CAD课程设计安徽师范大学物电学院.docx

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CAD课程设计安徽师范大学物电学院

带负反馈的三级放大器电路板设计报告

（DA-16型晶体管毫伏表中放大器部分）

姓名：

年级：

专业：

电子信息工程

日期：

一、CAD课程设计目的

使我们更加扎实的掌握了CAD的基本理论知识和技能，进一步提高了自己的动手能力和思考能力，熟练运用软件Protel99SE和Multisim，完成所选择电路的设计和仿真。

二、电路设计要求

电路共有三个放大极。

第一极由三极管VT1组成射极输出器，第二级和第三极分别由三极管VT2和VT3组成。

从VT1发射极通过电容C2引回一个局部的电压并联正反馈。

VT2发射极接有电阻R6和电容C4，局部反馈的组态是交、直流电流串连负反馈，可以提高本级的输入电阻，稳定本级静态工作点。

VT3发射极电阻R8和R9的两端并联一个旁路电容C5，因C5的容量很大，为100uF，故其容抗很小，C5两端的交流压降可以忽略，因此引入一个直流负反馈，其作用是稳定本级的静态工作点。

放大电路有两路级间反馈。

各元件的值设置为：

R1=20kΩ,R2=56kΩ,R3=20kΩ,R4=4.1kΩ,R5=20kΩ,R6=360Ω,R7=3kΩ,R8=1kΩ,R9=1kΩ,R10=30kΩ,R11=20kΩ。

C1=10uF,C2=20uF,C3=20uF,C4=300pF,C5=100uF,

C6=20uF。

三个NPN三极管VT1,VT2,VT3。

三、电气原理图的绘制

四、主要操作步骤

1、新建后打开一个原理图编辑窗口，调整适当大小。

2、在仿真库中找到电路图中相应的元器件，放置在恰当的位置，放置前可以按下Tab键修改元器件的参数、添加元器件的封装形式，也可放置后双击修改。

放置前通过空格键调整元器件的位置，也可放置后通过左键激活调整。

3、根据电路图进行连线，相连交线应形成电气节点。

4、放置电源及地，其中地的类型应改成电源地。

5、放置相应的网络标号，标号应有一定的意义，使仿真时便于理解。

五、电路工作原理

电路共有三个放大极。

第一极由三极管VT1组成射极输出器，而射极输出器本身是一个电压串联负反馈电路，它的特点是输入电阻高，输出电阻低，电压放大倍数接近于1。

但是，如果不接电容C2，第一级的输入电阻因受基极偏置电阻的影响，其值只能接近于Ri=R1+（R2//R3）。

现从VT1发射极通过电容C2引回一个局部的电压并联正反馈，由于射极输出器电压放大倍数接近于1，即三极管VT1发射极和基极的交流电压接近相等，则电阻R1两端的交流电压降很小，故流过电阻R1的交流电流也很小，因而大大提高了放大电路的输入电阻。

第二级和第三极分别由三极管VT2和VT3组成。

VT2发射极接有电阻R6和电容C4，但C4的容量很小，仅300pF，中频时容抗很大，故其作用可以忽略，因此这个局部反馈的组态是交、直流电流串连负反馈，可以提高本级的输入电阻，稳定本级静态工作点。

VT3发射极电阻R8和R9的两端并联一个旁路电容C5，因C5的容量很大，为100uF，故其容抗很小，C5两端的交流压降可以忽略，因此引入一个直流负反馈，其作用是稳定本级的静态工作点。

放大电路有两路级间反馈，其中一路从R8与R9之间通过电阻R10到VT2的基极引回一个极间直流负反馈，其作用是稳定VT2、VT3两级的静态工作点。

另一路由VT3输出端通过电阻R11引回到VT2的发射极。

这个反馈属于交流电压串联负反馈，可以降低输出电阻，提高电压放大倍数的稳定性。

另外随着频率的升高，C4的容抗将逐渐减小，则该路极间交流负反馈的作用将被削弱，于是高频电压放大倍数将逐渐增大，因此电容C4具有展宽高频段频带的作用，从而容许放大电路交流输入信号的频率范围比较宽广。

