1、精選優質文檔-傾情為你奉上目錄專心-專注-專業前 言在電子科學技術高速發展的今天，高科技產品越來越多的應用在我們的日常生活中，每時每秒我們都能感受到產品的更新換代。產品乃至技術革新的日新月有都讓人對以相信。象日常我們工作所用的電腦、手機等等，這些高科技產品給我們帶來了極大的方便，但這要歸功于科學技術的高速發展。數顯搶答器是我們所要的畢業設計課題。數顯搶答器整個電路包括開關編碼電路、譯碼顯示電路、鎖存控制電路、復位控制電路和聲音提示電路五部分。數顯搶答器涉及到模擬電子技術、數字電子技術和電路分析中的相關知識。本文介紹的八路數顯搶答器電路設計新穎具有電路結構簡單、成本較低、操作方便、靈敏可靠等優點

2、,經使用效果良好,具有較高的推廣價值，適用于工廠、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽,為競賽的公平公正提供有利的保證。第一章方案論證與總體設計1. 1 提出方案本設計是一個數字電路設計題，可提出兩種方案。方案由COMS系列數字集成電路：CD4511、CD4068及少數外圍電路組成。方案由TTL系列數字集成電路：74LS248、74LS04、74LS32、74LS116及少數外圍電路組成。兩種電路原理方框圖一樣（見圖11），其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到“清除”狀態，搶答器處于禁止狀態，編號顯示器滅燈；主持人將開關置于“開始”狀態，搶答器開始工作。選手在搶答時，搶答器完成：優先判斷

3、、編號鎖存、編號顯示。當一輪搶答之后，如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開始”狀態開關。圖111.2 方案比較兩種方案的設計原理相同，只是用的集成電路不同。TTL 雙極器件、電源電壓5V、速度快數ns、功耗大mA級、負載力大，負載以mA計，不用端多半可不做處理。CMOS 單級器件、電源電壓可到15V、速度慢幾百nS，功耗低省電uA級、負載力小以容性負載計，不用端必須處理。設計便攜式和電池供電的設備多用CMOS芯片，對速度要求較高的最好選用TTL中的74SXXX系列.1.3 確定方案及工作原理本電路對速度要求不大，故選用CMOS型數字集成塊來組成搶答器。本搶答器通過十分巧妙的設計僅用兩

4、塊數字芯片便實現了數顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比較有分辨時間極短、結構簡單、成本低、制作方便等優點，并且還有防作弊功能。 其原理見圖12所示，SB1SB9為9個搶答按鍵，CD4511是BCD碼7段譯碼器，CD4068是八輸入與非門，VD1VD11起對輕觸按鍵進行編碼的作用。初始狀態下，CD4511驅動LED數碼管顯示0，即A、B、C、D、E、F這六個筆畫為，G筆畫為0?，F將G筆畫信號用三極管反相，把0對應的筆畫信號變為全是1，然后將這些筆畫信號送給八輸入與非門CD4068。根據與非門的邏輯關系可知CD4068輸出為0，這樣7段譯碼器CD4511就處在了譯碼狀態。因為除0外的其他數字對應的

5、筆畫信號不全為，不能使CD4068輸出，也不能使段譯碼器CD4511處于譯碼狀態。所以當有按鍵按下時，CD4068就輸出鎖存信號0，致使段譯碼器CD4511把所鍵入的數字鎖存顯示，這樣后按下的鍵就不起作用了。數碼管上就只顯示最先按下的鍵號，起到了搶答的作用。R1和C1組成積分電路對鎖存信號做非常短暫的延時，其作用是讓數字電路有足夠的響應時間，使之鎖存穩定，不致于顯示亂碼。C2的作用是將直流觸發變為脈沖觸發，使音樂電路每搶答一次只響一次。SB10為復位鍵。該鍵可在主持人喊“開始”前按下。若SB10鍵按下后不顯示為0，則說明有人在作弊，所顯示的是哪個數字就是哪個人在作弊。圖12總原理第2章 搶答器

6、單元電路設計2.1 開關、編碼電路2.1.1開關、編碼電路的組成 本設計選用的輸出顯示電路為CD4511BCD碼鎖存器，要使CD4511能正確的輸出顯示輸入的值必須把輸入的值變化為BCD碼的形式輸入，CD4511通過在自身的功能識別BCD碼的值并輸出對應的信號（A.G），此開關、編碼電路圖21采用按鍵開關和二極管共同構成其特點電路簡便、精確、可靠性、實時性好。圖21開關、編碼電路 開關、編碼電路有SB1-SB9九個按鍵開關、VD1-VD11十一個二極管組成，SB1-SB9分別作為各路的搶答按鍵，此按鍵在正常狀態下處于開的狀態，只有按鍵被按下時處于閉合狀態電路九開始導通。VD1-VD11 由二極

