电源是各种电子、电器设备工作的动力,直流稳压电源是实验室最常用的电子设备,是能为负载提供稳定直流电压的电子装置。直流稳压电源的供电电源大都是交流电源,当交流供电电源的电压或负载电阻变化时,稳压器的直流输出电压都会保持稳定。直流稳压电源主要有输出电压的准确性、稳定性、输出噪声、电压特性、负载特性、电流输出能力、效率等特征参数。
线性直流稳压电源电路中包含变压器降压、二极管整流、电容滤波、稳压器稳压等环节。
了解直流稳压电源输出噪声、电压特性、负载特性等主要特性参数的定义及测量方法。
在Multisim软件中设计并仿真运行,用软件中的虚拟仪器测量降压、整流、滤波、稳压后的信号波形;
在面包板上搭试实现直流稳压电路,由实验室配置的直流稳压源供电,经过LM7805稳压器稳压获得;
测量几种不同电源(USB开关电源、自制线性直流稳压电源、实验室配置的直流稳压电源)的主要参数:输出电压的准确度、稳定度、输出电压的噪声、负载特性等。
提高要求:在Multisim软件中设计实现输出电压在5~10V间可调的直流稳压电源。
在软件中设计直流稳压源的路,并用软件中的虚拟仪器测量降压、稳压、滤波、稳压后的信号波形;
以LM7805为稳压器件实物搭试完成直流稳压电源电路,实验室配置的直流稳压源的输出代替整流后的直流电压;测试电源的参数是不是满足设计要求;
自拟测试方案测试USB开关电源、自制线性直流稳压电源、实验室配置的直流稳压电源等电压源的主要参数,比较测试结果,分析优劣及适合使用的范围;
电源的主要特性参数:输出电压范围、输出功率范围、输出电压稳定度和准确度,纹波电压、负载特性等;
线性直流稳压电源变压器降压、二极管稳压、电容滤波、稳压器稳压等环节电路工作原理,交流电压、变压器变比、电容器容量、负载电阻阻值等参数对电压源特征参数的影响。
在了解电压源工作原理及分类,理解电源主要参数,比较分析各种电源的特点及适用范围的基础上,通过查阅器件手册,自行设计电压可调的直流稳压电源,确定参数,硬件搭接电路,调试电路,达到设计的基本要求的参数,并测试结果,实现对稳压电源电路的深入理解。
运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。由于早期应用于模拟计算机中,用以实现数学运算,故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元,可以由分立的器件实现,也能轻松实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展,大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类非常之多,大范围的应用于电子行业当中。
查阅μA741运放的数据手册,自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数,解释参数含义;
±15V,R1=10kΩ,RF=100kΩ,RL=100kΩ,RP=10k//100kΩ。按图连接电路,输入直流信号Ui分别为-1V、0.5V,用万用表测量对应不同Ui时的Uo值,列表计算Au并和理论值相比较。其中Ui通过电阻分压电路产生。Ui输入
(有效值)、1kHz的正弦交流信号,在双踪示波器上观察并记录输入输出波形,在输出不失真的情况下测量交流电压增益,并和理论值相比较。输入信号频率为1kHz
RF=100kΩ。输入信号幅度Ui=0.1Vpp不变;在改变输入信号频率时,观察并记录输出信号幅度、输出信号与输入信号间相位差的变化。提高要求:加法器电路设计:
接入方波信号,从示波器的校准信号获取,Ui2接入5kHz,0.1V(峰峰值)的正弦信号,用示波器观察输出电压Uo的波形,画出波形图并与理论值比较。实验中如波形不稳定,可微调Ui2的频率。3.
