毕业设计（论文）-电子计分器设计.doc

毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 专业专业 电子信息工程技术电子信息工程技术 年级年级 2005 班级班级 电信（五） 姓名姓名 学号学号 电子计分器 i 一、毕业设计的任务和具体要求： （1）本次毕业设计的具体任务是： 确定毕业设计的课题，并且利用图书和网络资源查出与该设计有关的资料从中 挑选出最佳的设计资料，作为该毕业设计的参考资料。制定出最佳的毕业设计方案， 并且根据预先制定的方案选用合适的元器件。利用proteldxp软件根据选定的参考资 料进行绘制电路图和生成pcb电路板。根据做好的电路图把元件插到电路板上并且对 电路板进行连接和焊接，然后在组装成扬声器成品。 （2）本次毕业设计的要求是： 选定的方案要适合电子专业大专毕业生的制作，使用的必须是曾经学过或是见 过的元器件。生成的pcb电路板，布线要合理不能交叉，而且还要考虑元件之间相互 干扰的因素，在容易受干扰和产生干扰的元件之间距离不能太近，而且导线间距要 稍大。焊接好的电路板，焊点上的焊锡应程锥形，且表面要光华，不能有虚焊现象。 制成的电子计分器应该有预先设定的效果能从000开始计数，按下s1后能自动加一， 按下s2后能自动减一，按s3即显示000。 电子计分器 ii 二、毕业设计应完成的图纸： 表 2-1 lm7809 引脚功能及数据，见 6 页 表 2-2 cd40192 功能表，见 9 页 表 2-3 与非门真值表，见 10 页 表 3-1 cd4027 功能表，见 13 页 表 4-1 数码管编码方法，见 15 页 图 1-1 电路原理图，见 2 页 图 2-1 单向桥式整流电路，见 3 页 图 2-2 单相桥式整流电路模拟图，见 3 页 图 2-3 桥式整流电路工作波形，见 4 页 图 2-4 常用滤波电路，见 5 页 图 2-5 滤波电路及电流的变化，见 5 页 图 2-6 三端稳压（78，79 系列）管脚判断技巧，见 6 页 图 2-7 cd4055 管脚图，见 7 页 图 2-8 cd40192 管脚图，见 8 页 图 2-9 cd40192 逻辑图，见 9 页 图 2-10 cd4011 管脚图,见 10 页 图 2-11 cd4011 引出端排列，见 11 页 图 3-1 cd4027 逻辑符号，见 12 页 图 3-2 cd4027 引出端排列，见 13 页 图 3-3 cd4027 逻辑图，见 13 页 图 4-1 bcd 七段译码器驱动器，见 14 页 图 4-2 七段数码管引脚图，见 14 页 图 4-3 数码管各字段引脚，见 15 页 图 5-1 轻触开关实物图，见 16 页 图 5-2 稳压二极管原理图，见 17 页 图 5-3 稳压二极管实物图，见 18 页 图 5-4 电解电容实物图，见 24 页 图 6-1 pcb 3d 图，见 26 页 电子计分器 iii 电子计分器 摘要 21世纪是电子技术飞速发展的时代，如今我们的生活越来越离不开电子技术近从我 们生活中离不开的电脑、电视机、电风扇、洗衣机电冰箱空调等，远到人们的生产、医 疗保险、国防教育等，都离不开电子技术。下面就以电子计分器电路为例来具体说明电 子产品的特点。 该电路原理简单，采用普通的 cmos 集成电路，很容易自制。第一个数码管仅有两种 状态，即“0”或显示“l” ，后两个数码管可显示“0”“9”十种状态，故该计分器的 最高计分可达 199 分。电路主要由计数器、译码电路、触发电路、显示电路及防抖动开 关电路等组成。 本装置可用于工矿、学校篮球场在控制台累计比赛得分并用显示屏显示 分数。本实验电路经安装后能正常工作，起到计分作用，只是安装时由于全采用 cmos 电 路，应断开电源进行焊接，以防损坏 cmos 电路。 关键词关键词：译码电路、加法器、jk触发器、与非门 目 录 电子计分器 iv 0 前言 1 设计方案 1.1 工作原理 1.2 电路原理图 2 电路的五大模块功能 2.1 直流稳压电路 2.1.1 整流电路 2.1.2 滤波电路 2.1.3 稳压电路 lm7809 2.2 译码及加法电路 2.2.1 译码器电路（cd4055） 2.2.2 加法器电路 2.2.3 与非门电路 cd4011 3 jk 电路基本功能 4 显示电路7 段数码管 5 启动电路功能模块 5.1 按钮开关 5.2 二极管 5.3 电阻 5.4 电容元件 5.4.1 瓷片电容 5.4.2 电解电容 6 电子计分器电路模块连接、系统调试和完善. 7 结束语 7.1 论文总结 电子计分器 v 7.2 工作展望 参考文献、资料索引 致 谢 电子计分器 0 前言 从 18 世纪法拉第发现了电磁现象以来，人类社会便进入了电子时代。经过不断发展， 电子产品越来越多的呈现在我们面前。由于电能的清洁高效、易于转变成其它形式的能源的 特点，电子技术越来越被人们重视。 迈进 21 世纪，网络与通信技术、多媒体技术以及新型体系结构的计算机设计随时都在 向系统级芯片的设计与制造提出新的挑战。现代电子产品的性能越来越高、复杂度越来越大。 更新步伐越来越快。实现这种进步的主要原因就是微电子技术和电子设计技术的发展。于是 人们的生产生活越来越离不开电子技术。人们由开始仅利用电子产品来进行发展生产到现阶 段运用电子产品作为装饰品，走在街上四处可望：商店门前的闪光灯、过年过节人们家门上 的七彩灯等等。