电路设计部部门职责

电路设计部部门职责（推荐7篇）

电路设计部部门职责 篇1

关键词：分段曲率补偿,基准电路,零温度系数,稳定性

1 基准电路原理

电压基准模块即产生一个与电源、工艺和温度无关的电压的模块, 而大多数工艺参数是随温度变化的, 要实现基准电压需解决的主要问题是如何提高其温度抑制与电源抑制, 即如何实现一个与温度和电源基本无关的结构, 所以如果一个基准是与温度无关的, 那么它通常也是与工艺无关的。在现实中半导体几乎没有与温度无关的参数, 如果能找到一些有正温度系数和负温度系数的参数通过适当的权重相加, 就可以得到与温度无关的量, 并且这些参数与电源无关。

负温度系数电压的产生方法:双极晶体管的基极-发射极电压, 会随着温度的升高而降低, 表现出负温度系数电压的特性。对一个双极晶体管来说

其中, VT为温度的电压当量;VT=k T/q, k为玻尔兹曼常数 (1.38×10-23j/K) ;T为热力学温度;q为电子电荷 (1.6×10-19C) 。常温300 K下, VT=0.026 V, Is为反向饱和电流。

由式 (1) 得

式 (2) 两端对温度T求导得

式 (3) 即为基极-发射极电压VBE的温度系数关系式, 若其<0, 即表现出负温度系数电压的特性。当VBE≈750 m V, T=300 K时, ∂VBE/∂T≈-1.5 m V/K。

由式 (3) 可以看出, 在温度T变化时, VBE的温度系数也随之变化, 如果所找正温度系数的电压不能抵消这种变化, 如正温度系数电压表现出一个固定的温度系数, 那么在相加后就会使基准电压产生一定的误差。

正温度系数电压的产生方法:如果两个相同的双极晶体管工作在不相等的电流密度下, 那么它们的基极-发射极电压的差值就与温度成正比。如图1所示, 两个相同的双极晶体管Q1和Q2, 分别工作在n I和I的电流密度下, 那么两个双极晶体管的基极-发射极的电压差为

式 (4) 两端对温度T求导得

因为k、q和n都与温度无关, 所以ΔVBE表现出正温度系数电压的特性。

由式 (5) 可知正温度系数的量与温度无关, 而负温度系数的量与温度有关, 所以在按权相加后只能得到某个固定温度下变现出零温度系数的特性。

上述得到正温度系数电压和负温度系数电压, 只需将其按适当的权重相加就可以得到零温度系数的电压, 即

式中, VTln n为两个相同的双极晶体管工作在不同电流密度下的基极-发射极之间的差值。

式两端对T求导, 并令及α=1, 得到βln n≈17.2, 因此可得零温度系数的基准电压

图2为实现零温度系数基准电压的典型架构, 图中的放大器A1的两个输入端分别为X和Y, 使得X和Y的电压相等, R1=R2, Q2为n个相同的Q1并联, 使Q2单个双极晶体管的电流密度为Q1的1/n, 从而得到

得到流过右边支路的电流为, 因此可以得到输出电压

令, 即可得到零温度系数的电压。

2 分段曲率补偿基准电路原理

由于VBE并不是温度的线性函数, 而正温度系数电压ΔVBE是线性的, 所以VREF在整个温度范围内只能使其中一个温度点的温度系数为0, 而在整个温度范围内温度系数是较大的。改善VREF的温度系数, 关键在于令VBE的温度特性线性化。在本论文中, 通过引入额外的补偿电流, 对VREF的温度曲线的曲率进行校正, 在一定范围内, 叠加到VBE上的补偿电压修正VBE的温度曲线, 令其近似线性化。将VBE的温度范围分为多个温度区间, 则每个温度区间内对VBE的温度曲率修正可以更精准。

在图3中, 是两路曲率补偿电流, 在-40℃低温度时均关断。在温度为T1时, 以IPTAT的线性正温度系数补偿VBE的负温度系数。由于VBE的负温度系数具有高阶导数, 不能完全被IPTAT补偿, 在 (-40℃, T1℃) 范围内基准电压VBE的曲率是不断降低的。在T1温度点后开始提供电流, 作为VREF的曲率补偿项, 以自身的正温度系数补偿VBE的非线性负温度系数高于IPTAT的线性正温度系数造成的VREF持续下降。在 (T1℃, T2℃) 范围内, 补偿项平缓了VREF的温度曲率。而在T2温度点后, 开始提供电流, 补偿项共同作用, 进一步减小在 (T2℃, 150℃) 范围内VREF的曲率变化。通过两路曲率补偿电流的共同作用, 即可得到图4中3段曲线组成的基准, 温漂要远小于普通的一阶补偿基准电压。

3 等效电路图

分段温度补偿基准源的等效电路结构如图5所示, 利用OP、电流放大器Q5、Q6与电阻R7构成的负反馈回路使得Q1和Q2的集电极电位相等, 从而使流过RBIAS上的两路电流精确相等为IPTAT。Q3与Q4上的两路集电极电流分别为曲率补偿电流。引入补偿电流后, 改进的基准电压变为

图5中负反馈的工作方式是:当VREF电压升高时, Q1, Q2的基极电压升高, 均增大, 但由于电阻R1的作用使得两路电流的电流密度不等, 。与流过相同的电阻RBIAS, OP的正向端电压低于反相端电压, 输出Q5的基极电压降低, 由于三极管的基极-射极电压基本保持不变, 故Q6的基极电压降低, VREF也跟随降低, 最终达到稳定值。当VREF电压降低时, 负反馈以同样原理升高VREF使其达到稳定值

式 (11) 中AE是NPN管的发射极面积, 由式 (12) 可知在 (-40, T1) 时, IPTAT随稳定线性升高, 随稳定持续下降, 而此时 (R3+R4) 上的电压值低于Q3的导通电压, Q3处于关断状态。同理, Q4也处于关断状态, R7上几乎无电流存在, 此时

