八路抢答器的毕业设计（含PCB板） 1

1、目录前 言1第一章方案论证与总体设计21. 1 提出方案21.2 方案比较21.3 确定方案及工作原理3第2章 抢答器单元电路设计52.1 开关、编码电路52.1.1开关、编码电路的组成52.1.2 开关、编码原理62.2 译码显示电路62.2.1 译码显示电路的组成62.2.2 译码显示原理72.3锁存、复位电路及工作原理102.3.1 锁存器的定义102.3.3复位原理112.3.4 防作弊原理112.3.5锁存原理112.4 声音提示电路122.4.1 声音提示电路的选择132.4.2工作过程13第3章 各集成块基本功能及电路图143.1 cd4511引脚图及功能143.1.1 基本描述

2、143.1.2 cd4511的引脚143.1.3 锁存功能153.1.4 译码功能153.1.5 消隐功能163.2 cd4068 8输入与非门/与门163.2.1 基本描述163.2.3引脚图(34)与辑表达式16第4章 数显抢答器电路元器件分析174.1电阻器174.1.1 电阻器基本知识介绍174.1.2 电阻的种类184.2 电容器184.2.1电容器的相关特性及作用194.2.2识别方法194.2.3电容器的分类204.3 晶体管204.3.1 基本知识204.3.2 晶体管的检测方法：214.4 三极管234.4.1 极限参数234.4.2 三极管的特性曲线24三极管的共发射极电路

3、（图4-10）244.4.3判断三极管的引脚264.5蜂鸣器及种类26第5章 数显抢答器电路的连接、系统调试和完善275.1对电路板布局275.2电路的连接与调试285.2.1 开关、编码电路的连接、调试285.2.2 译码显示电路的连接、调试285.2.3 锁存电路的连接、调试295.2.4 复位电路连接、调试295.2.5 声音提示电路的连接、调试295.3 生成pcb板30第6章 结束语316.1 论文总结31参考文献、资料索引32致谢33前 言在电子科学技术高速发展的今天，高科技产品越来越多的应用在我们的日常生活中，每时每秒我们都能感受到产品的更新换代。产品乃至技术革新的日新月有都让人

4、对以相信。象日常我们工作所用的电脑、手机等等，这些高科技产品给我们带来了极大的方便，但这要归功于科学技术的高速发展。数显抢答器是我们所要的毕业设计课题。数显抢答器整个电路包括开关编码电路、译码显示电路、锁存控制电路、复位控制电路和声音提示电路五部分。数显抢答器涉及到模拟电子技术、数字电子技术和电路分析中的相关知识。本文介绍的八路数显抢答器电路设计新颖具有电路结构简单、成本较低、操作方便、灵敏可靠等优点,经使用效果良好,具有较高的推广价值，适用于工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛,为竞赛的公平公正提供有利的保证。第一章方案论证与总体设计1. 1 提出方案本设计是一个数字电路设计题，可提出

5、两种方案。方案由coms系列数字集成电路：cd4511、cd4068及少数外围电路组成。方案由ttl系列数字集成电路：74ls248、74ls04、74ls32、74ls116及少数外围电路组成。两种电路原理方框图一样（见图11），其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人将开关置于“开始”状态，抢答器开始工作。选手在抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。图111.2 方案比较两种方案的设计原理相同，只是用的集成电路不同。ttl 双极器件、电源电压5v

6、、速度快数ns、功耗大ma级、负载力大，负载以ma计，不用端多半可不做处理。cmos 单级器件、电源电压可到15v、速度慢几百ns，功耗低省电ua级、负载力小以容性负载计，不用端必须处理。设计便携式和电池供电的设备多用cmos芯片，对速度要求较高的最好选用ttl中的74sxxx系列.1.3 确定方案及工作原理本电路对速度要求不大，故选用cmos型数字集成块来组成抢答器。本抢答器通过十分巧妙的设计仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比较有分辨时间极短、结构简单、成本低、制作方便等优点，并且还有防作弊功能。 其原理见图12所示，sb1sb9为9个抢答按键，cd4511是bcd

