電子電路設計的基礎知識全面解析

2020-12-26 電子產品世界

  一、 電子電路的設計基本步驟:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/283149.htm

  1、 明確設計任務要求:

  充分了解設計任務的具體要求如性能指標、內容及要求,明確設計任務。

  2、 方案選擇:

  根據掌握的知識和資料,針對設計提出的任務、要求和條件,設計合理、可靠、經濟、可行的設計框架,對其優缺點進行分析,做到心中有數。

  3、 根據設計框架進行電路單元設計、參數計算和器件選擇:

  具體設計時可以模仿成熟的電路進行改進和創新,注意信號之間的關係和限制;接著根據電路工作原理和分析方法,進行參數的估計與計算;器件選擇時,元器件的工作、電壓、頻率和功耗等參數應滿足電路指標要求,元器件的極限參數必須留有足夠的裕量,一般應大於額定值的1.5倍,電阻和電容的參數應選擇計算值附近的標稱值。

  4、 電路原理圖的繪製:

  電路原理圖是組裝、焊接、調試和檢修的依據,繪製電路圖時布局必須合理、排列均勻、清晰、便於看圖、有利於讀圖;信號的流向一般從輸入端或信號源畫起,由左至右或由上至下按信號的流向依次畫出務單元電路,反饋通路的信號流向則與此相反;圖形符號和標準,並加適當的標註;連線應為直線,並且交叉和折彎應最少,互相連通的交叉處用圓點表示,地線用接地符號表示。

  二、 電子電路的組裝

  電路組裝通常採用通用印刷電路板焊接和實驗箱上插接兩種方式,不管哪種方式,都要注意:

  1.集成電路:

  認清方向,找準第一腳,不要倒插,所有IC的插入方向一般應保持一致,管腳不能彎曲折斷;

  2. 元器件的裝插:

  去除元件管腳上的氧化層,根據電路圖確定器件的位置,並按信號的流向依次將元器件順序連接;

  3. 導線的選用與連接:

  導線直徑應與過孔(或插孔)相當,過大過細均不好;為檢查電路方便,要根據不同用途,選擇不同顏色的導線,一般習慣是正電源用紅線,負電源用藍線,地線用黑線,信號線用其它顏色的線;連接用的導線要求緊貼板上,焊接或接觸良好,連接線不允許跨越IC或其他器件,儘量做到橫平豎直,便於查線和更換器件,但高頻電路部分的連線應儘量短;電路之間要有公共地。

  4. 在電路的輸入、輸出端和其測試端應預留測試空間和接線柱,以方便測量調試;

  5. 布局合理和組裝正確的電路,不僅電路整齊美觀,而且能提高電路工作的可靠性,便於檢查和排隊故障。

  三、 電子電路調試

  實驗和調試常用的儀器有:萬用表、穩壓電源、示波器、信號發生器等。調試的主要步驟。

  1. 調試前不加電源的檢查

  對照電路圖和實際線路檢查連線是否正確,包括錯接、少接、多接等;用萬用表電阻檔檢查焊接和接插是否良好;元器件引腳之間有無短路,連接處有無接觸不良,二極體、三極體、集成電路和電解電容的極性是否正確;電源供電包括極性、信號源連線是否正確;電源端對地是否存在短路(用萬用表測量電阻)。

  若電路經過上述檢查,確認無誤後,可轉入靜態檢測與調試。

  2. 靜態檢測與調試

  斷開信號源,把經過準確測量的電源接入電路,用萬用表電壓檔監測電源電壓,觀察有無異常現象:如冒煙、異常氣味、手摸元器件發燙,電源短路等,如發現異常情況,立即切斷電源,排除故障;

  如無異常情況,分別測量各關鍵點直流電壓,如靜態工作點、數字電路各輸入端和輸出端的高、低電平值及邏輯關係、放大電路輸入、輸出端直流電壓等是否在正常工作狀態下,如不符,則調整電路元器件參數、更換元器件等,使電路最終工作在合適的工作狀態;

