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模拟电子课程设计论文
自动化工程学院
模拟电子课程设计（报告）
学生姓名：
班级：
学号：
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：
指导教师：
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
1.2总体设计方案2
1.3系统分析与设计2
1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单3
1.4.1总电路图3
1.4.2元器件清单4
1.4.3仪器仪表清单4
1.4.4重要部件的功能介绍4
1.5系统安装、调与参数测量5
1.5.1系统的安装与调试5
1.5.2参数的测量5
1.6改进意见与收获体会5
第2章电子抢答器制作6
2.1设计任务6
2.2总体设计方案6
2.3系统分析与设计6
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9
2.5系统安装、调试与参数测量10
2.5.1系统的安装与调试10
2.5.2参数的测量10
2.6改进意见与收获体会10
第3章流水彩灯的制作与调试12
3.1设计任务12
3.2总体设计方案12
3.3系统分析与设计12
3.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单13
3.4.1总电路图13
3.4.2元器件清单13
3.4.3仪器仪表清单13
3.4.4部件的功能介绍14
3.5系统安装、调试与参数测量14
3.5.1系统的安装与调试14
3.5.2参数的测量14
3.6改进意见与收获体会15
参考文献15
第一章可调直流稳压电源的制作与调试
1.1设计任务
设计和制作一个输出电压为连续可调功能的直流稳压电源，并且经过调试后能达到预期结果，使之按要求输出不同的直流电压，从而达到可调、直流、稳压的目的。
1.2总体设计方案
由一块317稳压块和电阻、电容构成可调集成稳压电路，而整流电路则是由4只整流二极管组成的桥式整流电路。
当3V、4.5V等各档分别与S1相联，即可得到相应的电压值。
1.3系统分析与设计
直流稳压电源的基本原理：
直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，实现直流、稳压、可调作用。
这三个作用首先是交流电的直流化：
220v的电压经变压器后变为15v的正弦交流电（该电路的低电压输入）。
为了使交流电的负半周也能得以利用，我们采用桥式整流电路，从而使效率提高：
它由四个二极管组成，通过二极管的单向导电特性及交替导通，经过整流后得到的是脉动直流。
为了去除其谐波的成分而成为平稳的直流，我们采用了滤波电路，即在桥式电路的末端并联一个电容。
因此该电路能将大部分的交流转化为直流。
这样就实现了交流电到直流电的转化。
将220V的电压经过变压器后变为15V的正弦交流电，它作为该电路的低压输入。
采用能够提高电压效率的桥式整流电路，通过四个二极管的单向导电性及交替导通，最后得到脉冲直流。
然后经过滤波电路，电压进一步转化为平稳的直流，本电路可以将大部分的交流转化为直流。
所以，这样就成功地实现了交流电转化为直流电，整流电路如下图所示：
其次是为了解决整流滤波电路的输出电压不仅会随电网电压的波动而波动，也会随负载变化而变化的问题，采用稳压集成电路LM317。
LM317是个三端可调稳压器集成电路，它的三个引角分别是输入端、输出端和公共端，该电路就是用它来实现稳压的。
LM317的输出电压可以从1.25V连续调节到37V。
其输出电压可以由下式算出：
输出电压=1.25×（1+ADJ端到地的电阻/ADJ端到+Vout端的电阻）。
如果你需要其它的电压值，则可以通过改变有关电阻的阻值来得到。
要注意的是，LM317T有一个最小负载电流的问题，只有负载电流超过某一值时，它才能起到稳压的作用。
最后是输出电压的可调化。
因为电压是跟电阻成正比的，所以我们采用分压式，负载端是电阻的串联。
接入不同的电阻实现其可调性。
由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。
它的输出有3V、4.5V、6V、7.5V、9V、12V共六档。
。
3V、4.5V、6V等各档分别与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
图1总电路图
1.4.2元器件清单
元件器清单
元件种类
数目
1.5K电阻
1
120电阻
1
139电阻
1
150电阻
3
160电阻
1
二极管
4
发光二极管
1
33uF电容
1
100uF电容
1
1000uF电容
1
LM317
1
导线
若干
1.4.3仪器仪表清单
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
1.4.4重要部件的功能介绍：
LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
317系列稳压块的型号很多：
例如LM317HVH、W317L等。
317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。
最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。
由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。
当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。
当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。
在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。
1.5系统安装、调试与参数测量
1.5.1系统安装、调试：
