高频功率放大器的制作与调试

高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 1 引 言 Protel99SE是应用于Windows9X 2000 NT操作系统下的EDA设计软件 采用设计库 管理模式 可以进行联网设计 具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能 是 一个32位的设计软件 可以完成电路原理图设计 印制电路板设计和可编程逻辑器件 设计等工作 可以设计32个信号层 16个电源 地层和16个机加工层 1 通信电子电路 是通信工程的专业课程 在无线电广播和通信的发射机中 为了获得大功率的高频信 号 必须采用高频功率放大器 高频功率放大器按工作频带的宽窄 可分为窄带高频 功率放大器和宽带高频功率放大器 窄带高频功率放大器以LC并联谐振回路作负载 因此又把它称为谐振功率放大器 宽带高频功率放大器以传输线变压器为负载 因此 又把它称为非谐振功率放大器 2 实习的目的是掌握通信电子电路的实际开发所需的技 术 培养动手能力 观察能力 分析和解决实际问题的能力 巩固 加深理论课知识 增加感性认识 进一步加深对通信电子电路应用的理解 提高对电路制造调试能力和 系统设计能力 提高对常见电路故障的分析和判断能 培养学生严肃认真 实事求是 的科学态度 理论联系实际的工作作风和辩证思维能力 1 1 实习目的和要求 1 掌握高频功率放大器的发射系统电路和接收系统电路的基本组成 理解各个单 元模块的工作原理 和调试方法 2 学习PROTEL软件的使用方法 掌握电路印刷板的设计与开发方法 用 Protel99SE绘制高频功率放大器的电路原理图 印刷电路板PCB 3 掌握实际电路的制作技术与焊接工艺 学习电子焊接的基本工艺 操作和元 件的基本识别方法 4 实践操作 制作电路模块 将电路原理图转换为现实中的电路板并焊接定性 并调试电路板 查找排线路故障 5 通过实习掌握通信电子电路的实际开发 并培养自己的动手能力 观察能力 分析和解决实际问题的能力 巩固 加深理论课知识 增加感性认识 进一步加深对 通信电子电路应用的理解 提高对电路制造调试能力和系统设计能力 提高对常见电 路故障的分析和判断能 培养学生严肃认真 实事求是的科学态度 理论联系实际的 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 工作作风和辩证思维能力 1 2 实习地点 长沙理工大学云塘校区 综合实验楼 4 1 4 2 理科楼 B 310 1 3 实习单位和部门 长沙理工大学计通学院 1 4 实习内容 高频功率放大器的制作与调试 2 基本原理 高频功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率 大功率输出 在低频功率放 大器中 为提高效率 往往采用乙类 或甲乙类 推挽放大器 而在高频功率放大器 中 则常工作在丙类 以求得到比乙类更高的效率 高频功率放大器常用的有源器件 有晶体管与真空管 输出功率在千瓦以下的功率管常采用晶体管或VMOS场效应管 而对于千瓦以上的功率管主要采用真空管 高频谐振功率放大器的主要特性是工作于 大信号的非线性状态 数学描述是非线性微分方程 二阶以上非线性微分方程的求解 目前还很困难 因此工程上还普遍采用古典的近似分析方法 2 本设计是一款 AB 类功高频率放大器 作为参考电路是具有一定代表性电路 可以 设计不同的电路来完成实习制作 本电路特点 工作带宽 1 50MHz 12V 低电压供电 L1 在 FT37 43 磁环上 用 0 3 双线绕 5 圈而成 绕制方法是先把双线拧在一起 然后 在磁环上均匀绕 5 圈而成 取同相点和另一绕组的异相点接在一起做中间点 L2 在 FT50 61 的磁环上用 0 6 线绕 15 圈制成 无极性电容一律采用陶瓷电容 电解电容一 律采用旦质电容 1S1588 用来做温度补偿 在制作时一定要把二极管紧贴在三极管散 热翼上 3 3 设计流程 3 1 原理图设计 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 1 新建一个工程文件 DDB 给这个工程文件命名和设置好保存路径 启动 Protel 99se 如图 3 1 所示 图3 1 Protel 99se 设计窗口 2 点击 File 文件 中 new 项 新建设计数据库 在 Browse 选项中选取需要存储的文件夹 然后点击 OK 即可建立自己的设计数据 库 如图 3 2 所示 图3 2 新建设计数据库窗口 3 新建一个原理图文件 sch 给这个原理图文件命名 在上一步 OK 