1、科信學(xué)院CDIO項(xiàng)目設(shè)計(jì)說明書（2010 /2011學(xué)年第一學(xué)期）CDIO項(xiàng)目名稱 ：電子應(yīng)用系統(tǒng)項(xiàng)目 專業(yè)班級(jí) ： 電子信息工程（1）班 學(xué)生姓名 ： 陳劍飛 學(xué) 號(hào) ： 090072132 指導(dǎo)教師 ：賈少銳 李曉東 馬永強(qiáng) 李麗宏設(shè)計(jì)成績(jī) ： 2010年12月25日1、 CDIO設(shè)計(jì)目的:通過CDIO項(xiàng)目設(shè)計(jì),，了解幾種基本器件原理及使用方法，如二極管、三極管、電容、電阻，學(xué)習(xí)并掌握常用電子儀器的使用方法，使更好的理解和掌握三極管放大器的工作原理、設(shè)計(jì)原理以及設(shè)計(jì)方法和步驟，鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。2、CDIO設(shè)計(jì)正文2.1、幾種基本器件的認(rèn)識(shí)2.1.1、二極管概

2、念二極管又稱晶體二極管，它是一種由PN結(jié)構(gòu)成的只往一個(gè)方向傳送電流的電子器件，其廣泛用于各種電子設(shè)備中。二極管類型二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、硅功率開關(guān)二極管、旋轉(zhuǎn)二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。二極管的工作原理晶體二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于PN 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起

3、的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，P-N結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。P-N結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。二極管的特性二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。2.1.2、三極管概念導(dǎo)體三極管又稱“晶體三極管”或“

4、晶體管”。具有三個(gè)電極，能起放大、振蕩或開關(guān)等作用的半導(dǎo)體電子器件。在半導(dǎo)體鍺或硅的單晶上制備兩個(gè)能相互影響的PN結(jié)，組成一個(gè)PNP(或NPN)結(jié)構(gòu)。中間的N區(qū)(或P區(qū))叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)射極E和集電極C。三極管類型按材質(zhì)分：硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分：NPN、PNP。按功能分：開關(guān)管、功率管、光敏管等。按功率分：小功率管、中功率管、大功率管。按按功率頻率分：低頻管、高頻管、超頻管。按結(jié)構(gòu)工藝分：合金管、平面管。按安裝方式分：插件三極管、貼片三極管。圖1三極管三極管工作原理對(duì)于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)

5、與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié),三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而c點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源要高于基極電源。由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子，由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電集電流Ic，只剩下很少（的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電

6、流Ibo.根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic這就是說，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的Ib，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，同理也可求出電壓等放大倍數(shù)。2.1.3電阻概念物質(zhì)對(duì)電流的阻礙作用就叫該物質(zhì)的電阻。電阻類型按制造材料分類：碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻、無感電阻、薄膜電阻等.按安裝方式分類：插件電阻、貼片電阻.按功能分分類：負(fù)載電阻、采樣電阻、分流電阻、保護(hù)電阻等。電阻標(biāo)識(shí)四色環(huán)用四條有顏色環(huán)代表阻值大小。每種顏色代表不同的數(shù)字：阻值：黑-0，棕-1，紅-2，橙-3，黃-4，綠-5，藍(lán)-6，紫-7，灰-8，白-9誤差：金-0.1、銀-0.01各色環(huán)表示意義如下：第

7、一條色環(huán)：阻值的第一位數(shù)字；第二條色環(huán)：阻值的第二位數(shù)字；第三條色環(huán)：10的冪數(shù)；第四條色環(huán)：誤差表示。五色環(huán)用五條色環(huán)表示電阻的阻值大小，具體如下：第一條色環(huán)：阻值的第一位數(shù)字；第二條色環(huán)：阻值的第二位數(shù)字；第三條色環(huán)：阻值的第三未數(shù)字；第四條色環(huán)：阻值乘數(shù)的10的冪數(shù)；第五條色環(huán)：誤差（常見是棕色，誤差為1%）2.1.4電容器概念電容器通常簡(jiǎn)稱為電容，用字母C表示，是一種容納電荷的器件。電容器類型按結(jié)構(gòu)分：固定電容器、可變電容器、微調(diào)電容器。按電解質(zhì)分：有機(jī)介質(zhì)電容器、無機(jī)介質(zhì)電容器、電解電容器、空氣介質(zhì)電容器。按用途分:高頻旁路、低頻旁路、濾波，調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。按材

