電子技術課程設計基礎-免費閱讀

　　

【正文】 圖 12 三角波振蕩器之一 80 運放 A1 與電容 C 及電阻 R1 構成積分電路， A1 的反相輸入端電位與同相端電位幾乎相等，即： V_ =V＋ =43 4R+RR VC 式中 VC 是控制電壓，它為正值。 10％。不用的或門和或非門輸入端直接接地。 3. TTL 集成電路的輸出端處理（ 1） 除三態和集電極開路的電路外，輸出端不允許并聯使用。對于這些未被使用的電路，若已接通電源，則其輸入端也應作為多余輸入端來處理。關斷時則反之。 輸入保護電路 2. CMOS 集成電路的焊接 焊接 CMOS集成電路時，一般用 20W 內熱式電烙鐵，且烙鐵要有良好的接地。有一些體積較小的合成電阻器，其阻值和誤差用色環（或色點）表示，稱為電阻器的色標法。有極性電容器按其正極材料不同，分為鋁電解電容器、鉭電解電容器等。首先將數字萬用表的量程選擇為“ hFE”，再把三極管按 NPN或 PNP插入 hFE 測試插孔，得到的顯示值大的那一次，插孔上的標 66 號所對應的即為三極管的三個電極。小功率晶體管一般采用兩種管帽封裝，一種是金屬圓帽外殼。如：在圖 34中，以 14腳的芯片為例，下一排引腳號，從左到右為 1～ 7；上一排引腳號，從右到左為 8～ 14。 三、半導體器件引腳識別 半導體器件種類繁多，引腳數目與功能各異，初學者往往感到茫然，然而器件引腳的識別又是組裝電路所必須的知識。為了查線和美觀，連線應用不同的顏色（一般情況，正電源線用紅色，負電源線用藍色，地線用黑色，信號線用黃色），連線也應盡量采用橫平豎直的布線， 61 不準連線跨接在集成塊上，也不準導線重疊。 分立元件插接時，不用剪斷引線，以利于重復使用。前者為兩條 11 5的插孔，且每一條的孔是相通的，而后者為一條 11 5 的插孔，且只 5個組的孔是相通的。所有插孔之間的中心距離與集 成塊引腳間的中心距離（ ）相等。為了盡量抑制這種干擾，常常采用加粗和縮短地線的方法，以減小地線電阻。 圖 31 地線布置圖 （ a） 一點接地 （ b） 串聯接地 根據上 述一點接地的原則，布置地線時應注意如下幾點： 輸出級與輸入級不允許共用一條地線。其原則是，按級就近布置。插接方式是在面包板上進行，電路元器件和連線均接插在面包板的孔中；而焊接方式是在印刷板上進行，電路元器件焊接在印刷板上，電路連線則為特制的印刷線。 （ 6）注意連線的相互影響。當遠離有困難時，應采取屏蔽措施（即將干擾源屏蔽或將易受干擾的元器件屏蔽起來）。 為此，變壓器和大電容等比較重的器件應安裝在裝置的底部，以使重心降低。安裝技術與工藝的優劣，不僅影響外觀質量，而且影響電子產品的性能、調試與維修，必須給予足夠的重視。首先，需要確定觸發器的數目 n ，因為 n個觸發器共有 2n種狀態組合，所以為獲得時序電路所需的 M個狀態，必須取 2n1＜ M≤ 2n。對中、大規模集成電路，最簡的標準則是使用的集成電路數目最少、種類最少、相互之間的連線最少。將變換后的邏輯函數式與選用器件的函數式對照比較，有以下四種可能的情況： 兩者形式完全相同，使用這種中規模集成器件效果最為理想。 根據化簡和變換后得到的邏輯函數式，畫出邏輯電路的連線圖，完成原理性設計（或稱邏輯設計）。 C． 根據給定的因果關系列出邏輯真值表，將一個實際的邏輯問題抽象成一個邏輯函數，而且這個函數首先是以真值表的形式給出的。所謂的“最簡”是指電路所用的器件數最少、器件種類最少、器件之間的連線也最少。 42 二、數字電子電路設計 數字電路作為電子電路的一大分支，其應用是極為廣泛的。其次，信號電流在兩條線上大小相等、方向相反，所以雙絞線對其他信號的互 41 感是零，抑制了串擾。當強信號線與弱信號線靠得很近時，通過線間分布電容和互感產生線間干擾。由于電子系統內各部分電路往往共用一個直流電源，或者雖然不用同一個電源，但不同電 39 源之間往往共用一個地，因此，當各部分電路的電流均流過公共地電阻時便產生電壓降，此電壓降便成為各部分之間相互影響的噪聲干擾信號，即所謂地線干擾 。 D． 雙 T 濾波器。用來保證供電的穩定性，防止電源系統的過電壓與欠電壓，有利于提高整個電子系統的可靠性。