电子信息工程毕业论文--八路数码管抢答器.doc

具有报警功能的八路数显抢答器的设计摘要:本文介绍了一种用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警多重功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，同时实现报警功能。关键词:八路, 抢答器, 设计,报警Abstract：In this paper, the electric circuit and designing thought of an answering racer based on the common-used series of 74 IC with 8-wire is introduced, and its function is also described. The answering races function includes timing, counting, and alarming, besides the basic function of an answering racer. The host sets the provided time for the answering race through the time-setting switch, after this the system will count down the time automatically. If anybody answer the question on time, the counting of time will stop; If nobody answer the question on time, the alarm will give out some sound, helping the host know the race in this turn is of no use, so the function of alarming is achieved. Keywords: 8-wire, answering racer, design, timing, counting, alarming1 课题背景工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器便成为必要设备之一。在我校举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会由于主持人的主观误断带来比赛的不公平性。为解决这个问题，我就此问题制作一个低成本但又能满足这些活动需要的八路数显抢答器,同时也作为我的毕业设计课题.2、设计任务及系统功能简介1.基本功能： （1） 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 S7表（2） 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。（3） 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在DPY_7-SEG七段数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。2.扩展功能：（1） 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。（2） 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。在这段（3） 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。3、实现的原理与电路1数字抢答器总体方框图 如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清零状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。 主体电路抢答按钮报警电路控制电路主持人控制开关译码电路译码显示锁存电路优先编码电路图1设计框图2.电路结构图：图一 以下图二、图三为图一的放大图：图二图三 本制作是一个简易实用的8路数字显示抢答器，图一为该抢答器的核心部分，包括抢答、编码、优先、锁存、数显及复位等电路。所用的原件除集成电路CD4511，还有14只IN4148二极管，一只9014（NPN）三极管；15只电阻，9只按键开关，SB1SB8为抢答键，SB9为复位键，LED数码管为0.5英寸的共阴极数码管。 其中7只470欧姆的电阻为限流电阻； CD4511是一块含BCD七段锁存/译码/驱动电路于一体的集成电路；CD4511的1、2、6、7脚为BCD码输入端，第915脚为显示输出端。第3脚为测试端（LT），当LT为“0”时，输出全为1。第4脚为消隐端（BI），当BI 为“0”时，输出全为“0”，显然此时还有可清除锁存器内的数值。