塑封膜打开还能再封上吗,pcb设计的一些原则及protel dxp的一些操作总结 -爱游戏平台

苗坤旺离型膜

实验名称:半导体封装实验

1. 实验目的:

根据热敏电阻的伏安特性和电阻温度特性,根据设计要求制订设计方案,标定温度计。了解非平衡电桥的工作原理及其在非电量电测法中的应用。

2. 实验器材:

扩晶机 离子风机 显微镜 微电脑自动点胶机 电热鼓风烘干箱 半自动超声波金丝球焊机 真空烘干箱 玻璃烧杯 搅拌棒 ab胶 针管 模具和铝船 脱模机 一切机 测试机 二切机 扩晶环 刺晶笔 支架 刺晶座 芯片

3. 实验原理

led封装主要是提供led芯片一个平台,让led芯片有更好的光、电、热的表现,好的封装可让led有更好的发光效率与好的散热环境,好的散热环境进而提升led的使用寿命。led封装技术主要建构在五个主要考虑因素上,分别为光学取出效率、热阻、功率耗散、可靠性及性价比(lm/$)。 以上每一个因素在封装中都是相当重要的环节,举例来说,光取出效率关系到性价比;热阻关系到可靠性及产品寿命;功率耗散关系到客户应用。整体而言,较佳的封装技术就是必须要兼顾每一点,但最重要的是要站在客户立场思考,能满足并超出客户需求,就是好的封装。   针对led的封装材料组成,led封装主要是由基板、芯片、固晶胶、荧光粉、封装胶等组成,我们先将芯片利用固晶胶黏贴于基板上,使用金线将芯片与基板作电性连接,然后将荧光粉与封装胶混合,搭配不同荧光粉比例,以及适当的芯片波长可得到不同的颜色,最后将荧光粉与封装胶的混合体灌入基板中,加热烘烤使胶材固化后,即完成最基本的led封装。

4. 实验内容与步骤

扩晶工艺

1. 实验之前提示使用手套、鞋套和防静电服。 2. 打开扩晶机控制面板上的电源开关。 3. 打开扩晶机的顶盖。 4. 将扩晶环内环放在托盘上。 5. 打开离子风机的电源。 6. 在离子风机前慢慢将芯片保护膜与芯片分离,并将撕开的芯片朝上放置在托盘上。 7. 放下压圈并钩好拉钩。 8. 缓慢地按“上升”按钮,慢速将芯片扩开至所需间隔(800~1000)μm。 9. 平整地套上扩晶环外环后按“下压”按钮,待内外环完全啮合后松开。 10. 取下已经扩好的芯片,按“下降”按钮,松开压圈,取出多余的空膜片。

点胶工艺

1. 实验之前提示使用手套、鞋套和防静电服。 2. 默认粘接胶已经注入到点胶机的针管内,支架已经用夹具夹好。 3. 点胶机和显微镜的电源线默认是连接好的。 4. 双击打开显微镜的操作大视图,点击电源开关,打开环形灯的开关。 5. 打开点胶机的电源开关。 6. 实验场景中将支架移动到显微镜的物镜下方,双击打开显微镜,在显微镜的目镜视场中可以清晰的看到支架上所要点胶的位置。 7. 鼠标点击显微镜上方 踏板,开始点胶。 8. 点胶结束取出支架。

刺晶工艺

1. 实验之前提示使用手套、鞋套和防静电服。 2. 将桌面上的支架放置到显微镜的物镜下方。 3. 将桌面上的刺激笔放置到显微镜的下方。 4. 双击打开显微镜的电源开关。 5. 默认扩晶好的芯片是放置到刺晶座上的,且双击打开刺晶座,提示:“已经扩晶好的芯片凸起的一面向下,并通过调节刺晶座四角上的螺丝,调整刺晶座与支架之间的垂直距离处于2mm~4mm”。 6. 将刺晶座拖动到显微镜物镜下方。 7. 点击显微镜上的刺晶按钮,开始刺晶。 8. 取出刺晶结束的支架。 9. 将刺晶结束的支架放置到烘箱内。 10. 取出烘箱内的支架。

焊接工艺

1. 实验之前提示使用手套、鞋套和防静电服。 2. 双击打开实验场景中的金丝球焊机,打开金丝球焊机电源。金丝球焊机的工作温度默认设置好,实验中不需要调节。 3. 点击金丝球焊机大视图上的“放置支架”按钮,金丝球焊机的夹具内出现支架。按钮变为“取出支架”。 4. 点击操纵柄上的过片按钮,夹具内的支架就会向右移动。 5. 点击烧球和和焊接按钮,完成焊接操作。 6. 点击按钮,取出焊接好的支架。

封装工艺

1. 实验之前提示使用手套、鞋套和防静电服。 2. 先将100ml灌封胶的a胶倒入到烧杯中。 3. 将装有a胶的烧杯放入到电热鼓风干燥箱内预热。(125度25分钟)。 4. a胶预热结束以后,将100ml b胶倒入到烧杯内。 5. 用搅拌棒将a胶和b胶搅拌均匀。 6. 将搅拌均匀的灌封胶放入到真空干燥箱内进行抽真空操作。 7. 取出真空箱内的灌封胶,双击打开烧杯,用针管抽取适量的灌封胶。 8. 模具和铝船默认是固定好的。双击打开模条和铝船,进行灌胶操作。 9. 将灌胶完成的模具和支架放入到电热鼓风干燥箱内固化灌封胶(电热鼓风干燥箱 125度45min)。 10. 在常温下冷却一段时间,将支架与模具分离。 11. 在样品分离设备上将冷却之后的支架与模具分离。

切筋工艺

1. 实验之前提示使用手套、鞋套和防静电服。 2. 双击打开桌面上的led切筋设备,将分离后的支架放置到设备操作台上。 3. 点击切筋按钮,切筋led。 4. 检测切筋后的led。

检测工艺

1. 实验之前提示使用手套、鞋套和防静电服。 2. 双击打开桌面上的led检测设备,点击按钮放置半成品剪切完成的支架。 3. 通过检测设备检测,支架上的led是否完好。(仿真实验中默认led都是好的)。 4. 完成检测之后进行第二次切筋,形成成品。

5. 实验记录

6. 数据处理及误差分析

7. 思考题及实验小结

1.芯片应该如何存放? 答:芯片应存放于普通电子干燥箱。 干燥箱的温度应该控制在室内的温度, 约 20~30℃左右,湿度不易大于 40%。

2.为什么要对芯片进行扩晶操作? 答:扩晶也叫绷片,是将原本排列密集在一起的芯片分开至适合刺晶的距离。

3.扩晶工艺对要扩晶的芯片有什么要求? 答:芯片扩晶前间距约为(200~250μm),不宜过大,绷片后芯片不能达到边缘,扩晶前需要进行翻膜工作。

4.扩晶后对芯片与芯片之间间距的要求多大? 800~1000μm

5.扩晶工艺进行前,为什么要进行翻膜操作? 答:为了减少扩晶过程中对芯片边缘的芯片的损耗,减少了后期背胶工序的背胶面积,降低了工序难度。

6.扩晶过程有哪些环节会产生静电?如何避免? 答:(1)人体的摩擦会产生静电,避免方法是佩戴防静电手环。 (2)分离芯片保护膜时会产生静电,避免方法是在分离芯片保护膜时尽量慢,且要对着离子风机。 (3)取下扩晶好的芯片时会产生静电,避免方法带防静电手套。

7.为什么要对生产的芯片进行镜检? 答:对产品进行必要的筛选,通过对芯片的电、光、色、热等参数的测试,剔除废品和次品,提高产品的可靠性和一致性。

8.半导体光电器件产业中,有哪些产品分选的方法? 答:目前光电器件的测试分选可在两个阶段进行:一是以芯片为基础的测试分选,二是对封装好的器件进行测试分选。

9.请说出单面电极芯片与双面电极芯片有哪些区别。 答:单面电极芯片的正负电极位于芯片的同一面上,因而封装时使用的粘结胶可以使用绝缘胶。 双面电极芯片正负电极位于芯片的两个面上,负电极所在的芯片面也起着导电的作用,因而封装时使用的粘结胶要具有导电的性能。

10.半导体光电器件的封装工艺中为什么要进行装架操作? 答:装架也叫固晶、刺晶,是用粘结胶通过加热烧结的方法使芯片牢固的粘结在支架(或pcb板)上,起到固定芯片的作用,对于双面电极的芯片,装架还有一个目的就是使芯片背面电极与支架形成良好的欧姆接触。

11.半导体发光二极管封装工艺中装架时应该选择什么样的粘结材料?封装工艺中使用的粘结胶应该在何环境下贮存?使用前应该对粘结胶进行何种处理? 答;粘结材料除了起到固定芯片作用以外,还要求其在导电、导热、吸潮等方面也能起到一定的作用。性能优异的导电胶不仅要求其粘结能力强,而且要求其导电、导热性好,剪切强度大,流变性好,并且吸潮性好。 不同厂家、不同类型的粘结胶其贮存和使用的条件也是有不同要求的,粘结胶通常要在低温环境下保存,在使用时要提前一定的时啊从冰箱中取出恢复到常温状态(即醒料),才能正常使用。

12.为什么在装架结束后要进行烧结操作? 答:要使粘结胶达到粘结的效果,在装架工艺结束后,必须按照材料的性质进行必要的烧结,才能使得粘结胶固化,芯片才会更牢固地与支架固定,为进行下一步的键合工作做好准备。

13.点胶工艺与背胶工艺各有什么优缺点?应该注意什么? 答:点胶和背胶工艺的目的都是为了涂敷粘结胶,不同的是,背胶可以更快地将胶涂敷到芯片的背面,但是背胶不容易控制胶面的厚度及平整度,点胶尽管比较慢,但是更容易相对精准的控制点胶点及点胶量。

14.如何避免背胶过程中掉片、反片等不良情况的产生? 答:背胶过程要保证胶量要适量,匀胶时要保证胶体均匀,同时在背胶时不要让芯片与胶体长时间接触,背胶过程尽量一次完成,不要多次重复。

15.装架工艺有什么技术要求? 装架工艺对支架及pcb板外观、装架后单芯片外观、粘结胶高度、位置等都有严格的技术要求。

16.画出一个合格的装架效果图。 如图

17.为什么在装架过程中要控制粘结胶的高度? 答:粘结胶过少会导致装架不牢、芯片易掉落等情况,而粘结胶过多则会出现表面不洁、爬胶、短路等现象,因此装架过程要控制粘结胶的高度。

18.列举五种装架失效模式,并写出其处理方法? 答:常见的封装缺陷包括气泡、粘接不良(剥离)、芯片的基片位移和引线弯曲不当。 此外,模制化合物含有杂质或沾污物。这些缺陷可造成塑封开裂、金属化层变形、焊头翘起、互连线腐蚀断开、电气开路、短路或中断等等,因而使器件失效;粘接不良(剥离)是由于引线框架表面受到沾污或在键合温度下受到氧化而造成的。其他原因还包括应力消除不足和脱模剂过量等。在封装过程中,除了应加大工艺控制,如减少封装体内水汽含量,减小金属框架对封装的影响外,对塑封料的选择也是非常关键的。

18.有哪些措施可以有效的控制装架失效情况的发生? 答;在装架过程中严格按照装架的技术要求进行工艺操作,装架后要及时检查,若出现装架不合格的情况,不要放任不合格产品流入下步工序,要及时补救和调整等。

20.在半导体光电器件封装工艺中为什么要进行引线焊接?它有什么作用? 答:引线焊接又叫键合或压焊,通常是采用热超声键合工艺,利用热及超不要放任不合格产声波,在压力、热量和超声波能量的共同作用下,使焊丝在芯片电极和外引线键合区之间形成良好的欧姆接触,完成芯片的内外电路的连接工作,使芯片与产品引脚形成良好的电性能。

21.按焊线形式分,键合工艺可分为哪几类?封装企业常用哪一种? 答:从焊线形式上来划分,键合可分为热压焊、超声楔型焊接、焊三种。封装企业常用自动热超声球焊工艺。

22.简述金丝球焊工作流程。金丝球焊和铝丝焊机的工作流程有什么差别? 答:超声金丝球焊工艺过程可简单表示为:烧球→一焊→拉丝→二焊→断丝→烧球。 铝丝压焊的过程是先在ld芯片电极上压上第一点,再将铝丝拉到相应的支架上方,压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球,其余过程同铝丝焊类似。

23.引线焊接工艺有什么技术要求? 引线焊接工艺对材料、键合位置、键合焊点形状及尺寸、焊线走向、键合拱丝弧线、键合产品表观等有着严格的技术要求,具体参见“键合技术要求及注意事项”一节。

合格的引线焊接的外观如何?画出一个合格的引线焊接效果图 有哪些原因会引起键合频繁失线? a、金丝被污染或金丝品质异常。b、线夹不清洁或是劈刀己经到使用寿命。c、焊线机参数设定不良,参数太小等情况。d、引线框架不平整或表面不洁。 列举5种焊接失效模式,并写出其处理方法。 常见的封装缺陷包括气泡、粘接不良(剥离)、芯片的基片位移和引线弯曲不当。 此外,模制化合物含有杂质或沾污物。这些缺陷可造成塑封开裂、金属化层变形、焊头翘起、互连线腐蚀断开、电气开路、短路或中断等等,因而使器件失效;粘接不良(剥离)是由于引线框架表面受到沾污或在键合温度下受到氧化而造成的。其他原因还包括应力消除不足和脱模剂过量等。在封装过程中,除了应加大工艺控制,如减少封装体内水汽含量,减小金属框架对封装的影响外,对塑封料的选择也是非常关键的。 在键合工艺过程中可通过控制哪些环节来避免键合失效模式? 在键合过程中严格按照键合的技术要求进行工艺操作,键合后要及时检查,若出现键合不合格的情况,不要敷任不合格产品流入下步工序,要及时补救和调整,这些措施可以有效的控制键合失效情况的发生。

前???????????? 言 ? 本书是根据当前本科、大专、高职、高专等各类学校的电子技术教学和实验的需要,结合我公司生产的rtdz系列电子技术实验装置的性能、指标编写而成,与我公司的产品配套使用,不做公开发行。 编写本书的目的是为实验指导教师提供一个参考,使他们在开设实验项目时有所借鉴。因此,指导教师应结合各学校的教学及实验要求选用合适的项目和内容或在此基础上设计自己的实验。 参加本书编写的有我公司的技术人员和多年从事实验教学的一线教师,他们对电子技术的教学实验具有丰富的经验和独到的见解。 限于编者的水平,本书一定还存在着许多问题和错误。恳请广大用户和专家、学者来电指正,以便再版时得以修正和完善,在此向您致谢! ? ?目????????? 录 绪论 …………………………………………………………………………………… (4) 实验一、常用电子仪器的使用…………………………………………………………(7) 实验二、晶体管共射极单管放大器……………………………………………………(9) 实验三、场效应管放大器………………………………………………………………(17) 实验四、两级电压串联负反馈…………………………………………………………(21) 实验五、电流串联负反馈………………………………………………………………(24) 实验六、电压并联负反馈………………………………………………………………(26) 实验七、射极输出器……………………………………………………………………(28) 实验八、差动放大器……………………………………………………………………(31) 实验九、集成运算放大器指标测试……………………………………………………(35) 实验十、集成运算放大器基本应用(ⅰ)模拟运算电路……………………………(41) 实验十一、集成运算放大器基本应用(ⅱ)仪表放大电路…………………………(46) 实验十二、集成运算放大器基本应用(ⅲ)电压比较器……………………………(48) 实验十三、集成运算放大器基本应用(ⅳ)精密整流器……………………………(52) 实验十四、集成运算放大器基本应用(ⅴ)波形发生器……………………………(54) 实验十五、集成运算放大器基本应用(ⅵ)信号处理有源滤波器…………………(57) 实验十六、低频功率放大器(ⅰ)otl功率放大器、ocl功率放大器 ……………(62) 实验十七、低频功率放大器(ⅱ)集成功率放大器-lc正弦波振荡器 ……………(67) 实验十八、rc正弦波振荡器 …………………………………………………………(71) 实验十九、lc正弦波振荡器……………………………………………………………(74) 实验二十、函数信号发生器的组装与调试………………………………………………(77) 实验二十一、电压——频率转换电路……………………………………………………(81) 实验二十二、直流稳压电源(ⅰ)串联型晶体管稳压电源……………………………(82) 实验二十三、直流稳压电源(ⅱ)集成稳压电源………………………………………(88) 实验二十四、晶闸管可控整流电路………………………………………………………(93) 实验二十五、光电耦合线性放大器………………………………………………………(97) 二实验十六、应用实验——控温电路 …………………………………………………(99) 实验二十七、综合实验——万用电表的设计与调试 …………………………………(102) ? 绪???????????? 论 电子技术实验是《数字电子技术》、《模拟电子技术》理论教学的重要的补充和继续。通过实验,学生可以对所学的知识进行验证,加深对理论的认识;可以提高分析和解决问题的能力,提高实际动手能力。具体地说,学生在完成指定的实验后,应具备以下能力: (1)熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能和使用方法; (2)能进行简单的具体实验线路设计,列出实验步骤; (3)掌握电子电路的构成及调试方法,系统参数的测试和整定方法,能初步设计和应用这些电路; (4)能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理,解决实验中遇到的问题; (5)能够综合实验数据,解释实验现象,编写实验报告。 ? 为了在实验时能取得预期的效果,建议实验者注意以下环节: ? 1-1实验准备 实验准备即为实验的预习阶段,是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应先进行预习,从而提高实验质量和效率,避免在实验时不知如何下手,浪费时间,完不成实验,甚至损坏实验装置。因此,实验前应做到: (1)复习教材中与实验有关的内容,熟悉与本次实验相关的理论知识; (2)预习实验指导书,了解本次实验的目的和内容;掌握本次实验的工作原理和方法; (3)写出预习报告,其中应包括实验的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等; (4)熟悉实验所用的实验装置、测试仪器等; (5)实验分组,一般情况下,电子技术实验以每组1-2人为宜。 1-2实验实施 在完成理论学习、实验预习等环节后,就可进入实验实施阶段。实验时要做到以下几点: (1)实验开始前,指导教师要对学生的预习报告作检查,要求学生了解本次实验的目的、内容和方法,只有满足此要求后,方能允许实验开始。 (2)指导教师对实验装置作介绍,要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器,明确这些设备的功能、使用方法。 (3)按实验小组进行实验,小组成员应有明确的分工,各人的任务应在实验进行中实行轮换,使参加者都能全面掌握实验技术,提高动手能力。 (4)按预习报告上的详细的实验线路图进行接线,也可由二人同时进行接线。 (5)完成实验接线后,必须进行自查:串联回路从电源的某一端出发,按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确,合理;并联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。距离较近的两连接端尽可能用短导线,避免干扰;距离较远的两连接端尽量选用长导线直接连接,尽可能不用多根导线做过渡连接。自查完成后,须经指导教师复查后方可通电实验。 (6)实验时,应按实验指导书所提出的要求及步骤,逐项进行实验和操作。改接线路时,必须断开电源。实验中应观察实验现象是否正常,所得数据是否全理,实验结果是否与理论相一致。 完成本次实验全部内容后,应请指导教师检查实验数据、记录的波形。经指导教师认可后方可拆除接线,整理好连接线、仪器、工具。 1-3实验总结 实验的最后阶段是实验总结,即对实验数据进行整理、绘制波形曲线和图表、分析实验现象、撰写实验报告。每个实验参与者都要独立完成一份实验报告,实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。如实验结果与理论有较大出入时,不得随意修改实验数据和结果,不得用凑数据的方法来向理论靠近,而是用理论知识来分析实验数据和结果,解释实验现象,找到引起较大误差的原因。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验一??常用电子仪器的使用 一、实验目的 掌握电子线路实验中常用电子仪器(函数信号发生器、交流毫伏表、示波器等仪器)的一般使用方法。 二、仪器的基本组成及使用方法 1.函数信号发生器 函数信号发生器主要由信号产生电路、信号放大电路等部分组成。可输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出信号电压幅度可由输出幅度调节旋钮进行调节,输出信号频率可通过频段选择及调频旋钮进行调节。 使用方法:首先打开电源开关,通过“波形选择”开关选择所需信号波形,通过“频段选择”找到所需信号频率所在的频段,配合“调频”旋钮,找到所需信号频率。通过“调幅”旋钮得到所需信号幅度。 2.交流毫伏表 交流毫伏表是一种用于测量正弦电压有效值的电子仪器。主要由分压器、交流放大器、检波器等主要部分组成。电压测量范围为1mv至300v,分十个量程。 使用方法:将“测量范围”开关放到最大量程档(300v)接通电源;将输入端短路,使“测量范围”开关置于最小档(10mv),调节“零点校准”使电表指示为0;去掉短路线接入被测信号电压,根据被测电压的数值,选择适当的量程,若事先不知被测电压的范围,应先将量程放到最大档,再根据读数逐步减小量程,直到合适的量程为止;用完后,应将选择“测量范围”开关放到最大量程档,然后关掉电源。 注意事项:①接短路线时,应先接地线后接另一根线,取下短路线时,应先取另一根线后取地线;②测量时,仪器的地线应与被测电路的地线接在一起。 3.示波器 示波器是一种用来观测各种周期性变化电压波形的电子仪器,可用来测量其幅度、频率、相位等等。一个示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、锯齿波发生器、衰减器等部分组成。 使用方法:打开电源开关,适当调节垂直()和水平()移位旋钮,将光点或亮线移至荧光屏的中心位置。观测波形时,将被观测信号通过专用电缆线与y1(或y2)输入插口接通,将触发方式开关置于“自动”位置,触发源选择开关置于“内”,改变示波器扫速开关及y轴灵敏度开关,在荧光屏上显示出一个或数个稳定的信号波形。 三、实验设备、部件与器件 1.函数信号发生器(实验台面板右侧) 2.交流毫伏表(实验台面板右下角) 3.双踪示波器(另配) 四、实验内容 1.从函数信号发生器输出频率分别为:200hz、1khz、2khz、10khz、20khz、100khz(峰—峰值为1v)的正弦波、方波、三角波信号,用示波器观察并画出波形。 2.从函数信号发生器输出频率分别为200hz、1khz、2khz、10khz,幅值分别为100mv和200mv(有效值)的正弦波信号。用示波器和交流毫伏表进行参数的测量并填入表1—1。 表1—1

信号频率 信号电压 毫伏表读数 示波器测量值 示波器测量值 峰峰值 有效值 周期(ms) 频率(hz) 200hz 100mv ? ? ? ? 200mv ? ? ? ? 1khz 100mv ? ? ? ? 200mv ? ? ? ? 2khz 100mv ? ? ? ? 200mv ? ? ? ? 10khz 100mv ? ? ? ? 200mv ? ? ? ? 五、实验报告 整理实验数据,并进行分析。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验二??晶体管共射极单管放大器 一、实验目的 1.学会放大器静态工作点的调试方法,定性了解静态工作点对放大器性能的影响。 2.掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 二、实验原理 图2-1为典型的工作点稳定的阻容耦合单管放大器实验原理图。它的偏置电路采用rb1和rb2组成的分压电路,并在发射极中接有电阻re,以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端输入信号ui后,在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反,幅值被放大了的输出信号uo,从而实现了电压放大。   ? ? ? ? ? ? ? ? 图2-1共射极单管放大器实验电路 在图2-1电路中,静态工作点可用下式估算 ub≈ ??????????????? ie=≈ic ??????????????? uce=ucc-ic(rc re) 电压放大倍数 ??????????????? av= 输入电阻??????? ??ri=rb1‖rb2‖rbe 输出电阻??????? ??ro≈rc 放大器的测量和调试一般包括:放大器静态工作点的测量与调试,消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。 1.放大器静态工作点的测量与调试 1)静态工作点的测量 测量放大器的静态工作点,应在输入信号ui=0的情况下进行,即将放大器输入端与地端短接,然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表,分别测量晶体管的集电极电流ic,及各电极对地的电位ub、uc和ue。实验中为了避免断开集电极,通常采用测量电压,然后算出ic的方法。例如,只要测出ue,即可用ic≈ie=算出ic(也可根据ic=,由uc确定ic),同时也能算出ube=ub-ue,uce=uc-ue。为了减小误差,提高测量精度应选用内阻较高的直流电压表。 2)静态工作点的调试 静态工作点是否合适,对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高,放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真,此时uo的负半周将被削底,如图2-2(a)所示;如工作点偏低则易产生截止失真,即uo的正半周被缩顶(一般截止失真不如饱和失真明显),如图2-2(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试,即在放大器的输入端加入一定的ui,检查输出电压uo的大小和波形是否满足要求。如不满足,则应调节静态工作点的位置。 电源电压ucc和电路参数rc、rb(rb1、rb2)都会引起静态工作点的变化,如图2-3所示。但通常多采用调节偏置电阻rb2的方法来改变静态工作点,如减小rb2,则可使静态工作点提高等。  ? ? 图2-2静态工作点对uo波形失真的影响图2-3电路参数对静态工作点的影响 ? 最后还要说明的是,上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的,应该是相对信号的幅度而言。如信号幅度很小,即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说,产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求,静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。 2.放大器动态指标测试 放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压(动态范围)和通频带等。 1)电压放大倍数av的测量 调整放大器到合适的静态工作点,然后加入输入电压ui,在输出电压uo不失真的情况下,用交流毫伏表测出有效值ui和uo,则 ??? ????av= 2)输入电阻ri的测量 为了测量放大器的输入电阻,按图2-4电路,在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻r。在放大器正常工作情况下,用交流毫伏表测出us和ui,则根据输入电阻的定义可得 ??????? ?ri==  图2-4输入、输出电阻测量电路 测量时应注意 ①由于电阻r两端没有电路公共接地点,所以测量r两端电压ur时必须分别测出us和ui,然后按ur=us-ui求出ur值。 ②电阻r的值不宜取得过大或过小,以免产生较大的测量误差,通常取r与ri为同一数量级为好,本实验可取r=1~2kω。 3)输出电阻ro的测量 按图2-4电路,在放大器正常工作条件下,测出输出端不接负载rl的输出电压uo和接入负载后的输出电压ul,根据 ???????? ?ul= 即可求出ro ?????????? ro=(-1)rl 在测试中应注意,必须保持rl接入前后输入信号的大小不变。 4)最大不失真输出电压uopp的测量(最大动态范围) 如上所述,为了得到最大动态范围,应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下,逐步增大输入信号的幅度,并同时调节rw(改变静态工作点),用示波器观察uo,当输出波形同时出现削底和缩顶现象(如图2-5)时,说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后调整输入信号,使波形输出幅度最大且无明显失真时,用交流毫伏表测出uo(有效值),则动态范围等于2uo,或用示波器直接读出uopp来。 ? ? ? ? ? 图2-5静态工作点正常,输入信号太大引起的失真 5)放大器频率特性的测量 放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数av与输入信号频率f之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图2-6所示,avm为中频电压放大倍数,通常规定电压放大倍数随频率变化降到中频放大倍数的1/倍,即0.707avm所对应的频率分别称为下限频率fl和上限频率fh,则通频带 fbw=fh-fl 放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数av。为此可采用前述测量av的方法,每改变一个信号频率,测量其相应的电压放大倍数。测量时应注意取点要恰当,在低频段与高频段应多测几点,在中频段可以少测几点。此外,在改变频率时,要保持输入信号的幅度不变,且输出波形不得失真。  ? ? ? ? ? ? ??????????? 图2-6幅频特性曲线图??????????? 2-7常用三级管的引脚排列 6)干扰和自激振荡的消除 参考教材相关章节。 三、实验设备、部件与器件 1. 12v直流电源???????????????????????? 2.函数信号发生器 3.双踪示波器(另配)???????????????????? 4.交流毫伏表 5.直流电压表?????????????????????????? 6.直流毫安表 7.频率计?????????????????????????????? 8.万用电表(另配) 9.晶体三极管3dg6等(另配) ? ? ? ? ? ? ? ? ?  ????????????? 图2-8  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图2-9 四、实验内容 实验电路如图2-8所示,本实验利用其中的第一级放大器。各电子仪器可按图2-9所示方式连接,为防止干扰,各仪器的公共端必须连在一起,同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线。如使用屏蔽线,则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上,断开cf2、rf2支路和cf、rf,并短路rf1。 1.测量静态工作点 接通电源前,将rw1调至最大,放大器工作点最低,函数信号发生器输出旋钮旋至零。 接通 12v电源、调节rw1,使ic=2.0ma(即ue=2.0v),用直流电压表测量ub、ue、uc的值。记入表2-1。 表2-1??????? ic=2.0ma

测? 量? 值 计? 算? 值 ub(v) ue(v) uc(v) ube(v) uce(v) ic(ma)≈ie ? ? ? ? ? ? 2.测量电压放大倍数 在放大器输入端(b点)加入频率为1khz的正弦信号,调节函数信号发生器的输出旋钮,使ui=5mv。同时用示波器观察放大器输出电压uo(rl1两端)的波形,在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述两种情况下的uo值,并用双踪示波器观察uo和ui的相位关系,记入表2-2。 表2-2?????? ic=2.0ma???????? ui=5mv

rc(kω) rl(kω) uo(v) av 观察记录一组uo和u1波形 2.4 ∞ ? ? ? 2.4 2.4 ? ? 3.观察静态工作点对电压放大倍数的影响 置rc1=2.4kω,rl1=∞,ui适量,调节rw1,用示波器监视输出电压波形,在uo不失真的条件下,测量数组ic和uo值,记入表2-3。 表2-3????? rc=2.4k???????? rl=∞????????? ui=5mv

ic(ma) ? ? 2.0 ? ? uo(mv) ? ? ? ? ? av ? ? ? ? ? 4.观察静态工作点对输出波形失真的影响 置rc=2.4k,rl=2.4k,ui=0,调节rw1使ic=1.5ma,测出uce值。再逐步加大输入信号,使输出电压uo足够大但不失真。然后保持输入信号不变,分别增大和减小rw1,使波形出现失真,绘出uo的波形,并测出失真情况下的ic和uce值,记入表2-4中。每次测ic和uce值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。 表2-4????? rc=2.4kω??????rl=∞??????? ui=???? mv

ic(ma) uce(v) uo波形 失真情况 管子工作状态 ? ? ? ? ? 1.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5.测量最大不失真输出电压 置rc=2.4kω,rl=2.4kω,按照实验原理4)中所述方法,同时调节输入信号的幅度和电位器rw1,用示波器和交流毫伏表测量uopp及uo值,记入表2-5。 表2-5??? rc=2.4k?????? rl=2.4k

ic(ma) ui(mv) ucm(v) uopp(v) ? ? ? ? 6.测量输入电阻和输出电阻 置rc1=2.4k,rl1=2.4k,ic=2.0ma。输入f=1khz的正弦信号(在a点输入),在输出电压uo不失真的情况下,用交流毫伏表测出us、ui和ul,记入表2-6。 保持us不变,断开rl,测量输出电压uo,记入表2-6。 表2-6???? ic=2.0ma?????? rc=2.4kω???????rl1=2.4kω

uo(ma) ui(mv) ri(kω) ul(v) uo(v) ro(kω) 测量值 计算值 测量值 计算值 ? ? ? ? ? ? ? ?

