低压电工零基础教学范文篇1

关键词：模拟电子技术；实验系统；设计；信号源

模拟电子技术实验系统的主要组成部分包括：辅助电源、简易信号源、直流电压电流表、二极管、三极管伏安特性测定单元以及单管共射共基放大电路多级放大电路负反馈放大电路模块、分立元件和集成功率放大器模块、差动放大集成运放线性非线性应用模块、整流滤波和直流稳压电源模块、测量单元以及功能扩展区。

一、简易信号源的设计方案

简易信号源主要包括CPLD、键盘、单片机控制模块、LED显示、D/A转换模块和键盘这几个组成部分，借助DDFS技术，即直接数字频率合成技术来产生递减谐波、递增谐波、三角波、方波、正弦波、阶梯波信号，这一系统频率具有步进小、范围宽以及幅度、频度精度高的特点。

1.直接数字频率合成方案的确定

在DDS中由RAM来对输出波形的完整周期与幅度值进行有序的存放，在RAM地址发生变化的情况下DAC会把该波形数据转化成频率和RAM地址变化速率成正比的电压波形。DDFS的发生器在对波形在RAM中的地址进行控制时采用了相位累加技术，在产生RAM顺序地址的过程当中利用加法器代替了计数器，存在于相位递增寄存器（PIR）当中的常数在每一个时钟周期都被加到相位累加器的结果当中，并以其输出的最大有效位数来对波形在RAM中的具体地址做出确定。每个周期当中的点数会随着PIR常数的改变而发生变化，从而使整个波形的频率发生改变。在寄存器存入新的PIR常数的情况下波形的输出频率会随着下一个时钟周期发生相位的改变，给相位累加器改变RAM地址提供重要的依据。当PIR数值过小或较大时，相位累加器会分别以一步步经过每个RAM地址、跳跃某些RAM地址的方式来进行RAM地址的改变。DDFS弥补了传统方法的不足，其频率分辨率在相位累加器具备足够大的位数N的情况下能够获得相应的分辨精度。不需要相位反馈控制使得DDFS的频率建立、切换效率高，同时和频谱纯度、频率分辨率之间互相独立、互不干扰。由于DDFS主要依据时钟相位特性来判断相位误差，使得其相位误差相对较小，且连续变化的相位能够形成具有良好频谱的信号。由此可以确定DDFS方案是实现简易信号源设计要求的最佳方案。

2.简易信号源的设计内容

首先要在波形频率范围为20Hz-20kHz且步进为10Hz的条件下根据相关公式计算出相位累加器的时钟频率和频率步进，从而确定D/A转换器在转换时间为1us且输出频率为1MHz的情况下能够输出64个样点，并利用单片机对控制信号、数据进行输出，以CPLD为系统实现。D/A转换是保证幅度可调节与任意输出的必要条件，从而对信号发生器的输出电压进行控制，在本系统当中采用的是8位D/A来控制幅度，其幅度分辨率是0.1V。在D/A输出后可选用高速宽带运放TL084和1MHz的截止频率、20KHz以内的幅度平坦来确保信号的平滑，同时可选用波形失真小、频率特性好、电流驱动能力强大的OCL功放电路来实现稳幅输出。

二、直流电压电流表的设计方案

积分式直流数字电压表借助积分器将被测电压转换为相应的时间，而后再由时间转化为相应的数字量来计数，设计包括脉冲计数电路、模拟电压双积分电路、数据处理和显示电路这三个模块。在系统设计中采用以双积分作为核心的电路实现，由控制电路将前置放大与整形后的待测电压信号自动转换为2V与200mV量程，而后使用定时处理电路、双积分电路等组合成完整的数字电压表，为了使系统精度、显示分辨率进一步提高，处理采用了数字滤波与软件补偿，并利用单片机软件设计来实现各种算法以及逻辑控制。

1.电路的基本工作原理

双斜积分电路所构成的直流数字电压表主要包括基准电压、积分器、模拟开关、逻辑控制电路、时钟脉冲发生器、电子计数器等组成部分，工作过程包括准备、采样与比较阶段。在准备阶段当中由逻辑控制电路输出相关指令，在积分器输入电压为零的情况下计数器复零，使得整个电路进入休止状态。在采用阶段由抽样启动器将时间指令输出到逻辑控制电路来使主门开启，同时使时钟脉冲发生器起振并输出相应频率的时钟脉冲，而后借助主门加到电子计数器中来进行计数。比较阶段也是电压值的积分阶段，双斜积分式直流电压测量电路有两个积分周期，分别对被测电压定时积分、对基准电压定值积分，并通过二者之间的比较来获得测量结果。

