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电子设计大赛培训 2010 07 一 获奖学生感言 热情是保持一个人对一件事物的热忠程度 它可以引导你 为你注入强大的动力 相信很多人参加国赛纯粹是为了将来找工作时可以在自己的简历上填上这个经历 这就不是一种热情了 其次 我看到好多人都站在考研和参赛的抉择口 在此我额外补充一点 我觉得这种情况最好要不要迟疑太久 要明确自己的方向 当机立断 免得两头分心 吃力又不合算 毕竟一个人精力有限 收集竞赛信息 如果你有意参加的话 平时就要多关注全国电子竞赛信息 收集一些往年竞赛资料 了解评分规则 这些都是很有必要的 团队 一个能在全国大学生电子竞赛中得奖的团队必须具备这么几个特征 绝对喜欢电子开发 在软件 硬件 论文写作中各有所长 你想想3个只会C语言的家伙合一起能干什么 选好团队后就要确定团队核心人物 大家一定都能想得到 一旦进入备战阶段 组员间的探讨是必然的 各抒己见固然好 但往往也比较容易起争执 这时如果有个核心人物 他的话在非常时期大家必须绝对服从 他说了算 要想获得成功 就必须认清自己团队的优势 充分调用组员中的优势资源 比如 某个组员在编程方面有优势 那么就应该合理分配编程工作给他 这样大家分工也就相对明确了 也都能充分发挥自己的所长 将团对协作的力量发挥到最大 根基 磨刀不误砍材功 根基不牢就不要往上爬 爬得越高 摔得越重 这个方面 你需要连接常用的电路 如高增益放大电路 跟随电路 滤波电路的设计 学习protel制图软件 会划电路原理图 会PCB制板 在准备期间一定要学会用万用板焊接电路 或者用三氯化铁腐蚀电路 这个效果非常好 在正式比赛前 一定要于团队在4天内练习做一个完整的电子系统 时间安排在8月初最好 推荐凌阳大学计划赛前热身套件 不要以为你能做好各个模块 但是联机调试你就不一定成功 总是会缺点什么 事实证明 大部分的竞赛队失败就失败在最后的联机 电子设计竞赛的核心器件的选择 单片机 选型CPU是电子设计竞赛的核心器件 现在的微处理器很多 如比较古老的8051单片机 AVR单片机 PIC单片机 MSP430单片机 现在也出了很多新型单片机 这类单片机含有很多的扩充资源 如大量的FLASH 这些FLASH对LCD字库很有帮助 中速AD D A 多定时器 PWM 语音功能等等 这些资源会给开发带来很多的方便 从个人经验看 竞赛一定要用自己擅长的单片机 但根据题目的不同 不同的单片机实现起来难度也不一样 现在很多人都喜欢上了嵌入式和DSP 根据09年竞赛的精神利用嵌入式与DSP参加电子竞赛也会逐渐提到日程上来 如果做的是关于高速数据处理的的题目 比如高速数据采集 高速数据传输等等 这样这两个东西会有用武之地 基本模块 参加电子设计竞赛 离不开一些基本模块 如LED LCD子电路 子程序 这点凌阳的61板做的很好 有很多现成的标准函数可以调用 AD DA电路 搞控制的总得选好步进电机的型号 驱动电路 驱动程序吧 那搞无线的应该准备什么呢 自己去想吧 有一个一等奖选手告诉过我 他说 在竞赛前我就知道我会得奖 因为我把该准备的东西都准备了 而且在比赛前几天都梦到了比赛题目 他说得有点夸张 但是也很可信 足以证明这个准备对整个比赛有举足轻重的作用 全国大学生电子设计竞赛试题 每年的竞赛试题都有很多相似的地方 控制类的如简单的工业控制 小车 传统题目如数据调理 数据采集 无线传输系统 电源设计 简单仪器 仪表设计 每年必要一题 如2005年的简易频谱分析仪 2003年的简易逻辑分析器 建议为了夺奖的朋友专注自己的强项 身体是革命的本钱 这也是很容易忽略的一点 4天3夜是个什么概念 我想大家都要清楚点 既然下定决心参赛 就要调理好身体 以最佳的状态来迎接挑战 否则 千载难逢的机会就可能擦肩而过 留下的就将会是遗憾 良好心态 竞赛不仅仅是技能的竞争 更是良好心态的比拼 比赛期间 肯定都会遇到这样那样的问题 如果没有善始善终 持之以恒的决心 三天打鱼 两天晒网 是走不到最后的 要切切实实按照制定好的进程走 该做哪项任务 就要尽量克服一切困难做完 该今天做的 就不能留到明天 具备以上条件后 你还应该做的就是自信了 论文的书写 一个获得一等奖的团队 必然有文笔不错善于表达的人物 一个团队的设计理念和思想需要通过他公布于众 让评委团了解和认同你们的观点 论文的书写也是考察写作基本功的关键要素 切记现在不是酒香不怕巷子深的年代了 因为可以选择的对象太多 要学会主动出击 所以说一个好的团队是成功的一半 近年来新动向 性价比 第一个就是做出来的产品的性能价格比应该是比较好的 不能为完成一个比较简单的任务 用一个非常复杂 非常昂贵的小系统合和方法去完成 这是不符合社会发展需要的 节能性 为了维持社会的可持续性发展 我们的产品必须尽可能的节能 不能为完成某一功能我们就耗电 耗损很大 甚至于造成其它的污染 这是不行的 二 竞赛时间 竞赛时间定于竞赛举办年度的9月份 赛期四天 具体日期届时通知 从1997年开始 每二年举办一届全国大学生电子设计竞赛 即凡逢单数年号时举办全国竞赛 三 竞赛采用全国统一命题 分赛区组织的方式 竞赛采用 半封闭 相对集中 的组织方式进行 竞赛期间学生可以查阅有关文献资料 队内学生集体商讨设计思想 确定设计方案 分工负责 团结协作 以队为基本单位独立完成竞赛任务 竞赛期间不允许任何教师或其他人员进行任何形式的指导或引导 竞赛期间参赛队员不得与队外任何人员讨论商量 