电子工程设计基础(课程内容)..ppt

电子工程设计基础,电气工程与自动化系,过程自动化教研室,课程的教学目的,培养学生的创新思维与创新能力以实用电子系统（产品）的设计方法、制作技能为培训目的，与全国大学生智能汽车竞赛、全国大学生电子设计竞赛、“挑战杯”科技作品竞赛的培训紧密结合的专业素质训练选修课程。在课程中对学生进行全面的、系统的、综合的电子工程设计的训练。,过程自动化教研室,电子工程设计课程的内容设置,实用电子设计基础常用电子元器件的选用电子制作的技能与技巧常用仪器仪表及工具软件的使用电子电路的安装与调试基本单元电路的设计与制作,电子工程设计,电子应用系统设计电子电路设计与仿真技术CPLD、FPGA应用技术电子电路测量技术实用测控系统综合设计与制作设计报告的写作,过程自动化教研室,课程的考核,过程自动化教研室,参考书籍（推荐）,电子制作基础,过程自动化教研室,参考书籍（推荐）,现代电子设计,过程自动化教研室,课程的教学内容,基本单元电路的设计与制作,电子电路的安装与调试,常用仪器仪表及工具软件的使用,电子制作的技能与技巧,常用电子元器件的选用,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,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。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,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。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,3、特殊器件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。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,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，从而保护了电路。,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。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,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。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,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。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,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，常用于门控及防盗报警等电路中。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,在电子电路中，为了控制电压和电流，需要用到电阻器。电阻器通常叫做电阻。电阻器的种类很多，从结构形式来分，有固定电阻、可变电阻和电位器三种。在电路原理图中，电阻器的符号如图所示。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,1.常用电阻的结构和特点表1几种常用电阻的结构和特点,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,2.标称阻值和允许误差大多数电阻上，都标有电阻的数值，这就是电阻的标称阻值。电阻的标称阻值，往往和它的实际阻值不完全相符。电阻的实际阻值和标称阻值的偏差，除以标称阻值所得的百分数，叫做电阻的误差。表2常用电阻允许误差的等级,国家规定出一系列的阻值作为产品的标准。不同误差等级的电阻有不同数目的标称值。误差越小的电阻，标称值越多。表3是普通电阻的标称阻值系列。表中的标称值可以乘以10、100、1000、比如1.0这个标称值，就有1、10、100、1k、10k、100k、。表3普通固定电阻标称阻值系列,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,3.电阻的额定功率当电流通过电阻的时候，电阻由于消耗功率而发热。如果电阻发热的功率大于它能承受的功率，电阻就会烧坏。电阻长时间工作时允许消耗的最大功率叫做额定功率。电阻消耗的功率可以由电功率公式：电阻的额定功率也有标称值，常用的有1/8、1/4、1/2、1、2、3、5、10、20瓦等。在电路图中，常用以下所示的符号来表示电阻的标称功率。选用电阻的时候，要留一定的余量，选标称功率比实际消耗的功率大一些的电阻。比如实际负荷1/4瓦，可以选用1/2瓦的电阻，实际负荷3瓦，可以选用5瓦的电阻。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,4.电阻的类别和符号为了区别不同种类的电阻，常用几个拉丁字母表示电阻类别，如图3所示。第一个字母R表示电阻，第二个字母表示导体材料，第三个字母表示形状性能。上图是碳膜电阻，下图是精密金属膜电阻。表4电阻的类别和符号,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,表5电阻的类别和符号,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,5.色环阻值表示法碳质电阻和一些1/8瓦碳膜电阻的阻值和误差用色环表示。在电阻上有三道或者四道色环。靠近电阻端的是第一道色环，其余顺次是二、三、四道色环，如图4所示。第一道色环表示阻值的最大一位数字，第二道色环表示第二位数字，第三道色环表示阻值未应该有几个零。第四道色环表示阻值的误差。色环颜色所代表的数字或者意义如图所示。口诀：棕红橙黄绿蓝紫灰白黑,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,在各种电子设备中，调谐、耦合、滤波、去耦、隔断直流电、旁路交流电等，都需要用到电容器。电容器通常叫做电容。电容的种类很多，按结构形式来分，有固定电容、半可变电容、可变电容。在电路中，电容的符号如下所示。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,1.常用电容器的结构和特点常用电容按介质区分有纸介电容、油浸纸介电容、金属化纸介电容、云母电容、薄膜电容、陶瓷电容、电解电容等。,2.