直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案精選(九篇)

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第1篇：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案范文

關(guān)鍵詞：連續(xù)可調(diào)；直流電源電路；軟啟動；電壓補償；LM317

中圖分類號：TN710

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004―373X(2008)04―012―03

1 引 言

電子電路要正常工作，電源必不可少，并且電源性能對電路、電子儀器和電子設(shè)備的使用壽命、使用性能等影響很大，尤其在帶有感性負(fù)載的電路和設(shè)備(如電機)中，對電源的性能要求更高。在很多應(yīng)用直流電機的場合中，要求為電機驅(qū)動電路提供1個其輸出能從0 V開始連續(xù)可調(diào)(0～24 v)的直流電源，并且要求電源有保護功能。實際上就是要求設(shè)計一個具有足夠調(diào)壓范圍和帶負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源電路。該電路的設(shè)計關(guān)鍵在于穩(wěn)壓電路的設(shè)計，其要求是輸出電壓從0 V開始連續(xù)可調(diào)；所選器件和電路必須達(dá)到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)；輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動性能。此外，電路還必須簡單可靠，能夠輸出足夠大的電流。

2　電路的設(shè)計

符合上述要求的電源電路的設(shè)計方法有很多種，比較簡單的有3種：

(1)晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖1所示，該電路中，輸出電壓Uo經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化，該變化與由于供電電壓u1。發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓Uo為恒定值(穩(wěn)壓值)。因輸出電壓要求從0 V起實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，因此要在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從0 V開始調(diào)節(jié)。

單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡單，但增加輔助電源后，電路比較復(fù)雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證。

(2)采用三端集成穩(wěn)壓器電路。如圖2所示，他采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，設(shè)計一電壓補償電路可實現(xiàn)輸出電壓從0 V起連續(xù)可調(diào)，因要求電路具有很強的帶負(fù)載能力，需設(shè)計一軟啟動電路以適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動性能。該電路所用器件較少，成本低且組裝方便、可靠性高。

(3)用單片機制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該電路采用可控硅作為第一級調(diào)壓元件，用穩(wěn)壓電源芯片LM317，LM337作為第二級調(diào)壓元件，通過AT89CS51單片機控制繼電器改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值，從而改變調(diào)壓元件的參數(shù)，并加上軟啟動電路，獲得0～24 V，0.1 V步長，驅(qū)動能力可達(dá)1 A，同時可以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。

正、負(fù)端壓差控制電路的作用是減少LM317和LM337輸入端和輸出端的壓差以降低LM317和LM337的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片LM317(負(fù)壓用LM337)及器件組成，輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò)。電阻網(wǎng)絡(luò)的每個電阻都需要精密匹配，電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度。電壓電流采樣電路由單片機控制實時對當(dāng)前電壓電流進(jìn)行采樣，以修正輸出電壓值。掉電前重要數(shù)據(jù)存儲電路用以保存當(dāng)前設(shè)置的電壓值，可以方便用戶在重新上電后不用設(shè)置，而且也不會因為電壓值過高損壞用戶設(shè)備。

該電源穩(wěn)定性好、精度高，并且能夠輸出±24 V范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓，且其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，但是電路比較復(fù)雜，成本較高，使用于要求較高的場合。在實際中，如果對電路的要求不太高(這種情況較多)，多采用第二種設(shè)計方案。

3　實際電路的設(shè)計

電路采用三端集成穩(wěn)壓器電路方案，電路原理圖如圖4所示。其中IC為三端集成穩(wěn)壓器。晶體管T，阻R3和電容器C組成軟啟動電路。電阻R4和二極管D組成電壓補償電路。電容C2為輸出濾波電容。

(1)三端集成穩(wěn)壓器LM317及其調(diào)壓原理。圖4中IC采用了LM317系列三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓調(diào)節(jié)范圍可達(dá)1.25～37 V，輸出電流可達(dá)1.5 A，內(nèi)部帶有過

(3)軟啟動電路設(shè)計。軟啟動電路由晶體管T，電阻R3，R和電容器C組成。其作用是使電路輸出電壓U0有一個緩慢的上升過程，以適應(yīng)感性負(fù)載(如直流電機)的啟動特性。當(dāng)輸入電壓U1接入時，因C上的電壓不能突變，故T因基極電位較高而飽和導(dǎo)通，使U2(LM317的2腳電位)和U3都很低，故U0很小，隨著C的充電，T的基極電位下降，其集電極電位(即U2)升高，使U3升高(因U32為一穩(wěn)定電壓)，所以U0也升高。當(dāng)C充滿電時，T被截止，啟動電路失去作用，U0也達(dá)到設(shè)定值。啟動的時間可以通過改變C和R的值進(jìn)行調(diào)整。

(4)改進(jìn)方案。由于該電路的輸出電壓的調(diào)整完全依賴電電位器R2的改變，因此R2的改變范圍較大，這樣在輸出電壓的調(diào)整過程中，容易調(diào)過頭或調(diào)不足，要準(zhǔn)確地實現(xiàn)0～24 V寬范圍的電壓任一電壓有些調(diào)整比較麻煩，必須反復(fù)調(diào)整，只依賴R2是比較困難的，如果將電位器R2用一個電位器R′2和電阻R檔串聯(lián)實現(xiàn)，通過一個開關(guān)實現(xiàn)電阻R檔的改變從而改變輸出電壓的范圍，并在所選擇的輸出電壓范圍內(nèi)通過改變電位器R′2的阻值得到所需要的準(zhǔn)確的直流電壓輸出。電路如圖6所示。

第2篇：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案范文

所謂項目驅(qū)動教學(xué)法是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)之上的教學(xué)法，學(xué)生綜合素質(zhì)和各種能力的提高都需要通過項目驅(qū)動教學(xué)模式來實現(xiàn)。該教學(xué)方法要求在教學(xué)過程中以項目為主線來展開，把相關(guān)的知識點融入到項目的各個環(huán)節(jié)中去，層層推進(jìn)項目。通過對問題的深化或功能擴充，來拓寬知識的廣度和深度，直至得到一個完整的項目解決方案，從而達(dá)到學(xué)習(xí)知識、培養(yǎng)能力的目的。項目驅(qū)動教學(xué)法屬探究式教學(xué)法，老師根據(jù)學(xué)生已有的知識、水平、經(jīng)驗和興趣，與學(xué)生共同擬定、實施一個項目來進(jìn)行教學(xué)活動。在教學(xué)實施過程開始，教師引導(dǎo)學(xué)生選定“有意義”的項目，所謂“有意義”是指項目能夠?qū)⒄n程中的理論知識融入到項目中并具有開放性;在項目實施過程中，老師在課堂教學(xué)中將融于項目的理論知識適當(dāng)加以講解，學(xué)生可以在項目實施過程中用理論指導(dǎo)實踐，同時在實踐過程中強化對理論知識的理解和掌握，兩者有機結(jié)合，既能提高學(xué)生的興趣，又可以在制定修改設(shè)計方案、分工協(xié)作中鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，極大地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。在項目完成的基礎(chǔ)上，可以引導(dǎo)學(xué)生對項目進(jìn)行總結(jié)、交流和討論，強化項目實施過程中學(xué)到的知識和技能，不但如此，可以引導(dǎo)學(xué)生在已實施項目上提出新問題、優(yōu)化性能、擴充功能，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的鉆研精神，挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛力。

二、項目驅(qū)動教學(xué)法在模擬電子技術(shù)課程中的應(yīng)用

本文以直流穩(wěn)壓電源為例，介紹項目驅(qū)動法在模擬電子技術(shù)課程中的應(yīng)用，該方法可以推廣到該課程中的其它知識點，如功率放大電路、信號處理和信號產(chǎn)生電路等。

(一)項目的選擇。項目的選擇在項目驅(qū)動教學(xué)法中起著舉足輕重的作用，項目選擇要遵循以下原則:一是盡可能覆蓋直流穩(wěn)壓電源涉及的所有知識點，如整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等，項目完成后學(xué)生能理解和掌握直流穩(wěn)壓電源所涉及所有理論知識，掌握運用這些理論知識的技能;二是項目要具有開放性，主要體現(xiàn)在項目的可拓展性，學(xué)生能夠在已完成的項目上開展進(jìn)一步的研究工作，包括性能的優(yōu)化、功能的擴展等，如穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換效率的提高、穩(wěn)壓性能的提高等。在項目的實施過程中，學(xué)生可以充分發(fā)揮其主觀能動性，增強團隊協(xié)作能力，培養(yǎng)學(xué)生的鉆研精神和協(xié)作精神。三是選擇實際的工程項目，可以鍛煉學(xué)生從事工程項目開發(fā)能力，畢業(yè)后無需崗前培訓(xùn)直接擔(dān)任設(shè)計開發(fā)任務(wù)，從而拓寬學(xué)生畢業(yè)就業(yè)渠道。按照以上原則，選擇直流穩(wěn)壓電源作為項目開展教學(xué)活動。在課程中的其它知識點，也可根據(jù)以上原則選擇合適的項目，如在功率放大電路中選擇擴音器作為項目、信號處理和信號產(chǎn)生中選擇信號發(fā)生器作為項目等。

