電子電路課程設計

1、電子電路課程設計指導書（2008年修訂）電氣教研室2008年四月第一章 電子電路課程設計綜述11 課程設計的目的和要求一、電子電路課程設計的目的電子電路課程設計是建立在已學的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)課程以后，綜合運用這兩門課程所學的理論知識，實際的進行一次課題的設計、安裝和調(diào)試，其目的有以下幾個方面：1 通過對電子技術(shù)的綜合運用，使學到的理論知識相互融泄貫通，在認識上產(chǎn)生一個飛躍。課程設計和平時作業(yè)題是有區(qū)別的，作業(yè)題是為了加深對課堂所講知識的理解，它內(nèi)容較窄、訓練第一，且是經(jīng)過抽象加工后給出的理想化的條件，因而有唯一答案，而課程設計是實際的電路裝置，它涉及的知識面廣，需要綜合運用所學的知識

2、，它一般沒有固定的答案、需要從實際出發(fā)、通過調(diào)查研究，查尋資料、方案比較及設計、計算等環(huán)節(jié)，才能得到一個較理想的設計方案，更重要的是，它不光是停留在理論設計和書面答案上，而要做出符合設計要求的實際電路。所以說，課程設計是一門知識的應用、綜合、智力開發(fā)創(chuàng)新、工程技能訓練、理論性和實際性極強的課程。2初步掌握一般電子電路設計的方法，使學生得到一些工程設計的初步訓練，并為以后的畢業(yè)設計奠定良好基礎。3培養(yǎng)同學自學能力，獨立分析問題、解決問題的能力。對設計中遇到的問題，通過獨立思考、查找工具書、參考文獻、尋求正確答案；對實驗中碰到的一些問題，能通過觀察、分析、判斷、改正、再實驗、再分析等基本方法去解決

3、。4通過課程設計這一教學環(huán)節(jié)，樹立嚴肅認真，文明仔細，實事求是的科學作用，樹立生產(chǎn)觀點，經(jīng)濟觀點和全局觀點。二、課程設計的要求1要獨立完成設計任務，通過課程設計，鍛煉自己綜合運用所學知識的能力，并初步掌握電子技術(shù)設計的方法和步驟，而不是照抄照搬，尋找現(xiàn)成的設計方案。2熟悉電子線路CAD中EWB5.0軟件的使用方法。3學會查閱資料和手冊，學會選用各種電子元器件。4掌握常用的電子儀器儀表使用，如直流穩(wěn)壓電源、直流電壓、電流表、信號源、示波器等。5學會掌握安裝電子線路的基本技能和調(diào)試方法，善于在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。6能夠?qū)懗鐾暾恼n程設計總結(jié)報告。12電子電路課程設計步驟與安排一、電子電路課程

4、設計的步驟(一)方案設計1擬定系統(tǒng)方案框圖畫出系統(tǒng)框圖中每框的名稱、信號的流向，各框圖間的接口。2方案的分析和比較所擬的方案可以有多種，因此要對這些方案進行分析和比較。比較方案的標準有三：一是技術(shù)指標的比較，哪一種方案完成的技術(shù)指標最完善的；二是電路簡易的比較，哪一種方案在完成技術(shù)指標的條件下，最簡單、容易實現(xiàn)；三是經(jīng)濟指標的比較，在完成上指標的情況下，選擇價格低廉的方案。經(jīng)過比較后確定一個最佳方案。(二)單元電路的設計和計算對每一個功能框圖進行設計和計算；1選擇電路的結(jié)構(gòu)和型式；2組成電路的中心元件的選擇；3電路元件的計算、選擇如電阻元件、計算出電容的容量，然后根據(jù)標稱值選定電容的容量和耐壓

5、。4核算所設計的電路是否滿足要求。5畫出單元電路的原理電路圖。(三)總體設計1把各個單元電路聯(lián)接起來，注意各單元電路的接口、耦合等情況。畫出完整的電氣原理圖。2列出所需用元件明細表以上步驟采用計算機設計和仿真，利用EDA軟件(Workbench5.0)對所需設計的電路進行設計和調(diào)試。(四)安裝和調(diào)試在安裝之前，最好能對各個元件的質(zhì)量進行測試和檢驗，以減少調(diào)試中的故障。在安裝過程中，盡量注意安裝的技術(shù)規(guī)范化和避免損壞元件。然后是調(diào)試，包括單元電路的性能調(diào)試和整個電路的技術(shù)指標測試。在調(diào)試過程中，要善于發(fā)現(xiàn)問題，并找出解決辦法，從中摸索出調(diào)試的一般方法和規(guī)律，總結(jié)出有用的實踐經(jīng)驗。(五)總結(jié)報告課

