導語：如何才能寫好一篇穩壓電源的設計與制作，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

設計并制作開關穩壓電源。

要求：在電阻負載條件下，①輸出電壓Uo可調范圍：30V～36V；②最大輸出電流LOmax：2A；③U2從15V變到21V時，電壓調整率SU≤0.2%（Io=2A）；④Io從0變到2A時，負載調整率S1≤0.5%（U2=18V）；⑤輸出噪聲紋波電壓峰—峰值UOPP≤1V（U2=18V，Uo=36V，Io=2A）；⑥DC—DC變換器的效率%`≥85%（U2=18V，Uo=36V，Io=2A）；⑦具有過流保護功能，動作電流Io（th）=2.5？.2A，排除過流故障后，電源能自動恢復為正常狀態；⑧能對輸出電壓進行鍵盤設定和步進調整，步進值1V，同時具有輸出電壓、電流的測量和數字顯示功能；⑨變換器（含控制電路）只能由UIN端口供電，不得另加輔助電源。

總體分析

首先我們需要確定出系統方案。輸出電壓Uo可調范圍30～36V，而隔離變壓器副邊輸出為15～21V，整流濾波后最大約27V，小于30V，顯然在整個電壓范圍內都需要升壓輸出。

其次，要求變換器整體效率大于85%，對小功率電源來說，這個要求已經比較高了，可以計算，在72W的額定功率、85%的效率下，變換器的損耗不能超過12.7W，要達到此項要求，就必須使用盡量少的器件，不論是功率主電路，還是控制測量電路，都應該使其盡量簡單。

器件選擇

（1）輸入電感和輸出濾波電容的選取。首先計算升壓電感的大小。整流輸出電壓的大小為19～27V，輸出電壓范圍為30—36V，由臨界電流公式Iob=Uo/2Lf8lD（1—D）（2），當D=1/3時，臨界電流有最大值1obm=2Uo/27Lfs，要使電感電流連續，則最小負載電流（題目要求可空載，這里取0.1A）應大于Iobm，由此解得

L≥2Uo/27fsIobm=2*36/27*30*0.1

=1.33mH，取L=2mH。

（2）開關管的選取。開關管Q關斷時承受的正向電壓為36V，考慮一定的尖峰余地，IRF3205的正向擊穿電壓為55v，導通電阻僅為8m%R，所以不會擊穿同時導通損耗也很小。輸出整流二極管選取導通電阻小的肖特基二極管MBR20100，其導通壓降為0.7V，反向擊穿電壓為100V。MOSFET的驅動選專用驅動芯片IR2110.

（3）其它元件的選取。測量控制電路的損耗跟元件的工作電壓有關，信號放大用的運放選低電源電壓、Rail—To—Rail型運放INA132和OPA350，可降低功耗。

單片機的功耗與CPU時鐘頻率有關，降低單片機時鐘頻率也可使損耗減小，此設計中凌陽單片機的CPU時鐘為24.576MHz。

制作

第一個問題是整流橋（耐流能力為10A）總是被燒毀。濾波電容越大、二極管的導通角0越小，流過二極管的電流峰值就越大。其值很容易大于10A。后來我們在整流橋后面串入電感L1，因為電感有一定續流作用而使二極管導通角變大，從而減小電流峰值以保護整流橋，改進后整流橋不再燒毀。但是開機時保險管（額定電流10A）常被熔斷，分析發現，開機時整流橋后的濾波電容呈瞬時短路狀態，所以開機存在較大沖擊電流，所以我們在整流橋前串聯NTC、問題也得到解決。其原理是，開機時NTC溫度較低而呈現很大電阻，所以開機電流不會很大，隨著電路接通，NTC發熱而呈現很小電阻，所以正常工作時NTC上電壓降很小，不會影響電路正常工作。（見圖1）

遇到的第二個問題就是電壓調節慢和穩壓不好，剛開始我們以為是軟件調節器的問題，檢查很久后發現是測量電壓不準造成的。負載兩端電壓正比于節點1與2之間電壓，我們剛開始直接測量節點2與地之間電壓，表面上看來0.1%R的采樣電阻影響不大，但電路中流過的電流為2A時，電流采樣電阻上的壓降為0.2V，誤差約為0.5%，可見誤差并不小。另一方面，若用此種采樣方案，會因電路中電流的不同，造成的測量誤差也不同，隨電壓變化誤差呈現一定的非線性，這會給電壓調節帶來麻煩。所以，我們后來改用差分的方式采集電壓，也就是使用差分運放在節點1和節點2之間采樣，這樣可大大減小誤差，改進后取得了很好的效果。測量電路的各個環節都應準確可靠，采樣電阻也應盡量準確穩定。類似，若在AD轉換的入端需要對待測電壓或電流信號濾波，則濾波電容不宜過大，否則會影響響應時間而造成測量滯后，自然會使調節不準確。這些問題雖然簡單卻影響很大，若能快速準確的測量，單片機的調節將順利得多。

篇2

關鍵詞：電子負載；恒流控制；負載調整率

1 概述

電子負載具有體積小，調節方便，工作方式靈活，性能穩定，精度高等優點，被廣泛應用于電源類產品和各類電子元器件的試驗、測試、檢定和老化環節。該方案基于盛群AD型單片機，設計了一種智能電子負載，與其他同類設計相比，具有直流穩壓電源負載調整率自動測試功能。

系統原理整個智能電子負載系統由單片機、恒流控制電路、功率負載器件、電壓電流檢測電路、過壓保護、供電電源等構成，系統原理框圖如圖1所示。

電子負載工作在定電流模式時，被測直流穩壓電源輸出的電流不變（以被測電源能提供相應電流為前提）。測試直流穩壓電源負載調整率時，連接好測試電路，按鍵選定電源負載調整率測試功能，輸入被測電源的額定電流、電壓值，即可自動測試被測電源的負載調整率。

2 硬件電路設計

設計恒流電路使流過功率負載器件的電流值與數/模轉換器的輸出電壓成線性關系。單片機控制數/模轉換器輸出電壓，使恒流控制電路控制功率負載器件流過所需電流。電壓電流檢測電路把被測電源的輸出電壓和電流線性地轉化成適合盛群單片機內部集成12位模/數轉換器測量的量程，單片機切換多通道模/數轉換器測量電壓和電流檢測電路的輸出電壓，完成測量被測電源輸出電壓和電流的功能。恒流及電壓電流檢測電路如圖2 所示，其中Q1 是功率負載器件，用于吸收被測電源輸出的功率。

圖2中數/模轉換器輸出的電壓經過電壓跟隨器U1B輸入運算放大器U3 的同相輸入端，運算放大器U3 通過采樣電阻R6，差分放大器U4 等建立了深度負反饋，將運算放大器看做理想的放大器，由“虛短”、“虛斷”可得：

UDAC=IR6A

式中：UDAC是數/模轉換器輸出的電壓；I 是流過功率負載器件的電流；A 是由差分放大器U4 及R4 ，R5 等所組成電路的放大倍數，差分放大器U4 選用的型號為INA2134。從式（1）中可以看出，流過功率負載器件的電流與數/模轉換器輸出的電壓成線性關系，因此可以通過單片機控制功率負載器件的電流。通過模/數轉換器分別測量圖2中ADC1 ，ADC2 處的電壓，可以得到被測負載電源輸出的電壓和電流.

