《电子电路设计实践》内容剖析(2)

料适当，使焊锡充布焊盘，不堆锡，更不能粘连。焊接CMOS器件应使用防静电烙铁，防止将其极间击穿。

特别注意是虚焊，虚焊的原因：被焊处表面有氧化物或污垢；元件处理及镀锡不好；焊接温度不足；焊接时间短。 7.装配工艺

（1）根据整机零部件、电路板的尺寸选择箱的外形和大小。外部是显示屏、输入输出插口、调节旋钮或键盘。

（2）发热元件要留出散热空间，必要时加散热片；要尽量避免各部分干扰，必要时应加屏蔽；各单板、部件最好通过接插件相连。

（3）电路板上的元件安装应整齐美观，视元件孔的位置可选择立式或卧式。 （4）如各部件需要导线连接，而且连接点较多，最好选用排线；对于信号线应采用同轴电缆；对公共地线，最好采用较粗的裸导线。在布线时，应尽量做到短而直，这样布线美观、可靠、分布参数或干扰小。

五、电子电路中的抗干扰与屏蔽接地

1. 电子电路干扰的抑制 （1）干扰源

电子电路工作时，往往在有信号之外，还存在一些令人头痛的干扰电压（或电流）。如何克服这些干扰是电子电路（设备）在设计、制造时的主要问题之一。干扰产生于干扰源。干扰源有的在电子电路（设备）外部，也有的在电子电路（设备）内部。

（2）电子电路设备外部干扰源

主要有：电弧机、日光灯、弧光灯、辉光放电管、火花点火装置等产生的干扰；直流发电机及电动机，交流整流子电动机等旋转设备，以及继电器、开关等产生的干扰；由大功率输电线产生的工频干扰；无线电设备辐射的电磁波等。 （3）电子电路设备内部产生的干扰

主要有：交流声，不同信号的互相感应，寄生振荡；绕线电位器的动点、电子元件的引线和印制电路板布线等各种金属的接点间，由于温度差而产生的热电动势等；在数字电路中，由于传输线各部分的特性阻抗不同或与负载阻抗不匹配时，所传输的信号在终端部位发生一次或多次反射，使信号波形发生畸变或产生振荡等。

2.干扰途径及其抑制方法

（1）为减少设备内部产生的干扰 设计人员应注意以下几点：元器件布置不可过密，改善电子设备的散热条件，分散设置稳压电源，避免通过电源内阻引进干扰，在配线和安装时，尽量减少不必要的电磁耦合，尽量减少公共阻抗的阻值，低频信号采用一点接地，数字器件的输入端子不可悬空，必须结合电路的实际情况和条件妥善处理。

例如，与非门多余输入端可以通过电阻上接电源，或者将端子合并使用等。 3.电子电路中抗干扰措施

（1）抑制快速变化开关干扰的思路是尽可能减小du/dt、di/dt。

减小du/dt干扰主要在干扰源两端并联电容、续流二极管或RC串联吸收回路。

例1：继电器线圈并联续流二极管，可消除断开线圈时产生反电动势。 例2：单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间加

隔离电路，如电压比较器。

减小di/dt干扰在干扰源回路串联电感或电阻以及续流二极管。 （2）抑制缓慢变化干扰主要是接地合理，如电源退耦滤波技术；对于共模干扰，则考虑采用双端输入运放。 （3）抑制高频干扰的措施是电源退耦滤波电容两端并联0.01uF～0.1uF高频电容；干扰源与被干扰源的对象加以屏蔽；电路的引线、布线尽量短而直，减少分布参数的影响；在引线上穿上磁珠，形成滤波电路；晶振与单片机引脚尽量靠近。 （4）良好的接地与屏蔽。 4.电子电路的布线与接地技术

（1）要求电路板布局合理，强电、弱电、数字信号、模拟信号应分开。 例：大功率器件尽可能放在电路板边缘。

（2）数字地和模拟地分开集中后接地（实行一点接地），用最短线连接起来接到低阻抗的接地平面上，如接于电源地。

（3）高频或开关IC器件应直接焊在电路板上，尽量少用IC座，以减少分布参数的影响。

（4）尽可能使干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。 （5）PCB上两条线靠得近，容易形成寄生电容和互感，应尽量避免。 （6）大小信号分离，即输入信号应远离输出信号。

