淺談電子技術(shù)中單元電路的設(shè)計
電子技術(shù)是一門實踐性很強的課程，其中電子電路設(shè)計是一個重要的實踐環(huán)節(jié)，掌握單元電路的設(shè)計方法是每個電子工程師必備的能力。具體介紹了單元電子電路設(shè)計步驟及幾種重要單元電路的設(shè)計方法。
電子技術(shù)是一門實踐性很強的課程，加強技能的訓(xùn)練及培養(yǎng)，是提高工程人員的素質(zhì)和能力的必要手段。在電子信息類教學(xué)中，電子電路設(shè)計是一個重要的實踐環(huán)節(jié)，著重讓學(xué)員從理論學(xué)習(xí)過渡到實際的應(yīng)用，為以后從事技術(shù)工作打下堅實的基礎(chǔ)。
設(shè)計電子電路系統(tǒng)時，首先必須明確系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，根據(jù)任務(wù)進行方案選擇，然后對方案中的各個部分進行單元的設(shè)計，參數(shù)計算和器件選擇，最后將各個部分連接在一起，畫出一個符合設(shè)計要求的完整的系統(tǒng)電路圖。因此，掌握單元電路的設(shè)計方法和實際設(shè)計電路的能力，是電子工程師必備的能力。
一、電子技術(shù)及單元電路概念
所謂電子技術(shù)是根據(jù)電子學(xué)的原理，運用電子器件設(shè)計和制造某種特定功能的電路以解決實際問題的一門學(xué)科。包括信息電子技術(shù)和電路電子技術(shù)兩大分支。信息電子技術(shù)包括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)。電子技術(shù)是對電子信號進行處理的技術(shù)，處理的方式有信號的發(fā)生、放大、濾波、轉(zhuǎn)換。
電子電路是由兩部分組成，即電子元件和電子器件。電子原件是指電子設(shè)備中的電阻器、電容器、變壓器和開關(guān)等，而電子器件通常由電子管、離子管、晶體管等構(gòu)成。電子電路按組成方式可分為分立電路和集成電路。單元電路是整個電子電路系統(tǒng)的一部分，常用的單元電路有放大電路，整流電路，震蕩電路，檢波電路，數(shù)字電路�？傮w來說是與門，非門，或門及其組合的計數(shù)電路，觸發(fā)器，加減運算器等。單元電路的設(shè)計訓(xùn)練是為了能提高整體電子電路的設(shè)計水平。
二、單元電路的設(shè)計步驟
1.明確任務(wù)
單元電路設(shè)計前都需明確本單元電路的任務(wù)，詳細(xì)擬定出單元電路的性能指標(biāo)，這是單元電路設(shè)計最基本的條件。通過計算電壓放大的倍數(shù)、輸入及輸出電阻的大小，并且根據(jù)電路設(shè)計的簡單明了、成本低、體積小、可靠性高等特點進行單元電路的設(shè)計。
2.參數(shù)計算
參數(shù)計算是為了保證單元電路的功能指標(biāo)達到所需的要求，參數(shù)計算需要電子技術(shù)知識，對這方面的理論要求很高。例如，放大器電路中我們通常需要計算各電阻值以及他們的放大倍數(shù);振蕩器中我們通常需要計算電阻電容以及震蕩頻率。進行參數(shù)計算時，同一個電路可能得出不止一組數(shù)據(jù)，我們要注意選擇數(shù)據(jù)的方法，選擇的這組數(shù)據(jù)需要完成電路設(shè)計的要求，并且在實踐中能真正可行。
3.畫出電路圖
為詳細(xì)表述單元電路與整機電路的連接關(guān)系，設(shè)計時需要繪制完整的電路圖。通過單元電路之間的相互配合和前后之間的關(guān)系使得設(shè)計者盡量簡化電路結(jié)構(gòu)。例如對于單元電路之間的級聯(lián)設(shè)計，在各單元電路確定以后，還要認(rèn)真仔細(xì)地考慮它們之間的級聯(lián)問題，從而到達減少浪費，從而降低工作量。注意各部分輸入信號、輸出信號和控制信號的關(guān)系，模擬輸入、輸出，使得輸入、輸出、電源、通道間全隔離，將直流電流、電壓信號分成多路相同或不同的電流、電壓信號，實現(xiàn)不同設(shè)備同時采集控制。
(1)注意電路圖的可讀性
繪圖時盡量把主電路圖畫在一張紙上，比較獨立和次要部分畫在令一張紙上，圖的端口和兩端做好標(biāo)記，標(biāo)出各圖紙之間信號的引入及引出。
(2)注意信號的流向及圖形符號
一般從輸入端和信號源畫起，又左至右或者由上至下按信號的流向依次畫出單元電路。圖中應(yīng)加適當(dāng)?shù)臉?biāo)注，并且圖形符號要標(biāo)準(zhǔn)，
