简单的电子电路设计精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的简单的电子电路设计主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：简单的电子电路设计范文

关键词：芯片级自修复技术 胚胎电子电路 设计

中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（b）-0042-01

1 胚胎电子电路的基本原理及结构模块

1.1 胚胎电子电路的基本原理

追根溯源，自修复机制和胚胎电子电路的结构最初都是来源于人们对多细胞生物体活动的相关研究，可以说它是生物电子学的一个重要组成部分。它所采用的是二维阵列的结构，细胞是其组成阵列的基本单元，阵列结构中多余的细胞能够模拟新细胞，从而把配置信息模拟成生物体的遗传物质，而这每个细胞的内部结构又是相同的，主要包括功能电路和自修复辅助电路两大部分。

事实上，多细胞生物体是由多个分化的细胞组成的生物体，其分化的细胞各有不同，都具有独特的、专门的功能，属于较为复杂的系统，在这个系统发生局部问题时，生物体往往能够实现自愈，也就是具有自修复能力。所以，我们可以利用功能复制来取代那些损坏或死去的细胞，而且是通过细胞级实施自主修复。

1.2 胚胎电子电路的结构模块

（1）功能电路模块，胚胎电子电路中的功能电路主要由逻辑块、换向块以及配置寄存器三部分组成。那么，这三个部分负责的内容是什么呢？首先，逻辑块负责完成和实现数字电路的逻辑功能；其次，换向块是用来改变和调整信息传播的方向的，它还能有效地实现细胞单元间逻辑块的互联，从而形成一种十分复杂的数字电路；最后，配置存储器则能够较好地存储每个细胞的配置信息，其输出连接逻辑块和换向块，这样逻辑块便具有可编程能力，能够随时改变细胞和相邻细胞的连接关系。

（2）自修复辅助电路，胚胎电子电路中的自修复辅助电路可以形象地比喻为细胞中一元自主修复的“指挥中心”，它的设计需要和功能电路、自修复机理直接相互协调。在细胞逻辑出现故障的时候开启自修复机制，同时产生相应的状态控制信息对其他模块加以控制，让其他正常细胞继续执行任务，这样使得整个系统得以恢复正常运行。

2 面向芯片级自修复的胚胎电子电路设计与实现

2.1 逻辑块的设计与实现

当前，我们常见的逻辑块结构有两种，即基于多路选择器和查找表。前者具有失效率低和结构简单的优势，然而每个细胞的功能性较弱。我们知道，大量细胞的逻辑块互相连接就可以实现复杂的系统功能，但是它的布线并不简单，不能适用于大规模电路的实现。近些年，在以太网供电工程的细胞设计中长期采用基于四输入一输出的显示查找表结构，实现了任意的数字逻辑，然而对于较大规模电路设计时仍有诸多不足，主要表现为资源的大量浪费。鉴于此，下面笔者对逻辑块的结构进行了改进，有效节省了大量资源，也极大地增强了细胞设计的灵活性。

对于改进后的逻辑块内部电路结构，此处的逻辑块由四个两输入显示查找表和D触发器组合而成。显示查找表主要负责实现组合逻辑的功能，其个个输入端连接着多路选择器，可作为选择开关，同时也能够对控制信号进行约束和控制，从而实现了相邻细胞逻辑块之间的连接。而D触发器以显示查找表的输出为输入，可以有效实现时序电路。

根据研究结果显示，如果要确定一个细胞逻辑块实现的逻辑功能，我们至少需要18位控制配置位。结合显示查找表的内容写入方式，笔者给出了两种逻辑块结构：一是直接把逻辑功能的真值表写入其中；另一种是可重写入的逻辑块结构。

2.2 换向块的设计与实现

换向块的结构主要由八个八选一多路选择器组成，它能够全方位地改变信号传播方向，它在上下左右四个方向上分别有两根输入线以及输出线，并且各个方向的输出根据配置位决定对八路输入中任何一路进行输出，同时和相邻细胞的换向块对应多路器输入相接。

2.3 配置存储器的设计与实现

不难发现，细胞的逻辑块和换向块配置位往往能够决定配置存储器的单元内容。根据它们的结构形式，笔者给出了所有配置位的顺序，如下图所示（其中数字表示比特位的顺序，下方注释是相应的配置信息）。

2.4 自修复辅助电路的设计与实现

值得注意的是，上述模块要想完全实现自修复的功能，还不得不加入自修复辅助电路设计。当然，在不同的自修复机制情况下，它的电路设计也会有所不同。现阶段，很多电路设计都是基于列移除机制的，它考虑的是列移除的缺点，主要有两种方案可供参考：（1）为了增强细胞结构的通用性，可以考虑采用基于查找表型的配置存储器的自修复辅助电路设计方式；（2）可以考虑基于移位寄存器型的设计方式，总体来说，两种方案都是可行的，需结合实际情况进行取舍。

3 结语

该作者认为，未来若胚胎电子阵列能够做成一种可自修复通用芯片，那么希望能在该芯片的处理复杂逻辑功能和电路优化设计等方面努力，要进一步发展胚胎电子阵列应用系统的多目标设计技术，并且真正实现智能布线，最终实现大规模电路的自动布局布线。

参考文献

第2篇：简单的电子电路设计范文

关键词：EWB；电子电路仿真设计

1软件的性能和特点

(1)采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。

(2)软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。

(3)EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。

(4)作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。

(5)EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。

2软件的操作说明

2.1元件与信号源

EWB软件的工作界面具备美观大方、简捷明了的特点。在基本工作区上方有菜单栏、工具栏、元件库栏。从菜单栏可以选择所需的各种命令，从元件库栏中根据图标选择所需要的的元件或仪表，使用鼠标拖放操作安放元器件到工作平台，完成实验电路连接。选中虚拟仪器图标，通过使用鼠标拖放操作，可以安放仪器仪表，设置好仪器仪表的参数后，按下仿真开关控制电路的运行与停止，即可观察测试结果，在基本工作区下方是电路描述窗口，可根据需要输入有关电路的介绍或说明。

EWB提供了丰富的元器件库，根据不同类型可分成：信号源和电源库，基本元件库、二极管库、三极管库、模拟集成电路库、数字集成电路库、逻辑门电路库、数字触发器库、指示器件库、控制器件库、杂元件库和自定义库。

在设计电路时，设计人员根据需要从该库中进行查找与选取元器件，对选中的元件用鼠标左键将其拖放到电子平台工作区，同时可利用旋转、平翻、直翻调整元件方向。为了使电路便于连线，图形整齐，还可以通过鼠标操作对元件进行移动、复制与删除。为了使电路连接简单明了，还可以将一些常用电路定为子电路，子电路相当于用户自己定义的小型模块电路，存放在自己定义的元件图标库里，供以后反复调用。

2.2虚拟仪器仪表的使用

EWB提供七种虚拟仪器，每种只有一台，在电路设计中，每种仪器只可使用一次，这是其软件设计的局限性，而目前其升级版本Multisim已将虚拟仪器增加到11个，而且同一种仪器可以多次取用。

