Protel應(yīng)用實(shí)踐——直流穩(wěn)壓電源.docVIP

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：柯斐 專業(yè)班級(jí)：通信1101班 指導(dǎo)教師：黃錚 工作單位：信息工程學(xué)院 題 目: Protel直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 初始條件：Protel 99se軟件、相關(guān)模電知識(shí)要求完成的主要任務(wù):1、根據(jù)自選題目繪制具有一定規(guī)模、一定復(fù)雜程度的電路原理圖*.sch（自選）。可以涉及模擬、數(shù)字、高頻、單片機(jī)、或者一個(gè)具有完備功能的電子電路系統(tǒng)。2、繪制相應(yīng)電路原理圖的雙面印刷版圖*.pcb。3、對(duì)電路原理圖進(jìn)行仿真，給出仿真結(jié)果（如波形*.sdf、數(shù)據(jù)）并說(shuō)明是否達(dá)到設(shè)計(jì)意圖。時(shí)間安排：序號(hào)階段內(nèi)容所需時(shí)間1選題，原理方案設(shè)計(jì)2天2電路原理圖、印刷版圖設(shè)計(jì)、電路的仿真、實(shí)物制作3天3撰寫報(bào)告1天4答辯1天合計(jì)7天指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 摘要電路仿真技術(shù)是近十年來(lái)在電子技術(shù)研究領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。設(shè)計(jì)人員利用計(jì)算機(jī)及其軟件的強(qiáng)大功能，在電路模型上進(jìn)行電路的性能分析和模擬實(shí)驗(yàn)，從而得到準(zhǔn)確的結(jié)果，然后再付諸生產(chǎn)，極大的減少了實(shí)驗(yàn)周期和試制成本，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，受到了電子生產(chǎn)廠家的一致歡迎。現(xiàn)在，電子仿真技術(shù)已成為電子工業(yè)領(lǐng)域不可缺少的先進(jìn)技術(shù)?？蛇M(jìn)行電子仿真的軟件有多種，其中以PROTEL99流行最廣。尤其是PROTEL99-SE仿真器，提供了強(qiáng)大的仿真功能，僅仿真元件就有6400多種，對(duì)模擬電路、數(shù)字電路和模擬數(shù)字混合電路均能實(shí)現(xiàn)仿真。PROTEL99-SE具有WINDOWS風(fēng)格的菜單、對(duì)話框和工具欄，極大的方便了用戶的操作。 AbstractCircuit simulation technology in the last 10 years of electronic technology research in the field of a revolution. Designers use computer software and the power of the circuit model on the circuit performance analysis and simulation experiments, and obtain accurate results, and then put into production, greatly reducing the experimental cycle and trial production costs and enhance production efficiency And economic benefits, by electronic manufacturers unanimously welcomed. Now, electronic simulation technology has become indispensable for the electronics industry in the area of advanced technology.May conduct electronic simulation of a variety of software, with the most popular PROTEL99. In particular PROTEL99-SE emulator, providing a powerful simulation and device simulation only have over 6,400 kinds of analog circuits, digital circuits and analog circuits can be mixed to achieve digital simulation. PROTEL99-SE with WINDOWS-style menus, dialog boxes and toolbars, a great convenience to users of the operation. 