7、码7段译码器，cd4068是八输入与非门，vd1vd11起对轻触按键进行编码的作用。初始状态下，cd4511驱动led数码管显示0，即a、b、c、d、e、f这六个笔画为，g笔画为0。现将g笔画信号用三极管反相，把0对应的笔画信号变为全是1，然后将这些笔画信号送给八输入与非门cd4068。根据与非门的逻辑关系可知cd4068输出为0，这样7段译码器cd4511就处在了译码状态。因为除0外的其他数字对应的笔画信号不全为，不能使cd4068输出，也不能使段译码器cd4511处于译码状态。所以当有按键按下时，cd4068就输出锁存信号0，致使段译码器cd4511把所键入的数字锁存显示，这样后按下的键就

8、不起作用了。数码管上就只显示最先按下的键号，起到了抢答的作用。r1和c1组成积分电路对锁存信号做非常短暂的延时，其作用是让数字电路有足够的响应时间，使之锁存稳定，不致于显示乱码。c2的作用是将直流触发变为脉冲触发，使音乐电路每抢答一次只响一次。sb10为复位键。该键可在主持人喊“开始”前按下。若sb10键按下后不显示为0，则说明有人在作弊，所显示的是哪个数字就是哪个人在作弊。图12总原理第2章 抢答器单元电路设计2.1 开关、编码电路2.1.1开关、编码电路的组成 本设计选用的输出显示电路为cd4511bcd码锁存器，要使cd4511能正确的输出显示输入的值必须把输入的值变化为bcd码的形式输

9、入，cd4511通过在自身的功能识别bcd码的值并输出对应的信号（a.g），此开关、编码电路图21采用按键开关和二极管共同构成其特点电路简便、精确、可靠性、实时性好。图21开关、编码电路 开关、编码电路有sb1-sb9九个按键开关、vd1-vd11十一个二极管组成，sb1-sb9分别作为各路的抢答按键，此按键在正常状态下处于开的状态，只有按键被按下时处于闭合状态电路九开始导通。vd1-vd11 由二极管有单向导通性的特性，分别作为开关二极管使用，当有按键按下时所对应的二极管的正极变为高电平，二极管就处于导通状态可视为导线。另一方面可以阻止信号的互串，因为电路时各个开关搭接而成的当其中某按键按下

10、时二极管的负极电压将升高使其处于截止可以有效的阻止信号的串扰，如果没有二极管的有效隔离电平的互串将严重影响bcd编码，所以二极管即起到开关的作用有又良好的隔离作用提高电路的可靠性。2.1.2 开关、编码原理 1）当按键开关没有任何一个按下时，整个电路都处于截止状态输出端dcba都为低电平0，编码电路不工作。2）其中某一个按键按下时：当sb1被按下时，则输出端a输出高电平1，与a相连的vd1、vd4、vd7、vd10负极为高电平1二极管因反偏均截止处于断开的状态，高电平不能反馈到其它端上即dcb输出低电平0。当sb2被按下时，则输出端b输出高电平1与b端相连的二极管vd2vd5vd8的负极变为高

11、电平，各二极管因反偏均截止处于断开状态，高电平不能反馈到其它各端上即dca为低电平。同理依次按下各按键可得开关、编码表22 按键开关bcd编码sb1sb2sb3sb4sb5sb6sb7sb8sb9dcba0000000000000100000000000101000000000100010000000011000100000010000001000001010000010000110000000100011100000001010000000000011001表22开关、编码2.2 译码显示电路2.2.1 译码显示电路的组成 现在电子产品中主要用于显示的器件有led数码管与液晶显示器，led数

12、码管由于具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长以及价格低廉的特点，因此使用非常广泛。数码显示器件中的液晶数码管价格较高，驱动较复杂，并且仅能工作于有外界光线的场合，所以使用较少。这里选用的是led数码管。led数码管使由发光二极管显示字段组成的显示器，有七段和米段字符之分，本设计采用的使七段led显示器。引脚图及外形如图23所示图23根据设计中led数码管的驱动电路cd4511集成电路输出口输出的为高电平为了使电路简便、稳定，我们选择使用共阴极led数码管显示，这样cd4511的输出端输出的高电平可直接与共阴极led数码管相连并可以准确的显示。如果改用共阳极的显示，需要在cd4511的输出端

