推挽式功率放大电路的设计毕业设计论文.doc

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1、推换式功率放大电路的设计推换式功率放大电路的设计 摘 要 桥式推挽功率放大器是一种在较低的电源电压下能得到较大输出功率的功放，它由前置放大电路、BTL 功率放大电路、电源电路三部分所构成。前置放大电路采用了集成运放NE5532 将小信号电压放大，使其能够驱动功率放大器；功率放大电路由倒相电路和 BTL电路两部分组成，前者负责为后者转换两个大小相等、方向相反的激励信号，后者则是在信号不失真的前提下，尽可能地放大电流，从而提高输出功率；电源电路通过降压、整流、滤波、稳压产生12V 直流电压。运用 Protel 软件对所设计的电路图进行建库、绘图、制板；再借助 Multisim 仿真软件对各个单元电

2、路进行了性能与功能仿真，通过仿真分析验证了设计的正确性，整体电路也基本达到了设计的预期目的。关键词：推挽功放；集成运放；前置放大；倒相 Abstract The push-pull circuit occupies an important position in the amplifier circuit and switching power supply areas.Bridge push-pull amplifier circuit is constituted by three parts of the power supply circuit,the preamplifier ci

3、rcuit,BTL power amplifier circuit.The preamplifier circuit uses the integrated operational amplifier NE5532 small signal voltage amplification,so that the power amplifier input sensitivity to match.The power amplifier circuit consists of two parts of the inverting circuit and BTL circuit.The former

4、is responsible for the conversion for the latter two of equal size,in the opposite direction of the excitation signal.The latter is the signal undistorted under the premise,as far as possible to enlarge the current,increasing the output power.12V DC voltage power circuit through the buck,rectifier,f

5、ilter and regulator.With of Multisim simulation software on each unit circuit performance and functional simulation.Verify the correctness of the design through simulation analysis,the results are to achieve the intended purpose of the design.Then use Protel software for building a database,drawing

6、and board schematic design.Keywords：Push-pull amplifier,Integrated operational amplifier,Preamplifier,Inverting 目 录 摘 要.I Abstract.II 第一章 推挽式功率放大器方案设计.1 1.1 绪论.1 1.2 功率放大器的性能指标.1 1.3 推挽式功率放大器设计方案.2 1.3.1 变压器耦合式推挽功放.2 1.3.2 桥式推挽功放.2 1.3.3 方案分析.3 第二章 推挽式功放电路设计.4 2.1 前置放大电路.4 2.1.1 反相比例放大电路.4 2.1.2 同相比

7、例放大电路.5 2.1.3 前置放大电路.5 2.2 BTL 功放输出电路.6 2.2.1 倒相电路.6 2.2.2 BTL 电路.7 2.3 电源电路.7 2.4 整体电路.8 第三章 推挽式功放电路仿真与实验.10 3.1 前置放大电路仿真.10 3.2 倒相电路仿真.11 3.2 整体电路仿真.11 总 结.13 参考文献.14 致 谢.15 附录 1 推挽式功放电路图.16 附录 2 推挽式功放元件明细表.17 第一章 推挽式功率放大器方案设计 在音响世界中往往需要将低频信号放大后加以利用，一般处理频率较低的信号采用音频功率放大电路来实现。它的作用是对音频信号进行不失真的功率放大，以足

8、够的电功率去推动扬声器，故而音频功率放大电路在音响产品中得到广泛使用。1.1 绪论 功率放大器的作用是放大来自前放大器的音频信号，产生足够的不失真输出功率，以推动扬声器发声。功率放大器的种类繁多，其中推挽式功放有利于改善宽带能力和提高增益，对偶次谐波滤波度好。传统的推挽电路总需要输出变压器和输入变压器，这种变压器耦合的电路存在一些缺点，诸如：由于变压器铁心的磁化曲线是非线性的，它会使放大电路产生非线性失真，特别是由于变压器的存在，严重地影响了电路的频率特性。为了克服这些缺点，出现了一类电路叫“无输出变压器电路”。这类无变压器功放电路舍去了级间耦合用的输入、输出变压器，改用直接耦合。虽然这样电路

