南昌大學實驗報告-電子線路設計與測試

實驗報告實驗課程：電子線路設計與測試學生姓名：學號：專業(yè)班級：通信工程2014年5月目錄信號發(fā)生器設計直流穩(wěn)壓電源設計音頻功率放大電路設計溫度控制電路設計信號發(fā)生器設計一、實驗任務設計一信號發(fā)生器，能產生方波、三角波和正弦波并進行仿真。二、實驗要求基本性能指標：(1)頻率范圍100Hz~1kHz；(2)輸出電壓：方波Up-p≤24V，三角波Up-p=6V，正弦波Up-p>1V。擴展性能指標：頻率范圍分段設置10Hz~100Hz,100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波tr<30us（1kHz，最大輸出時），三角波r△<2%，正弦波r～<5%。三、實驗方案信號發(fā)生器設計方案有多種，圖1是先產生方波、三角波，再將三角波轉換為正弦波的組成框圖。圖1信號發(fā)生器組成框圖主要原理是：由遲滯比較器和積分器構成方波——三角波產生電路，三角波在經(jīng)過差分放大器變換為正弦波。方波——三角波產生基本電路和差分放大器電路分別如圖2和圖4所示。圖2所示，是由滯回比較器和積分器首尾相接形成的正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，則比較器A1輸出的方波經(jīng)積分器A2積分可得到三角波，三角波又觸發(fā)比較器自動翻轉形成方波，這樣即可構成三角波、方波發(fā)生器。其工作原理如圖3所示。圖2方波和三角波產生電路圖3比較器傳輸特性和波形利用差分放大器的特點和傳輸特性，可以將頻率較低的三角波變換為正弦波。其基本工作原理如圖5所示。為了使輸出波形更接近正弦波，設計時需注意：差分放大器的傳輸特性曲線越對稱、線性區(qū)越窄越好；三角波的幅值Vm應接近晶體管的截止電壓值。圖4三角波→正弦波變換電路圖5三角波→正弦波變換關系在圖4中，RP1調節(jié)三角波的幅度，RP2調整電路的對稱性，并聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)。C1、C2、C3為隔直電容，C4為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。波形發(fā)生器的性能指標：=1\*GB3①輸出波形種類：基本波形為正弦波、方波和三角波。=2\*GB3②頻率范圍：輸出信號的頻率范圍一般分為若干波段，根據(jù)需要，可設置n個波段范圍。=3\*GB3③輸出電壓：一般指輸出波形的峰-峰值Up-p。=4\*GB3④波形特性：表征正弦波和三角波特性的參數(shù)是非線性失真系數(shù)r～和r△；表征方波特性的參數(shù)是上升時間tr。四、電路仿真與分析仿真電路圖如下：仿真結果：仿真數(shù)據(jù)如下，方波----三角波----正弦波，且符合實驗設計要求。直流穩(wěn)壓電源設計一、實驗任務設計一直流穩(wěn)壓電源并進行仿真。二、實驗要求基本性能指標：(A1)輸出直流電壓＋5V，負載電流200mA。(B1)+3V~+9V，連續(xù)可調；(B2)IOmax=200mA；(B3)穩(wěn)壓系數(shù)Sr≤5×10-3；(B4)△UO≤5mV。擴展性能指標：擴展直流穩(wěn)壓電源的輸出電流使10mA≤IO≤1.5A。三、實驗方案直流穩(wěn)壓電源設計框圖和直流穩(wěn)壓電源基本電路分別如圖1和圖2所示：圖1直流穩(wěn)壓電源框圖圖2直流穩(wěn)壓電源基本電路主要原理是：電源變壓器將交流電網(wǎng)220V的電壓降壓為所需的交流電壓，然后通過整流電路將交流電壓變成單極性電壓，再通過濾波電路加以濾除，得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有±10%左右的波動）、負載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。一般情況下，選用降壓的電源變壓器。整流電路主要有半波整流電路、橋式整流電路和全波整流電路，一般情況下多用橋式整流電路，橋式整流輸出脈動電壓平均值為：通過每只二極管的平均電流為：每只二極管承受的最大反向電壓為：濾波電路亦可分為電容濾波、電感濾波、Π型濾波等多種濾波電路，而在小功率電源電路設計中多用電容濾波電路。當在接上濾波電容后，UO會明顯增大，其大小與時間常數(shù)RLC有關，通常情況下，RLC＝(3~5)T/2（T為電網(wǎng)電壓周期）。穩(wěn)壓電路有二極管穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓電路等，可根據(jù)具體要求選擇合適的電路形式（具體原理可查閱相關資料）。穩(wěn)壓電源的性能指標：最大輸出電流IOmax：電源的輸出電壓UO應不隨負載電流IOL而變化，隨著負載RL阻值的減少，IOL增大，UO減小，當UO的值下降5%時，此時流經(jīng)負載的電流定義為IOmax（記下IOmax后迅速增大RL，以減小穩(wěn)壓電源的功耗）。輸出電壓：指穩(wěn)壓電源的輸出電壓，也是穩(wěn)壓器的輸出電壓。當輸入電壓為額定值時，可直接用電壓表測量。紋波電壓：指疊加在輸出電壓UO上的交流分量?？捎檬静ㄆ饔^測其峰-峰值或者有效值。