《電子電路設(shè)計實踐》內(nèi)容

《電子電路設(shè)計實踐》內(nèi)容

編著：李懷亮

綏化學(xué)院

電氣工程學(xué)院電子創(chuàng)新園區(qū)

2014年2月

前言電子電路設(shè)計

一、電子電路設(shè)計

1.應(yīng)達(dá)到的基本要求

(1)綜合運用電子技術(shù)課程中所學(xué)到理論知識去獨立完成一個設(shè)計課題。

(2)通過查閱手冊與文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)獨立分析與解決實際問題的能力。

(3)進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型與特性，并掌握合理選用的原則。

(4)學(xué)會電子電路的安裝與調(diào)試技能。

(5)進(jìn)一步熟悉電子儀器的正確使用方法。

(6)學(xué)會撰寫課程設(shè)計總計報告、科技論文等。

(7)培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)確實工作作風(fēng)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

2.電子電路設(shè)計大體分三個階段

(1)設(shè)計與計算階段。

(2)安裝與調(diào)試階段。

(3)撰寫總結(jié)報告或者論文階段。

3.電子電路設(shè)計的方法與步驟

包含：總體方案的設(shè)計與選擇、單元電路的選擇與設(shè)計、單元電路間的連接

方法、繪制總體電路草圖、關(guān)鍵電路試驗、最后繪制正式的總體電路圖等設(shè)計環(huán)

節(jié)。

二、電子電路設(shè)計入門

1.開展電子電路設(shè)計與制作，如何選題

(1)選題應(yīng)新穎，有用性強。

(2)選題應(yīng)包含硬件設(shè)計與軟件設(shè)計的內(nèi)容，且硬件內(nèi)容應(yīng)多于軟件內(nèi)容。

(3)選題應(yīng)綜合性強，能涵蓋模擬電路、數(shù)字電路，而且通常都需要用單片

機作為操縱核心或者處理信號，或者者用PLD等新器件來實現(xiàn)。

(4)選題的難易程度應(yīng)低于畢業(yè)設(shè)計的題目。

(5)如何想通過完成選題在全國電子競賽拿上名次，選題應(yīng)有創(chuàng)新點，有特

色。特色就是人無我有，人有我新，而且選題比較復(fù)雜，很可能是機電結(jié)合

型的。

2.開展電子電路設(shè)計與制作，如何入門

(1)介入電路設(shè)計與制作，宜早不宜遲

(2)興趣是最好的老師

(3)勤于動手是最好的途徑

例：運算放大器：按理論分析，只要比例電阻選定后，就可決定運放的放大

倍數(shù)，計算結(jié)果十分明確。而事實并非如此，需要用理論計算與實驗調(diào)整方式選

取比例電阻，這樣才能獲得切合實際的放大倍數(shù)。

三、電子電路設(shè)計平臺

1.硬件平臺

電路、信號、電子技術(shù)基礎(chǔ)：含低頻電路、高頻電路、信號分析與處理知識。

可編程CPLD、FPGA芯片：可進(jìn)行靈活的編程與下載，具有可重復(fù)性、可組

合性，可設(shè)計并下載系統(tǒng)級的數(shù)字電路；能夠構(gòu)建高速電子電路，可用于前端電

路。

微操縱器MCU(單片機)：可通過靈活的編程改變其功能，處理速度較慢,

但接口豐富，常常作為綜合電子系統(tǒng)的操縱核心。

專業(yè)芯片ASIC：為完成某一特定功能制定芯片。例：圖像壓縮芯片，能夠

使圖像信息在電話線中傳輸；移動通信中的射頻、音頻接口芯片等。

數(shù)字信號處理器DSP：DSP芯片由于其特殊的設(shè)計結(jié)構(gòu)，使數(shù)字信號處理理

論建立的算法得以實時運行，并逐步進(jìn)入MCU的應(yīng)用領(lǐng)域。

2.軟件平臺

匯編語言：它是最簡單、最基本、最有用的語言，也是一種低級語言，速度

快，可直接操縱硬件，在單片機開發(fā)中廣為應(yīng)用。

C語言：作為一種通用的高級語言，可大幅地提高單片機的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)效

率。C語言程序便于移植與修改，能提供處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，增強了程序處理

能力與靈活性。但用C語言編譯器生成代碼效率較低同時執(zhí)行時間較長，影響速

度。

MATLAB語言：是一種較強大的數(shù)學(xué)運算與圖形功能的語言，他的應(yīng)用范圍

幾乎涵蓋了所有科學(xué)與工程計算領(lǐng)域；應(yīng)用MATLAB工具箱還能進(jìn)行系統(tǒng)級的模

擬分析。因此它是集編程與EDA仿真于一體的語言。

VHDL語言：超高速集成電路硬件描述語言，它是開發(fā)、燒制大規(guī)模集成電

路語言，是個大半導(dǎo)體公司開發(fā)產(chǎn)品的有力工具。

EDA仿真軟件：虛擬電子實驗平臺EWB、Multisim,要緊用于電路、低頻模

擬電路、簡單數(shù)字電路的仿真設(shè)計；Proteus電子系統(tǒng)仿真軟件，實現(xiàn)高級原理

圖布圖、MCU、混合模式SPICE仿真、PCB設(shè)計與自動布線等完整的電子設(shè)計系

統(tǒng)；常見的EDA有通用電路分析軟件PSPICE,用于高頻電路的仿真設(shè)計。

四、電子電路設(shè)計的步驟

1.多擬定幾個設(shè)計方案(提出原理方案，原理方案的比較與選擇)

例：”自動計時/定時器”

方案一，用專用電子計數(shù)芯片實現(xiàn)

方案二，用PLD器件實現(xiàn)

方案三，用數(shù)字電路中組合邏輯電路實現(xiàn)

方案四，用單片機實現(xiàn)