13、后加上七路反相器把cd4511的高电平转变为低电平才能准确的显示原数，这样使电路复杂、造价升高，还增加了电路的损耗因为任何集成电路都需要电源提供电压，综合考虑选用共阴极led数码管显示较为适合。译码显示电路见图24所示图24译码显示电路2.2.2 译码显示原理本设计因为只采用了九路抢答，即采用一个led数码管就可以完成显示功能,设计中我们使用cd4511的输出端a-g作为led数码管（a-g）的输入。cd4511的输出端a-g的输出是由bcd码输入端abcd决定的，根据bcd编码的输入不同在输出端输出不同数据也不同，led数码管根据cd4511各端输出的数据点亮七段发光管就会显示相应的字符，c

14、d4511各端输出的信息总是和led上显示的相对应。由cd4511的bcd码输入端abcd、输出端a-g、led显示字符三者的关系可得表25bcd编码cd4511 输出端led显示字符dcbagfedcba000001111110000100001101001010110112001110011113010011001104010111011015011011111006011100001117100011111118100111001119表25七段led是一种最常见数码管显示屏，这种数码管的每个线段都是一个发光二极管。与我们小时候玩过的“火柴棒游戏”相似，几根火柴组合起来，可以拼成各种各样

15、的图形，七段led数码管实际上就是利用这个原理作成的。数码管的每个线段都是一个发光管，其中七个长条形的发光二极管排列成一个“日”字型，另一个圆点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点。 led显示器有两种不同的连接形式：一种是8个发光二极管（a-g及dp）的正极连在一起，称之为共阳极led显示器；另一种是8个发光二极管阴极连在一起，称之为共阴led显示器。他们的内电路如图26所示 共阴极 共阳极图26七段数码管类型 共阴数码管内部的8个二极管的n极连接在一起，与引脚com端相连接，在使用时引脚com应接低电平。当数码管其余的某个引脚接高电平时，则该引脚对应的发光二极管被点亮，也就是数码管对应

16、的发光段被点亮。共阳极数码管内部的8个发光二极管的p极被连接在一起，与引脚com端相连接。在使用时引脚com应接高电平，当数码管其余的某个引脚接低电平时，则该引脚对应的发光二极管被点亮，也就是数码管对应的发光段被点亮。七段发光二极管工作时若电流太小，则发光强度不够：电流太大，则耗电量大，甚至会烧坏二极管。在实际应用中，经常外接1k的电阻作为限流电阻。 由图26可以看出共阳和共阴结构的led显示器各笔划段名的安排位置是相同的，当二极管导通时，相应的笔划就会发光，由发亮的笔划段组合而显示出各种字符，可以显示0-f十六格字符及小数点。由于此设计中只有九路抢答所以使用led数码管的“0-9十个字符就可

17、以满足显示要求，在本设计中采用cd4511 bcd七段所存/译码/驱动器来驱动数码管显示则七个笔划对应于cd4511的输出端a、b、c 、d、e、f、g，因此可用7位二进制代码表示欲显示字符的代码，数码管各段与输出端各位的对应关系如表27所示输出端各位gfedcba数码管各段gfedcba显示字符字型共阳极共阴极gfedcbagfedcba001000000011111111111100100001102201001001011011330110000100111144001100111001105500100101101101660000010111110177111100000001118

18、8000000011111119900100001101111表27 阳极数码管二进制数据位0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗;共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。若要显示0 字符共阳极数码管的字符编码应为1000000b,共阴极数码管的字型编码为0111111b，依次类推，只要把欲要显示数字字形码通过cd4511输出端送给数码管即可。数码管字型码见表28表28字型码2.3锁存、复位电路及工作原理2.3.1 锁存器的定义锁存器是由若干个钟控d触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路。2.3.2锁存器器件选择(1) 使用专门的锁存器74ls373，74l

