电子电路设计常用调试方法与步骤

2021-11-21王青

电子制作 2021年4期

王青

（溧阳市天目湖中等专业学校，江苏溧阳，213300）

0 引言

随着社会的发展和科技的进步，我国的电子设备市场在不断扩大，电子电路的研发和设计也在不断更新，好的产品不仅设计精巧，功能明确，更加注重的是安全性、实用性和稳定性。如何设计出能用于生产实际的电子电路，这需要经过严格的检测，使得理论能够联系实际，这就是电子电路的调试步骤。

1 电子电路设计的基本原则和步骤

了解电子电路设计的基本原则是进行调试的前提，同时，对于一个成功的电子电路元件，进行调试也是一个验证的过程。因此，在对其调试方法和步骤研讨之前，有必要对其设计的原则和步骤进行介绍。

■1.1 基本原则

电子电路设计的思路应该满足从整体到具体的思维框架，即从宏观角度了解设计元件所要达到的目标或功能，再对所能实现其功能的组成部分逐个分析达到的条件和组装依据，从而完成其设计方案。在这一系列过程中需要满足一些通用的原则。

第一，需要满足功能性原则。不论如何复杂的电子电路设备，具备的所有功能其实是每一个单独元件的功能集合，也即将复杂的整体电路单独拆分后，每一个元件都要满足各自独立的功能，因此，在对电子电路分析的过程中，首先要认识和发现每一个组成元件的功能，确认功能完善，才能进行下一步的整体连接形成系统。

第二，满足整体性原则。上文已述，一个电子电路要实现某种功能，必然是单独电子元器件的功能集合，但每一个电子元器件所实现的功能有限，因此，将所有电子元器件系统的连接在一起，实现某种功能的拓展和集合，才是一个完整的电子电路。

第三，满足可靠性原则。电子电路是一台设备的核心部件，其作用关系到整台机器的正常运行。因此，设计出的电子电路必须是具备一定的可靠性，即在一个寿命周期内在正常运行的条件下故障率要达标。因此，在设计电子电路时，不仅要实现目标功能，还要满足诸如材料要求、工艺要求、型号匹配程度、保护设置等，另外，还要考虑软件运行的可靠性，最终，实现电子电路可靠性的原则。

第四，满足最优化原则。越是可靠性高的电子电路，其构成很可能十分紧凑和协调，甚至其构成可能十分简单，这与设计人员的设计思维紧密相关。这需要在设计过程中不断总结和提高。另外，最优化的电子电路其性价比也更高，因为在空间上、材料上可能更节省，因此，电子电路的发展必然要趋向于更优化的原则。

■1.2 电子电路设计的基本步骤

对电子电路设计的基本步骤进行了解，这有助于我们更好的掌握调试步骤，特别是调试过程中发生的问题能够更好地进行分析。

首先，分析设计课题，确定功能目标。当我们拿到一个电子电路的设计课题后，要对设计的所有的要求和原则进行梳理和分析，主要有功能要求、可靠性要求、使用寿命、成本，包括使用的安全性等。

其次，确定整体设计方案。这需要明确设计的核心功能，给本次设计的电子电路一个明确的功能定位，再根据其附属的功能要求选择不同的电子元器件，确定所有元器件都能满足要求了，采取合理的系统设计方案，往往一个电子电路的设计方案有数十种，这就要根据上文中的最优化原则进行选择，最终确定一种满足所有设计原则的设计方案。

再次，电子电路的设计。这主要是在整体方案构想完成后，对单元电路的功能进行连接组合的过程，在这个过程中，要满足其整体性的要求，即将电子元器件有机组合的问题，其结果就是对电路图纸的绘制过程。

最后，电路试制与检验。电路图绘制定稿后，就可以进行电路的试纸，采用电路板、电子元器件进行有效的焊接。完毕后，包括进行简单的测试，最终，采用通电调试的方法进行检测，确定是否需要修改和完善。

2 电子电路设计常用的调试方法

通过上文中对设计的原则和步骤简单的介绍可知，电子电路从试制完成后就要进行调试。

■2.1 调试仪器介绍

最常用的调试仪器有万用表、示波器、信号发生器等。其中万用表具有测试交流、直流的电压、电阻，以及二极管的极性和阻值的测试。示波器则可以在测试过程中对信号幅值、频率、初相角及波形进行监视测量，其灵敏度非常高，是最常用的电子电路检测仪器。而信号发生器则是模拟电子电路功能检测输入设备之一，能够代替设备实际运行时产生特殊的信号，从而完成电子电路的动态检测。

