電子技術課程設計基礎(專業版)

　　

【正文】 5. 可用177。 6. TTL 集成電路多余端的處理 多余的輸入端最好不要懸空。否則不但容易接受外界干擾，而且由于輸入電位不定，破壞正常的邏輯關系。但是，由于其輸入電阻很高，柵極極易接受靜電感應，造成靜電擊穿而損壞管子。固定電容器是指容量固定、不能調整的電容器。若阻值總是∞或 0，則說明管子內部開路或短路， 64 管子已壞。但是插接方式最大的缺點是：插孔經多次使用后，其簧片會變松，彈性變差，容易造成接觸不良，而這種問題往往是很難查找的。 （ 2）插接技術 在面包板上插接元器件組裝電路前，同樣有個布局的問題，其布局的原則基本上同前述的電路板結構布局的原則，但有一個限制條件，這就是集成塊的位置不能隨意布置，必須插在面包板中間槽的兩邊，如圖 33 所示。 57 1. 插接方式 （ 1）常用的兩種面包板結構 圖 32是兩種面包板正面結構圖。 其原則是，第一級輸入線與末級的輸 出線，強電流線與弱電流線、高頻線與低頻線等應分開走，其間距應足夠大，避免相互干擾。 前面的七項布局原則是從技術角度出發提出來的。 （ 3）注意發熱部件的熱干擾。 （ 6）檢查 檢查設計的電路能否自啟動。 47 根據邏輯函數式對照比較的結果，即可確定所用的器件各輸入端應當接入變量或常量（ 1或 0），以及各片之間的連接方式。為了產生所需要的邏輯函數，即可以用小規模集成的門電路組成邏輯電路，也可以用中規模集成的常用組合邏輯器件或可編程邏輯器件等構成相應的邏輯電路，應該根據對電路的具體要求和器件 的資源情況，決定采用哪一類型器件。下面主要討 論常用數字電路的設計與應用方法。 針對上述信號通道上的干擾，常用的抗干擾措施有： A． 使用雙絞線傳輸。在抗干擾要求不高的場合，可以不采用抗干擾措施，以免增加電路的復雜性。若此電子系統附近有大型電力設備接于同一個交流電源線上，那么，電力設備的啟停將產生很高的浪涌電壓疊加在50HZ 的電網電壓上。列表項目為序號、符號與編號、名稱、型號與規格、數量以及必要的說明等。對于自己設計的系統或非常熟悉的電路，可以采用觀察判別法，通過儀器、儀表觀察到結果，直接判斷故障發生的原因和部位，從而準確、迅速地找到故障并加以排除。 查找故障的方法 查找故障的通用方法是把合適的信號或某個模塊的輸出信號引到其他模塊上，然后依次對每個模塊進行測試，直到找到故障模塊為止。 調試注意事項 A． 測試之前要熟悉各種儀器的使用方法，并仔細加以檢查，避 29 免由于儀器使用不當或出現故障而做出錯誤判斷。第一種是邊安裝邊調試的方法，也就是把復雜的電路按原理圖上的功能分塊進行調試，在分塊調試的基礎上 27 逐步擴大調試的范圍，最后完成整機調試，采用這種方法能及時發現問題和解決問題，這是常用的方法，對于新設計的電路更為有效。如果能在組裝前先擬訂出組裝草圖，則可獲得事半功倍的效果，使組裝既快又好。 22 集成電路器件的管腳較多，多余的管腳應做適當處理。 應把根據計算所確定的各參數值標在電路圖中適當的位置。這種變化規律適用于音調控制電路及電視機中對比度的調節；對數式電位器可用于音響設備、收音機及電視接收機的音量控制電路中。絕緣電阻小的電容器，漏電流較大，漏電流產生的功率損耗將使電容器發熱升溫，從而導致電流進一步上升，輕則導致電路性能惡化，重則使電容器失效甚至爆炸。集成電路常見的封裝方式有雙列直插式、扁平式、和直立式三種（其他封裝方式還有：引線載體式等十余種），一般盡可能選用雙列直插式，因為這種封裝易于安裝和更換。 設計單元電路的一般方法和步驟： （ 1）根據設計要求和已選定的總體方案的原理框圖，確定對各單元電路的設計要求，必要時應詳細擬定主要單元電路的性能指標。但從教學訓練角度出發，課程設計仍應保留一定的單元電路的內容。說明書的主要內容有： （ 1）課題名稱。 2 畢業設計雖然也是一種綜合性訓練，但它不是針對某一門課程，而是針對本專業的要求所進行的更為全面的綜合訓練。 5. 進一步熟悉常用電子儀器的正確使用方法；正確記錄并分析實驗結果。對電路調試過程中出現的問題進行分析，并說明解決的措施；記錄、整理測試結果并進行分析。 由于電子電路種類繁多，千差萬別，設計方法和步驟也因情況 9 不同而有所差異，因而設計步驟需要交叉進行，有時甚至會出現多次反復。