9、结构复杂些，但是便于加负反馈电路，使频响宽、失真小，易满足大功率和小型化的要求。无输出变压器电路的种类很多，按输出级与扬声器的连接方式分 OTL 电路(电容耦合)、OCL 电路(直接耦合)、BTL(电桥形式连接)。如表 1.1 所示是根据功放级输出电路形式来分类的音频功率放大器。表 1.1 音频功率放大器 名称 定义 优点与缺点 应用领域 变压器耦合功放 将放大电路前级的输出端通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上。便于实现阻抗变换；但体积大、笨重、消耗有色金属、效率低，在高低频时都会产生相位移，引入负反馈后易形成自激振荡。输出功率较大的电子管放大器。OTL 功放 一种输出级与扬声器之间采用电

10、容耦合的无输出变压器器的功放电路。采用单电源供电方式，克服了频率失真和非线性失真，传输效率高；但需要用大容量的输出电容耦合，低频响应不理想，有谐波失真。输出功率较小的放大器和高保真功率放大器的基本电路。OCL 功放 一种输出级与扬声器之间无电容而直接耦合的功放电路。频响范围宽、失真小、保真度高，具有恒压输出特性；但采用双电源供电方式,输出端必须设置保护电路。输出功率要求较大的功率放大器中和高保真功率放大器的基本电路。BTL 功放 一种平衡无输出变压器功放电路，其输出级与负载之间以电桥方式直接耦合，因而又称为桥式推挽功放。在较低的电源电压下能得到较大的输出功率即电源利用率高。低电压系统、电池供电

11、系统、要求输出功率更大的场合。1.2 功率放大器的性能指标 在放大通道的正弦信号输入电压幅度 10100mV，等效负载电阻 RL 为 8时，放大通道应满足以下条件：（1）额定输出功率 P10W；（2）通频带 BW：30Hz20kHz；（3）在额定输出功率下和通频带内的非线性失真系数3%；（4）在额定输出功率下的效率55%。1.3 推挽式功率放大器设计方案 功率放大器按照其输出特点分为变压器耦合功放、OTL（Output Transformer Less）功放、OCL(Output Capacitor Less)功放和 BTL（Balanced Transformer Less）功放。根据此分类

12、标准和本设计的要求提出两种推挽式功放设计方案，分别是变压器耦合推挽功放和桥式推挽功放。1.3.1 变压器耦合式推挽功放 变压器耦合式是一种传统的电路结构形式，采用该结构形式设计的推挽功放，它的优点是便于实现阻抗匹配。其设计方案如图 1.1 所示。推动级单元的输入端采用变压器进行阻抗变换，同时使激励输出两个幅度大小相等、相位差为 180的信号，进而使推动级晶体管满足推挽工作，实现推动级输入阻抗匹配；然后通过级间变压器耦合单元将前级的输出信号尽可能多的传递到后一级；最后耦合输出单元利用传输线阻抗变换器来实现负载与输出端之间的阻抗匹配。偏置电路是为了调节偏置电压和防止产生大电流时损坏元器件。1.3.

13、2 桥式推挽功放 桥接推挽功率放大电路简称 BTL（Balanced Transformer Less）功放电路。它的优点是在较低的电源电压下能得到较大的输出功率。其设计方案如图 1.2 所示。前置放大单元主要是把输入的小信号放大到一定标准的电平；再输送到倒相单元产生两个大小相等、方向相反的激励信号；然后在允许的失真限度内，通过 BTL 单元进一步放图 1.1 变压器耦合式推挽功放设计方案结构图 信号源 耦合输出单元 偏置电路 推动级单元 级间变压器耦合单元 图 1.2 桥式推挽功放设计方案结构图 信号源 负载 电源单元 倒相单元 前置放大单元 BTL 单元 大电流，从而尽可能高效率地向负载提

14、供足够大的功率；电源单元为整个电路提供稳定的直流电源做保证。1.3.3 方案分析 在设计过程中，方案的选择必须结合实际情况，要从各个方面考虑设计的可行性，不仅要考虑其先进性，还要考虑其现实性，要从多方面综合寻求最佳方案。由于方案一中用到多个变压器，不仅体积大、笨重、消耗有色金属，还严重地影响了电路的频率特性，能使放大电路产生非线性失真，另外引入负反馈后易形成自激振荡。而由方案二设计出的电路便于加负反馈电路，使频响宽、失真小，易满足大功率和小型化的要求。故选择方案二。第二章 推挽式功放电路设计 桥式推挽功放电路由前置放大电路、BTL 功率放大电路、电源电路三部分所构成。前置放大电路采用了集成运放