2.單元電路的設(shè)計與選擇

(1)單元電路結(jié)構(gòu)形式的選擇與設(shè)計

滿足功能要求的單元可能不止一個，因此務(wù)必進(jìn)行分析比較，擇優(yōu)選擇。

(2)元器件選擇的通常原則

多查元器件手冊與有關(guān)的科技資料，特別要熟悉一些常用元器件、性能與價

格，這對單元電路與總體電路設(shè)計極為有利。

首先應(yīng)考慮滿足單元電路對元器件性能指標(biāo)的要求，其次考慮價格、貨源與

元器件體積等方面問題。

(3)集成電路與分立元器件電路的選擇問題

比如：設(shè)計直流電源，使用分立元件至少花幾天時間，使用三端穩(wěn)壓塊即簡

單又有用。

優(yōu)先選用集成電路不等于什么場合都一定要用集成電路。在某些特殊情況，

如高頻、寬頻帶、高電壓、大電流等場合，集成電路往往不適用，有的時候仍需

使用分立元件。

(4)如何選用集成電路

模擬集成電路：集成運算放大器、比較器、模擬乘法器、集成功率放大器、

集成穩(wěn)壓器、集成函數(shù)發(fā)生器與其它專用模擬集成電路等；

數(shù)字集成電路：集成門、驅(qū)動器、譯碼器/編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、觸發(fā)器、

寄存器、計數(shù)器、存儲器、微處理器、可編程器件等；

混合集成電路有：定時器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、鎖相環(huán)等。

3.純硬件電路設(shè)計步驟

圖1設(shè)計框圖

在上面框圖中，并不要求所有媒介都通過仿真或者搭電路驗證，特別在電子

競賽中，時間緊、任務(wù)重，不可能按步驟辦事，能夠超常規(guī)設(shè)計，提早進(jìn)入制作

階段，在制作中邊調(diào)試編修改設(shè)計。

4.基本工藝：印制電路板制作工藝

(1)印制電路板簡稱PCB。

(2)設(shè)計軟件要緊用Protel99工具軟件

①認(rèn)真批閱所提供元器件型號、規(guī)格，特別是外形尺寸、封裝形式、引腳排

列順序，并注意大功率需安裝散熱片，確定那些元件裝在板上，那些元件裝在板

夕卜。

②從整體上考慮元件的安裝與布局。如低頻電路，可采取規(guī)則排列，比較整

齊，便于安裝調(diào)試及維修；對高頻電路，采取不規(guī)則排列，要求布線越短越好，

就近鏈接，看起來比較雜亂，減少分布參數(shù)。

③關(guān)于元件安裝方式的考慮，可使用立式或者臥式。

④大面積接地能夠有效地抑制干擾。

5.元器件的測試與篩選

(1)對電路中消耗能量較大的耗能元件與承受電壓較高的元件，應(yīng)有1.5倍?

2倍的余量。

(2)高頻電路中的調(diào)諧電容、振蕩電容，應(yīng)選優(yōu)質(zhì)的電介電容、云母電容。

(3)對濾波電路選普通電容即可，對定時電路，應(yīng)選漏電小的膽電容。

6.焊接工藝

要求：焊點圓滑光亮、無氣孔、無尖角、無拖尾；焊點大小一致；焊點的焊

料適當(dāng)，使焊錫充布焊盤，不堆錫，更不能粘連。焊接CMOS器件應(yīng)使用防靜電

烙鐵，防止將其極間擊穿。

特別注意是虛焊，虛焊的原因：被焊處表面有氧化物或者污垢；元件處理及

鍍錫不好；焊接溫度不足；焊接時間短。

7.裝配工藝

(1)根據(jù)整機零部件、電路板的尺寸選擇箱的外形與大小。外部是顯示屏、輸

入輸出插口、調(diào)節(jié)旋鈕或者鍵盤。

（2）發(fā)熱元件要留出散熱空間，必要時加散熱片；要盡量避免各部分干擾，必

要時應(yīng)加屏蔽；各單板、部件最好通過接插件相連。

（3）電路板上的元件安裝應(yīng)整齊美觀，視元件孔的位置可選擇立式或者臥式。

（4）如各部件需要導(dǎo)線連接，而且連接點較多，最好選用排線；關(guān)于信號線應(yīng)

使用同軸電纜；對公共地線，最好使用較粗的裸導(dǎo)線。在布線時，應(yīng)盡量做到短

而直，這樣布線美觀、可靠、分布參數(shù)或者干擾小。

五、電子電路中的抗干擾與屏蔽接地

1.電子電路干擾的抑制

（1）干擾源

電子電路工作時，往往在有信號之外，還存在一些令人頭痛的干擾電壓（或

者電流）。如何克服這些干擾是電子電路（設(shè)備）在設(shè)計、制造時的要緊問題之

-0干擾產(chǎn)生于干擾源。干擾源有的在電子電路（設(shè)備）外部，也有的在電子電

路（設(shè)備）內(nèi)部。

（2）電子電路設(shè)備外部干擾源

要緊有：電弧機、日光燈、弧光燈、輝光放電管、火花點火裝置等產(chǎn)生的干

擾；直流發(fā)電機及電動機，交流整流子電動機等旋轉(zhuǎn)設(shè)備，與繼電器、開關(guān)等產(chǎn)

