最新Protel应用实践直流稳压电源.docx
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最新Protel应用实践直流稳压电源
Protel应用实践——直流稳压电源
课程设计任务书
学生姓名：
柯斐专业班级：
通信1101班
指导教师：
黄铮工作单位：
信息工程学院
题目:
Protel直流稳压电源设计
初始条件：
Protel99se软件、相关模电知识
要求完成的主要任务:
1、根据自选题目绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch（自选）。
可以涉及模拟、数字、高频、单片机、或者一个具有完备功能的电子电路系统。
2、绘制相应电路原理图的双面印刷版图*.pcb。
3、对电路原理图进行仿真，给出仿真结果（如波形*.sdf、数据）并说明是否达到设计意图。
时间安排：
序号
阶段内容
所需时间
1
选题，原理方案设计
2天
2
电路原理图、印刷版图设计、电路的仿真、实物制作
3天
3
撰写报告
1天
4
答辩
1天
合计
7天
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
摘要
电路仿真技术是近十年来在电子技术研究领域的一场革命。
设计人员利用计算机及其软件的强大功能，在电路模型上进行电路的性能分析和模拟实验，从而得到准确的结果，然后再付诸生产，极大的减少了实验周期和试制成本，提高了生产效率和经济效益，受到了电子生产厂家的一致欢迎。
现在，电子仿真技术已成为电子工业领域不可缺少的先进技术。
可进行电子仿真的软件有多种，其中以PROTEL99流行最广。
尤其是PROTEL99-SE仿真器，提供了强大的仿真功能，仅仿真元件就有6400多种，对模拟电路、数字电路和模拟数字混合电路均能实现仿真。
PROTEL99-SE具有WINDOWS风格的菜单、对话框和工具栏，极大的方便了用户的操作。
Abstract
Circuitsimulationtechnologyinthelast10yearsofelectronictechnologyresearchinthefieldofarevolution.Designersusecomputersoftwareandthepowerofthecircuitmodelonthecircuitperformanceanalysisandsimulationexperiments,andobtainaccurateresults,andthenputintoproduction,greatlyreducingtheexperimentalcycleandtrialproductioncostsandenhanceproductionefficiencyAndeconomicbenefits,byelectronicmanufacturersunanimouslywelcomed.Now,electronicsimulationtechnologyhasbecomeindispensablefortheelectronicsindustryintheareaofadvancedtechnology.
Mayconductelectronicsimulationofavarietyofsoftware,withthemostpopularPROTEL99.InparticularPROTEL99-SEemulator,providingapowerfulsimulationanddevicesimulationonlyhaveover6,400kindsofanalogcircuits,digitalcircuitsandanalogcircuitscanbemixedtoachievedigitalsimulation.PROTEL99-SEwithWINDOWS-stylemenus,dialogboxesandtoolbars,agreatconveniencetousersoftheoperation.
课程设计任务书0
目录0
1直流稳压电源电路介绍0
2电路的工作原理1
2.1电源变压器1
2.2整流电路2
2.3滤波电路及滤波电容的选择3
2.4稳压电路0
集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。
按照输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可以分为正电压输出和负电压输出两种类型。
按照设计要求本设计要用到可调式三端稳压器。
1
3.用PROTEL绘制电路原理图2
3.1创建ddb文件2
3.2新建原理图文件3
3.3载入元件库4
3.4放置元器件6
3.5布线7
4.电器检查及生成网络表8
4.1电器检查、修改、调整8