2.电路和程序的设计

（1）电路的设计。在模拟电路模块采用仪器运放INA2128、单运放芯片UA741和各类精密电阻，为满足输入高阻抗的要求设计了电压跟随器，并采用积分电路来处理电压信号，电压量程转换对2V、200mV的电压挡转换进行自动控制。在数据处理模块将脉冲作为单片机的外部中断信号并利用集成计数芯片74LS393来实现分频与记数。在自动校零模块专门设计了自动校零电路，采集无输入、输入小于1mV时的偏移量来对数据进行校正，并在系统检测到无电压时借助单片机控制来实现每次清零。

（2）程序的设计。软件使用了16位单片机80C196KB，主要包括软件定时并完成电容的定时、放电来给被测电压进行充电、对计数器闸门进行开启和模拟开关的转换，以确保基准电压在放电至零电压后翻转过零比较器，出现中断信号并使中断处理程序在锁存计数脉冲后进行读数，根据相应的比例来对电压值进行计算。在显示电压与真实值存在误差的情况下采取线性插值法来做出软件补偿，从而使其达到相关精度指标的要求。

三、系统实验内容的设计

1.二极管的伏安特性。二极管的阴极电位低于阳极电位时称之为二极管正向偏置，即正偏；反之，当二极管的阴极电位高于阳极电位时被称为反向偏置，即反偏。二极管的反偏截止与正偏导通特性是单向导电性。二极管的伏安特性方程是：I=IS（eu/UT-1）（其中Is表示反向饱和电流，在室温下是常数；u表示二极管两端的电压；UT表示温度的电压当量，在室温27℃下为26mV），根据公式所计算出来的伏安特性越小，就说明二极管的反向性能越好。

2.三极管的设计。作为一种电流控制器件，三极管的电流放大作用即基极电流的微小变化对集电极电流的较大变化进行了控制。三极管中各电极电流、电压间的关系曲线被称为伏安特性曲线或者特性曲线，最常用到的包括输入、输出特性曲线。特性曲线随着三极管在电路中的连接方式的不同而各有差异。

3.分立元件放大电路。在分立元件放大电路的交流通路当中信号由基极输入并由发射极输出，集电极是输入与输出回路的公共端，因此被称为共集电极电路。共集电路具有电压跟随特性好、输入电阻低和输出电阻高的特点，可用作高输入电阻的输入级、低输出电阻的输出级和多级放大电路的中间级。

4.负反馈放大电路。负反馈可以用来对放大器的性能进行改善、减少非线性失真现象、扩展通频带、改变输入与输出电阻。电流、电压的负反馈分别能够确保输出电流、输出电压的稳定。

5.集成运算放大器。在运放低频小信号时可视为理想化的集成运放，理想集成运放线性应用具有虚短、虚断的特性。通常线性集成运放在负反馈的电路组态下可被应用在放大、运算等线性应用电路当中，非线性集成运放在正反馈、开环的电路组态下可应用于信号转换与比较、产生、自动和测试系统当中。

6.功率放大电路。按照信号频率可将功率放大电路分为低频功放和高频功放，低频功放电路的输出功率是输出电压和输出电流的有效值的乘积，在参数确定时电路负载上可获得的最大交流功率便是低频功放的最大输出功率，其负载上所得到的有用信号功率和电源供给的直流功率之比便是其效率。

7.整流滤波与稳压电路。滤波电路能够在保留整流后输出电压直流成分的基础上滤掉脉动成分，从而使输出电压趋于平滑并接近理想直流电压，常用的滤波电路有电感滤波、电容滤波电路等。在稳压电路当中，可以借助差动放大器来作为比较放大器对零点漂移进行抑制，从而使稳压电源的温度稳定性得到提升，可利用辅助电源构成基准电压源电路来对电源的稳压系数进行提升，为避免调整管电流过大、电压过高而损坏稳压电源，可以采取限流保护电路的措施。

四、总结

模拟电子技术实验教学主要为了让学生了解电子技术实验相关知识，掌握实验的基本技能，使学生在对模拟电路理论做出深刻了解的基础上提高自身的观察能力、动手能力、分析能力以及解决问题的能力，通过与课程体系紧密关联的实验系统的建立实现了对实验教学内容的系统化组合，是实验教学内容信息化、现代化与综合化的重要体现。本文对模拟电子技术实验系统进行了研究与设计，通过对市场上现有的实验设备设计的借鉴来设计出更加适合大中专院校学生学习的实验系统，对于高级技术应用型人才的培养、学生专业素养和综合能力的提升、高校教学质量的提高都具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]何振磊.基于虚实结合网络实验室的模拟电子技术实验[D].浙江大学，2013.

