模拟电子课程设计水位测量与报警综述

1、模拟电子技术课程设计题目名称：水塔液面指示与报警姓名学号班级指导老师:XXXxxxxxxxxxxxx xxxxxx太原科技大学机械工程学院目录一、设计题目 1二、设计要求1三、题目分析1四、整体构思1五、具体实现1六、各部分定性说明以及定量计算 6七、心得体会8八、元器件详细表9九、参考文献 9一、设计题目1设计一个水位检测电路2、检测水塔主要分为最高、高、中、低、最低五个测试点3、检测结果通过显示灯显示二、设计要求1学习元器件的使用，2、学习电路的设计3、学习仿真软件的使用方法，并对电路进行调试三、题目分析1随着水位的高低不同，显示灯亮的颜色不同2、检测水箱分七个测试点3、水位最低时或最高时

2、对其进行报警随着水位的变化，从而打开的电路不通及显示不同的LED灯四、整体构思通过水位的变化导致电阻变化，然后反映到电压的变化，导致LED灯的显示不同。总体框图见图4 1图4 1总体框图五、具体实现1发光二极管的发光用发光二极管显示不同的颜色而代表不同的情况， 发光二极管的使用图示如下图5 1所示vccLED112V eg vcc KDikn图5 1二极管放光系统电路图2、半导体三极管半导体三极管的工作原理，PNP型半导体三极管和NPN型半导体三极管的 基本工作原理完全一样，下面以 NPN型半导体三极管为例来说明其内部的电流 传输过程，进而介绍它的工作原理。半导体三极管内部的电流传输过程如图5

3、-2Ic图5 2 NPN型三极管中的电流传输所示。半导体三极管中的电流传输可分为三个阶段。(1) 、发射区向基区发射电子电源接通后，发射结为正向连接。在正向电场作用下，发射区的多数载流子 (电子)的扩散运动加强。因此，发射区的电子很容易在外电场的作用下越过发射 结进入基区，形成电子流IEN。基区的多数载流子(空穴)也会在外电场的作用下 流向发射区，形成空穴电流IEP。但由于基区的杂质浓度很低，与从发射区来的 电子流相比，IEP可以忽略不计，所以发射极电流为：| E = | EN + | EP( 1 )(2) 、电子在基区中的扩散与复合从发射区扩散到基区的电子到达基区后，由于基区靠发射区的一侧电

4、子浓度 较大，靠集电区一侧电子浓度较小所以电子继续向集电区扩散。在扩散过程中， 电子有可能与基区的空六相遇而复合，基极电源、EB不断提供空穴，这就形成了基极电流IBN。由于基区很薄，而空穴浓度低，电子与空穴复合的机会很少， 大部分电子继续向集电区扩散。此外，半导体三极管工作时，集电结为反向连接， 在反向电场作用下，基区与集电区之间少数载流子的漂移运动加强c因基区载流子很少电子更少，故漂移运动主要是集电区的空穴流向基区。漂移运动形成 的电流ICB0的数值很小，而且与外加电场的大小关系不大，它被称为集电极反 向饱和电流因此，基极电流为I B I BN * I EP I CBO 比 I BN I C

5、BO(2)(3) 、集电极电流的形成由于集电结加的是反向电场，经过基区继续向集电区方向扩散的电子是逆电 场方向的，所以受到拉力，加速流向集电区形成电子流ICN。如果考虑集电极 饱和电流ICB0的影响，集电极电流应为：Ic = Icn + Icbo(3)从半导体三极管外电路看，流入管子的电流必须等于流出的电流，所以Ieb + Ic(4)从半导体三极管电流传输过程中可以看出，集电极电流 IC很大，而基极电流IB 很小。另外，由于三极管本身的结构已定，所以IC和IB在相当大的一个范围内 总存在一个固定的比例关系，即I C = P I BN( 5)|c | B +( | CBO( 6)其中B表示IC与

