自动控制元件设计与实践-

1、-+自动控制元件设计与实践题目库题目1.波形信号发生器 1.1设计要求:1. 利用运算放大器UA741CDa计方波和三角波发生电路。2. 使用Multisim 12.0 仿真并焊接实物电路图3. 并测试实际电路的放大位倍数。1.2设计方案:X5C1图1波形信号发生器Multisim仿真图HH22 nFR4-AW-2kDR53 7UQR1VDD12V-12VvcCLsfKflysASO%DI 3C2BZ2.2-+:八 :八 :/S<1、. I-Fl > 图1.1波形信号发生器仿真结果图1.3器件清单:表1波形信号电路仿真器件器件及型号电路标识数量D-30A5V12V双组电压输出开关电

2、源VCC1可调电阻，50k QR11电阻，20k QR31电阻，10kQR21电阻，2kQR41电阻，2.7k QR51电容，22nFC11放大器，3554AMU1, U22齐纳二极管IN5340B, 6VD1, D22题目2.可控单音频发声电路 2.1设计要求:利用555定时器设计并实现一个标准的单音发声电路，了解声音的产生过程。并在 multisim 上进行仿真。2.2设计方案:2.3器件清单:表2可控单音频发声电路器件清单器件及型号电路标识数量555 定时器，555 VIRTUALA11D-30A5V12V双组电压输出开关电源V11电阻，1.0k QR11电阻，100k QR21小灯泡，

3、2.5 VX11电容，10uFC11拔码开关S1，S22蜂鸣器 BUZZER 10 HzLS11题目3.电压-频率转换电路 3.1设计要求:1. 掌握电压-频率转换电路的工作原理及设计方法。2.3.4.5.掌握电路参数的调整方法。以上电路的实现所使用的放大器原件主要基于设计完成在Multisim上进行仿真，并测试实际电路与仿真电路的误差。从原理上分析该误差产生的原因，并简控讨减小误差和优化设计的思路和方法。UA741CD电压-频率转换电路的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，故 称为电压控制震荡电路。可以认为电压-频率转换电路是一种模拟量到数字量的转换电路。3.2设计方案:

4、U3R1：inQUA741CD_vi二儒V_&431 V1呂VSis = *R<lahoCl4kj2DnFKielD31N414IR1an 口vsiia VLJ1U4741CWvma-图3电压频率转换电路Multisim仿真图图3.1仿真波形图1 T1 事4'时问iSBJp.F5酒05£-2.34S VT2 *SeS.OArrs6.G27VX94SViOJilOOs0.000 VO.OCOV1时荃通道3标底E meZ)w表膜；5忻V枣除5何=£絢2移：3砸书啼）；D诵强；0木甲:-+3.3器件清单:表3电压频率转换电路图原器件清单器件及型号电路标识数量

5、电容220nFC11D-30A5V12V双组电压输出开关电源V1，V2，V4， V54电阻，10k QR1, R2， R3， R4， R55齐纳二极管IN5340B, 6 VD1, D42拔码开关S11运算放大器，UA741CDU1, U32转换二极管，1N4148D31题目4.电流-电压转换电路4.1设计要求:1.2.3.4.5.6.掌握电流-电压转换电路的工作原理及设计方法。 掌握电路参数的调整方法。电路可输入几毫安至几十毫安的电流，经过比例放大器和加法器后可输出± 压信号。分析设计小电流信息号源产生电路，并用于该实验。电路实现所用放大器基于UA741CD设计思路用Multisi

6、m进行仿真。仿真通过后方接 入实际电路。从原理上简要分析仿真结果我与实际电路结果误差产生的原因。并至少提出一种可以 优化设计的方安。10V的电图4电流电压转换电路Multisim 仿真图4.2设计方案:1WQi-»aPU一“吟RkOFUlOfcOR51WD±V4二 11 VR11I_-Wv741FUiMtOI VI二悴¥二 11 V T 丄丄-L 卜 7*1V5-12 VIU1:It赤 IDHOrvr-+4.3器件清单:表4电流电压转换电路原器件清单器件及型号电路标识数 量任意波形信号发生器 DG1022U(25MHZI11电阻，1.0k QR31电阻，10k Q

