protel应用实践共集电极三级晶体管放大器设计.docx
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protel应用实践共集电极三级晶体管放大器设计
课程设计任务书
学生姓名:
专业班级:
指导教师:
工作单位:
信息工程学院
题目:
共集电极三级晶体管放大器设计
初始条件:
具备PROTEL应用的理论知识;具备模拟基本电路的设计能力;具备PROTEL中模拟电路的基本调试手段;自选相关电子器件;可以使用实验室仪器调试。
要求完成的主要任务:
(1)熟悉PROTELDXP2004软件及其应用环境,在电脑上安装该软件;
(2)完成电路图设计;
(3)完成电路的仿真;
(4)完成网表的打印;
(5)完成自动布线印制版图;
(6)对自动布线的结果进行手动布线;
(7)打印元器件清单;
(8)撰写课程设计说明书。
(打印稿)
初始条件:
1、2016年6月18日集中,做课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
2、2016年6月19日,查阅相关资料,确定方案。
3、2016年6月20日至2016年6月21日,制作与调试。
4、2016年6月22日至2016年6月23日,设计说明书撰写。
5、2016年6月24日上交课程设计成果及报告,同时进行答辩。
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
摘要
Protel软件功能强大,使用方便,学会它可以很好的设计电路的布局,更加利于后续电路的焊接等工作,本次设计题目是共集电极三级晶体管放大器设计,首先要明白放大器的工作原理,设计电路图,合理选择参数,完成路的设计。
通过这次设计,我需要学会如何利用Protel软件设计电路原理图,以及元器件的封装,创建网络表,以及在PCB界面加载网络表,合理布局,生成PCB双面和单面板图。
关键词:
电路设计;晶体管;PCB
目录
1概述1
1.1ProtelDXP2004发展历程1
1.2ProteDXP2004软件特色1
2共集电极三级晶体管放大器设计3
2.1电路原理3
2.2电路组成3
2.3电路分析4
2.3.1静态分析4
2.3.2动态分析4
2.4参数的确定5
3用Protel软件绘制原理图6
3.1新建设计6
3.2放置元件6
3.3原理图的布线8
3.4电路仿真8
4绘制电路的PCB图10
4.1创建网络表10
4.2进入PCB设计界面10
4.3摆放元件并布线15
4.4元件清单18
5心得体会19
6参考文献20
1概述
1.1protelDXP2004发展历程
ProtelDXP2004拓展了Protel软件的原设计领域,Protel DXP功能更加完备、风格更加成熟,并且界面更加灵活,尤其在仿真和PLD电路设计方面有了重大改进,Protel 旧版具有的功能它都具有。
Protel是目前国内最流行的通用EDA软件,它将电路原理图设计、PCB板图设计、电路仿真和PLD设计等多个实用工具组合起来构成EDA工作平台,是第1个将EDA软件设计成基于Windows的普及型产品。
与Protel 99SE软件相比,Protel DXP功能更加完备、风格更加成熟,并且界面更加灵活,尤其在仿真和PLD电路设计方面有了重大改进。
摆脱了Protel前期版本基于PCB设计的产品定位,显露出一个普及型全线EDA产品崭新的面貌。
protel DXP2004 中文平台的中/英文操作环境随时可切换,汉化包括工作区窗口、菜单、工具条、对话框等可编辑的PCB放置汉字功能,实现PCB图上的汉字输入功能,支持用户在PCB图的任意层上直接标注汉字。
满足中国用户的设计需求,增加了软件功能和实用性提供最新版的国标图形符号库(GB-T/4728)A0到A4幅面的国标化图纸模板.
1.2ProteDXP2004软件特色
一、Protel2004共可进行74个板层设计,包含32层Signal(信号走线层);16层Mechanical(机构层);16层InternalPlane(内层电源层);2层Solder Mask(防焊层);2层PasteMask(锡膏层);2层Silkscreen(丝印层);2层钻孔层(钻孔引导和钻孔冲压);1层KeepOut(禁止层);1层Multi-Layer(横跨所有的信号板层)。
二、Protel2004中Pad点的外型:
圆形;方形;八角形。
三、Pad点堆叠结构:
包含Simple(所有的层数都相同);Top-Mid-Bottom(可对不同的层数下外型定义有top,bottom或者是midlayers);FullStack(每个层数都能各自定义Pad点外型)。
四、Protel2004Via(贯孔)的种类:
Through-hole(从顶层贯穿到底层);Blind&Buried(板层对);Blind&Buried(任意层数)。
五、Protel2004布线模式:
Oblique(任意角走线);45deg(45度角走线);45degwitharcs(45度角圆弧走线);90deg(90度角走线);90degwitharcs(90度角圆弧走线)。
六、Protel2004交互式布线模式:
IgnoreObstacles(忽略障碍模式);Avoid Obstacles(避开障碍模式);Push-and-Shove(推挤障碍模式)。
七、Protel2004铺铜的形式:
90度角铺铜;45度角铺铜;垂直铺铜;水平铺铜。
八、Protel2004内层连接:
可以指定到任意的网络(Net)。
