《电子CAD》课程设计.doc

单管放大电路的PCB设计1 课程设计的目的设计单管放大电路的PCB图要求及目的如下：1、 完整绘制单管放大电路的原理图。2、 练习由原理图生成PCB图的方法。3、 熟悉电路板设计的基本步骤。2 设计过程2.1放大电路的组成及各元件的作用 放大电路的功能是利用三极管的电流控制作用，把微弱的电信号不是真地放大到所需的数值，实现将直流电源的能量部分地转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。该放大电路主要由三极管（V）、偏置电阻（RB)、集电极电阻（RC)、输入耦合电容（C1)、输出耦合电容（C2)、交流信号（Ui)、负载(RL)、直流电源（+UCC)组成。1） 三极管（V）如原理图所示，三机管是放大器中的核心元件，利用它对电流的放大作用来对信号的放大。三极管的工作原理：通过实验可知，三极管的集电极电流与基极电流基本上等于某个值（），值一般为50。也就是说，如果在基极上加一个小的变化的电流信号，则在集电极上就有一个大的且与基极信号成比例的电流信号。所以三极管具有放大作用。2）偏置电阻RB偏置电阻RB的作用有两种：一是给发射结提供正偏置电压以及决定电路中在没有信号输入的情况下（也叫静态）的基极电流IBQ大小。IBQ也叫做偏置电流，所以RB也常被称为偏置电阻。RB的值固定了，IBQ也固定了，因此，这种电路被为固定偏置放大电路。二是防止交流信号被短路。3)集电极电阻RC集电极电阻RC的作用有两个：一是给集电极提供反偏电压通路；二是把集电极的电流变化转换成输出电压的变化，这样就可以把三极管的电流放大作用转变成放大的电压进行输出。4)输入耦合电容C1和输出耦合电容C2C1和C2的作用是“隔直流，通交流”，即把输入信号中的交流成分传递给三极管，把集电极电压中交流成分传递给负载。只要耦合电容的容量足够大，其容抗就可以忽略不计。5）交流信号交流信号Ui是要被放大的信号。6）负载RL 负载RL是放大了的交流信号的承受者（比如收音机中的扬声器），也可以是下级电路的输入电阻。7)直流电源UCC直流电源UCC的作用是提供能量。一方面，直流电源要给三极管的发射结提供正偏电压，给集电极提供反偏电压，保证三极管工作在放大状态，这就要求电源的极性要正确；另一方面，直流电源提供的能量通过三极管的控制作用转换成负载所需要的交流能量。三极管的作用就是要保证提供给负载的交流能量变化规律和输入信号的变化一样，这就是所谓的放大作用，其实质是一种能量转变的控制。2.2原理图的设计2.2.1放大器静态的原理图设计 图1当输入的交流信号为零时，这时三极管的基极、集电极和发射极中都只有直流电流。这种工作状态叫做放大器的静态。此时三极管不具有放大功能。2.2.2总原理图的设计及工作原理 图2一、 原理图的设计步骤1） 从在设计之前，一般在纸上做出大致构思，这样可以加快在电脑上设计的速度。2） 在完成构思后，启动Protel99 SE,进入原理图设计系统。根据电路图的规模和复杂决定图纸的大小、规格等必要的参数。3） 根据个人喜好和工作习惯，设置好原理图设计系统的环境参数，如个点的大小和类型、光标的大小和类型。一般来说采用系统的默认值。4） 根据电路原理图的需要，将元件从元件库中选择出来，放置到图纸上，并且同时进行设置元件的序号、元件封装的定义和设置等工作。5） 为了电路图的美观，需要对元件进行修改、对齐的操作。6） 根据电路原理图的需要，将各个元件通过具有电器意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。7） 将绘制成型的电路原理图调整、美化。8） 输出各种报表，如网络表、元件列表等，其中最重要的是网络表。二、原理图的工作原理放大器的作用就是将微小的信号放大。在原理图中，三极管已具备了放大的工作条件：发射结上加有正偏电压，集电结上加有反向电压。当输入的交流信号为零时，这时三极管的基极、集电极和发射极中都只有直流电流。这种工作状态叫做放大器的静态。当输入的交流信号不为零时，基极、集电极和发射极中既含直流电流又含交流电流。这种工作状态叫做放大器的动态。当给放大器加一个微小的输入信号电压后，三极管的基极将有微小的变化，这将导致集电极电流有较大的变化。