15、 NE5532 将小信号电压放大，使其能够驱动功率放大器；功率放大电路由倒相电路和 BTL 电路两部分组成，前者负责为后者转换两个大小相等、方向相反的激励信号，后者则是在信号不失真的前提下，尽可能地放大电流，从而提高输出功率；电源电路为前置放大电路和 BTL 功率放大电路提供能源。2.1 前置放大电路 前置放大电路（亦称电压放大电路）作为输入功率放大器之前的处理电路，利用前置放大电路把输入信号放大或进行阻抗变换，使其能够驱动功率放大器。由于许多基于运放组成的功能电路都是在同相比例放大电路和反相比例放大电路的基础上组合或演变来的，本节先讨论这两种电路，再根据需要选择适当的集成运放。2.1.1 反

16、相比例放大电路 反相比例放大电路如图 2.1 所示，由反馈分析可知，其引入的是电压并联负反馈。电压信号 iu通过 1R作用于运放的反相端，且反相端为虚地点即0nu，由虚断可知：finnoRRuuuu(2-1)则有foiRRuu(2-2)其闭环增益为：fvoiRARuu(2-3)由式(2-2)可知：ou、iu相位相反，输出与输入成比例。尽管理想运放的输入电阻无穷大，但电路引入电压并联负反馈后，电路的输入电阻R并不大。若要增大电路的放大倍数，需增大fR的值。当阻值与集成运放的输入等数量级时，比例系数产生较大变化，即不再由反馈网络的阻值所决定。ouiu图 2.1 反相比例放大电路图 nupu2.1.

17、2 同相比例放大电路 同相比例放大电路如图 2.2 所示，由反馈分析可知，其引入的是电压串联负反馈。电压信号iu通过2R作用于运放的同相端，由虚短和虚断可知：ipnuuu(2-4)1finoiRRuuuu(2-5)1(1)foiRRuu(2-6)11fvoiRARuu(2-7)由(2-6)式可知：ou、iu相位相同，输出与输入也成比例。综上：反相比例放大电路中输入阻抗是反馈电阻和输入电阻的并联，阻抗比较小放大倍数是反馈电阻比输入电阻，可以小于 1 也可大于 1，输出与输入是反向的。同相比例放大电路输入阻抗等于放大器内部阻抗，而内部阻抗远大于输入电阻和反馈电阻，所以同相放大器的输入阻抗高，在相同

18、条件下放大倍数是反相放大倍数加 1 且只可能大于等于1，输出与输入同相。另外，若用反相放大器，由于分压关系显然几乎所有的源电压将消耗在输出电阻的两端。故选用同相比例放大电路形式来设计前置放大电路。2.1.3 前置放大电路 由于前置放大电路放大的信号为低频电压信号，幅值为 10100mV（即输入的共模电压）、频率为 30Hz20kHz、最大增益为 40 倍，所以运放的单位增益带宽 GB 应该满足GB=20kHz40=0.8MHz，电源电压为 12V。再结合 NE5532、LM358 这两种常用的运放比较，如表 2.1 中的参数可知：两款集成运放均能满足设计的需要。表 2.1 技术参数 型号 符号

19、 参数 最小值 典型值 最大值 单位 备注 NE5532 Vcc 电源电压 5 22 V 双电源模式 CMCC 共模抑制比 70 100 dB Vcm 共模输入电压 12 13 V GBW 带宽增益 10 MHz LM358 Vcc 电源电压 1.5 15 V 双电源模式 CMCC 共模抑制比 65 70 dB Vcm 共模输入电压 0 +V2 V+V=(530)V GBW 带宽增益 1 MHz 图 2.2 同相比例放大电路图 ouiupunuNE5532 具有高性能、低噪声、线性好、失真度小的特点，一般作为高保真音响的运放使用，如表 2.1 为 NE5532 的极限参数。由 NE5532 集

20、成运算放大器构成的电压放大电路如图 2.3 所示。电源支路的电容3C、4C是去耦电容，用来消除高频杂波。根据虚短和虚断有：iPnVVV，0pnII(2-8)由 CVL 定律有：20 nnopVVVRR(2-9)由式(2-8)、(2-9)解得电压增益为：22 11000ppoViRRRVAVR(2-10)2.2 BTL 功放输出电路 功放输出级电路采用 BTL 电路结构形式。其组成方框图如图 2.4 所示。输入信号iu分成两路，一路直接加到上面的一组功率放大电路中；另一组加到倒相级电路中，获得大小相等、方向相反的信号iu，然后加到下面一组功率放大电路中。当输入信号iu为正半周时，上、下两组功率放