目 錄1.直流穩(wěn)壓電源電路介紹.1 2.電路的工作原理.2 2.1 電源變壓器.2 2.2 整流電路.3 2.3 濾波電路.4 2.4 穩(wěn)壓電路.53.用PROTEL繪制電路原理圖.7 3.1創(chuàng)建ddb文件.7 3.2新建原理圖文件.8 3.3載入元件庫(kù). 9 3.4放置元器件.11 3.5布線 .124.電器檢查及生成網(wǎng)絡(luò)表.13 4.1電器檢查、修改、調(diào)整.13 4.2生成網(wǎng)絡(luò)表.13 4.3生成材料清單.145PROTEL PCB印制板電路的繪制.155.1 創(chuàng)建PCB文件155.2導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表并規(guī)劃PCB版155.3設(shè)置工作參數(shù)155.4 PCB布線165.5 鋪地165.6 DRC檢查、修改165.7 保存、打印和輸出印刷電路板176PROTEL電路的仿真187.心得體會(huì)208.參考文獻(xiàn)21武漢理工大學(xué)protel課程設(shè)計(jì)1直流穩(wěn)壓電源電路介紹幾乎所有的電子電路都需要穩(wěn)定的直流電源，在檢定檢修指示儀表時(shí)，除了要有合適的標(biāo)準(zhǔn)儀器外，還必須要有合適的直流電源及調(diào)節(jié)裝置。當(dāng)由交流電網(wǎng)供電時(shí)，則需要把電網(wǎng)供給的交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電。交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波后變成直流電，雖然能夠作為直流電源使用，但是，由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，會(huì)使整流后輸出的直流電壓也隨著波動(dòng)。同時(shí)，使用中負(fù)載電流也是不斷變動(dòng)的，有的變動(dòng)幅度很大，當(dāng)它流過(guò)整流器的內(nèi)阻時(shí)，就會(huì)在內(nèi)阻上產(chǎn)生一個(gè)波動(dòng)的電壓降，這樣輸出電壓也會(huì)隨著負(fù)載電流的波動(dòng)而波動(dòng)。負(fù)載電流小，輸出電壓就高，負(fù)載電流大，輸出電壓就低。直流電源電壓產(chǎn)生波動(dòng)，會(huì)引起電路工作的不穩(wěn)定，對(duì)于精密的測(cè)量?jī)x器、自動(dòng)控制或電子計(jì)算裝置等，將會(huì)造成測(cè)量、計(jì)算的誤差，甚至根本無(wú)法正常工作。因此，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源供電。晶體管直流穩(wěn)壓電源可以作為各種晶體管儀器、儀表、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)與設(shè)備的直流電源。精密穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源還可作為檢定某些電工儀表用的穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源。因此，晶體管直流穩(wěn)壓電源是科研、生產(chǎn)、教學(xué)和維修等單位常用的必備儀器。直流穩(wěn)壓電源電路，通過(guò)變壓器、整流橋、半導(dǎo)體器件等一系列元件將常用220v交流電壓轉(zhuǎn)換位穩(wěn)定的直流電壓，大大方便了廣大用戶，如：收音機(jī)、充電器等等，在很大程度上都依賴直流穩(wěn)壓電源，本課程設(shè)計(jì)就直流穩(wěn)壓電源中的一個(gè)常用電路，用protel軟件做相關(guān)實(shí)驗(yàn)，仿真。012 電路的工作原理集成直流穩(wěn)壓電源由四部分組成，四部分分別為:電源變壓器,整流電路,濾波電路,穩(wěn)壓電路,如圖2-1所示。圖 2-1 集成直流穩(wěn)壓電源2.1 電源變壓器電源變壓器的效率電源變壓器是將220V，50HZ交流電壓降壓后輸出到副邊。