生的干擾；由大功率輸電線產(chǎn)生的工頻干擾；無線電設(shè)備輻射的電磁波等。

（3）電子電路設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的干擾

要緊有：交流聲，不一致信號的互相感應(yīng)，寄生振蕩；繞線電位器的動點、

電子元件的引線與印制電路板布線等各類金屬的接點間，由于溫度差而產(chǎn)生的熱

電動勢等；在數(shù)字電路中，由于傳輸線各部分的特性阻抗不一致或者與負(fù)載阻抗

不匹配時，所傳輸?shù)男盘栐诮K端部位發(fā)生一次或者多次反射，使信號波形發(fā)生畸

變或者產(chǎn)生振蕩等。

2.干擾途徑及其抑制方法

（1）為減少設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的干擾

設(shè)計人員應(yīng)注意下列幾點：元器件布置不可過密，改善電子設(shè)備的散熱條件,

分散設(shè)置穩(wěn)壓電源，避免通過電源內(nèi)阻引進(jìn)干擾，在配線與安裝時，盡量減少不

必要的電磁耦合，盡量減少公共阻抗的阻值，低頻信號使用一點接地，數(shù)字器件

的輸入端子不可懸空，務(wù)必結(jié)合電路的實際情況與條件妥善處理。

比如，與非門多余輸入端能夠通過電阻上接電源,或者者將端子合并使用等。

3.電子電路中抗干擾措施

（1）抑制快速變化開關(guān)干擾的思路是盡可能減小du/dt、di/dto

減小du/dt干擾要緊在干擾源兩端并聯(lián)電容、續(xù)流二極管或者RC串聯(lián)汲取

回路。

例1：繼電器線圈并聯(lián)續(xù)流二極管，可消除斷開線圈時產(chǎn)生反電動勢。

例2：單片機的I/O口用來操縱電機等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間加

隔離電路，如電壓比較器。

減小di/dt干擾在干擾源回路串聯(lián)電感或者電阻與續(xù)流二極管。

（2）抑制緩慢變化干擾要緊是接地合理，如電源退耦濾波技術(shù)；關(guān)于共模干擾,

則考慮使用雙端輸入運放。

（3）抑制高頻干擾的措施是電源退耦濾波電容兩端并聯(lián)0.01uF-0.luF高頻電

容；干擾源與被干擾源的對象加以屏蔽；電路的引線、布線盡量短而直，減少分

布參數(shù)的影響；在引線上穿上磁珠，形成濾波電路；晶振與單片機引腳盡量靠近。

（4）良好的接地與屏蔽。

4.電子電路的布線與接地技術(shù)

（1）要求電路板布局合理，強電、弱電、數(shù)字信號、模擬信號應(yīng)分開。

例：大功率器件盡可能放在電路板邊緣。

（2）數(shù)字地與模擬地分開集中后接地（實行一點接地），用最短線連接起來接

到低阻抗的接地平面上，如接于電源地。

（3）高頻或者開關(guān)IC器件應(yīng)直接焊在電路板上，盡量少用IC座，以減少分布

參數(shù)的影響。

（4）盡可能使干擾源（如電機，繼電器）與敏感元件（如單片機）遠(yuǎn)離。

（5）PCB上兩條線靠得近，容易形成寄生電容與互感，應(yīng)盡量避免。

（6）大小信號分離，即輸入信號應(yīng)遠(yuǎn)離輸出信號。

（7）傳輸小信號的線一定要用屏蔽線，將屏蔽層單端接地。

5.有關(guān)接地的幾點基本知識

（1）安全接地

通常實驗室中安全接地有三種方法，第一種是把三孔插座的地與電源線的中

線直接連接，這種接法不是絕對安全的。第二種是把地連到一座大樓的剛骨架上。

第三種是最理想的，在實驗室的地下深埋一塊面積較大的金屬板，用與金屬板焊

接的粗銅線接到實驗室作信號地線。第一種地線可能會引入較大的50Hz交流信

號干擾；第二種用大樓剛骨架作地線的方法，由于它的電阻大，接地不好，可能

感應(yīng)各類干擾電壓（含50Hz交流信號）；只有第三種地線上的干擾信號才是最小

的。

（2）工作接地

電子電路在工作與測量時，要求有公共的電位參考點。這個參考點通常是把

直流電源的某一端作公共點，叫做工作接地點。工作接地點通常是指接機殼或者

底板，并不一定要與大地相連接。

（3）信號地

信號地是指信號電路、邏輯電路、操縱電路的地。設(shè)計接地要盡可能減少各

支路電流流過公共地阻抗產(chǎn)生的耦合干擾。信號地的連接方法要緊有三種：①單

點接地②串聯(lián)接地，從防止干擾與噪聲的角度來看，這種接法不合理，但其接法

簡單，在許多地方仍被使用。特別是在設(shè)計印刷電路板上應(yīng)用比較方便。②平面

接地，這種接地方式適用于高頻電路與數(shù)字電路。

（4）系統(tǒng)接地

6.電子電路中的浮置、濾波、隔離技術(shù)

浮置又稱浮空、浮接，泛指測量儀表的輸入信號放大器公共地（即模擬信號

地）不接機殼或者大地。浮置與屏蔽接地的作用相反，是阻斷干擾電流的通路。

電路被浮置后，明顯地加大了系統(tǒng)的信號處理器公共線與大地（或者外殼）之間

的阻抗，因此，浮置能減小共模干擾。

濾波：顯示器或者彩電在交流電源進(jìn)線與開關(guān)電源之間加的磁珠式濾波器。

對直流電源輸出需加對高頻及低頻濾波，通常用“一大一小”兩個電容并聯(lián)即可

取得對高低頻濾波效果。當(dāng)一直流電源對幾個電路同時供電時，為避免通過電源

內(nèi)阻造成幾個電路之間相互干擾，應(yīng)在每個電路的直流電源進(jìn)線與地之間加裝去

耦濾波器。

光電耦合是常用強電與弱電之間的隔離。

六、電子電路的調(diào)試

1.電子電路的調(diào)試

簡單系統(tǒng)調(diào)試：電源調(diào)試--單板調(diào)試--聯(lián)調(diào)

復(fù)雜系統(tǒng)調(diào)試：電源調(diào)試--單板調(diào)試-一分機調(diào)試--主機調(diào)試-一聯(lián)調(diào)

