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西南大学工程技术学院课程设计(论文)电路CAD 课程设计(论文) 题 目 电压信号两级运放电路 学生姓名 叶青青 专 业 电子科学与技术 学 号222011322270044 班 级2011级 1班 指导教师 张继龙 成 绩_ 工程技术学院2013年12月目录1 设计原理12 单元电路设计及说明12.1 输入开关12.2 一级电路运放2 2.3、二级运放电路33 创建原理图34 创建电路网络表45 PCB设计75.1、创建元件封装75.2创建PCB板75.2.1新建PCB.PCB75.2.2布线规则设置76、PCB图8 7、原理图与PCB板图98、结束语10参考文献101 设计原理放大器是电子系统的重要组成部分，了解和掌握放大器对于学习和应用电子系统有很大的帮助。其中运放电路就广泛采用测量放大器以便更精确的运用于工业当中。测量放大器是一种高增益、直流耦合放大器，它具有差分输入、单端输入、高输入阻抗和高共模抑制比等特点，差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本电路。差分防大电路对共模信号有很强的抑制作用，在参数完全对称的情况下，共模输出为零。同时集成运放是一种高性能的直接耦合放大电路，从外部看，可以等效成双端输入、单端输出的差分放大电路。用集成运放放大器放大信号的主要优点：电路设计简化，组装调试方便，只需适当配外接元件，便可实现输入输出的各种放大关系；由于运放的开环增益都很高，用起构成的放大电路一般工作的深度负反馈的闭环状态，则性能稳定，非线性失真小；运放的输入阻抗高，失调的漂移都很小，故很适合于各种微弱信号的放大。又因其具有很高的共模抑制比，对温度的变化、电源的波动以及其他外界干扰度有很强的抑制能力。2 单元电路设计及说明2.1 输入开关将输入信号端口分别接到两个八选一模拟开关CD4051上，有单片机的三个口线来控制CD4051进行通道的选通。CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。INH”是禁止端，当 “INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的 CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰峰值达15V的交流信号。如果在八个通道输入一模拟量，在输出端将输出什么,输入什么是自己设定。当VEE=5V时，就可控制幅度范围为5V5V的模拟信号。;当Vee=-8V时,就可以可控制幅度范围为8V5V的模拟信号.;Vee就是电子开关的8个输入端可以允许的信号范围下限.;注意不要超过它的极限参数.峰峰值达15V.2.2 一级电路运放 该放大电路中，一级电路运放采用AD521集成的测量放大器，对桥路输出进行差分放大。此放大器输入阻抗高，易与各种信号源相匹配；输入失调电压和输入的失调电流及输入的偏置电流小；共模抑制比大，温漂小，时间漂浮小，稳定性好。AD521的低4、6管脚用于放大器的零点调整。调整的方法是将将两端接到电位器的两固定端，滑动端接负电源。放大倍数可在0.1到1000的范围内调整，选用RS1=100K15便可得到比较稳定的放大倍数。AD521的输出为：式中输入差值信号为。改变电阻和就可以改变放大器的放大倍数。本设计中=100K，=4.7K，放大倍数为21. 2.3、二级运放电路 二级运放电路采用OP07，作为信号调理电路的量程调节，利用OP07超低漂移高精度运算，其共模抑制比达120dB,增益达104dB,温漂仅为0.7V/，并且还具有小偏置电流、失调电流等特性，对于保证小信号的低噪音采集，起到了决定性的作用。在OP07的方向输入端和输出端接一100K多圈电阻器，可以对温度值进行标定，本设计中将温度为+60时的电压值整定为3.920V，以方便进行数据处理。为了更有效的滤除杂波干扰，在放大电路的输出端，接两个大电容进行滤波。3 创建原理图元件规格封装元件库数量4051DIP16Protel DOS Schematic 4000 CMOS.lib2AD521JD DIP16Analog Devices Instrumentations Amplifier.lib1OP-07DIP-8Protel DOS Schematic Operational Amplifier.lib1ELECTRO11uFRB.1/.2Protel DOS Schematic Linear.lib1Cap1.2uFRAD0.1Miscellaneous Devices.lib1POT2VR1Miscellaneous Devices.lib3R110KAXIAL-0.4Miscellaneous Devices.lib1R4、R51KAXIAL-0.4Miscellaneous Devices.lib1R722KAXIAL-0.4Miscellaneous Devices.lib1RS1100KAXIAL-0.4Miscellaneous Devices.lib1RG14.7KAXIAL-0.4Miscellaneous Devices.lib1该两层运放电路的所有元件都可以在元件库里找到,每画一个元件就需要把它的封装以及它的规格写上。首先将所有元件找出来，然后再连线。4 创建电路网络表在原理图画好之后，点击“Design”中的“Create Netlist”创建网络表，将网络表和电路相对应，检查电路是否有错。