模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)――水溫水位自動(dòng)報(bào)警器

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告班級(jí)：電氣082姓名： （簽字）學(xué)號(hào)：日期：2010-7-3至2010-7-41 設(shè)計(jì)任務(wù)：水溫及水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器1.1 監(jiān)視容器中水的加熱過(guò)程：設(shè)計(jì)一個(gè)模擬電路，要求模擬實(shí)現(xiàn)容器中水的加熱過(guò)程，當(dāng)容器中水溫未達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)，監(jiān)視器報(bào)警燈紅燈亮，提示水沒(méi)燒開(kāi)；當(dāng)容器中水溫達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)，監(jiān)視器報(bào)警燈綠燈亮，提示水已燒開(kāi)。1.2 監(jiān)視容器中水位的升高過(guò)程： 設(shè)計(jì)一個(gè)模擬電路，要求模擬實(shí)現(xiàn)容器中水位的升高過(guò)程，當(dāng)容器中的水位低于下限水位時(shí)，監(jiān)視器報(bào)警燈單紅燈亮；當(dāng)容器中的水位到達(dá)下限及下限以上，并且在上限以下時(shí)，監(jiān)視器報(bào)警燈不亮；當(dāng)容器中的水位到達(dá)上限及上限以上時(shí)，監(jiān)視器報(bào)警

2、燈雙紅燈亮。2 設(shè)計(jì)思路與說(shuō)明2.1 模擬水溫檢測(cè)系統(tǒng)2.1.1 水溫監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)原理及器材選用依據(jù)：圖1 阻值溫度曲線熱敏電阻是一種新型半導(dǎo)體感溫元件，而正溫度系數(shù)熱敏電阻具有正的電阻溫度特性，當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻值升高；當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻值減小，其阻值溫度特性曲線如圖1所示。熱敏電阻的阻值溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性較大，在實(shí)際使用中要進(jìn)行線性化處理，但比較復(fù)雜，一般只使用線性度較好的一段，在試驗(yàn)中可用滑動(dòng)變阻器模擬熱敏電阻工作的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)中需要將變化的溫度信號(hào)模擬成變化的電阻，為提高靈敏度，采用橋式電路，將變化的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)化成變化的電壓信號(hào)輸出。因?yàn)闇囟鹊暮苄〉淖兓瑢?duì)阻值的影響較小，導(dǎo)

3、致輸出地電壓信號(hào)變化很小，設(shè)備很難對(duì)微小的信號(hào)做出靈敏的反應(yīng)，因此需要將小信號(hào)放大后進(jìn)行處理，在這里，我采用了精密的儀表放大器來(lái)處理變化的電壓信號(hào)。當(dāng)溫度升高，達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的熱敏電阻升高到了一定的阻值，最終引起儀表放大器輸出電壓的變化，此時(shí)我需要選擇出這個(gè)沸點(diǎn)電壓，因此我選用了一個(gè)單限比較器，當(dāng)放大器輸出的電壓值達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)的電壓時(shí)，電壓比較器發(fā)生跳變引起輸出點(diǎn)電位變化。通過(guò)該點(diǎn)電位的變化來(lái)接通報(bào)警器，所以采用三極管和發(fā)光二極管來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)報(bào)警器報(bào)警過(guò)程。實(shí)驗(yàn)原理如圖2所示。圖2 水溫檢測(cè)實(shí)驗(yàn)原理圖 2.1.2 電路功能：滑動(dòng)變阻器由零開(kāi)始變化，模擬水溫升高的過(guò)程，電阻阻值與電橋輸出電壓的關(guān)系