  對於放大電路還要用示波器觀察是否有自激發生。

  3. 動態檢測與調試

  動態調試是在靜態調試的基礎上進行的,調試的方法地在電路的輸入端加上所需的信號源,並循著信號的注射逐級檢測各有關點的波形、參數和性能指標是否滿足設計要求,如必要,要對電路參數作進一步調整。發現問題,要設法找出原因,排除故障,繼續進行。(詳見檢查故障的一般方法)

  4. 調試注意事項

  (1)正確使用測量儀器的接地端,儀器的接地端與電路的接地端要可靠連接;

  (2)在信號較弱的輸入端,儘可能使用屏蔽線連線,屏蔽線的外屏蔽層要接到公共地線上,在頻率較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示波器探頭連接,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大於被測處的等效阻抗。

  (4)測量儀器的帶寬必須大於被測量電路的帶寬。

  (5)正確選擇測量點和測量

  (6)認真觀察記錄實驗過程,包括條件、現象、數據、波形、相位等。

  (7)出現故障時要認真查找原因。

  四、 電子電路故障檢查的一般方法

  對於新設計組裝的電路來說,常見的故障原因有:

  (1)實驗電路與設計的原理圖不符;元件使用不當或損壞;

  (2)設計的電路本身就存在某些嚴重缺點,不能滿足技術要求,連線發生短路和開路;

  (3)焊點虛焊,接插件接觸不良,可變電阻器等接觸不良;

  (4)電源電壓不合要求,性能差;

  (5)儀器作用不當;

  (6)接地處理不當;

  (7)相互幹擾引起的故障等。

  檢查故障的一般方法有:直接觀察法、靜態檢查法、信號尋跡法、對比法、部件替換法旁路法、短路法、斷路法、暴露法等,下面主要介紹以下幾種:

  1. 直接觀察法和信號檢查法:與前面介紹的調試前的直觀檢查和靜態檢查相似,只是更有目標針對性。

  2. 信號尋跡法:在輸入端直接輸入一定幅值、頻率的信號,用示波器由前級到後級逐級觀察波形及幅值,如哪一級異常,則故障就在該級;對於各種複雜的電路,也可將各單元電路前後級斷開,分別在各單元輸入端加入適當信號,檢查輸出端的輸出是否滿足設計要求。

  3. 對比法:將存在問題的電路參數與工作狀態和相同的正常電路中的參數(或理論分析和仿真分析的電流、電壓、波形等參數)進行比對,判斷故障點,找出原因。

  4. 部件替換法:用同型號的好器件替換可能存在故障的部件。

  5. 加速暴露法:有時故障不明顯,或時有時無,或要較長時間才能出現,可採用加速暴露法,如敲擊元件或電路板檢查接觸不良、虛焊等,用加熱的方法檢查熱穩定性差等等。

  五、 電子電路設計性實驗報告

  設計性實驗報告主要包括以下幾點:

  1. 課題名稱

  2. 內容摘要

  3. 設計內容及要求

  4. 比較和選擇的設計方案

  5. 單元電路設計、參數計算和器件選擇

  6. 畫出完整的電路圖。並說明電路的工作原理

  7. 組裝調試的內容,如使用的主要儀器和儀表、調試電路的方法和技巧、測試的數據和波形並與計算結果進行比較分析、調試中出現的故障、原因及排除方法

  8. 總結設計電路的特點和方案的優缺點,指出課題的核心及實用價值,提出改進意見和展望

  9. 列出元器件清單

  10. 列出參考文獻

  11. 收穫、體會

  實際撰寫時可根據具有情況作適當調整。

  六、 電子電路幹擾的抑制

  1. 幹擾源

  電子電路工作時,往往在有用信號之外還存在一些令人頭痛的幹擾源,有的產生於電子電路內部,有的產生於外部。外部的幹擾主要有:高頻電器產生的高頻幹擾、電源產生的工頻幹擾、無線電波的幹擾;內部的幹擾主要有:交流聲、不同信號之間的互相感應、調製,寄生振蕩、熱噪聲、因阻抗不匹配產生的波形畸變或振蕩。

