應(yīng)用電子設(shè)計(jì)

應(yīng)用電子設(shè)計(jì)第1頁/共92頁參考書余小平奚大順電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)——基礎(chǔ)篇北京航空航天大學(xué)出版社第2頁/共92頁教學(xué)計(jì)劃第一次課：基礎(chǔ)知識(shí)的講解及題目的分析要求下來查找資料設(shè)計(jì)單元電路第二次課：PROTEL軟件的講解2個(gè)學(xué)時(shí)，2個(gè)學(xué)時(shí)上機(jī)和檢查單元電路設(shè)計(jì)。第三次課：課題單元電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一)第四次課：課題單元電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)(二)第五次課：制PCB板及焊接第六次課：整機(jī)安裝與調(diào)試第七次課：整機(jī)安裝與調(diào)試及驗(yàn)收第八次課：整機(jī)安裝與調(diào)試及作品驗(yàn)收與答辯實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫在課外進(jìn)行第3頁/共92頁課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及說明：成績構(gòu)成：方案選擇與電路設(shè)計(jì)質(zhì)量20％、作品制作質(zhì)量30%、課題檢查答辯20％、設(shè)計(jì)報(bào)告30％。注意：打分為百分制；缺席一次扣總分10分；一次座位未整理及儀器電源未關(guān)扣總分5分。成績考核辦法第4頁/共92頁培養(yǎng)查閱資料的能力。培養(yǎng)工藝素質(zhì)。培養(yǎng)市場素質(zhì)。培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。5.培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力。課程目的：第5頁/共92頁

課程設(shè)計(jì)是電子信息類專業(yè)必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，是一門理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的課程。課程設(shè)計(jì)是利用基本電子電路原理，設(shè)計(jì)、制作出合乎要求的電子裝置的過程。他是考察學(xué)生電子技術(shù)基本應(yīng)用技能、實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要實(shí)踐過程。主要側(cè)重以下方面：設(shè)計(jì)內(nèi)容具有實(shí)際意義和應(yīng)用背景，并考慮到目前教學(xué)的基本內(nèi)容和新技術(shù)的應(yīng)用趨勢。學(xué)習(xí)者綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行理論設(shè)計(jì)的能力、創(chuàng)新精神和獨(dú)立工作能力。1.1電子技術(shù)（系統(tǒng)）課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的第一講電子電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第6頁/共92頁1.2電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則滿足系統(tǒng)功能和性能的要求。這是電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足的基本條件。電路簡單，成本低，體積小。系統(tǒng)集成技術(shù)是簡化系統(tǒng)電路的最好方法。電磁兼容性好。電磁兼容特性是現(xiàn)代電子電路的基本要求?？煽啃愿?、性價(jià)比高。系統(tǒng)的集成度高、節(jié)能。調(diào)試簡單方便。生產(chǎn)工藝簡單。

第7頁/共92頁1.3電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟調(diào)查研究→方案選擇與可行性論證→單元電路設(shè)計(jì)和元器件選擇→生成PCB圖→組裝與調(diào)試→編寫設(shè)計(jì)文檔與總結(jié)報(bào)告第8頁/共92頁1.4電子電路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法—自頂向下第9頁/共92頁1、明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)分析，了解性能、指標(biāo)、內(nèi)容及要求。這點(diǎn)十分重要，充分理解題目的要求、每項(xiàng)指標(biāo)的含義，這是完成綜合設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的前提。2、制訂方案與構(gòu)筑總體框圖

對(duì)于同一個(gè)題目，實(shí)現(xiàn)的方案可能是多個(gè)，實(shí)現(xiàn)的途徑和技術(shù)路線也可能是多方面的。可以將不同的方案與途徑加以對(duì)比。從中選擇一種方案來實(shí)現(xiàn)。選擇的原則一般是“相對(duì)容易，相對(duì)巧妙，性價(jià)比高”。1.4電子電路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法—自頂向下第10頁/共92頁3、單元電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)單元電路的一般方法和步驟如下：

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已選定的總體方案原理框圖，確定對(duì)各單元電路的設(shè)計(jì)要求，擬定主要單元電路的性能指標(biāo)、與前后級(jí)之間的關(guān)系、分析電路的構(gòu)成形式。應(yīng)注意各單元電路之間的相互配合，注意各部分輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系。

(2)擬定好各單元電路的要求后，按信號(hào)流程順序分別設(shè)計(jì)各單元電路。

第11頁/共92頁（3）選擇單元電路的組成形式。一般情況下，應(yīng)查閱有關(guān)資料，以豐富知識(shí)，開闊眼界，（4）從已掌握的知識(shí)和了解的各種電路中選擇一個(gè)合適的電路。如確實(shí)找不到性能指標(biāo)完全滿足要求的電路時(shí)，也可選用與設(shè)計(jì)要求比較接近的電路，然后調(diào)整電路參數(shù)。（5）在單元電路的設(shè)計(jì)中特別要注意保證各功能塊協(xié)調(diào)一致地工作。第12頁/共92頁