8、料分：瓷介電容、滌綸電容、電解電容等。電容器容量標(biāo)識(shí)直標(biāo)法：用數(shù)字和單位符號(hào)直接標(biāo)出。如1uF表示1微法，有些電容用“R”表示小數(shù)點(diǎn)，如R56表示0.56微法。文字符號(hào)法：用數(shù)字和文字符號(hào)有規(guī)律的組合來表示容量。如p10表示0.1pF,1p0表示1pF,6P8表示6.8pF, 2u2表示2.2uF。色標(biāo)法：用色環(huán)或色點(diǎn)表示電容器的主要參數(shù)。電容器的色標(biāo)法與電阻相同。2.2常用儀表認(rèn)識(shí)及使用方法2.2.1萬用表結(jié)構(gòu)萬用表由表頭、測(cè)量電路及轉(zhuǎn)換開關(guān)等三個(gè)主要部分組成。使用方法熟悉表盤上各符號(hào)的意義及各個(gè)旋鈕和選擇開關(guān)的主要作用。進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。根據(jù)被測(cè)量的種類及大小，選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)的擋位及量程，找出對(duì)

9、應(yīng)的刻度線。選擇表筆插孔的位置。測(cè)量電壓：測(cè)量電壓（或電流）時(shí)要選擇好量程，如果用小量程去測(cè)量大電壓，則會(huì)有燒表的危險(xiǎn)，如果用大量程去測(cè)量小電壓，那么指針偏轉(zhuǎn)太小，無法讀數(shù)。量程的選擇應(yīng)盡量使指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的2/3左右。如果事先不清楚被測(cè)電壓的大小時(shí)，應(yīng)先選擇最高量程擋，然后逐漸減小到合適的量程。交流電壓的測(cè)量：將萬用表的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交、直流電壓擋，另一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交流電壓的合適量程上，萬用表兩表筆和被測(cè)電路或負(fù)載并聯(lián)即可。直流電壓的測(cè)量：將萬用表的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交、直流電壓擋，另一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電壓的合適量程上，且“+”表筆（紅表筆）接到高電位處，“-”表筆（黑表筆）接到低電位

10、處，即讓電流從“+”表筆流入，從“-”表筆流出。若表筆接反，表頭指針會(huì)反方向偏轉(zhuǎn)，容易撞彎指針。測(cè)電流：測(cè)量直流電流時(shí)，將萬用表的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電流擋，另一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于50uA到500mA的合適量程上，電流的量程選擇和讀數(shù)方法與電壓一樣。測(cè)量時(shí)必須先斷開電路，然后按照電流從“+”到“-”的方向，將萬用表串聯(lián)到被測(cè)電路中，即電流從紅表筆流入，從黑表筆流出。如果誤將萬用表與負(fù)載并聯(lián)，則因表頭的內(nèi)阻很小，會(huì)造成短路燒毀儀表。其讀數(shù)方法：實(shí)際值指示值量程/滿偏。測(cè)電阻：用萬用表測(cè)量電阻時(shí)，應(yīng)按下列方法：機(jī)械調(diào)零。在使用之前，應(yīng)該先調(diào)節(jié)指針定位螺絲使電流示數(shù)為零，避免不必要的誤差。選擇合適的倍率

