常用电源电路设计及应用精选(九篇)

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第1篇：常用电源电路设计及应用范文

关键词： 沃尔曼电路； MOS管； 阈值电压； 镜像电流源

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0125?03

0 引 言

所谓沃尔曼电路，就是将场效应管纵向堆积起来，将下面器件的漏极与上面器件的源极连接起来，将上面器件的栅极交流接地，这样连接的场效应管看作一个器件、并以源极接地来使用的电路[1]。

沃尔曼电路因为能够大大提高放大电路的增益，以及无需增加额外的电流消耗级就可得到高性能的镜像电流源，从而得到广泛的应用。为了减小在动态损耗，管子最好工作于临界饱和的区域，所以沃尔曼电路管子的偏置电压很重要。

随着场效应管技术的进步，大规模集成电路的特征尺寸越来越小，但是即使在低电压的情况下也会带来沟道长度调制效应和载流子的倍增效应等诸多问题，而最大直流电压增益的减小会直接影响总的放大电路的增益。用最小特征尺寸场效应管实现的沃尔曼电路可以同时实现输入/输出高隔离，高输出电阻，宽频带，高直流电压增益和良好的频率响应等特征。镜像电流源任何时候它的输出电流仅仅取决于输入电流，而与输出端的电压无关。输入电流与输出电流的比例取决于场效应管的尺寸比例[2?3]。电流源电路经常用于模拟电路中，为各级放大电路提供合适的静态电流，或者作为有源负载取代高阻值的电阻，从而提高放大电路的放大能力。

1 常规的MOS沃尔曼电路

常规的MOS沃尔曼电路如图1所示，场效应管T3相当于一个放大器，其引入的负反馈稳定输出端场效应管T2偏置电压。为了达到稳定效果，必须让管子工作于合适的区域，T1管开始工作于可变电阻区，电路没有调节功能；进入饱和区后，当输出电压接近0.5 V时，T3管开始起调节作用[4]。即使T2进入可变电阻区依然有调节作用，但是输出信号的动态范围变大。

2 改进的MOS沃尔曼电路

2.1 电路设计

可以看出，所设计的沃尔曼电路达到了减小调节阈值电压的目的。常规沃尔曼电路开始调节的门槛电压接近0.5 V，而改进的沃尔曼电路几乎从一开始就开始调节，调节电压接近0 V。

3 用改进的MOS沃尔曼电路设计的镜像电流源

电流源的电路特点是输出电流稳定，输出交流电阻大。电流源电路经常用于模拟电路中，为各级放大电路提供合适的静态电流，或者作为有源负载取代高阻值的电阻，从而提高放大电路的放大能力[6?7]。

用改进的沃尔曼电路设计的镜像电流源如图4所示。

当输入电压为0～5 V变化时输出电流与输入电流的关系如图5所示，可以看得出该电路是一个性能良好的电流源。该电路无论是正电源还是负电源情况下性能都很良好。

4 结 语

从仿真结果可以看出，动态范围不变的情况下，改进的沃尔曼电路开始调节的阈值电压减小了。用改进的沃尔曼电路设计的镜像电流源当是一个性能良好的电流源。改进的沃尔曼电路可以用来实现镜像电流源电路和电压放大电路从而获得较好的性能。

参考文献

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[7] 任美辉，赵玉梅，梁原华.镜像电流源原理及其应用电路[J].电测与仪表，2006（4）：34?36.

第2篇：常用电源电路设计及应用范文

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关键词：全波整流；有效值；运算放大器；线性光耦；隔离电压

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.12.011

工业测量和控制系统中，传感器输出信号为多种形式的模拟量，其多数不能被直接使用，而需要经过变送电路将其转换成统一的直流模拟信号（1～5V或4～20mA），再根据系统需要，用数据采集卡将直流模拟信号转换成可参与计算和完成过程控制的数字量。目前市场上的仪器仪表多以直流输入信号为主，而交流信号是传感器输出信号中较为多见的一种，为此需要设计一个交直流信号变送模块，将多种交流信号转换成统一的直流信号量，以便于能够被控制仪表、计算机或PLC等系统中的控制单元所识别。

该模块共由五个主要部分组成：输入缓冲电路，全波精密整流电路，光电隔离电路，线性输出电路和隔离电源。结构框图如图1所示。

输入缓冲电路

传感器的交流输出多为电压信号。为了降低信号源的负载，通常需要提高下一级的信号输入阻抗，采用以运放为核心的电压跟随器作为模块的输入级是有效的解决方式。由于传感器产生的交流信号频率范围比较宽，选择运算放大器时得考虑选择宽频，高速的特殊放大器。例如，AD711就符合这方面要求，它具有1012Ω输入阻抗，小信号输入带宽可达到4MHz[5]。

该部分为全波精密整流电路，是整个模块的核心部分。其输出电压为变送模块输入电压的绝对值，因此也叫绝对值电路[1]。二极管具有单向导电性，是常用的整流元件，但二极管非线性比较大且有一个正向导通电压，当信号幅度小于二极管的导通电压时，二极管处于截止状态，使得整流出来的信号误差非常大，为了提高精度，可利用运算放大器的放大作用和深度负反馈来克服二极管非线性和正向导通压降造成的误差。