19、s3074等集成电路，使电路中元件增加，连线复杂，调试维修增加难度，并使设计成本增加。(2) 选用锁存/译码/驱动器集成于一体的集成电路，可以简化外围电路，工作更加稳定。经比较两种方案，基于设计电路时，我们考虑的是电路简便，实用，稳定性，可靠性好，费用低的原则，故选用方案二。 cd4511bcd七段锁存/译码/驱动器是将锁存器，译码器。它的输出由输入的bcd码决定，故显示器显示数字为“0，1、9”。 分析cd4511各引脚功能知 5脚le为锁存控制脚，le脚为0时，abcd输入端决定显示字符，le脚为1时，锁存显示的字符此时控制le脚的高低电平必须接外围电路，电路如图29所示图29锁存、复位电

20、路此数选抢答器不仅有抢答的功能，而且还可以实现防作弊功能，更进一步维护比赛的公平，公正，公开原则。2.3.3复位原理电路原理图如210所示s10为复位键，一般主持人在喊开始抢答前按下，当s10被按下时，cd4511le脚为低电平0，cd4511没有处于锁存状态，显示字符有abcd输入端决定，主持人此时并没有喊开始所以任何人不能进行抢答，abcd输入端的值全部为0，cd4511的七段输出引脚abcdefg应该为1111110则led数码管显示字符0，用cd4511输出abcdef分别接cd4086与非门的10，9，5，4，3，2引脚cd4511输出端g经vt1反向后变为高电平1连接cd4086的

21、11，12，13引脚。这样cd4086与非门输入端为1，即输出低电平0，cd4086的输出端经过r3限流后连到cd4511的5脚le上，保持主持人在没有喊开始之前led数码管数字一直显示为0。图210复位电路2.3.4 防作弊原理主持人在按下s10按键后，cd4511le引脚为低电平0，cd4511没有处于锁存状态显示字符取决于abcd输入端，此刻并没有喊开始，所以abcd输入端的值全部应为0，cd4511的输出端abcdefg应为1111110，而led数码管显示为0，如果有人在此之前按下抢答键cd4511的输入端abcd的值不全为0，输出端abcdefg也输出与输入相对应的值，通过led数

22、码管显示出抢答器的抢答号，而且还通过cd4086与非门后到达cd4511的le引脚锁存该按键号，找出作弊的比赛者。因此有效的防止有人作弊。2.3.5锁存原理 当主持人喊开始后最先按下抢答键的键号会在led数码管上显示出来，其它键再按下去也不起作用。某一个按键被按下后首先编码电路对其进行编码并输出到cd4511的abcd端，由于cd4511本身具有译码/驱动功能，输出端abcdefg则根据abcd的输入值输出对应的数值在led数码管上显示出来。同时，cd4511是输出端abcdefg是值也送到了cd4086与非门的输入端上，经与非门输出端高电平1送到cd4511锁存引脚le，由于cd4511的l

23、e为锁存引脚，为低电平0时，无效。为高电平1时，处于锁存状态。此le为高电平1时处于锁存状态，输出的值被固定与输入端abcd的输入没有关系即比赛者再按下抢答键进行抢答均不起作用。主持人喊开始后，若首先按下的键为sb6时，当sb6被按下时，编码电路首先对其进行编码0110，再送到cd4511的输入端abcd经cd4511本身具有的译码/驱动功能，输出端abcdefg为0011111则数码管上显示字符6，同时输出端ab是值00送到cd4086的10，9引脚，cdef的值1111送到5，4，3，2引脚，g值经过vt1的反向后变为0送到11，12引脚，此时cd4086输入端的值为11110000，与非