(二)項目的實施。項目驅(qū)動教學(xué)法中項目實施遵循層層推進(jìn)的原則，按“搭積木”的方法，將項目分解成不同層次的小項目，每個小項目包含在不同知識點里，由不同的理論知識進(jìn)行指導(dǎo)，由淺入深、由小到大，該章節(jié)課程結(jié)束時項目也就完成了。在整流濾波課程結(jié)束后，項目小組可以利用該章節(jié)所學(xué)的理論知識作為指導(dǎo)，討論如何實現(xiàn)整流濾波環(huán)節(jié)，以整流電路為例，項目小組要確定選用單向半波、全波還是橋式整流或倍增整流，在確定了電路種類后要選擇元件，確定元件必須具備的功能和性能，搭建電路后，要進(jìn)行性能測試，測試的結(jié)果與理論計算值進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生差異的原因，尋找改進(jìn)的措施。在整流電路設(shè)計完成后，進(jìn)行濾波電路的選擇和設(shè)計，討論采用電容濾波還是電感濾波，各有什么優(yōu)勢，如果采用電容濾波，電容的取值應(yīng)該多大、耐壓性如何，紋波電壓多大等，設(shè)計完成后進(jìn)行測試，將測試結(jié)果與理論值比較并進(jìn)行相應(yīng)的處理。經(jīng)過整流濾波后的電壓值還不能夠給精密度較高的電子設(shè)備供電，因此需要進(jìn)一步穩(wěn)壓，這正是整流濾波后續(xù)課程內(nèi)容，在這部分課程結(jié)束后，項目小組就可以討論穩(wěn)壓電路方案，將所學(xué)的理論知識運用到實踐中，確定采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路還是集成穩(wěn)壓器實現(xiàn)穩(wěn)壓，或設(shè)計兩種方案并進(jìn)行對比，方案確定后選擇元器件搭建電路并進(jìn)行測試，以此類推，在課程結(jié)束時完成項目。

(三)討論和總結(jié)。項目完成后，各項目小組將項目過程中形成的設(shè)計方案、圖紙、電路系統(tǒng)整理后，結(jié)合項目的心得體會撰寫項目報告，在班級進(jìn)行成果展示并匯報，其他小組成員可以對該組的項目展開討論，如設(shè)計方案是否得當(dāng)，元器件的選擇是否合理，是否考慮了功能、性能和經(jīng)濟性要求等，項目小組可根據(jù)其他同學(xué)的建議對項目進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

(四)項目的拓展。項目的基本功能實現(xiàn)后，學(xué)生能夠較好地掌握了直流穩(wěn)壓電源的基本知識，利用基本知識開展直流穩(wěn)壓電源設(shè)計的基本技能，該章節(jié)的教學(xué)任務(wù)也就基本完成，取得較好的教學(xué)效果，在此基礎(chǔ)上可以鼓勵學(xué)生進(jìn)一步對已完成項目進(jìn)行功能和性能的拓展。老師可引導(dǎo)學(xué)生對項目提出新要求，如功能上的擴展:不可調(diào)單向電壓輸出擴展為可調(diào)雙向電壓輸出;性能上的擴展:電壓穩(wěn)定性的提高、電源轉(zhuǎn)換效率的提高等，通過功能和性能的拓展，可進(jìn)一步開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，挖掘他們的創(chuàng)造潛力。

三、項目驅(qū)動法在模擬電子技術(shù)教學(xué)中取得的成效和存在的問題及對策

(一)取得的成效。將項目驅(qū)動法應(yīng)用于模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中，取得了以下成效:

1．學(xué)生對模擬電子技術(shù)課程產(chǎn)生濃厚的興趣，學(xué)習(xí)效率得到明顯的改善。一方面一改以往課堂上無精打采的狀態(tài)，課堂氣氛變得活躍，與老師的互動明顯增加，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)效率提高了，老師的積極性和效率也得到提高，形成了良性循環(huán)，使課堂教學(xué)效果得到明顯改善;另一方面一改課后作業(yè)敷衍了事的狀態(tài)，項目組成員分工查閱資料，討論項目方案，加強與老師的交流，課后學(xué)習(xí)的目的性很強，有效地提高了課后學(xué)習(xí)的效率。

2．學(xué)生的理論知識和實踐技能得到系統(tǒng)訓(xùn)練。因項目選擇有針對性，涵蓋了模擬電子技術(shù)的所有知識點，學(xué)生全程參與項目實施的每個環(huán)節(jié)，所以學(xué)生的理論知識和實踐技能能夠得到系統(tǒng)訓(xùn)練。另外，項目的實施如方案的確定、元器件的選型、電路的設(shè)計、制作和調(diào)試是在理論指導(dǎo)下完成的，使得學(xué)生所學(xué)的理論能夠得到實際應(yīng)用，而在項目實施過程中通過查閱資料、討論、老師的指導(dǎo)，使得學(xué)生能夠在實踐中強化對理論知識的理解、掌握和拓展。

3．學(xué)生的工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力得到很大提高。因為選擇的項目都是實際工程項目，所以項目的實施完成對于提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力起著很大的作用，同時因為項目的開放性特點，可以鍛煉和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)生畢業(yè)后無需進(jìn)行崗前培訓(xùn)即可直接上崗?fù)瓿砷_發(fā)任務(wù)。另外，通過項目的實施，學(xué)生的團隊協(xié)作精神、綜合運用知識的能力等都會得到培養(yǎng)。

(二)存在的問題及對策。盡管在模擬電子技術(shù)中進(jìn)行了項目驅(qū)動教學(xué)法的嘗試，并取得了較好的效果。但是要將項目驅(qū)動教學(xué)法全面推廣，最大限度地發(fā)揮其功效，還存在一些問題需要解決。

1．項目驅(qū)動教學(xué)要求老師有豐富的工程實踐經(jīng)驗，而教師隊伍中具備這種能力人的比例還不高。針對這個狀況，可以從兩方面開展工作，其一是較強校企科研和項目合作，可以派遣在職教師到企業(yè)掛職，為企業(yè)解決實際問題的同時鍛煉自己的工程經(jīng)驗;其二是可以聘請企業(yè)中的資深工程師到學(xué)校擔(dān)任兼職教師。

2．項目選擇的問題。任課教師參與開發(fā)過的項目數(shù)量是有限的，不一定是“有意義”的項目，而且不一定適合教學(xué)。針對這個問題，除了要加強校企合作，多培養(yǎng)雙師型人才，還要按項目選擇的原則認(rèn)真篩選、規(guī)范定題，不斷積累，提高項目的數(shù)量和質(zhì)量。

3．組織能力和協(xié)作精神的培養(yǎng)問題。項目的實施可以鍛煉項目小組組長的組織能力，培養(yǎng)組員的協(xié)作精神，但如果組長在項目實施過程中只由一個人承擔(dān)，其他組員的組織能力就得不到鍛煉，有可能引發(fā)矛盾，更談不上相互協(xié)作了。針對這個問題，可以采用組員輪流值班的方法解決，即在每個模塊的設(shè)計和實施過程中由不同組員擔(dān)任組長，可有效地解決組織能力和協(xié)作精神的培養(yǎng)問題。

四、結(jié)語

第3篇：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案范文

電源是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源就不會有如此種類繁多的電子設(shè)備。中職學(xué)校電工電子專業(yè)的同學(xué)作為初學(xué)者首先遇到的就是要解決電源問題，否則電路無法工作、電子制作無法進(jìn)行，學(xué)習(xí)就無從談起。

【關(guān)鍵詞】

直流穩(wěn)壓電源 設(shè)計 優(yōu)化 測評

【正文】

電子設(shè)備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。另外，很多中職學(xué)校的電工電子專業(yè)初學(xué)階段首先遇到的就是要解決電源問題，否則電路無法工作、電子制作無法進(jìn)行，學(xué)習(xí)就無從談起。下面我們就直流電源的基本設(shè)計問題進(jìn)行探索。根據(jù)中職學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段的實際需要，提出以下的設(shè)計任務(wù)和要求：

一、設(shè)計要求

1．輸出電壓可調(diào)：Uo= +3V ～ +9V

2．最大輸出電流：Io max= 800mA

3．輸出電壓變化量：ΔVop_p≤5mV

4. 穩(wěn)壓系數(shù)：SV≤3×10-3

二、設(shè)計方案和論證

穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，基本設(shè)計：

方案一：單相半波整流電路

傳統(tǒng)單相半波整流簡單，使用元件少，它只對交流電的一半波形整流，只要橫軸上面的半波或者只要下面的半波，所以整流效率不高，而且整流電壓的脈動較大，無濾波電路時，整流電壓的直流分量較小，Vo=0.45Vi，變壓器的利用率低。

