1、電子電路設計實踐編著：李懷亮綏化學院電氣工程學院電子創(chuàng)新園區(qū)2021年2月前言 電子電路設計一、電子電路設計1.應到達的根本要求1綜合運用電子技術課程中所學到理論知識去獨立完成一個設計課題。2通過查閱手冊和文獻資料，培養(yǎng)獨立分析和解決實際問題的能力。3進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用的原那么。4學會電子電路的安裝與調試技能。5進一步熟悉電子儀器的正確使用方法。6學會撰寫課程設計總計報告、科技論文等。7培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態(tài)度。2.電子電路設計大體分三個階段1設計與計算階段。2安裝與調試階段。3撰寫總結報告或論文階段。3.電子電路設計的方法與步驟包括：總體方案的設

2、計與選擇、單元電路的選擇與設計、單元電路間的連接方法、繪制總體電路草圖、關鍵電路試驗、最后繪制正式的總體電路圖等設計環(huán)節(jié)。二、電子電路設計入門1.開展電子電路設計與制作，如何選題1選題應新穎，實用性強。2選題應包括硬件設計和軟件設計的內容，且硬件內容應多于軟件內容。3選題應綜合性強，能涵蓋模擬電路、數字電路，而且一般都需要用單片機作為控制核心或處理信號，或者用PLD等新器件來實現(xiàn)。4選題的難易程度應低于畢業(yè)設計的題目。5如何想通過完成選題在全國電子競賽拿上名次，選題應有創(chuàng)新點，有特色。特色 就是人無我有，人有我新，而且選題比擬復雜，很可能是機電結合型的。2.開展電子電路設計與制作，如何入門1介

3、入電路設計與制作，宜早不宜遲2興趣是最好的老師3勤于動手是最好的途徑例：運算放大器：按理論分析，只要比例電阻選定后，就可決定運放的放大倍數，計算結果十清楚確。而事實并非如此，需要用理論計算和實驗調整方式選取比例電阻，這樣才能獲得切合實際的放大倍數。三、電子電路設計平臺1.硬件平臺電路、信號、電子技術根底：含低頻電路、高頻電路、信號分析與處理知識。例：各種運算放大器、555定時器、各種計數器、譯碼驅動器、顯示器、A/D 、 D/A 、發(fā)射、接收、鎖相環(huán)芯片(鎖相環(huán)由鑒相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器組成)等?？删幊藽PLD、FPGA芯片：可進行靈活的編程和下載，具有可重復性、可組合性，可設計并下載系

4、統(tǒng)級的數字電路；可以構建高速電子電路，可用于前端電路。微控制器MCU單片機：可通過靈活的編程改變其功能，處理速度較慢，但接口豐富，常常作為綜合電子系統(tǒng)的控制核心。專業(yè)芯片ASIC：為完成某一特定功能制定芯片。例：圖像壓縮芯片，可以使圖像信息在 線中傳輸；移動通信中的射頻、音頻接口芯片等。數字信號處理器DSP：DSP芯片由于其特殊的設計結構，使數字信號處理理論建立的算法得以實時運行，并逐步進入MCU的應用領域。2.軟件平臺匯編語言：它是最簡單、最根本、最實用的語言，也是一種低級語言，速度快，可直接控制硬件，在單片機開發(fā)中廣為應用。C語言：作為一種通用的高級語言，可大幅地提高單片機的應用系統(tǒng)開發(fā)效

5、率。C語言程序便于移植和修改，能提供處理復雜的數據類型，增強了程序處理能力和靈活性。但用C語言編譯器生成代碼效率較低并且執(zhí)行時間較長，影響速度。MATLAB語言：是一種較強大的數學運算和圖形功能的語言，他的應用范圍幾乎涵蓋了所有科學和工程計算領域；應用MATLAB工具箱還能進行系統(tǒng)級的模擬分析。因此它是集編程和EDA仿真于一體的語言。VHDL語言：超高速集成電路硬件描述語言，它是開發(fā)、燒制大規(guī)模集成電路語言，是個大半導體公司開發(fā)產品的有力工具。EDA仿真軟件：虛擬電子實驗平臺EWB、Multisim ，主要用于電路、低頻模擬電路、簡單數字電路的仿真設計；Proteus電子系統(tǒng)仿真軟件，實現(xiàn)高級

6、原理圖布圖、MCU、混合模式SPICE仿真、PCB設計以及自動布線等完整的電子設計系統(tǒng)；常見的EDA有通用電路分析軟件PSPICE，用于高頻電路的仿真設計。四、電子電路設計的步驟1.多擬定幾個設計方案提出原理方案，原理方案的比擬與選擇例：自動計時/定時器“方案一，用專用電子計數芯片實現(xiàn)方案二，用PLD器件實現(xiàn)方案三，用數字電路中組合邏輯電路實現(xiàn)方案四，用單片機實現(xiàn)2.單元電路的設計與選擇1單元電路結構形式的選擇與設計滿足功能要求的單元可能不止一個，因此必須進行分析比擬，擇優(yōu)選擇。2元器件選擇的一般原那么多查元器件手冊和有關的科技資料，尤其要熟悉一些常用元器件、性能和價格，這對單元電路和總體電路

7、設計極為有利。首先應考慮滿足單元電路對元器件性能指標的要求，其次考慮價格、貨源和元器件體積等方面問題。3集成電路與分立元器件電路的選擇問題例如：設計直流電源，采用分立元件至少花幾天時間，采用三端穩(wěn)壓塊即簡單又實用。優(yōu)先選用集成電路不等于什么場合都一定要用集成電路。在某些特殊情況，如高頻、寬頻帶、高電壓、大電流等場合，集成電路往往不適用，有時仍需采用分立元件。4怎樣選用集成電路模擬集成電路：集成運算放大器、比擬器、模擬乘法器、集成功率放大器、集成穩(wěn)壓器、集成函數發(fā)生器以及其它專用模擬集成電路等；數字集成電路：集成門、驅動器、譯碼器/編碼器、數據選擇器、觸發(fā)器、存放器、計數器、存儲器、微處理器、可

