模拟电子课程设计-设计制作一个三角波、方波振荡器.doc

目 录1三角波、方波振荡器制作与调试.31.1设计任务.31.2总体设计方案.31.3系统分析与设计.3 1.3.1自激振荡31.3.2积分运算电路31.3.3 施密特触发器41.3.4 信号频率51.3.5 ic1、ic2放大器51.4总电路图、仪器仪表清单、元器件清单.61.4.1三角波、方波振荡器总电路图.61.4.2仪器仪表清单.61.4.3元器件清单仪器仪表清单.61.5系统安装、调试与参数测量.71.6改进意见与收获体会.71.6.1改进意见.71.6.2收获体会.72.触摸式延时熄灭灯的制作.92.1设计任务.92.2总体设计方案.92.3系统分析与设计.92.3.1cd4069工作原理92.3.2cd4017工作原理.102.4总电路图、仪器仪表清单、元器件清单、.112.4.1触摸式延时熄灭灯总电路图. . . . 112.4.2仪器仪表清单.112.4.3元器件清单.112.5系统安装、调试与参数测量.122.6改进意见与收获体会.122.6.1改进意见.122.6.2收获体会.123红绿黄三色交通灯模拟器制作与调试.133.1设计任务.133.2总体设计方案.133.3系统分析与设计.133.3.1 555定时器133.3.2 mac97a6可控硅143.4总电路图、仪器仪表清单、元器件清单.133.4.1红绿黄三色交通灯模拟器制作与调试总图.。.143.4.2仪器仪表清单.153.4.3元器件清单.153.5系统安装、调试与参数测量. 163.6改进意见与收获体会. 163.6.1改进意见.163.6.2收获体会.163.7参考文献.17第1章 三角波、方波振荡器制作与调试1.1设计任务设计制作一个三角波、方波振荡器，要求：同时产生一个频率从0.1hz到100khz的三角波和方波；能自启动。1.2总体设计方案根据模拟电子技术基础中的信号运算电路可知：积分运算电路是对输入信号电路进行积分运算的电路。当积分电路的输入信号是方波时（假定方波的半周期小于电路积分时间常数=rc），电路的输出端的波形是三角波。因此我们可以在运放的两端加上合适的电容构成积分电路，在输入端加方波信号，这样在输出端可以得到三角波。根据数字电子技术基础中的密特触发器的回差特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为陡峭的矩形脉冲信号。其状态转换过程中的正反馈作用。因此我们可以利用第一输出端所得到的三角波信号作为施密特发生器的输入信号从而得到方波。这样，就可以用积分电路产生的三角波作为方波发生器的输入信号，再把得到的方波作为三角波发生器的输入信号。所以此电路没有锁死的问题，而最初的信号来自运放两端的电压激发，这样就能实现自动启动。1.3系统分析与设计1.3.1 自激振荡因为电路中存在噪音，噪音信号引起电路电量波动，虽然很微弱，但它们具有多频谱的特性，即在在噪音中含有各次正弦波分量。这些谐波分量出现在放大电路的输入端，经过运算放大电路741的放大到达输出端。由于反馈网络的存在又把输出信号回送到电路的输入端。由于rt引入的反馈是正反馈，那么微弱的噪音就会被不断的放大，使得在电路的输出端出现了具有一定幅值的电信号。1.3.2积分运算电路 积分运算电路满足输出电压是输入电压的积分关系，通过计算可得到输出电压与输入电压的关系式为，图1是实现这一功能的电路，图二为方波转换为三角波的波形图。 图1 图21.3.3 施密特触发器施密特触发器作用主要是能够把变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩形脉冲，输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号（如图3）。同时，施密特触发器还可利用其回差电压来提高电路的抗干扰能力。它是由两级直流放大器组成，电路如图4 图3 图4应用施密特触发器可以将波形变换的原理，即可将三角波波变成矩形波。施密特触发器ic2，其中电阻47k为正反馈。ic1的输出电平在施密特触发器的磁滞电平之间斜升和下降，它输出的三角波驱动另一个集成电路ic2，输出方波。