常用電源電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：常用電源電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞： 沃爾曼電路； MOS管； 閾值電壓； 鏡像電流源

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）10?0125?03

0 引 言

所謂沃爾曼電路，就是將場(chǎng)效應(yīng)管縱向堆積起來，將下面器件的漏極與上面器件的源極連接起來，將上面器件的柵極交流接地，這樣連接的場(chǎng)效應(yīng)管看作一個(gè)器件、并以源極接地來使用的電路[1]。

沃爾曼電路因?yàn)槟軌虼蟠筇岣叻糯箅娐返脑鲆?，以及無需增加額外的電流消耗級(jí)就可得到高性能的鏡像電流源，從而得到廣泛的應(yīng)用。為了減小在動(dòng)態(tài)損耗，管子最好工作于臨界飽和的區(qū)域，所以沃爾曼電路管子的偏置電壓很重要。

隨著場(chǎng)效應(yīng)管技術(shù)的進(jìn)步，大規(guī)模集成電路的特征尺寸越來越小，但是即使在低電壓的情況下也會(huì)帶來溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)和載流子的倍增效應(yīng)等諸多問題，而最大直流電壓增益的減小會(huì)直接影響總的放大電路的增益。用最小特征尺寸場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)的沃爾曼電路可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入/輸出高隔離，高輸出電阻，寬頻帶，高直流電壓增益和良好的頻率響應(yīng)等特征。鏡像電流源任何時(shí)候它的輸出電流僅僅取決于輸入電流，而與輸出端的電壓無關(guān)。輸入電流與輸出電流的比例取決于場(chǎng)效應(yīng)管的尺寸比例[2?3]。電流源電路經(jīng)常用于模擬電路中，為各級(jí)放大電路提供合適的靜態(tài)電流，或者作為有源負(fù)載取代高阻值的電阻，從而提高放大電路的放大能力。

1 常規(guī)的MOS沃爾曼電路

常規(guī)的MOS沃爾曼電路如圖1所示，場(chǎng)效應(yīng)管T3相當(dāng)于一個(gè)放大器，其引入的負(fù)反饋穩(wěn)定輸出端場(chǎng)效應(yīng)管T2偏置電壓。為了達(dá)到穩(wěn)定效果，必須讓管子工作于合適的區(qū)域，T1管開始工作于可變電阻區(qū)，電路沒有調(diào)節(jié)功能；進(jìn)入飽和區(qū)后，當(dāng)輸出電壓接近0.5 V時(shí)，T3管開始起調(diào)節(jié)作用[4]。即使T2進(jìn)入可變電阻區(qū)依然有調(diào)節(jié)作用，但是輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍變大。

2 改進(jìn)的MOS沃爾曼電路

2.1 電路設(shè)計(jì)

可以看出，所設(shè)計(jì)的沃爾曼電路達(dá)到了減小調(diào)節(jié)閾值電壓的目的。常規(guī)沃爾曼電路開始調(diào)節(jié)的門檻電壓接近0.5 V，而改進(jìn)的沃爾曼電路幾乎從一開始就開始調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)電壓接近0 V。

3 用改進(jìn)的MOS沃爾曼電路設(shè)計(jì)的鏡像電流源

電流源的電路特點(diǎn)是輸出電流穩(wěn)定，輸出交流電阻大。電流源電路經(jīng)常用于模擬電路中，為各級(jí)放大電路提供合適的靜態(tài)電流，或者作為有源負(fù)載取代高阻值的電阻，從而提高放大電路的放大能力[6?7]。

用改進(jìn)的沃爾曼電路設(shè)計(jì)的鏡像電流源如圖4所示。

當(dāng)輸入電壓為0～5 V變化時(shí)輸出電流與輸入電流的關(guān)系如圖5所示，可以看得出該電路是一個(gè)性能良好的電流源。該電路無論是正電源還是負(fù)電源情況下性能都很良好。

4 結(jié) 語

從仿真結(jié)果可以看出，動(dòng)態(tài)范圍不變的情況下，改進(jìn)的沃爾曼電路開始調(diào)節(jié)的閾值電壓減小了。用改進(jìn)的沃爾曼電路設(shè)計(jì)的鏡像電流源當(dāng)是一個(gè)性能良好的電流源。改進(jìn)的沃爾曼電路可以用來實(shí)現(xiàn)鏡像電流源電路和電壓放大電路從而獲得較好的性能。

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第2篇：常用電源電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文

>> 微伏級(jí)直流電壓信號(hào)放大電路設(shè)計(jì) 信號(hào)波形合成的電路設(shè)計(jì) QPSK信號(hào)波形生成電路設(shè)計(jì) 交流變直流電路設(shè)計(jì) 硅微機(jī)械陀螺信號(hào)偏置電路設(shè)計(jì) 多路同步機(jī)信號(hào)采集電路設(shè)計(jì) 鐵路LED信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路設(shè)計(jì) 壓力傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 高阻抗微弱信號(hào)測(cè)量的保護(hù)電路設(shè)計(jì) 基于OrCAD／PSpice的信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì) 三相電信號(hào)采集電路設(shè)計(jì) 混合信號(hào)電路設(shè)計(jì)技術(shù)研究 基于AD620的腦電信號(hào)預(yù)處理電路設(shè)計(jì) 一種汽車行駛記錄儀IC卡信號(hào)接口電路設(shè)計(jì) 便攜式腦電信號(hào)采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 數(shù)字電視多頻率射頻信號(hào)源系統(tǒng)射頻電路設(shè)計(jì) 基于MSP430的信號(hào)波形發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 道路交通信號(hào)機(jī)燈控驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 高速電路設(shè)計(jì)中的信號(hào)完整性研究 十字路通信號(hào)燈電路設(shè)計(jì) 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：

關(guān)鍵詞：全波整流；有效值；運(yùn)算放大器；線性光耦；隔離電壓

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.12.011

工業(yè)測(cè)量和控制系統(tǒng)中，傳感器輸出信號(hào)為多種形式的模擬量，其多數(shù)不能被直接使用，而需要經(jīng)過變送電路將其轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的直流模擬信號(hào)（1～5V或4～20mA），再根據(jù)系統(tǒng)需要，用數(shù)據(jù)采集卡將直流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成可參與計(jì)算和完成過程控制的數(shù)字量。目前市場(chǎng)上的儀器儀表多以直流輸入信號(hào)為主，而交流信號(hào)是傳感器輸出信號(hào)中較為多見的一種，為此需要設(shè)計(jì)一個(gè)交直流信號(hào)變送模塊，將多種交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的直流信號(hào)量，以便于能夠被控制儀表、計(jì)算機(jī)或PLC等系統(tǒng)中的控制單元所識(shí)別。

該模塊共由五個(gè)主要部分組成：輸入緩沖電路，全波精密整流電路，光電隔離電路，線性輸出電路和隔離電源。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

輸入緩沖電路

傳感器的交流輸出多為電壓信號(hào)。為了降低信號(hào)源的負(fù)載，通常需要提高下一級(jí)的信號(hào)輸入阻抗，采用以運(yùn)放為核心的電壓跟隨器作為模塊的輸入級(jí)是有效的解決方式。由于傳感器產(chǎn)生的交流信號(hào)頻率范圍比較寬，選擇運(yùn)算放大器時(shí)得考慮選擇寬頻，高速的特殊放大器。例如，AD711就符合這方面要求，它具有1012Ω輸入阻抗，小信號(hào)輸入帶寬可達(dá)到4MHz[5]。

