1.2.2 数字电路的安装与调试

数字电路实物实验通常基于实验箱或者面包板实施，本书介绍以面包板为基础的电子电路的装配方法，以及调试和故障检测方法，掌握了基于面包板的安装与调试，基于实验箱的安装与调试就更简单了。

1.电路的安装

（1）面包板结构

实验底板由许多小方孔的塑料板组合而成，专为电子电路的无焊接实验设计制造，常称之为面包板（Bread Board）。由于各种电子元器件可根据需要随意插拔，免去了焊接，节省了电路的组装时间，而且元器件可以重复使用，非常适合电子电路的组装、调试和训练。实验用的面包板，一般每块板子上面有3～4个插板单元，装配在一个硬质塑胶底板上，如图1-7所示。

每个插板单元的结构如图1-8所示。插板单元中央有一个长凹槽，凹槽两边各有60×5个插孔。纵向的每5个插孔为一组，5个孔中有金属簧片连通，相邻的纵向两组插孔之间互相不通。面包板的上、下各有一条10×5的小插孔，每5个孔为一组，每组内紧邻的5个孔是相通的，一条里面的10组孔可能是全部接通的，也可能是按“3组-4组-3组”或者“5组-5组”的排布方式部分接通的，使用的时候需要测试确定，才能保证连线正确。上、下这两条10×5的小插孔可用作电源线和地线的插孔。

（2）元器件的安装

元器件的标志方向应按照图纸规定的要求，安装后能看清元器件上的标志，若装配图上没有指明方向，则应使标记向外易于辨认，并按从左到右、从上到下的顺序读出。元器件的极性不得装错，安装高度应符合规定要求，同一规格的元器件应尽量安装在同一高度上。安装顺序一般为先低后高，先轻后重，先易后难，先一般元器件后特殊元器件。

集成电路引脚必须插在面包板中央凹槽两边的孔中，插入时所有引脚应稍向外偏，使引脚与插孔中的簧片接触良好。所有集成电路的方向要一致，缺口朝左，如图1-9所示。集成电路在插拔时要受力均匀，以免引脚弯曲或断裂。

（3）正确合理布线

一般选直径为0.6mm的单股导线，长度适当。先将两头绝缘皮剥去7～8mm，然后把导线两头弯成直角，用镊子夹住导线，垂直插入相应孔中，如图1-9所示。接头处剥出的铜线长度必须合适，因为铜线太长，容易与其他铜线或导电部分接触引起短路；铜线太短，也会因插入插孔部分太少，与面包板内部铜簧片接触不良而不导通。一般导线剥头的长度比面包板厚度略短，转弯处留约1mm绝缘层。绝缘层保留太长可能会导致绝缘层插入导电孔而使电路无法导通。

在面包板上完成电路，必须注意以下几个基本原则和技巧。

1）为避免或减少故障，面包板上的电路布局和布线必须合理、美观。通常要求布局尽量紧凑，信号流向尽量合理，布局尽可能与原理图近似。集成块和晶体管的布局，一般按主电路信号流向的顺序在一小块面包板上直线排列，各级元器件围绕各级的集成块或晶体管布置，各元器件之间的距离应视周围元器件多少而定。第一级的输入线与末级的输出线、高频线与低频线要远离，以免形成空间交叉耦合，尤其在高频电路中，元器件插脚和连线应尽量短而直，以免分布参数影响电路性能。电源区使用尽量清晰，在搭接电路之前，先将电源区划分成正电源、地2个区域，或者正电源、地、负电源3个区域，一般正电源线用红色，负电源线用蓝色，地线用黑色，信号线用其他颜色，要求连线紧贴面包板，注意尽量在元器件周围走线，通常一个孔只准插一根线。为避免各级电流通过地线时互相产生干扰，特别要避免末级电流通过地线对某一级形成正反馈而产生自激，应将各级单独接地，然后分别接公共地线。

2）连接点越少越好。每增加一个连接点，实际上就人为地增加了故障概率。面包板孔内不通、导线松动、导线内部断裂等都是常见故障。

3）尽量避免立交桥。所谓的“立交桥”就是元器件或导线骑跨在集成块、别的元器件或者其他导线上方。初学者最容易犯这样的错误，这样不仅会给后期更换元器件带来麻烦，出故障时凌乱的导线也会使排查故障变得非常困难，很容易使人失去信心。

4）尽量牢靠。集成电路很容易松动，对于集成电路要用力下压，一旦不牢靠，需要换位置，元器件的引脚如果松动，不牢靠，也需要换位置。

5）方便测试。5孔孤岛一般不要占满，至少留出一孔用于测试。

图1-10是一个在面包板上完成的60s计时电路图。

2.电路的调试

实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装，往往也难以达到预期的效果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观因素（如元件值的误差、器件参数的分散性、分布参数的影响等），必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足，然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。因此，掌握调试电子电路的技能，对于每个从事电子技术设计及相关领域工作的人员来说，都是非常重要的。调试电路需要具备以下基本素质。