2.調(diào)試前的直觀檢測

連線是否正確：按照電路圖檢查安裝的線路，按照實際線路來參照原理電路

進(jìn)行查線。

為了防止出錯，關(guān)于已查過的線通常應(yīng)在電路圖上做標(biāo)記，最好用指針萬用

表“。x1”擋或者數(shù)字萬用表“Q擋”的蜂鳴器來測量，這樣能夠同時發(fā)現(xiàn)接

觸不良的地方。

3.元器件安裝情況

檢查元器件引腳有無短路；連接處有無接觸不良；二極管、三極管、集成器

件與電解電容極性等是否連接錯誤。

4.電源供電(包含極性)、信號源連線是否正確。

5.電源端對地是否存在短路。在通電前，斷開一根電源線，用萬用表檢查電源

端對地是否存在短路。

若電路通過上述檢查，并確認(rèn)無誤后，就可轉(zhuǎn)入調(diào)試。

6.調(diào)試方法

(1)通電觀察

接通電源，觀察有無特殊現(xiàn)象，包含有無冒煙，是否有特殊氣味，手摸元器

件是否發(fā)燙等。如出現(xiàn)特殊，應(yīng)立即切斷電源，待排除故障后才能再通電。然后

測量各器件引腳電源，以保證元器件正常工作。

(2)靜態(tài)調(diào)試

交流、直流并存是電子電路工作的一個重要特點。通常情況下，直流為交流

服務(wù)，直流是電路工作基礎(chǔ)。靜態(tài)調(diào)試通常是指在沒有外加信號的條件下所進(jìn)行

的直流測試與調(diào)整過程。比如，通過靜態(tài)測試模擬電路的靜態(tài)工作點、數(shù)字電路

的各輸入與輸出端的高低電平值及邏輯關(guān)系等，可與時發(fā)現(xiàn)已損壞的元器件，推

斷電路工作情況，并及時調(diào)整電路參數(shù)，使電路工作狀態(tài)符合設(shè)計要求。

關(guān)于運算放大器，靜態(tài)檢查除測量正、負(fù)電源是否接上外，要緊檢查在輸入

為零時，輸出端是否接近零電位，調(diào)零電路起不起作用。當(dāng)運放輸出直流電位始

終接近正電源電壓值或者負(fù)電源電壓值時，說明運放處于堵塞狀態(tài)，可能是外接

電路沒有接好，也可能是運放已經(jīng)損壞。假如通過調(diào)零電位器不能使輸出為零，

除了運放內(nèi)部對稱性能差外，也可能運放處于振蕩狀態(tài)，因此調(diào)試時最好接上示

波器進(jìn)行監(jiān)視。

(3)動態(tài)調(diào)試

動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。調(diào)試的方法是在電路的輸入端接入

適當(dāng)頻率與幅值的信號，并循著信號的流向逐級檢測各有關(guān)點的波形、參數(shù)與性

能指標(biāo)。

7.調(diào)試中注意事項

(1)正確使用測量儀器的接地端

進(jìn)行測量時，儀器的接地端應(yīng)與放大器的接地端連接在一起，否則儀器機殼

引入的干擾不僅會使放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化，而且將使測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。

(2)在信號比較弱的輸入端，盡可能用屏蔽線。屏蔽線的外屏蔽層要接到公共

地線上。在頻率比較高時要設(shè)法隔離連接線分布電容的影響，比如用示波器測量

時應(yīng)該使用有探頭的測量線，以減少分布電容的影響。

(3)測量電壓所用儀器的輸入阻抗務(wù)必遠(yuǎn)大于被測處的等效阻抗。由于，若測

量儀器輸入阻抗小，則在測量時會引起分流，給測量結(jié)果帶來很大誤差。

(4)測量儀器的帶寬務(wù)必大于被測電路的帶寬。比如，MF47型萬用表的工作

頻率為20~20000Hz。假如放大器的=100%也，不能用MF47型表來測量，否

則，測量結(jié)果就不能反映放大器的真實情況。

(5)測量方法要方便可行

需要測量某電路的電流時，通常盡可能測電壓而不測電流，由于測量電壓不

必改動被測電路，測量方便。

(6)調(diào)試過程中，不但要認(rèn)真觀察與測量，還要善于記錄。記錄的內(nèi)容包含實

驗條件，觀察的現(xiàn)象，測量的數(shù)據(jù)、波形與相位關(guān)系等。

(7)調(diào)試時出現(xiàn)故障，要認(rèn)真查找故障原因，且不可一遇故障解決不了就拆掉

線路重新安裝。應(yīng)當(dāng)把查找故障，分析故障原因，看成一次學(xué)習(xí)機會，通過它來

不斷提高自己分析問題與解決問題的能力。

七、故障檢測

1.常見的故障現(xiàn)象

(1)放大電路沒有輸入信號，而有輸出波形

(2)放大電路有輸入信號，但沒有輸出波形或者者波形特殊。

(3)串聯(lián)穩(wěn)壓電源無電壓輸出或者輸出電壓過高且不能調(diào)整或者輸出穩(wěn)壓性能

變壞、輸出電壓不穩(wěn)固等。

(4)振蕩電路不能產(chǎn)生振蕩。

(5)計數(shù)器輸出波形不穩(wěn)或者不能正確計數(shù)。

(6)收音機中出現(xiàn)“嗡嗡”交流聲與“啪啪”的汽船聲等。

2.產(chǎn)生故障的原因

(1)關(guān)于定性產(chǎn)品使用一段時間后出現(xiàn)故障，故障原因可能是元器件損壞，連

線發(fā)生短路或者斷路。

(2)關(guān)于新安裝的電路來說，故障原因可能是：實際電路與設(shè)計的原理圖不符;

元器件使用不當(dāng)或者損壞；設(shè)計的電路本身就存在某些嚴(yán)重缺點，不滿足技術(shù)要

求；連線發(fā)生短路或者斷路。

(3)各類干擾引起的故障。

3.排除故障的基本方法

排除故障遵循“由表及里”、“先易后難”、“先電源后負(fù)載”、“先靜態(tài)

