电子技术基础实习报告.doc

昆明理工大学昆明理工大学 电子技术课程设计电子技术课程设计报告报告 学院：学院： 信自学院信自学院 班级：班级： 自动化自动化 102 姓名：姓名： 学号：学号： 学期：学期：20112012 学年学年 短短 学期学期 时间：时间：2012 年年 6 月月 25 日日2012 年年 7 月月 6 日日 题目：题目：1 1、电子电路设计及仿真、电子电路设计及仿真 2、带充电功能的可调直流稳压电源、带充电功能的可调直流稳压电源 印刷电路板的设计印刷电路板的设计 3、mf47mf47 型万用表装配型万用表装配 1 目录目录 一、一、 电子技术课程电子技术课程任务书任务书2 二、二、 课题一课题一 电子电路设计及仿真电子电路设计及仿真6 (一)断线防盗自动报警器6 (二)监测报警电路设计参考.12 (三)三极管 值分选电路15 (四)三极管两级放大器设计.19 三、三、 课题二课题二 带充电功能的可调直流稳压电源印刷电路板的设计带充电功能的可调直流稳压电源印刷电路板的设计.22 四、四、 课题三课题三 mf47 型万用电表装配型万用电表装配27 五、五、 课题设计总结课题设计总结.32 六、六、 附图附图.34 七、七、 参考文献参考文献36 2 一、一、电子技术课程电子技术课程任务书任务书 ( (一一) ) 课题课题 1 电子电路设计及仿真电子电路设计及仿真 在教师指导下，独立完成四个电子电路原理图的设计，并且通过 multisim 软件仿真。 各子课题任务和要求： 1. 断线防盗自动报警器断线防盗自动报警器 i.任务：在教师指导下，独立完成断线防盗自动报警器的电路原 理图的设计，并且通过 multisim 软件仿真。 ii.要求： 1)用一根极细漆包铜线连续横穿盗贼可能进入的多个门、 窗，这样，盗贼进入时细漆包线即被绊断，防盗报警器 发出声光报警； 2)报警后即使盗贼将断线部分重新接上，报警仍继续； 3)消除报警和恢复监控的方法：接通断线部分并按下复位 按钮； 4)报警器由直流 + 12v 电源供电，在监控状态下，报警 器总电流(直流)小于 0.2 ma，报警时总电流小于 200 ma。 5)multisim 软件仿真： a) multisim 仿真演示； b) multisim 环境下电路原理图截图； c) multisim 环境下不同电路参数情况时数据分析截图。 2. 监测报警电路设计参考监测报警电路设计参考 3 i.任务：设计一电路能对环境参数发生变化时（例如火灾等危险 情况）实施监测报警 ii.要求： 1)在环境参数发生改变并达到系统设置报警限时，系统能 通过声光报警发出警示； 2)环境参数恢复正常时，系统停止声光报警； 3)multisim 仿真： a) multisim 仿真演示； b) multisim 环境下电路原理图截图； c) multisim 环境下不同电路参数情况时数据分析截图。 3. 三极管三极管 值分选电路值分选电路 i.任务： 在教师指导下，独立完成三极管三极管 值分选电路值分选电路的原 理图设计，并且通过 multisim 软件仿真。 ii.要求： 1)晶体管（npn）的 100，led 亮，50 100，led 不亮。 2)multisim 软件仿真： a) multisim 仿真演示； b) multisim 环境下电路原理图截图； c) multisim 环境下不同电路参数情况时数据分析截图。 d) 4. 三极管两级放大器设计三极管两级放大器设计 i.任务： 在教师指导下，根据给定的参考电路图，调整电路参数， 满足放大器设计要求，并且通过 multisim 软件仿真 4 ii.要求： 1)三极管 q1、q2 使用 2n2222a 型号，参数为默认值。 r13 为负载电阻，大小取 1.5k，v2 是信号源，信号大小 取 5mv、1khz，r11 是信号源的内阻，大小取 5.1k。电 源电压取 12v。 2)c1c6 电容全部取值为 10uf。r6 和 r12 为集电极负载 电阻，r6 取值为 3k，r12 取值为 1k。 