7.测量幅频特性曲线 取ic=2.0ma,rc1=2.4k,rl1=2.4k。保持输入信号ui(b点输入)的幅度不变,改变信号源频率f,逐点测出相应的输出电压uo,记入表2-7。 表2-7????? ??????ui=?????? mv

????????????????? ????fl???????????? ???fo???????????????fh f(khz) ? uo(v) ? av=uo/ui ? 为了频率f取值合适,可先粗测一下,找出中频范围,然后再仔细读数。 说明:本实验内容较多,其中6、7可作为选作内容。 五、实验报告 1.列表整理测量结果,并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较(取一组数据进行比较),分析产生误差原因。 2.总结rc、rl及静态工作点对放大器放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。 3.讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。 4.分析讨论在调试过程中出现的问题。 六、预习要求 1.阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。 假设:3dg6的β=100,rb1=20k,rb2=60k,rc=2.4k,rl=2.4k。 估算放大器的静态工作点,电压放大倍数av,输入电阻ri和输出电阻ro。 2.能否用直流电压表直接测量晶体管的ube?为什么实验中要采用先测ub、ue再间接算出ube的方法? 3.当调节偏置电阻rb1,使放大器输出波形出现饱和或截止失真时,晶体管的管压降uce怎样变化? 4.改变静态工作点对放大器的输入电阻ri有否影响?改变外接电阻rl对输出电阻ro有否影响? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验三 ??场效应管放大器 一、实验目的 1.了解结型场效应管的性能和特点 2.进一步熟悉放大器动态参数的测试方法 二、实验原理 场效应管是一种电压控制型器件。按结构可分为结型和绝缘栅型两种类型。由于场效应管栅源之间处于绝缘或反向偏置,所以输入电阻很高(一般可达上百兆欧)。加之制造工艺较简单,便于大规模集成,因此得到越来越广泛的应用。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图3-1 3dj6f的输出特性和转移特性曲线 1.结型场效应管的特性和参数 场效应管的特性主要有输出特性和转移特性。图3-1所示为n沟道结型场效应管3dj6f的输出特性和转移特性曲线。其直流参数主要有饱和漏极电流idss,夹断电压up等;交流参数主要有低频跨导 gm= 表3-1列出了3dj6f的典型参数值及测试条件 表3-1

参数名称 饱和漏极电流 idss(ma) 夹断电压up(v) 跨导gm(μa/v) 测试条件 uds=10v ugs=0v uds=10v ids=50μa uds=10v ids=3ma f=1khz 参数值 1~3.5 < >100 2.场效应管放大器性能分析 图3-2为结型场效应管组成的共源极放大电路。其静态工作点 ugs=ug-us= id=idss (1-)2 中频电压放大倍数??????? av=-gmrl′=-gmrd‖rl 输入电阻? ??????????????ri=rg rg1‖rg2 输出电阻???? ???????????ro≈rd 式中跨导gm可由特性曲线用作图法求得,或用公式 ???????????????????????gm=- 计算。但要注意,计算时ugs要用静态工作点处之数值。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图3-2 结型场效应管共源极放大器 ? ? ? ? ? ? ? 图3-3 输入电阻测量电路 3.输入电阻的测量方法 场效应管放大器的静态工作点、电压放大倍数和输入电阻的测量方法,与实验二中晶体管放大器的测量相同。输入电阻的测量电路如图3-3所示。在放大器的输入端串入电阻r,把开关k掷向位置1(即使r=0),测量放大器的输出电压uo1=avus;保持us不变,再把k掷向2(即接入r),测量放大器的输出电压uo2。由于两次测量中av和us保持不变,故  ????????????????????????uo2=avui=usav 由此可以求出 ?? ??????????????????????ri=r 式中r和ri不要相差太大,本实验可取r=100~200kω。 三、实验设备与器件 1. 12v直流电源? ???2.函数信号发生器???? 3.双踪示波器(另配)??????????????????? 4.交流毫伏表?? 5.直流电压表??6.结型场效应管3dj6f× 1 电阻器、电容器若干 四、实验内容 1.静态工作点的测量和调整 1)根据附录查阅,或用图示仪测量实验中所用场效应管的特性曲线和参数,记录下来备用。 2)按图3-2连接电路(自行搭接电路,各连线尤其是接地连线应尽量短),接通 12v电源,用直流电压表测量ug、us和ud。检查静态工作点是否在特性曲线放大区的中间部分。如合适则把结果记入表3-2。 3)若不合适,则适当调整rg2和rs,调好后,再测量ug、us和ud记入表3-2。 表3-2

测?????? 量????? 值 计??? 算???? 值 ug(v) us(v) ud(v) uds(v) ugs(v) id(ma) uds(v) ugs(v) id(ma) ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.电压放大倍数av、输入电阻ri和输出电阻ro的测量 1)av和ro的测量 在放大器的输入端加入f=1khz的正弦信号ui(≈50~100mv),并用示波器监视输出电压uo的波形。在输出电压uo没有失真的条件下,用交流毫伏表分别测量rl=∞和rl=10kω的输出电压uo(注意:保持ui不变),记入表3-3。 表3-3

测 量 值 计算值 ui和uo波形 ? ui(v) uo(v) av ro(kω) av ro(kω) ? rl=∞ ? ? ? ? ? ? rl=10k ? ? ? ? 用示波器同时观察ui和uo的波形,描绘出来并分析它们的相位关系。 2)ri的测量 按图3-3改接实验电路,选择合适大小的输入电压us(约50-100mv)。将开关k掷向“1”,测出r=0时的输出电压uo1,然后将开关掷向“2”(接入r),保持us不变,再测出uo2,根据公式 ????????? ri=?? 求出ri,记入表3-4。 表3-4

测? 量? 值 计? 算? 值 u01 u02 ri(kω) ri(kω) ? ? ? ? 五、实验报告 1.整理实验数据,将测得的av、ri、ro和理论计算值进行比较。 2.把场效应管放大器与晶体管放大器进行比较,总结场效应管放大器的特点。 3.分析测试中的问题,总结实验收获。 六、预习要求 1.复习有关场效应管部分内容,并分别用图解法与计算法估算管子的静态工作点(根据实验电路参数),求出工作点处的跨导gm。 2.场效应管放大器输入回路的电容c1为什么可以取得小一些(可以取c1=0.1μf)? 3.测量场效应管静态工作电压ugs时,能否用直流电压表直接并在g、s两端测量? 为什么? 4.为什么测量场效应管输入电阻时要用测量输出电压的方法? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验四 ???两级电压串联负反馈放大器 一、实验目的 1.学会识别放大器中负反馈电路的类型。 2.了解不同反馈形式对放大器的输入和输出阻抗的不同影响。 3.加深理解负反馈对放大器性能的影响。 二、实验原理 负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用。虽然它使放大器的放大倍数降低,但能在多方面改善放大器的动态指标,如稳定放大倍数,改变输入、输出电阻,减小非线性失真和展宽通频带等。因此,几乎所有的实用放大器都带有负反馈。 负反馈放大器有四种组态,即电压串联,电压并联,电流串联,电流并联。本实验以电压串联负反馈为例,分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。 1.带有负反馈的两级阻容耦合放大电路,如图4-1所示(断开rf2、cf2支路),在电路中通过rf把输出的电压uo引回到输入端,加在晶体管t1的发射极上,在发射极电阻rf1上形成反馈电压uf。根据反馈的判断法可知,它属于电压串联负反馈。 主要性能指标如下 1)闭环电压放大倍数avf avf = 其中 ?av=uo/ui——基本放大器(无反馈)的电压放大倍数,即开环电压放大倍数。 ?? ?1 avfv——反馈深度,它的大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度 2)反馈系数  ??????????????????????fv= 3)输入电阻?????? rif=(1 avfv)ri′  ????ri′——基本放大器的输入电阻(不包括偏置电阻) 4)输出电阻?????? rof= ???? ro——基本放大器的输出电阻 ???? avo——基本放大器rl=∞时的电压放大倍数 2.本实验还需要测量基本放大器的动态参数,怎样实现无反馈而得到基本放大器呢?不能简单地断开反馈支路,而是要去掉反馈作用,但又要把反馈网络的影响(负载效应)考虑到基本放大器中去。为此1)在画基本放大器的输入回路时,因为是电压负反馈,所以可将负反馈放大器的输出端交流短路,即令uo=0,此时rf相当于并联在rf1上; 2)在画基本放大器的输出回路时,由于输入端是串联负反馈,因此需将反馈放大器的输入端(t1管的射极)开路,此时(rf rf1)相当于并接在输出端。可近似认为rf并接在输出端。 根据上述规律,就可得到所要求的如图4-2所示的基本放大器。 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图4-1 带有负反馈的二级阻容耦合放大电路 ? ? ? ? ? ? ? 图4-2 基本放大器 三、实验设备与器件 1. 12v直流电源????? ?????????????2. 函数信号发生器 3. 双踪示波器(另配)?????????????? 4. 频率计 5. 交流毫伏表???????????????????? 6. 直流电压表 7. 晶体三极管3dg6×2(β=50~100)或9011×2电阻、电容、插线若干。 四、实验内容 1.测量静态工作点 按图4-1连接实验电路,将rl1开路,使电路为两级放大器,同时断开rf 2cf2和rfcf反馈支路。取ucc= 12v,ui=0,调整rw1、rw2,用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点,记入表4-1。 表4-1? ic1=2.0ma,???ic2=2.0ma

? ub(v) ue(v) uc(v) ic(ma) 第一级 ? ? ? ? 第二级 ? ? ? ? 2.测量中频电压放大倍数av,输入电阻ri和输出电阻ro。 1)测量中频电压放大倍数av。 在放大器输入端(b点)加入频率为1khz,ui=5mv的正弦信号,用示波器观察放大器输出电压ul的波形。在ul不失真的情况下,用交流毫伏表测量ul,利用av=算出基本放大器的电压放大倍数。 2)测量输出电阻r0 保持ui=5mv不变,断开负载电阻rl2(注意输出端的rf、rf1支路不要断开),测量空载时的输出电压u0。利用公式r0=()rld,求出输出电阻r0。 3)测量输入电阻ri 在电路的a点输入频率为1khz的正弦信号,调节“幅度”调节旋钮,使得ui=5mv,再测出a点的输入电压us,利用公式ri=?rs计算出输入电阻ri。 4)测量通频带 接上rl2,在放大器输入端b点输入ui=5mv,1hkz的正弦信号,测出输出电压ul(ul波形不失真)然后增加和减小输入信号的频率(保持ui=5mv),找出上、下限频率fh和fl,利用fbw=fh-fl得到通频带宽。 3.测量负反馈放大器的各项性能指标 将实验电路恢复为图4-1的负反馈放大电路,断开cf2、rf2支路。重复2中的各项测试内容和方法,得到负反馈放大器的avf、rof、rif和通频带度fbw。 4.观察负反馈对非线性失真的改善 1)实验电路改接成基本放大器形式,在输入端加入f=1khz的正弦信号,输出端接示波器。逐渐增大输入信号的幅度,使输出波形出现失真,记下此时的波形和输出电压的幅度。 2)再将实验电路改接成负反馈放大器形式,增大输入信号幅度,使输出电压幅度的大小与1)相同,比较有负反馈时,输出波形的变化。 五、实验报告 1.将基本放大器和负反馈放大器动态参数的实测值和理论估算值列表进行比较。 2.根据实验结果,总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。 六、预习要求 1.复习教材中有关负反馈放大器的内容 2.按实验电路4-1估算放大器的静态工作点(β1=β2=100) 3.怎样把负反馈放大器改接成基本放大器?为什么要把rf并接在输入和输出端? ? 4.估算基本放大器的av,ri和ro;估算负反馈放大器的avf、rif和rof,并验算它们之间的关系。 5.如按深度负反馈估算,则闭环电压放大倍数avf=?和测量值是否一致?为什么? 6.如输入信号存在失真,能否用负反馈来改善? 实验五 ??电流串联负反馈 一、实验目的 1.学会识别放大器中负反馈电路的类型。 2.了解不同反馈形式对放大器输入、输出电阻的不同影响。 3.加深理解负反馈对放大器性能的影响。 二、实验原理 图5-1为电流串联负反馈电路。从图中 ? ? ? ? ? ? ? ? 图5-1 电流串联负反馈放大器 可以看出,f==? ????r′l=rc∥rl avo=??? avf== 通过等效电路计算可得, ??????? avf== 深度负反馈的情况下??? avf= 三、实验设备、部件与器件 1. 12v直流电源 ???????????????????????????????2.函数信号发生器 3.双踪示波器(另配)??????????????????????????? 4.频率计 5.交流毫伏表????????????????????????????????? 6.直流电压表 7.晶体三极管3dg6、电阻、电容及插线若干。 四、实验内容 1.测量和调整静态工作点 将实验台面板上的单管/负反馈两级放大器接成图5-1所示电流串联负反馈电路。并把rf1短路,即电路处于无反馈状态。调节rw1使得ic=≈ie==2ma,用万用电表测量晶体管的集电极、基极和发射极对地的电压uc,ub和ue。 2.测量无反馈(基本放大器)的各项性能指标 1)测量电压放大倍数av 在放大器输入端(b点)加入ui=5mv,1khz的正弦信号,用示波器观察放大器输出电压ul的波形。在ul不失真的情况下,用交流毫伏表测量ul,利用au=求出基本放大器的电压放大倍数。 2)测量输出电阻ro 保持ui=5mv不变,断开负载电阻rl1,测量空载时的输出电压u0,利用公式ro=(-1)rl1,求出输出电阻ro。 3)测量输入电阻ri 在电路的a点输入频率为1khz的正弦信号,调节“幅度”调节旋钮,使得ui=5mv,再测出a点的输入电压us。利用公式 ri=r计算出输入电阻ri。 4)测量通频带 接上负载rl1,在放大器输入端b点输入ui=5mv,1khz的正弦信号。测出输出电压ul(ul波形不失真),然后改变输入信号的频率(保持ui=5mv)找出上,下限频率fh和fl并计算出通频带宽。 3.测量负反馈放大器的各项性能指标 将实验电路恢复为图5-1,调整静态工作点使得ie=2ma。 重复2中的测试内容和方法,得到负反馈放大器的avf、rof、rif和通频带宽fbw。 五、实验报告 1.将基本放大器和负反馈放大器动态参数的实测值和理论估算值列表进行比较。 2.根据实验结果,总结电流串联负反馈对放大器性能的影响。 六、预习要求 1.复习教材中有关负反馈放大器的内容。 2.估算基本放大器的av、ri和r0;估算负反馈放大器的avf、rif、rof,并验算它们之间的关系。 3.为何从实验结果看不出电流反馈对输出电阻的显著提高? ? ? ? ? ? 实验六 ??电压并联负反馈 一、实验目的 1.进一步学会识别放大器中负反馈电路的类型。 2.了解不同反馈形式对放大器输入、输出电阻的不同影响。 3.加深理解负反馈对放大器性能的影响。 二、实验原理 图6-1为电压并联负反馈电路。电路中将反馈电阻接在集电极与基极之间,利用输出电压u0在rf中形成的电流if反馈到输入端,与输入信号电流is并联,成为分流支路,使晶体管基极注入电流ib减小。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图6-1 电压并联负反馈放大器 三、实验设备、部件与器件 1. 12v直流电源????????????????????????????? 2.函数信号发生器 3.双踪示波器(另配)????????????????????????? 4.频率计 5.交流毫伏表??????????????????????????????? 6.直流电压表 7.晶体三极管3dg6、电阻、电容及插线若干。 四、实验内容 1.测量和调整静态工作点。 ???????????????? ? ? ? ? ? ? ? ? 图6-2 单级无反馈放大器 将实验台面板上的单管/负反馈两级放大器接成图6-2所示电路。此时电路处于无反馈状态。 调节rw1,使得ie==2ma,用直流电压表测出晶体管集电极对地电压uc,基极对地电压ub和发射极对地电压ue。 2.测量基本放大器的各项性能指标 1)测量电压放大倍数av 在放大器输入端(b点)加入ui=5mv,1khz的正弦信号,用示波器观察放大器输出电压ul的波形。在不失真的情况下,用交流毫伏表测量ul。利用av=求出基本放大器的电压放大倍数。 2)测量输出电阻ro 保持ui=5mv不变,断开负载电阻rl1,测量空载时的输出电压u0,利用公式r0=(-1)rl1,求出输出电阻r0。 3)测量输入电阻ri 在电路的a点输入频率为1khz的正弦信号,调节“幅度”调节旋钮,使得ui=5mv,再测出a点的输入电压us。利用公式 ri=计算出输入电阻ri。 4)测量负反馈放大器的各项性能指标 将实验电路恢复为图6-1。重复2中的测试内容,得到负反馈放大器的avf、r0f、rif. ?五、实验报告 1.将基本放大器和负反馈放大器动态参数的实测值和理论估算值列表进行比较。 2.根据实验结果,总结电压并联负反馈对放大器性能的影响。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验七 ??射极输出器 一、实验目的 1.掌握射极输出器的特点。 2.进一步学习放大器各项参数的测试方法。 3.了解“自举”电路在提高射极输出器的输入电阻中的作用。 二、实验原理 1.射极输出器的特点 1)输出电压u0与输入电压ui同相 2)输入电阻高 3)输出电阻低 2.实验原理: 实验原理图如图7-1所示。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???????? 图7-1 典型的射极输出器 引入“自举”电路可使阻值较小的基极直流偏置电阻rb1和rb2对信号源呈现相当大的交流输入电阻。具有“自举”电路的射极输出器如图7-2所示。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图7-2 带有“自举”的射极输出器 其等效电路如图7-3。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图7-3 带有“自举”的射极输出器等效电路 由图可见ui升高,u0也升高,通过rb3使ub相应抬高,即用输出电压的上升去“举高”自己的基极电压,所以称为“自举”电路。由于u0与ui同相,则rb3两端的电压就很小,因而流过rb3的电流ir也很小。即rb3的分流作用大大减弱,相当于ui看进去rb3的等效输入电阻被大大提高。 三、实验设备、部件与器件 1. 12直流电源?????????????????????? 2.函数信号发生器 3.双踪示波器(另配)????????????????? 4.交流毫伏表 5.直流电压表??????? ????????????????6.频率计 7.3dg6×1 电阻器、电容及插线若干。 四、实验内容 1.按图7-1连接电路(该电路需学生利用实验台面板上的元件自行搭接)。注意:a与a′连接,b与b′断开,使其处于无自举状态。 2.静态工作点的调整 接通 12v电源,在b点加入f=1khz正弦信号ui(ui大于100mv),输出端用示波器监视,反复调整rw及信号源的输出幅度,使在示波器的屏幕上得到一个最大不失真输出波形。 然后置ui=0,用直流电压表测量晶体管各电极对地电位,将测得数据记入表7-1。 表7-1

ue(v) ub(v) uc(v) ie= ? ? ? ? 在下面整个测试过程中应保持rw值不变(即ie不变)。 3.测量电压放大倍数av 接入负载rl=2kω,在b点加f=1khz正弦信号ui,调节输入信号幅度,用示波器观察输出波形uo,在输出最大不失真情况下,用交流毫伏表测ui、ul值。记入表7-2。 表7-2

ui(v) ul(v) av= ? ? ? 4.测量输出电阻ro 断开负载rl,在b点加f=1khz正弦信号ui(幅度通常取100mv,下同),用示波器监视输出波形,测空载输出电压uo。接上负载rl=2kω,测出有负载时输出电压ul,记入表7-3。 表7-3

uo(v) ul(v) ro=(-1)rl(kω) ? ? ? 5.测量输入电阻ri 在a点加f=1khz的正弦信号us,使得ui在100mv以上,用示波器监视输出波形,用交流毫伏表分别测出a、b点对地的电位us、ui,记入表7-4。 表7-4

us(v) ui(v) ri=r(kω) ? ? ? 6.将a与a″相连,b与b′相连,即引入“自举”。重新测量输入电阻r′i。 五、预习要求 1.复习射极输出器的工作原理及其特点。 2.根据图5-2的元件参数值估算静态工作点,并画出交、直流负载线。 六、实验报告 1.分析射极跟随器的性能和特点。 2.整理数据并列表进行比较。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验八 ??差动放大器 一、实验目的 1.加深对差动放大器性能及特点的理解 2.学会对差动放大器的电压放大倍数、共模抑制比的测量方法 二、实验原理 图8-1是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关k拨向左边时,构成典型的差动放大器。其中rp为调零电位器,re为两管共用的发射极电阻,它对共模信号有较强的负反馈作用。 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图8-1 差动放大器实验电路 当开关k拨向右边时,构成具有恒流源的差动放大器。它用晶体管恒流源代替发射极电阻re,可以进一步提高差动放大器抑制共模信号能力。 1.静态工作点的估算 开关k拨向左边时,构成典型的差动放大电路,其静态为: ??????? ie≈(认为ub1=ub2≈0) ic1=ic2=ie 当开关拨向右边时,构成具有恒流源电路的差动放大器。其静态为: ??????? ic3≈ie3≈ ic1=ic1=ic3 2.差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 当差动放大器的射极电阻re足够大,或采用恒流源电路时,差模电压放大倍数ad由输出端方式决定,而与输入方式无关。 差模输入双端输出rl=∞,rp在中心位置 ad== 差模输入单端输出 ??????ad1= ad2= 当输入共模信号时,若为单端输出,则有 ac1=ac2= 若为双端输出,在理想情况下 ac= 实际上由于元件不可能完全对称因此ac也不会绝对等于零。 3.共模抑制比cmrr 为了表征差动放大器对有用信号(差模信号)的放大作用和对共模信号的抑制能力,通常用一个综合指标来衡量,即共模抑制比 ??????????? ?cmrr=||??? 或 cmrr=20 log||(db) 差动放大器的输入信号可采用直流信号也可用交流信号。本实验由函数信号发生器提供频率f=1khz的正弦信号作为输入信号,由于该信号发生器为不平衡输出方式,所以在双端差模输入时,信号发生器与放大器输入端a-b之间需加接平衡输入变压器。 三、实验设备与器件 1. ±12v直流电源??????????????????????????? 2.函数信号发生器 3.双踪示波器(另配)?????????????????????????? 4.交流毫伏表 5.直流电压表 6.晶体三极管3dg6×3,要求t1、t2管特性参数一致。(或9011×3)。 四、实验内容 1.典型差动放大器性能测试。 实验电路如图8-1,开关k拨向左边构成典型差动放大器。 1)测量静态工作点 将放大器输入端a、b与地短接,接通±12v直流电源,用直流电压表测量输出电压uo,调节调零电位器rp,使uo=0。 零点调好以后,用直流电压表测量t1、t2管各电极电位及射极电阻re两端电压ure,记入表8-1。 表8-1

测量值 uc1(v) ub1(v) ue1(v) uc2(v) ur2(v) uf2(v) ure(v) ? ? ? ? ? ? ? 计算值 ic(ma) ib(ma) uce(v) ? ? ? ? ? ? ? 2)测量差模电压放大倍数 断开短路线,将函数信号发生器的输出通过平衡输入变压器接放大器的输入端a、b,(在本实验电路中,将函数信号发生器的输出端接放大器输入端a,信号源输出地接放大器输入b)构成双端输入方式,调节信号频率f=1khz的正弦信号,先使输出信号大小为0,用示波器监视输出端电压(集电极c1或c2与地之间的电压)。 逐渐增大输入电压ui(约100mv),在输出波形无失真的情况下,用交流毫伏表测ui,uc1,uc2,并用双踪示波器观察ui,uc1,uc2之间的相位关系及ure随ui改变而变化的情况。 利用ad1=、ad2=及ad=分别计算双端输入、单端输出时的差模电压增益ad1和ad2及双端输入、双端输出的差模电压增益ad。 3)测量共模电压放大倍数 将放大器a、b短接,(去掉平衡输入变压器),信号源的输出端与放大器a、b相接,信号源的地与电路的地相接。构成共模输入方式,调节函数信号发生器,使输入信号ui=1v ???f=1khz。在输出电压无失真的情况下,测量uc1、uc2。用双踪示波器观察ui、uc1、uc2之间的相位关系及ure随ui变化而变化的情况。 利用ad1=、ad2=及ac=分别计算双端输入、单端输出时的共模电压增益ac1和ac2及双端输入、双端输出时的共模电压增益ac。 2.具有恒流源的差动放大电路性能测试。 将图8-1电路中的开关k拨向右边,构成具有恒流源的差动放大电路。重复1中的各项内容。 五、实验报告 1.整理实验数据,列表比较实验结果和理论计算值,分析误差原因。 (1)静态工作点和差模电压放大倍数。 (2)典型差动放大电路单端输出时的cmrr实验值与理论值比较 (3)典型差动放大电路单端输出cmrr的实测值与具有恒流源的差动放大器cmrr实测值比较。 2.比较ui,uc1和uc2之间的相位关系。 3.根据实验结果,总结电阻re和恒流源的作用。 六、预习要求 1.根据实验电路参数,估算典型差动放大器和具有恒流源的差动放大器的静态工作点及差模电压放大倍数(取β1=β2=100)。 2.测量静态工作点时,放大器输入端a、b与地应如何连接? 3.实验中怎样获得双端和单端输入差模信号和共模信号,画出a、b端与信号源之间的连接图。 4.怎样进行静态调零点?用什么仪表测uo? 5.怎样用交流毫伏表测双端输出电压uo? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验九 ??集成运算放大器指标测试 一、实验目的 1.掌握运算放大器主要指标的测试方法。 2.通过运算放大器μa741指标的测试,了解集成运算放大器组件的主要参数的定义和表示方法。 二、实验原理 集成运算放大器是一种线性集成电路,和其它半导体器件一样,它是用一些性能指标来衡量其质量的优劣。为了正确使用集成运放,就必须了解它的主要参数指标。集成运放组件的各项指标通常是用专用仪器进行测试的,这里介绍的是一种简易测试方法。 本实验采用的集成运放型号为,μa741(或f007),引脚排列如图9-1所示。它是八脚双列直插式组件,②脚和③脚为反相和同相输入端,⑥脚为输出端, ⑦脚和④脚为正,负电源,①脚和⑤脚为失调调零端,①⑤脚之间可接入一只几十kω的电位器并将滑动触头接到负电源端。⑧脚为空脚。 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图9-1 μa741管脚图??????????????????? 图9-2 uio、iio测试电路 1.输入失调电压uio 输入失调电压uio是指输入信号为零时,输出端出现的电压折算到同相输入端的数值。 失调电压测试电路如图9-2所示。闭合开关k1及k2,使电阻rb短接,测量此时的输出电压uo1,则输入失调电压 ?? ???????????uio=uo1 实际测出的uo可能为正,也可能为负。高质量的运放uio一般在1mv以下。 测试中应注意:①将运放调零端开路。 ????????????? ②要求电阻r1和r2,r3和rf的参数严格对称。 2.输入失调电流iio 输入失调电流iio是指当输入信号为零时,运放的两个输入端的基极偏置电流之差 iio=丨ib1-ib2丨 输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级两个晶体管β的失配度,由于ib1、ib2本身的数值已很小(微安级),因此它们的差值通常不是直接测量的,测试电路如9-2所示,测试分两步进行: (1)闭合开关k1及k2,在低输入电阻下,测出输出电压uo1,如前所述,这是由于输入失调电压uio所引起的输出电压。 (2)断开k1及k2,两个输入电阻rb接入,由于rb值较大,流经它们的输入电流的差异将变成输入电压的差异,因此,也会影响输出电压的大小,测出两个电阻rb接入时的输出电压uo2,若从中扣除输入失调电压uio的影响,则输入失调电流iio为 iio=|ib1-ib2|=|uo2-uo1| 一般,iio在100na 以下。 测试中应注意:①将运放调零端开路。 ?? ???????????②两输入端电阻rb必须精确配对。 3.开环差模放大倍数aud 集成运放在没有外部反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数,用aud表示。它定义为开环输出电压uo与两个差分输入端之间所加信号电压uid之比 aud= 按定义aud应是信号频率为零时的直流放大倍数,但为了测试方便,通常采用低频(几十赫兹以下)正弦交流信号进行。由于集成运放的开环电压放大倍数很高,难以直接进行测量,故一般采用闭环测量方法。aud的测试方法很多,现采用交、直流同时闭环的测试方法,如图9-3所示。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图9-3 aud测试电路 被测运放一方面通过rf、r1、r2完成直流闭环,以抑制输出电压漂移,另一方面通过rf和rs实现交流闭环。外加信号us经r1、r2分压,使uid足够小,以保证运放工作在线性区,同相输入端电阻r3应与反相输入端电阻r2相匹配,以减小输入偏置电流的影响,电容c为隔直电容。被测运放的开环电压放大倍数为 aud==(1 ) 测试中应注意:①测试前电路应首先消振及调零。 ?????? ???????②被测运放要工作在线性区。 ?????? ???????③输入信号频率应较低,一般用50~100hz输出信号无明显失真。 4.共模抑制比cmrr 集成运放的差模电压放大倍数ad与共模电压放大倍数ac之比称为共模抑制比 cmrr=||或 cmrr=20lg||(db) 共模抑制比在应用中是一个很重要的参数,理想运放对输入的共模信号其输出为零。但在实际的集成运放中,其输出不可能没有共模信号的成分,输出端共模信号愈小,说明电路对称性愈好,也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力愈强,即cmrr愈大。cmrr的测试电路如图9-4所示。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图9-4 cmrr测试电路 集成运放工作在闭环状态下的差模电压放大倍数为 ?ad=- 当接入共模输入信号uic时,测得uoc时,则共模电压放大倍数为 ?????????????????????????????ac= 得共模抑制比 ????? ???????????????????cmrr=||= 测试中应注意:①消振与调零 ②r1与r2、r3与rf之间阻值严格对称 ???????? ??????③输入信号uic幅度必须小于集成运放的 最大共模输入电压范围 uicm 5.共模输入电压范围uicm 集成运放所能承受的最大共模电压称为共模输入电压范围,超出这个范围,运放的cmrr会大大下降,输出波形产生失真,有些运放还会出现“自锁”现象以及永久性的损坏。 uicm的测试电路如图9-5所示。 被测运放接成电压跟随器形式,输出端接示波器,观察最大不失真输出波形,从而确定uicm值。 6.输出电压最大动态范围u0pp 集成运放的动态范围与电源电压、外接负载及信号源频率有关。测试电路如图9-6所示。 逐渐增大uo幅度,观察uo即将失真还没有失真的时刻,从而确定运放在某一电源电压下可能输出的电压峰峰值uopp。 ? ? ? ? ? ? ? 图9-5 uicm测试电路???? ??????????????图9-6 uopp测试电路 集成运放在使用时应考虑的一些问题 1)输入信号选用交、直流量均可,但在选取信号的频率和幅度时,应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。 2)调零。为提高运算精度,在运算前,应首先对直流输出电位进行调零,即保证输入为零时,输出也为零。当运放有外接调零端子时,可按组件要求接入调零电位器rw,调零时,将输入端接地,用直流电压表测量输出电压uo,细心调节rw,使uo为零(即失调电压为零)。如运放没有调零端子,若要调零,可按图9-7所示电路进行调零。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图9-7 调零电路 一个运放如不能调零,大致有如下原因: ①组件正常,接线有错误 ②组件正常,但负反馈不够强(rf/r1太大),为此可将rf短路,观察是否能调零。 ③组件正常,但由于它所允许的共模输入电压太低,可能出现自锁现象,因而不能调零。为此可将电源断开后,再重新接通,如能恢复正常,则属于这种情况。 ④组件正常,但电路有自激现象,应进行消振。 ⑤组件内部损坏,应更换好的集成块。 3)消振。一个集成运放自激时,表现为即使输入信号为零,亦会有输出,使各种运算功能无法实现,严重时还会损坏器件。在实验中,可用示波器监视输出波形。为消除运放的自激,常采用如下措施: ①若运放有相位补偿端子,可利用外接rc补偿电路,产品手册中有补偿电路及元件参数提供。 ②电路布线、元器件布局应尽量减少分布电容。 ③在正、负电源进线与地之间接上几十μf的电解电容和0.01~0.1μf的陶瓷电容相并联以减小电源引线的影响。 三、实验设备与器件 1.±12v直流电源??????????????????? 4.交流毫伏表 2.函数信号发生器????????????????? ?5.直流电压表 3.双踪示波器(另配)??????? 6.集成运算放大器μa741×1电阻器、电容器若干。四、实验内容 1.测量输入失调电压uio 按图9-2连接实验电路,闭合开关k1、k2,用直流电压表测量输出电压uo1,并计算uio。记入表9-1。 2.测量输入失调电流iio 实验电路如图9-2,打开开关k1、k2,用直流电压表测量uo2,并计算iio。记入表9-1。 表9-1