低压电工零基础教学范文

关键词：EWB电子技术仿真

中图分类号：G712

文献标识码：A

文章编号：1007-3973(2011)010-162-02

“电子技术”是一门专业基础课，在学习中它分为模拟电子技术和数字电子技术两部分，学生在学习中普遍觉得模拟电路部分比较枯燥难学，尽管以前在上课时将PPT做成动画形式，但因为没有实验效果做基础，学生理解起来还是有一定的困难。现在我们上“电子技术”这门课时，不仅在PPT电子教案中制作了Flas，加深学生的感性认识。同时，我们用EWB软件实现了仿真，将实验环节带入了课堂。学生通过听老师讲，结合自己在仿真软件是做实验，学习积极性明显提高。

l、EWB软件简介

ElectronicsWorkbench(EWB)是加拿大ElectronicsWor-kbench(以前称为InteractiveImageTechnology公司，简称IIT公司)推出的基于Windows的虚拟电子工作台电路仿真软件，属于该公司电子设计自动化软件套装的一部分，可以进行原理图输入、模拟和数字混合仿真，以及Spice方式分析。

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该软件的特点是采用直观的图形界面，在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，用屏幕抓取的方式选用元器件，创建电路，连接测量仪器。软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物模型相似，可以实时显示测量结果，并可以交互控制电路的运行与测量过程。

EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器，可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器的测量方法。

2、EWB在课堂教学环节的应用

2.1EWB在基本共发射极放大电路中的应用

输入信号加在三极管的基极，输出信号由集电极取出，发射极作为输入回路和输出回路的公共电极时的放大电路，称为基本共发射极放大电路，电路如图1所示。

在图1所示的共发射极放大电路中，采用NPN型硅BJT，放大作用是利用BJT的基极对集电极的控制作用来实现的，即在输入端加一个能量较小的信号，通过BJT的基极电流控制流过集电极电路的电流，从而将直流电源VCC的能量转换为所需要的形式供给负载。

(1)现场搭建电路，打开仿真开关，双击示波器，进行适当调节，通过示波器观察基本共放射极放大电路的输入和输出波形的变化。

(2)建立共发射极放大电路静态工作点测量电路。利用直流电压表和电流表测量集电极电压、电流以及基极电流，判断晶体管是否工作在放大区。

图2为共发射极放大电路输入输出波形图。学生通过做实验，直观地理解了三极管的放大作用。

2.2EWB在7段LED显示器中的应用

数码显示器按显示方式分为分段式、点阵式和重叠式，按发光材料分为半导体显示器、荧光显示器、液晶显示器和气体放电显示器。目前工程上应用较多的是分段式半导体显示器，通常称为7段发光二极管(LED)显示器，以及液晶显示器(LCD)。LED主要用于显示数字和字母，LCD可以显示数字、字母、文字和图形等。

图3为7段LED显示器共阴极和共阳极的符号和电路图。共阴极显示器的公共端应接地，给a-g输入端施加相应高电平，对应字段的显示十进制数；共阳极的公共端应接+5V电源，给a-g输入端施加相应低电平，对应字段的LED显示十进制数。下面给出常用的共阴极LED显示器7448型的功能表。

7448型7段LED显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。从功能表可看出，对输入代码0000的译码条件是：LT和RBI同时等于1，而对其他输入代码则仅要求LT=I，这时候，译码器各段输出a～g的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。该集成显示译码器还设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。现分别简要说明如下：

(1)灯测试LT：低有效，各字段显示，检查字段好坏：

(2)消隐输入Bh低有效，功能与LT相反，BI=0各字段熄灭，又称灭灯输入：

(3)灭零输入RBI：低有效，输入=0时不显示，用于灭无效零，可与前级灭零输出配合使用；

(4)灭零输出RBO：低有效，本位是零且灭掉后，RBO=0，可与后级RBI配合，灭后级无效零。

74LS48逻辑功能测试电路如图4所示。

(1)元器件选取后，就可以连接成74LS48逻辑功能测试电路。

(2)打开仿真开关，进行74LS48逻辑功能测试，输入的代码为BCD码0000-1001，对应十进制的10个数0-9。开关电源VCC表示输入代码为1，接地表示输入代码为O。可以看到，图4所示电路状态为7段数码管的显示状态，当前输入代码为0010，所以显示数字为2。

