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电子电路设计Multisim实例
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电子电路设计Multisim实例 电子电路设计 Mulitism介绍 基础实验 设计实验
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第一章 电子电路的设计 ....................................................................................................................1
1.1 模拟电子电路的设计方法 ..........................................................................................................1
1.2 模拟电子电路的安装 .................................................................................................................6
1.3 模拟电子电路的调试.................................................................................................................8
1.4 电子电路的故障分析与处理....................................................................................................12
第二章 MULTISIM 7.0 介绍 ...............................................................................................................14
一、简述 .........................................................................................................................................14
二、MULTISIM 的组成及特点.............................................................................................................14
三、MULTISIM 的基本功能介绍.........................................................................................................15
四、MULTISIM 的常用操作................................................................................................................34
五、MULTISIM 的分析功能 ................................................................................................................42
第三章 基础实验................................................................................................................................44
实验一 有源滤波器.......................................................................................................................44
实验二 电压/频率转换电路.....................................................................................................47
实验三 集成定时器应用 ...............................................................................................................49
实验四 三相电相序检测与指示....................................................................................................56
实验五 水位控制及报警电路 .........................................................................................................58
实验六 音频放大器 .....................................................................................................................60
实验七 交流电源过压、欠压保护电路.........................................................................................62
实验八 简易数字电压表的设计....................................................................................................64
实验九 数控音量高效功率放大器 ................................................................................................67
实验十 省电防骚扰门铃 ...............................................................................................................70
实验十一 数显电子秤的设计 ........................................................................................................72
实验十二 心率测试电路 ...............................................................................................................74
实验十三 可调双限温度报警电路..................................................................................................76
实验十四 电冰箱开门报警电路 .....................................................................................................80
