2011版全国大学生电子设计竞赛硬件电路设计精解PDF电子书下载

第1篇 电子元器件与基本电子线路 2

第1章 电子元器件性能分析 2

1.1 二极管 2

1.1.1 二极管的反向恢复特性 2

1.1.2 二极管的正向电压特性与肖特基二极管 6

1.1.3 中、小功率二极管的外形与引脚功能 7

1.2 晶体管 8

1.2.1 共发射极电流增益（hfe）多大为好 8

1.2.2 开关的应用 8

1.2.3 线性应用 8

1.2.4 高频应用 9

1.2.5 功率应用 10

1.3 功率晶体管 10

1.3.1 功率晶体管特性分析 10

1.3.2 双极型晶体管的封装与引脚功能 11

1.4 功率MOSFET 12

1.4.1 功率MOSFET的原理分析 12

1.4.2 功率MOSFET的应用注意事项 16

1.4.3 功率MOSFET的封装与引脚功能 17

1.5 电源旁路电容器的作用及其对输入旁路电容器的电参数要求 17

1.6 铝电解电容器 18

1.6.1 购买铝电解电容器时需要注意的问题 18

1.6.2 铝电解电容器在应用中需要注意的问题 21

1.7 其他电容器 22

第2章 基本电子线路单元设计与制作 23

2.1 为单片机供电的5V电源的制作 23

2.1.1 稳压器的选择 23

2.1.2 整流器电路的选择 23

2.1.3 整流变压器的选择 24

2.1.4 滤波电容器的选择 26

2.1.5 热设计 26

2.1.6 其他元件的选择 26

2.1.7 整机完整电路 26

2.2 为运算放大器供电的对称电源的制作 27

2.2.1 集成稳压器的选择 27

2.2.2 整流器电路与元件的选择 27

2.2.3 整流变压器的选择 28

2.2.4 滤波电容器的选择 28

2.2.5 热设计 28

2.2.6 整机完整电路 28

2.2.7 其他电路元件的选择 29

2.2.8 电路调节要点 29

2.3 数字控制的0～25V/1A可调稳压电源的制作 29

2.3.1 稳压器的选择 30

2.3.2 是电位器调节输出电压还是数字控制输出电压 30

2.3.3 控制方式和步进电压的选择 31

2.3.4 输出电压检测电阻的参数选择 31

2.3.5 如何调节到0V 32

2.3.6 继电器的控制 32

2.3.7 整流器电路与滤波电容器的选择 33

2.3.8 整流变压器的选择与输出电压切换 33

2.3.9 热设计 35

2.3.10 其他电路元件的选择 35

2.4 程控模块与继电器切换电路的制作 35

第2篇 数字控制与数字显示 38

第3章 用硬件电路数控的实现方案精解 38

3.1 用硬件电路数控技术问题的提出及设计思路 38

3.2 用硬件电路数控技术的最简单的实现方式 39

3.2.1 拨码开关简介 39

3.2.2 利用拨码开关实现数字控制电路单元 40

3.3 用硬件电路程控及数控技术的硬件电路设计 41

3.3.1 十进制加减计数器简介 42

3.3.2 利用十进制加减计数器级联构成十进制多位计数器单元 44

3.3.3 溢出的防止 45

3.4 按键输入抖动的消除 46

第4章 数字显示 47

4.1 电压的数字显示 47

4.1.1 应用商品数字电压表的数字显示 47

4.1.2 自制数字电压表 48

4.2 电流的数字显示 49

4.2.1 数字电压表的量程 49

4.2.2 电流检测电阻 50

4.2.3 数字电压表的电源 50

4.2.4 交流电流的测量 51

第3篇 放大器的设计 54

第5章 从晶体管放大器到集成运算放大器 54

5.1 简单的晶体管放大器存在的问题 54

5.2 为了消除简单的晶体管放大器存在的问题而采用的措施 55

5.3 晶体管差分放大电路不能完全消除直流偏置对输出的影响 56

5.4 在放大器中引入负反馈 57

5.4.1 负反馈的作用及对放大器的要求 57

5.4.2 负反馈需要付出的代价 58

5.4.3 负反馈不能解决所有问题 59

5.5 集成运算放大器的优势 59

5.5.1 集成运算放大器构成的电路具有几乎完美的功能 59

