項目10 功率放大器電路設(shè)計

202X演講人2023-09-22項目10功率放大器電路設(shè)計項目10功率放大器電路設(shè)計011功率放大器電路原理圖02項目描述03項目小結(jié)04目錄01PARTONE項目10功率放大器電路設(shè)計02PARTONE項目描述項目描述功率放大器電路由電源電路、低音電路和左右聲道中高音電路3個部分組成，該功率放大電路設(shè)計合理均稱，美觀大方，噪音小，音質(zhì)高音細膩低音有力，性價比高，是一款性能優(yōu)良的功率放大電路。電路如圖10.1所示。03PARTONE1功率放大器電路原理圖學(xué)習(xí)目標(biāo)●進一步熟悉復(fù)雜PCB電路的繪制技巧01●掌握PCB自動布局與手工調(diào)整的方法02●掌握雙面PCB手動布線的方法03●了解PCB的3D視圖查看方法04●掌握PCB的設(shè)計規(guī)則檢查05●掌握PCB的各種報表生成06項目實施07任務(wù)10.1設(shè)計前的準(zhǔn)備工作08繪制原理圖元器件符號在原理圖中，雙電源部分采用的電源穩(wěn)壓芯片MC7812和MC7912、功放集成芯片TAD2030、集成運放NE5532和雙聯(lián)電位器Rp等元器件在原理圖元器件庫中沒有，需要自行設(shè)計這些元器件圖形。1）三端穩(wěn)壓芯片MC7812的原理圖符號如圖10.2所示。繪制原理圖元器件符號圖10.2MC7812元器件圖形符號圖10.3MC7912元器件圖形符號2）三端穩(wěn)壓芯片MC7912的原理圖符號如圖10.3所示。3）原理圖中的雙聯(lián)電位器Rp1是在同一個封裝中有兩個聯(lián)動調(diào)節(jié)的電位器，元件結(jié)構(gòu)圖如圖10.4所示。繪制原理圖元器件符號圖10.4雙聯(lián)電位器元件結(jié)構(gòu)圖圖10.5雙聯(lián)電位器元器件圖形符號4）TAD2030為音頻功放集成芯片，常用于各種中功率音響設(shè)備中，其外形符號如圖10.6所示。繪制原理圖元器件符號圖10.6TAD2030元器件圖形符號5）NE5532其元件結(jié)構(gòu)圖如圖10.7所示，外形符號如圖10.8所示。繪制原理圖元器件符號元器件封裝設(shè)計1）電解電容C1、C2的封裝。封裝圖形如圖10.9所示。圖10.9電容封裝RB.3/.642）LED指示燈D5的封裝。封裝圖形如圖10.10所示。元器件封裝設(shè)計圖10.10LED封裝LED-43）C3、C4等所有無極電容的封裝。封裝圖形如圖10.11所示。元器件封裝設(shè)計圖10.11無極電容封裝RAD-0.154）電解電容C5、C6的封裝。封裝圖形如圖10.12所示。元器件封裝設(shè)計圖10.12電解電容封裝RB.3/.65）C7、C8等其余電解電容的封裝。封裝圖形如圖10.13所示。元器件封裝設(shè)計圖10.13電解電容封裝RB.3/.56）功放集成芯片TAD2030的封裝。封裝圖形如圖10.14所示。元器件封裝設(shè)計圖10.14TAD2030封裝GF20307）雙聯(lián)電位器Rp1、Rp2和Rp3的封裝。封裝圖形如圖10.15所示。元器件封裝設(shè)計圖10.15雙聯(lián)電位器封裝SLR8）P1、P2等所有插頭的封裝。封裝圖形如圖10.16所示。元器件封裝設(shè)計圖10.16插頭的封裝JP9）三端穩(wěn)壓集成芯片7812和7912的封裝。封裝圖形如圖10.17所示。元器件封裝設(shè)計圖10.17穩(wěn)壓芯片7812、7912的封裝TO-220-1元器件封裝設(shè)計任務(wù)10.2功率放大器電路原理圖設(shè)計步驟1?新建項目文件。步驟2?新建原理圖文件。步驟3?原理圖設(shè)計。根據(jù)圖10.1所示電路繪制功率放大器電路原理圖。