音频放大器protel-99-se课程设计毕业论文.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸 成 绩 评 定 表学生姓名班级学号专 业通信工程课程设计题目音频放大器评语组长签字：成绩日期 2016年12月16日课程设计任务书学 院信息科学与工程学院专 业通信工程学生姓名班级学号课程设计题目音频放大器实践教学要求与任务:音频放大器设计功能：1.认真完成protel软件学习，熟练掌握基本操作。2.绘制音频放大器电路原理图，要求布局符合电器规范、制图美观、可读性好。3.绘制音频放大器电路原理图相应的双面印刷版图。4.提交课程设计报告，要求条理清楚、图文并茂，体现制图的必要过程。工作计划与进度安排:12月10日-11日：分析题目、查阅课题相关资料、学习Protel 99 se相关知识。12月12日-14日：进行电路图绘制、PCB设计。12月15日-16日：撰写课程设计报告及答辩。指导教师： 2016年12月16日专业负责人：2016年12月16日学院教学副院长：2016 年12月16日摘 要本次protel设计选择的方案是设计音频放大电路。音频放大电路是音响的重要组成部分，应用十分广泛。高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。Protel 99se 是澳大利亚Protel公司推出的一款功能强大的电子设计软件。Protel 99se提供了一个集成的设计环境，包括原理图设计和PCB布线工具，集成的设计文档管理，支持通过网络进行工作组协同设计功能。音频放大器可以用来话音扩音、音乐欣赏、卡拉OK伴唱、其中的电子混响器使使声音听起来具有一定深度感和空间立体感。关键字：音频放大电路；Protel；Protel99SE；PCB目 录1设计目的与要求12电路原理分析与设12.1 音频放大电路原理简介12.2 电路原理图的设计22.2.1 电路原理图的设计步骤22.2.2 创建原理图设计文件22.2.3 设置原理图绘制的工作环境43PROTEL 99SE绘制图53.1 元件库的调用53.2 放置元件63.3 原理图的布线73.4 元件参数设置和ERC测试103.5 设置各个元件的封装113.6 网络表和交叉表113.7 元件列表124PCB设计134.1 印刷电路板设计134.2 印刷电路板（PCB）的生成及调整144.2.1 参数设置及印刷电路板（PCB）的生成144.2.2 元器件布局164.2.3 多边形覆铜17参考文献191 设计目的与要求本次课程设计应用Protel 99se设计音频放大电路，包括原理图的设计以及PCB的设计。了解音频放大器的工作原理和实现过程，从而巩固和加强了自己在电路方面的知识，了解一些常用家用电器的内部电路结构，为以后的学习和工作作好知识保障。并且可以进一步加深对所学知识的理解，以及如何用所学知识来处理一些在实际操作过程中问题。这一实践与理论相结合的过程，将有益于我们学习其它理论知识和提高我们今后进一步利用理论知识解决实际问题的能力.。2 电路原理分析与设2.1 音频放大电路原理简介音频功率放大器是音响系统中的关键部分，其作用是将传声元器件获得的微弱信号放大到足够的强度去推动放声系统中的扬声器或其他电声元器件，使原声响重现。其电路一般可分为两部分，前一部分进行小信号电压幅值放大，后一部分采用功率放大器，与扬声器相连。一般扬声器的阻值较低，仅有8左右，需要较大的输出电流才能达到较大的输出功率，因此，需要功率放大器提供足够功率，一般电脑的有源音箱大多采用这种方式。其简单的构成框图如图1所示。电源模块 前置放大器信号源扬声器功率放大器 图 1音频放大器构成2.2 电路原理图的设计2.2.1 电路原理图的设计步骤电路原理图是整个电路的设计基础，因此电路原理图的设计好坏，直接影响到最终印刷电路板的设计质量，一般来说，电路原理图的设计有以下几个步骤：1.设置原理图绘制的工作环境2.放置所需要的电气元件3.原理图布线4.设置各个元器件的参数5.检查原理图和电气法则测试（ERC）6.设置各个元器件的封装7.生成网络表电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在是正确性和布局合理的前提下力求美观。2.2.2 创建原理图设计文件打开protel 99se，进入如图2.1所示界面。图2.1 protel 99se界面执行菜单File/New命令，创建数据库文件，命名为MIT，如图2.2所示图2.2 新建文件执行菜单File/New命令，创建Schematic Document文件，命名为MIT，如图2.2所示图2.3创建Schematic Document文件点击MIT.sch，进入原理图绘制页面，如图2.4所示图2.4 原理图绘制界面2.2.3 设置原理图绘制的工作环境执行菜单Design/Options，弹出如图2.4所示对话框，设置图纸大小、捕捉栅格、电气栅格等。