第5脚为锁存允许端（LE），当LE由“0”变到“1”时，a b c d e f g 七个输出端保持在LE为“0”时所加BCD码对应的数码显示状态。第8脚接地，第16脚接电。图四：CD4511 图五：数码管的引脚图图六：9014的引脚图图七：二极管IN4148的管脚3：抢答器的讯响电路结构：图八：抢答器的讯响电路图九：555的管脚图其中R1=R2=10K，扬声器通过100uf的电容器接在555的3脚与地之间，4只二极管分别接CD4511的1 2 6 7 引脚。任何抢答按键按下，讯响电路都能振荡发出讯响声。只要整个电路元件良好，装备无误，本制作一般不必调试，当电路通电，按下任何一抢答按键不动，听到扬声器发出讯响声，把电源电压稍作调整（8v左右），使声音悦耳、音量适当即可。4.译码显示原理本设计因为只采用了九路抢答，即采用一个LED数码管就可以完成显示功能,设计中我们使用CD4511的输出端A-G作为LED数码管（a-g）的输入。CD4511的输出端A-G的输出是由BCD码输入端ABCD决定的，根据BCD编码的输入不同在输出端输出不同数据也不同，LED数码管根据CD4511各端输出的数据点亮七段发光管就会显示相应的字符，CD4511各端输出的信息总是和LED上显示的相对应。由CD4511的BCD码输入端ABCD、输出端A-G、LED显示字符三者的关系可得表25BCD编码CD4511 输出端LED显示字符DCBAGFEDCBA000001111110000100001101001010110112001110011113010011001104010111011015011011111006011100001117100011111118100111001119表25七段LED是一种最常见数码管显示屏，这种数码管的每个线段都是一个发光二极管。与我们小时候玩过的“火柴棒游戏”相似，几根火柴组合起来，可以拼成各种各样的图形，七段LED数码管实际上就是利用这个原理作成的。数码管的每个线段都是一个发光管，其中七个长条形的发光二极管排列成一个“日”字型，另一个圆点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点。 LED显示器有两种不同的连接形式：一种是8个发光二极管（a-g及dp）的正极连在一起，称之为共阳极LED显示器；另一种是8个发光二极管阴极连在一起，称之为共阴LED显示器。他们的内电路如图26所示 共阴极 共阳极图26七段数码管类型 共阴数码管内部的8个二极管的N极连接在一起，与引脚com端相连接，在使用时引脚com应接低电平。当数码管其余的某个引脚接高电平时，则该引脚对应的发光二极管被点亮，也就是数码管对应的发光段被点亮。共阳极数码管内部的8个发光二极管的P极被连接在一起，与引脚com端相连接。在使用时引脚com应接高电平，当数码管其余的某个引脚接低电平时，则该引脚对应的发光二极管被点亮，也就是数码管对应的发光段被点亮。七段发光二极管工作时若电流太小，则发光强度不够：电流太大，则耗电量大，甚至会烧坏二极管。在实际应用中，经常外接1K的电阻作为限流电阻。 由图26可以看出共阳和共阴结构的LED显示器各笔划段名的安排位置是相同的，当二极管导通时，相应的笔划就会发光，由发亮的笔划段组合而显示出各种字符，可以显示0-F十六格字符及小数点。由于此设计中只有九路抢答所以使用led数码管的“0-9十个字符就可以满足显示要求，在本设计中采用CD4511 BCD七段所存/译码/驱动器来驱动数码管显示则七个笔划对应于cd4511的输出端A、B、C 、D、E、F、G，因此可用7位二进制代码表示欲显示字符的代码，数码管各段与输出端各位的对应关系如表27所示输出端各位GFEDCBA数码管各段gfedcba显示字符字型共阳极共阴极gfedcbagfedcba0010000000111111111111001000011022010010010110113301100001001111440011001110011055001001011011016600000101111101771111000000011188000000011111119900100001101111表27 阳极数码管二进制数据位0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗;共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。若要显示0 字符共阳极数码管的字符编码应为1000000B,共阴极数码管的字型编码为0111111B，依次类推，只要把欲要显示数字字形码通过cd4511输出端送给数码管即可。数码管字型码见表28表28字型码5.锁存、复位电路及工作原理(1） 锁存器的定义锁存器是由若干个钟控D触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路。(2)锁存器器件选择(一) 使用专门的锁存器74LS373，74LS3074等集成电路，使电路中元件增加，连线复杂，调试维修增加难度，并使设计成本增加。(二) 选用锁存/译码/驱动器集成于一体的集成电路，可以简化外围电路，工作更加稳定。