江西省第20届大学生电子设计制作赛赛题.docx

1、江西省第20届大学生电子设计制作赛赛题江西省第20届大学生电子设计制作赛赛赛题一，基础部分（100分）众所周知，白炽灯是爱迪生的重要发明，这一发明使人类的夜晚从此告别了黑暗，迎来了光明。但白炽灯太耗电了，进入二十一世纪的人类，将降低能耗，节约能源，注重环保看成是当今世界的主潮流。占据照明灯主要市场的白炽灯由节能型的冷光源灯取代，也是无可争辩的事实。于是节能，环保且寿命长的LED灯应运而生，其应用，发展势头在近几年，一年比一年迅猛，北京奥运场馆大量采用LED灯就是一个很好的例子。现在要求参赛者在应用LED灯方面作个尝试，即请参赛学生在赛场提供的元器件中选用（必须如此）必需的器材，设计，制作一个L

2、ED楼道照明灯，要求是：1 LED楼道照明灯接220v/50Hz的交流电使用，白天不亮，夜晚受声音控制发光，发光时间约为10秒。2 LED照明灯，本应由4组并联，每组串联三个高亮度的发白光的二极管组成，但限于赛场条件，仅用一组（即只串无并）三只白光发光管组成，必须安装在万能板上，并只能用晶闸管作开关。3 充电电池及充电电源的处理。由于要在短时间内表明电池电压的变化情况，为此采用“317”可调电源代替可充电电池（不提供充电电池也不涉及制作充电电源）。4 指示灯说明：用绿色发光管代表“”电源输出指示；红色发光管亮表示电池在充电；电池电压高于8.8时，黄色发光管亮；电池电压高于时，兰色发光管亮。5

3、要有防过充电，过放电保护电路。充电电池电压0正常为上下。为了延长充电电池的寿命，当电压低于.时，停止放电并转为充电；当电池电压高于时，停止充电并转为供电。本作品的工作过程是这样的：白天，充电电池充电（红色发光管亮），当充电电池电压高于时，自动切断充电，红色发光管灭，并转至照明灯及其控制电路供电，此时兰色发光管亮。晚上，充电电池给灯及其控制电路供电，黄色发光管，兰色发光管亮，当楼道有声音时，照明灯亮。灯亮时间约为秒，过后若楼道无声音，照明灯自动熄灭。如果充电电池电压低于.黄色发光管灭，控制电路将会自动接通充电电路充电（红色发光管亮）。二，发挥部分（分+分）有发挥部分者，在参赛规则背面画图。1.

4、画图（不制作）在赛题中未要求设计制作充电电源，是因为用可调电源代替了可充电电池。现要求根据楼道灯的自身的特点，另行选择赛场提供的器材设计一个小电流充电电源，并仅绘图表示。2. 画图（不制作）加在白色发光二极管的电压大于.时，只要电压稍有增加，其电流就会成倍增加，增大热效应，大大衰减发光亮度，甚至烧毁。如能长期维持恒流供电，则很理想，亮度好，寿命长，你能设计一个这样的电路吗？请在给你的器材中选用元件设计，并画图示之。江西省第20届学生电子设计制作赛元件清单元件名称单位数量备注元件名称单位数量备注电源线根1电位器（5.1k）只1220V/17。5V变压器只1可调电阻（103）只熔断丝（0.5A）只

5、1可调电阻（104）只熔断丝盒只1可调电阻（504）只LM317片1热敏电阻（）只LM7806片1光敏电阻只LM339片1200只LM358片1只CD40106B片1只集成座8P只12.2只集成座14P只23.3只散热片只110只10三极管9014只215只三极管9013只320只53DU只133只IN4007只651只IN4148只4只稳压二极管5.1V只1180只发光二极管绿光只1510只发光二极管红光只1只发光二极管兰光只1电容器1000/只发光二极管黄光只1220/只发光二极管白光只347/只5MM发光管只110/只电磁继电器只2105/只驻极体只1104只双向晶闸管（97A6）只1单