電路中各元器件的參數(shù)和封裝信息如表10-1所示。表10-1功率放大器電路各元器件參數(shù)任務(wù)10.3PCB文件的創(chuàng)建與封裝導(dǎo)入步驟4?新建PCB文件。步驟5?“PCB板選擇項”屬性設(shè)置。步驟6?系統(tǒng)顏色設(shè)置步驟7?原點標(biāo)記元器件封裝設(shè)計任務(wù)10.2功率放大器電路原理圖設(shè)計步驟8?任意設(shè)定原點。步驟9?從坐標(biāo)原點開始繪制一個5000mil×3200mil的方框。步驟10?放置螺絲孔。放置好螺釘孔的PCB板如圖10.18所示。圖10.18放置好螺釘孔的PCB步驟11?系統(tǒng)將自動檢測即將加載到PCB編輯器中的文件“功率放大器.PcbDoc”中的網(wǎng)絡(luò)和元器件封裝是否正確。加載完成的PCB編輯器如圖10.19所示。元器件封裝設(shè)計任務(wù)10.2功率放大器電路原理圖設(shè)計圖10.19加載元器件后的PCB任務(wù)10.4PCB自動布局與手工調(diào)整從網(wǎng)絡(luò)表中載入元器件封裝后，元器件封裝排列在電氣邊界之外，此時需要將這些封裝放置在合適的位置上對其進行布局。用戶在進行布局時，可以根據(jù)需要進行自動布局與手動布局相結(jié)合起來使用。PCB自動布局步驟12?打開“自動布局”對話框如圖10.20所示。對話框中有兩個單選框，分別為“分組布局”和“統(tǒng)計式布局”。圖10.20自動布局中的分組布局1）分組布局：根據(jù)連接關(guān)系將元器件封裝分組，然后按照幾何關(guān)系放置元器件封裝。2）統(tǒng)計式布局：根據(jù)統(tǒng)計算法放置元器件封裝，使元器件封裝之間的連線長度最短，該方式一般在元器件封裝較多的電路中使用。PCB自動布局圖10.21自動布局中的統(tǒng)計式布局步驟13?在本例中，采用分組布局，即在圖10.20中選中“快速元件布局”復(fù)選框，單擊“確認”按鈕后系統(tǒng)開始自動布局。步驟14?布局結(jié)束，，刪除網(wǎng)狀的Room空間。自動布局完成后的效果如圖10.22所示。PCB自動布局圖10.22自動布局效果圖手工布局調(diào)整手工布局調(diào)整主要是通過移動封裝、旋轉(zhuǎn)封裝等方法合理地調(diào)整元器件封裝的位置，減少網(wǎng)絡(luò)飛線的交叉。但是需要注意的是，在手工布局調(diào)整的時候，一般情況下不能對封裝進行翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后該封裝將與原封裝形成鏡像，無法完成安裝。步驟15?調(diào)整元器件封裝。手動布局調(diào)整后的功率放大器電路PCB板如圖10.23所示。圖10.23手動布局調(diào)整后的PCB手工布局調(diào)整步驟16?使用全局修改功能對標(biāo)識符文本進行屬性修改。修改標(biāo)識符文本的PCB板如圖10.24所示。圖10.24修改標(biāo)識符文本的PCB板步驟17?根據(jù)電氣邊框重新定義與電氣邊框相同的PCB形狀。PCB的手動布線在PCB布線之前，需要對布線規(guī)則進行設(shè)置。步驟18?對PCB布線規(guī)則進行設(shè)置。步驟19?將當(dāng)前工作層切換至TopLayer（頂層），在頂層進行PCB手動布線。頂層布線完成后的PCB電路板如圖10.25所示。圖10.25頂層布線完成后的PCBPCB的手動布線步驟20?板層和顏色中，將TopLayer（頂層）和TopOverlay（頂層絲印層）關(guān)閉。步驟21?將當(dāng)前工作層切換至BottomLayer（底層），在底層進行PCB手動布線。底層布線完成后的PCB電路板如圖10.26所示。圖10.26底層布線完成后的PCBPCB的手動布線步驟22?