7、R1， R4， R5， R8， R9， R10， R117电位器，22k QR2 R62电阻，500 QR71电压表，VOLTMETER VU11D-30A5V12V双组电压输出开关电源V1，V2，V3，V4，V55运算放大器，UA741CDU2, U32题目5. 555定时器单稳态触发器电路5.1设计要求:用555定时器构成一个单稳态触发器，该触发器具有一个稳态电路和一个暂稳态电路。般情况下，电路处于稳态，外加触发脉冲可以使电路翻转到暂稳态， 在暂稳态停留一段时间后 自动返回稳态。1.使用Multism对设计思路进行仿真。2. 仿真通过后在面包板上搭建实际电路。并测试实际电路与仿真结果的差异

8、。3. 对该差异进行原理上的探讨和分析。并至少提出一种可以优化设的方案。5.2设计方案:VCC图5 555定时器单稳态触发器Multisim仿真图5.3器件清单:表5 555定时器单态触发器原器件清单器件及型号电路标识数量555 定时器，555 VIRTUALA11D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1任意波形信号发生器 DG1022U（ 25MHZV11额定电容，10 nFC1，C22电阻，45.3k QR11电阻，100 QR21题目6.多级放大电路 6.1设计要求:利用两极共射极放大电路构成两级放大电路，从而熟悉两级或多级放大电路的设计和调试方法。会电压放大倍数和幅频特性的测量

9、。该实践使用Multisim 12进行仿真。需达到如下指电压放大倍数Au： > 5000 （绝对值） 输入电阻R1KQ输出电阻RO： <3kQ通频带宽BW 优于1OOHZ-1MHZ标要求。1.2.3.4.5. 电源电压 Vcc： +12V-20V6. 负载电阻R_: 3kQ7. 输出最大不失真电压：5V （峰峰值）6.2设计方案:厂X 1mVphC3Hh1mF<IpNSl皿1">U£1c&丰lufvcctOpFm'IHflXH1丄 图6多级放大电路Multisim仿真图6.3器件清单:表6多级放大电路原器件清单器件及型号电路标识数量电

10、容，10卩FC11电容，1卩FC2, C3，C4，C54带极性电容，10卩FC6, C72电阻，40k QR21电阻，4.5k QR3, R62电阻，20k QR41电阻，1k QR5, R72电阻，10k QR91任意波形信号发生器 DG1022U（25MHZV11D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1电位器，400k QR1, R82BJT三极管 NPN 2N3903Q1, Q2题目7.基于电磁继电器的功率放大电路 7.1设计要求利用NPN三极管和相应的电阻及二极管。实现对 HK4100F电磁继电器的驱动。并利用已驱 动的电磁继电器实现小电机的正反转控制。要求电机正反转之间要有互

11、锁。NPN三极管型号采用 2N3903型。7.2设计方案1?VR1n+na*;爲Q2矗 1SHE2vccCl上 O*iDDSiH-lD-DE2 QErrflf1 intfi七auo图7.1继电器驱动电路图，图中用LED代替直流小电机进行仿真7.3器件清单表7.1基于电磁继电器的功率放大电路用以控制电机正反转器件及型号电路标识数量电阻，4.7k QR1, R22D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1BJT三极管 NPN 2N3903Q1, Q22二极管 1N4148D1, D22HK4100F电磁继电器K1，K225V直流小电机24位拔码开关S11题目8 PWM调制解调电路8.1设计要

12、求1.2.3.4.5.利用555定时器设计脉冲宽度调制电路并使用设计的脉宽调节电路，控制发光二极管的亮度。设计思路在Multism上进行行仿真。仿真实现后在面包板上搭建实际电路。 观察实际电路和仿真电路的差异味。从原理上简要分析差异产生的原因。8.2设计方案图8 PWMMultisim 仿真图原理图8.3器件清单表8 PWM调制解调电路器件清单器件及型号电路标识数量555定时器U11电位器，50k QR21电容，0.01 口 FC1, C22带极性电容，470 口 FC31电阻，1.0k QR1, R32D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1二极管，1N4148D1, D2, D3,

