電子系統(tǒng)設計實驗課程設計指導書

PAGEPAGE30實驗教學部分課內(nèi)實驗實驗一測量放大電路（前端）一、實驗目的自行設計與制作一個測量放大器，實現(xiàn)對弱信號的放大。掌握微弱信號放大電路的原理與制作方法；3、在老師的指導下，學會自主完成設計與制作。二、實驗性能要求1、差模電壓放大倍數(shù)Aud=1～500可調(diào)；2、差模輸入電阻≥10MΩ；3、最大輸出電壓為±10V；4、共模抑制比KCMR≥105三、預習內(nèi)容如何來測量放大器輸入電阻？推導出輸出UO和U1、U2的關(guān)系表達式？圖1-1電路圖圖1-1可做那些改進？圖1-1四、實驗內(nèi)容1、測量放大器的輸入電阻：直接測量法和分壓測量法。2、共模放大倍數(shù)的測量（表1-1）U1=U2（V）UO（mV）改變電位器RW的數(shù)值，觀看對共模輸出的影響。3、差模放大倍數(shù)的測量①調(diào)節(jié)RW的值，使得電壓放大倍數(shù)Aud為10，記下此時RW的阻值并完成下列表格。（表1-2）RW=U1（mV）U2（mV）UO（V）②調(diào)節(jié)RW的值，使得電壓放大倍數(shù)Aud為100，記下此時RW的阻值并完成下列表格。（表1-3）RW=U1（mV）U2（mV）UO（V）五、實驗報告要求1、根據(jù)實驗結(jié)果，整理實驗數(shù)據(jù)，計算出共模抑制比KCMR；2、將實驗過程中測得的電位器RW阻值代入UO和U1、U2的關(guān)系表達式，驗證一下差模放大倍數(shù)理論值。3、如果在測量差模放大倍數(shù)的操作中，輸入為正弦波信號，該怎樣測量？應注意哪些問題？實驗二電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路一、實驗目的理解壓控振蕩器（VCO）的原理和含義。按照圖2-1連接電路，該圖實際上就是鋸齒波發(fā)生電路，只不過這里是通過改變輸入電壓Vi的大小來改變波形頻率，從而將電壓量轉(zhuǎn)換成頻率參量。二、預習內(nèi)容1、指出圖2-1中電容C的充電和放電回路。2、定性分析用可調(diào)電壓Vi改變Vo頻率的工作原理，并推導出輸出頻率的表達式。3、電阻R2、R4、R5和C的數(shù)值如圖2-1中所示，求輸出信號幅值為多少？當輸入電壓值為3V，輸出頻率為多少？4、改變穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值對電路會有何影響？圖2-1電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路三、實驗內(nèi)容按圖2-1接線，用示波器監(jiān)視Vo波形。按表2-1內(nèi)容，測量電壓——頻率轉(zhuǎn)換關(guān)系。可先用示波器測量周期，然后再換算成頻率。（表2-1）Vi（V）012345T（ms）F（Hz）四、實驗報告要求1、根據(jù)實驗結(jié)果，整理實驗數(shù)據(jù)，畫出頻率——電壓關(guān)系曲線2、分析電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路的工作原理和轉(zhuǎn)換過程。3、電阻R4和R5的阻值如何確定？當要求輸出信號幅值為12Vp-p，輸入電壓值為3V，輸出頻率為300Hz，計算R4，R5的值。實驗三集成穩(wěn)壓器一、實驗目的1、了解集成穩(wěn)壓器的特性和使用方法。2、掌握直流穩(wěn)壓電源主要參數(shù)測試方法。二、預習要求1、復習教材中直流穩(wěn)壓電源部分關(guān)于電源主要參數(shù)及測試方法。2、查閱手冊，了解實驗使用穩(wěn)壓器的主要技術(shù)參數(shù)。3、估算如圖3-5電路中的輸出電壓范圍。4、擬訂測試步驟及記錄數(shù)據(jù)的表格。三、實驗內(nèi)容（一）穩(wěn)壓器的測試：實驗電路如圖3-1所示。圖3-1三端穩(wěn)壓器1、測試內(nèi)容①穩(wěn)壓器的輸出電壓。②電壓調(diào)整率。③電流調(diào)整率。④紋波電壓（峰峰值）。（二）穩(wěn)壓器性能實驗：如圖3-1的電路，測試直流穩(wěn)壓電源性能。1、保持穩(wěn)定輸出電壓的最小輸入電壓。2、輸出電流最大值及過流保護性能。（三）三端穩(wěn)壓器的靈活應用1、改變輸出電壓：實驗電路如圖3-2所示。圖3-2三端穩(wěn)壓電源按圖3-2接線，測量上述電路輸出電壓及變化范圍。2、擴大輸出電流：實驗電路如圖3-3所示。按圖3-3連接好電路，用萬用表測量輸出電流，并與實驗內(nèi)容（二）比較。圖3-3擴展電流的方法3、組成恒流源：實驗電路如圖3-4所示。圖3-4恒流源電路按圖3-4連接好線路，用萬用表測試電路恒流的作用。（四）可調(diào)穩(wěn)壓器：實驗電路如圖3-5所示。圖3-5可調(diào)穩(wěn)壓器LM317最大可接入電壓40V，輸出1.25~37V可調(diào)，本實驗輸入電壓只加15V。