第一部分電子技術課程設計基礎

“電子技術課程設計”是電子技術課程的實踐性教學環節，是對學生學習電子技術的綜

合性訓練，這種訓練是通過學生獨立進行某一課題的設計、安裝和調試來完成的。然而，要

完成一個課題將涉及到許多方面的知識，既要涉及到許多理論知識(設計原理與方法)，還要

涉及到許多實際知識與技能(安裝、調試與測量技術)。本章將把電子技術課程設計所涉及到

的主要基礎知識作一全面的介紹，以幫助學生解決入門之難。

實驗課、課程設計和畢業設計是大學階段既相互聯系又互有區別的三大實踐性教學環

節。實驗課著眼于通過實驗驗證課程的基本理論，并培養學生的初步實驗技能。而課程設計

則是針對某一門課程的要求，對學生進行綜合性訓練，培養學生運用課程中所學到的理論與

實踐緊密結合，獨立地解決實際問題。畢業設計雖然也是一種綜合性訓練，但它不是針對某

一門課程，而是針對本專業的要求所進行的更為全面的綜合訓練。

1.1課程設計的目的與要求

電子技術課程設計應達到如下基本要求：

(1)綜合運用電子技術課程中所學到的理論知識去獨立完成一個設計課題。

(2)通過查閱手冊和文獻資料，培養學生獨立分析和解決實際問題的能力。

(3)進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則。

(4)學會電子電路的安裝與調試技能。

(5)進一步熟悉電子儀器的正確使用方法。

(6)學會撰寫課程設計總結報告。

(7)培養嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態度。

1.2課程設計的教學過程

1.設計與計算階段(也稱預設計階段)

