《电子工艺第七讲》PPT课件.ppt

第5章 装配焊接与连接工艺 第5章 装配焊接与连接工艺 5.1 整机装配工艺过程 5.2 焊接工艺 5.3 印制电路板的组装 5.4 整机调试与老化 5.1 整机装配工艺过程 5.1.1 整机装配工艺过程 整机装配工艺过程即为整机的装接工序安排，就是以设计文件为依据，按照工艺文件的工艺规程和具体要求，把各种电子元器件、机电元件及结构件装连在印制电路板、机壳、面板等指定位置上，构成具有一定功能的完整的电子产品的过程。 整机装配工艺过程根据产品的复杂程度、产量大小等方面的不同而有所区别。但总体来看，有装配准备、部件装配、整件调试、整机检验、包装入库等几个环节，如图5.1所示。5.1 整机装配工艺过程 装配准备 部件装配 整件调试 整机检验 包装入库元器件、辅助件的加工 工具、设备准备 印制板装配技术文件准备 生产组织准备 机壳、面板装配图5.1 整机装配工艺过程5.1 整机装配工艺过程 5.1.2 流水线作业法 通常电子整机的装配是在流水线上通过流水作业的方式完成的。 为提高生产效率，确保流水线连续均衡地移动，应合理编制工艺流程，使每道工序的操作时间(称节拍)相等。 流水线作业虽带有一定的强制性，但由于工作内容简单，动作单纯，记忆方便，故能减少差错，提高功效，保证产品质量。5.1 整机装配工艺过程 5.1 整机装配工艺过程 5.1.5 整机装配的顺序和基本要求 1. 整机装配顺序与原则 按组装级别来分，整机装配按元件级，插件级，插箱板级和箱、柜级顺序进行，如图5.2所示。 第四级组装箱、柜级第三级组装插箱板级第二 级组装插件级 （)（)（ )第一级组装元件级（) ( ( (图5.2 整机装配顺序 元件级：是最低的组装级别，其特点是结构不可分割。 插件级：用于组装和互连电子元器件。 插箱板级：用于安装和互连的插件或印制电路板部件。 箱、柜级：它主要通过电缆及连接器互连插件和插箱，并通过电源电缆送电构成独立的有一定功能的电子仪器、设备和系统。 整机装配的一般原则是：先轻后重，先小后大，先铆后装，先装后焊，先里后外，先下后上，先平后高，易碎易损坏后装，上道工序不得影响下道工序。5.1 整机装配工艺过程 2. 整机装配的基本要求 (1) 未经检验合格的装配件(零、部、整件)不得安装，已检验合格的装配件必须保持清洁。 (2) 认真阅读工艺文件和设计文件，严格遵守工艺规程。装配完成后的整机应符合图纸和工艺文件的要求。 (5) 严格遵守装配的一般顺序，防止前后顺序颠倒，注意前后工序的衔接。 (4) 装配过程不要损伤元器件，避免碰坏机箱和元器件上的涂覆层，以免损害绝缘性能。 (5) 熟练掌握操作技能，保证质量，严格执行三检(自检、互检和专职检验)制度。 5.1 整机装配工艺过程 5.1.4 整机装配的特点及方法 1. 组装特点 电子设备的组装在电气上是以印制电路板为支撑主体的电子元器件的电路连接，在结构上是以组成产品的钣金硬件和模型壳体，通过紧固件由内到外按一定顺序的安装。电子产品属于技术密集型产品，组装电子产品的主要特点是： (1) 组装工作是由多种基本技术构成的。 5.1 整机装配工艺过程 (2) 装配操作质量难以分析。在多种情况下，都难以进行质量分析，如焊接质量的好坏通常以目测判断，刻度盘、旋钮等的装配质量多以手感鉴定等。 (3) 进行装配工作的人员必须进行训练和挑选，不可随便上岗。 2. 组装方法 组装在生产过程中要占去大量时间，因为对于给定的应用和生产条件，必须研究几种可能的方案，并在其中选取最佳方案。目前，电子设备的组装方法从组装原理上可以分为： (1) 功能法。这种方法是将电子设备的一部分放在一个完整的结构部件内，该部件能完成变换或形成信号的局部任务(某种功能)。 (2) 组件法。这种方法是制造出一些外形尺寸和安装尺寸上都统一的部件，这时部件的功能完整退居次要地位。 (3) 功能组件法。这是兼顾功能法和组件法的特点，制造出既有功能完整性又有规范化的结构尺寸和组件。 锡焊的必备条件 1、焊件必须具有良好的可焊性 2、焊件表面必须保持清洁 3、要使用合适的助焊剂 4、焊件要加热到适当的温度 5、合适的焊接时间5.2 焊接工艺 5.2 焊接工艺 5.2.1 镀锡技术 镀锡就是预先在元器件的引线、导线端头和各类线端子上挂上一层薄而均匀的焊锡，以便整机装配时顺利进行焊接工作。 