方案二：單相橋式整流電路

使用的整流元件較全波整流時多一倍，整流電壓脈動與全波整流相同，每個元件所承受的反向電壓為電源電壓峰值。根據(jù)實際情況，綜合3種方案的優(yōu)缺點:決定選用方案二。

三、各電路設(shè)計和參數(shù)估算

整流電路采用橋式整流電路，電路所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。

在設(shè)計時，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流輸出電流：

（I2是變壓器副邊電流的有效值。），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。

3．1集成三端穩(wěn)壓器的選擇

三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、等優(yōu)點。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。LM317系列和lM337系列的引腳功能相同。

輸出電壓表達(dá)式為:

在式中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓 ，此電壓加于給定電阻 兩端，將產(chǎn)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器 ，電阻 常取值 。電路加入了二極管D，用于防止輸出端短路時10µF大電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓器而被損壞。

LM317其特性參數(shù)：

輸出電壓可調(diào)范圍：1.2V～37V

輸出負(fù)載電流：1.5A

輸入與輸出工作壓差ΔU=Ui-Uo：3～40V

能滿足設(shè)計要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓電路。

3．2電源變壓器的選擇

電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：

由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值 ，輸入電壓與輸出電壓差的最大值 ，故LM317的輸入電壓范圍為：

即

，取

變壓器副邊電流： ，取 ，

因此，變壓器副邊輸出功率：

由于變壓器的效率 ，所以變壓器原邊輸入功率 ，為留有余地，選用功率為 的變壓器。

3．3整流二極管和濾波電容的選用

由于： ， 。

IN4001的反向擊穿電壓 ，額定工作電流 ，故整流二極管

選用IN4001。

3．4濾波電容

根據(jù)，

和公式

可求得：

所以，濾波電容：

電容的耐壓要大于 ，故濾波電容C取容量為 ，耐壓為 的電解電容。

四、 原理圖和元件清單

1． 使用DXP2004設(shè)計總原理圖，然后由軟件自動生成的元件清單。

2． 元件需要三極管、二極管、電解電容、電阻、穩(wěn)壓管、電位器若干。

五、安裝與調(diào)試(使用Multisim10調(diào)試)

按PCB圖，制作好電路板。安裝時，先安裝小元件，這樣方便元件的擺放，因此先安裝整流電路，再安裝穩(wěn)壓電路，最后再裝上濾波電路。軟件如果沒有LM317元件，用LM117代替。模擬實驗中：

1. 電位器R2取最大值時，Uo=9.088V

2. 同理電位器R2取最小值時,Uo=2.983V

3. 電位器在0到10K之間，輸出電壓連續(xù)可調(diào)：約為3V~9V。

六、測試性能與分析

1．輸出電壓與最大輸出電流的測試

一般情況下，穩(wěn)壓器正常工作時，其輸出電流I0要小于最大輸出電流，Iomax，取 ，可算出RL=20Ω，工作時 上消耗的功率為：

故 取額定功率為10W，阻值為20 Ω的電位器。

測試時，先使 ，交流輸入電壓為220V，用數(shù)字電壓表測量的電壓值就是Uo。然后慢慢調(diào)小 ，直到Uo的值下降5%，此時流經(jīng) 的電流就是 ，記下 后，要馬上調(diào)大 的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。當(dāng)R5（RL）=20歐姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA，同理Uo下降5%（8.332V）時，Io=846.644mA,即Iomax=Io.

2．紋波電壓的測試

用示波器觀察Uo的峰值，（此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC），測量ΔUop-p

的值（約幾mV）。由示波器得出：ΔUop-p=106。845uV

3．穩(wěn)壓系數(shù)的測量

按實際連接電路， 在 時，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo。然后調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓 ，測出穩(wěn)壓電源對應(yīng)的輸出電壓Uo1 ；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓 ，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為：

因為，在調(diào)試中，無法得到自耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(Ui):

U1=198V,Ui=10.8V,U1=220V,Ui=12.0V,U1=242V,Ui=13.2V

Ui=10.8V時，Uo=8.72V Ui=13.2V時，Uo=8.740V

所以，穩(wěn)壓系數(shù)： =0.0022

結(jié)論：誤差在允許的范圍內(nèi)，本設(shè)計已達(dá)到要求。

第4篇：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案范文

【關(guān)鍵詞】教育理念；ISAS教學(xué)；仿真教學(xué)；信息化教學(xué)

《電子電路分析與應(yīng)用》是高職院校機電和電氣自動控制等電類專業(yè)的一門極其重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在過去的教學(xué)實踐中，存在著不少問題，主要體現(xiàn)在：1.教學(xué)注重概念與理論，忽視實踐環(huán)節(jié)，教學(xué)內(nèi)容與實際工作崗位脫節(jié)，缺乏“基于工作的學(xué)習(xí)”和“基于學(xué)習(xí)的工作”的職業(yè)教育理念；2.教學(xué)方法和手段仍然是沿襲過去的方式，沒能充分的利用現(xiàn)代化的教學(xué)工具和網(wǎng)絡(luò)信息平臺。本文就《電子電路分析與應(yīng)用》課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法改革的研究與實踐進(jìn)行了初步探討

1.教學(xué)內(nèi)容的整合與項目制教學(xué)體系的構(gòu)建

1.1教學(xué)內(nèi)容的整合

“基于工作的學(xué)習(xí)”，要求我們作為職業(yè)教育工作者，要深入行業(yè)生產(chǎn)第一線，充分了解職業(yè)工作崗位對從業(yè)人員的要求，解構(gòu)工作崗位所必需的知識和技能，重構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)方式?！峨娮与娐贩治雠c應(yīng)用》就是把以往的“模擬電子技術(shù)”、 “數(shù)字電子技術(shù)”等課程，按照“解構(gòu)工作，重構(gòu)學(xué)習(xí)”重新整合成的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。

1.2項目制教學(xué)體系的構(gòu)建

在“解構(gòu)工作，重構(gòu)學(xué)習(xí)”的思想指導(dǎo)上，我們將課程分為“職業(yè)規(guī)范與素養(yǎng)”、“ 穩(wěn)壓電源分析與調(diào)試”、“音頻功放分析與調(diào)試”、“溫度控制器”、 “數(shù)字時鐘”五個項目進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生了解安全生產(chǎn)常識、“6S”管理規(guī)范，掌握焊接技能、電子元器件識別、儀器儀表使用、方框圖分析、單元電路記憶與分析、電路仿真、電路分析、電路測量等知識和能力；為學(xué)生后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)領(lǐng)域提供必備的電子技術(shù)基本知識、基本理論和基本技能。

2.更新教學(xué)理念，改革教學(xué)方法

2.1項目驅(qū)動結(jié)合ISAS教學(xué)方法

長期以來，教學(xué)過程沒有體現(xiàn)出學(xué)生的主體地位，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中只是被動的接受者，表現(xiàn)出來就是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降，不知道學(xué)了干什么，更不知道學(xué)會了有什么用，難以達(dá)成老師所期望的教學(xué)效果。筆者認(rèn)為，教師只是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的引導(dǎo)者、學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者和幫助者；將ISAS（信息搜索分析技能）教學(xué)法引入課堂教學(xué)就是要發(fā)揮學(xué)生自身的積極性，體現(xiàn)了教學(xué)過程學(xué)生的主體地位；授課教師跟據(jù)實際案例，提出問題，比如，什么是“直流穩(wěn)壓電源”，它有哪些應(yīng)用，做一個“直流穩(wěn)壓電源”，要用到哪些元器件，電路怎么連接的等等，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下查找相關(guān)資料，學(xué)習(xí)相關(guān)知識，掌握相關(guān)的技能，包括元器件的識別、方框圖分析、焊接技能，學(xué)生購買元器件等，并自行安裝調(diào)試，完成“直流穩(wěn)壓電源”作品的制作，期末對每個學(xué)生的作品一一進(jìn)行測試，測試結(jié)果作為課程考核依據(jù)；這種教學(xué)方式，讓學(xué)生知道自己在學(xué)什么、做什么，有目的性、有針對性，體現(xiàn)出“基于學(xué)習(xí)的工作”的職業(yè)教育理念。

2.2應(yīng)用Multisim軟件進(jìn)行仿真教學(xué)

隨著計算機應(yīng)用的日益普及，在電類專業(yè)中，利用計算機進(jìn)行仿真教學(xué)已經(jīng)引起人們廣泛關(guān)注，在高職院校中，由于受到生源的限制，許多學(xué)生對單純的理論講授感到乏味，對抽象的數(shù)學(xué)推導(dǎo)感到厭煩，而電路仿真直觀、生動、形象，可操作性強；同時在教學(xué)實踐中，還由于受實訓(xùn)設(shè)備、場地和經(jīng)費的限制，許多實訓(xùn)項目的實訓(xùn)效果不夠理想甚至一些實訓(xùn)項目不能開出。這些都嚴(yán)重的抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，影響了課程的教學(xué)效果；所以仿真教學(xué)的應(yīng)用與開展對于整體提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，全面提高教學(xué)質(zhì)量有非常積極的作用。利用計算機仿真教學(xué)，只需一臺電腦，安裝仿真軟件，構(gòu)建一個良好的仿真平臺，就相當(dāng)于隨身攜帶了一個實訓(xùn)室，不僅可以實現(xiàn)電路的仿真測試并且可以按照需要，實時進(jìn)行修改，方便實用。所以，筆者在具體的教學(xué)過程中，要求學(xué)生掌握Multisim軟件的使用，對學(xué)習(xí)中的一些典型電路進(jìn)行仿真，對電路的性能模擬測試，驗證電路設(shè)計方案的正確性，優(yōu)化電路設(shè)計等。

