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电子电路设计的基础知识解析
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2017-12-08
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一、 电子电路的设计基本步骤：
1、 明确设计任务要求：
充分了解设计任务的具体要求如性能指标、内容及要求，明确设计任务。
2、 方案选择：
根据掌握的知识和资料，针对设计提出的任务、要求和条件，设计合理、可靠、经济、可行的设计框架，对其优缺点进行分析，做到心中有数。
3、 根据设计框架进行电路单元设计、参数计算和器件选择：
具体设计时可以模仿成熟的电路进行改进和创新，注意信号之间的关系和限制;接着根据电路工作原理和分析方法，进行参数的估计与计算;器件选择时，元器件的工作、电压、频率和功耗等参数应满足电路指标要求，元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般应大于额定值的1.5倍，电阻和电容的参数应选择计算值附近的标称值。
4、 电路原理图的绘制：
电路原理图是组装、焊接、调试和检修的依据，绘制电路图时布局必须合理、排列均匀、清晰、便于看图、有利于读图;信号的流向一般从输入端或信号源画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出务单元电路，反馈通路的信号流向则与此相反;图形符号和标准，并加适当的标注;连线应为直线，并且交叉和折弯应最少，互相连通的交叉处用圆点表示，地线用接地符号表示。
二、 电子电路的组装
电路组装通常采用通用印刷电路板焊接和实验箱上插接两种方式，不管哪种方式，都要注意：
1. 集成电路：
认清方向，找准第一脚，不要倒插，所有IC的插入方向一般应保持一致，管脚不能弯曲折断;
2. 元器件的装插：
去除元件管脚上的氧化层，根据电路图确定器件的位置，并按信号的流向依次将元器件顺序连接;
3. 导线的选用与连接：
导线直径应与过孔（或插孔）相当，过大过细均不好;为检查电路方便，要根据不同用途，选择不同颜色的导线，一般习惯是正电源用红线，负电源用蓝线，地线用黑线，信号线用其它颜色的线;连接用的导线要求紧贴板上，焊接或接触良好，连接线不允许跨越IC或其他器件，尽量做到横平竖直，便于查线和更换器件，但高频电路部分的连线应尽量短;电路之间要有公共地。
4. 在电路的输入、输出端和其测试端应预留测试空间和接线柱，以方便测量调试;
5. 布局合理和组装正确的电路，不仅电路整齐美观，而且能提高电路工作的可靠性，便于检查和排队故障。
三、 电子电路调试
实验和调试常用的仪器有：万用表、稳压电源、示波器、信号发生器等。调试的主要步骤。
1. 调试前不加电源的检查
对照电路图和实际线路检查连线是否正确，包括错接、少接、多接等;用万用表电阻档检查焊接和接插是否良好;元器件引脚之间有无短路，连接处有无接触不良，二极管、三极管、集成电路和电解电容的极性是否正确;电源供电包括极性、信号源连线是否正确;电源端对地是否存在短路（用万用表测量电阻）。
若电路经过上述检查，确认无误后，可转入静态检测与调试。
2. 静态检测与调试
断开信号源，把经过准确测量的电源接入电路，用万用表电压档监测电源电压，观察有无异常现象：如冒烟、异常气味、手摸元器件发烫，电源短路等，如发现异常情况，立即切断电源，排除故障;
如无异常情况，分别测量各关键点直流电压，如静态工作点、数字电路各输入端和输出端的高、低电平值及逻辑关系、放大电路输入、输出端直流电压等是否在正常工作状态下，如不符，则调整电路元器件参数、更换元器件等，使电路最终工作在合适的工作状态;
对于放大电路还要用示波器观察是否有自激发生。
3. 动态检测与调试
