07级电气自动化专业＂电工电子综合课程设计＂辅导讲义(含日程安排和具体要求)

电工电子课程设计辅导讲义

设计报告的撰写请参见相关章节

目录

Ⅰ概述

Ⅱ常用电工电子电路的基本设计方法

1、确定总体方案

2、设计单元电路

3、计算参数

4、选择元器件

5、绘总体电路图

6、电路的组装与调试

7、设计报告的撰写←←写设计报告请参见该章节Ⅲ附录

Ⅰ概述

电工电子技术课程设计的教学目的是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深在电工电子技术课程中所学的理论知识和实验技能，初步掌握电工电子电路的基本设计方法，提高电工电子电路的设计能力和调试能力，为今后的毕业设计和从事电工电子技术方面的科研、开发工作打下一定的基础。

电工电子电路的设计是一个分析问题、解决问题的过程。一般要经过方案论证、硬件、软件的预设计、实验、调试、改进等几个环节。

衡量设计的标准是：

（1）工作稳定可靠，能达到课题要求的技术指标，并留有一定的余量；

（2）电路简单、功耗小，成本低；

（3）元器件品种少，货源充足；

（4）易于生产、测试和维修。

Ⅱ常用电工电子电路的基本设计方法

常用电工电子电路的基本设计方法和步骤是：确定总体方案，设计单元电路，选择元器件，计算参数，审图，实验（包括修改测试性能），画出总体电路图。

1、确定总体方案

总体方案是指：针对所设计的任务、要求和条件，根据已掌握的知识和资料从全局着眼，将总体功能要求合理地分配给若干单元电路，并画出一个能表示各单元功能和总体工作原理的框图。

电工电子系统的设计首先必须仔细分析设计课题，明确设计任务所要达到的技术性能和精度指标，然后仔细考虑应该如何实现这些技术要求。在分析比较各种资料的基础上，发挥自己的创造力，设想几种系统方案，从设计的合理性、技术的先进性、运行的可靠性和制作的经济性等方面，分别进行技术论证和经济效益的比较，最后确定总体方案。

2、设计单元电路

为实现系统的设计指标，要合理地划分各功能单元电路。设计单元电路前必须明确对各单元电路的要求，详细拟定出单元电路的性能指标。由于各种功能的集成电路的出现，设计者可以根据设计出的功能框图，选择相应功能的集成模块。再根据集成模块的逻辑要求和参数指标设计各功能单元之间的接口电路和外围器件。必须注意各单元电路间的配合问题，尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，并考虑到使各单元电路采用统一的供电电源，以使总体电路尽可能简单、可靠、经济。

对于设计中采用的没有把握的新器件和新电路，一定要先通过实验测试，以确定是否满足系统的技术要求。

具体设计时，可以选用成熟的先进电路组合，亦可在与设计要求接近的电路基础上进行适当的改进或进行创造性设计。

3、计算参数

在电路设计过程中必须对某些参数进行计算后才能挑选元器件，例如振荡电路的中的电阻、电容、振荡频率；放大电路的放大倍数、通频带宽；稳压电源的输出电压、输出电流等参数。只有深刻理解电路的工作原理，正确地运用计算公式和计算图表，才能获得满意的计算结果。如果计算出满足理论要求的参数值不是唯一的，则应根据性能价格比和市场货源情况进行选择。

计算电路参数应注意以下问题：

①各元器件的工作电流、电压和功耗等应符合要求，并对极限参数应留有足

够余量，一般为额定值的1 .5倍。

②电阻、电容的参数应选择计算值附近的标称值。

4、选择元器件

电子电路设计的关键之一是选择合适的元器件并组合成电路系统。因此，在设计过程中，不但在单元电路和总体电路设计时，而且在方案论证和比较时，都应该考虑元器件的选择。

选择元器件，必须根据三个要素：

(1)根据设计要求和具体方案，选择满足技术性能指标的元器件。

(2)根据市场货源情况和性能价格比，选择元器件。

(3)在保证电路达到功能指标要求的前提下，应尽量减少元器件的品种、价格、

体积等。

①集成电路的选择

由于集成电路可以实现众多的单元电路甚至整体电路的功能，所以选用集成电路不仅可以使系统电路简化，减小装置的体积和成本，降低故障率，提高可靠性，而且便于系统的安装、调试和维修。

