电路设计方法
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电路设计方法范文第1篇
中图分类号：TP391.7；TN702 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0284-01
一、 计算机辅助电路设计的优点
电路设计，是指按照一定规则，使用特定方法设计出符合使用要求的电路系统。在进行计算机辅助电路设计的过程中，主要是利用计算机能够模拟的特点取缔传统采用搭接方式进行电路实验的方法。利用计算机之后，可以在电路设计阶段可以大量减少验证电路正确过程中使用的时间和工作量，让进行整个电路设计过程的进程比传统电路设计的进程速度快得多，同时还保障了电路设计的效率。
在很多相关电路设计的专业软件里面都会设置有电路设计中会涉及的许多参数数据库以及图形数据库，在进行电路设计的时候，设计人员可以通过这些数据库中选取到所需用到的电子元件模型，即使数据库中没有所需要的电子元件，也能电路设计之前在相关界面中设计出所需的电子元件模型，并设置其参数，然后再将其放入进对应数据库中，很多电子元件都可以在数据库中直接拿出来使用。另外在对电路板设计进行印刷的时候，也可以找到相关专业的印刷电路板设计的软件，这些软件可以对其电路设计中的电子元件间布线布局的自动进行，还可以起到后期处理的作用。在电路图纸进行绘制的时候，也能使用专业的软件进行制版。总之，在计算机的辅助下，让电路设计更加简便，大大缩短其设计周期，同时在一定程度上会可以节约电路设计的成本费用。
二、 计算机辅助电路设计的方法
设计一个完整的电路，并让其实现一个功能，其前提就是要设计好一个完整有效的电路原理图。通过计算机进行电路设计是非常快捷的，而且还能很容易的将设计好的电路进行再次的修改，通过计算机的相关软件自带的自动布线就能够很容易的把电路原理图生成电路板版图。
1、 电路原理图设计
首先设计人员通过调用电路设计软件，建立新文件并对其命名，然后加载所需要的原理图器件库，因为在电路设计中电子元件的种类存在千差万别的差距，所以有些时候所需要的元件在对应数据库中没有，所以设计人员就要通过元器件生成软件或者电路设计软件中自带可以设计元器件的选项，创造出需要的元器件，然后根据设计电路构思的结构进行电路原理图的设计，将有电性能元件的管教利用线连接起来，如果是总线电路就可以由一条总线连接，这样可以有效减少线路太多所造成不必要的麻烦，而总线的两端始终会分出很多条线，就有必要将其明确的标注，有节点的话在电路上应该必须标上节点，否则在后期电路查看和系统会将两条线认为不相连。
在将电路原理图设计完毕之后，就应该创建网络表。网络表是作为原理图和印制线路版图间的桥梁，只有通过网络表才能将电路原理图转换为对应的电路板版图。调用PCB图生成软件，在其加载相关的元器件库，通过在禁止布线层上画好PCB图的外形，然后更改其自动布线，让其达到前期的设计要求。通过自动布局命令将加载到PCB图中的组件摆好，然后对其进行自动布线，该过程会需要一段时间，因为有的时候自动布线并不是完全合理有效的，所以在进行自动布线之后还要对其进行手工调整。
2、 电路板版图设计
电路板厂都是按照用户设计的PCB图对电路板进行生产的，针对成型的一块电路板，想要再制一块或者多块的话，就要利用计算机辅助进行电路设计了，通过形成的PCB图再次进行电路板的生产。
利用刻度尺度量成型的电路板，将对应数据进行记录后将数据输入进计算机中，这类方法主要使用在线路简单的电路板上，在线路上寻找一个点来作为原点，将电路板上的其他点一原点为参照，对照PCB图左下角的横纵坐标，将元器件放在对应的PCB图上。而对于元器件较多且线路复杂的电路板则通常使用扫描仪将其数据输入进计算机中，因为用尺度量就会太花费时间，且制作也会相比扫描仪粗糙，在对电路板进行扫描的时候也要注意正确的放置电路板的位置，不然会影响扫描效果。
三、结束语
计算机辅助电路设计的出现，让电路设计摆脱了传统以手工为主的设计方式，而且在使用计算机进行电路设计的时候，不仅节省设计时间，还能在电路设计出现错误的时候方便及时的对其进行修改，大大提升了电路设计的效率，还可以做大程度保障设计的电路产品的性价比。
参考文献
[1]叶勇盛. 计算机辅助电路设计教学方法研究与实践[J]. 职业教育研究，2010，03：90-91.
