電子線路課程設(shè)計參考教材

《電子線路設(shè)計、實驗、測試》謝自美《電子技術(shù)實踐基礎(chǔ)》沈小豐先修課程模擬電路數(shù)字電路電工理論內(nèi)容提要及學(xué)習(xí)收獲電子線路課程設(shè)計是電類專業(yè)學(xué)生重要基礎(chǔ)實踐課是工科專業(yè)的必修課。經(jīng)過查資料、選方案、設(shè)計電路、撰寫設(shè)計報告、使學(xué)生得到一次較全面的工程實踐訓(xùn)練。理論聯(lián)系實際，提高和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，畢業(yè)設(shè)計，畢業(yè)后的工作打下基礎(chǔ)。同時，結(jié)合EDA技術(shù)，進行仿真設(shè)計，可以體現(xiàn)現(xiàn)代化的設(shè)計方法和理念，使電子課程設(shè)計在培養(yǎng)學(xué)生能力方面，得到比較大的提高。開設(shè)本課程的目的本課程是在前導(dǎo)驗證性認知實驗基礎(chǔ)上，進行更高層次的命題設(shè)計實驗，是在教師指導(dǎo)下獨立查閱資料、設(shè)計、安裝和調(diào)試特定功能的電子電路。綜合設(shè)計實驗對于提高學(xué)生的電子工程素質(zhì)和科學(xué)實驗?zāi)芰Ψ浅Ｖ匾请娮蛹夹g(shù)人才培養(yǎng)成長的必由之路。由學(xué)生自行設(shè)計、自行制作和自行調(diào)試的綜合性試驗。旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合模擬、數(shù)字、高頻電路知識，解決電子信息方面常見實際問題的能力，并了解一般電子電路與單片機構(gòu)成簡單系統(tǒng)及簡單編程的方法。促使學(xué)生積累實際電子制作經(jīng)驗，準備走向更復(fù)雜更實用的應(yīng)用領(lǐng)域，是參加“全國大學(xué)生電子競賽”前的技能培訓(xùn)課程。目的在于鞏固基礎(chǔ)、注重設(shè)計、培養(yǎng)技能、追求創(chuàng)新、走向?qū)嵱谩＝虒W(xué)方式與要求教學(xué)方式教師指導(dǎo)與學(xué)生設(shè)計相結(jié)合，以學(xué)生獨立設(shè)計為主學(xué)生按自愿，組成兩人或三人的設(shè)計團隊，以抽簽的方式確定本團隊的設(shè)計題目，在本學(xué)習(xí)15周前完成全部設(shè)計。教學(xué)要求設(shè)計團隊的全體成員每周需向指導(dǎo)老師匯報設(shè)計的進展情況（時間不限定），以此做為本課程的出勤率考核。時間安排時間安排1周：講授電子線路設(shè)計的方法2周：課程設(shè)計題目簡要分析3~12周：課程設(shè)計及撰寫設(shè)計報告13~14周：考核驗收成績評定成績評定見相關(guān)附件本課程所需要的專業(yè)知識模擬電路、數(shù)字電路電路理論高頻電路常用電子儀器操作使用和測試方法單片機原理及應(yīng)用（自學(xué)）計算機軟件輔助電路設(shè)計方法 ProtelDXP、PROTEUS、WAVE、C51學(xué)生自學(xué)與指定設(shè)計題目有關(guān)的參考資料；在規(guī)定時間內(nèi)學(xué)習(xí)使用有關(guān)電路設(shè)計軟件進行電路設(shè)計的方法補充說明設(shè)計費用每個設(shè)計團隊有一定的設(shè)計經(jīng)費，可根據(jù)設(shè)計需要購買相關(guān)的元件和耗材，但必須經(jīng)過指導(dǎo)老師簽字確認方可購買。在設(shè)計中要考慮設(shè)計成本，通過優(yōu)化設(shè)計方案，降低設(shè)計成本。電子線路設(shè)計的基本方法通常所說的電子電路的設(shè)計，主要包括:1、滿足性能指標要求的總體方案的選擇；2、各部分原理電路的設(shè)計；3、參數(shù)值的計算；4、電路的實驗與調(diào)試以及參數(shù)的修改、調(diào)整。電子電路設(shè)計在電子工程應(yīng)用領(lǐng)域里占有很重要的地位。