实验报告封面

1、实 验 报 告 课 程： 电子线路设计与测试 专业班级： 中兴通信141 学生姓名： 赵亚明 学 号： 5602214036 2016年 5 月 10 日目 录一、实验项目一 信号发生器设计二、 实验项目二 音频功率放大电路设计三、 实验项目三 温度控制电路设计四、实验项目四 触摸式摇号机的设计与制作（14省赛）信号发生器设计一、设计任务设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。二、设计要求基本性能指标：(1)频率范围100Hz1kHz；(2)输出电压：方波Up-p24V，三角波Up-p=6V，正弦波Up-p>1V。扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz

2、100Hz, 100Hz1kHz，1kHz10kHz；波形特性 方波tr<30us（1kHz，最大输出时），三角波r<2%，正弦波r<5%。三、设计方案信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。图1 信号发生器组成框图主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波

3、、方波发生器。其工作原理如图3所示。图2 方波和三角波产生电路图3 比较器传输特性和波形利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值Vm应接近晶体管的截止电压值。图4 三角波正弦波变换电路图5 三角波正弦波变换关系在图4中，RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。C1、C2、C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。波形发生器的性能指标：输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和

4、三角波。频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n个波段范围。输出电压：一般指输出波形的峰-峰值Up-p。波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r和r；表征方波特性的参数是上升时间tr。四、电路仿真与分析1、原理图：本电路图由两部分构成，第一部分是方波三角波发生器，第二部分是三角波转换成正弦波，示波器通道1,2,3依次显示方波，三角波，正弦波。2、（1）100Hz1kHz的仿真结果如下（2）电压要求仿真结果如下（3）110Hz明显出现失真状况。实验项目二 音频功率放大电路设计一、设计任务设计一小功率音频放大电路并进行仿真。二、设计要求已知条件：电源V或V；

5、输入音频电压峰值为5mV；8/0.5W扬声器；集成运算放大器（TL084）；三极管（9012、9013）；二极管（IN4148）；电阻、电容若干基本性能指标：Po200mW（输出信号基本不失真）；负载阻抗RL8；截止频率fL300Hz，fH3400Hz扩展性能指标：Po1W（功率管自选）三、设计方案音频功率放大电路基本组成框图如下：音频功放组成框图由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，通过话音放大器不失真地放大声音信号，其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗；滤波器用来滤除语音频带以外的干扰信号；功率放大器在输出信号失真尽可能小的前提下，给负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。应根据设计要求，合理分

6、配各级电路的增益，功率计算应采用有效值。基于运放TL084构建话音放大器与宽带滤波器，频率要求详见基本性能指标。功率放大器可采用使用最广泛的OTL（Output Transformerless）功率放大电路和OCL（Output Capacitorless）功率放大电路，两者均采用甲乙类互补对称电路，这种功放电路在具有较高效率的同时，又兼顾交越失真小，输出波形好，在实际电路中得到了广泛的应用。对于负载来说，OTL电路和OCL电路都是射极跟随器，且为双向跟随，它们利用射极跟随器的优点低输出阻抗，提高了功放电路的带负载能力，这也正是输出级所必需的。由于射极跟随器的电压增益接近且小于1，所以，在OT

7、L电路和OCL电路的输入端必须设有推动级，且为甲类工作状态，要求其能够送出完整的输出电压；又因为射极跟随器的电流增益很大，所以，它的功率增益也很大，这就同时要求推动级能够送出一定的电流。推动级可以采用晶体管共射电路，也可以采用集成运算放大电路，请自行查阅相关资料。在Multisim软件仿真时，用峰值电压为5mV的正弦波信号代替话筒输出的语音信号；用性能相当的三极管替代9012和9013；用8电阻替代扬声器。由于三极管（9012、9013）最大功率为500mW，要特别注意工作中三极管的功耗，过大会烧毁三极管，最好不超过400mW。如制作实物，因扬声器呈感性，易引起高频自激，在扬声器旁并入一容性网

8、络（几十欧姆电阻串联100nF电容）可使等效负载呈阻性，改善负载为扬声器时的高频特性。四、电路仿真与分析1、输出信号失真度2、电路输出功率3、整个电路通频带4、输出三极管功率5、总电路效果图实验项目三 温度控制电路设计一、设计任务设计一温度控制电路并进行仿真。二、设计要求基本功能：利用AD590作为测温传感器，TL为低温报警门限温度值，TH为高温报警门限温度值。当T小于TL时，低温警报LED亮并启动加热器；当T大于TH时，高温警报LED亮并启动风扇；当T介于TL、TH之间时，LED全灭，加热器与风扇都不工作（假设TL20，TH30）。扩展功能：用LED数码管显示测量温度值（十进制或十六进制均可

9、）。三、设计方案AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在4V至30V电源电压范围内，该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为1µA/K。AD590适用于150以下、目前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用AD590时，无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。主要特性：流过器件的电流(A) 等于器件所处环境的热力学温度(K) 度数；AD590的测温范围为- 55+150；AD590的电源电压范围为