其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表2-1所示：表2-1 小型變壓器的效率22 副邊功率 效率0.85 因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。例如對(duì)本次課程設(shè)計(jì)原邊邊電功率為20，由表可知其效率=0.7，則變壓器副功率為14W。LM317與LM337輸入電壓在（340）V,當(dāng)副邊輸出電壓為15V時(shí)，LM317及LM337都能正常工作。2.2 整流電路管D1D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。如圖2-2所示： 圖2-2 橋式整流電路在v2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過(guò)二極管D1流向RL，再由二極管D3流回變壓器，所以D1、D3正向?qū)?，D2、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖中實(shí)線箭頭表示。在v2的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過(guò)二極管D2流向RL，再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向?qū)?。電流流過(guò)RL時(shí)產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時(shí)相同。其電流通路如圖中虛線箭頭所示。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個(gè)二極管分33為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。 2.3 濾波電路及濾波電容的選擇 濾波電路及其原理如下圖2-3所示:圖2-3 RC濾波電路圖2-4 RC濾波電路電容濾波電路中二極管的電流和導(dǎo)通角為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般取 RLC=(35)T/2式中T為電源交流電壓的周期，濾波電容的容量可由下式估算： C=ICt/Vip-p式中Vip-p穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值； T電容C放電時(shí)間，t=T/2=0.01S IC電容C放電電流 ，可取IC=Iomax，濾波電容C的耐壓值應(yīng)大44于1.4 V2。2.4穩(wěn)壓電路 由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時(shí)，使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 圖2-5 三端可調(diào)式穩(wěn)壓器及其電路圖2-6 三端固定式穩(wěn)壓器05集成穩(wěn)壓器的種類很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按照輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可以分為正電壓輸出和負(fù)電壓輸出兩種類型。按照設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)要用到可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。16 3. 用PROTEL繪制電路原理圖3.1創(chuàng)建ddb文件 首先打開protel99SE軟件，新建一個(gè)工程項(xiàng)目即執(zhí)行菜單命令【FILE】/【NEW】，在彈出的對(duì)話框如圖2所示中將文件格式設(shè)置為MS Access Database，文件名改為自己喜歡的名字，存儲(chǔ)路徑根據(jù)需要更改，然后點(diǎn)擊“OK”就創(chuàng)建了一個(gè)后綴名為DDB的文件，我所做的所有內(nèi)容都會(huì)在這個(gè)文件里面了。我的工程中我將它命名為 “穩(wěn)壓直流電源.ddb”。 圖3-1創(chuàng)建ddb 273.2新建原理圖文件 在上一步之后顯示的有Design Team，Recycle Bin，Documents，雙擊Documents，進(jìn)入后執(zhí)行菜單命令【FILE】/【NEW】/【SCHEMATIC DOCUMENT】，這樣原理圖文件就建立在“直流穩(wěn)壓電源”工程項(xiàng)目的文檔下了，將其命名為“直流穩(wěn)壓電源原理圖.sch”在以后的制作PCB電路板的過(guò)程中我也把PCB圖建立在該文檔下，這樣就可以保持文件的有序。 