此外還要注意前后級(jí)單元之間信號(hào)的傳遞方式和匹配，盡量少用或不用電平轉(zhuǎn)換之類的接口電路，并考慮到各單元電路的供電電源盡可能統(tǒng)一，以便使整個(gè)電子系統(tǒng)簡單可靠。另外，盡量選擇現(xiàn)有的、成熟的電路來實(shí)現(xiàn)單元電路的功能。有時(shí)找不到完全滿足要求的現(xiàn)成電路，可在與設(shè)計(jì)要求比較接近的某電路基礎(chǔ)上適當(dāng)改進(jìn)，或自己進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)。為了使電子系統(tǒng)的體積小，可靠性高，電路單元盡可能用集成電路組成。第13頁/共92頁

選擇元器件可從“需要什么”和“有什么”兩個(gè)方面來考慮。所謂“需要什么”是指根據(jù)具體問題的要求所選擇的方案需要什么樣的元器件，即每個(gè)元器件各應(yīng)具有哪些功能和什么樣的性能指標(biāo)。所謂“有什么”是指有哪些元器件，哪些在市場上能買得到，它們的性能如何、價(jià)格如何、體積多大等。眾所周知，電子元器件的種類繁多，而且不斷出現(xiàn)新產(chǎn)品，這就需要用戶經(jīng)常關(guān)心元器件的新信息和新動(dòng)向，多查資料。大量了解各種元器件特性、規(guī)格、參數(shù)、價(jià)格。一般優(yōu)先選用集成電路。建議：在保證電路性能的前提下，盡量選用常見的、通用性好的、價(jià)格相對(duì)低廉、手頭有的或容易買到的。4、器件的選擇第14頁/共92頁應(yīng)該根據(jù)器件自身特性和電路要求選擇合適的器件。（如工作頻率、功率、工作電壓等其他指標(biāo)，可以參閱器件技術(shù)手冊(cè)）一般情況下，在元、器件選擇方面，建議在保證電路性能的前提下，盡量選用常見的、通用性好的、價(jià)格相對(duì)低廉、手頭有的或容易買到的。盡量采用集成電路和新器件將可起到事半功倍的效果。一切從實(shí)際需求出發(fā)，將分壹元件與集成電路巧妙地結(jié)合起來，而且盡量應(yīng)用集成電路，以使系統(tǒng)簡化，體積小，可靠性提高。第15頁/共92頁在元器件應(yīng)用中，必須注意以下幾個(gè)方面：

①電源電壓的范圍是多少？是單電源供電還是需要雙電源供電？這點(diǎn)十分重要。若不注意，將+3.3V電源的器件加+5v，將+5V器件加+9V，甚至更高，那器件是必?zé)裏o疑。②注意元器件的主要技術(shù)指標(biāo)。不要以為只要是運(yùn)放就能作放大器、濾波器。例如要求做一個(gè)2MHz帶寬的放大器，如果選用LM741，結(jié)果無論如何都達(dá)不到要求，因?yàn)長M741的單位增益帶寬積只有1MHz。③元器件互相之間的電平匹配如何？④元器件的輸入阻抗，允許的輸入電壓、電流范圍以及輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力等等。如音頻功放LM386是不能推動(dòng)0.5W以上的負(fù)載。這一方面會(huì)涉及器件的安全，另一方面又可能影響到系統(tǒng)的某些指標(biāo)能否達(dá)到。第16頁/共92頁

為保證單元電路達(dá)到功能指標(biāo)要求，常需計(jì)算某些參數(shù)。例如放大器電路中各電阻值、放大倍數(shù)，振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數(shù)。只有很好地理解電路的工作原理，正確利用計(jì)算公式，計(jì)算的參數(shù)才能滿足設(shè)計(jì)要求。一般來說，計(jì)算參數(shù)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)各元器件的工作電壓、電流、頻率和功耗等應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，并留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?(2)對(duì)于環(huán)境溫度、交流電網(wǎng)電壓等工作條件，計(jì)算參數(shù)時(shí)應(yīng)按最不利的情況考慮。5、參數(shù)計(jì)算第17頁/共92頁（3）涉及元器件的極限參數(shù)必須留有足夠的裕量，一般按1.5倍左右考慮。

（4）對(duì)于電阻、電容參數(shù)的取值，應(yīng)選計(jì)算值附近的標(biāo)稱值。電阻值一般在1M歐姆內(nèi)選擇；非電解電容器一般在100pF～0.47uF選擇；電解電容一般在1uF～2000uF范圍內(nèi)選用。（5）在保證電路達(dá)到功能指標(biāo)要求的前提下，盡量減少元器件的品種、價(jià)格、體積等。第18頁/共92頁

