成绩
课程论文
题 目： 函数信号发生器
课程名称： Protel 学生姓名： 李国宝 学生学号： ********** 系 别： 电气信息工程学院 专 业： 电子信息工程专业 年 级： 12级电工1班 任课教师： 徐锋
电气信息工程学
淮南师范学院电气信息工程学院电子信息工程专业《Protel电子线路CAD》课程论文
函数信号发生器
姓名：李国宝 指导老师：徐锋
电气信息工程学院电子信息工程专业
摘 要
Protel设计系统是世界上第一套将EDA环境引入到Windows环境中的EDA开发工
具，是具有强大功能的电子设计CAD软件，它具有原理设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行电子设计最有用的软件设计之一。
函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题要求设计由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波-三角波-正弦波函数信号发生器。
本次protel课程设计实现函数信号发生器设计，用Protel软件设计实验电路，并绘制出PCB电路板，根据电路图对设计进行制作，最后进行调试测试。通过对Protel软件的学习与应用，加深对相关原理的理解，并对protel软件有初步的认识和一定的操作能力，并根据通信电子线路所学的知识，运用所学理论和方法进行一次综合性设计训练，从而培养分析问题和解决问题的能力。
关键字：Protel 、PCB、集成运放、晶体管差分放大器、函数信号发生器
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目 录
1.函数信号发生器原理分析 ........................................................................................ 2
1.1整体电路分析 .................................................................................................. 2 1.2单元电路原理 .................................................................................................. 3 2.利用Protel设计电路 ................................................................................................ 6
2.1创建环境 .......................................................................................................... 6 3.PCB板的设计 ......................................................................................................... 13
3.1元器件的布线和封装说明 ............................................................................ 13 3.2创建PCB文件 .............................................................................................. 13 3.3函数信号发生器PCB图 .............................................................................. 14 4.设计总结 .................................................................................................................. 18 5.参考文献: ................................................................................................................. 19
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1.函数信号发生器原理分析 1.1整体电路分析
函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出方波、三角波、正弦波的建议发生器。
图1.1 函数信号发生器框图
1.2单元电路原理 1.2.1方波-三角波电路
图1.2所示为产生方波-三角波电路。原理如下：若a点短开，运算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。
图1.2 方波-三角波产生电路
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由图1.2分析可知比较器有两个门线电压： -R2 Uq1= —————Vcc
R3+RP1 R2 Uq2= —————Vcc R3+RP1 运算放大器A2与R4、RP2、C2及组成反向积分器，其输出信号为方波Uo1时，则积分器的电压为：
-1 Uo2=———————∫Uo1dt (R4+RP1)C2 当Uo1=+Vcc时： -Vcc Uo2= ———————t (R4+RP1)C2 当Uo1=-Vee -Vee
Uo2= ———————t (R4+RP1)C2 可见积分器输出方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图1.3所示。
图1.3方波-三角波波形
A点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭合电路，则自动产生方波-三角波。三
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角比的幅度为：
R2 Uo2m= —————Vcc R3+RP1 方波-三角波的频率为： R3+RP1 f= ———————— 4R2(R4+RP1)C2 由上分析可知：
⑴电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。 ⑵方波的输出幅度应等于电源电压。三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器RP1可实现幅度上的微调，但会影响波形的频率。 1.2.2三角波-正弦波电路
三角波-正弦波的变换电路，主要由差分放大器组成。差分放大器具有工作点稳定、输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性的非线性。其非线性及变换原理如图1.4所示。
图1.4 三角波-正弦波的转换原理
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1.传输特性曲线对称，线性区越窄越好；
2.三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。
图1.5为三角波-正弦波变换电路。其中RP1调节三极管的幅度，RP2调整电路的对称性，其并联电阻RES用来减少差分放大器的线性区。电容C1、C2、C3为隔直电容，C4为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。
图1.5 三角波-正弦波变换电路
整个设计电路采用如图所示电路。其中运算放大器A1、A2用一只双运放u747，差分放大器采用单入、单出方式，四只晶体管用集成电路差分对管BG319或双三极管S3DG6等。取电源电压为正负12V。
计算元件参数：
比较A1与积分器A2的元件参数如下： 由于
因此 因为
R2 Uo2m 4 1 ————— = ———— = —— = —— R3+RP1 Vcc 12 3 R3+RP1 f= ———————— 4R2(R3+RP1)C2 R2 Uo2m= —————Vcc R3+RP1 6
