音頻放大器protel 99 se課程設(shè)計(jì)

1、沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 成成 績(jī)績(jī) 評(píng)評(píng) 定定 表表學(xué)生姓名潘鑫班級(jí)學(xué)號(hào)1403060434專 業(yè)通信工程課程設(shè)計(jì)題目音頻放大器評(píng)語(yǔ)組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?2016 年 12 月 16 日沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(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)生姓名潘鑫班級(jí)學(xué)號(hào)1403060434課程設(shè)計(jì)題目音頻放大器實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù)實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù): :音頻放大器設(shè)計(jì)功能：1.認(rèn)真完成 protel 軟件學(xué)習(xí)，熟練掌握基本操作。2.繪制音頻放大器電路原理圖，要求布局符合電器規(guī)范、制圖美觀、可讀性好。3.繪制音頻放大器電路原理圖相應(yīng)的雙面印刷版圖。4.提交課程設(shè)計(jì)報(bào)

2、告，要求條理清楚、圖文并茂，體現(xiàn)制圖的必要過(guò)程。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排工作計(jì)劃與進(jìn)度安排: :12 月 10 日-11 日：分析題目、查閱課題相關(guān)資料、學(xué)習(xí) Protel 99 se 相關(guān)知識(shí)。12 月 12 日-14 日：進(jìn)行電路圖繪制、PCB 設(shè)計(jì)。12 月 15 日-16 日：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯。指導(dǎo)教師：劉洋、梁英 2016 年 12 月 16 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：2016 年 12 月 16 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：2016 年 12 月 16 日沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 摘 要本次 protel 設(shè)計(jì)選擇的方案是設(shè)計(jì)音頻放大電路。音頻放大電路是音響的重要組成部分，應(yīng)用十分廣泛。高效率的音頻放

3、大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要，在大功率的電子設(shè)備中也需要。因?yàn)椋β试酱?，效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善，高保真音響設(shè)備和更高檔的家庭影院也逐漸開(kāi)始興起。在這些設(shè)備中，往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時(shí)，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件。Protel 99se 是澳大利亞 Protel 公司推出的一款功能強(qiáng)大的電子設(shè)計(jì)軟件。Protel 99se 提供了一個(gè)集成的設(shè)計(jì)環(huán)境，包括原理圖設(shè)計(jì)和 PCB 布線工具，集成的設(shè)計(jì)文檔管理，支持通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作組協(xié)同設(shè)計(jì)功能。音頻放大器可以用來(lái)話音擴(kuò)音、音樂(lè)欣賞、卡拉 OK 伴唱、其中的電子混響器使使聲音聽(tīng)起來(lái)具有一定深度

4、感和空間立體感。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：音頻放大電路；Protel；Protel99SE；PCB目 錄沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 1設(shè)計(jì)目的與要求.12電路原理分析與設(shè).12.1 音頻放大電路原理簡(jiǎn)介.12.2 電路原理圖的設(shè)計(jì).22.2.1 電路原理圖的設(shè)計(jì)步驟.22.2.2 創(chuàng)建原理圖設(shè)計(jì)文件.22.2.3 設(shè)置原理圖繪制的工作環(huán)境.43PROTEL 99SE 繪制圖.53.1 元件庫(kù)的調(diào)用.53.2 放置元件.63.3 原理圖的布線.73.4 元件參數(shù)設(shè)置和 ERC 測(cè)試.103.5 設(shè)置各個(gè)元件的封裝.113.6 網(wǎng)絡(luò)表和交叉表.113.7 元件列表.124PCB 設(shè)計(jì).134.1 印刷電路板設(shè)

