第10章 模拟电子电路读图训练

第10章模拟电子电路读图训练10.1模拟电子系统基本组成10.3

电子电路的读图目的、识读方法与步骤10.4模拟电子电路读图训练示例10.2电子产品设计生产过程中常用图样本章教学目标●熟悉模拟电子系统的基本组成。●熟悉电子产品设计生产过程中常用的图样。●熟悉电子电路图的目的、识读方法和步骤。●通过读图示例教学，进行读图训练，掌握较复杂模拟电子电路的读图方法。●安装调试较复杂的模拟电子电路，进行元器件选择计算，并写出报告。

10.1模拟电子系统基本组成电子系统大多是由一些模拟电路或者数字模拟电路混合组装而成的。所谓模拟电子设备，是由模拟电子电路组合而成的模拟电子系统。日常接触到的许多电子设备和仪器，如扩音器、录音机、温度控制装置、示波器以及模拟电子报警器等等，都是模拟电子设备。虽然它们的性能、用途各有不同，但就其电子电路部分而言，可以说都是由一些基本单元电路组成的，其基本结构方面有着共同的特点。10.1模拟电子系统基本组成一般来说，典型的模拟电子系统由3个组成部分：一是传感器件部分；二是信号放大和变换电路部分，三是执行机构部分。图10.1.1所示为典型模拟电子设备的方框图。

图10.1.1模拟电子系统组成框图

一、传感器件传感器件主要用来把非电信息转换为电信号，例如话筒、磁头、热敏器件、气敏器件等。烟雾报警器中的传感器，红外报警器中的热释电传感器等。二、信号放大与变换从传感器件送来的电信号，一般是比较微弱的，有的信号波形也不符合要求，往往不能直接推动执行机构正常工作，必须将这种信号加以放大或变换，再传送给执行结构。三、执行机构执行机构则是把电能转换成其他形式的能量，以便完成人们所需要的功能。例如报警器中的发光二极管、扬声器等。

10.1模拟电子系统基本组成

电子产品设计生产过程中常用的图样，一般有以下几种。一、电原理图电原理图是详细说明产品各元器件、各单元之间工作原理及其相互之间连接关系的略图。它用符合统一标准的图形符号来表示各元器件的规格、型号或参数值。电原理图是设计、编制接线图和研究产品时的原始资料。它能详细表示电路和设备的全部基本组成与连接关系，而不考虑其实际安装位置。电原理图又称电路图。

10.2电子产品设计生产过程中常用图样

二、逻辑图逻辑图也是电路图的一种形式，它主要用在数字电路中。它是在确定逻辑状态与相应物理量之间关系后，用逻辑单元图形符号绘制的图样，来表达可以实现一定逻辑功能的一种简图。数字电路的数字系统中常用逻辑图来表示电路原理。三、印制电路板图与印制电路板装配图印制电路板是主要由焊盘和印制导线组成的用来装配电子元器件的板子。它由敷铜板加工而成。印制电路板的英文缩写为PCB。印制电路板装配图(以下简称装配图)是用来表示元器件及零部件、整件与PCB连接关系的图样。10.2电子产品设计生产过程中常用图样

四、安装图安装图是指导产品及其组成部分在使用地点进行安装的完整图样。它是一种用规定的符号表示设备或装置的内部、外部各种元器件相互连接关系的简图。在实际应用中，可按接线图来安装整个电路，也可通过对电路原理图分析，再通过接线图迅速找到测试点与故障点。五、系统框图把电子装置或系统划分成若干个组成部分，把这几部分用文字或符号写在方框内，并按信号流程用箭头相互连接起来。这种能够概略地表示出整个电子装置或系统的基本组成、相互关系及其主要特性的简图，称为系统框图。

10.2电子产品设计生产过程中常用图样

一、读图目的电子产品的设计、装配、调试、维修都离不开电子电路图，它是产子产品设计、生产、售后服务的重要的基础技术资料。在电子产品生产过程中，一般先设计系统框图和电原理图，再根据电原理图设计印制电路板图、印制板装配图、安装图。再根据电原理图、印制电路板图、印制板装配图、安装图等图样和工艺文件进行安装、调试。

10.3电子电路的读图目的、识读方法与步骤

目前集成电路广泛得到应用，越来越多的电子电路被集成在同一集成芯片上，为电子产品的设计、装配、调试、维修带来极大的方便。但万变不离其宗，电子产品都是在基本电路的基础上组成的。完成不同功能的基本单元电路大同小异，分析工具分析方法是定约俗成的。我们读图的目的是为电子电路的安装、调试、故障排除做好技术准备，读图的过程中要搞清楚以下问题：⑴基本单元电路是由哪些元器件构成的。⑵电子产品、系统是由哪些基本单元电路组成的；⑶各基本单元电路之间连接关系，即各基本单元电路输入端、输出端是如何联系的。10.3电子电路的读图目的、识读方法与步骤

二、读图的方法、步骤读图的步骤一般按以下步骤进行。

1.了解系统的功能在识读电路之前，应从各个角度了解系统的用途，查阅系统的技术资料说明，特别要了解输入信号和输出控制对象，这对理解分析系统完成设定功能的原理具有指导意义。