1）扎实的理论功底，这是能够发现问题的前提。

2）冷静的心态，面对问题不发慌。

3）调试意识，也就是要能想到调试。有了调试意识，遇到问题自然就会去找调试工具。

4）调试能力，包括是否有扎实的理论功底和能否熟练使用仪器仪表两个方面。

实验和调试常用仪器仪表有万用表、稳压电源、信号发生器、示波器、逻辑笔和逻辑分析仪等。

下面介绍一般的调试方法和注意事项。

（1）调试前的直观检查

电路安装完毕，通常不宜急于通电，先要认真检查一下。主要检查下列内容。

1）检查电路连线是否正确，包括错线（连线一端正确，另一端错误）、少线（安装时完全漏掉的线）和多线（连线的两端在电路图上都是不存在的）。

2）检查元器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管、晶体管、集成件和电解电容极性等是否连接有误。

3）检查电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确。

4）检查电源端对地是否存在短路。

（2）调试方法

调试包括测试和调整两个方面。所谓电子电路的调试，是以达到电路设计指标为目的而进行的一系列的“测量-判断-调整-再测量”的反复过程。调试电路的基本步骤如下。

1）划分功能模块，一个模块一个模块地检查。任何复杂电路都是由一些基本单元电路组成的，因此，调试时可以循着信号的流向，逐级调整各单元电路，使其参数基本符合设计指标。这种调试方法的核心是，把组成电路的各功能块（或基本单元电路）先调试好，并在此基础上逐步扩大调试范围，最后完成整机调试。采用先分调后联调的优点是，能及时发现问题和解决问题。

2）对于每一个模块，先检查电源，再从输入到输出或从输出到输入一步一步进行检查。

3）确定故障模块，进而确定故障点。

4）整机联调前，先调试各个功能模块之间的接口，再联通好全部电路进行整机测试。

如果是组合电路，重点检查电路是否按功能表描述的方式工作；如果是时序电路，检查电路的工作时序是否符合要求。

（3）调试中的注意事项

调试结果是否正确，很大程度受到测量正确与否和测量精度的影响。为了保证调试的效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点。

1）正确使用测量仪器的接地端。凡是使用地端接机壳的电子仪器进行测量，仪器的接地端应和放大器的接地端连接在一起，否则仪器机壳引入的干扰不仅会使放大器的工作状态发生变化，而且将使测量结果出现误差。根据这一原则，调试发射极偏置电路时，若需测量，不应把仪器的两端之间接在集电极和发射极上，而应分别对地测出U_C、U_E，然后将二者相减得到U_CE。若使用干电池供电的万用表进行测量，由于电表的两个输入端是浮动的，所以允许直接跨接到测量点之间。

2）在信号比较弱的输入端，尽可能用屏蔽线连线。屏蔽线的外屏蔽层要接到公共地线上。在频率比较高时要设法隔离连接线分布电容的影响，例如用示波器测量时应该使用有探头的测量线，以减少分布电容的影响。

3）测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效电阻。因为若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流，给测量结果带来很大的误差。

4）测量仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。例如，MF-20型万用表的工作频率为20～20000Hz。如果放大器的f_H=100kHz，就不能用MF-20来测试放大器的幅频特性，否则，测试结果就不能反映放大器的真实情况。

5）要正确选择测量点。用同一台测量仪器进行测量时，测量点不同，仪器内阻引入的误差大小也将不同。例如，对于图1-11所示的电路，测c₁点电压U_C1时，若选择e₂为测量点，测得U_E2，根据U_C1=U_E2+U_BE2求得的结果，可能比直接测c₁点得到的U_C1的误差要小得多。之所以出现这种情况，是因为R_E2较小，仪器内阻引入的测量误差小。

6）测量方法要方便可行。需要测量某电路的电流时，一般尽可能测电压而不测电流，因为测电流需要把电路断开，把仪表串入被测支路才能测量，测电压不需要断电路。若需测量某一支路的电流值，可以通过测该支路上电阻两端的电压值，然后除以电阻值即可。

7）在调试过程中，不但要认真观察和测量，还要善于记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据、波形和相位关系等。只有有了大量可靠的实验记录并与理论值加以比较，才能发现设计上的问题，完善设计方案。

8）若调试时出现故障，要认真查找故障原因。切不可一遇到故障解决不了就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题，如果是原理上的问题，即使重新安装也解决不了。应当把查找故障及分析故障原因看成是一次很好的学习机会，通过它来不断提高自己分析问题和解决问题的能力。