稳压电源的设计与制作范文

导语：如何才能写好一篇稳压电源的设计与制作，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

设计并制作开关稳压电源。

要求：在电阻负载条件下，①输出电压Uo可调范围：30V～36V；②最大输出电流LOmax：2A；③U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤0.2%（Io=2A）；④Io从0变到2A时，负载调整率S1≤0.5%（U2=18V）；⑤输出噪声纹波电压峰—峰值UOPP≤1V（U2=18V，Uo=36V，Io=2A）；⑥DC—DC变换器的效率%`≥85%（U2=18V，Uo=36V，Io=2A）；⑦具有过流保护功能，动作电流Io（th）=2.5？.2A，排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；⑧能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值1V，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能；⑨变换器（含控制电路）只能由UIN端口供电，不得另加辅助电源。

总体分析

首先我们需要确定出系统方案。输出电压Uo可调范围30～36V，而隔离变压器副边输出为15～21V，整流滤波后最大约27V，小于30V，显然在整个电压范围内都需要升压输出。

其次，要求变换器整体效率大于85%，对小功率电源来说，这个要求已经比较高了，可以计算，在72W的额定功率、85%的效率下，变换器的损耗不能超过12.7W，要达到此项要求，就必须使用尽量少的器件，不论是功率主电路，还是控制测量电路，都应该使其尽量简单。

器件选择

（1）输入电感和输出滤波电容的选取。首先计算升压电感的大小。整流输出电压的大小为19～27V，输出电压范围为30—36V，由临界电流公式Iob=Uo/2Lf8lD（1—D）（2），当D=1/3时，临界电流有最大值1obm=2Uo/27Lfs，要使电感电流连续，则最小负载电流（题目要求可空载，这里取0.1A）应大于Iobm，由此解得

L≥2Uo/27fsIobm=2*36/27*30*0.1

=1.33mH，取L=2mH。

（2）开关管的选取。开关管Q关断时承受的正向电压为36V，考虑一定的尖峰余地，IRF3205的正向击穿电压为55v，导通电阻仅为8m%R，所以不会击穿同时导通损耗也很小。输出整流二极管选取导通电阻小的肖特基二极管MBR20100，其导通压降为0.7V，反向击穿电压为100V。MOSFET的驱动选专用驱动芯片IR2110.

（3）其它元件的选取。测量控制电路的损耗跟元件的工作电压有关，信号放大用的运放选低电源电压、Rail—To—Rail型运放INA132和OPA350，可降低功耗。

单片机的功耗与CPU时钟频率有关，降低单片机时钟频率也可使损耗减小，此设计中凌阳单片机的CPU时钟为24.576MHz。

制作

第一个问题是整流桥（耐流能力为10A）总是被烧毁。滤波电容越大、二极管的导通角0越小，流过二极管的电流峰值就越大。其值很容易大于10A。后来我们在整流桥后面串入电感L1，因为电感有一定续流作用而使二极管导通角变大，从而减小电流峰值以保护整流桥，改进后整流桥不再烧毁。但是开机时保险管（额定电流10A）常被熔断，分析发现，开机时整流桥后的滤波电容呈瞬时短路状态，所以开机存在较大冲击电流，所以我们在整流桥前串联NTC、问题也得到解决。其原理是，开机时NTC温度较低而呈现很大电阻，所以开机电流不会很大，随着电路接通，NTC发热而呈现很小电阻，所以正常工作时NTC上电压降很小，不会影响电路正常工作。（见图1）

遇到的第二个问题就是电压调节慢和稳压不好，刚开始我们以为是软件调节器的问题，检查很久后发现是测量电压不准造成的。负载两端电压正比于节点1与2之间电压，我们刚开始直接测量节点2与地之间电压，表面上看来0.1%R的采样电阻影响不大，但电路中流过的电流为2A时，电流采样电阻上的压降为0.2V，误差约为0.5%，可见误差并不小。另一方面，若用此种采样方案，会因电路中电流的不同，造成的测量误差也不同，随电压变化误差呈现一定的非线性，这会给电压调节带来麻烦。所以，我们后来改用差分的方式采集电压，也就是使用差分运放在节点1和节点2之间采样，这样可大大减小误差，改进后取得了很好的效果。测量电路的各个环节都应准确可靠，采样电阻也应尽量准确稳定。类似，若在AD转换的入端需要对待测电压或电流信号滤波，则滤波电容不宜过大，否则会影响响应时间而造成测量滞后，自然会使调节不准确。这些问题虽然简单却影响很大，若能快速准确的测量，单片机的调节将顺利得多。

篇2

关键词：电子负载；恒流控制；负载调整率

1 概述

电子负载具有体积小，调节方便，工作方式灵活，性能稳定，精度高等优点，被广泛应用于电源类产品和各类电子元器件的试验、测试、检定和老化环节。该方案基于盛群AD型单片机，设计了一种智能电子负载，与其他同类设计相比，具有直流稳压电源负载调整率自动测试功能。

系统原理整个智能电子负载系统由单片机、恒流控制电路、功率负载器件、电压电流检测电路、过压保护、供电电源等构成，系统原理框图如图1所示。

电子负载工作在定电流模式时，被测直流稳压电源输出的电流不变（以被测电源能提供相应电流为前提）。测试直流稳压电源负载调整率时，连接好测试电路，按键选定电源负载调整率测试功能，输入被测电源的额定电流、电压值，即可自动测试被测电源的负载调整率。

2 硬件电路设计

设计恒流电路使流过功率负载器件的电流值与数/模转换器的输出电压成线性关系。单片机控制数/模转换器输出电压，使恒流控制电路控制功率负载器件流过所需电流。电压电流检测电路把被测电源的输出电压和电流线性地转化成适合盛群单片机内部集成12位模/数转换器测量的量程，单片机切换多通道模/数转换器测量电压和电流检测电路的输出电压，完成测量被测电源输出电压和电流的功能。恒流及电压电流检测电路如图2 所示，其中Q1 是功率负载器件，用于吸收被测电源输出的功率。

图2中数/模转换器输出的电压经过电压跟随器U1B输入运算放大器U3 的同相输入端，运算放大器U3 通过采样电阻R6，差分放大器U4 等建立了深度负反馈，将运算放大器看做理想的放大器，由“虚短”、“虚断”可得：

UDAC=IR6A

式中：UDAC是数/模转换器输出的电压；I 是流过功率负载器件的电流；A 是由差分放大器U4 及R4 ，R5 等所组成电路的放大倍数，差分放大器U4 选用的型号为INA2134。从式（1）中可以看出，流过功率负载器件的电流与数/模转换器输出的电压成线性关系，因此可以通过单片机控制功率负载器件的电流。通过模/数转换器分别测量图2中ADC1 ，ADC2 处的电压，可以得到被测负载电源输出的电压和电流.

被测电源输出电压U 与ADC1 处的电压UADC1 之间关系式为：

被测电源输出电流I 与ADC2 处的电压UADC2 之间关系式为：

UADC2=IR6A

3 系统程序设计

系统程序采用模块编程，主程序调用各模块的方式实现。主要由定电流、被测电源输出电压检测、被测电源输出电流检测、负载调整率自动测试、按键检测、显示驱动等模块组成。

整个系统有两个工作模式：定电流工作模式和负载调整率自动测试模式。

定电流工作模式同时显示被测电源输出的电压和电流，系统上电后单片机首先进行各模块的初始化，最后在主循环中不断地检测各个标志位，以判断工作模式，通过检测按键来改变标志位。

直流稳压电源负载调整率S 表达式为：

式中：U 表示直流稳压电源设定的额定电压值；Uo 表示空载输出的电压值；Um表示满载时的输出电压值。

直流稳压电源负载调整率自动测试功能在定电流的基础上进行编程实现，负载调整率自动测试流程图如图3所示。

4 结语

以盛群单片机HT45XX为主控芯片设计了一种新型智能电子负载，使运算放大器工作在深度负反馈条件下实现功率负载恒流，该单片机自带12位ADC转换器，选用12 位串行数/模转换器，设计过压过流保护电路，通过软件编程实现直流稳压电源负载调整率自动测试功能。实际设计与制作表明，该方案满足设计要求。