将输出的方波通过rt反馈到ic1的输入，ic1 与ic2通过一个电阻耦合，这样就构成了一个连续输出三角波和方波的振荡器。改变rt就能做成一个频率从0.1hz到100khz的三角波和方波。1.3.4 信号频率选出信号的频率侧有ct和rt来决定。而ic1的输出电平在施密特触发器的磁滞电平之间斜升和下降，此时输出的就是三角波。它的输出又可以驱动下一集成电路。这样在没有输入的情况下就产生了一个三角波和一个方波。其频率为 1.3.5 ic1、ic2放大器ic1、ic2放大器都是741放大器。741放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压讯号，经放大后由输出端输出。741运算放大器的外型与接脚配置分别如图5、6所示。图5. 741运算放大器外型图图6. 741放大器输出入脚位图741运算放大器使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电源电压vdc与vdc，一旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放大于输出端，唯op放大器具有一特色，其输出电压值决不会大于正电源电压vdc或小于负电源电压vdc，输入电压差经放大后若大于外接电源电压vdc至vdc之范围，其值会等于vdc或vdc，故一般运算放大器输出电压均具有如图7之特性曲线，输出电压于到达vdc和vdc后会呈现饱和现象。图7.放大器输出入电压关系图1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单1.4.1三角波、方波振荡器总电路图图8三角波、方波振荡器总电路图1.4.2元器件清单表1 元器件清单序号元件名称型号数量（个）1电容ct10312电阻rt15k、47k1、23运算放大器ha1774121.4.3仪器仪表清单表2 元器件清单序号仪器仪表名称个数1万用电路板12万用表13电烙铁14焊芯15电工钳17示波器18电子箱16导线若干1.5系统安装、调试与参数测量1.5.1系统安装首先根据设计要求，画出实验电路图；然后准备电烙铁，预热，摆放材料；根据画好的电路图，布线，焊接，焊接电路，注意焊接时防止虚焊，做到焊点光亮，对称、均匀且与焊盘大小比例适合，无焊剂残留物。1.5.2系统调试15v电源的输出：在电子箱上的+15、-15电源供应器本身具有两组外接插孔以提供两组电源输出，如图 7 所示，当需要以一正一负方式输出电压时，可利用电源供应器上 tracking 鍵 、0的引脚上引出的线分别于电路板上对应的脚相连接，用示波器的测量笔夹夹住地线，笔钩依次钩住三角波和方波的输出线，调节示波器，观察三角波和方波的输出图像。1.6改进意见与收获体会1.6.1改进意见（1）在运放的同向输入端与地之间加一电阻r，保证运放两个输入端的平衡。（2）由于rt和ct为固定值，所以该电路输出的三角波和方波的频率不能改变。为适应特殊要求，我觉得可以将rt换成可变电阻。通过改变电阻的阻值，即可改变输出波的频率，从而达到要求。（3）在输出端处可以加一个反相器，使输出波形更稳定，不易失真。1.6.2收获体会（1）在焊接之前一定要仔细看电路图，构思好整体布局。刚开始焊接的时候就没注意到这一点，导致很乱，容易产生错误。（2）由于电路连接问题，导致实验失误，但在屡次调试中我们又认真的检查了电路，最终才成功。（3）学以致用。与理论课上的知识相结合，提高了自己的动手能力，对其有了更深的理解，觉得自己很有成就感（4）通过这次的的焊接电路板，并且调试成功，使我对下边的设计有了更充分的准备第2章 红黄绿三色交通灯模拟器制作与调试2.1 设计任务设计一组红绿黄三色交通灯模拟器，要求：交通灯以“红、黄、绿、黄红、黄、绿、黄”的规律循环变化。其中红灯持续30秒，黄灯持续10秒，绿灯持续50秒。并制作与调试2.2 总体设计方案为了达到交通灯“红、黄、绿、黄红、黄、绿、黄”的规律循环变化和红灯持续30秒、黄灯持续10秒、绿灯持续50秒这两个目的。通过查阅资料我们可以用十进制计数脉冲器和4069六反相器集成电路来达到要求。