6、程設計總結(jié)報告，包括對課程設計中產(chǎn)生的各種圖表和資料進行匯總，以及對設計過程的全面系統(tǒng)總結(jié)，把實踐經(jīng)驗上升到理論的高度。總結(jié)報告中，通常應有以下內(nèi)容：(1)設計任務和技術(shù)指標；(2)對各種設計方案的論證和電路工作原理的介紹；(3)各單元電路的設計和文件參數(shù)的計算；(4)電路原理圖和接線圖，并列出元件名細表；(5)實際電路的性能指標測試結(jié)果，畫出必要的表格和曲線；(6)安裝和調(diào)試過程中出現(xiàn)的各種問題、分析和解決辦法；(7)說明本設計的特點和存在的問題，提出改進設計的意見；(8)本次課程設計的收獲和體會。二、時間安排電工電子電路課程設計時間安排有一周和二周分 1布置任務(約占總學時15%)由教師給

7、學生布置設計任務，提出具體要求，講解課程設計的方法、思路。2設計(約占總學時50%)學生根據(jù)設計要求，查找各種必要的資料，進行方案選擇，并在計算機上用EWB5.0軟件設計出各單元電路、整體電路、計算和選擇元件參加，進行虛擬調(diào)試，最后打印出原理圖和接線圖，并將設計結(jié)果存盤。3安裝調(diào)試(若一周設計，此部分內(nèi)容不進行)(約占總學時30%)在實驗室將所設計的電路安裝、調(diào)試。4總結(jié)報告(約占總學時10%)第二章模擬電子電路設計方法第二章 模擬電子電路設計方法21 概 述一、典型模擬電子系統(tǒng)的組成模擬電子系統(tǒng)又叫模擬電子裝置，它是由一些基本功能的模擬電路單元組成而成的。通常人們所用到的擴音機、收錄機、溫度

8、控制器、電子交流毫伏表、電子示波器等，都是一些典型的模擬電子裝置。盡管它們各有不同的結(jié)構(gòu)原理和應用功能，但就其結(jié)構(gòu)部分而言，都是由一些基本功能的模擬電路單元有機組成的一個整體。 一般情況下，一個典型的模擬電子電路系統(tǒng)，都是由圖2-1所示的幾個功能框圖構(gòu)成。圖2-1 典型模擬電子系統(tǒng)的組成框圖系統(tǒng)的輸入部分一般有兩種情況：一是非電模擬物理量(如溫度、壓力、位移、固體形變、流量等)通過傳感器和檢測電路變換成模擬電信號作為輸入信號；二是直接由信號源(直流信號源或波形產(chǎn)生器作為交變電源)輸入模擬電壓或電流信號。系統(tǒng)的中間部分大多是信號的放大、處理、傳送和變換等模擬單元電路，使其輸出滿足驅(qū)動負載的要求。

9、系統(tǒng)的輸出部分為執(zhí)行機構(gòu)(執(zhí)行元件)，通稱之為負載。它的主要功能是把輸入符合要求的信號變換成其它形式的能量，以實現(xiàn)人們所期望的結(jié)果。比如揚聲器發(fā)聲、繼電器、電動機動作、示波管顯示等。系統(tǒng)的供電部分供出各種電子單元電路的直流電流和作信號變換處理有的一定頻率一定幅值的交流電源(信號源)。由于系統(tǒng)的輸入部分和輸出部分涉及其它的學科內(nèi)容，這部分的理論知識只要求“拿來我用”即可，不作重點研究。我們的重點則放在信號的放大、傳送、變換、處理等中間部分的設計，另外為保證系統(tǒng)中間部分正常工作，供電電源的設計也是我們要討論的內(nèi)容。綜上所述，模擬電子系統(tǒng)的設計，所包含的主要內(nèi)容如下：(一)模擬信號的檢測、變換及放大

10、電路(二)波形的產(chǎn)生、變換及驅(qū)動電路系統(tǒng)(三)模擬信號的運算及組合模擬運算系統(tǒng)(四)直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)(五)不同功率的可控整流和逆變系統(tǒng)等二、模擬電路設計的主要任務和基本方法模擬電路知識告訴我們，任務復雜的電路，都是由簡單的電路組合而成的，電信號的放大和變換也是由一些基本功能電路來完成的，所以要設計一個復雜的模擬電路可以分解成若干具有基本功能的電路，如：放大器、振蕩器、整流濾波穩(wěn)壓器，及各種波形變換器電路等等，然后分別對這些單元電路進行設計，使一個復雜任務變成簡單任務，利用我們學過的知識即可完成。在各種基本功能電路中，放大器應用的最普遍，也是最基本的電路形式，所以掌握放大器的設計方法是模擬電路設