全波精密整流电路分为两部分，第一部分由运放U1A及周边器件构成半波精密整流电路，第二部分由U1B及周边器件构成反相求和电路。详见图2。

半波精密整流电路

交流转直流变送模块作为过程控制系统信号采集的前级仪器，其直流信号输出通常是连接到二次仪表或其他数据采集模块上。为了降低输入交流信号对输出直流信号以及后级仪表干扰，采取了在模块的输入级和输出级之间增加线性光耦和隔离电源的措施。借助光耦，输入信号在经过了电压电流发光电流电压的传递过程同时也实现了信号前后级无电气联系的光电隔离。因此线性光耦是模块中实现光电隔离功能的重要器件，其性能将对整个变送模块的精度产生重要影响。此处设计采用的线性光耦是SLC800，它具有线性度好，隔离电压高，可靠性好，价格低等优点。其内部结构原理图及在此次设计中的应用电路如图4所示。

隔离电路工作原理

由SLC800的LED，二极管PD1及运放U2A组成隔离电路的信号输入部分，二极管PD2及电阻R10构成隔离电路的输出部分。假定该隔离电路的输入电压为Vi，输出电压为Vo，SLC800的LED、PD1、PD2产生的电流分别为If、I1、I2，LED发光二极管与在PD1、PD2上产生的电流比分别为K1、K2，同时PD1与PD2的电流比定为K3[2]。当电压信号经过 R7U2A+R8LEDPD1U2A-/ R9，此时运放U2A正好工作于深度负反馈中，使得SLC800产生一个稳定的输出。

从S L C 8 0 0数据手册可知，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为每个芯片的特性参数[2]，因此根据输入信号范围可适当选取R8和R10的阻值，以获取合适的输出电压范围。隔离电路中R8不仅用于调节电流If大小，同时还用来调节由于芯片之间K值的分散度而导致的SLC800实际输出电压与设计值之间的偏差。

线性输出电路主要是实现线性电流的输出和调节整个变送模块的输出零点与量程。其构成及具体功能如下：

可调电阻R21和U3A组成线性输出电路的调零电路。2.5V直流参考电压从稳压管TL431获得，通过可变电阻器R21分压调节整个电路最终输出电流的零点。U3B用作光耦SLC800输出的直流电压Vo（见图4）的输入缓冲器，用来提高信号输入阻抗，降低信号的负载。

信号隔离不仅需要信号回路的前后级隔离，同时也要把信号回路前后级的供电隔离，这样以避免因干扰通过供电电源对后级输出产生影响。本次设计采用的隔离电源是金升阳公司生产的A1209D-2W，它具有体积小，隔离电压高，温度特性好等优点[4]。

第3篇：常用电源电路设计及应用范文

【关键词】电动执行器；小型化；智能化；开度；Atma128单片机

1.引言

1.1 电动执行器的发展

电动执行器，又称电动执行机构、电装、电动头，是一种自动控制领域的常用机电一体化设备，是自动化仪表终端三大组成部分（检测设备、调节设备和执行设备）中的执行设备，主要作用是对一些阀门、挡板等设备进行自动操作，控制其开关和调节，代替人工作业。

1.2 研究背景及意义

我国目前的电动执行器还以角行程、直行程和多转式这些传统的电动执行器为主，现有的执行器在使用时还会遇见各式各样的问题，需要专业的技术员去钻研改进，与国际水平相比还存在结构上简单，功能弱、智能化程度低等缺点。目前上海沃电、温州瑞基、温州澳托克、英国rotork等产品在市场上均有很强的影响力，但市场上销售的基本型电动执行器功能单一，而功能强大的执行器价格又很高，基于以上原因，本文讨论设计一台性价比高的智能电动执行器。

1.3 系统功能描述

本设计力求执行器在功能上齐全，在性能上稳定，在价格上便宜。

执行器具体功能：

（1）本地操作：本地点动操作；本地保持操作。

（2）远方操作：远方手动操作；远方自动操作。

（3）液晶界面显示：开度显示；状态显示；报警显示；菜单显示。

（4）数据保存：将用户设置后的数据存入单片机的EEPROM。

1.4 系统框图

系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

2.系统硬件电路设计

2.1 系统电源电路设计

本系统需要的电源主要有三种：

（1）+5V：用于CPU板卡供电

（2）+12V_D：用于换相继电器

（3）+12V_A：用于4-20mA电流产生

要将380V交流电变为直流首先要变压、整流、稳压，所以电源部分就会包括变压器、整流电路、稳压电路这三个部分。

整流电路：可采取最通用最可靠的桥式整流。

稳压电路：可使用ST公司的LM78XX系列三端稳压芯片。

2.2 380V电源鉴相电路设计

鉴相电路目的是想判别输入信号的相位差，将相位差转换成不同的信号以便后级使用。根据这一原则，首先输入信号要为方波，而本设计使用的380V正弦信号，所以第一步要做的就是将正弦信号转为方波。由于系统控制器采用的是单片机，其供电为5V直流信号，需要鉴相的信号是380V高压信号，为了避免在控制的时候收到高压信号的干扰，在电路设计时还要考虑前后级之间的隔离。在鉴别相序的时候采取软件来进行相序分析。本设计采用Atmega128单片机作为处理器，资源富裕完全有空间来完成鉴相功能，而且采取软件处理可以减少硬件电路的设计调试，也可减小最后PCB的面积。

鉴相前级采样电路由两部分组成：正弦信号变换为方波，电源隔离。

2.3 红外遥控发射电路设计

通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。发射部分包括键盘、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括LED红外接收器、光电放大器、解调和解码电路。

