电路设计方法与技巧_电路设计顺序
电路是电流所流经的路径,或称电子回路，是由电气设备和元器件（用电器），按一定方式联接起来。如电阻、电容、电感、二极管、三极管、电源和开关等，构成的网络。
电路规模的大小，可以相差很大，小到硅片上的集成电路，大到高低压输电网。在电路输入端加上电源使输入端产生电势差，电路连通时即可工作。电流的存在可以通过一些仪器测试出来，如电压表或电流表偏转、灯泡发光等；按照流过的电流性质，一般把它分为两种：直流电通过的电路称为“直流电路”，交流电通过的电路称为“交流电路”。而根据所处理信号的不同，电子电路又可以分为模拟电路和数字电路。.
一.电路的组成
电路由电源、开关、连接导线和用电器四大部分组成。实际应用的电路都比较复杂，因此，为了便于分析电路的实质，通常用符号表示组成电路实际原件及其连接线，即画成所谓电路图。其中导线和辅助设备合称为中间环节。
电源是提供电能的设备。电源的功能是把非电能转变成电能。例如，电池是把化学能转变成电能；发电机是把机械能转变成电能。由于非电能的种类很多，转变成电能的方式也很多。电源分为电压源与电流源两种，只允许同等大小的电压源并联，同样也只允许同等大小的电流源串联，电压源不能短路，电流源不能断路。
在电路中使用电能的各种设备统称为负载。负载的功能是把电能转变为其他形式能。例如，电炉把电能转变为热能；电动机把电能转变为机械能等。通常使用的照明器具、家用电器、机床等都可称为负载。
连接导线用来把电源、负载和其他辅助设备连接成一个闭合回路，起着传输电能的作用。
电路辅助设备：辅助设备是用来实现对电路的控制、分配、保护及测量等作用的。辅助设备包括各种开关、熔断器、电流表、电压表及测量仪表等。
二.电路中常用的物理量与重要定律
电路的作用是进行电能与其它形式的能量之间的相互转换。因此，用一些物理量来表示电路的状态及各部分之间能量转换的相互关系。
电流的含义
电流在实用上有两个含义：第一，电流表示一种物理现象，即电荷有规则的运动就形成电流。第二，本来，电流的大小用电流强度来表示，而电流强度是指在单位时间内通过导体截面积的电荷量，其单位是安培（库/秒），简称安，用大写字母A表示。但电流强度平时人们多简称电流。所以电流又代表一个物理量，这是电流的第二个含义。
电流的方向
电流的真实方向和正方向是两个不同的概念，不能混淆。
习惯上总是把正电荷运动的方向，作为电流的方向，这就是电流的实际方向或真实方向，它是客观存在，不能任意选择，在简单电路中，电流的实际方向能通过电源或电压的极性很容易地确定下来。
但是，在复杂直流电路中，某一段电路里的电流真实方向很难预先确定，在交流电路中，电流的大小和方向都是随时间变化的。这时，为了分析和计算电路的需要，引入了电流参考方向的概念，参考方向又叫假定正方向，简称正方向。
所谓正方向，就是在一段电路里，在电流两种可能的真实方向中，任意选择一个作为参考方向（即假定正方向）。当实际的电流方向与假定的正方向相同时，电流是正值；当实际的电流方向与假定正方向相反时，电流就是负值。
换一个角度看，对于同一电路，可以因选取的正方向不同而有不比较电压和电位的概念可以看出，电场中某点的电位就是该点到参考点之间的电压，电位是电压的一个特殊形式同的表示，它可能是正值或者是负值。要特别指出的是，电路中电流的正方向一经确定，在整个分析与计算的过程中必须以此为准，不允许再更改。
从数值上看，AB两点之间的电压是电场力把单位正电荷从A点移动到B点时所做的功；而电场中某点的电位等于电场力将单位正电荷自该点移动到参考点所做的功。。对于电位来说，参考点是至关重要的。在同一电路中，当选定不同的参考点，同一点的电位数值是不同的。
原则上说，参考点可以任意选定。在电工领域，通常选电路里的接地点为参考点，在电子电路里，常取机壳为参考点。
在实际应用时，仅知道两点间的电压往往不够，还要求知道这两点中哪一点电位高，哪一点电位低。例如，对于半导体二极管来说，还有其阳极电位高于阴极电位时才导通；对于直流电动机来说，绕组两端的电位高低不同，电动机的转动方向可能是不同的。由于实际使用的需要，要求我们引入电压的极性，即方向问题。
电路中因其他形式的能量转换为电能所引起的电位差，叫做电动势。用字母E表示，单位是伏特。在电路中，电动势常用符号δ表示。
