自动控制元件设计实践.docx

1、自动控制元件设计实践自动控制元件设计与实践题目库题目1. 波形信号发生器1.1 设计要求：1. 利用运算放大器UA741CD设计方波和三角波发生电路。2. 使用Multisim 12.0仿真并焊接实物电路图3. 并测试实际电路的放大位倍数。1.2 设计方案：图1 波形信号发生器Multisim仿真图图1.1 波形信号发生器仿真结果图1.3 器件清单：表1波形信号电路仿真器件器件及型号电路标识数量D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1可调电阻，50kR11电阻，20kR31电阻，10kR21电阻，2kR41电阻，2.7kR51电容，22nFC11放大器，3554AMU1，U22齐纳二极

2、管IN5340B，6VD1，D22题目2. 可控单音频发声电路2.1 设计要求：利用555定时器设计并实现一个标准的单音发声电路，了解声音的产生过程。并在multisim上进行仿真。2.2 设计方案：图2 可控单音频发声电路Multisim仿真图2.3 器件清单：表2 可控单音频发声电路器件清单器件及型号电路标识数量555定时器， 555_VIRTUALA11D-30A5V12V双组电压输出开关电源V11电阻， 1.0kR11电阻， 100kR21小灯泡， 2.5 VX11电容， 10uFC11拔码开关S1， S22蜂鸣器 BUZZER 10 HzLS11题目3. 电压-频率转换电路3.1 设

3、计要求：1. 掌握电压-频率转换电路的工作原理及设计方法。2. 掌握电路参数的调整方法。3. 以上电路的实现所使用的放大器原件主要基于UA741CD。4. 设计完成在Multisim上进行仿真，并测试实际电路与仿真电路的误差。5. 从原理上分析该误差产生的原因，并简控讨减小误差和优化设计的思路和方法。电压-频率转换电路的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，故称为电压控制震荡电路。可以认为电压-频率转换电路是一种模拟量到数字量的转换电路。3.2 设计方案：图3 电压频率转换电路Multisim仿真图图3.1 仿真波形图3.3 器件清单：表3 电压频率转换电路图原器件清单器件及

4、型号电路标识数量电容 220nFC11D-30A5V12V双组电压输出开关电源V1， V2， V4， V54电阻， 10kR1， R2， R3， R4， R55齐纳二极管IN5340B， 6 VD1， D42拔码开关S11运算放大器， UA741CDU1， U32转换二极管， 1N4148D31题目4. 电流-电压转换电路4.1 设计要求：1. 掌握电流-电压转换电路的工作原理及设计方法。2. 掌握电路参数的调整方法。3. 电路可输入几毫安至几十毫安的电流，经过比例放大器和加法器后可输出10V的电压信号。4. 分析设计小电流信息号源产生电路，并用于该实验。5. 电路实现所用放大器基于UA741

5、CD。设计思路用Multisim进行仿真。仿真通过后方接入实际电路。6. 从原理上简要分析仿真结果我与实际电路结果误差产生的原因。并至少提出一种可以优化设计的方安。4.2 设计方案：图4 电流电压转换电路Multisim仿真图4.3 器件清单：表4 电流电压转换电路原器件清单器件及型号电路标识数量任意波形信号发生器DG1022U（25MHz）I11电阻， 1.0kR31电阻， 10kR1， R4， R5， R8， R9， R10， R117电位器， 22kR2 R62电阻， 500R71电压表， VOLTMETER_VU11D-30A5V12V双组电压输出开关电源V1， V2， V3， V4，

6、 V55运算放大器， UA741CDU2， U32题目5. 555定时器单稳态触发器电路5.1 设计要求：用555定时器构成一个单稳态触发器，该触发器具有一个稳态电路和一个暂稳态电路。一般情况下，电路处于稳态，外加触发脉冲可以使电路翻转到暂稳态，在暂稳态停留一段时间后自动返回稳态。1. 使用Multism对设计思路进行仿真。2. 仿真通过后在面包板上搭建实际电路。并测试实际电路与仿真结果的差异。3. 对该差异进行原理上的探讨和分析。并至少提出一种可以优化设的方案。5.2 设计方案：图5 555定时器单稳态触发器Multisim仿真图5.3 器件清单：表5 555定时器单态触发器原器件清单器件及