4、：=(-)，實(shí)驗(yàn)中測(cè)到與的關(guān)系曲線，如圖3所示。假設(shè)模擬電阻與溫度的關(guān)系如圖4所示，則電壓與溫度的關(guān)系如圖5所示。圖5 電壓與溫度模擬曲線送入儀表放大器，經(jīng)過(guò)放大，得到輸出電壓，=- 在增大的過(guò)程中，當(dāng)-1.5V時(shí)，即水溫未達(dá)到沸點(diǎn)，輸出高電位，此時(shí)Q1三極管導(dǎo)通，紅燈亮。當(dāng)繼續(xù)增大，使=-1.5V時(shí)，即水溫達(dá)到沸點(diǎn)，發(fā)生跳變，輸出低電位，此時(shí)Q2三極管導(dǎo)通，綠燈亮。2.1.3 電路參數(shù)確定輸入到儀表放大器的信號(hào)為小信號(hào)，因此，選擇輸入到儀表放大器的信號(hào)差值為1V左右，要求電橋中電流不能過(guò)大，因此選用1K的電阻和滑動(dòng)變阻器作為電橋電阻；儀表放大器中的電阻需要選擇小電阻，所以選擇300的電阻，并

5、設(shè)置放大倍數(shù)等于-3倍；在水溫升高的過(guò)程增大，設(shè)置當(dāng)增大到333.3時(shí)，即=0.5V時(shí)，模擬水溫達(dá)到沸點(diǎn)，此時(shí)讓電壓比較器的輸出電壓發(fā)生跳變，即=-3=-1.5V，所以設(shè)置VDD=-1.5V。當(dāng)輸出高電位時(shí)，保證三極管Q1導(dǎo)通以及二極管LED2發(fā)光，因此選用NPN管，經(jīng)過(guò)調(diào)適和計(jì)算確定VCC和的值；當(dāng)輸出低電位時(shí)，保證三極管Q2導(dǎo)通以及二極管LED1發(fā)光，因此選用PNP管，經(jīng)過(guò)調(diào)適和計(jì)算確定VDD和和的值。2.2 模擬水位檢測(cè)系統(tǒng)2.2.1 水位監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)原理即器材選用依據(jù)：圖6 水位檢測(cè)實(shí)驗(yàn)原理 用開(kāi)關(guān)的閉合模擬水位升高過(guò)程中各部分電路的導(dǎo)通關(guān)系。當(dāng)水位在下限以下和上限以上，需要亮起紅燈來(lái)報(bào)警

6、，而當(dāng)水位合適時(shí)，則不用亮燈報(bào)警，根據(jù)這個(gè)關(guān)系，選擇窗口比較器實(shí)現(xiàn)此過(guò)程。當(dāng)水位在下限以下時(shí)，電路出于不導(dǎo)通狀態(tài)，即S2斷開(kāi)與 U1、U2的連接，此時(shí)使二極管LED2亮，實(shí)現(xiàn)報(bào)警；當(dāng)水位為正常水位，S2與U2接通，此時(shí)兩個(gè)二極管都不發(fā)光；當(dāng)水位達(dá)到上限水位時(shí)S2與U1接通，此時(shí)兩個(gè)二極管都發(fā)出紅光報(bào)警。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖6所示2.2.2 電路功能： U1的反相端與U2的同相端接同一高電位，U2的反相端與U1的同相端接同一低電位，設(shè)置一個(gè)開(kāi)關(guān)S2使其接地。當(dāng)水位不夠下限水位時(shí)，開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，U1反相端電位高于同向端電位，輸出為負(fù)，相反，U2同向端電位高于反相端電位，輸出為正，此時(shí)二極管LED2導(dǎo)通報(bào)

7、警發(fā)光，而LED1因三極管未導(dǎo)通而截止不發(fā)光；當(dāng)水位上升到下限或下限以上上限以下時(shí)，S2與U2接通，U2同向端電位為零，小于反相端電位，輸出為負(fù)，三極管Q2不導(dǎo)通，LED2截止，因而不發(fā)光，LED1仍然處于截止?fàn)顟B(tài)，不發(fā)光；當(dāng)水位繼續(xù)上升達(dá)到上限水位時(shí)，S2與U1接通，U1反相端電位為零，小于同向端電位，輸出為正，三極管Q1導(dǎo)通，LED1發(fā)光報(bào)警，而Q2也處于導(dǎo)通狀態(tài)，LED2也發(fā)光報(bào)警。2.2.3 參數(shù)確定依據(jù)VDD高于VSS，VSS高于地電位，因此根據(jù)這個(gè)關(guān)系確定參數(shù)使VSS略高于地電位，所以選擇VSS=0.5V，VDD=5V。根據(jù)二極管的發(fā)光要求以及不斷地調(diào)適確定VCC=5.37V 。

