项目10 功率放大器电路设计

202X演讲人2023-09-22项目10功率放大器电路设计项目10功率放大器电路设计011功率放大器电路原理图02项目描述03项目小结04目录01PARTONE项目10功率放大器电路设计02PARTONE项目描述项目描述功率放大器电路由电源电路、低音电路和左右声道中高音电路3个部分组成，该功率放大电路设计合理均称，美观大方，噪音小，音质高音细腻低音有力，性价比高，是一款性能优良的功率放大电路。电路如图10.1所示。03PARTONE1功率放大器电路原理图学习目标●进一步熟悉复杂PCB电路的绘制技巧01●掌握PCB自动布局与手工调整的方法02●掌握双面PCB手动布线的方法03●了解PCB的3D视图查看方法04●掌握PCB的设计规则检查05●掌握PCB的各种报表生成06项目实施07任务10.1设计前的准备工作08绘制原理图元器件符号在原理图中，双电源部分采用的电源稳压芯片MC7812和MC7912、功放集成芯片TAD2030、集成运放NE5532和双联电位器Rp等元器件在原理图元器件库中没有，需要自行设计这些元器件图形。1）三端稳压芯片MC7812的原理图符号如图10.2所示。绘制原理图元器件符号图10.2MC7812元器件图形符号图10.3MC7912元器件图形符号2）三端稳压芯片MC7912的原理图符号如图10.3所示。3）原理图中的双联电位器Rp1是在同一个封装中有两个联动调节的电位器，元件结构图如图10.4所示。绘制原理图元器件符号图10.4双联电位器元件结构图图10.5双联电位器元器件图形符号4）TAD2030为音频功放集成芯片，常用于各种中功率音响设备中，其外形符号如图10.6所示。绘制原理图元器件符号图10.6TAD2030元器件图形符号5）NE5532其元件结构图如图10.7所示，外形符号如图10.8所示。绘制原理图元器件符号元器件封装设计1）电解电容C1、C2的封装。封装图形如图10.9所示。图10.9电容封装RB.3/.642）LED指示灯D5的封装。封装图形如图10.10所示。元器件封装设计图10.10LED封装LED-43）C3、C4等所有无极电容的封装。封装图形如图10.11所示。元器件封装设计图10.11无极电容封装RAD-0.154）电解电容C5、C6的封装。封装图形如图10.12所示。元器件封装设计图10.12电解电容封装RB.3/.65）C7、C8等其余电解电容的封装。封装图形如图10.13所示。元器件封装设计图10.13电解电容封装RB.3/.56）功放集成芯片TAD2030的封装。封装图形如图10.14所示。元器件封装设计图10.14TAD2030封装GF20307）双联电位器Rp1、Rp2和Rp3的封装。封装图形如图10.15所示。元器件封装设计图10.15双联电位器封装SLR8）P1、P2等所有插头的封装。封装图形如图10.16所示。元器件封装设计图10.16插头的封装JP9）三端稳压集成芯片7812和7912的封装。封装图形如图10.17所示。元器件封装设计图10.17稳压芯片7812、7912的封装TO-220-1元器件封装设计任务10.2功率放大器电路原理图设计步骤1►新建项目文件。步骤2►新建原理图文件。步骤3►原理图设计。根据图10.1所示电路绘制功率放大器电路原理图。电路中各元器件的参数和封装信息如表10-1所示。表10-1功率放大器电路各元器件参数任务10.3PCB文件的创建与封装导入步骤4►新建PCB文件。步骤5►“PCB板选择项”属性设置。步骤6►系统颜色设置步骤7►原点标记元器件封装设计任务10.2功率放大器电路原理图设计步骤8►任意设定原点。步骤9►从坐标原点开始绘制一个5000mil×3200mil的方框。步骤10►放置螺丝孔。放置好螺钉孔的PCB板如图10.18所示。图10.18放置好螺钉孔的PCB步骤11►系统将自动检测即将加载到PCB编辑器中的文件“功率放大器.PcbDoc”中的网络和元器件封装是否正确。加载完成的PCB编辑器如图10.19所示。