常用電源電路設計及應用精選(九篇)

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第1篇：常用電源電路設計及應用范文

關鍵詞： 沃爾曼電路； MOS管； 閾值電壓； 鏡像電流源

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）10?0125?03

0 引 言

所謂沃爾曼電路，就是將場效應管縱向堆積起來，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，這樣連接的場效應管看作一個器件、并以源極接地來使用的電路[1]。

沃爾曼電路因為能夠大大提高放大電路的增益，以及無需增加額外的電流消耗級就可得到高性能的鏡像電流源，從而得到廣泛的應用。為了減小在動態(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。

隨著場效應管技術的進步，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帶來溝道長度調制效應和載流子的倍增效應等諸多問題，而最大直流電壓增益的減小會直接影響總的放大電路的增益。用最小特征尺寸場效應管實現(xiàn)的沃爾曼電路可以同時實現(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等特征。鏡像電流源任何時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。輸入電流與輸出電流的比例取決于場效應管的尺寸比例[2?3]。電流源電路經常用于模擬電路中，為各級放大電路提供合適的靜態(tài)電流，或者作為有源負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，場效應管T3相當于一個放大器，其引入的負反饋穩(wěn)定輸出端場效應管T2偏置電壓。為了達到穩(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)，電路沒有調節(jié)功能；進入飽和區(qū)后，當輸出電壓接近0.5 V時，T3管開始起調節(jié)作用[4]。即使T2進入可變電阻區(qū)依然有調節(jié)作用，但是輸出信號的動態(tài)范圍變大。

2 改進的MOS沃爾曼電路

2.1 電路設計

可以看出，所設計的沃爾曼電路達到了減小調節(jié)閾值電壓的目的。常規(guī)沃爾曼電路開始調節(jié)的門檻電壓接近0.5 V，而改進的沃爾曼電路幾乎從一開始就開始調節(jié)，調節(jié)電壓接近0 V。

3 用改進的MOS沃爾曼電路設計的鏡像電流源

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

用改進的沃爾曼電路設計的鏡像電流源如圖4所示。

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

4 結 語

從仿真結果可以看出，動態(tài)范圍不變的情況下，改進的沃爾曼電路開始調節(jié)的閾值電壓減小了。用改進的沃爾曼電路設計的鏡像電流源當是一個性能良好的電流源。改進的沃爾曼電路可以用來實現(xiàn)鏡像電流源電路和電壓放大電路從而獲得較好的性能。

參考文獻

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第2篇：常用電源電路設計及應用范文

>> 微伏級直流電壓信號放大電路設計 信號波形合成的電路設計 QPSK信號波形生成電路設計 交流變直流電路設計 硅微機械陀螺信號偏置電路設計 多路同步機信號采集電路設計 鐵路LED信號機點燈電路設計 壓力傳感器信號調理電路設計 高阻抗微弱信號測量的保護電路設計 基于OrCAD／PSpice的信號產生電路設計 三相電信號采集電路設計 混合信號電路設計技術研究 基于AD620的腦電信號預處理電路設計 一種汽車行駛記錄儀IC卡信號接口電路設計 便攜式腦電信號采集系統(tǒng)電路設計 數(shù)字電視多頻率射頻信號源系統(tǒng)射頻電路設計 基于MSP430的信號波形發(fā)生器的電路設計與實現(xiàn) 道路交通信號機燈控驅動電路設計 高速電路設計中的信號完整性研究 十字路通信號燈電路設計 常見問題解答 當前所在位置：

關鍵詞：全波整流；有效值；運算放大器；線性光耦；隔離電壓

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.12.011

工業(yè)測量和控制系統(tǒng)中，傳感器輸出信號為多種形式的模擬量，其多數(shù)不能被直接使用，而需要經過變送電路將其轉換成統(tǒng)一的直流模擬信號（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轉換成可參與計算和完成過程控制的數(shù)字量。目前市場上的儀器儀表多以直流輸入信號為主，而交流信號是傳感器輸出信號中較為多見的一種，為此需要設計一個交直流信號變送模塊，將多種交流信號轉換成統(tǒng)一的直流信號量，以便于能夠被控制儀表、計算機或PLC等系統(tǒng)中的控制單元所識別。

該模塊共由五個主要部分組成：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。結構框圖如圖1所示。

輸入緩沖電路

傳感器的交流輸出多為電壓信號。為了降低信號源的負載，通常需要提高下一級的信號輸入阻抗，采用以運放為核心的電壓跟隨器作為模塊的輸入級是有效的解決方式。由于傳感器產生的交流信號頻率范圍比較寬，選擇運算放大器時得考慮選擇寬頻，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，小信號輸入帶寬可達到4MHz[5]。