11、計的基礎。另外，由于單級放大器性能往往不能滿足實際需要，因此在許多模擬系統(tǒng)中，采用多級放大電路，顯然，多級放大電路是模擬電路中的關(guān)鍵部分，它又具有典型性，是課程設計經(jīng)常要研究的內(nèi)容。隨著生產(chǎn)、工藝水平的提高，線性集成電路和各種具有專用功能的新型元器件迅速發(fā)展起來，它給電路設計工作帶來了很大的變革，許多電路系統(tǒng)已漸漸由線性集成塊直接組裝而成，因此，必須十分熟悉各種集成電路的性能和指標，注意新型器件的開發(fā)和利用，任借基本的公式和理論，以及工程實踐經(jīng)驗，適當?shù)倪x取集成元件，經(jīng)過聯(lián)機調(diào)試，即可完成系統(tǒng)設計。由于分立元件的電路目前還在大量使用，而且分立元件的設計方法比較容易為初學設計者所掌握，有助于學生

12、熟悉各種電子器件，以及電子電路設計的基本程序和方法，學會布線、焊接、組裝、調(diào)試電路基本技能。為此，本章首先選擇分立元件模擬電路的設計，幫助學生逐步掌握電路的設計方法，然后重點介紹集成運算放大器應用電路和集成穩(wěn)壓電源的設計。22 放大電路的一般設計方法一、單級放大電路的設計圖2-2 典型放大單元從已學過的電路知識可知，單級放大電路的基本要求是：放大倍數(shù)要足夠大，通頻帶要足夠?qū)?，波形失真要足夠小，電路溫度穩(wěn)定性要好，所以設計電路時，主要以上述指標為依據(jù)。例1 設計一個分壓式射阻偏置的典型放大電路(原理圖2-4示)給出的技術(shù)指標要求為：電壓放大倍數(shù)Av=100；輸入信號電壓Ui=20mV,f=1KH

13、Z;負載電阻RL=6K；工作溫度范圍045。設計方法步驟：(1)選擇半導體三極管從給出的技術(shù)要求可知，該電路工作在低頻小信號場合，工作溫度范圍又較寬，故可選擇熱穩(wěn)定性較好的低頻小功率三級管3DG6B，從手冊上查出它的主要參數(shù)是PCM=100mW,ICM=20mA，U(RB)CEO20V，對該管進行實測得=60。(2)確定電源電壓EC為保證放大輸出信號幅度的動態(tài)范圍UOM內(nèi)不會產(chǎn)生非線性失真，一般取ECU(RB)CED。由于輸入信號電壓幅值為Uim=Ui=1.4120=28.2mV則輸出信號電壓幅值為Uom=AuUim=10028.2=28.2V若取三極管館和壓降的臨界值UCES1V，則靜態(tài)集一

14、射壓降設置在U CEQUom+UCES=3.82V又由于這種典型放大單元靜點的工程(估算)條件是I1I2IB和VBUBE鍺管UB=13V硅管UB=35V一般取I1=I2=(5-10)IB和VB=(510)UBE若近似取 VEVB=4V再按 EC2Uom+VE+2UCES=23.82+4=11.6V考慮留有余量取EC=12V(標準等級電壓)。(3)計算和確定集電極電阻RC由放大電路的靜、動態(tài)分析可知，RC是決定靜態(tài)工作點和滿足電壓增益AU要求的一個關(guān)鍵元件。一般應從輸入至輸出逐步推算。先確定輸入回路的動態(tài)范圍基極信號電流的幅值為Ibm=，取若rbe=1K,則Ibm=28.2(A)為了使輸入動態(tài)信

15、號不出現(xiàn)非線性失真，即信號動態(tài)工作不進入輸入特性下面的彎曲部分，通常取最小基極電流ibmin10A則靜態(tài)基流IBIbm+iBMIN=28.2+10=38.2(A) 取IB=40A再在輸出回路進行靜態(tài)計算管子的電流放大作用有IC=IB=6040=2,4(mA)又由于 EC=ICRC+UCEQ+VE 若取UCEQ=VE=4V則RC=1.66(K) 取標稱值1.8K(4)計算確定射極電阻RERE=1.4(K) 取標稱值1.5K(5)計算確定、由I1I2=(5-10)IB,取I1=I2=5IB=540=0.2(mA)再按=20K 即為標稱值=40K 取標稱值39K或43K以上所確定的各電阻元件的阻值后