7、管有單向導通性的特性，分別作為開關二極管使用，當有按鍵按下時所對應的二極管的正極變為高電平，二極管就處于導通狀態可視為導線。另一方面可以阻止信號的互串，因為電路時各個開關搭接而成的當其中某按鍵按下時二極管的負極電壓將升高使其處于截止可以有效的阻止信號的串擾，如果沒有二極管的有效隔離電平的互串將嚴重影響BCD編碼，所以二極管即起到開關的作用有又良好的隔離作用提高電路的可靠性。2.1.2 開關、編碼原理 1）當按鍵開關沒有任何一個按下時，整個電路都處于截止狀態輸出端DCBA都為低電平0，編碼電路不工作。2）其中某一個按鍵按下時：當sb1被按下時，則輸出端A輸出高電平1，與A相連的VD1、VD4、V

8、D7、VD10負極為高電平1二極管因反偏均截止處于斷開的狀態，高電平不能反饋到其它端上即DCB輸出低電平0。當SB2被按下時，則輸出端B輸出高電平1與B端相連的二極管VD2VD5VD8的負極變為高電平，各二極管因反偏均截止處于斷開狀態，高電平不能反饋到其它各端上即DCA為低電平。同理依次按下各按鍵可得開關、編碼表22 按鍵開關BCD編碼SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8SB9DCBA0000000000000100000000000101000000000100010000000011000100000010000001000001010000010000110000000100

9、011100000001010000000000011001表22開關、編碼2.2 譯碼顯示電路2.2.1 譯碼顯示電路的組成 現在電子產品中主要用于顯示的器件有LED數碼管與液晶顯示器，LED數碼管由于具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長以及價格低廉的特點，因此使用非常廣泛。數碼顯示器件中的液晶數碼管價格較高，驅動較復雜，并且僅能工作于有外界光線的場合，所以使用較少。這里選用的是LED數碼管。LED數碼管使由發光二極管顯示字段組成的顯示器，有七段和米段字符之分，本設計采用的使七段LED顯示器。引腳圖及外形如圖23所示圖23根據設計中LED數碼管的驅動電路CD4511集成電路輸出口輸出的為

10、高電平為了使電路簡便、穩定，我們選擇使用共陰極LED數碼管顯示，這樣CD4511的輸出端輸出的高電平可直接與共陰極LED數碼管相連并可以準確的顯示。如果改用共陽極的顯示，需要在CD4511的輸出端后加上七路反相器把CD4511的高電平轉變為低電平才能準確的顯示原數，這樣使電路復雜、造價升高，還增加了電路的損耗因為任何集成電路都需要電源提供電壓，綜合考慮選用共陰極LED數碼管顯示較為適合。譯碼顯示電路見圖24所示圖24譯碼顯示電路2.2.2 譯碼顯示原理本設計因為只采用了九路搶答，即采用一個LED數碼管就可以完成顯示功能,設計中我們使用CD4511的輸出端A-G作為LED數碼管（a-g）的輸入。

11、CD4511的輸出端A-G的輸出是由BCD碼輸入端ABCD決定的，根據BCD編碼的輸入不同在輸出端輸出不同數據也不同，LED數碼管根據CD4511各端輸出的數據點亮七段發光管就會顯示相應的字符，CD4511各端輸出的信息總是和LED上顯示的相對應。由CD4511的BCD碼輸入端ABCD、輸出端A-G、LED顯示字符三者的關系可得表25BCD編碼CD4511 輸出端LED顯示字符DCBAGFEDCBA000001111110000100001101001010110112001110011113010011001104010111011015011011111006011100001117100

12、011111118100111001119表25七段LED是一種最常見數碼管顯示屏，這種數碼管的每個線段都是一個發光二極管。與我們小時候玩過的“火柴棒游戲”相似，幾根火柴組合起來，可以拼成各種各樣的圖形，七段LED數碼管實際上就是利用這個原理作成的。數碼管的每個線段都是一個發光管，其中七個長條形的發光二極管排列成一個“日”字型，另一個圓點形的發光管在顯示器的右下角作為顯示小數點。 LED顯示器有兩種不同的連接形式：一種是8個發光二極管（a-g及dp）的正極連在一起，稱之為共陽極LED顯示器；另一種是8個發光二極管陰極連在一起，稱之為共陰LED顯示器。他們的內電路如圖26所示 共陰極 共陽極圖2

