电工电子竞赛讲座,钟 新 梅 电工电子实验室,主要内容： 一、电子电路设计的目的与要求 二、电子电路设计的一般方法与步骤 三、电子电路安装技术 四、电子电路调试 五、Protel 99SE的使用,现今企业需要综合型创新型人才。近几年来，用人单位对大学毕业生总的评价较好，认为当今的大学毕业生思想活跃，工作热情、数学英语好等。但是，也提出了不少问题：高分低能，脱离实际，眼高手低，解决实际问题能力差等。 大学学习中有实验课、课程设计和毕业设计三大实践性教学环节。实验课着眼于通过实验验证课程的基本理论，并培养学生的初步实验技能。而课程设计和毕业设计是对本专业高年级的学生进行的全面的综合训练。 此次设计竞赛的开展，可培养学生运用所学理论与实践紧密结合、独立地解决实际问题的综合性能力，并为课程设计和毕业设计打下基础，适应现在社会对人才的需求。 丰田汽车的创始人丰田一郎有句名言： “技术人员不了解现场，产品制造就无从谈起” 清华大学学者教导学生说： 仅有鼠标和键盘是不够的！,一、电子电路设计的目的与要求,广泛性（同学们可以找找身边的电子产品）。 机械专业 数控技术，汽车发动机中的电喷技术，电动汽车，电动自行车，机光电一体化技术等 。 石油工程专业 温度、流量、压力等参数的分析析测量控制仪器、实验仪器 。 资源勘查、地理信息 探测仪、测向仪，遥感仪，GPS全球定位系统等 化学专业 分析仪器、电子过滤仪器、温度、压力、色谱分析控制仪器等 。 材料科学专业 制造电子、电器产品的材料，电子元器件的芯片制造与封装，焊接材料，连接材料等等 建筑、土木专业 大厦，楼宇的电路系统，照明、装饰、防盗、安全、监控系统等 。,电与非电正在互相交融、互相渗透，电子技术无时不存，无处不在！,在工程实际中与电类科技人员协同合作性和互补性,在智能建筑、环境保护设备、项目决策、产品设计与研发、市场营销、销售服务等过程中需要应用众多的电类科技知识。往往是专业人员提出构想，再由电类科技人员开发具体的电路和系统来实现。期间双方要互相交流、相互启发，优势互补、达到双赢。 不管哪个专业领域，都离不开电类科技知识，特别是当同学们进入各自工作单位的领导层，上述的决策权和执行权就掌握在你们手中！,二、电子电路设计的一般方法与步骤,电子设计大体分三个阶段： 设计与计算阶段（预设计阶段） 安装与调试阶段 撰写总结报告阶段,（一）总体方案的设计与选择 1、方案原理的构思 1）、提出原理方案 对课题的任务，要求和条件进行仔细的分析和研究，找出关键问题，根据关键问题提出实现的原理和方法，并画出原理框图。 提出原理方案是一个关系到设计全局的问题，应广泛收集与查阅有关资料，广开思路，利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，以便作出更合理的选择。所提出的方案中，对关键部分的可行性，一般应通过试验加以确认。,例：“数显式大电容测量电路”的设计,该课题的关键是大电容数值的测量。换句话说，要设计一种电路其输出与电容量成正比，至于数显问题不是主要问题。 A、使测量电路的输出幅值Vom 正比于电容量Cx ，然后测出幅值。 B、使测量电路的输出脉冲宽度（周期）正比于电容量，测出脉宽。,2）原理方案的比较与选择,原理方案提出后，还必须对所提出的几种方案进行分析比较。然后，在详细的总体方案尚未完成之前，只能就原理方案的简单与复杂，方案实现的难易程度进行分析比较，并作出初步的选择。 就上例，两个方案的差异比较明显，A方案要复杂些，且由于采用了A/D转换器，实现起来要困难些，而且成本比较高。故初选B方案。 2、总体方案的确定 原理方案框图中的每个框图也只是原理性的、粗略的，它可能由一个单元电路构成，亦可由许多单元电路构成。为了把总体方案确定下来，必须把每一个框图进一步分解成若干个小框，每个小框为一个较简单的单元电路。 每个框图不宜太细或太粗。太细对选择不同的单元电路或器件带来不利，并使单元电路之间相互连接复杂化；太粗将使单元电路本身功能过于复杂，不好进行设计或选择。 总之，应从单元电路和单元之间的连接的设计与选择出发，恰当地分解框图。,例题中，计数显示原理框图可分解为,画总体方案图时应该注意： 每一个方框具有一个独立的单元功能，且用文字写于框中。 方框的排列应按信息流向布置，一般从左至右，或从上到下布置。 应清晰地画出数据信息与控制信息的流动方向（用箭头线），成组的数据信息用 表示，控制信息或单个的数据信息用 表示。 总体方案图应画在一张纸上，以便阅图。 值得指出的是，随着大规模集成芯片的大量问世，单个芯片的功能越来越强，这使得原理框图的分解可以粗一些，因而总体方案可更简单可靠些。但是，不能盲目追求选用这些芯片，必须考虑这些芯片在市场上是否容易买到（或实验室是否有），以及它的价格如何。否则，再好的总体方案亦会落空，难以实现。,（二）、单元电路的设计与选择,1、单元电路结构形式的选择与设计 根据整个课题的技术要求，明确该功能框对单元电路的技术要求，必要时应详细拟定单元电路的性能指标，然后进行单元电路结构形式的选择或设计。 满足功能框图要求的单元电路可能不止一个，因此必须进行分析比较，择优选择。 