在物理学中，用电功率表示消耗电能的快慢．电功率用P表示，它的单位是瓦特，简称瓦，符号是W．电流在单位时间内做的功叫做电功率 以灯泡为例，电功率越大，灯泡越亮。灯泡的亮暗由实际电功率决定，不用所通过的电流、电压、电能、电阻决定！
电路中的重要定律
欧姆定律：在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比，基本公式是I=U/R（电流=电压/电阻）
诺顿定理：任何由电压源与电阻构成的两端网络, 总可以等效为一个理想电流源与一个电阻的并联网络。
戴维宁定理：任何由电压源与电阻构成的两端网络, 总可以等效为一个理想电压源与一个电阻的串联网络。
分析包含非线性器件的电路，则需要一些更复杂的定律。实际电路设计中，电路分析更多的通过计算机分析模拟来完成。
它是线性元件的一个重要定理。在线性电阻中，某处电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时，在该处分别产生的电压或电流的叠加。
对于一个具有n个结点和b条支路的电路，假设各条支路电流和支路电压取关联参考方向，并令（i1,i2,···,ib）、（u1,u2,···,ub）分别为b条支路的电流和电压，则对于任何时间t，有i1*u1+i2*u2+···+ib*ub=0。
在对偶电路中，某些元素之间的关系（或方程）可以通过对偶元素的互换而相互转换。对偶的内容包括：电路的拓扑结构、电路变量、电路元件、一些电路的公式（或方程）甚至定理。
所有的电路在工作时，每一个元件或线路都会有能量的工作运用，即电能运用，而所有电路里的电能工作运用即称为电路功率。
电路或电路元件的功率定义为：【功率=电压*电流（P=I*V）】。
自然界里能量不会消灭，固有一定律【能量守恒定律】。
电路总功率=电路功率+各电路元件功率。例如：【电源（I*V）=电路（I*V）+ 各元件（I*V）】
在电路中的能量有时会变为热能或辐射能等其他能量流失到空气中，这就是电路或电路元件会发热的原因，不会全部形成电能于电路中，有【总能量=电能+热能+辐射能+其他能量】。
三.电路的设计
①设计的思路（来源于电子发烧友网）
设计电路思路特别重要，那么思路又是如何得来的呢？每当我们看到一个比较复杂的电路时，首先想到的是别人是如何把这么复杂的电路设计出来的？为什么我不能？我怎么才能够设计呢？
从大的方面讲一般我们分三步走：
第一步，先学会看别人的电路；
第二步，学会根据自己的需要修改别人的电路；
第三步，自己独立设计电路。
具体方法如下：其实任何一个复杂的电路都是由一个个小的电路模块组成的。
首先，我们先把一个小的单元电路搞懂，而这个单元电路又是由一个个元器件组成的，所以我们先把这个单元电路中元器件弄通，而掌握这些元器件无非是电流、电压、功率、工作条件等这几个参数；
然后把这些器件放在一个单元单元电路中根据前面说的那几个参数分析他们在电路中的作用。然后一定要多动手，建议大家把每个元器件都要换个参数测试一下，而且每次只能更换一个元器件，观看电路有什么变化，思考为什么会有这样的变化，然后逐渐更换所有元器件，重复以上，这样你会对电路中的这些元器件有了很深刻的感悟，而且动手做过的东西你不会忘记的。这样对你积累经验十分有帮助。
其次，把两个单元电路进行联调，观察调试过程出现的问题，直至调通。最后把多个单元电路进行联调，直至调通。这样由简单到复杂循序渐进地学习和掌握电路设计经验，而这些经验作为数据库会存进你的大脑，以后你在设计电路时需要什么电路你大脑就会立即跳出来你曾经做过的这些电路，让你电路设计起来特别轻松，游刃有余。
②电子电路设计的一般方法与步骤（来源于360图书馆）
一、总体方案的设计与选择
1.方案原理的构想
(1)提出原理方案
一个复杂的系统需要进行原理方案的构思，也就是用什么原理来实现系统要求。因此，应对课题的任务、要求和条件进行仔细的分析与研究，找出其关键问题是什么，然后根据此关键问题提出实现的原理与方法，并画出其原理框图（即提出原理方案）。提出原理方案关系到设计全局，应广泛收集与查阅有关资料，广开思路,开动脑筋,利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，以便作出更合理的选择。所提方案必须对关键部分的可行性进行讨论，一般应通过试验加以确认。
(2)原理方案的比较选择