uio(mv) iio(na) aud(db) cmrr(db) 实测值 典型值 实测值 典型值 实侧值 典型值 实侧值 典型值 ? ? ? ? ? ? ? ? 3.测量开环差模电压放大倍数aud 按图9-3连接实验电路,运放输入端加频率100hz,大小约30~50mv正弦信号,用示波器监视输出波形。用交流毫伏表测量uo和ui,并计算aud。记入表9-1。 4.测量共模抑制比cmrr 按图9-4连接实验电路,运放输入端加f=100hz,uic=1~2v正弦信号,监视输出波形。测量uoc和ui,计算ac及cmrr。记入表9-1。 5.测量共模输入电压范围uicm及输出电压最大动态范围uopp。 自拟实验步骤及方法。 五、实验报告 1.将所测得的数据与典型值进行比较。 2.对实验结果及实验中碰到的问题进行分析、讨论。 六、预习要求 1.查阅μa741典型指标数据及管脚功能。 2.测量输入失调参数时,为什么运放反相及同相输入端的电阻要精选,以保证严格对称。 3.测量输入失调参数时,为什么要将运放调零端开路,而在进行其它测试时,则要求输出电压进行调零。 4.测试信号的频率选取的原则是什么? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验十 ???集成运算放大器的基本应用(ⅰ) 模拟运算电路 一、实验目的 1.研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。 2.了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 基本运算电路 (1)反相比例运算电路 电路如图10-1所示,对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为 ??? ?uo=-ui ?? ? ? ? ? ? ? ??????????????????????? 图10-1 反相比例运算电路 为了减小输入偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻r2=r1||rf。 (2)反相加法电路 电路如图10-2所示,输出电压与输入电压之间的关系为 ??????????? uo=-() ????????r3=r1||r2||rf ? ? ? ? ? ? ? ? 图10-2 反相加法运算电路 (3)同相比例运算电路 图10-3(a)是同相比例运算电路,它的输出电压与输入电压之间的关系为  ???????????????????????uo=(1 )ui  ???????????????????????r2=r1||rf 当r1→∞时,uo=ui,即得到如图10-3(b)所示的电压跟随器。图中r2=rf,用以减小漂移和起保护作用。一般rf取10kω,rf太小起不到保护作用,太大则影响跟随性。 ??????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图10-3 同相比例运算电路 (4)差动放大电路(减法器) 对于图10-4所示的减法运算电路,当r1=r2,r3=rf时,有如下关系式 uo=(ui2-ui1) 图10-4 减法运算电路 (5)积分运算电路 反相积分电路如图10-5所示。在理想化条件下,输出电压uo等于 uo(t)=-∫touidt uc(o) 式中 uc(o)是t=0时刻电容c两端的电压值,即初始值。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图10-5 积分运算电路 如果ui(t)是幅值为e的阶跃电压,并设uc(o)=0,则 ? ??????????????uo(t)==-∫to edt=-t 即输出电压uo(t)随时间增长而线性下降。显然rc的数值大,达到给定的uo值所需的时间就长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限制。 在进行积分运算之前,首先应对运放调零。为了便于调节,将图中k1闭合,通过电阻r2的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后,应将k1打开,以免因r2的接入造成积分误差。k2的设置一方面为积分电容放电提供通路,同时可实现积分电容初始电压uc(o)=0。另一方面,可控制积分起始点,即在加入信号ui后,只要k2一打开,电容就将被恒流充电,电路也就开始进行积分运算。 (6)微分运算电路,如图10-6所示 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图10-6? 微分运算电路 三、实验设备、部件与器件 1.±12v直流电源??? ?????????????2.函数信号发生器 3.交流毫伏表???????????????????? 4.直流电压表 5.双踪示波器(另配)??6. 集成运算放大器μa741×1电阻器、电容器及插线若干。 四、实验内容 在实验台的面板上找一具有8脚插座的适当位置,结合以下实验内容进行连线。 1.反相比例运算电路 (1)按图10-1连接实验电路,接通±12v电源,输入端对地短路,进行调零和消振。 (2)输入f=100hz,ui=0.5v的正弦交流信号,测量相应的uo,并用示波器观察uo和ui的相位关系,记入表10-1。 表10-1????? ?ui=0.5v???f=100hz

ui(v) uo(v) ui波形 uo波形 av ? ? 实测值 计算值 ? ? ? ? 2.同相比例运算电路 (1)按图10-3(a)连接实验电路。实验步骤同上,将结果记入表10-2。 (2)将图10-3(a)中的r1断开,得图10-3(b)电路,重复内容(1)。 3.反相加法运算电路 (1) 按图10-2连接实验电路。调零和消振。 表10-2? ????ui=0.5v??? f=100hz

ui(v) uo(v) ui波形 uo波形 av ? ? 实测值 计算值 ? ? ? ? (2)输入信号采用直流信号,图10-6所示电路为简易直流信号源,实验者自行完成。实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。用直流电压表测量输入电压ui1、ui2及输出电压uo,记入表10-3。 表10-3

ui1(v) ? ? ? ? ? ui2(v) ? ? ? ? ? uo(v) ? ? ? ? ? 图10-7 简易可调直流信号源 4.减法运算电路 (1)按图10-4连接实验电路。调零和消振。 (2)采用直流输入信号,实验步骤同内容3,记入表10-4。 表10-4

ui1(v) ? ? ? ? ? ui2(v) ? ? ? ? ? uo(v) ? ? ? ? ? 5.积分运算电路 实验电路如图10-5所示。 (1)打开k2,闭合k1,对运放输出进行调零。 (2)调零完成后,再打开k1,闭合k2,使uc(o)=0。 (3)预先调好直流输入电压ui=0.5v,接入实验电路,再打开k2,然后用直流电压表测量输出电压uo,每5秒读一次uo,记入表10-5,直到uo不继续明显增大为止。 表10-5

t(s) 0? ???5 ????10? ???15? ??20? ???25? ???30? ??…………… uo(v) ? 6.微分电路 (1)按图10-6搭接电路,在函数发生器上调节输入方波信号ui,用示波器监视之,要求方波信号的周期为1-5ms。 (2)把vi信号加到微分电路的输入端,用示波器分别测量ui和uo的波形,画出波形图,并记录数据。 五、实验报告 1.整理实验数据,画出波形图(注意波形间的相位关系)。 2.将理论计算结果和实测数据相比较,分析产生误差的原因。 3.分析讨论实验中出现的现象和问题。 六、预习要求 1.复习集成运放线性应用部分内容,并根据实验电路参数计算各电路输出电压的值。 2.在反相加法器中,如ui1和ui2均采用直流信号,并选定ui2=-1v,当考虑到运算放大器的最大输出幅度(±12v)时,|ui1|的大小不应超过多少伏??? 3.在积分电路中,如r1=100kω,c=4.7μf,求时间常数。假设u1=0.5v,问要使输出电压达到5v需多长时间(设uc(o)=0)? 4.为了不损坏集成块,实验中应注意什么问题? ? ? 实验十一? 仪表放大电路 一、实验目的 1.进一步了解运算放大电路的应用。 2.掌握仪表放大电路的调试及测量方法。 二、实验电路原理 在自动控制和非电量系统中,常用各种传感器将非电量(温度、应变、压力等)的变化变换为电压信号,而后输入系统。但这种电信号的变化非常小(一般只有几毫伏到几十毫伏),所以要将电信号加以放大,有的甚至放大上千倍或上万倍,因此都采用这种仪表放大电路(如图11-1所示)。电路有两级放大级,第一级由a1、a2组成,他们都是同相输入,输入电阻高,并且由于电路结构对称,可抑制零点漂移;第二级由a3组成差动放大电路,它具有很大的共模抑制比、极高的输入电阻,且其增益能在大范围内可调。 如果r2=r3 、r4=r5、r6=r7 改变r1的电阻阻值,即可调节放大倍数。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图11-1??仪表放大电路 三、实验设备 1.±12v? 直流电源??????????4.直流电压表 2.函数信号发生器??????????? 5.μa741x3、二极管、电阻器等 3.双踪示波器(另配) 四、实验内容及步骤? 1.检查芯片 对照如图11-2所示检查芯片,先搭接成反相放大电路。vi=0.1v、r1=10kω、rf=100kω、r2=10kω,测量vo的幅值。 2.μa741芯片检查无误后,按仪表放大电路图11-1搭接电路,令f=1khz,vi1=vi2=0v,用数字万用表测量vo1=vo2=vo。 3.单端输入,vi1=5mv,f=1khz的输入信号,测量输出电压vo的值。 4.双端输入,vi1=5mv,f=1khz的输入信号,测量输出电压vo的值。 五、报告要求 1.计算仪表放大电路的av的值与理论值比较。 2.掌握仪表放大电路的应用范围。 六、预习要求 1.复习仪表放大电路的工作原理,推导出av的计算关系式。 2.了解仪表放大电路在精密测量和控制系统中的应用范围。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验十二 ??集成运算放大器的基本应用(ⅱ) 信号处理一电压比较器 一、实验目的 1.掌握比较器的电路构成及特点 2.学会测试比较器的方法 二、实验原理 1.信号幅度比较就是一个模拟电压信号去和一个参考电压相比较,在二者幅度相等的附近,输出电压将产生跃变。通常用于越限报警和波形变换等场合。此时,幅度鉴别的精确性、稳定性以及输出反应的快速性是主要的技术指标。 图12-1所示为一最简单的电压比较器,ur为参考电压,加在运放的同相输入端,电压ui加在反相输入端。 当ui<ur时,运放输出高电平,输出端电位被箝位在稳压管的稳定电压uz,即uo=uz 当ui>ur时,运放输出低电平,dz正向导通,输出端电位等于其正向压降ud,即uo=ud 因此,以ur为界,当输入电压ui变化时,输出端反映出两种状态。高电位和低电位。 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线,称为传输特性。图12-1(b)为(a)图比较器的传输特性。 2.常用的幅度比较器有过零比较器、具有滞回特性的过零比较器(又称schmitt触发器)、双限比较器(又称窗口比较器)等。 ?(1)图12-2为简单过零比较器 (a)电路图???????????????????? ????(b)传输特性 图12-1 过零电压比较器 ???? ????(a)电路图???????????????????????? (b)传输特性 图12-2 简单的过零比较器 (2)图12-3为具有滞回特性的过零比较器 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? (a) 电路图???????????? ??????????????(b) 传输特性 图12-3 具有滞回特性的过零比较器 过零比较器在实际工作时,如果ui恰好在过零值附近,则由于零点漂移的存在,uo将不断由一个极限值转换到另一个极限值,这在控制系统中,对执行机构将是很不利的。为此,就需要输出特性具有滞回现象。如图12-3所示,从输出端引一个电阻分压支路到同相输入端,若uo改变状态,∑点也随着改变电位,使过零点离开原来位置。当uo为正(记作u ),u∑=?u ,则当ui>u∑后,uo即由正变负(记作u-),此时u∑变为-u∑。故只有当ui下降到-u∑以下,才能使uo再度回升到u ,于是出现图(b)中所示的滞回特性。-u∑与u∑的差别称回差。改变r2的数值可以改变回差的大小。 (3)窗口(双限)比较器 简单的比较器仅能鉴别输入电压ui比参考电压ur高或低的情况,窗口比较电路是由两个简单比较器组成,如图12-4所示,它能指示出ui值是否处于ur 和ur-之间。 ?? ? ? ? ? ? ? ? 图12-4 两个简单比较器组成的窗口比较器 ? 三、实验设备与器件 1.±12v 直流电源?? ??????????????????????????4.直流电压表 2.函数信号发生器???????????????????????????? 5.交流毫伏表 3.双踪示波器(另配)????????????????????????? 6.μa741×2、2dw7×1电阻器等 四、实验内容 1.过零电压比较器 实验电路如图12-5所示 ? ? ? ? ? ? 图12-5 过零比较器 (1)接通±12v电源 (2)测量输入端ui悬空时的uo电压。 (3)ui输入500hz、幅值为2v的正弦信号,观察ui-uo的波形并记录。 (4)改变ui幅值,测量传输特性曲线。 2.反相滞回比较器 实验电路如图12-6所示 ? ? ? ? ? 图12-6 反相滞回比较器 (1)按图接线,ui接 5v可调直流电源,测出uo由 uomax→-uomax时ui的临界值 (2)同上,测出uo由-uomax→ uomax时的临界值 (3)ui接500hz,峰值为2v的正弦信号,观察并记录ui-uo波形 (4)将分压支路100k电阻改为200k,重复上述实验,测定传输特性。 3.同相滞回比较器 实验线路如图12-7所示 ?? ? ? ? ? ? 图12-7 同相滞回比较器 ? (1)参照2,自拟实验步骤及方法 (2)将结果与2相比较 4.窗口比较器 参照图12-4自拟实验步骤和方法,测定其传输持性。 五、实验报告 1.整理实验数据,绘制各类比较器的传输特性曲线。 2.总结几种比较器的特点,说明它们的应用。 六、预习要求 ? 复习教材有关比较器的内容。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验十三? ??精密整流器 一、实验目的 1.了解施密特触发器的工作原理和分析方法。 2.熟悉运放的非线性应用。 二、实验电路原理图 1.半波整流器????????????????????????????????? 用普通二极管整流时,由于二极管 的正向伏安特性不是线性的,且正向压 降受温度的影响较大,因此整流特性并 不是很理想,尤其是在小信号的情况下, 失真相当严重,用二极管和运放一起组 成整流器可克服这一弊病。 当输入信号vi>0时,d2截止,d1??????????????????????????????????? 导通,由于开环增益?????????? ?图13-1??? 半波整流电路 ao很大,所以vo基本为0;当输入信 号vi<0时,d1截止,d2导通,放大器处于深度负反馈 ?,当r1=rf 时,vo= -vi 2.全波整流器 在半波整流器的基础上,再接一级加法器和一级反相器,即构成了全波整流电路如图13-2示,当r1= rf1= rf2 =rf3=2r3时, ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 三、实验设备与器件 1.±12v? 直流电源??????????4.直流电压表 2.函数信号发生器??????????? 5.μa741x3、二极管、电阻器等 3.双踪示波器(另配) 四、实验内容 1.半波整流 按图13-1搭接成半波整流电路r1=rf=20kω, r2 ?=10kω,d1、d2为开关管,vi=200mv ,f=1000hz 。 用双线示波器观察输入、输出波形,并记录。 2.全波整流 (1)按图13-2搭接成全波整流电路rf2=rf3 =20kω, ?r3 =r6=10kω , r5=rf4 =20kω ,其它参数同上, vi=200mv ,f=1000hz 。用双线示波器观察vi 、 vo2 、vo的波形,并记录。 (2)在全波整流器输入端加-2v 、 2v的直流电压, 观察并测量输出电压vo。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 五、报告要求 整理输入输出波形,总结实验经验及心得。 六、预习要求 复习积分、微分电路,分析影响时间常数的因数有哪些? ? ? 实验十四 ??集成运算放大器的基本应用(ⅲ) 波形发生器 一、实验目的 1.学会用集成运放构成方波和三角波发生器。 2.掌握波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。 二、实验原理 1.方波发生器 方波发生器是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生器。实验原理图如图14-1所示。它是在迟滞比较器的基础上,增加了一个rf、cf组成的积分电路,把输出电压经rf、cf反馈到集成运放的反相端,运放的输出端引入限流电阻rs和两个背靠背的稳压管用于双向限幅。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图14-1 方波发生器 ? 该电路的振荡频率为 fo= 式中r1=r1′ rw′,r2=r2′ rw″,方波输出幅值uom=±uz。 2.三角波和方波发生器 如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统,如图14-2所示,则比较器输出的方波经积分可到三角波,三角波又触发比较器自动翻转形成方波,这样即可构成三角波、方波发生器。由于采用运放组成的积分电路,因此可实现恒流充电,使三角波线性大大改善。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图14-2 三角波、方波发生器 电路的振荡频率??? fo= 方波的幅值???? ???u'om=±uz 三角波的幅值?? ???uom=uz 调节rw可以改变振荡频率,改变比值可调节三角波的幅值。 三、实验设备、部件与器件 1.±12v直流电源???? ??????????????????2.双踪示波器(另配) 3.交流毫伏表????????????????????? ????4.频率计 5.μa741×22dw7×1、2cp×2电阻器、电容器若干。 四、实验内容 1.方波发生器 在实验台面板上选一带有8脚运放插座的合适区域,按图14-1连接实验电路。 (1)将电位器rw调至中心位置,用双踪示波器观察并描绘方波uo及三角波uc的波形(注意对应关系),测量其幅值及频率,记录之。 (2)改变rw动点的位置,观察uo、uc幅值及频率变化情况。把动点调至最上端和最下端,测出频率范围,记录之。 (3)将rw恢复至中心位置,将一只稳压管短接,观察uo波形,分析dz的限幅作用。 2.三角波和方波发生器 按图14-2连接实验电路 (1)将电位器rw调至合适位置,用双踪示波器观察并描绘三角波输出uo及方波输出uo′,测其幅值、频率及rw值,记录之。 (2)改变rw的位置,观察对uo、uo′幅值及频率的影响。 (3)改变r1(或r2),观察对uo、uo′幅值及频率的影响。 五、实验报告 1.方波发生器 (1)列表整理实验数据,在同一坐标纸上,按比例画出方波和三角波的波形图(标出时间和电压幅值)。 (2)分析rw变化时,对uo波形的幅值及频率的影响。 (3)讨论dz的限幅作用。 2.三角波和方波发生器 (1)整理实验数据,把实测频率与理论值进行比较。 (2)在同一坐标纸上,按比例画出三角波及方波的波形,并标明时间和电压幅值。 (3)分析电路参数变化(r1、r2和rw)对输出波形频率及幅值的影响。 六、预习要求 1.复习有关三角波及方波发生器的工作原理,并估算图14-1、14-2电路的振荡频率。 2.设计实验表格 3.电路参数变化对图14-1、14-2产生的方波和三角波频率及电压幅值有什么影响?(或者:怎样改变图14-1、14-2电路中方波及三角波的频率及幅值?) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验十五 ??集成运算放大器的基本应用(ⅳ) 信号处理一有源滤波器 一、实验目的 1.熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波和带通、带阻滤波器及其特性 2.学会测量有源滤波器的幅频特性 二、实验原理 本实验是用集成运算放大器和rc网络来组成不同性能的有源滤波电路。 ??? (a)rc网络接在??? ?????(b)rc网络接在??? ??????(c)一阶rc低通滤 ? ??????同相输入端??????? ????反相输入端?????? ???????波器的幅频特性 图15-1 基本的有源低通滤波器 1.低通滤波器 低通滤波器是指低频信号能通过而高频信号不能通过的滤波器,用一阶rc网络组成的称为一阶rc有源低通滤波器,如图15-1所示。为了改善滤波效果,在图15-1(a)的基础上再加一对rc网络且将第一级电容c的接地端改接到输出端的方式,如图15-2所示,即为一个典型的二阶有源低通滤波器。这种有源滤波器的幅频特性为 式中: au=1 为二阶低通滤波器的通带增益; ω。=为截止频率,它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 q=为品质因数,它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 注:式中s代表jω ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图13-2 二阶低通滤波器 2.高通滤波器 只要将低通滤波器滤波网络中的电阻、电容互换即可变成有源高通滤波器,如图15-3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反,其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系。 ???? ?????????????(a)电路图??????? ????????????????(b)幅频特性 图15-3 ??高通滤波器 这种高通滤波器幅频特性为 ?????? 式中au;ωo;q的意义与前同 3.带通滤波器 ? ? ? ? ? ? ? ? 图15-4 典型二阶带通滤波器 这种滤波电路的作用是只允许在一个通频带范围内的信号通过,而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号都被阻断。典型的带通滤波器要从二阶低通滤波电路中将其中一级改成高通而成。如图15-4所示 它的输入输出关系为 ????????? 中心角频率?? ωo= 频带宽????? ?b= 选择性? ?????q= 这种电路的优点是改变rf和r1的比例就可改变频宽而不影响中心频率。当r=160k,r2=22k,r3=12k,rf=r1=47k,c=0.01μf时,ωo=1023hz,其上限频率为1074hz,下限频率为974hz,q为10.23,增益为2,其幅频特性如图15-5所示。 ?? ? ? ? ? ? ? 图15-5 带通滤波器的幅频特性 4.带阻滤波器 如图15-6所示,这种电路的性能和带通滤波器相反,即在规定的频带内,信号不能通过(或受到很大衰减),而在其余频率范围,信号则能顺利通过。常用于抗干扰设备中。 ??????? ??????????(a)电路图??????????? ??????????????(b)频率特性 图15-6 ??二阶带阻滤波器 这种电路的输入、输出关系为 式中: au=; ωo=, 由式中可见,au愈接近2,|a|愈大,即起到阻断范围变窄的作用。 三、实验设备与器件 1.±12v直流电源?????????????? 4.交流毫伏表 2.函数信号发生器????????????? 5.频率计 3.双踪示波器(另配)??????????? 6.μa741×1电阻器、电容器若干。 四、实验内容 1.二阶低通滤波器 实验电路如图15-2 接通±12v电源。函数信号发生器输出端接二阶低通滤波器的输入端,调节信号发生器,令其输出为ui=1v的正弦波,改变其频率,并维持ui=1v不变,测量输出电压uo,记入表15-1。 表15-1

f(hz) ? uo(v) ? 2.二阶高通滤波器 实验电路如15-3(a) 按表15-2的内容测量并记录。 表15-2

f(hz) ? uo(v) ? ? 3.带通滤波器 实验电路如图15-4,测量其频响特性。数据表格自拟。 (1)实测电路的中心频率f。 (2)以实测中心频率为中心,测出电路的幅频特性 4.带阻滤波器 实验电路选定为如图15-6所示的双t型rc网络。数据表格自拟。 (1)实测电路的中心频率 (2)测出电路的幅频特性 五、实验报告 1.整理实验数据,画出各电路实测的幅频特性。 2.根据实验曲线,计算截止频率、中心频率、带宽。 3.总结有源滤波电路的特性。 六、预习要求 1.复习教材有关滤波器的内容。 2.分析图15-2,15-3,15-4,15-6所示电路,写出它们的增益特性表达式。 3.计算图15-2,15-3的截止频率,15-4,15-6的中心频率。 4.画出上述四种电路的幅频特性曲线。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验十六 ??低频功率放大器(i) ???????otl功率放大器 一、实验目的 1.进一步理解otl功率放大器的工作原理。 2.学会otl电路的调试及主要性能指标的测试方法。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图16-1 ????otl功率放大器实验电路 二、实验原理 图16—1所示为otl低频功率放大器。其中由晶体三极管t1组成推动级(也称前置放大级),t2、t3是一对参数对称的npn和pnp型晶体三极管,它们组成互补推挽otl功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式,因此具有输出电阻低,负载能力强等优点。t1管工作于甲类状态,它的集电极电流ic1由电位器rw1进行调节。ic1的一部分流经电位器rw2及二极管d,给t2、t3提供偏压。调节rw2,可以使t2、t3得到合适的静态电流而工作于甲乙类状态,以克服交越失真。静态时要求输出端中点a的电位ua=ucc,可以通过调节rw1来实现。又由于rw1的一端接在a点,因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈,一方面能够稳定放大器的静态工作点,同时也改善了非线性失真。 当输入正弦交流信号ui时,经t1放大、倒相后同时作用于t2、t3的基极,ui的负半周使t2管导通(t3管截止),有电流通过负载rl,同时向电容co充电;在ui的正半周,t3导通(t2截止),则已充好电的电容器co起着电源的作用,通过负载rl放电,这样在rl上就得到完整的正弦波。c2和r构成自举电路,用于提高输出电压正半周的幅度,以得到大的动态范围。 otl电路的主要性能指标 1.最大不失真输出功率pom 理想情况下,pom=,实验中可通过测量rl两端的电压有效值,来求得实际的pom= 2.效率η η=100%? ???????pe—直流电源供给的平均功率 理想情况下,ηmax=78.5%。在实验中,可测量电源供给的平均电流idc,从而求得pe=ucc·idc,负载上的交流功率已用上述方法求出,因而也就可以计算实际效率了。 ??? 三、实验设备与器件 1. 6v直流电源????? ??????????5.直流电压表 2.函数信号发生器???????????? 6.直流毫安表 3.双踪示波器(另配)?????????? 7.频率计 4.交流毫伏表 8.晶体三极管?????3dg6×1(9011×1)? 8050×1,8550×1 晶体二极管2cp×18ω喇叭×1,电阻器、电容器若干 四、实验内容 在整个测试过程中,电路不应有自激现象。 1.静态工作点的测试 按图16—1连接实验电路,电源进线中串入直流毫安表,电位器rw2置最小值,rw1置中间位置。接通 6v电源,观察毫安表指示,同时用手触摸输出级管子,若电流过大,或管子升温显著,应立即断开电源检查原因(如rw2开路,电路自激,或输出管性能不好等)。如无异常现象,可开始调试。 1)调节输出端中点电位ua 调节电位器rw1,用直流电压表测量a点电位,使ua=ucc。 2)调整输出级静态电流及测试各级静态工作点 调节rw2,使t2、t3管的ic2=ic3=5~10ma。从减小交越失真角度而言,应适当加大输出级静态电流,但该电流过大,会使效率降低,所以一般以5~10ma左右为宜。由于毫安表是串在电源进线中,因此测得的是整个放大器的电流。但一般t1的集电极电流ic1较小,从而可以把测得的总电流近似当作末级的静态电流。如要准确得到末级静态电流,则可以从总电流中减去ic1之值,ic1的大小可由re1两端压降估测出来。 调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。先使rw2=0,在输入端接入f=1khz的正弦信号ui,逐渐加大输入信号的幅度,此时,输出波形应出现较严重的交越失真(注意:没有饱和和截止失真)。然后缓慢调节(增大)rw2,当交越失真刚好消失时,停止调节rw2,恢复ui=0,此时直流毫安表读数即为输出级静态电流。一般数值也应在5~10ma左右,如过大,则要检查电路。 输出级电流调好以后,测量各级静态工作点,记入表16-1。 表16-1? ??ic2=ic3=????ma?? ??ua=3v