被測電源輸出電壓U 與ADC1 處的電壓UADC1 之間關系式為：

被測電源輸出電流I 與ADC2 處的電壓UADC2 之間關系式為：

UADC2=IR6A

3 系統程序設計

系統程序采用模塊編程，主程序調用各模塊的方式實現。主要由定電流、被測電源輸出電壓檢測、被測電源輸出電流檢測、負載調整率自動測試、按鍵檢測、顯示驅動等模塊組成。

整個系統有兩個工作模式：定電流工作模式和負載調整率自動測試模式。

定電流工作模式同時顯示被測電源輸出的電壓和電流，系統上電后單片機首先進行各模塊的初始化，最后在主循環中不斷地檢測各個標志位，以判斷工作模式，通過檢測按鍵來改變標志位。

直流穩壓電源負載調整率S 表達式為：

式中：U 表示直流穩壓電源設定的額定電壓值；Uo 表示空載輸出的電壓值；Um表示滿載時的輸出電壓值。

直流穩壓電源負載調整率自動測試功能在定電流的基礎上進行編程實現，負載調整率自動測試流程圖如圖3所示。

4 結語

以盛群單片機HT45XX為主控芯片設計了一種新型智能電子負載，使運算放大器工作在深度負反饋條件下實現功率負載恒流，該單片機自帶12位ADC轉換器，選用12 位串行數/模轉換器，設計過壓過流保護電路，通過軟件編程實現直流穩壓電源負載調整率自動測試功能。實際設計與制作表明，該方案滿足設計要求。

篇3

關鍵詞：電子 制圖 驅動

隨著電子技術、電子產品更新換代的周期不斷加快，傳統的職業院校電子專業課程已遠遠不能滿足企業對電子專業技能人才的要求。從筆者學院近幾年畢業的電子專業學生的跟蹤反饋中，我們發現企業迫切需要職業院校加快課程體系的建設。為此，筆者學院根據企業調研的結果，在學院的電子類相關專業增設了電子工程制圖課程。為使課程教學真正貫徹落實“堅持以就業為導向，深化職業教育教學改革”的原則，筆者學院組織電子教研室與計算機教研室具有豐富教學經驗的一線教師共同開展專項教改課題研究，力求使課堂內容貼近教學實際，滿足學生成才與企業電子專業崗位群的需要。經過幾年的教學實踐，筆者學院已逐步將該課程建設成有特色、實用性強的精品課程。

一、職業院校電子工程制圖教學任務

電子工程制圖作為職業院校電子類相關專業必修的一門專業基礎課程，在教學中首先必須把握住課程的教學任務。根據企業崗位群的需要，我們將該課程的教學任務定位于使學生掌握運用相關軟件完成電路原理圖的繪制、電路仿真、PCB板的設計、設計規則的檢查、輸出文檔報表等一系列的技能，對學生進行職業意識培養和職業道德教育，提高學生的綜合素質與職業能力，增強學生適應職業變化的能力，為學生職業生涯的發展奠定基礎。

二、職業院校電子工程制圖教學內容

通過近幾年的教學實踐與摸索，筆者學院逐漸建立起一套適應學院實際教學狀況的教學模式。首先在教學軟件的選擇上，不盲目追求“品牌”，而是選擇最適合學院職校生當前知識、能力素質的軟件。經過多方比較、試用、反饋，特別是征求企業一線電子技術工程師的意見，最終決定采用Protel DXP 2004軟件。該軟件是基于Windows操作平臺的一款支持中文操作的電子電路設計軟件，它具有強大的設計功能，能夠滿足電子電路設計的需要，為用戶提供全面的設計解決方案，也是目前用戶群最大、實際工程應用最廣泛的版本。其次在教師隊伍的培養上“走出去，請進來”。筆者學院的許多電子專業教師是大學畢業直接分配進入學校任教的，其中有很多老教師對于電子工程制圖的軟件應用十分陌生，特別是都缺乏企業實踐經歷。為此，學院一方面利用校企合作的模式，鼓勵相關專業教師利用寒暑假去企業第一線調研、培訓，同時聘請企業的電子工程師、技師以及技術人員來校擔任外聘教師，這樣“兩條腿走路”，就使教學真正實現與企業需求的“無縫對接”。

三、職業院校電子工程制圖教學模式

由于學院學生的層次差異較大，因此在教學中必須根據不同層次學生的需求展開教學。為了幫助學生迅速掌握Protel DXP 2004設計系統的使用方法和操作技巧，學院在教學中摒棄傳統的以知識傳授為主線的知識架構，而是以項目為載體，以任務來推動，依托具體的工作項目和任務將有關專業課程的內容逐次展開，這樣才能實現預定教學目標。

1.項目教學，任務驅動

項目教學法已被證明是比較適合于職業院校專業課程教學的一種教學方法。針對電子工程制圖課程的教學特點，我們將整個教學內容分為九個項目，即初識Protel 的發展及作用、繪制串聯型穩壓電源原理圖、生成串聯型穩壓電源原理圖相關報表、制作原理圖元件庫、熟悉PCB設計系統工作環境、制作新的PCB元件庫、制作串聯型穩壓電源電路PCB板、層次原理圖的設計、制作模擬烘 手機顯示與控制電路的PCB板。各個項目設置不同難度的任務，如“繪制串聯型穩壓電源原理圖”項目安排設置串聯型穩壓電源原理圖環境、原理圖元件庫、放置串聯型穩壓電源元件、串聯型穩壓電源的元件布局、放置串聯型穩壓電源的導線、放置電源/接地端口等任務，在每個項目的任務都完成后，教師布置所講授內容的“自我測評”。這樣將完成這些項目任務作為目的精選課堂教學內容，各章節知識點的分布由淺入深，從簡到繁，循序漸進，學生的學習興趣與積極性得到了充分的激發。

2.案例導入，理實一體

篇4

【關鍵詞】電子產品結構工藝 學做一體 設計 制作

《電子產品結構工藝》是一門綜合性的應用型邊緣學科，專業理論和實踐性都很強。職高生學習有困難。在多年教學中，筆者嘗試實行“學做一體”的教學模式，借助項目式教學，通過一套行之有效的教學方案，把課程各章節抽象的理論知識融合進實踐項目的各個實施階段。這樣的優化設計降低了學習難度，提升了教學效果。

為了更好地從學生出發，優化教學過程和內容，由實踐到理論，提高課堂教學有效性，本人設計了《電子產品設計與制作任務書》，以指導教學實踐。

1.目的與要求

通過一個簡單的電子產品的整機設計與制作，全面了解電子產品的開發與生產過程，鞏固和提高學生的電路設計能力、PCB板設計和PCB板的制作能力，電子元器件的選擇與檢測能力，電路安裝能力與電路的調試及檢修能力等等，以檢測學生知識的掌握程度和綜合能力，同時也了培養適應電子企業相應崗位的能力。

2.任務：完成一個實用電子產品的PCB板設計與整機制作。

3.具體任務操作

（1）選定一個簡單的電子線路。寫出其性能指標及電路功能。

（2）按照元件清單，選擇電子產品材料。

（3）設計PCB板。PCB板大小根據選定電路具體情況而定。要求打印出電子產品原理圖、印制電路板圖、元件清單，并有布局和布線說明、基本電氣檢測（ERC）及設計規則檢測（DRC）結果說明。注意元件封裝必須與實際元器件相符。

（4）PCB制作。要有制作過程說明。

（5）電路組裝應符合工藝要求，既考慮電氣性能要求又考慮美觀要求。

（6）電路調試并寫出調試報告。檢測、調試的過程，方法及調試的結果。

4.組織方法

分組教學，3人一組，選定一個電路，每人獨立完成PCB板的設計，選出設計最好的印制電路板制作出電子產品。

5.具體實施時間安排

6.考核評價（每個任務評價，老師與學生評分各占50%）

7.課題舉例（學生可另選）

（1）直流穩壓電源；

（2）閃光燈電路；

（3）晶閘管調光電路；

（4）晶體管延時電路。

8.課題報告（格式）

（1）封面。

（2）設計任務書。

（3）課題內容（包括課題目的、課題選用器材、設計總體方案、電路原理圖、PCB設計圖、PCB制作過程說明、整機調試原理、方法及性能指標、整機維修過程說明等）。

（4）整機特點、功能和使用說明。

（5）課題總結。

下面以《直流穩壓電源印制電路板的制作及裝配》為例，具體說明“邊做邊學、學做一體”的實施方法和過程。

1.課程設計思路

電源電路是一切電子設備的基礎。由于電子技術的特性，為電子設備提供穩定的直流電能的直流穩壓電源在電源技術中占有十分重要的地位。學生在之前的《電子線路》學習中已對直流穩壓電源有所了解，加上直流穩壓電路比較簡單，便于實踐操作，故將此電路作為學生學習《電子產品結構工藝》的實例。

2.課前準備工作

穩壓電源散件一套、覆銅板一塊、腐蝕液（三氯化鐵水溶液）、烙鐵一把、毛筆、電鉆、裝配工具等

3.預備知識：覆銅板

（1）覆銅板是制作PCB板的材料，一般選用的是1.5mm和2.0mm的覆銅板。

（2）根據覆銅面的不同又分為單面覆銅板、雙面覆銅板、多層覆銅板。本課題只需采用單面板。

4.任務一：印制電路板的設計

（1）選擇電路圖及理論知識回顧：電路原理分析，計算輸出電壓的范圍。

（2）繪制電路原理圖（PROTEL DXP2004）

電路原理圖、元件清單、ERC、DRC檢測。

（3）繪制印制電路板（PCB）圖。

①元件封裝必須與實際元器件相符。

②合理安排電路中的元器件。

③選擇合適的導線安全間距和走線寬度。

5.任務二：印制電路板的制作

（1）覆銅板的處理

根據電路選好一塊大小合適的覆銅板，去掉氧化層，將覆銅板四周打磨平整。

（2）圖形轉印（由于實習條件的限制，我們采用手工描繪法）

具體操作：將設計好的PCB的圖紙通過打印機按照1：1比例打印出來，然后通過復寫紙印到覆銅板上。用耐水洗、抗腐蝕的油性記號筆涂描焊盤和印制導線。本環節要求線條清晰、無斷線、無砂眼、無短接，且耐水洗、抗腐蝕。