11、擋。萬用表歐姆擋的刻度線是不均勻的，所以倍率擋的選擇應(yīng)使指針停留在刻度線較稀的部分為宜，且指針越接近刻度尺的中間，讀數(shù)越準(zhǔn)確。一般情況下，應(yīng)使指針指在刻度尺的1/32/3間。歐姆調(diào)零。測(cè)量電阻之前，應(yīng)將2個(gè)表筆短接，同時(shí)調(diào)節(jié)“歐姆（電氣）調(diào)零旋鈕”，使指針剛好指在歐姆刻度線右邊的零位。如果指針不能調(diào)到零位，說明電池電壓不足或儀表內(nèi)部有問題。并且每換一次倍率擋，都要再次進(jìn)行歐姆調(diào)零，以保證測(cè)量準(zhǔn)確。讀數(shù)：表頭的讀數(shù)乘以倍率，就是所測(cè)電阻的電阻值。2.2.2毫伏表工作原理晶體管毫伏表由輸入保護(hù)電路、前置放大器、衰減放大器、放大器、表頭指示放大電路、整流器、監(jiān)視輸出及電源組成。輸入保護(hù)電路用來保護(hù)該

12、電路的場(chǎng)效應(yīng)管。衰減控制器用來控制各檔衰減的接通，使儀器在整個(gè)量程均能高精度地工作。整流器是將放大了的交流信號(hào)進(jìn)行整流，整流后的直流電流再送到表頭。監(jiān)視輸出功能主要是來檢測(cè)儀器本身的技術(shù)指標(biāo)是否符合出廠時(shí)的要求，同時(shí)也可作放大器使用。使用方法開機(jī)前的準(zhǔn)備工作：將通道輸入端測(cè)試探頭上的紅、黑色鱷魚夾短接；將量程開關(guān)選最高量程（300V）。操作步驟：接通220V電源，按下電源開關(guān)，電源指示燈亮，儀器立刻工作。為了保證儀器穩(wěn)定性，需預(yù)熱10秒鐘后使用，開機(jī)后10秒鐘內(nèi)指針無規(guī)則擺動(dòng)屬正常；將輸入測(cè)試探頭上的紅、黑鱷魚夾斷開后與被測(cè)電路并聯(lián)（紅鱷魚夾接被測(cè)電路的正端，黑鱷魚夾接地端），觀察表頭指針在刻

13、度盤上所指的位置，若指針在起始點(diǎn)位置基本沒動(dòng)，說明被測(cè)電路中的電壓甚小，且毫伏表量程選得過高，此時(shí)用遞減法由高量程向低量程變換，直到表頭指針指到滿刻度的2/3左右即可；準(zhǔn)確讀數(shù)。表頭刻度盤上共刻有四條刻度。第一條刻度和第二條刻度為測(cè)量交流電壓有效值的專用刻度，第三條和第四條為測(cè)量分貝值的刻度。當(dāng)量程開關(guān)分別選1mV、10mV、100mV、1V、10V、100V檔時(shí)，就從第一條刻度讀數(shù)；當(dāng)量程開關(guān)分別選3mV、30mV、300mV、3V、30V、300V時(shí)，應(yīng)從第二條刻度讀數(shù)（逢1就從第一條刻度讀數(shù)，逢3從第二刻度讀數(shù)）。例如：將量程開關(guān)置“1V”檔，就從第一條刻度讀數(shù)。若指針指的數(shù)字是在第一條

14、刻度的“0.7”處，其實(shí)際測(cè)量值為0.7V；若量程開關(guān)置“3V”檔，就從第二條刻度讀數(shù)。若指針指在第二條刻度的“2”處，其實(shí)際測(cè)量值為2V。以上舉例說明，當(dāng)量程開關(guān)選在哪個(gè)檔位，比如，1V檔位，此時(shí)毫伏表可以測(cè)量外電路中電壓的范圍是01V，滿刻度的最大值也就是1V。當(dāng)用該儀表去測(cè)量外電路中的電平值時(shí)，就從第三、四條刻度讀數(shù)，讀數(shù)方法是，量程數(shù)加上指針指示值，等于實(shí)際測(cè)量值。2.2.3示波器示波器的概念：示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見的電信號(hào)變換成看得見的圖象，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生

