《高频课程设计》指导书.doc
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1、目录1.1 概论31.1.1 课程设计的目的与要求31.1.2 课程设计的教学过程41.2 高频电子线路设计的一般方法与步骤51.2.1 总体方案的设计与选择51.2.2单元电路的设计与选择71.2.3 单元电路之间的级联设计101.2.4 画出总体电路草图121.2.5 总体电路试验131.2.6 绘制正式的总体电路图142.1高频电子线路课程设计内容142.2课程设计说明书要求142.3课程设计题目1521高频电子线路课程设计指导书“高频电子线路”是电子、通信课程的实践性教学环节,是对学生学习高频电子线路的综合性训练,通过学生独立对某一课题进行设计、调试使学生能够将理论与实践相结合,培养学
2、生的设计能力动手能力。然而,要完成一个课题将涉及到多方面的知识,既要涉及到许多理论知识(设计原理与方法),还要涉及到许多实践知识与技能(安装、调试与测量技术)。本指导书将把高频课程设计所涉及到的主要基础知识作一全面的介绍,以帮助学生解决入门之-难。1.1 概论1.1.1 课程设计的目的与要求实验课、课程设计和毕业设计是大学阶段既相互联系又互有区别的三大实践教学环节。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。而课程设计则是针对某一门课程的要求,对学生进行综合性训练,培养学生运用课程中所学到的理论与实践紧密结合,独立地解决实际问题。毕业设计虽然也是一种综合性训练,但它不是针
3、对某一门课程,而是针对本专业的要求所进行的更为全面的综合训练。高频电子线路课程设计应达到如下基本要求:(1)综合运用高频课程中所学到的理论知识去独立完成一个设计课题。(2)通过查阅手册和文献资料,培养学生独立分析和解决实际问题的能力。(3)进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用的原则。(4)学会电子电路的安装与调试技能。(5)进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。(6)学会撰写课程设计总结报告。(7)培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。1.1.2 课程设计的教学过程课程设计是在教师指导下,通过学生独立完成课题来达到对学生的综合性训练。本书通过大量的调研和多年的课程设计教学实践,列举
4、出数十个既有很好的学习价值、又有一定的实用性和先进性的设计课题,各位教师可根据自己的具体条件(测试设备、元器件、原材料、手册资料,以及指导力量和学生学习状况等),从中选择若干个课题予以公布,然后再让学生根据自身情况自由选择其中的某一个课题。当然,对少数学习成绩特别优秀的学生,在实验室条件允许的情况下也可选择非公布的课题。在每个学生的选题已确定以后,就可开始进行课程设计了。课程设计大体可分成以下三个阶段:1.设计与计算阶段(也称预设计阶段)学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计,通过论证与选择,确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算,包括元器件的选用和电路参数的计算
5、。最后画出总体电路图(原理图和布线图)。此阶段约占课程设计总学时的30%。2.仿真与调试阶段预设计经指导教师审查通过后,学生即可通过EWB软件进行电路仿真,调试参数。3.撰写总结报告阶段总结报告是学生对课程设计全过程的系统总结。学生应按规定的格式编写设计说明书。说明书的主要内容有: 课题名称。 设计任务和要注 方案选择与论证。 方案的原理框图,总体电路图、布线图,以及它们的说明;单元电路设计与计算说明元器件选择和电路参数计算的说明等。 电路调试。对调试中出现的问题进行分析,并说明解决的措施;测试、记录、整理与结果分析。 收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。课程设计结束后,教师将根据以下几方
6、面来评定成绩: 设计方案的正确性与合理性。 实验动手能力。 总结报告。 答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)。 设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。1.2 高频电子线路设计的一般方法与步骤在教材中,通常只有简单的电路分析与讲解,学生无法对其实践功能有一定的了解,同时也不知道如何设计电路。电路的一般设计方法与步骤包括:总体方案的设计与选择、单元电路的选择与设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、最后绘制正式的总体电路图等设计环节。下面将对设计的各个环节予以具体介绍。1.2.1 总体方案的设计与选择一、方案原理的构思1、提出原理方案一个比较复杂的课题往往需要进行方案原理
7、的构思,也就是用什么原理来实现课题的要求。因此,应对课题的任务、要求和条件进行仔细的分析与研究,找出其关键问题是什么,然后根据此关键问题提出实现的原理与方法,并画出其原理框图(即提出原理方案)。提出原理方案是一个关系到设计全局的问题,应广泛收集查阅有关资料,广开思路,开动脑筋,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,对关键部分可行性,一般应通过试验加以确认。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。然而,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。如果有
8、两种方案难以敲定,那么可对两种方案都进行后续阶段设计,直至得出两种方案的总体电路图,然后就性能、成本、体积等方面进行分析比较,才能最后确定下来。提出和选择一个令人满意的设计方案,不是一件容易的事,常常需要在整个设计的各个阶段进行分析比较。例如,原理方案比较,总体方案比较、单元电路比较,以及总体电路比较。中间出现一些反复也是难免的,但应量避免大的反复。二、总体方案的确定原理方案选定以后,便可着手进行总体方案的确定,顾名思义,原理方案只着眼于方案的原理,不涉及方案的许多细节,因此,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,亦可能由许多单元电路构成的。为了把总体方案确