[2]王秀娟. 行动导向法在《计算机辅助电路设计》课程中的应用[J]. 科技信息，2010，30：618.
电路设计方法范文第2篇
关键词:专用集成电路设计;创新;教学;探讨
中图分类号:G424文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)04-0920-02
Discussing about How to Teach the "Design of Application-Specific Integrated Circuit" Course
WU Yu-hua
(Beijing Electronic Science and Technology Institute, Beijing 100070, China)
Abstract: "Design of Application-Specific Integrated Circuit" is an important specialty course. In this paper, we will discuss the teaching technique about this course of non-micro-electronics specialty. Combining the teaching practice, several teaching experiences about "Design of Application-Specific Integrated Circuit" course are summarized.
Key words: design of application-specific integrated circuit; innovate; teaching; discuss
《专用集成电路设计》是电气信息类专业开设的一门比较重要的专业课。为了培养宽口径、基础扎实的集成电路设计人才,满足IC行业对人才的大量需求,无论是在微电子专业,还是在相关的其他电气信息类专业,不少重点高等院校都已经开设了本门课程。在学生已经掌握了模拟电子技术、数字电子技术和一定的晶体管原理知识的基础上,通过学习《专用集成电路设计》课,进行ASIC设计理论的学习和实践的强化,进一步掌握集成电路和电路系统的设计知识,提高集成电路设计能力,增长集成电路设计经验;通过理论教学和实践教学,来加强电气信息类专业学生的电路设计基础、版图设计基础以及集成电路设计各环节的验证知识等,培养学生在集成电路设计方面的研究兴趣,为后续课程的学习和进一步的深造打好基础。
由于专业建设和人才培养的需要,北京电子科技学院同样开设了《专用集成电路设计》的专业选修课,授课对象是电子信息工程专业的本科生,由于非微电子的专业背景原因,他们并不具备足够的半导体物理、晶体管原理等知识,因此在本课程的教学过程中,必然要针对具体对象,调整教学内容,创新教学思路,加强教学研究,找到一种适合于非微电子专业本科生的教学思想和教学方法。通过教学实践,学生对于课程组在这一课程中的创新、探索和具体的教学方法比较认可。这里把我们在《专用集成电路设计》课教学实践中的初步探索做一些总结,希望与大家分享。
1 结合实际合理设置授课内容,以学生能够接受为目标
电子信息工程专业的学生在学习《专用集成电路设计》课程之前,已经系统地学习了《电路分析》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《EDA技术》等有关电子技术和电路系统的课程,对于电路系统的设计已经有了一定的理解,并进行过比较系统的动手实践训练,为进一步学习《专用集成电路设计》课程打下了比较坚实的知识基础和实践基础。但是由于专业背景的原因,该专业不太可能只是为了《专用集成电路设计》课而专门开设《半导体物理》、《晶体管原理》等这些在微电子专业才有的课程,因此,与微电子专业相比,电子信息工程专业的本科生欠缺有关晶体管原理和半导体工艺等方面的必要知识。在设置授课内容时,必然要考虑到这一点,总的原则应当是以学生能够接受、但又不应该过于轻松接受为目标,而且要尽量避免与《EDA技术》等课程的知识重复。
