模电课程设计—温度指示器.doc

郑州科技学院模拟电子技术课程设计题 目 温度指示器 学生姓名 x x 专业班级 2012级电气工程及其自动化班学 号 2012470xx 院 （系） 电气工程学院 指导教师 xx 完成时间 2014年 5 月 23 日 目 录1 课程设计的目的32 课程的任务与课程设计要求错误！未定义书签。2.1 课程的任务32.2 课程设计要求33 设计方案和论证错误！未定义书签。3.1 设计方案33.2 设计方案及论证34 电路工作原理及其说明34.1 电路工作原理34.2 原理图说明65 硬件的制作与调试错误！未定义书签。5.1 焊接实物图35.2 焊接过程出现的问题35.3 调试36 总结15参考文献16附录1：总体电路原理图17附录2：元器件清单 181 课程设计的目的1巩固和加强“模拟电子技术”数学电子技术课程的理论知识；2掌握电子电路的一般的设计方法，了解电子产品研制开发过程；3提高电子电路实验技能及仪器使用能力；4掌握电子电路安装和调试的方法及十故障排除方法；5通过查阅手册和文献资料.培养同学们独立分析问题和解决问题的能力；6培养创新能力和创新思维。2 课程的任务与课程设计要求2.1 课程的任务每当季节交替，气候变化时，都需要有人告诉你温度的变化。利用集成放大电路，制作一个温度指示器，可以随时陪伴在你的身旁对你嘘寒问暖。温度指示器由放大电路，指示器，温度感应装置，发热元件，比较器组成。此次的温度传感器的主要元件为LM324放大电路，LM324发达器的基本信息：类型:低功率放大器数目:4带宽:1MHz针脚数:14工作温度范围:-40C to +85CSVHC(高度关注物质):No SVHC (18-Jun-2010)封装类型:DIP-3dB带宽增益乘积:1MHz变化斜率:0.5V/s器件标号:324工作温度最低:-40C工作温度最高:85C放大器类型:低功耗电源电压 最大:32V电源电压 最小:3V芯片标号:324表面安装器件:通孔安装输入偏移电压最大:7mV逻辑功能号:324额定电源电压:+5VLM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图1.1所示： 1.1它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。2.2 课程设计要求 1、通过对本制作的安装、焊接、调试，了解电子产品的内部构造，训练动手能力，掌握元器件的识别、简易测试以及整机调试工艺。2.初步掌握一般电子电路设计的方法，不断提高自己各方面的动手等能力。3.学会掌握安装电子线路的基本技能和调试方法，善于在调试中发现问题和解决问题。3 设计方案和论证3.1 设计方案1.初选电路形式或根据参考电路确定器件（集成决）类型。根据设计题目要求指标.通过查阅有关资料分析其工作原理;2.画出电路图，完成电路各部分指标分配；3.设算各单元电路的参数和确定各元件的参数值。如：电阻值额定功率。核算集成电路的有关电流.电压等技术指标；4验算电路的技术指标；5对电路工艺进行设计（印刷电路板的设计.元件在板上布局等);6对电路件实验调试;7编写课程设计报告;3.2 设计方案及论证 指示器 发热元件放大电路温度指示器设计过程：（1） 两片LM324构成8个电压比较器，当+端电压高于-端电压时，指示灯亮。R19为负温度系数热敏电阻，温度升高，阻值变小。（2） 调节R1电位器可使指示灯在规定温度下只量一只。R2-R9为分压电阻。（3） 热敏电阻R19实物外形图：（4） 当用电烙铁加热焊接热敏电阻时，注意保持距离2毫米左右。（5） 观察二极管的明暗数量，温度越高亮的法官管的数量就越多，如果温度越低就越少。（6） 工作电压为：4.5V。（7） 设计中需要Multisim软件。Multisim简介：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。为适应不同的应用场合，Multisim推出了许多版本，用户可以根据自己的需要加以选择。在本书中将以教育版为演示软件，结合教学的实际需要，简要地介绍该软件的概况和使用方法。Multisim软件中常用的快捷键：快捷键功能Open 打开文件SaveAs 另存为FlipHorizontal 将所选的元件左右翻转FlipVertical 将所选的元件上下翻转90ClockWise将所选的元件顺时针90度旋转90ClockWiseCW将所选的元件逆时针90度旋转PlaceComponent 放置元器件PlaceJunction放置连接点Run执行仿真关于过程中所需要的原件，及原件的说明：热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件热敏电阻由半导体陶瓷材料组成， 热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。利用的原理是温度引起电阻变化若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为n、p，则半导体的电导为：=q（nn+pp）因为n、p、n、p都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线这就是半导体热敏电阻的工作原理热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度敏电阻（CTR）。发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（As）、磷（P）、氮（N）、铟（In）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，铟镓氮二极管发蓝光。电位器 （英文：Potentiometer）是可变电阻器的一种。通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。