學生根據所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計，通過論證與選擇，確定

總體方案。此后是對方案中單元電路進行選擇和設計計算，包括元器件的選用和電路參數的

計算。最后畫出總體電路圖(原理圖和布線圖)。此階段約占課程設計總學時的30%。

2.安裝與調試階段

預設計經指導教師審查通過后，學生即可向實驗室領取所需元器件等材料，并在實

驗箱上或試驗板上組裝電路。此后是運用測試儀表進行電路調試，排除電路故障，調整元

器件，修改電路，使之達到設計指標要求。

此階段往往是課程設計的重點與難點所在，所需時間約占總學時的50%：

3.撰寫總結報告階段

總結報告是學生對課程設計全過程的系統總結。學生應按規定的格式編寫設計說明書。

說明書的主要內容有：①課題名稱。②設計任務和要求。③方案選擇與論證。④方案的原

理框圖，總體電路圖、布線圖，以及它們的說明；單元電路設計與計算說明；元器件選

擇和電路參數計算的說明等。⑤電路調試。對調試中出現的問題進行分析，并說明解決的

措施；測試、記錄、整理與結果分析。⑥收獲體會、存在問題和進一步的改進意見等。

4.答辯

學生對所作課題作一個簡要介紹，之后指導教師針對學生所設計的整體的原理、特點、

工作過程，各單元電路的工作原理、性能，主要元器件的選擇依據，安裝調試后答辯組教師

針對學生所做設計提出問題，學生做答。

5.評分

課程設計結束后，教師將根據以下幾方面來評定成績：①設計方案的正確性與合理性。

②實驗動手能力（安裝工藝水平、調試中分析解決問題的能力，以及創新精神等）。③總結報

告。④答辯情況（課題的論述和回答問題的情況）。⑤設計過程中的學習態度、工作作風和科

學精神。具體如下：

及格：遵守實習紀律，設計報告符合要求，基本部分電路原理圖繪制正確，工作原理論

述清楚，電路板連接正確。

中等：在及格的基礎上，小組答辯回答問題全部正確。

良好：在中基礎上，電路板調試成功，工作穩定、可靠。

優秀：在良好基礎上，擴展部分電路設計正確安裝調試成功；或選綜合提高部分的設計

題目電路設計、安裝調試正確。

1.3電子電路設計的一般方法與步驟

電子電路的一般設計方法和步驟是：選擇總體方案，設計單元電路，選擇元器件，計算

參數，畫出總體電路圖，進行組裝與調試等。

由于電子電路種類繁多，千差萬別，設計方法和步驟也因情況不同而各異，因而上述設

計步驟需要交叉進行，有時甚至會出現反復。因此在設計時，應根據實際情況靈活掌握。

下面以設計脈搏計為例來說明設計的一般方法與步驟。

設計題目：設計一個脈搏計，要求實現在15s內測量Imin的脈搏數，并且顯示其數字。正

常人脈搏數為60~80次/min,嬰兒為90?100次/min,老人為100?150次/min。

總體方案：

1、課題分析電子脈搏計是用來測量一個人心臟跳動次數的電子儀器，也是心電圖的主

要組成部分。由給出的設計技術指標可知，脈搏計是用來測量頻率較低的小信號（傳感器輸

出電壓一般為幾個毫伏），它的基本功能應該是：

①用傳感器將脈博的跳動轉換為電壓信號，并加以放大、整形和濾波。

②在短時間內（15s內）測出每分鐘的脈搏數。

2、選擇總體方案

（1）提出方案滿足上述設計功能可以實施的方案很多，現提出下面兩種方案。

方案I如圖卜1所示，圖中各部分的作用如下：

計數

譯碼

顯示

圖1T脈搏計方案I

1）傳感器將脈搏跳動信號轉換為與此相對應的電脈沖信號。

2）放大與整形電路將傳感器的微弱信號放大，整形除去雜散信號。

3）倍頻器將整形后所得到的脈沖信號的頻率提高。如將15s內傳感器所獲得的信號頻

率4倍頻，即可得到對應一分鐘的脈沖數，從而縮短測量時間。

4）基準時間產生電路產生短時間的控制信號，以控制測量時間。

5）控制電路用以保證在基準時間控制下，使4倍頻后的脈沖信號送到計數、顯示電路

中。

6）計數、譯碼、顯示電路用來讀出脈搏數，并以十進制數的形式由數碼管顯示出來。

7）電源電路按電路要求提供符合要求的直流電源。

上述測量過程中，由于對脈沖進行了4倍頻，計數時間也相應地縮短了4倍（15s）,而

數碼管顯示的數字卻是Imin的脈搏跳動次數。用這種方案測量的誤差為±4次/min,測量

時間越短，誤差也就越大。

方案H如圖12所示。該方案是首先測出脈搏跳動5次所需的時間，然后再換算為每

分鐘脈搏跳動的次數，這種測量方法的誤差小，可達±1次/min。此方案的傳感器、放大

與整形、計數、譯碼、顯示電路等部分與方案I完全相同，現將其余部分的功能敘述如下：

1）六進制計數器用來檢測六個脈搏信號，產生五個脈沖周期的門控信號。

2）基準脈沖（時間）發生器產生周期為0.1s的基準脈沖信號。

3）門控電路控制基準脈沖信號進入8位二進制計數器。

4）8位二進制計數器對通過門控電路的基準脈沖進行計數，例如5個脈搏周期為

5s,即門打開5s的時間，讓0.1s周期的基準脈沖信號進入8位二進制計數器，顯然計

數值為50,反之，由它可相應求出5個脈沖周期的時間。

5）定脈沖數產生電路產生定脈沖數信號，如3000個脈沖送入可預置8位計數器輸

入端。

6）可預置8位計數器以8位二進制計數器輸出值（如50）作為預置數，對3000

個脈沖進行分頻，所得的脈沖數（如得到60個脈沖信號），即心率，從而完成計數值換

成每分鐘的脈搏次數。現在所得的結果即為每分鐘的脈搏數。

基準時間發生器;門控電路

傳感器________＞放大與整形________A六進制計數器一8位二進制計數器

----*---

可預置8位計數器

定脈沖數產生電路譯碼顯示電路

圖1-2脈搏計方案H

（2）方案比較方案I結構簡單，易于實現，但測量精度偏低；方案II電路結構復雜,

成本高，測量精度較高。根據設計要求，精度為±4次/min,在滿足設計要求的前提下，

應盡量簡化電路，降低成本，故選擇方案I。

單元電路的設計：

1、放大與整形電路如上所述，此部分電路的功能是由傳感器將脈搏信號轉換為電信

號，一般為幾十毫伏，必須加以放大，以達到整形電路所需的電壓，一般為兒伏。放大后的

信號波形是不規則的脈沖信號，因此必須加以濾波整形，整形電路的輸出電壓應滿足計數器

的要求。

（1）選擇電路：所選放大整形電路框圖如圖1-3所示。

圖1-3放大與整形電路框圖

1）傳感器：傳感器米用了紅外光膽轉換器，作用是通過紅外光照射人的手指的血脈流

動情況，把脈搏跳動轉換為電信號，其原理電路如圖1-4所示。

+Vcc+Vcc

圖1-4傳感器信號調節原理電路圖1-5同相放大器電路

圖中，紅外線發光管VD采用TLN104,接收三極管TLP104。用+5V電源供電，R取

500Q,比取10kQ,

2）放大電路：由于傳感器輸出電阻比較高，故放大電路采用了同相放大器，如圖1-5所

示，運放采用了LM324,電源電壓±5V,放大電路的電壓放大倍數為10倍左右，電路

參數如下:RplOOkQ,Rs=910kC,R為10kQ電位器,Cl=100uFo

3）有源濾波電路：采用了二階壓控有源低通濾波電路，如圖「6所示，作用是把脈搏

信號中的高頻干擾信號去掉，同時把脈搏信號加以放大，考慮到去掉脈搏信號中的干擾

