资源描述
电子产品生产工艺与管理,-,学习情境,3,音频功率放大器电路的分析与制作,情境,3,任务提出,任务目标,相关知识,任务分析,任务制作,任务提出,下图为,一个音频功率放大器电路,，试分析其工作原理并制作该电路,任务目标,通过对,音频功率放大器电路的分析与制作，理解和掌握放大电路中反馈概念及常见的功率放大电路的组成和分析，能按工艺要求独立进行电路装配、测试和调试，并能独立排除装配、调试过程中出现的故障。,相关知识,1,、,基本知识,(1),反馈的基本概念,反馈的结构,放大器,A,输入量,X,i,输出量,X,o,反馈电路,F,反馈信号,X,f,净输入量,X,i,取,+,加强输入信号 正反馈 用于振荡,取,-,消弱输入信号 负反馈 用于放大器,开环放大器,闭环放大器,反馈的基本关系式,开环增益,反馈系数,闭环增益,当,AF1(,反馈较深,),时,(2),负反馈的类型,直流反馈和交流反馈,(,反馈信号的性质,),负反馈,直流反馈,交流反馈？,正反馈和负反馈,(,反馈极性,),判断法：瞬时极性法,先假设输入信号对地的极性,(,用表示,上升,，下降趋势用,表示,),。,按照信号在放大电路、反馈电路的传递路径，逐级标出有关点的瞬时极性。从而得到反馈信号的极性。,在放大电路的输入回路中比较反馈信号和输入信号的极性，看净输入量是增加还是减小，从而确定是正反馈还是负反馈。,负反馈,负反馈,电压反馈和电流反馈,(,反馈取自输出信号,),反馈信号取自输出电压，为电压反馈,反馈信号取自输出电流，为电流反馈,判断法：假设负载短路法,假设将负载,R,L,短路，也就是使输出电压为零。此时若反馈信号随输出电压为零而消失，则原来的反馈是电压反馈；若电路中仍然有反馈存在，则原来的反馈应该是电流反馈。,电流反馈,稳定输出电流,电压反馈,稳定输出电压,在三极管构成的共射极反馈放大电路中，存在以下一般规律：当反馈从集电极采样时为电压反馈；当反馈从发射极采样时为电流反馈。,串联反馈和并联反馈,(,反馈、输入信号比较,),串联反馈,并联反馈,在三极管构成的反馈放大电路中：若反馈接于三极管的基极为并联反馈；若反馈接于三极管的发射极则为串联反馈。,串联,并联,反馈的四种类型：,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,(3),负反馈对放大电路性能的影响,提高放大倍数的稳定性并展宽频带,当由于电路参数变化、电源电压波动、负载改变而引起输出量变化时，输出量的变化能通过反馈电路返回到输入端，使放大电路的净输入量向相反的方向改变，从而牵制了输出量的变化，使输出量趋于稳定。因而提高了放大倍数的稳定性。,耦合电容引起,三极管分布电容引起,BW,f,BW,减小非线性失真,开环,三极管非线性引起,闭环,对输入电阻和输出电阻的影响,对输入电阻的影响,无反馈,有反馈,由于,所以,引入串联负反馈可增大放大电路的输入电阻,无反馈,有反馈,引入并联负反馈减小了放大电路的输入电阻,由于,所以,对输出电阻的影响,电压负反馈使输出电阻减小,电压负反馈具有稳定输出电压的作用，从效果上来讲，相当于减小了输出电阻,R,o,。,电流负反馈使输出电阻增大,电流负反馈具有稳定输出电流的作用，从效果上来讲，相当于增大了输出电阻,R,o,。,(4),功率放大电路,主要特点,与电压放大器不同，功率放大器考虑的是如何高效率地把直流电能转化为依输入信号变化的电能。也就是是向负载输出足够大的功率。因此功率放大器不但要向负载提供大的信号电压，而且也要向负载提供大的信号电流。,基本要求,*,根据负载要求，提供所需要的输出功率。,所谓的最大输出功率系指在输出波形不超过规定的非线性失真指标时，最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积。,*,具有较高的效率。,功率放大器的效率是指最大输出功率与电源所提供的功率之比。,*,尽量减小非线性失真。,由于放大器件是非线性元件，且功放电路又工作在大信号状态下，使得放大管的非线性问题充分暴露出来。在实际的功率放大电路中，应根据负载的要求来规定允许的失真度范围。,分类,*,甲类功率放大电路。,三极管在信号的整个周期均导通放大,(,即导通角,为,360,o,),。电路简单，效率低,(,小于,50%),。,*,乙类功率放大电路。,三极管仅在信号的正半周或负半周导通放大,(,即导通角,为,180,o,),。效率高，易产生交越失真。,*,甲乙类功率放大电路。,三极管的导通时间大于半个周期而小于一个周期,(,即,180,o,360,o,),。为常用的功放电路。