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09会员培训资料之电子制作篇电子制作的流程：一、 明确设计对象，确定电路指标n 该环节在电设的比赛中不很重要，因为一般比赛都有详细的要求。n 真正搞设计做产品，该环节反而是最重要的，产品是否畅销，取决于产品是否迎合市场需求。二、 着手系统设计对大部分大一同学来说，“系统设计”听起来很遥远，但其实说白了，就是确定核心电路结构和选择核心器件。核心器件的选择是最重要的，一般情况下核心器件选择了，电路的架构也就确定了。学会最大程度利用资源。 1、网络 2、师兄 3、老师 一个比较完整的功放系统： 重在树立系统的观念n 相信系统的观念应该潜移默化在思维。n 电子信息技术发达的今天，电子系统已经提升到脱离物理层面的境界，核心集中在如何集成一个系统。n 就好像学汽车没必要学“蒸汽机”，学电子没必要从“电子管收音机”起步，有些东西没有必要从底层做起。n 很多东西都已模块化，我们应该关心的是如何利用模块构建出一个系统。三、 电路设计第一步找资料，目标是datasheet 资料找到了就成功了一半，校园网速度虽快，可是外网上不了，推荐：安装搜狗（sougou）浏览器，免费代理，外网照开无误。设计单元电路前必须明确对各单元电路的要求，详细拟定出单元电路的性能指标，主要包括电源电压、工作频率、灵敏度、输入/输出阻抗、输出功率、失真度、波形显示方式等。根据功能和性能指标，查找有关资料，看有无现成电路或相近电路。若没有，则需设计。不论是采用现成的单元电路，还是自行设计的单元电路，都应注意各单元电路间的配合问题，注意局部电路对全系统的影响，要考虑是否易于实现、是否易于检测，以及性能价格比等问题。因此，设计人员平时要注意电路资料的积累。在设计过程中，尽量少用或不用电平转换接口电路，并尽量使各单元电路采用统一的供电电源，以免造成总体电路复杂，并导致可靠性、经济性均差等缺点。另外，具体设计时，可在符合设计要求的电路基础上进行适当改进或进行创造性设计。第二步：画电路图n Datasheet一般都提供了典型的应用电路，一般照搬就能工作，不过也要仔细研读找到的资料，否则可能出现两种不好的后果。第三步：买元件 n 很重要的一个环节，因为可能买不到元件。n 学会判断元件的质量和元件微小的标称差异也是技能。n 买完元件后，重新检查电路图。第四步：制作两种选择n “万用板” 优点：能较快做出实物，修改也方便 缺点：可靠性低，难以做出复杂电路n 自制PCB 1、学会protel，画出PCB图。 2、创新实验室做板 画PCB到做出PCB不是一个容易的过程，但是这是做复杂系统的必经过程。注意：实验室因为条件限制，一般只能做单层板（布线在底层即蓝色线），焊盘的内径大于1mm外径大于2mm，线宽最好大于1.5mm。自制PCB板流程热转印法n 热转印法工作流程如下 :n 用Protel或者其他的制图软件,制作好印制电路板PCB图形。n 用激光打印机将PCB图打到A4纸上。n 将贴有A4纸的覆铜板送入热转印机转印，来回压几次,使融化的墨粉完全吸附在覆铜板上。n 转印之后,将板与纸一起放进水中浸泡,在仔细将板上的A4纸搓洗干净，再对覆铜板进行腐蚀，即可形成做工精细的PCB。 第五步：焊接、调试n 顺利的话，电路焊接后正常工作，一切均在预期之内，不过，这肯定是一个“小概率事件”。n 调试过程 没有多少可以借鉴的经验 1、错误一般很低级！ 2、不要放弃。 3、回归设计起点，重读资料。第六步：论文n 写论文无论是对自身或者是对作品本身都是一个价值的提升。应该锻炼写论文的能力。关键还是主动学习，坚持不懈n 少数同学基础较好，但其实差不了多少，参加电子设计大赛的队伍很多，极大部分都是从零开始走过来的，唯一区别就是付出更多的时间，投入更多的精力。基本知识讲解二极管：特性： 单向导电：二极管正极接电源正极，负极接电源负极时电流可以通过。反之电流不能通过。符号：参数：(1) 最大整流电流IF 二极管连续工作时，允许流过的最大整流电流的平均值。(2) 反向击穿电压VBR 二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。(3) 反向电流IR 在室温，规定的反向电压下，最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(mA)级(4) 正向压降VF 在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。硅二极管约0.60.8V；锗二极管约0.20.3V。常见的整流二极管1N4007耐压1000V电流1A 开关二极管1N4148耐压75V电流150mA三极管：作用：常见于电路放大，也有用于开关作用在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即： 1=Ic/Ib 式中：1-称为直流放大倍数， 集电极电流的变化量Ic与基极电流的变化量Ib之比为： = Ic/Ib 式中-称为交流电流放大倍数，由于低频时1和的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，值约为几十至一百多。 