按圖接線，用萬用表測試：1、電壓輸出范圍。2、VT電壓是否隨V0ut變化而變化？3、按實驗內(nèi)容（一）測試各項指標。為了方便，可在可調(diào)電壓的中間值固定電壓測。四、實驗報告1、分析實驗結(jié)果，計算實驗內(nèi)容（一）的電路各參數(shù)。2、畫出實驗內(nèi)容（二）的輸出保護特性曲線。3、總結(jié)本實驗所用的三端穩(wěn)壓器的應用方法。實驗四兒童安全燈一、實驗目的本設計介紹一種用發(fā)光二極管構(gòu)成的照明電路，來解決晚間兒童學習時，一旦停電不見走路的不安全因素。該燈可用電池供電，耗電量極少，遇到停電發(fā)光二極管自動閃爍發(fā)亮。二、預習要求1、查閱資料，了解施密特觸發(fā)器的應用。2、掌握光敏電阻的參數(shù)的測量方法。3、分析圖4-1電路的工作原理。三、實驗內(nèi)容圖4-1兒童安全燈按圖4-1連接線路，當有光線照在光敏上，光敏電阻阻值較低，此時晶體管V1導通，從而晶體管V2截止，所以發(fā)光二極管不亮；一旦斷電，周圍環(huán)境變暗，光敏電阻阻值較大，此時晶體管V1截止，從而晶體管V2導通，所以發(fā)光二極管閃爍發(fā)亮。圖4-1兒童安全燈圖4-2CD4093的管腳圖集成芯片CD4093的管腳及功能介紹：CD4093為四個二輸入端的施密特觸發(fā)器，其管腳如圖4-2所示。在圖4-2中下面一個施密特觸發(fā)器構(gòu)成一個多諧振蕩器，上面一個構(gòu)成整形電路。圖4-2CD4093的管腳圖四、實驗報告1、查閱資料，計算出圖4-1施密特觸發(fā)器的振蕩頻率。2、如何將晶體管V1設計在開關(guān)狀態(tài)，如果光敏電阻的亮電阻為5K，暗電阻為500K，電位器RW取值如何？3、請思考用其它方法來實現(xiàn)電路功能。實驗五生日電子禮品一、實驗目的本實驗設計一個生日電子禮品。當你朋友用嘴吹生日蛋糕時，燈光一暗，該生日電子禮品就會奏出“祝您生日快樂”的音樂，同時兩個燈交替發(fā)出紅、綠光。二、預習要求1、查閱資料，了解NE555定時器的應用。2、掌握光電三極管參數(shù)的測量方法和元件的選用。3、分析圖5-1電路的工作原理。三、實驗內(nèi)容電路原理如圖所示：IC1是一片555定時器，構(gòu)成一個具有啟停功能的多諧振蕩器。RD端為低電平時，振蕩器停振，OUT端輸出為低電平。LED紅燈亮。IC2是存有“祝您生日快樂”樂曲的集成電路，其觸發(fā)方式是每觸發(fā)一次，就演奏樂曲一遍，演奏完畢即停止。圖5-1生日電子禮品圖5-1生日電子禮品在生日晚會上，有照明燈光時，光電三極管V1受光照而呈低阻值，IC1就不工作，OUT端輸出為低電平，IC2不觸發(fā)，揚聲器B不工作。當四周燈光熄滅時，光電管V1呈高阻，其集電極電位升高，IC1起振，發(fā)光二極管“LED紅”和“LED綠”交替發(fā)光。IC1剛起振時，輸出為高電平，IC2受觸發(fā)工作，輸出音樂信號，由晶體管V2推動揚聲器發(fā)出“祝您生日快樂”的樂曲。適當調(diào)整R2、R3阻值，可調(diào)節(jié)振蕩器頻率，即決定紅、綠發(fā)光二極管亮、滅的交替時間。電路如出現(xiàn)其他問題，大家可以結(jié)合所學知識進行排除。四、實驗報告1、指出圖5-1電路的電容C2的作用。2、如何根據(jù)光電三極管V1的參數(shù)來確定電阻R1取值？3、能否用其它方式來實現(xiàn)電路功能。實驗六鎖相環(huán)的測試及應用一、實驗目的1、加深對基本鎖相環(huán)工作原理的理解。2、掌握VCO壓控振蕩器的基本工作原理。3、掌握CD4046的幾個應用。二、預習要求1、查閱資料，了解基本鎖相環(huán)的分類。2、查閱資料，寫出CD4046中VCO壓控振蕩器的計算公式。3、預習實驗內(nèi)容，分析幾個實驗電路的工作原理。圖6-1鎖相環(huán)工作原理的圖6-1鎖相環(huán)工作原理的方框圖1、鎖相環(huán)的基本工作原理鎖相環(huán)按其功能可分為鑒相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器三大模塊組成。①鑒相器（又稱相位檢波器或相敏檢波器）分模擬和數(shù)字兩種類型，作用是鑒別兩個信號的頻率和相位差；②環(huán)路濾波器的作用是慮除鑒相器輸出的交流成分和噪聲；③壓控振蕩器是振蕩輸出頻率隨輸入控制信號的電壓而變化的振蕩器，作用是使其輸出頻率與輸入信號的頻率保持一致。2、CD4046的管腳圖圖6-21腳相位輸出端，環(huán)路鎖定時為高電平，環(huán)路失鎖時為低電平。2腳相位比較器Ⅰ的輸出端。3腳比較信號輸入端。4腳壓控振蕩器輸出端。5腳禁止端，高電平時禁止，低電平時允許壓控振蕩器工作。6、7腳外接振蕩電容。8、16腳電源的負端和正端。9腳壓控振蕩器的控制端。10腳解調(diào)輸出端，用于FM解調(diào)。11、12腳外接振蕩電阻。13腳相位比較器Ⅱ的輸出端。14腳信號輸入端。15腳內(nèi)部獨立的齊納穩(wěn)壓管負極。