【文章內容簡介】 子設備的啟停，以及自然雷電所產生的干擾信號是構成電子系統(tǒng)外部的主要干擾源。干擾是客觀存在的，在工業(yè)現(xiàn)場往往又是不可避免的，不可能為了電子電路的可靠運行而去清除干擾源，那是不現(xiàn)實的。只能是適應環(huán)境，抑制干擾，加強電子系統(tǒng)的抗干擾能力，以保證電子電路的可靠運行?？垢蓴_技術主要是從干擾進入電子系統(tǒng)的通路上來采取抑制措施。根據干擾傳播通道，干擾主要分為： 來自電網的干擾； 來自地線的干擾； 來自信號通道的干擾； 來自空間電磁輻射的干擾。上述四種干擾，危害性最大的是來自電網的干擾和來自地線的干擾，其次為來自信號通道的干擾，而來自空間電磁輻射的干擾一般不太嚴重，只要電子系統(tǒng)與干擾源保持一定距離或采取適當?shù)钠帘未胧旧暇涂山鉀Q。這里只重點介紹前面三種干擾及抗干擾措施。（2）常用的抗干擾措施 電網干擾及抗干擾措施大多數(shù)電子電路的直流電源都是由電網交流電源經整流濾波、穩(wěn)壓后提供的。若此電子系統(tǒng)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。此外，雷電感應也在電網上產生強烈的高頻浪涌電壓，其幅值可以達到電網電壓的幾倍到幾十倍。這些干擾信號沿著交流電源線進入電子系統(tǒng)，可干擾電子電路的正常工作。為了防止這些從交流電源線引入的干擾，常見的抗干擾措施有：A．采用交流穩(wěn)壓器。用來保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過電壓與欠電壓，有利于提高整個電子系統(tǒng)的可靠性。由于交流穩(wěn)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(tǒng)，以及抗干擾要求比較高的場合。B．接電源濾波器。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。在市場上可以購到體積小、價格合理的電源濾波器。C．采用帶有屏蔽層的電源變壓器。由于高頻干擾信號通過電源變壓器的主要傳播通道是初級線圈與次級線圈之間的分布電容，而不是初、次級之間的電磁耦合。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。D．雙T濾波器。它用于整流電路之后，其特性是阻止50HZ工頻干擾或其他固定頻率的干擾信號進入電子電路。雙T電路參數(shù)計算公式為：f ＝RC。若欲阻止50HZ工頻干擾，則選用f ＝50HZ。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。E．電容濾波?！?，并接到直流穩(wěn)壓電路的輸入和輸出端以及集成塊的電源引腳上，用以濾掉高頻干擾。 地線干擾及抗干擾措施地線干擾是存在于電子系統(tǒng)內的干擾。由于電子系統(tǒng)內各部分電路往往共用一個直流電源，或者雖然不用同一個電源，但不同電源之間往往共用一個地，因此，當各部分電路的電流均流過公共地電阻時便產生電壓降，此電壓降便成為各部分之間相互影響的噪聲干擾信號，即所謂地線干擾?？沟鼐€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(lián)接法，為了減少地線噪聲干擾，可適當加大地線寬度。B．強信號電路和弱信號電路的地應分開，然后再在一點上接公共地。C．模擬地和數(shù)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。D．不論哪種方式接地，接地線應短而粗，以減小接地電阻 信號通道干擾和抗干擾措施在遠距離測量、控制和通信中，電子系統(tǒng)的輸入和輸出信號線很長，線間很近，信號在此長線內的傳輸過程中很容易受到干擾，導致所傳輸?shù)男盘柊l(fā)生畸變或失常，從而影響電子電路的正常工作，必須予以足夠的重視。長線信號傳輸所遇到的干擾有：A．周圍空間電磁場對長線的電磁感應干擾。信號線越長及周圍電磁場越強，則干擾強度越大。B．信號間的干擾。當強信號線與弱信號線靠得很近時，通過線間分布電容和互感產生線間干擾。信號線間越近和線越長，干擾強度就越大。C．長線信號的地線干擾。信號線越長表明信號源與電子系統(tǒng)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(tǒng)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。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。即每個信號都采用互絞的線進行傳輸，其中一條是信號線，另一條是地線。雙絞線是抑制空間電磁干擾、線間串擾和信號地線干擾最有效且簡便的方法。因為空間電磁場在每個絞環(huán)內產生的感應電動勢是相同的，但對每一條線來說，感應電動勢可互相抵消，因此，不會對傳輸?shù)男盘柈a生影響。其次，信號電流在兩條線上大小相等、方向相反，所以雙絞線對其他信號的互感是零，抑制了串擾。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。B．采用光電耦合傳輸。光電耦合器是由發(fā)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(fā)光二極管一方輸入，使發(fā)光二極管發(fā)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。