該部分為全波精密整流電路，是整個(gè)模塊的核心部分。其輸出電壓為變送模塊輸入電壓的絕對(duì)值，因此也叫絕對(duì)值電路[1]。二極管具有單向?qū)щ娦裕浅Ｓ玫恼髟?，但二極管非線性比較大且有一個(gè)正向?qū)妷?，?dāng)信號(hào)幅度小于二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，使得整流出來的信號(hào)誤差非常大，為了提高精度，可利用運(yùn)算放大器的放大作用和深度負(fù)反饋來克服二極管非線性和正向?qū)▔航翟斐傻恼`差。

全波精密整流電路分為兩部分，第一部分由運(yùn)放U1A及周邊器件構(gòu)成半波精密整流電路，第二部分由U1B及周邊器件構(gòu)成反相求和電路。詳見圖2。

半波精密整流電路

交流轉(zhuǎn)直流變送模塊作為過程控制系統(tǒng)信號(hào)采集的前級(jí)儀器，其直流信號(hào)輸出通常是連接到二次儀表或其他數(shù)據(jù)采集模塊上。為了降低輸入交流信號(hào)對(duì)輸出直流信號(hào)以及后級(jí)儀表干擾，采取了在模塊的輸入級(jí)和輸出級(jí)之間增加線性光耦和隔離電源的措施。借助光耦，輸入信號(hào)在經(jīng)過了電壓電流發(fā)光電流電壓的傳遞過程同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了信號(hào)前后級(jí)無電氣聯(lián)系的光電隔離。因此線性光耦是模塊中實(shí)現(xiàn)光電隔離功能的重要器件，其性能將對(duì)整個(gè)變送模塊的精度產(chǎn)生重要影響。此處設(shè)計(jì)采用的線性光耦是SLC800，它具有線性度好，隔離電壓高，可靠性好，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖及在此次設(shè)計(jì)中的應(yīng)用電路如圖4所示。

隔離電路工作原理

由SLC800的LED，二極管PD1及運(yùn)放U2A組成隔離電路的信號(hào)輸入部分，二極管PD2及電阻R10構(gòu)成隔離電路的輸出部分。假定該隔離電路的輸入電壓為Vi，輸出電壓為Vo，SLC800的LED、PD1、PD2產(chǎn)生的電流分別為If、I1、I2，LED發(fā)光二極管與在PD1、PD2上產(chǎn)生的電流比分別為K1、K2，同時(shí)PD1與PD2的電流比定為K3[2]。當(dāng)電壓信號(hào)經(jīng)過 R7U2A+R8LEDPD1U2A-/ R9，此時(shí)運(yùn)放U2A正好工作于深度負(fù)反饋中，使得SLC800產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的輸出。

從S L C 8 0 0數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，I2=K3*I1，I1=K1*If，由于If=Vi/R8，Vo=I2*R10，故：

Vo=K1*K3*（R10/R8）*Vi （3）

式（3）中K1和K3為每個(gè)芯片的特性參數(shù)[2]，因此根據(jù)輸入信號(hào)范圍可適當(dāng)選取R8和R10的阻值，以獲取合適的輸出電壓范圍。隔離電路中R8不僅用于調(diào)節(jié)電流If大小，同時(shí)還用來調(diào)節(jié)由于芯片之間K值的分散度而導(dǎo)致的SLC800實(shí)際輸出電壓與設(shè)計(jì)值之間的偏差。

線性輸出電路主要是實(shí)現(xiàn)線性電流的輸出和調(diào)節(jié)整個(gè)變送模塊的輸出零點(diǎn)與量程。其構(gòu)成及具體功能如下：

可調(diào)電阻R21和U3A組成線性輸出電路的調(diào)零電路。2.5V直流參考電壓從穩(wěn)壓管TL431獲得，通過可變電阻器R21分壓調(diào)節(jié)整個(gè)電路最終輸出電流的零點(diǎn)。U3B用作光耦SLC800輸出的直流電壓Vo（見圖4）的輸入緩沖器，用來提高信號(hào)輸入阻抗，降低信號(hào)的負(fù)載。

信號(hào)隔離不僅需要信號(hào)回路的前后級(jí)隔離，同時(shí)也要把信號(hào)回路前后級(jí)的供電隔離，這樣以避免因干擾通過供電電源對(duì)后級(jí)輸出產(chǎn)生影響。本次設(shè)計(jì)采用的隔離電源是金升陽公司生產(chǎn)的A1209D-2W，它具有體積小，隔離電壓高，溫度特性好等優(yōu)點(diǎn)[4]。

第3篇：常用電源電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)執(zhí)行器；小型化；智能化；開度；Atma128單片機(jī)

1.引言

1.1 電動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展

電動(dòng)執(zhí)行器，又稱電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電裝、電動(dòng)頭，是一種自動(dòng)控制領(lǐng)域的常用機(jī)電一體化設(shè)備，是自動(dòng)化儀表終端三大組成部分（檢測(cè)設(shè)備、調(diào)節(jié)設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備）中的執(zhí)行設(shè)備，主要作用是對(duì)一些閥門、擋板等設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)操作，控制其開關(guān)和調(diào)節(jié)，代替人工作業(yè)。

1.2 研究背景及意義

我國(guó)目前的電動(dòng)執(zhí)行器還以角行程、直行程和多轉(zhuǎn)式這些傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行器為主，現(xiàn)有的執(zhí)行器在使用時(shí)還會(huì)遇見各式各樣的問題，需要專業(yè)的技術(shù)員去鉆研改進(jìn)，與國(guó)際水平相比還存在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單，功能弱、智能化程度低等缺點(diǎn)。目前上海沃電、溫州瑞基、溫州澳托克、英國(guó)rotork等產(chǎn)品在市場(chǎng)上均有很強(qiáng)的影響力，但市場(chǎng)上銷售的基本型電動(dòng)執(zhí)行器功能單一，而功能強(qiáng)大的執(zhí)行器價(jià)格又很高，基于以上原因，本文討論設(shè)計(jì)一臺(tái)性價(jià)比高的智能電動(dòng)執(zhí)行器。

1.3 系統(tǒng)功能描述

本設(shè)計(jì)力求執(zhí)行器在功能上齊全，在性能上穩(wěn)定，在價(jià)格上便宜。

執(zhí)行器具體功能：

（1）本地操作：本地點(diǎn)動(dòng)操作；本地保持操作。

（2）遠(yuǎn)方操作：遠(yuǎn)方手動(dòng)操作；遠(yuǎn)方自動(dòng)操作。

（3）液晶界面顯示：開度顯示；狀態(tài)顯示；報(bào)警顯示；菜單顯示。

（4）數(shù)據(jù)保存：將用戶設(shè)置后的數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的EEPROM。

1.4 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)需要的電源主要有三種：

（1）+5V：用于CPU板卡供電

（2）+12V_D：用于換相繼電器

（3）+12V_A：用于4-20mA電流產(chǎn)生

要將380V交流電變?yōu)橹绷魇紫纫儔?、整流、穩(wěn)壓，所以電源部分就會(huì)包括變壓器、整流電路、穩(wěn)壓電路這三個(gè)部分。

整流電路：可采取最通用最可靠的橋式整流。

穩(wěn)壓電路：可使用ST公司的LM78XX系列三端穩(wěn)壓芯片。

2.2 380V電源鑒相電路設(shè)計(jì)