经比较两种方案，基于设计电路时，我们考虑的是电路简便，实用，稳定性，可靠性好，费用低的原则，故选用方案二。 CD4511BCD七段锁存/译码/驱动器是将锁存器，译码器。它的输出由输入的BCD码决定，故显示器显示数字为“0，1、9”。 分析CD4511各引脚功能知 5脚LE为锁存控制脚，LE脚为0时，ABCD输入端决定显示字符，LE脚为1时，锁存显示的字符此时控制LE脚的高低电平必须接外围电路，电路如图29所示图29锁存、复位电路此数选抢答器不仅有抢答的功能，而且还可以实现防作弊功能，更进一步维护比赛的公平，公正，公开原则。（3）复位原理电路原理图如210所示S10为复位键，一般主持人在喊开始抢答前按下，当S10被按下时，CD4511LE脚为低电平0，CD4511没有处于锁存状态，显示字符有ABCD输入端决定，主持人此时并没有喊开始所以任何人不能进行抢答，ABCD输入端的值全部为0，CD4511的七段输出引脚ABCDEFG应该为1111110则LED数码管显示字符0，用CD4511输出ABCDEF分别接CD4086与非门的10，9，5，4，3，2引脚CD4511输出端G经VT1反向后变为高电平1连接CD4086的11，12，13引脚。这样CD4086与非门输入端为1，即输出低电平0，CD4086的输出端经过R3限流后连到CD4511的5脚LE上，保持主持人在没有喊开始之前LED数码管数字一直显示为0。图210复位电路（4） 防作弊原理主持人在按下S10按键后，CD4511LE引脚为低电平0，CD4511没有处于锁存状态显示字符取决于ABCD输入端，此刻并没有喊开始，所以ABCD输入端的值全部应为0，CD4511的输出端ABCDEFG应为1111110，而LED数码管显示为0，如果有人在此之前按下抢答键CD4511的输入端ABCD的值不全为0，输出端ABCDEFG也输出与输入相对应的值，通过LED数码管显示出抢答器的抢答号，而且还通过CD4086与非门后到达CD4511的LE引脚锁存该按键号，找出作弊的比赛者。因此有效的防止有人作弊。（5）锁存原理 当主持人喊开始后最先按下抢答键的键号会在LED数码管上显示出来，其它键再按下去也不起作用。某一个按键被按下后首先编码电路对其进行编码并输出到CD4511的ABCD端，由于CD4511本身具有译码/驱动功能，输出端ABCDEFG则根据ABCD的输入值输出对应的数值在LED数码管上显示出来。同时，CD4511是输出端ABCDEFG是值也送到了CD4086与非门的输入端上，经与非门输出端高电平1送到CD4511锁存引脚LE，由于CD4511的LE为锁存引脚，为低电平0时，无效。为高电平1时，处于锁存状态。此LE为高电平1时处于锁存状态，输出的值被固定与输入端ABCD的输入没有关系即比赛者再按下抢答键进行抢答均不起作用。主持人喊开始后，若首先按下的键为SB6时，当SB6被按下时，编码电路首先对其进行编码0110，再送到CD4511的输入端ABCD经CD4511本身具有的译码/驱动功能，输出端ABCDEFG为0011111则数码管上显示字符6，同时输出端AB是值00送到CD4086的10，9引脚，CDEF的值1111送到5，4，3，2引脚，G值经过VT1的反向后变为0送到11，12引脚，此时CD4086输入端的值为11110000，与非后输出高电平1并送到CD4511的锁存引脚LE，CD4511是LE只要一为高电平1，立刻处于锁存状态，输入端ABCD输入的值都为无效，即再按抢答键不起作用。只有主持人按下“复位”按钮强行使CD4511锁存脚置零，CD4511锁存解除，才能开始下一论抢答。依此原理可得表211 键号键号编码CD4511输入端CD4086输入端13LELEDDCBAGFEDCBA11、122345910SB10000001111111111111000SB1000100001101000110111SB2001010110110011011112SB3001110011110001111113SB4010011001100100110114SB5010111011010101101115SB6011011111000111100116SB7011100001111000111117SB8100011111110111111118SB9100111001110100111119表2116 声音提示电路声音提示是为了更好的提示抢答人员是否还有抢答的机会而设置的电路。7声音提示电路的选择 方案一、 选用扬声器发声，必须有功率放大集成电路进行信号放大，如功放块LM386发出声音，其电路连接复杂，扬声器功耗大，需要的元器件较多。 方案二、选用蜂鸣器 使用蜂鸣器不需要驱动电路，只需一个控制开关，就可以实现声音提示功能电路连接图如212所示。经比较，基于连接简单，费用低可以实现同样的功能，考虑选择第二种方案作为本设计的声音提示电路。图212声音提示电路 声音提示是协同显示字符工作的，支持人按下复位键时，数码管显示0字符，报警电路不工作，没有声音，只有有抢答键被按下时，数码管显示相应的键号，报警电路工作有声音。