模拟仪器仪表主要包括万用表、函数发生器、示波器、波特图仪(扫频仪)以及电压表、电流表，数字仪器仪表包括数字发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器。这些仪器仪表(除波特图仪)，在接入电路后，开启仿真开关，若改变电路的测试点，则显示的数据和波形也会相应变化，而不用重新启动电路。EWB的虚拟测试设备能提供快捷简单的分析，主要包括直接工作点，瞬态，交流频率扫描，付立叶、噪声、失真度、参数扫描、零极点、传递函数、直流灵敏度、交流灵敏度、最差情况、蒙特卡洛法等14种分析工具，可以在线显示图形并具有很大的灵活性。

3软件在广播电视技术工作中的实际应用

3.1在广播电视技术培训工作中的应用

EWB软件是一款优秀的EAD软件，推出后得到了社会各界的好评。尤其是在教育领域取得了巨大的成功，许多院校把EWB作为电子类专业课教学和实验的各种辅助手段，最大限度的满足了广大学生和工程技术人员的迫切需求。针对软件的这种特殊效能，近年来在广播电视技术领域中，EWB也同样得到了普遍应用，尤其是许多单位把EWB软件应用在了技术队伍培训工作中收效显著。广播电视高新技术的快速发展，对广播电视技术从业人员的整体素质提出了更高要求，需要广泛开展技术培训工作，但是在职教育和在校学习有着很大的差别，资金、场地、设备、设施等诸多因素制约了技术培训工作的良性发展，EWB软件的应用不仅较好的解决了这一问题，而且体现了三个优越特点：(1)节约资金、高质高效；(2)功能强大、直观形象；(3)操作简便、方便普及。许多单位还把EWB软件应用在了广播电视技术能手竞赛中，更是得到了意想不到的效果。通过对软件的应用不仅克服了客观条件给技术竞赛多形式、多层面开展带来的制约，同时也可以全面的考查参赛选手的实践技能，为展示技术人员的综合技术水平搭建了最佳平台。3.2利用EWB软件进行电子电路仿真设计

EWB的优越性能为激发广大技术人员的潜在智能提供了广阔空间。利用EWB可以设计简单、复杂、模拟、数字等各式电路。这为广大技术人员开展技术改造、技术革新工作提供了非常实用的工具。尤其是广播电视发射设备的固态化、数字化、自动化的发展方向，使计算机辅助设计、测量、维护等在广播电视技术领域得到广泛的应用，EWB软件的出色性能表现，也得到了广大技术人员的青睐。下面仅以双音报警器电路的仿真实验为例，向大家简单介绍其电路设计与分析。首先设计电路原理图(见图1)并根据电路需要选择所需元件参数。

用鼠标将元件、仪器拖到电子工作平台，根据电路原理图调整元件，仪器布局，并设定元件标值，调整仪器设置的选项，按通仿真开关，即可进行仿真实验，如果电路设计、连接正确，此时扬声器应该发出“滴、嘟、滴、嘟”…..的双声音，用示波器观察IC1、IC2的输出波形，应该是频率不同的两个方波(见图2)，可通过打印机打印出来，进行实际电路的组装。

图2

此电路原理主要是应用555时基电路组成两个多谐振荡器，用IC1输出的方波信号通过R5去控制IC2的5脚电平，当IC1输出高电平时，IC2的振荡频率低，当IC1输出低电平时，IC2的振荡频率高，因此IC2的振荡频率被IC1的输出电压调制为两种音频频率，所以扬声器发出双音声响。此电路可应用在发射台铁塔匹配间防盗报警，也可在改进后应用于水箱上水报警等其他方面。

参考文献

第3篇：简单的电子电路设计范文

【关键词】Altium Designer，使用方法，电路设计

对电子专业学生而言，在学习电子技术相关知识的同时，还必须学会利用电路设计软件绘制电路原理网和印制电路板PCB图。Altium Designer是Altium公司开发的高端设计软件，它拥有强大的电子设计功能，深受电子类各专业设计人员和广大电子爱好者的青睐。如何在有限的教学时间内，让学生熟练地掌握Altium Designer制图软件，将绘制的原理图转换为印刷电路板的方法，完成印刷电路板的布局和布线，并应用到具体的电子电路设计中去，是老师要重点探讨的问题。根据我多年来的教学经验，总结快速掌握Altium Designer软件的学习方法和技巧。

1、创建PCB项目工程文件。启动Altium Designer软件，执行菜单命令[File]/[New]/[Project]/[PCB Project]，完成新建项目工程，同时保存项目文件。

2、创建原理图文件

（1）在新建的项目工程文件（*.PrjPCB）中添加SCH文件（*.SchDoc），执行菜单命令[File]/[New]/[Schematic]，此时项目面板中“ PrjPCB”项目下面出现“Sheet1.SchDoc”文件名，这是系统以默认名称创建的原理图文件，执行菜单命令文件[File]/[Save]，在弹出的保存文件对话框中输入文件名，单击保存按钮。

（2）放置元器件并修改元件属性。打开元器件所在元件库，然后根据原理图要求，找到并放置元器件。同时双击放置图纸上的元器件，打开元件的属性对话框，对元件属性进行修改，主要包括Designator、Value和Footprint。

Altium Designer中提供很多库文件，其中系统默认打开两个常用的集合元件库，即常用的分立元器件库Miscellaneous Devices.IntLib和常用的接插件库Miscellaneous Connectors.IntLib 。

对于某些特殊元器件， Altium Designer提供的库文件里没有此元件，需要自己绘制。执行菜单命令[File]/[New]/[Library]/[Schematic Library]，在Schematic Library界面，进行绘制原理图元件，绘制完成后，将文件保存在项目工程中，再放置该元件。

（3）原理图连线。执行菜单命令中[Place]/[Wire]或单击布线工具栏的放置导线按钮，光标变为大十字光标。光标移到元件的引脚端时，光标中心的“×”号变为一个红“米”字形符号，表示导线的端点与元件引脚的电气点可以正确连接，单击左键，导线的起点与元件的引脚相连接，同时确定了导线的起点，移动光标时在光标和导线之间会有一条线出现这就是所要放置的导线。

3、编译原理图。编译项目是Altium Designer进行设计过程中的重要步骤，主要包括项目检查、各种数据生成等内容。执行菜单命令[Project]/[Compile PCBProject Document.PrjPcb]，对所建项目进行编译，同时弹出信息面板（Messages），在信息面板中就会显示原理图的错误所在，如信息面板是空白，则说明原理图没有错误，符合你设置的检查规则。

4、PCB文件的创建。在新建的项目工程文件中添加PCB文件，执行菜单命令[File]/[New]/[Pcb]，此时项目面板中“ .PrjPCB” 项目下面出现“Pcb1.PcbDoc”文件名，单击保存按钮，保存PCB文件。执行菜单命令[Design]/[“Import Changes From * .PrjPCB]，把项目工程中的SCH导入PCB文件中。在导人SCH过程中，出现错误较多的就是，元件封装没有发现，出现这种错误的一般原因有：

