《电子技术综合与应用》第2章 三角波、方波发生器项目

第2章三角波、方波发生器项目2.1问题的提出2.2问题的分析2.3用Protel软件绘制电路原理图2.4印制电路板的绘制2.5安装调试本项目电路2.6项目总结

2.1问 题 的 提 出

在一些电子电路中往往需要方波、锯齿波、三角波、正弦波、阶梯波等信号，这些信号波形发生器根据性能要求的不同，可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成；可以只产生一种波形，也可以产生多种波形。本项目从学习的角度出发，提出设计一个三角波、方波发生器，具体的技术指标如下：

(1)波形的频率：50 Hz，频率可以微调。

(2)方波的输出电压：±5 V，波形对称。

(3)三角波的峰峰值电压：±(5～8) V。

(4)要求波形没有明显的失真。

2.2问 题 的 分 析

实现某种功能的电路方案往往有很多种，选用何种方式、何种电路，一般是从以下几方面来考虑的：一是满足电路所要求的技术指标；二是成本要低；三是电路要简单，便于生产和调试。具体选择哪种方案，可谓仁者见仁，智者见智，由设计者自己决定。不怕电路的方案多，怕的是我们没有任何一种方案可供选用。事实上，要让初学者凭空构造出一个电路来确实是十分困难的。在前面的项目中我们曾指出，电子线路的设计从某种程度上说就是对已有电路(包括元器件)的选择，然后根据具体的要求进行修改，以满足要求。所以，学习电子线路应用的专业人员在平时必须注意对资料的查阅与积累，这一点十分重要。在本项目中我们直接给出具体的产生方波、三角波的电路——由集成运算放大器构成一个方波、三角波发生器。其原理框图如图2-1所示。

比较器与积分器通过反馈网络组成振荡电路，比较器输出方波而积分器输出三角波。具体的电路及其原理在介绍了集成运算放大器的知识之后再做介绍和分析。图2-1方波、三角波发生器原理框图2.2.1集成运算放大器

集成运算放大器本质上是一个具有很高放大倍数的直接耦合放大电路。之所以带有“运算”二字，是因为这种放大器接上不同的外围电路以后可以实现多种(模拟)运算功能，如加法、指数、对数、积分、微分、比较等。事实上，集成运放这个名称早已名不符实，只是沿用至今而已。虽然目前数字技术、计算机技术得到了极大的发展，很多以前不能用模拟技术解决或者很难解决的问题都可以很方便地用数字技术、计算机技术加以解决，尽管如此，却仍然无法完全取代集成运算放大器，集成运放的研发及应用在近几年仍得到了极大的发展。例如，在测量和自动控制系统中，经常要把由物理、化学、生物的非电量信号通过传感器变成电信号，而这种电信号往往是很微弱的，需要放大以后才能交由数字电路或计算机进行处理和显示。担任放大作用的电路大多是集成运放。

目前集成运放仍大量应用于信号放大、有源滤波、波形发生、稳压、恒流、电压电流变换等电子电路中。所以，学会如何选择和运用运算放大器是电子专业人员要学习的一个重要方面。

1．理想运算放大器

初学电子技术的人对运算放大器原理的理解与掌握总是感到困难重重。之所以如此，是因为在一般电子线路学习运放的过程中，总是学习内部的电路原理比较多，如差动放大电路问题、直接耦合问题、共模抑制问题等，这当然是必需的。其实从应用的角度而言，更应该注重的是运放的各种特性及如何选择与应用。我们应该学习运放的应用，不必过多学习内部的电路。试想一下，在大规模、超大规模集成电路的应用越来越多的今天，要完全了解集成电路内部的电路几乎是不可能的，也没有必要。了解理想运算放大器的特性对我们学习运放的应用十分重要。实际运放的应用电路其理论分析都是建立在理想运放特性的基础之上，然后考虑实际运放与理想运放在特性方面的区别，再加以适当的处理(如运放的选择、外围电路及参数的调整)而实现的。

理想运放的基本原理比较简单。理解理想运放的最好办法，就是将通常的放大器元件(晶体管、电子管或别的器件)的概念统统忘掉，而代之以把运算放大器理解为一个具有输入端和输出端的方框。这样，就可以用理想的概念研究运算放大器，而不必考虑方框中是什么东西，如图2-2所示。图2-2理想概念的运算放大器这种理想化了的运算放大器是具有两个差分输入端和一个单端输出的直接耦合型器件。放大器只响应两个输入端之间的差模电压，而不响应其间的共模电压。反相(-)输入端上的正向信号在输出端上产生一个负向信号；而同相(+)输入端上的正向信号仍然产生相同极性的正向输出信号。差模输入电压为Vin时，输出电压Vo就等于Avo × Vin。这里，Avo是放大器的增益。不管怎样应用放大器，它的两个输入端总是要用到的，而输出信号是由对地的输出端引出的。此外，一般的运算放大器需使用双电源工作(有的运放使用单电源)。考虑到上述输入和输出功能，现在可把这种放大器的理想特性定义如下：

(1)电压增益为无限大，Avo = ∞；

(2)输入电阻为无限大，rin = ∞；

(3)输出电阻为零，ro = 0；

(4)带宽为无限大，BW=∞；

(5)输入失调电压为零，Vo = 0(当Vin = 0时)。从这些理想特性出发，可导出运放两个十分重要的附加性能。由于电压增益为无限大，一个无限小的输入信号就可放大为一个输出信号，因此大体上可以认为差模输入电压为零。而且，如果输入电阻为无限大时，就可得出：流入两个输入端的电流为零。

可将这两个特性视作运放的两个准则，在运放线性应用的分析和设计中要反复用到这两个准则。只要理解了这些特性，理所当然地就能对任何一种运放的工作进行论述。以后各种运放组态的讨论将有助于阐述这个问题。

2．集成运放的参数

集成运放的参数有两大类：即极限参数和电特性参数。

1)极限参数(最大额定值)

所谓极限参数或最大额定值，是指为了保证运算放大器的寿命年限和性能，由厂商规定的绝对不能超过的值。运算放大器在使用中如果超过厂商规定的极限参数中的任何一个参数，其运算放大器可能会永久性地破坏或性能变坏。最近生产的运算放大器，因内含保护电路，即使稍微超过极限参教，也不会被破坏，但是因此而引起器件异常，厂商不负任何责任。所以使用运算放大器时，必须严格遵守极限参数的规定。

(1)电源电压：能够施加于运算放大器电源端子的最大直流电压值称为电源电压。厂商可能会有两种表示方法：用正负两种电压表示，或用正电压与负电压的差值表示。

(2)最大差模输入电压(VIdM)：在运算放大器的正输入端和负输入端之间能够施加的最大输入电压称为最大差模输入电压。

(3)最大共模输入电压(VIcM)：在保证运算放大器正常工作状态不被破坏的条件下，运算放大器的正负输入端与地之间能够施加的最大共模电压值称为最大共模输入电压。

(4)允许功耗(PM)：允许功耗又称允许总功耗，是指在不引起运算放大器热破坏的条件下，运算放大器所能够消耗的最大功率。

(5)工作温度范围(简称工作温度)：运算放大器能够正常工作的温度范围称为工作温度范围。但必须注意，在此温度范围内，不能使运算放大器的所有特性都满足要求。一般来说，商业级(家用电器内用)在0～70℃的范围内能正常工作。

