电子技术课程设计指导书2014

《电子技术》课程设计指导书

课题一 数字抢答器

一、设计要求

1. 数字抢答器应具有数码锁存、显示功能，抢答组数分为八组，即序号0、1、2、3、4、5、6、7，优先抢答者按动本组开关，组号立即锁存到LED显示器上，同时封锁其它组号。

2. 系统设置外部清除键，按动清除键，LED显示器自动清零灭灯。

3. 数字抢答器定时为30秒，启动起始键后，要求：①30秒定时器开始工作；②扬声器要短暂报警；③发光二极管亮灯。

4. 抢答者在30秒内抢答，抢答有效，终止定时；30秒定时到，无抢答者本次抢答无效，系统短暂报警，发光二极管灭灯。

二、总体参考方案

数字抢答器总体参考方案框图如图2.1所示。

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（抢答器键号）

图2.1 数字抢答器总体参考方案框图

它包括定时电路、门控电路、译码显示电路、8线-3线优先编码器、RS锁存器和报警电路等六个部分组成。其中定时电路、门控电路、译码显示电路及8线-3线优先编码器三部分的时序配合尤为重要，当启动外部操作开关（起始键）时，定时器开始工作，同时打开门控电路，输出有效，8线-3线优先编码器等待数据输入，在定时时间内，优先按动开关的组号立即被锁存到LED显示器上，与此同时，门控电路输出无效，8线-3线优先编码器禁止工作；若定时到而无抢答者，定时电路立即关闭门控电路，输出无效，封锁8线-3线优先编码器，同时发出短暂报警信号。

三、设计及调试提示

将系统划分为简单的数字抢答器和定时与报警两部分，建议分别设计及调试，各完成设计要求中的1、2和3、4两项，最后进行联调。

四、报告要求

1．画出数字抢答器的原理电路图。 2．列出实验数据和时序波形。 3．收获与体会。

五、思考题

1．在数字抢答器中，如何将序号为0的组号，在七段显示器上改为显示8？ 2．在数字抢答器中，如何将抢答组数扩展到10组，如何设计优先编码器？

课题二 串联式直流稳压电源

1．设计目的：

通过直流稳压电源的设计，要求学会：

（1）选择变压器、整流二极管、滤波电容器、三极管以及运放等元器件设计直流稳压电源。

（2）掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。

2．设计任务：

（1）设计要求

① 输出直流电压为9V～18V连续可调。 ② 运用PSpice模拟测试有关技术指标。 （2）撰写设计报告及设计总结。

3．基本原理：

（1）原理框图

见教材P443图10.0.1所示，具体包括以下各部分 ① 变压器降压。

② 桥式整流及电容滤波。 ③ 取样、调整及比较放大

见教材P453图10.2.1及P473习题10.2.3所示。 （2）主要性能指标及测试方法： ① 纹波电压：

纹波电压是指迭加在输出直流电压V0上的交流分量。可用示波器观测其峰-峰值，一般为毫伏量级。 ② 稳压系数γ

稳压系数γ指的是在负载电流和环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即

γ＝（ΔV0/ V0）/（ΔVI/VI） ③ 输出电阻R0

输出电阻R0指的是当输入电压不变时，输出电压的变化量（负载的变化而引起）与输出电流的变化量之比，即：

R0＝ΔV0/ΔI0

4．设计指导：

（1）稳压电路输入电压VI的确定：

为保证电网较低时能处于稳压状态，要求VI≥VOmax ＋(VI－V0)min

式中（VI－V0）min是稳压器的最小输入输出电压之差值，典型值为3V。按一般电源指标要求，输入交流电压220V变化±10％时，电源应能够稳压。所以稳压电路的最低输入电压约为：

VImin≈[V0max+(VI－V0)min]/0.9

所以，要求输出电压为9～18V范围时,VI＝[18＋3]/0.9=24V （2）变压器副边电压及匝数比的确定： 设变压器的副边电压的有效值为V2。则有： V2＝VI/1.2＝20V 变压器原边与副边的匝数比为：

N1/N2＝V1/V2＝220/22＝10

（3）滤波电容的确定：

因输出电压为9～18V，电流I0≤2A，所以负载电阻最小为RL＝18/2＝9Ω，滤波电容的取值应满足关系式：

RLC≥(3～5)T/2

其中T是输入正弦交流电压的周期，因此有：

C≈5×0.01/（9×2）＝0.0027F＝2700µF

实际取为2000～2500µF均可。

5．设计步骤

（1）绘制电路原理图。

启动PSpice程序,打开Schematic窗口（见参考书P7），点击Draw\Get New Part菜单命令，在 弹出的Part Browser Advanced对话框中左侧的Full List窗口中找到各种所需的元器件的图形符号 如表1所示。调出所需元件图符并将它们连接成教材中的图10.2.3所示电路。其中变压器可以不必 画出，而在v2处接一个正弦电压源图符VSIN即可。 在图中，电阻，电容和直流电压源的参数值的修 改方法是；分别双击这些元件的参数值，即可对它们进行修改。 （2）正弦电压的设置。

正弦电压的幅值，频率和初相位等参数的设置方法见参考书P102所示。在本次设计中,因为有效 值V2＝20V,即v2＝202sinωt＝28sinωt(V)，因此可以设幅值为28V，频率为50Hz，初相位为0。 （3）运算放大器的直流电源的连接。

运算放大器μA741需用两组直流电源，其中4号引脚（V－端）应接一个（10～18）V的直流电压 源（符号为VDC）的负极，7号引脚（V＋端） 则应接另一个直流电压源（数值同上）的正极。 （4）R1，R2，和R5的估算。

