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1、昆明理工大学电子技术课程设计报告学院： 信自学院 班级： 自动化102 姓名： 学号： 学期：20112012 学年 短 学期时间：2012年6月25日2012年7月6日题目：1、电子电路设计及仿真 2、带充电功能的可调直流稳压电源印刷电路板的设计 3、MF47型万用表装配 目录一、电子技术课程任务书2二、课题一 电子电路设计及仿真6(一)断线防盗自动报警器6(二)监测报警电路设计参考12(三)三极管 b 值分选电路15(四)三极管两级放大器设计19三、课题二 带充电功能的可调直流稳压电源印刷电路板的设计22四、课题三 MF47型万用电表装配27五、课题设计总结32六、附图34七、参考文献36
2、一、 电子技术课程任务书(一) 课题1 电子电路设计及仿真在教师指导下，独立完成四个电子电路原理图的设计，并且通过Multisim软件仿真。各子课题任务和要求：1. 断线防盗自动报警器i. 任务：在教师指导下，独立完成断线防盗自动报警器的电路原理图的设计，并且通过Multisim软件仿真。ii. 要求：1) 用一根极细漆包铜线连续横穿盗贼可能进入的多个门、窗，这样，盗贼进入时细漆包线即被绊断，防盗报警器发出声光报警；2) 报警后即使盗贼将断线部分重新接上，报警仍继续；3) 消除报警和恢复监控的方法：接通断线部分并按下复位按钮；4) 报警器由直流 + 12V 电源供电，在监控状态下，报警器总电流
3、(直流)小于0.2 mA，报警时总电流小于200 mA。5) Multisim软件仿真： a) Multisim仿真演示；b) Multisim环境下电路原理图截图；c) Multisim环境下不同电路参数情况时数据分析截图。2. 监测报警电路设计参考i. 任务：设计一电路能对环境参数发生变化时（例如火灾等危险情况）实施监测报警ii. 要求： 1) 在环境参数发生改变并达到系统设置报警限时，系统能通过声光报警发出警示；2) 环境参数恢复正常时，系统停止声光报警；3) Multisim仿真： a) Multisim仿真演示；b) Multisim环境下电路原理图截图；c) Multisim环境下
4、不同电路参数情况时数据分析截图。3. 三极管 b 值分选电路i. 任务： 在教师指导下，独立完成三极管 b 值分选电路的原理图设计，并且通过Multisim软件仿真。ii. 要求：1) 晶体管（NPN）的b 100，LED 亮，50 b 100，LED 不亮。2) Multisim软件仿真： a) Multisim仿真演示；b) Multisim环境下电路原理图截图；c) Multisim环境下不同电路参数情况时数据分析截图。d)4. 三极管两级放大器设计i. 任务： 在教师指导下，根据给定的参考电路图，调整电路参数，满足放大器设计要求，并且通过Multisim软件仿真ii. 要求：1) 三极
5、管Q1、Q2使用2N2222A型号，参数为默认值。R13为负载电阻，大小取1.5k，V2是信号源，信号大小取5mV、1kHz，R11是信号源的内阻，大小取5.1k。电源电压取12V。2) C1C6电容全部取值为10uF。R6和R12为集电极负载电阻，R6取值为3k，R12取值为1k。3) 要求完成的工作任务： 绘制电路图 根据模拟电子技术课程的知识，选取并设计合适的R1、R2、R3、R4、R7、R8、R9、R10的值，需满足以下放大器参数指标：A. Q1三极管的静态集电极电流Ic小于等于1mA，Uce为7V0.1V（20分）B. Q2三极管的静态集电极电流Ic小于等于2mA，Uce为6V0.1
