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1、,前 言 实验课、课程设计和毕业设计是大学阶段既相互联系又互有区别的三大实践性教学环节。实验课着眼于通过实验验证课程的基本理论，并培养学生的初步实验技能。而课程设计则是针对某一门课程的要求，对学生进行综合性训练，培养学生运用课程中所学到的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题。毕业设计虽然也是一种综合性训练，但它不是针对某一门课程，而是针对本专业的要求所进行的更为全面的综合训练。电子技术课程设计应达到如下基本要求：1. 巩固和加强“模拟电子技术”、“数字电子技术”课程的理论知识。2. 掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开放过程。3. 提高电子电路实验技能及仪器使用能力。4. 掌握电子
2、电路安装与调试方法及故障排除方法。5. 学会撰写课程设计总结报告。6. 通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。7. 培养创新能力和创新思维。课程设计的题目是“数显式三极管值测量电路”的设计，其主要内容和要求为：1. 测量三极管（0199.9）测试条件：，允许误差，而且对应于不同的三极管的不同值基本不变。2. 环境温度1535，测量精度要求。3. 数字显示清晰，无重叠或跳动现象。4. 电路制作好后，测试中不需要人工调节便能满足测试条件。且插入三极管到指定位置，打开电源后，立即显示被测三极管的值，响应时间不超过1s。根据以上要求，结合所学知识，进行设计。电子系统设计的基
3、本方法传统的电子系统设计一般是采用搭积木式的方法进行，即由器件搭成电路板，由电路板搭成电子系统。系统常用的“积木块”是固定功能的标准集成电路，如运算放大器、74/54系列TTL，4000/4500系列CMOS芯片和一些固定功能的大规模集成电路。设计者根据需要选择合适器件，由器件组成电路板，最后完成系统设计。功能块划分子系统设计系统总成系统分解单元设计Bottom-up自底向上的设计方法这次课程设计的设计方法就是依照上述模式。首先大概猜想系统由哪几部分组成，各个部分按功能划分，依据功能查找能够实现该功能的芯片，找到一系列的相关芯片，然后考察各种芯片的具体性能和具体电路，选择性能满足设计而电路设计
4、又可行简单的方案。功能的划分依据所学的模电数电知识，而要实现该功能则可以参考书本的例子，进行加工以便完全满足需要。主要参考书本的例子和常用的IC来进行设计。具体芯片的资料，就是数据手册了，英文名是datasheet，只要在Google输入芯片型号，一般都能链接到专门提供pdf格式的datasheet的下载网站。Datasheet是由生产商提供的，所以要了解一个芯片的具体性能，应该首先参考。然后，我们设计出数显三极管值测量电路的电路原理图，同时也就得到了主要元器件的明细表。设计的工作主要是在Protel99SE和Multisim 8下进行，前者用来画电路图，后者是用来仿真实验。最后，我们就是在实
5、验室进行了为期一周的艰苦安装和不断调试的工作。目录第一章 系统概述.4第二章 单元电路设计和分析.5第三章 电路的安装与调试.7第四章 结束语.15元器件明细单.16参考文献.17附图.末页数显三极管值测量电路原理框图是三极管共射电流放大系数，不是一个能够直接测量的物理量，一般不区分直流和交流下放大系数。对于直流，有，忽略，固定、的值，的值跟值成正比，通过测量，选择一定的比例系数k，由测量。测量的问题转化为对的测量。为了使数字测量设备能够测量模拟量，本电路需要使用ADC。直接型ADC是把输入的模拟电压信号直接转换为相应的数字信号，所以还要对进行电流-电压转换。A/D转换后就可以用数字显示了。主
6、要涉及的知识点：模拟电子技术基础（电类）第一章 常用半导体器件 1.3双极型晶体三极管 第二章 基本放大电路 2.1概述 第五章 模拟集成电路基础 5.4集成运算放大电路 第七章 信号的运算与处理电路 7.2基本运算电路 第八章 波形发生与信号转换电路 8.5 利用集成运放实现信号的转换数字电子技术基础（电类）第十章 数模与模数转换 10.3模数转换器（ADC）实际电路可以参考电子技术课程设计实用教程。一、 系统概述电流-电压转换A/D转换显示测量值三极管的Ic二、单元电路设计和分析三极管的集电极电流由于已经规定测试条件：，允许误差，而且对应于不同的三极管的不同值基本不变。按要求得出以下电路：
