集成運(yùn)算放大器

1、沈陽理工大學(xué)protel軟件訓(xùn)練課程設(shè)計(jì) 成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)專 業(yè)通信工程課程設(shè)計(jì)題目集成運(yùn)算放大器評(píng)語組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?年 月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院信息科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè)通信工程學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào) 課程設(shè)計(jì)題目集成運(yùn)算放大器實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):設(shè)計(jì)任務(wù) 1. 認(rèn)真完成protel軟件學(xué)習(xí)，熟練掌握基本操作。 2. 繪制集成運(yùn)算放大器電路原理圖，要求布局符合電器規(guī)范、制圖美觀、可讀性好。 3. 集成運(yùn)算放大器電路原理圖相應(yīng)的雙面印刷版圖。2. 4. 提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，要求條理清楚、圖文并茂，體現(xiàn)制圖的必要過程。 工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:12月10日-11日 布置設(shè)計(jì)任務(wù)、查閱資

2、料、學(xué)習(xí)protel基礎(chǔ)知識(shí)， 12月12日-15日 繪制電路原理圖及相應(yīng)的雙面印刷版圖，12月16日 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯。指導(dǎo)教師： 年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人： 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：年 月 日 摘要本設(shè)計(jì)是根據(jù)要求進(jìn)行的集成運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)，用Protel軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，并繪制出PCB電路板，根據(jù)電路圖對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行制作，最后進(jìn)行調(diào)試測(cè)試。通過對(duì)Protel軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，加深對(duì)相關(guān)原理的理解，并對(duì)protel軟件有初步的認(rèn)識(shí)和一定的操作能力，為后續(xù)相關(guān)課程和相關(guān)軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。并根據(jù)通信電子線路所學(xué)的知識(shí)，掌握電路設(shè)計(jì)，熟悉電路的制作，運(yùn)用所學(xué)理論和方法進(jìn)行一次綜合性

3、設(shè)計(jì)訓(xùn)練，從而培養(yǎng)獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。根據(jù)相關(guān)課題的具體要求，按照指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，進(jìn)行具體項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，提高自己的動(dòng)手能力和綜合水平。本設(shè)計(jì)采用LM324芯片，它是一個(gè)四運(yùn)算放大器的基本電路，在四運(yùn)算放大器電路中起到了至關(guān)重要的作用。通過LM324芯片與其他相關(guān)電子元件的組合，畫出調(diào)制與解調(diào)電路圖，并完成PCB電路的繪制，完成課題的設(shè)計(jì)，可以算是對(duì)自我綜合能力的一次有益嘗試。關(guān)鍵字：Protel、PCB、LM324、四運(yùn)算放大器目 錄1 Protel的簡(jiǎn)要介紹5 1.1 Protel的發(fā)展歷史5 1.2 Protel99SE簡(jiǎn)介52 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求62.1設(shè)計(jì)任務(wù)62.2設(shè)計(jì)要求63

4、電路原理介紹7 3.1 反向運(yùn)算放大器7 3.2 反向加法器7 3.3 差動(dòng)運(yùn)算放大器7 3.4積分器電路84 原理圖設(shè)計(jì)10 4.1電路元件明細(xì)表10 4.2 繪制原理圖10 4.3 元件生成清單125 印刷版圖的繪制12 5.1 準(zhǔn)備電路原理圖和網(wǎng)絡(luò)表12 5.2 創(chuàng)建PCB文件以及網(wǎng)絡(luò)表的裝入15 5.3 元件的布局以及印刷板的布線156 收獲和體會(huì)167 主要參考文獻(xiàn)171 Protel的簡(jiǎn)要介紹 1.1 Protel的發(fā)展歷程 初期Protel Windows版本：八十年代末期推出了Windows版本下的Protel For Windows 1.0、Protel For Window

5、s1.5等版本。 中期 Protel Windows版本：開發(fā)了與Windows95對(duì)應(yīng)的3.X版本。 近期版本：98年推出的Proel98，開始基本滿足了大多數(shù)使用者的需求，特別是出色的自動(dòng)布線功能得到了用戶的支持。 99年推出的Proel99及后來的Proel99SE讓Protel用戶耳目一新，因?yàn)樵谄渲行略隽撕芏嗳碌墓δ堋?2002年下半年推出了最新版本Protel DXP，該版本耗時(shí)2年多，無論在功能、規(guī)模上都比Protel99SE,有極大的飛躍，主要在仿真與布線方面有了較大的提高。 2004年最新產(chǎn)品Protel 2004. 1.2 Protel99SE簡(jiǎn)介 Protel99se軟