2.3充分利用互聯(lián)網(wǎng)開展信息化教學(xué)

課程信息化教學(xué)建設(shè)是教育信息化實施中的一項重要內(nèi)容。最近幾年來，我院的教學(xué)信息化程度不斷提高，學(xué)院實現(xiàn)了有線網(wǎng)絡(luò)的普及和無線網(wǎng)絡(luò)的校園全面覆蓋，為教學(xué)帶來了極大的便利。世界大學(xué)城空間（http：//）利用互聯(lián)網(wǎng)這一平臺，使得世界大學(xué)城空間建設(shè)的資源具有共享的特點。依托互聯(lián)網(wǎng)，我們可以把世界上其他相關(guān)優(yōu)秀教師授課的資料，包括視頻、文字、表格和圖像等，引入到自己的教學(xué)中來；這種引入是對我們教學(xué)的一種極其重要補充，可以極大的開闊學(xué)生的視野，更新教師的觀念，也可以彌補我們在實際教學(xué)中存在的一些不足，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享。舉例來說，在《電子電路分析與應(yīng)用》課程教學(xué)目標(biāo)中，示波器的使用是一項非常重要、必須掌握的基本技能，但是，在以往的教學(xué)中，由于受到師資、設(shè)備、場地和教學(xué)課時的限制，不可能對每一個學(xué)生都做到一一指導(dǎo)，一些學(xué)生想學(xué)卻沒有完全學(xué)會，抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；而現(xiàn)在我們利用世界大學(xué)城空間，將示波器操作技能做成視頻文件上傳到自己的教學(xué)空間，讓學(xué)生利用課余時間觀摩、復(fù)習(xí)，在課堂里也可以對著示波器操作技能的視頻資料自己練習(xí)，從而能夠很快的熟練掌握示波器操作技能；利用世界大學(xué)城空間進(jìn)行教學(xué)常常起到了事半功倍的效果。

在高職院校的課程教學(xué)改革中，作為教師，我們首先要更新自己頭腦中僵化落伍的觀念，研究學(xué)生如何學(xué)，確定自己怎么教，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改進(jìn)我們的教學(xué)方法，才能達(dá)成專業(yè)學(xué)習(xí)與工作崗位的對接，培養(yǎng)出社會需要的高技能人才。

第5篇：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案范文

關(guān)鍵字： 直流穩(wěn)壓電源; 過流保護; 自動檢測控制; 蓄電池

中圖分類號： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）06?0153?03

Research and implementation of DC regulated power supply

CHEN Wan?li， ZHOU Ming?liang， JIA Yu?fei

（Huanghe S & T College， Zhengzhou 450063， China）

Abstract： In many modern communication equipments， stability and quality of power supply are required in the power system. The structure and working principle of the DC power supply are introduced in this paper. It is mainly composed of DC stabilivolt expanding current circuit， soft start and overcurrent protection circuit， uninterrupted power supply circuit， automatic detection control circuit and alarm circuit. The standby power supply can make a exchanger keep working in another eight hours in power off condition， and ensure calls not to be interfered by the voltage from the outside world. This design has the characteristics of simple structure， low cost， stable and reliable working performance.

Keyword： DC stabilized power supply; overcurrent protection; automatic examination control; battery

0 引 言

現(xiàn)代電子設(shè)備是一個極為復(fù)雜的電子系統(tǒng)，在一些重要的系統(tǒng)、設(shè)備或儀器中，要求供電系統(tǒng)不能中斷供電，例如通信、防盜、醫(yī)療、科研系統(tǒng)等的供電，假如一旦發(fā)生斷電，將會發(fā)生一系列的事故。 本文介紹了一種主要針對市電在停電或電壓不穩(wěn)定時，使用的直流穩(wěn)壓電源，其為程控交換機提供備用電源，以保障其能持續(xù)供電8個小時，從而保證通話質(zhì)量不受影響。它有軟啟動和過流保護功能，對蓄電池具有自動檢測功能，能夠防止過充過放現(xiàn)象。延長了交換機的使用壽命。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案設(shè)計[1]

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼41t1.tif>

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2 系統(tǒng)各部分電路原理簡介

2.1 變壓器

變壓器是將市電轉(zhuǎn)變成所需要的交變電壓。電源的質(zhì)量直接影響著備用電源的性能和使用壽命，因此變壓器的選擇也尤為重要，本次設(shè)計電路輸出負(fù)載電壓為5 V（后續(xù)電路元件電壓及蓄電池充電上限電壓總和），額定電流為1 A，所以其負(fù)載功率為5 W，考慮到變壓器工作在70%的容量時最佳，所以使用7 W的變壓器即可適合。

2.2 整流濾波電路

整流電路將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓。本電路采用單向橋式整流電路，電路圖見圖2。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼41t2.tif>

圖2 單向橋式整流電源

在單相橋式整流電路中，選擇ICZ20。其主要參數(shù)：額定平均電流20 A;最大整流電流時和正向電壓壓降為0.45～0.65 V，最高反向電壓下的反向電流平均值≤6 mA完全可以適應(yīng)要求。

濾波電路可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓各濾波電容C滿足C≥2.5[TRL，]其中T為輸出交流信號周期，RL為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻[2]。濾波電路見圖3。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼41t3.tif>

圖3 電解電容濾波電路圖

2.3 過流保護電路

如圖4所示，由于晶體管都是工作在線性狀態(tài)，靜態(tài)Q點處在飽和p線性和截至區(qū)域，在電流正常時（<1 A），電阻R1產(chǎn)生的電壓使晶體管BG1導(dǎo)通，而電阻R2，R3產(chǎn)生的壓降還不足以使晶體管BG2導(dǎo)通，所以電流經(jīng)R2，R3后經(jīng)并聯(lián)晶體管擴流。在電流慢慢的達(dá)到1 A 左右時，流經(jīng)R2，R3的壓降使晶體管BG2降漸漸處于線性接近飽和的區(qū)域，使得流過晶體管BG1的電流減小，電阻R8的壓降降低，并聯(lián)晶體管BG3，BG4，BG5，BG6處于線性區(qū)域。在電流超限（>1 A）時，電阻R2，R3上的壓降使晶體管BG2導(dǎo)通，電阻R1被短路，這樣降低了晶體管BG1的基極電位，使得BG1截止，電阻R8上沒有壓降，并聯(lián)晶體管的基極因為沒有偏置電壓而截止，停止擴流，達(dá)到保護擴流管作用。

2.4 直流穩(wěn)壓擴流電路

本文設(shè)計的穩(wěn)壓電路是為了給整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓，平滑的直流電不能滿換機對直流電源的需要，穩(wěn)壓電路的作用是讓輸出的直流電壓在市電電壓或負(fù)載電流發(fā)生變動時保持穩(wěn)定。所采用的穩(wěn)壓器輸出電流太小，不能滿足負(fù)載所需的電流，所以采用晶體管并聯(lián)擴大輸出電流。電路由三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器LM317及并聯(lián)晶體管來實現(xiàn)。

本文中擴流電路采用的是四只晶體管BU508A（BU508A所允許通過的最大電流15 A）并聯(lián)使用，均流電阻Re=0.1 Ω，R4，R5，R6，R7形成電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。負(fù)載所需的電流≤10 A，所以接四只晶體管，每只晶體管通過的電流≤2.5 A，所用擴流管電流應(yīng)不小于7.5 A，這樣安全系數(shù)為3，電路的安全系數(shù)越高，使電路供電質(zhì)量越好[3]。過流保護和擴流電路見圖4。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼41t4.tif>

圖4 過流保護和擴流電路

2.5 軟啟動電路

電路在接入瞬間會產(chǎn)生很大的脈沖電流，這樣會對電路中的電子元件和蓄電池造成損害，使其性能和使用壽命大大降低，所以要設(shè)計本電路，使得電路中的電壓和電流緩慢的上升到額定值[4]。軟啟動電路如圖5所示。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼41t5.tif>

圖5 軟啟動電路

2.6 單向?qū)ㄆ?/p>

本設(shè)計是為了防止蓄電池電流倒灌對前幾個單元電路中的元器件造成損害而設(shè)計，實際上它是一個二極管橋式整流電路，但是，不是用它的整流功能，而是用它的單向?qū)üδ埽梢酝ㄟ^大電流，如果單接一個二極管可能會因大電流而燒壞，失去單向?qū)ㄐ浴?/p>

