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那些你不早知道的電子電路設(shè)計(jì)竅門

發(fā)布時(shí)間:2014-03-19 責(zé)任編輯:mikeliu

【導(dǎo)讀】工作總是要找到竅門,設(shè)計(jì)電子電路更需要竅門!常用電子電路的設(shè)計(jì)的方法和步驟是:選擇總體方案,設(shè)計(jì)單元電路,選擇元器件,計(jì)算參數(shù),審圖,實(shí)驗(yàn),畫出整體電路圖。但是由于電子電路種類繁多,千差萬別,設(shè)計(jì)方法和步驟也因情況不同而異,在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活把握。掌握電子電路設(shè)計(jì)竅門,提高工作效率!

在設(shè)計(jì)一個(gè)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)方案中的各部分進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇,最后將各部分連接在一起,畫出一個(gè)符合要求的完整系統(tǒng)電路圖。設(shè)計(jì)過程是知識(shí)的綜合應(yīng)用過程,包括對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的分析,對(duì)元器件的應(yīng)用及對(duì)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完善等方面內(nèi)容。

那些你不早知道的電子電路設(shè)計(jì)竅門

1 明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行具體分析,充分了解系統(tǒng)的性能、指標(biāo)、內(nèi)容及要求,以便明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。

2 總體方案的選擇

設(shè)計(jì)電路的第一步就是選擇總體方案。所謂總體方案是根據(jù)所提出的任務(wù)、要求和性能指標(biāo),用具有一定功能的若干單元電路組成一個(gè)整體,來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能,滿足設(shè)計(jì)題目提出的要求和技術(shù)指標(biāo)。

方案選擇的重要任務(wù)是根據(jù)把握的知識(shí)和資料,針對(duì)系統(tǒng)提出的任務(wù)、要求和條件,完成系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)。在這個(gè)過程中要敢于探索,勇于創(chuàng)新,爭取設(shè)計(jì)的方案公道、可靠、經(jīng)濟(jì)、功能齊全、技術(shù)先進(jìn)。并且對(duì)方案要不斷進(jìn)行可行性和優(yōu)缺點(diǎn)的分析,最后設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的框圖。框圖應(yīng)能正確的反映系統(tǒng)所完成的任務(wù)和各組成部分的功能,清楚表示系統(tǒng)的基本組成和相互關(guān)系。

由于符合要求的方案往往不止一個(gè),應(yīng)當(dāng)針對(duì)任務(wù)、要求和條件,查閱有關(guān)資料,以廣開思路,提出不同的方案,然后仔細(xì)分析每個(gè)方案的可行性和優(yōu)缺點(diǎn),加以比較,從中選優(yōu)。在選擇過程中,常用框圖表示各種方案的基本原理??驁D一般不必畫的太具體,只要說明基本原理就可以了,但有些關(guān)鍵部分一定要畫清楚,必要時(shí)尚須畫出具體電路來加以分析。

選擇方案要留意下面幾個(gè)題目。

(1)應(yīng)針對(duì)關(guān)系到電路全局的題目,開動(dòng)腦筋,多提些不同的方案,深進(jìn)加以比較。有些部分,還要提出各種具體電路,根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析比較,從而找出最優(yōu)方案。

(2)不要盲目熱衷于數(shù)字化方案。數(shù)字電路確有不少優(yōu)點(diǎn),但對(duì)輸進(jìn)輸出都是模擬量的小裝置,假如采用數(shù)字化方案,則要先用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,經(jīng)過數(shù)字電路處理后,再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量,這樣必然帶來高本錢、電路復(fù)雜等缺點(diǎn)。因此,不仔細(xì)分析而一概以為數(shù)字化方案比模擬電路方案好的觀點(diǎn)是不適宜的。必須從實(shí)際出發(fā),針對(duì)具體題目提出多種不同方案,經(jīng)過充分的分析和比較,最后選出最佳方案。

(3)既要考慮方案的可行性,還要考慮性能、可靠性、本錢、功耗和體積等實(shí)際題目。

(4)選出一個(gè)滿足的方案并非易事,在分析論證和實(shí)際過程中需要精益求精和完善,出現(xiàn)一些反復(fù)是難免的,但應(yīng)盡量避免方案上的大量反復(fù),以免浪費(fèi)時(shí)間和精力。

3 單元電路的設(shè)計(jì)

在確定總體方案、畫出具體框圖后,便可進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)。

3.1設(shè)計(jì)單元電路的一般方法和步驟

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和以選定的總體方案的原理框圖,確定對(duì)各單元電路的設(shè)計(jì)要求,必要時(shí)應(yīng)具體擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。應(yīng)留意各單元電路的互相配合,但要盡量少用或不用電平轉(zhuǎn)換之類的接口電路,以簡化電路結(jié)構(gòu)、降低本錢。

