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模拟电子电路设计方法优化

【摘要】:图1-4-1多级放大电路的组成框图对输入级,首先应考虑其输入电阻必须与信号源内阻相适应,根据信号源的特点来确定电路的形式。只有各单元电路的设计合理,才能保证整体电路设计的质量。在单元电路设计前,首先应根据各单元应完成的任务,拟定出各单元电路的性能指标,并选择电路的基本结构形式。中、大规模电路在电路图中一般只用方框表示,但方框中应标明其型号,方框边线的两侧标出管脚编号及其功能名称。

(1)总体方案的确定

总体方案就是根据实际问题的要求和性能指标把要完成的任务分配给若干单元电路,并画出一个能反映出各单元功能的整体原理框图。这种框图不必太详细,将总体的原理反映清楚即可,必要时可加简要的文字说明。

例如在模拟电路中经常采用的多级放大电路,其一般可分为输入级、中间级和输出级3个部分,如图1-4-1所示。在确定总体方案时,要根据放大器的增益、输入电阻、输出电阻、通频带和噪声系数等性能指标要求来确定电路结构。

图1-4-1 多级放大电路的组成框图

对输入级,首先应考虑其输入电阻必须与信号源内阻相适应,根据信号源的特点来确定电路的形式。同时由于输入级的噪声会对整个电路产生很大影响,因此要求其噪声系数小。对中间级,主要是提高电压增益,当要求增益较高时,一级放大器难以满足要求,可由若干级组成。在确定总体方案时,就要根据总的增益要求来确定其级数。输出级主要是向负载提供足够的功率,因此要求其具有一定的动态范围和负载能力,应根据负载情况来确定电路的形式。为了改善放大器的性能,使之达到实际要求,在总体方案确定时还应考虑电路中采用何种类型的负反馈

由于符合要求的总体方案可能有多种,设计时要根据自己的实际经验,参阅有关资料,对各种方案的优、缺点和可行性进行反复的比较,最后选择出功能全、运行可靠、简单经济、技术先进的最佳设计方案。

(2)单元电路设计

一个复杂的电子电路,一般都由若干个单元电路组合而成。对单元电路进行设计,实际上是把复杂的任务简单化,这样便可利用学过的基本知识来完成较复杂的设计任务。只有各单元电路的设计合理,才能保证整体电路设计的质量。

在单元电路设计前,首先应根据各单元应完成的任务,拟定出各单元电路的性能指标,并选择电路的基本结构形式。一般情况下可在保证电路性能指标的前提下,采用典型电路或参考较成熟的常用电路,但设计者要敢于探索、勇于创新,使所设计的电路有所改进。

在每个单元电路的设计过程中,不仅要注意本单元电路的合理性,还应考虑各单元之间的相互影响,前后之间要互相配合,同时注意各部分输入信号和输出信号之间的关系。

(3)电路参数计算

在电路基本形式确定之后,便可根据性能指标要求,运用模拟电路的理论知识,对各单元电路的有关元器件参数进行分析计算。例如放大电路,应根据增益或输出电压、输入电阻、输出电阻、通频带、失真度和稳定性等指标,计算电源电压、各电阻的阻值和功率、各电容的容量及工作电压等参数。

在进行元件参数计算时,应在正确理解电路原理的基础上,正确运用计算公式,有的可采用近似计算公式。对计算结果还要善于分析,并进行必要的处理,然后确定元器件的有关参数。一般来说,对元器件的工作电流、工作电压、功耗和频率等参数,必须满足电路设计指标的要求,对元器件的极限参数应留有足够的富余量。对电阻、电容的参数,应取与计算值相近的标称值。

(4)元器件的选择

电子电路的设计过程,实际上就是选择最合适的元器件,用最合理的电路形式把它们组合起来,以实现要求的功能。实践证明,电子电路的各种故障,往往以元器件的故障、损坏形式表现出来。究其原因,并非都是元器件本身缺陷所造成的,而是由于对元器件的选用不当所致。因此,在进行电路总体方案设计和单元电路的参数计算时,都应考虑如何选择元器件的问题。

一般来说,选择元器件应考虑两个方面的问题。

①从具体问题和电路的总体方案出发,确定需要哪些元器件,每个元器件应具备哪些功能。在单元电路的参数计算时,应根据电路指标要求、工作环境等,确定所选元器件参数的额定值,并留有足够的富余量,使其在低于额定值的条件下工作。

②在保证满足电路设计指标要求的前提下,尽可能减少元器件的品种和规格,以提高它们的复用率。要在仔细分析比较同类元器件在品种、规格、型号和制造厂商之间的差异后,选用产品便于安装、货源充足、价格低廉、信誉好、产品质量高的制造厂生产的元器件。

(5)电路图的画法

各单元电路设计完毕之后,应画出总电路图,以便为电路的组装调试和维修提供依据。

电路图在绘制过程中应注意以下几点:

①电路图的总体安排要合理,图面必须紧凑而清晰,元器件的排列必须均匀,连线画成水平线或竖线。在折弯处要画成直角,而不要画成斜线或曲线。两条连线相交时,如果两线在电器上是相通的,则要在两线的交点处打上节点。

②电路图中的所有元器件的图形符号必须使用国家统一的标准符号。各种符号在同一种图上的大小要比例合适,同一种符号的大小要尽量一致。元器件图形符号的排列方向与图纸的底边平行或垂直,尽量避免使用斜线排列。

③图中的每个元器件注明其文字符号和主要的参数。中、大规模电路在电路图中一般只用方框表示,但方框中应标明其型号,方框边线的两侧标出管脚编号及其功能名称。

④电路图中的信号流向,一般从输入端或信号源画起,自左至右,自下而上,按信号的流向画出每个单元电路,而且尽量画在同一张图上。如果电路比较复杂,也可分画成几张图,但应把主电路图画在同一张图纸上,把一些相对独立或次要的部分画在另外的图纸上,并用适当的方式说明各图纸在电路连线之间的关系。例如在图纸的断口处做上标记,标明连线代号,并标出信号从一张图纸到另一张图纸的引出点和引入点。

⑤电路图画好后要仔细检查有无错误,特别是二极管的方向,有极电容器的极性和电源的极性等容易发生错误的地方更要认真检查。