模拟电子技术实验系统的设计研究

【摘 要】信息技术的快速发展为各行业领域注入新鲜的活力。以模拟电子技术实验系统为例，其在现行就较多高校教学中应用极为广泛，对学生实验操作技能的提高与实验室教学质量的改善可起到突出作用。但如何对该实验系统进行设计，成为系统设计中面临的主要难题。本文将对系统中建议信号源与直流电压表进行设计，并在此基础上明确实验系统的主要内容。

【关键词】实验系统；模拟电子技术；设计

作为现行高校中应用较为广泛的实验系统，模拟电子技术实验系统本身包含较多的构件，具有明显的专业性与复杂性等特征。这样在系统设计中便面临较多难题，若难以保证各构件设计的合理性，将影响实验系统综合性能。因此，本文对实验系统设计相关研究，具有十分重要的意义。

一、系统设计中的简易信号源部分

简易信号源作为实验系统的基本组成部分，其又可细化为D/A转换模块、LED显示、单片机控制模块、键盘以及CPLD等内容，要求引入DDFS技术使阶梯波信号、正弦波信号、递增或递减谐波信号等得以生成。其中的DDFS技术可被叫做直接数字频率合成。具体设计过程中，首先要求确定DDFS技术方案。该方案内容下主要需利用RAM存放波形幅度值，假若出现RAM地址改变情况，波形数据会在DAC作用下进行相应的转化。而这一过程中DDFS技术作用主要表现在引入相位累加方法，无需通过计数器的应用，各周期可直接在相位累加器中不断累加。假若存在PIR数值变化过于明显问题，相位累加器可直接调整RAM地址。綜合来看，DDFS技术应用下，主要需保证其在相位误差的控制、频谱信号的控制等方面发挥应有的优势，这样在确定简易信号源方案中便可以DDFS方案为主。

其次，实际设计简易信号源中，要求以相位累加器应用下的计算结果，如频率步进或时钟频率等为依据，保证在1MHz输出频率、1us转换时间条件下，D/A转换器可保证输出64各样点，且数据、信号等传输控制主要通过单片机实现。本文在系统设计中，主要考虑在控制幅度上以8位D/A为主，将0.1V作为幅度频率。另外，为保证信号平滑，需注意在截止频率上应以1MHz为主，并在幅度平坦上控制在20KHz以内。而为满足稳幅输出要求，在简易信号源设计中，也要求做好OCL功放电路的选择，尽可能保证其在电流驱动能力、频率特性等方面具有明显的优势[1]。

二、系统设计中的直流电压电源表

对于实验系统设计，直流电压表设计是否合理将会影响系统综合性能。本文在研究中主要考虑以双斜积分电路为主。该电路下的直流数字电压表在构成上集中表现为电子技术其、脉冲发生器、逻辑控制电路、模拟开关、积分器以及基准电压等。整个直流电压电源表实现的原理集中表现在准备、采样与比较等方面。其中较多指令在准备阶段会通过逻辑控制电路进行输出，若直接将电压为零指令输入到积分器中，此时将会使电路保持休止。另外，在比较过程中，主要需对比电路积分周期包括定值、定时两个积分，最终达到测量结果获取的目标。

在实际设计过程中，主要需从电路与程序两方面着手。以电路设计为例，可考虑将精密电阻、运放芯片UA741以及仪器运放INA2128等为主，且在电压信号处理方面以积分电路为主。同时，在电路设计的中也要求将74LS393计数芯片引入，保证记数、分频等较为精确。需注意的是为使自动较零模块发挥重要作用，可将自动较零电路设计其中，这样在偏移量为1mV情况下可校正数据。而从程序设计方面看，系统设计中可引入16位单片机，其在功能上集中表现为对被测电压充电、电容定时、转换模拟开关以及开启计数器闸门等，这样可保证及时完成读数工作。以80C196KB单片机为例，假定电压真实值与显示结果存在误差问题，可直接将线性插值法引入其中，满足软件补偿要求[2]。

三、系统设计中的实验内容明确

实验系统设计中，除做好直流电压电源表以及简易信号源等设计工作外，也包括其他系统实验内容。设计过程中可对二极管伏安特性进行计算，假若对温度电压当量、二极管两端电压以及反向饱和电流等分别利用UT、u与Is进行表示，此时有I=Is（eu/UT-1），可依据该方程完成伏安特性的计算，一般二极管反向性能会在伏安特性减小的情况下不断提升。再如三极管，其在实验系统中的作用集中表现为电流控制方面，一般对电压与电流关系在三极管中的曲线情况，可叫做伏安特性曲线，要求设计过程中以电路连接方式为依据进行曲线的控制。另外，实验系统设计中，也涉及到其他较多放大电路设计问题，如负反馈、功率以及分立元件等放大电路，不同放大电路设计中有不同的要求，如功率放大电路方面，要求在确定参数过程中，对交流功率在电路负载中的具体表现进行获取，其中最大输出功率实质为最大交流功率。此外，为满足实验系统设计要求，设计过程中也要求集成运算放大器作用充分发挥出来，并保证稳压电路、整流滤波等各方面都可满足设计要求，这样才能使实验系统的综合性能得以提高[3]。

结 论

模拟电子技术实验系统是现行高校专业课程开展的重要保证。实际进行系统设计中，应正确认识实验系统的基本原理与相关的构件，在简易信号源方面设计过程中需做好设计方案与设计内容的确定，且注意使直流电压电源表相关的电路、程序等设计较为合理。另外，在实验系统设计中还需在三极管、二极管、放大电路以及其他整流滤波等方面合理设计，尽可能使系统优势充分发挥出来，为实际教学工作的开展提供保障。

作者简介：郭晓峰（1991.6-），汉，籍贯：山西省忻州市保德县，在读沈阳化工大学科亚学院，研究方向.模拟电子技术实验系统的设计研究。

参考文献：

[1]李国辉.罗定职院《模拟电子技术》课程学习系统的设计与实现[D].电子科技大学，2015.

[2]唐忠彪.分析模拟电子技术实验系统的设计[J].新课程（下），2015.

[3]程春雨，吴振宇，吴雅楠，马驰，郭学满，王林. 适于层次化教学模拟电子技术实验平台的研制[J]. 实验室科学，2014.