鑒相電路目的是想判別輸入信號(hào)的相位差，將相位差轉(zhuǎn)換成不同的信號(hào)以便后級(jí)使用。根據(jù)這一原則，首先輸入信號(hào)要為方波，而本設(shè)計(jì)使用的380V正弦信號(hào)，所以第一步要做的就是將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)為方波。由于系統(tǒng)控制器采用的是單片機(jī)，其供電為5V直流信號(hào)，需要鑒相的信號(hào)是380V高壓信號(hào)，為了避免在控制的時(shí)候收到高壓信號(hào)的干擾，在電路設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮前后級(jí)之間的隔離。在鑒別相序的時(shí)候采取軟件來進(jìn)行相序分析。本設(shè)計(jì)采用Atmega128單片機(jī)作為處理器，資源富裕完全有空間來完成鑒相功能，而且采取軟件處理可以減少硬件電路的設(shè)計(jì)調(diào)試，也可減小最后PCB的面積。

鑒相前級(jí)采樣電路由兩部分組成：正弦信號(hào)變換為方波，電源隔離。

2.3 紅外遙控發(fā)射電路設(shè)計(jì)

通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成。發(fā)射部分包括鍵盤、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括LED紅外接收器、光電放大器、解調(diào)和解碼電路。

紅外遙控系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 紅外遙控系統(tǒng)框圖

2.4 交流電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

交流電機(jī)控制電路如圖3所示。

圖3 交流電機(jī)控制電路

繼電器驅(qū)動(dòng)電路：

繼電器驅(qū)動(dòng)電路采取互鎖的形式，防止電路在換相的時(shí)候出現(xiàn)短路的狀況。繼電器線圈上要加蓄流二極管，否則線圈中的電不能及時(shí)的放干凈，在切換相序的時(shí)候也容易短路。二極管要選取開關(guān)速度快的肖特基二極管。繼電器選型只要滿足耐壓和蓄流能力就可以了。

2.5 顯示電路設(shè)計(jì)

液晶顯示采用O12864SGD14CFNE型號(hào)，此種液晶體積小，但也是128X64個(gè)顯示點(diǎn)，并且功耗低、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單。

2.6 4-20mA電流產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)

目前最普遍使用的電流產(chǎn)生原理是電壓/電流轉(zhuǎn)換即V/I轉(zhuǎn)換，將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有一定關(guān)系的電流信號(hào)，通過轉(zhuǎn)換的電流相當(dāng)于一個(gè)輸出可調(diào)的恒流源，其輸出電流應(yīng)能夠保持穩(wěn)定而不會(huì)隨負(fù)載的變化而變化。

針對(duì)本設(shè)計(jì)來說使用PWM占空比來控制4-20mA電流輸出，而且也減少了電路的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.7 保護(hù)電路設(shè)計(jì)

鑒于電源電路存在一些不穩(wěn)定因素，用來防止此類不穩(wěn)定因素影響電路效果的回路稱作保護(hù)電路。比如有過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、空載保護(hù)、短路保護(hù)等。

電機(jī)過流檢測(cè)設(shè)計(jì)采用電流互感器來檢測(cè)電流過載。在供電用電的線路中電流電壓相差懸殊。線路上的電壓都比較高如直接測(cè)量是非常危險(xiǎn)的。電流互感器的作用就是變流和電氣隔離。電流互感器原理其實(shí)就是電磁感應(yīng)原理。

本電路使用的是380V交流電，所以用電流互感器來檢測(cè)較為安全，經(jīng)過電流互感器將大電流變?yōu)樾‰娏魅缓笤谧儞Q為電壓，再送入單片機(jī)處理。

3.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體流程圖

系統(tǒng)總體流程圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)總流程圖

3.2 鑒相處理及電機(jī)控制

鑒相采集的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，380V交流電已由外部硬件電路轉(zhuǎn)換為方波，單片機(jī)只需處理輸入兩路信號(hào)超前與滯后的關(guān)系就可以了，這里使用外部中斷來捕捉外部輸入的方波的信號(hào)。

電機(jī)控制包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，這里就需要換相和電源通電控制。

注意：一定要先進(jìn)行換相然后再對(duì)電機(jī)通電，否則在電機(jī)動(dòng)作的時(shí)候進(jìn)行換相會(huì)發(fā)生短路的情況。

3.3 反饋及遠(yuǎn)程信號(hào)處理

反饋信號(hào)主要是檢測(cè)電動(dòng)執(zhí)行器當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，其中包括閥門開度反饋、開關(guān)到位、過力矩檢測(cè)、過電流和過熱反饋。

過流檢測(cè)：通過互感器將電流變換為電壓然后通過A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理。

過熱檢測(cè)：通過熱敏電阻檢測(cè)，反饋回開關(guān)量。

過力矩檢測(cè)：通過外部限位開關(guān)讀取閥門過力矩信號(hào)，返回開關(guān)量。

開度采集：開度通過于轉(zhuǎn)動(dòng)閥門連接的電位器反饋信號(hào)，由A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)進(jìn)行處理。

3.4 按鍵及紅外遙控器信號(hào)處理

按鍵主要是用于執(zhí)行器本地操作和遠(yuǎn)程切換操作，安裝在執(zhí)行器的外殼上，主要實(shí)現(xiàn)本地點(diǎn)動(dòng)和本地保持動(dòng)作。

此處要注意的是按鍵消抖采用定時(shí)器延時(shí)來做，不要使用等待延時(shí)，可以提高單片機(jī)的運(yùn)行速度。

紅外遙控器接收管連接到單片機(jī)的外部中斷，當(dāng)有信號(hào)的時(shí)候進(jìn)入中斷處理，可以提高遙控器的執(zhí)行效率，處理的方法是將發(fā)送部分信號(hào)進(jìn)行解碼，軟件處理是將發(fā)送的碼字破譯成二進(jìn)制的0和1，由0和1組合成不同的字節(jié)即可破解遙控器按鍵。

3.5 液晶顯示驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)

液晶顯示部分顯示的內(nèi)容主要有三種，第一種是開度顯示，第二種是電動(dòng)執(zhí)行器狀態(tài)顯示，第三種的設(shè)置菜單顯示。

液晶驅(qū)動(dòng)程序的液晶顯示部分的基礎(chǔ)，我們使用的液晶是不帶字庫(kù)的液晶，所以在使用的時(shí)候需要把要顯示的字用取模軟件轉(zhuǎn)換成字模。液晶驅(qū)動(dòng)采用串行數(shù)據(jù)模式，這樣可以減少外部管腳的占用。

本設(shè)計(jì)已完成整機(jī)裝配，各個(gè)模塊運(yùn)行正常。已完成電動(dòng)執(zhí)行器各項(xiàng)功能，性能良好。各個(gè)模塊采用的電路都很簡(jiǎn)單，使用的元器件也都很普通，但完全實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)執(zhí)行器該有的功能。由于采用的電路簡(jiǎn)單使用的元器件便宜，所以大大降低了電動(dòng)執(zhí)行器的成本。

參考文獻(xiàn)

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[2]薛華成.管理信息系統(tǒng)[M].北京：清華大學(xué)出版社， 1993.

[3]曉喻.電子制作[J].北京：電子制作，2003.