10、430 V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；输出电阻为710m；精度高，AD590在-55+-150范围内，非线性误差仅为±0.3。基本使用方法如右图。AD590的输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。Vo的值为Io乘上10K，以室温25而言，输出值为10K×298A=2.98V 。测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。 温度控制电路设计框图如下：温度控制电路框图由于Multisim中没有AD590温度传感器，根据它的工作特

11、性，可以采用恒流源来替代该传感器，通过改变电流值模拟环境温度变化。通过温度校正电路得到实际摄氏温度电压值（可适当放大到几伏特，不超过5V），再送温度判决电路判决，需根据报警温度确定门限比较电压值，电路均可用运算放大器及电压比较器来实现。可采用三极管和继电器（RELAY）来控制驱动风扇与加热器，在仿真中用DC MOTOR代替风扇、HEATER代替加热器，并加上发光二极管来指示其是否工作。温度显示部分可采用ADC模数转换芯片来实现，将实际温度电压值通过ADC芯片转换成数字逻辑信号再通过数码管显示。四、电路仿真与分析1、实验总电路图2、实验仿真测试：（1）当输入电流为590uA时，代表加热器的灯工作

12、，左图。（2）当输入电流为605uA时，两者均不工作，如右图。（3）当输入电流为650uA时，代表风扇的LED灯工作，如右图。实验项目四 触摸式摇号机的设计与制作（14省赛）一、 设计任务简易可靠的电子摇奖器,它可替代传统机械手动式摇奖机,具有公正性好、可靠性高、实用性强、小巧直观、经济实惠的特点,能广泛应用于需要公开摇奖的活动中。二、设计要求本作品题意：1、作品插上220V50HZ的交流电源，绿色发光二极管正常发亮，表明直流稳压电源输出良好。 2、摇奖（号）前的准备。先查验数码显示情况，本作品数码管的数字转换速率有快、慢两档，在不触及“触摸电极”的情况下，按一下“速率”键，便可辨清数码管慢速

13、的按0、1、2、3、4、5、6、7、8、9有序地周而复始地转换。查验完毕后，再按一下“速率”按键，数码转换立即停止，并稳定地显示在最后一个随机数字上，在查验过程中，“触摸”对数显无效，最后按“复位”键，数码显示“0”。本作品要求1、必须有“复位”功能，每次摇奖（号）前，需手动按“复位”键，数码管显示“0” 2、数码管的数字转换“速率”有快、慢两档，用“速率”按键管理换档。慢速档是便于查验摇奖（号）机能否有序地转换0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数字；快速档是防避操作者作弊的措施之一。 3、“复位”键与“速率”键用不干胶贴在按键帽上标明。 4、作品设置“警示”声响，凡手指手触即响，手离

14、即停，这可让观众感知操作者的有效触摸情况。 5、延时功能。为防避操作者作弊措施之二是当手指离开触摸电极时，声响停但红色发光管不“熄灭”，数码管数字继续快速转换，应延时不少于3秒钟。一旦红色发光管“熄灭”，表明延时结束，数码转换停止，显示在最后一个数字上。 6、振荡器好坏用黄色发光二极管指示。 7、触摸电极由参赛者用裸线自制。 8、直流稳压电源输出12V>=U0>=5V。 9、交作品时，“速率”键务必置于慢速档。三、设计方案 1、计数器电路选择CD4017 是5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对

15、输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。利用CD4017芯片产生脉冲。CD4017为一个CMOS与非门，与非门作为一个开关倒相器件，可用以构成各种脉冲波形的产生电路。电路的基本工作原理是利用电容器的充放电，当输入电压达到与非门的阈值电压VT时，门的输出状态即发生变化。如下图：2、脉冲产生电路选择CD4069芯片是在数字电路和单片机系统中常用的 六反相器，他的结构比较简单，一共有六路反相器一共有16个引脚。由于一块集成门电路中往往包含几个独立的门电路，在组成一些电路的主要结构之后总有一些多余的部分。可以利用这

16、些多余的部分来作脉冲的整形、反相以及放大等用途。对于某些要求较高的电路，直接用门电路整形，有时还不能满足要求，而是将门电路组成一个施密特触发器，利用施密特触发器的滞后特性，使脉冲的整形符合电路的要求，这种电路的结构如图所示。四、电路仿真与分析1、触摸式摇奖机电路如图所示。与非门 1、 2组成时钟脉冲发生器 。与非门3组成计数闸门电路,它的一个输人端接时钟脉冲发生器的输出端,个输入端经R3与触摸金属片 M相连。IC2为十进制计数/分配器 CD4017,在它的输出端 QOQ9上接有 LED1LED10十个发光二极管,分别代表 09共十个数。 C2与 R6组成上电清零复位电路。 当人手不触摸金属片 M时,与非门的下输入端为低电平,使计数闸门封锁,IC2不计数。当用触摸金属片 M时,由于人体感应信号的作用,与非门 3的下输入端由低电平变为高电平,计数闸门被打开,时钟信号通过与非门 3加到 IC2的输入端丽EN ,IC2开始计数,其输出端 QOQ9会依次出现高电平,使 LED1LED10快速轮流闪亮。当人手移开金属片M时,则计数闸门恢复到关闭状态,使计数暂时停止。这时 IC2的十个输出端只有某一个为高电平,使相应的发光二极管一直保持点亮状态,该发光二极管所