其网络表如下： C3 C4 R1RB.1/.2 RAD0.1 AXIAL-0.41uF 1.2uF 10K R4 R5 R7AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.41K 1K 22K RG1 RS1 Rw3AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 VR14.7K 100K POT2 Rw5 Rw6 U1VR1 VR1 DIP16POT2 POT2 AD521JD (14) U2 U3 U4DIP16 DIP16 DIP-84051 4051 OP-07 ( ( ( GND NetR1_1 NetRG1_2C3-2 R1-1 RG1-2C4-1 U4-3 U1-14R1-2 ) )R4-2 ( (R5-1 NetR7_1 NetRw5_3RS1-1 R7-1 C3-1U1-9 Rw5-2 C4-2U1-10 U4-2 Rw5-1U1-11 ) Rw5-3U2-6 ( U4-6U2-7 NetRG1_1 )U3-6 RG1-1 ( U3-7 U1-2 NetU1_4) ) Rw6-2( ( U1-4NetU1_6 NetU1_7 )Rw6-1 R7-2 (U1-6 U1-7 NetU3_3) U1-12 R5-2( ) U1-3NetU1_13 ( U3-3RS1-2 NetU2_3 )U1-13 R4-1 () U1-1 NetU3_14( U2-3 U2-14NetU4_1 ) U3-14 Rw3-1 ) U4-1)(VCCRw3-3 Rw6-3 U1-5U1-8 U4-4 U4-7)5 PCB设计5.1、创建元件封装 在所有元件的封装中只有RB.1/.2不在protel99SE的封装库中，所以我们需要创建该封装，RB.1/.2与RB.2/.4的形状一样，但是它的焊盘大小和线条粗细不一样，所以可以复制RB.2/.4然后粘贴在新建的PCBLIB1.LIB中再改变其特性。 其边框是在“Topoverlay”上画的，线宽为10mil，外圈半径为113.137mil；那个加号的线条宽度与圆圈线条宽度一致，焊盘在最后PCB加载了网络表后统一修改。然后保存，在PCB的Library中加载这个封装。5.2创建PCB板5.2.1新建PCB.PCB将当前层设置成Keep Out层，即禁止布线层，然后规划电路板，主要是确定电路版的边框，包括电路板的尺寸大小等等，尺寸为20003000,边框线宽为20mil然后加载网表文件，在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装接下来就是布置零件封装的位置，首先是进行自动布局，运行Tools下面的Auto Place，检查是否有没有连接上的元件。如果有，修改原理图后，再次加载网表文件，如果没有就进行手动布局，根据元件封装的大小和连线进行布局，同时设置两个焊盘，一个焊盘连接到输出端口，另一个连接到输入端口。5.2.2布线规则设置首先设置焊盘，先双击一个焊盘，在x-size,Y-size后面填写72mil，在hole size后面填写35mil，layer选择“bottomlayer”，在Globel下面的Change Scope中选择“All primitives”，焊盘就设置完毕设置安全间距(Routing标签的Clearance Constraint) ，将10mil改为12mil，走线层面和方向（Routing标签的Routing Layers），将toplayer后面的下拉列表中选择“Not use”.走线线宽（Routing标签的Width Constraint），Board 为对整个板的线宽约束，它的优先级最低，即布线时首先满足网络和网络组等的线宽约束条件，所以设置为20mil，然后就是添加一些网络或网络组（Net Class）的线宽设置，本次设计中添加了地线和电源线的线宽设置，将线宽设置为40mil。d.自动布线，点击菜单命令Auto Route/All 开始自动布线，如果布线不能一次完全通过就UNDO 一次（千万不要用撤消全部布线功能，它会删除所有的预布线和自由焊盘、过孔）后调整一下布局或布线规则，再重新布线。e.就是对所有过孔和焊盘补泪滴，选择tools下面的teardrop，在弹出的窗口中选择“确定”即可。存档后，PCB板完成。6、PCB图将PCB板进行preview，出现打印预览，在打印预览中选择自己需要显示的页面。根据设计要求需要两张图，一张包括的PCB层为TopOverLayer，KeepOutLayer见图a；另一张为BottonLayer和KeepOutLayer. 7、原理图与PCB板图11PCB电路图电路原理图8、结束语经过这一个月的间断的学习和努力，虽然不算完全成功做完这个课程设计报告，但也不算失败。就学习技术来讲，这次的课程设计是很成功的。在这次课程设计中，我掌握了很多，比如放大器的工作原理及其构成，更加熟悉地操作从设计元件原理图到PCB制版的整个流程。在工程中，有时候元件与封装的引脚不匹配，有时候没有元件需要自己做元件，有时候有些元件的封装没有确切告诉，但是我们可以通过其引脚等因素判断它的封装 ，总而言之，问题不少，但是最终成果还是不错的。在这次设计中，首先就花了不少时间去找资料，本来这是是温度循环测试整体电路的放大电路部分，但是同时这也是一个独立的部分，可以放在任何一个需要高精度放大的系统中。像这样的独立部分还有很多，所以在这