1、1模拟电子技术课程设计（作品）题 目 基于 LM358的呼吸灯设计姓 名 廖 兴 仓专业班级 电气工程及其自动化四班院 （系）电 气 工 程 学 院学 号 2 0 1 5 4 7 1 2 9指导老师 李 亚 民完成时间 2018 年 5 月 17 日郑州科技学院2目录1 课程设计的目的- 12 课程设计的基本要求- 13 课程设计的步骤- 23.1 明确课程设计任务和要求- 23.2 方案选择- - 33.3 单元电路设计、数计算和元器件的选择- 33.4 画出这整机电路图- 43.5 审图- 53.6 组装、焊接及调试- 54 设计方案与论证- 54.1 设计方案分析- 54.2 设计电路-
2、 - 64.3 调试- 65 设计原理及功能说明- 76 单元电路的设计- 76.1 LED 灯- 76.2 电阻- 86.3 电容- 86.4 三极管- 106.5 LM358- 107 硬件的制作与调试- 117.1 电路焊接- 117.2 功能实现- 117.3 外观-118 总结-113参考文献-13附录 1：总体电路原理图-14附录 2：实物图-15附录 3：元件清单-1611 课程设计的目的在掌握理论知识的基础上强调提高学生的动手能力，是应用型本科教育的一个侧重点。课程设计是实现这一目标的重要环节之一。模拟电子技术课程设计是模拟电子技术课程的实践环节，学生可以在整个设计过程中，通过
3、电路设计、安装调试、查阅整理资料、分析结果等环节的练习，巩固和加强对模拟电子技术理论的学习和理解；提高在电子线路方面的实践技能；逐步熟悉开展科学实践的程序和基本方法；并在老师的引导下，养成良好的设计习惯。逐渐形成严谨的科学作风，将来从事电子产品的研制打下厚实的基础。2 课程设计的基本要求课程设计是通过阶段课程的各个教学环节之后进行的。内容的复杂性和工作量适中，课程设计应使学生达到以下要求。初步掌握一般电子电路分析和设计的基本方法。包括根据设计任务和指标，初选电路；通过调查研究、查阅资料、设计计算、确定电路方案；选择元器件，组装电路，独立进行调试、改进；分析电路指标测试结果，写出设计总结报告。培
4、养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。2包括学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题能够独立思考，查阅工具书、参考文献，寻找答案；掌握一些电路调试的一般方法和规律，调试中出现一般故障，能通过“观察、判断、调试，再判断”的基本方法去解决问题；能对测试结果进行独立地分析、评价。掌握普通电子电路的生产流程以及安装、布线、焊接等基本技能。巩固常用电子仪器的正确使用方法，还包括对示波器、信号发生器、交流毫伏表等能正确使用；掌握常用电子元器件和电路的测试技能。严格的科学训练和课程设计实践，是学生逐步树立严肃认真，一丝不苟，实事求是的科学作风，并培养学生在实际工作中具有一定的生产观念、经济观
5、念和全局观念。3 课程设计的步骤3.1 明确课程设计任务和要求对课程设计任务及要求进行具体分析，充分了解设计电路的性能、指标和要求，以便明确课程设计应完成的任务。3.2 方案选择这一步的工作要求是把课程设计要完成的任务分配给若干3个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的政绩原理框图。3.3 单元电路设计、数计算和元器件的选择根据课程设计任务的要求和原理框图，明确各部分任务，进行各单元电路的设计、参数计算和元器件的选择。单元电路设计单元电路设计是整机设计的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整体设计水平。参数计算为保证单元电路达到指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算。参数计算时，同一电
6、路可能有几组数据，注意选择一组能完成电路设计要求的功能、在实践中真正可行的参数。计算参数时应注意下列问题。 元器件的工作电流、电压、频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求。 元器件的极限参数必须留有足够充裕量，一般大于额定值的 1.5 倍。 电阻和电容的参数应选择计算值附近的标称值。元器件选择阻容元件的选择4电容元件种类很多，正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同，有些电路对电容的漏电要求很严，还有些电路对电阻、电容的性能要求和容量要求很高。分立元件的选择分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二（三）极管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。集成电路的选择由于
7、集成电路可以实现很多单元电路甚至整机电路的功能，所以选用集成电路来设计单元电路和总体电路既方便又灵活，它不仅使系统体积缩小，而且性能可靠，便于调试及运用，在设计电路时颇受欢迎。3.4 画出这整机电路图为详细表示设计的整机电路及各单元电路的连接关系，设计时需绘制完整的整机电路图。3.5 审图在画出整机电路图，并计算出全部参数值后，至少应进行一次全面审查。经过审查可以发现和解决一部分或大部分问题，为实验（或仿真）打下较好的基础。53.6 组装、焊接及调试电子线路设计好后，便可进行组装、焊接及调试。模拟电子技术课程设计中组装电路采用焊接和在实验箱上插接两种方式。焊接组装可以提高学生的焊接技术，但器件
8、可重复利用率低。在实验箱上插接组装，元器件便于插接且电路便于调试，并可提高器件重复利用率。4设计方案与论证4.1 设计方案分析呼吸灯是指灯光在微电脑的控制之下完成由亮到暗的逐渐变化，感觉好像是人在呼吸。其广泛应用于手机之上，并成为各大品牌新款手机的卖点之一。如果你的手机里面有未处理的通知，比如说未接来电，未查收的短信等等，呼吸灯就会由暗到亮的变化，像呼吸一样那么有节奏，起到一个通知提醒的作用。呼吸特性的时间参数如下呼吸分为两个过程：吸气：指数曲线上升，该过程需要 1.5 s呼气：指数曲线下降，该过程需要 1.5 s对成人而言，平均每分钟呼吸 1618 次;6对儿童而言，平均每分钟呼吸 20 次