(2)擬定出各單元電路的要求后,應(yīng)全面檢查一遍,確實(shí)無誤后方可按一定順序分別設(shè)計(jì)各單元電路。

(3)選擇單元電路的結(jié)構(gòu)形式。一般情況下,應(yīng)查閱有關(guān)資料,以豐富知識(shí)、開闊眼界,從而找到適用的電路。假如確實(shí)找不到性能指標(biāo)完全滿足要求的電路時(shí),也可以選用與設(shè)計(jì)要求比較接近的電路,然后調(diào)整電路參數(shù)。

每個(gè)單元電路設(shè)計(jì)前都需要明確本單元電路的任務(wù),具體擬定出單元電路的性能指標(biāo),與前后級(jí)之間的關(guān)系,分析電路的組成形式,選擇最佳電路形式。由于同樣的電氣功能,可以由很多種電路形式和結(jié)構(gòu)來完成,在選擇電路方案時(shí)要進(jìn)行充分考慮。

具體設(shè)計(jì)進(jìn)行時(shí),還可以參照經(jīng)典的、成熟的、先進(jìn)的電路形式,也可以進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn),但都必須保證性能要求。而且單元電路本身要求設(shè)計(jì)公道,各單元電路也要互相配合,同時(shí),留意各部分的輸進(jìn)信號(hào)、輸出信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系。

3.2參數(shù)的計(jì)算

為了保證單元電路達(dá)到功能指標(biāo)要求,就需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,例如放大電路的各電阻阻值、放大倍數(shù);振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數(shù)。只有很好的理解電路的工作原理,正確利用公式,計(jì)算出來的參數(shù)才能滿足設(shè)計(jì)要求。

參數(shù)計(jì)算時(shí),可能計(jì)算出來的參數(shù)有多組數(shù)據(jù),但應(yīng)選擇能較好完成電路設(shè)計(jì)功能與指標(biāo)的那組。同時(shí),還要留意有關(guān)的題目。

(1)元器件的工作電流、電壓、頻率和功耗等參數(shù)應(yīng)能滿足電路的指標(biāo)要求。

(2)元器件的極限參數(shù)必須留有足夠余量,一般應(yīng)大于額定值的一定倍數(shù)(一般取1.5倍)。

(3) 電阻和電容的參數(shù)應(yīng)選擇計(jì)算值四周的標(biāo)稱值。

3.3元器件的選擇

在進(jìn)行電子制作時(shí),要正確的選用電子元器件,了解元件的特性、規(guī)格和質(zhì)量參數(shù),熟悉它們的管腳排列。考慮到產(chǎn)品在實(shí)際工作中可能碰到的環(huán)境條件,在選用元器件時(shí),工作參數(shù)要留有余地。

從某意義上講,電子電路的設(shè)計(jì)就是選擇合適的元器件,并把它們最好的組合起來。因此在設(shè)計(jì)過程中,經(jīng)常碰到選擇元器件的題目,不僅在設(shè)計(jì)單元電路和總體電路及計(jì)算參數(shù)時(shí)要考慮哪些元器件合適,而且在提出方案、分析和比較方案的優(yōu)缺點(diǎn)時(shí),有時(shí)也需要考慮哪些元器件以及它們的性能價(jià)格比如何等。怎樣選擇元器件?必須搞清兩個(gè)題目。第一,根據(jù)具體題目和方案,需要哪些元器件,每個(gè)元器件應(yīng)該具有哪些功能和性能指標(biāo);第二,有哪些元器件實(shí)驗(yàn)室有,哪些在市場上能買到,性能如何?價(jià)格如何?體積多大。電子元器件種類繁多,新產(chǎn)品不斷出現(xiàn),這就需要經(jīng)常關(guān)心元器件的信息和新動(dòng)向,多查資料。

3.3.1 一般優(yōu)先選擇集成電路

集成電路的應(yīng)用越來越廣,它不但減小了電子設(shè)備的體積、本錢,進(jìn)步了可靠性,安裝調(diào)試比較簡單,而且大大簡化了設(shè)計(jì),使數(shù)字電路的設(shè)計(jì)非常方便。現(xiàn)在各種模擬電路的設(shè)計(jì)比以前輕易的多。

由于集成電路可以實(shí)現(xiàn)很多單元電路,甚至可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)電路的功能。所以,選用集成電路設(shè)計(jì)既方便又靈活。它不僅使系統(tǒng)體積小,而且性能可靠,便于調(diào)試及運(yùn)用。在設(shè)計(jì)電路時(shí)很受歡迎。