1. 镀锡方法 导线端头和元器件引线的镀锡方法有电烙铁镀锡、镀锡槽镀锡和超声波镀锡，三种方法的镀锡温度和镀锡时间见表5.1。 表5.1 镀锡温度和时间5.2 焊接工艺 5.2 焊接工艺 1) 电烙铁镀锡 电烙铁镀锡适用于少量元器件和导线焊接前的镀锡，如图5.5所示。镀锡前应先去除元器件引线和导线端头表面的氧化层，清洁烙铁头的工作面，然后加热引线和导线端头，在接触处加入适量有焊剂芯的焊锡丝，烙铁头带动融化的焊锡来回移动，完成镀锡。 导线 烙铁头图5.5 电烙铁镀锡5.2 焊接工艺 5.2 焊接工艺 2) 镀锡槽镀锡 镀锡槽镀锡如图5.4所示。镀锡前应刮除焊料表面的氧化层，将导线或引线沾少量焊剂，垂直插入镀锡槽焊料中来回移动，镀锡后垂直取出。对温度敏感的元器件引线，应采取散热措施，以防元器件过热损坏。 加热器引线或导线端头搪锡槽 焊料图5.4 镀锡槽镀锡 5.2 焊接工艺 5.2 焊接工艺 5) 超声波镀锡 超声波镀锡机发出的超声波在熔融的焊料中传播，在变幅杆端面产生强烈的空化作用，从而破坏引线表面的氧化层，净化引线表面。因此事先可不必刮除表面氧化层，就能使引线被顺利地镀上锡。把待镀锡的引线沿变幅杆的端面插入焊料槽焊料中，并在规定的时间内垂直取出即完成镀锡，如图5.5所示。 加热器元器件 焊料槽变幅杆 图5.5 超声波镀锡 5.2 焊接工艺 5.2 焊接工艺 2. 镀锡的质量要求及操作注意事项 (1) 质量要求。经过镀锡的元器件引线和导线端头，其根部与离镀锡处应留有一定的距离，导线留1 mm，元器件留2 mm以上。 (2) 镀锡操作应注意的事项如下： 通过镀锡操作，熟悉并严格控制镀锡的温度和时间。 当元器件引线去除氧化层且导线剥去绝缘层后，应立即镀锡，以免再次氧化或沾污。 5.2 焊接工艺 对轴向引线的元器件镀锡时，一端引线镀锡后，要等元器件充分冷却后才能进行另一端引线的镀锡。 部分元器件，如非密封继电器、波段开关等，一般不宜用镀锡槽镀锡，可采用电烙铁镀锡。镀锡时严防焊料和焊剂渗入元器件内部。 5.2 焊接工艺 在规定的时间内若镀锡质量不好，可待镀锡件冷却后，再进行第二次镀锡。若质量依旧不好，应立即停止操作并找出原因。 经镀锡处理的元器件和导线要及时使用，一般不得超过三天，并需妥善保存。 镀锡场地应通风良好，及时排除污染气体。 5.2 焊接工艺 5.2.2 元器件引线的成形和屏蔽导线的端头处理 1. 元器件引线的成形 为了便于安装和焊接，提高装配质量和效率，加强电子设备的防震性和可靠性，在安装前，根据安装位置的特点及技术方面的要求，要预先把元器件引线弯曲成一定的形状。 5.2 焊接工艺 手工操作时，为了保证成形质量和成形的一致性，也可应用简便的专用工具，如图5.6所示。图5.6(a)为模具，图5.6(b)为卡尺，它们均可方便地把元器件引线成形为图5.6(c)的形状。 (b)(a)AB (b)(a)AB AB(c)R图5.6 引线成形重要工具 5.2 焊接工艺 2. 引线成形的技术要求 (1) 引线成形后，元器件本体不应产生破裂，表面封装不应损坏，引线弯曲部分不允许出现模印、压痕和裂纹。 (2) 引线成形后，其直径的减小或变形不应超过10%，其表面镀层剥落长度不应大于引线直径的1/10。 (3) 若引线上有熔接点，则在熔接点和元器件本体之间不允许有弯曲点，熔接点到弯曲点之间应保持2 mm的间距。 (4) 引线成形尺寸应符合安装要求。 弯曲点到元器件端面的最小距离A不应小于2 mm，弯曲半径R应大于或等于2倍的引线直径，如图5.7所示。图中，A2 mm；R2d (d为引线直径)；h在垂直安装时大于等于2 mm，在水平安装时为02 mm。 A Rh Ah A R图5.7 引线成形基本要求 5.2 焊接工艺 半导体三极管和圆形外壳集成电路的引线成形要求如图5.8所示。图中除角度外，单位均为mm。45 5 5 R2 (a) (b)45图5.8 三极管及圆形外壳引线成形基本要求(a) 三极管；(b) 圆形外壳集成电路 扁平封装集成电路的引线成形要求如图5.9所示。图中W为带状引线厚度，R2W，带状引线弯曲点到引线根部的距离应大于等于1 mm。 (5) 引线成形后的元器件应放在专门的容器中保存，元器件的型号、规格和标志应向上。 WWRR 1 4590图5.9 扁平集成电路引线成形基本要求 5. 屏蔽导线的端头处理 为了防止导线周围的电场或磁场干扰电路正常工作而在导线外加上金属屏蔽层，即构成了屏蔽导线。在对屏蔽导线进行端头处理时应注意去除的屏蔽层不宜太多，否则会影响屏蔽效果。屏蔽线是两端接地还是一端接地要根据设计要求来定，一般短的屏蔽线均采用一端接地。 屏蔽导线端头去除屏蔽层的长度如图5.10所示。具体长度应根据导线的工作电压而定，通常可按表5.2中的数据选取。 导线 绝缘层 屏蔽层去屏蔽层长度图5.10 屏蔽导线去屏蔽层的长度 表5.2 去除屏蔽层的长度 通常应在屏蔽导线线端处剥落一段屏蔽层，并做好接地焊接的准备，有时还要加接导线及进行其他的处理。现分述于下： (1) 剥落屏蔽层并整形镀锡。如图5.11(a)所示，在屏蔽导线端部附近把屏蔽层开个小孔，挑出绝缘导线，并按图5.10(b)所示，把剥落的屏蔽层编织线整形并镀好一段锡。 (a) (b)图5.11 剥落屏蔽层并整形镀锡(a) 挑出导线；(b) 整形镀锡 焊点图5.12 加焊接地导线 (2) 在屏蔽层上加接导线。有时剥落的屏蔽层长度不够，需加焊接地导线，可按图5.12所示，把一段直径为0.50.8 mm的镀银铜线的一端绕在已剥落的并经过整形镀锡处理的屏蔽层上，绕约25圈并焊牢。 有时也可不剥落屏蔽层，而在剪除一段金属屏蔽层后，选取一段适当长度的导电良好的导线焊牢在金属屏蔽层上，再用绝缘套管或热缩性套管，从如图5.15所示的方向套住焊接处，以起到保护焊接点的作用。 焊点套管 焊点图5.15 加套管的接地线焊接 5.2.5 电缆的加工 1. 棉织线套低频电缆的端头绑扎 棉织线套多股电缆一般用作经常移动的器件的连线，如电话线、航空帽上的耳机线及送话器线等。绑扎端头时，根据工艺要求，先剪去适当长度的棉织线套，然后用棉线绑扎线套端，缠绕宽度48 mm，缠绕方法见图5.14。拉紧绑线后，将多余绑线剪掉，在绑线上涂以清漆Q98-1胶。 48cm 拉紧图5.14 棉织线套低频电缆的端头绑扎 D d图5.15 同轴射频电缆 2. 绝缘同轴射频电缆的加工 对绝缘同轴射频电缆进行加工时，应特别注意芯线与金属屏蔽层间的径向距离，如图5.15所示。 dDZ lg 138其中，Z为特性阻抗()；D为金属屏蔽层直径；d为芯线直径；为介质损耗。 如果芯线不在屏蔽层的中心位置，则会造成特性阻抗不准确，信号传输受到损耗。焊接在射频电缆上的插头或插座要与射频电缆相匹配，如50的射频电缆应焊接在50的射频插头上。焊接处芯线应与插头同心。射频同轴电缆特性阻抗计算公式如下： 5. 扁电缆的加工 扁电缆又称带状电缆，是由许多根导线结合在一起，相互之间绝缘，整体对外绝缘的一种扁平带状多路导线的软电缆。这种电缆造价低、重量轻、韧性强、使用范围广，可用作插座间的连接线、印制电路板之间的连接线及各种信息传递的输入/输出柔性连接。 剥去扁电缆绝缘层需要专门的工具和技术。最普通的方法是使用摩擦轮剥皮器的剥离法。如图5.16所示，两个胶木轮向相反方向旋转，对电缆的绝缘层产生摩擦而熔化绝缘层，然后绝缘层熔化物被抛光刷刷掉。如果摩擦轮的间距正确，就能整齐、清洁地剥去需要剥离的绝缘层。 胶木轮 扁电缆图5.16 用摩擦轮剥皮器剥去扁电缆绝缘层 图5.17是一种用刨刀片去除扁电缆绝缘层的方法。刨刀片可用电加热，当刨刀片被加热到足以熔化绝缘层时，将刨刀片压紧在扁电缆上，按图示方向拉动扁电缆，绝缘层即被刮去。剥去了绝缘层的端头可用抛光的方法或用合适的溶剂清理干净。 扁电缆与电路板的连接常用焊接或专用固定夹具完成。 刨刀片 靠板 扁电缆端头扁电缆图5.17 用刨刀片剥扁电缆绝缘层 5.3.1 印制电路板装配工艺 1. 元器件在印制板上的安装方法 元器件在印制板上的安装方法有手工安装和机械安装两种，前者简单易行，但效率低，误装率高；后者安装速度快，误装率低，但设备成本高，引线成形要求严格。一般有以下几种安装形式： 5.3 印制电路板的组装 5.3 印制电路板的组装 1) 贴板安装。其安装形式如图5.18所示，它适用于防震要求高的产品。元器件贴紧印制基板面，安装间隙小于1 mm。当元器件为金属外壳，安装面又有印制导线时，应加垫绝缘衬垫或绝缘套管。 