电子技术 课程设计的基础知识.docx

电子技术 课程设计的基础知识.docx

《电子技术 课程设计的基础知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子技术 课程设计的基础知识.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电子技术课程设计的基础知识

电子技术课程设计的基础知识

电子技术基础课程设计包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等教学环节。

1.电子电路的设计方法

设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各部分进行单元的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。

（1）明确系统的设计任务要求

对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标、内容及要求，以便明确系统应完成的任务。

（2）方案选择

这一步的工作要求是，把系统要完成的任务分配给若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。

方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成系统的功能设计。

在这个过程中要敢于探索，勇于创新，力争做到设计方案合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进。

并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出一个完整框图。

框图必须正确反映系统应完成的任务和各组成部分的功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。

（3）单元电路的设计、参数计算和器件选择

根据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路的设计、参数计算和器件选择。

①单元电路设计

单元电路是整机的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整体设计水平。

每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟定出单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的组成形式。

具体设计时，可以模仿成熟的先进的电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。

而且，不仅单元电路本身要设计合理，各单元电路间也要互相配合，注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。

②参数计算

为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算，例如，放大电路中各电阻值、放大倍数的计算；振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数的计算。

只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。

参数计算时，同一个电路可能有几组数据，注意选择一组能完成电路设计要求的功能、在实践中能真正可行的参数。

计算电路参数时应注意下列问题：

a.元器件的工作电流、电压、频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求；

b.元器件的极限参数必须留有足够裕量，一般应大于额定值的1.5倍；

c.电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。

③器件选择

a.阻容元件的选择：

电阻和电容种类很多，正确选择电阻和电容是很重要的。

不同的电路对电阻和电容性能要求也不同，有些电路对电容的漏电要求很严，还有些电路对电阻、电容的性能和容量要求很高，例如滤波电路中常用大容量（

）铝电解电容，为滤掉高频通常还需并联小容量（

）瓷片电容。

设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。

b.分立元件的选择：

分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二（三）极管、晶闸管等。

根据其用途分别进行选择。

选择的器件种类不同，注意事项也不同。

例如选择晶体三极管时，首先注意是选择NPN型还是PNP型管，是高频管还是低频管，是大功率管还是小功率管，并注意管子的参数

、

、

、

、

、

和

是否满足电路设计指标的要求，高频工作时，要求

，f为工作频率。

c.集成电路的选择：

由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机电路的功能，所以选用集成电路来设计单元电路和总体电路既方便又灵活，它不仅使系统体积缩小，而且性能可靠，便于调试及运用，在设计电路时颇受欢迎。

集成电路有模拟集成电路和数字集成电路。

国内外已生成出大量集成电路，器件的型号、原理、功能、特征可查阅有关手册。

选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而且要满足功耗、电压、速度、价格等多方面的要求。

（4）电路图的绘制

为详细表示设计的整机电路及各单元电路的连接关系，设计时需绘制完整电路图。

电路图通常是在系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择的基础上绘制的，它是组装、调试和维修的依据。

绘制电路图时要注意以下几点：

①布局合理、排列均匀、图面清晰、便于看图、有利于对图的理解和阅读。

有时一个总电路由几部分组成，绘图时应尽量把总电路画在一张图纸上。

如果电路比较复杂，需绘制几张图，则应把主电路画在同一张图纸上，而把一些比较独立或次要的部分画在另外的图纸上，并在图的断口两端做上标记，标出信号从一张图到另一张图的引出点和引入点，以此说明各图纸在电路连线之间的关系。

有时为了强调并便于看清各单元电路的功能关系，每一个功能单元电路的元件应集中布置在一起，并尽可能按工作顺序排列。

②注意信号的流向，一般从输入端或信号源画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路，而反馈通路的信号流向则与此相反。

