《電子CAD》課程設(shè)計(jì)

1、單管放大電路的PCB設(shè)計(jì)1 課程設(shè)計(jì)的目的設(shè)計(jì)單管放大電路的PCB圖要求及目的如下：1、 完整繪制單管放大電路的原理圖。2、 練習(xí)由原理圖生成PCB圖的方法。3、 熟悉電路板設(shè)計(jì)的基本步驟。2 設(shè)計(jì)過程2.1放大電路的組成及各元件的作用 放大電路的功能是利用三極管的電流控制作用，把微弱的電信號不是真地放大到所需的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)將直流電源的能量部分地轉(zhuǎn)化為按輸入信號規(guī)律變化且有較大能量的輸出信號。該放大電路主要由三極管（V）、偏置電阻（RB)、集電極電阻（RC)、輸入耦合電容（C1)、輸出耦合電容（C2)、交流信號（Ui)、負(fù)載(RL)、直流電源（+UCC)組成。1） 三極管（V）如原理圖所示，三機(jī)

2、管是放大器中的核心元件，利用它對電流的放大作用來對信號的放大。三極管的工作原理：通過實(shí)驗(yàn)可知，三極管的集電極電流與基極電流基本上等于某個(gè)值（），值一般為50。也就是說，如果在基極上加一個(gè)小的變化的電流信號，則在集電極上就有一個(gè)大的且與基極信號成比例的電流信號。所以三極管具有放大作用。2）偏置電阻RB偏置電阻RB的作用有兩種：一是給發(fā)射結(jié)提供正偏置電壓以及決定電路中在沒有信號輸入的情況下（也叫靜態(tài)）的基極電流IBQ大小。IBQ也叫做偏置電流，所以RB也常被稱為偏置電阻。RB的值固定了，IBQ也固定了，因此，這種電路被為固定偏置放大電路。二是防止交流信號被短路。3)集電極電阻RC集電極電阻RC的作

3、用有兩個(gè)：一是給集電極提供反偏電壓通路；二是把集電極的電流變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化，這樣就可以把三極管的電流放大作用轉(zhuǎn)變成放大的電壓進(jìn)行輸出。4)輸入耦合電容C1和輸出耦合電容C2C1和C2的作用是“隔直流，通交流”，即把輸入信號中的交流成分傳遞給三極管，把集電極電壓中交流成分傳遞給負(fù)載。只要耦合電容的容量足夠大，其容抗就可以忽略不計(jì)。5）交流信號交流信號Ui是要被放大的信號。6）負(fù)載RL 負(fù)載RL是放大了的交流信號的承受者（比如收音機(jī)中的揚(yáng)聲器），也可以是下級電路的輸入電阻。7)直流電源UCC直流電源UCC的作用是提供能量。一方面，直流電源要給三極管的發(fā)射結(jié)提供正偏電壓，給集電極提供反偏電壓

4、，保證三極管工作在放大狀態(tài)，這就要求電源的極性要正確；另一方面，直流電源提供的能量通過三極管的控制作用轉(zhuǎn)換成負(fù)載所需要的交流能量。三極管的作用就是要保證提供給負(fù)載的交流能量變化規(guī)律和輸入信號的變化一樣，這就是所謂的放大作用，其實(shí)質(zhì)是一種能量轉(zhuǎn)變的控制。2.2原理圖的設(shè)計(jì)2.2.1放大器靜態(tài)的原理圖設(shè)計(jì) 圖1當(dāng)輸入的交流信號為零時(shí)，這時(shí)三極管的基極、集電極和發(fā)射極中都只有直流電流。這種工作狀態(tài)叫做放大器的靜態(tài)。此時(shí)三極管不具有放大功能。2.2.2總原理圖的設(shè)計(jì)及工作原理 圖2一、 原理圖的設(shè)計(jì)步驟1） 從在設(shè)計(jì)之前，一般在紙上做出大致構(gòu)思，這樣可以加快在電腦上設(shè)計(jì)的速度。2） 在完成構(gòu)思后，啟動(dòng)

5、Protel99 SE,進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)。根據(jù)電路圖的規(guī)模和復(fù)雜決定圖紙的大小、規(guī)格等必要的參數(shù)。3） 根據(jù)個(gè)人喜好和工作習(xí)慣，設(shè)置好原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的環(huán)境參數(shù)，如個(gè)點(diǎn)的大小和類型、光標(biāo)的大小和類型。一般來說采用系統(tǒng)的默認(rèn)值。4） 根據(jù)電路原理圖的需要，將元件從元件庫中選擇出來，放置到圖紙上，并且同時(shí)進(jìn)行設(shè)置元件的序號、元件封裝的定義和設(shè)置等工作。5） 為了電路圖的美觀，需要對元件進(jìn)行修改、對齊的操作。6） 根據(jù)電路原理圖的需要，將各個(gè)元件通過具有電器意義的導(dǎo)線、符號連接起來，構(gòu)成一個(gè)完整的電路原理圖。7） 將繪制成型的電路原理圖調(diào)整、美化。8） 輸出各種報(bào)表，如網(wǎng)絡(luò)表、元件列表等，其中最重要

6、的是網(wǎng)絡(luò)表。二、原理圖的工作原理放大器的作用就是將微小的信號放大。在原理圖中，三極管已具備了放大的工作條件：發(fā)射結(jié)上加有正偏電壓，集電結(jié)上加有反向電壓。當(dāng)輸入的交流信號為零時(shí)，這時(shí)三極管的基極、集電極和發(fā)射極中都只有直流電流。這種工作狀態(tài)叫做放大器的靜態(tài)。當(dāng)輸入的交流信號不為零時(shí)，基極、集電極和發(fā)射極中既含直流電流又含交流電流。這種工作狀態(tài)叫做放大器的動(dòng)態(tài)。當(dāng)給放大器加一個(gè)微小的輸入信號電壓后，三極管的基極將有微小的變化，這將導(dǎo)致集電極電流有較大的變化。集電極電流通過集電極電阻RC就轉(zhuǎn)換成電壓的變化，若RC取值較大（一般為幾千歐），則在RC就會(huì)幾伏的電壓變化，通過耦合電容C2,負(fù)載就得到了比輸