該部分為全波精密整流電路，是整個模塊的核心部分。其輸出電壓為變送模塊輸入電壓的絕對值，因此也叫絕對值電路[1]。二極管具有單向導電性，是常用的整流元件，但二極管非線性比較大且有一個正向導通電壓，當信號幅度小于二極管的導通電壓時，二極管處于截止狀態(tài)，使得整流出來的信號誤差非常大，為了提高精度，可利用運算放大器的放大作用和深度負反饋來克服二極管非線性和正向導通壓降造成的誤差。

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

半波精密整流電路

交流轉直流變送模塊作為過程控制系統(tǒng)信號采集的前級儀器，其直流信號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對輸出直流信號以及后級儀表干擾，采取了在模塊的輸入級和輸出級之間增加線性光耦和隔離電源的措施。借助光耦，輸入信號在經過了電壓電流發(fā)光電流電壓的傳遞過程同時也實現(xiàn)了信號前后級無電氣聯(lián)系的光電隔離。因此線性光耦是模塊中實現(xiàn)光電隔離功能的重要器件，其性能將對整個變送模塊的精度產生重要影響。此處設計采用的線性光耦是SLC800，它具有線性度好，隔離電壓高，可靠性好，價格低等優(yōu)點。其內部結構原理圖及在此次設計中的應用電路如圖4所示。

隔離電路工作原理

由SLC800的LED，二極管PD1及運放U2A組成隔離電路的信號輸入部分，二極管PD2及電阻R10構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產生的電流分別為If、I1、I2，LED發(fā)光二極管與在PD1、PD2上產生的電流比分別為K1、K2，同時PD1與PD2的電流比定為K3[2]。當電壓信號經過 R7U2A+R8LEDPD1U2A-/ R9，此時運放U2A正好工作于深度負反饋中，使得SLC800產生一個穩(wěn)定的輸出。

從S L C 8 0 0數(shù)據(jù)手冊可知，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為每個芯片的特性參數(shù)[2]，因此根據(jù)輸入信號范圍可適當選取R8和R10的阻值，以獲取合適的輸出電壓范圍。隔離電路中R8不僅用于調節(jié)電流If大小，同時還用來調節(jié)由于芯片之間K值的分散度而導致的SLC800實際輸出電壓與設計值之間的偏差。

線性輸出電路主要是實現(xiàn)線性電流的輸出和調節(jié)整個變送模塊的輸出零點與量程。其構成及具體功能如下：

可調電阻R21和U3A組成線性輸出電路的調零電路。2.5V直流參考電壓從穩(wěn)壓管TL431獲得，通過可變電阻器R21分壓調節(jié)整個電路最終輸出電流的零點。U3B用作光耦SLC800輸出的直流電壓Vo（見圖4）的輸入緩沖器，用來提高信號輸入阻抗，降低信號的負載。

信號隔離不僅需要信號回路的前后級隔離，同時也要把信號回路前后級的供電隔離，這樣以避免因干擾通過供電電源對后級輸出產生影響。本次設計采用的隔離電源是金升陽公司生產的A1209D-2W，它具有體積小，隔離電壓高，溫度特性好等優(yōu)點[4]。

第3篇：常用電源電路設計及應用范文

【關鍵詞】電動執(zhí)行器；小型化；智能化；開度；Atma128單片機

1.引言

1.1 電動執(zhí)行器的發(fā)展

電動執(zhí)行器，又稱電動執(zhí)行機構、電裝、電動頭，是一種自動控制領域的常用機電一體化設備，是自動化儀表終端三大組成部分（檢測設備、調節(jié)設備和執(zhí)行設備）中的執(zhí)行設備，主要作用是對一些閥門、擋板等設備進行自動操作，控制其開關和調節(jié)，代替人工作業(yè)。

1.2 研究背景及意義

我國目前的電動執(zhí)行器還以角行程、直行程和多轉式這些傳統(tǒng)的電動執(zhí)行器為主，現(xiàn)有的執(zhí)行器在使用時還會遇見各式各樣的問題，需要專業(yè)的技術員去鉆研改進，與國際水平相比還存在結構上簡單，功能弱、智能化程度低等缺點。目前上海沃電、溫州瑞基、溫州澳托克、英國rotork等產品在市場上均有很強的影響力，但市場上銷售的基本型電動執(zhí)行器功能單一，而功能強大的執(zhí)行器價格又很高，基于以上原因，本文討論設計一臺性價比高的智能電動執(zhí)行器。