尖脈沖，所以有源濾波電路的截止頻率為1kHz左右。為了使脈搏信號放大到整形電路

所需的電壓值，通常電壓放大倍數選用1.6倍左右。集成運放采用LM324。

4）整形電路：經過放大濾波后的脈搏信號仍是不規則的脈沖信號，且有低頻干擾，仍不

滿足計數器的要求，必須采用整形電路，這里選用了滯回電壓比較器，如圖1-7所示，

其目的是為了提高抗干擾能力。集成運放采用了LM339,其電路參數如下：R,o=5.IkQ,

R“=100kQ,Rl2=5.IkQo電源電壓±5V。由于LM339屬于集電級開路輸出，使用時輸出

端應加2kQ的上拉電阻。

圖1-6二階有源濾波電路圖1-7施密特整形電路和電平轉換電路

Re、RT1.6kQ,Rs15kQ,R）9.lkQ,C2>C30.1uF

5）電平轉換電路：由比較器輸出的脈沖信號是一個正負脈沖信號，不滿足計數器要求

的脈沖信號，故采用電平轉換電路，見圖

（2）放大與整形部分電路如圖1-8所示。

+Vcc

圖1-8放大與整形部分電路

2、倍頻電路該電路的作用是對放大整形后的脈搏信號進行4倍頻，以便在15s內測

出1min內的人體脈搏跳動次數，從而縮短測量時間，以提高診斷效率。

倍頻電路的形式很多，如鎖相倍頻器、異或門倍頻器等，由于鎖相倍頻器電路比較復雜,

二倍穎?二ffifM；

：：Cj

成本比較高，所以這里采用了能滿足設計要求的異或門組成的4倍頻電路，如圖1-9所示。

圖1-9

G1和G2構成二倍頻電路，利用第一個異或門的延遲時間對第二個異或門產生作用，當

輸入由“0”變成“1”或由“1”變成“0”時，都會產生脈沖輸出。

電容器c的作用是為了增加延遲時間，從而加大輸出脈沖寬度。根據實驗結果選用C,=33

PF,R?=10kQ,RH=10kQ,C5=6.8UF0由兩個二倍頻電路就構成了四倍頻電路。其中異或

門選用了CC4070,

3、基準時間產生電路基準時間產生電路的功能是產生一個周期為30s（即脈沖寬度為

15s）的脈沖信號，以控制在15s內完成一分鐘的測量任務。實現這一功能的方案很多，我們

采用如圖1-10的方案。

秒脈沖發生器＞卜五分頻器＞二分頻電路

圖1-10基準時間產生電路框圖

由框圖可知，該電路由秒脈沖發生器、十五分頻電路和二分頻電路組成。

（D秒脈沖發生器電路如圖-11所示。為了保證基準時間的準確，采用了石英晶體

振蕩電路，石英晶體的主頻為32.768kHz,反相器采用CMOS器件，。可在5?30MQ范圍

內選擇，跖可在10?150kQ范圍內選擇，振蕩頻率基本等于石英晶體的諧振頻率，改變G

的大小對振蕩頻率有微調的作用。這里選用的為5.1MQ,Rie為51k＜2,Ce為56pF,G為3?

56pF,反相器利用了CC4060中的反相器，如圖1-11和1T2所示。選用CC406014位二進

制計數器對32.768kHz進行14次二分頻，產生一個頻率為2Hz的脈沖信號，然后用雙D

觸發器CC4013進行二分頻得到周期為1s的脈沖信號。

圖1-11石英晶體振蕩器圖1-12秒脈沖發生器

⑵卜五分頻和二分頻器電路如圖1-13所示，由SN74161組成十五進制計數器，進行

十五分頻，然后用CC4013組成二分頻電路，產生一個周期為30s的方波，即一個脈寬為15s

的脈沖信號。

⑶基準時間產生部分的電路圖如圖114所示。

CC4O13

圖1T3十五分頻和二分頻電路

OC4013

圖1-14基準時間產生電路圖

4、計數、譯碼、顯示電路該電路的功能是讀出脈搏數，以十進制數形式用數碼管顯

示出來，如圖1T5所示。

南零信號

因為人的脈搏數最高是150次/min,所以采用3位十進制計數器即可。該電路用雙BCD

同步十進制計數器CC4518構成3位十進制加法計數器，用CC4511BCD-七段譯碼器譯碼，用

七段數碼管LT547R完成七段顯示。

5、控制電路控制電路的作用主要是控制脈搏信號經放大、整形、倍頻后進入計數器

的時間，另外還應具有為各部分電路清零等功能，如圖-16所示。

1.3.3畫總電路圖

根據以上設計好的單元電路和圖1T所示的框圖，可畫出本題的總體電路，如圖1-17

所示。

獨見冷，-----11~

RLM32,

-1,叩39

導---->8

1.3.4元器件的選擇

從某種意義上講，電子電路的設計就是選擇最合適的元器件,并把它們最好地組合起來。

因此在設計過程中，經常遇到選擇元器件的問題，不僅在設計單元電路和總體電路及計算參

數時要考慮選哪些元器件合適，而且在提出方案、分析和比較方案的優缺點時，有時也需要

考慮用哪些元器件以及它們的性能價格比如何等。怎樣選擇元器件呢，必須搞清兩個問題。

第一，根據具體問題和方案，需要哪些元器件，每個元器件應具有哪些功能和性能指標；第

二，有哪些元器件實驗室有，哪些在市場上能買到，性能如何，價格如何？體積多大？電子

元件種類繁多，新產品不斷出現，這就需要經常關心元器件的信息和新動向，多查資料。

1.一般優先選用集成電路集成電路的應用越來越廣泛，它不但減小了電子設備的體

積、成本，提高了可靠性，安裝、調試比較簡單，而且大大簡化了設計，使數字電路的設計

非常方便。現在各種模擬集成電路的應用也使得放大器、穩壓電源和其他一些模擬電路的設

計比以前容易得多。例如：+5V直流穩壓電源的穩壓電路，以前常用晶體管等分立元件構成

串聯式穩壓電路，現在?般都用集成三端穩壓器7805構成。二者相比，顯然后者比前者簡

單得多，而且很容易設計制作，成本低、體積小、重量輕、維修簡單。但是，不要以為采用

集成電路一定比用分立元件好，有些功能相當簡單的電路，只要一只二極管或三極管就能解

決問題，若采用集成電路反而會使電路復雜，成本增加。例如5?10MHz的正弦信號發生器,

用一只高頻三極管構成電容三點式LC振蕩器即可滿足要求。若采用集成運放構成同頻率的

正弦波信號發生器，由于寬頻帶集成運放價格高，成本必然高。因此在頻率高、電壓高，電

流大或要求噪聲極低等特殊場合仍需采用分立元件，必要時可畫出兩種電路進行比較。

2.怎樣選擇集成電路集成電路的品種很多，選用方法一般是“先粗后細”，即先根據

總體方案考慮應該選用什么功能的集成電路，然后考慮具體性能，最后根據價格等因素選用

某種型號的集成電路。例如需要構成一個三角波發生器，既可用函數發生器8038,也可用

集成運放構成。為此就必須了解8038的具體性能和價格。若用集成運放構成三角波發生器,

就應了解集成運放的主要指標，選哪種型號符合三角波發生器的要求，貨源和價格等情況如

何，綜合比較后再確定是選用8038好，還是選用集成運放構成的三角波發生器好。

選用集成電路時，除以上所述外，還必須注意以下幾點：

①應熟悉集成電路的品種和兒種典型產品的型號、性能、價格等，以便在設計時能提出

較好的方案，較快地設計出單元電路和總電路。

②選擇集成運放，應盡量選擇“全國集成電路標準化委員會提出的優選集成電路系列”

（集成運放）中的產品。

③同一種功能的數字集成電路可能既有CMOS產品，又有TTL產品，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產品，CMOS數字器件也有普通型和高