实验十五 LED 水位计及报警电路...................................................................................................85
实验十六 交通灯控制电路的设计..................................................................................................88
实验十七 智力竞赛抢答器 .............................................................................................................93
实验十八 简易数显频率计的设计 ................................................................................................99
第四章 设计实验..............................................................................................................................102
实验一 酒精传感器制作的检测报警器.......................................................................................102
实验二 热释电人体红外传感器制作的高速公路车辆计数器 ....................................................104
实验三 光电指套式传感器制作的光电数字式脉搏计 .................................................................106
实验四 温度传感器——电子温度计...........................................................................................111
实验五 气敏传感器—禁止吸烟警告器电路 ...............................................................................112
实验六 力敏传感器—电子称重计电路 ........................................................................................113
实验七 力敏传感器——便携式电子血压计................................................................................114
实验八 超声波倒车防撞报警电路 ..............................................................................................117
实验九 体温监测报警器 .............................................................................................................118
第四章 综合实验............................................................................................................................120
实验一 可编程函数发生器 ...........................................................................................................120
实验二 电话线路防盗器...............................................................................................................122
实验三 简易声控电路 .................................................................................................................124
实验四 物品遗留提醒报警器......................................................................................................125
实验五 简易玩具电子琴 .............................................................................................................127
实验六 多功能音乐门铃 .............................................................................................................128
1
第一章 电子电路的设计
电子电路设计是综合运用电子技术理论知识的过程,必须从实际出发,通过
调查研究、查阅有关资料、方案比较及确定,以及设计计算选取元器件等环节,
设计出一个符合实际需要、性能和经济指标良好的电路。由于电子元器件参数的
离散性,加之设计者缺乏经验,理论上设计出来的电路,可能存在这样那样的问
题,这就要求通过实验、调试来发现和纠正设计中存在的问题,使设计方案逐步
完善,以达到设计要求。
模拟电路的设计,首先要根据电路的实际要求,拟定出切实可行的总体方案。
在确定方案的过程中,应当反复研究设计要求、性能指标,然后根据确定的方案
划分成若干个单元电路,并对各单元电路进行初步的设计,包括电路形式的确定、
参数的计算、元器件的选用等。最后将设计好的各单元电路连接在一起,画出一
个符合要求的完整电路。
1.1 模拟电子电路的设计方法
1.1.1 总体方案的确定
所谓总体方案,就是根据实际问题的要求和性能指标把要完成的任务分配给
若干单元电路,并画出一个能反映出各单元功能的整体原理框图。这种框图不必
太详细,总体的原理反映清楚就行了,必要时可加简要的文字说明。
例如在模拟电路中经常采用的多级放大电路,一般可分为输入级、中间级和
输出级三个部分,如图 1-1 所示。在确定总体方案时,要根据放大器的增益、输
入电阻、输出电阻、通频带和噪声系数等性能指标要求来确定电路结构。
图 1-1 多级放大电路的组成框图
对输入级,首先应考虑其输入电阻必须与信号源内阻相适应,根据信号源的
特点来确定电路的形式。同时由于输入级的噪声会对整个电路产生很大影响,因
此要求其噪声系数小。对中间级,主要是提高电压增益,当要求增益较高时,一
级放大器难以满足要求,可以由若干级组成。在确定总体方案时,就要根据总的
增益的要求来确定其级数。输出级主要是向负载提供足够的功率,因此要求其具
有一定的动态范围和负载能力,应根据负载情况来确定电路的形式。为了改善放
大器的性能,使之达到实际要求,在总体方案确定时还应考虑电路中采用何种类
型的负反馈。
由于符合要求的总体方案可能有多种,设计时要根据自己的实际经验,参阅
有关资料,对各种方案的优、缺点和可行性进行反复的比较,最后选择出功能全、
运行可靠、简单经济、技术先进的最佳设计方案。
输入级 中间级 输出级
负载 信号源
2
1.1.2 单元电路设计
