protel99se 集成运算放大电路实验报告

一、 实验目的

1. 研究集成运算放大器的组成及其工作原理。

2. 学习并掌握运用Protel 99se 软件绘制集成运算放大器原理图及PCB 文

件。

二、 实验原理

集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。

1 反相比例运算放大器

反相比例运算放大器电路是集成运放的一种最基本的接法，如图2.6.1所示。电路的输出电压o

u 与输入电压i

u 的关系式为：f o

i

1

R u

u R =-

。

o

U i

图1 反相比例运放电路

2 反相加法器

如果在运算放大器的反相端同时加入几个信号，接成图2.6.2的形式，就构成了能对同时加入的几个信号电压进行代数相加的运算反相加法器电路。电路的输出电压o u 与输入电压i u 的关系式为：f f o

i1i21

2

R R u

(

u u )

R R =-+

。

o

U U

图2 反相加法器电路

3 差动运算放大电路

差动输入运算放大器电路如图2.6.3所示。根据电路分析，该电路的输出电压o u 与输入电压i u 的关系式为：f o

i2i11

R u

(u -u )

R =

。该关系式说明了两个输入端的信

号具有相减的关系，所以这种电路又称为减法器。同时，电路中同相输入电路参数与反相输入电路参数应保持对称，即同相输入端的分压电路也应该由电阻f

R 和

1

R 来构成，其中3

f

R

R =，2

1

R

R =。

o

U U

图3 差动运算放大电路

4 积分器电路

由运算放大器构成的基本积分电路如图2.6.4所示，它的基本运算关系是：

o i

11u u

dt R C

=-

⎰

当i

u 为恒定直流电压时，即i

i

u

U =，o

i 11

u

U t

R C =-

，这时输出电压是随时间作

直线变化的电压，其上升（或下降）的斜率是i 1U R C

，改变i

U 、1

R 或C 三个量中的

任一个量都可以改变输出电压上升（或下降）的斜率。

积分器的反馈元件是电容器。无信号输入时，电路处于开环状态。所以运算放大器微小的失调参数就会使得运算放大器的输出逐渐偏向正（或负）饱和状态，使得电路无法正常工作。为了减小这种积分漂移现象，实际使用时应尽量选择失调参数小的运算放大器，并在积分电容两端并联一只高阻值电阻f R 以稳定直流工作点，构成电压反馈，限制整个积分器电路放大倍数。但f R 不能太小，否则将影响电路积分线性关系。

o

u i

图4 积分器电路

主要器件介绍：四运算放大器

LM324内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用, 也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM324的封装形式为塑封14引线双列直插式。

特点

★内部频率补偿

★直流电压增益高(约100dB)

★单位增益频带宽(约1MHz)

★电源电压范围宽：单电源(3—32V)；

双电源(±1.5

—±16V) ★低功耗电流，适合于电池供电

★低输入偏流

★低输入失调电压和失调电流

★共模输入电压范围宽，包括接地

★差模输入电压范围宽，等于电源电压范围★输出电压摆幅大(0至VCC-1.5V)

管脚排列图

图5

三、原理图设计

画如图6所示的电路，图中电路元件说明如表1所示。

表1 电路元件明细表

图6 集成运放电路

使用Protel 99se绘制原理图如图7，进行ERC检查，如图8。

图7 集成运放原理图

图8 ERC检查

生成网络表如图9，生成元件清单列表如图10。

图9 生成网络表

图10 生成元器件清单列表

四、PCB设计

利用向导生成双面板，加载网络表，根据PCB布局规则，自动布局及调整布局，根据PCB布线规则自动布线并手动调整，生成PCB电路图，如图11所示。

图11 PCB电路图

五、PCB设计优化

调整布线及线宽，加泪滴，覆铜，如图12所示。生成3D图，如图13所示

图12

图13 3D 示意图

六、实验体会

通过运用Protel 99SE软件绘制集成运放电路并生成PCB电路图的实验，在进一步理解集成运放电路工作原理的同时也学习并掌握了Protel 99SE软件的应用。在实验过程中，也遇到了一些困难，例如元器件在库文件中无法找到，生成PCB 电路图时网络表无法导入等问题，但在老师耐心讲解和自我努力下，最终还是找到了解决问题的办法，这其实是对我自身学习能力的一种提高。所以，这次实验的过程，不仅仅是专业知识和专业技能的学习和锻炼，更是一种学习方法的运用

和掌握。