分析自制模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)PCB開發(fā)板的設(shè)計(jì)

吳丹

(大連電子學(xué)校，遼寧大連，116101)

0 引言

針對(duì)基礎(chǔ)課程的設(shè)置十分關(guān)鍵，模擬電子技術(shù)課程，屬于電子類專業(yè)當(dāng)中非常關(guān)鍵的一門基礎(chǔ)專業(yè)課程，能夠?yàn)閷W(xué)生的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)起到良好的幫助作用，有著承上啟下的效果，且具備的實(shí)踐性非常強(qiáng)。所以，針對(duì)教學(xué)活動(dòng)的開展，需要注重其中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，教師需要在人才培養(yǎng)當(dāng)中，始終貫穿實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，將實(shí)踐能力的培養(yǎng)進(jìn)行突出。但結(jié)合當(dāng)前的教學(xué)情況來說，目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的開展，存在的問題包括：實(shí)驗(yàn)室器材出現(xiàn)了損壞，大部分器材有所老化，而且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)也存在一些問題。但是，通過自主設(shè)計(jì)PCB 實(shí)驗(yàn)電路板，屬于開發(fā)實(shí)驗(yàn)類型，不但能夠?qū)崿F(xiàn)因材施教的目標(biāo)，還能將學(xué)生的調(diào)適能力訓(xùn)練以及測(cè)試能力訓(xùn)練加大，使學(xué)生具備的工匠精神更加嚴(yán)謹(jǐn)，強(qiáng)化創(chuàng)新思維，對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力也會(huì)加強(qiáng)。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 PCB 板整體設(shè)計(jì)選擇

首先，需要將PCB 板進(jìn)行劃分，使其成為不同的開發(fā)板，利用這樣的模式，對(duì)于學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練會(huì)更有幫助。此外，由于生源具備多樣化特征，利用若干塊小的PCB 開發(fā)板，可以將教學(xué)進(jìn)行分級(jí)。針對(duì)學(xué)習(xí)能力一般的學(xué)生，可以通過基本任務(wù)版的裝調(diào)，幫助其完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生完成之后會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的成就感，進(jìn)而喚起更強(qiáng)的學(xué)習(xí)探究興趣。而高級(jí)任務(wù)板，可以由學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生完成，并在此基礎(chǔ)之上，將基本版以外的擴(kuò)展板實(shí)驗(yàn)完成，以便對(duì)綜合電路當(dāng)中的單元電路的功能有更加深入的理解和探究[1]。

1.2 整合以及實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

針對(duì)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的有效模擬，通過分立元件實(shí)驗(yàn)，需要使用二極管以及三極管。集成元件，便是對(duì)運(yùn)放單元進(jìn)行集成，所以在實(shí)驗(yàn)開展過程中，先挑選三極管，將其構(gòu)成放大電路，應(yīng)用二極管對(duì)電路進(jìn)行整流，使其成為核心電路，并借助其他電路進(jìn)行輔助，如：共集放大電路以及差分放大電路，以便各個(gè)電路具備的功能性更強(qiáng)，有益于學(xué)生進(jìn)一步理解和掌握知識(shí)點(diǎn)。為了使學(xué)生對(duì)于電子電路知識(shí)的理解更加深入，可以在PCB 電路板頂層對(duì)電子元件進(jìn)行設(shè)置，其中底層屬于PCB 焊接線。電路板對(duì)低壓安全供電進(jìn)行了使用，使得實(shí)驗(yàn)過程更加安全。結(jié)合具體的制板工藝提出的要求和標(biāo)準(zhǔn)，需要將電路之間存在的干擾盡量減少，教師對(duì)各個(gè)電路模塊開展的設(shè)計(jì)，還需要結(jié)合院校具有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及相應(yīng)的工具，綜合開發(fā)，并對(duì)其中存在的困難以及系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾給予克服[2]。

2 PCB 板制作

本次研究當(dāng)中，對(duì)于PCB 板的制作，將分步驟實(shí)施，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為單管放大電路。