在这里我们为了便于打印输出，纸张尺寸设置为A4，其他选择默认设置。图2.4 原理图工作环境设置3 Protel 99SE绘制图3.1 元件库的调用我们发现，左边多了一个Browse SCH的选项卡。单击则进入了原理图管理器，如图3.1所示，Libraries即所使用的元件库。图3.1 默认元件库一般来说，默认元件库Miscellaneous Devices.lib即可满足需要。如需使用其他元件库，则可按照以下步骤选择新的库文件，如图3.2所示。图3.2 元件库列表3.2 放置元件在绘制原理图时，Protel 99 SE在工具栏上提供了常用元件的快捷方式，例如电阻、电解电容、瓷片电容以及常用的与、或、非等组合逻辑门，使用起来很方便。如果要使用其他元件则可以使用Place/Part命令打开元件选择窗口。若使用的是比较基本的元件可以在Protel 99SE默认提供的元件库Miscellaneous Devices.lntLib中直接浏览。Protel 99SE将元件的型号等都已经标明了，也可以单击元件自己修改。将音频放大电路系统所需要的各个元器件选择恰当的位置，全部放置在工作平面上如图3.3所示。图3.3 元件放置3.3 原理图的布线利用Protel 99SE提供的各种工具、指令进行布线，将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。在本设计中，为了使原理图更加清晰，使用了分段进行连接，图3.4为电源部分连线。图3.4 电源部分连线前置放大电路用于对输入的音频信号进行放大，即当输入前置放大电路的输入信号电压值为10mV时输出信号对应的电压值为200mV左右，即系统的放大倍数为20倍，且此放大电路为反相放大电路。图3.5为前置放大电路图。图3.5 前置放大电路二级放大电路用于对前置放大电路的输出信号进一步放大，此电路对信号再次进行反向放大，同时会使输出信号发生一定的信号相位移动，图3.6为二级放大电路的连线图。图3.6 二级放大电路通用运算放大器输出电流有限，多为几十毫安；输出范围受到运算放大器电源限制不可能太大，维持可以通过互补对称电路进行电流放大，以提高电路输出功率，图3.7为功率放大器的连线图。图3.7 功率放大器电路完整的原理图如图3.8图3.8 原理图3.4 元件参数设置和ERC测试电路中每个元件都有不同的参数，因此原理图连线完毕之后，就需要进行各个元器件的具体参数，编号等，设置的方法是，双击原理图上的元件，弹出参数设置对话如图3.9所示。图3.9 元件参数设置根据实际要求，修改各个参数。修改完成后，执行TOOL/ERC菜单命令,弹出ERC设置对话框。选择默认选项。确认后，生成ERC报告文件如图3.10所示,报告文件现实，原理图连接没有错误。图3.10 ERC测试3.5 设置各个元件的封装封装就是元器件的实际形状，它是元器件在印刷电路板上的装配形式，决定着印刷电路板制成后的大小，形状，以及电路板上的布线策略。所以选择好元器件的封装非常重要。设置元件封装的方式与元件的参数设置方式相同，在参数设置对话框的footprint栏中设置各个元件的封装。在在本设计中所用到的元件封装形式如表3.1。表3.1 元件封装形式元件类型Footprint连接段子SIP2整流桥DIP14二极管DIODE0.4三极管TO-18电解电容RB.2/.4电阻AXIAL1.0滑动变阻器VR4运算放大器SOJ-14三端稳压器TO-220扬声器RAD0.33.6 网络表和交叉表生成网络表是电路原理图设计和印刷电路板设计之间的桥梁，执行菜单命令Design/Create Netlist生成具有元件名、元件封装、参数及元件之间连接关系的网络表，如图3.11所示，保存网络表。图3.11 网络表3.7 元件列表点击”Reports”“Bill of Material”，生产元件列表，如表3.2所示表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/.4BRIDGE1D1DIP14CON2J2SIP2CON2J1SIP2ELECTRO1C6RB.2/.4LF347U2SOJ-14LF347U3SOJ-14LF347U4SOJ-14NPN1Q1TO-18PNP1Q2TO-92ARES2R7AXIAL1.0RES2R8AXIAL1.0RES2R?AXIAL1.0RES2R9AXIAL1.0SPEAKERLS1RAD0.3VOLTREGU11TO-220VOLTREGU1TO-2204 PCB设计印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局。