根据我们的课程内容设置原则,将《专用集成电路设计》课的讲授内容分为以下几章:第一章:ASIC设计概述;第二章:CMOS逻辑;第三章:ASIC库设计;第四章:ASIC的前端设计;第五章:ASIC的后端设计;第六章:可测性设计技术;第七章:SOC设计技术简介。在各章的讲授中,占用课时较多的分别是第二章、第三章和第五章。在讲授时强调培养学生的系统设计能力,使学生对专用集成电路的设计、制造、测试等一整套流程有一般性、整体性的了解,建立专用集成电路的基本概念和方法,了解IC领域的最新发展趋势,激发学生潜在的对集成电路前、后端设计的兴趣。为了配合理论教学,提升教学效果,还设置了合适的实验教学内容。
2 注重实验教学效果,以培养动手实践能力为目标
集成电路设计类课程除了理论教学以外,实验教学尤为重要,因为这类课程对学生的训练重点正是在于动手实验,提前接触到未来在进一步的研究和工作中可能会应用到的一些软件工具、设计流程以及设计技巧等,这样才能促进学生理论与实践相结合,真正帮助学生掌握ASIC设计技术。因此本课程要更加注重实验教学效果,着力培养学生的动手实践能力,进而使学生能够更加准确、具体和形象地掌握在课堂上学到的理论知识。根据这一原则,经过试用修订,我们专门编印了《专用集成电路设计实验指导书》,根据大纲的变化,使用工具版本的提高,目前已经编印了2007版和2009版的实验指导书,共设计了五个实验,具体是:实验一:IC设计工具的使用;实验二:单元电路的前端设计;实验三:标准单元的版图绘制与验证;实验四:四位加法器和减法器ASIC的设计;实验五:计数器ASIC的设计。每个实验3学时,其中实验二、实验四和实验五为综合性、设计性实验。
选用一种合适的集成电路设计工具是顺利进行实践教学的关键。我们选用了美国Tanner Research公司开发的一种优秀集成电路设计工具――Tanner Tools Pro,它虽然在功能上不如Cadence、Synopsys等大型工具强大,但它的最大优点是成本低,可以在PC机上使用,而且图形处理速度快,编辑功能强,便于学习,使用方便,特别适用于高校进行相关的教学和科研工作。Tanner Pro工具在美国和台湾的很多大学中早已被广泛应用,台湾不少IC设计企业也在使用Tanner Pro工具。该工具较新版本为Tanner Tools Pro 13.0,主要包含了S-EDIT(原理图编辑)、L-EDIT(版图编辑)、T-SPICE(电路仿真)、W-EDIT(波形观察)和LVS(版图与原理图比对)等几个功能不同的子工具,满足了集成电路设计从前端到后端、设计验证的一系列过程的需要,完全可以适用于《专用集成电路设计》课程的实践教学。通过我们在课程实验、毕业设计等实践教学环节的使用,发现学生对这个工具上手快、掌握熟,对于以后使用其他的IC设计工具也有一定的帮助,而且培养了他们将来涉足IC设计领域的兴趣和信心。图1是学生在实践教学中得到的一个版图设计结果。
3 适当讲授最新技术进展,以让学生跟上行业发展脚步为目标
我们都知道,集成电路设计技术、制造工艺等的发展速度飞快,遵循着集成电路最小特征尺寸以每三年减小70%的速度下降、集成度每年翻一番和价格每两年下降一半的著名的摩尔定律,集成电路的设计和制造技术发展日新月异。因此,在《专用集成电路设计》的教学过程中,必须要根据教学大纲的要求,在系统讲授已经设置好的教学内容的前提下,结合具体授课内容,适当讲授最新技术进展,以期让学生跟上集成电路设计行业发展的脚步,并不断将这些新技术、新进展、新方法、新工具、新工艺融入到授课内容中,做到授课内容常讲常新。其实这除了让学生可以接受到最新的知识和了解到该领域最新进展之外,同时也是一个教学相长的过程,对于教师的教学和相关科研也是一种无形的促进,可以督促教师不断地跟踪与IC设计、制造相关的最新研究成果,并进行精心的组织,将这些成果有机融入到课程教学中,做到授课内容的不断更新,而且这样也才能够避免一份讲稿多年重复使用,保证教师在教学中的激情,增强教学效果。
在这里仅仅举一个具体例子。在一次讲授到集成电路工艺的内容时,作者为同学们讲授了不断发展的集成电路工艺水平,以及所遇到的工艺发展瓶颈对于摩尔定律的挑战,还具体讲到了Intel公司新推出的0.45nm工艺的CPU,它采用了大大不同于以往的工艺方法,这次工艺变革可以称得上是“拯救摩尔定律”的一大技术进展。本次课后,不少同学纷纷通过互联网等来查阅这一最新工艺的具体情形,表现出了浓厚的学习兴趣。
