电测课设结题报告文档格式.docx

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完成日期：

2011.11.14

一、实验要求

1、设计内容

设计一个四脉冲发生器，要求信号输出用发光二极管显示，输出波形如下所示：

2、设计要求

①周期要求如上图所示。

②脉冲峰值大于8V。

3、元器件

①与非门7400：

二片；

②D触发器7474：

一片；

③三极管9013：

3个；

④电阻：

10k电阻两个，50kΩ电阻2个，104电位器（100kΩ）4个，20kΩ电阻2个，460Ω电阻1个；

⑤电容：

333（33nF）电容2个，474（470nF）电容2个；

⑥发光二极管1个；

导线若干。

4、考核标准

①预习方案报告；

②独立设计；

③独立调试；

④验收；

⑤设计报告；

二、主要元器件介绍

1.D触发器7474：

实现功能Q=D

2.与非门7400

三、电路工作原理：

由于本电路设计方案中运用到两个不同的方波发生电路，首先叙述一下这两个电路的工作过程：

1.与非门构成的方波发生器

上述电路有两种过程。

其一是正反馈过程：

非门G1和非门G2均处于非高电平或低电平，而A点电压uA上升时，G1输出电压u~Q下降，通过C1的耦合使B点电压uB下降，使G2输出电压uQ上升，又通过C2的耦合使uA再上升，最终使~Q降到降到低电平，Q升到高电平。

这个过程时间极短，是瞬间完成的；

其二是暂稳态过程。

正反馈过程完成后，两个电容开始按指数规律充放电，当其中之一达到阈值电压时，电路又进入正反馈，结果是达到另一个暂稳态，如次往复循环，形成振荡。

若电路对称，即R1=R2=R,C1=C2=C,则输出方波，其重复周期为T=2t=1.4RC

2.集基耦合多谐振荡器

集基耦合多谐振荡器如左图所示，它是一种典型的分立元件脉冲产生电路。

通常，电路两边是对称的。

接通电源后，两管均应导通。

为便于分析，假定因某种因素影响，iC1有上升趋势，那么就会发生如下的正反馈循环过程：

iC1↑→uRC1↑→uA1↓→ub2↓→ib2↓→iC2↓→uRC2↓→uA2↑┐

ib1↑←ub1↑←┘　

致使T1迅速饱和，uA1为低电平；

T2迅速截止，uA2为高电平。

此后，一方面C2将通过RC2、T1的be结构成的回路充电（电压极性左负右正）；

另一方面，C1将通过T1、R1构成的回路，将本身贮存的电荷（左正右负）逐渐释放。

这样ub2逐渐上升，当ub2高于晶体三极管导通电压后，将发生如下的正反馈循环：

ub2↑→ib2↑→iC2↑→uRC2↑→uA2↓→ub1↓→ib1↓→ic1↓┐

uA1↑←uRC1↓←┘

致使T2迅速导通uA2为低电平；

T1迅速截止，uA1为高电平。

此后，一方面C1将通过RC1、T2的be结构成的回路充电（电压极性左正右负），另一方面，C2将通过T2、R2构成的回路放电，ub1相应提高。

当ub1高于三极管导通电压后，又发生使T1导通，T2截止的正反馈过程，于是形成振荡。

从T1、T2集电极输出的输出电压是矩形脉冲。

可以证明，集基耦合多谐振荡电路的振荡周期T＝0.7R1C1＋0.7R2C2＝1.4RC，输出幅度接近电源电压。

3.整体电路的工作原理：

下图的左边上下两个是方波发生器，左上方的是用NPN三极管组成的集基多谐振荡器，左下方是由与非门构成的方波发生电路，它们产生方波的原理在前面已经叙述过了。

根据实验的设计要求，用集基多谐振荡器产生周期为5ms的方波A，用与非门构成的振荡器产生周期为40ms的方波B。

然后用40ms的方波通过由两个D触发器构成的二分频器。

经过第一个分频器时，输出一个80ms的方波C，在经过一个分频器后产生一个周期为160ms的方波D。

然后将这四个方波进行逻辑与，就可得到一个周期大于100ms的含有四个周期为5ms小脉冲的四脉冲发生器，但按照实验要求，在最后加上一个有三极管构成的共射放大电路进行放大，即可得到满足课题要求的输出大于10V的条件。

