【正文】 電子電路課程設(shè)計(jì)第一章 電子電路課程設(shè)計(jì)綜述167。1—1 課程設(shè)計(jì)的目的和要求一、電子電路課程設(shè)計(jì)的目的電子電路課程設(shè)計(jì)是建立在已學(xué)的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)課程以后，綜合運(yùn)用這兩門(mén)課程所學(xué)的理論知識(shí)，實(shí)際的進(jìn)行一次課題的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，其目的有以下幾個(gè)方面：1． 通過(guò)對(duì)電子技術(shù)的綜合運(yùn)用，使學(xué)到的理論知識(shí)相互融泄貫通，在認(rèn)識(shí)上產(chǎn)生一個(gè)飛躍。課程設(shè)計(jì)和平時(shí)作業(yè)題是有區(qū)別的，作業(yè)題是為了加深對(duì)課堂所講知識(shí)的理解，它內(nèi)容較窄、訓(xùn)練第一，且是經(jīng)過(guò)抽象加工后給出的理想化的條件，因而有唯一答案，而課程設(shè)計(jì)是實(shí)際的電路裝置，它涉及的知識(shí)面廣，需要綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，它一般沒(méi)有固定的答案、需要從實(shí)際出發(fā)、通過(guò)調(diào)查研究，查尋資料、方案比較及設(shè)計(jì)、計(jì)算等環(huán)節(jié)，才能得到一個(gè)較理想的設(shè)計(jì)方案，更重要的是，它不光是停留在理論設(shè)計(jì)和書(shū)面答案上，而要做出符合設(shè)計(jì)要求的實(shí)際電路。所以說(shuō)，課程設(shè)計(jì)是一門(mén)知識(shí)的應(yīng)用、綜合、智力開(kāi)發(fā)創(chuàng)新、工程技能訓(xùn)練、理論性和實(shí)際性極強(qiáng)的課程。2．初步掌握一般電子電路設(shè)計(jì)的方法，使學(xué)生得到一些工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，并為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定良好基礎(chǔ)。3．培養(yǎng)同學(xué)自學(xué)能力，獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，通過(guò)獨(dú)立思考、查找工具書(shū)、參考文獻(xiàn)、尋求正確答案；對(duì)實(shí)驗(yàn)中碰到的一些問(wèn)題，能通過(guò)觀(guān)察、分析、判斷、改正、再實(shí)驗(yàn)、再分析等基本方法去解決。4．通過(guò)課程設(shè)計(jì)這一教學(xué)環(huán)節(jié)，樹(shù)立嚴(yán)肅認(rèn)真，文明仔細(xì)，實(shí)事求是的科學(xué)作用，樹(shù)立生產(chǎn)觀(guān)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)觀(guān)點(diǎn)和全局觀(guān)點(diǎn)。二、課程設(shè)計(jì)的要求1．要獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，鍛煉自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，并初步掌握電子技術(shù)設(shè)計(jì)的方法和步驟，而不是照抄照搬，尋找現(xiàn)成的設(shè)計(jì)方案。2．。3．學(xué)會(huì)查閱資料和手冊(cè)，學(xué)會(huì)選用各種電子元器件。4．掌握常用的電子儀器儀表使用，如直流穩(wěn)壓電源、直流電壓、電流表、信號(hào)源、示波器等。5．學(xué)會(huì)掌握安裝電子線(xiàn)路的基本技能和調(diào)試方法，善于在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。6．能夠?qū)懗鐾暾恼n程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。167。1—2電子電路課程設(shè)計(jì)步驟與安排一、電子電路課程設(shè)計(jì)的步驟(一)方案設(shè)計(jì)1．?dāng)M定系統(tǒng)方案框圖畫(huà)出系統(tǒng)框圖中每框的名稱(chēng)、信號(hào)的流向，各框圖間的接口。2．方案的分析和比較所擬的方案可以有多種，因此要對(duì)這些方案進(jìn)行分析和比較。