元器件封装设计任务10.2功率放大器电路原理图设计图10.19加载元器件后的PCB任务10.4PCB自动布局与手工调整从网络表中载入元器件封装后，元器件封装排列在电气边界之外，此时需要将这些封装放置在合适的位置上对其进行布局。用户在进行布局时，可以根据需要进行自动布局与手动布局相结合起来使用。PCB自动布局步骤12►打开“自动布局”对话框如图10.20所示。对话框中有两个单选框，分别为“分组布局”和“统计式布局”。图10.20自动布局中的分组布局1）分组布局：根据连接关系将元器件封装分组，然后按照几何关系放置元器件封装。2）统计式布局：根据统计算法放置元器件封装，使元器件封装之间的连线长度最短，该方式一般在元器件封装较多的电路中使用。PCB自动布局图10.21自动布局中的统计式布局步骤13►在本例中，采用分组布局，即在图10.20中选中“快速元件布局”复选框，单击“确认”按钮后系统开始自动布局。步骤14►布局结束，，删除网状的Room空间。自动布局完成后的效果如图10.22所示。PCB自动布局图10.22自动布局效果图手工布局调整手工布局调整主要是通过移动封装、旋转封装等方法合理地调整元器件封装的位置，减少网络飞线的交叉。但是需要注意的是，在手工布局调整的时候，一般情况下不能对封装进行翻转，翻转后该封装将与原封装形成镜像，无法完成安装。步骤15►调整元器件封装。手动布局调整后的功率放大器电路PCB板如图10.23所示。图10.23手动布局调整后的PCB手工布局调整步骤16►使用全局修改功能对标识符文本进行属性修改。修改标识符文本的PCB板如图10.24所示。图10.24修改标识符文本的PCB板步骤17►根据电气边框重新定义与电气边框相同的PCB形状。PCB的手动布线在PCB布线之前，需要对布线规则进行设置。步骤18►对PCB布线规则进行设置。步骤19►将当前工作层切换至TopLayer（顶层），在顶层进行PCB手动布线。顶层布线完成后的PCB电路板如图10.25所示。图10.25顶层布线完成后的PCBPCB的手动布线步骤20►板层和颜色中，将TopLayer（顶层）和TopOverlay（顶层丝印层）关闭。步骤21►将当前工作层切换至BottomLayer（底层），在底层进行PCB手动布线。底层布线完成后的PCB电路板如图10.26所示。图10.26底层布线完成后的PCBPCB的手动布线步骤22►板层和颜色中，将TopLayer（顶层）和TopOverlay（顶层丝印层）打开，此时PCB电路如图10.27所示。图10.27显示顶层和底层的PCB电路步骤23►在PCB板TopLayer（顶层）和BottomLayer（底层）分别进行整体覆铜，覆铜网络连接至GND。PCB的3D显示对PCB电路完成布线后，可以采用系统的3D视图功能，查看PCB的布局和布线是否合理。步骤24►显示三维PCB板，系统弹出一个后缀为“.PCB3D”的3D视图文件。功率放大电路的3D视图如图10.28所示。图10.28功率放大电路3D视图至此，功率放大电路PCB设计完成，完成后的PCB电路如图10.29所示。PCB的3D显示图10.29设计完成的功率放大电路PCBPCB的3D显示任务10.6设计规则检查在布线完成后，为了保证设计工作的正确性，如元器件的布局、布线等是否符合所定义的设计规则，需要对整个PCB进行DRC（DesignRuleCheck，设计规则检查），从而确定PCB是否存在不合理的地方，同时也需要确定所制定的规则是否符合PCB生成工艺的要求，一般检查有如下7个方面。（1）线与线、线与元器件焊盘、线与通孔、元器件焊盘与通孔、通孔与通孔之间距离是否合理，是否满足生产要求。（2）电源线与地线的宽度是否合适、电源与地线之间是否紧耦合，在PCB设计过程中是否有位置加宽地线。（3）对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短、加保护线、输入线与输出线是否分开等。