6、V（25分）C. 在C1和R11之间串联一个交流电流表，要求在输入信号为5mV情况下，电流表读数小于等于200nA。（15分）D. 在满足上述条件的前提下，设计尽可能大的放大倍数。(二) 课题2 带充电功能的可调直流稳压电源印刷电路板的设计在教师指导下，运用Protel软件独立完成下图所示电路原理图的设计。任务和要求：1、电路原理图正确无误、并生成正确的网络表(该网络表需经校验)； 2、转入“印刷电路板”设计，目标要求达到网络连接正确、无飞线、无漏落的元件、各导电体之间的距离达到绝缘的最低距离0.2mm以上。经指导教师验收通过。 3、打印出原理图和印刷电路板图，作为实习报告的附图。(三) 课题
7、3 MF47型万用表装配任务和要求：1、完成MF47型万用表装配：2、实现其功能。二、 课题一 电子电路设计及仿真(一) 断线防盗自动报警器1. 方案论证i. 报警器电路如图1所示：图1ii. 如图2所示，当防盗线完好时，整个电路相当于电源+防盗线+R1：图2iii. 如图3所示。当防盗线被碰断后，则变成了一个由R3、R4、R5，二极管D1、D2，发光二级管LED1，三极管T1、T2 构成的一个两级放大电路。其中在这个电路中，R1、D1、D2起分压作用，R4其保护三极管T1，防止基级电流过大烧坏三极管，R5在电路中的作用是防止点6点7间的点位架空。R3在电路中起分压作用。当防盗线被碰断后，被短
8、路的二极管D1、D2导通，由于R4的分压作用使三极管T1工作在放大状态，使由R5、R3 、T1构成的回路导通，有电流经过R5从而使T2 导通并且工作在饱和状态，使发光二极管分得最多的电压和有最大的电流通过而尽可能的亮 图3iv. 如图4所示。当防盗线再次被接上后，二极管D1再次被短路。此时，三极管T1基极电压在由R2，稳压二级管D3，二极管D2，电阻R3构成的回路共给，使三极管处于导通并放大状态。同样使由R5、R3 三极管T1构成的回路导通，使T2的基极电压高于开启电压处于导通并饱和的状态。使发光二极管分得最多的电压和有最大的电流通过而尽可能的亮。图4v. 如图1所示，当开关J2闭合后，在由电
9、源供电的所有回路中二极管D2和三极管都被短路掉，从而使有R5、R3三极管T1构成的回路没有电流通过，三极管T2没有基极电压处于截止状态，没有电流通过发光二极管E1 ，不发亮。2. 电路分析i. 考虑电源对报警器输入电压在停电时转换为由10个1.2V镍氢电池组成的12V电池组作为直流电源对报警器供给直流电，于此，选取直流12V作设计电路时报警器的供给电压。ii. 根据设计要求监控状态下要求有报警器总电流（直流小于0.2mA,）则有：令I总0.2mA有： R112V/0.2mA60K，所以，当R1大于60K时监控状态下的总电流都符合设计要求。于此，为了保险，可取电阻R1为100K.又根据设计要求报
10、警时总电流小于200mA。则有，三极管T2的发射极电流Ie小于200mAiii. 令Ie200mA，三极管T2的基极电流Ib=(200/100)mA=2mAiv. (根据需要，设计取三极管T1、T2的放大倍数都是100)v. 在电路开始正常工作时，T1管和T2管均处于导通放大状态，此时，对于T2管，由于之前T1管和T2管对电流的放大使得T2管的集电极电流变得很大，继而导致T2管在瞬间状态就达到饱和状态，在此时，T2管发射极和集电极间的电压很低（几乎可以达到0.2V或者0.3V左右），这使得连接发光二极管支路和R4的节点电压达到很高，进而，可以保证发光二级管导通发光时的电流和电压，实现报警。并且
11、，此时使得T1管保持在导通放大状态。为了保证流过发光二极管的电流在20mA或者30mA以上，特取30mA以上，而T2管集电极下的节点电压大致在11.5V左右，因此，可以取R6电阻值为500以下为宜，此处设计取300。vi. 在由R4、D1、D2、R1以及电源构成的回路中，回路电流I2=（12-3*0.7）V/100K（令R5100K,三极管T1处于导通状态。则R1两端的电压U0.7V）0.099mA，此电流值相对于总电流很小，可忽略.并且, 而当细漆包线再次由断而接上仍旧报警。vii. 因为，通过R5的电流大于2mA所以，R5小于5.2K令R39.1K.则有，三极管T1的集电极电流Ic=(0.
