电子设计基础教程剖析

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1、电子设计与制作 1 目 录 第1章 模拟电子线路设计 第2章 数字电子线路设计 2 第1章 模拟电子线路设计 1.1 常用模拟集成电路介绍 1.1.1 模拟电路简介的分类 模拟电路是一种能够处理模拟信号的电子电路 ，其输出信号一般是输入信号的线性函数。处理 的信号在时间和幅值上都是连续的。构成模拟电 路的主要器件有源器件，主要有三极管、场 效应管和线性集成电路等。按频率分类，有直流 电路、低频电路、高频电路和全频带电路等。 3 集成电路分为单片线性集成电路和混合集成电 路。线性集成电路按用途可分为运算放大器、功 率放大器、集成稳压器和高频放大器等。 1.1.2 集成运算放大器 1、集成运算放大

2、器简介 集成运算放大器基本实现了标准化，只要功能 相同，参数相近的同型号器件，不论是何公司的 产品，都可以互换，能否为各种各样的模拟电路 选择最合适的运算放大器代表了一个电子工程师 能力的强弱和水平的高低。 4 通用双极性运算放大器有：A741、 LM301等。双运放有RC4558等。 低噪声运算放大器适合用作放大器的前级 放大，如：NE5532、NE5534等。 高输入运算放大器分BiFET运算放大器和 BiMOS运算放大器，如：TL081、 CA3140等。 高速宽带运算放大器的压摆率为10MV/s、 带宽为10MHZ以上的运算放大器，如： LM318和HA2500等。 5 高精度运算放大

3、器具有低失调电压和低失 调电压温飘，适用于放大热电偶输出的微 弱信号，如：A725、OP07、AD625等 低功耗运算放大器通常有两类：一类是不 需要采取外围措施就能达到低功耗，如： PC253；另一类是通过外部设定的可编程 型。 运算放大器的工作电压大多使用15V电源 ，输出电流在5mA25mA之间。高压运 算放大器的工作电压上限为30V40V。 6 2、集成运算放大器产品数据手册的使用 （1）输入失调电压VIO和输入失调电流IIO； （2）输入偏置电流；IIB （3）最大额定值，有：最大电源电压，如 18V；最高工作温度，如70； （4）共模抑制比，CMRR = |AVD| / |AVC|

4、； （5）温度漂移，有输入失调电压温飘VIO / t和输入失调电流温飘IIO / t； （6）开环差模电压增益；AVD 7 （7）输入、输出阻抗； （8）转换速率SR =（dVO / dt）和单位增益 带宽BWG 。 3、运算放大器构成的常用模拟电路 （1）反相、同相放大电路； （2）加法电路； （3）减法电路； （4）低通滤波器和高通滤波器； （5）比较电路； （6）滞回比较电路； 8 （7）仪用放大电路； （8）输出电流增大电路； （9）交流直流变换电路； （10）电流检测电路； （11）峰值检测电路。 1.1.3 集成功率放大电路 1、集成功率放大电路简介 2、集成功率放大电路产品数据手

5、册的使用 9 （1）电源电压范围； （2）静态电源电流； （3）频带宽度 3、集成功率放大电路构成的常用模拟电路 （1）基本功率放大电路； （2）高电压增益功率放大电路。 10 1.1.4 集成稳压电路 1、集成稳压电路简介 线性集成稳压电路是电子电流中常用的 一种稳压电路，具有结构简单，调节方便 ，输出电压稳定性高和纹波电压小的特点 。只有输入、输出和公共端，称为三端稳 压器。 11 （1）三端固定输出集成稳压器 78：输出正电压 79：输出负电压 输出电压等级10个（对应）： 05、06、08、09、10、12、15、18、 （20）、24V 输出电流等级： L：0.1A，例：78L05，

