电子电路实验报告

1、吐京彳密大苓题目:声控报警器实验设计学院班级姓名学号所属组号目录 TOC o 1-5 h z 内容摘要及关键词3一、设计任务与要求 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 设计任务4 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 设计要求4一、设计方木： HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 资料查找4 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 系统框图及整体设计思路4 HYPERLINK l bookmark59 o Cur

2、rent Document Multisim仿真原理图及电路实物图5三、电路功能模块分析 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 仿真阶段6（1）整体仿真结果6（2）分模块测试结果7 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 实测阶段11四、故障分析及应对措施 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 仿真阶段13 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 实测阶段13 HYPERLINK l bookmark101 o Cu

3、rrent Document 五、实现功能说明13 HYPERLINK l bookmark105 o Current Document 六、实验总结14 HYPERLINK l bookmark109 o Current Document 七、元器件及测试仪表使用清单14 HYPERLINK l bookmark113 o Current Document 参考文献15内容摘要：报警电路在我们的日常生活中有着很广泛的应用，如小型电子产 品、汽车防盗报警装置等。虽然它们的功能各不相同，但工作原理却较为简明易 懂。因此，尝试设计一个小型声控报警电路，是提高动手能力和扩充知识储备的 有效途径之一。

4、这次的报告，主要涉及到该过程中的基本思路、实际调测、故障 分析及心得体会等几个方面。关键词：声控报警放大器比较器方波振荡一、设计任务与要求设计任务（1）搭建一个声控报警电路，使之在感知到异常响动时，能发出持续时间大于5s的报警声。（2）通过本实验，加深对理论知识的理解，学习调测电路的方法，掌握其中的 设计规律和相应技能。设计要求（1）独立查找相关的资料及文献，自行设计电路结构，确定元器件的具体数值。（2）在面包板上搭建出电路，并对其进行调测，不符合要求的地方需做适当改 动。（3）撰写实验课程报告，包括电子版和纸质版各一份。二、设计方案资料查找（1）在电子测量与电子电路实验（北京邮电大学电子工程

5、学院电路中心）一 书中，查找到集成运算放大器及电压比较器的相关设计思路。（2）在电路分析与电子电路基础（高等教育出版社）一书中，查找到555 定时器及其应用方面的具体知识。（3）在电子系统设计（北京航空航天大学出版社）一书中，查找到在设计电 路的过程中需要注意的一些事项，并使我对电路的整体与部分之间的联系有了更 进一步的认识。（4）关于不同型号的元器件之间的相关性与不同点，主要是通过百度搜索得到 自己想要的解答。系统框图及整体设计思路图1系统组成框图麦克捕捉到声音信号后，将其转变为微弱的电信号，进入放大器进行放大， 之后与电压比较器设定的参考电压进行比较。若高于门限值，比较器输出电平翻 转，控

6、制振荡器产生方波信号，使蜂鸣器发声。为使蜂鸣器发声持续一段时间， 要用一个延时电路保证比较器输出高电平维持一定的时长。Multisim仿真原理图及电路实物图.vcc.虱:VCCR5：:：9 1矗VCCR1：lOkQ C1-1II-她呻 何口 -LM35W： ：20flkD15面4: ig岫卯 VCClLMM.vcc.虱:VCCR5：:：9 1矗VCCR1：lOkQ C1-1II-她呻 何口 -LM35W： ：20flkD15面4: ig岫卯 VCClLMMVGCT -5V-R7VA:looko :：:L-VCC - l-L 558 P . 5.侦.VCCR9：:10kQ跚5551 TH.4Ev

7、r-Wv:： ：C3L_ 2.2nF 46 IbnF 5.-hLED1-GND-1：顷555 甲图2电路仿真原理图注：Multisim的使用版本为13.0。（1）在Multisim软件中，没有麦克和蜂鸣器。分别使用交流源和发光二极管来 代替麦克捕捉到的声音信号和蜂鸣器的发声功能。（2）仿真成功的标志是发光二极管在开关闭合后闪烁，且能在开关断开后继续 维持一段时间。图3图3电路实物图三、电路功能模块分析仿真阶段（1）整体仿真结果:图4仿真测试图图4仿真测试图使用万用表测得:图5使用万用表测得:图5整体仿真结果因此，在考虑到电路中某些元器件之间可能会存在相互影响的前提下，可认为仿 真电路的整体架构

8、是基本正确的。（2）分模块测试结果:放大器:60HzO60HzOR2一 .L-VCC1图6两级放大器图7XMM1显示结果a. C1=10uF,主要作用是过滤掉直流成分，尽可能确保只有交流即声音信号通过。b.U1A和U1B构成两级放大器。其中，U1A的放大倍数为R3/R2=20倍，U1B的放大倍数为R7/R6=10倍，即总的放大倍数为20 x10=200倍。C. R4、R5 作为平衡电阻，分别对应于 R5=R2/R3=9.1kQ，R4=R6/R7=9.1kQ。比较器:二极管1N4007主要作用是防止因电流倒流而造成集成运放的损坏。b. R9=10kQ, R8=2kQ,则所加的参考电压值为U=5（

9、10+2） x10V=4.17V。即是说:若输入电压大于4.17V，则输出高电平；反之，输出低电平。图9电阻-电容延时电路a.开关闭合后，经LM358P放大的电压通过二极管直接给电容C2充电；断开开关， 电容通过R11来放电，完成整个延时过程。b延时时长可近似表示为t=RC。在本设计中，选择R=500Q，C=10uF，则时间跨度t=500 x0.00001s=0.005s，仿真测得的数据为0.006s左右，故基本符合要求。C注意在实际搭建电路时，需对R11与C2的值做适当改动，以满足“延迟时间 大于5s”的要求。方波振荡器：图10555振荡电路图11示波器结果显示图10555振荡电路图11示波