动态调试是在静态调试的基础上进行的，调试的方法地在电路的输入端加上所需的信号源，并循着信号的注射逐级检测各有关点的波形、参数和性能指标是否满足设计要求，如必要，要对电路参数作进一步调整。发现问题，要设法找出原因，排除故障，继续进行。（详见检查故障的一般方法）
4. 调试注意事项
（1）正确使用测量仪器的接地端，仪器的接地端与电路的接地端要可靠连接;
（2）在信号较弱的输入端，尽可能使用屏蔽线连线，屏蔽线的外屏蔽层要接到公共地线上，在频率较高时要设法隔离连接线分布电容的影响，例如用示波器测量时应该使用示波器探头连接，以减少分布电容的影响。
（3）测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。
（4）测量仪器的带宽必须大于被测量电路的带宽。
（5）正确选择测量点和测量
（6）认真观察记录实验过程，包括条件、现象、数据、波形、相位等。
（7）出现故障时要认真查找原因。
四、 电子电路故障检查的一般方法
对于新设计组装的电路来说，常见的故障原因有：
（1）实验电路与设计的原理图不符;元件使用不当或损坏;
（2）设计的电路本身就存在某些严重缺点，不能满足技术要求，连线发生短路和开路;
（3）焊点虚焊，接插件接触不良，可变电阻器等接触不良;
（4）电源电压不合要求，性能差;
（5）仪器作用不当;
（6）接地处理不当;
（7）相互干扰引起的故障等。
检查故障的一般方法有：直接观察法、静态检查法、信号寻迹法、对比法、部件替换法旁路法、短路法、断路法、暴露法等，下面主要介绍以下几种：
1. 直接观察法和信号检查法：与前面介绍的调试前的直观检查和静态检查相似，只是更有目标针对性。
2. 信号寻迹法：在输入端直接输入一定幅值、频率的信号，用示波器由前级到后级逐级观察波形及幅值，如哪一级异常，则故障就在该级;对于各种复杂的电路，也可将各单元电路前后级断开，分别在各单元输入端加入适当信号，检查输出端的输出是否满足设计要求。
3. 对比法：将存在问题的电路参数与工作状态和相同的正常电路中的参数（或理论分析和仿真分析的电流、电压、波形等参数）进行比对，判断故障点，找出原因。
1、 明确设计任务要求：
充分了解设计任务的具体要求如性能指标、内容及要求，明确设计任务。
2、 方案选择：
根据掌握的知识和资料，针对设计提出的任务、要求和条件，设计合理、可靠、经济、可行的设计框架，对其优缺点进行分析，做到心中有数。
3、 根据设计框架进行电路单元设计、参数计算和器件选择：
具体设计时可以模仿成熟的电路进行改进和创新，注意信号之间的关系和限制;接着根据电路工作原理和分析方法，进行参数的估计与计算;器件选择时，元器件的工作、电压、频率和功耗等参数应满足电路指标要求，元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般应大于额定值的1.5倍，电阻和电容的参数应选择计算值附近的标称值。
4、 电路原理图的绘制：
电路原理图是组装、焊接、调试和检修的依据，绘制电路图时布局必须合理、排列均匀、清晰、便于看图、有利于读图;信号的流向一般从输入端或信号源画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出务单元电路，反馈通路的信号流向则与此相反;图形符号和标准，并加适当的标注;连线应为直线，并且交叉和折弯应最少，互相连通的交叉处用圆点表示，地线用接地符号表示。
二、 电子电路的组装
电路组装通常采用通用印刷电路板焊接和实验箱上插接两种方式，不管哪种方式，都要注意：
1. 集成电路：
认清方向，找准第一脚，不要倒插，所有IC的插入方向一般应保持一致，管脚不能弯曲折断;
2. 元器件的装插：
去除元件管脚上的氧化层，根据电路图确定器件的位置，并按信号的流向依次将元器件顺序连接;
3. 导线的选用与连接：
