北京郵電大學(xué)電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告(小彩燈).doc

電子電路綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告課題名稱：基于運(yùn)算放大器的彩燈顯示電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)姓名： 班級： 學(xué)號：一、摘要：運(yùn)用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)一個(gè)彩燈顯示電路，通過遲滯電壓比較器和反向積分器構(gòu)成方波三角波發(fā)生器，三角波送入比較器與一系列直流電平比較，比較器輸出端會分別輸出高電平和低電平，從而順序點(diǎn)亮或熄滅接在比較器輸出端的發(fā)光管。關(guān)鍵字：模擬電路，高低電平，運(yùn)算放大器，振蕩，比較二、設(shè)計(jì)任務(wù)要求：利用運(yùn)算放大器LM324設(shè)計(jì)一個(gè)彩燈顯示電路，讓排成一排的5個(gè)紅色發(fā)光二極管(R1R5)重復(fù)地依次點(diǎn)亮再依次熄滅（全滅R1R1R2R1R2R3R1R2R3R4R1R2R3R4R5R1R2R3R4R1R2R3R1R2R1全滅），同時(shí)讓排成一排的6個(gè)綠色發(fā)光二極管（G1G6）單光點(diǎn)來回掃描點(diǎn)亮（G1G2G3G4G5G6G5G4G3G2G1）。要求：彩燈的變化速度均勻且可以調(diào)節(jié),而且人眼能夠識別彩燈的變化，所擁有的供電條件為直流電源12V。三、設(shè)計(jì)思路，總體結(jié)構(gòu)框圖：根據(jù)任務(wù)要求，可以設(shè)計(jì)一個(gè)如圖2-27所示的電路，圖中振蕩電路產(chǎn)生頻率可調(diào)的三角波信號，三角波信號被送入比較器電路與一系列直流電平比較，根據(jù)三角波信號瞬時(shí)值的大小不同，比較器的輸出端會分別輸出高電平或低電平，這些高、低電平可以按照任務(wù)要求的順序點(diǎn)亮或熄滅接在比較器輸出端的發(fā)光管，達(dá)到任務(wù)要求的彩燈顯示效果。四、分塊電路和總體電路的設(shè)計(jì)：1、振蕩電路的設(shè)計(jì)：三角波振蕩電路可以采用如圖2-28所示電路，這是一種常見的由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器電路，圖2-28中運(yùn)放A1接成遲滯電壓比較器，A2接成反相輸入式積分器，積分器的輸入電壓取自遲滯電壓比較器的輸出，遲滯電壓比較器的輸入信號來自積分器的輸出。假設(shè)遲滯電壓比較器輸出Uo1初始值為高電平，該高電平經(jīng)過積分器在Uo2端得到線性下降的輸出信號，此線性下降的信號又反饋至遲滯電壓比較器的輸入端，當(dāng)其下降至比較器的下門限電壓Uth-時(shí)，比較器的輸出發(fā)生跳變，由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑摰碗娖浇?jīng)過積分器在Uo2端得到線性上升的輸出信號，此線性上升的信號又反饋至遲滯電壓比較器的輸入端，當(dāng)其上升至比較器的上門限電壓Uth+時(shí)，比較器的輸出發(fā)生跳變，由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，此后，不斷重?fù)上述過程，從而在遲滯電壓比較器的輸出端Uo1得到方波信號，在反向積分器的輸出端Uo2得到三角波信號。假設(shè)穩(wěn)壓管反向擊穿時(shí)的穩(wěn)定電壓為UZ，正向?qū)妷簽閁D，由理論分析可知，該電路方波和三角波的輸出幅度分別為：式（5）中RP2為電位器RP動頭2端對地電阻，RP1為電位器1端對地的電阻。 