集成運(yùn)算放大電路

1、沈陽(yáng)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(zhuān) 業(yè)通信工程課程設(shè)計(jì)題目集成運(yùn)算放大電路評(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(shū)學(xué) 院信息科學(xué)與工程專(zhuān) 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)算放大電路實(shí)踐教學(xué)要求與任務(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)算放大電路原理圖，要求布局符合電器規(guī)范、制圖美觀(guān)、可讀性好；3. 繪制集成運(yùn)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(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)任務(wù)、查閱資料、學(xué)習(xí)prot

2、el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10日-11日 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯。指導(dǎo)教師： 201 年 月 日專(zhuān)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I摘 要本設(shè)計(jì)是根據(jù)要求進(jìn)行的集成運(yùn)算放大電路的設(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(guò)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(xiàn)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

3、方法進(jìn)行一次綜合性設(shè)計(jì)訓(xùn)練，從而培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)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。 隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電路設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜。手工設(shè)計(jì)越來(lái)越難以適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的的需求。Protel以其強(qiáng)大的功能，快捷實(shí)用的操作界面及良好的實(shí)效性，為設(shè)計(jì)者提供了現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)手段，使設(shè)計(jì)者能快捷、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出滿(mǎn)意的電路原理圖和印刷電路板，不愧是從事電路設(shè)計(jì)的一個(gè)良好的工具。 本設(shè)計(jì)研究集成運(yùn)算放大器的組成及其工作原理。學(xué)習(xí)并掌握運(yùn)用Protel 99se軟件繪制集成運(yùn)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(yùn)算放大電路，對(duì)集成運(yùn)算放大電路的Protel制作主要進(jìn)行了電路原理圖設(shè)計(jì)，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(gè)流程。 關(guān)鍵字：Protel、PCB、電路、集成運(yùn)算目錄1 Protel簡(jiǎn)介22 實(shí)驗(yàn)原理32.1反相比例運(yùn)算放大器32.2反相加法器42.3差動(dòng)運(yùn)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(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件73.1.2 啟動(dòng)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(jìn)行ERC檢查，生成ERC報(bào)表93.3 生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)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(cuò)114.2.2 PCB圖的布局和布線(xiàn)125總結(jié)136參考文獻(xiàn)141 Protel簡(jiǎn)介Protel是Protel公司在80年代末推出的一款功能強(qiáng)大的電路CAD軟件。其所設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)是目前國(guó)內(nèi)電子行業(yè)使用最為廣泛的電路設(shè)計(jì)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(jì)，電路板設(shè)計(jì)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(xiàn)等方面功能更加完善，而且為用戶(hù)提供了功能強(qiáng)大，使用方便的

6、仿真器，它可以對(duì)所畫(huà)的電路原理圖進(jìn)行即時(shí)仿真，因此在電路的整個(gè)設(shè)計(jì)周期都可以仿真查看和分析其性能指標(biāo)，以及便時(shí)的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題并加以修正，從而更好的完成電路設(shè)計(jì)。Protel基于Windows環(huán)境，功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，能讓人們?cè)诰哂性谕暾墓δ墉h(huán)境下，提升設(shè)計(jì)上的品質(zhì)和效率。Protel99SE主要內(nèi)容包括原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境、用工具畫(huà)原理圖、畫(huà)元件圖、原理圖畫(huà)圖練習(xí)、電路板設(shè)計(jì)環(huán)境、人工畫(huà)電路板、畫(huà)元件封裝圖、自動(dòng)布線(xiàn)畫(huà)電路板、設(shè)計(jì)規(guī)則與信號(hào)分析、電路仿真、仿真練習(xí)、人工布線(xiàn)畫(huà)電路板練習(xí)、自動(dòng)布線(xiàn)畫(huà)電路板圖練習(xí)、電路設(shè)計(jì)導(dǎo)引、完成電路板設(shè)計(jì)后的工作等。開(kāi)放式集成化的設(shè)計(jì)管理體系、超強(qiáng)功能

7、的、修改與編輯功能 和強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能。表1.1 Protel 99 SE的文件類(lèi)型及其說(shuō)明文件擴(kuò)展名類(lèi)型說(shuō)明.abk自動(dòng)備份文件.ddb設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件.pcb印刷電路板圖文件.sch原理圖文件.lib元件庫(kù)文件.net網(wǎng)絡(luò)表文件.txt文本文件.rep生成的報(bào)告文件 Protel99se仿真方面其具有的特點(diǎn)有：1）強(qiáng)大的分析功能。用戶(hù)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(xiàn)性源，同時(shí)還提供了齊全的線(xiàn)性

