LaTex写实验报告

LaTex写实验报告

一、简介

二、代码

\documentclass{     ctexart}\usepackage[UTF8]{     ctex}\usepackage{     graphicx}    %插入图片\usepackage{     amsmath}\usepackage{     amssymb}\usepackage{     booktabs}\usepackage{     float}\usepackage{     multirow}\usepackage{     array}\begin{     document}%制作封面\begin{     titlepage}        \begin{     center}                \par            \centerline{     \includegraphics[scale=1]{     basic_pictures/bupt.png}}  %插图片         \par		\quad \\		\quad \\		\heiti \fontsize{     25}{     10}  《电子电路基础实验》实验报告		\vskip 1cm		\par            \centerline{     \includegraphics[scale=0.6]{     basic_pictures/buptlogo.png}}  %插图片         \par		\vskip 2cm	\begin{     tabular}{     l}    \heiti \zihao{     3}  题目：红外感应照明灯自动控制电路		\quad \\    	\heiti \zihao{     3}班级：2020211115          \quad \\	    \heiti \zihao{     3}姓名：胡宇轩          	    \quad \\    	\heiti \zihao{     3}学号：2020210449                    \quad \\	    \heiti \zihao{     3}指导老师 ：高老师     	    \quad \\        \heiti \zihao{     3} 时间：2021年11月11日    \end{
     tabular}    \end{
     center}\end{
     titlepage}\tableofcontents$\\$$\\$$\\$$\\$\textbf{
     关键字：}热释红外感应；光敏；自动控制；照明灯; LaTeX 。$\\$$\\$\begin{
     abstract}当今社会，随着人类生产活动的愈发频繁，能源问题越来越严重，生态环境遭到破坏，节能环保成为当今社会一大重要主题。为了节能环保的目的公共场所的走廊过道都尽量使用自动控制照明灯，实现“人来灯亮，人走灯灭”，既能很好的节约能源，也能给人们的生活带来方便。实现控制的方法可以是声控，光控，红外感应，触摸或遥控等，根据使用的环境可以选用适当的方法。本题选用热释电红外感应控制。 \end{
     abstract}% 文本的具体的内容\section{
     背景与要求介绍}\subsection{
     背景}为了节能环保的目的公共场所的走廊过道都尽量使用自动控制照明灯，实现“人来灯亮，人走灯灭”，既能很好的节约能源，也能给人们的生活带来方便。实现控制的方法可以是声控，光控，红外感应，触摸或遥控等，根据使用的环境可以选用适当的方法。本题选用热释电红外感应控制。\subsection{
     简单介绍}\subsubsection{
     基本设计任务要求}1）用一发光二极管模拟照明灯，在白天保持熄灭状态，在夜间有人从附近10cm经过灯便点亮，延迟10秒后熄灭。2）电源用5伏直流电源，传感器用RE200B红外热释电传感器。3）电路工作稳定可靠。4）放大电路的放大倍数合适。5）各部分电路正常工作。\subsubsection{
     核心器件简介}人体热释电红外传感器(PIR)热释电红外线传感器是利用红外线来进行数据处理的一种传感器。主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。工作原理：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。\section{
     所实现的功能}到目前为止，已经完成了电路的仿真以及实际电路的搭建。电路的两级放大电路实现了预想中的放大倍数以及输出电压的功能；电压比较器正常工作，实现了产生方波的要求，为后级提供输入信号；单稳态产生以及光敏控制端实现了控制二极管在黑暗中的延时发光的功能。综上所述，搭建的该电路已经基本实现了用一发光二极管模拟照明灯，在白天保持熄灭状态，在夜间有人从附近10cm经过灯便点亮，延迟10秒后熄灭的功能，而且工作是较为可靠的。\section{
     电路设计}\subsection{
     总体电路图}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.3]{
     struct.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}系统框图\end{
     center}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.38]{
     basic_pictures/pic1.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}红外感应照明灯自动控制电路\end{
     center}\subsection{
     两级放大电路}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.38]{
     basic_pictures/pic2.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}两级放大电路\end{
     center}上图是两级放大电路，第一级的放大电路是三极管放大电路，计算起来较为方便，直接使用放大公式就可以得到结果。第二级放大电路是使用了运算放大器：(放大系数的计算方法)\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=1]{
     basic_pictures/big.png}} %插入图片\par\begin{
     large}\begin{
     equation}     \begin{
     split}    U_{
     P}&=U_{
     i}=U_{
     N}\\   => I_{
     i}&=\frac{
     U_{
     N}}{
     R_{
     1}} \\   => I_{
     f}&=\frac{
     U_{
     o}-U_{
     N}}{
     R_{
     f}}=I_{
     i}\\   => U_{
     o}&=  (1+\frac{
     R_{
     f}}{
     R_{
     1}} )U_{
     i}\\   => A_{
     uf}&=\frac{
     U_{
     o}}{
     U_{
     i}}=1+\frac{
     R_{
     f}}{
     R_{
     1}}  \end{
     split}\end{
     equation} \end{
     large}\subsection{
     比较器}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.39]{
     basic_pictures/pic3.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}比较器\end{
     center}上图是一个电压比较器，我们都知道电压比较器是在输入大于给定的电压值的时候会输出高电平，输入小于给定值的时候会输出低电平。这里使用了电压比较器的这个性质产生了一个方波来输出给后面的电路作为输入。\subsection{