第4篇：常用電源電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】耳機(jī)放大器;電子管;CCS

耳放，是耳機(jī)放大器的簡(jiǎn)稱。

在耳機(jī)系統(tǒng)中，音源與耳機(jī)之間加入一個(gè)耳機(jī)功率放大器的環(huán)節(jié)，可以改善音質(zhì)、調(diào)整系統(tǒng)的音色走向，特別是千元以上較為高檔的耳機(jī)，使用耳機(jī)放大器后音質(zhì)改善是明顯可聞的。目前的很多音源，尤其以電池為電源的，大多有耳機(jī)輸出插孔，但是為了降低成本、增加播放時(shí)間，這個(gè)插孔的電路和用料普遍十分平庸，不能滿足高保真聽音的需求輸出功率都比較小，因此，如果耳機(jī)靈敏度不是很高，音源輸出功率不是很大，加耳放，對(duì)于音質(zhì)是會(huì)有明顯提升的。

耳機(jī)放大器的設(shè)計(jì)制作類似于前級(jí)放大器，很多耳機(jī)放大器可當(dāng)作前級(jí)來使用，對(duì)信噪比、失真等指標(biāo)要求很高。由于耳機(jī)的靈敏度很高，電路設(shè)計(jì)稍有不慎，用耳機(jī)很容易聽出噪音或失真。

在這次設(shè)計(jì)中，前級(jí)放大電路原理如圖1所示。

圖1 前級(jí)放大原理圖

前級(jí)放大電路設(shè)計(jì)中，采用電子管6N11做前級(jí)放大。6N11屬于旁熱式陰極高頻低噪聲高頻電壓放大雙三極管。雖然該管在過去爭(zhēng)議頗多，但是目前很多電子管廠及多個(gè)品牌的國(guó)產(chǎn)音響放大器都使用該管，由此可見它的聲音自然有不凡之處。

用電子管制作的功放，被發(fā)燒友稱作膽機(jī)。電子管自1904年英國(guó)工程師菲利明（Fleming）發(fā)明，迄今已逾百年。到了信息時(shí)代的今天，電子管在電子世界的大部分領(lǐng)域已銷聲匿跡，被晶體管取而代之。但在一些特殊領(lǐng)域中，電子管還擁有無法代替的地位，特別是在音響發(fā)燒器材的龐大隊(duì)伍中，電子管還有著晶體管無法體現(xiàn)的引人入勝的獨(dú)特魅力，用電子管制作的高保真音頻功率放大器以其獨(dú)有的特色、醇厚優(yōu)美的音質(zhì)，有別于晶體管功放。所以在音響領(lǐng)域，電子管仍保有重要位置而且長(zhǎng)盛不衰。

電子管在音響應(yīng)用方面，最簡(jiǎn)單又最實(shí)用的莫過于作前級(jí)放大，因?yàn)榍凹?jí)不需要昂貴又復(fù)雜的輸出變壓器，同時(shí)也由于它需要的工作電源電壓高，這使得訊號(hào)的放大倍數(shù)較大、動(dòng)態(tài)裕量高，即使是放大到幾十伏電壓也不會(huì)因?yàn)楣╇妷旱南拗贫斐上鞑ㄊд妗?/p>

在電子管耳機(jī)放大器設(shè)計(jì)中，由于電子管本身的內(nèi)阻數(shù)值較高，為保證耳機(jī)放大器能夠和負(fù)載實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，控制耳機(jī)放大器的輸出阻抗是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在常用的幾種電子管耳機(jī)放大器輸出級(jí)電路中，包括Cathode Follower（射極跟隨器）、SRPP（Shunt Regulated Push-Pull分流調(diào)整式推挽放大器）和SEPP（Single-Ended Push-Pull 單端推挽）電路。

在這次設(shè)計(jì)中，除耦合電容改用較佳的Wima電容外，電阻也采用低噪無磁的國(guó)產(chǎn)軍工大紅袍，整流管用IN5407。

在這次設(shè)計(jì)中，沒有加入負(fù)回饋，如果感興趣的可以自己嘗試，但此時(shí)要注意反饋電阻要接往的是柵極而不是陰極，這與兩極共陰極放大輸出端的波形是反相的，如入陰極，會(huì)使陰極極電位下降，相對(duì)柵極電位提高而形成正反饋。除了加設(shè)負(fù)回饋，當(dāng)然也可嘗試換用不同品牌的電容作校聲試驗(yàn)，也可通過改變輸出電容數(shù)值或改變負(fù)載電阻數(shù)值等作進(jìn)一步嘗試。在制作過程中曾試用了Wima電容以及國(guó)產(chǎn)新德克等，結(jié)果是Wima音質(zhì)通透，速度適中，但音樂味有些偏淡;新德克韻味不錯(cuò)，但通透性、分析力稍感欠缺。總之這個(gè)一級(jí)共陰極放大前級(jí)的特點(diǎn)是音質(zhì)通透、音樂的背景寧?kù)o，分析力較高，全頻表現(xiàn)相當(dāng)均衡。

后級(jí)采用場(chǎng)效應(yīng)管IRF610進(jìn)行放大，采用這種設(shè)計(jì)形式，既保留了電子管功放音色耐聽、數(shù)碼味小的特點(diǎn)，又避免了電子管功放笨重的輸入輸出變壓器，整機(jī)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，外觀大方，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

圖2 后級(jí)放大原理圖

后級(jí)放大電路原理如圖2所示。從電路上看，這是一個(gè)非常適合自做的放大器，電路采用了簡(jiǎn)單的單端A類電路，圖3（a）所示的是普通的電阻負(fù)載單端A類放大電路，效率最高為12.5%。（b）圖所示的A類放大器采用了CCS（Constant Current Source，恒流源）取代了無源的電阻偏置，CCS的特點(diǎn)是能夠提高效率，最高能夠達(dá)到25%?？紤]各種因素之后，最終采用了CCS放大電路形式。

圖3 單端A類放大電路

圖2所示的電路有兩點(diǎn)需要注意：一是基于場(chǎng)效應(yīng)管的源極跟隨器的電流驅(qū)動(dòng)能力比較強(qiáng)，但是電壓增益小于1，因此這個(gè)電路只適用于無需電壓增益的應(yīng)用，其次，所示的單端電路對(duì)電源紋波的抑制能力非常弱，很容易受到電源噪聲的干擾，因此最好采用穩(wěn)壓電源供電，質(zhì)量比較好的電源適配器，以滿足需要。

圖中所用VMOS的型號(hào)為IRF610，實(shí)際上很多類似的型號(hào)都可以采用，如IRF630、IRF510、IRF530等等。恒流源采用常見的LM317構(gòu)成的電路，設(shè)計(jì)恒流電流為250mA。恒流電流值可以根據(jù)公式Iout=1.25/R5，電流單位為安培，電阻單位為歐姆。

最終設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖4所示，印刷版PCB圖如圖5所示。

圖4 電路原理圖（另一聲道相同）

第5篇：常用電源電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：比較器 脈寬調(diào)制 電源管理

中圖分類號(hào)：TN386 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）02-0137-02

1 引言

電壓比較器是一種常用的模擬信號(hào)處理電路，能夠?qū)陕冯妷盒盘?hào)進(jìn)行比較，并判斷哪個(gè)電壓信號(hào)大（或小）。電壓比較器常用于自動(dòng)控制、波形產(chǎn)生與變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及越限報(bào)警等許多場(chǎng)合。電壓比較器通常由集成運(yùn)放構(gòu)成，且大多處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)。比較器的種類有多種，如零電平比較器、任意電平比較器、滯回電壓比較器等[1]。在PWM模式的電源管理芯片中[2，3]，為了克服必須使用集成運(yùn)放來構(gòu)成比較器的問題，設(shè)計(jì)了一種電壓比較器，該比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且轉(zhuǎn)換速度快、鑒別靈敏度高，能夠滿足電源管理芯片的使用需求，并已被應(yīng)用在實(shí)際電源管理芯片中。