隨著計(jì)算機(jī)的普及和EDA技術(shù)的發(fā)展，電子電路設(shè)計(jì)中的實(shí)驗(yàn)演變?yōu)榉抡婧蛯?shí)驗(yàn)相結(jié)合。仿真具有下列優(yōu)越之處：(1)對(duì)電路中只能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定的元器件參數(shù)，用電路仿真的方法很容易確定，而且電路的參數(shù)容易調(diào)整。(2)由于設(shè)計(jì)的電路中可能存在錯(cuò)誤，或者在搭接電路時(shí)出錯(cuò)，可能損壞元器件，或者在調(diào)試中損壞儀器，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。而電路仿真中也會(huì)損壞元器件或儀器，但不會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失。(3)電路仿真不受工作場地、儀器設(shè)備、元器件品種、數(shù)量的限制。

6、計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第19頁/共92頁

盡管電路仿真有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其仍然不能完全代替實(shí)驗(yàn)。對(duì)于電路中關(guān)鍵部分或采用新技術(shù)、新電路、新器件的部分，一定要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)最終確定可行方案。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證要完成以下任務(wù)：①檢查各元器件的性能、參數(shù)、質(zhì)量能否滿足設(shè)計(jì)要求。②檢查各單元電路的功能和指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。③檢查各個(gè)接口電路是否起到應(yīng)有的作用。④把各單元電路組合起來，檢查總體電路的功能、性能是否最佳。第20頁/共92頁7、電路圖的繪制

總體電路圖是在總框圖、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和元器件選擇的基礎(chǔ)上繪制的，它是組裝、調(diào)試、印刷電路板設(shè)計(jì)和維修的依據(jù)。目前繪電路圖一般是在計(jì)算機(jī)上利用繪圖軟件完成。繪制電路圖時(shí)主要注意以下幾點(diǎn)：（1）總體電路圖盡可能畫在同一張圖紙上；同時(shí)注意信號(hào)的流向，一般從輸入端畫起，由左至右或由上至下按信號(hào)的流向依次畫出各單元電路；對(duì)于電路圖比較復(fù)雜的，應(yīng)將主電路圖畫在一張圖上，而將其余的單元電路畫在一張或數(shù)張圖紙上，并在各圖所有端口兩端標(biāo)注上標(biāo)號(hào)，依次說明各圖紙之間的連線關(guān)系。第21頁/共92頁（2）注意總體電路圖的緊湊和協(xié)調(diào)，要求布局合理，排列均勻。圖中元器件的符號(hào)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，元件符號(hào)旁邊應(yīng)標(biāo)出型號(hào)和參數(shù)。集成電路通常用方框表示，在方框內(nèi)標(biāo)出它的型號(hào)，在方框的邊線兩側(cè)標(biāo)出每根連線的功能和管腳號(hào)。（3）連線一般畫成水平線和垂直線，并盡可能減少交叉和拐彎。對(duì)于相互交叉的線，應(yīng)在交叉處用圓點(diǎn)標(biāo)出。對(duì)于連接電源負(fù)極的連線，一般用接地符號(hào)表示；對(duì)于連接電源正極的連線，僅需標(biāo)出電源的電壓值即可。第22頁/共92頁

撰寫課程設(shè)計(jì)的總結(jié)報(bào)告是對(duì)學(xué)生寫科學(xué)論文和科研總結(jié)報(bào)告的能力訓(xùn)練，通過編寫設(shè)計(jì)報(bào)告，不僅把設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試的內(nèi)容進(jìn)行全面總結(jié)，以提高學(xué)生的文字組織表達(dá)能力，而且也把實(shí)踐內(nèi)容上升到理論高度。從設(shè)計(jì)報(bào)告中可以反映出設(shè)計(jì)人員的知識(shí)水平和層次。

8、課程設(shè)計(jì)報(bào)告第23頁/共92頁

課程設(shè)計(jì)結(jié)束后要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)交一份設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告

總結(jié)報(bào)告的首頁包括課題名稱、課程設(shè)計(jì)時(shí)間、使用儀器及編號(hào)、學(xué)生姓名、班級(jí)和指導(dǎo)教師等。

設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告內(nèi)容包括：

(1)課題名稱；

(2)內(nèi)容摘要；

(3)設(shè)計(jì)指標(biāo)(要求)；

(4)系統(tǒng)框圖；

(5)各單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和元器件選擇；

(6)畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理；

第24頁/共92頁(7)組裝調(diào)試；包括使用的主要儀器、儀表，調(diào)試電路的方法和技巧、測試的數(shù)據(jù)和波形并與計(jì)算結(jié)果比較分析，調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法；(8)實(shí)際PCB圖或布線圖；(9)電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出改進(jìn)意見和展望；(10)設(shè)計(jì)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理；(11)列出參考文獻(xiàn)；(12)課程設(shè)計(jì)報(bào)告的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)、理論分析、方案結(jié)論、計(jì)算等必須正確，盡量做到綱目分明、邏輯清楚、內(nèi)容充實(shí)、輕重得當(dāng)、文字通順、圖樣清晰規(guī)范。第25頁/共92頁

電子系統(tǒng)是指由電子元件和電子單元電路相互連接、相互作用而形成的電路整體，能按特定的控制信號(hào)，去執(zhí)行所設(shè)想的功能。(1)模擬電子系統(tǒng)