6、股导线0.5根螺丝只3竞赛专用万能板块螺母只江西省第2010年大学生电子设计制作赛赛题参赛学生必须也只能在赛场提供的元器件中选取必须的材料，设计制作一个能演示功能的作品。一、 题意：该作品是一个倒计时简易跑马灯的制作。该制作能自行识别工作环境，即白天“跑马灯”自行停止运行，待傍晚天暗下来，数码管自动显“0”时，说明“跑马灯”电路得电即可以工作运行。此后手工按下工作按键，电路延时10秒钟，在延时的同时，数码管计时显示“0-9-8-7-6-5-4-3-2-1-0”。当其从“1-0”瞬间，“跑马灯”立即分两路工作，工作过程是：1）第一路是绿灯、红灯（绿灯在前，红灯在后）在黑暗背景中流动。当绿灯独自从

7、头到尾流动时，这一路的任何变色管不亮，形成黑暗背景。而绿灯在尾部消失瞬间，红灯立即出现在头部并开始从头部到尾部独自沿绿灯路线在黑暗背景中流动。当红灯在尾部消失的瞬间，绿灯便立即又出现在头部并再次从头部到尾部独自地在黑暗中流动彼此循环往复。 2）第二路是绿灯、红灯（绿灯在前、红灯在后）在橙色背景中流动。当绿灯独自从头到尾流动时，这一路变色管显橙色，形成橙色背景。绿灯在尾部消失瞬间，红灯立即出现在头部并开始从头部到尾部地独自沿绿灯的路线在橙色背景下流动，当红灯在尾部消失的瞬间，绿灯立即出现在头部并再次从头部到尾部独自地在橙色背景中流动彼此循环往复。直到第二天凌晨天亮后，数码管熄灭再到傍晚时，作品又

8、重复上述过程。二、要求1）电源稳压管输出电压用绿发光二极管指示2）脉冲信号发生器输出用红发光二极管指示3）二路“跑马灯”各用5只变色发光二极管制作4）数码后得电后显示“0”，倒计时只能从“0”开始，经“0-9-8-7-6-5-4-3-2-1-0”再停在“0”状态，此间延时10秒。5）“跑马灯”严格地按照“手动按下工作键后”，当倒计时至“1-0”瞬间开始运动，在运动过程中，数码管始终保持“0”态。6）“跑马灯”务必分两路，一路在“黑暗”背景中运行；别一路在“橙色”背景中运行。7）“跑马灯”必须是晚上运行，白天停止工作。在不影响这一功能情况下，为了方便制作者调试及评审工作，能在短时间内考查电路运行

9、情况，参赛者必将2只按键中按柄稍低的一只作为“灯停”按键（例如并联在延时电容器两端），以便需要时按一下该按键，此时，即不影响光控状态，又可迫使跑马灯运行，好观察确认过程与其结果正确与否。第一章：基本元件第一节 电阻器电阻，英文名resistance，通常缩写为R，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。欧姆定律说，I=U/R，那么R=U/I，电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母表示，有这样的定义：导体上加上一伏特电压时，产生一安培电流所对应的阻值。电阻的主要职能就是阻碍电流流过。事实上，电阻说的是一种性质，而通常在电子产品中所指的电阻，是指电阻器这样一种元件。师傅对徒弟说：找一个10

10、0欧的电阻来！，指的就是一个电阻值为100欧姆的电阻器，欧姆常简称为欧。表示电阻阻值的常用单位还有千欧（k），兆欧（M）。一、电阻器的种类电阻器的种类有很多，通常分为三大类：固定电阻，可变电阻，特种电阻。在电子产品中，以固定电阻应用最多。而固定电阻以其制造材料又可分为好多类，但常用、常见的有型碳膜电阻、型金属膜电阻、型线绕电阻，还有近年来开始广泛应用的片状电阻。型号命名很有规律，代表电阻，碳膜，金属，线绕，是拼音的第一个字母。在国产老式的电子产品中，常可以看到外表涂覆绿漆的电阻，那就是型的。而红颜色的电阻，是型的。一般老式电子产品中，以绿色的电阻居多。为什么呢？这涉及到产品成本的问题，因为金属