7、型号电路标识数量555定时器， 555_VIRTUALA11D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1任意波形信号发生器DG1022U（25MHz）V11额定电容， 10nFC1， C22电阻， 45.3kR11电阻， 100R21题目6. 多级放大电路6.1 设计要求：利用两极共射极放大电路构成两级放大电路，从而熟悉两级或多级放大电路的设计和调试方法。会电压放大倍数和幅频特性的测量。该实践使用Multisim 12进行仿真。需达到如下指标要求。1. 电压放大倍数Au:5000（绝对值）2. 输入电阻Ri：1K3. 输出电阻R0:3k4. 通频带宽BW：优于100HZ1MHZ5. 电源电

8、压Vcc：+12V20V6. 负载电阻RL：3k7. 输出最大不失真电压：5V（峰峰值）6.2 设计方案：图6 多级放大电路Multisim仿真图6.3 器件清单：表6 多级放大电路原器件清单器件及型号电路标识数量电容， 10FC11电容， 1FC2， C3， C4， C54带极性电容， 10FC6， C72电阻， 40kR21电阻， 4.5kR3， R62电阻， 20kR41电阻， 1kR5， R72电阻， 10kR91任意波形信号发生器DG1022U（25MHz）V11D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1电位器， 400kR1， R82BJT三极管_NPN， 2N3903Q1，

9、 Q22题目7. 基于电磁继电器的功率放大电路7.1 设计要求利用NPN三极管和相应的电阻及二极管。实现对HK4100F电磁继电器的驱动。并利用已驱动的电磁继电器实现小电机的正反转控制。要求电机正反转之间要有互锁。NPN三极管型号采用2N3903型。7.2 设计方案图7.1 继电器驱动电路图，图中用LED代替直流小电机进行仿真7.3 器件清单表7.1基于电磁继电器的功率放大电路用以控制电机正反转器件及型号电路标识数量电阻， 4.7kR1， R22D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1BJT三极管_NPN， 2N3903Q1， Q22二极管1N4148D1，D22HK4100F电磁继电

10、器K1，K225V直流小电机24位拔码开关S11题目8 PWM调制解调电路8.1 设计要求1. 利用555定时器设计脉冲宽度调制电路2. 并使用设计的脉宽调节电路，控制发光二极管的亮度。3. 设计思路在Multism上进行行仿真。仿真实现后在面包板上搭建实际电路。4. 观察实际电路和仿真电路的差异味。5. 从原理上简要分析差异产生的原因。8.2 设计方案图8 PWMMultisim仿真图原理图8.3 器件清单表8 PWM调制解调电路器件清单器件及型号电路标识数量555定时器 U11电位器， 50kR21电容， 0.01FC1， C22带极性电容， 470FC31电阻， 1.0kR1， R32D

11、-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1二极管， 1N4148D1， D2， D3， D4， D5， D6， D7， D8， D9， D10， D1111BJT三极管_NPN， 2N3903Q11LED_红色LED1， LED2， LED33题目9. 差动放大器电路9.1 设计要求：1. 加深对差动放大电路的工作原理、分析方法的理解与掌握2. 学习差动放大电路的测试方法。3. 了解恒流源在差动放大电路中的作用。4. 使用Multisim 12.0进行仿真并记录：a) 差模输入差动放大器的两个输入信号的波形。b) 共模输入差动放大器的两个输入信号的波形。c) 对差动放大器电路的静态工作点进

