第1章-電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)概述課件

第1章電子產(chǎn)品

設(shè)計(jì)概述任務(wù)一函數(shù)信號發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)任務(wù)目標(biāo)任務(wù)要求相關(guān)知識任務(wù)實(shí)施

1可編輯課件PPT任務(wù)目標(biāo)（1）能夠根據(jù)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程，完成函數(shù)信號發(fā)生器方框圖的設(shè)計(jì)、各個(gè)功能單元的設(shè)計(jì)以及整個(gè)電路原理圖的設(shè)計(jì)，并能進(jìn)行基本的分析和計(jì)算以達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。（2）能夠綜合考慮選取電子元器件。

2可編輯課件PPT任務(wù)要求設(shè)計(jì)函數(shù)信號發(fā)生器，其技術(shù)指標(biāo)如下：（1）正弦波信號源輸出頻率范圍：200Hz~50kHz，分兩波段連續(xù)可調(diào)輸出電壓范圍：0~10Vp-p（2）方波信號源輸出頻率范圍：200Hz~50kHz，分兩波段連續(xù)可調(diào)輸出電壓范圍：0~10Vp-p（3）三角波信號源輸出頻率范圍：250Hz~33kHz，分兩波段連續(xù)可調(diào)輸出電壓范圍：0~10Vp-p3可編輯課件PPT1.1電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念與特點(diǎn)1.1.1電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)概述電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)就是根據(jù)課題的要求，以科學(xué)理論為依據(jù)，知識技能為基礎(chǔ)，創(chuàng)新構(gòu)思，將研究方案予以實(shí)現(xiàn)的過程。進(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)，要掌握電子專業(yè)知識、要了解市場變化，懂得產(chǎn)品造型藝術(shù)，對視覺、觸覺、安全、使用標(biāo)準(zhǔn)等各方面有詳細(xì)的了解。1.1.2電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

（1）明確目標(biāo)4可編輯課件PPT（2）多種備選方案（3）制約因素1.1.3電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的程序

電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)程序包括方案論證、初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、試制與實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)定型五個(gè)階段。1．方案論證

它是設(shè)計(jì)的依據(jù)和基礎(chǔ)。2．初步設(shè)計(jì)

其主要目的是確定設(shè)計(jì)對象的主要參數(shù)，并保證有足夠的精確度，以便做出完善的設(shè)計(jì)。5可編輯課件PPT3．技術(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)總體方案確定的參數(shù)、尺寸，精確地對每一部件、零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定它們的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、材料、強(qiáng)度、質(zhì)量等參數(shù)。4．試制與實(shí)驗(yàn)5．設(shè)計(jì)定型

6可編輯課件PPT1.2電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求與方法1.2.1電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求

電子產(chǎn)品在時(shí)，應(yīng)按照安全、可靠、耐用、經(jīng)濟(jì)、美觀、好造、易修的要求進(jìn)行。1．可靠性2．安全性3．實(shí)用性

實(shí)用性好是指性能良好，操作、使用與維護(hù)方便。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)“形式服從功能”，遵循實(shí)用、合理、為消費(fèi)者著想的原則。

7可編輯課件PPT4．工藝性5．標(biāo)準(zhǔn)化在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，要貫徹執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)原則，積極采用國際先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。6．延續(xù)性

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，要盡可能采用原有產(chǎn)品中先進(jìn)合理的部分及已掌握的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。1.2.2電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法

1．系統(tǒng)論設(shè)計(jì)法

8可編輯課件PPT系統(tǒng)論設(shè)計(jì)法是以整體分析及系統(tǒng)觀點(diǎn)來解決各種領(lǐng)域中具體問題的科學(xué)方法。在設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮設(shè)計(jì)對象及與之相關(guān)的各個(gè)方面的功能分配與協(xié)調(diào)。特點(diǎn)：整體性、目的性、有序性、反饋性和動(dòng)態(tài)性步驟：系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施2．優(yōu)化設(shè)計(jì)法

優(yōu)化設(shè)計(jì)是指在各種設(shè)計(jì)限制條件下，優(yōu)選設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化。步驟：首先要建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法；其次要編寫優(yōu)化程序；然后輸入必要的數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)參數(shù)初始值，通過計(jì)算機(jī)求解并輸出優(yōu)化結(jié)果。

