1、第6单元 模拟电子技术应用与实践Dianzijishujibenjinengzonghexunlian电子技术基本技能综合训练Suiwenkongzhizitongdesheji水温控制系统的设计Hanshuxinhaofashengqidesheji函数信号发生器的设计Jianyidianziqindesheji简易电子琴的设计2022-8-5了解常用电子元器件的性能、掌握其检测和识别方法。掌握电阻器、电感器、电容器、三极管和集成电路的识别和测量方法。0101训练要求复习前面所学过的知识，能够运用它们进行电子电路的读图、识图。0202训练目的初步具备正确分析各电子电路的能力、理解电路元器件的
2、作用以及电路功能。2022-8-56.1 电子技术基本技能综合训练2022-8-56.1.1 光控开关的制作光敏电阻R的大小受光照控制：环境光线较强时，光敏电阻的阻值较小；环境光线变暗时，光敏电阻的阻值随之变大。电位器RW可调节电路光控的灵敏度。光敏电阻和电位器共同组成信号检测环节。三个三极管VT1、VT2和VT3构成信号放大调整环节。直流继电器J作为电路的执行器件，当通过直流继电器线圈的电流足够大时，可使与灯相串联的继电器触点J吸合，负载灯泡点亮。续流二极管VD用于释放直流继电器J断电瞬间线圈储存的能量，对电路中的三极管起保护作用。电路中各部分的功能。2022-8-56.1.1 光控开关的制
3、作当不同强度的光线照射在光敏电阻R上时，其阻值随光强的变化而变化，三极管VT1的基极电位也随之发生变化，此输入信号经VT1、VT2和VT3放大后，形成VT3的集电极电流，即通入直流继电器J的线圈电流。光照较强时，光敏电阻中通过的光电流较大，即VT1的基极电流、集电极电流均较大，使R1压降较大，造成VT2基极电位降低，VT2的集电极电位等于5V，VT2中较大的射极电流通过R2使VT3的基极电位增大，因此加在直流继电器J线圈上的电压减小，当流过线圈的电流小于线圈的吸合电流时，直流继电器J的常开触点不闭合，灯泡不会点亮。夜晚或光照较暗时，光敏电阻中只有很小的暗电流，即VT1的基极电流、集电极电流均变
4、小，使R1压降减小，造成VT2基极电位增高，VT3的基极电位减小，使加在直流继电器J线圈上的电压增大，当流过直流继电器的线圈电流大于线圈的吸合电流时，直流继电器J的常开触点闭合，灯泡点亮。2022-8-56.1.2 音频功率放大器的制作该音频功率放大器是一款电路简单、性价比高、容易制作的设备电路由电子开关、前置放大级、推动级和功放级四部分组成音频功率放大器是通过功放电路把传输的音频信号放大至一定的程度，从而驱动扬声器发出声音的一种音频设备。建议本音频功率放大器使用三节干电池作为供电电源该机整机供电电源为4.55.5V。如果供电电压小于4V，电路会出现较大的失真；如果供电电压大于6V，有可能烧坏
5、功放管。2022-8-52022-8-56.1.2 音频功率放大器的制作电子开关：由三极管VT1和VT2、电阻R1、R3、RW1组成。其中电阻R1、R3和RW1作为VT1和VT2的偏置电阻，同时RW1又用作音量调节电位器。前置放大级：音频信号经C1耦合送至由三极管VT3构成的前置放大级，R4和C2组成电源滤波电路，用于消除噪声和干扰信号，同时R4和RW2又是前置放大级的偏置电阻。推动级：VT4为功率放大器的推动级，它和VT3之间采用直接耦合方式，以避免信号在传输过程中产生损耗。互补对称功放级：VT5和VT6构成OTL互补对称的功放级，其中R8、R9、VD和R10构成两个功放管的偏置电路，它们还
6、可用来消除交越失真。音频信号经功率放大器、输出电容C8后，驱动扬声器发出声音。2022-8-5K闭合后，电流经VT1和VT2的发射极、电阻R3、开关K、电位器RW1到地形成回路，VT2的基极电流经VT2放大后使VT1进入深度饱和状态，其饱和压降很小，电源电压几乎全部加在负载上，各级放大电路进入工作状态，指示灯LED点亮，R2为LED的限流电阻。音频信号经VT2放大后送入R4和C2组成的滤波电路，消除信号中的噪声等干扰信号，同时调节RW2的滑动触头改变VT3的静态值。VT3和VT3为直接耦合，构成音频放大器的推动级，对VT5和VT6两功放管传递信号。当音频信号经OTL互补对称的功放电路后被充分放
