信息一級(jí)項(xiàng)目

1、信息與電氣工程學(xué)院電子信息工程CDIO一級(jí)項(xiàng)目（2014/2015學(xué)年第一學(xué)期）題 目 ： 電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) ： 電子信息工程 學(xué)生姓名 ： 阿三三 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 馬永強(qiáng) 設(shè)計(jì)周數(shù) ： 2周 設(shè)計(jì)成績 ： 年 1 月 4 日1、CDIO項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的(1)熟悉常用的電子元件（如電阻、電容、二極管、三極管）以及特殊元器件（光敏管、晶體管、集成電路IC等）的種類及各自的結(jié)構(gòu)原理。（2）掌握這些常用電子器件的測試方法。（3）掌握利用EWB或multisim電路仿真操作的方法。2、CDIO設(shè)計(jì)正文2.1幾種基本器件認(rèn)識(shí)2.1.1電阻(1)電阻的概念：電阻表示導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小,

2、導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對電流的阻礙作用越大。不同的導(dǎo)體電阻一般不同，電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)。電阻元件是對電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件。（2）電阻的種類：薄膜類：金屬膜電阻、金屬氧化膜電阻、碳膜電阻合金類：線繞電阻、精密合金箔電阻合成類：金屬玻璃釉電阻、實(shí)芯電阻、合成膜電阻厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)敏感類：光敏電阻，熱敏電阻等 （3）電阻的結(jié)構(gòu)原理：薄膜類：在玻璃或陶瓷基體上沉積一層碳膜、金屬膜、金屬氧化膜等形成電阻薄膜，膜的厚度一般在幾微米以下。合金類：用塊狀電阻合金拉制成合金線或碾壓成合金箔制成電阻合成類：將導(dǎo)電材料與非導(dǎo)電材料按一定比例混合成不同電阻率的材料后制成的電阻。敏感類：使用不同材料和工藝制造

3、的半導(dǎo)體電阻，具有對溫度、光照度、濕度、壓力、磁通量、氣體濃度等非電物理量敏感的性質(zhì)，這類電阻叫敏感電阻。（4）電阻的測試方法：a. 萬用表測量法把萬用表轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至電阻擋（×1，×10，×100，×1K），選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，兩表筆短接后旋轉(zhuǎn)調(diào)零旋鈕使指針指在零刻線上，然后兩表筆分別接觸待測電阻的兩端，從萬用表指針?biāo)傅臄?shù)值即可知道電阻值。（注：電阻值等于指示數(shù)值乘以所選量程的倍數(shù)）b. 伏安法器材：電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、電源、待測電阻和導(dǎo)線。測量方法：電路如圖1所示，用電壓表測出待測電阻Rx兩端的電壓U，用電流表測出通過Rx的電流I，則Rx=

4、U/I。伏安法測電阻有內(nèi)接法和外接法兩種，如圖1（a）和（b）所示。當(dāng)待測電阻Rx的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻時(shí)，用圖1（a）方法測量，誤差較??；當(dāng)Rx的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流表的內(nèi)阻時(shí)，用圖1（b）的方法測量，誤差較小。2.1.2電容（1）電容的概念：電容是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量我們把電容器兩極板間電勢差增加一伏所需的電量叫做電容器的電容。（2）電容的種類：常用的電容有固定電容電解電容。（3）電容的工作原理：最簡單的電容器是由兩端的極板和中間的絕緣電介質(zhì)（包括空氣）構(gòu)成的。通電后，極板帶電，形成電壓（電勢差），但是由于中間的絕緣物質(zhì)，所以整個(gè)電容器是不導(dǎo)電的。不過，這樣的情況是在沒有超過電容

5、器的臨界電壓（擊穿電壓）的前提條件下的。我們知道，任何物質(zhì)都是相對絕緣的，當(dāng)物質(zhì)兩端的電壓加大到一定程度后，物質(zhì)是都可以導(dǎo)電的，我們稱這個(gè)電壓叫擊穿電壓。電容也不例外，電容被擊穿后，就不是絕緣體了。不過在中學(xué)階段，這樣的電壓在電路中是見不到的，所以都是在擊穿電壓以下工作的，可以被當(dāng)做絕緣體看。 但是，在交流電路中，因?yàn)殡娏鞯姆较蚴请S時(shí)間成一定的函數(shù)關(guān)系變化的。而電容器充放電的過程是有時(shí)間的，這個(gè)時(shí)候，在極板間形成變化的電場，而這個(gè)電場也是隨時(shí)間變化的函數(shù)。實(shí)際上，電流是通過場的形式在電容器間通過的。（4）電容的測試方法：a.電容表法 利用電容表直接讀取電容量。機(jī)械式電容表需外接工頻電