10.3电子电路的读图目的、识读方法与步骤

2.分析、确定系统中各个基本单元电路的作用在较复杂的电子系统中，常由若干个基本电路组成，许多实用电路也是由基本电路基础上改变而成的。熟记基本电子电路，是熟练读图的基础。看到我们熟悉的基本电路，就可知道各元器件的作用、电路性能参数如何估算，可确定在整个系统中的作用。若遇到未学分立元件组成的电路或由集成电路组成的未知电路，可从电子器件手册或相关资料中查找到这些电路功能、元器件作用与选用、电路性能参数估算等技术资料。10.3电子电路的读图目的、识读方法与步骤

众所周知，电子电路由有源器件如二极管、晶体管、场效应管、集成电路等加上无源元件电阻、电容等组成的。所组成电路的性质和作用，是由元器件和电路组成形式决定的。在多个元器件的电子电路所起的功用是由起决定性作用的核心元器件决定的，而且绝大多数电路是由核心有源器件决定的。例如，图8.3.7由有源器件三端可调集成稳压器CW317和二极管VD1和VD2组成的，电路的核心器件是CW317，而VD1和VD2起保护CW317的作用，因而是起辅助作用。

10.3电子电路的读图目的、识读方法与步骤

对于初学者来说，在分析电路和确定基本单元电路的作用时，先找出电路图中有源器件或核心元器件，划分出基本单元电路，再根据电路组成形式确定该基本单元电路的作用。例如由集成运放组成的某一电路，核心有源器件是集成运放，而在其中起什么作用，就要看电路的组成形式了。如集成运放成负反馈组态，那就可确定运放为线性应用，组成放大、运算或线性信号处理等电路；若集成运放开环或电路为正反馈组态，那就可确定运放为非线性应用，组成比较器等非线性应用电路。最后对照我们所学基本电路或查阅资料和参考书，确定电路作用和各元器件的作用。

10.3电子电路的读图目的、识读方法与步骤

3.以输入输出信号流向为主线，画出功能模块和电子系统框图从分析输入信号(信号可以是控制信号、数据信号、地址信号等不同形式)着手，标明各基本单元电路组成的功能电路块的名称，有必要的话，还可画出基本单元电路和功能电路块的输入输出波形，以分析信号在整个电路传输过程中的变化情况，然后画出系统的框图。其目的是对整个电子系统有一完整清晰的认识。若在给出电路图的同时，还提供了相应的系统框图和简要说明，这样，应首先通过框图说明来领会电路设计者的设计思想和系统工作流程，再来分析电路。

10.3电子电路的读图目的、识读方法与步骤

4.分析工作过程和系统性能本步骤就是对系统的工作过程进行分析，并对各部分的单元电路性能进行估算，在此基础上，列出整机系统的性能、特点。

10.3电子电路的读图目的、识读方法与步骤

5.阅读印制电路板图阅读印制电路板图时，如有电原理图，应结合电原理图进行阅读。读图过程中，以有源器件或其它核心元器件如继电器、开关、变压器等为参照物，根据电原理图，顺着印制电路板的印制导线，就可较快找到其它元器件及其相互间的连接关系。若没有电路图，也能根据印制电路板图画出电原理图。10.3电子电路的读图目的、识读方法与步骤

若只有电子产品和说明书，无其他技术资料，根据印制电路板图还原(读)出电原理图和整机装配情况画出装配图的过程称之为测绘。若有与之对应的装配图，阅读印制电路板图就要方便多了。阅读印制电路板图的步骤是：有源器件或其它核心元器件的引线→相连印制板的焊盘→印制导线→相连另一焊盘→其它元件→……。找出测试点，为电路调试、维修打基础。

10.3电子电路的读图目的、识读方法与步骤

6.读图顺序方向一般规定信号流向自左向右、自上而下。读图顺序方向按信号的流向进行称之为顺读法，一般规定信号流向自左向右、自上而下。反之，称之为逆读法。模拟电子电路，一般先找出传感器和执行元器件，再对剩下的信号放大和变换电路部分进行读图。有电源电路的电路系统，建议先读电源电路，得知直流供电电压，可为用电电路的分析计算，奠定基础。

10.3电子电路的读图目的、识读方法与步骤

一、热释电红外报警器的功用及其电路红外报警器电路如图10.4.1所示。红外报警器由PIR人体热释电传感器作信号探测器，在夜间睡眠或家中无人时，可将开关S闭合。一旦有人潜入探测区域内，在灯亮的同时会伴随着铃声大作，起到防盗报警的作用。

10.4模拟电子电路读图训练示例图10.4.1红外报警器电路

二、找出传感器、信号放大转换电路和执行机构不难看出，本系统的传感器为P228，执行机构为白炽灯和220交流电铃。其它电路为信号放大转换电路。热释电红外传感器就是应用热释电效应制成的红外线传感器。热释电效应是：当一些晶体受热时，在晶体两端会产生数量相等、符号相反的电荷，这种由于热变化而产生电极化现象。查阅《电子元器件应用手册》常用热释电红外传感器的主要特性参数，P228型热释电红外传感器，其工作电压为3～15V，灵敏度为6500V/W，是高灵敏度的热释电红外传感器。10.4模拟电子电路读图训练示例

