模擬電子技術實驗系統的設計研究

【摘 要】信息技術的快速發展為各行業領域注入新鮮的活力。以模擬電子技術實驗系統為例，其在現行就較多高校教學中應用極為廣泛，對學生實驗操作技能的提高與實驗室教學質量的改善可起到突出作用。但如何對該實驗系統進行設計，成為系統設計中面臨的主要難題。本文將對系統中建議信號源與直流電壓表進行設計，并在此基礎上明確實驗系統的主要內容。

【關鍵詞】實驗系統；模擬電子技術；設計

作為現行高校中應用較為廣泛的實驗系統，模擬電子技術實驗系統本身包含較多的構件，具有明顯的專業性與復雜性等特征。這樣在系統設計中便面臨較多難題，若難以保證各構件設計的合理性，將影響實驗系統綜合性能。因此，本文對實驗系統設計相關研究，具有十分重要的意義。

一、系統設計中的簡易信號源部分

簡易信號源作為實驗系統的基本組成部分，其又可細化為D/A轉換模塊、LED顯示、單片機控制模塊、鍵盤以及CPLD等內容，要求引入DDFS技術使階梯波信號、正弦波信號、遞增或遞減諧波信號等得以生成。其中的DDFS技術可被叫做直接數字頻率合成。具體設計過程中，首先要求確定DDFS技術方案。該方案內容下主要需利用RAM存放波形幅度值，假若出現RAM地址改變情況，波形數據會在DAC作用下進行相應的轉化。而這一過程中DDFS技術作用主要表現在引入相位累加方法，無需通過計數器的應用，各周期可直接在相位累加器中不斷累加。假若存在PIR數值變化過于明顯問題，相位累加器可直接調整RAM地址。綜合來看，DDFS技術應用下，主要需保證其在相位誤差的控制、頻譜信號的控制等方面發揮應有的優勢，這樣在確定簡易信號源方案中便可以DDFS方案為主。

其次，實際設計簡易信號源中，要求以相位累加器應用下的計算結果，如頻率步進或時鐘頻率等為依據，保證在1MHz輸出頻率、1us轉換時間條件下，D/A轉換器可保證輸出64各樣點，且數據、信號等傳輸控制主要通過單片機實現。本文在系統設計中，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，為保證信號平滑，需注意在截止頻率上應以1MHz為主，并在幅度平坦上控制在20KHz以內。而為滿足穩幅輸出要求，在簡易信號源設計中，也要求做好OCL功放電路的選擇，盡可能保證其在電流驅動能力、頻率特性等方面具有明顯的優勢[1]。

二、系統設計中的直流電壓電源表

對于實驗系統設計，直流電壓表設計是否合理將會影響系統綜合性能。本文在研究中主要考慮以雙斜積分電路為主。該電路下的直流數字電壓表在構成上集中表現為電子技術其、脈沖發生器、邏輯控制電路、模擬開關、積分器以及基準電壓等。整個直流電壓電源表實現的原理集中表現在準備、采樣與比較等方面。其中較多指令在準備階段會通過邏輯控制電路進行輸出，若直接將電壓為零指令輸入到積分器中，此時將會使電路保持休止。另外，在比較過程中，主要需對比電路積分周期包括定值、定時兩個積分，最終達到測量結果獲取的目標。

在實際設計過程中，主要需從電路與程序兩方面著手。以電路設計為例，可考慮將精密電阻、運放芯片UA741以及儀器運放INA2128等為主，且在電壓信號處理方面以積分電路為主。同時，在電路設計的中也要求將74LS393計數芯片引入，保證記數、分頻等較為精確。需注意的是為使自動較零模塊發揮重要作用，可將自動較零電路設計其中，這樣在偏移量為1mV情況下可校正數據。而從程序設計方面看，系統設計中可引入16位單片機，其在功能上集中表現為對被測電壓充電、電容定時、轉換模擬開關以及開啟計數器閘門等，這樣可保證及時完成讀數工作。以80C196KB單片機為例，假定電壓真實值與顯示結果存在誤差問題，可直接將線性插值法引入其中，滿足軟件補償要求[2]。

三、系統設計中的實驗內容明確

實驗系統設計中，除做好直流電壓電源表以及簡易信號源等設計工作外，也包括其他系統實驗內容。設計過程中可對二極管伏安特性進行計算，假若對溫度電壓當量、二極管兩端電壓以及反向飽和電流等分別利用UT、u與Is進行表示，此時有I=Is（eu/UT-1），可依據該方程完成伏安特性的計算，一般二極管反向性能會在伏安特性減小的情況下不斷提升。再如三極管，其在實驗系統中的作用集中表現為電流控制方面，一般對電壓與電流關系在三極管中的曲線情況，可叫做伏安特性曲線，要求設計過程中以電路連接方式為依據進行曲線的控制。另外，實驗系統設計中，也涉及到其他較多放大電路設計問題，如負反饋、功率以及分立元件等放大電路，不同放大電路設計中有不同的要求，如功率放大電路方面，要求在確定參數過程中，對交流功率在電路負載中的具體表現進行獲取，其中最大輸出功率實質為最大交流功率。此外，為滿足實驗系統設計要求，設計過程中也要求集成運算放大器作用充分發揮出來，并保證穩壓電路、整流濾波等各方面都可滿足設計要求，這樣才能使實驗系統的綜合性能得以提高[3]。

結 論

模擬電子技術實驗系統是現行高校專業課程開展的重要保證。實際進行系統設計中，應正確認識實驗系統的基本原理與相關的構件，在簡易信號源方面設計過程中需做好設計方案與設計內容的確定，且注意使直流電壓電源表相關的電路、程序等設計較為合理。另外，在實驗系統設計中還需在三極管、二極管、放大電路以及其他整流濾波等方面合理設計，盡可能使系統優勢充分發揮出來，為實際教學工作的開展提供保障。

作者簡介：郭曉峰（1991.6-），漢，籍貫：山西省忻州市保德縣，在讀沈陽化工大學科亞學院，研究方向.模擬電子技術實驗系統的設計研究。

參考文獻：

[1]李國輝.羅定職院《模擬電子技術》課程學習系統的設計與實現[D].電子科技大學，2015.

[2]唐忠彪.分析模擬電子技術實驗系統的設計[J].新課程（下），2015.

[3]程春雨，吳振宇，吳雅楠，馬馳，郭學滿，王林. 適于層次化教學模擬電子技術實驗平臺的研制[J]. 實驗室科學，2014.