根據干擾傳播通道，干擾主要分為： 來自電網的干擾； 來自地線的干擾； 來自信號通道的干擾； 來自空間電磁輻射的干擾。然而，抗干擾設計又是電子電路設計者最感頭痛的難題，原因是它與具體電路和應用環境有著密切的關系，在一個電路中有效的抗干擾措施，未必能在另一個電路中奏效。 （ 7）組裝與調試，內容包含： 使用的主要儀器、儀表。 由于諸多因素的影響，原來的理論設計可能要做修改，選擇的元器件需要調 整或改變參數，有時可能還要增加一些電路或元器件，以保證電路能穩定地工作。 F．反饋回路的故障判斷是比較困難的，因為它是把輸出信號的部分或全部以某種方式送到模塊的輸入端口，使系統形成一個閉環回路。 B． 檢查安裝的線路與原理是否一致，包括連線、元件的極性及參數、集成電路的安裝是否正確等。 調試中常見的故障原因 A． 實際電路與設計的原理圖不符。依據記錄的數據才能把實際觀察的現象和理論預計的結果加以定量比較，從中發現問題，加以改進，最終完善設計方案。只要做好各功能塊之間接口電路的調試工作，再把全部電路接通，就可以實現整機聯調。 分塊調試是把電路按功能分成不同的部分，把每個部分看成一個模塊進行調試。 D． 分塊調試 調試包括測試和調整兩個方面。 調試的 方法和步驟 A． 不通電檢查 電路安裝完畢后，不要急于通電，應首先認真檢查接線是否正確，包括多線、少線、錯線等，尤其是電源線不能接錯或接反，以免通電后燒壞電路或元器件。對于有極性的元件，如電解電容器、二極管等，組裝時一定要特別注意，切勿出錯。 23 5. 電子電路的安裝與調試 電子電路的安裝與調試在電子電路實踐和電子工程 技術中都占有非常重要的地位。總之，要清晰明了，容易看懂，美觀協調。但一般不要把電路畫成很長的窄條，必要時可按信號流向的主通道依次把各單元電路排成類似字母“ U”的形狀， 它的開口可以朝左，也可以朝其他方向。 電阻值應在常用電阻標稱值系列內，并根據具體情況正確選擇電阻的品種。例如三極管，在選用時應考慮是 NPN型還是 PNP型，是大功率管還是小功率管，是高頻管還是低頻管，并注意管子的電流放大倍 數、擊穿電壓、特征頻率、靜態功耗等是否滿足電路設計的要求。為了適應各種不同的 用途，電位器的阻值變化規律通常做成三種，即直線式、對數式和反對數式（亦稱為指數式）。 C． 注意對電容器高頻特性的要求。 電容器的選擇 選擇電容器除容量和耐壓等主要參數以外，還應從以下幾個方面進行考慮： A． 合理確定對電容器精度的要求。 C. 根據電路的工作頻率要求，選用相應的電阻器。但是，并不是采用集成電路就一定比采用分立元器件好，有時功能相當簡單的電路，只要用一只二極管或晶體管就解決問題，若采用集成電路反而會使問題復雜化，而且增加成本。一般情況下，應查閱有關資料，以豐富知識，開闊眼界，從而找到適用的電路。 （ 3）選擇一個滿意的方案并非易事，在分析論證和設計過程中需要不斷改進和完善，出現一些反復在所難免，但應盡量避免方案 11 上的大反復，以免浪費時間和精力。電子電路的一般設計方法和步驟可參考圖 21。電子電路的一般設計方法和步驟 6 為： 1. 總體案的設計與選擇 2. 單元電路的設計與選擇 3. 元器件的選擇與參數計算 4. 畫出總體電路圖 5. 總體電路的安裝與調試 6. 撰寫課程設計實驗總結報告 7 第二章 電子電路課程設計的方法 一個實用的電子電路通常是由若干個單元電路組成的。 （ 5）電路調試。 2. 安裝、調試階段 預設計方案經指導教師審查通過后，學生即可向實驗室領取所需元器件等材料，并在實驗箱或實驗板上組裝電路。 4. 學會常用電子電路的正確安裝與調試技能。然而，要完成一個課題將涉及到許多方面的知識，既要涉及到許多理論知識（設計原理與方法），還要涉及到許多實際知識與技能（安裝、調試與測量技術）。 通過電子技術課程設計，學生應能達到如下基本要求： 1. 綜合運用電子技術課程中所學到的理論知識去獨立完成一個設計課題。 1. 設計、計算階段（預設計階段）： 學生可根據所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計，通過論證與選擇，確定總體方案。 （ 2）設計任務和要求。 （ 3）設計過程中的學 習態度、工作作風和科學精神。 電子電路的設計包括模擬電路設計和數字電路設計兩部 分，兩者的設計方法有所不同，現分別給予介紹。