3.3　反相放大器原理图

为反相放大器电路创建一个空原理图，在控制面板的主菜单中依次选择File→New→Schematic命令。或者右击invamp工程并在弹出的快捷菜单中选择New→Schematic命令。

图3-5所示为打开空原理图的编辑器。

图3-5　原理图编辑器区域

按照从顶到底、由左至右的顺序，编辑器区域包括以下部分：

·主菜单——编辑器导航的顶层选项。

·水平工具栏——包括打开文件、保存文件、打印、视图缩放、撤销和重复等基本功能。

·工具–特定工具栏——与激活工具相关的选项。

·垂直工具栏——设计原理图所需的基本工具。

·表格预览——显示原理图中的表格。

·编辑区域——设计绘制当前的原理图。

其中的大多数，比如主菜单和水平工具栏，很容易理解。但是垂直工具栏需要读者花费一些时间，因为它包括编辑原理图所需的工具。

3.3.1　垂直工具栏里的工具

垂直工具栏里的图标数量看上去很庞大，但是对设计原理图来说，真正需要了解的只有10个。图3-6所示为这些工具的位置。

图3-6　垂直工具栏里的原理图编辑工具

这些工具的功能罗列如下：

·Info——检查关于元件、线网或总线的信息

·Move——改变元件的位置

·Copy——将元件存储到剪贴板

·Paste——放置剪贴板中的元件

·Delete——从设计中删除一个元件

·Add——从元件库列表中选择一个元件

·Name——为一个元件指定名称

·Value——为一个元件赋值

·Net——在元件之间绘制连接

·Label——显示线网或总线的名称

在开始编辑原理图之前，理解EAGLE用户界面与那些其他应用程序之间的主要区别是很重要的。位于垂直工具栏的工具是模态的（modal）——选择其中一个工具的时候，被选择工具将保持激活状态直到选择另一个工具。

这种行为有时会令人烦恼，特别是在你想要取消一个绘制操作的时候。由于这个原因，EAGLE提供Stop工具，该工具位于水平工具栏，是一个红色八角形标志。选择Stop以后，将会取消当前工具的操作，使之不再处于激活状态。

很多EAGLE的工具可以使用热键来激活，表3-1列出了原理图编辑器中常用的热键。

表3-1　原理图编辑器的工具热键

没有包括旋转（rotate）工具，因为这个操作不必使用工具按钮或是热键。实际上，在选择元件之后，可以先单击右键然后旋转它。

注意　默认情况下，EAGLE将所有的新原理图命名为untitled.sch。在进行下一步之前，建议读者将其改为invamp.sch。

3.3.2　为设计添加元件

本章中的反相放大器电路由以下元器件组成：

·一个作为运算放大器使用的LM741。

·两个电阻用来设置放大倍数。

·一个6针的电连接器，用来提供电源和信号（正/负电源、地、输入、输出）。

·一个用于连接的地。

本节讨论如何将这些元器件插入到原理图当中。如果选择完整地学习该设计，则现在先不必考虑电路元件应如何摆放。只要在原理图中使用正确的元件，并按照正确方法连接，就可以毫无困难地设计出最终电路。

1.加入LM741

在本实例电路中，使用久负盛名的LM741作为运算放大器。下面介绍如何将LM741加入到电路原理图当中。

1）选择垂直工具栏的按钮，或按下组合键Ctrl+Shift+A，激活Add工具。

2）在弹出的Add对话框中滚动鼠标找到eagle-book元件库。

3）打开元件库，双击LM741。

4）单击原理图编辑器内部，将运算放大器加入到设计中。

5）单击Stop按钮，取消Add工具的激活状态。

当op-amp出现在原理图中，设计标号IC1将会在此图形的上方出现。这就是元器件的标识符。要了解更多信息，可选择Info工具（Ctrl+I），并单击器件。

2.加入电阻

电路的放大倍数由两个电阻设置。下面介绍如何将电阻加入到电路中。

1）激活Add工具（Ctrl+Shift+A），滚动鼠标到eagle-book元件库，打开标有RES的按钮。双击RES_0603，这是一个对应的物理封装为0603的电阻。

2）在原理图编辑器里将一个电阻放在op-amp的上方。

3）在编辑器里再次单击，将第二个电阻放在op-amp的左边。

4）单击Stop按钮，取消Add的激活状态。

为了将放大器的增益设置为-3，第一个电阻阻值必须是第二个电阻阻值的三倍。本例中，R1的值应为3.3kΩ，而R2的值应为1.1kΩ。下面介绍具体的做法：

1）激活Value工具（Ctrl+Shift+V），并单击R1。

2）在New Value的小对话框里输入3.3k。

3）保持Value工具的激活状态，单击R2。

4）在New Value小对话框里输入1.1k。

现在这些值对电路不会产生任何影响。实际上，它们只是一个标签，表明在电路板上应当使用哪种电阻。

3.增加连接器和地

本设计并不打算真正投入制造，但是如果要这么做的时候，这个电路至少还需要一个连接器来提供电源和信号连接。因此，设计中还包括一个6针电连接器：共有两排，每排有3个针。下面介绍怎样加入这个电连接器，以及如何将地连接到设计中。

