1、模擬電子技術基礎課程設計報告班級：電氣082姓名:（簽字）學號:日期：2010-7-3 至 2010-7-41.設計任務：水溫及水位自動監測報警器監視容器中水的加熱過程:設計一個模擬電路，要求模擬實現容器中水的加進水管/'1熱過程，當容器中水溫未達水溫信號上限水位信號下限水位信號上限水位到沸點時，監視器報警燈紅燈亮，提示水沒燒開；當容水容器器中水溫達到沸點時，監視加熱器器報警燈綠燈亮，提示水已水溫、水位檢測系統示意圖燒開。1.2監視容器中水位的升高過程:設計一個模擬電路，要求模擬實現容器中水位的升高過程，當容器中的水位低 于下限水位時，監視器報警燈單紅燈亮；當容器中的水位到達下限及下限

2、以上，并且在上限以下時，監視器報警燈不亮；當容器中的水位到達上限及上限以上時，監視器報警燈雙紅燈亮。2.設計思路與說明2.1模擬水溫檢測系統2.1.1水溫監測實驗原理及器材選用依據:熱敏電阻是一種新型半導體感溫元件,而正溫度系數熱敏電阻具有正的電阻溫度特性，當溫度升高時，電阻值升高；當溫度降低時，電阻值減小，其阻值一溫度特性曲線如圖1所示。熱敏電阻的阻值一溫度特性曲線是一條指數曲線，非線性較大，在實際使用中要進行線性化處理，但比較復雜,圖1阻值一溫度曲線一般只使用線性度較好的一段，在試驗中可用滑動變阻器模擬熱敏電阻工作的過程。實驗中需要將變化的溫度信號模擬成變化的電阻， 為提高靈敏度，采用橋式

3、電路，將變化的電阻信號轉化成變化的電壓信號輸出。 因為溫度的很小的變化，對阻值的影響較小，導致輸出地電壓信號變化很小，設備很難對微小的信號做出靈敏的反應，因此需要將小信號放大后進行處理， 在這里，我采用了精密的儀表放大器來處理變化的電壓信號。當溫度升高，達到沸點時，相應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， 此時我需要選擇出這個沸點電壓，因此我選用了一個單限比較器，當放大器輸出的電壓值達到沸點時的電壓時， 電壓比2所示。較器發生跳變引起輸出點電位變化。 通過該點電位的變化來接通報警器，所以采用三極管和發光二極管來模擬實現報警器報警過程。實驗原理如圖r«Tis

4、幼r -r - .Dn AJ LJ - V: 二 I ;二圖2 -水溫檢測實驗原理圖 -vI.w H1 1 HI-11-HH11- I-4 M 辭打-. IL«?2.1.2電路功能:滑動變阻器由零開始變化，模擬水溫升高的過程,電阻阻值與電橋輸出電壓U 01的U 01 = Vi (R3R2 R3阻值R4R1 R4),實驗中測到r4則電壓與Uo1的關系曲線，如圖3所示。假設模擬電阻與溫度的關系如圖 4所示,與溫度的關系如圖5所示。電壓與溫度模擬曲線Uo1送入儀表放大器，經過放大，得到輸出電壓Uo2，Uo2=-& 1退Uoi在R4增大的過程中，當Uo2 <R7R5o1-1.5

5、V時，即水溫未達到沸點,Uo3輸出高電位，此時Q1三極管導通，紅燈亮。當R4繼續增大，使U02=-1.5V時，即水溫達到沸點，uo3發生跳變，輸出低電位,此時Q2三極管導通，綠燈亮。2.1.3電路參數確定輸入到儀表放大器的信號為小信號，因此，選擇輸入到儀表放大器的信號差值為1V左右，要求電橋中電流不能過大，因此選用1K的電阻和滑動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，并設置放大倍數等于-3倍；在水溫升高的過程 r4增大，設置當r4增大到333.3 時，即U 01 =0.5V時，模擬水溫達到沸點，此時讓電壓比較器的輸出電壓發生跳變，即03Up UN=U02=

6、-3U01=-j5V，所以設置 VDD=-1.5V, 當 Uo3 輸出高電位時，保證三極管Q1導通以及二極管LED2發光，因此選用NPN管，經過調適和計算確定VCC和r13的值；當U03輸出低電位時，保證三極管Q2導通以及二極管LED1發光,因此選用PNPt,經過調適和計算確定 VDD和r14和r15的值。2.2模擬水位檢測系統2.2.1水位監測實驗原理即器材選用依據:用開關的閉合模擬水位升高過程中各部分電路的導通關系。當水位在下限以下 和上限以上，需要亮起紅燈來報警，而當水位合適時，則不用亮燈報警，根據這個 關系，選擇窗口比較器實現此過程。當水位在下限以下時，電路出于不導通狀態, 即S2斷開

7、與U1、U2的連接，此時使二極管LED2亮，實現報警；當水位為正常水位, S2與U2接通，此時兩個二極管都不發光；當水位達到上限水位時S2與U1接通 ,此時兩個二極管都發出紅光報警。實驗原理圖如圖6所示vee2.2.2&IQ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, 設置一個開關S2使其接地。當水位不夠下限水位時，開關 S2斷開，U1反相端電位高于同向端電位，輸出為負，相反，U2同向端電位高于反相端電位，輸出為正，此時二極管LED2導通報警發光，而LED1因三極管未導通而截止不發光；當水位上升到下限或下限以上上限以下時，S2與U2接通,U