（1）元件封装库没有导人新建的PCB文件中，要求在导人SCH前把对应的元件封装库导入PCB文件中。

（2）自己绘制的封装库，新建的元件封装名字和原理图里元件属性里的封装名字不对应导致错误。自己绘制的封装，其封装命名，要和原理图里元件属性里的封装名相同，否则要进行修改。

5、规划电路板。在软件界面下层的选择中，选中禁止布线层Keep Out Layer，用画线命令画矩形框，来确定电路板的电气边界。

6、元件布局。SCH正确导人后，对于元器件布局要合理放置，既要注意美观性，同时也要符合电路设计的要求。

7、电路板布线。在PCB设计中，布线操作之前，一般要进行布线规则设置。

（1）布线规则设置。执行菜单命令Design/Rule，根据对电路板的实际的要求设置布线规则。首先设置布线层数，是单面板还是双面板，是底层、顶层或双面走线；再指定印刷导线的线宽，通常接地线和电源线要宽一些，信号线宽要窄一些，并尽量把电源线、地线和其他信号线的走线一致，以增强抗干扰能力。

（2）手工或自动布线。对于简单的电路，可以直接利用交互式布线工具，在指定的层绘制印刷导线；对于较复杂的电路，可以先进行自动布线，再采用手工布线，进行局部修改和优化，而且要反复修改，以达到布线的美观性和合理性。

8、制作印刷电路板，完成产品设计。将设计的PCB图，打印、转印、腐蚀、打孔，制作出印刷电路板，并安装焊接元件，调试，最后制作出真实的产品。

Altium Designer设计出的印刷电路板图，其效率高、可靠性好，但要设计出高质量的电路板，应对电路原理的设计、元器件的选择、空间电磁波的干扰、导线的宽度和走向等诸多问题综合考虑。

参考文献：

第4篇：简单的电子电路设计范文

关键词：串联稳压电源 Multisum2010 仿真

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（a）-0055-02

最为简单的直流稳压电源――稳压管直流稳压电源因为有固定大小限制的输出电流，所以，在很多场合下无法满足用电器要求，又兼电压固定不可调节，无法呈现元件的变化特性，使得应用比较单一。然而将稳压管直流稳压电源当作基础，加以有放大电流作用的晶体管，就可以增加负载电流。同时晶体管的负反馈也可以稳定电路电压，输出电压也可以通过改变反馈而来的参数来达到调节的目的，从而适合更多的条件场合。这样改进过的串联稳压直流电源，操作简单灵活，成本低廉轻便，方便使用人员学习操作，也方便针对电路进行维修检修，减少了工作量，极大地提高了工作效率，也能应用于教学举例分析，极大地扩大了适用受众。而利用Multisum2010电路仿真分析工具，可以对串联直流稳压电源的内部结构进行较为完全详尽的仿真分析。通过模拟相关测量仪器对电源内部不同部位的输入电压的示波器显示模型，输出电压的示波器显示模型，从而计算分析出相关输入电压值、输入电流值、输出电压值、输出电压值等不同参数。进而可在教学中作为验证相关定理定律的有效工具手段。

1 运用Multisum2010对串联型稳压电路的仿真分析

通常实验室运用的是较为简化的串联型直流稳压电源，基本涵盖了最主要的4个部分，即整流部分、滤波部分、串联稳压部分、保护部分。

1.1 整流电路分部

由于Multisum2010电子电路仿真工具能够较好地还原电路实况，也能很好地模拟出给定的不同场景条件，相对所需的反应时间也比较短，所以，我们假定在特定模拟电路不同位置中加入整流二极管4只，（如图1），并将信号输出端用合适的成像示波器模拟出波谱形状，来对不同情况下的假设做出鉴定。

通过仿真分析的谱图可知，无论哪个部位的整流二极管发生开路，都会破坏原有完好的全波整流，形成新的只有一半周期的不完整半波整流，输出电压的大小也会变成原有的一半，仿真模拟得到的结果与实验前的理论预测十分契合，也从侧面证明了该模拟仿真的相似度十分高，可以作为实验数据相信代入计算。

根据如上举例，还可以举一反三探究其他相关问题，比如：若是任意一个位置整流二极管发生短路，又或是两个位置同时发生短路等，均是很有研究探讨价值的问题，在此不作重复演示。

1.2 滤波电路分部

将滤波电容也加入到整流电路中，由于电容器具有储存电荷的特性与容抗特点，会阻碍电压降与电流的改变趋势，所以会使得输出电压的波动幅度减小，相对增大平均输出电压。根据计算公式可知，电阻R值越大，相同电容量的电容器放电时间会更长，放电速度也相对减缓，输出的电压变动曲线也愈发平滑缓和，平均输出电压值也就越大。当R值无穷时，平均输出电压的平方值正好是最大输出电压平方的一半，而滤波电容一定时，负载电阻R阻值越大，同理输出电压曲线也变的平缓，平均值也同比增加。

1.3 串联稳压电路分布与保护电路分部

稳压电路分部是通过晶体管的负反馈作用来削弱输入电压对输出电压波形与平均值的影响。

保护电路分部的作用主要是在电路中串联负载过了底线值时，又或者输出发生短路时，通过限流型保护分部和截流型保护分部，通过截断电路通道，来保护相关电子元件。

2 运用Multisum2010电子电路模拟软件模拟晶体管负反馈串联型直流稳压电源

以电子实验平台EWB为前身的Multisum2010电子电路模拟仿真，最为突出的改进莫过于增加了虚拟仪表读数观察的直观性，与各类电子元件、集成电路芯片库的丰富性，并且拥有较为友好的用户操作界面。使得整个软件的处理信息功能强大却便于操作，是新入门的电子操作设计，电路检修人员增加理解熟悉操作的首选工具。其拥有虚拟仪器涵盖了示波器以及显示分析装置、函数模拟发生器、万用表、波特图图示仪器、针对失真度、谱频、逻辑、网络等必要参数的分析装置等专业仪器，极大地方便了实验要求与设计。

2.1 创建模拟电路

注意：（1）要选择AC_VOLTACE_SOURSE此选项作为交流电源，并且接地。（2）在元件库中选好相应的变压器、桥堆，2只稳压二极管，2只三极管，相应阻值的6只电阻，合适的2只电容，并按照示意图连接好电路，在如图位置放置好选择2只万用表作为测量用表。

2.2 仿真分析负反馈稳压

双击交流电源按键，调整电压值为220 V，频率为50 Hz，将万用表调整到量程为15 V的电压表模式，读取电压值为12 V。另取万用表2，调整量程为15 V的压表，分别连接入电路测得电压值如表1。通过对R4阻值的调整可以发现，其阻值的改变会相应的输出电压值。