1.3 系統(tǒng)功能描述

本設計力求執(zhí)行器在功能上齊全，在性能上穩(wěn)定，在價格上便宜。

執(zhí)行器具體功能：

（1）本地操作：本地點動操作；本地保持操作。

（2）遠方操作：遠方手動操作；遠方自動操作。

（3）液晶界面顯示：開度顯示；狀態(tài)顯示；報警顯示；菜單顯示。

（4）數(shù)據(jù)保存：將用戶設置后的數(shù)據(jù)存入單片機的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)硬件電路設計

2.1 系統(tǒng)電源電路設計

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，所以電源部分就會包括變壓器、整流電路、穩(wěn)壓電路這三個部分。

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電源鑒相電路設計

鑒相電路目的是想判別輸入信號的相位差，將相位差轉換成不同的信號以便后級使用。根據(jù)這一原則，首先輸入信號要為方波，而本設計使用的380V正弦信號，所以第一步要做的就是將正弦信號轉為方波。由于系統(tǒng)控制器采用的是單片機，其供電為5V直流信號，需要鑒相的信號是380V高壓信號，為了避免在控制的時候收到高壓信號的干擾，在電路設計時還要考慮前后級之間的隔離。在鑒別相序的時候采取軟件來進行相序分析。本設計采用Atmega128單片機作為處理器，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計調試，也可減小最后PCB的面積。

鑒相前級采樣電路由兩部分組成：正弦信號變換為方波，電源隔離。

2.3 紅外遙控發(fā)射電路設計

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 交流電機控制電路設計

交流電機控制電路如圖3所示。

圖3 交流電機控制電路

繼電器驅動電路：

繼電器驅動電路采取互鎖的形式，防止電路在換相的時候出現(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的放干凈，在切換相序的時候也容易短路。二極管要選取開關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 顯示電路設計

液晶顯示采用O12864SGD14CFNE型號，此種液晶體積小，但也是128X64個顯示點，并且功耗低、驅動簡單。

2.6 4-20mA電流產生電路設計

目前最普遍使用的電流產生原理是電壓/電流轉換即V/I轉換，將輸入的電壓信號轉換為具有一定關系的電流信號，通過轉換的電流相當于一個輸出可調的恒流源，其輸出電流應能夠保持穩(wěn)定而不會隨負載的變化而變化。

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

2.7 保護電路設計

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電路。比如有過流保護、過壓保護、過熱保護、空載保護、短路保護等。

電機過流檢測設計采用電流互感器來檢測電流過載。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量是非常危險的。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就是電磁感應原理。

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

3.系統(tǒng)軟件的設計

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 鑒相處理及電機控制

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

電機控制包括正轉、反轉和停止，這里就需要換相和電源通電控制。

注意：一定要先進行換相然后再對電機通電，否則在電機動作的時候進行換相會發(fā)生短路的情況。

3.3 反饋及遠程信號處理

反饋信號主要是檢測電動執(zhí)行器當前的運行狀態(tài)，其中包括閥門開度反饋、開關到位、過力矩檢測、過電流和過熱反饋。

過流檢測：通過互感器將電流變換為電壓然后通過A/D轉換后進行處理。

過熱檢測：通過熱敏電阻檢測，反饋回開關量。

過力矩檢測：通過外部限位開關讀取閥門過力矩信號，返回開關量。

開度采集：開度通過于轉動閥門連接的電位器反饋信號，由A/D轉換后送入單片機進行處理。

3.4 按鍵及紅外遙控器信號處理

按鍵主要是用于執(zhí)行器本地操作和遠程切換操作，安裝在執(zhí)行器的外殼上，主要實現(xiàn)本地點動和本地保持動作。

此處要注意的是按鍵消抖采用定時器延時來做，不要使用等待延時，可以提高單片機的運行速度。

紅外遙控器接收管連接到單片機的外部中斷，當有信號的時候進入中斷處理，可以提高遙控器的執(zhí)行效率，處理的方法是將發(fā)送部分信號進行解碼，軟件處理是將發(fā)送的碼字破譯成二進制的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 液晶顯示驅動軟件設計