21、大电路同时放大信号，其输出端 A 的信号相位为正，B的信号相位为负，此时信号电流从 A 流出，经过负载流入 B 点电路；反之，当输入信号iu为负半周时，A 端的信号相位为负，B 端的信号相位为正，此时信号电流从 B 流出，经过负载流入 A 点电路。2.2.1 倒相电路 如图 2.5 所示为倒相电路图。后级功率放大电路需要有两个大小相等、方向相反的激励信号，这两个激励信号由倒相电路来实现。当2V管工作在甲类状态，把输入信号iu转换成1ou和2ou两种两个大小相等、方向相反的激励信号。电源支路的电容6C是去耦电容，用来消除高频杂波。电解电容6C、7C起耦合作用，即在低频信号的传递与放大过程中，为防

22、图 2.4 集成功放 BTL 电路简化原理框图 功放 电路 1 负载 功放 电路 2 倒相电路 iuiuiuAB图 2.3 前置放大电路 ouiunVpV止前后两级电路的静态工作点相互影响，采用电容耦合。为防止信号中低频分量损失过大，一般采用容量较大的电解电容。电阻6R和7R分别是集电极负载电阻、发射极电阻，且34RR。如图 2.6 所示为倒相电路输入输出信号的波形图。信号iu与2ou波形相似，信号1ou和2ou的波形相反。2.2.2 BTL 电路 如图 2.7 所示为 BTL 功率放大电路图。电路中 V3 和 V4 管是一组功率放大电路的输出级电路，V5 和 V6 是另一组。当 A 端输入信

23、号iu为正半周时，使得 V1 导通、放大，V3截止，同时 B 端为负半周，使得 V6 导通、放大，V5 截止，即 V3、V5 截止，V4、V6 导通，此时的信号电流回路为:A V4 集电极V4 发射极扬声器的左边扬声器的右边V6 发射极V6集电极地。当 A 端输入信号iu为负半周时，使得 V3 导通、放大，V4 截止，同时 B 端为正半周，iu使 V5 导通、放大，V6 截止，即 V3、V5 导通，V4、V6 截止，此时的信号电流回路为：B V5 集电极V5 发射极扬声器的右端扬声器的左端V3 发射极V3 集电极地。2.3 电源电路 当今社会大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须

24、在电源电路的支iu1ou2ou图 2.5 倒相电路图 图 2.7 BTL 电路图 iuttt1ou2ou图 2.6 倒相电路的输入输出波形图 持下才能正常工作。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。直流电源电路由降压变压器、全波整流、滤波、稳压电路构成，其组成结构如图 2.8 所示。根据设计需要做12V 直流稳压电源电路，其电路图如图 2.9 所示。交流电压iu通过变压器 T1 降压得到1 iu和2iu，然后由 V7V10 四个整流二极管组成的电桥进行整流得到直流电压，再经由电解电容和非极性电容构成的滤波网络和三端稳压器 LM7812 和 LM7912的稳压作用后，输出12V 直流电压。

25、理论计算如下：对 A 点有：11.5AiVu(2-11)2U的压降为2(1 2)uV(2-12)21 AoVuu(2-13)由式(2-11)、(2-12)、(2-13)可得：1211.5 iiiouuuuu(2-14)若要求将 220V 交流电压转换成直流电压1 12ouV，由式(2-14)可知：变压器 T1 的变比 1 为1211.51.522023.57 25.38(1 2)12iiiouuuuu，同理可得：变比 2 也为223.57 25.38iiuu。2.4 整体电路 BTL 推挽功放电路由前置放大电路、BTL 功率放大电路、电源电路三部分所构成。基iui1uo1uBAo2ui2u图

26、2.9 电源电路图 图 2.8 直流电源电路组成结构图 变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 220V 50Hz 于集成运放 NE5532 前置放大电路将低频信号进行电压放大，使其与后级功率放大器的输入灵敏度相匹配；然后经由倒相电路转换成两个大小相等、方向相反的激励信号，分别输入 BTL 电路的两路输入端，并在信号不失真的前提下，尽可能地放大电流来驱动负载，以获得更大的输出功率；电源电路通过降压、整流、滤波、稳压产生12V 直流电压，为前置放大电路和后级功放电路提供能源。其中调节pR的阻值来改变前置放大电路电压增益，从而控制后级功放的输出功率。整体电路图见附录 1。第三章 推挽式功放电路仿真与