参赛学校应将参赛学生相对集中在一个或几个实验室内进行竞赛 便于组织人员巡查 为保证竞赛工作 竞赛所需设备 元器件等均由各参赛学校负责提供 四 命题范围 应以电子技术 包括模拟低频 高频和数字电路 应用设计为主要内容 可以涉及单片机 可编程逻辑器件 EDA软件工具和PC机 主要用于开发 的应用 题目包括 理论设计 和 实际制作与调试 两部分 竞赛题目应具有实际意义和应用背景 并考虑到目前教学基本内容和新技术应用趋势 五 题目要求 竞赛题目应能测试学生运用基础知识的能力 实际设计能力和独立工作能力 题目原则上应包括基本要求部分和发挥部分 从而使绝大多数参赛学生能在规定时间内完成基本要求部分的设计工作 又能便一部分优秀学生有发挥与创新的余地 六 命题格式 1 题目名称题目名称要求简明扼要 2 设计任务和要求设计任务和要求需要对题目作必要说明 明确提出设计任务和对功能指标的要求 文字描述准确 避免含混不清 3 评分标准评分标准按设计报告 实际制作两部分提出具体评分细则 实际制作又分基本要求和发挥部分 总分一般是150分 其中设计报告占50分 基本要求占50分和发挥部分占50分 4 命题说明命题人应对命题的意图 涉及的主要知识范围及其它问题予以必要的说明 供全国专家组选题时参考 七 题目类型 1 综合题综合题应涵盖模 数混合电路 可涉及单片机和可编程逻辑器件的应用 并尽可能适合不同类型学校和专业的学生选用 2 专业题专业题是侧重于某一专业 如计算机 通信 自控 电子技术应用等 的题目 3 电路题电路题是侧重于模拟电路 数字电路 电力电子线路等的题目 4 新型器件和集成电路应用题新型器件和集成电路应用题侧重于新型器件的应用 新型集成电路的应用 5 电子产品和仪器初步设计题常用电子产品和电子仪器初步设计的题目侧重于某一产品的初步设计 不同类型的题目之间 在难易程度上允许有差别 八 电子设计竞赛的题目分析 全国大学生电子设计竞赛从1994年的首届试点到如今电子设计竞赛的试题来看 可以归纳成7类 即 1 电源类 简易数控直流电源 直流稳压电源 2 信号源类 实用信号源的设计和制作 波形发生器 电压控制LC振荡器 A题 3 高频无线电类 简易无线电遥控系统 调幅广播收音机 短波调频接收机 调频收音机 4 放大器类 实用低频功率放大器 高效率音频功率放大器 宽带放大器 B题 5 仪器仪表类 简易电阻 电容和电感测试仪 简易数字频率计 频率特性测试仪 数字式工频有效值多用表 简易数字存储示波器 低频数字式相位测量仪 C题 简易逻辑分析仪 D题 6 数据采集与处理类 多路数据采集系统 数字化语音存储与回放系统 数据采集与传输系统 7 控制类 水温控制系统 自动往返电动小汽车 简易智能电动车 E题 液体点滴速度监控装置 F题 试题具有实用性强 综合性强 技术水平发挥余地大的特点 涉及到的电子信息类专业的课程有 低频电路 高频电路 数字电路 微机原理 电子测量 单片机 可编程逻辑器件 EDA设计等 实践性教学环节有 电子线路实验课 微机原理实验课 课程设计 生产实习等 可选用的器件有 晶体管 集成电路 大规模集成电路 单片机 可编程逻辑器件等 设计手段必须采用现代电子设计方法与开发工具 如VHDL语言 XilinxFoundationSeriesEDA工具 单片机编程器等 电子设计竞赛的试题既反映了电子技术的先进水平 又引导高校在教学改革中应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力 传统的电子信息类专业教学内容 重理论 轻实践 重分析 轻综合 重个体 轻协作 实验内容及实验方法上所存在的内容陈旧 形式呆板 方法单一 按传统方法培养的学生 在参加电子设计竞赛时 就会发生诸多的问题 如 理论设计正确却无法在工程上实现 单元电路正确却无法实现系统联调 个人能力很强却各自为政 不能实现强强联合等等 电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛也不仅仅是实验竞赛 而是由一个参赛队共同设计 制作完成一个有特定工程背景的题目的优劣与快慢的竞赛 它既强调理论设计 更强调系统实现 它考核了学生综合运用基础知识的能力 更注重考察学生的创新意识 题目涉及的内容是一个课程群 而非单一的一门课程 因此竞赛的形式与内容基本上符合面向21世纪人才培养的目标和需求 是对传统教学方法的一个挑战 同时 竞赛成绩也能从一个侧面反映了这个课程群的教学水平和教学改革的成败 电源类题目分析 电源类题目有简易数控直流电源 1994年 和直流稳压电源 1997年 数控直流电流源 F题2005年 开关稳压电源 E题2007年 电能收集充电器2009年 A题 光伏并网发电模拟装置2009年 简易数控直流电源 第一届 1994年 要求设计制作一个输出电压数控可调直流稳压电源 涉及到的基础知识与制作能力包含 交流电源降压和整流 直流电压稳压和调节 单片机 数字显示与控制等 直流稳压电源 第三届 1997年 要求设计制作一个交流变换为直流的稳定电源 涉及到的基础知识与制作能力包含 交流电源降压和整流 直流电压稳压和调节 恒流电流源 DC DC变换器 单片机 数字显示与控制等 信号源类题目分析 信号源类有实用信号源的设计和制作 1995年 波形发生器 2001年 和电压控制LC振荡器 2003年 正弦信号发生器 A题 2005年 音频信号分析仪 A题2007年 实用信号源的设计和制作 第二届 1995年 