按键控制的双稳态电路.docx
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按键控制的双稳态电路
课程名称：
电子实训
专业名称：
电子信息工程
学生班级：
09级电信三班（嵌入式方向）
学生姓名：
代张龙
指导教师：
张长胜
学生学号：
200911513335
设计时间：
2011年9月7日
目录
一、设计题目………………………………2
二、题目功能及要求………………………2
三、总体方案设计…………………………2
四、单元电路设计…………………………3
a）电路的结构设计………………………3
b）元器件参数设计………………………7
五、整体电路分析…………………………7
六、元器件明细……………………………4
七、设计结果验证…………………………9
八、电路的使用说明书……………………9
九、心得体会………………………………9
十、参考资料………………………………10
一：
设计题目
按键控制的双稳态电路
二：
题目功能及要求
要求整个电路有三极管、发光二级管、电阻、电容、按键开关等组成，通过合理的设计，K键可控制灯的亮灭，实现双稳态控制。
三：
总体方案设计
方案一：
电路图如下
按键控制的双稳态电路（图一）
方案二：
电路图如下
按键控制的双稳态电路（图二）
经过设计可以有两种方案实现题目的要求，比较：
方案一电路图比较复杂，需求的元件较多，因此成本也多了，而求可能需求到220V电压，不容易实现；方案二电路图比较简易，需求的元件少，成本低较容易实现。
综上选择方案二。
四：
单元电路设计
a）电路的结构设计：
选择方案二，该电路由电阻、电容、二极管、三极管、LED灯等元件组成。
各元件详细介绍和作用如下：
电阻：
定义
在物理学中，用电阻（Resistance）来表示导体对电流阻碍作用的大小。
导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。
不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。
电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。
电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。
电阻是所有电子电路中使用最多的元件。
单位
导体的电阻通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆（ohm），简称欧，符号是Ω（希腊字母，音译成拼音读作ōumīga），1Ω=1V/A。
比较大的单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）（兆=百万，即100万）。
电阻器简称电阻（Resistor，通常用“R”表示）是所有电子电路中使用最多的元件。
电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。
电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
控制电阻大小的因素
电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，还与导体长度、粗细、材料有关。
衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。
多数（金属）的电阻随温度的升高而升高，一些半导体却相反。
如：
玻璃，碳
电阻的阻值标法通常有色环法，数字法。
色环法在一般的的电阻上比较常见。
色环法
所谓色环法既是用不同颜色的色标来表示电阻参数。
色环电阻有4个色环的，也有5个色环的，各个色环所代表的意义如下。
（详细见彩色上图）
颜色
数值
倍成数
公差
黑色
0
x1
——
棕色
1
x10
正负1%
红色
2
x100
正负2%
橙色
3
x1000
——
黄色
4
x10000
——
绿色
5
x100000
正负0.5%
蓝色
6
x1000000
正负0.25%
紫色
7
x10000000
正负0.10%
灰色
8
——
正负0.05%
白色
9
——
——
金色
——
x0.1
正负5%
银色
——
x0.01
正负10%
无色环
——
——
正负20%
读取色环电阻的参数，首先要判断读数的方向。
一般来说，表示公差的色环离开其他几个色环较远并且较宽一些。
判断好方向后，就可以从左向右读数。
例如，某4色环电阻的颜色从左到右依次是红
（2），紫（7），黄（x10000），银（正负10%），则此电阻的阻值为27Ωx10000=270000Ω，也就是270KΩ，公差为正负10%。
再如，某5色环电阻的颜色从左到右依次是红
（2），绿（5），蓝（6），红（x100），棕（正负1%），则此电阻的阻值为256Ωx100=25600Ω，也就是25.0KΩ，公差为正负1%。
数字法
由于手机电路中的电阻一般比较小，很少被标上阻值，即使有，一般也采用数字法，即：
101——表示10*10^1Ω即100欧的电阻；102——表示10*10^2Ω的电阻；10^3——表示10KΩ的电阻；10^4——表示100KΩ的电阻。
如果一个电阻上标为22*10^3，则这个电阻为22KΩ。
电容：
定义
电容（或称电容量）是表征电容器容纳电荷本领的物理量。
我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。
电容器从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质（就像一只水桶一样，你可以把电荷充存进去，在没有放电回路的情况下，刨除介质漏电自放电效应/电解电容比较明显，可能电荷会永久存在，这是它的特征），它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。
主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中.电容的符号是C。
在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）（皮法又称微微法）等，换算关系是：
1法拉（F）=1000毫法（mF）=1000000微法（μF）
1微法（μF）=1000纳法（nF）=1000000皮法（pF）。
电容与电池容量的关系：
1伏安时=25法拉=3600焦耳、1法拉=144焦耳.