13、6七段數碼管類型 共陰數碼管內部的8個二極管的N極連接在一起，與引腳com端相連接，在使用時引腳com應接低電平。當數碼管其余的某個引腳接高電平時，則該引腳對應的發光二極管被點亮，也就是數碼管對應的發光段被點亮。共陽極數碼管內部的8個發光二極管的P極被連接在一起，與引腳com端相連接。在使用時引腳com應接高電平，當數碼管其余的某個引腳接低電平時，則該引腳對應的發光二極管被點亮，也就是數碼管對應的發光段被點亮。七段發光二極管工作時若電流太小，則發光強度不夠：電流太大，則耗電量大，甚至會燒壞二極管。在實際應用中，經常外接1K的電阻作為限流電阻。 由圖26可以看出共陽和共陰結構的LED顯示器各筆劃

14、段名的安排位置是相同的，當二極管導通時，相應的筆劃就會發光，由發亮的筆劃段組合而顯示出各種字符，可以顯示0-F十六格字符及小數點。由于此設計中只有九路搶答所以使用led數碼管的“0-9"十個字符就可以滿足顯示要求，在本設計中采用CD4511 BCD七段所存/譯碼/驅動器來驅動數碼管顯示則七個筆劃對應于cd4511的輸出端A、B、C 、D、E、F、G，因此可用7位二進制代碼表示欲顯示字符的代碼，數碼管各段與輸出端各位的對應關系如表27所示輸出端各位GFEDCBA數碼管各段gfedcba顯示字符字型共陽極共陰極gfedcbagfedcba0010000000111111111111001

15、000011022010010010110113301100001001111440011001110011055001001011011016600000101111101771111000000011188000000011111119900100001101111表27 陽極數碼管二進制數據位0表示對應字段亮，數據為1表示對應字段暗;共陰極數碼管，數據為0表示對應字段暗，數據為1表示對應字段亮。若要顯示"0" 字符共陽極數碼管的字符編碼應為B,共陰極數碼管的字型編碼為B，依次類推，只要把欲要顯示數字字形碼通過cd4511輸出端送給數碼管即可。數碼管字型碼見表28表28

16、字型碼2.3鎖存、復位電路及工作原理2.3.1 鎖存器的定義鎖存器是由若干個鐘控D觸發器構成的一次能存儲多位二進制代碼的時序邏輯電路。2.3.2鎖存器器件選擇(1) 使用專門的鎖存器74LS373，74LS3074等集成電路，使電路中元件增加，連線復雜，調試維修增加難度，并使設計成本增加。(2) 選用鎖存/譯碼/驅動器集成于一體的集成電路，可以簡化外圍電路，工作更加穩定。經比較兩種方案，基于設計電路時，我們考慮的是電路簡便，實用，穩定性，可靠性好，費用低的原則，故選用方案二。 CD4511BCD七段鎖存/譯碼/驅動器是將鎖存器，譯碼器。它的輸出由輸入的BCD碼決定，故顯示器顯示數字為“0，1、

17、9”。 分析CD4511各引腳功能知 5腳LE為鎖存控制腳，LE腳為0時，ABCD輸入端決定顯示字符，LE腳為1時，鎖存顯示的字符此時控制LE腳的高低電平必須接外圍電路，電路如圖29所示圖29鎖存、復位電路此數選搶答器不僅有搶答的功能，而且還可以實現防作弊功能，更進一步維護比賽的公平，公正，公開原則。2.3.3復位原理電路原理圖如210所示S10為復位鍵，一般主持人在喊開始搶答前按下，當S10被按下時，CD4511LE腳為低電平0，CD4511沒有處于鎖存狀態，顯示字符有ABCD輸入端決定，主持人此時并沒有喊開始所以任何人不能進行搶答，ABCD輸入端的值全部為0，CD4511的七段輸出引腳AB

18、CDEFG應該為則LED數碼管顯示字符0，用CD4511輸出ABCDEF分別接CD4086與非門的10，9，5，4，3，2引腳CD4511輸出端G經VT1反向后變為高電平1連接CD4086的11，12，13引腳。這樣CD4086與非門輸入端為1，即輸出低電平0，CD4086的輸出端經過R3限流后連到CD4511的5腳LE上，保持主持人在沒有喊開始之前LED數碼管數字一直顯示為0。圖210復位電路2.3.4 防作弊原理主持人在按下S10按鍵后，CD4511LE引腳為低電平0，CD4511沒有處于鎖存狀態顯示字符取決于ABCD輸入端，此刻并沒有喊開始，所以ABCD輸入端的值全部應為0，CD4511