? t1 t2 t3 ub(v) ? ? ? uc(v) ? ? ? ue(v) ? ? ? 注意:①在调整rw2时,一是要注意旋转方向,不要调得过大,更不能开路,以免损坏输出管。 ②输出管静态电流调好,如无特殊情况,不得随意旋动rw2的位置。 2.最大输出功率pom和效率η的测试 1)测量pom 输入端接f=1khz的正弦信号ui,输出端用示波器观察输出电压uo波形。逐渐增大ui,使输出电压达到最大不失真输出,用交流毫伏表测出负载rl上的电压uom,则?????? pom= 2)测量η 当输出电压为最大不失真输出时,读出直流毫安表中的电流值,此电流即为直流电源供给的平均电流idc(有一定误差),由此可近似求得pe=uccidc,再根据上面测得pom,即可求出η= 3.研究自举电路的作用 1)测量有自举电路,且po=pomax时的电压增益av= 2)将c2开路,r短路(无自举),再测量po=pomax的av。 用示波器观察1)、2)两种情况下的电压波形,并将以上两项测量结果进行比较,分析研究自举电路的作用。 4.噪声电压的测试 测量时将输入端短路(ui=0),观察输出噪声波形,并用交流毫伏表测量输出电压,即为噪声电压un,电压un若小于15mv,即满足要求。 5.试听 输入信号改为录音机输出,输出端接试听音箱及示波器。开机试听,并观察语言音乐信号的输出波形。 五、实验报告 1.整理实验数据,计算静态工作点、最大不失真输出功率pom、效率η等,并与理论值进行比效。 2.分析自举电路的作用。 3.讨论实验中发生的问题及解决办法。 4.结合otl功率放大器实验内容,自拟ocl实验步骤。 六、预习要求 1.复习有关otl、ocl工作原理的内容。 2.为什么引入自举电路能够扩大输出电压的动态范围? 3.交越失真产生的原因有什么?怎样克服交越失真? 4.电路16-1中电位器rw2如果开路或短路,对电路工作有何影响? 5.为了不损坏输出管,调试中应注意什么问题? 6.如电路有自激现象,应如何消除? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 附录:ocl功率放大器 图16-2、16-3是两种典型的ocl功率放大电路。学生可参照otl电路的分析方法和实验内容,自己分析ocl电路的工作原理,自拟实验步骤,比较otl、ocl的差别。 ???????????? ?????????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图16-3?? ocl电路 ? 实验十七 ???低频功率放大器(ⅱ) ???????集成功率放大器 一、实验目的 1.熟悉功率放大集成块的应用 2.学习集成放大器基本技术指标的测试 二、实验原理 集成功率放大器由集成功放块和一些外接阻容元件构成。它具有线路简单,性能优越,工作可靠,调试方便等优点,已经成为在音频领域中应用十分广泛的功率放大器。 电路中最主要的组件为集成功放块,通常包括前置级、推动级和功率级等几部分。有些还具有一些特殊功能(消除噪声、短路保护等)的电路。其电压增益较高(不加负反馈时,电压增益达70~80db,加典型负反馈时电压增益在40db以上)。 集成功放块的种类很多。本实验采用的集成功放块型号为la4112,它的内部电路如图17—1所示,由三级电压放大,一级功率放大以及偏置、恒流、反馈、退耦电路组成。 1)电压放大级 第一级选用由t1和t2管组成的差动放大器,这种直接耦合的放大器零漂较小,第二级的t3管完成直接耦合电路中的电平移动,t4是t3管的恒流源负载,以获得较大的增益;第三级由t6管等组成,此级增益最高,为防止出现自激振荡,需在该管的b、c极之间外接消振电容。 ???????????? ? ??????????????????? 图17-1 la4112内部电路图 2)功率放大级 由t8-t13等组成复合互补推挽电路。为提高输出级增益和正向输出幅度,需外接“自举”电容。 3)偏置电路 为建立各级合适的静态工作点而设立。 除上述主要部分外,为了使电路工作正常,还需要和外部元件一起构成反馈电路来稳定和控制增益。同时,还设有退耦电路来消除各级间的不良影响。 la4112集成功放块是一种塑料封装十四脚的双列直插器件。它的外形如图17-2所示。表17-1、2是它的极限参数和电参数。 图17-2 la4112外形及管脚排列图 与la4112集成功放块技术指标相同的国内产品还有fd403;fy4112;d4112等,可以互相替代使用。 表17-1

参数 符号与单位 额定值 最大电源电压 uccmax(v) 13(有信号时) 允许功耗 po(w) 1.2 2.25(50x50mm2铜箔散热片) 工作温度 topr(℃) -20~ 70 表17-2

参数 符号与单位 测试条件 典型值 工作电压 ucc(v) ? 9 静态电流 iccq(ma) ucc=9v 15 开环电压增益 avo(db) ? 70 输出功率 po(w) rl=4ω f=1khz 1.7 输入阻抗 ri(kω) ? 20 集成功率放大器la4112的应用如图17—3所示,该电路中各电容和电阻的作用简要说明如下: c1、c9——输入、输出耦合电容,并有隔直作用。 c2和rf——反馈元件,决定电路的闭环增益。 c3、c4、c8——滤波、退耦电容 c5、c6、c10——消振电容,消除寄生振荡 c7——自举电容,若无此电容,将出现输出波形半边被削波的现象。 三、实验设备与器件 1. 9v直流电源??? ????????????2.函数信号发生器 3.双踪示波器(另配)?????????? 4.交流毫伏表 5.直流电压表???????????????? 6.直流毫安表 7.频率计???????????????????? 8.集成功放块la4112×1电阻器、电容器若干。 四、实验内容 按图17-3连接实验电路。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图17-3 由la4112构成的集成功放实验电路 1.静态测试 将输入信号旋至零,接通 9v直流电源,测量静态总电流以及集成块各引脚对地电压,记入自拟表格中。 2.动态测试 1)最大输出功率 a.接入自举电容c7 输入端接1khz正弦信号,输出端用示波器观察输出电压波形,逐渐加大输入信号幅度,使输出电压为最大不失真输出,用交流毫伏表测量此时的输出电压uom,则最大输出功率 pom= b.断开自举电容c7 观察输出电压波形变化情况。 3.噪声电压 要求un<2.5mv,测试方法同实验四。 3.试听 五、实验报告 1.整理实验数据,并进行分析。 2.讨论实验中发生的问题及解决办法。 六、预习要求 1.复习有关集成功率放大器部分内容。 2.若将电容c7除去,将会出现什么现象? 3.若在无输入信号时,从接在输出端的示波器上观察到频率较高的波形,正常否?如何消除? 4.进行本实验时,应注意以下几点: (1)电源电压不允许超过极限值,不允许极性接反,否则集成块将遭损坏。 (2)电路工作时绝对避免负载短路,否则将烧毁集成块。 (3)接通电源后,时刻注意集成块的温度,有时,未加输入信号集成块就发热过甚,同时直流毫安表指示出较大的电流及示波器显示出幅度较大,频率较高的波形,说明电路有自激现象,立即关机,然后进行故障分析,处理。待自激振荡消除后,才能重新进行实验。 (4)输入信号不要过大。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验十八?? ?rc正弦波振荡器 一、实验目的 1.进一步理解rc正弦波振荡器的组成及其振荡条件 2.学会测量、调试振荡器 二、实验原理 rc正弦波振荡器的主要特征是用r、c元件组成选频网络,主要类型有rc移相振荡器、rc串并联网络振荡器、双t选频网络振荡器等,本实验主要讨论由两级放大器与rc串并联网络组成的rc振荡器和由运放与rc串并联网络组成的rc振荡器。 1.rc串并联网络振荡器(一) 图18-1 rc串并联选频网络振荡器 实验电路如图18-1所示,该电路由选频网络(反馈网络)和两级放大电路组成。 振荡频率为 ??????fo= 起振条件? ??????|a|>3 2.rc串并联网络振荡器(二) ?? ? ? ? ? ? ? ? ??????? ? ? ? 图18-2 rc桥式正弦波振荡器 ? 实验电路如图18-2所示,其中rc串、并联电路构成正反馈支路,同时兼作选频网络,r1、r2、rw及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。 振荡频率为? fo= 起振条件 ??>2 3.双t网络rc正弦波振荡器(三) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图18-3双t网络rc正弦波振荡器 三、实验设备与器件 1.±12v直流电源??? ?????????????2.函数信号发生器 3.双踪示波器(另配)????????????? 4.频率计 5.直流电压表?? ??????6.3dg12×或9013×2,μa741×1电阻、电容、电位器等 四、实验内容 1.rc串并联选频网络振荡器 (1)按图18-1连接线路。 (2)接通电源,断开rc串并联网络,测量放大器静态工作点及电压放大倍数。 (3)接通rc串并联网络,并使电路起振,用示波器观测输出电压uo波形,调节rw获得满意的正弦信号,记录波形及其参数。 (4)测量振荡频率,并与计算值进行比较。 (5)改变r或c值,观察振荡频率变化情况。 2.rc串并联网络振荡器(二) 按图18-2在实验台面板适当位置连好线路。 1)接通±12v电源,调节电位器rw,使输出波形从无到有,直至正弦波出现失真。记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的rw值,分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。 2)调节电位器rw,使输出电压u0幅值最大且不失真,用交流毫伏表分别测量输出电压u0,反馈电压u 和u-,分析振幅平衡条件。 3)用示波器或频率计测量振荡频率f0,并与理论值进行比较。 4)调节电位器rw,使输出为正弦波,并记下此时的输出幅度。断开正反馈网络与同相输入端的连接点。从运放同相输入端输入频率为振荡频率f0的正弦信号(从函数信号发生器得到)。并调节信号的大小使放大器输出幅度为原振荡时的输出幅度。用毫伏表测量放大器的输入电压ui,输出电压u0、正、负反馈电压uf 与uf-。计算增益av及反馈系数f 与uf-。验证公式 ??????????????????? ?av==3 3.根据以上两个实验,自拟“双t网络rc正弦波振荡器”的实验步骤,并记录实验数据。 五、实验报告 1.由给定电路参数计算振荡频率,并与实测值比较,分析误差产生的原因。 2.总结rc振荡器的特点。 六、预习要求 1.复习教材有关rc振荡器的结构与工作原理。 2.如何用示波器来测量振荡电路的振荡频率。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验十九 ??lc正弦波振荡器 一、实验目的 1.掌握变压器反馈式lc正弦波振荡器的调整和测试方法。 2.研究电路参数对lc振荡器起振条件及输出波形的影响。 二、实验原理 lc正弦波振荡器是用l、c元件组成选频网络的振荡器,一般用来产生1mhz以上的高频正弦信号。根据lc调谐回路的不同连接方式,lc正弦波振荡器又可分为变压器反馈式(或称互感耦合式)、电感三点式和电容三点式三种。图19-1为变压器反馈式lc正弦波振荡器的实验电路。其中晶体三极管t1组成共射放大电路,变压器tr的原绕组l1(振荡线圈)与电容c组成调谐回路,它既做为放大器的负载,又起选频作用,副绕组l2为反馈线圈,l3为输出线圈。 该电路是靠变压器原、副绕组同名端的正确连接(如图中所示),来满足自激振荡的相位条件,即满足正反馈条件。在实际调试中可以通过把振荡线圈l1或反馈线圈l2的首、末端对调,来改变反馈的极性。而振幅条件的满足,一是靠合理选择电路参数,使放大器建立合适的静态工作点,其次是改变线圈l2的匝数,或它与l1之间的耦合程度,以得到足够强的反馈量。稳幅作用是利用晶体管的非线性来实现的。由于lc并联谐振回路具有良好的选频作用,因此输出电压波形一般失真不大。 振荡器的振荡频率由谐振回路的电感和电容决定  ????????????????fo= 式中l为并联谐振回路的等效电感(即考虑其它绕组的影响)。 振荡器的输出端增加一级射极跟随器,用以提高电路的带负载能力。 图19-1 lc正弦波振荡器实验电路 三、实验设备与器件 1.+12v直流电源?? ???????2.双踪示波器(另配) 3.交流毫伏表???????????? 4.直流电压表 5.频率计???????????????? 6.振荡线圈 7.晶体三级管 9013×2 电阻器、电容器若干。 四、实验内容 按图19-1连接实验电路。电位器rw置最大位置,振荡电路的输出端接示波器。 1.静态工作点的调整 1)接通ucc=+12v电源,调节电位器rw,使输出端得到不失真的正弦波形。如不起振,可改变l2的首末端(同各端)位置,使之起振。 测量两管的静态工作点及正弦波的有效值uo,记入表19-1。 2)把rw调小,观察输出波形的变化。测量有关数据,记录之。 3)调大rw,使振荡波形刚刚消失,测量有关数据,记录之。 表19-1

? ? ub(v) ue(v) ic(ma) uo(v) uo波形 rw居中 t1 ? ? ? ? ? t2 ? ? ? rw小 t1 ? ? ? ? ? t2 ? ? ? rw大 t1 ? ? ? ? ? t2 ? ? ? 根据以上三组数据,分析静态工作点对电路起振、输出波形幅度和失真的影响。 2.观察反馈量大小对输出波形的影响 置反馈线圈l2于位置“0”(无反馈)、“1”(反馈量不足)、“2”(反馈量合格)、“3”(反馈量过强)时测量相应的输出电压波形,记入表17-2。 表19-2

l2位置 “0” “1” “2” “3” uo波形 ? ? ? ? 3.验证相位条件 改变线圈l2的首、末端位置,观察停振现象; 恢复l2的正反馈接法,改变l1的首末端位置,观察停振现象。 4.测量振荡频率 调节rw使电路正常起振,同时用示波器和频率计测量以下两种情况下的振荡频率fo,记入表19-3。 谐振回路电容? ?1)c=1000pf。 ????? ???????2)c=100pf。 ? 表19-3

c(pf) 1000 100 f (khz) ? ? 5.观察谐振回路q值对电路工作的影响 谐振回路两端并入r=5.1kω的电阻,观察r并入前后振荡波形的变化情况。 五、实验报告 1.整理实验数据,并分析讨论: 1)lc正弦波振荡器的相位条件和幅值条件。 2)电路参数对lc振荡器起振条件及输出波形的影响。 2.讨论实验中发现的问题及解决办法。 六、预习要求 1.复习教材中有关lc振荡器的内容。 2.lc振荡器是怎样进行稳幅的?在不影响起振的条件下,晶体管的集电极电流是大一些好,还是小一些好? 3.为什么可以用测量停振和起振两种情况下晶体管的ube变化,来判断振荡器是否起振? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验二十 ??函数信号发生器的组装与调试 一、实验目的 1.掌握单片集成函数信号发生器电路xr-2206的功能及使用方法 2.进一步掌握波形参数的测试方法 二、实验原理 1、 芯片介绍: xr-2206是一种单片集成函数发生器电路,能产生高稳定度和高精度的正弦波、方波、三角波、斜波和矩形脉冲波,这些输出信号可受外加电压控制,从而可实现振幅调制(am)或频率调制(fm)。其工作频率范围为0.01hz~1mhz。xr-2206可广泛应用于各种波形信号发生器、正弦波或脉冲波的am /fm 发生器、扫频振荡器、电压/ 频率转换器、位移键控制(fsk)发生器、调制解调器(modem)作调制器用。也可在锁相环路(pll)中作压控振荡器(vco)使用。 2、 功能特性 xr-2206采用双列直插式塑封,其引脚排列如图20-1 所示,引脚功能如附表所列。 ????????????????????????????? 图20-1 xr-2206管脚图 附表

引脚 功能 引脚 功能 1 am控制信号输入端 9 fsk(频移键控)控制信号输入端 2 正弦波或斜波信号输出端 10 去耦端 3 乘法器输出端 11 方波信号输出端 4 正电源端 12 接地端 5 压控振荡器定时电容端 13 输出波形调整端 6 压控振荡器定时电容端 14 输出波形调整端 7 外接定时电阻端 15 波形对称调整端 8 外接定时电阻端 16 波形对称调整端

? xr-2206的典型电气参数如下:电源电压vcc为0~26v;扫描频率范围为2000:1;最低振荡频率为0.01hz;最高振荡频率为1mhz;正弦波失真度为0.5% ;振幅稳定度优于0.5db(相对于1000:1的扫频范围);线性am范围为100%;fsk控制电平为1.4v(0.8~2.4v);可调节占控比为1%~99%;正弦波输出阻抗为600ω;功耗为750mw。 图20-2是xr-2206的内部功能方框图。xr-2206内部vco有7脚和8脚两独立的引脚,可分别与地端接两个独立的定时电阻rt1和rt2。电流开关受9脚上电压的控制。这两个定时电阻端的内部偏置在3.125v,最大允许电流为3ma。所以,rt1和rt2的阻值均应在1kω以上。在定时电阻rt1和rt2端不加外部控制电压和施加外部控制电压时,电路分别如图20-3、图20-4所示。由于电路的振荡频率是流过定时端(7脚或8脚)的电流it和定时电容ct的函数,即fc=0.32it/ct,所以图20-3所示电路的振荡频率为????????? ??? fc=1/rt2*ct*1/[1+rt2/rc(1-vcon/3.125)]???????? ―――式20-1 ?????? 图20-2 xr-2206内部功能方框图 图20-3??????????????????????????图20-4 由式20-1可知,当控制电压vcon变化时,电路的振荡频率fc也随之发生变化,或者说振荡频率受到调制,将上式对vcon微分,则有k=-0.32/rc*ct,式中,系数k为电压频率转换增益,单位是hz/v。因此,要得到有一定扫频范围的振荡,必须在rt1和rt2端加一定的控制电压。k为负值,其物理意义是控制电压v越大,则振荡频率越低。 三、实验电路 ? 1、频率可变的正弦波信号发生器 图20-5为利用xr-2206设计的一频率范围为20hz~20khz、扫频控制电压为0~10v的正弦波发生器。根据设计要求,k=(20khz-20hz)/10v≈2khz/v。因为 k=-0.32/rc*ct及fc=0.32it/ct,又因为定时端最大电流不能超过3ma,现取 it=2.5ma,故可得出ct=0.04uf;再进一步算出rc=4kω;rt2=1.8 kω。??????????????????????????图20-5 2、fsk(移移频键控)发生器 fsk是用于通过语音类信号(例如电话线)来传送数据的一种方法。在这种应用中,被传送的数据首先必须变换成与传输介质相容的信号(例如音频信号),数据以这种形式传送到接收器之后,再解调变换为原来的数字信号。完成这种功能的部件称之为调制解调器。调制器产生fsk信号,称为fsk发生器。解调器则将fsk信号解调为数字信号,称为fsk解调器。利用xr-2206构成的fsk发生器实际上是fm传输的特殊情况, 其输出信号频率仅是两个期望频率中的一个,由数字信号的状态决定,fsk控制电平为1.4v。 图20-6是广泛用于计算机网、办公室自动化系统、远程自控系统及移频通信中的fsk电路。当数据传输速率fs=2400bit/s时,按照推荐标准:副载波频率fc=3.3khz时,移频频率f1=4.1khz,f2=2.5khz选用ct=0.01uf,则由f1=1/rt1*ct,f2=1/rt2*ct,可算得rt1=24.4k,rt2=40k(可由固定电阻和可调电阻实现)。其输出fsk信号幅度正比于xr-2206的3脚上的外接电阻r3,对于正弦fsk信号而言,其???????????????????????图20-6 峰值幅度v=0.6r3(v)。r3的阻值为5.1k。xr-2206的13脚与14脚之间所接的200ω电阻,可改善正弦波的失真,如果在13、14脚之间接一个330ω电位器,在15、16脚间接一个68kω电位器,仔细调节两个电位器后,谐波失真可减小到0.5%以下。?????????????????????????????????????????? 3、锯齿波信号发生器 图20-7是利用其方波信号发生器的输出11脚, 反馈到其fsk输入端(9脚)的xr-2206构成的锯齿波信号发生器。只要选择好两个定时电阻rt1和rt2,该振荡器就能输出占空比可从0.1%调到99%的脉冲。 图20-7 四、实验设备与器件 1.±6v直流电源?????????? 2.双踪示波器(另配)?????? ? 3.频率计????????????????? 4.直流电压表 5.xr-2206、电位器、电阻器、电容器等 五、实验内容 1.分别按图20-5、20-6、20-7所示的电路图组装电路。 2.调整电路,使其处于振荡,产生相应波形。 3.改变ct的取值,并分别记录相应频率。用示波器观测2206各输出端的波形,反复调整相应电位器,使输出波形不产生明显的失真。 六、实验报告 列表整理c取不同值时三种波形的频率和幅度值。 ? ? ? ? ? ? ? ? 实验二十一 ??电压-频率转换电路 一、实验目的 了解电压-频率转换电路的组成及调试方法 二、实验电路 如图21-1所示 ? 图21-1 电压—频率转换实验电路 ? 上述电路实际上就是一个方波、锯齿波发生电路,只不过这里是通过改变输入电压ui的大小来改变波形频率,从而将电压参量转换成频率参量。 三、实验设备与器件 1.±12v直流电源?? ??????2.双踪示波器(另配) 3.交流毫伏表??????????? 4.直流电压表 5.频率计?????? ?????????6.μa741×2、2dw7×1、4148×1电阻器、电容器若干。 四、实验内容 1.按图21-1接线,用示波器监视uo波形 2.按下表的内容,测量电路的电压-频率转换关系

? ui(v) 1 2 3 4 5 6 用示波器测得 t(ms) ? ? ? ? ? ? f(hz) ? ? ? ? ? ? 用频率计测得 f(hz) ? ? ? ? ? ?

五、实验报告 作出电压-频率关系曲线,并讨论其结果。 六、预习要求 1.指出图21-1中电容器c的充电和放电回路。 2.定性分析用可调电压ui改变uo频率的工作原理。 3.电阻r4和r5的阻值如何确定?当要求输出信号幅值为12up-p,输入电压值为3v,输出频率为3000hz,计算出r4、r5的值。 实验二十二??? 直流稳压电源(i) ????????????????串联型晶体管稳压电路 一、实验目的 1.研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。 2.掌握串联型晶体管稳压电路主要技术指标的测试方法。 二、实验原理 电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外,大多数是采用把交流电(市电)转变为直流电的直流稳压电源。 图22-1 直流稳压电源框图 直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成,其原理框图如图22-1。电网供给的交流电压u1(220v,50hz)经电源变压器降压后,得到符合电路需要的交流电压u2,然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3,再用滤波器滤去其交流分量,就可得到比较平直的直流电压ui。但这样的直流输出电压,还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合,还需要使用稳压电路,以保证输出直流电压更加稳定。 图22-2是由分立元件组成的串联型稳压电路的电路图。其整流部分为单相桥式整流电路,滤波采用电容滤波电路。稳压部分为串联型稳压电路,它由调整元件(晶体管t1);比较放大器t2、r7;取样电路r1、r2、rw,基准电压r3、dw和过流保护电路t3管及电阻r4、r5、r6等组成。整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统,其稳压过程为:当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时,取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器,并与基准电压进行比较,产生的误差信号经t2放大后送至调整管t1的基极,使调整管改变其管压降,以补偿输出电压的变化,从而达到稳定输出电压的目的。 图22-2 串联型稳压电源实验电路 由于在稳压电路中,调整管与负载串联,因此流过它的电流与负载电流一样大。当输出电流过大或发生短路时,调整管会因电流过大或电压过高而损坏,所以需要对调整管加以保护。在图22-2电路中,晶体管t3、r4、r5、r6组成限流型保护电路。 稳压电源的主要性能指标 1.输出电压uo和输出电压调节范围 ??????????? uo=(uz+ube3) 调节rw可以改变输出电压uo。 2.最大负载电流iom 3.输出电阻ro 输出电阻ro定义为:当输入电压ui(稳压电路输入)保持不变,由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比,即 ??????????? ro=? ui=常数 ?4.稳压系数s(电压调整率) 稳压系数定义为:当负载保持不变,输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比,即 ??????????? s= ??rl=常数 由于工程上常把电网电压波动±10%做为极限条件,因此也有将此时输出电压的相对变化△uo/uo做为衡量指标,称为电压调整率。 5.纹波电压 输出纹波电压是指在额定负载条件下,输出电压中所含交流分量的有效值(或峰值)。 三、实验设备与器件 1.可调工频电源??? ????????????2.双踪示波器(另配) 3.交流毫伏表????????????????? 4.直流电压表 5.直流毫安表????????????????? 6.滑线变阻器200ω1a 7.晶体三级管3dg6×2(9011×2、9013×1、晶体二极管 in4007×4、 ? ?稳压管 2cw53×1、电阻器、电容器若干 四、实验内容 1.整流滤波电路测试 图22-3 整流滤波电路 按图22-3连接实验电路。将可调工频电源调至14v,作为整流电路输入电压u2。 1)取rl=240ω,不加滤波电容,测量直流输出电压ul及纹波电压l,并用示波器观察u2和ul波形,记入表22-1。 2)取rl=240ω,c=470μf,重复内容1)的要求,记入表22-1。 3)取rl=120ω,c=470μf,重复内容1)的要求,记入表22-1。 注意 ①每次改接电路时,必须切断工频电源。 ②观察输出电压ul波形的过程中,“y轴灵敏度”旋钮位置调好以后,不要再变动,否则将无法比较各波形的脉动情况。 ? ? ? ? ? ? ? ? ?表22-1?? ???????u2=??? ????(v)

电路形式 ul(v) l(v) ul波形 rl=240ω ? ? ? rl=240ω c=470μf ? ? ? ? rl=120ω c=470μf ? ? ? 2.串联型稳压电路性能测试 切断工频电源,在图22-3基础上按图22-2连接实验电路。 1)初测 稳压电路输出端负载开路,断开保护电路,接通14v工频电源,用直流电压表测量滤波电路输出电压ui(稳压器输入电压)及输出电压uo。调节电位器rw,如果uo能跟随rw线性变化,这说明稳压电路各反馈环路工作基本正常。否则,说明稳压电路有故障,应进行检查。此时可分别检查基准电压uz,输入电压ui,输出电压uo,以及比较放大器和调整管各电极的电位(主要是ube和uce),分析它们的工作状态是否都处在线性区,从而找出不能正常工作的原因。排除故障以后就可以进行下一步测试。 2)测量输出电压可调范围 使rw动点在中间位置附近时u0=9v,调节负载使输出电流i0=100ma。再调节电位器rw,测量输出电压可调范围uomin~uomax。 3)测量各级静态工作点 调节输出电压uo=9v,输出电流io=100ma,测量各级静态工作点,记入表22-2。 ? 表22-2? u2=14v? uo=9v?io=100ma

? t1 t2 t3 ub(v) ? ? ? uc(v) ? ? ? ue(v) ? ? ? 4)测量稳压系数s 取io=100ma,按表22-3改变整流电路输入电压u2(模拟电网电压波动),分别测出相应的稳压电路输入电压ui及输出直流电压uo,记入表22-3。 5)测量输出电阻ro 取u2=14v,改变负载大小,使io为空载、50ma和100ma,测量相应的uo值,记入表22-4。 6)测量输出纹波电压 取u2=14v,uo=9v,io=100ma,测量输出纹波电压o,记录之。 7)调整过流保护电路 a.断开工频电源,接上保护回路,再接通工频电源,调节rw及rl使uo=9v,io=100ma,此时保护电路应不起作用。测出t3管各极电位值。 b.逐渐减小rl,使io增加到120ma,观察uo是否下降,并测出保护起作用时t3管各级的电位值。若保护作用过早或迟后,可改变r4之值进行调整。 c.用导线瞬时短接一下输出端,然后去掉导线,检查电路是否能自动恢复正常工作。 表22-3?? io=100ma?????????? ??????????????????????表22-4???? u2=14v

测? 试? 值 计算值 ? u2(v) ui(v) uo(v) s ? 10 ? ? s12 ? 14 ? 9 s23 17 ? ? ?

测试值 计算值 ? io(ma) uo(v) ro (ω) ? 空载 ? r012= ? 50 9 r023= 100 ? ? ????????????????????????????????????????????????????? 五、实验报告 1.对表22-1所测结果进行全面分析,总结桥式整流、电容滤波电路的特点。 2.根据表22-3和表22-4所测数据,计算稳压电路的稳压系数s和输出电阻ro,并进行分析。 3.分析讨论实验中出现的故障及排除方法。 六、预习要求 1.复习教材中有关分立元件稳压电路部分的内容,并根据实验电路参数估算uo的可调范围及uo=9v时t1、t2管的静态工作点(假设调整管的饱和压降uce1s≈1v)。 2.说明图22-2中u2、ui、uo及o的物理意义,并从实验仪器中选择合适的测量仪表。 3.在桥式整流电路实验中,能否用双踪示波器同时观察u2和ul波形,为什么? 4.在桥式整流电路中,如果某个二极管发生开路、短路或反接三种情况,将会出现什么问题? 5.为了使稳压电路的输出电压uo=9v,则其输入电压的最小值uimin应等于多少?交流输入电压u2min又怎样确定? 6.当稳压电源输出不正常,或输出电压uo不随取样电位器rw而变化时,应如何进行检查找出故障所在? 7.分析保护电路的工作原理。 8.怎样提高稳压电源的性能指标(减小s和ro)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验二十三? 直流稳压电源(ii) ???? 集成稳压器 一、实验目的 1.研究集成稳压器的特点和性能指标的测试方法。 2.了解集成稳压器扩展性能的方法。 二、实验原理 随着半导体工艺的发展,稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小,外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点。因此在各种电子设备中应用种类很多,应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说,通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中,又以三端式稳压器应用最为广泛。 78、79系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的,在使用中不能进行调整。78系列三端式稳压器输出正极性电压,一般有5v、6v、9v、12v、15v、18v、24v七个档次,输出电流最大可达1.5a(加散热片)。同类型78m系列稳压器的输出电流为0.5a,78l系列稳压器的输出电流为0.1a。若要求负极性输出电压,则可选用79系列稳压器。图21-1为78系列的外形和接线图。它有三个引出端 输入端(不稳定电压输入端)? ???标以“1” 输出端(稳定电压输出端)?????? 标以“3” 公共端 标以“2” 除固定输出三端稳压器外,尚有可调式三端稳压器,后者可通过外接元件对输出电压进行调整,以适应不同的需要。 ? 图23-1 78系列外形及接线图??? ?????????????图23-3 icq-4b管脚图 本实验所用集成稳压器为三端固定正稳压7812,它的主要参数有:输出直流电压uo= 12v,输出电流l:0.1a,m:0.5a,电压调整率10mv/v。输出电阻ro=0.15ω,输入电压ui的范围15~17v。因为一般ui要比uo大3~5v,才能保证集成稳压器工作在线性区。 图23-2 由7812构成的串联型稳压电源 图23-2是用三端式稳压器7812构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式整流器成品(又称桥堆),型号为icq-4b,内部接线和外部管脚引线如图23-3所示。滤波电容c1、c2一般选取几百~几千微法。当稳压器距离整流滤波电路比较远时,在输入端必须接入电容器c3(数值为0.33μf),以抵消线路的电感效应,防止产生自激振荡。输出端电容c4(0.1μf)用以滤除输出端的高频信号,改善电路的暂态响应。 图23-4为正、负双电压输出电路,例如需要uo1=+18v,uo2=-18v,则可选用7818和7918三端稳压器,这时的ui应为单电压输出时的两倍。 ?图23-4 正、负双电压输出电路?? ??????????????图23-5 输出电压扩展电路 当集成稳压器本身的输出电压或输出电流不能满足要求时,可通过外接电路来进行性能扩展。图23-5是一种简单的输出电压扩展电路。如7812稳压器的3、2端间输出电压为12v,因此只要适当选择r的值,使稳压管dw工作在稳压区,则输出电压uo=12 uz,可以高于稳压器本身的输出电压。图23-6是通过外接晶体管t及电阻r1来进行电流扩展的电路。电阻r1的阻值由外接晶体管的发射结导通电压ube、三端式稳压器的输入电流ii(近似等于三端稳压器的输出电流io1)和t的基极电流ib来决定,即: ????????????????????r1=== 式中:ic为晶体管t的集电极电流,它应等于ic=io-io1;β为t的电流放大系数;对于锗管ube可按0.3v估算,对于硅管ube按0.7v估算。 ?? ? ?????? 图23-6 输出电流扩展电路 附:(1)图23-7为79系列(输出负电压)外形及接线图 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 图23-7 79系列外形及接线图 (2)图23-8为可调输出正三端稳压器317外形及接线图。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图23-8 317外形及接线图 三、实验设备与器件 1.可调工频电源??? ?????2.双踪示波器(另配) 3.交流毫伏表?????????? 4.直流电压表 5.直流毫安表?????????? 6. 三端稳压器7812×1,7912×1 桥准icq-4b×1 电阻器、电容器若干 四、实验内容 1.整流滤波电路测试 按图23-9连接实验电路,取可调工频电源14v电压作为整流电路输入电压u2。接通工频电源,测量输出端直流电压ul及纹波电压,用示波器观察u2,ul的波形,把数据及波形记入自拟表格中。 图23-9 整流滤波电路 2.集成稳压器性能测试 断开工频电源,按图23-2改接实验电路,取负载电阻rl=120ω。 1)初测 接通工频14v,测量u2值,测量滤波电路输出电压ui,集成稳压器输出电压uo,它们的数值应与理论值大致符合,否则说明电路出了故障。设法查找故障并加以排除。 电路经初测进入正常工作状态后,才能进行各项指标的测试。 2)各项性能指标测试 ①输出电压uo和最大输出电流iomax 在输出端接负载电阻rl=120ω,由于7812输出电压uo=12v,因此流过rl的电流为iomax==100ma。这时uo应基本保持不变,若变化较大则说明集成电路性能不良。 ②稳压系数s的测量 ③输出电阻ro的测量 ④输出纹波电压的测量 ②、③、④的测试方法同实验二十,把测量结果记入自拟表格中。 3)集成稳压器性能扩展 根据实验器材,选取图23-4和图23-5中各元件器材,并自拟测试方法与表格,记录实验结果。 五、实验报告 1.整理实验数据,计算s和ro,并与手册上的典型值进行比较。 2.分析讨论实验中发生的现象和问题。 六、预习要求 1.复习教材在有关集成稳压器部分内容。 2.列出实验内容中所要求的各种表格。 3.在测量稳压系数s和电阻ro时,应怎样选择测试仪表? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验二十四 ??晶闸管可控整流电路 一、实验目的 1.学习单结晶体管和晶闸管的测试方法。 2.熟悉单结晶体管触发电路(阻容移相桥式触发电路)的工作原理及调试方法。 3.熟悉用单结晶体管触发电路控制晶闸管调压电路的方法。 二、实验原理 ?? 图24-1 单相半控桥式整流实验电路 可控整流电路的作用是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。图24-1所示为单相半控桥式整流实验电路。主电路由负载rl(电灯)和晶闸管t1组成,触发电路为单结晶体管t2及一些阻容元件构成的阻容移相桥触发电路。改变晶闸管t1的导通角,便可调节主电路的可控输出整流电压(或电流)的数值,这点可由电灯负载的亮度变化看出。晶闸管导通角的大小决定于触发脉冲的频率f,由公式 ??????????????????????f= 可知,当单结晶体管的分压比η(一般在0.5~0.8之间)及电容c值固定时,则频率f大小由r决定,因此,通过调节电位器rw,便可以改变触发脉冲频率,主电路的输出电压也随之改变,从而达到可控调压的目的。 用万用电表的电阻档可以对单结晶体管和晶闸管进行简易测试。 ? ? ? ? ? ? ? ? 图24-2 单结晶体管bt33管脚排列、结构图及电路符号 图24-2为单结晶体管bt33管脚排列、结构图及电路符号。好的单结晶体管pn结正向电阻reb1、reb2均较小,且reb1稍大于reb2。pn结的反向电阻rbe1、rbe2均应很大,根据所测阻值,即可判断出各管脚及管子的质量优劣。 ??? ????????? 图24-3 晶闸管管脚排列、结构图及电路符号 图24-3为晶闸管3ct3a管脚排列、结构图与电路符号。晶闸管阳极(a)——阴极(k)及阳极(a)--门极(g)之间的正、反向电阻rak、rka、rag、rga均为很大,而g--k之间为一个pn结,pn结正向电阻应较小,反向电阻应很大。 三、实验设备及器件 1、±5v、±12v直流电压?? ????????2、可调工频电源 3、万用电表????????????????????? 4、双踪示波器(另配) 5、交流毫伏表??????????????????? 6、直流电压表 7、晶闸管 3ct3a×1 ???单结晶体管bt33×1? ?二极管? in4007×4? 稳压管? 2cw54×1 ??灯泡? 24v/15w×1 四、实验内容 1、单结晶体管的简易测试 用万用电表r×10ω档分别测量eb1、eb2间正、反向电阻,记入表24-1 表24-1

