模电由比较器构成的光动报警电路课程设计 1.docx
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模电由比较器构成的光动报警电路课程设计 1.docx
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模电由比较器构成的光动报警电路课程设计1
由比较器构成的光动报警电路
摘要:
模拟电子技术是一门应用性、实践性很强的学科,试验在这一学科的研究与发展过程中起着至关重要的作用。
而在课程设计中,通过解决一些实际问题,可以很好的巩固和加深学到的理论知识,并提高电子电路的设计与实践能力,为以后从事生产与科研工作打下一定的基础。
电子电路种类很多,设计方法也不尽相同,尤其是随着集成电路的迅速发展,各种专用功能的新型器件大量涌现,使电路设计工作发生了巨大的变革。
原始的分立元件电路的设计方法,已渐渐被集成块直接组装所取代。
所以,要求设计者应把精力从单元电路的设计与计算,转移到整体方案的设计上来,不断熟悉各种集成电路的性能、指标,根据总体要求恰当选取集成器件,合理地进行连接实验,完成总体的系统设计。
本设计是一个由LM741集成运算放大电路组成的光动报警器,在设计中运用了比较器的知识,结合放大电路与光敏电阻对光照的特殊反应实现光控。
关键词:
比较器、同相比例放大、光敏电阻、二极管、蜂鸣器
1任务与要求
1.1设计任务
1.掌握由比较器构成的光动报警电路的工作原理;
2.画出电路原理图(或仿真电路图);
3.元器件及参数选择;
4.电路仿真与测试;
5.收集并归纳目前国内外检测进展等;
6.按本校要求的课程设计规范撰写设计报告;
7.按规定日期提交课程设计报告。
1.2设计要求
(1)当光照达到某一门限以上时喇叭发出蜂鸣报警;当光照低于门限值时蜂鸣器不工作;电源电压:
±Vcc=±12V;采用uA741比较器做单限比较;放大电路采用LM741集成运放。
(2)能够实现设计任务的基本功能。
(3)依据要求运用模拟电子技术的理论设计、制定实验方案,并论证方案。
(4)学习电路仿真过程,绘制电路图,进行基本的仿真试验对设计的电路进行性能分析。
2设计方案
2.1总方案设计
2.1.1方案框图
方案一:
方案二:
方案三:
2.1.2方案选择
方案1中过零比较器需要输入的电压的临界值为0V,这在光敏电阻中很难实现,所以光控的要求就达不到了,因此放弃了由过零比较器构成的电路。
方案2在理论上可以实现,但是在元件连接时,不能完全符合参数设计,尤其是音乐电路要求的电流很高,而稳压管的击穿电压也不能正好符合这一高电压。
如果不能很好的协调参数,就会对整个电路的灵敏度造成影响,因此放弃此方案。
方案3克服了前两个方案中的不足,加入放大电路可以对输入到音乐电路电压进行调节,易于实际应用。
且放大器电路简单,元件易购买,方便便宜;对于音乐电路复杂,费用高,因此用蜂鸣器替代,简化电路,价格便宜。
3设计原理与电路
3.1单元电路的设计
3.1.1原理图设计
(1)总体电路图
3.2工作原理
光敏电阻有随光照越强,其阻值越迅速减小的特性。
二极管有单向导通性。
单限比较器会根据输入信号不同、正反不同,输出方向不同的电压。
对于单限比较器,其稳压管的击穿电压为+Uz/-Uz,当反相输入电压大于同相输入电压时,输出端输出的电压为-Uz;当反相输入电压小于同相输入电压时,输出端输出电压为+Uz。
利用光敏电阻特性,再与固定电阻,电源构成回路,则在不同光照下固定电阻的分压就会不同。
如光照增强分压增大。
将固定电阻的电压作为单项比较器的输入信号,随着光照增强,输入电压增强,当高于比较电压后,输出电压跳变为反向电压,将输出电压放大后,再利用二极管的单项导通性,蜂鸣器工作,而发光的二极管不发光。
由此实现对报警器的光控。
3.3元器件选择
元件
型号/规格
数量
1KΩ电阻
1KΩ
4个
2KΩ电阻
2KΩ
1个
10KΩ电阻
10KΩ
1个
光敏电阻
GL3516
1个
5KΩ电位器
5KΩ
1个
集成运算放大器
uA71
2个
蜂鸣器
5V
1个
LED
红色
1个
二极管
1N4148
1个
稳压管
1N4730
2个
6V直流电源
直流
1台
3V直流电源
直流
1台
+12V直流电源
直流
1台
-12V直流电源
直流
1台
4电路的调试与分析
4.1MultiSim软件介绍
Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
它提供了仿真实验和电路分析两种仿真手段,可用于模拟电路、数字电路、数模混合电路和部分强电电路的仿真、分析和设计。
Multisim是一种优秀而易学的WDA(电子设计自动化)软件,与其他仿真分析软件相比,EWB的最显著特点就是提供了一个操作简便且与实际相似的虚拟实验平台。
他几乎能对”电子技术”课程中所有基本电路进行虚拟实验,虚拟实验过程和仪器操作方法与实际相似,但比实际方便、省时。
他还能进行实际无法或不便进行的试验内容,通过储存和打印等方法可精确记录器实验结果。
它提供十多种电路分析功能,能仿真电路实际工作状态和性能。
应用Multisim,便于实现边学边练的教学模式,使“电子技术”课程的学习变得更有趣而容易。
4.2MultiSim电路图
在模拟时要注意监测单限比较器是否正常工作,同时需测量蜂鸣器与LED两端的分压,防止分压过大烧坏元件,或分压过小影响灵敏度。
4.3MultiSim仿真分析
4.3.1模拟运行1:
将感光电路中的滑动变阻器调到阻值小于50%(即光照增强),比较器输出端为负电压,蜂鸣器两端电压大小为4.239V,蜂鸣器正常工作,并发出报警声,而二极管不工作。
(如图4.3.1)
(图4.3.1)
4.3.2模拟运行2:
将电位器调到阻值大于50%(即光照减弱),检测到比较器输出电压正常偏转,比较器输出电压偏转为正向电压,蜂鸣器不工作,二极管正常工作并发出红光。
(如图4.3.2)
(图4.3.2)
5结论(问题分析)
1.在电路设计时要充分考虑各单元的协调,否则会破坏其他单元的正常工作。
2.在模拟时,若运行的不是新搭建的电路,而是上次保存的电路,很有可能会出现错误。
但是重新连接一遍就能解决该问题。
3.模拟时,蜂鸣器在应该发出响声的时候却不响,这是因为有可能反接蜂鸣器(蜂鸣器有正负极)。
4.在设计与调试电路时,要特别注意各元件的参数。
特别是蜂鸣器与LED是耐压的。
蜂鸣器的工作电压是5V,而比较输出器受稳压管限制,不可能完全达到5V,因此可以加入一个放大器将电压放大。
实际购买的LED为1.8V,而分路电压达到了5V,这很容易烧坏LED,因此可以给LED串联一个分压电阻。
5.光敏电阻固定为100KΩ,但实际工作时不一定如理想的状态工作。
因此本次用到的光敏电阻在普通光照下只是在0K~50K的范围内变化灵敏度。
为了提高光控灵敏度,感光回路的固定电阻选用了10KΩ的电阻。
(此固定电阻可以用电位器替代,这样还可以手动调节电路的灵敏度。
)
6.要使电路正常工作,必须给运算放大器741加上+、-12V的电压,这样运算放大器才可正常工作。
7.在实测过程中可能会遇到单限比较器无法正常工作。
该问题可能是电路的实际参数不正确,可以通过改换电阻,调节比较电压来解决。
8.若单限比较器输出电压不正常,应检查稳压管是否完好,有可能是稳压管被烧坏。
6设计心得
课程设计是让我们通过解决实际问题,巩固和加深在模拟电子技术的课程中,运用所学的理论知识结合实践技能,提高电子电路的设计和实践能力,为以后的学习或运用打下基础。
我做的课程设计是一个光控报警器,里面用到比较器。
经过不断地改进与调试,最终达到预定功能。
它不仅可以感光报警,还具有一定的灵敏度。
它兼顾光控报警和光控灯于一体,可应用于多方面。
如用于监控对光照敏感的物品,此时与光控灯(放于不影响物品的地方)配合,可以实时监控物品与电路的工作状态。
通过这次课程设计,发现了不少自身存在的弱点。
在开始时,雄心勃勃,以为这没啥难的,很容易做好。
但真正开始做后才发现理论与实践不能很好的结合。
且一些基本的元件的引脚都无法辨别。
在焊接时不是虚焊就是加热时间过长将元件烧坏。
经过不断的练习,终于掌握了一些焊接的技巧,可以焊接出理想的焊点了。
通过这次的课程设计,我掌握了不少知识。
当然,先亲自验证了理论知识,并将它们用于实践。
如将比较器的知识充分的运用,掌握了比较器的工作原理,并将它用于实践,运用它的跳变可以设计出像光控报警电路这样的很多类型的电路。
通过自己动手,最直接的是学了不少元件的型号,懂得了怎么分辨741的引脚,怎么测出二极管的正负方向。
知道不是所有阻值的电阻都有,实际中需要自己协调试用。
还知道了蜂鸣器的两个引脚是区分正负极的,接反了就不能正常工作。
当然,通过自己动手设计,也提高了我的动手能力,为自己打了不少信心。
发现自己不是那样的笨拙,至少还会自己动手设计电路,这也调起了我对电子电路设计的不少兴趣。
以后也不会只看着别人设计东西自己只好奇了,至少会自己动动手实践一下了。
致谢
在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模,老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神,将永远激励着我。
这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。
在此,谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意!
另外,感谢校方给予我这样一次机会,能够独立地完成一个课程设计,并在这个过程当中,给予我们各种方便,使我们在这学期快要结束的时候,能够将学到的知识应用到实践中,增强了我们实践操作和动手应用能力,提高了独立思考的能力。
感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助,是他们教会了我专业知识,教会了我如何学习,教会了我如何做人。
正是由于他们,我才能在各方面取得显著的进步,在此向他们表示我由衷的谢意。
在这次课程设计的撰写中,我得到了许多人的帮助。
首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助,这是我能顺利完成这次设计的主要原因,更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题,让我能把系统做得更加完善。
在此期间,我不仅学到了许多新的知识,而且也开阔了视野,提高了自己的设计能力。
其次,我要感谢帮助过我的同学,他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。
最后再一次感谢所有在设计中帮助过我的良师益友和同学。
附录
uA741的引脚识别:
参考文献
[1]清华大学电子学教研组编,杨素行主编,模拟电子技术基础简明教程.高等教育出版社,2006。
[2]王小平,模拟电路实验与课程设计,石家庄铁道学院电工基础教研室,2009。
[3]黄志伟,全国大学生电子设计竞赛训练教程,电子工业出版社。
[4]刘笃仁、韩保君,传感器原理及应用技术,西安电子科技大学出版社,2003。
[5]徐科军,传感器原理与检测技术,第3版,北京:
电子工业出版社,2007。
- 配套讲稿:
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