3)要求完成的工作任务： 绘制电路图 根据模拟电子技术课程的知识，选取并设计合适的 r1、r2、r3、r4、r7、r8、r9、r10 的值，需满足以下放 大器参数指标： a. q1 三极管的静态集电极电流 ic 小于等于 1ma，uce 为 7v0.1v（20 分） b. q2 三极管的静态集电极电流 ic 小于等于 2ma，uce 为 6v0.1v（25 分） c. 在 c1 和 r11 之间串联一个交流电流表，要求在输入信 号为 5mv 情况下，电流表读数小于等于 200na。 （15 分） d. 在满足上述条件的前提下，设计尽可能大的放大倍数。 5 ( (二二) ) 课题课题 2 带充电功能的可调直流稳压电源印刷电路板的带充电功能的可调直流稳压电源印刷电路板的 设计设计 在教师指导下，运用 protel 软件独立完成下图所示电路原理图的 设计。 任务和要求：任务和要求： 1、电路原理图正确无误、并生成正确的网络表(该网络表需经校 验)； 2、转入“印刷电路板”设计，目标要求达到网络连接正确、无飞线、 无漏落的元件、各导电体之间的距离达到绝缘的最低距离 0.2mm 以 上。经指导教师验收通过。 3、打印出原理图和印刷电路板图，作为实习报告的附图。 ( (三三) ) 课题课题 3 mf47 型万用表装配型万用表装配 任务和要求：任务和要求： 1、完成 mf47 型万用表装配： 2、实现其功能。 6 二、二、课题一课题一 电子电路设计及仿真电子电路设计及仿真 ( (一一) ) 断线防盗自动报警器断线防盗自动报警器 1.方案论证 i.报警器电路如图 1 所示： 图 1 ii.如图 2 所示，当防盗线完好时，整个电路相当于电源+防盗线 +r1： 图 2 7 iii. 如图 3 所示。当防盗线被碰断后，则变成了一个由 r3、r4、r5，二极管 d1、d2，发光二级管 led1，三极管 t1、t2 构成的一个两级放大电路。其中在这个电路中， r1、d1、d2 起分压作用，r4 其保护三极管 t1，防止基级电 流过大烧坏三极管，r5 在电路中的作用是防止点 6 点 7 间的 点位架空。r3 在电路中起分压作用。当防盗线被碰断后，被 短路的二极管 d1、d2 导通，由于 r4 的分压作用使三极管 t1 工作在放大状态，使由 r5、r3 、t1 构成的回路导通，有电 流经过 r5 从而使 t2 导通并且工作在饱和状态，使发光二极 管分得最多的电压和有最大的电流通过而尽可能的亮 图 3 iv. 如图 4 所示。当防盗线再次被接上后，二极管 d1 再次被短路。此 8 时，三极管 t1 基极电压在由 r2，稳压二级管 d3，二极管 d2，电阻 r3 构成的回路共给，使三极管处于导通并放大状态。 同样使由 r5、r3 三极管 t1 构成的回路导通，使 t2 的基极 电压高于开启电压处于导通并饱和的状态。使发光二极管分得 最多的电压和有最大的电流通过而尽可能的亮。 图 4 v. 如图 1 所示，当开关 j2 闭合后，在由电源供电的所有回路中二极 管 d2 和三极管都被短路掉，从而使有 r5、r3 三极管 t1 构成 的回路没有电流通过，三极管 t2 没有基极电压处于截止状态， 没有电流通过发光二极管 e1 ，不发亮。 2.电路分析 i. 考虑电源对报警器输入电压在停电时转换为由 10 个 1.2v 镍氢电 池组成的 12v 电池组作为直流电源对报警器供给直流电，于此， 9 选取直流 12v 作设计电路时报警器的供给电压。 ii. 根据设计要求监控状态下要求有报警器总电流（直流小于 0.2ma,）则有：令 i 总0.2ma 有： r112v/0.2ma60k，所以，当 r1 大于 60k 时监控状 态下的总电流都符合设计要求。于此，为了保险，可取电阻 r1 为 100k.又根据设计要求报警时总电流小于 200ma。则有， 三极管 t2 的发射极电流 ie 小于 200ma iii. 