《自动控制元件设计与实践》.docx
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《自动控制元件设计与实践》
《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UA741CD设计方波和三角波发生电路。
2.使用Multisim12.0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：
图1波形信号发生器Multisim仿真图
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源
VCC
1
可调电阻，50kΩ
R1
1
电阻，20kΩ
R3
1
电阻，10kΩ
R2
1
电阻，2kΩ
R4
1
电阻，2.7kΩ
R5
1
电容，22nF
C1
1
放大器，3554AM
U1，U2
2
齐纳二极管IN5340B，6V
D1，D2
2
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：
图2可控单音频发声电路Multisim仿真图
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_VIRTUAL
A1
1
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
V1
1
电阻，1.0kΩ
R1
1
电阻，100kΩ
R2
1
小灯泡，2.5V
X1
1
电容，10uF
C1
1
拔码开关
S1，S2
2
蜂鸣器BUZZER10Hz
LS1
1
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.掌握电路参数的调整方法。
3.以上电路的实现所使用的放大器原件主要基于UA741CD。
4.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。
5.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。
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：
图3电压频率转换电路Multisim仿真图
图3.1仿真波形图
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
电容220nF
C1
1
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
V1，V2，V4，V5
4
电阻，10kΩ
R1，R2，R3，R4，R5
5
齐纳二极管IN5340B，6V
D1，D4
2
拔码开关
S1
1
运算放大器，UA741CD
U1，U3
2
转换二极管，1N4148
D3
1
题目4.电流-电压转换电路
4.1设计要求：
1.掌握电流-电压转换电路的工作原理及设计方法。
2.掌握电路参数的调整方法。
3.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±10V的电压信号。
4.分析设计小电流信息号源产生电路，并用于该实验。
5.电路实现所用放大器基于UA741CD。
设计思路用Multisim进行仿真。
仿真通过后方接入实际电路。
6.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。
4.2设计方案：
图4电流电压转换电路Multisim仿真图
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（25MHz）
I1
1
电阻，1.0kΩ
R3
1
电阻，10kΩ
R1，R4，R5，R8，R9，R10，R11
7
电位器，22kΩ
R2R6
2
电阻，500Ω
R7
1
电压表，VOLTMETER_V
U1
1
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
V1，V2，V3，V4，V5
5
运算放大器，UA741CD
U2，U3
2
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。
一般情况下，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。
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：
图5555定时器单稳态触发器Multisim仿真图
5.3器件清单：
表5555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_VIRTUAL
A1
1
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
VCC
1
任意波形信号发生器DG1022U（25MHz）
V1
1
额定电容，10nF
C1，C2
2
电阻，45.3kΩ
R1
1
电阻，100Ω
R2
1
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。
该实践使用Multisim12进行仿真。
需达到如下指标要求。
1.电压放大倍数Au:
≥5000（绝对值）
2.输入电阻Ri：
≥1KΩ
3.输出电阻R0:
≤3kΩ
4.通频带宽BW：
优于100HZ～1MHZ
5.电源电压Vcc：
+12V—20V
6.负载电阻RL：
3kΩ
7.输出最大不失真电压：
5V（峰峰值）
6.2设计方案：
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
电容，10μF
C1
1
电容，1μF
C2，C3，C4，C5
4
带极性电容，10μF
C6，C7
2
电阻，40kΩ
R2
1
电阻，4.5kΩ
R3，R6
2
电阻，20kΩ
R4
1
电阻，1kΩ
R5，R7
2
电阻，10kΩ
R9
1