8工作过程当有选手抢答成功后，数码管显示该选手号码，同时CD4086的输出端为高电平1，使CD4511处于锁存状态因VT2的基极是接应CD4086的输出端上的，所以VT2基极电压升高（=0.7V）使VT2导通，蜂鸣器负极接地，正极接VCC，蜂鸣器工作发出声音，在主持人没有按下复位键一直工作。4、各集成块基本功能及电路图电路中采用了两块CMOS数字集成电路，CD4511将BCD编码、七段锁存、译码、驱动功能集于一身，一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，可直接驱动LED显示器。CD4068 是八输入的与非门/与门数字基成电路。1 CD4511引脚图及功能（1）基本描述 高输出源电流可达25mA，输入所存提供BCD码存储功能、灯测试和消隐功能，BCD码1001时，七段译码输出消隐100%测试的静态电压规定可到20V,VDD=18V最大输入电流1uA（整个温度范围）TA=25C时输入漏电流最大为100mA。 显示译码器CD4511是一个用于驱动共阴极 LED（数码管）显示器的BCD码七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，可直接驱动LED显示器。 其引脚功能介绍如下： BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端.。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。（2）CD4511的引脚 CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。其引脚图如31所示图 31CD4511引脚各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。CD4511的工作原理 CD4511的工作真值表如表32输 入输 出 LEBILIDCBAabcdefg显示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐 01110110000000消隐 01111000000000消隐 01111010000000消隐 01111100000000消隐 0111111000000消隐 111XXXX锁 存 锁存 表32CD4511的真值（3） 锁存功能 译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态.当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。（4） 译码功能 CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数据B、C进行组合，然后将输入的数据A、D一起用或 非门译码。 （5） 消隐功能BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。 消隐输出J的电平为 J =（C+B）D+BI 如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D，据上式，当输入BCD代码从1010-1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。2 CD4068 8输入与非门/与门（1） 基本描述10V中速工作时TPHL=TPLH=75nS缓冲的输出级100%测试的静态电压规定可到20V，VDD=18V 25摄氏度时输入最大漏电流100mA。（2） 引脚描述及功能表33 表33引脚描述及功能 34引脚图（3）引脚图(34)与辑表达式与非门输出 Y=/A/B/C/D/E/F/G/H 与门输出 W=ABCDEFGH6、数显抢答器电路元器件分析本实验用到的电阻都是色环电阻。电阻的测量：R1、R2（10k）色环为：棕黑橙 ，实际测量为R1=9.92 k,R2=9.89 k, R3（2k）色环为:红黑橙, 实际测量为 R3=2.1 k，R4（1.6k）色环为:棕兰红, 实际测量为R4=1.52 k。1N4004型硅整流二极管测量结果:良好。三极管VT-9013测试结果:良好。扬声器测试结果：良好。1电阻器（1） 电阻器基本知识介绍 电阻（Resistor）是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生热能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。其常见电阻器如图4-1所示。 光敏电阻 电阻器 碳膜电阻 可调电阻 精密电阻 贴片电阻图4-1电阻都有一定的阻值，它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。电阻的单位是欧姆，用符号“ ”表示。欧姆是这样定义的：当在一个电阻器的两端加上1伏特的电压时，如果在这个电阻器中有1安培的电流通过，则这个电阻器的阻值为1欧姆。