4 创新课程考查方式,以激发学生进一步的研究兴趣为目标
一门课程的考查方式如何,对于这门课程能不能按照教师的预想,达到既定的最终教学目的,有着比较重要的作用。传统的一张试卷去“考”出学生学习效果的方式虽然比较简单省事,但却过于单调,虽然从某种程度上能够考查出学生对这门课程知识的掌握程度,但是对于激发学生在学完这门课程之后,对本学科、本领域进行进一步研究的兴趣却作用不大。由于自从接受学校教育以来经历了无数次的考试,不少学生厌烦考试的情绪比较严重,恨不得考完后把教材、作业、笔记等都马上丢弃,这是现实存在的、我们必须得承认的事实。从某种意义上说,通过考试来考查学生的学习,有时对最终教学目标的实现会起到一定的反作用。而且单纯考试的方式也很难发现学生对于这门课、这个领域、这个行业的独特想法和创新思路。
作者在《专用集成电路设计》教学过程中,结合课程的专业特点,积极探索并实践了采用提交论文和现场答辩相结合的课程考查方式,即在课程讲授到二分之一左右时,布置给学生论文题目,对于论文的范围、参考文献的篇数、论文的格式和字数等做出明确而具体的规范,要求学生在最后一次课之前提交自己的论文,做好答辩ppt,并利用专门的时间集中进行答辩,每位学生对自己准备的论文,进行5分钟左右的讲解,并接受教师和其他学生的提问。通过创新课程考查方式,提交论文和现场答辩相结合,让学生在准备论文和答辩材料的过程中对专用集成电路设计的有关内容和工艺、方法等有了更加深刻的理解,并有了一个系统的知识梳理过程,现场答辩的方式也更能够展现学生对于集成电路设计的一些独特的思路和创新性的理解,学生在经历这一过程时,也促使自己积极思考,主动研究,努力去探索和集成电路、微电子学有关的一些研究方法和最新进展,激发自己在完成本门课程的学习后、甚至是大学毕业后进行进一步研究的兴趣和信心;另外还在这个过程中提升了学生的论文写作能力、科学研究能力。
5 结束语
《专用集成电路设计》课(或者其他名称的类似课程)在不少设有微电子学专业的重点大学中开设较为普遍,但在没有微电子学专业的高校特别是非重点高校中开设并不多,对于该课程教学实践中的一些具体的方法研究和探讨需要更加深入。作者在教学实践中,紧密围绕本校、本专业的培养目标,以授课对象为主体,遵循课程的教学规律和科学研究规律,选择合适的授课内容和教学方法,并且不断地对此进行探索和研究,收到了初步的教学效果。当然,教学创新永无止境,教学方法的研究和探讨不能止步,作为一名年轻教师,在今后的教学实践中,作者将在加强学习以及与同行交流的前提下,进一步拓宽和创新教学思路,探索和完善教学模式,研究和更新教学内容,学习和探讨教学技巧,敢于创新,善于创新,真正做到教好书,育好人。
参考文献:
[1] Michael John Sebastian Smith.专用集成电路[M].虞惠华,等,译.北京:电子工业出版社,2004.
[2] 路而红.专用集成电路设计与电子设计自动化[M].北京:清华大学出版社,2004.
[3] 廖裕评,陆瑞强.集成电路设计与布局实战指导[M].北京:科学出版社,2004.
电路设计方法范文第3篇
关键词：电子CAD；PCB；教学方法
作者简介：袁红星（1980-），男，安徽安庆人，宁波工程学院电子与信息工程学院，高级工程师；吴少群（1981-），女，安徽安庆人，宁波工程学院电子与信息工程学院，讲师。（浙江 宁波 315016）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0029-02
