自动控制元件设计与实践

自动控制元件设计与实践 Prepared on 24 November 2020

《自动控制元件设计与实践》题目库题目1. 波形信号发生器

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Multisim 仿真并焊接实物电路图

3.并测试实际电路的放大位倍数。

设计方案：

图1 波形信号发生器Multisim仿真图

图波形信号发生器仿真结果图

器件清单：

题目2. 可控单音频发声电路

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。

设计方案：

图2 可控单音频发声电路Multisim仿真图

器件清单：

题目3. 电压-频率转换电路

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。

设计方案：

图3 电压频率转换电路Multisim仿真图

图仿真波形图

器件清单：

题目4. 电流-电压转换电路

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。

设计方案：

图4 电流电压转换电路Multisim仿真图

器件清单：

题目5. 555定时器单稳态触发器电路

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。

设计方案：

图5 555定时器单稳态触发器Multisim仿真图

器件清单：

题目6. 多级放大电路

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Multisim 12进行仿真。需达到如下指标要求。

:≥5000（绝对值）

1.电压放大倍数A

u

2.输入电阻R

：≥1KΩ

i

:≤3kΩ

3.输出电阻R

4.通频带宽BW：优于100HZ～1MHZ

5.电源电压Vcc：+12V—20V

：3kΩ

6.负载电阻R

L

7.输出最大不失真电压：5V（峰峰值）

设计方案：

图6 多级放大电路Multisim仿真图

器件清单：

题目7. 基于电磁继电器的功率放大电路

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。

设计方案

图继电器驱动电路图，图中用LED代替直流小电机进行仿真

7.3器件清单

题目8 PWM调制解调电路

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。

设计方案

图8 PWMMultisim仿真图原理图

器件清单

表8 PWM调制解调电路器件清单

题目9. 差动放大器电路

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Multisim 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）

设计方案：

图9 差动放大电路Multisim仿真图

器件清单：

题目10. 节日彩灯控制系统电路

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。

设计方案：

图11 节日彩灯控制系统电路Multisim仿真图

器件清单：

题目11.智力抢答器电路

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。

设计方案：

图12 智力抢答器电路Multisim仿真图

器件清单：

题目12. 555彩灯控制电路

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。

设计方案：

图13 555彩灯控制系统电路Multisim仿真图

器件清单：

题目13. 直流稳压电源设计电路

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

设计方案：

图14 直流稳压电源设计电路multisim仿真图

图直流稳压电源示波器观察图

器件清单：

题目14 多进制计数器

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。

设计方案

图15 多进制计数器设计之24进制示例原理图器件清单

题目15.多功能数字钟电路

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。

设计方案：

图16 多功能数字钟电路原理电路Multisim仿真图

器件清单：