电子产品设计与制作课件

1、电子产品设计与制作,1. 电子设计技术基础的性质与任务 2. 要求 3. 电子产品研制的一般过程 4. 课程设计与电子产品研制的差异 5. 课程设计报告 6. 电子系统设计的基本原则和内容 7. 电路设计的一般过程 8. 元器件选择 9. 电路组装与调试 10.题目及题目分析,电子产品设计与制作的性质,电子产品设计与制作课程具有三个性质： 一、实践性，它属于实践教学环节； 二、在教师指导下依据电子理论知识来学习工程设计的方法； 三、创造性，课程设计以学生为主体，教师只起指导作用，设计任务主要由学生独立完成，调动学生的积极性，充分发挥主观能动性，激发学习热情。 培养学生的职业能力、创新精神、实践

2、能力和创业 能力,电子设计技术基础的任务,在教师指导下独立进行查阅资料、设计方案与组织实验等工作，并写出报告。 将学过的理论知识再创造后用于工程实际，培养善于调查研究，勤于创造思维，勇于大胆开拓的学习和工作作风。 具备电子与信息技术高级技术专门人才所需的基本理论知识、基本技能. 了解电子产品设计与制作的一般过程，掌握电子电路设计的基本方法和一般过程. 能用仿真软件对电子线路进行仿真设计，能用Protel等软件绘制PCB图 能正确选用元器件与材料，能对所设计电路的指标和性能进行测试并提出改进意见 掌握电子电路调试的方法，正确使用电子仪器对电子电路进行调试，能独立解决设计与调试中出现的一般问题 能

3、查阅各种有关手册，正确编写设计报告。,基本要求,思想要求 第一:重视课程设计，遵守课堂纪律，不迟到、不早退。 第二:认真细心，具有实事求是的科学态度、严谨负责的工作作风和吃苦耐劳的敬业精神。 第三:树立安全生产意识，养成良好的职业习惯。焊接时注意烙铁不能乱搁，工作台面要保持干净整洁，剪下的线头要及时清理，东西不能乱堆乱放；仪器使用完毕后，记住切断电源，面板上各旋钮拨至合适的位置。,知识要求 采用以自学为主的学习方法。 设计之前教师给予学生必要的设计思路分析与提示，主要靠学生自己去解决问题，使解决实际问题的能力得到提高。 开动脑筋，多思考，复习与课程设计任务有关的单元电路，理清头绪，按照电子电路

4、的一般设计步骤进行设计。,技能要求 (1) 能进行简单的电路仿真。熟悉仿真软件EWB及 Protel的使用. (2) 能制作简单的印制电路板。了解手工制作印制电路 板的方法和一般步骤，能用手工方法制作简单的印 制电路板。 (3) 具备元器件检测能力。 (4) 具有装配、调试和指标测量的能力。正确使用电子 仪器对电路进行测试，能根据要求调试出较好的性能。 (5) 具备一定的分析、总结能力，写出一份较为完备的 课程设计报告。,电子产品研制的一般过程,课程设计与电子产品研制的差别,对于研制电子产品来说，选题和拟定性能指标十分重要，一般需要经过充分的调查研究才能确定，否则研制出来的产品可能没有实用价值

5、和经济效益。 课程设计重在教学练习，设计题目是由教师指定、给定性能指标，学生不需进行市场调研。 对于研制电子产品来说，必须考虑经济效益。在研制电子产品时，在保证性能指标前提下，应设法降低成本，因此，凡是市场上或从生产厂家可以买到的元器件都可以选用。 但课程设计必须考虑元器件的通用性。由实验室备料不可能十分丰富，因此，课程设计对元器件的品种有一定限制，一般只能在规定的范围内选用元器件。 另外，电子产品研制还要考虑外形设计、销售等商业性问题，因为产品要转变成商品，其最终的目的是产生经济效益。 课程设计只是电子电路设计的一次演习，它重在基础训练，是电子产品研制的原理电路设计阶段，与研制电子产品的实际

6、情况存在相当大的差距。,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，通过编写设计报告，不仅把设计、组装、调试的内容进行全面总结，以提高学生的文字组织表达能力而且也把实践内容上升到理论高度。 课程设计报告分预设计报告（任务书）和设计总结报告。 预设计报告主要包含下列内容： (1) 题目及要求 (2) 系统框图 (3) 各单元电路设计与计算 (4) 总电路草图 (5) 工作原理说明 (6) 元器件清单,课程设计报告,课程结束后要交一份设计总结报告 报告的首页包括课题名称、课程设计时间、学生姓名、班级和指导教师等 设计总结报告内容包括： (1) 课题名称 (2) 内容摘要 (3

