电子线路设计方法

1、电子线路课程设计参考教材电子线路设计、实验、测试谢自美电子技术实践基础 沈小丰先修课程模拟电路数字电路电工理论 内容提要及学习收获电子线路课程设计是电类专业学生重要基础实践课是工科专业的必修课。经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得到一次较全面的工程实践训练。理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。同时，结合EDA 技术，进行仿真设计，可以体现现代化的设计方法和理念，使电子课程设计在培养学生能力方面，得到比较大的提高。 开设本课程的目的本课程是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，是在教师指导下独立查阅资料、设计、安装

2、和调试特定功能的电子电路。 综合设计实验对于提高学生的电子工程素质和科学实验能力非常重要，是电子技术人才培养成长的必由之路。由学生自行设计、自行制作和自行调试的综合性试验。旨在培养学生综合模拟、数字、高频电路知识，解决电子信息方面常见实际问题的能力，并了解一般电子电路与单片机构成简单系统及简单编程的方法。促使学生积累实际电子制作经验，准备走向更复杂更实用的应用领域，是参加“全国大学生电子竞赛”前的技能培训课程。目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。 教学方式与要求教学方式教师指导与学生设计相结合，以学生独立设计为主学生按自愿，组成两人或三人的设计团队，以抽签的方式确定本团队

3、的设计题目，在本学习15周前完成全部设计。教学要求设计团队的全体成员每周需向指导老师汇报设计的进展情况（时间不限定），以此做为本课程的出勤率考核。时间安排时间安排1周：讲授电子线路设计的方法2周：课程设计题目简要分析312周：课程设计及撰写设计报告1314周：考核验收成绩评定成绩评定 见相关附件 本课程所需要的专业知识模拟电路、数字电路电路理论高频电路常用电子仪器操作使用和测试方法 单片机原理及应用（自学）计算机软件辅助电路设计方法 ProtelDXP、PROTEUS、WAVE、C51学生自学与指定设计题目有关的参考资料；在规定时间内学习使用有关电路设计软件进行电路设计的方法补充说明设计费用每

4、个设计团队有一定的设计经费，可根据设计需要购买相关的元件和耗材，但必须经过指导老师签字确认方可购买。在设计中要考虑设计成本，通过优化设计方案，降低设计成本。电子线路设计的基本方法通常所说的电子电路的设计，主要包括:1、满足性能指标要求的总体方案的选择；2、各部分原理电路的设计；3、参数值的计算；4、电路的实验与调试以及参数的修改、调整。电子电路设计在电子工程应用领域里占有很重要的地位。其设计质量的高低不但直接影响到产品或电路性能的优劣，还对研制成果的经济效益起着举足轻重的作用。电子线路设计的基本方法在设计一个常用的电子电路(模拟电路与数字电路)时，首先必须明确设计任务，根据设计任务按下图所示的

5、一般电子电路设计步骤示意图进行设计。但电子电路的种类很多，器件选择的灵活性很大。因此设计方法和步骤也会因不同情况而有所区别。有些步骤需要交叉进行，甚至反复多次，设计者应根据具体情况，灵活掌握。电子线路设计的基本方法第一步、功能和性能指标分析（明确设计任务）一般设计题目给出的是系统的功能要求、重要技术性能指标要求，这些要求是电子系统设计的基本出发点。但仅凭题目所给要求，还不能进行设计，设计人员必须对题目的各项要求进行分析，整理出系统和具体电路所需要的更具体，更详细的功能要求和技术性能指标要求，这些要求才是进行电子电路系统设计的原始依据。电子线路设计的基本方法第二步、方案论证与总体设计初步设计：有

6、了功能和性能指标分析的结果，就可以进行初步的方案设计。方案设计的内容是选择实现系统的方法、准备采用的系统结构（如系统功能框图），同时还应考虑实现系统各部分的方法。方案比较提出几种方案进行初步对比，如果不能确定，就应当进行关键电路分析（包括中间实验），然后再做比较，评价各个方案的优缺点、可行性和可能的达标情况，选定最佳方案。实际设计电子线路设计的基本方法第二步、方案论证与总体设计注意两点：1、针对事关全局的主要问题，要开动脑筋，多提方案，便于合理选择。2、电子设计需要不断改进和完善，出现反复是难免的，但应避免方案上的大反复，以免浪费时间和精力。 电子线路设计的基本方法第三步、单元电路设计（原理电