2.1 仿真測(cè)試

借助Multisim 仿真軟件，對(duì)電路實(shí)施設(shè)計(jì)，將其中的電阻值改變，并對(duì)三級(jí)管當(dāng)中的各級(jí)電壓進(jìn)行測(cè)試，明確實(shí)際工作情況，對(duì)基級(jí)偏置電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，將mV 級(jí)正弦交流小信號(hào)進(jìn)行輸入，輸出端會(huì)有獲取到最大不失真波形[3]。之后，對(duì)該階段每一點(diǎn)的電壓、輸入以及輸出的電流值進(jìn)行測(cè)試。在不對(duì)參數(shù)有任何改變的前提下，把電阻、電容、輸入信號(hào)以及輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過虛擬設(shè)備函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器，對(duì)輸入以及輸出波形進(jìn)行觀測(cè)，一直調(diào)節(jié)測(cè)試到正常狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)仿真設(shè)計(jì)電路和測(cè)試工作的完成給予保障。

2.2 設(shè)計(jì)原理圖

對(duì)于原理圖開展的設(shè)計(jì)工作，需要對(duì)Atium Designer 15 進(jìn)行應(yīng)用，便可設(shè)計(jì)出單管放大電路原理圖。在具體設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)闀?huì)對(duì)輸人端、電源端等進(jìn)行接插，并且會(huì)反復(fù)進(jìn)行，所以要對(duì)這一情況綜合考慮，由于有較高的利用率，所以在設(shè)計(jì)當(dāng)中，要設(shè)計(jì)較多的接口。

設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)內(nèi)容為：左側(cè)為入口，右側(cè)為輸出，上面為正極，下面為負(fù)極。輸入端設(shè)計(jì)了3 個(gè)接口，輸出端設(shè)計(jì)的接口也為3 個(gè)。在電源端，對(duì)2 個(gè)接口進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在公共地端，對(duì)5 個(gè)接口進(jìn)行了設(shè)計(jì)。此外，對(duì)于開關(guān)的設(shè)置也比計(jì)較多，這對(duì)于等級(jí)試驗(yàn)的開展，提供了更多的便利[4]。

（1）單刀雙擲開關(guān)S1 的設(shè)置，最重要的功能便是對(duì)有無內(nèi)阻Ri:2 和1 之間的連接進(jìn)行切換，之后與1KΩ 的輸入電阻做好連接；2和3之間的連接，并不會(huì)經(jīng)過相應(yīng)的輸入電阻，可把輸入信號(hào)直接傳送給輸人端。

（2）單刀雙擲開關(guān)S2 的設(shè)置，最重要的功能便是對(duì)有無電流串聯(lián)負(fù)反饋:2 和1 之間的連接進(jìn)行切換，之后與100Ω的電流串聯(lián)負(fù)反饋電阻做好連接；2 和3 之間的連接，并不會(huì)產(chǎn)生任何的負(fù)反饋，其中，RE 屬于1100Ω 電阻。

（3）單刀雙擲開關(guān)S3 的設(shè)置，最重要的功能便是對(duì)有無電壓并聯(lián)負(fù)反饋:2 和1 之間的連接進(jìn)行切換，之后與10KΩ的電壓并聯(lián)負(fù)反饋電阻做好連接；2 和3 之間的連接，并不會(huì)產(chǎn)生任何的負(fù)反饋[5]。

（4）單刀雙擲開關(guān)S4 的設(shè)置，最重要的功能便是將是否進(jìn)行負(fù)載的測(cè)試選擇：2 接3 輸出。具體來說便是開展相應(yīng)的待載測(cè)試，其中3.3KΩ 便是負(fù)載電阻；2 接1，便是對(duì)空載測(cè)試的開展，其中，RL=∞。

其中三極管屬于非常關(guān)鍵的核心元件，可應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常使用的三極管型號(hào)，例如NPN 型三極管S9013；電位器的挑選，為使用最普遍的三端可調(diào)電位器，而電容的挑選，使用了實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中經(jīng)常使用的電解電容。電位器在這一階段產(chǎn)生的突出作用便是，將最理想的靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)出來，從而對(duì)最大不失真輸出效果給予保障。為了使靜態(tài)工作點(diǎn)具備的穩(wěn)定性更加突出，可對(duì)分壓偏置式共射放大電路進(jìn)行使用，從而對(duì)單管共射放大電路當(dāng)中的基本單元進(jìn)行有效構(gòu)建。