12、行电流分析并记录分析结果。d) 对差动放大器电路进行频率响应分析并记录分析结果。e) 根据上述结果求出差动放大电路的差模和共模电压放大倍数f) 计算出CMRR（共模抑制比）9.2 设计方案：图9 差动放大电路Multisim仿真图9.3 器件清单：表9 差动放大电路原器件清单器件及型号电路标识数量电阻， 6.8kR2， R32电阻， 12kR41电阻， 2kR5， R62电位器， 100R71电阻， 30kR91电阻， 4.7kR11电阻， 5.1kR101电阻， 62kR81D-30A5V12V双组电压输出开关电源V1， V22电阻， 510R11， R122三极管NPN， 2N3903Q1

13、， Q2， Q33拨码开关，S11题目10. 节日彩灯控制系统电路10.1 设计要求：彩灯控制器实现方法多种多样，本次设计的这台彩灯控制器主要功能有：1. 可以控制8路彩灯或彩灯串。2. 既可以向左（逆时针）移动，也可以向右（顺时针）移动。3. 彩灯起始状态可以预置。4. 控制电路与负载（可以直接使用交流220V的彩灯）完全隔离。设计方案基于74LS194D型芯片实现。与非门采用74ALS04型与非门芯片，在进行Multism仿真需选用对应型号。10.2 设计方案：图11 节日彩灯控制系统电路Multisim仿真图10.3 器件清单：表11 节日采灯控制系统电路原器件清单器件及型号电路标识数量

14、74LS移位寄存器， 74LS194NU1， U22四联开关DSWPK_4S1， S22拔位开关DIPSW11， S42红色LED灯，LED_redLED1，LED2，LED3，LED4，LED5，LED6，LED7，LED88反向器芯片， 74ALS04NU41电阻， 1kR1， R2， R3， R4， R5， R6， R7， R8， R17， R1810电阻， 1R9， R10， R11， R12， R13， R14， R15， R168D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1任意波形信号发生器DG1022U（25MHz）V11拨码开关S31题目11.智力抢答器电路11.1 设计要

15、求：1. 抢答器可供四名参赛选手使用，编号为1-4，各队分别用一个按钮控制（S1-S4），并设置一个系统清零和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。2. 抢答器具有数据锁存功能，并将锁存数据用LED数码管显示出来，同时蜂鸣器发出间歇式声响，主持人清零后，声音提示停止。3. 抢答先后的分辨率为1ms。4. 开关S作为清零及抢答控制开关，当开关S被按下时，抢答电路清零，松开则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮（S1-S4）实现。5. 有抢答信号输入（按钮S1-S4中的任意一个开关被按下）时，显示出相对应的组别号码，此时再按下其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持”第一个开关按下时所对应的状态。

16、6. 使用Multisim进行实验仿真，仿真通过后在面包板上搭建实际电路。并对比仿真结果与实际效果之间的差异。7. 试从原理上对差异作简要份析。以上电路设计基于74LS175N实现。11.2 设计方案：图12 智力抢答器电路Multisim仿真图11.3 器件清单：表12 智力抢答器电路原器件清单器件及型号电路标识数量D触发器芯片， 74LS175NU11与非门芯片， 74LS00NU21四输入与门芯片， 74LS21NU31拔位开关3， S1， S2， S4，S54D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1电阻， 1.0kR1， R2， R3， R4， R55任意波形信号发生器DG10

17、22U（25MHz）V11小灯泡， 2.5 VX1， X2， X3， X44题目12. 555彩灯控制电路12.1 设计要求：彩灯控制器实现方法多种多样，本次设计的这台彩灯控制器主要功能有：1. 可以控制8路彩灯或彩灯串。2. 既可以向左（逆时针）移动，也可以向右（顺时针）移动。3. 彩灯起始状态可以预置。4. 控制电路与负载（可以直接使用交流220V的彩灯）完全隔离。5. 用555定时器设计信号发生器。6. 需实现的设计方案需在Multisim上进行仿真，仿真通过后再在面包板上搭建实际电路图。7. 其具体实现要求基于移位寄存器， 74LS194N型芯片。12.2 设计方案：图13 555彩灯