24、后输出高电平1并送到cd4511的锁存引脚le，cd4511是le只要一为高电平1，立刻处于锁存状态，输入端abcd输入的值都为无效，即再按抢答键不起作用。只有主持人按下“复位”按钮强行使cd4511锁存脚置零，cd4511锁存解除，才能开始下一论抢答。依此原理可得表211 键号键号编码cd4511输入端cd4086输入端13leleddcbagfedcba11、122345910sb10000001111111111111000sb1000100001101000110111sb2001010110110011011112sb3001110011110001111113sb401001100

25、1100100110114sb5010111011010101101115sb6011011111000111100116sb7011100001111000111117sb8100011111110111111118sb9100111001110100111119表2112.4 声音提示电路声音提示是为了更好的提示抢答人员是否还有抢答的机会而设置的电路。2.4.1 声音提示电路的选择 方案一、 选用扬声器发声，必须有功率放大集成电路进行信号放大，如功放块lm386发出声音，其电路连接复杂，扬声器功耗大，需要的元器件较多。 方案二、选用蜂鸣器 使用蜂鸣器不需要驱动电路，只需一个控制开关，就可以

26、实现声音提示功能电路连接图如212所示。经比较，基于连接简单，费用低可以实现同样的功能，考虑选择第二种方案作为本设计的声音提示电路。图212声音提示电路 声音提示是协同显示字符工作的，支持人按下复位键时，数码管显示0字符，报警电路不工作，没有声音，只有有抢答键被按下时，数码管显示相应的键号，报警电路工作有声音。2.4.2工作过程当有选手抢答成功后，数码管显示该选手号码，同时cd4086的输出端为高电平1，使cd4511处于锁存状态因vt2的基极是接应cd4086的输出端上的，所以vt2基极电压升高（=0.7v）使vt2导通，蜂鸣器负极接地，正极接vcc，蜂鸣器工作发出声音，在主持人没有按下复位

27、键一直工作。第3章 各集成块基本功能及电路图电路中采用了两块cmos数字集成电路，cd4511将bcd编码、七段锁存、译码、驱动功能集于一身，一个用于驱动共阴极 led （数码管）显示器的 bcd 码七段码译码器，具有bcd转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的cmos电路能提供较大的拉电流，可直接驱动led显示器。cd4068 是八输入的与非门/与门数字基成电路。3.1 cd4511引脚图及功能3.1.1 基本描述 高输出源电流可达25ma，输入所存提供bcd码存储功能、灯测试和消隐功能，bcd码1001时，七段译码输出消隐100%测试的静态电压规定可到20v,vdd=18v最大输入电流

28、1ua（整个温度范围）ta=25c时输入漏电流最大为100ma。 显示译码器cd4511是一个用于驱动共阴极 led（数码管）显示器的bcd码七段码译码器，特点如下：具有bcd转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的cmos电路能提供较大的拉电流，可直接驱动led显示器。 其引脚功能介绍如下： bi：4脚是消隐输入控制端，当bi=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 lt：3脚是测试输入端，当bi=1，lt=0 时，译码输出全为1，不管输入 dcba 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 le：锁定控制端，当le=0时，允

29、许译码输出。 le=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在le=0时的数值。a1、a2、a3、a4、为8421bcd码输入端.。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。cd4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。3.1.2 cd4511的引脚 cd4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动led。其引脚图如31所示图 31cd4511引脚各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示a、b、c、d；5、4、3分别表示le、bi、lt；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引

30、脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是vdd、vss。cd4511的工作原理 cd4511的工作真值表如表32输 入输 出 lebilidcbaabcdefg显示 xx0xxxx11111118x01xxxx0000000消隐 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐 011101100

31、00000消隐 01111000000000消隐 01111010000000消隐 01111100000000消隐 0111111000000消隐 111xxxx锁 存 锁存 表32cd4511的真值3.1.3 锁存功能 译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端le的电平状态.当le为“0”电平导通，tg2截止；当le为“1”电平时，tg1截止，tg2导通，此时有锁存作用。3.1.4 译码功能 cd4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数据b、c进行组合，然后将输入的数据a、d一起用或 非门译码。 3.1.5 消隐功能bi为消隐功能端，该