2 電壓比較器的基本原理

圖1給出了電壓比較器的符號(hào)及傳輸特性。其反相輸入端加信號(hào)，同相輸入端加參考電壓。比較器一般是開環(huán)工作，其增益很大。所以，當(dāng)時(shí)，輸出為“高”。而當(dāng)接近時(shí)，輸出電平發(fā)生轉(zhuǎn)換。其它時(shí)刻與可能差得很遠(yuǎn)（即）。電壓比較器的輸入為模擬量，可作為模擬和數(shù)字電路的接口電路，也可作為一位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，在實(shí)際中有著廣泛應(yīng)用。

電壓比較器可以用運(yùn)放構(gòu)成，也可用專用芯片構(gòu)成。作為比較器的另一個(gè)重要特性就是轉(zhuǎn)換速度，即比較器的輸出狀態(tài)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。通常要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短，以便實(shí)現(xiàn)高速比較。比較器的轉(zhuǎn)換速度與器件壓擺率有關(guān)，越大，輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間就越短，比較器的轉(zhuǎn)換速度越高。電壓比較器一般為開環(huán)應(yīng)用或正反饋應(yīng)用，不需要相位補(bǔ)償電容[4，5]

3 電壓比較器的設(shè)計(jì)與仿真

電壓比較器模塊在電源管理電路中起著非常重要的作用，是電路的使能輸入部分，表1是此模塊的設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)：

電壓比較器的“2”輸入端是電路的使能控制端，只有當(dāng)“2”端輸入電壓高于3V時(shí)，比較器輸出一個(gè)高電平使能信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)開關(guān)開啟，讓整個(gè)電路開始工作。圖2是此比較器模塊的電路圖，其中Vin-和Vin+分別是比較器的反向和同向輸入端，Vref-3是來自基準(zhǔn)的偏置電壓，R1和R2是輸入端負(fù)載電路，Vand1，Vand2，S及g端均為同向輸出端，c和d為反向輸出端。其中，Vin-端接固定的3.7V穩(wěn)定電壓，當(dāng)Vin+端輸入大于3V時(shí)，T21管導(dǎo)通同時(shí)T22管截至，從而T68管導(dǎo)通，此時(shí)由于鏡像作用，T67，T69，T70及T71均導(dǎo)通，且T63，T64，T65及T66均截至。導(dǎo)通的晶體管在各自的負(fù)載電阻上產(chǎn)生壓降，從而同向輸出端Vand1，Vand2，S及g端輸出均為高電平，而c和d端輸出為低電平。當(dāng)Vin+端輸入電壓低于3V時(shí)，情況剛好相反。圖3和圖4分別為此電路同向端和反向端輸出波形圖。

通過以上的設(shè)計(jì)及電路仿真，得到其電參數(shù)仿真結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)語

按照表1所示的設(shè)計(jì)要求，并通過對(duì)表1和表2的比較，電路的仿真結(jié)果在允許的誤差范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求，并且該電路模塊在實(shí)際PWM電源管理芯片中運(yùn)行良好。對(duì)于該電路的進(jìn)一步優(yōu)化將是深入研究的重點(diǎn)問題。

參考文獻(xiàn)

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第6篇：常用電源電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：電工基礎(chǔ)；項(xiàng)目化；教材

電工基礎(chǔ)是電氣自動(dòng)化、機(jī)電一體化專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是機(jī)電技術(shù)專業(yè)群的底層共享平臺(tái)課程，它既為學(xué)生畢業(yè)后從事有關(guān)電的工作進(jìn)行積淀，又為將來學(xué)生自學(xué)、深造、拓寬、創(chuàng)新打基礎(chǔ)。

通過企業(yè)的調(diào)研及對(duì)以往畢業(yè)生的問卷調(diào)查，我們確定了電工基礎(chǔ)課程的知識(shí)目標(biāo)是三大塊：直流電路部分、單相交流部分和三相交流部分。技能目標(biāo)是：培養(yǎng)對(duì)電阻器、電感器、電容器等元件的識(shí)別、測(cè)量能力；電路圖識(shí)圖、手工繪圖能力；簡(jiǎn)單電路分析、計(jì)算能力；電鉻鐵、螺絲刀、鉗子、測(cè)電筆等工具使用能力；儀器使用能力，如萬用表、電壓表、電流表、直流電源、交流電源、電度表、示波器、實(shí)驗(yàn)臺(tái)等；電子產(chǎn)品說明書閱讀、理解能力；常用電氣產(chǎn)品、設(shè)備銘牌的識(shí)讀能力；家用單相交流電路初步設(shè)計(jì)、安裝、一般故障排除能力；一般低壓電器選擇、使用能力；安全用電、安全操作能力，一般電氣火災(zāi)防范、撲救能力等。在素質(zhì)目標(biāo)是：在完成各項(xiàng)目過程中的培養(yǎng)與人交往、團(tuán)結(jié)合作、解決問題、創(chuàng)新能力和持續(xù)發(fā)展的能力； 具有安全生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保和產(chǎn)品質(zhì)量等職業(yè)意識(shí)和良好的工作方法、工作作風(fēng)和職業(yè)道德；按照以“以能力為本位，以職業(yè)實(shí)踐為主線，以項(xiàng)目課程為主體”的總體設(shè)計(jì)要求，形成電路的制作、安裝和測(cè)試能力為目標(biāo)，打破學(xué)科課程的設(shè)計(jì)思路，圍繞工作任務(wù)的需要選擇和組織課程內(nèi)容，突出能力與知識(shí)的聯(lián)系，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握知識(shí)，增強(qiáng)課程內(nèi)容與職業(yè)崗位能力的關(guān)聯(lián)度。

因此我們把電工基礎(chǔ)分為四個(gè)模塊：安全用電、常用直流電表的使用與制作、單相交流電路的制作與測(cè)試、三相交流電路的制作與測(cè)試。

電是看不到，摸不著的，對(duì)于將來要從事電工行業(yè)者來說，安全用電就被提到了一個(gè)非常高的高度，因此我們?cè)诮滩捻?xiàng)目一設(shè)立了安全用電，主要讓學(xué)生學(xué)會(huì)正確使用電，在使用過程中保護(hù)自己的安全，遇到緊急突況能冷靜處理應(yīng)對(duì)，因此在本項(xiàng)目中主要讓學(xué)生了解各種電氣符號(hào)的含義；知道安全用電的要求；遵守安全電壓的規(guī)定；熟悉安全接地的方法會(huì)采取預(yù)防觸電的措施；知道觸電的種類和方式；會(huì)分析觸電的常見原因，能對(duì)觸電現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理；會(huì)快速實(shí)施人工急救。

電工基礎(chǔ)項(xiàng)目二就是直流電路部分，那么為使學(xué)生有直觀的認(rèn)識(shí)，我們?cè)O(shè)立了常用直流電表的使用與制作，認(rèn)識(shí)電阻，能識(shí)別電阻，會(huì)在電路中使用電阻，根據(jù)色環(huán)識(shí)讀電阻，會(huì)用萬用表測(cè)量電阻，會(huì)使用電流表、電壓表測(cè)試電路中的電流及負(fù)載的電壓，會(huì)安裝直流照明電路并對(duì)電路進(jìn)行檢查；用簡(jiǎn)單燈泡進(jìn)行串并聯(lián)來從直覺上先感覺后計(jì)算串聯(lián)分壓和并聯(lián)分流；會(huì)安裝直流電壓表，擴(kuò)展直流電壓表量程，安裝直流電流表，擴(kuò)展直流電流表量程，能安裝萬用表，會(huì)使用萬用表，檢測(cè)萬用表故障，進(jìn)而掌握最常用的電工儀表--萬用表的機(jī)構(gòu)與原理，