（3）腐蝕、鉆孔

將自配的三氯化鐵水溶液（三氯化鐵和水可按1：2配制）腐蝕液放入塑料盒中，將待腐蝕的PCB板線路朝上放入盒內，用長毛軟刷往返均勻輕刷，待不需要的銅箔完全消除后取出，清洗并擦干，再用電鉆將PCB板鉆孔和進行防表面氧化處理即可。

通過任務一和任務二的實施，學生對電子設備的防護的基本知識有了簡單直觀的認識，并且結合課程第三章內容能對電路的元器件進行較為合理的布局，又動手DIY了一塊由自己設計的印制電路板，同時也基本掌握了簡單的印制電路板的設計及制作過程，對本課程第四章印制電路板的結構設計及制造工藝有一定的了解。感興趣的學生在制作自己的電路板過程中也開始研究企業雙面孔金屬化印制板和常規多層板的制作工藝。

6.任務三：穩壓電源的焊接裝配與調試

注意元器件裝配流程及元件安裝技術要求。

7.任務四：調試與檢測

（1）安裝完畢，經檢查無誤后方可通電調試檢測。

（2）電壓測量：測量三極管各極電位并判斷其工作狀態、電路輸出電壓可調范圍。

（3）調試：本環節意在讓學生明白電路調試的內容，能選擇正確的儀器儀表，分析調試中出現的問題并進行排故，對調試數據進行分析處理，作出產品是否合格的結論，也要提出電

路改進的意見。

實踐證明，以《電子產品設計與制作任務書》來實施教學，可以優化教學內容與教學過程，提高教學效率。在教學實踐中，教師要根據教學內容的需要，制定切實可行的實施方案，激發學生學習動力，發揮學生主體作用，進而提高教學效率。

【參考文獻】

[1] 董成春、郭玲玲. 加強實踐教學，突出技能培養，《中國校外教育?A》，2011年第1期.

[2] 廖芳 主編.《電子產品制造工藝》，電子工業出版社，2007年.

[3] 王衛平 主編.《電子產品制造技術》，清華大學出版社，2005年.

[4] 陳森 主編.《印制電路技術》，化學工業出版社，2008年.

篇5

關鍵詞:電渦流測功機;直流線性穩壓;二級電壓控制;模擬故障

中圖分類號:TP274文獻標識碼:B

文章編號: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

測功機是發動機臺架檢測系統中重要的組成部分,用于測量發動機的有效功率。對測功機來講,為了滿足發動機所有轉速和負荷范圍內都保持穩定運轉工況,并且可以平順且精細地調節負荷,需要一個穩定的加載器來滿足發動機實驗的要求,需要對加載器提供穩定且可線性變化的電源。在電渦流測功機中,需要對勵磁電機提供的直流電源進行驅動,以完成發動機臺架檢測。

由于電渦流測功機勵磁電機要求磁場恒定,故要求電源提供的負載電壓恒定不變,而且磁場一般都是穩定的,還要求有較好的電壓穩定度,即要求即使輸入電壓發生一定變化時,輸出電壓應保持不變。

為了達到平順調節負荷的目的,輸出電壓應有適當的線性調節范圍,并且還要有一定的保護措施。根據設計需要,該電源輸出電壓的變化范圍為0～180 V,要求最大負載功率為5.4 kW,輸出電壓穩定度應優于1%。

1 工作原理

由于要求的電壓調節范圍較寬,要求的功率較大,目前電渦流測功機勵磁加載電源采用較多的方法是可控整流器,在此通過控制晶閘管的導通角進行調壓。其工作原理是對晶閘管的控制極進行控制,通過改變晶閘管的導通角,可以在輸出端獲得平均值和有效值都隨導通角變化而變化的直流脈動電壓。采用該原理設計的電源可以達到很高的輸出功率,但是電壓穩定性差,而且控制呈顯著的非線性,不適合電渦流測功機對電壓的要求。因此,該電源采用晶閘管三相橋式移相控制和功率MOSFET調整兩個控制環聯合控制的方法,使輸出電壓可以滿足大功率、高穩定度和可寬范圍線性調節的要求。

1.1 系統方框圖

由于該電源要求功率較大,并且對電壓穩定度也有較高的要求,所以采用如圖1所示的電源方框圖。

1.2 可控整流原理

如圖2所示,通過控制晶閘管的導通角,可以在整流電路輸出端獲得隨控制電壓變化的電壓。

可控整流電路是指在輸入交流電壓的波形和幅值一定時,輸出電壓的平均值可以通過調節晶閘管的導通角進行調節。采用可控整流電路可以提高變壓器的初、次級利用率,具有較大的功率因數和較小的脈動率,因此選作為主回路。

由于采用整流濾波電路以及穩壓電路構成兩級控制環。因此選擇對整流濾波電路要考慮兩點:考慮調整管的工作狀態,確保調整管能工作在線性放大區;考慮交流電網波動的影響。交流電網的波動會反映到整流濾波電路的輸出電壓上。按照國家有關規定,在沒有特定說明的情況下,一般按變化±10%來考慮。這就要求當電網電壓變化±10%時,調整管要處于線性放大區,從而使穩壓電路能保持正常工作。在該電源設計中,由于負載容量較大,使用單相電源會造成三相電網的不平衡,影響電網中其他設備的正常工作,所以采用的是三相橋式全控整流調節方式。三相可控整流的脈動頻率比單相高,紋波因數顯著低于單相。三相全控橋式整流電路電路可以在負載上得到比三相半控橋式整流電路更為均勻的波形。

采用市場上常見的三相整流功率模塊,集成了晶閘管三相橋式整流電路以及觸發電路,通過對模塊的輸入電壓進行控制,即可完成整流與調相功能。通過在功率模塊輸入端連接三相隔離變壓器,將輸出電路與交流輸入隔離。隔離變壓器具有電壓變換功能及有源濾波抗干擾功能。隔離變壓器在交流電源輸入端的特點為: 若電網三次諧波和干擾信號比較嚴重,采用隔離變壓器,可以去掉三次諧波和減少干擾信號;

采用隔離變壓器可以產生新的中性線,避免由于電網中性線不良造成設備運行不正常;非線性負載引起的電流波形畸變(如三次諧波)可以隔離而不污染電網。

隔離變壓器在交流電源輸出端的特點為:防止非線性負載的電流畸變影響到交流電源的正常工作及對電網產生污染,起到凈化電網的作用;在隔離變壓器輸入端采樣,使得非線性負載電流的畸變不影響取樣的準確性,得到能反應實際情況的控制信號。

對于小功率或者中等功率的使用場合,可以采用單相橋式半控的方法作為其整流主回路。電路組成可以選擇晶閘管模塊作為主回路,使用KC04芯片作為晶閘管模塊的移相觸發電路。通過調節KC04的控制電壓控制晶閘管的導通角,從而得到隨控制電壓變化的直流脈動電壓。

1.3 串聯反饋晶體管電路

可控整流輸出的電壓經電容整形濾波后的電壓仍然具有較大的紋波,波動很大,而且很容易受電網電壓的影響,并且單純控制晶閘管的導通角得到的輸出電壓呈明顯的脈動和非線性。這就要求系統在可控整流電壓輸出端添加串聯反饋調整電路,使輸出電壓達到設計要求。其穩壓原理是調整元件的動態電阻,它是隨輸出電壓的變化而自動變化的。當負載電阻變小使輸出電壓降低時,調整元件的動態電阻便會自動變小,從而使調整元間兩端的壓降降低,確保輸出電壓趨近原來的數值。串聯反饋調整電路的框圖如圖3所示,包括調整管、取樣電路、基準電壓源和比較放大器等部分。輸入電壓經過調整元件調節后,變成穩定的輸出電壓,取樣電路與基準電壓相比較,并把比較后的誤差信號送入放大器,增強反饋控制效果。采用串聯反饋調整型穩壓電路,輸出電壓范圍不受調整元件本身耐壓的限制,而且各項技術指標均可以做得很高。但是過載能力差,瞬時過載會使調整元件損壞,需要添加過載保護電路。