5.5.2 集成运算放大器可以完成“所有的”模拟电路功能 60

5.5.3 集成运算放大器可以尽可能地简化电路 61

5.5.4 集成运算放大器构成的电路性价比是最高的 62

5.5.5 集成运算放大器可以提高电子工程师的工作效率 63

5.5.6 集成运算放大器的通用性 63

5.6 集成运算放大器的分类 65

5.6.1 通用型 65

5.6.2 高精度或精密型 65

5.6.3 高输入阻抗型 66

5.6.4 高速或宽带型 66

5.6.5 功率型 66

5.6.6 高压型 67

5.6.7 低功耗型 67

5.6.8 微功耗型 67

5.6.9 满幅输出型 67

5.6.10 极低工作电压型 67

5.6.11 比较器 67

第6章 与电子设计相关的运算放大器部分电路设计制作精解 69

6.1 仪表放大器原理 69

6.1.1 差动放大器参数 70

6.1.2 高输入阻抗的获得 70

6.1.3 同相并联差动放大器 71

6.1.4 仪表放大器的集成化 73

6.2 电子设计竞赛中仪表放大器的解决方案详解 73

6.2.1 元器件参数的选取与确定 74

6.2.2 工艺结构的确定 75

6.2.3 测量放大器的电磁兼容与电路板设计 75

6.2.4 制作调试要点 76

6.3 宽带放大器 77

6.3.1 宽带放大器对集成运算放大器的要求 77

6.3.2 采用放大器级联的方式可以获得更宽的带宽 78

6.3.3 级联放大器设计、制作与调试的要点 81

6.3.4 可能使级联放大器带宽变窄的原因 81

6.4 比较器的应用 82

6.4.1 集成运算放大器用作比较器存在的问题 82

6.4.2 比较器的典型应用 83

6.4.3 比较器应用时需要注意的问题 85

第4篇 函数发生器 89

第7章 应用ICL8038的函数发生器的电路设计 89

7.1 ICL8038的函数发生器介绍 89

7.1.1 基本原理与框图 89

7.1.2 引脚功能 89

7.1.3 基本参数 91

7.2 ICL8038函数发生器的典型应用电路 92

7.3 占空比控制 93

7.4 ICL8038函数发生器的频率调制与扫频 94

7.4.1 频率调制与扫频 94

7.4.2 20Hz～20kHz函数发生电路 94

7.4.3 正弦波输出缓冲 95

7.4.4 带有锁相环的函数发生电路 95

第8章 应用MAX038的函数发生器的电路设计 97

8.1 函数发生电路MAX038详解 97

8.1.1 封装、引脚功能及内部原理框图 97

8.1.2 基本功能的实现 99

8.1.3 MAXIM的评估电路 101

8.2 应用函数发生电路MAX038的频率及占空比的数字控制 105

8.2.1 频率的数字控制 105

8.2.2 占空比的数字控制 106

8.3 应用函数发生电路MAX038实现正弦波、方波和三角波发生电路 107

8.4 耳机放大器的利用 108

8.4.1 耳机放大器简介 108

8.4.2 耳机放大器TPA152基本电路 108

8.4.3 耳机放大器TPA152性能分析 110

8.4.4 TPA152作为驱动放大器的应用 111

第9章 数字函数发生器电路设计 113

9.1 利用计数器、EPROM、DAC的思路 113

9.2 基本设计思路 113

9.3 基本电路结构 114

9.4 EPROM中的函数表格 115

9.5 提高频率的思路 119

9.6 本章小结 121

第5篇 D类与数字音频功率放大器 124

第10章 开关型功率放大器设计精解 124

10.1 开关型音频功率放大器基本原理 124

10.2 开关型音频功率放大器的基本实现 124

10.3 应用通用集成电路实现开关型音频功率放大器 124

10.3.1 三角波发生电路 124

10.3.2 PWM调制的电路结构 125

10.3.3 输出级与输出滤波器的电路结构 126

10.3.4 完整电路 127

10.3.5 信号变换电路 128

10.3.6 本章小结 128

第6篇 开关电源的设计 130

第11章 电子设计竞赛中开关电源的常规解决方案精解 130

