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1、 模拟电子技术课程设计题目名称：水塔液面指示与报警姓 名： XXX学 号： xxxxxxxxxxxx 班 级：xxxx指导老师： xx太原科技大学机械工程学院 目录一、 设计题目1二、 设计要求1三、 题目分析1四、 整体构思1五、 具体实现1六、 各部分定性说明以及定量计算6七、 心得体会8八、 元器件详细表9九、 参考文献9一、设计题目1、设计一个水位检测电路2、检测水塔主要分为最高、高、中、低、最低五个测试点 3、检测结果通过显示灯显示二、设计要求1、学习元器件的使用，2、学习电路的设计3、学习仿真软件的使用方法，并对电路进行调试三、题目分析1、随着水位的高低不同，显示灯亮的颜色不同2、
2、检测水箱分七个测试点 3、水位最低时或最高时对其进行报警随着水位的变化，从而打开的电路不通及显示不同的LED灯四、整体构思通过水位的变化导致电阻变化，然后反映到电压的变化，导致LED灯的显示不同。总体框图见图41图41 总体框图五 、具体实现1、发光二极管的发光 用发光二极管显示不同的颜色而代表不同的情况，发光二极管的使用图示如下图51所示 图51二极管放光系统电路图2、 半导体三极管半导体三极管的工作原理，PNP 型半导体三极管和NPN 型半导体三极管的基本工作原理完全一样，下面以NPN 型半导体三极管为例来说明其内部的电流传输过程，进而介绍它的工作原理。半导体三极管内部的电流传输过程如图5
3、-2所示。半导体三极管中的电流传输可分为三个阶段。 图52 NPN型三极管中的电流传输 （1） 、发射区向基区发射电子 电源接通后，发射结为正向连接。在正向电场作用下，发射区的多数载流子(电子)的扩散运动加强。因此，发射区的电子很容易在外电场的作用下越过发射结进入基区，形成电子流IEN。基区的多数载流子(空穴)也会在外电场的作用下流向发射区，形成空穴电流IEP。但由于基区的杂质浓度很低，与从发射区来的电子流相比， IEP可以忽略不计，所以发射极电流为: = （1） （2）、 电子在基区中的扩散与复合 从发射区扩散到基区的电子到达基区后，由于基区靠发射区的一侧电子浓度较大，靠集电区一侧电子浓度较
4、小.所以电子继续向集电区扩散。在扩散过程中，电子有可能与基区的空六相遇而复合，基极电源、EB不断提供空穴，这就形成了基极电流IBN 。由于基区很薄，而空穴浓度低，电子与空穴复合的机会很少，大部分电子继续向集电区扩散。此外，半导体三极管工作时，集电结为反向连接，在反向电场作用下，基区与集电区之间少数载流子的漂移运动加强c 因基区载流子很少.电子更少，故漂移运动主要是集电区的空穴流向基区。漂移运动形成的电流ICBO的数值很小，而且与外加电场的大小关系不大，它被称为集电极反向饱和电流因此，基极电流为 （2）（3）、 集电极电流的形成 由于集电结加的是反向电场，经过基区继续向集电区方向扩散的电子是逆电
5、场方向的，所以受到拉力，加速流向集电区.形成电子流ICN 。如果考虑集电极饱和电流ICBO的影响，集电极电流应为: （3）从半导体三极管外电路看，流入管子的电流必须等于流出的电流，所以 （4）从半导体三极管电流传输过程中可以看出，集电极电流IC很大，而基极电流IB很小。另外，由于三极管本身的结构已定，所以IC和IB在相当大的一个范围内总存在一个固定的比例关系，即 （5） （6）其中表示IC与IB的关系.称为共发射极的直流放大系数，大于1 ，一般为20 -200 。由于IC和IB存在一定的比例关系，而且IE=lC+IB， 所以半导体三极管起着一种电流分配器的作用，即把发射极电流IE 按一定的分配