3 設(shè)計(jì)PCB 板

在設(shè)計(jì)原理圖的工作內(nèi)容完成之后，需要對(duì)PCB 文件進(jìn)行構(gòu)建。本次對(duì)于PCB 板尺寸的規(guī)劃設(shè)計(jì)，具體為：60mm×35mm，將工程信息正式導(dǎo)入之后，有效果生成，便可以開始執(zhí)行工作。完成布局任務(wù)，需要對(duì)布線開展設(shè)置，在規(guī)劃布線設(shè)置內(nèi)容當(dāng)中，為了對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)開展提供更多的便利，可以設(shè)計(jì)單面板PCB，將元器件插接在元件面當(dāng)中，將電路在界面當(dāng)中進(jìn)行連接。此外，所有的元件都對(duì)THT 型插接型元器件進(jìn)行了應(yīng)用，這是因?yàn)闀?huì)使實(shí)驗(yàn)操作更加方便[6]。

在實(shí)驗(yàn)開展過程中會(huì)有相應(yīng)的干擾，為了將實(shí)驗(yàn)抗干擾性增強(qiáng)，針對(duì)焊盤設(shè)計(jì)了補(bǔ)淚滴，并且敷銅的設(shè)計(jì)也有所改變，使其構(gòu)成了底層接地敷銅。

在對(duì)S9013 進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，當(dāng)其型號(hào)面向?qū)W生，從左側(cè)一直到右側(cè)，具體為：e 級(jí)，b 級(jí)以及c 級(jí)。封裝內(nèi)容的完成，要結(jié)合實(shí)物開展，焊盤號(hào)一定要對(duì)應(yīng)好元件管腳號(hào)，以便能夠?qū)﹄娐愤B接關(guān)系的精準(zhǔn)性給予保障。此外，還需要對(duì)輸入、輸出端、電源以及接地端進(jìn)行標(biāo)注，為了使后期開展的檢修工作更加便捷，還需要標(biāo)注好各個(gè)元件的編號(hào)以及正極。此外，還要利用絲印層標(biāo)注好管腳號(hào)。其中需要注意的內(nèi)容為，在PCB板當(dāng)中，標(biāo)注之后的顏色顯示為白色。

對(duì)于單管放大電路實(shí)驗(yàn)的開展，最基礎(chǔ)的一項(xiàng)任務(wù)內(nèi)容便是，將分壓偏置式共射放大電路進(jìn)行裝調(diào)。其中設(shè)置的分級(jí)任務(wù)具體為：其一，對(duì)偏置式共射放大電路進(jìn)行固定；其二，對(duì)該放大電路進(jìn)行分壓；其三，對(duì)該放大電路進(jìn)行負(fù)反饋。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中對(duì)于PCB 板的使用，由于會(huì)設(shè)置非常多的接口，在對(duì)多個(gè)接口進(jìn)行考量和分析之后，在輸入端、輸出端以及電源接入端，對(duì)較多的插針進(jìn)行了應(yīng)用，大概各端口會(huì)對(duì)5 個(gè)插針進(jìn)行應(yīng)用，并對(duì)一定數(shù)量的接口進(jìn)行了預(yù)留，這樣能夠?qū)⒅貜?fù)性接口出現(xiàn)的容易損壞問題進(jìn)行解決。針對(duì)元件管腳街口，對(duì)單排母座進(jìn)行了應(yīng)用，金屬接口對(duì)多次插接提供了便利，使得反復(fù)使用率有非常大的提升。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于前期設(shè)計(jì)內(nèi)容的開展，還需要后續(xù)對(duì)其不斷的改善和總結(jié)，以便加以修改。針對(duì)后期設(shè)計(jì)內(nèi)容的實(shí)施，為使實(shí)驗(yàn)搭建更加便捷，會(huì)將4 個(gè)安裝孔設(shè)計(jì)在4 個(gè)頂點(diǎn)當(dāng)中，并通過螺絲加以固定，這樣立在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，對(duì)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練以及技能培養(yǎng)會(huì)更有幫助。在設(shè)計(jì)過程中，選擇相應(yīng)實(shí)物封裝以及設(shè)計(jì)PCB 板，是需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容之一，將相對(duì)應(yīng)的問題加以解決，是設(shè)計(jì)PCB 以及制作的重點(diǎn)內(nèi)容。其中，對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)PCB 實(shí)驗(yàn)提供更多的方便，也是最根本的出發(fā)點(diǎn)，需要對(duì)各接口可能會(huì)產(chǎn)生的折損率充分考量，做好全面試用，以便可以使之后的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)得到完善和提升。