16、，還要檢驗它們的額定功率，即RC=2.42.41.80.01(W) 取W RJ1.8K電阻RE=2.42.41.50.008(W) 取W RJ1.5K電阻0.20.2400.0016(W) 取W RJ43K電阻0.20.2200.0008(W) 取W RJ20K電阻(6)確定耦合電容和射極旁路電容C1、C2和CE工程計算式分別為：C1(310)C2(310) C3(13)式中下限頻率fL20HZ,信號源內(nèi)阻RS=幾歐幾十歐，輸入電阻Rirbe,輸出電阻RORC,RE為與CE構(gòu)成回路的等效電阻，且RE=RE,RS=RSRB,RB=RB1RB2。如放大電路是用于放大低頻信號(f=20HZ200KH

17、Z)，則耦合電容和射極旁路電容的容量可不必按上式計算，可直接取經(jīng)驗近值：取標稱值C1=C2=10-20F/16VCE=50-100F/16VC1=C2=125FCE=50200F(7)校驗A由于rbe=200(1+)200+61=860=0.86KRL=RCRL=1.86=1.39K AU=96.9797100不符合指標要求必須再按上述計計算步驟得新計算，直至AU100為止。二、多級放大器的設計(一) 多級放大器的組成多級放大電路其基本構(gòu)成如圖2-3所示。圖2-3 多級放大器的組成框圖其中輸入和中間放大級稱前置級，主要用來放大微小的電壓信號；而推動級和輸出級又稱為功率級，主要用來放大大信號以獲

18、得負載要求的最大功率信號輸出。由于放大電路中引入負反饋，可以改善放大器諸多方面的性能，故在多級放大器中幾乎毫無例外地都引入了負反饋。注意：負反饋引入后使放大器的放大倍數(shù)下降，因此在設計多級放大器時總是事先將其開環(huán)放大倍數(shù)設計得足夠大，有選擇引入本級或級間負反饋后，使其放大倍數(shù)降低至系統(tǒng)指標要求的水平上。在具體設計時應合理配置好。（二）多級放大器的技術(shù)指標要求設計一個多級放大器時，總是要事先給出下列一些技術(shù)指標：1放大器的總電壓放大倍數(shù)AU（有時給出靈敏度、輸出信號輻度Uom、Iom或輸出信號功率Po和Pomax等）。2 放大器的頻率響應（亦叫通頻帶）。3 輸入、輸出電阻Ri=Ri1,Ro=Ro

19、n。4 失真系數(shù)（亦叫失真度）式中信號電壓各次諧波分量的均方根值，U1信號電壓基波分量。 5噪聲系數(shù) UN為噪聲電壓 6穩(wěn)定性 （三）多級放大器方案設計的主要任務根據(jù)給出的技術(shù)指標要求，按步驟進行下述的設計工作：1 確定放大器的級數(shù)和各級的增益分配比如給定的總放大倍數(shù)（增益）為AU，需n級放大單串接起來實現(xiàn)，設每級增益為Aui。根據(jù)多級放大的總增益一般式AU=AU1AU2Aun=（1）若每個放大級的增益是平均分配的話，則放大級的級數(shù)為 或 （2）實際放大系統(tǒng)中的增益并不是平均分配的，一般是輸入級增益安排小些。中間級增益安排大，末級電壓增益安排小，功率增益安排大?？嫉奖炯壺摲答佉耄瑧獙⑵湓鲆姹?/p>

20、規(guī)定分配的增益再增大左右；對于低頻放大器引入負反饋的主要目的是減小非線性失真，通常取反饋課度|1+AF|=10就可以了；對檢測儀表用的高增益、寬頻帶放大器來說，引入負反饋的目的主要是提高增益穩(wěn)定性和展寬通頻帶，反饋課度可取|1+AF|=幾十幾百（即較深的負反饋有），且各單級采用電流串聯(lián)和電壓并聯(lián)交替反饋方式，以避免級間反饋而引入的“自激”。多級放大器級數(shù)的確定，還可以用經(jīng)驗方法：將規(guī)定的總增益變換成閉環(huán)增益后（1）若增益|AU|為幾十倍時，采用一級或至多兩級；（2）若增益|AU|為幾百倍時，采用二級或三級；（3）若增益|AU|為幾千或上萬倍時，采用三級或四級。這里特別指出的是，多級放大器在進行

21、級聯(lián)時，往往在兩級之間串插一級電壓跟隨器，盡管它本身電壓增益|AU|1，但它具有緩沖和阻抗匹配作用，對多級放大器的穩(wěn)定工作和提高總增益是有利的。2 電路型式的確定電路形式包括各級電路的基本形式，偏置電路形式、耦合方式、反饋方式及各級是采用分立元件電路還是集成運放電路等。（1）電路的基本形式分立元件電路有三種基本形式共射極（共源極）電路、共集極（共漏極）電路、共基極（共柵極）電路和差動（比較）放大電路。至于選擇那一種基本形式電路，按各級所處的位置、任務和要求來確定：輸入級主要根據(jù)被放大的信號源（XS）來確定。比如信號源為電壓源US，則應選擇高輸入阻抗的放大級；信號源為電流源iS，則應選擇低輸入阻