8、和非線(xiàn)性受控源。3）充分的仿真模型庫(kù)。Protel99SE提供了20多個(gè)模擬和數(shù)字仿真元件庫(kù)，共包含6000多個(gè)常用元器件。這些組件庫(kù)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(shí)Protel99SE提供了一個(gè)開(kāi)放的庫(kù)維護(hù)環(huán)境，允許設(shè)計(jì)者改變?cè)衅骷Ｐ?，也可?chuàng)建新器件模型。Protel99SE共分5個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、自動(dòng)布線(xiàn)器、原理圖混合信號(hào)仿真、PLD設(shè)計(jì)。它可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表，具有強(qiáng)大的全局編輯功能，可以同時(shí)運(yùn)行原理圖和PCB，可以在打開(kāi)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(jì)人員和電子設(shè)計(jì)愛(ài)好者帶來(lái)了極大的便利。Protel 99SE采用數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)許多電子線(xiàn)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(xiàn)路、高頻電子線(xiàn)路和脈沖數(shù)字電路在一定范圍內(nèi)進(jìn)行仿真分析。2 實(shí)驗(yàn)原理 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(xiàn)性或非線(xiàn)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(xiàn)性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分、

10、微分、對(duì)數(shù)等模擬運(yùn)算電路。 2.1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2.1 反相比例運(yùn)放電路 2.2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2.2 反相加法器電路 2.3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(chēng)為減法器。同時(shí)，

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(duì)稱(chēng)，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2.3 差動(dòng)運(yùn)算放大電路 2.4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(xiàn)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

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(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(xiàn)性關(guān)系。圖2.4 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(xiàn)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?/p>

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(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件 步驟：1) 【File】【New】2) 單擊Browse按鈕，選擇文件的存儲(chǔ)位置。3) 單擊【OK】們就創(chuàng)建了一個(gè)新的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件。 3.1.2 啟動(dòng)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(huà)如圖3.1所示的電路，圖中電路元件說(shuō)明如表3.1所示。表3.1電路元件明細(xì)表圖3.1集成運(yùn)放電路使用Protel 99se繪制原理圖如圖3.2圖3.2 集成運(yùn)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(jì)者還需要對(duì)電路原理圖進(jìn)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(jì)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(kāi)如圖3.3所示的“Setup Electrical Rule

15、Check”對(duì)話(huà)框，設(shè)置用于電氣規(guī)則檢查的各選項(xiàng)、范圍和參數(shù)。圖3.3 “Setup Electrical Rule Check”對(duì)話(huà)框 3.2.2 進(jìn)行ERC檢查，生成ERC報(bào)表點(diǎn)擊OK進(jìn)行ERC電氣規(guī)則檢查，出現(xiàn)如圖3.4，表示該電路無(wú)電氣規(guī)則方面的錯(cuò)誤。圖3.4 ERC檢查 3.3 生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表Protel 99se系統(tǒng)具有豐富的報(bào)表功能，設(shè)計(jì)者可以利用Protel 99se各種不同類(lèi)型的報(bào)表文件。在電路原理圖所產(chǎn)生的各種報(bào)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(jì)電路轉(zhuǎn)換成一個(gè)有效地網(wǎng)絡(luò)表。綜合起來(lái)，網(wǎng)絡(luò)表有兩個(gè)重要的作用：一是可以用于印制電路板的自動(dòng)布局、自動(dòng)布線(xiàn)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(jìn)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(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊OK，生成本次課程設(shè)計(jì)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(shí)際電路元件對(duì)應(yīng)起來(lái)，從而制成實(shí)際的電路。本次課程設(shè)計(jì)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(cuò)執(zhí)行菜單命令【design】/【Update PCB】，在彈出對(duì)話(huà)框中

17、點(diǎn)擊Preview changes，出現(xiàn)對(duì)話(huà)框，確定沒(méi)有錯(cuò)誤后，點(diǎn)擊Execute，生成PCB圖。 4.2.2 PCB圖的布局和布線(xiàn)Protel 99se有自動(dòng)布線(xiàn)功能，對(duì)于簡(jiǎn)單電路，我們可以使用自動(dòng)布線(xiàn)代替手動(dòng)布線(xiàn)，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(dòng)將各元件用導(dǎo)線(xiàn)連接上。藍(lán)色和紅色的線(xiàn)分別表示印刷電路板底層和頂層的導(dǎo)線(xiàn)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(jì)越來(lái)越復(fù)雜。手工設(shè)計(jì)越來(lái)越難以適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的的需求。Protel以其強(qiáng)大的功能，快

18、捷實(shí)用的操作界面及良好的實(shí)效性，為設(shè)計(jì)者提供了現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)手段，使設(shè)計(jì)者能快捷、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出滿(mǎn)意的電路原理圖和印刷電路板，不愧是從事電路設(shè)計(jì)的一個(gè)良好的工具。通過(guò)這次Protel電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，讓我了解了制作與編輯元件電路原理圖元器件庫(kù)的方法設(shè)計(jì)電路原理圖的方法對(duì)該電路原理圖進(jìn)行電氣規(guī)則測(cè)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(jì)PCB圖的方法。經(jīng)過(guò)這一周的Protel課程設(shè)計(jì)，我從原先對(duì)Protel的一無(wú)所知到現(xiàn)在能夠利用它進(jìn)行一些基本的電路的原理圖設(shè)計(jì)和PCB的制作，之間的巨大變化著實(shí)令人吃驚。但是這種進(jìn)步來(lái)之不易，因?yàn)檫@期間我遇到了很多的困難，發(fā)現(xiàn)了很多的問(wèn)題，正是在解決問(wèn)題的期