6、关系分成IC和IB。IC远大于IB 。因存在这种分配关系，所以只要使IB略有增加， IC就会增加很多，这就起到了放大作用。由以上可知三极管中PN的单向导通作用，与发光二极管相连，集电极为高电平时当基极电压大于发射极电压，PN结导通，使与它相连的发光二极管发光。连接如下图53所示 图53三极管工作系统电路图3、 报警器的报警 当水位较低或较高时，对其报警处理，以便于及时应对所发生的状况进行处理。连接电路如下图54所示 图54报警器系统工作电路图4、总电路图下图55为总电路图，共有七个发光二极管，如果发光二极管LED0亮，表示水箱中的水已充满。 VCC电源送到水箱底部的水中，晶体管(Q0Q6)只要
7、得到基极电压，就会导通并点亮相应的发光二极管(LED0LED6)。当水箱中的水到达最低水位时，晶体管Q6导通，发光二极管LED6点亮，其报警系统随之开始工作，进行报警；当水位上升到水箱的16时，晶体管Q5导通，发光二极管 LED5点亮,从而Q6基电压变为VCC,Q6截止导通，报警指示灯发光二极管LED6熄灭；当水位升到水箱的1/3时，晶体管Q4导通，则 发光二极管LED4点亮，如上述发光二极管LED5熄灭；当水位升到水箱的1/2时，晶体管Q3导通，则发光二极管LED 3点亮，发光二极管LED4熄灭；当水箱的水为2/3时，晶体管Q2导通， 发光二极管LED2发光，当水位升到水箱的5/6时，晶体管
8、Q1导通，则发光二极管LED 4点亮，发光二极管LED2熄灭；当水箱的水为最高时，晶体管Q0导通， 发光二极管LED0发光其报警系统也随之工作。 因此从发光二极管点亮的状态，就能知道水箱中的水位发光二极管与水箱中的水位对应关系如表51所示。 图55总电路图 表51水位指示灯水塔中的水位发光的LED灯水位最高时Q0水位为5/6时Q1水位为2/3时Q2水位为1/2时Q3水位为1/3时Q4水位为1/6时Q5水位最低时Q6 六、各部分定性说明以及定量计算1、 当水位较低时，LED灯6亮。如下图61所示：图61水位最低时工作电路图2、当水位适中时，LED灯2亮。如下图62所示：图62水位适中时工作电路图
9、3、 当水位较高时，LED灯0亮。如下图63所示：图63水位最高时工作电路图七、心得体会为期一周的课程设计时间很快就过去了，这三天的课程设计让我对我们模拟电子技术有了更多的认识。当然包括在这三天中我们这组做的水位控制及报警电路的设计，不仅对它的内部结构有了认识，更对其三极管和二极管的作用有了更多的了解。通过此次课程设计让我能够亲身参予电子产品的设计师使我更加深深地体会到：现代的社会是信息的社会，很多与人们生活紧密相关的产品都是电子产品。比如决定现代社会发展方向的电脑以及几乎每个同学都拥有的收音机等等无不 说明电子产品的重要性。作为一名机电专业大三的大学生，我认识到我不仅要学好课本上的知识还要学
10、会将所学到的知识联系并应用到现实生活中，做到理论联系实际。 经过三天的设计过程，我学到了很多东西，对一年以来所学过的模拟电子方面的知识也重新学习了一遍，也对自己在模拟电子方面的能力有了更客观的评价，在这次设计过程中，从最基本的查元件，找资料做起，了解了完整的模拟电子设计的一般步骤，也和同学共同探讨研究，学到了很多课堂上学不到的东西，也遇到了各种各样从没想过的问题，并认真的解决了它们，另外对各种电子类设计的计算机辅助手段有了更深一步的接触，同时也使我 增加了对电子方面知识的兴趣，也从中发现了自己的一些不尽如人意的地方，以后要多改进。课程设计让我体会到知识运用的重要性，从理论设计到仿真软件仿真，再到确定具体方案。整个过程都需要我们充分利用所学的知识进行思考、借鉴。通过本次设计，我加深了对课本知识的认识，同时为了这次课程设计的完成阅读了大量资料，加深了书本中各种器件的认识与了解，同时为后期的复习打下了一定的基础。 八 、元器件详细表表81元器件详细表元件个数作用发光二极管7个表示水位高低三极管7个导通扬声器2个报警滑动变阻器7个表示水位的上升电阻14个稳定电路电源1个提供能源九、参考文献1 王远，主编.模拟电子技术基础.第3版.机械工业出版社，2007.2 毕满清. 电子技术实验与课程设计.第3版.北京：机械工业出版社，2005.10