22、抗放大級。又由于輸入級工作的信號電平很低，噪聲影響很大，因此應盡可能采用低噪聲系數(shù)的半導體器件（比如NF小的場效應管或集成運放）和熱噪聲小的金屬膜電阻RJJ元件，并盡可能減小該級的靜態(tài)工作電源。中間級主要得到盡可能高的放大倍數(shù)。大多采用共射（共源）電路形式，或采用具有恒流負載的共射（共源）電路形式。輸出級主要是向負載提供足夠大的信號功率。電路形成的選擇視負載阻抗而定，負載阻抗高可采用共射（共源）或共基電路；負載阻抗低則采用電壓跟隨器（共集、共漏或集成運放的電壓跟隨器）、VMOS共漏電路和互補對稱OCL、OTL電路及變壓器耦合輸出的最佳阻抗匹配型功率放大電路。2偏置電路形式的選擇（1）半導體三極

23、管放大電路的偏置方式，常用的有固定偏置電路，分壓式射阻偏置電路及集基并聯(lián)電阻偏置方式三種；（2）場效應晶體管放大電路的偏置方式，常用的有獨立偏壓方式，自給偏壓方式和分壓式偏置方式三種；3級間耦合方式的選擇耦合電路的選擇原則是讓頻率信號能不損失不失真的順利傳遞，并且使前、后級靜態(tài)盡可能獨立設置。一般常用的有阻容耦合，直接耦合，變壓器耦合等方式。其中直接耦合方式還應特殊的電平轉(zhuǎn)移電路，以保證前、后級均具有合適的靜態(tài)偏置要求。三、放大三極管的選擇及電路元件參數(shù)的計算1 放大三極管的選擇 （1）半導體三級管是屬雙極型的電流控制器件，它具有適用性強、頻率范圍廣、輸出功率適應范圍大，故在分立元件放大電路中

24、最為常用。選擇半導體三極管作放大元件用時，應依據(jù)下述原則：U（RB）CEO管子工作時承受最大反向電壓ICM管子工作時流過最大允許電流PCM管子工作時最大管耗管子特征頻率fT（510）fH,fH為組成放大電路的上限頻率。=40150為宜若選用值仍不滿足AU要求，則可用提高靜態(tài)集極電流IC來適應AU要求。（）（2）場效應晶體管是單極型的電壓控制器件，它具有輸入阻抗高，噪聲系數(shù)小，受溫度和電磁場干擾小，功耗小，但頻率范圍低，輸出功率不大（VMOS例外）。選擇場效應管作放大元件用時，應按其特性參性參數(shù)：IDSS,UGS(off),UGS(th),gm,URB)DSO,PDM及fM(最高振蕩頻率)來選擇

25、管子型號，以滿足電路需要。3直流供電電源電壓等級的確定在多級放大器中直流供電電源電壓標準系列等多級有1.5V、3V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等種。（1）分立元件放大電路，供電電壓的選擇是依據(jù)該放大電路輸出信號電壓的幅值Uom和管子的耐壓U（RB）CEO、U（RB）DSO來確定，由下式U（RB）CEOEC（1.21.5）2（Uom+Ucemin）+VE式中最小集一射極壓降UceminUCES。圖2-4 電源去耦電路但是一個由幾級放大單元構(gòu)成的多級放大器，既可用用同一大小的電壓供電，也可以由輸出至輸入級逐級降小供電電壓，以減小靜態(tài)功耗，一般采用降壓去耦電路來實現(xiàn)，見圖2-4所示的

26、電路。4各級靜態(tài)工作點的選擇和確定靜態(tài)工作點設置的如何，直接影響放大器的性能，一般是依據(jù)各放大級所處的位置和放大性能不同要求來合理選定。又因為一個多級放大器各個單級的供電電源不是一個電壓等級，所以不同級的靜態(tài)工作點要設置在不同基準上。（1）前置級 為保證最小失真和足夠大的增益，靜態(tài)工作點一般設置在特性曲線線性問分的下半部，為了減小噪聲和靜態(tài)功耗，靜態(tài)電流不宜過大。輸入級，若供電電壓EC=36V，則靜態(tài)電流值范圍為中間級，若供電電壓EC=6V，則靜態(tài)值范圍為IC=13mA （鍺三極管稍小些）UCE=23V（2）輸出級 為獲得最大的動態(tài)范圍和最小的靜態(tài)功耗。靜態(tài)工作點選擇按下述原則進行：甲類放大電