8、編程器件等；混合集成電路有：定時器、A/D、D/A轉換器、鎖相環(huán)等。3.純硬件電路設計步驟圖1 設計框圖在上面框圖中，并不要求所有媒介都通過仿真或搭電路驗證，特別在電子競賽中，時間緊、任務重，不可能按步驟辦事，可以超常規(guī)設計，提前進入制作階段，在制作中邊調試編修改設計。4.根本工藝：印制電路板制作工藝1印制電路板簡稱PCB。2設計軟件主要用Protel99工具軟件仔細審閱所提供元器件型號、規(guī)格，特別是外形尺寸、封裝形式、引腳排列順序，并注意大功率需安裝散熱片，確定那些元件裝在板上，那些元件裝在板外。從整體上考慮元件的安裝與布局。如低頻電路，可采取規(guī)那么排列，比擬整齊，便于安裝調試及維修；對高頻

9、電路，采取不規(guī)那么排列，要求布線越短越好，就近鏈接，看起來比擬雜亂，減少分布參數。對于元件安裝方式的考慮，可采用立式或臥式。大面積接地可以有效地抑制干擾。5.元器件的測試與篩選1對電路中消耗能量較大的耗能元件和承受電壓較高的元件，應有1.5倍2倍的余量。2高頻電路中的調諧電容、振蕩電容，應選優(yōu)質的電介電容、云母電容。3對濾波電路選普通電容即可，對定時電路，應選漏電小的膽電容。6.焊接工藝要求：焊點圓滑光亮、無氣孔、無尖角、無拖尾；焊點大小一致；焊點的焊料適當，使焊錫充布焊盤，不堆錫，更不能粘連。焊接CMOS器件應使用防靜電烙鐵，防止將其極間擊穿。特別注意是虛焊，虛焊的原因：被焊處外表有氧化物或

10、污垢；元件處理及鍍錫不好；焊接溫度缺乏；焊接時間短。7.裝配工藝1根據整機零部件、電路板的尺寸選擇箱的外形和大小。外部是顯示屏、輸入輸出插口、調節(jié)旋鈕或鍵盤。2發(fā)熱元件要留出散熱空間，必要時加散熱片；要盡量防止各局部干擾，必要時應加屏蔽；各單板、部件最好通過接插件相連。3電路板上的元件安裝應整齊美觀，視元件孔的位置可選擇立式或臥式。4如各部件需要導線連接，而且連接點較多，最好選用排線；對于信號線應采用同軸電纜；對公共地線，最好采用較粗的裸導線。在布線時，應盡量做到短而直，這樣布線美觀、可靠、分布參數或干擾小。五、電子電路中的抗干擾與屏蔽接地1. 電子電路干擾的抑制1干擾源電子電路工作時，往往在

11、有信號之外，還存在一些令人頭痛的干擾電壓或電流。如何克服這些干擾是電子電路設備在設計、制造時的主要問題之一。干擾產生于干擾源。干擾源有的在電子電路設備外部，也有的在電子電路設備內部。2電子電路設備外部干擾源主要有：電弧機、日光燈、弧光燈、輝光放電管、火花點火裝置等產生的干擾；直流發(fā)電機及電動機，交流整流子電動機等旋轉設備，以及繼電器、開關等產生的干擾；由大功率輸電線產生的工頻干擾；無線電設備輻射的電磁波等。 3電子電路設備內部產生的干擾主要有：交流聲，不同信號的互相感應，寄生振蕩；繞線電位器的動點、電子元件的引線和印制電路板布線等各種金屬的接點間，由于溫度差而產生的熱電動勢等；在數字電路中，由

12、于傳輸線各局部的特性阻抗不同或與負載阻抗不匹配時，所傳輸的信號在終端部位發(fā)生一次或屢次反射，使信號波形發(fā)生畸變或產生振蕩等。2.干擾途徑及其抑制方法1為減少設備內部產生的干擾設計人員應注意以下幾點：元器件布置不可過密，改善電子設備的散熱條件，分散設置穩(wěn)壓電源，防止通過電源內阻引進干擾，在配線和安裝時，盡量減少不必要的電磁耦合，盡量減少公共阻抗的阻值，低頻信號采用一點接地，數字器件的輸入端子不可懸空，必須結合電路的實際情況和條件妥善處理。例如，與非門多余輸入端可以通過電阻上接電源，或者將端子合并使用等。3.電子電路中抗干擾措施1抑制快速變化開關干擾的思路是盡可能減小du/dt、di/dt。減小d

13、u/dt干擾主要在干擾源兩端并聯(lián)電容、續(xù)流二極管或RC串聯(lián)吸收回路。例1：繼電器線圈并聯(lián)續(xù)流二極管，可消除斷開線圈時產生反電動勢。例2：單片機的I/O口用來控制電機等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間加隔離電路，如電壓比擬器。減小di/dt干擾在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及續(xù)流二極管。2抑制緩慢變化干擾主要是接地合理，如電源退耦濾波技術；對于共模干擾，那么考慮采用雙端輸入運放。3抑制高頻干擾的措施是電源退耦濾波電容兩端并聯(lián)0.01uF0.1uF高頻電容；干擾源與被干擾源的對象加以屏蔽；電路的引線、布線盡量短而直，減少分布參數的影響；在引線上穿上磁珠，形成濾波電路；晶振與單片機引腳盡量靠近。4良好