  2. 降低內部幹擾的措施

  (1) 元器件布局: 元件在印刷線路板上排列的位置要充分考慮抗電磁幹擾問題,原則之一是各部件之間的引線要儘量短。在布局上,要把模擬信號部分,高速數字電路部分,噪聲源部分(如繼電器,大電流開關等)這三部分合理地分開,使相互間的信號耦合為最小。

  (2) 電源線設計:根據印製線路板電流的大小,儘量加租電源線寬度,減少環路電阻。 同時、使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致,這樣有助於增強抗噪聲能力。

  (3) 地線設計:在電子設備中,接地是控制幹擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來使用,可解決大部分幹擾問題(詳細方法見下節接地)。

  (4) 退藕電容配置線路板設計的常規做法之一是在線路板的各個關鍵部位配置適當的退藕電容。退藕電容的一般配置原則是:

  電源輸入端跨接10 ~100uf的電解電容器。如有可能,接100uF以上的更好。

  原則上每個集成電路晶片都應布置一個0.01pF的瓷片電容,如遇印製板空隙 不夠,可每4~8個晶片布置一個1 ~ 10pF的但電容。

  對於抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件,如 RAM、ROM存儲器件,應在晶片 的電源線和地線之間直接接入退藕電容。

  電容引線不能太長,尤其是高頻旁路電容不能有引線。

  此外,還應注意以下兩點:

  在印製板中有接觸器、繼電器、 按鈕等元件時。操作它們時均會產生較大火花放電,必須採用附圖所示的 RC 電路 來吸收放電電流。一般 R 取 1 ~ 2K,C取2.2 ~ 47UF.

  CMOS的輸入阻抗很高, 且易受感應,因此在使用時對不用端要接地或接正電源。

  3. 降低外部幹擾的措施有:

  (1) 遠離幹擾源或進行屏蔽處理;

  (2) 運用濾波器降低外界幹擾。

  七、 接地

  接地分安全接地、工作接地,這裡所談的是工作接地,設計接地點就是要儘可能減少各支路電流之間的相互耦合幹擾,主要方法有:單點接地、串聯接地、平面接地。在電子設備中,接地是控制幹擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來使用,可解決大部分幹擾問題。電子設備中地線結構大致有系統地、機殼地(屏蔽地)、數字地(邏輯地)和模擬地等。在地線設計中應注意以下幾點:

  1. 正確選擇單點接地與多點接地

  在低頻電路中,信號的工作頻率小於1MHz,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環流對幹擾影響較大,因而應採用一點接地。當信號工作頻率大於10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應儘量降低地線阻抗,應採用就近多點接地。高頻電路宜採用多點串聯接地,地線應短而租,高頻元件周圍儘量用柵格狀大面積地箔。當工作頻率在1~10MHz時,如果採用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,否則應採用多點接地法。

  2.將數字電路與模擬電路分開

  電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應使它們儘量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。要儘量加大線性電路的接地面積。

  3. 儘量加粗接地線

  若接地線很細,接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設備的定時信號電平不穩,抗噪聲性能變壞。因此應將接地線儘量加粗。

  4. 將接地線構成閉環路

  設計只由數字電路組成的印製電路板的地線系統時,將接地線做成閉環路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在於:印製電路板上有很多集成電路元件,尤其遇有耗電多的元件時,因受接地線粗細的限制,會在地結上產生較大的電位差,引起抗噪聲能力下降,若將接地結構成環路,則會縮小電位差值,提高電子設備的抗噪聲能力。

 