(6)贮存温度范围(简称贮存温度)：运算放大器长期被保存而性能不发生变化的温度范围称为贮存温度范围。它比工作温度范围要大得多。

2)电特性参数

(1)开环差模增益(Aod)。开环差模增益是指输出端与输入端之间无任何元件时的输出信号电压与输入差模电压之比。一般情况下，总希望开环差模增益高一点，越高则由运放组成的电路的精度越高、误差越小、性能越稳定。目前，运放的开环差模增益大于105。

一般手册中常用分贝来表示开环差模增益：

(dB)

(2)最大输出电压(Vopp)。最大输出电压又称为输出电压的摆幅或输出电压的动态范围。它定义为在一定电源电压下最大的不失真输出电压的峰峰值。

(3)输入偏置电流(IIB)。输入偏置电流是指在常温下(25℃)运放的输入电压为零时，运放两个输入端的电流的平均值。简单地说，输入偏置电流就是在运放输入端所需要加入的电流。根据电路的内部设计，这个电流或者从输入端流入，或者流出。在平衡状态下，两个输入电流接近于相等，见图2-3。

对使用者而言，该值越小越好，因为偏置电流越小，则偏置电流的差值也越小，由输入端电阻变化所引起的输出电压的变化也越小。图2-3运算输入偏置电流

(4)输入失调电流(IIO)。如上所述，运放的两个输入端的电流在平衡状态下，两个输入电流接近于相等，而实际运放是不可能相等的。在常温下(25℃)，运放的输出直流电压为零时，两个输入端的静态电流之差即为输入失调电流IIO。它是衡量运放两输入端静态电流的不对称程度的一个指标。输入失调电流流过输入端的电阻时就会在运放的两个输入端之间附加一个失调电压。IIO越小越好。

(5)输入失调电压(VIO)。对理想运算放大器来说，当输入端直接接地时，其输出电压应为零。对实际运放而言，由于运放输入级电路不可能完全对称，当输入端直接接地即输入电压为零时，运放的输出电压往往不为零。为了使输出电压为零，必须在输入端加一补偿电压，此电压就称为失调电压。VIO的大小反映了运放的不对称程度及电位的配合情况。该值也是越小越好。

(6)输入失调电压温度系数与输入失调电流温度系数

。温度漂移是运放零漂的主要来源。输入失调电压温度系数与输入失调电流温度系数反映了运放的温度稳定性的好坏。

输入失调电压温度系数是指在规定的温度范围内，输入失调电压的变化量与温度变化量之比：输入失调电流温度系数是指在规定的温度范围内，输入失调电流的变化量与温度变化量之比：运放的失调电压和失调电流可以通过调零加以补偿，这不难解决，难的是很难补偿其失调的温漂。所以失调温漂在低频(包括直流)高精度放大电路中成了十分关键的指标。一般运放失调电压的温漂在1～50 μV/℃，低漂移运放的温漂在0.5 μV/℃，甚至更低。一般运放失调电流的温漂在5～20 nA/℃，低漂移运放的温漂在几个pA/℃，甚至更低。

在运放组成的高精度直流放大电路中应选用低漂移运放，但随着运放温漂指标的提高，运放的价格也将成倍增加。所以对于要求不高的场合，对温漂指标不要过于苛求。为了降低成本，有时可以用通用多运放(一块芯片中含有多个运放)组成一个电路，实现低漂移的性能。

(7)最大输出电流(IOM)。最大输出电流是指在额定电源和额定负载下，运放输出电压达到其输出的峰峰值电压时，所能输出的最大电流。

如果器件正负输出能力相同，则厂家仅给出一个指标数据。若正负输出能力不同，则厂家将给出正向最大输出电流和反向最大输出电流两个指标数据。有些厂家没有给出这个指标，这时可以用在最大输出电压VOM的测试条件中给出的RL，利用VOM/RL估算出IOM值。当运放工作时的实际输出电流超过IOM值时，可能会出现以下情况：

a.输出电压的峰峰值达不到厂家给定的值，同时输出波形会发生畸变，开环增益变小。

b.有可能因运放内部的某些晶体管超过其允许功耗而烧毁。尽管有的运放具有过流保护电路，但有些运放的保护也只能暂时起作用。实际使用运放时，不论运放有否保护电路，都必须考虑输出的过流问题。

(8)频带宽度(BW)。实际运放的开环放大倍数随频率的增加而下降。当开环放大倍数随频率增加而下降到直流放大倍数的0.707倍时，对应的输入信号的频率称为频带宽度(-3 dB带宽)。

频带宽度的另一种参数称为增益带宽积，它表示开环放大倍数下降到1时所对应的输入信号频率。

(9)共模抑制比(CMRR)。运放两个输入端所加的大小相等、极性一致的信号称为共模信号(VIC)，零漂(包括温漂)可看做是共模信号。对理想运放而言，此时对应的输出电压称为共模输出电压(VOC)为零。实际运放在加入共模信号时，其输出电压不为零。我们把VOC/VIC称做共模放大倍数(AOC)。

所谓共模抑制比为实际厂家的手册中往往用分贝表示：

(dB)

共模抑制比越高，则运放抵抗共模信号干扰的能力越强，受温度或电源波动所产生的零漂影响越小。

(10)差模输入电阻rid。从集成运放两个输入端看进去的等效电阻称为差模输入阻抗。

一般情况下，运放的差模输入电阻为几百kW到1 MΩ，高输入阻抗的集成运放的差模输入电阻可高达上千兆。

(11)输出电阻rod。理想运放在开环状态下的输出电阻为零，但实际运放的输出电阻为几百Ω到几kΩ。

集成运放的指标比较多，我们介绍了一部分，其他的指标如电源电压抑制比、噪声指标等本项目中不再介绍，请同学们自己查找资料学习了解。

3．集成运算放大器的种类

按照技术指标设计的要求，用运放组成电子电路时，必须选择满足技术要求的、合适的运放。选择运放的基础就是了解运放的分类方法。自从20世纪60年代初出现原始型运算放大器以来，运放一直在向更低的温漂、噪声和功耗，更高的速度、放大倍数、带宽，更大的输入输出电压和功率发展，性能越来越趋近于理想运算放大器，但还是不能制造出所有方面都最佳的运放。从另一方面讲，如果真有这么一种运放，那么其他的运放都将自然淘汰，我们也就不必对运放分类，使用时也不必选择了。因此，目前只能根据实际运放的特定的性能参数将运放分类，以便于使用者选用。

1)按特性分类

根据运放的特性，可以分为两大类：通用型运算放大器和特殊型运算放大器。

通用型运放的“通用”的定义并不十分明确，一般认为没有突出的性能参数的运放就是通用型运放。通用型运放的应用范围广，产量大，价格便宜。只要能满足应用的需要，首选的就应该是通用型运放。需要说明的是，随着半导体技术的发展，现在的通用型运放和过去的通用型运放不可同日而语，现在的通用型运放在过去可能就是特殊型运放。所以，作为电子技术的专业人员需要关注、了解电子技术的发展状态。与通用型运放相比较，在某些方面性能优良的运放被定义为特殊型。特殊型运放又称为高性能型运放，它像通用型放大器那样没有严格的区分标准。这样的例子似乎很多，同一厂商制造的运算放大器中，在划分类别时按该厂家的分类标准划分为通用型或特殊型，并在产品说明书中作了说明，由于厂商不同，分类标准也不同，所以，在某厂商产品中说明是特殊型的，当采用其他厂商的标准分类时，却变成了通用型。在特殊型运放中，根据具体运放的特殊性又可以进一步细分。