14、的接地與屏蔽。4.電子電路的布線與接地技術1要求電路板布局合理，強電、弱電、數字信號、模擬信號應分開。例：大功率器件盡可能放在電路板邊緣。2數字地和模擬地分開集中后接地實行一點接地，用最短線連接起來接到低阻抗的接地平面上，如接于電源地。3高頻或開關IC器件應直接焊在電路板上，盡量少用IC座，以減少分布參數的影響。4盡可能使干擾源如電機，繼電器與敏感元件如單片機遠離。5PCB上兩條線靠得近，容易形成寄生電容和互感，應盡量防止。6大小信號別離，即輸入信號應遠離輸出信號。7傳輸小信號的線一定要用屏蔽線，將屏蔽層單端接地。5.有關接地的幾點根本知識1平安接地一般實驗室中平安接地有三種方法，第一種是把三

15、孔插座的地與電源線的中線直接連接，這種接法不是絕對平安的。第二種是把地連到一座大樓的剛骨架上。第三種是最理想的，在實驗室的地下深埋一塊面積較大的金屬板，用與金屬板焊接的粗銅線接到實驗室作信號地線。第一種地線可能會引入較大的50Hz交流信號干擾；第二種用大樓剛骨架作地線的方法，由于它的電阻大，接地不好，可能感應各種干擾電壓含50Hz交流信號；只有第三種地線上的干擾信號才是最小的。2工作接地電子電路在工作和測量時，要求有公共的電位參考點。這個參考點一般是把直流電源的某一端作公共點，叫做工作接地點。工作接地點一般是指接機殼或底板，并不一定要與大地相連接。 3信號地信號地是指信號電路、邏輯電路、控制電

16、路的地。設計接地要盡可能減少各支路電流流過公共地阻抗產生的耦合干擾。信號地的連接方法主要有三種：單點接地串聯(lián)接地，從防止干擾和噪聲的角度來看，這種接法不合理，但其接法簡單，在許多地方仍被采用。特別是在設計印刷電路板上應用比擬方便。平面接地，這種接地方式適用于高頻電路和數字電路。4系統(tǒng)接地6.電子電路中的浮置、濾波、隔離技術浮置又稱浮空、浮接，泛指測量儀表的輸入信號放大器公共地即模擬信號地不接機殼或大地。浮置和屏蔽接地的作用相反，是阻斷干擾電流的通路。電路被浮置后，明顯地加大了系統(tǒng)的信號處理器公共線與大地或外殼之間的阻抗，因此，浮置能減小共模干擾。濾波：顯示器或彩電在交流電源進線與開關電源之間加

17、的磁珠式濾波器。對直流電源輸出需加對高頻及低頻濾波，通常用“一大一小兩個電容并聯(lián)即可取得對上下頻濾波效果。當一直流電源對幾個電路同時供電時，為防止通過電源內阻造成幾個電路之間相互干擾，應在每個電路的直流電源進線與地之間加裝去耦濾波器。光電耦合是常用強電和弱電之間的隔離。六、電子電路的調試1.電子電路的調試簡單系統(tǒng)調試：電源調試-單板調試-聯(lián)調復雜系統(tǒng)調試：電源調試-單板調試-分機調試-主機調試-聯(lián)調2.調試前的直觀檢測連線是否正確：按照電路圖檢查安裝的線路，按照實際線路來對照原理電路進行查線。為了防止出錯，對于已查過的線通常應在電路圖上做標記，最好用指針萬用表“1”擋或數字萬用表“擋的蜂鳴器來

18、測量，這樣可以同時發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。3.元器件安裝情況檢查元器件引腳有無短路；連接處有無接觸不良；二極管、三極管、集成器件和電解電容極性等是否連接錯誤。4.電源供電包括極性、信號源連線是否正確。5.電源端對地是否存在短路。在通電前，斷開一根電源線，用萬用表檢查電源端對地是否存在短路。假設電路經過上述檢查，并確認無誤后，就可轉入調試。6.調試方法1通電觀察接通電源，觀察有無異常現(xiàn)象，包括有無冒煙，是否有異常氣味，手摸元器件是否發(fā)燙等。如出現(xiàn)異常，應立即切斷電源，待排除故障后才能再通電。然后測量各器件引腳電源，以保證元器件正常工作。2靜態(tài)調試交流、直流并存是電子電路工作的一個重要特點。一般情況下

19、，直流為交流效勞，直流是電路工作根底。靜態(tài)調試一般是指在沒有外加信號的條件下所進行的直流測試和調整過程。例如，通過靜態(tài)測試模擬電路的靜態(tài)工作點、數字電路的各輸入和輸出端的上下電平值及邏輯關系等，可以及時發(fā)現(xiàn)已損壞的元器件，判斷電路工作情況，并及時調整電路參數，使電路工作狀態(tài)符合設計要求。對于運算放大器，靜態(tài)檢查除測量正、負電源是否接上外，主要檢查在輸入為零時，輸出端是否接近零電位，調零電路起不起作用。當運放輸出直流電位始終接近正電源電壓值或負電源電壓值時，說明運放處于阻塞狀態(tài)，可能是外接電路沒有接好，也可能是運放已經損壞。如果通過調零電位器不能使輸出為零，除了運放內部對稱性能差外，也可能運放處

20、于振蕩狀態(tài)，所以調試時最好接上示波器進行監(jiān)視。3動態(tài)調試動態(tài)調試是在靜態(tài)調節(jié)的根底上進行的。調試的方法是在電路的輸入端接入適當頻率和幅值的信號，并循著信號的流向逐級檢測各有關點的波形、參數和性能指標。7.調試中考前須知1正確使用測量儀器的接地端進行測量時，儀器的接地端應和放大器的接地端連接在一起，否那么儀器機殼引入的干擾不僅會使放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化，而且將使測量結果出現(xiàn)誤差。2在信號比擬弱的輸入端，盡可能用屏蔽線。屏蔽線的外屏蔽層要接到公共地線上。在頻率比擬高時要設法隔離連接線分布電容的影響，例如用示波器測量時應該使用有探頭的測量線，以減少分布電容的影響。3測量電壓所用儀器的輸入阻抗必須遠

