【正文】 幫助學生按照量測觀察、查找原因、調整電路、再進行實驗的步驟，解決電路中的問題。課程設計說明書主要內容有：(1) 設計題目；(2) 主要指標和要求；(3)方案選擇及電路工作原理；(4)單元電路設計計算，元器件的選擇，畫出電路圖等；(5)安裝、調試中遇到的問題，解決的方法以及實驗效果等；(6) 電路性能指標測試結果，是否滿足要求及對成果的評價；(7)收獲、體會和改進設計的建議。(2)安裝調試階段：包括組裝電路、調試和檢測，完成實際電路。 課程設計的方法電子線路課程設計作為集中實踐性教學環(huán)節(jié)，應著重提高學生的自學能力，獨立分析、解決問題的能力和動手進行電路實驗的能力。只需根據(jù)設計任務提出參考書目，讓學生自學就可以了。要提高學生獨立分析、解決問題的能力，必須為學生提供在設計實踐中自己鍛煉的機會和條件。鼓勵學生開動腦筋、大膽探索，發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性。同時，要采用經驗交流、集體討論、課題報告等形式，互相啟發(fā)、集思廣益。安排實驗不再由教師包辦代替，而由學生按照需要自己擬定實驗內容和操作步驟：自選儀器、設備，獨立測試和記錄。教師主要做好審查、把關的工作，并且?guī)椭鷮W生處理疑難問題。強調課程設計以學生自學為主，獨立完成設計任務，并不是降低教師的作用。教師要樹立“以學生為中心”的思想，為學生做好各種服務；要熟練掌握設計中的重點、難點，發(fā)揮教師的主導作用；在教學方法上既不能包辦代替，又不能撒手不管，任其自流。 常用電子電路的一般設計方法常用電子電路的一般設計方法和步驟如圖所示。例如，選擇總體方案、設計單元電路、選 5 擇元器件、計算參數(shù)等環(huán)節(jié)，有時需要交叉進行，甚至會出現(xiàn)反復。下面對此圖中的一些環(huán)節(jié)作具體說明。所謂總體方案是指：針對所提出的任務、要求和條件，從全局著眼，用具有一定功能的若干單元電路構成一個整體，來實現(xiàn)各項性能。上述過程如圖所示?？驁D一般不必畫得太詳細，只要能說明方案的基本原理即可。 單元電路的設計在選定總體方案后，便可畫出詳細框圖，設計單元電路。雖然不一定都要寫成正規(guī)的文字形式，但一定要心中有數(shù)，并用簡略的文字標出主要技術指標，關鍵問題要做必要的文字說明。2．擬定出對各單元電路的要求后，應全面檢查一遍，確認誤后便可按照一定的順序分別設計各單元電路的結構形式，選擇元器件和計算參數(shù)等。在條件許可時，應去查閱各種資料，這樣既可以豐富知識，開闊眼界，而且可能找到更好的電路（例如電路更簡單，成本更低等） 。這時可在與設計要求比較接近某電路基礎上適當改進，或進行創(chuàng)造性設計。 總體電路圖的畫法 設計好各單元電路后，應畫出總體電路圖。 總體電路圖畫得好，不僅自己看起來方便，而且別人容易看懂，便于進行技術交流。但一般不要把電路圖畫成很長的窄條，必要時可以按信號流向的主通道依次把各單元電路排成類似字母“U”的形狀它的開口可以朝左，也可以朝其他方向。如果電路比較復雜，一張圖紙畫不下，應把主電路畫在同一張圖紙上，而把一些比較獨立或次要的部分(例如直流穩(wěn)壓電源)畫在另一張或幾張圖紙上。 3．電路圖中所有的連線都要表示清楚，各元器件之間的絕大多數(shù)連線應在圖上直接畫出?；ハ噙B通的交叉線，應在交叉處用圓點標出。 “七拐八彎、東拉西扯”的連線多了，使人眼花繚亂，不易看懂。有的可用符號表示，例如地線常用 表示，集成電路器件?的電源一般只要標出電源電壓的數(shù)值(例如+5V ，+15V 和—15V)就可以了?？傊?，以“清晰明了，容易看懂”為原則。4．電路圖中的中大規(guī)模集成電路器件，通常用方框表示。除中大規(guī)模器件外，其余元器件的符號應當標準化。遇到這種情況，可先畫出總體電路草圖，其目的主要是為了解決以下問題：(1)有些單元電路的形式，從單元電路局部考慮，它是最好的，但從整個電路的全局考慮，它卻不一定是最好的。這類問題，有時只有畫出總體電路的草圖才能解決。(3)總體電路圖中，各單元電路分別畫在什么位置最好，有時需要通過畫總體電路草圖，經過比較，才能確定。6．在坐標紙上畫電路圖，可以畫得既快又好。 元器件的選擇 電子電路的設計就是選擇最合適的元器件，并把它們最好地組合起來。由此可見，選擇元器件是多么重要。 所謂“需要什么”是指根據(jù)具體問題的要求所選擇的方案，需要什么樣的元器件，即每個元器件各應具有哪些功能和什么樣的性能指標。我們知道，電子元器件品種繁多，而且新產品不斷涌現(xiàn)，這就需要我們經常關心元器件的信息和新動向，多查資料。而且成本也低得多，并具有體積小、重量輕、維修簡單等優(yōu)點。因此一般優(yōu)先選用集成電路。