     单稳态产生和光敏控制部分}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.39]{
     basic_pictures/pic4.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}单稳态产生和光敏控制部分\end{
     center}这部分电路实现了在黑暗的状态下，当有人靠近时会使得二极管发光；在光照条件下，恒定不发光的功能。其中使用的NE555定时器装置我们会在后面的实验元件部分进行相应的介绍。\section{
     Multisim电路仿真}\subsection{
     Multisim仿真电路图}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.25]{
     basic_pictures/Multisim1.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}Multisim仿真电路图\end{
     center}\subsection{
     Multisim仿真视频}\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}当然，如果条件允许，您还可以通过在网页中输入下方所示的URL视频链接来进行观看相应的Multisim的实际的电路的仿真演示的真实视频：\end{
     center}\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}https://www.bilibili.com/video/BV1fS4y1R7XK?spm\_id\_from=333.999.0.0\end{
     center}\subsection{
     Multisim示波器波形}\subsubsection{
     输入波形以及两级放大的波形}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.3]{
     xsc/xsc2.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}输入波形以及两级放大的波形\end{
     center}\subsubsection{
     输入波形以及比较器的波形}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.3]{
     xsc/xsc3.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}输入波形以及比较器的波形\end{
     center}\subsubsection{
     输入波形以及输出的二极管的电压}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.3]{
     xsc/xsc1.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}输入波形以及输出的二极管的电压\end{
     center}\section{
     实际电路的搭建与调试}\subsection{
     搭建实际电路}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.14]{
     basic_pictures/circuit2.jpg}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}实际电路侧视图\end{
     center}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.14]{
     basic_pictures/circuit1.jpg}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}实际电路俯视图\end{
     center}\subsection{
     实际电路的测量}\subsubsection{
     输入信号波形图}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.4]{
     real_xsc/rxsc1.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}输入信号波形图\end{
     center}数据测量：通过对上图中所示的波形进行实际测量，我们可以得出输入信号的实际的测量结果，可得出数值如下：输入信号的峰峰值为:$U_{
     0}=20.0mV$。\subsubsection{
     一级放大波形}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.4]{
     real_xsc/rxsc3.PNG}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}一级放大波形\end{
     center}数据测量：通过对上面的图片中所示的波形的测量，我们可以得出输入的信号经过了一级放大以后的波形的峰峰值，大小如下所示：一级放大波形的峰峰值为:$U_{
     1}=3.0V$。从而，根据上面的两个数据，我们就可以计算出一级放大电路的放大倍数：\begin{
     large}\begin{
     equation} \begin{
     split}\beta _{
     1}& =\frac{
     U_{
     1}}{
     U_{
     0}}\\&= \frac{
     3.0}{
     20.0m}\\&= 150\end{
     split} \end{
     equation}\end{
     large}\subsubsection{
     二级放大波形}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.4]{
     real_xsc/rxsc4.PNG}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}二级放大波形\end{
     center}数据测量：同样的，我们对上图中所示的二级放大以后的波形进行测量，从而得到了输入信号经过两级放大以后的波形的峰峰值：二级放大的波形的峰峰值为:$U_{
     2}=7.3V$。从而，根据以上的数据，我们可以计算得出来二级电路的放大倍数：\begin{
     large}\begin{
     equation} \begin{
     split}\beta _2& =\frac{
     U_{
     2}}{
     U_{
     1}}\\&= \frac{
     7.3}{
     3.0}\\&= 2.433\end{
     split} \end{
     equation}\end{
     large}最后，我们根据两级的各自的放大倍数可以求出来总的两级电路的放大倍数，如下所示，两级放大的总的放大倍数为：\begin{
     large}\begin{
     equation} \begin{
     split}\beta &= \beta _{
     1} \times \beta _{
     2}\\&=150\times 2.433\\&=364.95\end{
     split} \end{
     equation}\end{
     large}\subsubsection{
     电压比较器波形}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.4]{
     real_xsc/rxsc2.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}电压比较器波形\end{
     center}数据测量：通过上图中电压比较器的输出波形，我们可以看出来电压比较器的输出电压是低电平为$0V$，高电平为$4.0V$的一个占空比约为50\%的方波。\section{
