模拟电子课程设计-三路晶闸管抢答器.doc

西藏大学农牧学院模拟电子技术课程设计任务书题目：三路晶闸管抢答器姓 名：专 业：电气工程及自动化班 级：2013级电自1班学 号：所在学院：电气工程学院指导教师：完成日期：2015年7月1日目 录摘要31设计方案41.概述41.2电路组成和工作原理41.2.1 抢答器41.2.2 抢答控制器41.2.3显示、声响电路51.2.4振荡电路52 元器件选型52.1电阻52.2电容52.3三极管52.4晶闸管62.5发光二极管62.6抢答器按键部分62.7抢答器指示及发声部分63 电路的组成及控制原理63.1抢答控制电路 73.2显示、声响电路 74元件清单75焊接电路76调试与修改8总结8参考文献8附录附录一 电路原理图 实验数据9附录二焊接图10附录三输出波形图11摘 要模拟电子技术课程设计是检验学生掌握电子学科的理论知识的程度，也是学科教学中的一个十分重要的环节。通过把理论与实践相结合，提高理论水平，锻炼实践动手能力。在以前没有抢答器的时候，人们就举手来抢答。这样就不能够准确的判断哪个首先举手。因此产生矛盾。然后出现了一些机械似的抢答器，但是准确度都不高，而且又太贵，现在用的是电子产品，精确度大大的提高了，而且有的可调精确度。抢答器是一个用于智力抢答的简易器械，通过他可以实现对由谁获得回答权的自动判断，假如仅靠人的判断，很难保证先做出抢答的选手获得答题权，运用抢答器可以消除这种可能性从而保证比赛的公平公正性。抢答器多见于一些益智类节目中，抢答器可以锻炼选手的快速反应能力，而且活跃现场气氛。该报告主要介绍了简易三路抢答器的设计原理以及器件选择和主要器件分析以及原理图等。关键词： 抢答器 可调精确度 快速反应能力 设计原理 器件选择 原理图简易三人抢答器1设计方案1.1概述：简易三人抢答器是一名的主持人，它的任务是从三名竞赛者中确定出最先的抢答者。1.2 电路组成和工作原理根据上面所说的功能要求，智力竞赛抢答计事系统的组成框图如下图1-1所示。它主要有3部分组成：三路抢答器的方案流程图，其具体介绍如下：选手抢答按键由三个可自动复位开关和电阻构成；声光提示部分由三个发光二极管和一个扬声器构成；抢答信号分析主体部分两个三极管（1815）（1015）、电容和电阻构成。 图1-1整体框架该抢答器工作流程：抢答开始前，三个发光二极管均为熄灭状态，扬声器不发声。当主持人表示开始抢答时，选手按下抢答器按键，和该选手对应的指示灯即发光二极管亮，扬声器发出声音，同时通过晶闸管电路将抢答信号反馈回来，锁住抢答器主体，使之不再接收其他选手的抢答信号，从而保证只有第一个按下抢答按键的选手获得答题权。等到进入下一抢答环节，重启电源，抢答器再次处于可抢答状态。1.2.1抢答器智力竞赛抢答器的核心。当参赛者的任意一位首先按下抢答开关事，抢答器即刻接受该信号，指使相应发光二极管亮（或音响电路发出声音），与此同时，封锁住其他参赛者的输入信号。1.2.2抢答控制器抢答控制器由三个开关组成。三名参赛者各控制一个，拨动开关使相应控制端的信号为高电平或低电平。1.2.3显示、声响电路比赛开始，当某一参赛者按下抢答器开关时，触发器就接受该信号，在封锁其他开关信号的同时，使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响，以引起人们的注意。1.2.4振荡电路它提供给抢答器工作的控制脉冲。2 元器件选型2.1 电阻因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。没有电阻或电阻很小的物质称其为电导体，简称导体。不能形成电流传输的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。在物理学中，用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。作用：主要职能就是阻碍电流流过，多应用于限流、分流、降压、分压、负载与电容配合作滤波器及阻匹配等。数字电路中功能有上拉电阻和下拉电阻。这里电阻大部分作用是分压。2.2 电容电容（Capacitance）亦称作“电容量”，是指在给定电位差下的电荷储藏量，记为C，国际单位是法拉（F）。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上，造成电荷的累积储存，储存的电荷量则称为电容。电容（或称电容量）是表现电容器容纳电荷本领的物理量。电容从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质，可能电荷会永久存在，这是它的特征，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。这里的作用是与电阻串联产生振荡。2.3三极管三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号， 也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。这里选用三极管1815型，三极管1015型。