电路实验报告

《电路与电子线路基础》课外设计制作

总结报告

题目(E)：直流电源电压监控电路设计

组号： 11

任课教师：

组长： 20%

成员： 20%

联系方式：

二零一三年十月二十九日

一、主要元件的工作原理

二、电路实验设计原理图

三、设计电路的工作原理

四、电路设计思路

五、设计指标

六、实际电路的调试过程

七、设计心得与体会

八、小组分工与得分分配

九、参考文献

一、主要元件的工作原理

1·实验室提供材料

（1）标准焊接板一个；

（2） NPN三极管两个、可调电阻4个；

（3）三端稳压器7812一个；

（4）集成运放LM311两块；

（5）红色、黄色发光二极管各1个；

（6）蜂鸣器两个；

（7） IC 555两块；

（8）常规电阻电容若干。

（一）·运放电压比较器LM311

运算放大器采用差分输入，而且具有较高增益，这与比较器的特性相似，所以在实际应用中可以作为低性能比较器使用。^[4]

理论上一个开环组态（无负反馈）的运放可以发挥低端比较器的作用。当正相输入端（V+）的电压高于反相输入端（V-）时，由于运放较高的开环增益，在输出端输出一个正向饱和电压+U_sat。当反相输入端（V-）的电压高于正相输入端（V+）时，在输出端输出一个反向饱和电压-U_sat。而对工作在线性段负反馈组态、由分离电压供电（±V）的运放而言，其传递函数可写作：，这与非线性无负反馈的比较器不同。

（二）·IC555

555内部电路如图所示，它还有两个电压比较器，一个RS触发器，一个用作放电开关的三极管，当4脚为低电平时，强制复位，使3脚输出为低电平。平时RD端开路或接VCC。VC是控制电压端（5脚），平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一0.01uF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

工作原理：

5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。

当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不变。

当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

在本实验电路中，IC555用作555振荡电路，用来输出方波电流。

3、蜂鸣器

当电路向蜂鸣器输入变化的高低电平时，蜂鸣器会发出不同频率的响声，达到不同的报警效果。

4、发光二极管

当电路向发光二极管输入正向高电平时二极管会发光，达到报警效果。

二、电路实验设计原理图

三、设计电路的工作原理

输入测试电压，一方面，输入的测试电压经过LM7812稳压器以及两个1uF电容组成的并联电路，获得相对稳定的电压。然后，获得的稳定电压，分别通过电位器，导入到前一个LM311P运放比较器3号脚和后一个LM311P运放比较器2号脚，并通过调整电位器的阻值，获得UL，UH的值。另外，稳定的电压通过两电位器分别导入两个LM311P的7号脚，则这两个电位器变成上拉电阻，可以在一定程度上增大LM311P的输出电压。

另一方面，输入的测试电压，导入到前一个LM311P的2号脚和后一个LM311P的3号脚，与UH和UL进行比较。当UI>UH时，前一个LM311P的7号脚输出高电位，使二极管红灯发亮，再通过IC555，使IC555的3号脚输出高电压，通过一个三极管将电流放大，使蜂鸣器发出不同频率的声音。此时，后一个LM311P的7号脚输出低电位，IC555和二极管不工作。当UI<UL时，后一个LM311P的7号脚输出高电位，使二极管黄灯发亮，再通过IC555，使IC555的3号脚输出高电压，通过一个三极管将电流放大，使蜂鸣器发出不同频率的声音。此时，前一个LM311P的7号脚输出低电位，IC555和二极管不工作。

这样，就达到了通过直流电源电压监控整个电路工作的要求。

四、电路设计思路

首先，在了解完各种元件的基础功能，以及设计要求后，我们想运用IC555电路来使蜂鸣器发出声音。将具有比较功能的LM311电路作为比较器，通过不同的比较结果，让它输出低电位或高电位，来实现对二极管和IC555电路的控制。而对UL和UH门阀值的调节，我们想通过电位器的调节来实现。另外，还想通过电容的充放电来控制二极管和蜂鸣器，使两个蜂鸣器发出不同频率的声音，发光二极管闪烁的频率不同。