1）激活Add工具，滚动鼠标到eagle-book元件库，双击OPCONN。

2）在原理图编辑器中把电连接器放在op-amp的右侧。

3）再次激活Add工具，双击GND。

4）在原理图编辑器里将GND放置在op-amp的下方和左侧。

现在这五个元件都已经插入到设计中，下一步是把它们连接起来。但是首先，需要理解原理图和电路板设计中的EAGLE术语，这点很重要。

3.3.3　EAGLE术语

对于电路元件及其电气连接，EAGLE中有专用术语，对这些术语的深入理解，有助于学习掌握CadSoft的文档和在线交流讨论问题。

1.电路元件

在处理电路元件时，应当熟悉下面三个术语：

·符号（Symbol）——原理图编辑器中的元件

·封装（Package）——电路板编辑器中的元件

·器件（Device）——一个或多个符号与一个封装的组合

为了理解这三个术语，联想LM741运算放大器，电路原理图编辑器中的三角形元件是op-amp的符号。在实际世界中，LM741是矩形的，所以电路板编辑器（稍后就会介绍）中的LM741元件形状是一个矩形，这是op-amp的封装。

把op-amp的符号和封装组合起来，叫作一个器件。器件具有不同的表现形式，在原理图编辑器中，它看上去是一个符号，而在电路板编辑器中，它又是一个封装。

2.连接和连线结点

正如EAGLE对于电路元件有专用术语，对于元件之间的连接和连接结点，也有专用术语。原理图编辑器中，使用下列术语：

·引脚（Pin）——符号的连接点

·导线（Net）——代表单个电气路径的连接

·总线（Bus）——代表多个电气路径的连接

例如，在反相放大器电路中两个电阻之间有条单个的电气路径。在EAGLE的术语中，我们说电阻的引脚（pins）被一条导线（net）连接起来。但是，如果在两个器件之间是包括64条路径（64-bit总线）的连接，这种连接被称为一条总线。

在电路板编辑器中，使用如下术语：

·焊盘（Pad）——封装的连接点

·飞线（Airwire）——两个焊盘之间未进行布线的连接

·走线（Trace）——两个焊盘间已经完成布线的连接

如果仍然觉得这些术语不清楚，没关系，我们将在后面的章节中进一步解释和运用它们。

3.3.4　对符号进行连接

设计流程的下一步是在原理图中排列元件符号，并将元件的引脚连接起来。本单元介绍这些任务，然后介绍信号的概念。

1.放置元件符号

在电路原理图里，元件符号的精确位置并不重要。但是为了表达清晰，建议读者按照与图3-7类似的布局方式摆放电路符号。

2.绘制线网

为了在两个引脚之间绘制线网，需要完成以下三步：

1）选择工具栏中的按钮或使用热键Alt+N激活Net工具。

2）单击第一个引脚，EAGLE开始从该引脚绘制导线。

3）单击第二个引脚，EAGLE将用一个导线把这两个引脚连接起来。

完成上述步骤时，建议读者按照图3-8所示的方式连接电路原理图中的引脚。

图3-7　原理图编辑器中排列的电路元器件符号

图3-8　电路原理图里完成连接的器件

R1左侧引脚必须连接到R2和op-amp之间的导线。为了完成连接，从R1的左侧开始绘制导线，两条导线交会时，再次单击鼠标完成连接。EAGLE将把这两条导线连接在一起，并用绿色圆点标记这个交点。

如果两条导线相交时没有绿色圆点，表示这两条导线没有连接在一起。为了创建连接，激活Junction（交点）工具并单击两条导线的十字交叉部分。

还有两点应当注意。在绘制导线时，可以单击编辑器来改变导线走向，也可以双击编辑器来结束导线。这两点在处理信号时会更为重要，接下来就会讲到。

3.信号

现在需要加入更重要的连接：输入电压（R2的左侧）必须连到6针连接器的IN+引脚。可以绘制一条长导线来连接这两个引脚，但是还有更好的方式。给这两条导线赋予同样的名称，EAGLE就会认定它们是连接在一起的。

在电路原理图中，EAGLE为每一条导线设置一个默认的名称，默认名称通常是这种样子：$N1或$D5。激活Info工具（热键Ctrl+I），单击一条导线，在Properties（属性）列表的Name（名称）栏中就能看到。

当多条导线被赋予相同的名称后，EAGLE就知道它们应当连接在一起。这个名称叫作信号（signal）名，在后续章节中，将通过信号的使用使一个复杂电路划分为多个更简单的子电路成为可能。

下面介绍如何使用信号将输入电压与IN+连接起来：

1）单击连接器的IN+引脚，然后在右侧双击，创建一条短导线。

2）激活Name工具（使用热键Ctrl+Shift+N），将名称INPUT赋给该导线。

3）激活Label工具，单击导线，将文字（text）放置在导线右侧。

4）在原理图左侧，单击R2左侧引脚，并在其左侧双击创建一条短导线。

5）激活Name工具，将名称INPUT赋给导线。

6）此时对话框将会询问是否将该导线与INPUT信号连接起来，选择Yes（是）。

7）激活Label工具，单击导线，把文字放置到导线左侧。

如图3-9所示为最终的原理图。

图3-9　反相放大器电路的完整原理图

注意　滚动鼠标中间的滚轮可以对原理图进行缩放。按住鼠标中间滚轮并拖动可以移动编辑器的位置。