要求设计制作一个正弦波和脉冲波信号源 频率范围20Hz 20kHz 低频信号源 涉及到的基础知识与制作能力包含 RC振荡器 脉冲振荡器 数字可调电位器 单片机 数字显示与控制等 波形发生器 第五届 2001年 要求设计制作一个能产生正弦波 方波 三角波和由用户编辑的特定形状波形的波形发生器 频率范围100Hz 20kHz 低频信号源 涉及到的基础知识与制作能力包含 单片机或者可编程逻辑器件 存储器 数字显示与控制 滤波器等 电压控制LC振荡器 第六届 2003年 要求设计制作一个电压控制LC振荡器 频率范围15MHz 35MHz 高频信号源 涉及到的基础知识与制作能力包含 单片机或者可编程逻辑器件 PLL LC振荡器 数字显示与控制 滤波器 高频功率放大器等 放大器类题目分析 放大器类的题目有实用低频功率放大器 1995年 测量放大器 1999年 高效率音频功率放大器 2001年 和宽带放大器 2003年 集成运放参数测试仪 B题2005年 宽带直流放大器 C题2009年 数字幅频均衡的功率放大器2009年实用低频功率放大器 第二届 1995年 要求设计制作一个具有弱信号放大能力的低频功率放大器 额定输出功率POR 10W 带宽BW 50 10000 Hz 涉及到的基础知识包含有 电源整流和稳压 方波信号发生器 低频功率放大器等 测量放大器 第四届 1999年 要求设计制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源 差模电压放大倍数AVD 1 500 涉及到的基础知识包含有 电源整流和稳压 信号变换放大器 测量放大器等 高效率音频功率放大器 第五届 2001年 要求设计制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量 显示装置 3dB通频带为300Hz 3400Hz 最大不失真输出功率 1W 涉及到的基础知识包含有 电源整流和稳压 音频功率放大器等 宽带放大器 第六届 2003年 要求设计并制作一个3dB通频带10kHz 6MHz 最大增益 40dB的宽带放大器 涉及到的基础知识包含有 电源整流和稳压 AGC 宽带放大器等 无线电类题目分析 无线电类题目有简易无线电遥控系统 1995年 调幅广播收音机 1997年 短波调频接收机 1999年 和调频收音机 2001年 单工无线呼叫系统 D题2005年 无线识别装置 B题2007年 无线环境监测模拟装置2009年简易无线电遥控系统 第二届 1995年 要求设计制作一个无线电遥控发射机和接收机 频率范围6 10MHz 涉及到的基础知识包含有 无线电发射与接收 编码与解码 单片机 数字显示等 调幅广播收音机 第三届 1997年 要求设计制作一个中波广播收音机 接收频率范围540kHz 1600kHz 材料由SONY公司提供 涉及到的基础知识包含有 无线电调幅接收 变容二极管控制 单片机 数字显示等 短波调频接收机 第四届 1999年 接收频率范围 8MHz 10MHz 涉及到的基础知识包含有 无线电调频接收 变容二极管控制 单片机 数字显示等 调频收音机 第五届 2001年 用SONY公司提供的FM AM收音机集成芯片CXA1019和锁相频率合成调谐集成芯片BU2614 制作一台调频收音机 接收FM信号频率范围88MHz 108MHz 涉及到的基础知识包含有 无线电调频接收 PLL 变容二极管控制 单片机 数字显示等 仪器仪表类题目分析 仪器仪表类有简易电阻 电容和电感测试仪 第二届 1995年 简易数字频率计 第三届 1997年 频率特性测试仪 第四届 1999年 数字式工频有效值多用表 第四届 1999年 简易数字存储示波器 第五届 2001年 低频数字式相位测量仪 第六届 2003年 简易逻辑分析仪 第六届 2003年 简易频谱分析仪 C题2005年 数字示波器 C题2007年 程控滤波器 D题2007年 简易电阻 电容和电感测试仪 第二届 1995年 要求设计制作一个测量范围 电阻100 1M 电容100pF 10000pF 电感100 H 10mH 测量精度 5 的电阻 电容和电感测试仪 涉及到的基础知识包含有 电阻 电容和电感参数变换 单片机或者可编程逻辑器件 数字显示等 简易数字频率计 第三届 1997年 要求设计制作一个测量范围信号 方波 正弦波 幅度 0 5V 5V 频率 1Hz 1MHz 测量误差 0 1 数字频率计 涉及到的基础知识包含有 信号变换与检测 单片机或者可编程逻辑器件 数字显示等 频率特性测试仪 第四届 1999年 要求设计制作一个频率范围100Hz 100kHz 频率步进 10Hz 频率稳定度 10 4 测量精度 5 能在全频范围和特定频率范围内自动步进测量的频率特性测试仪 涉及到的基础知识包含有 信号变换与检测 单片机或者可编程逻辑器件 数字显示等 数字式工频有效值多用表 第四届 1999年 要求设计制作一个能同时对一路工频交流电 频率波动范围为50 1Hz 有失真的正弦波 的电压有效值 电流有效值 有功功率 无功功率 功率因数进行测量的数字式多用表 涉及到的基础知识包含有 电压电流变换与检测 单片机或者可编程逻辑器件 数字显示等 简易数字存储示波器 第五届 2001年 要求设计制作一个一台用普通示波器显示被测波形的简易数字存储示波器 频率范围为DC 50kHz 误差 5 涉及到的基础知识包含有 A D和D A变换 单片机或者可编程逻辑器件 存储器 