模电课程设计模板要求 例子.docx
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模电课程设计模板要求 例子.docx
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模电课程设计模板要求例子
先全选,进行页面设置
最终电子稿以班级为单位由学委收齐。
每个人的word文档名称格式为班级-姓名-学号。
例如:
08机电1班-李明-200800021。
郑州科技学院
《模拟电子技术》课程设计
题目
学生姓名
专业班级
学号
院(系)电气工程学院
指导教师
完成时间
(空1行)
1课程设计的目的
通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题,巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能,掌握常用模拟电路的一般设计方法,提高设计能力和实践动手能力,为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。
1、学习磁控闪光防盗报警器的设计方法;
2、研究磁控闪光防盗报警器的设计方案;
3、掌握音乐芯片的原理和振荡电路的原理;
4、掌握三极管管脚极性的判断方法;
5、熟悉电烙铁的使用方法。
2课程设计的任务与要求
2.1设计任务
设计一个应用磁控原理制成的磁控报警器。
2.2设计要求
应用磁控原理和多谐振荡器的结构知识确定原件的安装方式,电阻采用卧式安装,其他元件采用立式安装。
该装置可用于仓库、办公室和其它场所作防盗器之用。
当有“不速之客”撬开门时,该装置能及时闪光报警来提醒家人,可防止家庭财产丢失。
把制作好的装置固定在门框上,调整好他们的间隙,当门关上状态不报警,门打开后立即闪光报警。
3设计方案与论证
3.1方案选择与论证
防盗报警器的关键部分是报警控制电路,由控制电路控制声、光报警信号的产生。
下面列出两种方案:
方案一:
采用运算放大器进行控制。
运算放大器可将由传感器获得的微弱信号进行放大,从而使电路发出声、光等报警信号。
正常情况下,运算放大器不工作,直到有信号时才工作,将信号放大后送入NE555时基电路和阻容组件组成音调振荡器,输出音频信号使扬声器发声报警。
传感器可采用压力传感器。
实现方法,可将压力传感器装在门或窗户等处。
此方案需要使用运算放大器,使电路变得复杂。
而且,目前市场上很难买到运算放大器。
此外,运算放大器的价格比普通组件都要贵,这也增加了设计成本。
方案二:
采用三极管与可控硅进行控制,无偷盗情况时,使三极管处在截止状态,则被控器的声、光信号产生电路不工作;一旦有偷盗情况,立即使三极管导通,被控器的声、光信号产生电路产生声、光报警信号,呼叫值班人员采取相应措施。
电网正常供电时,通过电源变压器降压后经整流、滤波及稳压得报警器所需直流电压,为防止电网停电,在控制器的输入端设置有备用直流电源,保证报警器在停电时能持续正常工作。
与方案一相比,方案二有着明显的优点。
主要在于其电路简单,更实用,设计成本也比较低。
市场上也有好多类似的报警器产品。
此次课程设计,我采用的正是第二种方案。
3.2报警器的原理方框图
图3-1电路原理方框图
(空一行)
该电路包含四个组成部分(如图3-1所示),分别是电磁控制设置,多谐振荡器,四声报警器和显示部分。
用微电子技术制成的集成电路IC储存了四种声音,通过改变两个控制端的高,低电平可获得不同的声音。
此电路由二个部分组成,即多谐振荡器和四声报警器。
VT1,VT2主要构成多谐振荡器,通电后VD1,VD2交替闪光。
四声报警器同样通电后,输出的报警信号经VT3放大,推动扬声器工作,从而产生响亮的报警器。
当小磁铁靠近“干簧管”时报警器不发声,光;而磁铁块一旦远离报警器即以声,光方式报警;这就构成带闪光的防盗报警
4设计原理与功能说明
