eda设计

　　在电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流为几十毫安以下的直流电压。单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，稳压管。直流电源的输入为220V的电网电压（即市电），一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。目前有些电路不用变压器，而采用其它方法降压。这里介绍的是一种直流稳压电源功能电路，主要目的是学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。

　　1.1 简介EDA技术

　　语音识别（Speech Recognition）最基本的定义是。语音处理和识别是利用计算机对语音信号进行分析和综合，从而实现人类语音的自动理解和处理的一门学科。随着电子通信技术的飞速发展，电路设计软件（EDA）应用越来越来广泛，作为一名电子信息工程的学生，熟练的掌握一门EDA软件是必不可少的，此次要设计的直流稳压电源电路，正逢学校给我们开设的EDA实践课，正为我们学习应用EDA软件提供了一个良好的机会，这是在我们学完了理论知识后所做的一次尝试性的实践工作，也是为了检验我们所学的理论知识，锻炼我们将理论联系实际的能力，也为我们今后走向实际的工作岗位打下了一定的基础。

　　1.2 直流稳压电源定义

　　直流稳压电源电路：在电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流为几十毫安以下的直流电压。

　　印刷电路板（printed current board）

　　电子设计自动化（electronic design automatication）

　　1.3 设计的意义

　　在电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流为几十毫安以下的直流电压。单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，稳压管。直流电源的输入为220V的电网电压（即市电），一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。

　　第2章 串联式直流稳压电源的基本原理

　　2.1 原理简介

　　以嵌入式技术为基础，构建的嵌入式系统，是一种以应用为中心，以计算机技术为基础。串联式直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路和稳压电路所组成。单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，其方框图及各电路的输出电压波形如图1所示，下面就各部分的作用加以介绍。

　　

　　图1直流稳压电源的方框图

　　直流电源的输入为220V的电网电压（即市电），一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。目前有些电路不用变压器，而采用其它方法降压。

　　变压器副边电压通过整流电路由交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。半波整流电路和全波整流电路的输出波形如图中所画。可以看出，它们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作；例如，交流分量会混入输入信号被放大电路放大，甚至在放大电路的输出端所混入的电源交流分量大于有用信号，因而不能直接作为电子电路的供电电源。应当指出，图中整流电路输出端所画波形是未接滤波电时的波形，接入滤波电路后波形将有所变化。

　　为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必影响其滤波效果。对于稳定性要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源。

　　交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不变电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。

　　第3章 电源电路结构

　　3.1 电源变压器

　　变压器Tr的作用是将电网200V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。变压器副 边与原边的功率比为

　　P1/P2=η

　　式中η为变压器的效率。一般小型变压器的效率如下表所示

　　副边功率P2《10VA10～30VA30～80VA80～200VA

　　效率η0.60.70.80.85

　　通过上表可以算出变压器的原边的功率。

　　3.2 简介EDA技术整流滤波电路

　　整流二极管V1～V4组成单相桥式整流电路，将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤除纹波，输出直流电压U1。U1与交流电压U2的关系为：

　　U1=（1.1-1.2）U2

　　式中U2为交流电压U2的有效值。

　　每只整流二极管随的最大反向电压Unn为：

　　Unn=2U2

　　通过每只二极管的平均电流ID为：

　　ID=1/2IR=0.45 U2/R

　　式中R为整流滤波电路的负载电阻，为电容C提供放电回路同，RC放电时间常数应满足：

　　RC》（3-5）T/2

　　式中T为50Hz交流电压的周期，即T＝20ms

　　3.3 稳压电路

　　串联型稳压电路组成框图如下所示，

　　

　　图2 串联型稳压电路框图

　　它由调整管、取样电路、基准电压和比较放大电路等部分组成。由于调整管与负载串联，故称为串联型稳压电路，在图一中，V5为调整管，它工作在线性放大区，故又称为线性稳压电路。R3和稳压管V6组成基准电压源。为集成运放A的同相输入端提供基准电压，R1、R2和RP组成取样电路，它将稳压电路的输出电压分压后送到集成运放A的反相输入端，集成运放A构成比较放大电路，用来对取样电压与基准电压的差值进行放大 ，当输入电压UI增大引起输也电压Uo增加时，取样电压UF随之增大 ，UZ与Up的差值减小，经A放大后使调整管的基极电压UBI减小，集电极ICI减小，管压降UCE增大 ，输出电压Uo减小，从而使得稳压电路的输出电压上升趋势受到抵制，稳定了输出电压，同理，当输入电压UI减小或负载电流IO增大引起UO减小时，电路将产生与上述相反的稳压过程，亦将维持输出电压基本不变。

　　可见，稳压过程实质上就是一个闭环的电压负反馈过程。目前已广泛采用集成电路稳压器来完成稳压过程，使直流稳压电源的设计、安装和调试变得简单、易于实现。

　　第4章 线性集成稳压器

　　能够完成稳压功能的集成稳压器种类很多，要把调整管工作在线性放大区还是工作 在开关状态，将其分为线性集成稳压器和开关集成稳压器，下面分别加以介绍。

　　线性集成稳压器中，由于三端式稳压器只在三个引出端子，性能稳定、价格低廉等优点，因而得到广泛的应用 。三端式稳压器有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器。

　　4.1 三端固定输出集成稳压器

　　所谓三端式，是指它有三个端子，输入端、输出端和公共端。三端固定输出集成稳压器通用产品有CW7800系列和CW7900系列输出电压由具体型号中的后两个数字代表，有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等档次，其额定输出电流以78后面所加字母来区分。L表示0.1A，M表示0.5A，无字母表示1.5A。例如CW7805表示输出电压为＋5V，额定输出电流为1.5A。

