B数显式电路设计方案之北京化工大学

北京化工大学理学院电子科学与技术专业课程设计题目：数显式测量电路的设计说明书：２０页图纸：3页班级:电科0802姓名:黄振金学号:200863057同组人:张广文蔡晓春指导教师:2010年12月28日2目录一课程设计的任务及基本要求二逻辑框图设计三逻辑电路的设计及参数计算四安装调试步骤及遇到的问题五印刷线路板设计六体会及建议七参考文献八附录(元件使用说明)九附图(框图逻辑图印刷线路板图)3一课程设计的任务及基本要求（1）1.测量NPN硅三极管的直流电流放大系数β199。测试条件：Ａ、IB＝10A，允许误差2％。B、14VVCE16V，对不同β值的三极管，VCE基本不变。（2）用两只LED数码管和一个发光二极管构成十进制数字显示器，二极管作为百位显示，两只LED作为十位与各位显示，即最大显示数字为199。数字显示器显示的数字应当清晰，显示周期的长短要合适，（应大于人眼的滞留时间0.1S)。（3）设B、C、E三个插孔，当被测二极管插入时，打开电源，显示器即显示该二极管的β值(4)测量电路误差绝对值不超过1+5N/100(5)限定使用的主要元器件通用型集成运放LM324高阻型集成运放LF351通用型集成电压比较器LM311集成定时器NE5552/5十进制计数器74LS904BCD—七段译码器74LS47双D上升沿触发器74LS74四2输入与非门CC4011共阳极LED七段数码管二逻辑框图设计β／VX转换电路压控振荡器10进制计数器被测三极管与门计数时间产生电路10进制计数器1位锁存器清零信号产生电路七段译码器七段译码器2020-06-17β值测量的方框图5三逻辑电路的设计及参数计算①
β-Vx转换电路Vx=βIbR2三极管的集电极后面应加一个电流到电压的转换电路从而构成——电压并联负反馈，如下电路图：由β最大值(199)时有：Vx（max）=13V；根据运放两输入端的外接等效电阻应尽量相等的原则，R3略小于R2。(2)压控振荡器324＋－cbe-15V5.1kR34.7kR1R1.5MVxR26相关参数计算：fx与Vx的关系设积分器的负向积分时间常数远远大于正向积分时间常数，即设R/4（通常取R/4100R9）则这个压控振荡器的震荡周期就近似等于上图中积分器的负向积分时间t1，即近似等于积分器的输出电压aV由amV下降到-amV所要的时间t1。因为aV=-11CdtRVtX0'4+amV=-1'4CRVX+amV当t=1t时，aV=-amV，即有-amV=-1'4CRVX+amV，所以1t=2'4R1CXamVV①式中的amV是积分器输出电压aV的峰值，在aV=-amV时，比较器的状态发生变化这时比较器同相输入端的电位V=0,即7V=767RRVRam+7616RRVRm,因此amV=mVRR176②将②代入①式得1t=2'4R1C76RRXmVV1故此压控振荡器的震荡周期为XT=1t+2t=1t=2'4R1C76RRXmVV1振荡频率为xf=XT1=xf=XT1=1'421CR·mVRVxR167可见xf与XV成正比，由于XV=BI·β·2R所以xf与β成正比。考虑Vam应比V1m小些，按V6/V70.7，取R6=15K，R7=24K，根据运放输入段与外接等效电阻应尽量相等，取R8=10K。相关问题讨论:①积分器、电压比较器可否都用324？优缺点？351——高阻型；311——专用电压比较器（转换速度快）②积分器中的D1起什么作用？为什么要/49RR?为使正向积分与负向积分的回路不同、时间不同。为能实现压控振荡，并忽略正向积分时间。③β-VX转换电路的输出电压极性与VP-VX转换电路的异同点，积分电路的异同。Vx的极性不同，故积分电路中D1极性接法不同。8(3)计数时间产生电路•要求计数时间Tc应0.1s，一般取5msTc50ms；取30ms显示时间Td应0.1s，一般取0.3sTc1s；取0.5s•电路2020-06-1722020-06-17291）、显示时间：td=(R12+R11)C2ln2=0.5S计数时间：tc=R12C2ln2=30ms取C2=0.33F得R12=130k、R11=2M2）、在计数时间TC内，计数器记录的脉冲个数N为N=Tc/Tx=Tc*fx=Tc1'421CRmVRVxR167又有XV=βCI=βBIR2N=XCTT=XmVRVRCRCR7162'421222ln根10据显示的设计要求，由前面知：12R=130K,2C=0.33uF,6R=15K,7R=24K,mV1=13V,2R=5.1K,1C=330p,则只需调整Ｒ４＇使得β等于Ｎ，那么数码管的显示值就为β值。因此用电位器Rw串联代替R4’。这就是电路的数显式原理。