电子电路的设计方法和步骤

在科研和生产实践中，电子系统设计的最终目标是做出生产样机或定型产品。通常，电子技术课程设计的任务可以分成两种：一种是纯理论设计，即仅要求设计出电路图纸和写出设计报告；另一种是不仅要求设计出电路图纸和写出设计报告，还要求做出试验产品。 设计实际电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务及要求，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各部分进行单元电路设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。 1．设计任务及课题分析 根据课题设计要求和技术指标，对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标、内容及要求，以便明确系统应完成的任务。 首先，结合已掌握的基本理论，查阅文献资料，收集同类电路图作为参考，并分析同类电路的性能；然后，考虑这些参考电路中哪些元器件需要改动或替换，哪些参数需要另外计算才能达到设计要求等，从总体上把握设计方案，从而对课题的可行性做出准确判断。 2．方案论证与选择 方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成系统的功能设计，最后设计出一个完整框图。 框图必须正确反映系统应完成的任务和各组成部分功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。具体如下： ①根据系统的总体要求，把电路划分成若干功能块，从而得到系统框图。每个框图里边可以是一个或几个基本单元电路，并将总体指标分配给每个单元电路，然后根据各单元电路所要完成的任务来决定电路的总体结构。 ②由系统框图到单元电路的具体结构是多种多样的，要对设计方案进行详细的比较和论证，力争做到设计方案合理、可靠、经济，功能齐全，技术先进，以技术上的可行性，使用上的安全可靠性和较高的性价比为主要依据，最后选定方案。 3．方案实现 根据系统的指标和功能框图，对方案中单元电路进行选择和设计计算，然后画出总体电路图。 (1)单元电路设计 单元电路是整机的一部分，只有把TCFGB0J157M8R.html" target="_blank" title="TCFGB0J157M8R">TCFGB0J157M8R各单元电路设计好，才能提高整体设计水平。每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟定出单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的组成形式。 县体设计时，可以参考成熟的电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。不仅单元电路设计要合理，而且各单元电路间也要互相配合，注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。 (2)电路参数计算 参数计算是选择元器件的依据，为保证单元电路达到规定要求，就需要对各种参数进行计算。例如，放大电路中各电阻值、放大倍数的计算；振荡器中电阻值、电容值、振动频率等参数的计算。只有熟悉电路工作原理，正确利用公式，计算的参数才能满足设计要求。 计算电路参数时应注意下列问题： ①元器件的工作电流、电压、频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求。 ②元器件的极限参数必须留有足够裕量，一般应大于额定值的1.5倍。 ③电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。 (3)元器件选择 元器件选择在第2章已有介绍，下面再说明几点。 1)阻容元件的选择 电阻和电容种类很多，不同的电路对电阻、电容的性能要求有所不同。例如，滤波电路中常用大容量铝电解电容，为补偿通常还需并联小容量瓷片电容。设计时，必须根据实际情况正确选择性能和参数合适的电阻和电容，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。 2)半导体分立器件的选择 分立半导体器件种类很多，例如，二极管、三极管、MOS管、光电管、晶闸管等，应根据电路要求及其用途分别进行选择。首先要考虑器件类型，然后器件参数要满足电路设计要求。例如，选择三极管时，先考虑选择硅或锗管、NPN或PNP管、高频或低频管、大功率或小功率管，然后再根据要求选择极限参数和其他参数。 3)集成电路的选择 集成电路可以实现单元电路甚至整机电路的功能。选择集成电路设计单元电路和总体电路，既简洁又方便灵活，具有系统体积小、性能优良、可靠性高、便于调试及运用等优点，设计电路时经常使用。 集成电路有数字集成电路和模拟集成电路两大类，有大量的集成芯片可供选用，集成器件的原理、特性及型号可查阅相关手册。选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而且要满足功耗、电压、速度、价格等方面的要求。 (4)完整电路图的绘制 完整电路图详细表示整机各单元电路及元器件之间的连接关系，它是组装、调试和维护电路的依据。通常是在系坑框图、单元电路设计、参数计算和元器件选择的基础上绘制的，完整电路图绘制要注意以下几点： ①布局合理，排列均匀，图面清晰，便于看图。完整电路一般由多个部分组成，应尽量画在同一张图纸上，每一个功能单元电路的元器件应集中布置在一起，并尽可能按照工作顺序排列。 若电路较复杂，需绘制多张图纸，则应把主电路画在一张图纸上，而把一些比较独立或辅助部分画在另外的图纸上，并在图的接口两端做上标记，注明信号从一张图到另一张图的引出点和引入点，以此说明各图纸在电路联系上的关系。 ②注意信号的流向，一般从输入端或信号源画起，由左至右或由上至下按照信号的传输方向依次画出各单元电路，而反馈电路的信号传输方向则相反。 ③图形符号表示器件的类型及意义，图形符号要标准，图中应加适当的标注。电路图中的中、大规模集成电路一般用方框图表示，在方框图中注明其型号，在方框的边线两则标明每根引出线的功能名称和引脚号。其余器件应采用标准化电路符号，例如集成门电路、二极管、三极管、电阻、电容、电感等。 ④连接线应为直线，并且交叉和折弯应最少。通常连接线可以水平布线或垂直布线，一般不画斜线。互相连通的交叉线，应在交叉处用圆点表示。根据需要，可以枉连接线上加注信号名或其他标记，表示其功能或趋向。有些连线可用符号表示，例如器件的电源一般标注电源电压的数值，地线用专用符号表示。 总之，在设计和选择电路及元器件时，要尽量选用市场上可以提供的中、大规模集成电路芯片和各种分立元件等电子器件，并通过应用性设计来实现各功能单元的要求以及各功能单元之间的协调关系。在整个设计过程中要做到：熟悉目前数字或模拟集成电路等电子器件的分类、特点，从而合理选择所需要的电子器件。要求工作可靠、价格低廉；对所选功能器件进行应用性设计时，要根据所用器件的技术参数和应完成的任务，正确估算外围电路的参数；要保证各功能器件协调一致的工作。对于模拟系统，按照需要采用不同耦合方式把它们连接起来，对于数字系统，协调工作主要通过控制器来完成，还要正确处理各功能输入端。