(1)低输入偏流型。理想运放的输入偏置电流为零，实际运放的输入偏置电流不可能为零。如果实际运放在这个参数上很小，则在这方面就有特殊性，即为低输入偏流型运放。运放的偏置电流的大小与运放内部的结构有关，如表2-1所示。

低输入偏置电流型运放主要用于小电流测量电路、积分电路、电流-电压转换电路、高阻抗转换器电路等。表2-1运放的输入偏置电流

(2)低输入失调电压型。理想运放的失调电压为零，实际运放的失调电压不可能为零。实际运放的失调电压特别小，则该运放在这一方面的性能就是优良的，有其特殊性，即为低输入失调电压型运放。一般情况下，在环境温度为25℃时，运放的输入失调电压小于1 mV，则认为该运放的输入失调电压比较低。

(3)低漂移型。所谓漂移是指由于环境温度的变化及时间的延续，运放的某些特性发生变化。运放的特性随温度的变化而变化称为温度漂移；随时间变化而变化称为时间漂移。显然，运放的漂移越小越好，理想运放的漂移为零。实际应用中最主要的参数之一就是输入失调电压的温度漂移。输入失调电压的温度漂移是指温度每变化1℃所引起的输入失调电压的变化量。一般运放的输入失调电压的漂移小于2 μV/℃，则该运放即为低漂移型运放。显然，低输入失调电压与低漂移有关联性。

(4)高速型、宽频带型。高速型运放是用运放的输出如何跟随输入的变化来判定的。这一性能用转换速率来表示。在大信号条件下，把阶跃信号(从最小输入电压到最大输入电压变化)加到运放的两个输入端之间，输出电压随时间的最大变化率称为转换速率(V/μs)。一般转换速率在5V/μs的运放即为高速型运放。宽带型运放是用运放的最高工作频率来表示的。工作频率越高，输入信号的变化量越大，转换的速率越大，运放也由此可认为是宽带型。

值得注意的是：运放工作在小信号状态与工作在大信号状态下，其宽带型的定义是不同的。小信号条件下使用的运放用单位增益带宽来定义，大信号条件下使用的运放用转换速率来定义。

(5)低功耗型。通用型运放的功耗一般在50 mW以上，对于在电源电压为±15 V的条件下工作且静态功耗小于5 mW的运放称为低功耗型运放。低功耗型运放可在电源电压±3 V以下工作。此时的功耗在1 mW以下，故又称微功耗型运放，可用干电池供电。在便携式电子仪器越来越多的今天，这类运放的应用也越来越多。

(6)单电源型。大多数运放是在正、负电源下工作的，如果运放与单电源工作的逻辑电路同时使用，为简化电路或便于用电池供电，运放也最好用单个电源。双电源型运放虽然也能在单电源下工作，但当输入电压比较低时，会有死区存在。而单电源运放是自0 V起也能放大信号的运算放大器。

(7)低噪型。一般运放的噪声电压在10 μVp-p以上，低噪声运放的噪声电压在2 μVp-p以下。

(8)高电压型。一般的运放，其工作电源电压在 ±15 V以下，工作电源电压在 ±20 V以上的运放称为高压型运放。

(9)高精度型。高精度型运放是指用于测量仪器、在工作温度范围内能保证输入失调电压、输入失调电流、输入偏流、共模信号抑制比、电源电压抑制比等一系列参数最佳的运放。

2)按结构分类

根据运放内部的结构分类，有双极型、结型场效应管输入型、MOS场效应管输入型、CMOS型运算放大器。

(1)双极型运放。内部电路的输入级采用双极型晶体管的运放称为双极型运放。大部分的运放都是双极型运放。

(2)结型场效应管输入型运放。内部电路的输入级采用结型场效应管的运放称为结型场效应管型运放。这类运放的输入电阻很大，偏置电流小，但温度漂移大，随温度增加偏置电流增加也很大。

(3)MOS场效应管输入型运放。内部电路的输入级采用MOS型场效应管的运放称为MOS型场效应管型运放。这类运放的输入电阻几乎是无穷大，偏置电流极小。

(4)  CMOS型运算放大器。内部电路中的晶体管都是用CMOS场效应管构成的运放。这类运放的输入电阻高、静态电流小、工作速度高。

4．常用集成运算放大器的主要性能参数

1)常用运算放大器

常用运算放大器的型号及功能简介见表2-2。表2-2常用运算放大器

续表一续表二

2)运算放大器的参数

表2-3所示为运算放大器的基本参数。表2-3运算放大器的基本参数

5．运算放大器的典型线性应用电路

1)运算放大器的基本组态

运放有两种基本组态：一是反相放大器组态，二是同相放大器组态。事实上，所有运放电路都是由这两种基本组态按某种方式构成的。此外，还有与上述两种基本组态密切相关的一类电路，即由前两种组态组合而成的另一种基本组态——差模放大器。

(1)反相放大电路。图2-4所示为第一种基本运放组态——反相放大电路。图2-4反相放大电路应用前述理想运放的性质，我们可以得到输出电压与输入电压之间的关系为

(2-1)

并且，运放的反相输入端的电位V(-)=V(+)=0。所以，我们把该电路中运放的反相输入端称为虚地点。分析式(2-1)我们还可以得到以下几点结论：

a.由于式(2-1)中有负号，所以输出电压的极性与输入电压的极性是相反的。

b.当Rf = R1时，Vo = -Vin，此时的电路成为反相器。

c. Rf可以比R1大，也可以比R1小，所以输入信号既可以放大，也可以减小(衰减)。

d.输入阻抗rin = R1。

e.输出阻抗ro = 0。

(2)同相放大电路。图2-5所示为第二种基本运放组态——同相放大电路。

同样，根据理想运放的特性，我们可以得到：

(2-2)图2-5同相放大电路在同相放大电路中不存在虚地点，只有V(-)=V(+)。

分析式(2-2)我们还可以得到以下几点结论：

a.式(2-2)中没有负号，所以输出电压与输入电压的极性是一致的(同相)。

b.由于≥1，所以，Vo≥Vin，也就是说该电路的输

出电压只能放大不能减小(衰减)。

c.当Rf = 0时，Vo = Vin，即输出电压与输入电压相等，此时的电路成为电压跟随器。典型的运放构成的电压跟随器电路如图2-6所示。图2-6电压跟随器

d.输入阻抗rin = ∞。

e.输出阻抗ro = 0。

(3)差模放大电路。由同相放大电路和反相放大电路组合起来构成了第三种运放组态——差模放大电路，见图2-7。

在R1 = R2，R3 = R4的条件下，有：

(2-3)图2-7差模放大电路式(2-3)中Vin为两个输入端电位的差值，即差模输入电压。同时我们还可以得到以下几点结论：

a.电路的输入阻抗rin = R1+R2=2R1=2R2。

b.电路的输出阻抗ro = 0。

c.该电路具有共模输入电压信号。以上阐述的各种电路特性都很重要，它们构成了运放电路工程的主要基础。其中，最重要的是表征理想放大器的五个基本规范，由此进一步导出运放理论的三个基本准则，即：