篇3

关键词：电子 制图 驱动

随着电子技术、电子产品更新换代的周期不断加快，传统的职业院校电子专业课程已远远不能满足企业对电子专业技能人才的要求。从笔者学院近几年毕业的电子专业学生的跟踪反馈中，我们发现企业迫切需要职业院校加快课程体系的建设。为此，笔者学院根据企业调研的结果，在学院的电子类相关专业增设了电子工程制图课程。为使课程教学真正贯彻落实“坚持以就业为导向，深化职业教育教学改革”的原则，笔者学院组织电子教研室与计算机教研室具有丰富教学经验的一线教师共同开展专项教改课题研究，力求使课堂内容贴近教学实际，满足学生成才与企业电子专业岗位群的需要。经过几年的教学实践，笔者学院已逐步将该课程建设成有特色、实用性强的精品课程。

一、职业院校电子工程制图教学任务

电子工程制图作为职业院校电子类相关专业必修的一门专业基础课程，在教学中首先必须把握住课程的教学任务。根据企业岗位群的需要，我们将该课程的教学任务定位于使学生掌握运用相关软件完成电路原理图的绘制、电路仿真、PCB板的设计、设计规则的检查、输出文档报表等一系列的技能，对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。

二、职业院校电子工程制图教学内容

通过近几年的教学实践与摸索，笔者学院逐渐建立起一套适应学院实际教学状况的教学模式。首先在教学软件的选择上，不盲目追求“品牌”，而是选择最适合学院职校生当前知识、能力素质的软件。经过多方比较、试用、反馈，特别是征求企业一线电子技术工程师的意见，最终决定采用Protel DXP 2004软件。该软件是基于Windows操作平台的一款支持中文操作的电子电路设计软件，它具有强大的设计功能，能够满足电子电路设计的需要，为用户提供全面的设计解决方案，也是目前用户群最大、实际工程应用最广泛的版本。其次在教师队伍的培养上“走出去，请进来”。笔者学院的许多电子专业教师是大学毕业直接分配进入学校任教的，其中有很多老教师对于电子工程制图的软件应用十分陌生，特别是都缺乏企业实践经历。为此，学院一方面利用校企合作的模式，鼓励相关专业教师利用寒暑假去企业第一线调研、培训，同时聘请企业的电子工程师、技师以及技术人员来校担任外聘教师，这样“两条腿走路”，就使教学真正实现与企业需求的“无缝对接”。

三、职业院校电子工程制图教学模式

由于学院学生的层次差异较大，因此在教学中必须根据不同层次学生的需求展开教学。为了帮助学生迅速掌握Protel DXP 2004设计系统的使用方法和操作技巧，学院在教学中摒弃传统的以知识传授为主线的知识架构，而是以项目为载体，以任务来推动，依托具体的工作项目和任务将有关专业课程的内容逐次展开，这样才能实现预定教学目标。

1.项目教学，任务驱动

项目教学法已被证明是比较适合于职业院校专业课程教学的一种教学方法。针对电子工程制图课程的教学特点，我们将整个教学内容分为九个项目，即初识Protel 的发展及作用、绘制串联型稳压电源原理图、生成串联型稳压电源原理图相关报表、制作原理图元件库、熟悉PCB设计系统工作环境、制作新的PCB元件库、制作串联型稳压电源电路PCB板、层次原理图的设计、制作模拟烘 手机显示与控制电路的PCB板。各个项目设置不同难度的任务，如“绘制串联型稳压电源原理图”项目安排设置串联型稳压电源原理图环境、原理图元件库、放置串联型稳压电源元件、串联型稳压电源的元件布局、放置串联型稳压电源的导线、放置电源/接地端口等任务，在每个项目的任务都完成后，教师布置所讲授内容的“自我测评”。这样将完成这些项目任务作为目的精选课堂教学内容，各章节知识点的分布由浅入深，从简到繁，循序渐进，学生的学习兴趣与积极性得到了充分的激发。

2.案例导入，理实一体

篇4

【关键词】电子产品结构工艺 学做一体 设计 制作

《电子产品结构工艺》是一门综合性的应用型边缘学科，专业理论和实践性都很强。职高生学习有困难。在多年教学中，笔者尝试实行“学做一体”的教学模式，借助项目式教学，通过一套行之有效的教学方案，把课程各章节抽象的理论知识融合进实践项目的各个实施阶段。这样的优化设计降低了学习难度，提升了教学效果。

为了更好地从学生出发，优化教学过程和内容，由实践到理论，提高课堂教学有效性，本人设计了《电子产品设计与制作任务书》，以指导教学实践。

1.目的与要求

通过一个简单的电子产品的整机设计与制作，全面了解电子产品的开发与生产过程，巩固和提高学生的电路设计能力、PCB板设计和PCB板的制作能力，电子元器件的选择与检测能力，电路安装能力与电路的调试及检修能力等等，以检测学生知识的掌握程度和综合能力，同时也了培养适应电子企业相应岗位的能力。

2.任务：完成一个实用电子产品的PCB板设计与整机制作。

3.具体任务操作

（1）选定一个简单的电子线路。写出其性能指标及电路功能。

（2）按照元件清单，选择电子产品材料。

（3）设计PCB板。PCB板大小根据选定电路具体情况而定。要求打印出电子产品原理图、印制电路板图、元件清单，并有布局和布线说明、基本电气检测（ERC）及设计规则检测（DRC）结果说明。注意元件封装必须与实际元器件相符。

（4）PCB制作。要有制作过程说明。

（5）电路组装应符合工艺要求，既考虑电气性能要求又考虑美观要求。

（6）电路调试并写出调试报告。检测、调试的过程，方法及调试的结果。

4.组织方法

分组教学，3人一组，选定一个电路，每人独立完成PCB板的设计，选出设计最好的印制电路板制作出电子产品。

5.具体实施时间安排

6.考核评价（每个任务评价，老师与学生评分各占50%）

7.课题举例（学生可另选）

（1）直流稳压电源；

（2）闪光灯电路；

（3）晶闸管调光电路；

（4）晶体管延时电路。

8.课题报告（格式）

（1）封面。

（2）设计任务书。

（3）课题内容（包括课题目的、课题选用器材、设计总体方案、电路原理图、PCB设计图、PCB制作过程说明、整机调试原理、方法及性能指标、整机维修过程说明等）。

（4）整机特点、功能和使用说明。

（5）课题总结。

下面以《直流稳压电源印制电路板的制作及装配》为例，具体说明“边做边学、学做一体”的实施方法和过程。

1.课程设计思路

电源电路是一切电子设备的基础。由于电子技术的特性，为电子设备提供稳定的直流电能的直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。学生在之前的《电子线路》学习中已对直流稳压电源有所了解，加上直流稳压电路比较简单，便于实践操作，故将此电路作为学生学习《电子产品结构工艺》的实例。

2.课前准备工作

稳压电源散件一套、覆铜板一块、腐蚀液（三氯化铁水溶液）、烙铁一把、毛笔、电钻、装配工具等

3.预备知识：覆铜板

（1）覆铜板是制作PCB板的材料，一般选用的是1.5mm和2.0mm的覆铜板。

（2）根据覆铜面的不同又分为单面覆铜板、双面覆铜板、多层覆铜板。本课题只需采用单面板。

4.任务一：印制电路板的设计

（1）选择电路图及理论知识回顾：电路原理分析，计算输出电压的范围。

（2）绘制电路原理图（PROTEL DXP2004）

电路原理图、元件清单、ERC、DRC检测。

（3）绘制印制电路板（PCB）图。

①元件封装必须与实际元器件相符。

②合理安排电路中的元器件。

③选择合适的导线安全间距和走线宽度。

5.任务二：印制电路板的制作

（1）覆铜板的处理

根据电路选好一块大小合适的覆铜板，去掉氧化层，将覆铜板四周打磨平整。

（2）图形转印（由于实习条件的限制，我们采用手工描绘法）

具体操作：将设计好的PCB的图纸通过打印机按照1：1比例打印出来，然后通过复写纸印到覆铜板上。用耐水洗、抗腐蚀的油性记号笔涂描焊盘和印制导线。本环节要求线条清晰、无断线、无砂眼、无短接，且耐水洗、抗腐蚀。

