包邮电子技术基础实验.综合设计实验与课程设计

bsp;前言
    “电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计”是电气信息类专业重要的
实践课程。本教材2006年被评为普通高等教育“十一五”国家级规划教材和北
京高等教育精品教材。本书主编侯建军教授主持建设的“数字逻辑与系统”课
程2003年被评为首批国家精品课程(网址：http：／／c01．njtu．edu．cn／jingpinke／
xhyxt／index．htm)。
    在实践教学方面，本教材力求注重学生综合素质、创新意识的培养，对电子
技术实验体系、内容及实验方法进行了较大力度的改革。主要体现三个方面的
转变，即从验证性实验转变到加强基本技能的训练，从小单元局部电路为主的实
验转变到多模块、综合系统实验，从单一的实验室内实验形式转变到课上课下、
实验室内外的多元化实验形式。通过多年实验教学的实践，体现三个转变的实
验教学内容与方式取得了很好的教学效果。在方法与效果上形成从实验辅导到
实验引导，从静态实验内容到动态实验内容，从面向实验结果到面向实验过程，
培养了学生自主学习的能力和分析问题、解决问题的能力。
    本教材在编写时，既保证传统、经典的基础实验，又充分吸收新概念、新理论
和新技术。既有基本的技能测试训练，又增加了大量的综合设计型实验。力求
教学和科研相结合，处理好先进性和适用性的关系，处理好教材内容变化和基础
内容相对稳定的关系。力求教材重点内容突出，基本概念明确清晰，贯穿少而精
和理论联系实际的精神。
    本教材第1章和第2章介绍了电子技术实验的基本知识。第3章介绍了模
拟电子技术实验的基本技能实验和综合设计型实验。第4章介绍了数字电子技
术实验的基本技能实验和综合设计型实验。第5章介绍了电子设计自动化技
术，包括可编程器件原理、软／硬件平台的操作指南和综合设计型实验。第6章
介绍了电子技术课程设计和设计综合型实验，覆盖面广，可操作性强。
    参加本教材编写的教师多年从事电子电路课程体系、课程内容的改革，有多
年的实验教学经验。本书第1章由佟毅执笔，第2章由马英新执笔，第3章由佟
毅、马英新执笔，第4章由刘颖执笔，第5章由侯建军执笔，第6章由曾涛执笔。
侯建军任主编，并负责全书的整理和统稿。
    张有根、陈后金教授对本教材的实验体系、实验内容及实验管理进行了多方
面的研究与讨论，并给予了肯定。北京革新科技有限公司提供了实验系统和多
年研究的EDA实验内容。博士生李赵红、宋伟检验了书中的实验。在此，向他
们表示衷心的感谢。
   借此机会也向所有关心、支持和帮助过本书编写、修改、出版、发行工作的同
志们致以诚挚的谢意。
    限于水平，书中难免存在不妥之处及错误，恳请读者批评指正。
    编  者
    2007年2月

3．2  模拟电子电路综合设计
  在进行模拟电子电路设计时，首先要对设计题目做认真的分析，明确任务和
性能指标，然后做总体设计。在设计过程中，要根据具体情况，反复对设计方案
进行论证，以求方案*佳。在整体方案确定后，便可设计单元电路，选择元器件，
初画原理图，进行实验和性能测试，*后改画总电路图，撰写实验报告。
    1．总体方案的选择
    为了完成设计任务，寻找一定功能的若干单元电路构成一个整体，满足题目
的各项性能指标。这个过程称为总体设计的过程。设计的途径不是唯一的，满
足要求的方案也不是一个，为得到一个满意的设计方案，往往要针对要求，大量
查阅资料，手册等工具书，经过设计——验证——再设计，多次反复过程，才能达
到目的。
    总体设计方案可以用框图表示。主要部分和难点可画细一些，一般部分只
要能反映设计思想和基本原理就可以了。
  2．单元电路的设计
  单元电路设计是整个电路设计的实质部分。将每一部分按照总体框图的思
想及要求进行设计，才能保证整体电路的质量。单元电路的设计步骤分为三步。
    ①根据总体方案对单元的要求，明确单元电路的性能指标。注意各单元电
路之间的输入输出信号关系，尽量避免使用电平转换电路。
    ②选择设计单元电路的结构形式。通常选择学过的熟悉的电路，或者通过
查阅资料选择更合适的更先进的电路，在此基础上调试改进，使电路的结构形式
*佳。
    ③计算主要参数，选择元器件。
    3．元器件的选择
    电子电路的设计就是选择*合适的元器件，把它们合理地组合起来。在设
计过程中，经常遇到元器件选择问题，电子电路的故障往往以元器件损坏的形式
出现，究其原因，并非都是器件本身问题，而是对器件的选择不当所致。所以在
方案提出、分析比较以及参数计算过程中，都要考虑用哪些元器件和它们的性能
价格比如何。
    选择元器件必须注意两个问题。
    ①根据具体方案选择需要哪些元器件，每个元器件应该具有哪些性能指
标。在确定元器件参数的额定值时要留有一定的富裕量，使其在低于额定值的
条件下工作。
    ②在满足设计要求的前提下，尽可能减少元器件的品种和规格，提高器件
的复用率。了解市场哪些品种可以买到，性能价格如何，体积形状如何。电子器
件种类繁多，新产品不断出现，因此要多跑市场了解信息，多查找资料。
    (1)集成电路的选择