4.1元器件选用原理
1.音乐芯片
CK-9561是专为玩具设计生产的小功率大规模集成电路,采用黑胶简易封装。
它可以向外输出固定存储的乐曲或模拟声信号。
乐曲信号可以在报警器中作为呼叫声,而模拟声信号则可作为报警信号使用。
电路包括:
振荡器、抑制器、拾振器、地址计数器、只读存储器和音调发生器等电路。
触发端2接地输出触发端1电源正极
图4-1CK-9561集成电路
按照它内部固化的程序,可产生四种音响效果,即机枪声、警笛声、救护车声和消防车声。
这四种声响效果就是通过它的两个触发端:
SEL1、SEL2的四种组合发出的。
各声音的产生如表4-1所示:
表4-1SEL1、SEL2的四种组合声响效果
模拟声种类
选声端SEL1
选声端SEL2
机枪声
空
VDD
警车声
空
空
救护车声
VSS
空
消防车声
VDD
空
(空1行)
具体实现方法:
将开关S1接选声端SEL1,开关S2接选声端SEL2。
S1可拨三个档,拨到中间档相当于悬空,其余左右两档分别接VSS(高电平)和VDD(低电平)。
开关S2一端接选声端SEL2,一端接VDD(高电平)。
当S2闭合时,S1调中间档,即发出机关枪声;当S2断开时,相当于S2悬空,S1分别调至三个档,即可发出警车声、救护车声、消防车声。
CK-9561集成电路在使用时还需在外部连接一只电阻,用来决定内部时钟振荡频率。
所选用的电阻阻值越低,振荡频率越高,所发出的声响音调也越高。
在一般情况下,选用270千欧的电阻可兼顾四种声响。
本报警器选用一只最大阻值为20千欧的滑动变阻器和一只250千欧的电阻串联,兼顾四种声响。
2.元器件选择
IC选用KD9561型四声报警集成电路芯片,它采用黑胶封装形式制作在一块尺寸为35×llmm的小印刷电路板上,并留有外接功率放大三极管和振荡电阻的焊接插孔,控制端l、2分别接不同的电位的时候,可以产生不同的四种声音,其具体接线法见表4-2所示。
表4-2四种不同声音
控制端S1
控制端S2
声音效果
悬空
悬空
警车声
接高电平
悬空
救火车声
接低电平
悬空
救护车声
悬空
接高电平
机关枪声
3.扬声器的选择及参数
扬声器是本电路中重要的元器件之一。
它是一种能将电信号转换为声音或将声音转换为电信号的换能器件,这种器件能完成电能和声能的相互转换。
(1)扬声器的种类
扬声器种类繁多,但最常用的是动圈式扬声器(又称电动式)。
而动圈式扬声器又分为内磁式和外磁式,因为外磁式便宜,所有本款报警器选用外磁式的扬声器。
其组成有:
纸盆、折环、音圈、盆架、防尘罩、音调、磁铁、导磁夹板、场心柱等。
(2)扬声器功率、阻抗的选择
扬声器在电路图中的符号很形象(见图2-3)。
扬声器上一般都标有标称功率和标称阻抗值。
本报警器选用了功率为0.4W,阻抗值为8Ω的扬声器。
一般认为扬声器的口径大,标称功率也大。
见图2-4,本报警器选用的扬声器尺寸为φ:
32mm,H:
4.5mm,d:
21mm。
在使用时,输入功率最好不要超过标称功率太多,以防损坏。
万用表R1电阻档测试扬声器,若有咯咯声发出说明基本上能用。
测出的电阻值是直流电阻值,比标称阻抗值要小,是正常现象。
(3)扬声器的工作原理
当有音频电流通过音圈时,音圈产生随音频电流而变化的磁场,在永久磁铁的磁场中时而吸引时而排斥,带动纸盆振动发出声音。
4.三极管的选用
晶体管是由两个相距很近、有一定联系的背靠背的PN结,外加电极、管壳封装而成。
由于两个PN结在一定条件下,它们之间的载流子运动是相互影响的,因而它具有电流放大作用。
本报警器选用两个NPN型硅管VT1、VT2,制作时需判断三极管管脚的极性。
NPN型管判断管脚极性的方法是:
(1)先判断基极的极性:
假设晶体管的某一管脚为基极,将万用表转换开关置于电阻档“R×1KΩ”或“R×100Ω”,用万用表黑笔接触该极,用红笔分别触及剩下的两个管脚。