比較方案的標(biāo)準(zhǔn)有三：一是技術(shù)指標(biāo)的比較，哪一種方案完成的技術(shù)指標(biāo)最完善的；二是電路簡(jiǎn)易的比較，哪一種方案在完成技術(shù)指標(biāo)的條件下，最簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)；三是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較，在完成上指標(biāo)的情況下，選擇價(jià)格低廉的方案。經(jīng)過(guò)比較后確定一個(gè)最佳方案。(二)單元電路的設(shè)計(jì)和計(jì)算對(duì)每一個(gè)功能框圖進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算；1．選擇電路的結(jié)構(gòu)和型式；2．組成電路的中心元件的選擇；3．電路元件的計(jì)算、選擇如電阻元件、計(jì)算出電容的容量，然后根據(jù)標(biāo)稱(chēng)值選定電容的容量和耐壓。4．核算所設(shè)計(jì)的電路是否滿(mǎn)足要求。5．畫(huà)出單元電路的原理電路圖。
(三)總體設(shè)計(jì)1．把各個(gè)單元電路聯(lián)接起來(lái)，注意各單元電路的接口、耦合等情況。畫(huà)出完整的電氣原理圖。2．列出所需用元件明細(xì)表以上步驟采用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和仿真，利用EDA軟件()對(duì)所需設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試。(四)安裝和調(diào)試在安裝之前，最好能對(duì)各個(gè)元件的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試和檢驗(yàn)，以減少調(diào)試中的故障。在安裝過(guò)程中，盡量注意安裝的技術(shù)規(guī)范化和避免損壞元件。然后是調(diào)試，包括單元電路的性能調(diào)試和整個(gè)電路的技術(shù)指標(biāo)測(cè)試。在調(diào)試過(guò)程中，要善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并找出解決辦法，從中摸索出調(diào)試的一般方法和規(guī)律，總結(jié)出有用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。(五)總結(jié)報(bào)告課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告，包括對(duì)課程設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的各種圖表和資料進(jìn)行匯總，以及對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的全面系統(tǒng)總結(jié)，把實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)上升到理論的高度?？偨Y(jié)報(bào)告中，通常應(yīng)有以下內(nèi)容：(1)設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)；(2)對(duì)各種設(shè)計(jì)方案的論證和電路工作原理的介紹；(3)各單元電路的設(shè)計(jì)和文件參數(shù)的計(jì)算；(4)電路原理圖和接線(xiàn)圖，并列出元件名細(xì)表；(5)實(shí)際電路的性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果，畫(huà)出必要的表格和曲線(xiàn)；(6)安裝和調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題、分析和解決辦法；(7)說(shuō)明本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和存在的問(wèn)題，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的意見(jiàn)；(8)本次課程設(shè)計(jì)的收獲和體會(huì)。二、時(shí)間安排電工電子電路課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排有一周和二周分 1．布置任務(wù)(約占總學(xué)時(shí)15%)由教師給學(xué)生布置設(shè)計(jì)任務(wù)，提出具體要求，講解課程設(shè)計(jì)的方法、思路。2．