集成運算放大器課程設(shè)計

1、沈陽理工大學(xué)Protel實訓(xùn)課程設(shè)計說明書 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器評語組長簽字：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)與工程學(xué)院專 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器實踐教學(xué)要求與任務(wù):設(shè)計任務(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

2、務(wù)、查閱資料、學(xué)習(xí)protel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11日-12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 目 錄1 Protel的簡要介紹4 1.1 Protel的發(fā)展歷史4 1.2 Protel99SE簡介42 設(shè)計任務(wù)及要求52.1設(shè)計任務(wù)52.2設(shè)計要求53 電路原理介紹6 3.1 反向運算放大器6 3.2 反向加法器6 3.3 差動運算放大器7 3.4積分器電路74 原理圖設(shè)計8 4.1電路元件明細表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167 主要參考文獻181 Protel的簡要介紹 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：開發(fā)了與Windows95對應(yīng)的3.X版本。 近期版本：98年推出的Proel98，開始基本滿足了大多數(shù)使用者的需求，特別是出色的自動布線功能得

4、到了用戶的支持。 99年推出的Proel99及后來的Proel99SE讓Protel用戶耳目一新，因為在其中新增了很多全新的功能。 2002年下半年推出了最新版本Protel DXP，該版本耗時2年多，無論在功能、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簡介 Protel99se軟件中提供了SIM99se數(shù)?；旌戏抡嫫骷绍浖梢詫υS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

5、路在一定范圍內(nèi)進行仿真分析。 仿真結(jié)果以多種圖形方式輸出，直觀明了，可以單圖精細分析，也可以多圖綜合比較分析、并可通過不同的角度進行分析，以獲得對電路設(shè)計的準確判斷。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和非線性受控源。   3 友好的操作界面

6、    (1)無需手工編寫電路網(wǎng)表文件。系統(tǒng)將根據(jù)所畫電路原理圖自動生成網(wǎng)表文件并進行仿真。(2)通過對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?？赏瑫r顯示多個波形，也可單獨顯示某個波形；可對波形進行多次局部放大，也可將兩個波形放置于同一單元格內(nèi)進行顯示并分析比較兩者的差別。(4)強大的波形信號后處理，可利用各種數(shù)學(xué)函數(shù)對波形進行各種分析運算并創(chuàng)建一個新的波形。(5)方便地測量輸出波形。Protel99SE提供了兩個測量光標，打開它們可測量波形數(shù)據(jù)。2 設(shè)計任務(wù)及要求 2.1 設(shè)計任務(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 對電路原理圖進行仿真，給出仿真結(jié)果，并說明是否達到設(shè)計意圖。 2.2 設(shè)計要求 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 電路選擇不可過分簡單，元件種類（包括電源和信號源）不能少于5種而且元件個數(shù)不能少于20個。3 電路原理介紹 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、微分、對數(shù)等模擬運算電路。3.1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

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 反相比例運放電路3.2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 反相加法器電路3.3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，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3 差動運算放大

9、電路3.4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

10、性關(guān)系。圖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

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)計畫如圖6所示的電路，圖中電路元件說明如表1所示。表1 電路元件明細表使用Protel 99se繪制原理圖如圖7，圖6 集成運放電路進行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 準備電路原理圖和網(wǎng)絡(luò)表原理圖準備好后，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的對話

12、框，點擊OK即可生成與原理圖同名的網(wǎng)絡(luò)表文件，即集成運算放大器.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 進入設(shè)計文件夾，雙擊圖標Documents，利用主菜單【File】/【New】后出現(xiàn)一個對話框，選擇Wizards目錄下的Printed Circuit Board Wizard，我們就可以建立一個標準的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)表通過之后，我們就開始對元件進行布局了。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】，就可以進行自動布線了。自動布線完成之后，自己要對部分導(dǎo)線進行修改，直到滿意為止。我們還可以進行補淚滴的工作。淚滴的主要作用就是提高PCB的抗拉伸強度，沒有這個過渡的PCB在受到外力都壓縮或者拉伸后，銅箔和焊盤之間很容易斷裂，那么電路板就不結(jié)實。補淚滴之后的印刷板如圖5.3所示。 圖5.3 集成運算放大器刷板6 收獲和體會我通過為期一周的實訓(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，并能處理一些常見問題。首先，原理圖的繪制很是重要，它的每一步都會關(guān)系到后面的PCB制版，還涉及到元件的整體布局，過程中還要考慮自己制作的元件的應(yīng)用問題。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，不僅要認真檢查元件標識，還有元件的位置等問題最后，布線是最后一項工作，但是在布線的過程中，需要的不只是自動或手動布線，還要有最后的檢驗，及時修改錯誤。 通過這次課程設(shè)計，我還意識到了想要做好一件事，要有耐心，細心，要腳踏實地，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我們耐心的時候。 當(dāng)然，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜，讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(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。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！7主要參考文獻 1 Protel99 入門與提高.趙品編著.人民郵電出版社.2000.11