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

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

本設計已完成整機裝配，各個模塊運行正常。已完成電動執(zhí)行器各項功能，性能良好。各個模塊采用的電路都很簡單，使用的元器件也都很普通，但完全實現(xiàn)了電動執(zhí)行器該有的功能。由于采用的電路簡單使用的元器件便宜，所以大大降低了電動執(zhí)行器的成本。

參考文獻

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第4篇：常用電源電路設計及應用范文

【關鍵詞】耳機放大器;電子管;CCS

耳放，是耳機放大器的簡稱。

在耳機系統(tǒng)中，音源與耳機之間加入一個耳機功率放大器的環(huán)節(jié)，可以改善音質、調整系統(tǒng)的音色走向，特別是千元以上較為高檔的耳機，使用耳機放大器后音質改善是明顯可聞的。目前的很多音源，尤其以電池為電源的，大多有耳機輸出插孔，但是為了降低成本、增加播放時間，這個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，如果耳機靈敏度不是很高，音源輸出功率不是很大，加耳放，對于音質是會有明顯提升的。

耳機放大器的設計制作類似于前級放大器，很多耳機放大器可當作前級來使用，對信噪比、失真等指標要求很高。由于耳機的靈敏度很高，電路設計稍有不慎，用耳機很容易聽出噪音或失真。

在這次設計中，前級放大電路原理如圖1所示。

圖1 前級放大原理圖

前級放大電路設計中，采用電子管6N11做前級放大。6N11屬于旁熱式陰極高頻低噪聲高頻電壓放大雙三極管。雖然該管在過去爭議頗多，但是目前很多電子管廠及多個品牌的國產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。電子管自1904年英國工程師菲利明（Fleming）發(fā)明，迄今已逾百年。到了信息時代的今天，電子管在電子世界的大部分領域已銷聲匿跡，被晶體管取而代之。但在一些特殊領域中，電子管還擁有無法代替的地位，特別是在音響發(fā)燒器材的龐大隊伍中，電子管還有著晶體管無法體現(xiàn)的引人入勝的獨特魅力，用電子管制作的高保真音頻功率放大器以其獨有的特色、醇厚優(yōu)美的音質，有別于晶體管功放。所以在音響領域，電子管仍保有重要位置而且長盛不衰。

電子管在音響應用方面，最簡單又最實用的莫過于作前級放大，因為前級不需要昂貴又復雜的輸出變壓器，同時也由于它需要的工作電源電壓高，這使得訊號的放大倍數(shù)較大、動態(tài)裕量高，即使是放大到幾十伏電壓也不會因為供電壓的限制而造成削波失真。

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

在這次設計中，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產軍工大紅袍，整流管用IN5407。

在這次設計中，沒有加入負回饋，如果感興趣的可以自己嘗試，但此時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，會使陰極極電位下降，相對柵極電位提高而形成正反饋。除了加設負回饋，當然也可嘗試換用不同品牌的電容作校聲試驗，也可通過改變輸出電容數(shù)值或改變負載電阻數(shù)值等作進一步嘗試。在制作過程中曾試用了Wima電容以及國產新德克等，結果是Wima音質通透，速度適中，但音樂味有些偏淡;新德克韻味不錯，但通透性、分析力稍感欠缺?？傊@個一級共陰極放大前級的特點是音質通透、音樂的背景寧靜，分析力較高，全頻表現(xiàn)相當均衡。

后級采用場效應管IRF610進行放大，采用這種設計形式，既保留了電子管功放音色耐聽、數(shù)碼味小的特點，又避免了電子管功放笨重的輸入輸出變壓器，整機電路設計簡潔，外觀大方，具有很強的實用價值。

圖2 后級放大原理圖

后級放大電路原理如圖2所示。從電路上看，這是一個非常適合自做的放大器，電路采用了簡單的單端A類電路，圖3（a）所示的是普通的電阻負載單端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的特點是能夠提高效率，最高能夠達到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所示的電路有兩點需要注意：一是基于場效應管的源極跟隨器的電流驅動能力比較強，但是電壓增益小于1，因此這個電路只適用于無需電壓增益的應用，其次，所示的單端電路對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，質量比較好的電源適配器，以滿足需要。

圖中所用VMOS的型號為IRF610，實際上很多類似的型號都可以采用，如IRF630、IRF510、IRF530等等。恒流源采用常見的LM317構成的電路，設計恒流電流為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。