Protel2004内层电源:
所有的内层电源层都能指定到任意的网络,而且所有的内层分割都能重叠。
2共集电极三级晶体管放大器设计
2.1电路原理
共集电极放大电路如图2-1所示,这是一个电压串联负反馈放大电路,它具有输入电阻高,输出电阻低,电压放大倍数接近于2-1,输出电压能够在较大范围内跟随输入电压作线性变化以及输入、输出信号同相等特点,共集电极放大电路的输出取自发射极,又称射极跟随器。
在实际中得到了广泛的应用,常用于阻抗交换、输入级和输出级。
图2.1共集电极三级晶体管放大器设计电路图
2.2电路组成
交流信号从基极输入,从射极输出;交流信号输入输出的公共端是集电极。
该电路发射结正偏,集电结反偏;且交流信号能够顺畅的输入输出,满足放大的基本条件。
2.3电路分析
2.3.1静态分析
估算法求解Q,直流通路中有
(2-3-1)
(2-3-2)
(2-3-3)
(2-3-4)
2.3.2动态分析
低频小信号模型法求解电压放大倍数、输入电阻和输出电阻,有
(2-3-5)
(1)电压放大倍数
(2-3-6)
(2-3-7)
(2-3-8)
(2-3-9)
式中,(2-3-10)
一般,所以共集电极电路的电压放大倍数接近于1,而略小于1;而且为正,说明它的输入电压和输出电压是同相的;因此共集电极电路常称为射极跟随器,它的输出电压的大小和相位跟随输入电压变化,具有电压跟随作用。
(2)输入电阻和输出电阻
输入电阻
(2-3-11)
(2-3-12)
共集电极电路的输入电阻为量级,而基本公射输入电阻约为量级。
输出电阻
(2-3-13)
(2-3-14)
(2-3-15)
(2-3-16)
综上所述,射极跟随器的特点:
电压放大倍数小于1,而略等于1;输出电压与输入电压同相;输入电阻高,输出电阻低。
2.4参数的确定
本实验通过观察输入输出波形相位和增益来判断正确性,令电源电压为+12V,三极管的电流放大倍数选定为50。
由2.3节部分公式可计算得本次设计选用原件参数如下表:
表2-1实验选用元件参数表
Rb
Rp1
R1
Rs
Re1
Re2
RL
C1
C2
Q
51K
680K
5K
100
100
1K
1K
10uF
10uF
2N3904
由公式(2.3.9)可得:
当滑动变阻器Rp1参数为0.5时,电压增益Av=0.96。
非常接近于1,说明参数设置合理。
3用Protel软件绘制原理图
3.1新建设计
进入ProtelDXP2004设计界面,执行“文件/创建/项目/PCB项目”命令,生成名为“PCB_PROJECT1.PRJPCB”的工程,右击该工程,点击“追加新文件到项目中”,选择Schematic即可进入原理图绘制主界面。
3.2放置元件
在原理图设计主界面的上方,点击添加原件的图标,再点击履历后方的浏览键,即可弹出元件库选择界面,便可从中选出所需要的元件。
在本次设计中,先选出所需要的三极管,放置在右侧的原理图布置界面,放大界面,即可看清元件。
图3.1放置元件弹出窗口
图3.2浏览元件库弹出窗口
图3.3放置元件展示
右击元件点击属性,弹出设置元件属性和封装类型的对话框,如下图,三极管的封装类型填为TO-92A,这在生成PCB中用到,名称填为Q,单击确定即可。
图3.4设置原件属性
3.3原理图的布线
根据电路原理图放置好元件后,接下来是布线,点击“放置导线”按键即可进行布线。
图3.5共集电极放大器电路原理图
3.4电路仿真
对于待检测点放置网络标签Vi和Vo,执行“设计/仿真/MixedSim”命令,在电路不出现Error的情况下,会弹出一个“分析设定”的窗口,选择可用信号中的Vi和Vo移动至活动信号栏中,点击确认即可出现仿真结果。
图3.6分析设定窗口设置
图3.7仿真结果图
从仿真结果中可以看出,输出信号Vo与输入信号Vi是同相的。
且输入信号峰值为1.0V,而输出信号峰值约为0.95V,增益约为0.95与理论计算结果非常接近,表明本次共集电极三级晶体管放大器设计符合理论要求。
4绘制电路的PCB图
4.1创建网络表
网络表是原理图与PCB图之间的连接纽带,是PCB能否成功的关键。
执行“设计/设计项目的网络表/Protel”命令即可创建网络表。
网络表打印结果如下:
[
10KHz
VSIN
]
[
12Vpos
VSRC
]
[
C1
CAPPA14.05-10.5x6.3
CapPol2
]
[
C2
CAPPA14.05-10.5x6.3
CapPol2
]
[
Q
BCY-W3/E4
2N3904
]
[
R1
AXIAL-0.4
Res2
]
[
Rb
AXIAL-0.4
Res2
]
[
Re1
AXIAL-0.4
Res2
]
[
Re2
AXIAL-0.4
Res2
]
[
RL
AXIAL-0.4
Res2
]
[
Rp1
VR5
RPot
]
[
Rs
AXIAL-0.4
Res2
]
(
VO
C2-2
RL-2
)
(
VI
C1-2
Rs-2
)
(
Net10KHz_1
10KHz-1
Rs-1
)
(
Net12Vpos_1
12Vpos-1
Q-3
Rb-2
)
(
NetC1_1
C1-1
R1-1
)
(
NetC2_1
C2-1
Q-1
Re1-2
)
(
NetQ_2
Q-2
R1-2
Rp1-2
)
(
NetRb_1
Rb-1
Rp1-1
Rp1-3
)
(
NetRe1_1
Re1-1
Re2-2
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- protel 应用 实践 集电极 三级 晶体管 放大器 设计