通过这个实验，学生会对7段数码显示器的功能表有更直观地认识。

3、EWB在电子技术教学中的效果

3.1EWB技术的应用丰富了教学内容，启发了学生思维

有了EWB仿真工作台，在多媒体教室就可以方便地进行演示教学、操作速度快，学生能够直接地、形象直观地观察到电路的工作情况。EWB仿真软件是通过虚拟电子实验室来对电子电路进行综合分析、设计和创新的，是属于虚拟实践。虚拟实践能够使学生由感性认识到理性认识，由理性认识到实践的升华得以同时完成，大大缩短了学生由感性认识到理性认识，由理性认识到实践的过程，得到了感性认识和理性认识最有机的统一。

3.2EWB技术的应用降低了教学成本

利用EWB仿真软件进行仿真实验有效的解决了带学生在电子实验室做实验时，实验材料和设备的准备，试验过程的安全，实验后实验器材的清点以及实验器材的日常维护所耗费的时间、人力、物力、财力等问题。安装了EWB软件后，通过计算机进行仿真实验时，我们可以把精力集中在仿真实践上，而不用担心元器件、测量仪器的损坏和丢失。学生在实验室里花几节课还不能完成的实验，通过EWB仿真软件可能一节课时间就完成了，加快了实验速度，提高了实验效率。

4、结束语

EWB元件库丰富，功能强大，使用方便，极大地扩展了电子技术基础实验教学的内容，便于学生对于理论知识的理解。教学实验由单纯的验证型向启发型、设计型转化，增加了实验教学的灵活性和多样性，提高了学生做实验课的兴趣和创新能力。

参考文献：

[1]黄洁．电子技术基础[M]．华中科技大学出版社,2006．

[2]胡祥青．电子技术[M]．北京师范大学出版社,2009．

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关键词：电阻应变式传感器、差分放大器、1602液晶

Figuresbasedonresistancestraingaugedynamometerdesign

PaulChangBinHealthCoreExhibitionspendJunjie

HuanghuaiCollege

Abstract:Thispaperdescribestheresistivestraingaugesensorsbasedonthedesignofelectronicmeasuringdynamometerandimplementation.Thesystemconsistsof51single-chipcontrol,throughtheLCDscreenautomaticallydisplaysthemeasuredsizeofgrip.Thecircuitsaremeasuringcircuit,differentialamplifier,A/Dconversion,displaycircuit.Measurementcircuitusingresistivestrainthepowerofthedevicetoanobjectthesizeofthesignalintocorrespondingelectricalsignals,electricalsignalsthroughthedifferentialamplifiercircuitwillbeamplifiedtotheADchiptoidentifywithinwhichcanconvertelectricalsignalsintocorrespondingdigitalsignals,finallymeasuredintheliquidcrystaldisplayonthegrip.

Keywords:strainsensor,adifferentialamplifier,1602

一、设计任务与要求

1.1设计任务

1．设计一个数字显示握力计，可以显示出当前的力量值。

2．用数字显示被测力量。

1.2设计思路

数字显示握力计的测量过程是把被测物体的力量通过电阻式应变片传感器转换成电压信号。由于这一信号通常都很小，需要进行放大，放大后的模拟信号经由模/数芯片转换成数字量，再通过显示器显示出力量大小。

1.3工作原理

当被测物体（主要是手臂力量）使用数字显示握力计检测时，其力量使握力计弹簧变形便通过电阻应变片传感器，传感器随之产生相应的电效应，将物体的力量转换成电信号(电压或电流)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）转换器进行转换，单片机对转换后的数字信号进行必要的判断、分析，再送到显示电路。

二、方案设计与论证

2.1整体方案

通过电阻应变片产生电压信号，经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片TCL2543进行A/D转换，由于此芯片可直接用于数字显示，故转换后的数字量直接用数码显示器进行显示。此方案的优点是外部电路非常简单，能实现较高的精度。

三、电子元器件的选取

3.1传感器的选择

电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广,寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。