模擬電子系統(tǒng)的主要功能是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行檢測、處理、變換和產(chǎn)生。模擬信號(hào)的特點(diǎn)是，在時(shí)間上和幅值上均是連續(xù)的，在一定的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)可能任意取值。這些信號(hào)可以是電量（如電壓、電流等），也可以是來自傳感器的非電量（如應(yīng)變、溫度、壓力、流量等）。組成模擬電子系統(tǒng)的主要單元電路有放大電路、濾波電路、信號(hào)變換電路、驅(qū)動(dòng)電路等。圖2.1.1為低頻功率擴(kuò)音系統(tǒng)方框圖，它由話筒、音頻放大器、揚(yáng)聲器和電源組成。1.5、模擬、數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)第26頁/共92頁(2)數(shù)字電子系統(tǒng)

由若干數(shù)字電路和邏輯部件組成，處理及傳送數(shù)字信號(hào)的設(shè)備稱為數(shù)字系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)是不隨時(shí)間作連續(xù)變化。一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字電子系統(tǒng)可分解為控制器加若干個(gè)子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)完成的邏輯功能比較單一，一般由中、大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，如存儲(chǔ)器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器、比較器、計(jì)數(shù)器等。數(shù)字電子系統(tǒng)中必須要有控制器，控制器的主要功能是來管理各個(gè)子系統(tǒng)之間的互相操作，使它們有條不紊地按規(guī)定的順序操作。第27頁/共92頁控制器子系統(tǒng)1子系統(tǒng)N外部輸入操作輸出(3)模擬—數(shù)字電子混合系統(tǒng)

簡單地說，包含有模擬電子電路和數(shù)字電子電路組成的電子系統(tǒng)稱之為混合電子系統(tǒng)。在過程控制和各種儀器儀表中，完成對(duì)如溫度、壓力、流量、速度等物理量的控制、測量、顯示等功能，需要模擬—數(shù)字混合電子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。第28頁/共92頁

測溫電路是把溫度的變化轉(zhuǎn)化為微弱的電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)經(jīng)放大、濾波，送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與溫度變化相應(yīng)的數(shù)字編碼信號(hào)。然后，微處理機(jī)系統(tǒng)根據(jù)水溫控制模型進(jìn)行計(jì)算，得到相應(yīng)的控制輸出數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)可控制電力電子電路的電流大小，從而調(diào)整水溫高低。加熱爐溫度檢測信號(hào)處理采樣—保持A/D變換計(jì)算機(jī)控制D/A變換功率控制第29頁/共92頁(4)數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法

數(shù)字系統(tǒng)的規(guī)模差異很大，對(duì)于比較小的數(shù)字系統(tǒng)可采用所謂經(jīng)典法設(shè)計(jì)。即根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，用真值表、狀態(tài)表求出簡化的邏輯表達(dá)式，畫出邏輯圖、邏輯電路圖，最后用小規(guī)模電路實(shí)現(xiàn)。例如目前正迅速普及的ISP（在系統(tǒng)編程）可編程邏輯器件的出現(xiàn)，給數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了革命性的變化。硬件設(shè)計(jì)變得像軟件一樣易于修改，且要改變一個(gè)設(shè)計(jì)方案，通過設(shè)計(jì)工具軟件在計(jì)算機(jī)上數(shù)分鐘內(nèi)即可完成。這不僅擴(kuò)展了器件的用途，縮短了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期，而且還根除了對(duì)器件單獨(dú)編程的環(huán)節(jié)，省去了器件編程設(shè)備。第30頁/共92頁數(shù)字電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法小規(guī)模數(shù)字集成電路采用TTL或者CMOS小規(guī)模器件電路復(fù)雜,設(shè)計(jì)周期長小規(guī)模數(shù)字集成電路+PLDPLD（ProgrammableLogicDevice）FPGA+外圍芯片F(xiàn)PGA(FieldProgrammableArray)第31頁/共92頁

數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、被控電路和電源等。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要做的是明確系統(tǒng)的任務(wù)、所要達(dá)到的技術(shù)性能、精度指標(biāo)、輸入輸出設(shè)備、應(yīng)用環(huán)境以及有哪些特殊要求等。②確定總體方案

明確了系統(tǒng)性能以后，應(yīng)考慮如何實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)功能，即采用哪種電路來完成它。對(duì)于比較簡單的系統(tǒng)，可采用中、小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)；對(duì)于輸入邏輯變量比較多、邏輯表達(dá)式比較復(fù)雜的系統(tǒng)，可采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷瓿桑粚?duì)于需要完成復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算、進(jìn)行多路數(shù)據(jù)采集、處理、控制的系統(tǒng)，可采用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。目前對(duì)于處理復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)最佳方案是大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷訂纹瑱C(jī)，這可大大簡化設(shè)計(jì)成本，提高可靠性。①充分分析系統(tǒng)功能要求第32頁/共92頁③邏輯功能劃分