Bd R2d B5 mm B图5.18 贴板安装 5.3 印制电路板的组装 (2) 悬空安装。其安装形式如图5.19所示，它适用于发热元件的安装。元器件距印制基板面要有一定的距离，安装距离一般为58 mm。5.3 印制电路板的组装 A5 mm45A A 45图5.19 悬空安装5.3 印制电路板的组装 (5) 垂直安装。其安装形式如图5.20所示，它适用于安装密度较高的场合。元器件垂直于印制基板面，但大质量细引线的元器件不宜采用这种形式。 (4) 埋头安装。其安装形式如图5.21所示。这种方式可提高元器件防震能力，降低安装高度。由于元器件的壳体埋于印制基板的嵌入孔内，因此又称为嵌入式安装。5.3 印制电路板的组装 图5.20 垂直安装 5.3 印制电路板的组装 R2 d图5.21 埋头安装5.3 印制电路板的组装 (5) 有高度限制时的安装。其安装形式如图5.22所示。元器件安装高度的限制一般在图纸上是标明的，通常处理的方法是垂直插入后，再朝水平方向弯曲。对大型元器件要特殊处理，以保证有足够的机械强度，经得起振动和冲击。5.3 印制电路板的组装 粘合剂 扎线扣图5.22 有高度限制时的安装 5.3 印制电路板的组装 (6) 支架固定安装。其安装形式如图5.25所示。这种方式适用于重量较大的元件，如小型继电器、变压器、扼流圈等，一般用金属支架在印制基板上将元件固定。5.3 印制电路板的组装 粘合剂支架图5.25 有固定支架的安装5.3 印制电路板的组装 2. 元器件安装注意事项 (1) 元器件插好后，其引线的外形有弯头时，要根据要求处理好，所有弯脚的弯折方向都应与铜箔走线方向相同，如图5.24(a)所示。图5.24 (b)、(c)所示的走线方向则应根据实际情况处理。 (a) (b) (c)图5.24 引线弯脚方向 (2) 安装二极管时，除注意极性外，还要注意外壳封装，特别是在玻璃壳体易碎，引线弯曲时易爆裂的情况下，在安装时可将引线先绕12圈再装。 (5) 为了区别晶体管和电解电容等器件的正负端，一般是在安装时，加带有颜色的套管以示区别。 (4) 大功率三极管一般不宜装在印制板上，因为它发热量大，易使印制板受热变形。5.3 印制电路板的组装 5.3.2 印制电路板组装工艺流程 1. 手工方式 在产品的样机试制阶段或小批量试生产时，印制板装配主要靠手工操作，即操作者把散装的元器件逐个装接到印制基板上。其操作顺序是： 待装元件引线整形插件调整位置剪切引线固定位置焊接检验。 对于这种操作方式，每个操作者都要从头装到结束，效率低，而且容易出差错。 对于设计稳定，大批量生产的产品，印制板装配工作量大，宜采用流水线装配。这种方式可大大提高生产效率，减少差错，提高产品合格率。 流水操作是把一次复杂的工作分成若干道简单的工序，每个操作者在规定的时间内完成指定的工作量(一般限定每人约6个元器件插件的工作量)。 每拍元件(约6个)插入全部元器件插入一次性切割引线一次性锡焊检查。 引线切割一般用专用设备割头机一次切割完成，锡焊通常用波峰焊机完成。 2. 自动装配工艺流程 手工装配使用灵活方便，广泛应用于各道工序或各种场合，但速度慢，易出差错，效率低，不适应现代化生产的需要。尤其是对于设计稳定、产量大和装配工作量大而元器件又无需选配的产品，宜采用自动装配方式。 (1) 自动装配工艺过程。自动装配工艺过程框图如图5.25所示。经过处理的元器件装在专用的传输带上，间断地向前移动，保证每一次有一个元器件进到自动装配机的装插头的夹具里。 (补焊孔)贴胶带纸 电路板铆孔 定位装配电路板元器件自动插装编带机编织插件料带编辑编带程序 自动控制 元器件成形手工插装散热器安装 插件检验 上焊接夹具图5.25 电路板自动装配工艺流程 (2) 自动装配对元器件的工艺要求。自动插装是在自动装配机上完成的，对元器件装配的一系列工艺措施都必须适合于自动装配的一些特殊要求，并不是所有的元器件都可以进行自动装配，在这里最重要的是采用标准元器件和尺寸。 5.4 整机调试与老化 5.4.1 整机调试的内容和程序 1. 调试工作的主要内容 调试一般包括调整和测试两部分工作。整机内有电感线圈磁心、电位器、微调可变电容器等可调元件，也有与电气指标有关的机械传动部分、调谐系统部分等可调部件。 