6、件中提供了SIM99se數(shù)?；旌戏抡嫫骷绍浖梢詫?duì)許多電子線路進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，模擬運(yùn)行，反復(fù)修改。提供了接近6000各仿真元件和大量的數(shù)學(xué)模型期間，可以對(duì)電工電路，低頻電子線路、高頻電子線路和脈沖數(shù)字電路在一定范圍內(nèi)進(jìn)行仿真分析。 仿真結(jié)果以多種圖形方式輸出，直觀明了，可以單圖精細(xì)分析，也可以多圖綜合比較分析、并可通過不同的角度進(jìn)行分析，以獲得對(duì)電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確判斷。Protel99se仿真方面其具有的特點(diǎn)有：    1 強(qiáng)大的分析功能用戶可以根據(jù)Protel99SE電路仿真器所提供的功能，分析設(shè)計(jì)電路的各方面性能，如電路的交直流特性、溫度漂移、噪聲、失真、容差、最

7、壞情況等特性。 2 豐富的信號(hào)源 其中包括基本信號(hào)源：直流源、正弦源、脈沖源、指數(shù)源、單頻調(diào)頻源、分段線性源，同時(shí)還提供了齊全的線性和非線性受控源。   3 友好的操作界面    (1)無需手工編寫電路網(wǎng)表文件。系統(tǒng)將根據(jù)所畫電路原理圖自動(dòng)生成網(wǎng)表文件并進(jìn)行仿真。(2)通過對(duì)話框完成電路分析各參數(shù)設(shè)置。(3)方便地觀察波形信號(hào)?？赏瑫r(shí)顯示多個(gè)波形，也可單獨(dú)顯示某個(gè)波形；可對(duì)波形進(jìn)行多次局部放大，也可將兩個(gè)波形放置于同一單元格內(nèi)進(jìn)行顯示并分析比較兩者的差別。(4)強(qiáng)大的波形信號(hào)后處理，可利用各種數(shù)學(xué)函數(shù)對(duì)波形進(jìn)行各種分析運(yùn)算并創(chuàng)建一個(gè)新

8、的波形。(5)方便地測(cè)量輸出波形。Protel99SE提供了兩個(gè)測(cè)量光標(biāo)，打開它們可測(cè)量波形數(shù)據(jù)。2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 1 繪制具有一定規(guī)模、一定復(fù)雜程度的電路原理圖。 2 繪制相應(yīng)電路原理圖的雙面印刷版圖。 3 對(duì)電路原理圖進(jìn)行仿真，給出仿真結(jié)果，并說明是否達(dá)到設(shè)計(jì)意圖。 2.2 設(shè)計(jì)要求 1 電路圖的規(guī)模要比較大、電路比較復(fù)雜。 2 制圖要美觀、可讀性要好。 3 電路選擇不可過分簡(jiǎn)單，元件種類（包括電源和信號(hào)源）不能少于5種而且元件個(gè)數(shù)不能少于20個(gè)。3 電路原理介紹 集成運(yùn)算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級(jí)放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和

9、負(fù)反饋電路時(shí)，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)等模擬運(yùn)算電路。3.1反相比例運(yùn)算放大器反相比例運(yùn)算放大器電路是集成運(yùn)放的一種最基本的接法，如圖2.6.1所示。電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系式為：。圖1 反相比例運(yùn)放電路3.2反相加法器如果在運(yùn)算放大器的反相端同時(shí)加入幾個(gè)信號(hào)，接成圖2.6.2的形式，就構(gòu)成了能對(duì)同時(shí)加入的幾個(gè)信號(hào)電壓進(jìn)行代數(shù)相加的運(yùn)算反相加法器電路。電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系式為：。圖2 反相加法器電路3.3差動(dòng)運(yùn)算放大電路差動(dòng)輸入運(yùn)算放大器電路如圖2.6.3所示。根據(jù)電路分析，該電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系式為：

10、。該關(guān)系式說明了兩個(gè)輸入端的信號(hào)具有相減的關(guān)系，所以這種電路又稱為減法器。同時(shí)，電路中同相輸入電路參數(shù)與反相輸入電路參數(shù)應(yīng)保持對(duì)稱，即同相輸入端的分壓電路也應(yīng)該由電阻和來構(gòu)成，其中，。圖3 差動(dòng)運(yùn)算放大電路3.4積分器電路由運(yùn)算放大器構(gòu)成的基本積分電路如圖2.6.4所示，它的基本運(yùn)算關(guān)系是：當(dāng)為恒定直流電壓時(shí)，即，這時(shí)輸出電壓是隨時(shí)間作直線變化的電壓，其上升（或下降）斜率是，改變、或三個(gè)量中的任一個(gè)量都可以改變輸出電壓上升（或下降）的斜率。積分器的反饋元件是電容器。無信號(hào)輸入時(shí)，電路處于開環(huán)狀態(tài)。所以運(yùn)算放大器微小的失調(diào)參數(shù)就會(huì)使得運(yùn)算放大器的輸出逐漸偏向正（或負(fù)）飽和狀態(tài)，使得電路無法正常工