令 ie200ma，三极管 t2 的基极电流 ib=(200/100)ma=2ma iv. (根据需要，设计取三极管 t1、t2 的放大倍数都是 100) v. 在电路开始正常工作时，t1 管和 t2 管均处于导通放大状态，此 时，对于 t2 管，由于之前 t1 管和 t2 管对电流的放大使得 t2 管的集电极电流变得很大，继而导致 t2 管在瞬间状态就达到饱 和状态，在此时，t2 管发射极和集电极间的电压很低（几乎可 以达到 0.2v 或者 0.3v 左右） ，这使得连接发光二极管支路和 r4 的节点电压达到很高，进而，可以保证发光二级管导通发光 时的电流和电压，实现报警。并且，此时使得 t1 管保持在导通 放大状态。为了保证流过发光二极管的电流在 20ma 或者 30ma 以上，特取 30ma 以上，而 t2 管集电极下的节点电压大 致在 11.5v 左右，因此，可以取 r6 电阻值为 500 以下为宜， 此处设计取 300。 vi. 在由 r4、d1、d2、r1 以及电源构成的回路中，回路电流 i2=（12-3*0.7）v/100k（令 r5100k,三极管 t1 处于导通状 10 态。则 r1 两端的电压 u0.7v）0.099ma，此电流值相对于 总电流很小，可忽略.并且, 而当细漆包线再次由断而接上仍旧 报警。 vii. 因为，通过 r5 的电流大于 2ma 所以，r5 小于 5.2k 令 r39.1k.则有，三极管 t1 的集电极电流 ic=(0.7/9.1) ma0.08ma（令三极管 t1 处于临界饱和状态 uce0.7v） 则有，三极管 t1 的基极电流 ib(0.08/100)ma0.0008ma 远 小于 0.099ma，则，通过 r1 的电流近似为 0.099ma. 则有，r1（0.7/0.099）k 近似等于 7k(r5 与三极管并联，所 以 r1 两端的电压与三极管的导通电压相同为 0.7v).(其他没有 特别说明的电阻等元器件的选取均由仿真所得。) r2 最大取 4.7k，r4 取值范围较大 3.各单元电路和电路总图 11 4.multisim 电路原理图截图和不同电路参数情况下数据分析 截图 电路原理图截图请看图 1； 警戒状态下万用表读数： 报警状态下万用表读数 12 ( (二二) ) 监测报警电路设计参考监测报警电路设计参考 1.方案论证 电路图如下所示： 由 12v 直流电源供电，当滑动变阻器大于 50%时发光二极管 led1 亮，蜂鸣器 u3 响。当 r8 大于 50%时，u1 处为差分比例放大 电路，此处输出 3 倍的u 为正，通过单限比较器 u2 时输出正电压， 通过 led1 与 u3 的并联电路，有 r13、r12 分担各支路电压使得 led1 亮，u3 响起。当 u2 处电压大于阀值电压时，u2 的输出电压不 变，从而不影响后面电路。 2.电路分析 根据算出差分比例电路 u1 处输出的电压放大三倍，单限比u r rf 13 较器 u2 出设置的参考电压为 6v，与输入电压做比较，阀值电压为 6v。当 u2 处输入电压小于阀值电压时输出低电平，发光二极管和蜂鸣 器不工作。当输入电压大于阀值电压时输出高电平，此时发光二极管 和蜂鸣器同时工作。 3.各单元电路和电路总图 差分电路 单限比较器 电路总图 14 4.multisim 电路原理图截图和不同电路参数情况下数据分析 截图 当滑动变阻器小于 50%时，不报警： 当滑动变阻器大于 50%时，报警： 15 ( (三三) ) 三极管三极管 值分选电路值分选电路 1.方案论证 电路原理图如下： 三极管 u1 和 u2 组成窗口比较器，外加参考电压 v4、v3，窗口 比较器的输入电压与参考电压做比较。当输入电压大于 v4 时 u1 导通， u2 截至，输出高电平，发光二极管 led1 亮；当输入电压小于 v3 时， u1 截至 u2 导通，发光二极管 led1 亮；当输入电压在 v4 和 v3 之 间时，u1、u2 都处于截止状态，发光二极管 led1 不亮。 16 由三极管 q1 的 参数的改变控制窗口比较器电路的输入电压的 大小。 