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2.利用Protel设计电路 2.1创建环境
Protel 的原理图的绘制是十分简单。首先要新建一个工程，将所需的文件都保存在工程里，工程是在绘制完原理图后进行仿真以及PCB板制作的基础，新建工程的类型选择为PCB project。具体绘制步骤如下：
1.从Windows操作系统的开始菜单或桌面图标进入Protel 99 SE 环境。如图2.1。
图2.1 Protel 99 SE开启界面
2.使用菜单File/New,建立工程并命名为函数信号发生器设计.ddb。
图2.2 建立*.ddb工程
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图2.3 建立工程完成
3.使用菜单File/New,建立*.sch文件并命名为函数信号发生器.sch,打开出现绘图界面。
图2.4 建立*.sch文件
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图2.5 完成函数信号发生器.Sch文件建立
图2.6 开启绘图界面
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4. 绘制原理图，首先要添加所需的元件库，由于我们所需的元件不一定都在初始的元件库里找到，所以要添加元件库，如下图示：
图2.7 添加元件库
2.2绘制原理电路图
1．绘制调制原理电路图。在绘制原理电路图的时候，注意设置元器件的网络号、封装号和相关参数值。如图2.8所示。
图2.8 电路原理图
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2. 原理图绘制完毕后，需要对电器规则进行检查。点击Tools规则检查(ERC)。相关结果如下所示：
ERC，进行电气
图2.9 电路原理图ERC结果
3．执行DesignCreate Netlist命令，生成网格图。
图2.10 生成网格图
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4.原件清单如下表
表2.1
名称 C1 C2 C3 C4 C5 AR1 AR2 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 Q1 Q2
封装号 RAD0.3 RAD0.3 RAD0.3 RAD0.3 RAD0.3 DIP14 DIP14 AXIAL0.3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 VR3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 VR3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 TO-5 TO-5 类型 CAP CAP CAP CAP CAP OPAMP OPAMP RES2 RES2 RES2 RES2 RES2 RESISTOR TAPPED RES2 RES2 RES2 RESISTOR TAPPED RES2 RES2 RES2 RES2 RES2 RES2 NPN1 NPN1 12
数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 淮南师范学院电气信息工程学院电子信息工程专业《Protel电子线路CAD》课程论文
Q3 Q4
3.PCB板的设计
TO-5 TO-5 NPN1 NPN1 1 1 3.1元器件的布线和封装说明
电气规则检查无误后，点击Design---->Update PCB,进行相应的封装和布线。Protel 99 SE提供了非常强大的PCB电路板的绘制功能，可以通过原理图直接经网络报表生成PCB，Protel 99 SE还提供了非常强大的自动布局与自动布线功能，并且用户有更多的选择余地，例如，在自动布局中有最短连线，最小板面积两种布局方式，并且每种方式还有其他的参数选择，在自动布线上，Protel 99 SE 提供了布线规则的设置，可以设置布线的宽度、方向，布线的优先级，布线速度与过孔数目之间的衡量等多种选项。
虽然通过Protel 99 SE的自动布局和自动布线功能十分方便，但在自动布局方面有时并不十分理想，尤其是在涉及高频的时候，在对元件的摆放有特别的，因此自动布局的效果往往不是很好。因而一般以自动布局为参考，要借用适当的手工更改某些元件的摆放位置的设计方式。
但是自动布线之前，元器件的封装设置一定要正确。封装是很重要的步骤，元器件的封装号可以在相应的库里找到，也可以在网上搜索，保证正确即可，否则在绘制PCB图的时候会出现一些错误，这是我们不愿意看到的。本设计中采用的元器件有电阻、电容、放大器、滑动变阻等，相应元器件的封装号如下：
RES2：AXIAL0.3 CAP： RAD0.3 OPAMP：DIP14
RESISTOR TAPPED：VR3 NPN1：TO-5
3.2创建PCB文件
使用菜单File/New/PCB建立PCB文件，并命名为函数信号发生器.PCBdoc。
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图3.1 建立PCB文件
图3.2 PCB界面
3.3函数信号发生器PCB图
1.首先载入调制器的网络表结果，执行Design—>Load Netslist，结果如下：
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图3.3 网格表结果
2.网络表通过后，可以进行PCB图的绘制，调幅器初始PCB图如下所示：
图3.4原件导入后界面
3.为保证PCB图的美观、有序，我们可以手工调整对元器件进行布局，并在Keep Out Layer下画出底板。
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图3.5 手工调整后界面
4．完成手工调整后，执行Auto RouteAll进行自动布线，结果如下图所示：
图3.6 执行Auto RouteAll界面 （1）
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图3.7执行Auto RouteAll界面 （2）
图3.8 自动布局后图
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4.设计总结
这次课程设计历时一个星期，使我对Protel软件有了初步的了解，可以说是收获良多。Protel 99是目前 Protel电路绘图软件的最新版本。Protel 99的各种文件是建立在后缀名为ddb的数据库文件中的。我们可以新建一个数据库文件，在这个数据库文件中新建自己所有的原理图、印版图和库文件；也可以新建不同的数据库文件，在不同的数据库文件中新建自己不同的原理图、印版图和库文件。但是必须注意，原理图文件和印版图文件必须新建在同一个数据库文件中的文件夹里，这样才能更方便地应用Protel 99的最大特点——原理图和印版图同步设计。
由于Protel这个软件以前没有接触过，在初接触时非常的陌生。通过自己在图书馆查阅了许多关于Protel软件训练的资料，从最初始的开始，一点一点地摸索，渐渐地熟悉了关于Protel软件使用的相关知识。我在自己学习和向同学请教的过程中，不断地提高自己的动手能力和学习能力。
通过这次课程设计，使我认识到了理论与实际相结合的重要性，只有理论是远远不够的，只有将理论与实际结合起来，从理论中得到结果，从实际中证明结果，从而提高自己的实际动手与思考的能力。在设计过程中遇到了不少问题，在问题中发现了自己的不足之处，并不断通过各种方法来完善自理的开方面的能力。
总体来说，这次Protel软件训练达到了完善自我，增长理论知识，提高实际应用的能力，对我今后的课程学习有很大的帮助。
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5.参考文献:
1.谢自美 主编《电子线路设计，实验，设计》 华中科技大学出版社 2.康华光 主编《电子技术基础（模拟部分）》 高等教育出版社
3.徐丽萍 主编《电子综合电路设计与安装调制》 中国劳动社会保障出版社 4.肖玲妮 主编《.Protel99SE印刷电路板设计教程》 北京清华大学出社 5.朱力恒 主编《电子技术仿真实验教程》 电子工业出版社 6.杨素行 主编《模拟电子技术基础简明教程》 北京高等教育出版社
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