若两次测量的电阻值都很小,则说明表内电源对晶体三极管的两个PN结是正偏,假设的管脚为基极,且该管为NPN型管。
要想进一步确定两个PN结的质量,可用红笔接触该管脚,用黑笔分别触及另外两管脚,两次测得的电阻均很大(几十千欧至几百千欧),则可确认前面的判断是正确的。
(2)集电极与发射极的判别:
将万用表的红、黑表笔分别接触基极以外的两管脚,并准备一支100KΩ的固定电阻。
若被检测的是NPN型管,假设基极之外的任一管脚为集电极,用万用表的黑表笔接触该极,用红表笔触及剩余管脚,同时用100KΩ电阻跨接于黑表笔与基极之间,如图2-5所示。
观察表针的读数,可获得一电阻值R1。
然后交换表笔,100KΩ电阻仍然跨接于黑表笔与基极之间,同样得到又一电阻值R2。
比较两次测得的阻值,若R1<R2,则假设的管脚为集电极。
若R1>R2,则假设的管脚不是集电极而是发射集。
由此可推出第三个管脚的极性。
总之,用上述方法辨别(100KΩ电阻一直跨接于黑表笔与基极之间)管脚,测得的阻值较小的一次,黑表笔对应的是集电极c,红表笔对应的则是发射极e。
在测试中,如果检测者身边没有100KΩ的电阻,也可以用潮湿的手指捏住集电极与基极之间,利用人体电阻代替100KΩ电阻的作用,也可作出相应的判断。
图4-2用万用表测三极管的极性
连接三极管时,必须满足三极管的放大条件:
Je正偏UBE>0,Jc反偏UBC<0。
在三极管Je正偏、Jc反偏的条件下,处在放大状态的NPN型管,不论采用哪种连接方法,均为集电极电位最高,发射极电位最低,而基极电位稍高于发射极电位。
因此,对NPN型管的放大条件又可写成UC>UB>UE。
4.2总体电路图
1.电路的工作原理
本电路由三个部分组成:
VT1、VT2等元件组成的双稳态多谐振荡器,IC为四声报警器音乐芯片,VT4、干簧管等元件组成的磁控电路。
电路原理图见下图,电源开关k1打开后,如果磁铁靠近于簧管CH,则干簧管GH处于闭合状态,VT4的发射极和基极短路,VT4处于截止状态,相当于开关断开,则多谐振荡器和四声报警器没能提供电源而不工作;当磁铁离开干簧管CH,则干簧管CH处于断开状态,VT4处于饱和状态,相当于开关闭合,则多谐振荡器和四声报警器得电而工作,即开始“闪光”和“报警”。
四声报警器采用KD9561芯片,开关K2是四档开关,处于不同档位,可以分别产生警车声、救护车声、救火车声、机关枪声,实现声音选择。
三极管VT3采用9013三极管,用来驱动扬声器的工作,R3是KD9561芯片的外接振荡电阻,用来控制声音的频率,这里采用的是200K。
VT1、VT2等元气件组成多谐振荡器,电路工作时使LED1、LED2交替闪光,改变Cl、C2可以控制闪光的频率。
图4-3电路原理图
5单元电路设计
5.1多谐振荡电路
图5-1多谐振荡电路
多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器,也称为矩形波发生器。
多谐振荡器没有稳态,只有两个暂稳态。
利用深度反馈,通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止,从而自激产生方波输出,使VT1、VT2交替发光。
工作原理
1.正反馈VT1饱和瞬间,C1两端电压由正突变到接近于零,迫使VT2的基极电位VB2瞬间接近于负VC1,于是VT2可靠截止。
2.第一个暂稳态
C1放电:
C2充电:
翻转:
当VB2随着C1放电而升高到+0.5V时,VT2开始导通,通过正反馈VT1截止,VT2饱和。
第二个暂稳态
C2放电:
C1充电:
不断循环往复,便形成了自激振荡,发光二级管便会交替发光。
5.2音乐芯片和扬声器
图5-2音乐芯片和扬声器电路
用微电子技术集成的集成电路IC储存了四种声音:
消防车、声警车、声机枪声和救护车声,通过改变两个控制端的高、低电平可获得不同的声音。
四声报警器得电后输出的报警信号经过VT3的放大,推动扬声器BL工作,从而产生响亮的报警声。
