电子电路设计与制作课件.ppt

授课人：杨先桂QQ群号：129221684E-mail：yangshu6789,电子电路设计与制作,返回总目录,返回总目录,上一页,参考教材,返回总目录,返回总目录,上一页,电子电路设计与制作梅开乡梅军进主编北京理工大学出版社2010年1月,课堂教学要求,返回总目录,返回总目录,上一页,遵守课堂纪律,所有学生在实验室进行实验，必须服从实验室指导教师的安排，严格按照要求步骤认真做完实验；每个项目实验完成后，认真填写实验报告，下一次课前交任课教师；本课程的考核成绩主要由三部分组成：1、平时成绩（考勤、平时表现）：10%2、作品成绩：60%3、设计总结报告、团结协作、创新思路等：30%,针对非电子专业学生，在开始学习电子电路设计与制作之前，需要的预备知识,电子电路设计入门知识,返回总目录,返回总目录,上一页,下面是广西大学行健文理学院智能汽车兴趣小组的培训视频录像电子电路设计入门，本录像是一名大四学生针对非电子专业的学生学习电子电路设计的入门讲座。,电路基础教程与实训,第1章基础电子元器件介绍,教学提示与教学要求1.1电阻器1.2电容器1.3电感器1.4半导体二极管1.5半导体三极管1.6本章小结,教学提示与教学要求,返回本章首页,教学提示：电子元器件是电子电路中具有独立电气功能的基本单元。熟悉常用电子元器件的性能、特点，掌握对常用电子元器件的识别方法和检测方法，是选择、使用电子元器件的基础，也是组装、调试电子线路必须具备的基本技能。本章主要介绍最基础的五种常用电子元器件：电阻器、电容器、电感器、二极管、三极管。教学要求：掌握电阻器、电容器、电感器、二极管、三极管的分类、型号命名规则以及主要性能指标；熟练掌握电阻器、电容器、电感器、二极管、三极管的识别方法，掌握它们的简易测量方法；理解二极管的结构，三极管的输出特性曲线；一般了解场效应管。,电阻器通常称为电阻，是电子设备中使用最多的基本元件之一。电阻的主要用途是稳定和调节电路中的电流和电压，其次电阻还可与电容配合起滤波作用。常用电阻的电路符号如图1.1所示。,1.1电阻器,图1.1电阻的电路符号,返回本章首页,1.1.1电阻的分类,电阻的种类繁多，按其材料可分为薄膜电阻和线绕电阻两大类；按其结构可分为固定电阻、可变电阻和敏感电阻。下面简要介绍几种常用电阻的结构、特点及应用。,1.碳膜电阻,2.金属膜电阻,3.线绕电阻,4.热敏电阻,5.光敏电阻,6.可变电阻：半可调电阻，电位器。,1.1.2电阻的型号与命名,电阻的型号很多，根据国家标准GB2470-81规定，国产电阻的型号一般由四个部分组成：产品名称、产品制作材料、产品分类、产品序列号。,1.产品名称：用字母表示。R表示电阻；W电位器。,2.产品制作材料：用字母表示，如表1-1所示。,3.产品分类：用数字或字母表示，如表1-2和表1-3所示。,4.产品序列号：用数字表示。,例如：RJ-71表示精密金属膜电阻；RXT-2为可调线绕电阻。,1.1.3电阻的主要性能指标,电阻的主要性能指标有标称阻值、允许偏差、额定功率、最高工作电压等。对有特殊要求的，还要考虑温度系数、噪声系数、高频特性、稳定性等。,1.标称阻值：是指电阻上标出的“名义”阻值，单位为，k，M。常用的标称阻值系列有E6、E12、E24。,标称阻值是不连续分布的，将表中各数乘以10n可得到不同阻值的电阻，如1.1103为1.1k电阻。,2.允许偏差：是指电阻的标称阻值与实际阻值之差。允许偏差越小，电阻的精确度越高。普通电阻的允许偏差分为5%、10%、20%三个等级。,3.额定功率：是指在一定的条件下，电阻能长期连续运行而不改变性能的允许功率，单位为瓦（W）。当超过额定功率时电阻的阻值将发生变化，甚至发热烧毁。