電子技術課程設計基礎(存儲版)

　　

【正文】 一個。 如果電路不能自啟動，則需要采取措施加以解決，一種方法是在電路開始工作時，通過預置數將電路的狀態置成有效狀態循環中的某一種，另一種方法是修改邏輯設計。例如，電源變壓器、電路板、執行機構、指示與顯示部分、操作部分以及其他部分等，在空間尺寸不受限制的場合，這些都比較好布局。 為此，半導體器件、熱敏器件、電解電容等應盡可能遠離發熱部件。電路板的布置可以采用臥式或立式，這要視具體空間而定。在盡量滿足這些原則的前提下，應特別注意安裝、調試和維修方便，以及整體美觀。當芯片多，面板面積有限時，則布成一個“ U”字型，“ U”字型的口一般盡量靠近電路板的引出線處，以利于第一級的輸入線、末級的輸出線與電路板引出線之間的連線。 （ 4）合理布置接地線。 顯然，上述單點接地的方法可以完全消除各級之間通過地線產 56 生的相互影響，但接地方式比較麻煩，且接地線比較長，容易產生寄生振蕩。面包板是一個有許多小方孔的塑料板，每個小方孔內裝有供插接元器件引腳或導線的金屬簧片。此兩條插孔一般可作為公共信號線、接地線和電源線的插接孔。 圖 33 雙列直插式集成塊插入面包板的方式 60 在面包板上組裝電路應注意以下幾點： 所有集成塊的插入方向要保持一致，以便于正確布線和查線。把準備好的連線插入相應位置的插孔內。所以應選購簧片質量好的面包板，對多次使用后的面包板應從背面揭開，取出彈性差的簧片，用鑷子加以調整，使彈性增強，以延長面包板的使用壽命。集成塊引腳的數目和功能隨集成電路功能的不同而異，因此，要知道各引腳 63 的功能必須查閱集成電路手冊。 圖 34 集成電路引腳圖 用數字萬用表也可以測量二極管和穩壓管。 值得指出，并非所有晶體管的管腳均為如上所述，因此，使用前最好查閱一下器件手冊。而可變式電容器的容量是可調整變化的。固定式電阻器通常簡稱電阻，可調式電阻器是一種阻值連續可調（變）的電阻器。為此，在制造 CMOS 集成塊時，所有輸入端都附加有保護電路，如圖 36 中二極管 D1～ D3 和 69 電阻 R 所示。 4. CMOS 集成電路的輸入電壓 CMOS集成電路的輸入電壓必須在 VDD和 VSS之間，即 VSS≤ VI≤ VDD，否則容易造成輸入保護二極管損壞。多 余輸入端的處理方法有兩種：一是按邏輯功能要求，把多余端接 VDD或 VSS（對與邏輯，接 VDD；或邏輯，則接 VSS）。 圖 37 印刷電路板 CMOS 輸入 端的保護 五、 TTL 集成電路使用注意事項 73 1. TTL 集成電路的電源電壓 TTL 集成電路的電源電壓不能高于 。雖然懸空相當于高電平，并不影響與門的邏輯功能，但懸空容易接受干擾，有時會造成電路誤動作，這在時序電路中表現更為明顯。 76 77 第四章 電子電路部分題目設計舉例 一 壓控方波、三角波和鋸齒波發生器 一、簡要說明 我們在“模擬電子技術基礎”課程中學過三角波發生器（可同時輸出方波）和三角波變鋸齒波電路，但本題要求用電壓來控制它們的頻率。 15V 直流穩壓電源供電。此時積分電路中電容充電的電流為： IC=1CRVV ?? （ 12） 將式（ 11）代入上式，可得： IC=1CR2V 。 4. 方波的上升時間和下降時間分別不超過 200ns。輸入端連線應盡量短，這樣可以縮短時序電路中時鐘信號沿傳輸線的延遲時間。 5. TTL集成電路通電注意事項 在電源接通時，不要移動或插入集成電路，因為電流的沖擊可能會造成永久性損壞。 （ 2） 凡直接與印刷電路板的印刷插頭相連的 CMOS 電路輸入端，都必須加限流電阻和保護電阻接地，如圖 37所示。 6. CMOS 集成電路多余端的處理 CMOS 電路的多余輸入端不允許懸空。否則電源將被保護電路中的二極管 D2 和 D3短路，造成保護電路損壞。 四、 CMOS 集成電路使用注意事項 CMOS 集成電路有電路簡單、功耗 低、扇出系數大、抗干擾能力強、易于大規模集成等許多獨特的優點，使其發展十分迅速，已越來越廣泛地得到應用。如果是有極性的電容器，則在電容器外殼上標有正（＋）極性或負（ — ）極性，加在電容器兩端的電壓不能反向。 