電工基礎(chǔ)項(xiàng)目三就是單相交流電路部分，室內(nèi)照明電路設(shè)計(jì)與安裝，用示波器觀察與測(cè)量電阻電路、電感電路、電容電路兩端的電壓及流過電阻的電流的波形，用示波器觀察與測(cè)量串聯(lián)電路（RL、RC及RLC串聯(lián)電路）兩端的電壓、流過串聯(lián)電路電流的波形；用萬用表分別測(cè)量RLC兩端及串聯(lián)電路兩端總電壓；通過對(duì)日光燈照明電路的安裝與測(cè)試，了解日光燈照明電路常見故障排除，功率因數(shù)的提高方法及感受功率因數(shù)提高帶來的效果。

電工基礎(chǔ)項(xiàng)目四就是三相交流電路的制作與測(cè)試，用交流電流表測(cè)量線電流與相電流，用功率表測(cè)量功率，測(cè)量線電流、相電流、中線電流，測(cè)量三相不對(duì)稱負(fù)載的功率，測(cè)量線電流、相電流、中線電流，測(cè)量三相不對(duì)稱負(fù)載的功率，三相漏電保護(hù)開關(guān)的識(shí)別及安裝方法，三相電度表的安裝方法，三相插座的安裝方法。通過本項(xiàng)目，使學(xué)生對(duì)高深莫測(cè)的三相交流電有個(gè)初步的了解，為后續(xù)課程開展打下良好的基礎(chǔ)。

通過本教材項(xiàng)目化的設(shè)計(jì)，使高職教師能有個(gè)可以依托于工作實(shí)際的書本，學(xué)生能運(yùn)用書中的電工基礎(chǔ)知識(shí)和工程應(yīng)用方法解決生產(chǎn)生活中實(shí)際一些問題。

[參考文獻(xiàn)]

第7篇：常用電源電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源 EWB 仿真分析

目前，直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用非常廣泛，幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源。根據(jù)個(gè)人多年的經(jīng)驗(yàn)，直流穩(wěn)壓電源在一些常用的電子產(chǎn)品中較容易出故障，因?yàn)樵骷^容易損壞。且其輸出電壓會(huì)隨電網(wǎng)電壓的改變及負(fù)載的變動(dòng)而不穩(wěn)定，那將導(dǎo)致電子產(chǎn)品的使用效果不理想。因此，讓學(xué)生掌握好直流穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)及工作原理都是很重要的。筆者采用EWB電子工作平臺(tái)來對(duì)串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源各個(gè)部分進(jìn)行仿真研究。

眾所周知的，如果要做一個(gè)穩(wěn)壓電源，你得先采購(gòu)元器件，接著測(cè)試元器件的好壞，然后組裝焊接電路，最后調(diào)試，到最終成功得花上比較久的時(shí)間。但EWB電子工作平臺(tái)可以方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)，它有著豐富的電子元器件庫(kù)，還提供了多種虛似儀器，而且操作簡(jiǎn)單，一學(xué)就會(huì)，讓使用者仿佛置身于實(shí)驗(yàn)室使用真實(shí)的儀器。下面筆者以一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源為例進(jìn)行仿真說明。

一、電路結(jié)構(gòu)和仿真電路圖

完整的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源一般分為四個(gè)部分：整流電路、濾波電路、串聯(lián)穩(wěn)壓電路和保護(hù)電路，如圖1所示。（注：圖1中的20V交流電源可由市電經(jīng)變壓器得到。）

圖1 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源仿真電路

二、各部分電路仿真分析

1.整流電路

借助EWB仿真軟件，可以實(shí)時(shí)設(shè)置故障、排除故障。在橋式整流仿真電路中設(shè)置了一個(gè)二極管短路故障（雙擊其中一個(gè)二極管，在Fault中選擇Short）。通過觀察虛擬示波器波形，分析電路工作情況。仿真分析可知，四個(gè)整流二極管只要其中任何一個(gè)發(fā)生短路，就會(huì)使橋式全波整流變成半波整流；而四個(gè)整流二極管全部正常時(shí)，電路為全波整流，如表1所示。當(dāng)然還可以設(shè)置其他的故障，使用者自己可以試著設(shè)置。

表1 橋式整流電路輸入、輸出電壓波形

電壓 其中一個(gè)二極管短路時(shí) 四個(gè)二極管正常時(shí)

輸入電壓波形

輸出電壓波形

結(jié)論 半波整流 橋式全波整流

2.濾波電路

把混雜在直流電里的交流成分過濾出來，叫“濾波”。簡(jiǎn)單地說就是利用了電容的“隔直通交”特性實(shí)現(xiàn)濾波的。經(jīng)過濾波的交流成分都經(jīng)過電容器回到電源去了，電容器兩側(cè)剩下的就是沒有波動(dòng)的直流了。從表2仿真分析可知，濾波后輸出電壓平均值Uo的大小與濾波電容C及等效負(fù)載RL的大小有關(guān)。等效負(fù)載RL一定時(shí)，濾波電容C越大輸出電壓越平滑，輸出電壓平均值也越大；濾波電容C一定時(shí)，等效負(fù)載RL越大輸出電壓越平滑，輸出電壓平均值也越大。當(dāng)整流二極管其中之一短路時(shí)，輸出電壓波形的脈動(dòng)程度增大，輸出電壓平均值變小。但為了獲得良好的濾波效果，一般取：RLC≥（3～5）T/2，式中T為交流電源周期，此時(shí)濾波輸出電壓的平均值：Uo=1.2UI。

圖2 電容濾波仿真電路

表2 電容濾波電路輸入、輸出電壓波形

電壓 濾波電容、負(fù)載電阻工作情況

C=100μF

RL=100Ω C=470μF

RL=100Ω C=470μF

RL=∞

輸入電壓波形

輸出電壓波形

其中一個(gè)二極管短路時(shí)輸出電壓波形

3.串聯(lián)穩(wěn)壓電路

（1）輸出電壓范圍。如圖1所示，輸出電壓的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)電位器RP來實(shí)現(xiàn)的，輸出電壓從表3仿真分析可知，輸出電壓波形已變成一條直線，進(jìn)一步減小了輸出電壓中的脈動(dòng)成分。調(diào)節(jié)電位器RP的阻值，該串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓平均值為4V～23V可調(diào)。

表3 調(diào)節(jié)電位器RP阻值，輸入、輸出電壓波形及平均值

電壓 調(diào)節(jié)電位器RP阻值

0Ω 500Ω 1kΩ

輸入電壓波形

輸出電壓波形

輸出電壓平均值（負(fù)載開路時(shí)） 4.023V 8.173V 23.13V

（2）輸出電壓的穩(wěn)壓仿真分析。輸出電壓發(fā)生變化的主要原因：①電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，②負(fù)載電阻的變化。從表4和表5的仿真結(jié)果分析可知，當(dāng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)使輸入電壓UI變化，或者負(fù)載電阻改變，經(jīng)過串聯(lián)穩(wěn)壓后，都能使電路依然保持輸出電壓基本不變，從而達(dá)到了穩(wěn)壓的目的。

