电子测光表.docx
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电子测光表
郑州科技学院
《模拟电子技术》课程设计
题目：
电子测光表
学生姓名:
专业班级：
学号：
院（系）：
电气工程学院
指导教师：
完成时间:
2012年11月3日
目录
1绪论3
2课程设计的目的3
3课程设计的任务与要求4
3.1课程设计的任务4
3.2课程设计的要求4
4课程方案及论证5
4.1测光部分电路设计5
4.2直流稳压电源部分设计6
5设计原理及功能说明7
6单元电路的设计8
7硬件制作及调试10
7.1硬件的制作10
7.2硬件的调试11
8总结13
9参考文献14
附录一：
总体设计电路图14
附录二：
元器件列表15
1绪论
光是人类最好的伙伴。
人每天都生活在光的照射之下，看着太阳东升西落，吸收光的温暖，享受光明和快乐。
光把明亮送给人类，同时也把秘密告诉了人类。
光憎恨阴暗，总能找到潮湿、黑暗的地方，向他们投放光明；光憎恨不平，在她的视野里，没有高低上下，全部阳光普照；光憎恨自私，就连人心里隐藏的东西，都会被阳光看到；光不讲情面，会把所有的东西暴露在光天化日之下；光不殉私情，不论什么情况都会一视同仁；光不讲价钱，从来都是默默奉献，分文不取；光不爱面子，不论你对它采取什么态度，它都始终如一的爱你；光不图虚荣，不图表扬，不营私舞弊，光的美德实在太多了……
近年来，随着科技的发展，人们生活水平的提高，在一些生产、生活中，需要使用一些光敏器件，而电子测光仪就是一种对光照强度测量的一种器件。
电子测光仪应用光学，电子，温控等方面最新技术精心制作加工而成，在隧道、相机方面应用较多。
下面就是一种简易的电子测光仪的设计。
2课程设计的目的
1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
4.模拟电子技术课程设计是针对《模拟电子技术》课程对学生能力培养的要求进行综合训练性质的课程，其目的是让学生通过有关课题的设计计算和线路搭试调试，进一步加深对所学基础知识的理解，培养和提高学生自学能力，实践动手能力和分析解决实际问题的能力。
使学生在以后的社会实践中有更强的动手能力和社会适应力。
3课程设计的任务与要求
3.1课程设计的任务
1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。
包括：
根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总体报告。
2、培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。
包括：
学会自己分析解决问题的能力；对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通过观察、判断、实验、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障；能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。
3、掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。
4、巩固常用电子仪器的正确使用方法，掌握常用电子器件的测试技能。
5、通过严格的科学训练设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。
3.2课程设计的要求
1、根据光照的强弱来实现此电路的转换。
2、当外界的光照变化时，LED灯会根据光照的强弱来显示不同的亮度。
3、知道光敏二极管的工作原理，并将它正确的安装在电路中，并正常工作。
4、了解各元器件在电路中的功能,设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。
5、自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格。
6、在实验室Multisim11.0软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其主要性能参数
4课程方案及论证
4.1测光部分电路设计
测光部分电路图如下所示：
其中光电池是一种在光的照射下产生电动势的半导体，在受到光照的情况下，光电池产生电动势，为三极管的基极提供电流，三极管进入放大状态，进而测量光照强度。
但是由于光电池成本较高，并且其测试效果不是太容易观察，经过缜密的计算和仿真软件仿真过后对其测光部分的电路进行了一定的修改，其修改后的电路。
4.2直流稳压电源部分设计
如上图所示其整流电路采用了半波整流的方案，在半波整流电路中，二极管是整个整流电路的核心器件，但是由于二极管的单向导电性只有在其正极电压高于负极电压时电路才导通，而在另半个周期之内二极管一直处于截止状态，严重影响了工作的效率而且造成严重的资源浪费现象，因此这种方案不宜采用。
方案二
