电子工程师设计相关要点总结

电子工程师设计相关要点总结

在电子工程师的设计工作中，涉及到多个重要的领域和方面，以下为大家详细介绍：

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一、电源设计

随着电子技术的发展，电子设备对电源的要求更加灵活多样，小型化和低成本化促使电源朝着轻、薄、小和高效率方向发展。传统的晶体管串联调整稳压电源虽技术成熟，但存在体积大、效率低等问题，难以满足电子设备发展需求，因此开关型稳压电源迅速发展。

1. 主要技术指标
   • 交流输入电压：AC220V±20％。
   • 直流输出电压：4～16V可调。
   • 输出电流：0～40A。
   • 输出电压调整率：≤1％。
   • 纹波电压：Up≤50mV。
   • 显示与报警：具有电流/电压显示功能及故障告警指示。
2. 基本工作原理 220V交流电压经过EMI滤波及整流滤波后得到约300V直流电压，加到半桥变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号驱动功率MOS管，通过功率变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到稳定的直流输出电压。
3. 各组成部分主要功能
   • 交流EMI滤波及整流滤波电路：开关器件工作在高频通断状态会产生电磁骚扰，在设备电源线入口处安装由带有IEC插头电网滤波器和PCB电源滤波器组成的电源滤波器，可切断电磁干扰传播途径。交流输入220V时采用桥式整流电路，为防止接通电网瞬间产生的浪涌冲击电流损坏元件，在整流桥前加入由电阻R1和继电器K1组成的输入软启动电路。
   • 半桥式功率变换器：采用半桥式变换电路，工作频率50kHz，Q4和Q5功率管及C34和C35电容器在初级一侧交替导通、截止，在高频变压器初级绕组N1两端产生幅值为U1/2的正负方波脉冲电压，能量通过变压器传递到输出端，Q4和Q5采用IRFP400功率MOS管。
   • 功率变压器
     • 工作频率设定：工作频率对电源的体积、重量及电路特性影响大，需根据元器件及性价比等因素进行优化设计，本例为fs = 50kHz。
     • 磁芯选用：选用R2KB铁氧体材料制成的EE型铁氧体磁芯，确定工作磁感应强度Bm = 0.15T，通过计算确定磁芯型号，如本例中根据输出功率等参数计算后选定EE55磁芯。

二、电子称设计

以现场可编程门阵列FPGA为核心控制部件，基于超高速硬件描述语言VHDL在Xilinx公司的SpartanⅡE系列的XC2S100E芯片上编程实现。

1. 系统硬件部分
   • FPGA最小系统板：主要扩展了外部数据存储器。
   • 数据采集部分：由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。
   • 人机交互界面：为键盘输入，点阵式液晶显示。
2. 软件功能：基于VHDL语言实现全部控制功能，包括基本的称重功能、显示购物清单的功能，还增加了时钟、过载提示、欠量程提示、语音提示等创新功能。整机系统结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。

三、音响报警电路设计

1. 用反相器组成的单频率音响电路：由CMOS与非门和反相器及电阻、电容组成，当控制端A为高电平时，低频振荡器产生矩形波，音频振荡器产生方波使蜂鸣片发出声响，振荡频率约为1KHz，可通过改变R1的阻值或C1的容量调节。若需要较大音量，可采用扬声器并加一级三极管放大器；用CMOS或非门代替与非门，蜂鸣片发声条件会改变。
2. 两种频率交替的音响电路：由三个振荡器组成，可发出“滴 - 嘟、滴 - 嘟”两种音调交替的声响，工作原理可通过画出电路中各点波形来理解。

四、高频电子电路设计 - 小功率调频发射机

包括调频发射机及其主要技术指标、单元电路设计与调试（如LC正弦波振荡器、变容二极管调频等）、整机设计举例以及整机电路的装调与测试等内容。例如在设计过程中需要计算主振回路元件值、调频电路元件值、调制信号的幅度等，通过示波器等工具进行测试和调试。

电子工程师在设计工作中需要综合考虑各种因素，根据不同的应用场景和需求，选择合适的设计方案和技术指标，以实现电子设备的高性能和可靠性。大家在实际设计过程中，是否也遇到过一些难以解决的问题呢？欢迎在评论区分享交流。