模拟电子技术-发光二极管的电平指示

郑州科技学院
《模拟电子技术》课程设计
题目
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目录
1 课程设计目的 (1)
2 课程设计的任务与要求 (1)
3 设计方案与论证 (1)
3.1设计过程 (1)
3.2理论论证 (3)
4各单元电路设计及简要说明 (3)
5仿真结果分析 (5)
6总体电路安装接线 (5)
6.1对电路中各元器件进行分析 (6)
6.2元器件的检测与识别 (6)
6.3实物的安装与焊接 (7)
7调试过程 (9)
8总结 (9)
附录1：总体电路原理图 (12)
附录2：实物图 (13)
附录3：元器件清单 (14)
1 课程设计目的
1.理解发光二极管电平指示电路的工作原理。

2.能够根据发光二极管电平指示电路的原理图搭建电路。

3.能够根据发光二极管电平指示电路的原理图检测电路、排除故障。

4.培养一定的团队合作能力。

2 课程设计的任务与要求
1.理解发光二极管电平指示电路的工作原理。

2.能够根据发光二极管电平指示电路的原理图搭建电路。

3.熟悉个元器件的性能（二极管，电容，LED灯，色环电阻）。

4.掌握个元器件在面包板上的插接方法。

5.按工艺要求对元器件进行焊接，以及参数的测试。

6.能够通过发光二极管发光的个数，判定电压的高低。

3 设计方案与论证
3.1设计过程
经过查找资料与反复论证，确定两种实验方案分别如下：
第一种方案：如图3-1所示，随着信号UI的增加，LED被逐次点亮，亮灯数目的多寡则反映了信号的强度。

其基本原理是：当UI大于0.6~0.9V时，VT1由截止变为导通，LED1电亮，以后UI每增加约0.1V，后续LED就被电亮一只，以此来对信号进行直观指示。

图3-1 原理图
第二种方案：如图3-2所示，当输入端加的直流或交流电压从低往高变化时，发光二极管LED1-LED5亮的个数慢慢增加。

其中，二极管VD1与电解电容C构成半波整流电容滤波电路，它的功能是把输入的交流电变成脉动的直流电。

图3-2原理图
经过对两种方案的对比分析发现第一种方案所示电路由于
采用分立元件，所以元件数量较多，封装后体积较大，故选择第二种方案。

3.2理论论证
图3-3 万用表测量图
用万用表依次测量各支路的电压，观察LED灯亮起的个数与电压之间的关系。

如图3-3所示。

4各单元电路设计及简要说明
二极管的正向性：外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。

这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。

当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升。

在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。

当二极管两端的正向电压超过一定数值，内电场很快被削弱，特性电流迅速增长，二极管正向导通。

叫做门坎电压或阈值电压，硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。

硅二极管的正向导通压降约为0.6~0.7V，锗二极管的正向导通压降约为0.2~0.3V。

如图4-1二极管特性曲线图所示。

图4-1 二极管特性曲线图
其中一条支路：二极管、发光二极管、电阻的接线，如图4-2所示。

图4-2 接线图
根据二极管的正向性，每经过一个二极管，会形成压降，电压会降低，相应支路的电压降低。

R=U/I,每一个发光二极管的阻值是固定不变的，发光二极管两端电压减小，则通过发光二极管
的电流减小，当通过的电流小于能够使发光二极管亮起的最小电流时，此支路不通，即电压降低相应降低的数值达到一定时，此支路的LED灯灭。

5仿真结果分析
在multisim仿真软件中，将发光二极管电平指示器的实验原理图仿真出来，再将其电阻和电容的数据参数输入。

最后只需缓缓增大输入电压并观察发光二极管的点亮数目。

当电压增加至时，第一个二极管发光，继续增大电压，增加至时，第二个二极管发光，增加至时，第三个二极管发光，增加至时，第四个二极管发光，增加到时，第五个二极管发光，继续增加电压，二极管发光亮度突然增强，经过多次测试，最终得出调试电压区间为：3~7V。

图5-1仿真图
6总体电路安装接线
6.1对电路中各元器件进行分析
1N4007二极管：利用其特性，每经过一个二极管，会形成压降，电压会降低，相应支路的电压降低。

发光二极管：工作电压在1.8V左右，工作时必须要限流或者是恒流，不然会烧坏。

LED工作室非线性的，有二极管的特性小功率的，适用于限流电路。

电容：电容应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、以及控制电路等方面。

是用来储存电或放电，整流、振荡，主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定。

6.2元器件的检测与识别
色环电阻：色环电阻识别方法是电阻上面用了四道、五道、或者六道色环来表示电阻值。

色环表有十种颜色，分别为黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白，它们分别对应了数字0-9。

色环最右端那一项为误差位，读出阻值后可用万用表进行测量，进一步确定阻值。

数据来源：2013年《电子工艺技能实训》
发光二极管：长引脚为正极，短引脚为负极；用万用表R×10K 档，正常时，正向电阻值（黑表笔接正极）约为几十至200KΩ，反向电阻值为无穷大。