2.电路分析 输入电压为 15v，r1 支路上的电流为（15-）/r1，r2 支路 beu 上电流。通过设计 r1、r2 阻止的大小控制窗口比较器的输入 bcii 电压的大小，使得当三极管 q1 的 值，当 100，led 亮，50 100，led 不亮。调解电阻当 100 时，窗口比较器输入电压小于 10v， 当 50 100 时，输入电压在 10v 到 12.5v 之间。 3.各单元电路和电路总图 窗口比较器： 17 电路总图： 18 4.multisim 电路原理图截图和不同电路参数情况下数据分析 截图 值小于 50 时，led1 亮，窗口比较器输入电压大于 12.5v 值等于在 50100 之间时，led1 不亮，窗口比较器输入电压在 19 10v12.5v 之间 值大于 100 时，led1 亮，窗口比较器输入电压小于 10v 值等于 50 时，led1 不亮，窗口比较器输入电压等于 12.5v 值等于 100 时，led1 不亮，窗口比较器输入电压等于 10v 20 ( (四四) ) 三极管两级放大器设计三极管两级放大器设计 1.方案论证 电路图如下： 图为二级放大电路，用第一级的放大倍数乘以第二级的放大倍数 为整个电路的放大倍数。 2.电路分析 在阻容耦合放大电路中，先求静态工作点，要求 q1 三极管的静 态集电极电流 ic 小于等于 1ma，uce 为 7v0.1v；q2 三极管的静态 集电极电流 ic 小于等于 2ma，uce 为 6v0.1v。=0.7v，ub 最 beu 大值为 5.7v，根据公式， vcc rr r bq bb b u 21 1 21 ，可以配出 e)(rccqccceqrivu re bbequbq eqi r1、r3、r5、r6 的阻值。第一级的放大倍数等于输出电压比输入电压。 第二级放大倍数与第一级的分析方法相同。总放大倍数为两个放 大倍数相乘。 3.各单元电路和电路总图 第一级阻容耦合放大电路： 第二级阻容耦合放大电路： 电路总图： 22 4.multisim 电路原理图截图和不同电路参数情况下数据分析 截图 电路模拟运行，放大倍数为 85 倍。 23 三、三、课题二课题二 带充电功能的可调直流稳压电源印带充电功能的可调直流稳压电源印 刷电路板的设计刷电路板的设计 1.电路原理简述（附设计图）电路原理简述（附设计图） 设计图如下： 24 可调直流稳压电源原理图可调直流稳压电源原理图 电路组成：电路组成：整流滤波、稳压、调压电路。 1) 整流滤波电路 220v市电 变压器 15v 熔断器 （短路保护） 整流（vq） r6,vl1(电源指示) 滤波（c1） 1518v 直流，通过二极管单向导电作用，把由变压器得到的交流 15v 电压，变换成脉动直流电压，再经过电容滤波电路，把脉动直流 电压变换成较为平缓的直流电压。 2) 稳压、调压电路 主要通过三端可调集成稳压电路 lm317 实现。 将整流滤波得到的较为平缓的直流电压经过 lm317 稳压和电 位器 rw1 调压而得到稳定的可调输出电压。 整流滤波电压 lm317 输入端 稳压 lm317 输出端 25 （1.25v 恒定电压） lm317 的主要特性是 1、2 端电压恒定为 1.25v，在 1、2 端接 一个固定电阻 r1(200)，可在电阻 r1 上形成恒流，于是 2 端对地 的电压为 1.25v + rw1 上的电压，即： 1 1 1.25(1) w o r u r (式 1) rw1：0 2.2k 所以，调压范围为 1.2515v。 正常情况下，317 输入 1518v，输出 1.2515v。所以 1 端 电位应低于 2 端，1 端电位也应低于 3 端。当发生异常情况，如电源 短路等，为保护 317，加入二极管 vd1，vd2 起保护作用。 c2，c3：平波 c2：平滑 lm317 输入端电压。 c3：并在 rw1 两端，平滑输出电压。 vd1、vd2、r1：保护。 当输入短路时，c4 上的电荷通过 vd1 放电。当输出短路时， c3 上的电荷。 