速型兩種不同產品，選用時?般情況可參考表1T。對于某些具體情況，設計者可根據它們

的性能和特點靈活掌握。

對器件性能的要求推薦選用的器件種類

工作頻率其他要求產品種類

不高（例如5MHz以下）使用方便、成本低、不易損壞肖特基低功耗TTL

高（例如30M）高速TTL

較低（例如1MHz以下）功耗小或輸入電阻大，或抗干擾普通CMOS

較高容限大，或高低電平一致性好高速CMOS

表1-1選用TTL和CMOS的規則

④CMOS器件可以與TTL器件混合使用在同一電路中，為使二者的高、低電平兼容，CMOS

器件應盡量使用+5V電源。但與用+15V供電的情況相比，某些性能有所下降，例如，抗干擾

的容限減小，傳輸延遲時間增長等。因此，必要時CMOS器件仍需+15V電源供電，此時，CMOS

器件與TTL器件之間必須加電平轉換電路。

⑤集成電路的常用封裝方式有三種：即扁平式、直立式和雙列直插式，為便于安裝、更

換、調試和維修，一般情況下，應盡可能選用雙列直插式集成電路。

3.阻容元件的選擇電阻和電容是兩種常用的分立元件，它們的種類很多，性能各異。

阻值相同、品種不同的兩種電阻或容量相同、品種不同的兩種電容用在同一電路中的同位

置，可能效果大不一樣；此外，價格和體積也可能相差很大。設計者應當熟悉各種常用電阻

和電容的種類、性能和特點，以便根據電路的要求進行選擇。

1.3.5計算參數

在電子電路的設計過程中，常常需要計算一些參數。例如，在設計積分電路時，不僅要

求出電阻值和電容值，而且還要估算出集成運放的開環電壓放大倍數、差模輸入電阻、轉換

速率、輸入偏置電流、輸入失調電壓和輸入失調電流及溫漂，才能根據計算結果選擇元器件。

至于計算參數的具體方法，主要在于正確運用在“模擬電子技術基礎”和“數字電子技術基

礎”中已經學過的分析方法，搞清電路原理，靈活運用計算公式。對于一般情況，計算參數

應注意以下幾點：

①各元器件的工作電壓、電流、頻率和功耗等應在允許的范圍內，并留有適當裕量，以

保證電路在規定的條件下，能正常工作，達到所要求的性能指標。

②對于環境溫度、交流電網電壓等工作條件，計算參數時應按最不利的情況考慮。

③涉及元器件的極限參數（例如整流橋的耐壓）時，必須留有足夠的裕量，一般按1.5

倍左右考慮。例如，如果實際電路中三極管c、e、兩端的電壓電的最大值為20V,挑選三

極管時應按U麗儂230V考慮。

④電阻值盡可能選在1MQ范圍內，最大一般不應超過10MC,其數值應在常用電阻標稱

值系列之內，并根據具體情況正確選擇電阻的品種。

⑤非電解電容盡可能在WOpF^O.1uE范圍內選擇，其數值應在常用電容器標稱值系列

之內，并根據具體情況正確選擇電容的品種。

⑥在保證電路性能的前提下，盡可能設法降低成本，減少器件品種，減小元器件的功耗

和體積，為安裝調試創造有利條件。

⑦應把計算確定的各參數值標在電路圖的恰當位置。

1.4電子電路安裝與調試

電子電路設計完畢以后，需要進行電路安裝。電子電路的安裝技術與工藝在電子工程技

術中占有十分重要的位置，不可輕視。安裝技術與工藝的優劣，不僅影響外觀質量，而且影

響電子產品的性能，并且影響到調試與維修，因此，必須給予足夠的重視。

1.4.1電子電路的安裝

備好按總體電路圖所需要的元器件等以后，如何把這些元器件按電路圖組裝起來，電路

各部分應放在什么位置，是用塊電路板，還是用多塊電路板組裝，?塊板上電路元件又是

如何布置等等，這都屬于電路安裝布周的問題。

電子電路安裝布局分電子裝置整體結構布局和電路板上元器件安裝布局兩種。

一、整體結構布局

這是一個空間布局的問題。應從全局出發，決定電子裝置各部分的空間位置。例如，電

源變壓器、電路板、執行機構、指示與顯示部分、操作部分、以及其他部分等，在空間尺寸

不受限制的場合,這些都比較好布局;而在空間尺寸受到限制且組成部分多而復雜的場合時,

布局是十分艱難的，常常要對多個布局方案進行比較，多次反復是常有的事。

整體結構布局沒有一個固定的模式，只有一些應遵循的原則：'

1.注意電子裝置的重心平衡與穩定。為此，變壓器和大電容等比較重的器件應安裝在

裝置的底部，以降低裝置的重心，還應注意裝置前后、左右的重量平衡。

2.注意發熱部件的通風散熱。為此，大功率管應加裝散熱片，并布置在靠近裝置的外

殼，且開鑿通風孔，必要時加裝小型排風扇。

3.注意發熱部件的熱干擾。為此，半導體器件、熱敏器件、電解電容等應盡可能遠離

發熱部件。

4.注意電磁干擾對電路正常工作的影響，容易接受干擾的元器件（如高放大倍數放大器

的第?級等）應盡可能遠離干擾源（如變壓器、高頻振蕩器、繼電器、接觸器等）。當遠離有

困難時.，應采取屏蔽措施（即將干擾源屏蔽或將易受干擾的元器件屏蔽起來）。此外，輸入級

也應盡可能遠離輸出級。

5.注意電路板的分塊與布置。如果電路規模不大或電路規模雖大但安裝空間沒有限制,

則盡可能采用?塊電路板，否則采用多塊電路板。分塊的原則是按電路功能分塊，不一定一

塊一個功能，可以一塊有幾個功能的電路。電路板的布置可以臥式，也可以立式布置，這要

視具體空間而定。不論采用哪一種，都應考慮到安裝、調試和檢修的方便。此外，與指示和

顯示有關的電路板最好是安裝在面板附近。

6.注意連線的相互影響。強電流線與弱電流線應分開走，輸入級的輸入線應與輸出級

的輸出線分開走。

7.操作按鈕、調節按鈕、指示器與顯示器等都應安裝在裝置的面板上。

8.注意安裝、調試和維修的方便，并盡可能注意整體布局的美觀。前述七項布局的原

則是從技術角度出發提出來的，在盡量滿足這些原則的前提下，應特別注意安裝、調試和維

修方便，以及整體美觀。否則，不是?個好的整體布局，甚至是一個無法實現的整體布局.