③图形符号要标准，图中应加适当的标注。

图形符号表示器件的项目或概念。

电路图中的中、大规模集成电路器件，一般用方框表示，在方框中标出它的型号，在方框的边线两侧标出每根线的功能名称和管脚号。

除中、大规模器件外，其余元器件符号应当标准化。

④连接线应为直线，并且交叉和折弯应最少。

通常连接可以水平布置或垂直布置，一般不画斜线，互相连通的交叉处用圆点表示，根据需要，可以在连接线上加注信号名或其他标记，表示其功能或其去向。

有的连线可用符号表示，例如器件的电源一般标电源电压的数值，地线用符号┴表示。

设计的电路是否能满足设计要求，还必须通过组装，调试进行验证。

2.电子电路的组装

电子技术基础课程设计中组装电路通常采用焊接和实验箱上插接两种方式。

焊接组装可提高学生焊接技术，但器件可重复利用率低。

在实验箱上组装，元器件便于插接且电路便于调试，并可提高器件重复利用率。

下面介绍在实验箱上用插接方式组装电路的方法。

（1）集成电路的装插

插接集成电路时首先应认清方向，不要倒插，所有集成电路的插入方向保持一致，注意管脚不能弯曲。

（2）元器件的装插

根据电路图的各部分功能确定元器件在实验箱的插接板上的位置，并按信号的流向将元器件顺序地连接，以易于调试。

（3）导线的选用和连接

导线直径应和插接板的插孔直径相一致，过粗会损坏插孔，过细则与插孔接触不良。

为检查电路的方便，要根据不同用途，导线可以选用不同颜色。

一般习惯是正电源用红线，负电源用蓝线，地线用黑线，信号线用其他颜色的线等。

连接用的导线要求紧贴在插接板上，避免接触不良。

连接不允许跨在集成电路上，一般从集成电路周围通过，尽量做到横平竖直，这样便于查线和更换器件，但高频电路部分的连线应尽量短。

组装电路时注意，电路之间要共地。

正确的组装方法和合理的布局，不仅使电路整齐美观，而且能提高电路工作的可靠性，便于检查和排除故障。

3.电路的调试

实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装，往往也难于达到预期的效果。

这是因为人们在设计时，不可能周密地考虑各种复杂的客观因素（如元件值的误差，器件参数的分散性，分布参数的影响等），必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足和安装的不合理，然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。

因此，掌握调试电子电路的技能，对于每个从事电子技术及其有关领域工作的人员来说，是重要的。

实验和调试的常用仪器有：

万用表、稳压电源、示波器、信号产生器和扫频仪等。

（1）调试前的直观检查

电路安装完毕，通常不宜急于通电，先要认真检查一下。

检查内容包括：

a.连线是否正确

检查电路连线是否正确，包括错线、少线和多线。

查线的方法通常有两种：

b.按照电路图检查安装的线路

这种方法的特点是，根据电路图连线，按一定顺序逐一检查安装好的线路，由此，可比较容易查出错线和少线。

c.按照实际线路来对照原理电路进行查线

这是一种以元件为中心进行查线的方法。

把每个元件（包括器件）引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。

②元、器件安装情况

检查元、器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管、三极管、集成块和电解电容极性等是否连接有误。