13、 D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D1111BJT 三极管 NPN 2N3903Q11LED宜色LED1, LED2, LED33题目9.差动放大器电路 9.1设计要求:1.2.3.4.加深对差动放大电路的工作原理、分析方法的理解与掌握 学习差动放大电路的测试方法。了解恒流源在差动放大电路中的作用。使用Multisim 12.0 进行仿真并记录：a)b)c)d)e)f)差模输入差动放大器的两个输入信号的波形。共模输入差动放大器的两个输入信号的波形。对差动放大器电路的静态工作点进行电流分析并记录分析结果。 对差动放大器电路进行频率响应分析并记录分析结果。根据上述结果求出

14、差动放大电路的差模和共模电压放大倍数 计算出CMRR共模抑制比）9.2设计方案:XHH1i.sko朴.叭JT-+ - 彳f T04R412hD¥o2hX2IM3903LRJW 一12 VSIK«y 宫paceSO%R7R12S10QV3 _12 V<51N105.1 kAOJ图9差动放大电路Multisim仿真图9.3器件清单:表9差动放大电路原器件清单器件及型号电路标识数量电阻，6.8k QR2, R32电阻，12k QR41电阻，2k QR5, R62电位器，100 QR71电阻，30k QR91电阻，4.7k QR11电阻，5.1k QR101电阻，62k QR

15、81D-30A5V12V双组电压输出开关电源V1, V22电阻，510 QR11, R122三极管NPN 2N3903Q1, Q2, Q33拨码开关，S11-+彩灯控制器实现方法多种多样，本次设计的这台彩灯控制器主要功能有:1.2.3.4.10.2设计方案:m=Aflit'Qmi1017«何 -审* *ktol*«>*LED*<miyr tt14WliawVTK-VJg-iat»D9*< T1 * LE»*> *LttiT jJ*-vcc* 艸VIJ_' jlWHt d斛T 丄UinitftihOnrII5 11U

16、Bt7T4JLLWW题目10.节日彩灯控制系统电路 10.1设计要求:可以控制8路彩灯或彩灯串。既可以向左（逆时针）移动，也可以向右（顺时针）移动。 彩灯起始状态可以预置。控制电路与负载（可以直接使用交流 220V的彩灯）完全隔离。设计方案基于74LS194D型芯片实现。与非门采用74ALS04型与非门芯片，在进行Multism仿真需选用对应型号。Lj vceavLui Lht un 书 1 呼彳叫 1U3IjJI'r图11节日彩灯控制系统电路 Multisim 仿真图-+10.3器件清单:题目11.智力抢答器电路11.1设计要求:表11节日采灯控制系统电路原器件清单器件及型号电路标识

17、数量74LS移位寄存器，74LS194NU1， U22四联开关DSWPK_4S1，S22拔位开关 DIPSW11，S42红色 LED灯, LED_redLED1, LED2 LED3,LED4, LED5 LED6,LED7, LED88反向器芯片，74ALS04NU41电阻，1k QR1，R2，R3，R4，R5, R6，R7，R8，R17， R1810电阻，1 QR9, R10， R11，R12, R13，R14，R15, R168D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1任意波形信号发生器 DG1022U （25MHZV11拨码开关S31抢答器可供四名参赛选手使用，编号为1-4，各队

18、分别用一个按钮控制（S1-S4），并设置一个系统清零和抢答控制开关 S,该开关由主持人控制。抢答器具有数据锁存功能，并将锁存数据用LED数码管显示出来，同时蜂鸣器发出间歇式声响，主持人清零后，声音提示停止。1.2.-+3.4.5.6.7.抢答先后的分辨率为1ms开关S作为清零及抢答控制开关，当开关 S被按下时，抢答电路清零，松开则允许抢 答。输入抢答信号由抢答按钮（S1-S4）实现。有抢答信号输入（按钮S1-S4中的任意一个开关被按下）时，显示出相对应的组别号 码，此时再按下其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持”第一个开关按 下时所对应的状态。使用Multisim进行实验仿真，仿真通

