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電源問答

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數控直流穩(wěn)壓電源專業(yè)基礎實驗的開發(fā)案例

時間:2022-06-12 人氣: 來源:山東合運電氣有限公司

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

設計一個數控直流穩(wěn)壓電源電路,要求:

(1)輸出電壓:0~+9.9V,步進可調,調整步距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碼管顯示;

(5)電壓調整: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、數模轉換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

用模擬和數字電路的知識設計數控直流穩(wěn)壓電源原理框圖如圖1所示。

2.1 計數譯碼顯示電路

由兩片可逆計數器74LS192計數器或161計數器,通過帶防抖電路的按鍵按下次數的統(tǒng)計,分別實現個位、十位的9進制加減。并通過兩片CD4511譯碼器和兩片七段數碼管(其中十位帶DP),實現0~9.9V顯示。

2.2 D/A數模轉換電壓調整電路

由兩片DAC0832轉換器實現數字信號轉換為模擬電流信號,再通過運放轉換為電壓信號UO3。

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

數控直流穩(wěn)壓電源專業(yè)基礎實驗的開發(fā)案例

式中,IOUT1、UREF分別為DAC0832電流輸出端和基準電壓,RFB為內部反饋電阻。通過調節(jié)R1電位器即調節(jié)UREF電壓或調節(jié)Rf電位器實現調整輸出電壓UO5。電路如圖2所示。

2. 3 擴流輸出

UO5電壓經過電壓跟隨器隔離,輸出到大功率三極管基極,經擴流后實現輸出電流≤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,往往在幾十毫秒內電壓會出現多次抖動,相當于連續(xù)出現幾個脈沖信號,使得數碼管顯示“跳數”,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”現象。

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誤差,可對運放加調零電路進行改善。

圖3所示是有專用調零端子的運放的調零電路。圖4是無調零端子的反相輸入運放調零電路。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,數模轉換后,個位和十位的測試數據對比理論計算值是比較精確的,而且數字越大越精確。在最終輸出時,測試值5.5V的時候最精確。所以可以通過調節(jié)電位器,改善輸出精度,滿足題目要求。

5 結語

通過數控直流穩(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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