6、5V 0.1A M ：0.5A 例：78M12，12V 0.5A 12 N：1.0A 无标：1.5A 例：7915，15V 1.5A T ：3A H ：5A P：10A 注：使用中一定要注意功耗不能超过允许的 最大值，功耗较大时，要外加散热片。 13 （2）三端可调输出集成稳压器 LM117217317：输出正电压 LM137237337：输出负电压 输出电压范围：1.2V37V 输出电流等级：L（0.1A）、M （0.5A）、 无标（1.5A） 例：LM317：1.2V37V 1.5A、 LM317M：1.2V37V 0.5A、 LM337L： 1.2V37V 0.1A 14 2、集成稳压电

7、路产品数据手册的使用 （1）输入输出压差，一般要求大于3V； （2）电压和负载调整率 （3）最小负载电流，LM317在使用中，最小 负载电流应大于5mA。 3. 集成稳压电路构成的常用模拟电路 （1）78XX和79XX典型应用电路； （2）LM317典型应用电路； （3）程序控制稳压电路。 15 1.2 模拟电路设计举例 1.2.2 简易浴室水温控制电路 1、设计任务和要求 （1）设计任务 设计一个简易浴室水温控制电路。该电 路能够将水温控制在一个合适的范围，并 能够手动调温。 （2）设计要求 16 要求电路能够通过两根电阻丝实现对水温的控制 。设温度范围是t1t2，当t t1时，两根电阻丝都

8、 加热；当t1 t t2 时，两根电阻丝都不加热； 要求电路在t1、t2两个温度点不能出现跳闸现象 ，即加热抖动现象； 要求电路能显示电阻丝通电与否； 画出系统框图，写出设计过程 利用Protel工具画出完整的电路原理图，列出全部 元器件清单。 17 2、系统组成框图 3、主要单元电路设计 （1）水温监测电路和水温范围测量电路； （2）电阻丝开关电路和显示电路； （3）电源电路。 4、电路原理图 5、元器件清单 6、特别说明 18 水温控制电路 19 1.2.3 简易声控延时照明电路 1、设计任务和要求 （1）设计任务 设计一个简易声控延时照明电路。 （2）设计要求 要求电路能够通过声强对照明

9、灯开关的控制，达 到控制照明灯的亮灭； 要求电路在照明灯点亮后延时t后自动关断，延时 时间t手动可调； 要求电路在照明灯点亮后又有新的声源出现，能 够重新通电t时间； 20 画出系统框图，写出设计过程 利用Protel工具画出完整的电路原理图，列 出全部元器件清单。 2、系统组成框图 3、主要单元电路设计 （1）声强监测电路和声强信号处理电路； （2）延时控制电路和照明灯开关电路； （3）电源电路。 21 4、电路原理图 5、元器件清单 6、特别说明 22 简易声控延时照明1 23 声、光控延时照明电路2 24 1.2.4 简易电池自动恒流转恒压充电电路（ 另做设计方案） 1、设计任务和要求

10、（1）设计任务 设计一个简易电池自动恒流转恒压充电 电路，当电池的电量尚未充足阶段，采用 恒流方式充电，当电池的电量充足后自动 转入恒压涓流方式充电。 （2）设计要求 25 要求电路能够检测电池的端电压； 若电池的端电压低于额定值，采用恒流方 式充电； 若电池的端电压达到额定值，自动转入恒 压涓流方式充电； 画出系统框图，写出设计过程 利用Protel工具画出完整的电路原理图，列 出全部元器件清单。 26 2、 系统组成框图 3、主要单元电路设计 （1）变压、整流、滤波电路； （2）充电电流检测电路和充电状态指示电路 ； （3）输出电压监视电路和充足状态指示电路 。 4、电路原理图 5、元器件

11、清单 6、特别说明 27 电池自动恒流转恒压充电电路 28 1.2.5 简易家用瓦斯报警电路 1、设计任务和要求 （1）设计任务 设计一个简易瓦斯报警电路，当空气中危 险气体的含量较大时能够自动报警，当危 险气体的含量大到对人体有害时，自动切 断危险气体的气源。 （2）设计要求 要求电路能够检测出空气中是否含有煤气 灯危险气体； 29 当空气中危险气体的含量较大时能够自动 报警； 当危险气体的含量大到对人体有害时，自 动切断危险气体的气源； 画出系统框图，写出设计过程 利用Protel工具画出完整的电路原理图，列 出全部元器件清单。 2、 系统组成框图 3、主要单元电路设计 （1）危险气体监测

