chap1-电子设计与制作基础

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1、电子设计与制作100例 （第3版）张 金 JGXYZhangJ,1 电子设计与制作基础,1.1 电子系统概述,（1）电子系统,通常将由电子元器件或部件组成的能够产生、传输或处理电信号及信息的客观实体称为电子系统。例如电源系统、通信系统、雷达系统、计算机系统、电子测量系统、自动控制系统等等。这些应用系统在功能与结构上具有高度的综合性、层次性和复杂性。,1 电子设计与制作基础,1.1 电子系统概述,（1）电子系统,DVD播放机系统框图,1 电子设计与制作基础,1.1 电子系统概述,（2）电子系统基本类型,模拟电子系统,模拟电路是构成各种电子系统的基础，模拟系统是将各类待处理物理量通过各种传感器转换

2、为电信号，使电信号的电压、电流、相位、频率等参数与某物理量具有直接的对应关系。模拟系统的主要优点是：在整个处理过程中电信号的有关参数始终与原始的物理量有着直接的对应关系模拟关系。,1 电子设计与制作基础,1.1 电子系统概述,（2）电子系统基本类型,数字电子系统,数字电子系统简称数字系统，含有控制电路（或称控制器）和受控电路（或称数据处理器）的数字电路称为数字系统。已集成化为一片集成块的电路，尽管器件内部含有控制量和受控量部分，一般将其看成器件而不是数字系统。同步数字系统异步数字系统,1 电子设计与制作基础,1.1 电子系统概述,（2）电子系统基本类型,模拟、数字混合系统微处理器（单片机、嵌入

3、式）系统DSP（数字信号处理）系统,1 电子设计与制作基础,1.1 电子系统概述,（3）电子系统设计基本内容,电子系统设计的基本内容包括：,明确电子信息系统设计的技术条件（任务书）； 选择电源的种类； 确定负荷容量（功耗）； 设计电路原理图、接线图、安装图、装配图； 选择电子、电器元件以及执行元件，制定电子、电器元器件明细表； 画出电动机、执行元件、控制部件及检测元件总布局图； 设计机箱、面板、印刷电路板、接线板以及非标准电器和专用安装零件； 编写设计文档。,1 电子设计与制作基础,1.1 电子系统概述,（3）电子系统设计的一般方法,自底向上法（Bottom-Up） ：,自底向上法是根据要实现

4、的系统功能要求，首先从现有的可用的元件中选出合适的元件，设计成一个个部件。当一个部件不能直接实现系统的某个功能时。就需要设计由多个部件组成的子系统去实现该功能。优点：可以继承使用经过验证、成熟的部件与子系统，从而可以实现设计重用，提高设计效率。缺点：不容易实现系统化的、清晰易懂的以及可靠性高的和维护性好的设计。一般应用于小规模电子系统设计以及组装与测试。,1 电子设计与制作基础,1.1 电子系统概述,（3）电子系统设计的一般方法,自顶向下法（Top-Down） ：,首先从系统级设计开始。系统级的设计任务是：根据原始设计指标或用户的需求，将系统的功能全面、准确地描述出来，即将系统的输入/输出（I

5、/O）关系全面准确地描述出来，然后进行子系统级设计。根据系统级设计所描述的功能，将系统划分和定义为一个个适当的能够实现某一功能的相对独立的子系统。子系统的划分定义和互连完成后从下级部件向上级去进行设计。,1 电子设计与制作基础,1.1 电子系统概述,（3）电子系统设计的一般方法,自顶向下法（Top-Down） ：,部件级的设计完成后再进行最后的元件级设计，选用适当的元件去实现该部件的功能。自顶向下法是一种概念驱动的设计法。正确性和完备性原则；模块化，结构化原则；问题不下放原则；高层主导原则；直观性、清晰性原则；,1 电子设计与制作基础,1.1 电子系统概述,（3）电子系统设计的一般方法,自顶向

6、下为主导结合自底向上的方法（TD&BU Combined）：,由于现代电子系统所采用的技术越来越先进，功能越来越强，结构越来越复杂，用传统的手工设计方法是无法设计的，也不能满足越来越短的研制周期要求，只有采用先进的EDA工具才能完成设计任务。,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（1）电子制作基本概念,电子制作是一个电子系统设计理论物化的过程，其主要体现在用中小规模集成电路、分立元件等组装成一种或多种功能的装置。涉及电物理基本定律、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、机械结构、工艺、计算机应用、传感器技术、电机、测试与显示技术等内容。,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,

7、（2）电子制作基本流程,通过审题对给定任务或设计课题进行具体分析，明确所设计的系统的功能、性能、技术指标及要求，这是保证所做的设计不偏题、不漏题的先决条件。,审题：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,把系统所要实现的功能分配给若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。,方案选择与可行性论证：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程, 根据设计要求和总体方案的原理框图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应拟定主要单元电路的性能指标。 拟定出各单元电路的要求后，检查无误后方可按一定顺序分别设计每一个单元电路。 设计单

8、元电路的结构形式。 选择单元电路的元器件。 这一步工作需要有扎实的电子线路和数字电路的知识及清晰的物理概念。,单元电路的设计、参数计算和元器件选样：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,单元电路的设计、参数计算和元器件选样：,电子制作的基本流程,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,在电子系统设计过程中，常需要计算一些参数。如设计积分电路时，需计算电阻值和电容值，还要估算集成电路的开环电压放大倍数、差模输入电阻、转换速率、输入偏置电流、输入失调电压和输入失调电流及温漂，最后根据计算结果选择元器件。 在参数计算过程中，本着“定性分

