晶体管课程设计基于晶体管的迟滞电压比较器的设计

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1、武汉理工大学晶体管器件课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电子0803班 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目：基于晶体管的迟滞电压比较器的设计初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式有一定的了解；具备晶体管电路的基本设计及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测；使用适当的软件进行仿真和制作PCB板图。要求完成的主要任务： 1.采用晶体管设计电路完成一个迟滞电压比较器的设计；2.利用仿真软件Pspice或Multisim仿真电路，并学习PROTEL软件，并用其绘制电路的原理图和PCB图，要求图纸绘制清晰，布线合理

2、，符合绘图规范；3.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。时间安排：12011年6月12日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。22011年6月13日 至2010年6月24日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。3. 2011年6月25日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要IAbstractI1绪论12设计内容及要求12.1设计目的及主要任务12.1.1设计目的12.1.2设计任务及要求12.2设计思想13电路原理说明13.1电

3、路组成13.2门限电压的估算14运算放大器14.1差分放大电路14.2中间级14.3射级跟随器15电路的仿真15.1Multisim的简介15.2电路的仿真16利用Protel软件制PCB版16.1Protel简介16.2Protel的使用1结束语1参考文献1附录整体电路图1附录PCB版图1附录元件清单122摘要本文介绍作品采用Multisim10对迟滞电压比较器进行绘制电路图及仿真工作以及protel进行绘制电路图制作PCB 板。主要介绍了比较器的制作原理以及Multisim10和protel的一些基本的操作和用法。例如，原理图sch的绘制，当然其中也包括元件的制作；印刷电路板PCB的制作；

4、对电路原理图进行仿真。电路分块清晰，PCB板美观、模块清晰。经仿真电路原理正确。达到任务要求。运用PROTEL软件绘制最小系统原理图及部分外围扩展，在使用该软件当中，学会创建设计文档管理库，加载元件库，绘制电路图，放置电源部件，修改元件参数，生成网络表文件，同时还要将自己设计的电路原理图生成PCB电路板图等方法。在此基础之上将自己设计的电路进行仿真，并对其波形及数据进行分析。关键词：Multisim，protel，迟滞电压比较器 ，PCBAbstractThis article describes the work on the simple voice-activated light wit

5、h Multisim10 to draw circuit diagrams and circuit simulation work and to draw circuit diagrams produced PROTEL PCB board. Introduces the principles of voice production as well as light PROTEL and Multisim10 some of the basic operation and usage. For example, the schematic drawing of SCH, of course,

6、including the production of components; printed circuit board PCB production; on the circuit diagram for simulation. Clear the circuit block, PCB board appearance, the module definition. The simulation circuit correctly. Meeting mission requirements. Using PROTEL software to draw the minimum system

7、schematics and part of the external expansion, in which the use of the software, learn to create the design document management library, load cell library, drawing schematics, place the power supply components, modify component parameters, the network table file generated, but also his design of the

8、 circuit board PCB schematic generation methods such as. On this basis, the circuit simulation of their own design, and its waveforms and data for analysis. Key words: Multisim, protel, Hysteresis voltage comparator, PCB 1绪论晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压

9、，控制流出的电流，因此晶体管可做为电流的开关，和一般机械开关（如Relay、switch）不同处在于晶体管是利用电讯号来控制，而且开关速度可以非常之快，在实验室中的切换速度可达100GHz以上。晶体管，本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。输入级和输出级都采用晶体管的逻辑电路，叫做晶体管晶体管逻辑电路，书刊和实用中都简称为TTL电路，它属于半导体集成电路的一种，其中用得最普遍的是TTL与非门。TTL与非门是将若干个晶体管和电阻元件组成的电路系统集中制造在一块很小的硅片上，封装成一个独立的元件.晶体管是半导体三极

10、管中应用最广泛的器件之一，在电路中用“V”或“VT”（旧文字符号为“Q”、“GB”等）表示。本文介绍了基于晶体管的电压比较器设计。2设计内容及要求2.1设计目的及主要任务2.1.1设计目的提高电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；学习晶体管电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测；使用适当的软件进行仿真和制作PCB板图。2.1.2设计任务及要求根据已知条件，完成通过基于晶体管的声控灯的设计、连接与仿真。须符合以下要求：1.采用晶体管设计电路完成一个迟滞电压比较器的设计；2.利用仿真软件Pspice或Multisim仿

11、真电路，并学习PROTEL软件，并用其绘制电路的原理图和PCB图，要求图纸绘制清晰，布线合理，符合绘图规范；3.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。2.2设计思想本次设计要求完成基于晶体管的电压比较器的设计、连接与仿真，选择适合三极管。本设计的核心是利用三极管搭建出简易的集成运算放大器来达到构成迟滞电压比较器的目的。随后运用Multisim10中的仿真功能对其予以仿真，从仿真的结果中分析程序的正确性。然后运用Protel画出电路图待所有模块的功能正确之后，然后制作相应的PCB板。最后照着原理图进行整机电路的连接。3电路原理说明3.1电路组成迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的

12、比较器。图3.1所示为反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络。图3.1反相输入迟滞电压比较器3.2门限电压的估算由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状态，因此一般情况下，输出电压与输入电压不成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可近似认为等于零。设运放是理想的并利用叠加原理，则有: 根据输出电压的不同值（VOH或VOL），可求出上门限电压和下门限电压分别为，当为足够负时， ，当从零逐渐增大时，且时，称为上限触发电平或称为上限阈值。当输入电压时，。此时触发电平变为，称为下限触发电平或下限阈值。为正反馈过程。这是传输特性