三、找出信号放大转换电路中的有源器件和核心有源器件从图10.4.1可看出，该电路的有源器件和核心元器件为运放A1、A2、A3、A4，晶体管V，双向晶闸管TR1AC，二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5，稳压管VZ2(2CW54)、VZ1(2CW53)。其中核心元器件为运放A1、A2、A3、A4、双向晶闸管TR1AC、稳压管2CW54、2CW53、二极管VD5、

电容C10、电阻R20。

10.4模拟电子电路读图训练示例

四、电源部分基本单元电路电源部分从右往左读图。

1.电容C10、电阻R20组成的基本单元电路

220V交流电压经白炽灯经电容C10、电阻R20向左传输，电容C10与电阻R20并联后组成降压电路。查阅参考资料，常见这种电路，在高压与低压共存的电路中，可省去变压器，降低成本。

2.VD5、R19、C9组成的基本单元电路

VD5组成半波整流电路，起整流作用。R19为限流电阻。C9为滤波电容。10.4模拟电子电路读图训练示例

3.VZ2组成的基本单元电路

VZ2起稳压作用，输出6V电压给运放LM324、晶体管V供电。查阅本书附录表B-3，2CW54的稳压电压为5.5～6.5V。R1为限流电阻。C1为滤波电容。

4.R1、C1、VZ1组成的基本单元电路

VZ2起稳压作用，输出5V电压给热释电红外传感器供电。R1为限流电阻。C1为滤波电容。查阅本书附录表B-3，2CW53的稳压电压为4.0～5.8V。10.4模拟电子电路读图训练示例

五、信号放大转换电路的基本单元电路

1.运放A1组成的基本单元电路要知道集成运放在电路中起什么作用、组成什么电路，首先要看运放电路组成何种组态？若组成负反馈组态，那就可确定运放为线性应用，组成放大、运算或线性信号处理等电路；若集成运放开环或电路为正反馈组态，那就可确定运放为非线性应用，组成比较器等非线性应用电路。

10.4模拟电子电路读图训练示例

在本电路中，假设运放A1同相输入端3脚的瞬时极性为(+)，则输出端1脚的瞬时极性为(+)，经反馈元件R5、C4反馈到反相输入端2脚的瞬时极性为(+)，电容C3起隔直作用，组成交流电压串联负反馈放大电路。运放A1组成同相输入放大电路，C4起改善频率特性的作用。电路的电压放大倍数由下式估算10.4模拟电子电路读图训练示例

2.运放 A2组成的基本单元电路假设运放A2反相输入端6脚的瞬时极性为(+)，则输出端7脚的瞬时极性为(－)，经反馈元件R9、C6反馈到反相输入端6脚的瞬时极性为(-)。运放A2组成反相输入放大电路，为交流电压并联负反馈放大电路。其中R7、R8的作用参阅本书4.7.4节，起直流偏置作用，C7起滤波抗干扰作用。C5为耦合电容。C6起改善频率特性的作用。

10.4模拟电子电路读图训练示例

3.运放 A3组成的基本单元电路在本电路中，运放A3组成的电路，无反馈环节，开环，组成比较器电路。电阻R11、R10组成分压电路，决定A3同相输入端10脚的电压，可求得

10.4模拟电子电路读图训练示例

电阻R12、R13组成分压电路，决定A3反相输入端9脚的电压，可求得

10.4模拟电子电路读图训练示例

VD1、VD2，没见过这样的电路，它们在A2、A3之间，似应起信号联结作用。我们可利用二极管的单向导电性分析如下：平时A2无信号输出时，VD1截止，VD2导通由于A3的9脚的电位（3.3V）高于10脚（2.7V），故A3的8脚无输出。当PIR接收到信号时，A2有信号输出时，VD1导通，VD2截止，10脚电位高于9脚电位，8脚就一定输出高电位。VD1、VD2、R10～R13及A3组成双门限比较器。

4.晶体管V组成的基本单元电路晶体管一般用来组成放大电路或组成开关电路。在图10.3.1中，晶体管V所组成电路与我们所学的共射、共基、共集放大电路有根本区别。其基极与cds及电位器RP相接，集电极与运放A3组成的比较器输出端相连接，比较器输出信号经二极管VD3、R14、C8与运放同相输入端12脚相连。10.4模拟电子电路读图训练示例

查阅《电子元器件应用手册》，图中cds的电路符号为光敏电阻器。光敏电阻器的工作原理是光电导效应。当半导体受到光射时，半导体内载流子数目增多，改变了半导体的电导率，从而使半导体的电阻减小，这种物理现象称之为光电导效应。