5、計(jì) .134.2 印刷電路板（PCB）的生成及調(diào)整.144.2.1 參數(shù)設(shè)置及印刷電路板（PCB）的生成.144.2.2 元器件布局.164.2.3 多邊形覆銅.17參考文獻(xiàn).19沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 11 設(shè)計(jì)目的與要求本次課程設(shè)計(jì)應(yīng)用 Protel 99se 設(shè)計(jì)音頻放大電路，包括原理圖的設(shè)計(jì)以及 PCB 的設(shè)計(jì)。了解音頻放大器的工作原理和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，從而鞏固和加強(qiáng)了自己在電路方面的知識(shí)，了解一些常用家用電器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，為以后的學(xué)習(xí)和工作作好知識(shí)保障。并且可以進(jìn)一步加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，以及如何用所學(xué)知識(shí)來(lái)處理一些在實(shí)際操作過(guò)程中問(wèn)題。這一實(shí)踐與理論相結(jié)合的過(guò)程，將有益于我們學(xué)習(xí)其

6、它理論知識(shí)和提高我們今后進(jìn)一步利用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力.。2 電路原理分析與設(shè)2.1 音頻放大電路原理簡(jiǎn)介音頻功率放大器是音響系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，其作用是將傳聲元器件獲得的微弱信號(hào)放大到足夠的強(qiáng)度去推動(dòng)放聲系統(tǒng)中的揚(yáng)聲器或其他電聲元器件，使原聲響重現(xiàn)。其電路一般可分為兩部分，前一部分進(jìn)行小信號(hào)電壓幅值放大，后一部分采用功率放大器，與揚(yáng)聲器相連。一般揚(yáng)聲器的阻值較低，僅有 8左右，需要較大的輸出電流才能達(dá)到較大的輸出功率，因此，需要功率放大器提供足夠功率，一般電腦的有源音箱大多采用這種方式。其簡(jiǎn)單的構(gòu)成框圖如圖 1 所示。 圖 1 音頻放大器構(gòu)成電源模塊信號(hào)源前置放大器功率放大器揚(yáng)聲器沈陽(yáng)理

7、工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 22.2 電路原理圖的設(shè)計(jì)2.2.1 電路原理圖的設(shè)計(jì)步驟電路原理圖是整個(gè)電路的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，因此電路原理圖的設(shè)計(jì)好壞，直接影響到最終印刷電路板的設(shè)計(jì)質(zhì)量，一般來(lái)說(shuō)，電路原理圖的設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)步驟：1.設(shè)置原理圖繪制的工作環(huán)境2.放置所需要的電氣元件3.原理圖布線4.設(shè)置各個(gè)元器件的參數(shù)5.檢查原理圖和電氣法則測(cè)試（ERC）6.設(shè)置各個(gè)元器件的封裝7.生成網(wǎng)絡(luò)表電路原理圖設(shè)計(jì)最基本的要求是正確性，其次是布局合理，最后在是正確性和布局合理的前提下力求美觀。2.2.2 創(chuàng)建原理圖設(shè)計(jì)文件打開(kāi) protel 99se，進(jìn)入如圖 2.1 所示界面。圖 2.1 protel 99se

8、界面沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 3執(zhí)行菜單 File/New 命令，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)文件，命名為 MIT，如圖 2.2 所示圖 2.2 新建文件執(zhí)行菜單 File/New 命令，創(chuàng)建 Schematic Document 文件，命名為 MIT，如圖 2.2所示圖 2.3 創(chuàng)建 Schematic Document 文件沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 4點(diǎn)擊 MIT.sch，進(jìn)入原理圖繪制頁(yè)面，如圖 2.4 所示圖 2.4 原理圖繪制界面2.2.3 設(shè)置原理圖繪制的工作環(huán)境執(zhí)行菜單 Design/Options，彈出如圖 2.4 所示對(duì)話框，設(shè)置圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格等。在這里我們?yōu)榱吮阌诖蛴≥敵觯?/p>