(3)注意連接線畫法
各元件之間的連接線應(yīng)為直線，并且盡量減少交叉。通常情況下連接線應(yīng)水平或垂直布置，無特殊情況不畫斜線，互相連接的交叉用原點表示。
三、幾種典型單元電路的設(shè)計方法
單元電路的設(shè)計是否合理，能夠關(guān)系到整個電子電路的設(shè)計是否能夠正常運行。因此，各個單元設(shè)計的工程師紛紛致力于單元電路的設(shè)計。
1.對于線性集成運放組成的穩(wěn)壓電源的設(shè)計
穩(wěn)壓電源設(shè)計的一般思路是讓輸入電壓先通過電壓變壓器，再通過整流網(wǎng)絡(luò)，然后經(jīng)過濾波網(wǎng)絡(luò)最后經(jīng)過穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)。在單元電路中，對于串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路大體上可分為調(diào)整部分、取樣部分、比較放大電路、基準(zhǔn)電壓電路等。經(jīng)過這樣設(shè)計的線路，具有過流及短路保護功能，當(dāng)負(fù)載電流到達限額是能起到保護電路的功能工作。其具體設(shè)計方法為：對于整流出來的直流電是很少用來直接帶動負(fù)載，還必須濾波后降低其紋波系數(shù)，但這種電路不能起到穩(wěn)壓的作用。所以穩(wěn)壓電源都應(yīng)滿足一定的技術(shù)指標(biāo)。
2.單元電路之間的級聯(lián)設(shè)計
各單元電路確定以后，還要認(rèn)真仔細(xì)地考慮它們之間的級聯(lián)問題。如電器特性的相互匹配、信號耦合方式、時序配合以及相互干擾等問題。
對于電氣性能相互匹配的問題有些涉及到的是模擬單元電路之間的匹配，有的涉及到的是數(shù)字單元電路之間的匹配，有的則需要兩者兼顧。從提高放大倍數(shù)和負(fù)載能力考慮，希望后一級的輸入電阻要大，前一級的輸入電子要小，但從改善頻率響應(yīng)角度考慮，則剛好相反。
信號耦合方式有直接耦合、間接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光耦合。直接耦合方式最簡單，但是在靜態(tài)情況下，存在兩個單元電路的相互影響，因此在電路分析時應(yīng)加以考慮。
時序配合的問題比較復(fù)雜，先對系統(tǒng)中各個單元電路的信號關(guān)系進行詳細(xì)的分析，來確定系統(tǒng)的時序，以確保系統(tǒng)正常工作下的信號時序。最后設(shè)計出實現(xiàn)該時序的方法。
3.對于運算放大器電路的設(shè)計
運算放大器是具有很高放大倍數(shù)的電路單元，在實際電路中通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。運算放大器的設(shè)計中，其基本參數(shù)應(yīng)當(dāng)選擇單、雙電源供電，電源電流。而且應(yīng)當(dāng)輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入電阻。并且轉(zhuǎn)換速率、建立時間。設(shè)計中應(yīng)當(dāng)正確認(rèn)識、對待各種參數(shù)，不盲目片面追求指標(biāo)的先進。其中值得引起重視的是：依據(jù)推薦參數(shù)在規(guī)定的消振引腳之間接入適當(dāng)?shù)碾娙菹瘢@是為了消除運放的高頻自激，同時為了減小消振困難這一情況，應(yīng)盡量避免兩級以上放大級級連。
四、結(jié)束語
由于電子電路種類很多，因此會有許多不同的設(shè)計方法，隨著集成發(fā)生電路的快速發(fā)展，已經(jīng)涌現(xiàn)出各種專用功能的新型器件，對電路設(shè)計工作有了新的要求。原始的分立元件電路的設(shè)計方法，已漸漸被集成塊直接組裝所取代。所以，要求設(shè)計者應(yīng)把逐漸從單元電路的設(shè)計，轉(zhuǎn)移到整體方案的設(shè)計與規(guī)劃，對于各種集成電路的性能、指標(biāo)要清楚明了，有根據(jù)需求恰當(dāng)選取集成器件的能力，并能合理地進行單元連接，進而完成總體的系統(tǒng)設(shè)計。
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