了解运算放大器的主要直流参数(共模抑制比,开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等)、交流参数(增益带宽积、转换速率等)和极限参数(最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等)的基本概念。
电压增益是电路的输出电压和输入电压的比值,包括直流电压增益和交流电压增益。实验中一般都会采用万用表的直流档测量直流电压增益,测量时要注意表笔的正负。
Au)测量交流电压增益测量要在输出波形不失真的条件下,用示波器测量输入电压Ui(有效值)或
Uim(峰值)或Uipp(峰-峰值)与输出电压Uo(有效值)或Uom(峰值)或Uopp(峰-峰值),再通过计算可得。测试框图如图3所示。用示波器测量电压传输特性曲线的方法
双端口网络的输出电压值随输入电压值的变化而变化的特性叫做电压传输特性。示波器X-Y
X通道,电路的输出信号加到示波器的Y通道,利用示波器X-Y图示仪的功能,在屏幕上显示完整的电压传输特性曲线,同时还可以测量相关参数。测量方法如图4所示。图
选择合理的输入信号电压,一般与电路实际的输入动态范围相同,太大除了会影响测量结果以外还可能会损坏器件;太小不能完全反应电路的传输特性。
选择合理的输入信号频率,频率太高会引起电路的各种高频效应,太低则使显示的波形闪烁,都会影响观察和读数。一般取50
X-Y方式下,X通道的耦合方式是通过触发耦合按钮来设定的,同样也要设成DC。选择示波器显示方式,示波器设成X-Y
X-Y方式;对于数字示波器,按下“Display”按钮,在菜单项中选择X-Y。进行原点校准,对于模拟示波器,可把两个通道都接地,此时应该能看到一个光点,调节相应位移旋钮,使光点处于坐标原点;对于数字示波器,先将CH1
Y轴重合,然后将CH1改成直流耦合,CH2接地,此时显示一条水平线,调节相应位移旋钮,将其调到和X轴重合。6.
了解运算放大器的主要直流参数(共模抑制比,开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等)、交流参数(增益带宽积、转换速率等)和极限参数(最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等)的基本概念。
器件和CMOS器件中有很大差异,同时随着现在的技术发展,数字逻辑器件的逻辑电平从最初的5V发展到3.3V、2.5V,1.8V、1.5V、1.2V、0.8V,逻辑电平越来越低,掌握各种器件的特性很重要。预习要求
74LS07等门电路器件数据手册,了解门电路静态与动态特性。了解门电路高电平拉出电流、低电平灌入电流特性。
LED为负载,分别测试74LS04、74LS07高电平拉出电流、低电平灌入电流能力,并观察电路输出端口电平随负载电流的变化(即IOH~VOH,IOL~VOL)。用OC
74LS04实现输出电平转换。提高要求:设计电路、选择信号频率,观察门电路输出脉冲边沿的上升与下降时间,测量门电路的传输时间。
抢答器是竞赛问答中一种常用的电子装置,它是一种典型的数字电路,包括组合逻辑电路和时序电路。当主持人启动抢答后,答题者按下按钮,产生抢答信号产生并保持,此后其他答题人再按下抢答按钮无效;答题者在限定时间内完成答题;由主持人判分,答题正确加分,答题错误不加分或减分。
学习设计脉冲信号产生、状态锁存、计数器、显示器等功能电路的设计,并仿线.
抢答电路:主持人对抢答电路清零复位,抢答人在规定时间内实现抢答,抢答电路具有自锁和互锁功能;
计分电路:系统上电后,主持人对计分电路实现初始化,为了能实现减分,计分电路初始值设定为20分。选手回答后,主持人控制计分电路能实现加1分和减
0分,则不再减,加分到100分也不再加。扩展要求中根据题目难易程度,能实现加减2分,加减3分功能;竞赛结束后能实现胜负判断,选出分值最高的选手并显示。本设计的基本部分原理较为简单,实现方案多样且灵活,提高要求和扩展要求中涉及的输入输出较多,条件也较多。设计时要求采用层次化设计方法,分模块设计,测试时,要求逐个模块来测试,方便找出电路设计的问题所在。
通过一个较完整的工程建设项目,了解小型数字系统模块设计过程,掌握可编程逻辑器件的使用方法,引导学生从方案分析、电路设计、元器件选用到电路调试全过程,培育学生的综合工程实践能力、理论联系实际和创造新兴事物的能力。
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