创新实验实验报告电路实验

云南大学物理实验教学中心 实验 云南大学物理实验教学中心 实验报告 课程名称： 创新性实验 实验项目： 　电路实验 学生姓名： 朱江醒 学号： 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业 成绩 指导教师：　　陈英涛 实验时间： 2007年 12 月 19 日 6 时 00分至8时 30 分 实验地点： 物理馆 实验类型：教学(演示□ 验证□ 综合□ □) 学生科研□ 课外开放□ 测试□ 其它□ 实验一 电路原理图的绘制与仿真 一、实验目的： 1、了解Altium DXP 2004的界面及基本操作。 2、学会使用 Altium DXP 2004绘制电路原理图。 3、绘制一个555闪光电路的原理图。 4、对该电路进行仿真分析。 二、实验内容： 1、了解、熟悉Altium DXP 2004的操作界面和操作。 2、绘制电路原理图 图1所示的是最简单的一种闪光电路。这种电路利用两只发光二极管，时暗时明的闪闪发光。下面介绍如何绘制该电路原理图。 （1） 建一个空白的原理图文档，存为20051050148.SchDoc. （2） 点击右侧Libraries，选择Libraries，在选择Installed，添加Miscellaneous Connector.Intlib集成库，Miscellaneous Devices.InLib，以及Simulation 目录下的各种仿真单元库。 （3） 在单元库中寻找各种所需要的元件并放置。（图示1） 3、进行电路仿真 使用软件仿真具有如下优点： （1）不需要试验电路板 （2）具有检测电路任一信号的能力 （3）能够将反馈环路拆开 （4）可以更方便地修改电路 （5）可在不同温度下对电路进行分析 对前面设计555闪光电路进行仿真，首先对电路原理图作一定程度的修改。 （1） 双击NE555N或者选中NE555N后点右键选择Properites，在Models for NE555N 列表中点击Add。选择模型类型为“Simulation”，选择模型子类中的 Spice Sub circuit ，并将Model Name 改为555B，Description 改为SUBCKT。模型位置使用Full Path，使用实验提供的555B.ckt。点击Port Map 标签将原理图引脚和模型引脚一一对应。 （2） 点击电阻R1 进入属性对话框，编辑Modes for R1 中的Simulation 类型。选择　 Parameters标签，将其中的Value 值改为500K，并将Set Position设为0.99，实际电阻值为（Value—Value* Set Position）。 （3）同理，进行其它元件的设置。 （4）点击 Design /Simulation /Mixed Sim 命令打开分析设定对话框 。 （5）从分析选项列表中选择Transient/Foutier Analysis 选项条。去掉Use Transient Defaults选项前的小勾，设置Transient Start Time=0，Transient Stop=1m，Transient Step Time 和Transient Maximum Step=1ms. （6） 从可用信号中将信号OUT 加入到Active 信号列表中，并将SimView 设定改为Show active signals .OUT 信号在仿真结束后将自动显示。点击“确认”，进行仿真。 （7） 如有错误，返回检查电路。 （8） 观察仿真结果。（图示2） 三、实验分析 Protel DXP 提供的仿真器具有强大的模/数电路仿真功能，可以进行无限的电路级模拟仿真和无限的门级数字仿真。该仿真软件与PSPICE电路仿真软件基本兼容，它允许设计者不必手工添加D/A 或A/D 转换器，就可以准确实现数模混合信号的仿真。仿真结果用波形显示在窗口中，设计者对仿真结果一目了然。 在仿真过程中，有时由于疏忽选择的画线工具没有电气特性、所选的部分元器件不具有“Simulation”属性、元器件的序号有重复等都会导致仿真过程的失败。 仿真过程中的各种故障及其解决： 仿真过程中的错误类型有警告和错误两种，但出现警告与错误的具体原因是多方面的，而且有时候由于经验的原因，这种警告与错误的电路原因还难于查找。 　Protel DXP 在仿真过程中的错误类型： （1）警告(Warning) 信息：它一般不会导致电路仿真失败,即使存在警告,也可以得到正确的仿真结果,如下面出现的提示 Warning : Too many analog　Prevent driven solution alternations. 错误(Error) 信息：错误信息是SPICE不能解决的错误内容,是导致仿真失败的原因。 因此，为了能够顺利完成仿真，必须纠正这些错误电路仿真过程中常见的问主要是仿真元器件的参数设置不合理。