四、實驗內(nèi)容1、構(gòu)成電壓—頻率轉(zhuǎn)換電路圖6-4VCO電路圖6-5FM解調(diào)電路當CD4046單電源+5V供電時，按圖6-4所示連接電路。在9腳輸入一個可變直流電壓，輸出的頻率也做相應變化，測量對應的頻率，并完成表6-1。圖6-4VCO電路圖6-5FM解調(diào)電路（表6-1）Vi（V）012345T（ms）F（Hz）2、FM解調(diào)電路的應用按圖6-5所示電路連接，在14腳輸入端調(diào)頻（FM）信號，10腳輸出被調(diào)制信號。圖6-6模擬音響電路3、設計為模擬音響電路圖6-6模擬音響電路R3C4和R4C4組成積分的充電和放電，同時控制輸出變頻的變化；R1R2C1決定重復頻率；R5C3控制輸出頻率。四、實驗報告1、總結(jié)鎖相環(huán)CD4046的應用。2、在圖6-6中，如何根據(jù)聲音間隔要求來確定電阻R1和R2及電容C1的參數(shù)？3、比較實驗內(nèi)容一與實驗二的內(nèi)容。課外小制作實驗七樓道自動關(guān)燈電路的設計與制作一、設計目的：1、掌握繼電器的工作原理與應用；2、在老師的指導下，學會自主完成設計與制作。二、設計內(nèi)容：根據(jù)具體需要在樓道或上下樓梯之間設計一個自動延時關(guān)燈電路。三、設計要求：1、性能參數(shù)要求：（1）設計一個延時20左右秒的自動關(guān)燈電路；（2）制作電路板，并焊接調(diào)試；2、進行簡單的方案設計和論證，并簡要說明所設計電路的工作原理；3、設計成果要求：根據(jù)設計要求來設計電路，計算參數(shù)，選擇元器件；根據(jù)所設計的電路和所選擇的元器件制版、安裝電路，并按照調(diào)試步驟進行調(diào)試；最終達到設計要求，并提交下列成果：（1）設計報告一份。要求內(nèi)容完整，圖表完備，字跡工整，條理清晰，分析有據(jù)，計算準確；（2）電路原理圖一張。要求布局合理，清晰完整，線條粗細均勻一致，圖形大小合適，圖形和符號要規(guī)范；（3）所用元器件詳細清單；（4）電路實體一套。要求該電路實體必須是經(jīng)過自己安裝調(diào)試通過并達到性能指標要求的電路實體，是否達到要求應以指導教師認定為準。四、制作與調(diào)試1、先用萬用表測量、選擇符合設計要求的元器件；2、學會應用面包板調(diào)試電路，待電路符合設計要求之后，再設計制作電路板，最后組裝、焊接成電子制作成品；設計好的電路板裝配、完成制作。五、參考電路原理圖如圖7-1所示。圖7-1樓道自動關(guān)燈電路參考元器件如下：圖7-1樓道自動關(guān)燈電路繼電器電阻、電容3、電池、可彈回開關(guān)六、報告要求1、分析電路的工作原理和過程；2、實現(xiàn)設計電路的方法和手段；3、設計實驗的調(diào)試步驟；4、記錄實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果；5、對實驗數(shù)據(jù)進行分析和處理。七、思考題1、分析電路中電容的充放電回路？2、電路中二極管IN4148的作用？實驗八簡易信號發(fā)生器的設計與制作一、設計目的：1、掌握自激多諧振蕩器的工作原理與應用；2、在老師的指導下，學會自主完成設計與制作。二、設計內(nèi)容：根據(jù)自激多諧振蕩器的工作原理來設計一個簡易信號發(fā)生器。三、設計要求：1、性能參數(shù)要求：（1）設計信號發(fā)生器的輸出波形周期為0.5—1.5秒；（2）制作電路板，并焊接調(diào)試；2、進行簡單的方案設計和論證，并簡要說明所設計電路的工作原理；3、設計成果要求：根據(jù)設計要求來設計電路，計算參數(shù)，選擇元器件；根據(jù)所設計的電路和所選擇的元器件制版、安裝電路，并按照調(diào)試步驟進行調(diào)試；最終達到設計要求，并提交下列成果：（1）設計報告一份。要求內(nèi)容完整，圖表完備，字跡工整，條理清晰，分析有據(jù)，計算準確；（2）電路原理圖一張。要求布局合理，清晰完整，線條粗細均勻一致，圖形大小合適，圖形和符號要規(guī)范；（3）所用元器件詳細清單；（4）電路實體一套。要求該電路實體必須是經(jīng)過自己安裝調(diào)試通過并達到性能指標要求的電路實體，是否達到要求應以指導教師認定為準。四、制作與調(diào)試先用萬用表測量、選擇符合設計要求的元器件；學會應用面包板調(diào)試電路，待電路符合設計要求之后，再設計制作電路板，最后組裝、焊接成電子制作成品；利用設計好的電路板裝配、完成制作。五、參考電路原理圖如圖8-1所示。圖8-1簡易信號發(fā)生器電路參考元器件如下：1、發(fā)光二極管、三極管2、電阻、電容3、電池、開關(guān)六、報告要求1、分析電路的工作原理和過程；2、實現(xiàn)設計電路的方法和手段；3、設計實驗的調(diào)試步驟；4、記錄實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果；5、對實驗數(shù)據(jù)進行分析和處理。七、思考題1、自激多諧振蕩是怎樣形成的？