“电子CAD”课程的教学目标是要求学生掌握PCB设计软件的基本功能和应用，包括原理图设计、绘制、PCB板设计、绘制、集成元件库制作等内容。国内大多数高校都开设了这门课程，并普遍采用Protel这一软件工具。劳文薇等人将项目驱动教学法引入“电子CAD”课程，探讨了项目选择、情景设计和教学过程中项目的实施等问题。[1]王鹏探讨了Protel软件在EDA课程中的整合作用。[2]李珍等人从建立设计理念、规范设计操作、抓好上机实践环节三个方面探讨如何提高Protel软件的教学效果。[3]这些教学方法的探索和实践有效改善了“电子CAD”的教学效果。但现有研究主要针对这门课程本身，对于“电子CAD”和其他课程间互动和关联的探讨较少。“电子CAD”是一门集理论知识与实际技能于一体的实践课程，让学生建立正确的设计理念，熟练掌握PCB设计软件的基本功能，离不开电路设计理论。因而讲授这门课程时和电路设计剥离开来只就软件使用本身讲这门课将会导致很多学生不知道学完这门课可以干什么或应该掌握到什么程度。其结果是大部分同学学完这门课之后仍不能独立进行PCB设计。这门课程是学生后续进行课程设计、毕业设计和电子竞赛的基础，对于学生就业也有很大帮助。如何在短短的一学期内让学生熟练掌握PCB设计软件的使用方法，培养学生的设计理念和工程素养是“电子CAD”课程需要探讨的课题。为了改革目前“电子CAD”课程的教学方法，下面探索将电路设计引入PCB设计软件进行讲解和实践的教学方法。
一、内容选择
电路设计内容广泛，需要精心选择适合电子CAD课程的部分。考虑到这门课程主要面向低年级学生，教师选择了以STC单片机为核心的应用系统。这是因为STC单片机是以51内核为主的单片机，指令代码完全兼容传统8051，具有ISP在线程序下载功能，便于调试，而相关的元器件大多数学校实验室已配备，不需另行购买。另外，51单片机的设计资料网络上非常丰富，学习容易入门，学生可获取海量学习资源，可在较短时间内熟悉和掌握其基本开发方法。
二、内容设计
原理图的设计、绘制、PCB的设计、绘制以及集成元件库的制作都紧紧围绕STC单片机应用系统展开。
对于简单原理图设计，下面对STC单片机最小应用系统进行介绍。该系统只包含了电源、复位、串口和LED灯驱动等基本模块，整个系统便于理解和设计。课程导论时以该系统为蓝本，讲述如何根据设计任务进行电路设计，再到Protel软件的原理图绘制、PCB绘制和厂家制板，直到最后电路板焊接，并要求学生用面包板搭建出该系统，增强学生对实物的认识。在此基础上要求学生用Protel软件绘制出该系统的原理图，并生成PCB板，使学生了解Protel软件设计电路板的整个流程和基本操作方法。进一步为增强学生将设计文件转换成实际产品的工程素养，从学生作品中挑选出最好的作为代表，并用教师个人科研经费将该作品送到制板厂进行实物制作。电路板返回后，利用周末时间将学生召集到一起进行焊接培训，将元器件焊接到电路板上，形成一个实际可用的STC最小应用系统。对51单片机软件Keil C51使用方法进行简单介绍，让学生了解如何在Keil C51中进行程序编写、编译、调试，并下载到单片机中。最后，用一个简单的流水灯实验在制作的电路板上进行演示。这一完整流程极大激发了学生学习的热情，并使他们真正懂得自己的设计如何影响到实际产品，如何从工程角度深入学习Protel软件的原理图绘制和PCB设计。
后面的课程则逐个向该系统添加功能模块，如数码管、键盘、EEPROM、继电器等，逐步开展复杂原理图绘制、层次原理图绘制、复杂PCB设计和元件原理图库及PCB封装库绘制的课程讲授。由于结合实物进行软件讲解激发了学生学习这门软件的热情，也使得他们认识到这门软件可以用来干什么，自己需要掌握到什么程度。
三、结合电路板实物进行PCB设计规则和布局、布线的讲解
对PCB设计规则的理解以及PCB布局、布线的掌握是学习PCB设计软件的核心和关键。如果脱离实际电路板进行这些内容的传授，则学生会觉得抽象而难以理解和掌握。为此，下面围绕前面制作的电路板逐个进行讲解。
1.PCB布局
首先，以STC单片机为核心进行布局，使学生掌握“先难后易、先大后小”的布局原则。对于最重要的单元电路和核心元器件要优先进行放置。
其次，对照电路板说明为什么要参照原理图的信号流向进行主要元器件的布局，使学生理解布局对电路调试、测试的影响。
再次，结合电路板制作成本和可靠性说明布局时要尽量满足以下原则： 关键信号线最短，总的连线尽可能短，模拟信号与数字信号分开。并从单片机工作时序着手，说明在控制器和处理器等数字器件上加上去耦电容的必要性。
最后，从生产和检验的角度说明布局需注意的事项。为便于串口调试和程序加载，应该将串口电路放置在靠近电路板边缘的位置；而为了便于电源端子的插拔，也需要将电源电路放置在电路板边缘位置。
2.PCB布线