3.2运算放大器的选择

市场上有已成形的集成运算放大器，如AD620仪用放大器能直接用于该设计的放大部分，且集成芯片相对于自己用单运放搭接的运放电路具有更稳定的性能，误差更小；但集成运算放大器价格相对较高，而且自己搭接的运放电路其误差范围已经基本满足本设计的要求，所以我们选取OP07单运放搭接差分运算放大器的方式，同时一定程度上锻炼了模拟电路的实践能力。

3.3模数转换(A/D)芯片的选取

根据本课题的要求，要满足最低档位的分辨率，必须选取位数较高的A/D芯片，串行的TLC2543芯片驱动程序相对并行A/D复杂一点，但根据市场零售价格比较，该芯片是满足要求的最便宜的芯片，本着开发项目尽量缩减成本的原则我们最终选取了该芯片。

3.4显示器的选择

选取SMC1602aLCM点阵型液晶对放大以后的数据进行显示。

四、各硬件模块的具体实现方案

系统硬件包括电源模块、数据采集及放大模块、A/D转换模块、自动换档模块、数码管显示模块。

4.1电源模块

由于系统硬件有OP07，而运放电路要求正负9V电源，故此整个放大电路需要的电源可以直接用可充电的锂电池。

4.2传感器模块

电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化,再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度。

4.3、差动放大电路

数字显示握力计使用电阻应变全桥式传感器,其核心是由电阻应变计(应变片)构成的电桥电路,这类传感器具有成本低、精度高且温度稳定性好的特点。但其检测原理决定该类传感器输出电压低,要经过差分放大电路放大数百倍才能用于A/D转换。一般说来，传感器输出的电压值都非常小，基本上都是毫伏级甚至微伏级，需要外部放大电路来获得足够的增益。

仪表仪器放大器的选型很多，我们这里介绍一种用途非常广泛的仪表放大器，就是典型的差动放大器。它只需高精度OP07和几只电阻器，即可构成性能优越的仪表用放大器。广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量等数字采集的系统中。

OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。

4.4、A/D转换

在实际的测量和控制系统中检测到的常是时间、数值都连续变化的物理量，这种连续变化的物理量称之为模拟量，与此对应的电信号是模拟电信号。模拟量要输出显示，首先要经过模拟量到数字量的转换，LCM点阵型液晶才能接收、处理。

五、系统调试

5．1调试过程

（1）．首先在握力计无负载时确保显示器准确显示零。

（2）．然后握力臂施以不同的力量，观察显示器是否准确显示力量大小，如有偏差，采样十五次求平均值。

（3）．零位稳定是影响握力计精度非常重要的因素，因受温度或其它因素影响将引起零位不稳定，这种现象称为零漂。由于零漂的影响，零输入信号时，输出可能不为零，为消除这个零位漂移值，采用零位补偿技术，零位补偿就是把这个零漂值储存起来，每一数据采集时减去这个数值，得到的数值就是消除零漂的有效信号。

六、系统功能

该数字握力计，测量范围分成四档，0～1.999Kg、0～19.99Kg、0～199.9Kg、0～1999Kg。用数字显示被测握力，小数点位置对应不同的量程显示，且具有量程自动切换功能，能适应不同层次的人群。

七、设计总结

目前，市场上的小型数显握力计很少但是其正朝着小型化、高精度、智能化方向发展。TCL2543采用较小的封装，尺寸很小，所需的器件也很少，满足了握力计小型化的需求；其内置各种控制寄存器和数据寄存器，并且可以通过SPI接口方便地控制和读取这些寄存器，满足了握力计智能化的需求。

在电子技术的课程设计中，我们花了大量的时间和精力进行资料查阅和方案论证，结合自己所学，认真解决每一个功能模块中遇到的问题。

我们还用仿真软件Proteus6Professional进行某些功能模块的仿真，收到了很好的效果。

八、参考文献

[1]张毅刚．单片机原理机应用．北京：高等教育出版社，2003．

[2]王化祥、张淑英．传感器原理及应用．天津：天津大学出版社，2007．

[1]阎石．数字电子技术基础部分．北京：高等教育出版社，2003.

[1]童诗白．电子技术基础模拟部分．北京：高等教育出版社，2003．

作者简介：

常生睿（1987-），男，甘肃民勤，本科，网络工程师，专业方向：电子科学与技术；

花俊杰，男，25，河南信阳，本科，黄淮学院电子科学与工程系；