（7）传输小信号的线一定要用屏蔽线，将屏蔽层单端接地。 5.有关接地的几点基本知识 （1）安全接地

一般实验室中安全接地有三种方法，第一种是把三孔插座的地与电源线的中线直接连接，这种接法不是绝对安全的。第二种是把地连到一座大楼的刚骨架上。第三种是最理想的，在实验室的地下深埋一块面积较大的金属板，用与金属板焊接的粗铜线接到实验室作信号地线。第一种地线可能会引入较大的50Hz交流信号干扰；第二种用大楼刚骨架作地线的方法，由于它的电阻大，接地不好，可能感应各种干扰电压（含50Hz交流信号）；只有第三种地线上的干扰信号才是最小的。

（2）工作接地

电子电路在工作和测量时，要求有公共的电位参考点。这个参考点一般是把直流电源的某一端作公共点，叫做工作接地点。工作接地点一般是指接机壳或底板，并不一定要与大地相连接。 （3）信号地

信号地是指信号电路、逻辑电路、控制电路的地。设计接地要尽可能减少各支路电流流过公共地阻抗产生的耦合干扰。信号地的连接方法主要有三种：①单点接地②串联接地，从防止干扰和噪声的角度来看，这种接法不合理，但其接法简单，在许多地方仍被采用。特别是在设计印刷电路板上应用比较方便。②平面接地，这种接地方式适用于高频电路和数字电路。 （4）系统接地

6.电子电路中的浮置、滤波、隔离技术

浮置又称浮空、浮接，泛指测量仪表的输入信号放大器公共地（即模拟信号地）不接机壳或大地。浮置和屏蔽接地的作用相反，是阻断干扰电流的通路。电路被浮置后，明显地加大了系统的信号处理器公共线与大地（或外壳）之间的阻抗，因此，浮置能减小共模干扰。

滤波：显示器或彩电在交流电源进线与开关电源之间加的磁珠式滤波器。对直流电源输出需加对高频及低频滤波，通常用“一大一小”两个电容并联即可取得对高低频滤波效果。当一直流电源对几个电路同时供电时，为避免通过电源内阻造成几个电路之间相互干扰，应在每个电路的直流电源进线与地之间加装去耦滤波器。

光电耦合是常用强电和弱电之间的隔离。

六、电子电路的调试

1.电子电路的调试

简单系统调试：电源调试---单板调试---联调

复杂系统调试：电源调试---单板调试---分机调试---主机调试---联调 2.调试前的直观检测

连线是否正确：按照电路图检查安装的线路，按照实际线路来对照原理电路进行查线。

为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做标记，最好用指针万用表“Ω?1”挡或数字万用表“Ω挡”的蜂鸣器来测量，这样可以同时发现接触不良的地方。

3.元器件安装情况

检查元器件引脚有无短路；连接处有无接触不良；二极管、三极管、集成器件和电解电容极性等是否连接错误。 4.电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确。

5.电源端对地是否存在短路。在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地是否存在短路。

若电路经过上述检查，并确认无误后，就可转入调试。 6.调试方法 （1）通电观察

接通电源，观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异常气味，手摸元器件是否发烫等。如出现异常，应立即切断电源，待排除故障后才能再通电。然后测量各器件引脚电源，以保证元器件正常工作。 （2）静态调试

交流、直流并存是电子电路工作的一个重要特点。一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作基础。静态调试一般是指在没有外加信号的条件下所进行的直流测试和调整过程。例如，通过静态测试模拟电路的静态工作点、数字电路的各输入和输出端的高低电平值及逻辑关系等，可以及时发现已损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，使电路工作状态符合设计要求。

对于运算放大器，静态检查除测量正、负电源是否接上外，主要检查在输入为零时，输出端是否接近零电位，调零电路起不起作用。当运放输出直流电位始终接近正电源电压值或负电源电压值时，说明运放处于阻塞状态，可能是外接电路没有接好，也可能是运放已经损坏。如果通过调零电位器不能使输出为零，除了运放内部对称性能差外，也可能运放处于振荡状态，所以调试时最好接上示波器进行监视。 （3）动态调试

动态调试是在静态调节的基础上进行的。调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号的流向逐级检测各有关点的波形、参数和性

能指标。

7.调试中注意事项

（1）正确使用测量仪器的接地端 进行测量时，仪器的接地端应和放大器的接地端连接在一起，否则仪器机壳引入的干扰不仅会使放大器的工作状态发生变化，而且将使测量结果出现误差。 （2）在信号比较弱的输入端，尽可能用屏蔽线。屏蔽线的外屏蔽层要接到公共地线上。在频率比较高时要设法隔离连接线分布电容的影响，例如用示波器测量时应该使用有探头的测量线，以减少分布电容的影响。

