集成運算放大電路

1、沈陽理工大學(xué)Protel軟件訓(xùn)練課程設(shè)計 成 績 評 定 表學(xué)生姓名班級學(xué)號專 業(yè)通信工程課程設(shè)計題目集成運算放大電路評語組長簽字：成績?nèi)掌?20 年 月 日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué) 院信息科學(xué)與工程專 業(yè)通信工程學(xué)生姓名班級學(xué)號課程設(shè)計題目集成運算放大電路實踐教學(xué)要求與任務(wù):1. 認真完成protel軟件學(xué)習(xí)，熟練掌握基本操作；2. 繪制集成運算放大電路原理圖，要求布局符合電器規(guī)范、制圖美觀、可讀性好；3. 繪制集成運算放大電路原理圖相應(yīng)的雙面印刷版圖；2. 4. 提交課程設(shè)計報告，要求條理清楚、圖文并茂，體現(xiàn)制圖的必要過程。工作計劃與進度安排: 1月6日-7日 布置設(shè)計任務(wù)、查閱資料、學(xué)習(xí)prot

2、el基礎(chǔ)知識； 1月8日-10日 繪制電路原理圖及相應(yīng)的雙面印刷版圖； 1月10日-11日 撰寫課程設(shè)計報告及答辯。指導(dǎo)教師： 201 年 月 日專業(yè)負責(zé)人： 201 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長： 201 年 月 日I摘 要本設(shè)計是根據(jù)要求進行的集成運算放大電路的設(shè)計，用Protel軟件設(shè)計實驗電路，并繪制出PCB電路板，根據(jù)電路圖對設(shè)計進行制作，最后進行調(diào)試測試。通過對Protel軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，加深對相關(guān)原理的理解，并對protel軟件有初步的認識和一定的操作能力，為后續(xù)相關(guān)課程和相關(guān)軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。并根據(jù)通信電子線路所學(xué)的知識，掌握電路設(shè)計，熟悉電路的制作，運用所學(xué)理論和

3、方法進行一次綜合性設(shè)計訓(xùn)練，從而培養(yǎng)獨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)，進行具體項目的設(shè)計，提高自己的動手能力和綜合水平。 隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電路設(shè)計越來越復(fù)雜。手工設(shè)計越來越難以適應(yīng)形勢發(fā)展的的需求。Protel以其強大的功能，快捷實用的操作界面及良好的實效性，為設(shè)計者提供了現(xiàn)代電子設(shè)計手段，使設(shè)計者能快捷、準確地設(shè)計出滿意的電路原理圖和印刷電路板，不愧是從事電路設(shè)計的一個良好的工具。 本設(shè)計研究集成運算放大器的組成及其工作原理。學(xué)習(xí)并掌握運用Protel 99se軟件繪制集成運算放大器原理圖及PCB文件。首先講述了Protel介紹，再總的講解了集

4、成運算放大電路，對集成運算放大電路的Protel制作主要進行了電路原理圖設(shè)計，網(wǎng)表的打印、PCB印刷版圖的制作、元器件清單的打印這幾個流程。 關(guān)鍵字：Protel、PCB、電路、集成運算目錄1 Protel簡介22 實驗原理32.1反相比例運算放大器32.2反相加法器42.3差動運算放大電路42.4積分器電路53 使用Protel制作電路原理圖73.1建立原理圖文件73.1.1 創(chuàng)建本次課程設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件73.1.2 啟動原理圖編輯器73.1.3 繪制電路原理圖73.2 ERC電氣規(guī)則檢查83.2.1 電氣規(guī)則檢查的設(shè)置93.2.2 進行ERC檢查，生成ERC報表93.3 生成網(wǎng)絡(luò)報表104使

5、用Protel制作電路PCB圖114.1 元器件的封裝114.2 生成PCB圖114.2.1 PCB檢錯114.2.2 PCB圖的布局和布線125總結(jié)136參考文獻141 Protel簡介Protel是Protel公司在80年代末推出的一款功能強大的電路CAD軟件。其所設(shè)計的電子電路的產(chǎn)品，涵蓋了從小型的電子產(chǎn)品，一直到復(fù)雜的電子計算機是目前國內(nèi)電子行業(yè)使用最為廣泛的電路設(shè)計軟件。我所應(yīng)用的PROTEL 99SE是Protel公司推出的最新版本應(yīng)用于電路原理圖設(shè)計，電路板設(shè)計等，是EDA行業(yè)的主流產(chǎn)品。它不僅在繪制原理圖，PCB版布局布線等方面功能更加完善，而且為用戶提供了功能強大，使用方便的