當確實找不到性能指標完全滿足要求的電路時，也可選用與設計要求比較接近的電路，然后調整電路參數。各種電阻器由于他們的結構與制造工藝不同，分布參數也不同。在高頻應用時，某些電容器不可忽視的自身電感、引線電感和高頻損耗，會使電容器的自身性能下降，導致電路不能正常工作。 19 （ 2）元器件的參數計算 單元電路的結構、形式確定以后，需要對影響技術指標和參數的元器件進行計算。 盡量把總電路圖畫在同一張紙上，如果電路比較復雜，一張圖畫不下，應把主電路畫在同一張紙上，而把一些比較獨立或次要的部分（例如直流穩壓電源）畫在另一張或幾張紙上，并用適當的方式說明各圖之間的信號關系。它是把理論付諸于實踐的階段，也是將理論電路轉換為實際電路和電子設備的過程。查線的方式有兩種：一種是按照設計電路接線圖檢查安裝電路，在安裝好的電路中按電路圖一一對照檢查接線；另一種方法是按照實際線路，對照電路原理圖按兩個元件接線端之間的連線去向檢查。比較理想的調試程序是按信 號的流向進行，這樣可以把前面調試過的輸出信號作為后一級的輸入信號，為最后的聯調創造條件。通過收集第一手資料可以幫助自己積累實際經驗，切不可低估記錄的重要作用。 C． 測量元器件接線端的電源電壓。因此，調試之后很可能要對前面的“選擇元器件和參數計算”一節中所確定的方案再作修改，最后完成實際的總體電路，制作出符合設計要求的電子設備來。因此，設計者必須結合具體電路的實際情況，在實踐中去解決抗干擾問題。由于交流穩壓器比較貴，在一些小型電子電路中一般不用，只用于較大型的電子系統，以及抗干擾要求比較高的場合。抗地線干擾的措施： A． 盡量采用一點接地，即各部分的地自成一體后再分別接到公共地的一點上，印制電路板上采用此方法不太方便布線，而都是采用串聯接法，為了減少地線噪聲干擾，可適當加大地線寬度。另外，各個信號的地線是單獨的，可有效地抑制信號間通過地線的干擾。 （ 1）組合 邏輯電路的設計 組合邏輯電路在設計過程中，應注意掌握組合邏輯電路的分析和設計工具，如：邏輯表達式、真值表、卡諾圖、時序圖等。 工藝設計。設計同步時序邏輯電路的一般步驟如下： （ 1）邏輯抽象 把要求實現的時序邏輯功能表示為時序邏輯函數，可以用狀態轉換表的形式，也可用狀態轉換圖的形式，這就需要： 分析給定的邏輯問題，確 定輸入變量、輸出變量以及電路的 48 狀態數。 一、電子電路安裝布局的原則 按總體電路圖準 備好所需要的元器件后，如何把這些元器件按電路圖組裝起來，電路各部分應放在什么位置，是用一塊電路板組裝，還是用多塊電路板組裝，一塊板上電路元件又如何布置等等，都屬于電路安裝和布局問題。此外，輸入級也應盡可能遠離輸出級。 不論是哪一種組裝方式，首先必須考慮元器件在電路板上的結構布局問題。 數字電路與模擬電路不允許共用一條地線。雙列直插式集成塊安裝在無孔的槽上，其引腳插于槽兩邊的插孔中，如圖 33 所示。為了防止裸露的導線及引腳短路，必須套上套管。應學會準確地識別各種元器件的引腳，以免出錯而造成人為故障或事故。圖 35（ a）為金屬外殼管子的管腳底視圖（即管腳朝上，帽頂朝下，面對管底觀察到的圖）。電容器的容量一般標在電容器上面，通常不需要測量具體數值。也可以利用電烙鐵斷電后的余熱快速焊接，禁止在電路通電情況下焊接。 72 7. CMOS 集成電路輸入端的處理 （ 1） 當 CMOS電路輸入端接有 大電容或連接長線時，必須在輸入端串接一個 10～ 20KΩ的電阻，然后再接大電容或長線。為使電路功耗最低，可將不使用的與非門和或非門等器件的所有輸入端接地，也可將它們的輸出端接到不使用的與門輸入端上。將 R3＝ R4代入上式，得 V_ =V ＋ = 21 VC （ 11） 運放 A2 與 R R7 構成滯回比較器。 2. 振蕩頻率的實際值與按上述函數關系求出的理論值之誤差 79 不超過177。 2. TTL 集成電路的輸入端處理 TTL 集成電路的各輸入端不能直接與高于 + 和低于 的低內阻電源連接，因為低內阻電源能提供較大電流，會由于過熱而燒壞器件。開啟時，應先接通 CMOS 電路電源，后接通信號源電源。 電阻器的阻值和誤差，一般用數字標印于電阻器上。 用數字萬用表測量時，可直接得到三 極管的電流放大系數（β值）。