实验十功率放大器的安装和调试

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1、 173实验十四 基于 PCB 板的 OTL 功率放大器安装和调试 一、实验目的 1、掌握 OTL 功率放大器的工作原理及其设计要点。 2、掌握 OTL 功率放大器的安装、调整与性能的测试。1、掌握 OTL 功率放大器的工作原理及其设计要点。 2、掌握 OTL 功率放大器的安装、调整与性能的测试。 二、 实验预习要求 1、简单阅读关于 PCB 板概述部分内容，粗略了解 PCB 板基础知识。 2、仔细阅读关于手工焊接部分的内容，对手工焊接的方法有全面的掌握，并指导实践操作。 3、复习 OTL 功率放大器工作原理，完成本实验电路中有关元件的设计和计算。 4、下载 OTL 功率放大电路的仿真电路图，

2、进行仿真，对该电路的工作有初步了解 1、简单阅读关于 PCB 板概述部分内容，粗略了解 PCB 板基础知识。 2、仔细阅读关于手工焊接部分的内容，对手工焊接的方法有全面的掌握，并指导实践操作。 3、复习 OTL 功率放大器工作原理，完成本实验电路中有关元件的设计和计算。 4、下载 OTL 功率放大电路的仿真电路图，进行仿真，对该电路的工作有初步了解 三 实验报告要求 1、画出实验电路图，并标明经调试后的各元件参数。 2、记录各项调整、测试结果。 3、列表比较预定的技术指标和实验测量结果，并加以讨论。 4、对安装调试过程中出现的问题进行分析。 1、画出实验电路图，并标明经调试后的各元件参数。 2

3、、记录各项调整、测试结果。 3、列表比较预定的技术指标和实验测量结果，并加以讨论。 4、对安装调试过程中出现的问题进行分析。 四、实验原理 1.PCB 板的相关知识 四、实验原理 1.PCB 板的相关知识 印刷电路板是在覆以金属铜箔的绝缘基板（覆铜板）上制造出导电线路的电路板，又称印 刷电路板。印刷电路板具有小型化、布线密度高、便于装配等优点，广泛应用于电子电路中。 1.1 覆铜板种类和特点 1.1 覆铜板种类和特点 覆铜板是制作印制电路板的主要材料，根据基本板材料和粘结树脂的不同，分为酚醛纸 基覆铜板、环氧玻璃布覆铜板、聚四氟乙烯玻璃布覆铜板、混合介质基板、聚酰胺基板等。 酚醛纸基覆铜板，其

4、特点是价格低、机械强度低、易吸水、耐高温性能差，通常用于低频和 要求不高的产品。环氧玻璃布覆铜板，其防潮、耐温性能、电气和机械性能均良好，一般用 于高温、高频电子设备；聚四氟乙烯玻璃布覆铜板，其电气性能、化学性能均较好，温度范 围宽，介质损耗小，一般用于微波、高频电路等。 覆铜基板的厚度有 0.5、0.7、0.8、1.0、1.0、1.2、1.5、1.6、2.0、2.4、3.2（mm） 等规格，目前最高可以达到 6.5mm，根据电路板所需达到的机械性能选择基板厚度；铜箔厚 度有 10、18、35、50、70（m）等规格，根据设计的电流指标，选择合适的铜箔厚度。印 刷电路板的常用基板厚度为 1.5

5、mm，铜箔厚度为 50m。 1.2 印刷电路板的分类 1.2 印刷电路板的分类 印刷电路板通常分为单面板、双面板、多层板和柔性印刷电路板。单面板由单面的覆铜 板制成，通常用于简单电路，如果电路复杂，飞线过多，就要考虑双面板了。双面板是用双 面覆铜板制成，在基板的两面都有印制导线，两面直接通常采取过孔相连。双面板的布线密174 度比单面板要搞，通常用于相对较复杂的模拟电路和数字电路。多层板是多层印制电路的印 制板压合而成的。其布线密度高，常用于多层板无法实现的情况和对电路板的电气性能要求 较高时（如高频、抗干扰、高精度、低扰动等情况） 。柔性印刷电路板，是以软质绝缘材料为 基础制成的印制电路板，