根据电路图，布线，焊接，注意二极管正负极的位置，以及三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏，认真的检查焊接的是否正常。
给电路一个低压输入，调节三端可调集成稳压电路（它的输出由3V、4.5V、6V、7.5V、9V、12V共六档），万用表测（2——3次）所焊电路部分，测试是否成功，并用万用表测量其输出端的电压，观察变化电压的变化值。
1.5.2参数测量：
将电路连接好后，用万用表测量该电路的输出电压。
若接入不同的电阻显示不同电压时，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R3的负极时。
电压读数为3V；当黑表笔接R4的负极时，电压读数是5V；依次接入R5、R6、R7、R8时，电压读数各不相同，且依次增大。
1.6改进意见与收获体会
该电路设计简洁，电路结构清晰，但焊接复杂，可用一个滑动变阻器来代替变化的电阻，可使焊接变得更加方便。
通过这次制作与调试，自己翻阅查找各种资料，让我更好的学到了关于集成流稳压电源有关的知识并了解了LM317元件作用，增强了自己的动手能力与合作意识。
能够运用我们所学习的知识实际处理问题，更加激发了我们的学习热情。
这次模拟电子设计，使我对各个电子元件有了更清楚的认识，提高了我分析与解决问题的能力。
第二章电子抢答器制作
2.1设计任务
要求设计一台可供四名选手参加比赛的电子抢答器，要求：
在选手抢答之前，电路是导通的，LED5显示灯亮，表明此时抢答器处于等待状态；抢答时，哪个选手最先按下开关，与之相对应的显示灯亮，其他选手的开关再摁下与之相对应的灯也不亮，并且LED5（即最开始现实电路是导通的显示灯）显示灯熄灭；抢答完之后，主持人将开关SW起落一次，复位可控硅，此时抢答器又处于等待状态,准备下一次抢答。
2.2总体设计方案
设计一个四位抢答器，抢答键分别为K1、K2、K3、K4。
当绿色发光二极管LED5发光，其他灯不亮，表明此时抢答器处于等待状态。
任意一名同学最先按下抢答键时，仅对应的灯亮，其他抢答键再按下无效，灯不亮。
此后主持人将开关SW起落一次，复位可控硅，选手对应的灯熄灭，LED5亮，抢答器又处于等待状态。
，该抢答器的电路是通过NE555来实现抢答器的部分功能，它是一块时基电路。
2.3系统分析与设计
该电路使用一块时基电路NE555，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。
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。
220V市电经变压器降压，VD1~VD4整流，C滤波，为抢答器提供＋9V直流电压。
VD1~VD4选IN4001,C选用220μF/15V。
R1和R2选1KΩ，LED1~LED4选红色发光二极管，LED5选绿色发光二极管。
SW为拨动开关，K1~K4为轻触发开关，单向可控硅选2P4M，IC为NE555。
（1）单向可控硅元件
简要说明：
可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。
具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。
单向可控硅是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极〔图2（a）〕：
第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。
从晶闸管的电路符号〔图2（b）〕可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。
要使晶闸管导通，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。
晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然维持导通状态。
（2）NE555
NE555----8脚时基集成电路，各脚主要功能1:
接地GND2:
触发端3:
输出端4:
复位5:
控制电压6:
门限（阈值）7:
放电端8:
电源电压Vcc，引脚图如下：
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。
（3）施密特触发电路
有最简单形式的（2.2.1）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（2.2.2）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。
2.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单
2.4.1总电路图
2.4.2元器件清单
元件种类
数目
电阻
2
发光二极管
5
二极管
4
单向可控硅
4
NE555
1
导线
若干
2.4.3仪器仪表清单
表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
焊锡
1
电工钳
1
导线
若干
2.5系统安装、调试与参数测量
要注意在布线的时候也要注意，铁丝不能插的太深，也不能搭高架桥似的，因为这些细节的出错往往很难找到错的原因。
2.5.1系统安装与调试
根据设计要求，准备电烙铁，预热,按照实验电路图认真布线,要注意安装时,不要把二极管的正反接错了。
要使单向可控硅导通，一定要在它的阳极与阴极之间外加正向电压，并且在它的控制极与阴极之间输入一个正向触发电压。
要注意在布线的时候也要注意，铁丝不能插的太深，也不能搭高架桥似的，因为这些细节的出错往往很难找到错的原因。
焊接后要认真的检查焊接的是否正常,防止虚焊和漏焊,并用万用表测（2——3次）所焊电路部分,测试是否成功；
2.5.2参数的测量
实验结果为：
当主持人宣布开始.四位选手分别按下开关K1～K4,当其中任意选手第1个按下抢答键,其灯亮,其他的保持不亮,除非主持人重新复位按下开关SW,四位选手又可重新抢答问题.