對已選用的方案，常用方框圖的形式表示出來。注意各單元電路之間的相互配合，但要盡量少用或不用電平轉換 之類的接口電路，已簡化電路結構、降低成本。“需要什么”是指根據具體問題的要求所選擇的方案，需要什么樣的元器件，即每個元器件各應具有哪些功能和什么樣的性能指標；“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、價格如何，體積大小等。選用集成電路時，還應盡量選擇全國集成電路標準化委員會提出的優選集成電路系列中的產品。 E. 在高增益前置放大電路中，應選用噪聲電動勢小的電阻器。對在高溫和高壓下工作的電容器尤其要注意絕緣電阻參數。 A. 選擇電位器的結構形式和調節方式。因為人耳對聲音響度 的聽覺特性是符合對數規律的，即在聲音微弱時，若聲音響度稍有增加，人耳的感覺十分靈敏，但當聲音響度增大到一定程度后，再繼續增大聲音響度，人耳的反映則比較遲鈍了。 對于環境溫度、交流電網電壓等工作條件，計算參數時應按最 不利的情況考慮。 4. 總體電路圖設計 設計好各單元電路以后，應畫出總電路圖。連線要盡量短。 如果電路比較復雜，設計者經驗不足，有些問題在畫出總體電路之前難以解決，可以先畫出總電路圖的草圖，調整好布局和連線之后，再畫出正式的總電路圖。無論采用哪種方法均應注意以下幾個方面： 所有元器件在組裝前應盡可能全部測試一遍，以保證所用元器件均合格。 （ 2）電子電路的調試 電子電路的調試在電子工程中占有重要地位，是對設計電路的正確與否及性能指標的檢測過程，也是初學者實踐技能培養的重要環節。 C． 通電檢查 把經過準確測量的電源電壓加入電路，但暫不接入信號源信號。另一種方法是整個電路安裝完畢后，實行一次性調試。模擬電路比較復 雜，而對數字電路來說，由于集成度比較高， 28 一般調試工作量不大，只要元器件選擇合適，邏輯關系就不會有太大問題。 B． 測試儀器和被測電路應具有良好的共地，只有使儀器和電路之間建立一個共地參考點，測試的結果才是準確的。分析和排除故障的過程，就是從故障現象出發，通過反復測試，做出分析判斷、逐步找出問題的過程。查找的順序可以從輸入到輸出，也可以從輸出到輸入。在實驗、實習中大量使用的是中規模集成電路，由于它的接線端比較多，使用時會將接線端 接錯，從而造成故障。 當遇到電路中某個元器件靜態正常而動態有問題時，不要急于 33 更換元件，應首先檢查電路本身的負載能力及提供輸入信號信號源的負載能力。 34 （ 4）總體方案選擇的論證，內容包括曾考慮過的各方案框圖、簡要原理和優缺點以及所選定方案的理由等。 （ 10）列出參考文獻，格式為作者、文獻名、刊物名、出版單位、出版時間、卷號和頁碼。 干擾是客觀存在的，在工業現場往往又是不可避免的，不可能 36 為了電子電路的可靠運行而去清除干擾源，那是不現實的。此外，雷電感應也在電網上產生強烈的高頻浪涌電壓，其幅值可以達到 電網電壓的幾倍到幾十倍。 C． 采用帶有屏蔽層的電源變壓器。 E． 電容濾波。長線信號傳輸所遇到的干擾有： 40 A． 周圍空間電磁場對長線的電磁感應干擾。即每個信號都采用互絞的線進行傳輸，其中一條是信號線，另一條是地線。 若電子系統的每條輸入信號與輸出信號線之間均采用光電耦合傳輸信號，則可以有效地抑制信號線干擾和信號線上的噪聲干擾，這是因為兩邊的地是獨立的，所以不存在地線干擾。 1. 常用組合邏輯電路的設計 根據邏輯功能的不同特點，可以把數字電路分成兩大類，一類為組合邏輯電路（簡稱為組合電路），另一類則是時序邏輯電路（簡稱時序電路）。一般總是把引起事件的原因作為輸入變量，而把事件的結果作為輸出變量。 A． 在使用小規模集成門電路進行設計時，為獲得最簡單的設計結果，應將函數式化成最簡形式，即函數式中相加的乘積項最少，而且每個乘積項的因子也最少。為了方便人們使用，這些邏輯電路已經被制成了中規模的標準化集成電路產品。 最后，按照上面比較的結果，畫出設計的邏輯電路圖。 （ 2）狀態化簡 若兩個電路狀態在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉換到同一個次態去，則稱這兩個狀態為等價狀態，等價狀態是重復的，可以合并為