reb1(ω) reb2(ω) rb1e(kω) rb2e(kω) 结论 ? ? ? ? ? 2、晶闸管的简易测试 用万用电表r×1k档分别测量a——k、a——g间正、反向电阻;用r×10ω档测量g——k间正、反向电阻,记入表24-2。 表24-2

rak(kω) rka(kω) rac(kω) rga(kω) rgk(kω) rkg(kω) 结论 ? ? ? ? ? ? ? 3、晶闸管导通,关断条件测试 断开±12v、±15v电源,按图22-4连接实验电路 图24-4 晶闸管导通、关断条件测试 1)晶闸管阳极加12v正向电压,门极a)开路,b)加5v正向电压,观察管子是否导通(导通时电灯亮,关断时电灯熄灭),c)当管子导通后,a)去掉+5v门极电压、b)反接门极电压(接-5v),观察管子是否继续导通。 2)晶闸管导通后,a)去掉+12v阳极电压、b)反接阳极电压(接-12v),观察管子是否关断。记录之。 4、晶闸管可控整流电路 按图24-1连接实验电路。取可调工频电源14v电压作为整流电路输入电压u2,电位器rw置中间位置。 1)单结晶体管触发电路 a)断开主电路(把电灯取下),接通工频电源,测量u2值。用示波器依次观察并记录交流电压u2、整流输出电压ui、削波电压uw、锯齿波电压ue、触发电压ub1。记录波形时,注意各波形间对应关系,并标出电压幅度及时间。记入表24-3。 b)改变移相电位器rw阻值,观察ue及ub1的波形的变化及ub1的移相范围,记入表24-3。 表24-3

u2 ur uw ue ub1 移相范围 ? ? ? ? ? ? 2)可控整流电路 断开工频电源,接入负载灯泡rl,再接通工频电源,调节电位器rw,使电灯暗到中等亮,再到最亮,用示波器观察晶闸管两端电压ut、负载两端电压ul及晶闸管的导通情况,并测量负载直流电压ul及工频电源电压u2有效值,记入表24-4。 表24-4

? 暗 较亮 最亮 ul波形 ? ? ? ut波形 ? ? ? 导通角q ? ? ? ul(v) ? ? ? u2(v) ? ? ? 五、实验总结 1、总结晶闸管导通,关断的基本条件。 2、画出实验中记录的波形(注意各波形间对应关系),并进行讨论。 3、对实验数据ul与理论计算数据ul=0.9u2进行比较,并分析产生误差原因。 4、分析实验中出现的异常现象。 六、预习要求 1、复习晶闸管可控整流部分内容。 2、可否用万用电表r×10k欧姆档测试管子,为什么? 3、为什么可控整流电路必须保证触发电路与主电路同步?本实验是如何实现同步的? ? 4、可以采取那些措施改变触发信号的幅度和移相范围。 5、能否用双踪示波器同时观察u2和ul或ul和ut1波形?为什么? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验二十五? 光电耦合线性放大器 一、实验目的 了解光电耦合器件的基本特性,研究光电隔离线性放大器的原理与应用 二、实验原理及说明 1.应用场合 光电耦合器件(以下简称光耦器件)是利用光作为媒介进行信号传递的器件。它由发光二极管和光电管组成。本实验所用光耦器件tilll7的管脚图如图25-1所示。 光耦器件广泛应用于在电气上互相独立而两者之间又需进行信号传递的两系统中。在工业或科研等领域里,有时测试电路与被测试信号之间或控制与被控制系统之间有高达几百伏以上的电位差,必须对两系统进行有效隔离才能正常工作,否则会危及人身或设备的安全。此外,在实际电路中,尤其在工业环境下,电路中常存在干扰信号,用光电耦合器件进行隔离,也是防止干扰的有效手段。 2.光电耦合器件的工作原理 如图25-2所示。该电路包含两个独立的电路系统。由信号源vi,直流电源e,rw及发光二极管组成第一个电路系统,其余部分是第二个电路系统,两部分电路没有电的联系,各有自己的接地点(图中用不同的接地符号表示),只是通过光耦器件传递信号。 (1)静态调整? 当vi=0时,调节rw,使二极管正向压降等于0,二极管不发光,ic=0,这时ir=ic if=if。又因为运算放大器反相端电位为0(虚地),所以vo=-ifrf。 ??????? 当二极管正向压降逐步增加时,随着二极管发光强度的增加,ic逐渐加大,当ic=ir时,if=0,vo=0,即电路达到静态。 在静态情况下,实测发光二极管正向压降vd1v。 (2)动态实验 在上述静态偏置的基础上,加入适当幅值的交流信号vi,输出端就会产生同相的交流信号。信号的传递过程如下:δvi经电容耦合,产生等量的vd,再按线性关系形成相应的δic,又因ir为恒定值,故δif=δic,于是δvo随δvi呈线性变化。 rf可以改变vo的变化幅度,从而调节了整体电路的电压放大倍数。 3.实际的光电耦合线性放大器? 图25-2的电路存在着非线性失真并有温度漂移的缺点,而且静态很难调整。因此,实际使用中常采用具有负反馈的光耦电路,如图25-3所示。图中a点的电流和,则。 由。 静态下,vi=0,a, b点电位均为0,所以ir1=0。但在合闸瞬间,由于a1的反馈电容c的耦合作用,二极管导通发光,通过t1的耦合作用,使ic1增加,ic减小,造成负反馈.最后稳定于ir2=ic1。 由于串联的两个二极管电流相同,若t1,t2特性相同,则ic1=ic2。调节rw1,使r6 rw1=r2时,有ir6=ir2=ic1=ic2,此时vo=0。 引入交流信号vi时,产生,若为正增量,a1输出端将下降,通过t1负反馈将使ic1,ic2产生相同增量。 在新的平衡下,,将全部流经r9和rw2,形成输出增量。 电压放大倍数? 三、实验设备与器件 1.±12v? 直流电源??????????4.直流电压表 2.函数信号发生器?????????? 5.μa741、til117、二极管、电阻器、电容器等 3.双踪示波器(另配) 四、实验内容与步骤 1、静态调整和测试 (1)按图25-3接线,令vi=0,调节rw1使vo=0,测量并记录vr1,vr7,vr5和光耦 器件中二极管正向压降。 (2)改变rw1,测试上述各量及输出电压,观察是否变化。研究静态下使vo=0的条件。 2.动态测试 (1)在静态测试的基础上? 加入vi=0.5v,f=lkhz的正弦波、观察并记录vo波形及其幅度。 (2)调节rw2? 使放大器av=1,并观察记录vo幅度随rw2的变化规律。 (3)缓慢增加vi的幅值? 观察vo幅度随vi的变化,记录vo开始失真时vi的半波峰值是多少。 五、预习要求 认真阅读实验原理及说明,理解光耦放大器的基本原理。 六、注意事项 1.运算放大器电源电压不要超过15v 2. 图25-3电路 当vi幅度较大时,vo将出现失真,实测表明,使vo失真的vi半波峰值约为1.5v。因为在图25-2中,使静态下vo=0时的vdlv、即输入交流信号vi的负半波幅度不能大于lv,否则输出波形会出现失真。在图25-3电路中,由于输入级运算放大器引入了负反馈、使vo失真的vi半波峰值有所提高。这正好说明了负反馈对波形失真的改善作用。 七、思考题 1.图25-3中,若光耦器件t1,t2特性不对称,对实验结果会有什么影响? 2.如果r6 rw1r2, 电路能否正常工作? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验二十六 ????应用实验一控温电路 一、实验目的 1.学习用各种基本电路组成实用电路的方法 2.学会系统测量和调试 二、实验原理 1.实验电路如图26-1所示,它是由负温度系数电阻特性的热敏电阻(ntc元件)rt为一臂组成测温电桥,其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号,经复合管放大后控制加热器“加热”与“停止”。改变滞回比较器的比较电压ur即改变控温的范围,而控温的精度则由滞回比较器的滞环宽度确定。 ?? 图26-1 控温实验电路 2.控制温度的标定 首先确定控制温度的范围。设控温范围为t1~t2,标定时将ntc元件rt置于恒温槽中,使恒温槽温度为t1,调整rw1使uc=ud,此时的rw位置标为t1,同理可标定温度t2的位置。根据控温精度要求,可在t1~t2之间作若干点,在电位器rw1上标注相应的温度刻度即可。若rw1调不到所要求值,则应改变r3或rw1的阻值。控温电路工作时,只要将rw1对准所要求温度,即可实现恒温控制。 三、实验设备与器件 1.±12v直流电源 ?????????????2.直流电压表 3.双踪示波器(另配)????????? ??4.数字式温度计 5.四运放lm324、晶体管9013、8050、稳压管2dw7、 发光管led以电阻器、电位器及ntc元件等。 四、实验内容 1.按图26-1所示的电路接线 1)lm324引脚功能如图26-2所示。 图26-2 四运放lm324管脚图 2)实验中的加热装置可用一个100ω/2w的电阻r16模拟,将此电阻靠近rt即可。 3)实验时若不具备恒温槽条件,可设控温范围0~100℃。分别用冰水混合物与开水标定温度范围。 2.系统性能测试 令输入端b点接地,a点引入±0.5v连续可调直流电压,用直流电压表检测c点电压,并用示波器观察e点电位的变化。当缓慢改变a点电压及其极性时,分别记录使e点电位发生正跳变和负跳变的uc值,并由此画出滞回特性曲线。 3.电压放大倍数的测量 令输入电压uab=-30mv,测量uc值,计算测量放大器的电压放大倍数。 4.系统调试及控温过程的测试 将上述电路构成闭环控温系统。当系统进入稳定控制过程后,试按表26-1要求,分别记录各整定温度下的升温和降温时间。 表26-1

整定恒温值 rw1值(ω) 升温时间(s) 降温时间(s) t1 0 ? ? t2 50 ? ? t3 100 ? ? 五、实验报告 1.根据系统性能测试数据,绘出滞回比较器的滞回特性曲线,并思考回答:滞回特性曲线的中点电压值与恒温整定值有无关系?欲提高恒温控制精度,应如何改变电路参数? 2.根据实测值分析:上述整定恒温值t1~t3哪个温度最高?试阐明其道理。 3.当rw1值增加时,将导致整定温度增加还是降低?为什么? 4.实验的心得、体会。 六、预习要求 1.电桥的测量原理是什么?试写出测量电桥输出电压的表达式。 2.rt可否用具有正温度系数的热敏电阻?它对控制温度的标定有何影响? 3.测量放大器的工作原理是什么?试计算图26-1电路的测量放大器的电压放大倍数。 4.画出滞回比较器的滞回特性曲线。 实验二十七 ???综合实验 使用运算放大器组成万用电表的设计与调试 一、实验目的 1.设计由运算放大器组成的万用电表 2.组装与调试 二、设计要求 1.直流电压表? 满量程±6v 2.直流电流表? 满量程10ma 3.交流电压表? 满量程6v,50hz~1khz 4.交流电流表? 满量程10ma 5.欧姆表??? ??满量程分别为1kω,10kω,100kω 三、万用电表工作原理及参考电路 在测量中,电表的接入应不影响被测电路的原工作状态,这就要求电压表应具有无穷大的输入电阻,电流表的内阻应为零。但实际上,万用电表表头的可动线圈总有一定的电阻。例如100μa的表头,其内阻约为1kω,用它进行测量时将影响被测量,引起误差。此外,交流电表中的整流二极管的压降和非线性特性也会产生误差。如果在万用电表中使用运算放大器,就能大大降低这些误差,提高测量精度。在欧姆表中采用运算放大器,不仅能得到线性刻度,还能实现自动调零。 1.直流电压表 图27-1为同相端输入,高精度直流电压表电路原理图。 为了减小表头参数对测量精度的影响,将表头置于运算放大器的反馈回路中。这时,流经表头的电流与表头的参数无关,只要改变r1一个电阻,就可进行量程的切换。 图27-1 直流电压表 表头电流i与被测电压ui的关系为  ?????????i=ui 应当指出:图27-1适用于测量电路与运算放大器共地的有关电路。此外,当被测电压较高时,在运放的输入端应设置衰减器。 2.直流电流表 图27-2是浮地直流电流表的电原理图。在电流测量中,浮地电流的测量是普遍存在的。例如:若被测电流无接地点,就属于这种情况。为此,应把运算放大器的电源也对地浮动。按此种方式构成的电流表就可象常规电流表那样,串联在任何电流通路中测量电流。 ? ? ? ? ? ? ? ? 图27-2 直流电流表 表头电流i与被测电流i1间关系为 ?? ?????????-i1r1=(i1-i)r2 ?? ???????∴i=(1+)i1 可见,改变电阻比(r1/r2),可调节流过电流表的电流,以提高灵敏度。如果被测电流较大时,应给电流表表头并联分流电阻。 3.交流电压表 由运算放大器、二极管整流桥和直流毫安表组成的交流电压表如图27-3所示。被测交流电压ui加到运算放大器的同相端,故有很高的输入阻抗。又因为负反馈能减小反馈回路中的非线性影响,故把二极管桥路和表头置于运算放大器的反馈回路中,以减小二极管本身非线性的影响。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???????????? 图27-3?? ?交流电压表 表头电流i与被测电压ui的关系为 ? ???????i=ui/r1 电流i全部流过桥路,其值仅与ui/r1有关,与桥路和表头参数(如二极管的死区等非线性参数)无关。表头中电流与被测电压ui的全波整流平均值成正比,若ui为正弦波,则表头可按有效值来刻度。被测电压的上限频率决定于运算放大器的频带和上升速率。 4.交流电流表 图27-4为浮地交流电流表,表头读数由被测交流电流i的全波整流平均值 图27-4?? ?交流电流表 i1av决定,即 ??? ????????i=(1+)i1av 如果被测电流i是正弦电流,即 ??? ???????i1=i1sinωt,则上式可写为 ??? ???????i=0.9(1+)i1 则表头可按有效值来刻度。 5.欧姆表 图27-5为多量程的欧姆表。 在此电路中,运算放大器改由单电源供电,被测电阻rx跨接在运算放大器的反馈回路中,同相端加基准电压uref。 ∵up=un=uref ????????? i1=ix ????????? 即? rx=?(uo-uref) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图27-5 ???欧姆表  ??流经表头的电流i为  ??????i= ?? 由上两式消去(uo-uref) ?? 可得i= 可见,电流i与被测电阻成正比,而且表头具有线性刻度,改变r1值,可改变欧姆表的量程。这种欧姆表能自动调零,当rx=0时,电路变成电压跟随器,uo=uref,故表头电流为零,从而实现了自动调零。 二极管d起保护电表的作用。如果没有d,当rx超量程时,特别是当rx→∞,运算放大器的输出电压将接近电源电压,使表头过载。有了d就可使输出钳位,防止表头过载。调整r2,可实现满量程调节。 四.电路设计 1.万用电表的电路是多种多样的,建议用参考电路设计一只较完整的万用电表。 2.万用电表作电压、电流或欧姆测量时和进行量程切换时应用开关切换,但实验时可用引接线切换。 五、实验元、器件选择 1.表头???? ?????灵敏度为1ma,内阻为100ω 2.运算放大器??? μa741 3.电阻器??????? 均采用1/4w的金属膜电阻器 4.二极管??????? in4007 5.稳压管??????? 2cw51 六、注意事项 1.在连接电源时,正、负电源连接点上均接大容量的滤波电容器和0.01μf~0.1μf的小容器,以消除通过电源产生的干扰。 2.万用电表的电性能测试要用标准电压、电流表校正,欧姆表用标准电阻校正。考虑实验要求不高,建议用数字式4位万用电表作为标准表。 七、报告要求 1.画出完整的万用电表的设计电路原理图。 2.将万用电表与标准表作测试比较,计算万用电表各功能档的相对误差,分析误差原因。 3.电路改进建议。 ?

电路板设计的一般原则包括:电路板的选用、电路板尺寸、元件布局、布线、焊盘、填充、跨接线等。

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电路板一般用敷铜层压板制成,板层选用时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求和经济指标等方面考虑。常用的敷铜层压板是敷铜酚醛纸质层压板、敷铜环氧纸质层压板、敷铜环氧玻璃布层压板、敷铜环氧酚醛玻璃布层压板、敷铜聚四氟乙烯玻璃布层压板和多层印刷电路板用环氧玻璃布等。不同材料的层压板有不同的特点。 环氧树脂与铜箔有极好的粘合力,因此铜箔的附着强度和工作温度较高,可以在 260℃的熔锡中不起泡。环氧树脂浸过的玻璃布层压板受潮气的影响较小。 超高频电路板最好是敷铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。

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在要求阻燃的电子设备上,还需要阻燃的电路板,这些电路板都是浸入了阻燃树脂的层压板。 电路板的厚度应该根据电路板的功能、所装元件的重量、电路板插座的规格、电路板的外形尺寸和承受的机械负荷等来决定。

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主要是应该保证足够的刚度和强度。

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常见的电路板的厚度有 0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm

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从成本、铜膜线长度、抗噪声能力考虑,电路板尺寸越小越好,但是板尺寸太小,则散热不良,且相邻的导线容易引起干扰。 电路板的制作费用是和电路板的面积相关的,面积越大,造价越高。 在设计具有机壳的电路板时,电路板的尺寸还受机箱外壳大小的限制,一定要在确定电路板尺寸前确定机壳大小,否则就无法确定电路板的尺寸。 一般情况下,在禁止布线层中指定的布线范围就是电路板尺寸的大小。电路板的最佳形状是矩形,长宽比为 3:2 或 4:3,当电路板的尺寸大于 200mm×150mm 时,应该考虑电路板的机械强度。 总之,应该综合考虑利弊来确定电路板的尺寸。

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虽然 protel dxp 能够自动布局,但是实际上电路板的布局几乎都是手工完成的。要进行布局时,一般遵循如下规则:

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1.特殊元件的布局 特殊元件的布局从以下几个方面考虑:

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1)高频元件:高频元件之间的连线越短越好,设法减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰,易受干扰的元件不能离得太近。隶属于输入和隶属于输出的元件之间的距离应该尽可能大一些。

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2)具有高电位差的元件:应该加大具有高电位差元件和连线之间的距离,以免出现意外短路时损坏元件。为了避免爬电现象的发生,一般要求 2000v 电位差之间的铜膜线距离应该大于 2mm,若对于更高的电位差,距离还应该加大。带有高电压的器件,应该尽量布置在调试时手不易触及的地方。

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3)重量太大的元件:此类元件应该有支架固定,而对于又大又重、发热量多的元件,不宜安装在电路板上。

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4)发热与热敏元件:注意发热元件应该远离热敏元件。

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5)可以调节的元件:对于电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求,若是机内调节,应该放在电路板上容易调节的地方,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对应。

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6)电路板安装孔和支架孔:应该预留出电路板的安装孔和支架的安装孔,因为这些孔和孔附近是不能布线的。

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2.按照电路功能布局 如果没有特殊要求,尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局,信号从左边进入、从右边输出,从上边输入、从下边输出。 按照电路流程,安排各个功能电路单元的位置,使信号流通更加顺畅和保持方向一致。 以每个功能电路为核心,围绕这个核心电路进行布局,元件安排应该均匀、整齐、紧凑,原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。 数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。

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3.元件离电路板边缘的距离 所有元件均应该放置在离板边缘 3mm 以内的位置,或者至少距电路板边缘的距离等于板厚,这是由于在大批量生产中进行流水线插件和进行波峰焊时,要提供给导轨槽使用,同时也是防止由于外形加工引起电路板边缘破损,引起铜膜线断裂导致废品。如果电路板上元件过多,不得已要超出 3mm 时,可以在电路板边缘上加上 3mm 辅边,在辅边上开 v 形槽,在生产时用手掰开。

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4.元件放置的顺序 首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件,如电源插座、指示灯、开关和连接插件等。 再放置特殊元件,例如发热元件、变压器、集成电路等。 最后放置小元件,例如电阻、电容、二极管等。

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布线的规则如下:

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1)线长:铜膜线应尽可能短,在高频电路中更应该如此。铜膜线的不拐弯处应为圆角或斜角,而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时,两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线,避免相互平行,以减少寄生电容。

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2)线宽:铜膜线的宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则,它的最小值取决于流过它的电流,但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面积足够大,铜膜线宽度和间距最好选择 0.3mm。一般情况下,1~1.5mm 的线宽,允许流过 2a 的电流。例如地线和电源线最好选用大于 1mm 的线宽。在集成电路座焊盘之间走两根线时,焊盘直径为 50mil,线宽和线间距都是 10mil,当焊盘之间走一根线时,焊盘直径为 64mil,线宽和线间距都为 12mil。注意公制和英制之间的转换,100mil=2.54mm。

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3)线间距:相邻铜膜线之间的间距应该满足电气安全要求,同时为了便于生产,间距应该越宽越好。最小间距至少能够承受所加电压的峰值。在布线密度低的情况下,间距应该尽可能的大。

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4)屏蔽与接地:铜膜线的公共地线应该尽可能放在电路板的边缘部分。在电路板上应该尽可能多地保留铜箔做地线,这样可以使屏蔽能力增强。另外地线的形状最好作成环路或网格状。多层电路板由于采用内层做电源和地线专用层,因而可以起到更好的屏蔽作用效果。

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焊盘

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焊盘尺寸 焊盘的内孔尺寸必须从元件引线直径和公差尺寸以及镀锡层厚度、孔径公差、孔金属化电镀层厚度等方面考虑,通常情况下以金属引脚直径加上 0.2mm 作为焊盘的内孔直径。例如,电阻的金属引脚直径为 0.5mm,则焊盘孔直径为 0.7mm,而焊盘外径应该为焊盘孔径加1.2mm,最小应该为焊盘孔径加 1.0mm。 当焊盘直径为 1.5mm 时,为了增加焊盘的抗剥离强度,可采用方形焊盘。 对于孔直径小于 0.4mm 的焊盘,焊盘外径/焊盘孔直径=0.5~3。 对于孔直径大于 2mm 的焊盘,焊盘外径/焊盘孔直径=1.5~2。

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常用的焊盘尺寸如表 1-1 所示表 16-1

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常用的焊盘尺寸

焊盘孔直径/mm 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0

焊盘外径/mm 1.5 1.5 2.0?

