protel應(yīng)用實(shí)踐-共集電極三級晶體管放大器設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 共集電極三級晶體管放大器設(shè)計(jì) 初始條件：具備PROTEL應(yīng)用的理論知識；具備模擬基本電路的設(shè)計(jì)能力；具備PROTEL中模擬電路的基本調(diào)試手段；自選相關(guān)電子器件；可以使用實(shí)驗(yàn)室儀器調(diào)試。要求完成的主要任務(wù):（1）熟悉PROTELDXP2004軟件及其應(yīng)用環(huán)境，在電腦上安裝該軟件；（2）完成電路圖設(shè)計(jì)；（3）完成電路的仿真；（4）完成網(wǎng)表的打??；（5）完成自動(dòng)布線印制版圖；（6）對自動(dòng)布線的結(jié)果進(jìn)行手動(dòng)布線；（7）打印元器件清單；（8）撰寫課程設(shè)計(jì)說明書。（打印稿）初始條件：1、2016年6月18日集中，做課設(shè)具

2、體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求說明。2、2016年6月19日，查閱相關(guān)資料，確定方案。3、2016年6月20日至2016年6月21日，制作與調(diào)試。4、2016年6月22日至2016年6月23日，設(shè)計(jì)說明書撰寫。5、2016年6月24日上交課程設(shè)計(jì)成果及報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。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Protel軟件功能強(qiáng)大，使用方便，學(xué)會(huì)它可以很好的設(shè)計(jì)電路的布局，更加利于后續(xù)電路的焊接等工作，本次設(shè)計(jì)題目是共集電極三級晶體管放大器設(shè)計(jì)，首先要明白放大器的工作原理，設(shè)計(jì)電路圖，合理選擇參數(shù)，完成路的設(shè)計(jì)。通過這次設(shè)計(jì)，我需要學(xué)會(huì)如何利用Protel

3、軟件設(shè)計(jì)電路原理圖，以及元器件的封裝，創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表，以及在PCB界面加載網(wǎng)絡(luò)表，合理布局，生成PCB雙面和單面板圖。關(guān)鍵詞：電路設(shè)計(jì)；晶體管；PCB目錄1 概述11.1 Protel DXP 2004發(fā)展歷程11.2 Prote DXP 2004軟件特色12 共集電極三級晶體管放大器設(shè)計(jì)32.1 電路原理32.2 電路組成32.3 電路分析42.3.1靜態(tài)分析42.3.2動(dòng)態(tài)分析42.4參數(shù)的確定53 用Protel軟件繪制原理圖63.1 新建設(shè)計(jì)63.2 放置元件63.3 原理圖的布線83.4 電路仿真84 繪制電路的PCB圖104.1 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表104.2 進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)界面104.3 擺放

4、元件并布線154.4 元件清單185 心得體會(huì)196 參考文獻(xiàn)20IV武漢理工大學(xué)PROTEL應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說明書1 概述1.1 protel DXP 2004發(fā)展歷程 Protel DXP 2004拓展了Protel軟件的原設(shè)計(jì)領(lǐng)域，Protel DXP功能更加完備、風(fēng)格更加成熟，并且界面更加靈活，尤其在仿真和PLD電路設(shè)計(jì)方面有了重大改進(jìn)，Protel 舊版具有的功能它都具有。Protel是目前國內(nèi)最流行的通用EDA軟件，它將電路原理圖設(shè)計(jì)、PCB板圖設(shè)計(jì)、電路仿真和PLD設(shè)計(jì)等多個(gè)實(shí)用工具組合起來構(gòu)成EDA工作平臺，是第1個(gè)將EDA軟件設(shè)計(jì)成基于Windows的普及型產(chǎn)

5、品。與Protel 99SE軟件相比，Protel DXP功能更加完備、風(fēng)格更加成熟，并且界面更加靈活，尤其在仿真和PLD電路設(shè)計(jì)方面有了重大改進(jìn)。擺脫了Protel前期版本基于PCB設(shè)計(jì)的產(chǎn)品定位，顯露出一個(gè)普及型全線EDA產(chǎn)品嶄新的面貌。 protel DXP 2004 中文平臺的中/英文操作環(huán)境隨時(shí)可切換，漢化包括工作區(qū)窗口、菜單、工具條、對話框等可編輯的PCB放置漢字功能，實(shí)現(xiàn)PCB圖上的漢字輸入功能，支持用戶在PCB圖的任意層上直接標(biāo)注漢字。滿足中國用戶的設(shè)計(jì)需求,增加了軟件功能和實(shí)用性提供最新版的國標(biāo)圖形符號庫（GB-T/4728）