32、端施加某一电平后，迫使b端输出为低电平，字形消隐。 消隐输出j的电平为 j =（c+b）d+bi 如不考虑消隐bi项，便得j=（b+c）d，据上式，当输入bcd代码从1010-1111时，j端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。3.2 cd4068 8输入与非门/与门3.2.1 基本描述10v中速工作时tphl=tplh=75ns缓冲的输出级100%测试的静态电压规定可到20v，vdd=18v 25摄氏度时输入最大漏电流100ma。3.2.2 引脚描述及功能表33 表33引脚描述及功能 34引脚图3.2.3引脚图(34)与辑表达式与非门输出 y=/a/b/c/d/e/f/g/h 与门输出

33、 w=abcdefgh第4章 数显抢答器电路元器件分析本实验用到的电阻都是色环电阻。电阻的测量：r1、r2（10k）色环为：棕黑橙 ，实际测量为r1=9.92 k,r2=9.89 k, r3（2k）色环为:红黑橙, 实际测量为 r3=2.1 k，r4（1.6k）色环为:棕兰红, 实际测量为r4=1.52 k。1n4004型硅整流二极管测量结果:良好。三极管vt-9013测试结果:良好。扬声器测试结果：良好。4.1电阻器4.1.1 电阻器基本知识介绍 电阻（resistor）是所有电子电路中使用最多的元件。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，电流经过它就产生热能。电阻在电路

34、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。其常见电阻器如图4-1所示。 光敏电阻 电阻器 碳膜电阻 可调电阻 精密电阻 贴片电阻图4-1电阻都有一定的阻值，它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。电阻的单位是欧姆，用符号“ ”表示。欧姆是这样定义的：当在一个电阻器的两端加上1伏特的电压时，如果在这个电阻器中有1安培的电流通过，则这个电阻器的阻值为1欧姆。除了欧姆外，电阻的单位还有千欧（k），兆欧（m）等。其换算关系为： 1m=1000k ， 1k=1000。 电阻器的电气性能指标通常有标称阻值,误差与额定功率等。 它与其它元件一起构成一些功能电路，如rc电路等。 电阻的阻

35、值标法通常有色环法，数字法。色环法在一般的的电阻上比较常见。由于精密电路中的电阻一般比较小，很少被标上阻值，即使有一般也采用数字法，即： 101表示100的电阻； 102表示1k的电阻； 103表示10k的电阻。通常来说，使用万用表可以很容易判断出电阻的好坏：将万用表调节在电阻挡的合适挡位，并将万用表的两个表笔放在电阻的两端，就可以从万用表上读出电阻的阻值。应注意的是，测试电阻时手不能接触到表笔的金属部分。但在实际维修中，很少出现电阻损坏，除少数特殊电阻外，也很少去关心电阻的阻值。着重注意的是电阻是否虚焊，脱焊。如果一个电阻器的电阻值接近零欧姆（例如，两个点之间的大截面导线），则该电阻器对电流

36、没有阻碍作用，串接这种电阻器的回路被短路，电流无限大。如果一个电阻器具有无限大的或很大的电阻，则串接该电阻器的回路可看作开路，电流为零。工业中常用的电阻器介于两种极端情况之间，它具有一定的电阻，可通过一定的电流，但电流不像短路时那样大。电阻器的限流作用类似于接在两根大直径管子之间的小直径管子限制水流量的作用。4.1.2 电阻的种类： 电阻的种类通常分为三大类：固定电阻，可变电阻，特种电阻。在电子产品中，以固定电阻应用最多。4.2 电容器电容器（简称电容）也是组成电子电路的主要元件。它可以储存电能，具有充电、放电及通交流、隔直流的特性。其常见电容器如图4-1所示。 电解电容 可调电容 电容图4-