圖 35 晶體管管腳識別圖 67 （ a） 金屬外殼晶體管 （ b） 塑料外殼晶體管 （ 3）電容器 電容器可分為固定式和可變式兩大類。無定位銷的管子，觀察者面對管腳的上半圓，按順時針方向，管腳依次為 E、 B、 C。具體測量方法為：用萬用表“ R 1K”或“ R 100”檔測兩個管腳之間的電阻，將表的黑表筆（ — ）接某一管腳，紅表筆（＋）接另一個管腳，測得電阻最小的一次，則黑表筆所接為二極管及穩壓管的正極，紅表筆接的是負極。以下介紹一些引腳排列規則和一些簡易的識別方法，以減少查閱器件手冊的時間。 用插接方式組裝電路的最大優點是：不用焊接，不用制印刷板，容易更改線路和器件，而且可以多次使用，使用方便，造價低廉，因此，在產品研制、開發過程中和課程設計中得到了廣泛的應用。準備連線時，通常用 的單股硬導線（導線太細易接觸不良 ，太粗會損傷插孔）。 一塊面包板的面積是有限的，當電路規模比較大時，可用多塊面包板拼起來使用。此外，面包板最外邊各有一條 11 5的小插孔（如圖中 X和 Y標記），每 5個孔是相通的。 二、元器件插接與焊接技術 前面已提到元器件在電路板上的組裝方式有插接和焊接兩種，現分別介紹如下。 輸出信號的“地”應接公共地，而不是輸出級的“地”。 （ 3）連線布置。 電路板結構布局沒有固定的模式，不同的人所進行的布局設計有不同的結果，但無論如何，以下的布局原則可以參考： 54 （ 1）首先布置主電路的集成塊和晶體管的位置。 （ 8）注意安裝、調試和維修的方便，并盡可能注意整體布局 53 的美觀。 如果電路規模不大或電路規模雖大但安裝空間沒有限制，則盡可能采用一塊電路板，否則采用多塊電路板。為此，大功率管應加裝散熱片，并布置在靠近裝置的外殼，要開鑿通風孔，必要時加裝小型排風扇。 1. 整體結構布局 51 這是一個空間布局的問題。 （ 5）畫 邏輯圖 根據得到的方程式畫出邏輯圖。 定義輸入輸出邏輯狀態和每個電路狀態的含義，并將電路狀態順序編號。 如果可用的中規模集成電路的品種有限，而這些器件的邏輯函數式又與要求產生的邏輯函數在形式上相差甚遠，就不宜采用這些器件來設計所需的邏輯電路了。 （ 2）利用中規模集成電路實現組合邏輯電路 由于人們在實踐中遇到的邏輯問題層出不窮，因而為解決這些邏輯問題而設計的邏輯電路也不勝枚舉。 將邏輯函數化簡或變換成適當的形式。在許多情況下，提出的設計要求是具有一定因果關系的實際問題，這時就需要通過邏輯抽象的方法，用一個邏輯函數來描述這一因果關系。隨著科學技術的發展，數字電子技術的研究和應用又取得了新的進展，其中尤以可編程邏輯器件的廣泛應用令人矚目。光電耦合器是由發光二極管和光敏晶體管組成，兩者相互絕緣地密封在一起，信號從發光二極管一方輸入，使發光二極管發光，光照射到光敏晶體管基極上，使光信號轉換成電信號，并從集電極輸出。信號線越長表明信號源與電子系統的距離越遠，則信號地線也越長，即地線電阻就越大，會導致信號源的地與電子系統的地不是等電位，而形成較大的電位差，此電位差構成長 線信號的地線干擾信號。 C． 模擬地和數字地也應分開，然后再在一點上接公共地，切忌兩者交叉混連。 若欲阻止 50HZ 工頻干擾，則選用 f ＝ 50HZ。它接在電源變壓器之前，其特性是讓交流50HZ 基波通過，而濾去高頻干擾信號，改善電源波形。 （ 2）常用的抗干擾措施 電網干擾及抗干擾措施 37 大多數電子電路的直流電源都是由電網交流電源經整流濾波、穩壓后提供的。電子系統內的噪聲信號，尤其是功率級內高頻振蕩電路和功率開關電路所產生的噪聲信號是系統內部的主 要干擾源。 （ 9）所用元器件的編號列表。 （ 2）內容提要。 前面介紹的通用方法對一般電子電路都適用，但它具有一定的盲目 性，效率低。 D． 斷開故障模塊輸出端所接的負載，可以判斷故障來自模塊本身還是負載。 D． 誤操作。出現故障時，不要手忙腳亂，馬虎從事，要認真查找故障原因，仔細作出判斷，切不可一遇到故障解決不了時就 拆線重新安裝，因為重新安裝的線路仍然存在各種問題，況且原理上的問題也不是重 30 新安裝電路就能解決的。