相關焦點

  • 電子電路基礎知識
    電子電路基礎知識電路基礎知識(一)電路基礎知識(1)——電阻 導電體對電流的阻礙作用稱著電阻,用符號R表示,單位為歐姆、千歐、兆歐,分別用Ω、KΩ、MΩ表示。
  • 電子分頻or功率分頻 音箱分頻基礎解析
    1音箱分頻基礎解析    [中關村在線音頻頻道原創]音響並不是只有兩個喇叭通上電就能夠出聲那麼簡單,我們也能夠看見在音響中除了最為重要的發聲單元外,還有許多電路結構,其中分頻器就是對於音質好壞起到非常關鍵作用的一種電路裝置
  • 電子變壓器基礎知識解析
    [2]電力電子變壓器的電力電子變換器(整流、逆變器)應包括主電路和控制電路兩部分組成。對於配電系統的變壓器,為了與常規電力變壓器一致,所以將與電源側相連的電力電子變換器及與其對應的高頻變壓器的相應繞組定義為一次側;將與負荷側相連的電力電子變換器及與其對應的高頻變壓器的相應繞組定義為二次側。二者之間通過高頻變壓器相連。
  • 電路設計必備知識:數電入門經驗分享
    模電和數電是電子相關專業最重要的專業課程,做電路設計方面相關的工作,模電和數電知識是必須掌握的。如今正是科學技術的飛速發展階段,數字電子技術廣泛應用在各個領域中,絕大多數電子設備都離不開數字電子技術,小到電飯鍋、電視機、電冰箱,大到高鐵、飛機、火箭、航母等等,這門學科現在發展的很快,數字電路在電子設備中佔據著重要的位置,是系統的核心。本人為大家說說怎樣學好數電呢?數字電路0是0,1是1,條理清晰,邏輯關係明確,比模電要容易得多。
  • 基礎|電路波特圖與極點、零點介紹
    期間沒有單獨介紹基礎理論,默認諸位工程師已經掌握同相、反相等基礎放大電路,「虛短、虛斷」等放大器基礎特性,以及基爾霍夫、諾頓等電路分析基礎。但是在介紹增益帶寬積、相位裕度與增益裕度,輸入阻抗特性、輸出阻抗特性、容性負載驅動能力等參數之前,筆者考慮再三決定增加本篇內容,回顧分析這些參數的方式——波特圖。以及極點與零點在波特圖中的性質。後續相關參數的解析中將直接使用本篇內容的零點、極點的特性。
  • SMT基礎知識——電子元件識別知識
    八、場效應電晶體放大器1、場效應電晶體具有較高輸入阻抗和低噪聲等優點,因而也被廣泛應用於各種電子設備中.尤其用場效管做整個電子設備的輸入級,可以獲得一般電晶體很難達到的性能.[轉貼]電路設計基礎知識(一)電路設計基礎知識(1)——電阻導電體對電流的阻礙作用稱著電阻,用符號R表示,單位為歐姆、千歐、兆歐,分別用Ω、KΩ、MΩ表示.
  • 十二個電路基礎知識匯總,收藏一下總會用到!
    EDA365電子論壇 1 電路基礎 EDA365電子論壇 5 疊加原理 意義 在線性電路中,各處的電壓和電流是由多個電源單獨作用相疊加的結果。
  • 國民經濟支柱產業,電子信息類專業全面解讀
    當然不同學校專業名稱都有差別,例如電子信息科學與技術以及電子科學與技術就是不同學校的不同叫法。(三)培養什麼樣的人才電子類專業培養具備電子技術和信息系統的基礎知識,能從事各類電子設備和信息系統的研究、設計、製造、應用和開發的高等工程技術人才,是一個電子和信息工程方面的較寬口徑專業。
  • 電工知識:4張電路圖一一解析,由淺至深,秒懂電路圖
    大家好我是小豆有朋友問如何快速看懂電路圖,小豆今天就從零基礎開介紹電工必備的電路圖,首先我們看圖中這是一個點動電路,也就是我們所說電力拖動。我們接著看右邊的電路這個是自鎖電路,什麼是自鎖:按下啟動按鈕電路就能夠自動保持持續通電,這種電路分為主電路和控制電路,一般用來控制電機的運轉:大家看下圖主迴路:U--V----W:三相電,QS斷路器,KM接觸器,FR熱繼電器。控制迴路:L火線,SB1常閉停止按鈕,SB2常開啟動按鈕,KM接觸器輔助常開觸點,FR熱繼電器常閉觸點,KM線圈。
  • 電路知識基礎入門
    電路知識基礎入門 陳翠 發表於 2019-05-19 10:12:59