6、IB的关系.称为共发射极的直流放大系数，B大于1 , 一般为 20 -200。由于IC和IB存在一定的比例关系，而且IE=IC+IB，所以半导体三 极管起着一种电流分配器的作用，即把发射极电流IE按一定的分配关系分成IC 和IB 0 IC远大于IB。因存在这种分配关系，所以只要使 IB略有增加，IC就 会增加很多，这就起到了放大作用。由以上可知三极管中PN的单向导通作用，与发光二极管相连，集电极为高 电平时当基极电压大于发射极电压，PN结导通，使与它相连的发光二极管发光。 连接如下图53所示3、报警器的报警10当水位较低或较高时，对其报警处理，以便于及时应对所发生的状况进行处理。连接电路如下图

7、54所示VCC20 V；1kQU3BUZZER200 Hz图54报警器系统工作电路图4、总电路图下图55为总电路图，共有七个发光二极管，如果发光二极管LEDO亮，表 示水箱中的水已充满。VCC电源送到水箱底部的水中，晶体管（Q0Q6）只要得 到基极电压，就会导通并点亮相应的发光二极管（LEDOLED6）。当水箱中的水到 达最低水位时，晶体管Q6导通，发光二极管LED6点亮，其报警系统随之开始工 作,进行报警；当水位上升到水箱的1/6时，晶体管Q5导通，发光二极管LED5 点亮,从而Q6基电压变为VCC,Q6截止导通，报警指示灯发光二极管 LED6熄灭； 当水位升到水箱的1/3时，晶体管Q4导通

8、，则发光二极管LED4点亮，如上述 发光二极管LED5熄灭；当水位升到水箱的1/2时，晶体管Q3导通，则发光二极 管LED 3点亮，发光二极管LED4熄灭；当水箱的水为2/3时，晶体管Q2导通， 发光二极管LED2发光，当水位升到水箱的5/6时，晶体管Q1导通，则发光二极 管LED 4点亮，发光二极管LED2熄灭；当水箱的水为最高时，晶体管 Q0导通， 发光二极管LEDO发光其报警系统也随之工作。因此从发光二极管点亮的状态，就能知道水箱中的水位发光二极管与水箱中的水位对应关系如表5 1所示。vcc图55总电路图表5 1水位指示灯水塔中的水位发光的LED灯水位最高时Q0水位为5/6时Q1水位为2

9、/3时Q2水位为1/2时Q3水位为1/3时Q4水位为1/6时”Q5水位最低时Q6六、各部分定性说明以及定量计算1、当水位较低时，LED灯6亮。如下图6 1所示:-1- WV最低强报警器KO Hi图6 1水位最低时工作电路图2、当水位适中时，LED灯 2亮。如下图6 2所示:图62水位适中时工作电路图3、当水位较高时，LED灯0亮。如下图63所示:图63水位最高时工作电路图七、心得体会为期一周的课程设计时间很快就过去了， 这三天的课程设计让我对我们模拟 电子技术有了更多的认识。当然包括在这三天中我们这组做的水位控制及报警电 路的设计，不仅对它的内部结构有了认识，更对其三极管和二极管的作用有了更

10、多的了解。通过此次课程设计让我能够亲身参予电子产品的设计师使我更加深深地体 会到：现代的社会是信息的社会，很多与人们生活紧密相关的产品都是电子产品。 比如决定现代社会发展方向的电脑以及几乎每个同学都拥有的收音机等等无不 说明电子产品的重要性。作为一名机电专业大三的大学生，我认识到我不仅要学 好课本上的知识还要学会将所学到的知识联系并应用到现实生活中，做到理论联系实际。经过三天的设计过程，我学到了很多东西，对一年以来所学过的模拟 电子方面的知识也重新学习了一遍， 也对自己在模拟电子方面的能力有了更客观的评价，在这次设计过程中，从最基本的查元件，找资料做起，了解了完整的模 拟电子设计的一般步骤，也和同学共同探讨研究，学到了很多课堂上学不到的东 西，也遇到了各种各样从没想过的问题，并认真的解决了它们，另外对各种电子 类设计的计算机辅助手段有了更深一步的接触，同时也使我增加了对电子方面知识的兴趣，也从中发现了自己的一些不尽如人意的地方，以后要多改进。课程设计让我体会到知识运用的重要性， 从理论设计到仿真软件仿真，再到 确定具体方案。整个过程都需要我们充分利用所学的知识进行思考、借鉴。通过本次设计，我加深了对课本知识的认识，同时为了这次课程设计的完成阅读了大 量资料，加深了书本中各种器件的认识与了解， 同时为后期