电子电路设计
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2023年3月18日发(作者：吴凯伦)《电气工程电子电路创新设计》课程设计报告
一、课程设计目的与任务
Protel是Altium公司在80年代末推出的EDA软件，它是电子设计者的首
选CAD软件，较早在国内开始使用，在国内的普及率也最高，几乎所有的电子公
司都要用到。Protel主要作为印制板布线工具使用，是完整的板级全方位电子
设计系统，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式。
AltiumDesigner除了全面继承包括Protel99SE、ProtelDXP在内的先前
一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。该平台拓宽了
板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允
许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。
由于AltiumDesigner在继承先前Protel软件功能的基础上，综合了FPGA设
计和嵌入式系统软件设计功能，AltiumDesigner对计算机的系统需求比先前的
版本要高一些。
1.课程设计任务
本次课程设计是让学生熟悉电子电路及电路板设计基本方法、步骤及设计原
则；通过完成一个电路的设计，理解并掌握电气工程实践活动中涉及的工程管理
与经济决策基本知识。通过焊接、调试和测试，能够合理分析实验参数或结果，
发挥学生的创造力，使得学生初步具有电路板设计的能力，为今后工作打下坚实
的基础。同时让学生养成主动查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的习惯和
上网查寻获取有用信息的能力，通过自主学习，适应发展。撰写课程设计报告，
通过口头或书面方式表达复杂电气工程问题并回应指令。使得学生具备电子电路
及电路板设计的能力，培养学生解决实际工程技术问题的能力。
2.课程设计要求
（1）采用AltiumDesigner软件，完成指定电子电路的原理图和PCB图绘
制。
（2）选择设计题目，制定设计方案，利用仿真软件进行电路仿真，选择主
要元器件，绘制电子原理图和PCB图。根据设计的原理图和PCB图焊接万用板，
调试电路各模块功能，测试电路性能，性能需要满足题目要求。
（3）完成《电气工程电子电路创新设计》课程设计报告，报告包括封面、设
计任务和要求、具体设计内容、方案设计、详细电路图、电路原理分析、参数计
算、仿真电路图、调试步骤、测试波形、电路板正反面照片、设计心得等部分。
二、课程设计题目
从给出的四个题目中任选一题，按要求完成电路设计和电路调试。也可自选
难度不低于范例的电路自己独立完成。要求提供电路设计原理图、PCB图、原理
图说明、调试过程和调试结果。
题目1：波形发生器
使用题目指定的555芯片和一片通用四运放324芯片或两片LM358（双运
放），设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波（三角波）、正弦波Ⅰ、
正弦波Ⅰ的波形产生电路。在报告中给出设计方案、详细电路图和现场自测数据
波形，设计制作要求如下：
（1）同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波（三角波）、正弦波Ⅰ、
正弦波Ⅰ中的一种波形，每通道输出的负载电阻均为1k欧姆。
（2）四种波形的频率关系为1：1：1：3（3次谐波）：脉冲波、锯齿波（三
角波）、正弦波Ⅰ输出频率范围为8kHz—10kHz，输出电压幅度峰峰值为1V；
正弦波Ⅰ输出频率范围为24kHz—30kHz，输出电压幅度峰峰值为9V；脉冲波、
锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真（使用示波器测量时）。频率误差不大于
10%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。脉冲波占空比可调整。
（3）电源只能选用+10V单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源。
（4）要求预留脉冲波（三角波）、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅰ和电源的测
试端子。
（5）每通道输出的负载电阻1k欧姆应标示清楚、置于明显位置，便于检查。
注意：1.三角波通过运放电路从方波获得，不得直接从555芯片引脚直接输
出三角波。2.不能外加555和324芯片，不能使用除所提供的芯片以外的其他任
何器件或芯片。
三、课程设计内容
1.设计方案
首先使用NE555芯片构成多谐振荡器，输出方波，通过锯齿波发生电路产生
锯齿波，然后通过一个
KHzf
H
10