集成电路类型繁多，新品种、新电路层出不穷。所以，必须经常关心电子元器件的信息，设计时应广泛查阅有关资料，根据设计方案中考虑的系统速度、功耗的要求，选择在功能、特性和工作条件符合设计指标且市场货源充足、性价比较高的集成电路。

②电阻器的选择

选择电阻器除阻值和功耗等主要参数外，尚应从以下几方面进行考虑：

a、尽量选用价格较低，货源充足的通用型电阻器和阻值较疏的标称阻值系列。

b、根据电路的工作频率要求选用相应的电阻器。RX系列的线绕电阻的分布电容和分布电感均较大，仅适用于工作频率低于50KHz的电路；RH系列的合成膜电阻和RS系列的有机实芯电阻的工作频率在数十MHz左右；RT系列的碳膜电阻的工作频率达100MHz；RJ系列的金属膜电阻的工作频率高达数百MHz。

c、在高增益前置放大电路中，应选用噪声电动势较小的RJ、RX、RT系列的电阻器。

d、所选电阻器的额定功率必须大于实际承受功率的两倍。

③电容器的选择

选择电容器除考虑容量和耐压等主要参数外，尚应兼顾以下几个方面。

a、合理确定对电容器精度的要求。在定时电路、音调控制电路、滤波器以及接收机的本振电路、中频放大电路中，对某些电容器的精度要求较高。而在旁路、去耦和低频耦合电路中，则对电容器的精度无严格要求。

b、注意对电容器的高频特性的要求。在高频使用时，某些电容器由于自身电感、引线电感和高频损耗的影响使自身性能下降，导致电路工作不正常。有时为了解决电容器自身电感的影响，常在自身等效电感较大的大容量去耦电容器两端并接一个自身电感很小的小容量电容。

④电位器的选择

电位器的主要参数有标称阻值、精度、额定功率、电阻温度系数、阻值变化规律、噪声、分辨力、绝缘电阻、耐磨寿命、平滑性、零位电阻、起动力矩、耐潮性等。其制作材料、结构形式和调节方式繁多，选用时应根据所设计电路的要求确定。

a、选择电位器的结构形式和调节方式

在电视机以及许多测量仪器中，电源开头和亮度(或音量)、灵敏度的控制常要求用一个旋钮来实现，这时可选用开关的电位器。

在立体音响设备和文氏电桥等电路中，需要同时调节两个电器值，这时可选用双联电位器。在校正电路中，可选用锁紧型电位器。在计算机、伺服系统及某些精密仪器设备中，常要求选用多圈电位器。在大家所熟悉的晶体管放大器的偏置电路中，可选用半可调型电位器。

b、选用电位器的阻值变化规律

为了适应各种不同用途，电位器的阻值变化规律通常做成三种，即直线式、对数式和反对式（亦称指数式）。

直线式电位器可用于示波器和电视接收机中控制示波管和显象管的聚焦和亮度。在稳压电源的取样电路中，亦选用直线式电位器。此外，直线式电位器尚用于晶体管电路中工作点的调节，接收机中AGC电压的控制以及电视机中帧线性、帧幅、行同步、帧同步等的调节。

反对数式电位器阻值在转角较小时变化大，以后逐渐变小。这种变化规律适用于音调控制电路及电视机中对比度的调节等。

在音响设备、收音机及电视接收机中，音量控制通常使用对数式电位器。因为人耳对声音响度的听觉特性是符合指数规律的。即在声音微弱时，若声音稍有增加，人耳的感觉十分灵敏；但当声音响度增大到一定程度后,再继续增大声音响度,人耳的反映则比较迟钝了。音量电位器选用对数式阻值变化规律，恰可与人耳的听觉特性相互补偿，使音量电位器转角从零开始逐渐增大时，人对音量的增加有均匀的感觉。

