电子线路设计（实践）题选（模电、数电部分）电工电子实验教学中心徐伟编2008．08电子线路设计（实践）1、设计一高线性度的锯齿波发生器要求：（1）利用555定时器和结型场效应管构成的恒流源设计一高线性度的锯齿波发生器；参考电路如图所示；（2）在EWB中对该电路进行仿真；（3）焊接电路并进行调试；调试过程中思考：a、电路中两个三极管的作用是什么？其工作状态是怎么样的？b、R3阻值的大小会对锯齿波的线性度产生什么影响？c、输出锯齿波的幅值范围多大？d、调节电路中的可调电阻对波形有什么影响？e、LM324的作用是什么？（4）参考电路图中采用的是结型场效应管设计的，若采用N沟道增强型VMOS管和555定时器来设计一高线性度的锯齿波发生器，该如何设计？LM324图2 高线性度锯齿波发生器的设计2、语音放大电路的设计通常语音信号非常微弱，需要经过放大、滤波、功率放大后驱动扬声器。

要求：（1） 采用集成运算放大器LM324和集成功放LM386N-4设计一个语音放大电路；假设语音信号的为一正弦波信号，峰峰值为5mV ，频率范围为100Hz~1KHz ，电路总体原理图如下所示；具体设计方案可以参照以下电路：图4 语音放大电路（2） 仔细分析以上电路，弄清电路构成，指出前置放大器的增益为多少dB?通带滤波器的增益为多少dB?（3） 参照以上电路，焊接电路并进行调试。

a 、 将输入信号的峰峰值固定在5mV ，分别在频率为100Hz 和1KHz的条件下测试前置放大的输出和通带滤波器的输出电压值，计算其增益，将计算结果同上面分析的理论值进行比较。

b、能过改变10K殴的可调电阻，得到不同的输出，在波形不失真的条件下，测试集成功放LM386在如图接法时的增益；c、将与LM386的工作电源引脚即６引脚相连的10uF电容断开，观察对波形的影响，其作用是什么？d、扬声器前面1000uF电容的作用是什么？注意：１片LM324芯片有含有四个运放；集成功放采用LM386N-4；3、可编程放大器的设计采用计数器、模拟开关CD4066设计一增益可调的放大电路。

其设计原理为：根据以上原理，参考电路图5。

图5中可以通过按键K来实现电路放大倍数的调节。

要求：（1）根据以上原理，参考以下电路，设计一个增益可调的放大器；（2）焊接电路前思考：a、原理图中的输入隔离级、增益可控放大器、输出隔离级、输出放大器分别对应于电路中的哪些运放？b、图中74LS279的作用是什么？c、整个电路中，放大倍数的可调范围多大？d、RW和R5的作用是什么？发光二极管的作用是什么？74LS20的作用是什么？（3）焊接电路并进行调试；注意：（1）TL084的引脚和LM324完全相同，本题中也可以采用LM324作为运放；（2）74LS279的引脚和功能真值表如下：（3）CD4066的内部结构和原理如下图所示：I4 I3 I2 I1S4S3S2S1O4O3O2O1D BC A1391011842135612CD40669101112131487654321SSVV DDS1S4S3S2DCBA图5 可编程放大器的设计4、数字频率计的设计；利用555时基电路和加减计数器/译码/锁存/驱动集成芯片CD40110设计一四位的数显式频率计。

参考电路如图所示，555时基电路组成基准脉冲发生电路，它产生1Hz的方波信号，经与非门1反相后，作为控制信号加在IC2的输入端CP0上，产生时序控制信号，从而实现1秒钟内的计数，计数得到的值即是频率值。

详细原理参照《电子技术实验与设计教程》（电子工业出版社）。

图6 数显式频率计电路要求：（1）根据以上电路原理，设计一数显式频率计；（2）焊接电路前思考：a、可调电阻RW1的阻值对测量精度有什么影响？b、发光二极管LED1的作用是什么？VD1、VD2的作用是什么？c、怎么改变所测的频率值范围？注意：（1）对于CMOS芯片不用的引脚不易作悬空处理；（2）电路中所用的数码管为共阴数码管；5、综合性抢答器的设计；参考以下电路，仔细分析各单元电路后，制作一个功能完善的抢答器。

要求：（1）设计一个可同时供8人比赛的抢答器，主持人按下某开关，开时抢答；（2）开始抢答时，要求发出一声报警声；（3）要求规定抢答时间，开始抢答后，倒计时计数，如从30秒开始倒计时。

（4）参赛选手在规定的时间内抢答有效，定时器停止工作，并且能显示该选手的编号和剩下的时间，保持到主持人将系统清零为止。

此时，发出一声报警声；（5）若定时时间到，无人抢答，本次抢答无效，系统发出一声报警声并禁上选手抢答，显示时间为00。

（6）主持人次将系统清零后方可进行第二轮的抢答；注意：该电路由以下几个单元电路构成：（1）抢答显示部分：主要由优先译码器74LS148、触发器74LS279、显示译码器74LS28及共阴极的数码管来实现。

7448能直接驱动共阴极的数码管。

74LS148的功能真值表如下：图7.1抢答显示部分（2）定时显示部分：主要由555定时器来产生倒计时脉冲，脉冲通过门电路进行相应的逻辑控制后加在计数器74LS192上。