红外遥控系统框图如图2所示。

图2 红外遥控系统框图

2.4 交流电机控制电路设计

交流电机控制电路如图3所示。

图3 交流电机控制电路

继电器驱动电路：

继电器驱动电路采取互锁的形式，防止电路在换相的时候出现短路的状况。继电器线圈上要加蓄流二极管，否则线圈中的电不能及时的放干净，在切换相序的时候也容易短路。二极管要选取开关速度快的肖特基二极管。继电器选型只要满足耐压和蓄流能力就可以了。

2.5 显示电路设计

液晶显示采用O12864SGD14CFNE型号，此种液晶体积小，但也是128X64个显示点，并且功耗低、驱动简单。

2.6 4-20mA电流产生电路设计

目前最普遍使用的电流产生原理是电压/电流转换即V/I转换，将输入的电压信号转换为具有一定关系的电流信号，通过转换的电流相当于一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而不会随负载的变化而变化。

针对本设计来说使用PWM占空比来控制4-20mA电流输出，而且也减少了电路的设计，增强了系统的稳定性。

2.7 保护电路设计

鉴于电源电路存在一些不稳定因素，用来防止此类不稳定因素影响电路效果的回路称作保护电路。比如有过流保护、过压保护、过热保护、空载保护、短路保护等。

电机过流检测设计采用电流互感器来检测电流过载。在供电用电的线路中电流电压相差悬殊。线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器的作用就是变流和电气隔离。电流互感器原理其实就是电磁感应原理。

本电路使用的是380V交流电，所以用电流互感器来检测较为安全，经过电流互感器将大电流变为小电流然后在变换为电压，再送入单片机处理。

3.系统软件的设计

3.1 系统总体流程图

系统总体流程图如图4所示。

图4 系统总流程图

3.2 鉴相处理及电机控制

鉴相采集的原理其实很简单，380V交流电已由外部硬件电路转换为方波，单片机只需处理输入两路信号超前与滞后的关系就可以了，这里使用外部中断来捕捉外部输入的方波的信号。

电机控制包括正转、反转和停止，这里就需要换相和电源通电控制。

注意：一定要先进行换相然后再对电机通电，否则在电机动作的时候进行换相会发生短路的情况。

3.3 反馈及远程信号处理

反馈信号主要是检测电动执行器当前的运行状态，其中包括阀门开度反馈、开关到位、过力矩检测、过电流和过热反馈。

过流检测：通过互感器将电流变换为电压然后通过A/D转换后进行处理。

过热检测：通过热敏电阻检测，反馈回开关量。

过力矩检测：通过外部限位开关读取阀门过力矩信号，返回开关量。

开度采集：开度通过于转动阀门连接的电位器反馈信号，由A/D转换后送入单片机进行处理。

3.4 按键及红外遥控器信号处理

按键主要是用于执行器本地操作和远程切换操作，安装在执行器的外壳上，主要实现本地点动和本地保持动作。

此处要注意的是按键消抖采用定时器延时来做，不要使用等待延时，可以提高单片机的运行速度。

红外遥控器接收管连接到单片机的外部中断，当有信号的时候进入中断处理，可以提高遥控器的执行效率，处理的方法是将发送部分信号进行解码，软件处理是将发送的码字破译成二进制的0和1，由0和1组合成不同的字节即可破解遥控器按键。

3.5 液晶显示驱动软件设计

液晶显示部分显示的内容主要有三种，第一种是开度显示，第二种是电动执行器状态显示，第三种的设置菜单显示。

液晶驱动程序的液晶显示部分的基础，我们使用的液晶是不带字库的液晶，所以在使用的时候需要把要显示的字用取模软件转换成字模。液晶驱动采用串行数据模式，这样可以减少外部管脚的占用。

本设计已完成整机装配，各个模块运行正常。已完成电动执行器各项功能，性能良好。各个模块采用的电路都很简单，使用的元器件也都很普通，但完全实现了电动执行器该有的功能。由于采用的电路简单使用的元器件便宜，所以大大降低了电动执行器的成本。

参考文献

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[2]薛华成.管理信息系统[M].北京：清华大学出版社， 1993.

[3]晓喻.电子制作[J].北京：电子制作，2003.

第4篇：常用电源电路设计及应用范文

【关键词】耳机放大器;电子管;CCS

耳放，是耳机放大器的简称。

在耳机系统中，音源与耳机之间加入一个耳机功率放大器的环节，可以改善音质、调整系统的音色走向，特别是千元以上较为高档的耳机，使用耳机放大器后音质改善是明显可闻的。目前的很多音源，尤其以电池为电源的，大多有耳机输出插孔，但是为了降低成本、增加播放时间，这个插孔的电路和用料普遍十分平庸，不能满足高保真听音的需求输出功率都比较小，因此，如果耳机灵敏度不是很高，音源输出功率不是很大，加耳放，对于音质是会有明显提升的。

耳机放大器的设计制作类似于前级放大器，很多耳机放大器可当作前级来使用，对信噪比、失真等指标要求很高。由于耳机的灵敏度很高，电路设计稍有不慎，用耳机很容易听出噪音或失真。

