毕业设计八路 抢答器

目录前言 1第一章方案论证与总体设计 21.1提出方案 21.2方案比较 21.3确定方案及工作原理 3第2章抢答器单元电路设计 52.1开关、编码电路 52.1.1开关、编码电路的构成 52.1.2开关、编码原理 62.2译码显示电路 62.2.1译码显示电路的构成 62.2.2译码显示原理 72.3锁存、复位电路及工作原理 102.3.1锁存器的定义 102.3.3复位原理 112.3.4防作弊原理 112.3.5锁存原理 112.4声音提醒电路 122.4.1声音提醒电路的选择 132.4.2工作过程 13第3章各集成块基本功能及电路图 143.1CD4511引脚图及功能 143.1.1基本描述 143.1.2CD4511的引脚 143.1.3锁存功能 153.1.4译码功能 153.1.5消隐功能 163.2CD40688输入与非门/与门 163.2.1基本描述 163.2.3引脚图(3—4)与辑体现式 16第4章数显抢答器电路元器件分析 174.1电阻器 174.1.1电阻器基本知识简介 174.1.2电阻的种类 184.2电容器 184.2.1电容器的有关特性及作用 194.2.2识别措施 194.2.3电容器的分类 204.3晶体管 204.3.1基本知识 204.3.2晶体管的检测措施： 214.4三极管 234.4.1极限参数 234.4.2三极管的特性曲线 24三极管的共发射极电路（图4-10） 244.4.3判断三极管的引脚 264.5蜂鸣器及种类 26第5章数显抢答器电路的连接、系统调试和完善 275.1对电路板布局 275.2电路的连接与调试 285.2.1开关、编码电路的连接、调试 285.2.2译码显示电路的连接、调试 285.2.3锁存电路的连接、调试 295.2.4复位电路连接、调试 295.2.5声音提醒电路的连接、调试 295.3生成PCB板 30第6章结束语 316.1论文总结 31参照文献、资料索引 32致谢 33前言在电子科学技术高速发展的今天，高科技产品越来越多的应用在我们的平常生活中，每时每秒我们都能感受到产品的更新换代。产品乃至技术革新的日新月有都让人对以相信。象平常我们工作所用的电脑、手机等等，这些高科技产品给我们带来了极大的以便，但这要归功于科学技术的高速发展。数显抢答器是我们所要的毕业设计课题。数显抢答器整个电路包括开关编码电路、译码显示电路、锁存控制电路、复位控制电路和声音提醒电路五部分。数显抢答器波及到《模拟电子技术》、《数字电子技术》和《电路分析》中的有关知识。本文简介的八路数显抢答器电路设计新奇具有电路构造简朴、成本较低、操作以便、敏捷可靠等长处,经使用效果良好,具有较高的推广价值，合用于工厂、学校和电视台等单位常举行多种智力竞赛,为竞赛的公平公正提供有利的保证。第一章方案论证与总体设计1.1提出方案本设计是一种数字电路设计题，可提出两种方案。方案Ι由COMS系列数字集成电路：CD4511、CD4068及少数外围电路构成。方案Π由TTL系列数字集成电路：74LS248、74LS04、74LS32、74LS116及少数外围电路构成。两种电路原理方框图同样（见图1—1），其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处在严禁状态，编号显示屏灭灯；主持人将开关置于“开始”状态，抢答器开始工作。选手在抢答时，抢答器完毕：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，假如再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。图1—11.2方案比较两种方案的设计原理相似，只是用的集成电路不一样。TTL双极器件、电源电压5V、速度快数ns、功耗大mA级、负载力大，负载以mA计，不用端多半可不做处理。CMOS单级器件、电源电压可到15V、速度慢几百nS，功耗低省电uA级、负载力小以容性负载计，不用端必须处理。设计便携式和电池供电的设备多用CMOS芯片，对速度规定较高的最佳选用TTL中的74SXXX系列.1.3确定方案及工作原理本电路对速度规定不大，故选用CMOS型数字集成块来构成抢答器。本抢答器通过十分巧妙的设计仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比较有辨别时间极短、构造简朴、成本低、制作以便等长处，并且尚有防作弊功能。其原理见图1—2所示，SB1～SB9为9个抢答按键，CD4511是BCD码7段译码器，CD4068是八输入与非门，VD1～VD11起对轻触按键进行ＢＣＤ编码的作用。初始状态下，CD4511驱动LED数码管显示0，即A、B、C、D、E、F这六个笔画为１，G笔画为0。现将G笔画信号用三极管反相，把0对应的笔画信号变为全是1，然后将这些笔画信号送给八输入与非门CD4068。根据与非门的逻辑关系可知CD4068输出为0，这样7段译码器CD4511就处在了译码状态。由于除0外的其他数字对应的笔画信号不全为１，不能使CD4068输出１，也不能使７段译码器CD4511处在译码状态。因此当有按键按下时，CD4068就输出锁存信号0，致使７段译码器CD4511把所键入的数字锁存显示，这样后按下的键就不起作用了。数码管上就只显示最先按下的键号，起到了抢答的作用。R1和C1构成积分电路对锁存信号做非常短暂的延时，其作用是让数字电路有足够的响应时间，使之锁存稳定，不致于显示乱码。C2的作用是将直流触发变为脉冲触发，使音乐电路每抢答一次只响一次。