任意波形信号发生器DG1022U（25MHz）
V1
1
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
VCC
1
电位器，400kΩ
R1，R8
2
BJT三极管_NPN，2N3903
Q1，Q2
2
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锁。
NPN三极管型号采用2N3903型。
7.2设计方案
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，4.7kΩ
R1，R2
2
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
VCC
1
BJT三极管_NPN，2N3903
Q1，Q2
2
二极管1N4148
D1，D2
2
HK4100F电磁继电器
K1，K2
2
5V直流小电机
2
4位拔码开关
S1
1
题目8PWM调制解调电路
8.1设计要求
1.利用555定时器设计脉冲宽度调制电路
2.并使用设计的脉宽调节电路，控制发光二极管的亮度。
3.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。
4.观察实际电路和仿真电路的差异味。
5.从原理上简要分析差异产生的原因。
8.2设计方案
图8PWMMultisim仿真图原理图
8.3器件清单
表8PWM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
U1
1
电位器，50kΩ
R2
1
电容，0.01μF
C1，C2
2
带极性电容，470μF
C3
1
电阻，1.0kΩ
R1，R3
2
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
VCC
1
二极管，1N4148
D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D9，D10，D11
11
BJT三极管_NPN，2N3903
Q1
1
LED_红色
LED1，LED2，LED3
3
题目9.差动放大器电路
9.1设计要求：
1.加深对差动放大电路的工作原理、分析方法的理解与掌握
2.学习差动放大电路的测试方法。
3.了解恒流源在差动放大电路中的作用。
4.使用Multisim12.0进行仿真并记录：
a）差模输入差动放大器的两个输入信号的波形。
b）共模输入差动放大器的两个输入信号的波形。
c）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。
d）对差动放大器电路进行频率响应分析并记录分析结果。
e）根据上述结果求出差动放大电路的差模和共模电压放大倍数
f）计算出CMRR（共模抑制比）
9.2设计方案：
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，6.8kΩ
R2，R3
2
电阻，12kΩ
R4
1
电阻，2kΩ
R5，R6
2
电位器，100Ω
R7
1
电阻，30kΩ
R9
1
电阻，4.7kΩ
R1
1
电阻，5.1kΩ
R10
1
电阻，62kΩ
R8
1
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
V1，V2
2
电阻，510Ω
R11，R12
2
三极管NPN，2N3903
Q1，Q2，Q3
3
拨码开关，
S1
1
题目10.节日彩灯控制系统电路
10.1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.可以控制8路彩灯或彩灯串。
2.既可以向左（逆时针）移动，也可以向右（顺时针）移动。
3.彩灯起始状态可以预置。
4.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。
10.2设计方案：
图11节日彩灯控制系统电路Multisim仿真图
10.3器件清单：
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
数量
74LS移位寄存器，74LS194N
U1，U2
2
四联开关DSWPK_4
S1，S2
2
拔位开关DIPSW1
1，S4
2
红色LED灯，LED_red
LED1，LED2，LED3，LED4，LED5，LED6，LED7，LED8
8
反向器芯片，74ALS04N
U4
1
电阻，1kΩ
R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R17，R18
10
电阻，1Ω
R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15，R16
8
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
VCC
1
任意波形信号发生器DG1022U（25MHz）
V1
1
拨码开关
S3
1
题目11.智力抢答器电路
11.1设计要求：
1.抢答器可供四名参赛选手使用，编号为1--4，各队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。
2.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。
3.抢答先后的分辨率为1ms。
4.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。
5.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。
6.使用Multisim进行实验仿真，仿真通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。
7.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：
图12智力抢答器电路Multisim仿真图
