全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽硬件電路設(shè)計(jì)精解

前言

　　一個(gè)普通的省屬本科學(xué)校在歷屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中能夠取得優(yōu)異的成績(jī)，甚至競(jìng)賽名次能夠排在參賽的“211”學(xué)校、第一批本科學(xué)校之前是難能可貴的。究其原因，除了學(xué)校相關(guān)部門的大力支持外，主要在于指導(dǎo)教師的敬業(yè)精神、扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和深厚的工程實(shí)踐功底。?　　本系列叢書的編著者中有具有40余年電子興趣愛好并兼具20余年電子技術(shù)專業(yè)從教經(jīng)驗(yàn)的老教師，也有“80后”的年輕教師，他們以活躍的思維和超群的實(shí)踐能力完成了教學(xué)任務(wù)并參加了國(guó)家“863”計(jì)劃中的電動(dòng)汽車等重大專項(xiàng)課題的研究。這些人指導(dǎo)的參賽隊(duì)伍在所參加的兩屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中創(chuàng)造了兩次國(guó)家二等獎(jiǎng)、四次省特等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績(jī)。?　　本系列叢書將這些電子設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富的指導(dǎo)教師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)和處理問(wèn)題的技巧整理成文，以饗讀者。如果讀者能夠從本叢書中有所收獲，將是筆者的最大榮幸。

內(nèi)容概要

　　《全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽硬件電路設(shè)計(jì)精解》詳細(xì)地講述了電子元器件與基本電子線路；數(shù)字控制與數(shù)字顯示；放大器的設(shè)計(jì)；線性穩(wěn)壓、穩(wěn)流與電子負(fù)載設(shè)計(jì)；函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)；音頻功率放大器的設(shè)計(jì)；開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與逆變器的設(shè)計(jì)，并給出了常規(guī)設(shè)計(jì)方法和非常規(guī)思路的設(shè)計(jì)方法?！度珖?guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽硬件電路設(shè)計(jì)精解》讀者對(duì)象為參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的高校學(xué)生、指導(dǎo)教師，也可以是電氣、電子工程師，科研人員，或從事電子技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員和廣大電子愛好者，還可以作為大學(xué)生從校園到職場(chǎng)的技術(shù)領(lǐng)域的參考書。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為大學(xué)生提供了理論與實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)絕好機(jī)會(huì)。《全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽硬件電路設(shè)計(jì)精解》作者將多年的科研、教學(xué)和產(chǎn)品研發(fā)的獨(dú)特性設(shè)計(jì)思路進(jìn)行歸納整理，多次成功應(yīng)用于全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中。這些獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路不僅對(duì)普通高校的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽指導(dǎo)教師有所幫助，而且可為大學(xué)生的工作實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)。?

書籍目錄