SB10为复位键。该键可在主持人喊“开始”前按下。若SB10键按下后不显示为0，则阐明有人在作弊，所显示的是哪个数字就是哪个人在作弊。图1—2总原理第2章抢答器单元电路设计2.1开关、编码电路2.1.1开关、编码电路的构成本设计选用的输出显示电路为CD4511BCD码锁存器，要使CD4511能对的的输出显示输入的值必须把输入的值变化为BCD码的形式输入，CD4511通过在自身的功能识别BCD码的值并输出对应的信号（AG），此开关、编码电路图2—1采用按键开关和二极管共同构成其特点电路简便、精确、可靠性、实时性好。图2—1开关、编码电路开关、编码电路有SB1SB9九个按键开关、VD1VD11十一种二极管构成，SB1SB9分别作为各路的抢答按键，此按键在正常状态下处在开的状态，只有按键被按下时处在闭合状态电路九开始导通。VD1VD11由二极管有单向导通性的特性，分别作为开关二极管使用，当有按键按下时所对应的二极管的正极变为高电平，二极管就处在导通状态可视为导线。另首先可以制止信号的互串，由于电路时各个开关搭接而成的当其中某按键按下时二极管的负极电压将升高使其处在截止可以有效的制止信号的串扰，假如没有二极管的有效隔离电平的互串将严重影响BCD编码，因此二极管即起到开关的作用有又良好的隔离作用提高电路的可靠性。2.1.2开关、编码原理1）当按键开关没有任何一种按下时，整个电路都处在截止状态输出端DCBA都为低电平0，编码电路不工作。2）其中某一种按键按下时：当sb1被按下时，则输出端A输出高电平1，与A相连的VD1、VD4、VD7、VD10负极为高电平1二极管因反偏均截止处在断开的状态，高电平不能反馈到其他端上即DCB输出低电平0。当SB2被按下时，则输出端B输出高电平1与B端相连的二极管VD2\VD5\VD8\的负极变为高电平，各二极管因反偏均截止处在断开状态，高电平不能反馈到其他各端上即DCA为低电平。同理依次按下各按键可得开关、编码表2—2按键开关BCD编码SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8SB9DCBA0000000000000100000000000101000000000100010000000011000100000010000001000001010000010000110000000100011100000001010000000000011001表2—2开关、编码2.2译码显示电路2.2.1译码显示电路的构成目前电子产品中重要用于显示的器件有LED数码管与液晶显示屏，LED数码管由于具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长以及价格低廉的特点，因此使用非常广泛。数码显示屏件中的液晶数码管价格较高，驱动较复杂，并且仅能工作于有外界光线的场所，因此使用较少。这里选用的是LED数码管。LED数码管使由发光二极管显示字段构成的显示屏，有七段和米段字符之分，本设计采用的使七段LED显示屏。引脚图及外形如图2—3所示图2—3根据设计中LED数码管的驱动电路CD4511集成电路输出口输出的为高电平为了使电路简便、稳定，我们选择使用共阴极LED数码管显示，这样CD4511的输出端输出的高电平可直接与共阴极LED数码管相连并可以精确的显示。假如改用共阳极的显示，需要在CD4511的输出端后加上七路反相器把CD4511的高电平转变为低电平才能精确的显示原数，这样使电路复杂、造价升高，还增长了电路的损耗由于任何集成电路都需要电源提供电压，综合考虑选用共阴极LED数码管显示较为适合。译码显示电路见图2—4所示图2—4译码显示电路2.2.2译码显示原理本设计由于只采用了九路抢答，即采用一种LED数码管就可以完毕显示功能,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编码的输入不一样在输出端输出不一样数据也不一样，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对应的字符，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2—5BCD编码CD4511输出端LED显示字符DCBAGFEDCBA000001111110000100001101001010110112001110011113010011001104010111011015011011111006011100001117100011111118100111001119表2—5七段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种发光二极管。与我们小时候玩过的“火柴棒游戏”相似，几根火柴组合起来，可以拼成多种各样的图形，七段LED数码管实际上就是运用这个原理作成的。数码管的每个线段都是一种发光管，其中七个长条形的发光二极管排列成一种“日”字型，另一种圆点形的发光管在显示屏的右下角作为显示小数点。LED显示屏有两种不一样的连接形式：一种是8个发光二极管（ag及dp）的正极连在一起，称之为共阳极LED显示屏；另一种是8个发光二极管阴极连在一起，称之为共阴LED显示屏。他们的内电路如图2—6所示共阴极共阳极图2—6七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。