设计焊盘时的注意事项如下:

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1)焊盘孔边缘到电路板边缘的距离要大于 1mm,这样可以避免加工时导致焊盘缺损。

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2)焊盘补泪滴,当与焊盘连接的铜膜线较细时,要将焊盘与铜膜线之间的连接设计成泪滴状,这样可以使焊盘不容易被剥离,而铜膜线与焊盘之间的连线不易断开。

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3)相邻的焊盘要避免有锐角。

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大面积填充

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电路板上的大面积填充的目的有两个,一个是散热,另一个是用屏蔽减少干扰,为避免焊接时产生的热使电路板产生的气体无处排放而使铜膜脱落,应该在大面积填充上开窗,后者使填充为网格状。 使用敷铜也可以达到抗干扰的目的,而且敷铜可以自动绕过焊盘并可连接地线。

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跨接线

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在单面电路板的设计中,当有些铜膜无法连接时,通常的做法是使用跨接线,跨接线的长度应该选择如下几种:6mm、8mm 和 10mm。

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接地

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1地线的共阻抗干扰 电路图上的地线表示电路中的零电位,并用作电路中其它各点的公共参考点,在实际电路中由于地线(铜膜线)阻抗的存在,必然会带来共阻抗干扰,因此在布线时,不能将具有地线符号的点随便连接在一起,这可能引起有害的耦合而影响电路的正常工作。

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2.如何连接地线 通常在一个电子系统中,地线分为系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等几种,在连接地线时应该注意以下几点:

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1)正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中,信号频率小于 1mhz,布线和元件之间的电感可以忽略,而地线电路电阻上产生的压降对电路影响较大,所以应该采用单点接地法。 当信号的频率大于 10mhz 时,地线电感的影响较大,所以宜采用就近接地的多点接地法。 当信号频率在 1~10mhz 之间时,如果采用单点接地法,地线长度不应该超过波长的 1/20,否则应该采用多点接地。

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2)数字地和模拟地分开。电路板上既有数字电路,又有模拟电路,应该使它们尽量分开,而且地线不能混接,应分别与电源的地线端连接(最好电源端也分别连接)。要尽量加大线性电路的面积。一般数字电路的抗干扰能力强,ttl 电路的噪声容限为 0.4~0.6v,cmos 数字电路的噪声容限为电源电压的 0.3~0.45 倍,而模拟电路部分只要有微伏级的噪声,就足以使其工作不正常。所以两类电路应该分开布局和布线。

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3)尽量加粗地线。若地线很细,接地电位会随电流的变化而变化,导致电子系统的信号受到干扰,特别是模拟电路部分,因此地线应该尽量宽,一般以大于 3mm 为宜。

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4)将接地线构成闭环。当电路板上只有数字电路时,应该使地线形成环路,这样可以明显提高抗干扰能力,这是因为当电路板上有很多集成电路时,若地线很细,会引起较大的接地电位差,而环形地线可以减少接地电阻,从而减小接地电位差。

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5)同一级电路的接地点应该尽可能靠近,并且本级电路的电源滤波电容也应该接在本级的接地点上。

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6)总地线的接法。总地线必须严格按照高频、中频、低频的顺序一级级地从弱电到强电连接。高频部分最好采用大面积包围式地线,以保证有好的屏蔽效果。

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抗干扰

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具有微处理器的电子系统,抗干扰和电磁兼容性是设计过程中必须考虑的问题,特别是对于时钟频率高、总线周期快的系统;含有大功率、大电流驱动电路的系统;含微弱模拟信号以及高精度 a/d 变换电路的系统。为增加系统抗电磁干扰能力应考虑采取以下措施:

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1)选用时钟频率低的微处理器。只要控制器性能能够满足要求,时钟频率越低越好,低的时钟可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。由于方波中包含各种频率成分,其高频成分很容易成为噪声源,一般情况下,时钟频率 3 倍的高频噪声是最具危险性的。

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2)减小信号传输中的畸变。当高速信号(信号频率高=上升沿和下降沿快的信号)在铜膜线上传输时,由于铜膜线电感和电容的影响,会使信号发生畸变,当畸变过大时,就会使系统工作不可靠。一般要求,信号在电路板上传输的铜膜线越短越好,过孔数目越少越好。典型值:长度不超过 25cm,过孔数不超过 2 个。

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3)减小信号间的交叉干扰。当一条信号线具有脉冲信号时,会对另一条具有高输入阻抗的弱信号线产生干扰,这时需要对弱信号线进行隔离,方法是加一个接地的轮廓线将弱信号包围起来,或者是增加线间距离,对于不同层面之间的干扰可以采用增加电源和地线层面的方法解决。

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4)减小来自电源的噪声。电源在向系统提供能源的同时,也将其噪声加到所供电的系统中,系统中的复位、中断以及其它一些控制信号最易受外界噪声的干扰,所以,应该适当增加电容来滤掉这些来自电源的噪声。

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5)注意电路板与元器件的高频特性。在高频情况下,电路板上的铜膜线、焊盘、过孔、电阻、电容、接插件的分布电感和电容不容忽略。由于这些分布电感和电容的影响,当铜膜线的长度为信号或噪声波长的 1/20 时,就会产生天线效应,对内部产生电磁干扰,对外发射电磁波。 一般情况下,过孔和焊盘会产生 0.6pf 的电容,一个集成电路的封装会产生 2~6pf 的电容,一个电路板的接插件会产生 520mh 的电感,而一个 dip-24 插座有 18nh 的电感,这些电容和电感对低时钟频率的电路没有任何影响,而对于高时钟频率的电路必须给予注意。

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6)元件布置要合理分区。元件在电路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题。原则之一就是各个元件之间的铜膜线要尽量的短,在布局上,要把模拟电路、数字电路和产生大噪声的电路(继电器、大电流开关等)合理分开,使它们相互之间的信号耦合最小。

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7)处理好地线。按照前面提到的单点接地或多点接地方式处理地线。将模拟地、数字地、大功率器件地分开连接,再汇聚到电源的接地点。 电路板以外的引线要用屏蔽线,对于高频和数字信号,屏蔽电缆两端都要接地,低频模拟信号用的屏蔽线,一般采用单端接地。对噪声和干扰非常敏感的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属屏蔽罩屏蔽。

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8)去耦电容。去耦电容以瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计电路板时,每个集成电路的电源和地线之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用,一方面是本集成电路的储能电容,提供和吸收该集成电路开门和关门瞬间的充放电电能,另一方面,旁路掉该器件产生的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为 0.1μf,这样的电容有 5nh 的分布电感,可以对 10mhz 以下的噪声有较好的去耦作用。一般情况下,选择 0.01~0.1μf 的电容都可以。

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一般要求没 10 片左右的集成电路增加一个 10μf 的充放电电容。 另外,在电源端、电路板的四角等位置应该跨接一个 10~100μf 的电容。

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高频布线

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为了使高频电路板的设计更合理,抗干扰性能更好,在进行1)合理选择层数。利用中间内层平面作为电源和地线层,可以起到屏蔽的作用,有效降低寄生电感、缩短信号线长度、降低信号间的交叉干扰,一般情况下,四层板比两层板的噪声低 20db。

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2)走线方式。走线必须按照 45°角拐弯,这样可以减小高频信号的发射和相互之间的耦合。

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3)走线长度。走线长度越短越好,两根线并行距离越短越好。

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4)过孔数量。过孔数量越少越好。

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5)层间布线方向。层间布线方向应该取垂直方向,就是顶层为水平方向,底层为垂直方向,这样可以减小信号间的干扰。

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6)敷铜。增加接地的敷铜可以减小信号间的干扰。

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7)包地。对重要的信号线进行包地处理,可以显著提高该信号的抗干扰能力,当然还可以对干扰源进行包地处理,使其不能干扰其它信号。

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8)信号线。信号走线不能环路,需要按照菊花链方式布线。

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9)去耦电容。在集成电路的电源端跨接去耦电容。

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10)高频扼流。数字地、模拟地等连接公共地线时要接高频扼流器件,一般是中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠。

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上一页??[1] [2] [3]

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pcb设计步骤:

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1、 设置软件工作环境,其中包括如下几个方面:

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(1)、软件规则设置,进入design\rules,按照设计的要求对选项中的各项进行设置:

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①?????安全间距设置:protel99se软件中routing的clearance constraint项规定了板上不同网络的走线、焊盘、过孔等之间必须保持的距离。在单面板和双面板的设计中,首选值为10-12mil;四层及以上的pcb首选值为6-8mil;最大安全间距一般没有限制。

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②?????布线层面和方向设置:routing的routing layers,设置使用的走线层面和每层的走线方向(贴片单面板只用顶层,直插单面板只用底层)。一般情况下,使用默认值。

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③?????过孔选项设置:protel99se软件中routing的routing via style项规定了过孔的内、外径的最小、最大和首选值。单面板和双面板过孔外径应设置在40mil——60mil之间;内径应设置在20mil——30mil。四层及以上的pcb外径最小值为20mil,最大值为40mil;内径最小值为10mil,最大值为20mil。

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④?????线宽选项设置:protel99se软件中routing的width constraint项规定了布线的宽度。单面板和双面板的布线宽度应设置在10——30mil之间,特殊情况下最大值不应超过60mil,最小值不应低于8 mil;四层及以上pcb最小值不应低于5mil,其余设置参照双面板设置。另可以添加一些网络的线宽设置,如地线、 5伏电源线、时钟线、 12伏电源线、-12伏电源线、交流电源输入线、功率输出线等。地线、时钟线和 5伏电源线首选值一般为60mil(最大值不限,最小值为8 mil,在能走通的情况下线尽量宽)宽度,各种电源线首选值一般为40mil(最大值不限,最小值为8 mil,在能走通的情况下线尽量宽)宽度。按照pcb线宽和电流的关系(大约是每毫米线宽允许通过500毫安的电流)确定最大线宽。

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⑤?????敷铜连接选项设置:protel99se软件中manufacturing的polygon connect style项规定了敷铜连接的方式。连接方式(rule attributes)设置成relief connect方式,导线宽度(conductor width)设置成25mil,连接数量(conductors)设置成4,角度(angle)设置成90度。

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⑥?????物理孔径设置:protel软件中manufacturing的hole size constraint项规定了物理孔的大小。最小值设置为20mil,最大值没有限制 (备注:物理孔一般是指定位孔和安装孔等等)。其余各项一般可用它的缺省值。

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(2)、软件参数设置,进入design\options和tools\preferences,按照设计的要求对选项

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中的各项进行设置:

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①?????可视栅格选项设置:protel软件中design\options\layer中选中:masks中的top solder;silkscreen中top overlay;other中keepout和multi layer;system下面各项全部选中。visible grid项规定了可视栅格的大小,分别设置成10mil(上)和100mil(下)。

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②?????捕捉和器件移动栅格选项设置:protel软件中design\options\options项规定了捕捉和器件移动栅格的大小,捕捉和器件移动栅格均设置为10mil。选中electrical grid并把range中设为8mil,visible kind设为lines,measurement uint设为imperial。

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(3)、drc校验设置:进入tools\design rules check,按照设计的要求对选项中的各项进

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行设置:report\routing rules的clearance constraints,max/min width

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constraints,short circuit constraints和un-routed net constraints均选中;

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report\manufacturing rules的max/min hole size选中;report\options的选项全

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部选中;on-line\routing rules的clearance constraints选中;on-line\

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manufacturing rules的layer pairs选中;on-line\placement rules的component

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clearance选中。

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2、 添加器件库

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3、 导入网络表。在导入网络表的过程中,必须保证没有任何错误,严禁在网络表导入有错误的情况下进行设计。

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4、 确定pcb尺寸及定位孔位置和尺寸,并把相关器件进行锁定

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5、 元器件布局。

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原则:pcb布局的原则是美观大方,疏密得当,符合电气特性,利于布线,尽量分成模块。在可能的情况下将元器件摆放整齐,并尽量保证各主要元器件之间和模块之间的对称性。

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要求:整个pcb布局要显得大气,疏密得当,不要有的地方过紧,有的地方过松。丝印框要尽量减少,并突出各模块。模块的汉字或英文标示尽量放在对称和平行一致的位置上,并能体现模块的名称和美感。

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布局完成后应对pcb布局进行检查,一般检查有如下几个方面:

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(1)印制板尺寸应与加工图纸尺寸相符,有定位标记,设置参考点;

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(2)元器件应保证在二维、三维空间上无冲突;

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(3)元器件布局应疏密有序,排列整齐;

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(4)需经常更换的元器件应保证能方便的进行更换;

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(5)热敏元件与发热元件之间是保持适当的距离,在需要散热的地方,应加装散热器,同时保证空气流动的通畅;

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(6)可调元器件应保证能方便进行调整;

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(7)信号流程应保持顺畅且互连最短;

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(8)尽可能保证过孔数量最少;

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(9)禁止使用ctrl+x或ctrl+y对器件进行翻转;

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(10)一块pcb上孔的内径尺寸不能超过9种。

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(11) 影响外观的元器件如to-220封装的三端稳压器、贴片的电解电容等要尽可能的焊接在反面;不需要调节的电位器、中周和可调电容等要尽可能的焊接在反面,不能透过pcb焊接,并且要在产品规格书中要特别说明;其它特别影响整体外观的元器件如大的电解电容、继电器等设法焊接在反面。

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6、pcb布线。一般推荐使用自动布线 手动调整的方法,自动布线要求依次按照地线——电源线——时钟线——其它的顺序进行布线,在布线规则中设置布线优先级,0为最低级,100为最高级,共101种情况。在比较复杂的电路板中,考虑到电气特性的要求、干扰等因素,我们全部采用手动布线。禁止把过孔放在元器件的管脚上,在自动布线之前应该锁定已经布好的线。走线要兼顾美观和电气特性,特别影响外观得走线要设法走在反面,原则上在产品名称、型号和众友标识的地方正面不要走线(特殊情况除外),在丝印框与keepout框之间不允许正面走线(特殊情况除外)。

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7、丝印和汉字的放置

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(1)产品名称、型号及众友标识的放置

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(2)元器件工程号丝印的放置?????

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(3)模块标示汉字的放置

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(4)测试钩和测试孔标识的放置

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(5)字体放置的要求

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8、大面积铺地。进入place\polygon plane,net options选项将connect to net设置为connect to gnd,同时将pour over same和remove dead topper选中,在plane setting选项中将grid size设置为18mil,track width设置为20mil,layer选中相对应的层;hatching style中选中vertical hatch;其它使用缺省值。大面积铺地之前,还应将安全间距值设置为25mil,大面积铺地之后,再将安全间距值还原。在不希望有走线的区域内放置fill填充层(如散热器和卧放的两脚晶振,hc49s的晶振,多圈电位器的正面,to220封装的三端稳压器等,如有其它网络的线从此处穿过则很容易造成短路),要上锡的在top solder 或bottom solder 层的相应处放fill。

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9、对所有过孔和焊盘泪滴:泪滴可增加它们的牢度但会使板上的线变得较难看,对于贴片和单面板一定要加,其它可根据实际情况选择泪滴。

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10、重复drc检查。进入tools\design rules check,按照设计要求对选项中的各项进行设置,参考前面设置,drc检查完成后修正检查中发现的错误,修改完后不允许有错误存在。

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pcb制板与存档规则:

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为防止公司技术泄密,在制板或存档时应将元器件的封装及名称内容全部删除。同时必须附一个制板说明。譬如:厚度:做一般pcb时厚度为1.6mm, 大pcb可用2mm ,射频用pcb等一般在0.8-1mm 左右;材料与颜色等。

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电路封装形式选择?

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1.电阻电容的封装形式如何选择,有没有什么原则?比如,同样是104的电容有0603、0805的封装,同样是10uf电容有3216,0805,3528等封装形式,选择哪种封装形式比较合适呢?

我看到的电路里常用电阻电容封装:

电容:

  0.01uf可能的封装有0603、0805

  10uf的封装有3216、3528、0805

  100uf的有7343

  320pf封装:0603或0805

电阻:

  4.7k、10k、330、33既有0603又有0805封装

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请问怎么选择这些封装?

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2.有时候两个芯片的引脚(如芯片a的引脚1,芯片b的引脚2)可以直接相连,有时候引脚之间(如a-1和b-2)之间却要加上一片电阻,如22欧,请问这是为什么?这个电阻有什么作用?电阻阻值如何选择?

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3.藕合电容如何布置?有什么原则?是不是每个电源引脚布置一片0.1uf?有时候看到0.1uf和10uf联合起来使用,为什么?

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4.所谓5v ttl器件、5v cmos器件是指什么意思?是不是说该器件电源接上5v,其引脚输出或输入电平就是5v ttl或者5v cmos?

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5.板子上要做两个串口,可不可以只用一块max232芯片?如果可以,用哪个型号的芯片?max3232c、max3232e还是max3232cse?或者说这几个芯片哪个都可以

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6.看pdiusbd12芯片手册,见到两个概念,不清楚:单地址/数据总线配置、多路地址/数据总线配置,请问这两者有什么区别

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7.protel99中,电源和地的网络标号是不是肯定是全局的(即使我使用层次电路原理图绘图模式3:电路端口全局,网络标号局部)

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8.晶振起振电路电容好像一般为22pf,这是不是经验值,像上下拉电阻取值一般为4.7k~10k

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9.usb插座电路,有一个电容:0.01uf/2kv,有这么高的耐压电压电容吗?为什么在这里需要使用这么高的耐压电容

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10.db9插座究竟是2发送,3接收还是3接收2发送,或者是由自己定义,无所谓

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12.何谓扇入、扇出、扇入系数及扇出系数

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13."高速的差分信号线具有速率高,好布线,信号完整性好等特点",请问何谓高速差分信号线?

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14.protel 99se中,布线时,信号线、地线、电源线线宽一般是多少?有什么原则需要注意?

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15.ttl电路和cmos电路有什么区别?什么时候使用ttl系列?什么时候使用cmos器件?

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一些回答:

1.电阻电容的封装形式如何选择,有没有什么原则?比如,同样是104的电容有0603、0805的封装,同样是10uf电容有3216,0805,3528等封装形式,选择哪种封装形式比较合适呢?

我看到的电路里常用电阻电容封装:

电容:

  0.01uf可能的封装有0603、0805

  10uf的封装有3216、3528、0805

  100uf的有7343

  320pf封装:0603或0805

电阻:

  4.7k、10k、330、33既有0603又有0805封装

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请问怎么选择这些封装?

答:选择合适的封装第一要看你的pcb空间,是不是可以放下这个器件。一般来说,封装大的器件会比较便宜,小封装的器件因为加工进度要高一点,有可能会贵一点,然后封装大的电容耐压值会比封装小的同容量电容耐压值高,这些都是要根据你实际的需要来选择的,另外,小封装的元器件对贴装要求会高一点,比如smt机器的精度。如手机里面的电路板,因为空间有限,工作电压低,就可以选用0402的电阻和电容,而大容量的钽电容就多为3216等等大的封装

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2.有时候两个芯片的引脚(如芯片a的引脚1,芯片b的引脚2)可以直接相连,有时候引脚之间(如a-1和b-2)之间却要加上一片电阻,如22欧,请问这是为什么?这个电阻有什么作用?电阻阻值如何选择?

答: 这个电阻一般是串电阻,拿来做阻抗匹配的,当然也可以做降压用,用于3.3v i/o 连接2.5v i/o类似的应用上面。阻值的选择要认真看datasheet,来计算

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3.藕合电容如何布置?有什么原则?是不是每个电源引脚布置一片0.1uf?有时候看到0.1uf和10uf联合起来使用,为什么?

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答:电容靠近电源脚,这个问题可以参见

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补充一点看法:

在两个芯片的引脚之间串连一个电阻,一般都是在高速数字电路中,为了避免信号产生振铃(即信号的上升或下降沿附近的跳动)。原理是该电阻消耗了振铃功率,也可以认为它降低了传输线路的q值。

通常在数字电路设计中要真正做到阻抗匹配是比较困难的,原因有二:1、实际的印制板上连线的阻抗受到面积等设计方面的限制;2、数字电路的输入阻抗和输出阻抗不象模拟电路那样基本固定,而是一个非线性的东西。

实际设计时,我们常用22到33欧姆的电阻,实践证明,在此范围内的电阻能够较好地抑制振铃。但是事物总是两面的,该电阻在抑制振铃的同时,也使得信号延时增加,所以通常只用在频率几兆到几十兆赫兹的场合。频率过低无此必要,而频率过高则此法的延时会严重影响信号传输。另外,该电阻也往往只用在对信号完整性要求比较高的信号线上,例如读写线等,而对于一般的地址线和数据线,由于芯片设计总有一个稳定时间和保持时间,所以即使有点振铃,只要真正发生读写的时刻已经在振铃以后,就无甚大影响。

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前面已经补充了一点,再补充一点:关于接地问题。

接地是一个极其重要的问题,有时关系到设计的成败。

首先要明确的是,所有的接地都不是理想的,在任何时候都具有分布电阻与分布电感,前者在信号频率较低时起作用,后者则在信号频率高时成为主要影响因素。由于上述分布参数的存在,信号在经过地线的时候,会产生压降以及磁场。若这些压降或磁场(以及由该磁场引起的感应电压)耦合到其它电路的输入,就可能会被放大(模拟电路中)或影响信号完整性(数字电路中)。所以,一般要求在设计时就考虑这些影响,有一个大致的原则如下:

1、在频率较低的电路中(尤其是模拟电路或模数混合电路中的模拟部分),采用单点接地,即各级放大器的地线(包括电源线)分别接到电源输出端,成为星形连接,并且在这个星的节点上接一个大电容。这样做的目的是避免信号在地线上的压降耦合到其他放大器中。

2、在模拟电路中(尤其是小信号电路)要避免出现地线环,因为环状的地线会产生感应电流,此电流造成的感应电势是许多干扰信号的来源。

3、如果是单纯的数字电路(包括模数混合电路中的数字部分)且信号频率不高(一般不超过10兆),可以共用一组电源与地线,但是必须注意每个芯片的退耦电容必须靠近芯片的电源与地引脚。

4、在高速的数字电路(例如几十兆的信号频率)中,必须采取大面积接地,即采用4层以上的印制板,其中有一个单独的接地层。这样做的目的是给信号提供一个最短的返回路径。由于高速数字信号具有很高的谐波分量,所以此时地线与信号线之间构成的回路电感成为主要影响因素,信号的实际返回路径是紧贴在信号线下面的,这样构成的回路面积最小(从而电感最小)。大面积接地提供了这样的返回路径的可能性,而采用其他的接地方式均无法提供此返回路径。需要注意的是,要避免由于过孔或其他器件在接地平面上造成的绝缘区将信号的返回路径割断(地槽),若出现这种情况,情况会变得十分糟糕。

5、高频模拟电路,也要采取大面积接地。但是由于此时的信号线要考虑阻抗匹配问题,所以情况更复杂一些,在这里就不展开了。

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protel元件封装库总结

关键词: protel  元件封装??????????????????????????????????????????

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电阻 axial

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无极性电容 rad

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电解电容 rb-

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电位器 vr

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二极管 diode

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三极管 to

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电源稳压块78和79系列 to-126h和to-126v

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场效应管 和三极管一样

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整流桥 d-44 d-37 d-46

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单排多针插座 con sip

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双列直插元件 dip

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晶振 xtal1

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电阻:res1,res2,res3,res4;封装属性为axial系列

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无极性电容:cap;封装属性为rad-0.1到rad-0.4

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电解电容:electroi;封装属性为rb.2/.4到rb.5/1.0

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电位器:pot1,pot2;封装属性为vr-1到vr-5

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二极管:封装属性为diode-0.4(小功率)diode-0.7(大功率)

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三极管:常见的封装属性为to-18(普通三极管)to-22(大功率三极管)to-3(大功率达林

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顿管)

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电源稳压块有78和79系列;78系列如7805,7812,7820等

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79系列有7905,7912,7920等

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常见的封装属性有to126h和to126v

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整流桥:bridge1,bridge2: 封装属性为d系列(d-44,d-37,d-46)

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电阻: axial0.3-axial0.7  其中0.4-0.7指电阻的长度,一般用axial0.4

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瓷片电容:rad0.1-rad0.3。  其中0.1-0.3指电容大小,一般用rad0.1

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电解电容:rb.1/.2-rb.4/.8 其中.1/.2-.4/.8指电容大小。一般<100uf用

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rb.1/.2,100uf-470uf用rb.2/.4,>470uf用rb.3/.6

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二极管: diode0.4-diode0.7 其中0.4-0.7指二极管长短,一般用diode0.4

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发光二极管:rb.1/.2

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集成块: dip8-dip40, 其中8-40指有多少脚,8脚的就是dip8

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贴片电阻

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0603表示的是封装尺寸 与具体阻值没有关系

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但封装尺寸与功率有关 通常来说

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0201 1/20w

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0402 1/16w

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0603 1/10w

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0805 1/8w

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1206 1/4w

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电容电阻外形尺寸与封装的对应关系是:

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0402=1.0x0.5

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0603=1.6x0.8

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0805=2.0x1.2

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1206=3.2x1.6

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1210=3.2x2.5

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1812=4.5x3.2

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2225=5.6x6.5

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??关于零件封装我们在前面说过,除了device。lib库中的元件外,其它库的元件都已经有了

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固定的元件封装,这是因为这个库中的元件都有多种形式:以晶体管为例说明一下:

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晶体管是我们常用的的元件之一,在device。lib库中,简简单单的只有npn与pnp之分,但

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实际上,如果它是npn的2n3055那它有可能是铁壳子的to—3,如果它是npn的2n3054,则有

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可能是铁壳的to-66或to-5,而学用的cs9013,有to-92a,to-92b,还有to-5,to-46,to-5

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2等等,千变万化。

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还有一个就是电阻,在device库中,它也是简单地把它们称为res1和res2,不管它是100ω

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还是470kω都一样,对电路板而言,它与欧姆数根本不相关,完全是按该电阻的功率数来决

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定的我们选用的1/4w和甚至1/2w的电阻,都可以用axial0.3元件封装,而功率数大一点的话

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,可用axial0.4,axial0.5等等。现将常用的元件封装整理如下:

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电阻类及无极性双端元件 axial0.3-axial1.0

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无极性电容 rad0.1-rad0.4

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有极性电容 rb.2/.4-rb.5/1.0

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二极管 diode0.4及 diode0.7

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石英晶体振荡器 xtal1

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晶体管、fet、ujt to-xxx(to-3,to-5)

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可变电阻(pot1、pot2) vr1-vr5

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当然,我们也可以打开c:\client98\pcb98\library\advpcb.lib库来查找所用零件的对应封

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装。

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这些常用的元件封装,大家最好能把它背下来,这些元件封装,大家可以把它拆分成两部分

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来记如电阻axial0.3可拆成axial和0.3,axial翻译成中文就是轴状的,0.3则是该电阻在印

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刷电路板上的焊盘间的距离也就是300mil(因为在电机领域里,是以英制单位为主的。同样

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的,对于无极性的电容,rad0.1-rad0.4也是一样;对有极性的电容如电解电容,其封装为r

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b.2/.4,rb.3/.6等,其中“.2”为焊盘间距,“.4”为电容圆筒的外径。

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对于晶体管,那就直接看它的外形及功率,大功率的晶体管,就用to—3,中功率的晶体管

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,如果是扁平的,就用to-220,如果是金属壳的,就用to-66,小功率的晶体管,就用to-5

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,to-46,to-92a等都可以,反正它的管脚也长,弯一下也可以。

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对于常用的集成ic电路,有dipxx,就是双列直插的元件封装,dip8就是双排,每排有4个引

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脚,两排间距离是300mil,焊盘间的距离是100mil。sipxx就是单排的封装。等等。

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值得我们注意的是晶体管与可变电阻,它们的包装才是最令人头痛的,同样的包装,其管脚

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可不一定一样。例如,对于to-92b之类的包装,通常是1脚为e(发射极),而2脚有可能是

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b极(基极),也可能是c(集电极);同样的,3脚有可能是c,也有可能是b,具体是那个

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,只有拿到了元件才能确定。因此,电路软件不敢硬性定义焊盘名称(管脚名称),同样的

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,场效应管,mos管也可以用跟晶体管一样的封装,它可以通用于三个引脚的元件。

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q1-b,在pcb里,加载这种网络表的时候,就会找不到节点(对不上)。

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在可变电阻上也同样会出现类似的问题;在原理图中,可变电阻的管脚分别为1、w、及2,

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所产生的网络表,就是1、2和w,在pcb电路板中,焊盘就是1,2,3。当电路中有这两种元

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件时,就要修改pcb与sch之间的差异最快的方法是在产生网络表后,直接在网络表中,将晶

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体管管脚改为1,2,3;将可变电阻的改成与电路板元件外形一样的1,2,3即可。

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数字电路pcb设计的抗干扰考虑

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  在电子系统设计中,为了少走弯路和节省时间,应充分考虑并满足抗干扰性 的要求,避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。形成干扰的基本要素有三个:

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(1)干扰源,指产生干扰的元件、设备或信号,用数学语言描述如下:du/dt, di/dt大的地方就是干扰源。如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可 能成为干扰源。

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(2)传播路径,指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传 播路径是通过导线的传导和空间的辐射。

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(3)敏感器件,指容易被干扰的对象。如:a/d、d/a变换器,单片机,数字ic, 弱信号放大器等。

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  抗干扰设计的基本原则是:抑制干扰源,切断干扰传播路径,提高敏感器件的 抗干扰性能。(类似于传染病的预防)

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1 抑制干扰源

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  抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt。这是抗干扰设计中最优 先考虑和最重要的原则,常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的 di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。

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  抑制干扰源的常用措施如下:

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(1)继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加 续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可 动作更多的次数。

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(2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是rc串联电路,电阻一般选几k 到几十k,电容选0.01uf),减小电火花影响。

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(3)给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短。

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(4)电路板上每个ic要并接一个0.01μf~0.1μf高频电容,以减小ic对电源的 影响。注意高频电容的布线,连线应靠近电源端并尽量粗短,否则,等于增大了电 容的等效串联电阻,会影响滤波效果。

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(5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。

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(6)可控硅两端并接rc抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能 会把可控硅击穿的)。

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  按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。

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  所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和 有用信号的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播,有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大,要特别 注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离,用地线把它们隔离和在敏感 器件上加蔽罩。

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  切断干扰传播路径的常用措施如下:

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(1)充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,整个电路的抗干扰就 解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的干扰。比如,可以利用磁珠和电容 组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100ω电阻代替磁珠。

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(2)如果单片机的i/o口用来控制电机等噪声器件,在i/o口与噪声源之 间应加隔离(增加π形滤波电路)。 控制电机等噪声器件,在i/o口与噪声源之 间应加隔离(增加π形滤波电路)。

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(3)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离 起来,晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。

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(4)电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如电机,继电器)与敏感元件(如单片机)远离。

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(5)用地线把数字区与模拟区隔离,数字地与模拟地要分离,最后在一 点接于电源地。a/d、d/a芯片布线也以此为原则,厂家分配a/d、d/a芯片 引脚排列时已考虑此要求。

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(6)单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互干扰。 大功率 器件尽可能放在电路板边缘。

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(7)在单片机i/o口,电源线,电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件 如磁珠、磁环、电源滤波器,屏蔽罩,可显著提高电路的抗干扰性能。

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2 提高敏感器件的抗干扰性能

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  提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声 的拾取,以及从不正常状态尽快恢复的方法。

提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下:

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(1)布线时尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声。

(2)布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦 合噪声。

(3)对于单片机闲置的i/o口,不要悬空,要接地或接电源。其它ic的闲置 端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。

(4)对单片机使用电源监控及看门狗电路,如:imp809,imp706,imp813, x25043,x25045等,可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。

(5)在速度能满足要求的前提下,尽量降低单片机的晶振和选用低速数字 电路。

(6)ic器件尽量直接焊在电路板上,少用ic座。

电路设计中的ic代换技巧分析

 一、直接代换

  直接代换是指用其他ic不经任何改动而直接取代原来的ic,代换后不影响机器的主要性能与指标。

  其代换原则是:代换ic的功能、性能指标、封装形式、引脚用途、引脚序号和间隔等几方面均相同。其中ic的功能相同不仅指功能相同;还应注意逻辑极性相同,即输出输入电平极性、电压、电流幅度必须相同。性能指标是指ic的主要电参数(或主要特性曲线)、最大耗散功率、最高工作电压、频率范围及各信号输入、输出阻抗等参数要与原ic相近。功率小的代用件要加大散热片。其中

  1.同一型号ic的代换

  同一型号ic的代换一般是可靠的,安装集成电路时,要注意方向不要搞错,否则,通电时集成电路很可能被烧毁。有的单列直插式功放ic,虽型号、功能、特性相同,但引脚排列顺序的方向是有所不同的。例如,双声道功放ic la4507,引脚有“正”、“反”之分,其起始脚标注(色点或凹坑)方向不同:没有后 缀与后缀为"r",的ic等,例如m5115p与m5115rp.

