模拟电子技术基础知识和设计能力培训.ppt

电子技术基础培训,07-08会员QQ群：41163173 主讲人：何谢平,我们的动力，来对电子的热爱,,电子设计介绍,电子设计是利用基本电子电路原理，设计、制作出合乎要求的电子装置的过程。他是考察学生电子技术基本应用技能、实践创新能力的重要实践过程。主要侧重以下方面： 设计内容具有实际意义和应用背景，并考虑到目前教学的基本内容和新技术的应用趋势。 学习者综合运用基础知识进行理论设计的能力、创新精神和独立工作能力。,一、电子电路的设计方法自顶向下,1、明确系统设计任务和要求 对设计任务分析，了解性能、指标、内容及要求 这点十分重要，充分理解题目的要求、每项指标的含义，这是完成综合设计和实验的前提。 2、制订方案与构筑总体框图 对于同一个题目，实现的方案可能是多个，实现的途径和技术路线也可能是多方面的。可以将不同的方案与途径加以对比。从中选择一种方案来实现。 选择的原则一般是“相对容易，相对巧妙，性价比高”。 一旦方案选定，就着手构筑总体框图，将系统分解成若干个模块，明确每个模块的大体内容和任务、各模块之间的连接关系以及信号在各模块之间的流向等等。总体方案与框图十分重要，可以先来构建总体方案与框图，再将总体指标分配给各个模块，指挥与协调各模块的工作，以达到总体项目的完成。,3、单元电路设计、参数计算与计算机仿真 单元电路设计：要注意考虑前后级的关系。 各元件参数计算：电路电压、电流、阻抗、功率和标称值。 在这一阶段，可以充分利用EDA软件帮助设计电路，优化调整电路结构和元、器件数值，直到达到指标要求。 4、器件选择： 电路是由若干元、器件构成的，对元、器件性能的深入了解和应用是保证正确设计和达到设计指标的关键之一。有时候，一个元器件的应用或一个新的元器件的出现，将会使系统变得十分容易实现，所以应尽量地了解元器件，除教材以外，平时多看参考资料，上网去查一查，到电子市场去逛一逛，使自己的头脑中“存储”更多的元、器件。需要的时候，将会熟能生巧，应用自如。,一、电子电路的设计方法自顶向下,应该根据器件自身特性和电路要求选择合适的器件。（如工作频率、功率、工作电压等其他指标，可以参阅器件技术手册） 一般情况下，在元、器件选择方面，建议在保证电路性能的前提下，尽量选用常见的、通用性好的、价格相对低廉、手头有的或容易买到的。 尽量采用集成电路和新器件将可起到事半功倍的效果。 一切从实际需求出发，将分壹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。,一、电子电路的设计方法自顶向下, 在元器件应用中，必须注意以下几个方面：,电源电压的范围是多少？是单电源供电还是需要双电源供电？这点十分重要。若不注意，将+33 V电源的器件加+5 v，将+5 V器件加+9 V，甚至更高，那器件是必烧无疑。 注意元器件的主要技术指标。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。如音频功放LM386是不能推动0.5W以上的负载。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、调试与总结,1、组装 注意器件极性。 注意信号之间的相互干扰，按照信号流程布局，连线最短。 做好输入、输出、电源和其它必要的关键点标示。 布局合理、美观、整齐。,整个调试过程应分层次进行，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统调。 这一阶段，要充分利用电子仪器来观察波形，测量数据，发现问题，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。,2、调试,3、故障诊断与排除方法 信号寻迹法：逐级检查（检查前级时应断开后级电路） 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、课程设计总结报告 课程名称、内容摘要 设计内容与要求 比较和选定设计的系统方案，画出系统方框图 单元电路设计、参数计算和器件选择 画出完整的电路图，并说明工作原理（用Protel绘图） 组装调试内容（主要调试仪器、调试方法技巧、测试数据与分析、故障以及排除方法） 总结方案优缺点，指出实用价值并提出改进方案 列出器件清单 附上关键点测试数据、波形等 列出参考文献 收获、体会,参考资料下载地址, /bbs1 ,杨笔锋老师课件（课件无密码） 邹云海老师课件（课件无密码） 赵建老师课件（课件密码：stud） 杨明欣老师课件（课件密码：5588） 王建波老师课件（课件密码：12345）,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型应用电路等。 例如：极限工作参数、测试工作条件等等。,热敏电阻,NTC热敏电阻 PTC热敏电阻,光敏电阻,一结构与原理 光敏电阻利用光电导效应制成。