（3）腐蚀、钻孔

将自配的三氯化铁水溶液（三氯化铁和水可按1：2配制）腐蚀液放入塑料盒中，将待腐蚀的PCB板线路朝上放入盒内，用长毛软刷往返均匀轻刷，待不需要的铜箔完全消除后取出，清洗并擦干，再用电钻将PCB板钻孔和进行防表面氧化处理即可。

通过任务一和任务二的实施，学生对电子设备的防护的基本知识有了简单直观的认识，并且结合课程第三章内容能对电路的元器件进行较为合理的布局，又动手DIY了一块由自己设计的印制电路板，同时也基本掌握了简单的印制电路板的设计及制作过程，对本课程第四章印制电路板的结构设计及制造工艺有一定的了解。感兴趣的学生在制作自己的电路板过程中也开始研究企业双面孔金属化印制板和常规多层板的制作工艺。

6.任务三：稳压电源的焊接装配与调试

注意元器件装配流程及元件安装技术要求。

7.任务四：调试与检测

（1）安装完毕，经检查无误后方可通电调试检测。

（2）电压测量：测量三极管各极电位并判断其工作状态、电路输出电压可调范围。

（3）调试：本环节意在让学生明白电路调试的内容，能选择正确的仪器仪表，分析调试中出现的问题并进行排故，对调试数据进行分析处理，作出产品是否合格的结论，也要提出电

路改进的意见。

实践证明，以《电子产品设计与制作任务书》来实施教学，可以优化教学内容与教学过程，提高教学效率。在教学实践中，教师要根据教学内容的需要，制定切实可行的实施方案，激发学生学习动力，发挥学生主体作用，进而提高教学效率。

【参考文献】

[1] 董成春、郭玲玲. 加强实践教学，突出技能培养，《中国校外教育・A》，2011年第1期.

[2] 廖芳 主编.《电子产品制造工艺》，电子工业出版社，2007年.

[3] 王卫平 主编.《电子产品制造技术》，清华大学出版社，2005年.

[4] 陈森 主编.《印制电路技术》，化学工业出版社，2008年.

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关键词:电涡流测功机;直流线性稳压;二级电压控制;模拟故障

中图分类号:TP274文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2009)10-189-04

New Type of High-power Linear DC Voltage-stabilized Power

Source in Eddy Current Dynamometer

ZHANG Xukai,ZHANG Wenming,ZHOU Haiyong

(Shanghai Internal Combustion Engine Research Institute,Shanghai,200438,China)

Abstract:A new type of power source used for excitation voltage control in eddy current dynamometer in designed.Based on the SCR rectification circuit and analog technology,using the fully three phase position controlled bridge of SCR and power MOSFET regulation to output linear DC voltage.Over-load protection circuit,open-phase protection circuit and thermal-shutdown circuit are designed for equipment reliability.Experimental results show that the equipment can output linear DC voltage and the voltage stablilty fulfil the needs of eddy dynamometer.The equipment also can quickly shutdown when at fault status such as over-loads,open-phase and overheat.The power source designed by the fully three phase position controlled bridge of SCR and power Mosfet regulation can fulfil the needs of voltage of eddy dynamometer.

Keywords:eddy dynamometer;DC linear voltagecd

stabilized;secondary voltage control;analog fault

测功机是发动机台架检测系统中重要的组成部分,用于测量发动机的有效功率。对测功机来讲,为了满足发动机所有转速和负荷范围内都保持稳定运转工况,并且可以平顺且精细地调节负荷,需要一个稳定的加载器来满足发动机实验的要求,需要对加载器提供稳定且可线性变化的电源。在电涡流测功机中,需要对励磁电机提供的直流电源进行驱动,以完成发动机台架检测。

由于电涡流测功机励磁电机要求磁场恒定,故要求电源提供的负载电压恒定不变,而且磁场一般都是稳定的,还要求有较好的电压稳定度,即要求即使输入电压发生一定变化时,输出电压应保持不变。

为了达到平顺调节负荷的目的,输出电压应有适当的线性调节范围,并且还要有一定的保护措施。根据设计需要,该电源输出电压的变化范围为0～180 V,要求最大负载功率为5.4 kW,输出电压稳定度应优于1%。

1 工作原理

由于要求的电压调节范围较宽,要求的功率较大,目前电涡流测功机励磁加载电源采用较多的方法是可控整流器,在此通过控制晶闸管的导通角进行调压。其工作原理是对晶闸管的控制极进行控制,通过改变晶闸管的导通角,可以在输出端获得平均值和有效值都随导通角变化而变化的直流脉动电压。采用该原理设计的电源可以达到很高的输出功率,但是电压稳定性差,而且控制呈显著的非线性,不适合电涡流测功机对电压的要求。因此,该电源采用晶闸管三相桥式移相控制和功率MOSFET调整两个控制环联合控制的方法,使输出电压可以满足大功率、高稳定度和可宽范围线性调节的要求。

1.1 系统方框图

由于该电源要求功率较大,并且对电压稳定度也有较高的要求,所以采用如图1所示的电源方框图。

1.2 可控整流原理

如图2所示,通过控制晶闸管的导通角,可以在整流电路输出端获得随控制电压变化的电压。

可控整流电路是指在输入交流电压的波形和幅值一定时,输出电压的平均值可以通过调节晶闸管的导通角进行调节。采用可控整流电路可以提高变压器的初、次级利用率,具有较大的功率因数和较小的脉动率,因此选作为主回路。

由于采用整流滤波电路以及稳压电路构成两级控制环。因此选择对整流滤波电路要考虑两点:考虑调整管的工作状态,确保调整管能工作在线性放大区;考虑交流电网波动的影响。交流电网的波动会反映到整流滤波电路的输出电压上。按照国家有关规定,在没有特定说明的情况下,一般按变化±10%来考虑。这就要求当电网电压变化±10%时,调整管要处于线性放大区,从而使稳压电路能保持正常工作。在该电源设计中,由于负载容量较大,使用单相电源会造成三相电网的不平衡,影响电网中其他设备的正常工作,所以采用的是三相桥式全控整流调节方式。三相可控整流的脉动频率比单相高,纹波因数显著低于单相。三相全控桥式整流电路电路可以在负载上得到比三相半控桥式整流电路更为均匀的波形。

采用市场上常见的三相整流功率模块,集成了晶闸管三相桥式整流电路以及触发电路,通过对模块的输入电压进行控制,即可完成整流与调相功能。通过在功率模块输入端连接三相隔离变压器,将输出电路与交流输入隔离。隔离变压器具有电压变换功能及有源滤波抗干扰功能。隔离变压器在交流电源输入端的特点为: 若电网三次谐波和干扰信号比较严重,采用隔离变压器,可以去掉三次谐波和减少干扰信号;

采用隔离变压器可以产生新的中性线,避免由于电网中性线不良造成设备运行不正常;非线性负载引起的电流波形畸变(如三次谐波)可以隔离而不污染电网。

隔离变压器在交流电源输出端的特点为:防止非线性负载的电流畸变影响到交流电源的正常工作及对电网产生污染,起到净化电网的作用;在隔离变压器输入端采样,使得非线性负载电流的畸变不影响取样的准确性,得到能反应实际情况的控制信号。

对于小功率或者中等功率的使用场合,可以采用单相桥式半控的方法作为其整流主回路。电路组成可以选择晶闸管模块作为主回路,使用KC04芯片作为晶闸管模块的移相触发电路。通过调节KC04的控制电压控制晶闸管的导通角,从而得到随控制电压变化的直流脉动电压。

1.3 串联反馈晶体管电路

可控整流输出的电压经电容整形滤波后的电压仍然具有较大的纹波,波动很大,而且很容易受电网电压的影响,并且单纯控制晶闸管的导通角得到的输出电压呈明显的脉动和非线性。这就要求系统在可控整流电压输出端添加串联反馈调整电路,使输出电压达到设计要求。其稳压原理是调整元件的动态电阻,它是随输出电压的变化而自动变化的。当负载电阻变小使输出电压降低时,调整元件的动态电阻便会自动变小,从而使调整元间两端的压降降低,确保输出电压趋近原来的数值。串联反馈调整电路的框图如图3所示,包括调整管、取样电路、基准电压源和比较放大器等部分。输入电压经过调整元件调节后,变成稳定的输出电压,取样电路与基准电压相比较,并把比较后的误差信号送入放大器,增强反馈控制效果。采用串联反馈调整型稳压电路,输出电压范围不受调整元件本身耐压的限制,而且各项技术指标均可以做得很高。但是过载能力差,瞬时过载会使调整元件损坏,需要添加过载保护电路。