12、7/9.1)mA0.08mA（令三极管T1处于临界饱和状态Uce0.7V）则有，三极管T1的基极电流Ib(0.08/100)mA0.0008mA远小于0.099mA，则，通过R1的电流近似为0.099mA.则有，R1（0.7/0.099）K近似等于7K(R5与三极管并联，所以R1两端的电压与三极管的导通电压相同为0.7V).(其他没有特别说明的电阻等元器件的选取均由仿真所得。) R2 最大取4.7K，R4 取值范围较大3. 各单元电路和电路总图4. Multisim电路原理图截图和不同电路参数情况下数据分析截图电路原理图截图请看图1；警戒状态下万用表读数： 报警状态下万用表读数(二) 监测报警
13、电路设计参考1. 方案论证电路图如下所示：由12V直流电源供电，当滑动变阻器大于50%时发光二极管LED1亮，蜂鸣器U3响。当R8大于50%时，U1处为差分比例放大电路，此处输出3倍的U为正，通过单限比较器U2时输出正电压，通过LED1与U3的并联电路，有R13、R12分担各支路电压使得LED1亮，U3响起。当U2处电压大于阀值电压时，U2的输出电压不变，从而不影响后面电路。2. 电路分析根据算出差分比例电路U1处输出的电压放大三倍，单限比较器U2出设置的参考电压为6V，与输入电压做比较，阀值电压为6V。当U2处输入电压小于阀值电压时输出低电平，发光二极管和蜂鸣器不工作。当输入电压大于阀值电压
14、时输出高电平，此时发光二极管和蜂鸣器同时工作。3. 各单元电路和电路总图 差分电路 单限比较器 电路总图4. Multisim电路原理图截图和不同电路参数情况下数据分析截图当滑动变阻器小于50%时，不报警： 当滑动变阻器大于50%时，报警：(三) 三极管 b 值分选电路1. 方案论证电路原理图如下：三极管U1和U2组成窗口比较器，外加参考电压V4、V3，窗口比较器的输入电压与参考电压做比较。当输入电压大于V4时U1导通，U2截至，输出高电平，发光二极管LED1亮；当输入电压小于V3时，U1截至U2导通，发光二极管LED1亮；当输入电压在V4和V3之间时，U1、U2都处于截止状态，发光二极管LE
15、D1不亮。由三极管Q1的b 参数的改变控制窗口比较器电路的输入电压的大小。2. 电路分析输入电压为15V，R1支路上的电流为（15-）/R1，R2支路上电流。通过设计R1、R2阻止的大小控制窗口比较器的输入电压的大小，使得当三极管Q1的b 值，当b 100，LED 亮，50 b 100，LED 不亮。调解电阻当b 100时，窗口比较器输入电压小于10V，当50 b 100时，输入电压在10V到12.5V之间。3. 各单元电路和电路总图窗口比较器：电路总图：4. Multisim电路原理图截图和不同电路参数情况下数据分析截图b 值小于50时，LED1亮，窗口比较器输入电压大于12.5Vb值等于在
16、50100之间时，LED1不亮，窗口比较器输入电压在10V12.5V之间b值大于100时，LED1亮，窗口比较器输入电压小于10Vb值等于50时，LED1不亮，窗口比较器输入电压等于12.5Vb值等于100时，LED1不亮，窗口比较器输入电压等于10V(四) 三极管两级放大器设计1. 方案论证电路图如下：图为二级放大电路，用第一级的放大倍数乘以第二级的放大倍数为整个电路的放大倍数。2. 电路分析在阻容耦合放大电路中，先求静态工作点，要求Q1三极管的静态集电极电流Ic小于等于1mA，Uce为7V0.1V；Q2三极管的静态集电极电流Ic小于等于2mA，Uce为6V0.1V。=0.7V，Ub最大值为