例题中脉宽或周期产生电路框图，可选用单稳态电路（图1）或控制电容充放电的电路（图2）,图 1,图 2,比较两个电路，初看起来，图1简单，但时间误差大；图2则周期与三极管的饱和压降有关。 根据设计要求，选择适合的电路。,2、元器件的选择,元器件的品种规格繁多，性能、价格和体积各异，选择器件需进行分析比较。 首先考虑满足单元电路对元器件性能指标的要求 其次考虑价格、货源和元器件体积等 当然，作为此次竞赛，实验室不可能配备多种多样的元器件，只能配备一些常用的、品种规格有限的元器件。因此，应选用实验室已有的元器件。 1）电阻 在电路中稳定和调节电流和电压。主要参数有标称阻值、允许误差和额定功率，其表示方法有直标法、文字符号法、数码法、色标法。电阻器的单位为欧姆，简称欧，用表示。,电阻色码系统,2 2 100 5%,对应电阻值： 22100 5% =22 5%,4 7 0 103 1%,对应电阻值： 470103 1% =470k 1%,四环电阻,五环电阻,可调电阻器,电位器,2）电容器 由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成，是储能元件（即储存电荷的容器）。主要参数有标称值、允许误差和额定功率，其表示方法有直标法、字母表示法、色标法、数码法。电容器的单位为法，用F表示。 电容器有带极性的和不带极性的两种，常用的电解电容有极性。 用电解液做介质的叫电解电容器，有极性。其极性是长脚为正，短脚为负，或者旁边有“”号所对应的引脚为负极。,国产表示法：CD11,3） 电感器 利用电磁感应原理制成的器件。通直流阻交流、通低频阻高频、变压、传送信号等作用。主要参数有电感量及允许误差、标称电流、品质因数（Q值）、分布电容等。其表示方法有直标法、色标法、数码法。电感器的单位为亨，用H表示。,4）二极管,（a）电路符号和文字符号 （b）常用二极管的外形图,二极管在正向导通后，其正极、负极之间的电压称之为正向压降，不同材料的二极管，其管压降是不同的，硅二极管的正向压降约为0.60.8V，锗二极管0.15 0.35V。,发光二极管允许加在其上的电压为1.52V，因此连接发光二极管时要加（限流）电阻。,发光二极管,半导体三极管又称晶体三极管，简称晶体管或三极管。它的基本功能是具有电流放大作用，属于电流控制型器件。,5）半导体三极管,NPN 型 PNP型,常见的三极管外形图,金属封装的大功率管,塑料封装的 中小功率管,金属封装的中小功率管,6）集成电路,根据国家标准GB3430-82，我国的半导体集成电路的型号命名由五个部分组成。例：,集成电路的封装与引脚识别,（1）封装：封装形式基本分为三类：金属、陶瓷、塑料。,（2）引脚识别:集成电路引出脚排列顺序的标志一般有色点、凹槽、管键及封装时压出的圆形标志。引脚识别方法是：对于双列直插集成块，将集成电路水平放置，引脚向下，标志朝左边，左下角第一个引脚为1脚，然后按逆时针方向数，依次为2、3、；对于单列直插集成电路也让引出脚向下，标志朝左边，从左下角第一个引出脚到最后一个引出脚依次为1、2、3、。,在单元电路与总体电路设计过程中，需计算电路元件参数（如器件参数、电阻和电容值等），以及估算电路的性能指标等，从而把电路元件与电路确定下来，为单元电路和总体电路的试验做好准备。 值得指出的是，满足性能指标要求的参数值通常不是唯一的，这就要求对各组参数进行综合性的分析，仔细考虑元器件之间的参数配合、元器件价格、体积和货源等因素，恰当地选取一组适合的参数。 （三）单元电路之间的级联设计 在各单元电路确定后，还要认真考虑它们之间的级联问题，如：电气特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合，以及相互干扰等问题，保证整个电路能正常工作。 （四）画出总体电路草图 总体电路图是电子电路设计的结晶，它不仅是电路安装和电路板制作等工艺设计的主要依据，还是电路试验和维修时不可缺少的文件。,3、参数计算,由于电子元器件品种繁多且性能分散，设计与计算中又采用工程计算，再加上设计中考虑的因素多，设计出的电路难免存在问题。通过试验，证明电路性能全部达到设计要求后，再画出总体电路图。 （六）绘制正式的总体电路图 三、电子电路安装技术 （一）印刷电路板的设计与制作 印刷电路板：指在绝缘基板上有选择地加 工和制作出导电图形的组装板，简称PCB板。 1、印刷电路板图设计 A、手工设计 B、计算机辅助设计（Protel 99SE等软件） 2、印刷电路板生产技术 A、人工自制 （板处理、复写印刷电路图、打孔、描图、腐蚀、清洗） B、机器制作(可根据软件设计出的板图，利用线路板刻制机等制作） C、面包板,（五）总体电路试验,覆铜板,自制的电路板,机器制作的PCB板,（二）元器件插接与焊接技术,1、插接方式（立式和卧式） 2、焊接技术 1）焊接工具电烙铁 2）焊接步骤,电烙铁的握法,准备施焊加热被焊件加焊锡丝移开焊锡丝移开电烙铁,四、电子电路调试,一个组装好的电子电路不可能不经调试即可满足设计要求。调试中出现的各种现象和问题，需要我们提出解决的办法。只有这样，才能顺利做好调试工作，才能通过此次设计得到实际训练。 最后，按要求撰写报告。 五、 Protel 99SE的使用,