集成运算放大电路.docx

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集成运算放大电路

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

集成运算放大电路

评

语

组长签字：

成绩

日期

20年月日

课程设计任务书

学院

信息科学与工程

专业

通信工程

学生姓名

班级学号

课程设计题目

集成运算放大电路

实践教学要求与任务:

1.认真完成protel软件学习，熟练掌握基本操作；

2.绘制集成运算放大电路原理图，要求布局符合电器规范、制图美观、可读性好；

3.绘制集成运算放大电路原理图相应的双面印刷版图；

2.

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10日-11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

摘要

本设计是根据要求进行的集成运算放大电路的设计，用Protel软件设计实验电路，并绘制出PCB电路板，根据电路图对设计进行制作，最后进行调试测试。

通过对Protel软件的学习与应用，加深对相关原理的理解，并对protel软件有初步的认识和一定的操作能力，为后续相关课程和相关软件的学习与应用打下坚实的基础。

并根据通信电子线路所学的知识，掌握电路设计，熟悉电路的制作，运用所学理论和方法进行一次综合性设计训练，从而培养独立分析问题和解决问题的能力。

根据相关课题的具体要求，按照指导老师的指导，进行具体项目的设计，提高自己的动手能力和综合水平。

随着电子工业的飞速发展，电路设计越来越复杂。

手工设计越来越难以适应形势发展的的需求。

Protel以其强大的功能，快捷实用的操作界面及良好的实效性，为设计者提供了现代电子设计手段，使设计者能快捷、准确地设计出满意的电路原理图和印刷电路板，不愧是从事电路设计的一个良好的工具。

本设计研究集成运算放大器的组成及其工作原理。

学习并掌握运用Protel99se软件绘制集成运算放大器原理图及PCB文件。

首先讲述了Protel介绍，再总的讲解了集成运算放大电路，对集成运算放大电路的Protel制作主要进行了电路原理图设计，网表的打印、PCB印刷版图的制作、元器件清单的打印这几个流程。

关键字：

Protel、PCB、电路、集成运算

1Protel简介

Protel是Protel公司在80年代末推出的一款功能强大的电路CAD软件。

其所设计的电子电路的产品，涵盖了从小型的电子产品，一直到复杂的电子计算机是目前国内电子行业使用最为广泛的电路设计软件。

我所应用的PROTEL99SE是Protel公司推出的最新版本应用于电路原理图设计，电路板设计等，是EDA行业的主流产品。

它不仅在绘制原理图，PCB版布局布线等方面功能更加完善，而且为用户提供了功能强大，使用方便的仿真器，它可以对所画的电路原理图进行即时仿真，因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析其性能指标，以及便时的发现设计中存在的问题并加以修正，从而更好的完成电路设计。

Protel基于Windows环境，功能强大，人机界面友好，能让人们在具有在完整的功能环境下，提升设计上的品质和效率。

Protel99SE主要内容包括原理图设计环境、用工具画原理图、画元件图、原理图画图练习、电路板设计环境、人工画电路板、画元件封装图、自动布线画电路板、设计规则与信号分析、电路仿真、仿真练习、人工布线画电路板练习、自动布线画电路板图练习、电路设计导引、完成电路板设计后的工作等。

开放式集成化的设计管理体系、超强功能的、修改与编辑功能和强大的设计自动化功能。

表1.1Protel99SE的文件类型及其说明

文件扩展名

类型说明

.abk

自动备份文件

.ddb

设计数据库文件

.pcb

印刷电路板图文件

.sch

原理图文件

.lib

元件库文件

.net

网络表文件

.txt

文本文件

.rep

生成的报告文件

Protel99se仿真方面其具有的特点有：

1）强大的分析功能。

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、最坏情况等特性。

2）丰富的信号源。

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、分段线性源，同时还提供了齐全的线性和非线性受控源。

3）充分的仿真模型库。

Protel99SE提供了20多个模拟和数字仿真元件库，共包含6000多个常用元器件。

这些组件库包括了常用二极管、三极管、单结晶体管、变压器，晶闸管、双向晶闸管等分立组件，还有大量的数字器件和其它集成电路器件。

同时Protel99SE提供了一个开放的库维护环境，允许设计者改变原有器件模型，也可创建新器件模型。

Protel99SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。

它可生成30多种格式的电气连接网络表，具有强大的全局编辑功能，可以同时运行原理图和PCB，可以在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络，甚至具有汉字编辑功能等等，为广大电子设计人员和电子设计爱好者带来了极大的便利。