方案二采用了全波整流电路，全波整流电路中，在交流电正半周时，S1点的电位高于S2，而S2点的电位又高于S3，所以二极管D1反偏截止，而D2管导通，电流由S2点出发，自下而上地通过负载，再经D2管，由S3点流回次级线圈。
在交流电负半周时，S3点的电位高于S2，而S2电位又高于S1，故二极管D1导通，而D2截止，因此在整个工作周期内都在进行整流工作。
和半波整流电路相比较，全波整流电路大大提高了工作效率，输出电压波动更小，和半波整流电路相比具有明显的优点。
如上采用了桥式整流电路，在交流电正半周时，S1点的电们高于S2点，所以二极管D1，D3导通，而二极管D2，D4截止，电流由S1点经D1，自上而下地流过负载RL，再通过D2回到变压器次级；在交流电负半周时，S2点的电位高于SO，二极管D2，D4导通，而D1，D3截止，那么电流由S2点经D2，仍然由上而下地流过负载RL，再经D4到S1。
可见，桥式整流电路中，无论交流电的正、负半周都有单方向的直流电流输出。
电路中的电容C（C2和C3）起滤波作用，其滤波原理与半波整流电路相同，所不同的是在一个周期内，电容C被充电2次，放电2次，所以输出电压的波形更加平滑，而且输出的雨点小电压比半波整流电路高。
桥式整流电路和全波整流电路相比，桥式整流电路其性能比全波整流电路更好，因此其稳压电路采用桥式整流电路。
5设计原理及功能说明
电子测光电路有电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路和测光电路五部分组成。
在电子测光仪工作时，首先接入220V交流电，在经过直流稳压电源的变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路四部分处理后转换为9V的直流电为测光集成电路提供电能;然后当光线照射到光敏二极管上时，在光敏二极管内产生电流，而且光照越强，光敏二极管的导通程度越大，进而产生的电流也就越大;最后电流通过发光二极管，电流越大LED灯亮的盏数也就越多。
在实际生活中，电子测光仪主要在汽车、家具、相机等方面有所应用，特别在相机中应用居多，它可以测量光线的强弱以便于照片的清晰呈现。
另外在一些表面要求过于精细，清晰的产品中也有应用，可以对这些产品进行测试，以此达到产品的规格要求。
6单元电路的设计
我们所设计的电子测光仪总体上可分为两大部分：
直流稳压电源和晶体管测光仪。
直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。
直流稳压电路是将220V的家用交流电转换为9V的直流电，以起到降压的功效。
因为在我们所设计的电路中，用不到过高的电压，所以直流稳压电源还有保护电路，节约能源的作用。
（1）电源变压器：
是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流滤波电路：
整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。
再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
（3）滤波电路：
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
（4）稳压电路：
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。
常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V－37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。
其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。
其典型电路如下图，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：
Uo＝1.25（1＋R2/R1）式中R1一般取120－240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。
（5）光敏控制器：
光敏二极管是一种将光能量变换为电能量的器件，它基于半导体的光生伏特效应的原理，即在光照射下，半导体材料吸收光子能量使电子激发。
若能量大于禁带宽度的光子照射在PN结空间电荷区附近，在结两边产生电子一空穴对。
这些光生载流子在PN结内建电场作用下，各自向相反方向运动，即P区的电子穿过PN结进入N区，N区的空穴进入P区，形成自N区向P区的光生电流。
这样的载流子运动，由于中和部分空间电荷，使内电场势垒降低，从而使正向电流增大。
当光生电流和正向电流相等时，PN结两端建立起稳定的电势差（P区相对于N区是正的），这就是光生电压。
当入射光的强度发生变化，光生载流子的多少也相应发生变化，因而通过光敏二极管的电流也随之变化，于是在光敏二极管两端的电压也发生变化，光敏二极管就这样将光信号变为电信号。
（6）LED灯显示：
发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面以内产生而发光.