圖 3-2新建原理圖文件383.3載入元件庫(kù) 裝入所需原件庫(kù)就是將用戶設(shè)計(jì)中需要用到的原件庫(kù)載入當(dāng)前系統(tǒng)，以便在繪圖過(guò)程中隨時(shí)查找和取用庫(kù)中的元器件。 圖3-3-1載入元件庫(kù)例如在本課程設(shè)計(jì)任務(wù)中我需載入sim仿真庫(kù) ，如圖點(diǎn)擊“Add ”，此元件庫(kù)便添加到工作界面。如果要移除此庫(kù)，點(diǎn)Remove即可。 圖 3-3-2元件表49如上圖，便可直接在元器件列表中尋找所需的元器件。此外，為更加方便地找尋元件，還可點(diǎn)擊左邊的“Browse Sch”下的“Find”可以直接搜索，打開直接輸入RES系統(tǒng)自動(dòng)在所有庫(kù)中尋找到目標(biāo)元件（如圖3），之間加入這個(gè)庫(kù)并且點(diǎn)擊就可以放置這個(gè)元件到所需要的位置。 圖 3-3-3搜索元件 5103.4放置元器件從裝入的原件庫(kù)中選定所需的各種元器件，將其注意防止到以建立好的工作平面上。然后根據(jù)美觀清晰的設(shè)計(jì)要求，調(diào)整元件位置。并對(duì)原件的序號(hào)、封裝形式和顯示狀態(tài)等進(jìn)行定義和設(shè)置，以便為下一步的布線工作打好基礎(chǔ)。 圖3-4定義元件611 3.5布線 在進(jìn)行合理布局之后就可以開始布線了，將放置好的元器件各管腳用具有電氣意義的導(dǎo)線、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)等連接起來(lái)，使各原件之間具有用戶所設(shè)計(jì)的電氣連接關(guān)系。注意到其中的一些快捷鍵的用法可大大提升布線效率，如PGUPPGDN放大縮小,TAB切換屬性,E/D剪切修改等。布線時(shí)一定要考慮大局，線路拐彎時(shí)可以用兩個(gè)45度角拐過(guò)去，這樣布出的線路就好看一點(diǎn)。注意總線分支的方向轉(zhuǎn)換用空格鍵。 圖 3-5總圖7124.電器檢查及生成網(wǎng)絡(luò)表4.1電器檢查、修改、調(diào)整 用戶可以利用PROTEL99SE提供的各種校驗(yàn)工具根據(jù)設(shè)定規(guī)則對(duì)前面所繪制的原理圖進(jìn)行檢查，并作進(jìn)一步的調(diào)整和修改，以保證原理圖正確無(wú)誤。其中電氣檢查尤為重要，具體操作為點(diǎn)擊命令菜單【ERC檢查】即可進(jìn)行電氣規(guī)則檢查，部分管腳懸空錯(cuò)誤不可避免，在電器檢查中將該檢查選項(xiàng)取消。 圖 4-1電氣檢查結(jié)果4.2生成網(wǎng)絡(luò)表執(zhí)行菜單命令【DESIGN】/【CREAT NETLIST】，彈出的對(duì)話框中將output format選擇protel,將net identifier scope選擇網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)和端口全局有效，下面的選擇active sheet然后點(diǎn)擊OK就自動(dòng)生成了網(wǎng)絡(luò)表，其后綴名為.net。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)列表的生成對(duì)PCB文件的成功導(dǎo)入至關(guān)重要，一定要重視。 圖 4-2生成網(wǎng)絡(luò)表9134.3生成材料清單 執(zhí)行菜單命令/【BILL OF MATERIAL】出現(xiàn)新的對(duì)話框選擇sheet點(diǎn)擊下一步，其他默認(rèn)直到倒數(shù)第二步將Protel Format、CSV Format、Client Spreadsheet全部選中點(diǎn)擊下一步和Finsh就生成了材料清單。 圖4-3元件清單10145PROTEL PCB印制板電路的繪制5.1 創(chuàng)建PCB文件 同創(chuàng)建sch電路圖文件一樣，雙擊進(jìn)入document,執(zhí)行菜單命令/【NEW】/即可創(chuàng)建PCB文件。在生成PCB文件之前應(yīng)保證原理圖沒有錯(cuò)誤，文件生成后將所需要的庫(kù)文件導(dǎo)入到PCB，否則即使原理圖無(wú)錯(cuò)誤系統(tǒng)也會(huì)報(bào)錯(cuò)。5.2導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表并規(guī)劃PCB版 在創(chuàng)建好PCB版之后就可以對(duì)其進(jìn)行規(guī)劃了，但是為了更好的規(guī)劃好PCB版我首先導(dǎo)入了網(wǎng)絡(luò)表讓所有元器件都顯示出來(lái)，在PCB狀態(tài)下執(zhí)行菜單命令/【NETLIST】在出現(xiàn)的對(duì)話框中點(diǎn)擊 然后選擇之前創(chuàng)建好的后綴名為.net的網(wǎng)絡(luò)表。