9、紙張尺寸設(shè)置為 A4，其他選擇默認(rèn)設(shè)置。沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 5圖 2.4 原理圖工作環(huán)境設(shè)置3 Protel 99SE 繪制圖3.1 元件庫(kù)的調(diào)用我們發(fā)現(xiàn)，左邊多了一個(gè) Browse SCH 的選項(xiàng)卡。單擊則進(jìn)入了原理圖管理器，如圖 3.1 所示，Libraries 即所使用的元件庫(kù)。沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 6圖 3.1 默認(rèn)元件庫(kù)一般來(lái)說(shuō)，默認(rèn)元件庫(kù) Miscellaneous Devices.lib 即可滿足需要。如需使用其他元件庫(kù)，則可按照以下步驟選擇新的庫(kù)文件，如圖 3.2 所示。圖 3.2 元件庫(kù)列表3.2 放置元件在繪制原理圖時(shí)，Protel 99 SE 在工具欄上提供

10、了常用元件的快捷方式，例如電阻、電解電容、瓷片電容以及常用的與、或、非等組合邏輯門，使用起來(lái)很方便。如果要使用其他元件則可以使用 Place/Part 命令打開(kāi)元件選擇窗口。若使用的是比較基本的元件可以在 Protel 99SE 默認(rèn)提供的元件庫(kù) Miscellaneous Devices.lntLib 中直接瀏覽。Protel 99SE 將元件的型號(hào)等都已經(jīng)標(biāo)明了，也可以單擊元件自己修改。將音頻放大電路系統(tǒng)所需要的各個(gè)元器件選擇恰當(dāng)?shù)奈恢?，全部放置在工作平面沈?yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 7上如圖 3.3 所示。圖 3.3 元件放置3.3 原理圖的布線利用 Protel 99SE 提供的各種工具

11、、指令進(jìn)行布線，將工作平面上的器件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號(hào)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的電路原理圖。在本設(shè)計(jì)中，為了使原理圖更加清晰，使用了分段進(jìn)行連接，圖 3.4 為電源部分連線。圖 3.4 電源部分連線前置放大電路用于對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行放大，即當(dāng)輸入前置放大電路的輸入信號(hào)電壓值為 10mV 時(shí)輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓值為 200mV 左右，即系統(tǒng)的放大倍數(shù)為 20沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 8倍，且此放大電路為反相放大電路。圖 3.5 為前置放大電路圖。圖 3.5 前置放大電路二級(jí)放大電路用于對(duì)前置放大電路的輸出信號(hào)進(jìn)一步放大，此電路對(duì)信號(hào)再次進(jìn)行反向放大，同時(shí)會(huì)使輸出信號(hào)發(fā)生一定的信號(hào)相位移動(dòng)，

12、圖 3.6 為二級(jí)放大電路的連線圖。沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 9圖 3.6 二級(jí)放大電路通用運(yùn)算放大器輸出電流有限，多為幾十毫安；輸出范圍受到運(yùn)算放大器電源限制不可能太大，維持可以通過(guò)互補(bǔ)對(duì)稱電路進(jìn)行電流放大，以提高電路輸出功率，圖 3.7為功率放大器的連線圖。圖 3.7 功率放大器電路完整的原理圖如圖 3.8沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 10圖 3.8 原理圖3.4 元件參數(shù)設(shè)置和 ERC 測(cè)試電路中每個(gè)元件都有不同的參數(shù)，因此原理圖連線完畢之后，就需要進(jìn)行各個(gè)元器件的具體參數(shù)，編號(hào)等，設(shè)置的方法是，雙擊原理圖上的元件，彈出參數(shù)設(shè)置對(duì)話如圖 3.9 所示。圖 3.9 元件參數(shù)設(shè)置根據(jù)實(shí)際要求

13、，修改各個(gè)參數(shù)。修改完成后，執(zhí)行 TOOL/ERC 菜單命令,彈出ERC 設(shè)置對(duì)話框。選擇默認(rèn)選項(xiàng)。確認(rèn)后，生成 ERC 報(bào)告文件如圖 3.10 所示,報(bào)告文件現(xiàn)實(shí)，原理圖連接沒(méi)有錯(cuò)誤。沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 11圖 3.10 ERC 測(cè)試3.5 設(shè)置各個(gè)元件的封裝封裝就是元器件的實(shí)際形狀，它是元器件在印刷電路板上的裝配形式，決定著印刷電路板制成后的大小，形狀，以及電路板上的布線策略。所以選擇好元器件的封裝非常重要。設(shè)置元件封裝的方式與元件的參數(shù)設(shè)置方式相同，在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框的footprint 欄中設(shè)置各個(gè)元件的封裝。在在本設(shè)計(jì)中所用到的元件封裝形式如表 3.1。表 3.1 元件封裝形式