2.6改进意见与收获体会
本次设计的抢答器存在的缺陷是:
每一次抢答完，都需要主持人手动将其复位，电路不会自动复位，并且复位之后才可以进行下一次的抢答;抢答前没有时间限制，应设置有时间限制的，以便公平,当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答;选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答完毕之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作，以使抢答器复位。
通过对该课程设计题目的分析与焊接，使我对模拟电子技术基础知识有了进一步的认识，加深与巩固了所学的模拟电子基础知识，并且提高了我对于电子技术的兴趣；而且让我更加了解了NE555这一电子器件的工作原理及相关知识，加强了自己的动手能力。
同时，在一些知识方面也暴露了我的不足,因此，在以后的学习生活中，我会加强相关知识的学习.
第三章流水彩灯的制作与调试
3.1设计任务
本流水彩灯电路实现的功能是调试之后彩灯按照规定的顺序依次亮和熄：
H1亮—H2亮—H3亮—H4亮—全熄—H1、H2亮—H1、H2、H3亮—H1、H2、H3、H4亮—全熄，这样自动循环工作下去。
3.2总体设计方案
设计一个有四盏彩灯的流水彩灯电路，且按照要求的顺序循环工作。
首先，需要用一个像开关一样的元件闭合使电路依次导通来实现依次亮的功能，又因为要实现自动控制循环工作，所以电路采用计数器实现计数，用CD4069非门电路和定时元件R、C组成多谐振荡器，产生脉冲送给计数器。
所以此电路需要定时元件和计数器来判断上个循环是否已完成，以及是否要进行下一个工作循环，由电压的变化来控制四盏彩灯的熄和亮，而循环的周期则需要一个专门的电路来完成。
所以此电路不仅有控制周期的电路，还有控制电压脉冲的电路。
3.3系统分析与设计
由以上可知该电路需要计数器和震荡电路。
电源用9V直流电压供电路工作，多谐震荡器由CD4069非门电路和定时元件R、C组成，向CD4017的时钟端输出周期T=1.4RC的方波，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，解决了循环彩灯的周期问题。
此外，由于CD4069和CD4017引入了脉冲电压，所以出现了高电平和低电平，此时需要引入单向可控硅来控制电压的导通或截止。
由于彩灯循环工作的顺序复杂，在导通和截止问题上，该方案还引入了二极管。
二极管最大的特性就是单向导电性，当我们要求某个彩灯亮时，与之相连的二极管就应该导通，反之就截止。
该设计就是通过CD4017、CD4069、单向可控硅管和二极管的综合应用来实现设计任务的。
3.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单
3.4.1总电路图
3.4.2元器件清单
表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
彩灯
4
22uF电容
1
18KΩ电阻
1
3.4.3仪器仪表清单
表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
焊锡
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，内部含有6个D型触发器，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
分析电路图，理解各元件的作用，弄清各引角的接法后，根据实验电路图就可以开始焊接了。
因为CD4069和CD4017芯片的引脚多，焊点也多，所以焊接时更需注意邻近的引脚是否短路，是否虚焊，并且焊完一个节点后，要用万用表进行测试。
注意单向可控硅管和电解电容的正负极，判断方法见题目2。
此外，因为电路中，接地的点很多，可在焊之前令电路板的最外一条边为地线。
之后，凡是接地的点都可以接到这条边上，这样就降低了焊接的难度。
3.5.2参数的测量
在所有线路都焊接好后，检查完焊接的是否正常,并万用表测（2——3次）所焊电路部分后，就可以测试了。
由于该电路的彩灯工作时的电压为220V市电压，容易出现安全事故，所以我们可以通过测定二极管和单控硅管的电压输出波形来判定是否成功。
给CD4096和CD4017接通9V的直流电压后，用两种方法来测量。
第一：
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的波形。
将各个波形画出，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。
第二：
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。
这充分说明该电路是成功的，若接上220V市电压，彩灯就能按要求实现循环工做。
3.6改进意见与收获体会
由于该电路火线的输入电压为220V的电压，若操作不当，容易发生安全事故，所以限制了该设计方案的应用范围。
可以通过降压，减小火线的输入电压，为了能驱动电路，可采用小功率的元器件，这样既方便调试，又能提高安全系数。
通过此次分析与实际焊接电路板，使我对学过的知识有了更深层次的认识，同时，又让我了解了CD4069和CD4017这两个电子器件的工作原理及相关知识，并加强了自己的动手实践能力，同时领会到团结的重要性。
把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，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。
3．7参考文献：
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.康华光<<模拟电子技术基础>>（第五版）.北京.高等教育出版社,2006年
5.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
6.韩学军<<数字电子技术基础>>（第一版）.北京.中国电力出版社,2008年
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