6、A0到A4幅面的國標(biāo)化圖紙模板.1.2 Prote DXP 2004軟件特色一、Protel 2004共可進(jìn)行74個(gè)板層設(shè)計(jì)，包含32層Signal(信號走線層);16層Mechanical(機(jī)構(gòu)層);16層Internal Plane(內(nèi)層電源層);2層Solder Mask(防焊層);2層Paste Mask(錫膏層);2層Silkscreen(絲印層);2層鉆孔層（鉆孔引導(dǎo)和鉆孔沖壓）;1層Keep Out(禁止層);1層Multi-Layer(橫跨所有的信號板層)。二、Protel 2004中Pad點(diǎn)的外型：圓形；方形；八角形。三、Pad點(diǎn)堆疊結(jié)構(gòu)：包含Simple(所有的層

7、數(shù)都相同)；Top-Mid-Bottom(可對不同的層數(shù)下外型定義有top,bottom或者是mid layers)；Full Stack(每個(gè)層數(shù)都能各自定義Pad點(diǎn)外型)。 四、Protel 2004Via(貫孔)的種類：Through-hole(從頂層貫穿到底層)；Blind & Buried(板層對)；Blind & Buried(任意層數(shù))。 五、Protel 2004布線模式：Oblique(任意角走線)；45 deg(45度角走線)；45 deg with arcs(45度角圓弧走線)；90 deg(90度角走線)；90 deg with ar

8、cs(90度角圓弧走線)。六、Protel 2004交互式布線模式：Ignore Obstacles(忽略障礙模式)；Avoid Obstacles(避開障礙模式)；Push-and-Shove(推擠障礙模式)。七、Protel 2004鋪銅的形式：90度角鋪銅;45度角鋪銅;垂直鋪銅;水平鋪銅。八、Protel 2004內(nèi)層連接：可以指定到任意的網(wǎng)絡(luò)(Net)。Protel 2004內(nèi)層電源：所有的內(nèi)層電源層都能指定到任意的網(wǎng)絡(luò),而且所有的內(nèi)層分割都能重疊。2 共集電極三級晶體管放大器設(shè)計(jì)2.1 電路原理共集電極放大電路如圖2-1所示，這是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，它具有輸入電阻

9、高，輸出電阻低，電壓放大倍數(shù)接近于 2-1，輸出電壓能夠在較大范圍內(nèi)跟隨輸入電壓作線性變化以及輸入、輸出信號同相等特點(diǎn)，共集電極放大電路的輸出取自發(fā)射極，又稱射極跟隨器。在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，常用于阻抗交換、輸入級和輸出級。 圖2.1 共集電極三級晶體管放大器設(shè)計(jì)電路圖2.2 電路組成交流信號從基極輸入，從射極輸出；交流信號輸入輸出的公共端是集電極。該電路發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；且交流信號能夠順暢的輸入輸出，滿足放大的基本條件。2.3 電路分析2.3.1靜態(tài)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動(dòng)態(tài)分析低頻小信號模型法求解電

10、壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻，有 （2-3-5）（1） 電壓放大倍數(shù) （2-3-6） （2-3-7） （2-3-8） （2-3-9）式中， （2-3-10）一般，所以共集電極電路的電壓放大倍數(shù)接近于1，而略小于1；而且為正，說明它的輸入電壓和輸出電壓是同相的；因此共集電極電路常稱為射極跟隨器，它的輸出電壓的大小和相位跟隨輸入電壓變化，具有電壓跟隨作用。（2） 輸入電阻和輸出電阻輸入電阻 （2-3-11） （2-3-12）共集電極電路的輸入電阻為量級，而基本公射輸入電阻約為量級。輸出電阻 （2-3-13） （2-3-14） （2-3-15） （2-3-16）綜上所述，射極跟隨器的特點(diǎn)：電壓放大