板層和顏色中，將TopLayer（頂層）和TopOverlay（頂層絲印層）打開，此時PCB電路如圖10.27所示。圖10.27顯示頂層和底層的PCB電路步驟23?在PCB板TopLayer（頂層）和BottomLayer（底層）分別進行整體覆銅，覆銅網(wǎng)絡(luò)連接至GND。PCB的3D顯示對PCB電路完成布線后，可以采用系統(tǒng)的3D視圖功能，查看PCB的布局和布線是否合理。步驟24?顯示三維PCB板，系統(tǒng)彈出一個后綴為“.PCB3D”的3D視圖文件。功率放大電路的3D視圖如圖10.28所示。圖10.28功率放大電路3D視圖至此，功率放大電路PCB設(shè)計完成，完成后的PCB電路如圖10.29所示。PCB的3D顯示圖10.29設(shè)計完成的功率放大電路PCBPCB的3D顯示任務(wù)10.6設(shè)計規(guī)則檢查在布線完成后，為了保證設(shè)計工作的正確性，如元器件的布局、布線等是否符合所定義的設(shè)計規(guī)則，需要對整個PCB進行DRC（DesignRuleCheck，設(shè)計規(guī)則檢查），從而確定PCB是否存在不合理的地方，同時也需要確定所制定的規(guī)則是否符合PCB生成工藝的要求，一般檢查有如下7個方面。（1）線與線、線與元器件焊盤、線與通孔、元器件焊盤與通孔、通孔與通孔之間距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。（2）電源線與地線的寬度是否合適、電源與地線之間是否緊耦合，在PCB設(shè)計過程中是否有位置加寬地線。（3）對于關(guān)鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短、加保護線、輸入線與輸出線是否分開等。PCB的3D顯示任務(wù)10.6設(shè)計規(guī)則檢查（4）模擬電路與數(shù)字電路是否有各自獨立的地線（5）在PCB上繪制的圖形、標(biāo)注是否會造成信號短路（6）PCB是否加有工藝線，阻焊是否合適，是否符合生產(chǎn)工藝要求，字符標(biāo)志是否壓在元器件的焊盤上，影響PCB上元器件安裝質(zhì)量。（7）多層PCB的電源地層的外框是否縮小，如電源地層銅箔露出板外容易造成短路。設(shè)計規(guī)則檢查分為在線自動檢測和手工檢查兩種方式，下面就分別對兩種檢查方式的使用和設(shè)置進行講述。在線自動檢測ProtelDXP2004SP2支持在線的規(guī)則檢查，在PCB設(shè)計過程中按照“設(shè)計規(guī)則”中設(shè)置的規(guī)則，自動進行檢查。如有錯誤，則高亮顯示，軟件系統(tǒng)默認的高亮顯示顏色為鮮綠色。步驟25?在線自動檢測設(shè)置，如圖10.30所示。圖10.30在線自動檢測設(shè)置步驟26?設(shè)置PCB板層次顏色。手工檢查步驟27?執(zhí)行“設(shè)計規(guī)則檢查器”對話框，如圖10.31所示。圖10.31“設(shè)計規(guī)則檢查器”對話框該對話框分為左右兩個窗口，在對話框的左側(cè)為檢查規(guī)則項目列表，右側(cè)為項目的具體內(nèi)容。手工檢查對話框左側(cè)分為“ReportOptions”和“RulesToCheck”兩項內(nèi)容。ReportOptions為報告內(nèi)容設(shè)置，若選中該項，右側(cè)窗口將顯示DRC報告的內(nèi)容，可以在復(fù)選框中自行勾選。RulesToCheck為檢查規(guī)則設(shè)置，若選中該項，右側(cè)窗口顯示檢查的規(guī)則，這些規(guī)則在布線規(guī)則設(shè)置時已經(jīng)設(shè)置過。右側(cè)窗口中有“在線”和“批處理”兩種檢查方式。步驟28?本例中所有設(shè)置采用默認設(shè)置。