6、仿真器，它可以對所畫的電路原理圖進行即時仿真，因此在電路的整個設(shè)計周期都可以仿真查看和分析其性能指標，以及便時的發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題并加以修正，從而更好的完成電路設(shè)計。Protel基于Windows環(huán)境，功能強大，人機界面友好，能讓人們在具有在完整的功能環(huán)境下，提升設(shè)計上的品質(zhì)和效率。Protel99SE主要內(nèi)容包括原理圖設(shè)計環(huán)境、用工具畫原理圖、畫元件圖、原理圖畫圖練習(xí)、電路板設(shè)計環(huán)境、人工畫電路板、畫元件封裝圖、自動布線畫電路板、設(shè)計規(guī)則與信號分析、電路仿真、仿真練習(xí)、人工布線畫電路板練習(xí)、自動布線畫電路板圖練習(xí)、電路設(shè)計導(dǎo)引、完成電路板設(shè)計后的工作等。開放式集成化的設(shè)計管理體系、超強功能

7、的、修改與編輯功能 和強大的設(shè)計自動化功能。表1.1 Protel 99 SE的文件類型及其說明文件擴展名類型說明.abk自動備份文件.ddb設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件.pcb印刷電路板圖文件.sch原理圖文件.lib元件庫文件.net網(wǎng)絡(luò)表文件.txt文本文件.rep生成的報告文件 Protel99se仿真方面其具有的特點有：1）強大的分析功能。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、最壞情況等特性。2）豐富的信號源。其中包括基本信號源：直流源、正弦源、脈沖源、指數(shù)源、單頻調(diào)頻源、分段線性源，同時還提供了齊全的線性

8、和非線性受控源。3）充分的仿真模型庫。Protel99SE提供了20多個模擬和數(shù)字仿真元件庫，共包含6000多個常用元器件。這些組件庫包括了常用二極管、三極管、單結(jié)晶體管、變壓器，晶閘管、雙向晶閘管等分立組件，還有大量的數(shù)字器件和其它集成電路器件。同時Protel99SE提供了一個開放的庫維護環(huán)境，允許設(shè)計者改變原有器件模型，也可創(chuàng)建新器件模型。Protel99SE共分5個模塊，分別是原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設(shè)計。它可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表，具有強大的全局編輯功能，可以同時運行原理圖和PCB，可以在打開的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查找元器件、

9、引腳、網(wǎng)絡(luò)，甚至具有漢字編輯功能等等，為廣大電子設(shè)計人員和電子設(shè)計愛好者帶來了極大的便利。Protel 99SE采用數(shù)據(jù)庫的管理方式。Protel99se軟件中提供了SIM99se數(shù)模混合仿真器集成軟件可以對許多電子線路進行模擬設(shè)計，模擬運行，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)進行仿真分析。2 實驗原理 集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負反饋電路時，可以靈活地實現(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、

10、微分、對數(shù)等模擬運算電路。 2.1反相比例運算放大器反相比例運算放大器電路是集成運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2.1 反相比例運放電路 2.2反相加法器如果在運算放大器的反相端同時加入幾個信號，接成圖2.6.2的形式，就構(gòu)成了能對同時加入的幾個信號電壓進行代數(shù)相加的運算反相加法器電路。電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系式為：。圖2.2 反相加法器電路 2.3差動運算放大電路差動輸入運算放大器電路如圖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：。該關(guān)系式說明了兩個輸入端的信號具有相減的關(guān)系，所以這種電路又稱為減法器。同時，

11、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2.3 差動運算放大電路 2.4積分器電路由運算放大器構(gòu)成的基本積分電路如圖2.6.4所示，它的基本運算關(guān)系是：當(dāng)為恒定直流電壓時，即，這時輸出電壓是隨時間作直線變化的電壓，其上升（或下降）的斜率是，改變、或三個量中的任一個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。無信號輸入時，電路處于開環(huán)狀態(tài)。所以運算放大器微小的失調(diào)參數(shù)就會使得運算放大器的輸出逐漸偏向正（或負）飽和狀態(tài)，使得電路無法正常工作。為了減小這種積分漂移現(xiàn)象，實際使用時應(yīng)盡量選擇失調(diào)參數(shù)小的運算放大

12、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，構(gòu)成電壓反饋，限制整個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2.4 積分器電路 主要器件介紹：四運算放大器 LM324內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償 的運算放大器，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算放大器的場合。LM324的封裝形式為塑封14引線雙列直插式。 特點 內(nèi)部頻率補償 直流電壓增益高(約100dB) 單位增益頻帶寬(約1MHz) 電源電壓范圍寬：單電

13、源(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2.5管腳排列圖3 使用Protel制作電路原理圖 3.1建立原理圖文件 3.1.1 創(chuàng)建本次課程設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件 步驟：1) 【File】【New】2) 單擊Browse按鈕，選擇文件的存儲位置。3) 單擊【OK】們就創(chuàng)建了一個新的設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件。 3.1.2 啟動原理圖編輯器 步驟：1) 【File】【New】2) 單擊Schematic D