7、大，通过输出电容器C8后，驱动扬声器发出声音。2022-8-56.1.3 红外线报警器的制作电路的红外线传感检测环节采用了SD02型热释电人体红外传感器。在没有检测到人体辐射出的红外线信号时，传感器无电流输出；当人体静止在检测区域内时，红外线照射到光能的光电流在回路中相互抵消，传感器仍然没有信号输出；当人体在检测区域内移动时，照射到的红外线能量不相等，光电流在回路中不能相互抵消，传感器有信号输出。红外线报警器可发出红外线，当红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。若障碍物不变化不报警，只有移动物体触犯了红外线时，探头才会检测异常而报警。该红外线报警器电路包括红外线传感检测环节、放大
8、滤波环节、比较环节、基准电压和指示电路等。2022-8-56.1.3 红外线报警器的制作电路中R3、C4、C5构成退耦电路，R1为传感器的负载，C2为滤波电容，用于滤掉高频干扰信号。4个集成运放均为LM324芯片，LM324是低成本的四路运算放大器，具有差分输入，抑制共模信号的能力很强。运放A1、A2等构成了放大滤波环节，经过两级放大后的传感器信号总共被放大了约4704倍。C1和C2是两个单门限电压比较器，构成了报警器的比较环节：当A2的输出信号输入进C1比较器的同相端和C2比较器的反相端时，分别与它们的基准电压比较，确定两个电压比较器的输出为高电平还是低电平。电阻R10、R11和R12组成分
9、压电路，为电路提供基准电压。比较器C1的基准电压值约为3V；比较器C2的基准电压值约为2V。指示电路主要由两个发光二极管LED组成，其中LED1发红光、LED2发绿光。2022-8-56.1.3 红外线报警器的制作当没有移动物体进入传感器监视范围时，传感器无信号，运放A1的静态输出约为0.41V；A2静态时由于同相端电位约为2.5V，UB2.5VUA，电压比较器C1、C2输出均为低电平，故LED1和LED2不能发光，报警器不报警。当人体进入红外传感器的监视范围内时，会产生一个幅度约为1mV的交流电压，该电压的频率取决于人体移动的速度。如果是正常行进速度，则频率约为6Hz。这个电压信号经两级运算
10、放大器放大后，A2输出约大于3V，因此C1输出高电平，红色指示灯点亮；当人体退出传感器监视范围时，A2输出约小于2V，此时C2输出为高电平，绿色指示灯点亮。因此，当人体在监视范围内走动时，两个指示灯交替点亮，不断闪烁。2022-8-56.2 水温控制系统的设计温度控制器是实现测量温度和控制温度的电路。通过对温度控制电路的设计、安装和调试，可了解温度传感器件的原理和性能，进一步熟悉集成运算放大器的线性和非线性电路在实际电路中的应用。（1）温控制系统应具有温度采集功能，测温和控温范围为室温60C，精度为1C。（2）温度控制器通过比较采集到的温度和设定温度的数值，控制执行机构的动作。2022-8-5
11、6.2 水温控制系统的设计该电路中，温度传感器的作用是把温度信号转换成电流或电压信号；K-变换器将绝对温度K变换成摄氏温度；信号经放大和刻度定标(0.1V/)后，送入比较器与预先设定的固定电压（对应控制温度点）进行比较；由比较器输出电平的高低变化来控制执行单元工作，利用执行单元的通断，实现温度自动控制。2022-8-56.2 水温控制系统的设计温度传感器：建议采用电流型二端器件AD590集成温度传感器进行温度电流转换。AD590具有良好的互换性、线性和消除电源波动的特性。输出阻抗达10M，转换当量为1s/K。器件采用B-1型金属壳封装。温度电压变换电路如右图。（1）了解温度传感器AD590的管
12、脚定义、工作原理和性能。（2）了解和熟悉集成运算放大器的引脚排列和功能。（3）理解集成运算放大器的线性应用和非线性应用电路的工作原理。（4）设计相应的电路图，标注元件参数，并进行仿真验证。2022-8-56.2 水温控制系统的设计K-变换器：AD590的温度控制电流值对应绝对温度K，而在温度控制中需要采用，由运放组成的加法器可以实现这一转换。确定参考电路图中的参数以及选取UR的指导思想是：0(273K)时，K-变换器的输出电压uo2=0V。K-变换器的参考电路如右图示。放大器和比较器：用反相比例运算器作为放大器，使其输出uo3满足100mV/。其温度显示可用数字电压表实现。电路比较器的参考电路