第1篇 電子元器件與基本電子線路?第1章 電子元器件性能分析1.1 二極管1.1.1 二極管的反向恢復(fù)特性1.1.2 二極管的正向電壓特性與肖特基二極管1.2 晶體管1.2.1 共發(fā)射極電流增益（hfe）多大為好？1.2.2 開關(guān)的應(yīng)用1.2.3 線性應(yīng)用1.2.4 高頻應(yīng)用1.2.5 功率應(yīng)用1.3 功率晶體管1.4 功率MOSFET1.4.1 功率MOSFET的原理分析1.4.2 功率MOSFET的應(yīng)用注意事項(xiàng)1.5 鋁電解電容器1.5.1 購(gòu)買鋁電解電容器時(shí)需要注意的問(wèn)題1.5.2 鋁電解電容器在應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題1.6 其他電容器第2章 基本電子線路單元設(shè)計(jì)與制作2.1 為單片機(jī)供電的5V電源的制作2.1.1 穩(wěn)壓器的選擇2.1.2 整流器電路的選擇2.1.3 整流變壓器的選擇2.1.4 濾波電容器的選擇2.1.5 熱設(shè)計(jì)2.1.6 其他元件的選擇2.1.7 整機(jī)完整電路2.2 為運(yùn)算放大器供電的對(duì)稱電源的制作2.2.1 集成穩(wěn)壓器的選擇2.2.2 整流器電路與元件的選擇2.2.3 整流變壓器的選擇2.2.4 濾波電容器的選擇2.2.5 熱設(shè)計(jì)2.2.6 整機(jī)完整電路2.2.7 其他電路元件的選擇2.2.8 電路調(diào)節(jié)要點(diǎn)2.3 數(shù)字控制的0～25V/1A可調(diào)穩(wěn)壓電源的制作2.3.1 穩(wěn)壓器的選擇2.3.2 是電位器調(diào)節(jié)輸出電壓還是數(shù)字控制輸出電壓？2.3.3 控制方式和步進(jìn)電壓的選擇2.3.4 輸出電壓檢測(cè)電阻的參數(shù)選擇2.3.5 如何調(diào)節(jié)到0V2.3.6 繼電器的控制2.3.7 整流器電路與濾波電容器的選擇2.3.8 整流變壓器的選擇與輸出電壓切換2.3.9 熱設(shè)計(jì)2.3.10 其他電路元件的選擇2.4 程控模塊與繼電器切換電路的制作第2篇 數(shù)字控制與數(shù)字顯示第3章 用硬件電路數(shù)控的實(shí)現(xiàn)方案精解3.1 用硬件電路數(shù)控技術(shù)問(wèn)題的提出及設(shè)計(jì)思路3.2 用硬件電路數(shù)控技術(shù)的最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式3.2.1 撥碼開關(guān)簡(jiǎn)介3.2.2 利用撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制電路單元3.3 用硬件電路程控及數(shù)控技術(shù)的硬件電路設(shè)計(jì)3.3.1 十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介3.3.2 利用十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)構(gòu)成十進(jìn)制多位計(jì)數(shù)器單元3.3.3 溢出的防止3.4 可能出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法第4章 數(shù)字顯示4.1 電壓的數(shù)字顯示4.1.1 應(yīng)用商品數(shù)字電壓表的數(shù)字顯示4.1.2 自制數(shù)字電壓表4.2 電流的數(shù)字顯示4.2.1 數(shù)字電壓表的量程4.2.2 電流檢測(cè)電阻4.2.3 數(shù)字電壓表的電源4.2.4 交流電流的測(cè)量第3篇 放大器的設(shè)計(jì)第5章 與電子設(shè)計(jì)相關(guān)的運(yùn)算放大器部分電路設(shè)計(jì)制作精解5.1 測(cè)量放大器設(shè)計(jì)5.1.1 測(cè)量放大器原理5.1.2 實(shí)際的解決方案詳解5.1.3 測(cè)量放大器的電磁兼容與電路板設(shè)計(jì)5.1.4 制作調(diào)試要點(diǎn)5.2 集成運(yùn)算放大器增益程控化5.2.1 通過(guò)改變反饋電阻實(shí)現(xiàn)集成運(yùn)算放大器增益的程控化5.2.2 測(cè)量放大器增益的程控化5.3 比較器的應(yīng)用5.3.1 集成運(yùn)算放大器用作比較器存在的問(wèn)題5.3.2 比較器的典型應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題第4篇 線性穩(wěn)壓、 穩(wěn)流與電子負(fù)載設(shè)計(jì)第6章 線性集成穩(wěn)壓器LM317、 LM337詳解6.1 LM317詳解6.2 LM337詳解第7章 線性穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)7.1 LM317/337的典型應(yīng)用及注意事項(xiàng)7.1.1 可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用7.1.2 布線方式造成的負(fù)載效應(yīng)與減小措施7.1.3 最小負(fù)載電流7.1.4 輸入端與輸出端電壓、 輸出端與調(diào)整端的反極性保護(hù)7.2 集成穩(wěn)壓器并聯(lián)的解決方案7.2.1 理論依據(jù)7.2.2 