模电课程设计 简易门铃.doc

郑州科技学院郑州科技学院 模拟电子技术 课程设计 题 目 简易门铃 学生姓名 孙梦蔚 专业班级 11 级电科一班 学 号 201131002 院 系 电气工程学院 指导教师 李月英 完成时间 2013 年 5 月 16 日 目 录 1 课程设计的目的 2 2 课程设计的任务与要求 2 3 实验设计方案及论证 3 3 1 方案一 3 3 2 方案二 4 3 3 两种方案的比较 4 4 设计原理及功能说明 5 5 硬件的制作与调试 7 6 总结 13 参考文献 14 附录 1 总体电路原理图 15 附录 2 元器件清单 16 1 1 课程设计的目的 通过该项目的学习 学生应当能够读懂项目任务书 看懂任 务书中的电路原理图 分析电路工作原理 根据项目实训评价 明确制考核要求和评分标准 能熟练运用万用表检测各元器件的质量 能熟练使用各焊接工具按照电路原理较长和工艺要求完成电 路的连接 熟练运用电子测量工具完成电路的调试和故障的排除 具备一定的团队合作开发能力 2 课程设计的任务与要求 设计一个门铃电路 两端接 6v 的电压 设置一个按钮开关 当按下开关时发出门铃在任听觉范围内的 铃 声 松开开关 则声音消失 其中先设计出电路图 再通过电路图演示软件演示出其可用性 最后进行实际操作进行电路元件的选择与焊接 要求用内部中断实现 当按下门铃时 门铃发出响声 直到释 放 3 实验设计方案及论证 3 1 方案一 2 DC1 3 V R8 820 R7 1k R1 5 6k R4 100k R5 100k R2 10k R6 10k R3 10k VT3 2SC1815 VT1 2N2222 VT2 2N2222 VT4 2N2222 C3 1 F C1 1 F C2 1 F C4 1 F XLV1 Input J1 Key A C5 1 F 图 3 1 原理图 电路原理 由 VT1 VT2 及相关元件组成多谐振荡器 用以控制两种音调转 换 由 VT3 VT4 等组成音频振荡器 当 VT2 导通时 相当于 R1 与 R2 并联 这时产生一种音调 当 VT2 截止时 只有 R1 参与 音频振荡器工作 因此产生的是另外一种声音 电路中的 R1 R2 和 C5 的值决定了音调的高低当按下门铃开关后 门铃便会交替 产生二种不同音调的声音 3 2 方案二 3 R1 15k R4 1 5k R2 68k R3 68k C1 0 01 F C2 0 01 F J1 Key A V1 6 V Q2 2SC1815 Q1 2SC1815 Q3 2SC1815Q4 2N2222 R5 100 U1 BUZZER 2 5e 008 Hz 图 3 2 原理图 电路原理 当按钮开关 J1 接通时 多谐振荡器起振 R1 R4 为三极管 Q1 Q2 的集电极负载电阻 通过电阻 R2 R3 分别给三极管 Q1 Q2 加上正向偏压 电容 C1 C2 交替充电使三极管正常工作 产生音频振荡振荡信号由三极管 Q3 和 Q4 组成的功率放大器放 大后送至蜂鸣器 BUZZER 使扬声器发出声音 3 3 两种方案的比较 方案一 电路简单 器件数目较少 布线程度中等 反映速度 较快 造价便宜 刚接上电源是发出的声音是渐变的 一段时 间后音调才趋于平稳 电路具有延时性 在开关断开时 两个 晶体管有微小的电流流过 所以不工作时也会消耗电能 该方 案的功耗较高 4 方案二 电路简单 器件数目少 布线程度中等 反映速度快 造价便宜 音色较佳 当按下按键时发出清低楚悦耳的 叮咚 叮咚 声 电路布具有延时性 在开关断开时 