電子工程師設(shè)計(jì)相關(guān)要點(diǎn)與案例分析

在電子工程師的設(shè)計(jì)工作中，涉及到眾多不同類型的設(shè)計(jì)，下面將結(jié)合幾個(gè)典型案例來(lái)探討電子設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

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基于FPGA的電子秤設(shè)計(jì)

• 設(shè)計(jì)核心與硬件構(gòu)成：以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA為核心控制部件，基于超高速硬件描述語(yǔ)言VHDL在Xilinx公司的SpartanⅡE系列的XC2S100E芯片上編程實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)硬件部分包括FPGA最小系統(tǒng)板、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面三大部分。最小系統(tǒng)擴(kuò)展了外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)采集由壓力傳感器、信號(hào)的前級(jí)處理和A/D轉(zhuǎn)換部分組成，人機(jī)界面為鍵盤輸入和點(diǎn)陣式液晶顯示。
• 軟件功能實(shí)現(xiàn)：軟件基于VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了全部控制功能，包括基本的稱重功能、顯示購(gòu)物清單功能，還增加了時(shí)鐘、過(guò)載提示、欠量程提示、語(yǔ)音提示等創(chuàng)新功能。整機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，功能齊全，精度高，具有一定的開(kāi)發(fā)價(jià)值。大家在設(shè)計(jì)類似電子設(shè)備時(shí)，是否也會(huì)考慮增加這些創(chuàng)新功能來(lái)提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力呢？

開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

• 電源發(fā)展背景：隨著電子技術(shù)發(fā)展，電子設(shè)備對(duì)電源要求更靈活多樣，小型化和低成本化促使電源向輕、薄、小和高效率方向發(fā)展。傳統(tǒng)晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源雖技術(shù)成熟，但存在體積大、效率低等問(wèn)題，難以滿足需求，從而促成了開(kāi)關(guān)電源的迅速發(fā)展。
• 主要技術(shù)指標(biāo)：交流輸入電壓AC220V±20％；直流輸出電壓4 - 16V可調(diào)；輸出電流0 - 40A；輸出電壓調(diào)整率≤1％；紋波電壓Up≤50mV；具有電流/電壓顯示功能及故障告警指示。
• 工作原理與組成部分
  • 基本工作原理：220V交流電壓經(jīng)EMI濾波及整流濾波后，得到約300V直流電壓加到半橋變換器上，用脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的雙列脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率MOS管，通過(guò)功率變壓器耦合和隔離，在次級(jí)得到準(zhǔn)方波電壓，經(jīng)整流濾波反饋控制后得到穩(wěn)定直流輸出電壓。
  • 各部分功能
    • 交流EMI濾波及整流濾波電路：因開(kāi)關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生電磁騷擾，為切斷電磁干擾傳播途徑，電源濾波器由帶有IEC插頭電網(wǎng)濾波器和PCB電源濾波器組成。此外，為防止接通電網(wǎng)瞬間的浪涌沖擊電流損壞元件，在整流橋前加入輸入軟啟動(dòng)電路。
    • 半橋式功率變換器：采用半橋式變換電路，工作頻率50kHz，Q4和Q5功率管及C34和C35電容器在初級(jí)一側(cè)，交替導(dǎo)通、截止，在高頻變壓器初級(jí)繞組N1兩端產(chǎn)生幅值為U1/2的正負(fù)方波脈沖電壓，能量通過(guò)變壓器傳遞到輸出端，Q4和Q5采用IRFP400功率MOS管。
    • 功率變壓器：工作頻率設(shè)定需綜合考慮體積、重量、電路特性等因素，本例優(yōu)化設(shè)計(jì)為fs = 50kHz。磁芯選用R2KB鐵氧體材料制成的EE型鐵氧體磁芯，確定工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm = 0.15T，通過(guò)計(jì)算和對(duì)比，選定EE55磁芯。

音響報(bào)警電路設(shè)計(jì)

• 單頻率音響電路：用CMOS與非門和反相器及電阻、電容組成，當(dāng)控制端A為低電平時(shí)，低頻振蕩器不振蕩，音頻振蕩器也不振蕩，壓電陶瓷蜂鳴片不發(fā)聲；當(dāng)A點(diǎn)為高電平時(shí)，低頻振蕩器產(chǎn)生矩形波，音頻振蕩器產(chǎn)生方波使蜂鳴片發(fā)出聲響。若需較大音量，可采用揚(yáng)聲器并加一級(jí)三極管放大器；用CMOS或非門代替與非門，蜂鳴片發(fā)聲條件改變。
• 兩種頻率交替的音響電路：由三個(gè)振蕩器組成，能發(fā)出“滴 - 嘟、滴 - 嘟”兩種音調(diào)交替的聲響。也可用555集成定時(shí)器組成，當(dāng)控制端A為高電平或懸空時(shí)，喇叭發(fā)出聲響。
• 調(diào)頻式音響電路：由前后兩級(jí)組成，前級(jí)是低頻振蕩器，后級(jí)是音頻振蕩器，控制端A為不同電平時(shí)，可產(chǎn)生不同的聲音效果。

高頻電子電路 - 小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

• 主要技術(shù)指標(biāo)：涉及調(diào)頻發(fā)射機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如頻率范圍、功率等。
• 單元電路設(shè)計(jì)與調(diào)試：包括LC正弦波振蕩器、變?nèi)?a target="_blank">二極管調(diào)頻、LC調(diào)頻振蕩器的設(shè)計(jì)與測(cè)試，以及高頻功率放大器的設(shè)計(jì)，如寬帶功率放大器和丙類功率放大器，還涉及高頻變壓器的繞制和測(cè)試方法。
• 整機(jī)設(shè)計(jì)與測(cè)試：通過(guò)整機(jī)設(shè)計(jì)舉例，對(duì)整機(jī)電路進(jìn)行裝調(diào)與測(cè)試，如用示波器測(cè)試?fm等。

電子工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，綜合考慮各種因素，運(yùn)用合適的技術(shù)和方法，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定、功能豐富的電子設(shè)備設(shè)計(jì)。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到過(guò)哪些難題，又是如何解決的呢？