實(shí)現(xiàn)時(shí)需要注意的問(wèn)題7.3 跟蹤電源7.4 可調(diào)穩(wěn)壓電路7.5 高精度線性穩(wěn)壓電路第8章 線性穩(wěn)流電路設(shè)計(jì)8.1 作為恒流源應(yīng)用的集成穩(wěn)壓器的選擇與分析8.2 集成穩(wěn)壓器作為恒流源應(yīng)用的一般方法8.3 恒流值的調(diào)節(jié)8.3.1 恒流值的調(diào)節(jié)原理8.3.2 問(wèn)題及解決方案8.4 帶有限壓功能的恒流源的實(shí)現(xiàn)8.4.1 National推薦的解決方案8.4.2 改進(jìn)的調(diào)壓、 調(diào)流的解決方案8.5 數(shù)字控制電流源8.5.1 2005年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中的數(shù)控電流源8.5.2 實(shí)際可用的解決方案8.6 恒流型電子負(fù)載8.7 數(shù)控恒流型電子負(fù)載的實(shí)現(xiàn)8.7.1 基本思路8.7.2 實(shí)現(xiàn)方法8.8 用集成穩(wěn)壓器替代恒流二極管第5篇 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)第9章 模擬函數(shù)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)9.1 函數(shù)發(fā)生電路MAX038詳解9.1.1 封裝、 引腳功能及內(nèi)部原理框圖9.1.2 基本功能的實(shí)現(xiàn)9.1.3 MAXIM的評(píng)估電路9.2 應(yīng)用函數(shù)發(fā)生電路MAX038的頻率及占空比的數(shù)字控制9.2.1 頻率的數(shù)字控制9.2.2 占空比的數(shù)字控制9.3 應(yīng)用函數(shù)發(fā)生電路MAX038實(shí)現(xiàn)正弦波、 方波和三角波發(fā)生電路9.4 耳機(jī)放大器的利用9.4.1 耳機(jī)放大器簡(jiǎn)介9.4.2 耳機(jī)放大器TPA152基本電路9.4.3 耳機(jī)放大器TPA152性能分析9.4.4 TPA152作為驅(qū)動(dòng)放大器的應(yīng)用第10章 數(shù)字函數(shù)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)10.1 利用計(jì)數(shù)器、 EPROM、 DAC的思路10.2 基本設(shè)計(jì)思路10.3 基本電路結(jié)構(gòu)10.4 EPROM中的函數(shù)表格10.5 提高頻率的思路10.6 本章小結(jié)第6篇 音頻功率放大器的設(shè)計(jì)第11章 線性功率放大器設(shè)計(jì)制作精解11.1 電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)音頻功率放大器的基本要求11.2 音頻功率放大器效率分析與高效率的獲得11.3 用線性電路實(shí)現(xiàn)的方案11.4 功率放大器的選擇11.5 DC/DC變換器的選擇11.6 控制策略的考慮與基本實(shí)現(xiàn)方法第12章 開關(guān)型功率放大器設(shè)計(jì)精解12.1 開關(guān)型音頻功率放大器基本原理12.2 開關(guān)型音頻功率放大器的基本實(shí)現(xiàn)12.3 應(yīng)用通用集成電路實(shí)現(xiàn)開關(guān)型音頻功率放大器12.3.1 三角波發(fā)生電路12.3.2 PWM調(diào)制的電路結(jié)構(gòu)12.3.3 輸出級(jí)與輸出濾波器的電路結(jié)構(gòu)12.3.4 完整電路12.3.5 信號(hào)變換電路12.3.6 本章小結(jié)第7篇 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)第13章 電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中開關(guān)電源的常規(guī)解決方案精解13.1 電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中開關(guān)電源的特點(diǎn)13.2 開關(guān)電源基礎(chǔ)13.2.1 基本變換器及特點(diǎn)13.2.2 開關(guān)電源的基本電路結(jié)構(gòu)13.3 開關(guān)電源的損耗與效率分析13.3.1 開關(guān)元件的開關(guān)損耗13.3.2 開關(guān)元件的導(dǎo)通損耗13.3.3 磁性元件損耗13.3.4 電路結(jié)構(gòu)對(duì)效率的影響13.3.5 工作狀態(tài)對(duì)效率的影響13.4 軟開關(guān)技術(shù)分析13.4.1 準(zhǔn)諧振技術(shù)13.4.2 有源鉗位技術(shù)13.4.3 全橋移相零電壓開關(guān)技術(shù)13.4.4 半橋LLC諧振變換器13.5 高效率開關(guān)電源設(shè)計(jì)思路13.6 