模拟电子课程设计报告.docx

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模拟电子课程设计报告

自动化工程学院

模拟电子课程设计（报告）

学生姓名：

XXX班级：

XXX

学号：

XXXXXXXXXX

设计题目：

1.可调直流稳压电源的制作与调试

2.电子抢答器制作

3.流水彩灯的制作与调试

同组姓名：

XXX

指导教师：

XXX

2010年7月

目录

第1章可调直流稳压电源的制作与调试2

1.1设计任务2

1.1.1设计目的2

1.1.2设计要求及技术指标2

1.2总体设计方案2

1.2.1直流稳压电源的基本原理：

2

1.3系统分析与设计3

1.3.1整流、滤波电路3

1.3.2电源变压器4

1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单5

1.4.1总电路图5

1.4.2元器件清单5

1.4.3仪器仪表清单6

1.5系统安装、调试与参数测量6

1.5.1系统的安装与调试6

1.5.2参数的测量7

1.6改进意见与收获体会7

1.6.1改进意见7

1.6.2收获体会7

第2章电子抢答器制作8

2.1设计任务8

2.2总体设计方案8

2.3系统分析与设计8

2.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单9

2.4.1总电路图9

2.4.2元器件清单9

2.4.3仪器仪表清单10

2.4.4重要器件的功能介绍10

2.5系统安装、调试与参数测量11

2.5.1系统的安装与调试11

2.5.2参数的测量11

2.6改进意见与收获体会12

2.6.1改进意见12

2.6.2收获体会12

第3章流水彩灯的制作与调试13

3.1设计任务13

3.2总体设计方案13

3.3系统分析与设计14

3.3.1芯片功能介绍14

3.3.2工作原理分析14

3.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单15

3.4.1总电路图15

3.4.2元器件清单15

3.4.3仪器仪表清单15

3.4.4部件的功能介绍16

3.5系统安装、调试与参数测量16

3.5.1系统的安装与调试16

3.5.2问题与解决方法17

3.5.3参数的测量17

3.6改进意见与收获体会17

3.6.1改进意见17

3.6.2收获体会18

参考文献18

第1章可调直流稳压电源的制作与调试

1.1设计任务

大多数电子电路都需要用稳定的直流电源来供电，但目前使用的电网都是50Hz的交流电，因此，需要将交流电源变换成直流电源。

设计出满足技术指标要求的稳压电源。

1.1.1设计目的

1、学习直流稳压电源的设计方法；

2、研究直流稳压电源的设计方案；

3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法。

1.1.2设计要求及技术指标

1、完成可调直流稳压电源的制作及调试。

2、直流稳压电源的输出有3V、4.5V、6V、7.5V、9V、12V共六档。

1.2总体设计方案

1.2.1直流稳压电源的基本原理：

电路由一块三端可调集成稳压电路组成。

电路中的变压器T输出电压为15V，整流电路采用的是由4只整流二极管组成的桥式整流电路。

3V、4.5V等各档分别与S1相联，即可得到相应的电压值。

直流稳压电源由电源变压器T、整流电路、滤波电路及稳压电路4部分所组成，基本框图如1。

低压交流电输入 → 桥式整流电路 → 电容滤波电路→ LM317集成稳压电路→可调直流稳压输出。

该电路能实现直流、稳压、可调这三个作用。

该电路输入电压为15v的正弦交流电，桥式整流电路和滤波器就能实现交流到直流的转化；由模电知识可知，输出电压会随着电网电压的波动而波动，用一个稳压集成电路就能实现稳压的目的；经查阅相关资料，并结合自身实际可设计出通过接入不同的电阻，采用分压式来实现可调的目的。