27、路靜態(tài)工作點設置在交流負動線的中點附近，供電電源為單電源；推挽或互補對稱電路工作時，供電電源選用6V、12V、15V或24V在消除交越失真的前提下，盡量選取小的靜態(tài)電流。其中大功率管靜態(tài)電流取IC=2030mA。5 計算電路元件（R、C）的參數(shù)，要選取規(guī)格式型號和系列標稱值，并盡量選用同型號、同規(guī)格化的元件，以減少備件種類，具體的計算選擇，見前例一。三、低頻功率放大電路的設計功率放大電路主要考慮三個指標，即輸出功率P0，效率和非線性失真。圖2-5 OCL功放電路功率放大器按其與負載的耦合方式和推動信號倒相方式的不同分為變壓器耦合功率放大器，和無變壓器互補對稱功率放大器（OTL和OCL電路）。由

28、于變壓器的體積與重量大、頻率響應差，不能集成化等原因，從上世紀70年代開始，逐漸為互補對稱電路所取代，因此只計論互補對稱電路的設計。例二 設計一個低頻功率放大低頻功率放大器的技術(shù)指標要求：最大不失真輸出功率Pom8W；負載阻抗（揚聲器）RL=8；頻率響應f=50HZ20KHZ；失真度3%；輸入信號Ui1000V；輸入短路時，靜出噪聲電壓UNRRo式中 Rid集成運放同相端的輸入電阻，約幾百千歐以上Ro集成運放的輸出電阻，約幾百歐以上 如初選R=15K，由fo=可計算出電容值為 C=取標稱值C，則R=15.9k,應注意選用穩(wěn)定性較好的電阻和電容，否則將影響頻率的穩(wěn)定性。確定R1、RfR1和R0的

29、阻值，應根據(jù)起振的幅值條件來確定，由Rf2R1，通常取Rf=2.1R1，這樣既能保證起振，又不至引起嚴重的波形失真。另外為了減小輸入失調(diào)電流及其漂移的影響，還應盡量滿足R=R1Rf。于是取標稱值R1=20k,則Rf=2.1R1=50.4k取標稱值Rf=51k。穩(wěn)幅電路及其元件參數(shù)的確定。常用的穩(wěn)幅方法，是根據(jù)振蕩幅度的變化來自動地改變同相放大器負反饋的強弱以實現(xiàn)穩(wěn)幅的。例如，幅度增大時，若能使反饋系數(shù)也自動增大，則負反饋作用加強，從而限制了振幅的繼續(xù)增大，使振幅基本穩(wěn)定。圖2-8的穩(wěn)幅電路由兩只反向并聯(lián)的二極管和電阻R3并聯(lián)組成，利用二極管正向電阻的非線性特性可實現(xiàn)穩(wěn)幅。不難看出，在振蕩過程中

30、，兩只二極管交替導通和截止。如果由于外界因素使振蕩幅增大時，二極管的正向?qū)娮鑂v減小，使Rf減小，負反饋系數(shù)自動變大，反饋作用加強，從而使振幅基本穩(wěn)定。關(guān)于穩(wěn)幅二極管的選擇應注意以下兩點：A從提高振幅的溫度穩(wěn)定性來看，應選用硅二極管為宜。因為硅管比鍺管的溫度穩(wěn)定性好。B為了保證上、下半波振幅對稱，兩只二極管的特性必須相同，應注意配對選用。穩(wěn)幅二極管的接入，實現(xiàn)了振幅的穩(wěn)定，而且二極管的非線性越強，負反饋作用變化越大、穩(wěn)幅效果越好。但是，由于二極管的非線性，又會引起波形失真。這是因為在一個周期內(nèi)，二極正向電阻RV將隨輸出電壓的瞬時值而不斷變化。平均來看，它滿足振蕩的幅值條件，但從一個周期的每

31、一瞬時來看，它又不能都滿足振蕩的幅值條件，故這種穩(wěn)幅電路在一定程度上總會引起波形失真。為了限制二極管的非線性所引起的波形失真，在二極管兩端并一個小電阻R3。顯然，R3越小，對二極管非線性的削弱越大，波形失真也就越小，但穩(wěn)幅作用也同時被削弱。可見，在選擇R3時，應注意兩者兼顧。實驗證明，當R3與二極管的正向電阻接近時，穩(wěn)幅作用和波形失真都有較好的效果。通常R3選幾千歐，并通過實驗調(diào)整確定。當R3選定后，R2的阻值也可初步選定，即R2= Rf- R3RvRF-R3集成運放的選擇。集成運放的選擇，除希望輸入電阻較高和輸出電阻較低外，最主要的是集成運放的放大倍數(shù)帶寬積應滿足下列關(guān)系：GB3f。3）振蕩