6、源,準(zhǔn)確度較低，一般在2.5級(jí)以下。數(shù)字電容表由電池供電,測試頻率為數(shù)百赫,測量范圍從數(shù)皮法到數(shù)千微法,誤差為滿刻度的±(0.51.0)±1字?？勺鳛闇?zhǔn)確度要求不太高時(shí)的電容測量儀表。 b.三表法使用電壓表、電流表和功率表測量電容量。由三表的讀數(shù)U、I、P 以及電源的角頻率 ,根據(jù)公式得到電容量。若損耗可忽略,P0, ,此時(shí)只用電壓表、電流表的讀數(shù)由CI/(U)即可計(jì)算出電容量。c.諧振法 將標(biāo)準(zhǔn)電感Ls和待測電容C 組成串聯(lián)或并聯(lián)回路，由高頻信號(hào)發(fā)生器供電。調(diào)節(jié)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率，使回路諧振。由諧振頻率f0可根據(jù)公式得到

7、電容量。2.1.3二極管（1）二極管的概念：二極管又稱晶體二極管，也叫半導(dǎo)體二極管，用半導(dǎo)體單晶材料（主要是硅和鍺）制成，是半導(dǎo)體器件中最基本的一種器件，是一種具有單方向?qū)щ娦缘臒o源半導(dǎo)體器件。（2）二極管的種類：按材料分：鍺二極管、硅二極管按結(jié)構(gòu)分：點(diǎn)接觸二極管、面結(jié)構(gòu)二極管按工作原理分：肖特基二極管、隧道二極管、雪崩二極管、齊納二極管、變?nèi)荻O管按用途分：功率二極管、檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管、光電二極管、阻尼二極管、雙基二極管（3）二極管的結(jié)構(gòu)原理：晶體二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存

8、在外加電壓時(shí)，由于P-N 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，P-N結(jié)空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象（4）二極管的測試方法：判斷二極管的極性：根據(jù)二極管的正向電阻小，反向電阻大的特點(diǎn)可判斷二極管的極性。將萬用表撥到歐姆擋

9、（般用R×100或R×1k擋、不要用R×1擋或R×10k擋。因?yàn)镽×1擋使用電流太大，容易燒毀管子；而R×10k擋使用的電壓太高，可能擊穿管子）。用表筆分別與二極管的兩極性相連，測出兩阻值，在所測得阻值較小的一次，與黑表筆相連的一端即為二極管的正極。同理，在所測得阻值較大的一次，與黑表筆相接的一端為二極管的負(fù)極。如果測得的反向電阻很小，說明二極管內(nèi)部短路；若正向電阻很大，則說明管子內(nèi)部斷路。在這兩種情況下二極管就需報(bào)廢。判斷二極管的材料：硅二極管一般正向壓降為0.6V0.7V，正向壓降為0.IV0.3V，所以測量一下二極管的正向?qū)?/p>

10、壓，便可判斷被測二極管是硅管還是鍺管。方法是在干電池的端串一個(gè)電阻（lk），同時(shí)按極性與二極管相接，使二極管正向?qū)ǎ@時(shí)用萬用表測量二極管兩端的管壓降，如果是0，6V0.7V即為硅管濁口為0，IV0，3V即為鍺管。2.1.4三極管（1） 三極管的概念：半導(dǎo)體三極管也稱雙極型晶體管,晶體三極管,簡稱三極管,是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件. （2） 三極管的分類：按結(jié)構(gòu)分：PNP型三極管、NPN型三極管按材料分：硅三極管、鍺三極管按三極管工作頻率分：有低頻管、高頻管按三極管允許耗散的功率分：有小功率管、中功率管和大功率管。（3） 三極管的判別方法：三極管基極的判別：根據(jù)三極管的結(jié)構(gòu)示意

11、圖，我們知道三極管的基極是三極管中兩個(gè)PN結(jié)的公共極，因此，在判別三極管的基極時(shí)，只要找出兩個(gè)PN結(jié)的公共極，即為三極管的基極。具體方法是將多用電表調(diào)至電阻擋的R×1k擋，先用紅表筆放在三極管的一只腳上，用黑表筆去碰三極管的另兩只腳，如果兩次全通，則紅表筆所放的腳就是三極管的基極。如果一次沒找到，則紅表筆換到三極管的另一個(gè)腳，再測兩次；如還沒找到，則紅表筆再換一下，再測兩次。如果還沒找到，則改用黑表筆放在三極管的一個(gè)腳上，用紅表筆去測兩次看是否全通，若一次沒成功再換。這樣最多沒量12次，總可以找到基極。 三極管類型的判別： 三極管只有兩種類型，即PNP型和NPN型。判別時(shí)只