（b）整流与稳压过程

图1.1

UO

0

t

t

t

t

t

UI

0

U3

0

U2

0

U1

0

（a）稳压电源的组成框图

+

UO

-

+

UI

-

+

U3

-

+

U2

-

+

U1

-

整流

电路

滤波

电路

稳压

电路

电源

变压器

1.3系统分析与设计

1.3.1整流、滤波电路

我们采用单向桥式整流电路，电路如图2所示，电路的输出波形如图3。

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即

。

电路中的每只二极管承受的最大反向电压为

（

是变压器副边电压有效值）。

将电容器和负载电阻并联，如图2所示，以达到滤波的目的。

此时整流滤波电路的直流输出电压为

，直流输出电流为

。

1.3.2电源变压器

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压

变换为整流电路所需要的交流电压

。

选用功率为20W的变压器，效率

=0.7，即可满足使变压器副边输出功率

。

1.3.3稳压电路

采用LM317可调式三端稳压器电源，其管脚图如图4。

LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压。

不过它只能输出连续可调的正电压，稳压器内部含有过流、过热保护电路，由一个电阻（R）和一个可变电位器（RP）组成电压输出调节电路，如图5。

输出电压为：

。

由此可见LM317稳压器具有安全可靠、性能优良、不易损坏等优点。

以下是LM317的特性参数：

输出电压可调范围：

1.2V~37V

输出负载电流：

1.5A

输入与输出工作压差

：

3~40V

1.3.4可调性

电压是跟电阻成正比的，由此我们采用分压式，负载端是电阻的串联。

要实现可调，就相当于接入不同的电阻。

因此在电阻的末端引出线，选择合适的电阻就可达到需要的输出电压。

它的输出由3V、4.5V、6V、7.5V、9V、12V共六档。

各引线分别与S1相联，即可得到相应的电压值。

1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单

1.4.1总电路图

如图6

图1.6

表1.1元器件清单

1.4.2元器件清单

元器件名称

具体说明（大小、型号等）

数量

电阻（欧）

1500

1

300

1

150

3

120

1

139

1

160

1

电容（微法）

1000

1

100

1

33

1

LM317

无

1

二极管

IN4007

4

发光二极管

无

1

1.4.3仪器仪表清单

表1.2仪器仪表清单

仪器仪表名称

个数

万用电路板

1

万用表

1

电烙铁

1

焊芯

若干

电工钳

1

导线

若干

直流稳压电源

1

1.5系统安装、调试与参数测量

1.5.1系统的安装与调试

直流稳压电源的安装与调试加深理解整流、滤波与稳压电路原理。

掌握稳压电源的主要性能指标及其测试方法。

系统安装步骤为：

（1）根据设计要求，以及实验电路图，做出最简明有序的线路安排；

（2）准备电烙铁等材料，检查各项安全项目，预热；

（3）根据电路图,布线,焊接（防止虚焊,漏焊）；过程中先安装较小的元件，再安装较大的元件。

（4）用万用表反复测量电路焊接部分是否正常导通，各元件极性连接是否正确；

（5）接通电路测试稳压电源能否正常工作（谨防电流过大损坏元件），并测量实验参数。

1.5.2参数的测量

在整个电路连好之后，用万用表测该电路的输出电压。

若接入不同的电阻，有不同的电压时。

则说明该电路焊接成功。

将万用表的红表笔与C3的正极相连，黑表笔与不同的电阻负极相连。

当黑表笔接每一个的负极时，记录下电压表的读数，之后与所要求的各档读数做差，对比，若误差稳定在允许范围之内，则此稳压电源设计成功。

1.6改进意见与收获体会

1.6.1改进意见

虽然该电路的设计比较简单，但我们第一次做课程设计，要在理解的基础上焊接还是比较困难的，尤其是为了了解LM317，我们还专门上网搜查了一番。

而且负载端多个电阻的串联，对跟导线的引出是电路板看起来更复杂。

为使电路板更简化，可用滑动变阻器来代替。

但是LM317集成电路的引入简化了电路，使电路比较紧凑。

我们还发现12V的变压器输出的电压可能会比12V略高，这是造成误差的一个可以避免的因素。

1.6.2收获体会

这次课程设计中,通过不断的努力去解决实践中遇到的问题，自己翻阅查找各种资料，我们不仅深入的学习了直流稳压电源的工作原理以及它的制作和调试方法，而且提高了自身综合应用课本理论知识解决实际问题的能力。

通过与任课老师的沟通和与同学们的共同协作，我们不仅完成了课程设计的任务，而且也深刻的体会到了团结和努力的意义。

第2章电子抢答器制作

2.1设计任务

电源接通后，LED5亮，表示抢答器处于等待状态。

4名选手分别对应K1~K4四个抢答键，假如K1最先被按下，则发光二极管LED1发光，LED5熄灭，此后再按下K2~K4时，SCR2～SCR4维持关断状态，LED1独亮说明按K1键者抢先成功，此后主持人将开关SW起落一次，抢答器复位，LED1熄灭，LED5亮，抢答器又处于等待状态。

2.2总体设计方案

此抢答器要求我们利用NE555构成的施密特触发器来实现这个抢答器的主要功能：

点亮第一个接通的LED，同时熄灭LED5，并封锁之后接通的LED。

Ne555元件图2.1

1接地2触发3输出4复位5控制电压

6门限7放电8电源电压

图2.1

2.3系统分析与设计

NE555是一块时基电路，其高电平触发端6脚和低电平触发端2脚相连，构成施密特触发器，当加在2脚和6脚上的电压超2/3VCC时，3脚输出低电平，当加在2脚和6脚上的电压低于1/3VCC时，3脚输出高电平。