1.4 調整元件控制電路設計

在該電源系統中,采用大功率MOSFET作為調整元器件,與三相橋式移向控制一起組成輸出電壓控制環。

1.4.1 三相調壓模塊的控制

由于采用三相調壓模塊,所以只需對調壓模塊進行控制,即可完成整流輸出功能。盡管三相模塊中控制電壓與晶閘管的導通角呈線性關系,如圖2所示,晶閘管的輸出電壓與晶閘管導通角的變化卻呈非線性關系;同時,為了保證電源功率輸出調整管集-射級之間的電壓差基本穩定,便于控制功耗,提高電源安全性,需要使電源功率調整管的輸入電壓基本呈線性變化。這里采用對控制電壓進行非線性處理后,再輸入到三相整流模塊控制端的方法。控制輸入電壓經過二極管后作用到運算放大器,利用二極管的非線性特性與三相模塊的非線性進行匹配,基本上可以使計算機輸出的控制電壓與晶閘管整流輸出的電壓呈現線性比例關系。電壓輸入/輸出特性如圖4所示,線路如圖5所示。

1.4.2 功率MOSFET的控制

該電源選用功率MOSFET作為調整元件,為電壓控制型器件,在驅動大電流時無需驅動級,具有高輸入阻抗,工作頻率寬,開關速度高以及優良的線性區。為了保證電源的可靠性與安全性,需要將強電控制部分與弱電控制部分進行隔離。在此采用光電耦合器完成地的隔離,具體過程如圖6所示。

MOSFET的控制電壓由計算機提供,經過F/V變換器、光電耦合器、V/F變換器變換后與取樣電路取來的電壓信號同時作用在比較放大器的輸入端,通過與基準電壓進行比較,比較放大器將輸出相應的電壓去控制MOSFET,以穩定輸出電壓。由于負載電流較大,因此MOSFET需采用并聯連接方式,增加輸出電流,確保在大電流情況下電源的正常工作。并聯運用時,各管的參數盡量一致,可以在發射極串聯均流電阻,利用負反饋減小電流分配的不均勻。電路如圖7所示。

2 監控管理設計

2.1 電源保護電路

由于采用串聯反饋型穩壓電路作為電壓控制環,因此在測功機發生短路或者過載時會有很大的電流流過調整管MOSFET,并且所有輸入電壓幾乎都加在調整管的集-射級之間,很容易將其燒壞,因此添加保護電路是必需的。常用的過電流保護電路有限流型、截止型和減流型。這里采用晶體管截止型保護電路,其原理是當負載電流達到限流值,過電流保護電路使穩壓電源進人截止狀態,并不再恢復,使穩壓電源與負載得到有效的保護。其優點是:這時的電源調整管功耗為零,最大缺點是:屬沖擊性負載時,容易誤動作,使穩壓電源進人過流保護

狀態,且一旦進入過電流保護狀態后,即使過電流狀態解除,也不能自動復位。具體線路如圖8所示,當電流超過額定負載時,采樣電阻R4兩端電壓上升,使晶閘管SCR導通,晶體管NPN1導通,NPN2截止,這時MOSFET的柵級輸入電壓(即R3處的電壓)被強制拉底,使MOSFET輸出為零;同時,串聯在過載保護線路中的光耦導通,使三相功率整流模塊的控制信號輸入端接地,串聯反饋穩壓線路的輸入電壓為零,起到保護元件的作用。

由于電網自身原因或者電源輸入接線不可靠,電源有可能會運行在缺相的情況下,而且掉相運行不易被發現。當電源缺相運行時,整流橋上的電流會不平衡,容易造成損毀,因此必須加入缺相保護電路,以進行缺相保護。電路原理圖如圖9所示,當ABC三相有一相發生缺相時,其對應的電源指示燈熄滅,缺相指示燈亮起,并且通過光耦輸出信號到繼電器驅動,此時繼電器吸合,將三相功率模塊的控制輸入與地短接,使可控整流輸出為零,起到保護電源的作用。

2.3 過熱保護

在電源處于長時間大電流工作狀態或者工作環境比較惡劣時,電源的內部溫度很高,會影響電源的可靠性。有資料表明,電子元器件溫度每升高2 ℃,可靠性下降10%,這就意味著溫度升高50 ℃時的工作壽命只有溫度升高25 ℃時的1/6。因此,為了避免功率器件過熱損壞,必須對電源的溫度進行控制。通過控制MOSFET的管壓降可以控制MOSFET上的功率,從而減少發熱量,降低溫度的升高。

在電路設計中增加一個光電耦合器反饋可以完成這個目的,當MOSFET兩端管壓降過高時,光耦導通,光耦輸出信號反饋至三相調壓模塊的控制輸入,使其輸出的控制電壓降低,從而降低MOSFET兩端的管壓降,在保證電源正常工作的前提下,使MOSFET的功率保持在額定范圍以內。

當使用環境較為惡劣或者出現電路故障時,即使對MOSFET兩端電壓進行控制,MOSFET的管芯也可達到很高的溫度,這就需要對MOSFET進行散熱處理,并在MOSFET附近安裝溫度繼電器;當溫度高于溫度繼電器的額定值時,溫度繼電器導通,通過一個光耦將導通信號傳遞到三相功率模塊的輸入端,使其輸入為零,從而使電源功率調整管的輸入電壓為零,起到保護調整元件的作用。當溫度回到正常時,電路可自動恢復工作。

各種保護電路與主回路的關系如圖10所示。

3 結 語

經連續負載試驗,該設備各項指標均達到技術要求。經過不斷的完善和改進,使其性能穩定,工作可靠。采用晶閘管三相橋式移相控制和功率MOSFET調整兩個控制環聯合控制,可以有效提高電源的穩定度,降低電源的紋波;采用三相隔離變壓器接入電網,可以提高電源的安全性,降低對電網功率的要求;采用集成三相功率調壓模塊,減少了電路的復雜程度;通過添加各種保護電路,在設備出現不正常運轉時,及時切斷三相輸入,保護元件不受到損壞。由于采用截止型保護電路,電源不能自動復位,所以在環境條件允許的情況下,可以采用開關型過電流保護,解決了限流型的高功率損耗,減流型的鎖定效應和截止型的手動復位等問題。該電源主要用于需要大功率線性調壓的場合,也可用作大功率高穩定度線性穩壓電源使用。

參考文獻

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篇6

關鍵詞：電子束曝光機； 高壓電源； 制版精度； 復合補償

中圖分類號：TN710-34； TM46 文獻標識碼：A 文章編號：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

由于電子束曝光機的高壓電源波動對曝光機的束流大小、束斑直徑及掃描尺寸都有直接影響，因而提高高壓電源的穩定性和可靠性，降低高壓電源的紋波，是保證電子束曝光圖形高精度的必要措施［1］。為了滿足新型電子束曝光機對高壓電源高精度的要求，在電源系統的設計中，采用了直接調整和間接調整相結合的系統調整方案，還采用了集中補償和分散補償相結合的系統補償方式，對關鍵技術采取了針對性的有效措施，研制出了輸出電壓高達30 kV的精密高壓穩壓電源。

1 主要設計特點

30 kV精密高壓電源原理框圖如1所示。主要設計特點體現在以下幾個方面。

1.1 采用交流預穩與直流預穩

如圖1所示，220 V工頻電壓經穩壓變壓器交流預穩壓后再給高壓電源系統各單元電路進行交流供電。穩壓變壓器的電壓調整率小于等于1%，負載穩定度小于等于2%，它對甚低頻、音頻和高頻干擾都有比較強的抑制作用。穩壓變壓器還有過載保護特性，當輸出電流達到保護值時，輸出電壓急聚下降。穩壓變壓器的采用，對電源系統的穩定性、抗干擾性和可靠性起到重要的保證作用。

圖1 30 kV精密高壓電源原理框圖本電源系統有5個前級穩壓電源，分別為各相應單元電路提供直流電源。這些穩壓電源必須有足夠高的穩定性，才能保證高壓輸出高技術指標要求。其中，基準電壓源和前置放大器K1的工作電源性能指標要求最高，電壓調整率小于等于2×10-4,負載調整小于等于5×10-4,紋波電壓有效值小于等于1 mV,溫度系數小于等于5×10－5 ℃-1。