2、在現(xiàn)實生活中，自激多諧振蕩器有哪一些應用？實驗九小功率可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設計與制作一、設計目的：1、掌握直流穩(wěn)壓電源的工作原理與應用；2、在老師的指導下，學會自主完成設計與制作。二、設計內(nèi)容：將市電220V經(jīng)過變壓、整流、濾波后，送LM317芯片輸出穩(wěn)定的直流電壓，利用LM317芯片的工作原理來設計一個小功率可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。三、設計要求：1、性能參數(shù)要求：（1）設計小功率可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓范圍為1.5—15V，輸出電流200—300mA；（2）制作電路板，并焊接調(diào)試；2、進行簡單的方案設計和論證，并簡要說明所設計電路的工作原理；3、設計成果要求：根據(jù)設計要求來設計電路，計算參數(shù)，選擇元器件；根據(jù)所設計的電路和所選擇的元器件制版、安裝電路，并按照調(diào)試步驟進行調(diào)試；最終達到設計要求，并提交下列成果：（1）設計報告一份。要求內(nèi)容完整，圖表完備，字跡工整，條理清晰，分析有據(jù)，計算準確；（2）電路原理圖一張。要求布局合理，清晰完整，線條粗細均勻一致，圖形大小合適，圖形和符號要規(guī)范；（3）所用元器件詳細清單；（4）電路實體一套。要求該電路實體必須是經(jīng)過自己安裝調(diào)試通過并達到性能指標要求的電路實體，是否達到要求應以指導教師認定為準。四、制作與調(diào)試1、先用萬用表測量、選擇符合設計要求的元器件；2、應用面包板調(diào)試電路，待電路符合設計要求之后，再設計制作電路板，最后組裝、焊接成電子制作成品；3、利用設計好的電路板裝配、完成制作。五、參考電路原理圖如圖9-1所示。圖9-1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路參考元器件如下：1、二極管、三極管2、電阻、電容3、變壓器、整流橋4、LM317六、報告要求1、分析電路的工作原理和過程；2、實現(xiàn)設計電路的方法和手段；3、設計實驗的調(diào)試步驟；4、記錄實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果；5、對實驗數(shù)據(jù)進行分析和處理。七、思考題1、直流穩(wěn)壓電源電路可否采用別的設計方案？2、在現(xiàn)實生活中，直流穩(wěn)壓電源應用在哪些方面？實驗十集成功率放大器的設計與制作一、設計目的：1、掌握集成功率放大器的工作原理與應用。2、在老師的指導下，學會自主完成設計與制作。二、設計內(nèi)容：根據(jù)集成功率放大器的工作原理來設計與制作一個簡易的音頻集成功率放大器。三、設計要求：1、性能參數(shù)要求：（1）設計一個音頻集成功率放大器，其參數(shù)為：a）輸出功率大于10W；b）頻率響應為10-1400Hz；（2）制作電路板，并焊接調(diào)試；2、進行簡單的方案設計和論證，并簡要說明所設計電路的工作原理；3、設計成果要求：根據(jù)設計要求來設計電路，計算參數(shù)，選擇元器件；根據(jù)所設計的電路和所選擇的元器件制版、安裝電路，并按照調(diào)試步驟進行調(diào)試；最終達到設計要求，并提交下列成果：設計報告一份。要求內(nèi)容完整，圖表完備，字跡工整，條理清晰，分析有據(jù)，計算準確；（2）電路原理圖一張。要求布局合理，清晰完整，線條粗細均勻一致，圖形大小合適，圖形和符號要規(guī)范；（3）所用元器件詳細清單；（4）電路實體一套。要求該電路實體必須是經(jīng)過自己安裝調(diào)試通過并達到性能指標要求的電路實體，是否達到要求應以指導教師認定為準。四、制作與調(diào)試1、先用萬用表測量、選擇符合設計要求的元器件；2、應用面包板調(diào)試電路，待電路符合設計要求之后，再設計制作電路板，最后組裝、焊接成電子制作成品；3、利用設計好的電路板裝配、完成制作。五、參考電路參考原理圖如圖10-1所示。圖10-1集成功率放大電路參考元器件如下：1、集成電路TDA2030；2、二極管；3、電阻、電容若干；4、全頻揚聲器。六、報告要求1、分析電路的工作原理和過程；2、實現(xiàn)設計電路的方法和手段；3、設計實驗的調(diào)試步驟；4、記錄實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果；5、對實驗數(shù)據(jù)進行分析和處理。七、思考題1、集成功率放大器電路可否采用別的設計方案？2、在現(xiàn)實生活中，集成功率放大器應用在哪些方面？實驗十一電鈴聲響延時器的設計與制作一、設計目的：1、掌握555定時器的工作原理，以及電鈴聲響延時器的制作方法；2、在老師的指導下，學會自主完成設計與制作。