11.3器件清单：
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，74LS175N
U1
1
与非门芯片，74LS00N
U2
1
四输入与门芯片，74LS21N
U3
1
拔位开关
3，S1，S2，S4，S5
4
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
VCC
1
电阻，1.0kΩ
R1，R2，R3，R4，R5
5
任意波形信号发生器DG1022U（25MHz）
V1
1
小灯泡，2.5V
X1，X2，X3，X4
4
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.可以控制8路彩灯或彩灯串。
2.既可以向左（逆时针）移动，也可以向右（顺时针）移动。
3.彩灯起始状态可以预置。
4.控制电路与负载（可以直接使用交流220V的彩灯）完全隔离。
5.用555定时器设计信号发生器。
6.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。
7.其具体实现要求基于移位寄存器，74LS194N型芯片。
12.2设计方案：
图13555彩灯控制系统电路Multisim仿真图
12.3器件清单：
表13555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，1kΩ
R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R17，R18
10
电阻，1Ω
R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15，R16
8
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
VCC
1
拨码开关
S3
1
555定时器，555_VIRTUAL
A1
1
电容器，0.01μF
C1，C2
2
电阻，1.0kΩ
R19
1
电位器，1kΩ
R21
1
电阻，8kΩ
R20，R22
2
移位寄存器，74LS194N
U1，U2
2
拨码开关
S1，S2
2
拨码开关
1，S4
2
红色LED.LED_red
LED1，LED2，LED3，LED4，LED5，LED6，LED7，LED8
8
反向器芯片，74ALS04N
U4
1
开关二极管，1N4148
D1，D2
2
题目13.直流稳压电源设计电路
13.1设计要求：
1.设计直流稳压电路。
2.使用Multisim进行仿真并记录电路波形。
3.输出电压在+3V至+9V之间可调。
4.最大输出电流为800MA
5.输出电压变化量小于5MV
13.2设计方案：
图14直流稳压电源设计电路multisim仿真图
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（25MHz）
V1
1
带极性电容，2200μF
C1
1
电阻，6.2kΩ
R1
1
电位器，200Ω
R2
1
电阻，270Ω
R3
1
电阻，200Ω
R4，R5
2
电极性电容，470μF
C2
1
电阻，100Ω
R6
1
电压表，VOLTMETER_V
U1
1
开关二极管，1N4148
D1，D2，D3，D4
4
达林顿复合晶体管_NPN，2SD1861
Q1
1
BJT三极管_NPN，2N3903
Q2
1
齐纳二极管，BZV60-B9V1
D5
1
拔位开关
S2
1
题目14多进制计数器
14.1设计要求
1.基于74LS161分别设计60进制25进制24进制计数器。
2.各进制计数器之间可以使用开关进行转换。
3.结果在数码管上进行显示。
4.设计原理图使用Multisim进行仿真。
5.若要用到放大器则使用UA741CD型。
14.2设计方案
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
V1，V2，V3
3
电位器，20kΩ
R2
1
电容，100nF
C1
1
电阻，20kΩ
R1，R3
2
电阻，10kΩ
R4，R5
2
数码管，DCD_HEX
U6，U7
2
运算放大器，UA741CD
U3
1
二极管，1N4148
D1
1
八位计数器，74LS161N
U1，U2
2
与非门芯片，74LS00N
U4
1
反向器，74LS04N
U5
1
题目15.多功能数字钟电路
15.1设计要求：
设计一个多功能数字时钟，要求为24小时制，显示时、分、秒，有校时、整点报时功能，可以分别对时、分、秒单独校时。
15.2设计方案：
图16多功能数字钟电路原理电路Multisim仿真图
15.3器件清单：
表16多功能数字钟原器件清单
器件及型号
电路标识
数量
数码管，DCD_HEX
U1，U2，U4，U6，U9，U11
6
D-30A5V12V双组电压输出开关电源
VCC
1
555定时器，555_VIRTUAL
A1
1
电阻，4.7kΩ
R1，R2
2
电容，0.1μF
C1
1
电容，0.01μF
C2
1
八位计数器，74LS161N
U3，U5，U7，U8，U10，U12
6
拨码开关
S1，2，S2，S3
1
与非门芯片，74LS00N
U13，U14，U15，U16，U17，U18，U19，U20
8
计数器芯片，74LS160N
U24
1
蜂鸣器，BUZZER200Hz
LS1
1
《自动控制元件设计与实践》集中实践环节题目列表
序号
题目
学生分组
备注
1
波形信号发生器
2
可控单音频发声电路
3
电压-频率转换电路
4
电流-电压转换电路
5
555定时器单稳态触发器电路
6
多级放大电路
7
基于电磁继电器的功率放大电路
8
PWM调制解调电路
9
差分放大电路
10
节日彩灯控制系统电路
11
智力抢答器电路
12
555彩灯控制电路
☞
13
直流稳压电源设计电路
☞
14
多进制计数器
☞
15
多功能数字钟电路
☞
备注：
☞表示此题目比较难。
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