10、器结果显示555定时器的输出端输出方波，其振荡周期T=0.7(R14+2R10)C=0.7X (1k+2k)X2.2X10-9s=4.62X10-6S输出方波的振荡频率 f=1/T=1/ (4.62X10-6 s)=2.16X105Hzc在振荡电路输出端，我使用三极管设计了一个射极输出器，存在等式关系IE=（1+0） IB, 实现了对经过蜂鸣器的电流的放大，使蜂鸣器能发出较高功率的报警声。实测阶段按照仿真电路图在面包板上搭建好实际电路后，对应调测步骤如下: （1）输入脉冲信号以模拟异常响声，并使用直流稳压源作为电路的外加信号源。图12输入脉冲信号图13输入直流电压（2）将示波器的两端分别接在放

11、大器的输出端和地，得到实验结果如下。图14放大器输出端波形分析：由图12可知，输入的脉冲信号频率为60Hz，峰峰值是20mVpp；由图14 可知，输出的脉冲信号频率测量值约是60.00Hz，峰峰值约为4Vpp。因此放大倍 数是4/0.02=200倍，与理论设计基本相符。（3）撤去函数发生器，在面包板的对应位置插上麦克。进入实际模拟阶段。并 将示波器的两端分别接在电压比较器的输出端和地，得到实验结果如下。图15存在异常响动时比较器的输出波形分析：在没有异常响动时，比较器的输出端显示为零电平；在麦克风近处击掌模 拟异常响动后，得到的比较器输出波形如图15所示，即跳变为高电平。与理论 设计基本相符。

12、其中，在实际调测过程中，将R8、R9的值分别改换为27 kQ和20 kQ。实测比 较电平值约为2.87V左右。（4）将示波器的两端分别接在555多谐振荡器的输出端和地，得到实验结果如 下。图16存在异常响动时振荡电路的输出波形分析：由图16可知，输出的方波幅值约为4V，频率约为2.06kHz，在人耳 能听到的声波范围内。因此，与理论设计基本相符。其中，在实际调测过程中，将C4的值改换为0.22uF。、故障分析及应对措施仿真阶段（1）在设计两级放大器时，我对平衡电阻并没有太重视，直接忽略掉了它。结 果发现仿真运行会不时出现错误，这时我才意识到它对电路的稳定有着很大贡献。（2）在设计延时电路时，我

13、发现若将延时时长设计在5s左右，就需要花费相当 长的时间来等待发光二极管熄灭。所以我就直接选定了 R=500Q，C=10uF，来设 计一个较短暂的时间。在不影响其它模块的功能的前提下，对电路进行测试。（3）在设计电压比较器时，我最初设置的比较电平值较小，以至于开关键没有 闭合时，发光二极管就开始闪烁。在对电阻值作了适当修改后，这一问题得到解 决。（4）555多谐振荡电路的部分是我自行查找资料，从零学起的，因此花费了不 少时间。但在这个过程中，我的信息归类能力得到了很大提高，并且学到了很多。实测阶段（1）在第一次进行实际电路调测时，我刚刚加上5V的直流电压源，蜂鸣器就 开始发出尖锐的报警声。最初

14、我认为可能是电路出现了故障，后来才知道这是处 于非稳定状态的电路在逐渐进入稳定状态时所要经历的必然阶段。（2）因为有一段时间没有使用过实验室里的调测设备，我对它们的操作熟悉度 不免有些降低。但在多使用了几次之后，终于还是在仪器操作方面有了很大的提 高。（3）最初我把电路插得很是随便，导线和元器件只是以实现功能为前提，几乎 没有考虑到整体电路的简洁性与美观性。但最后又做了适当的调整，具体实物图 请详见图3。五、实现功能说明通过运算放大器、电压比较器和多谐振荡器的组合，我成功制作了一个小型 声控报警装置。当在麦克风附近击掌时，蜂鸣器会发出报警声，持续时间在5s 以上。其中，我完成了第二个提高要求，

15、增大了蜂鸣器的输出功率，加强了电路 报警时的威慑力。注：关于主要的测试数据和相应的测试方法，请详见“三、电路功能模块分析”部分。六、实验总结在独立设计小型声控报警装置的过程中，我的思维能力与逻辑能力都得到了 很大的提高。而且我学到的知识在实验中得到了具体应用，令我增加了信心，也 收获了很大的乐趣。这次实验不仅帮助我培养了严谨治学的科学态度，也大大加 深了我对电路设计的理解和掌握。回顾整个设计过程，我还认识到实验前做好充足的准备是非常有必要的。并 且实验的过程不可能是顺顺利利的，总会遇到各种不同的困难，其中难免有一些 问题不能被轻松解决。这时就需要较强的实验变通能力，不能一味地钻牛角尖， 要尝试

16、着通过新的思维模式重新做一次知识的梳理，学会从不同的角度去观察问 题。总的来说，这次实验还是比较成功的。虽说在整个过程中遇到了不少问题， 也花费了许多的时间和精力，查阅了相当一部分资料，但我在其中学到了很多知 识，而且锻炼了自己的能力。在以后的学习中，我会继续保持着对实验的热情， 注意开拓进取，努力地提高自己的能力，吸收更多的知识。七、元器件及测试仪表使用清单元件序列号元件名称及规格个数1NE555P12LM358P23蜂鸣器141N4007型二极管158050型三极管16麦克1710uF的电容1847uF的电容190.22uF的电容1100.01uF的电容11151Q的电阻112220Q的电阻1131kQ的电阻2142kQ的电阻1159.1kQ的电阻21610kQ的电阻31720kQ的电阻11827kQ