14、元件類型Footprint連接段子SIP2整流橋DIP14二極管DIODE0.4三極管TO-18電解電容RB.2/.4電阻AXIAL1.0滑動(dòng)變阻器VR4運(yùn)算放大器SOJ-14三端穩(wěn)壓器TO-220揚(yáng)聲器RAD0.33.6 網(wǎng)絡(luò)表和交叉表生成網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(jì)和印刷電路板設(shè)計(jì)之間的橋梁，執(zhí)行菜單命令Design/Create Netlist 生成具有元件名、元件封裝、參數(shù)及元件之間連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)表，如圖 3.11 所示，保存網(wǎng)絡(luò)表。沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 12圖 3.11 網(wǎng)絡(luò)表3.7 元件列表點(diǎn)擊”Reports”“Bill of Material”，生產(chǎn)元件列表，如表 3.2 所示

15、表 3.2 元件列表Part TypeDesignatorFootprint1N4001D2DIODE0.41N4001D3DIODE0.41N4001D5DIODE0.41N4001D4DIODE0.41kR11AXIAL1.02kR12AXIAL1.04.7ufC5RB.2/.44.7ufC3RB.2/.44.7ufC4RB.2/.45kR6AXIAL1.05kR4AXIAL1.010kR10AXIAL1.050kR1VR450kR2VR4100kR5AXIAL1.01000ufC2RB.2/.41000ufC1RB.2/.4BRIDGE1D1DIP14CON2J2SIP2CON2J1SI

16、P2ELECTRO1C6RB.2/.4LF347U2SOJ-14LF347U3SOJ-14LF347U4SOJ-14NPN1Q1TO-18PNP1Q2TO-92ARES2R7AXIAL1.0RES2R8AXIAL1.0RES2R?AXIAL1.0RES2R9AXIAL1.0SPEAKERLS1RAD0.3VOLTREGU11TO-220沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 13VOLTREGU1TO-2204 PCB 設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì)是以電路原理圖為根據(jù)，實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)者所需要的功能。印刷電路板的設(shè)計(jì)主要指版圖設(shè)計(jì)，需要考慮外部連接的布局。內(nèi)部電子元件的優(yōu)化布局。金屬連線和通孔的優(yōu)化布局。電磁保護(hù)。熱

17、耗散等各種因素。優(yōu)秀的版圖設(shè)計(jì)可以節(jié)約生產(chǎn)成本，達(dá)到良好的電路性能和散熱性能。簡(jiǎn)單的版圖設(shè)計(jì)可以用手工實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜的版圖設(shè)計(jì)需要借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)實(shí)現(xiàn)。 4.1 印刷電路板設(shè)計(jì)印刷電路板的設(shè)計(jì)是從電路原理圖變成一個(gè)具體產(chǎn)品的必經(jīng)之路,因此,印刷電路板設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)中最重要、最關(guān)鍵的一步。通常，印刷電路板設(shè)計(jì)的具體步驟如下：參數(shù)設(shè)置 規(guī)劃電路板 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表和元器件打印輸出 DRC 檢驗(yàn) 布線和調(diào)整電路設(shè)計(jì)的最終目的是為了設(shè)計(jì)出電子產(chǎn)品，而電子產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)是通過(guò)印刷電路板來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Protel 99 SE 為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)完整的電路板設(shè)計(jì)環(huán)境，使電路設(shè)計(jì)更加方便有效。創(chuàng)建印刷電路板設(shè)計(jì)