    集成电路使用方便灵活，可以简化电路减小电路体积，提高电路工作的可靠
性，安装调试也很方便。常用模拟集成电路有运算放大器、电压比较器、功率放
大器、模拟乘法器、稳压器等。集成电路的品种很多，选择方法是先粗后细，首先
根据总体方案选用何种功能的集成电路，然后选择性能参数，还要考虑形状大
小。集成电路封装形式有陶瓷扁平式、金属圆形和塑料双列直插型三种。双列
直插型集成电路便于安装调试，更换方便，是目前电路设计过程中首选的产品。
另外，还要根据市场情况、价格情况选择某种型号的集成电路。
    (2)阻容元件的选择
    电阻、电容是常用的分立器件，种类很多，性能各异。阻值相同、品种不同的
两种电阻或容量相同、品种不同的两种电容用在同一电路同一位置，可能效果不
一样。此外，价格和体积也可能相差很大。
    电阻器的种类有很多，通常分为三大类：固定电阻、可变电阻和特种电阻。在
电子产品中，以固定电阻应用*多。而固定电阻依其制造材料又可分为很多类，但
常用、常见的有RT型碳膜电阻、RJ型金属膜电阻、RX型线绕电阻，还有近年来开
始广泛应用的片状电阻。型号命名很有规律，R代表电阻，T代表碳膜，
J代表金属，x代表线绕，是拼音的**个字母。在国产老式的电子产品中，常可
以看到外表涂覆绿漆的电阻，那就是RT型的。而红颜色的电阻，是RJ型的。一
般老式电子产品中，以绿色的电阻居多。为什么呢?这涉及到产品成本的问题，
因为金属膜电阻虽然精度高、温度特性好，但制造成本也高，而碳膜电阻特别价
廉，而且能满足民用产品要求。电阻器当然也有功率之分。常见的是1／8 w的
“色环碳膜电阻”，它是电子产品和电子制作中用得*多的。当然在一些微型产
品中，会用到1／16 w的电阻，它的个头小多了。再者就是微型片状电阻，它是
贴片元件家族的一员，以前多见于进口微型产品中，现在市场上也可以见到。
    在电子电路中，对电阻器的阻值的要求，，一般允许有一定误差。通常选用标
称值通用电阻。允许误差分别为±5％、±10％、20％。为了使电阻器在电路中
安全运行，其额定功率应该大于电阻器运行中的实际功率一倍以上。此外，电阻
器的使用电压不应该超过其允许的*高工作电压。
    用不同的材料制成的电阻具有不同的性能和特点，在一般电子电路中，对电
阻的要求不高，可以选用价格便宜体积小的碳膜电阻。在低噪声和耐热性、稳定
性要求较高的电路中，可以选择金属膜电阻。在高频电路中，可以选择自身电感
量很小的合金箔电阻。在高温环境中，应该选用金属氧化膜电阻。
    电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构
和原理是相同的。两相距很近的金属片中间被某物质(固体、气体或液体)所隔
开，就构成了电容器。两金属片称为极板，中间的物质称为介质。电容器也分为
容量固定的与容量可变的。但常见的是容量固定的电容，*多见的是电解电容
和瓷片电容。
    在选用电容器时，首先要根据在电路中的作用及工作环境确定其类型。一
般用作耦合、旁路、电源滤波等情况时，对电容的要求不高，可以选择价格低误差
大的电容器。在高频电路中应该选用无电感的铁电陶瓷电容器或独石电容器。
在高压环境下，可以选用耐压高、稳定性好、温度系数小的云母电容器或高压瓷
介质电容器。
    如果需要兼顾高频和低频，可以选用一只大容量的电容和一只小容量的电
容并联使用。电容器的容量应该根据电路的要求选用标称值。但要注意的是，
不同类型的电容器其标称值系列的分布不一样，选用时应该查阅相关手册。
    电容器的容值允许误差一般分为三个等级，即I级士5％、Ⅱ级±10％、Ⅲ级
20％。一般情况下，除了振荡电路、定时电路、选频电路外，电路对电容器的要求
不高，所以对允许误差无严格要求。
    加在一个电容器两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。
一般电解电容的耐压分挡为6．3 V、10 V、16 V、25 V、50 V等。选用耐压值时，
要留有裕量，一般为实际工作电压的两倍。
    (3)半导体器件的选择
    半导体器件包括二极管、晶体管、场效应管和其他一些特殊的半导体器件。
选用时应该根据电路中的用途要求确定应该选用哪种器件。对于同一种半导体
器件，型号不同适用的场合也不同，选用时也应该根据器件完成的功能而定。例
如，用于整流用途，应该选用整流二极管，高压整流要选用硅整流堆，高频检波管
应该选用高频整流二极管。在脉冲电路中应该选用开关二极管。
    在选用晶体管时，首先要确定晶体管的类型是NPN还是PNP型，然后根据
电路设计要求选用所需晶体管的型号。晶体管的极限参数有集电极*大允许电
流／。M、集电极一发射极反向击穿电压。、集电极*大允许耗散功率P。M等。
这些参数反映了晶体管使用时应该受到的限制，在使用时应该查阅手册，使晶体
管使用时不超过这些参数。
    在选用半导体器件时，应该根据电路设计的有关参数，认真查阅资料、手册，
使得所选用的器件符合要求。
    4．参数计算
    在电路基本形式确定后，便可以根据性能指标，运用模拟电路基本理论知
识，对电路中有关元器件参数进行分析计算。对于参数计算应该注意以下问题。