二、設計內(nèi)容：設計并制作一個電鈴聲響延時器。三、設計要求：1、性能參數(shù)要求：（1）延時時間15—20秒；（2）制作電路板，并焊接調(diào)試；2、進行方案設計和論證，并說明所設計電路的工作原理；3、設計成果要求：根據(jù)設計要求來設計電路，計算參數(shù)，選擇元器件；根據(jù)所設計的電路和所選擇的元器件制版、安裝電路，并按照調(diào)試步驟進行調(diào)試；最終達到設計要求，并提交下列成果：（1）設計報告一份。要求內(nèi)容完整，圖表完備，字跡工整，條理清晰，分析有據(jù)，計算準確；（2）電路原理圖一張。要求布局合理，清晰完整，線條粗細均勻一致，圖形大小合適，圖形和符號要規(guī)范；（3）所用元器件詳細清單；（4）電路實體一套。要求該電路實體必須是經(jīng)過自己安裝調(diào)試通過并達到性能指標要求的電路實體，是否達到要求應以指導教師認定為準。四、制作與調(diào)試1、先用萬用表測量、選擇符合設計要求的元器件；2、應用面包板調(diào)試電路，待電路符合設計要求之后，再設計制作電路板，最后組裝、焊接成電子制作成品；3、利用設計好的電路板裝配、完成制作。五、參考電路原理圖如圖11-1所示。圖11-1電鈴聲響延時電路參考元器件如下：1、555定時器2、繼電器3、二極管4、電阻、電容六、報告要求1、分析電路的工作原理和過程；2、實現(xiàn)設計電路的方法和手段；3、設計實驗的調(diào)試步驟；4、記錄實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果；5、對實驗數(shù)據(jù)進行分析和處理。七、思考題1、在現(xiàn)實生活中，555定時器應用在哪些方面？2、在現(xiàn)實生活中，電鈴聲響延時器有哪些設計方法？課程設計部分題目一溫度測量儀一、設計任務設計一個溫度檢測的前端處理電路，給出設計原理圖，并重點分析電橋電路的檢測誤差問題。掌握典型測控系統(tǒng)的基本組成和基本設計方法。掌握組成測控系統(tǒng)的單元電路的特點和應用。二、設計要求基本要求（1）溫度測控范圍為0～120℃，測溫精度為±0.5℃,溫度分辯力為0.01KΡa；（2）當溫度或壓力超過測控范圍時，發(fā)出聲光報警信號；（3）強化實用電路設計的方法和技巧，進一步掌握電子工藝，建立良好的工程意識。三、設計方案設計原理框圖根據(jù)設計任務與要求，可得到溫度、壓力前端處理電路原理方框圖，如圖一所示。圖一溫度壓力前端電路原理框圖四、設計內(nèi)容1、溫度測量電路溫度測量電路如圖二a所示。它由傳感器電橋、差動輸入放大器和二階低通濾波器組成。采用阻值Rt=100Ω的Ρt100Ω鉑金屬熱電阻為傳感器。它有較高的測量精度，并且在較大的溫度范圍內(nèi)有很好的線性，測溫范圍可達-250～+640℃。為了把電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，常用的轉(zhuǎn)換電路有恒流源供電方式和恒壓源供電方式。恒流源供電時，轉(zhuǎn)換電路不帶來非線性誤差。這里采用了恒壓源供電，電橋輸出電壓Ux=若取R1=R2=R0，調(diào)電位器Rp1，使其等于0℃時的Rt值Rt0，則0℃時電橋輸出Ux=0V，當溫度變化使熱電阻的阻值增大ΔRt時，電橋輸出上式中的分母中含有ΔRt項，故除測溫電阻的非線性誤差外，又增加了轉(zhuǎn)換電路的非線性誤差。但是由于電路簡單，仍然被廣泛應用。圖二溫度測量電路（a）測量電路(b)2線式連接測量電橋(c)3線式連接測量電橋在恒壓源供電時，適當選擇串聯(lián)電阻R1可使由傳感器非線性和轉(zhuǎn)換電路非線性帶來的誤差為最小。設在測溫范圍內(nèi)，鉑熱電阻的下限、中點、上限的電阻值分別為Rl、Rm、Rh，相應的B點電壓的下限、中點、上限值分別為UbL、Ubm、Ubh，使其滿足下式的關(guān)系解得：R1=(1-1)按上式選擇參數(shù)R1時，在測溫范圍的兩站點和中點，電橋輸出的非線性誤差為零；正負最大非線性誤差相等。鉑熱電阻測溫的另一個問題是其自身的電阻值小，一般為100Ω左右，新產(chǎn)品的電阻值最大也只有1kΩ左右，所以當傳感器到測量電橋的連線較長時，引線電阻就會帶來測量誤差。為了減小引線電阻對測量帶來的影響，實現(xiàn)高精度的溫度測量，該系統(tǒng)條用了3線式連接。即熱電阻有3根引線接到電器箱，其中兩根線接測量電橋，一根線接地，如圖二a所示。為了說明3線式連接的優(yōu)點，現(xiàn)將2線式連接與3線式連接做一個比較。考慮了引線電阻的存在，它們的等效電路分別如圖二b和c所示。圖中r1、r2、r3為引線的等效電阻，設r1=r2=r3=r，則2線式連接時測量電橋的輸出電壓若取R1=R2=R0，則上式為(1-2)調(diào)電位器Rp1，使0℃時電橋輸出Ux=0V，若由于周圍溫度變化而使導線電阻值r發(fā)生變化時，電橋輸出的零點就會漂移，這是2線式連接的缺點之一。