硬件電路設計與電子工藝基礎(chǔ)：零基礎(chǔ)電子技術(shù)課程設計（第2版）

目    錄
第1章  電子系統(tǒng)設計概論 1
1．1  電子系統(tǒng)設計的基本工作流程 1
1．2  分設計任務、查找參考方案、初步擬定設計方案 2
1．3  單元電路仿真及系統(tǒng)集成仿真 2
1．4  設計電路PCB 4
1．5  元器件選型 5
1．6  加工、制作電路PCB 6
1．7  電路的裝配、焊接及調(diào)試 6
1．8  修改、升級原有設計方案，整理并完成設計文檔 6
1．9  電子電路課程設計概述 6
習題 7
第2章  電子元器件的分類、功能及選型 8
2．1  元器件分類、參數(shù)及封裝 8
2．1．1  元器件的參數(shù)標稱值 8
2．1．2  元器件的型號及參數(shù)標注 9
2．2  電阻 13
2．2．1  常見的電阻類型 13
2．2．2  電阻的參數(shù)及選型 15
2．2．3  電阻的串聯(lián)與并聯(lián) 16
2．2．4  排阻 17
2．2．5  保險管 18
2．2．6  敏感電阻 19
2．3  電位器 21
2．3．1  電位器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 21
2．3．2  電位器的基本工作電路 22
2．3．3  常用電位器的分類 22
2．3．4  電位器的參數(shù)及選型 25
2．4  電容 27
2．4．1  電容的功能 28
2．4．2  常見的電容類型 28
2．4．3  電容的參數(shù)及選型 33
2．4．4  電容的串聯(lián)與并聯(lián) 35
2．5  電感 36
2．5．1  電感的結(jié)構(gòu) 37
2．5．2  電感的主要參數(shù) 40
2．5．3  電感的串聯(lián)與并聯(lián) 41
2．5．4  常用電感 42
2．6  變壓器 44
2．6．1  變壓器的種類、特性及設計 44
2．6．2  變壓器的參數(shù) 44
2．6．3  變壓器的分類 45
2．7  晶振 46
2．7．1  無源晶振 47
2．7．2  有源晶振 47
2．7．3  常用的晶振頻率 48
2．8  電聲器件 48
2．8．1  麥克風 48
2．8．2  揚聲器 49
2．8．3  蜂鳴器 50
2．9  半導體二極管 51
2．9．1  二極管的結(jié)構(gòu)工藝及封裝 51
2．9．2  二極管的分類 52
2．9．3  二極管的參數(shù)及選型 55
2．10  發(fā)光二極管 56
2．10．1  LED的外形特征 56
2．10．2  LED應用電路 56
2．11  三極管（雙極型晶體管） 57
2．11．1  三極管的常見類型 58
2．11．2  三極管型號的識別 58
2．11．3  三極管的選用原則及注意事項 58
2．12  場效應管 59
2．12．1  場效應管的分類 59
2．12．2  MOSFET的正確使用 59
2．13  集成芯片 59
2．13．1  常用集成芯片的基本分類及使用 60
2．13．2  集成芯片的型號命名規(guī)則 60
2．13．3  常用集成芯片的封裝及引腳排列規(guī)律 61
2．13．4  集成芯片的正確使用 62
2．14  接插件 63
2．14．1  排針與排插 64
2．14．2  排針與杜邦線 64
2．14．3  接插件的防呆設計 65
2．14．4  集成芯片插座 65
2．14．5  其他常用接插件 67
2．15  開關(guān)與繼電器 67
2．15．1  翻轉(zhuǎn)開關(guān) 67
2．15．2  自復位按鈕 71
2．15．3  電磁繼電器 72
2．15．4  開關(guān)的機械抖動與消抖 73
習題 75
第3章  模擬電路功能模塊設計 76
3．1  模擬電路的典型結(jié)構(gòu) 76
3．2  集成運放基礎(chǔ) 77
3．2．1  集成運放電路的實用分析方法及步驟 77
3．2．2  集成運放的電源供電 77
3．2．3  集成運放的輸出調(diào)零 78
3．2．4  集成運放的負載驅(qū)動能力 79
3．3  電壓放大及轉(zhuǎn)換電路設計 79
3．3．1  同相比例運算放大電路 79