21、大于被測處的等效阻抗。因為，假設測量儀器輸入阻抗小，那么在測量時會引起分流，給測量結果帶來很大誤差。4測量儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬。例如，MF47型萬用表的工作頻率為2020000Hz。如果放大器的，不能用MF47型表來測量，否那么，測量結果就不能反映放大器的真實情況。5測量方法要方便可行需要測量某電路的電流時，一般盡可能測電壓而不測電流，因為測量電壓不必改動被測電路，測量方便。6調試過程中，不但要認真觀察和測量，還要善于記錄。記錄的內容包括實驗條件，觀察的現(xiàn)象，測量的數據、波形和相位關系等。7調試時出現(xiàn)故障，要認真查找故障原因，且不可一遇故障解決不了就拆掉線路重新安裝。應當把查找故障

22、，分析故障原因，看成一次學習時機，通過它來不斷提高自己分析問題和解決問題的能力。七、故障檢測 1.常見的故障現(xiàn)象1放大電路沒有輸入信號，而有輸出波形2放大電路有輸入信號，但沒有輸出波形或者波形異常。3串聯(lián)穩(wěn)壓電源無電壓輸出或輸出電壓過高且不能調整或輸出穩(wěn)壓性能變壞、輸出電壓不穩(wěn)定等。4振蕩電路不能產生振蕩。5計數器輸出波形不穩(wěn)或不能正確計數。6收音機中出現(xiàn)“嗡嗡交流聲和“啪啪的汽船聲等。2.產生故障的原因1對于定性產品使用一段時間后出現(xiàn)故障，故障原因可能是元器件損壞，連線發(fā)生短路或斷路。2對于新安裝的電路來說，故障原因可能是：實際電路與設計的原理圖不符；元器件使用不當或損壞；設計的電路本身就存

23、在某些嚴重缺點，不滿足技術要求；連線發(fā)生短路或斷路。3各種干擾引起的故障。3.排除故障的根本方法排除故障遵循“由表及里、“先易后難、“先電源后負載、“先靜態(tài)后動態(tài)的原那么。排除故障的常用方法：1直接觀察法利用人的視、聽、嗅、觸等作為手段來發(fā)現(xiàn)問題，尋找和分析故障。直接觀察法包括不通電檢查和通電觀察。2用萬用表檢查靜態(tài)工作點3信號尋跡法4比照法可將此電路的參數與工作狀態(tài)和相同的正常的參數進行一一比照，進而分析故障原因，判斷故障點。5部件替換法有時故障比擬隱蔽，不能一眼看出，可以將儀器中的部件、元件器、插件等替換故障儀器中相關器件，以便縮小故障范圍，進一步查找故障。6旁路法當有寄生振蕩現(xiàn)象，可以利

24、用適當容量的電容器，選擇適當的檢查點，將電容臨時跨接在檢查點與參考接地點之間，如果振蕩消失，就說明振蕩是產生在此附近或前級電路中。否那么就在后面，再移動檢查點尋找之。應該指出，旁路電容要適當，不宜過大，只要能較好地消除有害信號即可。7短路法短路法對檢查斷路性故障有效。但要注意對電源是不能采用短路法的。8斷路法斷路法用于檢測短路最有效。例如，某穩(wěn)壓電源因接入一帶有故障的電路，使輸出電流過大，采取依次斷開電路的某一支路來檢查故障。如果斷開該之路后，電流恢復正常，那么故障就發(fā)生在此電路。9暴露法有時故障不明顯或時有時無，一時很難確定，此時采用暴露法。檢查虛焊時對電路進行敲擊就是暴露法的一種。另外可以

25、讓電路長時間工作，例如幾小時，然后再來檢查電路是否正常。這種情況下有些臨界狀態(tài)的元器件經不住長時間工作，就會暴露出問題，然后對癥處理。4.正確處理幾個關系1電路工作的充分必要條件一是保證供電正常，這是必要條件；二是要有輸入信號，這是充分條件。2模擬電路和數字電路的關系模擬電路的輸入輸出信號傳輸方向是單向的，一般一條線就一路信號。物理意義明顯。數字信號的輸入輸出有串行、并行之分。串行傳輸用一路，分時傳送；并行傳輸用多路，同時傳送，有的情況下數字信號是雙向傳輸。數字信號傳送的是數據流，物理意義不明顯，所以不針對信號的碼進行研究，在檢測時用示波器測傳輸的數據流，只要符合電平要求且無干擾既是正常。但數

26、字電路發(fā)出控制信號，只有高低電平，需要利用萬用表測得。3善于確定關鍵的測試點測試點根據電路圖確定，例：高頻和低頻的分界點；數字電路和模擬電路的分界點；控制電路和被控對象的分界點；電源和負載的分界點等等。實踐一 Proteus仿真軟件入門一、Proteus軟件簡介Proteus軟件是英國Labcenter公司開發(fā)的電路開發(fā)的電路分析與仿真軟件。1.仿真工具-鼓勵源DC:直流電壓源Sine：正弦波發(fā)生器Pulse：脈沖發(fā)生器Exp：指數脈沖發(fā)生器SFFM：單頻率調頻波信號發(fā)生器Pwlin：任意分段線性脈沖信號發(fā)生器File：File信號發(fā)生器，數據來源于ASCII文件Audio:音頻信號發(fā)生器，數

27、據來源于wav文件DState：單穩(wěn)態(tài)邏輯電平發(fā)生器DEdge：單邊沿信號發(fā)生器DPulse：單周期數字脈沖發(fā)生器DClock：數字時鐘信號發(fā)生器Dpattern：模式信號發(fā)生器2.仿真工具-虛擬儀器OSCILLOSCOPE：虛擬示波器LOGIC ANALYSER：邏輯分析儀COUNTER TIMER：計數器、定時器VIRUAL TERMINAL：虛擬終端SIGNAL GENERATOR：信號發(fā)生器PATTERN GENERATOR：模式發(fā)生器AC/DC voltmeters/ammeters：交直流電壓表和電流表SPI DEBUGGER：SPI調試器I2C DEBUGGER：I2C調試器3.