调试的主要内容如下： (1) 熟悉产品的调试目的和要求。 (2) 正确合理地选择和使用测试所需要的仪器仪表。 (3) 严格按照调试工艺指导卡，对单元电路板或整机进行调试和测试。调试完毕，用封蜡、点漆的方法固定元器件的调整部位。 (4) 运用电路和元器件的基础理论知识分析和排除调试中出现的故障，对调试数据进行正确处理和分析。 2. 整机调试的一般程序 电子整机因为各自的单元电路的种类和数量不同，所以在具体的测试程序上也不尽相同。通常调试的一般程序是：接线通电、调试电源、调试电路、全参数测量、温度环境试验、整机参数复调。 (1) 接线通电。按调试工艺规定的接线图正确接线，检查测试设备、测试仪器仪表和被调试设备的功能选择开关、量程挡位及有关附件是否处于正确的位置。经检查无误后，方可开始通电调试。 (2) 调试电源。调试电源分三个步骤进行： 电源的空载初调。 等效负载下的细调。 真实负载下的精调。 (3) 电路的调试。电路的调试通常按各单元电路的顺序进行。 (4) 全参数测试。经过单元电路的调试并锁定各可调元件后，应对产品进行全参数的测试。 (5) 温度环境试验。温度环境试验用来考验电子整机在指定的环境下正常工作的能力，通常分低温试验和高温试验两类。 (6) 整机参数复调。在整机调试的全过程中，设备的各项技术参数还会有一定程度的变化，通常在交付使用前应对整机参数再进行复核调整，以保证整机设备处于最佳的技术状态。 5.4.2 整机的加电老化 1. 加电老化的目的 整机产品总装调试完毕后，通常要按一定的技术规定对整机实施较长时间的连续通电考验，即加电老化试验。加电老化的目的是通过老化发现并剔除早期失效的电子元器件，提高电子设备工作可靠性及使用寿命，同时稳定整机参数，保证调试质量。 2.加电老化的技术要求 整机加电老化的技术要求有：温度、循环周期、积累时间、测试次数和测试间隔时间等几个方面。 (1)温度。整机加电老化通常在常温下进行。有时需对整机中的单板、组合件进行部分的高温加电老化试验，一般分三级：402、552和702。 (2)循环周期。每个循环连续加电时间一般为4小时，断电时间通常为0.5小时。 (3)积累时间。加电老化时间累计计算，积累时间通常为 200小时，也可根据电子整机设备的特殊需要适当缩短或加长。 (4)测试次数。加电老化期间，要进行全参数或部分参数的测试，老化期间的测试次数应根据产品技术设计要求来确定。 (5)测试间隔时间。测试间隔时间通常设定为8小时、12小时和24小时几种，也可根据需要另定。 3.加电老化试验大纲 整机加电老化前应拟制老化试验大纲作为试验依据，老化试验大纲必须明确以下主要内容： (1)老化试验的电路连接框图； (2)试验环境条件、工作循环周期和累积时间； (3)试验需用的设备和测试仪器仪表； (4)测试次数、测试时间和检测项目； (5)数据采集的方法和要求； (6)加电老化应注意的事项。 4.加电老化试验的一般程序 (1)按试验电路连接框图接线并通电。 (2)在常温条件下对整机进行全参数测试，掌握整机老化试验前的数据。 (3)在试验环境条件下开始通电老化试验。 (4)按循环周期进行老化和测试。 (5)老化试验结束前再进行一次全参数测试，以作为老化试验的最终数据。 (6)停电后，打开设备外壳，检查机内是否正常。 (7)按技术要求重新调整和测试。 音频功放的基本原理简介选择功率放大器的时候，首先要注意它的一些技术指标： 1、输入阻抗：通常表示功率放大器的抗干扰能力的大小，一般会在5000-15000， 2、失真度：指输出信号同输入信号相比的失真程度，数值越小质量越好，一般在0.05以下； 3、信噪比：是指输出信号当中音乐信号和噪音信号之间的比例，数值越大代表声音越干净。 4、输出类型2声道和4声道扬声器只能推动前后扬声器，而低音炮只能再另配功放， 5、功率放大器的输出功率也要尽量大于扬声器的额定功率。 功率放大器的性能指标无论AV放大器和Hi-Fi功放对功率放大器要求十分严格输出功率频率响应失真度信噪比输出阻抗阻尼系数等 （一）、输出功率 1、额定功率（RMS） 它指在一定的谐波范围内功放长期工作所能输出的最大功率。经常把谐波失真度为1%时的平均功率称为额定输出功率或最大有用功率、持续功率、不失真功率等。 