19、的輸出端ABCDEFG應為，而LED數碼管顯示為0，如果有人在此之前按下搶答鍵CD4511的輸入端ABCD的值不全為0，輸出端ABCDEFG也輸出與輸入相對應的值，通過LED數碼管顯示出搶答器的搶答號，而且還通過CD4086與非門后到達CD4511的LE引腳鎖存該按鍵號，找出作弊的比賽者。因此有效的防止有人作弊。2.3.5鎖存原理 當主持人喊開始后最先按下搶答鍵的鍵號會在LED數碼管上顯示出來，其它鍵再按下去也不起作用。某一個按鍵被按下后首先編碼電路對其進行編碼并輸出到CD4511的ABCD端，由于CD4511本身具有譯碼/驅動功能，輸出端ABCDEFG則根據ABCD的輸入值輸出對應的數值在L

20、ED數碼管上顯示出來。同時，CD4511是輸出端ABCDEFG是值也送到了CD4086與非門的輸入端上，經與非門輸出端高電平1送到CD4511鎖存引腳LE，由于CD4511的LE為鎖存引腳，為低電平0時，無效。為高電平1時，處于鎖存狀態。此LE為高電平1時處于鎖存狀態，輸出的值被固定與輸入端ABCD的輸入沒有關系即比賽者再按下搶答鍵進行搶答均不起作用。主持人喊開始后，若首先按下的鍵為SB6時，當SB6被按下時，編碼電路首先對其進行編碼0110，再送到CD4511的輸入端ABCD經CD4511本身具有的譯碼/驅動功能，輸出端ABCDEFG為則數碼管上顯示字符6，同時輸出端AB是值00送到CD40

21、86的10，9引腳，CDEF的值1111送到5，4，3，2引腳，G值經過VT1的反向后變為0送到11，12引腳，此時CD4086輸入端的值為，與非后輸出高電平1并送到CD4511的鎖存引腳LE，CD4511是LE只要一為高電平1，立刻處于鎖存狀態，輸入端ABCD輸入的值都為無效，即再按搶答鍵不起作用。只有主持人按下“復位”按鈕強行使CD4511鎖存腳置零，CD4511鎖存解除，才能開始下一論搶答。依此原理可得表211 鍵號鍵號編碼CD4511輸入端CD4086輸入端13LELEDDCBAGFEDCBA11、122345910SB10000001111111111111000SB10001000

22、01101000110111SB2001010110110011011112SB3001110011110001111113SB4010011001100100110114SB5010111011010101101115SB6011011111000111100116SB7011100001111000111117SB8100011111110111111118SB9100111001110100111119表2112.4 聲音提示電路聲音提示是為了更好的提示搶答人員是否還有搶答的機會而設置的電路。2.4.1 聲音提示電路的選擇 方案一、 選用揚聲器發聲，必須有功率放大集成電路進行信號放大，如

23、功放塊LM386發出聲音，其電路連接復雜，揚聲器功耗大，需要的元器件較多。 方案二、選用蜂鳴器 使用蜂鳴器不需要驅動電路，只需一個控制開關，就可以實現聲音提示功能電路連接圖如212所示。經比較，基于連接簡單，費用低可以實現同樣的功能，考慮選擇第二種方案作為本設計的聲音提示電路。圖212聲音提示電路 聲音提示是協同顯示字符工作的，支持人按下復位鍵時，數碼管顯示0字符，報警電路不工作，沒有聲音，只有有搶答鍵被按下時，數碼管顯示相應的鍵號，報警電路工作有聲音。2.4.2工作過程當有選手搶答成功后，數碼管顯示該選手號碼，同時CD4086的輸出端為高電平1，使CD4511處于鎖存狀態因VT2的基極是接應

24、CD4086的輸出端上的，所以VT2基極電壓升高（>=0.7V）使VT2導通，蜂鳴器負極接地，正極接VCC，蜂鳴器工作發出聲音，在主持人沒有按下復位鍵一直工作。第3章 各集成塊基本功能及電路圖電路中采用了兩塊CMOS數字集成電路，CD4511將BCD編碼、七段鎖存、譯碼、驅動功能集于一身，一個用于驅動共陰極 LED （數碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，可直接驅動LED顯示器。CD4068 是八輸入的與非門/與門數字基成電路。3.1 CD4511引腳圖及功能3.1.1 基本描述 高輸出源電流可達25