5、绘总体电路图

总电路图是在总框图、单元电路设计、参数计算和元器件选择的基础上绘制的,它是组装、调试、印刷电路板的设计和维修的依据。因此总体电路图具有重要的作用。绘制总体电路图时主要注意以下几点:

a、注意信号流向，一般从输入端画起，由左至右（或由上而下）按信号流向依次绘出各单元电路，使全图易于阅读和理解。

b、注意总体电路图的紧凑和协调，做到布局合理,排列均匀，图面清晰。

c、尽量将总体电路图绘在一张图纸内，如无法容纳，则应将主电路画在同一张图纸上，而将其余部分按所设计的单元电路画在另一张或数张图纸上，并在各图所有端口两端做上标记，以此说明各图纸间电路连线的来龙去脉。图中元器件的符号应标准化。中、大规模集成电路和元器件可用方框表示，在方框中标出型号，在方框的边线两侧标出每根线的功能和管脚号。

d、连接线一般画成水平线或垂直线，并尽可能减少交叉和拐弯。相互连通的交叉线，应在交叉处用圆点标出。根据需要，可在连线上加注信号名或其它标记，表明其功能或去向。有的连结线可用符号表示，例如地线常用“┻”表示，某些器件的电源仅需标出电源的电压值即可。

6、电路的组装与调试

电子电路的组装与调试在电子设计技术中占有重要位置。它是对理论设计进行检验、修改和完善的过程，任何一个新产品往往都是在安装、调试并反复改多次方能最终完成。

①电子电路的组装

组装电路通常采用焊接和在面包板上插接两种方法，无论采用哪种方法均应注意以下几方面。

a、所有元器件在组装前应尽可能全部测试一遍，以保证所用元器件均合格。

b、所有集成电路的组装方向要保持一致，以便于正确布线和查线。

c、组装分立元件时应使其标志朝上或朝向易于观察的方向，以便于查找和更换。对于有极性的元件，例如电解电容器、晶体二极管等，组装时一定要特别注意，切匆搞错。

d、为了便于查线，可根据连接线的不同作用选择不同颜色的导线。一般习惯是正电源用红色线、负电源用蓝色线、地线用黑色线、信号线用黄色线等。

e、连线尽量做到横平竖直。连线不允许跨接在集成电路上，必须从其周围通过。

同时应尽可能做到连线不互相重叠、不从元器件上方通过。

f、为使电路能够正常工作与调测，所有地线必须连接在一起，形成一个公共参考点。

正确的组装方法和合理的布局，不仅可使电路整齐美观、工作可靠，而且便于检查、调试和排除故障。如果能在组装前先拟订出组装草图，则可获得事半功倍之效果，使组装既快又好。

②电子电路的调试

调试是指系统的调整、改进与测试。测试是在电路组装后对电路的参数与工作状态进行测量，调整则是在测试的基础上对电路的某些参数进行修正，使满足设计要求。

在进行调试前应拟订出测试项目、测试步骤、调试方法和所用仪器等，做到心中有数，保证调试工作圆满完成。

（1）调试方法

调试方法原则有两种。第一种是边安装边调试的方法。它是把复杂的电路按原理框图上的功能分成单元进行安装和调试，在单元调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围，最后完成整机调试。这种方法一般适用于新设计的电路。

第二种方法是在整个电路全部焊接完毕后，实行一次性调试。这种方法一般适用定型产品和需要相互配合才能运行的产品。

（2）调试步骤

a、通电前检查

电路安装完毕后, 不要急于通电，首先要根据原理电路认真检查电路接线是否正确，包括错线（连线一端正确、另一端错误），少线（安装时漏掉的线），多线（连线的两端在电路图上都是不存在的）和短路（特别是间距很小的引脚及焊点间），并且还要检查每个元件引脚的使用端数是否与图纸相符。查线时最好用指针式万用表“Ω×1”档, 或用数字万用表“Ω”档的蜂鸣器来测量，而且要尽可能直接测量元器件引脚，这样同时可以发现接触不良的地方。