集电极电流通过集电极电阻RC就转换成电压的变化，若RC取值较大（一般为几千欧），则在RC就会几伏的电压变化，通过耦合电容C2,负载就得到了比输入信号电压大得多的交流信号电压，从而实现了信号的放大。2.3网络表生成及元件清单和电气检查2.3.1电气规则的检查 执行菜单命令ToolsERC，进行电气规则检查。检查结果如图3所示： 图3检查结果若出现图3所示则说明没有错误之处可进行下一项工作，如果检查有错误出现则应返回原理图进行修改，直至电气检查无误。2.3.2生成元件清单报表 执行菜单命令ReportBill of Material，产生元件清单报表。如图4所示： 图42.3.3产生网络表执行菜单命令DesignCreate Netlist，产生网络表。如图5所示： 图52.4电路PCB设计图的设计2.4.1PCB电路的设计规则Protel 99 SE提供了功能强大的自动布线器。它能产生高质量的布线效果，大大提高了设计效率。但是，一般来讲电路板上不同的电路部分其电气要求有各自的特殊性，如电源线与地线或其他有较大电流经过的导线要求导线要宽，而一般逻辑电路的导线可以细一些。又如，在某些高频电路中要求网络线等长，保证信号从不同的通路经过时有相同的延时时间、相同的阻抗，而其他电路可能不需要网络线等长。这就要求设计者根据自己的设计要求，来进行设计规则的设置，这些设计规则不仅对自动布线有用，对于手工布线也是相当有用的。PCB电路板的设计规则包括六大类：电路板布线方面的设计规则、电路板制造方面的设计规则、高频电路方面的设计规则、元件布局方面的设计规则、信号完整性分析方面的设计规则、其它相关设计规则。2.4.2单管放大电路的PCB设计（1）建立电路板文件。（2）加载封装库。（3）调入网络表。在调入网络表时应该观察窗口底部的状态条以确定是否所有的宏命令都有效，若是出现错误就应该找出出现什么错误。（一般错误是元件封装不对，致使在封装库中找不到，这种情况将显示：Footprint XXX not found in Lirbary；或者是封装可以找到，但是管脚号和焊盘号不一致，这种情况将显示：Node not found。网络表宏信息如图6所示： 图6如果出现错误需要返回原理图进行修改，有时也可直接在PCB中修改，修改完成后要重新创建网络表，直至没有错误之处。（4）利用向导画一个电路板框。（5）进行自动布局。（6）自动布线。2.4.3总PCB图的设计待各个步骤都没有错误后，利用自动布线生成PCB图。总PCB图如图7所示： 图7如果对自动布局不满意可以用人工布局，然后再进行布线。2.4.4生成3D视图最后生成3D视图如图8所示：3总结体会通过这次对单管放大器电路的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于单管放大器电路的原理与设计理念，经过这次设计使我了解到原理图的设计与PCB的设计之间的关联，要想由原理图生成PCB图必须建立网络表，原理图中元件的封装要正确否则是不能够生成PCB图的，这次的设计加深了我对PCB设计步骤的认识，增强了我的操作能力和动手能力，使我认识到了自己在这门课中的不足和以后的学习方向。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。3 参考文献【1】张玉莲，电子CAD（Protei 99 SE）实训指导书 西安：西安电子科技大学出版社 2009【2】顾滨 赵伟军，Protei 99 SE实用教程（第2版）.北京：人民邮电出版社 2009【3】郑学峰，模拟电子技术 西安：安电子科技大学出版社 2008河南质量工程职业学院电子CAD技术课程设计 题 目：_系 别： 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 河南质量工程职业学院电子CAD技术课程设计任务书班级学生姓名指导教师课程设计题目主要设计内容主要技术指标和设计要求主要参考资料及文献【1】牟小令主编高效率音频功率放大器西南师范大学学报2003.01【2】胡宴如主编 数字电子技术高等教育出版社2005.10【3】邹天汉主编数字功率和音箱设计与制作人民邮电出版社2001.03【4】铃木雅臣日著、周南生译、张文敏校晶体管的设计科学出版社【5】电子制作合订版2005.08