輸入與輸出被隔離開，只有光耦合，而無電的聯(lián)系，因此，兩邊的地可以不同，彼此可以獨立。若電子系統(tǒng)的每條輸入信號與輸出信號線之間均采用光電耦合傳輸信號，則可以有效地抑制信號線干擾和信號線上的噪聲干擾，這是因為兩邊的地是獨立的，所以不存在地線干擾。由于光電耦合器輸入阻抗很低，而疊加在信號上的噪聲信號的內阻很高，所以，盡管噪聲信號的幅值較高，但進入光電耦合器的噪聲很小，只形成很微弱的電流，不足以使發(fā)光二極管發(fā)光，從而抑制了噪聲信號的傳輸。光電耦合器分為傳送模擬信號和傳送數(shù)字信號兩種類型。二、數(shù)字電子電路設計數(shù)字電路作為電子電路的一大分支，其應用是極為廣泛的。常用的數(shù)字電路有編碼器、譯碼器、數(shù)據選擇器、數(shù)值比較器、寄存器、計數(shù)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等。常見的半導體存儲器（RAM、ROM）也屬于數(shù)字電路。隨著科學技術的發(fā)展，數(shù)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。下面主要討論常用數(shù)字電路的設計與應用方法。1. 常用組合邏輯電路的設計根據邏輯功能的不同特點，可以把數(shù)字電路分成兩大類，一類為組合邏輯電路（簡稱為組合電路），另一類則是時序邏輯電路（簡稱時序電路）。對于組合邏輯電路，任意時刻的輸出僅僅取決于該時刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關。分析組合邏輯電路，就是通過分析確定電路的邏輯功能，再根據給出的實際邏輯問題，求出實現(xiàn)這一邏輯功能的最簡單邏輯電路，這即是設計組合電路時要完成的工作。所謂的“最簡”是指電路所用的器件數(shù)最少、器件種類最少、器件之間的連線也最少。（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。組合邏輯電路的基本設計步驟如下： 邏輯抽象。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(shù)來描述這一因果關系。邏輯抽象的工作通常包括以下幾個方面：A．分析事件的因果關系，確定輸入變量和輸出變量。一般總是把引起事件的原因作為輸入變量，而把事件的結果作為輸出變量。B．邏輯狀態(tài)的含義。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(tài)，這里的0和1的具體含義完全由設計者人為選定，這項工作也叫做邏輯狀態(tài)賦值。C．根據給定的因果關系列出邏輯真值表，將一個實際的邏輯問題抽象成一個邏輯函數(shù)，而且這個函數(shù)首先是以真值表的形式給出的。 寫出邏輯函數(shù)式。為了便于對邏輯函數(shù)進行簡化和變換，需要把真值表轉換為對應的邏輯函數(shù)式。 將邏輯函數(shù)化簡或變換成適當?shù)男问?。為了產生所需要的邏輯函數(shù)，即可以用小規(guī)模集成的門電路組成邏輯電路，也可以用中規(guī)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。A．在使用小規(guī)模集成門電路進行設計時，為獲得最簡單的設計結果，應將函數(shù)式化成最簡形式，即函數(shù)式中相加的乘積項最少，而且每個乘積項的因子也最少。如果對所用器件的種類有附加的限制，則還應將函數(shù)式變換成與器件種類相適應的形式。B．在使用中規(guī)模集成常用組合邏輯電路實現(xiàn)電路時，需要把函數(shù)式變換為適當?shù)男问?，以便能用最少的器件和最簡單的連線接成所要求的邏輯電路。 根據化簡和變換后得到的邏輯函數(shù)式，畫出邏輯電路的連線圖，完成原理性設計（或稱邏輯設計）。 工藝設計。為了把邏輯電路實現(xiàn)為具體的電路裝置，還需要做一系列的工藝設計工作，包括設計機箱、面板、電源、顯示電路、控制開關等，最后還必須進行組裝和調試。（2）利用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)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。然而人們發(fā)現(xiàn)，其中有些邏輯電路經常大量地出現(xiàn)在各種數(shù)字系統(tǒng)中，這些電路包括編碼器、譯碼器、數(shù)據選擇器、數(shù)值比較器等。為了方便人們使用，這些邏輯電路已經被制成了中規(guī)模的標準化集成電路產品。在使用中規(guī)模集成電路設計組合邏輯電路時，第一步進行邏輯抽象；第二步寫出邏輯函數(shù)式，這和使用小規(guī)模集成電路時沒有區(qū)別；第三步將邏輯函數(shù)變換為適當?shù)男问?，而不一定要求化為最簡形式。因為每一種中規(guī)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(shù)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(shù)變換成與所用器件的邏輯函數(shù)式類似的形式。