集成运算放大器课程设计.

沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书1成绩评定表学生姓名**班级学号***专业通信工程课程设计题目集成运算放大器评语组长签字：成绩日期20年月日沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书2课程设计任务书学院信息科学与工程学院专业通信工程学生姓名**班级学号***课程设计题目集成运算放大器实践教学要求与任务:设计任务1.认真完成protel软件学习，熟练掌握基本操作。2.绘制集成运算放大器电路原理图，要求布局符合电器规范、制图美观、可读性好。3.集成运算放大器电路原理图相应的双面印刷版图。4.提交课程设计报告，要求条理清楚、图文并茂，体现制图的必要过程。工作计划与进度安排:1月6日-7日布置设计任务、查阅资料、学习protel基础知识，1月8日-10日绘制电路原理图及相应的双面印刷版图，1月11日-12日撰写课程设计报告及答辩。指导教师：201年月日专业负责人：201年月日学院教学副院长：201年月日沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书3目录1Protel的简要介绍……………………………………………………………………………41.1Protel的发展历史………………………………………………………………………41.2Protel99SE简介…………………………………………………………………………42设计任务及要求………………………………………………………………………………52.1设计任务………………………………………………………………………………52.2设计要求………………………………………………………………………………53电路原理介绍………………………………………………………………………………63.1反向运算放大器…………………………………………………………………………63.2反向加法器………………………………………………………………………………63.3差动运算放大器…………………………………………………………………………73.4积分器电路…………………………………………………………………………74原理图设计……………………………………………………………………………84.1电路元件明细表………………………………………………………………………94.2绘制原理图…………………………………………………………………………104.3元件生成清单……………………………………………………………………………115印刷版图的绘制……………………………………………………………………………115.1准备电路原理图和网络表…………………………………………………………11-135.2创建PCB文件以及网络表的装入…………………………………………………145.3元件的布局以及印刷板的布线……………………………………………………156收获和体会…………………………………………………………………………167主要参考文献……………………………………………………………………………18沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书41Protel的简要介绍1.1Protel的发展历程初期ProtelWindows版本：八十年代末期推出了Windows版本下的ProtelForWindows1.0、ProtelForWindows1.5等版本。中期ProtelWindows版本：开发了与Windows95对应的3.X版本。近期版本：98年推出的Proel98，开始基本满足了大多数使用者的需求，特别是出色的自动布线功能得到了用户的支持。99年推出的Proel99及后来的Proel99SE让Protel用户耳目一新，因为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ProtelDXP，该版本耗时2年多，无论在功能、规模上都比Protel99SE,有极大的飞跃，主要在仿真与布线方面有了较大的提高。2004年最新产品Protel2004.1.2Protel99SE简介Protel99se软件中提供了SIM99se数模混合仿真器集成软件可以对许多电子线路进行模拟设计，模拟运行，反复修改。提供了接近6000各仿真元件和大量的数学模型期间，可以对电工电路，低频电子线路、高频电子线路和脉冲数字电路在一定范围内进行仿真分析。仿真结果以多种图形方式输出，直观明了，可以单图精细分析，也可以多图综合比较分析、并可通过不同的角度进行分析，以获得对电路设计的准确判断。Protel99se仿真方面其具有的特点有：1用户可以根据Protel99SE电路仿真器所提供的功能，分析设计电路的各方面性能，如电路的交直流特性、温度漂移、噪声、失真、容差、最坏情况等特2其中包括基本信号源：直流源、正弦源、脉冲源、指数源、单频调频源、沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书53(1)无需手工编写电路网表文件。系统将根据所画电路原理图自动生成网表文件并进行仿真。(2)通过对话框完成电路分析各参数设置。(3)方便地观察波形信号。可同时显示多个波形，也可单独显示某个波形；可对波形进行多次局部放大，也可将两个波形放置于同一单元格内进行显示并分析比较两者的差别。(4)强大的波形信号后处理，可利用各种数学函数对波形进行各种分析运算并创建一个新的波形。(5)方便地测量输出波形。Protel99SE提供了两个测量光标，打开它们可测量波形数据。2设计任务及要求2.1设计任务1绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图。2绘制相应电路原理图的双面印刷版图。3对电路原理图进行仿真，给出仿真结果，并说明是否达到设计意图。2.2设计要求1电路图的规模要比较大、电路比较复杂。2制图要美观、可读性要好。3电路选择不可过分简单，元件种类（包括电源和信号源）不能少于5种而且元件个数不能少于20个。沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书63电路原理介绍集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。3.1反相比例运算放大器反相比例运算放大器电路是集成运放的一种最基本的接法，如图2.6.1所示。电路的输出电压ou与输入电压iu的关系式为：foi1RuuR。UoR1RfRUi210kΩ10kΩ20kΩ图1反相比例运放电路3.2反相加法器如果在运算放大器的反相端同时加入几个信号，接成图2.6.2的形式，就构成了能对同时加入的几个信号电压进行代数相加的运算反相加法器电路。电路的输出电压ou与输入电压iu的关系式为：ffoi1i212RRu(uu)RR。UoR2RfRUi2310kΩ4kΩ20kΩR110kΩUi1图2反相加法器电路3.3差动运算放大电路差动输入运算放大器电路如图2.6.3所示。根据电路分析，该电路的输出电沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书7压ou与输入电压iu的关系式为：foi2i11Ru(u-u)R。该关系式说明了两个输入端的信号具有相减的关系，所以这种电路又称为减法器。同时，电路中同相输入电路参数与反相输入电路参数应保持对称，即同相输入端的分压电路也应该由电阻fR和1R来构成，其中3fRR，21RR。UoR2RfRUi2310kΩ20kΩ20kΩR110kΩUi1图3差动运算放大电路3.4积分器电路由运算放大器构成的基本积分电路如图2.6.4所示，它的基本运算关系是：oi11uudtRC当iu为恒定直流电压时，即iiuU，oi11uUtRC，这时输出电压是随时间作直线变化的电压，其上升（或下降）的斜率是i1URC，改变iU、1R或C三个量中的任一个量都可以改变输出电压上升（或下降）的斜率。积分器的反馈元件是电容器。无信号输入时，电路处于开环状态。所以运算放大器微小的失调参数就会使得运算放大器的输出逐渐偏向正（或负）饱和状态，使得电路无法正常工作。为了减小这种积分漂移现象，实际使用时应尽量选择失调参数小的运算放大器，并在积分电容两端并联一只高阻值电阻fR以稳定直流工作点，构成电压反馈，限制整个积分器电路放大倍数。但fR不能太小，否则将影响电路积分线性关系。沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书8uoR1RfRui220kΩ10kΩ100kΩ0.1uFC图4积分器电路主要器件介绍：四运算放大器LM324内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM324的封装形式为塑封14引线双列直插式。特点★内部频率补偿★直流电压增益高(约100dB)★单位增益频带宽(约1MHz)★电源电压范围宽：单电源(3—32V)；双电源(±1.5—±16V)★低功耗电流，适合于电池供电★低输入偏流★低输入失调电压和失调电流★共模输入电压范围宽，包括接地★差模输入电压范围宽，等于电源电压范围★输出电压摆幅大(0至VCC-1.5V)管脚排列图沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书9图54原理图设计画如图6所示的电路，图中电路元件说明如表1所示。DesignatorFootprintLibRefR1～R11AXIAL0.3RES2R12VR5POT2C1、C2RAD0.1CAPJ1、J2SIP-2CON2J3SIP-3CON3U1DIP-14LF324A表1电路元件明细表沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书10使用Protel99se绘制原理图如图7，图6集成运放电路进行ERC检查，如图8。沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书11图10生成元器件清单列表5印刷版图的绘制5.1准备电路原理图和网络表原理图准备好后，使用菜单命令【Design】/【CreateNetlist...】，建网络表。网络表是原理图和印刷电路板之间的一座桥梁，网络表提供了电路的元件清单以及元件之间的互联关系。执行上述命令后，跳出NetlistCreation的对话框，点击OK即可生成与原理图同名的网络表文件，即集成运算放大器.Net如下：沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书12沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书13图5.1生成网络表沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书145.2创建PCB文件以及网络表的装入进入设计文件夹，双击图标Documents，利用主菜单【File】/【New】后出现一个对话框，选择Wizards目录下的PrintedCircuitBoardWizard，我们就可以建立一个标准的PCB版图了。在PCB界面中，利用【Design】/【Netlist...】命令，将网络表载入，得到如下结果（如图5.1所示）：图5.2载入网络表网络表通过之后，我们就开始对元件进行布局了。5.3元件的布局以及印刷板的布线手工调整布局完成后，我们执行【AutoRoute】/【All】，就可以进行自动布线了。自动布线完成之后，自己要对部分导线进行修改，直到满意为止。我们还可以进行补泪滴的工作。泪滴的主要作用就是提高PCB的抗拉伸强度，没有这个过渡的PCB在受到外力都压缩或者拉伸后，铜箔和焊盘之间很容易断裂，那么沈阳理工大学《Protel实训》课程设计说明书15电路板就不结实。补泪滴之后的印刷板如图5.3所示。图5.3集成运算放大器刷板6收获和体会我通过为期一周的实训练习，比较全面地了解和掌握了绘制、编辑电路原理图和PCB的方法和技巧，并能处理一些常见问题。首先，原理图的绘制很是重要，它的每一步都会关系到后面的PCB制版，还涉及到元件的整体布局，过程中还要考虑自己制作的元件的应用问题。其次，到了最为重要的PCB制版这一步骤，其中最为重要的就是网络表的生成，不仅要认真检查元件标识，还有元件的位置等问题最后，布线是最后一项工作，但是在布线的过程中，需要的不只是自动