信息一級(jí)項(xiàng)目

1、信息與電氣工程學(xué)院電子信息工程CDIO一級(jí)項(xiàng)目（2014/2015學(xué)年第一學(xué)期）題 目 ： 電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) ： 電子信息工程 學(xué)生姓名 ： 阿三三 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 馬永強(qiáng) 設(shè)計(jì)周數(shù) ： 2周 設(shè)計(jì)成績(jī) ： 年 1 月 4 日1、CDIO項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的(1)熟悉常用的電子元件（如電阻、電容、二極管、三極管）以及特殊元器件（光敏管、晶體管、集成電路IC等）的種類及各自的結(jié)構(gòu)原理。（2）掌握這些常用電子器件的測(cè)試方法。（3）掌握利用EWB或multisim電路仿真操作的方法。2、CDIO設(shè)計(jì)正文2.1幾種基本器件認(rèn)識(shí)2.1.1電阻(1)電阻的概念：電阻表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小,

2、導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大。不同的導(dǎo)體電阻一般不同，電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)。電阻元件是對(duì)電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件。（2）電阻的種類：薄膜類：金屬膜電阻、金屬氧化膜電阻、碳膜電阻合金類：線繞電阻、精密合金箔電阻合成類：金屬玻璃釉電阻、實(shí)芯電阻、合成膜電阻厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)敏感類：光敏電阻，熱敏電阻等 （3）電阻的結(jié)構(gòu)原理：薄膜類：在玻璃或陶瓷基體上沉積一層碳膜、金屬膜、金屬氧化膜等形成電阻薄膜，膜的厚度一般在幾微米以下。合金類：用塊狀電阻合金拉制成合金線或碾壓成合金箔制成電阻合成類：將導(dǎo)電材料與非導(dǎo)電材料按一定比例混合成不同電阻率的材料后制成的電阻。敏感類：使用不同材料和工藝制造

3、的半導(dǎo)體電阻，具有對(duì)溫度、光照度、濕度、壓力、磁通量、氣體濃度等非電物理量敏感的性質(zhì)，這類電阻叫敏感電阻。（4）電阻的測(cè)試方法：a. 萬(wàn)用表測(cè)量法把萬(wàn)用表轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥至電阻擋（×1，×10，×100，×1K），選擇適當(dāng)?shù)牧砍蹋瑑杀砉P短接后旋轉(zhuǎn)調(diào)零旋鈕使指針指在零刻線上，然后兩表筆分別接觸待測(cè)電阻的兩端，從萬(wàn)用表指針?biāo)傅臄?shù)值即可知道電阻值。（注：電阻值等于指示數(shù)值乘以所選量程的倍數(shù)）b. 伏安法器材：電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、電源、待測(cè)電阻和導(dǎo)線。測(cè)量方法：電路如圖1所示，用電壓表測(cè)出待測(cè)電阻Rx兩端的電壓U，用電流表測(cè)出通過(guò)Rx的電流I，則Rx=

4、U/I。伏安法測(cè)電阻有內(nèi)接法和外接法兩種，如圖1（a）和（b）所示。當(dāng)待測(cè)電阻Rx的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻時(shí)，用圖1（a）方法測(cè)量，誤差較?。划?dāng)Rx的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流表的內(nèi)阻時(shí)，用圖1（b）的方法測(cè)量，誤差較小。2.1.2電容（1）電容的概念：電容是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量我們把電容器兩極板間電勢(shì)差增加一伏所需的電量叫做電容器的電容。（2）電容的種類：常用的電容有固定電容電解電容。（3）電容的工作原理：最簡(jiǎn)單的電容器是由兩端的極板和中間的絕緣電介質(zhì)（包括空氣）構(gòu)成的。通電后，極板帶電，形成電壓（電勢(shì)差），但是由于中間的絕緣物質(zhì)，所以整個(gè)電容器是不導(dǎo)電的。不過(guò)，這樣的情況是在沒(méi)有超過(guò)電容

5、器的臨界電壓（擊穿電壓）的前提條件下的。我們知道，任何物質(zhì)都是相對(duì)絕緣的，當(dāng)物質(zhì)兩端的電壓加大到一定程度后，物質(zhì)是都可以導(dǎo)電的，我們稱這個(gè)電壓叫擊穿電壓。電容也不例外，電容被擊穿后，就不是絕緣體了。不過(guò)在中學(xué)階段，這樣的電壓在電路中是見(jiàn)不到的，所以都是在擊穿電壓以下工作的，可以被當(dāng)做絕緣體看。 但是，在交流電路中，因?yàn)殡娏鞯姆较蚴请S時(shí)間成一定的函數(shù)關(guān)系變化的。而電容器充放電的過(guò)程是有時(shí)間的，這個(gè)時(shí)候，在極板間形成變化的電場(chǎng)，而這個(gè)電場(chǎng)也是隨時(shí)間變化的函數(shù)。實(shí)際上，電流是通過(guò)場(chǎng)的形式在電容器間通過(guò)的。（4）電容的測(cè)試方法：a.電容表法 利用電容表直接讀取電容量。機(jī)械式電容表需外接工頻電