32、電路的調(diào)試。首先調(diào)整反饋電阻R2，使電路起振，且波形失真最小。如果電路不起振，說明振蕩的幅值條件不滿足，應適應加大R2；如波形嚴重失真，則應適當減小R2或R3。其次是測量和調(diào)試振蕩頻率，為此應適當改變選頻網(wǎng)絡的參數(shù)。比如固定電容C，改變電阻R，或固定電阻R，改變電容C，使電路的振蕩頻率滿足設計要求為止。24 直流穩(wěn)壓電源的設計直流穩(wěn)壓電源包括整流濾波電路，穩(wěn)壓電路以及保護電路等。隨著集成技術(shù)的提高，電子設備整機向集成化發(fā)展，集成穩(wěn)壓器也得到迅速發(fā)展，故在設計穩(wěn)壓電路時，應首選集成穩(wěn)壓器。設計舉例由于給定的技術(shù)指標不同，直流穩(wěn)壓電源的電路形式是多種多樣的，設計的步驟和方法也不完全相同。這里通過一

33、個具體實例來說明設計的一般步驟和方法。一、 設計要求任務，設計一個對偶式直流穩(wěn)壓電源。技術(shù)指標：輸出直流電壓UO=15V，最大輸出電源IO=IA，電壓調(diào)整率SU0.1%/V，輸出端紋波抑制比SR60dB，有完善的過載、短路保護措施。二、 設計步驟與方法 1初選電路根據(jù)技術(shù)指標要求，該直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓電路可選用由W7800系列和W7900系列三端固定式集成穩(wěn)壓器組成的同時輸出正、負電壓的穩(wěn)壓電路，其整流濾波電路采用橋式整流、電容濾波電路。初選電路如圖2-10所示。該電路的特點是它們共用一組整流、濾波電路，且有共同的公共端，可以同時輸出正、負電壓，使用十分方便。圖2-10 對偶式直流穩(wěn)壓電源2選

34、擇元件參數(shù)1）穩(wěn)壓電路組件可選用W7815和W7915各一塊，其輸出電壓為15V，輸出電流為1.5A，均能滿足技術(shù)指標要求。組件的輸入電壓應滿足最小輸入輸出電壓差2.5V并小于最大輸入電壓35V的要求，故組件的輸入電壓Ui選定為23V。組件的輸入、輸出端電容可選用Ci1=0.33F；CI2=2.2F，C01=0.1F, C02=1.0F,耐壓50V的電容器。2）整流濾波電路元件參數(shù)的確定。首先確定整流變壓器副邊電壓U2：因每一塊組件的輸入電壓Ui1=Ui2=23V，所以整流濾波電路的輸出電壓Ud=2Ui=46V，故變壓器的副邊電壓為：U2=38V。然后確定整流管的參數(shù)：每個二極管流過的平均電流

35、Iv=0.5A。當電網(wǎng)電壓升高10%時，每管承受的最大反向電壓UVRM=U21.1=59V因此可選用四只硅整流二極管2CZ55C（2CZ11A），它們的最大整流電流IFM=1A；最高反向工作電壓URM=100V，使用時應加60601.5mm3的鋁散熱板；也可選用將四只整流管制作在一起的硅橋式堆，如QL6型，十分方便?，F(xiàn)次選擇濾波電容：濾波電容之后為穩(wěn)定電路負載時，可以認為是恒流放電，則它兩端的電壓變化是式中：t為電容放電時間，在橋式整流的條件下，最大放電時間可取交流電源的半周期（即秒）；為濾波電容上電壓在平均值上下的波動量，本例取2.5V，則總波動量5V；Ic為濾波電容放電電流，一般可取最大負

36、載電流；即Ic=Io=1A，則C=，電容承受的最大反向電壓UCM=U21.1=59V，故可選用容量為2000F，耐壓100V的電解電容。最后確定變壓器的容量：已知變壓器副邊電壓的有效值U2=38V，在橋式整流電容濾波時，變壓器副邊電流有鏟值本例取I2=2Io=2A，則變壓器副邊視在功率S2=76VA，查表得=0.8，則原邊視在功率S1=95VA，變壓器的額定容量SN=86VA，故可選用額定容量為100VA；電壓為220/38V且副邊繞組有中心抽頭的變壓器。最后將選定的電路元、器件參數(shù)在圖2-9中標出。第三章 數(shù)字電子電路及系統(tǒng)設計31 典型數(shù)字電子系統(tǒng)的組成數(shù)字電子系統(tǒng)，尤其是微電子技術(shù)開發(fā)系