例如,部分的元器件不具有“Simulation”属性，变压器仿真元器件没有给出电阻的阻值和电感或电容大小等。 （2）基本错误 在错误报告文件(“. err”文件) 中列出的元器件不包含仿真信息,即该元器件没有指定仿真模型,它不是仿真元器件库中的元器件。要检查某个元器件是否包含仿真信息，可以双击该元器件,在弹出的元器件属性对话框里的Models Lists for栏下,查看是否含有的仿真信息。如果没有，可用与仿真元器件库相同或相似的元器件来替换仿真电路原理图中的元器件。 如果是SPICE 仿真电路，没有在指定的路径里找到仿真模型文件，或者是仿真可用的参数不全，将出现错误。解决的办法是找一个与该元器件电器性能相近的且具有“Simulation”属性的元器件替换。 如果仿真分析无限进行下去，则认为仿真失败。 Protel DXP中的仿真引擎用迭代算法来求解表征电路的方程式,从而得到处于静态下电路的电压值和电流值。如果不能进行求解，就不能对这个电路进行仿真分析。 （3）直流工作点分析失败 在分析仿真设置对话框中选中直流工作点分析,运行一次仿真，产生错误报告文件,检查其中的错误内容。根据错误报告纠正电路图中存在的错误，确保电路中有一个“地”；在输入仿真模型参数时，是否把数字“0”误输入为字母“o”；确认受源的增益系数设置无误。 （4）直流扫描分析失败 如果进行直流扫描分析失败,可以先采用直流工作点分析失败时解决问题的方法予以处理。 如果仍然存在错误，还可以采用下述方法:在DC Sweep Analysis参数设置对话框中，更改DC Sweep Analysis　Setup栏下Primary Step项的数值大小。 （5）　瞬态分析失败 实验二　印制电路板的设计和制作 1、 实验目的 1、 了解熟悉Altium DXP 2004的PCB设计界面及各种命令。 2、 学会使用Altium DXP 2004绘制各种简单印制电路板。 3、 绘制上次实验绘制的电路原理图的印制电路板图。 2、 实验内容 1、 印制电路板设计的一般步骤规划电路板； （1）设置参数； （2）装入网络表格及元件的封装； （3）元件的布局； （4）自动布线； （5）手工调整； （6）文件的保存和输出； 2、 熟悉印制电路板图设计界面和各种工具的使用。 （1）启动Altium DXP 2004的主界面后，进入上次实验使用的项目。 （2）执行/File /NeW/PCB文件命令，建立一个PCB文件。 （3）进入设计便面后，熟悉各种操作命令的名称和用途。 3、 绘制印制电路板图 （1）新建PCB文件，命名为‘sheet1.PcbDoc’; （2）执行/Design/PCB Options 命令，系统将弹出PCB板选择项对话框，将sheet Position 中的Width 和Height 分别改为5000mil 和4000mil. （3）转到上次实验绘制的电路原理图中，将电路原理图修改为如图所示。 （4）执行Design /Import Changes From sheet1.PrjPCB命令，该命令会打开Engineering Change Order .点击Executed Changes .系统会自动将原理图中的元件信息导入。 （5）缩放屏幕确定电路板的位置，此时，可以看到一系列的元件和一个斜线填充区，为Room区，所有的元件必须放置于该区域中，但我们不需要，删除。 （6）点击PCB 编辑区下面的KeepOutLayer标签，选择Place/Keepout/Track/命令，添加一个长宽=4cm*4cm的矩形框；（自动布线所必须的） （7）使用Place/Pad命令，在KeepoutLayer 矩形框分别放置4个Hold size为4mm的焊盘。 （8）将C1的封装改为RB7.6-15改为CAPPR-5X6.8,再将C2 的封装由RAD-0.3改为RAD-0.2. （9）使用Tools/Component Placement/Auto Placer 命令，分别使用两种放置方法进行布局并观察结果，手工调整到何时位置。如图示4 （10）点击Auto Route/All 命令，对电路板进行自动布线。 （11）最后使用Place/Sring 命令，为电路板添加标示。 4 、生成元件清单 返回电路原理图，点击Reports/bill of Material 命令，生成一分清单。 三、实验分析 对于PCB 设计，布局和布线是最为关键的一步。与设计原理图放置元件的位置最好从左上角开始不同，设计印制电路板( PCB) 时,放置元件的位置最好从左下角开始。 根据产品接口元器件或有特殊要求的位置，确定有关元器件的位置，对于同一功能块的元器件应该尽量放置在一起,大体积的元件宜先确定其位置。时钟电路应远离输入信号等敏感电路,发热元件应远离关键IC 等。布局上的技术性问题主要靠电路专业知识作为基础，特别是集成度较高、较复杂的电路板尤为突出。布局应当从机械结构、散热、电磁干扰、布线方便等方面进行综合考虑。 