V在这一电路中起开关作用，组成开关电路。在白天，cds受光照，电阻很小，V的基极电流很大，V饱和导通，A3的8脚钳位至0.3V左右，VD3截止，A3的8脚输出信号不能对A4起控制作用。在黑夜，cds电阻很大，V的基极电流几乎为零，V截止，VD3导通，A3组成的比较器输出的高电平对A4起控制作用。

10.4模拟电子电路读图训练示例

5.运放 A4组成的基本单元电路运放A4开环，组成比较器电路，其阈值电压Uth为1V

10.4模拟电子电路读图训练示例

U12=UC8，C8的电压与Uth比较，决定A4的输出端14脚的电平。当PIR接收到信号时，8脚就一定输出高电位，通过VD3、R14给C8充电，使A4的12脚电位高于13脚，14脚输出高电位。电位器RP与R15组成C8的放电回路。电容放电需要时间，RP、R15、C8组成延时电路。由于C8所储电能通过R15、RP2放电需时约２分钟，当C8上的电压低于13脚电压（１V）时，比较器翻转14脚输出低电平。

6.双向晶闸管TR1AC组成的基本单元电路双向晶闸管TR1AC组成示警白炽灯与电铃的控制电路。VD4在A4输出高电平时导通，A4输出低电平时截止。电阻R18起限流作用。

10.4模拟电子电路读图训练示例

六、画出系统框图根据以上基本单元电路分析，可画出系统框图如图10.4.2所示。

10.4模拟电子电路读图训练示例图10.4.2红外报警器系统框图

七、分析工作过程和系统性能本系统工作过程如下。当有人在其探测区域内活动时，它就能感生出微弱的电信号，经Ａ1、A2两级放大后，从A2的7脚输出0.5～5.5Ｖ的强信号。VD1、VD2、R10～R13及A3组成双门限比较器。平时无信号时，由于A39脚的电位（3.3V）高于10脚（2.7V），故8脚输出低电平。当PIR接收到信号时，8脚就一定输出高电平，通过VD3、R14给C8充电，使A412脚电位高于13脚，其14脚输出高电平触发双向晶闸管导通，点亮电灯。10.4模拟电子电路读图训练示例

由于C8所储电能通过R15、RP2放电需时约２分钟，故在此２分钟内灯一直亮着。当C8上的电压低于13脚电压（１V）时，14脚无输出，双向晶闸管关闭，灯自动熄灭。光敏电阻cds及三极管V等组成光控电路，白天因光敏电阻的阻值很小（10kΩ以下），三极管V饱和导通，将A3的8脚钳位至0.3V左右，故无论有无感应信号，可控硅均不能导通，灯不能点亮；到了夜晚，因光敏电阻的阻值变大到几兆欧，三极管V截止，A3的8脚不再受其钳位，一旦PIR接收到信号，8脚就立即输出高电平，使双向晶闸管导通，将灯点亮。10.4模拟电子电路读图训练示例

在夜间睡眠或家中无人时，可将开关S闭合。一旦有人潜入探测区域内，在灯亮的同时会伴随着铃声大作，起到防盗报警的作用。该电路采用PIR人体热释电传感器作信号探测器，灵敏度高，它仅对人体释放的、特定波长的红外光最敏感，因而误动作少。

10.4模拟电子电路读图训练示例本章小结1.典型的模拟电子系统由3个组成部分：一是传感器件部分；二是信号放大和变换电路部分；三是执行机构部分。2.电子产品设计生产过程中常用的图样一般有：系统框图、电原理图、逻辑图、印制电路板图与印制电路板装配图、安装图等；本章小结3.读图的目的是为电子电路的安装、调试、故障排除做好技术准备，读图的过程中要搞清楚以下问题：⑴基本单元电路是由哪些元器件构成的；⑵电子产品、系统是由哪些基本单元电路组成的；⑶各基本单元电路之间连接关系，即各基本单元电路输入端、输出端是如何联系的。

4.读图的步骤一般按以下步骤进行：了解系统的功能；分析、确定系统中各个基本单元电路的作用；以输入输出信号流向为主线，画出功能模块和电子系统框图；分析工作过程和系统性能。有需要时，阅读印制电路板图。

习题

10.1实用可燃气体报警器电路如图P10.1所示。图中HS为传感器。H为蜂鸣器，得电就能发出声音。R15、R16、C3、R14与运放IC2-C组成延时电路(实质上是一个比较器)，防止报警器误动作。因传感器需预热5～10分钟方能进入稳定的工作状态。电路接通电源，传感器预热5～10分钟，这时C3上电压充至阈值电压，比较器翻转，告警电路方能告警。按下列要求读图：⑴列出关键元器件。⑵列出基本单元电路名称，说明各元器件所起作用。⑶画出系统框图。

习题图P10.1实用可燃气体报警器电路

习题习题10.1解答：

1.列出关键元器件本电路的关键元器件为：①整流二极管VD1～VD4；②集成稳压器IC1；③传感器HS；④IC2B；⑤IC2C；⑥发光二极管VD6；⑦晶体管V；⑧蜂鸣器H；⑨发光二极管VD8；⑩继电器K。有源器件二极管VD5、VD7、VD10为辅助元器件。