准则1差模输入电压等于零。

准则2流入两个输入端的电流等于零。

准则3在环路闭合情况下，反相输入端的电压等于同相输入端或参考输入端的电压。

2)运放构成的基本运算电路

(1)反相求和放大电路。反相求和放大电路是反相放大电路的扩展应用，其电路如图2-8所示。

根据理想运放的特性，可以得到如下结论：

a.输出电压与输入电压的关系：

(2-4)图2-8反相求和放大电路当R1 = R2 = R3 = R时，式2-4变为

(2-5)

b.输出阻抗为0。

c.针对不同的输入信号，其输入阻抗也不同：

ri1 = R1；ri2 = R2；ri3 = R3

(2)积分电路。当反馈元件改为电容器时，用运放可以构成对输入信号进行积分的电路，见图2-9。

输出电压与输入电压的关系如下：

(2-6)

当输入信号电压为常数时，有：

(2-7)

式(2-7)中，T为积分时间，Vo(0)为积分初始的输出电压值。图2-9积分电路

(3)微分电路。反馈元件仍为电阻，而输入电阻改为电容时，用运放可以构成微分电路，电路如图2-10所示。

输出电压与输入电压的关系如下：

(2-8)图2-10微分电路集成运放的性能绝大多数都与理想运放相近，因此对于实际的运放电路，在分析工作原理、参数估算时都可以按理想运放的特性来进行。只有需要进一步分析应用电路的误差时才具体考虑实际运放参数所带来的影响。

3)仪用放大电路

在测量技术中使用的传感器如应变片、热电偶、热电阻电桥等其有用信号往往非常小，传输的距离比较大，且传感器的输出电阻又随着信号的变化而变化，而信号变化的频率不高，因此要求放大器具有很高的输入电阻、较高的共模抑制比、温度漂移要低，而对频率特性要求不高。这类放大器就是仪用的直流放大器。对于仪用放大器可以选用相应的能满足性能要求的运放。但这类放大器往往在性能提高(相对于一般运放而言)的同时价格会成倍地提高，甚至提高几十倍至上百倍。在对运放的要求不是很高的情况下，为了不提高或较少提高成本，我们可以用三个运放来构成仪用放大器。电路如图2-11所示。图2-11仪用放大器在图2-11中要求电路对称，即R1=R2、R4 = R5、R6 = R7，且运放A1与A2的性能尽可能一致。从图中可以看出，第一级由运放A1、A2及电阻R1、R2、R3组成双端输入，电阻R4、R5、R6、R7和运放A2构成第二级差模放大电路。

由于A1、A2是同相输入的放大电路，输入电阻极高，不论信号源内阻是大是小或随外界条件而变化，电路的输入电压等于信号源的开路电压(内阻上的信号压降为零)，并且满足以下关系式：

V1(+) = Vin1；V2(+) = Vin2由于虚短，则有

V1(-) = V1(+) = Vin1；V2(-) = Vin2

若Vin1、Vin2是差模输入电压，即Vid = Vin1-Vin2，Vin1 = 

-Vid/2，Vin2 = -Vid/2，则电阻R3两端的V1(-)与V2(-)大小相等，极性相反，一次可以将电阻R3的中心点视为接地点，如图2-12所示。图2-12仪用放大器差模等效电路如此可以得出所以如输入的是共模信号，即Vin1 = Vin2 = Vic，则电阻R3两端的电位相等，R3无电流流过，可视为开路。此时可以把A1、A2看做是电压跟随器，即

Vo1 = Vo2 = Vic

所以由上面的分析可以得知，A1、A2将差模信号放大了

倍，而共模放大倍数为1，在第一级电路

就把共模抑制比提高了倍。

无论是差模输入电压还是共模输入电压，A1、A2都有信号输出，它们的输出电压Vo1、Vo2经A3又一次放大。因为第二级电路是差模放大电路，对差模信号进行放大，而对共模信号则不放大，所以整个电路的共模抑制比又进一步得到提高。以上的分析是在理想运放的条件下得出的，实际应用该电路时，为提高对温度漂移的抑制能力，第一级的两个运放最好采用一块芯片上有两个或两个以上的运算放大器。因为同一芯片上的运放的温度漂移的大小和极性基本一致，可以互相抵消。同时也要注意，对共模输入信号A1、A2也是有输出的，不要让它们进入饱和状态(即运放的输出电压为最大值或最小值)。

4)反相交流放大电路

前面所述的反相放大电路其实也能放大交流信号，问题是有的交流信号中含有很大的直流信号成分，而上面所述的反相放大电路不论交流信号还是直流信号都会放大。如果直流信号成分大，会导致运放的交流输出范围变小(如同三极管的放大电路的静态工作点偏高或偏低一样)。如果只放大交流信号可采用如图2-13所示电路。

电路中电容的大小和运放的型号要根据交流信号的频率范围来选择，在一定的频率范围内，输入阻抗主要由R1，放大倍数主要由Rf

/R1决定(这是因为电容的容抗与频率有关)。图2-13反相交流放大电路

5)同相交流放大电路

电路见图2-14。图中R1是给运放提供输入偏置电流通路用的。电路的输入阻抗主要由R1决定，放大倍数主要由Rf /R2决定。图2-14同相交流放大电路

6)高输入阻抗交流放大电路

同相交流放大电路R1的阻值不能取得太大，否则运放输出会有较大的直流失调电压。采用图2-15所示电路既可以提高输入阻抗又不致有太大的失调电压输出。图2-15高输入阻抗交流放大电路

6．运算放大器的典型非线性应用电路

工作在非线性区的运放，一般都处于开环或正反馈方式。由于运放的开环放大倍数很高，运放两个输入端的电压略有差异，输出的电压不是在正的最大值就是在负的最大值。这里我们讨论的运放的工作范围跨越了线性区，进入非线性区。此时的运放与工作在线性区的运放的主要区别就是运放的两个输入端不再虚短，也就是它们的电位V(+)与V(-)不再相等(或基本相等)，运放的输出电压也不随输入电压的变化而连续变化。当V(+)＞V(-)时，输出电压为正的最大值；当V(+)＜V(-)时，运放的输出电压为负的最大值。我们把前者的输出称为高电平(VoH)，后者称为低电平(VoL)。工作在非线性区的运放只有这两种输出状态。运放的这种工作状态在数字电路、自动化系统中应用得十分广泛。最典型的应用就是电压比较器。

1)简单的电压比较器

比较器的基本功能是比较两个或两个以上模拟输入量的大小，并由运放输出的高、低电平来表示比较的结果。在运放输入端所加的信号中一个是参考量，用VR表示，另一个是输入信号Vin。电路的形式有两种，见图2-16、2-17。图2-16简单的同相电压比较器图2-17简单的反相电压比较器在图2-16所示的电路中，参考量VR接在运放的反相输入端，输入信号Vin接在运放的同相输入端。当Vin＞VR时，Vo输出高电平；当Vin＜VR时，Vo输出低电平。输入与输出的关系如图2-18所示。该比较器为同相比较器。

在图2-17电路中，参考量VR接在运放的同相输入端，输入信号Vin接在运放的反相输入端。当Vin＞VR时，Vo输出低电平；当Vin＜VR时，Vo输出高电平。输入与输出的关系如图2-19所示。该比较器为反相比较器。图2-18简单同相比较器的Vin -Vo关系图2-19简单反相比较器的Vin -Vo关系从图2-18、2-19中可以看出，输入电压Vin变化过VR值时，输出电平的状态发生改变，我们称此时的输出电平发生翻转。比较器的输出电压从一个电平翻转到另一个电平时对应的输入电压值称为阈值电平或门限电平。显然，改变VR值，则阈值电平也随之改变。