  • 電路圖一般分為電氣圖和電子電路圖,教你如何看懂電路圖
    電氣控制原理圖分析主電路:無論線路設計還是線路分析都是先從主電路入手。主電路的作用是保證工具機拖動要求的實現。從主電路的構成可分析出電動機或執行電器的類型、工作方式,起動、轉向、調速、制動等控制要求與保護要求等內容。
  • 運算放大器電路設計知識你注意到了嗎
    以下為運放電路設計中容易出現的問題和合適的解決方案,希望對大家有所啟發,共同提高!本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201612/326761.htm  偏置電流如何補償  對於我們常用的反相運算放大器,其典型電路如下:
  • CAN總線學習筆記五:SJA1000硬體電路設計
    接著我們看SJA1000的這些管腳在實際電路中是怎麼進行連接的,因為只談SJA1000的硬體電路設計,所以就截一張PIAE提供的電路原理圖裡關於SJA1000的部分。     下面我們要具體解析這個電路圖。  AD0-AD7是地址/數據復用總線。因為這個電路是把SJA1000做外部RAM擴展了,所以它的電路連接也勢必要符合外部RAM的連接要求。
  • 國外電子音樂製作專業全面解析
    專業介紹音樂技術專業注重音樂和計算機技術的結合,專門培養學生將音樂知識與技能應用到作曲,錄音,合成,音視頻製作,電影與多媒體,軟體與多媒體的發展中。專業包括音樂理論,音樂史,作曲,聲學,錄音技術,計算機作曲,電子音樂合成,音樂商務和法律等相關的知識。
  • 自製12vled燈電路圖(五款設計電路圖分享)
    其實節能燈是由燈管和電子鎮流器組成,而大部分廢節能燈只是燈管的燈絲燒斷,電子鎮流器是好的,只要稍作改動,就可以改制成電子變壓器,經整流濾波後可成為低壓直流電源,其輸出功率可達幾瓦到十幾瓦,可作為LED燈、充電器、隨身聽、MP3播放器、小收音機等的直流電源。 用來改制的時候,如何判別節能燈是燈管損壞而電子鎮流器完好呢。
  • 運用場效應管代替二極體的防反接電路設計,電路設計必備知識
    二極體防反接其電路設計簡單,只需串聯一個二極體即可,成本也低,缺點是壓降大,即使幾十mA的小電流二極體的壓降也有0.4V~0.6V左右,使用場效應管其壓降能做到1mV以下,相差好幾個數量級。代替電源正極串聯二極體的設計方法如下圖左側為常見的電源正輸入端正向串聯一個二極體用於防止電源反接,這是利用二極體的單向導通特性(正嚮導通,反向截止)。圖右側為相應的場效應管防反接電路設計,採用P溝道的場效應管(P-MOS管)代替二極體。
  • 非常經典的數字IC設計書籍,大師必備!
    由於他在微電子器件及在人才培養方面的貢獻,先後被選為臺灣中央研究院院士和美國國家工程院院士;1991年施敏博士得到IEEE電子器件的最高榮譽獎(Ebers獎),稱他在電子元件領域做出了基礎性及前瞻性貢獻。
  • 集成電路設計與集成系統專業怎麼樣?在電子信息類專業中前景如何
    培養目標集成電路設計與集成系統專業培養掌握集成電路基本理論、集成電路設計基本方法,掌握集成電路設計的EDA工具,熟悉電路、計算機、信號處理、通信等相關系統知識,從事集成電路及各類電子信息系統的研究、設計、教學、開發及應用,具有一定創新能力的高級技術人才。
  • 基於Arduino的電子音樂發聲器設計
    引言  Arduino 是一個基於開放原始代碼的Simple I/O平臺,由硬體(MCU及外圍電路)和軟體(編程接口和語言)兩部分組成。它基於單片機系統開發,具有使用簡單,功能多樣,價格低廉等優點,廣泛應用於電子系統設計和互動產品開發方面。
  • 《信號完整性基礎知識》中興教材
    數字電路在具有邏輯電路功能的同時,也具有豐富的模擬特性,電路設計工程師需要通過精確測定、或估算各種噪聲的幅度及其時域變化,將電路抗幹擾能力精確分配給各種噪聲,經過精心設計和權衡,控制總噪聲不超過電路的抗幹擾能力,保證產品性能的可靠實現。