习题习题10.1解答：

2.本电路的基本单元电路及各元器件所起作用本电路的基本单元电路及各元器件所起作用如下：⑴VD1～VD4与C1组成整流滤波电路，VD1～VD4桥式整流，C1起电容滤波作用。⑵IC1与C2组成稳压电路，IC17805为集成稳压器，输出＋5V直流电压为报警器电路供电。C2起滤波作用。习题习题10.1解答：⑶传感器HS检测可燃气体浓度。中间电阻丝用来加热。

在洁净空气中，传感器HS上、下端间呈现很大电阻，当可燃气体浓度增大时HS电阻减小。传感器上下两端的电阻与R1串联，组成分压电路，经R3输入比较器IC2B同相输入端，提供与可燃气体浓度成正比的输入电压。在洁净空气中，UR1较小，比较器IC2B同相输入端为低电平，比较器输出端7脚为低电平。当可燃气体浓度增大时HS电阻减小，UR1增大，当UR1=Uth1、且预热完成后，比较器翻转，比较器输出端7脚高电平。

习题习题10.1解答：⑷IC2B与R2、RP、R4、R5组成滞回比较器。传感器随可燃气体浓度变化的电压信号UR1经R3输入比较器IC2B的同相输入端。R3、RP1、R4组成分压电路，为比较器IC2B的反相输入端提供参考电压。改变RP1的滑动触头的位置，即可改变IC2B的阈值电压，从而设定报警的可燃气体浓度值。当可燃气体浓度增大时HS电阻减小，UR1增大，当UR1=Uth1，且预热完成后比较器翻转，比较器7脚输出高电平。

习题习题10.1解答：⑸IC2C、R14、C3、R15、R16、VD5构成延时电路，IC2C实质上是一个比较器。在预热期间IC2C输出低电平，预热结束，IC2C输出高电平。

VD7是为在关机断电时加速放电而设置的。VD7为续流二极管，当电路有+5V电源供电时，VD7反偏截止，电容C3通过R14充电，UC3＜＋5V，VD7反偏截止。当电源关断，电容C3上电压使VD7正偏导通，其等效电阻远小于R14，近似于短路，为C3放电提供了放电的通路，加快放电。

习题习题10.1解答：

R15、R16分压后为比较器反相输入端提供参考电压。比较器IC2C阈值电压Uth2由R15、R16决定。Uth2=V。

习题习题10.1解答：

在洁净空气中，传感器上下两端间呈现很大电阻，R1上的电压较小，比较器IC2B同相输入端为低电平，二极管VD5截止。此时，若检测到可燃气体，传感器的阻值迅速减小，IC2B5脚电压升高，VD5导通，使5脚电压钳制在1.5V左右，比较器IC2B不翻转，IC2B7脚仍输出低电平。绿色LEDVD6继续点亮。预热时间由C3、R14决定，开机接通电源后，C3充电，当UC5=Uth2时，比较器翻转，比较器输出高电平，VD5截止。电路处于检测状态。

习题习题10.1解答：⑹绿色LEDVD6为开机及可燃气体正常的显示器。开机预热及预热后可燃气体浓度正常时，比较器输出(7脚)低电平，VD6点亮，R6为发光二极管VD6限流电阻。可燃气体浓度超标，比较器输出(7脚)高电平，VD6熄灭。⑺晶体管V与R7、VD10组成开关电路，当可燃气体浓度超标时，比较器输出(7脚)高电平，V导通，启动声光报警电路，继电器线圈得电动作。R7为基极限流电阻，VD10为防止误动作而设置，只有当比较器IC2B的输出电平大于等于1.4V时，V才能导通。

习题习题10.1解答：⑻蜂鸣器H；当可燃气体浓度超标时，V导通，H得电发出报警声。⑼发光二极管VD8超标时发出红光起报警作用。R17为限流电阻。⑽继电器K可用来组成可燃气体超标的控制电路。当可燃气体浓度超标时，比较器输出端7脚高电平，继电器K线圈得电动作。VD9为续流二极管，是为防止由晶体管V导通变截止时线圈产生瞬时值很大的感生电动势击穿晶体管而设置的。当V导通变截止时继电器线圈产生感生电动势，极性为下正上负，VD9导通，保护了晶体管V。

习题习题10.1解答：

3.画出系统框图画出系统框图如图T10.1.1所示。

图T10.1.1系统框图

习题

10.2晶体管β值分选电路如图P10.2所示，图中V为被测晶体管。当晶体管β≤100，LED2点亮；当晶体管100<β<200，LED3点亮；当晶体管β≥200，LED4点亮。⑴按下列要求读图：①列出关键元器件。②列出基本单元电路名称，说明各元器件所起作用。③画出系统框图。④说明系统工作原理。图P10.2晶体管β值分选电路

习题习题⑵图P10.2所示电路参考印制电路板图如图P10.3所示，参考装配图如图P10.4所示。感兴趣同学可自行安装。安装后照片如图P10.5所示。本题可作为课程综合实训(课程设计)课题，除进行安装调试外，写出课程综合实训报告(课程设计说明书)，要求对每一元器件选择进行设计计算和说明。图P10.3印制板图