当输出电压显示值升高时，同样操作调整相关参数为240 V，50 Hz，改变万用表2位置，进行对相关阻值的测量，并且记下万用表1的电压读数。

当输出电压显示值降低时，同样操作调整相关参数为200 V，50 Hz，改变万用表2位置，进行对相关阻值的测量，并且记下万用表1的电压读数。

通过表1可以看出，当输入电压的波动范围控制在20 V以内的时候，晶体管串联得到的稳压电源能够很好地利用晶体管负反馈的特性，将输出电压维持在固定数值保持不变。

假若调整输入电压以及其他电子元件参数数值，按照同样的电路结构，就可以类似得出不同参数的晶体管，以及晶体管数量安装方式不同时改造的串联型稳恒电压的最大波动幅度和稳定性，可以作为改进串联型稳压电源的深入性探究，具有很大的教学与商业价值。

3 结语

串联型直流稳压电源因其稳恒的输出电压，简单的构造、方便的操作在精密仪器、电子元件领域扮演着不可替代的角色，对它的分析改进也一直是教学之重和企业创新卖点。然而在现阶段，高校大学物理实验室与中小型的企业电子电路实验室依然存在仪器老旧不完备等缺陷，故而不能很好地实现教学目标与设计检修等工作。通过Multisum2010电子电路的模拟分析，能较好地理解掌握相关的原理，也能相对地熟悉操作，从而将串联型稳压电源的作用发挥到更好。提高教学质量并且激发学生兴趣，也能再次促进电子电路设计维修行业的发展。

参考文献

[1] 关朴芳.基于Multisim2001的串联型稳压电源故障仿真[J].常州信息职业技术学院学报，2013（5）：23-25.

[2] 黄忠堂.串联型稳压电源的设计[J].广西教育B（中教版），

第5篇：简单的电子电路设计范文

摘 要 围绕如何调动学生学习主观能动性，在确定项目式教学改革目的与依据的基础上，以学校自主研发的适合高职教学的FPGA硬件开发平台为载体，将FPGA课程进行项目式教学改革。

关键词 项目式教学；FPGA；实验平台

中图分类号：G712 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）11-0032-02

FPGA是一门新兴的电子设计实现手段，FPGA器件因其高度灵活性，应用越来越广泛，是未来电子技术发展的主趋势。为了将新知识、新器件及时反馈在教学过程中，西安理工大学高等技术学院电子信息工程技术专业开设了FPGA课程。传统的教学模式使学生感到理论抽象、枯燥，教学资源的有限使学生感到实践困难。教学团队在FPGA的实际教学中进行了大胆改革，取得很好的效果。

1 以项目为导向、任务驱动为主线，分散理论学习难点，提高学习主观能动性

以项目为导向、任务驱动为主线，通过与本专业领域的企业专家和近几年的毕业生共同探讨，汲取各方面意见、建议，结合本课程教学要达到的理论高度、实践能力及素质目标，以学生所掌握的数字电路知识点为基础，选择基于FPGA器件的门电路设计、选择器设计、计数器设计及抢答器设计等由浅入深的多个项目。以项目任务为主线，分散理论学习难点，采取“先实践―分析总结―技术提高―理论引入―再实践”的教学方法，将基于FPGA器件的数字电路设计与制作贯穿整个教学过程，使该课程的理论教学充满活力，激发学生的学习兴趣，提高学习主观能动性。

2 加强实践训练，培养学生的设计创新能力和工程素质

理论教学和实践教学是高校教育的重要组成部分，而实践教学对高职学生实践技能和创新能力的培养起到至关重要的作用，是体现高职教育办学特色的一个重要方面。在日常教学过程中，高职院校应该根据学生的就业需要，不照搬全国统编教材，而是按照“够用、实用”的原则，压缩、删减理论课内容，大量增加实践课内容，从而保障学生能学到真技能、真本领，成为既懂理论知识更擅实践操作的有用人才。为了给本课程实践教学提供充足的教学资源，教学团队自主研发适合高职教学的FPGA硬件实验平台25套，该课程的教学全部在实训室完成。

理论教学穿插在实践教学环节中 FPGA是一门新兴的电子设计实现手段，是用软件编程来实现硬件电路，实践性很强，只有多实际操作，才能真正掌握它。理论教学安排贯穿于实践教学的始终，实践中要求深入了解学习内容，培养学生运用以前学过的知识进行独立操作的能力。开始时以学生所掌握的数字电路的知识点为基础，让学生根据教师给定的项目任务用简单的集成门电路芯片完成电路搭接、功能验证，然后让学生分析此电路，深入了解此电路所涉及的内容，提出自己关于此电路的想法，引导学生对这门课程产生学习兴趣。

根据学生对相关电路的想法，引导学生用新兴的电子设计实现手段来实现电路功能，引入电子设计实现的新型器件FPGA。在学生了解了新型器件的特点及应用后引入理论，为了让理论教学充满活力，教师先进行基于FPGA实验开发平台的简单的数字电路设计实现的“演示验证”，让学生产生好奇心，然后让学生模仿教师给定的项目进行设计、编程、下载、功能验证。如设计、编程、实现四选一选择器的项目，学生要根据给定的实现功能的多种参考程序和实验开发平台进行编程、引脚分配和功能验证，根据验证结果，分析研究实验过程和内容。教师引入编程语言与此项目相关的内容，提高学生分析问题和接受相关理论知识的能力。

后期的学习采用探究的教学方法，根据前期掌握的基本理论、基本技能，改变思维模式，将每个项目涵盖的知识点专门列出，让学生有目的地认知发散思维。循序渐进，从模仿教师的设计，到自行设计、编程、硬件引脚分配、功能验证，充分发挥学生的主观能动性和探索能力。如完成数字钟的电路设计，学生要整合所学过的知识，利用实验开发平台提供的FPGA最小系统电路、按键电路接口、数码管电路口、蜂鸣器电路接口设计硬件电路连接，编制实现功能的源程序，分配硬件引脚，验证所设计电路的功能，提高他们的设计创新能力。

工程素质培养贯穿在综合项目实现过程中 为了使学生独立分析、设计、解决项目实现中遇到的实际问题，具有团队协作精神，提高工程素质，需要对其进行实际应用项目的综合训练。要求学生对学过的知识进行合理优化组合，组团队完成小型实际课题的方案论证、系统设计、软硬件开发、仿真、调试、设计报告、答辩等。在综合项目实践训练中，学生为主，教师为辅，鼓励学生自学项目所涉及的相关知识，提高自学能力。面对项目实现过程中出现的各种问题，教师只负责引导学生分析问题，解决问题靠学生，既可以提高学生分析问题的能力，又可以提高解决实际问题的能力。学生通过实际应用项目的实现，对所学知识进行综合运用，按照项目要求制作出实物，初步掌握用FPGA器件实现电子线路设计过程，培养工程素质。