相信以后还会有更多的电子产品出现服务于人类，也会有更多的人喜欢电子 技术。下面，就以电子计分器电路为例来简单的介绍一下电子产品的特点。 由于原电路图用强电启动，我们设计小组考虑了两套方案。一套是起用原来的电路图纸、 另一套是将 220v 强电压利用稳压电源转换成 9v 电压输出。由于大多数电路仅用强电部分整 流出的 9v 电压启动，出于安全考虑我们决定将强电部分改为稳压电路，输出为 9v。因此电 路中必须加入变压器、整流桥等，以实现交流变直流。第一模块是降压和桥式整流；第二模 块式滤波和稳压。 电子计分器 1 设计方案 1.1 工作原理 本装置可用于工矿、学校蓝球场在控制台累计比赛得分并用显示屏显示分数。该电路采 用普通 cmos 集成电路，很容易自制。ic1 和 ic2 为十进制加/减计数器，分别组成分数的个 位和十位。ic3 和 ic4 为 7 段译码电路，它把 ic1 和 ic2 的十进制数字信号译成可显示 09 数字的 7 段码。ic5 为分数的百位，它为 jk 触发器只有二种状态，所以本电路的最高 得分为 199 分。s1 为加分开关，每按一次产生一个脉冲信号使 ic1 做加法计数一次。s2 为 减分开关，每按一次作减法计数一次。ic1 的进位或借位信号会自动传递给 ic2 使其计数。 s3 为清零开关，按 s3 即显示“000”。r1、c1、r2、c2 为防止开关抖动所设置。这是因为 开关在开或关的瞬间会产生多次抖动从而使电路误计数，所以增设阻容元件来消除开关的抖 动。7 段数码 ag 显示部分每段由多个发光二极管并联构成。 实验点评：本实验电路经安装后能正常工作，起到计分作用。原理简单容易成功，只是 安装时由于全采用 cmos 电路，应断开电源进行焊接，以防损坏 cmos 电路。 1.2 电路原理图 图 1-1 电路原理图 电子计分器 2 电路的五大模块功能 2.1 直流稳压电路 实验是用 lm78xx 系列三端稳压集成电路制作的稳压电源，把 7805 换成 78xx、7808、7809、7812 等不同输出电压的三端稳压集成电路，就能得到相应的输出电压。 该模块由变压器，桥式整流电路，三端集成稳压块及滤波电容。其中单相桥式整流电路是工 程上最常用的单相整流电路，如图 2-1 所示。 直流稳压电源一般由整流电路、滤波电路和稳压电路三大部分组成。 图 2-1 单相桥式整流电路 2.1.1 整流电路 整流电路的任务是将经过变压器降压以后的交流电压变换为直流电压。变压器的选择， 除了应满足功率要求外，它的次级输出电压的有效值2 应略高于要求稳压电路输出的直 流电压值。对于高质量的稳压都选用桥式整流电路。 单相桥式整流电路如图 2-2 所示，图中 tr 为电源变压器，它的作用是将交流电网电压 vi 变成整流电路要求的交流电压 ，rl 是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管 d1d4 接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。 图 2-2 单相桥式整流电路模拟图 单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即 正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。 电子计分器 在 v2 的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管 d1 流向 rl，再 由二极管 d3 流回变压器，所以 d1、d3 正向导通，d2、d4 反偏截止。在负载上产生一个极 性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图 2-2 中实线箭头表示。 在 v2 的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二 极管 d2 流向 rl，再由二极管 d4 流回变压器，所以 d1、d3 反偏截止，d2、d4 正向导通。电 流流过 rl 时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图 2-2 中虚线 箭头所示。 综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组， 根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连， 负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压 根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图 2-3。由图可见，通过负载 rl 的电 流 il 以及电压 vl 的波形都是单方向的全波脉动波形。 图 2-3 桥式整流电路工作波形 2.1.2 滤波电路 对于一般要求的稳压电源，多采用电容滤波或 型滤波。桥式整流电路经电容滤波后， 滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电 容器 c，或与负载串联电感器 l，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。