4.2生成网络表8
4.3生成材料清单9
9
图4-3元件清单9
5．PROTELPCB印制板电路的绘制10
5.1创建PCB文件10
5.2导入网络表并规划PCB版10
5.3设置工作参数10
5.4PCB布线11
5.5铺地11
5.6DRC检查、修改11
5.7保存、打印和输出印刷电路板13
6．PROTEL电路的仿真14
7.心得体会16
8.参考文献17
1直流稳压电源电路介绍
几乎所有的电子电路都需要稳定的直流电源，在检定检修指示仪表时，除了要有合适的标准仪器外，还必须要有合适的直流电源及调节装置。
当由交流电网供电时，则需要把电网供给的交流电转换为稳定的直流电。
交流电经过整流、滤波后变成直流电，虽然能够作为直流电源使用，但是，由于电网电压的波动，会使整流后输出的直流电压也随着波动。
同时，使用中负载电流也是不断变动的，有的变动幅度很大，当它流过整流器的内阻时，就会在内阻上产生一个波动的电压降，这样输出电压也会随着负载电流的波动而波动。
负载电流小，输出电压就高，负载电流大，输出电压就低。
直流电源电压产生波动，会引起电路工作的不稳定，对于精密的测量仪器、自动控制或电子计算装置等，将会造成测量、计算的误差，甚至根本无法正常工作。
因此，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电。
晶体管直流稳压电源可以作为各种晶体管仪器、仪表、电子计算机、自动控制系统与设备的直流电源。
精密稳压、稳流电源还可作为检定某些电工仪表用的稳压、稳流电源。
因此，晶体管直流稳压电源是科研、生产、教学和维修等单位常用的必备仪器。
直流稳压电源电路，通过变压器、整流桥、半导体器件等一系列元件将常用220v交流电压转换位稳定的直流电压，大大方便了广大用户，如：
收音机、充电器等等，在很大程度上都依赖直流稳压电源，本课程设计就直流稳压电源中的一个常用电路，用protel软件做相关实验，仿真。
2电路的工作原理
集成直流稳压电源由四部分组成，四部分分别为:
电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,如图2-1所示。
图2-1集成直流稳压电源
2.1电源变压器
电源变压器的效率电源变压器是将220V，50HZ交流电压降压后输出到副边。
其中：
是变压器副边的功率，
是变压器原边的功率。
一般小型变压器的效率如表2-1所示：
表2-1小型变压器的效率
副边功率
效率
0.6
0.7
0.8
0.85
因此，当算出了副边功率
后，就可以根据上表算出原边功率
。
例如对本次课程设计原边边电功率为20，由表可知其效率η=0.7，则变压器副功率
为14W。
LM317与LM337输入电压在±（3～40）V,当副边输出电压为±15V时，LM317及LM337都能正常工作。
2.2整流电路
管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。
如图2-2所示：
图2-2桥式整流电路
在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。
在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。
其电流通路可用图中实线箭头表示。
在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。
电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。
其电流通路如图中虚线箭头所示。
综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分
为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
2.3滤波电路及滤波电容的选择
滤波电路及其原理如下图2-3所示:
图2-3RC滤波电路
图2-4RC滤波电路电容滤波电路中二极管的电流和导通角
为了得到平滑的负载电压，一般取
RLC>=（3~5）T/2
式中T为电源交流电压的周期，滤波电容的容量可由下式估算：
C=ICt/ΔVip-p
式中ΔVip-p——稳压器输入端纹波电压的峰-峰值；
T——电容C放电时间，t=T/2=0.01S
IC——电容C放电电流，可取IC=Iomax，滤波电容C的耐压值应大
于1.4V2。
2.4稳压电路
由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。
因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。
稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。
稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成。
采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。
图2-5三端可调式稳压器及其电路
图2-6三端固定式稳压器
集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。
按照输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可以分为正电压输出和负电压输出两种类型。
按照设计要求本设计要用到可调式三端稳压器。
3.用PROTEL绘制电路原理图
3.1创建ddb文件
首先打开protel99SE软件，新建一个工程项目即执行菜单命令【FILE】/【NEW】，在弹出的对话框如图2所示中将文件格式设置为MSAccessDatabase，文件名改为自己喜欢的名字，存储路径根据需要更改，然后点击“OK”就创建了一个后缀名为DDB的文件，我所做的所有内容都会在这个文件里面了。
我的工程中我将它命名为“稳压直流电源.ddb”。
图3-1创建ddb
3.2新建原理图文件
在上一步之后显示的有DesignTeam，RecycleBin，Documents，双击Documents，进入后执行菜单命令【FILE】/【NEW】/【SCHEMATICDOCUMENT】，这样原理图文件就建立在“直流稳压电源”工程项目的文档下了，将其命名为“直流稳压电源原理图.sch”在以后的制作PCB电路板的过程中我也把PCB图建立在该文档下，这样就可以保持文件的有序。
图3-2新建原理图文件
3.3载入元件库
装入所需原件库就是将用户设计中需要用到的原件库载入当前系统，以便在绘图过程中随时查找和取用库中的元器件。
图3-3-1载入元件库
例如在本课程设计任务中我需载入sim仿真库，如图点击“Add”，此元件库便添加到工作界面。
如果要移除此库，点Remove即可。
图3-3-2元件表
如上图，便可直接在元器件列表中寻找所需的元器件。
此外，为更加方便地找寻元件，还可点击左边的“BrowseSch”下的“Find”可以直接搜索，打开
直接输入RES系统自动在所有库中寻找到目标元件（如图3），之间加入这个库并且点击
就可以放置这个元件到所需要的位置。
图3-3-3搜索元件
3.4放置元器件
从装入的原件库中选定所需的各种元器件，将其注意防止到以建立好的工作平面上。
然后根据美观清晰的设计要求，调整元件位置。
并对原件的序号、封装形式和显示状态等进行定义和设置，以便为下一步的布线工作打好基础。
图3-4定义元件
3.5布线
在进行合理布局之后就可以开始布线了，将放置好的元器件各管脚用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，使各原件之间具有用户所设计的电气连接关系。
注意到其中的一些快捷键的用法可大大提升布线效率，如PGUP\PGDN放大缩小,TAB切换属性,E/D剪切修改等。
布线时一定要考虑大局，线路拐弯时可以用两个45度角拐过去，这样布出的线路就好看一点。
注意总线分支的方向转换用空格键。
图3-5总图
4.电器检查及生成网络表
4.1电器检查、修改、调整
用户可以利用PROTEL99SE提供的各种校验工具根据设定规则对前面所绘制的原理图进行检查，并作进一步的调整和修改，以保证原理图正确无误。
其中电气检查尤
为重要，具体操作为点击命令菜单
\【ERC检查】即可进行电气规则检查，部分管脚悬空错误不可避免，在电器检查中将该检查选项取消。
图4-1电气检查结果
4.2生成网络表
执行菜单命令【DESIGN】/【CREATNETLIST】，弹出的对话框中将outputformat选择protel,将netidentifierscope选择网络标号和端口全局有效，下面的选择activesheet然后点击OK就自动生成了网络表，其后缀名为.net。
关于网络列表的生成对PCB文件的成功导入至关重要，一定要重视。
图4-2生成网络表
4.3生成材料清单
执行菜单命令
/【BILLOFMATERIAL】出现新的对话框选择[sheet]点击下一步，其他默认直到倒数第二步将ProtelFormat、CSVFormat、ClientSpreadsheet全部选中点击下一步和Finsh就生成了材料清单。
图4-3元件清单
5．PROTELPCB印制板电路的绘制
5.1创建PCB文件
同创建sch电路图文件一样，双击进入document,执行菜单命令
/【NEW】/
即可创建PCB文件。
在生成PCB文件之前应保证原理图没有错误，文件生成后将所需要的库文件导入到PCB，否则即使原理图无错误系统也会报错。
5.2导入网络表并规划PCB版
在创建好PCB版之后就可以对其进行规划了，但是为了更好的规划好PCB版我首先导入了网络表让所有元器件都显示出来，在PCB状态下执行菜单命令
