硬件电路设计与电子工艺基础：零基础电子技术课程设计（第2版）

目    录
第1章  电子系统设计概论 1
1．1  电子系统设计的基本工作流程 1
1．2  分设计任务、查找参考方案、初步拟定设计方案 2
1．3  单元电路仿真及系统集成仿真 2
1．4  设计电路PCB 4
1．5  元器件选型 5
1．6  加工、制作电路PCB 6
1．7  电路的装配、焊接及调试 6
1．8  修改、升级原有设计方案，整理并完成设计文档 6
1．9  电子电路课程设计概述 6
习题 7
第2章  电子元器件的分类、功能及选型 8
2．1  元器件分类、参数及封装 8
2．1．1  元器件的参数标称值 8
2．1．2  元器件的型号及参数标注 9
2．2  电阻 13
2．2．1  常见的电阻类型 13
2．2．2  电阻的参数及选型 15
2．2．3  电阻的串联与并联 16
2．2．4  排阻 17
2．2．5  保险管 18
2．2．6  敏感电阻 19
2．3  电位器 21
2．3．1  电位器的内部结构及工作原理 21
2．3．2  电位器的基本工作电路 22
2．3．3  常用电位器的分类 22
2．3．4  电位器的参数及选型 25
2．4  电容 27
2．4．1  电容的功能 28
2．4．2  常见的电容类型 28
2．4．3  电容的参数及选型 33
2．4．4  电容的串联与并联 35
2．5  电感 36
2．5．1  电感的结构 37
2．5．2  电感的主要参数 40
2．5．3  电感的串联与并联 41
2．5．4  常用电感 42
2．6  变压器 44
2．6．1  变压器的种类、特性及设计 44
2．6．2  变压器的参数 44
2．6．3  变压器的分类 45
2．7  晶振 46
2．7．1  无源晶振 47
2．7．2  有源晶振 47
2．7．3  常用的晶振频率 48
2．8  电声器件 48
2．8．1  麦克风 48
2．8．2  扬声器 49
2．8．3  蜂鸣器 50
2．9  半导体二极管 51
2．9．1  二极管的结构工艺及封装 51
2．9．2  二极管的分类 52
2．9．3  二极管的参数及选型 55
2．10  发光二极管 56
2．10．1  LED的外形特征 56
2．10．2  LED应用电路 56
2．11  三极管（双极型晶体管） 57
2．11．1  三极管的常见类型 58
2．11．2  三极管型号的识别 58
2．11．3  三极管的选用原则及注意事项 58
2．12  场效应管 59
2．12．1  场效应管的分类 59
2．12．2  MOSFET的正确使用 59
2．13  集成芯片 59
2．13．1  常用集成芯片的基本分类及使用 60
2．13．2  集成芯片的型号命名规则 60
2．13．3  常用集成芯片的封装及引脚排列规律 61
2．13．4  集成芯片的正确使用 62
2．14  接插件 63
2．14．1  排针与排插 64
2．14．2  排针与杜邦线 64
2．14．3  接插件的防呆设计 65
2．14．4  集成芯片插座 65
2．14．5  其他常用接插件 67
2．15  开关与继电器 67
2．15．1  翻转开关 67
2．15．2  自复位按钮 71
2．15．3  电磁继电器 72
2．15．4  开关的机械抖动与消抖 73
习题 75
第3章  模拟电路功能模块设计 76
3．1  模拟电路的典型结构 76
3．2  集成运放基础 77
3．2．1  集成运放电路的实用分析方法及步骤 77
3．2．2  集成运放的电源供电 77
3．2．3  集成运放的输出调零 78
3．2．4  集成运放的负载驱动能力 79
3．3  电压放大及转换电路设计 79
3．3．1  同相比例运算放大电路 79
3．3．2  同相交流放大电路 80
3．3．3  反相比例运算放大电路 81
3．3．4  反相交流放大电路 81
3．3．5  交流信号分配电路 82
3．3．6  反相加法电路 82
3．3．7  差动减法电路 83
3．3．8  仪表放大器电路 84
3．3．9  反相积分电路 84
3．3．10  反相微分电路 85
3．3．11  峰值检测电路 85
3．3．12  精密整流电路 86
3．3．13  电流-电压转换电路 87
3．3．14  电压-电流转换电路 87
3．4  电压比较器电路设计 88
3．4．1  单限电压比较 88
3．4．2  迟滞电压比较 90
3．4．3  窗口电压比较 91
3．5  功率放大电路设计 92
3．5．1  OTL功放 92
3．5．2  OCL功放 93
3．5．3  BTL功放 94
3．6  波形发生器电路设计 94
3．6．1  正弦波振荡电路 94
3．6．2  矩形波振荡电路 96
3．6．3  矩形波-三角波振荡电路 97
3．7  晶体管驱动电路设计 98
3．7．1  NPN管实现信号反相 98
3．7．2  NPN型三极管功率负载驱动电路 98
3．7．3  PNP型三极管功率负载驱动电路 99
3．7．4  H桥驱动电路 99