比较器在报警和控制电路中有广泛的应用。例如，温度、压力、液位(对应的信号为Vin)超过某一规定值(对应的信号是VR)时，就要报警，用比较器就可以实现这样的功能。比较器也可以用于波形变换。例如，同相比较器的输入电压如图2-20所示，为正弦信号，采用同相比较器，若参考信号VR = 0，则可以把正弦信号变换为方波信号(见图2-20(a))；若VR为某一值，则可以把正弦信号变换为矩形波。从图中可以看出，输入信号每过VR一次，运放的输出电平就翻转一次。显然，改变VR的值，可以改变运放输出高低电平的宽窄比例。目前市场上有专门的集成比较器。用运放构成的比较器的输出电平根据运放使用电源电压的高低而变化，而集成比较器只要其所用的电源电压在允许范围内，输出的电平是确定的，往往可以直接与数字电路相连。

非线性应用的许多电路都是在上述比较器的基础上演变而来或与外电路组合而成的。图2-20比较器用于波形变换

2)迟滞比较器

用开环运放构成的比较器存在这样的问题，当输入信号在门限电平上下波动时，输出会出现多次翻转的现象。这是因为实际检测到的输入信号中由于外界的干扰，在真正的信号上叠加了外界的干扰信号，导致运放的输出电平多次翻转(见图2-21)。这种现象在工程应用中往往是不允许的。比较器必须避免对干扰信号的响应。采用迟滞比较器可以解决这一问题。图2-21简单比较器的多次翻转图2-22是一个用运放构成的反相迟滞比较器电路。

图2-22中，输入信号为Vin，参考电压信号为VR，电阻Rf构成正反馈电路。该电路中运放的同相输入端的电位V(+)由Vo和VR共同决定。

(2-9)图2-22反相迟滞比较器从式(2-9)可以看出，运放的同相输入电位在与VR有关的同时，与Vo也有关。由于运放工作在非线性区，其输出只有高、低两个电平，即VoH、VoL，因此在VR不变的情况下可以根据输出电压确定运放同相端的电位有如下关系：

当运放输出为高电平VoH时，运放同相端电位为V(+)H，为同相端电位的上限值：当运放输出为高电平VoL时，运放同相端电位为V(+)L，为同相端电位的下限值：

可见，这种比较器在两种输出状态下有各自的门限电平。对应VoH有高门限电平V(+)H；对应VoL有低门限电平V(+)L。因此分析这种比较器时，要特别注意当时电路的输出状态，明确当时的门限电平。电路的输入输出特性曲线如图2-23所示。图2-23反相迟滞比较器的输入输出特性曲线信号Vin从小于V(+)L增加，此时Vo = VoH，对应的门限电平为V(+)H，因此只有Vin大于V(+)H时，运放的输出才翻转变为低电平，即VoL，同时门限电平也变为V(+)L，见图2-23(a)。然后信号Vin开始减小，必须小于V(+)L时运放的输出才翻转变为高电平VoH，见图2-23(b)。当Vin在V(+)L和V(+)H之间变化时，运放的输出状态是不变的。这样可以避免在干扰信号的作用下使运放的输出发生多次翻转，具有较强的抗干扰能力。

从式(2-9)及图2-23可以看出，改变VR的值，运放的两个门限电平同时变化，而高、低门限电平的差值不变，该差值由Rf和R1的值决定。

7．集成运放在应用中应注意的一些实际问题

由前面的分析可知，运放组成的电子电路是比较简单的，只需在运放的外围加上几个精密电阻及其他元件就可以达到高性能与高精度。但实际运放并非是理想的，因此在实际运用运放时要注意以下一些问题。

1)调零

实际运放的失调电压和失调电流都不为零，因此当输入信号为零时，运放的输出并不为零。在运放的放大电路中往往需要对运放进行调零。运放的调零一般有如下两种方式：

(1)对有调零引脚的运放可以根据运放使用手册中的典型电路来构成调零电路，如LM741(见图2-24)、OP-07(见图2-25)。

图2-24、图2-25中的两个电位器就是用于调零的。注意这两种运放的调零电路的参数和接法是不同的：一是滑动臂LM741接的是负电源，OP-07接的是正电源；二是电位器的阻值不同，LM741为10 kW，而OP-07为20 kW。图2-24LM741运放的调零图2-25OP-07运放的调零

(2)有的运放由于芯片引脚的限制没有上述的调零引脚，如LM324、TL084。对这类运放可以采用更通用的调零方法。

图2-26是在运放的反相输入端加调零电路，图2-27是在运放的同相端加调零电路。这类调零方式实际上就是在运放的输入端人为地加上一个大小与运放的失调电压相等、极性与运放的失调电压相反的电压，以抵消运放的失调电压。

一般阻容耦合运放电路的失调电压不会过大，不调零也不会影响电路的正常工作。图2-26反相端加调零电路图2-27同相端加调零电路

2)减小温漂

调零只能消除运放固定失调所产生的后果，一般而言这个问题还是比较容易解决的。困难的是减小由于失调而引起的温度漂移。如前所述，可以采用仪用放大器电路的特点来减小温度漂移。

此外，温度漂移要求很高的电路只能选用低漂移、高精度运放，当然成本也会很高，因为这样的运放的价格很高。同时还要注意调零问题，不适当的调零往往会加重温度漂移。对这样的运放应用电路，第一级最好不进行调零，而由后级运放去调零。

3)消除自激

运放内部是一多级直耦放大电路，运放在作放大电路使用时一般加入了深度负反馈，很容易产生自激，使电路不能正常工作或工作不稳定。解决的方法是在运放的电源端接上0.01～0.1 μF的电容。对于直流或极低频(低于10 Hz)，放大电路可在负反馈电阻两端并联一个小电容，电路如图2-28所示。有的运放具有电容补偿端，可以根据厂家的说明书中的典型电路进行补偿。图2-28运放消除自激的方法2.2.2集成运算放大器构成的方波、三角波发生器

1．方波、三角波发生器的电路原理

根据图2-1，我们给出如下方波、三角波发生器电路，见图2-29。图中A1、R1、RP1构成同相比较器，参考电压加在反相输入端且为零，而输入信号来自运放A2的输出；R2、RP2、C、A2构成积分电路。图2-29方波、三角波发生器电路接通电源以后，由于运放A1处于正反馈状态，在某种干扰或其他因素作用下，运放A1很快进入高电平或低电平输出状态，而积分器则进入反相或正相积分状态。假设比较器处于低电平输出状态(A1的同相输入端的电位比反相输入端的电位低)，Vo1为负值(接近运放的负电源值)，则运放A2输出端流出电流经C、RP2、R2流入运放A1，进行正相积分，Vo2逐渐提高，同时A1的同相端的电位也随之提高。一旦A1同相端电位高于反相端电位，则运放A1翻转，Vo1变为高电平(接近运放正电源值)。于是，A2进行反相积分，Vo2下降，随之A1同相端的电位也下降，一旦下降到比反相端低时，A1翻转，输出低电平。如此循环往复，运放A1输出方波、运放A2输出三角波。