最終設計的電路原理圖如圖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：常用電源電路設計及應用范文

關鍵詞：比較器 脈寬調制 電源管理

中圖分類號：TN386 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）02-0137-02

1 引言

電壓比較器是一種常用的模擬信號處理電路，能夠對兩路電壓信號進行比較，并判斷哪個電壓信號大（或?。?。電壓比較器常用于自動控制、波形產生與變換、模數(shù)轉換以及越限報警等許多場合。電壓比較器通常由集成運放構成，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放來構成比較器的問題，設計了一種電壓比較器，該比較器結構簡單，且轉換速度快、鑒別靈敏度高，能夠滿足電源管理芯片的使用需求，并已被應用在實際電源管理芯片中。

2 電壓比較器的基本原理

圖1給出了電壓比較器的符號及傳輸特性。其反相輸入端加信號，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，當時，輸出為“高”。而當接近時，輸出電平發(fā)生轉換。其它時刻與可能差得很遠（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)轉換器，在實際中有著廣泛應用。

電壓比較器可以用運放構成，也可用專用芯片構成。作為比較器的另一個重要特性就是轉換速度，即比較器的輸出狀態(tài)產生轉換所需要的時間。通常要求轉換時間盡可能短，以便實現(xiàn)高速比較。比較器的轉換速度與器件壓擺率有關，越大，輸出狀態(tài)轉換所需的時間就越短，比較器的轉換速度越高。電壓比較器一般為開環(huán)應用或正反饋應用，不需要相位補償電容[4，5]

3 電壓比較器的設計與仿真

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是此模塊的設計參數(shù)指標：

電壓比較器的“2”輸入端是電路的使能控制端，只有當“2”端輸入電壓高于3V時，比較器輸出一個高電平使能信號，使驅動開關開啟，讓整個電路開始工作。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是來自基準的偏置電壓，R1和R2是輸入端負載電路，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Vin+端輸入大于3V時，T21管導通同時T22管截至，從而T68管導通，此時由于鏡像作用，T67，T69，T70及T71均導通，且T63，T64，T65及T66均截至。導通的晶體管在各自的負載電阻上產生壓降，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Vin+端輸入電壓低于3V時，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。

通過以上的設計及電路仿真，得到其電參數(shù)仿真結果如表2所示。

4 結語

按照表1所示的設計要求，并通過對表1和表2的比較，電路的仿真結果在允許的誤差范圍內，符合設計要求，并且該電路模塊在實際PWM電源管理芯片中運行良好。對于該電路的進一步優(yōu)化將是深入研究的重點問題。

參考文獻

[1]吳運昌.模擬電子線路基礎.廣州：華南理工大學出版社，2005.

[2]鐘國華，吳玉廣.PWM芯片分析及其振蕩器電路的簡化設計.半導體技術，2004，29（2）. 65-68.

[3]BryantBrad， Kazimierczuk MarianK.Open-Loop Power-State Transfer Function Relevant Current-Mode Control of Boost PWM Converter Operation in CCM. IEEE Transactions on Circuits and Systems.，2005， 52（10）. 2158-2164.

第6篇：常用電源電路設計及應用范文

關鍵詞：電工基礎；項目化；教材

電工基礎是電氣自動化、機電一體化專業(yè)學生的一門專業(yè)基礎課，也是機電技術專業(yè)群的底層共享平臺課程，它既為學生畢業(yè)后從事有關電的工作進行積淀，又為將來學生自學、深造、拓寬、創(chuàng)新打基礎。

通過企業(yè)的調研及對以往畢業(yè)生的問卷調查，我們確定了電工基礎課程的知識目標是三大塊：直流電路部分、單相交流部分和三相交流部分。技能目標是：培養(yǎng)對電阻器、電感器、電容器等元件的識別、測量能力；電路圖識圖、手工繪圖能力；簡單電路分析、計算能力；電鉻鐵、螺絲刀、鉗子、測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、實驗臺等；電子產品說明書閱讀、理解能力；常用電氣產品、設備銘牌的識讀能力；家用單相交流電路初步設計、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，一般電氣火災防范、撲救能力等。在素質目標是：在完成各項目過程中的培養(yǎng)與人交往、團結合作、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、節(jié)能環(huán)保和產品質量等職業(yè)意識和良好的工作方法、工作作風和職業(yè)道德；按照以“以能力為本位，以職業(yè)實踐為主線，以項目課程為主體”的總體設計要求，形成電路的制作、安裝和測試能力為目標，打破學科課程的設計思路，圍繞工作任務的需要選擇和組織課程內容，突出能力與知識的聯(lián)系，讓學生在實踐中掌握知識，增強課程內容與職業(yè)崗位能力的關聯(lián)度。