設(shè)計(jì)(約占總學(xué)時(shí)50%)學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查找各種必要的資料，進(jìn)行方案選擇，、整體電路、計(jì)算和選擇元件參加，進(jìn)行虛擬調(diào)試，最后打印出原理圖和接線(xiàn)圖，并將設(shè)計(jì)結(jié)果存盤(pán)。3．安裝調(diào)試(若一周設(shè)計(jì)，此部分內(nèi)容不進(jìn)行)(約占總學(xué)時(shí)30%)在實(shí)驗(yàn)室將所設(shè)計(jì)的電路安裝、調(diào)試。4．總結(jié)報(bào)告(約占總學(xué)時(shí)10%)第二章模擬電子電路設(shè)計(jì)方法第二章 模擬電子電路設(shè)計(jì)方法167。2—1 概 述一、典型模擬電子系統(tǒng)的組成模擬電子系統(tǒng)又叫模擬電子裝置，它是由一些基本功能的模擬電路單元組成而成的。通常人們所用到的擴(kuò)音機(jī)、收錄機(jī)、溫度控制器、電子交流毫伏表、電子示波器等，都是一些典型的模擬電子裝置。盡管它們各有不同的結(jié)構(gòu)原理和應(yīng)用功能，但就其結(jié)構(gòu)部分而言，都是由一些基本功能的模擬電路單元有機(jī)組成的一個(gè)整體。 一般情況下，一個(gè)典型的模擬電子電路系統(tǒng)，都是由圖21所示的幾個(gè)功能框圖構(gòu)成。圖21 典型模擬電子系統(tǒng)的組成框圖系統(tǒng)的輸入部分——一般有兩種情況：一是非電模擬物理量(如溫度、壓力、位移、固體形變、流量等)通過(guò)傳感器和檢測(cè)電路變換成模擬電信號(hào)作為輸入信號(hào)；二是直接由信號(hào)源(直流信號(hào)源或波形產(chǎn)生器作為交變電源)輸入模擬電壓或電流信號(hào)。系統(tǒng)的中間部分——大多是信號(hào)的放大、處理、傳送和變換等模擬單元電路，使其輸出滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)負(fù)載的要求。系統(tǒng)的輸出部分——為執(zhí)行機(jī)構(gòu)(執(zhí)行元件)，通稱(chēng)之為負(fù)載。它的主要功能是把輸入符合要求的信號(hào)變換成其它形式的能量，以實(shí)現(xiàn)人們所期望的結(jié)果。比如揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器、電動(dòng)機(jī)動(dòng)作、示波管顯示等。系統(tǒng)的供電部分——供出各種電子單元電路的直流電流和作信號(hào)變換處理有的一定頻率一定幅值的交流電源(信號(hào)源)。由于系統(tǒng)的輸入部分和輸出部分涉及其它的學(xué)科內(nèi)容，這部分的理論知識(shí)只要求“拿來(lái)我用”即可，不作重點(diǎn)研究。我們的重點(diǎn)則放在信號(hào)的放大、傳送、變換、處理等中間部分的設(shè)計(jì)，另外為保證系統(tǒng)中間部分正常工作，供電電源的設(shè)計(jì)也是我們要討論的內(nèi)容。綜上所述，模擬電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所包含的主要內(nèi)容如下：(一)模擬信號(hào)的檢測(cè)、變換及放大電路(二)波形的產(chǎn)生、變換及驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)(三)模擬信號(hào)的運(yùn)算及組合模擬運(yùn)算系統(tǒng)(四)直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)(五)不同功率的可控整流和逆變系統(tǒng)等二、模擬電路設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和基本方法模擬電路知識(shí)告訴我們，任務(wù)復(fù)雜的電路，都是由簡(jiǎn)單的電路組合而成的，電信號(hào)的放大和變換也是由一些基本功能電路來(lái)完成的，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的模擬電路可以分解成若干具有基本功能的電路，如：放大器、振蕩器、整流濾波穩(wěn)壓器，及各種波形變換器電路等等，然后分別對(duì)這些單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，使一個(gè)復(fù)雜任務(wù)變成簡(jiǎn)單任務(wù)，利用我們學(xué)過(guò)的知識(shí)即可完成。在各種基本功能電路中，放大器應(yīng)用的最普遍，也是最基本的電路形式，所以掌握放大器的設(shè)計(jì)方法是模擬電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。