表4 負(fù)載RL=100Ω、電位器RP在中間時(shí)、輸入電壓改變時(shí)輸出電壓的波形及大小

電壓 輸入電壓UI（有效值）

38/ 20V 20/

穩(wěn)壓電路輸入電壓UI波形

輸出電壓Uo波形

輸出電壓Uo平均值 8.347V 8.172V 7.987V

表5 輸入有效值UI=20V，電位器RP在中間時(shí)，負(fù)載改變時(shí)輸出電壓波形及大小

電壓 負(fù)載電阻RL

1kΩ 100Ω 50Ω

穩(wěn)壓電路輸入電壓UI波形

輸出電壓Uo波形

輸出電壓Uo平均值 8.170V 8.163V 8.149V

4.保護(hù)電路

R2是提供D5、D6正向電流的限流電阻。R1是Q3的集電極負(fù)載電阻，又是復(fù)合調(diào)整管基極的偏流電阻。C2是考慮到在市電電壓降低的時(shí)候，為了減小輸出電壓的交流成分而設(shè)置的。C3的作用是降低穩(wěn)壓電源的交流內(nèi)阻和紋波。

三、小結(jié)

綜上所述，通過采用EWB電子工作平臺(tái)對(duì)圖1所示的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源各部分進(jìn)行仿真分析，初學(xué)者應(yīng)該能較快、較好地掌握串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的工作原理。筆者總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：EWB設(shè)計(jì)電路費(fèi)時(shí)較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)少；虛擬儀器效果好，仿真結(jié)果直觀；排除故障迅速；EWB簡(jiǎn)單、易學(xué)、經(jīng)濟(jì)、快捷。因此，熟練掌握EWB這種電子電路設(shè)計(jì)與仿真軟件對(duì)于設(shè)計(jì)人員是十分必要的。

第8篇：常用電源電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文

摘要：在集成電路的設(shè)計(jì)中，電阻器不是主要的器件，卻是必不可少的。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)對(duì)整個(gè)電路有很大的影響，并且會(huì)使芯片的面積很大，從而增加成本。電阻在集成電路中有極其重要的作用。他直接關(guān)系到芯片的性能與面積及其成本。討論了集成電路設(shè)計(jì)中多晶硅條電阻、mos管電阻和電容電阻等3種電阻器的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：集成電路  電阻  開關(guān)電容  cmos

        目前，在設(shè)計(jì)中使用的主要有3種電阻器：多晶硅、mos管以及電容電阻。在設(shè)計(jì)中，要根據(jù)需要靈活運(yùn)用這3種電阻，使芯片的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。

        1 cmos集成電路的性能及特點(diǎn)

        1.1 功耗低 cmos集成電路采用場(chǎng)效應(yīng)管，且都是互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，工作時(shí)兩個(gè)串聯(lián)的場(chǎng)效應(yīng)管總是處于一個(gè)管導(dǎo)通，另一個(gè)管截止的狀態(tài)，電路靜態(tài)功耗理論上為零。實(shí)際上，由于存在漏電流，cmos電路尚有微量靜態(tài)功耗。單個(gè)門電路的功耗典型值僅為20mw，動(dòng)態(tài)功耗（在1mhz工作頻率時(shí)）也僅為幾mw。

        1.2 工作電壓范圍寬 cmos集成電路供電簡(jiǎn)單，供電電源體積小，基本上不需穩(wěn)壓。國(guó)產(chǎn)cc4000系列的集成電路，可在3~18v電壓下正常工作。

        1.3 邏輯擺幅大 cmos集成電路的邏輯高電平“1”、邏輯低電平“0”分別接近于電源高電位vdd及電影低電位vss。當(dāng)vdd=15v，vss=0v時(shí)，輸出邏輯擺幅近似15v。因此，cmos集成電路的電壓電壓利用系數(shù)在各類集成電路中指標(biāo)是較高的。

        1.4 抗干擾能力強(qiáng) cmos集成電路的電壓噪聲容限的典型值為電源電壓的45%，保證值為電源電壓的30%。隨著電源電壓的增加，噪聲容限電壓的絕對(duì)值將成比例增加。對(duì)于vdd=15v的供電電壓（當(dāng)vss=0v時(shí)），電路將有7v左右的噪聲容限。

        1.5 輸入阻抗高 cmos集成電路的輸入端一般都是由保護(hù)二極管和串聯(lián)電阻構(gòu)成的保護(hù) 網(wǎng)絡(luò) ，故比一般場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻稍小，但在正常工作電壓范圍內(nèi)，這些保護(hù)二極管均處于反向偏置狀態(tài)，直流輸入阻抗取決于這些二極管的泄露電流，通常情況下，等效輸入阻抗高達(dá)103~1011ω，因此cmos集成電路幾乎不消耗驅(qū)動(dòng)電路的功率。

        1.6 溫度穩(wěn)定性能好 由于cmos集成電路的功耗很低，內(nèi)部發(fā)熱量少，而且，cmos電路線路結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)都具有對(duì)稱性，在溫度環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，某些參數(shù)能起到自動(dòng)補(bǔ)償作用，因而cmos集成電路的溫度特性非常好。一般陶瓷金屬封裝的電路，工作溫度為-55 ~ +125℃；塑料封裝的電路工作溫度范圍為-45 ~ +85℃。

        1.7 扇出能力強(qiáng) 扇出能力是用電路輸出端所能帶動(dòng)的輸入端數(shù)來表示的。由于cmos集成電路的輸入阻抗極高，因此電路的輸出能力受輸入電容的限制，但是，當(dāng)cmos集成電路用來驅(qū)動(dòng)同類型，如不考慮速度，一般可以驅(qū)動(dòng)50個(gè)以上的輸入端。

        2 cmos集成電路電阻的應(yīng)用

        2.1 多晶硅電阻

集成電路中的單片電阻器距離理想電阻都比較遠(yuǎn)，在標(biāo)準(zhǔn)的mos工藝中，最理想的無源電阻器是多晶硅條?！?nbsp;  

        式中：ρ為電阻率；t為薄板厚度；r=(ρ/t)為薄層電阻率，單位為ω/；l/w為長(zhǎng)寬比。由于常用的薄層電阻很小，通常多晶硅最大的電阻率為100 ω/，而設(shè)計(jì)規(guī)則又確定了多晶硅條寬度的最小值，因此高值的電阻需要很大的尺寸，由于芯片面積的限制，實(shí)際上是很難實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然也可以用擴(kuò)散條來做薄層電阻，但是由于工藝的不穩(wěn)定性，通常很容易受溫度和電壓的影響，很難精確控制其絕對(duì)數(shù)值。寄生效果也十分明顯。無論多晶硅還是擴(kuò)散層，他們的電阻的變化范圍都很大，與注入材料中的雜質(zhì)濃度有關(guān)。不 容易 計(jì)算 準(zhǔn)確值。由于上述原因，在集成電路中經(jīng)常使用有源電阻器。