二极管：
二极管又称晶体二极管,简称二极管（diode），另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。
在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。
一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。
在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。
当外加电压等于零时，由于p-n结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。
正向性
外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场得阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。
这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。
当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，二极管导通，电流随电压增大而迅速上升。
在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。
反向特性
外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流，由于反向电流很小，二极管处于截止状态。
这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。
二极管的应用
1、整流二极管
利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。
2、开关元件
二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。
利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。
3、限幅元件
二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。
利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。
4、继流二极管
在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。
5、检波二极管
在收音机中起检波作用。
6、变容二极管
使用于电视机的高频头中。
7、显示元件
用于VCD、DVD、计算器等显示器上。
8、稳压二极管
反向击穿电压恒定，且击穿后可恢复，利用这一特性可以实现稳压电路。
三极管：
半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。
在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。
中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。
三极管开关特性
NPN型三极管，三极管输入特性，主要是指Ube的电压，当Ube=0是，则Ib电流为0，当Ube＞开启电压时，则Ib有电流，并且电流受Ube和期间的电阻控制。
输出特性，是指CE间作为输出回路，Ic受Uce间的电压变化，同时还受Ib的影响，当Ube=0是，即Ib=0，则Ic=0，三极管工作在截止区，相当于断开。
当Ube＞开启电压时，Ic是Ib的B倍，三极管工作在放大区，一般开关电路不工作在这个区域。
但是当回路中Ib很大时，Ic就很大则Uce间的压降减小，这时Ic不受Ib的影响，工作在饱和区，经常用在开关电路中。
比如我们用三极管做开关电路，那么输入端Ub=0，则相当于断开，Uc和Ub电压相差不大，则相当于Uce=0.2-0.5V，相当于导通。
PNP三极管，与NPN工作原理一致，极性不同。
ＮＰＮ管和ＰＮＰ管完全相反ＮＰＮ管：
集电极接正电，基极有电压时，发射极就有电压流出，相当于导通，如果基极没有电压，相当于截止：
ＰＮＰ管：
发射极接正电，基极没电压时，集电极就有电压流出，相当于导通，基极有电压时并超过发射集电压时，相当于截止。
b）元器件参数设计：
各元件的参数经计算确定如下（见元件详细表）。
五：
整体电路分析
按键控制双稳态电路图
稳态及稳态的建立和翻转：
其双稳态电路的特点是：
它有两个稳定状态，在没有外来触发信号的作用下。
电路始终处于原来的稳定状态。
由于它具有两个稳定状态，故称为双稳态电路。
在外加输入触发信号作用下，双稳态电路从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。
双稳态电路在自动化控制中有着广泛的应用。
六：
元器件明细
序号
名称
型号
标号
数量
1
电阻
4.7K
Rb2和Rb2
各1个
2
电阻
2K
Rc1和Rc2
各1个
3
电阻
22K
R3、R4、和R5
各1个
5
电容
0.1uf
C2和C3
各1个
6
三极管
9013
VT1和VT2
各1个
7
二极管
常规
VD1和VD2
各1个
8
灯
常规
LED
1个
9
按键开关
常规
K
1个
七:
设计结果验证
此电路的元件也比较多，如果没有好的排板，很容易出现错误。
所以，排板是第一位的。
主要就是注意电容和二极管的极性，三极管的引脚。
排好板就是焊接过程了，焊接在经过多次的练习后，已经不是刚做的时候那样生疏，焊接也没有出现太大的问题。
电路板焊接完成之后，初步检查，确保无短路以及接线错误。
调节电源电压到6V，将电路板正负极接头分别连接电源正负极！
接通按钮K，灯亮，断开按钮，灯灭。
通过按键能控制灯的亮灭。
电路实物图
八：
电路的使用说明书
需按照电路图严格接线，只能接到4节干电池串联的6V直流电压上，要区分好各元件的正负极等。
九：
实习总结、心得体会
通过为期两周的电子实习，我收获颇深。
期末的这次实训虽然短，可是收获很大，感觉平时上课学到的东西都没有这几天学到的多。
正所谓：
“实践是检验真理的唯一标准”。
从认识和分析电路工作原理到焊接完成的整个过程中，我们对各电路和课本知识加深了理解。
这次实习可以形象的概括为：
“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。
有些地方真是让人绞尽脑汁！
但很多时候根本就不是自己电路的问题，有时电压稍高稍低了都要影响或者仅仅的日光灯都有影响。
有时发放的元器件是坏的，有时给的电路图就是错的……总之，只有自己经历过自己调试过才会真正的懂，书本知识还远远不够！
此次电子实习给我最深的体会就是：
理论+细心+实践才能在实际生产中体现所学知识的价值。
在电子行业发展如此快速完善的今天，理论与细心与实际的完美结合才能让自己在专业领域占有一席之地。
在实习中，我初步了解了三级管的工作原理、加深了对二极管的认识；也见识了关于单片机的一些工作方式；要说学得最熟的那要数电烙铁的使用了，怎样才能焊得牢、焊得美观、焊接的基本要求是没有虚焊等等，这些都是在书本上学习不到的东西。
说到细心，这是这么多实验中感受最深的一点之一。
比如说焊接按键控制的双稳态电路，小小的一个单片机多个脚都要准确地焊接好，没有一定的细心和耐力是不可能焊好的。
虽然说现在的电路板都是规模化规格化生产，但是，最起码它生产的模板是要人去设计的，所以，细心很重要，稍不留神，一个电子元件、一块电路板就报废了。
在为期两周的实训当中感触最深的便是实践联系理论的重要性，当遇到实际问题时，只要认真思考，运用所学的知识，一步一步的去探索，是完全可以解决遇到的一般问题的。
本次实习的目的主要是：
使我们对电子元件及电路安装有一定的感性和理性认识，培养和锻炼我们的实际动手能力。
使我们的理论知识与实践充分地结合，作到不仅具有专业知识，而且还具有较强的实践动手能力，能分析问题和解决问题的应用型技术人才，为以后的顺利就业作好准备。
此次实习学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
在此，感谢王老师及其他老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！
十：
参考文献
[1]阎石主编，清华大学电子学教研组编的数字电子技术基础（第五版）高等出版社2006.5（2009年重印）.
[2]童诗白、华成英.模拟电子技术基础.4版.北京：
高等教育出版社，2006.
[3]彭介华.电子技术课程设计指导.北京：
高等教育出版社，1997.
[4]XX文库。
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