有些功能相當簡單的電路，只要用一只三極管或二極管就能解決問題，若采用集成電路可能會造成不必要的復雜化，或者成本較高。但在一般情況下，應優(yōu)先選擇集成電路。二、怎樣選擇集成電路在一般情況下選用集成電路有很多優(yōu)點。1．應熟悉集成電路有哪些品種，最好能夠熟悉若干種典型產品的型號、性能及價格等，以便設計時能及時提出好的方案，較快地設計出單元電路和總體電路。3．同一種功能的數(shù)字集成電路(例如或非門) 可能既有 TTL 產品，又有 CMOS 產品，而且 TTL 器件有中速、高速、甚高速、低功耗和肖特基低功耗五種不同產品，CMOS 數(shù)字器件也有普通型和高速型兩種不同產品。 計算參數(shù) 在電子電路的設計過程中，常需計算某些參數(shù)。至于計算參數(shù)的具體方法，主要在于正確運用分析方法，弄清電路原理和用好計算公式。但設計中計算參數(shù)與做習題有所不同。而設計電路時，除了對電路性能指標的要求外，通常沒有其他已知參數(shù)，幾乎全部由設計者自己選擇和計算，而且理論上滿足要求的參數(shù)值通常不是唯一的，給設計者提供了選擇的自由，即可根據(jù)價格、體積和貨源等具體情況靈活選擇。計算時應注意以下幾點：1．各元器件的工作電流、電壓、頻率和功耗等應在允許的范圍內，并留有適當裕量，以保證電路在規(guī)定的條件下能正常工作，達到所要求的性能指標，并有一定的裕量。3．涉及元器件的極限參數(shù)(例如整流橋堆的耐壓 )時，必須留有足夠的裕量，一般按 1．5 倍左右考慮。4．電阻值盡可能選在 1 范圍內，最大一般不應超過 10 ，其數(shù)值應在M?M?常用電阻器標稱值系列之內，并應根據(jù)具體情況正確選用電阻器的品種。6．在保證電路性能的前提下，盡可能設法降低成本，減少元器件的品種，減小元器件的功耗和體積，并為安裝調試創(chuàng)造有利條件。8．應把根據(jù)計算所確定的各參數(shù)值標在電路圖中恰當?shù)奈恢?，此圖實際上就是把計算好的各參數(shù)值標注在圖中。這是因為在設計過程中各種計算難免錯誤，有些問題難免考慮不周到。這種想法是不對的，下面具體說明。二、有些設計不合理的電路，做實驗可能發(fā)現(xiàn)不了它有問題, 想通過做一次實驗發(fā)現(xiàn)所有的問題，有時是不切實際的。經過審圖也不能保證可以發(fā)現(xiàn)和解決所有的問題，但是經過仔細審查，可以發(fā)現(xiàn)和解決一部分或大部分問題，為實驗打下較好的基礎。 總之，實驗前把自己設計的原理電路全面審查一遍是明智的。必要時可請經驗豐富的同行審查。 2．檢查各單元電路之間的電平、時序等配合有無問題。 4．根據(jù)圖中所標出的各元器件的型號、參數(shù)值等，驗算能否達到性能指標，有無恰當?shù)脑Ａ俊?．解決所發(fā)現(xiàn)的全部問題。 實驗設計一個解決實際問題的具體電路，需要解決的問題比較多。而電子元器件品種繁多，性能各異……。實踐證明，對于比較復雜的電子電路，單憑紙上談兵，要想使自己設計的原理電路正確無誤和完善，往往是不現(xiàn)實的，所以常需要進行實驗。經測試，電路性能全部達到要求后，再畫出正式的電路圖。在這種情況下，一般先只實驗其中關鍵部分或采用新技術、新電路、新器件的部分，而那些很有把握或很成熟的部分，可以不做實驗。 11 第二章 設計舉例 集成直流穩(wěn)壓電源的設計 設計目的通過集成直流穩(wěn)壓電源的設計、安裝和調試，要求學會：（1） 選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設計直流穩(wěn)壓電源。 設計任務1．集成穩(wěn)壓電源的主要技術指標（1）同時輸出 15v 電壓，輸出電流為 1A。3510???2．設計要求（1）電源變壓器只做理論設計。（3）完成全電路理論設計、安裝調試、繪制電路圖，自制印刷板。 基本原理1．直流穩(wěn)壓電源的基本原理直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器 T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如圖 211 所示。變壓器副邊與原邊的功率比為 式中, 為變壓器的效率。再經濾波電路濾除紋波，輸出直流電壓 。 各濾波電容 C 滿足： 1(3~5)2LTR? 式中 T 為輸入交流信號周期； 為整流濾波電路的等效負載電阻。① 固定三端集成穩(wěn)壓器正壓系列：78XX 系列，該系列穩(wěn)壓塊有過流、過熱和調整管安全工作區(qū)保護，以防過載而損壞。78XX 系列又分四個子系列，即 78HXX、78XX、78MXX 和 78LXX。