2.7 不間斷供電電路

本設(shè)計是在交換機市電供電突然中斷，或是市電電壓突然降低，交換機的電源由市電切換至備用電源，并在市電恢復(fù)正常時，將負(fù)載切換至市電。切換過程中，要求無時間差。其實現(xiàn)方法見圖6。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼41t6.tif>

圖6 不間斷供電電路

2.8 控制電路設(shè)計

本次設(shè)計采用LM339電壓比較器，通過采樣蓄電池的端電壓和基準(zhǔn)電壓來比較，以輸出高低電平來控制繼電器動作。此部分電路主要由三部分組成，一是電源部分，二是過充檢測控制電路，三是過放檢測控制電路。電源部分是由晶體管BD235和270 Ω/4 W的電阻組成的共集電極電路（輸出電阻小，具有典雅跟隨的特點）和兩個串聯(lián)12 V穩(wěn)壓二極管組成。

24 V電壓的確定是為了滿足24 V繼電器和電壓比較器LM339的工作電壓，所以由蓄電池組通過的電壓經(jīng)270 Ω/4 W的大功率電阻降壓，1 kΩ R13為晶體管BD235提基極偏置電壓，使BG8導(dǎo)通，形成電壓跟隨器，兩個串聯(lián)的12 V穩(wěn)壓二極管將電壓穩(wěn)定在24 V，而接兩個12 V的穩(wěn)壓管是為了給電壓比較器LM339一個參考電壓[5]。圖中所接的電容為濾波電容，控制電路設(shè)計如圖7所示。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼41t7.tif>

圖7 聲光報警電路

過充控制電路部分所接的繼電器為24 V常開型繼電器，電壓比較器則是比較蓄電池充電電壓是否達(dá)到所限定的上限值，若達(dá)到控制繼電器動作，閘刀閉合，給蓄電池充電，當(dāng)充到所規(guī)定的穩(wěn)定電壓時，控制繼電器斷開。過放控制電路部分主要是同過電壓比較器LM339來檢測蓄電池組因放電是否到了規(guī)定值而過放，若過放，控制繼電器動作，閘刀斷開，停止放電;若蓄電池組的電壓回到穩(wěn)定電壓則控制繼電器閉合，處于放電狀態(tài)。這里所接的繼電器為24 V常閉型繼電器[6]。

2.9 聲光報警電路

作用是在蓄電池因放電而電壓下降，到達(dá)限定值時，根據(jù)檢測電路傳來的信號報警，時長1 min。聲光報警電路見圖8。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼41t8.tif>

圖8 控制電路設(shè)計圖

2.10 蓄電池選擇

目前通信電源所帶的蓄電池大多是先進(jìn)的閥控式密封鉛酸蓄電池，它可以做到免維護或少維護，無環(huán)境污染，是當(dāng)前較為理想的蓄電池。本設(shè)計采用的就是48 V 100 Ah的蓄電池組。由于本設(shè)計為負(fù)載提供的是48 V，≤10 A且時長為8 h的供電，選擇100 A?h的容量是為了保證蓄電池在正常工作后留由余量。

3 結(jié) 語

本次設(shè)計的不間斷直流電源，主要是由硬件電路組成的，重點是備用電源的大功率部分和對蓄電池充、放電上下限的控制，還有電路的過流保護和軟啟動單元電路。保證蓄電池在市電中斷后能提供8 h的供電，盡可能地減小由于蓄電池的使用不當(dāng)所帶來的損失。通過調(diào)試后，本設(shè)計實現(xiàn)了設(shè)計的要求，可以實現(xiàn)設(shè)備的供電要求。

參考文獻(xiàn)

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[2] 朱雄世.新型電信電源系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：人民郵電出版社，2000.

[3] 張惠，馮英.電源大全[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，1993.

[4] 楊承毅.電子技能實訓(xùn)基礎(chǔ)[M].北京：人民郵電出版社，2005.

第6篇：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案范文

關(guān)鍵詞：高職；“教學(xué)做”一體化；項目教學(xué)；能力訓(xùn)練；虛擬課堂

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5727（2012）09-0033-02

《電子技術(shù)》是電氣電子信息類專業(yè)重要的職業(yè)能力訓(xùn)練課程，具有很強的實踐性。傳統(tǒng)的《電子技術(shù)》課程教學(xué)是由理論講授＋實踐操作＋綜合實訓(xùn)三部分構(gòu)成，不利于學(xué)生對知識的理解和鞏固，存在理論與實踐銜接不上、學(xué)生應(yīng)用知識能力差的問題。對高職學(xué)生而言，存在著理論學(xué)習(xí)難以理解、實踐能力難以提高等問題。筆者擬對《電子技術(shù)》課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計與“教學(xué)做”一體化實踐進(jìn)行探討。

課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計理念

項目教學(xué)法對接受職業(yè)教育的學(xué)生而言，具有針對性強的優(yōu)點。學(xué)生在項目實踐過程中，理解和把握課程要求的知識和技能，體驗創(chuàng)新的艱辛與樂趣，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力以及團隊精神和合作能力，受到了師生的廣泛歡迎，成為職業(yè)教育領(lǐng)域探索追求的新方法。

經(jīng)職業(yè)教育課程改革后，《電子技術(shù)》課程打破了原來的傳統(tǒng)教學(xué)模式與知識體系，采用項目化、“教學(xué)做”一體化的教學(xué)方式。項目的選取以小型化、典型化、實用化為目標(biāo)，以夠用、實用、有用為原則。每個項目分解為多個任務(wù)，以任務(wù)為中心，整合技術(shù)實踐知識與技術(shù)理論知識，驅(qū)動項目教學(xué)。選擇以典型的電子產(chǎn)品為主題的項目學(xué)習(xí)單元，以典型產(chǎn)品的設(shè)計與制作為主線，讓學(xué)生在每一個學(xué)習(xí)單元中，都能體驗電子產(chǎn)品從設(shè)計、制作到調(diào)試的整個過程。課程教學(xué)采用“教學(xué)做”一體化的教學(xué)模式。

課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計了以“直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作”、“擴音器的設(shè)計與制作”和“三角波發(fā)生器的設(shè)計與制作”3個典型項目為主題的學(xué)習(xí)單元，其學(xué)習(xí)內(nèi)容涵蓋了原來模擬電子技術(shù)部分的學(xué)習(xí)內(nèi)容；設(shè)計了以“四人表決器的設(shè)計與制作”、“四路搶答器的設(shè)計與制作”、“計數(shù)器的設(shè)計與制作”與“觸摸延時電子開關(guān)電路的設(shè)計與制作”四個典型項目為主題的學(xué)習(xí)單元，其學(xué)習(xí)內(nèi)容涵蓋了原來數(shù)字電子技術(shù)部分的學(xué)習(xí)內(nèi)容，整個學(xué)習(xí)過程圍繞典型電子產(chǎn)品項目進(jìn)行，可以大大提高學(xué)生的電子設(shè)計與制作興趣。學(xué)習(xí)完每個項目后，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的拓展項目學(xué)習(xí)。在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后設(shè)計有綜合實訓(xùn)項目，以進(jìn)一步提升學(xué)生對電子制作的興趣，使其善于應(yīng)用相關(guān)的電子技術(shù)知識。

課程要求培養(yǎng)學(xué)生的知識能力與實踐技能并重，課程的實施采用“教學(xué)做”一體化的教學(xué)模式。

“教學(xué)做”一體化實踐探討

課程的教學(xué)實施突破了以往的課堂教學(xué)教理論、實驗室練實踐能力的模式，將二者合一，將知識學(xué)習(xí)融入實踐中，采用了“教學(xué)做”一體化的教學(xué)模式。課程實施過程中，要始終把握以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的“雙主”教學(xué)模式。下面就本課程的“教學(xué)做”一體化實踐過程進(jìn)行探討。

圍繞核心器件展開教學(xué) 每個項目的電路都有其核心器件，核心器件的特性及典型應(yīng)用電路的學(xué)習(xí)是整個項目學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。抓住核心器件展開教學(xué)，有助于學(xué)生理解項目電路，進(jìn)行與核心器件相關(guān)的其他電子電路的學(xué)習(xí)?！爸绷鞣€(wěn)壓電源的設(shè)計與制作”的核心器件是二極管、穩(wěn)壓管、集成穩(wěn)壓器件，“擴音器的設(shè)計與制作”的核心器件是三極管，“三角波發(fā)生器的設(shè)計與制作”的核心器件是運算放大器。掌握了核心器件的特性和作用，學(xué)生可以理解其他的應(yīng)用電路。再進(jìn)行拓展項目學(xué)習(xí)，可進(jìn)一步提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