9、；注：上面的参数是在均匀呼吸情况下的次数。4.2 设计电路4.3 调试各参数选定后，必须先用 multisim 软件进行仿真，待仿真与预期实验结果完全一致说明参数选择正确才能进行电路的实际焊接，如果与预期结果不一致需检查电路或重设参数进行仿真，指导与预期结果符合。电路仿真再带你路设计中必不可少，先进行了仿真并根据仿真结果焊接电路可以避免元器件的损坏和焊接的高效性。75设计原理及功能说明由 LM358 及外围电路构成了一个三角波信号发生器;三极管构成一个共射 电路, 将加在基极的三角波信号进行放大, 并且由于基极的电压是一个三角波加 在直流信号上, 导致发射级的输出电压是一个上移的三角波信号,可
10、以控制 LED 灯的亮度,形成呼吸的效果。6 单元电路的设计6.1 LED 灯LED（Light Emitting Diode） ，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来，起到保护内部芯线的作用，最后安装外壳，所以 LED 灯的抗震性能好。6.2 电阻电阻器（Resistor）在日常生活中一般直接称为电阻。是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。阻值不能改变的称为
11、固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻8器。理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高 1时电阻值发生变化的百分数。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。6.3 电容电容器，通常简称其容纳电荷的本领为电容，用字母 C 表示
12、。定义 1：电容器，顾名思义，是装电的容器 ，是一种容纳电荷的器件。英文名称：capacitor。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路， 能量转换，控制等方面。定义 2：电容器，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器。电容与电容器不同。电容为基本物理量，符号 C，单位为9F（法拉） 。通用公式 C=Q/U 平行板电容器专用公式：板间电场强度E=U/d ，电容器电容决定式 C=S/4kd电容特点：1.它具有充放电特性和阻止直流电流通过，允许交流电流通过的能力。2.在充电和放电过程中，两极板上的电荷有积累过程，也即
13、电压有建立过程，因此，电容器上的电压不能突变。3.电容器的充电：两板分别带等量异种电荷，每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量。4.电容器的放电：电容器两极正负电荷通过导线中和。在放电过程中导线上有短暂的电流产生。6.4 三极管三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号， 也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN 结，两个 PN 结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，10两侧部分是发射区和集电区，排列方式
14、有 PNP 和 NPN 两种。6.5 LM358LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放 大器, 适合于电源电压范围很宽的单电源使用, 也适用于双电源工作模式, 在推 荐的工作条件下, 电源电流与电源电压无关。 它的使用范围包括传感放大器、 直 流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。封装:LM358 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式、贴片式和圆形金属壳 封装等。运用 :稳压电源;红外报警器;功率放大器; 振荡器等等。LM358 内部电路图 LM358 实物图7 硬件的制作与调试7.1 电路焊接根据仿真电路焊接实际电路，正确掌握电烙铁的使用，注意区
15、分三接管的发射极、集电极和基极，发光二极管的正负极，11在焊接的过程中要有足够的耐心、细心。7.2 功能实现按电路图焊接完成后，检查电路，检查无误后，接 12V 直流稳压电源，观察灯是否像呼吸一样变化。7.3 外观各元器件在电路板上布局合理，看起来大方，美观，干净，简单。8设计总结通过这次课程设计实验，我更加深刻的理解了模拟电子技术的相关知识，加强了我对实验及课程设计基本技能的综合训练，加强了我对模拟电子技术这门相对来说比较难入门的专业基础课程的理论学习，同时也培养和提高了我的实际动手能力和工程设计能力，并在一定程度上锻炼了团队合作能力，使我受益匪浅。在我进行实际焊接的过程中，为了追求灯光视觉效果的绚丽，使用了较多的 LED 灯，后来发现接入 12V 电压后不能过满足 LED 灯的工作电压，导致实验失败。在吸取教训后认真计算了电路中的电压、电流和电阻值，使电路变得合理，最终试验成功。12参考文件：1 江晓安，付少峰. 模拟电子技术（第四版）M .西安：西安电子科技大学出版社，20162 陈宗梅 . 模拟电子技术实验与课程设计M.北京：北京理工大学出版社，20113 徐淑华 . 电路与模拟电子技术M.北京：电子工业出版社，20 1013附录一：总体电路原理图14附录二：实物图15附录三：元器件清单16