使用示波器時，最好把示波器信號輸入方式置于“ DC”檔，即采用直流耦合方式可以同時觀察被測信號的交、直流成分。 靜態調試一般指在沒有外加信號的條件下測試電路各點的電位，如測試模擬電路的靜態工作點，數字電路的各輸入、輸出電平及邏輯關系等，將測試獲得的數據與設計值進行比較，若超出指標范圍，應分析原因，并進行處理。 調試的方法有兩種。使用萬用表對檢查連線很有幫助。 正確的組裝方法和合理的布局，不僅可使電路整齊美觀、工作可靠 ，而且便于檢查、調試和故障的排除。 （ 1）電子電路的安裝 簡單的電子電路安裝可在接插板（面包板）上完成。除中大規模器件外，其余元器件的符號應當標準化。連線通常畫成水平線或豎線，一般不畫斜線。 在滿足性能指標和上述各項要求的前提下，應優先選用現有的或容易 買到的元器件，以節省時間和精力。選用的元器件參數值最終都必須采用標稱值。此外，直線式電位器還用于晶體管電路中工作 18 點的調節，接收機中 AGC電壓的控制以及電視機中楨線性、楨幅、行同步、楨同步等的調節；反對數式電位器阻值在轉角較小時變化大，以后逐漸變小。 電位器的選擇 17 電位器的主要參數有標稱阻值、精度、額定功率、電阻溫度系數、阻值變化規律、躁聲、分辨率、絕緣電阻、耐磨壽命、平滑性、零位電阻、啟動 力矩、耐潮性等。 B． 注意所設計電路對電容器絕緣電阻和損耗角正切值 tanδ的要求。 D. 按照電路對溫度穩定性的 要求，選擇溫度系數不同的電阻器。選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實現設計方案，滿足功耗、電壓、溫度、價格等多方面的要求，而且應考慮到封裝方式。各單元電路擬定后應全面地 檢查一次，看每個單元各自的功能是否能實現，信息是否能暢通，總體功能是否滿足要求，如果存在問題必須及時做出局部調整。在明確每個單元電路的技術指標后，要分析清楚單元電路的工作原理，設計出各單元的電路結構形式，盡量采用學過的或熟悉的單元電路，要善于通過查資料，分析研究一些新型電路，開發利用新型器件，亦可在與設計要求相近的電路基礎上進行適當改進或進行創造性設計。 1. 總 體方案的設計與選擇 設計電路的第一步就是選擇總體方案，所謂選擇總體方案是根據設計任務、指標要求和給定的條件，分析所要設計電路應完成的功能，并將總體功能分解成若干單元，分清主次和相互的關系，形成若干單元功能模塊組成的總體方案。因此，電子電路的系統設計就顯得越來越重要。 5 4. 成績評定 課程設計結束后，教師將根據以下幾個方面來評定成績： （ 1）設計方案的正確性與合理性。學生應按規定的格式編寫設計說明書。 7. 通過課程設計培養實事求是的科學作風及嚴肅、認真的工作作風和嚴謹的科學態度。而課程設計則是針對某一 門課程的要求，通過一階段課程的各教學環節（課堂教學、實習和實驗）之后，對學生進行的綜合性訓練，旨在培養學生運用課程中所學到的理論知識與實踐緊密結合，培養學生能夠獨立地解決實際問題。實驗課著眼于通過實驗驗證課程的基本理論，并培養學生的初步實驗技能。 6. 學會撰寫課程設計總結報告。 3. 撰寫總結報告階段 總結報告是學生對課程設計全過程的系統總結。 （ 6）收獲和體會及存在的問題和進一步的改進意見等。隨著微電子技術的發展，各種通用和專用的模擬和數字 8 集成塊大量涌現，所以單元電路一般不再需要進行設計，而只需要正確選用集成塊就可以了。因此在設計電路時，應根據情況靈活掌握。任何復雜的電子電路，都是由若干具 有簡單功能的單元電路組成的，這些單元電路的性能指標往往比較單一。 各單元電路之間要注意在外部條件、元器件使用、連接關系等方面的配合，盡可能減少元器件的數量、類型、電平轉換和接口電路，以保證電路最簡單、工作最可靠、經濟實用。 集成電路的種類繁多，選用方法一般是“先粗后細”，即先根據主體方案考慮應選用什么功能的集成電路，再進一步考慮它的具 體 14 性能，然后再根據價格等因素決定選用什么型號。 RX 型線繞電阻器的分布電容和分布電感較