以能力訓(xùn)練作為任務(wù)驅(qū)動項目學(xué)習(xí) 每個項目的學(xué)習(xí)以適量的能力訓(xùn)練任務(wù)驅(qū)動，訓(xùn)練任務(wù)與傳統(tǒng)模式下的實驗教學(xué)內(nèi)容相似，所不同的是這些訓(xùn)練任務(wù)是在學(xué)生沒有學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識之前，就由學(xué)生自主完成，通過實踐的相關(guān)數(shù)據(jù)或現(xiàn)象，在教師的引導(dǎo)下讓學(xué)生自己總結(jié)得出結(jié)論。“擴音器的設(shè)計與制作”能力訓(xùn)練任務(wù)設(shè)計如表1所示。根據(jù)該項目電路的特點，將該項目的學(xué)習(xí)分解為前置放大級的測試與分析、推動級的測試與分析、負(fù)反饋放大電路的測試與分析、功率輸出級的測試與分析、擴音器的搭接與測試五部分，各部分又設(shè)置了小的能力訓(xùn)練任務(wù)，以便于教學(xué)實施。

將知識學(xué)習(xí)融入能力訓(xùn)練任務(wù)中 在教學(xué)實施過程中，通過學(xué)生搭建與測試能力訓(xùn)練任務(wù)電路，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)思考，然后由教師進(jìn)行理論分析。如在“晶體管測試能力訓(xùn)練”項目中，測試電路如圖1所示。改變UBB值為0V、3V、5V分別進(jìn)行測試，同時改變Rc的值，測試iB、iC、uBE、uCE。測試后，通過小組討論分析，要求學(xué)生畫出晶體管的輸出特性曲線，分析出晶體管的電流放大作用，并得出晶體管在三種工作狀態(tài)下及在每種工作狀態(tài)下發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的偏置狀態(tài)。之后，教師再通過介紹晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點與載流子的運動規(guī)律分析晶體管的電流放大作用。這樣，通過能力訓(xùn)練任務(wù)可讓學(xué)生認(rèn)識三極管的特性，較傳統(tǒng)知識講授的方式教學(xué)效果要好。

第7篇：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案范文

首先，電子產(chǎn)品裝配與調(diào)試教學(xué)中所選項目應(yīng)是教學(xué)大綱規(guī)定的范圍內(nèi)，大綱中知識點要滲入到各個項目中。其次，項目的操作難度應(yīng)適中。項目中的內(nèi)容是學(xué)生通過已有的知識水平可以做到的，容易制作成功的。好的項目應(yīng)是教師能駕馭的項目，也是學(xué)生喜歡的項目。再次，項目在制作的過程中，要考慮實訓(xùn)室的條件，能在萬能板上制作，還是需要在實訓(xùn)臺上完成。另外，根據(jù)電子產(chǎn)品在生活中的應(yīng)用確定項目方向，重點培養(yǎng)學(xué)生對電子產(chǎn)品的設(shè)計、裝配和調(diào)試能力，為學(xué)生將來從事電子方面的工作打下基礎(chǔ)。最后，項目應(yīng)有實用價值。電子是一門應(yīng)用性較強的專業(yè)，項目要結(jié)合實際情況和學(xué)生的技術(shù)水平，選擇一些可行的項目。

二、電子產(chǎn)品裝配與調(diào)試項目教學(xué)課題實例

項目名稱：耳聾助聽器電路裝配與調(diào)試。項目要求：根據(jù)對耳聾助聽器電路的要求，根據(jù)所學(xué)的電子技術(shù)理論知識，及電子裝配和調(diào)試技能知識，完成耳聾助聽器電路的設(shè)計、制作及調(diào)試。該項目分解為六個子項目。（1）在參照圖的基礎(chǔ)上完成耳聾助聽器電路的設(shè)計。（2）明確電路中各元件的參數(shù)。（3）繪制PCB印制電路圖。（4）完成耳聾助聽器電路樣品的裝配并調(diào)試。（5）根據(jù)樣品的實際調(diào)試情況完善電路的設(shè)計。（6）每人制作一件。項目準(zhǔn)備：電子元器件若干、萬用表、示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、電烙鐵等。

項目實施：（1）講解原理：教師向?qū)W生講解耳聾助聽器電路的工作原理，并盡量用實物演示，有利于學(xué)生理解理論知識。（2）項目示范：將事先制作好的耳聾助聽器展示給學(xué)生，同時講解制作工藝。（3）項目講解：解析項目的總體結(jié)構(gòu)，劃分子項目；講解重要的理論知識；指導(dǎo)實訓(xùn)項目，并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行調(diào)試。（4）學(xué)生分組：學(xué)生分為三組，每組十人，推薦選出小組長。（5）任務(wù)書下達(dá)：教師向每組組長下達(dá)任務(wù)書，并對各小組產(chǎn)品提出明確要求。（6）小組設(shè)計：各組長向小組成員傳達(dá)老師布置的任務(wù)書，小組成員開始進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計。小組每完成一個子項目，就向教師報告。教師檢查每組完成的進(jìn)度及完成產(chǎn)品的質(zhì)量并進(jìn)行評分。（7）產(chǎn)品的交付：每組樣品制作完成并調(diào)試成功后，交給教師檢查，經(jīng)教師同意后，該小組內(nèi)的成員開始每人制作一個耳聾助聽器。

項目驗收及評價：（1）教師結(jié)合學(xué)生實際的完成情況分組點評，并給出每組的考核成績。（2）將優(yōu)秀作品及設(shè)計方案在班級展示，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和團隊合作精神。

三、電子產(chǎn)品裝配與調(diào)試項目教學(xué)法的效果

第8篇：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案范文

1.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的意義

1.1有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生對實踐課的興趣

傳統(tǒng)的實踐教學(xué)是理論教學(xué)的輔助，實驗內(nèi)容多數(shù)是驗證理論知識，學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書上的方法和步驟就可完成實驗，整個實驗過程學(xué)生完全是被動的[1]。這樣的驗證實驗不能實現(xiàn)對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，難以激發(fā)學(xué)生的對實踐教學(xué)的興趣。全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽要求參賽學(xué)生在四天內(nèi)完成從選題、搜集資料、設(shè)計方案、分析論證、元器件選擇、硬軟件設(shè)計、組裝、調(diào)試、測試、排除故障、做出成品和撰寫設(shè)計報告的全過程，并且要求三人組隊參賽，是對學(xué)生綜合素質(zhì)的全面考核，具有極大的挑戰(zhàn)性[2]。比賽中既要動手操作，又要理論分析。經(jīng)過培訓(xùn)和參加競賽的學(xué)生，其實踐能力與創(chuàng)新能力都得到很大的提高，同時激發(fā)了學(xué)生對實踐教學(xué)的興趣。

1.2有利于增強學(xué)生的競爭意識和就業(yè)能力

在電子設(shè)計競賽中能脫穎而出的都是理論知識扎實，動手能力強，經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練，具有創(chuàng)新意識和協(xié)作精神的優(yōu)秀學(xué)生。無論獲獎與否，參加過培訓(xùn)和電子設(shè)計競賽的學(xué)生，在系統(tǒng)設(shè)計、方案論證、合作精神與創(chuàng)新能力等方面都有很大的提高，在畢業(yè)設(shè)計中受到老師的青睞，在實際工作中，表現(xiàn)出較好的獨立性，創(chuàng)新精神、協(xié)作能力與競爭意識，得到社會及用人單位一致的肯定和好評，增強了就業(yè)能力[3]。

1.3有利于推動電子技術(shù)類課程的教學(xué)改革

電子競賽題目是一批高水平的教授、專家根據(jù)電子技術(shù)發(fā)展的最新信息擬出的。選題涵蓋了模擬電路、數(shù)字電路、高頻電路、單片機應(yīng)用、可編程器件、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)和EDA等課程的內(nèi)容[4]，競賽中既要考察學(xué)生的實際動手能力，又要考察學(xué)生的理論知識和創(chuàng)新能力；既有涉及知識面廣、功能多的系統(tǒng)設(shè)計，又有單一功能的電路設(shè)計；既有以指標(biāo)性設(shè)計為目的的題目，又有以功能性設(shè)計為目的的題目；既有基本要求，又有發(fā)揮部分，同時在電子設(shè)計競賽中又鼓勵學(xué)生使用新技術(shù)、新器件和新電路，以滿足先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。所以，對電子技術(shù)類課程的教學(xué)改革具有指導(dǎo)和推動作用。

2.對參賽學(xué)生的能力要求

參加電子設(shè)計競賽的學(xué)生應(yīng)具備的實踐能力包括[5]：電子元器件的識別及使用方法、印制電路板設(shè)計與制作等電子設(shè)計制作基礎(chǔ)；集成直流穩(wěn)壓電源、運算放大器電路、信號產(chǎn)生電路和處理電路、顯示電路和A/D轉(zhuǎn)換器等單元電路設(shè)計；通用鍵盤及顯示電路、單片機與液晶顯示接口電路、單片機與D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路等單片機最小系統(tǒng)設(shè)計；FPGA最小系統(tǒng)和配置電路的設(shè)計及FPGA的最小系統(tǒng)板下載等可編程邏輯器件系統(tǒng)設(shè)計，以及資料查閱、綜合系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計和撰寫設(shè)計報告等。