一般先將系統(tǒng)劃分為信息處理和控制電路兩部分；然后根據(jù)信息處理電路的功能要求將其分成若干個(gè)功能模塊?？刂齐娐肥钦麄€(gè)數(shù)字系統(tǒng)的核心，它根據(jù)外部輸入信號(hào)及受其控制的信息處理電路來的狀態(tài)信號(hào)，產(chǎn)生受控電路的控制信號(hào)。常用的控制電路有如下三種：移位型控制器、計(jì)數(shù)型控制器和微處理器控制器；一般根據(jù)完成控制對(duì)象的復(fù)雜程度，可靈活選擇控制器形式。④單元電路設(shè)計(jì)

在全面分析各模塊功能類型后，應(yīng)選擇出合適的器件并設(shè)計(jì)出電路。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)充分考慮能否用ASIC器件實(shí)現(xiàn)某些邏輯單元電路，這樣可大大簡化邏輯設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性和減小PCB體積。第33頁/共92頁⑤系統(tǒng)電路綜合

在各單元電路模塊和控制電路達(dá)到預(yù)期要求以后，可把各個(gè)部分電路連接起來，構(gòu)成整個(gè)電路系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行功能測試。測試主要包含三部分工作：系統(tǒng)故障診斷與排除、系統(tǒng)功能測試、系統(tǒng)性能指標(biāo)測試。若系統(tǒng)有一項(xiàng)不符合要求，則必須修改電路設(shè)計(jì)。第34頁/共92頁1.6、電路設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)舉例a、低電平驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（1）開關(guān)量驅(qū)動(dòng)輸出接口電路（輕負(fù)載）b、高電平驅(qū)動(dòng)電路呢？第35頁/共92頁（2）、驅(qū)動(dòng)繼電器（感性負(fù)載）二極管D的作用是什么？第36頁/共92頁（3）、大電流驅(qū)動(dòng)（驅(qū)動(dòng)電流數(shù)安培）當(dāng)輸出功率較大時(shí)，輸出級(jí)的推動(dòng)級(jí)，即末前級(jí)也應(yīng)該是一個(gè)功率放大級(jí)。此時(shí)往往采用復(fù)合管，復(fù)合管有四種形式。第37頁/共92頁1.7、電路識(shí)讀舉例a、慢開啟的白熾燈驅(qū)動(dòng)電路圖12-1為慢開啟白熾燈驅(qū)動(dòng)電路，白熾燈的延時(shí)開啟時(shí)間長短取決于時(shí)間常數(shù)RC。此電路能直接驅(qū)動(dòng)工作電壓小于30V、額定電流小于500mA的任何燈泡。第38頁/共92頁b、暗藏電源線掃描儀

——220Vlivewire-in-wallscanner

第39頁/共92頁1、組裝、布局注意器件極性注意信號(hào)之間的相互干擾，連線最短做好輸入、輸出和其他必要的關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)示布局合理、美觀、整齊1.8電路組裝與調(diào)試第40頁/共92頁

設(shè)計(jì)電路完成以后要進(jìn)行電路的安裝，一般采用印刷電路板、通用電路板和面包板，在進(jìn)行安裝時(shí)注意以下方面：

（1）準(zhǔn)備好常用的工具和材料。要將各種各樣的電子元器件及結(jié)構(gòu)各異的零部件裝配成（2）所有電子元器件在安裝前要全部測試一遍，有條件的還要進(jìn)行老化，以保證元器件的質(zhì)量。符合要求的電子產(chǎn)品，一套基本的工具是必不可少的。如烙鐵、鉗子、改錐、鑷子和焊錫。正確使用得心應(yīng)手的工具，可大大提高工作效率，保證裝配質(zhì)量。第41頁/共92頁（3）有極性的電子元器件安裝時(shí)其標(biāo)志最好方向一致，以便于檢查和更換。集成電路的方向要保持一致，以便正確布線和查線。（4）在電路板上組裝電路時(shí)，為了便于查線，可根據(jù)連線的不同作用選擇不同顏色的導(dǎo)線。如正電源采用紅色線、負(fù)電源采用藍(lán)色導(dǎo)線、地線采用黑色導(dǎo)線、信號(hào)線采用黃色導(dǎo)線等。（5）布線要按信號(hào)的流向有序連接，連線要做到橫平豎直，不允許跨接在集成電路上。另外，選擇導(dǎo)線粗細(xì)要適中，避免導(dǎo)線與面包板插孔之間接觸不良。

（6）印刷電路板的設(shè)計(jì)原則是性質(zhì)相同的電路安排在一塊板上。例如模擬電路或小信號(hào)電路安排在一塊板上；大功率電路、高壓電路、發(fā)射電路單獨(dú)配置，甚至要安排必要的屏蔽盒、絕緣盒、散熱裝置等。第42頁/共92頁

整個(gè)調(diào)試過程最好也分層次進(jìn)行，先單元電路，再模塊電路，最后系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。按照分配的指標(biāo)、分解的模塊，一部分一部分調(diào)試，然后將各模塊連接起來總調(diào)。這一階段，要充分利用電子儀器來觀察波形，測量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，以達(dá)到最終的目標(biāo)。通電前檢查：連接是否錯(cuò)誤通電檢查：加入正常電壓，觀察電路情況有無異常單元電路調(diào)試：利用信號(hào)源或其他實(shí)驗(yàn)儀器判斷各單元電路的工作狀態(tài)整機(jī)聯(lián)調(diào)：從最前端到末級(jí)進(jìn)行統(tǒng)調(diào)，檢查各級(jí)動(dòng)態(tài)信號(hào)工作情況，分析是否滿足設(shè)計(jì)要求。

