电子技术基础课程设计（I）

电子技术基础课程设计（I）(基础训练部分)张淑琴编撰于枫校审吉林大学电子信息工程2007年9月1第一篇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。本篇介绍课程设计的有关知识。l-l电子电路的设计方法在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电路的设计、参数计算和器件选择，昀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。一、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08、指标、内容及要求，以便明确系统应完成的任务。二、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；昀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。三、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(1)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；(2)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；(3)电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。3．器件选择(1)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2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(100μF一3000μF)铝电解电容，为滤掉高频通常还需并联小容量(0.01μF～0.1μF)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。(2)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PCM、ICM、BVCEO、BVEBO、ICBO、、fT和fe是否满足电路设计指标的要求，高频工作时，要求fT=(5～10)f，f为工作频率。(3)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。国内外巳生产出大量集成电路，器件的型号、原理、功能、特性可查阅有关手册。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。四、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、排列均刀、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面在一张图纸上．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。一般从输入端或者信号源画起，由左至右或者由上之下地按照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，并且交叉和折弯应昀少。通常连接线可以水平布置或垂直布置，一般不画斜线。互相连通的交叉线，应在交叉处用圆点表示。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．地线用符号上表示。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31-2电子电路的组装、调试与总结电子电路设计好后，便可进行组装、调试，昀后对课题内容进行全面总结。一、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在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，所有集成电路的插八方向要保持一致，注意管脚不能弯曲。2.元器件的位置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，并按信号的流同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。为橙壹电路的方便，根据不同用途．导线可以选用不同的颜色。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．连线不允许跨接在集成电路上，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。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。二、电子电路的调试通常有以下两种调试电路的方法：第一种是采用边安装边调试的方法。把一个总电路按框图上的功能分成若干单元电路分别进行安装和调试，在完成各单元电路调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围，昀后完成整机调试。对于新设计的电路，此方法既便于调试，又可及时发现和解决问题。该方法适于课程设计中采用。第二种方法是整个电路安装完毕，实行一次性调试。这种方法适于定型产品。调试时应注意做好调试记录，准确记录电路各部分的测试数据和波形，以便于分析和运行时参考。一般调试步骤如下：1．通电前检查电路安装完毕，首先直观检查电路各部分接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。2．通电检查4接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。3．单元电路调试在调试单元电路时应明确本部分的调试要求．按调试要求测试性能指标和观察波形。调试顺序按信号的流向进行。这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号，为昀后的整机联调创造条件。电路调试包括静态和动态调试，通过调试掌握必要的数据、波形、现象，然后对电路进行分析、判断、排除故障，完成调试要求。4．整机联调各单元电路调试完成后就为整机调试打下了基础。整机联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系．主要观察动态结果，检查电路的性能和参数，分析测量的数据和波形是否符合设计要求，对发现的故障和问题及时采取处理措施。电路故障的排除可以按下述8种方法进行：信号寻迹法寻找电路故障时，一般可以按信号的流程逐级进行。从电路的输入端加入适当的信号。用示波器或电压表等仪器逐级检查信号在电路内务部分传输的情况，根据电路的工作原理分析电路的功能是否正常，如果有问题，应及时处理。调试电路时也可从输出级向输入级倒推进行，信号从昀后一级电路的输入端加入，观察输出端是否正常，然后逐级将适当信号加入前面一级电路输入端，继续进行检查。这里所指的“适当信号”是指频率、电压幅值等参数应满足电路要求，这样才能使调试顺利进行。对分法把有故障的电路分为两部分，先检测这两部分中究竟是哪部分有故障，然后再对有故障的部分对分检测，一直到找出故障为止。采用“对分法”可减少调试工作量。分割测试法对于一些有反馈的环形电路，如振荡器、稳压器等电路，它们各级的工作情况互相有牵连，这时可采取分割环路的方法，将反馈环去掉，然后逐级检查，可更快地查出故障部分。对自激振荡现象也可以用此法检查。电容器旁路法如遇电路发生自激振荡或寄生调幅等故障，检测时可用一只容量较大的电容器并联到故障电路的输入或输出端，观察对故障现象的影响，据此分析故障的部位。在放大电路中，旁路电容失效或开路，使负反馈加强，输出量下降，此时用适当的电容并联在旁路电容两端，就可以看到输出幅度恢复正常，也就可断定旁路电容的问题．这种检查可能要多处试验才有结果，这时要细心分析可能引起故障的原因。这种方法也用来检查电源滤波和去耦电路的故障。对比法将有问题的电路的状态，参数与相同的正常电路进行逐项对比．此方法可以较快地从异常的参数中分析出故障替代法把已调试好的单元电路代替有故障或有疑问的相同的单元电路(注意共地)，这样可以很快判断故障部位。有时元器件的故障不很明显，如电容器漏电、电阻变质，晶体管和集成电路性能下降等，这时用相同规格的优质元器件逐一替代实验，就可以具体地判断故障点，加快查找故障点的速度，提高调试效率。静态测试法故障部位找到后，要确定是哪一个或哪几个元件有问题，昀常用的就是静态测试法和动态测试法，静态测试是用万用表测试电阻值、电容器漏电，电路是否断路或短路，晶体管和集成电路的各引脚电压是否正常等．这种测试是在电路不加信号时进行的，所以叫静态测试。通过这种测试可发现元器件的故障。5动态测试法当静态测试还不能发现故障原因时，可以采用动态测试法．测试时在电路输入端加上适当的信号再测试元器件的工作情况，观察电路的工作状况，分析、判别故障原因。组装电路要认真细心，要有严谨的科学作风。安装电路要注意布局合理．调试电路要注意正确使用测量仪器，系统各部分要“共地”，调试过程中不断跟踪和记录观察的现象、测量的数据和波形。通过组装调试电路，发现问题、解决问题，提高设计水平，圆满地完成设计任务。三、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)比较和选定设计的系统方案，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。(10)列出参考文献。(11)收获、体会。1-3电子电路的抗干扰措施电子电路的工作可靠性是由多种因素决定的，其中，电路的抗干扰性能是电子电路可靠性的重要指标。因此，研究抗干扰技术也是电子技术基础课程设计的重要内容。在分析干扰时；要弄清形成干扰的三要素，即干扰源(噪声源)，接收电路和它们之间的耦合方式．常见干扰有供电系统的电源干扰、电磁场干扰和通道