7、假定BE压降为0.7V，那么基极电流为10微安，集电极电流为10微安的倍，CE电压由C的电位决定。电流-电压转换电路使用集成运放电路进行信号处理。由于BJT是CCCS器件，其输出等效为受控电流源，所以采用反相比例运算电路进行电流-电压的转换，因为反相比例运算电路的输入电阻低。同时反相比例运算电路对运放的共模抑制比要求低，其输出电阻很低，这是优点。在理想运放下，输入电阻为0，所以输出电压为（Is*Rf）。实际输入电阻不为零，所以信号源内阻比输入电阻越大，电路的转换精度就越高。A/D转换实验采用的ADC为MC14433，该电路在数字电子技术基础（电类）和电子技术课程设计实用教程均有对其工作原理有介
8、绍。资料出自Motorola提供的MC14433的datasheet。MC14433是一种高性能的低电压供电的3+1/2位模数转换器。它将线性CMOS和数字CMOS电路集成在同一块芯片上。其设计尽可能减少外围元件的使用，只需要外接两个电阻和两个电容，即可组成具有自动调零和自动极性切换的3+1/2位A/D转换系统。测量范围为或，转换速度为每秒25次，输入阻抗大于1000M，精度达到。显示测量值MC14433的典型应用电路已经给出显示电路。应当注意的是MC14433同一时刻只能输出一位BCD码，所以其轮流循环输出各位BCD码，并以作位选通信号，实现四位七段管的动态显示。 典型应用电路 最小元件数组
9、成的3+1/2位数字电压表三、 电路的安装与调试1. 仿真验证仿真调试的目的是进一步确定设计方案，并且及早发现问题。仿真调试主要是针对模拟电路部分，而数字电路部分的方案基本固定，只需要在实物操作时调试ADC的参考电压。仿真通过Multisim8进行，Multisim的前身是EWB（Electronics Workbench）。电流转换电压电路精度的仿真实验【部分仿真测试条件：电阻精度5%，电压表内阻1G，电流表内阻1n】放大倍数设置为10，转换输入电流为100微安，输出电压值为：左上无二级运放：102.042mV右上为反相比例运算：-99.14mV左下为同相比例运算：103.941mV理想值的
10、绝对值应该为100.0mV。显然，左上的电路最简单，而右上的电路比较精确。三极管测试条件的稳定度仿真实验运放组成的镜像电流源，无负载的情况。电流10.658uA运放组成的镜像电流源，电流输出到三极管基极。电流11.536uA运放组成的镜像电流源，电流输出到另一型号的三极管基极。电流11.593uA结论：镜像电流源不适合用于本装置。以基极限流电阻和恒压源提供基极电流，仿真实验里不同型号的三极管基极电流没有变化。后级电路对集电极电流和CE管脚间电压的影响。仿真实验显示影响可以忽略。2.实验调试内容和步骤 根据电路原理和仿真实验中出现的问题，我们制订了实验调试的内容和步骤：不与后级相连，调整待测三极
11、管基极限流电阻，使其不超过（9.810.2）uA的范围。不与其他功能部分相连，输入端接已经的电流源，调整电流电压转换电路的反馈电阻，从输出端测量的电压值的数值刚好是电流值的1000倍。ADC的调整工作为对参考电压的调整，参考电压值应该是2V。各部分的调整完成后，把各部分相连，此时以数字万用表的hfe挡的对同一三极管测试的结果作对比【不是校准】。3实验过程第一天：领元器件和实验箱，如果有元器件缺少，向指导老师报告。根据元器件的大小和功能，在实验箱的面包板上，拟定大概的位置。我们的设计包含模电和数电，我们先处理数电部分。先确定主要器件的位置，尝试布线。这次布线只是尝试，目的在于发现需要跳线的地方并
12、排除，所以没有考虑美观整齐。线路连好后，进行通电测试。本设计的数电部分实质是一个最大量程为1.999V的电压表。调整ADC的基准电压，用毫伏表观察，使其为2V。由实验稳压电源提供测量电压，数码管的显示弱，而且不稳定，怀疑是数码管的限流电阻太大。更换小阻值的电阻后，情况稍微好转。但是后三位的显示相同，而且，显示的电压值严重偏差毫伏表的测量值，没有应有的线性关系。最后，经过排查，发现译码器电路MC14511的LE端没接地。排除后，数码显示的值立刻正常，但是亮度很弱。继续排查，根据原理，故障锁定在MC1413上，发现其电源端导线接触不良，造成其工作不稳定，排除故障后，数码管示数稳定而亮度也足够。实验
