电子技术课程设计基础教材

电子技术课程设计基础教材内容摘要：

荡频率基本等于石英晶体的谐振频率，改变 C7的大小对振荡频率有微调的作用。 这里选用 R15为 ， R16为 51kΩ ， C6为 56pF， C7为 3～56pF，反相器利用了 CC4060中的反相器，如图 111和 112所示。 选用 CC4060 14位二 进制计数器对 32． 768kHz进行 14次二分频，产生一个频率为 2Hz的脉冲信号，然后用双 D触发器 CC4013进行二分频得到周期为 1s的脉冲信号。 (2)十五分频和二分频器 电路如图 113所示，由 SN74161组成十五进制计数器，进行十五分频，然后用 CC4013组成二分频电路，产生一个周期为 30s的方波，即一个脉宽为 15s秒脉冲发生器 十五分频器 二分频电路 图 110 基准时间产生电路框图 图 111 石英晶体振荡器 图 112 秒脉冲发生器 C6 成都信息工程学院电子基础教学实验中心实验指导系列教材 10 的脉冲信号。 (3)基准时间产生部分的电路图 如图 114 所示。 计数、译码、显示电路 该电路的功能是读 出脉搏数，以十进制数形式用数码管显示出来，如图 115所示。 因为人的脉搏数最高是 150次／ min，所以采用 3位十进制计数器即可。 该电路用双 BCD同步十进制计数器 CC4518构成 3位十进制加法计数器，用 CC4511BCD七段译码器译码，用七段数码管 LT547R完成七段显示。 控制电路 控制电路的作用主要是控制脉搏信号经放大、整形、倍频后进入计数器的时间，另外还应具有为各部分电路清零等功能，如图 116 所示。 图 113 十五分频和二分频电路 图 114 基准时间产生电路图 图 115 计数、 译码、显示电路 成都信息工程学院电子基础教学实验中心实验指导系列教材 11 画总电路图 根据以上设 计好的单元电路和图 11 所示的框图，可画出本题的总体电路，如图 117所示。 图 116 控 制电路 图 117 脉搏计的总体电路图 成都信息工程学院电子基础教学实验中心实验指导系列教材 12 元器件的选择 从某种意义上讲，电子电路的设计就是选择最合适的元器件，并把它们最好地组合起来。 因此在设计过程中，经常遇到选择元器件的问题，不仅在设计单元电路和总体电路及计算参数时要考虑选哪些元器件合适，而且在提出方案、分析和比较方案的优缺点时，有时也需要考虑用哪些元器件以及它们的性能价格比如何等。 怎样选择元器件呢，必须搞清两个问题。 第一，根据具体问题和方案，需要哪些元器件，每个元器件应具有哪些功能和性能 指标；第二，有哪些元器件实验室有，哪些在市场上能买到，性能如何，价格如何。 体积多大。 电子元件种类繁多，新产品不断出现，这就需要经常关心元器件的信息和新动向，多查资料。 1．一般优先选用集成电路 集成电路的应用越来越广泛，它不但减小了电子设备的体积、成本，提高了可靠性，安装、调试比较简单，而且大大简化了设计，使数字电路的设计非常方便。 现在各种模拟集成电路的应用也使得放大器、稳压电源和其他一些模拟电路的设计比以前容易得多。 例如： +5V直流稳压电源的稳压电路，以前常用晶体管等分立元件构成串联式稳压电路，现在一般 都用集成三端稳压器 7805构成。 二者相比，显然后者比前者简单得多，而且很容易设计制作，成本低、体积小、重量轻、维修简单。 但是，不要以为采用集成电路一定比用分立元件好，有些功能相当简单的电路，只要一只二极管或三极管就能解决问题，若采用集成电路反而会使电路复杂，成本增加。 例如 5～ 10MHz的正弦信号发生器，用一只高频三极管构成电容三点式 LC 振荡器即可满足要求。 若采用集成运放构成同频率的正弦波信号发生器，由于宽频带集成运放价格高，成本必然高。 因此在频率高、电压高，电流大或要求噪声极低等特殊场合仍需采用分立元件，必 要时可画出两种电路进行比较。 2．怎样选择集成电路 集成电路的品种很多，选用方法一般是“先粗后细”，即先根据总体方案考虑应该选用什么功能的集成电路，然后考虑具体性能，最后根据价格等因素选用某种型号的集成电路。 例如需要构成一个三角波发生器，既可用函数发生器 8038，也可用集成运放构成。 为此就必须了解 8038的具体性能和价格。 若用集成运放构成三角波发生器，就应了解集成运放的主要指标，选哪种型号符合三角波发生器的要求，货源和价格等情况如何，综合比较后再确定是选用 8038好，还是选用集成运放构成的三角波发生器好。 选用集成电路时，除以上所述外，还必须注意以下几点： ①应熟悉集成电路的品种和几种典型产品的型号、性能、价格等，以便在设计时能提出较好的方案，较快地设计出单元电路和总电路。 ②选择集成运放，应尽量选择“全国集成电路标准化委员会提出的优选集成电路系列”(集成运放 )中的产品。 ③同一种功能的数字集成电路可能既有 CMOS产品，又有 TTL产品，而且 TTL器件中有中速、高速、甚高速、低功耗和肖特基低功耗等不同产品， CMOS 数字器件也有普通型和高速型两种不同产品，选用时一般情况可参考表 11。 对于某些具体情况，设计者 可根据它们的性能和特点灵活掌握。 成都信息工程学院电子基础教学实验中心实验指导系列教材 13 对器件性能的要求 推荐选用的器件种类 工作频率 其他要求 产品种类 不高 (例如 5MHz 以下 ) 使用方便、成本低、不易损坏 肖特基低功耗 TTL 高 (例如 30MHZ) 高速 TTL 较低 (例如 1MHz 以下 ) 功耗小或输入电阻大，或抗干扰 普通 CMOS 较高 容限大，或高低电平一致性好 高速 CMOS 表 11 选用 TTL 和 CMOS 的规则 ④ CMOS器件可以与 TTL器件混合使用在同一电路中，为使二者的高、低电平兼容， CMOS器件应尽量使用 +5V电源。 但与用 +15V供电 的情况相比，某些性能有所下降，例如，抗干扰的容限减小，传输延迟时间增长等。 因此，必要时 CMOS器件仍需 +15V电源供电，此时， CMOS器件与 TTL器件之间必须加电平转换电路。 ⑤集成电路的常用封装方式有三种：即扁平式、直立式和双列直插式，为便于安装、更换、调试和维修，一般情况下，应尽可能选用双列直插式集成电路。 3．阻容元件的选择 电阻和电容是两种常用的分立元件，它们的种类很多，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中的同一位置，可能效果大不一样；此外， 价格和体积也可能相差很大。 设计者应当熟悉各种常用电阻和电容的种类、性能和特点，以便根据电路的要求进行选择。 计算参数 在电子电路的设计过程中，常常需要计算一些参数。 例如，在设计积分电路时，不仅要求出电阻值和电容值，而且还要估算出集成运放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，才能根据计算结果选择元器件。 至于计算参数的具体方法，主要在于正确运用在“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”中已经学过的分析方法，搞清电路原理，灵活运用计算公式。 对于 一般情况，计算参数应注意以下几点： ①各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在允许的范围内，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、交流电网电压等工作条件，计算参数时应按最不利的情况考虑。 ③涉及元器件的极限参数 (例如整流桥的耐压 )时，必须留有足够的裕量，一般按 倍左右考虑。 例如，如果实际电路中三极管 c、 e、两端的电压 UCE的最大值为 20V，挑选三极管时应按 U(BR)CEO≥ 30V考虑。 ④电阻值尽可能选在 1MΩ范围内，最大一般不应超过 10MΩ，其 数值应在常用电阻标称值系列之内，并根据具体情况正确选择电阻的品种。 ⑤非电解电容尽可能在 100pF~ F 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的品种。 成都信息工程学院电子基础教学实验中心实验指导系列教材 14 ⑥在保证电路性能的前提下，尽可能设法降低成本，减少器件品种，减小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值标在电路图的恰当位置。 电子电路安装与调试 电子电路设计完毕以后，需要进行电路安装。 电子电路的安装技术与工艺在电子工程技术中占有十分重要的位置，不可轻视。 安装技术与工艺的优劣 ，不仅影响外观质量，而且影响电子产品的性能，并且影响到调试与维修，因此，必须给予足够的重视。 电子电路的安装 备好按总体电路图所需要的元器件等以后，如何把这些元器件按电路图组装起来，电路各部分应放在什么位置，是用一块电路板，还是用多块电路板组装，一块板上电路元件又是如何布置等等，这都属于电路安装布局的问题。 电子电路安装布局分电子装置整体结构布局和电路板上元器件安装布局两种。 一、整体结构布局 这是一个空间布局的问题。 应从全局出发，决定电子装置各部分的空间位置。 例如，电源变压器、电路板、执 行机构、指示与显示部分、操作部分、以及其他部分等，在空间尺寸不受限制的场合，这些都比较好布局；而在空间尺寸受到限制且组成部分多而复杂的场合时，布局是十分艰难的，常常要对多个布局方案进行比较，多次反复是常有的事。 整体结构布局没有一个固定的模式，只有一些应遵循的原则： ’ 1．注意电子装置的重心平衡与稳定。