北邮电子电路综合实验模拟综合实验题目.docx
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北邮电子电路综合实验模拟综合实验题目
电子电路综合实验题目
实验一函数信号发生器
【背景知识】
信号发生器又称信号源或振荡器,是用于产生特定参数的电测试信号的仪器。
信号发生器按输出信号的波形可分为正弦信号、函数(波形)信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。
本实验所要求设计和制作的是能够产生多种波形,如三角波、矩形波(含方波)、正弦波的函数信号发生器。
信号发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。
【实验目的】
1.通过实验进一步掌握集成运放的使用方法。
2.进一步提高工程设计和实践动手能力,加强系统概念。
【实验要求】
1、基本要求:
设计制作一个方波-三角波-正弦波信号发生器,供电电源为±12V。
1)输出频率能在1KHZ~10KHZ范围内连续可调。
2)方波输出电压VOPP=12V(误差<20%),上升、下降沿小于10μS;
3)三角波Vopp=8V(误差<20%);
4)正弦波Vopp≥1V,无明显失真。
2、提高要求:
1)将输出方波改为占空比可调的矩形波,占空比可调范围为30%‐70%;
2)三种波形的输出峰峰值VOPP均可在1V-10V范围内连续可调。
【设计提示】
根据任务要求可以拟出多种实现方案,如图2-1和图2-2为最常见的两种:
图2-1方案一
图2-2方案二由于实验要求的输出信号的频率较低,正弦振荡可以选用RC振荡电路,正弦—方波
变换电路可以采用电压比较器实现,而方波-三角波变换电路则可以用积分电路来实现。
方波振荡电路可以单独设计,也可以与方波—三角波变换电路合在一起,设计方波—
三角波振荡电路,具体的电路结构也有多种可选的方案,在此就不一一赘述了。
三角波→正弦波变换电路的种类很多,有二极管桥式电路、二极管可变分压器电路和
差分放大器等。
利用差分放大器传输特性曲线的非线性,实现三角波→正弦波变换的原理如图2-3所示。
由图2-3可见,①差分放大器传输特性曲线越对称,线性区越窄越好;②三角波的幅度应正好使晶体管接近截止区。
图2-3
实验二晶体管放大倍数β检测电路的设计与实现
【背景知识】
晶体管的直流电流放大系数也称为静态电流放大系数或直流放大倍数,是指在静态
(无变化信号输入)情况下,晶体管集电极电流IC与基极电流IB的比值,一般用β或者hFE表示。
一般来说晶体管的β值主要取决于晶体管的结构和制造工艺,但也受工作电流的影响,若工作电流变得过小和过大,则β值将明显变小。
【实验目的】
1.通过晶体三极管β值检测电路的设计与制作,使学生加深对晶体管β值意义的理解;
2.掌握电压比较器的实际使用电路;
3.理解电子电路综合设计、安装和调试的基本方法;
4.加深对所学过的电子电路知识的理解和综合运用能力。
【实验要求】
设计一个简易晶体管β值检测判别电路,该电路能够实现对晶体管β值大小的判断。
1.基本要求
(1)电路能够检测出NPN型、PNP型晶体管的类型。
(2)电路能够将NPN型晶体管放大倍数β分为“大于250”、“200~250”、“150~200”、“小于150”共四个档位进行判断。
(3)用发光二极管来指示被测晶体管的β值属于哪一个档位。
(4)在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小。
(5)当晶体管β值超出250时能够光闪烁报警。
2.提高要求
(1)电路能够将PNP型晶体管放大倍数β分为“大于250”、“200~250”、“150~200”、“小于150”共四个档位进行判断,并且能够手动调节四个档位值的具体大小。
