模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

【摘 要】信息技術(shù)的快速發(fā)展為各行業(yè)領(lǐng)域注入新鮮的活力。以模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為例，其在現(xiàn)行就較多高校教學(xué)中應(yīng)用極為廣泛，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能的提高與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)質(zhì)量的改善可起到突出作用。但如何對(duì)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中面臨的主要難題。本文將對(duì)系統(tǒng)中建議信號(hào)源與直流電壓表進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上明確實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；模擬電子技術(shù)；設(shè)計(jì)

作為現(xiàn)行高校中應(yīng)用較為廣泛的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)本身包含較多的構(gòu)件，具有明顯的專業(yè)性與復(fù)雜性等特征。這樣在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中便面臨較多難題，若難以保證各構(gòu)件設(shè)計(jì)的合理性，將影響實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)綜合性能。因此，本文對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)研究，具有十分重要的意義。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的簡(jiǎn)易信號(hào)源部分

簡(jiǎn)易信號(hào)源作為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本組成部分，其又可細(xì)化為D/A轉(zhuǎn)換模塊、LED顯示、單片機(jī)控制模塊、鍵盤(pán)以及CPLD等內(nèi)容，要求引入DDFS技術(shù)使階梯波信號(hào)、正弦波信號(hào)、遞增或遞減諧波信號(hào)等得以生成。其中的DDFS技術(shù)可被叫做直接數(shù)字頻率合成。具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要求確定DDFS技術(shù)方案。該方案內(nèi)容下主要需利用RAM存放波形幅度值，假若出現(xiàn)RAM地址改變情況，波形數(shù)據(jù)會(huì)在DAC作用下進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化。而這一過(guò)程中DDFS技術(shù)作用主要表現(xiàn)在引入相位累加方法，無(wú)需通過(guò)計(jì)數(shù)器的應(yīng)用，各周期可直接在相位累加器中不斷累加。假若存在PIR數(shù)值變化過(guò)于明顯問(wèn)題，相位累加器可直接調(diào)整RAM地址。綜合來(lái)看，DDFS技術(shù)應(yīng)用下，主要需保證其在相位誤差的控制、頻譜信號(hào)的控制等方面發(fā)揮應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)，這樣在確定簡(jiǎn)易信號(hào)源方案中便可以DDFS方案為主。

其次，實(shí)際設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易信號(hào)源中，要求以相位累加器應(yīng)用下的計(jì)算結(jié)果，如頻率步進(jìn)或時(shí)鐘頻率等為依據(jù)，保證在1MHz輸出頻率、1us轉(zhuǎn)換時(shí)間條件下，D/A轉(zhuǎn)換器可保證輸出64各樣點(diǎn)，且數(shù)據(jù)、信號(hào)等傳輸控制主要通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。本文在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要考慮在控制幅度上以8位D/A為主，將0.1V作為幅度頻率。另外，為保證信號(hào)平滑，需注意在截止頻率上應(yīng)以1MHz為主，并在幅度平坦上控制在20KHz以內(nèi)。而為滿足穩(wěn)幅輸出要求，在簡(jiǎn)易信號(hào)源設(shè)計(jì)中，也要求做好OCL功放電路的選擇，盡可能保證其在電流驅(qū)動(dòng)能力、頻率特性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)[1]。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的直流電壓電源表

對(duì)于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，直流電壓表設(shè)計(jì)是否合理將會(huì)影響系統(tǒng)綜合性能。本文在研究中主要考慮以雙斜積分電路為主。該電路下的直流數(shù)字電壓表在構(gòu)成上集中表現(xiàn)為電子技術(shù)其、脈沖發(fā)生器、邏輯控制電路、模擬開(kāi)關(guān)、積分器以及基準(zhǔn)電壓等。整個(gè)直流電壓電源表實(shí)現(xiàn)的原理集中表現(xiàn)在準(zhǔn)備、采樣與比較等方面。其中較多指令在準(zhǔn)備階段會(huì)通過(guò)邏輯控制電路進(jìn)行輸出，若直接將電壓為零指令輸入到積分器中，此時(shí)將會(huì)使電路保持休止。另外，在比較過(guò)程中，主要需對(duì)比電路積分周期包括定值、定時(shí)兩個(gè)積分，最終達(dá)到測(cè)量結(jié)果獲取的目標(biāo)。