电子测光仪简易图图6-1
7硬件制作及调试
7.1硬件的制作
硬件的制作要尽可能的合理布局，以免出现电路板上空间不够用的情才形，并且在向电路板上焊接器件前要首先检测器件的性能，以防出现把不合格的器件焊接在板上的情况。
对于分正负极的元件要首先检测器正负极，避免因硬件焊接错误而造成的额外的不必要的调试。
对于三级管要首先判别其集电极、基极、发射极，然后在把三极管焊接在正确的位置。
导线的连接在电子产品的设计制作中最为困难，因其接头多且位置还比较集中，为导线焊接徒增了许多的了困难。
首先要做的就是电路板的排布：
因为这次的课程设计需要一些线路的连接，所以电路的排布显得就格外的重要，一个好的电路排版可以使得我们的电线用的更少而且会给人一种清新，赏心悦目的感觉。
而主要还是能够使得我们的制作时间尽量的缩短，这样我们可以留下足够的时间来调试我们的成品。
由于现实与理论之间的差距我们可能需要足够的时间来调试我们的成品的预期效果是否与我们的理论是相符的。
接下来要做的就是焊接，将各个元件焊接起来，组成电路。
实物电路图如下图7-1所示：
电路实物图图7-1
7.2硬件的调试
实物做好之后的任务就是要进行实物的调试，实物的调试就是不停的进行着实验，最终要达到我们预期的结果。
我们所设计的是电子测光仪，在硬件焊接完成后，进过我们的不断实验，发现不能通过LED灯发光的个数来体现光照的强弱。
经过分析，因为在电路中的晶体测光表部分有三个二极管D1、D2、D3，如下图7-2所示，由于二极管的导通特性：
需要很大的电压。
而在二极管导通后其内部的电流随电压的变化只有很小的改变，故很难实现LED灯发光个数的控制。
所以在一段讨论，分析后决定删去这三个二极管。
最后的结果改变为通过LED灯的明暗程度来实现对光照强弱的测量。
改变后电路的工作原理与改进前一样，改进后的电路图如下图7-3所示：
改进前电路图图7-2
改进后电路图图7-3
8总结
《模拟电子技术》作为自动化专业的重要课程之一，但在刚开始学习的时候总感觉它枯燥无味，但在后来的慢慢学习过程中渐渐有了浓厚的兴趣。
在得知有为期三周的课程设计课之后，为自己所学有用武之地欢欣鼓舞。
然后就投入了紧张的资料寻找阶段，在进入图书馆查找资料时看到满眼的图书，顿时傻眼了，忽然发现不知道自己该如何选取，在众多的设计方案中不知该如何取舍了，后来在讨论后终于选定了设计方案。
过而能改，善莫大焉。
在课程设计过程中，我们不断返现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
最终在检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的执行观。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了许多的问题，最后在老师的指导下，终于迎刃而解。
在今后的发展和学习中，一定要不写努力，不能遇到问题就想要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一解决，只有这样，才能成功的做想要做的事，才能在今后的带路上披荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不能收获成功的喜悦。
通过这次学习我也学会了普通电子器件的检测知识，掌握了常见元件的识别和测试，学会了常用仪表的使用方法，提高了电路的焊接技巧。
同事也懂得了理论与实际结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把自己所学和实践结合起来，从实践中得出结论，才能真正为社会服务。
在这次实践中可谓是困难重重，遇到了许许多多意想不到的问题，但最终都得到了解决，设计达到了圆满的成功。
本次课程设计收获颇丰，不仅收获了成功的喜悦，同时也感受到了团队的力量。
课程设计也让我感受到了团队的力量，只有大家努力团结，就可以克服任何困难，最终达到胜利的彼岸。
我们也意识到了我们的不足，那就是我们的理论知识还不够牢靠，并且由于自己在学习中动手的机会不多，导致了自己的动手能力差，对于突发的事件的处理能力还严重不足。
今后需要尽可能多的投身实践中去，为今后的工作积累。
9参考文献
1.康华光主编，电子技术基础（模拟部分），高等教育出版社2006.1
2.汪学典主编，电子基础实验，华中科技大学出版社，2006.8
3.刘华章主编，电子技术实验教程，电子工业出版社，2005.9
4.那文鹏，王昊主编，同意集成电路的选择与应用，人民邮电出版社，2004.5
5.刘光轱，饶妮妮主编，模拟电路基础，电子科技大学出版社，2001.6
6.明宏主编，电工实习指导书，武汉理工大学出版社，2006.3
附录一：
总体设计电路图
附录二：
元器件列表
序号
名称
型号规格
数量
1
变压器
220V~16V
1
2
整流桥
LTKBP307
1
3
电容器
2.2mF50V
1
4
电容器
470uF16V
1
5
电容器
220uF50V
1
6
电容器
1uF50V
1
7
稳压块
LM7809CT
1
8
光敏二极管
2CU5S
1
9
三极管
S9018
5
10
二极管
1N4007
3
11
电阻
500Ω
7
升级会员 