当T2>T>T1时, (R3+R4) 上的电压值高于Q3的导通电压, Q3开始导通, Q4仍保持关断, 可计算出为

此时流经R7的电流为, VREF引入补偿项, 温度系数为

由式 (15) 可知, 具有负温度系数, 由于R5的阻值偏大, 可当作一恒定的正数。T≥T1时, 的温度曲线近似为一条固定的斜率为正的直线, 修改VREF为

当T≥T2时, R4上的电压值高于Q4的导通电压, Q3和Q4均导通, 可计算出为

由式 (18) 可知, 当T≥T2时, 也是一条随温度直线增加的正温度电流。此时对于整个温度范围 (-40℃, 150℃) , 引入作为补偿项, 完整的VREF为

4 实际电路设计

分段曲率补偿基准的整体电路如图6所示。STSRT信号为基准的使能信号, 在低电平时关断电路, 跳为高电平时基准电路开始工作。M17、M18、Q8和R12组成基准的自偏置PTAT电路, 提供给其它模块电流。Vcc是电源电压经过降压处理后产生的内部电源电压, 输出范围为2.5~6 V。

5 结束语

本文提出了一种新颖的分段曲率补偿基准电路的设计方法。针对一般的一次曲率补偿基准电路只能使得产生的基准电压在一个温度点的温度系数为0, 而在整个温度范围内温度系数的变化依然较大的特点, 提出了分段曲率补偿基准电路的设计方法, 从而使所产生的基准电压在多个温度点都能表现出零温度系数, 提高了基准电压的稳定性。

参考文献

[1]代国定, 王悬, 虞峰, 等.基于线性曲率校正技术的低电压带隙基准源设计[J].电子器件, 2009, 32 (5) :897-900.

[2]Kuijk K E.A precision reference voltage source[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1973, SC-8 (3) :222-226.

[3]Tsividis Y P, Ulmer R W.A CMOS voltage reference[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1978, SC-13 (6) :774-778.

[4]Meijer G C M, Cerhoeff J B.An integrated bandgap reference[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1976, SC-11 (3) :403-409.

[5]张春茗, 邵志标.高精度分段曲率校正CMOS带隙基准的设计[J].电子学报, 2007, 35 (11) :2193-2197.

[6]王剑英, 长敏慧.新型开关电源实用技术[M].北京:电子工业出版社, 2002.

[7]路秋生.电流型变换器工作原理和斜坡补偿[J].仪器仪表学报, 2001, 22 (4) :408-412.

[8]Blauschild R A, Tucci P A, Muller R S, et al.A new NMOS temperature-stable voltage reference[J].IEEE Journal Of Solid-State Circuits, 1978, SC-13 (6) :767-774.

[9]Busk A E, Mc Donald C L, Lewis S H, et al.A CMOS bandgap reference without resistors[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2002, 37 (1) :81-89.

巧用开关设计电路 篇2

电路设计思想是考查考生电路知识、电学器材的基本运用、误差分析和实验能力等综合素质

的好载体,尤其于培养、挖掘和检查考生创造性思维能力和实际应用能力为一个不可替代的

好题型。其情境新颖，以学过的实验为依据，注重对其思想、方法和技能的迁移和拓展，注

重考查考生的基本实验能力，创新能力和自主探究能力，故历年为高考和竞赛的重点和热

点所

在。本文以一竞赛实验设计题为例，介绍一种电路设计的思想方法，帮助考生开阔思路，提

高解答设计实验题的能力。

1　题目：电阻的测量

现有电压不变的直流稳压电源1台，其内阻忽略不计；电流表、电压表、滑线变阻器(已知最

大电阻为R0)、待测电阻各1只；单刀单掷开关2个；导线若干。请按要求画出测量未知电

阻Rx阻值的电路图，并写出测量步骤，导出测量Rx的表达式。

要求：

1.每种电路图只允许选电流表、电压表其中之一；

2.在同一电路中电表的位置固定不动；

3.滑线变阻器的滑片在任意位置(最大值和最小值除外)。

2　解析

这是一道典型的电路设计问题。审题时主要掌握4个关键点：

①电压不变的直流稳压电源，电源电压具体是多少题目并未告诉。绝大部分考生一般不

认真审题，误认为电源电压已知，只需电流表测量电路中的电流即可根据欧姆定律算出Rx

的值；

②每种电路图只允许选电流表、电压表其中之一，因此不能原始的按照伏安法(电流表和电

压表同时接入电路)测电阻的方法进行设计；

③在同一电路中电表的位置固定不动，隐含的意思是在同一电路中不管是选择的是电流表还

是电压表都只能在同一位置，不能移动，故不能利用电压表串联分压法或电压表并联分流法

；

④滑线变阻器的滑片在任意位置(最大值和最小值除外)，平常老师给考生练习的电路设计

题几乎都是利用滑线变阻器的滑片滑到最大值和最小值来改变电路的连接状态或改变电路中

各负载两端的电压，再运用欧姆定律和串并联电路的知识列出方程，然后根据方程求出未知

电阻Rx的表达式。而本题要求滑线变阻器的滑片在任意位置(最大值和最小值除外)，让考

生一时不知从何下手，仔细分析发现题目中告诉了滑线变阻器的最大电阻R0，当滑片在任

意位置时我们可以将滑线变阻器分为两个电阻R1和R2，使R1+R2=R0，这是解答该

题的切入点。

3　设计

3.1　只选电流表

方案一　如图1所示，测量步骤如下：

①将滑线变阻器的滑片放在任意位置，只闭合S1，S2断开，R1和R2并联后

再与Rx串联，此时电流表的示数为I1，可列出方程

I1Rx+I1[SX(]R1R2[]R1+R2[SX)]=U(1)

②滑线变阻器的滑片位置不动，只闭合S2,S1断开，R1断路，R2被短路，此时

电流表的示数为I，可列出方程

IRx=U(2)

③滑线变阻器的滑片位置不动，S1和S2都断开，R1断路，Rx和R2串联，此时

电流表的示数为I2，可列出方程

I2Rx+I2R2=U[JY](3)

④由题意，R1+R2=R0[JY](4)

(1)、(2)、(3)、(4)式联立求解得

Rx=[SX(]II2R0(I1-I2)[]I1(I-I2)2[SX)]。

方案二　如图2所示，测量步骤如下：

①将滑线变阻器的滑片放在任意位置，只闭合S1，S2断开，Rx和R2串联后再与

R1并联，此时电流表的示数为I1，可列出方程

I1[SX(](Rx+R2)?R1[](Rx+R2)+R1[SX)]=U[JY](1)