常用的 结构如图 2-4 所示。 电子计分器 图 2-4 常用滤波电路 由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器 c 在电源供给的电压升高时，能把部 分能量存储起来，而当电源电压降你时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，电容 c 具有平波的作用；与负载串联的电感 l，当电源供给的电流增加（由电源电压增加引起）时， 它把能量存储起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感 l 也有平波作用。 滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式（电容器 c 接在最 前面，如图 2-4 中的（a）、（c）和电感输入式（电感器 l 接在最前面，如图 2-4 中的 （b）。前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中 （而且当电流很大时仅用一电感器与负载串联）。 滤波电路及其经过整流桥后电流的变化如图 2-5 所示 v2 是经过变压器后的输出电压值，vc 是输出的直流电压。 图 2-5 滤波电路及电流的变化 电子计分器 2.1.3 稳压电路 lm7809 集成电路的引脚功能及数据见表所列 表 2-1 lm7809 引脚功能及数据 在路电阻（k）开路电阻（k） 引脚功能 电压 （v） 红笔测量黑笔测量红笔测量黑笔测量 输入 12 充电充电 225.5 输出 9 充电充电 36 地 00000 78* 、 79 * 系列三端稳压器中最常应用的是 to-220 和 to-202 两种封装。这两种 封装的图形以及引脚序号、引脚功能如图 2-7 所示。图中的引脚号标注方法是按照引脚电位 从高到底的顺序标注的。这样标注便于记忆。引脚 为最高电位，脚为最低电位，脚 居中。从图中可以看出，不论正压还是负压，脚均为输出端。对于 78*正压系列，输入 是最高电位，自然是脚，地端为最低电位，即脚，如附图所示。对与 79*负压系列， 输入为最低电位，自然是脚，而地端为最高电位，即脚，如附图所示。此外，还应注意， 散热片总是和最低电位的第脚相连。这样在 78*系列中，散热片和地相连接，而在 79* 系列中，散热片却和输入端相连接。 lm7809 是三端稳压集成块。要求输入为直流电压，电 加滤波电容。由于压差较大，需要加散热片 图 2-6 三端稳压（78，79 系列）管脚判断技巧 电子计分器 2.2 译码及加法电路 译码及 jk 电路包括译码器、加法器、与非门等部分。 2.2.1 译码器电路（cd4055） bcd-七段译码器/液晶显示驱动器 cd4055 为单位数字 bcd-七段译码器/驱动器电路， 在单片上具有电平移动功能。此特性允许 bcd 输入信号变化范围（vddvss）与七段输出 信号（vddvee）相同或不同。七段输出由 fdi 输入端控制，可使所选择的段输出为低、 高或方波（对于液晶显示）。当 fdi 输入为低电平时，由 bcd 输入所选择的段输出为高电 平；反之，为低电平。当 fdi 输入为一方波时，所选择的段输出也为一方波，且其相位与 fdi 输入相差 180，那些没被选择的段输出为与输入同相的方波。用于液晶显示的 fdi 方 波重复频率通常在 30hz（正好高于闪烁率）至 200hz（正好低于液晶显示频率响应的上限） 的范围内。提供了电平位移高幅值 fdo 输出。可用来驱动液晶显示的公共电极。所以输入 组合的译码提供了 09 及 l、p、h、a 及空白显示。cd4055 提供了 16 引线多层陶瓷双列 直插（d）、熔封陶瓷双列直插（j）、塑料双列直插（p）和陶瓷片状载体（c）4 种封装形 式。 图 2-7 cd4055 管脚图 2.2.2 加法器电路 加法器 40192( 为可预置 bcd 可逆计数器，其内部主要由四位 d 型触发器组成，与一 般计数器不同之处在于加计数器和减计数器分别由两个时钟输入端。40192 具有复位 cr、 置数控制/ld、并行数据 d0d3、加计数时钟 cpu、减计数时钟 cpd 等输入，当 cr 为高电 平时，计数器置零。当/ld 为低电平时，进行预置数操作，d0d3 上的 数据置入计数器中， 计数操作由两个时钟输入控制。当 cpd“1”时，在 cpu 上跳变时计数器加 1 计数；当 cpu“1”时，在 cpd 上跳变计数器减 1 计数。 电子计分器 除四个 q 输出外，40192 还有一个进位输出/co 和一个借位输出/bo，/co 和/bo 一般 为高电平，只有在加计数模式，当计数器达到最大状态时，/co 输出一个宽度为半个时钟周 期的负脉冲，在减计数模式，当计数器全为零时，/bo 输出一个宽度为半个时钟周期的负脉 冲。 