3 以赛促学，以赛促教，开拓师生视野，激发学生兴趣

为了检验和巩固实践教学的成果，学校按照“以赛促学、以赛促教、以赛促改”的教学理念，将日常教学和技能竞赛有机地结合在一起，开拓师生视野，激发学生兴趣，在坚持开展“理论与实践并重”的日常教学过程中，经常性、大规模地开展系内及全院性技能竞赛，奖励技能尖兵，树立技能榜样，引领技能教学方向。同时积极组织代表队参加全省、全国的技能竞赛，在不同层次的技能竞赛中，不断磨练学生的意志、激发学生的信心、提升学生的技能水平。

教师通过对赛项的了解、跟踪，可拓宽自身视野；通过对学生的赛前实践培训，可提高自身的业务水平；并可将比赛中涉及的新知识、新器件及时反馈在课堂教学内容中，增强教学效果。在2012年，教学团队自主研发适合高职教学的FPGA实验开发硬件平台，学生经过赛前使用该实验平台进行实践培训，在2013年参加的陕西省职业院校技能大赛“FPGA项目”中获省一等奖。通过参加竞赛，开拓了学生的视野，激发了学生的学习兴趣。

3年的实践证明，FPGA课程教学方法的改革，既发挥了教师的主导地位，又体现了学生的主体作用，取得很好的效果。教学团队将在以后的教学过程中进一步探索和积累经验，以调动学生的学习主观能动性、提高学生的设计创新能力为目标，为提高高职院校的教学质量做出贡献。

参考文献

[1]谢兰清.数字电路设计与制作课程项目化教学探究法[J].中国职业技术教育，2010（17）：95-96.

[2]赖建辉，邱永渠.关于高职教学改革的思考[J].中国职业技术教育，2003（10）：10-11.

[3]孙雷.单片机教学及考核方式的探讨[J].中国职业技术教育，2008（13）：57-59.

第6篇：简单的电子电路设计范文

关键词：电子信息；专业课程；模拟电子技术

1 模拟电子技术基础课程的特点

模拟电子技术基础，又称为电子技术基础模拟部分，与数字电子技术一起统称为电子技术基础。是面向电子信息学科的专业基础必修课。该课程的特点包括：重要性，模拟电子技术是现代化重中之重的技术；非线性，电子放大器是一种非线性元件，需要用非线性分析方法（图解法、微变等效近似等）；工程性，在足够精确的情况下，为了计算方便，常用近似来化简；微观性，深入到原子电子级分析问题；实践性很强，动手性很强，需要很好的实践，不实践学不好；复杂性，易受多种因素影响，如温度，随机性，光照等等影响，参数宜变，参数分散等增加了该课程内容的复杂程度；基础性，是后续电子类课程的基础，也是电子信息类专业考研的课程之一；主干性，是电子信息类本科专业的主干专业课程。本课核心是电子放大器，该课程主要就是讲放大。

模拟电子技术基础课程的基本概念、基本分析方法已经渗透到了各行各业各个领域。包括广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机等；互联网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器等；工业领域：钢铁、石油化工、机加工、数控机床等；交通方面：飞机、火车、轮船、汽车等；军事领域：雷达、电子导航等；航空航天领域：卫星定位、监测；医学领域：γ刀、CT、B超、微创手术等；消费类电子领域：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统等。电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无孔不入”，应用广泛。

模拟电子技术基础课程的学习使学生牢固掌握模拟电子电路系统的分析能力和集成电路的创新设计能力，掌握模拟电子信号和系统的基本原理及基本分析方法，深入理解模拟电子电路系统的各个组成部分的基本原理，掌握应用所学典型模拟电子系统解决信号分析问题的方法，掌握集成电路的设计原理和实现方法。为学生进一步学习有关信息、通信方面的课程和今后的科研工作打下良好的理论基础。

2 模拟电子技术基础课程的先修课程

模拟电子技术基础课程的先修课程有《高等数学》、《大学物理》和《电路分析基础》，其中最重要的也是衔接最紧密的一门课程就是――《电路分析基础》。简单来说可以将电路分析基础和模拟电子技术基础归为同一类专业课程，从内容上看，《电路分析基础》主要让学生掌握电子电路分析的基本能力，而《模拟电子技术基础》课程则是学习对模拟信号的处理分析，从模拟电子系统的各个组成部分出发，分别学习各种典型的模拟电子电路，给学生建立起模拟系统的基本构架，为后续深入学习信号与系统的分析能力打好基础。

模拟电子技术基础课程在《电路分析基础》学习的基础上，分别从微观和宏观探讨模拟电子电路系统的各个方面。微观深入到电子原子级，讨论半导体材料的神奇，进而分析二极管、三极管和场效应管在微观领域，内部载流子运动的情况，从而让学生深入体会半导体器件的奇妙之处。宏观上从集成电路出发，理解集成电路的奥妙，小到微观电子原子级，大到模拟系统及大型集成电路的设计。学习模拟电子技术基础课程之后，学生有了系统的概念，信号处理的概念，在此基础上再进行数字电子技术的学习，学生更能理解和接受，电路分析基础和模拟电子技术基础两门课虽然内容不同，各有侧重点，但很多分析方法、理论公式都环环相扣，所以可以进行对比学习，提高学习效率。

3 模拟电子技术基础课程设置知识要求

模拟电子技术基础课程是电子信息专业本科生的专业基础主干必修课程，它具有自身的体系，是理论性、实践性都很强的课程，是学习很多后续专业课的基础。为今后深入学习电子技术在专业中的应用（例如在《信号与系统》、《数字信号处理》、《通信与系统》、《通信原理》、《嵌入式系统理论及实践》等后续专业课程中的应用）打好基础，为学生建立系统分析的概念，培养学生自主分析问题和解决问题的能力，帮助学生成功的从中学阶段对电压电流的具体求解，过渡到本科阶段自主进行信号与系统的分析能力的培养。

4 模拟电子技术基础课程设置能力要求

模拟电子技术基础课程设置能力要求以理论基础和实践操作相结合，既保证严谨的理论体系，又结合工程实践的特点。通过模拟电子技术基础课程的学习，应能具备模拟电子电路的系统分析能力、大型集成电路系统的分析计算能力、简单的集成电路设计能力，以及电子技术系统相关专业知识的自学能力。

5 模拟电子技术基础课程达成目标要求

通过模拟电子技术基础课程的学习，掌握模拟电子系统的各个部分，包括电子电路系统与信号、半导体二极管及其基本电路、半导体三极管及放大电路基础、场效应管放大电路及其应用、功率放大电路、集成电路的组成原则、集成电路运算放大器、反馈放大电路、信号的运算与处理电路、信号产生电路、直流稳压电源等典型模拟电子电路系统的分析计算能力及基本集成电路系统的设计能力，培养学生分析问题和解决问题的自主学习能力；学会用所学的典型模拟电子电路系统自主创新设计完整的模拟集成电路系统，辅助实现模拟电子电路系统的各种基本功能；能借助实际电子电路实验箱和软件模拟仿真，实现不同类型模拟电路系统的功能，通过实验环节操作训练具备处理实际工作问题的相关专业技能，理论与实践相结合，更好的理解模拟电子技术这门学科的专业知识，为后续专业课程打好基础。