的低通滤波器，通过滤波产生一次8KHz到
10KHz的正弦波，然后再让锯齿波通过一个24KHz~30KHz的带通滤波器，输出三
次正弦波。其中滤出三次谐波的理论依据是：由于锯齿波是一个关于T的周期函
数，并且满足狄里赫莱条件：在一个周期内具有有限个间断点，且在这些间断点
上，函数是有限值，在一个周期内具有有限个极值点，绝对可积。
2.元器件库
10k电阻6个4.7nF电容2个
6.8k电阻4个555定时芯片1片
3.3k电阻1个324芯片1片
2.2k电阻2个可变电阻1个
1k电阻4个10v电源4个
0.01uF电容3个100电阻1个
2,2nF电容3个
3.电路原理
（1）脉冲波产生电路
脉冲波由NE555芯片搭建的多稳态谐振器振动产生，频率可调，为
KHz8
~
KHz10
。C2为接地电阻，一般为0.01uF。
Tw1=（R1+R2）C1ln2
Tw2=R2C1ln2
周期T=（R1+2R2）Cln2
占空比q=T1/T2=（R1+R2）/（R1+2R2）
（2）锯齿波发生电路
在锯齿波发生电路的设计中，原始方案是采用教材中的锯齿波发生电路，是
通过调整积分电路的正向和反向时间常数的不同，对输入信号的脉冲波进行积分
产生锯齿波（该电路是需要二极管的）。开始是按照这个思路进行仿真的。因为
要同时调整正向和反向积分的时间常数，可以在调整脉冲波的输出频率的时候，
只改变高电平或者低电平的持续时间，在锯齿波发生电路中选取合适的电容值，
就可以讲正向或者反向的电阻值固定，只改变另一方向的电阻值就可以了。
根据NE555芯片的使用手册，有以下有用公式：
BA
B
LH
H
BA
BALH
BL
BAH
RR
R
tt
t
q
CRR
f
CRRttT
CRt
CRRt
2
1
)2(
44.1
)2(693.0
)(693.0
)(693.0
根据以上的公式，就可以计算出理论上的各种参数：
uSt
uS
t
uSt
KHzf
KHzf
L
H
H
9.61001.0101693.0
8.117
1001.0)10110)412((693.0
1.901001.0)1011012(693.0
29.10
1001.0)10121012(
44.1
8
1001.0)101210)412((
44.1
63
633
633
633
max
633
min
max
min
在对锯齿波进行仿真的时候，发现波形有些失真，上网查阅资料后得知要是
RC
常数跟脉冲波的时间相匹配才行。
)(
LH
ttRC或
锯齿波发生电路的参数选择及计算过程如下：
690
1001.0
109.6
8.11
1001.0
108.117
9
1001.0
101.90
t
uf01.0
6-
6-
2
6-
6-
1
6-
6-
1
H1
max
min
R
KR
KR
CR
C
由
取
得到的锯齿波的峰峰值约为
V1
，频率与NE555芯片产生的脉冲波频率保持
一致，满足实验要求，就完成了锯齿波波形发生电路的理论设计。
（3）正弦波发生电路
在电路的设计初期，一次正弦波，也就是
KHz8
~
KHz10
的正弦波发生电路是
采用的是截止频率为
KHzf
c
10
的二阶压控电压源低通滤波器，电路图见下图
根据截至频率
KHzf
c
10
，查图确定电容的标称值
取nFC7.4
查表确定电容1
C
的值，以及
1K
时对应的电阻。
v
A1246810
1
R1.4221.1260.8240.6170.5210.462
1
R5.3992.2501.5372.0512.4292.742
1
R开路6.7523.1483.2033.3723.560
1
R06.7529.44416.01223.60232.038
1
R
C33.0CC2C2C2C2
因为低通滤波器的输入直接从锯齿波发生电路的输出端引入，峰峰值为1V
nFnFCC
KR
KR
A
v
13.333.033.0
399.5
422.1
1
1
2
1
将上列阻值乘以计算出来的
K
值。
KR
KR
163399.5
43422.1
2
1
可知波形在
KHzKHz10~8
的仿真结果都满足实验要求。该部分的仿真设计
就完成了。
（4）三次正弦波发生电路
三次正弦波的电路的设计思路是通过一个通带为
z30~z24KHKH
的带通滤波。
设计该滤波器是采用的无限增益多路反馈（MFB）电路。该电路有以下公式方便
参数选择
1
3
0
00
2
321
21
2
0
2
)(
R
R
A
wBW
BW
f
BW
w
Q
CRRR
RR
w
v
时或
为了使通带更加平坦，应该尽量使
Q
值大，查二阶无限增益多路反馈带通滤
波器设计用表(实际焊接中，依照所给器件规模，改进电路对各器件重新选择参
数)
nF
wRRR
RR
C
KR
R
KR
A
Q
v
6.3
108
200108
16
200
796.0
10
5
2
333
3
2
0321
21
3
2
1
对电路的波形进行仿真，发现峰峰值比较小，与实验要求差距较大，由
1
3
2
321
21
2
02R
R
A
CRRR
RR
w
v
，
，可知，缩小