3．8  有源滤波电路设计 99
3．8．1  滤波电路的计算机辅助设计 100
3．8．2  低通滤波电路（LPF） 102
3．8．3  高通滤波电路（HPF） 103
3．8．4  带通滤波电路（BPF） 104
3．8．5  带阻滤波电路（BEF） 104
习题 105
第4章  数字电路单元设计 106
4．1  CMOS逻辑门 106
4．1．1  逻辑门等效替换、多余引脚的处理 107
4．1．2  提高CMOS逻辑门的驱动能力 108
4．2  集成组合逻辑器件的设计应用 108
4．2．1  二进制译码器74HC138 108
4．2．2  显示译码器 110
4．2．3  数值比较器74HC85 112
4．2．4  数据选择器74HC151 113
4．3  计数器电路设计 114
4．3．1  同步计数器74HC160/161 114
4．3．2  可逆计数器74HC192/193 115
4．3．3  计数器的级联扩展设计 115
4．4  移位寄存器电路设计 116
4．4．1  74HC164 116
4．4．2  74HC595 117
4．4．3  74HC165与74HC166 117
4．4．4  74HC194 118
4．4．5  CD4017 120
4．5  锁存器设计 121
4．6  触发器设计 122
4．7  单稳态触发器设计 123
4．7．1  不可重复触发单稳态触发器 123
4．7．2  可重复触发单稳态触发器 124
4．8  多谐振荡电路设计 124
4．8．1  CD4047构成多谐振荡电路 124
4．8．2  CD4060构成多谐振荡/分频电路 124
4．8．3  逻辑门构成多谐振荡电路 125
4．8．4  采用晶振的多谐振荡电路 127
4．9  模拟开关设计 129
4．9．1  4路双向模拟开关74HC4066 129
4．9．2  单8/双4路模拟开关ADG608/609 130
4．10  555定时器设计 130
4．10．1  多谐振荡电路设计 130
4．10．2  单稳态电路设计 131
4．10．3  施密特触发器设计 132
习题 133
第5章  电源电路设计基础 134
5．1  线性直流电源电路设计 134
5．1．1  整流电路 134
5．1．2  滤波电路 136
5．1．3  电压基准TL431 137
5．1．4  串联反馈型稳压电源电路 138
5．1．5  三端集成稳压器 138
5．1．6  低压差LDO集成稳压电路 139
5．2  开关电源电路 139
5．2．1  降压型BUCK电路 140
5．2．2  升压型BOOST电路 140
5．2．3  负电源转换电路 141
5．3  电流检测电路设计 141
习题 142
第6章  电路设计与软件仿真 143
6．1  仿真软件的基本操作 143
6．1．1  软件使用须知 143
6．1．2  软件操作界面 143
6．1．3  仿真元器件库 145
6．1．4  虚拟仿真仪器库 148
6．2  模拟电路的仿真 148
6．2．1  放置与删除电气连线、电气节点 149
6．2．2  设置参考地、直流电源、信号源 149
6．2．3  虚拟示波器的设置 151
6．2．4  虚拟万用表的设置 155
6．2．5  电位器的参数调整 155
6．2．6  模拟电路的仿真、调试 156
6．3  数字电路的仿真 156
6．3．1  数字集成芯片 156
6．3．2  时钟源、电源及数字地 157
6．3．3  虚拟函数信号发生器 158
6．3．4  虚拟逻辑分析仪 158
6．3．5  运行数字电路仿真 159
6．3．6  绘制总线 160
6．3．7  按钮与开关在数字电路中的应用 162
6．4  支电路 163
6．4．1  创建支电路 163
6．4．2  支电路的内部电路搭建 163
6．4．3  支电路输入/输出端口的设定 163
6．4．4  调用支电路进行仿真 164
习题 164
第7章  计算机辅助电路PCB设计 165
7．1  PCB设计概述 165
7．1．1  PCB的演变历史 165
7．1．2  PCB设计的任务及要求 165
7．1．3  基于Altium Designer的PCB设计流程 166
7．2  电路原理图设计 166
7．2．1  新建并保存PCB工程文件、电路原理图文件 167
7．2．2  加载原理图库文件 168
7．2．3  原理图库元器件在绘图工作区中的操作 170
7．2．4  电气连线 177
7．3  设计PCB 179
7．3．1  PCB设计的基本流程 179
7．3．2  新建PCB文件 180
7．3．3  PCB图层的概念 180
7．3．4  PCB的长度计量单位 181
7．3．5  PCB板框的规划设计 182
7．3．6  将电路原理图导入PCB设计文件 183
7．3．7  元器件在PCB中的布局 185
7．3．8  设定PCB的布线规则 187
7．3．9  对PCB进行电气布线 190
7．4  编辑原理图库元器件 196