后動態(tài)”的原則。排除故障的常用方法：

(1)直接觀察法

利用人的視、聽、嗅、觸等作為手段來發(fā)現(xiàn)問題，尋找與分析故障。直接觀

察法包含不通電檢查與通電觀察。

(2)用萬用表檢查靜態(tài)工作點

(3)信號尋跡法

(4)對比法

可將此電路的參數(shù)與工作狀態(tài)與相同的正常的參數(shù)進(jìn)行一一對比，繼而分析

故障原因，推斷故障點。

(5)部件替換法

有的時候故障比較隱蔽，不能一眼看出，能夠?qū)x器中的部件、元件器、插

件等替換故障儀器中有關(guān)器件，以便縮小故障范圍，進(jìn)一步查找故障。

(6)旁路法

當(dāng)有寄生振蕩現(xiàn)象，能夠利用適當(dāng)容量的電容器，選擇適當(dāng)?shù)臋z查點，將電

容臨時跨接在檢查點與參考接地點之間，假如振蕩消失，就說明振蕩是產(chǎn)生在此

鄰近或者前級電路中。否則就在后面，再移動檢查點尋找之。應(yīng)該指出，旁路電

容要適當(dāng)，不宜過大，只要能較好地消除有害信號即可。

(7)短路法

短路法對檢查斷路性故障有效。但要注意對電源是不能使用短路法的。

(8)斷路法

斷路法用于檢測短路最有效。比如，某穩(wěn)壓電源因接入一帶有故障的電路，

使輸出電流過大，采取依次斷開電路的某一支路來檢查故障。假如斷開該之路后,

電流恢復(fù)正常，則故障就發(fā)生在此電路。

(9)暴露法

有的時候故障不明顯或者時有的時候無，一時很難確定，如今使用暴露法。

檢查虛焊時對電路進(jìn)行敲擊就是暴露法的一種。另外能夠讓電路長時間工作，比

如幾小時，然后再來檢查電路是否正常。這種情況下有些臨界狀態(tài)的元器件經(jīng)不

住長時間工作，就會暴露出問題，然后對癥處理。

4.正確處理幾個關(guān)系

(1)電路工作的充分必要條件

一是保證供電正常，這是必要條件；二是要有輸入信號，這是充分條件。

(2)模擬電路與數(shù)字電路的關(guān)系

模擬電路的輸入輸出信號傳輸方向是單向的，通常一條線就一路信號。物理

意義明顯。數(shù)字信號的輸入輸出有串行、并行之分。串行傳輸用一路，分時傳送;

并行傳輸用多路，同時傳送，有的情況下數(shù)字信號是雙向傳輸。

數(shù)字信號傳送的是數(shù)據(jù)流，物理意義不明顯，因此不針對信號的碼進(jìn)行研究,

在檢測時用示波器測傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，只要符合電平要求且無干擾既是正常。但數(shù)

字電路發(fā)出操縱信號，只有高(低)電平，需要利用萬用表測得。

(3)善于確定關(guān)鍵的測試點

測試點根據(jù)電路圖確定，例：高頻與低頻的分界點；數(shù)字電路與模擬電路的

分界點；操縱電路與被控對象的分界點；電源與負(fù)載的分界點等等。

實踐一Proteus仿真軟件入門

一、Proteus軟件簡介

Proteus軟件是英國Labcenter公司開發(fā)的電路開發(fā)的電路分析與仿真軟

件。

1.仿真工具一一激勵源

DC:直流電壓源

Sine：正弦波發(fā)生器

Pulse：脈沖發(fā)生器

Exp：指數(shù)脈沖發(fā)生器

SFFM：單頻率調(diào)頻波信號發(fā)生器

Pwlin：任意分段線性脈沖信號發(fā)生器

File：File信號發(fā)生器，數(shù)據(jù)來源于ASCH文件

Audio:音頻信號發(fā)生器，數(shù)據(jù)來源于wav文件

DState：單穩(wěn)態(tài)邏輯電平發(fā)生器

DEdge：單邊沿信號發(fā)生器

DPulse：單周期數(shù)字脈沖發(fā)生器

DClock：數(shù)字時鐘信號發(fā)生器

Dpattern：模式信號發(fā)生器

2.仿真工具一一虛擬儀器

OSCILLOSCOPE：虛擬示波器

LOGICANALYSER：邏輯分析儀

COUNTERTIMER：計數(shù)器、定時器

VIRUALTERMINAL：虛擬終端

SIGNALGENERATOR：信號發(fā)生器

PATTERNGENERATOR：模式發(fā)生器

AC/DCvoltmeters/ammeters：交直流電壓表與電流表

SPIDEBUGGER：SPI調(diào)試器

I2CDEBUGGER：12c調(diào)試器

3.元器件庫

AnalogICs:模擬集成器

Capacitors：電容

CMOS4000series：CMOS4000系列數(shù)字芯片

Connectors：接頭

DataConverters：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

DebuggingTools：調(diào)試工具數(shù)據(jù)

Diodes：二極管

Inductors：電感

LaplacePrimitives：拉普拉斯模型

MemoryICs:存儲器芯片

MicroprocessorICs:微處理器芯片

ModellingPrimitives:建模源

OperationalAmplifiers：運算放大器

Optoelectronics：光電器

Resistors：電阻

SimulatorPrimitives：仿真源

SwitchesandRelays：開關(guān)與繼電器

SwitchingDevices：開關(guān)器件

ThermionicValves：熱離子真空管

Transducers：傳感器

Transistors：晶體管

二、實踐內(nèi)容

1.Proteus軟件使用

開始—程序—"Proteus7Professional”,單擊藍(lán)色圖標(biāo)"Proteus7

Professional”打開應(yīng)用程序。

2.電路原理圖的設(shè)計流程

(1)新建設(shè)計文檔。在進(jìn)入原理圖設(shè)計之前，首先要構(gòu)思好原理圖，即務(wù)必明

白所設(shè)計的項目需要什么電路來完成，用何種模板；然后在ProteusISIS編輯

環(huán)境中畫出電路原理圖。

(2)設(shè)置工作環(huán)境。根據(jù)實際電路的復(fù)雜程度來設(shè)置圖紙的大小等。在電路圖

設(shè)計的整個過程中，圖紙的大小能夠不斷地調(diào)整。設(shè)置合適的圖紙大小是完成原

理圖設(shè)計的第一步。

(3)放置元器件。首先從添加元器件對話框中選取需要添加的元器件，將其布

置到圖紙的合適位置，并對元器件的名稱、標(biāo)注進(jìn)行設(shè)定；再根據(jù)元器件之間的

走線等聯(lián)系對元器件在工作平面上的位置進(jìn)行調(diào)整與修改，使得原理圖美觀、易

懂。

(4)對原理圖進(jìn)行布線。根據(jù)實際電路的需要，利用ProteusISIS編輯環(huán)境

所提供的各類工具、命令進(jìn)行布線，將工作平面上的元器件作用導(dǎo)線連接起來，

構(gòu)成一幅完整的電路原理圖。

3.元器件清單

表1.1仿真元件信息

元件名稱所屬類子類備注數(shù)量參數(shù)