二、電路板結構布局

在一塊板上按電路圖把元器件組裝成電路，其組裝方式通常有兩種：插接方式和焊接方

式。插接方式是在面包板上進行，電路元器件和連線均接插在面包板的孔中；焊接方式是在

印刷板上進行，電路元器件焊接在印刷板上，電路連線則為特制的印刷線。

不論是哪一種組裝方式，首先必須考慮元器件在電路板上的結構布局問題。布局的優劣

不僅影響到電路板的走線、調試、維修以及外觀，也對電路板的電氣性能有一定影響。

電路板結構布局也沒有固定的模式，不同的人所進行的布局設計有不同的結果，這不足

為奇，但有如下一些供參考的原則：

1、首先布置主電路的集成塊和晶體管的位置。安排的原則是，按主電路信號流向的順

序布置各級的集成塊和晶體管。當芯片多，而板面有限時，則布成一個“U”字形，“U”字

形的口一般應盡量靠近電路板的引出線處，以利于第一級的輸入線、末級的輸出線與電路板

引出線之間的連線。此外，集成塊之間的間距（即空余面積）應視其周圍元器件的多少而定。

2、安排其他電路元器件（電阻、電容、二極管等）的位置。其原則是，按級就近布置。

換句話說，各級元器件圍繞各級的集成塊或晶體管布置。如果有發熱量較大的元器件，則應

注意它與集成塊或晶體管之間的間距應足夠大些。

3、連線布置。其原則是，第?級輸入線與末級的輸出線，強電流線與弱電流線、高頻

線與低頻線等應分開走，其間距離應足夠大，以避免相互干擾。

4、合理布置接地線。為避免各級電流通過地線時產生相互間的干擾，特別是末級電流

通過地線對第一級的反饋干擾，以及數字電路部分電流通過地線對模擬電路產生干擾，通常

采用地線割裂法使各級地線自成回路，然后再分別一點接地，如圖1T8（a）所示。換句話

說，各級的地是割裂的，不直接相連，然后再分別接到公共的一點地匕

（a）一點接地（b）串聯接地

1-18地線布置

根據上述一點接地的原則，布置地線時應注意如下幾點：

①輸出級與輸入級不允許共用一條地線。

②數字電路與模擬電路不允許共用一條地線。

③輸入信號的“地”應就近接在輸入級的地線上。

④輸出信號的“地”應接公共地，而不是輸出級的“地二

⑤各種高頻和低頻退耦電容的接“地”端應遠離第一級的地。

顯然，上述單點接地的方法可以完全消除各級之間通過地線產生的相互影響，但接地方

式比較麻煩，且接地線比較長，容易產生寄生振蕩。因此，在印刷電路板的地線布置上常常

采用另一種地線布置方式，即串聯接地方式，如圖118（b）所示，各級地一級級直接相連

后再接到公共的地上。

在這種接地方式中，各級地線可就近相連，接地比較簡單，但因存在地線電阻（如圖中

虛線所示），各級電流通過相應的地線電阻產生干擾電壓，影響各級的工作。為了盡量抑制

這種干擾，常常采用加粗和縮短地線的方法，以減小地線電阻。

5、電路板的布局還應注意美觀和檢修方便。為此，集成塊的安置方式應盡量一致，不

要橫的橫、豎的豎，電阻、電容等元器件亦應如此。

1.4.2電子電路的調試

電子電路的調試在電子工程中占有重要地位,是對設計電路的正確與否及性能指標的檢

測過程，也是初學者實踐技能培養的重要環節。

調試過程是利用符合指標要求的各種電子測量儀器，如示波器、萬用表、信號發生器、

頻率計、邏輯分析儀等，對安裝好的電路或電子裝置進行調整和測量，以保證電路或裝置正

常工作，同時，判別其性能的好壞、各項指標是否符合要求等。因此，調試必須按一定的方

法和步驟進行。

1、調試的方法和步驟

①不通電檢查電路安裝完畢后，不要急于通電，應首先認真檢查接線是否正確，包括

多線、少線、錯線等，尤其是電源線不能接錯或接反，以免通電后燒壞電路或元器件。查線

的方式有兩種：種是按照設計電路接線圖檢查安裝電路，在安裝好的電路中按電路圖-一

對照檢查連線；另一種方法是按實際線路，對照電路原理圖按兩個元件接線端之間的連線去

向檢查。無論哪種方法，在檢查中都要對已經檢查過的連線做標記，使用萬用表檢查連線很

有幫助。

②直觀檢查連線檢查完畢后，直觀檢查電源、地線、信號線、元器件接線端之間有無

短路，連線處有無接觸不良，二極管、三極管、電解電容等有極性元器件引線端有無錯接、

反接，集成塊是否插對。

③通電檢查把經過準確測量的電源電壓加入電路，但暫不接入信號源信號。電源接通

之后不要急于測量數據和觀察結果，首先要觀察有無異常現象，包括有無冒煙、有無異常氣

味、觸摸元件是否有發燙現象、電源是否短路等。如果出現異常，應立即切斷電源，排除故

障后方可重新通電。

④分塊調試包括測試和調整兩個方面。測試是在安裝后對電路的參數及工作狀態進行測

量；調整則是在測試的基礎上對電路的結構或參數進行修正，使之滿足設計要求。

為了使測試能夠順利進行，設計的電路圖上應標出各點的電位值、相應的波形以及其他

參考數值。

調試方法有兩種。第一種是采用邊安裝邊調試的方法，也就是把復雜的電路按原理圖上

的功能分塊進行調試，在分塊調試的基礎上逐步擴大調試的范圍，最后完成整機調試，這種

方法稱為分塊調試。采用這種方法能及時發現問題和解決問題，這是常用的方法，對于新設

計的電路更為有效。另一種方法是整個電路安裝完畢后，實行一次性調試。這種方法適用于

簡單電路或定型產品。這里僅介紹分塊調試。

分塊調試是把電路按功能分成不同的部分，把每個部分看成一個模塊進行調試。比較理

想的調試程序是按信號的流向進行，這樣可以把前面調試過的輸出信號作為后一級的輸入信

號，為最后的聯調創造條件。分塊調試分為靜態調試和動態調試。

靜態調試一般指在沒有外加信號的條件下測試電路各點的電位。如測試模擬電路的靜態

工作點，數字電路的各輸入、輸出電平及邏輯關系等，將測試獲得的數據與設計值進行比較,

若超出指標范圍，應分析原因，并進行處理。

動態調試可以利用前級的輸出信號作為后級的輸入信號，也可利用自身的信號來檢查電

路功能和各種指標是否滿足設計要求，包括信號幅值、波形的形狀、相位關系、頻率、放大