2、調(diào)試第43頁/共92頁（1）調(diào)試電路的常用儀器①萬用表。它可以測量交直流電壓、交直流電流、電阻、電容及半導(dǎo)體二極管和三極管。具有精度高，使用方便，應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。②示波器。示波器可以對(duì)電路中的各點(diǎn)電位進(jìn)行測量和觀察波形，同時(shí)可比較任意兩點(diǎn)波形的相位關(guān)系。示波器具有高的靈敏度、高的交流阻抗、對(duì)負(fù)載影響小等特點(diǎn)。在使用示波器應(yīng)注意的是所用示波器的頻帶一定要大于被測信號(hào)的頻率。③信號(hào)發(fā)生器。因?yàn)榻?jīng)常要在加信號(hào)的情況下進(jìn)行測試，則在調(diào)試和故障診斷時(shí)最好備有信號(hào)發(fā)生器。如函數(shù)發(fā)生器，它可產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等波形。第44頁/共92頁（2）調(diào)試電路前的檢查。

電路安裝完畢后，不要急于通電，首先要根據(jù)電路原理圖認(rèn)真檢查電路接線是否正確。主要直觀檢查電源、地線、信號(hào)線、元器件引腳之間有無短路，連線有無接觸不良，元器件有無漏焊，二極管、三極管和電解電容極性有無錯(cuò)誤。查線時(shí)最好用數(shù)字萬用表的蜂鳴器擋來測量。（3）調(diào)試步驟。對(duì)于電子系統(tǒng)的調(diào)試一般采用化整為零，分塊調(diào)試：①通電觀察。在確認(rèn)電路連接沒有錯(cuò)誤的情況下，接通電源。電源接通后不要先急于測量數(shù)據(jù)，而應(yīng)首先觀察有無異?，F(xiàn)象，如有無冒煙，是否聞到異常氣味，手摸元器件是否發(fā)燙，電源是否有短路現(xiàn)象等。如有異常，應(yīng)立即關(guān)斷電源，待故障排除后方可重新通電。第45頁/共92頁

②分塊調(diào)試。把電路按功能分成不同的模塊，分別對(duì)各模塊進(jìn)行調(diào)試。通常調(diào)試順序是按照信號(hào)的流向進(jìn)行，這樣可把前級(jí)測試過的輸出作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，為最后聯(lián)調(diào)創(chuàng)造條件。分塊調(diào)試包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)試。靜態(tài)測試是在沒有外加信號(hào)的條件下測量電路各點(diǎn)電位，通過靜態(tài)測試可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞的元器件或其他故障。動(dòng)態(tài)測試是在信號(hào)源的作用下，借助示波器觀察各點(diǎn)波形，進(jìn)行波形分析，測量動(dòng)態(tài)指標(biāo)。把靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測試的結(jié)果與設(shè)計(jì)的指標(biāo)加以比較，經(jīng)深入分析后對(duì)電路與參數(shù)提出合理的修整。調(diào)試電路過程應(yīng)對(duì)測試結(jié)果作詳盡記錄。

③整機(jī)聯(lián)調(diào)。各單元電路調(diào)試好以后，還要將它們連接成整機(jī)進(jìn)行統(tǒng)調(diào)。整機(jī)統(tǒng)調(diào)主要觀察和測量動(dòng)態(tài)特性，把測量的結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)逐一對(duì)比，找出問題及解決辦法，然后對(duì)電路及參數(shù)進(jìn)行修正，直到整機(jī)的性能完全符合設(shè)計(jì)要求為止。第46頁/共92頁信號(hào)尋跡法：逐級(jí)檢查對(duì)分法：縮小故障范圍分割測試法：切斷電路間的相互聯(lián)系，查找原因電容器旁路法：用于自激或排查干擾的時(shí)候?qū)Ρ确ǎ合嗤娐穼?duì)比替代法：用已知正常的電路、器件代替懷疑的電路靜態(tài)測試法：確定單一故障元件動(dòng)態(tài)測試法：觀察動(dòng)態(tài)工作狀況3、故障診斷與排除方法第47頁/共92頁第二講：電子設(shè)計(jì)中的一些

器件知識(shí)和應(yīng)用舉例1、常用無源器件：電阻、電容、電感等。應(yīng)注意使用功率、工作頻率、噪聲系數(shù)、工作損耗等參數(shù)進(jìn)行選擇。第48頁/共92頁2、常用有源器件：半導(dǎo)體晶體管、集成電路等。使用中應(yīng)注意關(guān)鍵的直流、交流參數(shù)，器件手冊(cè)中推薦使用的條件和典型應(yīng)用電路等。例如：極限工作參數(shù)、測試工作條件等等。第49頁/共92頁2、常用有源器件：半導(dǎo)體晶體管、集成電路等。使用中應(yīng)注意關(guān)鍵的直流、交流參數(shù)，器件手冊(cè)中推薦使用的條件和典型應(yīng)用電路等。例如：極限工作參數(shù)、測試工作條件等等。第50頁/共92頁3、特殊器件與應(yīng)用A、氣敏電阻