■2.2 调试方法

在实施调试之前，需要对调试方法进行选择。常用的电子电路设计调试方法有两种，分别是分块调试法和整体调试法。下面对这两种方法进行分析。

（1）分块调试法。电子电路虽然是一个高度集成的系统设备，但其组成是由不同的具备单元功能的模块。因此，对于较大电路的设计制造，往往每完成一个具备单元功能的模块后就进行调试检测，这样可以在制造过程中就发现设计或制造的不足，便于改正和完善。这也同样节约了工期。另外，对于一些可以划分单元功能模块功能的电子电路系统，在整体试制完成后，也同样可以进行分块调试法，这样可以便于发现每一个模块的功能作用，同样有助于发现问题。对于一些通过整体调试法调试完成发现问题的，也需要通过分块调试法来查找电路中的问题。因此，分块调试法在教复杂且可以划分功能模块的电路中应用比较普遍，当然，这种测试相对来说比较耗费时间。

（2）整体调试法。整体调试法应用于比较简单的或者无法划分功能模块的整体电子电路的调试。另外，对于比较复杂的电子电路在采用分块调试法调试完毕后，一般也会用整体调试法总体进行一次调试，以期达到完整功能的检验步骤，这种检测方法效率较高。

3 电子电路设计调试步骤

电子电路在正式调试开始前要做好各项准备工作，相关的技术文件，这包括设计课题文件、设计要求、设计图纸、材料明细表、元器件设备明细表、说明书等，要充分理解设计意图和相关要求。然后按照设备参数准备好相匹配的仪器仪表和工器具，并对测试仪器的误差进行仔细的核算检查。再对调试环境进行检查，确保调试过程中仪器的干扰在可控范围内，最后对安全情况，如设备保护接地情况、防漏电情况等进行检查，确保设备安全、人身安全可以得到保证。上述准备工作完毕后，可以正式开始调试。

（1）线路检查。开展线路检查主要是两个方面。第一，是对电路板的直观性检查，主要是发现电子电路的连接是否按图施工，有没有明显的错误连接和漏接情况，以及明显的焊接或插拔连接缺陷等。在进行直观性检查时，为避免漏查，可以边查边在图纸上做标记的方式进行。第二，对脚管等连接以及细密部件的检查，这需要运用放大镜进行查看，用万用表等逐个进行测量，确保所有脚管位置正确，同样，这种检查也需要根据图纸逐个核对。

（2）通电检查。通电检查是对电路运行安全性的重要检查步骤。一般在通电检查前，不会加入信号及功能检测，而是单纯对电路施加运行电压，查看在此电压下电路的安全性和稳定性。在施加电压时，要对电源有保护性措施，即漏电开关等。通电后，逐步开通电路中的开关电路，每级开通时，要有时间间隔，通过触摸电路板查看发热情况，观察是否存在冒烟的情况。正常的可靠性高的电路板不会出现超过正常温度的情况，更不会出现冒烟情况，一旦出现这种情况，要立即断开电源，详细进行检查，一般出现问题的地方必然是发热量较大或冒烟的节点。另外，还要通过气味进行判断，正常的电路板在通电初期，会出现少许的焦味，但不会剧烈，且经过短暂的运行后，气味会慢慢变淡，因此要合理的区分和观察。另外，针对电路板的过载能力也同样要进行测试，在设计负载过载的幅值和时间指标范围内，对电压源进行调节，且在此过程中通过观察电路板的情况来判定电路板的过载能力。

（3）功能测试。功能测试是对电路板的目标功能实现情况的主要检查步骤之一，但仍然不需要投入信号源。因为功能测试步骤主要检测电路板的静态工作参数值。查看在静态工作条件下，其数值是否存在偏差。这主要是应用于检测信号放大器的功能参数是否正常，各单元部件输出参数是否在指标范围内，需要使用万用表、示波器进行检查电压和电流的幅值、初相角及频率、波形是否满足设计要求，逻辑关系是否正确等。

（4）指标检测。通过上述步骤后，基本判定了电子电路的安全性和稳定性，这时候就需要对电子电路能够实现的目标功能进行详细检测。这需要加入信号输出设备，通过输入一定的幅值、波形等信号，让电子电路实现其应有的功能。这种功能要达到在设备正常运行时的动态信号条件下的运行功能。特别是关键核心部件的参数测试，必须包含设计全部功能的边缘值得测试。采用上文讲述的分块测试法和整体测试法，对单元模块或整体进行完整的功能测试。