     故障及问题分析}\subsection{
     波形无法显示问题}有的时候我在使用示波器的时候，检测不出来波形；在经过电路的重新连接，以及示波器的重新调整以后，发现主要的问题是在于元件与面包板的接触不良。后续接线的时候注意到了这一点，于是基本没有再出错了。\subsection{
     电路正确但二极管不亮}当把放大级以及比较级调试完成以后，发现二极管并不会按照预想的状态进行发光，在研究了电路的原理以后，明白了是由于在有光照的条件下，由于光敏电阻的影响导致了二极管不发光；于是首先把光敏电阻使用一个定值电阻来替代，之后再次调整电路实现了使得二极管发光的功能。之后，在所有问题处理好了以后，再次把光敏电阻接上，对光敏电阻进行调节。\subsection{
     二极管不能延时10秒}刚开始的时候，二极管是处于闪烁的状态，但是，二极管不能延时10秒，在仔细分析电路以后，发现是因为电阻的阻值调节的不够恰当，后来对电阻的阻值进行了调节，解决了这个问题。\section{
     总结和结论}\subsection{
     总结}\subsubsection{
     仿真电路方面}在仿真电路的时候，应该充分使用示波器的示波的功能以及探针的对点的探测的功能，逐级逐级的依次测试和调整电路，这样可以比较快速的得到最终的实现了设想的功能的电路。光敏电阻在实验仿真的时候可以使用滑动变阻器来替代。在连接电路的时候，元器件的选择一定要准确，否则会得不到我们想要的结果，而且后续的修改也会比较麻烦。\subsubsection{
     实际电路方面}在连接实际电路的时候，我们需要提前做好规划，否则，在连接后的级电路时会比较难以布线，而且，如果不做好规划的话，会导致电路显得十分凌乱，不利于后续对电路的检查的工作。因此，电路的布线的规划是非常重要的，不仅使得线路整洁，而且不易出错。在测试实际电路的时候，跟测试仿真电路是一样的，还是需要一级一级的进行测量和分析，这样才可以比较迅速的实现电路功能，或者说找到错误的原因。实际电路在测量的时候，在最开始可以点不考虑光敏电阻的影响，这个时候，我们可以先使用一个定值电阻来替换光敏电阻，在实现了其他的功能以后，我们再把光敏电阻更换回来，重新测试光敏电阻的功能。\subsection{
     结论}我根据本实验提供的电路图以及原理的简述，同时结合实验的要求，通过电子电路的相关知识，计算得到了实验所需要的具体的电阻的阻值、电容的参数值，然后，又通过Multisim进行实验的仿真，再一次确认了电路的连接以及元件的参数的选取等问题；最后，我进行了实际电路的搭建，以及实际电路的调试，最终，完成了本实验的实际电路的设计，基本实现了所要求的基本功能，即就是：用一发光二极管模拟照明灯，在白天保持熄灭状态，在夜间有人从附近10cm经过灯便点亮，延迟10秒后熄灭。电路工作稳定可靠。总之，比较完整、顺利的完成了本次实验。\section{
     实验元件以及实验仪器}\subsection{
     实验元件}\subsubsection{
     热释红外感应传感器PIR}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.25]{
     basic_pictures/pir.jpg}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}热释红外感应传感器PIR\end{
     center}1、工作原理：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。2、热释电效应：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。\subsubsection{
     LM358运算放大器}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.4]{
     basic_pictures/LM358P.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}LM358运算放大器\end{
     center}1、简介 LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作。 2、 LM358特性： 直流电压增益高(约100dB) 。 单位增益频带宽(约1MHz) 。 电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V) 。 低功耗电流，适合于电池供电。 低输入失调电压和失调电流。 共模输入电压范围宽，包括接地。 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V) 。3、 LM358参数：输入偏置电流45 nA输入失调电流50 nA输入失调电压2.9mV输入共模电压最大值VCC~1.5 V共模抑制比80dB电源抑制比100dB \subsubsection{
     光敏电阻}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.3]{
     basic_pictures/light_risistor.jpg}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}光敏电阻\end{
     center}光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。主要用于光的测量、光的控制、和光电转换。如图：光敏电阻器都制成薄片结构，以便能够吸收更多的光能。该类电阻器的特点是入射光越强，电阻值就越小，入射光越弱，电阻值就越大。\subsubsection{
     NE555定时器}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.6]{
     basic_pictures/NE555.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}NE555定时器\end{
     center}555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。\subsubsection{
     其他元件}1、电阻元件($10k\Omega ,1M\Omega , 50k\Omega , 1k\Omega , 200k\Omega, ......$)；2、电容($47\mu F,33\mu F, 0.01\mu F,......$)；3、三极管；\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.25]{
     basic_pictures/transistor.jpg}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}三极管\end{
     center}4、发光二极管；\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.25]{
     basic_pictures/led.jpg}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}发光二极管\end{
     center}5、面包板；6、导线。\subsection{
     实验仪器}1、直流稳压电源；2、双路示波器；3、函数发生器；4、万用表。\section{
     参考文献}[1]陈凌霄、张晓磊，《电子电路测量与设计实验》，北京邮电大学出版社；[2]刘宝玲，《电子电路基础》，高等教育出版社；[3]部分元件的参数与原理来源于CSDN、知乎、百度百科等平台。\section{
     （附件）模拟综合试验过程考核统计表}\par    \centerline{
     \includegraphics[scale=0.3]{
     listofmine.png}} %插入图片\par\begin{
     center}    \heiti \zihao{
     5}模拟综合试验过程考核统计表\end{
     center}\end{
     document}

三、效果