4069输入一个周期为10秒的脉冲。在4017分配器的输出端经过或门电路的组合，红灯由3个连续的输出端通过或门驱动，绿灯由5个连续的输出端通过或门驱动，从而得到3种颜色的灯光既能按照指定的顺序发光，又能满足每一种颜色灯光要求的发光时间。2.3系统分析与设计2.3.1 cd4017工作原理十进制计数分频器4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是o0、o1、o2、o9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。4017有10个输出端（o0o9）和1个进位输出端o5-9。每输入10个计数脉冲， o5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号，故可直接用作顺序脉冲发生器。每个输出端后都接上一个二极管，二极管再经过组合后串联上发光二极管。随着输出端依次变为高电位电平，其所串的二极管导通，使二极管后所接的发光二极管发光。cd4017输出高电平的顺序分别是、脚，故、脚的高电平使红灯发光30秒，脚的高电平使黄灯发光10秒，、脚使绿灯发光50秒，脚再次使黄灯发光10秒，从而可模拟十字路口交通灯“红、黄、绿、黄红、黄、绿、黄.”的规律循环变化。图1为cd4017引脚图，其中q0-q9 计数脉冲输出端；co：进位脉冲输渊；cp：时钟输入端；cr：清除端；inh：禁止端。vdd：正电源vss：地 图2-1 cd4017引脚图2.3.2 cd4069工作原理4069六路反相器集成电路，它由三个多谐振荡器组成的。多谐振荡器是由两个三极管反相器及电阻电容充放电电路组成的。随着电容器的充电和放电，两只三极管交替地饱和与截止，使两管的集电极周期性地在高电位和低电位之间交替转换，输出连续的矩形脉冲。所以，多谐振荡器是一种矩形脉冲产生电路。4069六反相器集成电路不断重复以上的过程，产生周期性的振荡，在输出端输出连续的矩形脉冲。其脉冲周期由电阻r和c1决定。本题4069输入一个周期为10秒的脉冲。 图2-2 cd4069引脚图这样在cd4069的14脚和cd4017的16脚同时加上电压后，cd4069就会被电压激发产生周期性振荡，往4017里输入周期为10秒的脉冲信号。4017以4069的输入周期作为时钟计数，每记录一次q0q9电位依次变化，导致二极管通路，使其末端连接的发光二极管发光。2.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单2.4.1总电路图 图2-32.4.2元器件清单表2-1 元器件清单序号元器件名称具体说明（大小、型号等）个数1电容4.7uf12发光二极管无33二极管无104电阻1m15cd401716cd406912.4.3仪器仪表清单表2-2 仪器仪表清单仪器仪表名称个数直流电源1万用电路板1万用表1电烙铁1焊芯1电工钳1导线若干2.5系统安装、调试与参数测量2.5.1系统安装首先根据设计要求，画出实验电路图；然后准备电烙铁，预热，摆放材料。根据画好的电路图，布线，焊接，焊接电路，注意焊接时防止虚焊，做到焊点光亮，对称、均匀且与焊盘大小比例适合，无焊剂残留物；在电路板上的两端加上4.5v直流电压。2.5.2系统调试闭合开关，观察红、黄、绿三等的发光的顺序情况，并且记录每种灯的发光时间。2.5.3参数测量用秒表计数，多次记录，比较每次的三种灯的发光时间，最后巨鹿大致的测得红灯发光时间t1=30s；绿灯发光时间t2=50s；黄灯发光时间t3=10s2.6改进意见与收获体会2.6.1改进意见如果用一个单片机作为控制单元，三个灯连接数码管，记录各灯所亮时间会更加方便，更加像交通灯。2.6.2收获体会 （1）这块板的最大难点就是当时4069没有连接vcc和vss，导致了开始时三种灯闪的频率特别快，当时并没有注意到，用了以上一上午的时间还是没有弄出来，最终还是询问了老师才发现错误。 （2）电路板的焊接有漏洞，虚焊。以至于我用万用表测了很多的节点才把它找出来。 （3）这块板的走线明显比第一块复杂，刚开始我没注意，最后发现很多错误。