②滑线变阻器的滑片位置不动，只闭合S2，S1断开，R1断路，R2被短路，此时

电流表的示数为I，可列出方程

IRx=U[JY](2)

③滑线变阻器的滑片位置不动，S1和S2都断开，R1断路，Rx和R2串联，此时

电流表的示数为I2，可列出方程

I2Rx+I2R2=U[JY](3)

④由题意，　R1+R2=R0[JY](4)

(1)、(2)、(3)、(4)式联立求解得

Rx=[SX(]I2R0(I1-I2)[]I1I-I1I2+I22[SX)]。

3.2　只选电压表

如图3所示，电压表测Rx两端的电压，测量步骤如下：

①将滑线变阻器的滑片放在任意位置，只闭合S1，S2断开，R1和R2并联后再与

Rx串联，此时电压表的示数为U1，可列出方程

[SX(]U1[]Rx[SX)]=[SX(]U-U1[][SX(]R1R2[]R1+R2[SX)][SX)]

(1)

②滑线变阻器的滑片位置不动，只闭合S2，S1断开，R1断路，R2被短路，此时

电压表的示数为U，即电源电压。

③滑线变阻器的滑片位置不动，S1和S2都断开，R1断路，Rx和R2串联，此时

电压表的示数为U2，可列出方程

[SX(]U2[]Rx[SX)]=[SX(]U-U2[]R2[SX)](2)

④由题意，　R1+R2=R0[JY](3)

(1)、(2)、(3)式联立求解得

Rx=[SX(]UU2R0(U1-U2)[]U1(U-U2)2[SX)]。

4　结束语

近年来高考和竞赛试题的一个共同特点是回归基础，在教材中的学生实验或演示实验的基础

上创设新情景、提出新问题，以考查学生的创新意识。学生在平时学习过程中必须认真领会

教材中学生实验和演示实验的实验设计意图、实验原理方法、实验步骤、实验数据处理、实

验注意事项等。设计该题的创新之处在于巧用题目中给出的两个单刀单掷开关，利用两个单

刀单掷开关不同的通断组合使Rx、R1和R2之间具有不同的连接方式，从而根据欧姆定

律和串并联电路特点列出相对应的方程，然后根据所列方程联立求解，求出未知电阻Rx的

表达式；关键在于题目中告诉了滑线变阻器的最大电阻为R0，虽然不能利用滑线变阻器的

滑片滑到最大值和最小值来改变电路的连接状态，但是当滑片在任意位置时可以将滑线变阻

器分为两个电阻R1和R2，使R1+R2=R0，这也是解答该题的切入点。

由此可见，创新实验设计必须打破常规思维，应采用非常规思维，认真审题，充分利用题目

给出的条件，巧妙地运用开关不同的通断组合使各负载之间具有不同的连接方式，根据电表

的性质灵活选择电表，将电表接入电路的特定位置，使各负载之间在不同的连接方式时有不

同的示数，从而根据欧姆定律和串并联电路特点列出相对应的方程，然后将所列方程联立求

解，求出未知电阻的表达式。

《数字电路》课程负责人岗位职责 篇3

1、认真履行校聘关键岗相应等级的基本岗位职责；

2、熟悉专业基础课的教学规律，承担起《数字电路》课程及其实践课程建设的领导任务，全面负责《数字电路》课程的体系规划、课程建设与教学实施，做好本课程建设。

3、承担教学任务，每学年主讲《数字电路》等系列课程，累计课时不少于112学时，其中必须承担《数字电路》理论课程的全过程讲授以及一周或以上的数字电路实践课的指导工作，教学效果好，教学评测成绩优秀。

4、负责《数字电路》课程师资队伍建设，重视课程组内青年教师的培养，培养青年教师1-2名，有明确的青年教师培养计划和措施，指导青年教师过好“教学关、实践关、科研关”，教学水平有显着提高。聘期内每年指导硕士研究生2名以上。

5、组织本课程的教学改革，建立切实有效、可跟踪的教学质量保证和监控体系。加强教材建设和教材研究，选用高水平优质课本教材，积极组织编写符合我校学生特点和特色的教学辅助教材。

6、积极开展教学方法和教学手段的研究，拓展教学内容，促进教学经验交流，每学期在课程组范围内至少召开一次教学经验研讨会，交流教学经验，不断提高教学水平，在教学改革和课程建设上走在全省的前列。

7、主持1项省级教改项目的研究，项目建设取得较大成果，获省级以上教学成果奖，并以第一作者正式发表教研教改论文一篇以上。

8、作为主持人承担至少1项省级科研项目。平均每至少正式发表1篇科研论文。

9、完成教授岗位职责规定的任务。

10、服从学校、学院其他教学工作的安排。

（二级）

1、认真履行校聘关键岗相应等级的基本岗位职责；

2、熟悉专业基础课的教学规律，承担起《数字电路》课程及其实践课程建设的领导任务，全面负责《数字电路》课程的体系规划、课程建设与教学实施，做好本课程建设。

3、承担教学任务，每学年主讲《数字电路》等系列课程，累计课时不少于112学时，其中必须承担《数字电路》理论课程的全过程讲授以及一周以上的数字电路实践课的指导工作，教学效果好，教学评测成绩优良。

4、负责《数字电路》课程师资队伍建设，重视课程组内青年教师的培养，培养青年教师1名，指导青年教师过好“教学关、实践关、科研关”，教学水平有显着提高。聘期内每年指导硕士研究生2名。

5、组织本课程的教学改革，加强教材建设和教材研究，选用高水平优质课本教材，积极组织编写符合我校学生特点和特色的教学辅助教材。

6、积极开展教学方法和教学手段的研究，为促进教学经验交流，每学期在课程组范围内至少召开一次教学经验研讨会，交流教学经验，不断提高教学水平。

7、主持1项省级教改项目，项目建设取得一定成果，获校级教学成果奖，并以第一作者正式发表教研教改论文一篇以上。

8、作为主要人员参加省级以上科研项目。聘期内至少正式发表2篇科研论文。

9、完成教授岗位职责规定的任务。

10、服从学校、学院其他教学工作的安排。

（三级）

1、认真履行校聘关键岗相应等级的基本岗位职责；

2、熟悉专业基础课的教学规律，承担起《数字电路》课程及其实践课程建设的领导任务，全面负责《数字电路》课程的体系规划、课程建设与教学实施，做好本课程建设。

3、承担教学任务，每学年主讲《数字电路》等系列课程，累计课时不少于112学时，其中必须承担《数字电路》理论课程的全过程讲授以及一周以上的数字电路实践课的指导工作，教学效果好，教学评测成绩优良。