28、元器件庫Analog ICs:模擬集成器Capacitors：電容CMOS 4000 series：CMOS 4000系列數字芯片Connectors：接頭Data Converters：數據轉換器Debugging Tools：調試工具數據Diodes：二極管Inductors：電感Laplace Primitives：拉普拉斯模型Memory ICs:存儲器芯片Microprocessor ICs:微處理器芯片Modelling Primitives:建模源Operational Amplifiers：運算放大器Optoelectronics：光電器Resistors：電阻Simulato

29、r Primitives：仿真源Switches and Relays：開關和繼電器Switching Devices：開關器件Thermionic Valves：熱離子真空管Transducers：傳感器Transistors：晶體管二、實踐內容1.Proteus軟件使用開始-程序-“Proteus 7 Professional,單擊藍色圖標“Proteus 7 Professional翻開應用程序。2.電路原理圖的設計流程1新建設計文檔。在進入原理圖設計之前，首先要構思好原理圖，即必須知道所設計的工程需要哪些電路來完成，用何種模板；然后在Proteus ISIS 編輯環(huán)境中畫出電路原理圖。

30、2設置工作環(huán)境。根據實際電路的復雜程度來設置圖紙的大小等。在電路圖設計的整個過程中，圖紙的大小可以不斷地調整。設置適宜的圖紙大小是完成原理圖設計的第一步。3放置元器件。首先從添加元器件對話框中選取需要添加的元器件，將其布置到圖紙的適宜位置，并對元器件的名稱、標注進行設定；再根據元器件之間的走線等聯(lián)系對元器件在工作平面上的位置進行調整和修改，使得原理圖美觀、易懂。4對原理圖進行布線。根據實際電路的需要，利用Proteus ISIS編輯環(huán)境所提供的各種工具、命令進行布線，將工作平面上的元器件作用導線連接起來，構成一幅完整的電路原理圖。3.元器件清單表1.1 仿真元件信息元件名稱所屬類子類備注數量參

31、數CAPACITORCapacitorsAnimited電容，可動態(tài)顯示電荷11000FRESResistorsGeneric電阻11kRESResistorsGeneric電阻1100LAMPOptoelectronicsLamps燈泡，可顯示燈絲燒斷112VSW-SPDTSwitches and RelaysSwitches兩位開關，可單擊操作1BATTERYSimulator PrimitivesSources電池112V三、電路設計與仿真圖1.1 電容充電過程的仿真圖1.2 電容放電過程的仿真1.元件的拾取1按類別查找和拾取元件2直接查找和拾取元件2.元件放置3.元件位置的調整和參數的

32、修改4.電路連線5.電路的動態(tài)仿真6.文件保存四、練習1.電路圖圖1.3 變式演練電路圖2.元器件清單按圖1.3自己添全表1.2 仿真元件信息元件名稱所屬類參數備注3.電路圖圖1.4 調節(jié)燈泡亮暗電路4.元器件清單按圖1.4自己添全表1.3 仿真元件信息元件名稱所屬類參數備注實踐二 二極管伏安特性分析一、二極管伏安特性與PN結一樣，二極管具有單向導電性。當正向電壓足夠大時，二極管的正向電流才從零開始隨端電壓按指數規(guī)律增大。使二極管開始導通的臨界電壓稱為開啟電壓Uon。不同材料的小功率二極管開啟電壓、正向導通電壓范圍不同，如表2.1所示。表2.1 不同材料的二極管開啟電壓與正向導通電壓范圍材料開

33、啟電壓Uon/V導通電壓U/V硅Si鍺Ge二、二極管伏安特性測量電路點選“Component圖標，點擊“P按鈕，選取二極管仿真元件。表2.2 仿真元件信息元件名稱所屬類子類DIODEDiodesGeneric1.二極管伏安特性測量電路圖2.1 二極管伏安特性測量電路圖2.2 二極管伏安特性測量電路帶探針名稱為l2.直流信號源編輯雙擊直流信號源，將彈出圖2.3所示的直流信號源編輯對話框。圖2.3直流信號源編輯窗口3.探針及直流分析圖表編輯放置測量探針。點擊工具箱中的“鼓勵源模式圖標，將在瀏覽窗口顯示電流探針的外觀，如圖2.1所示。4.放置電流探針圖2.4電流探

34、針選取三、直流分析圖表直流掃描分析可以觀察電路元件參數值在使用者定義范圍內發(fā)生變化時對電路工作狀態(tài)電壓和電流的影響如觀察電阻值、晶體管放大倍數、電路工作溫度等參數變化對電路工作狀態(tài)的影響，也可以通過掃描鼓勵元件參數值測量元件直流傳輸特性。點擊工具箱中的Simulation Graph圖標，在對象選擇器中將出現(xiàn)各種仿真分析所需的圖表如：模擬、數字、噪聲、混合、AC變化等。選擇“DC SWEEP仿真圖表，如圖2.5所示。圖2.5 選取直流掃描分析圖表在編輯窗口期望放置圖表的位置點擊鼠標左鍵，并拖動鼠標，此時將出現(xiàn)一個矩形圖表輪廓，在期望的結束點點擊鼠標左鍵，放置圖表，如圖2.6所示。圖2.6 直流