当数码管其他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，当数码管其他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，常常外接1K的电阻作为限流电阻。由图2—6可以看出共阳和共阴构造的LED显示屏各笔划段名的安排位置是相似的，当二极管导通时，对应的笔划就会发光，由发亮的笔划段组合而显示出多种字符，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因此使用led数码管的“0--9"十个字符就可以满足显示规定，在本设计中采用CD4511BCD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位二进制代码表达欲显示字符的代码，数码管各段与输出端各位的对应关系如表2—7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2—7阳极数码管二进制数据位0表达对应字段亮，数据为1表达对应字段暗;共阴极数码管，数据为0表达对应字段暗，数据为1表达对应字段亮。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2—8表2—8字型码2.3锁存、复位电路及工作原理2.3.1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。2.3.2锁存器器件选择(1)使用专门的锁存器74LS373，74LS3074等集成电路，使电路中元件增长，连线复杂，调试维修增长难度，并使设计成本增长。(2)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，工作愈加稳定。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，故显示屏显示数字为“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脚的高下电平必须接外围电路，电路如图2—图2—9锁存、复位电路此数选抢答器不仅有抢答的功能，并且还可以实现防作弊功能，更深入维护比赛的公平，公正，公开原则。2.3.3复位原理电路原理图如2—10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没有处在锁存状态，显示字符有ABCD输入端决定，主持人此时并没有喊开始因此任何人不能进行抢答，ABCD输入端的值所有为0，CD4511的七段输出引脚ABCDEFG应当为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的输出端通过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2—10复位电路2.3.4防作弊原理主持人在按下S10按键后，CD4511LE引脚为低电平0，CD4511没有处在锁存状态显示字符取决于ABCD输入端，此刻并没有喊开始，因此ABCD输入端的值所有应为0，CD4511的输出端ABCDEFG应为1111110，而LED数码管显示为0，假如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，并且还通过CD4086与非门后抵达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。2.3.5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，其他键再按下去也不起作用。某一种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自身具有译码/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。同步，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，处在锁存状态。此LE为高电平1时处在锁存状态，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自身具有的译码/驱动功能，输出端ABCDEFG为0011111则数码管上显示字符6，同步输出端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值通过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，立即处在锁存状态，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2—11键号键号编码CD4511输入端CD4086输入端13LELEDDCBAGFEDCBA11、122345910SB10000001111111111111000SB1000100001101000110111SB2001010110110011011112SB3001110011110001111113SB4010011001100100110114SB5010111011010101101115SB6011011111000111100116SB7011100001111000111117SB8100011111110111111118SB9100111001110100111119表2—112.4声音提醒电路声音提醒是为了更好的提醒抢答人员与否尚有抢答的机会而设置的电路。