为了便于分析，我们假定比较器输出的高电平的值为+VCC=V，低电平的值为-VCC = -V(一般运放的正负电源的大小是相等的)。我们先分析迟滞比较器的两个门限电平。假设运放A1的输出为低电平，Vo1 = -V，此时

当V1(+) = VR = 0，即时，运放A1翻

转，输出高电平，Vo1 = V。假设运放A1的输出为高电平，Vo1 = V，此时

当V1(+) = VR = 0，即时，运放A1翻转，输

出低电平，Vo1 = -V。比较器的输入输出特性见图2-30。

对积分电路的分析如下：

根据前面所述的积分电路中的式(2-7)，我们可以得到

(2-10)图2-30比较器的输入输出特性当运放A1输出为低电平时，Vo1 = -V时，

，随着时间T的增加，

Vo2向正方向线性增加。当运放A1输出为高电平时，Vo1 = V

时，，随着时间T

的增加，Vo2向负方向线性减小。根据上面的分析，可以画出方波和三角波的关系，见图2-31。在0～T1、T2～T3之间，运放A1输出为高电平，Vo1 = V，运放A2反向积分；在T1～T2、T3～T4之间，运放A1输出为低电平，Vo1 = -V，运放A2正向积分。图2-31方波与三角波的关系在用电位器RP2调整方波、三角波的频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出信号的频率较宽，可以用改变电容C的容量来实现，RP2可以实现频率的微调。改变RP1的值可以改变三角波的输出幅度，如要较大范围调整三角波的幅度可采用如图2-32所示的方式来实现。在改变三角波幅度时会对两种波形的频率有影响。方波的幅度不可调，并且，由于实际运放输出电压的正负最大值既不为正负电源的电压值，而且大小还不相等，改进的方法见图2-32，通过R1、VD1、VD2对运放的输出电压进行箝位，输出信号改为Vo3。图2-32改进后的方波、三角波发生器电路

2．本项目电路的元件选择

本项目采用图2-32所示的电路。

1)运放的选择

由于本项目并没有特殊的要求，特别是波形的频率并不高，所以一般通用型运放都能满足要求。但这里用了两个运放，为降低成本，可以采用双运放器件，如LM747、TL082、LF353、NE5532等，也可以采用四运放器件，如TL084、LM324等。相比较而言，LM324的价格比较低，本项目没有特殊要求，所以我们采用该器件，多余的运放可以不用。根据本项目参数的要求，运放的电源采用 ±12 V串联稳压电源(具体的电源电路本项目中不再介绍)。由LM324的性能可知，运放输出的正负电压的最大值约为11 V，因此能满足三角波和方波的输出幅度的要求。

2)箝位电路元件参数

因为方波的输出幅值为±5 V，VD1、VD2选用稳压值为4.3 V、额定功耗为0.5 W的稳压管。限流电阻R1用普通碳膜电阻，取值510 Ω。这样，流过电阻的电流约为10 mA，保证稳压管能稳压且不过流。稳压管的最大可能的功耗约为0.05 W。

3)积分电路的参数

根据式，我们可

以选用相应的R2、RP2、C的参数。取Vo2的幅值为7.5 V，即Vo2 = 7.5 V，则Vo2(0) = -7.5 V，V = 5 V，T是半个周期的时间值，T = 0.01 s，则

取C=0.1 μF，则R2+RP2 = 33 kΩ，取R2 = 20 kΩ，RP2 = 20 kΩ。C选用CBB型电容器，R2用碳膜电阻，RP2用3362型玻璃釉单圈电位器。

4)其他

电位器RP1也取值20 kW，用3362型玻璃釉单圈电位器。

2.3用Protel软件绘制电路原理图

用Protel软件绘制原理图的方法我们在上一项目已作了讲解及应用，在本项目中我们不再重复。但在本项目中要求在原理图绘制过程中，对涉及到印制电路板的相关内容如元器件的封装形式、管脚排列等也在原理图中加以标明，以便于以后印制电路板的设计时可以利用软件自动布线，加快印制电路板的设计，避免印制电路板设计错误。

2.4印制电路板的绘制

用Protel软件在计算机上绘制印制电路板的相关基本知识我们在上一项目中已经作了介绍，在本项目中就不再重复如何使用该软件绘制印制电路板的问题。尽管我们也已经对绘制印制电路板提出了一些原则性的要求，但要绘制一块比较合理的电路板，并且加工成实物，还需要了解更详细的相关知识。2.4.1印制电路板的基本知识

目前工业用的电子线路几乎全部是安装在印制电路板上的。印制电路板主要是由绝缘底板、连接导线以及焊装电子元器件的焊盘组成。印制电路板使用方便，结构紧凑，是制造电子产品时不可缺少的构件，它可以替代复杂的元器件间的导线，使整机的体积缩小，从而使制作的电子产品的可靠性得到提高。印制电路板还可以采用标准化设计，使整块装调好的印制电路板成为一个备件，这将有利于互换和维修，也有利于机械化和自动化生产。印制电路板设计合理与否不仅关系到电路在装配、焊接、调试和检验过程中是否方便，而且直接影响到产品的质量与电气性能，甚至影响到电路功能的实现。掌握印制电路板的设计制作方法十分重要。

一般来说，印制电路板的设计不需要严谨的理论和精确的计算，布局排版并没有统一的固定模式。对于同一张电路原理图，因为思路不同，习惯不一，技巧各异，就会出现各种设计方案。印制电路板的设计是电子知识的综合运用，需要有一定的技巧和丰富的经验。对于初学者来说，要熟练掌握电路的原理和一些基本布局、布线原则，然后通过大量的实践，在实践中摸索、领悟，积累经验，才能不断提高印制电路板的设计水平。一块设计、制作精良的印制电路板从某种程度上讲也是一件让人赏心悦目的艺术品。

印制电路板最早使用的是单面纸基敷铜印制电路板。由于晶体管的出现，对印制电路板的需求量急剧上升。尤其是集成电路的迅速发展和广泛应用，使电子设备的体积越来越小，伴随着新材料、新工艺的发展，进而也使印制电路板的品种越来越多。由于电气设备体积的缩小，单面板的内部布线密度及难度越来越大，进而又出现了双面板、多层板等。随着科学技术的不断发展，印制电路板的结构及质量已经向超高密度、小型化和高可靠性方向发展，必将推动新的设计方法、设计用品和制板材料、制板工艺不断发展。目前，计算机辅助设计印制电路板的应用软件已得到普遍应用。在制板生产中，已逐步由机械化、自动化生产代替了手工操作。2.4.2敷铜板

印制电路板的基板就是通常所说的敷铜板，是用铜箔敷在绝缘板(基板)之上的一种电工材料，也就是敷有铜箔的绝缘板，它是制作印制电路的主要材料。

1．敷铜板的种类

根据标准厚度，敷铜板通常分为3种，即1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm，一般选用1.5 mm和2.0 mm的敷铜板。

根据基板材料不同，可将敷铜板分为酚醛纸基敷铜板、环氧酚醛玻璃布敷铜板、环氧双腈胺玻璃布敷铜板、聚四氟乙烯敷铜板。酚醛纸基敷铜板又称纸质板，其优点是价格便宜，不足之处是机械强度低，耐高温性能差，不宜用于频率较高的场合，通常仅适用于工作频率不太高的低频电子电路中，如无线电设备、低压电源设备等场合；环氧酚醛玻璃布敷铜板的优点是电绝缘性能好，耐高温性能好，受潮时不易变形，适用于工作温度、工作频率均较高的场合；环氧双腈胺玻璃布敷铜板的透明度好，有较好的机械加工性能和耐高温的特性；聚四氟乙烯敷铜板的最大特点是能耐高温，且有高绝缘性能，常用于高频和超高频电路中。但由于聚四氟乙烯有剧毒，故不宜采用手工焊接。敷铜板按其结构不同可分为单面印制电路板、双面印制电路板、多层印制电路板和软性印制电路板。手工制作的电路板通常采用的是单面印制电路板和双面印制电路板。