b、通电观察

在电路安装没有错误的情况下接通电源（先关断电源开关，待接通电源连线之后再打开电路的电源开关）。但接通电源后不要急于测量，首先要充分调动眼、耳、鼻、手观察整个电路有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异常气味，是否有异声，手摸器件是否发烫，电源是否有短路和开路现象等。如果出现异常，应该立即关掉电源，故障排除后方可重新通电。然后再按要求测量各元器件引脚电源的电压，而不只是测量各路总电源电压，以保证元器件正常工作。

c、单元电路调试

在调试单元电路时应明确本部分的调试要求。调试顺序按信号流向进行，这样可以把前面调试好的输出信号作为后一级的输入信号。

单元调试包括静态和动态调试。静态调试一般是指在没有外加信号的条件下测

试电路各点的电位，特别是有源器件的静态工作点。通过它可以及时发现已经损坏和处于临界状态的元器件。动态调试是用前级的输出信号或自身的信号测试单元的各种指标是否符合设计要求，包括信号幅值、波形形状、相位关系、放大倍数和频率等。对于信号产生电路一般只看动态指标。把静态和动态测试的结果与设计的指标加以比较，经深入分析后对电路与参数提出合理的修正。在调试过程中应有详尽记录。

d、整机联调

各单元电路调试好以后，并不见得由它们组成的整机性能一定会好，因此还要进行整机调试。整机调试主要是观察和测量动态性能，把测量的结果与设计指标逐一对比，找出问题及解决办法，然后对电路及其参数进行修正，直到全机的性能完全符合设计要求为止。

③故障诊断方法

整机出现故障后，首先应仔细观察有无元器件出现过热痕迹或损伤情况，有无脱焊、短路、断脚和断线情况。然后采用静态查找和动态查找法。

静态查找法就是用万用表测量元器件引脚电压、测量电阻值、电容漏电以及电路是否有断路或短路情况等。大多数故障通过静态查找均可诊断出结果。当静态查找仍不能发现故障原因时，可采用动态查找法。

动态查找法是通过相应的仪器、仪表在电路加上适当信号的情况下测量电路的性能指标、元器件的工作状态。由获得的读数和观察到的波形准确、迅速地查找到故障发生的部位及产生的原因。

为加快查找故障点的速度，提高故障诊断效率，除了前面提到的静态查找和动态查找法，其它常用的方法有：

（1）直观判断法

用它可找出断线、虚焊、元器件烧焦、器件温升过高和高压打火等故障；

（2）断路法

即把可疑部分从电路中断开，使之不影响其它部分的工作，若此时故障消失，往往故障发生在被断开的电路中；

（3）短路法

适用与多级电路，用短路方法消除故障电路对下一级的影响（当短路两点直流电位不同时应通过电容隔直）；

（4）替代法

将已调好的单元组件，替代疑为故障的单元组件，可判定可疑单元是否确有故障。此法在集成片组成的电路中常用，用好的集成片替代疑有故障的集成片，若此时故障现象消除，则说明该集成片确有故障。