引出端符号： cr 清除端 cpd 减计数时钟输入端 cpu 加计数时钟输入端 d0d3 并行数据输入端 q0q3 计数器输出端 /bo 借位输出端 /co 进位输出端 vdd 正电源 vss 地 推荐工作条件：电源电压范围3v15v 输入电压范围0vvdd 工作温度范围：m类55125 e 类.4085 极限值： 电源电压.0.5v18v 输入电压0.5vvdd+0.5v 输入电流.10ma 引出端排列： 图 2-8 cd40192 管脚图 电子计分器 图 2-9 逻辑图 表 2-2 cd40192 功能表 clk-clk+r 工作方式 hhl 加计数 hhl 不计数 hhl 减计数 hhl 不计数 ll 预置数 h 清除 电子计分器 2.2.3 与非门电路 cd4011 cd4011 内部结构和工作特性：4011 内部有四个与非门电路组成，具有功耗低、抗扰度 强、电源电压范围宽等特点，而且附加输出缓冲器，因此输入输出传输特性得到改善；当负 荷增加而引起的传输时间变化被控制在最小限度。 单一的与非门如下图 2-12。a、b 输入端，y 输出端。当 a、b 都是高电位时，y 是低电 位。当 a、b 至少有一个为低电位时，y 总是高电位。 真值表如下： y=a*b/ 表 2-3 与非门真值表 a ab by y 110 101 011 001 可用算式表示为 图 2-10 cd4011 管脚图 cd4011 提供了 14 引线多层陶瓷双列直插（d）、熔封陶瓷双列直插（j）、塑料双列直 插（p）和陶瓷片状载体（c）四种封装形式。 引出端符号 1a-4a, 1b-4b 输入端 1y-4y, 输出端 vdd 正电源 vss 地 推荐工作条件：电源电压范围3v15v 输入电压范围0vvdd 工作温度范围 电子计分器 m 类55125 输入电压范围0vvdd 工作温度范围：m 类55125 e 类.4085 极限值： 电源电压.0.5v18v 输入电压0.5vvdd+0.5v 输入电流.10ma 储存稳定65150 引出端排列（俯视） 图 2-11 cd4011 引出端排列 电子计分器 3 jk 电路基本功能 cd4027 包含了两个相互独立、互补对称的 jk 主从触发器的单片集成电路。每个触 发器分别提供了 j、k、置位、复位、时钟输入和经过缓冲的 q 及 q 输出信号。此器件可用 作移位寄存器，且通过将 q 输出连接到数据输入，可用作计数器和触发器。在时钟上升沿触 发时，加在 d 输入端的逻辑电平传送到 q 输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位 或复位线上的高电平完成。cd4027 提供了 14 引线多层陶瓷双列直插（d）、熔封陶瓷双列 直插（j）、塑料双列直插（p）和陶瓷片状载体（c）4 种封装形式。 引出端符号： 1j2j j 端 1k2k k 端 1cp2cp 时钟输入端 1sd2sd 直接置 1 端 1rd2rd 直接置 0 端 1q2q 原码输出端 1q2q 反码输出端 vdd 正电源 vss 地 推荐工作条件：电源电压范围3v15v 输入电压范围0vvdd 工作温度范围：m 类55125 e 类.4085 极限值： 电源电压.0.5v18v 输入电压0.5vvdd+0.5v 输入电流.10ma 储存稳定65150 逻辑符号： 图 3-1 cd4027 逻辑符号 电子计分器 引出端排列（俯视）： 图 3-2 cd4027 引出端排列 图 3-3 cd4027 逻辑图 功能表：表 3-1 cd4027 功能表 输入输出功能 cpjksdrd o o h h l l l h h l l l l l l h l h l l l l l l h h h l 翻 转 l h 保 持 保 持 h l l h h h 电子计分器 4 显示电路7 段数码管 段数码管又分共阴和共阳两种显示方式。如果把 7 段数码管的每一段都等效成发光二极 管的正负两个极，那共阴就是把 abcdefg 这 7 个发光二极管的负极连接在一起并接地；它们 的 7 个正极接到 7 段译码驱动电路 74ls48 的相对应的驱动端上（也是 abcdefg）！此时若 显示数字 1，那么译码驱动电路输出段 bc 为高电平，其他段扫描输出端为低电平，以此类 推。如果 7 段数码管是共阳显示电路，那就需要选用 74ls47 译码驱动集成电路。共阳就是 把 abcdefg 的 7 个发光二极管的正极连接在一起并接到 5v 电源上，其余的 7 个负极接到 74ls47 相应的 abcdefg 输出端上。无论共阴共阳 7 段显示电路，都需要加限流电阻，否则 通电后就把 7 段译码管烧坏了！限流电阻的选取是：5v 电源电压减去发光二极管的工作电 压除上 10ma 到 15ma 得数即为限流电阻的值。发光二极管的工作电压一般在 1.8v-2.2v， 为计算方便，通常选 2v 即可！发光二极管的工作电流选取在 10-20ma，电流选小了，7 段数 码管不太亮，选大了工作时间长了发光管易烧坏！对于大功率 7 段数码管可根据实际情况来 选取限流电阻及电阻的瓦数！ 74ls48 芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在 各种数字电路和单片机系统的显示系统中。 图 4-1 bcd 七段译码器驱动器 图4-2 七段数码管引脚图 电子计分器 共阳极的 led 数码管，共阳就是 7 段的显示字码共用一个电源的正。原理示意图： 图 4-3 数码管各字段引脚 从上图可以看出，要是数码管显示数字，有两个条件：1.是要在 vt 端（3/8 脚）加正 电源；2.要使（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低电平或“0”电平。这样才能显示的。