单面印制电路板是最早使用的印制电路板，仅一个表面具有导电图形，主要用于一般的电子产品中。

双面印制电路板两个表面都具有导电图形，并且用金属化孔使两面的导电图形连接起来。双面印制电路板的布线密度比单面印制电路板高，使用更为方便，主要用于较高档的电子产品和通信设备中。多层印制电路板是将3层以上相互连接的导电图形层的层间用绝缘材料相隔，再经粘合后形成的印制电路板。多层印制电路板导电图形虽制作比较复杂，但其适合集成电路的需要，可使整机小型化，同时提高了布线密度，缩小了元器件的间距和信号的传输路径，也减少了元器件的焊接点，降低了故障率，提高了整机的可靠性，广泛用于计算机和通信设备等高档电子产品中。软性印制电路板是以聚四氟乙烯、聚酯等软性材料为绝缘基板制成的印制电路板，可折叠、弯曲、卷绕，在三维空间里可实现立体布线；它的体积小、重量轻，装配方便，容易按照电路要求成型，从而提高了装配密度和板面利用率，主要用于高档电子产品中，如笔记本电脑、手机和通信设备等。

2．敷铜板的选择

上述4种不同基板材料的敷铜板，应根据不同设备的要求进行选用。其中环氧酚醛玻璃布敷铜板从外观看为青绿色并有透明感，适用于高频、超高频电路，而且还有绝缘性能好、耐高温的特性。酚醛纸基敷铜板简称酚醛板，一般为黑黄色或淡黄色，其机械强度、绝缘性能都不如前一种，而且高频损耗较大，但由于价格便宜而得到了广泛的应用，如收音机、电视机、业余小制作以及要求不高的仪器仪表等。如果在微波频段使用时则应选用聚四氟乙烯玻璃布敷铜板。2.4.3印制电路板的设计(绘制)要求

印制电路板在设计时不仅要保证元器件之间的连接准确无误，工作中无自身干扰，还要尽量做到元器件布局合理，焊装维修方便，整齐美观，牢固可靠。将电子元器件在一定的制板面积上合理地分布排版，这是设计印制电路板的第一步。印制电路板上元器件的布局排版一般没有统一的规定或模式，可根据自己的风格与习惯进行设计，但对于一些设计规则在进行布局时还是要遵循的，否则，制作好的产品会出现干扰或自激等现象而使制作失败。

1．电路的分割和组合

印制电路板上电路的分割和组合应尽量按单元电路或其组合进行分割，这样可使元器件排列紧凑，减少和缩短各单元电路之间的引线和连接。印制电路板的引出总脚数应尽量少，以减少连接点和接触点的数目，提高可靠性。

2．元器件的布局要求

(1)按信号流程安排。元器件在印制电路板上应尽量按信号传递的流程排列，采用这种方式排列后与电路图核对起来较方便。电路图中同一单元中的元器件应尽可能安排在一起，且应适当排紧密一些，尽量不要与其他单元电路中的元器件穿插，例如图2-33是两级晶体管耦合电路，虚线左、右两边就各为一个单元电路。图2-33两级晶体管耦合电路按信号流程布局应使信号流尽可能保持一致的方向，多数情况下是从左至右(左端输入、右端输出)，也可以采用从上至下(上端输入、下端输出)。与输入、输出相连接的元器件也应尽可能地布置在靠近输入与输出插座或连接器的位置上。

(2)以核心元器件为中心安排。通常应以每个单元电路的核心元器件为中心进行安排。一般均以三极管和集成电路为中心元器件，依据它们各引脚的位置，安排其他元器件。也就是说，根据中心元器件，在其周围布置其他元器件。

(3)以信号线为主安排。在对整个电路进行布局时，先要考虑信号线(因为信号线不宜过长)再布置电源线和地线，这是由于电源线和地线的长度不受限制。通常接地的铜箔线在印制电路板上所占的区域较多，故也可以利用地线作为散热器或作为静电屏蔽用。但应注意设置的地线必须合理，否则会引起噪声或其他不良后果。

(4)以便于前后级电路连接来安排。为了使电路的前后级连接线尽可能短，在进行整体布局时，可将前级的输出端与后级的输入端尽可能地靠近。同时也要考虑方便整个电路板的输入端和输出端与其他电路之间的连接。

(5)以电路板元器件排列均匀、整齐、紧凑来安排。除了某些工作频率很高的元器件，为了减少分布参数和缩短连线，可按不同的方向排列。也应尽量减少印制电路板引出线的总数，以减少跳线和插座触点的数目，提高可靠性。

在设计底图时，元器件的排列布置必须全面考虑，以满足电、热和机械等方面的要求。元器件应均匀、整齐、平行地排列在印制板上，尽量不采用不同角度的排列方式。位于印制板边上的元器件，离板的边缘的距离应不小于2mm。

3．特殊元器件位置的确定

(1)发热元器件。耗散功率比较大、容易发热的元器件，如大功率的电阻器、晶体管，工作电流较大的可控硅等，应尽量安装布置在印制板的上部或通风良好的地方，并尽可能地离其他元器件远些，以免影响其他元器件的正常工作。尽量不要将几个发热的元器件布置在一起或距离较近的地方，并且还要考虑使用散热器等散热装置。热敏传感元器件应尽可能远离发热元器件(除非该热敏元件用于感受发热元件的温度)。

(2)带高电压元器件。由于某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，在布置时应尽可能使它们的距离足够远，以免造成放电、击穿引起意外的短路。对于有金属外壳的元器件，应避免它们之间相互触碰。例如：NPN型大功率三极管的外壳一般为集电极C，在电路中通常接电源正极或高电位，而电解电容器的外壳为负极，在电路中接地或低电位。如果它们的外壳都不带绝缘，在设计电路板时就必须考虑它们不能相碰，否则在电路工作时二者相碰就会造成短路事故。

另外，对于某些带高压的元器件，例如闪光灯、升压变压器、负离子发生器的升压电路元器件等，应尽量将它们布置在调试时不易触及到的位置上。

(3)可调元器件。对于电位器、可变电容器或可调电感器等可调元器件的布置要结合整机的结构来总体考虑。对于需机外调整的元器件，其位置要和调节旋钮在机箱面板上的位置相对应；如果仅是在机内调节，应该布置在印制电路板的便于调整的位置。

(4)感性元器件。为了防止某些感性元器件的相互干扰及分布电容对电路工作的影响，装焊在印制电路板上的小型继电器、电感元器件应尽量与其他元器件远离。带有脉冲信号的元器件周围应留出较大的空间，以避免对电路，尤其是对触发器一类集成电路的工作产生影响。