6 教学方法建议

和众多电子信息类专业基础课一样，模拟电子技术基础课程以理论讲授与实践操作相结合，理论部分也是以教师讲授为主，课程内容繁多，有时候为了在有限的学时内完成全部的课程内容讲授，很多教师会全程进行讲授，学生被动的接受知识，犹如过眼云烟，没有足够的消化理解相关知识点的时间，真正理解领会的知识点非常有限，不懂的内容还需要教师花更多的时间来反复讲解，其实这样的教学模式，教师辛苦不说，教学效果还会极差。理论部分的讲授应该着重抓课前预习及课后复习，上课前十分钟用来对前一次课的内容及要求预习的内容做提问，以这种方式督促学生进行课前预习和课后复习，对知识点进行巩固。

综上所述，《模拟电子技术基础》这门课程对电子信息类专业的本科生非常重要，另外电子信息类本科专业基础课程还有很多，不仅仅是模拟电子技术基础，每门不同的专业课程都有其特点和用途，学生只要从宏观的角度，理解其中的关联性和衔接性，教师也可适当让学生了解每门课程设置的知识要求、课程设置的能力要求，以及课程的达成目标要求等，只为每一位学生能学好每一门专业课，真正具备电子信息的相关专业技能。

参考文献

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）[M].高等教育出版社.

第7篇：简单的电子电路设计范文

【关键词】《通信电子电路》；教案；多媒体；课程设计；教学效果

《通信电子电路》是通信工程专业特别是无线通信方向的一门理论性和实践性都很强的重要基础课程。由于绝大多数通信电子电路工作频率很高，因此学习方法、分析方法、实现方法跟很多先修课程区别较大，学生一时难以适应，为提高教学效果，需要教师进行教学模式的精心设计与合理创新。

在数年的教学过程中，笔者总结了以下多管齐下的教学方法和手段用于实际教学，能明显提高教学效果。

1 认真写好教案

教案是教师在熟悉课程内容、了解学生实际情况的基础上，对教学过程的预先设计。教案的编写过程是教师设计教学活动的核心过程之一。在现代化教学手段日益成为授课主流的今天，为何还一定要编写教案呢？因为教案在教学过程中起着重要的中介作用。虽然多媒体课件可以提高教学直观性，但是编写教案能使教师更合理地安排教学内容，达到更好的教学效果。

根据《通信电子电路》的课程性质及任务，教学内容主要分为五大章节：LC谐振网络、正弦波振荡器、高频放大器、模拟调制和解调和反馈控制电路。教案的设计要体现出每个章节的重点和难点，比如LC谐振网络的重要内容包括其幅频特性和相频特性、品质因素Q的理解和计算等；正弦波振荡器要体现出起振和维持振荡的条件；高频放大器要区分输入信号是大信号还是小信号等等。

优秀的教案是教师教育思想、智慧、动机、经验、个性和教学艺术性的综合体现，对提高教学效果很有帮助。想要写好教案，需要注意以下几点：

1）认真备课。平时要注意拓展知识面，编写教案时才能不与日新月异的知识脱节，使学生掌握最新的知识。例如在撰写FM发射机结构框图部分的教案时，由于现今的FM发射机已很少采用多级倍频器来产生所需要的载波频率，因此教案上应对这类已淘汰的方法作合理取舍。

2）科学确定课程结构。根据不同的教学内容、不同的学生来灵活编排课程结构，以此启发学生的思维，调动学生的学习积极性。

3）确定有效的教学方法。根据学生的实际情况挑选最佳的方式展开教学，活跃课堂氛围，提高教学效果。

4）教案中应该体现讲授知识时采用的具体方法，并明确这种方法是否有助于促进学生自主学习和讨论。学生只有通过实践练习，才能真正掌握教师讲解的理论知识。例如在讲授正弦波振荡器时，从时域波形上可以直观判断振荡器输出的波形种类，但如果要定性判断输出波形质量，从频谱上看则更为直观。

5）教案要不断完善。撰写教案不是一次性劳动，初稿完成后，需要平时不断充实和完善。教案是课前的一种教学设想，能否行之有效，还得通过教学实践来检验。教师只有在讲课的过程中才能发现教案和教学中存在的问题，及时补充和修改教案，经常检查教案的成功和不足之处，找出原因和改进手段。

6）提前编写教案。只有提前编写，才有充裕的时间做好各项准备工作。不至于遇到特殊情况措手不及。例如，在讲授AM调制在频谱上属于线性搬移时，就应该提前估计到学生可能会问频谱的非线性搬移问题，此时最好提前编写一个关于频谱搬移的对比表格，以此举例说明，让学生有一个明确的印象。

2 充分利用多媒体教学的优势

多媒体作为一种重要的教学手段已得到广泛应用。大学生天性好动、追新、个性，多媒体教学手段声像兼备，图文并茂，活泼直观，可以极大调动学生的注意力。充分利用多媒体教学的优势，能明显提升教学效果。

专家们已经普遍认为，兴趣是最好的老师。多媒体教学的一个重要优势就是活泼、生动、直观，能把枯燥的文字、画面、图表、公式等变得有声有色，能创设良好的学习情境帮助学生集中注意力、激发学习兴趣，提高教学效果。《通信电子电路》的教学内容中不乏比较枯燥的推理、证明和作图。例如在讲到晶体管高频功率放大器的工作类型时，随着输入信号的强弱不同，以及晶体管基极直流偏置电压的极性和大小不同，功率放大器的工作类型可以是A类、AB类、B类和C类等，而区别这些工作类型的根本是晶体管电流导通角的不同。那么如何将电流导通角、输入信号的强弱和晶体管基极直流偏置电压有机联系起来呢？传统的黑板教学很难很好地解决这个问题，但是如果利用多媒体教学，在座标轴上画出相应的静态特征曲线、动态波形图，并且使各工作类型与相应的特征曲线和动态波形图一一对应起来，就可以直观地解决这个问题，提高教学效果。

大学本科的很多课程中都要学习和消化一些比较枯燥的理论知识，《通信电子电路》也是其中之一，仅凭教师在黑板上的静态板书，学生认知的直观性基本为零，几乎注定无法达到满意的教学效果。充分利用多媒体教学的优势，能把枯燥、抽象、静态、乏味的推理过程变为生动活泼的文本、声音、图像、视频和动画，充分调动学生所有感官，使抽象问题直观化、复杂问题简单化，学生的思维会更活跃，思路会更清晰，教学大纲中的重难点也更容易被理解和接受。例如在讲到Y参数等效电路时，如何正确画出一个实际放大电路的等效电路是关键。多媒体教学时，可以设计flas，对每个元器件的作用和等效情况分别予以标注，并对实际电路图作动态等效替换，同时用EDA软件（EWB、Multisim等）仿真，从而直观地解决这个难点，提高教学效果。

