Protel课程设计(甲类功放)

1、沈阳理工大学课程设计专用纸 I摘 要功率放大器可以用来话音扩音、音乐欣赏、卡拉 OK 伴唱，其中的甲类功放是重播音乐的理想选择，它能提供非常平滑的音质，音色圆润温暖，高音透明开扬，声音上有饱满通透的优点。甲类功放的工作方式具有最佳的线性，每个输出晶体管均放大讯号全波，完全不存在交越失真，即使不施用负反馈，它的开环路失真仍十分低，因此被称为是最理想的放大线路设计。关键词：甲类功放；音质；音色；晶体管；失真沈阳理工大学课程设计专用纸 II目 录1设计目的与要求.12电路原理分析与设计.12.1 甲类放放电路原理简介 .12.2 甲类功放电路分析 .22.3 甲类放电路原理图 .33PROTEL 9

2、9SE 绘制图.33.1 元件库的调用 .43.2 放置元件 .63.3 原理图的布线 .84PCB 设计.94.1 创建 PCB 文件.104.2 网络表代码 .104.3 PCB 布线及覆铜.4结 论.6参考文献.7沈阳理工大学课程设计专用纸 11 设计目的与要求PROTEL 是 Altium 公司在 80 年代末推出的 EDA 软件，在电子行业的 CAD 软件中，它当之无愧地排在众多 EDA 软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上

3、常会写着要求会使用 PROTEL。因此我们也要尝试熟悉 PROTEL 的使用并开始进行简单电路设计。此次要求画出甲类功放原理图并进行 PCB 制图。2 电路原理分析与设计2.1 甲类功放电路原理简介甲类功放（A 类功放）输出级中两个（或两组）晶体管永远处于导电状态，也就是说不管有无讯号输入它们都保持传导电流，并使这两个电流等于交流电的峰值，这时交流在最大讯号情况下流入负载。当无讯号时，两个晶体管各流通等量的电流，因此在输出中心点上没有不平衡的电流或电压，故无电流输入扬声器。当讯号趋向正极，线路上方的输出晶体管容许流入较多的电流，下方的输出晶体管则相对减少电流，由于电流开始不平衡，于是流入扬声器

4、而且推动扬声器发声。此次甲类功放的逻辑框图如图 1 所示。信号输入电路第一级放大电路第二级放大电路信号输出电路静态工作点调整电路降压、整流滤波电路沈阳理工大学课程设计专用纸 2图 1 甲类功放逻辑框图2.2 甲类功放电路分析图 2 三极管甲类功率放大器的典型电路从图 2 所示甲类功率放大器电路可见，其电路的最突出特点就是，信号的输入/输出均采用了变压器耦合。通常，称 T1 为输入变压器，T2 为输出变压器，分述如下。输入变压器 T1 输入变压器是用来传输激励级送来的激励功率信号的，并起到激励级与功率放大级之间的直流电气隔离，这样，既完成了信号传输，又保证了前、后两级放大器直流工作状态互不影响。

5、输出变压器 T2 输出变压器的作用则是用来将实际的负载阻抗变换成为输出管所需要的最佳负载。比如扩大机中的功率放大器，其负载是扬声器，扬声器的等效负载电阻是很小的，一般为 416，这样小阻值的负载，如果不接变压器而直接连接到功率放大三极管的集电极电路，那功率放大器就得不到最佳负载电阻，其结果不但不可能从功率放大器获得足够大的输出功率，还会损坏功率放大三极管。沈阳理工大学课程设计专用纸 32.3 甲类功放电路原理图图 3 实用甲类功率放大器电路如图 3 所示，为一实用甲类功率放大器原理图。家庭电经过变压器 T3 降到一定的电压，进入整流电路，在桥式整流电路中，整流芯片由四个二极管构成，输出一连串的

6、正向脉冲。电容 C6 使输出电压平滑。其中整流电路中的 C7C10 称为浪涌电流吸收电容，它们对来自电源的串模干扰脉冲，其他强电的瞬变脉冲干扰，混入电网的高频脉冲，起吸收作。电路的左半部分为激励放大级，中间部分为功率放大级。激励级三极管 VT1 的集电极输出通过输入变压器 T1 耦合到功率放大三极管 VT2 的基极输入端，再由集电极通过输出变压器 T2 推动扬声器。同时引入了电压负反馈，即把输出变压器 T 次级的一部分输出声频信号经电阻 R7 反馈到激励级，从而改善了整个放大器的非线性失真和频响特性。3 Protel 99SE 绘制图电路原理图设计是整个印制电路析设计的基础，它决定了后面工作的