① R1估算

假设三极管T1的集电极电流为数十毫安的数量级（10～100mA）且达到饱和，则R1的数值可用下 面的式子进行计算：

R1 ＝(VA－VB－2 ×VBE－VCES) ×IC1 ＝1kΩ～10kΩ

其中VA和VB的数值可参见教材的题10.2.3所示，VBE＝0.7V，VCES≈0.3V。 ② R2的估算

因为VC ＝VZ＝4.7V，则IZ＝10～30mA，又假设RP指向中点，则VD＝6V，所以R2的值可为：

R2＝（VB－VC）/（IZ）＝200～600Ω

③ R5的估算

假设T1的基极电流很小，且VZ＝4.7V,IZ＝10～30mA，则有R5＝(VA－VE)/IZ＝600Ω～1.9kΩ。 (5)结点的命名

在绘制的电路图中，双击各个结点或导线，在弹出的设置框中输入对应的字符（例如A、B、 C、D、E等）,即可完成各个结点的命名。

（6）输出电压的计算输出电压的Vo（即VB）的计算可参见 教材P473习题10.2.3所示。

6.仿真及测量

（1）观察电压波形。

① 完成电路图的绘制，并设置好相应的参数之后，将图形文件保存到相应的（自己设定，避免 使用汉字）文件夹中。

② 设置分析类型。 见参考书P103，设置瞬态分析，其中的打印补长（Print Step）可设为1ms 以下的值，终止时间（Final time）可设置80～120ms。

③ 观察电压vA和vO的波形。按参考书 P103所示 ，点击Analysis\simulale菜单命令，运行模 拟分析程序，完成后界面自动跳入Probe窗口。点击Trance\Add Tracec 菜单命令，在弹出的Add Tracec对话框中，分别点击V（A）和V（B），即可得到VA和VB电压的波形图。 （2）测量vA和vB的平均值以及纹波电压的峰—峰值。

① 将vA和vO的波形图局部放大。具体分法可见参考书P132，点击Plot\Axis Setting 菜单命 令，打开Axis Setting 对话框，选中User Define 选项之后，即可设置一个较小的时间范围（例 如60～80ms）。

② 启动标尺进行测量。见参考书P94所述的方法，点击Trace\Cursor\Display 菜单命令，分 别测量vA和vO的平均值及其纹波电压的峰—峰值。 （3）测量并计算输出电阻RO＝∆VO/∆IO。

① 将前述原理图文件复制或者另存（Save as...）一份，并且另外设置一个文件名，然后将另 存的这份电路图中的桥式整流、电容滤波和正弦电压源等全部删除，并从A点接入一个直流电压源， 图符为VDC，双击默认的数值（0V）将其修改为24V。再从输出端接入一个负载电阻R6，并按前面所 述的方法从元件库中调出参数元件PARAM图符，设置方法见参考书P83所示。

② 设置分析类型。为了测量RO，应设置直流扫描中的参数扫描分析，设置方法可见参考书P83所

示，设置负载电阻R6的起始值（start value）为300Ω左右，终止值（End Value）约为800Ω左右，增量（Increment）设为1即可。

③ 运行仿真程序。按照第（1）条观察电压波形的第③步所示的方法，打开Probe窗口观察输出电压V(B)随负载电阻R6的变化曲线。

④ 按照参考书P85所示的方法，在X Axis Variable窗口点击I(R6)变量,即可得到负载电压VO即V（B）随负载电流I(R6)的变化而变化的模拟曲线，参见教材P477图(c)所示。启动标尺的测量功能，即可测量ΔVO和ΔIO即ΔI(R6)的值，以便计算输出电阻RO的值。 （4）测量稳压系数 ＝（ΔVO/VO）/（ΔVI/VI）

① 按照第(3)条（测量RO时的）第②步的设置分析类型时的同样的方法（参考书P83），选中扫描变量(sweep Var. Type)为电压源(Voltage source),扫描变量的名称(Name)设置为直流电源的名称(如VI)，变化范围可以在20～28V的范围内设定。

② 运行分析程序后即可得到输出电压VO随输入电压VI的变化关系曲线，参见教材P477图（d）所示。再次启动标尺测量功能，即可求得稳压系数的值。 7.撰写设计报告(见后面附件) 说明：考核方式与评分办法

1．两人一组固定实验台位，到课出勤考核占20％ 2．独立自主完成设计占20％（指导老师检查验收） 3．完整的设计过程与内容占40%

4．设计报告的撰写（避免抄袭与拷贝）占20％

5．实验设备、仪器、工具等不得损坏与丢失，爱护公共卫生，否则照价赔偿并酌情减分。

（电子技术课程设计）

设计说明书

数字抢答器的设计 串联式直流稳压电源的设计

起止日期： 2014 年 12 月 22 日 至 2014 年 12 月 26 日

学班学成

生姓名 级 号 绩

电子信息1201

指导教师(签字)

电气与信息工程学院 2014年 12 月 3 日

一、设计题目：

数字抢答器的设计（串联式直流稳压电源的设计）

二、设计目的：

前面资料有

三、设计任务及要求：

前面资料有

四、设计步骤：

1.绘制电路原理图 步骤简介并附图 ……

2.各元件参数的修改和设置 (1)电阻

写出R1、R2、和R5的具体估算值。 (2)正弦电压源的设置 过程简介并附图 ……

(3)工作原理简介

对原理作简单介绍并计算输出电压VO的调节范围 ……

五、仿真与测量

1.观察输入输出电压波形 步骤简介并附图 ……

2.电压平均值及其纹波的测量 步骤简介并附图 ……

3.输出电阻Ro的测量与计算 步骤简介并附图 ……

4.稳压系数γ的测量与计算 过程简介并附图 ……

六、总结（收获与体会）

……………… 500字以上