17、5.7V，根据公式，可以配出R1、R3、R5、R6的阻值。第一级的放大倍数等于输出电压比输入电压。第二级放大倍数与第一级的分析方法相同。总放大倍数为两个放大倍数相乘。3. 各单元电路和电路总图第一级阻容耦合放大电路： 第二级阻容耦合放大电路： 电路总图：4. Multisim电路原理图截图和不同电路参数情况下数据分析截图电路模拟运行，放大倍数为85倍。三、 课题二 带充电功能的可调直流稳压电源印刷电路板的设计1. 电路原理简述（附设计图）设计图如下：可调直流稳压电源原理图电路组成：整流滤波、稳压、调压电路。1) 整流滤波电路220V市电 变压器 15V 熔断器 （短路保护） 整流（VQ） R6
18、,VL1(电源指示) 滤波（C1） 1518V直流，通过二极管单向导电作用，把由变压器得到的交流15V电压，变换成脉动直流电压，再经过电容滤波电路，把脉动直流电压变换成较为平缓的直流电压。2) 稳压、调压电路 主要通过三端可调集成稳压电路LM317实现。将整流滤波得到的较为平缓的直流电压经过LM317稳压和电位器RW1调压而得到稳定的可调输出电压。整流滤波电压 LM317 输入端 稳压 LM317输出端（1.25V恒定电压）LM317的主要特性是1、2端电压恒定为1.25V，在1、2端接一个固定电阻R1(200)，可在电阻R1上形成恒流，于是2端对地的电压为1.25V + RW1上的电压，即：
19、 (式1)RW1：0 2.2K 所以，调压范围为1.2515V。正常情况下，317 输入1518V，输出1.2515V。所以1端电位应低于2端，1端电位也应低于3端。当发生异常情况，如电源短路等，为保护317，加入二极管VD1，VD2起保护作用。C2，C3：平波C2：平滑LM317 输入端电压。C3：并在RW1两端，平滑输出电压。VD1、VD2、R1：保护。当输入短路时，C4上的电荷通过VD1放电。当输出短路时，C3上的电荷。通过VD2放电。这样就不让大电流流过317。C4：滤除低频成分的脉动。C5：滤除高频成分的脉动。原理图中有16个元件，8个网络（N0001N008）。器件封装对照：R1R
20、2C1C2C3C4C5VL11R-101R-102C-D10-51C-5A2C-D8-41C-52C-D10-5CZ-2AVD1VD2VQTFSRWPOWERIC1D-101D-10VQ-10CZ-2ACZ-2ACZ-2ACZ-2AIC-3172. 原理图及印板图绘制过程将各个零件封装好后，我们在“文件”菜单下的“建立网络表”生成网络表，并可对其进行检查。接下来就可以安装PROTEL15.PCB软件。安装好之后，新建PCB文件，加载库文件。点击“库编辑”，进入组件库管理，填加2010PCB库文件。加戴网络网络表首先依据电路板的实际尺寸（96mm*46mm）用绘图工具画出电路板框架，同时注意线宽
21、为1mm。点击“网络表”“加载网络表”，将自己在SCHEMATIC EDITOR中绘制的网络表加载进来。各个元件加载时需注意不能丢失元件或丢失封装号，否则有误，需重新修改之前绘制的网络图，再进行加载。加载散热片。点击“库编辑”“库管理”进入组件库管理，加载“1SR-15-11”，点击“放置”，将散热片加载进来。通过移动各元件，保证不出粉色框线，同时线与线之间尽量不交叉，得到各原件的摆放图。点击“自动”“自动面线”“进行全部网络的自动布线”，系统会对各零件自动布线。布线结束后，若图上出现绿色的线条，则表明有错误，需进行改动，直到没有错误为止。或点击“信息”“PCB图上状态”得到错误为0即可。所遇
22、问题：在一切开始之前，最让我搞不懂的便是两个软件的功能及作用，以及两软件制作出来的文件有什么关系，整套实习思路不清晰，不明确，不能按照一定的思想路线去完成。解答方法：当天老师讲述了PROTEL10的应用，未讲PROTEL15的应用。凭借一定计算机基础，只知道去画样子画图。在当天结束后，我搜索网络，在百度百科中得知了PROTEL的由来及功能，也了解了一些基本快捷方式，对之后的应用有了非常大的帮助。同时搜索到若想设计电路板中各元件排版，需要先设计一个元件关系图，也就是由PROTEL10所设计出来的文件，这样作为基础，加载到PROTEL15中，再进行排版。所遇问题：在使用PROTEL10中，开始的时