电位器的作用调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。电位器的结构特点电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。它大多是用作分压器，这时电位器是一个四端元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节，电位器是一种可调的电子元件。用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。按材料分线绕、碳膜、实芯式电位器；按输出与输入电压比与旋转角度的关系分直线式电位器（呈线性关系）、函数电位器（呈曲线关系）。主要参数为阻值、容差、额定功率。广泛用于电子设备，在音响和接收机中作音量控制用。4 电路工作原理及其说明4.1 电路工作原理两片LM324构成8个电压比较器，当+端电压高于-端电压时，指示灯亮。R19为负温度系数热敏电阻，温度升高，阻值变小。观察二极管的明暗数量，温度越高亮的法官管的数量就越多，如果温度越低就越少。LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用1.1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。4.2 原理图说明图4-1 LM324温度指示器图4-1所示电路为LM324温度指示器，其中LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。电位器R2为保护电路所设置。R3至R10皆为分压电阻，R1为为负温度系数热敏电阻，温度升高，阻值变小。5 硬件的制作与调试5.1 焊接实物图图5-1焊接实物图5.2 焊接过程出现的问题在焊接前没有整体布局，导致元件放置杂乱，给检查电路带来很大麻烦。而且焊点太大，外观上不好看，影响输出音质。以后在焊接时，一定要认真布局好电路，将元件排布整齐，这样检查电路和更换元件时会比较容易。焊接技术还有待提高。焊接过程注意的问题元器件的装插焊接应遵循先小后大，先轻后重，先低后高，先里后外的原则，这样有利于装配顺利进行。在瓷介电容、电解电容及三极管等元件立式安装时，引线不能太长，否则降低元器件的稳定性；但也不能过短，以免焊接时因过热损坏元器件。一般要求距离电路板面2mm，并且要注意电解电容的正负极性，不能插错。焊锡之前应该先插上电烙铁的插头，给电烙铁加热。焊接时，焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成45度，这样焊锡与电烙铁夹角成90度。焊接时，焊锡与电烙铁接触时间不要太长，以免焊锡过多或是造成漏锡；也不要过短，以免造成虚焊。元件的腿尽量要直，而且不要伸出太长，以1毫米为好，多余的可以剪掉。焊完时，焊锡最好呈圆滑的圆锥状，而且还要有金属光泽。5.3 调试电路安装完毕后，必须在不通电的情况下，对电路板进行认真细致的检查，以便纠正安装错误。检查应特别注意以下问题：1. 元器件引脚之间有无短路。在检查电路引脚间的有无短路的时候出现了不少的问题。在用万用表测量的时候真的是处处短路，而有的地方就是处处断路，为了保证的电路的正确性，只有通过万用表一条条的线路检查是否导通，引脚间是否短路。所以本次设计实物的走线用导线和焊锡补了不少，同时为了避免短路很多地方用小刀刮了不少了。2. 电源的正负、负极性有没有接反，正、负极之间有没有短路现象，电源线、地线是否接触良好。关于电源正、负极问题主要是在本次设计中的单电源供电的导线插在功放电路的插座上，在此应特别注意在测试极性的时候，应注意红、黑表笔不要弄反。 红表笔接正极， 黑表笔接负极。3. 二极管有电解电容极性有没有接反，集成器件引脚有没有接错，集成电路的型号及安插方向对不对，引脚连接处有无接触不良等。在安装的时候我 们严格按照测量晶体管的步骤和要求进行，用万用表分别判断出二极管的阳、 阴极；并作了相应的标注。4.在焊接过程总容易产生虚焊，焊件之间没有被锡固住,是由于焊件表面没有清除干净或焊剂用得太少以及焊接时间过短所引起的。 所谓“焊点的后期失效”，是指表面上看上去焊点质量尚可，不存在“搭焊”、“半点焊”、“拉尖”、“露铜”等焊接疵点，在车间生产时，装成的整机并无毛病，但到用户使用一段时间后，由于焊接不良，导电性能差而产生的故障却时有发生，是造成早期返修率高的原因之一，这就是“虚焊”。产生虚焊的主要原因：1.焊锡质量差；2.助焊剂的还原性不良或用量不够；3.被焊接处表面未预先清洁好，镀锡不牢；4.烙铁头的温度过高或过低，表面有氧化层；5.焊接时间太长或太短，掌握得不好；6.焊接中焊锡尚未凝固时，焊接元件松；7.元器件引脚氧化。6 总结通过一周的实训，学习到了很多东西，虽然最终我们的作品没有成功。但是我们的收获依然非常丰富。关于实验的失败，我做出了一下的总结。（1） 购买元件的时候没有认真仔细的挑选以致后来实验时发现原件不符合标准。（2） 最重要的热敏电阻与滑动变阻器的规格不标准，与理论相差甚远。（3） 焊接过程中排版不仔细以致于后来的几天焊接时造成了许多的苦难，焊接不成功。（4） 焊接的过程中使用的导线过多，中间过程中产生了短路，断路以及虚焊。（5） 使用焊接的导线为软铜丝，容易分叉导致了短路，也是实验失败的原因之一。虽然失败但是我受到了巨大的启发，在实验过程中团体的作用有着巨大的作用。只有小组成员之间积极主动，相互督促，团结协作，才能克服实验中的种种困难。过于自信的相信自己不听取他人意见是不明智的。通过本次实践，对模电有了新的认识，模拟电路真的很奇怪，变幻莫测，同一样的电路图，不同小组做出来效果很是不一样，甚至同一个东西，在调试的过程也会出现奇奇怪怪问题，不能正常工作。经过反复的检查，才能发现最终的失败地点在哪里。参考文献1 陈明义电子技术课程设计实用教程M（第三版）长沙：中南大学出版社，2009：11122 江晓安 ，董秀峰模拟电子技术M（第三版）西安：西