原理方案提出后，必须对所提出的几种方案进行分析比较。在详细的总体方案尚未完成之前,只能就原理方案的简单与复杂，方案实现的难易程度进行分析比较，并作出初步的选择。如果有两种方案难以敲定，那么可对两种方案都进行后续阶段设计，直到得出两种方案的总体电路图,然后就性能、成本、体积等方面进行分析比较，才能最后确定下来。
2.总体方案的确定
原理方案选定以后，便可着手进行总体方案的确定，原理方案只着眼于方案的原理，不涉及方案的许多细节，因此，原理方案框图中的每个框图也只是原理性的、粗略的，它可能由一个单元电路构成，亦可能由许多单元电路构成。为了把总体方案确定下来，必须把每一个框图进一步分解成若干个小框，每个小框为一个较简单的单元电路。当然，每个框图不宜分得太细，亦不能分得太粗，太细对选择不同的单元电路或器件带来不利，并使单元电路之间的相互连接复杂化；但太粗将使单元电路本身功能过于复杂，不好进行设计或选择。总之,应从单元电路和单元之间连接的设计与选择出发，恰当地分解框图。
二、单元电路的设计与选择
1.单元电路结构形式的选择与设计
按已确定的总体方案框图，对各功能框分别设计或选择出满足其要求的单元电路。因此，必须根据系统要求，明确功能框对单元电路的技术要求，必要时应详细拟定出单元电路的性能指标，然后进行单元电路结构形式的选择或设计。
满足功能框要求的单元电路可能不止一个，因此必须进行分析比较，择优选择。
2.元器件的选择
(1)元器件选择的一般原则
元器件的品种规格十分繁多，性能、价格和体积各异，而且新品种不断涌现，这就需要我们经常关心元器件信息和新动向，多查阅器件手册和有关的科技资料，尤其要熟悉一些常用的元器件型号、性能和价格，(https://www.dgzj.com/ 版权所有)这对单元电路和总体电路设计极为有利。选择什么样的元器件最合适，需要进行分析比较。首先应考虑满足单元电路对元器件性能指标的要求，其次是考虑价格、货源和元器件体积等方面的要求。
(2)集成电路与分立元件电路的选择问题
随着微电子技术的飞速发展，各种集成电路大量涌现，集成电路的应用越来越广泛。今天，一块集成电路常常就是具有一定功能的单元电路，它的性能、体积、成本、安装调试和维修等方面一般都优于由分立元件构成的单元电路。
优先选用集成电路不等于什么场合都一定要用集成电路。在某些特殊情况，如：在高频、宽频带、高电压、大电流等场合，集成电路往往还不能适应，有时仍需采用分立元件。另外，对一些功能十分简单的电路，往往只需一只三极管或一只二极管就能解决问题，就不必选用集成电路。
(3) 怎样选择集成电路
集成电路的品种很多，总的可分为模拟集成电路、数字集成电路和模数混合集成电路等三大类。按功能分，模拟集成电路有：集成运算放大器、比较器、模拟乘法器、集成功率放大器、集成稳压器，集成函数发生器以及其他专用模拟集成电路等；数字集成电路有:集成门、驱动器、译码器/编码器、数据选择器、触发器、寄存器、计数器、存储器、微处理器、可编程器件等；混合集成电路有：定时器、A/D、D/A转换器、锁相环等。
按集成电路中有源器件的性质又可分为双极型和单极型两种集成电路。同一功能的集成电路可以是双极型的，亦可以是单极型的。双极型与单极型集成电路在性能上的主要差别是:双极型器件工作频率高、功耗大、温度特性差、输入电阻小等，而单极型器件正好相反。至于采用哪一种，这要由单元电路所要求的性能指标来决定。
数字集成电路有：双极型的TTL、ECL和I2L等，单极型的CMOS、NMOS和动态MOS等。选择集成电路的关键因素主要包括性能指标、工作条件、性能价格比等，集成电路选择流程如下图所示：
集成电路选择的流程
三、单元电路之间的级联设计
各单元电路确定以后，还要认真仔细地考虑他们之间的级联问题，如：电气特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合，以及相互干扰等问题。
1. 电气性能相互匹配问题
关于单元电路之间电气性能相互匹配的问题主要有：阻抗匹配、线性范围匹配、负载能力匹配、高低电平匹配等。前两 个问题是模拟单元电路之间的匹配问题，最后一个问题是数字单元电路之间的匹配问题。而第三个问题(负载能力匹配)是两种电路都必须考虑的问题。从提高放大倍数和负载能力考虑，希望后一级的输入电阻要大,前一级的输出电阻要小,但从改善频率响应角度考虑，则要求后一级的输入电阻要小。
对于线性范围匹配问题，这涉及到前后级单元电路中信号的动态范围。显然，为保证信号不失真地放大则要求后一级单元电路的动态范围大于前级。