1.4 调整元件控制电路设计

在该电源系统中,采用大功率MOSFET作为调整元器件,与三相桥式移向控制一起组成输出电压控制环。

1.4.1 三相调压模块的控制

由于采用三相调压模块,所以只需对调压模块进行控制,即可完成整流输出功能。尽管三相模块中控制电压与晶闸管的导通角呈线性关系,如图2所示,晶闸管的输出电压与晶闸管导通角的变化却呈非线性关系;同时,为了保证电源功率输出调整管集-射级之间的电压差基本稳定,便于控制功耗,提高电源安全性,需要使电源功率调整管的输入电压基本呈线性变化。这里采用对控制电压进行非线性处理后,再输入到三相整流模块控制端的方法。控制输入电压经过二极管后作用到运算放大器,利用二极管的非线性特性与三相模块的非线性进行匹配,基本上可以使计算机输出的控制电压与晶闸管整流输出的电压呈现线性比例关系。电压输入/输出特性如图4所示,线路如图5所示。

1.4.2 功率MOSFET的控制

该电源选用功率MOSFET作为调整元件,为电压控制型器件,在驱动大电流时无需驱动级,具有高输入阻抗,工作频率宽,开关速度高以及优良的线性区。为了保证电源的可靠性与安全性,需要将强电控制部分与弱电控制部分进行隔离。在此采用光电耦合器完成地的隔离,具体过程如图6所示。

MOSFET的控制电压由计算机提供,经过F/V变换器、光电耦合器、V/F变换器变换后与取样电路取来的电压信号同时作用在比较放大器的输入端,通过与基准电压进行比较,比较放大器将输出相应的电压去控制MOSFET,以稳定输出电压。由于负载电流较大,因此MOSFET需采用并联连接方式,增加输出电流,确保在大电流情况下电源的正常工作。并联运用时,各管的参数尽量一致,可以在发射极串联均流电阻,利用负反馈减小电流分配的不均匀。电路如图7所示。

2 监控管理设计

2.1 电源保护电路

由于采用串联反馈型稳压电路作为电压控制环,因此在测功机发生短路或者过载时会有很大的电流流过调整管MOSFET,并且所有输入电压几乎都加在调整管的集-射级之间,很容易将其烧坏,因此添加保护电路是必需的。常用的过电流保护电路有限流型、截止型和减流型。这里采用晶体管截止型保护电路,其原理是当负载电流达到限流值,过电流保护电路使稳压电源进人截止状态,并不再恢复,使稳压电源与负载得到有效的保护。其优点是:这时的电源调整管功耗为零,最大缺点是:属冲击性负载时,容易误动作,使稳压电源进人过流保护

状态,且一旦进入过电流保护状态后,即使过电流状态解除,也不能自动复位。具体线路如图8所示,当电流超过额定负载时,采样电阻R4两端电压上升,使晶闸管SCR导通,晶体管NPN1导通,NPN2截止,这时MOSFET的栅级输入电压(即R3处的电压)被强制拉底,使MOSFET输出为零;同时,串联在过载保护线路中的光耦导通,使三相功率整流模块的控制信号输入端接地,串联反馈稳压线路的输入电压为零,起到保护元件的作用。

由于电网自身原因或者电源输入接线不可靠,电源有可能会运行在缺相的情况下,而且掉相运行不易被发现。当电源缺相运行时,整流桥上的电流会不平衡,容易造成损毁,因此必须加入缺相保护电路,以进行缺相保护。电路原理图如图9所示,当ABC三相有一相发生缺相时,其对应的电源指示灯熄灭,缺相指示灯亮起,并且通过光耦输出信号到继电器驱动,此时继电器吸合,将三相功率模块的控制输入与地短接,使可控整流输出为零,起到保护电源的作用。

2.3 过热保护

在电源处于长时间大电流工作状态或者工作环境比较恶劣时,电源的内部温度很高,会影响电源的可靠性。有资料表明,电子元器件温度每升高2 ℃,可靠性下降10%,这就意味着温度升高50 ℃时的工作寿命只有温度升高25 ℃时的1/6。因此,为了避免功率器件过热损坏,必须对电源的温度进行控制。通过控制MOSFET的管压降可以控制MOSFET上的功率,从而减少发热量,降低温度的升高。

在电路设计中增加一个光电耦合器反馈可以完成这个目的,当MOSFET两端管压降过高时,光耦导通,光耦输出信号反馈至三相调压模块的控制输入,使其输出的控制电压降低,从而降低MOSFET两端的管压降,在保证电源正常工作的前提下,使MOSFET的功率保持在额定范围以内。

当使用环境较为恶劣或者出现电路故障时,即使对MOSFET两端电压进行控制,MOSFET的管芯也可达到很高的温度,这就需要对MOSFET进行散热处理,并在MOSFET附近安装温度继电器;当温度高于温度继电器的额定值时,温度继电器导通,通过一个光耦将导通信号传递到三相功率模块的输入端,使其输入为零,从而使电源功率调整管的输入电压为零,起到保护调整元件的作用。当温度回到正常时,电路可自动恢复工作。

各种保护电路与主回路的关系如图10所示。

3 结 语

经连续负载试验,该设备各项指标均达到技术要求。经过不断的完善和改进,使其性能稳定,工作可靠。采用晶闸管三相桥式移相控制和功率MOSFET调整两个控制环联合控制,可以有效提高电源的稳定度,降低电源的纹波;采用三相隔离变压器接入电网,可以提高电源的安全性,降低对电网功率的要求;采用集成三相功率调压模块,减少了电路的复杂程度;通过添加各种保护电路,在设备出现不正常运转时,及时切断三相输入,保护元件不受到损坏。由于采用截止型保护电路,电源不能自动复位,所以在环境条件允许的情况下,可以采用开关型过电流保护,解决了限流型的高功率损耗,减流型的锁定效应和截止型的手动复位等问题。该电源主要用于需要大功率线性调压的场合,也可用作大功率高稳定度线性稳压电源使用。

参考文献

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[9]王翠珍,唐金元.可调直流稳压电源电路的设计.中国测试技术,2006,32(5):113-115.

篇6

关键词：电子束曝光机； 高压电源； 制版精度； 复合补偿

中图分类号：TN710-34； TM46 文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2011)24-0014-04

A Precision High-voltage Power Supply with Compound Regulation Mode

CHEN Zhen-sheng1, LIU Bo-qiang2, YIN Shu-xia1, QI Shuang1

(1. Shandong Kaiwen College of Science & Techlology, Jinan 250200, China;

2. Shangdong University, Jinan 250061, China)

Abstract： In order to ensure the high static accuracy and the high dynamic stability of high-voltage power supply used for elctron beam exposure apparatus, two schemes of compound regulation (in combination with direct regulation and indirect regulation) and compound compensation (in combination with centralized compensation and dispersed compensation) are adopted in the high-voltage powe supply. Some reasonable circuit design items and effective processing measures are used to guarantee the achievement of high stabiliy and the low ripple voltage. The testing of the performace indexes and the practical usage show that the power supply can satisfy the high precision requivements of the electron beam exposure apparatus. All of its performance indexes can reach or exceed the original design reqirements.