,额定功率分九个等级：1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、3W、5W、10W、20W，一般用数字印在电阻的表面上。其中1/4W、1/2W、1W、2W在实际工作中应用较多。,4.最大工作电压：是指由电阻最大电流密度、电阻体击穿及其结构等因素所规定的工作电压限度。当工作电压过高时，虽然功率不超过额定值，将导致电阻变质、损坏。,1.1.4电阻的识别方法,电阻的型号和规格一般可从电阻的表面数值直接读出它的阻值和精度，有时也可以从电阻上印刷的不同色环来判断它的阻值和精度。,1.固定电阻的识别,（1）直标法：是指将电阻的主要参数和技术性能指标直接印刷在电阻的表面上。例如电阻上印有“RJ7100k5%”，则表示阻值为100k、允许偏差为5%的精密金属膜电阻。,（2）色标法：是指用不同颜色的色环表示电阻的标称阻值和允许偏差。普通电阻采用四环表示，精密电阻采用五环表示。,（3）文字符号法：是用字母和数字符号有规律的组合来表示电阻的标称阻值。例如，R3表示0.3，3k6表示3.6k，8M2表示8.2M。,解：由表1-6可知，四条色环的含义如图1.2（b）所示。因此标称阻值为：27103=27k。允许偏差为：5%。,解：由表1-7可知，五条色环的含义如图1.3（b）所示。因此标称阻值为：430102=43k。允许偏差为：1%。,2.电位器的识别,电位器一般采用直标法，标志内容分为四个部分：主称、导体材料、性能形状、序号。其后用数字及单位直接标明电位器的额定功率、标称阻值及电位器阻值变化特性。,例如，“WH14.7k”表示合成膜电位器，阻值为4.7k。“WSX1150”表示小型实心电位器，阻值为150。,电容器通常称为电容，是在两个金属电极之间夹一层绝缘材料（介质）构成的，具有储存电能的作用。电容具有“隔直通交”的特点，在电路中主要用于调谐、滤波、交流耦合、旁路和能量转换等。常用电容的电路符号如图1.4所示。,1.2电容器,图1.4电容的电路符号,返回本章首页,1.2.1电容的分类,按其结构，电容可分为固定电容、可变电容和微调电容；按其介质，电容可分为空气介质电容、固体介质（云母、独石、陶瓷、涤纶等）电容和电解电容；按有无极性，电容可分为有极性电容和无极性电容。下面简要介绍几种常用电容的结构、特点及应用。,1.固定电容,2.可变电容,3.微调电容,4.电解电容,5.云母电容,6.瓷介质电容,1.2.2电容的型号与命名,电容的型号很多，根据国家标准规定，国产电容的型号一般由四个部分组成：主称、材料、特征、序号。各部分的表示方法和含义参见表1-9所示。,在实际应用中，除了标注上述内容外，电容器上一般还标有标称容量、额定电压、精度和其它技术指标。,例如，电容器CJX-250-0.33-10%各部分的含义为：C_主称：电容器J_材料：金属化纸介X_特征：小型250_额定工作电压：250V0.33_标称电容量：0.33F10%_允许偏差：10%,1.2.3电容的主要性能指标,电容的主要性能指标有标称电容量、允许偏差、额定工作电压、绝缘电阻等。,1.标称电容量：是指标示在电容器上的“名义”电容量。电容量的单位为法拉（F）、微法（F）和皮法（pF）。,国家标准规定：固定式电容的标称电容量有E6、E12、E24三种系列（在电阻部分已介绍），电解电容的标称电容量参考系列为1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8（以F为单位）。,2.允许偏差：是指实际电容量对于标称电容量的最大允许偏差范围。固定电容的允许偏差分为八个等级，如表1-10所示。,3.