倍數、輸出動態范圍等。模擬電路比較復雜，而對數字電路來說，由于集成度比較高，一般

調試工作量不大，只要元器件選擇合適，直流工作點狀態正常，邏輯關系就不會有太大問題。

一般是測試電平的轉換和工作速度等。

把靜態和動態的測試結果與設計的指標進行比較,經進一步分析后對電路參數實施合理

的修正。

⑤整機聯調對于復雜的電子電路系統，在分塊調試的過程中，由于是逐步擴大調試范圍，

故實際上已完成了某些局部聯調工作。只要做好各功能塊之間接口電路的調試工作，再把全

部電路接通，就可以實現整機聯調。整機聯調只需要觀察動態結果，即把各種測量儀器及系

統本身顯示部分提供的信息與設計指標逐一比較，找出問題，然后進一步修改電路參數，直

到完全符合設計要求為止。

調試過程中不能單憑感覺利印象，要始終借助儀器觀察。使用示波器時，最好把示波器

的信號輸入方式置于“DC”擋，它是直流耦合方式，同時可以觀察被測信號的交、直流成分。

被測信號的頻率應處在示波器能夠穩定顯示的頻率范圍內，如果頻率太低，觀察不到穩定波

形時，應改變電路參數后測量。

2、調試注意事項

①測試之前要熟悉各種儀器的使用方法，并仔細加以檢查，避免由于儀器使用不當或出

現故障而作出錯誤判斷。

②測試儀器和被測電路應具有良好的共地,只有使儀器和電路之間建立一個公共地參考

點，測試的結果才是準確的。

③調試過程中，發現器件或接線有問題需要更換或修改時，應關斷電源，待更換完畢認

真檢查后方可重新通電。

④調試過程中，不但要認真觀察和檢測，還要認真記錄。包括記錄觀察的現象、測量的

數據、波形及相位關系，必要時在記錄中應附加說明，尤其是那些和設計不符合的現象更是

記錄的重點。依據記錄的數據才能把實際觀察的現象和理論預計的結果加以定量比較，從中

發現問題，加以改進，最終完善設計方案。通過收集第一手資料可以幫助自己積累實際經驗,

切不可低估記錄的重要作用。

⑤安裝和調試自始至終要有嚴謹的科學作風，不能抱有僥幸心理。出現故障時，不要手

忙腳亂，馬虎從事，要認真查找故障原因，仔細作出判斷，切不可一遇到故障解決不了時就

拆線重新安裝。因為重新安裝的線路仍然存在各種問題，況且原理上的問題也不是重新安裝

電路就能解決的。

1.4.3電子電路的故障分析與處理

在實踐、訓練過程中，電路故障常常不可避免。分析故障現象、解決故障問題可以提高

實踐和動手能力。分析和排除故障的過程，就是從故障現象出發，通過反復測試，作出分析

判斷、逐步找出問題的過程。首先要通過對原理圖的分析，把系統分成不同功能的電路模塊，

通過逐一測量找出故障所在區域，然后對故障模塊區域內部加以測量并找出故障，即從一個

系統或模塊的預期功能出發，通過實際測量，確定其功能的實現是否正常來判斷是否存在故

障，然后逐步深入，進而找出故障并加以排除。

假如是原來正常運行的電子電路，使用一段時間出現故障，其原因可能是元器件損壞，

或連線發生短路，也可能是使用條件的變化影響電子設備的正常運行。

1、調試中常見的故障原因

①實際電路與設計的原理圖不符。

②元器件使用不當。

③設計的原理本身不滿足要求。

④誤操作等。

2、查找故障的方法

查找故障的通用方法是把合適的信號或某個模塊的輸出信號引到其他模塊上，然后依次

對每個模塊進行測試，直到找到故障模塊為止。查找的順序可以從輸入到輸出，也可以從輸

出到輸入。找到故障模塊后，要對該模塊產生故障的原因進行分析、檢查。查找模塊內部故

障的步驟如下：

①檢查用于測量的儀器是否使用得當。

②檢查安裝的線路與原理是否一致，包括連線、元件的極性及參數、集成電路的安裝位

置是否正確等。

③測量元器件接線端的電源電壓。使用接插板做實驗出現故障時，應檢查是否因接線端

不良而導致元器件本身沒有正常工作。

④斷開故障模塊輸出端所接的負載，可以判斷故障來自模塊本身還是負載。

⑤檢查元器件使用是否得當或已經損壞。在實驗、實習中大量使用的是中規模集成電路,

由于它的接線端比較多，使用時會將接線端接錯，從而造成故障。在電路中，由于安裝前經

過調試，元器件損壞的可能性很小。如果懷疑某個元器件損壞，必須對它進行單獨測試，并

對己損壞的元器件進行更換。

⑥反饋回路的故障判斷是比較困難的，因為它是把輸出信號的部分或全部以某種方式送

到模塊的輸入端口，使系統形成一個閉環回路。在這個閉環回路中只要有一個模塊出故障，

則整個系統都存在故障現象。查找故障需要把反饋回路斷開，接入一個合適的輸入信號使系

統成為一個開環系統，然后再逐一查找發生故障的模塊及故障元器件等。

前面介紹的通用方法對一般電子電路都適用，但它具有一定的盲目性，效率低。對于自

己設計的系統或非常熟悉的電路，可以采用觀察判斷法，通過儀器、儀表觀察到結果，直接

判斷故障發生的原因和部位，從而準確、迅速地找到故障并加以排除。

在電路中，當某個元器件靜態正常而動態有問題時,往往會認為這個元器件本身有問題,

其實有忖并非如此。遇到這種情況不要急于更換器件，首先應檢查電路本身的負教能力及提

供輸入信號的信號源的負載能力。把電路的輸出端負載斷開，檢查是否工作正常，若電路空

載時工作正常，說明電路負載能力差，需要調整電路。如斷開負載電路仍不能正常工作，則

要檢查輸入信號波形是否符合要求。

由于諸多因素的影響，原來的理論設計可能要作修改，選擇的元器件需要調整或改變參

數，有時可能還要增加一些電路或元器件，以保證電路能穩定地工作。因此，調試之后很可

能要對前面的“選擇元器件和參數計算”一步中所確定的方案再作修改，最后完成實際的總

體電路，制作出符合設計要求的電子設備。

第二部分基本課程設計題目

2.1多種波形發生器

一、設計要求

用中小規模集成芯片設計制作產生方波、三角波和正弦波等多種波形信號輸出的波形發

生器，具體要求如下:

1、輸出波形工作頻率范圍為0.02Hz~20KHz，且連續可調;