2.4.1声音提醒电路的选择方案一、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，只需一种控制开关，就可以实现声音提醒功能电路连接图如2—12所示。经比较，基于连接简朴，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醒电路。图2—12声音提醒电路声音提醒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，数码管显示对应的键号，报警电路工作有声音。2.4.2工作过程当有选手抢答成功后，数码管显示该选手号码，同步CD4086的输出端为高电平1，使CD4511处在锁存状态因VT2的基极是接应CD4086的输出端上的，因此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。第3章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，一种用于驱动共阴极LED（数码管）显示屏的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显示屏。CD4068是八输入的与非门/与门数字基成电路。3.1CD4511引脚图及功能3.1.1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是一种用于驱动共阴极LED（数码管）显示屏的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显示屏。其引脚功能简介如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其他输入端状态怎样，七段数码管均处在熄灭（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状态怎样，七段均发亮，显示“8”LE：锁定控制端，当LE=0时，容许译码输出。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。3.1.2CD4511的引脚CD4511具有锁存、译码、消隐功能，一般以反相器作输出级，一般用以驱动LED。其引脚图如3—1所示图3—1CD4511引脚各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表达A、B、C、D；5、4、3分别表达LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表达a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表达输入，右边表达输出，尚有两个引脚8、16分别表达的是VDD、VSS。CD4511的工作原理CD4511的工作真值表如表3—2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3—2CD4511的真值3.1.3锁存功能译码器的锁存电路由传播门和反相器构成,传播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。3.1.4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。3.1.5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”3.2CD40688输入与非门/与门3.2.1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=18V25摄氏度时输入最大漏电流100mA。3.2.2引脚描述及功能表3—3表3—3引脚描述及功能3—4引脚图3.2.3引脚图(3—4)与辑体现式与非门输出Y=/A/B/C/D/E/F/G/H与门输出W=ABCDEFGH第4章数显抢答器电路元器件分析本试验用到的电阻都是色环电阻。电阻的测量：R1、R2（10kΩ）色环为：棕黑橙，实际测量为R1=9.92kΩ,R2=9.89kΩ,R3（2kΩ）色环为:红黑橙,实际测量为R3=2.1kΩ，R4（1.6kΩ）色环为:棕兰红,实际测量为R4=1.52kΩ。1N4004型硅整流二极管测量成果:良好。三极管VT-9013测试成果:良好。扬声器测试成果：良好。4.1电阻器4.1.1电阻器基本知识简介电阻（Resistor）是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的重要物理特性是变电能为热能，也可说它是一种耗能元件，电流通过它就产生热能。电阻在电路中一般起分压分流的作用，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电阻均有一定的阻值，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“Ω”表达。欧姆是这样定义的：当在一种电阻器的两端加上1伏特的电压时，假如在这个电阻器中有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，电阻的单位尚有千欧（KΩ），兆欧（MΩ）等。其换算关系为：1MΩ=1000KΩ，1KΩ=1000Ω。电阻器的电气性能指标一般有标称阻值,误差与额定功率等。它与其他元件一起构成某些功能电路，如RC电路等。