布线是PCB设计中最重要的部分，直接决定了电路板性能的好坏。为此，结合实际电路板，从三个层次上逐步加强学生的设计能力，即：布通、满足电气性能和美观。布通是最基本的要求，这里主要通过Protel软件的自动布线功能对学生进行实训。为了使自动布线能够达到基本要求，结合实际电路板说明为什么在布线前要设置布线宽度规则，对地线和电源线加宽。另外，给学生讲解如何根据DRC检查对布线结果进行检查，看是否达到预定要求。掌握布通技巧后结合电路板电气性能、可靠性说明如何对布线进行优化。这部分内容对应教科书的PCB后期设计章节。为保证电气性能，要求学生在布线时尽量加宽电源线和地线的宽度，满足的要求是：地线>电源线>信号线；相邻电路层布线要相互垂直，避免平行的情况发生；时钟线要尽量短，对关键信号点预留测试点，以便系统不能工作时判断是否因为时钟信号未能满足要求；对未布线区域进行敷铜。在掌握满足电气性能的基础上进一步要求学生布线尽可能美观。
四、通过大学生科创项目争取经费支持
由于制作实物涉及到费用问题，虽然51应用系统成本很低，但对于学生而言也是一个负担，完全由授课教师承担制作费用也不现实。考虑到这些情况，要积极组织学生申报省级和校级大学生科创项目，争取经费的支持。并鼓励学生组建项目组，进行资源共享，并分摊成本。
五、教学效果
通过这些尝试后明显激发了学生的学习积极性，提高了学生使用PCB设计软件的熟练程度。在所授电子科学与技术两个新生班级76个学生中产生较大影响，一个项目组申报的省级大学生科创项目成功立项，获4000元经费资助；一个项目组申报的校级大学生科创项目获2000元经费资助；两个班有40%的学生主动报名参加学校电子协会，学习焊接工艺。虽然这两个班是刚入学的新生班，但在这门课的带动下，他们充分利用课余时间开始自学单片机、C语言编程、数字电路和模拟电路。对于他们后续学习无疑是极大的推动。
六、结束语
“电子CAD”课程是电子类专业重要的基础课程，其中讲授的PCB软件使用技巧是学生进行后续课程设计、毕业设计和参与电子竞赛所必须掌握的基本技能。围绕该软件在电路设计中的实际应用逐步进行简单原理图、复杂原理图、层次原理图、简单PCB、复杂PCB以及元件集成库绘制方法的授课。经过近一学期的教学实践表明，通过这种教学方法学生能很快掌握使用PCB软件进行电路板设计的技能。同时，这一讲授方法对于培养学生的工程素养也有较大帮助。由于授课中挑选出部分优秀作品进行了实物制作，使他们深刻体会到设计对产品的影响以及如何根据产品的要求进行电路设计的规划和实施。今后，教师们将积极向学校和上级部门申请教改项目，为这一教学方法的实施争取经费支持。
参考文献：
[1]劳文薇，刘俊.项目驱动教学法在“电子CAD”课程教学中的应用[J].机械职业教育，2011，（3）.
电路设计方法范文第4篇
关键词 电子技术；单元电路；设计步骤；设计方法
中图分类号：TN792 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）15-0074-01
设计电子电路，首先应该明确设计任务，然后根据任务进行方案的选择。完成总体的电路设计，应该准确的完成各个单元电路的设计，完成参数的计算、元器件的选择，之后连接各个单元电路，组成完整的电子电路。所以，单元电路的设计是基础，也是电子设计中重要的一部分。
1 电子技术及单元电路的概念
电子技术就是根据电子学原理，将各功能的电子元件，按照一定功能、一定实现顺序连接，实现某种功能，这是一门实践性很强的学科，电子技术包括两大分支：信息电子技术、电路电子技术。其中信息电子技术是电工类基础学科，包括模拟电子技术、数字电子技术。电子技术主要的处理对象是针对信号的，我们生活中常见的卫星信号、超声波信号等，处理的方式包括放大、滤波、转换等。
电子电路设计需要用到大量的电子元器件，电子元件是指电容器、电阻器、变压器、开关等，电子器件包括晶体管、电子管、离子管等。电子电路按照组成分类，可以分为集成电路、分立电路，单元电路是电子电路中，具有一定功能的一个小部分，常用的单元电路有放大电路、整流电路、振荡电路、检波电路、数字电路。数字电路中还包括的常用的逻辑电路有：与门、或门、非门、及组合起来的计数电路、触发器、加减运算器等。提高单元电路的设计精度，能够提高电子电路整体的精度。