有一種煤氣泄漏報(bào)警器，在瓦斯泄漏后會(huì)報(bào)警，甚至啟動(dòng)脫排油煙機(jī)通風(fēng)。這種報(bào)警器內(nèi)就是裝置了一種氣敏電阻。這種半導(dǎo)體在表面吸收了某種自身敏感的氣體之后會(huì)發(fā)生反應(yīng)，而使自身的電阻值改變。它一般有四個(gè)電極，兩個(gè)為加熱電極，另兩個(gè)為測量電極。氣敏電阻根據(jù)型號(hào)對(duì)不同的氣體敏感。有的是對(duì)汽油，有的是對(duì)一氧化碳，有的是對(duì)酒精敏感。第51頁/共92頁一種可燃?xì)怏w泄露報(bào)警器電路圖：可燃?xì)怏w濃度↗→監(jiān)測電極之間的電流↗→門限電壓比較器工作

→音頻報(bào)警器工作第52頁/共92頁B、濕敏電阻

濕敏電阻對(duì)環(huán)境濕度敏感，它吸收環(huán)境中的水分，直接把濕度變成電阻值的變化。第53頁/共92頁C、壓敏電阻

壓敏電阻用作電路的過壓保護(hù)。將壓敏電阻和電路并聯(lián)，其兩端電壓正常時(shí)電阻值很大，不起作用。一旦超過保護(hù)電壓，它的電阻值迅速變小，使電流盡量從自己身上流過（很有犧牲精神！），從而保護(hù)了電路。正規(guī)的電話機(jī)中少不了壓敏電阻，其實(shí)你的MODEM中也有這東西。

第54頁/共92頁D、霍爾器件

霍爾器件幾乎是每臺(tái)計(jì)算機(jī)中都用的器件，另外在各種精密的工業(yè)設(shè)備中也有它的身影。它主要用來檢測磁力，而且基本上都是以“集成霍爾傳感器”的形式出現(xiàn)。用高靈敏的霍爾器件還可以制作電子羅盤呢。當(dāng)喇叭上的磁鐵靠近或移開霍爾芯片時(shí)就會(huì)交替輸出方波脈沖！第55頁/共92頁E、熱釋電紅外探測器：利用人體發(fā)出的紅外線進(jìn)行檢測，產(chǎn)生電信號(hào)輸出，常用于防盜報(bào)警等電路中。第56頁/共92頁設(shè)計(jì)要點(diǎn)2（補(bǔ)償放大）設(shè)計(jì)要點(diǎn)1（直流偏置）設(shè)計(jì)要點(diǎn)3（窗口比較）紅外防盜報(bào)警電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)4（接口驅(qū)動(dòng)）第57頁/共92頁F、晶閘管(可控硅)SCR：

能在高電壓、大電流條件下工作，具有耐壓高、容量大、體積小等優(yōu)點(diǎn)，它是大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用在電力、電子線路中。第58頁/共92頁分類：

分單向可控硅、雙向可控硅

單向可控硅有陽極A、陰極K、控制極G三個(gè)引出腳。

雙向可控硅有第一陽極A1（T1），第二陽極A2（T2）、控制極G三個(gè)引出腳。第59頁/共92頁可控硅內(nèi)部結(jié)構(gòu)和符號(hào)

GA（陽極）J3J2J1P2N1P1K（陰極）G（控制極）N2（a）內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖KGGA(b）圖形符號(hào)UCUANPNPNPKAG第60頁/共92頁單向可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件：

狀態(tài)條件說明從關(guān)斷到導(dǎo)通1、陽極電位高于是陰極電位

2、控制極有足夠的正向電壓和電流兩者缺一不可維持導(dǎo)通1、陽極電位高于陰極電位

2、陽極電流大于維持電流兩者缺一不可

從導(dǎo)通到關(guān)斷1、陽極電位低于陰極電位

2、陽極電流小于維持電流任一條件即可第61頁/共92頁G、喇叭，蜂鳴器，MIC：

第62頁/共92頁

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。H、光電耦合器：第63頁/共92頁工作原理：

在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。

第64頁/共92頁

光電耦合器的應(yīng)用——光電隔離接口

光電耦合器用于隔離、控制作用高低電平轉(zhuǎn)換、線性控制?？梢詫?shí)現(xiàn)“電氣隔離”的信號(hào)傳輸?shù)?5頁/共92頁I、數(shù)模轉(zhuǎn)換ADC與顯示ICL7107：用于測量與顯示模擬電壓。第66頁/共92頁第三講設(shè)計(jì)題目舉例與分析第67頁/共92頁設(shè)計(jì)示例：