11、膜电阻虽然精度高、温度特性好，但制造成本也高，而碳膜电阻特别价廉，而且能满足民用产品要求。电阻器当然也有功率之分。常见的是1/8瓦的色环碳膜电阻，它是电子产品和电子制作中用的最多的。当然在一些微型产品中，会用到1/16瓦的电阻，它的个头小多了。再者就是微型片状电阻，它是贴片元件家族的一员，以前多见于进口微型产品中，现在电子爱好者也可以买到了二、电阻器的标识这些直接标注的电阻，在新买来的时候，很容易识别规格。可是在装配电子产品的时候，必须考虑到为以后检修的方便，把标注面朝向易于看到的地方。所以在弯脚的时候，要特别注意。在手工装配时，多这一道工序，不是什么大问题，但是自动生产线上的机器没有那么聪明

12、。而且，电阻器元件越做越小，直接标注的标记难以看清。因此，国际上惯用色环标注法。事实上，色环电阻占据着电阻器元件的主流地位。色环电阻顾名思义，就是在电阻器上用不同颜色的环来表示电阻的规格。有的是用个色环表示，有的用个。有区别么？是的。环电阻，一般是碳膜电阻，用个色环来表示阻值，用 个色环表示误差。环电阻一般是金属膜电阻，为更好地表示精度，用个色环表示阻值，另一个色环也是表示误差。下表是色环电阻的颜色-数码对照表：颜 色 有效数字 乘 数 允许偏差 黑 色 0 10的0次方 棕 色 1 10的1次方 +/- 1% 红 色 2 10的2次方 +/- 2% 橙 色 3 10的3次方 - 黄 色 4

13、10的4次方 - 绿 色 5 10的5次方 +/- 0.5% 蓝 色 6 10的6次方 +/- 0.2% 紫 色 7 10的7次方 +/- 0.1% 灰 色 8 10的8次方 - 白 色 9 10的9次方 +5-20% 无 色 - - +/- 20% 银 色 - - +/- 10% 金 色 - - +/- 5% 色环电阻的规则是最后一圈代表误差，对于四环电阻，前二环代表有效值，第三环代表乘上的次方数。不要怕，记住颜色和数码就行啦，其他的不用记。有一个秘诀：面对一个色环电阻，找出金色或银色的一端，并将它朝下，从头开始读色环。例如第一环是棕色的，第二环是黑色的，第三环是红色的，第四环是金色的，那么

14、它的电阻值是1、0，第三环是添零的个数，这个电阻添2个零，所以它的实际阻值是1000，即1k。三、可变电阻可变电阻又称为电位器，电子设备上的音量电位器就是个可变电阻。但是一般认为电位器都是可以被手动调节的，而可变电阻一般都较小，装在电路板上不经常调节。可变电阻有三个引脚，其中两个引脚之间的电阻值固定，并将该电阻值称为这个可变电阻的阻值。第三个引脚与任两个引脚间的电阻值可以随着轴臂的旋转而改变。这样，可以调节电路中的电压或电流，达到调节的效果。四、特种电阻光敏电阻 是一种电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的元件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。其外形和电路符号如图2所示。如果把光敏电阻的两个

15、引脚接在万用表的表笔上，用万用表的R1k挡测量在不同的光照下光敏电阻的阻值：将光敏电阻从较暗的抽屉里移到阳光下或灯光上，万用表读数将会发生变化。在完全黑暗处，光敏电阻的阻值可达几兆欧以上（万用表指示电阻为无穷大，即指针不动），而在较强光线下，阻值可降到几千欧甚至1千欧以下。利用这一特性，可以制作各种光控的小电路来。事实上街边的路灯大多是用光控开关自动控制的，其中一个重要的元器件就是光敏电阻（或者是光敏三级管，一种功能相似的带放大作用的半导体元件）。光敏电阻是在陶瓷基座上沉积一层硫化镉（CdS）膜后制成的， 实际上也是一种半导体元件。新村里声控楼道灯在白天不会点亮，也是因为光敏电阻在起作用。我们