若導線電阻r=0時，輸出電壓為UˊX，則導線電阻所帶來的相對誤差δr===(1-3)3線式連接時，測量電橋的輸出電壓=（1-4）又由得r2將Ua代入式1-4得為了減小導線電阻的影響，選擇電橋電阻R1=R2=R0，從而上式可簡化為（1-5）調(diào)電位器Rp1,使0℃時測量電橋平衡，Ux=0V。由式6-5-5可以看出，當由于周圍溫度變化而使導線電阻值r發(fā)生變化時，電橋輸出的零點不變，這一點3線式連接優(yōu)于2線式連接。當導線電阻r=0時，電橋輸出電壓Uˊx=導線電阻r=帶來的相對誤差δr===（1-6）比較式（1-3）和式（1-6），可以看出3線式連接時導線電阻r帶來的相對誤差遠比2線式連接小。因為上式是在引線電阻r1=r2=r3=r前提下導出的，所以應注意3線的引線材料、線徑、長度要相等，而且盡量使其周圍的溫度分布相同。電位器Rp1調(diào)測量電橋平衡的同時還可以補償運算放大器A1的輸入失調(diào)電壓。運算放大器A1為比例放大器，調(diào)節(jié)電位器Rp2可改變放大倍數(shù)，使其在測溫范圍的最大值+120℃時輸出電壓U0為1.2V。A2組成二階有限電壓源低通濾波器，可將高頻干擾信號濾去，而對于緩慢變化的溫度信號，它相當于一個電壓跟隨器。溫度設計電路還可采用圖三所示的多項式反饋線性化電路圖三鉑電阻溫度傳感器線性化電路多項式反饋線性化電路是根據(jù)傳感器多項式y(tǒng)=u1=?(x),設計與u1=?(x)相同形式的函數(shù)（多項式）u0=?(x)電路，作為傳感器放大電路的反饋回路，改變反饋量，調(diào)整放大倍數(shù)，實現(xiàn)線性化。圖三是使用乘法器實現(xiàn)多多項式反饋的鉑電阻溫度傳感器線性化電路。圖中運算放大器A1、A2構(gòu)成的鉑電阻溫度傳感器Rt的測量電路，傳感器Rt恒流工作，流過的電流I0規(guī)定為5mA，取基準電壓E=10V，則R1=2kΩ。Rt的溫度特性為Rt=R0(1+3.973×10-3t-5.856×10-7t2)（1-7）式中R0——溫度t=0℃時鉑電阻傳感器的電阻值，常為100～284.02Ω。傳感器Rt測量電路A1的輸出電壓Ut為Ut=-RtE/R1=-R0(1+3.973×10-3t-5.856×10-7t2)E/R1上式中t的單位為℃?？梢奤t也是二次多項式，因此設計一個與式（1-7）相同形式的函數(shù)電路，作為A2的反饋電路，實現(xiàn)線性化。反饋電路由A3、A4、A5組成，A3為U0的反相電路，U3=-U0，A4是模擬乘法器（如AD533D），其輸出為U4=Uo2/(10V)，U3與U4經(jīng)A5構(gòu)成的加法器相加，并忽略t3及t3以上系數(shù)很小的高次方項后，可得Uf扔為一個二次多項式。這個反饋Uf與Ut經(jīng)A2構(gòu)成的相加放大器相加后，使輸出U0發(fā)生改變。由于A4是U0的二次方反饋回路，因而改變Rp2和Rp3則改變t的一次方項和二次方項的反饋量，且可使二次方項為負反饋，進行二次方項的補償，使非線性誤差減小一個數(shù)量級。當t=0℃時，調(diào)節(jié)Rp1使輸出U0=0。電路的測溫范圍為0～500℃，靈敏度為10mV/℃2、A/D轉(zhuǎn)換電路可采用CD14433或AD0809來實現(xiàn)，電路請自行設計。五、可選器件根據(jù)所設計的邏輯圖提出器材清單題目二數(shù)字式競賽搶答器一、設計任務設計一個可容納4組多賽的數(shù)字式搶答器。二、設計要求基本要求（1）設計一個可容納4組多賽的數(shù)字式搶答器，每組設一個按鈕，供搶答使用；（2）搶答器具有第一信號鑒別和鎖存功能，使除第一搶答者外的按鈕不起作用；（3）設置—個主持人“復位”按鈕；（4）主持人復位后，開始搶答，第一信號鑒別鎖存電路得到信號后，有指示燈顯示搶答組別，揚聲器發(fā)出2~3秒的音響；（5）設置一個計分電路，每組開始預置100分，由主持人記分，答對一次加10分，答錯一次減10分。三、設計方案1、設計提示（1）此設計問題的關(guān)鍵是準確判斷出第一搶答者并將其鎖存，實現(xiàn)的方法可使用觸發(fā)器或鎖存器，在得到第一信號后將輸入封鎖，使其它組的搶答信號無效。（2）形成第一搶答信號后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示第一搶答者的組別，用第一搶答信號控制一個具有2種工作頻率交替變化的音頻振蕩器工作，推動揚聲器發(fā)出2種笛音音響。（3）計分電路采用十進制加/減計數(shù)器、數(shù)碼管顯示，由于每次都是加/減10分，所以個位始終為零，只要十位、百位進行加/減運算即可。2、設計原理框圖：四、可選器件根據(jù)所設計的邏輯圖提出器材清單題目三頻率合成器一、設計任務利用鎖相環(huán)設計一個頻率合成器，倍頻范圍可選1――9（一片4522計數(shù)器）、1――99（2片4522計數(shù)器）、1――999（3片4522計數(shù)器）。二、設計要求基本要求（1）掌握VCO壓控振蕩器的基本工作原理，加深對基本鎖相環(huán)工作原理的理解；（2）熟悉鎖相環(huán)式數(shù)字頻率合成器的電路組成與工作原理；（3）強化實用電路設計的方法和技巧，進一步掌握電子工藝，建立良好的工程意識。