具体操作时可视不同情况分别选用。

7、设计报告的撰写

设计报告又称之为设计书，设计报告的撰写应包括以下内容：

（1）课题名称、设计书内容概述。

（2）设计课题任务和要求。

（3）总体方案选择的论证。内容含曾考虑过的各方案框图、简要原理和优缺点以及所选定方案之理由等。

（4）单元电路的设计、参数计算和元器件的选择。

（5）绘出总体电路图、功能单元电路图及单元电路输出的信号波形图，并分别说明各电路的工作原理。

（6）组装与调试，内容应含：

(a) 使用的主要仪器、仪表，应列出名称、型号、出产厂家和出产年月等。

(b) 测试的数据和波形，必要时应与计算结果比较并进行误差分析。

(c) 组装与调试的方法、技巧和注意事项。

(d) 调试中出现的故障、原因及诊断与排除方法。

（7）所设计电路的特点以及改进意见。

（8）所用元器件的编号列表。列表项目为序号、符号与编号、名称、型号与规格、数量以及必要的说明等。

（9）列出参考文献，格式为作者、文献名、出版单位、出版时间。

（10）收获、体会和建议。

注：设计中必须用Multisim（EWB）分析检测系统中各单元主要电路的输入、输出信号波形和性能指标，并将分析结果和程序作为附录附于设计报告之后。

王惠庆（一班）、程俊（二班）、冯晔（三班）、赵翠华（四班）

2010-6-9

Ⅲ附录

电气07级电工电子课程设计日程安排和具体要求

一、课程设计日程安排

2010年6月17-18、21-25日（共7天）。

具体日程安排：

第16周周四(6日17日)，上午8：45，在勤学楼2105开题，全班同学准时参加。由指导教师介绍题目，提出设计要求、交代设方法、步骤等；同学两人一组进行分组。

第16周周四至周五，同学查阅资料、进行原理设计，方案比较，绘制原理图、计算参数，选取元器件，同学对设计电路进行EDA仿真实验，记录仿真结果；等等。

第17周周一，指导教师审阅原理图；上午10：00，在勤学楼2108，向各设计小组同学发放元器件。

第17周周二下午至周四，同学撰写设计报告；同时按指导教师审核及Multisim（EWB）仿真过的电路原理图，两人小组集体研究电路原理图与接线图的正确转换，设计布线方案并组装调试。调试地点在勤学楼2105，调试时间安排在周四及以后的每天全天。调试完成后把组装调试情况及收获总结写进设计报告。

第17周周四下午至周五下午，同学可按调试好的先后顺序，带上设计报告和组装调试好的电路向指导教师提请验收答辩：指导教师对实际电路性能指标进行测试并打分；针对每人独立设计的内容和布线、调试情况等向同学提问。

二、课程设计答疑安排

答疑时间：16周周4下午14:00至17周周４上午10：00。

答疑地点：电工电子实验中心勤学楼2号2105或2209、2309室。

三、设计报告要求和成绩评定

1.报告页数要求不少于10页。

2.成绩评定办法

①课程设计成绩按照设计报告和操作、答辩三部分情况综合给出。

②要求设计的电路和设计报告必须独立完成，鼓励创新。

③每个同学独立提交打印报告（不准交复印件），内容必须齐全、

完整，工整。

四、课程设计几点要求

在7天课程设计实践教学环节中，同学应全力投入，认真学习、认真实践。在详实查阅资料，充分论证、比较、选择设计方案的基础上。编制设计报告，完成电路搭接和调试，充分做好最后的答辩准备。

五、课程设计验收每个同学应提交的成果、实物内容

①课程设计报告书电子和纸质版各一份(封面统一，见下页所示)；

③可用于检验仿真实验的Multisim（EWB）格式总图电子稿一份；

③可用于当场演示成果的实际电路一个；

④工具箱及工具（回收）。

电工电子实验中心

王惠庆、程俊、冯晔、赵翠华

2010月6日

河海大学电气工程及其自动化专业07级

电工电子综合课程设计报告书

课题名称：

姓名：高 * * 王 * *（同组）

学号:

班级：1班

时间：

成绩：

指导教师：

设计选题:汽车LED尾灯控制器

设计内容及要求

本课题设计一个汽车LED尾灯的控制器电路。该电路由四个电键控制，分别对应着左转、右转、刹车和检查功能。

当接通左转或右转电键时，左侧或右侧的3个汽车尾灯按照左循环或右循环的顺序依次点亮。

当接通刹车电键时，汽车所有的尾灯点亮。

当接通检查电键时，汽车所有的尾灯同时闪烁（0.5—1次Ｓ）。

实验室提供元件

74LS00 2

74LS04 2

74LS32 2

74LS74 2

555定时器NE555N 1

电容

发光二极管 6

开关 4

电阻

Ф0.6导线

或其他实验室存有的芯片

提供的主要芯片的数量