3．3．2  同相交流放大電路 80
3．3．3  反相比例運算放大電路 81
3．3．4  反相交流放大電路 81
3．3．5  交流信號分配電路 82
3．3．6  反相加法電路 82
3．3．7  差動減法電路 83
3．3．8  儀表放大器電路 84
3．3．9  反相積分電路 84
3．3．10  反相微分電路 85
3．3．11  峰值檢測電路 85
3．3．12  精密整流電路 86
3．3．13  電流-電壓轉(zhuǎn)換電路 87
3．3．14  電壓-電流轉(zhuǎn)換電路 87
3．4  電壓比較器電路設計 88
3．4．1  單限電壓比較 88
3．4．2  遲滯電壓比較 90
3．4．3  窗口電壓比較 91
3．5  功率放大電路設計 92
3．5．1  OTL功放 92
3．5．2  OCL功放 93
3．5．3  BTL功放 94
3．6  波形發(fā)生器電路設計 94
3．6．1  正弦波振蕩電路 94
3．6．2  矩形波振蕩電路 96
3．6．3  矩形波-三角波振蕩電路 97
3．7  晶體管驅(qū)動電路設計 98
3．7．1  NPN管實現(xiàn)信號反相 98
3．7．2  NPN型三極管功率負載驅(qū)動電路 98
3．7．3  PNP型三極管功率負載驅(qū)動電路 99
3．7．4  H橋驅(qū)動電路 99
3．8  有源濾波電路設計 99
3．8．1  濾波電路的計算機輔助設計 100
3．8．2  低通濾波電路（LPF） 102
3．8．3  高通濾波電路（HPF） 103
3．8．4  帶通濾波電路（BPF） 104
3．8．5  帶阻濾波電路（BEF） 104
習題 105
第4章  數(shù)字電路單元設計 106
4．1  CMOS邏輯門 106
4．1．1  邏輯門等效替換、多余引腳的處理 107
4．1．2  提高CMOS邏輯門的驅(qū)動能力 108
4．2  集成組合邏輯器件的設計應用 108
4．2．1  二進制譯碼器74HC138 108
4．2．2  顯示譯碼器 110
4．2．3  數(shù)值比較器74HC85 112
4．2．4  數(shù)據(jù)選擇器74HC151 113
4．3  計數(shù)器電路設計 114
4．3．1  同步計數(shù)器74HC160/161 114
4．3．2  可逆計數(shù)器74HC192/193 115
4．3．3  計數(shù)器的級聯(lián)擴展設計 115
4．4  移位寄存器電路設計 116
4．4．1  74HC164 116
4．4．2  74HC595 117
4．4．3  74HC165與74HC166 117
4．4．4  74HC194 118
4．4．5  CD4017 120
4．5  鎖存器設計 121
4．6  觸發(fā)器設計 122
4．7  單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設計 123
4．7．1  不可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 123
4．7．2  可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 124
4．8  多諧振蕩電路設計 124
4．8．1  CD4047構(gòu)成多諧振蕩電路 124
4．8．2  CD4060構(gòu)成多諧振蕩/分頻電路 124
4．8．3  邏輯門構(gòu)成多諧振蕩電路 125
4．8．4  采用晶振的多諧振蕩電路 127
4．9  模擬開關(guān)設計 129
4．9．1  4路雙向模擬開關(guān)74HC4066 129
4．9．2  單8/雙4路模擬開關(guān)ADG608/609 130
4．10  555定時器設計 130
4．10．1  多諧振蕩電路設計 130
4．10．2  單穩(wěn)態(tài)電路設計 131
4．10．3  施密特觸發(fā)器設計 132
習題 133
第5章  電源電路設計基礎(chǔ) 134
5．1  線性直流電源電路設計 134
5．1．1  整流電路 134
5．1．2  濾波電路 136
5．1．3  電壓基準TL431 137