若元件封裝、原理圖均無(wú)錯(cuò)誤后即可在PCB版上生成元器件，在本課程設(shè)計(jì)中四個(gè)芯片生成時(shí)重疊在一起，將其拉開并平行的放置于上一步驟中的長(zhǎng)方域中，此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)有一些飛線將芯片連在一起。然后就可以開始規(guī)劃PCB版了，首先在KeepoutLayer或者M(jìn)utiLayer用線(track)畫出一長(zhǎng)方形區(qū)域(足以容納元器件)，以此來(lái)確定電路板大小范圍。注意板子大小要適中，太大會(huì)造成材料的浪費(fèi)，太小會(huì)給后面的連線帶來(lái)很大的麻煩。5.3設(shè)置工作參數(shù) 元器件導(dǎo)入后，我就開始設(shè)置工作參數(shù)，在圖層堆棧管理器內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，可以將PCB版設(shè)計(jì)成單面板、雙面板和多層板3種。在設(shè)定完P(guān)CB的類型后，還應(yīng)當(dāng)預(yù)設(shè)工作參數(shù)，如相應(yīng)的布線規(guī)則。11155.4 PCB布線 在確保以上步驟正確進(jìn)行后點(diǎn)擊命令菜單【AUTO ROUTE】/【ALL】中執(zhí)行【ROUTE ALL】即可進(jìn)行自動(dòng)布線，自動(dòng)布線的前提是已經(jīng)將邊界框好，否則點(diǎn)擊自動(dòng)布線系統(tǒng)將會(huì)報(bào)錯(cuò)，自動(dòng)布線選擇的是最短路程。圖 5-4PCB圖5.5 鋪地 對(duì)各布線層中放置地線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆銅，以增強(qiáng)PCB板抗干擾的能力；另外，需要過(guò)大電流的地方也可采用覆銅的方法來(lái)加大過(guò)電流的能力。關(guān)于鋪地工作一定要使多邊形邊界與板子邊界對(duì)齊否則效果將極其不理想，頂層與底層應(yīng)各鋪一層地。5.6 DRC檢查、修改 以上工作完成后，我們就可以開始對(duì)布線完畢后的電路板做DRC檢驗(yàn)，以確保版圖符合設(shè)計(jì)規(guī)則，所有的網(wǎng)絡(luò)均以正確連接。具體操作為點(diǎn)擊命令菜單【TOOLS】1316/【DESIGN RULES CHECK】即可執(zhí)行電器規(guī)則檢查步驟。5.7 保存、打印和輸出印刷電路板 在電路板設(shè)計(jì)完成后，將設(shè)計(jì)工程存檔、打印出圖。由于我用的是中文漢化版其中沒有打印預(yù)覽功能和3D預(yù)覽功能，在英文版中要安裝虛擬打印機(jī)才能啟動(dòng)打印預(yù)覽功能。推薦使用英文版PROTEL功能比較完整，另外目前的中文漢化沒有完全版本。在英文版中點(diǎn)擊命令菜單【FILE】/【PRINT/PREVIEW】即可以查看打印預(yù)覽。14176PROTEL電路的仿真從庫(kù)中選擇元件，畫好電路圖后先在tools中進(jìn)行ERC檢測(cè)，如果有錯(cuò)誤就改正錯(cuò)誤，等沒錯(cuò)誤后點(diǎn)擊進(jìn)行仿真。仿真圖為（由于仿真時(shí)使用整流橋老是報(bào)告有錯(cuò)誤故使用4個(gè)二極管代替整流橋）： 圖 6-1仿真圖接整流橋時(shí)： 圖 6-2接整流橋最終結(jié)果： 圖 6-3最終結(jié)果1 圖 6-4最終結(jié)果2改變阻值1618 7.心得體會(huì) 這次Protel課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，學(xué)到了很多關(guān)于電路理論方面和實(shí)踐方面的知識(shí)，受益匪淺。對(duì)這門課程設(shè)計(jì)非常感興趣。不僅鍛煉了自己的動(dòng)手能力，也從一定程度上學(xué)會(huì)Protel仿真軟件的應(yīng)用，亦加深了對(duì)書本上知識(shí)上的認(rèn)識(shí)。在Protel 99SE課程設(shè)計(jì)中，最初的盲目亂劃亂布線到有條理，有步驟，收獲不小，但在中間總是有地方想不過(guò)去，后來(lái)請(qǐng)教同學(xué)，查看資料，最終解決了問(wèn)題