13、电路的显示电压值与毫伏表有小于0.1V的偏差，调节基准电压后，使其偏差小于0.01。第二天：第一次布线已经避免了飞线，于是将当前的器件分布确定为最终方案。截长取短，去弯留直，耗时耗费体力的工作。布线完成后，检查电源是否正确，然后上电开机，电路正常工作。完成模拟电路的布线工作。模拟电路的线路不多，故很快完成。进行模拟电路的调试。电流、电压转换电路的调整：调整R1使毫伏表示数和微安表示数的数值相同。三极管基极电流的调整：调整电位器，使电流为10uA。以上调试正确就可以把各部分相连，然后对三极管进行测量。该电路得出的测量值比数字式万用表的hfe挡的值大，这是因为测试的条件不一样（和不同），值并不是固
14、定的常数。三极管值的测量。详细的测量结果留待日后的综合调试结束时进行。第三天：设计要求的功能已经实现，进行电路的一些细节处理和功能的扩展。细节的处理有：添加ADC和运放的电源去耦电容，减小数码管的限流电阻；去掉第二级运放，电路正常工作，而且便于调整精度，于是最后只使用一个运放。扩展功能：添加超量程报警，利用MC14433的超量程信号端，控制蜂鸣器，蜂鸣器由TTL门驱动。添加电阻测量的功能，MC14433很方便实现数字式万用表的所有功能（其本身就是一个电压表），所以主要的扩展都是仿照数字式万用表的。必须把电阻值的测量转换为对电压值的测量，于是需要一个基准电流来产生电压。基准电流以镜像电流源提供。
15、如图，调整R1使运放同相输入端得到2V的基准电压，这样R2上的电压也在2V左右，三极管集电极输出的基准电流为，待测电阻为R3，R3两端电压值的大小等于其电阻值，显然，测量的最大量程就是R2的值，于是可以理解数字式万用表的欧姆档为什么是200、2K、20K、200K、2M、20M、200M了。第四天： 添加一个以555电路组成的闪光灯电路，当超出主电路量程范围时，启动该电路。555组成多谐振荡器，提供变化的电压使LED闪烁。电容C7的充放电电流通过晶体管Q2影响LED的电流，阻碍通过LED的电流的变化，使LED的亮度是渐渐变化，而不是只有亮灭两种情况。该模块接入电路后，主电路出现故障。开机三秒后
16、，数码管的亮度开始减弱，左起第二位甚至熄灭了。拔掉该模块的门控信号端后，主电路又恢复正常。怀疑是CMOS电路和TTL电路的兼容问题。这应该是CMOS电路输出低电平时吸收负载电流的能力不足造成的。之前MC14433的OR端输出信号到MC14511的BI端和74LS02其中一门的输入端，现在再增加了74LS02中的一门，造成负载电流太大，使MC14433工作不正常。解决办法是使用电压跟随器加强其电流负载能力。使用电压跟随器后，主电路恢复正常，声光报警电路也正常工作。第五天：主电路的误差测量（基准电压2V已用毫伏表校准），使用稳压电源输入主电路的VX端，毫伏表监测输入端电压，同时记录主电路的显示结果
17、。毫伏表测量值（V）主电路显示值（V）绝对误差相对误差2.071.9990.0713.42%2.001.9350.0653.25%1.881.7950.0854.52%1.7141.5970.1176.82%1.5921.4590.1338.35%1.4831.3370.1469.84%1.3871.2330.15411.10%1.2741.1140.1612.55%1.1180.9580.1614.31%1.0090.8530.15615.46%0.8950.7480.14716.42%0.7810.6460.13517.28%0.6280.5110.11718.63%0.4460.3580
18、.08819.73%0.2850.2270.05820.35%0.1350.1050.0322.22%0.0160.0050.01168.75%0.0110.0000.011100%图表数据显示，主电路的误差分布不均匀，测量电压值越小，误差越大。这说明，主电路对小信号的测量误差大。造成这种误差，很可能是受到电磁干扰的影响，这种干扰产生的原因很可能是布线不合理和附近复杂的电磁环境。三极管测量以及电阻测量结果晶体管型号实验电路测量值万用表DT930F+测量值9013192.81533DG6A87127.3113.93DG6A87112.4104.13DG6A8799.893.83DG6A8797.