其余引腳號的識別為：正視集成塊引腳頂視圖上的型號，標記（缺口或小圓點）的下方引腳為第一引腳，依次逆時針計數，從而得知各引腳號。 連線要求貼緊面包板，不要留空隙。 圖 32（ b）所示的面包板和圖 32（ a）的不同之處在于最 外邊的插孔。 在這種接地方式中，各級地線可就近相連，接地比較簡單，但因存在地線電阻（如圖中虛線所示），各級電流通過相應的地線電阻產生干擾電壓，影響各級的工作。 （ 2）安排其他電路元器件（如電阻、電容、二極管）的位置。 此外，與指示和顯示有關的電路板最好是安裝在面板附近。 整體結構布局沒有固定的模式，只有一些應遵循的原則： （ 1）注意電子裝置的重心平衡與穩定。 （ 3）狀態分配 狀態分配又稱為狀態編碼，時序邏輯電路的狀態是用觸發器狀態的不同組合來 表示的。因為每 46 一種中規模集成電路的組合邏輯電路都有確定的邏輯功能，并可以寫成邏輯函數式的形式，所以，為了使用這些器件構成所需要的邏輯電路，必須把要產生的邏輯函數變換成與所用器件的邏輯函數式類似的形式。以二值邏輯的 0、 1分別代表輸入變量和輸出變 量的兩種不同狀態，這里的 0 和 1的具體含義完全由設計者 44 人為選定，這項工作也叫做邏輯狀態賦值。 光電耦合器分為傳送模擬信號和傳送數字信號兩種類型。 B． 信號間的干擾。因此，在初、次級線圈之間加一個金屬屏蔽層，并將屏蔽層接地，可有效地減小分布電容值，從而有效地抑制高頻干擾信號通過電源變壓器進入初級線圈，這是最常見的抗電源干擾的措施。 抗干擾技術主要是從干擾進入電子系統的通路上來采取抑制措施。 （ 6）繪出總體電路圖及必要的波形圖 ，并說明電路的工作原理。如果懷疑某個元器件損壞，必須對它進行單獨測試，并對已損壞的元器件進行更換。 假如是原來正常運行的電子電路，使用一段時間出現故障，其原因可能是元器件損壞，或連線發生短路，也可能是使用條件的變化影響電子設備的正常運行。 E． 整機聯調 對于復雜的電子電路系統，在分塊調試的過程中，由于是逐步擴大調試范圍，故實際上已完成了某些局部聯調工作。如果出現異常，應立即切斷電源，待故障排除后方可重新通電。 24 組裝分立元件時應使標志朝上或朝向易于觀察的方向，以便于查找和更換。電路圖的安排要緊湊、協調，疏密恰當 ，避免出現有的地方畫的很密，有的地方卻空出一大塊。例如，如果實際電路中的三極管的 VCE 的最大值為 20V，挑選三極管時應按 V（ BR） CEO≥ 30V 考慮。 B． 選擇電位器的阻值變化規律。 F． 所選用電阻器的額定功率必須大于實際承受功率的兩倍。 集成電路的選擇 集成電路的廣泛應用，不僅減少了電子設備的體積和成本，提高了可靠性，使安裝調試和維修變得比較簡單，而且大大簡化電子電路的設計。 圖 21 電子電路設計一般步驟 （ 2）要考慮方案的可行性、性能、可靠性、成本、功耗和體積等實際問題。 三、電子電路課程設計的一般方法與步驟 設計一個電子電路系統時，首先必須明確系統的設計任務，根據設計任務進行方案選擇，然后對方案中的各部分進行單元的設計、參數計算和器件選擇，最后將各部分連接在一起，畫出一個符合設計要求的完整的系統電路圖。最后畫出總體電路圖（原理圖和布線圖）。 1 第一章 概論 “電子技術課程設計”是電子技術課程的實踐性教學環節，是對學生學習電子技術的綜合性訓練，這種訓練是通過學生獨立進行某一課題的設計、安裝和調試來完成的。此后是對方案中 的單元電路進行選擇和設計計算，包括元器件的選用和電路參數的計算。 （ 4）總結報告。 選擇方案應注意的幾個問題： （ 1）應當針對關系到電路全局的問題，開動腦 筋，多提一些不同的方案，深入分析比較，有些關鍵部分，還要提出各種具體 10 電路，根據設計要求進行分析比較，從而找出最優方案。眾所周知，電子元器件的種類繁多，而且不斷出現新產品，這就需要用戶經常關心元器 件的新信息和新動向，多查閱資料。RJ 型、 RX 型電阻器以及 RT 型電阻器均具有較小的噪聲電動勢。在電視機以及許多測量儀器中，電源開關和亮度（或音量）、靈敏度的控制常要求用一個旋鈕來實現，這時可選用帶開關的電位器；在立體音響設備和文式電橋等電路中，需要同時調節兩個電位器值，這時可選用雙連電位器；在校正電路中，可選用鎖