音頻放大器protel 99 se課程設(shè)計

1、沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 成成 績績 評評 定定 表表學(xué)生姓名潘鑫班級學(xué)號1403060434專 業(yè)通信工程課程設(shè)計題目音頻放大器評語組長簽字：成績?nèi)掌?2016 年 12 月 16 日沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計任務(wù)書學(xué) 院信息科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè)通信工程學(xué)生姓名潘鑫班級學(xué)號1403060434課程設(shè)計題目音頻放大器實踐教學(xué)要求與任務(wù)實踐教學(xué)要求與任務(wù): :音頻放大器設(shè)計功能：1.認(rèn)真完成 protel 軟件學(xué)習(xí)，熟練掌握基本操作。2.繪制音頻放大器電路原理圖，要求布局符合電器規(guī)范、制圖美觀、可讀性好。3.繪制音頻放大器電路原理圖相應(yīng)的雙面印刷版圖。4.提交課程設(shè)計報

2、告，要求條理清楚、圖文并茂，體現(xiàn)制圖的必要過程。工作計劃與進度安排工作計劃與進度安排: :12 月 10 日-11 日：分析題目、查閱課題相關(guān)資料、學(xué)習(xí) Protel 99 se 相關(guān)知識。12 月 12 日-14 日：進行電路圖繪制、PCB 設(shè)計。12 月 15 日-16 日：撰寫課程設(shè)計報告及答辯。指導(dǎo)教師：劉洋、梁英 2016 年 12 月 16 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：2016 年 12 月 16 日學(xué)院教學(xué)副院長：2016 年 12 月 16 日沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 摘 要本次 protel 設(shè)計選擇的方案是設(shè)計音頻放大電路。音頻放大電路是音響的重要組成部分，應(yīng)用十分廣泛。高效率的音頻放

3、大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要，在大功率的電子設(shè)備中也需要。因為，功率越大，效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善，高保真音響設(shè)備和更高檔的家庭影院也逐漸開始興起。在這些設(shè)備中，往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件。Protel 99se 是澳大利亞 Protel 公司推出的一款功能強大的電子設(shè)計軟件。Protel 99se 提供了一個集成的設(shè)計環(huán)境，包括原理圖設(shè)計和 PCB 布線工具，集成的設(shè)計文檔管理，支持通過網(wǎng)絡(luò)進行工作組協(xié)同設(shè)計功能。音頻放大器可以用來話音擴音、音樂欣賞、卡拉 OK 伴唱、其中的電子混響器使使聲音聽起來具有一定深度

4、感和空間立體感。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：音頻放大電路；Protel；Protel99SE；PCB目 錄沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 1設(shè)計目的與要求.12電路原理分析與設(shè).12.1 音頻放大電路原理簡介.12.2 電路原理圖的設(shè)計.22.2.1 電路原理圖的設(shè)計步驟.22.2.2 創(chuàng)建原理圖設(shè)計文件.22.2.3 設(shè)置原理圖繪制的工作環(huán)境.43PROTEL 99SE 繪制圖.53.1 元件庫的調(diào)用.53.2 放置元件.63.3 原理圖的布線.73.4 元件參數(shù)設(shè)置和 ERC 測試.103.5 設(shè)置各個元件的封裝.113.6 網(wǎng)絡(luò)表和交叉表.113.7 元件列表.124PCB 設(shè)計.134.1 印刷電路板設(shè)

5、計 .134.2 印刷電路板（PCB）的生成及調(diào)整.144.2.1 參數(shù)設(shè)置及印刷電路板（PCB）的生成.144.2.2 元器件布局.164.2.3 多邊形覆銅.17參考文獻.19沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 11 設(shè)計目的與要求本次課程設(shè)計應(yīng)用 Protel 99se 設(shè)計音頻放大電路，包括原理圖的設(shè)計以及 PCB 的設(shè)計。了解音頻放大器的工作原理和實現(xiàn)過程，從而鞏固和加強了自己在電路方面的知識，了解一些常用家用電器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，為以后的學(xué)習(xí)和工作作好知識保障。并且可以進一步加深對所學(xué)知識的理解，以及如何用所學(xué)知識來處理一些在實際操作過程中問題。這一實踐與理論相結(jié)合的過程，將有益于我們學(xué)習(xí)其