标称容量和允许误差电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。电容器的标称容量和它的实际容量会有误差。常用固定电容允许误差的等级见表8。常用固定电容的标称容量系列见表9。表7常用固定电容允许误差的等级,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,表6几种常用电容的结构和特点,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,2.标称容量和允许误差电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。电容器的标称容量和它的实际容量会有误差。常用固定电容允许误差的等级见表8。常用固定电容的标称容量系列见表9。表8常用固定电容的标称容量系列,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,3.电容的耐压电容长期可靠地工作，它能承受的最大直流电压，就是电容的耐压，也叫做电容的直流工作电压。如果在交流电路中，要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。表9常用固定电容的直流电压系列表9常用固定电容的直流电压系列,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,4.电容的绝缘电阻由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体，它的电阻不是无限大，而是一个有限的数值，一般在1000兆欧以上。电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻，或者叫做漏电电阻。漏电电阻越小，漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗，这种损耗不仅影响电容的寿命，而且会影响电路的工作。因此，漏电电阻越大越好。,5.在电路图中电容单位的标注规则通常在容量小于10000pF的时候，用pF做单位，大于10000pF的时候，用uF做单位。为了简便起见，大于100pF而小于1uF的电容常常不注单位。没有小数点的，它的单位是pF，有小数点的，它的单位是uF。例如，3300就是3300pF，0.1就是0.1uF等。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,6.电容使用常识电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中，电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。使用电解电容的时候，还要注意正负极不要接反。,不同电路应该选用不同种类的电容。揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容，隔直流可以选用纸介、涤纶、云母、电解、陶瓷等电容，滤波可以选用电解电容，旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象，并且核对它的电容值。安装的时候，要使电容的类别、容量、耐压等符号容易看到，以便核实。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,半导体二极管按其用途可分为：普通二极管和特殊二极管。普通二极管包括整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、快速二极管等；特殊二极管包括变容二极管、发光二极管、隧道二极管、触发二极管等。,半导体二极管,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,半导体二极管,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,普通半导体二极管的主要参数1反向饱和漏电流IS：指在二极管两端加入反向电压时，流过二极管的电流，该电流与半导体材料和温度有关。在常温下，硅管的IS为纳安（10-9A）级，锗管的IS为微安（10-6A）级。2额定整流电流IF：指二极管长期运行时，根据允许温升折算出来的平均电流值。目前大功率整流二极管的IF值可达1000A。3最大反向工作电压URM：指为避免击穿所能加的最大反向电压。目前最高的URM值可达几千伏。4最高工作频率fM：由于PN结的结电容存在，当工作频率超过某一值时，它的单向导电性将变差。点接触式二极管的fM值较高，在100MHz以上；整流二极管的fM较低，一般不高于几千赫。5反向恢复时间trr：指二极管由导通突然反向时，反向电流由很大衰减到接近IS时所需要的时间。大功率开关管工作在高频开关状态时，此项指标至为重要。,半导体二极管,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,几种常用二极管的特点1整流二极管整流二极管结构主要是平面接触型，其特点是允许通过的电流比较大，反向击穿电压比较高，但PN结电容比较大，一般广泛应用于处理频率不高的电路中。例如整流电路、嵌位电路、保护电路等。整流二极管在使用中主要考虑的问题是最大整流电流和最高反向工作电压应大于实际工作中的值。2快速二极管快速二极管的工作原理与普通二极管是相同的，但由于普通二极管工作在开关状态下的反向恢复时间较长，约45ms，不能适应高频开关电路的要求。快速二极管主要应用于高频整流电路、高频开关电源、高频阻容吸收电路、逆变电路等，其反向恢复时间可达10ns。快速二极管主要包括肖特基二极管和快恢复二极管。3稳压二极管稳压二极管是利用PN结反向击穿特性所表现出的稳压性能制成的器件。稳压管的主要参数有：稳压值VZ。电压温度系数。动态电阻rZ。允许功耗PZ。稳定电流IZ。,半导体二极管,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,几种常用二极管的特点4发光二极管（LED）发光二极管的伏安特性与普通二极管类似，所不同的是当发光二极管正向偏置时，正向电流达到一定值时能发出某种颜色的光。根据在PN结中所掺加的材料不同，发光二极管可发出红、绿、黄、橘及红外光线。在使用发光二极管时应注意两点：一是若用直流电源电压驱动发光二极管时，在电路中一定要串联限流电阻，以防止通过发光二极管的电流过大而烧坏管子，注意发光二极管的正向导通压降为1.22V(可见光LED为1.22V,红外线LED为1.21.6V)。二是发光二极管的反向击穿电压比较低，一般仅有几伏。