19、592.33DG6BJ79.873.83DG6B89.973.33DG6BJ76.273.13DG6B79.372.13DG6B67.962.53DG6B6358.63DG27DJ22.323.83DG12P11.512.4BJT的值并不是一个固定不变的值。当集电极电流很小时，值也较小。集电极电流增大时，值也随之增大。当集电极电流增大到一定程度时，值达到最大而且基本保持不变。因为，测量值还受到（）的影响。这个电流与少数载流子关系密切，受温度影响较大。实验显示，有一部分通电测量的管子的测量值随着通电时间增长而变大，有些变化速度很快。这是通电后，管子发热的结果。这种变化很快的管子，说明其穿透电流较
20、大，性能不稳定。电阻标称值（5%精度）（欧姆）实验电路测量值（千欧）万用表DT930F+测量值（千欧）绝对误差相对误差2000N/A1.687N/AN/A2000N/A1.6888N/AN/A15001.5521.49660.05543.70%10000.981.00320.02322.31%10000.9750.99960.02462.46%8200.7850.82050.03554.32%6800.660.70.045.71%5600.5230.56210.03916.95%3300.2950.32110.02618.12%2000.180.19820.01829.18%1000.0850
21、.09730.012312.64%1000.0890.10120.012212.05%100.0020.00970.007779.38%电阻测量同样显示实验电路对小信号测量的误差很大。四、 结束语电工电子课程设计过程大概可以划分为三个阶段：选题、搜集信息 分析和处理信息、拟定设计 动手设计和解决问题、完成设计，整理报告。由于每年的题目都是一样，所以一些电路在长时间的实践证明之下成为经典电路，被沿用至今。电路图可以从高年级的同学得到，甚至某些实验室老师也会把实验所需元器件以套件形式保留，以备下一届的课程设计。由于电路的设计方法是自下而上，所以解决核心功能的核心IC是最重要的，电路的难易程度基本由
22、所用IC决定。例如，制作波形发生器，可以利用运放组成，也可以利用专用功能的单片函数发生器来构成；例如时钟电路，可以使用大量的数字电路组成，而使用单片机的话，只需要很少的外围电路。形象的说，就是“看菜做饭”。这是传统电子设计的不足，尤其在没有特定功能IC而使用通用IC的情况下。可以说，这是面向IC的开发过程。只要确定核心IC，那么电路也就确定了，因为半导体厂商会提供IC的datasheet，里面有IC的各种参数和使用范例。本设计的核心在于模数转换，设计是在MC14433的基本电路上进行外围扩展得到的。外围电路的作用是做信号传输和转换，转换为MC14433能够识别的信号再进行处理。电路设计过程借助
23、了EDA软件，如Multisim。使用该软件可以很方便检查电路是否有错，但是不能够完全证明其可行。设计思想没有错误，EDA的检查也通过了，那么电路拟定了。传统电子设计没有借助EDA，所以很多问题不能预先发现，这也是传统电子设计开发效率较低的原因之一。有了电路图，在面包板上进行试验只不过是照葫芦画瓢，唯一的难度是避免跳线飞线。飞线跳线的存在的唯一好处是便于布线，但是其缺点也相当明显：当电路出故障时不便于排查，也不便设计者以外的人检查电路，并且会带来电磁干扰。在搭接基本电路时，常见的故障是连线的漏接和接错。只要不是电源接反，不是短路问题，一般不会烧坏元器件和设备。由于使用经典电路，可以排除电路设计