6、源,準(zhǔn)確度較低，一般在2.5級(jí)以下。數(shù)字電容表由電池供電,測(cè)試頻率為數(shù)百赫,測(cè)量范圍從數(shù)皮法到數(shù)千微法,誤差為滿刻度的±(0.51.0)±1字?？勺鳛闇?zhǔn)確度要求不太高時(shí)的電容測(cè)量?jī)x表。 b.三表法使用電壓表、電流表和功率表測(cè)量電容量。由三表的讀數(shù)U、I、P 以及電源的角頻率 ,根據(jù)公式得到電容量。若損耗可忽略,P0, ,此時(shí)只用電壓表、電流表的讀數(shù)由CI/(U)即可計(jì)算出電容量。c.諧振法 將標(biāo)準(zhǔn)電感Ls和待測(cè)電容C 組成串聯(lián)或并聯(lián)回路，由高頻信號(hào)發(fā)生器供電。調(diào)節(jié)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率，使回路諧振。由諧振頻率f0可根據(jù)公式得到

7、電容量。2.1.3二極管（1）二極管的概念：二極管又稱晶體二極管，也叫半導(dǎo)體二極管，用半導(dǎo)體單晶材料（主要是硅和鍺）制成，是半導(dǎo)體器件中最基本的一種器件，是一種具有單方向?qū)щ娦缘臒o(wú)源半導(dǎo)體器件。（2）二極管的種類：按材料分：鍺二極管、硅二極管按結(jié)構(gòu)分：點(diǎn)接觸二極管、面結(jié)構(gòu)二極管按工作原理分：肖特基二極管、隧道二極管、雪崩二極管、齊納二極管、變?nèi)荻O管按用途分：功率二極管、檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開(kāi)關(guān)二極管、發(fā)光二極管、光電二極管、阻尼二極管、雙基二極管（3）二極管的結(jié)構(gòu)原理：晶體二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存

8、在外加電壓時(shí)，由于P-N 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，P-N結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象（4）二極管的測(cè)試方法：判斷二極管的極性：根據(jù)二極管的正向電阻小，反向電阻大的特點(diǎn)可判斷二極管的極性。將萬(wàn)用表?yè)艿綒W姆擋

9、（般用R×100或R×1k擋、不要用R×1擋或R×10k擋。因?yàn)镽×1擋使用電流太大，容易燒毀管子；而R×10k擋使用的電壓太高，可能擊穿管子）。用表筆分別與二極管的兩極性相連，測(cè)出兩阻值，在所測(cè)得阻值較小的一次，與黑表筆相連的一端即為二極管的正極。同理，在所測(cè)得阻值較大的一次，與黑表筆相接的一端為二極管的負(fù)極。如果測(cè)得的反向電阻很小，說(shuō)明二極管內(nèi)部短路；若正向電阻很大，則說(shuō)明管子內(nèi)部斷路。在這兩種情況下二極管就需報(bào)廢。判斷二極管的材料：硅二極管一般正向壓降為0.6V0.7V，正向壓降為0.IV0.3V，所以測(cè)量一下二極管的正向?qū)?/p>

10、壓，便可判斷被測(cè)二極管是硅管還是鍺管。方法是在干電池的端串一個(gè)電阻（lk），同時(shí)按極性與二極管相接，使二極管正向?qū)?，這時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量二極管兩端的管壓降，如果是0，6V0.7V即為硅管濁口為0，IV0，3V即為鍺管。2.1.4三極管（1） 三極管的概念：半導(dǎo)體三極管也稱雙極型晶體管,晶體三極管,簡(jiǎn)稱三極管,是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件. （2） 三極管的分類：按結(jié)構(gòu)分：PNP型三極管、NPN型三極管按材料分：硅三極管、鍺三極管按三極管工作頻率分：有低頻管、高頻管按三極管允許耗散的功率分：有小功率管、中功率管和大功率管。（3） 三極管的判別方法：三極管基極的判別：根據(jù)三極管的結(jié)構(gòu)示意

11、圖，我們知道三極管的基極是三極管中兩個(gè)PN結(jié)的公共極，因此，在判別三極管的基極時(shí)，只要找出兩個(gè)PN結(jié)的公共極，即為三極管的基極。具體方法是將多用電表調(diào)至電阻擋的R×1k擋，先用紅表筆放在三極管的一只腳上，用黑表筆去碰三極管的另兩只腳，如果兩次全通，則紅表筆所放的腳就是三極管的基極。如果一次沒(méi)找到，則紅表筆換到三極管的另一個(gè)腳，再測(cè)兩次；如還沒(méi)找到，則紅表筆再換一下，再測(cè)兩次。如果還沒(méi)找到，則改用黑表筆放在三極管的一個(gè)腳上，用紅表筆去測(cè)兩次看是否全通，若一次沒(méi)成功再換。這樣最多沒(méi)量12次，總可以找到基極。 三極管類型的判別： 三極管只有兩種類型，即PNP型和NPN型。判別時(shí)只