1.2 采用復合調整方案

復合調整方案指直接調整和間接調整相結合的電源系統調整方案。直接調整是在高壓回路內進行的直接調整方式。它的調整閉合環路由圖1中的取樣分壓器、比較放大器（K1，K2，K3）、補償網絡Ⅰ、倍壓整流濾波器和調整管組成。直接調整具有調整速度快，動態穩定性好的優點，可在高環路增益和具有交流負反饋的情況下不自激，從而有利于實現高靜態精度的要求［2］。間接調整是調整器件設置在低壓側的調整方式，調整閉合環路由取樣分壓器、比較放大器、補償網絡Ⅱ、跟隨器、5 kHz振蕩器和倍壓整流濾波電路等組成。間接調整通過調整5 kHz正弦振蕩器的輸出幅度，進而使倍壓整流濾波器的輸出電壓得到前級預穩，使直接調整環路中調整管有一個盡可能低的管壓降設計值。這樣既能改善系統性能，又能延長調整管的使用壽命。間接調整環路是一個大閉環系統，為防止自激，保證系統的穩定性，間接調整環路增益應適當低。

1.3 采用復合補償電路方案

復合補償是指集中補償和分散補償相結合的電路結構，其目的是為了解決因直接調整環路的高增益設計而帶來的動態穩定問題。集中補償是通過將放大器K2設計為PID放大器而實現的，電路見圖2所示。為了減小各參數之間的影響，使C2C1,R1R2,PID放大器的傳輸函數為［3］：G1(s)≈(T1s+1)(T2s+1)T0s

(1)式中:T1，T2為微分時間常數， T1＝C1R1 ，T2＝C2R2；T0為積分時間常數，T0＝C1R0。

圖2 PID放大器原理圖分散補償是指在比較放大器的輸出端（K2的輸出端）分別對兩調整環路設置兩個電路結構相同，但參數不同的補償網絡，其電路如圖3所示。網絡的傳輸函數為:G2 (s)≈T1′s + 1T2′s + 1

(2)式中:T1′為微分時間常數，T1′＝R2C ；T2′為積分時間常數，T2′＝（R1+R2）C。

1.4 逆變器選用5 kHz正弦振蕩器

通常，高壓電源均采用高效率的飽和式逆變器，但它不適合高精度高壓穩壓電源，原因是輸出波形中有大的尖峰脈沖，會使高壓輸出呈現出很大的紋波電壓［4］ 。為此，采用5 kHz正弦振蕩器，將700 V直流電壓變換為振幅高達320 V的5 kHz正弦電壓。正弦電壓再經升壓變壓器升壓、倍壓整流濾波器后，可獲得33 kV的高電壓。由于正弦振蕩器輸出不存在尖峰脈沖，這就有效地降低了高壓輸出中的紋波電壓。

圖3 分散補償網絡結構1.5 采用交流平衡器

為了抑制高壓電源輸出工頻紋波，采用了交流平衡器，它可輸出幅度和相位均可調的工頻電壓。該電壓經比較放大器放大后，傳遞到電源輸出端，可有效地抑制抵消輸出端的工頻紋流電壓。

1.6 采用雙通道放大器作為比較放大器

直流通道由K1，K2構成，交流通道由K3，K2構成。采用雙通道放大器可兼顧直流增益和交流增益的不同要求，使電源系統既有高的靜態精度和好的動態穩定性，又能有效地降低輸出紋波電壓。

2 提高穩定度的措施

穩壓電源的精密度和穩定性主要取決于基準電壓的精度、比較放大器的增益高低及其穩定性、取樣分壓比的穩定性［5］。為此，采取了以下針對性措施。

2.1 比較放大器的增益核定

由于電源系統采取前級交流預穩和直流預穩，并且比較放大器前置級和基準電壓源都置于電磁屏蔽恒溫槽內，再加上采樣電阻采用絕緣油冷腳，因此輸出電壓受輸入工頻電壓和溫度的影響可以忽略。這樣放大器的增益僅由電源的負載效應核算即可。根據直接調整環路Ⅰ，可得圖4所示的信號流圖。

圖4 調整環路Ⅰ信號流圖圖中：Rd為調整管內阻；Ri為整流濾波器內阻；ΔUo為輸出電壓變化量；μ為調整管放大系數；n為取樣分壓比；K為比較放大器增益絕對值；P為補償網絡的衰減系數；ΔUg為調整管柵陰電壓變化量；ΔIh為負載電流變化量；ΔId為整流電路輸出電流變化量；圖4中，μKnPμ1，RiRd。由圖4可推出：K≈Ri|ΔIh|μnPUo|ΔUo|/Uo

(3) 設計要求在|ΔIh|=100 μA時， |ΔUoUo|≤2×10－5,K應滿足下式：K≥Ri|ΔIh|2×10－5μnP|Uo|

(4) 由式（4）計算出輸出電壓為20 kV的K值應滿足K≥3×105。為留有余量，K的設計值為6×105。

2.2 比較放大器前置級設計

對多級直流放大器來說，零點漂移、噪聲系數、增益穩定性等重要技術指標主要由前置級決定，并且前置級增益越高，其決定作用就越強［6-7］。因此前置級放大器的精密度對比較放大器的精度起決定作用。前置放大器電路如圖5所示。電路中運算放大器選用目前精密極高的斬波穩零集成運放ICL7650［8］,其失調電壓溫漂小于等于0.01 μV/℃,輸入失調電流大于等于0.5 pA，開環增益大于等于5×106,共模抑制比小于等于1×106。電路所用電阻均用精度為0.01%的Rx700.5 W型高精密電阻。前置級增益設定值應盡可能高，設定值為2×104。把前置級電路置于電磁屏蔽恒溫槽內，以減小增益溫漂和電磁干擾。

2.3 采用精密電壓基準源

采用REF102型高精度電壓基準源，其輸出電壓10 V，溫漂小于等于2.5 PPM/℃,長時間穩定為10 PPM/100 h，在0.1～10 kHz頻段內，噪聲電壓小于等于6 μV［9］。對REF102的電路進行嚴格的低溫漂、低噪聲設計，并將整個電壓基準電路設置在電磁屏蔽恒溫槽內，進一步減小基準電壓的溫漂和電磁干擾［10］。

2.4 保證取樣分壓比的穩定性

取樣分壓器的高壓臂電阻全部選用4 MΩ，2 W的Rx70型精密電阻，并將其全部鑲入密封的有機玻璃圓筒內，再把圓筒放入絕緣油箱內。低壓臂電阻選用0.5 W的Rx70型精密電阻。低壓臂電阻全部放入電磁屏蔽恒溫槽內。分壓器高壓端電阻的電暈放電將嚴重影響分壓比的穩定性和可靠性。為防止分壓器電暈放電發生，在分壓器的高壓端裝有直徑為400 mm,表面光潔度在7以上的橢圓球，使高壓端的最大場強小于2.6 kV/cm。這一措施，切實有效地消除了電暈放電發生，保證了分壓比的穩定性。

3 技術指標測試與測試結果

測試電路如圖6所示。圖中負載電阻RL的電流用來模擬電子束曝光機電子槍的束流。調整RL可調節高壓電源負載電流。μA表用來檢測電源負載電流；自耦變壓器用來調整設定高壓電源工頻輸入電壓。

圖6 性能指標測試電路3.1 技術指標測試

（1） 紋波電壓測試

電源輸入電壓Ei維持220 V不變,在額定負載電流100 μA情況下，高壓輸出經過0.035 μF，35 kV的高壓電容隔直后，其交流分量耦合到10 MΩ電阻上，用LM400型示波器測量其上的紋波電壓。

紋波的主要成份為5 kHz分量，其次是50 Hz分量。考慮高壓電容的容抗以及示波器的輸入阻抗，根據上述情況可由測得的4 MΩ上的紋波電壓換算出輸出紋波系數。

（2） 電壓調整率的測量

維持額定負載電流100 μA不變，輸入工頻電壓Ei改變±10%。輸出高壓經分壓器分壓得一低值電壓。用7位半數字電壓表HD3455A測量這一低值電壓。由此可換算出電壓調整率。

（3） 負載調整率的測量

維持輸入的工頻電源電壓Ei為220 V不變，改變負載電流100 μA,用數字電壓表測量分壓器的輸出電壓，由此換算出負載調整率。

（4） 長期穩定度的測量

維持工頻輸入電壓不變和額定負載電流不變。用數字電壓表HD3455A連續測量9 h，由此測算出長時間穩定度。

3.2 測得技術指標

輸出電壓：20 kV,25 kV,30 kV。

輸出電流：額定值100 μA,最大值300 μA。

電壓調整率(～220 V＋10%)：

20 kV :≤3.5×106；

25 kV :≤2×106；

30 kV :≤3×106。

負載調整率（負載電流變化100 μA）:

20 kV :≤2×106；

25 kV :≤4×106；

30 kV :≤3×106。

紋波系數（負載電流為100 μA）:

P-P/Uo≤5×10－6

長期穩定度（負載電流為100 μA）:

≤2.5×105／h；

≤4×105／4h。

3.3 高壓電源的實際應用

高壓電源給電子束曝光機電子槍提供加速電壓。高壓輸出的正級與電子槍陽極相接、負極與電子槍陰極相接。投入實際應用1年多以來，性能穩定，效果良好，提高了電子束曝光機的制版精度。對于4 mm×4 mm的掃描場，因高壓電源波動引起的掃描場波動僅有0.01 μm，精度可達0.3×105。由于加速電壓的長期穩定性好，大大提高了電子束曝光機長時間工作時的制版合格率。

4 結 語

本文提出了既采用直接調整與間接調整相結合，又采用集中補償與分散補償相結合，使實現高壓穩壓電源系統既有高靜態精度，又有高動態穩定性的切實有效的設計方案。對前置級放大器、基準電壓源和取樣分壓器的高精度設計是提高高壓電源精密度的關鍵措施。采用交流平衡器、交流負反饋和交直流前級預穩，是實現低紋波輸出的強有力措施。

參 考 文 獻

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作者簡介: 陳振生 男，1946年出生，山東東平人，教授。從事電子技術應用及精密高壓電源的研究工作。

劉伯強 男，1956年出生，山東棗莊人，博士研究生，教授。從事電工電子技術及計算機控制技術的研究工作。

篇7

關鍵詞：直流穩壓；雙向流動彩燈控制器；時鐘脈沖；循環顯示；Multisim 電路板

中圖分類號：TM923

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374（2012）23-0046-02

1　工作原理

本文主要介紹彩燈循環控制電路的設計組成及工作原理。

電路中的220V電壓通過以小型交流變壓器轉為12V的交流電壓，再經過直流穩壓電源電路為整個系統提供直流5V電壓。

由以555為核心的時鐘發生器電路產生的時鐘脈沖送入計數器，隨著時鐘脈沖的不斷輸入，計數器的各輸出端的信號通過反饋到芯片的同步置數端，從而開始從0000到0111四位二進制加計數，形成時序控制信號。

時序控制信號經驅動電路送入發光二極管，從而控制相應彩燈被依次點亮（熄滅），實現循環。

此外，我運用Multisim仿真軟件，對該實驗項目完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。

2　設計要求

控制五路彩燈，每路以100W、220V的白熾燈為負載或以霓虹燈為負載，也可以用發光二極管為負載，要求彩燈雙向流動點亮，其閃爍頻率在1～10Hz內連續可調。

3　設計方案的選擇

方案采用555定時器連接成多諧振蕩器，產生頻率在1～10Hz內連續可調的時鐘信號，將時鐘信號輸出，通過計數器接受。然后，經過八進制加法計數器的循環計數實現雙向流動功能。最后，通過譯碼器譯碼，選擇某一彩燈進行亮燈。

4　硬件電路的設計

4.1　單元電路的設計

實驗電路由直流穩壓電源電路、時鐘發生器電路、彩燈點亮方向控制電路等部分組成。

4.1.1　直流穩壓電源電路。市電220V首先通過交流電源變壓器降壓為12V交流電，通過單項橋式整流電路形成脈動直流電壓，再通過單項橋式整流電容濾波形成平滑的直流電壓，最后通過穩壓電路給負載提供穩定電壓。

4.1.2　時鐘發生器電路。時鐘發生器電路，即為555定時器構成的多諧振蕩器電路，最核心的組成部分就是555定時器。

主要參數計算：

T＝（R1+2R2+R3）Cln2≈0.7（R1+2R2+R3）C

這樣，通過控制電容充放電時間，使多諧振蕩器產生時鐘信號，然后，通過調節滑動變阻器使多諧振蕩器產生的時鐘信號頻率在1～10Hz內連續可調。

實驗中由于元器件的限制，我們選擇C＝3.3uF，R2＝18千歐，R1＝7.3千歐，滑動變阻器R3＝500千歐，由實驗要求得知頻率為1～10Hz，經計算得滑動變阻器的使用范圍為0～390千歐。

4.1.3　循序脈沖發生電路。本部分電路的核心器件為74LS160。74LS160是一個BCD碼的計數器。74LS160具有同步置數端與異步置數端，它受時鐘脈沖控制，當下一個計數脈沖的有效到來時，才能實現置數。循環脈沖發生電路即利用74LS160制作八進制加法計數器。計數器從0000～0111正常運行，到0111時，計數狀態經四輸入與非門反饋到同步置數端，此時同步置數端為低電平有效信號，當下一個有效脈沖來的時候，進行同步置數使其變為0000，再從0000依次遞加，實現八進制循環計數。此電路的反饋部分還用到了四輸入與非門74LS20。

4.1.4　彩燈點亮方向控制器電路。由循序脈沖發生電路產生從0000到0111的信號進入譯碼器74LS138D，產生相應的彩燈控制信號，設定0000間接控制彩燈1，使0001和0111間接控制彩燈2，使0010和0110間接控制彩燈3，使0011和0101間接控制彩燈4，使0100間接控制彩燈5。循序脈沖輸出信號與彩燈點亮順序如下表所示：

控制

信號 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111

彩燈

序號 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED4 LED3 LED2

控制信號從0000到0111不斷循環，又因為74LS138D輸出端為低電平有效信號，故在控制LED2、LED3、LED4的兩種不同的信號由或非門74LS03D后，再接一級非門74LS04D，由此實現五路彩燈雙向流動功能。

5　實驗仿真及運行

圖1　制作成品圖

篇8

作者簡介：王鳳英（1977-），女，內蒙古豐鎮市，碩士，副教授，主要從事FPGA應用和圖像處理方面的研究

摘要：模擬電子技術課程是電子技術基礎的一個部分，是一門技術性和實踐性很強的主干課程。綜合項目式教學方法的特點和模擬電子技術課程的特點，將項目教學法應用到“模擬電子技術”教學中，讓學生參與教學，自己動手實踐，使學生由被動學習改為主動學習，提高學生的學習積極性。本文闡述了模擬電子技術課程項目教學的必要性，詳細說明了任務設計基本思路、項目設計注意事項及具體項目任務，指出了項目教學中存在問題，并給出存在問題的解決方案。

關鍵詞：模擬電子技術 項目教學 任務設計

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

0引言

模擬電子技術課程是電子技術基礎的一個部分，是自動化、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器、電子信息、通信工程等專業的學科基礎必修課，是一門技術性和實踐性很強的主干課程。該課程知識點多、散、碎，概念抽象、原理難懂，很多學生感到入門很難，被同學們稱為“魔電”。模擬電子技術實驗教學絕大部分停留在簡單的驗證性實驗上，學生只是機械上、被動地按照教師講解的步驟和方法插線，測量一些參數，完成實驗內容。學生體會不到模擬電子技術實驗的精髓，不能與實際結合，完全達不到實驗教學的目的。通過何種方式重新整合理論和實踐，真正提高學生的素質， 盡可能縮短學生與企業的距離是擺在每個教師面前的重要課題。

1 模擬電子技術課程項目教學的必要性

項目式教學是國內外專家近年倡導的一種教學方法，是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動。老師根據課程特點設計項目，分解任務，通過任務驅動來完成學習目標。項目教學適用于各類實踐性和應用性較強的課程，使學生明確學習目標，積極主動地完成學習任務。項目教學是一種建立在建構主義理論基礎上的教學方法，引導學生從直接感知、項目制作、任務歸納中學習知識，之后，再將所學知識轉化成為實踐應用，自主地用知識去實踐或創新實踐， 從而提高學生動手能力，培養學生自主學習與分析問題解決問題的能力。【1，2】

模擬電子技術是一門實踐性很強的基礎課，可將課程內容按照器件劃分，實現模塊化教學。學生們不但學會基本的理論和基本分析方法，而且還要掌握各種元件識別、檢測、選用的方法，以及利用自己所學到的知識設計并制作簡單的電路。