五、设计指标

直流电源电压导入后，若超过UH，发光二极管黄灯D2亮，蜂鸣器发出一种警报声，且黄红灯不发光，若在UL和UH之间，红黄灯D1，D2不亮，两个蜂鸣器不响。若低于UL之间，发光二极管黄

红灯D1亮，另外一个蜂鸣器发生另一种频率的响声。

六、实际电路的调试过程

在电路焊好后，我们接入了直流电源电压，发现红灯一直亮着，调节变阻器，当黄灯亮时，红灯仍然亮着，且红灯对应的蜂鸣器在响，而黄灯的蜂鸣器没有声音。我们先直接将电源接在黄灯蜂鸣器的两端，蜂鸣器响，排除蜂鸣器损坏的可能。接着，我设置输入电压为10V时，UH为5V，UL为2V。我们将参考电压UH、UL和输入电压两端接上万用表测试电压，在Vcc接入10V直流电源电压，先调节控制UL也就是红灯所对应的变阻器，我直到UL两端电压为2V，调节输入电压变阻器，改变测试电压大小，观察是否在测试电压为2V时，红灯亮且蜂鸣器响。确定UL参考电压设置成功后，增大了测试电压，红灯灭，蜂鸣器停止。调节UH也就是黄灯对应的变阻器，使万用表所测的UH为5V，改变输入电压变阻器，加大测试电压，当测试电压接近5V是，黄灯亮，且蜂鸣器响。电路参考电压的基本测试完成，实验基本成功。在实验过程中，我们遇到的电位计烧坏的问题，我们分析原因是由于所加电压过大，于是我们进行电压的调节与电位计的调节，并且换上了新的电位计，最后调试成功。

七·设计心得与体会

初次接触电路实验项目，我们感觉到压力还是挺大的，对于我们来说，毕竟这是一个完全新的领域，是知识从书本到实践的跨越，虽然我们对它有点恐惧，但更多的是期待与好奇。面对一个个陌生的元件与术语，茫然，无助,百度是个好方法，我们首先把任务划分成几份，分配给每个成员，各个任务同时进行，我们通过网上查询，课外阅读，以及向导师学长请教，最后将各个结果进行汇总与讨论，每个成员首先浏览一遍资料，最后由负责每个知识点的同学进行介绍，其他成员进行提问，最后大家就对基本的知识点与元件有了初步的了解。

这个过程虽然艰辛，但是培养了我们独立学习的能力。后来，在了解各元件功能的基础上，我们开始了电路图的绘制。这一过程无疑是艰辛的，我们首先搜寻了不少单个元件的工作电路图，如：三极管的放大功能电路图，LM311的运放比较电路图，555工作电路图等。然后，通过一起讨论与求证，大致完成了电路图的绘制，并且针对一些细小的问题请教导师，使用各种方式解决，一直到利用模拟电路软件在电脑上实现了设计要求后，才着手进行实际电路的焊接。在焊接过程中，我们比照其他课题发现，我们所选的课题，由于所用电路元件较多，并且电路相对较为复杂，很容易在焊接过程中由于操作失误而导致电路焊接后实验结果出现偏差，因此对动手操作上造成了不小的难度，我们小组成员投入大量的心血，耐心而刻苦认真，才完成了焊接工作。本次试验，我们学到了很多，在动手实践方面，我们得到了提升，也为今后的电路实验奠定了基础，另外，通过课外设计，使我们学会了独立思考，独立学习，尝试不依靠指导，完成任务。另外，通过团队讨论，分工合作。也让我们意识到了团队合作的重要性，很多事情，大家一起来完成，不仅会提高效率，还可以集思广益，获得更多灵感，以完善设计。

总之，团结就是力量，没有解决不了的问题，就看你为之付出了多少。

八、小组分工与得分分配

器材领取：

文献资料查阅：

中期报告：

实验室焊接：

终期报告撰写：

九、参考文献

1·康华光《模拟电子技术基础》高等教育出版社

2．比满清《电子技术试验与课程设计》机械工业出版社

3·李春彪《电子元器件的应用》20##年第六卷第十一期

4·王立欣杨春玲主编：《电子技术实验与课程设计》（修订版）