除了欧姆外，电阻的单位还有千欧（K），兆欧（M）等。其换算关系为： 1M=1000K ， 1K=1000。 电阻器的电气性能指标通常有标称阻值,误差与额定功率等。 它与其它元件一起构成一些功能电路，如RC电路等。 电阻的阻值标法通常有色环法，数字法。色环法在一般的的电阻上比较常见。由于精密电路中的电阻一般比较小，很少被标上阻值，即使有一般也采用数字法，即： 101表示100的电阻； 102表示1K的电阻； 103表示10K的电阻。通常来说，使用万用表可以很容易判断出电阻的好坏：将万用表调节在电阻挡的合适挡位，并将万用表的两个表笔放在电阻的两端，就可以从万用表上读出电阻的阻值。应注意的是，测试电阻时手不能接触到表笔的金属部分。但在实际维修中，很少出现电阻损坏，除少数特殊电阻外，也很少去关心电阻的阻值。着重注意的是电阻是否虚焊，脱焊。如果一个电阻器的电阻值接近零欧姆（例如，两个点之间的大截面导线），则该电阻器对电流没有阻碍作用，串接这种电阻器的回路被短路，电流无限大。如果一个电阻器具有无限大的或很大的电阻，则串接该电阻器的回路可看作开路，电流为零。工业中常用的电阻器介于两种极端情况之间，它具有一定的电阻，可通过一定的电流，但电流不像短路时那样大。电阻器的限流作用类似于接在两根大直径管子之间的小直径管子限制水流量的作用。(2) 电阻的种类： 电阻的种类通常分为三大类：固定电阻，可变电阻，特种电阻。在电子产品中，以固定电阻应用最多。2 电容器电容器（简称电容）也是组成电子电路的主要元件。它可以储存电能，具有充电、放电及通交流、隔直流的特性。其常见电容器如图所示。 电解电容 可调电容 电容（1）电容器的相关特性及作用电容器的结构特性：电容器是由两个相互靠近的金属电极板，中间夹一层绝缘介质构成的。在电容器的两个电极加上电压时，电容器就能储存电能。1.电容(1)定义：电容器所带的电量与两极板间电势差的比值叫电容。(2)物理意义：电容是描述电容器储存电荷本领大小的物理量，在数值上等于把电容器两极板间的电势差增加1 V所需充加的电量。注意：电容C由电容器本身的构造因素决定，与Q、U无关。(3)电容的单位：法符号F 1 F1000000F1000000000000pF 2.平行板电容器的电容C：与平行板正对面积S、电介质的介电常数成正比，与极板间的距离d成反比。3.电容器的额定电压和击穿电压击穿电压是电容器的极限电压，超过这个电压，电容器内的介质将被击穿额定电压是电容器长期工作时所能承受的电压，它比击穿电压要低电容器在不高于额定电压下工作都是安全可靠的，不要误认为电容器只有在额定电压下工作才是正常的。电容器具有“通交流、隔直流”的特性。直流电的极性和电压大小是固定不变的，不能通过电容器。而交流电的极性和电压的大小是不断变化的，能使电容器不断地充电与放电，形成充、放电电流。4.电容器的作用：电容器是能容纳电荷的元件，由相互绝缘的两个极板构成，极板面积越大，极间距离越小，容量就越大。由于电容器具有容纳和释放电荷(俗称充放电)的功能!它在电路里起到了广泛的用途!典型的用途有;1)功率补偿!(用于变电站,配电房)2)电机剖相，交流移相。3)和电感等元件组成振荡电路，调谐回路。4)用于整流滤波，消除寄生振荡。5)用于高低频电路的信号耦合。6)由于电容器具有俗称的通交隔直特性，几乎所有的电路里都有它的身影。（2）识别方法电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。其中：1法拉103=毫法=106微法=109纳法=1012皮法容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如 10 uF/16V 容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示字母表示法：1m=1000 uF 1P2=1.2PF 1n=1000PF 数字表示法：一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。如：102表示10102PF=1000PF 224表示22104PF=0.22 uF （3）电容器的分类1、 按照结构分三大类：固定电容器、可变电容器和微调电容器。固定电容器的电容是固定不变的；可变电容器一般是通过改变两极的正对面积来改变电容。当然也可以通过改变两极间的距离、或者改变电容器所充的电介质来改变电容。2、按电 解质 分类有：有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。3、按用途分有：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器。4、高频旁路：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。5、低频旁路：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。6、滤波：铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。