8、3電路調(diào)試基本過(guò)程及調(diào)試結(jié)果3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：模擬實(shí)驗(yàn)電路箱，萬(wàn)用表。3.2 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)及條件：在模擬電路實(shí)驗(yàn)室，室溫20C 左右，保證實(shí)驗(yàn)儀器工作的良好狀態(tài)，減小誤差。 3.3 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2010-7-3至2010-7-4兩天。3.4 實(shí)驗(yàn)中的主要問(wèn)題及自我評(píng)價(jià) 在水溫檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，電路的平衡調(diào)節(jié)調(diào)了很長(zhǎng)時(shí)間都不平衡，輸出電壓很不穩(wěn)定，后來(lái)嘗試不用電橋，只用一個(gè)電阻和滑動(dòng)變阻器分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，可是發(fā)現(xiàn)這樣實(shí)現(xiàn)誤差較大，所以又換回電橋分壓。當(dāng)電橋基本平衡后，連接儀表放大器是相當(dāng)麻煩的，實(shí)驗(yàn)箱上的線很亂，就很容易接錯(cuò)，卻又不容易發(fā)覺(jué)。好多用到的電阻實(shí)驗(yàn)箱上沒(méi)有，也湊不出來(lái)，就得找現(xiàn)成的300固定電阻，將

9、其插入實(shí)驗(yàn)箱后使用。剛開(kāi)始連接儀表放大器的時(shí)候忘記給12V的電壓，導(dǎo)致輸出怎么測(cè)都是零。后來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，接上電壓，測(cè)得輸出電壓-3，終于到此為止的這部分電路成功了。接上了電壓比較器之后，開(kāi)始根據(jù)自己的預(yù)想的跳變點(diǎn)設(shè)置VDD電壓值，可是在預(yù)設(shè)點(diǎn)沒(méi)有發(fā)生跳變，然后就反復(fù)的測(cè)量的變化范圍，重新設(shè)定跳變點(diǎn)，后來(lái)設(shè)置-1.5V為閾值電壓，測(cè)得有了跳變，這已經(jīng)成功了70了。當(dāng)接上三極管和發(fā)光二極管時(shí)，燈沒(méi)有像預(yù)期的那樣亮起來(lái)，于是我就根據(jù)電路原理，反復(fù)調(diào)節(jié)二極管兩端電壓以及VCC和VDD的值，經(jīng)過(guò)很多次的調(diào)適，反復(fù)的修改參數(shù)，燈終于亮了。 在水位監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中，電路簡(jiǎn)單，很快就連接完畢。第一次實(shí)現(xiàn)的是在下限水位

10、以下不亮燈，正常水位時(shí)亮綠燈，高于上限水位時(shí)亮紅燈。雖然順利地實(shí)現(xiàn)了這個(gè)過(guò)程，但是與實(shí)驗(yàn)要求不符，老師要求按實(shí)驗(yàn)要求來(lái)做。當(dāng)我重新接好電路，發(fā)現(xiàn)我的二極管的燈不亮，測(cè)量它兩端的電壓大于它的導(dǎo)通電壓，于是我反復(fù)調(diào)電源電壓，測(cè)量二極管兩端的電壓，它始終不亮。最后我實(shí)在想不明白為什么，便向老師求助，老師讓我測(cè)了各點(diǎn)的連接情況，看是否導(dǎo)通，換一個(gè)三極管等等，可是這些方法我都試過(guò)，都不能解決問(wèn)題。后來(lái)老師說(shuō)可能實(shí)驗(yàn)箱上的三極管有問(wèn)題，就去找了個(gè)三極管換上了，這次真的是找到了問(wèn)題的所在，接上新的三極管，電路通了，我終于成功地完成了實(shí)驗(yàn)。 在課設(shè)的前一天晚上，我生成了初步的電路原理圖，并初步定好了參數(shù)，準(zhǔn)備