2、正弦波幅值±10V,失真度小于1.5%；

3、方波幅值±10V：

4、三角波峰-峰值20V,各種輸出波形幅值均連續可調。

二、原理框圖

1、用正弦波振蕩器實現

圖2-1波形發生器原理框圖

2、用多諧振蕩器實現

三、主要參考元器件

ICL8O38一片，LM353兩片，電阻、電容若干。

四、擴展

設計電路所需的直流電源。

2.2多功能直流穩壓電源

一、設計要求

用中小規模集成芯片設計并制作一個直流穩壓電源，具體要求如F：

1、輸出電壓范圍+3V~+9V,連續可調；

2、輸出電流最大為800mA；

3、輸出紋波電壓＜5mV；

4、穩壓系數＜3X10-3；

5、輸出內阻＜0.1歐姆。

、原理框圖

圖2-3直流穩壓電源原理框

三、主要參考元器件

電源變壓器，整流二極管，濾波電容，LM317,電阻、電容、二極管若干。

四、擴展

1、輸出電流達到2A；

2、LM317的關機保護。

2.3有線雙工對講機

一、設計要求

用中小規模集成芯片設計并制作一對實現甲、乙雙方異地有線通話的雙工對講機，具體

要求如下：

1、全雙工雙向對講，互不影響，要求聲音洪亮清晰；

2、對講距離30m~500m；

3、電源電壓為9V,Po〈0.5W。

4、音頻失真度小于10%。具有呼叫CALL對方功能。

二、原理框圖

MIC與N

MIC與

啜

啜-O

變訪+由

變

換

換

電

電

路

路

揚聲器揚聲器

出匕附

Tr片用十

圖2-4雙工對講機原理框圖

說明：CALL呼叫的功能。利用發送端產生一個音頻信號加到對方揚聲器。

4—2線變換的實現電路實現消側音的功能。

思考題：如何實現無線雙工對講，畫出方框圖。

三、主要參考元器件

LM386兩片，駐極體麥克風，8Q揚聲器，電阻、電容若干，音頻變壓器(可選)。

四、擴展

制作電路所需工作電源。

2.4多路紅外遙控器

一、設計要求

用中小規模集成芯片設計并制作多路家用電器遙控器，具體要求如下：

1、最少可實現6路遙控；

2、遙控距離5~10m。

二、原理框圖

圖2-5多路遙控器原理框圖

三、主要參考元器件

LC2190(PT2262),CX20106(或一體化遙控接收頭)，LC2200(PT2272),9013,繼

電器，發光二極管，二極管、電阻、電容若干。

四、擴展

制作所需的穩壓電源。

2.5防盜報警器

-、設計要求

用中小規模集成芯片設計并制作一臺防盜報警器，適用于住宅、倉庫、辦公樓等地，要

求一旦出現偷盜，用指示燈顯示并發出聲響報警。

二、原理框圖

圖2-6防盜報警器原理框圖

三、主要參考元器件

NE555,LQ46（人體紅外傳感器），LM386,繼電器，揚聲器，二極管、電阻、電容若

干。

四、擴展

1、設置不間斷電源，當電網停電時，備用直流電源自動轉換供電。

2、防盜數可根據需要任意擴展。

2.6低頻功率放大器

一、設計要求

用中小規模集成芯片設計并制作將弱信號放大的低頻放大器，具體要求如下：

1、在放大器的正弦信號輸入電壓幅值為5?700mV,等效電阻R.為8Q條件下，放大通

道應滿足：

1）、額定輸出功率%210W；

2）、帶寬BW250?10000Hz；

3）、在P。、下和BW內的非線性失真系數W3%；

4）、在P。、下的效率255%；

5）、在前置放大級輸入端交流短接到地時，R「=8Q上的交流噪聲功率WlOmW。

2、由外供正弦信號源經變換電路產生正、負極性的對稱方波；頻率為1000Hz,上升和

下降時間W1Ps、峰一■峰值電壓為200mV（）

二、原理框圖

圖2-7低頻功率放大器原理框圖

三、主要參考元器件

LM1875,NE5532N,74LS04,二極管、電阻、電容若干。

四、擴展

1、設計并制作滿足本任務要求的直流穩壓電源。

2、設計保護電路。

2.7銀鎘電池充電器

一、設計要求

用中小規模集成芯片設計并制作銀鎘電池充電器，要求能同時對一組5號、7號電池進

行快充和慢充，并且有充電指示。

二、原理框圖

----快充

AC220V變壓整流

—＞慢充

圖2-8銀鎘電池充電器原理框圖

三、主要參考元器件

變壓器，二極管、電阻、開關若干。

四、擴展

能同時對多組電池進行充電，增加充滿自動停止功能。

2.8籃球競賽30s計時器

一、設計要求

用中小規模集成芯片設計并制作籃球競賽30s計時器，具體要求如下：

1、具有顯示30s計時功能。

2、設置外部操作開關，控制計數器的直接清零、啟動和停止功能。

3、在直接清零時，要求數碼顯示器滅燈。

4、計時器為30s遞減計時，計時間隔為1s。