7、调谐：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。 8、高频耦合：陶瓷电容器、云母电容器、聚苯乙烯电容器。9、低耦合：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。10、小型电容：金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器。3 晶体管半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。半导体最重要的两种元素是硅和锗。（1） 基本知识 PN的形成：扩散：载流子从高浓度向低浓度的运动。漂移：在电场的作用下，自由电子和空穴作定向运动。内电场的方向：由N区指向P区。内电场的作用：一方面阻碍多子的扩散运动，另一方面促使两个区靠近界面处的少子产生漂移运动。PN结的单向导电特性：加在PN结上的电压称为偏电压，若P区为电信高端，N区为电位低端，称PN正偏；反之，称反偏。PN结正偏导通，呈现很小的电阻，形成较大的正向电流。PN结反偏截止，呈现很大的电阻，反向电流近似为0。因此，电路中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等。二极管的结构(如图4-3、4) 图4-3 图4-4 图4-5常见的几种二极管，有玻璃封装的、塑料封装的和金属封装的等几种。图4-5是二极管的电路符号，有两个电极，并且分为正负极，一般把极性标示在二极管的外壳上。 二极管的伏安特性（图4-6）：iD=Is（e（UD/UT）-1），UT=KT/q，Is为二极管反向饱和电流，单位为A，K=1.380*10-23J/K,为玻耳兹曼常数 ，T为热力学温度，单位为K，q=1.6*10-19C，为电子电量，UT为温度电压当量，在常温下（T=300K），UT=26mV。图4-6四个工作区：死区（正向）、导通区（正向）、反向截止区（反向）、击穿区（反向）（2） 晶体管的检测方法： 1、检测小功率晶体二极管 A、判别正、负电极 (a)、观察外壳上的的符号标记。通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，带有三角形箭头的一端为正极，另一端是负极。 (b)、观察外壳上的色点。在点接触二极管的外壳上，通常标有极性色点(白色或红色)。一般标有色点的一端即为正极。还有的二极管上标有色环，带色环的一端则为负极。 (c)、以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接的一端为正极，红表笔所接的一端则为负极。 B、检测最高工作频率fM。晶体二极管工作频率，除了可从有关特性表中查阅出外，实用中常常用眼睛观察二极管内部的触丝来加以区分，如点接触型二极管属于高频管，面接触型二极管多为低频管。另外，也可以用万用表R1k挡进行测试，一般正向电阻小于1k的多为高频管。 C、检测最高反向击穿电压VRM。对于交流电来说，因为不断变化，因此最高反向工作电压也就是二极管承受的交流峰值电压。需要指出的是，最高反向工作电压并不是二极管的击穿电压。一般情况下，二极管的击穿电压要比最高反向工作电压高得多(约高一倍)。有此型号的中、小功率三极管，生产厂家直接在其管壳顶部标示出不同色点来表明管子的放大倍数值，其颜色和值的对应关系如表所示，但要注意，各厂家所用色标并不一定完全相同。本实验用到的二极管为1N4004，关于1N40的相关参数为（表4-7） 参数型号 最大整流电流反向电流125正向电压25最高反向工作电压（峰值）最高工作频率AuAVKH21N40011N40021N40031N40041N40051N40061N40071=5=1501002004006008001000表4-7我们用万用表来对1N4004型硅整流二极管进行测量，红表笔接二极管的负极，黑表笔接二极管的正极时，表针会动，说明它能够导电；然后将黑表笔接二极管负极，红表笔接二极管正极，这时万用表的表针根本不动或者只偏转一点点，说明导电不良。4 三极管半导体三极管也称为晶体三极管，它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。电子制作中常用的三极管有90系列，低噪声管9013（NPN）等。我们使用的三极管是：NPN型9013功放管。三极管的结构图（图4-8）： 图4-8 图4-9三极管有两种类型：NPN和PNP。它有两个PN结（分别称为发射结和集电结），三个区，从三个区域引出三个电极。发射极的箭头方向代表发射结正向导通时的电流的实际流向。 三极管的电路符号有两种（图4-9所示）：有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。三极管的参数反映了三极管各种性能的指标，是分析三极管电路和选用三极管的依据。（1） 极限参数1最大允许集电极耗散功率PCMPCM是指三极管集电结受热而引起晶体管参数的变化不超过所规定的允许值时，集电极耗散的最大功率。