9、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。当然,每个框图不宜分的太细,太细对选择不同的单元电路或器件带来不利,并使单元电路之间的相互连接复杂化;但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连接的设计与选择出发,恰当地分解框图。例如:幅度调制发射机与接收机原理方框可分解成框图。对每个原理方框分解后,并画出总的框图,这就是所要设计的总体方案图。画总体方案图时应注意: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。应清晰的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,
10、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。1.2.2单元电路的设计与选择总体方案确定以后,便可进行单元电路的选择与设计。单元电路的选择与设计主要包括电路结构形式的选择与设计、元器件的选择和电路参数计算等环节。一、单元电路结构形式的选择与设计按已确定的总体方案框图,对图中各功能框分别设计或选择出满足其
11、要求的单元电路。因此,必须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,必要时应详细拟定出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。二、元器件的选择1. 元器件选择的一般原则元器件的品种规格十分繁多,性能、价格和体积各异,而且新产品不断涌现,这就需要我们经常关心元器件信息与新动向,多查阅器件手册和有关的科技资料,尤其要熟悉一些常用的元器件型号、性能和价格,这对单元电路和总体电路设计极为有利。选择什么样的元器件最合适,需要进行分析比较。毫无疑问,首先应考虑满足单元电路对元器件性能指标的要求,其次是考虑价格、货源和元器件体积等方面的要求。顺便指出,元器件的选择,不仅在单
12、元电路设计中十分重要,而且在总体方案设计与选择中,亦是常常要考虑的问题。当然,作为课程设计教学环节,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,我们应当尽量选用实验室已有的元器件,除非必要才到市场上去购买。2. 集成电路与分立元件电路的选择问题随着微电子技术的飞速发展,各种集成电路大量涌现,集成电路的应用越来越广泛,优先选用集成电路这已是大家一致的认识。今天,一块集成电路常常就是一个具有一定功能的单元电路,它的性能、体积、成本、安装调试和维修等方面一般优于由分立元件构成的单元电路。因此,单元电路的设计就如同“点菜谱”那样(尤其是数字系统),再也没有必要花大
13、量的时间和精力去设计由分立元件构成的单元电路。这将大大简化单元电路的设计,大大提高电子电路设计的效率。优先选用集成电路不等于什么场合都一定要用集成电路。在某些特殊情况,如:在高频、宽频带、高电压、大电流等场合,集成电路往往还不能适应,有时仍需采用分立元件。另外,对一些功能十分简单的电路,往往只需一只三极管或一只二极管就能解决问题,就不必选用集成电路,因为采用集成电路反而使电路复杂化,而且导致成本增加。3.怎样选择集成电路(1)集成电路产品简介集成电路的品种很多,总的可分为模拟集成电路、数字集成电路和模数混合集成电路等三大类。按功能分,模拟集成电路有:集成运算放大器、比较器、模拟乘法器、集成功率
14、放大器、集成稳压器、集成函数发生器以及其他专用模拟集成电路等;混合集成电路有:定时器、A/D、D/A转换器、锁相环等。按集成电路中有源器件的性质又可分为双极型和单极型两种集成电路。同一功能的集成电路可以是双极型的,亦可以是单极型的。双极型与单极型集成电路在性能上的主要差别是:双极型器件工作频率高、功耗大、温度特性差、输入电阻小等,而单极型器件正好相反。至于采用哪一种,这要由单元电路所要求的性能指标来决定。(2)如何选择集成电路选择的原则仍然是满足性能指标的前提下,考虑价格等其他因素。一般按如下程序,从粗到细地进行。以下几点值得注意: 上述集成电路选择的程序并非一成不变,有时需要交叉地反复进行。
15、 不要盲目追求高性能指标,只要满足设计要求即可。因为有些性能指标间是矛盾的,例如,低功耗往往速度慢。再之,追求高指标会造成成本的急聚上升,且货源困难。三、参数计算在单元电路与总体电路设计过程中,常常需要计算电路元件参数(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作好准备。例如,设计由集成运放构成的某应用电路时(如信号发生器等),不仅要求计算出电路中的电阻与电容值,而且还要求估算出电路的性能指标,根据计算结果挑选元器件和修改电路。关于参数计算的方法已在高频课程中学习过了,各种电路有其不同的计算公式,问题是要在搞清电路原理基础上
16、,灵活运用好有关的计算公式。通常,课题只给出总体电路的性能指标,并未给出单元电路的性能指标,这就要求把总体电路性能指标加以分解,定出对单元电路指标的要求,然后进行参数计算。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,恰当地选取一组合适的参数。根据计算出的参数选择元器件时,应注意以下几点: 考虑到环境温度变化和交流电网电压波动等工作条件的影响时,计算参数时应按最不利的情况考虑。 各元器件的实际工作电压、电流、频率和功耗等应在参数允许的范围内,并留有一定的裕量,如一般可按1.5倍左右的裕量来考
17、虑。 电阻值应尽可能选在1M范围以内,最大一般不庆超过10M,考虑到与运算放大器负载能力有关的电阻时,还要求最小阻值不小于1M。非电解电容值尽可能选在100PF至0.1F范围内,最大一般不超过1F。最后选定的电阻、电容值均应是手册上相近的标称系列值。 在保证电路性能的前提下,尽可能减少元器件品种,尽可能选择价廉、体积小且容易买到的元器件。课程设计中一般更应优先选用实验室现有的元器件。1.2.3 单元电路之间的级联设计各单元电路确定以后,还要认真仔细地考虑它们之间级联问题,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。若不认真解决好这些问题,将会导致单元电路和总体电路的稳定
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