15、細(xì)小的光點(diǎn)。在被測(cè)信號(hào)的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以用它測(cè)試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。使用方法步驟選擇Y軸耦合方式根據(jù)被測(cè)信號(hào)頻率的高低，將Y軸輸入耦合方式選擇“AC-地-DC”開關(guān)置于AC或DC。選擇Y軸靈敏度根據(jù)被測(cè)信號(hào)的大約峰-峰值（如果采用衰減探頭，應(yīng)除以衰減倍數(shù)；在耦合方式取DC檔時(shí)，還要考慮疊加的直流電壓值），將Y軸靈敏度選擇V/div開關(guān)（或Y軸衰減開關(guān)）置于適當(dāng)檔級(jí)。實(shí)際使用中如不需讀測(cè)電壓值，則可適當(dāng)調(diào)節(jié)Y軸靈敏度微調(diào)（或Y軸增益）旋鈕

16、，使屏幕上顯現(xiàn)所需要高度的波形。選擇觸發(fā)（或同步）信號(hào)來源與極性通常將觸發(fā)（或同步）信號(hào)極性開關(guān)置于“+”或“-”檔。選擇掃描速度根據(jù)被測(cè)信號(hào)周期（或頻率）的大約值，將X軸掃描速度t/div（或掃描范圍）開關(guān)置于適當(dāng)檔級(jí)。實(shí)際使用中如不需讀測(cè)時(shí)間值，則可適當(dāng)調(diào)節(jié)掃速t/div微調(diào)（或掃描微調(diào)）旋鈕，使屏幕上顯示測(cè)試所需周期數(shù)的波形。如果需要觀察的是信號(hào)的邊沿部分，則掃速t/div開關(guān)應(yīng)置于最快掃速檔。輸入被測(cè)信號(hào)被測(cè)信號(hào)由探頭衰減后（或由同軸電纜不衰減直接輸入，但此時(shí)的輸入阻抗降低、輸入電容增大），通過Y軸輸入端輸入示波器。2.3基本放大器設(shè)計(jì)2.3.1設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)要求：VCC =5V，=2m

17、A，=200，RL=5k，f=1000Hz， RS=1k，加負(fù)載至少放大20倍。設(shè)計(jì)步驟：取VE=0.2VCC=1V,RE= = =500,VC=0.5VCC=2.5V, RC=1k,VB= VBE（on）+VE=0.7+1=1.7V,I1=10IB=10=10=0.1 mA,RB1= =80k, RB2= =50k,取電容C1：電容C2：令電容C1=10uf, C2=30uf, 令Ce=20uf.加負(fù)載時(shí)電壓放大倍數(shù)為Av=232mv/8mv=2920,符合要求。無負(fù)載時(shí)電壓放大倍數(shù)為Av=333mv/8mv=4240,符合要求。2.3.2設(shè)計(jì)電路圖圖2電路原理圖圖3 protel原理圖圖4

18、 PCB版圖2.3.3、Multisim 仿真結(jié)果圖5 multism仿真電路圖根據(jù)下圖波形知仿真結(jié)果不失真（注：紅色曲線為輸入波形，藍(lán)色曲線為輸出波形。）圖6 示波器仿真波形圖7 無載時(shí)輸出端和輸入端電壓值（左圖為輸出端電壓，右圖為輸入端電壓）。圖8 加負(fù)載時(shí)，輸出端和輸入端電壓值（左圖為輸出端電壓，右圖為輸入端電壓）。3、設(shè)計(jì)總結(jié)或結(jié)論通過CDIO項(xiàng)目設(shè)計(jì),，了解了幾種基本器件原理及使用方法，學(xué)習(xí)并掌握了常用電子儀器的使用方法，更好的理解和掌握了三極管放大器的工作原理、設(shè)計(jì)方法和步驟。1 基本器件認(rèn)識(shí) 了解了幾種基本器件原理及使用方法，如二極管、三極管、電容、電阻，這些是組成放大器電路的基本原件，具有重要的作用和價(jià)值，搞清楚他們的種類、特點(diǎn)有利于更好的設(shè)計(jì)電路。2 常用儀表的使用方法通過學(xué)習(xí)掌握了常用電子儀器的使用方法，如萬用表、毫伏