由于实验元件的限制，图中用每两个与非门当做一个与门来用。

由于共射电路是倒相放大，所以最后一个与非门之后直接连上三极管。

四、Multisim仿真

1、多谐振荡器仿真波形

2、RC振荡器仿真波形

3.四脉冲发生器输出波形

五、具体实验过程及问题的解决

1.电路连接

根据仿真的电路图，用所领的元件（电阻，电位器，电容和芯片），导线在面包板上连接好电路。

2.电路参数的调节

由于实验室提供的元件与设计值有差异以及实际操作中存在一定误差，故必须根据实际情况更改预习时设定的电路参数才能满足设计要求。

多谐振荡器

根据实验室提供的电容，取C=33nF，R=110kΩ，T=1.4RC=5.082ms，实验过程中由于缺少333（33nF）电容，所以我们用22nF和10nF电容代替；

为方便调节，110kΩ的电阻选用50kΩ和104（100kΩ）电位器串联代替。

实际测得多谐振荡器产生方波的频率为196.64Hz，即T=5.085ms。

波形如下：

单稳态触发器

电容选取474（470nF）电容，61kΩ电阻选用104（100kΩ）电位器代替以便调节。

为使最终的波形出现四脉冲，所以需要调节单稳态触发器的频率为多谐振荡器的频率的1/8。

最终调节两个电位器的电阻均为63kΩ，而后就会出现四脉冲波形，此时频率为24.6Hz，即T=40.65ms。

三极管放大电路

由于仿真的时候没有接入发光二极管来显示输出波形，连接的时候就没有接入二极管。

但是老师要求接入而又不影响输出电压，所以要在二极管线路上串入1kΩ电阻与470Ω电阻分压，使输出电压大于8V。

最终输出电压幅值为8.55V。

3.调试测量

实验最终测得，高电平时长为20ms，四脉冲周期为116ms，占空比为17.24%，放大电路放大后幅值为8.55V，满足题目要求。

4.PCB图的绘制

用multisim中转换功能，转换到ultiboard，即可生成PCB图，利用其自动布局和自动布线即可完成PCB图的绘制，选择3D预览可以看到电路板的3D视图。

图形如下：

六、实验心得

由于仿真软件仿真的波形和实际有一定的差别，单稳态触发器仿真波形的周期与计算出来的周期不吻合，而且如果在输出端加上二极管，输出电压会下降至1V以下。

所以做实验的时候一定要心里记得每一部分输出的波形的样子和周期。

比如说多谐振荡器输出方波的周期大致5ms，单稳态振荡器输出方波的周期大致为40ms，在在进入三极管放大器基极的电压大致为0.7V，最终输出电压大致与集电极所加电压大小相同等等。

在具体连接过程中，我们算是比较幸运的了，连完一次，检查一次，一接上电压就出波形了，但是不稳定而且不是要求的四脉冲。

经过一段时间的思索和实践，终于得出一些关于这个实验的心得：

多谐振荡器输出的波形一般很稳定，而且很容易调，所以先固定多谐振荡器的输出波形的周期就成了第一步。

然后就是调整单稳态触发器，将其调至多谐振荡器波形周期的8倍。

再就是查看两个D触发器最终输出的波形，大致应该已经有了四脉冲的雏形。

最后就是看加上发光二极管的三极管集电极输出波形，应该能很好的满足题目要求。

在示波器显示上也是很有讲究的。

实验室都是可接外触发的双踪触发器，在示波器显示波形一直在左右晃动但是不能静止下来的时候，先将扫描电压调到normal档，调触发电压至波形能固定下来，再将扫描电压调至auto档，此时波形基本已经定住不动，但是还是在闪动。

这已经达到实验要求了，只是示波器的扫描余晖时间比较短，不能使波形一直留在屏幕上。

电子测量课程设计是对电测课程从学习到实践的一个非常有意义的升华。

经过这次四脉冲发生器的实验，不仅巩固了许多从书本上学到的知识，也在自己动手实践的过程中接触并学习了许多书本上没有的知识。

在实验中我真正体会到了知识的力量，也达到了学以致用的目的，最重要的是我学到了一种课堂上学不到能力——发现问题、并运用自己所学的所有知识来解决问题的能力。

在仿真过程中，熟练地应用了multisim，并通过所学知识设计了用与非门和D触发器完成四脉冲触发器；

在调试的过程中，充分运用了示波器的各项功能（包括外触发的接入），更加娴熟地掌握了对示波器的使用方法。

在最终完成之后一种成就感油然而生，联想到之后工作也是进行类似的过程，就对学院各个学科的设计的合理性很肯定，同时很感谢学院为我们的未来打下了坚实的基础。

这次课程设计对我来说可以是受益匪浅，以后再有类似的机会，我一定会倍加珍惜的。