数字显示等 低频数字式相位测量仪 第六届 2003年 要求设计制作一个低频相位测量系统 包括相位测量仪 数字式移相信号发生器和移相网络三部分 频率范围 20Hz 20kHz 相位测量绝对误差 2 涉及到的基础知识包含有 相位检测 A D和D A变换 单片机或者可编程逻辑器件 存储器 RC移相网络 数字显示等 简易逻辑分析仪 第六届 2003年 要求设计制作一个8路数字信号发生器与简易逻辑分析仪 能产生8路可预置的循环移位逻辑信号序列 输出信号为TTL电平 序列时钟频率为100Hz 并能够重复输出 涉及到的基础知识包含有 单片机或者可编程逻辑器件 存储器 数字显示等 数据采集与处理类题目分析 数据采集与处理类题目有多路数据采集系统 第一届 1994年 数字化语音存储与回放系统 第四届 1999年 数据采集与传输系统 第五届 2001年 声音导引系统2009年 多路数据采集系统 第一届 1994年 要求设计制作一个八路数据采集系统 对50米以外的各路数据 通过串行传输线进行采集和显示 涉及到的基础知识包含有 A D变换 单片机或者可编程逻辑器件 存储器 数字显示等 数字化语音存储与回放系统 第四届 1999年 要求设计制作一个数字化语音存储与回放系统 通带为300Hz 3 4kHz ADC采样频率fs 8kHz 字长 8位 DAC 变换频率fc 8kHz 字长 8位 语音存储时间 10秒 涉及到的基础知识包含有 A D和D A变换 单片机或者可编程逻辑器件 存储器和数字显示等 数据采集与传输系统 第五届 2001年 设计制作一个用于8路模拟信号采集与单向传输系统 被测电压为8路0 5V分别可调的直流电压 采用8位A D变换器 涉及到的基础知识包含有 A D变换 噪声模拟发生器 调制与解调 单片机或者可编程逻辑器件 存储器和数字显示等 控制类题目分析 控制类题目有水温控制系统 1997年 自动往返电动小汽车 2001年 简易智能电动车 2003年 液体点滴速度监控装置 第六届 2003年 电动车跷跷板 F题2007年 悬挂运动控制系统 E题2005年 电动车跷跷板 F题2007年 水温控制系统 1997年 控制对象为1升净水 容器为搪瓷器皿 水温可以在一定范围内由人工设定 并能在环境温度降低时实现自动控制 以保持设定的温度基本不变 温度设定范围为40 90 最小区分度为1 标定温度 1 涉及到的基础知识包含有 温度检测电路 加热器控制电路 A D和D A变换 单片机或者可编程逻辑器件 数字显示等 自动往返电动小汽车 2001年 设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车 车辆从起跑线出发 出发前 车体不得超出起跑线 到达终点线后停留10秒 然后自动返回起跑线 允许倒车返回 到达终点线和返回起跑线时 停车位置离起跑线和终点线偏差应最小 在限速区 车辆往返均要求以低速通过 通过时间不得少于8秒 涉及到的基础知识包含有 光电检测电路 电机控制电路 单片机或者可编程逻辑器件 数字显示等 简易智能电动车 2003年 电动车从起跑线出发 车体不得超过起跑线 沿引导线到达B点 在 直道区 电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息 并实时存储 显示在 直道区 检测到的薄铁片数目 电动车到达B点以后进入 弯道区 沿圆弧引导线到达C点 C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片 要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车5秒 停车期间发出断续的声光信息 电动车在光源的引导下 通过障碍区进入停车区并到达车库 电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触 电动车完成上述任务后应立即停车 但全程行驶时间不能大于90秒 行驶时间达到90秒时必须立即自动停车 涉及到的基础知识包含有 光电 金属 超声波检测电路 电机控制电路 单片机或者可编程逻辑器件 数字显示等 液体点滴速度监控装置 2003年 在滴斗处检测点滴速度 并制作一个数显装置 能动态显示点滴速度 滴 分 通过改变高度h2控制点滴速度 也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度 点滴速度可用键盘设定并显示 设定范围为20 150 滴 分 控制误差范围为设定值10 1滴 当高度h1降到警戒值 2 3cm 时 能发出报警信号 涉及到的基础知识包含有 光电检测电路 步进电机控制电路 单片机或者可编程逻辑器件 数字显示等 九 印制电路板设计 印刷电路板设计是电子设计制作中很关键的一步 印制电路板的设计软件目前主要有Protel99 Orcad等 设计步骤 设计好电路原理图 根据所设计的原理图准备好所需要的元器件 根据实物给原理图中的元器件制作或调用封装形式 形成网络表连接文件 在PCB设计环境下 规划电路板的大小 板层数量等 调用网络表连接文件 并布局元器件的位置 自动加手工布局 设置好自动布线规则 并自动布线 形成第二个网络表连接文件 并比较两个网络表文件 若相同则说明没有问题 否则要查找原因 手工布线并优化处理 输出PCB文件并制版 十 单元电路训练 介绍电子设计用到的基本单元电路设计与制作 内容 