4、负责《数字电路》课程师资队伍建设，重视课程组内青年教师的培养，培养青年教师1名，指导青年教师过好“教学关、实践关、科研关”，教学水平有显着提高。聘期内每年指导硕士研究生1名以上。

5、组织本课程的教学改革，加强教材建设和教材研究，选用高水平优质课本教材，积极组织编写符合我校学生特点和特色的教学辅助教材。

6、积极开展教学方法和教学手段的研究，为促进教学经验交流，每学期在课程组范围内至少召开一次教学经验研讨会，交流教学经验，不断提高教学水平。

7、聘期内作为主要人员参加1项省级教改项目，项目建设取得成果，获校级教学成果奖，并以第一作者正式发表教研教改论文一篇以上。

8、作为主要人员参加省级以上科研项目。聘期内正式发表1篇科研论文。

9、完成教授或副教授岗位职责规定的任务。

电路设计部部门职责 篇4

在仿真分析给定实验电路的基础上，模仿实验电路完成运算应用电路的设计，并给出仿真和实测结果。

（1）用Multisim10.0仿真观察附图中给定运放应用电路的实验工作

现象。

（2）改变CJ和RJ的参数，观察CJ、RJ网络对输出阶跃响应波形的影响规 律，分析其滤波特性。（3）根据实验数据解析电路中各个运放所构成单元电路的运算功能，写出电 路输入-输出函数表达式，分析电路实现的整体功

能。

（4）模仿给定运放应用电路，设计一个运算应用电路，选择合适的 CJ和RJ 参数，使得电路的仿真输出阶跃响应波形如下图

所示。

（5）电路的实测输出阶跃响应波形如下图所示。

二、设计要求

（1）搭建Multisim10.0环境下的仿真电路，完成电路的仿真测试，观察并记录实验现象和CJ、RJ网络参数的影响规律。（2）解析电路传递函数，简述电路工作原理。

（3）通过安装、调试实验电路，完成电路性能指标测试，记录并分

析实验测试 结果。完成实验报告。（4）分析实验数据，给出实验结论。

（5）写出实验报告，说明实验过程中是否出现故障，分析故障出现 的原因及排除方法。

（6）发挥你的想象力，给电路设计一个应用场景。简要分析说明你的设计依据。

三、实验目的

⑴ 掌握模拟电子电路的实验分析方法，培养学习专业知识能力。⑵ 掌握运算电路的设计方法和实测实验方案设计方法，培养分析问

题、解决问题能力。

⑶ 掌握电路设计说明书和实验分析报告的书写方法，培养专业技

术。

四、实验设备

1.计算机； 2.Multisim软件；

3.Windows2000/XP环境、MS Office 2000以上版、Adobe Acrobat 5.0以上版。4.模拟电路实验箱。

五、实验内容及步骤

实验电路图如下：

1、用Multisim10.0仿真观察附图中给定运放应用电路的实验工作

现象。

2、改变CJ和RJ的参数，观察CJ、RJ网络对输出阶跃响应波形的 影响规 律，分析其滤波特性。

(1)仿真图:

（2）调节CJ和RJ的参数，使 CJ由 10uF到1000uF, RJ由30k 到 3000k。

1、CJ=10uF，RJ=3000K

2、CJ=10uF，RJ=30K

3、CJ=100uF,RJ=3000K

六、实验现象与规律总结

在CJ不变的前提下，RJ越小，波动频率越大。在RJ不变的前提下，CJ越小，波动频率越大。

七、电路输入输出函数表达式

Uo1=(-R3/R1)U2-（R2/R1）Uo3 Uo2=[-R5/(R4+Rj1)]Uo1 Uo3=(-1/R6C2)Uo2(t2-t1)+Uo(t1)

八、运算应用测试电路各组成部分作用

本实验电路一种直接耦合的多级放大电路。它的放大倍数非常高、输入电阻也高，输出电阻低，应用非常广泛。它的内部电路比较复杂，但一般由四部分组成：偏置电路、输入级电路、输出级电路和中间级电路。各部分电路特点为： 1)．输入级：

一般由差放电路组成，它的特点是：输入电阻高，放大共模

信号，抑制差模信号。2)．输出级：

一般由互补对称电路组成，它的特点是输出电阻小，输出功

率大，带负载能力强。3)．中间级：

一般由共射放大电路组成，它的特点是电压放大倍数高。4)．偏置电路：

一般由恒流源电路组成，它的特点是能提供稳定的静态电 流，动态电阻很高，还可作为放大电路的有源负载。

经计算，选择合适的CJ和RJ参数，CJ为0.1uF，RJ为0.8M时得到实验要求的仿真图

九、实验心得体会

（1)在实验进行的初步阶段，经过仿真，我们发现总是出现错误的波形，无法得出实验结论，后来经过我们耐心的调整，找到了合适的CJ和RJ参数，得到了正确的实验结论，这让我们知道了在以后的实验中无论出现何种结果，我们都应该保持自己的一份耐心，这是很重要的成功因素。（2)实验过程中，我们总需要不停得翻阅书籍，这表明其实我们对课本知识掌握的并不是那么好，这也影响了实验的顺利进行，这提醒着我们今后要多花时间去扎实自己的基础知识。

（3)通过本次试验我们发现在实验中总会犯一些小错误导致实验结果出错，这些错误影响了实验进度，这些错误提醒了我们在以后的学习中要更加细心。

十、参考文献

（1）童诗白，模拟电子技术基础（第 4 版）高等教育出版社 2006（2）电子技术课程组，电子技术 内蒙古工业大学 2013.3（3）课程设计专栏，内蒙古工业大学“模拟电子技术”精品课程公共网站

