數(shù)控直流穩(wěn)壓電源專業(yè)基礎實驗的開發(fā)案例

專業(yè)基礎課是高等教育中的三大教育(通識教育、專業(yè)基礎教育、專業(yè)教育)重要組成部分，而與之配套的專業(yè)基礎實驗課的作為工程教育的載體，首當其沖地充當工程教育的引導者、先行者。專業(yè)基礎實驗課的拓展，必須與工程教育、創(chuàng)新教育的教學體系相符合。強化工程實踐，案例啟發(fā)，將成為實驗教學的一種方式。下面就模擬和數(shù)字電路實驗課程中的綜合性實驗的開發(fā)進行舉例。

1 實驗任務

設計一個數(shù)控直流穩(wěn)壓電源電路，要求：

(1)輸出電壓：0～+9.9V，步進可調(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：由實驗箱兩個按鍵步進增減;

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

2 設計原理

用模擬和數(shù)字電路的知識設計數(shù)控直流穩(wěn)壓電源原理框圖如圖1所示。

2.1 計數(shù)譯碼顯示電路

由兩片可逆計數(shù)器74LS192計數(shù)器或161計數(shù)器，通過帶防抖電路的按鍵按下次數(shù)的統(tǒng)計，分別實現(xiàn)個位、十位的9進制加減。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)換器實現(xiàn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，再通過運放轉(zhuǎn)換為電壓信號UO3。

通過運放加法器實現(xiàn)對輸出電壓UO5的調(diào)節(jié)。當數(shù)碼管顯示9時，電路滿足：

式中，IOUT1、UREF分別為DAC0832電流輸出端和基準電壓，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電位器實現(xiàn)調(diào)整輸出電壓UO5。電路如圖2所示。

2. 3 擴流輸出

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)擴流后實現(xiàn)輸出電流≤200mA，同時可以避免帶負載RL(50Ω)電阻時，而引起輸出電壓UO的下降。

3 實驗現(xiàn)象地分析和解決辦法

實驗中當按壓按鍵時，由于機械開關的接觸抖動，往往在幾十毫秒內(nèi)電壓會出現(xiàn)多次抖動，相當于連續(xù)出現(xiàn)幾個脈沖信號，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)器的運用，作為防抖電路避免了“跳數(shù)”現(xiàn)象。

當UO5電壓直接輸出到大功率三極管基極時，在接入負載50 Ω電阻時，輸出電壓會下降。改進方法就是接入電壓跟隨器進行隔離。

對于由零漂引起的失調(diào)誤差，可對運放加調(diào)零電路進行改善。

圖3所示是有專用調(diào)零端子的運放的調(diào)零電路。圖4是無調(diào)零端子的反相輸入運放調(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 測試分析

由上圖表可知，數(shù)模轉(zhuǎn)換后，個位和十位的測試數(shù)據(jù)對比理論計算值是比較精確的，而且數(shù)字越大越精確。在最終輸出時，測試值5.5V的時候最精確。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)壓電源綜合性實驗的開發(fā)和實踐，使學生在學習模擬和數(shù)字電路的基礎知識的同時，掌握知識的綜合運用和實踐，加強對教學內(nèi)容的拓展與工程應用的對接，培養(yǎng)學生參與工程的積極性，加大創(chuàng)新實驗的建設力度將是我們的努力方向。

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