负载能力的匹配实际上是前一级单元电路能否正常驱动后一级的问题。这在各级之间均有，但特别突出的是在后一级单 元电路中，因为末级电路往往需要驱动执行机构。如果驱动能力不够，则应增加一级功率驱动单元。在模拟电路里，如对驱 动能力要求不高，可采用运放构成的电压跟随器，否则需采用功率集成电路，或互补对称输出电路。在数字电路里，则采用达林顿驱动器、单管射极跟随器或单管反向器。电平匹配问题在数字电路中经常遇到。若高低电平不匹配，则不能保证正常的逻辑功能，为此，必须增加电平转换电路。尤其是CMOS集成电路与TTL集成电路之间的连接，当两者的工作电源不同时(如CMOS为+15V,TTL为+5V）,此时两者之间必须加电平转换电路。
2.信号耦合方式
常见的单元电路之间的信号耦合方式有四种：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。
(1)直接耦合方式
直接耦合是上一级单元电路的输出直接（或通过电阻）与下一级单元电路的输入相连接。这种耦合方式最简单，它可把上一级输出的任何波形的信号（正弦信号和非正弦信号）送到下一级单元电路。但是，这种耦合方式在静态情况下，存在两个单元电路的相互影响。在电路分析与计算时，必须加以考虑。
(2)阻容耦合方式
14.1.2 阻容耦合传递脉冲信号
(3)变压器耦合方式
(4)光电耦合方式
光电耦合方式是一种常用的方式，其主要是通过光电信号的转换变成信号的传输，以达到前后级隔离的目的。
3.时序配合
单元电路之间信号作用的时序在数字系统中是非常重要的。哪个信号作用在前，哪个信号作用在后，以及作用时间长短等，都是根据系统正常工作的要求而决定的。换句话说，一个数字系统有一个固定的时序。时序配合错乱，将导致系统工作失常。
时序配合是一个十分复杂的问题，为确定每个系统所需的时序，必须对该系统中各个单元电路的信号关系进行仔细的分析，画出各信号的波形关系图——时序图，确定出保证系统正常工作下的信号时序，然后提出实现该时序的措施。
四、画出总体电路草图
单元电路和它们之间连接关系确定后，就可以进行总体电路图的绘制。总体电路图是电子电路设计的结晶，是重要的设计文件，它不仅仅是电路安装和电路板制作等工艺设计的主要依据，而且是电路试验和维修时不可缺少的文件。总体电路涉及的方面和问题很多，不可能一次就把它画好，因为尚未通过试验的检验，所以不能算是正式的总体电路图，而只能是一个总体电路草图。
对画出总体电路图的要求是：能清晰公整地反映出电路的组成、工作原理、各部分之间的关系以及各种信号的流向。因此，图纸的布局、图形符号、文字标准等都应规范统一。
五、总体电路试验
由于电子元器件品种繁多且性能分散，电子电路设计与计算中又采用工程估算，再加之设计中要考虑的因素相当多，所以，设计出的电路难免会存在这样或那样的问题，甚至差错。实践是检验设计正确与否的唯一标准，任何一个电子电路都必须通过试验检验，未能经过试验的电子电路不能算是成功的电子电路。通过试验可以发现问题，分析问题，找出解决问题的措施，从而修改和完善电子电路设计。只有通过试验,证明电路性能全部达到设计的要求后，才能画出正式的总体电路图。
电子电路试验应注意以下几点：
1.审图。电子电路组装前应对总体电路草图全面审查一遍。尽早发现草图中存在的问题，以避免实验中出现过多反复或重大事故。
2.电子电路组装。一般先在面包板上采用插接方式组装，或在多功能印刷板上采用焊接方式组装。有条件时亦可试制印刷板后焊接组装。
3.选用合适的试验设备。一般电子电路试验必备的设备有：直流稳压电源、万用表、信号源、双踪示波器等，其他专用测试设备视具体电路要求而定。
4.试验步骤：先局部，后整体。即先对每个单元电路进行试验，重点是主电路的单元电路试验。可以先易后难，亦可依次进行，视具体情况而定。调整后再逐步扩展到整体电路。只有整体电路调试通过后，才能进行性能指标测试。性能指标测试合格才算试验完结。
六、绘制正式的总体电路图
经过总体电路试验后，可知总体电路的组成是否合理及各单元电路是否合适，各单元电路之间联结按是否正确，元器件参数是否需要调整，是否存在故障隐患，以及解决问题的措施，从而为修改和完善总体电路提供可靠的依据。画正式总体电路应注意的几点与画草图一样，只不过要求更严格，更工整。一切都应按制图标准绘图。