,互补对称功放电路,OTL,乙类互补对称电路,互补对称对管,偏置电阻,静态为,1/2V,CC,交越失真,OTL,乙类互补对称电路,OTL,甲乙类互补对称电路,消除交越失真,假设输入为正弦波，输出电压的最大幅值为,最大输出功率,电源的供电电流为,直流电源提供的平均功率为,效率,OCL,互补对称电路,没有耦合电容,增加了负电源,功率管散热问题,功率管的管耗较大。其中大部分被处于较高反偏电压的集电结转化为热量，使集电结温度升高。过高的结温容易加速器件的老化，甚至损坏。如果采取适当的散热措施，在相同的输出功率条件下，结温得以下降，就可以提高管子所允许承受的最大管耗。使功率放大电路有较大功率输出而不损坏管子。,1,、,知识拓展,(1),集成功率放大电路,LM386,集成功放的主要优点有温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小等，还可以将各种保护电路，使用更加安全。,集成功放的种类很多，从用途划分，有通用型功放和专用型功放。从芯片内部的构成划分，有单通道功放和双通道功放。从输出功率划分，有小功率功放和大功率功放等，,是一种常用的低电压小功率集成功率放大器。它具有供电电源电压范围广，功耗低，频带宽等优点，输出功率,0.30.7W,，最大可达,2W,。,LM386,为,OTL,型，需接电容,保护,LM386,去耦滤波,反馈支路,(2),集成功率放大电路,TDA2030,具有引脚和外围电路都比较少，电气性能稳定，内部集成了过载和热切断保护电路，能适应长时间连续工作，,主要参数为：供电电源电压为,318V,；输出峰值电流为,3.5A,；频带为,0140kHz,；静态电流,0.5M,；在,V,cc,=15V,、,R,L,=4,时输出功率为,14W,。,构成,OCL,电路,电压串联负反馈,抵消感性负载,保护,保护,退耦,退耦,耦合,构成,OTL,电路,分压电阻,提供偏置电流,静态为,1/2V,CC,任务分析,电子开关,偏置电阻,调节音量,K,断开时，,V,1,、,V,2,截止，电源指示灯,LED,不亮，即各级放大电路不供电。,K,闭合后，,+4.5V,经,V,1,、,V,2,、,R,3,、,K,、,R,W1,到地产生,V,2,的基极电流，经,V,2,放大后，使,V,1,饱和。,+4.5V,供给放大电路，,LED,点亮。,不要太小,要大,前置放大级,滤波,偏置电阻,推动级,互补对称功放,避免高频寄生振荡,自举电容,滤波电容,电压串联,为了防止出现严重的非线性失真，实际本电路的正常输出功率不超过,0.5W,。,任务制作,1,、,PCB,的设计与制作,PCB,是在覆铜板上完成印制线路工艺加工的成品板。它在电路中起到元器件之间的,电气连接与机械支撑,作用。,制作,PCB,的主要材料是,覆铜板,，而覆铜板是由基板、铜箔和粘合剂构成的。基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板，在基板的表面粘附着一层导电率较高、焊接性良好的纯铜箔。只有,一面粘附铜箔的敷铜板称为单面覆铜板,，,两面均粘附铜箔的覆铜板称为双面覆铜板。,(1)PCB,常用术语,焊盘,是元器件引线连接点。,印制导线,覆铜面上有宽度、有位置方向、有形状的导电线条。这些线条通常用来完成元器件管脚之间的电气连接。,过孔,也称为金属化孔，在双面或多面,PCB,中，为连通各层之间的印制导线，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，即过孔。过孔的孔壁镀有一层金属，用以连通各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成圆形的焊盘形状。有的过孔不仅起连线作用，也可作焊盘使用。,安装孔,用以固定大型元器件和,PCB,的小孔，大小根据实际而定。,元件面,安装元器件的一面称为元件面，单面,PCB,上无印制导线的一面就是元件面。双面,PCB,上的元件面一般印有元器件的图形、字符等标记。,焊接面,在,PCB,上用来焊接元器件引脚的一面称为焊接面，该面一般不作任何标记。,阻焊层,PCB,上的绿色或是棕色层面，它是绝缘的防护层，也可以防止焊锡被焊到不正确的地方。,(2)PCB,一般设计原则,布局原则,*,元件均应布置在印制电路板的同一面上。,*,元件应排列整齐、美观、紧凑、均匀；,输入和输出元件尽量远离；位于板边缘的元件，离板边缘至少有,2,个板厚的距离。,*,元件或导线之间存在较高电位差时，应加大距离。高压元器件应布置在调试时手不易触及的地方。避免高低压器件相互混杂、强弱信号的器件交错在一起。,*,按照信号流程安排各个功能电路单元，以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行布局。