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2022-3-3高频电子线路课程设计指导书 高频电子线路课程设计指导书 赵海涛逄明祥孙绪保王立奎 山东科技大学信息与电气工程学院 目录 第一章概述3 1.1 何谓课程设计 3 1.2 课程设计的目的要求 4 1.3 课程设计的主要步骤 4 第二章线路板的组装与调试6 2.1 元器件的识别与应用 6 2.2 焊接技术9 2.3 调试技术9 第三章高频电路课程设计14课题一小型等幅(调幅)发射机的设计与制作14 课题二高频信号发生器的设计与制作22 附录：常用阻容元件性能与规格32 第一章概述 在高等学校课程设计是一个重要的教学环节，它与实验、生产实习、毕业设计构成实践性教学体系。由此规定了课程设计的三个性质：一是教学性，学生在教师指导下针对某一门课程学习工程设计；二是实践性，课程设计包括电路设计、印刷板设计、电路的组装和调试等实践内容；三是群众性或主动性，课程设计以学生为主体，要求人人动手，教师只起引导作用，主要任务由学生独立完成，学生的主观能动性对课程设计的完成起决定性作用。学生较强的动手能力就是依靠实践性教学体系来培养的。 1.1 何谓课程设计 所谓课程设计就是大型实验，是具有独立制作和调试的设计性实验，其基本属性体现在工程设计上。但课程设计毕竟不同于一般实验。 首先是时间和规模不同，一般实验只有两学时，充其量为四学时；而课程设计一般为一两周。实验所要达到的目的较小。通常只是为了验证某一种理论、掌握某一种参数的测量方法、学习某一种仪器的使用方法等等；而课程没计则是涉及一门课程甚至几门课程的综合运用，所以课程设计是大型的。 其次，完成任务的独立性不同，一般实验学生采用教师事先安排好的实验板和仪器，实验指导书上详细地介绍了做什么和如何做，实验时还有教师现场指导，学生主要任务是搭接电路，用仪器观察现象和读取数据，因此实验是比较容易完成的；而课程设计不同，课程设计只给出所要设计的部件或整机的性能参数，由学生自己去设计电路、设计和制作印刷电路板，然后焊接和调试电路，以达到性能要求。 课程设计和毕业设计性质非常接近，毕业设计是系统的工程设计实践， 而课程设计则是工程设计实践的初步训练，它为毕业设计打下一定基础。课程设计与毕业设计在规模上和要求上，大小高低不同，但它们都属于工程设计，因此工作步骤是类似的。 1.2 课程设计的目的要求 1、课程设计的目的是帮助学生综合运用所学的理论知识，把一些单元电路有机地组合起来，组成小的系统，使学生建立系统的概念；并使学生巩固和加强已学理论知识。并掌握一般电子电路分析和设计的基本步骤。 2、掌握常用元器件的检测、识别方法及常用电子仪器的正确使用方法。 3、掌握印制板的制作流程以及电路板的安装、布线、焊接等基本技能。 (1) 按规定的印刷线路的大小设计印制板图，并通过描图、腐蚀、钻孔等过程制作电路印制板。 （2）对要求的电路进行元器件的安装、焊接，要求安装整齐，焊点光滑，无虚焊、错焊。 4、培养一定的独立分析问题、解决问题的能力。对设计中遇到的问题能通过独立思考、查阅有关资料，寻找解决问题的途径；对调试中出现的故障，能通过独立分析，找到故障发生原因及排除办法。 5、通过课程设计培养学生树立经济观点、全局观点，培养他们实事求是的科学态度和一丝不苟的严谨作风。 1.3 课程设计的主要步骤 1、方案论证根据设计指标要求查阅资料，确定采用晶体管电路还是集成电路，采用模拟电路还是数字电路，或者采用它们的混合电路。分析比较这些电路的性能、繁易程度，再从性能、价格、实现难易等几方面进行方案论证。