集成直流稳压电源电路信号放大电路信号产生电路信号处理电路声音报警电路传感器及其应用电路功率驱动电路显示电路A D与D A电路 集成直流稳压电源的设计 直流稳压电源是电子设备的能源电路 关系到整个电路设计的稳定性和可靠性 是电路设计中非常关键的一个环节 本节重点介绍三端固定式 正 负压 集成稳压器 三端可调式 正 负压 集成稳压器以及DC DC电路等组成的典型电路设计 电源变压器 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2 整流电路 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3 滤波电路 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4 稳压电路 清除电网波动及负载变化的影响 保持输出电压uo的稳定 直流电源的组成及各部分的作用 整流电路 滤波电路 稳压电路 三端固定式正压稳压器 国内外各厂家生产的三端 电压输入端 电压输出端 公共接地端 固定式正压稳压器均命名为78系列 该系列稳压器有过流 过热和调整管安全工作区保护 以防过载而损坏 其中78后面的数字代表稳压器输出的正电压数值 一般有05 06 08 09 10 12 15 18 20 24伏共9种输出电压 各厂家在78前面冠以不同的英文字母代号 78系列稳压器最大输出电流分100mA 500mA 1 5A三种 以插入78和电压数字之间的字母来表示 插入L表示100mA M表示500mA 如不插入字母则表示1 5A 此外 78 L M 的后面往往还附有表示输出电压容差和封装外壳类型的字母 常见的封装形式有TO 3金属和TO 220的塑料封装 三端固定式稳压器的基本应用电路如图所示 只要把正输入电压UI加到MC7805的输入端 MC7805的公共端接地 其输出端便能输出芯片标称正电压UO 实际应用电路中 芯片输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外 通常还需在芯片引出脚根部接小容量 0 1 F 10 F 电容Ci Co到地 Ci用于抑制芯片自激振荡 Co用于压窄芯片的高频带宽 减小高频噪声 Ci和Co的具体取值应随芯片输出电压高低及应用电路的方式不同而异 78系列三端稳压器基本应用电路 三端固定式负压稳压器 三端固定式负压稳压器命名为79系列 79前 后的字母 数字意义与78系列完全相同 图3 1 5所示为79的基本应用电路 以MC7905为例 图中芯片的输入端加上负输入电压UI 芯片的公共端接地 在输出端得到标称的负输出电压UO 电容Ci用来抑制输入电压UI中的纹波和防止芯片自激振荡 Co用于抑制输出噪声 D为大电流保护二极管 防止在输入端偶然短路到地时 输出端大电容上储存的电压反极性加到输出 输入端之间而损坏芯片 79系列三端稳压器基本应用电路 三端可调式稳压器 三端 输入端 输出端 电压调节端 可调式稳压器品种繁多 如正压输出的317 217 117 系列 123系列 138系列 140系列 150系列 负压输出的337系列等 LM317和LM337的封装形式和引脚如图3 1 6所示 LM317系列稳压器能在输出电压为1 25V 37V的范围内连续可调 外接元件只需一个固定电阻和一个电位器 其芯片内也有过流 过热和安全工作区保护 最大输出电流为1 5A 其典型电路如图 a 所示 其中电阻R1与电位器RP组成电压输出调节电位器 输出电压UO的表达式为 UO 1 25 1 Rp Rl 式中 R1一般取值为 120 240 输出端与调整压差为稳压器的基准电压 典型值为1 25V 所以流经电阻R1的泄放电流为5 10mA 与LM317系列相比 负压输出的LM337系列除了输出电压极性 引脚定义不同外 其他特点都相同 典型电路如图3 1 7 b a LM317塑料封装形式 b LM337塑料封装形式图3 1 6常见三端可调稳压器的封装形式 可调式三端稳压器的应用电路 正 负输出稳压电源 正 负输出稳压电源能同时输出两组数值相同 极性相反的恒定电压 图3 1 8所示为正 负输出电压固定的稳压电源 它由输出电压极性不同的两片集成稳压器MC7815和MC7915构成 电路十分简单 两芯片输入端分别加上 20V的输入电压 输出端便能输出 15V的电压 输出电流为1A 图中D1 D2为集成稳压器的保护二极管 当负载接在两输出端之间时 如工作过程中某一芯片输入电压断开而没有输出 则另一芯片的输出电压将通过负载施加到没有输出的芯片输出端 造成芯片的损坏 接入D1 D2起的箝位作用 保护了芯片 图3 1 8正 负输出固定稳压电源图3 1 9所示是由LM317和LM337组成的正 负输出电压可调稳压电源 输出电压调节范围为 1 2V 20V 输出电流为1A 图3 1 8正 负输出固定稳压电源 图3 1 9正 负输出可调稳压电源 斩波调压电源电路 MC33063A MC34063A MC35063A是单片DC DC变换器控制电路 只需配用少量的外部元件 就可以组成升压 降压 电压反转DC DC变换器 该系列变换器的电压输入范围为3 40V 输出电压可以调整 输出开关电流可达1 5A 工作频率可达100kHz 内部参考电压精度为2 本系列电路还有电流限制功能 以下是MC34063A的几种使用方法 MC34063A组成的升压式DC DC变换器 电路的输入电压为 12V 输出电压为 28V 输出电流可达175mA 