14、ocument【OK】或直接雙擊3) 單擊Explore下的Sheet1或直接雙擊工作窗口中的Sheet1 3.1.3 繪制電路原理圖 畫如圖3.1所示的電路，圖中電路元件說明如表3.1所示。表3.1電路元件明細表圖3.1集成運放電路使用Protel 99se繪制原理圖如圖3.2圖3.2 集成運放原理圖 3.2 ERC電氣規(guī)則檢查在繪制完電路原理圖后，設(shè)計者還需要對電路原理圖進行電氣檢查，看它是否存在違反電氣規(guī)則的地方。電氣規(guī)則檢查是電路設(shè)計中很重要的一步。 3.2.1 電氣規(guī)則檢查的設(shè)置執(zhí)行菜單命令【Tools】/【ERC】,打開如圖3.3所示的“Setup Electrical Rule

15、Check”對話框，設(shè)置用于電氣規(guī)則檢查的各選項、范圍和參數(shù)。圖3.3 “Setup Electrical Rule Check”對話框 3.2.2 進行ERC檢查，生成ERC報表點擊OK進行ERC電氣規(guī)則檢查，出現(xiàn)如圖3.4，表示該電路無電氣規(guī)則方面的錯誤。圖3.4 ERC檢查 3.3 生成網(wǎng)絡(luò)報表Protel 99se系統(tǒng)具有豐富的報表功能，設(shè)計者可以利用Protel 99se各種不同類型的報表文件。在電路原理圖所產(chǎn)生的各種報表中，以網(wǎng)絡(luò)表最為重要。繪制電路圖最主要的目的就是將設(shè)計電路轉(zhuǎn)換成一個有效地網(wǎng)絡(luò)表。綜合起來，網(wǎng)絡(luò)表有兩個重要的作用：一是可以用于印制電路板的自動布局、自動布線和電路

16、模擬程序；另一方面可以將由電路原理圖產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)表文件與印刷電路板得到的表進行比較，以檢查原理圖與印刷電路板之間是否一致。執(zhí)行菜單命令【Design】/【Creat Netlist】,在彈出的對話框中點擊OK，生成本次課程設(shè)計電路原理圖的網(wǎng)絡(luò)表，如圖3.5圖3.5 生成網(wǎng)絡(luò)表4使用Protel制作電路PCB圖 4.1 元器件的封裝元器件的封裝的目的是為了將電路原理圖上的元件和實際電路元件對應(yīng)起來，從而制成實際的電路。本次課程設(shè)計電路各元器件的封裝如下表所示：圖4.1生成元器件清單列 4.2 生成PCB圖 4.2.1 PCB檢錯執(zhí)行菜單命令【design】/【Update PCB】，在彈出對話框中

17、點擊Preview changes，出現(xiàn)對話框，確定沒有錯誤后，點擊Execute，生成PCB圖。 4.2.2 PCB圖的布局和布線Protel 99se有自動布線功能，對于簡單電路，我們可以使用自動布線代替手動布線，從而使工作更有效率。將生成的PCB圖中各元件排列整齊，設(shè)置好物理邊界和電氣邊界，執(zhí)行命令菜單【Auto route】/【All】,可以看到軟件自動將各元件用導(dǎo)線連接上。藍色和紅色的線分別表示印刷電路板底層和頂層的導(dǎo)線布局。如圖4.2所示。圖4.2 PCB電路圖5總結(jié) 隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電路設(shè)計越來越復(fù)雜。手工設(shè)計越來越難以適應(yīng)形勢發(fā)展的的需求。Protel以其強大的功能，快

18、捷實用的操作界面及良好的實效性，為設(shè)計者提供了現(xiàn)代電子設(shè)計手段，使設(shè)計者能快捷、準確地設(shè)計出滿意的電路原理圖和印刷電路板，不愧是從事電路設(shè)計的一個良好的工具。通過這次Protel電路設(shè)計課程設(shè)計，讓我了解了制作與編輯元件電路原理圖元器件庫的方法設(shè)計電路原理圖的方法對該電路原理圖進行電氣規(guī)則測試的方法生成該電路原理圖的網(wǎng)絡(luò)表文件的方法生成該電路原理圖的元器件材料清單列表的方法制作與修改PCB元件封裝的方法設(shè)計PCB圖的方法。經(jīng)過這一周的Protel課程設(shè)計，我從原先對Protel的一無所知到現(xiàn)在能夠利用它進行一些基本的電路的原理圖設(shè)計和PCB的制作，之間的巨大變化著實令人吃驚。但是這種進步來之不易，因為這期間我遇到了很多的困難，發(fā)現(xiàn)了很多的問題，正是在解決問題的期