淺談電子技術(shù)中單元電路的設(shè)計(jì)
電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，其中電子電路設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，掌握單元電路的設(shè)計(jì)方法是每個(gè)電子工程師必備的能力。具體介紹了單元電子電路設(shè)計(jì)步驟及幾種重要單元電路的設(shè)計(jì)方法。
電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，加強(qiáng)技能的訓(xùn)練及培養(yǎng)，是提高工程人員的素質(zhì)和能力的必要手段。在電子信息類教學(xué)中，電子電路設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，著重讓學(xué)員從理論學(xué)習(xí)過(guò)渡到實(shí)際的應(yīng)用，為以后從事技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
設(shè)計(jì)電子電路系統(tǒng)時(shí)，首先必須明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，根據(jù)任務(wù)進(jìn)行方案選擇，然后對(duì)方案中的各個(gè)部分進(jìn)行單元的設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算和器件選擇，最后將各個(gè)部分連接在一起，畫出一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的完整的系統(tǒng)電路圖。因此，掌握單元電路的設(shè)計(jì)方法和實(shí)際設(shè)計(jì)電路的能力，是電子工程師必備的能力。
一、電子技術(shù)及單元電路概念
所謂電子技術(shù)是根據(jù)電子學(xué)的原理，運(yùn)用電子器件設(shè)計(jì)和制造某種特定功能的電路以解決實(shí)際問(wèn)題的一門學(xué)科。包括信息電子技術(shù)和電路電子技術(shù)兩大分支。信息電子技術(shù)包括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)。電子技術(shù)是對(duì)電子信號(hào)進(jìn)行處理的技術(shù)，處理的方式有信號(hào)的發(fā)生、放大、濾波、轉(zhuǎn)換。
電子電路是由兩部分組成，即電子元件和電子器件。電子原件是指電子設(shè)備中的電阻器、電容器、變壓器和開關(guān)等，而電子器件通常由電子管、離子管、晶體管等構(gòu)成。電子電路按組成方式可分為分立電路和集成電路。單元電路是整個(gè)電子電路系統(tǒng)的一部分，常用的單元電路有放大電路，整流電路，震蕩電路，檢波電路，數(shù)字電路�？傮w來(lái)說(shuō)是與門，非門，或門及其組合的計(jì)數(shù)電路，觸發(fā)器，加減運(yùn)算器等。單元電路的設(shè)計(jì)訓(xùn)練是為了能提高整體電子電路的設(shè)計(jì)水平。
二、單元電路的設(shè)計(jì)步驟
1.明確任務(wù)
單元電路設(shè)計(jì)前都需明確本單元電路的任務(wù)，詳細(xì)擬定出單元電路的性能指標(biāo)，這是單元電路設(shè)計(jì)最基本的條件。通過(guò)計(jì)算電壓放大的倍數(shù)、輸入及輸出電阻的大小，并且根據(jù)電路設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單明了、成本低、體積小、可靠性高等特點(diǎn)進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)。
2.參數(shù)計(jì)算
參數(shù)計(jì)算是為了保證單元電路的功能指標(biāo)達(dá)到所需的要求，參數(shù)計(jì)算需要電子技術(shù)知識(shí)，對(duì)這方面的理論要求很高。例如，放大器電路中我們通常需要計(jì)算各電阻值以及他們的放大倍數(shù);振蕩器中我們通常需要計(jì)算電阻電容以及震蕩頻率。進(jìn)行參數(shù)計(jì)算時(shí)，同一個(gè)電路可能得出不止一組數(shù)據(jù)，我們要注意選擇數(shù)據(jù)的方法，選擇的這組數(shù)據(jù)需要完成電路設(shè)計(jì)的要求，并且在實(shí)踐中能真正可行。
3.畫出電路圖
為詳細(xì)表述單元電路與整機(jī)電路的連接關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)需要繪制完整的電路圖。通過(guò)單元電路之間的相互配合和前后之間的關(guān)系使得設(shè)計(jì)者盡量簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。例如對(duì)于單元電路之間的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)，在各單元電路確定以后，還要認(rèn)真仔細(xì)地考慮它們之間的級(jí)聯(lián)問(wèn)題，從而到達(dá)減少浪費(fèi)，從而降低工作量。注意各部分輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系，模擬輸入、輸出，使得輸入、輸出、電源、通道間全隔離，將直流電流、電壓信號(hào)分成多路相同或不同的電流、電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備同時(shí)采集控制。
(1)注意電路圖的可讀性
繪圖時(shí)盡量把主電路圖畫在一張紙上，比較獨(dú)立和次要部分畫在令一張紙上，圖的端口和兩端做好標(biāo)記，標(biāo)出各圖紙之間信號(hào)的引入及引出。
(2)注意信號(hào)的流向及圖形符號(hào)