三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。运算放大器：（重点）图YF是集成运放的符号图，1、2端是信号输入端，5是输出端，3、4是工作电压端，在实际中还有调零端，频率补偿端和偏置端等辅助端。在输入端中标有“+”号的是同相端，标有“”号的是反相端，当信号从同相端输入时，输出信号和输入信号同相，反之则反。集成运放器的输入电路均都是采用差分放大器。它的输入信号电压和输出信号电压的关系是V0=K（V2-V1），式中K是运放器的放大倍数，K是非常大的，可达几十万倍，这是运放大器和差分放大器的区别，而且集成运放器的两个输入端对地输入阻抗非常高，一般达几百千欧到几兆欧，因此在实际应用中，常常把集成运放器看成是一个所谓“理想运算放大器”，其有两个基本特性：1、输入租抗为；2、增益为。根据这两个条件可以作出以下推论：1、输入电流I1、I2都为0，这是因为其输入阻抗为的原因；2、因为K=又根据输入和输出端的关系V2-V1=V0/K，所以认为运放器的两个输入端的电位差为零。由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10V14V。因此运放的差模输入电压不足1mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1M以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。图一运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。流过R1的电流I1 = (Vi - V-)/R1 a 流过R2的电流I2 = (V- - Vout)/R2 b V- = V+ = 0 c I1 = I2 d 求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi 这就是反向放大器的输入输出关系式了 图二中Vi与V-虚短，则 Vi = V- a 因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R1和R2 的电流相等，设此电流为I，由欧姆定律得： I = Vout/(R1+R2) b Vi等于R2上的分压， 即：Vi = I*R2 c 由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2 这就是同向放大器的公式了。图三中，由虚短知： V- = V+ = 0 a 由虚断及基尔霍夫定律知，通过R2与R1的电流之和等于通过R3的电流，故 (V1 V-)/R1 + (V2 V-)/R2 = (Vout V-)/R3 b 代入a式，b式变为V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3 如果取R1=R2=R3，则上式变为Vout=V1+V2，这就是加法器了。图5是运放构成的加法器电路，它实际是运放构成的反相放大器。U1、U2是两个相加电压，Uo则是电压和， 当R1=R2=R3时，放大倍数A=1，R4为平衡电阻，用以提供适当偏流以防止放大器失调。 图7是运放构成的比较器电路，它也是整动放大器的应用，当输入电压U1大于基准电压E时，它的输出端将有电压输出，所以它常用于伺服或保护电路中。 图8是运放构成的阻抗变换器电路，它是运放构成的同相放大器，放大倍数A=1的特例。它输出电压与输入电压相等、相位相同，但它却有极高的输入阻抗和较低输出阻抗，故也将它称为电压跟随器。 图9是运放构成的电压放大器，其放大倍数由R2、R3共同决定，其中Cl是信号耦合电容，C2是高频旁路电容，R1、R2为偏置电阻，R3为负反馈电阻。 图10是运放构成的正弦波振荡器，R1、R2、C1、C2构成正反馈电路，R3、R4、R5构成负反馈电路，二极管D1、D2起稳定振幅的作用。 图11是运放构成的二分频电路，它实际是有源滤波器。在图11中，ICl等构成二阶高通滤波器，IC2等构成二阶低通滤波器，它能将前置放大器送来的音频信号分频后，分别送入两个功率放大器放大，然后分别推动高音和低音喇叭放音。电源：电源电路的功能和组成每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换(蓄电池则要经常充电)的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。电子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从220伏市电变换成直流电，应该先把220伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高，所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图l。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。(1) 半波整流半波整流电路只需一个二极管，见图2(a)。