常数远远大于正向积分时间常数，即设 R/4远远 大于 常取 R/4100则这个压 控振荡器的震荡周期就近似等于上图中积分器的负向积分时间 近似等于积分器的输出电压降到 因为11C 0 4+14t+ 当 t=1t 时，有 14t+ 所以 1t =2 4R 1 式中的较器的状态发生变化这时比较器同相输入端的电位 V =0,即 V =767 R +7616 R m,因此 将代入式得 1t =2 4 故此压控振荡器的震荡周期为 1t +2t =1t =2 4 1421V 成正比，由于 2R 所以 为了 保证积分器输出的线性度， 考虑 比 些，即上式 中 阻值应该比 小一些 ， 按 7 般取 ; 远远小于计数脉冲最小周期 099=150 S 因此 50 S，取 70P， 6K 四、安装调试步骤及遇到的问题 （ 1）安装 1. 在统装图上标好芯片号和芯片的管脚号，不用功能脚的 逻辑电平。 2. 合理布置芯片和其它元件的位置。 3. 布线 : 安排好电源线和地线 . 线紧贴面包板，横平、竖直，不交叉，不重叠 在芯片两侧走线：不可跨芯片 元件横平、竖直 说明：如果计数时间远小于人眼的滞留时间（ 锁存器可 以省略；利用译码器的消隐端，使数码管在计数时间内为暗状态，效果更佳。显示时间远大于人眼的滞留时间（ 。 显示时间 d 2 0信号 锁存信号 10 4. 安装顺序：按信号流向，先主电路，后辅助电路。 5. 边安装、边调试 值数显式测量电路结构框图 （ 2） 调 试 要 点 步骤： 联调 本次采用了边安装边调试的方式将整体电路分成了 5个模块 压转换电路 被测三极管和 成的 换电路。 运放 324的 1脚输出一直流电压万用表测得 万用表测得值为 155）。 成的压控振荡器 : 幅值为 24运放 351 的 6 管脚输出锯齿波 比较器 311 的 7管脚输出一矩形波 幅值为 29三管脚得出波形 零信号产生电路 接点处输出尖脉冲 29V 百位） 74码管 （十位） 数码管 （个位 ） 555 74444 324 4011 311 351 14 24V 3011 5 计数、译码、显示： 将 555 振荡器的 3 脚输出送计数器个位 74钟输入 观察数码显示。 两个 74个 74个数码管组成的计数、译码、显示电路。 第一天上午整理测量元器件，完成了模块 1，用万用表测得 万用表测得值为 124），由于模块一线路比较简单，我们在测量完所需电阻、电容后连接完成。很顺利。接着连接 3个运放，刚连完后在示波器出现了波形，但是干扰很厉害，不稳定的波形。于是我们两个人开始了检查是否有不适当的连接导致电 源处的干扰过大。经仔细检查芯片是好的，其他也没有问题，最终在不影响后续连线的基础上我们开始了后续工作。依次测量 形和 同时连接了 555 和清零电路， 555 的三管脚得出波形接着在连接两个数码管与74二天早上将所有的连接线路完成，但是二极管一直是亮的，可能是计数处有问题。下午经过老师帮助我们实验完成， 经调试后可准确测量值。 （ 3）排除故障 原因： 接错线、 漏接线、多接线、逻辑错误 排除： 1. 查芯片电源电压 2. 运放线性工作时反相输入是否“虚地” 3. 一般故障现象： 若根本不亮，应检查电源； 若数码管不闪烁，先检查 555 是否振荡； 若数码管显示 0，应检查 90 有无输入，清 0 信号是否正常或 90 有无输出； 若数码管全显示 9，检查有无清 0 信号；或调整积分器输入端的电位器看有无变化；或看 324 的输出是否正常等。 点观测有无信号，或用万用表 是否跳变。 输入为 虚线 输出保持高电平不变 芯片未接地或接触不良 输入与输出同样规律变化 芯片未接电源 5. 555 振荡器正常但计数无输出 解决：在 555 的电源正极与地之间接一个几十 F 的电解电容 （ 4）特别注意 排版，走线问题。选取电源线与地线，有效利用好横排铜片。否则后期会出现没地走线，飞线的问题。 检查时用万用表查短路或通路情况，获知是哪部分出的问题。 12 五 印刷线路板设计 要求： 定元器件在印刷线路板上的最佳位置。根据元器件的数量、大小和合理排列来计 算所需要电路板的面积。 作元件面或正面，正面用红色线（元件面，横线为主），反面用蓝色线（连线面，竖线为主），连接双面连线的金属化孔应用蓝色线，具体 走线原则为 : (1)线条横平竖直 ,同面线不能交叉 (2)线条尽量少 (3)每个芯片下横向最多走三条线 (4)芯片相邻管脚之间不能走线 (5)每个金属化孔只能插入一个元件管脚 。 邻两条线之间的间距不小于线宽。电源线与地线尽可能取得宽一些，以减少线上的压降，提高可靠性。 为 2： 1。 13，周边留宽 5片跨度 15片管脚间距 5位器两管脚间距 5属化孔内孔径取 . 孔径取 . 6. 元件标注 ( 用铅笔 )： （ 1） 标出元件的符号 （ 2） 标出元件值 （ 3） 标出芯片的 1 脚 印刷图：详图见附录 六 体会及建议 （）体会 在此次试验设计中我们经历了由给定的设计任务书查资料、选方案 框图设计，选择元器件 单元电路和整体电路设计安装调试印刷电路板图设计、绘制写总结报告的 全过程。 通过这个过程中发现问题及解决问题我 进一步巩固了所学理论知识，并所学把理论应用于实践，增强自己的动手能力，并且实验中在与同组同学的交流以及相互解决问题的过程中我们不仅在自己原有的思维上有了新的突破，而且增强了我们自身的团队协作意识，让我们受益匪浅 。