一个复杂的电子电路,一般都由若干个单元电路组合而成。对单元电路进行设
计,实际上是把复杂的任务简单化,这样便可利用学过的基本知识来完成较复杂
的设计任务。只有各单元电路的设计合理,才能保证整体电路设计的质量。
在单元电路设计前,首先应根据各单元应完成的任务,拟定出各单元电路的性
能指标,并选择电路的基本结构形式。一般情况下可在保证电路性能指标的前提
下,采用典型电路或参考较成熟的常用电路,但设计者要敢于探索、勇于创新,
使所设计的电路有所改进。
在每个单元电路的设计过程中,不仅要注意本单元电路的合理性,还应考虑各
单元之间的相互影响,前后之间要互相配合,同时注意各部分输入信号和输出信
号之间的关系。
1.1.3 电路参数计算
在电路基本形式确定之后,便可根据性能指标要求,运 用模拟电路的理论知识,
对各单元电路的有关元器件参数进行分析计算。例如放大电路,应根据增益或输
出电压、输入电阻、输出电阻、通频带、失真度和稳定性等指标,计算电源电压、
各电阻的阻值和功率、各电容的容量及工作电压等参数。
在进行元件参数计算时,应在正确理解电路原理的基础上,正确运用计算公式,
有的可以采用近似计算公式。对于计算结果还要善于分析,并进行必要的处理,
然后确定元器件的有关参数。一般来说,对元器件的工作电流、工作电压、功耗
和频率等参数,必须满足电路设计指标的要求,对元器件的极限参数应留有足够
的富裕量。对电阻、电容的参数,应取与计算值相近的标称值。
1.1.4 元器件的选择
电子电路的设计过程,实际上就是选择最合适的元器件,用最合理的电路形式
把它们组合起来,以实现要求的功能。实践证明,电子电路的各种故障,往往以
元器件的故障、损坏形式表现出来。究其原因,并非都是元器件本身缺陷所造成
的,而是由于对元器件的选用不当所致。因此,在进行电路总体方案设计和单元
电路的参数计算时,都应考虑如何选择元器件的问题。
一般来说,选择元器件应考虑两个方面的问题。
(1)从具体问题和电路的总体方案出发,确定需要哪些元器件,每个元器件
应具备哪些功能。在单元电路的参数计算时,应根据电路指标要求、工作环境等,
确定所选元器件参数的额定值,并留有足够的富裕量,使其在低于额定值的条件
下工作。
(2)在保证满足电路设计指标要求的前提下,尽可能减少元器件的品种和规
格,以提高它们的复用率。要在仔细分析比较同类元器件在品种、规格、型号和
制造厂商之间的差异后,选用便于安装、货源充足、价格低廉、信誉好、产品质
量高的制造厂生产的元器件。
下面介绍常用元器件选择中的一些具体问题。
1)集成电路的选择
3
由于集成电路可实现许多单元电路甚至某些电子系统的功能,因此,电子电
路选用集成电路既方便又灵活,它不仅可以大大简化设计过程,而且减小了电路
的体积,提高了电路工作的可靠性,安装和调试也极其方便。因此,在电子电路
设计过程中应优先选用集成电路。常用的模拟集成电路有运算放大器、电压比较
器、仪器用放大器、视频放大器、功率放大器、模拟乘法器、函数发生器、稳压
器等。由于集成电路的品种很多,在选用时首先应根据总体方案确定选用什么功
能的集成电路,然后考虑所选集成电路的性能,最后根据价格、货源等因素选择
某种型号的集成电路。
集成电路的封装一般有陶瓷(或塑料)扁平式、金属圆形(或菱形)和塑料双
列直插式三种。双列直插式封装便于安装和调试,更换也比较方便,目前大都选
用这种封装形式的集成电路。
2)半导体分立器件的选择
对于某些功能比较简单,只要用少量半导体分立器件就能解决问题的电子电
路,一般可以选用半导体分立器件。另外,在某些信号频率高、工作电压高、电
流大或要求噪声极低等特殊电路中,也常采用半导体分立器件。
半导体分立器件包括二极管、三 极 管 、场 效应管和其他一些特殊的半导体器件,
选用时应根据电路设计中的具体用途和要求来确定选用哪一种器件。对于同一种
半导体器件,型号不同时适用的场合也不同,选用时必须注意。例如,在选用二
极管时,首先要看其用途,用于整流时应选用整流二极管;高压整流,则应选用
硅整流堆。用于高频检波时应选用高频检波二极管。在高速脉冲电路中则应选用
开关二极管。在选用半导体器件时,应根据电路设计中的有关参数,查阅半导体
器件手册,使其实际使用的管压降、工作电流、频率、功耗和环境温度等都不超
过手册中的规定值,以保证半导体器件的性能和安全工作。
在选用晶体三极管时,首先要确定管子的类型,是 NPN 型还是 PNP 型,然后根
据电路设计指标的要求选用所需型号的管子。例如,根据电路的工作频率确定选
用相应工作频率的三极管,根据输出功率确定选用相应输出功率的三极管。另外
再考虑管子的电流放大系数β、特征频率
T
f 等参数。
三极管的极限参数有集电极最大允许电流
CM
I
,集电极-发射极反向击穿电压
)(CEOBR
U 、集电极最大允许耗散功率
CM
P 等。这些参数反映了三极管在实际使用时
应受到的限制。在选用三极管时,要查阅手册,了解这些参数,使三极管使用时
不超过这些参数,并且还应留有一定的富裕量。
3)电阻器的选择
电阻器是电子电路中最常用的元器件,其种类很多,性能各异。根据电阻器的
结构形式分类,有固定电阻器、可调电阻器和电位器。在选用时首先应根据其在
电路中的用途确定选用哪一种结构形式的电阻器。
电阻器的主要性能参数有标称阻值及容许误差、额定功率(共分为 19 个等级,
常用的有 W
8
1
、 W
4
1
、 W
2
1
、1W、2W 等)和温度系数等。表 1-1 列出了电阻器的
标值系列和容许误差。表中所列数值再乘以
n
10 ,构成实际电阻的标称阻值(其中
n 为正数或负数,单位为
Ω
)。
表 1-1 电阻器标称值系列和容许误差
4
系列代号 E24 E12 E6 系列代号
E24 E12 E6
容许误差
%5
±
%10
±
%20
±
容许误差
%5
±
%10
±
%20
±
1.0 1.0 1.0 3.3 3.3 3.3
1.1 3.6
1.2 1.2 3.9 3.9
1.3 4.3
1.5 1.5 4.7 4.7 4.7
1.6 5.1
1.8 1.8 5.6 5.6
2.0 6.2
2.2 2.2 2.2 6.8 6.8 6.8
2.4 7.5
2.7 2.7 8.2 8.2
系列标称阻
值
3.0
系列标称
阻值
9.1
在电子电路中,对电阻器阻值的要求,一般允许有一定的误差。因此,除精密
电阻器或特殊需要的自制电阻外,通常都选用标称值的通用电阻器。容许误差分
别为 %5
±
、 %10
±
、 %20
±
。
为了使电阻器在电路中安全运行,起额定功率应大于电阻器在电路中实际消耗
功率的一倍以上。此外,电阻器的使用电压不应超过其容许的最高工作电压。
用不同材料制成的电阻器具有不同的性能和特点,在一般电子电路中,对电阻
器的要求并不高,可选用价格便宜、体积小的碳膜电阻器。在低噪声和耐热性、
稳定性要求较高的电路中,可选用金属膜电阻器或线绕电阻器。在高频电路中,
可选用自身电感量很小的合金箔电阻器。要求在高温下工作是,可选用金属氧化
膜电阻器。
在选用电阻器是,除了要考虑其性能和特点外,还应根据安装和机械结构的需
要,考虑电位器的尺寸大小和旋转轴柄的长短、轴端的式样及轴上是否需要紧锁
装置等。
4)电容器的选择
电容器也是电子电路中常用的元件。起 种类很多,按起结构分,有固定电容器、
半可变电容器、可变电容器三种。电容器的主要性能参数有:标称容量及容许误
差、额定工作电压、绝缘电阻、损耗等,表 1-2 列出了固定电容器的标称容量系
列和容许误差,表中所列数值乘以 10,构成实际电容的标称容量(其中 n 为正数
或负数,单位为 pF)。
表 1-2 固定电容器标称容量系列和容许误差
系列代号
E24 E12 E6
容许误差
%5
±
(Ⅰ级) %10
±
(Ⅱ级) %20
±
(Ⅲ级)
标称容量
10,11,12,13,15,16,
18,20,22,24,27,30,
33,36,39,43,47,51,
56,62,75,82,91
10,12,15,18,22,27,
33,39,47,56,68,82
10,15,22,33,47,68
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