11.1 电子设计竞赛中开关电源的特点 130

11.2 开关电源基础 130

11.2.1 基本变换器及特点 130

11.2.2 开关电源的基本电路结构 131

11.3 开关电源的损耗与效率分析 133

11.3.1 开关元件的开关损耗 133

11.3.2 开关元件的导通损耗 134

11.3.3 磁性元件损耗 134

11.3.4 电路结构对效率的影响 134

11.3.5 工作状态对效率的影响 135

11.4 单端开关电源的软开关技术分析 135

11.4.1 准谐振技术 135

11.4.2 有源钳位技术 136

11.5 桥式零电压开关技术 136

11.6 半桥自然零电压开关变换器 136

11.7 推挽式100％占空比的隔离型变换器 138

11.7.1 感性负载的100％占空比变换器 139

11.7.2 自然零电压开关的要点 139

11.8 半桥LLC谐振变换器 140

11.9 全桥移相零电压开关技术 140

11.9.1 移相控制全桥变换器主电路 140

11.9.2 移相控制全桥变换器的工作原理与展宽的电压、电流波形的相位关系 141

11.10 全桥零电压开关 144

11.11 开关型电源的低噪声设计 144

11.12 利用UC3843控制MOSFET构成升压型DC/DC转换器 144

11.12.1 电路结构的确定 144

11.12.2 控制电路的选择 146

11.12.3 电路参数的设计 146

11.12.4 DC/DC变换器的完整电路 149

11.12.5 电路板图设计 149

11.12.6 电路的调试 149

第12章 2007年竞赛试题开关稳压电源设计分析 150

12.1 试题 150

12.2 电源变压器与整流滤波电路解析 152

12.2.1 整流电路结构的选择 152

12.2.2 整流器的选择 152

12.2.3 滤波电容器的选择 153

12.2.4 整流输出电压 153

第13章 2007年电子设计竞赛试题应用升压型变换器的解决思路 154

13.1 电路 154

13.2 电路参数设计 154

13.2.1 电路工作状态的选择 154

13.2.2 主要元件的选择 157

第14章 利用PWM控制IC与带有隔离变压器的推挽变换器的解决方案详解 161

14.1 基本参数的确定 161

14.2 电路及参数的确定 161

14.2.1 开关管最大电流 161

14.2.2 负载临界电流和变压器激磁电流 162

14.3 主要元件参数的选择 162

14.3.1 开关管的选择 162

14.3.2 输入旁路电容器的选择 162

14.3.3 变压器参数设计 163

14.3.4 输出整流器的选择 165

14.3.5 输出滤波电容器的选择 165

14.3.6 输出滤波电感器的选择 165

14.3.7 其他电路参数的选择 165

14.3.8 其他 165

第15章 利用PWM控制IC与带有自耦变压器的推挽变换器详解 166

15.1 电路与电路原理 166

15.1.1 电路 166

15.1.2 电路原理 166

15.2 基本参数的确定 168

15.2.1 开关管最大电流 168

15.2.2 负载临界电流和变压器激磁电流 168

15.3 主要元件参数的选择 168

15.3.1 开关管的选择 168

15.3.2 输入旁路电容器的选择 169

15.3.3 变压器参数设计 169

15.3.4 输出整流器的选择 171

15.3.5 输出滤波电容器的选择 171

15.3.6 输出滤波电感器的选择 171

15.3.7 其他电路参数的选择 172

第16章 电子设计竞赛中开关电源的特殊解决方案精解 173

16.1 低纹波电压开关稳压电源设计实例（应用准谐振技术） 173

16.1.1 NCP1207简要原理 173

16.1.2 应用NCP1207A/B需要考虑的问题 177

16.1.3 用NCP1207A/B构成的准谐振式开关电源设计 186

16.2 应用SEPIC变换器的解决方案 190

16.2.1 SEPIC变换器的演化过程与原理 190