8、2同向端電位為零，小于反相端電位，輸出為負，三極管 Q2不導通，LED2截止,因而不發光，LED1仍然處于截止狀態，不發光；當水位繼續上升達到上限水位時,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導通,LED1發光報警，而Q2也處于導通狀態，LED2也發光報警。2.2.3參數確定依據VDD高于VSS VSS高于地電位，因此根據這個關系確定參數使 VSS略高于地電位，所以選擇 VSS=0.5V VDD=5V根據二極管的發光要求以及不斷地調適確定VCC=5.37V。3電路調試基本過程及調試結果3.1實驗設備： 模擬實驗電路箱，萬用表。3.2實驗地點及條件： 在模擬電

9、路實驗室，室溫 20°C 左右，保證實驗儀器工作的良好狀態，減小誤差。3.3實驗時間： 2010-7-3 至 2010-7-4 兩天。3.4實驗中的主要問題及自我評價在水溫檢測實驗中，電路的平衡調節調了很長時間都不平衡，輸出電壓很不穩定，后來嘗試不用電橋，只用一個電阻和滑動變阻器分壓來實現，可是發現這樣實 現誤差較大，所以又換回電橋分壓。當電橋基本平衡后，連接儀表放大器是相當麻 煩的，實驗箱上的線很亂，就很容易接錯，卻又不容易發覺。好多用到的電阻實驗 箱上沒有，也湊不出來，就得找現成的 300 固定電阻，將其插入實驗箱后使用。剛開始連接儀表放大器的時候忘記給12V的電壓，導致輸出怎么

10、測都是零。后來發現問題，接上電壓，測得輸出電壓 U 02 -3U 01，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，開始根據自己的預想的跳變點設置VDD電壓值，可是o2在預設點沒有發生跳變，然后就反復的測量U-的變化范圍，重新設定跳變點，后來設置-1.5V為閾值電壓，測得Uo3有了跳變，這已經成功了 70% 了。當接上三極 管和發光二極管時，燈沒有像預期的那樣亮起來，于是我就根據電路原理，反復調 節二極管兩端電壓以及 VCC和VDD的值，經過很多次的調適，反復的修改參數，燈 終于亮了。在水位監測實驗中，電路簡單，很快就連接完畢。第一次實現的是在下限水位以下不亮燈，正常水位時亮綠燈，高

11、于上限水位時亮紅燈。雖然順利地實現了這個 過程，但是與實驗要求不符，老師要求按實驗要求來做。當我重新接好電路，發現 我的二極管的燈不亮，測量它兩端的電壓大于它的導通電壓，于是我反復調電源電 壓，測量二極管兩端的電壓，它始終不亮。最后我實在想不明白為什么，便向老師 求助，老師讓我測了各點的連接情況，看是否導通，換一個三極管等等，可是這些 方法我都試過，都不能解決問題。后來老師說可能實驗箱上的三極管有問題，就去 找了個三極管換上了，這次真的是找到了問題的所在，接上新的三極管，電路通了， 我終于成功地完成了實驗。在課設的前一天晚上，我生成了初步的電路原理圖，并初步定好了參數，準備的還算充分。可是，畢

12、竟理論與實際是有差距的，實際的實驗儀器有誤差，有些參 數跟預想的很不符合，所以在實驗的過程中，我不斷地思考，不斷地調適，實在想 不明白的地方才請教老師和同學。這次課設，我整整做了兩天，實驗中遇到了很多 的疑惑和不解， 但是通過請教老師同學加上自己的思考， 我攻破了一個又一個難題。終于獨立地按照要求在規定的時間內完成了任務。4主要工作體會首先，通過此次課設，我們將所學的東西第一次運用到了解決實際問題上，對于這一點我感到特別的驕傲。在以往的學習中，都是學習的一些理論上的知識，而 真正怎樣運用到實踐中并沒有認真想過。課本上的知識畢竟是死的，而實踐過程中 往往會發生很多狀況，該如何發現問題，解決問題，

13、是需要我們來認真思考的。這 種能力也是我們亟待培養的。我覺得這次的課設，就是一次小小的鍛煉，在實驗過 程中找到問題，分析問題，并找出方法來解決它，這個過程就是理論與實際的結合 過程，既鍛煉了我們的動手能力，又鞏固了我們的理論知識，兩全其美。因為在此 之前我對儀表放大器并不是很了解，可是，當我實驗中需要用到儀表放大器時，我 必須翻書找資料，查找儀表放大器的工作原理，使用條件等。而在實驗的過程中， 進一步理解了儀表放大器的作用和使用方法。還有，在學習三極管的放大原理時， 對各極電位變化的相互影響很模糊，沒有理出頭緒，而在實驗中，我反復的調節各 點電位，測量電壓，分析電位變化之間的關系，調節電路，因

14、此彌補了我知識上的 空缺。其次，在實驗過程中，我遇到了很多意想不到的麻煩，我不能選擇逃避，只能是硬著頭皮來解決。因為老師很忙，大家又都在忙著弄自己的電路，很少能抽出時 間幫你解決問題，所以大部分時間我必須獨立思考，獨立解決問題。當同學們紛紛 完成實驗，看著他們滿足的笑臉，聽著他么歡呼的聲音，我不能急躁，我必須頂住 壓力，認真完成我的實驗，因為我還沒有成功，我的任務還沒有完成。兩天的課設 讓我廢寢忘食，早晨去了，中午都不知道吃飯，不知不覺就到了下午，完全忘記了 時間，忘記了饑餓。到了第二天的下午，大部分人都完成了實驗，而那時我的實驗 電路恰好出現了嚴重的問題，我無數次地調適都無濟于事，眼看就要到了傍晚，我 告訴自己，不能放棄，