11、作。為了減小這種積分漂移現(xiàn)象，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)盡量選擇失調(diào)參數(shù)小的運(yùn)算放大器，并在積分電容兩端并聯(lián)一只高阻值電阻以穩(wěn)定直流工作點(diǎn)，構(gòu)成電壓反饋，限制整個(gè)積分器電路放大倍數(shù)。但不能太小，否則將影響電路積分線性關(guān)系。圖4 積分器電路主要器件介紹：四運(yùn)算放大器LM324內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用, 也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。LM324的封裝形式為塑封14引線雙列直插式。特點(diǎn) 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 直流電壓增益高(約100

12、dB) 單位增益頻帶寬(約1MHz) 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?332V)； 雙電源(±1.5±16V) 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入偏流 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 輸出電壓擺幅大(0至VCC-1.5V) 管腳排列圖 圖54原理圖設(shè)計(jì) 4.1電路元件明細(xì)表畫如圖6所示的電路，圖中電路元件說明如表1所示。表1 電路元件明細(xì)4.2 繪制原理圖使用Protel 99se繪制原理圖如圖6，圖7 集成運(yùn)放電路圖6圖7進(jìn)行ERC檢查，如圖8。圖84.3 元件生成清單圖9 生成元器件清單列表5 印刷版圖的繪制 5.1

13、 準(zhǔn)備電路原理圖和網(wǎng)絡(luò)表原理圖準(zhǔn)備好后，使用菜單命令【Design】/【Create Netlist.】，建網(wǎng)絡(luò)表。網(wǎng)絡(luò)表是原理圖和印刷電路板之間的一座橋梁，網(wǎng)絡(luò)表提供了電路的元件清單以及元件之間的互聯(lián)關(guān)系。執(zhí)行上述命令后，跳出Netlist Creation的對(duì)話框，點(diǎn)擊OK即可生成與原理圖同名的網(wǎng)絡(luò)表文件，即集成運(yùn)算放大器.Net如下： 圖5.1 生成網(wǎng)絡(luò)表5.2 創(chuàng)建PCB文件以及網(wǎng)絡(luò)表的裝入 進(jìn)入設(shè)計(jì)文件夾，雙擊圖標(biāo)Documents，利用主菜單【File】/【New】后出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，選擇Wizards目錄下的Printed Circuit Board Wizard，我們就可以建立一

14、個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PCB版圖了。在PCB界面中，利用【Design】/【Netlist.】命令，將網(wǎng)絡(luò)表載入，得到如下結(jié)果（如圖5.1所示）： 圖5.2 載入網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)絡(luò)表通過之后，我們就開始對(duì)元件進(jìn)行布局了。5.3 元件的布局以及印刷板的布線手工調(diào)整布局完成后，我們執(zhí)行【Auto Route】/【All】，就可以進(jìn)行自動(dòng)布線了。自動(dòng)布線完成之后，自己要對(duì)部分導(dǎo)線進(jìn)行修改，直到滿意為止。我們還可以進(jìn)行補(bǔ)淚滴的工作。淚滴的主要作用就是提高PCB的抗拉伸強(qiáng)度，沒有這個(gè)過渡的PCB在受到外力都?jí)嚎s或者拉伸后，銅箔和焊盤之間很容易斷裂，那么電路板就不結(jié)實(shí)。補(bǔ)淚滴之后的印刷板如圖5.3所示。 圖5.3 集成運(yùn)算放大

15、器刷板6 收獲和體會(huì)我通過為期兩天的實(shí)訓(xùn)練習(xí)，粗略地了解和掌握了繪制、編輯電路原理圖和PCB的方法和技巧，并能嘗試處理一些基本問題。首先，原理圖的繪制是非常重要的，它的每一步都會(huì)關(guān)系到后面的PCB制版的正確，還涉及到元件的整體布局，過程中還要考慮自己制作的元件的應(yīng)用問題。其次，到了最為重要的PCB制版這一步驟，其中最為重要的就是網(wǎng)絡(luò)表的生成，不僅要認(rèn)真檢查元件標(biāo)識(shí)，還有元件的位置等問題，最后布線是最后一項(xiàng)工作，但是在布線的過程中，需要的不只是自動(dòng)或手動(dòng)布線，還要有最后的檢驗(yàn)，及時(shí)修改錯(cuò)誤。 通過這次課程設(shè)計(jì)，我鍛煉了自己的耐性，特別是生成PCB板之后元件的布局以及修改布線都是考驗(yàn)我們耐心的時(shí)候。 當(dāng)然，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜，讓我知道了學(xué)無止境