一般刚接触 数码显示的朋友搞不清字段和编码的关系，其实要看硬件的电路的组成的，本站的实验板上 的数码显示是用 p0 口驱动的，原理图可以参阅实验板的网页，其计算的方法如下，例：如 要显示“0”，则要 a,b,c,d,e,f 六个字段亮就显示“0”了，而 g 和 dp 字段不亮；这样 只要向 p0 口送出相应的代码即可，编码方法如下表： 表 4-1 数码管编码方法 dpgfedcba p0.7p0.6p0.5p0.4p0.3p0.2p0.1p0.0 显示的 字符 编码 110000000c0h 111100111f3h 101001002a4h 101100003b0h 10011001499h 10010010592h 10000010682h 111110007f8h 10000000880h 10010000990h 10001000a88h 10001110f8eh 电子计分器 5 启动电路功能模块 5.1 按钮开关 1.轻触开关用途和知识： 轻触开关（如图 5-1）现已成为中国需求量最大的一个开关类别。便携式消费数码电子 产品与仪器仪表是应用轻触开关最多的领域。比如一台彩电要用 6 只、一套组合音响要用 20 只左右。如今轻触开关应用范围还在不断扩大，主要领域在视频类电子产品、家电类、 医疗电子产品、车载音响、便携式电子产品、自动化控制系统、检测测量仪器等。市场配套 需求继续看好，而商家之间竞争越来越激烈，主要表现在生产专业化、自动化越来越强，产 量已经越来越集中在少数几家有实力的、有规模的企业之中。 2.轻触开关外形及分类 轻触开关是近十多年市场需求增长最快、应用面最广的一个产品。具有外型小、超薄、 按力极小（最小 n 可达 0.98）又轻的特点。类型有标准型、密封型、smd 型、防水型、摆杆 型、长型、立式型、半圆阵列薄型等。接点镀银、镀金。安装形式主要有插入焊接式、嵌入 插脚式、表面贴装等。尺寸有 4.54.5mm、63.5mm、66mm、6.66.6mm、88mm、1010mm、1212mm 等。 优点是适合高密度表面贴装，有的焊接后可清洗，密封型可防尘，最适合恶劣环境选用， 电路设计简单。产品寿命 10 万1000 万次不等。产品已成系列。 图 5-1 轻触开关实物图 5.2 二极管 半导体二极管、三极管、场效应管是电路中最常用的半导体器件，pn 结是构成各种半 导体器件的重要基础。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。具有热敏、光敏、 掺杂特性；根据掺入的杂质不同，可分为：n 型半导体、p 型半导体。pn 结是采用特定的制 造工艺，使一块半导体的两边分别形成 p 型半导体和 n 型半导体，它们交界面就形成 pn 结。 pn 结具有单向导电性，即在 p 端加正电压，n 端接负时 pn 结电阻很低，pn 结处于导通状态， 电子计分器 加反向电压时，pn 结呈高阻状态，为截止,漏电流很小。 1、二极管简介 将 pn 结加上相应的电极引线和管壳就成为半导体二极管。p 结引出的电极称为阳极 （正极），n 结引出的电极称为阴极（负极），原理图中一般常用 d1、d2、d？等表示。 图 5-2 稳压二极管原理图 二极管正向导通特性（死区电压）：硅管的死区电压大于 0。5v，诸管大于 0。1v。用 数字式万用表的二极管档可直接测量出正极和负极。利用二极管的单向导电性可以组成整流 电路。将交流电压变为单向脉动电压。 使用注意事项： 1.在整流电路中流过二极管的平均电流不能超过其最大整流电流； 2.在震荡电路或有电感的回路中注意其最高反向击穿电压的使用问题； 3.整流二极管不应直接串联（大电流时）或并联使用，串联使用时，每个二极管应并 联一个均压电阻，其大小按 100v（峰值）70k 左右计算，并联使用时，每个二极管应串联 10 欧的电阻均流，以免个别元件过载。 4.二极管在容性负载线路中使用时，额定整流电流值应降低 20%使用。分类：稳压二 极管、光敏二极管、发光二极管、变容二极管、肖特基二极管、快恢复二极管等。光敏二极 管，又称光电二极管，其 pn 结也是工作在反偏状态（和稳压二极管一样），是一种光接受 器件；其反向电流随光照强度的增加而上升，反向电流与照度成正比。其可用于光的测量， 当制成大面积的光电二极管时，能将光能直接转换成电能，就是光电池。 2.二极管的基本应用 （1）整流 利用二极管正偏时导通、反偏时截止的不对称非线性特性实现整流变换， 这是二极管最基本的应用。 （2）续流 用做续流二极管。当开关 s 切断电感电路时，为防止电感产生很高的反电 动势 e=ldi/dt，而损坏设备，接入一个二极管 d，使电感电流有一个继续流动的回路，使 电子计分器 开关管 s 在关断时其两端电压不超过电源电压 us，避免了因电感断流而在开关器件两端出 现高压。 （3）限幅 当输入信号电压 us 变化范围很大时，为了使信号电压的幅值能够限制在某 个范围之内，可采用二极管限幅电路。设二极管阈值电压为 uth，当 usuth 时，二极管导通，二极管电压被限制为正向导 通电压。一个硅管约为 0.7v，一个锗管约为 0.3v。几个二极管串联可得到不同的限幅值。 （4）钳位 中负载电阻 rl 改变时，只要二极管 d 处于正偏导通状态；则输出端电压 uo 将等于电源电压 ug 加二极管正向电压降 uf，uo=ug+uf 而与负载无关。即 uo 被钳位到 ug+uf。