但是,不要以為采用集成電路一定比分立元件好,有些功能相當(dāng)簡單的電路,只要用一只三極管或二極管就能解決題目,若采用集成電路反而會(huì)使電路復(fù)雜,本錢增加。因此在頻率高、電壓高、電流大或要求噪聲極低等特殊場合,仍采用分立元件,必要時(shí)可畫出兩種電路進(jìn)行比較。

3.3.2怎樣選擇集成電路

集成電路的品種很多,選用方法一般是“先粗后細(xì)”,即先根據(jù)總體方案考慮應(yīng)該選用什么功能的集成電路,然后考慮具體性能,最后根據(jù)價(jià)格等因素選用某種型號(hào)的集成電路。
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選用集成電路時(shí),除上述以外,還必須留意以下幾點(diǎn)。

應(yīng)熟悉集成電路的品種和幾種典型產(chǎn)品的型號(hào)、性能、價(jià)格等,以便在設(shè)計(jì)時(shí)能提出較好的方案,較快的設(shè)計(jì)出單元電路和總電路。
選擇集成運(yùn)放,應(yīng)盡量選擇“全國集成電路標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)提出的優(yōu)選集成電路系列”(集成運(yùn)放)中的產(chǎn)品。

同一種功能的數(shù)字電路可能既有CMOS產(chǎn)品,又有TTL產(chǎn)品,而且TTL器件中有中速、高速、甚高速、低功耗和肖特基低功耗等不同產(chǎn)品,CMOS數(shù)字器件也有普通型和高速型兩種不同產(chǎn)品。對(duì)于某些具體情況,設(shè)計(jì)者可根據(jù)其性能和特點(diǎn)靈活把握。  CMOS器件可以與TTL器件混合使用在同一電路中,為使二者的高低電平兼容,CMOS器件應(yīng)盡量使用+5V電源。但與用+15V電的情況相比,某些性能有所下降。因此,必要時(shí)CMOS仍需+15V電源供電,此時(shí),CMOS器件與TTL器件之間必須加電平轉(zhuǎn)換電路。

集成電路的常用封裝方式有三種:即扁平式、豎立式和雙列直插式,為了便于安裝、更換、調(diào)試和維修,一般情況下,應(yīng)盡可能選用雙列直插式集成電路。

集成電路的型號(hào)、原理、功能、特性和參數(shù)可查閱有關(guān)手冊(cè)。

選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案,而且也要滿足功耗、電壓、價(jià)格等方面的要求。

3.3.3阻容元件的選擇

電阻和電容是兩種常用的分立元件,它們的種類很多,性能各異。阻值相同、品種不同的兩種電阻或容量相同、品種不同的兩種電容在同一電路中的同一位置,可能效果不大一樣。此外,價(jià)格和體積也可能相差很大。

所以,設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)熟悉各種常用電阻和電容的種類、性能和特點(diǎn),以便根據(jù)電路要求,進(jìn)行選擇。

4 參數(shù)的計(jì)算

在電子電路的設(shè)計(jì)過程中,常需要計(jì)算一些參數(shù)。對(duì)于一般情況,計(jì)算參數(shù)要留意以下點(diǎn)。

(1)各元器件的工作電壓、電流、頻率和功耗等應(yīng)在答應(yīng)范圍內(nèi),并留有適當(dāng)余量,以保證電路在規(guī)定的條件下,能正常工作,達(dá)到所要求的性能指標(biāo)。

(2)對(duì)于環(huán)境溫度、交流電網(wǎng)電壓等工作條件,計(jì)算參數(shù)時(shí)應(yīng)按最不利的情況考慮。

(3)涉及元器件的極限參數(shù)(例如整流橋的耐壓值)時(shí),必須留有足夠的余量,一般按1.5倍左右考慮。

(4)電阻值應(yīng)盡可能選在1M歐范圍內(nèi),最大不應(yīng)超過10M歐,其數(shù)值應(yīng)在常用電阻標(biāo)稱值系列之內(nèi),并根據(jù)具體情況正確選擇電阻品種。

(5)非電解電容盡可能在100pF~0.1μF范圍內(nèi)選擇,其數(shù)值應(yīng)在常用電容標(biāo)稱值系列之內(nèi),并根據(jù)具體情況正確選擇電容的品種。