,*,信号的流向一般为从左到右或从上到下，与输入。,*,对辐射电磁场较强的元件，怕辐射的元件，应加大相互之间的距离或加以屏蔽，元器件放置的方向应与相邻的印制导线交叉。屏蔽时，屏蔽罩应有良好接地。,*,发热的元器件，应安排在利于散热的位置，必要时可以设置散热器或小风扇。,*,要注意整个,PCB,板的重心平衡与稳定，重而大的元件尽量安置在印制电路板上靠近固定端的位置。重,15,克以上的元器件，不能只靠焊盘来固定，应当使用支架或卡子加以固定。,*,板的最佳形状是矩形,(,长宽比为,3:2,或,4:3),，板面尺寸大于,200*150mm,时，要考虑板所受的机械强度，可以使用机械边框加固。,*,对于可调元件的布局应考虑整机的结构要求，若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应；若是机内调节，则应放置在印制电路板上便于调节的地方。,布线原则,*,先把最关键的导线布设好，然后把次要的导线绕过这些导线布下，通用的技巧是利用元件跨越导线来提高布线效率，布不通的线可以通过短路线解决，,元件跨越导线,顶层短路线,*,双面,PCB,，一面的所有导线都与印制线路板边沿平行，而设在另一面的所有导线都与前一面的导线正交，两面导线的连接通过金属化过孔实现。,*,印制电路板布线时，一般首选单面，其次是双面，在仍不能满足设计要求时才选用多层板。,*,最小线宽主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。,只要密度允许，尽可能用较宽的导线，尤其是电源线和地线。印制导线的线宽一般要小于与之相连焊盘的直径。,*,印制导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对集成电路，尤其数字电路，只要工艺允许，可采用更小的间距。,*,输入、输出端的导线应尽量避免相邻平行；平行信号线之间要尽量留有较大的间距，最好加线间地。,*,一般将公共地线布置在印制电路板的边缘。地线与印制电路板的边缘应留有一定的距离,(,不小于板厚,),。,*,尽可能多地保留铜箔做地线。地线,(,公共线,),不能设计成闭合回路；在高频电路中，应采用大面积接地方式。,*,大电流器件的地线最好分开独立走，以减少地线上的噪声。,*,模拟电路与数字电路的电源、地线应分开排布。,*,在不影响电气性能的基础上，应尽量避免采用大面积铜箔。如果必须使用大面积铜箔时，应局部开窗口。,*,印制导线的拐弯处一般应取圆弧形。从两个焊盘间穿过的导线尽量均匀分布。,(3)PCB,手工制作方法,*,用,Protel,或其他制图软件设计好印制电路板图。,*,用激光打印机将设计好的电路板图打印在转印纸上。,*,用细砂纸擦干净覆铜板，磨平四周，将打印好的转印纸覆盖在覆铜板上，送入照片过塑机来回压几次，使熔化的墨粉完全吸附在覆铜板上。冷却后揭去转印纸。,*,用一份三氯化铁和两份水的比例配制成三氯化铁溶液。并对腐蚀液适当加热，但温度要限制在,40,o,-50,o,之间。,*,将检查修整后的覆铜板浸入腐蚀液中，完全腐蚀后，取出用清水清洗。,2,、,元器件和材料清单,符号,规格,/,型号,名称,符号,规格,/,型号,名称,3,、,电路的实现,(1),元器件的检测,(2),元器件的引线成型及插装,元器件引线成形的技术要求,手工焊接,自动焊接,RD/2,元器件引线成形的方法,手工法,专业模具,元器件的插装,插装元器件时应使元器件的引线尽可能短一些，工作时发热的元器件安装时不宜紧贴在印制板上。,先安装那些需要机械固定的元器件，再安装靠焊接固定的元器件。,应使元器件的标记朝上或易于辨认的方向，并注意标记方向的一致性。,卧式安装的元器件，应尽量使两端引线的长度相等对称，把元器件放在两孔中央，排列要整齐；,立式安装的色环元器件应高度一致，最好让起始色环向上以便于检查安装错误。,有极性的元器件，插装时要保证方向正确,；插装时不要用手直接碰元器件的引线和印制板上的铜箔，因为汗渍会影响焊接。,卧式,立式,元器件的引线穿过印制电路板的焊孔后，应留有一定的长度,才能保证焊接的质量，露出的引线并可根据需要弯成不同的角度。,(3),整机装配,PCB,装配,整机装配,正极片的焊接,负极弹簧焊接,扬声器的固定,4,、,电路的调试,只要元器件正常，装配无误，本音频放大器一般都能正常工作。为了达到最佳效果，调节电位器,R,W2,使电路中,A,点电位为,2.25V,左右。,
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