后显示的界面中双击 Document 再执行 File new 命令 出现对话框 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 如图 3 3 所示 选择图标 单击 OK 按钮 完成新建原理图文件 图3 3 新建原理图文件窗口 4 原理图的绘制 双击新建原理图文件开始绘制高频功率放大器的原理图 完成的电路图如图 3 4 所 示 需要器件 1 个电阻 1 个滑动变阻器 8 个 0 01uF 电容 1 个电感 2 个 0 01uF 极 性电容 1 个 10uF 极性电容 1 个稳压管 1 个二极管 1 个 C2408 三极管 VCC 电源与 GND 接地有别于一般电器元件 点击或按钮来调用 双击电源 元件会弹出 Power Port 对话框 通过改变选项 编辑属性 4 12V 电源和 GND 接地 设置如图 3 5 图 3 6 所示 图3 4 高频功率放大器原理图 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 图3 5 GND 参数设置 图3 6 12V 参数设置 5 封装 添加元器件的封装 如果是系统库中的元器件一般是自带的有封装 如果是系统 没有这个封装只能自己做一个封装 如果没有要手动添加 系统中的元器件封装如图 3 7 至图 3 25 所示 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 图3 7 C1 封装设置 图3 8 C2 封装设置 图3 9 C3 封装设置 图3 10 C4 封装设置 图3 11 C5 封装设置 图3 12 C6 封装设置 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 图3 13 C7 封装设置 图3 14 C8 封装设置 图3 15 C9 封装设置 图3 16 C10 封装设置 图3 17 C11 封装设置 图3 18 D1 封装设置 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 图3 19 L1 封装设置 图3 20 L2 封装设置 图3 21 L3 封装设置 图3 22 Q1 封装设置 图3 23 R1 封装设置 图3 24 U1 封装设置 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 图3 25 VR1 封装设置 6 电路检错 当电路图绘制完成后就可以实用在线 DRC 检查看看有没有常见的错误 此时系统 会自动报警 如果有错误在创建网络表时是通不过的在 PCB 文件中导入网络表就不能 实现 执行 Tools ECR 菜单命令 如图 3 26 所示 选择 Setup 勾出检查项 单击 OK 错误显示窗口如图 3 27 所示 图3 26 检错窗口 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 图3 27 错误显示窗口 3 2 PCB 印制板设计 1 新建一个 PCB 文件 pcb 给这个 PCB 文件命名 图3 28 新建原理图文件窗口 2 将原理图转变成 PCB 印制板 在 PCB 中点击 Design 中的 LoadNets 如图 3 29 所示 将器件导入到 PCB 中 图3 29 导入网络报表 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 导入后 手动布局 使导线间无交叉 如图 3 30 所示 由于需要将可变电阻 VR1 的端口 3 接地 设置如图 3 31 所示 图3 30 PCB 印制板 图3 31 VR1 的端口 3 设置 3 单击 KeepOutlayer 层绘制好禁止布线层 如图 3 32 所示 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 图3 32 在KeepOutlayer 层绘制好禁止布线层 4 自动布线 图3 33 自动布线 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 5 覆铜 如图 单击 在 No Net 中选择地网络 配 置后单击 OK 在对地层和底层进行覆铜 TopLayer 层配置如图 3 34 所示 覆铜后如 图 3 35 所示 BottomLayer 层配置如图 3 36 所示 覆铜后如图 3 37 所示 图3 34 TopLayer 层配置 图3 35 TopLayer 层覆铜 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 