3 通过课程设计提高动手能力

各种教学手段的最终目的都是为了提高实际教学效果，多媒体只是教学的辅助手段之一，不能过分依赖，多媒体教学的能看、能听、能感觉等永远不如实际多动手更能培养学生的动手能力。

《通信电子电路》是一门实践性很强的工程科学，决不能只重理论不顾实践。在实际教学过程中经常发现，不少学生的理论考试成绩很高，90多分，但却连一个非常简单的电容三点式振荡器实物电路板都不会做。因此，通过课程设计提高学生的动手能力和实际应用能力非常重要。

在课程设计时，可以将EDA分析和仿真技术融会贯通，结合《通信电子电路》理论，提出要完成的课程设计任务，在实验室或者机房，要求学生在教师的指导下自主设计、仿真和调试电路。通过“教师引导、学生设计和仿真、实际电路制作和调试、教师验收和总结”的设计步骤，使学生和教师共同参与、共同讨论，在课程设计过程中提高实际动手能力，做到理论和实践均衡掌握，改变理论教学与工程实践脱节的问题。

课程设计的实践过程能在一定程度上解决《通信电子电路》课程学习中学生重理论、轻实践的不良倾向，培养学生把理论知识应用到实际电路设计中的能力，加强学生对理论到实践转化的理解，增强学生的动手能力，从而大大提高教学效果。

4 小结

学生要真正学好《通信电子电路》，必须同时在理论和实践环节下功夫；教师要真正教好《通信电子电路》，必须通过认真写好教案、充分利用多媒体教学、重视课程设计等多种方法，努力钻研，不断摸索。只要师生齐心协力，就一定能提高教学效果。

【参考文献】

[1]李学农，丁彦青，温玲.多媒体教学优化设计[M].广州：广东高等教育出版社.

[2]孙菊如.课堂教学艺术[M].北京：北京大学出版社，2006，8.

第8篇：简单的电子电路设计范文

【关键词】Multisim10；数字电路；项目教学

一、引言

《数字电路》是高校电子信息类专业的一门重要专业基础课，随着集成电路制造技术的迅速发展，中、大规模和超大规模数字集成电路在各个领域获得广泛应用，它已成为国民经济的强大推力，这对相关专业技术人才的培养提出了更高的要求。因此，在实际教学过程中，不宜采用传统教学方式，应该尝试一种新的教学方法，我们在对传统的数字电路教学进行了深入的分析、研究之后，在数字电路教学中引入了德国“以培养关键能力为核心”的项目教学法。在项目教学的实施过程中，辅以仿真软件Multisim10，通过计算机强大的辅助设计计算能力，提高电路设计的效率和准确性；通过仿真，学生可以根据需要任意调整所设计电路的各项参数，极大的提高了学生的学习兴趣。

二、项目教学法在数字电路课程中的应用

项目教学法萌芽于欧洲的劳动教育思想，最早的雏形是18世纪欧洲的工读教育和19世纪美国的合作教育，经过发展到20世纪中后期逐渐趋于完善，并成为一种重要的理论思潮。2003年7月德国联邦职教所制定以行动为导向的项目教学法，其特点是把整个学习过程分解为一个个具体的工程或事件，设计出一个个项目教学方案，按行动回路设计教学思路，不仅传授给学生理论知识和操作技能，更重要的是培养他们的职业能力。

《数字电路》的主要知识点包括：组合逻辑电路、时序逻辑电路、555定时器极其所构成的电路、A/D转换器和D/A转换器、存储器等[1]，在传统的教学模式中，数字电路课程都是按照上述知识点授课，这样的授课体系由于目标不明确，学生普遍反映数字电路课程内容庞杂、头绪纷乱、枯燥无味、无所适从，因此在学习过程中容易丧失兴趣与信心。而在项目教学中，我们结合数字电路课程实践性强的特点，将整门课程围绕项目展开，根据项目的开发过程来安排授课内容，将数字电路的各个知识点拆开，插入到项目的开发过程中，引导学生边做边学，在实践中学习理论知识。教师不再把知识技能的传递作为教育的唯一目标，或者说不是简单地让学生按照教师的安排和讲授去得到一个结果，而是在教师的指导下，让学生边做边学，把看到的、听到的、手上做的结合起来，通过在数字电路课程中采用项目教学法有效地建立起课堂与生产实践之间的联系。我们在设计项目时，力求教学过程模拟真实的工作过程，体现项目教学法整个过程的真实性，从而使学生的学习更有针对性和实用性。以组合逻辑电路的学习为例，我们针对知识点和学生实际情况提出两个项目：项目一、三人表决器的设计与制作；项目二、抢答器的设计与制作。项目一比项目二容易，涉及的知识点较少，用到学生原有的知识较多，便于学生接受。项目一的主要作用是引入数字电路，让学生对数字电路有一个初步的认识和了解，熟悉数字电路的分析、设计和制作步骤，为项目二的进行打下基础；项目二则是一个综合的组合逻辑电路实例，扩宽了知识面和项目深度。当然，我们还可根据学生的实际情况拓展其他相关的一些项目。学生在项目产品的制作过程中，通过自行设计电路，安装，调试电路，提高运用理论解决实际问题的能力，使每个成员专业知识、专业技能、工作能力和团队精神得到提高和发挥，因此在数字电路课程中实施项目教学法可以更好地完成高职院校的培养目标，提高学生的实践能力和专业技能。

三、Multisim10软件介绍

Muhisim10软件是一种专门用于电子电路设计与仿真的软件，以Windows为操作平台，具有丰富的元件型，可以进行电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入，能够完成仿真和分析功能，适用于模拟/数字电路板的设计[2]。

Multisim10具有以下特点：系统高度集成，界面直观，操作方便；支持模拟电路、数字电路以及模拟/数字混合电路的设计仿真；电路分析手段完备；提供多种输入/输出接口。

四、Multisim10在数字电路项目式教学中的应用

针对高职学生基础薄弱的特点，我们在设计教学项目的时候遵循由简到繁、由易到难的原则，通过分析课程知识和操作技能的要求，并结合学情，确立最合适的项目。在初学时可以用一些比较简单的项目，随着学习的深入，逐步增加项目的复杂度，在保持学生的自信心的基础上，激发学生的兴趣和求知欲。应用Multisim10软件可以经济方便的进行项目开发，很好的支持了数字电路项目式教学。

下面以“四人智力竞赛抢答器电路的设计”为例，介绍在Multisim10软件中如何完成数字电路项目。

1.下达项目教学任务

设计一个四人智力竞赛抢答器电路，要求智力竞赛抢答器电路能识别出4位数据中的第一位到来的数据，而对随后到来的其它数据不再作出响应，至于哪一位数据到来，通过LED指示。