在这次设计中，前级放大电路原理如图1所示。

图1 前级放大原理图

前级放大电路设计中，采用电子管6N11做前级放大。6N11属于旁热式阴极高频低噪声高频电压放大双三极管。虽然该管在过去争议颇多，但是目前很多电子管厂及多个品牌的国产音响放大器都使用该管，由此可见它的声音自然有不凡之处。

用电子管制作的功放，被发烧友称作胆机。电子管自1904年英国工程师菲利明（Fleming）发明，迄今已逾百年。到了信息时代的今天，电子管在电子世界的大部分领域已销声匿迹，被晶体管取而代之。但在一些特殊领域中，电子管还拥有无法代替的地位，特别是在音响发烧器材的庞大队伍中，电子管还有着晶体管无法体现的引人入胜的独特魅力，用电子管制作的高保真音频功率放大器以其独有的特色、醇厚优美的音质，有别于晶体管功放。所以在音响领域，电子管仍保有重要位置而且长盛不衰。

电子管在音响应用方面，最简单又最实用的莫过于作前级放大，因为前级不需要昂贵又复杂的输出变压器，同时也由于它需要的工作电源电压高，这使得讯号的放大倍数较大、动态裕量高，即使是放大到几十伏电压也不会因为供电压的限制而造成削波失真。

在电子管耳机放大器设计中，由于电子管本身的内阻数值较高，为保证耳机放大器能够和负载实现阻抗匹配，控制耳机放大器的输出阻抗是一个重要环节。在常用的几种电子管耳机放大器输出级电路中，包括Cathode Follower（射极跟随器）、SRPP（Shunt Regulated Push-Pull分流调整式推挽放大器）和SEPP（Single-Ended Push-Pull 单端推挽）电路。

在这次设计中，除耦合电容改用较佳的Wima电容外，电阻也采用低噪无磁的国产军工大红袍，整流管用IN5407。

在这次设计中，没有加入负回馈，如果感兴趣的可以自己尝试，但此时要注意反馈电阻要接往的是栅极而不是阴极，这与两极共阴极放大输出端的波形是反相的，如入阴极，会使阴极极电位下降，相对栅极电位提高而形成正反馈。除了加设负回馈，当然也可尝试换用不同品牌的电容作校声试验，也可通过改变输出电容数值或改变负载电阻数值等作进一步尝试。在制作过程中曾试用了Wima电容以及国产新德克等，结果是Wima音质通透，速度适中，但音乐味有些偏淡;新德克韵味不错，但通透性、分析力稍感欠缺。总之这个一级共阴极放大前级的特点是音质通透、音乐的背景宁静，分析力较高，全频表现相当均衡。

后级采用场效应管IRF610进行放大，采用这种设计形式，既保留了电子管功放音色耐听、数码味小的特点，又避免了电子管功放笨重的输入输出变压器，整机电路设计简洁，外观大方，具有很强的实用价值。

图2 后级放大原理图

后级放大电路原理如图2所示。从电路上看，这是一个非常适合自做的放大器，电路采用了简单的单端A类电路，图3（a）所示的是普通的电阻负载单端A类放大电路，效率最高为12.5%。（b）图所示的A类放大器采用了CCS（Constant Current Source，恒流源）取代了无源的电阻偏置，CCS的特点是能够提高效率，最高能够达到25%。考虑各种因素之后，最终采用了CCS放大电路形式。

图3 单端A类放大电路

图2所示的电路有两点需要注意：一是基于场效应管的源极跟随器的电流驱动能力比较强，但是电压增益小于1，因此这个电路只适用于无需电压增益的应用，其次，所示的单端电路对电源纹波的抑制能力非常弱，很容易受到电源噪声的干扰，因此最好采用稳压电源供电，质量比较好的电源适配器，以满足需要。

图中所用VMOS的型号为IRF610，实际上很多类似的型号都可以采用，如IRF630、IRF510、IRF530等等。恒流源采用常见的LM317构成的电路，设计恒流电流为250mA。恒流电流值可以根据公式Iout=1.25/R5，电流单位为安培，电阻单位为欧姆。

最终设计的电路原理图如图4所示，印刷版PCB图如图5所示。

图4 电路原理图（另一声道相同）

第5篇：常用电源电路设计及应用范文

关键词：比较器 脉宽调制 电源管理

中图分类号：TN386 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0137-02

1 引言

电压比较器是一种常用的模拟信号处理电路，能够对两路电压信号进行比较，并判断哪个电压信号大（或小）。电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换、模数转换以及越限报警等许多场合。电压比较器通常由集成运放构成，且大多处于开环或正反馈状态。比较器的种类有多种，如零电平比较器、任意电平比较器、滞回电压比较器等[1]。在PWM模式的电源管理芯片中[2，3]，为了克服必须使用集成运放来构成比较器的问题，设计了一种电压比较器，该比较器结构简单，且转换速度快、鉴别灵敏度高，能够满足电源管理芯片的使用需求，并已被应用在实际电源管理芯片中。

2 电压比较器的基本原理

图1给出了电压比较器的符号及传输特性。其反相输入端加信号，同相输入端加参考电压。比较器一般是开环工作，其增益很大。所以，当时，输出为“高”。而当接近时，输出电平发生转换。其它时刻与可能差得很远（即）。电压比较器的输入为模拟量，可作为模拟和数字电路的接口电路，也可作为一位模-数转换器，在实际中有着广泛应用。