(5)高频元器件。高频元器件之间的连线应尽可能地短，并设法减小它们的分布参数和相互间的电磁干扰。容易受到干扰的元器件不能离得太近，输入与输出元器件应尽量远离。

(6)分量重的元器件。对于重量在15 g以上的元器件，不能仅依靠导线的焊盘来固定，应采用卡子或支架等来进行固定。对于某些大而重，且发热量又大的元器件(例如电源变压器等)，尽量不装在印制电路板上，可将其安装在整机的机箱底板上。否则，重压和发热量长期作用于印制电路板，会使其变形而导致印制电路铜箔断裂或导致其他元器件机械损伤，或者由于发热而造成其他元器件特性变劣而无法正常工作。

4．印制电路板铜箔引线的布线

1)先留出固定位置

对于制作的电路板图，应先留出印制电路板固定支架、定位螺钉和连接插座所用的位置，合理安排元器件的布局后，才可进行布线。

2)电器元器件间的间隙

电器元器件间的最小间隙通常与额定冲击耐受电压(或隔离电器规定的冲击耐受电压)及受工作环境污染等级有关，布局时要考虑该电路的使用环境。电路板上的导线间距也要据此考虑。

3)铜箔导线的宽度

印制电路板上铜箔导线的宽度，通常是由铜箔导线与绝缘板之间的黏附强度以及流过它们的电流大小确定的。从国家电气试验标准来看，当铜箔厚度为0.05 mm，铜箔走线宽度为1～1.5 mm，通过2 A的电流时，其温升不超过3℃。因此，一般情况下，导线的宽度选1.5～3mm完全可以满足要求。对于集成电路，导线宽度可选在1 mm左右或更小些。当然，为了保证电路的可靠性，在条件允许的情况下，印制电路板上的铜箔导线应尽可能地采用较宽的导线，尤其是电源线、接地线以及大电流控制线、发热元器件的引脚连接线等。

4)布线密度与交叉线的处理

布线面选择的顺序是：单面、双面和多层。布线的密度应根据实际产品的结构来综合考虑，同时也要根据加工条件以及电气性能要求等因素综合进行考虑。在设计底板图时，应尽量避免导线的交叉。这在用双面铜箔板时比较容易做到，对于单面板就要困难一些。因此，在少数不得不交叉的地方，可在交叉点两旁设置两个焊盘，再在焊盘背面用绝缘导线连接。交叉导线采用跨接线的方法，如图2-34所示。但应尽量少地出现跨接线。在整个印制电路板上，布线的密度应尽可能均匀，不要密一块，疏一块。图2-34交叉导线采用跨接线

5)导线间的间距

两个相邻面的印制导线应采用相互垂直、斜交或弯曲走线的方式，尽量避免相互平行，以减小寄生耦合。对于两条铜箔导线间的距离，应以最坏的工作条件下导线间的绝缘电阻和击穿电压来考虑。导线越短，间距越大，则绝缘电阻按比例增加。从试验的结果来看，导线间的距离约为1.5 mm时，其绝缘电阻将会大于20 MΩ，允许电压为300V；间距为1 mm时，允许电压约为200V。因此，导线的间距通常可在1～1.5 mm范围内。

在同一面布设高频电路的印制导线时，也应避免相邻导线过长，以免发生信号反馈或串扰。布线空间允许时，可适当加大线间距离。高频电路中的互连导线应尽可能短。

6)印制电路板的地线布置方式

电子线路工作时，需要直流电源供电，直流电源的某一极往往作为测量各点电压的参考点，与此一极连接的导线即为电路的地线。电子电路中的“地”通常是指电路系统的参考零电位点，它是一种人为设定的相对零电位，与大地的电位并不一定相同。多数电子产品设定的接地点并未与大地相连，只有当电子产品的接地线与大地相连接以后，才可视为与大地是等电位的。由于地线具有一定的电阻和电感，在电路工作时，地线具有一定的阻抗，当有电流流过时，因阻抗的存在，必然在地线上产生压降，这使地线上各点电位都不相等，就会对各级电路带来影响，如图2-35所示。由于电源提供的电流既有直流分量也有交流分量，因而在地线中，由于地线阻抗产生的电压降，除直流电压降外，还有各种频率成分的交流电压降，这些交流压降加在电路中，就形成了电路单元间的互相干扰。实验证明：流过印制导线的电流频率越高，感抗成分占整个阻抗的比例越大，干扰也就越大。

图2-35地线对各级电路的影响所以，印制电路板的接地方式是很有讲究的，如果接地点设置不合理，往往会使制作的产品出现自激或干扰、噪声大等不良现象。

电子电路接地线的目的主要有以下几方面：

(1)保证电路正常稳定地工作。用于使一个电子设备中所有单元电路均有一个基准零电位，以保证电路能正常稳定地工作。

(2)防电磁干扰。在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地与屏蔽正确结合起来使用，可以解决大部分的干扰问题。

(3)起保护作用。许多电子设备的金属底板、机壳以及外露件为了便于屏蔽，通常与电路中的地线是连接在一起的。在采用交流市电供电的情况下，可以避免由于绝缘不良或漏电等因素而导致触电事故的发生或元器件的损坏。这对于外壳或内电路经常与人体相接触的电子设备(如电动机等)来说是相当重要的。

电子电路的基本接地可分为：单点接地、多点接地以及混合接地等三种。单点接地也称为一点接地，通常适用于直流和低频电路。图2-36是两种不同电路的单点并联接地方式。其中图2-36(a)是一种两管放大电路，图2-36(b)是一种多级放大电路。这两种电路或元器件是通过各自单独的地线连接到一个公共的接地点A的。这样，整个接地通道就不存在环路，故而可以避免因外界磁力线流过环路而产生的地环电流的干扰。此外，各电路或元器件之间也不存在公共地阻抗所导致的干扰。图2-36单点接地方式图2-37所示是两种不同的电路单点串、并联接地方式。这种连接方式也可以起到抗干扰的作用。它是将各个元器件或电路的接地线分成A、B两组，组内地线采用并接方式，再将A与B串联起来。如果A与B段之间的地线阻抗足够小，可以忽略不计时，则图2-37与图2-36的接地方式的特性就基本相同了。若阻抗不能忽略，则A与B段之间的地线可视为共地线。由于图2-37比图2-36多一条共地线，故导致共地干扰的可能性一般要比图2-36电路大。但由于其接地方式比较简单，使印制电路板的布线方便，故应用较普遍。图2-37单点串、并联接地方式由于单点接地方式只有一个接地点，故可使共地阻抗降至最低，其抗共地干扰性能也最佳。但单点接地方式所用的各分支地线的长度较长，故不适用于高频电路，过长的分支地线还可能引入外界电磁干扰。

图2-38所示为两种不同电路的多点接地方式。多点接地方式可使各条地线的长度减到最短，故可有效地防止因地线电感及电容引起的干扰。必须注意的是：在多点接地电路中，图2-38(a)的R2、R5、R7、R9、C2、C3、C4下端即为分支线，是采用串联方式接入总地线的，故当总地线阻抗较大时，会产生较严重的共地干扰现象。因此，多点接地电路中的总地线通常应采用导电性能良好的大面积金属底板，也可采用印制电路板铜箔等来作为总地线，以使总地线上的任何一点的电位均相同。当无法满足这一要求时，可以采用图2-39(a)所示的环形地线及图2-39(b)所示的大面积环抱地线，或如图2-40(a)所示的分段接地方式，以减小总地线上的地电位差。但这三种接地措施均较容易受到外来磁场以及环路电流的干扰。图2-38多点接地方式图2-39环形接地方式图2-40分段接地方