根据运放两输入端等效电阻尽量相等原则，取R5=300K考虑功能和成本，选LF351（高阻型运放）与LM311（通用性电压比较器）３）计数时间与压控振荡器的输出相与（经与非门和反相器）的结果是什么？11(4)计数、译码、显示电路：①74LS90的清0信号为正脉冲，且必须产生在计数时间V2（高电平）上升沿到来的时刻。②清0信号的宽度tW0≈0.7R13C4其tW0选择的原则为:a.应远大于74LS90的清0信号的延迟时间(40ns);b.应远小于计数脉冲的最小周期Tmin（由计数时间TC/99决定）即：0.4μs0.7R13C4300μs。如下图中所示：芯片及其接线图。12工作波形显示电路:（5）清零信号电路清零信号宽度two近似0.7R13C4清零信号不能太窄，因此考虑two0.4μS;Two应远远小于计数脉冲最小周期TxminTxmin=30ms/199=150μS因此0.4μS0.7R13C4150μS，取C4=470P，R13=56K说明：如果计数时间远小于人眼的滞留时间（0.1S），锁存器可以省略；利用译码器的消隐端，使数码管在计数时间内为暗状态，效果更佳。显示时间远大于人眼的滞留时间（0.1S）。显示时间TCTdV1V2V3清0信号锁存信号13四、实验过程中遇到的问题：1：在电路设计过程中要统筹规划，在给定得器材范围内合理选取。2：电路设计过程中要仔细分析各个器件的参数及使用说明，以防在安装调试过程中出现烧毁器件的情况。3：安装调试过程中先要合理规划电路的分布及布局，注意电路的美以及观安装的简洁。4：注意要团队协作，明确分工，从而集思广益达从而到人员及器件的合理配置。5：安装过程中要严格对照各种器件的参数说明，不可带电操作。6.焊接电路板时，如果拆焊时用得过得松香就会导致锡接不上焊盘，因此松香用量要适当。7.芯片焊接时不要一下子将全部的管脚都给它焊接上去，用哪个就焊那个，防止焊接错误时难以拆焊。8、PCB板插线时要先设计好整体的布局，然后再开始工作，以免到最后发现板空间不够用。14五印刷线路板设计要求：1.需要研究电路中的元器件的排列，确定元器件在印刷线路板上的最佳位置。根据元器件的数量、大小和合理排列来计算所需要电路板的面积。2.元器件必须安排在同一面上，称作元件面或正面，正面用红色线（元件面，横线为主），反面用蓝色线（连线面，竖线为主），连接双面连线的金属化孔应用蓝色线。3.一般线宽取1.0-1.5mm左右，相邻两条线之间的间距不小于线宽。电源线与地线尽可能取得宽一些，以减少线上的压降，提高可靠性。4.印刷电路图和实际印刷电路板的比例为2：1。5.坐标纸大小为31cm*23cm的，周边留宽5-10mm，芯片跨度15mm，芯片管脚间距5mm，电位器两管脚间距5mm，金属化孔内孔径取０.８mm，外孔径取１.５mm。印刷图：详图见附录15六体会及建议（１）体会在此次试验设计中我们经历了由给定的设计任务书→查资料、选方案→框图设计，选择元器件→单元电路和整体电路设计→安装调试→印刷电路板图设计、绘制→写总结报告的全过程。通过这个过程中发现问题及解决问题我进一步巩固了所学理论知识，并所学把理论应用于实践，增强自己的动手能力，并且实验中在与同组同学的交流以及相互解决问题的过程中我们不仅在自己原有的思维上有了新的突破，而且增强了我们自身的团队协作意识，让我们受益匪浅。然而最重要的莫过于增强了我做事情的耐心，忽然觉得做电路的人真的很伟大，没有比这更需要耐心的了，只有把心好好的静下来才能很好地把电路这门极需要耐心的工作做好，比女人绣花都更需要耐心、细心。（２）建议1：实验过程中所用器材比较陈旧，而且部分器材有损坏，建议实验前应该先检查一下。2：实验安装调试过程中应先仔细检查各个器件，明确分工，注意团队协作。3：实验过程中应该写一个流程表，严格按照流程表进行，并且在每一步完成之后下仔细检查一遍后，再进行下一步，16每一个模块完成后都要进行调试，然后在进行下一模块的链接。4.调试过程中出现问题时，不要烦躁，可以按如下方法排查：初步确定范围---缩小范围----锁定错误区域，之后就可以用万能表逐一排查线路或器件的好坏等问题。按此步骤问题很容易解决。5.如果实在无法找到错误，锁定错误范围之后就可以对这部分电路拆了然后重新链接。七参考文献参考文献：《电子电路基础》（康光华主编）《电子技术课程设计指南》（杨丽华，张诚庆主编）参考网络：维基17八附录(元件使用说明)主要元器件管脚图：通用型集成运放LM324高阻型集成运放LF351通用型集成电压比较器LM31118集成定时器NE5552/5十进制计时器74LS９０19BCD——七段译码器74LS4７双D上升沿触发器74LS7420六施密特反相器74LS14四2输入与非门CC4011共阳极LED七段数码管