额定工作电压：是指电容器在规定的工作温度范围内长期、可靠地工作所能承受的最高电压。常用固定式电容的直流工作电压系列为：6.3、10、16、25、40、63、100、160、250、400（以V为单位）。,4.绝缘电阻：是指加在电容器上的直流电压与通过它的漏电流的比值。绝缘电阻一般应在5000M以上，优质电容器可达T级（1012）。,1.2.4电容的识别方法,电容器的标称电容量、允许偏差和额定工作电压一般都标注在电容器的外壳上，其标注方法有直标法、色标法、数码法和文字符号法。,1.直标法：是将容量、偏差、耐压等参数直接标注在电容体上，常用于电解电容参数的标注。例如，0.22表示0.22F，510p表示510pF，33n2表示33.2nF。,2.色标法：是将容量、偏差用色环（或色点）标示在电容体上，其颜色所代表的数字与电阻器的色环完全一致，单位为pF。此外电容器的耐压也可以用颜色来表示(参见如表1-11)。,色标法只适用于小型电解电容，并且色点应标在正极引线的根部。,3.数码法：在一些瓷片电容上，常用三位数字表示其标称电容量，单位为pF。第一、第二位数字表示容量的有效数值，第三位数字表示倍率，即10n，n=19，值得注意的是n=9表示10-1。,例如，103表示10103pF=10000pF=0.01F，479表示4710-1pF=4.7pF。,4.文字符号法：使用文字符号法时，容量的整数部分写在容量单位符号的前面，容量的小数部分写在容量单位符号的后面。例如，p68表示0.68pF，6p8表示6.8pF。,电感器通常称为电感，是用漆包线在绝缘骨架上绕制而成的一种能储存磁场能量的电子元器件。电感器有通直流、阻交流，通低频、阻高频的特性。在电路中主要用于滤波、扼流、振荡、延时等。常用电感的电路符号如图1.5所示。,1.3电感器,图1.5电感的电路符号,返回本章首页,1.3.1电感的分类,电感的种类很多，按照不同的分类标准，可以分成不同的类型。按电感是否可调，可分为固定电感、可变电感和微调电感；按电感的导磁体性质，可分为带铁心和不带铁心电感；按电感的滤波特性，可分为低通电感和高通电感；按电感的绕线结构，可分为单层、多层、蜂房式线圈电感。下面简要介绍几种常用电感的结构、特点及应用。,1.小型固定电感,2.可变电感,3.微调电感,1.3.2电感的型号与命名,电感的型号很多，根据国家标准规定，国产电感的型号一般由三个部分组成：第一部分用字母表示主称为电感线圈；第二部分用字母与数字混合或数字来表示电感量；第三部分用字母表示误差范围，如表1-12所示。,1.3.3电感的主要性能指标,电感的主要性能指标有电感量、品质因数、额定电流等。,1.电感量：是指电感器通过变化电流时产生感应电动势的能力，其常用单位为亨利（H）、毫亨（mH）和微亨（H）。,2.品质因数：是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，其储存能量与消耗能量的比值。品质因数反映了电感器传输能量的本领，品质因数值越大，传输能量的本领越大，即损耗越小。,3.额定电流：是指电感器在规定的工作环境下长期、可靠地工作所能承受的最大电流。当工作电流大于额定电流时，电感器会因发热而改变参数，甚至被烧毁。,1.3.4电感的识别方法,电感器的识别方法与电容器的类似。对于小型固定电感，参数的标注方法有直标法、色标法、数码法。,1.直标法：是将电感量、误差值、额定电流等参数用文字直接标注在电感的外壳上。其中，额定电流常用字母A、B、C、D、E等标注，如表1-13所示。,例如，某电感器外壳上标有3.9mH、A、等字标，则表示其电感量为3.9mH，误差为级（10%），额定电流为A档（50mA）。,2.