  2.不同型号ic的代换

  .型号前缀字母相同、数字不同ic的代换。这种代换只要相互间的引脚功能完全相同,其内部电路和电参数稍有差异,也可相互直接代换。如:伴音中放ic la1363和la1365,后者比前者在ic第⑤脚内部增加了一个稳压二极管,其它完全一样。

  .型号前缀字母不同、数字相同ic的代换。一般情况下,前缀字母是表示生产厂家及电路的类别,前缀字母后面的数字相同,大多数可以直接代换。但也数,虽数字相同,但功能却完全不同。例如,ha1364是伴音ic,而upc1364是色解码ic;4558,8脚的是运算放大器njm4558,14脚的是cd4558数字电路;故二者完全不能代换。

  .型号前缀字母和数字都不同ic的代换。有的厂家引进未封装的ic芯片,然后加工成按本厂命名的产品。还有如为了提高某些参数指标而改进产品。这些产品常用不同型号进行命名或用型号后缀加以区别。例如,an380与upc1380可以直接代换;an5620、tea5620、dg5620等可以直接代换。

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  二、非直接代换

  非直接代换是指不能进行直接代换的ic稍加修改外围电路,改变原引脚的排列或增减个别元件等,使之成为可代换的ic的方法。

  代换原则:代换所用的ic可与原来的ic引脚功能不同、外形不同,但功能要相同,特性要相近:代换后不应影响原机性能。

  1.不同封装

  ic的代换

  相同类型的ic芯片,但封装外形不同,代换时只要将新器件的引脚按原器件引脚的形状和排列进行整形。例如,aft电路ca3064和ca3064e,前者为圆形封装,辐射状引脚:后者为双列直插塑料封装,两者内部特性完全一样,按引脚功能进行连接即可。双列??ic an7114、an7115与la4100、??la4102封装形式基本相同,引脚和散??热片正好都相差,180度。前面提到的an5620带散热片双列直插16脚封装、tea5620双列直插18脚封装,9、10脚位于集成电路的右边,相当于an5620的散热片,二者其它脚排列一样,将9、10脚连起来接地即可使用。

  2.电路功能相同但个别引脚功能不同lc的代换

  代换时可根据各个型号ic的具体参数及说明进行。如电视机中的agc、视频信号输出有正、负极性的区别,只要在输出端加接倒相器后即可代换。

  3.类塑相同但引脚功能不同ic的代换

  这种代换需要改变外围电路及引脚排列,因而需要一定的理论知识、完整的资料和丰富的实践经验与技巧。

  4、有些空脚不应擅自接地

  内部等效电路和应用电路中有的引出脚没有标明,遇到空的引出脚时,不应擅自接地,这些引出脚为更替或备用脚,有时也作为内部连接。

  5. 组合代换

  组合代换就是把同一型号的多块ic内部未受损的电路部分,重新组合成一块完整的ic,用以代替功能不良的ic的方法。对买不到原配ic的情况下是十分适用的。但要求所利用ic内部完好的电路一定要有接口引出脚。

  非直接代换关键是要查清楚互相代换的两种ic的基本电参数、内部等效电路、各引脚的功能、ic部元件之间连接关系的资料。实际操作时予以注意

  ~ 集成电路引脚的编号顺序,切勿接错;

  ~为适应代换后的ic的特点,与其相连的外围电路的元件要作相应的改变;

  ~电源电压要与代换后的工c相符,如果原电路中电源电压高,应设法降压;电压低,要看代换ic能否工作。

  &n

  bsp;??~代换以后要测量ic的静态工作电流,如电流远大于正常值,则说明电路可能产生自激,这时须进行去耦、调整。若增益与原来有所差别,可调整反馈电阻阻值:

  ~代换后ic的输入、输出阻抗要与原电路相匹配;检查其驱动能力。

  ~在改动时要充分利用原电路板上的脚孔和引

  线,外接引线要求整齐,避免前后交叉,以便检查和防止电路自激,特别是防止高频自激;

  ~在通电前电源vcc回路里最好再串接一直流电流表,降压电阻阻值由大到小观察集成电路总电流的变化是否正常。

  6. 川分犷不元件代换ic

  有时可用分立元件代换工c中被损坏的部分,使其恢复功能。代换前应了解该工c的内部功能原理、每个引出脚的正常电压、波形图及与外围元件组成电路的工作原理。同时还应考虑:

  (1)信号能否从工c中取出接至外围电路的输入端:

  (2)经外围电路处理后的信号,能否连接到集成电路内部的下一级去进行再处理(连接时的信号匹配应不影响其主要参数和性能)。如中放ic损坏,从典型应用电路和内部电路看,由伴音中放、鉴频以及晋频放大级成,可用情号汪入法找出损坏部分,若是音频放大部分损坏,则可用分立元件代替。

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pcb布线

??pcb">pcb布线

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  在pcb">pcb设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为它而做的, 在整个pcb">pcb中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细、工作量最大。pcb">pcb布线有单面布线、 双面布线及多层布线。布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线,在自动布线之前, 可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线,输入端与输出端的边线应避免相邻平行, 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。

  自动布线的布通率,依赖于良好的布局,布线规则可以预先设定, 包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线,快速地把短线连通, 然后进行迷宫式布线,先把要布的连线进行全局的布线路径优化,它可以根据需要断开已布的线。 并试着重新再布线,以改进总体效果。

  对目前高密度的pcb">pcb设计已感觉到贯通孔不太适应了, 它浪费了许多宝贵的布线通道,为解决这一矛盾,出现了盲孔和埋孔技术,它不仅完成了导通孔的作用, 还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便,更加流畅,更为完善,pcb">pcb 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程,要想很好地掌握它,还需广大电子工程设计人员去自已体会, 才能得到其中的真谛。

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1 电源、地线的处理

???

  既使在整个pcb">pcb板中的布线完成得都很好,但由于电源、 地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、 地线的布线要认真对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量。

?

???? 对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因, 现只对降低式抑制噪音作以表述:

?

(1)、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。

?

(2)、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,通常信号线宽为:0.2~0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为1.2~2.5 mm 对数字电路的pcb">pcb可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

?

(3)、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,电源,地线各占用一层。

?

2 数字电路与模拟电路的共地处理

?

???? 现在有许多pcb">pcb不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。

?

???? 数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整人pcb">pcb对外界只有一个结点,所以必须在pcb">pcb内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只是在pcb">pcb与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点。也有在pcb">pcb上不共地的,这由系统设计来决定。

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3 信号线布在电(地)层上

?

???? 在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。

?

4 大面积导体中连接腿的处理

?

???? 在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考虑,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如:①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(thermal),这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同。

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5 布线中网络系统的作用

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???? 在许多cad系统中,布线是依据网络系统决定的。网格过密,通路虽然有所增加,但步进太小,图场的数据量过大,这必然对设备的存贮空间有更高的要求,同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的,如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏,通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。

???  标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数,如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。{{分页}}

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6 设计规则检查(drc)

?

???? 布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求,一般检查有如下几个方面:

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(1)、线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,元件焊盘与贯通孔,贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。

(2)、电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗)?在pcb">pcb中是否还有能让地线加宽的地方。

(3)、对于关键的信号线是否采取了最佳措施,如长度最短,加保护线,输入线及输出线被明显地分开。

(4)、模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线。

(5)后加在pcb">pcb中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。

(6)对一些不理想的线形进行修改。

(7)、在pcb">pcb上是否加有工艺线?阻焊是否符合生产工艺的要求,阻焊尺寸是否合适,字符标志是否压在器件焊盘上,以免影响电装质量。

(8)、多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小,如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。

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  下面的问题,属于网友经常提问的。现在把问题和解答整理出来。

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a.常用软件的下载问题??

b.protel常见操作问题

c.protel中常用元件的封装

d.由sch生成pcb">pcb时提示出错(protel)

e.电容,二极管,三极管,有源晶振等器件的极性

f.不同逻辑电平的接口???????????????????????????????????????????????????g.电阻,电容值的识别????????????????????????????????????????????????????????

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a.常用软件的下载问题:

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b.protel常见操作问题:

★如何将原理图中的电路粘贴到word中

????tools->preferences->graphical editing,取消add template to clipboard,然后

复制

?

★如何切换mil和mm单位

????菜单view->toggle unit,或者按q键

?

★取消备份及ddb文件减肥:

????"file"菜单左边一个向下的灰色箭头

????preference-->create backup files

????design utilities-->perform compact after closing

?

★如何把sch,pcb">pcb输出到pdf格式

????安装acrobat distiller打印机,在acrobat 5.0以上版本中带的。然后在protel里

的打印选项里,

????选择打印机acrobat distiller即可。

?

★如何设置和更改protel的drc(design rules check)

????菜单design->rules。只针对常用的规则进行讲解:

????* clearance constraint:不同两个网络的间距,一般设置>12 mil,加工都不会出

问题

????* routing via style:设置过孔参数,具体含义在属性里有图。一般hole size比导

线宽8mil以上,diameter

??????比hole size大10mil 以上

????* width constraint:导线宽度设置,建议>10mil

?

??????????????????????????????????

c.protel中常用元件的封装

?

???以下元件在protel dos schematic libraries.ddb,miscellaneous devices.ddb(以

是schlib)advpcb.ddb,transistors.ddb,general ic.ddb(以上是pcb">pcblib)等库文件中,

以使用通配符“*”进行查找。另外,希望大家把自己做的封装传到ftp上共享,这样可

以节省时间。{{分页}}

?

????????????????????????????????直插????????????????????表贴

电阻,小电感????????????????????axial0.3/axial0.4???????0805/0603等

小电容??????????????????????????rad0.1/ rad0.2?????????0805/0603等

电解电容????????????????????????(rb.2/.4)??????????????1210/1812/2220等

小功率三极管????????????????????to-92a/b???????????????

sot-23???????????????

大功率三极管(三端稳压)??????????t0-220?????????????????

小功率二极管????????????????????diode-0.4???????????????自己做

双列ic??????????????????????????dipxx???????????????????so-xx?????xx代表引脚

?

有源晶振????????????????????????dip14(保留四个顶点,去掉中间10个焊盘)

四方型ic????????????????????????大部分需要自己用向导画,尺寸参照datasheet

接插件??????????????????????????sipxx/idcxx,db9/db25(注意male/female的区别)等

电位器,开关,继电器等??????????买好了元件,量好尺寸自己画

提醒:*使用封装时最好少用水平/垂直翻转功能

?????*自己建好的元件库或者pcb">pcb,一定要1:1的打印出来,和实际比较,以确保无误

?????*有条件的话,尽量先买好器件,再定封装,可以节省很多眼泪

?

?????????????????????????????

?

d.由sch生成pcb">pcb时提示出错(protel)

?

??sch编辑界面中选择design-->updatepcb,在出现的对话框中按“preview change”按

,选中 only show errors会列出所有错误

?

??????错误类型????????????????????????????????解决办法

1.footprint not found???????????确保所有的器件都指定了封装

????????????????????????????????确保指定的封装名与pcb">pcb中的封装名一致

????????????????????????????????确保你的库已经打开或者被添加

2.node not found????????????????确认没有“footprint not found” 类型的错误

????????????????????????????????编辑pcb">pcblib,将对应引脚名改成没有找到的那个node

3.duplicate sheet number????????degisn-options-organization,给每张子电路图编

?

?

e.电容,二极管,三极管等器件的极性问题:

?

直插铝电解:负极附近有黑色的“-”标记,如果没有剪腿的话,长腿为正

贴片钽电解:有横杠的一头为正

二极管:????有圈的一头为负

小功率三极管????????????????????????????????____________________________

贴片(sot-23):?????????直插(to-92)美国标准???|????有源晶振????????????????|

???c??????????????????????/^^/|?????????????|???(以dip14的引脚位置作参考)|

??_[]_ (俯视图)??????????|^^^||(正视图)?????|???????????___??????????????|

|????|??????????????????|___||?????????????|???nc??1 -|。 |-14??vcc?????|

[]--[]??????????????????| | |??????????????|??????????|??|?????????????|

b????e??????????????????| | |??????????????|???gnd 7 -|___|-8???out?????|

???????????????????????????e b c???????????|____________________________|

?

?

f.不同逻辑电平的接口问题:

?

cmos<-->ttl?????电源电压相同的条件下可以兼容

3.3v--->5v??????一般可以直接驱动(以datasheet为准!)

5v--->3.3v??????74lvt245/74lvt16245

5v<-->3.3v??????74lvc4245/74lvc16245

ecl-->ttl???????mc10125

ttl-->ecl???????mc10124

?

?

g.电阻,电容值的识别

?

色环电阻:

黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白

0??1??2??3??4??5??6??7??8??9

?

?

1.原理图常见错误:

(1)erc报告管脚没有接入信号:

a. 创建封装时给管脚定义了i/o属性;

b.创建元件或放置元件时修改了不一致的grid属性,管脚与线没有连上;

c. 创建元件时pin方向反向,必须非pin name端连线。

(2)元件跑到图纸界外:没有在元件库图表纸中心创建元件。

(3)创建的工程文件网络表只能部分调入pcb:生成netlist时没有选择为global。

(4)当使用自己创建的多部分组成的元件时,千万不要使用annotate.

2.pcb中常见错误:

(1)网络载入时报告node没有找到:

a. 原理图中的元件使用了pcb库中没有的封装;

b. 原理图中的元件使用了pcb库中名称不一致的封装;

c. 原理图中的元件使用了pcb库中pin number不一致的封装。如三极管:sch中pin number 为e,b,c, 而pcb中为1,2,3。

(2)打印时总是不能打印到一页纸上:

a. 创建pcb库时没有在原点;

b. 多次移动和旋转了元件,pcb板界外有隐藏的字符。选择显示所有隐藏的字符, 缩小pcb, 然后移动字符到边界内。

(3)drc报告网络被分成几个部分:

表示这个网络没有连通,看报告文件,使用选择connected copper查找。

另外提醒朋友尽量使用win2000, 减少蓝屏的机会;多几次导出文件,做成新的ddb文件,减少文件尺寸和protel僵死的机会。如果作较复杂得设计,尽量不要使用自动布线。

在pcb设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为它而做的, 在整个pcb中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细、工作量最大。pcb布线有单面布线、 双面布线及多层布线。布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线,在自动布线之前, 可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线,输入端与输出端的边线应避免相邻平行, 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。

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自动布线的布通率,依赖于良好的布局,布线规则可以预先设定, 包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线,快速地把短线连通, 然后进行迷宫式布线,先把要布的连线进行全局的布线路径优化,它可以根据需要断开已布的线。 并试着重新再布线,以改进总体效果。

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对目前高密度的pcb设计已感觉到贯通孔不太适应了, 它浪费了许多宝贵的布线通道,为解决这一矛盾,出现了盲孔和埋孔技术,它不仅完成了导通孔的作用, 还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便,更加流畅,更为完善,pcb 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程,要想很好地掌握它,还需广大电子工程设计人员去自已体会, 才能得到其中的真谛。

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1 电源、地线的处理

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既使在整个pcb板中的布线完成得都很好,但由于电源、 地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、 地线的布线要认真对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量。

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对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因, 现只对降低式抑制噪音作以表述:

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众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。

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,通常信号线宽为:0.2~0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为1.2~2.5 mm

对数字电路的pcb可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,电源,地线各占用一层。

2、数字电路与模拟电路的共地处理

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现在有许多pcb不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。

数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整人pcb对外界只有一个结点,所以必须在pcb内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只是在pcb与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点。也有在pcb上不共地的,这由系统设计来决定。

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3、信号线布在电(地)层上

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在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。

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4、大面积导体中连接腿的处理

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在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考虑,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如:①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(thermal),这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同。

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5、布线中网络系统的作用

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在许多cad系统中,布线是依据网络系统决定的。网格过密,通路虽然有所增加,但步进太小,图场的数据量过大,这必然对设备的存贮空间有更高的要求,同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的,如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏,通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。

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标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数,如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

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6、设计规则检查(drc)

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布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求,一般检查有如下几个方面:

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线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,元件焊盘与贯通孔,贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。

电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗)?在pcb中是否还有能让地线加宽的地方。

对于关键的信号线是否采取了最佳措施,如长度最短,加保护线,输入线及输出线被明显地分开。

模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线。

后加在pcb中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。

对一些不理想的线形进行修改。

在pcb上是否加有工艺线?阻焊是否符合生产工艺的要求,阻焊尺寸是否合适,字符标志是否压在器件焊盘上,以免影响电装质量。

多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小,如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。概述

本文档的目的在于说明使用pads的印制板设计软件powerpcb进行印制板设计的流程和一些注意事项,为一个工作组的设计人员提供设计规范,方便设计人员之间进行交流和相互检查。

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2、设计流程

pcb的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤.

2.1 网表输入

网表输入有两种方法,一种是使用powerlogic的ole powerpcb connection功能,选择send netlist,应用ole功能,可以随时保持原理图和pcb图的一致,尽量减少出错的可能。另一种方法是直接在powerpcb中装载网表,选择file->import,将原理图生成的网表输入进来。

2.2 规则设置

如果在原理图设计阶段就已经把pcb的设计规则设置好的话,就不用再进行设置

这些规则了,因为输入网表时,设计规则已随网表输入进powerpcb了。如果修改了设计规则,必须同步原理图,保证原理图和pcb的一致。除了设计规则和层定义外,还有一些规则需要设置,比如pad stacks,需要修改标准过孔的大小。如果设计者新建了一个焊盘或过孔,一定要加上layer 25。

注意:

pcb设计规则、层定义、过孔设置、cam输出设置已经作成缺省启动文件,名称为default.stp,网表输入进来以后,按照设计的实际情况,把电源网络和地分配给电源层和地层,并设置其它高级规则。在所有的规则都设置好以后,在powerlogic中,使用ole powerpcb connection的rules from pcb功能,更新原理图中的规则设置,保证原理图和pcb图的规则一致。

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2.3 元器件布局

网表输入以后,所有的元器件都会放在工作区的零点,重叠在一起,下一步的工作就是把这些元器件分开,按照一些规则摆放整齐,即元器件布局。powerpcb提供了两种方法,手工布局和自动布局。2.3.1 手工布局

1. 工具印制板的结构尺寸画出板边(board outline)。

2. 将元器件分散(disperse components),元器件会排列在板边的周围。

3. 把元器件一个一个地移动、旋转,放到板边以内,按照一定的规则摆放整齐。

2.3.2 自动布局

powerpcb提供了自动布局和自动的局部簇布局,但对大多数的设计来说,效果并不理想,不推荐使用。2.3.3 注意事项

a. 布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接,把有连线关系的器件放在一起

b. 数字器件和模拟器件要分开,尽量远离

c. 去耦电容尽量靠近器件的vcc

d. 放置器件时要考虑以后的焊接,不要太密集

e. 多使用软件提供的array和union功能,提高布局的效率

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2.4 布线

布线的方式也有两种,手工布线和自动布线。powerpcb提供的手工布线功能十分强大,包括自动推挤、在线设计规则检查(drc),自动布线由specctra的布线引擎进行,通常这两种方法配合使用,常用的步骤是手工—自动—手工。

2.4.1 手工布线

1. 自动布线前,先用手工布一些重要的网络,比如高频时钟、主电源等,这些网络往往对走线距离、线宽、线间距、屏蔽等有特殊的要求;另外一些特殊封装,如bga,自动布线很难布得有规则,也要用手工布线。

2. 自动布线以后,还要用手工布线对pcb的走线进行调整。

2.4.2 自动布线

手工布线结束以后,剩下的网络就交给自动布线器来自布。选择tools->specctra,启动specctra布线器的接口,设置好do文件,按continue就启动了specctra布线器自动布线,结束后如果布通率为100%,那么就可以进行手工调整布线了;如果不到100%,说明布局或手工布线有问题,需要调整布局或手工布线,直至全部布通为止。

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2.4.3 注意事项

a. 电源线和地线尽量加粗

b. 去耦电容尽量与vcc直接连接

c. 设置specctra的do文件时,首先添加protect all wires命令,保护手工布的线不被自动布线器重布

d. 如果有混合电源层,应该将该层定义为split/mixed plane,在布线之前将其分割,布完线之后,使用pour manager的plane connect进行覆铜

e. 将所有的器件管脚设置为热焊盘方式,做法是将filter设为pins,选中所有的管脚,修改属性,在thermal选项前打勾

f. 手动布线时把drc选项打开,使用动态布线(dynamic route)

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2.5 检查

检查的项目有间距(clearance)、连接性(connectivity)、高速规则(high speed)和电源层(plane),这些项目可以选择tools->verify design进行。如果设置了高速规则,必须检查,否则可以跳过这一项。检查出错误,必须修改布局和布线。

注意:

有些错误可以忽略,例如有些接插件的outline的一部分放在了板框外,检查间距时会出错;另外每次修改过走线和过孔之后,都要重新覆铜一次。

2.6 复查

复查根据“pcb检查表”,内容包括设计规则,层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置;还要重点复查器件布局的合理性,电源、地线网络的走线,高速时钟网络的走线与屏蔽,去耦电容的摆放和连接等。复查不合格,设计者要修改布局和布线,合格之后,复查者和设计者分别签字。

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2.7 设计输出

pcb设计可以输出到打印机或输出光绘文件。打印机可以把pcb分层打印,便于设计者和复查者检查;光绘文件交给制板厂家,生产印制板。光绘文件的输出十分重要,关系到这次设计的成败,下面将着重说明输出光绘文件的注意事项。

a. 需要输出的层有布线层(包括顶层、底层、中间布线层)、电源层(包括vcc层和gnd层)、丝印层(包括顶层丝印、底层丝印)、阻焊层(包括顶层阻焊和底层阻焊),另外还要生成钻孔文件(nc drill)

b. 如果电源层设置为split/mixed,那么在add document窗口的document项选择routing,并且每次输出光绘文件之前,都要对pcb图使用pour manager的plane connect进行覆铜;如果设置为cam plane,则选择plane,在设置layer项的时候,要把layer25加上,在layer25层中选择pads和viasc. 在设备设置窗口(按device setup),将aperture的值改为199

d. 在设置每层的layer时,将board outline选上

e. 设置丝印层的layer时,不要选择part type,选择顶层(底层)和丝印层的outline、text、line

f. 设置阻焊层的layer时,选择过孔表示过孔上不加阻焊,不选过孔表示家阻焊,视具体情况确定

g. 生成钻孔文件时,使用powerpcb的缺省设置,不要作任何改动

h. 所有光绘文件输出以后,用cam350打开并打印,由设计者和复查者根据“pcb检查表”检查

过孔(via)是多层pcb的重要组成部分之一,钻孔的费用通常占pcb制板费用的30%到40%。简单的说来,pcb上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看,过孔可以分成两类:一是用作各层间的电气连接;二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说,这些过孔一般又分为三类,即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面,具有一定深度,用于表层线路和下面的内层线路的连接,孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔,它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层,层压前利用通孔成型工艺完成,在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔,这种孔穿过整个线路板,可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现,成本较低,所以绝大部分印刷电路板均使用它,而不用另外两种过孔。以下所说的过孔,没有特殊说明的,均作为通孔考虑。

从设计的角度来看,一个过孔主要由两个部分组成,一是中间的钻孔(drill hole),二是钻孔周围的焊盘区,见下图。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然,在高速,高密度的pcb设计时,设计者总是希望过孔越小越好,这样板上可以留有更多的布线空间,此外,过孔越小,其自身的寄生电容也越小,更适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加,而且过孔的尺寸不可能无限制的减小,它受到钻孔(drill)和电镀(plating)等工艺技术的限制:孔越小,钻孔需花费的时间越长,也越容易偏离中心位置;且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时,就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如,现在正常的一块6层pcb板的厚度(通孔深度)为50mil左右,所以pcb厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8mil。

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二、过孔的寄生电容

过孔本身存在着对地的寄生电容,如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为d2,过孔焊盘的直径为d1,pcb板的厚度为t,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于:

c=1.41εtd1/(d2-d1)

过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间,降低了电路的速度。举例来说,对于一块厚度为50mil的pcb板,如果使用内径为10mil,焊盘直径为20mil的过孔,焊盘与地铺铜区的距离为32mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是:c=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pf,这部分电容引起的上升时间变化量为:t10-90=2.2c(z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。从这些数值可以看出,尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显,但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换,设计者还是要慎重考虑的。

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三、过孔的寄生电感

同样,过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感,在高速数字电路的设计中,过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献,减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感:

l=5.08h[ln(4h/d) 1]其中l指过孔的电感,h是过孔的长度,d是中心钻孔的直径。从式中可以看出,过孔的直径对电感的影响较小,而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子,可以计算出过孔的电感为:l=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010) 1]=1.015nh 。如果信号的上升时间是1ns,那么其等效阻抗大小为:xl=πl/t10-90=3.19ω。这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略,特别要注意,旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔,这样过孔的寄生电感就会成倍增加。

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四、高速pcb中的过孔设计

通过上面对过孔寄生特性的分析,我们可以看到,在高速pcb设计中,看似简单的过

孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响,在设计中可以尽量做到:

1、从成本和信号质量两方面考虑,选择合理尺寸的过孔大小。比如对6-10层的内

存模块pcb设计来说,选用10/20mil(钻孔/焊盘)的过孔较好,对于一些高密度的小尺寸的板子,也可以尝试使用8/18mil的过孔。目前技术条件下,很难使用更小尺寸的过孔了。对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸,以减小阻抗。

2、上面讨论的两个公式可以得出,使用较薄的pcb板有利于减小过孔的两种寄

生参数。

3、pcb板上的信号走线尽量不换层,也就是说尽量不要使用不必要的过孔。

4、电源和地的管脚要就近打过孔,过孔和管脚之间的引线越短越好,因为它们会

导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗,以减少阻抗。

5、在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔,以便为信号提供最近的回路。甚至可以在pcb板上大量放置一些多余的接地过孔。当然,在设计时还需要灵活多变。前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况,也有的时候,我们可以将某些层的焊盘减小甚至去掉。特别是在过孔密度非常大的情况下,可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽,解决这样的问题除了移动过孔的位置,我们还可以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小。

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问:从word文件中拷贝出来的符号,为什么不能够在protel中正常显示

复:请问你是在sch环境,还是在pcb环境,在pcb环境是有一些特殊字符不能显示,因为那时保留字.

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问:net名与port同名,pcb中可否连接

答复:可以,protel可以多种方式生成网络,当你在在层次图中以port-port时,每张线路图可以用相同的net名,它们不会因网络名是一样而连接.但请不要使用电源端口,因为那是全局的.

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问::请问在protel99se中导入pads文件, 为何焊盘属性改了

复:这多是因为两种软件和每种版本之间的差异造成,通常做一下手工体调整就可以了。

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问:请问杨大虾:为何通过软件把power logic的原理图转化成protel后,在protel中无法进行属性修改,只要一修改,要不不现实,要不就是全显示属性?谢谢!

复:如全显示,可以做一个全局性编辑,只显示希望的部分。

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问:请教铺銅的原则?

复:铺銅一般应该在你的安全间距的2倍以上.这是layout的常规知识.

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问:请问potel dxp在自动布局方面有无改进?导入封装时能否根据原理图的布局自动排开?

复:pcb布局与原理图布局没有一定的内在必然联系,故此,potel dxp在自动布局时不会根据原理图的布局自动排开。(根据子图建立的元件类,可以帮助pcb布局依据原理图的连接)。

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问:请问信号完整性分析的资料在什么地方购买

复:protel软件配有详细的信号完整性分析手册。

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问:为何铺铜,文件哪么大?有何方法?

复:铺铜数据量大可以理解。但如果是过大,可能是您的设置不太科学。

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问:有什么办法让原理图的图形符号可以缩放吗?

复:不可以。

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问:protel仿真可进行原理性论证,如有详细模型可以得到好的结果

复:protel仿真完全兼容spice模型,可以从器件厂商处获得免费spice模型,进行仿真。protel也提供建模方法,具有专业仿真知识,可建立有效的模型。

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问:99se中如何加入汉字,如果汉化后好象少了不少东西! 3-28 14:17:0 但确实少了不少功能!

复:可能是汉化的版本不对。

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问:如何制作一个孔为2*4mm 外径为6mm的焊盘?

复:在机械层标注方孔尺寸。与制版商沟通具体要求。

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问:我知道,但是在内电层如何把电源和地与内电层连接。没有网络表,如果有网络表就没有问题了

复:利用from-to类生成网络连接

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问:还想请教一下99se中椭圆型焊盘如何制作?放置连续焊盘的方法不可取,线路板厂家不乐意。可否在下一版中加入这个设置项?

复:在建库元件时,可以利用非焊盘的图素形成所要的焊盘形状。在进行pcb设计时使其具有相同网络属性。我们可以向protel公司建议。

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问:如何免费获取以前的原理图库和pcb库

复:那你可以的www.protel.com下载

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问:刚才本人提了个在覆铜上如何写上空心(不覆铜)的文字,专家回答先写字,再覆铜,然后册除字,可是本人试了一下,删除字后,空的没有,被覆铜 覆盖了,请问专家是否搞错了,你能不能试一下

复:字必须用protel99se提供的放置中文的办法,然后将中文(英文)字解除元件,(因为那是一个元件)将安全间距设置成1mil,再覆铜,然后移动覆铜,程序会询问是否重新覆铜,回答no。

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问:画原理图时,如何元件的引脚次序?

复:原理图建库时,有强大的检查功能,可以检查序号,重复,缺漏等。也可以使用阵列排放的功能,一次性放置规律性的引脚。

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问:protel99se6自动布线后,在集成块的引脚附近会出现杂乱的走线,像毛刺一般,有时甚至是三角形的走线,需要进行大量手工修正,这种问题怎么避免?

复:合理设置元件网格,再次优化走线。

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问:用protel画图,反复修改后,发现文件体积非常大(虚肿),导出后再导入就小了许多。为什么??有其他办法为文件瘦身吗?

复:其实那时因为protel的铺铜是线条组成的原因造成的,因知识产权问题,不能使用pads里的“灌水”功能,但它有它的好处,就是可以自动删除“死铜”。致与文件大,你用winzip压缩一下就很小。不会影响你的文件发送。

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问:请问:在同一条导线上,怎样让它不同部分宽度不一样,而且显得连续美观?谢谢!

复:不能自动完成,可以利用编辑技巧实现。

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liaohm问:如何将一段圆弧进行几等分?

fanglin163答复:利用常规的几何知识嘛。eda只是工具。

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问:protel里用的hdl是普通的vhdl

复:protel pld不是,protel fpga是。

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问:补泪滴后再铺铜,有时铺出来的网格会残缺,怎么办?

复:那是因为你在补泪滴时设置了热隔离带原因,你只需要注意安全间距与热隔离带方式。也可以用修补的办法。

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问:可不可以做不对称焊盘?拖动布线时相连的线保持原来的角度一起拖动?

复:可以做不对称焊盘。拖动布线时相连的线不能直接保持原来的角度一起拖动。

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问:请问当protel发挥到及至时,是否能达到高端eda软件同样的效果

复:视设计而定。

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问:protel dxp的自动布线效果是否可以达到原accel的水平?

复:有过之而无不及。

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问:protel的pld功能好象不支持流行的hdl语言?

复:protel pld使用的cupl语言,也是一种hdl语言。下一版本可以直接用vhdl语言输入。

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问:pcb里面的3d功能对硬件有何要求?

复:需要支持opengl.

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问:如何将一块实物硬制版的布线快速、原封不动地做到电脑之中?

复:最快的办法就是扫描,然后用bmp2pcb程序转换成胶片文件,然后再修改,但你的pcb精度必须在0.2mm以上。bmp2pcb程序可在21ic上下载,你的线路板必须用沙纸打的非常光亮才能成功。

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问:直接画pcb板时,如何为一个电路接点定义网络名?

复:在net编辑对话框中设置。

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问:怎么让做的资料中有孔径显示或符号标志,同allego一样

复:在输出中有选项,可以产生钻孔统计及各种孔径符号。

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问:自动布线的锁定功能不好用,系统有的会重布,不知道怎么回事?

复:最新的版本无此类问题。

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问:如何实现多个原器件的整体翻转

复:一次选中所要翻转的元件。

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问:我用的p 99 版加入汉字就死机,是什么原因?

复:应是d版所致。

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问:powpcb的文件怎样用protel打开?

复:先新建一pcb文件,然后使用导入功能达到。

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问:怎样从protel99中导入gerber文件

复:protel pcb只能导入自己的gerber,而protel的cam可以导入其它格式的gerber.