12、要知道基極是P型材料還N型材料即可。當(dāng)用多用電表R×1k擋時(shí)，黑表筆代表電源正極，如果黑表筆接基極時(shí)導(dǎo)通，則說明三極管的基極為P型材料，三極管即為NPN型。如果紅表筆接基極導(dǎo)通，則說明三極管基極為N型材料，三極管即為PNP型。 2.1.5光敏管（1）光敏二極管的概念：光敏二極管是一種PN結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電器件.與一般半導(dǎo)體二極管類似，其PN結(jié)裝在管的頂部，以便接受光照，上面有一個(gè)透鏡制成的窗口，可使光線集中在敏感面上。光敏二極管在電路中通常工作在反向偏壓狀態(tài)。（2）光敏管的種類：光敏二極管、光敏三極管（3）光敏二極管的結(jié)構(gòu)及工作原理：a.光敏二極管的工作原理如圖7-9所

13、示，在無光照時(shí).處于反偏的光敏二極管，工作在截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越限擋層，形成微小的反向電流即暗電流。  當(dāng)光敏二極管受到光照時(shí),PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子空穴對，從而使P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在外加反偏電壓和內(nèi)電場的作用下，P區(qū)少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)人N區(qū)，N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)人P區(qū)，從而使通過PN結(jié)的反向電流大為增加，這就形成了光電流。b.光敏三極管的結(jié)構(gòu)及工作原理光敏三極管與普通半導(dǎo)體三極管一樣，是采用半導(dǎo)體制作工藝制成的具有NPN 或PNP 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管。它在結(jié)構(gòu)上與半導(dǎo)體三極管相似，它的引出電

14、極通常只有兩個(gè)，也有三個(gè)的。光敏三極管的結(jié)構(gòu)如圖所示。為適應(yīng)光電轉(zhuǎn)換的要求，它的基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做得較小，入射光主要被基區(qū)吸收。和光敏二極管一樣，管子的芯片被裝在帶有玻璃透鏡金屬管殼內(nèi)，當(dāng)光照射時(shí)，光線通過透鏡集中照射在芯片上。 將光敏三極管接在圖所示的電路中，光敏三極管的集電極接正電位，其發(fā)射極接負(fù)電位。當(dāng)無光照射時(shí)，流過光敏三極管的電流，就是正常情況下光敏三極管集電極與發(fā)射極之間的穿透電流Iceo 它也是光敏三極管的暗電流，其大小為Iceo =(1 + hFE) I式中: Icbo-集電極與基極間的飽和電流;hFE -共發(fā)射極直流放大系數(shù)。 當(dāng)有光

15、照射在基區(qū)時(shí)，激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對增加了少數(shù)載流子的濃度，使集電結(jié)反向飽和電流大大增加，這就是光敏三極管集電結(jié)的光生電流。該電流注入發(fā)射結(jié)進(jìn)行放大，成為光敏三極管集電極與發(fā)射極間電流，它就是光敏三極管的光電流?？梢钥闯觯饷羧龢O管利用普通半導(dǎo)體三極管的放大作用，將光敏二極管的光電流放大了( I + hFE) 倍。所以，光敏三極管比光敏二極管具有更高的靈敏度。當(dāng)基極開路時(shí)，基極-集電極處于反偏.當(dāng)光照射到PN結(jié)附近時(shí)，使PN結(jié)附近產(chǎn)生電子一空穴對，它們在內(nèi)電場作用下，定向運(yùn)動(dòng)形成增大了的反向電流即光電流，由于光照射集電結(jié)產(chǎn)生的光電流相當(dāng)于一般三極竹的基極電流，因此集電極電流被放大了(f3+1)

16、倍，從而使光敏三極管具有比光敏二極管更高的靈敏度。 鍺光敏三極竹山于其暗電流較大，為使光電流與暗電流之比增大，常在發(fā)射極一基極之間接一電阻(5 kn左右)。對應(yīng)硅平面光敏三極管，由于暗電流很小(小于10-9A)。一般不備有基極外接引線，僅有發(fā)射極、集電極兩根引線。 2.2multisim仿真軟件2.2.1multisim仿真軟件的功能及特色Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。multisim提供了全面集成化的設(shè)計(jì)環(huán)境，完成從原理圖設(shè)計(jì)輸入、電路仿真分析到電路功能測試等工作。當(dāng)改變電路連接或改變元件參數(shù)，對電路進(jìn)行仿真時(shí)，可以清楚地觀察到各種變化對電路的影響。該軟件有以下特點(diǎn)：a.所見即所得的設(shè)計(jì)環(huán)境； b.互動(dòng)式的仿真界面c.動(dòng)態(tài)顯示元件（如LED，七段顯示器等）d.具有3D效果的仿真電路e.虛擬儀表f.分析功能與圖形顯示窗口2