9可編輯課件PPT3．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法（CAD）CAD指以計(jì)算機(jī)軟、硬件為依托，以數(shù)字化、信息化為特征，計(jì)算機(jī)參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方式和手段。4．模塊化設(shè)計(jì)法模塊化設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)將產(chǎn)品按功能作用的不同分解為幾個(gè)不同的模塊，模塊之間保存相對的獨(dú)立性，然后將模塊互相連接起來構(gòu)成完整的系統(tǒng)。

10可編輯課件PPT1.3電路設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與方法1.3.1電路設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容電路設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：①擬定電路設(shè)計(jì)的技術(shù)條件（任務(wù)書）。②選擇電源的種類。③確定負(fù)荷容量（功耗）。④設(shè)計(jì)電路原理圖、接線圖、安裝圖、裝配圖。⑤選擇電子、電器元件，制定電子元器件明細(xì)表。⑥畫出執(zhí)行元件、控制部件及檢測元件總布局圖。⑦設(shè)計(jì)機(jī)殼、面板、印制電路板、接線板以及非標(biāo)準(zhǔn)電器和專用安裝零件。⑧編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書和使用說明書。

11可編輯課件PPT1.3.2電路設(shè)計(jì)的基本方法1．借鑒設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)者在接到設(shè)計(jì)任務(wù)或確定設(shè)計(jì)目標(biāo)后，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品，進(jìn)行調(diào)查研究，選取可以借用或借鑒的實(shí)用電路。2．近似設(shè)計(jì)法

在電路設(shè)計(jì)過程中，由于元件受多方因素的影響，往往采取“定性分析、定量估算、實(shí)驗(yàn)調(diào)整”的方法，所以在設(shè)計(jì)初期，只需進(jìn)行粗略計(jì)算，幫助近似確定電路參數(shù)的取值范圍，參數(shù)的具體確定借助于實(shí)驗(yàn)調(diào)整和計(jì)算機(jī)仿真來完成。

12可編輯課件PPT3．功能分解、組合設(shè)計(jì)法在電路設(shè)計(jì)中，經(jīng)常將電子線路按功能劃分為多個(gè)子模塊，各模塊參照各種具體電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后組合成系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)調(diào)。13可編輯課件PPT1.4電路設(shè)計(jì)的步驟1.4.1課題分析

根據(jù)技術(shù)指標(biāo)的要求，弄清楚系統(tǒng)要求的功能，確定采用電路的基本形式，據(jù)此對課題的可行性作出估計(jì)和判斷，確定課題的技術(shù)關(guān)鍵和擬解決的問題。1.4.2總體方案的設(shè)計(jì)與選擇1．選擇總體方案的一般過程

針對設(shè)計(jì)任務(wù)、要求和條件，查閱有關(guān)資料，廣開思路，提出若干不同方案，然后仔細(xì)分析每個(gè)方案的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)，加以比較，從中選優(yōu)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及可靠性設(shè)計(jì)。

14可編輯課件PPT2．選擇方案的注意事項(xiàng)①應(yīng)當(dāng)針對關(guān)系到電路全局的問題，多提些不同的方案，有些關(guān)鍵部分，還要提出各種具體電路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析比較，從而找出最優(yōu)方案。②既要考慮方案的可行性，還要考慮性能、可靠性、成本、功耗和體積等問題。③在分析論證和設(shè)計(jì)過程中需要不斷改進(jìn)和完善，但應(yīng)盡量避免方案上的重大反復(fù)。1.4.3單元電路的設(shè)計(jì)與選擇

在確定總體方案、畫出詳細(xì)框圖之后，便可進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)。

15可編輯課件PPT①根據(jù)設(shè)計(jì)要求和總體方案的原理框圖，確定對各單元電路的設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)應(yīng)擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。②擬定出各單元電路的要求，檢查無誤后方可按一定順序分別設(shè)計(jì)每一個(gè)單元電路。③設(shè)計(jì)單元電路的結(jié)構(gòu)形式。一般情況下，應(yīng)查閱有關(guān)資料，從而找到適用的參考電路，也可從幾個(gè)電路綜合得出需要的電路。④選擇單元電路的元器件，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，調(diào)整元件，估算參數(shù)。

16可編輯課件PPT1.4.4電子元器件的選用

為了確保產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，電子元器件的選用是產(chǎn)品生產(chǎn)、制作的關(guān)鍵。如果選用不當(dāng)影響各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，將會出廢品、次品。1．元器件的選擇原則