/【NETLIST……】在出现的对话框中点击然后选择之前创建好的后缀名为.net的网络表。
若元件封装、原理图均无错误后即可在PCB版上生成元器件，在本课程设计中四个芯片生成时重叠在一起，将其拉开并平行的放置于上一步骤中的长方域中，此时会发现有一些飞线将芯片连在一起。
然后就可以开始规划PCB版了，首先在KeepoutLayer或者MutiLayer用线（track）画出一长方形区域（足以容纳元器件），以此来确定电路板大小范围。
注意板子大小要适中，太大会造成材料的浪费，太小会给后面的连线带来很大的麻烦。
5.3设置工作参数
元器件导入后，我就开始设置工作参数，在图层堆栈管理器内，根据设计需要，可以将PCB版设计成单面板、双面板和多层板3种。
在设定完PCB的类型后，还应当预设工作参数，如相应的布线规则。
5.4PCB布线
在确保以上步骤正确进行后点击命令菜单【AUTOROUTE】/【ALL】中执行【ROUTEALL】即可进行自动布线，自动布线的前提是已经将边界框好，否则点击自动布线系统将会报错，自动布线选择的是最短路程。
图5-4PCB图
5.5铺地
对各布线层中放置地线网络进行覆铜，以增强PCB板抗干扰的能力；另外，需要过大电流的地方也可采用覆铜的方法来加大过电流的能力。
关于铺地工作一定要使多边形边界与板子边界对齐否则效果将极其不理想，顶层与底层应各铺一层地。
5.6DRC检查、修改
以上工作完成后，我们就可以开始对布线完毕后的电路板做DRC检验，以确保版图符合设计规则，所有的网络均以正确连接。
具体操作为点击命令菜单【TOOLS】
/【DESIGNRULESCHECK】即可执行电器规则检查步骤。
5.7保存、打印和输出印刷电路板
在电路板设计完成后，将设计工程存档、打印出图。
由于我用的是中文汉化版其中没有打印预览功能和3D预览功能，在英文版中要安装虚拟打印机才能启动打印预览功能。
推荐使用英文版PROTEL功能比较完整，另外目前的中文汉化没有完全版本。
在英文版中点击命令菜单【FILE】/【PRINT/PREVIEW】即可以查看打印预览。
6．PROTEL电路的仿真
从
库中选择元件，画好电路图后先在tools中进行ERC检测，如果有错误就改正错误，等没错误后点击
进行仿真。
仿真图为（由于仿真时使用整流桥老是报告有错误故使用4个二极管代替整流桥）：
图6-1仿真图
接整流桥时：
图6-2接整流桥
最终结果：
图6-3最终结果1
图6-4最终结果2改变阻值
7.心得体会
这次Protel课程设计的学习，学到了很多关于电路理论方面和实践方面的知识，受益匪浅。
对这门课程设计非常感兴趣。
不仅锻炼了自己的动手能力，也从一定程度上学会Protel仿真软件的应用，亦加深了对书本上知识上的认识。
在Protel99SE课程设计中，最初的盲目乱划乱布线到有条理，有步骤，收获不小，但在中间总是有地方想不过去，后来请教同学，查看资料，最终解决了问题。
在Protel课程设计中，首先熟悉下理论上知识，然后重点学习对Protel的使用方法。
在了解理论知识前提下，使用Protel对电路图进行绘制，然后进行相应结果与实际的理论上进行一下比较看看是否合理，在对误差进行分析，大大增加了这次课程设计的实用性。
这样的模拟也大大减少了真实成品过程中实践所用的时间和金钱。
对整个用Protel过程中其实也并不是很难，重点是自己不要粗心大意掉这个掉那个，难就是难在对PCB版手动布线这不仅要很好的耐心也要有良好的动手基础。
这也是对学生我们自己的考验。
我觉得老师给我们作类似的课程设计是十分必要的，这不仅可以提起我们对这门课的学习兴趣，同时还可以在专业上用实践锻炼一下我们，使我们不但不在对所学专业感到陌生，而且还可以培养大家的动手积极性。
其次，我觉得应该培养我们的团队合作精神，让几个人一起作这样的课程设计我想会更好的发挥我们的特长，更好的从别人中学到自己还不太了解不懂的地方。
总的来说，对于作为通信类的学生，我觉得能做类似的课程设计不仅是十分有意义，而且是十分必要的。
我深知课程设计的重要性。
这不仅使一次实践也是一次对所学的总结，理解，赋予实际的绝好时机。
这次课程设计中我从刚开始的什么都不懂不会，以一种不可下手的无力感。
到现在的基本了解了一个电路元件是构成，封号的，还可很好完成软件的使用。
其中用软件仿真也让我对以前学习的电路理论知识有了详细地了解。
8.参考文献
1、《Protel99入门与提高》赵品编著人民邮电出版社
2、《Protel99高级应用》赵品编著人民邮电出版社
3、《Protel99SE电路设计与仿真应用》
4、《Protel99SE&DXP电路设计教程》王庆主编电子工业出版社
5、《PCB设计基础》ChristopherRoberston编，机械工业出版社
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