电子设计1教材

第一章电子系统设计基础知识电子系统设计通常包括方案选择、电子电路设计、组装、调试、总结等环节。电子系统是能按照特定的控制信号，执行所想的功能，由一组元件（通常是电子元器件）链接成的一个整体。§1.1电子系统的设计方法§1.2电子电路的组装、调试与总结§1.3电子电路的抗干扰措施本章内容§1.1电子系统的设计方法一、明确系统的设计任务要求（系统的功能和性能指标）二、方案选择三、单元电路的设计、参数计算和器件选择第一章电子系统设计基础知识2．参数计算1．单元电路设计3．器件选择2．参数计算1)、电子元件的工作电流、电压、频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求。1．单元电路设计具体设计时，可以参考成熟的先进电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。2)元器件的极限参数须留有足够裕量，大于额定值的1.5倍3)电阻器和电容的参数应选计算值附近的标称值。第一章电子系统设计基础知识3．器件选择1)、阻容元件的选择设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件，并注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。2)、分立元件的选择分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二极管、光电三极管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。第一章电子系统设计基础知识3)、集成电路的选择集成电路有模拟集成电路和数字集成电路。选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而且要满足功耗、电压、速度、价格等多方面要求。第一章电子系统设计基础知识四、计算机辅助设计电子设计CAD的内容包括方案验证与设计、电路与印刷板设计等。1．电路图的绘制目前应用较广的绘图软件包有PROTEL、ORCAD、POWERPCB。本课程重点讲述PROTEL软件。第一章电子系统设计基础知识3．印刷电路板的设计PROTEL软件包是绘制印刷电路板的最常用软件。尤其是PROTEL99SE功能强大、齐全，但升级版功能并不理想，大多数不好。2．电子电路的仿真目前应用较广的仿真软件有PSPICE、ORCAD。近期出现了功能多、应用方便的ELECTRONICSWORKBENCH(EWB)等。第一章电子系统设计基础知识§1.2电子电路的组装、调试与总结1．元器件的焊接技术一、电子电路的组装焊接质量取决于四个条件：焊接工具、焊料、焊剂、焊接技术。1)、焊接工具焊接集成电路一般可选用25W的，元器件管脚较粗或印刷板焊盘面积较大时可选用45w或功率更大的。焊接CMOS电路一般选用20W内热式电烙铁，而且外壳要连接良好的接地线。内热式电烙铁烙铁架松香锡丝海绵可调恒温电烙铁黄花907(内热式）60W使用电压:4.5V(三节5号电池)功率:6W温度：最高可达450度2)、焊料常用的焊料是焊锡，焊锡是一种铅锡合金。常用的焊锡有松香焊锡和无松香的焊锡两种。焊接元器件通常使用的焊剂有松香和松香酒精溶液。首先要求焊接牢固、无虚焊，其次是焊点的大小、形状及表面粗糙度等。4)、焊接技术3)、焊剂第一章电子系统设计基础知识高纯度免清洗焊锡丝不锈钢焊条

2．在面包板上的插接技术1)、集成电路的装插。2)、元器件的装插。3)、导线的选用和连接。5）、布局合理和组装正确的电路,不仅电路整齐美观,而且能提高电路工作的可靠性,便于检查和排队故障。4）、在电路的输入、输出端和其测试端应预留测试空间和接线柱,以方便测量调试;第一章电子系统设计基础知识二、电子电路的调试电子电路调试通常的两种方法:边安装边调试、电路安装完毕，实行一次性调试。调试时应注意做好调试记录，准确记录电路各部分的测试数据和波形。一般调试步骤如下：1．通电前检查。2．通电检查。3．单元电路调试。电路调试包括静态和动态调试。第一章电子系统设计基础知识通过调试掌握必要的数据、波形、现象，然后对电路进行分析、判断、排除故障，完成调试要求。4．整机联调。电路故障的排除可以按下述几种方法进行：静态检测与调试动态检测与调试断开信号源,把经过准确测量的电源接入电路：有无异常现象、各关键点直流电压