内部电子元件的优化布局。金属连线和通孔的优化布局。电磁保护。热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计(CAD)实现。 4.1 印刷电路板设计印刷电路板的设计是从电路原理图变成一个具体产品的必经之路,因此,印刷电路板设计是电路设计中最重要、最关键的一步。通常，印刷电路板设计的具体步骤如下：参数设置 规划电路板 导入网络表和元器件打印输出 DRC检验 布线和调整电路设计的最终目的是为了设计出电子产品，而电子产品的物理结构是通过印刷电路板来实现的。Protel 99 SE为设计者提供了一个完整的电路板设计环境，使电路设计更加方便有效。创建印刷电路板设计文件，执行菜单File/New命令，从框中选择PCB设计服务器（PCB Document）图标，如图4.1所示。双击该图标，就建立了一个PCB设计文档。双击文档图标，进入PCB设计工作窗口，如图4.2所示。图4.1 新建PCB文档 图4.2 PCB设计文档4.2 印刷电路板（PCB）的生成及调整4.2.1 参数设置及印刷电路板（PCB）的生成参数设置是电路板设计非常重要的环节，它关系到电路板设计的质量好坏。执行菜单design/layer stack manager命令，打开板层设置管理器，如图4.3所示。在此，可以设置绘制的印刷电路板的板层数量，在本次设计中，选择为默认的双面板。图4.3 PCB参数设置电路板的尺寸规划好以后，接着导入网络表，执行菜单design/load nets命令，弹出导入网络表对话框，在对话框里找到刚才生成并保存的网络表，确定导入，如图4.4所示。图4.4 导入网络表这样就导入了所有的网络和元件。进行生成图。图4.5为载入网络表效果图。图4.5 印刷电路板（PCB）从图中可以看出，元器件通过蓝线相连。4.2.2 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。在本次设计中，采取自动布局和手动布局相结合的方法，布局完成后的设计文件如图4.6所示。4.6 布线后的印刷电路板（PCB）4.2.3 多边形覆铜将设计工作区的板层标签由KeepOutLayer转至TopLayer，再选择工具栏上的 按钮，将会弹出如下对话框，在Connect to Net中选择GND,点击OK，用光标将边框画一遍，则得到如图4.7所示的PCB的顶层。图4.7 PCB顶层然后在将设计工作区的板层标签由TopLayer转至BottomLayer，再选择工具栏上的 按钮，将会弹出如下对话框，在Connect to Net中选择GND,点击OK，用光标将边框画一遍，则可得PCB的底层，如图4.8所示。图4.8 PCB底层结 论这次课设是让我们运用protel 99se来进行一些设计。训练我们的分析问题解决问题的能力。了解pretel 99se，并使用它解决一些问题。我选择的是音频放大器的设计。在生活中，音频放大器的应用十分广泛，对于我们的生产生活十分重要，了解它有助于了解科学技术对于我们的作用。更加相信科学，积极地学习科学文化知识。通过这次课设我了解了音频放大器的原理，组成和实现过程。在独立完成音频功率放大器设计的过程中，我对电路的设计能力有显著提高，尤其是对所学电路知识有了新的认识。 在设计与实现电路的过程中我感到Protel 99 SE以其强大的功能、快捷实用的操作界面及良好的开放性，为设计者提供了现代电子设计手段，使设计者能快捷、准确地设计出满意的电路原理图和印刷电路板，不愧是从事电路设计的一个良好的工具。但也遇到了很多困难。例如，对软件的不熟悉，对电路的设计不敏感。尤其是寻找封装号十分困难。通过本次电子电路的设计，我感到了知识的匮乏，以及心态的欠缺。在作课设的过程中发现现实和理想是有差距的。设计与实现是不同的，要把握好分寸。在达不到预期的目标时，容易焦急忧虑。而且有时候画的线和其它线重要合时会看不到，有时又会明明联的是这个端点，一移动时却联到任外一个端点了。感觉放大和缩小的能力有些欠缺再加上电路有这么大了，显示器的界面宽度又有限，所以做起来有点麻烦，可视性不好。经过为期五天的实训使我对protel有了更深层次的了解，在巩固以前知识的同时又学到了很多的新知识。提高了自学的能力，学会了做PCB板的技术。参考文献1 周润景 张丽娜 PROTEUS入门实用教程 机械工业出版社，2007.92 王增福 李昶 魏永明 新编线性直流稳压电源 电子工业出版社，2004.113 赵品 Protel99 高级应用 人民邮电出版社.2000.111.4 林春方电子线路学习指导与实训.北京电子工业出版社，20015 杨宝清.宋文贵主编.实用电路手册.机械工业出版社，20066 .赵品 Protel99 入门与提高 人民邮电出版社.2000.1119