图P10.4装配图

习题图P10.5实物照片

习题习题10.2解答

1.按下列要求读图：⑴列出关键元器件。晶体管β值分选电路关键元器件为：①LED1；②LED2；③LED3；④LED4；⑤IC1；⑥电位器RP。

习题习题10.2解答⑵列出基本单元电路名称，说明各元器件所起作用。晶体管β值分选电路主要包括三极管基本共射放大器、电压比较器和LED发光指示电路等几个基本单元电路。晶体管β值分选电路各元器件作用分述如下：

1)RP、R1为待测晶体管的基极偏置电阻，R2为待测晶体管的集电极负载电阻。使待测晶体管处于放大工作状态。JP1为测试用接线插座，用短路帽（或硬导线）将两绝缘插座针脚短接，可把基极偏置电阻接至待测晶体管的基极。可串接微安表，用来测试基极电流IB。习题习题10.2解答

2)LED1为晶体管NPN类型指示发光二极管。当待测NPN型晶体管引脚插接正确，短接JP1，NPN型晶体管处于放大状态，发射极电流点亮LED1。若为PNP型晶体管，晶体管截止，短接JP1，LED1不亮。

3)IC1A(3、2、1引脚集成运放)和IC1B(5、6、7引脚集成运放)组成2个比较器。R5、R4、R3组成分压电路，用于确定IC1A和IC1B比较器的阈值电压。UthA＝UR5＋UR4＝8V，UthB＝

UR5=4V。

习题习题10.2解答

4)当电路处于待测状态未测试时，相当于三极管β＝0，UC为高电平，UC>UthA(8V)>UthB(4V)，IC1A比较器的1脚和IC1B比较器的7脚均输出低电平。当测试晶体管且β<100时，UC

仍大于UthA和UthB，IC1A和IC1B比较器不翻转，1脚和7脚均输出低电平。当测试晶体管且200>β>100时，UthB<UC<

UthA，比较器IC1A翻转，1脚输出高电平；IC1B比较器不翻转，7脚仍输出低电平。当测试晶体管且β>200时，UC<

UthB<

UthA，比较器IC1B翻转，比较器IC1A的1脚和IC1B的7脚均输出高电平

习题习题10.2解答

5)LED4为β≥200时指示发光二极管，R8为限流电阻。

6)LED3为200>β>100时指示发光二极管，R7为限流电阻。

7)LED2为β≤100时指示发光二极管，R6为限流电阻。

习题习题10.2解答

⑶画出电路框图。画出电路框图如图T10.2.1所示。

图T10.2.1电路框图

习题习题10.2解答

⑷说明系统工作原理。系统工作原理简述如下：该电路主电路为：待测晶体管组成的基本共射电路和IC1四运放LM324中的两个运放组成的比较器。

习题习题10.2解答

RP、R1为待测晶体管的基极偏置电阻，R2为待测晶体管的集电极负载电阻。RP用来调整基本共射电路的基极电流，使电路达到预定测试功能。在调节RP使基极电流IB＝20μA后，按照电路图中标示的元器件参数，当待测三极管的β值为100时，三极管集电极电流IC＝2mA，三极管集电极电压UC=VCC－ICRC＝8V；当待测三极管的β值为200时，三极管集电极电流IC＝4mA，三极管集电极电压UC＝4V。在基极电流不变的情况下，晶体管β值越大，则IC越大，UC越小。电位器RP调好后一般不要再旋动，否则会引起所测晶体管β分挡值不准确。习题习题10.2解答

IC1A(3、2、1引脚集成运放)和IC1B(5、6、7引脚集成运放)组成2个比较器，R5、R4、R3组成分压电路，确定比较器的阈值电压。UthB=UR5=4V，UthA=UR5+UR4=8V。当电路处于待测状态未测试时，JP1断开，相当于三极管β＝0，待测管为NPN型，晶体管发射极电流IE=ICEO，发光二极管LED1不亮。此时UC为高电平，UC≈12V，

UC>UthA(8V)>UthB(4V)，IC1A比较器1脚输出低电平，IC1B比较器7脚也输出低电平。LED2点亮，LED3、LED4均不能点亮。

习题习题10.2解答当待测NPN型晶体管引脚插接正确，短接JP1，NPN型晶体管处于放大状态，发射极电流点亮LED1。当被测晶体管β>200时，UC<UthB(4V)<UthA(8V)，比较器IC1B的7脚输出高电平，LED4点亮。比较器IC1A的1脚也输出高电平，LED2、LED3都因两端无足够的电压差而不能点亮。习题习题10.2解答当被测晶体管200>β>100时，UthB(4V)<UC<UthA(8V)。因UC>UthB(4V)，比较器IC1B的7脚输出低电平（实测约为1.16V），LED4不能点亮；因UC<UthA(8V)，比较器IC1A的1脚输出高电平（实测约为10.22V），LED2两端无足够的电压差而不能点亮。此时，处于两个比较器输出端之间的LED3点亮。当被测晶体管β<100时，UC>UthA(8V)>UthB(4V)。此时，比较器IC1A的1脚和IC1B的7脚均输出低电平，LED2点亮，LED3、LED4都因两端无足够的电压差而不能点亮。习题