2、最大输出功率 当不考虑失真大小时，功放电路的输出功率 3、音乐输出功率（MPO） 音乐输出功率是指功放电路工作于音乐信号时的输出功率，也就是输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。 4、峰值音乐输出功率（PMPO） 它是最大音乐输出功率，是功放电路的另一个动态指标，若不考虑失真度功放电路可输出的最大音乐功率就是峰值音乐 输出功率。 （二）、频率响应频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力，功率放大器的频响范围应不底于人耳的听觉频率范围，因而在理想情况下，主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20kHz。国际规定一般音频功放的频率范围是40-16 kHz1.5dB。 （三）、失真 失真是重放音频信号的波形发生变化的现象。主要有谐波失真、互调失真、瞬态失真等。 （四）、动态范围放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是放大器的动态范围。实际运用时，该比值使用dB来表示两信号的电平差，高保真放大器的动态范围应大于90 dB。 （五）、信噪比 信噪比是指声音信号大小与噪声信号大小的比例关系，将攻放电路输出声音信号电平与输出的各种噪声电平之比的分贝数称为信噪比的大小。 （六）、输出阻抗和阻尼系数 1、输出阻抗 功放输出端与负载（扬声器）所表现出的等效内阻抗称为功放的输出阻抗。 2、阻尼系数 阻尼系数：是指放大器的额定负载(扬声器)阻抗与功率放大器实际阻抗的比值。阻尼系数大表示功率放大器的输出电阻小，阻尼系数是放大器在信号消失后控制扬声器锥体运动的能力。具有高阻尼系数的放大器，对于扬声器更象一个短路，在信号终止时能减小其振动。 功率放大器的输出阻抗会直接影响扬声器系统的低频Q值，从而影响系统的低频特性。扬声器系统的Q值不宜过高，一般在05l范围内较好，功率放大器的输出阻抗是使低频Q值上升的因素，所以一般希望功率放大器的输出阻抗小、阻尼系数大 为好。阻尼系数一般在几十到几百之间，优质专业功率放大器的阻尼系数可高达200以上。 音响放大器的基本组成话筒放大器磁带录音机混和前置放大器音调控制器功率放大器 音响放大器组成框图话筒 框图所示各部分的作用如下：（1）话筒放大器 话筒又称传声器，其作用是把声音信号转换为电信号，通常将输出阻抗低于600的称之为低阻话筒，而将输出阻抗高于600的称之为高阻话筒。此外，选用话筒时还应考虑频率响应，固有噪声等要求。 话筒放大器的作用是高保真的放大较微弱的声音信号。用作话筒放大器的运放组件除了要求输入失调电压小、低噪声外，还要求其输入阻抗远大于话筒的输出阻抗，一般而言，双极性运算放大器适合于低阻抗话筒。FET型运算放大器适合于高阻抗话筒。 （2）混和前置放大器 混和前置放大器的作用是把CD唱片或磁带录音机的音乐信号与声音信号进行混和放大，通常可用如图2.4.2所示反相加法器电路构成。图中U1和U2分别为上述的音乐信号和声音信号。 R1RfR2U1 UoU2图2.4.2混和前置放大器 （3）音调控制器 音调控制器的功能是根据需要按一定的规律调节音响放大器输出信号的频率响应，从而达到补偿声学特性，美化音色等目的。它能对音频范围内的若干个频段点分别进行提升和衰减。某一频段点的理想频率特性控制曲线如下图所示，而虚线为实际频率特性控制曲线。 0 fHX20173-17-20-3Au/dB f /Hzfof L1 fL2 fH1 fH2 fLX 20dB/10倍频频率特性控制曲线 图中fo1kHz中音频率（亦称中心频率），要求增益Aum=0dB；fL1低音转折频率，一般为几十赫兹；fL210fL1 中音转折频率；fH1 中音转折频率；fH210fH1高音转折频率，一般为几十千赫兹。 由图可见，音调控制器只对低音或高音的增益进行提升或衰减，而保持中音的增益不变。因此，音调控制器电路可由低通滤波器和高通滤波器共同组成。 音调控制器可由运算放大器构成，但目前更多的是由集成电路构成。