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问:如何把布好pcb走线的细线条部分地改为粗线条

复:双击修改 全局编辑。注意匹配条件。修改规则使之适应新线宽。

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问:如何修改一个集成电路封装内的焊盘尺寸? 若全局修改的话应如何设置?

复:全部选定,进行全局编辑

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问:如何修改一个集成电路封装内的焊盘尺寸?

复:在库中修改一个集成电路封装内的焊盘尺寸大家都知道,在pcb板上也可以修改。(先在元件属性中解锁)。

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问:能否在做pcb时对元件符号的某些部分加以修改或删除?

复:在元件属性中去掉元件锁定,就可在pcb中编辑元件,并且不会影响库中元件。

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问:该焊盘为地线,包地之后,该焊盘与地所连线如何设置宽度

复:包地前设置与焊盘的连接方式

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问:为何99se存储时要改为工程项目的格式?

复:便于文件管理。

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问:如何去掉pcb上元件的如电阻阻值,电容大小等等,要一个个去掉吗,有没有快捷方法

复:使用全局编辑,同一层全部隐藏

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问:能告诉将要推出的新版本的protel的名称吗?简单介绍一下有哪些新功能?protel手动布线的推挤能力太弱!

复:protel dxp,在仿真和布线方面会有大的提高。

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问:如何把敷铜区中的分离的小块敷铜除去

复:在敷铜时选择"去除死铜"

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问:vdd和gnd都用焊盘连到哪儿了,怎么看不到呀

复:打开网络标号显示。

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问:在pcb中有画弧线? 在画完直线,接着直接可以画弧线具体如dos版弧线模式那样!能实现吗?能的话,如何设置?

复:可以,使用shift 空格可以切换布线形式

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问:protel99se9层次图的总图用edit\export spread生成电子表格的时候,却没有生成各分图纸里面的元件及对应标号、封装等。如果想用电子表格的方式一次性修改全部图纸的封装,再更新原理图,该怎么作?

复:点中相应的选项即可。

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问:protel99se6的pcb通过specctra interface导出到specctra10.1里面,发现那些没有网络标号的焊盘都不见了,结果specctra就从那些实际有焊盘的地方走线,布得一塌糊涂,这种情况如何避免?

复:凡涉及到两种软件的导入/导出,多数需要人工做一些调整。

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问:在打开内电层时,放置元件和过孔等时,好像和内电层短接在一起了,是否正确

复:内电层显示出的效果与实际的缚铜效果相反,所以是正确的

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问:protel的执行速度太慢,太耗内存了,这是为什么?而如allegro那么大的系统,执行起来却很流畅!

复:最新的protel软件已不是完成一个简单的pcb设计,而是系统设计,包括文件管理、3d分析等。只要piii,128m以上内存,protel亦可运行如飞。

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问:如何自动布线中加盲,埋孔?

复:设置自动布线规则时允许添加盲孔和埋孔

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问:3d的功能对硬件有什么要求?谢谢,我的好象不行

复:请把金山词霸关掉

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问:补泪滴可以一个一个加吗?

复:当然可以

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问:请问在protel99se中倒入pads文件, 为何焊盘属性改了,

复:这类问题,一般都需要手工做调整,如修改属性等。

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问:protell99se能否打开orcad格式的档案,如不能以后是否会考虑添加这一功能?

复:现在可以打开。

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问:在99sepcb板中加入汉字没发加,但汉化后se少了不少东西!

复:可能是安装的文件与配置不正确。

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问:se在菜单汉化后,在哪儿启动3d功能?

复:您说的是view3d接口吗,请在系统菜单(左边大箭头下)启动。

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问:请问如何画内孔不是圆形的焊盘???

复:不行。

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问:在pcb中有几种走线模式?我的计算机只有两种,通过空格来切换

复:shift+空格

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问:请问:对于某些可能有较大电流的线,如果我希望线上不涂绿油,以便我在其上上锡,以增大电流。我该怎么设计?谢谢!

复:可以简单地在阻焊层放置您想要的上锡的形状。

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问:如何连续画弧线,用画园的方法每个弯画个园吗?

复:不用,直接用圆弧画。

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问:如何锁定一条布线?

复:先选中这个网络,然后在属性里改。

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问:随着每次修改的次数越来越多,protel文件也越来越大,请问怎么可以让他文件尺寸变小呢?

复:在系统菜单中有数据库工具。(fiel菜单左边的大箭头下)。

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wangjinfeng问:请问protel中画pcb板如何设置采用总线方式布线?

高英凯答复:shift+空格。

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问:如何利用protel的pld功能编写gal16v8程序?

复:利用protel的pld功能编写gal16v8程序比较简单,直接使用cupl dhl硬件描述语言就可以编程了。帮助里有实例。step by step.

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问:我用99se6布一块4层板子,布了一个小时又二十分钟布到99.6%,但再过来11小时多以后却只布到99.9%!不得已让它停止了

复:对剩下的几个net,做一下手工预布,剩下的再自动,可达到100%的布通。

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问:在pcb多层电路板设计中,如何设置内电层?前提是完全手工布局和布线。

复:有专门的菜单设置。

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问:protel pcb图可否输出其它文件格式,如hyperlynx的? 它的帮助文件中说可以,但是在菜单中却没有这个选项

复:现在protel自带有pcb信号分析功能。

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问:请问pcb里不同的net,最后怎么让他们连在一起?

复:最好不要这么做,应该先改原理图,按规矩来,别人接手容易些。

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问:自动布线前如何把先布的线锁定??一个一个选么?

复:99se中的锁定预布线功能很好,不用一个一个地选,只要在自动布线设置中点一个勾就可以了。

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问:pspice的功能有没有改变

复:在protel即将推出的新版本中,仿真功能会有大的提升。

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问:如何使用protel 99se的pld仿真功能?

复:首先要有仿真输入文件(.si),其次在configure中要选择absolute abs选项,编译成功后,可仿真。看仿真输出文件。

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问:protel.ddb历史记录如和删

复:先删除至回收战,然后清空回收站。

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问:自动布线为什么会修改事先已布的线而且把它们认为没有布过重新布了而设置我也正确了?

复:把先布的线锁定。应该就可以了。

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问:布线后有的线在视觉上明显太差,protel这样布线有他的道理吗(电气上)

复:仅仅通过自动布线,任何一个布线器的结果都不会太美观。

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问:可以在焊盘属性中修改焊盘的x和y的尺寸

复:可以。

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问:protel99se后有没推出新的版本?

复:即将推出。该版本耗时2年多,无论在功能、规模上都与protel99se,有极大的飞跃。

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问:99se的3d功能能更增进些吗?好像只能从正面看!其外形能自己做吗?

复:3d图形可以用 ctrl 上,下,左,右 键翻转一定的角度。不过用处不大,显卡要好才行。

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问:有没有设方孔的好办法?除了在机械层上画。

复:可以,在multi layer上设置。

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问:一个问题:填充时,假设布线规则中间距为20mil,但我有些器件要求100mil间距,怎样才能自动填充?

复:可以在design-->rules-->clearance constraint里加

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问:在protel中能否用orcad原理图

复:需要将orcad原理图生成protel支持的网表文件,再由protel打开即可.

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问:请问多层电路板是否可以用自动布线

复:可以的,跟双面板一样的,设置好就行了。

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一、印刷线路元件布局结构设计讨论

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  一台性能优良的仪器,除选择高质量的元器件,合理的电路外,印刷线路板的元件布局和电气连线方向的正确结构设计是决定仪器能否可靠工作的一个关键问题,对同一种元件和参数的电路,由于元件布局设计和电气连线方向的不同会产生不同的结果,其结果可能存在很大的差异。因而,必须把如何正确设计印刷线路板元件布局的结构和正确选择布线方向及整体仪器的工艺结构三方面联合起来考虑,合理的工艺结构,既可消除因布线不当而产生的噪声干扰,同时便于生产中的安装、调试与检修等。

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  下面我们针对上述问题进行讨论,由于优良“结构”没有一个严格的“定义”和“模式”,因而下面讨论,只起抛砖引玉的作用,仅供参考。每一种仪器的结构必须根据具体要求(电气性能、整机结构安装及面板布局等要求),采取相应的结构设计方案,并对几种可行设计方案进行比较和反复修改。印刷板电源、地总线的布线结构选择----系统结构:模拟电路和数字电路在元件布局图的设计和布线方法上有许多相同和不同之处。模拟电路中,由于放大器的存在,由布线产生的极小噪声电压,都会引起输出信号的严重失真,在数字电路中,ttl噪声容限为0.4v~0.6v,cmos噪声容限为vcc的0.3~0.45倍,故数字电路具有较强的抗干扰的能力。良好的电源和地总线方式的合理选择是仪器可靠工作的重要保证,相当多的干扰源是通过电源和地总线产生的,其中地线引起的噪声干扰最大。

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  二、印刷电路板图设计的基本原则要求

  1.印刷电路板的设计,从确定板的尺寸大小开始,印刷电路板的尺寸因受机箱外壳大小限制,以能恰好安放入外壳内为宜,其次,应考虑印刷电路板与外接元器件(主要是电位器、插口或另外印刷电路板)的连接方式。印刷电路板与外接元件一般是通过塑料导线或金属隔离线进行连接。但有时也设计成插座形式。即:在设备内安装一个插入式印刷电路板要留出充当插口的接触位置。对于安装在印刷电路板上的较大的元件,要加金属附件固定,以提高耐振、耐冲击性能。

  2.布线图设计的基本方法

  首先需要对所选用元件器及各种插座的规格、尺寸、面积等有完全的了解;对各部件的位置安排作合理的、仔细的考虑,主要是从电磁场兼容性、抗干扰的角度,走线短,交*少,电源,地的路径及去耦等方面考虑。各部件位置定出后,就是各部件的连线,按照电路图连接有关引脚,完成的方法有多种,印刷线路图的设计有计算机辅助设计与手工设计方法两种。

  最原始的是手工排列布图。这比较费事,往往要反复几次,才能最后完成,这在没有其它绘图设备时也可以,这种手工排列布图方法对刚学习印刷板图设计者来说也是很有帮助的。计算机辅助制图,现在有多种绘图软件,功能各异,但总的说来,绘制、修改较方便,并且可以存盘贮存和打印。

  接着,确定印刷电路板所需的尺寸,并按原理图,将各个元器件位置初步确定下来,然后经过不断调整使布局更加合理,印刷电路板中各元件之间的接线安排方式如下:

  (1)印刷电路中不允许有交*电路,对于可能交*的线条,可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即,让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去,或从可能交*的某条引线的一端“绕”过去,在特殊情况下如何电路很复杂,为简化设计也允许用导线跨接,解决交*电路问题。

  (2)电阻、二极管、管状电容器等元件有“立式”,“卧式”两种安装方式。立式指的是元件体垂直于电路板安装、焊接,其优点是节省空间,卧式指的是元件体平行并紧贴于电路板安装,焊接,其优点是元件安装的机械强度较好。这两种不同的安装元件,印刷电路板上的元件孔距是不一样的。

  (3)同一级电路的接地点应尽量靠近,并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。特别是本级晶体管基极、发射极的接地点不能离得太远,否则因两个接地点间的铜箔太长会引起干扰与自激,采用这样“一点接地法”的电路,工作较稳定,不易自激。

  (4)总地线必须严格按高频-中频-低频一级级地按弱电到强电的顺序排列原则,切不可随便翻来复去乱接,级与级间宁肯可接线长点,也要遵守这一规定。特别是变频头、再生头、调频头的接地线安排要求更为严格,如有不当就会产生自激以致无法工作。调频头等高频电路常采用大面积包围式地线,以保证有良好的屏蔽效果。

  (5)强电流引线(公共地线,功放电源引线等)应尽可能宽些,以降低布线电阻及其电压降,可减小寄生耦合而产生的自激。

  (6)阻抗高的走线尽量短,阻抗低的走线可长一些,因为阻抗高的走线容易发笛和吸收信号,引起电路不稳定。电源线、地线、无反馈元件的基极走线、发射极引线等均属低阻抗走线,射极跟随器的基极走线、收录机两个声道的地线必须分开,各自成一路,一直到功效末端再合起来,如两路地线连来连去,极易产生串音,使分离度下降。

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  三、印刷板图设计中应注意下列几点

  1.布线方向:从焊接面看,元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致,布线方向最好与电路图走线方向相一致,因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测,故这样做便于生产中的检查,调试及检修(注:指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下)。

  2.各元件排列,分布要合理和均匀,力求整齐,美观,结构严谨的工艺要求。

  3.电阻,二极管的放置方式:分为平放与竖放两种:

  (1)平放:当电路元件数量不多,而且电路板尺寸较大的情况下,一般是采用平放较好;对于1/4w以下的电阻平放时,两个焊盘间的距离一般取4/10英寸,1/2w的电阻平放时,两焊盘的间距一般取5/10英寸;二极管平放时,1n400x系列整流管,一般取3/10英寸;1n540x系列整流管,一般取4~5/10英寸。

  (2)竖放:当电路元件数较多,而且电路板尺寸不大的情况下,一般是采用竖放,竖放时两个焊盘的间距一般取1~2/10英寸。

  4.电位器:ic座的放置原则

  (1)电位器:在稳压器中用来调节输出电压,故设计电位器应满中顺时针调节时输出电压升高,反时针调节器节时输出电压降低;在可调恒流充电器中电位器用来调节充电电流折大小,设计电位器时应满中顺时针调节时,电流增大。电位器安放位轩应当满中整机结构安装及面板布局的要求,因此应尽可能放轩在板的边缘,旋转柄朝外。

  (2)ic座:设计印刷板图时,在使用ic座的场合下,一定要特别注意ic座上定位槽放置的方位是否正确,并注意各个ic脚位是否正确,例如第1脚只能位于ic座的右下角线或者左上角,而且紧靠定位槽(从焊接面看)。

  5.进出接线端布置

  (1)相关联的两引线端不要距离太大,一般为2~3/10英寸左右较合适。

  (2)进出线端尽可能集中在1至2个侧面,不要太过离散。

  6.设计布线图时要注意管脚排列顺序,元件脚间距要合理。

  7.在保证电路性能要求的前提下,设计时应力求走线合理,少用外接跨线,并按一定顺充要求走线,力求直观,便于安装,高度和检修。

  8.设计布线图时走线尽量少拐弯,力求线条简单明了。

  9.布线条宽窄和线条间距要适中,电容器两焊盘间距应尽可能与电容引线脚的间距相符;

  10.设计应按一定顺序方向进行,例如可以由左往右和由上而下的顺序进行

protel元件封装总结

零件封装是指实际零件焊接到电路板时所指示的外观和焊点的位置。是纯粹的空间概念.因此不同的元件可共用同一零件封装,同种元件也可有不同的零件封装。像电阻,有传统的针插式,这种元件体积较大,电路板必须钻孔才能安置元件,完成钻孔后,插入元件,再过锡炉或喷锡(也可手焊),成本较高,较新的设计都是采用体积小的表面贴片式元件(smd)这种元件

不必钻孔,用钢膜将半熔状锡膏倒入电路板,再把smd元件放上,即可焊接在电路板上了。?

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值得我们注意的是晶体管与可变电阻,它们的包装才是最令人头痛的,同样的包装,其管脚?

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在可变电阻上也同样会出现类似的问题;在原理图中,可变电阻的管脚分别为1、w、及2,?

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体管管脚改为1,2,3;将可变电阻的改成与电路板元件外形一样的1,2,3即可。

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[本日志由 风清扬 于 2006-02-24 01:11 pm 编辑]

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??风清扬 于 2006-02-24 12:30 am 发表评论:

元件封装小结

 ??电阻:res1,res2,res3,res4;封装属性为axial系列

  无极性电容:cap;封装属性为rad-0.1到rad-0.4

  电解电容:electroi;封装属性为rb.2/.4到rb.5/1.0

  电位器:pot1,pot2;封装属性为vr-1到vr-5

  二极管:封装属性为diode-0.4(小功率)diode-0.7(大功率)

  三极管:常见的封装属性为to-18(普通三极管)to-22(大功率三极管)to-3(大功率达林顿管)

  电源稳压块有78和79系列;78系列如7805,7812,7820等

  79系列有7905,7912,7920等

  常见的封装属性有to126h和to126v

  整流桥:bridge1,bridge2: 封装属性为d系列(d-44,d-37,d-46)

  电阻:axial0.3-axial0.7  其中0.4-0.7指电阻的长度,一般用axial0.4

  瓷片电容:rad0.1-rad0.3。  其中0.1-0.3指电容大小,一般用rad0.1

  电解电容:rb.1/.2-rb.4/.8 其中.1/.2-.4/.8指电容大小。一般<100uf用

rb.1/.2,100uf-470uf用rb.2/.4,>470uf用rb.3/.6

  二极管:diode0.4-diode0.7 其中0.4-0.7指二极管长短,一般用diode0.4

  发光二极管:rb.1/.2

  集成块:dip8-dip40, 其中8-40指有多少脚,8脚的就是dip8   贴片电阻

  0603表示的是封装尺寸 与具体阻值没有关系,但封装尺寸与功率有关通常来说如下:

  0201 1/20w

  0402 1/16w

  0603 1/10w

  0805 1/8w

  1206 1/4w

  电容电阻外形尺寸与封装的对应关系是:

  0402=1.0mmx0.5mm

  0603=1.6mmx0.8mm

  0805=2.0mmx1.2mm

  1206=3.2mmx1.6mm

  1210=3.2mmx2.5mm

  1812=4.5mmx3.2mm

  2225=5.6mmx6.5mm

  零件封装是指实际零件焊接到电路板时所指示的外观和焊点的位置。是纯粹的空间概念因此不同的元件可共用同一零件封装,同种元件也可有不同的零件封装。像电阻,有传统的针插式,这种元件体积较大,电路板必须钻孔才能安置元件,完成钻孔后,插入元件,再过锡炉或喷锡(也可手焊),成本较高,较新的设计都是采用体积小的表面贴片式元件(smd)这种元件不必钻孔,用钢膜将半熔状锡膏倒入电路板,再把smd元件放上,即可焊接在电路板上了。

  关于零件封装我们在前面说过,除了device。lib库中的元件外,其它库的元件都已经有了固定的元件封装,这是因为这个库中的元件都有多种形式:以晶体管为例说明一下:

  晶体管是我们常用的的元件之一,在device。lib库中,简简单单的只有npn与pnp之分,但实际上,如果它是npn的2n3055那它有可能是铁壳子的to—3,如果它是npn的2n3054,则有可能是铁壳的to-66或to-5,而学用的cs9013,有to-92a,to-92b,还有to-5,to-46,to-52等等,千变万化。还有一个就是电阻,在device库中,它也是简单地把它们称为res1和res2,不管它是100ω还是470kω都一样,对电路板而言,它与欧姆数根本不相关,完全是按该电阻的功率数来决定的我们选用的1/4w和甚至1/2w的电阻,都可以用axial0.3元件封装,而功率数大一点的话,可用axial0.4,axial0.5等等。现将常用的元件封装整理如下:

  电阻类及无极性双端元件    axial0.3-axial1.0

  无极性电容          rad0.1-rad0.4

  有极性电容          rb.2/.4-rb.5/1.0

  二极管            diode0.4及 diode0.7

  石英晶体振荡器        xtal1

  晶体管、fet、ujt       to-xxx(to-3,to-5)

  可变电阻(pot1、pot2)    vr1-vr5

  当然,我们也可以打开c:\client98\pcb98\library\advpcb.lib库来查找所用零件的对应封装。

  这些常用的元件封装,大家最好能把它背下来,这些元件封装,大家可以把它拆分成两部分来记如电阻axial0.3可拆成axial和0.3,axial翻译成中文就是轴状的,0.3则是该电阻在印刷电路板上的焊盘间的距离也就是300mil(因为在电机领域里,是以英制单位为主的。同样的,对于无极性的电容,rad0.1-rad0.4也是一样;对有极性的电容如电解电容,其封装为rb.2/.4,rb.3/.6等,其中“.2”为焊盘间距,“.4”为电容圆筒的外径。

  对于晶体管,那就直接看它的外形及功率,大功率的晶体管,就用to—3,中功率的晶体管,如果是扁平的,就用to-220,如果是金属壳的,就用to-66,小功率的晶体管,就用to-5,to-46,to-92a等都可以,反正它的管脚也长,弯一下也可以。

  对于常用的集成ic电路,有dipxx,就是双列直插的元件封装,dip8就是双排,每排有4个引脚,两排间距离是300mil,焊盘间的距离是100mil。sipxx就是单排的封装。等等。

值得我们注意的是晶体管与可变电阻,它们的包装才是最令人头痛的,同样的包装,其管脚可不一定一样。例如,对于to-92b之类的包装,通常是1脚为e(发射极),而2脚有可能是b极(基极),也可能是c(集电极);同样的,3脚有可能是c,也有可能是b,具体是那个,只有拿到了元件才能确定。因此,电路软件不敢硬性定义焊盘名称(管脚名称),同样的,场效应管,mos管也可以用跟晶体管一样的封装,它可以通用于三个引脚的元件。q1-b,在pcb里,加载这种网络表的时候,就会找不到节点(对不上)。在可变电阻上也同样会出现类似的问题;在原理图中,可变电阻的管脚分别为1、w、及2,所产生的网络表,就是1、2和w,在pcb电路板中,焊盘就是1,2,3。当电路中有这两种元件时,就要修改pcb与sch之间的差异最快的方法是在产生网络表后,直接在网络表中,将晶体管管脚改为1,2,3;将可变电阻的改成与电路板元件外形一样的1,2,3即可。

?芯片封装缩略语介绍

????1.bga 球栅阵列封装

  2.csp 芯片缩放式封装

  3.cob 板上芯片贴装

  4.coc 瓷质基板上芯片贴装

  5.mcm 多芯片模型贴装

  6.lcc 无引线片式载体

  7.cfp 陶瓷扁平封装

  8.pqfp 塑料四边引线封装

  9.soj 塑料j形线封装

  10.sop 小外形外壳封装

  11.tqfp 扁平簿片方形封装

  12.tsop 微型簿片式封装

  13.cbga 陶瓷焊球阵列封装

  14.cpga 陶瓷针栅阵列封装

  15.cqfp 陶瓷四边引线扁平

  16.cerdip 陶瓷熔封双列

  17.pbga 塑料焊球阵列封装

  18.ssop 窄间距小外型塑封

  19.wlcsp 晶圆片级芯片规模封装

  20.fcob 板上倒装片?

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芯片封装技术简介

2005-1-6 17:16:19 ?

  (华强电子世界网讯) 我们经常听说某某芯片采用什么什么的封装方式,在我们的电脑中,存在着各种各样不同处理芯片,那么,它们又是是采用何种封装形式呢?并且这些封装形式又有什么样的技术特点以及优越性呢?那么就请看看下面的这篇文章,将为你介绍个中芯片封装形式的特点和优点。   一 dip双列直插式封装

  dip(dualin-line package)是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片,绝大多数中小规模集成电路(ic)均采用这种封装形式,其引脚数一般不超过100个。采用dip封装的cpu芯片有两排引脚,需要插入到具有dip结构的芯片插座上。当然,也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。dip封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心,以免损坏引脚。

  dip封装具有以下特点:

  1.适合在pcb(印刷电路板)上穿孔焊接,操作方便。

  2.芯片面积与封装面积之间的比值较大,故体积也较大。

intel系列cpu中8088就采用这种封装形式,缓存(cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。

  二 qfp塑料方型扁平式封装和pfp塑料扁平组件式封装

  qfp(plastic quad flat package)封装的芯片引脚之间距离很小,管脚很细,一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式,其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用smd(表面安装设备技术)将芯片与主板焊接起来。采用smd安装的芯片不必在主板上打孔,一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点,即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片,如果不用专用工具是很难拆卸下来的。

  pfp(plastic flat package)方式封装的芯片与qfp方式基本相同。唯一的区别是qfp一般为正方形,而pfp既可以是正方形,也可以是长方形。

  qfp/pfp封装具有以下特点:

  1.适用于smd表面安装技术在pcb电路板上安装布线。

  2.适合高频使用。

  3.操作方便,可靠性高。

  4.芯片面积与封装面积之间的比值较小。

  intel系列cpu中80286、80386和某些486主板采用这种封装形式。

  三 pga插针网格阵列封装

  pga(pin grid array package)芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针,每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少,可以围成2-5圈。安装时,将芯片插入专门的pga插座。为使cpu能够更方便地安装和拆卸,从486芯片开始,出现一种名为zif的cpu插座,专门用来满足pga封装的cpu在安装和拆卸上的要求。

  zif(zero insertion force socket)是指零插拔力的插座。把这种插座上的扳手轻轻抬起,cpu就可很容易、轻松地插入插座中。然后将扳手压回原处,利用插座本身的特殊结构生成的挤压力,将cpu的引脚与插座牢牢地接触,绝对不存在接触不良的问题。而拆卸cpu芯片只需将插座的扳手轻轻抬起,则压力解除,cpu芯片即可轻松取出。

  pga封装具有以下特点:

  1.插拔操作更方便,可靠性高。

  2.可适应更高的频率。

  intel系列cpu中,80486和pentium、pentium pro均采用这种封装形式。

  四 bga球栅阵列封装

  随着集成电路技术的发展,对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能性,当ic的频率超过100mhz时,传统封装方式可能会产生所谓的“crosstalk”现象,而且当ic的管脚数大于208 pin时,传统的封装方式有其困难度。因此,除使用qfp封装方式外,现今大多数的高脚数芯片(如图形芯片与芯片组等)皆转而使用bga(ball grid array package)封装技术。bga一出现便成为cpu、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。

  bga封装技术又可详分为五大类:

  1.pbga(plasric bga)基板:一般为2-4层有机材料构成的多层板。intel系列cpu中,pentium ii、iii、iv处理器均采用这种封装形式。

  2.cbga(ceramicbga)基板:即陶瓷基板,芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片(flipchip,简称fc)的安装方式。intel系列cpu中,pentium i、ii、pentium pro处理器均采用过这种封装形式。

  3.fcbga(filpchipbga)基板:硬质多层基板。

  4.tbga(tapebga)基板:基板为带状软质的1-2层pcb电路板。

  5.cdpbga(carity down pbga)基板:指封装中央有方型低陷的芯片区(又称空腔区)。

  bga封装具有以下特点:

  1.i/o引脚数虽然增多,但引脚之间的距离远大于qfp封装方式,提高了成品率。

  2.虽然bga的功耗增加,但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善电热性能。

  3.信号传输延迟小,适应频率大大提高。

  4.组装可用共面焊接,可靠性大大提高。

  bga封装方式经过十多年的发展已经进入实用化阶段。1987年,日本西铁城(citizen)公司开始着手研制塑封球栅面阵列封装的芯片(即bga)。而后,摩托罗拉、康柏等公司也随即加入到开发bga的行列。1993年,摩托罗拉率先将bga应用于移动电话。同年,康柏公司也在工作站、pc电脑上加以应用。直到五六年前,intel公司在电脑cpu中(即奔腾ii、奔腾iii、奔腾iv等),以及芯片组(如i850)中开始使用bga,这对bga应用领域扩展发挥了推波助澜的作用。目前,bga已成为极其热门的ic封装技术,其全球市场规模在2000年为12亿块,预计2005年市场需求将比2000年有70%以上幅度的增长。

  五 csp芯片尺寸封装

  随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮,封装技术已进步到csp(chip size package)。它减小了芯片封装外形的尺寸,做到裸芯片尺寸有多大,封装尺寸就有多大。即封装后的ic尺寸边长不大于芯片的1.2倍,ic面积只比晶粒(die)大不超过1.4倍。

  csp封装又可分为四类:

1.????lead frame type(传统导线架形式),代表厂商有富士通、日立、rohm、高士达(goldstar)等等。

2.????  2.rigid interposer type(硬质内插板型),代表厂商有摩托罗拉、索尼、东芝、松下等等。

  3.flexible interposer type(软质内插板型),其中最有名的是tessera公司的microbga,cts的sim-bga也采用相同的原理。其他代表厂商包括通用电气(ge)和nec。

  4.wafer level package(晶圆尺寸封装):有别于传统的单一芯片封装方式,wlcsp是将整片晶圆切割为一颗颗的单一芯片,它号称是封装技术的未来主流,已投入研发的厂商包括fct、aptos、卡西欧、epic、富士通、三菱电子等。

  csp封装具有以下特点:

  1.满足了芯片i/o引脚不断增加的需要。

  2.芯片面积与封装面积之间的比值很小。

  3.极大地缩短延迟时间。

  csp封装适用于脚数少的ic,如内存条和便携电子产品。未来则将大量应用在信息家电(ia)、数字电视(dtv)、电子书(e-book)、无线网络wlan/gigabitethemet、adsl/手机芯片、蓝芽(bluetooth)等新兴产品中。

  六 mcm多芯片模块

  为解决单一芯片集成度低和功能不够完善的问题,把多个高集成度、高性能、高可靠性的芯片,在高密度多层互联基板上用smd技术组成多种多样的电子模块系统,从而出现mcm(multi chip model)多芯片模块系统。

mcm具有以下特点:

  1.封装延迟时间缩小,易于实现模块高速化。

  2.缩小整机/模块的封装尺寸和重量。

  3.系统可靠性大大提高。

  结束语

  总之,由于cpu和其他超大型集成电路在不断发展,集成电路的封装形式也不断作出相应的调整变化,而封装形式的进步又将反过来促进芯片技术向前发展。

集成电路封装缩写

??bga(ball grid array):球栅阵列,面阵列封装的一种。

????qfp(quad flat package):方形扁平封装。

?????plcc(plastic leaded chip carrier):有引线塑料芯片栽体。

?????dip(dual in-line package):双列直插封装。

?????sip(single inline package):单列直插封装

?????sop(small out-line package):小外形封装。

?????soj(small out-line j-leaded package):j形引线小外形封装。

?????cob(chip on board):板上芯片封装。

?????flip-chip:倒装焊芯片。

?????片式元件(chip):片式元件主要为片式电阻、片式电容、片式电感等无源元件。根据引脚的不同,有全端子元件(即元件引线端子覆盖整个元件端)和非全端子元件,一般的普通片式电阻、电容为全端子元件,而像钽电容之类则为非全端子元件。

?????tht(through hole technology):通孔插装技术

?????smt(surface mount technology):表面安装技术

?

?

?

?

?

?

?

最后一环表示精度,离其他几环比较远(一般是棕色)

倒数第二环表示阶数(10^n)

前面的是有效数字

例: “绿棕黑黑棕”这个电阻是510欧

?

小电容:

通常以三位数标注,以pf为单位

前两位是有效数字,最后一位表示阶数(为0时,可以空缺):

例:“332”这个电容是3300 pf

???“471”这个电容是470pf??

???“47”这个电容是47pf

?

?

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