1.2　电子制作概述

1.2.1　电子制作基本概念

电子制作是一个电子系统设计理论物化的过程，主要体现在用中小规模集成电路、分立元器件等组装成具有一种或多种功能的装置。电子制作是一种创新思维，除了一般学习，能够体现制作者自身的特点和个性，不是简单的模仿。电子制作可以检验综合应用电子技术相关知识的能力，涉及电物理基本定律、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、机械结构、工艺、计算机应用、传感器、电机、测试与显示技术等内容。实践证明，许多发明、创造都是在制作过程中产生的。电子制作的目的是学习、创新，最终产品化和市场化，产生经济效益。

1.2.2　电子制作基本流程

电子制作基本流程如图1.15所示。

（1）审题

通过审题对给定任务或设计课题进行具体分析，明确所设计电子系统的功能、性能、技术指标及要求。这是保证所做设计不偏题、不漏题的先决条件。

（2）方案选择与可行性论证

将电子系统所要实现的功能分配给若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。这项工作要综合运用所学知识，并同时查阅有关参考资料，要敢于创新、敢于采用新技术，不断完善所提的方案；应提出几种不同的方案，并进行可行性论证，即从完成功能的齐全程度、性能和技术指标的高低程序、经济性、技术的先进性及完成的进度等方面进行比较，最后选择一个较适中的方案。

（3）单元电路的设计、参数计算和元器件选型

在确定总体方案、画出详细框图之后，便可进行单元电路设计。

①根据设计要求和总体方案的原理框图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应拟定主要单元电路的性能指标。应注意各个单元电路之间的相互配合，尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构，降低成本。

②在拟定出各单元电路的要求，检查无误后，方可按一定顺序分别设计每一个单元电路。

③设计单元电路的结构形式时，在一般情况下，应查阅有关资料，找到适用的参考电路，也可通过几个电路综合得出所需要的电路。

④选择单元电路的元器件，并根据设计要求调整、估算参数。

显然这一步工作需要有扎实的电子线路和数字电路的知识及清晰的物理概念。

（4）计算参数

在电子系统设计过程中，常需要计算一些参数。如设计积分电路时，需计算电阻值和电容值，还要估算集成电路的开环电压放大倍数、差模输入电阻、转换速率、输入偏置电流、输入失调电压和输入失调电流及温漂等，最后根据计算结果选择元器件。

计算参数的具体方法主要在于正确运用已学过的分析方法，搞清电路原理，灵活运用公式进行计算。一般情况下，计算参数应注意以下几点：

①各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在标称值允许范围内，并留有适当裕量，以保证电路在规定的条件下能正常工作，达到所要求的性能指标。

②对于环境温度、交流电网电压变化等工作条件，计算参数时应按最不利的情况考虑。

③涉及元器件的极限参数（如整流桥的耐压）时，必须留有足够的裕量，一般按1.5倍左右考虑。例如，如果实际电路中三极管Uce的最大值为20V，则挑选三极管时，应按大于等于30V考虑。

④电阻值最大应不超过10MΩ，应在常用电阻标称值之内，并根据具体情况正确选择电阻。

⑤非电解电容应尽可能在100pF～0.1μF范围内选择，应在常用标称值内，并根据具体情况正确选择电容器。

⑥在保证电路性能的前提下，应尽可能降低成本，减少品种，减小功耗和体积，为安装调试创造有利条件。

⑦应把计算参数标在电路图的恰当位置。

⑧应尽可能选用中、大规模集成电路，晶体管电路设计仍是最基本的方法，具有不可替代的作用。

⑨应根据信号源的要求确定前置级电路的输入电阻，或用射极跟随器实现信号源与后级电路的阻抗匹配和转换，也可考虑选用场效应管电路或晶体管自举电路。

⑩总增益是确定放大级数的基本依据，可考虑采用运算放大器实现放大级数。在具体选定级数时，应留有15%～20%的增益裕量，以避免实现时可能造成增益不足的问题。除前置级外，放大级一般选用共发射级组态。

级间耦合方式通常由信号、频率和功率增益要求而定。在对低频特性要求很高的场合，可考虑直接耦合，一般小信号放大级之间采用阻容耦合，功放级与推动级或功放级与负载级之间一般采用变压器耦合，以获得较高的功率增益和阻抗匹配。

为了降低噪声，ICQ可选得低些，选β小的管子。后级放大器，因输入信号幅值较大，所以工作点可适当高一些，同时选β较大的管子。工作点的选定以信号不失真为宜。工作点偏低会产生截止失真；工作点偏高，会产生饱和失真。

根据实践经验，由于诸多因素的影响，在计算参数过程中，应本着“定性分析、定量估算、实验调整”的原则。

（5）组装与调试

设计结果的正确性需要验证。手工设计无法实现自动验证。虽然也可以在纸面上进行手工验证，但由于人工管理复杂性的能力有限，再加上人工计算时多用近似，设计中使用的元器件参数与实际使用的元器件参数不一致等因素，使得设计中总是不可避免地存在误差甚至错误，因而不能保证最终的设计是完全正确的。这就需要将设计的系统在面包板上组装，并用仪器进行测试，发现问题时随时修改，直到所要求的功能和性能指标全部符合要求为止。一个未经验证的设计总是有这样那样的问题和错误，通过组装与调试对设计进行验证与修改、完善是传统手工设计不可缺少的一个步骤。

（6）印制电路板的设计与制作

具有印制电路的绝缘底板叫作印制电路板，简称印制板。

印制板在电子产品中通常有三种作用：

①作为电路中元器件的支撑件；

②提供电路元器件之间的电气连接；

③通过标记符号把安装在印制板上面的元器件标注出来，给人以一目了然的感觉，有助于元器件的插装和电气维修，减少接线数量和错误。

印制板有单面印制板（绝缘基板的一面有印制电路）、双面印制板（绝缘基板的两面有印制电路）、多层印制板（在绝缘基板上制成三层以上的印制电路）和软印制板（绝缘基板是软的层状塑料或其他质软的绝缘材料），一般电子产品使用单面和双面印制板。在导线的密度较大，单面板容纳不下所有的导线时使用双面印制板。双面印制板布线容易，但制作较难、成本较高，所以从经济角度考虑，应尽可能采用单面印制板。

（7）元器件焊接与整机调试

电子产品的焊接装配是在元器件加工整形、导线加工处理之后进行的，装配也是制作产品的重要环节，要求焊点牢固，配线合理，电气连接良好，外表美观，保证焊接与装配的工艺质量。

（8）编写设计文档，写总结报告

正如前面所指出的，从设计的第一步开始就要编写文档。文档应当符合系统化、层次化和结构化的要求，文句应当条理清晰，所用的单位、符号及图纸均应符合国家标准。可见，要编写一个合乎规范的文档并不是一件容易的事，初学者应先从一些简单系统的设计入手进行编写文档训练。文档的具体内容与设计步骤是相呼应的：

①系统的设计要求与技术指标的确定；

②方案选择与可行性论证；

③单元电路的设计、参数计算和元器件选择；

④参考资料目录。

总结报告是在组装与调试结束之后开始撰写的，是整个设计工作的总结，内容包括：

①设计工作日志；

②原始设计修改部分说明；

③实际电路图、实物布置图、实用程序清单等；

④功能与指标测试结果（含使用的测试仪器型号与规格）；

⑤系统的操作使用说明；

⑥存在问题及改进方向等。