7．4．1  新建原理图库文件 196
7．4．2  创建并编辑原理图库元器件 196
7．4．3  修改并编辑系统自带的原理图库元器件 200
7．5  创建PCB封装库元器件 202
7．5．1  新建并保存PCB库文件 202
7．5．2  PCB封装库元器件的创建流程 202
7．5．3  加载自制的PCB封装库文件 206
习题 206
第8章  PCB加工及制作工艺 207
8．1  PCB制板工艺概述 207
8．1．1  敷铜板 207
8．1．2  PCB 208
8．2  丝网印刷制板工艺 209
8．3  手绘制板工艺 210
8．4  紫外曝光制板工艺 210
8．5  雕刻制板工艺 211
8．5．1  手工雕刻制板工艺 211
8．5．2  机械雕刻制板工艺 212
8．5．3  激光雕刻制板工艺 212
8．6  热转印制板工艺 212
8．6．1  热转印制板工艺的特点 213
8．6．2  针对热转印制板工艺对PCB进行修改 213
8．6．3  热转印制板工艺的基本流程 214
8．7  金属墨滴制板工艺 219
8．8  外协加工制板工艺 219
习题 219
第9章  元器件装配、焊接及拆焊工艺 220
9．1  装配工艺 220
9．1．1  直插元器件在PCB中的插装 220
9．1．2  元器件插装前的准备工作 222
9．1．3  元器件插装过程中的典型故障 224
9．2  常规电子焊接工艺 225
9．2．1  电子焊接工艺概述 225
9．2．2  常用焊接工艺的分类 225
9．2．3  锡焊的基本条件 226
9．2．4  焊料 227
9．2．5  助焊剂 228
9．2．6  电烙铁 229
9．2．7  其他焊接辅助工具 234
9．2．8  手工焊接工艺 239
9．2．9  特殊元器件的焊接工艺 242
9．3  拆焊工艺 244
9．3．1  毁坏式拆焊工艺 244
9．3．2  手工逐点拆焊工艺 244
9．3．3  局部集中加热拆焊工艺 246
9．3．4  拆焊工艺的特点 247
9．4  表面贴装焊接工艺 247
9．4．1  贴片元器件的特点 247
9．4．2  贴片元器件的手工焊接及拆焊工艺 248
习题 252
第10章  元器件参数测试、质量检测及等效代换 253
10．1  电阻类元器件的测量与测试 253
10．1．1  固定电阻的检测 253
10．1．2  固定电阻的故障判别及其替换 255
10．1．3  敏感电阻的检测 255
10．1．4  电位器的检测 256
10．2  电容的测量与测试 257
10．2．1  使用数字万用表对电容进行参数测试 257
10．2．2  使用模拟万用表对电容进行性能评估及故障检测 258
10．2．3  电容的故障类型及判别方法 258
10．2．4  采用观察法识别电容故障 259
10．2．5  电容的等效代换原则 259
10．3  电感与工频变压器的检测 260
10．3．1  电感的故障类型及检测 260
10．3．2  工频变压器的检测 260
10．3．3  工频变压器的主要故障及维修 261
10．4  二极管的识别与测试 262
10．4．1  利用数字万用表的二极管挡测试普通二极管 262
10．4．2  利用模拟万用表的欧姆挡测试普通二极管 262
10．4．3  稳压二极管的检测 262
10．4．4  LED的检测 263
10．4．5  整流桥堆的检测 263
10．5  三极管的引脚识别及质量检测 263
10．5．1  三极管的引脚排列规律 264
10．5．2  双极型三极管的检测 264
10．5．3  MOSFET场效应管的检测 265
10．6  集成芯片的测试 266
10．7  驻极体麦克风的简单性能检测 266
10．8  开关类元器件的检测 266
习题 266
第11章  电路系统调试工艺 267
11．1  电路系统调试人员需要具备的基本技能 267
11．2  常用的电路调试仪器仪表 268
11．3  电路系统调试的基本步骤 269
11．3．1  预检查 269
11．3．2  通电调试 270
11．3．3  整机联调 272
11．4  电路调试过程中的常见故障排查 272
11．4．1  观察法 273
11．4．2  测量法 274
11．4．3  替换法 276
习题 276
第12章  模拟电路课程设计示例 277
第13章  数字电路课程设计示例 283
第14章  电源电路课程设计示例 289
附录 298
附录A  模拟电路常用元器件的内部结构及引脚排列 298
附录B  常用CMOS数字集成逻辑芯片的型号及功能 299
附录C  元器件常见封装前缀的含义及尺寸 300
附录D  SMT元器件封装的外形尺寸 300
附录E  常用稳压二极管的标称稳压值 301
附录F  CMOS逻辑门的电气符号及型号 301
附录G  Altium Designer软件的常用原理图库元器件 302
附录H  常用元器件在Altium Designer软件中的封装参数（单位：mil） 303
参考文献 306