穩(wěn)壓系數(shù)：指在負載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化，即輸出電阻：穩(wěn)壓電路輸入電壓一定時，輸出電壓變化量△UO與輸出電流變化量△IO之比，即(UI為常數(shù))四、電路仿真與分析仿真電路圖如下：仿真結果：仿真數(shù)據(jù)如下，產生+5V直流電壓，且符合實驗設計要求。音頻功率放大電路設計一、設計任務設計一小功率音頻放大電路并進行仿真。二、設計要求已知條件：電源V或V；輸入音頻電壓峰值為5mV；8/0.5W揚聲器；集成運算放大器（TL084）；三極管（9012、9013）；二極管（IN4148）；電阻、電容若干基本性能指標：Po200mW（輸出信號基本不失真）；負載阻抗RL＝8；截止頻率fL＝300Hz，fH＝3400Hz擴展性能指標：Po1W（功率管自選）三、設計方案音頻功率放大電路基本組成框圖如下：音頻功放組成框圖由于話筒的輸出信號一般只有5mV左右，通過話音放大器不失真地放大聲音信號，其輸入阻抗應遠大于話筒的輸出阻抗；濾波器用來濾除語音頻帶以外的干擾信號；功率放大器在輸出信號失真盡可能小的前提下，給負載RL（揚聲器）提供一定的輸出功率。應根據(jù)設計要求，合理分配各級電路的增益，功率計算應采用有效值。基于運放TL084構建話音放大器與寬帶濾波器，頻率要求詳見基本性能指標。功率放大器可采用使用最廣泛的OTL（OutputTransformerless）功率放大電路和OCL（OutputCapacitorless）功率放大電路，兩者均采用甲乙類互補對稱電路，這種功放電路在具有較高效率的同時，又兼顧交越失真小，輸出波形好，在實際電路中得到了廣泛的應用。對于負載來說，OTL電路和OCL電路都是射極跟隨器，且為雙向跟隨，它們利用射極跟隨器的優(yōu)點——低輸出阻抗，提高了功放電路的帶負載能力，這也正是輸出級所必需的。由于射極跟隨器的電壓增益接近且小于1，所以，在OTL電路和OCL電路的輸入端必須設有推動級，且為甲類工作狀態(tài)，要求其能夠送出完整的輸出電壓；又因為射極跟隨器的電流增益很大，所以，它的功率增益也很大，這就同時要求推動級能夠送出一定的電流。推動級可以采用晶體管共射電路，也可以采用集成運算放大電路，請自行查閱相關資料。在Multisim軟件仿真時，用峰值電壓為5mV的正弦波信號代替話筒輸出的語音信號；用性能相當?shù)娜龢O管替代9012和9013；用8電阻替代揚聲器。由于三極管（9012、9013）最大功率為500mW，要特別注意工作中三極管的功耗，過大會燒毀三極管，最好不超過400mW。如制作實物，因揚聲器呈感性，易引起高頻自激，在揚聲器旁并入一容性網(wǎng)絡（幾十歐姆電阻串聯(lián)100nF電容）可使等效負載呈阻性，改善負載為揚聲器時的高頻特性。四、電路仿真與分析仿真電路圖如下：仿真結果：仿真數(shù)據(jù)如下，實現(xiàn)音頻功率放大，且符合實驗設計要求。溫度控制電路設計一、實驗任務設計一溫度控制電路并進行仿真。二、實驗要求基本功能：利用AD590作為測溫傳感器，TL為低溫報警門限溫度值，TH為高溫報警門限溫度值。當T小于TL時，低溫警報LED亮并啟動加熱器；當T大于TH時，高溫警報LED亮并啟動風扇；當T介于TL、TH之間時，LED全滅，加熱器與風扇都不工作（假設TL＝20℃，TH＝30擴展功能：用LED數(shù)碼管顯示測量溫度值（十進制或十六進制均可）。三、實驗方案AD590是美國ANALOGDEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4V至30V電源電壓范圍內，該器件可充當一個高阻抗、恒流調節(jié)器，調節(jié)系數(shù)為1μA/K。AD590適用于150℃主要特性：流過器件的電流(μA)等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度(K)度數(shù)；AD590的測溫范圍為-55℃~+150℃；AD590的電源電壓范圍為4～30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞；輸出電阻為710mΩ；精度高，AD590在-55℃~+基本使用方法如右圖。AD590的輸出電流是以絕對溫度零度（-273℃）為基準，每增加1℃，它會增加1μA輸出電流，因此在室溫25℃Vo的值為Io乘上10K，以室溫25℃而言，輸出值為10K×298μA=2.98V測量Vo時，不可分出任何電流，否則測量值會不準。溫度控制電路設計框圖如下：溫度控制電路框圖由于Multisim中沒有AD590溫度傳感器，根據(jù)它的工作特性，可以采用恒流源來替代該傳感器，通過改變電流值模擬環(huán)境溫度變化。通過溫度校正電路得到實際攝氏溫度電壓值（可適當放大到幾伏特，不超過5V），再送溫度判決電路判決，需根據(jù)報警溫度確定門限比較電壓值，電路均可用運算放大器及電壓比較器來實現(xiàn)?？刹捎萌龢O管和繼電器（RELAY）來控制驅動風扇與加熱器，在仿真中用DCMOTOR代替風扇、HEATER代替加熱器，并加上發(fā)光二極管來指示其是否工作。溫度顯示部分可采用ADC模數(shù)轉換芯片來實現(xiàn)，將實際溫度電壓值通過ADC芯片轉換成數(shù)字邏輯信號再通過數(shù)碼管顯示。四、電路仿真與分析仿真結果：仿真數(shù)據(jù)如下，實現(xiàn)溫度控制功能，且符合實驗設計要求。溫度小于20℃低溫警報LED亮并啟動加熱器當T介于20℃、30當T大于30℃五、總結通過一理論課程，使我明白了溫度控制設計原理，并通過進一步了解，使我對溫度控制設計的焊接調試過程充滿信心。但到了實踐過程，我們遇到了一些困難。