25、mA，輸入所存提供BCD碼存儲功能、燈測試和消隱功能，BCD碼>1001時，七段譯碼輸出消隱100%測試的靜態電壓規定可到20V,VDD=18V最大輸入電流1uA（整個溫度范圍）TA=25C時輸入漏電流最大為100mA。 顯示譯碼器CD4511是一個用于驅動共陰極 LED（數碼管）顯示器的BCD碼七段碼譯碼器，特點如下：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，可直接驅動LED顯示器。 其引腳功能介紹如下： BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態如何，七段數碼管均處于熄滅（消隱）狀態，不顯示數字。 LT：3腳是測試輸入端，

26、當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態如何，七段均發亮，顯示“8”。它主要用來檢測數碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端.。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的內部有上拉電阻，在輸入端與數碼管筆段端接上限流電阻就可工作。3.1.2 CD4511的引腳 CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級，通常用以驅動LED。其引腳圖如31所示圖 31CD4511引腳各引腳的名稱：

27、其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D；5、4、3分別表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示 a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。CD4511的工作原理 CD4511的工作真值表如表32輸 入輸 出 LEBILIDCBAabcdefg顯示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101

28、100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱 01110110000000消隱 01111000000000消隱 01111010000000消隱 01111100000000消隱 0111111000000消隱 111XXXX鎖 存 鎖存 表32CD4511的真值3.1.3 鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導通或截止由控制端LE的電平狀態.當LE為“0”電平導通，TG2截止；當LE為“1”電平時，TG1截止，TG2導通，此時有鎖存作用。3.1.4 譯碼功能 CD4511譯

29、碼用兩級或非門擔任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數據B、C進行組合，然后將輸入的數據A、D一起用或 非門譯碼。 3.1.5 消隱功能BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。 消隱輸出J的電平為 J =（C+B）D+BI 如不考慮消隱BI項，便得J=（B+C）D，據上式，當輸入BCD代碼從1010-1111時，J端都為“1”電平，從而使顯示器中的字形消隱。3.2 CD4068 8輸入與非門/與門3.2.1 基本描述10V中速工作時TPHL=TPLH=75nS緩沖的輸出級100%測試的靜態電壓規定可到20V，VDD=18V 25攝氏度時輸入最大漏電流100m

30、A。3.2.2 引腳描述及功能表33 表33引腳描述及功能 34引腳圖3.2.3引腳圖(34)與輯表達式與非門輸出 Y=/A/B/C/D/E/F/G/H 與門輸出 W=ABCDEFGH第4章 數顯搶答器電路元器件分析本實驗用到的電阻都是色環電阻。電阻的測量：R1、R2（10k）色環為：棕黑橙 ，實際測量為R1=9.92 k,R2=9.89 k, R3（2k）色環為:紅黑橙, 實際測量為 R3=2.1 k，R4（1.6k）色環為:棕蘭紅, 實際測量為R4=1.52 k。1N4004型硅整流二極管測量結果:良好。三極管VT-9013測試結果:良好。揚聲器測試結果：良好。4.1電阻器4.1.1 電阻

31、器基本知識介紹 電阻（Resistor）是所有電子電路中使用最多的元件。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說它是一個耗能元件，電流經過它就產生熱能。電阻在電路中通常起分壓分流的作用，對信號來說，交流與直流信號都可以通過電阻。其常見電阻器如圖4-1所示。 光敏電阻 電阻器 碳膜電阻 可調電阻 精密電阻 貼片電阻圖4-1電阻都有一定的阻值，它代表這個電阻對電流流動阻擋力的大小。電阻的單位是歐姆，用符號“ ”表示。歐姆是這樣定義的：當在一個電阻器的兩端加上1伏特的電壓時，如果在這個電阻器中有1安培的電流通過，則這個電阻器的阻值為1歐姆。除了歐姆外，電阻的單位還有千歐（K），兆歐（M）等。其換算關

32、系為： 1M=1000K ， 1K=1000。 電阻器的電氣性能指標通常有標稱阻值,誤差與額定功率等。 它與其它元件一起構成一些功能電路，如RC電路等。 電阻的阻值標法通常有色環法，數字法。色環法在一般的的電阻上比較常見。由于精密電路中的電阻一般比較小，很少被標上阻值，即使有一般也采用數字法，即： 101表示100的電阻； 102表示1K的電阻； 103表示10K的電阻。通常來說，使用萬用表可以很容易判斷出電阻的好壞：將萬用表調節在電阻擋的合適擋位，并將萬用表的兩個表筆放在電阻的兩端，就可以從萬用表上讀出電阻的阻值。應注意的是，測試電阻時手不能接觸到表筆的金屬部分。但在實際維修中，很少出現電阻