电阻的阻值标法一般有色环法，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，虽然有一般也采用数字法，即：101——表达100Ω的电阻；102——表达1KΩ的电阻；103——表达10KΩ的电阻。一般来说，使用万用表可以很轻易判断出电阻的好坏：将万用表调整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，也很少去关怀电阻的阻值。着重注意的是电阻与否虚焊，脱焊。假如一种电阻器的电阻值靠近零欧姆（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。假如一种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状况之间，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。4.1.2电阻的种类：

电阻的种类一般分为三大类：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。4.2电容器电容器（简称电容）也是构成电子电路的重要元件。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4-1所示。电解电容可调电容电容 图4-24.2.1电容器的有关特性及作用电容器的构造特性：电容器是由两个互相靠近的金属电极板，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长1V所需充加的电量。注意：电容C由电容器自身的构造原因决定，与Q、U无关。(3)电容的单位：法．符号F．1F＝1000000μF＝0pF2.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ε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停变化的，能使电容器不停地充电与放电，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，由互相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!经典的用途有;1)功率赔偿!(用于变电站,配电房)2)电机剖相，交流移相。3)和电感等元件构成振荡电路，调谐回路。4)用于整流滤波，消除寄生振荡。5)用于高下频电路的信号耦合。6)由于电容器具有俗称的通交隔直特性，几乎所有的电路里均有它的身影。4.2.2识别措施电容的识别措施与电阻的识别措施基本相似，分直标法、色标法和数标法3种。电容的基本单位使用方法拉（F）表达，其他单位尚有：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10uF/16V容量小的电容其容量值在电容上用字母表达或数字表达字母表达法：1m=1000uF1P2=1.2PF1n=1000PF数字表达法：一般用三位数字表达容量大小，前两位表达有效数字，第三位数字是倍率。如：102表达10×102PF=1000PF224表达22×104PF=0.22uF4.2.3电容器的分类按照构造分三大类：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变化两极的正对面积来变化电容。当然也可以通过变化两极间的距离、或者变化电容器所充的电介质来变化电容。