5．1．4  串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源電路 138
5．1．5  三端集成穩(wěn)壓器 138
5．1．6  低壓差LDO集成穩(wěn)壓電路 139
5．2  開關(guān)電源電路 139
5．2．1  降壓型BUCK電路 140
5．2．2  升壓型BOOST電路 140
5．2．3  負電源轉(zhuǎn)換電路 141
5．3  電流檢測電路設計 141
習題 142
第6章  電路設計與軟件仿真 143
6．1  仿真軟件的基本操作 143
6．1．1  軟件使用須知 143
6．1．2  軟件操作界面 143
6．1．3  仿真元器件庫 145
6．1．4  虛擬仿真儀器庫 148
6．2  模擬電路的仿真 148
6．2．1  放置與刪除電氣連線、電氣節(jié)點 149
6．2．2  設置參考地、直流電源、信號源 149
6．2．3  虛擬示波器的設置 151
6．2．4  虛擬萬用表的設置 155
6．2．5  電位器的參數(shù)調(diào)整 155
6．2．6  模擬電路的仿真、調(diào)試 156
6．3  數(shù)字電路的仿真 156
6．3．1  數(shù)字集成芯片 156
6．3．2  時鐘源、電源及數(shù)字地 157
6．3．3  虛擬函數(shù)信號發(fā)生器 158
6．3．4  虛擬邏輯分析儀 158
6．3．5  運行數(shù)字電路仿真 159
6．3．6  繪制總線 160
6．3．7  按鈕與開關(guān)在數(shù)字電路中的應用 162
6．4  支電路 163
6．4．1  創(chuàng)建支電路 163
6．4．2  支電路的內(nèi)部電路搭建 163
6．4．3  支電路輸入/輸出端口的設定 163
6．4．4  調(diào)用支電路進行仿真 164
習題 164
第7章  計算機輔助電路PCB設計 165
7．1  PCB設計概述 165
7．1．1  PCB的演變歷史 165
7．1．2  PCB設計的任務及要求 165
7．1．3  基于Altium Designer的PCB設計流程 166
7．2  電路原理圖設計 166
7．2．1  新建并保存PCB工程文件、電路原理圖文件 167
7．2．2  加載原理圖庫文件 168
7．2．3  原理圖庫元器件在繪圖工作區(qū)中的操作 170
7．2．4  電氣連線 177
7．3  設計PCB 179
7．3．1  PCB設計的基本流程 179
7．3．2  新建PCB文件 180
7．3．3  PCB圖層的概念 180
7．3．4  PCB的長度計量單位 181
7．3．5  PCB板框的規(guī)劃設計 182
7．3．6  將電路原理圖導入PCB設計文件 183
7．3．7  元器件在PCB中的布局 185
7．3．8  設定PCB的布線規(guī)則 187
7．3．9  對PCB進行電氣布線 190
7．4  編輯原理圖庫元器件 196
7．4．1  新建原理圖庫文件 196
7．4．2  創(chuàng)建并編輯原理圖庫元器件 196
7．4．3  修改并編輯系統(tǒng)自帶的原理圖庫元器件 200
7．5  創(chuàng)建PCB封裝庫元器件 202
7．5．1  新建并保存PCB庫文件 202
7．5．2  PCB封裝庫元器件的創(chuàng)建流程 202
7．5．3  加載自制的PCB封裝庫文件 206
習題 206
第8章  PCB加工及制作工藝 207
8．1  PCB制板工藝概述 207
8．1．1  敷銅板 207
8．1．2  PCB 208
8．2  絲網(wǎng)印刷制板工藝 209
8．3  手繪制板工藝 210
8．4  紫外曝光制板工藝 210
8．5  雕刻制板工藝 211
8．5．1  手工雕刻制板工藝 211
8．5．2  機械雕刻制板工藝 212
8．5．3  激光雕刻制板工藝 212
8．6  熱轉(zhuǎn)印制板工藝 212
8．6．1  熱轉(zhuǎn)印制板工藝的特點 213
8．6．2  針對熱轉(zhuǎn)印制板工藝對PCB進行修改 213
8．6．3  熱轉(zhuǎn)印制板工藝的基本流程 214
8．7  金屬墨滴制板工藝 219
8．8  外協(xié)加工制板工藝 219
