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)課是高等教育中的三大教育(通識(shí)教育、專業(yè)基礎(chǔ)教育、專業(yè)教育)重要組成部分，而與之配套的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的作為工程教育的載體，首當(dāng)其沖地充當(dāng)工程教育的引導(dǎo)者、先行者。專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的拓展，必須與工程教育、創(chuàng)新教育的教學(xué)體系相符合。強(qiáng)化工程實(shí)踐，案例啟發(fā)，將成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種方式。下面就模擬和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程中的綜合性實(shí)驗(yàn)的開發(fā)進(jìn)行舉例。

1 實(shí)驗(yàn)任務(wù)

設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源電路，要求：

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

(2)輸出電流：≤200mA;

(3)精度：靜態(tài)誤差≤2%，紋波≤50mV;

(4)顯示：輸出電壓值由兩片數(shù)碼管顯示;

(5)電壓調(diào)整：由實(shí)驗(yàn)箱兩個(gè)按鍵步進(jìn)增減;

(6)系統(tǒng)所需要直流電源(電壓±15V，±5V)由實(shí)驗(yàn)箱提供。同時(shí)提供通用版一塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832兩片、大功率三極管一個(gè)、相關(guān)芯片及焊錫絲若干。

2 設(shè)計(jì)原理

用模擬和數(shù)字電路的知識(shí)設(shè)計(jì)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源原理框圖如圖1所示。

2.1 計(jì)數(shù)譯碼顯示電路

由兩片可逆計(jì)數(shù)器74LS192計(jì)數(shù)器或161計(jì)數(shù)器，通過帶防抖電路的按鍵按下次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，分別實(shí)現(xiàn)個(gè)位、十位的9進(jìn)制加減。并通過兩片CD4511譯碼器和兩片七段數(shù)碼管(其中十位帶DP)，實(shí)現(xiàn)0～9.9V顯示。

2.2 D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓調(diào)整電路

由兩片DAC0832轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電流信號(hào)，再通過運(yùn)放轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)UO3。

通過運(yùn)放加法器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓UO5的調(diào)節(jié)。當(dāng)數(shù)碼管顯示9時(shí)，電路滿足：

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。通過調(diào)節(jié)R1電位器即調(diào)節(jié)UREF電壓或調(diào)節(jié)Rf電位器實(shí)現(xiàn)調(diào)整輸出電壓UO5。電路如圖2所示。

2. 3 擴(kuò)流輸出

UO5電壓經(jīng)過電壓跟隨器隔離，輸出到大功率三極管基極，經(jīng)擴(kuò)流后實(shí)現(xiàn)輸出電流≤200mA，同時(shí)可以避免帶負(fù)載RL(50Ω)電阻時(shí)，而引起輸出電壓UO的下降。

3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象地分析和解決辦法

實(shí)驗(yàn)中當(dāng)按壓按鍵時(shí)，由于機(jī)械開關(guān)的接觸抖動(dòng)，往往在幾十毫秒內(nèi)電壓會(huì)出現(xiàn)多次抖動(dòng)，相當(dāng)于連續(xù)出現(xiàn)幾個(gè)脈沖信號(hào)，使得數(shù)碼管顯示“跳數(shù)”，這里可通過RS觸發(fā)器或施密特觸發(fā)器的運(yùn)用，作為防抖電路避免了“跳數(shù)”現(xiàn)象。

當(dāng)UO5電壓直接輸出到大功率三極管基極時(shí)，在接入負(fù)載50 Ω電阻時(shí)，輸出電壓會(huì)下降。改進(jìn)方法就是接入電壓跟隨器進(jìn)行隔離。

對(duì)于由零漂引起的失調(diào)誤差，可對(duì)運(yùn)放加調(diào)零電路進(jìn)行改善。

圖3所示是有專用調(diào)零端子的運(yùn)放的調(diào)零電路。圖4是無調(diào)零端子的反相輸入運(yùn)放調(diào)零電路。如果同相端和反相端輸入偏置電流，I1B+=I1B-，則圖中RP=R5//R6;如果I1B+≠I1B-，則圖中RP≤50Ω。

4 測(cè)試分析

由上圖表可知，數(shù)模轉(zhuǎn)換后，個(gè)位和十位的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比理論計(jì)算值是比較精確的，而且數(shù)字越大越精確。在最終輸出時(shí)，測(cè)試值5.5V的時(shí)候最精確。所以可以通過調(diào)節(jié)電位器，改善輸出精度，滿足題目要求。

5 結(jié)語

通過數(shù)控直流穩(wěn)壓電源綜合性實(shí)驗(yàn)的開發(fā)和實(shí)踐，使學(xué)生在學(xué)習(xí)模擬和數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，掌握知識(shí)的綜合運(yùn)用和實(shí)踐，加強(qiáng)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的拓展與工程應(yīng)用的對(duì)接，培養(yǎng)學(xué)生參與工程的積極性，加大創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的建設(shè)力度將是我們的努力方向。

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