淺談電子技術(shù)中單元電路的設(shè)計(jì)

◆李妙長

(福建省寧德技師學(xué)院)

淺談電子技術(shù)中單元電路的設(shè)計(jì)

◆李妙長

(福建省寧德技師學(xué)院)

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。

電子電路 單元電路 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來說是與門，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電壓變壓器，再通過整流網(wǎng)絡(luò)，然后經(jīng)過濾波網(wǎng)絡(luò)最后經(jīng)過穩(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)過這樣設(shè)計(jì)的線路，具有過流及短路保護(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)于整流出來的直流電是很少用來直接帶動(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題。

對(duì)于電氣性能相互匹配的問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

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)。

[1]鄧木生.電子技能訓(xùn)練[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]高吉祥.基本技能訓(xùn)練與單元電路設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社，2007.