2.学生通过查资料、自学、相互讨论、合作协调，完成

（1）四人智力竞赛抢答器电路设计；

（2）Multism10仿真，验证设计电路的正确性。

在项目的实施过程中，教师一定要把握好指导的尺度，更多地放开手让学生成为项目完成的主体，这样能充分锻炼学生的发散思维，培养其创新能力，并指导学生对项目进行拓展和延伸。

图1是学生设计的四人智力竞赛抢答器电路，通过此仿真电路优化了电路结构，形象地模拟四人抢答，学生学习热情高涨，效果良好。通过实际电路的焊接调试，培养了学生的操作技能。整个过程培养了学生从理论到实际、理论联系实际的能力，实现了理论实践一体化的教学目标.充分调动了学生的学习积极性，大大提高了学生的动手能力。

总之，通过Multisim10仿真，学生不仅明白了设计方法，更清楚了数字电路的功能，加深了对理论的理解，建立起动态、形象、直观的感性认识；所以，在项目实施过程中要求学生设计好电路之后，使用仿真软件进行电路仿真、调试，优化电路结构和参数，可以以得出最佳、最优的电路设计方案。

参考文献

第9篇：简单的电子电路设计范文

关键词：音频；单端信号；差分信号

1 引言

当今各式各样的音频设备层出不穷，附有外部扬声器音频功能的便携设备日趋增多，它们的输出根据配置和驱动的不同而各异。 以往通用的音频接口已经远远不能满足需要，所以急于设计出一个新的音频接口电路已满足不同设备，下面将对于传统接口进行分析，以及新的音频电路设计的必要性及优点。

2 音频接口的种类

根据输出的不同，我们可以区分音频为： 单端信号、差分信号。

例如MP3播放器或手机的输出是单端信号，适合驱动32Ω的听筒扬声器。典型外置扬声器系统的扬声器阻抗是4至8Ω，每个声道可能会有多个扬声器。然而32Ω的驱动器难以驱动这些低阻抗扬声器，也就无法提供足够的音量。

外部扬声器系统因品质、音量及扬声器数目的不同而有所区别，因此通用的放大器将不适于驱动这些扬声器。如MP3播放器的扬声器系统具有耳机插孔输入端，并能支持单端输出的立体声信号。某些新型高端扬声器系统可支持差分信号，为了后向兼容，这些系统也支持单端信号。

由于差分信号是单端信号的两倍，因而单端信号和差分信号将产生不同的音量。人的听力和声音大小的关系符合对数曲线规律，因此就不能采用线性的控制方式(图1)。

图1: 声级和输出功率间特性曲线。注意音量与音频系统输出功率之间并非线性关系。

对于将输入信号放大为相等输出的单端/差分音频放大器来说，有几种方法可以对其进行检测和实现。系统之间的接口连接器应至少有5个引脚才能提供差分信号。两个器件之间的共地连接是必须的。乍看起来，由于信号是直流隔离的，因而交流耦合电容无需与地连接，但实际上这是提供理想噪声性能的需要。

3 检测输入信号方法

在诸多电路中，有两种电路用连接器的一个外部引脚来测试输入信号的直流电平。

一、指定连接器的一个外部引脚很容易，但对于空间狭小的应用来说却不可行。源器件既能使该引脚开路也能使该器件接地。

二、是利用比较器来测试信号的直流电平，看后者是接地的还是差分信号。

以上两种方法的输入信号都必须通过低通滤波器。原始信号必须分离为其直流电平的50%至25%，如果系统在低频、高峰峰值交流信号的差分模式下，这将导致错误的检测结果(图2)。若原始信号的直流电平是地电平的话，这种技术也不能使用。

图2：利用比较器检测差分信号的电路。

4 电路设计

音频电路除上述检测电路外还有第二个部分是音频放大器。该电路的解决方案和所需的声音质量有关。真正的差分输入比进入一个放大器的差分信号能提供更高的声音质量，实际的差分放大器需要一个附加电路将单端信号转换为差分输入。

对音频放大器来说最简单的办法是将信号输入到一个放大器中(图3)。在单端模式下，该差分输入不产生信号，允许不经转换的输入设置于0.5Vcc上，这就是标准的单端输入配置。模拟开关保持在断开状态，以使放大器输出2倍的增益。在差分模式下，模拟开关闭合，增益变为1。因此对不同的输入模式，这两种输入信号都会产生相同的输出信号幅度。

图3：音频放大器的直接实现方法。

第二种实现方法是采用真正的差分放大器来驱动扬声器。这种放大器可提供较好的噪声抑止。与上一方法不同，此时输入音频放大器的信号必须是差分信号。差分信号可利用运算放大器或变压器来实现。

运算放大器的实现方法有利于系统的尺寸，但对平衡输入信号则存在困难(图4)。该运算放大器的增益为-1，以将单端输入信号变成反向信号。模拟开关在输入之间转换以实现音频放大器的输入。这种差分信号可以直接送入音频放大器中。

图4：利用运算放大器产生输入音频放大器中的反向信号。

替代运算放大器产生差分信号的另一个方法是采用1:1的变压器。该变压器可简化电路（图5），但增加了尺寸，特别是高度。需要注意的是，变压器的频率范围必须在系统能够放大的音频信号范围之内。原始的输入信号必须采用交流旁路电容来使直流与地隔离。模拟开关可用来使该放大器的增益在2倍(单端输入)和1倍(差分输入)之间进行转换。

图5：简化的变压器电路。完整的电路还必须包括其它元件来确保原始信号并平衡输入。

5 音量控制

利用标准单向电位器通过几种方法可以实现对音量的控制。如前面所述，旋转旋纽时，具有对数特性的电位器才能产生平滑的音量控制。该电位器可以对电路进行计数，从而产生线性的响应。对于差分输入，单声道系统需要2个电位器，而立体声系统则需要4个电位器。

最简单的方法是在电位器中的输入音频信号和地之间放置一个电阻，滑动端与音频放大器的输入相连接。滑动端的输出与输入信号成比例。如果音频放大器需要大电流输入，则将影响音频放大器的输入电阻比例，因而不会产生期望的增益。当电容与电位器阻抗相关时，会出现其它问题，很可能产生旁路滤波器(在电位器中滤掉某些频率的信号)。

另一个解决方案是在电位器的滑动端增加一个运算放大器(图6)。对于输入端该电路呈现的是电位器的静态阻抗。运算放大器直接驱动音频放大器，因而消除了增益的不同。对该电路来说，由于音频放大器无法真正实现满幅(rail-to-rai)输出，因此电位器不能通过接地来消除输出信号的噪声。

图6A：在电位器中增加运算放大器可解决音频放大器增益的问题。

6 结束语

音频接口设计是个比较复杂的设计，不仅仅需要考虑信号的通用性，而且还需要考虑其通用性。设计者对于传统各种音频设计需要有较深的了解，然后综合这些众多音频设计，总结优缺点，从而设计出满足人们需要的，通用性强的音频设计。

参考文献：