(6)在保證電路性能的條件下盡可能想法降低本錢,減小器件品種,減小元器件的功耗和體積,為安裝調(diào)試創(chuàng)造有利條件。

(7)應(yīng)把計(jì)算確定的各參數(shù)值標(biāo)在電路圖的恰當(dāng)位置。

5總電路圖的繪制

電路圖通常是在系統(tǒng)框圖、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和元器件選擇的基礎(chǔ)上繪制的。它是組裝、調(diào)試和維修的依據(jù)。

在設(shè)計(jì)好各單元電路以后,應(yīng)畫出總電路圖??傠娐穲D是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和印制電路板設(shè)計(jì)制作的主要依據(jù),也是進(jìn)行生產(chǎn)、調(diào)試、維修的依據(jù)。因此,畫好總電路圖很重要。

在繪制電路圖時(shí)要留意下面幾點(diǎn)

(1)布局公道、排列均勻、畫面清楚、便于看圖利于對(duì)圖的理解和閱讀。有時(shí)一個(gè)總電路有幾部分組成,繪制時(shí)應(yīng)盡量把總電路畫在一張圖樣上。假如電路比較復(fù)雜,需繪制幾張圖,則應(yīng)把主電路畫在同一張圖樣上,而把一些比較獨(dú)立或次要的部分(例如直流穩(wěn)壓電源)畫在另外的圖樣上,并在圖的斷口兩端作上標(biāo)記,標(biāo)出信號(hào)從一張圖到另一張圖的引出點(diǎn)和引進(jìn)點(diǎn),或以其它的適當(dāng)?shù)姆绞?,說明各圖樣在電路連線之間的信號(hào)關(guān)系。
為了看清各單元電路的功能關(guān)系,每一個(gè)功能單元電路的元件應(yīng)集中布置在一起,并盡可能按工作順序排列。

(2)要留意信號(hào)流向,通常從輸進(jìn)端畫起,由左至右或由上至下按信號(hào)的流向依次畫出各單元電路,而反饋通路的信號(hào)流向則與此相反。但一般不要把電路圖畫成很長的窄條,必要是可按信號(hào)流向的主通道依次把各單元電路排成類似字母“U”的外形,它的開口可以朝左,也可以朝其他方向。

(3)圖形符號(hào)要標(biāo)準(zhǔn),圖中應(yīng)加適當(dāng)?shù)臉?biāo)注。電路圖中的中、大規(guī)模集成電路器件,一般用框表示,在框中標(biāo)出它的型號(hào),在框的邊線兩側(cè)標(biāo)出每根線功能名稱和管腳好。所有元器件的符號(hào)都應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。

電路圖中所有的連線都要表示清楚,各元器件之間的盡大多數(shù)連線應(yīng)在圖樣上畫出。連線通常畫成水平線或豎線,一般不畫斜線。互相連通的交叉線,應(yīng)在交叉處用圓點(diǎn)標(biāo)出。根據(jù)需要,可以在連接線上加上信號(hào)名或其他標(biāo)記,表示其功能或往向。連線要盡量短,電源一般標(biāo)出電源電壓的數(shù)值(例如+5V,+15V,-15V等)。電路圖的安排要緊湊和協(xié)調(diào),稀密恰當(dāng),避免出現(xiàn)有的地方畫的很密,有的地方卻空出一大塊??傊?,要清楚明了,輕易看懂,美觀協(xié)調(diào)。

(4)電路圖中的中大規(guī)模集成電路,通常用框形表示。在框中標(biāo)出它的型號(hào),框的邊線兩側(cè)標(biāo)出每根連線的功能名稱和管腳號(hào)。除中大規(guī)模器件外,其余元器件的符號(hào)應(yīng)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化。集成電路器件的管腳較多,多余的管腳應(yīng)當(dāng)做適當(dāng)處理。

(5)假如電路比較復(fù)雜,設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)不足,有些題目在畫出總體電路之前難以解決,可以先畫出總電路的草圖,調(diào)整好布局和連線之后,再畫出正式的總電路圖。

(6)最好在坐標(biāo)紙上畫電路圖,可以畫的既好又快。

設(shè)計(jì)的電路是否能滿足設(shè)計(jì)要求,還必須通過組裝、調(diào)試進(jìn)行驗(yàn)證。最后,繪出的完整電路圖還要通過裝配成品后,再整理而成。

此外,圖中的個(gè)別參數(shù)值可能需要在實(shí)驗(yàn)時(shí)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,碰到題目時(shí)應(yīng)善于理論聯(lián)系實(shí)際,深進(jìn)思考,分析原因,找出解決題目的辦法。經(jīng)過測試,性能指標(biāo)全部到達(dá)要求后,方可使用。

綜上所述,我們通過一系列的分析和設(shè)計(jì)、調(diào)試等過程,即可設(shè)計(jì)出我們所需要的電子電路.

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