电路中没有电 流流过 所以不工作时不会消耗电能 而且该方案的功耗比较 低 结论及选取方案 方案二的元件选取 电路图及原理都较方案 一简单 而且都是由我们熟悉的三极管 电阻 电容等元件组 成 便于我们的组装 具有造价低廉 能够更简单的达到我们 的目的 所以我们选择了方案二 4 设计原理及功能说明 R1 15k R4 1 5k R2 68k R3 68k C1 0 01 F C2 0 01 F J1 Key A V1 6 V Q2 2SC1815 Q1 2SC1815 Q3 2SC1815Q4 2N2222 R5 100 U1 BUZZER 2 5e 008 Hz 图 3 3 门铃原理图 上图为电子门铃电路 它由多谐振荡器 Q1 Q2 和功率放大器 5 Q3 Q4 组成 当按钮开关 SB 仿真中用开关 J1 代替 接通时 多谐振荡器起 振 R1 R4 为三极管 Q1 Q2 的集电极负载电阻 通过电阻 R2 R3 分别给三极管 Q1 Q2 加上正向偏压 电容 c1 c2 交替 充电使三极管正常工作 产生音频振荡 两个三极管参数应尽 可能一致 如果参数不一致 最后会导致振荡器停止工作 如 果发生这种情况 就可适当调节 R2 或 R3 阻值 使多谐振荡器 起振 振荡信号由三极管 Q3 和 Q4 组成的功率放大器放大后送 至扬声器 B 使扬声器 仿真中用蜂鸣器代替 发出声音 改变 电容 cl 和 c2 的容量 能改变音调 可用门铃代替敲门 且增 添一丝现代化气息 在设计过程中使用的是仿真软件 Multisim Multisim 是 Interactive Image Technologies Electronics Workbench 公 司推出的以 Windows 为基础的仿真工具 适用于板级的模拟 数 字电路板的设计工作 它包含了电路原理图的图形输入 电路 硬件描述语言输入方式 具有丰富的仿真分析能力 Multisim 对电路进行仿真分析的基本过程 只是在绘电路图时还 需要接入所需要的仪器仪表 构成完整的实验电路 在进行数 字电路仿真或模拟电路瞬态分析时 不需要设置仿真类型和参 数 只需要打开虚拟的电源开关即可进行仿真 显示仿真结果 Multisim 为用户提供了数量众多的元器件 被分门别类地存放在 多个器件库中 在绘制电路图时只需打开器件库 再用鼠标左 键选中要用的元器件 并把它拖放到工作区即可 当光标移动 到元器件的引脚时 会自动产生一个带十字的黑点 进入到连 线状态 单击鼠标左键确认后 移动鼠标即可实现连线 搭接 6 电路原理图既方便又快捷 就像在计算机上进行实验一样 5 硬件的制作与调试 首先 电路的工作原理的论述 电路或称电子回路 是由电气 设备和元器件 用电器 按一定方式联接起来 为电荷流通提 供了路径的总体 也叫电子线路或称电气回路 简称网络或回 路 如电阻 电容 电感 二极管 三极管和开关等 构成的 网络 电路的组成结构 电路由电源 负载 连接导线和辅助设备四大部分组成 实际 应用的电路都比较复 杂 因此 为了便于分析电路的实质 通 常用符号表示组成电路实际原件及其连接线 即画成所谓电路 图 其中导线和辅助设备合称为中间环节 1 电源 电源是提 供电能的设备 电源的功能是把非电能转变成电能 例如 电 池是把化学能转变成为电能 发电机是把机械能转变成电能 由于非电能的种类很多 转变成为电能的方式也很多 所以 目前实用的电源类型也很多 最常用的电源是固定电池 蓄电 池 和发电机等 电源分为电压源与电流源两种 只允许同等 大小的电压源并联 同样也只允许同等大小的电流源串联 电 