12、电路和检测电路； 30 （2）声光报警电路； （3）自动切断电路。 （4）电源电路。 4、电路原理图 5、元器件清单 6、特别说明 31 瓦斯报警电路 32 1.2.6 简易自来水自动感应开关电路 1、设计任务和要求 （1）设计任务 设计一个简易自来水自动感应开关电路， 当人需要用水的时候，通过感应装置自动 打开自来水开关，人体离开后，延时一段 时间，自动关断。 （2）设计要求 要求电路能够通过感应装置（红外线检测 器）自动打开自来水开关； 33 人体离开后，延时一段时间，自动关断； 能够调节延时时间； 画出系统框图，写出设计过程 利用Protel工具画出完整的电路原理图，列 出全部元器件清单

13、。 2、系统组成框图 3、主要单元电路设计 （1）红外线脉冲发射电路； （2）红外线接收电路； 34 （3）时间延时电路； （4）自来水开关电路； （5）电源电路。 4、电路原理图 5、元器件清单 6、特别说明 35 自来水自动感应开关电路 36 自来水 自动感应 PCB 电路版图 37 第2章 数字电子线路设计 2.1 常用数字集成电路介绍 2.1.1 数字集成电路使用与注意事项 数字集成电路按制造工艺分为双极性集成 电路（如TTL等）和单极性集成电路（如 CMOS等）。 1、TTL数字集成电路 （1）TTL与非门电路的主要参数 38 电流参数（标准系列） IiL：低电平输入电流，约1.6m

14、A IiH：高电平输入电流，约50A IoL：低电平输出电流，约12mA IoH：高电平输出电流，约 0.4mA 电压参数 UiL：低电平输入电压，最大值0.8V UoL：低电平输出电压，最大值0.4V UnL：低电平噪声容限，约0.4V UiH：高电平输入电压，最小值2V 39 UoH：高电平输出电压，最小值2.4V UnH：高电平噪声容限，约0.4V 电源（VccGND） 54系列：50.5V 74系列：50.25V 速度与功耗 5474：10ns10mW 54H74H：6ns22mW 54L74L： 33ns1mW 40 54S74S：3ns19mW 54LS74LS： 9.5ns2mW

15、 54ALS74ALS： 3.5ns1mW 54AS74AS ： 3ns8mW 54F74F： 3.4ns4mW 扇出系数：8 （2）74系列为商用级TTL电路，工作环境温 度为070；54系列为军用级TTL电路 ，工作环境温度为55 125； 41 （3）TTL电路使用注意事项 电源电压VCC，74系列工作电压范围为5V5， 54系列工作电压范围为5V10。 输入端的处理，对于“与”、“与非”逻辑关系的器件 ，多余的输入端可以直接与电源VCC相连，也可 以经过一只几百欧姆的电阻与电源VCC相连；对 于“或”、“或非”逻辑关系的器件，多余的输入端只 能接地。 输出端的处理，除三态（TS）门、集电极开路（ OC）门外，其他的逻辑电路的输出端不允许直接 并联使用。输出端也不允许直接接电源或地，否 则极易损坏器件。 42 2、CMOS数字集成逻辑电路 （1）CMOS数字集成逻辑电路的特点与分类 CMOS电路式互补金属氧化物绝缘栅场 效应管集成电路的简称，利用NMOS管与 PMOS管组合的数字逻辑电路，其特点是： 功耗低（W级）、电源电压范围宽（3 18V）、抗干扰能力强、输入阻抗高（大于 100M）、带负载能力强，通用的CMOS 电路有4000/4500标准系列、74HC和 74HCT高