《家庭电路》教案设计 篇5

《家庭电路》教案设计

【教学目标】

一、知识与技能

1、知道家庭电路的组成和电路的连接方法。

2、知道什么是火线和零线，知道试电笔的构造及其使用方法。

3、知道插座、家用电器接地的作用。

二、过程与方法

1、通过试电笔辨别火线和零线，掌握试电笔的使用方法。

2、在观察家庭实际电路组成的过程中，归纳概括出家庭电路的主要组成部分。

三、情感态度和价值观

1、通过对家庭电路各组成部分的学习活动，激发学生学习热情，提高学生热爱科学，热爱生活的品质。

2、树立理论联系实际的思想。

【教学重点】

家庭电路的组成及各部分的作用。

【教学难点】

试电笔的使用和家用电器金属外壳接地。

【教学准备】

教师：多媒体课件、家庭电路示教板、试电笔、三脚插头、两脚插头、漏电保护器、复读机、电热水壶。

学生：试电笔、插座、螺丝刀、搜集家用电器插头的相关资料。

【教学过程】

主要教学过程

教学内容教师活动学生活动

【情境创设】

对比引入。

[对比引入]利用实物投影展示两种用电器。

[设置疑问]

同样是用电器，为什么复读机的插头有两个插脚，而电热水壶的插头却有三个?上面的插脚有没有用呢?

[板书课题]

19、1家庭电路

(设计意图：利用生活中不同用电器插头上的插脚不同激发质疑，调动学生学习的热情。)

观察两种用电器及其插头。

思考并尝试回答老师的问题。

【教学过程】

知识点一：家庭电路的组成

[自主学习]

1、内容：课本105页“家庭电路的组成”。

2、要求：⑴说出家庭电路的电源是什么，我国家庭电路的电压是多少。

⑵知道家庭电路由哪几部分组成。

⑶保险装置是由什么组成的呢?它有什么作用?

3、时间：3min。

[演示实验]

展示家庭电路示教板及每一部分的作用。

[想想议议]

1、总开关有什么用处?电能表和总开关的位置可以互换吗?为什么?

2、控制灯泡的开关为什么要接在灯泡和红色的导线之间?

(设计意图：在学生自学的基础上，通过家庭电路示教板的演示，加深学生对家庭电路组成的认识，充分了解各部分的功能;在“想想议议2”的基础上，自然过渡到下一环节的学习。)

结合课本自学。

⑴从发电厂通过输电线输送过来。电压220V。

⑵进户线、电能表、总开关、保险装置、用电器和插座……

⑶熔丝或空气开关;电流过大时自动切断电路，起保护作用。

通过实验，观察了解家庭电路中各部分的作用和功能。

1、检修电路时断开开关;不能，如果将电能表接在总开关后面，容易出现盗电现象。

2、尝试回答问题，带着疑问进入下一环节的学习。

知识点二：火线和零线

[自主学习]

1、内容：课本106页“火线和零线”。

2、要求：⑴知道什么是火线和零线。

⑵结合课本、试电笔实物了解试电笔的构造和使用方法。

⑶了解试电笔内阻值很大的电阻的作用。

⑷试电笔在现实生活中有什么重要作用?

3、时间：5min

(设计意图：采用小组交流合作的方式自主探究火线零线及其鉴别工具——试电笔的使用，培养学生的自主学习能力、观察能力及合作意识。)

[动手实验]

1、老师演示试电笔的正确使用方法和错误操作。

2、学生在断电的情况下模拟使用试电笔判断火线零线，小组内互相纠错。

3、通电后，再次使用试电笔辨别火线和零线。

[学以致用]

1、家用电器之间时如何连接的?

2、控制家用电器的开关应该和该电器如何连接?另一端要接到火线上还是零线上?为什么?

(设计意图：通过教师演示、学生模拟练习到真正用试电笔辨别火线零线，培养学生安全用电意识，正确掌握试电笔的使用技能。)

[延伸拓展]

当使用试电笔接触火线时氖管会发光，为什么接触零线时却不发光呢?

[教师点拨]

尽管正常使用的家庭电路中火线和零线中都有电流通过，但是零线在入户前已经接地，人站在地上用试电笔接触零线时，零线将人体和试电笔短路，故氖管不发光。

(设计意图：通过教师演示、学生模拟练习到真正用试电笔辨别火线零线，培养学生安全用电意识，正确掌握试电笔的使用技能。)自学“火线和零线”内容，用螺丝刀拆开试电笔，了解其内部结构。

⑴端线俗称火线;零线——入户前已经接地。

⑵构造：金属笔卡、氖管、电阻、弹簧。可以识别火线和零线。使用时用指尖抵住上端的金属帽。

⑶试电笔中串联阻值很大的电阻可以使电流变小，保证对人体没有危害。

⑷辨别火线零线;判断电气设备的外壳是否带电。

1、观察并学习如何正确使用试电笔。

2、利用试电笔模拟判断火线零线。

3、通电后使用试电笔判断火线零线。

1、并联。

2、串联，开关接在火线和用电器之间，便于检修电路。

交流讨论。

正确认识试电笔接触零线时为什么氖管不发光，知道正常使用时零线中也有电流通过。，

知识点三：三线插头和漏电保护器

[提出问题]

不同的用电器为什么使用的插头不同?

[自主学习]

1、内容：课本107页“三线插头和漏电保护器”。

2、要求：⑴知道三线插头的三根线分别接什么?

⑵知道插座的三个孔是如何接入家庭电路中的。

⑶标“E”的插头为什么比其余两个略长一些?这样设计有什么好处?

⑷了解漏电保护器的作用，知道漏电保护器和空气开关的区别。

3、时间：3min。

(设计意图：课下由学生搜集有关插座的资料，培养学生的观察能力，通过自学、交流讨论做到学以致用，进一步培养安全用电意识。)

以小组为单位展示课下搜集有关插头的`资料。

⑴有金属外壳的用电器的插头是三脚的;

⑵塑料外壳的用电器的插头大多是两脚的;

⑶三脚插头最上面的插脚略微长一些……

⑴L接火线、N接零线，E接用电器的金属外壳。

⑵左零右火上接地。

⑶一旦插头插入插座中，可以保证用电器的金属外壳接地，如果绝缘层损坏，使外壳带电，电流可以流入大地，不至于对人造成伤害。

⑷漏电保护器可以在人体站在地上接触火线时，自动切断电路，起保护作用。空气开关则是在电流过大时自动切断电路，起保护作用。

【盘点收获】

引导学生总结收获，师生共同解决存在的问题。学生交流讨论自己的收获和困惑。(见附件1)