習題 219
第9章  元器件裝配、焊接及拆焊工藝 220
9．1  裝配工藝 220
9．1．1  直插元器件在PCB中的插裝 220
9．1．2  元器件插裝前的準備工作 222
9．1．3  元器件插裝過程中的典型故障 224
9．2  常規(guī)電子焊接工藝 225
9．2．1  電子焊接工藝概述 225
9．2．2  常用焊接工藝的分類 225
9．2．3  錫焊的基本條件 226
9．2．4  焊料 227
9．2．5  助焊劑 228
9．2．6  電烙鐵 229
9．2．7  其他焊接輔助工具 234
9．2．8  手工焊接工藝 239
9．2．9  特殊元器件的焊接工藝 242
9．3  拆焊工藝 244
9．3．1  毀壞式拆焊工藝 244
9．3．2  手工逐點拆焊工藝 244
9．3．3  局部集中加熱拆焊工藝 246
9．3．4  拆焊工藝的特點 247
9．4  表面貼裝焊接工藝 247
9．4．1  貼片元器件的特點 247
9．4．2  貼片元器件的手工焊接及拆焊工藝 248
習題 252
第10章  元器件參數(shù)測試、質(zhì)量檢測及等效代換 253
10．1  電阻類元器件的測量與測試 253
10．1．1  固定電阻的檢測 253
10．1．2  固定電阻的故障判別及其替換 255
10．1．3  敏感電阻的檢測 255
10．1．4  電位器的檢測 256
10．2  電容的測量與測試 257
10．2．1  使用數(shù)字萬用表對電容進行參數(shù)測試 257
10．2．2  使用模擬萬用表對電容進行性能評估及故障檢測 258
10．2．3  電容的故障類型及判別方法 258
10．2．4  采用觀察法識別電容故障 259
10．2．5  電容的等效代換原則 259
10．3  電感與工頻變壓器的檢測 260
10．3．1  電感的故障類型及檢測 260
10．3．2  工頻變壓器的檢測 260
10．3．3  工頻變壓器的主要故障及維修 261
10．4  二極管的識別與測試 262
10．4．1  利用數(shù)字萬用表的二極管擋測試普通二極管 262
10．4．2  利用模擬萬用表的歐姆擋測試普通二極管 262
10．4．3  穩(wěn)壓二極管的檢測 262
10．4．4  LED的檢測 263
10．4．5  整流橋堆的檢測 263
10．5  三極管的引腳識別及質(zhì)量檢測 263
10．5．1  三極管的引腳排列規(guī)律 264
10．5．2  雙極型三極管的檢測 264
10．5．3  MOSFET場效應管的檢測 265
10．6  集成芯片的測試 266
10．7  駐極體麥克風的簡單性能檢測 266
10．8  開關(guān)類元器件的檢測 266
習題 266
第11章  電路系統(tǒng)調(diào)試工藝 267
11．1  電路系統(tǒng)調(diào)試人員需要具備的基本技能 267
11．2  常用的電路調(diào)試儀器儀表 268
11．3  電路系統(tǒng)調(diào)試的基本步驟 269
11．3．1  預檢查 269
11．3．2  通電調(diào)試 270
11．3．3  整機聯(lián)調(diào) 272
11．4  電路調(diào)試過程中的常見故障排查 272
11．4．1  觀察法 273
11．4．2  測量法 274
11．4．3  替換法 276
習題 276
第12章  模擬電路課程設計示例 277
第13章  數(shù)字電路課程設計示例 283
第14章  電源電路課程設計示例 289
附錄 298
附錄A  模擬電路常用元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳排列 298
附錄B  常用CMOS數(shù)字集成邏輯芯片的型號及功能 299
附錄C  元器件常見封裝前綴的含義及尺寸 300
附錄D  SMT元器件封裝的外形尺寸 300
附錄E  常用穩(wěn)壓二極管的標稱穩(wěn)壓值 301
附錄F  CMOS邏輯門的電氣符號及型號 301
附錄G  Altium Designer軟件的常用原理圖庫元器件 302
附錄H  常用元器件在Altium Designer軟件中的封裝參數(shù)（單位：mil） 303
參考文獻 306