电路中的电阻Rsc为检测电流 由它产生的信号控制芯片内部的振荡器 可达到限制电流的目的 输出电压经R1 R2组成的分压器输入比较器的反相端 以保证输出电压的稳定性 本电路的效率可达89 2 如果需要 本电路在加入扩流管后输出电流可达1 5A以上 电路的输入电压为25V 输出电压为5V 500mA 电路将1 8脚连接起来组成达林顿驱动电路 如果外接扩流管 则可把输出电流增加到1 5A 当电路中的电阻Rsc选择0 1 时 其限制电流为1 1A 本电路的效率为82 5 MC34063A组成的降压式DC DC变换器电路 MC34063A组成的电压反转式DC DC变换器 输入电压为4 5 6 0V 输出电压为 12V 100mA 此电路的限制电流为910mA 外接扩流管可将输出电流增加到1 5A以上 电路效率为64 5 它的输出电压决定于 1 25为芯片内部产生的参考电压 通过计算 选取适当的R1和R2值 就可得到不同的电压输出范围 精密稳压电源电路 利用三端稳压器MC7805 配合可编程精密电压基准TL431 可以组成简单的精密稳压可调压电路 这个电路的输出电压可以用下式计算 UO 1 R1 R2 2 5V 最小输出电压2 5V 最大输出电压40V 从电路输出电压表达式可以看到 当电路中可调电阻R1为零时 即TL431的参考端与阴极相接时 输出电压为2 495V DC DC电源电压 利用单位增益缓冲器BUF634 可以组成 24V变成 12V的对称电源 由于BUF634的供电范围为 2 25V 18V 故该电路可将 4 5 36V电源电压转换为上述电压 两个10K 电阻要精密匹配 在正负负载不对称时 在输入电压过高的应用中 正负输出电流之差不应超过250mA 受控稳压电源 集成稳压器外接各种形式的开关电路可构成各种类型的受控稳压电源 图所示为LM117和模拟开关CC4051构成的程控电源 设LM117的基准电压Vr 1 25V CC4051的导通电阻为400 关断电阻为无穷大 其它元件参数如图所示 因而三位并行数字码取不同值时 电源可输出2V 5V 12V 15V 18V 24V 30V等8种电压值 LCD显示器用负压电源 介绍一种用MAX749来产生LCD负电压的方法 MAX749是美国MAXIM公司生产的数字调节LCD负偏压发生器 仅需2V 6V的输入 就可以输出 100V甚至更低 且可进行数字调节或电位计调节 运算放大器电路 1 常用运算放大器类型运算放大器一般可分为通用型 精密型 低噪声型 高速型 低电压低功率型 单电源型等几种 本节以美国TI公司的产品为例 说明其各类的主要特点 1 通用型运算放大器通用型运算放大器的参数是按工业上的普通用途设定的 各方面性能都较差或中等 价格低廉 其典型代表是工业标准产品 A741 LM358 OP07 LM324 LF412等 2 精密型运算放大器要求运算放大器有很好的精确度 特别是对输入失调电压UIO 输入偏置电流IIB 温度漂移系数 共模抑制比KCMR等参数有严格要求 如UIO不大于lmV 高精密型运算放大器的UIO只有几十微伏 常用于需要精确测量的场合 其典型产品有TLC4501 TLC4502 TLE2027 TLE2037 TLE2022 TLC2201 TLC2254等 3 低噪声型运算放大器也属于精密型运算放大器 要求器件产生的噪声低 即等效输入噪声电压密度 Vn 15nV 另外需要考虑电流噪声密度 它跟输入偏流有关 双极型运算放大器通常具有较低的电压噪声 但电流噪声较大 而CMOS运算放大器的电压噪声较大 但电流噪声很小 低噪声型运算放大器的产品有TlE2027 TLE2037 TLE2227 TLE2237 TlC2201 TLV2362 TLV2262等 4 高速型运算放大器要求运算放大器的运行速度快 即增益带宽乘积大 转换速率快 通常用于处理频带宽 变化速度快的信号 双极型运算放大器的输入级是JFET的运算放大器 通常具有较高的运行速度 典型产品有TlE2037 TLE2237 TLV2362 TLE2141 TLE2142 TLE2144 TLE2071 TLE2072 TLE2074 TLC4501等 5 低电压 低功率型运算放大器用于低电压供电 如3V电源电压运行的系统或电池供电的系统 要求器件耗电小 500 A 能低电压运行 3V 最好具有轨对轨 railtorail 性能 可扩大动态范围 主要产品有TLV2211 TLV2262 TLV2264 TLE2021 TLC2254 TLV2442 TLV2341等 6 单电源型运算放大器单电源运算放大器要求用单个电源电压 典型电压为5V 供电 其输入端和输出端的电压可低达0V 多数单电源型运算放大器是用CMOS技术制造的 单电源型运算放大器也可用于对称电源供电的电路 只要总电压不超过允许范围即可 另外 有些单电源型运算放大器的输出级不是推挽电路结构 当信号跨越电源中点电压时会产生交越失真 运算放大器的基本参数 表示运算放大器性能的参数有 单 双电源工作电压 电源电流 输入失调电压 输入失调电流 输入电阻 转换速率 差模输入电阻 失调电流温漂 输入偏置电流 偏置电流温漂 差模电压增益 共模电压增益 单位增益带宽 电源电压抑制 差模输入电压范围 共模输入电压范围 输入噪声电压 输入噪声电流 失调电压温漂 建立时间 长时间漂移等 不同的运算放大器参数差别很大 使用运算放大器前需要对参数进行仔细的分析 运算放大器选用时注意事项 1 若无特殊要求 应尽量选用通用型运放 