2 单元电路的设计步骤
2.1 明确任务
再设计电路时，首先要明确电路需要的功能，制定详细的任务书，确定需要的单元电路，星系拟定电路的性能指标，再通过计算电压需要放大的倍数、电路中输入输出电阻的大小，绘制执行流程图，通过设计，将电路所需的成本降到最低，提高每个单元电路、参数的精度，在提高设计电路的可靠性、稳定性的前提下，尽量简化设计电路。
2.2 参数计算
计算参数是设计电路必须要进行得步骤，通过计算，来保证电路中各个单元电路的功能指标需要达到的要求，计算参数需要电子技术的相关知识，单元电路的设计需要强大的理论知识的支撑，才能做到炉火纯青。例如，在计算如下放大电路的时候，我们需要计算每个电阻的阻值、以及放大倍数，同一个电路，可能有很多数据，所以要正确的选择数据，注意方法。
2.3 绘制电路图
电路设计时，需要将单元电路与整机电路相连，设计完整的具有一定功能的电路图，在连接时，需要注意单元电路间连接的简化，以及最重要的是，电路的电气连接，是否能够导通，实现预定功能。例如，设计单元电路间的级联时，各单元电路设计完成时，还要考虑这些，意在减少浪费，还要注意输入信号、输出信号、控制信号间的关系，同时还要注意一些事项：首先，注意电路图的可读性。绘图时，尽量将主电路图绘制在一张图纸上，其中较为独立的部分单元电路、以及次要部分可以绘制在另一张图上，但是一定要注意图之间的电气端口的连接，是否对应，各图纸间的输入输出端口都要提前做好标记。
其次，注意信号流向以图形符号。信号的流向，一般从输入端、信号源开始，从左至右、从上到下，按信号的流向依次连接单元电路。而且，图中要加上适当的说明，如符号的标注、阻值等。
最后，注意连接线画法。电路图中，各元件间的连接应为直线，且尽量减少交叉线，连接线的分布应为水平或者垂直，除非应对特殊情况，否则不要化斜线，如图中不可避免的出现交叉，要将连接点用原点表示。
3 几种典型单元电路的设计方法
电子电路设计中，单元电路一定要设计合理，否则将会影响整个电路的联通，所以，电气工程师在设计电路时，应该更谨慎的致力于单元电路的设计。
3.1 对于线性集成运放组成的稳压电源的设计
稳压电源的设计，一般先让输入电压通过电压变压器，然后进行整流，然后经过滤波电路，成为稳压电路。设计单元电路时，串联反馈式稳压电路可分为几个部分，调整部分、取样部分、比较放大电路、基准电压电路等。这样的设计能够使单元电路具有保护过流、短路电流。
3.2 单元电路之间的级联设计
单元电路设计完成之后，还要考虑单元电路间的级联问题。例如，电气特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合、相互干扰等。其中信号耦合方式，还包括：直接耦合、间接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光耦合。时序配合的问题，相对比较复杂，需要对每个单元电路的信号进行详细的分析，来确定电路时序。
3.3 对于运算放大器电路的设计
运算放大电路在电路设计中十分常用，它能够与反馈网络连接，组成具有特定功能的电路模块，是具有很高放大倍数的单元电路。运放电路的设计，可以通过元器件的组合，也可以通过具有相应功能的芯片构成，设计时对各种参数都要整体权衡，不能盲目的追求某个指标的先进。其中，要引起重视的是，应在消震引脚间接入适当的电容消振尽量避免两级以上的放大级相连。
4 结束语
电子电路种类繁多，其中涉及的理论和技巧也比较多，所以，为实现某种功能，有很多设计方法。随着集成电路的迅猛发展，很多新型元器件层出不穷，使电子设计又出现了新的格局。要求工程师在设计时，能够渐渐地脱离复杂繁多的单元电路，更多的利用集成的电路芯片，同时，还要求设计者深入了解集成芯片的功能，以及单元电路的连接，实现集成电路与单元电路的合理的连接，进而简化总体的电路设计。
参考文献
[1]李妙长.浅谈电子技术中单元电路的设计[J].中国校外教育（基教版），2012（05）：12-16.
[2]索静，刘杰.电子技术中单元电路的设计方法研究[J].数字技术与应用，2011（11）：21-25.
[3]雷时荣.电子技术中单元电路的设计方法[J].电子世界，2011（11）：04-09.