7、路设计）在选定总体方案之后，便可画出总体电路的框图，着手进行单元电路的设计。单元电路设计的一般步骤根据设计要求和已选定的总体方案原理图，明确对各单元电路的要求，详细拟定各单元电路的性能指标，注意各单元电路输入信号、输出信号、控制信号之间的关系与相互配合，注意尽量少用或不用电平转换之类的接口电路。电子线路设计的基本方法设计各单元电路的结构形式在选择单元电路的结构形式时，最简单的办法是从过去学过的和所了解的电路中选择一个合适的电路。同时还应去查阅各种资料，通过学习、比较来寻找更好的电路形式。一个好的电路结构应该是满足性能指标的要求，功能齐全，结构简单、合理，技术先进等。主要参数的计算与选取元、器件

8、的选择注意的问题进行各部分功能电路设计及电路连接的设计，这时要注意局部电路对全系统的影响。要考虑是否易于实现、是否易于检测等问题。因此同学们平时要注意电路资料的积累。电子线路设计的基本方法元、器件选择器件选用原则众所周知，由于集成电路具有体积小、功耗低、工作性能好、安装调试方便等一系列的优点而得到了广泛的应用，成为现代电子电路的重要组成部分之一。因此，在电子电路设计中，优先选用集成电路已成为人们所认可的一致看法。但是也不要以为采用集成电路就一定比用分立元件好。例如有些功能相当简单的电路，只要用一只三极管或二极管就能解决问题，就不必选用集成电路了。如数字电路中的缓冲、倒相、驱动等应用场合就是如此

9、。另外有些特殊应用情况(如高电压、大电流输出)，采用分立元件往往比用集成电路更切合实际。电子线路设计的基本方法元、器件选择模拟集成电路选择常用的模拟集成电路主要有运算放大器、电压比较器、模拟乘法器、集成稳压块、锁相环、函数发生器等。设计中选择模拟集成电路的方法一般是先粗后细:先根据总体设计方案考虑选用什么类型的集成电路，如运算放大器有通用型、低漂移型、高阻型、高速型等，然后再进一步考虑它的性能指标与主要参数，如运算放大器的差模和共模输人电压范围、输出失调参数、开环差模电压增益、共模抑制比、开环带宽、转换速率等。这些参数值是选择集成运算放大器的主要参考依据。最后应综合考虑价格等其它因素而决定选用

10、什么型号的器件。电子线路设计的基本方法元、器件选择数字集成电路选择数字集成电路(简称数字IC)的发展速度非常快，经过近几十年的更新换代，到目前为止，已形成多种系列化产品同时并存的局面，各系列品种的功能配套齐全，可供用户自由选择。在选择数字集成电路时，必须了解：数字集成电路的种类和特点数字IC 系列产品大体上分为了TTL 型、ECL 型、CMOS 型等三大类电子线路设计的基本方法元、器件选择数字集成电路选择TTL 型：7474H74S74AS高速化发展7474LS74ALS 低功耗高速度方向发展特点： 不同系列的产品相互兼容，选择余地大。 参数稳定，使用可靠。 工作速度和功耗均介于ECL 型与C

11、MOS 型之间，具有较宽的工作速度范围。 采用+5V 电源供电电子线路设计的基本方法元、器件选择数字集成电路选择ECL型ECL 和TTL 一样也是双极型数字IC。其系列产品主要有ECL-10K 与ECL-100K 两种系列。ECL 电路的品种不多，产品限于中小规模集成电路。特点： 工作速度快。ECL 门电路的传输延迟时间可缩短至1ns 以内，是现代数字IC 中工作速度最快的一种。适用工作频率范围为1001000MHZ。 输出内阻低，带负载能力很强。 功耗大;输出电平稳定性较差;噪声容限比较低;抗干扰能力较差。电子线路设计的基本方法元、器件选择数字集成电路选择CMOS 型CMOS 数字IC 是用

12、MOSFET 作开关元件，属单极型数字IC。其系列产品主要有标准型、40H 型、74HC 型与74AC 型等4 种。特点: 静态功耗极低。中规模集成电路的静态功耗小于100mW。 输入阻抗非常高。正常工作时，直流输入阻抗可大于100M。 扇出能力强。低频工作时，一个输出端可驱动50 个以上的CMOS 器件输入端。 抗干扰能力强。电压噪声容限可达电源电压的45%。 电源电压范围宽，工作电压范围为318V。电子线路设计的基本方法元、器件选择数字集成电路选择各类数字IC 的性能比较ECL 电路速度最快，但功耗较大;而CMOS 电路速度慢，功耗很低；TTL 电路的性能介于ECL 和CMOS 集成电路之