【课堂检测】

独立完成，相互批改，教师巡视点评。完成检测题(见附件2)

【家庭作业】

《助学》第一节内容课后完成

【板书设计】

19、1家庭电路

一、组成：入户线-电能表-总开关-保险装置-用电器(插座)

二、火线和零线

1、火线(端线)、零线(接地)

2、试电笔

3、开关接在用电器和火线之间。

三、三线插头和漏电保护器

1、三线插头

2、三孔插座

3、漏电保护器

【教学反思】

一、案例中的“亮点”

本节课主要采用多媒体辅助教学、演示和分组实验、小组内和小组间交流讨论等多种教学方式展开。

1、密切联系生活实际，利用生活中常见的“随身听”和“电热水壶”的插头不同，激发质疑并调动学生学习的积极性和探索物理知识奥秘的兴趣。

2、充分发挥学生的主观能动性，自己动手拆装试电笔，充分认识其结构及内部大电阻的作用;通过学习、模拟使用和真正使用三个环节，培养学生养成安全用电的意识。

3、通过交流讨论三脚插头和三孔插座的作用，让学生认识到物理就在我们身边，感受物理知识的重要作用。

二、教学中易出现的问题

1、解释试电笔接触零线时，氖管不发光的原因时，不应空讲，应结合电路图解释效果会更好。

电路设计部部门职责 篇6

传感器的特性一般是非线性的,人们往往使用硬件方法或软件方法对传感器的非线性予以校正,使其输出量与输入量成线性关系。硬件方法相对于软件方法,具有实时性强、简便、经济等特点,但相当一部分也存在调试困难[1],调试准确与否不易判断的问题。本文阐明的是:当传感器非线性校正指标已知时,可根据该指标灵活运用模拟乘法器,设计出非线性校正电路调试过程中线性化指标易于对应显示的指示电路,从而使传感器非线性校正电路的调试工作变得简单易行。

2 线性化校正指标Aβ=2的指示电路

2.1 电桥传感器的反馈式非线性校正电路

对电桥输出的传感器电路,一种常用的非线性校正方法是:将桥路的输出信号反馈到电桥的激励电源,使激励电压随输出信号变化,从而使输出信号与输入信号呈线性关系。图1为一实用的电桥输出传感器的非线性校正电路。

图1电路中,电桥输出电压:

AD521为三运放结构的测量放大器,增益为A,其输出电压的反馈量βVO可由W调节,β为反馈系数。如果使Aβ=2,则可以得到[2]:

式中Vref为基准电压,x=ΔR/R为检测量。

式(2)表明,输出与输入之间具有严格的线性关系,但须满足线性化指标Aβ=2。由于Aβ是综合的非电量,没有对应的电参量指示值作为参照,故调试不易。那么,如何严格确认线性化指标Aβ=2在传感器非线性校正电路调试过程中是否得到满足了呢?

2.2 指示Aβ=2的实现电路

通过对图1中反馈法进行桥路的非线性补偿的分析,提出如下设想:如果能从图1电路中恰当的位置引出电压信号,并用模拟乘法器、集成运算放大器组成指示电路,该电路输出为VAβ=KAβ,K是与模拟乘法器的标定因子有关的比例常数,其量纲为V(伏特),则当指示电路输出VAβ=KAβ=2K(伏特)时,即表明图1非线性校正电路已调试准确,也就是x的变化引起电桥电路传感器输出电压VO的变化将是线性的。

那么恰当的信号引出位置在哪里呢?图2是集成测量放大器AD521的内部构成电路[3],其中RG为外接调增益电阻,R1=R2=R,R3=R5,R4=R6。根据电路知识,有:

其中A为AD521的增益,此处让是为了与Aβ=2>0对应,方便讨论。由“虚短”,RG两端电压:

式(6)表明,从图1中W取出的反馈电压βVO除以RG两端的电压Vi1-Vi2等于图1电路线性化指标变量Aβ的负值。因此指示电路的信号可以从RG两端和W的触头什么样的电路使其输出电压数值能够反映线性化指标Aβ=2了。可以利用集成模拟乘法器来构成指示Aβ=2的电路。电路如图3。运放A1、A2为电压跟随器,运放A3实现减法运算。模拟乘法器AD538[4]实现乘除法运算,其输出VOUT=VYVZ/VX,VX、VY和VZ为AD538的三个输入电压,可以是0~+10V的电压。

为了适应VX、VZ对正极性电压的要求,在A3输出端A和AD538输入端X之间,以及c端和AD538输入端Z之间,设置了两结构、功能均相同的电路。下面以A-X间的电路来说明它们的功能:Vi1-Vi2>0时,运放A5工作于跟随状态;Vi1-Vi2<0时,运放A5工作于反相状态。该部分电路中,A4为过零电压比较器,T1为MOS管电子开关,A5为差动放大器。由过零电压比较器和MOS管工作原理,MOS管漏极电压:

差动放大器A5输出:

取R3=R5。当MOS管T1截止时,A5为跟随器;当MOS管T1导通时,A5为反相器。将式(7)代入式(8)中,得:

这样,无论Vi1-Vi2极性如何,都保证了VX>0。同理,由A4′、T1′和A5′等构成的电路能保证VZ>0,

即:

由式(4),VO与Vi1-Vi2相位相反,图3指示电路中的输出电压:

(即设想中式VAβ=KAβ的比例常数K=2V,A为图1电路中AD521的增益。)

式(11)表明:如果图3电路a、b两端加入图1电路中的非线性电压,并且c端和地之间加入图1电路中V的反馈电压βVO,则图3电路的输出电压为VAβ=2Aβ。这样,调整图1中的RG和W,当图3的指示电路输出电压VAβ=2Aβ=4V时,表明图1传感器校正电路调试已准确,(2)式成立。

需要指出的是,图1电路是利用正反馈进行桥路的非线性补偿,且在反馈支路采用有源器件作为反馈网络,这有可能给图1电路引入不稳定性[5]。而图3的指示电路并不会给电路的稳定性带来不利的影响。

3 线性化校正指标Aβ=4的指示电路

3.1 电桥传感器的四象限乘法器非线性校正电路

图4为采用变跨导四象限乘法器的传感器非线性校正电路[5]。AD534[6]是美国AD公司生产的一种高精度集成模拟乘法器,其输入输出间有如下关系:

(X1-X2)(Y1-Y2)=10(Z1-Z2)。由图4电路,有:

式(13)中A为测量放大器AD521的增益,β为分压系数。由AD534的输入输出关系有:

把(12)~(15)式代入(16)式整理后得到[4]:

式(17)中,令Aβ=4,则

(18)式表明,在线性化指标Aβ=4得到满足时,传感器输出与输入为严格的线性关系。

3.2 指示Aβ=4的实现电路

根据前面的讨论,只须从图4电路的RG两端引出电压信号(Vi1-Vi2),从W触头引出对地电压信号βV1,然后分别送到图3电路中的a、b两端和c端,调整图4中的RG和W,使图3指示电路的输出电压VAβ=2Aβ=8(V)时,表明图4传感器校正电路调试已准确,式(18)成立。

需要指出的是,图4电路的补偿功能是基于变跨导四象限乘法器AD534的独有的功能来实现的,与正反馈法相比,在补偿原理和精度(非线性失真为±0.008%,满刻度总精度±0.25%)[5]上更具有优势,不存在原理性误差。因此,图3指示电路当VAβ=2Aβ=8V时,电路的精度优于图1电路。故本文设计的图3指示电路与图4电路配合,更具有实用价值。

4 结束语

从电桥电路传感器校正电路中恰当的位置引出电压信号,送到相应的指示电路,其输出电压与线性化指标Aβ线性对应,从而准确判断电桥电路传感器非线性校正电路线性化指标是否得到满足,解决了这类非线性校正电路存在的调试困难的问题。该方法实用,精度较高。本文的设计思路还可推广应用于其它形式的传感器非线性校正电路中去。

摘要：传感器非线性硬件校正电路一般存在调试困难的问题,利用模拟乘法器独特的运算功能,设计了一种线性化指标的指示电路,并分别应用于两种电桥电路传感器非线性校正电路的调试指示中。

关键词：电桥电路传感器,调试,线性化指标,模拟乘法器,指示电路

参考文献

[1]周胜海.传感器非线性的硬件校正方法[J].传感器技术,2002(5):1-3.

[2]王幸之,王雷,翟成,等.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000.

[3]谢嘉奎.电子线路-线性部分(第四版)[M].北京:高等教育出版社,1999.

[4]Real-Time Analog Computational Unit(ACU)AD538[EB/OL].from:http://www.analog.com,2009.

[5]陈金岭,张秀丽.温度传感器信号线性化的几种方法[J].成都气象学院学报,1994(8):6-14.

电磁气门驱动电路设计探析 篇7

关键词：电磁气门；驱动电路设计；性能试验

中图分类号:G712 文献标识码:A文章编号：1005-1422（2014）07-0176-03一、电磁气门电磁阀对功率驱动电路的要求

在电磁气门的能量输入方式中，功率驱动模块起到决定性的作用，它对电磁气门的工作过程有很大影响。为了实现电磁阀的高速响应性和强电磁作用力，驱动功率电路应满足以下要求：（1）在电磁气门的初始阶段（开启时刻），应该能保证气门能在弹簧的作用下迅速开启。（2）在电磁气门从开启向关闭的运动过程中，功率驱动模块应以尽可能高的速度为上电磁铁提供能量，使其产生足够大的电磁作用力，缩短响应时间，从而满足电磁阀的快速响应特性。（3）在电磁气门的闭合阶段，工作间隙很小，此时电磁线圈只要通入较小的保持电流便能产生足够大电磁吸力。同时，小的电流也能减小线圈发热，降低能量消耗。

从功率驱动电路的要求可以看到，电磁气门机构的驱动电路应有如下特性：（1）电路中电流应该有快速的动态响应特性；（2）电流应该可调；（3）有过电流保护功能。

二、电磁气门的驱动电路图设计方案的确定

在电磁气门驱动（EMVA）控制系统的研究方面，目前比较成熟的功率驱动类型有三种，即增压式、调压式和电容式。

1.增压式驱动方式是使用增压电路提供远高于车用电压12V的电压来驱动电磁铁的线圈，能够满足电磁阀的快速响应特性。但其电路设计比较复杂，能耗较高。

2.调压式驱动方式分为线性调压式和脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）调压式驱动。线性调压式采用12V车用电压，经过对电压进行线性调节得到合理的驱动电流。PWM（脉宽调制）调压式在目前控制系统中应用较多，相对于线性调压它具有电路简单、节约能耗等优点。

3.电容式驱动方式是通过对高压电容放电，从而提供给电磁线圈瞬间高变化速率电流使控制阀迅速达到工作位置，工作气隙减小到只需很低的电流便能维持正常工作时，由12V车用电瓶电压提供此维持电流。

三种驱动类型各有特色，又相互有交叉应用之处，通过比较，采用ＰＷＭ（脉宽调制）调压式驱动模块。

为了保证功率驱动电路的正常工作，需要对驱动电路选取功率开关元件。对于ＰＷＭ（脉宽调制）驱动模块，目前应用在这种驱动模块的功率开关元件主要有达林顿晶体管(DT)、功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅型双极型晶体管(IGBT)，它们各有自己的特点：

1.达林顿晶体管(DT)是电流驱动型器件，它将两只或更多只晶体管的集电极连在一起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基极，依次连接而成，最后引出E、B、C三个电极。达林顿晶体管有很高的放大系数，能够提高驱动能力，获得大电流输出。

2.功率场效应晶体管(MOSFET)是电压驱动型器件，开关损耗几乎为零，工作频率高，可以并联使用，没有二次击穿问题，使用方便，容易驱动，但其额定电流一般小于80A。

3.绝缘栅型双极型晶体管(IGBT)是一种复合功率器件，有高功率和易驱动的双重优点，但是其价格昂贵，开关速度比较低。

综合以上因素，对ＰＷＭ（脉宽调制）调压式驱动模块，决定采用功率场效应晶体管(MOSFET)，因为其价格便宜且所用电路简单，虽然额定电流一般小于80A但能满足电磁气门驱动20A的要求。

