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通过本教学环节,学生应达到如下基本要求:
(1)综合运用电子技术课程设计中所学到的理论知识,结合课程设计任务要求适当自学某些新知识,独立完成一个课题的理论设计。
(2)通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则。
(3)掌握模拟电路的安装、测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能独立分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据),独立解决调试中出现的正常或不正常现象(或数据),独立解决调试中所遇到的问题。
(4)学会撰写课程设计报告。
(5)培养实事求是、严谨的工作态度和严肃认真的工作作风。
1.课程设计任务
一、设计目的
根据常用的电子技术知识,以及可获得技术书籍与电子文档,初步形成电子设计过程中收集、阅读及应用技术资料的能力;
熟悉电子系统设计的一般流程;
掌握分析电路原理、工程计算及对主要技术性能进行测试的常见方法;
最终,完成从设计图纸到实物搭建的整个过程,并调试作品。
二、任务与要求
1、了解信号获取、变换、调理与控制的基本原理;
2、掌握基本放大电路、振荡电路、整流电路、逻辑控制电路的应用;
3、采用分立元件设计金属探测器电路;
4、探测距离10~20毫米;
5、采用声或光报警;
6、工作电源为+3~+6V连续可调,输出电流0.5A。
参考方案:
参考原理:
探测变换电路以电感线圈作为金属探测元件,并由该电感和电容、放大电路构成三点式振荡电路,使振荡电路工作在临界状态,当有金属物品接近电感L(即探测器的探头)时,线圈中产生的电磁场将在金属物品中感应出涡流,这个能量损失来源于振荡电路本身,相当于电路中增加了损耗电阻。
如果金属物品与线圈L较近时,电路中的损耗加大,线圈Q值降低,使本来就处于振荡临界状态的振荡电路停止工作。
三、课程设计报告要求
1.封面
2.目录
3.正文
(1)课程设计任务书;
(2)总体方案框图设计
(3)单元电路具体设计
(4)计算器件参数值
(5)选择相关元器件
(6)画出总体设计电路图
(7)实际电路调试,对调试过程中出现的问题给出定性的分析,最终能实现预计的效果。
4.课程设计中的收获和体会
5.参考文献
四、评分标准
项目
评分比例
得分
课程设计出勤
10%
课程设计态度
20%
课程设计报告
40%
课程设计答辩
30%
课程设计总成绩
五、任务安排
周次
工作日
工作内容
第
一
周
1
明确课程设计任务和内容,了解课题的基本情况,查阅相关资料。
2
根据任务要求进行总体方案设计和论证,单元电路设计和论证。
3
总体电路设计及完善,电路元器件参数确定,画出图纸。
4
实物安装,电路调试,参数调整,电路调整。
5
二
电路性能指标测试,进一步完善电路。
写出课程设计说明书初稿。
修改和完善课程设计内容及说明书。
提交课程设计说明书和能实现设计要求的电路实物,答辩。
六、所需安装调试工具
操作台、稳压电源、面包板、斜口钳、镊子、数字式万用表等。
2.总体方案框图设计
简易金属探测器总体方案框图设计:
注:
振荡器电路中电感线圈是带铁芯的线圈。
当振荡电路调到临界振荡时,线圈旁没金属时发光二极管亮,当有金属靠近时发光二极管亮灭掉。
3.单元电路具体设计
3.1振荡器电路图:
金属探测器的探头是一个关键元件,它是一个带磁心的电感线圈。
磁心可选Φ10的收音机天线磁棒,截取15mm,再用绝缘板或厚纸板做两个直径为20mm的挡板,中间各挖一个Φ10mm的孔,然后套在磁心两端,如图1所示。
最后Φ0.31的漆包线在磁心上绕300匝。
这样做的探头效果最好。
如果不能自制,也可以买一只6.8mH的成品电感器,但必须是那种绕在“工”字形磁心上的立式电感器,而且电感器的电阻值越小越好。
振荡器电路图
金属探测器电路中的主要部分是一个处于临界状态的振荡器,当有金属物品接近电感L(即探测器的探头)时,线圈中产生的电磁场将在金属物品中感应出涡流,这个能量损失来源于振荡电路本身,相当于电路中增加了损耗电阻。
如果金属物品与线圈L较近,电路中的损耗加大,线圈值降低,使本来就处于振荡临界状态的振荡器停止工作。
从而控制后边发光二极管的亮灭。
电路工作原理:
在这个电路中三极管VT1与外围的电感器和电容器构成了一个电容三点式振荡器。
它的交流等效电路(不考虑RP和R2的作用如图5所示,当图5中三极管基极有一正信号时,由于三极管的反向作用使它的集电极信号为负。
两个电容器两端的信号极性如图5所示,通过电容器的反馈,三极管基极上的信号与原来同相,由于这是正反馈,所以电路可以产生振荡,RP和R1的存在,消弱了电路中的正反馈信号,使电路处于刚刚起振的状态下.