　　4.1.1 内部电路结构

　　下图是VW7800系列集成稳压器的内部组成框图。

　　

　　图3 CW7800集成稳压器内部电路组成框图

　　由图可见，除增加了一级启动电路外，其余部分与上面所述稳压电路完全一样 ，其基准电压源的稳定性更高，保护电路更完善。

　　下图是CW7800系列集成稳压器的电路原理图，它由启动电路、基准电压电路 、误差放大电路调整管及保护电路等组成。

　　4.1.2 CW7800 应用电路

　　下图是7800系列稳压器的基本应用电路。由于输出电压决定于集成稳压器，所以下图电压为12V，最大输出电流1.5A。为使电路正常工作，要求输入电压U1比输出电压U0至少大2.5～3V。输入端电容C1 用以抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰，一般取（0.1～1）μF。输出端电容C2、C3用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振的作用。C1 、C2最好采用漏电流小的钽电容。V是保护二极管，用来防止在输入端短路时输出电容C3所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件，CW7900系列的接线与CW7800系列基本相同。

　　

　　图4 CW7800基本应用电路

　　图中IQ为稳压静态工作电流，一般为5mA，最大可达8mA;UXX为稳压器的标称输出电压，要求I1= UII/R1 5 IQ。整个稳压器的输了电压UO由图可得：

　　UO=UII+（ I1+IQ） R2=UII+（UII/ R1+ IQ）/ R2=（1+ R2/ R1） UII+ IQ R2

　　若忽略IQ的影响，则

　　UO（1+ R2/ R1） UII

　　由此可见，提高R2、R1的比值，可提高UO。这种皎洁的缺点 是当输入电压变化时，IQ也变化，将降低稳压器的精度。

　　

　　图5 提高输出电压的电路

　　下图为采用CW7815和CW7915三端稳压器各一块组成的具有同时输出＋15V、－15V电压的稳压电路。

　　集成稳压器输出端串入阻值合适的电阻，就可以构成输出恒定电流的电源，如下图所示 ，

　　

　　图6 恒流源电路

　　图中，RL为输出负载电阻，电源输出电压U1＝10V，CW7805为金属封装，输出电压UB＝5V，因此由图可求得向RL输出电流IO为：

　　IO=U23+IQ

　　式中，IQ是稳压器静态工作电流，由于它受U1及温度变化的影响，所以只有当U23/R》》 IQ时，输出电流IQ才比较稳定，由下图可知，U23/R=5V/10=0.5A显然比IQ大得多，帮IQ0.5A，受IQ的影响很小。

　　第5章 印刷电路板制作

　　5.1 电源电路的原理图设计

　　印刷电路板设计的过程可以分三大补，其一是电路原理图的绘制，其二是根据电路图生成网络表，最后是设计印刷电路板图。电路原理图的设计好坏，直接影响到以后印制电路板的设计。

　　5.1.1 原理图的绘制

　　首先打开原理图的工作界面，将所有元气都从库中提取出来，放在图纸上，变调整好位置。元气件放置完毕，将开始连接线路，导线是指元件电气点之间的连线Wire。Wire具有电气特性，而绘图工具中的Line不具有电气特性，不要把两者搞混。

　　

　　图7 完成导线连接的原理图

　　5.1.2 生成网络表

　　网络表是描述电路元件的编号、封装及元件管脚之间连接关系的列表。是PCB设计中自动布线的向导性依据，它是由电路原理图创建而得到的。执行菜单Tools中的Cteate Netlist命令，系统自动生成以.net为后缀名的网络表。

　　元件的布局有自动布局和手工布局两种方式，可以根据自己的习惯和设计需要可以选择自动布局，也可以选择手工布局。在一般情况下需要两者结合才能达到很好的效果。先利用PCB编辑器所提供的自动布局功能自动布局。在自动布局完成后，再进行手工调整，这样可以更加快速、便捷地完成元件的布局工作。

　　5.1.3 设计印刷电路板图

　　由电路原理图生成网络报表（因为网络报表是原理图与印制电路板之间的一座桥梁，是印制电路板的灵魂），然后在新建的PCB文件中（新建的PCB板由PCB向导生成，各项参数都已设定好了）导入网络报表和元器件封装库，最后自动生成PCB板图，自动生成的板图。为了使板图上个元器件的布局更为合理和美观，同时又为了元器件之间的走线更加清晰，还要利用Protel提供的手动布线功能重新布线对PCB板图进行手工调整，调整后的PCB板图如下图所示。

　　

　　图8 最后的布线结果PCB

　　5.2 输出直流电压信号仿真

　　首先给电路加频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压在设置完所以的参数后，运行仿真程序，执行菜单命令Design→Simulation→Mixed Sim，执行该命令后，系统弹出仿真方式设置对话框，在设置完所有的参数后，单击OK按纽，则系统进行电路仿真，

　　

　　图9 仿真电路图

　　

　　图10 输出直流电压的仿真结果

　　结论

　　通过这次设计可以说获益非浅，经过这段时间的设计和学习，我基本了解和掌握了利用Mutisim 2001和Protel DXP 2004来设计电路并进行仿真，Mutisim 2001和Protel DXP 2004拥有丰富的元件库，他不仅拥有实际生活中所存在的元器件同时还拥有在线更新的功能，及时的添加更新元件，更深刻的体会到两种应用型软件在进行电路设计中的重要作用。利用它们内可以轻松的完成设计﹑仿真﹑制版一系列过程，为我们完成电路设计提供了极大的方便。