7、入信號電壓大得多的交流信號電壓，從而實(shí)現(xiàn)了信號的放大。2.3網(wǎng)絡(luò)表生成及元件清單和電氣檢查2.3.1電氣規(guī)則的檢查 執(zhí)行菜單命令ToolsERC，進(jìn)行電氣規(guī)則檢查。檢查結(jié)果如圖3所示： 圖3檢查結(jié)果若出現(xiàn)圖3所示則說明沒有錯(cuò)誤之處可進(jìn)行下一項(xiàng)工作，如果檢查有錯(cuò)誤出現(xiàn)則應(yīng)返回原理圖進(jìn)行修改，直至電氣檢查無誤。2.3.2生成元件清單報(bào)表 執(zhí)行菜單命令ReportBill of Material，產(chǎn)生元件清單報(bào)表。如圖4所示： 圖42.3.3產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表執(zhí)行菜單命令DesignCreate Netlist，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表。如圖5所示： 圖52.4電路PCB設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)2.4.1PCB電路的設(shè)計(jì)規(guī)則Prot

8、el 99 SE提供了功能強(qiáng)大的自動(dòng)布線器。它能產(chǎn)生高質(zhì)量的布線效果，大大提高了設(shè)計(jì)效率。但是，一般來講電路板上不同的電路部分其電氣要求有各自的特殊性，如電源線與地線或其他有較大電流經(jīng)過的導(dǎo)線要求導(dǎo)線要寬，而一般邏輯電路的導(dǎo)線可以細(xì)一些。又如，在某些高頻電路中要求網(wǎng)絡(luò)線等長，保證信號從不同的通路經(jīng)過時(shí)有相同的延時(shí)時(shí)間、相同的阻抗，而其他電路可能不需要網(wǎng)絡(luò)線等長。這就要求設(shè)計(jì)者根據(jù)自己的設(shè)計(jì)要求，來進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)置，這些設(shè)計(jì)規(guī)則不僅對自動(dòng)布線有用，對于手工布線也是相當(dāng)有用的。PCB電路板的設(shè)計(jì)規(guī)則包括六大類：電路板布線方面的設(shè)計(jì)規(guī)則、電路板制造方面的設(shè)計(jì)規(guī)則、高頻電路方面的設(shè)計(jì)規(guī)則、元件布局方

9、面的設(shè)計(jì)規(guī)則、信號完整性分析方面的設(shè)計(jì)規(guī)則、其它相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)則。2.4.2單管放大電路的PCB設(shè)計(jì)（1）建立電路板文件。（2）加載封裝庫。（3）調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表。在調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表時(shí)應(yīng)該觀察窗口底部的狀態(tài)條以確定是否所有的宏命令都有效，若是出現(xiàn)錯(cuò)誤就應(yīng)該找出出現(xiàn)什么錯(cuò)誤。（一般錯(cuò)誤是元件封裝不對，致使在封裝庫中找不到，這種情況將顯示：Footprint XXX not found in Lirbary；或者是封裝可以找到，但是管腳號和焊盤號不一致，這種情況將顯示：Node not found。網(wǎng)絡(luò)表宏信息如圖6所示： 圖6如果出現(xiàn)錯(cuò)誤需要返回原理圖進(jìn)行修改，有時(shí)也可直接在PCB中修改，修改完成后要重新創(chuàng)建網(wǎng)

10、絡(luò)表，直至沒有錯(cuò)誤之處。（4）利用向?qū)М嬕粋€(gè)電路板框。（5）進(jìn)行自動(dòng)布局。（6）自動(dòng)布線。2.4.3總PCB圖的設(shè)計(jì)待各個(gè)步驟都沒有錯(cuò)誤后，利用自動(dòng)布線生成PCB圖?？侾CB圖如圖7所示： 圖7如果對自動(dòng)布局不滿意可以用人工布局，然后再進(jìn)行布線。2.4.4生成3D視圖最后生成3D視圖如圖8所示：3總結(jié)體會(huì)通過這次對單管放大器電路的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于單管放大器電路的原理與設(shè)計(jì)理念，經(jīng)過這次設(shè)計(jì)使我了解到原理圖的設(shè)計(jì)與PCB的設(shè)計(jì)之間的關(guān)聯(lián)，要想由原理圖生成PCB圖必須建立網(wǎng)絡(luò)表，原理圖中元件的封裝要正確否則是不能夠生成PCB圖的，這次的設(shè)計(jì)加深了我對PCB設(shè)計(jì)

11、步驟的認(rèn)識，增強(qiáng)了我的操作能力和動(dòng)手能力，使我認(rèn)識到了自己在這門課中的不足和以后的學(xué)習(xí)方向。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。3 參考文獻(xiàn)【1】張玉蓮，電子CAD（Protei 99 SE）實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書 西安：西安電子科技大學(xué)出版社 2009【2】顧濱 趙偉軍，Protei 99 SE實(shí)用教程（第2版）.北京：人民郵電出版社 2009【3】鄭學(xué)峰，模擬電子技術(shù) 西安：安電子科技大學(xué)出版社 2008河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院電子CAD技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目：_系 別： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 完成日期： 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院電子CAD技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班級學(xué)生姓名指導(dǎo)教師