Keywords： elctron beam exposure apparatus; high-voltage power supply; plate making accuracy; compound compensation

由于电子束曝光机的高压电源波动对曝光机的束流大小、束斑直径及扫描尺寸都有直接影响，因而提高高压电源的稳定性和可靠性，降低高压电源的纹波，是保证电子束曝光图形高精度的必要措施［1］。为了满足新型电子束曝光机对高压电源高精度的要求，在电源系统的设计中，采用了直接调整和间接调整相结合的系统调整方案，还采用了集中补偿和分散补偿相结合的系统补偿方式，对关键技术采取了针对性的有效措施，研制出了输出电压高达30 kV的精密高压稳压电源。

1 主要设计特点

30 kV精密高压电源原理框图如1所示。主要设计特点体现在以下几个方面。

1.1 采用交流预稳与直流预稳

如图1所示，220 V工频电压经稳压变压器交流预稳压后再给高压电源系统各单元电路进行交流供电。稳压变压器的电压调整率小于等于1%，负载稳定度小于等于2%，它对甚低频、音频和高频干扰都有比较强的抑制作用。稳压变压器还有过载保护特性，当输出电流达到保护值时，输出电压急聚下降。稳压变压器的采用，对电源系统的稳定性、抗干扰性和可靠性起到重要的保证作用。

图1 30 kV精密高压电源原理框图本电源系统有5个前级稳压电源，分别为各相应单元电路提供直流电源。这些稳压电源必须有足够高的稳定性，才能保证高压输出高技术指标要求。其中，基准电压源和前置放大器K1的工作电源性能指标要求最高，电压调整率小于等于2×10-4,负载调整小于等于5×10-4,纹波电压有效值小于等于1 mV,温度系数小于等于5×10－5 ℃-1。

1.2 采用复合调整方案

复合调整方案指直接调整和间接调整相结合的电源系统调整方案。直接调整是在高压回路内进行的直接调整方式。它的调整闭合环路由图1中的取样分压器、比较放大器（K1，K2，K3）、补偿网络Ⅰ、倍压整流滤波器和调整管组成。直接调整具有调整速度快，动态稳定性好的优点，可在高环路增益和具有交流负反馈的情况下不自激，从而有利于实现高静态精度的要求［2］。间接调整是调整器件设置在低压侧的调整方式，调整闭合环路由取样分压器、比较放大器、补偿网络Ⅱ、跟随器、5 kHz振荡器和倍压整流滤波电路等组成。间接调整通过调整5 kHz正弦振荡器的输出幅度，进而使倍压整流滤波器的输出电压得到前级预稳，使直接调整环路中调整管有一个尽可能低的管压降设计值。这样既能改善系统性能，又能延长调整管的使用寿命。间接调整环路是一个大闭环系统，为防止自激，保证系统的稳定性，间接调整环路增益应适当低。

1.3 采用复合补偿电路方案

复合补偿是指集中补偿和分散补偿相结合的电路结构，其目的是为了解决因直接调整环路的高增益设计而带来的动态稳定问题。集中补偿是通过将放大器K2设计为PID放大器而实现的，电路见图2所示。为了减小各参数之间的影响，使C2C1,R1R2,PID放大器的传输函数为［3］：G1(s)≈(T1s+1)(T2s+1)T0s

(1)式中:T1，T2为微分时间常数， T1＝C1R1 ，T2＝C2R2；T0为积分时间常数，T0＝C1R0。

图2 PID放大器原理图分散补偿是指在比较放大器的输出端（K2的输出端）分别对两调整环路设置两个电路结构相同，但参数不同的补偿网络，其电路如图3所示。网络的传输函数为:G2 (s)≈T1′s + 1T2′s + 1

(2)式中:T1′为微分时间常数，T1′＝R2C ；T2′为积分时间常数，T2′＝（R1+R2）C。

1.4 逆变器选用5 kHz正弦振荡器

通常，高压电源均采用高效率的饱和式逆变器，但它不适合高精度高压稳压电源，原因是输出波形中有大的尖峰脉冲，会使高压输出呈现出很大的纹波电压［4］ 。为此，采用5 kHz正弦振荡器，将700 V直流电压变换为振幅高达320 V的5 kHz正弦电压。正弦电压再经升压变压器升压、倍压整流滤波器后，可获得33 kV的高电压。由于正弦振荡器输出不存在尖峰脉冲，这就有效地降低了高压输出中的纹波电压。

图3 分散补偿网络结构1.5 采用交流平衡器

为了抑制高压电源输出工频纹波，采用了交流平衡器，它可输出幅度和相位均可调的工频电压。该电压经比较放大器放大后，传递到电源输出端，可有效地抑制抵消输出端的工频纹流电压。

1.6 采用双通道放大器作为比较放大器

直流通道由K1，K2构成，交流通道由K3，K2构成。采用双通道放大器可兼顾直流增益和交流增益的不同要求，使电源系统既有高的静态精度和好的动态稳定性，又能有效地降低输出纹波电压。

2 提高稳定度的措施

稳压电源的精密度和稳定性主要取决于基准电压的精度、比较放大器的增益高低及其稳定性、取样分压比的稳定性［5］。为此，采取了以下针对性措施。

2.1 比较放大器的增益核定

由于电源系统采取前级交流预稳和直流预稳，并且比较放大器前置级和基准电压源都置于电磁屏蔽恒温槽内，再加上采样电阻采用绝缘油冷脚，因此输出电压受输入工频电压和温度的影响可以忽略。这样放大器的增益仅由电源的负载效应核算即可。根据直接调整环路Ⅰ，可得图4所示的信号流图。

图4 调整环路Ⅰ信号流图图中：Rd为调整管内阻；Ri为整流滤波器内阻；ΔUo为输出电压变化量；μ为调整管放大系数；n为取样分压比；K为比较放大器增益绝对值；P为补偿网络的衰减系数；ΔUg为调整管栅阴电压变化量；ΔIh为负载电流变化量；ΔId为整流电路输出电流变化量；图4中，μKnPμ1，RiRd。由图4可推出：K≈Ri|ΔIh|μnPUo|ΔUo|/Uo

(3) 设计要求在|ΔIh|=100 μA时， |ΔUoUo|≤2×10－5,K应满足下式：K≥Ri|ΔIh|2×10－5μnP|Uo|

(4) 由式（4）计算出输出电压为20 kV的K值应满足K≥3×105。为留有余量，K的设计值为6×105。

2.2 比较放大器前置级设计

对多级直流放大器来说，零点漂移、噪声系数、增益稳定性等重要技术指标主要由前置级决定，并且前置级增益越高，其决定作用就越强［6-7］。因此前置级放大器的精密度对比较放大器的精度起决定作用。前置放大器电路如图5所示。电路中运算放大器选用目前精密极高的斩波稳零集成运放ICL7650［8］,其失调电压温漂小于等于0.01 μV/℃,输入失调电流大于等于0.5 pA，开环增益大于等于5×106,共模抑制比小于等于1×106。电路所用电阻均用精度为0.01%的Rx700.5 W型高精密电阻。前置级增益设定值应尽可能高，设定值为2×104。把前置级电路置于电磁屏蔽恒温槽内，以减小增益温漂和电磁干扰。

2.3 采用精密电压基准源

采用REF102型高精度电压基准源，其输出电压10 V，温漂小于等于2.5 PPM/℃,长时间稳定为10 PPM/100 h，在0.1～10 kHz频段内，噪声电压小于等于6 μV［9］。对REF102的电路进行严格的低温漂、低噪声设计，并将整个电压基准电路设置在电磁屏蔽恒温槽内，进一步减小基准电压的温漂和电磁干扰［10］。

2.4 保证取样分压比的稳定性

取样分压器的高压臂电阻全部选用4 MΩ，2 W的Rx70型精密电阻，并将其全部镶入密封的有机玻璃圆筒内，再把圆筒放入绝缘油箱内。低压臂电阻选用0.5 W的Rx70型精密电阻。低压臂电阻全部放入电磁屏蔽恒温槽内。分压器高压端电阻的电晕放电将严重影响分压比的稳定性和可靠性。为防止分压器电晕放电发生，在分压器的高压端装有直径为400 mm,表面光洁度在7以上的椭圆球，使高压端的最大场强小于2.6 kV/cm。这一措施，切实有效地消除了电晕放电发生，保证了分压比的稳定性。

3 技术指标测试与测试结果

测试电路如图6所示。图中负载电阻RL的电流用来模拟电子束曝光机电子枪的束流。调整RL可调节高压电源负载电流。μA表用来检测电源负载电流；自耦变压器用来调整设定高压电源工频输入电压。

图6 性能指标测试电路3.1 技术指标测试

（1） 纹波电压测试

电源输入电压Ei维持220 V不变,在额定负载电流100 μA情况下，高压输出经过0.035 μF，35 kV的高压电容隔直后，其交流分量耦合到10 MΩ电阻上，用LM400型示波器测量其上的纹波电压。