13、如图6.7所示。电路中的UREF是控制温度的设定电压值，RF2用于改善比较器的滞回特性，决定控温精度。2022-8-56.2 水温控制系统的设计执行元件：执行单元用继电器驱动电路如图示。当被测温度超过设定温度时，继电器动作，使触点断开停止加热。反之，当温度低于设置温度时，继电器触点闭合，对水进行加热。如设定温度为50，则UREF=5V。比较器输出可接一个LED发光管指示。把温度传感器加热（可用电吹风）的温度小于设定值前，LED应一直处于点亮状态，反之，则熄灭。如果控温精度不良或过于灵敏造成继电器在被控点抖动，可改变RF2的数值调节。（1）不可把集成运放的正、负电源极性接反或将输出端短路。（2）
14、实验过程中，每当更改电路时，必须首先断开电源，严禁带电操作。2022-8-56.2 水温控制系统的设计（1）写明设计题目、设计任务、设计环境以及所需设备元器件。（2）绘制经过实验验证、完善后的电路原理图。（3）编写设计说明、使用说明与设计小结。（4）列出设计参考资料。直流稳压电源 一台双踪示波器 一台函数信号发生器 一台数字万用表 一只EEL-69模/数实验装置 一套集成运放应用实验板 一块集成运算放大器A741、LM324、温度传感器AD590、三极管3DG6、三极管9012、三极管9013、发光二极管、电阻、电解电容、导线若干。2022-8-56.3 函数信号发生器的设计该电路适用于1kH
15、z10kHz范围内的各种频率。所有输出波形具有5V的峰值，其中方波和三角波为对称方波和对称三角波。利用集成运算放大器组成一个正弦波方波三角波的函数信号发生器电路。函数信号发生器能自动产生正弦波、三角波和方波等电压波形。2022-8-56.3.2 函数信号发生器的设计要求（1）进一步熟悉集成运算放大器的引脚排列和功能。（2）掌握RC桥式振荡电路的工作原理。（3）掌握电压比较器和积分电路的工作原理。（4）设计相应的电路图，标注元件参数，并进行仿真验证。先由RC桥式振荡电路产生正弦波，然后通过电压比较器（过零比较器）电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波。2022-8-56.3.3 函
16、数信号发生器的基本原理能够产生方波、三角波和正弦波的函数发生器可由运算放大器电路和分立元件构成。产生方波、三角波和正弦波的方案有多种，如首先产生正弦波、三角波，然后再将三角波变换成正弦波或将方波变换成正弦波；还可以采用一片能同时产生上述三种波形的专用集成电路芯片5G8038。本设计仅介绍产生方波、三角波，然后再产生正弦波的电路设计方法及集成函数信号发生器的典型电路。2022-8-56.3.3 函数信号发生器的基本原理（1）输出波形：方波、三角波、正弦波。（2）频率范围：输出频率范围一般可分为若干波段。（3）输出电压：输出电压一般指输出波形的峰峰值。（4）波形特性。正弦波：谐波失真度，一般要求小
17、于3%。三角波：非线性失真度，一般要求小于2%。方波：上升沿和下降沿时间，一般要求小于2s。2022-8-5方波发生器的工作原理如下：设uc(t)=0，输出电压初始值uo1=+UOM，uo1通过电阻R向电容充电，其充电电流方向如图示电路中的实线箭头所示。uC按指数规律上升，时间常数=RC；当uc=UTH时，uo1由+UOM跳变到UOM，之后，电容通过R放电，放电到0时再反向充电，如图中虚线所示。uC按指数规律放电，当uC=UTL时，uo1由UOM跳变到+UOM。之后，电容通过R又放电，放电到0时再正向充电。当uC=UTH时，uo1又由+UOM跳变到UOM，如此周而复始循环，得到的uo1即为方波
18、。因为电容正反向的充电条件相同，所以T1=T2，方波周期T=T1+T2。6.3.4 函数信号发生器的设计指导2022-8-5三角波发生器的工作原理如下：6.3.4 函数信号发生器的设计指导三角波发生电路由同相端输入的滞回比较器和反相积分器组成。反相积分器的输出uo2作为滞回比较器的输入，滞回比较器的输出uo1又作为反相积分器的输入。滞回比较器的阈值电压为：当uo1=+UOM时，OM21TLOM21TH-=URRUURRU和OMo2o11dUuuttRCRC 随时间负向线性增大；当uo2=UTL时，uo1由+UOM跳变为UOM。当uo1=UOM时，OMo2o11dUuuttRCRC 此时uo2随