电路设计方法范文第5篇
关键词：单管共射放大电路;启发性教学;放大倍数
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）05-0164-02
一、引言
单管共射放大电路是“电子学”课程中最基本的知识点，同时也是最核心的内容。对这一知识点的掌握程度直接影响后续课程的学习。在教学过程中发现，许多同学对这一块知识点的认识比较分散，对共射放大电路几种组态之间的联系不太清楚，没有一个整体的把握。当学到后续更多其他形式的放大电路时更是无从下手。为此，我们在教学过程中采用启发式教学，对共射放大电路的几种组态进行深入分析，找到它们的有机联系，从而引导学生对这一块知识点有一个整体的认识。
二、单管共射放大电路的整体分析方法
单管共射放大电路的分析通常是按照“先静态”、“后动态”的原则，首先画出电路的直流通路，在直流通路里计算静态工作点并验证晶体管是否工作在放大区，只有静态工作点设置合适才可进行动态分析[1]。动态分析时先画出交流通路，再根据求解问题的特点来选择图解法或是微变等效电路法进行分析求解。其中图解法一般多用于分析输出幅值比较大而工作频率不太高的情况。微变等效电路法是在一定的条件下将晶体管的特性线性化，建立线性模型，用线性电路的分析方法来分析晶体管电路[2]。本文采用微变等效电路法对放大电路进行分析，在此基础上改进了教学方法，引入启发式的教学方法将放大电路的几种组态看成一个有机整体，对比分析电路，找出彼此之间的联系和优缺点。这样有利于学生对放大电路有一个宏观的把握，为今后学习打下良好的基础。
三、单管共射放大电路的静态分析
1.基本共发射极放大电路的组成。图1是基本共发射极放大电路，该电路是学生接触到的第一个放大电路。首先必须让学生知道电路中每个元件所起的作用。这样能够使学生更好地掌握放大电路的结构。
其中集电极电源U 通过R 和R 分压后，保证三极管工作在放大区，同时向输出信号提供能量。集电极电阻R 的另一个作用是将集电极电流的变化转换为集电极电压的变化，以实现电压放大;隔直电容C 和C 起到交流耦合作用，保证交流信号无阻碍的经过放大电路。
2.基本共发射极放大电路的静态分析。放大电路静态分析是通过计算基极电流I 、集电极电流I 、集射极电压U ，来验证三极管是否工作在放大区。通过对基本共发射极放大电路分析发现该电路有一个致命的缺点：由于三极管是一个对温度特别敏感的元件，当温度变化时，将使集电极电流I 发生变化，从而影响静态工作点的稳定性。为了稳定静态工作点，就想到了用基极电流I 来抑制I 的变化，而在电路中只要R 选定后，I 也就固定不变，因此不能稳定静态工作点。所以就引出了分压式偏置放大电路，电路如图2所示。
3.引入分压式偏置放大电路的目的。图2是无旁路电容的分压式偏置放大电路，在该电路中，基极增加了分压电阻R 和R ，发射极增加了电阻R ，为了让学生理解和掌握该电路，教学过程中要对比前面的基本共发射极放大电路，弄清楚R 、R 和R 在电路中的作用以及如何稳定静态工作点的。
分压式偏置放大电路的直流通路如图3所示，为了稳定静态工作点，通常情况下，R 、R 参数的选取应满足I ？垌I ，这样就会使得I ≈I ，而B点电位U ≈ U ，几乎决定于R 和R 对U 的分压，而与环境温度无关[3]。这样当温度升高时，集电极电流I 增大，发射极电流I 必然相应增大，因而发射极电阻上的电压U 随之增大;因为U 基本不变，而U =U -U ，所以U 势必减小，导致基极电流I 减小，I 随之相应减小。结果I随温度变化而增大的部分几乎由于I减小而减小的部分相抵消，I将基本不变，达到稳定静态工作点的目的。
四、单管共射放大电路的动态分析
放大电路的动态分析的目的是计算放大电路的动态指标，即输人电阻、输出电阻和电压放大倍数。图4是基本共发射极放大电路的微变等效电路，从图可以得到其放大倍数的公式如下：
而对无旁路电容的分压式偏置放大电路进行分析后得到其放大倍数的公式如下：
通过对比两式不难发现式（1）的放大倍数的值小于式（2）放大倍数的值。这意味着无旁路电容的分压式偏置放大电路的引入能够稳定静态工作点，但它的缺点是使得放大倍数减小了，这对于放大电路来说不是一件好事。因此我们就想如何在稳定静态工作点的同时又能保持放大倍数不变，于是就有了旁路电容C，其电路如图5所示。在交流通路里R被被C短路，其微变等效电路和图4相类似，得到的电压放大倍数的表达式和式1一样。因此，R和C的作用就是在稳定静态工作点的同时保证了电压放大倍数基本不变。
五、总结
单管共射放大电路是电子学课程中最基本电路之一[4]。在教学过程中，教师应注重从电路结构入手，采用启发式的教学模式将单管共射放大电路的几种组态联系起来，构成一个有机整体，按照“先静后动”的原则，让学生从宏观上掌握放大电路。这样可以使教学过程轻松愉悦，达到事半功倍的教学效果。
参考文献：
[1]张士文，{国华.一种三极管共射放大电路的讨论[J].电气电子教学学报，2013，（12）：43-45.
[2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2003.
