CAD课程设计安徽师范大学物电学院.docx

1、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Protel 99SE 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

2、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=20k, R2=56k, R3=20k, R4=4.1k, R5=20k, R6=360, R7=3k, R8=1k, R9=1k, R10=30k, R11=20k。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

3、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

4、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

5、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

6、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20Hz1MHz。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=2.02085VVb1-Ve1=1.25234V-0.66945V=0.58289VVb2-Ve2=0.63758V-0.05175V=0.58583VVb3-Ve3=2.02085V-1.39610V=0.62475V计算所得的三个结果都接近0.6V0.7V，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

7、：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：测=516.1929.990=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20Hz1MHz测试结果为：14.079Hz946.925kHz,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

8、）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Keep Out Layer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Signal Layer中选择Bottom Layer，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

9、单击Routing 按钮，根据设计要求，在规则类Rules Classes中设置参数。选择Routing Layer，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Pule Attributes选项中设置Tod Layer为Not Used、设置 Bottom Layer为Any。选择Width Constraint，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Rule Scope区域的Filter Kind选择框中选择Net，然后在Net下拉框中选择GND，再在Rule Attributes区域将Minimum width、Maximu

10、m width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Filter Kind选择框中选择Whole Board，然后将Minimum width，Maximum width和Preferred三个输入框的线宽设置为10 mil。（4）装入元件封装库执行菜单命令Design/Add/Remove Library，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：PCB Footprint，Transistor，General IC，International Rectifiers

11、等。（5）更新原理图执行菜单Design/Update PCB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Protel 99 SE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/Auto Placement/Auto Placer可以自动布局。执行菜单命令View/Fit Board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

12、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 Protel 99 SE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Auto Routing/All，并在弹出的窗口中单击Route all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。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Protel 99 SE 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。