18、文件，執(zhí)行菜單 File/New 命令，從框中選擇 PCB 設(shè)計(jì)服務(wù)器（PCB Document）圖標(biāo)，如圖 4.1 所示。雙擊該圖標(biāo)，就建立了一個(gè) PCB 設(shè)計(jì)文檔。雙擊文檔圖標(biāo)，進(jìn)入 PCB 設(shè)計(jì)工作窗口，如圖 4.2 所示。沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 14圖 4.1 新建 PCB 文檔 圖 4.2 PCB 設(shè)計(jì)文檔4.2 印刷電路板（PCB）的生成及調(diào)整4.2.1 參數(shù)設(shè)置及印刷電路板（PCB）的生成參數(shù)設(shè)置是電路板設(shè)計(jì)非常重要的環(huán)節(jié)，它關(guān)系到電路板設(shè)計(jì)的質(zhì)量好壞。執(zhí)行菜單 design/layer stack manager 命令，打開(kāi)板層設(shè)置管理器，如圖 4.3 所示。在此，可以設(shè)置

19、繪制的印刷電路板的板層數(shù)量，在本次設(shè)計(jì)中，選擇為默認(rèn)的雙面板。沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 15圖 4.3 PCB 參數(shù)設(shè)置電路板的尺寸規(guī)劃好以后，接著導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，執(zhí)行菜單 design/load nets 命令，彈出導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表對(duì)話框，在對(duì)話框里找到剛才生成并保存的網(wǎng)絡(luò)表，確定導(dǎo)入，如圖 4.4所示。圖 4.4 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 16這樣就導(dǎo)入了所有的網(wǎng)絡(luò)和元件。進(jìn)行生成圖。圖 4.5 為載入網(wǎng)絡(luò)表效果圖。圖 4.5 印刷電路板（PCB）從圖中可以看出，元器件通過(guò)藍(lán)線相連。4.2.2 元器件布局Protel 99 SE 既可以進(jìn)行自動(dòng)布局也可以進(jìn)行手工布局，執(zhí)行菜單命令 To

20、ols/Auto Placement/Auto Placer 可以自動(dòng)布局。在本次設(shè)計(jì)中，采取自動(dòng)布局和手動(dòng)布局相結(jié)合的方法，布局完成后的設(shè)計(jì)文件如圖 4.6 所示。4.6 布線后的印刷電路板（PCB）沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 174.2.3 多邊形覆銅將設(shè)計(jì)工作區(qū)的板層標(biāo)簽由 KeepOutLayer 轉(zhuǎn)至 TopLayer，再選擇工具欄上的 按鈕，將會(huì)彈出如下對(duì)話框，在 Connect to Net 中選擇 GND,點(diǎn)擊 OK，用光標(biāo)將邊框畫一遍，則得到如圖 4.7 所示的 PCB 的頂層。圖 4.7 PCB 頂層然后在將設(shè)計(jì)工作區(qū)的板層標(biāo)簽由 TopLayer 轉(zhuǎn)至 BottomLay

21、er，再選擇工具欄上的 按鈕，將會(huì)彈出如下對(duì)話框，在 Connect to Net 中選擇 GND,點(diǎn)擊 OK，用光標(biāo)將邊框畫一遍，則可得 PCB 的底層，如圖 4.8 所示。圖 4.8 PCB 底層沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 18結(jié)結(jié) 論論這次課設(shè)是讓我們運(yùn)用 protel 99se 來(lái)進(jìn)行一些設(shè)計(jì)。訓(xùn)練我們的分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。了解 pretel 99se，并使用它解決一些問(wèn)題。我選擇的是音頻放大器的設(shè)計(jì)。在生活中，音頻放大器的應(yīng)用十分廣泛，對(duì)于我們的生產(chǎn)生活十分重要，了解它有助于了解科學(xué)技術(shù)對(duì)于我們的作用。更加相信科學(xué)，積極地學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)。通過(guò)這次課設(shè)我了解了音頻放大器的原理，組成和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。在獨(dú)立完成音頻功率放大