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電子電路設(shè)計的一般性步驟總結(jié)

作者: 時間:2016-12-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  一、 電子電路的設(shè)計基本步驟:

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201612/328047.htm

  1、 明確設(shè)計任務(wù)要求:

  充分了解設(shè)計任務(wù)的具體要求如性能指標(biāo)、內(nèi)容及要求,明確設(shè)計任務(wù)。

  2、 方案選擇:

  根據(jù)掌握的知識和資料,針對設(shè)計提出的任務(wù)、要求和條件,設(shè)計合理、可靠、經(jīng)濟(jì)、可行的設(shè)計框架,對其優(yōu)缺點進(jìn)行分析,做到心中有數(shù)。

  3、 根據(jù)設(shè)計框架進(jìn)行電路單元設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇:

  具體設(shè)計時可以模仿成熟的電路進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新,注意信號之間的關(guān)系和限制;接著根據(jù)電路工作原理和分析方法,進(jìn)行參數(shù)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(shù)應(yīng)滿足電路指標(biāo)要求,元器件的極限參數(shù)必須留有足夠的裕量,一般應(yīng)大于額定值的1.5倍,電阻和電容的參數(shù)應(yīng)選擇計算值附近的標(biāo)稱值。

  4、 電路原理圖的繪制:

  電路原理圖是組裝、焊接、調(diào)試和檢修的依據(jù),繪制電路圖時布局必須合理、排列均勻、清晰、便于看圖、有利于讀圖;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(wù)單元電路,反饋通路的信號流向則與此相反;圖形符號和標(biāo)準(zhǔn),并加適當(dāng)?shù)臉?biāo)注;連線應(yīng)為直線,并且交叉和折彎應(yīng)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

  電路組裝通常采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(rèn)清方向,找準(zhǔn)第一腳,不要倒插,所有IC的插入方向一般應(yīng)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(jù)電路圖確定器件的位置,并按信號的流向依次將元器件順序連接;

  3. 導(dǎo)線的選用與連接:

  導(dǎo)線直徑應(yīng)與過孔(或插孔)相當(dāng),過大過細(xì)均不好;為檢查電路方便,要根據(jù)不同用途,選擇不同顏色的導(dǎo)線,一般習(xí)慣是正電源用紅線,負(fù)電源用藍(lán)線,地線用黑線,信號線用其它顏色的線;連接用的導(dǎo)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,盡量做到橫平豎直,便于查線和更換器件,但高頻電路部分的連線應(yīng)盡量短;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(yīng)預(yù)留測試空間和接線柱,以方便測量調(diào)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,便于檢查和排隊故障。

  三、 電子電路調(diào)試

  實驗和調(diào)試常用的儀器有:萬用表、穩(wěn)壓電源、示波器、信號發(fā)生器等。調(diào)試的主要步驟。

  1. 調(diào)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,二極管、三極管、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(jīng)過上述檢查,確認(rèn)無誤后,可轉(zhuǎn)入靜態(tài)檢測與調(diào)試。

  2. 靜態(tài)檢測與調(diào)試

  斷開信號源,把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源接入電路,用萬用表電壓檔監(jiān)測電源電壓,觀察有無異?,F(xiàn)象:如冒煙、異常氣味、手摸元器件發(fā)燙,電源短路等,如發(fā)現(xiàn)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(guān)鍵點直流電壓,如靜態(tài)工作點、數(shù)字電路各輸入端和輸出端的高、低電平值及邏輯關(guān)系、放大電路輸入、輸出端直流電壓等是否在正常工作狀態(tài)下,如不符,則調(diào)整電路元器件參數(shù)、更換元器件等,使電路最終工作在合適的工作狀態(tài);

  對于放大電路還要用示波器觀察是否有自激發(fā)生。

  3. 動態(tài)檢測與調(diào)試

  動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,調(diào)試的方法地在電路的輸入端加上所需的信號源,并循著信號的注射逐級檢測各有關(guān)點的波形、參數(shù)和性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求,如必要,要對電路參數(shù)作進(jìn)一步調(diào)整。發(fā)現(xiàn)問題,要設(shè)法找出原因,排除故障,繼續(xù)進(jìn)行。(詳見檢查故障的一般方法)

  4. 調(diào)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,盡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(shè)法隔離連接線分布電容的影響,例如用示波器測量時應(yīng)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(yuǎn)大于被測處的等效阻抗。