③电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确。

④电源端对地（┴）是否存在短路。

在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地（┴）是否存在短路。

检查直流稳压电源对地是否短路。

若电路经过上述检查，并确认无误后，就可转入调试。

（2）调试方法

调试包括测试和调整两个方面。

所谓电子电路的调试，是以达到电路设计指标为目的而进行的一系列的测量—判断—调整—再测量的反复进行过程。

为了使调试顺利进行，设计的电路图上应当标明各点的电位值，相应的波形图以及其它主要数据。

调试方法通常采用先分调后联调（总调）。

调试时可以循着信号的流程，逐级调整各单元电路，使其参数基本符合设计指标。

这种调试方法的核心是，把组成电路的各功能块（或基本单元电路）先调试好，并在此基础上逐步扩大调试范围，最后完成整机调试。

对于包括模拟电路、数字电路和微机系统的电子装置更应采用这种方法进行调试。

因为只有把三部分分开调试后，分别达到设计指标，并经过信号及电平转换电路后才能实现整机联调。

否则，由于各电路要求的输入、输出电压和波形不符合要求，盲目进行联调，就可能造成大量的器件损坏。

具体调试步骤如下；

①通电观察

把经过准确测量的电源接入电路。

观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异常气味，手摸元器件是否发烫，电源是否有短路现象等。

如果出现异常，应立即切断电源，待排除故障后才能再通电。

然后测量各路总电源电压和各器件的引脚的电源电压，以保证元器件正常工作。

通过通电观察，认为电路初步工作正常，就可转入正常调试。

在这里，需要指出的是，实验板上用的电源可能是正电压，也可能是负电压，还可能正、负电压都有，所以电源是“正”端接“地”还是负端接“地”，使用时应先考虑清楚。

如果要求电路浮地，则电源的“+”与“—”端都不与机壳相连。

应注意一般电源在开与关的瞬间往往会出现瞬态电压上冲的现象，集成电路又最怕过电压的冲击，所以一定要养成先开启电源，后接电路的习惯，在实验中途也不要随意将电源关掉。

②静态调试

交流、直流并存是电子电路工作的一个重要特点。

一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。

因此，电子电路的调试有静态调试和动态调试之分。

静态调试一般是指在没有外加信号的条件下所进行的直流测试和调整过程。

例如，通过静态测试模拟电路的静态工作点、数字电路的各输入端和输出端的高、低电平值及逻辑关系等，可以及时发现已经损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，使电路工作状态符合设计要求。

③动态调试

动态调试是在静态调试的基础上进行的。

调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号的流向逐级检测各有关点的波形、参数和性能指标。

发现故障现象，应采取不同的方法缩小故障范围，最后设法排除故障。

通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标（如信号的幅值、波形形状、相位关系、增益、输入阻抗和输出阻抗等）是否满足设计要求，如必要，再进一步对电路参数提出合理的修正。

（3）调试中注意事项

调试结果是否正确，很大程度上受测量正确与否和测量精度的影响。

为了保证调试的效果，必须减小测量误差，提高测量精度。

为此，需注意以下几点：

①正确使用测量仪器的接地端

凡是使用低端接机壳的电子仪器进行测量，仪器的接地端应和放大器的接地端连接在一起，否则仪器机壳引入的干扰不仅会使放大器的工作状态发生变化，而且将使测量结果出现误差。

根据这一原则，调试发射极偏置电路时，若需测量

，不应把仪器的两端直接接在集电极和发射极上，而应分别地测出

、

，然后将二者相减得

。

若使用干电池供电的万用表进行测量，由于电表的两个输入端是浮动的，所以允许直接接到测量点之间。

①在信号比较弱的输入端，尽可能用屏蔽线连线。

屏蔽线的外屏蔽层要接到公共地线上。

在频率比较高时要设法隔离连接线分布电容的影响，例如用示波器测量时应该使用有探头的测量线，以减少分布电容的影响。

③测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。

因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流，给测量结果带来很大的误差。

④测量仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。

例如，

型万用表的工作频率为

。

如果放大器的fH=100KHz，我们就不能用

来测试放大器的幅频特性，否则，测试结果就不能反映放大器的真实情况。

⑤要正确选择测量点

用同一台测量仪进行测量时，测量点不同，仪器内阻引进的误差大小将不同。

⑥测量方法要方便可行需要测量某电路的电流时，一般尽可能测电压而不测电流，因为测电压不必改动被测电路，测量方便。

若需知道某一支路的电流值，可以通过测取该支路上电阻两端的电压，经过换算而得到。

⑦调试过程中，不但要认真观察和测量，还要善于记录。

记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据、波形和相位关系等。

只有有了大量的可靠的实验记录，并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。

⑧调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了就拆掉线路重新安装。

因为重新安装的线路仍可能存在各种问题，如果是原理上的问题，即使重新安装也解决不了问题。

应当把查找故障并分析故障原因看成一次好的学习机会，通过它来不断提高自己分析问题和解决问题的能力。

4.检查故障的一般方法

故障是不希望但又是不可避免的电路异常工作状况。

分析、寻找和排除故障是电气工程人员必备的实际技能。

对于一个复杂的系统来说，要在大量的元器件和线路中迅速、准确地找出故障是不容易的。

一般故障诊断过程，就是从故障现象出发，通过反复测试，作出分析判断，逐步找出故障的过程。

（1）故障现象和产生故障的原因

①产生故障的原因

故障产生的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的是多种原因相互作用引起的复杂故障。

因此，引起故障的原因很难简单分类。

这里只能进行一些粗略的分析。

②对于定型产品使用一段时间后出现故障，故障原因可能是元器件损坏，连线发生短路或断路（如焊点虚焊，接插件接触不良，可变电阻器、电位器、半可变电阻等接触不良，接触面表面镀层氧化等），或使用条件发生变化（如电网电压波动，过冷或过热的工作环境等）影响电子设备的正常运行。