Protel99SE采用数据库的管理方式。

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。

2实验原理

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。

2.1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

与输入电压

的关系式为：

。

图2.1反相比例运放电路

2.2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

与输入电压

的关系式为：

。

图2.2反相加法器电路

2.3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，该电路的输出电压

与输入电压

的关系式为：

。

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

和

来构成，其中

，

。

图2.3差动运算放大电路

2.4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：

当

为恒定直流电压时，即

，

，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

，改变

、

或

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

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

不能太小，否则将影响电路积分线性关系。

图2.4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

图2.5管脚排列图

3使用Protel制作电路原理图

3.1建立原理图文件

3.1.1创建本次课程设计数据库文件

步骤：

1）【File】｜【New】

2）单击Browse按钮，选择文件的存储位置。

3）单击【OK】们就创建了一个新的设计数据库文件。

3.1.2启动原理图编辑器

步骤：

1）【File】｜【New】

2）

单击SchematicDocument【OK】或直接双击

3）单击Explore下的Sheet1或直接双击工作窗口中的Sheet1

3.1.3绘制电路原理图

画如图3.1所示的电路，图中电路元件说明如表3.1所示。

表3.1电路元件明细表

图3.1集成运放电路

使用Protel99se绘制原理图如图3.2

图3.2集成运放原理图

3.2ERC电气规则检查

在绘制完电路原理图后，设计者还需要对电路原理图进行电气检查，看它是否存在违反电气规则的地方。

电气规则检查是电路设计中很重要的一步。

3.2.1电气规则检查的设置

执行菜单命令【Tools】/【ERC】,打开如图3.3所示的“SetupElectricalRuleCheck”对话框，设置用于电气规则检查的各选项、范围和参数。

图3.3“SetupElectricalRuleCheck”对话框

3.2.2进行ERC检查，生成ERC报表

点击OK进行ERC电气规则检查，出现如图3.4，表示该电路无电气规则方面的错误。

图3.4ERC检查

3.3生成网络报表

Protel99se系统具有丰富的报表功能，设计者可以利用Protel99se各种不同类型的报表文件。

在电路原理图所产生的各种报表中，以网络表最为重要。

绘制电路图最主要的目的就是将设计电路转换成一个有效地网络表。

综合起来，网络表有两个重要的作用：

一是可以用于印制电路板的自动布局、自动布线和电路模拟程序；另一方面可以将由电路原理图产生的网络表文件与印刷电路板得到的表进行比较，以检查原理图与印刷电路板之间是否一致。

执行菜单命令【Design】/【CreatNetlist】,在弹出的对话框中点击OK，生成本次课程设计电路原理图的网络表，如图3.5

图3.5生成网络表

4使用Protel制作电路PCB图

4.1元器件的封装

元器件的封装的目的是为了将电路原理图上的元件和实际电路元件对应起来，从而制成实际的电路。

本次课程设计电路各元器件的封装如下表所示：

图4.1生成元器件清单列

4.2生成PCB图

4.2.1PCB检错

执行菜单命令【design】/【UpdatePCB】，在弹出对话框中点击Previewchanges，出现对话框，确定没有错误后，点击Execute，生成PCB图。

4.2.2PCB图的布局和布线

Protel99se有自动布线功能，对于简单电路，我们可以使用自动布线代替手动布线，从而使工作更有效率。

将生成的PCB图中各元件排列整齐，设置好物理边界和电气边界，执行命令菜单【Autoroute】/【All】,可以看到软件自动将各元件用导线连接上。

蓝色和红色的线分别表示印刷电路板底层和顶层的导线布局。

如图4.2所示。

图4.2PCB电路图

5总结

随着电子工业的飞速发展，电路设计越来越复杂。

手工设计越来越难以适应形势发展的的需求。

Protel以其强大的功能，快捷实用的操作界面及良好的实效性，为设计者提供了现代电子设计手段，使设计者能快捷、准确地设计出满意的电路原理图和印刷电路板，不愧是从事电路设计的一个良好的工具。

通过这次Protel电路设计课程设计，让我了解了制作与编辑元件电路原理图元器件库的方法——设计电路原理图的方法——对该电路原理图进行电气规则测试的方法——生成该电路原理图的网络表文件的方法——生成该电路原理图的元器件材料清单列表的方法——制作与修改PCB元件封装的方法——设计PCB图的方法。

经过这一周的Protel课程设计，我从原先对Protel的一无所知到现在能够利用它进行一些基本的电路的原理图设计和PCB的制作，之间的巨大变化着实令人吃惊。

但是这种进步来之不易，因为这期间我遇到了很多的困难，发现了很多的问题，正是在解决问题的期间我才慢慢地熟悉了Protel，才慢慢地学会了如何使用这种软件。

这次课设使我受益匪浅。

成功完成课设，同样离不开老师的指导和同学的帮助。

在此，谢谢老师和同学的帮助。

6参考文献

[1]郑鹏思、林远长、董前程、矫津毅，《Protel99SE入门与典型实例》，龙脉工作室北京，人民邮电出版社；

[2]任青莲，《基于Protel99SE的模拟调制系统仿真》，太原科技大学电子信息工程学院，太原；

[3]彭文标、李海军，《基于protel的通信电子线路仿真分析》，三峡大学电气信息学院，湖北宜昌；

[4]及力、张涛、王永成，《protel99SE原理图与PCB设计教程（第二版）》，电子工业出版社