因此当用交流电压驱动LED时，可在LDE两端反极性并联整流二极管，使其反向偏压不超过0.7V，以便保护发光二极管。,半导体二极管,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,半导体三极管亦称双极型晶体管，其种类非常多。按照结构工艺分类，有PNP和NPN型；按照制造材料分类，有锗管和硅管；按照工作频率分类，有低频管和高频管；一般低频管用以处理频率在3MHz以下的电路中，高频管的工作频率可以达到几百兆赫。按照允许耗散的功率大小分类，有小功率管和大功率管；一般小功率管的额定功耗在1W以下，而大功率管的额定功耗可达几十瓦以上。,半导体三极管,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,半导体三极管,半导体三极管的主要参数1共射电流放大系数值一般在20200，它是表征三极管电流放大作用的最主要的参数。2反向击穿电压值U(BR)CEO指基极开路时加在c、e两端电压的最大允许值，一般为几十伏，高压大功率管可达千伏以上。3最大集电极电流ICM指由于三极管IC过大使值下降到规定允许值时的电流（一般指值下降到2/3正常值时的IC值）。实际管子在工作时超过ICM并不一定损坏，但管子的性能将变差。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,半导体三极管,半导体三极管的正确使用1使用三极管时，不得有两项以上的参数同时达到极限值。2焊接时，应使用低熔点焊锡。管脚引线不应短于10mm，焊接动作要快，每根引脚焊接时间不应超过两秒。特征频率fT。指三极管的值下降到1时所对应的工作频率。fT的典型值约在1001000MHz之间，实际工作频率。3三极管在焊入电路时，应先接通基极，再接入发射极，最后接入集电极。拆下时，应按相反次序，以免烧坏管子。在电路通电的情况下，不得断开基极引线，以免损坏管子。4.使用三极管时，要固定好，以免因振动而发生短路或接触不良，并且不应靠近发热元件。5.功率三极管应加装有足够大的散热器。,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,其它半导体元件,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,其它半导体元件,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。集成运算放大器的种类非常多，可适用于不同的场合。通用型运算放大器通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。例mA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。高阻型运算放大器这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般rid（1091012）W，IIB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。,模拟集成电路（集成运算放大器）,过程自动化教研室,常用电子元器件的选用,集成运算放大器的几个重要参数1增益带宽积（GBW）GBW=Avd.fH其中，Avd为中频开环增益，fH为开环上限截止频率。2压摆率（转换速率）SR压摆率SR表示运放所允许的输出电压Vo对时间变化率的最大值。3共模抑制比CMRR该项指标表示了集成运放对共模信号（通常是干扰信号）的抑制能力。,模拟集成电路（集成运算放大器）,过程自动化教研室,Diagram,过程自动化教研室,工程设计中需要明确的问题,过程自动化教研室,选题（开题、立项）报告撰写,为什么做,做什么,怎么做,预期成果,来源及依据,内容及目标,过程及措施,计划及预期,问题的提出；解决问题的需求及意义；课题应用的现状及水平。,解决问题的思路、方案及目标；拟采用的核心技术；主要工作内容及关键点。,实施方案、任务分解及工作过程；系统功能及性能的实现方法和保障措施。,工程实施条件及要求；工程进度安排及阶段性标志；预期成果形式。,过程自动化教研室,设计说明书（研制报告）的撰写,摘要课题成果的概括及说明课题的意义；课题的目的；课题成果的简要介绍；课题成果的应用领域。课题采用的核心技术、主要内容及创新设计中采用的核心技术；解决的主要问题；重要的性能指标；成果的特色及创新点,过程自动化教研室,设计说明书（研制报告）的撰写,绪论课题（项目）的来源实际中存在的问题及解决问题的意义；课题所涉及问题的现状；课题（项目）实施的条件；课题（项目）的目的及其应用价值。,过程自动化教研室,设计说明书（研制报告）的撰写,总体设计方案（设计思想）课题目前常用解决方案的分析和比较各种方案的优缺点、性能价格比及应用条件；相关技术的发展现状。课题（项目）采用的方案课题（项目）要实现的目标要实现的功能；达到的性能指标系统的总体结构及功能结构,过程自动化教研室,设计说明书（研制报告）的撰写,系统的硬件（原理）设计系统的硬件设计核心及关键器件（模块、装置）的选型主要的、关键的单元电路的设计电路的结构、工作原理及参数计算；单元（模块）电路在本系统中的作用。系统硬件的工作原理,过程自动化教研室,设计说明书（研制报告）的撰写,系统应用软件设计系统应用软件的功能结构软件开发的工具、环境及设计调试的方法主要及关键功能模块的设计数学模型、算法分析、流程图；实现主要功能及关键算法的代码分析。,过程自动化教研室,设计说明书（研制报告）的撰写,系统调试、测试、仿真的过程及结果课题方法及过程介绍得到的数据、现象及结果系统功能及测试数据分析,过程自动化教研室,设计说明书（研制报告）的撰写,结论及改进思路设计的结果功能的实现及性能指标存在的问题与不足改进的思路及应用的前景,过程自动化教研室,课程的教学目的,培养学生的创新思维与创新能力以实用电子系统（产品）的设计方法、制作技能为培训目的，与全国大学生电子设计竞赛、“挑战杯”科技作品竞赛的培训紧密结合的专业素质训练选修课程。在课程中对学生进行全面的、系统的、综合的电子工程设计的训练。,过程自动化教研室,课程的教学目的,培养学生的创新思维与创新能力以实用电子系统（产品）的设计方法、制作技能为培训目的，与全国大学生电子设计竞赛、“挑战杯”科技作品竞赛的培训紧密结合的专业素质训练选修课程。在课程中对学生进行全面的、系统的、综合的电子工程设计的训练。,过程自动化教研室,课程的教学目的,培养学生的创新思维与创新能力以实用电子系统（产品）的设计方法、制作技能为培训目的，与全国大学生电子设计竞赛、“挑战杯”科技作品竞赛的培训紧密结合的专业素质训练选修课程。在课程中对学生进行全面的、系统的、综合的电子工程设计的训练。,过程自动化教研室,课程的教学目的,培养学生的创新思维与创新能