按下开关SW，施密特触发器得电，因单向可控硅SCR1~SCR4的控制端无触发脉冲，SCR1~SCR4关断，2脚和6脚通过R1接地而变为低电平，所以3脚输出高电平，绿色发光二极管LED5发光，此时抢答器处于等待状态。

220V市电经变压器降压，为抢答器提供＋9V直流电压。

R1和R2选1KΩ，LED1~LED4选红、黄色发光二极管，LED5选绿色发光二极管。

单向可控硅选2P4M。

K1~K4为抢答键，假如K1最先被按下，则3脚的高电平通过K1作用于可控硅SCR1的控制端，SCR1导通。

红色发光二极管LED1发光，＋9V电源通过LED1和SCR1作用于NE555的2脚和6脚，施密特触发器翻转，3脚输出低电平，LED5熄灭。

因3脚输出为低电平，所以此后按下K2~K4时，SCR2~SCR4不能获得触发脉冲，SCR2～SCR4维持关断状态，LED2~LED4不亮，LED1独亮说明按K1键者抢先成功，此后主持人将开关SW起落一次。

复位可控硅，LED1熄灭，LED5亮，抢答器又处于等待状态。

2.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单

2.4.1总电路图

图2.2总电路图

2.4.2元器件清单

表2.1元器件清单

元器件名称

个数

NE555芯片

1

电阻

2

二极管

8

发光二极管

5

开关

5

2.4.3仪器仪表清单

表2.2仪器仪表清单

仪器仪表名称

个数

万用电路板

1

万用表

1

电烙铁

1

焊芯

1

电工钳

1

导线

若干

2.4.4重要器件的功能介绍

NE555----

其应用十分广泛，可装如下几种电路:

1。

单稳类电路作用：

定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。

2。

双稳类电路作用：

比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。

3。

无稳类电路作用：

方波输出，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。

　　施密特触发电路，有最简单形式的（2.3.1）和输入端电阻调整偏置或在控制端（5）加控制电压VCT以改变阀值电压的（2.3.2）共2个单元电路。

双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。

这是双稳工作方式的结构特点。

2.2.2单元电路中的C1只起耦合作用，R1和R2起直流偏置作用。

发光二极管LED----

由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

晶闸管----

可控硅整流器在触发脉冲的作用下导通，在过“零点”时关断，也就是说在流过晶闸管的电流小于“维持电流”时关断，所以流过晶闸管的电流必须是断续的，才能是可控的。

2.5系统安装、调试与参数测量

2.5.1系统的安装与调试

系统安装步骤为：

（1）根据设计要求以及实验电路图，做出最简明有序的线路安排；

（2）准备电烙铁等材料，检查各项安全项目，预热；

（3）根据电路图,布线,焊接（防止虚焊,漏焊）；过程中先安装较小的元件，再安装较大的元件。

（4）用万用表反复测量电路焊接部分是否正常导通，各元件极性连接是否正确；

（5）接通电路测试稳压电源能否正常工作（谨防电流过大损坏元件），如不能正常工作，反复检查改进直至电路正常工作为止。

（6）测量实验参数。

2.5.2参数的测量

接上电源之后，LED5点亮，表明抢答器已处于等待状态，此时控制电源的组员甲喊开始，组员乙按下K1，LED1点亮，同时LED5熄灭，此时组员丙依次按下K2、K3、K4，抢答器皆没有反应，这时组员甲将电源断开再接通，抢答器复位，重新回到等待状态。

然后依次测试LED2、LED3、LED4，全部正常工作，说明抢答器设计制作成功。

2.6改进意见与收获体会

2.6.1改进意见

这个抢答器的优点在于电路原理都比较简单，使用起来也很方便，但同时也存在一些问题，比如此抢答器是通过发光二极管来显示抢答成功的选手号码的，但是如果在人数较多的比赛当中，这种显示方法就变得非常不方便。