10.3为加强模拟电路的综合应用能力，设计了一个学生实训用烟雾报警器电路，电路如图P10.6所示。图中A2、R7、C5、R8、R9构成延时电路，防止报警器误动作。因传感器需预热5～10分钟方能进入稳定的工作状态。A2及其外接元器件组成的电路，实质上是一个比较器。当UC5=Uth2时比较器A2翻转，也就是说当C5充电到2.5V时，比较器A2翻转。电容器C5由零充电到2.5V所需时间，就是延时时间。直流电压U通过电阻R对电容C充电，当电容C上的初始电压为0时，电容C上的充电电压UC（t）与时间t的关系为

习题本例中，U＝VCC=5V、C5由零充电到UC5（t）＝2.5V时所需的时间

t≈0.69R7C5R7、C5值由上式估算。

⑴按下列要求读图：①列出关键元器件。②列出基本单元电路名称，说明各元器件所起作用。③画出系统框图。④说明系统工作原理。

图P10.6学生实训用烟雾报警器电路

习题⑵图P10.6所示电路参考印制电路板图如图P10.7所示，参考装配图如图P10.8所示。感兴趣同学可自行安装。安装后照片如图P10.9所示。本题可作为课程综合实训(课程设计)课题，除进行安装调试外，写出课程综合实训报告(课程设计说明书)，要求对每一元器件选择进行设计计算和说明。

图P10.7参考印制电路板图

图P10.8参考装配图

图P10.49安装后照片

习题习题10.3解答：

1.按下列要求读图：⑴列出关键元器件

1)电源电路①VD1～VD4②LM78052)报警电路①传感器②IC2-1③绿色LED(VD9)④IC2-2④黄色LED(VD6)⑤V1⑥红色LED(VD7)⑦V2⑧IC3-1习题习题10.3解答：⑵列出基本单元电路名称，说明各元器件所起作用。

1)电源电路①变压器、VD1～VD4与C1组成整流滤波电路，VD1～VD4桥式整流，C1起电容滤波作用。②LM7805与C2、C3、C4组成稳压电路，LM7805是输出电压为+5V集成稳压器，C2是抗干扰电容，C3、C4具有改善输出瞬态特性和防止电路产生自激振荡的作用。

习题习题10.3解答：

2)报警电路①传感器

R1为传感器取样电阻，传感器A、B两端的电阻与R1串联，组成分压电路，提供与可燃气体浓度成正比的输入电压。R2把传感器输出电压分压后输入比较器A1的反相输入端。习题习题10.3解答：②比较器A1电路

R3、RP1、R4组成分压电路，为比较器A1的同相输入端提供参考电压。改变RP1的滑动触头的位置，即可改变A1的阈值电压，从而设定报警的烟雾浓度值。一般将A1的3脚电压设置在2.2V左右。当电路通电传感器预热后无烟雾时，比较器A1输出高电平。当传感器完成预热，烟雾浓度超标，比较器A1翻转输出低电平。

习题习题10.3解答：按键S为测试键，是为测试报警电路能否正常工作而设置的，以防烟雾浓度超标时报警电路不工作，产生安全事故。按下按键S，A1同相输入端电位变为零，比较器A1的阈值电压为零，A1组成的电路变为过零比较器，A1翻转，输出由高电平变为低电平，绿色LED应熄灭，红色LED应点亮，RC桥式振荡器得电开始工作，扬声器应发出报警声。

习题习题10.3解答：③绿色LEDVD9由V1组成的驱动电路绿色LEDVD9驱动电路由R10、VD13、R11、V1组成，R10为驱动管V1的限流电阻。当传感器预热结束后且无烟雾时，A1输出高电平，VD13、V1导通，点亮绿色LEDVD9。R11为V1的集电极负载电阻，又是发光二极管VD9的限流电阻。④黄色LEDVD6及其驱动电路黄色LEDVD6由A2驱动。报警器接通电源开机后传感器需预热，在预热期间A2输出低电平，VD6点亮。R5为VD6的限流电阻。预热结束，A2输出高电平，VD6熄灭

习题习题10.3解答：⑤延时电路

A2、R7、C5、R8、R9构成延时电路，实质上是一个比较器。在预热期间A2输出低电平，预热结束，A2输出高电平。

在洁净空气中，传感器A、B两端间呈现很大电阻，R1上的电压较小，比较器IC2-1反相输入端2脚为低电平，二极管VD5截止。此时，若检测到烟雾浓度超标，传感器的阻值迅速减小，IC2-12脚电压升高，VD5导通，使IC2-27脚电压钳制在1.5V左右，比较器IC2-2不翻转，IC2-27脚仍输出低电平。黄色LEDVD6继续点亮。比较器IC2-1仍输出高电平，绿色LEDVD9继续点亮。