焊接方面，首先，我們要掌握電烙鐵的使用。從網(wǎng)上查閱資料查到了一些電烙鐵的使用技巧：

1．將烙鐵頭放置在焊盤和元件引腳處，使焊接點升溫。

2．當焊點達到適當溫度時，及時將松香焊錫絲放在焊接點上熔化。

3．

焊錫熔化后，應將烙鐵頭根據(jù)焊點形狀稍加移動，使焊錫均勻布滿焊點，并滲入被焊面的縫隙。焊錫絲熔化適量后，應迅速拿開焊錫絲。

4.

拿開電烙鐵，當焊點上焊錫已近飽滿，焊劑(松香)尚未完全揮發(fā)，溫度適當，焊錫最亮，流動性最強時，將烙鐵頭沿元件引腳方向迅速移動，快離開時，快速往回帶一下，同時離開焊點，才能保證焊點光亮、圓滑、無毛刺。用偏口鉗將元件過長的引腳剪掉，使元件引腳稍露出焊點即可。

5．焊幾個點后用金屬絲擦擦烙鐵頭，使烙鐵頭干凈、光潔。

遵照上述5個步驟，我們對電路板進行了焊接。

心得體會

經(jīng)過了一個課程設計，我感想頗多。

首先，我明白了做事情一定要抓緊時間，不能一拖再拖。在制作過程中會遇到了很多意想不到的問題，導致最后時間不夠。經(jīng)過這次課程設計，我們懂得只有抓緊時間才能夠適應快節(jié)奏的社會，拖拖拉拉最后會一事無成。

其次，我明白了實踐的重要性。理論知識固然重要，但只有將理論投入到實踐中去檢驗，才能體現(xiàn)出理論的價值。電路元件只有焊接到電路板上，才能發(fā)揮其真正的作用，單純的研究理論知識，而不去動手實踐，我們就不能全面發(fā)展，就不能成為真正對社會有意義的人。

最后，我還明白了團隊合作的重要性。二十一世紀是一個需要的是團隊合作，而不是單打獨斗。一個大的項目，單純靠一個人的力量是無法完成的。只有在一個團隊的共同努力下，才能最終走向成功。

這次課程設計，帶給我很多的教訓，但更多的是經(jīng)驗，我相信我會越來越成熟。附錄：原理圖、PCB圖、元器件清單原理圖：實物拍攝：元件清單：PCB原理圖：基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構件開發(fā)的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數(shù)字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡水表的設計基于MSP430單片機具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設計基于單片機的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)鍋爐的單片機控制系統(tǒng)基于單片機控制的電磁振動式播種控制系統(tǒng)的設計HYPERLINK"/detail.htm?386