7、进展。通常，设计一个电路原理图的工作包括：设置电路电路图图纸大小，规划电路图的总体布局，在图纸上放置元器件，进行布局和布线，然后对各元器件以及布线进行调整，最后保存并打印输出。电路原理图的一般设计流程如图 4 所。沈阳理工大学课程设计专用纸 43.1 元件库的调用 为了便于对原理图符号的管理，Protel 99 SE 将所有的元器件按照制造厂商和元器件的功能进行分类，将具有相同特性的原理图符号存放在一个元件库中，因此，在向电路原理图中放置元件这前，必须将该元件所在的元件库载入到当前设计项目中。具体步骤如下:（1） 单击设计管理器中的“Browse Sch”选项卡，如图 5 所示，将原理图编辑窗

8、口切换到浏览原理图库的元件管理器。（2） 选取菜单命令“Tools”Find Component”，出现如图 6 所示的对话框，点击“Find Now”，在”Found Libraries”选择需要添加的元件库，点击”Add To Libraries List”即可。如图 7 所示。启动 Protel 99 SE 电路原理图的编辑界面设置图纸的大小加载元件库放置元器件库调整元器件的布局位置进行布线及调整保存设计绘制的电路原理图打印输出图 4 电路原理路的设计流程沈阳理工大学课程设计专用纸 5 图 5 载入元件库前 图 7 载入元件库后沈阳理工大学课程设计专用纸 6图 6 添加元件对话框3.2

9、放置元件放置元件的方法有多种，可以利用菜单命令放置元器件，可以利用元件管理放置元器件，也可以使用“Digital Objects”工具栏放置元器件。甲类功率放大器元器件放置如图 8 所示。沈阳理工大学课程设计专用纸 7图 8 甲类功放的元件放置图编辑元件的属性，双击元器件，弹出 Part 对话框，如电阻的 Prat 对话框如图 9 所示。其中不同的元器件的 Part 属性有所不同。图 9 元件属性设置对话框沈阳理工大学课程设计专用纸 8执行菜单命令”Reports”“Bill of Material”。打开“BOM Wizard”向导器，即元件清单向导，最后生在的甲类功率放大器的元件器件清单如

10、图 10 所示，该表方便设计人员检查核对以及采购人员预算或采购。图 10 甲类功放的元件列表3.3 原理图的布线 使用 WiringTools 的 PlaceWire 对甲类功放原理图进行连线，完成后如图 11 所示。沈阳理工大学课程设计专用纸 9图 11 布完线后的甲类功放原理图接着对电路进行 ERC 检查，看它是否存在违反电气规则的地方。没问题的 ERC报告如图 12 所示。图 12 ERC 报告4 PCB 设计印制电路析（PCB）是电子设备中重要的部件之一，概括地说，印制电路板是电子设备中的一个载体，是用于焊接实际电子元件、具有电气特性的板块。印制电路板（Printed Circuit

11、Board,简称 PCB）是以一定尺寸的绝缘板为基材，以铜箔微导线，经特定工艺加工，用一层或若干层导电图形式以及设计好的孔来实现元件间电气连接关系，它就像在图纸上印刷上去似的，故称为印制电路板或称印刷电路板。印制电路板的主要功能是实现电子元件的固定安装以及管脚之间的电气连接，从而实现电器的各种特宽功能。制作正确、可靠、美观的印制电路板是电路板设计的最沈阳理工大学课程设计专用纸 10终目的。印制电路板充计的一般流程如图 13 所示。图 13 PCB 设计流程图4.1 创建 PCB 文件利用向导生成方式创建 PCB 文件。具体步骤如下。（1） 在打开设计数据库工作界面中执行菜单命令“File”“N

