浅谈常用电子电路的设计和调试方法

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  【摘 要】一个性能较好的电子装置,必须通过安装后的测试和调整,来发现和纠正设计方案的不足,然后采取相应措施加以改进,使装置达到预定的技术指标。本文就常用电子电路的设计、常用电子电路调试方法、调试步骤做了较为详尽的叙述,以供同行参考。
  【关键词】电子电路;设计;调试方法
  电子电路设计制作、调试是理论与实践相结合的重要阶段。一个性能较好的电子装置,即使按照理论设计的电路参数进行安装,往往也难于达到预期的性能指标。这是因为人们在设计时,不可能周全地考虑各种复杂的客观因素(如元件值的误差、器件参数的分散性、分布参数的影响等),必须通过安装后的测试和调整,来发现和纠正设计方案的不足,然后采取相应措施加以改进,使装置达到预定的技术指标。
  1.常用电子电路的设计方法
  在日常生活、生产现场中,往往为了解决某些实际问题,需要采用一些电子电路来实现某些功能、要求。如果有现成的装置,而且性能价格比能令人满意,当然最好采用现成的装置。然而,在大多数情况下,难于找到合适的装置,那就必须设计、制作一些电子电路以满足日常生活、生产现场的需要。通常,我们把这种行为称之为“工程设计”。他是科学知识与实践经验的结合应用,最终构成一个有效、可行、适用的系统,属于应用研究的范畴。在处理问题的方法上不同于科学研究,科学研究方法是通过观察自然现象,经过分析思考,提出解释自然现象的假说,通过实验验证假说是否符合客观想像;工程设计则是从人类社会的某项需求出发,提出解决问题的方案,经过对各种方案的比较,选出最佳方案,进行必要的实验,实施方案,解决问题。需求电子电路种类繁多,千差万别,其设计方法、设计步骤也因情况不同而异,这就要求设计者应根据具体情况灵活运用自己掌握的知识、信息、资料,进行设计、制作。任何一个稍微复杂的电子电路系统往往是由不同功能的模块组成,在设计过程如何巧妙地组合这些功能模块,使设计的系统既能满足设计指标要求又最简单,是设计过程中应坚持的原则之一。要做到这一点,就必须灵活运用所掌握的各方面的理论知识,多多实践和运用自己积累的经验;设计原则之二是,尽量采用元器件生产厂商提供的典型应用电路;多运用网络、图书资料查阅典型运用电路;设计原则之三是,要为后续调试、生产等提供方便;设计原则之四是,设计产品要稳定、可靠,经得起产品长期运行不出故障。这里,对常用电子电路的设计、制作的一般方法作具体说明。
  1.1明确系统设计任务的要求
  设计者要了解所设计系统的性能、指标、内容、要求。对一些具体参数要求尽可能直接准确。如果一些参数不能确定下来,在选择设计方案时要考虑一定的裕量。设计者要在进行调查研究、具体分析的基础上,明确系统应完成的任务。
  1.2总体方案的选择
  设计的第一步,就是根据系统的任务、要求和条件,以及设计者掌握的知识、信息、资料,提出不同的总体方案。这些方案应尽可能合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进。然后对每一种方案的可行性和优缺点进行分析,加以比较,逐步筛选,择优录用几个自己认为可行的方案,再进行调查研究,征求有关方面的意见。最后,确定一种方案。在提方案时,常用框图表示各种方案的工作原理,框图不必很详细,有把握的电路部分可以画出来,工作原理框图应能反映出系统应完成的任务,各组成都分的功能及其相互关系。
  1.3单元电路的设计、参数计算和器件选择
  在确定了总体方案后,便可根据系统的性能指标,画出详细框图,设计单元电路。所谓单元电路,就是用“化整为零”的方法,将系统总框图分解成多个小系统。
  1.3.1单元电路的设计。设计单元电路的第一步,是根据设计的总要求和已选定的总体方案框图,明确各单元电路应完成的任务、功能以及与其他单元之间的关系。必要时,应拟出主要单元电路的性能指标。具体设计单元电路时,可以模仿成熟的先进的电路,也可以进行创新或改进。但无论是模仿成熟的电路,还是自己另外设计一套独特的电路,都必须保证性能要求。设计单元电路时,最好多查阅各种资料,丰富自己的知识,开阔眼界,寻找电路简单、成本低廉的电路,以起到事半功倍的作用。
  1.3.2参数计算。电子电路的设计常常需要计算某些参数。计算参数的具体方法是在弄清电路的工作原理、性能指标的基础上,利用一些计算公式,计算电路所需的某些参数。例如,要设计一个放大器,就需计算出电压放大倍数,所需电阻元件的阻值等。进行参数计算时,在理论上满足要求的参数不是唯一的,而是一组,这就给设计者提供了足够的选择余地。设计者可以根据成本、体积、货源情况自行选择。
  1.4实验
  设计解决一个具体问题的电路,需要考虑的问题很多,如果设计者考虑得不周全,想不到的问题就会常常出现,加上元器件的品种繁多、性能各异、参数的分散性较大,要想对一个复杂的电子电路,单凭看资料,纸上谈兵,设计出一个原理正确、性能指标完善的电路是不可能的。设计者需要通過实验发现问题,深入思考,分析原因,改进电路设计,使性能指标达到要求。特别是电路的关键部分和设计中采用的新电路、新器件部分,只有当实验成功后才能确定下来,成为定型电路。
  2.电子电路的一般调试方法
  电子电路的调试是以达到电路设计指标为目的,是一个经过“测试一判断一调整一再测试”的过程。通过这一过程,我们可以发现和纠正设计方案的不足、安装的不合理,通过采取一定的改进措施,使电路达到设计技术指标。电子电路的调试是设计、维修的一个重要环节,它是理论与实际的有机结合。它要求调试者既要十分清楚电路的工作原理,又要有一定的科学实验方法。调试电于电路的一般步骤如下:
  (1)认真检查。检查电路中元件是否接错,对地是否短路,二极管、三极管管脚接得正确与否,电解电容的极性是否对,集成电路安装、焊接是否正确,电源的正、负、地线有无问题,焊接牢固与否; (2)通电检查。在电源电压未加入前,先检查电压大小正确与否,极性对不对。通电后,先不要急于测量,首先观察有无冒烟、各元件发烫、异常气味等异常现象。如果有,应排除故障后再进行下一步;(3)分块调试。把整个系统按功能分成不同的部分,把每一部分看作一个模块进行调试。调试时,先进行静态调试,对于模拟电路,通过静态工作点的测试,判断电路能否正常工作。尤其是对于运算放大器,检查正、负电源正常与否?输出电压是否接近正负电源电压?(如果是这样,可能是电源有问题,也可能器件有问题)调零电路起不起作用,有无自激震荡,对于数字电路,要测试各输入输次端的电压,判断其逻辑关,一直把静态调试正常后才能进入动态调试。对于动态调试,可以按照信号的流向进行。把前面调试过部分的输出作为后面的输入。输入级可根据实际情况加入模拟信号进行调试;(4)联机调试。分块调试好后,再把全部电路连通进行联机调试。联机调试主要是观察动态结果,同时将调试结果与设计指标逐一进行比较,找出问题,改进电路,直至完全符合设计指标。
  参考文献
  [1]何其贵.低频电子线路分析基础.北京.北京理工大学出版社.2010.
  [2]刘晓莉.电子产品装接工艺.北京.电子工业出版社.2010.
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