然后，确定电路方框图，并将总体指标分配给每个小框，即明确每个 小框的性能要求。 2、工程估算确定每一个小框的单元电路，计算单元电路以达到分部指标的要求，计算本级时要特别注意相邻级对本级性能的影响，因此计算时要按一定的顺序进行。确定本级元器件的数据和型号。电路计算与元器件的确定这两步通常需要反复进行，按照经验选取某些数值的元器件，计算结果不一定符合分部指标要求；按指标要求计算出元器件值，却又不一定能找到这种规格的元器件，只得选取相近的元器件再行计算。这种反复计算和计算中容许的近似最能体现工程设计的特点。 3、备料及设计制作非标准件电阻器、电容器、晶体管、集成电路、开关和接插件等是标准件，变压器、电感器、波段开关、设备外壳等既有标准件，也可能需要非标准件，非标准件市场上没有现货，需要订制或自制。印刷电路板是非标准件，必须订制或自行设计、制作。 4、根据所设计方案组装电路并调试。在印刷电路板上焊接电路，或在面包板上搭接电路，然后进行调试，使电路性能达到设计要术。调试包括修改电路和用仪器测量两个内容，修改电路主要是更换元器件，部分电路的更改也是有的。采用电子仪器测量才能准确地判断设计电路的性能，这是电子产品试制过程中不可忽视的一环，那种靠主观感觉判断性能的业余方法是很不可靠的。 5、分析实验结果，写出课程设计报告。设计报告应包括从指标要求到调试结果分析等各个方面。特别对于作为学习环节的课程设计和毕业设计来说，书写设计报告更是十分重要的一环，通过书写报告可以系统地掌握工程设计方法，可以更深刻地理解所学到的理论知识。 第二章线路板的组装与调试 2.1 元器件的识别与应用 一、元器件识别 元器件识别第一步应区分是什么元器件，其次是判断元器件外引线功能，然后才能进行测试。安装前元器件的测试（也称筛选或认证）是整机制造中最重要的工序之一。 元器件凡正式产品一定有标注，通常元件标注量值和单位。根据单位即容易区分是什么元件，标注欧姆（、k、M）的是电阻器；标注法拉（F、pF）的是电容器；标注亨利（H、mH、H）的是电感器。从形状看，电阻器总是长圆柱形；而电容器外形就较多，有长圆柱形的电解电容，又有扁圆片形的陶瓷电容、涤纶电容，还有长方形的云母电容，至于可变电容形状则比较特殊；可变电阻器（电位器）也有圆盘形和柱形两种；电感器由漆包线绕制而成，漆包线可以一眼看出，从形状看也有长圆柱形、圆环形多种；变压器是电感器的特例，它有4根以上引出端（两根初级，两根以上次级）。总之，从形状不易区分元件，只要多熟悉、多使用元器件，经验多了区分并不困难。 二、元器件外引线识别 电阻器和电感器两只外引线性能相同，不存在区分问题。多数电容器也如此，但电解电容器有极性，需要识别正、负。它在外壳上已注明（）号；或者只有一只外引线，则此外引线为正，外壳为负；或者两只外引线一长一短，则长者为正，短者为负。变压器外引线区分也是看标注，如果是电源变压器，由于总是降压的（升流），则初、次级漆包线粗细不同，初级线细、次级线粗，通常初级在内部（有利于安全），次级在外部。 晶体管外引线识别如图1-1所示。外引线对准自己，从凸嘴开始，顺时 针数为E、B、C，如果有第四脚则为屏蔽极S；如果是场效应管，也从凸嘴开始顺时针数为D（漏极）、S（源极）、G（栅极）；如果是大功率晶体管，可能只有两条外引线，如图所示，此时外引线对准自己，外引线在上端，右上角外引线为E（射极），左上角外引线为B(基极)，外壳为C（集电极）。 图11 晶体管外引线识别 需要指出，晶体管外引线并不统一，也有例外的。因此，正规方法还是根据型号查晶体管手册，或查厂家提供的使用手册。