为了解和掌握音调控制电路的基本原理和分析方法，下面将图2.4.4所示简单实用的音调控制器作比较详尽的分析。 Rw1R1 R2C1 C2C3C4 C5+ + Rw2Ui UoR3R4图 由运放构成的音调控制器A 中频区频率特性分析 通常使C1C2 C3；R1R2；并使在中频区C3可视为开路，在中、高音频区C1、C2可视为短路。这样，可绘出中音频区的音调控制器等效电路如图2.4.5所示，显然，其电压增益Aum0dB R1 R2R4Ui Uo图 音调控制器的中频等效电路A R1 Rw2 R2UiUoR4C1（b）低频衰减 图 音调控制器的低频等效电路 Ui UoR1 R2Rw1C2R4（a）低频提升A A 低频区频率特性分析 在低频区，音调控制器的等效电路如图2.4.6所示。其中（a）为Rw1的滑臂在左端，对应于低频提升最大的情况，（b）为Rw2的滑臂在右端，对应于低频衰减最大的情况。 分析表明，图2.4.6（a）所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其传输函数表达式 121 21 11 jjR RRUUjA WiO 式中： 1 w1 21R C w1 32 w1 2 2R RR R C 当ffL1时，C2可视为开路，同时，R4的影响通常可以忽略，即认为R4支路短路，于是从图（a）可得电压增益为 当，考虑到，由（2.4.1）可得 w1 2uL 1R RA R j jR RRA W 1 1.011 21u1 j jR RRA W 1 1.011 21u1 其模为 可见电压增益Au1相对于AuL下降了3dB。当时，由式（2.4.1）可得uL2u1 w1 12 2ARA R R jjR RRA W 10111 21u2 其模为此时电压增益相对于AuL下降了17dB。由图2.4.3的实线可以看出，在的范围内，电压增益的衰减速率为20dB/10倍频。亦即6dB/倍频。可用同样方法对图2.4.6（b）进行分析，并不难得出其增益相对于中频的衰减量，uL1 21u1 14.0102 AR RRA W 高频区频率特性分析 在高频区，音调控制器的等效电路如下图（a）所示。为便于分析可先将星形连接的R1、R2、R4转换成三角形连接，转换后的电路如图2.4.7（b）所示。 UoR1R2Rw2R4R3C3（a）（b）图 音调控制器的高频等效电路UoUiRa RbC3R3 Rw2RCA A高频区音调控制器等效电路转换后的音调控制器等效电路 若取 ，则可写出转换前后的电阻关系为 当Rw2的滑臂至最左端和最右端时，可将上图（b）所示电路分别绘成下图（a）和（b）所示电路。1 2 4R R R a b c 1 2 43 3 3R R R R R R UoUi C3 RbRa（a）高频提升UoUi Ra C3 R3Rb（b）高频衰减 可以看出，上图（a）所示电路为一阶有源高通滤波器，其传输函数为 o b 3i a 41 j /j 1 j /U RA U R 3 3 31( )aR R C 4 3 31R C 按上述低频等效电路的同样的分析方法，可得下列结果： 时，C3可视为开路，电压增益（0 dB） 时， （3 dB） 时， （17 dB） 时，可视为短路，此时电压增益为 H1f f H1f f u3 um2 2A A H2f f H2f f u4 um10 7.072A A a 3uH 3R RA R 由图2.4.3的右半部实线可以看出，在 的范围内，电压增益的提升速率为20 dB/10倍频，亦即6 dB/倍频。 可用同样的方法对图2.4.8（b）进行分析，并不难得出其增益相对于中频的衰减量。 在实际设计时，一般是给出低频区某频率fLX处和高频区某频率fHX处的提升量或衰减量X（dB），再根据以下两式分别求出转折频率fL2 (fL1)和fH1 (fH2) ，即H1 HX H2f f f 6LXL2 2Xff H2H1 /62Xff 例如，当要求低频区80Hz处有14 dB的控制范围，则可按上式求出fL2 =400Hz，再按 的关系求得fL1 =40Hz。L2L1 10ff 设计举例设计一音响放大器，要求具有音调输出控制，对话筒与录音机的输出信号进行扩音。已知条件：电源电压为12V，当输入信号Ui为7.4mV（有效值）时，输出额定功率为1W，功放板一块，8/2W负载电阻一只，8/5W扬声器一只。