金属探测器的振荡频率约为40KHz,主要由电感L、电容器C1、C2决定。
调节电位器RP减小反馈信号,使电路处在刚刚起振的状态。
电阻器R2是三极管VT1的基极偏置电阻。
3.2信号放大电路图:
微弱的振荡信号通过电容器C4、电阻器送到由三极管VT2、电阻器R4、R5及电容器C5等组成的电压放大器进行放大。
3.3整流电路图:
由二极管VD1和VD2进行整流,电容器C6进行滤波。
3.4发光信号电路图:
整流滤波后的直流电压使三极管VT3导通,它的集电极为低电平,发光二极管VD3亮。
在金属探测器的电感探头L接近金属物体时,振荡电路停振,没有信号通过电容器C4,三极管VT3的基极得不到正电压,所以三极管VT3截止,发光二极管熄灭。
4.计算器件参数值
5.选择相关元器件
L6.8mH的成品电感器(带有铁芯)
Rp1W5025.1K
Rp2W504510K
C11030.01uF
C21030.01uF
C31030.01uF
C41040.1uF
C51040.1uF
C6电解电容(带正负)2.2uF
R13.3K
R2680K
R33.3K
R42M
R56.8K
R6100K
VD11N4148
VD21N4148
VD3发光二极管
VT13DG6C高频硅管
VT23DG6C高频硅管
VT33DG6C高频硅管
电源3V
S开关
6.总体设计电路图
金属探测器的振荡频率约为40KHz,主要由电感L、电容器C1、C2决定。
然后由二极管VD1和VD2进行整流,电容器C6进行滤波。
7.实际电路调试
所需安装调试工具:
操作台、直流电源、面包板、剥线钳、镊子、数字式万用表等。
电子电路调试及故障排除:
1.调试前检查
电子电路装接完毕后,不要急于通电测试,而首先必须做好以下调试前的检查工作。
(1)检查连线情况
(2)检查元器件装接情况
(3)检查电源输入端与公共接地端间有否短路
2.电子电路调试
(1)通电观察
(2)静态调试
(3)动态调试
3.电子电路故障排除
(1)常见故障
a.测试设备引起的故障,可能有测试设备本身就有故障,功能不灵或测试棒损坏使用权之无法测试;
还有可能操作者对仪器使用不正确引起故障
b.电路元器件本身因原引起的故障。
c.人为引起故障。
d.电路接触不良引起的故障。
e.各种干扰引起的故障。
4.电子电路干扰
(1)干扰源
干扰源种类很多,常见的有:
a.接地处不当引进的干扰。
b.“共地”是抑制噪声和防止干扰的重要手段。
d.感应干扰。
(2)检查排除故障的基本方法
a.直接观察法直接观察法是指不使用任何仪器,而只利用人的视觉、听觉、嗅觉以及直接碰摸元器件作为手段来发现问题,寻找和分析故障。
b.参数测试法参数借助于仪器帮助发现问题,并应用理论知识分析找出
故障原因。
d.对比法
怀疑某一电路存在问题时,可将此电路的参数与工作状态和相同的正常电路进行一一对比,从中分析故障原因判断故障点。
f.断路法
断路法用于检查短路故障最有效。
其也是一种逐步缩小故障范围的方法。
8.收获、体会
本次设计基本完成,设计制作的一个简易金属探测器。
在制作的过程中,遇到了很多的问题,同时也学到了很多东西。
设计初期,通过查阅各种关于简易金属探测器电路工作原理的书籍,初步确定了制作方案。
制作方案确定后开始实物来搭建电路,在搭建电路时出现了很多问题,例如三极管引脚的判别,电解电容是有正负极的,电阻可以通过色环来快速读出其值等。
这些问题都是要我们仔细留意的,认真检查中做出来的,这也更加证明了理论与实践的差别。
实践中还有很多外界的干扰和误差,这个在理论中没法考虑到的。
正是在不断解决这些问题的同时,制作的电路也越来越成熟。
本以为搭建完电路通电后,只要通下电就完成了,可是后来才发现通电调试才是这次实验最困难的阶段,因为会有各种原因会导致通电失败,例如线路本身接错的,由于对面包板制作原理不理解会使线路造成短路、断路等情况;
还有在制作导线时,如果线头做的不好会导致线路的接触不良,在通电调试时就会出现时亮时不亮的情况,然后就慢慢查线路了,做完后总结出刚做时不要只求速度也要做的精细,因为欲速则不达嘛,反复查多次线路不如一次性仔细的做。
当然在接完线通电调试前,再检查下有正负区分的器件有没有接反是必要,这会为你省去一些多余的复查和通过成功率。
除上面一些原因外,电路还是不好,可以检查下使用的元器件的好坏。
基本上只要上述的因素都排除后,再把调节振荡电路的反馈的电位器调至使振荡电路临界振荡,当有金属靠近线圈时便会使发光二极管熄灭,无金属靠近线圈时发光二极管一直亮,电路的通电调试就完成了。
通过制作这个简易的金属探测器,我发现电子技术强大的功能和广大的发展空间,再次觉得这方面课程的使用性,并激发了我对其的兴趣。
了解电子技术对我们日常生活带来的便利,不由得感慨科学的伟大。
其实制作起来还是比较漫长的过程,这需要我们认真、耐心、坚持不懈的努力才能成功的。
作为现当代的工科学者,我们要把理论和实践相结合,只有不断的将理论运用到实践中去,才能更好的理解所学知识,提高自己的动手能力和独立思考的能力。
希望学校在这方面提供我们更多的平台,鼓励同学们的动手能力和创新发展。
9.参考文献
张凤言.电子电路基础(第二版)[M].北京:
高等教育出版社,1995.
张肃文.高频电子线路(第二版)[M].北京:
高等教育出版社,1984
廖惜春.模拟电子技术基础[M].武汉:
华中科技大学出版社,2008
清华大学通信教研组编.高频电子线路.北京:
北京人民邮电出版社,1983
10.附录
电路板安装图
电路板元件安装图
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