电压比较器可以用运放构成，也可用专用芯片构成。作为比较器的另一个重要特性就是转换速度，即比较器的输出状态产生转换所需要的时间。通常要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。比较器的转换速度与器件压摆率有关，越大，输出状态转换所需的时间就越短，比较器的转换速度越高。电压比较器一般为开环应用或正反馈应用，不需要相位补偿电容[4，5]

3 电压比较器的设计与仿真

电压比较器模块在电源管理电路中起着非常重要的作用，是电路的使能输入部分，表1是此模块的设计参数指标：

电压比较器的“2”输入端是电路的使能控制端，只有当“2”端输入电压高于3V时，比较器输出一个高电平使能信号，使驱动开关开启，让整个电路开始工作。图2是此比较器模块的电路图，其中Vin-和Vin+分别是比较器的反向和同向输入端，Vref-3是来自基准的偏置电压，R1和R2是输入端负载电路，Vand1，Vand2，S及g端均为同向输出端，c和d为反向输出端。其中，Vin-端接固定的3.7V稳定电压，当Vin+端输入大于3V时，T21管导通同时T22管截至，从而T68管导通，此时由于镜像作用，T67，T69，T70及T71均导通，且T63，T64，T65及T66均截至。导通的晶体管在各自的负载电阻上产生压降，从而同向输出端Vand1，Vand2，S及g端输出均为高电平，而c和d端输出为低电平。当Vin+端输入电压低于3V时，情况刚好相反。图3和图4分别为此电路同向端和反向端输出波形图。

通过以上的设计及电路仿真，得到其电参数仿真结果如表2所示。

4 结语

按照表1所示的设计要求，并通过对表1和表2的比较，电路的仿真结果在允许的误差范围内，符合设计要求，并且该电路模块在实际PWM电源管理芯片中运行良好。对于该电路的进一步优化将是深入研究的重点问题。

参考文献

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第6篇：常用电源电路设计及应用范文

关键词：电工基础；项目化；教材

电工基础是电气自动化、机电一体化专业学生的一门专业基础课，也是机电技术专业群的底层共享平台课程，它既为学生毕业后从事有关电的工作进行积淀，又为将来学生自学、深造、拓宽、创新打基础。

通过企业的调研及对以往毕业生的问卷调查，我们确定了电工基础课程的知识目标是三大块：直流电路部分、单相交流部分和三相交流部分。技能目标是：培养对电阻器、电感器、电容器等元件的识别、测量能力；电路图识图、手工绘图能力；简单电路分析、计算能力；电铬铁、螺丝刀、钳子、测电笔等工具使用能力；仪器使用能力，如万用表、电压表、电流表、直流电源、交流电源、电度表、示波器、实验台等；电子产品说明书阅读、理解能力；常用电气产品、设备铭牌的识读能力；家用单相交流电路初步设计、安装、一般故障排除能力；一般低压电器选择、使用能力；安全用电、安全操作能力，一般电气火灾防范、扑救能力等。在素质目标是：在完成各项目过程中的培养与人交往、团结合作、解决问题、创新能力和持续发展的能力； 具有安全生产、节能环保和产品质量等职业意识和良好的工作方法、工作作风和职业道德；按照以“以能力为本位，以职业实践为主线，以项目课程为主体”的总体设计要求，形成电路的制作、安装和测试能力为目标，打破学科课程的设计思路，围绕工作任务的需要选择和组织课程内容，突出能力与知识的联系，让学生在实践中掌握知识，增强课程内容与职业岗位能力的关联度。

因此我们把电工基础分为四个模块：安全用电、常用直流电表的使用与制作、单相交流电路的制作与测试、三相交流电路的制作与测试。

电是看不到，摸不着的，对于将来要从事电工行业者来说，安全用电就被提到了一个非常高的高度，因此我们在教材项目一设立了安全用电，主要让学生学会正确使用电，在使用过程中保护自己的安全，遇到紧急突况能冷静处理应对，因此在本项目中主要让学生了解各种电气符号的含义；知道安全用电的要求；遵守安全电压的规定；熟悉安全接地的方法会采取预防触电的措施；知道触电的种类和方式；会分析触电的常见原因，能对触电现场进行处理；会快速实施人工急救。

电工基础项目二就是直流电路部分，那么为使学生有直观的认识，我们设立了常用直流电表的使用与制作，认识电阻，能识别电阻，会在电路中使用电阻，根据色环识读电阻，会用万用表测量电阻，会使用电流表、电压表测试电路中的电流及负载的电压，会安装直流照明电路并对电路进行检查；用简单灯泡进行串并联来从直觉上先感觉后计算串联分压和并联分流；会安装直流电压表，扩展直流电压表量程，安装直流电流表，扩展直流电流表量程，能安装万用表，会使用万用表，检测万用表故障，进而掌握最常用的电工仪表--万用表的机构与原理，

电工基础项目三就是单相交流电路部分，室内照明电路设计与安装，用示波器观察与测量电阻电路、电感电路、电容电路两端的电压及流过电阻的电流的波形，用示波器观察与测量串联电路（RL、RC及RLC串联电路）两端的电压、流过串联电路电流的波形；用万用表分别测量RLC两端及串联电路两端总电压；通过对日光灯照明电路的安装与测试，了解日光灯照明电路常见故障排除，功率因数的提高方法及感受功率因数提高带来的效果。