18、控制系统电路Multisim仿真图12.3 器件清单：表13 555彩灯控制系统电路原器件清单器件及型号电路标识数量电阻， 1kR1， R2， R3， R4， R5， R6， R7， R8， R17， R1810电阻， 1R9， R10， R11， R12， R13， R14， R15， R168D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1拨码开关S31555定时器， 555_VIRTUALA11电容器， 0.01FC1， C22电阻， 1.0kR191电位器， 1kR211电阻， 8kR20， R222移位寄存器， 74LS194NU1， U22拨码开关S1， S22拨码开关1， S42

19、红色LED.LED_redLED1， LED2， LED3， LED4， LED5， LED6， LED7， LED88反向器芯片， 74ALS04NU41开关二极管， 1N4148D1， D22题目13. 直流稳压电源设计电路13.1设计要求：1. 设计直流稳压电路。2. 使用Multisim进行仿真并记录电路波形。3. 输出电压在+3V至+9V之间可调。4. 最大输出电流为800MA5. 输出电压变化量小于5MV13.2设计方案：图14 直流稳压电源设计电路multisim仿真图图14.1 直流稳压电源示波器观察图13.3器件清单：表14 直流稳压电路原器件清单器件及型号电路标识数量任意波

20、形信号发生器DG1022U（25MHz）V11带极性电容， 2200FC11电阻， 6.2kR11电位器， 200R21电阻， 270R31电阻， 200R4， R52电极性电容， 470FC21电阻， 100R61电压表， VOLTMETER_VU11开关二极管， 1N4148D1， D2， D3， D44达林顿复合晶体管_NPN， 2SD1861Q11BJT三极管_NPN， 2N3903Q21齐纳二极管， BZV60-B9V1D51拔位开关S21题目14 多进制计数器14.1 设计要求1. 基于74LS161分别设计60进制25进制24进制计数器。2. 各进制计数器之间可以使用开关进行转换

21、。3. 结果在数码管上进行显示。4. 设计原理图使用Multisim进行仿真。5. 若要用到放大器则使用UA741CD型。14.2 设计方案图15 多进制计数器设计之24进制示例原理图14.3 器件清单表18.3 多进制计数器原件清单表器件及型号电路标识数量D-30A5V12V双组电压输出开关电源V1，V2，V33电位器， 20kR21电容， 100nFC11电阻， 20kR1， R32电阻， 10kR4， R52数码管， DCD_HEXU6， U72运算放大器， UA741CDU31二极管， 1N4148D11八位计数器， 74LS161NU1， U22与非门芯片， 74LS00NU41反向

22、器， 74LS04NU51题目15.多功能数字钟电路15.1 设计要求：设计一个多功能数字时钟，要求为24小时制，显示时、分、秒，有校时、整点报时功能，可以分别对时、分、秒单独校时。15.2 设计方案：图16 多功能数字钟电路原理电路Multisim仿真图15.3 器件清单：表16 多功能数字钟原器件清单器件及型号电路标识数量数码管， DCD_HEXU1， U2， U4， U6， U9， U116D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1555定时器， 555_VIRTUALA11电阻， 4.7kR1， R22电容， 0.1FC11电容， 0.01FC21八位计数器， 74LS161NU

23、3， U5， U7， U8， U10， U126拨码开关S1，2， S2， S31与非门芯片， 74LS00NU13， U14， U15， U16， U17， U18， U19， U208计数器芯片， 74LS160NU241蜂鸣器， BUZZER 200 HzLS11自动控制元件设计与实践集中实践环节题目列表序号题 目学 生 分 组备注1波形信号发生器2可控单音频发声电路3电压-频率转换电路4电流-电压转换电路5555定时器单稳态触发器电路6多级放大电路7基于电磁继电器的功率放大电路8PWM调制解调电路9差分放大电路10节日彩灯控制系统电路11智力抢答器电路12555彩灯控制电路 13直流稳压电源设计电路 14多进制计数器 15多功能数字钟电路 备注： 表示此题目比较难。