另外，由于單級(jí)放大器性能往往不能滿(mǎn)足實(shí)際需要，因此在許多模擬系統(tǒng)中，采用多級(jí)放大電路，顯然，多級(jí)放大電路是模擬電路中的關(guān)鍵部分，它又具有典型性，是課程設(shè)計(jì)經(jīng)常要研究的內(nèi)容。隨著生產(chǎn)、工藝水平的提高，線(xiàn)性集成電路和各種具有專(zhuān)用功能的新型元器件迅速發(fā)展起來(lái)，它給電路設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了很大的變革，許多電路系統(tǒng)已漸漸由線(xiàn)性集成塊直接組裝而成，因此，必須十分熟悉各種集成電路的性能和指標(biāo)，注意新型器件的開(kāi)發(fā)和利用，任借基本的公式和理論，以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)?shù)倪x取集成元件，經(jīng)過(guò)聯(lián)機(jī)調(diào)試，即可完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于分立元件的電路目前還在大量使用，而且分立元件的設(shè)計(jì)方法比較容易為初學(xué)設(shè)計(jì)者所掌握，有助于學(xué)生熟悉各種電子器件，以及電子電路設(shè)計(jì)的基本程序和方法，學(xué)會(huì)布線(xiàn)、焊接、組裝、調(diào)試電路基本技能。為此，本章首先選擇分立元件模擬電路的設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生逐步掌握電路的設(shè)計(jì)方法，然后重點(diǎn)介紹集成運(yùn)算放大器應(yīng)用電路和集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。167。2—2 放大電路的一般設(shè)計(jì)方法一、單級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)圖22 典型放大單元從已學(xué)過(guò)的電路知識(shí)可知，單級(jí)放大電路的基本要求是：放大倍數(shù)要足夠大，通頻帶要足夠?qū)?，波形失真要足夠小，電路溫度穩(wěn)定性要好，所以設(shè)計(jì)電路時(shí)，主要以上述指標(biāo)為依據(jù)。［例1］ 設(shè)計(jì)一個(gè)分壓式射阻偏置的典型放大電路(原理圖24示)給出的技術(shù)指標(biāo)要求為：電壓放大倍數(shù)｜Av｜=100；輸入信號(hào)電壓Ui=20mV,f=1KHZ。負(fù)載電阻RL=6KΩ；工作溫度范圍0～45℃。設(shè)計(jì)方法——步驟：(1)選擇半導(dǎo)體三極管從給出的技術(shù)要求可知，該電路工作在低頻小信號(hào)場(chǎng)合，工作溫度范圍又較寬，故可選擇熱穩(wěn)定性較好的低頻小功率三級(jí)管3DG6B，從手冊(cè)上查出它的主要參數(shù)是PCM=100mW,ICM=20mA，U(RB)CEO≥20V，對(duì)該管進(jìn)行實(shí)測(cè)得β=60。(2)確定電源電壓EC為保證放大輸出信號(hào)幅度的動(dòng)態(tài)范圍UOM內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生非線(xiàn)性失真，一般取EC≤U(RB)CED。由于輸入信號(hào)電壓幅值為Uim=Ui=20=則輸出信號(hào)電壓幅值為Uom=｜Au｜Uim=100=若取三極管館和壓降的臨界值UCES≈1V，則靜態(tài)集一射壓降設(shè)置在
U CEQ≥Uom+UCES=又由于這種典型放大單元靜點(diǎn)的工程(估算)條件是I1≈I2＞＞IB和VB＞＞UBE鍺管UB=1～3V硅管UB=3～5V一般取I1=I2=(510)IB和VB=(5～10)UBE若近似取 VE≈VB=4V再按 EC≤2Uom+VE+2UCES=2+4=考慮留有余量取EC=12V(標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)電壓)。(3)計(jì)算和確定集電極電阻RC由放大電路的靜、動(dòng)態(tài)分析可知，RC是決定靜態(tài)工作點(diǎn)和滿(mǎn)足電壓增益｜AU｜要求的一個(gè)關(guān)鍵元件。一般應(yīng)從輸入至輸出逐步推算。