12、要知道基極是P型材料還N型材料即可。當(dāng)用多用電表R×1k擋時(shí)，黑表筆代表電源正極，如果黑表筆接基極時(shí)導(dǎo)通，則說(shuō)明三極管的基極為P型材料，三極管即為NPN型。如果紅表筆接基極導(dǎo)通，則說(shuō)明三極管基極為N型材料，三極管即為PNP型。 2.1.5光敏管（1）光敏二極管的概念：光敏二極管是一種PN結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電器件.與一般半導(dǎo)體二極管類似，其PN結(jié)裝在管的頂部，以便接受光照，上面有一個(gè)透鏡制成的窗口，可使光線集中在敏感面上。光敏二極管在電路中通常工作在反向偏壓狀態(tài)。（2）光敏管的種類：光敏二極管、光敏三極管（3）光敏二極管的結(jié)構(gòu)及工作原理：a.光敏二極管的工作原理如圖7-9所

13、示，在無(wú)光照時(shí).處于反偏的光敏二極管，工作在截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越限擋層，形成微小的反向電流即暗電流。  當(dāng)光敏二極管受到光照時(shí),PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，從而使P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在外加反偏電壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用下，P區(qū)少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)人N區(qū)，N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)人P區(qū)，從而使通過(guò)PN結(jié)的反向電流大為增加，這就形成了光電流。b.光敏三極管的結(jié)構(gòu)及工作原理光敏三極管與普通半導(dǎo)體三極管一樣，是采用半導(dǎo)體制作工藝制成的具有NPN 或PNP 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管。它在結(jié)構(gòu)上與半導(dǎo)體三極管相似，它的引出電

14、極通常只有兩個(gè)，也有三個(gè)的。光敏三極管的結(jié)構(gòu)如圖所示。為適應(yīng)光電轉(zhuǎn)換的要求，它的基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做得較小，入射光主要被基區(qū)吸收。和光敏二極管一樣，管子的芯片被裝在帶有玻璃透鏡金屬管殼內(nèi)，當(dāng)光照射時(shí)，光線通過(guò)透鏡集中照射在芯片上。 將光敏三極管接在圖所示的電路中，光敏三極管的集電極接正電位，其發(fā)射極接負(fù)電位。當(dāng)無(wú)光照射時(shí)，流過(guò)光敏三極管的電流，就是正常情況下光敏三極管集電極與發(fā)射極之間的穿透電流Iceo 它也是光敏三極管的暗電流，其大小為Iceo =(1 + hFE) I式中: Icbo-集電極與基極間的飽和電流;hFE -共發(fā)射極直流放大系數(shù)。 當(dāng)有光

15、照射在基區(qū)時(shí)，激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)增加了少數(shù)載流子的濃度，使集電結(jié)反向飽和電流大大增加，這就是光敏三極管集電結(jié)的光生電流。該電流注入發(fā)射結(jié)進(jìn)行放大，成為光敏三極管集電極與發(fā)射極間電流，它就是光敏三極管的光電流?？梢钥闯觯饷羧龢O管利用普通半導(dǎo)體三極管的放大作用，將光敏二極管的光電流放大了( I + hFE) 倍。所以，光敏三極管比光敏二極管具有更高的靈敏度。當(dāng)基極開(kāi)路時(shí)，基極-集電極處于反偏.當(dāng)光照射到PN結(jié)附近時(shí)，使PN結(jié)附近產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，它們?cè)趦?nèi)電場(chǎng)作用下，定向運(yùn)動(dòng)形成增大了的反向電流即光電流，由于光照射集電結(jié)產(chǎn)生的光電流相當(dāng)于一般三極竹的基極電流，因此集電極電流被放大了(f3+1)

16、倍，從而使光敏三極管具有比光敏二極管更高的靈敏度。 鍺光敏三極竹山于其暗電流較大，為使光電流與暗電流之比增大，常在發(fā)射極一基極之間接一電阻(5 kn左右)。對(duì)應(yīng)硅平面光敏三極管，由于暗電流很小(小于10-9A)。一般不備有基極外接引線，僅有發(fā)射極、集電極兩根引線。 2.2multisim仿真軟件2.2.1multisim仿真軟件的功能及特色Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。multisim提供了全面集成化的設(shè)計(jì)環(huán)境，完成從原理圖設(shè)計(jì)輸入、電路仿真分析到電路功能測(cè)試等工作。當(dāng)改變電路連接或改變?cè)?shù)，對(duì)電路進(jìn)行仿真時(shí)，可以清楚地觀察到各種變化對(duì)電路的影響。該軟件有以下特點(diǎn)：a.所見(jiàn)即所得的設(shè)計(jì)環(huán)境； b.互動(dòng)式的仿真界面c.動(dòng)態(tài)顯示元件（如LED，七段顯示器等）d.具有3D效果的仿真電路e.虛擬儀表f.分析功能與圖形顯示窗口2