  (4)測量儀器的帶寬必須大于被測量電路的帶寬。

  (5)正確選擇測量點和測量

  (6)認(rèn)真觀察記錄實驗過程,包括條件、現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、波形、相位等。

  (7)出現(xiàn)故障時要認(rèn)真查找原因。

  四、 電子電路故障檢查的一般方法

  對于新設(shè)計組裝的電路來說,常見的故障原因有:

  (1)實驗電路與設(shè)計的原理圖不符;元件使用不當(dāng)或損壞;

  (2)設(shè)計的電路本身就存在某些嚴(yán)重缺點,不能滿足技術(shù)要求,連線發(fā)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(dāng);

  (6)接地處理不當(dāng);

  (7)相互干擾引起的故障等。

  檢查故障的一般方法有:直接觀察法、靜態(tài)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(diào)試前的直觀檢查和靜態(tài)檢查相似,只是更有目標(biāo)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,用示波器由前級到后級逐級觀察波形及幅值,如哪一級異常,則故障就在該級;對于各種復(fù)雜的電路,也可將各單元電路前后級斷開,分別在各單元輸入端加入適當(dāng)信號,檢查輸出端的輸出是否滿足設(shè)計要求。

  3. 對比法:將存在問題的電路參數(shù)與工作狀態(tài)和相同的正常電路中的參數(shù)(或理論分析和仿真分析的電流、電壓、波形等參數(shù))進(jìn)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(xiàn),可采用加速暴露法,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(wěn)定性差等等。

  五、 電子計性實驗報告

  設(shè)計性實驗報告主要包括以下幾點:

  1. 課題名稱

  2. 內(nèi)容摘要

  3. 設(shè)計內(nèi)容及要求

  4. 比較和選擇的設(shè)計方案

  5. 單元計、參數(shù)計算和器件選擇

  6. 畫出完整的電路圖。并說明電路的工作原理

  7. 組裝調(diào)試的內(nèi)容,如使用的主要儀器和儀表、調(diào)試電路的方法和技巧、測試的數(shù)據(jù)和波形并與計算結(jié)果進(jìn)行比較分析、調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法

  8. 總結(jié)設(shè)計電路的特點和方案的優(yōu)缺點,指出課題的核心及實用價值,提出改進(jìn)意見和展望

  9. 列出元器件清單

  10. 列出參考文獻(xiàn)

  11. 收獲、體會

  實際撰寫時可根據(jù)具有情況作適當(dāng)調(diào)整。

  六、 電子電路干擾的抑制

  1. 干擾源

  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干擾源,有的產(chǎn)生于電子電路內(nèi)部,有的產(chǎn)生于外部。外部的干擾主要有:高頻電器產(chǎn)生的高頻干擾、電源產(chǎn)生的工頻干擾、無線電波的干擾;內(nèi)部的干擾主要有:交流聲、不同信號之間的互相感應(yīng)、調(diào)制,寄生振蕩、熱噪聲、因阻抗不匹配產(chǎn)生的波形畸變或振蕩。

  2. 降低內(nèi)部干擾的措施

  (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干擾問題,原則之一是各部件之間的引線要盡量短。在布局上,要把模擬信號部分,高速數(shù)字電路部分,噪聲源部分(如繼電器,大電流開關(guān)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(shè)計:根據(jù)印制線路板電流的大小,盡量加租電源線寬度,減少環(huán)路電阻。 同時、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致,這樣有助于增強抗噪聲能力。

  (3) 地線設(shè)計:在電子設(shè)備中,接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用,可解決大部分干擾問題(詳細(xì)方法見下節(jié)接地)。

  (4) 退藕電容配置線路板設(shè)計的常規(guī)做法之一是在線路板的各個關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)耐伺弘娙荨M伺弘娙莸囊话闩渲迷瓌t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芯片都應(yīng)布置一個0.01pF的瓷片電容,如遇印制板空隙 不夠,可每4~8個芯片布置一個1 ~ 10pF的但電容。

  對于抗噪能力弱、關(guān)斷時電源變化大的器件,如 RAM、ROM存儲器件,應(yīng)在芯片 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(yīng)注意以下兩點:

  在印制板中有接觸器、繼電器、 按鈕等元件時。操作它們時均會產(chǎn)生較大火花放電,必須采用附圖所示的 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(yīng),因此在使用時對不用端要接地或接正電源。

  3. 降低外部干擾的措施有:

  (1) 遠(yuǎn)離干擾源或進(jìn)行屏蔽處理;

  (2) 運用濾波器降低外界干擾。

  七、 接地

接地分安全接地、


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