分析自制模拟电子技术实验PCB开发板的设计

吴丹

(大连电子学校，辽宁大连，116101)

0 引言

针对基础课程的设置十分关键，模拟电子技术课程，属于电子类专业当中非常关键的一门基础专业课程，能够为学生的基础学习起到良好的帮助作用，有着承上启下的效果，且具备的实践性非常强。所以，针对教学活动的开展，需要注重其中的实验教学环节，教师需要在人才培养当中，始终贯穿实践教学内容，将实践能力的培养进行突出。但结合当前的教学情况来说，目前实验教学工作的开展，存在的问题包括：实验室器材出现了损坏，大部分器材有所老化，而且实验项目开发也存在一些问题。但是，通过自主设计PCB 实验电路板，属于开发实验类型，不但能够实现因材施教的目标，还能将学生的调适能力训练以及测试能力训练加大，使学生具备的工匠精神更加严谨，强化创新思维，对知识的运用能力也会加强。

1 总体设计

1.1 PCB 板整体设计选择

首先，需要将PCB 板进行划分，使其成为不同的开发板，利用这样的模式，对于学生综合能力的训练会更有帮助。此外，由于生源具备多样化特征，利用若干块小的PCB 开发板，可以将教学进行分级。针对学习能力一般的学生，可以通过基本任务版的装调，帮助其完成相应的实验任务，学生完成之后会产生相应的成就感，进而唤起更强的学习探究兴趣。而高级任务板，可以由学习能力较强的学生完成，并在此基础之上，将基本版以外的扩展板实验完成，以便对综合电路当中的单元电路的功能有更加深入的理解和探究[1]。

1.2 整合以及实现实验内容

针对电子技术实验的有效模拟，通过分立元件实验，需要使用二极管以及三极管。集成元件，便是对运放单元进行集成，所以在实验开展过程中，先挑选三极管，将其构成放大电路，应用二极管对电路进行整流，使其成为核心电路，并借助其他电路进行辅助，如：共集放大电路以及差分放大电路，以便各个电路具备的功能性更强，有益于学生进一步理解和掌握知识点。为了使学生对于电子电路知识的理解更加深入，可以在PCB 电路板顶层对电子元件进行设置，其中底层属于PCB 焊接线。电路板对低压安全供电进行了使用，使得实验过程更加安全。结合具体的制板工艺提出的要求和标准，需要将电路之间存在的干扰尽量减少，教师对各个电路模块开展的设计，还需要结合院校具有的实验设备以及相应的工具，综合开发，并对其中存在的困难以及系统产生的干扰给予克服[2]。

2 PCB 板制作

本次研究当中，对于PCB 板的制作，将分步骤实施，实验内容为单管放大电路。

2.1 仿真测试

借助Multisim 仿真软件，对电路实施设计，将其中的电阻值改变，并对三级管当中的各级电压进行测试，明确实际工作情况，对基级偏置电阻进行调节。其中，将mV 级正弦交流小信号进行输入，输出端会有获取到最大不失真波形[3]。之后，对该阶段每一点的电压、输入以及输出的电流值进行测试。在不对参数有任何改变的前提下，把电阻、电容、输入信号以及输出信号进行调节，并通过虚拟设备函数信号发生器、双踪示波器，对输入以及输出波形进行观测，一直调节测试到正常状态，进而对仿真设计电路和测试工作的完成给予保障。

2.2 设计原理图

对于原理图开展的设计工作，需要对Atium Designer 15 进行应用，便可设计出单管放大电路原理图。在具体设计过程中，因为会对输人端、电源端等进行接插，并且会反复进行，所以要对这一情况综合考虑，由于有较高的利用率，所以在设计当中，要设计较多的接口。

设计图的设计内容为：左侧为入口，右侧为输出，上面为正极，下面为负极。输入端设计了3 个接口，输出端设计的接口也为3 个。在电源端，对2 个接口进行了设计。在公共地端，对5 个接口进行了设计。此外，对于开关的设置也比计较多，这对于等级试验的开展，提供了更多的便利[4]。

（1）单刀双掷开关S1 的设置，最重要的功能便是对有无内阻Ri:2 和1 之间的连接进行切换，之后与1KΩ 的输入电阻做好连接；2和3之间的连接，并不会经过相应的输入电阻，可把输入信号直接传送给输人端。