六、电路的用途

做DA-16型晶体管毫伏表中放大器部分，DA-16型晶体管毫伏表被测电压的频率范围为20Hz~1MHz。

七、电路性质

模拟电路，带负反馈的三级放大器电路。

八、电路仿真分析

1.静态工作点测试，如下：

其中vb3=vc2=2.02085V

Vb1-Ve1=1.25234V-0.66945V=0.58289V

Vb2-Ve2=0.63758V-0.05175V=0.58583V

Vb3-Ve3=2.02085V-1.39610V=0.62475V

计算所得的三个结果都接近0.6V~0.7V，满足条件，符合要求。

2.输入输出电压波形如下：

（1）根据原理图计算理论的电路放大倍数：

β理=Au1*Auf=1/Fuu=1+R11/R6=1+20*1000/360=56.6

（2）测试所得的电压放大倍数：

β测=516.192÷9.990=51.7

由上计算可知实际放大倍数近似等于理论放大倍数，符合要求。

3.温度扫描分析波形如下：

温度扫描分析结果：

随着温度的升高，放大倍数近似不变，虽然温度变化对放大电路的静态工作点有影响。

但电路中的负反馈部分和这些影响抵消，因此带负反馈的放大电路对温度变化产生的“零点漂移”具有抑制作用。

4.波特图如下：

电路理论的工作频率为20Hz~1MHz

测试结果为：

14.079Hz~946.925kHz,与理论近似相同，符合要求。

5.仿真操作的关键步骤

1）编辑原理图

2）放置仿真激励源（包括直流电压源）

3）放置节点网络标号

4）选择仿真方式并设置仿真参数

5）执行仿真操作

6）观察、记录、分析仿真波形

九、PCB板设计具体操作流程和步骤

（1）启动印刷电路板设计服务器

（2）规划电路板，根据要设计的电路确定电路板的尺寸。

选取KeepOutLayer复选框，执行菜单命令Place/Keepout/Track，绘制电路板的边框。

执行菜单Design/Options，在SignalLayer中选择BottomLayer，把电路板定义为单面板。

（3）确定电路板层数，为一层板。

设置参数，参数设置是电路板设计的非常重要的步骤，执行菜单命令Design/Rules，左键单击Routing按钮，根据设计要求，在规则类RulesClasses中设置参数。

选择RoutingLayer，对布线工作层进行设置：

左键单击Properties，在布线工作层面设置对话框的PuleAttributes选项中设置TodLayer为NotUsed、设置BottomLayer为Any。

选择WidthConstraint，对地线线宽进行设置：

左键单击Add按钮，进入线宽规则设置界面，首先在RuleScope区域的FilterKind选择框中选择Net，然后在Net下拉框中选择GND，再在RuleAttributes区域将Minimumwidth、Maximumwidth和Preferred三个输入框的线宽设置为30mil；电源线宽的设置：

在Net下拉框中选择VCC，其他与地线线宽设置相同；整板线宽设置：

在FilterKind选择框中选择WholeBoard，然后将Minimumwidth，Maximumwidth和Preferred三个输入框的线宽设置为10mil。

（4）装入元件封装库

执行菜单命令Design/Add/RemoveLibrary，在“添加/删除元件库”对话框中选取所有元件所对应的元件封装库，例如：

PCBFootprint，Transistor，GeneralIC，InternationalRectifiers等。

（5）更新原理图

执行菜单Design/UpdatePCB命令进行原理图更新，这个功能不再需要先生成网络表后再导入PCB。

如果没有错误，单击Execute。

如果有问题，在执行这一步的时候，会给出错误提示。

常见的错误主要有：

1、SCH零件封装属性设置和PCB中的封装不能对应；2、SCH中的零件序号有重复。

若出现错误提示，必须更改错误。

（6）元器件布局

Protel99SE既可以进行自动布局也可以进行手工布局，执行菜单命令Tools/AutoPlacement/AutoPlacer可以自动布局。

执行菜单命令View/FitBoard可以把元件都显示出来。

元件间的浅绿色细线，就是表示的电气连接关系。

在自动布线前靠这些预拉线来显示节点之间的关系，和SCH也是完全对应的关系。

利用移动工具调整各元件的位置，使电路板的连接正确、有效；布局合理、美观。

（7）自动布线

Protel99SE采用世界最先进的无网格、基于形状的对角线自动布线技术。

首先再次检查各元件的连接关系和SCH原理图是不是对应的。

确认无误后执行菜单命令AutoRouting/All，并在弹出的窗口中单击Routeall按钮，程序即对印刷电路板进行自动布线。

（8）手工调整

自动布线结束后，可能存在一些令人不满意的地方，可以手工调整。

（9）执行设计规则检查，找出并修改不满足要求的连线。

ＰＣＢ板设计图形如下：

十、设计体会

通过此次作业设计，使自己更加扎实的掌握了CAD的基本理论知识和技能，进一步提高了自己的动手能力和思考能力，熟练运用软件Protel99SE和Multisim，遇到了许多看似简单的问题，自已动手做时又有一番收获与感触。

在设计过程中也学到了许多技巧、方法，通过练习掌握了基本的操作技能，为以后课程的学习打下了良好的基础。

独立思考能力的培养与请教学习力的锻炼对以后的生活、工作、学习都是大有裨益的。

感谢吴老师对我的指导帮助，使自己能够完成此次设计。