当一个电路中有多个运放时 建议选用双运放 如LM358 或四运放 如LM324等 2 应正确认识 对待各种参数 不要盲目片面追求指标的先进 例如场效应管输入级的运放 其输入阻抗虽高 但失调电压也较大 低功耗运放的转换速率必然也较低 各种参数指标是在一定的测试条件下测出的 如果使用条件和测试条件不一致 则指标的数值也将会有差异 3 当用运放作弱信号放大时 应特别致意选用失调以及噪声系数均很小的运放 如ICL7650 同时应保持运放同相端与反相端对地的等效直流电阻等 此外 在高输入阻抗及低失调 低漂移的高精度运放的印刷底板布线方案中 其输入端应加保护环 4 当运放用于直流放大时 必须妥善进行调零 有调零端的运放应按标准推荐的调零电路进行调零 若没有调零端的运放 则可参考图3 2 1进行调零 5 为了消除运放的高频自激 应参照推荐参数在规定的消振引脚之间接入适当电容消振 同时应尽量避免两级以上放大级级连 以减小消振困难 为了消除电源内阻引起的寄生振荡 可在运放电源端对地就近接去耦电容 考虑到去耦电解电容的电感效应 常常在其两端在并联一个容量为0 01 0 1 F的瓷片电容 一 反相比例运算电路 虚地点 电压并联负反馈为保证集成运放输入级差分放大电路的对称性 令 1 基本电路 缺点 基本运放应用电路 实际应用时还应注意以下几点 1 本电路的电压放大倍数不宜过大 通常Rf宜小于1M 因Rf过大会影响阻值的精度 R1不宜过小 R1过小将要从信号源或前级吸取较大的电流 2 作为闭环负反馈工作的放大器 其小信号上限工作频率fH受运放增益带宽积GWB Avd fH的限制 以 A741为例 其开环差模电压放大倍数Aud 105倍 开环fH 10Hz 故运放的单位增益上限频率fT 1MHz 即作为电压跟随器或反相器工作时的最高工作频率为1MHz 若用 A741设计Auf为20dB即便10倍的放大电路 则电路允许的上限频率为100kHz 3 如果运放工作于大信号输入状态 则此时电路的最大不失真输入幅度Vim及信号频率将受运放转换速率SR的制约 仍以 A741为例 其SR 0 5V s 若输入信号的最高频率为100kHz 则其不失真最大输入电压Vim SR 2 fmax 0 5 106 2 105 0 8V 同相比例运算电路 R Rf R 电压串联负反馈 优点 输入电阻高缺点 存在共模输入电压uP uN ui 分析 虚短 虚断 变化一下 电压跟随器 特点 输入电阻大 输出电阻小 电压放大倍数近似1 在电路中作用与分立元件的射极输出器相同 但是电压跟随性能好 加减运算电路 输出电压与同相输入端信号电压相同 与反相输入端信号电压相反 因而如果多个信号同时作用于两个输入端时 可以实现加减运算 差动放大电路 其输出电压为 Vo Rf R1 V1 1 Rf R1 1 R3 R2 R3 V2 三运放构成的精密放大器 应用 仪表用放大器 测量放大器又称数据放大器 仪表放大器 其主要特点是 输入阻抗高 输出阻抗低 失调及零漂很小 放大倍数精度可调 具有差动输入 单端输出 共模抑制比很高 适用于大的共模电压背景下对缓变微弱的差值信号进行放大 常用于热电偶 应变电桥 生物信号等的放大 市场上测量放大器品种繁多 有通用型如INAll0 INAll4 115 INAl31等 有高精度型如AD522 AD524 AD624等 有低噪声低功耗型如INAl02 INAl03等及可编程型如AD526 下面介绍高精度型单片集成测量放大器AD522 数字式温度计电路 电压比较器驱动电压表 实现数字化显示 积分运算电路 应用 调节环节 波形的产生和变换 仪器仪表 应用举例 输入方波 输出是三角波 积分运算电路在不同输入情况下的波形 微分运算电路 微分运算电路作用 三角波 方波方波 尖脉冲正弦波 正弦波移相 90 实用微分运算电路 PID调节器称为比例积分微分调节器 信号产生电路 在各种电子设计制作过程中 需要产生各种波形 如矩形波 正弦波 三角波 单脉冲波等 产生的方法主要利用运算放大器或专用模拟集成电路 配以少量的外接元件可以构成各种类型的信号发生器 信号发生器又可分为正弦波发生器 又称为张弛振荡器 和非正弦波发生器两大类 由模拟集成电路构成的正弦波发生器 其工作频率多是1MHz以下 其电路通常由工作于线性状态的运算放大器和外接移相选频网络构成 选用不同的移相选频网络便构成不同类型的正弦波发生器 非正弦波发生器通常由运放构成的滞回比较器 又称施密特触发器 和有源或无源积分电路构成 不同形式的积分电路便构成各种不同类型的非正弦波发生器 如方波发生器 三角波发生器 锯齿波发生器 单稳态及双稳态触发脉冲发生器及阶梯波发生器等 此外 用模拟集成电路构成的信号发生器均需附设非线性稳幅或限幅电路 以确保信号发生器产生信号的频率及幅度的高稳定度 下面以具体电路举例简要说明 分立模拟电路构成矩形波产生电路 由运算放大器组成的矩形波产生电路如电路图 图中参数R1 R2 R3可根据具体应用情况调整 而振荡频率取决于R C的大小 频率计算公式为 图由与非门组成的矩形波产生电路图中7400构成高频振荡器 其频率决定于RPC 最后一个7400用作隔离级 图中的输出信号频率决定于晶振的频率 其中电阻 用来用作运算放大器输出级集电极开路的负载 晶振和运放组成的矩形波产生电路 555电路组成的矩形波产生电路 P B间的电阻记为RBP 则充电时间为0 693RAPC1 放电时间为0 693RBPC1 占空比D和频率f为 A P间的电阻为 