（2）单刀双掷开关S2 的设置，最重要的功能便是对有无电流串联负反馈:2 和1 之间的连接进行切换，之后与100Ω的电流串联负反馈电阻做好连接；2 和3 之间的连接，并不会产生任何的负反馈，其中，RE 属于1100Ω 电阻。

（3）单刀双掷开关S3 的设置，最重要的功能便是对有无电压并联负反馈:2 和1 之间的连接进行切换，之后与10KΩ的电压并联负反馈电阻做好连接；2 和3 之间的连接，并不会产生任何的负反馈[5]。

（4）单刀双掷开关S4 的设置，最重要的功能便是将是否进行负载的测试选择：2 接3 输出。具体来说便是开展相应的待载测试，其中3.3KΩ 便是负载电阻；2 接1，便是对空载测试的开展，其中，RL=∞。

其中三极管属于非常关键的核心元件，可应用实验室经常使用的三极管型号，例如NPN 型三极管S9013；电位器的挑选，为使用最普遍的三端可调电位器，而电容的挑选，使用了实验室当中经常使用的电解电容。电位器在这一阶段产生的突出作用便是，将最理想的静态工作点调节出来，从而对最大不失真输出效果给予保障。为了使静态工作点具备的稳定性更加突出，可对分压偏置式共射放大电路进行使用，从而对单管共射放大电路当中的基本单元进行有效构建。

3 设计PCB 板

在设计原理图的工作内容完成之后，需要对PCB 文件进行构建。本次对于PCB 板尺寸的规划设计，具体为：60mm×35mm，将工程信息正式导入之后，有效果生成，便可以开始执行工作。完成布局任务，需要对布线开展设置，在规划布线设置内容当中，为了对学生的实验开展提供更多的便利，可以设计单面板PCB，将元器件插接在元件面当中，将电路在界面当中进行连接。此外，所有的元件都对THT 型插接型元器件进行了应用，这是因为会使实验操作更加方便[6]。

在实验开展过程中会有相应的干扰，为了将实验抗干扰性增强，针对焊盘设计了补泪滴，并且敷铜的设计也有所改变，使其构成了底层接地敷铜。

在对S9013 进行应用时，当其型号面向学生，从左侧一直到右侧，具体为：e 级，b 级以及c 级。封装内容的完成，要结合实物开展，焊盘号一定要对应好元件管脚号，以便能够对电路连接关系的精准性给予保障。此外，还需要对输入、输出端、电源以及接地端进行标注，为了使后期开展的检修工作更加便捷，还需要标注好各个元件的编号以及正极。此外，还要利用丝印层标注好管脚号。其中需要注意的内容为，在PCB板当中，标注之后的颜色显示为白色。

对于单管放大电路实验的开展，最基础的一项任务内容便是，将分压偏置式共射放大电路进行装调。其中设置的分级任务具体为：其一，对偏置式共射放大电路进行固定；其二，对该放大电路进行分压；其三，对该放大电路进行负反馈。

在实验教学当中对于PCB 板的使用，由于会设置非常多的接口，在对多个接口进行考量和分析之后，在输入端、输出端以及电源接入端，对较多的插针进行了应用，大概各端口会对5 个插针进行应用，并对一定数量的接口进行了预留，这样能够将重复性接口出现的容易损坏问题进行解决。针对元件管脚街口，对单排母座进行了应用，金属接口对多次插接提供了便利，使得反复使用率有非常大的提升。

4 结语

对于前期设计内容的开展，还需要后续对其不断的改善和总结，以便加以修改。针对后期设计内容的实施，为使实验搭建更加便捷，会将4 个安装孔设计在4 个顶点当中，并通过螺丝加以固定，这样立在实验台上，对学生开展实验操作训练以及技能培养会更有帮助。在设计过程中，选择相应实物封装以及设计PCB 板，是需要关注的重点内容之一，将相对应的问题加以解决，是设计PCB 以及制作的重点内容。其中，对学生设计PCB 实验提供更多的方便，也是最根本的出发点，需要对各接口可能会产生的折损率充分考量，做好全面试用，以便可以使之后的设计实验得到完善和提升。