9、析、定量估算、实验调整”的方法是切合实际的，也是行之有效的。,计算参数：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,计算参数应注意以下几点：（1）各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在标称值允许范围内，并留有适当裕量，以保证电路在规定的条件下能正常工作，达到所要求的性能指标。（2）对于环境温度、交流电网电压变化等工作条件，计算参数时应按最不利的情况考虑。,计算参数：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,（3）涉及元器件的极限参数（如整流桥的耐压）时，必须留有足够的裕量，一般按1.5倍左右考虑。例如，如果实际电路中三极管Uce的最

10、大值为20V，挑选三极管时应按大于等于30V考虑。（4）电阻值尽可能选在1MW范围内，最大不超过10MW，其数值应在常用电阻标称值之内，并根据具体情况正确选择电阻的品种。,计算参数：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,（5）非电解电容尽可能在100pFO.1mF范围内选择，其数值应在常用电容器标称值系列之内，并根据具体情况正确选择电容器的品种。（6）在保证电路性能的前提下，尽可能降低成本，减少器件品种，减少元器件的功耗和体积，为安装调试创造有利条件。（7）应把计算确定的各参数标在电路图的恰当位置。,计算参数：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（

11、2）电子制作基本流程,计算参数应注意以下几点： （8）电子系统设计应尽可能选用中、大规模集成电路，但晶体管电路设计仍是最基本的方法，具有不可代替的作用。 （9）单元电路的输入电阻和输出电阻。应根据信号源的要求确定前置级电路的输入电阻，或用射极跟随器实现信号源与后级电路的阻抗匹配和转换，也可考虑选用场效管电路，或采用晶体管自举电路。 （10）放大级数。设备的总增益是确定放大级数的基本依据。可考虑采用运算放大器实现放大级数。在具体选定级数时，应留有1520的增益裕量，以避免实现时可能造成增益不足的问题。除前置级外，放大级一般选用共发射级组态。,计算参数：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概

12、述,（2）电子制作基本流程,计算参数应注意以下几点：（8）电子系统设计应尽可能选用中、大规模集成电路，但晶体管电路设计仍是最基本的方法，具有不可代替的作用。（9）单元电路的输入电阻和输出电阻。应根据信号源的要求确定前置级电路的输入电阻，或用射极跟随器实现信号源与后级电路的阻抗匹配和转换，也可考虑选用场效管电路，或采用晶体管自举电路。,计算参数：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,（10）放大级数。设备的总增益是确定放大级数的基本依据。可考虑采用运算放大器实现放大级数。在具体选定级数时，应留有1520的增益裕量，以避免实现时可能造成增益不足的问题。除前置级外，

13、放大级一般选用共发射级组态。（11）级间耦合方式。级间耦合方式通常由信号、频率和功率增益要求而定。在对低频特性要求很高的场合，可考虑直接耦合，一般小信号放大级之间采用阻容耦合，功放级与推动级或功放级与负载级之间一般采用变压器耦合，以获得较高的功率增益和阻抗匹配。,计算参数：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,（12）为了降低噪声，ICQ可选得低些，选小的管子。后级放大器，因输入信号幅值较大，工作点可适当高一些，同时选较大的管子。工作点的选定以信号不失真为宜。工作点偏低会产生截止失真；工作点偏高，会产生饱和失真。,计算参数：,1 电子设计与制作基础,1.2 电

14、子制作概述,（2）电子制作基本流程,人工计算时多用近似，设计中使用的器件参数与实际使用的器件参数不一致等因素，使得设计中总是不可避免地存在误差甚至错误，因而不能保证最终的设计是完全正确的。这就需要将设计的系统在面包板上进行组装，并用仪器进行测试，发现问题时随时修改直到所要求的功能和性能指标全部符合要求为止。一个未经验证的设计总是有这样那样的问题和错误，通过组装与调试对设计进行验证与修改、完善是传统手工设计法不可缺少的一个步骤。,组装与调试：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,具有印制电路的绝缘底板叫做印制线路板，简称印制板。印制线路板在电子产品中通常有三种作

15、用：（1）作为电路中元件和器件的支撑件；（2）提供电路元件和器件之间的电气连接；（3）通过标记符号把安装在印制板上面的元件和器件标注出来，给人以一目了然的感觉，这样有助于元件和器件的插装和电气维修，同时大大减少了接线数量和接线错误。,印制电路板的设计与制作：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,印制板类型：单面印制板(绝缘基板的一面有印制电路)、双面印制板(绝缘基板的两面有印制电路)、多层印制板(在绝缘基板上制成三层以上印制电路)和软印制板(绝缘基板是软的层状塑料或其他质软的绝缘材料)。一般电子产品使用单面和双面印制板。在导线的密度较大，单面板容纳不下所有的导

16、线时使用双面板。双面板布线容易，但制作较难、成本较高，所以从经济角度考虑尽可能采用单面印制板。,印制电路板的设计与制作：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,电子产品的焊接装配是在元器件加工整形，导线加工处理之后进行的，装配也是制作产品的重要环节。要求焊点牢固，配线合理，电气连接良好，外表美观，保证焊接与装配的工艺质量。,元件焊接与整机装备调试：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,文档的具体内容与上面所列的设计步骤是相呼应的，即： （l）系统的设计要求与技术指标的确定； （2）方案选择与可行性论证； （3）单元电路的设计、参数计算和元器件选择； （4）列出参考资料目录。,编写设计文档与总结报告：,1 电子设计与制作基础,1.2 电子制作概述,（2）电子制作基本流程,总结报告是在组装与调试结束之后开始撰写的，是整个设计工作的总结，其内容应包括： （1）设计工作的日志； （2）原始设计修改部分的说明； （3）实际电路图、实物布置图、实用程序清单等； （4）功能与指标测试结果（含使用的测试仪器型号与规格）； （5）系统的操作使用说明； （6）存在问题及改进方向等。,