11、倍數(shù)小于1，而略等于1；輸出電壓與輸入電壓同相；輸入電阻高，輸出電阻低。2.4參數(shù)的確定本實(shí)驗(yàn)通過觀察輸入輸出波形相位和增益來判斷正確性，令電源電壓為+12V，三極管的電流放大倍數(shù)選定為50。由2.3節(jié)部分公式可計(jì)算得本次設(shè)計(jì)選用原件參數(shù)如下表：表2-1 實(shí)驗(yàn)選用元件參數(shù)表RbRp1R1RsRe1Re2RLC1C2Q51K680K5K1001001K1K10uF10uF2N3904由公式（2.3.9）可得：當(dāng)滑動(dòng)變阻器Rp1參數(shù)為0.5時(shí)，電壓增益Av=0.96。非常接近于1，說明參數(shù)設(shè)置合理。3 用Protel軟件繪制原理圖3.1 新建設(shè)計(jì)進(jìn)入Protel DXP 2004設(shè)計(jì)界面，執(zhí)行“文

12、件/創(chuàng)建/項(xiàng)目/PCB項(xiàng)目”命令，生成名為“PCB_PROJECT1.PRJPCB”的工程，右擊該工程，點(diǎn)擊“追加新文件到項(xiàng)目中”，選擇Schematic即可進(jìn)入原理圖繪制主界面。 3.2 放置元件在原理圖設(shè)計(jì)主界面的上方，點(diǎn)擊添加原件的圖標(biāo)，再點(diǎn)擊履歷后方的瀏覽鍵，即可彈出元件庫選擇界面，便可從中選出所需要的元件。在本次設(shè)計(jì)中，先選出所需要的三極管，放置在右側(cè)的原理圖布置界面，放大界面，即可看清元件。 圖3.1 放置元件彈出窗口 圖3.2 瀏覽元件庫彈出窗口圖3.3 放置元件展示右擊元件點(diǎn)擊屬性，彈出設(shè)置元件屬性和封裝類型的對話框，如下圖，三極管的封裝類型填為TO-92A，這在生成PCB中用

13、到，名稱填為Q，單擊確定即可。圖3.4 設(shè)置原件屬性3.3 原理圖的布線根據(jù)電路原理圖放置好元件后，接下來是布線，點(diǎn)擊“放置導(dǎo)線”按鍵即可進(jìn)行布線。 圖3.5 共集電極放大器電路原理圖3.4 電路仿真對于待檢測點(diǎn)放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽Vi和Vo，執(zhí)行“設(shè)計(jì)/仿真/Mixed Sim”命令,在電路不出現(xiàn)Error的情況下，會(huì)彈出一個(gè)“分析設(shè)定”的窗口，選擇可用信號中的Vi和Vo移動(dòng)至活動(dòng)信號欄中，點(diǎn)擊確認(rèn)即可出現(xiàn)仿真結(jié)果。圖3.6 分析設(shè)定窗口設(shè)置 圖3.7 仿真結(jié)果圖從仿真結(jié)果中可以看出，輸出信號Vo與輸入信號Vi是同相的。且輸入信號峰值為1.0V，而輸出信號峰值約為0.95V，增益約為0.95與理論計(jì)

14、算結(jié)果非常接近，表明本次共集電極三級晶體管放大器設(shè)計(jì)符合理論要求。4 繪制電路的PCB圖4.1 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)絡(luò)表是原理圖與PCB圖之間的連接紐帶，是PCB能否成功的關(guān)鍵。執(zhí)行“設(shè)計(jì)/設(shè)計(jì)項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)表/Protel”命令即可創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表。網(wǎng)絡(luò)表打印結(jié)果如下：10KHzVSIN12VposVSRCC1CAPPA14.05-10.5x6.3Cap Pol2C2CAPPA14.05-10.5x6.3Cap Pol2QBCY-W3/E42N3904R1AXIAL-0.4Res2RbAXIAL-0.4Res2Re1AXIAL-0.4Res2Re2AXIAL-0.4Res2RLAXIAL-0.4Res2Rp1

15、VR5RPotRsAXIAL-0.4Res2(VOC2-2RL-2)(VIC1-2Rs-2)(Net10KHz_110KHz-1Rs-1)(Net12Vpos_112Vpos-1Q-3Rb-2)(NetC1_1C1-1R1-1)(NetC2_1C2-1Q-1Re1-2)(NetQ_2Q-2R1-2Rp1-2)(NetRb_1Rb-1Rp1-1Rp1-3)(NetRe1_1Re1-1Re2-2)(GND10KHz-212Vpos-2Re2-1RL-1)4.2 進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)界面（1）右擊“PCB_PROJECT1.PRJPCB”工程，點(diǎn)擊“追加新文件到項(xiàng)目中”，選擇PCB即可進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)界面。