CAPACITORCapacitorsAnimite電容，可動態(tài)顯示電11000H

d荷F

RESResistorsGeneric電阻11k。

RESResistorsGeneric電阻1100Q

LAMPOptoelectronicsLamps燈泡，可顯示燈絲燒112V

斷

SW-SPDTSwitchesandSwitche兩位開關(guān)，可單擊操1

Relayss作

BATTERYSimulatorSources電池112V

Primitives

三、電路設(shè)計與仿真

圖L1電容充電過程的仿真

R1R2

---------1Ir—I1—

1k100

圖1.2電容放電過程的仿真

1?元件的拾取

（1）按類別查找與拾取元件

（2）直接查找與拾取元件

2.元件放置

3.元件位置的調(diào)整與參數(shù)的修改

4.電路連線

5.電路的動態(tài)仿真

6.文件儲存

四、練習(xí)

1.電路圖

圖1.3變式演練電路圖

2.元器件清單（按圖1.3自己添全）

表L2仿真元件信息

元件名稱所屬類參數(shù)備注

3.電路圖

「51%

RV1200

IB1L1

12V

T12V

圖1.4調(diào)節(jié)燈泡亮暗電路

4.元器件清單（按圖1.4自己添全）

表1.3仿真元件信息

元件名稱所屬類參數(shù)備注

實踐二二極管伏安特性分析

一、二極管伏安特性

與PN結(jié)一樣，二極管具有單向?qū)щ娦?。?dāng)正向電壓足夠大時，二極管的正

向電流才從零開始隨端電壓按指數(shù)規(guī)律增大。使二極管開始導(dǎo)通的臨界電壓稱之

開啟電壓U。.。不一致材料的小功率二極管開啟電壓、正向?qū)妷悍秶灰恢?

如表2.1所示。

表2.1不一致材料的二極管開啟電壓與正向?qū)妷悍秶?/p>

材料開啟電壓IL/V導(dǎo)通電壓U/V

硅(Si)^0.50.6?0.8

錯(Ge)=?0.10.1~0.3

二、二極管伏安特性測量電路

點選“Component”圖標(biāo)，點擊“P”按鈕，選取二極管仿真元件。

表2.2仿真元件信息

元件名稱所屬類子類

DIODEDiodesGeneric

1.二極管伏安特性測量電路

D1(A)

圖2.1二極管伏安特性測量電路

D1(A)D1

VALUE=V

1N4001

圖2.2二極管伏安特性測量電路（帶探針名稱之1）

2.直流信號源編輯

雙擊直流信號源，將彈出圖2.3所示的直流信號源編輯對話框。

激勵源名稱:Voltage(Volts):a

?C

DC正

o弦

脈

c沖

分

oc段

文

c件

頻

-音

數(shù)

c指

頻

-c單

e網(wǎng)

Ea

數(shù)字類型

〈穩(wěn)態(tài)

<單邊沿

單脈沖

時鐘

圖案

<EasyHDL

電流源？

隔離前面Q)?

手動編輯(M)?

確定取消

v隱藏屬性吧)?(Q)(C)

圖2.3直流信號源編輯窗口

3.探針及直流分析圖表編輯

放置測量探針。點擊工具箱中的“激勵源模式”圖標(biāo)，將在瀏覽窗口顯示電

流探針的外觀，如圖2.1所示。

4.放置電流探針

面

S二

培

S

SINE

PULSE

EXP

SFFM

PWLIN

移FILE

AUDIO

回DSTATE

DEDGE

通

DPULSE

>DCLOCK

□PATTERN

>SCRIPTABLE

9

圖2.4電流探針選取

三、直流分析圖表

直流掃描分析能夠觀察電路元件參數(shù)值在使用者定義范圍內(nèi)發(fā)生變化時對

電路工作狀態(tài)（電壓與電流）的影響（如觀察電阻值、晶體管放大倍數(shù)、電路工

作溫度等參數(shù)變化對電路工作狀態(tài)的影響），也能夠通過掃描激勵元件參數(shù)值測

量元件直流傳輸特性。

點擊工具箱中的SimulationGraph圖標(biāo)，在對象選擇器中將出現(xiàn)各類仿真

分析所需的圖表（如：模擬、數(shù)字、噪聲、混合、AC變化等）。選擇“DCSWEEP”

仿真圖表，如圖2.5所示。

GRAPHS

ANALOGUE

DIGITAL

MIXED

=FREQUENCY

TRANSFER

:0NOISE

DISTORTION

FOURIER

回AUDIO

INTERACTIVE

CONFORMANCE

DCSWEEP

》辰SWEEP

圖2.5選取直流掃描分析圖表

在編輯窗口期望放置圖表的位置點擊鼠標(biāo)左鍵，并拖動鼠標(biāo)，如今將出現(xiàn)一

個矩形圖表輪廓，在期望的結(jié)束點點擊鼠標(biāo)左鍵，放置圖表，如圖2.6所示。

圖2.6直流掃描分析圖表

在圖2.6所示，鼠標(biāo)左鍵選“添加圖線”，將彈出如圖2.7所示對話框。名

稱之“CURRENT”,探針Pl：選“1”。

AddTransientTrace

軌跡類型：

?模擬

C

O

O

左

右

考

確定取消

圖2.8添加電流探針到圖表

設(shè)置直流掃描分析圖表。雙擊圖表將彈出如圖2.9所示的直流掃描分析圖表

編輯對話框。其中，設(shè)置掃描變量：V,開始值：-800mV,停止值：800mV,標(biāo)稱

值：0,步數(shù)：50o編輯完成，點擊“確定”按鈕完成設(shè)置，結(jié)果如圖2.10所示。

圖2.9直流掃描分析圖表的設(shè)置

圖2.10編輯好的直流掃描分析圖表

四、二極管伏安特性分析

仿真電路。鼠標(biāo)右鍵如圖2.10,點擊“仿真圖表”，電路出現(xiàn)仿真結(jié)果如圖

2.11所示。

圖2.11直流掃描分析仿真結(jié)果圖

點擊圖表表頭，圖表將以窗口形式出現(xiàn)。在窗口點擊鼠標(biāo)左鍵放置測量探針,

測量曲線上各點對應(yīng)的電壓值與電流值。測試結(jié)果填寫下表2.3。

表2.3測量伏安特性曲線中各點對應(yīng)的電壓值與電流值

測量點電壓值測量點電流值

實踐三晶體管輸出特性分析

一、雙極型NPN晶體管輸出特性

NPN型硅管有三個引出電極，分別是基極b、發(fā)射極e與集電極c。基極電

流品為一常量時，集電極電流玉管壓降加之間的函數(shù)關(guān)系為：ic=f(u“：)'