电工基础项目四就是三相交流电路的制作与测试，用交流电流表测量线电流与相电流，用功率表测量功率，测量线电流、相电流、中线电流，测量三相不对称负载的功率，测量线电流、相电流、中线电流，测量三相不对称负载的功率，三相漏电保护开关的识别及安装方法，三相电度表的安装方法，三相插座的安装方法。通过本项目，使学生对高深莫测的三相交流电有个初步的了解，为后续课程开展打下良好的基础。

通过本教材项目化的设计，使高职教师能有个可以依托于工作实际的书本，学生能运用书中的电工基础知识和工程应用方法解决生产生活中实际一些问题。

[参考文献]

第7篇：常用电源电路设计及应用范文

关键词：串联型直流稳压电源 EWB 仿真分析

目前，直流稳压电源的应用非常广泛，几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源。根据个人多年的经验，直流稳压电源在一些常用的电子产品中较容易出故障，因为元器件较容易损坏。且其输出电压会随电网电压的改变及负载的变动而不稳定，那将导致电子产品的使用效果不理想。因此，让学生掌握好直流稳压电路的设计及工作原理都是很重要的。笔者采用EWB电子工作平台来对串联型直流稳压电源各个部分进行仿真研究。

众所周知的，如果要做一个稳压电源，你得先采购元器件，接着测试元器件的好坏，然后组装焊接电路，最后调试，到最终成功得花上比较久的时间。但EWB电子工作平台可以方便地进行设计，它有着丰富的电子元器件库，还提供了多种虚似仪器，而且操作简单，一学就会，让使用者仿佛置身于实验室使用真实的仪器。下面笔者以一个简单的串联型直流稳压电源为例进行仿真说明。

一、电路结构和仿真电路图

完整的串联型直流稳压电源一般分为四个部分：整流电路、滤波电路、串联稳压电路和保护电路，如图1所示。（注：图1中的20V交流电源可由市电经变压器得到。）

图1 串联型直流稳压电源仿真电路

二、各部分电路仿真分析

1.整流电路

借助EWB仿真软件，可以实时设置故障、排除故障。在桥式整流仿真电路中设置了一个二极管短路故障（双击其中一个二极管，在Fault中选择Short）。通过观察虚拟示波器波形，分析电路工作情况。仿真分析可知，四个整流二极管只要其中任何一个发生短路，就会使桥式全波整流变成半波整流；而四个整流二极管全部正常时，电路为全波整流，如表1所示。当然还可以设置其他的故障，使用者自己可以试着设置。

表1 桥式整流电路输入、输出电压波形

电压 其中一个二极管短路时 四个二极管正常时

输入电压波形

输出电压波形

结论 半波整流 桥式全波整流

2.滤波电路

把混杂在直流电里的交流成分过滤出来，叫“滤波”。简单地说就是利用了电容的“隔直通交”特性实现滤波的。经过滤波的交流成分都经过电容器回到电源去了，电容器两侧剩下的就是没有波动的直流了。从表2仿真分析可知，滤波后输出电压平均值Uo的大小与滤波电容C及等效负载RL的大小有关。等效负载RL一定时，滤波电容C越大输出电压越平滑，输出电压平均值也越大；滤波电容C一定时，等效负载RL越大输出电压越平滑，输出电压平均值也越大。当整流二极管其中之一短路时，输出电压波形的脉动程度增大，输出电压平均值变小。但为了获得良好的滤波效果，一般取：RLC≥（3～5）T/2，式中T为交流电源周期，此时滤波输出电压的平均值：Uo=1.2UI。

图2 电容滤波仿真电路

表2 电容滤波电路输入、输出电压波形

电压 滤波电容、负载电阻工作情况

C=100μF

RL=100Ω C=470μF

RL=100Ω C=470μF

RL=∞

输入电压波形

输出电压波形

其中一个二极管短路时输出电压波形

3.串联稳压电路

（1）输出电压范围。如图1所示，输出电压的调节是通过调节电位器RP来实现的，输出电压从表3仿真分析可知，输出电压波形已变成一条直线，进一步减小了输出电压中的脉动成分。调节电位器RP的阻值，该串联型直流稳压电源的输出电压平均值为4V～23V可调。

表3 调节电位器RP阻值，输入、输出电压波形及平均值

电压 调节电位器RP阻值

0Ω 500Ω 1kΩ

输入电压波形

输出电压波形

输出电压平均值（负载开路时） 4.023V 8.173V 23.13V

（2）输出电压的稳压仿真分析。输出电压发生变化的主要原因：①电网电压的波动，②负载电阻的变化。从表4和表5的仿真结果分析可知，当电网电压的波动使输入电压UI变化，或者负载电阻改变，经过串联稳压后，都能使电路依然保持输出电压基本不变，从而达到了稳压的目的。

表4 负载RL=100Ω、电位器RP在中间时、输入电压改变时输出电压的波形及大小

电压 输入电压UI（有效值）

38/ 20V 20/

稳压电路输入电压UI波形

输出电压Uo波形

输出电压Uo平均值 8.347V 8.172V 7.987V

表5 输入有效值UI=20V，电位器RP在中间时，负载改变时输出电压波形及大小

电压 负载电阻RL

1kΩ 100Ω 50Ω

稳压电路输入电压UI波形

输出电压Uo波形

输出电压Uo平均值 8.170V 8.163V 8.149V

4.保护电路

R2是提供D5、D6正向电流的限流电阻。R1是Q3的集电极负载电阻，又是复合调整管基极的偏流电阻。C2是考虑到在市电电压降低的时候，为了减小输出电压的交流成分而设置的。C3的作用是降低稳压电源的交流内阻和纹波。