色标法：是指在电感器的外壳上用各种不同颜色的环来标注其主要参数。色环通常有四条：最靠近某一端的第一条色环表示电感量的第一位有效数字；第二条色环表示电感量的第二位有效数字；第三条色环表示10n倍乘数；第四条色环表示误差。其颜色与数字的对应关系同电阻色标法相同，单位为微亨（H）。,例如，某一电感器的色环标志依次为：棕、红、红、银，则表示其电感量为12102=1200H，允许误差为10%。,3.数码法：在一些小型固定电感上，常用三位数字表示其电感量，单位为H。第一、第二位数字表示容量的有效数值，第三位数字表示倍率，即10n，n=19。例如，101表示10101H=100H。,在自然界中存在着各种物质，它们的导电性能各不相同。按其导电能力的强弱，可以分为三大类：导体、半导体和绝缘体。我们把完全纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体；用特殊工艺掺入适量的杂质后形成的半导体称为杂质半导体。半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。本征半导体中两种载流子的浓度相同，杂质半导体中两种载流子的浓度不同。杂质半导体有N型和P型之分：在N型半导体中，自由电子多，空穴少；在P型半导体中，自由电子少，空穴多。本征半导体和杂质半导体都是电中性的。,1.4半导体二极管,返回本章首页,1.4.1半导体二极管的结构,1.4.2半导体二极管的分类,1.按其材料，可分为硅二极管、锗二极管、砷化镓二极管等；,2.按其制作工艺，可分为点接触型二极管和面接触型二极管；,3.按其用途，可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管、开关二极管等；,4.按其封状形式，可分为塑封二极管、玻封二极管、金属封二极管等。,1.4.3半导体二极管的主要技术参数,1.半导体二极管的伏安特性曲线,（1）正向特性对应于图1.10中U大于0的曲线段称为正向特性。,（2）反向特性对应于图1.10中U小于0的曲线段称为反向特性。,2.半导体二极管的主要技术参数,了解二极管的技术参数是正确使用二极管的前提，不同型号的二极管有不同的参数值。,（1）最大整流电流：是指半导体二极管长时间工作时，允许通过的最大正向平均电流。,（2）最高反向工作电压：是指保证二极管安全可靠工作的最高反向电压，通常为二极管反向击穿电压的一半或三分之二。,（3）最大反向电流：是指在最高反向工作电压下允许流过二极管的反向电流。它的大小反映了二极管单向导电性能的好坏，其值越小，表明二极管的质量越好。,（4）最高工作频率：是指二极管在正常工作下的最高频率。若通过二极管的电流频率大于此值，二极管就不能正常工作。,2019/12/14,35,可编辑,1.4.4半导体二极管的命名规定,半导体二极管的型号一般由五个部分组成：用数字2表示二极管。用字母表示材料和极性，如表1-16所示。用字母表示类型，如表1-17所示。用数字表示序号。用字母表示规格。,例如：2CW51。其中“2”表示二极管；“C”表示N型、硅材料；“W”表示稳压管；“51”表示序号。,半导体三极管（又称晶体管）是电子电路中一种极其有用的半导体器件，它的放大作用和开关作用是电子电路的重要基础。,1.5半导体三极管,1.5.1半导体三极管的结构,返回本章首页,1.5.2半导体三极管的分类与型号,1.半导体三极管的分类按所用的半导体材料来分，有硅管和锗管；按功率来分，有大功率管和小功率管；按工作频率来分，有高频管和低频管。,2.半导体三极管的型号,国产半导体三极管的型号通常由以下四个部分组成：用数字3表示三极管。用字母表示材料和极性，如表1-18所示。