(2)NPN型、PNP型晶体管β档位的判断可以通过手动或自动切换。
(3)用数码管显示β值分档编号。
(4)设计晶体管β值测量电路,并用数码管显示β值大小。
(5)其他自拟功能。
【设计提示】
1.系统组成框图
简易晶体三极管β值检测电路的总体框图如图2-5所示,它是由三极管类型判别电路、β-V转换电路、三极管放大倍数档位判断电路、显示电路、报警电路和电源六部分构成的。
图2-5
三极管类型判别电路的功能是利用NPN型和PNP型三极管的电流流向相反的特性,判别三极管的类型是NPN型还是PNP型。
β-V转换电路的功能是利用三极管的电流分配特
性,将β的测量转化为对三极管电流的测量,进而转换为电压量,同时实现对档位的手动调节。
三极管放大倍数档位判断电路利用比较器的原理,实现档位的判断。
显示电路的功能是利用发光二极管将测量结果显示出来。
报警电路的功能是当所测三极管的β值超出测量范围时,能够进行报警提示。
电源电路的功能是为各模块电路提供直流电源。
2.主要单元电路设计
(1)三极管类型判别及β-V转换电路
三极管类型判别及β-V转换电路如图2-6所示。
由于NPN型和PNP型三极管的电流流向相反,当两种类型三极管采用图2-6不同电路连接方式时,通过发光二极管的亮或灭,即可判定三极管的类型,并可进行档位测量。
图2-6
根据图2-6(a)所示电路,当电路接入NPN型三极管时,电路中的电流电压表达式为:
IB=(VCC-VBE-VLED)/RL
VC=VCC-ICRC=VCC-βIB(R2+RP)
由上式可以看出,由于R1为固定电阻,则IB为定值。
通过三极管电流分配关系将IC转换为βIB,则集电极输出电压VC将随β变化而变化,这就把β转换为电压量,便于进行β档位的测量。
而且由于RP为可变电阻,即可手动调节VC的值,也就可以手动调节档位值。
当电路接入PNP型三极管时,电路结构如图2-6(b)图所示,原理不再赘述。
(2)三极管放大倍数β档位判断电路
三极管放大倍数β档位判断电路如图2-7所示,其核心部分是由运算放大器构成的比较器电路,通过Vc的测量值与标准电压值进行比较就可以把β值分为不同档位。
同时根据比较的结果,如果测量值大于标准电压值,则输出为低电平;如果测量值小于标准电压值,则输出为高电平。
(3)显示电路
图2-7
显示电路是通过比较器输出的高低电平,控制发光二极管的亮和灭,这样就可以清楚地知道β值属于哪一个档位,达到了显示的作用。
需要注意的是,比较器的输出电流要与发光二极管的驱动电流匹配,如果比较器的输出电流过大就要串接限流电阻;如果比较器的输出电流过小就要接入晶体管进行电流放大。
若在显示电路的前端接入译码电路,可以减少发光二极管的数目。
(4)报警电路
报警电路主要是由NE555集成电路构成的振荡信号产生电路构成。
当晶体管放大倍数β超出250的检测范围时,驱动NE555集成电路的输出端输出高低电平变化的振荡信号,以
此控制发光二极管呈现闪烁状态,进行光闪烁报警。
实验三自动增益控制(AGC)电路的设计与实现
【背景知识】
自动增益控制(AutomaticGainControl,AGC)电路使放大电路的增益自动地随信号强度而
调整的自动控制方法,实现这种功能的电路简称AGC电路,该电路广泛应用于广播电视、无线通信、光纤通信、传感器处理电路等。
【实验目的】
1.了解AGC电路的原理及其应用。
2.掌握AGC电路的一种设计及实现方法。
3.提高独立设计电路和验证实验的能力。
【实验要求】
1.基本要求
当音频输入信号在40dB的变化范围内,输出信号的幅度变化不超过5dB。
1)设计指标以定条件为:
输入信号:
0.5~50mVrms;输出信号:
0.5~1.5Vrms;信号带宽:
100~5KHz;2)设计该电路的电源电路(不要求实际搭建),用PROTEL软件绘制完整的电路原理图(SCH)及印制电路板图(PCB)。
2.提高要求
1)设计一种采用其它方式的AGC电路;
2)采用麦克风作为输入,8Ω喇叭输出的完整音频系统。
3)如何设计具有更宽输入电压范围的AGC电路;
4)测试AGC电路中的总谐波失真(THD)及如何有效降低THD。
【设计提示】
1、系统组成框图
AGC电路实现方式有反馈控制、前馈控制和混合控制等三种;典型的反馈控制AGC由可变增益放大器(VGA)以及检波整流控制组成,典型的负反馈系统它可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部分(图2-8),增益受控放大电路位于正向放大通路,其增益随控制电压而改变。
控制电压形成电路的基本部件是AGC检波器和低通平滑滤波器,有时也包含门电路和直流放大器等部件。
放大电路的输出信号Uo经检波并经滤波器滤除低频调制分量和噪声后,产生用以控制增益受控放大器的电压Uc。
当输
入信号Ui增大时,Uo和Uc亦随之增大。
Uc增大使放大电路的增益下降,从而使输出信号的变化量显著小于输入信号的变化量,达到自动增益控制的目的。
放大电路增益的控制方法有:
①改变晶体管的直流工作状态,以改变晶体管的电流放大系数β。
②在放大器各级间插入电控衰减器。
③用电控可变电阻作放大器负载等。
2、系统单元电路设计提示
图2-8
下面介绍一种采用了短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法,从而简单而有
效的实现AGC功能。
如图2-9中所示,可变分压器由一个固定电阻R1和一个可变电阻构成,控制信号的交流振幅。
可变电阻由采用基极-集电极短路方式的双极晶体管微分电阻实现,为改变Q1电阻,可从一个由电压源VREG和大阻值电阻R2组成的电流源直接向短路晶体管注入电流。
为防止R2影响电路的交流电压传输特性,R2的阻值必须远大于R1。
图2-9
对正电流I的所有可用值(一般都小于晶体管的最大额定射极电流IE),晶体管Q1的集电极‐发射极饱和电压小于它的基极‐发射极阈值电压,于是晶体管工作在有效状态。
短路晶体管的VI(电压-电流)特性曲线非常类似于PN二极管,符合肖特基方程,除了稍高的直流电压值以外,即器件电压的变化与直流电流变化的对数成正比。
因此,对于VI曲线上所有直流工作点,短路晶体管的微分电阻与流过的直流电流成反比,换句话说,器件的微分电导直接与电流成正比。
由于在其工作状态下,共发射极
连接的双极晶体管的电流放大系数一般在100或100以上,在相当大的电流范围内,微分电阻都正确地遵守这一规则。
因此,图2-9中VREG的变化就会改变电流I,并控制R1‐Q1分压比。
耦合电容C1和C2将电路的衰减器与输入信号源和输出负载隔离开来。
图2-10为一个典型的小信号双极晶体管的短路VI特性,图中显示,至少可以在五个十倍程范围内控制微分电阻,即控制幅度超过100dB。
图2-10
实验四简易晶体管图示仪
【背景知识】
晶体管特性图示仪它是一种能对晶体管的特性参数进行测试的仪器。
该仪器用可调节的阶梯波和三角波对晶体管进行周期性扫描,并将结果以图示的方式显示在屏幕上。
晶体管特性图示仪的核心部件是三角波产生电路和阶梯波产生电路,本实验就是要求设计合适的波形发生器以及配套的调节和保护电路,实现对三极管输出特性曲线的测试。
三极管输出特性曲线是指,当基极电流IB一定时,集电极与发射极之间的电压UCE(也称管压降)与集电极电流IC之间的关系曲线,称为三极管的输出特性曲线。
每取一个IB值,
就有一条输出特性曲线与之对应,如用一组不同的IB值,就可得到如图2-12所示的输出特性曲线族。