三、小结

综上所述，通过采用EWB电子工作平台对图1所示的串联型直流稳压电源各部分进行仿真分析，初学者应该能较快、较好地掌握串联型直流稳压电源的工作原理。笔者总结出以下几点经验：EWB设计电路费时较传统实验少；虚拟仪器效果好，仿真结果直观；排除故障迅速；EWB简单、易学、经济、快捷。因此，熟练掌握EWB这种电子电路设计与仿真软件对于设计人员是十分必要的。

第8篇：常用电源电路设计及应用范文

摘要：在集成电路的设计中，电阻器不是主要的器件，却是必不可少的。如果设计不当，会对整个电路有很大的影响，并且会使芯片的面积很大，从而增加成本。电阻在集成电路中有极其重要的作用。他直接关系到芯片的性能与面积及其成本。讨论了集成电路设计中多晶硅条电阻、mos管电阻和电容电阻等3种电阻器的实现方法。

关键词：集成电路  电阻  开关电容  cmos

        目前，在设计中使用的主要有3种电阻器：多晶硅、mos管以及电容电阻。在设计中，要根据需要灵活运用这3种电阻，使芯片的设计达到最优。

        1 cmos集成电路的性能及特点

        1.1 功耗低 cmos集成电路采用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管总是处于一个管导通，另一个管截止的状态，电路静态功耗理论上为零。实际上，由于存在漏电流，cmos电路尚有微量静态功耗。单个门电路的功耗典型值仅为20mw，动态功耗（在1mhz工作频率时）也仅为几mw。

        1.2 工作电压范围宽 cmos集成电路供电简单，供电电源体积小，基本上不需稳压。国产cc4000系列的集成电路，可在3~18v电压下正常工作。

        1.3 逻辑摆幅大 cmos集成电路的逻辑高电平“1”、逻辑低电平“0”分别接近于电源高电位vdd及电影低电位vss。当vdd=15v，vss=0v时，输出逻辑摆幅近似15v。因此，cmos集成电路的电压电压利用系数在各类集成电路中指标是较高的。

        1.4 抗干扰能力强 cmos集成电路的电压噪声容限的典型值为电源电压的45%，保证值为电源电压的30%。随着电源电压的增加，噪声容限电压的绝对值将成比例增加。对于vdd=15v的供电电压（当vss=0v时），电路将有7v左右的噪声容限。

        1.5 输入阻抗高 cmos集成电路的输入端一般都是由保护二极管和串联电阻构成的保护 网络 ，故比一般场效应管的输入电阻稍小，但在正常工作电压范围内，这些保护二极管均处于反向偏置状态，直流输入阻抗取决于这些二极管的泄露电流，通常情况下，等效输入阻抗高达103~1011ω，因此cmos集成电路几乎不消耗驱动电路的功率。

        1.6 温度稳定性能好 由于cmos集成电路的功耗很低，内部发热量少，而且，cmos电路线路结构和电气参数都具有对称性，在温度环境发生变化时，某些参数能起到自动补偿作用，因而cmos集成电路的温度特性非常好。一般陶瓷金属封装的电路，工作温度为-55 ~ +125℃；塑料封装的电路工作温度范围为-45 ~ +85℃。

        1.7 扇出能力强 扇出能力是用电路输出端所能带动的输入端数来表示的。由于cmos集成电路的输入阻抗极高，因此电路的输出能力受输入电容的限制，但是，当cmos集成电路用来驱动同类型，如不考虑速度，一般可以驱动50个以上的输入端。

        2 cmos集成电路电阻的应用

        2.1 多晶硅电阻

集成电路中的单片电阻器距离理想电阻都比较远，在标准的mos工艺中，最理想的无源电阻器是多晶硅条。　   

        式中：ρ为电阻率；t为薄板厚度；r=(ρ/t)为薄层电阻率，单位为ω/；l/w为长宽比。由于常用的薄层电阻很小，通常多晶硅最大的电阻率为100 ω/，而设计规则又确定了多晶硅条宽度的最小值，因此高值的电阻需要很大的尺寸，由于芯片面积的限制，实际上是很难实现的。当然也可以用扩散条来做薄层电阻，但是由于工艺的不稳定性，通常很容易受温度和电压的影响，很难精确控制其绝对数值。寄生效果也十分明显。无论多晶硅还是扩散层，他们的电阻的变化范围都很大，与注入材料中的杂质浓度有关。不 容易 计算 准确值。由于上述原因，在集成电路中经常使用有源电阻器。