開關(guān)型電源的低噪聲設(shè)計(jì)13.7 利用UC3843控制MOSFET構(gòu)成升壓型DC/DC變換器13.7.1 電路結(jié)構(gòu)的確定13.7.2 控制電路的選擇13.7.3 電路參數(shù)的設(shè)計(jì)13.7.4 DC/DC變換器的完整電路13.7.5 電路板圖設(shè)計(jì)13.7.6 電路的調(diào)試第14章 2007年競(jìng)賽試題分析14.1 試題14.2 電源變壓器與整流濾波電路解析14.2.1 整流電路結(jié)構(gòu)的選擇14.2.2 整流器的選擇14.2.3 濾波電容器的選擇14.2.4 整流輸出電壓第15章 2007年電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題應(yīng)用升壓型變換器的解決思路15.1 電路15.2 電路參數(shù)設(shè)計(jì)15.2.1 電路工作狀態(tài)的選擇15.2.2 主要元件的選擇第16章 利用PWM控制IC與帶有隔離變壓器的推挽變換器的解決方案精解16.1 基本參數(shù)的確定16.2 電路及參數(shù)的確定16.2.1 開關(guān)管最大電流16.2.2 負(fù)載臨界電流和變壓器激磁電流16.3 主要元件參數(shù)的選擇16.3.1 開關(guān)管的選擇16.3.2 輸入旁路電容器的選擇16.3.3 變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)16.3.4 輸出整流器的選擇16.3.5 輸出濾波電容器的選擇16.3.6 輸出濾波電感器的選擇16.3.7 其他電路參數(shù)的選擇16.3.8 其他第17章 利用PWM控制IC與帶有自耦變壓器的推挽變換器詳解17.1 電路與電路原理17.1.1 電路17.1.2 電路原理17.2 基本參數(shù)的確定17.2.1 開關(guān)管最大電流17.2.2 負(fù)載臨界電流和變壓器激磁電流17.3 主要元件參數(shù)的選擇17.3.1 開關(guān)管的選擇17.3.2 輸入旁路電容器的選擇17.3.3 變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)17.3.4 輸出整流器的選擇17.3.5 輸出濾波電容器的選擇17.3.6 輸出濾波電感器的選擇17.3.7 其他電路參數(shù)的選擇第18章 電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中開關(guān)電源的特殊解決方案精解18.1 低紋波電壓開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)實(shí)例(應(yīng)用準(zhǔn)諧振技術(shù))18.1.1 NCP1207簡(jiǎn)要原理18.1.2 應(yīng)用NCP1207A/B需要考慮的問(wèn)題18.1.3 用NCP1207A/B構(gòu)成的準(zhǔn)諧振式開關(guān)電源設(shè)計(jì)18.2 應(yīng)用SEPIC變換器的解決方案18.2.1 SEPIC變換器的演化過(guò)程與原理18.2.2 芯片的選擇與芯片簡(jiǎn)介18.2.3 應(yīng)用電路18.2.4 參數(shù)的確定第8篇 逆變器的設(shè)計(jì)第19章 單相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)19.1 常規(guī)思路的單相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)19.2 基本性能要求19.3 解決方案的基本思路19.3.1 50Hz逆變19.3.2 50Hz正弦波逆變器19.3.3 多重50Hz矩形波逆變組合的解決方案19.3.4 直-交-直-交功率變換形式19.4 高頻逆變電路與控制電路設(shè)計(jì)19.4.1 控制方式19.4.2 工作在100%占空比控制方式時(shí)的有效值電流的降低19.4.3 旁路電容器的作用19.5 高頻變壓器設(shè)計(jì)19.5.1 變壓器的結(jié)構(gòu)19.5.2 變壓器設(shè)計(jì)19.6 輸出整流濾波電路19.7 輸出側(cè)逆變電路與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)19.8 正弦信號(hào)的產(chǎn)生與正弦化脈沖寬度調(diào)制的設(shè)計(jì)19.8.1 正弦波振蕩器19.8.2 三角波發(fā)生電路19.8.3 脈沖寬度調(diào)制電路19.8.4 電路參數(shù)的確定19.8.5 死區(qū)時(shí)間的設(shè)置與實(shí)現(xiàn)19.9 輸出參數(shù)的更改與元器件的選擇第20章 三相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)20.1 常規(guī)的設(shè)計(jì)思路20.2 逆變器與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)思路20.2.1 