每个实验台配录音机一台，耳麦一付。主要技术指标： 额定功率 Po=1W（THD5k 设计过程 首先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计算各级电路的参数，通常从功放级开始向前逐级计算。需要设计的电路为话筒放大器，混和前置放大器，音调控制器及功率放大器。根据题意要求，输入信号Ui为7.4mV时，输出功率最大值为1W，因此电路系统的总电压增益380（51.6dB），各级增益分配如图2.4.11所示。功放级增益Au4由集成功放块决定，取Au450（34dB），音调控制级在fo=1kHz时，增益应为1（0dB）。话筒级与混和级一般采用运算放大器，但会受到增益带宽积的限制，各级增益不宜太大，取Au17.6（17.7dB），Au21（0dB）。 Au1 Au2 Au3 Au47.6倍1倍1倍50倍话放级混和级音调级功放级7.4mV 56mV 56mV 56mV 2.8V17.7dB 0dB 0dB 34dBAu=380倍（51.6dB） 图2.4.11 各级电压增益分配 功率放大器设计U i C1 +2.2F 12 TDA2003 VCC100F0.1FC3 +C 2+470F CX 39nF C4+1000F C5 100nFRX39R1R 2 R32202.21R 3 45 图 TDA2003典型应用电路 C0 1u4 2 50RA R 音调控制器（含音量控制）设计运算放大器选用通用运放A741，其中RP33为音调控制电位器，其滑臂在最上端时，音响放大器输出最大功率。由上面式子得到转折频率fL2及fH1： 6L2 LX 2 400Xf f Hz L2L1 4010ff Hz 即21 6 2.52H XH ff kHz H2 H110 25f f kHz 即 w1 32uL 31 20R RA dBR 有前式得 R31、R32、Rw1不能取得太大，否则运放漂移电流的影响不可忽略，但也不能太小，否则流过它们的电流将超出运放的输出能力。一般取几千欧几百千欧。现取Rw1470k, R31R3247 k。 w1 32 w1 uL 31 311 11(20.8 )R R RA dBR R L1 w1 3212f R C32 w1 L112C R f故得C32=0.008F ，取标称值0.01F,取C31C320.01F。a b c 1 2 43 3 3R R R R R R 由于 34 31 31 47R R R a 43 141R R k k a 3uH 3 20R RA dBR 由于 a33 14.110RR 故得k 取标称值13 k H2 3 312f R C由于33 3 212 HC R f 故得490pF 取标称值510 pF 取R W31RW32470 k，取RW3310 k，级间耦合电容与隔直电容C34C3510F。 D1 D2 D3 D4 IN4007*4 C8A 2200uF 2200uF C8B C9B0.1 C9A0.1 R1A 1K R1B1K R4A10K R4B10K C1A 1u C1B 1u R5A2.2K R5B2.2K C4A0.033 C4B 0.033 C5A0.033 C5B0.033 R2A 2.2K R2B 2.2K R6B5.1K R6A 5.1K R3A22K R3B22K C3A 0.022 1 1 2 2 C3B0.022 1 122 C2A 4.7uF 1 122 C2B 4.7uF U1 TDA2030 U2 TDA2030 C6A4.7uF C6B4.7uF R7A330 R7B330 R8A 22K R8B 22K C7A0.1u C7B0.1u R9A1 R9B1 11 22 LS1 LS2 -vcc -vcc -vcc +vcc +vcc 1 133 W 2 W2A50K 1 133 W 2 W3A50K 6 6 4 4 W 5W1B 50K 6 644 W 5 W2B50K 6 644 W 5 W3B50K 12 34 5 1 1 3 3 W 2W1A 50k +vcc T1 220V 音频输入 TDA2030音频功率放大器 双12V变压器 通过电源开关 为电路供电