计时情况通过显示译码器74LS48译码驱动数码管进行显示。

可通过按键来设???????置抢答时间。

图7.2定时显示电路（3）提示音部分：三种情况下都需要系统发出短暂的一声作为提示音，即：主持人发令开始抢答的时候、有参赛者抢答的时候以及抢答时间到计时到0的时候。

因此考虑将三种情况下的信号加在集成单稳态触发器74LS121上，产生脉冲加在555定时器复位端，从而使多谐振荡器工作，驱动10K???????????扬声器，发出提示音。

图7.3 发音电路R268K R115K6、数字电压表的设计；要求：参考以下电路图8，采用双积分式A/D 转换器ICL7107设计一数字电压表，量程为-1.999~+1.999。

弄清电路连接情况后进行焊接调试。

图8 数字电压表电路 注意：（1）芯片第一脚是供电，正确电压是DC5V 。

第 36脚是基准电压，实现量程为12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940+5V-5VC1C2R1C1=0.22uF C2=0.047uF R1=47IN+C3IN-C41VR2R3R4C5R5C3=103C4=104 C5=100PR2=1M RWF=1R3=15R4=1K R5=100TL431??:C1,C2,C4?????????R6R6=1K????-1.999~+1.999的测量时，其电压值应该设为1V，第26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在－3V 至－5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。

芯片第31 引脚是信号输入引脚，输入测量电压。

在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。

（2）芯片27,28,29 引脚的元件数值，这三个元件属于芯片工作的积分网络，C1,C2,C4均要采用聚丙烯电容不能使用磁片电容。

芯片的33和34脚接的104电容也不能使用磁片电容。

所用的电阻也最好采用精度较高的金属膜电阻。

（3）注意接地引脚：芯片的电源地是21 脚，模拟地是32 脚，信号地是30 脚，基准地是35 脚，通常使用情况下，这4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。

（4）比例读数：把31 脚与36 脚短路，就是把基准电压作为信号输入到芯片的信号端，观察此时数码管的读数（5）数码管应该采用共阳的。

思考数码管上小数点的引脚怎么驱动？7、可调电源的设计；要求:（1）参考电路图9，采用可调式三端稳压器LM317设计一个稳压电源，能得到+5~+15连续可调的直流电压，输出电流max 1o I A ；（2）弄清纹波电压、电压调整率、电流调整率的概念；（3）计算变压器的副边功率、整流管承受的反向峰值电压、稳压器的功耗（根据此功耗，选择合适的散热器）；图9 可调电压源电路 注意：（1）购买电子元件时不要遗漏保险丝和保险丝架以及稳压器的散热器； （２）电容滤波电路电容滤波电路是最简单的滤波器，它是在整流电路的负载上并联一个电容C 。

电容为带有正负极性的大容量电容器，如电解电容、钽电容等，电路形式如图9.1（a ）所示。

电容滤波是通过电容器的充电、放电来滤掉交流分量的。

图9.1（b ）的波形图中虚线波形为桥式整流的波形。

并入电容C 后，在u2>0时，D1、D3导通，D2、D4截止，电源在向RL 供电的同时，又向C 充电储能，由于充电时间常数τ1很小（绕组电阻和二极管的正向电阻都很小），充电很快，输出电压uo 随u2上升，当uC =22U 后，u2开始下降u2<uC ，t1~t2时段内，D1~D4全部反偏截止，由电容C 向RL 放电，由于放电时间常数τ2较大，放电较慢，输出电压uo 随uC 按指数规律缓慢下降，如图中的ab 实线段。

b 点以后，负半周电压 u2> uC ，D1、D3截止，D2、D4导通，C 又被充电至c 点，充电过程形成uo = u2的波形为bc 实线段。

c 点以后，u2<uC ，D1~D4又截止，C 又放电，如此不断的充电、放电，~220VR L使负载获得如图9.1（b ）中实线所示的uo 波形。

由波形可见，桥式整流接电容滤波后，输τ2越大，U0也就越大。

当负载RL 开路时，τ2无穷大，电容C 无放电回路，U0达到最大，即Uo=22U ；若RL 很小时，输出电压几乎与无滤波时相同。

因此，电容滤波器输出电压在222~9.0U U 范围内波动，在工程上一般采用经验公式估算其大小，RL 愈小，输出平均电压愈低，因此输出平均电压可按下述工程估算取值（全波）半波）2o 2o 2.1(U U U U == （9-1）为了达到式（9-1）的取值关系，获得比较平直的输出电压，一般要求5(≥L R ～)10Cω1，即3(L ≥C R ～)5T 1 （9-2）式中T 电源交流电压的周期。

对于单相桥式整流电路而言，无论有无滤波电容，二极管的最高反向工作电压都是2U2。

关于滤波电容值的选取应视负载电流的大小而定。

一般在几十微法到几千微法，电容器耐压应大于22U 。

（３）稳压电源的主要指标稳压电源的技术指标分为两种：一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括电压调整率、电流调整率、温度系数及纹波电压等。

一种是工作指标，指稳压器能够正常工作的工作区域，以及保证正常工作所必须的工作条件，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围以及极限参数等。

下面只介绍常用的几种，其它参数见有关书籍。

①电压调整率SUu 1u电压调整率是表征稳压器稳压性能的优劣的重要指标，是指在负载和温度恒定的条件下，输出电压的相对变化量与输入电压变化量的百分比，即%100/00U ⨯∆∆=IU U U S工程上还有一个类似的概念，称为稳压系数S ，是指在负载不变的条件下输出电压变化量与输入电压变化量之比。