13、间，应该说，各类数字IC 都各具特点，都在发展，也都存在着应用的局限性。在各种应用场合中，应该综合考虑各类数字集成电路的性能，以求得到最佳的应用归宿。电子线路设计的基本方法元、器件选择半导体三极管的选择半导体三极管是应用较广的分立器件，它对电路的性能指标影响很大。其次是二极管和稳压管。如何选择半导体三极管呢?大致有以下几方面： 从满足电路所要求的功能（如放大作用、开关作用等）出发，选择合适的类型。如大功率管、小功率管、高频管、低频管、开关管等。 根据电路要求，选择值。一般情况下，值越大，温度稳定性越差，通常取50100。电子线路设计的基本方法元、器件选择半导体三极管的选择 根据放大器通频带的要

14、求，选择管子适当的共基截止频率f或特征频率fT。 根据已知条件选择管子的极限参数。一般要求： 最大集电极电流ICM 2Ic 击穿电压V(BR)CEO 2VCC 最大允许管耗PCM(1.52)PCmax电子线路设计的基本方法元、器件选择阻容元件的选择电阻和电容也是两种应用最广的分立元件，它们的种类繁多，性能各异。在选择阻容元件的过程中，有以下几个方面需要考虑： 根据不同电路对电阻和电容性能的要求，选用适合的电阻、电容器。如基本运算电路中的外接电阻，大都宜选用0.1%的金属膜电阻，不宜选用电感效应大的线绕电阻。又如，低频滤波回路中的电容，宜选用大容量(1003300F)的铝电解电容.由于其对高次谐

15、波的滤波效果差，通常还需并联小容量(0.010.1F)的瓷片电容。 选择合适的阻容元件时，应尽量选用标称系列，并注意电阻器的允许误差范围与功率。注意电容器的容量与耐压值。电子线路设计的基本方法参数计算计算参数的具体方法已在“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”等课程中学习过且做了不少习题。但设计电路时的参数计算与做习题不一样。习题求解时通常的参数值为已知量，需要求解的只有12 个参数，正确的答案一般也只有一个。而电路设计时除了对电路的性能指标有要求外，通常没有其它任何已知参数，几乎全部由设计者自己选择和计算，这样理论上满足要求的参数值就不会是唯一的了，这需要设计者根据价格、货源等具体情况灵

16、活选择。所以设计电路中的参数计算，首先是计算，然后是根据计算值，对参数进行合理选择。（如RCL的标称值）电子线路设计的基本方法第四步、可靠性设计1、定出合理的设计指标。2、系统本身所能达到的指标。3、容错能力。电子线路设计的基本方法第五步、电路兼容设计电磁兼容特性是指确保仪器或者系统正常工作时对周围电磁环境和内部电路相互之间电磁作用的限制、要求和特点。（抗干扰能力，干扰源）在电路设计时应注意：选用电磁兼容特性好的集成电路；尽量提高系统集成度；只要条件允许尽量降低系统工作频率；为系统提供足够功率的电源；电路布局、布线要合理，做到高低频分开、功率电路与信号电路分开数字电路与模拟电路分开。 电子线路

17、设计的基本方法第六步、调试安装调试经过对电子电路的理论设计之后，便可进入电路的安装调试阶段。电子电路的安装调试在电子工程技术中占有很重要的地位，它是把理论付诸于实践的过程，也是知识转化为能力的一种重要途径。当然这一过程也是对理论设计做出检验、修改，使之更加完善的过程。安装调试工作能否顺利进行，除了与设计者掌握的调试测量技术、对测试仪器的熟练使用程度以及对所设计电路的理论掌握水平等有关之外，还与设计者工作中的认真、仔细、耐心的态度有关。各单元电路调试之后逐步扩大到整体电路的联调。联调主要是观察动态结果，测试电路的性能指标，检查电路的测试指标与设计指标是否相符，逐一对比，找出问题，然后进一步修改参

18、数，直至满意为止。实验调试完结之后，还应注意最后校核与完善总体电路图。电子线路设计的基本方法第六步、调试调试方案设计目的是为设计人员提供一个有序、合理、迅速的系统调试方法，使设计人员在实际调试前就对调试的全过程有清楚的认识，明确要调试的项目、目的应达到的指标、可能发生的问题和现象、处理问题的方法以及各部分调试时所需要的仪器设备等。还包括测试结果记录的格式设计，记录格式必须明确反映系统所实现的各项功能特性和达到的各项技术指标 电子线路调试方法1、电子元器件的一般安装原则引脚尽量短、模拟和数字分开、按功率分布2、电路调试前的直观检测电子技术实践基础P2843、电子电路调试注意事项电子技术实践基础P286 4、电子干扰的抑制措施 电子技术实践基础P293电子线路调试方法5、电路故障及故障排除