35、掃描分析圖表在圖2.6所示，鼠標左鍵選“添加圖線，將彈出如圖2.7所示對話框。名稱為“CURRENT，探針P1：選“l(fā)。圖2.7 添加瞬態(tài)曲線對話框對圖2.7點擊確定，將彈出如圖2.8所示。圖2.8 添加電流探針到圖表設置直流掃描分析圖表。雙擊圖表將彈出如圖2.9所示的直流掃描分析圖表編輯對話框。其中，設置掃描變量：V，開始值：-800mV，停止值：800mV，標稱值：0，步數：50。編輯完成，點擊“確定按鈕完成設置，結果如圖2.10所示。圖2.9 直流掃描分析圖表的設置圖2.10 編輯好的直流掃描分析圖表四、二極管伏安特性分析仿真電路。鼠標右鍵如圖2.10，點擊“仿真圖表，電路出現(xiàn)仿真結果如

36、圖2.11所示。圖2.11 直流掃描分析仿真結果圖點擊圖表表頭，圖表將以窗口形式出現(xiàn)。在窗口點擊鼠標左鍵放置測量探針，測量曲線上各點對應的電壓值與電流值。測試結果填寫下表2.3。表2.3 測量伏安特性曲線中各點對應的電壓值與電流值測量點電壓值測量點電流值實踐三 晶體管輸出特性分析一、雙極型NPN晶體管輸出特性NPN型硅管有三個引出電極，分別是基極b、發(fā)射極e和集電極c。基極電流IB為一常量時，集電極電流iC玉管壓降uCE之間的函數關系為：iC=fuCE|IB=常數。對于每一個確定的IB，都有一條曲線，所以晶體管的輸出特性曲線是一族曲線。對于某一條曲線，當uCE從零逐漸增大時，集電結電場隨之增強

37、，收集基區(qū)非平衡少子的能力逐漸增強，因而iC也就逐漸增大；而當uCE增大到一定數值時，集電結電場足以將基區(qū)非平衡少子的絕大局部收集到集電區(qū)來，uCE在增大，收集能力已不能明顯提高，即iC幾乎僅僅決定于IB。從輸出特性曲線可以看出，晶體管有三個工作區(qū)域:截止區(qū)：此時晶體管集電極電流iC0;放大區(qū)：此時晶體管集電極電流iC=IB，其中為共射直流電流系數；飽和區(qū)：此時晶體管集電極電流iC不僅與IB有關，而且明顯隨uCE增大而增大，iCIB。BC108為低噪聲NPN晶體管，常用于音頻放大器，其共射直流電流系數=120。二、晶體管輸出特性測量電路點選Component圖標，點擊“P按鈕，從彈出的選取元件

38、對對話框中選取晶體管仿真元件。仿真元件信息如表3.1所示。表3.1 仿真元件信息元件名稱所屬類子類BC108TransistorsBipolar放置晶體管，添加直流仿真輸入源。點擊Generator圖表，點選直流DC信號源。圖3.1 晶體管輸出特性測量電路三、直流信號源編輯1.設置與晶體管集電極相連的直流信號源，將彈出圖3.2所示的直流信號源編輯對話框。按圖3.2所示編輯信號源，編輯完成后，點擊“確定按鈕。圖3.2 與晶體管集電極相連的直流信號源編輯窗口2. 設置與晶體管基極相連的直流信號源，將彈出圖3.3所示的直流信號源編輯對話框。按圖3.3所示編輯信號源，編輯完成后，點擊“確定按鈕。圖3.

39、3 與晶體管基極相連的直流信號源編輯窗口四、探針及直流分析圖表編輯1.放置測量探針。點擊工具箱中的Current probe圖標，電流探針被放置到電路圖中，如圖3.4所示。圖3.4 添加電流探針編輯電路中的探針2.放置轉移特性分析圖表轉移特性分析圖表：轉移特性分析是一種非線性分析，用于分析在給定鼓勵信號的情況下電路的時域響應。點擊工具箱中的Simulation Graph圖標，在對象選擇器中選擇“TRANSFER仿真圖表。在編輯窗口期望放置圖表的位置點擊鼠標左鍵，并拖動鼠標，在期望的結束點點擊鼠標左鍵，放置圖表，如圖3.5所示。圖3.5 轉移特性分析圖表放置電流探針。選中電路中的IC電流探針，

40、按下左鍵拖到其到圖表中，如圖3.6所示。松開左鍵即可放置IC電流探針到圖表中。后雙擊圖3.6設置圖3.7所示。圖3.6 編輯好的轉移特性分析圖表圖3.6 轉移特性分析圖表編輯對話框五、晶體管輸出特性分析仿真電路。鼠標右鍵選仿真圖表，開始仿真，電路仿真結果如圖3.7所示。圖3.7 轉移特性分析仿真結果圖點擊圖表表頭，圖表將以窗口形式出現(xiàn)。在窗口點擊鼠標左鍵放置測量探針，測量曲線上各點對應的集電極電流ic與基極電流IB。，測得在上述測量點的直流電流增益為92.3。改變測量點，記錄如表3.2所示。表3.2 測量集電極電流與基極電流VCEICIB總結:即器件在放大區(qū)的直流電流增益幾乎與晶體管兩端的電壓

