數控直流穩壓電源專業基礎實驗的開發案例

專業基礎課是高等教育中的三大教育(通識教育、專業基礎教育、專業教育)重要組成部分，而與之配套的專業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。專業基礎實驗課的拓展，必須與工程教育、創新教育的教學體系相符合。強化工程實踐，案例啟發，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進行舉例。

1 實驗任務

設計一個數控直流穩壓電源電路，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。當數碼管顯示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為內部反饋電阻。通過調節R1電位器即調節UREF電壓或調節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觸發器或施密特觸發器的運用，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

通過數控直流穩壓電源綜合性實驗的開發和實踐，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，培養學生參與工程的積極性，加大創新實驗的建設力度將是我們的努力方向。

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