【实验目的】
图2-12
1.通过实验进一步掌握集成运放的使用方法。
2.进一步提高工程设计和实践动手能力,加强系统概念。
【实验要求】
1、基本要求:
1)设计一个阶梯波发生器,f≥500Hz,Uopp≥3V,阶数N=6;。
2)设计一个三角波发生器,三角波Vopp≥2V;
3)设计保护电路,实现对三极管输出特性的测试;
2、提高要求:
1)可以识别NPN,PNP管,并正确测试不同性质三极管;
2)设计阶数可调的阶梯波发生器。
【设计提示】
根据任务要求可以拟出多种实现方案,如图2-13方案中,阶梯波产生电路可以用数字电路的多路数据选择芯片;也可以使用电压比较器配合积分电路产生阶梯波。
区别在于,数字芯片比较容易搭接,但是阶梯数固定不易调节;模拟电路相对复杂,阶梯数可以在一
定范围内随意调节。
图2-13
实验五简易电子琴的设计和制作
【背景知识】
通过对电子琴信号的产生和功率放大方面的研究和实践,可对际电子琴的音色、音质方面的改进起到一定的探索和促进作用。
【实验目的】
1、建立系统的概念,培养综合应用电子电路及知识的能力。
2、学习小型电子系统的设计、安装和调试方法。
3、培养工程实践技能和排除故障的能力。
【实验要求】
1.基本要求:
①能演奏两个八度音阶;
②音阶对应频率如下:
2.提高要求:
①将音阶扩大到再降低八度,进一步提高输出功率到0.5W。
②音阶对应频率如下:
音阶名
1
2
3
4
5
6
7
频率
(Hz)
132
148.5
165
176
198
220
247.5
【设计思路提示】
1、系统组成框图
2、系统单元电路设计提示
图2-14
频率模块由555震荡可得或其他器件实验
功放不仅可以由LM386也可以用其他器件,需要设计者查阅。
琴键自行设计可用电路板焊接而成。
实验六声控报警电路设计
【背景知识】
我们生活中最常见的声控电路就是楼道里的声控节能灯。
用声响使它点亮,然后延时熄灭。
但它用的是220伏的市电,考虑到安全问题,不宜在我们的实验室来做,所以改为声控报警电路。
另外,报警电路在我们生活中也是很常见的,如各种家用电器、小电子产品和汽车防盗报警器等。
它们也都是用了相似的原理来实现。
【实验目的】
本题目的设计实现要求对运算放大器、电压比较器和多谐振荡器的理论知识有很好的理解。
首先要对每个单元电路进行分析计算,而后集合成一个系统,完成特定的功能。
通过设计、实验过程可加深对理论知识的理解,学习实验和调试电路系统的方法,掌握其中的规律和相应的技能。
【实验要求】
1.基本要求:
在麦克风近处击掌(模拟异常响动),电路能发出报警声,持续时间大于5秒。
声音传感器用驻极体式咪头,蜂鸣器用无源压电式蜂鸣器。
2.提高要求:
A、增加报警灯,使其闪烁报警。
B、增加输出功率,提高报警音量,加强威慑力。
【设计思路提示】
1、系统组成框图
图2-15
麦克捕捉到声音信号后将其转变成微弱电信号,进入放大器进行放大,之后与电压比较器设定的参考电压进行比较,若高于门限值,比较器输出电平翻转,控制振荡器产生方波信号,使蜂鸣器发声。
为使蜂鸣器发声持续一段时间,要用一个延时电路保持比较器输出电平维持相应的时长。
2、系统单元电路设计提示A、关于麦克驻极体麦克要有直流偏置,需要查找相关资料,了解其参数,确定其
偏置电路。
其次还要测试麦克的灵敏度,做为设计放大器放大倍数的依据。
B、用LM358构成两级放大器,合理设计放大倍数。
若有自激震荡应予以消除。
异响声用单向正脉冲模拟。
放大器可以设计成单电源,也可以设计成双电源,根
据器件综合考虑电源取值大小。
另外放大器可设计成同相放大器,也可设计成反相放大器。
C、用LM358构成电压比较器电路,可以是无滞后的,也可以是迟滞电压比较器。
要用击掌声反复测试,来调整参考电压值,使其有一个合理的取值。