        2 mos管电阻

        mos管为三端器件，适当连接这三个端，mos管就变成两端的有源电阻。这种电阻器主要原理 是利用晶体管在一定偏置下的等效电阻。可以代替多晶硅或扩散电阻，以提供直流电压降，或在小范围内呈线性的小信号交流电阻。在大多数的情况下，获得小信号电阻所需要的面积比直线性重要得多。一个mos器件就是一个模拟电阻，与等价的多晶硅或跨三电阻相比，其尺寸要小得多。简单地把n沟道或p沟道增强性mos管的栅极接到漏极上就得到了类似mos晶体管的有源电阻。对于n沟道器件，应该尽可能地把源极接到最负的电源电压上，这样可以消除衬底的影响。同样p沟道器件源极应该接到最正的电源电压上。此时，vgs=vds，如图1（a)，(b)所示。图1（a)的mos晶体管偏置在线性区工作，图2所示为有源电阻跨导曲线id-vg s的大信号特性。这一曲线对n沟道、p沟道增强型器件都适用。可以看出，电阻为非线性的。但是在实际中，由于信号摆动的幅度很小，所以实际上这种电阻可以很好地工作。其中：k′=μ0c0x。可以看出，如果vds<(vgs-vt)，则id与vds之间关系为直线性（假定vgs与vds无关，由此产生一个等效电阻r=kl/w，k=1/［μ0c0x（vgs-vt）］，μ0为载流子的表面迁移率，c0x为栅沟电容密度；k值通常在1000～3000ω/。实验证明，在vds<0.5（vgs-vt）时，近似情况是十分良好的。图1（c)，(d)虽然可以改进电阻率的线性，但是牺牲了面积增加了复杂度。

        在设计中有时要用到交流电阻，这时其直流电流应为零。图1所示的有源电阻不能满足此条 件，因为这时要求其阻值为无穷大。显然这是不可能的。这时可以利用mos管的开关特性来实现。

         3 电容电阻

        交流电阻还可以采用开关和电容器来实现。经验表明，如果时钟频率足够高，开关和电容的组合就可以当作电阻来使用。其阻值取决于时钟频率和电容值。

        在特定的条件下，按照采样系统理论，在周期内的变化可忽略不计。

        其中，fc=1/t是信号φ1和φ2的频率。

第9篇：常用电源电路设计及应用范文

（淮安信息职业技术学院，江苏 淮安 223003）

【摘要】在微控制器中嵌入TCP/IP协议，并利用HTTP协议实现嵌入式WEB服务器，计算机可通过WEB服务器实现对电源开关的远程控制功能。根据功能需求，给出系统设计方案。

关键词 微控制器；以太网；TCP/IP协议；嵌入式WEB服务器

基金项目：江苏省淮安市科技支撑计划（工业）专项基金项目（HAG2012056）。

作者简介：索明何（1979—），男，山东淄博人，淮安信息职业技术学院，讲师、工程师，研究方向为嵌入式系统与物联网技术。

宋刚永（1980—），男，江苏宿迁人，淮安信息职业技术学院，讲师、工程师，研究方向为电子技术及应用。

0引言

在许多用电场所包括工业用电及生活用电，电源的通与断都需要人工操作，这会带来许多不便，并且有时在无人管理的情况下会造成电能的超级浪费甚至会带来危险因素。在此提出一种解决方案——基于嵌入式WEB服务器的远程电源开关设计。

1系统硬件设计方案

远程电源开关的总体结构框架如图1所示。由微控制器、以太网接口模块和控制模块三大部分组成。

其中，为使电源控制开关接入以太网，需通过以太网接口模块将其接入以太网。为了简化电路设计，亦可选择内部集成以太网控制器的微控制器；控制模块可选继电器或可控硅等器件，实现单片机弱电控制用电器强电。

2系统软件设计方案

系统软件设计的核心是嵌入式TCP/IP协议的设计。

2.1嵌入式TCP/IP协议构架

如图2所示，在应用层，主要设计两个应用程序：（1）使用HTTP协议，实现嵌入式WEB服务器，用于计算机与电源开关的远程通信控制。（2）调用Ping命令，测试计算机与远程电源开关之间的连通性。

在传输层，主要使用TCP协议。应用层的HTTP协议封装成TCP协议的格式。

在网络层，使用IP协议和ICMP协议。其中，传输层的TCP协议和UDP协议以及本层的ICMP协议都要封装成IP协议格式进行传输。

在网络层及以上各层，使用的是32位的IP地址，而数据链路层使用的是48位的MAC地址，因此使用了ARP协议。

要实现远程开关接入以太网，还需要以太网控制器的驱动程序设计，主要完成以太网控制器的的初始化和读写程序。

2.2嵌入式WEB服务器的设计

一个 WEB 服务器也称为 HTTP 服务器，它通过 HTTP 协议与客户端通信。这个客户端通常指的是 WEB 浏览器。HTTP 是一种让 WEB 服务器与浏览器（客户端）通过Internet 发送与接收数据的协议。它是一个请求、响应协议——客户端发出一个请求，服务器响应这个请求。HTTP 运用可靠的TCP连接，通常用的TCP 80端口。

从功能上来讲，WEB服务器监听用户端的服务请求，根据用户请求的类型提供相应的服务，用户端使用WEB浏览器和WEB服务器进行通信。用户请求有两种：GET请求和POST请求。WEB服务器在接收到用户端的请求后，处理用户请求并返回需要的数据。在 HTTP 中，客户端总是通过建立一个连接与发送一个 HTTP 请求来发起一个事务。服务器不能主动去与客户端联系，也不能给客户端发出一个回叫连接。客户端与服务器端都可以提前中断一个连接。

嵌入式WEB服务器的设计流程如图3所示。

3结束语

本系统设计方案，遵循了节约能源的原则且自身造价低，因此具有广阔的应用前景及巨大的市场潜力，可广泛应用于智能小区、学校、公司等多种场合，并易于推广，有极好的实际意义及较高的社会价值。

参考文献

［1］索明何.基于Internet的嵌入式远程控制开关设计与实现[J].科技信息,2010（35）.