13、的正向部分。当为足够大的正值时，逐渐减小，且时，始终满足：。当输入电压变化到以后，。为正反馈过程，这时比较器翻转。这是传输特性的反向部分。从以上分析得知，迟滞电压比较器输出端从高电平跳变到低电平对应的阈值电压与从低电平到高电平对应的阈值电压不同。迟滞电压比较器存在两个阈值电平分别是：上限触发电平，下限触发电平；定义二阈值之差为回差电压。迟滞电压的电压传输特性如图3.2所示：图3.2电压传输特性若为正弦波信号，经迟滞比较器波形变换，为方波信号，工作波形如图3.3所示：图3.3迟滞比较器工作波形4运算放大器4.1差分放大电路差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大

14、差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点。差分放大电路：按输入输出方式分：有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。按共模负反馈的形式分：有典型电路和射极带恒流源的电路两种。本次设计所用电路如下图4.4所示4.4差分放大电路4.2中间级中间级由多级共射级或共源放大器组成，为运算放大器提供高电压放大倍数。为了提高放大倍数，经常采用复合管结构，使用恒流源作为集电极负载。具体电路如图4.2所示：图4.2

15、中间级电路4.3射级跟随器运算放大器的输出级一般采用射级电压跟随器，具有较低的输出电阻和较强的带负载能力，同时需要一个较宽的线性输出范围。输出级往往还有保护电路。电路如图4.3所示图4.3射级跟随器5电路的仿真5.1Multisim的简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组

16、件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。5.2电路的仿真首先进入Multisim的界面如下图5.1所示：图5.1Multisim的入口界面然后开始摆放元器件如下图5.2所示图5.2元件摆放元件摆放完毕后则可以开始连线如下图5.3所示：图5.3整体电路图连线完成后就可以开始仿真了。给输入端加上交流信号后用示波器在输出端观察可以得到波形如下图5.4

17、所示：图5.4输出波形图从上图可以看出稳压二极管两端稳定的电压约为0.35V。所得到的波形只是略有失真与理论波形相符合。则说明仿真成功。6利用Protel软件制PCB版6.1Protel简介早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图

18、绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。6.2Protel的使用在Protel中先创建项目后进入设计页面，在元件库中把各个元件找

19、到然后开始摆放元件如图6.1所示图6.1元件摆放元件摆放完毕之后就可以进行连线，连线使用工具条中的连线工具才具有电气性质，当预拉线的指针移动到元件的引脚或其他电气线时，指针的中心将会出现一个黑点，他提示我们在当前状态下单机鼠标左键就会形成一个有效地电气连接。如图6.2所示：图3.2元件连线图连线接好后则可以开始更改元件属性。用鼠标双击任何一个元件都会弹出此元件的属性对话框，如图6.3为电阻的属性对话框。图6.3元件属性框将元件的封装号和部件类型改好后就可以进行电气规则检查。主要是检查电路中是否有电气特性不一致的情况，电气规则检查依据问题的严重性分别以Error或Warning信息来提示用户。检

20、查无误后如图6.4所示：图6.4电气规则检查无误接下来就是生产网络表了，网络表非常重要，它是PCB中自动布线的灵魂，也是原理图设计软件SCh与印刷电路板软件PCB之间的借口。所以必须生成网络表，如图6.6所示：图6.6网络表创建接下来就是PCB版的制作，先创建PCB文件，在设计工作区的板层标签选择keepout layer，然后选择工具条来画边框。之后加载网络表如图6.7所示：图6.7加载网络表将原件拉入边框内自动布线得到PCB图，如图6.8所示：图6.8PCB版图结束语本次课设是完成一个电压比较器电路设计，首先通过查找书籍资料，首先进行电路原理图的设计、绘制以及PCB版图制作，然后对电路中的

21、各个部分进行调整修改，按照设计的电路原理图完成实物的连接，连接后在实验室不断地调试、修改，最后得到设计要求的输出波形。此次晶体管课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计；其次，在电路仿真的过程中总会出现一些问题，需要我们细心解决，所以这周下来，我对电路故障的排查能力有了很大的提高；再次，通过此次课程设计，我对设计所用到的软件Multisim10和Protel 99SE有了更加深刻地了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。当然，经过了课程设计，我也发现了自己的很多不足。但是通过自己的动手动脑，既增加了知

22、识，又给了我专业知识以及专业技能上的提升，我也会更加努力，认真学习，争取在以后的课程中做得更好！在这次课设中，我首先要感谢学校给我们提供的机会，其次我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把设计做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。最后，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。最后再一次感谢所有在设计中帮助过我的老师和同学。参考文献1 康华光，陈大钦，张林.电子

23、技术基础模拟部分. 北京：高等教育出版社，2006.12 周南生.晶体管电路设计与制作.北京：科学出版社，2006.83 铃木雅臣著，彭军译.晶体管电路设计.北京：科学出版社，20044 尹勇. Multisim电路仿真入门与进阶.北京：科学出版社，20055 清源科技. Protel 99 SE电路原理图与PCB设计及仿真.北京：机械工业出版社，2007.1附录整体电路图附录PCB版图附录元件清单名称标号数量标称值电阻R11,R1222.9K电阻R1，R4,R913K电阻R5，R6114K电阻R8113.5K电阻R2，R7220K电阻R31100电阻R13110电容C1，C221uF三极管Q1-Q772N2222稳压二极管D1，D220.35V本科生课程设计成绩评定表姓 名陈荣峰性 别男专业、班级电子科学与技术0803班课程设计题目：基于晶体管的简易声控灯的设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日