D、延时电路用RC电路构成,要计算时间常数,保证一定的延时时长。
E、方波振荡器有多种实现方法,比如用CD4011中的与非门构成,还可以用555芯
片,或用运算放大器和RC电路构成的方波振荡器,也可以选用其他方法。
输出方波的峰峰值和频率要符合蜂鸣器的要求,请自行查找蜂鸣器的参数资料。
实验七火灾报警电路的设计实现
【背景知识】
火灾报警电路实现的基本电路功能为:
在正常情况下,两路温度传感器(安装在室内
同一处,一路安装在塑料壳内,另一路安装在金属板上)的电阻几乎相等。
在经过电阻电压变换电路后,由两路传感器产生的电压信号的电压差几乎为零,不会导致报警现象;当有火情时,安装在金属板上的温度传感器会因金属板导热快而温度上升速度快,相比较而言,安装在塑料壳内的温度传感器的温度上升速度较慢。
这导致两路传感器的电阻变化情况不同,从而使两路传感器产生的电压信号有一定的压差;当此压差增大到一定数值时,通过由集成运放构成的差分放大电路的放大以及单限比较器的状态比较,最终驱动发光二
极管发光,蜂鸣器鸣叫报警。
【实验目的】
1、学习多个基本模拟电子电路的组合应用;
2、学习将集成运放应用电路应用于生产实际;
3、熟悉实用模拟电子电路的设计调试思路与方法。
【实验要求】
设计实现满足设计功能要求的火灾报警电路:
当有火情时,蜂鸣器鸣叫报警。
1.基本要求:
绘制出自行设计的规范具体的电路原理图;制定详细的实验调试步骤与调试方法;确定电路中各个参数取值;
2.提高要求(需自己创新)
3.提交电子版的材料
4.各级仿真波形输出说明:
中心给每位同学提供了一些可供选择的元器件,请注意保管、返回未使用的元
器件。
【设计思路提示】
1、系统组成框图根据设计要求,火灾报警电路对应的结构框图如图2-16所示:
温度传感器Ⅰ电阻电压变换
差分放大电路
单限电压比较器
声光报警器
温度传感器Ⅱ电路
2、系统单元电路设计提示
图2-16火灾报警电路结构框图
(1)由于所选用的温度传感器不含温度变送器(将温度信号转换为电压信号),电路
的第一级需要设计电阻电压变换电路。
(2)经转换后的电压差信号过小,且为两路输入,因此需要设计一个合适放大比例的差分比例运算电路,对两路温度传感器产生的压差进行放大,放大倍数根据温度传感器电阻转换的电压信号的单位级数(微伏、毫伏、或是伏)进行确定。
差分比例运算电路由单个集成运放构成,基本结构如图2-17所示。
图2-17差分比例运算电路说明:
室温下测试传感器的电阻一般为几欧姆,可选用2V的电压进行电阻转电压。
一
路由两个温敏电阻串联,另一路由两个固定电阻串联,两路并联,取两路“中点”电压差作为反映温度变化的参数,进行差分放大。
下图为差分放大电路仿真参考电路图:
图2-18差分放大仿真参考电路
(3)单限电压比较器也是由单个集成运放构成,基本结构如图2-19所示。
作用是将经过差分比例运算电路放大的两路温度传感器的压差值,转换为高低电平两状态的变化,以驱动发光二极管和蜂鸣器报警电路。
单限电压比较器的阈值电压UT由下图中R3、R4构成的分压电路来提供。
UT的压值大小即R3、R4阻值的选择,由前一级差分比例运算电路输入为零时的输出电压值来确定。
图2-19单限电压比较器
(4)发光二极管电路由一个发光二极管及其限流保护电阻构成;喇叭的驱动通过构造一个振荡电路(可选用LF353或NE555及其它元件组成),产生交流驱动喇叭持续的报警,振荡电路由电压比较器的输出供给。
3、总体仿真参考电路图
实验八基于Arduino的电压有效值测量电路设计与实现
【背景知识】
Arduino是源自意大利的一个基于开放原始码的软硬件平台,该平台包括一片具备简单
I/O功效的电路板以及一套使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。