常數(shù)。

關(guān)于每一個確定的1B，都有一條曲線，因此晶體管的輸出特性曲線是一族曲

線。關(guān)于某一條曲線，當(dāng)U"：從零逐步增大時，集電結(jié)電場隨之增強，收集基區(qū)

非平衡少子的能力逐步增強，因而ic也就逐步增大；而當(dāng)UCE增大到一定數(shù)值時，

集電結(jié)電場足以將基區(qū)非平衡少子的絕大部分收集到集電區(qū)來，電在增大，收

集能力已不能明顯提高，即ic幾乎僅僅決定于IB。

從輸出特性曲線能夠看出，晶體管有三個工作區(qū)域：

截止區(qū)：如今晶體管集電極電流ic-O;

放大區(qū)：如今晶體管集電極電流ic=B3其中B為共射直流電流系數(shù)；

飽與區(qū)：如今晶體管集電極電流。不僅與品有關(guān)，而且明顯隨強增大而增

大，iWBh。

BC108為低噪聲NPN晶體管，常用于音頻放大器，其共射直流電流系數(shù)B

=120o

二、晶體管輸出特性測量電路

點選Component圖標(biāo)，點擊“P”按鈕，從彈出的選取元件對對話框中選取

晶體管仿真元件。仿真元件信息如表3.1所示。

表3.1仿真元件信息

元件名稱所屬類子類

BC108TransistorsBipolar

放置晶體管，添加直流仿真輸入源。點擊Generator圖表，點選直流(DC)

信號源。

Q1(C)

Q1(B)

圖3.1晶體管輸出特性測量電路

三、直流信號源編輯

1.設(shè)置與晶體管集電極相連的直流信號源，將彈出圖3.2所示的直流信號源編輯

對話框。按圖3.2所示編輯信號源，編輯完成后，點擊“確定”按鈕。

s15DCGeneratorI'roperties

激財陋_________Voltage(Volts):卜圖

|VCE

模擬類型

令DC

V正弦

C膿沖

<-分段線型脈沖

文件

音頻

<'指數(shù)

<0單頻FM

；《EasyHDL

數(shù)字類型

<穩(wěn)態(tài)

<單邊沿

<?單脈沖

<時鐘

C圖案

<EasyHDL

電流涯。

隔離前面(D?

手動編輯M?

|確定⑼||取消?|

<?隱藏雇性(H)?

圖3.2與晶體管集電極相連的直流信號源編輯窗口

2.設(shè)置與晶體管基極相連的直流信號源，將彈出圖3.3所示的直流信號源編輯

對話框。按圖3.3所示編輯信號源，編輯完成后，點擊“確定”按鈕。

圖3.3與晶體管基極相連的直流信號源編輯窗口

四、探針及直流分析圖表編輯

1.放置測量探針。點擊工具箱中的Currentprobe圖標(biāo)，電流探針被放置到電路

圖中，

VCE

2.放置轉(zhuǎn)移特性分析圖表

轉(zhuǎn)移特性分析圖表：轉(zhuǎn)移特性分析是一種非線性分析，用于分析在給定激勵

信號的情況下電路的時域響應(yīng)。

點擊工具箱中的SimulationGraph圖標(biāo)，在對象選擇器中選擇“TRANSFER”

仿真圖表。在編輯窗口期望放置圖表的位置點擊鼠標(biāo)左鍵，并拖動鼠標(biāo)，在期望

的結(jié)束點點擊鼠標(biāo)左鍵，放置圖表，如圖3.5所示。

DCTRANSFERCURUE431-丫6工5

C00M

圖3.5轉(zhuǎn)移特性分析圖表

放置電流探針。選中電路中的IC電流探針，按下左鍵拖到其到圖表中，如

圖3.6所示。松開左鍵即可放置IC電流探針到圖表中。后雙擊圖3.6設(shè)置圖3.7

所示。

圖3.6編輯好的轉(zhuǎn)移特性分析圖表

圖3.6轉(zhuǎn)移特性分析圖表編輯對話框

圖3.7轉(zhuǎn)移特性分析仿真結(jié)果圖

點擊圖表表頭，圖表將以窗口形式出現(xiàn)。在窗口點擊鼠標(biāo)左鍵放置測量探針,

測量曲線上各點對應(yīng)的集電極電流ic與基極電流IBO

/3=ic/IB=92.3/1=92.3,測得在上述測量點的直流電流增益為92.3。改

變測量點，記錄如表3.2所示。

表3.2測量集電極電流與基極電流

VCEICIB

總結(jié)：即器件在放大區(qū)的直流電流增益幾乎與晶體管兩端的電壓值無關(guān)，表

達(dá)了基極電流對集電極電流的操縱作用。

實踐四射極跟隨器

一、射極跟隨器

共基電極放大電路又叫射極跟隨器，由于它的電壓從射極輸出且與輸入電壓

大小幾乎相等，相位一致，就好像輸出電壓總是跟隨輸入電壓的變化一樣。

射極跟隨器并不能放大電壓，他能夠放大電流，它的輸入電阻高，輸出電阻

低，電路的動態(tài)性能比較好，適合做多級放大電路的初級與末級。但由于差動放

大電路與功率放大電路的出現(xiàn)，在高性能運放的輸入級與輸出級通常不使用射極

跟隨器。

圖4.1所示，是單管共集放大電路，在該實驗中，我們要緊完成下列工作：

測量靜態(tài)工作點；

測量動態(tài)參數(shù)；

觀察輸入、輸出波形。

RV1

1000k

R4

2.7k

圖4.1射極跟隨器實驗電路

二、靜態(tài)工作點的測試

按圖4.1的連線，先進(jìn)行靜態(tài)工作點調(diào)試，由于射極跟隨器的電壓不能被放

大，因此在調(diào)試靜態(tài)工作點時需要加比較高的輸入電壓才能觀察到失確實出現(xiàn)，

通常從IV加起，逐步加大。靜態(tài)工作點調(diào)整合適后，按圖4.2接線，測量靜態(tài)