41、值無關，表達了基極電流對集電極電流的控制作用。實踐四 射極跟隨器一、射極跟隨器共基電極放大電路又叫射極跟隨器，因為它的電壓從射極輸出且與輸入電壓大小幾乎相等，相位一致，就好似輸出電壓總是跟隨輸入電壓的變化一樣。射極跟隨器并不能放大電壓，他能夠放大電流，它的輸入電阻高，輸出電阻低，電路的動態(tài)性能比擬好，適合做多級放大電路的初級和末級。但由于差動放大電路和功率放大電路的出現(xiàn)，在高性能運放的輸入級和輸出級一般不使用射極跟隨器。圖4.1所示，是單管共集放大電路，在該實驗中，我們主要完成以下工作：測量靜態(tài)工作點；測量動態(tài)參數；觀察輸入、輸出波形。圖4.1 射極跟隨器實驗電路二、靜態(tài)工作點的測試按圖4.1

42、的連線，先進行靜態(tài)工作點調試，由于射極跟隨器的電壓不能被放大，所以在調試靜態(tài)工作點時需要加比擬高的輸入電壓才能觀察到失真的出現(xiàn)，一般從1V加起，逐漸加大。靜態(tài)工作點調整適宜后，按圖4.2接線，測量靜態(tài)工作點，測得數據列于表4.1中。圖4.2 射極跟隨器的靜態(tài)工作點測試電路表4.1 射極跟隨器的靜態(tài)工作點測量值7.066.36122.350.75.64三、測量動態(tài)參數動態(tài)參數仍然是電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻和帶寬。按照4.1接線，運行仿真，把信號發(fā)生器的頻率調為1kHz，調節(jié)信號發(fā)生器的幅度使讀得信號發(fā)生器的電壓有效值為2.02V，輸出電壓有效值為1.99V。于是可以算出個動態(tài)參數。電壓放

43、大倍數：，圖4.3 射極跟隨器動態(tài)參數的測量圖4.4 射極跟隨器輸出電阻的測量輸入電阻：輸出電阻：保持輸入信號不變，空載和接負載時分別測得輸出電壓，如圖4.3和圖4.4所示，可計算輸出電阻如下：通過計算可以發(fā)現(xiàn)，此射極跟隨器的輸入電阻高達200k，輸出電阻低至27.4，電壓放大倍數接近1但小于1。四、觀察輸入輸出波形首先，要保證輸出電壓波形不失真。現(xiàn)在主要目的是觀察比照輸入輸出電壓波形，驗證輸出電壓是否與輸入電壓大小相等、方向相同。觀察到波形如圖4.5所示。由此可驗證射極跟隨器名稱的由來。圖4.5 射極跟隨器的輸入輸出波形實踐五 差動放大器一、差動放大器差動放大器用在多級放大電路的第一級，主要

44、目的是減少零漂。與單管共射放大電路相比，差動放大器使用了雙倍的元件卻得到同樣的電壓放大倍數，但它卻具有相當高的共模抑制比，即對共模信號的放大倍數近似為零。差動放大器的實驗主要測電路的靜態(tài)工作點、單端和雙端輸出時的差模電壓放大倍數、共模電壓放大倍數及共模抑制比。圖5.1 差動放大器實驗電路圖5.1是差動放大器的實驗電路，其中，T3、R1、R2、RE3構成恒流源，T3的集電極電流為恒流源的輸出。兩位開關K用來選擇差動放大器射極接電阻還是恒流源，當K撥到左邊，差動放大器接10k的射極電阻RE，撥到右邊接恒流源，共模抑制比能力更強。RW是調零電阻，在仿真時，因為我們可以做到差動對管及相應的元件完全對稱

45、，而在實際中卻不能，利用調零電阻RW來調節(jié)兩個共射放大電路的對稱性。開關SW1用來在測靜態(tài)工作點時短接信號源。二、電路調零在測各參數之前，先進行電路調零。如圖5.2所示，在T1、T2管兩集電極之間接一直流伏特表，閉合開關SW1，把開關K打在左側，這時電路中全部為直流電量。調節(jié)滑動變阻器RW，使電表的讀數接近零為止。調零完成，去掉電壓表，保持RW的觸頭位置不變。圖5.2 差動放大器調零電路三、測量靜態(tài)工作點在只有直流電源作用的情況下，測得電路中的基極電位、射極電位、集電極電位和集電極電流。按圖5.3連接電路，測得的數據如表5.1所示。圖5.3 差動放大器的靜態(tài)工作點測量電路表5.1 差動放大器靜

46、態(tài)工作點測量值-0.02-0.686.371.13/20.667.05四、單端輸出時的放大倍數和共模抑制比1.單端輸出差模電壓放大倍數翻開SW1，在差模輸入端接一信號源，并聯(lián)交流毫伏表，運行仿真，調節(jié)信號源的頻率為1kHz，調節(jié)信號源的幅值使交流毫伏表的讀數約為170mV。在T1管的集電極接一交流毫伏表，如圖5.4所示。最好在T1管集電極接示波器，觀察輸出電壓波形不失真為準。圖5.4 差動放大器的單端輸出差模電壓放大倍數測量電路先把開關K撥到左側，測得T1管的集電極輸出電壓為7.78V；再把開關K撥到右側，測得T1管的集電極輸出電壓為6.55V?？捎嬎愠錾錁O分別接電阻和恒流源時的單端輸出差模電

47、壓放大倍數為，2.單管輸出共模電壓電壓放大倍數如圖5.5所示，把T1、T2管的兩輸入端并聯(lián)，再接一頻率為1kHz、有效值約為170mV的共模輸入信號。先把開關K撥到左側，測得T1管的集電極輸出電壓為6.37V；再把開關K撥到右側，測得T1管的集電極輸出電壓為4.71V?？煞謩e計算出發(fā)射極接電阻和恒流源時的單管輸出共模電壓放大倍數為，圖5.5 差動放大器的單端輸出差模電壓放大倍數測量電路計算結果說明，單端輸出時的共模電壓放大倍數小于差模電壓放大倍數，理想情況下，由于射極電阻較大，共模抑制比能力強，共模電壓放大倍數應接近零，但這里無論接10k的射極電阻還是接恒流源，共模電壓放大倍數都不理想，即共模