5、計時器遞減計時到零時，數碼顯示器不能滅燈，同時發出光電報警信號。

二、原理框圖

圖2-9籃球競賽30s計時器框圖

30s計時器的總體參考方案框圖如圖5-1所示。它包括秒脈沖發生器、計數器、譯碼顯

示電路、輔助時序控制電路(簡稱控制電路)和報警電路等五個部分組成。其中計數器和控制

電路是系統的主要部分。計數器完成30s計時外部操功能，而控制電路是直接控制計數器的

直接清零、啟動計數、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。

為了保證系統的設計要求，在設計控制電路時，應正確處理各個信號之間的時序關系。

①操作直接清零開關時，要求計數器清零，數碼顯示器滅燈.

②當啟動開關閉合時，控制電路應封鎖時鐘信號(秒脈沖信號)CP,同時計數器完成置數

功能，譯碼顯示電路顯示30s字樣；當啟動開關斷開時，計數器開始計數。

三、主要參考元器件

74LS192,74LS279,74LS00,74LS161,74LS48,555,數碼管，電阻、電容若干。

四、擴展：

1、暫停利連續計數功能。當暫停后需要連續計數時，計數器繼續累計計數。

2、外部操作開關都應采取消抖措施，以防止機械抖動造成電路工作不穩定。

2.9多功能數字鐘

一、設計要求

用中小規模集成芯片設計并制作多功能數字鐘，具體要求如下：

1、準確計時，以數字形式顯示時(00?23)、分(00?59)、秒(00?59)的時間。

2、具有校時功能。

二、原理框圖

如圖6-1所示為多功能數字鐘系統組成框圖。由振蕩器、分頻器、計數器、譯碼顯示等

部分組成，同時具有校時電路進行時間校準。本電路中除振蕩器和音響電路外，其余部分也

可通過一片可編程邏輯器件實現。

秒顯示器

主

電秒譯碼器

路

秒計數器

圖2-10多功能數字鐘系統組成框圖

石英晶體振蕩器產生的標準信號送入分頻器，分頻器將時基信號分頻為每秒一次的方

波作為秒信號送入計數器進行計數，并把累計的結果以“時”、“分”、“秒”的數字顯示出來,

其中“秒”和“分”的顯示可分別由兩級計數器和譯碼器組成的60進制計數器實現，“時”

的顯示則由兩級計數器和譯碼器組成的24進制計數電路實現。

校時電路在剛接通電源或鐘表走時出現誤差時進行時間校準。校時電路可通過兩只功

能鍵進行操作，即工作狀態選擇鍵P1和校時鍵P2配合操作完成計時和校時功能。當按動

P1鍵時，系統可選擇計時、校時、校分、校秒等四種工作狀態。連續按動P1鍵時，系統按

上述順序循環選擇（通過順序脈沖發生器實現）。當系統處于后三種狀態時（即系統處于校時

狀態下），再次按下P2鍵，則系統以2Hz的速率分別實現各種校準。各種校準必須互不影

響，即在校時狀態下，各計時器間的進位信號不允許傳送。當P2鍵釋放，校時就停止。按

動P1鍵，使系統返回計時狀態時，重新開始計時。

三、主要參考元器件

晶振32768Hz,74LS90,74LS48,74LS92,555,數碼管，8。揚聲器，電阻、電容若

干。

四、擴展

1、仿電臺整點報時。

2、定時控制，在24h內以5min為單位，根據需要在若干個預定時刻（可按照作息時間

表安排）發出信號并驅動音響電路進行“鬧時”。

2.10智力競賽搶答器

一、設計要求

用中小規模集成芯片設計并制作智力競賽搶答器，具體要求如下：

1、數字搶答器應具有數碼鎖存、顯示功能、搶答組數分為八組，即序號0,1,2,3,

4,5,6,7,優先搶答者按動本組序號開關，組號立即鎖存到LED顯示器上，同時封鎖其

他組號。

2、系統設置外部清除鍵，按動清除鍵，LED顯示器自動清零火燈。

二、原理框圖

顯示電

r,----------

I報警電路

外操作1——

開關廠

r-----------------------~i_

30s定時電路H—

01234567

圖2-11搶答器框圖

三、主要參考元器件

74LS148,74LS279,74LS74,74LS10,74LS90,74LS48,數碼管，電阻等。

四、擴展

定時報警功能。搶答者在30s內進行搶答，搶答有效，終止定時；30s定時到，無搶答

者本次搶答無效，系統短暫報警，發光二極管滅燈。

2.11數字頻率計

一、設計要求

用中小規模集成芯片設計并制作測量方波頻率的數字頻率計，具體要求如下:

1、頻率測量范圍：1Hz?10kHz。

2、數字顯示位數：4位數字顯示。

3、測量時間：tW2s,即信號輸入后2s內顯示被測信號頻率。

4、被測信號幅度范圍0.5V?5V。

二、原理框圖

被測正弦信號放大整形

鎖

存

被淹I脈沖信

號

J1TLI測量控制電路