当入射光子使电子由价带跃升到导带时，导带中的电阻和价带中的空穴二者均参与导电，因此电阻显著减小，称为光敏电阻。 二光敏电阻有以下优点 1.光谱响应相当宽。 2.所测的光强范围宽，即可对强光响应，也可对弱光响应。 3.无极性之分，使用方便，成本低，寿命长。 4.灵敏度高，工作电流大，可达数毫安。,光敏电阻的符号和连接电路:,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中也有这东西。,霍尔器件 霍尔器件几乎是每台计算机中都用的器件，另外在各种精密的工业设备中也有它的身影。它主要用来检测磁力，而且基本上都是以“集成霍尔传感器”的形式出现。用高灵敏的霍尔器件还可以制作电子罗盘呢。,干簧管 （干簧继电器） 初听这个名字很怪，（习惯了就好），干簧管是一种磁敏的特殊开关。它的两个触点由特殊材料制成，被封装在真空 的玻璃管里。只要用磁铁接近它，干簧管两个节点就会吸合在一起，使电路导通。因此可以作为传感器用，用于计数，限位等等。有一种自行车公里计，就是在轮胎上粘上磁铁，在一旁固定上干簧管构成的。装在门上，可作为开门时的报警、问候等。在“断线报警器”的制作中，也会用到干簧管。！,热释电红外探测器： 利用人体发出的红外线进行检测，产生电信号输出，常用于防盗报警等电路中。,红外防盗报警电路,几种电阻说明：,碳膜电阻器：稳定性差，噪音大、误差大，用于初始精度和随温度变化的稳定性认为不重要的普通电路 金属氧化膜电阻器 ：优点:体积小、精度高、稳定性好、噪音小、电感量小，适合用于要求高初始精度、低温度系数和低噪声的精密应用场合 线绕电阻器 ：优点:功率大。缺点:有电感，体积大，不宜作阻值较 大的电阻 水泥绕线电阻器 ：优点:功率大。缺点:有电感，体积大，不宜作 阻值较大的电阻,红外发光二极管,它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm(0.94m)左右，外形与普通发光二极管LED相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。 判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样：用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉距法来粗略判定。,常用的红外发光二极管，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光 （近红外线约0.93m ）。管 压降约1.4V ，工作电流一般小 于20mA。为了适应不同的工 作电压，回路中常串有限流电阻。,常见的红外发光二极管，其功率分为： 小功率（1mW10mW） 中功率(20mW50mW) 大功率(50mW100mW以上),红外接收管,红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。,由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用PC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。图3给出一些成品红外接收头的外形。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz1237.9 kHz38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。,如何增加红外线的控制距离,红外发光二极管工作于脉冲状态 因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip 的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲中空比约为1/41/3；一些电气产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。 双管红外发射电路，可提高发射功率，增加红外发射的作用距离。,应用,用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外按收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二极管。 红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式,红外防盗报警电路,达林顿晶体管DT,达林顿晶体管DT（Dar1ington Transistor）亦称复合晶体管。它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基极，依次级连而成，最后引出E、B、C三个电极。,每只晶体管的放大系数分别这hFE1、hFE2、hFEn。