当然要保持二极管总是处于正偏导通状态，rl 不能过小，rl 太小时流过 r 上的电流 过大、r 上的电压降太大以致（e-ri）ug 时，二极管反偏截止，uo 将随 rl 的改变而改 变，钳位电路失去作用。 （5）稳压 稳压管也是一种半导体二极管。这种二极管的正常工作区是在反向击穿区， 第三象限区。二极管反向击穿后反向电流改变时，其反向端电压基本不变。因此当电源电压 us 改变时，通过稳压管的反向电流改变，使串联电阻 r 上的压降改变，而使负载电压 uo 基本不变。这种简单的稳压电路应用也很广泛。 图 5-3 稳压二极管实物图 5.3 电阻 1.概念 电阻器(resistor) ：用导体制成具有一定阻值的元件。电阻是导体的一种基本性质， 与导体的尺寸、材料、温度有关。 作用：主要职能就是阻碍电流流过 ，应用于限流、分流、降压、分压、负载与电容配 合作滤波器及阻匹配等。 电子计分器 2.电阻的分类 a.按阻值特性：固定电阻、可调电阻、特种电阻(敏感 电阻) 。不能调节的,我们称之 为固定电阻，而可以调节的，我们称之为可调电阻。常见的例如收音机音量调节的，主要应 用于电压分配的，我们称之为电位器。 b.按制造材料：碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等。 c.按安装方式：插件电阻、贴片电阻。 3.电阻的主要参数 a. 标称阻值：标称在电阻器上的电阻值称为标称值.单位：、k、 m。标称值是 根据国家制定的标准系列标注的，不是生产者任意标定的。 不是所有阻值的电阻器都存在。 b.允许误差：电阻器的实际阻值对于标称值的最大允许偏差范围称为允许误差.误差代 码:f 、 g 、 j、 k c.额定功率：指在规定的环境温度下，假设周围空气不流通,在长期连续工作而不损坏 或基本不改变电阻器性能的情况下，电阻器上允许的消耗功率。常见的有 1/16w 、 1/8w 、 1/4w 、 1/2w 、 1w 、 2w 、 5w 、10w。 4.阻值和误差的标注方法 a.直标法将电阻器的主要参数和技术性能用数字或字母直接标注在电阻体上。例如: 5.1k 5% 5.1k j b.文字符号法将文字、数字两者有规律组合起来表示电阻器的主要参数。例如: 0.1=1=0r1，3.3=33=3r3，3k3=3.3k c.色标法用不同颜色的色环来表示电阻器的阻值及误差等级，普通电阻一般有 4 环表 示，精密电阻用 5 环。 5.色环电阻第一环如何确定请参照色标法图片 a.四环电阻： 因表示误差的色环只有金色或银色，色环中的金色或银色环一定是第四环。 b.五环电阻： (1)从阻值范围判断：因为一般电阻范围是 0-10m，如果我们读出的阻值超过这个范围， 可能是第一环选错了。 (2)从误差环的颜色判断：表示误差的色环颜色有银、金、紫、蓝、绿、红、棕.如里靠 近电阻器端头的色环不是误差颜色，则可确定为第一环。 电子计分器 表 5-1 电阻符号的意义 6.普通电阻的选用常识 a.正确选有电阻器的阻值和误差: 阻值选用：原则是所用电阻器的标称阻值与所需电阻器阻值差值越小越好。 误差选用：时间常数 rc 电路所需电阻器的误差尽量小。一般可选 5%以内.对退耦电路， 反馈电路滤波电路负载电路对误差要求不太高。可选 10%-20%的电阻器。 b.根据电路特点选用： 高频电路：分布参数越小越好，应选用金属膜电阻、金属氧化膜电阻等高频电阻。 低频电路：绕线电阻、碳膜电阻都适用。 第一部分：主 称 第二部分：材 料 第三部分：特征分类第四部分 意义 符号意义符号意义符号 电阻器电位器 r 电阻器 t 碳膜 1 普通普通 h 合成 膜 2 s 有机 实心 3 超高频 n 无机 4 高阻 j 金属 膜 5 高温 y 氧化 膜 6 c 沉积 膜 7 精密 i 玻璃 8 高压 p 硼碳 9 特殊 u 硅碳 g 高功率 x 线绕 t 可调 m 压敏 w 微调 g 光敏 d 多圈 b 温度 c p 旁热 w 稳压 w 电位器 r 热敏 z 正温度 电子计分器 功率放大电路、偏置电路、取样电路：电路对稳定性要求比较高，应选温度系数小的电 阻器。 退耦电路、滤波电路： 对阻值变化没有严格要求,任何类电阻器都适用。 电阻是：起限流、降压作用。 7.电阻的分类与命名方法： 如：rj7，就表示精密金属膜电阻器；wxd-表示多圈线绕电位器。 电阻的阻值及精度等级一般用文字或数字印于电阻器上，现常用色环表示；现在电阻有 四色环的也有精度高达 1%的五色环电阻。颜色和数字对应如下： 表 5-2 电阻色环数值对照表 棕红橙黄绿蓝紫灰白黑金银 12345678900.10.01 5.4 电容元件 5.4.1 瓷片电容 1电容基本描述： 电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加 1 伏所需的电量，叫做电容器的电容。电容在电路中一般用“c”加数字表示（如 c13 表示编 号为 13 的电容）。电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开组成的元件。电容的特 性主要是隔直流通交流。电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻 碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。