6、它理論知識和提高我們今后進一步利用理論知識解決實際問題的能力.。2 電路原理分析與設(shè)2.1 音頻放大電路原理簡介音頻功率放大器是音響系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，其作用是將傳聲元器件獲得的微弱信號放大到足夠的強度去推動放聲系統(tǒng)中的揚聲器或其他電聲元器件，使原聲響重現(xiàn)。其電路一般可分為兩部分，前一部分進行小信號電壓幅值放大，后一部分采用功率放大器，與揚聲器相連。一般揚聲器的阻值較低，僅有 8左右，需要較大的輸出電流才能達到較大的輸出功率，因此，需要功率放大器提供足夠功率，一般電腦的有源音箱大多采用這種方式。其簡單的構(gòu)成框圖如圖 1 所示。 圖 1 音頻放大器構(gòu)成電源模塊信號源前置放大器功率放大器揚聲器沈陽理

7、工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 22.2 電路原理圖的設(shè)計2.2.1 電路原理圖的設(shè)計步驟電路原理圖是整個電路的設(shè)計基礎(chǔ)，因此電路原理圖的設(shè)計好壞，直接影響到最終印刷電路板的設(shè)計質(zhì)量，一般來說，電路原理圖的設(shè)計有以下幾個步驟：1.設(shè)置原理圖繪制的工作環(huán)境2.放置所需要的電氣元件3.原理圖布線4.設(shè)置各個元器件的參數(shù)5.檢查原理圖和電氣法則測試（ERC）6.設(shè)置各個元器件的封裝7.生成網(wǎng)絡(luò)表電路原理圖設(shè)計最基本的要求是正確性，其次是布局合理，最后在是正確性和布局合理的前提下力求美觀。2.2.2 創(chuàng)建原理圖設(shè)計文件打開 protel 99se，進入如圖 2.1 所示界面。圖 2.1 protel 99se

8、界面沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 3執(zhí)行菜單 File/New 命令，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫文件，命名為 MIT，如圖 2.2 所示圖 2.2 新建文件執(zhí)行菜單 File/New 命令，創(chuàng)建 Schematic Document 文件，命名為 MIT，如圖 2.2所示圖 2.3 創(chuàng)建 Schematic Document 文件沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 4點擊 MIT.sch，進入原理圖繪制頁面，如圖 2.4 所示圖 2.4 原理圖繪制界面2.2.3 設(shè)置原理圖繪制的工作環(huán)境執(zhí)行菜單 Design/Options，彈出如圖 2.4 所示對話框，設(shè)置圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格等。在這里我們?yōu)榱吮阌诖蛴≥敵觯?/p>

9、紙張尺寸設(shè)置為 A4，其他選擇默認(rèn)設(shè)置。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 5圖 2.4 原理圖工作環(huán)境設(shè)置3 Protel 99SE 繪制圖3.1 元件庫的調(diào)用我們發(fā)現(xiàn)，左邊多了一個 Browse SCH 的選項卡。單擊則進入了原理圖管理器，如圖 3.1 所示，Libraries 即所使用的元件庫。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 6圖 3.1 默認(rèn)元件庫一般來說，默認(rèn)元件庫 Miscellaneous Devices.lib 即可滿足需要。如需使用其他元件庫，則可按照以下步驟選擇新的庫文件，如圖 3.2 所示。圖 3.2 元件庫列表3.2 放置元件在繪制原理圖時，Protel 99 SE 在工具欄上提供

10、了常用元件的快捷方式，例如電阻、電解電容、瓷片電容以及常用的與、或、非等組合邏輯門，使用起來很方便。如果要使用其他元件則可以使用 Place/Part 命令打開元件選擇窗口。若使用的是比較基本的元件可以在 Protel 99SE 默認(rèn)提供的元件庫 Miscellaneous Devices.lntLib 中直接瀏覽。Protel 99SE 將元件的型號等都已經(jīng)標(biāo)明了，也可以單擊元件自己修改。將音頻放大電路系統(tǒng)所需要的各個元器件選擇恰當(dāng)?shù)奈恢?，全部放置在工作平面沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 7上如圖 3.3 所示。圖 3.3 元件放置3.3 原理圖的布線利用 Protel 99SE 提供的各種工具

11、、指令進行布線，將工作平面上的器件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號連接起來，構(gòu)成一個完整的電路原理圖。在本設(shè)計中，為了使原理圖更加清晰，使用了分段進行連接，圖 3.4 為電源部分連線。圖 3.4 電源部分連線前置放大電路用于對輸入的音頻信號進行放大，即當(dāng)輸入前置放大電路的輸入信號電壓值為 10mV 時輸出信號對應(yīng)的電壓值為 200mV 左右，即系統(tǒng)的放大倍數(shù)為 20沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 8倍，且此放大電路為反相放大電路。圖 3.5 為前置放大電路圖。圖 3.5 前置放大電路二級放大電路用于對前置放大電路的輸出信號進一步放大，此電路對信號再次進行反向放大，同時會使輸出信號發(fā)生一定的信號相位移動，