33、損壞，除少數特殊電阻外，也很少去關心電阻的阻值。著重注意的是電阻是否虛焊，脫焊。如果一個電阻器的電阻值接近零歐姆（例如，兩個點之間的大截面導線），則該電阻器對電流沒有阻礙作用，串接這種電阻器的回路被短路，電流無限大。如果一個電阻器具有無限大的或很大的電阻，則串接該電阻器的回路可看作開路，電流為零。工業中常用的電阻器介于兩種極端情況之間，它具有一定的電阻，可通過一定的電流，但電流不像短路時那樣大。電阻器的限流作用類似于接在兩根大直徑管子之間的小直徑管子限制水流量的作用。4.1.2 電阻的種類： 電阻的種類通常分為三大類：固定電阻，可變電阻，特種電阻。在電子產品中，以固定電阻應用最多。4.2 電容

34、器電容器（簡稱電容）也是組成電子電路的主要元件。它可以儲存電能，具有充電、放電及通交流、隔直流的特性。其常見電容器如圖4-1所示。 電解電容 可調電容 電容圖4-24.2.1電容器的相關特性及作用電容器的結構特性：電容器是由兩個相互靠近的金屬電極板，中間夾一層絕緣介質構成的。在電容器的兩個電極加上電壓時，電容器就能儲存電能。1.電容(1)定義：電容器所帶的電量與兩極板間電勢差的比值叫電容。(2)物理意義：電容是描述電容器儲存電荷本領大小的物理量，在數值上等于把電容器兩極板間的電勢差增加1 V所需充加的電量。注意：電容C由電容器本身的構造因素決定，與Q、U無關。(3)電容的單位：法符號F 1 F

35、F00pF 2.平行板電容器的電容C：與平行板正對面積S、電介質的介電常數成正比，與極板間的距離d成反比。3.電容器的額定電壓和擊穿電壓擊穿電壓是電容器的極限電壓，超過這個電壓，電容器內的介質將被擊穿額定電壓是電容器長期工作時所能承受的電壓，它比擊穿電壓要低電容器在不高于額定電壓下工作都是安全可靠的，不要誤認為電容器只有在額定電壓下工作才是正常的。電容器具有“通交流、隔直流”的特性。直流電的極性和電壓大小是固定不變的，不能通過電容器。而交流電的極性和電壓的大小是不斷變化的，能使電容器不斷地充電與放電，形成充、放電電流。4.電容器的作用：電容器是能容納電荷的元件，由相互絕緣的兩個極板構成，極板面

36、積越大，極間距離越小，容量就越大。由于電容器具有容納和釋放電荷(俗稱充放電)的功能!它在電路里起到了廣泛的用途!典型的用途有;1)功率補償!(用于變電站,配電房)2)電機剖相，交流移相。3)和電感等元件組成振蕩電路，調諧回路。4)用于整流濾波，消除寄生振蕩。5)用于高低頻電路的信號耦合。6)由于電容器具有俗稱的通交隔直特性，幾乎所有的電路里都有它的身影。4.2.2識別方法電容的識別方法與電阻的識別方法基本相同，分直標法、色標法和數標法3種。電容的基本單位用法拉（F）表示，其它單位還有：毫法（mF）、微法（uF）、納法（nF）、皮法（pF）。其中：1法拉103=毫法=106微法=109納法=10

37、12皮法容量大的電容其容量值在電容上直接標明，如 10 uF/16V 容量小的電容其容量值在電容上用字母表示或數字表示字母表示法：1m=1000 uF 1P2=1.2PF 1n=1000PF 數字表示法：一般用三位數字表示容量大小，前兩位表示有效數字，第三位數字是倍率。如：102表示10×102PF=1000PF 224表示22×104PF=0.22 uF 4.2.3電容器的分類1、 按照結構分三大類：固定電容器、可變電容器和微調電容器。固定電容器的電容是固定不變的；可變電容器一般是通過改變兩極的正對面積來改變電容。當然也可以通過改變兩極間的距離、或者改變電容器所充的電介質

38、來改變電容。2、按電 解質 分類有：有機介質電容器、無機介質電容器、電解電容器和空氣介質電容器等。3、按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。4、高頻旁路：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器。5、低頻旁路：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器。6、濾波：鋁電解電容器、紙介電容器、復合紙介電容器、液體鉭電容器。7、調諧：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器。 8、高頻耦合：陶瓷電容器、云母電容器、聚苯乙烯電容器。9、低耦合：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器。10、小型電容：金