在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要需從電路與程序兩方面著手。以電路設(shè)計(jì)為例，可考慮將精密電阻、運(yùn)放芯片UA741以及儀器運(yùn)放INA2128等為主，且在電壓信號(hào)處理方面以積分電路為主。同時(shí)，在電路設(shè)計(jì)的中也要求將74LS393計(jì)數(shù)芯片引入，保證記數(shù)、分頻等較為精確。需注意的是為使自動(dòng)較零模塊發(fā)揮重要作用，可將自動(dòng)較零電路設(shè)計(jì)其中，這樣在偏移量為1mV情況下可校正數(shù)據(jù)。而從程序設(shè)計(jì)方面看，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可引入16位單片機(jī)，其在功能上集中表現(xiàn)為對(duì)被測(cè)電壓充電、電容定時(shí)、轉(zhuǎn)換模擬開(kāi)關(guān)以及開(kāi)啟計(jì)數(shù)器閘門(mén)等，這樣可保證及時(shí)完成讀數(shù)工作。以80C196KB單片機(jī)為例，假定電壓真實(shí)值與顯示結(jié)果存在誤差問(wèn)題，可直接將線性插值法引入其中，滿足軟件補(bǔ)償要求[2]。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容明確

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除做好直流電壓電源表以及簡(jiǎn)易信號(hào)源等設(shè)計(jì)工作外，也包括其他系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。設(shè)計(jì)過(guò)程中可對(duì)二極管伏安特性進(jìn)行計(jì)算，假若對(duì)溫度電壓當(dāng)量、二極管兩端電壓以及反向飽和電流等分別利用UT、u與Is進(jìn)行表示，此時(shí)有I=Is（eu/UT-1），可依據(jù)該方程完成伏安特性的計(jì)算，一般二極管反向性能會(huì)在伏安特性減小的情況下不斷提升。再如三極管，其在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的作用集中表現(xiàn)為電流控制方面，一般對(duì)電壓與電流關(guān)系在三極管中的曲線情況，可叫做伏安特性曲線，要求設(shè)計(jì)過(guò)程中以電路連接方式為依據(jù)進(jìn)行曲線的控制。另外，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，也涉及到其他較多放大電路設(shè)計(jì)問(wèn)題，如負(fù)反饋、功率以及分立元件等放大電路，不同放大電路設(shè)計(jì)中有不同的要求，如功率放大電路方面，要求在確定參數(shù)過(guò)程中，對(duì)交流功率在電路負(fù)載中的具體表現(xiàn)進(jìn)行獲取，其中最大輸出功率實(shí)質(zhì)為最大交流功率。此外，為滿足實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)過(guò)程中也要求集成運(yùn)算放大器作用充分發(fā)揮出來(lái)，并保證穩(wěn)壓電路、整流濾波等各方面都可滿足設(shè)計(jì)要求，這樣才能使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的綜合性能得以提高[3]。

結(jié) 論

模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是現(xiàn)行高校專業(yè)課程開(kāi)展的重要保證。實(shí)際進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本原理與相關(guān)的構(gòu)件，在簡(jiǎn)易信號(hào)源方面設(shè)計(jì)過(guò)程中需做好設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)內(nèi)容的確定，且注意使直流電壓電源表相關(guān)的電路、程序等設(shè)計(jì)較為合理。另外，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還需在三極管、二極管、放大電路以及其他整流濾波等方面合理設(shè)計(jì)，盡可能使系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，為實(shí)際教學(xué)工作的開(kāi)展提供保障。

作者簡(jiǎn)介：郭曉峰（1991.6-），漢，籍貫：山西省忻州市保德縣，在讀沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院，研究方向.模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]李國(guó)輝.羅定職院《模擬電子技術(shù)》課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2015.

[2]唐忠彪.分析模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].新課程（下），2015.

[3]程春雨，吳振宇，吳雅楠，馬馳，郭學(xué)滿，王林. 適于層次化教學(xué)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2014.