3.電子設(shè)計競賽中反映的問題

我校歷屆培訓(xùn)及競賽現(xiàn)場，主要表現(xiàn)出以下一些問題[6]。

（1）查閱參考資料的能力差。在拿到競賽題目后，學(xué)生都是先翻教科書，不去查找具有最新技術(shù)的期刊文獻(xiàn)，特別是上網(wǎng)搜集資料的能力差。

（2）對知識的綜合應(yīng)用能力不強。對一個制作項目能夠提出的設(shè)計方案很少，不能對方案進(jìn)行充分的論證和比較，生搬硬套參考電路，不能設(shè)計出簡單先進(jìn)的電路，綜合應(yīng)用所學(xué)知識分析和解決問題的能力較差。反映我們的實踐教學(xué)缺少綜合性、設(shè)計性實驗的訓(xùn)練。

（3）新技術(shù)、新器件的應(yīng)用能力差。有的制作項目如能采用新技術(shù)、新器件，如FPGA、CPLD等實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計，不僅性能指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)電路，而且電路簡單。反映我們的實踐教學(xué)內(nèi)容陳舊，不能緊跟電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

（4）不適應(yīng)工程設(shè)計技術(shù)指標(biāo)要求。競賽中學(xué)生對競賽題目的各類技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)和改善上感到無從下手。

（5）實驗動手能力不強。競賽過程中，一部分同學(xué)在安裝、焊接、電路調(diào)試、故障查找和排除等過程中操作不熟練，不能適當(dāng)?shù)卦O(shè)計實驗數(shù)據(jù)表格，不能通過對實驗數(shù)據(jù)的歸納、總結(jié)去分析、解決問題。反映我們的實驗教學(xué)驗證性實驗多，綜合性、設(shè)計性的實驗少，學(xué)生的動手能力和綜合運用能力沒有得到應(yīng)有的訓(xùn)練。

（6）單片機知識的應(yīng)用能力有限。很多競賽題要用到單片機的知識去完成設(shè)計，部分參賽同學(xué)因單片機知識與應(yīng)用能力不夠，未能取得較好的競賽成績。

（7）設(shè)計報告撰寫的質(zhì)量不高。設(shè)計報告的格式與內(nèi)容存在很多缺陷，方案論證不夠充分，理論分析不夠嚴(yán)謹(jǐn)。反映我們的實驗課教學(xué)忽視了實驗報告這個重要環(huán)節(jié)。

4.電子技術(shù)類課程的實踐教學(xué)改革

根據(jù)全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的內(nèi)容及要求，針對學(xué)生在培訓(xùn)和競賽過程中暴露的問題，我們對電子技術(shù)類課程的實踐教學(xué)進(jìn)行了如下改革。

4.1改革實踐教學(xué)體系

依據(jù)學(xué)科專業(yè)特點，結(jié)合我校實際，將實踐教學(xué)從理論教學(xué)中分離出來，單獨設(shè)課、單獨考核，構(gòu)建起一個與理論教學(xué)體系相互匹配，相互聯(lián)系、相互補充，相對獨立、科學(xué)優(yōu)化的實踐教學(xué)體系。將實驗教學(xué)環(huán)節(jié)劃分為三個層次[7]。

（1）基本技能訓(xùn)練層：以電子工藝實習(xí)、實訓(xùn)為教學(xué)內(nèi)容，掌握萬用表的使用，電子元器件識別、檢測，印制板制作、焊接，直流穩(wěn)壓電源組裝，收音機安裝調(diào)試等基本操作技能。以電路分析、電子測量、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課的實驗為教學(xué)內(nèi)容，掌握信號發(fā)生器和示波器等常用儀器的使用方法，培養(yǎng)正確記錄、處理數(shù)據(jù)及分析實驗結(jié)果的能力。

（2）課程設(shè)計實驗層：以電子技術(shù)、單片機技術(shù)、EDA技術(shù)等課程的實驗為教學(xué)的主要內(nèi)容。通過對簡單電路的設(shè)計，熟悉常用電子元器件，學(xué)會查閱元器件手冊及通過互聯(lián)網(wǎng)尋找所需資料的方法，讓學(xué)生通過安裝調(diào)試，學(xué)會通過調(diào)整元件參數(shù)，滿足實驗指標(biāo)要求。

（3）綜合設(shè)計實踐層：以傳感器技術(shù)及應(yīng)用、單片機技術(shù)、EDA技術(shù)、電子系統(tǒng)綜合設(shè)計等課程實驗、電子設(shè)計競賽等課外活動為實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，掌握用最先進(jìn)的設(shè)計平臺和最新的工具進(jìn)行高效的綜合設(shè)計，用組裝的系統(tǒng)電路板，用電子設(shè)計自動化仿真軟件Matlab、Muhisim等工具，進(jìn)行“虛、實、軟、硬”相結(jié)合的現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計實踐。要求學(xué)生能獨立完成從設(shè)計到制作的全過程，提高學(xué)生運用所學(xué)知識進(jìn)行電路級的綜合設(shè)計能力以及系統(tǒng)級的開發(fā)應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

4.2更新實驗教學(xué)內(nèi)容

實踐教學(xué)改革的關(guān)鍵是教學(xué)內(nèi)容的改革，要根據(jù)認(rèn)知規(guī)律、學(xué)科特點、實踐教學(xué)自身的規(guī)律和學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求，更新實驗內(nèi)容。

（1）減少驗證性實驗，增加應(yīng)用性、設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系統(tǒng)和虛擬儀器等先進(jìn)的實踐教學(xué)內(nèi)容[8]。增加單片機課程設(shè)計的實驗課時，加強其實驗和設(shè)計應(yīng)用，增加EDA技術(shù)和Protel課程設(shè)計的實驗課時，加強Protel電路設(shè)計軟件和EDA電路設(shè)計仿真軟件的實踐應(yīng)用；增加電子實習(xí)課時，增加和競賽有關(guān)電路的制作內(nèi)容。實踐教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)最新的科技成果，反映運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果的新的實驗技術(shù)和新的實驗方法，實現(xiàn)實踐教學(xué)內(nèi)容的與時俱進(jìn)。

（2）增加能培養(yǎng)學(xué)生實際操作能力的工藝性操作實踐。注重電子元器件特別是新型元器件的使用[9]。元器件選擇方面，除個別驗證性實驗仍保留部分分立器件外，其余均采用集成化，數(shù)字化，模塊化的器件，如集成穩(wěn)壓電源、集成運放、集成功放、集成A/D，D/A等器件，RAM、EPROM集成電路，以及ASIC可編程控制器。對于綜合型、設(shè)計型實驗，指導(dǎo)學(xué)生選擇最新器件來完成設(shè)計。

（3）對整個課程體系的實驗內(nèi)容進(jìn)行整體優(yōu)化組合，將同類課程體系或同類學(xué)科的實驗項目合并，創(chuàng)建新的綜合實驗課程，實現(xiàn)學(xué)科之間實驗內(nèi)容的互相交叉滲透。修改綜合設(shè)計內(nèi)容，把本專業(yè)的理論知識同單片機技術(shù)和PLC技術(shù)更多地結(jié)合應(yīng)用，并把電子設(shè)計競賽知識結(jié)合其中。

（4）設(shè)立學(xué)生科研基金，資助運用新技術(shù)、新器件、新思想的電子設(shè)計與制作的學(xué)生課題[10]。把科研引進(jìn)教學(xué)過程，鼓勵學(xué)生參與教師的科研工作和生產(chǎn)中急需解決或探索的實際問題的研究，培養(yǎng)學(xué)生的方案論證、裝配、調(diào)整、檢測，數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、總結(jié)歸納，撰寫科研論文等能力。

4.3改革實踐教學(xué)方法

（1）實施開放式實踐教學(xué)

在實踐內(nèi)容、實踐時間、實踐方法、組織形式等方面實行開放式教學(xué)，打破時間、空間的限制，提供給學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造的環(huán)境，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體[11]。在實驗內(nèi)容上，設(shè)定必做實驗、選做實驗和自主實驗的比例，前者保證教學(xué)基本要求和基本技能訓(xùn)練，后者則由學(xué)生根據(jù)自身的條件與興趣，在眾多的實驗課題中選擇，以達(dá)到因材施教的目的。課程設(shè)計、綜合性、設(shè)計性實驗，教師只提出設(shè)計的總體要求和要達(dá)到的效果，不制定統(tǒng)一的參數(shù)指標(biāo)，設(shè)計步驟，給學(xué)生一個較大的創(chuàng)造空間。提倡方案的多樣性，給學(xué)生充分的創(chuàng)新機會。由學(xué)生完成從方案制定、電路設(shè)計、元件篩選、焊接組裝、程序設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試到設(shè)計報告撰寫、答辯等全部過程，教師變指導(dǎo)為引導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性。

