电路方框图设计及作用

1.方框图的作用和特点

在介绍设计电路之前为什么要绘制方框图，首先来了解一下方框图的作用和特点。

在分析电路、电路维修时，方框图的功能主要体现在以下两方面。

（1）表达了电路的组成概况。粗略表达了复杂电路（可以是整机电路、系统电路和功能电路等）的组成情况，通常是给出这一复杂电路中主要单元电路的位置、名称以及各部分单元电路之间的连接关系，如前级和后级关系等信息。

（2）表达了信号传输方向。方框图表达了各单元电路之间的信号传输方向，从而使识图者能了解信号在各部分单元电路之间的传输次序；根据方框图中所标出的电路名称，识图者可以知道信号在这一单元电路中的处理过程，为分析具体电路提供了指导性的信息。

例如，图2.11所示的方框图给出了这样的识图信息：信号源输出的信号首先加到第一级放大器中放大（信号源电路与第一级放大器之间的箭头方向提示了信号传输方向），然后送入第二级放大器中放大，再激励负载。

图2.11　信号方框图

重要提示：方框图是一张重要的电路图，特别是在分析集成电路应用电路图、复杂的系统电路，了解整机电路组成情况时，没有方框图将给识图带来诸多不便和困难。

方框图的特点：提出方框图的概念主要是为了识图的需要，了解方框图的下列特点对识图、分析、测试及修理具有重要意义。

（1）方框图简明、清楚，可方便地看出电路的组成和信号的传输方向、途径以及信号在传输过程中受到的处理过程等，如信号是得到了放大还是受到了衰减。

（2）由于方框图比较简洁、逻辑性强，因此便于记忆，同时它所包含的信息量大，这就使得方框图更为重要。

（3）方框图有简明的，也有详细的，方框图愈详细，为识图提供的有益信息就愈多。在各种方框图中，集成电路的内电路方框图最为详细。

（4）方框图中往往会标出信号传输的方向（用箭头表示），它形象地表示了信号在电路中的传输方向，这一点对识图是非常有用的，尤其是集成电路内电路方框图，它可以帮助识图者了解某引脚是输入引脚还是输出引脚（根据引脚上的箭头方向得知这一点）。

2.特别重要的方框图——电源树（Power Tree）

（1）电源概述。

通常说到电源，一般是指电压恒定（或相对稳定）的稳压电源。对初学者来说，会把此种稳压电源当成我们教科书中提到的（理想）恒压源。理想的恒压源具备哪些特性呢？

其实，我们使用的所有稳压电源都不是理想恒压源（恒流源也不是理想恒流源）。

实际电源的正确表示，可看图2.12所示的实物照片，应特别留意图中输入电源及输出电源的表示方法。

图2.12　实际电源说明

电源输入：100～240 V（交流电压值）、1.7A、50～60 Hz。

电源输出：20 V（直流电压值）、3.25 A（电流值）。

表明这款电源适配器，其额定输入电压为交流100～240 V，额定输入电流为1.7 A，且交流电的频率为50～60 Hz。要求其接入的电网、电源插座、电源线全部要满足这些要求。

同时也表明这款电源适配器，其输出的额定电压值为20 V（直流），输出额定电流值为3.25 A，意为这款20 V的直流稳压电源的输出电流限制在3.25 A以内，如果超过此电流值，其输出电压会迅速降低或自动进入保护状态。也可以说，这款20 V直流稳压电源输出不了（或提供不了）大于3.25 A的电流给它的负载。

要点：稳压电源的表示：？V／？A

（2）电源树。

从能量的角度给出了整个电路系统中各部分电路中的电源供应、电源转换一览表。在实际工程问题中，很多情况下不是信号处理电路本身有问题，而是由于给它们提供电能的供电系统不正常而导致工作异常或工作不稳定。另外，由于多数系统中，一个电源会给多个电路供电，一旦电源不正常会引起多个电路异常；同时，一个电路的干扰也会通过公用电源而相互干扰。因此，了解一个系统的电源树（Power Tree）是设计、分析电路系统非常重要的一个环节。

图2.13和图2.14是两个液晶电视主板电路的电源树。

在图2.13所示的电源树1中，显示了来自电源板接口有两组电源（5VSB、DC12V），经过线性稳压器及直流到直流分别产生了1.2 V／5 A、1.8 V／5 A、2.5 V／5 A、3.3 V／5 A、3.3 V／1 A、5 V／1 A、5 V／5 A等多种电压电源。

在图2.14所示的电源树2中显示了来自电源接口的电源电压有3组，即＋6.5 V、＋12 V、＋15 V，且同时给出了每组电源的常态电流、极限电流以及负载类型和数量。举例如下。

①＋15 V电源：

常态电流：2 250 mA。

极限电流：4 000 mA。(www.xing528.com)

图2.13　电源树1

图2.14　电源树2

负载类型：功放IC（型号：YDA148；位号：U2701），最终驱动扬声器（Speaker）输出。

表明＋15 V电源只有一路负载是功放IC，且它的常态、极限电流分别是2 250 mA／4 000 mA，并指明了功放IC的型号和在电路板中的位号。

②＋12 V电源：

常态电流：1 000 mA。

极限电流：1 300 mA。

负载1：类型为液晶显示器面板。

常态电流：900 mA。

极限电流：1 200 mA。

负载2：类型为直流到直流（12 V→9 V）， IC（型号：AP1117；位号：U1102）

极限电流：52 mA。

负载3：类型为直流到直流（12 V→8 V），IC（型号：AP1117；位号：U1103）

极限电流：22 mA。

表明＋12 V电源有3路负载，给出了该路电源的总负载电流和各分负载的负载电流以及负载器件的类型、位号等信息。

通过对电源树的解读，可以了解整机用到的所有电源的分配、转换及相关联的负载关系，是整机的能源分配表；可以快速了解整机消耗电能最大的相关电路、最易发热的电路；可以快速了解哪些功能电路共用一组电源。

正因为方框图（包括电源树）的作用是从全局着眼把握整个电路系统的信号处理走向、控制信号走向、电源供应及分配等，因此设计一个电路或一个系统之前一定要养成先绘制方框图的良好习惯。

3.电子产品电路方框图的设计六要素（图2.15）

（1）指明输入信号（或多个信号），即指明一个任务或电路要处理何种信号。

（2）指明经过处理后的输出信号。

（3）指明本任务或电路的输入控制信号，即明确本任务或电路受何种控制信号控制。

（4）指明本任务或电路输出的控制信号。

（5）指明本任务或电路所用的电源（含交直流、频率、电压、电流等特性）。

（6）指明本任务或电路中担负关键作用的核心器件（如IC）的位号。

图2.15　方框图的六要素示意图

电路原理图设计－框图部分

4.电动车尾灯闪烁器的方框图设计

在着手设计方框图之前，要经过“《产品规格书》的确定”“电路逻辑状态描述、化简与信号选择设计”（详见本书模块3中的3.1节），就可以着手绘制电路的方框图了，使电路设计进一步明确和清晰起来。电动车尾灯控制电路方框图可以由4个任务组成，如图2.16所示，详细分析可参照本书模块3的相关内容。

图2.16　电动车尾灯闪烁器整机框图