綜合項目式教學方法的特點、模擬電子技術課程的特點和社會對電子類人才的需求，將項目式教學方法應用到模擬電子技術課程中，不僅能夠解決傳統模式下教學中的弊端，更重要的是學生參與教學，自己動手實踐，這樣能夠培養學生的動手能力、獨立獲取信息和自主建構知識的能力。

2模擬電子技術課程項目教學任務設計

2.1 課程核心知識

模擬電子技術是電類專業的專業基礎課。模擬電子技術課程在理論知識上由半導體二極管及其應用電路、半導體三極管及其放大電路、場效應管及其放大電路、運算放大器及其應用電路、負反饋放大器、功率放大電路、信號處理與信號產生電路和穩壓電源組成。

2.2 項目設計

教學設計的基本思路是由典型的電子電路的設計、制作規律設計教學項目明確教學目標接受工作任務按實際電路設置不同模塊進行電路分析和相關知識的應用學會電子電路分析、設計和制作技能型人才。

在設計項目時， 需要注意以下幾個問題： [2]

1） 在選擇項目時候，不能貪大求全，從學生的專業特點出發，選擇與專業相關的課題，提高學生的學習興趣。

2） 在項目任務安排時，根據模擬電子技術課程課時要求以及可操作性等，分解任務，任務一般不宜過大、過難， 考慮各個任務時，應將知識的難點和重點分散開。這樣，學生能夠按時把每個任務完成，頻繁地獲得成就感，保持學習興趣的持續性。

3） 設定項目任務目標時， 一定要有明確每個任務要做到什么程度， 學生在此過程中應掌握哪些相關知識方法，實現哪些技能素質都應明確。只有這樣， 學生在完成任務的過程中， 明確學習目標， 帶著問題去主動學習各個知識點， 并將零散的知識點有機地串聯起來， 形成一個系統的理論。

4）在任務實施過程中， 應有效地安排理論的講解。教師課題制作一些實驗PPT，比如常用的實驗儀器使用及注意事項、技能操作等。這樣，學生在遇到相關問題時候可以查閱PPT自行解決。另外，教師應適時安排對知識的講解和技能操作的演示，這樣才能讓學生真正在“做中學，學中做 ”。

按照項目教學法的特點，該課程的主要項目任務及能力要求如表1所示【3】：

表1 主要項目任務及能力要求

序號 項目名稱 工作任務 能力要求與素質

1 直流穩壓電源的設計制作與調試 1. 制作二極管整流、濾波電路

2. 制作并聯型穩壓電源

3. 設計并制作穩壓電源 （1） 會查閱電子元器件手冊，熟悉元器件的識別檢測方法；

（2） 會檢測使用普通二極管、穩壓管及發光二極管；

（3） 會進行電路分析以及參數估算，會根據要求制作整流電路、濾波電路和穩壓電路；

（4） 熟悉常用工具、儀表的使用，能使用儀器、儀表對直流穩壓電源進行調試；

（5） 能正確測量直流穩壓電源的性能指標；

（6） 會撰寫誰家總結報告；

（7） 工作細致，善于觀察問題，處理問題，沉著冷靜、安全操作。

2 函數信號發生器的設計與制作 1. 設計并制作正弦波振蕩電路

2. 設計并制作方波發生電路

3. 調試、測量函數信號發生器的輸出波形 （1） 會根據工作任務查閱有關文獻資料；

（2） 會設計制作集成運放的線性和非線性電路；

（3） 會根據要求制作函數信號發生電路；

（4） 會進行電路分析以及參數估算，會使用示波器等分析、調試信號發生器的輸出波形、性能指標并加以改進；

（5） 熟悉常用工具、儀表的使用，能使用儀器、儀表對電路進行調試與排故；

（6） 會撰寫誰家總結報告；

（7） 工作細致，善于觀察問題，處理問題，沉著冷靜、安全操作。

3結束語

目前，項目教學的重要性已被較充分的認識。項目教學法在“模擬電子技術”教學中的應用，使得學生主動參與教學，獨立思考問題，將使學生由被動學習改為主動學習，鍛煉和培養了學生的交流，溝通與協作能力，掌握了分析問題、解決問題的方法，同時有利于學生加深理解和掌握課程的理論知識，激發了學生的學習興趣。但在項目教學實踐中還存在一些需要進一步解決的問題。比如項目教學教材缺乏、課堂組織難、管理難、考核難等問題，值得大家深究。

參考文獻：

[1]吳小玲.項目式教學方法在電子技術教學中的應用[J].中國科教創新導刊， 2010（17）：199-200

篇9

進入大學第一學期，通過同學的介紹我初次接觸了機器貓控制這個項目，看著同學制作好的機器貓成品，我非常羨慕，于是在短學期選課時選了大一下的機器貓控制。作為焊接技術的應用，機器貓控制這個項目主要涉及焊接和貼片兩項主要技術，并在PCB板制作完畢后將其裝入機器貓進行調試，調試應該達到能夠對機器貓的移動進行聲控或者光控的效果。具體來說，在啟動機器貓控制開關后，機器貓向前移動，人在附近拍手可以使機器貓靜止，當再次拍手時，機器貓又運動。第一節課老師簡單介紹了機器貓控制的原理并且發給我們所需要的電子器件，第二節課去實驗室進行了貼片，由于貼片的器件比較小，所以操作都是在放大鏡下進行的，貼片沒有什么技巧和難度，只要足夠細心和耐心，按照桌上圖紙上標注的位置一個一個將器件用鑷子放上就行了。第三節課我們就直接進入實驗室動手焊接了，對于之前從來沒有接觸過焊接的我來說，剛進入實驗室腦袋一片空白，完全不知道什么是焊接，怎么焊接，甚至都搞不清楚焊錫和電烙鐵，幸好周圍的學長都是比較有經驗的，我去認真觀察了他們如何焊接，然后回到自己的位置依樣畫葫蘆做好了第一步，雖然焊的不太美觀，但至少了解了焊接的基本操作和操作要領，也算收獲頗豐。PCB板處理完畢后，最后一步，將PCB板裝入機器貓進行調試，順利通過。

大一下學期，電子信息實驗教學中心還在周四晚上開設的數碼照片修飾和影視制作這門課，當時覺得照片修飾和視頻處理這兩項技術是應用很廣的基本技能，所以想學一下，不過當時選課人數太多，我沒能選上，但是后來去找了教這門課的宋瑤君老師，說明我的想法，剛好后來有人放棄了這門課，于是我有幸參加了這門課的學習。這門課歷時8周，主要教授Photoshop和會聲會影兩個軟件的應用。同樣是以前從來沒有接觸過，Photoshop軟件相對比較復雜，工具較多，雖然老師講的很好，我上課也很認真的聽講和練習，但是學起來始終很吃力，所以Photoshop我也只是學了點皮毛。這里主要談一下學習會聲會影的感受，對會聲會影軟件印象比較深，主要來源于在上完這么課之后兩次應用會聲會影軟件處理視頻的經歷。一次是幫同學處理二專課要求拍攝的一個英語短劇，由于是初次應用，所以用起來還是比較生疏，那次視頻從中午一直處理到晚上斷電，不過最終同學的視頻還在二專課上獲得了第一名，雖然只是做了少部分后期處理工作，但是當時心里還是很欣慰。另一次是處理我們自己二專課上的視頻，那次老師要求每個小組做一個以環保為主題的presentation，我們決定用拍攝視頻的方式來展示，有過一次視頻處理經驗我信誓旦旦的包攬了視頻的后期處理工作，拍攝完大量視頻后，我們聚在一起討論后期處理，這次再用會聲會影我明顯感覺得心應手了，很快的按照我們想要達到的效果處理完了視頻，后來展示的時候我們的presentation獲得了一致好評。

電子信息創新基地開設的創新課程是一系列具有連貫性的項目，在大一下學到這么多實用技術之后，我決定堅持下去，繼續參加創新基地的創新實驗，大一下的時候我選擇創新實驗還懷有獲得創新學分的目的，但是到大二上，創新學分已經修完，我選擇創新基地的項目已經是完全出于自己的興趣了，而并不在乎創新學分的多少了。