逆變器與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)思路20.2.2 電路板圖的設(shè)計(jì)20.2.3 開關(guān)頻率的選擇20.3 控制電路單元設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)介20.4 PWM電路設(shè)計(jì)20.5 死區(qū)時(shí)間的設(shè)置與實(shí)現(xiàn)20.6 計(jì)數(shù)器與D/A變換器組合實(shí)現(xiàn)三相正弦波基準(zhǔn)電壓20.7 計(jì)數(shù)器與權(quán)電阻組合方式20.7.1 “基準(zhǔn)”正弦波電壓產(chǎn)生原理20.7.2 單相“基準(zhǔn)”正弦波發(fā)生器20.7.3 三相參考正弦波發(fā)生器20.8 輸出濾波器設(shè)計(jì)20.9 穩(wěn)定輸出電壓設(shè)計(jì)思路20.10 負(fù)載不對(duì)稱與負(fù)載缺相保護(hù)20.11 隔離變壓器與整流器部分的解決方案20.12 本章小結(jié)第21章 非常規(guī)思路的單相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)21.1 非常規(guī)思路的單相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)之一（線性集成功率放大器應(yīng)用）21.1.1 集成功率放大器型號(hào)的選擇21.1.2 LM3886的應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例21.1.3 應(yīng)用LM4780構(gòu)成的逆變器設(shè)計(jì)21.1.4 應(yīng)用線性集成功率放大器實(shí)現(xiàn)三相逆變器的解決方案21.2 非常規(guī)思路的單相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)之二（D類音頻功率放大器的應(yīng)用）21.2.1 LM4651/2簡(jiǎn)介21.2.2 應(yīng)用LM4651/2的解決方案詳解參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一章　電子元器件性能分析　　電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中需要應(yīng)用各種各樣的電子元器件。盡管電子元器件從分類上主要有電阻器、電容器、電感器、二極管、晶體管、線性集成電路、數(shù)字集成電路、開關(guān)、繼電器、連接器等，但是每一種類型的電子元器件都有不同的特性，特別是二極管、晶體管和線性集成電路，其種類很多，特性各種各樣。為了使所涉及的電子線路縣有盡可能好的特性，就必須清楚地了解電子元器件的特性。在這一章中，將主要分析二極管、晶體管和電容器的特性。　　通過(guò)電子技術(shù)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，可以知道二極管的主要作用是整流、單向?qū)щ姾头€(wěn)壓。隨著電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容越來(lái)越豐富，二極管的作用也越來(lái)越多。特別是在開關(guān)功率變換應(yīng)用中，二極管工作于大電流、高電壓的高速開關(guān)狀態(tài)，這樣其開關(guān)特性就不能不考慮。不僅如此，在一些工作電壓不高的應(yīng)用場(chǎng)合，需要二極管具有盡可能低的導(dǎo)通電壓。這些都是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中沒(méi)有詳盡解釋的，但在此僅對(duì)二極管的開關(guān)特性進(jìn)行詳盡的說(shuō)明?！　?.1.1　二極管的反向恢復(fù)特性　　二極管的反向恢復(fù)特性主要有反向恢復(fù)時(shí)間、反向恢復(fù)電荷、反向恢復(fù)峰值電流和軟度系數(shù)。　　二極管的反向恢復(fù)特性如圖1-1所示。　　二極管是少數(shù)載流子導(dǎo)電器件，正向?qū)ǘO管在外電路施加反向電壓后由于少數(shù)載流子的存在而不能立即關(guān)斷，需要將少數(shù)載流子消除干凈方能關(guān)斷。導(dǎo)通的二極管的正向電流開始下降，當(dāng)其電流下降到零時(shí)，由于二極管中的少數(shù)載流子仍然存在，所以它仍保持導(dǎo)通，只不過(guò)變成了反向?qū)?。二極管的反向?qū)ㄅc電子技術(shù)基礎(chǔ)中的二極管的反向阻斷似乎是矛盾的，但是實(shí)際上，電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中所涉及的僅僅是穩(wěn)態(tài)過(guò)程或者忽略了少數(shù)載流子的作用。

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