7、) 设计指标(要求) (4) 设计方案分析比较与选择 (5) 系统框图 (6) 各单元电路设计、参数计算和元器件选择 (7) 画出完整的电路图，并说明电路的工作原理 (8) 组装调试；包括使用的主要仪器、仪表，调试电路的方法和技巧、测试的 数据和波形并与计算结果比较分析，调试中出现的故障、原因及排除方法 (9) 元器件清单 (10) 实际PCB图或布线图 (11) 电路的特点和方案的优缺点，提出改进意见和展望 (12) 心得体会 (13) 列出参考文献 报告的设计观点、理论分析、方案结论、计算等必须正确，做到纲目分明、 逻辑清楚、内容充实、文字通顺、图样清晰规范。,电路系统设计的基本原则,满足

8、系统功能和性能的要求 电路简单，成本低，体积小。集成技术是简化系统电路的最好方法。 电磁兼容性好。电磁兼容特性是现代电子电路的基本要求 可靠性高 调试简单方便。 生产工艺简单。 操作简单方便。难以操作的产品是没有生命力的。 耗电少。 性能价格比高。 同时具备会出现相互矛盾的情况。 如，对于用交流供电的电子设备，如果电路总的功耗不大，那么功耗不是主要矛盾，而对于用微型电池供电的航天仪表而言，功耗的大小则是主要矛盾之一。,课程设计的内容,电子设计是对各种技术综合应用的过程。通常包括以下几个方面： (1) 功能和性能指标分析。深入了解所要设计的系统特性。 (2) 系统设计。 包括初步设计、方案比较和

9、实际设计3部分内容。一个实用课题的理想设计方案不是轻而易举地就能获得的，往往需要进行广 泛、深入的调查研究，翻阅大量参考资料，并进行反复比较和可行性论证，结合实际工程实践需要，才最后确定下来。 (3) 原理电路设计。 进行各部分功能电路以及分电路连接的具体设计。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，以及性能价格比等问题，平时要注意电路资料的积累。 (4) 可靠性设计。系统的方案设计和电路设计中必须考虑可靠性因素(如器件的选择、电路连接方式的选择等)。,(5)电磁兼容特性设计 选择电磁兼容特性好的集成电路 尽量使关键电路数字化 尽量提高系统集成度 尽量降低系统频率 为系统

10、提供足够功率的电源 电路布线合理 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，远距离传输信号使用电隔离技术等。 (6)调试方案设计 明确要调试的项目、目的、应达到的技术指标、可能发 生的问题和现象、处理问题的方法、系统各部分调试时 所需要的仪器设备等。,电路设计的一般过程,选择方案 设计电路的第一步就是选择总体方案。 所谓总体方案是用具有一定功能的若干单元电路构成一个整体，以满足课题题目所提出的要求和性能指标，实现各项功能。 方案选择就是按照系统总的要求，把电路划分成若干个功能块，得出能表示单元功能的整机原理框图。按照系统性能指标要求，规划出各单元功能电路所要完成的任务，

11、确定输出与输入的关系，确定单元电路的结构。 总体方案往往不止一个，应当针对糸统提出的任务、要求和条件，进行广泛调查研究，大量查阅参考文献和有关资料，广开思路，要敢于探索，努力创新，提出若干不同方案，仔细分析每个方案的可行性和优缺点，反复比较，争取方案的设计合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进。 框图应能说明方案的基本原理，应能正确反映系统完成的任务和各组成部分的功能，清楚表示出系统的基本组成和相互关系。 方案选择必须注意下面两个问题： (1)要有全局观点，抓住主要矛盾。 (2)在方案选择时要充分开动脑筋，不仅要考虑方案是否可行，还要考虑怎样保证性能可靠，考虑如何降低成本，降低功耗，减小体积等许

12、多实际的问题。,设计单元电路 设计单元电路的一般方法和步骤如下： (1) 根据设计要求和已选定的总体方案原理框图，确定对各单元电路的设计要求，拟定主要单元电路的性能指标、与前后级之间的关系、分析电路的构成形式。应注意各单元电路之间的相互配合，注意各部分输入信号、输出信号和控制信号的关系。 (2) 拟定好各单元电路的要求后，按信号流程顺序分别设计各单元电路。 (3) 选择单元电路的组成形式。一般情况下，应查阅有关资料，以丰富知识，开阔眼界， 从已掌握的知识和了解的各种电路中选择一个合适的电路。如确实找不到性能指标完全满足要求的电路时，也可选用与设计要求比较接近的电路，然后调整电路参数。 在单元电

13、路的设计中特别要注意保证各功能块协调一致地工作。,为保证单元电路达到功能指标要求，常需计算某些参数。例如放大器电路中各电阻值、放大倍数，振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。 一般来说，计算参数应注意以下几点： (1) 各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在允许的范围内，并留有适当的裕量. (2) 对于环境温度、交流电网电压等工作条件，计算参数时应按最不利的情况考虑。 (3) 涉及元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般按1.5倍左右考虑。例如，如果实际电路中三极管UCE0的最大值为20V，那么挑选三极管时应按UCE