纹波的主要成份为5 kHz分量，其次是50 Hz分量。考虑高压电容的容抗以及示波器的输入阻抗，根据上述情况可由测得的4 MΩ上的纹波电压换算出输出纹波系数。

（2） 电压调整率的测量

维持额定负载电流100 μA不变，输入工频电压Ei改变±10%。输出高压经分压器分压得一低值电压。用7位半数字电压表HD3455A测量这一低值电压。由此可换算出电压调整率。

（3） 负载调整率的测量

维持输入的工频电源电压Ei为220 V不变，改变负载电流100 μA,用数字电压表测量分压器的输出电压，由此换算出负载调整率。

（4） 长期稳定度的测量

维持工频输入电压不变和额定负载电流不变。用数字电压表HD3455A连续测量9 h，由此测算出长时间稳定度。

3.2 测得技术指标

输出电压：20 kV,25 kV,30 kV。

输出电流：额定值100 μA,最大值300 μA。

电压调整率(～220 V＋10%)：

20 kV :≤3.5×106；

25 kV :≤2×106；

30 kV :≤3×106。

负载调整率（负载电流变化100 μA）:

20 kV :≤2×106；

25 kV :≤4×106；

30 kV :≤3×106。

纹波系数（负载电流为100 μA）:

P-P/Uo≤5×10－6

长期稳定度（负载电流为100 μA）:

≤2.5×105／h；

≤4×105／4h。

3.3 高压电源的实际应用

高压电源给电子束曝光机电子枪提供加速电压。高压输出的正级与电子枪阳极相接、负极与电子枪阴极相接。投入实际应用1年多以来，性能稳定，效果良好，提高了电子束曝光机的制版精度。对于4 mm×4 mm的扫描场，因高压电源波动引起的扫描场波动仅有0.01 μm，精度可达0.3×105。由于加速电压的长期稳定性好，大大提高了电子束曝光机长时间工作时的制版合格率。

4 结 语

本文提出了既采用直接调整与间接调整相结合，又采用集中补偿与分散补偿相结合，使实现高压稳压电源系统既有高静态精度，又有高动态稳定性的切实有效的设计方案。对前置级放大器、基准电压源和取样分压器的高精度设计是提高高压电源精密度的关键措施。采用交流平衡器、交流负反馈和交直流前级预稳，是实现低纹波输出的强有力措施。

参 考 文 献

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作者简介: 陈振生 男，1946年出生，山东东平人，教授。从事电子技术应用及精密高压电源的研究工作。

刘伯强 男，1956年出生，山东枣庄人，博士研究生，教授。从事电工电子技术及计算机控制技术的研究工作。

篇7

关键词：直流稳压；双向流动彩灯控制器；时钟脉冲；循环显示；Multisim 电路板

中图分类号：TM923

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）23-0046-02

1　工作原理

本文主要介绍彩灯循环控制电路的设计组成及工作原理。

电路中的220V电压通过以小型交流变压器转为12V的交流电压，再经过直流稳压电源电路为整个系统提供直流5V电压。

由以555为核心的时钟发生器电路产生的时钟脉冲送入计数器，随着时钟脉冲的不断输入，计数器的各输出端的信号通过反馈到芯片的同步置数端，从而开始从0000到0111四位二进制加计数，形成时序控制信号。

时序控制信号经驱动电路送入发光二极管，从而控制相应彩灯被依次点亮（熄灭），实现循环。

此外，我运用Multisim仿真软件，对该实验项目完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

2　设计要求

控制五路彩灯，每路以100W、220V的白炽灯为负载或以霓虹灯为负载，也可以用发光二极管为负载，要求彩灯双向流动点亮，其闪烁频率在1～10Hz内连续可调。

3　设计方案的选择

方案采用555定时器连接成多谐振荡器，产生频率在1～10Hz内连续可调的时钟信号，将时钟信号输出，通过计数器接受。然后，经过八进制加法计数器的循环计数实现双向流动功能。最后，通过译码器译码，选择某一彩灯进行亮灯。

4　硬件电路的设计

4.1　单元电路的设计

实验电路由直流稳压电源电路、时钟发生器电路、彩灯点亮方向控制电路等部分组成。

4.1.1　直流稳压电源电路。市电220V首先通过交流电源变压器降压为12V交流电，通过单项桥式整流电路形成脉动直流电压，再通过单项桥式整流电容滤波形成平滑的直流电压，最后通过稳压电路给负载提供稳定电压。

4.1.2　时钟发生器电路。时钟发生器电路，即为555定时器构成的多谐振荡器电路，最核心的组成部分就是555定时器。

主要参数计算：

T＝（R1+2R2+R3）Cln2≈0.7（R1+2R2+R3）C

这样，通过控制电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号，然后，通过调节滑动变阻器使多谐振荡器产生的时钟信号频率在1～10Hz内连续可调。

实验中由于元器件的限制，我们选择C＝3.3uF，R2＝18千欧，R1＝7.3千欧，滑动变阻器R3＝500千欧，由实验要求得知频率为1～10Hz，经计算得滑动变阻器的使用范围为0～390千欧。

4.1.3　循序脉冲发生电路。本部分电路的核心器件为74LS160。74LS160是一个BCD码的计数器。74LS160具有同步置数端与异步置数端，它受时钟脉冲控制，当下一个计数脉冲的有效到来时，才能实现置数。循环脉冲发生电路即利用74LS160制作八进制加法计数器。计数器从0000～0111正常运行，到0111时，计数状态经四输入与非门反馈到同步置数端，此时同步置数端为低电平有效信号，当下一个有效脉冲来的时候，进行同步置数使其变为0000，再从0000依次递加，实现八进制循环计数。此电路的反馈部分还用到了四输入与非门74LS20。

4.1.4　彩灯点亮方向控制器电路。由循序脉冲发生电路产生从0000到0111的信号进入译码器74LS138D，产生相应的彩灯控制信号，设定0000间接控制彩灯1，使0001和0111间接控制彩灯2，使0010和0110间接控制彩灯3，使0011和0101间接控制彩灯4，使0100间接控制彩灯5。循序脉冲输出信号与彩灯点亮顺序如下表所示：

控制

信号 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111

彩灯

序号 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED4 LED3 LED2

控制信号从0000到0111不断循环，又因为74LS138D输出端为低电平有效信号，故在控制LED2、LED3、LED4的两种不同的信号由或非门74LS03D后，再接一级非门74LS04D，由此实现五路彩灯双向流动功能。

5　实验仿真及运行

图1　制作成品图

篇8

作者简介：王凤英（1977-），女，内蒙古丰镇市，硕士，副教授，主要从事FPGA应用和图像处理方面的研究

摘要：模拟电子技术课程是电子技术基础的一个部分，是一门技术性和实践性很强的主干课程。综合项目式教学方法的特点和模拟电子技术课程的特点，将项目教学法应用到“模拟电子技术”教学中，让学生参与教学，自己动手实践，使学生由被动学习改为主动学习，提高学生的学习积极性。本文阐述了模拟电子技术课程项目教学的必要性，详细说明了任务设计基本思路、项目设计注意事项及具体项目任务，指出了项目教学中存在问题，并给出存在问题的解决方案。

关键词：模拟电子技术 项目教学 任务设计

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

0引言

模拟电子技术课程是电子技术基础的一个部分，是自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器、电子信息、通信工程等专业的学科基础必修课，是一门技术性和实践性很强的主干课程。该课程知识点多、散、碎，概念抽象、原理难懂，很多学生感到入门很难，被同学们称为“魔电”。模拟电子技术实验教学绝大部分停留在简单的验证性实验上，学生只是机械上、被动地按照教师讲解的步骤和方法插线，测量一些参数，完成实验内容。学生体会不到模拟电子技术实验的精髓，不能与实际结合，完全达不到实验教学的目的。通过何种方式重新整合理论和实践，真正提高学生的素质， 尽可能缩短学生与企业的距离是摆在每个教师面前的重要课题。

1 模拟电子技术课程项目教学的必要性

项目式教学是国内外专家近年倡导的一种教学方法，是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。老师根据课程特点设计项目，分解任务，通过任务驱动来完成学习目标。项目教学适用于各类实践性和应用性较强的课程，使学生明确学习目标，积极主动地完成学习任务。项目教学是一种建立在建构主义理论基础上的教学方法，引导学生从直接感知、项目制作、任务归纳中学习知识，之后，再将所学知识转化成为实践应用，自主地用知识去实践或创新实践， 从而提高学生动手能力，培养学生自主学习与分析问题解决问题的能力。【1，2】