导线直径应与过孔（或插孔）相当，过大过细均不好;为检查电路方便，要根据不同用途，选择不同颜色的导线，一般习惯是正电源用红线，负电源用蓝线，地线用黑线，信号线用其它颜色的线;连接用的导线要求紧贴板上，焊接或接触良好，连接线不允许跨越IC或其他器件，尽量做到横平竖直，便于查线和更换器件，但高频电路部分的连线应尽量短;电路之间要有公共地。
4. 在电路的输入、输出端和其测试端应预留测试空间和接线柱，以方便测量调试;
5. 布局合理和组装正确的电路，不仅电路整齐美观，而且能提高电路工作的可靠性，便于检查和排队故障。
三、 电子电路调试
实验和调试常用的仪器有：万用表、稳压电源、示波器、信号发生器等。调试的主要步骤。
1. 调试前不加电源的检查
对照电路图和实际线路检查连线是否正确，包括错接、少接、多接等;用万用表电阻档检查焊接和接插是否良好;元器件引脚之间有无短路，连接处有无接触不良，二极管、三极管、集成电路和电解电容的极性是否正确;电源供电包括极性、信号源连线是否正确;电源端对地是否存在短路（用万用表测量电阻）。
若电路经过上述检查，确认无误后，可转入静态检测与调试。
2. 静态检测与调试
断开信号源，把经过准确测量的电源接入电路，用万用表电压档监测电源电压，观察有无异常现象：如冒烟、异常气味、手摸元器件发烫，电源短路等，如发现异常情况，立即切断电源，排除故障;
如无异常情况，分别测量各关键点直流电压，如静态工作点、数字电路各输入端和输出端的高、低电平值及逻辑关系、放大电路输入、输出端直流电压等是否在正常工作状态下，如不符，则调整电路元器件参数、更换元器件等，使电路最终工作在合适的工作状态;
对于放大电路还要用示波器观察是否有自激发生。
3. 动态检测与调试
动态调试是在静态调试的基础上进行的，调试的方法地在电路的输入端加上所需的信号源，并循着信号的注射逐级检测各有关点的波形、参数和性能指标是否满足设计要求，如必要，要对电路参数作进一步调整。发现问题，要设法找出原因，排除故障，继续进行。（详见检查故障的一般方法）
4. 调试注意事项
（1）正确使用测量仪器的接地端，仪器的接地端与电路的接地端要可靠连接;
（2）在信号较弱的输入端，尽可能使用屏蔽线连线，屏蔽线的外屏蔽层要接到公共地线上，在频率较高时要设法隔离连接线分布电容的影响，例如用示波器测量时应该使用示波器探头连接，以减少分布电容的影响。
（3）测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。
（4）测量仪器的带宽必须大于被测量电路的带宽。
（5）正确选择测量点和测量
（6）认真观察记录实验过程，包括条件、现象、数据、波形、相位等。
（7）出现故障时要认真查找原因。
四、 电子电路故障检查的一般方法
对于新设计组装的电路来说，常见的故障原因有：
（1）实验电路与设计的原理图不符;元件使用不当或损坏;
（2）设计的电路本身就存在某些严重缺点，不能满足技术要求，连线发生短路和开路;
（3）焊点虚焊，接插件接触不良，可变电阻器等接触不良;
（4）电源电压不合要求，性能差;
（5）仪器作用不当;
（6）接地处理不当;
（7）相互干扰引起的故障等。
检查故障的一般方法有：直接观察法、静态检查法、信号寻迹法、对比法、部件替换法旁路法、短路法、断路法、暴露法等，下面主要介绍以下几种：
1. 直接观察法和信号检查法：与前面介绍的调试前的直观检查和静态检查相似，只是更有目标针对性。
2. 信号寻迹法：在输入端直接输入一定幅值、频率的信号，用示波器由前级到后级逐级观察波形及幅值，如哪一级异常，则故障就在该级;对于各种复杂的电路，也可将各单元电路前后级断开，分别在各单元输入端加入适当信号，检查输出端的输出是否满足设计要求。
3. 对比法：将存在问题的电路参数与工作状态和相同的正常电路中的参数（或理论分析和仿真分析的电流、电压、波形等参数）进行比对，判断故障点，找出原因。
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