合理的布线长度和宽度是PCB 进行EMC 设计的关键，线的长度对高频信号的迟滞作用以及对其他电路的干扰不容忽视，宽度则以满足电气性和承受的电流而定，电源线的布线要相应选择粗线。地线的合理布置不仅可以减小线间静电和耦合作用，而且可以有效地控制电子设备的干扰，通常可以加粗接地线或放置地线填充区。 在PCB 设计完成以后，要制作印刷电路板必须生存辅助制作电路板文件，通常称为CAM(Computer Aid Manufacture) 而完全集成到Protel 的CAMtastic 是Altium 功能强大的电路板CAM 系统，它可以让用户进行最后的PCBCAM 预览和验证，导出生产印刷电路板的光绘( Gerber) 文件和钻孔(NC Drill) 文件， File/ Fabrication Outputs/ Gerberfiles，,设置底片的精度、输出板层、镜头参数等，即可送入电路板工厂进行加工制作。 随着微电子技术的发展，电路设计日益复杂，除了完善电路原理图的设计、 PCB 布局、印刷电路板在实际系统中的影响也必须考虑。Protel DXP 以其强大的功能、完全集成的设计环境及良好的开放性，为印刷电路板设计工作提供了有效的途径。 实验三 实验电路的制作和调试 －、实验目的 1、 进一步熟悉电子工艺技术过程 2、 掌握调试实际电路的方法 二、实验内容 1， 认识元器件 （1） 认识各种元器件的实际外观，封装； （2） 测量几种典型元件的管脚的尺寸并和软件中使用封装进行比较； （3） 使用万用表测量个元器件，观察元件标称值和实际值之间的误差 2， 焊接电路与通电检测 （1） 提前预习附录2，学习焊接技术； （2） 根据上两次实验绘制的实验电路原理图和印制电路板图焊接电路； （3） 检查焊接的电路有否存在短路，断路，焊接等可能存在的错误； （4） 确认无误后，通电检测电路。观察现象是否和设计目标一致。发光二极管是否可以闪动。观察并解释该现象发生的原因。 3， 观察并分析电路现象 该电路实际上是一个由555构成的多谐振荡电路。该电路的时间表参数可以由多谐振荡电路公式T1=(R1+R2+R3)Cln2,T2=R3Cln2,q=(R1+R2)/(R1+R2+R3),结合实验一中的仿真方法，比较理论计算值，软件仿真值和观察值之间的差别。 例如，当R1=0k,R2=470,R3=2.2k时。 （1）理论计算值 T1=0.0185s,T2=0.0152s,T=T1+t2=0.0337 s f=1/T=29.67Hz (2) 仿真波形如图6示，从中可以看出这个结果和理论是一致的。 （3）实际观察值。使用示波器输出波形并观察。 PCB 板图的设计是一个复杂而又简单的过程。Protel提供了一个良好的电路设计开发环境，功能强大，方便实用。但是要设计出一块优良的PCB板，还需要不断地去学习和实践。同样一张原理图，不同的人会设计出不同的PCB 图，质量也会截然不同。因此,要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员不断的在实践中去体会,不断的总结经验。 印刷线路板的质量不仅直接影响电子产品的可靠性,还关系到产品的稳定性。因此在设计线路板时，除了要为电路中的元器件提供正确无误的电气连接外，还要充分考虑线路的抗干扰性。为了提高印刷板的抗干扰性能，设计印刷板时应遵守以下原则： （1） 在满足布线要求的前提下，优选单面板，其次是双面板、多层板。布线力求简单、均匀。在布线密度许可的条件下可适当加宽印刷导线宽度及其间距。 （2） 地线应略宽,若地线线条很细，则接地点的电位会随电流的变化使接地点的电平不稳，抗噪声性能变差。当板上同时有模拟、数字信号时,应将二者的地线隔离,以免互相干扰。 （3） 印刷电路板“满接地”。设计和制作高频电路板时，除了尽量加粗地线外，还应把板上未被占用的所有面积都作为地线，使器件能更好地就近接地降低寄生电感、减少噪声辐射。 （4） 电源线应根据电流的大小适当加粗，且走线方向尽量和地线、数据传送的方向一致，以增加抗噪声能力。 （5） 主要信号线尽量汇聚于板中间，最好置于地线所形成的闭环内；尽量避免长距离平行布线；考虑到局部高压放电等因素，信号(特别是高频信号) 导线布线时拐角尽量设计成圆形、圆弧形,切忌画成直角或锐角。 （6） 印刷线路板尺寸要适当。过大、印刷线条长、阻抗大，抗噪声能力下降；过小，则不易散热，且临近的线条、器件易互相干扰。 （7） 输入、输出应分别处于板的两端；电路中相互关联的元器件尽量靠近，以缩短元器件之间连接导线的距离;滤波、旁路电容应尽量安装在需旁路的管脚附近，否则电容器就毫无旁路意义。 （8） 高压、大功率元件应与低压、小功率的元件保持一定距离，尽量分开布线；在大功率元件周围不宜设置敏感器件；功率放大器等发热器件应放置在板的边缘或利用引线安装到机器外壳上。设计好的印刷线路图，经激光打印机输出到特制的转印纸上，即可供制版用。 评分内容 预习 操作 数据处理 与分析 实验报告 其他 综合评定 成绩 分数 教师评语： 签字： 备注： 8