負壓系列：79XX 系列與 78XX 系列相比，除了輸出電壓極性、引腳定義不同外，其他特點都相同。（a）全波整流電容濾波電路 （b）橋式整流電容濾波電路 （c）二倍壓整流濾波電路圖 212 幾種常見整流濾波電路 ( a）正電壓輸出 （b）負電壓輸出業(yè)業(yè)業(yè)7 8 x x 13 （c）正、負電壓輸出 圖 213 固定三端穩(wěn)壓器的典型應用②可調式三端集成穩(wěn)壓器正壓系列：W317 系列穩(wěn)壓塊能在輸出電壓為 ~37V 的范圍內連續(xù)可調，外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。最大輸出電流為 。其是電阻 R1 與電位器 RP 組成電壓輸出調節(jié)器，輸出電壓 的表達式為：0U (/)PR??式中， 一般取值為（120~240 ） ，輸出端與調整壓差為穩(wěn)壓器的基準電壓（典1R型值為 ） ，所以流經電阻 R 的泄放電流為 5~10mA。 (a)可調正壓輸出 ( b) 可調負壓輸出圖 214 可調式三端穩(wěn)壓器的典型應用2．穩(wěn)壓電源的性能指標及測試方法穩(wěn)壓電源的技術指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電壓及輸出電壓調節(jié)范圍等；另一種是質量指標，用來衡量出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調整率） 、輸出電阻（或電流調整率） 、溫度系數(shù)及紋波電壓等。這些質量指標的含義，可簡述如下：業(yè)業(yè) 業(yè)7 9 x x 14 圖 215 穩(wěn)壓電源性能指標測試電路（1）紋波電壓 紋波電壓是指疊加在輸出電壓 上的交流分量。也可以用交流電壓表測量其有效值，但因OPU?不是正弦波，所以用有效值衡量其紋波電壓，存在一定誤差。輸入電壓的相對變化引起的電壓的相對變化，即 /ouiiUS??電壓調整率：輸入電壓相對變化為 時的輸出電壓相對變化量，即10%? ouK穩(wěn)壓系數(shù) 和電壓調整率 均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響，因此只uS需測試其中之一即可。輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對值，即 oOUrI??電流調整率：輸出電流從 0 變到最大值 時所產生的輸出電壓相對變化值，maxL即 oiKU??輸出電阻 和電流調整率 均說明負載電流變化對輸出電壓的影響，因此也只ori需測試其中之一即可。最后由電iUiI路的最大功耗工作條件確定穩(wěn)壓器的散熱措施。其主要器件有變壓器 、整流二極管rT、濾波電容 C、集成穩(wěn)壓器及測試用的負載電阻 。1． 集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路輸入電壓 的確定：為保證穩(wěn)壓器在電網量低時仍處于穩(wěn)壓狀態(tài)，要IU求 。按一般電源指標的要求，當輸入交流電壓 220V 變化 時，電源應10%?穩(wěn)壓。2. 電源變壓器確定整流濾波電路形式后，由穩(wěn)壓器要求的最低輸入直流電壓 計算出變壓Imin器的副邊電壓 、副邊電流 。性能指標要求： 連續(xù)可調，輸出電流 。電路形式如圖 217 所示。（2）確定電源變壓器副邊電壓、電流及功率。I 變壓器副邊功率17/.5V??217PW變壓器的效率 ，則原邊功率 。（3）選整流二極管及濾波電容 因電路形式為橋式整流電容濾波，通過每個整流二極管的反峰電壓和工作電流求出濾波電容值。濾50,RMDUVIA?波電容 故取 2 只 的1ImI(~5)/2(194~325)axinCTUF????/2F?電解電容作濾波電容。1.?3. 其他措施如果集成穩(wěn)壓器離濾波電容 較遠時，應在 W317 靠近輸入輸出端處接上一只1C 17 的旁路電容 。當 的容量為 時，紋波抑制比可提高 20dB，減到原來的 1/?一方面，由于在路中接了電容 ,此時一旦輸入端或輸出端發(fā)生短路， 中儲存的3 3電荷會通過穩(wěn)壓器內部的調整管和基準放大管而損壞穩(wěn)壓器。3 1R2VDW317 集成穩(wěn)壓器在沒有容性負載的情況下可以穩(wěn)定地工作。為了抑制自激，在輸出端接一只50~pF的鉭電容或 的鋁電解電容 。但是1?25?4C接上該電容以后，集成穩(wěn)壓器的輸入端一旦發(fā)生短路， 將對穩(wěn)壓器的輸出端放電，4其放電電流可能損壞穩(wěn)壓器，故在穩(wěn)壓器的輸入與輸出端之間，接一只保護二極管。檢查無誤后，通電測試（可用調壓器