用字母表示类型，如表1-19所示。用数字和字母表示序号和档级，用于区别同类三极管器件的某项参数的不同。,通常输出特性曲线分为三个工作区：截止区、放大区、饱和区。在数字电路中，三极管通常是作为一个开关来使用的，因此不允许它工作在放大状态，而只能工作在饱和导通状态或截止状态。,1.5.3半导体三极管的输出特性曲线,技术参数是设计电路、选用三极管的依据。半导体三极管的参数主要有以下几类。,1.电流放大系数：主要用来表示三极管的电流放大能力，有直流放大系数和交流放大系数之分。,2.极间反向电流：用来表示三极管工作时的稳定情况，主要有集电极-基极反向电流ICBO和集电极-发射极反向电流ICEO（又称为穿透电流）两个。,3.极限参数：用来表示三极管正常稳定工作时所必须满足的技术条件，主要有集电极最大允许电流ICM、集电极最大允许耗散功率PCM和集电极-发射极反向击穿电压U(BR)CEO三个。,1.5.4半导体三极管的主要技术参数,金属管壳封装的三极管极性识别通常有以下几种方法：,1.管脚排列呈等腰三角形，顶点是b极，有凸出定位销的一边为e极，另一边为c极。,2.管脚排列呈等腰三角形，顶点是b极，有红色点的一边为c极，另一极为e极。,1.5.5半导体三极管的极性识别,3.管脚排列呈等腰三角形，顶点与管壳上的红点标记相对应的是c极，与白点相对应的是b极，与绿点相对应的是e极。,4.管脚排列呈一条直线且距离相等，管壳带红点的一边是e极，中间是c极，另一脚是b极。,5.管脚排列呈一条直线但距离不相等，距离较近的两脚之中靠外的管脚是e极，靠里的是b极，另一脚是c极。,6.对于塑料外壳封装的三极管，可将剖去一个平面或去掉一角的标记朝向自己，则从左至右依次为e极、b极、c极。,1.电阻器是根据导体材料对电流呈现出一定阻力的原理制成的电子器件，可用来分压、分流、限流、滤波、阻抗匹配等。电阻器一般有实心电阻器、线绕电阻器和薄膜电阻器。电阻器的主要参数有标称值、允许误差、额定功率等。电阻器的标志方法有直标法、色标法和文字符号法。电位器是电阻值连续可调的三端元件。电位器和电阻器的型号命名方法相同。电位器一般采用直标法。,返回本章首页,1.6本章小结,2.电容器是由两个金属电极中间夹一层绝缘电介质构成的一种储能元件。它具有阻止直流电流通过，允许交流电流通过的特性。在电路中，主要用于调谐、滤波、耦合、旁路和能量转换等作用。电容器的性能指标包括电容量(单位为法拉(F)、微法(F)和皮法(pF)等)、标称电容量(E24、E12、E6三个系列)、允许误差、额定工作电压、绝缘电阻和介质损耗等。根据国家标准，电容器的型号命名一般包括主称、材料、特征和序号四个组成部分。电容器可以采用直标法、数码法和色标法进行标识。,3.电感器的主要特性是贮存磁场能。电感线圈有直标法、色标法和文字符号法三种标志方法。在交流电路中，电感的作用随信号频率的变化而不同；频率越高，电感器对电流的阻碍作用就越大，反之就越小。若在直流电路中，则相当于短路。在应用中，除具有自感作用的电感线圈外，还有具有互感作用的电感线圈，如变压器线圈等。电感器除可用于谐振电路外，还常被用在无线电发射与接收电路、振荡电路、耦合电路、阻抗匹配电路、滤波电路等。,4.二极管由一个PN结构成，它的基本特性就是PN结的特性，可用伏安特性曲线来描述。二极管的应用范围很广，可用于整流、检波、限幅、开关、元件保护等。普通二极管是一个非线性元件，其死区电压与其材料及环境温度有关。普通二极管工作在单向导电区。稳压二极管是一种工作于反向击穿状态的特殊二极管。二极管的基本参数有性能参数和极限参数两大类。,5.三极管有放大、截止、饱和导通三种工作状态，三极管分别工作在饱和导通及截止的状态，称为三极管的开关状态，它的集电极和发射极之间相当于开关被接通或断开。