37、24.2.1电容器的相关特性及作用电容器的结构特性：电容器是由两个相互靠近的金属电极板，中间夹一层绝缘介质构成的。在电容器的两个电极加上电压时，电容器就能储存电能。1.电容(1)定义：电容器所带的电量与两极板间电势差的比值叫电容。(2)物理意义：电容是描述电容器储存电荷本领大小的物理量，在数值上等于把电容器两极板间的电势差增加1 v所需充加的电量。注意：电容c由电容器本身的构造因素决定，与q、u无关。(3)电容的单位：法符号f 1 f1000000f1000000000000pf 2.平行板电容器的电容c：与平行板正对面积s、电介质的介电常数成正比，与极板间的距离d成反比。3.电容器的额定电压

38、和击穿电压击穿电压是电容器的极限电压，超过这个电压，电容器内的介质将被击穿额定电压是电容器长期工作时所能承受的电压，它比击穿电压要低电容器在不高于额定电压下工作都是安全可靠的，不要误认为电容器只有在额定电压下工作才是正常的。电容器具有“通交流、隔直流”的特性。直流电的极性和电压大小是固定不变的，不能通过电容器。而交流电的极性和电压的大小是不断变化的，能使电容器不断地充电与放电，形成充、放电电流。4.电容器的作用：电容器是能容纳电荷的元件，由相互绝缘的两个极板构成，极板面积越大，极间距离越小，容量就越大。由于电容器具有容纳和释放电荷(俗称充放电)的功能!它在电路里起到了广泛的用途!典型的用途有;

39、1)功率补偿!(用于变电站,配电房)2)电机剖相，交流移相。3)和电感等元件组成振荡电路，调谐回路。4)用于整流滤波，消除寄生振荡。5)用于高低频电路的信号耦合。6)由于电容器具有俗称的通交隔直特性，几乎所有的电路里都有它的身影。4.2.2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=106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

40、法：1m=1000 uf 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=0.22 uf 4.2.3电容器的分类1、 按照结构分三大类：固定电容器、可变电容器和微调电容器。固定电容器的电容是固定不变的；可变电容器一般是通过改变两极的正对面积来改变电容。当然也可以通过改变两极间的距离、或者改变电容器所充的电介质来改变电容。2、按电 解质 分类有：有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。3、按用途分有：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频

41、耦合、低频耦合、小型电容器。4、高频旁路：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。5、低频旁路：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。6、滤波：铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。7、调谐：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。 8、高频耦合：陶瓷电容器、云母电容器、聚苯乙烯电容器。9、低耦合：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。10、小型电容：金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器。4.3 晶体管半导体

42、是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。半导体最重要的两种元素是硅和锗。4.3.1 基本知识 pn的形成：扩散：载流子从高浓度向低浓度的运动。漂移：在电场的作用下，自由电子和空穴作定向运动。内电场的方向：由n区指向p区。内电场的作用：一方面阻碍多子的扩散运动，另一方面促使两个区靠近界面处的少子产生漂移运动。pn结的单向导电特性：加在pn结上的电压称为偏电压，若p区为电信高端，n区为电位低端，称pn正偏；反之，称反偏。pn结正偏导通，呈现很小的电阻，形成较大的正向电流。pn结反偏截止，呈现很大的电阻，反向电流近似为0。因此，

43、电路中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等。二极管的结构(如图4-3、4) 图4-3 图4-4 图4-5常见的几种二极管，有玻璃封装的、塑料封装的和金属封装的等几种。图4-5是二极管的电路符号，有两个电极，并且分为正负极，一般把极性标示在二极管的外壳上。 二极管的伏安特性（图4-6）：id=is（e（ud/ut）-1），ut=kt/q，is为二极管反向饱和电流，单位为a，k=1.380*10-23j/k,为玻耳兹曼常数 ，t为热力学温度，单位为k，q=1.6*10-19c，为电子电量，ut为温度电压当量，在常温下（t=300k），ut=26mv。图4-6四个工作区：