容抗 xc=1/2f c (f 表示交流信号 的频率，c 表示电容容量)。电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、 独石电容、钽电容和涤纶电容等。 电容的标示： 电容的符号是 c。电容的单位是法拉，简称法，符号是 f。一个电容器，如果带 1 库的 电量时两级间的电势差是 1 伏，这个电容器的电容就是 1 法。 2识别方法： 电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法 3 种。电容的 基本单位用法拉（f）表示，其它单位还有：毫法（mf）、微法（uf）、纳法（nf）、皮法 （pf）。 其中：1 法拉=103 毫法=1xx 微法=109 纳法=1012 皮法容量大的电容其容量值在电容上 直接标明，如 10 uf/16v 容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示。 字母表示法：1m=1000 uf 1p2=1.2pf 1n=1000pf 电子计分器 数字表示法：一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。 如：102 表示 10102pf=1000pf 224 表示 22104pf=0.22 uf 3.电容容量误差表 符 号 fgjklm 允许误差 1% 2% 5% 10% 15% 20% 如：一瓷片电容为 104j 表示容量为 0. 1 uf、误差为5%。 电容的公式是：c=q/u, 但电容的大小不是由 q 或 u 决定的，即：c=s/4kd 。 是一个常数，与电介质的性质有关。k 则是静电力常量 很多电子产品中，电容器都是必不可少的电子元器件，它在电子设备中充当整流器的平 滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。 4.电容相关参数： 标称电容量(cr)：电容器产品标出的电容量值。 云母和陶瓷介质电容器的电容量较低(大约在 5000pf 以下)；纸、塑料和一些陶瓷介质 形式的电容量居中(大约在 0005f10f)；通常电解电容器的容量较大。这是一个粗略的 分类法。 b.类别温度范围：电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围，该范围取决于它相 应类别的温度极限值，如上限类别温度、下限类别温度、额定温度(可以连续施加额定电压 的最高环境温度)等。 c.额定电压(ur)：在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容 器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。 电容器应用在高压场合时，必须注意电晕的影响。电晕是由于在介质/电极层之间存在 空隙而产生的，它除了可以产生损坏设备的寄生信号外，还会导致电容器介质击穿。在交流 或脉动条件下，电晕特别容易发生。对于所有的电容器，在使用中应保证直流电压与交流峰 值电压之和不的超过直流电压额定值。 d.损耗角正切(tg)：在规定频率的正弦电压下，电容器的损耗功率除以电容器的无功 功率。 这里需要解释一下，在实际应用中，电容器并不是一个纯电容，其内部还有等效电阻， 它的简化等效电路如下图所示。图中 c 为电容器的实际电容量，rs 是电容器的串联等效电 阻，rp 是介质的绝缘电阻，ro 是介质的吸 电子计分器 收等效电阻。对于电子设备来说，要求 rs 愈小愈好，也就是说要求损耗功率小，其与电容 的功率的夹角 要小。 这个关系用下式来表达： tg=rs/xc=2fcrs 因此，在应用当中应注意选择这 个参数，避免自身发热过大，以减少设备的失效性。 e.电容器的温度特性：通常是以 20基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比 表示。 补充： 电容在电路中一般用“c”加数字表示（如 c13 表示编号为 13 的电容）。电容是由两 片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。 电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它 与交流信号的频率和电容量有关。 容抗 xc=1/2f c (f 表示交流信号的频率，c 表示电容容量)电话机中常用电容的种类 有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。 识别方法：电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法 3 种。电容的基本单位用法拉（f）表示，其它单位还有：毫法（mf）、微法（f） /mju:/、纳法（nf）、皮法（pf）。其中：1 法拉=1000 毫法（mf），1 毫法=1000 微法 （f），1 微法=1000 纳法(nf)，1 纳法=1000 皮法(pf)。容量大的电容其容量值在电容上 直接标明，如 10 f/16v。容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示，字母 表示法：1m=1000 f 1p2=1.2pf 1n=1000pf。