Arduino可用来开发独立运作、并具互动性的电子产品,也可以开发与PC相连的周边装置,同时能在运行时与PC上的软件进行交互。
Arduino的电路板硬件可以自行焊接组装,也可以购买已组装好的成品;而开发环境软件则可通过网络免费下载与使用。
目前Arduino的硬件部分支持Atmel的ATmega8、Tmega168、ATmega328等微处理器。
此外,Arduino方案获得2006年PrixArtElectronica电
子通讯类方面的荣誉奖。
Arduino的硬件电路参考设计部分是以知识共享(CreativeCommons;CC)形式提供授权,相应的原理图和电路图都可以从Arduino网站上获得。
Arduino特点:
开放原始码的电路图设计,程式开发界面免费下载,也可依需求自己修改;具有多通道的数字I/O、模拟输入、PWM输出;
具有10bit的ADC;
Arduino可使用ISCP线上烧入器,自行将新的IC芯片烧入“bootloader”;
可依据官方电路图,简化Arduino模组,完成独立运作的微处理控制;可快速、简单、方便地与传感器、各式各样的电子元件、电子电路进行连接;支援多样的互动程序,如Flash、Max/Msp、VVVV、Processing等;
使用低价格的微处理控制器;可通过USB接口供电。
【实验目的】
1、熟悉Arduino最小系统的构建和使用方法;
2、掌握峰值半波整流电路的工作原理;
3、根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数;
4、画出电路原理图(元器件标准化,电路图规范化);
5、熟悉计算机仿真方法;6、熟悉Arduino系统编程方法。
【实验要求】
设计实现Arduino最小系统,并基于该系统实现对正弦波电压有效值的测量和显示。
1、基本要求
(1)实现Arduino最小系统,并能下载完成Blink测试程序,驱动Arduino数字13口
LED闪烁;
(2)电源部分稳定输出5V工作电压,用于系统供电;
(3)设计峰值半波整流电路,技术指标要求如下:
输入信号电压范围:
0~1V;频率范围:
500Hz~2KHz;
电源电压:
5V;
(4)采用Arduino最小系统读取峰值半波整流电路的输出结果,并计算正弦波电压有效值;
(5)测量出的有效值通过Arduino串口监视器进行读取。
2、提高要求
(1)用数码管显示正弦信号有效值的测量结果;
(2)用Arduino最小系统直接读取正弦信号计算有效值,比较不同测试方法的测量误差;
(3)自拟其他功能。
3、提交材料
(1)实验报告(含仿真结果、原理图)
(2)峰值半波整流等相关电路的仿真文件;
(3)Arduino程序;
(4)电路原理图文件。
【实验考核】
在题目的完成过程中,进行分阶段考核:
1、检查电源电路部分,输入7~10V,测量输出结果;
2、检查Arduino最小系统的完成情况,可以驱动数字13口LED的Blink闪烁;
3、检查峰值半波整流电路输出,用示波器测量是否满足电压和频率范围要求;
4、检查整流滤波电路,用示波器测量是否满足电压和频率范围要求;
5、完成系统设计,检查Arduino最小系统读取的正弦波电压有效值,并与示波器或者毫伏表的测量结果进行比较;
6、检查电路各个模块搭接的电路是否合理及规范;
7、检查电路设计过程中仪器及材料的使用情况。
【设计提示】
1、系统组成框图
Arduino电压有效值测量电路包括峰值半波整流电路、最小系统、显示、稳压电路四部分(图2-20),其中最小
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- 关 键 词:
- 邮电 电路 综合 实验 模拟 题目