因此我們把電工基礎分為四個模塊：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試、三相交流電路的制作與測試。

電是看不到，摸不著的，對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非常高的高度，因此我們在教材項目一設立了安全用電，主要讓學生學會正確使用電，在使用過程中保護自己的安全，遇到緊急突況能冷靜處理應對，因此在本項目中主要讓學生了解各種電氣符號的含義；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采取預防觸電的措施；知道觸電的種類和方式；會分析觸電的常見原因，能對觸電現(xiàn)場進行處理；會快速實施人工急救。

電工基礎項目二就是直流電路部分，那么為使學生有直觀的認識，我們設立了常用直流電表的使用與制作，認識電阻，能識別電阻，會在電路中使用電阻，根據(jù)色環(huán)識讀電阻，會用萬用表測量電阻，會使用電流表、電壓表測試電路中的電流及負載的電壓，會安裝直流照明電路并對電路進行檢查；用簡單燈泡進行串并聯(lián)來從直覺上先感覺后計算串聯(lián)分壓和并聯(lián)分流；會安裝直流電壓表，擴展直流電壓表量程，安裝直流電流表，擴展直流電流表量程，能安裝萬用表，會使用萬用表，檢測萬用表故障，進而掌握最常用的電工儀表--萬用表的機構與原理，

電工基礎項目三就是單相交流電路部分，室內照明電路設計與安裝，用示波器觀察與測量電阻電路、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；用萬用表分別測量RLC兩端及串聯(lián)電路兩端總電壓；通過對日光燈照明電路的安裝與測試，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。

電工基礎項目四就是三相交流電路的制作與測試，用交流電流表測量線電流與相電流，用功率表測量功率，測量線電流、相電流、中線電流，測量三相不對稱負載的功率，測量線電流、相電流、中線電流，測量三相不對稱負載的功率，三相漏電保護開關的識別及安裝方法，三相電度表的安裝方法，三相插座的安裝方法。通過本項目，使學生對高深莫測的三相交流電有個初步的了解，為后續(xù)課程開展打下良好的基礎。

通過本教材項目化的設計，使高職教師能有個可以依托于工作實際的書本，學生能運用書中的電工基礎知識和工程應用方法解決生產生活中實際一些問題。

[參考文獻]

第7篇：常用電源電路設計及應用范文

關鍵詞：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源 EWB 仿真分析

目前，直流穩(wěn)壓電源的應用非常廣泛，幾乎所有的電子設備都需要穩(wěn)定的直流電源。根據(jù)個人多年的經驗，直流穩(wěn)壓電源在一些常用的電子產品中較容易出故障，因為元器件較容易損壞。且其輸出電壓會隨電網電壓的改變及負載的變動而不穩(wěn)定，那將導致電子產品的使用效果不理想。因此，讓學生掌握好直流穩(wěn)壓電路的設計及工作原理都是很重要的。筆者采用EWB電子工作平臺來對串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源各個部分進行仿真研究。

眾所周知的，如果要做一個穩(wěn)壓電源，你得先采購元器件，接著測試元器件的好壞，然后組裝焊接電路，最后調試，到最終成功得花上比較久的時間。但EWB電子工作平臺可以方便地進行設計，它有著豐富的電子元器件庫，還提供了多種虛似儀器，而且操作簡單，一學就會，讓使用者仿佛置身于實驗室使用真實的儀器。下面筆者以一個簡單的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源為例進行仿真說明。

一、電路結構和仿真電路圖

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

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，可以實時設置故障、排除故障。在橋式整流仿真電路中設置了一個二極管短路故障（雙擊其中一個二極管，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，四個整流二極管只要其中任何一個發(fā)生短路，就會使橋式全波整流變成半波整流；而四個整流二極管全部正常時，電路為全波整流，如表1所示。當然還可以設置其他的故障，使用者自己可以試著設置。

表1 橋式整流電路輸入、輸出電壓波形

電壓 其中一個二極管短路時 四個二極管正常時

輸入電壓波形

輸出電壓波形

結論 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”。簡單地說就是利用了電容的“隔直通交”特性實現(xiàn)濾波的。經過濾波的交流成分都經過電容器回到電源去了，電容器兩側剩下的就是沒有波動的直流了。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及等效負載RL的大小有關。等效負載RL一定時，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，等效負載RL越大輸出電壓越平滑，輸出電壓平均值也越大。當整流二極管其中之一短路時，輸出電壓波形的脈動程度增大，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

