數(shù)控直流穩(wěn)壓電源專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的開發(fā)案例

   專業(yè)基礎(chǔ)課程是高等教育(通識(shí)教育.專業(yè)基礎(chǔ)教育.專業(yè)教育)三大教育的重要組成部分，而與之相匹配的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程作為工程教育的載體，首當(dāng)其沖作為工程教育的引領(lǐng)者.先行者。專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的拓展，必須與工程教育.創(chuàng)新教育的教學(xué)體系相一致。加強(qiáng)工程實(shí)踐，實(shí)例啟發(fā)，將成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種方式。以下是模擬數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程中綜合實(shí)驗(yàn)的發(fā)展。

1實(shí)驗(yàn)任務(wù)

數(shù)控直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)，要求：

(1)輸出電壓：0~+9.9V，步進(jìn)可調(diào)，步距0.1V調(diào)整；

(2)輸出電流：200mA≤；

(3)精度：紋波≤50mV，靜態(tài)誤差≤2%；

(4)顯示：兩片數(shù)碼管顯示輸出電壓值；

(5)電壓調(diào)節(jié)：增加或減少實(shí)驗(yàn)箱兩個(gè)按鍵；

(6)實(shí)驗(yàn)箱提供系統(tǒng)所需的直流電源(±15V、±5V)。同時(shí)提供一個(gè)通用版本.數(shù)字模式轉(zhuǎn)換DAC0832兩片.大功率三極管.相關(guān)芯片和焊錫絲。

2設(shè)計(jì)原理

數(shù)控直流穩(wěn)壓電源原理框圖模擬和數(shù)字電路的知識(shí)設(shè)計(jì)。

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2.1電路顯示計(jì)數(shù)譯碼。

通過帶有防抖電路的按LS192計(jì)數(shù)器或161計(jì)數(shù)器，通過帶有防抖電路的按鈕按下次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，分別實(shí)現(xiàn)一位.10位的9進(jìn)制加減法。0~9.9V顯示通過兩個(gè)CD4511譯碼器和兩個(gè)七段數(shù)碼管(包括十位數(shù)字DP)。

2.調(diào)節(jié)電路的2D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓。

將數(shù)字信號(hào)從兩個(gè)DAC0832轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬電流信號(hào)，然后通過運(yùn)放轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)UO3。

調(diào)整輸出電壓UO5，通過運(yùn)放加法器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)數(shù)碼管顯示9時(shí)，電路滿意：

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公式中，IOUT1.UREF分別為DAC0832電流輸出端和基準(zhǔn)電壓，RFB為內(nèi)部反饋電阻。輸出電壓UO5是通過調(diào)整REF電壓或調(diào)整RF電位器來實(shí)現(xiàn)的。

2.3擴(kuò)流輸出。

UO5電壓通過電壓跟隨器隔離，輸出到大功率三極管基極，在帶負(fù)載RL(50Ω)電阻的情況下，通過擴(kuò)流實(shí)現(xiàn)輸出電流≤200mA，并可避免輸出電壓UO的下降。

3分析和解決實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的方法。

在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)按下按鈕時(shí)，由于機(jī)械開關(guān)的接觸和抖動(dòng)，電壓通常會(huì)在幾十毫秒內(nèi)抖動(dòng)很多次，這相當(dāng)于幾個(gè)脈沖信號(hào)的連續(xù)出現(xiàn)，使數(shù)碼管顯示跳躍。在這里，跳躍現(xiàn)象可以通過RS觸發(fā)器或施密特觸發(fā)器作為防抖電路來避免。

當(dāng)UO5電壓直接輸出到大功率三極電壓直接輸出到大功率三極管基極時(shí)，輸出電壓會(huì)降低。改進(jìn)的方法是接入電壓跟器隔離。

運(yùn)放加調(diào)零電路可以改善由零漂引起的失調(diào)誤差。

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圖3是有專用調(diào)零接線端子的運(yùn)放調(diào)零電路，圖4是無調(diào)零接線端子的反相運(yùn)放調(diào)零電路，若同相端反相端輸入偏移電流，I1B+=I1B-，圖中RP=R5/R6；若I1B+=I1B-，圖中RP≤50Ω。

4測(cè)試分析

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從上圖可以看出，數(shù)模轉(zhuǎn)換后，個(gè)位數(shù)和十位數(shù)的測(cè)試數(shù)據(jù)比較理論計(jì)算值更準(zhǔn)確，數(shù)字越大，數(shù)字越準(zhǔn)確。最終輸出時(shí)，測(cè)試值為5.5V時(shí)最為準(zhǔn)確。因此，可以通過調(diào)整電位計(jì)，提高輸出精度，滿足標(biāo)題要求。

5結(jié)語

通過開發(fā)和實(shí)踐數(shù)控DC穩(wěn)壓電源綜合實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握知識(shí)的綜合運(yùn)用和實(shí)踐，加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的拓展和工程應(yīng)用的對(duì)接，培養(yǎng)學(xué)生參與工程的積極性，在學(xué)習(xí)模擬和數(shù)字電路基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，加大創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的建設(shè)將是我們努力的方向。

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