24、本身的问题。主要问题是出在扩展功能上。一些功能的扩展有时会影响整个电路的正常工作。主电路和扩展电路均可独立工作，但是接连就会发生故障。在本设计中突出的一个问题是CMOS与TTL电路的连接。这种问题，在课堂上不可能遇到，考试也不考察，只有通过实践才能有所认识。在动手和动脑交替的过程，这样不仅动手能力加强了，脑子里的认识也一并加强了。 课程设计考察了学生们动手调试的能力。因为，无论电路如何经典，都不能保证只要把线连起来就可以满足要求了。尤其是出现故障时，更需要分析和调试，找出故障的原因。本设计是数电和模电混合电路，模电的调试要求较高。要知道哪个地方要调试，要调试到什么程度。调试的过程也就是对电路原
25、理理解的进一步加深。 本设计有不足的地方，就是精度没有达到要求。误差不仅出现在模拟电路上，而且还出现在ADC上。模拟电路的误差已经通过微调电阻解决，但是ADC的误差却无法通过微调基准电压源解决。为了解决这个问题，在布线工艺上，我们尽量使模拟电路的接线很短。我们还对模拟电路和模数混合电路设置了电源去耦，但是效果不明显。怀疑ADC的质量。 通过这次课程设计，我们对传统电子设计有了很直观的认识，加深了对书本知识的理解，动手能力得到很大的提高。信息科学与工程学院通信工程0601班元器件明细单电路图标号参数或型号类型C10.1uF瓷片电容C20.1uF瓷片电容C30.33uF瓷片电容C40.1uF瓷片电
26、容C522uF，耐压10V以上电解电容C60.01uF瓷片电容C7100uF，耐压10V以上电解电容D12AP9二极管D2LED(yellow)发光二极管DS1DPY_7-SEG_DP共阴极数码管DS2DPY_7-SEG_DP共阴极数码管DS3DPY_7-SEG_DP共阴极数码管DS4DPY_7-SEG_DP共阴极数码管LS蜂鸣器Q1PNP三极管Q2NPN三极管QXNPN三极管R11M碳膜电阻，精度5%，1/4WR10470K碳膜电阻，精度5%，1/4WR11300碳膜电阻，精度5%，1/4WR12300碳膜电阻，精度5%，1/4WR13300碳膜电阻，精度5%，1/4WR14300碳膜电阻，
27、精度5%，1/4WR15300碳膜电阻，精度5%，1/4WR16300碳膜电阻，精度5%，1/4WR17300碳膜电阻，精度5%，1/4WR18300碳膜电阻，精度5%，1/4WR1920K碳膜电位器R201M碳膜电位器R21500多圈电位器R22100K碳膜电位器R232K碳膜电阻，精度5%，1/4WR2447K碳膜电阻，精度5%，1/4WR25300碳膜电阻，精度5%，1/4WR26300碳膜电阻，精度5%，1/4WR31k碳膜电阻，精度5%，1/4WR9300K碳膜电阻，精度5%，1/4WRXRES-X待测电阻U1LM358双运算放大器U2MC14511BBCD译码器U3MC1413反相
28、驱动器U4MC1403基准电压源U574LS02四二输入或非门U6LM358双运算放大器U7555时基电路U8LM358双运算放大器X1MC14433DW (24)ADC仪器：星牌 MF10 指针式万用表MASTECH DT-930F+ 数字万用表XSD-1 实验多用毫伏表CSU-7 课程设计实验箱参考文献：1.电工电子实验教程（第三版）主编：陈明义 中南大学出版社2007.12 ISBN：978-7-81105-616-72.模拟电子技术基础（电类）主编：罗桂娥 中南大学出版社 2005.2 ISBN：7-81105-009-9/TM0023.数字电子技术基础（电类）（第二版）主编：陈明义 中南大学出版社 2006.7 ISBN：7-81105-008-04.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析主编：黄智伟 电子工业出版社2008.1 ISBN：978-7-121-05733-5附图1-电位器组 2-MC1403（基准电压源）3-MC14433（ADC）4-LM358（电流电压转换）5-LM358（固定电流源）6-NE555（闪灯）7-LM358（CMOS驱动TTL） 8-蜂鸣器 9-MC14511（BCD译码器） 10-74LS02（4-2输入或非门）11-数码管12-MC1413（反相驱动器）元器件分布示意图