比标称阻抗值要小,是正常现象。
扬声器的工作原理
当有音频电流通过音圈时,音圈产生随音频电流而变化的磁场,在永久磁铁的磁场中时而吸引时而排斥,带动纸盆振动发出声音。
5.3电源及开关的组成
图5-7电源及开关电路
开关K控制主干路的导通与关断,干簧管GH相当于一个常开开关,当磁铁靠近干簧管GH时开关闭合,PNP型三极管VT4的基极电位下降,电流通过电阻R4直接接地,VBE几乎近似为零,VT4处于截止状态。
这时,PNP型二极管VD1、VD2因失去VT4集电极的电流而处于截止状态,音乐芯片也不能正常工作。
当磁铁远离干簧管GH时开关断开,此时三极管VT4正常工作,该电路能正常工作。
6硬件的制作与调试
6.1电烙铁的使用
1、焊接的注意事项
良好的焊接是实验成功的重要保证;反过来说,焊接不良,往往会使实验失败,甚至损毁元器件。
虽然焊接技术并不复杂,但如果认为它操作简单而掉以轻心,也会造成种种不良后果。
所以应注意以下几点:
(1)电烙铁焊接音乐集成芯片的时候,一定要等电烙铁加热后,拔掉电源插头,用电烙铁的余热焊。
否则,温度过高的焊接,会烫坏音乐芯片。
(2)焊接扬声器的时候,一定要将连接电源正、负极的导线分别焊接在扬声器标有“+”、“—”符号的一端。
扬声器的下方还有两个类似焊点的地方,如果错将导线焊在那儿,扬声器就会损坏,不能使用了。
(3)烙铁使用日久后,烙铁头容易被“烧死”,即在表面出现一层黑色氧化物,而且变得凹凸不平。
“烧死”的烙铁头很难熔化和沾取焊锡,需用锉刀将它重新挫亮。
尽量使用市场上出售的空心焊锡丝,它是将焊锡做成直径2~4毫米的细管状,在管内装进松香粉。
使用这种焊锡丝,能保护烙铁头不易被“烧死”。
(4)使用电烙铁一定要注意安全,使用前用万用表测一下电烙铁电源插头两端的电阻是否为正常值。
正常时20瓦烙铁的电阻约2000欧,45瓦的为1000欧,75瓦的为600欧,100瓦的约500欧。
电源插头与电烙铁外壳、烙铁头之间的电阻应接近无穷大,否则说明这把电烙铁漏电,不能使用。
2、电路的连接
在连接电路的时候,要严格按照电路图连接电路,也要注意烙铁与电路板接触的时间,不要烧坏电路板。
并在联好电路以后进行测量。
即使发现问题与改正。
6.2电子产品的调试与仿真
图6-1仿真图
因为在仿真软件中没有找到音乐芯片,所以只能仿真多谐振荡这一部分。
当用multisim进行仿真时按下开关,两个发光二极管交替发光,既证明所设计的电路这部分是成功的。
由图6-1中可以看出,在允许误差范围内,仿真成功。
7总结
经过一周左右的课程设计终于要画上一个完美的句号。
回味这个过程,确实充满着酸甜苦辣。
设计的过程并非一帆风顺,遇到了许多困难,但我们努力解决。
通过一周的课程设计,我学到了许多,这让我拥有了一次运用我所学模电知识的机会。
在课程设计开始阶段,遇到的问题比较多。
通过查找资料,我开始渐渐了解防盗报警器电路的原理,设计方法及应用。
防盗报警器的种类繁多,技术含量与复杂程度也各不相同。
我通过了解了各种类型的报警器电路的原理,然后开始考虑自己应该设计何种类型的报警器。
据课题要求,应该是设计一种开路式报警器。
这也是众多报警器中比较简单的一种。
考虑到我所学的知识有限,难以设计复杂的报警器电路,最终决定设计通过三极管控制的报警器电路。
在设计过程中,我参考了网上的一些报警器电路及其他资料。
通过设计、查找资料,我了解了一些以前未学过的元件。
如三极管。
CL9561音乐芯片与扬声器。
我知道了很多,也扩展了视野。
我也收获很多,我更熟练的掌握使用在这里选用了multisim进行仿真,虽然multisim不是很难学,但由于自己对multisim还没有熟练的掌握,仿真过程中还是会有一定的误差,此外仿真时无法插入音乐芯片,无法对声音部分的仿真,所以只能对后面部分电路进行仿真。
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