12、圖 3.6 為二級放大電路的連線圖。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 9圖 3.6 二級放大電路通用運算放大器輸出電流有限，多為幾十毫安；輸出范圍受到運算放大器電源限制不可能太大，維持可以通過互補對稱電路進行電流放大，以提高電路輸出功率，圖 3.7為功率放大器的連線圖。圖 3.7 功率放大器電路完整的原理圖如圖 3.8沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 10圖 3.8 原理圖3.4 元件參數(shù)設(shè)置和 ERC 測試電路中每個元件都有不同的參數(shù)，因此原理圖連線完畢之后，就需要進行各個元器件的具體參數(shù)，編號等，設(shè)置的方法是，雙擊原理圖上的元件，彈出參數(shù)設(shè)置對話如圖 3.9 所示。圖 3.9 元件參數(shù)設(shè)置根據(jù)實際要求

13、，修改各個參數(shù)。修改完成后，執(zhí)行 TOOL/ERC 菜單命令,彈出ERC 設(shè)置對話框。選擇默認(rèn)選項。確認(rèn)后，生成 ERC 報告文件如圖 3.10 所示,報告文件現(xiàn)實，原理圖連接沒有錯誤。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 11圖 3.10 ERC 測試3.5 設(shè)置各個元件的封裝封裝就是元器件的實際形狀，它是元器件在印刷電路板上的裝配形式，決定著印刷電路板制成后的大小，形狀，以及電路板上的布線策略。所以選擇好元器件的封裝非常重要。設(shè)置元件封裝的方式與元件的參數(shù)設(shè)置方式相同，在參數(shù)設(shè)置對話框的footprint 欄中設(shè)置各個元件的封裝。在在本設(shè)計中所用到的元件封裝形式如表 3.1。表 3.1 元件封裝形式

14、元件類型Footprint連接段子SIP2整流橋DIP14二極管DIODE0.4三極管TO-18電解電容RB.2/.4電阻AXIAL1.0滑動變阻器VR4運算放大器SOJ-14三端穩(wěn)壓器TO-220揚聲器RAD0.33.6 網(wǎng)絡(luò)表和交叉表生成網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計和印刷電路板設(shè)計之間的橋梁，執(zhí)行菜單命令Design/Create Netlist 生成具有元件名、元件封裝、參數(shù)及元件之間連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)表，如圖 3.11 所示，保存網(wǎng)絡(luò)表。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 12圖 3.11 網(wǎng)絡(luò)表3.7 元件列表點擊”Reports”“Bill of Material”，生產(chǎn)元件列表，如表 3.2 所示

15、表 3.2 元件列表Part TypeDesignatorFootprint1N4001D2DIODE0.41N4001D3DIODE0.41N4001D5DIODE0.41N4001D4DIODE0.41kR11AXIAL1.02kR12AXIAL1.04.7ufC5RB.2/.44.7ufC3RB.2/.44.7ufC4RB.2/.45kR6AXIAL1.05kR4AXIAL1.010kR10AXIAL1.050kR1VR450kR2VR4100kR5AXIAL1.01000ufC2RB.2/.41000ufC1RB.2/.4BRIDGE1D1DIP14CON2J2SIP2CON2J1SI

16、P2ELECTRO1C6RB.2/.4LF347U2SOJ-14LF347U3SOJ-14LF347U4SOJ-14NPN1Q1TO-18PNP1Q2TO-92ARES2R7AXIAL1.0RES2R8AXIAL1.0RES2R?AXIAL1.0RES2R9AXIAL1.0SPEAKERLS1RAD0.3VOLTREGU11TO-220沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 13VOLTREGU1TO-2204 PCB 設(shè)計印制電路板的設(shè)計是以電路原理圖為根據(jù)，實現(xiàn)電路設(shè)計者所需要的功能。印刷電路板的設(shè)計主要指版圖設(shè)計，需要考慮外部連接的布局。內(nèi)部電子元件的優(yōu)化布局。金屬連線和通孔的優(yōu)化布局。電磁保護。熱