三、設計方案1、設計提示利用鎖相環(huán)制成的頻率合成器由鎖相環(huán)、可變編程分頻器組成。從鎖相環(huán)路鑒相器的一個輸入頻率f，由鎖相環(huán)VCO輸出頻率fo，經(jīng)可編程式分頻器N分頻，得到f0/N，送入鑒相器另一輸入端。當環(huán)路鎖定時有：f=fo/N=fo/M，即fo=N?f。改變分頻系數(shù)N，可得不同頻率信號輸出。2、設計原理框圖：四、可選器件根據(jù)所設計的邏輯圖提出器材清單附錄一常用半導體集成電路的引腳及功能附錄二集成芯片的類目表74LS或HC系列芯片功能大全型號名稱74002輸入端四與非門7401集電極開路2輸入端四與非門74022輸入端四或非門7403集電極開路2輸入端四與非門7404六反相器*7405集電極開路六反相器7406集電極開路六反相高壓驅(qū)動器7407集電極開路六正相高壓驅(qū)動器74082輸入端四與門7409集電極開路2輸入端四與門74103輸入端3與非門74113輸入端3與門7412開路輸出3輸入端三與非門74134輸入端雙與非施密特觸發(fā)器7414六反相施密特觸發(fā)器7415開路輸出3輸入端三與門7416開路輸出六反相緩沖/驅(qū)動器7417開路輸出六同相緩沖/驅(qū)動器74204輸入端雙與非門74214輸入端雙與門7422開路輸出4輸入端雙與非門74262輸入端高壓接口四與非門74273輸入端三或非門74282輸入端四或非門緩沖器74308輸入端與非門74322輸入端四或門7433開路輸出2輸入端四或非緩沖器7437開路輸出2輸入端四與非緩沖器7438開路輸出2輸入端四與非緩沖器7439開路輸出2輸入端四與非緩沖器74404輸入端雙與非緩沖器7442BCD—十進制代碼轉(zhuǎn)換器7445BCD—十進制代碼轉(zhuǎn)換/驅(qū)動器7446BCD—7段低有效譯碼/驅(qū)動器7447BCD—7段高有效譯碼/驅(qū)動器7448BCD—7段譯碼器/內(nèi)部上拉輸出驅(qū)動74502-3/2-2輸入端雙與或非門74512-3/2-2輸入端雙與或非門7454四路輸入與或非門74554輸入端二路輸入與或非門7473帶清除負觸發(fā)雙J-K觸發(fā)器7474帶置位復位正觸發(fā)雙D觸發(fā)器7476帶預置清除雙J-K觸發(fā)器7483四位二進制快速進位全加器7485四位數(shù)字比較器74862輸入端四異或門7490可二/五分頻十進制計數(shù)器7493可二/八分頻二進制計數(shù)器7495四位并行輸入\輸出移位寄存器74976位同步二進制乘法器74107帶清除主從雙J-K觸發(fā)器74109帶預置清除正觸發(fā)雙J-K觸發(fā)器74112帶預置清除負觸發(fā)雙J-K觸發(fā)器74121單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74122可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74123雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74125三態(tài)輸出高有效四總線緩沖門74126三態(tài)輸出低有效四總線緩沖門741322輸入端四與非施密特觸發(fā)器7413313輸入端與非門74136四異或門741383-8線譯碼器/復工器74139雙2-4線譯碼器/復工器74145BCD—十進制譯碼/驅(qū)動器7415016選1數(shù)據(jù)選擇/多路開關(guān)741518選1數(shù)據(jù)選擇器74153雙4選1數(shù)據(jù)選擇器741544線—16線譯碼器74155圖騰柱輸出譯碼器/分配器74156開路輸出譯碼器/分配器74157同相輸出四2選1數(shù)據(jù)選擇器74158反相輸出四2選1數(shù)據(jù)選擇器74160可預置BCD異步清除計數(shù)器74161可予制四位二進制異步清除計數(shù)器74162可預置BCD同步清除計數(shù)器74163可予制四位二進制同步清除計數(shù)器74164八位串行入/并行輸出移位寄存器74165八位并行入/串行輸出移位寄存器74166八位并入/串出移位寄存器74169二進制四位加/減同步計數(shù)器74170開路輸出4×4寄存器堆74173三態(tài)輸出四位D型寄存器74174帶公共時鐘和復位六D觸發(fā)器74175帶公共時鐘和復位四D觸發(fā)器741809位奇數(shù)/偶數(shù)發(fā)生器/校驗器74181算術(shù)邏輯單元/函數(shù)發(fā)生器74185二進制—BCD代碼轉(zhuǎn)換器74190BCD同步加/減計數(shù)器74191二進制同步可逆計數(shù)器74192可預置BCD雙時鐘可逆計數(shù)器74193可預置四位二進制雙時鐘可逆計數(shù)器74194四位雙向通