如果晶体管没有型号，可用万用表判断，将万用表打到×100档，任测两条外引线，如果电阻值相差不大，则第三条外引线必为基极；将万用表打到×1k档，用黑表笔（内电池正极）接基极，红表笔接其他极，如果电阻小，则为NPN管，电阻大，则为PNP管。下面判断E、C极：以基极为准，测PN结正向电阻，正向电阻小的为发射极，大的为集电极。万用表判断晶体管并不很准，特别是性能难定，最好的方法还是用晶体管特性图示仪。 集成电路外引线很多，要区分每条引线的作用，除了查手册外没有其他办法。手册上注明外引线号及作用。关于外引线序号，扁平封装的，将型号标记对准自己，从左上角开始顺时针计数；双列直插式封装的，将型号标记正对准自己，从左下角开始逆时针计数；金属壳封装的，将型号标记对准自己，从凸嘴开始逆时针计数。 三、元器件使用注意事项 电阻器的使用不仅要注意阻值符合要求，还要注意功率，特别在电流 较大的电路中功率更重要，应保持电阻额定功率大于实际消耗功率，否则很容易过热而烧毁。电阻器高频应用时要注意引线电感，精密测量电路中要注意电阻的精度及稳定性。用万用表测电阻时不要用手捏住电极，以免将人体电阻并入，特别是待测电阻阻值大时，人体电阻将带来很大测量误差。 使用电容器不仅要注意容量，还要注意耐压，应保持额定击穿电压大于实际工作电压，特别是电容上既有直流电压又有交流电压的情况下，要注意总电压的数值。电解电容（铝电解电容和钽电解电容）使用时要注意极性，外加电压不能接反，在既有直流电压又有交流电压的情况下，将总电压的高电位接到正极。接反了电压不仅会破坏电介质造成电容损坏，而且很容易过热而爆炸，伤及人身。判断电容好坏，简易方法是用万用表测电阻，对于电解电容可用×1档，用万用表中的电池对电容充电，开始电流大阻值小，指针向零端摆动，随着充电电流减小，指示阻值渐大最后达到，不能到达，说明有漏电，实际使用时阻值足够大即可。根据指针摆动的快慢可判断容量的大小，容量越小摆动越快，容量太小指针将来不及摆动，所以小于1F的电容改用×10档，指针有摆动则为好电容，完全不动则电容内部可能断路，但要排除容量太小的可能。测电容时也要注意不得并入人体电阻。 使用电感器不仅要注意电感量，还有注意工作电流，电感常常是自制的，绕制时要根据工作电流决定导线粗细，可以查漆包线规格表。 使用晶体管注意事项：首先要注意类型、型号，区分是PNP管还是NPN 管，以免工作时电源接反。要注意晶体管的极限参数，工作值不得超过极限值。在电路通电的情况下禁止焊接晶体管。MOSFET管由于输入电阻极高，很易发生静电击穿，因此使用时要十分小心，存放时要放在金属屏蔽盒内，并将各电极短路，焊接时要用20W内热式电烙铁，并且烙铁要有良好的接地线，最好将电烙铁断电，利用余热焊接。 集成电路使用注意事项：首先要保证电源极性正确，集成电路一般使 用正压，数值不得超过额定值，使用时不得将电源端与地端接反。利用插座的双列直插式集成块在通电情况下不得拔出和插入，以免电流冲击造成损坏；多余的输入端不要悬空，以免接受干扰造成误动作，应接在高电平上。 2.2 焊接技术 焊接技术应用极为广泛，它不需要复杂设备和昂贵费用，就可将多种元器件牢固地连接在一起。电子技术中的焊接采用锡焊。 焊接有一定的技巧，掌握了这种技巧就能使焊接牢固、无虚焊、焊点美观。虚焊是电路的可怕隐患，一台整机成百上千个焊点，有一个虚焊点找起来很麻烦，虚焊的特点是表面看不出来，实际上里面时通时断，这就给调试和维修工作带来很大困难，因此消除虚焊点是焊接的基本功，其次才是焊点大小适中、形状标准、光洁美观。 焊接分三个步骤： 1、净化焊接件表面焊接前必须把焊件表面处理干净，这里所说的焊件通常指印刷电路板和元器件外引线。