先確定輸入回路的動(dòng)態(tài)范圍——基極信號(hào)電流的幅值為Ibm=，取若rbe=1KΩ,則Ibm==(μA)為了使輸入動(dòng)態(tài)信號(hào)不出現(xiàn)非線(xiàn)性失真，即信號(hào)動(dòng)態(tài)工作不進(jìn)入輸入特性下面的彎曲部分，通常取最小基極電流ibmin≥10μA則靜態(tài)基流IB≥Ibm+iBMIN=+10=(μA) 取IB=40μA再在輸出回路進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算——管子的電流放大作用有IC=βIB=6040=2,4(mA)又由于 EC=ICRC+UCEQ+VE 若取UCEQ=VE=4V則RC==(KΩ) (4)計(jì)算確定射極電阻RERE==(KΩ) (5)計(jì)算確定、由I1≈I2=(510)IB,取I1=I2=5IB=540=(mA)再按==20KΩ 即為標(biāo)稱(chēng)值==40KΩ 取標(biāo)稱(chēng)值39KΩ或43KΩ以上所確定的各電阻元件的阻值后，還要檢驗(yàn)它們的額定功率，即≥RC=≈(W) 取W ≥RE=≈(W) 取W ≥40≈(W) 取W RJ43KΩ電阻≥20≈(W) 取W RJ20KΩ電阻(6)確定耦合電容和射極旁路電容CC2和CE工程計(jì)算式分別為：C1≥(3～10)C2≥(3～10) C3≥(1～3)式中下限頻率fL≥20HZ,信號(hào)源內(nèi)阻RS=幾歐～幾十歐，輸入電阻Ri≈rbe,輸出電阻RO≈RC,R′E為與CE構(gòu)成回路的等效電阻，且R′E=RE∥,R′S=RS∥R′B,R′B=RB1∥RB2。如放大電路是用于放大低頻信號(hào)(f=20HZ～200KHZ)，則耦合電容和射極旁路電容的容量可不必按上式計(jì)算，可直接取經(jīng)驗(yàn)近值：取標(biāo)稱(chēng)值C1=C2=1020μF/16VCE=50100μF/16VC1=C2=1～25μFCE=50～200μF(7)校驗(yàn)│A│由于rbe=200(1+β)≈200+61=860Ω=R′L=RC∥RL=∥6=∴ ｜AU｜==≈97100不符合指標(biāo)要求必須再按上述計(jì)計(jì)算步驟得新計(jì)算，直至｜AU｜≥100為止。二、多級(jí)放大器的設(shè)計(jì)(一) 多級(jí)放大器的組成多級(jí)放大電路其基本構(gòu)成如圖23所示。圖23 多級(jí)放大器的組成框圖其中輸入和中間放大級(jí)稱(chēng)前置級(jí)，主要用來(lái)放大微小的電壓信號(hào)；而推動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)又稱(chēng)為功率級(jí)，主要用來(lái)放大大信號(hào)以獲得負(fù)載要求的最大功率信號(hào)輸出。由于放大電路中引入負(fù)反饋，可以改善放大器諸多方面的性能，故在多級(jí)放大器中幾乎毫無(wú)例外地都引入了負(fù)反饋。注意：負(fù)反饋引入后使放大器的放大倍數(shù)下降，因此在設(shè)計(jì)多級(jí)放大器時(shí)總是事先將其開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)設(shè)計(jì)得足夠大，有選擇引入本級(jí)或級(jí)間負(fù)反饋后，使其放大倍數(shù)降低至系統(tǒng)指標(biāo)要求的水平上。在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理配置好。（二）多級(jí)放大器的技術(shù)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)一個(gè)多級(jí)放大器時(shí)，總是要事先給出下列一些技術(shù)指標(biāo)：1．放大器的總電壓放大倍數(shù)AU（有時(shí)給出靈敏度、輸出信號(hào)輻度Uom、Iom或輸出信號(hào)功率Po和Pomax等）。2． 放大器的頻率響應(yīng)（亦叫通頻帶）。3． 輸入、輸出電阻Ri=Ri1,Ro=Ron。4． 失真系數(shù)（亦叫失真度）式中信號(hào)電壓各次諧波分量的均方根值，U1信號(hào)電壓基波分量。 5．噪聲系數(shù) UN為噪聲電壓 6．穩(wěn)定性 （三）多級(jí)放大器方案設(shè)計(jì)的主要任務(wù)根據(jù)給出的技術(shù)指標(biāo)要求，按步驟進(jìn)行下述的設(shè)計(jì)工作：1． 確定放大器的級(jí)數(shù)和各級(jí)的增益分配比如給定的總放大倍數(shù)（增益）為AU，需n級(jí)放大單串接起來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)每級(jí)增益為Aui。根據(jù)多級(jí)放大的總增益一般式AU=AU1AU2……Aun=（1）若每個(gè)放大級(jí)的增益是平均分配的話(huà)，則放大級(jí)的級(jí)數(shù)為 或 （2）實(shí)際放大系統(tǒng)中的增益并不是平均分配的，一般是輸入級(jí)增益安