14、0 30V考虑。 (4) 电阻值尽可能选在1M范围内，最大一般不应超过10M ，其数值应在常用电阻标称值系列之内，并根据具体情况正确选择电阻的品种。 (5) 非电解电容尽可能在100pF0.1f范围内选择，其数值应在常用电容器标称值系列之内，并根据具体情况正确选择电容的品种。 (6) 在保证电路性能的前提下，尽可能设法降低成本，减少器件品种，减少元器件的功耗和减小体积，为安装调试创造有利条件。 (7) 有些参数很难用公式计算确定，需要设计者具备一定的实际经验。如确实无法确定，个别参数可待仿真时再确定。,参数计算,随着计算机的普及和EDA技术的发展，电子电路设计中的实验演变为仿真和实验相结合。

15、仿真具有下列优越之处： (1)对电路中只能依据经验来确定的元器件参数，用电路仿真的方法很容易确定，而且电路的参数容易调整。 (2)由于设计的电路中可能存在错误，或者在搭接电路时出错，可能损坏元器件，或者在调试中损坏仪器，从而造成经济损失。而电路仿真中也会损坏元器件或仪器，但不会造成经济损失。 (3)电路仿真不受工作场地、仪器设备、元器件品种、数量的限制。 (4)在EWB软件下完成的电路文件，可以直接输出至常见的印制线路板排版软件。 尽管电路仿真有诸多优点，但其仍然不能完全代替实验。对于电路中关键部分或采用新技术、新电路、新器件的部分，一定要进行实验。 仿真和实验要完成以下任务： 检查各元器件的

16、性能、参数、质量能否满足设计要求。 检查各单元电路的功能和指标是否达到设计要求。 检查各个接口电路是否起到应有的作用。 把各单元电路组合起来，检查总体电路的功能、性能是否最佳。,仿真和实验,元器件的选取 从“需要什么”和“有什么”两个方面来考虑。 经常关心元器件的新信息和新动向，多查资料。大量了解各种元器件特性、规格、参数、价格。优先选用集成电路。,常用元器件的选择,电阻器：阻值、功耗、噪声、频率特性 电容器；容量、耐压、精度、损耗 电位器：功耗、阻值变化方式 二极管：极限参数、频率特性 三极管：极限参数、频率特性,一般优先选用集成电路 提高可靠性，使安装调试和维修变得比较简单，且简化电路的设

17、计。 但并不是采用集成电路就一定比采用分立元器件好，有时功能简单的电路，只要用二、三极管就能解决问题，若用集成电路反而使问题复杂化，且增加成本。必要时可画出两种电路，进行比较。,一切从实际需求出发，将分离元件与集成电路巧妙地结合起来，而且尽量应用集成电路，以使系统简化，体积小，可靠性提高。,怎样选择集成电路 “先粗后细”：粗即功能、细既性能指标 查资料、手册,在元器件应用中，必须注意以下几个方面：,电源电压的范围，单电源供电还是需要双电源供电？ 元器件的主要指标是什么？不外乎是速度和精度两方面。不要以为只要是运放就能作放大器、滤波器。例如要求做一个2MHz带宽的放大器， 如果选用LM741，结

18、果无论如何都达不到要求，因为LM741的单位增益带宽积只有1 MHz。 元器件互相之间的电平匹配如何？ 元器件的输入阻抗，允许的输入电压、电流范围以及输出驱动负载的能力等等。这一方面会涉及器件的安全，另一方面又可能影响到系统的某些指标能否达到。,二、电路的组装布局、调试与总结,1、组装、布局 注意器件极性 注意信号之间的相互干扰，连线最短 做好输入、输出和其他必要的关键点标示 布局合理、美观、整齐,2、调试 整个调试过程最好分层次进行，先单元电路，再模块电路，最后系统联调。按照分配的指标、分解的模块，一部分一部分调试，然后将各模块连接起来总调。 要充分利用电子仪器来观察波形，测量数据，发现问题

19、，解决问题，以达到最终的目标。 通电前检查：连接是否错误 通电检查：加入正常电压，观察电路情况有无异常 单元电路调试：利用信号源或其他实验仪器判断各单元电路的工作状态 整机联调：从最前端到末级进行统调，检查各级动态信号工作情况，分析是否满足设计要求。,3、故障诊断与排除方法 信号寻迹法：逐级检查 对分法：缩小故障范围 分割测试法：切断电路间的相互联系，查找原因 电容器旁路法：用于自激或排查干扰的时候 对比法：相同电路对比 替代法：用已知正常的电路、器件代替怀疑的电路 静态测试法：确定单一故障元件 动态测试法：观察动态工作状况,4、设计文档整理与总结报告,下面以FM无线发射机设计为例说明方案选择