压源不能短路同电流源不能短路 2 负载 在电路中使用电 能的各种设备统称为负载 负载的功能是把电能转变成其他形 式能 例如 电炉把电能转变为内能 电动机把电能转变为机 械能 等等 统称使用的照明器具 家用电器 机床等都可成 为负载 3 导线 连接导线用电源 负载 和其它辅助设备 7 连接成一个闭合回路 起着传输电能的作用 4 辅助设备 辅助设备是用来实现对电路的控制 分配 保护及测量等作用 的 辅助设备包括各种开关 熔断器 电流表及测量仪表等 再照电路图对元器件进行组装 即将元器件按照一定的顺序安 装在万能板上 在进行组装前的一项重要工作是进行元器件的 布局设计 元器件的布局设计的原则 1 按电路模块进行布局 实现同一功能的相关电路称为一个模 块 电路模块中的元 件应采用就近集中原则 同时数字电路和 模拟电路分开 2 定位孔 标准孔等非安装孔周围 1 27mm 内 不得贴装元 器件 螺钉等安装孔周围 3 5mm 对于 M2 5 4mm 对于 M3 内不得贴装元器件 3 卧装电阻 电感 插 件 电解电容等元件的下方避免布过孔 以免波峰焊后过孔与 元件壳体短路 4 元器件的外侧距板边的距离为 5mm 5 贴 装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于 2mm 6 金 属壳体元器件和金属件 屏蔽盒等 不能与其它元器件相碰 不能紧贴印制线 焊盘 其间距应大于 2mm 定位孔 紧固件 安装孔 椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于 3mm 元器件的布局与布线 1 一般按照电路图的走向顺序排列各级的布局 尽量缩短接线 以减少分布参数对电路的影响 2 集成电路外接元器件尽可能 安排在对应管脚附近 缩短连线的距离 输入信号与输出信号 的引线应当尽可能的安排远一些 3 连线尽量做到横平 竖直 横线交叉尽量少 建议元器件的布局与布线再与实际电路板 1 1 的方格纸上画出元器件的布局与布线 调整合适后在进行实际 8 布局与布线 其次是对元件的焊接 焊接是通过加热 加压 或两者并用 使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式 焊接应用广泛 既可用于金属 也可用于非金属 一个电子装 置由若干个电子元件组成 各个电子元件通过焊接连接成为一 个完整的电路 焊接技术的优劣直接影响装置是否正常运行和 质量的好坏 焊接工具介绍及材料 电烙铁是焊接电子元器件的重要工具 直接影响着焊接的质量 电烙铁从结构上分为外热式和内热式两种 常用的有 75W 45W 25W 20W 等 选择电烙铁要根据焊接任务的不 同 选用不同功率的电烙铁 一般焊接半导体元器件选用 20W 电烙铁即可 新的电烙铁使用前要进行 上锡 首先将烙铁头 挫干净 然后把电烙铁通电加热 预热一会儿之后将烙铁头粘 上松香 再用烙铁头将焊锡丝熔化 将烙铁头上薄薄的镀上一 层锡 防止电烙铁长时间加热因氧化使烙铁头被 烧死 不再 吃锡 焊料是将被焊物体牢固的焊接到电路板上 焊料熔点比被焊物 熔点低很多 否则容 易和被焊物连在一起 一般的电子元件用 焊料是锡铅比例为 3 2 的焊锡 其低熔点仅为 180 摄氏度左右 用 25W 30W 的电烙铁就可以熔化 焊锡通常制作成管状焊锡丝 内芯有松香做助焊剂 助焊剂的作用是去除焊件表面的氧化物 加热时防氧化 帮助焊料流动 减少表面张力 提高焊接质量 一般用松香 固态 或松香水 松香加酒精做的液态助燃剂 焊接的手法 9 