16.2.2 芯片的选择与芯片简介 191

16.2.3 应用电路 194

16.2.4 参数的确定 194

第7篇 逆变器与取能技术 198

第17章 模拟正弦波逆变器电源的设计 198

17.1 非常规思路的单相正弦波逆变电源设计（D类音频功率放大器的应用） 198

17.2 LM4651/2简介 198

17.3 应用LM4651/2的解决方案详解 203

第18章 三相正弦波逆变电源设计 209

18.1 获得相差120°三相正弦波信号是关键 209

18.2 利用锁相环获得相差为120°的三相正弦波信号 209

18.3 三相正弦波逆变器的驱动技术 211

18.3.1 大占空比及自举元件性能的影响 212

18.3.2 瞬态共同导通问题 212

18.4 驱动电路的实现 216

18.4.1 光电耦合器与栅极驱动模块的组合 216

18.4.2 栅极驱动能量变压器与栅极控制信号变压器的组合 217

第8篇 驱动 224

第19章 LED驱动与调光 224

19.1 HB LED电气特性 224

19.2 LED驱动特性要求 229

19.3 LED驱动电路的最简单实现方案 229

19.3.1 适用于LED驱动电路的DC/DC变换器所需要的功能 229

19.3.2 选择DC/DC控制芯片还是选择单芯片DC/DC变换器 230

19.3.3 一般的DC/DC控制芯片及单芯片DC/DC变换器具有的功能分析 230

19.4 MC34063基本性能分析 231

19.4.1 MC34063简介 231

19.4.2 MC34063特性分析 232

19.5 MC34063内部工作原理 234

19.5.1 振荡器 234

19.5.2 内部电压基准 234

19.5.3 比较器 234

19.5.4 锁存器 235

19.5.5 输出级 235

19.5.6 MC34063应用电路的基本设计方法 235

19.5.7 各生产厂商的MC34063的对照与代换 235

19.6 利用MC34063实现LED驱动电路的电路拓扑分类和基本要求 235

19.7 12V电池供电的降压型HB LED驱动电路设计详解 236

19.7.1 确定可以串联多少只HB LED 236

19.7.2 电路的确定 236

19.7.3 电感取值与设计 237

19.7.4 限流电阻的取值 237

19.7.5 续流二极管的选择 238

19.7.6 电源输入旁路电容器和输出滤波电容器的选择 238

19.7.7 驱动单只HB LED 238

19.7.8 驱动200mA的HB LED需要修改的参数 238

19.7.9 是否必须具有输出电压限制功能的分析 238

19.7.10 输出滤波电容器是否可以取消 239

19.7.11 12V直流电源供电的HB LED驱动电路设计 239

19.8 24V蓄电池供电的HB LED驱动电路设计 239

19.8.1 确定可以串联多少只HB LED 239

19.8.2 电路的确定 239

19.8.3 24V直流电源供电的HB LED驱动电路设计详解 240

19.9 应用MC34063构成的升压型HB LED驱动电路设计详解 241

19.9.1 为什么要用升压电路形式的HB LED驱动电路 241

19.9.2 电路的确定 241

19.9.3 电感取值与设计 241

19.9.4 限流电阻的取值 242

19.9.5 续流二极管的选择 242

19.9.6 电源输入旁路电容器和输出滤波电容器的选择 242

19.9.7 输出电压限制的参数选择 243

19.9.8 存在的问题与解决方法 243

19.10 升／降压型HB LED驱动电路的设计实例详解 243

19.11 LED调光技术分析 246

第20章 电动机驱动 248

20.1 电动小车的电动机驱动要求 248

20.2 L295特性分析 248

20.2.1 L295的外形 248

20.2.2 L295的引脚功能 250

20.2.3 L295的原理框图及分析 250

20.2.4 全桥驱动电路分析及对元器件性能的要求 253

参考文献 255