在交流电正半周时VD导通，负半周时VD截止负载RL上得到的是脉动的直流电。(2) 全波整流全波整流要用两个二极管，而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈，见图2(b)。负载RL上得到的是脉动的全波整流电流，输出电压比半波整流电路高。(3) 全波桥式整流用4个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的变压器，见图2(c)。负载上的电流波形和输出电压值与全波整流电路相同。三、滤波电路 整流后得到的是脉动直流电，如果加上滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分，就可得到平滑的直流电。电容滤波 把电容器和负载并联，如图3(a)，正半周时电容被充电，负半周时电容放电，就可使负载上得到平滑的直流电。四、稳压电路 交流电网电压的波动和负载电流的变化都会使整流电源的输出电压和电流随之变动，因此要求较高的电子电路必须使用稳压电源。(1)稳压管并联稳压电路用一个稳压管和负载并联的电路是最简单的稳压电路，见图4(a)。图中R是限流电阻。这个电路的输出电流很小，它的输出电压等于稳压管的稳定电压值V。(2)串联型稳压电路 有放大和负反馈作用的串联型稳压电路是最常用的稳压电路。它的电路和框图见图4(b)、(c)。它是从取样电路(R3、R4)中检测出输出电压的变动，与基准电压(Vz)比较并经放大器(VT2)放大后加到调整管(VTl)上，使调整管两端的电压随着变化。如果输出电压下降，就使调整管管压降也降低，于是输出电压被提升；如果输出电压上升，就使调整管管压降也上升，于是输出电压被压低，结果就使输出电压基本不变。在这个电路的基础上发展成很多变型电路或增加一些辅助电路，如用复合管作调整管，输出电压可调的电路，用运算放大器作比较放大的电路，以及增加辅助电源和过流保护电路等。加深对上述电源原理的理解：根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。 这里说的线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。调整管工作在线性状态下，可这么来理解：RW（见下面的分析）是连续可变的，亦即是线性的。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开电阻很小；关电阻很大。工作在开关状态下的管子显然不是线性状态。 线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低(现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的)；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。 工作原理：我们先用右图来说明线性稳压电源调节电压的原理。如下图所示，可变电阻RW跟负载电阻RL组成一个分压电路，输出电压为：Uo=UiRL/(RW+RL)，因此通过调节RW的大小，即可改变输出电压的大小。请注意，在这个式子里，如果我们只看可调电阻RW的值变化，Uo的输出并不是线性的，但如果把RW和RL一起看，则是线性的。还要注意，我们这个图并没有将RW的引出端画成连到左边，而画在右边。虽然这从公式上看并没有什么区别，但画在右边，却正好反映了“采样”和“反馈”的概念-实际中的电源，绝大部分都是工作在采样和反馈的模式下的，使用前馈方法很少，或就是用了，也只是辅助方法而已。让我们继续：如果我们用一个三极管或者场效应管，来代替图中的可变阻器，并通过检测输出电压的大小，来控制这个“变阻器”阻值的大小，使输出电压保持恒定，这样我们就实现了稳压的目的。这个三极管或者场效应管是用来调整电压输出大小的，所以叫做调整管。像图1所示的那样，由于调整管串联在电源跟负载之间，所以叫做串联型稳压电源。相应的，还有并联型稳压电源，就是将调整管跟负载并联来调节输出电压，典型的基准稳压器TL431就是一种并联型稳压器。由于调整管相当于一个电阻，电流流过电阻时会发热，所以工作在线性状态下的调整管，一般会产生大量的热，导致效率不高。这是线性稳压电源的一个最主要的一个缺点。想要更详细的了解线性稳压电源，请参看模拟电子线路教科书。这里我们主要是帮助大家理清这些概念以及它们之间的关系。一般来说，线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成。另外还可能包括一些例如保护电路，启动电路等部分。下图是一个比较简单的线性稳压电源原理图（示意图，省略了滤波电容等元件），取样电阻通过取样输出电压，并与参考电压比较，比较结果由误差放大电路放大后，控制调整管的导通程度，使输出电压保持稳定。常用的线性串联型稳压电源芯片有：78XX系列（正电压型），79XX系列（负电压型）（实际产品中，XX用数字表示，XX是多少，输出电压就是多少。例如7805，输出电压为5V）；LM317（可调正电压型），LM337（可调负电压型）；1117（低压差型，有多种型号，用尾数表示电压值。