①選擇經(jīng)實(shí)踐證明質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高、有良好信譽(yù)的生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)器件②元器件的技術(shù)性能、質(zhì)量等級、使用條件等應(yīng)滿足電路設(shè)計(jì)的要求。17可編輯課件PPT③在滿足性能參數(shù)的情況下，應(yīng)選用低功耗、低熱阻、低損耗角、高功率增益、高效益的元器件。④國產(chǎn)元件的優(yōu)選。首先選擇經(jīng)過認(rèn)證鑒定的符合國標(biāo)的元器件，經(jīng)過使用考驗(yàn)的符合要求的元器件。⑤進(jìn)口元器件。國外權(quán)威機(jī)構(gòu)的PPL（優(yōu)選清單）、QPL（質(zhì)量鑒定合格的元器件清單）中的元器件。2．元器件的選用3．優(yōu)先選用集成電路4．分立元件依然不可替代

18可編輯課件PPT1.4.5電路的參數(shù)計(jì)算

1．參數(shù)計(jì)算的重要性2．參數(shù)計(jì)算方法（1）參數(shù)計(jì)算的基本原則電路的分析計(jì)算采取“定性分析、定量估算、實(shí)驗(yàn)調(diào)整”的原則。（2）理論公式計(jì)算法（3）工程經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法工程經(jīng)驗(yàn)公式是考慮了各種主、客觀因素的影響，并在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來的符合實(shí)際的行之有效的計(jì)算公式，計(jì)算簡單、方便、準(zhǔn)確。

19可編輯課件PPT1.4.6總電路圖的設(shè)計(jì)總電路圖是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和印制電路板設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是進(jìn)行生產(chǎn)、調(diào)試、維修的依據(jù)，因此，畫好一張總電路圖非常重要。1.4.7審圖①先從全局出發(fā)，檢查總體方案是否合適，有無問題，再檢查各單元電路的原理是否正確，電路形式是否合適。②檢查各單元電路之間的電平、時(shí)序等配合有無問題。③檢查電路中有無繁瑣之處，是否可以化簡。④根據(jù)圖中所標(biāo)出的各種元器件的型號、參數(shù)等，驗(yàn)算能否達(dá)到指標(biāo)要求，有無一定的裕量。

20可編輯課件PPT⑤要特別指出元件應(yīng)工作在額定范圍內(nèi)，以免實(shí)驗(yàn)時(shí)損壞。⑥解決發(fā)現(xiàn)的所有問題，并請人復(fù)查一遍。1.4.8產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)告

產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)制作完成之后，通常要求提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)告和樣機(jī)。下表列出了設(shè)計(jì)報(bào)告的內(nèi)容，供讀者參考。

21可編輯課件PPT課題的任務(wù)與要求設(shè)計(jì)題目任務(wù)與要求系統(tǒng)概述提出幾種設(shè)計(jì)方案；方案比較，對選取的方案進(jìn)行可行性分析；列出系統(tǒng)框圖，介紹設(shè)計(jì)思路、工作原理單元電路設(shè)計(jì)與分析介紹各單元電路的工作原理，技術(shù)指標(biāo)；參數(shù)計(jì)算，元件選擇，提出元件采購計(jì)劃；如用EDA軟件設(shè)計(jì)，應(yīng)列出程序清單和仿真波形等安裝調(diào)試與數(shù)據(jù)處理列出測試儀器儀表名稱、型號，記錄測量數(shù)據(jù)及波形；分析安裝調(diào)試過程中的技術(shù)問題，找出原因，提出改進(jìn)方案結(jié)束語總結(jié)設(shè)計(jì)制作的結(jié)論性意見，收獲體會，對存在問題，提出改進(jìn)方案；致謝辭附錄總電路圖、元件表、參考文件22可編輯課件PPT子任務(wù)一正弦波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)要求，我們要設(shè)計(jì)的函數(shù)信號發(fā)生器應(yīng)該由正弦波、方波、三角波信號發(fā)生器、放大輸出及直流穩(wěn)壓電源組成，如圖1-1所示。23可編輯課件PPT（1）工作原理正弦波產(chǎn)生電路是在放大電路的基礎(chǔ)上加上正反饋網(wǎng)絡(luò)而產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦波，其框圖如圖1-2所示。24可編輯課件PPT如果反饋電壓Uf與原輸入信號Ui

完全相等，則即使無外輸入信號，放大電路輸出端也有一個(gè)正弦波信號。這種現(xiàn)象叫自激振蕩。自激振蕩的條件是：產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：