44、死区（正向）、导通区（正向）、反向截止区（反向）、击穿区（反向）4.3.2 晶体管的检测方法： 1、检测小功率晶体二极管 a、判别正、负电极 (a)、观察外壳上的的符号标记。通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，带有三角形箭头的一端为正极，另一端是负极。 (b)、观察外壳上的色点。在点接触二极管的外壳上，通常标有极性色点(白色或红色)。一般标有色点的一端即为正极。还有的二极管上标有色环，带色环的一端则为负极。 (c)、以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接的一端为正极，红表笔所接的一端则为负极。 b、检测最高工作频率fm。晶体二极管工作频率，除了可从有关特性表中查阅出外，实用中常常用眼睛观察二极

45、管内部的触丝来加以区分，如点接触型二极管属于高频管，面接触型二极管多为低频管。另外，也可以用万用表r1k挡进行测试，一般正向电阻小于1k的多为高频管。 c、检测最高反向击穿电压vrm。对于交流电来说，因为不断变化，因此最高反向工作电压也就是二极管承受的交流峰值电压。需要指出的是，最高反向工作电压并不是二极管的击穿电压。一般情况下，二极管的击穿电压要比最高反向工作电压高得多(约高一倍)。有此型号的中、小功率三极管，生产厂家直接在其管壳顶部标示出不同色点来表明管子的放大倍数值，其颜色和值的对应关系如表所示，但要注意，各厂家所用色标并不一定完全相同。本实验用到的二极管为1n4004，关于1n40的相

46、关参数为（表4-7） 参数型号 最大整流电流反向电流125正向电压25最高反向工作电压（峰值）最高工作频率auavkh21n40011n40021n40031n40041n40051n40061n40071=5=1501002004006008001000表4-7我们用万用表来对1n4004型硅整流二极管进行测量，红表笔接二极管的负极，黑表笔接二极管的正极时，表针会动，说明它能够导电；然后将黑表笔接二极管负极，红表笔接二极管正极，这时万用表的表针根本不动或者只偏转一点点，说明导电不良。4.4 三极管半导体三极管也称为晶体三极管，它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。电

47、子制作中常用的三极管有90系列，低噪声管9013（npn）等。我们使用的三极管是：npn型9013功放管。三极管的结构图（图4-8）： 图4-8 图4-9三极管有两种类型：npn和pnp。它有两个pn结（分别称为发射结和集电结），三个区，从三个区域引出三个电极。发射极的箭头方向代表发射结正向导通时的电流的实际流向。 三极管的电路符号有两种（图4-9所示）：有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是npn型三极管，而箭头朝内的是pnp型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。三极管的参数反映了三极管各种性能的指标，是分析三极管电路和选用三极管的依据。4.4.1 极限参数1最大允许集电极耗散功率pcmpc

48、m是指三极管集电结受热而引起晶体管参数的变化不超过所规定的允许值时，集电极耗散的最大功率。当实际功耗pc大于pcm时，不仅使管子的参数发生变化，甚至还会烧坏管子。2最大允许集电极电流icm 当ic很大时，值逐渐下降。一般规定在值下降到额定值的23（或12）时所对应的集电极电流为icm当icicm时，值已减小到不实用的程度，且有烧毁管子的可能。 3反向击穿电压bvceo与bvceo bvceo是指基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压。bvcbo是指发射极开路时，集电极与基极间的反向击穿电压。三极管的反向工作电压应小于击穿电压的（1213），以保证管子安全可靠地工作。 三极管的3个极限参数p

49、cm 、icm、bvceo和下面讲的临界饱和线 、截止线所包围的区域，便是三极管安全工作的线性放大区。一般作放大用的三极管，均须工作于此区。4.4.2 三极管的特性曲线三极管的共发射极电路（图4-10）图4-101、 输入特性曲线在三极管共发射极连接的情况下，当集电极与发射极之间的电压ube维持不同的定值时，ube和ib之间的一簇关系曲线，称为共射极输入特性曲线，如图4-11所示。输入特性曲线的数学表达式为：ib=f(ube)|uce=常数 图4-11由图可以看出这簇曲线，有下面几个特点：（1）ube = 0的一条曲线与二极管的正向特性相似。这是因为ube = 0时，集电极与发射极短路，相当于两个二极管并联，这样ib与ube的关系就成了两个