其中一個二極管短路時輸出電壓波形

3.串聯(lián)穩(wěn)壓電路

（1）輸出電壓范圍。如圖1所示，輸出電壓的調節(jié)是通過調節(jié)電位器RP來實現(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，進一步減小了輸出電壓中的脈動成分。調節(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。

表3 調節(jié)電位器RP阻值，輸入、輸出電壓波形及平均值

電壓 調節(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（負載開路時） 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電網電壓的波動，②負載電阻的變化。從表4和表5的仿真結果分析可知，當電網電壓的波動使輸入電壓UI變化，或者負載電阻改變，經過串聯(lián)穩(wěn)壓后，都能使電路依然保持輸出電壓基本不變，從而達到了穩(wěn)壓的目的。

表4 負載RL=100Ω、電位器RP在中間時、輸入電壓改變時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，負載改變時輸出電壓波形及大小

電壓 負載電阻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的集電極負載電阻，又是復合調整管基極的偏流電阻。C2是考慮到在市電電壓降低的時候，為了減小輸出電壓的交流成分而設置的。C3的作用是降低穩(wěn)壓電源的交流內阻和紋波。

三、小結

綜上所述，通過采用EWB電子工作平臺對圖1所示的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源各部分進行仿真分析，初學者應該能較快、較好地掌握串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的工作原理。筆者總結出以下幾點經驗：EWB設計電路費時較傳統(tǒng)實驗少；虛擬儀器效果好，仿真結果直觀；排除故障迅速；EWB簡單、易學、經濟、快捷。因此，熟練掌握EWB這種電子電路設計與仿真軟件對于設計人員是十分必要的。

第8篇：常用電源電路設計及應用范文

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

關鍵詞：集成電路  電阻  開關電容  cmos

        目前，在設計中使用的主要有3種電阻器：多晶硅、mos管以及電容電阻。在設計中，要根據(jù)需要靈活運用這3種電阻，使芯片的設計達到最優(yōu)。

        1 cmos集成電路的性能及特點

        1.1 功耗低 cmos集成電路采用場效應管，且都是互補結構，工作時兩個串聯(lián)的場效應管總是處于一個管導通，另一個管截止的狀態(tài)，電路靜態(tài)功耗理論上為零。實際上，由于存在漏電流，cmos電路尚有微量靜態(tài)功耗。單個門電路的功耗典型值僅為20mw，動態(tài)功耗（在1mhz工作頻率時）也僅為幾mw。

        1.2 工作電壓范圍寬 cmos集成電路供電簡單，供電電源體積小，基本上不需穩(wěn)壓。國產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vdd=15v，vss=0v時，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是較高的。

        1.4 抗干擾能力強 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值將成比例增加。對于vdd=15v的供電電壓（當vss=0v時），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二極管和串聯(lián)電阻構成的保護 網絡 ，故比一般場效應管的輸入電阻稍小，但在正常工作電壓范圍內，這些保護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103~1011ω，因此cmos集成電路幾乎不消耗驅動電路的功率。

        1.6 溫度穩(wěn)定性能好 由于cmos集成電路的功耗很低，內部發(fā)熱量少，而且，cmos電路線路結構和電氣參數(shù)都具有對稱性，在溫度環(huán)境發(fā)生變化時，某些參數(shù)能起到自動補償作用，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 扇出能力是用電路輸出端所能帶動的輸入端數(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cmos集成電路用來驅動同類型，如不考慮速度，一般可以驅動50個以上的輸入端。

        2 cmos集成電路電阻的應用

        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，在標準的mos工藝中，最理想的無源電阻器是多晶硅條。　   

        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/，而設計規(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，實際上是很難實現(xiàn)的。當然也可以用擴散條來做薄層電阻，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數(shù)值。寄生效果也十分明顯。無論多晶硅還是擴散層，他們的電阻的變化范圍都很大，與注入材料中的雜質濃度有關。不 容易 計算 準確值。由于上述原因，在集成電路中經常使用有源電阻器。