其設(shè)計質(zhì)量的高低不但直接影響到產(chǎn)品或電路性能的優(yōu)劣，還對研制成果的經(jīng)濟效益起著舉足輕重的作用。電子線路設(shè)計的基本方法在設(shè)計一個常用的電子電路(模擬電路與數(shù)字電路)時，首先必須明確設(shè)計任務(wù)，根據(jù)設(shè)計任務(wù)按下圖所示的一般電子電路設(shè)計步驟示意圖進行設(shè)計。但電子電路的種類很多，器件選擇的靈活性很大。因此設(shè)計方法和步驟也會因不同情況而有所區(qū)別。有些步驟需要交叉進行，甚至反復(fù)多次，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)具體情況，靈活掌握。電子線路設(shè)計的基本方法第一步、功能和性能指標分析（明確設(shè)計任務(wù)） 一般設(shè)計題目給出的是系統(tǒng)的功能要求、重要技術(shù)性能指標要求，這些要求是電子系統(tǒng)設(shè)計的基本出發(fā)點。 但僅憑題目所給要求，還不能進行設(shè)計，設(shè)計人員必須對題目的各項要求進行分析，整理出系統(tǒng)和具體電路所需要的更具體，更詳細的功能要求和技術(shù)性能指標要求，這些要求才是進行電子電路系統(tǒng)設(shè)計的原始依據(jù)。電子線路設(shè)計的基本方法第二步、方案論證與總體設(shè)計初步設(shè)計：有了功能和性能指標分析的結(jié)果，就可以進行初步的方案設(shè)計。方案設(shè)計的內(nèi)容是選擇實現(xiàn)系統(tǒng)的方法、準備采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（如系統(tǒng)功能框圖），同時還應(yīng)考慮實現(xiàn)系統(tǒng)各部分的方法。方案比較提出幾種方案進行初步對比，如果不能確定，就應(yīng)當進行關(guān)鍵電路分析（包括中間實驗），然后再做比較，評價各個方案的優(yōu)缺點、可行性和可能的達標情況，選定最佳方案。實際設(shè)計電子線路設(shè)計的基本方法第二步、方案論證與總體設(shè)計 注意兩點： 1、針對事關(guān)全局的主要問題，要開動腦筋，多提方案，便于合理選擇。 2、電子設(shè)計需要不斷改進和完善，出現(xiàn)反復(fù)是難免的，但應(yīng)避免方案上的大反復(fù)，以免浪費時間和精力。

電子線路設(shè)計的基本方法第三步、單元電路設(shè)計（原理電路設(shè)計）在選定總體方案之后，便可畫出總體電路的框圖，著手進行單元電路的設(shè)計。單元電路設(shè)計的一般步驟根據(jù)設(shè)計要求和已選定的總體方案原理圖，明確對各單元電路的要求，詳細擬定各單元電路的性能指標，注意各單元電路輸入信號、輸出信號、控制信號之間的關(guān)系與相互配合，注意盡量少用或不用電平轉(zhuǎn)換之類的接口電路。電子線路設(shè)計的基本方法設(shè)計各單元電路的結(jié)構(gòu)形式在選擇單元電路的結(jié)構(gòu)形式時，最簡單的辦法是從過去學(xué)過的和所了解的電路中選擇一個合適的電路。同時還應(yīng)去查閱各種資料，通過學(xué)習(xí)、比較來尋找更好的電路形式。一個好的電路結(jié)構(gòu)應(yīng)該是滿足性能指標的要求，功能齊全，結(jié)構(gòu)簡單、合理，技術(shù)先進等。主要參數(shù)的計算與選取元、器件的選擇注意的問題進行各部分功能電路設(shè)計及電路連接的設(shè)計，這時要注意局部電路對全系統(tǒng)的影響。要考慮是否易于實現(xiàn)、是否易于檢測等問題。因此同學(xué)們平時要注意電路資料的積累。電子線路設(shè)計的基本方法元、器件選擇器件選用原則眾所周知，由于集成電路具有體積小、功耗低、工作性能好、安裝調(diào)試方便等一系列的優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代電子電路的重要組成部分之一。因此，在電子電路設(shè)計中，優(yōu)先選用集成電路已成為人們所認可的一致看法。但是也不要以為采用集成電路就一定比用分立元件好。