图3 36 BottomlLayer 层配置 图3 37 BottomLayer 层覆铜 6 在对丝印层做必要的调整 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 7 最后进行必要的检查 此时整个电路板的绘制完成 4 焊接电路板 5 问题分析与解决 绘制电路图时 出现的问题 由于对 Protel99 不太熟悉 不知道 VCC 电源与 GND 接地有别于一般电器元件 需要通过改变选项 编辑属性 导致电路图的绘制不正确 在老师的指导下完成了属 性的修改 插入的器件 U1 中 原始端口设置和老师的电路图有所出入 但是不能像 其他器件一样通过 Part 窗口进行修改 通过请教有经验的同学了解到 这类器件 要通 过 edit 进行绘制 对器件进行封装时 出现的问题 首先是 二极管一直封装设置不正确 在百度上搜集的资料中 二极管的封装是 DIODE0 4 DIODE0 7 但是实际操作中上一直不能封装 不能导入到 PCB 中 查阅 了一些资料后发现 要将二极管的引脚改为 A 和 K 但是在修改后仍然不能导入到 PCB 中 老师解释说 导入不成功的原因有可能是器件库出现了问题 或者器件本身 默认了一个封装 所以设置不成功 最后将二极管的封装改为了 RAD0 1 然后是可变电阻 VR1 的封装设置有问题 最开始 我将可变电阻封装为 AXIAL0 3 导入到 PCB 时只有 2 个端口 虽然不影响整个 PCB 印制板 但是 由于 要改变电阻的阻值 所以在老师的建议下 将封装属性改为了 SIP3 导入到 PCB 中显 示的器件为 3 个端口 其中一个用来改变电阻的大小 将电路图制成 PCB 印制板的过程中 出现的问题 由于二极管的封装不正确 导入到 PCB 时一直不成功 显示不能导入全部的器件 在修改二极管的封装后 器件都能正确的导入到 PCB 中 导入到 PCB 中后 一开始由于不小心选中了所有的器件 所以器件只能整体移动 最初以为是自己的电路设置有问题 一直试图通过修改电路图解决问题 后来发现其 他的同学也出现了同样的问题 在询问老师后 才意识到时选中了所有的器件 取消 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 选择后解决了问题 对照电路图手动布局时 有的器件的端口总是不能正确接入整个 PCB 印制板中 开始以为是电路图的绘制和导线连接有问题 多次检查了电路图和导线连接后也没有 发现错误 查看了同组同学的电路图后发现 他们的电路图在导线上多出了一些节点 才意识到自己删掉的节点在电路图的绘制上是必不可少的 将电路图放大后可以看到 其实电路并未接通 最后将导线重新连接后解决了问题 在 PCB 中能对照电路图正确 的布局 手动布局后 却发现 本该接地的端口却与其他的器件连在了一起 放大后发现 所有接地的端口都连在了一起 由于将可变电阻的封装属性改为了 SIP3 所以导入到 PCB 中后 是 3 个端口 但 是端口 3 却是悬空的 查阅了一些资料后 发现要在 PCB 中对端口 3 进行一些设置 双击端口 3 出现 Pad 窗口 将 Net 选项设置为 GND 正确设置后 端口 3 与其他 节点的端口连接到了一起 焊接电路板时 出现的问题 在 NPN 和可变电阻的连接上遇到了问题 没有弄清楚各个引脚的属性 在参考了 资料后 通过使用万用表对器件进行测量后 解决了问题 焊接电路板时 由于手法不熟练 对电路图不够熟悉造成了一些连接错误 由于考虑不够周全 器件之间的间隔有的太小 不仅影响了美观 也不便于焊接 对周围的器件也造成了一些影响 高频功率放大器的制作与调试 第 页 共 18 页 6 结束语 本次实习完成了高频功率放大器的制作与调试 通过电路板 能成功将输入信号 进行放大输出 由于对软件和器件不熟悉 对电路图的原理理解不够 以及自己的思考不周全 在绘制电路图 制作 PCB 印制板和焊接电路板中遇到了不少问题 虽然在老师和同学 的共同帮助下解决了问题 但也让我意识到自己在动手能力和思维方式上的欠缺 当然在实习过程中 也学到了不少东西 学习了 Protel99 也掌握了它的基本使用 方法 对高频功率放大器的原理也有了跟多的了解 也第一次体验到了焊接电路板的 乐趣 也让我意识到将理论与实际结合起来的重要性 只有理论知识是远远不够的 只有把所学的理论知识与实践相结合起来 从理论中得出结论 才能将知识为我所用 从而运用到实际生活中 提高自己的实际动手能力和独立思考的能力 这次课程设计 也我意识到遇到问题不要一味的依赖于老师 通过自己的思考解决问题 不仅提高了 自己解决问题的能力 也更容易掌握知识 当然团队合