11、的還算充分?？墒?，畢竟理論與實(shí)際是有差距的，實(shí)際的實(shí)驗(yàn)儀器有誤差，有些參數(shù)跟預(yù)想的很不符合，所以在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，我不斷地思考，不斷地調(diào)適，實(shí)在想不明白的地方才請(qǐng)教老師和同學(xué)。這次課設(shè)，我整整做了兩天，實(shí)驗(yàn)中遇到了很多的疑惑和不解，但是通過(guò)請(qǐng)教老師同學(xué)加上自己的思考，我攻破了一個(gè)又一個(gè)難題。終于獨(dú)立地按照要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了任務(wù)。4主要工作體會(huì) 首先，通過(guò)此次課設(shè)，我們將所學(xué)的東西第一次運(yùn)用到了解決實(shí)際問(wèn)題上，對(duì)于這一點(diǎn)我感到特別的驕傲。在以往的學(xué)習(xí)中，都是學(xué)習(xí)的一些理論上的知識(shí)，而真正怎樣運(yùn)用到實(shí)踐中并沒(méi)有認(rèn)真想過(guò)。課本上的知識(shí)畢竟是死的，而實(shí)踐過(guò)程中往往會(huì)發(fā)生很多狀況，該如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解

12、決問(wèn)題，是需要我們來(lái)認(rèn)真思考的。這種能力也是我們亟待培養(yǎng)的。我覺(jué)得這次的課設(shè)，就是一次小小的鍛煉，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中找到問(wèn)題，分析問(wèn)題，并找出方法來(lái)解決它，這個(gè)過(guò)程就是理論與實(shí)際的結(jié)合過(guò)程，既鍛煉了我們的動(dòng)手能力，又鞏固了我們的理論知識(shí)，兩全其美。因?yàn)樵诖酥拔覍?duì)儀表放大器并不是很了解，可是，當(dāng)我實(shí)驗(yàn)中需要用到儀表放大器時(shí)，我必須翻書(shū)找資料，查找儀表放大器的工作原理，使用條件等。而在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，進(jìn)一步理解了儀表放大器的作用和使用方法。還有，在學(xué)習(xí)三極管的放大原理時(shí)，對(duì)各極電位變化的相互影響很模糊，沒(méi)有理出頭緒，而在實(shí)驗(yàn)中，我反復(fù)的調(diào)節(jié)各點(diǎn)電位，測(cè)量電壓，分析電位變化之間的關(guān)系，調(diào)節(jié)電路，因此彌補(bǔ)了

13、我知識(shí)上的空缺。 其次，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我遇到了很多意想不到的麻煩，我不能選擇逃避，只能是硬著頭皮來(lái)解決。因?yàn)槔蠋熀苊Γ蠹矣侄荚诿χ约旱碾娐?，很少能抽出時(shí)間幫你解決問(wèn)題，所以大部分時(shí)間我必須獨(dú)立思考，獨(dú)立解決問(wèn)題。當(dāng)同學(xué)們紛紛完成實(shí)驗(yàn)，看著他們滿足的笑臉，聽(tīng)著他么歡呼的聲音，我不能急躁，我必須頂住壓力，認(rèn)真完成我的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槲疫€沒(méi)有成功，我的任務(wù)還沒(méi)有完成。兩天的課設(shè)讓我廢寢忘食，早晨去了，中午都不知道吃飯，不知不覺(jué)就到了下午，完全忘記了時(shí)間，忘記了饑餓。到了第二天的下午，大部分人都完成了實(shí)驗(yàn)，而那時(shí)我的實(shí)驗(yàn)電路恰好出現(xiàn)了嚴(yán)重的問(wèn)題，我無(wú)數(shù)次地調(diào)適都無(wú)濟(jì)于事，眼看就要到了傍晚，我告訴自己，不能放棄，一定要堅(jiān)持完成課設(shè)任務(wù)