16、保存項(xiàng)目。（2）執(zhí)行“設(shè)計(jì)/Update Schematics in PCB_PROJECT1.PRJPCB”命令。點(diǎn)擊報(bào)告不同點(diǎn)。圖4.1 差異窗口顯示（3） 執(zhí)行“設(shè)計(jì)/Import Changes from PCB_PROJECT1.PRJPCB”命令,即可彈出工程變化訂單（ECO），點(diǎn)擊“使變化生效”，若此時(shí)狀態(tài)欄均為打鉤狀態(tài)，即可點(diǎn)擊“執(zhí)行變化”。圖4.2 工程變化訂單窗口4.3 擺放元件并布線把元件按照原理圖，元件大小，元件功能等因素?cái)[放，完成后，執(zhí)行菜單命令“自動(dòng)布線/全部對象”，在彈出的對話框中選擇Route All，隨即彈出一個(gè)信息顯示窗口，如圖4-3所示。關(guān)閉該窗口后，即可

17、看到PCB的自動(dòng)布線結(jié)果，自動(dòng)布線結(jié)果如圖4-4所示。 圖4.3 信息顯示窗口 圖4.4 PCB的自動(dòng)布線結(jié)果由PCB自動(dòng)布線的結(jié)果較為雜亂，因此需要進(jìn)行手動(dòng)修改。菜單命令設(shè)計(jì)/規(guī)則可以更改PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則，再次點(diǎn)擊自動(dòng)布線，就可以獲得PCB板的單面圖。在布線之前，需要了解PCB手動(dòng)布線的通用規(guī)則。PCB布線的通用規(guī)則如下：1、由于瞬變電流在線路上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由線路的電感造成的，因此應(yīng)盡量減小線路的電感。線路的電感與其長度成正比，與其寬度成反比，因而短而寬的線路對抑制干擾是有利的。關(guān)鍵的信號線要盡量粗，并在兩邊加上保護(hù)地，高速線要短而直，導(dǎo)線的寬度不要突變。 2、任何信號都

18、不要形成環(huán)路，如不可避免，要讓環(huán)路區(qū)盡量小。 3、PCB盡量使用45º折線而不要采用90º折線布線，這樣可以減小高頻信號對外的發(fā) 射與耦合。 4、一般采用平行的走線可以減少導(dǎo)線電感，但導(dǎo)線之間的互感和分布電容會(huì)增加。為了抑制PCB線路之間的串?dāng)_，在設(shè)計(jì)布線時(shí)應(yīng)盡量避免長距離的平行走線，盡可能拉開線與線之間的距離，信號線與地線及電源線盡可能不交叉。在一些對干擾十分敏感的信號線之間設(shè)置一根接地的線路，可以有效地抑制串?dāng)_。 5、布線盡可能把具有同一輸出電流，而方向相反的信號利用平行布局方式來消除相應(yīng)的磁場干擾。 6、發(fā)熱元件周圍或

19、大電流通過的引線應(yīng)盡量避免使用大面積銅箔，否則，長時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀，這樣有利于銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生揮發(fā)性氣體的排出。 7、焊盤中心孔的直徑要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。 8、在PCB中，沒有用到的區(qū)域最好由一個(gè)大的接地面來覆蓋的，以此提供屏蔽和增加去耦能力。本次設(shè)計(jì)電路相對簡單，元件單一不復(fù)雜，故PCB手動(dòng)布線也較簡單。手動(dòng)布線結(jié)果如圖4-5所示，此處用排針代替信號源。 圖4.5 PCB的手動(dòng)布線結(jié)果4.4 元件清單在原理圖界面，執(zhí)行菜單命令報(bào)告/Bill of material可以得到元件清單表。表4-1 元件清單表5 心得體會(huì)對于本次課程設(shè)計(jì)的要求，我在實(shí)驗(yàn)前先熟悉了一下Protel DXP 2004軟件的一些操作和它的界面，對Protel如何使用有了初步的了解。對于本次設(shè)計(jì)，電路要求不難，是曾經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識點(diǎn)，我便從模擬電子電路課本上翻閱了關(guān)于共集電極放大器的相關(guān)知識內(nèi)容，再通過設(shè)計(jì)、計(jì)算、驗(yàn)