16、可以用它制作电子报晓鸡，清晨天亮时喔喔叫。热敏电阻是一个特殊的半导体器件，它的电阻值随着其表面温度的高低的变化而变化。它原本是为了使电子设备在不同的环境温度下正常工作而使用的，叫做温度补偿。新型的电脑主板都有CPU测温、超温报警功能，就是利用了的热敏电阻。第二节 电容器 电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是储存电荷的容器。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为

17、容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。 ? ?不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（F）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（F） 1微法（F）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路

18、中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1F以上的电容均为电解电容，而1F以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压（学了以后的教程，可以用万用表观察），我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一

19、定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。举一个现实生活中的例子，我们看到市售的整流电源在拔下插头后，上面的发光二极管还会继续亮一会儿，然后逐渐熄灭，就是因为里面的电容事先存储了电能，然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波，不知你有没有用整流电源听随身听的经历，一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容，造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容（1000F，注意正极接正极），一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响，都要用至少1万微法以上的电容器来滤波，滤波电容越大，输出的电压波形越接近直流，而且大电容的储能作用，

20、使得突发的大信号到来时，电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时，大电容的作用有点像水库，使得原来汹涌的水流平滑地输出，并可以保证下游大量用水时的供应。电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着隔直流的作用。电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它通交流，隔直流的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢？我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上，电容器连续地充电、放电，电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的

21、问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为6.3V，10V，16V，25V，50V等。 电容在电路中一般用“C”加数字表示（如C13表示编号为13的电容）。电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。容抗XC=1/2fc(f表示交流信号的频率，C表示电容容量)电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。 识别方法：电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，

22、分直标法、色标法和数标法3种。电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。其中：1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10uF/16V容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示字母表示法：1m=1000uF1P2=1.2PF1n=1000PF数字表示法：一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。如：102表示10102PF=1000PF224表示22104PF=0.22uF电容容量误差表符号FGJKLM允许误差1%2%5%10%15%20%如：一瓷片

23、电容为104J表示容量为0.1uF、误差为5%第三节 电感器电感器在电子制作中虽然使用得不是很多，但它们在电路中同样重要。我们认为电感器和电容器一样，也是一种储能元件，它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。电感器用符号L表示，它的基本单位是亨利（H），常用毫亨（mH）为单位。它经常和电容器一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流圈、变压器、继电器等。电感器的特性恰恰与电容的特性相反，它具有阻止交流电通过而让直流电通过的特性。小小的收音机上就有不少电感线圈，几乎都是用漆包线绕成的空心线圈或在骨架磁芯、铁芯上绕制而成的。有天线线圈（它是用漆包线在磁棒上绕

24、制而成的）、中频变压器（俗称中周）、输入输出变压器等等。实物图和电路符号见图变压器 是由铁芯和绕在绝缘骨架上的铜线圈线构成的。绝缘铜线绕在塑料骨架上，每个骨架需绕制输入和输出两组线圈。线圈中间用绝缘纸隔离。绕好后将许多铁芯薄片插在塑料骨架的中间。这样就能够使线圈的电感量显著增大。变压器利用电磁感应原理从它的一个绕组向另儿个绕组传输电能量。变压器在电路中具有重要的功能：耦合交流信号而阻隔直流信号，并可以改变输入输出的电压比；利用变压器使电路两端的阻抗得到良好匹配，以获得最大限度的传送信号功率。电力变压器就是把高压电变成民用市电，而我们的许多电器都是使用低压直流电源工作的，需要用电源变压器把220