仔细纠正后，走线、布局都看得过去了，错误少了。 （4）团队需要共同努力，这并不是某个人的项目，我们都需要从中学到知识。 （5）一定一定要有耐性，虽然制作过程中第一次不能成功，戒骄戒躁！第3章 触摸实验室熄灭灯的制作3.1 设计任务制作一个触摸延时灯，只要触摸灯具外壳的金属片，小灯就会发光，大约四分钟后自动熄灭。3.2 总体设计方案通过分析本文的要求，其主要设计延时和触摸作用，而在数字电子中规模集成电路555定时器的典型电路正好符合这一要求，其具有良好的定时功能。但其工作电压是dc516v，所要在555电路的电源端前加一个变压整流器，我就用rc电路、二极管、电容。在555输出端加上可控硅，通过触摸使555输出端的电平发生变化来控制可控硅的导通，从而控制灯的亮与灭。触摸一下金属片m，人体感应的杂波信号正半周使三级管vt导通，灯泡h发光照明。3.3系统分析与设计3.3.1 555定时器1.555定时器实物图和内部结构如图。2.工作原理：当5脚悬空时（或经过电容接地），比较器a和b的比较电压分别为2/3vcc和1/3vcc。（1）当v62/3vcc,v51/3vcc,输出端3为低电平（2）当v62/3vcc,v51/3vcc,输出端3为高电平（3）当v61/3vcc,输出端3为高电平ne555的3脚输出高电平后，直流电源通过r4向c4充电，经过一段时间，ne555的6脚变为高电位使电路复位，3脚变为低电平使v3截止，灯泡h熄灭。按图1数据，每触摸一次m，灯泡h发光约4分钟自动熄灭 图3-13.3.2 mac97a6可控硅晶闸管又叫可控硅，它是由四层半导体材料组成的，有三个pn结，对外有三个电极图4(a)：第一层p型半导体引出的电极叫阳极a，第三层p型半导体引出的电极叫控制极g，第四层n型半导体引出的电极叫阴极k。从晶闸管的电路符号图4(b)可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极g，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。晶闸管的特点： 是“一触即发”。但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通。图3-23.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单3.4.1总电路图图3-33.4.2元器件清单表3-1 元器件清单序号元器件名称 具体说明（大小、型号等）个数1电阻52欧13m122k12.1m13.9k12电容0.01uf1100uf13三极管930114ne55515灯无16mac97a6mac97a613.4.3仪器仪表清单表3-2 仪器仪表清单仪器仪表名称个数万用电路板1万用表1电烙铁1焊芯1电工钳1导线若干3.5系统安装、调试与参数测量3.5.1系统安装首先根据设计要求，画出实验电路图；然后准备电烙铁，预热，摆放材料。根据画好的电路图，布线，焊接，焊接电路，注意焊接时防止虚焊，做到焊点光亮，对称、均匀且与焊盘大小比例适合，无焊剂残留物；连接5v直流电源、小灯泡和18v交流电源。3.5.2系统调试连接5v直流电源、小灯泡和18v交流电源后，检查无误后，触摸导线。3.5.3参数测量触摸后，二极管发光，开始计时直至二极管熄灭，多次测量几次，与理论值对比。3.6改进意见与收获体会3.6.1改进意见用单片机控制，既能控制时间，又很准确。3.6.2收获体会（1）最后这块板所用的时间是最长的，因为刚开始mac97a6可控硅是不好用的，多亏板上多了一个，也实在无奈之下，换了一个，结果真的弄好了。（2）在调试过程中，由于ne555的三引脚引出的电阻阻值太大（3.9k）导致小灯不亮，让我们纠结了很久，最后通过询问老师了解到了存在的问题，在并联了一个1.5千欧电阻，最终成功了。（3）了解数电中常用的集成元件555，了解了可控硅其内部结构和简单工作原理。（4）因为第三块板的稳压电路去掉了，所以给我们减少了很多的困难两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