篇10

【關鍵詞】保護電路;移相;振蕩電路;比例積分電路

TC787是參照國外最新集成移相觸發集成電路而設計的單片專用集成電路。它可 單電源工作，亦可雙電源工作，適用于三相晶閘管移相觸發，它是目前國內外市場上廣泛使用的TCA785及KJ（或KC）系列移相觸發集成電路的換代產品，與TCA785及KJ（或KC）系列移相觸發集成電路相比，具有功耗小、功能強、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優點。只需要一塊這樣的集成電路，就可以完成三塊TCA785與一塊KJ041、一塊KJ042或五塊KJ（三塊KJ004、一塊KJ042、一塊KJ041、或KC）系列器件組合才能具有的三相移相功能。因此TC787可廣泛應用于三相全控、三相半控、三相過零等電力電子、機電一體化產品的移相觸發系統，從而取代TCA785、KJ009、KJ004、KJ041、KJ042等同類電路，可提高觸發板的可靠性、縮小體積和降低成本。

一、TC787芯片技術指標

技術指標：

1.同步信號要求三個分立電源變壓器采樣輸入，以便在缺相時能正確判斷。

2.同步濾波網絡可消除同步信號的干擾，有30度相移調節，能對三相同步均衡進行微調，使控制板與系統有良好配合。

3.觸發電路采用TC787DS，電路設計集中式恒流源，三相鋸齒波線性好，一致性好。

4.電路對同步信號的正反序有識別能力，并改變相應的補脈沖。在缺相時電路禁止脈沖輸出。

5.電路有軟起功能，加電和復位電路都將軟起動。

6.設計有比例積分電路，輸入輸出從板上引出，可以手動開環控制，也可以閉環自動控制。

7.有過流或過壓的鎖定保護控制，域值可調，故障排除后有復位鍵復位。

8.缺相、過壓和禁止輸出有發光二極管指示。

9.輸出為雙調制脈沖列，適配脈沖變壓器觸發，寬度可調。

10.板上有整流穩壓電路，用戶只需外接雙16-18V的電源即可工作;15V的雙路穩壓電源和+24V電源從板上引出。

二、TC787芯片結構框圖

（一）基本構成

圖1 TC787結構框圖

（二）電路原理

三相同步電壓經整形進入電路，同步電壓的零點設計為1/2電源電壓（電路輸入端同步電壓峰值不宜大于電源電壓），通過過零檢測和極性判別電路后，在Ca、Cb、Cc三個電容上積分形成鋸齒波。由于采用集中式恒流源，相對誤差小，鋸齒波有良好的線性;要求電容選取應相對誤差小，容值大小決定鋸齒波幅度（TC787DS的積分電容約為0.033μ）。移相電壓由4腳通過電位器或外電路產生，和鋸齒波在比較器中比較取得交相點，抗干擾電路保證交相唯一和穩定。

脈沖形成電路是由脈沖發生器對輸出脈沖進行調制，調制脈沖的寬度可通過改變Cx電窬的值來確定，Cx大則寬。（Cx的值為0.01μ）

三相同步的過零脈沖通過缺相檢測電路和相序檢測電路對相序和缺相進行判別，相序判別后對脈沖分配電路進行不同的控制;而如有缺相產生，電路5腳（為一雙向口）將輸出高電平，同時禁止輸出脈沖。同時5腳為保護端，5腳置高電平時，輸出脈沖即被禁止。

脈沖分配及驅動電路根據電路內部相序判別的結果和6腳控制脈沖分配的輸出方式，正序時6腳接低電平，輸出為半控方式，12、11、10、9、8、7分別輸出A、-C、B、-A、C、-B的單調制脈沖，6腳接高電平，輸出為全控方式，12、11、10、9、8、7分別輸出A-C、-CB、B-A、-AC、C-B、-BA的雙調制脈沖;反序時6腳接低電平，輸出為半控方式，12、11、10、9、8、7分別輸出A、-B、C、-A、B、-C的單調制脈沖，6腳接高電平，輸出為全控方式，12、11、10、9、8、7分別輸出A-B、-BC、C-A、-AB、B-C、-CA的雙調制脈沖。輸出端可驅動功率管，經脈沖變壓器觸發可控硅。

三、管腳圖和管腳功能表

圖2 787管腳圖

圖3 TC787管腳功能圖

圖4 三相同步變壓器采樣輸入電路

四、TC787觸發板的電路設計

（一）三相同步變壓器采樣輸入電路

三相同步信號從三個分立變壓器上采樣，輸入板上A，B，C和地線，經RC移相濾波，調整WA、WB、WC三只電位器可產生0-30的滯后相移，微調各同步電壓相位，以保證同步的均衡性（見圖4）。

（二）移相電路

同步電壓整形后輸入電路TC787DS的18、2、1腳，在電路16、15、14腳上的Ca、Cb、Cc上形成鋸齒波，并與電路4腳上的移相電壓進行比較確定導通角。移相電壓通過運放轉換極性輸入電路4腳，W2用于調整電壓轉折點，W1用于調整運放增益（板子測試時巳調好），運放輸出設計有負電壓限幅電路以保證電路的工作區間。輸入端IN由板上引出，通過外接正電壓的電位器調整移相電壓。可從此端進行手動控制，移相電壓增加，輸出導通角增大。

圖5 移相電路

（三）比例積分放大電路

比例積分放大器有2個輸入端，分別從板上I1和I2引出。I1為給定輸入端，輸入電壓為負電壓0-8V;I2為反饋電壓輸入端，輸入電壓為正電壓0-8V。O1為放大器的輸出端。在閉環控制使用時，將O1與IN端連接，反饋輸入端I2根據要求采電壓樣輸入和I1的給定電壓進行比較，以達到穩壓或穩流的目的。

圖6 比例積分放大電路

（四）功放放大電路

功放電路通過中功率晶體三極管C2073進行放大，使得后續高低壓隔離電路不需要再進行放大，電路更加簡單化。

圖7 功放放大電路

（五）電源電路

電源電路是實訓設備上的電源，用分立元件組成的最基本的并聯穩壓電源，雖然適應性較廣，但其輸出電流小只有穩壓管工作電流的二分之一，并且采用降壓電阻降壓，降壓電阻壓降高、功耗大。本電路采用三端集成穩壓器。集成穩壓器又叫集成穩壓電路，將不穩定的直流電壓轉換成穩定的直流（下轉第155頁）（上接第153頁）電壓的集成電路，近年來，集成穩壓電源已得到廣泛應用，其中小功率的穩壓電源以三端式串聯型穩壓器應用最為普遍。其具有輸出電流大，輸出電壓高， 體積小，可靠性高等優點。

圖8 電源電路

五、調試

本電路還設計有電壓超限鎖定保護電路，可以用采樣電壓從板上PE端輸入，W3為門限調節電位器，調節范圍0-10V，當外電壓采樣值超過設定值時，電路將禁止TC787DS的輸出脈沖。板上的輕觸開關為復位鍵，同時由0C引出，與地相觸則可復位。

同時板上PI端為禁止脈沖輸出控制，高電平禁止。在缺相、鎖定保護和禁止輸出時，板上發光二極管亮。

電路板加電和復位時，輸出脈沖將從最小導通角移向給定導通角，進行軟起動。

正序時觸發脈沖輸出由板上A，-C，B，-A，C，-B端分別輸出。按正序接好線，外電反序時電路能自動識別。輸出脈沖寬度的調節由電路13腳的Cx調節，Cx大則調制脈沖寬。+24V從+V腳引出提供脈沖變壓器電源。

雙～18腳為電源輸入端，中間抽頭接地。

1.手動移相控制電壓：0-8V;閉環移相控制電壓0-8V。

2.移相范圍：0-180。

3.觸發脈沖形式：調制脈沖5-10K。

4.輸出級負載電流<800mA。

5.輸入交流電源：雙～16-18V。

6.波形圖（圖9）。

圖9

六、總結

直流調速系統具有調速范圍廣、精度高、動態性能好和易于控制等優點，所以在 電氣傳動中獲得了廣泛應用。在調試過程中，故障是不可避免的，產生故障的原因很多，情況也很復雜，有的是一種原因引起的簡單故障，有的上多種原因相互作用引起的復雜故障，因此需要掌握故障的一般診斷方法，故障診斷過程就是以故障現象出發，通過反復測試，做出分析判斷，逐步找出故障的過程。要通過對原理圖的分析，把系統分成不同功能的電路模塊，通過逐一測量找出故障模塊，然后再對故障模塊內部加以測量找出故障，查找故障，分析故障和排除故障，這樣可以提高分析問題和解決問題的能力。

參考文獻

[1]粟書賢.晶閘管變流技術試驗[M].機械工業出版社，1993.

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[3]林渭勛.電力電子技術基礎[M].機械工業出版社，1990.

[4]鄭忠杰.電力電子變流技術[M].北京：機械工業出版社，1999.10.