PCB的3D显示任务10.6设计规则检查（4）模拟电路与数字电路是否有各自独立的地线（5）在PCB上绘制的图形、标注是否会造成信号短路（6）PCB是否加有工艺线，阻焊是否合适，是否符合生产工艺要求，字符标志是否压在元器件的焊盘上，影响PCB上元器件安装质量。（7）多层PCB的电源地层的外框是否缩小，如电源地层铜箔露出板外容易造成短路。设计规则检查分为在线自动检测和手工检查两种方式，下面就分别对两种检查方式的使用和设置进行讲述。在线自动检测ProtelDXP2004SP2支持在线的规则检查，在PCB设计过程中按照“设计规则”中设置的规则，自动进行检查。如有错误，则高亮显示，软件系统默认的高亮显示颜色为鲜绿色。步骤25►在线自动检测设置，如图10.30所示。图10.30在线自动检测设置步骤26►设置PCB板层次颜色。手工检查步骤27►执行“设计规则检查器”对话框，如图10.31所示。图10.31“设计规则检查器”对话框该对话框分为左右两个窗口，在对话框的左侧为检查规则项目列表，右侧为项目的具体内容。手工检查对话框左侧分为“ReportOptions”和“RulesToCheck”两项内容。ReportOptions为报告内容设置，若选中该项，右侧窗口将显示DRC报告的内容，可以在复选框中自行勾选。RulesToCheck为检查规则设置，若选中该项，右侧窗口显示检查的规则，这些规则在布线规则设置时已经设置过。右侧窗口中有“在线”和“批处理”两种检查方式。步骤28►本例中所有设置采用默认设置。本项目设计的功率放大器电路的设计规则检查报告如下。ProtelDesignSystemDesignRuleCheckPCBFile:\教材\电路设计\功率放大电路设计.PcbDocDate:2017/11/25手工检查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手工检查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)手工检查RuleViolations:0ProcessingRule:ClearanceConstraint(Gap=27mil)(All),(All)RuleViolations:0ProcessingRule:Broken-NetConstraint((All))RuleViolations:0ProcessingRule:Short-CircuitConstraint(Allowed=No)(All),(All)RuleViolations:0手工检查ViolationsDetected:4TimeElapsed:00:00:00从本例的设计规则检查报告发现，PCB存在4处违规，即PCB中放置的作为螺丝孔的4个自由焊盘。由于该违规信息对整个PCB电路不构成影响，故可以忽略。手工检查任务10.7各种报表的生成ProtelDXP2004SP2的PCB设计系统提供了生成各种报表的功能，可以为用户提供有关设计内容的详细资料，主要是为设计者提供PCB信息、引脚信息、元器件封装信息、布线信息及网络信息等。另外，在完成PCB的设计之后，还要打印输出各种常用报表，以方便用户对文档的管理。生成PCB信息报表PCB信息报表的作用在于为用户提供一个PCB的完整信息，包括PCB的尺寸，PCB上的焊点、过孔的数量，以及PCB板上的元器件标号等信息。生成PCB信息报表步骤29►打开“PCB信息”对话框，如图10.32所示。图10.32“PCB信息”对话框“一般”选项卡在“PCB信息”对话框的“一般”选项卡中，显示PCB的一般信息，包括PCB的尺寸，PCB上各种图元的数量，以及DRC规则的数量等。在对话框中的“元件”选项卡中，显示当前PCB上元器件的数量、序号，以及元器件所在层等信息，如图10.33所示。在对话框中的“网络”选项卡中，显示当前PCB的网络信息，如图10.34所示。“网络”选项卡中的“电源/地”按钮用来查看PCB内部电源/接地层信息。由