通过 vd2 放电。这样就不让大电流流过 317。 c4：滤除低频成分的脉动。 c5：滤除高频成分的脉动。 原理图中有 16 个元件，8 个网络（n0001n008） 。 器件封装对照： r1r2c1c2c3c4c5vl1 26 1r-101r-102c-d10- 5 1c-5a2c-d8- 4 1c-52c-d10- 5 cz- 2a vd1vd2vqtfsrwpoweric 1d- 10 1d- 10 vq-10cz- 2a cz-2acz- 2a cz-2aic- 317 2.原理图及印板图绘制过程原理图及印板图绘制过程 将各个零件封装好后，我们在“文件”菜单下的“建立网络表” 生成网络表，并可对其进行检查。 接下来就可以安装 protel15.pcb 软件。安装好之后，新建 pcb 文件，加载库文件。 点击“库编辑” ，进入组件库管理，填加 2010pcb 库文件。 27 加戴网络网络表 首先依据电路板的实际尺寸（96mm*46mm）用绘图工具画出电路 板框架，同时注意线宽为 1mm。 点击“网络表”“加载网络表” ，将自己在 schematic editor 中绘制的网络表加载进来。 各个元件加载时需注意不能丢失元件或丢失封装号，否则有误， 需重新修改之前绘制的网络图，再进行加载。 加载散热片。点击“库编辑”“库管理”进入组件库管理， 加载“1sr-15-11” ，点击“放置” ，将散热片加载进来。 通过移动各元件，保证不出粉色框线，同时线与线之间尽量不交 叉，得到各原件的摆放图。 点击“自动”“自动面线”“进行全部网络的自动布线” ， 系统会对各零件自动布线。布线结束后，若图上出现绿色的线条，则 表明有错误，需进行改动，直到没有错误为止。或点击“信息” “pcb 图上状态”得到错误为 0 即可。 所遇问题：在一切开始之前，最让我搞不懂的便是两个软件的功能及作用， 以及两软件制作出来的文件有什么关系，整套实习思路不清晰， 28 不明确，不能按照一定的思想路线去完成。 解答方法：当天老师讲述了 protel10 的应用，未讲 protel15 的应用。凭 借一定计算机基础，只知道去画样子画图。在当天结束后，我搜 索网络，在百度百科中得知了 protel 的由来及功能，也了解了 一些基本快捷方式，对之后的应用有了非常大的帮助。同时搜索 到若想设计电路板中各元件排版，需要先设计一个元件关系图， 也就是由 protel10 所设计出来的文件，这样作为基础，加载到 protel15 中，再进行排版。 所遇问题：在使用 protel10 中，开始的时候用工具栏中的电线进行连接各 元件，但之后由于粗心，不知不觉用画线工具进行相连，所以在 图画完后，建立网络表，表中缺失很多零件。 解答方法：反复查看原件图，发现元件之间相接的线颜色不一样，由电线工 具画出来的是黑色，由画图工具画出来的是蓝色，便意识到我 所用的线不对，所以进行了重新连线，问题就解决了 四、四、课题三课题三 mf47 型万用电表装配型万用电表装配 1.万用表原理简要说明万用表原理简要说明 今天要安装的 mf47 型万用表它的显示表头是一个直流 a 表， 29 wh2 是电位器用于调节表头回路中的电流大小，d3、d4 两个二极管 反向并联并与电容并联，用于保护限制表头两端的电压起保护表头的 作用，使表头不至电压、电流过大而烧坏。电阻档分为 1、10、100、1k、10k、几个量程，当转换开关打 到某一个量程时，与某一个电阻形成回路，使表头偏转，测出阻值的 大小。 （mf47 型万用表原理图） 它由 5 个部分组成：公共显示部分；直流电流部分；直流电压部分； 交流电压部分和电阻部分。线路板上每个档位的分布如下图，上面为 交流电压档，左边为直流电压档，下面为直流 ma 档，右边是电阻档。 30 测量线路板线路板见下图 档 ac v档 dc v 档 dc ma 档 公用部分 mf47 万用表电阻档工作原理见下图，电阻档分为 1、10、100、1k、10k、5 个量程。