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)要求1．設(shè)計(jì)課題函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)。2.主要技術(shù)指標(biāo)1）輸出波形：正弦波、方波、三角波等2）頻率范圍：1～10Hz，10～100Ｈz3)輸出電壓：方波Up-p=24V，三角波Up-p=6V，正弦波U>1V；4)波形特征：方波tr<10s（1kHz，最大輸出時(shí)），三角波失真系數(shù)THD<2%，正弦波失真系數(shù)THD<5%。第68頁/共92頁1.課題分析

根據(jù)任務(wù)，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一般基本組成框圖如下圖所示。第69頁/共92頁2．方案論證

（1）確立電路形式及元器件型號(hào)

A、方波-三角波電路第70頁/共92頁A點(diǎn)閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為

方波-三角波的頻率為由上分析可知：①電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。②方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度上微調(diào)，但會(huì)影響波形的頻率。第71頁/共92頁B、三角波→正弦波的變換三角波→正弦波的變換主要有差分放大器來完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是做直流放大器時(shí)，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性的非線性。第72頁/共92頁三角波→正弦波的變換原理第73頁/共92頁三角波→正弦波變換電路第74頁/共92頁（2）計(jì)算元件參數(shù)比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計(jì)算如下：取R3=10kΩ,則R3+RP1=30kΩ，取R3=20kΩ,RP1為47kΩ的電位器。取平衡電阻R1=R2//（R3+RP1）≈10kΩ。第75頁/共92頁頻率參數(shù)計(jì)算當(dāng)1Hz≤f≤10Hz時(shí)，取C2=10μF，則R4+RP2=（75~7.5）kΩ，取5.1kΩ，RP2為100kΩ電位器。當(dāng)19Hz≤f≤100Hz，取C2=1μF以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4、RP2的值不變。取平衡電阻R5=10kΩ。第76頁/共92頁三角波→正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則：隔直電容C3、C4、C5要取得大，因?yàn)檩敵鲱l率較低，取C3=C4=C5=470μF，濾波電容C6一般為幾十皮法至0.1μF。RE2=100Ω與RP4=100Ω，相并聯(lián)，以減少差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。第77頁/共92頁3．方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路圖第78頁/共92頁4．安裝與調(diào)試方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級(jí)單元電路組成的，在裝調(diào)多級(jí)電路時(shí)，通常按照單元電路的先后順序進(jìn)行分級(jí)裝調(diào)與級(jí)聯(lián)。第79頁/共92頁（1）方波-三角波發(fā)生器的裝調(diào)

由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波與三角波，這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)安裝。需要注意的是，安裝電位器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計(jì)值，如設(shè)計(jì)舉例題中，應(yīng)先使RP1=10KΩ，RP2取（2.5~70）Ω內(nèi)的任一阻值,否則電路可能會(huì)不起振.只要電路接線正確,上電后,U01的輸出為方波,U02的輸出為三角波,微調(diào)RP1,使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,調(diào)節(jié)RP2,則輸出頻率在對(duì)應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變.第80頁/共92頁（2）三角波-正弦波變換電路的裝調(diào)1）經(jīng)電容C4輸入差模信號(hào)電壓uid=500mV，fi=100Hz的正弦波。調(diào)節(jié)RP4及電阻R*，使傳輸特性曲線對(duì)稱。再逐漸增大uid，直到傳輸特曲線形狀如圖3-73所示，記下此時(shí)對(duì)應(yīng)的uid，即uidm值。移去信號(hào)源，再將C4左端接地，測量差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)I0、Uc1、Uc2、Uc3、Uc4。2）將RP3與C4連接，調(diào)節(jié)RP3使三角波的輸出幅度經(jīng)RP3后輸出等于uidm值，這時(shí)U03的輸出波形應(yīng)接近正弦波，調(diào)整C6大小可以改善輸出波形。如果U03的波形出現(xiàn)如圖4.2.21所示的幾種正弦波失真，則應(yīng)調(diào)整和修改電路參數(shù)，產(chǎn)生失真的原因及采取的相應(yīng)措施有：第81頁/共92頁①鐘形失真 如圖4.2.21（a）所示，傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬，應(yīng)減小RE2。②半波圓頂或平頂失真 如圖4.2.21（b）如示，傳輸特性曲線對(duì)稱性差，工作點(diǎn)Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻R*。③非線性失真 如圖圖4.2.21（c）所示，三角波的線性度較差引起的非線性失真，主要受運(yùn)放性能的影響?？稍谳敵龆思訛V波網(wǎng)絡(luò)（如C6=0.1mF）改善輸出波形。第82頁/共92頁（3）性能指標(biāo)測量與誤差分析①方波輸出電壓UP-P≤2VCC是因?yàn)檫\(yùn)放輸出級(jí)由NPN型與PNP型兩種晶體管組成復(fù)補(bǔ)對(duì)稱電路，輸出方波時(shí)，兩管輪流截止與飽和導(dǎo)通，由于導(dǎo)通時(shí)輸出電阻的影響，使方波輸出度小于電源電壓值。②方波的上升時(shí)間tr，主要受運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換速