12、ew”，打开”New Document”对话框，并单击“Wizards”选项卡，如图 14 所示。图 14 “Wizards”选项卡（2） 选择”Printed Circuit Board Wiard”向导图标，单击“OK”按钮，启动 PCB 向导器，进入创建 PCB 文件向导，如图 15 所示。绘制电路原理图规划电路板设置参数装入网络表及元件封装库文件保存及输出手工调整自动布线元件布局沈阳理工大学课程设计专用纸 11图 15 创建 PCB 文件向导（3） 按照向导一步一步设置相关的参数，最终完成界面如图 16 所示。图 16 完成 PCB 生成的向导对话框4.2 网络表代码网络表代码打开 P

13、CB 文件，加载元件封装库，点击”Design”Load Nets”，加载网络表。甲类功放网络表如下。沈阳理工大学课程设计专用纸 1C1RB.2/.410uFC2RB.2/.447uFC3RB.2/.447uFC4RB.2/.40.1uFC5RB.2/.447uFC6RB.2/.43300uFC7RAD-0.10.01uFC8RAD-0.10.01uFC9RAD-0.10.01uFC10RAD-0.10.01uFD1DIODE0.4LEDD2DIP4BRIDGE2LS1SIP-2SPEAKERQ1TO-92BNPNQ2TO-92BNPN沈阳理工大学课程设计专用纸 2R1AXIAL0.86.8K

14、R2AXIAL0.86.8KR3AXIAL0.8500R4AXIAL0.850R5AXIAL0.8200R6AXIAL0.8160R7AXIAL0.81KR8AXIAL0.818R9AXIAL0.84K7RPVR5POT2S1SIP-2SW SPSTT1TRF_EI38_1TRANS1T2TRF_EI38_1TRANS1T3TRF_EI38_1TRANS1V1SIP-2input沈阳理工大学课程设计专用纸 3(GNDC3-2C4-2C5-2C6-2C7-2C9-1D1-KD2-4LS1-2R2-1R4-1R6-1R8-1T2-4V1-2)(NetC1_1C1-1Q1-1)(NetC4_1C4-

15、1R6-2RP-2T1-4)(NetD1_AD1-AR9-1)(NetD2_1C7-1C8-2D2-1T3-4)(NetD2_3C9-2C10-2D2-3T3-2)(NetQ1_2Q1-2T1-1)(NetQ1_3C2-1Q1-3R3-2)(NetQ2_2Q2-2T2-3)(NetR1_2C3-1R1-2R5-2T1-3)(NetR2_2R1-1R2-2)(NetR3_1C2-2R3-1R4-2R7-2)(NetR5_1R5-1R9-2RP-1RP-3S1-1T2-1)(NetR7_1LS1-1R7-1T2-2)(NetR8_2C5-1Q2-3R8-2)(NetS1_2C6-1C8-1C10-

16、1D2-2S1-2)(NetT1_2Q2-1T1-2)(NetV1_1沈阳理工大学课程设计专用纸 4C1-2V1-1)4.3 PCB 布线及覆铜加载网络表后若正确，则如图 17 所示。图 17 正确加载网络表点击执行后出现的 PCB 框图如图 18 所示。图 18对元器件作稍微的改动，并点击”Auto Routed”All”,自动布线的 PCB 图如图 19所示。沈阳理工大学课程设计专用纸 2图 19 甲类功放 PCB 图接着进行覆铜工作，点击”Tools”“Teardrops”,在”General”一栏选择 allpads,”Action”一栏选择 Arc。覆铜后，top 层如图 20 所示

17、，buttom 层如图 21 所示。沈阳理工大学课程设计专用纸 3图 20 top 层覆铜效果沈阳理工大学课程设计专用纸 4图 21 buttom 层覆铜效果选择菜单命令”Tools”Teardrops”,在弹出的对话框中，在”General”一栏选择 All Pads,”Action”一栏选择 Arc。最终成果图如图 22 所示。沈阳理工大学课程设计专用纸 5图 22 PCB 板最终成果图沈阳理工大学课程设计专用纸 6结 论这次课程设计，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 电路绘图软件的不错版本。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。此次也对甲类功放电路进行仿真，可以发现，甲类功放是重播音乐的理想选择，它能提供非常平滑的音质，音色圆润温暖，高音透明开扬，但甲类功放电路也有它的缺点，最大的缺点是效率低，因