39、屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電 容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸電容器、聚丙烯電容器、云母電容器。4.3 晶體管半導體是一種具有特殊性質的物質，它不像導體一樣能夠完全導電，又不像絕緣體那樣不能導電，它介于兩者之間，所以稱為半導體。半導體最重要的兩種元素是硅和鍺。4.3.1 基本知識 PN的形成：擴散：載流子從高濃度向低濃度的運動。漂移：在電場的作用下，自由電子和空穴作定向運動。內電場的方向：由N區指向P區。內電場的作用：一方面阻礙多子的擴散運動，另一方面促使兩個區靠近界面處的少子產生漂移運動。PN結的單向導電特性：加在PN結上的電壓稱為偏電壓，若P區

40、為電信高端，N區為電位低端，稱PN正偏；反之，稱反偏。PN結正偏導通，呈現很小的電阻，形成較大的正向電流。PN結反偏截止，呈現很大的電阻，反向電流近似為0。因此，電路中常把它用在整流、隔離、穩壓、極性保護、編碼控制、調頻調制和靜噪等。二極管的結構(如圖4-3、4) 圖4-3 圖4-4 圖4-5常見的幾種二極管，有玻璃封裝的、塑料封裝的和金屬封裝的等幾種。圖4-5是二極管的電路符號，有兩個電極，并且分為正負極，一般把極性標示在二極管的外殼上。 二極管的伏安特性（圖4-6）：iD=Is（e（UD/UT）-1），UT=KT/q，Is為二極管反向飽和電流，單位為A，K=1.380*10-23J/K,為

41、玻耳茲曼常數 ，T為熱力學溫度，單位為K，q=1.6*10-19C，為電子電量，UT為溫度電壓當量，在常溫下（T=300K），UT=26mV。圖4-6四個工作區：死區（正向）、導通區（正向）、反向截止區（反向）、擊穿區（反向）4.3.2 晶體管的檢測方法： 1、檢測小功率晶體二極管 A、判別正、負電極 (a)、觀察外殼上的的符號標記。通常在二極管的外殼上標有二極管的符號，帶有三角形箭頭的一端為正極，另一端是負極。 (b)、觀察外殼上的色點。在點接觸二極管的外殼上，通常標有極性色點(白色或紅色)。一般標有色點的一端即為正極。還有的二極管上標有色環，帶色環的一端則為負極。 (c)、以阻值較小的一次

42、測量為準，黑表筆所接的一端為正極，紅表筆所接的一端則為負極。 B、檢測最高工作頻率fM。晶體二極管工作頻率，除了可從有關特性表中查閱出外，實用中常常用眼睛觀察二極管內部的觸絲來加以區分，如點接觸型二極管屬于高頻管，面接觸型二極管多為低頻管。另外，也可以用萬用表R×1k擋進行測試，一般正向電阻小于1k的多為高頻管。 C、檢測最高反向擊穿電壓VRM。對于交流電來說，因為不斷變化，因此最高反向工作電壓也就是二極管承受的交流峰值電壓。需要指出的是，最高反向工作電壓并不是二極管的擊穿電壓。一般情況下，二極管的擊穿電壓要比最高反向工作電壓高得多(約高一倍)。有此型號的中、小功率三極管，生產廠家直

43、接在其管殼頂部標示出不同色點來表明管子的放大倍數值，其顏色和值的對應關系如表所示，但要注意，各廠家所用色標并不一定完全相同。本實驗用到的二極管為1N4004，關于1N40的相關參數為（表4-7） 參數型號 最大整流電流反向電流125正向電壓25最高反向工作電壓（峰值）最高工作頻率AuAVKH21N40011N40021N40031N40041N40051N40061N40071=5=1501002004006008001000表4-7我們用萬用表來對1N4004型硅整流二極管進行測量，紅表筆接二極管的負極，黑表筆接二極管的正極時，表針會動，說明它能夠導電；然后將黑表筆接二極管負極，紅表筆接二極

44、管正極，這時萬用表的表針根本不動或者只偏轉一點點，說明導電不良。4.4 三極管半導體三極管也稱為晶體三極管，它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開關作用。電子制作中常用的三極管有90××系列，低噪聲管9013（NPN）等。我們使用的三極管是：NPN型9013功放管。三極管的結構圖（圖4-8）： 圖4-8 圖4-9三極管有兩種類型：NPN和PNP。它有兩個PN結（分別稱為發射結和集電結），三個區，從三個區域引出三個電極。發射極的箭頭方向代表發射結正向導通時的電流的實際流向。 三極管的電路符號有兩種（圖4-9所示）：有一個箭頭的電極是發射極，箭頭朝外的是NPN