则总放大系数约等于各管放大系数的乘积： hFEhFE1hFE2hFEn 因此，达林顿管具有很高的放大系数，值可以达到必千倍，甚至几十万倍。利用它不仅能构成高增益放大器，还能提高驱动能力，获得大电流输出，构成达林顿功率开关管。在光电耦合器中，也有用达林顿管作为接收管的。达林顿管产品大致分成两类，一类是普通型，内部无保护电路，另一类则带有保护电路。,达林顿管的典型应用电路 ：,达林顿管广泛应用于音频功率输出、开关控制、电源调整、继电器驱动、高增益放大等电路中。,快恢复二极管,快恢复二极管FRD（Fast Recovery Diode）是近年来问世的新型半导体器件，具有开关特性好，反向恢复时间短、正向电流大、体积小、安装简便等优点。超快恢复二极管SRD（Superfast Recovery Diode），则是在快恢复二极管基础上发展而成的，其反向恢复时间trr值已接近于肖特基二极管的指标。它们可广泛用于开关电源、脉宽调制器（PWM）、不间断电源（UPS）、交流电动机变频调速（VVVF）、高频加热等装置中，作高频、大电流的续流二极管或整流管，是极有发展前途的电力、电子半导体器件。,2常规检测方法,在业余条件下，利用万用表能检测快恢复、超快恢复二极管的单向导电性，以及内部有无开路、短路故障，并能测出正向导通压降。若配以兆欧表，还能测量反向击穿电压。,晶闸管(可控硅)SCR：,能在高电压、大电流条件下工作，具有耐压高、容量大、体积小等优点，它是大功率开关型半导体器件，广泛应用在电力、电子线路中。,分类：,分单向可控硅、双向可控硅 单向可控硅有阳极A、阴极K、控制极G三个引出脚。 双向可控硅有第一阳极A1（T1），第二阳极A2（T2）、控制极G三个引出脚。,可控硅内部结构和符号,G,晶体管 或可控 硅的封 装形式：,如何鉴别可控硅的三个极,鉴别可控硅三个极的方法很简单，根据P-N结的原理，只要用万用表测量一下三个极之间的电阻值就可以。 阳极与阴极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上，阳极和控制极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上（它们之间有两个P-N结，而且方向相反，因此阳极和控制极正反向都不通）。 控制极与阴极之间是一个P-N结，因此它的正向电阻大约在几欧-几百欧的范围，反向电阻比正向电阻要大。可是控制极二极管特性是不太理想的，反向不是完全呈阻断状态的，可以有比较大的电流通过，因此，有时测得控制极反向电阻比较小，并不能说明控制极特性不好。另外，在测量控制极正反向电阻时，万用表应放在R*10或R*1挡，防止电压过高控制极反向击穿。 若测得元件阴阳极正反向已短路，或阳极与控制极短路，或控制极与阴极反向短路，或控制极与阴极断路，说明元件已损坏。,可控硅导通和关断条件：,状 态 条 件 说 明 从关断到导通 1、阳极电位高于是阴极电位 2、控制极有足够的正向电压和电流 两者缺一不可 维持导通 1、阳极电位高于阴极电位 2、阳极电流大于维持电流 两者缺一不可 从导通到关断 1、阳极电位低于阴极电位 2、阳极电流小于维持电流 任一条件即可,可控硅应用：,光控电子开关 ：,工作原理 ：,220V交流电通过灯泡H及整流全桥后，变成直流脉动电压，作为正向偏压，加在可控硅VS及R支路上。白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管D呈现底阻状态1K，使三极管V截止，其发射极无电流输出，单向可控硅VS因无触发电流而阻断。此时流过灯泡H的电流2.2mA,灯泡H不能发光。电阻R1和稳压二极管DW使三极管V偏压不超过6.8V，对三极管起保护作用。夜晚，亮度小于一定程度时，光敏二极管D呈现高阻状态100K，使三极管V正向导通，发射极约有0.8V的电压，使可控硅VS触发导通，灯泡H发光。RP是清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件。,声控楼道灯开关原理及图纸,当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。,光敏控制部分,从电路原理图中可以看出，当白天或者亮度大于一定程度的时候，光敏电阻的阻值非常的小，这样对于光敏的支路来说，相当于直接接地，则相当于将后面的电路和前面的电路隔离开来，三极管就始终处于截止的状态，单向可控硅无触发电流就不会导通，电路就不会工作。当黑暗无光的情况下，光敏电阻呈现高阻值状态，不影响三极管和三极管之间的信号传送。此时，声控的部分才能够发挥作用。,声控部分,当有足够信号的声音传入的时候，声控部位将声音信号转化为电信号，通过三极管将其信号放大，使的其信号的大小能够触发三极管。电路的第一级和第二级之间通过电阻和电容元件连接，故称为阻容耦合放大电路。阻容耦合的优点是，由于前、后级之间通过电容相连，所以各级的直流电路互不相通，每一级的静态工作点都是相互独立的，不致互相影响