（3）测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流，给测量结果带来很大误差。

（4）测量仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。例如，MF47型万用表的工作频率为20~20000Hz。如果放大器的fH?100kHz，不能用MF47型表来测量，否则，测量结果就不能反映放大器的真实情况。 （5）测量方法要方便可行 需要测量某电路的电流时，一般尽可能测电压而不测电流，因为测量电压不必改动被测电路，测量方便。

（6）调试过程中，不但要认真观察和测量，还要善于记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据、波形和相位关系等。

（7）调试时出现故障，要认真查找故障原因，且不可一遇故障解决不了就拆掉线路重新安装。应当把查找故障，分析故障原因，看成一次学习机会，通过它来不断提高自己分析问题和解决问题的能力。

七、故障检测

1.常见的故障现象

（1）放大电路没有输入信号，而有输出波形

（2）放大电路有输入信号，但没有输出波形或者波形异常。

（3）串联稳压电源无电压输出或输出电压过高且不能调整或输出稳压性能变坏、输出电压不稳定等。

（4）振荡电路不能产生振荡。

（5）计数器输出波形不稳或不能正确计数。

（6）收音机中出现“嗡嗡”交流声和“啪啪”的汽船声等。 2.产生故障的原因

（1）对于定性产品使用一段时间后出现故障，故障原因可能是元器件损坏，连线发生短路或断路。 （2）对于新安装的电路来说，故障原因可能是：实际电路与设计的原理图不符；元器件使用不当或损坏；设计的电路本身就存在某些严重缺点，不满足技术要求；连线发生短路或断路。

（3）各种干扰引起的故障。 3.排除故障的基本方法

排除故障遵循“由表及里”、“先易后难”、“先电源后负载”、“先静态后动态”的原则。排除故障的常用方法： （1）直接观察法

利用人的视、听、嗅、触等作为手段来发现问题，寻找和分析故障。直接观

察法包括不通电检查和通电观察。 （2）用万用表检查静态工作点 （3）信号寻迹法 （4）对比法

可将此电路的参数与工作状态和相同的正常的参数进行一一对比，进而分析故障原因，判断故障点。 （5）部件替换法

有时故障比较隐蔽，不能一眼看出，可以将仪器中的部件、元件器、插件等替换故障仪器中相关器件，以便缩小故障范围，进一步查找故障。 （6）旁路法

当有寄生振荡现象，可以利用适当容量的电容器，选择适当的检查点，将电容临时跨接在检查点与参考接地点之间，如果振荡消失，就表明振荡是产生在此附近或前级电路中。否则就在后面，再移动检查点寻找之。应该指出，旁路电容要适当，不宜过大，只要能较好地消除有害信号即可。 （7）短路法

短路法对检查断路性故障有效。但要注意对电源是不能采用短路法的。 （8）断路法

断路法用于检测短路最有效。例如，某稳压电源因接入一带有故障的电路，使输出电流过大，采取依次断开电路的某一支路来检查故障。如果断开该之路后，电流恢复正常，则故障就发生在此电路。 （9）暴露法

有时故障不明显或时有时无，一时很难确定，此时采用暴露法。检查虚焊时对电路进行敲击就是暴露法的一种。另外可以让电路长时间工作，例如几小时，然后再来检查电路是否正常。这种情况下有些临界状态的元器件经不住长时间工作，就会暴露出问题，然后对症处理。 4.正确处理几个关系

（1）电路工作的充分必要条件

一是保证供电正常，这是必要条件；二是要有输入信号，这是充分条件。 （2）模拟电路和数字电路的关系

模拟电路的输入输出信号传输方向是单向的，一般一条线就一路信号。物理意义明显。数字信号的输入输出有串行、并行之分。串行传输用一路，分时传送；并行传输用多路，同时传送，有的情况下数字信号是双向传输。

数字信号传送的是数据流，物理意义不明显，所以不针对信号的码进行研究，在检测时用示波器测传输的数据流，只要符合电平要求且无干扰既是正常。但数字电路发出控制信号，只有高（低）电平，需要利用万用表测得。 （3）善于确定关键的测试点

测试点根据电路图确定，例：高频和低频的分界点；数字电路和模拟电路的分界点；控制电路和被控对象的分界点；电源和负载的分界点等等。

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