例如将档位开 关旋钮打到1 时，外接被测电阻通过“com”端与公共显示部 分相连；通过“”经过 0.5a 熔断器接到电池，再经过电刷旋钮与 r18 相连，wh1 为电阻档公用调零电位器，最后与公共显示部分形成 回路，使表头偏转，测出阻值的大小。 31 2.装配过程记录装配过程记录 i.清点好材料 ii.二极管、电容、电阻的识别与读数 iii.焊接前准备工作 iv.元件的焊接与安装 在焊接练习板上练习合格后，对照图纸插放元器件，用万用表校验， 检查每个元器件插放是否正确、整齐，二极管、电解电容极性是否正 确，电阻读数的方向是否一致，全部合格后方可进行元器件的焊接。 焊接完后的元器件，要求排列整齐，高度一致。为了保证焊接的整齐 美观，焊接时应将线路板板架在焊接木架上焊接，两边架空的高度要 32 一致，元件插好后，要调整位置，使它与桌面相接触，保证每个元件 焊接高度一致。焊接时，电阻不能离开线路板太远，也不能紧贴线路 板焊接，以免影响电阻的散热。焊接时不允许用电烙铁运载焊锡丝， 因为烙铁头的温度很高，焊锡在高温下会使助焊剂分解挥发，易造成 虚焊等焊接缺陷。 3.安装、调试过程记录安装、调试过程记录 1)提把的安装 后盖側面有两个“”小孔，是提把铆钉安装孔。观察其形状， 思考如何将其卡入 ，但注意现在不能卡进去。 提把放在后盖上，将两个黑色的提把橡胶垫圈垫在提把与后盖中 间，然后从外向里将提把铆钉按其方向卡入，听到“咔嗒”声后说明 已经安装到位。如果无法听到“咔嗒”声可能是橡胶垫圈太厚，应更 换后重新安装。 大拇指放在后盖内部，四指放在后盖外部，用四指包住提把铆钉， 大拇指向外轻推，检查铆钉是否已安装牢固。注意一定要用四指包住 提把铆钉，否则会使其丢失。 将提把转向朝下，检查其是否能起支撑作用，如果不能支撑，说明橡 胶垫圈太薄，应更换后重新安装。 2) 电刷旋钮的安装 取出弹簧和钢珠，并将其放入凡士林油中，使其粘满凡士林。加 油有两个作用：使电刷旋钮润滑，旋转灵活；起黏附作用，将弹簧和 钢珠黏附在电刷旋钮上，防止其丢失。 33 将加上润滑油的弹簧放入电刷旋钮的小孔中，钢珠黏附在弹簧的 上方，是、注意切勿丢失。 3) 档位开关旋钮的安装 电刷旋钮安装正确后，将它转到电刷安装卡向上位置，将档位开 关旋钮白线向上套在正面电刷旋钮的小手柄上，向下压紧即可。 4)电刷的安装 将电刷旋钮的电刷安装卡转向朝上，v 形电刷有一个缺口，应该 放在左下角，因为线路板的 3 条电刷轨道中间 2 条间隙较小，外侧 2 条间隙较大，与电刷相对应，当缺口在左下角时电刷接触点上面 2 个 相距较远，下面 2 个相距较近，一定不能放错。电刷四周都要卡入电 刷安装槽内，用手轻轻按，看是否有弹性并能自动复位。 5) 线路板的安装 电刷安装正确后方可安装线路板。 安装线路板前先应检查线路板焊点的质量及高度，特别是在外侧 两圈轨道中的焊点，由于电刷要从中通过，安装前一定要检查焊点高 度，不能超过 2mm，直径不能太大，如果焊点太高会影响电刷的正常 转动甚至刮断电刷。线路板用三个固定卡固定在面板背面，将线路板 水平放在固定卡上，依次卡入即可。如果要拆下重装，依次轻轻扳动 固定卡。注意在安装线路板前先应将表头连接线焊上。 6)最后是装电池和后盖，装后盖时左手拿面板，稍高，右手拿后 盖，稍低，将后盖从向上推入面板，拧上螺丝，注意拧螺丝时用力不 可太大或太猛，以免将螺孔拧坏。 34 五、五、课题设计总结课题设计总结 本人有幸今年参加了昆明理工大学安排的为期两周的电工实习， 并从实习中学到了很多东西，使我更深刻地了解到了实践的重要性。 只具有理论知识是不行的，更要有动手能力。通过实习我们更加体会 到“学以致用”这句话中蕴涵的深刻理。 在这次的实习中我们学习了两个软件的使用（分别为 multisim 与 protel） ，也因为这次的实习我们才有了对这两个软件的认识和学习。 其中电子电路的设计和仿真主要是运用 multisim 软件实现，这个 软件对我们的学习有很大的辅助作用，通过对电路原理的理解，元件 的调配，整体电路的调试过程，我学到了许多东西。 而对于万