模拟电子技术是一门实践性很强的基础课，可将课程内容按照器件划分，实现模块化教学。学生们不但学会基本的理论和基本分析方法，而且还要掌握各种元件识别、检测、选用的方法，以及利用自己所学到的知识设计并制作简单的电路。

综合项目式教学方法的特点、模拟电子技术课程的特点和社会对电子类人才的需求，将项目式教学方法应用到模拟电子技术课程中，不仅能够解决传统模式下教学中的弊端，更重要的是学生参与教学，自己动手实践，这样能够培养学生的动手能力、独立获取信息和自主建构知识的能力。

2模拟电子技术课程项目教学任务设计

2.1 课程核心知识

模拟电子技术是电类专业的专业基础课。模拟电子技术课程在理论知识上由半导体二极管及其应用电路、半导体三极管及其放大电路、场效应管及其放大电路、运算放大器及其应用电路、负反馈放大器、功率放大电路、信号处理与信号产生电路和稳压电源组成。

2.2 项目设计

教学设计的基本思路是由典型的电子电路的设计、制作规律设计教学项目明确教学目标接受工作任务按实际电路设置不同模块进行电路分析和相关知识的应用学会电子电路分析、设计和制作技能型人才。

在设计项目时， 需要注意以下几个问题： [2]

1） 在选择项目时候，不能贪大求全，从学生的专业特点出发，选择与专业相关的课题，提高学生的学习兴趣。

2） 在项目任务安排时，根据模拟电子技术课程课时要求以及可操作性等，分解任务，任务一般不宜过大、过难， 考虑各个任务时，应将知识的难点和重点分散开。这样，学生能够按时把每个任务完成，频繁地获得成就感，保持学习兴趣的持续性。

3） 设定项目任务目标时， 一定要有明确每个任务要做到什么程度， 学生在此过程中应掌握哪些相关知识方法，实现哪些技能素质都应明确。只有这样， 学生在完成任务的过程中， 明确学习目标， 带着问题去主动学习各个知识点， 并将零散的知识点有机地串联起来， 形成一个系统的理论。

4）在任务实施过程中， 应有效地安排理论的讲解。教师课题制作一些实验PPT，比如常用的实验仪器使用及注意事项、技能操作等。这样，学生在遇到相关问题时候可以查阅PPT自行解决。另外，教师应适时安排对知识的讲解和技能操作的演示，这样才能让学生真正在“做中学，学中做 ”。

按照项目教学法的特点，该课程的主要项目任务及能力要求如表1所示【3】：

表1 主要项目任务及能力要求

序号 项目名称 工作任务 能力要求与素质

1 直流稳压电源的设计制作与调试 1. 制作二极管整流、滤波电路

2. 制作并联型稳压电源

3. 设计并制作稳压电源 （1） 会查阅电子元器件手册，熟悉元器件的识别检测方法；

（2） 会检测使用普通二极管、稳压管及发光二极管；

（3） 会进行电路分析以及参数估算，会根据要求制作整流电路、滤波电路和稳压电路；

（4） 熟悉常用工具、仪表的使用，能使用仪器、仪表对直流稳压电源进行调试；

（5） 能正确测量直流稳压电源的性能指标；

（6） 会撰写谁家总结报告；

（7） 工作细致，善于观察问题，处理问题，沉着冷静、安全操作。

2 函数信号发生器的设计与制作 1. 设计并制作正弦波振荡电路

2. 设计并制作方波发生电路

3. 调试、测量函数信号发生器的输出波形 （1） 会根据工作任务查阅有关文献资料；

（2） 会设计制作集成运放的线性和非线性电路；

（3） 会根据要求制作函数信号发生电路；

（4） 会进行电路分析以及参数估算，会使用示波器等分析、调试信号发生器的输出波形、性能指标并加以改进；

（5） 熟悉常用工具、仪表的使用，能使用仪器、仪表对电路进行调试与排故；

（6） 会撰写谁家总结报告；

（7） 工作细致，善于观察问题，处理问题，沉着冷静、安全操作。

3结束语

目前，项目教学的重要性已被较充分的认识。项目教学法在“模拟电子技术”教学中的应用，使得学生主动参与教学，独立思考问题，将使学生由被动学习改为主动学习，锻炼和培养了学生的交流，沟通与协作能力，掌握了分析问题、解决问题的方法，同时有利于学生加深理解和掌握课程的理论知识，激发了学生的学习兴趣。但在项目教学实践中还存在一些需要进一步解决的问题。比如项目教学教材缺乏、课堂组织难、管理难、考核难等问题，值得大家深究。

参考文献：

[1]吴小玲.项目式教学方法在电子技术教学中的应用[J].中国科教创新导刊， 2010（17）：199-200

篇9

进入大学第一学期，通过同学的介绍我初次接触了机器猫控制这个项目，看着同学制作好的机器猫成品，我非常羡慕，于是在短学期选课时选了大一下的机器猫控制。作为焊接技术的应用，机器猫控制这个项目主要涉及焊接和贴片两项主要技术，并在PCB板制作完毕后将其装入机器猫进行调试，调试应该达到能够对机器猫的移动进行声控或者光控的效果。具体来说，在启动机器猫控制开关后，机器猫向前移动，人在附近拍手可以使机器猫静止，当再次拍手时，机器猫又运动。第一节课老师简单介绍了机器猫控制的原理并且发给我们所需要的电子器件，第二节课去实验室进行了贴片，由于贴片的器件比较小，所以操作都是在放大镜下进行的，贴片没有什么技巧和难度，只要足够细心和耐心，按照桌上图纸上标注的位置一个一个将器件用镊子放上就行了。第三节课我们就直接进入实验室动手焊接了，对于之前从来没有接触过焊接的我来说，刚进入实验室脑袋一片空白，完全不知道什么是焊接，怎么焊接，甚至都搞不清楚焊锡和电烙铁，幸好周围的学长都是比较有经验的，我去认真观察了他们如何焊接，然后回到自己的位置依样画葫芦做好了第一步，虽然焊的不太美观，但至少了解了焊接的基本操作和操作要领，也算收获颇丰。PCB板处理完毕后，最后一步，将PCB板装入机器猫进行调试，顺利通过。

大一下学期，电子信息实验教学中心还在周四晚上开设的数码照片修饰和影视制作这门课，当时觉得照片修饰和视频处理这两项技术是应用很广的基本技能，所以想学一下，不过当时选课人数太多，我没能选上，但是后来去找了教这门课的宋瑶君老师，说明我的想法，刚好后来有人放弃了这门课，于是我有幸参加了这门课的学习。这门课历时8周，主要教授Photoshop和会声会影两个软件的应用。同样是以前从来没有接触过，Photoshop软件相对比较复杂，工具较多，虽然老师讲的很好，我上课也很认真的听讲和练习，但是学起来始终很吃力，所以Photoshop我也只是学了点皮毛。这里主要谈一下学习会声会影的感受，对会声会影软件印象比较深，主要来源于在上完这么课之后两次应用会声会影软件处理视频的经历。一次是帮同学处理二专课要求拍摄的一个英语短剧，由于是初次应用，所以用起来还是比较生疏，那次视频从中午一直处理到晚上断电，不过最终同学的视频还在二专课上获得了第一名，虽然只是做了少部分后期处理工作，但是当时心里还是很欣慰。另一次是处理我们自己二专课上的视频，那次老师要求每个小组做一个以环保为主题的presentation，我们决定用拍摄视频的方式来展示，有过一次视频处理经验我信誓旦旦的包揽了视频的后期处理工作，拍摄完大量视频后，我们聚在一起讨论后期处理，这次再用会声会影我明显感觉得心应手了，很快的按照我们想要达到的效果处理完了视频，后来展示的时候我们的presentation获得了一致好评。

电子信息创新基地开设的创新课程是一系列具有连贯性的项目，在大一下学到这么多实用技术之后，我决定坚持下去，继续参加创新基地的创新实验，大一下的时候我选择创新实验还怀有获得创新学分的目的，但是到大二上，创新学分已经修完，我选择创新基地的项目已经是完全出于自己的兴趣了，而并不在乎创新学分的多少了。