25可編輯課件PPT振蕩器在剛剛起振時(shí)，為了克服電路中的損耗，需要正反饋強(qiáng)一些，即要求。既然，起振后就要產(chǎn)生增幅振蕩，需要靠三極管大信號運(yùn)用時(shí)的非線性特性去限制幅度的增加，這樣電路必然產(chǎn)生失真。這就要靠選頻網(wǎng)絡(luò)的作用，選出失真波形的基波分量作為輸出信號，以獲得正弦波輸出。此外，可以在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益，從而達(dá)到穩(wěn)幅的目的。因此，正弦波產(chǎn)生電路包括放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路組成。

26可編輯課件PPT（2）RC橋式正弦波振蕩器RC振蕩電路用來產(chǎn)生幾十kHz以下的低頻正弦信號。通常采用RC橋式振蕩電路。

27可編輯課件PPTRC電路串、并聯(lián)為正反饋與選頻網(wǎng)絡(luò)Rf

、R1組成穩(wěn)幅電路。在ω0=1/RC時(shí)，經(jīng)RC選頻網(wǎng)絡(luò)組成正反饋，產(chǎn)生振蕩，振蕩頻率為f0

=1/2πRC。起振時(shí)，要求放大倍數(shù)Au=1+Rf

/R1略大于3，達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)時(shí)Rf減小至使Au=3。即Rf

/R1略大于2。（3）電路設(shè)計(jì)采用圖1-3的電路為基本結(jié)構(gòu)，然后確定選頻網(wǎng)絡(luò)RC的參數(shù)和穩(wěn)幅電路元件的阻值，以及集成運(yùn)放的型號。設(shè)計(jì)的電路如圖1-4所示。28可編輯課件PPT29可編輯課件PPT①選頻網(wǎng)絡(luò)正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)要求是輸出頻率范圍：200Hz~50kHz，分兩波段連續(xù)可調(diào)。由于要求輸出頻率連續(xù)可調(diào)，所以RC選頻網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)包括可調(diào)元件，一般情況下，采用波段開關(guān)切換電容的方式實(shí)現(xiàn)頻段的粗調(diào)，在每一頻段內(nèi)用雙聯(lián)電位器完成本波段內(nèi)頻率的細(xì)調(diào)。雙聯(lián)電位器W1、W2（50kΩ）和R1、R2（1.5kΩ）的串聯(lián)完成頻率的細(xì)調(diào)。串聯(lián)R1、R2是防止雙聯(lián)電位器調(diào)到0Ω時(shí)使電路工作異常。

30可編輯課件PPT電阻R1、R2選用精度為1%的電阻；雙聯(lián)電位器的中的兩個(gè)電位器調(diào)節(jié)時(shí)的阻值偏差不能太大；電容C1、C3、C2、C4的誤差不能超過5%。若不能滿足上述要求，會產(chǎn)生失真的正弦波。②穩(wěn)幅電路由VD1、VD2和W3組成。當(dāng)輸出幅度增加時(shí)，二極管的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻減小，使VD1或VD2的和W3串聯(lián)的電阻減小，相當(dāng)于圖1-3中Rf的減小，輸出幅度下降，達(dá)到穩(wěn)幅的目的。31可編輯課件PPT為了保證電路起振，應(yīng)使即R4/R3略大于2，電路中R4選2.2kΩ，R3選1kΩ。用作振蕩器的運(yùn)放，其振蕩頻率最好在運(yùn)放頻率參數(shù)的1/10較為可靠。這里選用采用頻帶寬度為3MHz的四運(yùn)放TL074。32可編輯課件PPT子任務(wù)二方波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)產(chǎn)生方波的方法很多，最簡單的方法是采用過零比較器。將正弦波產(chǎn)生電路輸出的正弦波經(jīng)過零比較器即可得到同頻的方波，如圖1-5所示。

33可編輯課件PPT工作原理：當(dāng)ui＞0運(yùn)放處于負(fù)飽和態(tài)，輸出電壓uO=uOL(uOL為低電平)當(dāng)ui＜0運(yùn)放處于正飽和態(tài)，輸出電壓uO=uOH(uOH為高電平)由于在ui=0時(shí)輸出電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)，稱“過零電壓比較器”波形如圖所示：

34可編輯課件PPT子任務(wù)三三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)三角波產(chǎn)生電路的基本結(jié)構(gòu)如圖1-7所示。集成運(yùn)放U1及其周圍R1~R4、VDZ構(gòu)成電壓比較器，集成運(yùn)放U2及其周圍元件R、C、R