2.4 晶闸管晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极； 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。这里把它用作无触点电子开关。2.5发光二极管半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。2.6 抢答器按键部分在本电路中，需要三位选手各一个抢答按键。考虑到抢答器实际需要，在此不采用单刀双掷开关，因为单刀双掷开关在选手抢答之后需要手动扳回，增加了操作的复杂性。所以选用可复位按键，以减少操作流程。选手按键区，在常态下，S1、S2、S3处于断开状态，输出端接地处于低电平。当按键按下去时接通电源，由于晶闸管的作用，电路导通，二极管的钳位作用，使得LED灯两端的电压保持在2.1V,因为两个LED灯两点电压十分接近，所以当其他抢答开关闭合时不足以其他可控硅，锁住其他电路，其他选手抢答无效。2.7 抢答器指示及发声部分抢答器指示部分主要有指示灯显示对应的作出抢答的选手和发声部分。其中指示灯选取三个发光二极管接在相应的电路中，发声功能则选取一个扬声器来完成。当有选手抢答时，晶闸管会发出一个高电平信号到发光二极管，此时能使二极管发光导通。利用电阻330和电容104组成的RC振荡电路，产生振荡信号，引起扬声器发出声音。3 电路的组成及控制原理3.1抢答控制电路该系统有开关S1、S2、S3，分别有三名参赛者控制。抢答部分的电路采用可控硅控制电路。并利用可控硅的独特特性：能够以小电流控制大电流，当阳极接反向电压，或者当阳极接正向电压而控制极不接电压时，它都不会导通，只有阳极和控制极同时接正向电压时，它才导通，一旦导通，控制极便失去了它的控制作用。在电路中，当复位开关闭合时，由R1,R2的分压作用，使A点的电压保持在2.4V，此时，当其中一名选手按下抢答开关，相应可控硅的控制端接正向电压，可控硅导通，电灯发亮，扬声器发声，因为电路导通，二极管的钳位作用，使得B点的电压保持在2.1V,因为A,B两点电压十分接近，所以当其他抢答开关闭合时不足以其他可控硅，锁住其他电路，其他选手抢答无效。可控硅，又名晶闸管，可控硅从外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三种。螺 旋式的应用较多。可控硅有三个电极阳极（A）阴极（C）和控制极（G）。它有管芯是P 型导体和N 型导体交迭组成的四层结构，共有三个PN 结。可控硅和只有一个PN 结的硅整流二极度管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引用，为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。在应用可控硅时，只要在控制极加上很小的电流或电压，就能控制很大的阳极电流或电压。3.2显示、声响电路声响显示电路需要在当有参赛者按下抢答开关时，相应电路构成通路，发光二极管通电发光亮，本电路的响铃采用阻值为8欧的扬声器，利用两个三极管组成的RC振荡电路。振荡原理：要构成震荡，则需要满足两个条件：震荡平衡条件以及相位平衡条件。振荡电路的振荡频率f是由相位平衡条件决定的，即振荡电路只有在一个频率下满足相位平衡条件，这个频率f 即为RC选頻网络决定的。4元件清单电阻R1=3.3k R2=1K R3=36K R4=330 LED灯3个 晶闸管3个 开关3个 二极管IN4007个 电容0.1UF一个 三极管1815型 1015型各一个5焊接电路 1、按照电路，在万能板上排好所有元件，自低向高依次焊接；2、按照电路图，依此接线；3、焊接结束，检查电路有无焊接错误。6调试与修改按要求接直流电源5V，因为接6V时LED灯直接击穿，电路正常工作。总 结经过了两天的查阅资料学习，使在这次的电子技术课程设计中，成功的利用了共射级放大电路、射极输出器构成的放大电路，从而达到了保证三路抢答器的目的。使得有记忆功能，并对该电路有清“0”功能（关闭电源）。这种三路抢答器的组成原理简单易懂，具有相关基础知识的人都可以按照电路设计图进行该三路抢答器的组建；而且构造这种三路抢答器的原件基本属于常用零件，所需数量也比较少，也就是说，组合一个这样的三路抢答器所需的成本比较低而且耗时比较少，再者，按电路图谁都会做三路抢答器，但是如果要设计的话，就比较难了，所以这对与厂家来所可以说得上具有很强的竞争力，只有厂家才能制作出来。物美价廉，符合了现在的市场要求和经济效益。大多数同学电灯泡在工作后，很短时间烧坏了，我是认为有以下几点：1、 LED灯质量较差，可以选用耐压性较高的LED灯；2、 也可以给灯泡前面串联100欧左右的电阻分压保护LED灯；3、 焊接工艺太差，导致电路不太稳定。此次课程设计虽然时间短，但是让我学习到了自己的优点，发挥出了自己的长处，找到了自己的缺点。让我的能力又提升了一个新台阶。这次设计有不足之处，还希望老师给我建议，让我的能力更进一步。主要参考文献1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科