由上述各式可知，該電路輸出方波的幅度由穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值和正向?qū)妷簺Q定，三角波的輸出幅度決定于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值和正向?qū)妷阂约胺答伇萊1/Rf，而振蕩頻率與穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值和正向?qū)妷簾o關(guān)，因此，通過調(diào)換具有不同穩(wěn)壓值和正向?qū)妷旱姆€(wěn)壓管可以成比例地改變方波和三角波的幅度而不改變振蕩頻率。電位器的滑動比RP2/RP1和積分器的積分時(shí)間常數(shù)R2C的改變只影響振蕩頻率而不影響振蕩幅度，而反饋比R1/Rf的改變會使振蕩頻率和振蕩幅度同時(shí)發(fā)生變化。因此，一般用改變積分時(shí)間常數(shù)的方法進(jìn)行頻段的轉(zhuǎn)換，用調(diào)節(jié)電位器滑動頭的位置來進(jìn)行頻段內(nèi)的頻率調(diào)節(jié)。2、比較電路與發(fā)光管的設(shè)計(jì)：如圖2-29所示電路中，由6個(gè)電阻R1、R2、R3、R4、R5和R6組成的電阻鏈將12V電壓分成5個(gè)等級，設(shè)R1=R2=R3=R4=R5=R6=R，則這5個(gè)電壓等級分別是-8V、-4V、0V、4V和8V，這5個(gè)等級的電壓分別作為5個(gè)電壓比較器（U2D、U2C、U2B、U2A和U1D）的基準(zhǔn)電壓分別接到這5個(gè)比較器的反相輸入端。三角波振蕩電路產(chǎn)生的三角波信號（用ui表示）同時(shí)加到這5個(gè)電壓比較器的同相輸入，與這5個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。每個(gè)電壓比較器的輸出端都通過一個(gè)限流電阻對地接一個(gè)紅色的發(fā)光二極管，而6個(gè)綠色的發(fā)光二極管則與6個(gè)限流電阻串聯(lián)構(gòu)成綠色發(fā)光二極管鏈，與5個(gè)電壓比較器的輸出端連接。 當(dāng)ui<-8V時(shí)，5個(gè)電壓比較器均輸出低電平，5個(gè)紅色發(fā)光二極管全不亮，綠色發(fā)光二極管只有LED11亮，當(dāng)-8V<ui<-4V時(shí)，電壓比較器U2D輸出為高電平，其余的電壓比較器輸出均為低電平，紅色發(fā)光二極管只有LED5亮，綠色發(fā)光二極管只有LED10亮，當(dāng)-4V<ui<0V時(shí)，電壓比較器U2D和U2C輸出為高電平，其余的電壓比較器輸出均為低電平，紅色發(fā)光二極管LED5和LED4亮，綠色發(fā)光二極管只有LED9亮，當(dāng)0V<ui<4V時(shí)，電壓比較器U2D、U2C和U2B輸出為高電平，其余的電壓比較器輸出均為低電平，紅色發(fā)光二極管LED5、LED4和LED3亮，綠色發(fā)光二極管只有LED8亮，當(dāng)4V<ui<8V時(shí)，電壓比較器U2D、U2C、U2B和U2A輸出為高電平，其余的電壓比較器輸出為低電平，紅色發(fā)光二極管LED5、LED4、LED3和LED2亮，綠色發(fā)光二極管只有LED7亮，當(dāng)8V<ui時(shí)，5個(gè)電壓比較器均輸出高電平，5個(gè)紅色發(fā)光二極管全亮，綠色發(fā)光二極管只有LED6亮。 當(dāng)輸入的三角波信號在10V的峰峰值范圍內(nèi)慢速（2HZ以內(nèi)）變化時(shí)，電壓比較器輸出端所接的紅綠發(fā)光二極管即可按照實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求的效果顯示。五、所實(shí)現(xiàn)功能說明：1、基本功能：排成一排的5個(gè)紅色發(fā)光二極管(R1R5)重復(fù)地依次點(diǎn)亮再依次熄滅（全滅R1R1R2R1R2R3R1R2R3R4R1R2R3R4R5R1R2R3R4R1R2R3R1R2R1全滅），同時(shí)排成一排的6個(gè)綠色發(fā)光二極管（G1G6）單光點(diǎn)來回掃描點(diǎn)亮（G1G2G3G4G5G6G5G4G3G2G1）。