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。4.3晶体管半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体同样可以完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，因此称为半导体。半导体最重要的两种元素是硅和锗。4.3.1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：首先阻碍多子的扩散运动，另首先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，展现很小的电阻，形成较大的正向电流。PN结反偏截止，展现很大的电阻，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。二极管的构造(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）4.3.2晶体管的检测措施：1、检测小功率晶体二极管A、鉴别正、负电极(a)、观测外壳上的的符号标识。一般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)、观测外壳上的色点。在点接触二极管的外壳上，一般标有极性色点(白色或红色)。一般标有色点的一端即为正极。尚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测二极管内部的触丝来加以辨别，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。此外，也可以用万用表R×1k挡进行测试，一般正向电阻不不小于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，由于不停变化，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。一般状况下，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一样色点来表明管子的放大倍数β值，其颜色和β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似。本试验用到的二极管为1N4004，有关1N40——的有关参数为（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AuAVKH21N4001

1N40021N4003

1N4004

1N4005

1N4006

1N4007

1

〈=5

〈=150

100

200

400

600

800

1000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，阐明它可以导电；然后将黑表笔接二极管负极，红表笔接二极管正极，这时万用表的表针主线不动或者只偏转一点点，阐明导电不良。4.4三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。它最重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。三极管的构造图（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）：有一种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。三极管的参数反应了三极管多种性能的指标，是分析三极管电路和选用三极管的根据。4.4.1极限参数1．最大容许集电极耗散功率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容许值时，集电极耗散的最大功率。当实际功耗Pc不小于PCM时，不仅使管子的参数发生变化，甚至还会烧坏管子。2．最大容许集电极电流ICM当IC很大时，β值逐渐下降。一般规定在β值下降到额定值的2／3（或1／2）时所对应的集电极电流为ICM当IC＞ICM时，β值已减小到不实用的程度，且有烧毁管子的也许。3．反向击穿电压BVCEO与BVCEOBVCEO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不不小于击穿电压的（1／2～1／3），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。4.4.2三极管的特性曲线三极管的共发射极电路（图4-10）图4-10输入特性曲线在三极管共发射极连接的状况下，当集电极与发射极之间的电压uBE维持不一样的定值时，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体现式为：iB=f(uBE)|uCE=常数图4-11由图可以看出这簇曲线，有下面几种特点：（1）uBE=0的一条曲线与二极管的正向特性相似。这是由于uBE=0时，集电极与发射极短路，相称于两个二极管并联，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，并且当uCE的数值增至较大时（如uCE＞1V），各曲线几乎重叠。这是由于uCE由零逐渐增大时，使集电结宽度逐渐增大，基区宽度对应地减小，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uCE＞1V），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再增长，iB也不再明显地减小，这样，就形成了各曲线几乎重叠的现象。（3）三极管有一种门限电压，一般硅管约为0.5～0.6V，锗管约为0.1～0.2V。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，给出多种不一样的iB值，就产生一种曲线族。图4-12输出特性曲线如图4-12所示。输出特性曲线的数学体现式为：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叠的直线.一般将iB<=0的区域称为截止区，在此区域,三极管的发射结反向偏置、集电结反向偏置，iB、iC都约等于0。（2）放大区：由图可见不一样的iB曲线的形状基本上是相似的，并且uCE>1V后，特性曲线几乎与横轴平行(略向上倾斜),iB等量增长时,曲线等间隔地平行上移。既iB=常数的状况下，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≈（/β）iB因此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uBE>0.5V，集电结为反向偏置且uCE>=1V。饱和区：当uCE比较小时，且不不小于uBE时，uCB=uCE-uBE<0,三极管的集电结处在正向偏置状态。由图可见iC随uCE的增长迅速上升而与iB不成比例，既iC≠（/β）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(uCE<uBE)。在此区域内，特性曲线近似于一簇平行等距的水平线，iC的变化量与iB的变量基本保持线性关系，即ΔiC=βΔiB，且ΔiC>>ΔiB，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uCE＞1V后，虽然再增长uCE，iC几乎不再增长，此时，若iB不变，则三极管可以当作是一种恒流源。