27、实验 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，具有大量的 PLC 元件模型，可以仿真更复杂的数字电路，在保留了 EWB 形象直观等优点的基础上，增强了软件的仿真测试和分析功能，扩充了元件库中的元件的数目，特别是增加了大量与实际元件对应的元件模型，使得仿真设计的结果更精确、更可靠、更具有实用性。3.1 前置放大电路仿真 前置放大器是作为输入音频功率放大器之前的音频处理器件，主要是对输入的音频信号进行电压放大。通过 Multisim 软件对前置放大电路用进行仿真如图 3.1 所示，将前置级电路连接好，利用函

28、数信号发生器向电路中输入50iUmV、50fHz的正弦波信号，再用示波器测出其输入输出波形，观察波形是否失真，用万用表测出输入输出交流有效电压值，以便获知电压增益。通过示波器观察到输入输出信号的频率基本不变，幅值变大。当50oUmV时通过调节 Rp的阻值来改变前置放大电路电压增益，仿真数据结果如表 3.1 所示。经过数据分析可知：仿真值 Ui1与理论值 Ui2的误差在允许范围内。表 3.1 前置放大仿真数据表 Rp(39k)0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%Uo 50mV(50Hz)Ui1(mV)49.487 242.47 435.45 628.403 821.35 1

29、014 1207 1400 1593 1786 Ui2(mV)50 245 440 635 830 1025 1220 1415 1610 1805 图 3.1 前置放大电路仿真图 3.2 倒相电路仿真 倒相电路主要是对前级放大的电压信号进行倒相，得到两个大小相等，方向相反的激励信号。通过 Multisim 软件对倒相电路用进行仿真如图 3.2 所示，借助示波器观察可知：信号iu与2ou波形同相，信号1ou和2ou的波形相反，即输入信号iu通过倒相电路后产生了两个大小相等，方向相反的激励信号1ou和2ou，满足设计要求。3.2 整体电路仿真 通过 Multisim 软件对整体电路仿真如图 3.

30、3 所示，当信号源频率f=100Hz，逐渐加图 3.2 倒相电路仿真图 图 3.3 整体电路仿真图 大输入信号电压iu，当示波器显示的波形刚好不产生失真时，用失真分析测失真度3%时，用功率表测出的输出功率为最大的不失真输出功率omP，输出的电压值为omu为最大的输出电压。如图 3.4 可知最大不失真输出功率10omPW，基本达到了指标要求。图 3.4 最大功率不失真仿真图 总 结 在音响世界中往往需要将低频信号放大后加以利用，一般处理频率较低的信号采用音频功率放大电路来实现。它的作用是对音频信号进行不失真的功率放大，以足够的电功率去推动扬声器，故而音频功率放大电路在音响产品中得到广泛使用。BT

31、L 推挽功放电路由前置放大电路、BTL 功率放大电路、电源电路三部分所构成。前置放大电路采用了集成运放 NE5532 将小信号电压放大，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配；功率放大电路由倒相电路和 BTL 电路两部分组成，前者负责为后者转换两个大小相等、方向相反的激励信号，后者则是在信号不失真的前提下，尽可能地放大电流，从而提高输出功率；电源电路通过降压、整流、滤波、稳压产生12V 直流电压。运用 Protel99SE 软件对所设计的电路图进行建库、绘图、制板；再借助 10.0.1 仿真软件对各个单元电路进行了性能与功能仿真，通过仿真分析验证了设计的正确性，整体电路也基本达到了设计的预期目的。

32、在 Multisim 仿真过程中，前置放大电路能够在不失真的条件下将低频信号电压幅值放大几十倍，倒相电路也顺利地把前级信号转换成两个大小相等、方向相反的激励信号，但从总体上来看，整个设计达到的效果还不是很好，有许多需要改进的地方。例如：在前置放大电路和后级功放电路之间加一个音调控制电路，人为地改变信号中高、低频成分的比重，适时地调整音色，改善音响的放音音质；满足听者的爱好、渲染某种气氛、达到某种效果。参考文献 1宋东生.BTL功率放大电路J.无线电，2002，（10），61-62.2钱聪.电子线路分析与设计M.西安：陕西人民出版社，2002.3苏丽萍.电子技术基础M.西安：西安电子科技大学出版