·实习实训·电磁气门驱动电路设计探析三、电磁气门的功率保护电路的设计

目前常见电磁气门的功率保护电路有以下三种：

1.稳压二极管保护电路：在感性元件的两端对接一个稳压二极管和一个普通二极管。当电磁线圈断电后，产生的反向电动势快速升高使稳压管击穿而导通，能量在稳压管中消耗掉。

2.二极管保护电路：这种方式很常见，即在感性元件的两端连接一个普通二极管，利用感性元件的内阻将感性元件所储存的磁场能量消耗掉。

3.二极管—电阻保护电路：即在感性元件的两端接上一个普通二极管和一个电阻。这种方式消耗电感元件所储存的磁场能量速度比较快。

综合分析以上三种保护电路，根据所选的驱动模块，采用二极管—电阻保护电路。其电路结构如图1所示：

图1二极管-电阻保护电路

四、抗干扰设计

电子控制系统必须具有很高的可靠性和抗干扰性能，才能保证它的正常工作。因此在设计控制系统时，必须采取一些必要的措施。针对干扰进入控制系统的途径，相应制定出以下防护措施：

1.空间电磁干扰豹防护措施

SI发动机点火系统在工作时产生高压脉冲，同时向空间辐射电磁波，其特点是能量大、频带宽，这种干扰严重影响发动机控制系统的正常运行。本文主要采取屏蔽措施来抑制电磁波的干扰，具体做法是：传输信号线采用带金属屏蔽层的双绞线。

2.过程通道干扰的防护措施

过程通道是指计算机与外设的输入输出通道，包括数据采集系统及驱动电路。

3.供电系统干扰的防护措施

电源噪声干扰和接地干扰是供电系统干扰的两个主要来源。为了抑制电源噪声，在电路板上电源输入端加接滤波电容，在电源线和地线之间分段跨接去耦电容。电源电路分级加上各阶次的电容，以滤掉各频率的毛刺电压干扰。接地干扰是由于多点接地时，两接地点的电位不为零，并存在一个电位差，此电位差与电路的输入输出电压耦合而形成干扰，或者由于两个电路经公共地线接地时，两个电路的电流不同而产生干扰。

五、电磁气门电路图的设计以及实验结果

1.电路图的设计

根据前面的材料选择，经过综合分析设计出如图2所示的电路图模块和图3所示的电磁气门驱动电路逻辑图：

图2电路图模块

图3电磁气门驱动电路逻辑图

图3中驱动信号1为U1，驱动信号2为U2，控制信号为PWM波(具体见图4)。

图4电磁气门驱动电路的整体设计

采用窜行通信端口，从PC机将各个PWM波的频率，占空比及相互间的时序关系等信息传递到单片机，在单片机定时模块和PWM模块的配合下，由单片机发出四路PWM信号，经逻辑电路组合形成两路控制脉冲U1U2，分别控制下、上电磁铁。

图5单片机模块

2.实验结果

将自行设计开发的EMVA安装在模拟缸头上进行试验,该试验台由EMVA、功率驱动模块、电控单元（ECU）、PC机、传感器及示波器组成。如图6所示：

图6

经试验研究得到驱动信号与控制信号的形成的时序图形如图7。

图7驱动信号形成的时序图

控制信号和脉冲信号通过逻辑电路产生两路控制脉冲:驱动信号1和驱动信号2，分别用来驱动下电磁铁和上电磁铁。下电磁铁和上电磁铁受到驱动信号1和驱动信号2的驱动后，分别在下电磁线圈和上电磁线圈中形成驱动电流1和驱动电流2，控制气门的开启和关闭。通过调节脉冲信号的通电时间t1、t2 、t3、 t4 及t3 段PWM波的周期和占空比d来实现。t1表示峰值电压的通电时间,对应于驱动电流的上升阶段，决定了电磁力是否可以克服弹簧力和机械阻力以便迅速、准确地打开或关闭气门。t2表示峰值电压的切断时间，峰值电压切断后，线圈瞬时产生很高的反电动势,线圈电流不可能突变为零，在驱动电路中采用续流二极管法使线圈电流快速泄流，但又不希望其降为零，将其控制在所需的保持电流附近，t2 的选择对衔铁落座影响很大。t3为ＰＷＭ脉冲通电时间，对应于保持电流阶段，决定ＰＷＭ脉冲的因素为周期T和占空比d，占空比d对驱动电流的影响更大，d过大则保持电流过大，加大衔铁的落座速度和系统的能量消耗，d过小则保持电流过小，电磁力无法克服弹簧力和机械阻力使气门无法保持在极限位置，而在弹簧力作用下反向运动。t4为PWM断电时间，此阶段驱动电流降为零，气门不受电磁力，在弹簧力作用下作有阻尼自由振动。

单片机通过传感器接口电路检测转速和负荷信号并修正后，通过查询预先存储的MAP图，得到相应的气门定时和气门升程，并由此得到电磁阀的控制电流，然后输出一个脉冲信号以适当的电流驱动电磁阀，是气门开闭，从而实现气门的驱动控制在驱动脉冲信号2主脉冲的上升沿，功率场效应晶体管导通，上电磁阀线圈内的电流按指数规律上升，上升到某一定值（一般为15-20A），衔铁吸合，线圈内的电流按另一种指数规律上升。主脉冲的下降沿到来时，线圈内的电流按指数规律下降，当下降到电磁线圈能保持吸合状态的保持电流时，PWM保持波的上升沿工作，接着电磁线圈中的电流在PWM波的作用下围绕保持电流上下波动，衔铁与上电磁阀铁芯吸合，气门处于关闭状态。直到PWM波结束，电磁力逐渐减小当电磁力无法克服弹簧反力时，衔铁在弹簧反力的作用下向下电磁阀方向运动，在适当时刻，给下电磁阀施加驱动脉冲信号1，在电磁力和弹簧力的共同作用下，使衔铁与下电磁阀吸合，然后利用PWM的保持波使衔铁处于吸合状态，此时气门全开状态，一个循环完成。

参考文献：

［1］赵雨东等.电磁气门驱动设计及其电磁铁静吸力特性试验［J］.内燃机学报，2002（4）.

［2］汪波等.发动机电磁气门驱动开环控制系统设计与试验［J］.汽车技术，2002（7）.

［3］李莉.电磁驱动气门机构的设计开发和试验研究［D］.浙江大学，2004.

［4］ 李莉，王希珍，严兆大等.电磁驱动气门机构控制策略初探［J］.汽车工程，2004（4）.