一般從輸入端和信號(hào)源畫起，又左至右或者由上至下按信號(hào)的流向依次畫出單元電路。圖中應(yīng)加適當(dāng)?shù)臉?biāo)注，并且圖形符號(hào)要標(biāo)準(zhǔn)，
(3)注意連接線畫法
各元件之間的連接線應(yīng)為直線，并且盡量減少交叉。通常情況下連接線應(yīng)水平或垂直布置，無(wú)特殊情況不畫斜線，互相連接的交叉用原點(diǎn)表示。
三、幾種典型單元電路的設(shè)計(jì)方法
單元電路的設(shè)計(jì)是否合理，能夠關(guān)系到整個(gè)電子電路的設(shè)計(jì)是否能夠正常運(yùn)行。因此，各個(gè)單元設(shè)計(jì)的工程師紛紛致力于單元電路的設(shè)計(jì)。
1.對(duì)于線性集成運(yùn)放組成的穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)
穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)的一般思路是讓輸入電壓先通過(guò)電壓變壓器，再通過(guò)整流網(wǎng)絡(luò)，然后經(jīng)過(guò)濾波網(wǎng)絡(luò)最后經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)。在單元電路中，對(duì)于串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路大體上可分為調(diào)整部分、取樣部分、比較放大電路、基準(zhǔn)電壓電路等。經(jīng)過(guò)這樣設(shè)計(jì)的線路，具有過(guò)流及短路保護(hù)功能，當(dāng)負(fù)載電流到達(dá)限額是能起到保護(hù)電路的功能工作。其具體設(shè)計(jì)方法為：對(duì)于整流出來(lái)的直流電是很少用來(lái)直接帶動(dòng)負(fù)載，還必須濾波后降低其紋波系數(shù)，但這種電路不能起到穩(wěn)壓的作用。所以穩(wěn)壓電源都應(yīng)滿足一定的技術(shù)指標(biāo)。
2.單元電路之間的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)
各單元電路確定以后，還要認(rèn)真仔細(xì)地考慮它們之間的級(jí)聯(lián)問(wèn)題。如電器特性的相互匹配、信號(hào)耦合方式、時(shí)序配合以及相互干擾等問(wèn)題。
對(duì)于電氣性能相互匹配的問(wèn)題有些涉及到的是模擬單元電路之間的匹配，有的涉及到的是數(shù)字單元電路之間的匹配，有的則需要兩者兼顧。從提高放大倍數(shù)和負(fù)載能力考慮，希望后一級(jí)的輸入電阻要大，前一級(jí)的輸入電子要小，但從改善頻率響應(yīng)角度考慮，則剛好相反。
信號(hào)耦合方式有直接耦合、間接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光耦合。直接耦合方式最簡(jiǎn)單，但是在靜態(tài)情況下，存在兩個(gè)單元電路的相互影響，因此在電路分析時(shí)應(yīng)加以考慮。
時(shí)序配合的問(wèn)題比較復(fù)雜，先對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)單元電路的信號(hào)關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)的分析，來(lái)確定系統(tǒng)的時(shí)序，以確保系統(tǒng)正常工作下的信號(hào)時(shí)序。最后設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)該時(shí)序的方法。
3.對(duì)于運(yùn)算放大器電路的設(shè)計(jì)
運(yùn)算放大器是具有很高放大倍數(shù)的電路單元，在實(shí)際電路中通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)中，其基本參數(shù)應(yīng)當(dāng)選擇單、雙電源供電，電源電流。而且應(yīng)當(dāng)輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入電阻。并且轉(zhuǎn)換速率、建立時(shí)間。設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)正確認(rèn)識(shí)、對(duì)待各種參數(shù)，不盲目片面追求指標(biāo)的先進(jìn)。其中值得引起重視的是：依據(jù)推薦參數(shù)在規(guī)定的消振引腳之間接入適當(dāng)?shù)碾娙菹瘢@是為了消除運(yùn)放的高頻自激，同時(shí)為了減小消振困難這一情況，應(yīng)盡量避免兩級(jí)以上放大級(jí)級(jí)連。
四、結(jié)束語(yǔ)
由于電子電路種類很多，因此會(huì)有許多不同的設(shè)計(jì)方法，隨著集成發(fā)生電路的快速發(fā)展，已經(jīng)涌現(xiàn)出各種專用功能的新型器件，對(duì)電路設(shè)計(jì)工作有了新的要求。原始的分立元件電路的設(shè)計(jì)方法，已漸漸被集成塊直接組裝所取代。所以，要求設(shè)計(jì)者應(yīng)把逐漸從單元電路的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)移到整體方案的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，對(duì)于各種集成電路的性能、指標(biāo)要清楚明了，有根據(jù)需求恰當(dāng)選取集成器件的能力，并能合理地進(jìn)行單元連接，進(jìn)而完成總體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
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