25、V交流市电变换成低压交流电，再通过二极管整流，电容器滤波，形成直流电供电器工作。电视机显象管需要上万伏的电压来工作，是由行输出变压器供给的。当然，电源变压器也有其不少缺点，例如功率与体积成正比，笨重、效率低等，现在正在被新型的电子变压器所取代。电子变压器一般是开关电源，电脑工作需要的几组电压就是开关电源供给的，彩电、显示器中更是无一例外地使用了开关电源。继电器 就是电子机械开关，它是用漆包铜线在一个圆铁芯上绕几百圈至几千圈，当线圈中流过电流时，圆铁芯产生了磁场，把圆铁芯上边的带有接触片的铁板吸住，使之断开第一个触点而接通第二个开关触点。当线圈断电时，铁芯失去磁性，由于接触铜片的弹性作用，使铁板

26、离开铁芯，恢复与第一个触点的接通。因此，可以用很小的电流去控制其他电路的开关。整个继电器由塑料或有机玻璃防尘罩保护着，有的还是全密封的，以防触电氧化。电感在电路中常用“L”加数字表示，如：L6表示编号为6的电感。电感线圈是将绝缘的导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数制成。直流可通过线圈，直流电阻就是导线本身的电阻，压降很小；当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过，所以电感的特性是通直流阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。电感在电路中可与电容组成振荡电路。电感一般有直标法和色标法，色标法与电阻类似。如：棕、黑、金、金表示1uH（误差5%）的电

27、感。电感的基本单位为：亨（H）换算单位有：1H=103mH=106uH。第二章：半导体器件第一节 二极管半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。半导体最重要的两种元素是硅（读gui）和锗（读zhe）。我们常听说的美国硅谷，就是因为起先那里有好多家半导体厂商。二极管应该算是半导体器件家族中的元老了。很久以前，人们热衷于装配一种矿石收音机来收听无线电广播，这种矿石后来就被做成了晶体二极管。二极管最明显的性质就是它的单向导电特性，就是说电流只能从一边过去，却不能从另一边过来（从正极流向负极）。我们用万用表来对常见的1N40

28、01型硅整流二极管进行测量，红表笔接二极管的负极，黑表笔接二极管的正极时，表针会动，说明它能够导电；然后将黑表笔接二极管负极，红表笔接二极管正极，这时万用表的表针根本不动或者只偏转一点点，说明导电不良。（万用表里面，黑表笔接的是内部电池的正极）常见的几种二极管如图所示。其中有玻璃封装的、塑料封装的和金属封装的等几种。图2是二极管的电路符号，像它的名字，二极管有两个电极，并且分为正负极，一般把极性标示在二极管的外壳上。大多数用一个不同颜色的环来表示负极，有的直接标上-号。大功率二极管多采用金属封装，并且有个螺帽以便固定在散热器上。利用二极管单向导电的特性，常用二极管作整流器，把交流电变为直流电，

29、即只让交流电的正半周（或负半周）通过，再用电容器滤波形成平滑的直流。事实上好多电器的电源部分都是这样的。二极管也用来做检波器，把高频信号中的有用信号检出来，老式收音机中会有一个检波二极管，一般用2AP9型锗管。二极管的类型也有好几种，对于电子制作来说，常常用到以下的二极管：用于稳压的稳压二极管，用于数字电路的开关二极管，用于调谐的变容二极管，以及光电二极管等，最常看见的是发光二极管。发光二极管在日常生活电器中无处不在，它能够发光，有红色、绿色和黄色等，有直径3mm、5mm和25mm长方型的的。与普通二极管一样，发光二极管也是由半导体材料制成的，也具有单向导电的性质，即只有接对极性才能发光。发光二极管符号比一般二极管多了两个箭头，示意能够发光。通常发光二极管用来作电路工作状态的指示，它比小灯泡的耗电低得多，而且寿命也长得多。用发光二极管，还可以构成电子显示屏，证券交易所里的显示屏就是由发光二极管点阵构成的，只是