4.4.3判断三极管的引脚晶体三极管内部有两个PN结,因此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基极鉴别，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，假如阻值很大（几百千欧以上），将表笔对调在测试一次，假如阻值也很大，则剩余的引脚必是基极B。2类型鉴别，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。假如测得阻值较小，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种为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，假如数字表有较大的变化，则假设对的；反之为E极。4.5蜂鸣器及种类蜂鸣器是一种一体化构造的电子讯响器，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，定期器等。电子产品中做发声器件，重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，两者原理同样只是构造不一样。所有蜂鸣器均有两种类型；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重要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等构成。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（1.5—15支流工作电压），多谐振荡器起振，输出1.5—2.5kHz的音频信号，阻抗匹配器推进压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由铅钛酸铅式铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。2、电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等构成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振荡膜片在电磁线圈和磁铁的互相作用下，周期性地振动发声。第5章数显抢答器电路的连接、系统调试和完善对于本电路的实物连接就是根据电路图将所选元件连接到电路板上，连接时注意元器件要按照电路图所示逐一的进行连接，要分类进行。连接电阻时要分清电阻的阻值和类别。集成块的安装要对应好了方可安装。此外尚有三极管的安装要分清它的集电极、基极、发射极。开关的安装要分清开关的位置。装配时注意：不要扭动固定爪、拆卸；不要随意修改PCB板、装配孔、电路。焊接注意：温度不不小于280℃焊接时间要少于3秒；使用恒温焊锡；反复焊接少于3次，间隔不小于5分钟5.1对电路板布局根据电路原理图1-2的元器件的多少、形状及集成块的引脚位置再结合所用的电路板的大小、焊盘连线，确定个元器件在电路板上的大体位置完毕大体的布局。伴随电子时代的迅速发展，仅仅实用、可靠以不能满足消费者对产品的需求。伴随人们生活水平的不停提高规定的不只是实用、可靠这两方面而是更侧重于讲究美观、精小，即在生产产品之前有很好的布局变得很有必要。5.2电路的连接与调试把已经测试好的电阻、二极管、三机管、蜂鸣器、开关、数码管、若干导线、电路板、电源放在试验台上。由分析电原理图知此电路分为编码电路、译码显示电路、锁存电路、复位电路、声音提醒电路等五大模块，根据抢答器原理我们首先连接编码电路，依次连接译码显示、锁存、复位、声音提醒电路，这样从前向后连接可用最小程度的减少连线中所出的问题，这种措施且连接出的电路调理清晰查找故障以便。5.2.1开关、编码电路的连接、调试根据布局先选择抢答按键及对应二极管的对应位置再对其进行焊接，根据编码电路图2-1，SB1SB9的一端相连接,VD1、VD3、VD7、VD10的负极与SB1相连接作BCD码的最低位A，依次将VD2,VD5,VD8的负极与SB2相连接作BCD码的低位B,VD4,VD6,VD9的负极与SB4相连接作BCD码的高位C，VD11的负极与SB8相连接作BCD码的最高位D。连接完毕后在ABCD处分别接一种发光二极管，其负极连接到一起接VCC的负极，另一端SB1SB9的一端引线接VCC的正极，按下抢答按键后对应的二极管可以点亮如：SB7按下后BCD码的CBA处的二极管点亮，依次按下所有的抢答按键均对应的发光二极管点亮，即编码电路可以正常工作。5.2.2译码显示电路的连接、调试由根据电路原理图将CD4511数码管固定在电路板上并根据集成CD4511和数码管引脚图依次将CD4511的输出端A—G与数码管a--g相连接，再把编码输出端A、B、C、D、与CD4511的BCD编码ABCD输入端依次连接，并CD4511LT、BI功能引脚接高电平VCC、LE锁存引脚接任意电平使其无效。数码管中间两引脚相连接地，这时给CD4511加上+9V电源，按下抢答键不放，按原理分析数码管可以显示对应的抢答键号。按键后二极管发光，七段数码管无显示键号，用万用表测量七段译码器的输出端与否有电压。当测得七段译码器的输出端电压正常，阐明七段显示管损坏；更换新的数码管后按键后可以显示对应的抢答键号，依次试验SB1--SB9均可以正常显示。5.2.3锁存电路的连接、调试在本设计中，此电路仅使用了一种三极管与CD4086与非门集成电路，根据电路连接简便选择合适的位置将其固定。根据锁存原理图并结合集成块引脚图，依次将CD4511的输出端AF连接到CD4086的输入端上，CD4511的输出端G通过R2连接到VT1的基极，VT1的发射极E接地，集电极C通过R1连接VCC，同步送到CD4086的11、12脚，将CD4086的13脚通过电阻R3接CD4511的5脚（锁存脚LE）并接电容C1到地，给CD4086家上+9V电源后，通过按下抢答键验证锁寸电路连接与否对的。按键后二极管发光，七段显示管显示，但放手后七段显示管显示为零，此故障阐明无锁存功能。按键后先用万用表测量CD5411D锁存输入端5脚有高电平，依次向前查找CD4068输出端13脚也没有高电平，经检查CD4068供电电源没有接好。改正后按下任意抢答键，数码管可以显示对应的键号，这时再去按任何抢答键均不起作用，经试验SB1--SB9都可以对的锁存。5.2.4复位电路连接、调试复位电路是主持人所使用的为了消除上次抢答成功记录，所设置的此抢答器的复位重要运用的是CD4511的锁存功能。LE锁存脚为高电平有效，当为低电平时，输出的由输入的决定。此刻因没有开始抢答，编码应为0000，则数码管即显示0字符，完毕复位功能，根据其原理，将SB10复位按键一端接CD4511锁存脚、另一端接地。按下SB10后数码管有字符0显示，阐明复位电路连接对的。5.2.5声音提醒电路的连接、调试将蜂鸣器B、三极管VT2固定在电路板合适的位置，依声音提醒电路工作原理图把蜂鸣器的正端接高点平VCC的正极、负端接VT2的集电极、VT2的发射极接VCC的负极、基极通过电阻R4连接到cd4068的输出端13脚上。检查电路连接无误后，打开电源开关按下抢答按键不放，蜂鸣器发出声音提醒、数码管也显示对应的键号，松开按键数码管显示0字符，经分析测量cd406813脚、cd45115脚电压得出R4电阻选择较小，当13脚输出锁存高电平时经R4、加到VT2的基极上使VT2导通，B发出声音提醒，此刻由于VT2导通，R4阻值较小就立即把cd4511锁存脚电位拉低不能正常锁存。经试验根据既有电阻选择R4的阻值为1.6K较为合适，按下抢答按键数码管可以显示对应的字符，蜂鸣器也可以发出声音提醒。5.3生成PCB板为使产品更美观、精小，电路连接简便在大批量生成时规划合理的电路板将大大提高生产效率。本设计的PCB板如图5-1图5-1PCB5.4Protel绘图经验谈由于protel是专业电路设计软件，可供电子类各专业设计人