48、電壓放大倍數并沒有降下來。但T1和T2管接射極電阻和接恒流源兩種情況下，第二種接法共模電壓放大倍數要小些，效果更好些。這只是測試電路，日常應用中的共模輸入電壓一般來自溫度或其他因素，非我們成心加之，而是系統(tǒng)輸入中所不能剔除的局部，通過差動電路來抑制。3.單端輸出時共模抑制比把單端輸出時的差模電壓放大倍數比上共模電壓放大倍數，它們的絕對值即共模抑制比，能反映一個電路對共模信號的抑制能力，此值越大越好。，五、雙端輸出時的放大倍數和共模抑制比按照前面介紹的差模輸入信號和共模輸入信號的接法，在輸入端分別接1kHz、有效值約為170mV的差模和共模輸入信號，在T1和T2管的集電極之間接一交流電壓表，測得

49、雙端輸出時的差模輸出電壓和共模輸出電壓分別是8.99V和0V，如圖5.6和圖5.7所示?？伤愠鲭p端輸出時的差模電壓放大倍數、共模電壓放大倍數以及共模抑制比分別為，圖5.6 差動放大器的雙端輸出差模測量電路圖5.7 差動放大器的雙端輸出共模測量電路可見，雙端輸出時的共模抑制能力最強。而我們平時所見的電路大局部在差動電路后面還要接單端輸入電路，故單端輸出應用比擬多，這就要求射極電阻足夠大，最好接理想恒流源，它的電阻接近。六、輸出波形的觀察1.差模輸入時，如果輸入信號的正極性端接T1管的基極，由于共射電路的倒相性，單端輸出從T1管的集電極對地的輸出電壓是和輸入差模信號倒相的，相反，對于同樣的輸入信號

50、，從T2管的集電極輸出電壓是和輸入電壓同相的，請大家把單端輸出的波形仿真出來。2.雙端輸出時，如果選擇T1管的集電極為輸出電壓的正極性端，那么輸出電壓與輸入電壓同相，否那么相反。請大家仿真出結果。實踐六 RC正弦波振蕩器一、RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器由四局部組成，分別是放大電路、選頻網絡、正反應電路和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。正弦波振蕩器電路的典型特征是無交流輸入信號，卻在輸出端 了正弦波輸出信號。它的原理是，在直流電源閉合的一瞬間，頻率豐富的干擾信號串入振蕩電路的輸入端，經過放大后出現(xiàn)在電路的輸出端，但由于幅值很小而頻率又雜，不是我們希望的輸出信號。此信號在經過選頻兼正反應網絡，把某一頻率信號篩選出來而其

51、他信號被抑制，再送回放大電路的輸入端，整個電路的回路增益應略大于1，這樣不斷的循環(huán)放大，得到失真的輸出信號，最后經穩(wěn)幅環(huán)節(jié)可輸出一個頻率固定、幅值穩(wěn)定的正弦波信號。圖6.1 正弦波振蕩器的結構框圖根據正弦波振蕩電路選頻網絡的結構來區(qū)分和命名正弦波振蕩器電路，RC電路有RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路、三節(jié)RC移相式振蕩電路和雙星形型振蕩電路；LC電路有變壓器反應式振蕩電路、電容三點式和電感三點式振蕩電路以及石英晶體振蕩電路等。二、RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路圖6.2 RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路如圖6.2所示，這個電路共由三局部組成：Q1和Q2組成的兩級共射極放大電路，R1、C1、R2、C2組成的串并聯(lián)選頻兼

52、正反應網絡以及RW和RF組成的電壓串聯(lián)負反應穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。先把滑動變阻器RW調到最上邊，使引入負反應最弱，放大電路的放大倍數最大。合上開關SW1，觀察示波器的波形如圖6.3所示，出現(xiàn)失真波形。慢慢向下調節(jié)RW，加大負反應作用，輸出波形逐漸化成圖6.4所示的正弦波。圖6.3 正弦波振蕩電路輸出波形調整前圖6.4正弦波振蕩電路輸出波形調整后三、RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路頻率電路的頻率由R1R2和C1C2決定，即可以讀出圖6.5所示示波器的掃描旋鈕刻度為0.2ms/格，一個正弦波周期所占的格數為5格，算出周期為1ms，即頻率為周期的倒數1kHz，這與通過參數計算的結果根本一致。圖6.5弦波振蕩電路輸出波形

53、調整后帶周期格數實踐七 直流可調穩(wěn)壓電源的設計一、設計可調直流穩(wěn)壓電源具體要求如下：1輸出電壓在1.25V37V；2最大輸出電流為1.5A；3電壓調整精度達0.1%。二、題目分析直流穩(wěn)壓電源的作用是通過把50Hz的交流電變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓從而使電路變成恒定的直流電壓，供應負載，如圖7.1所示。設計出的直流穩(wěn)壓電源應不以電網電壓的波動和負載的變換而改變。圖7.1 直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源種類很多，常用的是串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源，而由于集成技術的開展，集成穩(wěn)壓器件方便而可靠，逐漸代替了串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源中的調整管及相關電路。主要的集成穩(wěn)壓器件有：固定式穩(wěn)壓器件78XX和79XX系列；可調式穩(wěn)壓器件W117、W217和W317等等?？烧{式穩(wěn)壓器件LM117/LM317是美國國家半導體公司的三端可調正穩(wěn)壓器集成電路。LM117/LM317的輸出電壓范圍是1.25V至37V，負載電流最大為1