集成運(yùn)算放大器課程設(shè)計(jì)

1、沈陽(yáng)理工大學(xué)Protel實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 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(yǔ)組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?20 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(guò)程。 工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:1月6日-7日 布置設(shè)計(jì)任

2、務(wù)、查閱資料、學(xué)習(xí)protel基礎(chǔ)知識(shí)， 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11日-12日 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯。指導(dǎo)教師： 201 年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：201 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：201 年 月 日 目 錄1 Protel的簡(jiǎn)要介紹4 1.1 Protel的發(fā)展歷史4 1.2 Protel99SE簡(jiǎn)介42 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求52.1設(shè)計(jì)任務(wù)52.2設(shè)計(jì)要求53 電路原理介紹6 3.1 反向運(yùn)算放大器6 3.2 反向加法器6 3.3 差動(dòng)運(yùn)算放大器7 3.4積分器電路74 原理圖設(shè)計(jì)8 4.1電路元件明細(xì)表9 4.2 繪制原理圖10 4.3 元件生成清單115 印

3、刷版圖的繪制11 5.1 準(zhǔn)備電路原理圖和網(wǎng)絡(luò)表11-13 5.2 創(chuàng)建PCB文件以及網(wǎng)絡(luò)表的裝入14 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)181 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 Windows1.5等版本。 中期 Protel Windows版本：開(kāi)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(kāi)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

4、到了用戶的支持。 99年推出的Proel99及后來(lái)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(wú)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

5、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(guò)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

6、    (1)無(wú)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(guò)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(kāi)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

7、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(shuō)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(guò)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

8、.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：。該關(guān)系式說(shuō)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(lái)構(gòu)成，其中，。圖3 差動(dòng)運(yùn)算放大

9、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）的斜率是，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(wú)信號(hào)輸入時(shí)，電路處于開(kāi)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(wú)法正常工作。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

10、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 的運(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(wú)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100dB) 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

11、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)畫如圖6所示的電路，圖中電路元件說(shuō)明如表1所示。表1 電路元件明細(xì)表使用Protel 99se繪制原理圖如圖7，圖6 集成運(yùn)放電路進(jìn)行ERC檢查，如圖8。圖10 生成元器件清單列表5 印刷版圖的繪制 5.1 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

12、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(guò)之后，我們就開(kāi)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【Au

13、to 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(méi)有這個(gè)過(guò)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)算放大器刷板6 收獲和體會(huì)我通過(guò)為期一周的實(shí)訓(xùn)練習(xí)，比較全面地了解和掌握了繪制、編輯電路原理圖和PCB的方法和技巧，并能處理一些常見(jiàn)問(wèn)題。首先，原理圖的繪制很是重要，它的每一步都會(huì)關(guān)系到后面的PCB制版，還涉及到元件的整體布局，過(guò)程中還要考慮自己制作的元件的應(yīng)用問(wèn)題。其次

14、，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(wèn)題最后，布線是最后一項(xiàng)工作，但是在布線的過(guò)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(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我還意識(shí)到了想要做好一件事，要有耐心，細(xì)心，要腳踏實(shí)地，而不應(yīng)該毛躁。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(wú)止境的道理。我們每一個(gè)人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！7主要參考文獻(xiàn) 1 Protel99 入門與提高.趙品編著.人民郵電出版社.2000.11