17、耗散等各種因素。優(yōu)秀的版圖設(shè)計可以節(jié)約生產(chǎn)成本，達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設(shè)計可以用手工實現(xiàn)，復(fù)雜的版圖設(shè)計需要借助計算機輔助設(shè)計(CAD)實現(xiàn)。 4.1 印刷電路板設(shè)計印刷電路板的設(shè)計是從電路原理圖變成一個具體產(chǎn)品的必經(jīng)之路,因此,印刷電路板設(shè)計是電路設(shè)計中最重要、最關(guān)鍵的一步。通常，印刷電路板設(shè)計的具體步驟如下：參數(shù)設(shè)置 規(guī)劃電路板 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表和元器件打印輸出 DRC 檢驗 布線和調(diào)整電路設(shè)計的最終目的是為了設(shè)計出電子產(chǎn)品，而電子產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)是通過印刷電路板來實現(xiàn)的。Protel 99 SE 為設(shè)計者提供了一個完整的電路板設(shè)計環(huán)境，使電路設(shè)計更加方便有效。創(chuàng)建印刷電路板設(shè)計

18、文件，執(zhí)行菜單 File/New 命令，從框中選擇 PCB 設(shè)計服務(wù)器（PCB Document）圖標(biāo)，如圖 4.1 所示。雙擊該圖標(biāo)，就建立了一個 PCB 設(shè)計文檔。雙擊文檔圖標(biāo)，進入 PCB 設(shè)計工作窗口，如圖 4.2 所示。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 14圖 4.1 新建 PCB 文檔 圖 4.2 PCB 設(shè)計文檔4.2 印刷電路板（PCB）的生成及調(diào)整4.2.1 參數(shù)設(shè)置及印刷電路板（PCB）的生成參數(shù)設(shè)置是電路板設(shè)計非常重要的環(huán)節(jié)，它關(guān)系到電路板設(shè)計的質(zhì)量好壞。執(zhí)行菜單 design/layer stack manager 命令，打開板層設(shè)置管理器，如圖 4.3 所示。在此，可以設(shè)置

19、繪制的印刷電路板的板層數(shù)量，在本次設(shè)計中，選擇為默認(rèn)的雙面板。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 15圖 4.3 PCB 參數(shù)設(shè)置電路板的尺寸規(guī)劃好以后，接著導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，執(zhí)行菜單 design/load nets 命令，彈出導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表對話框，在對話框里找到剛才生成并保存的網(wǎng)絡(luò)表，確定導(dǎo)入，如圖 4.4所示。圖 4.4 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 16這樣就導(dǎo)入了所有的網(wǎng)絡(luò)和元件。進行生成圖。圖 4.5 為載入網(wǎng)絡(luò)表效果圖。圖 4.5 印刷電路板（PCB）從圖中可以看出，元器件通過藍(lán)線相連。4.2.2 元器件布局Protel 99 SE 既可以進行自動布局也可以進行手工布局，執(zhí)行菜單命令 To

20、ols/Auto Placement/Auto Placer 可以自動布局。在本次設(shè)計中，采取自動布局和手動布局相結(jié)合的方法，布局完成后的設(shè)計文件如圖 4.6 所示。4.6 布線后的印刷電路板（PCB）沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 174.2.3 多邊形覆銅將設(shè)計工作區(qū)的板層標(biāo)簽由 KeepOutLayer 轉(zhuǎn)至 TopLayer，再選擇工具欄上的 按鈕，將會彈出如下對話框，在 Connect to Net 中選擇 GND,點擊 OK，用光標(biāo)將邊框畫一遍，則得到如圖 4.7 所示的 PCB 的頂層。圖 4.7 PCB 頂層然后在將設(shè)計工作區(qū)的板層標(biāo)簽由 TopLayer 轉(zhuǎn)至 BottomLay

21、er，再選擇工具欄上的 按鈕，將會彈出如下對話框，在 Connect to Net 中選擇 GND,點擊 OK，用光標(biāo)將邊框畫一遍，則可得 PCB 的底層，如圖 4.8 所示。圖 4.8 PCB 底層沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 18結(jié)結(jié) 論論這次課設(shè)是讓我們運用 protel 99se 來進行一些設(shè)計。訓(xùn)練我們的分析問題解決問題的能力。了解 pretel 99se，并使用它解決一些問題。我選擇的是音頻放大器的設(shè)計。在生活中，音頻放大器的應(yīng)用十分廣泛，對于我們的生產(chǎn)生活十分重要，了解它有助于了解科學(xué)技術(shù)對于我們的作用。更加相信科學(xué)，積極地學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識。通過這次課設(shè)我了解了音頻放大器的原理，組成和實現(xiàn)過程。在獨立完成音頻功率放大