20、的重要性：,（例 1）简易调频无线发射器,本机发射频率在中，图中及外围元件组成电容三点式振荡器，由产生的音频电压使的结电容发生变化，在高频情况下，即使很小的电容变化也会引起很大的频偏。调频信号经放大后送到天线发射。,方案1总结,主要优点：电路简单、价格低 主要缺点：频率稳定性差、容易跑频、 功能单一,（例 2 ）BA1404集成电路立体声FM发射器,BA1404/1404F 是日本东洋电具制作所（Rohm Co. Ltd.） 生产的调频立体声发射集成电路。此电路将立体声调制、FM 调制和 RF 放大器等功能集成在一个芯片上。仅仅需要很少的外围元器件就能够获得良好的立体声调频信号。 特性简介 采

21、用低电压、低功耗设计，电压在 1V 至 3V 之间，典型值为1.25V，最大功耗 500mW，静态电流为 3mA。 它将立体声编码、FM 调制、RF 放大等多个功能集成在一个芯片上，所需外围元件少。 两声道分离度高，典型值为 45dB。 输入阻抗为 540（fin=1kHz），输入增益为 377dB（Vin=0.5mV）。典型射频输出电压为 600mV。,BA1404内部结构框图与作品图,BA1404应用电路图,方案2总结,主要优点：电路简洁、立体声发射 主要缺点：频率稳定性差、仍然容易跑频,（例 3）BH1417锁相环调频立体声发射机,BH1417是一个最简单而又实用的集成电路，它集锁相环电

22、路、立体声编码电路、发送电路，外围加上几个几件就组成了一台高频定多频点的HI-FI调频立体声发送器。而且它设置了预加重电路、限幅电路及低通滤波器，可明显地改善音质。其总谐波失真达到了，立体声分离度为，输出电平为。,BH1417内部结构图,BH1417应用电路,BH1417 作品,方案3总结,主要优点：PLL锁相环稳频无频率漂移、 立体声发射 主要缺点：价格较贵,电子设计中必备的器件知识,1、常用无源器件：电阻、电容、电感等。 应注意使用功率、工作频率、噪声系数、工作损耗等参数进行选择。,2、常用有源器件：半导体晶体管、集成电路等。 使用中应注意关键的直流、交流参数，器件手册中推荐使用的条件和典

23、型应用电路等。 例如：极限工作参数、测试工作条件等等。,3、特殊器件与应用,气敏电阻 有一种煤气泄漏报警器，在瓦斯泄漏后会报警，甚至启动脱排油烟机通风。这种报警器内就是装置了一种气敏电阻。这种半导体在表面吸收了某种自身敏感的气体之后会发生反应，而使自身的电阻值改变。它一般有四个电极，两个为加热电极，另两个为测量电极。气敏电阻根据型号对不同的气体敏感。有的是对汽油，有的是对一氧化碳，有的是对酒精敏感。,220V市电经电源变压器T1降压至5.5V左右，不用整流、滤波直接作为气敏半导体传感器QMN10的加热电压。控制电路的供电则是由U全桥整流、C1滤波后供给的。QMN10气敏半导体传感器在洁净空气中

24、的阻值大约有几十k，接触到有害气体时，电导率增大，电阻值急剧下降，下降幅度与瓦斯浓度在0.5%以下成正比。由与非门IC1A、IC1B构成一个门控电路，IC1C、IC1D组成一个多谐振荡器。当QMN10气敏传感器未敏感到有害气体时，由于电导率极小，IC1A脚处于低电位，IC1A的脚处于高电位，故IC1A的脚为高电位，经IC1B反相后其脚为低电位，多谐振荡器不起振，三极管VT2处于截止状态，故报警电路不发声。,一旦QMN10敏感到有害气体时，其电导率增大，阻值急剧下降，在电阻R2、R3上的压降使IC1A的脚处于高电位，此时IC1A的脚变为低电平，经IC1B反相后变为高电平，多谐振荡器起振工作，三极管VT2周期地导通与截止，于是由VT1、T2、C4、HTD等构成的正反馈振荡器间歇工作，发出报警声。与此同时，发光二极管LED1闪烁。从而达到有害气体泄漏告警的目的。,湿敏电阻湿敏电阻对环境湿度敏感，它吸收环境中的水分，直接把湿度变成电阻值的变化。 压敏电阻 压敏电阻用作电路的过压保护。将压敏电阻和电路并联，其两端电压正常时电阻值很大，不起作用。一旦超过保护电压，它的电阻值迅速变小，使电流尽量从自己身上流过（很有牺牲精神！），从而保护了电路。正规的电话机中少不了压敏电阻，其实你的MODEM中