晶体管的输入、输出特性和参数反映了管子的性能，它直观地表达出晶体管内部的物理变化规律，描述出晶体管的外特性。三极管的穿透电流越小，晶体管的性能越好。晶体管是非线性电子元件。,2.1电子电路系统设计的基本原则2.2电子电路系统设计研制过程2.3几个重要设计过程详述2.4电子电路设计报告的撰写,第2章电子电路系统设计概述,返回总目录,返回总目录,上一页,1、满足系统功能和性能要求2、电路简单、成本低、体积小3、电磁兼容性好4、可靠性高(平均故障间隔时间MTBF,MeanTimeBetweenFailure)(平均恢复前时间MTTR,MeanTimeToRestoration)5、系统集成度高,2.1电子电路系统设计的基本原则,返回总目录,返回总目录,上一页,6、调试简单方便7、生产工艺简单8、操作简便9、节能（近年来，重点强调）10、性能价格比高,电子电路系统设计的基本原则,返回总目录,返回总目录,上一页,2.2电子电路系统设计研制过程,返回总目录,返回总目录,上一页,技术调研,可行性论证,总体方案选择,单元电路设计,总体电路图初稿,审图,仿真组装试验调试,正式总体电路图,物理结构设计,撰写设计报告,鉴定定型,所谓的总体方案就是根据设计任务、指标要求和给定条件，分析所要设计电路应完成的功能，并将总体功能分解成若干单元，分清主次和相互间的关系，形成若干单元功能模块组成的总体方案。一般通过实际的调查研究，查阅有关资料，着重从方案能否满足要求，结构是否合理，实现是否经济可行等方面，对拟制的多个方案进行比较和论证，选择最佳方案。最后方案通常采用方框图的形式表示出来。,2.3.1几个重要过程总体方案的设计与选择,在保证满足电路设计指标要求的前提下，尽可能减少元器件的品种和规格，以提高它们的复用率。根据电路的总体方案及其功能要求，确定需要哪些元器件，每个元器件应具备哪些功能，根据单元电路的参数计算，确定所选元器件参数的额定值，并保留一定的富余量，也即“冗余设计思想”，使其在低于额定值的条件下也能工作。,2.3.2几个重要过程元器件的选择与参数计算,整体结构布局和元器件的安装；合理布线；电路板的焊接；电子电路的调试。,2.3.3几个重要过程电路的安装与调试,电路接线错误；安装和布线不当；元器件、实验电路板或搭接电路的面包板损坏；测试操作错误；工作环境不当。,2.3.4几个重要过程电路故障诊断的一般方法,电子系统故障产生的常见原因,查找故障电路时各种图表的运用；从后向前的测试方法；信号注入测试方法；一半分开测试法（中间点开始检测）；断开环路测试法；隔开测试法；,2.3.4几个重要过程电路故障诊断的一般方法,查找故障电路的方法,与已知的正常电路比较法；信号跟踪法与信号代替法；集成电路和接插件设备中故障的查找。,2.3.4几个重要过程电路故障诊断的一般方法,查找故障电路的方法,波形测试法；电压测试法；电阻测试法。,2.3.4几个重要过程电路故障诊断的一般方法,确定故障部位的方法,来自电网的干扰；来自信号通道的干扰；来自地线的干扰；来自空间的电磁辐射的干扰。,2.3.4几个重要过程电路中的电磁干扰与抑制,电子电路中常见的干扰,关于电网干扰的措施：采用交流稳压器，带有屏蔽层的电源变压器，接电源滤波器，双T滤波器，电容滤波。关于抗地线干扰的措施：尽量采用一点接地，强信号电路和弱信号电路的地应分开接地，模拟信号地和数字信号地也应分开，无论那种方式接地，接地线应短而粗，以减小接地电阻。关于抗信号通道干扰的措施：使用双绞线传输（双绞线是抑制空间电磁干扰、线间串扰和信号地线干扰最有效、最简便的方法），采用光耦合传输。,2.3.4几个重要过程电路中的电磁干扰与抑制,常用的抗