工作點，測得數(shù)據(jù)列于表4.1中。

B1

12V

R1

1

2k

SW1

SW-SPST

R4

2.7k

圖4.2射極跟隨器的靜態(tài)工作點測試電路

表4.1射極跟隨器的靜態(tài)工作點測量值

3K./VIc/fnAv?,/v%/K

7.066.36122.350.75.64

三、測量動態(tài)參數(shù)

動態(tài)參數(shù)仍然是電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻與帶寬。按照4.1接線,

運行仿真，把信號發(fā)生器的頻率調(diào)為1kHz,調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的幅度使讀得信號

發(fā)生器的電壓有效值為2.02V,輸出電壓有效值為1.99V。因此能夠算出個動態(tài)

參數(shù)。

電壓放大倍數(shù)：

U109U199

—=口=09g§,仆=與=上二=0.985

U.2.00U,2.02

圖4.3射極跟隨器動態(tài)參數(shù)的測量

圖4.4射極跟隨器輸出電阻的測量

輸入電阻:

2.00

x2=200Hl

2.02-2.00

輸出電阻：

保持輸入信號不變，空載與接負(fù)載時分別測得輸出電壓，如圖4.3與圖4.4

所示，可計算輸出電阻如下：

U-U199-197

R,=j——JR.=—------—x2.7=27.4Q

"Uo°1.97

通過計算能夠發(fā)現(xiàn)，此射極跟隨器的輸入電阻高達(dá)200k0,輸出電阻低至

27.4。，電壓放大倍數(shù)接近1但小于L

四、觀察輸入輸出波形

首先，要保證輸出電壓波形不失真?，F(xiàn)在要緊目的是觀察對比輸入輸出電壓

波形，驗證輸出電壓是否與輸入電壓大小相等、方向相同。觀察到波形如圖4.5

所示。由此可驗證射極跟隨器名稱的由來。

圖4.5射極跟隨器的輸入輸出波形

實踐五差動放大器

一、差動放大器

差動放大器用在多級放大電路的第一級，要緊目的是減少零漂。與單管共射

放大電路相比，差動放大器使用了雙倍的元件卻得到同樣的電壓放大倍數(shù)，但它

卻具有相當(dāng)高的共模抑制比，即對共模信號的放大倍數(shù)近似為零。差動放大器的

實驗要緊測電路的靜態(tài)工作點、單端與雙端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)4、共

模電壓放大倍數(shù)4及共模抑制比KQVRR。

Ir-

RC1RC2

10k10k

+Uo

+VCC

RB1T2\r

A+T~10k2N555112V

\R3

?51032%

,9SW1T

RW100

Ui\SW-SPST<?--------|-

IR4K

SW-SPDT

510

B-[RB2

R1

68kVEE

10kT3

RE\r12V

10k2N5551-

R2

RE336k

5.1k

I

圖5.1差動放大器實驗電路

圖5.1是差動放大器的實驗電路，其中，T3、RI、R2、RE3構(gòu)成恒流源，T3

的集電極電流為恒流源的輸出。兩位開關(guān)K用來選擇差動放大器射極接電阻還是

恒流源，當(dāng)K撥到左邊，差動放大器接10k的射極電阻RE,撥到右邊接恒流源,

共模抑制比能力更強。RW是調(diào)零電阻，在仿真時，由于我們能夠做到差動對管

及相應(yīng)的元件完全對稱，而在實際中卻不能，利用調(diào)零電阻RW來調(diào)節(jié)兩個共射

放大電路的對稱性。開關(guān)SW1用來在測靜態(tài)工作點時短接信號源。

二、電路調(diào)零

在測各參數(shù)之前，先進(jìn)行電路調(diào)零。如圖5.2所示，在Tl、T2管兩集電極

之間接一直流伏特表，閉合開關(guān)SW1,把開關(guān)K打在左側(cè)，這時電路中全部為直

流電量。調(diào)節(jié)滑動變阻器RW,使電表的讀數(shù)接近零為止。調(diào)零完成，去掉電壓

表，保持RW的觸頭位置不變。

三、測量靜態(tài)工作點

在只有直流電源作用的情況下，測得電路中的基極電位、射極電位、集電極

電位與集電極電流。按圖5.3連接電路，測得的數(shù)據(jù)如表5.1所示。

圖5.3差動放大器的靜態(tài)工作點測量電路

表5.1差動放大器靜態(tài)工作點測量值

v,（v）vc（v）v?,（v）%")

-0.02-0.686.371.13/20.667.05

四、單端輸出時的放大倍數(shù)與共模抑制比

1.單端輸出差模電壓放大倍數(shù)

打開SW1,在差模輸入端接一信號源，并聯(lián)交流毫伏表，運行仿真，調(diào)節(jié)信

號源的頻率為1kHz,調(diào)節(jié)信號源的幅值使交流毫伏表的讀數(shù)約為170mV?在T1

管的集電極接一交流毫伏表，如圖5.4所示。最好在T1管集電極接示波器，觀

圖5.4差動放大器的單端輸出差模電壓放大倍數(shù)測量電路

先把開關(guān)K撥到左側(cè)，測得T1管的集電極輸出電壓為7.78V；再把開關(guān)K

撥到右側(cè)，測得"管的集電極輸出電壓為6.55V?？捎嬎愠錾錁O分別接電阻與

恒流源時的單端輸出差模電壓放大倍數(shù)為

U?7.78U。~6.55

A/i=---a-----=—45.8,4/2==—38.5

Ud0.170J7

2.單管輸出共模電壓電壓放大倍數(shù)

如圖5.5所示，把Tl、T2管的兩輸入端并聯(lián)，再接一頻率為1kHz、有效值

約為170mV的共模輸入信號。

先把開關(guān)K撥到左側(cè)，測得T1管的集電極輸出電壓為6.37V；再把開關(guān)K

撥到右側(cè)，測得T1管的集電極輸出電壓為4.71V?？煞謩e計算出發(fā)射極接電阻

與恒流源時的單管輸出共模電壓