电路板设计报告要求

电路设计理论

姓名：党亚南

年级：Y190503

专业：信息与通信工程

日期：2020.6.17

设计要求：设计一个电路，包含原理图、pcb图、波特图并含有对电路的相关参数的分析计算

题目：功率放大器的电路板设计

一、电路原理图

图1 电路原理图

工作频率：40HZ~20KHZ

额定输出功率：(P>1W、1KHZ)

主要用途：对输入的交流信号就行功率放大

电路性质：纯模拟电路

工作原理：利用运放NE555构成同向比例放大电路对输入信号的电压进行放大；运放的输出信号经过经过两级互补功率放大器；T1和T2、T3和T4组成互补对称功率输出级。功率管T1为NPN,功率管T2为PNP,它们参数相等，互为对偶关系，均采用发射极输出模式，放大输入信号的电流。两个二极管VD2和VD3给T1和T2一定的正偏压，使两个三极管在静态时处于微导通状态，以克服交越失真。当运放的输出信号大于0时，T1管导通，T2管截止。T1管以射极输出方式将正半周期的信号传递给下一级，此时正电源+12供电；当运放的输出信号小于0时，T1管截止，T2管以射极输出方式将正半周期的信号传递给下一级，此时负电源-12供电。这样，T1和T2管以互补的方式交替工作，正、负电源交替供电。T3、T4管的工作原理原理与T2、T1工作原理相同，进一步对输入信号的电流进行了放大。

关键操作步骤：1.从元件库找到设计电路需要的元件并放置;当原理图库没有所需要的原件时,可以自己画一个所需的元件;2.元件布局和连线;3.放置标志性文字对电路进行标注和说明;4.电气规则、线路标识的调整与修改。

二、电路仿真(仿真软件：Multisim)

图2 电路仿真

静态工作点：不加入输入信号，将运放输入端接地测量各个三极管极间的电压。

表1 运放输入端接地测量各个三极管极间的电压

仿真分析方法：

1.波特图：

输入信号的频率为10KHZ,幅值为1V时的波特图。由波特图看，可以观察出此功率放大电路的工作频率范围。当波特图的幅值下降3DB时，所对应的输入信号的频率就是该功率放大电路稳定工作的频率。

图3波特图

2.参数扫描：

参数扫描分析用来研究电路中某个元件的参数在一定范围内变化时对电路性能的影响。选择图1中电阻R1为参数扫描分析元件，分析其阻值变化对电路输出波形的影响。图1功率放大电路设置为交流信号输入方式，设置正弦波输入信号频率为1kHz、幅值为1V,依次执行Simulate /Analyses/Parametet Sweep（参数扫描）命令，设置扫描方式为Linear（线性时，其输出的波形的幅值约1V;R1=100kQ时，其输出的波形的幅值约为扫描），设置电阻Re扫描起始值为20kQ,扫描终值为100kQ,扫描点数为3,设置输出节点为10,得到如图3（a）所示参数扫描分析结果。当R1=20kQ 5V；由此可知R1影响电路的电压放大倍数；与理论上同向比例放大电路计算的结果差不多。

图4 参数扫描图

3.温度扫描

温度扫描分析用来研究温度变化对电路性能的影响，相当于在不同的工作温度下进行多次仿真。图1功率放大电路设置为交流信号输入方式，设置正弦波输入信号频率为1kHz、幅值为1V,依次执行Simulate /Analyses /Tempera-ture Sweep （温度扫描）命令，设置扫描方式为List（取列表值扫描），设置扫描温度0°C, 27°C,120°C,设置输出节点为Q1管的射极输出得到如图3（b）所示温度扫描分析结果。温度过高或者过高Q1的射极输出电压都会失真。可见，故温度变化会影响单管放大电路的静态工作点。当环境温度升高时，晶体管的电流放大系数增大，穿透电流增大，这样就会使得集电极电流明显增大，则晶体管的管压降UCEQ将减小，Q 点沿直流负载线上上移，向饱和区变化；同样温度降低时Q点将沿直流负载线下移，向截止区变化。由此可见，对于晶体管放大电路必须考虑温度对静态工作点得影响。

图5 温度扫描图

4.仿真结果分析:

图6 仿真结果

由图可以当输入信号为1KHZ时，电路的驱动负载为8Q时，输出功率为1.556W 达到了要求。功率放大电路可以放大电压也可以放大电流；然后再分别设计电压放大电路和电流放大电路；根据电压和电流放大倍数以及模电选择电路中的电阻的参数。如果电路中涉及到晶体管，首先要设计好晶体管的静态工作点。

5.仿真操作的关键步骤：

1）从元器件库里面逐个调用电路所需的原件；

2）正确连线；

3）加入测量仪器（示波器、电压表、功率表等）。

三、PCB印制板

图7 PCB板截图

此电路的PCB采用单层板，电路板长90mm,宽45mm。布线布局应该注意的问题：1）按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向；

2）以每个功能电路的核心组件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上。尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接；

3）电源、地线之间加上去耦电容；

4）尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线>电源线>信号线。

操作流程与关键步骤：

1）网表输入；

2）规则设置（例如线宽、线间距等）；

3）元器件布局，布局、布线、检查、复查。

四、设计体会

通过本电路板设计知道了用画图软件进行进行电路设计的过程；首先设计电路原理图，电路原理图的设计是整个电路设计的基础，因此电路图要设计好，以免影响后面的电路工作。

绘制电路原理图步骤：

1)设置原理图设计环境；

2）放置元件；

3）原理图布线；

4）检查原理图；

5）生成网络表。

设计印刷电路板步骤：

1)规划电路板；

2）设置参数；

3）装入网络表；

4）元器件布局；

5）布线。

电路板设计过程中也遇到很多的问题。比如，生成印刷电路板时，一些元器件没有连上和装入网表时元器件不能完全调入等一系列问题。问题就是用来解决的，上网、图书馆查资料，最后知道了元器件没有连上有以下几个原因

1)连线超过元器件的断点；

2）连线的两部分有重复。

装入网表时元器件不能完全调入原因

1）原理图中未定义元件的封装形式；

2）印刷电路板封装的名称不存在，致使在封装库中找不到；

3）封装可以找到，但元件的管脚名称与印刷电路板库中封装的管脚名称不一致。

经过一番的努力，终于完成了功率放大器的电路板设计。画图软件可以帮助我