③对于新设计安装的电路来说，故障原因可能是：

实际电路与设计的原理图不符；元件使用不当或损坏；设计的电路本身就存在某些严重缺点，不满足技术要求；连线发生短路或断路等。

④仪器使用不正确引起的故障，如示波器使用不正确而造成的波形异常或无波形，共地问题处理不当而引入的干扰等。

⑤各种干扰引起的故障。

（2）检查故障的一般方法

查找故障的顺序可以从输入到输出，也可以从输出到输入。

查找故障的一般方法有：

①直接观察法

直接观察法是指不用任何仪器，利用人的视、听、嗅、触等作为手段来发现问题，寻找和分析故障。

直接观察包括不通电检查和通电观察。

检查仪器的选用和使用是否正确；电源电压的数值和极性是否符合要求；电解电容的极性、二极管和三极管的管脚、集成电路的引脚有无错接、漏接、互碰等情况；布线是否合理；印刷板有无断线；电阻电容有无烧焦和炸裂等。

通电观察元、器件有无发烫、冒烟，变压器有无焦味，示波管灯丝是否亮，有无高压打火等。

②用万用表检查静态工作点

电子电路的供电系统，电子管或半导体三极管、集成块的直流工作状态（包括元、器件引脚、电源电压）、线路中的电阻值等都可用万用表测定。

当测得值与正常值相差较大时，经过分析可找到故障。

静态工作点也可以用示波器“DC”输入方式测定。

用示波器的优点是，内阻高，能同时看到直流工作状态和被测点上的信号波形以及可能存在原干扰信号及噪声电压等，更有利于分析故障。

③信号寻迹法

对于各种较复杂的电路，可在输入端接入一个一定幅值、适当频率的信号，用示波器由前级到后级（或者相反），逐级观察波形及幅值的变化情况，如哪一级异常，则故障就在该级。

这是深入检查电路的方法。

④对比法

怀疑某一电路存在问题时，可将此电路的参数与工作状态和相同的正常电路中的参数（或理论分析的电流、电压、波形等）进行一一对比，从中找出电路中的不正常情况，进而分析故障原因，判断故障点。

⑤部件替换法

有时故障比较隐蔽，不能一眼看出，如这时你手中有与故障产品同型号的产品时，可以将工作正常产品中的部件、元器件、插件板等替换有故障产品中的相应部件，以便于缩小故障范围，进一步查找故障。

⑥旁路法

当有寄生振荡现象，可以利用适当容量的电容器，选择适当的检查点，将电容临时跨接在检查点与参考接地点之间，如果振荡消失，就表明振荡是产生在此附近或前级电路中。

否则就在后面，再移动检查点寻找之。

应该指出的是，旁路电容要适当，不益过大，只要能较好的消除有害信号即可。

⑦短路法

就是采取临时性短接一部分电路来寻找故障的方法。

例如图3－4－2所示放大电路，用万用表测量

的集电极对地无电压。

我们怀疑

断路，则可以将

两端短路，如果此时有正常的

值，则说明故障发生在

上。

⑧断路法

断路法用于检查短路故障最有效。

断路法也是一种使故障怀疑点逐步缩小范围的方法。

例如，某稳压电源接入一个带有故障的电路，使输出电流过大，我们采取依次断开电路的某一支路的办法来检查故障。

如果断开该支路后，电流恢复正常，则故障就发生在此支路。

⑨暴露法

有时故障不明显，或时有时无，一时很难确定，此时可采用暴露法。

检查虚焊时对电路进行敲击就是暴露法的一种。

另外还可以让电路长时间工作一段时间，例如几小时，然后再来检查电路是否正常。

这种情况下往往有些临界状态的元器件经不住长时间工作，就会暴露出问题来，然后对症处理。

5.课程设计总结报告

编写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告的能力训练。

通过写报告，不仅把设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且把实践内容上升到理论高度。

总结报告应包括以下几点：

（1）课题名称。

（2）内容摘要。

（3）设计内容及要求。

（4）比较和选写设计的系统方案，画出系统框图。

（5）单元电路设计、参数计算和器件选择。

（6）画出完整的电路图，并说明电路的工作原理。

（7）组装调试的内容。

包括：

①使用的主要仪器和仪表。

②调试电路的方法和技巧。

③测试的数据和波形并与计算结果比较分析。

④调试中出现的故障、原因及排除方法。

（8）总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望。

（9）列出系统需要的元器件清单。

（10）列出参考文献。

（11）收获、体会。