数字表示法：一般用三位数字表示容量大小， 前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。如：102 表示 10102pf=1000pf 224 表示 22104pf=0.22f。 5使用寿命：电容器的使用寿命随温度的增加而减小。主要原因是温度加速化学反应 而使介质随时间退化。 6绝缘电阻：由于温升引起电子活动增加，因此温度升高将使绝缘电阻降低。 电容器包括固定电容器和可变电容器两大类，其中固定电容器又可根据所使用的介质材 料分为云母电容器、陶瓷电容器、纸/塑料薄膜电容器、电解电容器和玻璃釉电容器等；可 变电容器也可以是玻璃、空气或陶瓷介质结构。以下附表列出了常见电容器的字母符号。 5.4.2 电解电容 电解电容的作用： 滤波作用： 电子计分器 在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量 的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。 在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负 载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容。由于大容量的电解电容一般具有一定 的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为 0.001- 0.lpf 的电容，以滤除高频及脉冲干扰。 耦合作用： 在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用 电容藕合。为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。 图5-4电解电容实物图 电解电容的使用注意事项： 1电解电容由于有正负极性，因此在电路中使用时不能颠倒联接。在电源电路中，输 出正电压时电解电容的正极接电源输出端，负极接地，输出负电压时则负极接输出端，正极 接地当电源电路中的滤波电容极性接反时，因电容的滤波作用大大降低，一方面引起电源 输出电压波动，另一方面又因反向通电使此时相当于一个电阻的电解电容发热。当反向电压 超过某值时，电容的反向漏电电阻将变得很小，这样通电工作不久，即可使电容因过热而炸 裂损坏。 2加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压，在设计实际电路时应根据具体 情况留有一定的余量，在设计稳压电源的滤波电容时，如果交流电源电压为 220时变压器 次级的整流电压可达 22v，此时选择耐压为 25v 的电解电容一般可以满足要求。但是，假如 交流电源电压波动很大且有可能上升到 250v 以上时，最好选择耐压 30v 以上的电解电容。 3电解电容在电路中不应靠近大功率发热元件，以防因受热而使电解液加速干涸。 4对于有正负极性的信号的滤波，可采取两个电解电容同极性串联的方法，当作一个 无极性的电容。 电子计分器 6 电子计分器电路模块连接、系统调试和完善 对于本单元的模块连接就是依照电路图将所选元件连接到电路板上，连接模块时注意元 器件要按照电路图所要求的进行连接，按照试验的要求分类进行连接。连接电阻时要分清电 阻的阻值和类别。集成块的安装要对应好了方可安装，如果在焊接时避免集成块管脚焊坏， 可在电路板上先焊好芯片座，然后再把集成块插在芯片座上。双向可控硅的连接时也注意三 个管脚的连接位置，另外还有二极管及电容的安装要分清它的正极、负极。开关的安装也按 照电路图所标的位置。 1.装配时注意：不要扭动固定爪、拆卸。 2.焊接注意： (1)烙铁一股选用内热式(2035 w）或调温式(烙铁的温度不超过 300)，烙铁头选用 小圆锥形。 (2)加热时应尽量使烙铁头接触印制板上铜箔和元器件引线。对于较大的焊盘(直径大于 5 mm)，焊接时刻移动烙铁，即烙铁绕焊盘转动。 (3)对于金属化孔的焊接，焊接时不仅要让焊料润湿焊盘，而且孔内也要润湿填充。因 此，金属化孔加热时间应比单面板长。 (4)焊接时不要用烙铁头摩擦焊盘，要靠表面清理和预焊来增强焊料润湿性能。耐热性 差的元器件应使用工具辅助散热，如镊子。 焊接晶体管时，注意每个管子的焊接时问不要超过 10 秒钟，并使用尖嘴钳或镊子夹持 引脚散热，防止烫坏晶体管。焊接 cmos 电路时，如果事先已将各引线短路，焊接前不要拿 掉短路线。对使用高压的烙铁，最好在焊接时拔下插头，利用余热焊接。焊接集成电路时， 在能够保证浸润的前提下，尽量缩短焊接时问，一股每脚不要超过 2 秒钟。 3.模块的使用与保养：严格按模块通断电时序接电，即，必须在正电源接入后再输入信 号电平，只有断开信号电平后才能断开电源，否则模块将损坏； 4.模块连接： 电子计分器 把已经测试好的电阻、电容、硅稳压管、硅整流二极管、译码器、加法器、jk 触发器、 七段数码管、开关、若干导线、面包板放在实验台上，按照电路图把元器件连接在面包板上。 模块连接完毕后,根据电路图检查所连接的实物是否正确后，把电源线和保险管连接好。 5.系统调试： 按照原理图在面包板上插好元器件，连接好线路。当接通 220 伏电压时，按下开关 s1 后观察七段数码管是否从 000 开始计数并到 199 结束。若数码