將變換后的邏輯函數(shù)式與選用器件的函數(shù)式對照比較，有以下四種可能的情況： 兩者形式完全相同，使用這種中規(guī)模集成器件效果最為理想。 兩者形式類同，所選器件的邏輯函數(shù)式包含更多的輸入變量和乘積項，這時只需對多余的變量輸入端和乘積項作適當處理，也能很方便地得到所需要的邏輯電路。 器件的邏輯函數(shù)式是要求產生的邏輯函數(shù)的一部分，這時可以通過擴展的方法（將幾片聯(lián)用或附加少量其他器件）組成要求的邏輯電路。 如果可用的中規(guī)模集成電路的品種有限，而這些器件的邏輯函數(shù)式又與要求產生的邏輯函數(shù)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。根據邏輯函數(shù)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。最后，按照上面比較的結果，畫出設計的邏輯電路圖。2. 時序邏輯電路的設計在設計時序邏輯電路時，要求設計者根據給出的具體邏輯問題，求出實現(xiàn)這一邏輯功能的邏輯電路，所得到的設計結果力求簡單。當選用小規(guī)模集成電路做設計時，電路最簡的標準是所用門電路的數(shù)目最少，而且門電路的輸入端數(shù)目也最少。對中、大規(guī)模集成電路，最簡的標準則是使用的集成電路數(shù)目最少、種類最少、相互之間的連線最少。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(xiàn)的時序邏輯功能表示為時序邏輯函數(shù)，可以用狀態(tài)轉換表的形式，也可用狀態(tài)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狀態(tài)數(shù)。通常都是取原因作為輸入邏輯變量，取結果作為輸出邏輯變量。 定義輸入輸出邏輯狀態(tài)和每個電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號。 按照題意列出電路的狀態(tài)轉換表或畫出電路的狀態(tài)轉換圖。（2）狀態(tài)化簡若兩個電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉換到同一個次態(tài)去，則稱這兩個狀態(tài)為等價狀態(tài)，等價狀態(tài)是重復的，可以合并為一個。狀態(tài)化簡的目的就在于將等價狀態(tài)合并，以求得最簡的狀態(tài)轉換圖。（3）狀態(tài)分配狀態(tài)分配又稱為狀態(tài)編碼，時序邏輯電路的狀態(tài)是用觸發(fā)器狀態(tài)的不同組合來表示的。首先，需要確定觸發(fā)器的數(shù)目n ，因為n個觸發(fā)器共有2n種狀態(tài)組合，所以為獲得時序電路所需的M個狀態(tài)，必須取2n1＜M≤2n。其次，要給每個電路狀態(tài)規(guī)定對應的觸發(fā)器狀態(tài)組合，每組觸發(fā)器的狀態(tài)組合都是一組二值代碼，因此又將這項工作稱為狀態(tài)編碼。（4）確定觸發(fā)器的類型并求出電路的狀態(tài)方程、驅動方程和輸出方程因為不同邏輯功能的觸發(fā)器驅動方式不同，所以用不同類型觸發(fā)器設計出來的電路也不一樣，在設計具體的電路前，必須選定觸發(fā)器的類型，同時還應考慮器件的供應情況，力求減少系統(tǒng)中使用的觸發(fā)器的種類。（5）畫邏輯圖根據得到的方程式畫出邏輯圖。（6）檢查檢查設計的電路能否自啟動。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(shù)將電路的狀態(tài)置成有效狀態(tài)循環(huán)中的某一種，另一種方法是修改邏輯設計。第三章 電子電路安裝技術電子電路設計完畢后，需要進行電路安裝。電子電路的安裝技術與工藝在電子工程技術中占有十分重要的位置，不可輕視。安裝技術與工藝的優(yōu)劣，不僅影響外觀質量，而且影響電子產品的性能、調試與維修，必須給予足夠的重視。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。電子電路安裝布局分電子裝置整體結構布局和電路板上元器件安裝布局兩種。1. 整體結構布局這是一個空間布局的問題。應從全局出發(fā)，決定電子裝置各部分的空間位置。例如，電源變壓器、電路板、執(zhí)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。但在空間尺寸受到限制且組成部分多而復雜的場合時，布局是十分艱難的，常常要對多個布局方案進行比較。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(wěn)定。為此，變壓器和大電容等比較重的器件應安裝在裝置的底部，以使重心降低。還應注意裝置前后、左右的重量平衡。（2）注意發(fā)熱部件的通風散熱。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。（3）注意發(fā)熱部件的熱干擾。為此，半導體器件、熱敏器件、電解電容等應盡可能遠離發(fā)熱部件。（4）注意電磁干擾對電路正常工作的影響。容易接受干擾的元器件（如高放大倍數(shù)的放大器的第一級）應盡可能遠離干擾源（如變壓器、高頻振蕩器、繼電器、接觸器等）。當遠離有困難時，應采取屏蔽措施（即將干擾源屏蔽或將易受干擾的元器件屏蔽起