本項目設(shè)計的功率放大器電路的設(shè)計規(guī)則檢查報告如下。ProtelDesignSystemDesignRuleCheckPCBFile:\教材\電路設(shè)計\功率放大電路設(shè)計.PcbDocDate:2017/11/25手工檢查Time:20:39:19ProcessingRule:HoleSizeConstraint(Min=1mil)(Max=100mil)(All)ViolationPadFree-0(108.268mil,98.426mil)Multi-LayerActualHoleSize=118.11milViolationPadFree-0(4900mil,100mil)Multi-LayerActualHoleSize=118.11milViolationPadFree-0(4890mil,3050mil)Multi-LayerActualHoleSize=118.11mil手工檢查ViolationPadFree-0(98.426mil,3051.182mil)Multi-LayerActualHoleSize=118.11milRuleViolations:4ProcessingRule:HeightConstraint(Min=0mil)(Max=1000mil)(Prefered=500mil)(All)RuleViolations:0ProcessingRule:WidthConstraint(Min=10mil)(Max=80mil)(Preferred=10mil)(All)手工檢查RuleViolations:0ProcessingRule:ClearanceConstraint(Gap=27mil)(All),(All)RuleViolations:0ProcessingRule:Broken-NetConstraint((All))RuleViolations:0ProcessingRule:Short-CircuitConstraint(Allowed=No)(All),(All)RuleViolations:0手工檢查ViolationsDetected:4TimeElapsed:00:00:00從本例的設(shè)計規(guī)則檢查報告發(fā)現(xiàn)，PCB存在4處違規(guī)，即PCB中放置的作為螺絲孔的4個自由焊盤。由于該違規(guī)信息對整個PCB電路不構(gòu)成影響，故可以忽略。手工檢查任務(wù)10.7各種報表的生成ProtelDXP2004SP2的PCB設(shè)計系統(tǒng)提供了生成各種報表的功能，可以為用戶提供有關(guān)設(shè)計內(nèi)容的詳細資料，主要是為設(shè)計者提供PCB信息、引腳信息、元器件封裝信息、布線信息及網(wǎng)絡(luò)信息等。另外，在完成PCB的設(shè)計之后，還要打印輸出各種常用報表，以方便用戶對文檔的管理。生成PCB信息報表PCB信息報表的作用在于為用戶提供一個PCB的完整信息，包括PCB的尺寸，PCB上的焊點、過孔的數(shù)量，以及PCB板上的元器件標(biāo)號等信息。生成PCB信息報表步驟29?打開“PCB信息”對話框，如圖10.32所示。圖10.32“PCB信息”對話框“一般”選項卡在“PCB信息”對話框的“一般”選項卡中，顯示PCB的一般信息，包括PCB的尺寸，PCB上各種圖元的數(shù)量，以及DRC規(guī)則的數(shù)量等。在對話框中的“元件”選項卡中，顯示當(dāng)前PCB上元器件的數(shù)量、序號，以及元器件所在層等信息，如圖10.33所示。在對話框中的“網(wǎng)絡(luò)”選項卡中，顯示當(dāng)前PCB的網(wǎng)絡(luò)信息，如圖10.34所示?！熬W(wǎng)絡(luò)”選項卡中的“電源/地”按鈕用來查看PCB內(nèi)部電源/接地層信息。由