改进方法是用1到2个数码管来显示选手号码。

2.6.2收获体会

这一题的设计过程中,我们经历了不少挫折：

自己去研究陌生的可控硅、电路板总是要改、反反复复的测量电路寻找错误……当我们终于成功的完成了任务时，女生们都喊了起来。

大家都体会到了通过团结和努力而获得成功的喜悦。

虽然这时候我们还剩下一道最难的第三题，但是大家都充满了信心，踌躇满志。

第3章流水彩灯的制作与调试

3.1设计任务

（1）要求制作一个流水彩灯的工作循环顺序为：

H1亮—H2亮—H3亮—H4亮—全熄—H1、H2亮—H1、H2、H3亮—H1、H2、H3、H4亮—全熄，然后依次循环工作。

（2）完成制作与调试。

3.2总体设计方案

电源用9V直流电压供给内部电路工作，由CD4069非门电路和定时元件R、C组成了多谐震荡器，它输出周期T=1.4RC的方波给CD4017的时钟端，CD4017是一块能产生序列脉冲的CMOS计数/分配器，在时钟信号的作用下，Y0-Y9依次输出为正脉冲。

二极管编码电路和CD4017协调一致地工作以实现所要求的效果。

根据设计思路画出半设方框图如图3.1：

双向可控硅

图3.1

3.3系统分析与设计

3.3.1芯片功能介绍

图3.2图3.3

从上图3.2可以看出CD4069是由六个非门组成，在本电路中其非门F1、F2与外围元件R和电容C组成多谐振荡器，信号由{4}脚输出到CD4017的{14}角作计数脉冲。

多谐振荡器结构如图3.4所示：

图3.4

CD4017为分配器十进制约翰逊计数器/脉冲分配器，它是由5个D触发器构成的计数器，共有Y0～Y9十个输出端,如图3.3。

它有CL和EN两个计数输入端，CL端为脉冲上升沿触发端，若计数脉冲从CL端输入，则EN端应接低电平；EN端为脉冲下降沿触发端，若计数脉冲从EN端输入，则CL端应接高电平，否则禁止输入计数脉冲。

取自CD4069的计数脉冲从其CL端{14}脚输入，故EN端{13}脚接地。

Y0～Y9为计数器的十个输出端，输出端送出的脉冲方波通过隔二级管连成两路控制信号，加灯上到做开关脉冲。

3.3.2工作原理分析

当第一个计数脉冲到来时，CD4017内电路翻转，{3}脚Y0呈高电平，与此同时CD4017其余各输出端Y1～Y9均为低电平，此高电平经二极管，送入双向可控硅VS1的控制极，驱动VS1导通，彩灯H1被点亮。

与此同时，其余的四个输出端均为低电平，双向可控硅VS2～VS6阻断，H1、H2、H3彩灯不亮。

第2到6个工作过程同理：

H2亮，H3亮，H4亮，全部熄灭，H1亮。

当第七个计数脉冲到来时，CD4017计数输出端Y1呈高电平。

此高电平从其{2}脚输出，同时CD40174{4}脚、{5}{6}脚呈高电平，经二极管、可控硅VS2、VS3导通。

这样在保持H1点亮的同时，H2也被点亮，而其余2个彩灯则仍为熄灭状态。

之后工作过程8到10同理。

当计数器CD4017计数满10个脉冲时，直接开始下一轮的计数过程，这样彩灯就周而复始地循环工作。

3.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单

3.4.1总电路图

图3.5总电路图

3.4.2元器件清单

表3..1元器件清单

元器件名称

个数

CD4017芯片

1

CD4069非门电路

1

二极管

16

97A6可控硅管

6

小灯泡

4

22uF电容

1

18KΩ电阻

1

3.4.3仪器仪表清单

表3.2仪器仪表清单

仪器仪表名称

个数

万用电路板

1

万用表

1

电烙铁

1

焊芯

若干

电工钳

1

导线

若干

直流稳压电源

1

3.4.4部件的功能介绍

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。

防锁选通，保证了正确的计数顺序。

译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。

在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

引出端功能符号：

CO：

进位脉冲输渊，CP：

时钟输入端，CR：

清除端，INH：

禁止端，Q0-Q9：

计数脉冲输出端，VDD：

正电源，VSS：

地。

3.5系统安装、调试与参数测量

3.5.1系统的安装与调试

系统安装步骤为：

（1）根据设计要求以及实验电路图，做出最简明有序的线路安排；

（2）准备电烙铁等材料，检查各项安全项目，预热；

（3）根据电路图,布线,焊接（防止虚焊,漏焊）；过程中先安装较小的元件，再安装较大的元件。

（4）用万用表反复测量电路焊接部分是否正常导通，各元件极性连接是否正确；

（5）接通电路测试稳压电源能否正常工作（谨防电流过大损坏元件），如不能正常工作，反复检查改进直至电路正常工作为止。

（6）测量实验参数。

3.5.2问题与解决方法

1、焊前，电路图上二极管、可控硅和芯片之间错综复杂的线路让我们晕头转向。

为了焊接能够简洁正确，我们在纸上先画好了接线图，它可帮了大忙，如此复杂的电路我们一次就全焊对了。

2、由于这个电路比较复杂，原本的焊接计划是将所有接地线和直流正极的线接到电路板的最外面两圈，但是后来我们发现这样做会在测试和使用的时候增加短路的可能性，影响实验的正常进行，所以后来我们又把这些线接到了电路板的中间部位。