        2 mos管電阻

        mos管為三端器件，適當(dāng)連接這三個(gè)端，mos管就變成兩端的有源電阻。這種電阻器主要原理 是利用晶體管在一定偏置下的等效電阻?？梢源娑嗑Ч杌驍U(kuò)散電阻，以提供直流電壓降，或在小范圍內(nèi)呈線性的小信號(hào)交流電阻。在大多數(shù)的情況下，獲得小信號(hào)電阻所需要的面積比直線性重要得多。一個(gè)mos器件就是一個(gè)模擬電阻，與等價(jià)的多晶硅或跨三電阻相比，其尺寸要小得多。簡(jiǎn)單地把n溝道或p溝道增強(qiáng)性mos管的柵極接到漏極上就得到了類似mos晶體管的有源電阻。對(duì)于n溝道器件，應(yīng)該盡可能地把源極接到最負(fù)的電源電壓上，這樣可以消除襯底的影響。同樣p溝道器件源極應(yīng)該接到最正的電源電壓上。此時(shí)，vgs=vds，如圖1（a)，(b)所示。圖1（a)的mos晶體管偏置在線性區(qū)工作，圖2所示為有源電阻跨導(dǎo)曲線id-vg s的大信號(hào)特性。這一曲線對(duì)n溝道、p溝道增強(qiáng)型器件都適用?？梢钥闯觯娮铻榉蔷€性的。但是在實(shí)際中，由于信號(hào)擺動(dòng)的幅度很小，所以實(shí)際上這種電阻可以很好地工作。其中：k′=μ0c0x?？梢钥闯?，如果vds<(vgs-vt)，則id與vds之間關(guān)系為直線性（假定vgs與vds無關(guān)，由此產(chǎn)生一個(gè)等效電阻r=kl/w，k=1/［μ0c0x（vgs-vt）］，μ0為載流子的表面遷移率，c0x為柵溝電容密度；k值通常在1000～3000ω/。實(shí)驗(yàn)證明，在vds<0.5（vgs-vt）時(shí)，近似情況是十分良好的。圖1（c)，(d)雖然可以改進(jìn)電阻率的線性，但是犧牲了面積增加了復(fù)雜度。

        在設(shè)計(jì)中有時(shí)要用到交流電阻，這時(shí)其直流電流應(yīng)為零。圖1所示的有源電阻不能滿足此條 件，因?yàn)檫@時(shí)要求其阻值為無窮大。顯然這是不可能的。這時(shí)可以利用mos管的開關(guān)特性來實(shí)現(xiàn)。

         3 電容電阻

        交流電阻還可以采用開關(guān)和電容器來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)驗(yàn)表明，如果時(shí)鐘頻率足夠高，開關(guān)和電容的組合就可以當(dāng)作電阻來使用。其阻值取決于時(shí)鐘頻率和電容值。

        在特定的條件下，按照采樣系統(tǒng)理論，在周期內(nèi)的變化可忽略不計(jì)。

        其中，fc=1/t是信號(hào)φ1和φ2的頻率。

第9篇：常用電源電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003）

【摘要】在微控制器中嵌入TCP/IP協(xié)議，并利用HTTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)嵌入式WEB服務(wù)器，計(jì)算機(jī)可通過WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)電源開關(guān)的遠(yuǎn)程控制功能。根據(jù)功能需求，給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞 微控制器；以太網(wǎng)；TCP/IP協(xié)議；嵌入式WEB服務(wù)器

基金項(xiàng)目：江蘇省淮安市科技支撐計(jì)劃（工業(yè)）專項(xiàng)基金項(xiàng)目（HAG2012056）。

作者簡(jiǎn)介：索明何（1979—），男，山東淄博人，淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師、工程師，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

宋剛永（1980—），男，江蘇宿遷人，淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師、工程師，研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)及應(yīng)用。

0引言

在許多用電場(chǎng)所包括工業(yè)用電及生活用電，電源的通與斷都需要人工操作，這會(huì)帶來許多不便，并且有時(shí)在無人管理的情況下會(huì)造成電能的超級(jí)浪費(fèi)甚至?xí)砦ｋU(xiǎn)因素。在此提出一種解決方案——基于嵌入式WEB服務(wù)器的遠(yuǎn)程電源開關(guān)設(shè)計(jì)。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

遠(yuǎn)程電源開關(guān)的總體結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。由微控制器、以太網(wǎng)接口模塊和控制模塊三大部分組成。

其中，為使電源控制開關(guān)接入以太網(wǎng)，需通過以太網(wǎng)接口模塊將其接入以太網(wǎng)。為了簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，亦可選擇內(nèi)部集成以太網(wǎng)控制器的微控制器；控制模塊可選繼電器或可控硅等器件，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)弱電控制用電器強(qiáng)電。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心是嵌入式TCP/IP協(xié)議的設(shè)計(jì)。

2.1嵌入式TCP/IP協(xié)議構(gòu)架

如圖2所示，在應(yīng)用層，主要設(shè)計(jì)兩個(gè)應(yīng)用程序：（1）使用HTTP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)嵌入式WEB服務(wù)器，用于計(jì)算機(jī)與電源開關(guān)的遠(yuǎn)程通信控制。（2）調(diào)用Ping命令，測(cè)試計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程電源開關(guān)之間的連通性。

在傳輸層，主要使用TCP協(xié)議。應(yīng)用層的HTTP協(xié)議封裝成TCP協(xié)議的格式。

在網(wǎng)絡(luò)層，使用IP協(xié)議和ICMP協(xié)議。其中，傳輸層的TCP協(xié)議和UDP協(xié)議以及本層的ICMP協(xié)議都要封裝成IP協(xié)議格式進(jìn)行傳輸。

在網(wǎng)絡(luò)層及以上各層，使用的是32位的IP地址，而數(shù)據(jù)鏈路層使用的是48位的MAC地址，因此使用了ARP協(xié)議。

要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)接入以太網(wǎng)，還需要以太網(wǎng)控制器的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，主要完成以太網(wǎng)控制器的的初始化和讀寫程序。

2.2嵌入式WEB服務(wù)器的設(shè)計(jì)

一個(gè) WEB 服務(wù)器也稱為 HTTP 服務(wù)器，它通過 HTTP 協(xié)議與客戶端通信。這個(gè)客戶端通常指的是 WEB 瀏覽器。HTTP 是一種讓 WEB 服務(wù)器與瀏覽器（客戶端）通過Internet 發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的協(xié)議。它是一個(gè)請(qǐng)求、響應(yīng)協(xié)議——客戶端發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求，服務(wù)器響應(yīng)這個(gè)請(qǐng)求。HTTP 運(yùn)用可靠的TCP連接，通常用的TCP 80端口。

從功能上來講，WEB服務(wù)器監(jiān)聽用戶端的服務(wù)請(qǐng)求，根據(jù)用戶請(qǐng)求的類型提供相應(yīng)的服務(wù)，用戶端使用WEB瀏覽器和WEB服務(wù)器進(jìn)行通信。用戶請(qǐng)求有兩種：GET請(qǐng)求和POST請(qǐng)求。WEB服務(wù)器在接收到用戶端的請(qǐng)求后，處理用戶請(qǐng)求并返回需要的數(shù)據(jù)。在 HTTP 中，客戶端總是通過建立一個(gè)連接與發(fā)送一個(gè) HTTP 請(qǐng)求來發(fā)起一個(gè)事務(wù)。服務(wù)器不能主動(dòng)去與客戶端聯(lián)系，也不能給客戶端發(fā)出一個(gè)回叫連接。客戶端與服務(wù)器端都可以提前中斷一個(gè)連接。

嵌入式WEB服務(wù)器的設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

3結(jié)束語

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，遵循了節(jié)約能源的原則且自身造價(jià)低，因此具有廣闊的應(yīng)用前景及巨大的市場(chǎng)潛力，可廣泛應(yīng)用于智能小區(qū)、學(xué)校、公司等多種場(chǎng)合，并易于推廣，有極好的實(shí)際意義及較高的社會(huì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］索明何.基于Internet的嵌入式遠(yuǎn)程控制開關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技信息,2010（35）.