202X演講人2023-09-22項目10功率放大器電路設計項目10功率放大器電路設計011功率放大器電路原理圖02項目描述03項目小結04目錄01PARTONE項目10功率放大器電路設計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，該功率放大電路設計合理均稱，美觀大方，噪音小，音質高音細膩低音有力，性價比高，是一款性能優良的功率放大電路。電路如圖10.1所示。03PARTONE1功率放大器電路原理圖學習目標●進一步熟悉復雜PCB電路的繪制技巧01●掌握PCB自動布局與手工調整的方法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的設計規則檢查05●掌握PCB的各種報表生成06項目實施07任務10.1設計前的準備工作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壓芯片MC7812和MC7912、功放集成芯片TAD2030、集成運放NE5532和雙聯電位器Rp等元器件在原理圖元器件庫中沒有，需要自行設計這些元器件圖形。1）三端穩壓芯片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）三端穩壓芯片MC7912的原理圖符號如圖10.3所示。3）原理圖中的雙聯電位器Rp1是在同一個封裝中有兩個聯動調節的電位器，元件結構圖如圖10.4所示。繪制原理圖元器件符號圖10.4雙聯電位器元件結構圖圖10.5雙聯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其元件結構圖如圖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。元器件封裝設計圖10.14TAD2030封裝GF20307）雙聯電位器Rp1、Rp2和Rp3的封裝。封裝圖形如圖10.15所示。元器件封裝設計圖10.15雙聯電位器封裝SLR8）P1、P2等所有插頭的封裝。封裝圖形如圖10.16所示。元器件封裝設計圖10.16插頭的封裝JP9）三端穩壓集成芯片7812和7912的封裝。封裝圖形如圖10.17所示。元器件封裝設計圖10.17穩壓芯片7812、7912的封裝TO-220-1元器件封裝設計任務10.2功率放大器電路原理圖設計步驟1?新建項目文件。步驟2?新建原理圖文件。步驟3?原理圖設計。根據圖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任務10.3PCB文件的創建與封裝導入步驟4?新建PCB文件。步驟5?“PCB板選擇項”屬性設置。步驟6?系統顏色設置步驟7?原點標記元器件封裝設計任務10.2功率放大器電路原理圖設計步驟8?任意設定原點。步驟9?從坐標原點開始繪制一個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”中的網絡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。元器件封裝設計任務10.2功率放大器電路原理圖設計圖10.19加載元器件后的PCB任務10.4PCB自動布局與手工調整從網絡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，可以根據需要進行自動布局與手動布局相結合起來使用。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“統計式布局”。圖10.20自動布局中的分組布局1）分組布局：根據連接關系將元器件封裝分組，然后按照幾何關系放置元器件封裝。2）統計式布局：根據統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”復選框，單擊“確認”按鈕后系統開始自動布局。步驟14?布局結束，，刪除網狀的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整手工布局調整主要是通過移動封裝、旋轉封裝等方法合理地調整元器件封裝的位置，減少網絡飛線的交叉。但是需要注意的是，在手工布局調整的時候，一般情況下不能對封裝進行翻轉，翻轉后該封裝將與原封裝形成鏡像，無法完成安裝。步驟15?調整元器件封裝。手動布局調整后的功率放大器電路PCB板如圖10.23所示。圖10.23手動布局調整后的PCB手工布局調整步驟16?使用全局修改功能對標識符文本進行屬性修改。修改標識符文本的PCB板如圖10.24所示。圖10.24修改標識符文本的PCB板步驟17?根據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，需要對布線規則進行設置。步驟18?對PCB布線規則進行設置。步驟19?將當前工作層切換至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）關閉。步驟21?將當前工作層切換至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，覆銅網絡連接至GND。PCB的3D顯示對PCB電路完成布線后，可以采用系統的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設計完成的功率放大電路PCBPCB的3D顯示任務10.6設計規則檢查在布線完成后，為了保證設計工作的正確性，如元器件的布局、布線等是否符合所定義的設計規則，需要對整個PCB進行DRC（DesignRuleCheck，設計規則檢查），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設計過程中是否有位置加寬地線。（3）對于關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10.6設計規則檢查（4）模擬電路與數字電路是否有各自獨立的地線（5）在PCB上繪制的圖形、標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，是否符合生產工藝要求，字符標志是否壓在元器件的焊盤上，影響PCB上元器件安裝質量。（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。設計規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置進行講述。在線自動檢測ProtelDXP2004SP2支持在線的規則檢查，在PCB設計過程中按照“設計規則”中設置的規則，自動進行檢查。如有錯誤，則高亮顯示，軟件系統默認的高亮顯示顏色為鮮綠色。步驟25?在線自動檢測設置，如圖10.30所示。圖10.30在線自動檢測設置步驟26?設置PCB板層次顏色。手工檢查步驟27?執行“設計規則檢查器”對話框，如圖10.31所示。圖10.31“設計規則檢查器”對話框該對話框分為左右兩個窗口，在對話框的左側為檢查規則項目列表，右側為項目的具體內容。手工檢查對話框左側分為“ReportOptions”和“RulesToCheck”兩項內容。ReportOptions為報告內容設置，若選中該項，右側窗口將顯示DRC報告的內容，可以在復選框中自行勾選。RulesToCheck為檢查規則設置，若選中該項，右側窗口顯示檢查的規則，這些規則在布線規則設置時已經設置過。右側窗口中有“在線”和“批處理”兩種檢查方式。步驟28?本例中所有設置采用默認設置。本項目設計的功率放大器電路的設計規則檢查報告如下。ProtelDesignSystemDesignRuleCheckPCBFile:\教材\電路設計\功率放大電路設計.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從本例的設計規則檢查報告發現，PCB存在4處違規，即PCB中放置的作為螺絲孔的4個自由焊盤。由于該違規信息對整個PCB電路不構成影響，故可以忽略。手工檢查任務10.7各種報表的生成ProtelDXP2004SP2的PCB設計系統提供了生成各種報表的功能，可以為用戶提供有關設計內容的詳細資料，主要是為設計者提供PCB信息、引腳信息、元器件封裝信息、布線信息及網絡信息等。另外，在完成PCB的設計之后，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、過孔的數量，以及PCB板上的元器件標號等信息。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上各種圖元的數量，以及DRC規則的數量等。在對話框中的“元件”選項卡中，顯示當前PCB上元器件的數量、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“網絡”選項卡中，顯示當前PCB的網絡信息，如圖10.34所示。“網絡”選項卡中的“電源/地”按鈕用來查看PCB內部電源/接地層信息。由