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【关键词】保护电路;移相;振荡电路;比例积分电路

TC787是参照国外最新集成移相触发集成电路而设计的单片专用集成电路。它可 单电源工作，亦可双电源工作，适用于三相晶闸管移相触发，它是目前国内外市场上广泛使用的TCA785及KJ（或KC）系列移相触发集成电路的换代产品，与TCA785及KJ（或KC）系列移相触发集成电路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外接元件少等优点。只需要一块这样的集成电路，就可以完成三块TCA785与一块KJ041、一块KJ042或五块KJ（三块KJ004、一块KJ042、一块KJ041、或KC）系列器件组合才能具有的三相移相功能。因此TC787可广泛应用于三相全控、三相半控、三相过零等电力电子、机电一体化产品的移相触发系统，从而取代TCA785、KJ009、KJ004、KJ041、KJ042等同类电路，可提高触发板的可靠性、缩小体积和降低成本。

一、TC787芯片技术指标

技术指标：

1.同步信号要求三个分立电源变压器采样输入，以便在缺相时能正确判断。

2.同步滤波网络可消除同步信号的干扰，有30度相移调节，能对三相同步均衡进行微调，使控制板与系统有良好配合。

3.触发电路采用TC787DS，电路设计集中式恒流源，三相锯齿波线性好，一致性好。

4.电路对同步信号的正反序有识别能力，并改变相应的补脉冲。在缺相时电路禁止脉冲输出。

5.电路有软起功能，加电和复位电路都将软起动。

6.设计有比例积分电路，输入输出从板上引出，可以手动开环控制，也可以闭环自动控制。

7.有过流或过压的锁定保护控制，域值可调，故障排除后有复位键复位。

8.缺相、过压和禁止输出有发光二极管指示。

9.输出为双调制脉冲列，适配脉冲变压器触发，宽度可调。

10.板上有整流稳压电路，用户只需外接双16-18V的电源即可工作;15V的双路稳压电源和+24V电源从板上引出。

二、TC787芯片结构框图

（一）基本构成

图1 TC787结构框图

（二）电路原理

三相同步电压经整形进入电路，同步电压的零点设计为1/2电源电压（电路输入端同步电压峰值不宜大于电源电压），通过过零检测和极性判别电路后，在Ca、Cb、Cc三个电容上积分形成锯齿波。由于采用集中式恒流源，相对误差小，锯齿波有良好的线性;要求电容选取应相对误差小，容值大小决定锯齿波幅度（TC787DS的积分电容约为0.033μ）。移相电压由4脚通过电位器或外电路产生，和锯齿波在比较器中比较取得交相点，抗干扰电路保证交相唯一和稳定。

脉冲形成电路是由脉冲发生器对输出脉冲进行调制，调制脉冲的宽度可通过改变Cx电窬的值来确定，Cx大则宽。（Cx的值为0.01μ）

三相同步的过零脉冲通过缺相检测电路和相序检测电路对相序和缺相进行判别，相序判别后对脉冲分配电路进行不同的控制;而如有缺相产生，电路5脚（为一双向口）将输出高电平，同时禁止输出脉冲。同时5脚为保护端，5脚置高电平时，输出脉冲即被禁止。

脉冲分配及驱动电路根据电路内部相序判别的结果和6脚控制脉冲分配的输出方式，正序时6脚接低电平，输出为半控方式，12、11、10、9、8、7分别输出A、-C、B、-A、C、-B的单调制脉冲，6脚接高电平，输出为全控方式，12、11、10、9、8、7分别输出A-C、-CB、B-A、-AC、C-B、-BA的双调制脉冲;反序时6脚接低电平，输出为半控方式，12、11、10、9、8、7分别输出A、-B、C、-A、B、-C的单调制脉冲，6脚接高电平，输出为全控方式，12、11、10、9、8、7分别输出A-B、-BC、C-A、-AB、B-C、-CA的双调制脉冲。输出端可驱动功率管，经脉冲变压器触发可控硅。

三、管脚图和管脚功能表

图2 787管脚图

图3 TC787管脚功能图

图4 三相同步变压器采样输入电路

四、TC787触发板的电路设计

（一）三相同步变压器采样输入电路

三相同步信号从三个分立变压器上采样，输入板上A，B，C和地线，经RC移相滤波，调整WA、WB、WC三只电位器可产生0-30的滞后相移，微调各同步电压相位，以保证同步的均衡性（见图4）。

（二）移相电路

同步电压整形后输入电路TC787DS的18、2、1脚，在电路16、15、14脚上的Ca、Cb、Cc上形成锯齿波，并与电路4脚上的移相电压进行比较确定导通角。移相电压通过运放转换极性输入电路4脚，W2用于调整电压转折点，W1用于调整运放增益（板子测试时巳调好），运放输出设计有负电压限幅电路以保证电路的工作区间。输入端IN由板上引出，通过外接正电压的电位器调整移相电压。可从此端进行手动控制，移相电压增加，输出导通角增大。

图5 移相电路

（三）比例积分放大电路

比例积分放大器有2个输入端，分别从板上I1和I2引出。I1为给定输入端，输入电压为负电压0-8V;I2为反馈电压输入端，输入电压为正电压0-8V。O1为放大器的输出端。在闭环控制使用时，将O1与IN端连接，反馈输入端I2根据要求采电压样输入和I1的给定电压进行比较，以达到稳压或稳流的目的。

图6 比例积分放大电路

（四）功放放大电路

功放电路通过中功率晶体三极管C2073进行放大，使得后续高低压隔离电路不需要再进行放大，电路更加简单化。

图7 功放放大电路

（五）电源电路

电源电路是实训设备上的电源，用分立元件组成的最基本的并联稳压电源，虽然适应性较广，但其输出电流小只有稳压管工作电流的二分之一，并且采用降压电阻降压，降压电阻压降高、功耗大。本电路采用三端集成稳压器。集成稳压器又叫集成稳压电路，将不稳定的直流电压转换成稳定的直流（下转第155页）（上接第153页）电压的集成电路，近年来，集成稳压电源已得到广泛应用，其中小功率的稳压电源以三端式串联型稳压器应用最为普遍。其具有输出电流大，输出电压高， 体积小，可靠性高等优点。

图8 电源电路

五、调试

本电路还设计有电压超限锁定保护电路，可以用采样电压从板上PE端输入，W3为门限调节电位器，调节范围0-10V，当外电压采样值超过设定值时，电路将禁止TC787DS的输出脉冲。板上的轻触开关为复位键，同时由0C引出，与地相触则可复位。

同时板上PI端为禁止脉冲输出控制，高电平禁止。在缺相、锁定保护和禁止输出时，板上发光二极管亮。

电路板加电和复位时，输出脉冲将从最小导通角移向给定导通角，进行软起动。

正序时触发脉冲输出由板上A，-C，B，-A，C，-B端分别输出。按正序接好线，外电反序时电路能自动识别。输出脉冲宽度的调节由电路13脚的Cx调节，Cx大则调制脉冲宽。+24V从+V脚引出提供脉冲变压器电源。

双～18脚为电源输入端，中间抽头接地。

1.手动移相控制电压：0-8V;闭环移相控制电压0-8V。

2.移相范围：0-180。

3.触发脉冲形式：调制脉冲5-10K。

4.输出级负载电流<800mA。

5.输入交流电源：双～16-18V。

6.波形图（图9）。

图9

六、总结

直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在 电气传动中获得了广泛应用。在调试过程中，故障是不可避免的，产生故障的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的上多种原因相互作用引起的复杂故障，因此需要掌握故障的一般诊断方法，故障诊断过程就是以故障现象出发，通过反复测试，做出分析判断，逐步找出故障的过程。要通过对原理图的分析，把系统分成不同功能的电路模块，通过逐一测量找出故障模块，然后再对故障模块内部加以测量找出故障，查找故障，分析故障和排除故障，这样可以提高分析问题和解决问题的能力。

参考文献

[1]粟书贤.晶闸管变流技术试验[M].机械工业出版社，1993.

[2]陈道炼.DC-AC逆变技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2003.11.

[3]林渭勋.电力电子技术基础[M].机械工业出版社，1990.

[4]郑忠杰.电力电子变流技术[M].北京：机械工业出版社，1999.10.