19、时间正向线性增大；到uo2=UTH时，uo1由UOM跳变为+UOM。如此周而复始循环，得到的uo1为方波，uo2为三角波。2022-8-56.3.4 函数信号发生器的设计指导电路采用了差分放大电路实现变换。三角波变换为正弦波的波形变换是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性。电路中的RP1可调节三角波的幅度，RP2可调节整个电路的对称性，并联电阻Re2用来减小差分放大器的线性区，电容C1、C2、C3是隔直电容，C4是滤波电容，用来滤除谐波分量，改善输出波形。2022-8-56.3.5 参数选择和注意事项滤波电容C4视输出的波形而定，若含有高次谐波成分较多，C4可取得小一些，一般为几十皮法至几百皮
20、法即可。RE2和RP4相关联，以减小差分放大电路的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线来调整RP1及确定电阻R。（1）不可把集成运算放大器的正、负电源极性接反或将输出端短路。（2）在实验过程中，每当更改电路时，必须首先断开电源，严禁带电操作。三角波正弦波变换电路的参数选择为：隔直电容C1、C2、C3的容量要取得较大，因为输出频率很低，一般取值为470F。2022-8-56.3.6 设计报告要求（1）写明设计题目、设计任务、设计环境以及所需的设备元器件。（2）绘制经过实验验证、完善后的电路原理图。（3）编写设计说明、使用说明与设计小结。（4）列出设计参考资料。1产生正弦波的方法有
21、哪几种？能否简单说明各种方法的原理？2产生正弦波的方法有哪几种？能否简单说明各种方法的原理，并比较它们的优缺点？2022-8-56.4 简易电子琴的设计C调音阶对应的频率如下表所示，当按下某按键或开关时，电子琴电路能够起振，并发出该按键或开关对应的音阶。通过简易电子琴的设计和制作，可初步了解和掌握用不同频率的方波驱动扬声器，能产生不同的音调。通过本课程的设计，初步了解声音、音调和频率之间的关系，试采用RC正弦波振荡电路设计一个简易电子琴。C调调1234567if/Hz2642973303523964404955282022-8-56.4 简易电子琴的设计设计指导音乐中17七个基本音阶可通过不同
22、频率的方波产生：音阶之间的频率存在12平均律的关系，如C调的7个音阶的频率和周期分别为：312121440261.6HzT3.82ms2“”，512222440293HzT3.41ms2“”，712323440329.6HzT3.03ms2“”，812424440349.2HzT2.86ms2“”，2.55msTHz39222440551012”“，2.27msTHz44022440661212”“，2.02msTHz9.49322440771412”“，同时，每个音阶的频率，恰好是其低八度音阶频率的两倍。例如，C调的“6”=440Hz其低八度的“6”=220Hz其余音阶以此类推。2022-8
23、-56.4 简易电子琴的设计（1）熟悉集成运算放大器A741的引脚排列及功能。（2）熟悉RC正弦波振荡电路的工作原理。（3）设计相应的电路图，标注元件参数，并进行仿真验证。直流稳压电源 一台双踪示波器 一台函数信号发生器 一台数字万用表 一只EEL-69模拟、数字电子技术实验箱 一台“集成运算放大器应用”实验板 一块集成运算放大器A741、二极管、按键、开关、电阻、电容以及导线若干。2022-8-56.4 简易电子琴的设计1写明设计题目、设计任务、设计环境以及所需的设备元器件。2绘制经过实验验证、完善后的电路原理图。3编写设计说明、使用说明与设计小结。4列出设计参考资料。1集成运算放大器的正、负电源极性不要接反，不要将输出端短路，否则会损坏芯片。2在实验过程中，每当更改电路时，必须首先断开电源，严禁带电操作。2022-8-5