用移位寄存器74195四位并行通道移位寄存器74196十進制/二-十進制可預置計數(shù)鎖存器74197二進制可預置鎖存器/計數(shù)器74221雙/單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74240八反相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器74241八同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器74243四同相三態(tài)總線收發(fā)器74244八同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器74245八同相三態(tài)總線收發(fā)器74247BCD—7段15V輸出譯碼/驅(qū)動器74248BCD—7段譯碼/升壓輸出驅(qū)動器74249BCD—7段譯碼/開路輸出驅(qū)動器74251三態(tài)輸出8選1數(shù)據(jù)選擇器/復工器74253三態(tài)輸出雙4選1數(shù)據(jù)選擇器/復工器74256雙四位可尋址鎖存器74257三態(tài)原碼四2選1數(shù)據(jù)選擇器/復工器74258三態(tài)反碼四2選1數(shù)據(jù)選擇器/復工器74259八位可尋址鎖存器/3-8線譯碼器742605輸入端雙或非門742662輸入端四異或非門74273帶公共時鐘復位八D觸發(fā)器74279四圖騰柱輸出S-R鎖存器742834位二進制全加器74290二/五分頻十進制計數(shù)器74293二/八分頻四位二進制計數(shù)器74295四位雙向通用移位寄存器74298四2輸入多路帶存貯開關(guān)74299三態(tài)輸出八位通用移位寄存器74322帶符號擴展端八位移位寄存器74323三態(tài)輸出八位雙向移位/存貯寄存器74347BCD—7段譯碼器/驅(qū)動器74352雙4選1數(shù)據(jù)選擇器/復工器74353三態(tài)輸出雙4選1數(shù)據(jù)選擇器/復工器74365門使能輸入三態(tài)輸出六同相線驅(qū)動器74366門使能輸入三態(tài)輸出六反相線驅(qū)動器743674/2線使能輸入三態(tài)六同相線驅(qū)動器743684/2線使能輸入三態(tài)六反相線驅(qū)動器74373三態(tài)同相八D鎖存器74374三態(tài)反相八D鎖存器743754位雙穩(wěn)態(tài)鎖存器74377單邊輸出公共使能八D鎖存器74378單邊輸出公共使能六D鎖存器74379雙邊輸出公共使能四D鎖存器74380多功能八進制寄存器74390雙十進制計數(shù)器74393雙四位二進制計數(shù)器74447BCD—7段譯碼器/驅(qū)動器7445016:1多路轉(zhuǎn)接復用器多工器74451雙8:1多路轉(zhuǎn)接復用器多工器74453四4:1多路轉(zhuǎn)接復用器多工器74460十位比較器74461八進制計數(shù)器74465三態(tài)同相2與使能端八總線緩沖器74466三態(tài)反相2與使能八總線緩沖器74467三態(tài)同相2使能端八總線緩沖器74468三態(tài)反相2使能端八總線緩沖器74469八位雙向計數(shù)器74490雙十進制計數(shù)器74491十位計數(shù)器74498八進制移位寄存器74502八位逐次逼近寄存器74503八位逐次逼近寄存器74533三態(tài)反相八D鎖存器74534三態(tài)反相八D鎖存器74540八位三態(tài)反相輸出總線緩沖器74563八位三態(tài)反相輸出觸發(fā)器74564八位三態(tài)反相輸出D觸發(fā)器74573八位三態(tài)輸出觸發(fā)器74574八位三態(tài)輸出D觸發(fā)器74645三態(tài)輸出八同相總線傳送接收器74670三態(tài)輸出4×4寄存器堆CC或CD系列芯片功能一覽表型號器件名稱4000雙3輸入或非門加反相器4001四2輸入或非門4002雙4輸入或非門4007雙互補對及反相器40084位二進制超前進位全加器4009六反相緩沖器／電平轉(zhuǎn)換器4010六緩沖器／電平轉(zhuǎn)換器4011四2輸入與非門4012雙4輸入與非門4013雙上升沿D觸發(fā)器40148位移位寄存器4015雙4位移位寄存器(串入，并出)4016四雙向模擬開關(guān)4017十進制計數(shù)器／脈沖分配器(譯碼輸出)4018可須置二—N—十進制減計數(shù)器4019四2選1數(shù)據(jù)選擇器402014位二進制串行計數(shù)器／分頻器40218位移位寄存器(異步并入，同步串入／串出)4022八進制計數(shù)器／脈沖分配器(譯碼輸出)4023三3輸入與非門40247位二進制串行計數(shù)器4025三3輸入或非門4026十進制計數(shù)器／脈沖分配器(七段譯碼輸出)4027雙上升沿J—K觸發(fā)器40284線—10