（2）增大實驗室開放的力度

在安排好課內(nèi)實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上，充分利用實驗室資源，制訂實驗室的開放項目、開放計劃。在實驗室開放時間里，為學(xué)生提供實驗場地的同時，還為學(xué)生提供萬用表、信號源、示波器、電類實驗箱、單片機實驗箱等設(shè)備，還安排教師進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)。建立現(xiàn)代化的實驗中心網(wǎng)上實驗預(yù)約與管理系統(tǒng)，在開放的平臺上，選做實驗和自主實驗學(xué)生可以個人預(yù)約，預(yù)約的內(nèi)容包括實驗時間、場地、內(nèi)容、指導(dǎo)教師等，這種“集中”和“自由”相結(jié)合的開放管理方式，提高了實驗室和儀器設(shè)備的利用率。

（3）開設(shè)電子技術(shù)實踐選修課

根據(jù)現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的情況，我們?yōu)殡婎悓I(yè)的學(xué)生開設(shè)了如“電子制作”、“電子創(chuàng)新設(shè)計”等選修實踐課，內(nèi)容包括簡單電路、系統(tǒng)電路和有創(chuàng)新特色的電子電路等的設(shè)計與制作等，為愛好電子設(shè)計的學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)機會。

（4）舉辦校內(nèi)電子設(shè)計競賽，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

我校每年舉行的全校大學(xué)生電子設(shè)計競賽，按照全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的方式進(jìn)行，在為電子設(shè)計愛好者提供施展才能機會的同時，也為參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽選拔了隊員。在校領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門的支持及全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的影響下，參賽人數(shù)逐年增多，大學(xué)生電子設(shè)計競賽已成為我校學(xué)生最喜愛的科技活動。

（5）認(rèn)真組織學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽

我校是專升本不久的本科院校，電子類專業(yè)的辦學(xué)時間不長，基礎(chǔ)薄弱，參加全國性的電子設(shè)計大賽的經(jīng)驗更少，我們把參賽作為學(xué)習(xí)、實訓(xùn)、取經(jīng)、提高的過程，參賽成績逐年提高。

第9篇：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案范文

關(guān)鍵詞：機器人；伺服電機；控制系統(tǒng)

中圖分類號： TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

隨著機電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展和工業(yè)自動化程度的日益提高，機器人在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活等諸多方面都得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前，仿人機器人作為機器人研究的熱門領(lǐng)域受到了極高的關(guān)注，其中，Biped型機器人以其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自由度多和運動控制精度要求高等特點已經(jīng)成為了仿人機器人研究的重中之重。

本文通過研究仿人機器人運動過程規(guī)劃以及伺服電機控制的基本原理和方法, 給出了Biped型機器人設(shè)計的整體方案。所述的機器人采用基于STC89C52單片機的高精度伺服控制系統(tǒng)，減少了傳統(tǒng)控制方法不穩(wěn)定性對系統(tǒng)精度的影響。同時，選用了TR213高精度伺服電機，使機器人的運動機構(gòu)在運行過程中協(xié)調(diào)、平穩(wěn)。并通過單自由度調(diào)試、多自由度調(diào)試、運動過程規(guī)劃等實驗驗證了系統(tǒng)的可行性，所設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)及控制方法真正地實現(xiàn)了Biped型機器人控制的高精度、高穩(wěn)定性和智能化。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)仿人機器人的行走、前進(jìn)、后退、重心偏移和上下樓梯等運動過程要求，Biped型機器人主要由機械結(jié)構(gòu)、高精度伺服電機、伺服控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)等部分組成。

由于人體為左右對稱結(jié)構(gòu)，為了達(dá)到仿人運動的目的，Biped型機器人也采用相同的對稱結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

以機器人行走過程中的右腿向前移動過程為例，在此過程中包括重心左移，右腿抬起前移，右腿放下和重心恢復(fù)四個階段。為了實現(xiàn)動作要求，機器人需要踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)6個自由度配合完成，其各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度范圍如表1所示。從表中可以看出，踝關(guān)節(jié)1、2可以通過轉(zhuǎn)動完成整體結(jié)構(gòu)重心沿y軸方向的移動控制，保持機器人在動作過程中的重心穩(wěn)定；膝關(guān)節(jié)3、4和髖關(guān)節(jié)5、6通過配合轉(zhuǎn)動改變機器人沿z軸方向的雙腳高度以及雙腳沿x軸方向的前后位置控制，實現(xiàn)機器人的動作要求；另外，雙足機器人各個關(guān)節(jié)角的運動范圍都大于人類各個關(guān)節(jié)角度的運動范圍，可以滿足模仿人類動作的關(guān)節(jié)角度范圍要求。

2 高精度伺服電機的轉(zhuǎn)動控制

Biped型機器人的各關(guān)節(jié)的位置采用TR213高精度伺服電機的轉(zhuǎn)動進(jìn)行驅(qū)動和控制，并由STC89C52單片機產(chǎn)生周期為20ms，脈寬為0.5ms-2.5ms的脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號，該脈沖寬度與電機轉(zhuǎn)動的偏轉(zhuǎn)角度成正比，通過不同的脈沖輸入寬度可精確地控制伺服電機的轉(zhuǎn)動角度，其驅(qū)動分辨率達(dá)到1μs，角度分辨率可達(dá)0.09°，伺服電機的轉(zhuǎn)動角度控制原理如圖2所示。

位于伺服電機內(nèi)部的齒輪組將電機的轉(zhuǎn)動速度成大倍數(shù)縮小，并將電機的輸出扭矩放大倍數(shù)后輸出；電位器和齒輪組的末級一起轉(zhuǎn)動，測量舵機軸轉(zhuǎn)動角度；電路板檢測并根據(jù)電位器判斷舵機轉(zhuǎn)動角度，然后控制舵機轉(zhuǎn)動到目標(biāo)角度或保持在目標(biāo)角度，其內(nèi)部電路如圖3所示。

PWM信號進(jìn)入信號解調(diào)芯片BA6688后將產(chǎn)生直流偏置電壓信號，該信號和芯片內(nèi)部5K電位器所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行比較，將得到的脈沖進(jìn)行展寬后輸入至芯片BAL6686，芯片根據(jù)展寬后的脈沖信號驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動，在此過程中，伺服電機的轉(zhuǎn)動將帶動電位器發(fā)生變化從而改變電壓差的大小，直到壓差為0時，伺服電機轉(zhuǎn)動到指定位置后停止轉(zhuǎn)動。另外，解調(diào)后的直流偏置電壓通過與在電位器上得到反饋電壓進(jìn)行比較可得到正負(fù)電壓差，BA6688將該電壓差輸送的PWM信號給電機驅(qū)動電路BAL6686以驅(qū)動伺服電機正反轉(zhuǎn)。疊加在5K電位器上的另外一個信號Motor Back EMF信號將會使伺服電機產(chǎn)生一個反向電動勢，通過和給定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較可以改變伺服電機的轉(zhuǎn)速，從而控制機器人的動作速度。

3 伺服控制系統(tǒng)

Biped型機器人的伺服電機控制主要是通過STC89C52單片機所產(chǎn)生的PWM信號來實現(xiàn)。由555定時器組成的振蕩器作為時間基準(zhǔn)信號，通過對其產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)來產(chǎn)生PWM脈沖信號，并由I/O口進(jìn)行多路輸出，輸出后的信號經(jīng)過整形處理，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的PWM脈寬調(diào)制信號，以提高機器人動作的精度和穩(wěn)定性。同時，STC89C52單片機上的FLASH為程序存儲提供了足夠的空間，還可以使用其串口和在線燒錄功能與上位機進(jìn)行通信來完成對多路伺服電機轉(zhuǎn)動的控制。

4 驅(qū)動系統(tǒng)

為了使Biped型機器人具有足夠的驅(qū)動能力，在設(shè)計中采用具有較大輸出扭矩的TR213伺服電機，該電機的供電電壓為4.8-7.2V，最大輸出扭矩為13kg·cm，當(dāng)其空載時電流很小，可以忽略不計，但當(dāng)其動態(tài)負(fù)荷扭矩達(dá)到最大時驅(qū)動電流可達(dá)2A，但由于Biped型機器人的6個自由度一般不會全部同時工作在最大負(fù)荷狀態(tài)下，根據(jù)測試表明，在正常情況下每個伺服電機的電流小于0.5A，因此，采用電流為10A的直流穩(wěn)壓電源為其供電，即可滿足其驅(qū)動要求。伺服電機控制電路與伺服電機驅(qū)動電路采用分開供電模式，由7805穩(wěn)壓芯片為其提供穩(wěn)定電壓，以減小伺服電機電壓波動對其造成的干擾，來提高控制精度。

結(jié)語

理論與實驗表明，所設(shè)計的Biped型機器人具有控制精度高、穩(wěn)定性好和結(jié)構(gòu)簡單等特點。通過高精度伺服電機和控制系統(tǒng)有效地減少了系統(tǒng)不穩(wěn)定性對機器人運動過程造成的影響，為仿人機器人的開發(fā)和設(shè)計提供了一種比較理想的方法與解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 史耀強.雙足機器人步行仿真與實驗研究 [D].上海：上海交通大學(xué)，2008.