如1117-3.3为3.3V，1117-ADJ为可调型）(3)开关型稳压电路 近年来广泛应用的新型稳珏电源是开关型稳压电源。它的调整管工作在开关状态，本身功耗相小，所以有效率高、体积小等优点，但电路比较复杂。开关稳压电源从原理上分有很多种。它的基本原理框图见图4(d)。图中电感L和电容C是储能和滤波元件，二极管VD是调整管在关断状态时为L、C滤波器提供电流通路的续流二极管。图4(c)是个三端稳压器电路。图中C是主滤波电容，Cl、C2是消除寄生振荡的电容，VD是为防止输入短路烧坏集成块而使用的保护二极管。五、电源电路读图要点和举例电源电路是电子电路中比较简单然而却是应用最广的电路。拿到张电源电路图时，应该：1.先按“整流一滤波一稳压”的次序把整个电源。电路分解开来，逐级细细分析。2.逐级分析时要分清主电路相辅助电路、主要元件和次要元件，弄清它们的作用和参数要求等。例如开关稳压电源中，电感电容和续流二极管就是它的关键元件。3.因为晶体管有NPN和PNP型两类，某些集成电路要求双电源供电，所以一个电源电路往往包括有不同极性不同电压值和好几组输出。读图时必须分清各组输出电压的数值和极性。在组装和维修时也要仔细分清晶体管和电解电容的极性，防止出错。4.熟悉某些习惯画法和简化画法。5.最后把整个电源电路从前到后全面综合贯通起来。这张电源电路图也就读懂了。DIY最简单而且性能较佳的可调稳压电源理解了线性稳压电源的原理后，自己动手制作一个稳压电源，多亏微电子技术的发展，我们不必去制作上面那么复杂的分立元件的电路，只需制作一个芯片构成简单的电路，就能达到要求，而且性能比分立元件的更佳!核心是一个LM317的芯片，管脚的分布如图所示。输出电压的计算公式为：因此调节RP1就能调节输出电压，最低可输出1.25V，输出的最高电压取决于整流滤波后的输出电压的高低，LM317的输入端和输出端一般要2.5V的压降，计算的输出的最高电压值可按照下式估算：U为变压器的输出电压，整流后电压最高达到1.414U。当接上负载时，这个电压会下降，因此稳压电路输出的最高电压勉强能达到公式的计算值，如果要确保输出电压稳定，当U12V时，建议输出电压不要高于U；当U12V时，建议输出电压最高不要大于（U2.5）V。LM317工作时根据输出的电压和电流，会出现很大的热损耗，要加上足够的散热器。而且变压器也不用买图中那么大（28V），一般12V,1.5A的变压器就够用了，这样电路能输出1.2510V,1.5A。这是一个实用的电路，希望同学们能自己动手去制作一下，并自己想办法改进它，网上资料很多，百度一下“LM317”，有很多资料。制作第一个电子作品 除了上述电源电路，还有很多比较适合大家制作的电路，下面就试举几例：1红外音频信号传输器（1） 采用采红外无线传输音频信号，传输距离至少为2m；（2） 2m外能接收清晰的音频信号；（3） 手动调节音量；（4） 驱动普通耳机；参考方案红外可传输数字量，也可传输模拟量。音频属模拟信号，若用数字量传输，则增加AD和DA模块。电路相对复杂。因此，可用红外LED直接发射经音频信号调制的红外信号。经过红外光敏二极管将音频信号解调出来。电路将十分简单！电路工作原理电阻R1给发光二极管提供了静态的工作电流。音频信号通过电容C1耦合到功率三极管，使红外发光二极管D1发出被调制的红外光。红外光敏二极管D2接收到D1发出的红外光。经过电容C2耦合，把音频信号取出，经过L,M386放大，驱动耳机或扬声器发出声音。有效距离可达2m。该电路简洁而不简单！麦克风前级放大的参考电路。LM386的输出端可直接接到发射电路的Vin。注意事项：1、 发射电路中的红外发光二极管仅为一个。方向性过强，不够灵活。本例采用透明的直径为5mm的红外LED。本例采用黑色的直径为5mm的红外光敏二极管。仅供参考。2、 发射电路的中R1不宜过小，否则可能烧坏发光二极管。也可在发光二极管上串联100的限流电阻。3、 图中的三极管也可采用其他的NPN型三极管。如9013，BC547。不过，R1的阻值应相应改变。以使二极管的静态工作电流合适。原图中的发光二极管静态工作电流为1520mA。4、 可通过增加电源电压或使用大功率红外LED增加发射距离。使用多个LED串联或并联，可提高发射和接收的有效角度。2声控循环彩灯设计制作一个声控循环彩灯.要求彩灯根据声音的变化而变化.彩灯的个数不少于8个.参考设计:该彩灯采用两个4017十进制计数器/分频器集成电路外加音频放大电路组成.电路图如下:电路原理:Q3,Q4构成音频放大电路.MIC是拾音器,将声音信号转化为电信号,再经过Q3,Q4组成的放大电路放大,输入第一个CD4017(U5)的14脚作为计数时钟脉冲,通过调节RW1的大小就可以调节灵敏度. CD4017的输出端总是只有一个是高电平,每收到一个脉冲进一位,满十又回到原位,例如现在是10脚输出高电平其他均为低电平,此时如果输入一个脉冲则第1脚输出高电平其他均为低电平,如果再来一个脉冲则第5脚输出高电平其他均为低电平,依此类推.U5的2脚的输出信号加到U6的14脚作为U6的计数脉冲.第四脚的输出信号反馈给第十五脚(复位端)作为复位脉冲.改变U5的复位端(15脚)与输出端的接法就可以改变分频比.如把第十五脚接到第十一脚,就可使U5在每收到十个脉冲才给U6一个脉冲.这样就可以一定程度上控制U6彩灯的快慢,