淺談電子技術中單元電路的設計

◆李妙長

(福建省寧德技師學院)

淺談電子技術中單元電路的設計

◆李妙長

(福建省寧德技師學院)

電子技術是一門實踐性很強的課程，其中電子電路設計是一個重要的實踐環節，掌握單元電路的設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計步驟及幾種重要單元電路的設計方法。

電子電路 單元電路 設計方法

電子技術是一門實踐性很強的課程，加強技能的訓練及培養，是提高工程人員的素質和能力的必要手段。在電子信息類教學中，電子電路設計是一個重要的實踐環節，著重讓學員從理論學習過渡到實際的應用，為以后從事技術工作打下堅實的基礎。

設計電子電路系統時，首先必須明確系統的設計任務，根據任務進行方案選擇，然后對方案中的各個部分進行單元的設計，參數計算和器件選擇，最后將各個部分連接在一起，畫出一個符合設計要求的完整的系統電路圖。因此，掌握單元電路的設計方法和實際設計電路的能力，是電子工程師必備的能力。

一、電子技術及單元電路概念

所謂電子技術是根據電子學的原理，運用電子器件設計和制造某種特定功能的電路以解決實際問題的一門學科。包括信息電子技術和電路電子技術兩大分支。信息電子技術包括模擬電子技術和數字電子技術。電子技術是對電子信號進行處理的技術，處理的方式有信號的發生、放大、濾波、轉換。

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備中的電阻器、電容器、變壓器和開關等，而電子器件通常由電子管、離子管、晶體管等構成。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，數字電路。總體來說是與門，非門，或門及其組合的計數電路，觸發器，加減運算器等。單元電路的設計訓練是為了能提高整體電子電路的設計水平。

二、單元電路的設計步驟

1.明確任務

單元電路設計前都需明確本單元電路的任務，詳細擬定出單元電路的性能指標，這是單元電路設計最基本的條件。通過計算電壓放大的倍數、輸入及輸出電阻的大小，并且根據電路設計的簡單明了、成本低、體積小、可靠性高等特點進行單元電路的設計。

2.參數計算

參數計算是為了保證單元電路的功能指標達到所需的要求，參數計算需要電子技術知識，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;振蕩器中我們通常需要計算電阻電容以及震蕩頻率。進行參數計算時，同一個電路可能得出不止一組數據，我們要注意選擇數據的方法，選擇的這組數據需要完成電路設計的要求，并且在實踐中能真正可行。

3.畫出電路圖

為詳細表述單元電路與整機電路的連接關系，設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系使得設計者盡量簡化電路結構。例如對于單元電路之間的級聯設計，在各單元電路確定以后，還要認真仔細地考慮它們之間的級聯問題，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，實現不同設備同時采集控制。

(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記，標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。圖中應加適當的標注，并且圖形符號要標準，

(3)注意連接線畫法

各元件之間的連接線應為直線，并且盡量減少交叉。通常情況下連接線應水平或垂直布置，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計方法

單元電路的設計是否合理，能夠關系到整個電子電路的設計是否能夠正常運行。因此，各個單元設計的工程師紛紛致力于單元電路的設計。

1.對于線性集成運放組成的穩壓電源的設計

穩壓電源設計的一般思路是讓輸入電壓先通過電壓變壓器，再通過整流網絡，然后經過濾波網絡最后經過穩壓網絡。在單元電路中，對于串聯反饋式穩壓電路大體上可分為調整部分、取樣部分、比較放大電路、基準電壓電路等。經過這樣設計的線路，具有過流及短路保護功能，當負載電流到達限額是能起到保護電路的功能工作。其具體設計方法為:對于整流出來的直流電是很少用來直接帶動負載，還必須濾波后降低其紋波系數，但這種電路不能起到穩壓的作用。所以穩壓電源都應滿足一定的技術指標。

2.單元電路之間的級聯設計

各單元電路確定以后，還要認真仔細地考慮它們之間的級聯問題。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。從提高放大倍數和負載能力考慮，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加以考慮。

時序配合的問題比較復雜，先對系統中各個單元電路的信號關系進行詳細的分析，來確定系統的時序，以確保系統正常工作下的信號時序。最后設計出實現該時序的方法。

3.對于運算放大器電路的設計

運算放大器是具有很高放大倍數的電路單元，在實際電路中通常結合反饋網絡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，也可以實現在半導體芯片當中。運算放大器的設計中，其基本參數應當選擇單、雙電源供電，電源電流。而且應當輸入失調電壓、輸入失調電流、輸入電阻。并且轉換速率、建立時間。設計中應當正確認識、對待各種參數，不盲目片面追求指標的先進。其中值得引起重視的是:依據推薦參數在規定的消振引腳之間接入適當的電容消振，這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，應盡量避免兩級以上放大級級連。

四、結束語

由于電子電路種類很多，因此會有許多不同的設計方法，隨著集成發生電路的快速發展，已經涌現出各種專用功能的新型器件，對電路設計工作有了新的要求。原始的分立元件電路的設計方法，已漸漸被集成塊直接組裝所取代。所以，要求設計者應把逐漸從單元電路的設計，轉移到整體方案的設計與規劃，對于各種集成電路的性能、指標要清楚明了，有根據需求恰當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設計。

[1]鄧木生.電子技能訓練[M].機械工業出版社，2002.

[2]高吉祥.基本技能訓練與單元電路設計[M].電子工業出版社，2007.