3、当所有焊接工作结束后，第一次接通9V直流电源时，CD4069的输出波形完全不对，反复检查电路板多遍都没有查出错误。

向老师请教得知，应该把所有元件与电路板的连接点也测一遍，结果果然是一个电阻与电路板接触不良，这才找到了症结所在，问题迎刃而解。

3.5.3参数的测量

1、先连接9V直流电源，使CD4096和CD4017两块芯片开始工作。

首先，用示波器测单控硅管控制级的电压。

经测量，六个控制级电压分别有不同相的方波波形。

将各个波形相位记下，可看见它们是周期性变化的，高点平时，能驱动彩灯工作，低电平时，与之相关的彩灯熄灭。

然后，用万用表测单孔硅管的控制和二极管电压，看它们是否为周期性变化，是否有高低电平。

经测量，测定现象和理论现象是一致的。

2、前一步骤说明该电路是成功的，此时接上220V市电压，彩灯便按要求开始循环工作了。

3.6改进意见与收获体会

3.6.1改进意见

本电路的设计集成度高,外围元件少,电路简单,所有控制功的实现均由集成电路完成,这样可以防外围元件不稳定而混乱。

可以一次实现彩灯的逐行点亮再逐行熄灭，并且通过不同的彩灯组合可以实现多种变化效果。

本电路为基本电路，可以通过增加集成路CD4017及CD40174来实更多种变化，升级方便。

当然由于自已能力有限，这个设计还存在缺点，比如此电路不能自动实现多花样的转换等。

我会在以后的学习中逐步完善这此功能。

3.6.2收获体会

在这次设计的过程中，我们遇到了很多的问题，设计过程很难，制作过程很不顺利，题目看起来不是特别复杂，但是真要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因我想是因为我们平常实践的太少，眼高手低。

另外资料的查找也是一大难题，学过的东西忘记了或是似懂非懂，这可让我们这些三脚猫吃尽了苦头，在以后的学习中，应该注意到这一点，学习最重要的久是要学会把从书本中学到的知识和实际问题联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助，我相信，通过这次的课程设计，在下一阶段的学习中我会更加努力，更加注重实践，力争把每一门课学好，学精，学以致用。

总体来说，通过本次课程设计的三道题，我们巩固了学习过的专业知识，也使把理论与实践从真正意义上相结合了起来；借助互联网，我们锻炼了搜集、查阅相关文献资料、和组织材料的综合能力；通过学习和使用电路CAD软件Protel99se,也让我了解到计算机辅助设计（CAD）的智能化,有利于提高工作效率；最后也是最重要的一点，在和老师同学们的交流配合当中，我深刻的体会到了交流学习、团结协作的巨大力量，更巩固了我和老师、同学们之间的感情。

这十天，我和朋友们除了周末，每天早上5:

30起床，晚上11:

00睡觉，忙的废寝忘食。

课程设计的过程虽然非常辛苦，但却异常的快乐和充实，因为我们在实践中肯定了自己和自己的所学，希望老师多给我们一些这样的实践机会，让我们有更多的机会锻炼自己。

参考文献

[1]唐金元、王翠珍，0～24V可调直流稳压电源电路的设计方法，《现代电子技术》

[2]朱裕刚四人抢答器设计报告，《鄂州大学校刊》

[3]谢自美.<<电子线路设计·实验·测试>>（第三版）.武汉:

华中科技大学出版社,2005年

[4]韩学军.<<模拟电子技术基础>>（第一版）.北京.中国电力出版社,2008年

[5]刘志军.<<模拟电路基础实验教程>>（第一版）.北京.清华大学出版社,2005年

[6]王家继.<<脉冲与数字电路>>（第一版）.北京.高等教育出版社.1992年

[7]　童诗白.清华大学电子学教研组.《数字电子技术基础（第三版）》.高等教育出版社，2001

[8]　杨才春.《电子报》合订本（上）.成都.四川科学技术出版社，2002

[9]　杨才春.《电子报》合订本（下）.成都.四川科学技术出版社，2002