例如有些功能相當簡單的電路，只要用一只三極管或二極管就能解決問題，就不必選用集成電路了。如數(shù)字電路中的緩沖、倒相、驅(qū)動等應(yīng)用場合就是如此。另外有些特殊應(yīng)用情況(如高電壓、大電流輸出)，采用分立元件往往比用集成電路更切合實際。電子線路設(shè)計的基本方法元、器件選擇模擬集成電路選擇常用的模擬集成電路主要有運算放大器、電壓比較器、模擬乘法器、集成穩(wěn)壓塊、鎖相環(huán)、函數(shù)發(fā)生器等。設(shè)計中選擇模擬集成電路的方法一般是先粗后細:先根據(jù)總體設(shè)計方案考慮選用什么類型的集成電路，如運算放大器有通用型、低漂移型、高阻型、高速型等，然后再進一步考慮它的性能指標與主要參數(shù)，如運算放大器的差模和共模輸人電壓范圍、輸出失調(diào)參數(shù)、開環(huán)差模電壓增益、共模抑制比、開環(huán)帶寬、轉(zhuǎn)換速率等。這些參數(shù)值是選擇集成運算放大器的主要參考依據(jù)。最后應(yīng)綜合考慮價格等其它因素而決定選用什么型號的器件。電子線路設(shè)計的基本方法元、器件選擇數(shù)字集成電路選擇數(shù)字集成電路(簡稱數(shù)字IC)的發(fā)展速度非常快，經(jīng)過近幾十年的更新?lián)Q代，到目前為止，已形成多種系列化產(chǎn)品同時并存的局面，各系列品種的功能配套齊全，可供用戶自由選擇。在選擇數(shù)字集成電路時，必須了解：⑴數(shù)字集成電路的種類和特點數(shù)字IC系列產(chǎn)品大體上分為了TTL型、ECL型、CMOS型等三大類電子線路設(shè)計的基本方法元、器件選擇數(shù)字集成電路選擇TTL型：74→74H→74S→74AS高速化發(fā)展74→74LS→74ALS低功耗高速度方向發(fā)展特點：①不同系列的產(chǎn)品相互兼容，選擇余地大。②參數(shù)穩(wěn)定，使用可靠。③工作速度和功耗均介于ECL型與CMOS型之間，具有較寬的工作速度范圍。④采用+5V電源供電電子線路設(shè)計的基本方法元、器件選擇數(shù)字集成電路選擇ECL型ECL和TTL一樣也是雙極型數(shù)字IC。其系列產(chǎn)品主要有ECL-10K與ECL-100K兩種系列。ECL電路的品種不多，產(chǎn)品限于中小規(guī)模集成電路。特點：①工作速度快。ECL門電路的傳輸延遲時間可縮短至1ns以內(nèi)，是現(xiàn)代數(shù)字IC中工作速度最快的一種。適用工作頻率范圍為100～1000MHZ。②輸出內(nèi)阻低，帶負載能力很強。③功耗大;輸出電平穩(wěn)定性較差;噪聲容限比較低;抗干擾能力較差。電子線路設(shè)計的基本方法元、器件選擇數(shù)字集成電路選擇CMOS型CMOS數(shù)字IC是用MOSFET作開關(guān)元件，屬單極型數(shù)字IC。其系列產(chǎn)品主要有標準型、40H型、74HC型與74AC型等4種。特點:①靜態(tài)功耗極低。中規(guī)模集成電路的靜態(tài)功耗小于100mW。②輸入阻抗非常高。正常工作時，直流輸入阻抗可大于100MΩ。③扇出能力強。低頻工作時，一個輸出端可驅(qū)動50個以上的CMOS器件輸入端。④抗干擾能力強。電壓噪聲容限可達電源電壓的45%。⑤電源電壓范圍寬，工作電壓范圍為3～18V。電子線路設(shè)計的基本方法元、器件選擇數(shù)字集成電路選擇各類數(shù)字IC的性能比較ECL電路速度最快，但功耗較大;而CMOS電路速度慢，功耗很低；TTL電路的性能介于ECL和CMOS集成電路之間，應(yīng)該說，各類數(shù)字IC都各具特點，都在發(fā)展，也都存在著應(yīng)用的局限性。在各種應(yīng)用場合中，應(yīng)該綜合考慮各類數(shù)字集成電路的性能，以求得到最佳的應(yīng)用歸宿。電子線路設(shè)計的基本方法元、器件選擇半導(dǎo)體三極管的選擇半導(dǎo)體三極管是應(yīng)用較廣的分立器件，它對電路的性能指標影響很大。其次是二極管和穩(wěn)壓管。如何選擇半導(dǎo)體三極管呢?大致有以下幾方面：⑴從滿足電路所要求的功能（如放大作用、開關(guān)作用等）出發(fā)，選擇合適的類型。如大功率管、小功率管、高頻管、