加上所需的信号源：检查波形、参数和性能指标

第一章电子系统设计基础知识(1)信号寻迹法。(2)对分法。(3)分割测试法。(4)对比法。(5)替代法。(6)静态测试法。(7)动态测试法。第一章电子系统设计基础知识三、总结报告总结报告应包括以下几点：(1)课题名称；(2)内容摘要；(3)设计内容及要求；(4)比较和选定设计的系统方案，画出系统框图；第一章电子系统设计基础知识(5)单元电路设计、参数计算和元器件选择；(6)画出完整的电路图，并说明电路的工作原理；(7)组装调试的内容。包括：④调试中出现的故障、原因及排除方法。③测试的数据和波形并与计算结果比较分析；②调试电路的方法和技巧；①使用的主要仪器和仪表；第一章电子系统设计基础知识(8)总结设计电路和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望。(9)列出系统需要的元器件。(11)收获、体会。(10)列出参考文献。第一章电子系统设计基础知识§1.3电子电路的抗干扰措施常见的干扰有供电系统的电源干扰、电磁场干扰和通道干扰。抑制干扰主要从形成干扰的三方面采取措施：(1)消除和抑制噪声源。(2)破坏干扰通道。(3)削弱接收电路对噪声干扰信号的敏感性。第一章电子系统设计基础知识一、供电系统抗干扰措施防止从电源引入干扰的措施有：1．采用交流稳压器供电；2．采用隔离变压器供电；3．加装滤波器；目前广泛采用的抗干扰措施有以下几种方法：第一章电子系统设计基础知识(1)低通滤波器。(2)交流电源进线的对称滤波器。(3)直流电源出线的滤波器。(4)退耦滤波器。4．采用分散独立电源功能块供电；在每个功能电路上用三端稳压集成块如7805、7905、7812、7912等组成稳压电源，或采用工业产品AC/DC等。5．采用高抗干扰稳压电源及干扰抑制器。第一章电子系统设计基础知识二、屏蔽技术防止静电或电磁的相互感应所采用的方法称之为“屏蔽”。其目的是隔断“场”的耦合。1．静电屏蔽它是利用与大地相连的导电性良好的金属容器，使静电场的电力线在接地的导体处中断。2．电磁屏蔽采用导电性能良好的金属材料做成屏蔽层，使高频干扰电磁场在屏蔽金属内产生涡流，而此涡流产生的磁场又抵消或减弱高频干扰磁场的影响（如金属外壳）。第一章电子系统设计基础知识3．低频磁屏蔽采用高导磁材料作屏蔽层，以便将干扰磁通限制在磁阻很小的磁屏蔽体的内部，防止其干扰。4．屏蔽规则(1)静电屏蔽罩必须与被屏蔽电路的零基准电位线相接。(2)零信号基准电位线的相接点必须保证干扰电流不流经信号线，而是直接接到接地点。第一章电子系统设计基础知识三、接地接地是抑制干扰的重要方法，在电子电路中，地线有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。1．单点接地与多点接地在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,应采用一点接地；当信号工作频率大于10MHz时,应采用就近多点接地。高频电路宜采用多点串联接地。第一章电子系统设计基础知识多级电路通过公共接地母线后再在一点接地，如图1-1(a)、(b)所示，其中a存在电位差。电路1I2I1I3R2R3R1BCA电路2电路3电路1I2I1I3BCA电路2电路3

(a)(b)图1-1多级电路的单点接地第一章电子系统设计基础知识2．数字、模拟电路的接地分开四、传输通道的抗干扰措施主要措施有光电耦合隔离、双绞线传输等。电路板上既有高速逻辑电路,又有线性电路,应使它们尽量分开,而两者的地线不要相混,分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。1．双绞线传输它的优点是波阻抗高，抗共模噪声能力强，缺点是频带较窄。第一章电子系统设计基础知识2．光电耦合隔离采用光电耦合器可有效地切断地环路电流的干扰。光电耦合隔离的主要优点是能抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰，有很强的抗干扰能力。电路1电路2图1-2光电辐合隔离示意图第一章电子系统设计基础知识(1)在电路的关键部位配置去耦电容。(2)CMOS芯片的输入阻抗很高，使用