当实际功耗Pc大于PCM时，不仅使管子的参数发生变化，甚至还会烧坏管子。2最大允许集电极电流ICM 当IC很大时，值逐渐下降。一般规定在值下降到额定值的23（或12）时所对应的集电极电流为ICM当ICICM时，值已减小到不实用的程度，且有烧毁管子的可能。 3反向击穿电压BVCEO与BVCEO BVCEO是指基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压。BVCBO是指发射极开路时，集电极与基极间的反向击穿电压。三极管的反向工作电压应小于击穿电压的（1213），以保证管子安全可靠地工作。 三极管的3个极限参数PCM 、ICM、BVCEO和下面讲的临界饱和线 、截止线所包围的区域，便是三极管安全工作的线性放大区。一般作放大用的三极管，均须工作于此区。（2） 三极管的特性曲线三极管的共发射极电路（图4-10）图4-101、 输入特性曲线在三极管共发射极连接的情况下，当集电极与发射极之间的电压uBE维持不同的定值时，uBE和iB之间的一簇关系曲线，称为共射极输入特性曲线，如图4-11所示。输入特性曲线的数学表达式为：iB=f(uBE)|uCE=常数 图4-11由图可以看出这簇曲线，有下面几个特点：（1）uBE = 0的一条曲线与二极管的正向特性相似。这是因为uBE = 0时，集电极与发射极短路，相当于两个二极管并联，这样iB与uBE的关系就成了两个并联二极管的伏安特性。 （2）uCE由零开始逐渐增大时输入特性曲线右移，而且当uCE的数值增至较大时（如uCE1V），各曲线几乎重合。这是因为uCE由零逐渐增大时，使集电结宽度逐渐增大，基区宽度相应地减小，使存贮于基区的注入载流子的数量减小，复合减小，因而iB减小。如保持iB为定值，就必须加大uBE，故使曲线右移。当uCE较大时（如uCE1V），集电结所加反向电压，已足能把注入基区的非平衡载流子绝大部分都拉向集电极去，以致uCE再增加，iB 也不再明显地减小，这样，就形成了各曲线几乎重合的现象。（3）三极管有一个门限电压，通常硅管约为0.50.6V，锗管约为0.10.2V。2、三极管的输出特性曲线对于一确定的iB值，iC随VCE的变化形成一条曲线，给出多个不同的iB值，就产生一个曲线族。图4-12 输出特性曲线如图4-12所示。 输出特性曲线的数学表达式为： 由图4-12还可以看出，输出特性曲线可分为三个区域： （1）截止区：当iB=0时,iC=iCEO,由于穿透电流iCEO很小,输出特性曲线是一条几乎有横轴重合的直线.通常将iB1V后，特性曲线几乎与横轴平行(略向上倾斜),iB等量增加时,曲线等间隔地平行上移。既iB=常数的情况下，三极管端电压uCE增大时，iC几乎不变，既具有恒流特性，当iB变化时，iC与iB成正比例变化，既iC（/）iB 所以这一区域称为放大区。在此区域，三极管的发射结为正向偏置且uBE0.5V，集电结为反向偏置且uCE=1V。 饱和区：当uCE比较小时，且小于uBE时，uCB=uCE-uBE0,三极管的集电结处于正向偏置状态。由图可见iC随uCE的增加迅速上升而与iB不成比例，既iC（/）iB，这一区域称为饱和区。常把uCE uBE定为放大状态与饱和状态的分界点，叫做临界饱和。在饱和区三极管的发射结和集电结均为正偏，三极管C、E之间的压降很小(uCEiB，就是说在此区域内，三极管具有电流放大作用。此外集电极电压对集电极电流的控制作用也很弱，当uCE1V后，即使再增加uCE，iC几乎不再增加，此时，若iB不变，则三极管可以看成是一个恒流源。（3）判断三极管的引脚晶体三极管内部有两个PN结,所以可以用万用表欧姆测量PN结的正、反向电阻来确定晶体三极管的管脚、管型并可判断三极管性能的好坏。1基极判别，将万用表置于欧姆R*1K挡，用两表笔搭接三极管的任意两管脚，如果阻值很大（几百千欧以上），将表笔对调在测试一次，如果阻值也很大，则剩下的引脚必是基极B。2类型判别，基极确定后，可用用万用表黑表笔（正值）去搭接在引脚基极B上，另一表笔任意搭接。如果测得阻值较小，为NPN；反之为PNP。3集电极测试，测NPN型C极时，先在除B极以外两个电极中任设一个为C极，并用万用表黑表笔搭接在假设的C极上，红表笔搭接在假设的发射极上，用一大电阻R接B极和假设的C极上，如果数字表有较大的变化，则假设正确；反之为E极。5蜂鸣器及种类 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机，打印机，复印机，报警器，电子玩具，汽车电子设备，电话机，定时器等。电子产品中做发声器件，主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器有两类3大品种一类是压电式，一类是电磁式，电磁式又有两大品种，铁振膜式和动圈式，二者原理一样只是结构不同。所有蜂鸣器都有两种类型；纯蜂鸣器和带驱动的蜂鸣器，蜂鸣器都是因音频信号驱动的，通上支流电就可工作而已。1、压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515支流工作