37、統(tǒng)，是當今新技術(shù)應用領(lǐng)域之一。不論是數(shù)控電子系統(tǒng)，數(shù)測電子系統(tǒng)，還是數(shù)算電子系統(tǒng)，數(shù)字通訊系統(tǒng)，都涉及數(shù)字電路及系統(tǒng)的設計問題。而所謂數(shù)字電子系統(tǒng)的設計，就是將已學過的各類數(shù)字單元的功能電路有機地綜合起來，以完成實踐要求的預期結(jié)果。一、 典型數(shù)字系統(tǒng)的組成圖3-1 典型數(shù)字電子系統(tǒng)組成任何一個數(shù)字電子系統(tǒng)，大多由五個基本部分組成，如圖3-1所示。其中(1)被測、被控制對象及模擬系統(tǒng)是輸入電子系統(tǒng)的電或非電的物理信息(如電信號電壓，電流信息或非電物理量溫度、壓力、位移、流量等)；(2)輸入電路是用來接收被測被控的信息，并進行必要的變換和處理(如接收的是溫度，則要通過溫度傳感器變換成電信號，并應用

38、模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成數(shù)字信息)；(3)控制運算及處理電路則是向輸入輸出電路發(fā)出控制信號，接收輸入電路送來的數(shù)字信息按規(guī)定要求作必要的邏輯或算術(shù)的運算處理，將其結(jié)果至輸出電路，并發(fā)出相應控制信號，使輸出電路對外送出結(jié)果。從圖3-1還可以看出(3)的信息傳輸具有雙向功能，且對(1)還有起動控制功能。(4)輸出電路接收(3)送來的運算處理結(jié)果和控制信息、或按規(guī)定將某些中間結(jié)果返送回(3)進行再運算和處理、接收(3)送來的最終結(jié)果并作必要的變換數(shù)模變換、處理、放大去驅(qū)動(1)的被測、被控對象或直接顯示、或經(jīng)打印機輸出終值。(5)電源和信號源是向系統(tǒng)各部分提供直流穩(wěn)壓電源和必要的信號源。綜上所述可知，(3)部

39、件為整個數(shù)字電子系統(tǒng)中的核心部件，且是數(shù)字電子系統(tǒng)設計的主體。通常這個核心部件又都是由相關(guān)的組合邏輯電路和時序邏輯電路所組成，故數(shù)字電子系統(tǒng)的課程設計，也就是被分解的組合邏輯電路、時序邏輯電路及其它特殊功能電路的設計。二、 數(shù)字電子系統(tǒng)設計的步驟數(shù)字電子系統(tǒng)的設計步驟也是按方案設計、單元電路設計、單元和方案試驗等順序進行。具體就是依據(jù)課題設計任務書規(guī)定的技術(shù)指標要求，應用綜合的方法擬出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，確定各功能框圖的電路類型，選擇合適的數(shù)字集成芯片的規(guī)格型號，按所選芯片片腳功能連接組合成一個完整的數(shù)字電子系統(tǒng)，搭接線路試驗符合要求即可。由此可以看出，由于數(shù)字集成芯片的引入，使數(shù)字電子系統(tǒng)的設計方

40、法大大簡化，計算工作量大大減少（只用到一些邏輯設計計算），特別是中、大規(guī)模集成芯片的引入應用，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單，可靠性大大提高，成本降低，重量減輕，做到小型化、微型化。當然，在數(shù)字電子系統(tǒng)中可能要用到一些特殊功能的數(shù)字單元電路，市場上沒有現(xiàn)成的集成芯片供應，只好單獨進行設計。但這部分電路數(shù)量不多，設計工作量也就不大。32 組合邏輯電路的設計方法組合邏輯電路種類很多，有各種控制邏輯、編碼器、譯碼器、算術(shù)運算器、數(shù)碼比較器、數(shù)據(jù)選擇器、奇偶校驗器等，大多有現(xiàn)成的中規(guī)模集成芯片供選用。但有些控制邏輯電路和譯碼電路，由于控制和譯碼要求的多樣性和特殊性，專用的控制邏輯芯片或譯碼器芯片并不具有通用性，必須視實際的要求，進行單獨設計。一、 組合邏輯電路設計的一般方法組合邏輯電路設計步驟大致如下：1根據(jù)實踐問題所提要求，進行邏輯抽象列出邏輯真值表。2從所到的邏輯真值表中，寫出完整的邏輯表達式（一般為“與”“或”邏輯函數(shù)式）。3應用邏輯代數(shù)公式或卡諾圖法，對所寫邏輯函數(shù)式進行必要的變換和化簡，以得出最簡邏輯函數(shù)式。4按最簡邏輯函數(shù)式，用最少的邏輯元件（邏輯門集成芯片或觸發(fā)器芯片）構(gòu)成邏輯圖。二、組合邏輯電路設計舉例例一 設計一個在三處均能控制同一盞燈亮滅的燈控器。（1）邏輯抽象設ABC為分設在三個不同地點的雙投控制按鈕，L為控制對象燈，L=1表示燈亮，L=0表示燈滅；A