33、社，2002.4郭玉山.BTL功率放大器典型电路设计J.科技资讯，2011，（3），7.5黄智伟.电子电路计算机仿真设计与分析M.北京：电子工业出版社，2004.6康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.7胡斌，蔡月红.放大器电路识图与故障分析轻松入门M.北京：人民邮电出版社，2003.8唐赣,聂典.Multisim 10原理图仿真与PowerPCB 5.0.1印制电路板设计M.北京：电子工业出版社，2009.9 http:/.10 http:/.致 谢 附录 1 推挽式功放电路图 附录 2 推挽式功放元件明细表 序号 代号 名称 型号与规格 数量 备注 1

34、T1 变压器 220V/12V 1 2 U1 集成运放 NE5532 1 LM358 3 U2 三端稳压器 LM7812 1 4 U3 三端稳压器 LM7912 1 5 V1 稳压二极管 1N4733A 1 6 V2、V4、V5 NPN型晶体管 TN2219A 3 TN2905A 7 V3、V6 PNP型晶体管 2N6726 2 8 V7V10 整流二极管 3N251 4 9 C1、C5、C7 极性电容 10F/15V 3 10 C3、C4、C9、C10、C13、C14 极性电容 470F/15V 6 11 C2、C6、C8、C11、C12、C15、C16 无极性电容 0.1F/15V 7 1

35、2 R5、R6 电阻 510/0.25W 2 13 R2、R4 电阻 1 k/0.25W 2 14 R1、R3 电阻 10k/0.25W 2 15 Rp 电位器 39k/1W 1 第 二 部 分 PCB 板 的 设 计PCB 板的设计 借助 Protel 软件平台对所设计的电路进行原理图绘制后，需要进一步完成印制电路板即 PCB。印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。一、印制电路板简述 印制电路板即 PCB（Printed Circuit Board）是电子产品中最重要的部件之一。电路原理图完成以后，还必须再根据原理图设计出对应的印制电路板图，最后才能由制板厂家根据

36、用户所设计的印制电路板图制作出印制电路板产品。(1)印制电路板的制作材料与结构 印制电路板的结构是在绝缘板上覆盖着相当于电路连线的铜膜。通常绝缘 材料的基板采用酚醛纸基板、环氧树脂板或玻璃布板。发展的趋势是板子的厚度越来越薄，韧性越来越强，层数越来越多。(2)有关电路板的几个基本概念 1、层：印制板材料本身实实在在的铜箔层。2、铜膜导线：导线是敷铜经腐蚀后形成的，用于连接各个焊盘。印制电路板的设计都是围绕如何布置导线来完成的；飞线是在引入网络表后生成的，而它所连接的焊盘间一旦完成实质性的电气连接，则飞线自动消失。它并不具备实质性的电气连接关系。在手工布线时它可起引导作用，从而方便手工布线。3、

37、焊盘：放置、连接导线和元件引脚。4、过孔：连接不同板层间的导线，实现板层的电气连接。它分为穿透式过孔、半盲孔、盲孔三种。5、助焊膜：涂于焊盘上提高焊接性能的一层膜，也就是在印制板上比焊盘略大的浅色圆；阻焊膜为了使制成的印制电路板适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘焊，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。6、安全间距：走线、焊盘、过孔等部件之间的最小间距。二、装载元件库 元件封装就是原理图中元件的 Footprint。它是指实际元件焊接到电路板时，所指示的外观和焊盘位置。不同的元件可以共用同一种元件封装。同一种元件也可以有不同的封装形式。在取用焊接元件时

38、，不仅要知道元件名称，还要知道其封装形式。元件封装可以在设计电路原理图时指定，也可在引进网络表时指定。元件封装的主要参数是形状尺寸，因为只有尺寸正确的元件才能安装并焊接在电路板上。原理图中的元件注重于元件的引脚，引脚号码是重要的电气对象，引脚之间的连接不能有任何错误。而 PCB 图不仅注重元件引脚之间的连接，更注重元件的外形尺寸，要将引脚与引脚之间的导线连接转换成焊盘与焊盘之间的铜膜线连接。表 1 部分元件的封装说明 封装类型 封装名称 说 明 电阻类无源元件 AXIAL0.31.0 数字表示焊盘间距 无极性电容元件 RAD0.10.4 数字表示焊盘间距 有极性电容 RB.2/.4RB.5/1