正弦波产生电路 自激式的等效电感振荡器 振荡频率 三角波产生电路 是用于幅度调节 用于控制 的充电电流 进行频率的调节 是一个积分器 是一个门限检测器 图示电路中R1 R2决定三角波输出幅度 振荡频率为 由运放组成的三角波和方波发生器 多种信号发生电路 单片集成电路函数发生器IC8038 工作频率为几Hz至几百千Hz之间 它可以同时输出方波 三角波 正弦波等信号 调节频率范围 其范围值为20Hz 20KHz 信号处理电路 信号处理电路主要利用集成运算放大器或专用模拟集成电路 配以少量的外接元件可以构成各种功能的处理电路 主要功能有信号放大 信号滤波 阻抗匹配 电平变换 非线性补偿 电流 电压转换 电压 频率转换等 有源滤波电路 滤波电路的作用实质上是 选频 即允许某一部分频率的信号顺利通过 而使另一部分的频率的信号被急剧衰减 即被滤掉 在无线电通讯 自动测量及控制系统中 常常利用滤波电路进行模拟信号的处理 如用于数据传送 抑制干扰等 滤波电路的种类很多 这里主要介绍集成运算放大器和RC网络组成的有源滤波电路 根据其工作信号的频率范围 滤波器可以分为四大类 它们是低通滤波器 LPF 高通滤波器 HPF 带通滤波器 BPF 和带阻滤波器 BEF 由运放组成的有源低通滤波器 截止频率为 由运放组成的多功能有源滤波电路 电路能提供低通 带通 高通三种滤波特性 当信号从反相端输入时 高通 低通输出端信号的截止频率均为 当信号从同相端输入时 带通中心频率为 电压 频率 频率 电压变换电路 电压 频率变换电路 VFC 能把输入信号电压变换成相应的频率信号 既它的输出信号频率与输入信号的电压值成正比例 故又称之为电压振荡器 VCO VFC广泛的应用于调频 调相 模 数变换 A D 数字电压表 数据测量仪器及远距离遥测遥控设备中 由通用模拟集成电路组成的VFC电路 尤其是专用模拟集成V F转换器 其性能稳定 灵敏度高 非线性误差小 VFC电路通常主要由积分器 电压比较器 自动复位开关电路等三部分组成 各种类型VFC电路的主要区别在于复位方法及复位时间不同而已 模拟集成V F F V转换器 具有精度高 线性度高 温度系数低 功耗低 动态范围宽等一系列优点 目前已广泛地应用与数据采集 自动控制和数字化及智能化测量仪器中 集成V F F V转换器大多采用恒流源复位型VFC电路作基本电路 电压 频率转换器电路 电路采用多谐振荡器CA3130 产生恒定幅度和宽度的脉冲 输出电压经积分电路 R3 C2 加到比较器的同相输入端 比较器输出经R4 D4反馈至A1的反相输入端 输入电压范围在0 10V输出频率在0 10KHz 转换灵敏度为1KHz 1V 用比较器组成的压控振荡器 电路为利用比较器SF339 或LM339 组成压控振荡器 电路由三个部分组成 A比较器构成积分器 控制电压UC对电容充电 B比较器接成施密特触发器 实现三角波到方波的转换 C比较器接为控制开关 控制电容器的放电 频率 电压转换器 施密特反相器CC40106的USS端接至运放的 虚地 端 输入为低电平时 反相器输出为高电平对C1充电 输入为高电平时 C1放电 在一个周期内平均放电电流为I Q T UDDC1f 输出电压UO IR UDDRC1f 电容C2 C3有抑制开关尖峰 起平滑滤波的作用 电流 电压变换电路 将微小电流转换成电压的变换器 图中的参数可以将5pA的电流变换成5V电压输出 若将图中的有关电阻减小则可以将毫安级的电流变换成几伏级电压 声音报警电路 声音报警电路通常可以有两种方法实现一是采用单片机或可编程逻辑器件完成二是采用分立元件实现 分立元件制作的声音报警电路 LM555电路构成的高频多谐振荡器由启动信号启动后 使LM555的第4脚为高电平 可以产生音频信号 Q2则用作音频放大器和扬声器的驱动 实际应用时 也可以将扬声器的电容隔离后接在第3脚的电阻上 或非门CD4001A和B构成低频振荡器 在启动信号 低电平有效 触发下 使或非门A的一个输入端为逻辑 0 振荡器从而被激发 它产生的低频 约10Hz 方波对高频振荡器 由C D门组成 进行门控制 产生大约1KHz的信号 调整低频信号的频率 调整可以改变音调 与单片机接口的声音报警电路 与可编程逻辑器件接口的声音报警电路与程序 通过FPGA进行预分频产生两种声音的频率每隔0 5秒交替输出一个高电平 编辑程序模块实现声音报警功能 按下button键后产生报警信号通过alarm输出到上图所示的报警电路可以得到蜂鸣报警声 传感器及其应用电路 1 传感器定义传感器是能感受 或响应 规定的被测物理量 并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置 传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子电路所组成 2 传感器分类 1 按传感器的机理及转换形式分类有结构型 物性型 数字 频率 型 量子型 信息型和智能型 2 按敏感材料分类有半导体型 如元素硅或 V族 VI族化合物 功能陶瓷型 如电子型半导体瓷 压电瓷 功能高聚物型 如各种高分子有机半导体 压电体 等 3 按测量对象参数分类有光传感器 湿度传感器 温度传感器 磁传感器 压力 压强 感器 振动传咸器 超声波传感器等 4 按应用领域分类有机器人传感器 医用 生物 感器 环保传感器 各种过程和检测传感器等 霍尔传感器 基本原理霍尔传感器是利用半导体的磁电效应中的霍尔效应 将被测量转换成霍尔电势 霍尔效