6、可以折叠弯曲，通常用于在狭小空间或需要做机械运动的部位实现 不同部件的电气连接；如笔记本计算机、手机、照相机等。在电路板选用的实践中，通常需 要综合机械、电子、功能和环境等多方面的要求，综合考虑选择合适的电路板。 1.3 PCB 板的简单设计、制作流程 1.3 PCB 板的简单设计、制作流程 印刷电路板的设计师电子系统制作中非常重要的一环，是一个电路能实现其设计功能的 重要保证。为了得到一个良好设计的电路板，需要在开始设计时候综合考虑电路板的电气、 机械等各方面的因素，在设计过程中，要对电路器件布局、电路走线等综合考虑。下面简单 说一下设计中的部分流程，详细的印刷电路板的设计流程，请参看相关书

7、籍。 1.3.1 设计前的准备工作 1.3.1 设计前的准备工作 设计以及布局包括了整个系统硬件的各个方面，不仅包括最终形成的印刷电路，还包括 其中的没一个元器件，在设计布局时，必须考虑到整个系统中元器件之间的位置关系，相互 之间的影响及装配等。 机械设计要求考虑尺寸、形状和重量，元器件安装的位置和所需的装配公差、屏蔽和设 备标识等。在选择电路板的层数时，要综合考虑元器件几何尺寸、体积的计算，可调元件位 置的考虑、元件的水平或垂直安装方式、尺寸和安装公差、电路板的分割等。机械设计中， 还需要考虑电路板的安装和固定、输入/输出接口、电路板的拔插、电路板的测试和维修、电 路板的机械应力、电路板的厚

8、度等。 电气设计要注意参数的选择， 例如电路功能和导线分布， 元器件的额定电气参数、 尺寸、 允许误差以及内部、外部的相互连接等。电气设计中的参数通常包括导线尺寸、导线阻抗、 导线间电容、导线间电感、导线间电应力等。 功能设计要求包括可靠性、可维护性、可用性和人性化设计（显示、控制等） 。 环境设计要考虑到下面的各个因素：机械振动（冲击、震动等） 、极限温度、盐雾、水 汽，所处空间环境（如空中） 、散热、密封性能等。 1.3.2 设计中的元件布局 1.3.2 设计中的元件布局 设计中，元件布局遵循如下几个规则，在放置元计时，要综合考虑这些规则：在高敏感 电路中，首先放置重要的元器件；非重要电路

9、中，元器件要准确按照信号的传输顺序布局； 电路中，连接点多的元件首先放置；首先放置位置固定的相互连接的元器件，如连接器、散 热器等，再放置与这些固定元器件连接的元器件；先放大的器件，再在大器件的空隙放小器 件；元器件成排或成列放置。 可以根据下面的几个参数综合考虑上面的几个规则：导线的宽度和厚度、导线间距、导 线形状、导线的布线和位置、电源线和地线的布置。这几项参数的选择，是一个复杂的问题， 涉及到电路抗干扰、电磁兼容等多方面的问题，有兴趣的同学可以阅读相关的 PCB 设计中的 抗干扰和电磁兼容的书籍。上述规则主要是正对低频电路；当设计高频电路板时，有更多的 约束规则需要注意，相关的知识，参看

10、高速电路板设计的相关参考书。 1.3.4 印刷电路板的简易制作方法 1.3.4 印刷电路板的简易制作方法 单面印刷电路板是印刷电路板的基础，双面、多面印刷电路板的制作方法和单面的大同175小异，区别之处只是为了实现单面到双面、多面而对中间步骤有一些增加。下面以单面板为 例，简单说明一下印刷电路板的制作过程。 A、 电路原理图的设计。 B、 从电路原理图导出布线图，生成相关的 AutoCAD 文件，并根据需要生成各个图层的 正片（或者负片） 。 C、 根据电路尺寸，裁剪合适的板材，并对板材进行清洗处理，去除其上附着的杂质、 油污等。 D、 转印图片， 将步骤 B 得到的线路图转印到覆铜板上。（转

11、印的方法， 请参看相关书籍） ； E、 蚀刻：将覆铜板上不需要的铜箔去除，得到需要的线路图。 F、 板身钻孔； G、 对电路板镀防氧化膜。 以上只是一个简单的大致步骤，在 PCB 板的生产实践中，根据生产工艺等需要对上 面步骤进行微调、细化。 2、PCB 电路板焊接要点简介 2、PCB 电路板焊接要点简介 电路板生产出来后，需要进行元器件的装配和焊接，对于大批量或者高密度互连 的电路板，为了提高效率，或者是装配精度的要求，只能使用浸焊、拖焊、波峰焊、 回流焊等方法进行自动焊接；在实验室制作电路，则通常使用手工焊接的方法进行， 下面结合本实验的电路板的实际情况，简单介绍下手工焊接的方法。 1、