45、型三極管，而箭頭朝內的是PNP型。實際上箭頭所指的方向是電流的方向。三極管的參數反映了三極管各種性能的指標，是分析三極管電路和選用三極管的依據。4.4.1 極限參數1最大允許集電極耗散功率PCMPCM是指三極管集電結受熱而引起晶體管參數的變化不超過所規定的允許值時，集電極耗散的最大功率。當實際功耗Pc大于PCM時，不僅使管子的參數發生變化，甚至還會燒壞管子。2最大允許集電極電流ICM 當IC很大時，值逐漸下降。一般規定在值下降到額定值的23（或12）時所對應的集電極電流為ICM當ICICM時，值已減小到不實用的程度，且有燒毀管子的可能。 3反向擊穿電壓BVCEO與BVCEO BVCEO是指基極

46、開路時，集電極與發射極間的反向擊穿電壓。BVCBO是指發射極開路時，集電極與基極間的反向擊穿電壓。三極管的反向工作電壓應小于擊穿電壓的（1213），以保證管子安全可靠地工作。 三極管的3個極限參數PCM 、ICM、BVCEO和下面講的臨界飽和線 、截止線所包圍的區域，便是三極管安全工作的線性放大區。一般作放大用的三極管，均須工作于此區。4.4.2 三極管的特性曲線三極管的共發射極電路（圖4-10）圖4-101、 輸入特性曲線在三極管共發射極連接的情況下，當集電極與發射極之間的電壓uBE維持不同的定值時，uBE和iB之間的一簇關系曲線，稱為共射極輸入特性曲線，如圖4-11所示。輸入特性曲線的數學

47、表達式為：iB=f(uBE)|uCE=常數 圖4-11由圖可以看出這簇曲線，有下面幾個特點：（1）uBE = 0的一條曲線與二極管的正向特性相似。這是因為uBE = 0時，集電極與發射極短路，相當于兩個二極管并聯，這樣iB與uBE的關系就成了兩個并聯二極管的伏安特性。 （2）uCE由零開始逐漸增大時輸入特性曲線右移，而且當uCE的數值增至較大時（如uCE1V），各曲線幾乎重合。這是因為uCE由零逐漸增大時，使集電結寬度逐漸增大，基區寬度相應地減小，使存貯于基區的注入載流子的數量減小，復合減小，因而iB減小。如保持iB為定值，就必須加大uBE，故使曲線右移。當uCE較大時（如uCE1V），集電結

48、所加反向電壓，已足能把注入基區的非平衡載流子絕大部分都拉向集電極去，以致uCE再增加，iB 也不再明顯地減小，這樣，就形成了各曲線幾乎重合的現象。（3）三極管有一個門限電壓，通常硅管約為0.50.6V，鍺管約為0.10.2V。2、三極管的輸出特性曲線對于一確定的iB值，iC隨VCE的變化形成一條曲線，給出多個不同的iB值，就產生一個曲線族。圖4-12 輸出特性曲線如圖4-12所示。 輸出特性曲線的數學表達式為： 由圖4-12還可以看出，輸出特性曲線可分為三個區域： （1）截止區：當iB=0時,iC=iCEO,由于穿透電流iCEO很小,輸出特性曲線是一條幾乎有橫軸重合的直線.通常將iB<=

49、0的區域稱為截止區，在此區域,三極管的發射結反向偏置、集電結反向偏置，iB、iC都約等于0。 （2）放大區：由圖可見不同的iB曲線的形狀基本上是相同的，而且uCE>1V后，特性曲線幾乎與橫軸平行(略向上傾斜),iB等量增加時,曲線等間隔地平行上移。既iB=常數的情況下，三極管端電壓uCE增大時，iC幾乎不變，既具有恒流特性，當iB變化時，iC與iB成正比例變化，既iC（/）iB 所以這一區域稱為放大區。在此區域，三極管的發射結為正向偏置且uBE>0.5V，集電結為反向偏置且uCE>=1V。 （3） 飽和區：當uCE比較小時，且小于uBE時，uCB=uCE-uBE<0,三極管的集電結處于正向偏置狀態。由圖可見iC隨uCE的增加迅速上升而與iB不成比例，既iC（/）iB，這一區域稱為飽和區。常把uCE uBE定為放大狀態與飽和狀態的分界點，叫做臨界飽和。在飽和區三極管的發射結和集電結均為正偏，三極管C、E之間的壓降很小(uCE<uBE)。在此區域內，特性曲線近似于一簇平行等距的水平線，iC的變化量與iB的變量基本保持線性關系，即iC=iB，且iC>>iB，就是說在此區域內，三極管具有電流放大作