        2 mos管電阻

        mos管為三端器件，適當連接這三個端，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散電阻，以提供直流電壓降，或在小范圍內呈線性的小信號交流電阻。在大多數(shù)的情況下，獲得小信號電阻所需要的面積比直線性重要得多。一個mos器件就是一個模擬電阻，與等價的多晶硅或跨三電阻相比，其尺寸要小得多。簡單地把n溝道或p溝道增強性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。對于n溝道器件，應該盡可能地把源極接到最負的電源電壓上，這樣可以消除襯底的影響。同樣p溝道器件源極應該接到最正的電源電壓上。此時，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曲線id-vg s的大信號特性。這一曲線對n溝道、p溝道增強型器件都適用。可以看出，電阻為非線性的。但是在實際中，由于信號擺動的幅度很小，所以實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之間關系為直線性（假定vgs與vds無關，由此產生一個等效電阻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/。實驗證明，在vds<0.5（vgs-vt）時，近似情況是十分良好的。圖1（c)，(d)雖然可以改進電阻率的線性，但是犧牲了面積增加了復雜度。

        在設計中有時要用到交流電阻，這時其直流電流應為零。圖1所示的有源電阻不能滿足此條 件，因為這時要求其阻值為無窮大。顯然這是不可能的。這時可以利用mos管的開關特性來實現(xiàn)。

         3 電容電阻

        交流電阻還可以采用開關和電容器來實現(xiàn)。經驗表明，如果時鐘頻率足夠高，開關和電容的組合就可以當作電阻來使用。其阻值取決于時鐘頻率和電容值。

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

        其中，fc=1/t是信號φ1和φ2的頻率。

第9篇：常用電源電路設計及應用范文

（淮安信息職業(yè)技術學院，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)議實現(xiàn)嵌入式WEB服務器，計算機可通過WEB服務器實現(xiàn)對電源開關的遠程控制功能。根據(jù)功能需求，給出系統(tǒng)設計方案。

關鍵詞 微控制器；以太網；TCP/IP協(xié)議；嵌入式WEB服務器

基金項目：江蘇省淮安市科技支撐計劃（工業(yè)）專項基金項目（HAG2012056）。

作者簡介：索明何（1979—），男，山東淄博人，淮安信息職業(yè)技術學院，講師、工程師，研究方向為嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網技術。

宋剛永（1980—），男，江蘇宿遷人，淮安信息職業(yè)技術學院，講師、工程師，研究方向為電子技術及應用。

0引言

在許多用電場所包括工業(yè)用電及生活用電，電源的通與斷都需要人工操作，這會帶來許多不便，并且有時在無人管理的情況下會造成電能的超級浪費甚至會帶來危險因素。在此提出一種解決方案——基于嵌入式WEB服務器的遠程電源開關設計。

1系統(tǒng)硬件設計方案

遠程電源開關的總體結構框架如圖1所示。由微控制器、以太網接口模塊和控制模塊三大部分組成。

其中，為使電源控制開關接入以太網，需通過以太網接口模塊將其接入以太網。為了簡化電路設計，亦可選擇內部集成以太網控制器的微控制器；控制模塊可選繼電器或可控硅等器件，實現(xiàn)單片機弱電控制用電器強電。

2系統(tǒng)軟件設計方案

系統(tǒng)軟件設計的核心是嵌入式TCP/IP協(xié)議的設計。

2.1嵌入式TCP/IP協(xié)議構架

如圖2所示，在應用層，主要設計兩個應用程序：（1）使用HTTP協(xié)議，實現(xiàn)嵌入式WEB服務器，用于計算機與電源開關的遠程通信控制。（2）調用Ping命令，測試計算機與遠程電源開關之間的連通性。

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

在網絡層，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)議格式進行傳輸。

在網絡層及以上各層，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。

要實現(xiàn)遠程開關接入以太網，還需要以太網控制器的驅動程序設計，主要完成以太網控制器的的初始化和讀寫程序。

2.2嵌入式WEB服務器的設計

一個 WEB 服務器也稱為 HTTP 服務器，它通過 HTTP 協(xié)議與客戶端通信。這個客戶端通常指的是 WEB 瀏覽器。HTTP 是一種讓 WEB 服務器與瀏覽器（客戶端）通過Internet 發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的協(xié)議。它是一個請求、響應協(xié)議——客戶端發(fā)出一個請求，服務器響應這個請求。HTTP 運用可靠的TCP連接，通常用的TCP 80端口。

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

嵌入式WEB服務器的設計流程如圖3所示。

3結束語

本系統(tǒng)設計方案，遵循了節(jié)約能源的原則且自身造價低，因此具有廣闊的應用前景及巨大的市場潛力，可廣泛應用于智能小區(qū)、學校、公司等多種場合，并易于推廣，有極好的實際意義及較高的社會價值。

參考文獻

［1］索明何.基于Internet的嵌入式遠程控制開關設計與實現(xiàn)[J].科技信息,2010（35）.