19、过后在面包板上搭建实际电路。并对比仿真结果 与实际效果之间的差异。试从原理上对差异作简要份析。以上电路设计基于74LS175N实现。11.2设计方案:VCCSi.if = 132*fl-i3S*4O- CU1474L3175 N-AVv-11.3器件清单:R1 -VA- I.QIcQR21RJ130H4 -AAA- II iQfcauu74LSZ1NXI2.3 VKJ2.5 V-ft2.5 V*2.5 VLq I fr-5 fl-图12智力抢答器电路Multisim仿真图表12智力抢答器电路原器件清单器件及型号电路标识数 量D触发器芯片，74LS175NU11与非门芯片，74LS00NU21四

20、输入与门芯片，74LS21NU31拔位开关3，S1， S2，S4，S54D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1电阻，1.0k QR1， R2， R3，R4，R55任意波形信号发生器 DG1022U（ 25MHZV11小灯泡，2.5 VX1, X2 , X3 , X4题目12. 555彩灯控制电路12.1设计要求:彩灯控制器实现方法多种多样，本次设计的这台彩灯控制器主要功能有:1.2.3.4.5.6.7.可以控制8路彩灯或彩灯串。既可以向左（逆时针）移动，也可以向右（顺时针）移动。 彩灯起始状态可以预置。控制电路与负载（可以直接使用交流 220V的彩灯）完全隔离。用555定时器设计信号

21、发生器。需实现的设计方案需在Multisim上进行仿真，仿真通过后再在面包板上搭建实际电路 图。其具体实现要求基于移位寄存器，74LS194N型芯片。12.2设计方案:Ts士 j1-WV君叵gs.!£丄“T霜 vnnjM.SK二 s图13 555彩灯控制系统电路Multisim 仿真图IIJ 3g卜a 5茫3 5茨3注£ 3y=2y 淨盘蛊：LH :UV -曲层恳层直 .X冬怎恳一注.41- G r-AA £ J - fc ; 712.3器件清单:表13 555彩灯控制系统电路原器件清单器件及型号电路标识数量电阻，1k QR1, R2 , R3, R4 , R5

22、, R6 ,R7, R8, R17,R1810电阻，1 QR9, R10, R11 , R12, R13 , R14, R15, R168D-30A5V12V双组电压输出开关电源VCC1拨码开关S31555 定时器，555 VIRTUALA11电容器，0.01 口 FC1, C22电阻，1.0k QR191电位器，1k QR211电阻，8k QR20,R222移位寄存器，74LS194NU1, U22拨码开关S1, S22拨码开关1, S42红色 LED.LED_redLED1, LED2, LED3, LED4, LED5 LED6, LED7, LED88反向器芯片，74ALS04NU41

23、开关二极管，1N4148D1, D22题目13.直流稳压电源设计电路 13.1设计要求:1.2.3.4.5.设计直流稳压电路。使用Multisim 进行仿真并记录电路波形。 输出电压在+3V至+9V之间可调。最大输出电流为800MA输出电压变化量小于5MV13.2设计方案:图14.1直流稳压电源示波器观察图13.3器件清单:表14直流稳压电路原器件清单器件及型号电路标识数量任意波形信号发生器 DG1022U( 25MHZV11带极性电容，2200 口 FC11电阻，6.2k QR11电位器，200 QR21电阻，270 QR31电阻，200 QR4, R52电极性电容，470 口 FC21电阻

24、，100 QR61电压表，VOLTMETER VU11开关二极管，1N4148D1, D2, D3, D44达林顿复合晶体管 NPN 2SD1861Q11BJT三极管 NPN 2N3903Q21齐纳二极管，BZV60-B9V1D51拔位开关S21题目14.11.2.3.4.5.基于74LS161分别设计60进制25进制24进制计数器。 各进制计数器之间可以使用开关进行转换。结果在数码管上进行显示。设计原理图使用Multisim进行仿真。若要用到放大器则使用UA741CD型。14.2设计方案U7DCO HEX八ER-L-AJ-U1丄rr4LS1«lM7LS&*DLI6DCD HEXTi|t石U Mlscidd74L$161N型1_=_1J VU3xactZQhQ741二世V2V1n<«Di图15多进制计数器设计之 24进制示例原理图14.3 器件清单表18.3多进制计数器原件清单表器件及型号电路标识数量D-30A5V12V双组电压输出开关电源V