39、.0 斜杠前的数字表示焊盘间距，斜杠后的数字表示电容外直径 二极管 DIODE0.4DIODE0.7 数字表示焊盘间距 石英晶体 XTAL1 晶体管 TO-xxx 其中 xxx 为数字，表示不同的晶体管封装 可变电阻 VR1VR5 双列直插 DIP-xx 其中 xxx 表示引脚数 单列直插 SIPx 其中 x 表示引脚数 牛角连接器 IDCxx 其中 xx 表示管脚数 三、PCB 的设计步骤 根据推挽式功率放大器的整体电路图绘制 PCB 图，其大致步骤如图 1 所示。在画好的原理图的基础上，对各个元件进行相应的封装，并生成网络表。接着分别新建一个PCB封装库和一个PCB Document，若系

40、统默认的封装库没有所需要的封装元件，则在PCB封装库绘制；进入 PCB Document 添加封装库，再根据需要设置环境参数，之后选择 Keep Out Layer 工作层画一个紫色的矩形框即具体确定所需制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。然后载入网络表，若系统提示报错，应返回原理图进行相应的修改后重新载入；载入成功后根据原理图和就近原则进行手动元件布局。最后通过 Auto Route 里的 ALL 实现自动布线，接着需要手动调整不合理或者能够减小路径长度的线路，调整完成后进行设计规则检查。如图 2 和图 3 所示分别为推挽式功率放大器的单层 PCB 图、双层 PCB 图。元件封装 生成网络表

41、 环境设置 整体编辑 手工调整布线 自动布线 元件布局 载入网络表 添加封装库 图 1 PCB 制板步骤 四、总结 印刷电路板的设计需要考虑外部连接的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。布局前应该熟悉原理图，布局时应遵循就近原则进行合理地布局，尤其要注意特殊元件的排布，比如：发热元件应远离热敏电阻。一般需要布局多次，最终达到最少飞线甚至没有飞线的目标。总之，优秀的板图设计不仅可以节约生产成本，同时还达到良好的电路性能和散热性能。图 3 双层 PCB 图 图 2 单层 PCB 图 第 三 部 分 收音机的焊接与调试收音机焊接与调试 一、实习目的 1

42、、了解常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书。能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用万用表；2、学习并掌握收音机的工作原理；3、熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理，并基本掌握手工电烙铁的焊接技术；4、了解安全用电知识，学习安全操作要领，培养严谨的工作作风，提高动手能力和实践能力，养成良好的工作习惯，培养正确的劳动观与人生观，同时培养团队意识和集体主义精神；5、了解电子产品的焊接、调试与维修方法。初步学习调试电子产品的方法，提高动手能力；6、按照图纸焊接元件，组装一台收音机，并掌握其调试方法。二、实习器材 电烙铁、焊锡丝、松香；螺丝刀、镊子

43、、钳子、万用表、高灵敏度 FM/AM 教学收音机实验套件、五号电池两节。三、收音机的工作原理及原理图 收音机的工作原理就是通过天线来接收高频信号，然后经检波还原成音频信号，再送到扬声器变成音波。是把接收到的电台高频信号，用一个变频级电路将它转换成频率固定的中频信号，然后再对这个中频信号进行多级放大，再检波，低放。由于不同频率的无线电波用途较广，故收音机接受到的电波较多，所以音频信号就会互相干扰，导致音响效果不好。因此，添加选台按钮，把不需要的频率过滤掉，选择听众所需的电台。由于中频固定，且频率比高频已调信号低，中放的增益可以做得较大，工作稳定，通频带也可做得理想，这样可以使检波器获得足够大的信

44、号，从而使整机输出音质较好的音频信号，所以中频调谐放大电路可以做到选择性好、增益高又不易自激。这样灵敏度和选择性都可大幅度改善，而且可使整个波段的接受灵敏度均匀。收音机的原理图如图 1 所示，收音机的 PCB图如图 2 所示。四、实习内容 1、电烙铁的使用 使用电烙铁之前，应该将其表面的氧化层打磨掉，然后镀上一层锡层，这样既保护了电烙铁，又使得电烙铁更好使用。使用电烙铁时，烙铁的温度太低则熔化不了焊锡，或者图2 收音机的PCB图 图 1 收音机原理图 使焊点未完全熔化而造成不好看、不可靠的结果；太高又会使烙铁“烧死”（尽管温度高，却不能蘸上锡）。另外也要控制好焊锡时间，电烙铁停留的时间太短，焊