12、准备好工作平台： 由于电烙铁是高温工具， 如果电烙铁的头不慎碰到其它仪器或者线材会烧毁这 些接触位置的仪器或者线材；如果不小心烧坏电烙铁电源线的表层的话，还有 触电的危险；所以，开始手工焊接前最基本的一步就是整理工作平台，有序摆 放烙铁等工具，确保人身安全。将烙铁架上的海绵倒入适量清水。 2、 对电烙铁上电，检视电烙铁的情况，一是看电烙铁的头部是否有凹槽等影响接 触的情况， 如有凹槽， 需用锉刀修成一个角度。 二是对已经预热完成的电烙铁， 试着往上面融一点焊锡丝好，看看电烙铁头部的导热情况。如果烙铁头导热良 好，则焊锡丝一碰到烙铁头，就可以看到焊锡丝在接触处冒出焊锡丝内部助焊 剂气化的白烟，同

13、时看到烙铁头上挂了泛着金属光泽的锡球。若是把焊锡丝实 际往烙铁头顶部靠，烙铁头无法融化，且烙铁头顶部是黄黑色的外表没发生变 化，此时可以判断烙铁头导热不良，需用锉刀修理头部。搓掉表层氧化层的烙 铁头，应迅速加热后在表面融点焊锡丝，以免再次被氧化。 3、 按下图的方法，对元件进化焊接：一手拿烙铁，一手拿焊锡丝；先将烙铁头从 某个和板面 45o左右的夹角方向，同时压住管教和焊盘；约 2-3 秒（可以嘴里 轻喊 1,2,3，此时应该已经将焊盘和管脚同时加热到足够焊接的温度）后，从 另一个方向，将焊锡丝同时贴住焊盘和管脚，焊锡丝会迅速融化，此时应该根 据融化的情况，将焊锡丝继续向焊盘和管脚推进；约三秒

14、后，先后移开焊锡丝 和烙铁头。在表面张力的作用下，融化的焊锡会在焊盘和管脚上形成良好的焊 点。 176 4、4、 检查焊点，焊点暗淡没有金属光泽、焊锡量过少，管脚只焊了一半、焊锡和焊 盘没有接触等等，需要补焊。 5、5、 3.OTL 功率放大电路原理 3.OTL 功率放大电路原理 采用 PNP 和 NPN 互补晶体管组成的无输出变压器互补推挽(OTL)功率放大电路，具有频 率响应好，非线性失真小，效率高等优点，获得了广泛的应用。 本实验采用的 OTL 功率放大电路如图 1 所示，它包括前置放大级 BG1，推动级 BG2 和 互补推挽输出级 BG3、BG4。 图 1 OTL 功率放大器 前置放大

15、级为甲类 RC 耦合电压放大器，在发射极加有电压串联负反馈，以改善音质，提高稳 定性。R1为输出音量调节电位器。由于前置级工作在小信号电压放大状态，静态工作电流 IC1 可取小一些以减少前级噪音，一般取： IC10.31mA 1V 1，所以中频段177电压增益为： AV F1= RRR6611本实验要求达到如下技术指标： 不失真输出功率 PO 500mW 电压增益 AV 37dB(70 倍) 非线性失真 D 10 % 三分贝上限频率 fH 20KHz 三分贝下限频率 fL 100Hz 五、 实验仪器 1、示波器 1 台 2、函数信号发生器 1 台 3、直流稳压电源 1 台 4、数字万用表 1 台 1、示波器 1 台 2、函数信号发生器 1 台 3、直流稳压电源 1 台 4、数字万用表 1 台 六、 实验内容 1、按照本实验要求达到的目标，完成图 1 实验电路中有关元件的设计和计算 2、安装 OTL 放大器 1、按照本实验要求达到的目标，完成图 1 实验电路中有关元件的设计和计算 2、安装 OTL 放大器 按图 1 电路图安装焊接一个 OTL 功率放大器 ，焊接前要检查各元件质量及有源器件的 管脚、极性，并做好焊接前的元件处理工作，安装时要求元件排列整齐，焊点牢靠美观。 安装注意事项： A、安装注意事项： A、 焊接前注意检查电容的极性