然而最重要的莫过于增强了我做事情的耐心，忽然觉得做电路的人真的很伟大，没有比这更需要耐心的了，只有把心好好的静下来才能很好地把电路这 13 门极需要耐心的工作做好，比女人绣花都更需要耐心、细心。 （）建议 1：实验过程中所用器材比较陈旧，而且部分器材有损坏，建议实 验前应该先检查一下。 2：实验安装调试过程中应先仔细检查各个器件，明确分工，注意团队协作。 3：实验过程中应该写一个流程表，严格按照流程表进行，并且在每一步完成之后下仔细检查一遍后，再进行下一步，每一个模块完成后都要进行调试，然后在进行下一模块的链接。 要烦躁，可以按如下方法排查：初步确定范围后就可以用万能表逐一排查线路或器件的好坏等问题。按此步骤问题很容易解决。 定错误范围之后就可以对这部分电路拆了然后重新链接。 七 参考文献 参考文献： 1.电子技术基础（数字部分、模拟部分） （康光华主编） 2电子技术课程设计指南 3参考电路： N 沟道结型场效应管夹断电压测量电路 电路的基本组成，主要单元电路（ f、数显）的设计、参数计算，各单元之间的连接。 （任务书） 元件使用说明： 熟悉各芯片功能、使用方法 设计过程：电子电路系统设计的几大步骤、方法。 八 附录 (元件使用说明 ) 主要元器件管脚图： 通用型集成运放 1、通用 型集成运放 相独立的运放。运放内部已有频率补偿电路，应用时可不用外接补偿电容。 也能单电源使用，其电压范围为 3具有很低的静态功耗，当电源电压为 5非线形应用的输出电平可和 件相容。 14 图 8阻型集成运放 脚图如附图 8别适用于各种运算电路。一般工作时采用 15的输出级有过流保护电路，因而输出对地短路也不会损坏器件，但使用中应尽量 防止发生短路，当需要调零时，可把电位器动端连负电流，两个固定端分别与调零端相连。 图 8用型集成电压比较器 脚图如附图 8它构成的电压比较器其影响速度比用一般运放组成的电压比较器快，可用单电源供电，例如 +15v，也可用双电源供电，例如 15v。 15 图 8成定时器 脚图如附图 8字混合式定时器集成电路，外接适当的电阻和电容就能构成多谐振荡器、单稳态触发器和双稳态触发器，用 555定时器组成 的多谐振荡器，振荡频率比较稳定。为便于频率调整，可外 接电位器 图 8。当计数脉冲由 入， 连时就构成 计数脉冲由 入， 连时，可完成五 二进制时序，在输出端 得到一个占空比为 50%的十分频方波。另外，除计数输入 下降沿作用外，置 0端)1(0(0R，置 9端)1(9(9此在使用中不要将它们随意悬空。 表 84 16 输入 输出 功能 01 91 3 1 X 1 0 0 0 0 0 异步置 0 X X 0 1 1 0 0 1 异步置 9 0 0 0 00004213 0 00042117 七段译码器 74管脚如附图 8图中 D、 C、 B、 421为七段输出。 747的逻辑功能如表所示，关于此表说明一下几点 十进制或功能 输入端 说明 D C B A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 H H H H H H H H H H H H H H H H H X X X X X X X X X X X X X X X L L L L L L L L H H H H H H H H L L L L H H H H L L L L H H H H L L H H L L H H L L H H L L H H L H L H L H L H L H L H L H L H H H H H H H H H H H H H H H H H L H L L H L H L L L H H H L H H L L L L L H H L L L H H L H H H L L H L L L L L L L H L H H H H L H L L H L L H L H L L H L L H L H L H H H L H L H L H H H L H L H H H L L L H L L H H L L L H H H L L L L L H L L L L L L L H 消隐 X X X X X X L H H H H H H H /RI a b c d e f g 18 串行消隐 H L L L L L L H H H H H H H 灯测试 L X X X X X H L L L L L L L 表中 015项为正常译码输出，其条件是灯测试端 消隐输入端 接高电平或者悬空，串行消隐输入端 少在输入为低电平时是高电平。正常译码输出时，可驱动共阳极 15 共 16个字形。 消隐：当直接加低电平到消隐输入端时 , 均为高电平，此时数码管呈暗状态。 串行消隐： 74管脚 4既可作为输入端 也可作为输出端 当管脚3为高电平，管脚 5为低电平时，对于低电平输入信号，数码管呈暗状态，同时输出 为低电平，若用 下级的管脚 5，则下级的数码管在该级输入为低电平时也呈暗状态。依此类推，可实现不显示无效数字的目的。 灯测试：在消隐输入端为高电平时，若使 低电平，则 为低电平，数码管各段全亮。 74有效输出电平为低电平，它可以与共阳极的 码管配套使用，如图所示。 通常数码管导通时的正向压降约为 向电流为 10此可选定限流电阻 R，一般取 390 左右。 有功能表可知，当输入的 为 001 时 0 1，因而数码管中的相应段 a 、 b、 c、 f、 g 导通发光，从而显