电解电容器：两根引线有正负之分（有白色条纹的一面为负
极）可用万用表检测好坏。

电阻档放在R×100或R×1K，把红表笔接电容器的负端，黑表笔接正端，这时万用表指针将会摆动，然后回复到零位或零位附近。

6.3实物的安装与焊接
焊接的注意事项:
1.对焊件要先进行表面处理：一般焊件表面都被氧化，需要表面处理，去除表面污垢，氧化膜等等。

采用机械刮磨或酒精清洗。

2.对元件引脚进行镀锡：对导线、引脚的焊接部位要进行焊锡润滑，也称上锡。

3.焊料量的控制：焊点的焊锡量要适量，不可过多或过少。

4.焊点的质量：焊接质量的好坏以焊点圆滑，光亮为好。

安装与焊接：
1.按仿真图在电路板上进行元器件的排列与插装。

以合理、美观为标准，其中色环电阻器、二极管采用水平安装，电解电容、发光二极管采用立式安装。

2.按工艺要求对元器件进行焊接，焊接时使元器件紧贴电路板，不能出现虚焊、漏焊的情况。

3.焊接插头线，完成后对其固定。

4.电烙铁是焊接电子元器件的重要工具，直接影响着焊接的质量。

电烙铁从结构上分为外热式和内热式两种。

常用的有7、4、2、2等。

选择电烙铁要根据焊接任务的不同，选用不同功率的电烙铁。

一般焊接半导体元器件选用2电烙铁即可。

新的电烙铁使用前要进行“上锡”。

首先将烙铁头挫干净，然后把电烙铁通电加
热，预热一会儿之后将烙铁头粘上松香，再用烙铁头将焊锡丝熔化，将烙铁头上薄薄的镀上一层锡。

防止电烙铁长时间加热因氧化使烙铁头被“烧死”，不再“吃锡”。

焊料是将被焊物体牢固的焊接到电路板上。

焊料熔点比被焊物熔点低很多，否则容易和被焊物连在一起。

一般的电子元件用焊料是锡铅比例为3:2的焊锡，其低熔点仅为180摄氏度左右，用25W—30W的电烙铁就可以熔化。

焊锡通常制作成管状焊锡丝，内芯有松香做助焊剂。

助焊剂的作用是去除焊件表面的氧化物，加热时防氧化，帮助焊料流动，减少表面张力，提高焊接质量。

一般用松香（固态）或松香水（松香加酒精做的液态助燃剂）。

焊接的手法:
焊接的手法为左手食指中指夹住焊锡丝，右手拿住电烙铁，烙铁头随着锡丝走。

手工焊接的握电烙铁的方法，有正握、反握及握笔式三种。

焊接元器件及维修电路板时以握笔式比较方便。

焊接时切忌要注意安全。

正确的焊接方法是：准备施焊、加热焊件、加焊锡、去焊锡和去烙铁。

1.准备施焊：准备好焊锡丝，预热好电烙铁。

2.加热焊件：将烙铁头接触到焊接点，使被焊引线和焊盘加热。

3.加焊锡：当焊件加热到一定温度后，放上焊锡丝，焊锡丝能够立即沾附到被焊件上。

4.去焊锡：当熔化一定量的焊锡后，将焊锡丝移开。

5.去烙铁：当焊锡丝安全湿润焊点后，朝大约45度方向迅速移开电烙铁。

7调试过程
当输入端加的直流或交流电压从低往高变化时，发光二极管LED1-LED5亮的个数慢慢增加。

焊接完成后，接入电源，缓缓增大输入电压，被点亮的二极管的数目也逐渐增加。

调试过程并没有出现故障。

8总结
在这一个星期的课程设计课中，我和我的队友分工明细，团结协作，终于顺利完成了任务。

在这次课程设计中，我们从仿真电路开始前认真的看了所需要芯片的功能以及连接方式，然后花了一个下午的时间将仿真电路图连好了。

仿真无误之后，第二天上午，我们将电路焊接完成，进行了测试，发现发光二极管不会发光，于是我们进行了故障排查，发现由于电压过大，发光二极管烧了，换过二极管之后，重新进行了测试，电路成功运行。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在这个过程中，也培养了我们的团队精神，遇到问题大家一起讨论，想方设法去解决它，最后成功的时候，我们一起体会了胜利的喜悦。

团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

这次的实验让我收获很多，不仅是知识的扩展，学会了很多实验方法，更是精神上的激励，促进我们更好的学习和掌握技能，同时也培养了我们的独立思考、动手操作的能力，在其他能力上
也都要有所提高。

总的来说，这次的任务完成的不错。

学到了很多东西。

使我对模拟这门课有了进一步了解。

我过去没有过自己设计实验，所以锻炼了我学习的主动性。

把课堂上学到书本知识灵活的应用到了实际操作当中，同时，这让我更深刻地认识到做事要细心、耐心，学会发现问题，敢于面对问题，思考如何解决问题。

最主要的我想还是一个整体的思路而不是局限于一个部分。

通过整体性能与部分模块的博弈而选出最佳的方案。

这才是最大的收获。

而从小的方面来说，通过此次的模电设计，能够很好的理解到这个课程甚至是我们专业设计课程的大致思路与思想，为以后更多的课程设计奠定了基础。

参考文献
[1]江晓安.董秀峰.模拟电子技术第三版[M].西安:西安电子科技大学出版社.2008
[2]邱关源.电路[M].第四版.高等教育出版社.2011
[3]李瀚荪.电路分析基础[M].第四版.高等教育出版社.2006
[4]尹常永.田卫华.电力电子技术[M].大连:大连理工大学出版社.2012
[5]陈振云.模拟电子技术[M].华中科技大学出版社.2013
[6]曹新亮.新编模拟集成电路原理与应用[M].武汉:武汉大学出版社.2015
附录1：总体电路原理图
附录2：实物图
附录3：元器件清单。