习题习题10.3解答：

VD8是为在关机断电时，加速放电而设置。VD8为续流二极管，当电路有+5V电源供电时，VD8反偏截止，电容C4通过R7充电，UC5＜＋5V，VD8反偏截止；当电源关断，VD8正偏导通，等效电阻远小于R7，近似于短路，为C5放电提供了放电的通路，加快放电。比较器A2阈值电压Uth2由R8、R9决定。当UC5=Uth2时比较器A2翻转，也就是说当C5充电到2.5V时，比较器A2翻转。电容器C5由零充电到2.5V所需时间，延时时间由R7、C5值决定。预热结束，A2输出高电平。黄色LEDVD6熄灭，电路处于正常检测状态。

习题习题10.3解答：

⑥红色LED(VD7)及其驱动电路红色LED(VD7)由A1驱动。当电路通电传感器预热后烟雾浓度正常时，比较器A1输出高电平。红色LED(VD7)熄灭。当传感器完成预热，烟雾浓度超标，比较器A1翻转输出低电平。VD7点亮。R6为VD7的限流电阻。

习题习题10.3解答：

⑦V2组成音频振荡电路电子开关电路组成音频振荡电路电子开关电路，VD10～VD12是为使A1输出高电平时晶体管V2可靠截止而设置的。当传感器完成预热，烟雾浓度超标，比较器A1翻转输出低电平。V2由截止变为导通，RC桥式振荡器得电振荡，发光报警声。⑧RC桥式振荡器

RC桥式振荡器由A3、RP2、R16、R15、C6、R14、C7、R13组成。

习题习题10.3解答：

⑶画出系统框图。画出烟雾报警器系统框图如图T10.3.1所示。

图T10.3.1烟雾报警器系统框图习题习题10.3解答：

⑷说明系统工作原理。接通报警器的交流电源，比较器A2低电平，黄色预热指示LED点亮。比较器A1输出高电平，VD13、V1导通，绿色正常工作指示LED同时点亮。为保证测试准确可靠，传感器进行约5分钟的预热。在预热期间，若检测到烟雾，因电路不示警。达到预定的预热时间后，黄色LED熄灭，电路进入烟雾检测状态。习题习题10.3解答：此时，若烟雾浓度超过设定值（例如：吸一口香烟，把烟雾喷向气体传感器），绿色LED熄灭，比较器A1翻转输出低电平。V2由截止变为导通，RC桥式振荡器得电振荡，发光报警声。红色报警指示LED点亮，同时扬声器发出报警声。当烟雾浓度降低到设定值以下后，声光报警自动结束，绿色LED点亮。

元器件选择计算方法及公式附后，仅供参考。

1.电源电路设计(略)2．传感器的选择及其电路查手册，烟雾报警器应选择MQ一2型气敏传感器，气敏传感器由气敏元件、测量电极和加热器构成，固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状引脚，引脚排列如图T10.3.2所示。元器件选择计算方法及公式附后，仅供参考。其中2个引脚(H、H)用于提供加热电流，4个引脚(A、A和B、B)用于信号输出。使用时，2个H引脚分别接+5V电源和地，2个A引脚相连接，2个B引脚相连接，具体接法如图P10.6(b)所示。

R1为检测电阻。传感器的电阻随气体浓度改变而改变，使检测电流随之改变，电流为mA级，通过R1转换成电压。选E24系列标称值10kΩ金属膜电阻。R2选1kΩ金属膜电阻。

元器件选择计算方法及公式附后，仅供参考。

3．比较器A1电路的设计

R3、RP1、R4组成分压电路，为比较器A1的同相输入端提供参考电压。改变RP1的滑动触头的位置，用于改变A1的阈值电压，从而设定报警的可燃气体浓度值。一般将A1的3脚电压设置在2.2V左右。当电路通电传感器预热后可燃气体浓度正常时，比较器A1输出高电平。当传感器完成预热，可燃气体浓度超标，比较器A1翻转输出低电平。比较器选用双运放LM358其中一个运放组成。另一运放可用来组成延时电路。

R3、R4选用1.5kΩ金属膜电阻，RP1选用3296型50kΩ精密多圈电位器。

元器件选择计算方法及公式附后，仅供参考。

4．绿色LED驱动电路的设计绿色LED驱动电路由R10、VD13、V1组成。

R11为LED限流电阻，V1选NPN硅管9013，饱和导通电压UCES=0.3V，LED选2EF551，查表得：UF=2V，IFM=50mA，IF=10mA。R11由下式估算，取IF=10mA，则

选E24系列标称值270Ω金属膜电阻。

元器件选择计算方法及公式附后，仅供参考。元器件选择计算方法及公式附后，仅供参考。式中，Ui为驱动高电平电压，本例取4V；UD为二极管VD13导通电压，硅管取0.7V；UBE1为V1发射结正偏导通电压，硅管取0.7V。代入数据，算得R10=3.03kΩ，为使V1在输入为高电平时可靠饱和导通，所选电阻可略低于估算值，选E24系列标称值3kΩ金属膜电阻。

元器件选择计算