焊接的手法为左手食指中指夹住焊锡丝 右手拿住电烙铁 烙 铁头随着锡丝走 手工焊接的握电烙铁的方法 有正握 反握 及握笔式三种 焊接元器件及维修电路板时以握笔式比较方便 焊接时切忌要注意安全 正确的焊接方法是 准备施焊 加热 焊件 加焊锡 去焊锡和去烙铁 1 准备施焊 准备好焊锡丝 预热好电烙铁 2 加热焊件 将烙铁头接触到焊接点 使被焊 引线和焊盘加热 3 加焊锡 当焊件加热到一定温度后 放上 焊锡丝 焊锡丝能够立即沾附到被焊件上 4 去焊锡 当熔化 一定量的焊锡后 将焊锡丝移开 5 去烙铁 当焊锡丝安全湿 润焊点后 朝大约 45 度方向迅速移开电烙铁 焊接的注意事项 1 对焊件要先进行表面处理 一般焊件表面都被氧化 需要表 面处理 去除表面污垢 氧化膜等等 采用机械刮磨或酒精清 洗 2 对元件引脚进行镀锡 对导线 引脚的焊接部位要进 行焊锡润滑 也称上锡 3 焊料量的控制 焊点的焊锡量要适 量 不可过多或过少 4 焊点的质量 焊接质量的好坏以焊点 圆滑 光亮为好 然后是对电路的调试 1 检查电路接线 电路安装完毕 首先要认真检查电路接线是否 正确 通常采用的检查方法是按照电路原理图检查 可借助万 用表的电阻档检查 即在电路原理图上找到一些点 用万用表 测量在电路原理图上应与它连接的部分是否都连接上 检查是 否有错焊 漏焊处 2 调式方法 调式是在安装完毕后对 电路的参数及工作状态进行测量 并在测量的基础上对电路的 参数进行修正 使之 满足设计要求 3 调式步骤 先将电 10 源调到规定的数值 然后关闭电源 将电源接入待测电路 接 通电源后仔细观察有无异常现象 包括有无冒烟 是否有无异 常气味 用手摸元器件是否发烫等等 如果发现异常 应立即 断掉电源 待排除故障后方可重新通电 分级调式 分级 调式又分为静态调式和动态调式 静态调式是在没有外加信号 的条件下测试电路的工作状态 对于模拟电路测量电路的工作 点 对于数字电路测量高低电平值 动态调式是在各级的输入 端加入规定信号的条件下测试输出的结果是否正确 通常用示 波器观察输出波形和万用表测量输出信号的数值 如果不满足 设计要求 可以调整相关元器件 达到设计要求 整机联 调 在各级调式完成后 将各级连接在一起 加入规定的输入 信号 测量总输出是否满足要求 通常用示波器观察输出波形 和万用表测量输出信号的数值 最后是对电路的故障分析与排除方法 1 故障的检查方法 直观检查法 为了避免和减少接线的错误 应画出正确的电路原理图和安装接线图 通电后检查有否有打 火等异常声响 有无焦糊异味出现 摸晶体管 电阻 集成电 路是否温度过高等 发现异常立即断电检查故障 仪器检查 法 用万用表 示波器等仪器发现和寻找故障部位及元件 可以测电阻 测电压和电流 用示波器测量法 2 逐级立法分 析与排除故障 判断故障级可使用三种方法 第一 由前向后 逐级寻找 第二 用后向前逐级寻找 第三 2 分法 寻找故 障的具体部位或元器件 排除故障 做出的实物如下图 11 图 5 1 实物正面 图 5 2 实物背面 12 6 总结 电子工艺实训是我们进入大学二年级后的第一个实训 当然在 大一的时候我已进行了金工实训和电焊实训 因此对实训有了 一定的了解 但是 在进行电子工艺实训时仍不免犯一些错误 不过好在我不是一个人在战斗 而是和小组同学一起互相帮助 互相鼓励下一起完成了这个任务 在这一星期的实训中 我们 经历了课题选择 电路设计 仿真 元器件的选择与购买以及 焊接等一系列的问题 我们都一一克服了 期间我们不止学会 了简易门铃的做法 还学会了分析处理问题的方法和能力 在整个实训过