23、候用工具栏中的电线进行连接各元件，但之后由于粗心，不知不觉用画线工具进行相连，所以在图画完后，建立网络表，表中缺失很多零件。解答方法：反复查看原件图，发现元件之间相接的线颜色不一样，由电线工具画出来的是黑色，由画图工具画出来的是蓝色，便意识到我所用的线不对，所以进行了重新连线，问题就解决了四、 课题三 MF47型万用电表装配1. 万用表原理简要说明 今天要安装的MF47型万用表它的显示表头是一个直流A表，WH2是电位器用于调节表头回路中的电流大小，D3、D4两个二极管反向并联并与电容并联，用于保护限制表头两端的电压起保护表头的作用，使表头不至电压、电流过大而烧坏。电阻档分为1、10、100、1
24、k、10k、几个量程，当转换开关打到某一个量程时，与某一个电阻形成回路，使表头偏转，测出阻值的大小。（MF47型万用表原理图） 它由5个部分组成：公共显示部分；直流电流部分；直流电压部分；交流电压部分和电阻部分。线路板上每个档位的分布如下图，上面为交流电压档，左边为直流电压档，下面为直流mA档，右边是电阻档。测量线路板线路板见下图档ACV档DCV 档DCmA 档公用部分MF47万用表电阻档工作原理见下图，电阻档分为1、10、100、1k、10k、5个量程。例如将档位开关旋钮打到1时，外接被测电阻通过“COM”端与公共显示部分相连；通过“”经过0.5A熔断器接到电池，再经过电刷旋钮与R18相连，
25、WH1为电阻档公用调零电位器，最后与公共显示部分形成回路，使表头偏转，测出阻值的大小。2. 装配过程记录i. 清点好材料ii. 二极管、电容、电阻的识别与读数iii. 焊接前准备工作iv. 元件的焊接与安装在焊接练习板上练习合格后，对照图纸插放元器件，用万用表校验，检查每个元器件插放是否正确、整齐，二极管、电解电容极性是否正确，电阻读数的方向是否一致，全部合格后方可进行元器件的焊接。焊接完后的元器件，要求排列整齐，高度一致。为了保证焊接的整齐美观，焊接时应将线路板板架在焊接木架上焊接，两边架空的高度要一致，元件插好后，要调整位置，使它与桌面相接触，保证每个元件焊接高度一致。焊接时，电阻不能离开
26、线路板太远，也不能紧贴线路板焊接，以免影响电阻的散热。焊接时不允许用电烙铁运载焊锡丝，因为烙铁头的温度很高，焊锡在高温下会使助焊剂分解挥发，易造成虚焊等焊接缺陷。3. 安装、调试过程记录1) 提把的安装后盖側面有两个“”小孔，是提把铆钉安装孔。观察其形状，思考如何将其卡入 ，但注意现在不能卡进去。提把放在后盖上，将两个黑色的提把橡胶垫圈垫在提把与后盖中间，然后从外向里将提把铆钉按其方向卡入，听到“咔嗒”声后说明已经安装到位。如果无法听到“咔嗒”声可能是橡胶垫圈太厚，应更换后重新安装。大拇指放在后盖内部，四指放在后盖外部，用四指包住提把铆钉，大拇指向外轻推，检查铆钉是否已安装牢固。注意一定要用四
27、指包住提把铆钉，否则会使其丢失。将提把转向朝下，检查其是否能起支撑作用，如果不能支撑，说明橡胶垫圈太薄，应更换后重新安装。2) 电刷旋钮的安装取出弹簧和钢珠，并将其放入凡士林油中，使其粘满凡士林。加油有两个作用：使电刷旋钮润滑，旋转灵活；起黏附作用，将弹簧和钢珠黏附在电刷旋钮上，防止其丢失。将加上润滑油的弹簧放入电刷旋钮的小孔中，钢珠黏附在弹簧的上方，是、注意切勿丢失。3) 档位开关旋钮的安装电刷旋钮安装正确后，将它转到电刷安装卡向上位置，将档位开关旋钮白线向上套在正面电刷旋钮的小手柄上，向下压紧即可。4) 电刷的安装将电刷旋钮的电刷安装卡转向朝上，V形电刷有一个缺口，应该放在左下角，因为线路