可采用酒精擦洗、砂纸打磨或用刀刮去除表面污垢或氧化物。（注意晶体管及集成电路外引线不可用刀刮，把镀层刮掉反而难焊了） 2、将焊件表面加热到焊锡熔化温度。焊接并不是把焊锡熔化后粘接到焊件上去，而是应使焊件温度超过熔化焊锡的温度，这样才能使焊件和焊锡密切结合起来。所以焊接时应将烙铁紧紧地按在焊件上，并保持一定的时间，这是不出现虚焊点的关键一步。 3、将焊锡熔化填充到两焊件之间的空隙中去，形成圆滑的焊点。 顺便说明，电子产品大批量生产时，常采用波峰焊机进行自动化焊接。 2.3 调试技术 电路安装焊接之后，下一步是调试，主要通过电子仪器进行测试，以判断电路性能，并更换元器件使电路达到预定的指标。 调试分三步进行。第一步是直观检查电路，不通电。第二步是接通电源后进行静态测试。第三步是接通电源并且输入信号进行动态测试，后两步均要应用电子仪器设备。 一、直观检查 电路焊接后首先直观检查，电源线、地线、信号线是否接好，有无短路，各元器件、组件外引线有无错接。电路接线是否正确，有无错线、少线或多线情况。 为避免电路接错，可以采用多种查线方法。 第一种是根据电路图检查印刷板上的元器件是否齐全，是否焊对。方法是依据元器件序号逐一检查，先查组件，再查器件，再查元件（集成块及晶体管外引线、电阻、电容、电感、变压器、接插件等），最后检查电源线、地线、信号线、跳线等等。 第二种查线方法是根据电路板上的元器件去对照电路图，把每一个元器件的外引线去向查清楚，看看是否与电路图符合。 为克服前两种方法的可能错误，还可以采用第三种查线方法。就是根据电路原理逐级检查，通常依照集成块或晶体管分级。如检查集成块，依照其外引线顺序依次检查各外引线去向，看看外引线所接元件是否齐全、接对。又如检查晶体管，可以先检查基极、偏置电阻和耦合元件是否接了，再检查发射极电阻、电容是否接对，第三检查集电极负载和耦合元件，最后检查电源退耦电路和地线。 无论采用哪一种查线方法，都应该一边检查一边用铅笔再电路图上做记号，这样从图纸上一眼就能看出是否有问题。若课程设计是两人一组，则应该一个人焊的另一个人检查，可以避免某些习惯些错误，也可以熟悉元器件位置，有利于调试工作的进行。 二、测试用仪器 最基本的仪器是万用表、示波器和信号发生器。 1、万用表主要用于静态测试，测量晶体管的静态工作点、集成电路外引线的直流电压、数字电路的高、低电平。 使用万用表首先应注意测试项目是电压、电流还是电阻，是直流还是交流，应把功能开关放在相应位置。第二是注意量程，通常先用大量程再逐步减小。第三，直流测量时注意极性，红表笔为正，黑表笔为负。第四，电阻测量时，黑表笔为正端，测量前先将表笔短路调零点。 2、示波器示波器主要用于观察波形，也可粗略测量正弦波的幅度、频率等。 3、信号发生器电路在动态测试时，信号发生器给电路提供外加信号。使用发生器时注意输出不要短路，使用脉冲信号发生器时输出还不得空载，不使用时输出端应置于内负载上。 另外，根据待测电路需要还可选择其他仪器，如频率特性测试仪、逻辑分析仪等。 三、调试方法 调试包括测试和调整两方面。测试是对好的电路通电后进行电气性能测量，包括直流性能和交流性能。调整就是修改电路，主要是更换元器件，使电路性能达到设计要求。 调试方法有以下两种： 1、边安装边调试一个复杂的电路总是由不同的单元电路组成的，因此可以按单元电路划分。装一个单元调一个单元，或者按功能分部，在分部调试成功的基础上扩大安装和调试范围，最后完成整机调试。对于新设计的电路或初学者来说，采用分部调试方法把问题局限在较小范围内，有利于及时发现问题和解决问题。 2、整机一次性调试整个电路安装完毕后进行一次性调试。