45、锡不会完全熔化，形成虚焊，而焊接时间太长又容易损坏元器件，或使印刷电路板的铜箔翘起。2、元器件的识别与检测 焊接之前，先检查有无缺少元件，再借助万用表对元件进行分类和检测是否损坏。色码电阻的检测：先由电阻的色码读取阻值，再用万用表测量。电阻的色码规定：黑色（0）、棕色（1）、红色（2）、橙色（3）、黄色（4）、绿色（5）、蓝色（6）、紫色（7）、灰色（8）、白色（9）、金色（5%）、银色（10%）。其中后面 2 种颜色是作误差环，音量电位器的检测：音量电位器可以通过万用表检测。音量电位器的开关应通、断明显；音量电位器的电阻应该随着转轴的（缓慢）旋转 而平滑变化。音量电位器的旋纽与安装螺钉应该齐

46、备。电容的检测：电容分有极性与无极性两种。有极性电容要区分正、负引脚一般靠近负极引脚的外壳上标有“”号，有极性电容的容量较大（F 级），需要用万用表检查有无短路、开路或者变质；无极性电容的容量较小，要识别容量，并用万用表检查有无短路。0.01F 以上的电容，可用万用表的高阻档检查有无开路。喇叭的检测：主要用万用表的低阻档检查有无开路、短路以及声音的大小。集成电路芯片的检测：主要检查有无缺损、断脚；正确安装后，需用万用表检查各引脚电压。振荡线圈与中周的检测：主要是分清它们，千万不要混淆。可以对照实习机的说明书分清它们。一般振荡线圈的磁芯为黑色，第一中周的磁芯为白色，第二中周的磁芯为红色。磁棒天线

47、的检测：磁棒天线一般用漆包线绕在磁棒上，可以用细砂纸轻巧的擦掉引线端的漆膜，以便测量。主要是分清原边绕组（80 圈左右）与副边绕组（8 圈左右）。3、焊接顺序 无论是焊接此次的收音机电路板还是其它电路板，一般都必须遵循由小到大，由矮到高的原则，这样做可以使焊接变得十分方便；（1）焊接电阻。读出电阻的阻值然后别在纸上，我们要按代号的顺序焊接，以免漏掉电阻，焊接完电阻之后我门需要用万用表检验一下各电阻是否有虚焊；（2）焊接芯片。该收音机采用的芯片为贴片式芯片，因其引脚间距很小，对初焊者而言具有较大的难度，故焊接时一定要十分小心，避免短路；（3）焊接电容。先焊接瓷介电容，要注意上面得读数，紧接这就是

48、焊电解电容了，特别要注意长脚是“+”极，短脚是“”极；（4）焊接剩下的中周、四联电容、开关等其余小器件器件；（5）焊接天线线圈的三根线一定要按照电路图准确无误得焊接好；（6）焊接喇叭和电池座。4、调试 调试是一个非常艰难而又需要耐心得任务，其目的和意义是十分重要。焊接工作全部完成后，应该仔细检查有无虚焊与搭焊，检查无误，方可通电调试。准备通电调试之前，必须用万用表 mA 档串接在电位器开关的两端（注意极性），检查整机电流。整机电流小于 10mA 为正常，否则有问题，超过 100mA，肯定有搭焊等严重短接存在。如果整机电流正常，即可打开电位器开关，通电调试。工作点的调试。针对集成电路收音机的特点

49、，工作点的调试主要是测量集成电路各引脚的电压，是否与参考值接近。如果差异大，就应该断开电源，认真检查故障。改变 R3的值，可以改变 16 脚的电压。三点统调。所谓三点统调是指通过调节磁棒天线线圈在磁棒上的位置、调节中周、调节双联可变电容器调谐联的补偿电容，使本机振荡频率对接收信号频率的跟踪，能够在低端、中端与高端均能达到 465KHZ 的差频。经过上述仔细调试准确后，整机接收效果应该具有超外差式收音机的一些突出的优点，如：接收效果均匀、稳定、灵敏度高、选择性好等。四、实习总结 在电焊收音机得时候，焊接最需要注意得是焊接得温度和时间，焊接时要使电烙铁得温度高与焊锡，可是不能太高，以烙铁接头得松香刚刚冒烟为好，焊接得时间不能太短，因为那样焊点得温度太低，焊点融化不充分，焊点粗糙容易造成虚焊，而焊接时间长，焊锡容易流淌，使元件过热，容易损坏，还容易将印刷电路板烫坏，或者造成焊接短路现象。