28、板的3条电刷轨道中间2条间隙较小，外侧2条间隙较大，与电刷相对应，当缺口在左下角时电刷接触点上面2个相距较远，下面2个相距较近，一定不能放错。电刷四周都要卡入电刷安装槽内，用手轻轻按，看是否有弹性并能自动复位。5) 线路板的安装 电刷安装正确后方可安装线路板。安装线路板前先应检查线路板焊点的质量及高度，特别是在外侧两圈轨道中的焊点，由于电刷要从中通过，安装前一定要检查焊点高度，不能超过2mm，直径不能太大，如果焊点太高会影响电刷的正常转动甚至刮断电刷。线路板用三个固定卡固定在面板背面，将线路板水平放在固定卡上，依次卡入即可。如果要拆下重装，依次轻轻扳动固定卡。注意在安装线路板前先应将表头连接线
29、焊上。6) 最后是装电池和后盖，装后盖时左手拿面板，稍高，右手拿后盖，稍低，将后盖从向上推入面板，拧上螺丝，注意拧螺丝时用力不可太大或太猛，以免将螺孔拧坏。五、 课题设计总结本人有幸今年参加了昆明理工大学安排的为期两周的电工实习，并从实习中学到了很多东西，使我更深刻地了解到了实践的重要性。只具有理论知识是不行的，更要有动手能力。通过实习我们更加体会到“学以致用”这句话中蕴涵的深刻理。 在这次的实习中我们学习了两个软件的使用（分别为multisim与protel），也因为这次的实习我们才有了对这两个软件的认识和学习。 其中电子电路的设计和仿真主要是运用multisim软件实现，这个软件对我们的学
30、习有很大的辅助作用，通过对电路原理的理解，元件的调配，整体电路的调试过程，我学到了许多东西。而对于万用表的安装，由于之前做过模电实验，生活中也积累了一些经验，所以还比较得心应手。通过这次的工艺实习，我还学会了基本的焊接技术，在实习过程中最有趣的一项就是焊接。焊接是金属加工的基本方法之一。其基本操作“五步法”准备施焊，加热焊件，熔化焊料，移开焊锡，移开烙铁看似容易，实则需要长时间练习才能掌握。对于焊点的大小，高度也有严格的要求，不然极有可能变成虚焊假焊，使整个电路无法工作，在这次的装配中我也深深的明白了“千里之堤溃于蚁穴”的含义。在老师和同学的帮助下，我很快完成了装配和焊接。虽然做的东西不一定精
31、美，但在这个过程中，我慢慢的从焊接点要返工，手也在抖变成了一秒一焊，毫不犹豫，看着一个个越来越精致的焊点，我越来越有成就感。带充电功能的可调直流稳压电源印刷电路板的设计，老师给了电路图，讲解的也很详细，但这次试验却是需要两个软件配合，共同完成的。每一步都要细致，软件也配合了纠错功能，对我们的设计具有很好的帮助作用。首先是原理图的绘制，跟前面的仿真差不多，接线盒结点是要格外注意的地方。然后导入PCB设计印刷电路板时，布线也花了很长时间，在慢慢的研究过程中才发现了窍门，也让我知道，只要用心去做一件事，一定会收到效果的。通过这次的实习，我对protel10有了很好的了解，也认真的去学习了这个软件，我
32、 希望在以后我们能对每次的实习都很认真负责，去锻炼自己的动手能力。本次实习的目的主要是使我们对电工工具、电器元件及线路仿真软件有一定的感性和理性认识；了解一些线路原理以及通过线路图安装、焊接、调试的方法；对电工技术等方面的专业知识做初步的理解；培养和锻炼我们的实际动手能力，使我们的理论知识与实践充分地结合，做到不仅具有专业知识，而且还具有较强的实际操作能力。 这次的实习虽短，但我却收获良多，每天去机房找老师验收成果的日子真的是稍纵即逝，我很珍惜这次机会，也觉得学校开设这门课程对我们来说真的是帮助很大。但实际的应用是建立在良好的理论知识的学习上的，所以我会继续努力，学习更多的知识，不断进步！六、 附图1. 可调直流稳压电源原理图2. 可调直流稳压电源印刷板图七、 参考文献u 模拟电子技术基础（第四版） 童诗白 华成英 主编 高等教育出版社u 电子技术实验实习教程 杨立功 主编 何春 副主编 冶金工业出版社u 电子技术与应用实践 李关华 编著 化学工业出版社u MF47万用表一般故障检修作者 胡春静 胡伟 摘自中国电力教育2008年S3期u 模拟集成电路原理与应用 吴运昌 编著 广州 华南理工大学出版社