同時(shí)彩燈的變化速度均勻且可以調(diào)節(jié),而且人眼能夠識別彩燈的變化。2、主要測試數(shù)據(jù)：輸出信號變化的頻率范圍：0.118Hz1.381Hz方波Vopp=12.6V三角波Vopp=10.4V基準(zhǔn)電壓：-8.1V，-3.9V，0V，4.1V，8.1V3、必要的測試方法：將正負(fù)12V直流電源接入面包板正負(fù)極，觀察紅綠小燈閃爍情況并調(diào)節(jié)電位器，使之達(dá)到合適速度，人眼能清楚觀察到紅綠小燈變化勻速且紅燈駐點(diǎn)增減，綠燈單點(diǎn)掃描。然后接入示波器，測量方波和三角波幅值，并在示波器上讀出三角波頻率大小。繼續(xù)調(diào)節(jié)電位器，觀察三角波頻率可變范圍并記錄數(shù)據(jù)。 六、故障及問題分析： 在實(shí)驗(yàn)過程中，出現(xiàn)了幾次失敗的情況。第一次和第二次，均是由于電路設(shè)計(jì)的不好，導(dǎo)致導(dǎo)線和元器件分布過于密集，電路連接有錯(cuò)。第三次是因?yàn)榇中亩浟苏?fù)電源的接法，沒有接地。在經(jīng)過重新連接后，又出現(xiàn)了穩(wěn)壓源故障的問題，經(jīng)過檢查，是因?yàn)殡娏鰿URRENT調(diào)節(jié)的問題。七、總結(jié)和結(jié)論：通過本次實(shí)驗(yàn)，我對電路的設(shè)計(jì)和元器件的位置安排有了新的認(rèn)識，電路設(shè)計(jì)的巧妙，連接出現(xiàn)的問題就會少很多，而且當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)方便查找，能節(jié)省不少時(shí)間，應(yīng)該在動手連接之前先進(jìn)行設(shè)計(jì)，這是整個(gè)實(shí)驗(yàn)成功的第一步。另外，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，如何查找十分關(guān)鍵，有可能是電路連接的問題，還有可能是元器件損壞，或者沒有調(diào)試合適，這時(shí)，不能手忙腳亂的拆電路，重新連，而是要先分析出現(xiàn)故障可能的原因，逐一排除。應(yīng)該注意的是，實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題更多是因?yàn)榇中亩岩恍┗A(chǔ)的東西忘掉，例如正負(fù)電源如何接。同時(shí)，利用示波器等其他工具可以幫助我們更好的檢查問題?？傮w而言，本次實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于對電路的設(shè)計(jì)與連接，實(shí)驗(yàn)原理等方面還是較為簡單，這種實(shí)驗(yàn)更加注重于實(shí)驗(yàn)的基本操作，動手能力，以及查找問題，排除故障的能力。從知識層面講，本次實(shí)驗(yàn)對于理解運(yùn)算放大器的功能及其應(yīng)用有很大幫助，還有對于信號的積分，比較，放大，將運(yùn)算放大器實(shí)際應(yīng)用于生活中，將使我們對它有更深層次的理解。八、Multisim仿真原理圖，波形圖：九、所用元器件及測試儀表清單：元器件名稱型號、規(guī)格數(shù)量運(yùn)算放大器LM3242片雙穩(wěn)壓管2DW2321個(gè)（材料箱內(nèi)）發(fā)光二極管紅5個(gè)（材料箱內(nèi)1）發(fā)光二極管綠6個(gè)（材料箱內(nèi)1）獨(dú)石電容1f（105）1個(gè)電位器10K1個(gè)電阻6806個(gè)（材料箱內(nèi)）電阻1K7個(gè)（材料箱內(nèi)）電阻2K6個(gè)（材料箱內(nèi)）電阻9.1K1個(gè)（材料箱內(nèi)）電阻10K1個(gè)（材料箱內(nèi)）電阻16K1個(gè)（材料箱內(nèi)）電阻100K2個(gè)（材料箱內(nèi)）測試儀表：直流穩(wěn)壓源，示波器，萬用表十、參考文獻(xiàn)：2017年模擬綜合實(shí)驗(yàn)講義