Библиографическое описание:

Бисов А. А., Уваров П. В. Моделирование и разработка печатной платы усилителя НЧ на основе TDA8560Q // Молодой ученый. — 2014. — №3. — С. 258-263.

Технический прогресс активно покоряет мир, притом — всё снова и снова и люди видя и ощущают это почти каждый день. Постоянно появляются новинки, делающие нашу жизнь удобнее, комфортнее, безопаснее. Но такое устройство, как усилитель низких частот, вошедшее в наш мир уже давно (в начале прошлого века), остаётся неизменно необходимым и сегодня. Используется во всевозможной радио, теле и электроаппаратуре, кроме этого усилители низких частот (УНЧ) используются для усиления информационного сигнала в различных сферах: измерительной технике и дефектоскопии; автоматике, телемеханике и аналоговой вычислительной технике. Обычно состоит из предварительного усилителя и усилителя мощности (УМ). Предварительный усилитель предназначен для повышения мощности и напряжения и доведения их до величин, нужных для работы оконечного усилителя мощности, зачастую включает в себя регуляторы громкости. Усилитель мощности должен отдавать в цепь нагрузки (потребителя) заданную мощность электрических колебаний. Его нагрузкой могут являться излучатели звука: акустические системы (колонки), наушники (головные телефоны); радиотрансляционная сеть или модулятор радиопередатчика. Усилитель низких частот является неотъемлемой частью всей звуковоспроизводящей, звукозаписывающей и радио–транслирующей аппаратуры.

Существующие модели УНЧ, зачастую, не подлежат тонкой настройке, что усложняет изготовление радиоаппаратуры. В связи с чем возникает необходимость изготовления узконаправленных усилителей, пригодных для конкретных задач. Такой подход к решению задачи обеспечивает лучший результат и меньшие финансовые затраты.

Для моделирования электросхемы УНЧ необходимо пакет программ для автоматизированного проектирования (САПР) электронных схем, таких как PROTEUS VSМ. Proteus состоит из двух частей: ISIS — программа синтеза и моделирования непосредственно электронных схем и ARES — программа разработки печатных плат. Бесплатная ознакомительная версия характеризуется полной функциональностью, но не имеет возможности сохранения файлов.

В программе Ares для работы с печатными двухсторонними платами необходимо на рабочей области обозначить расположение и размер печатной платы при помощи инструмента «Zone mode», на панели инструментов. На рабочем поле наноситься монтажная плата необходимых размеров и на отмеченную рабочую область добавляются элементы из библиотеки (Рис. 1).

Далее элементы соединяются дорожками определённых размеров и толщин, инструментом «Track Mode», путём соединения одного контакта элемента с другим. Таким образом на рабочей области полностью соответствуя требованиям и размерам (по техническим характеристикам), моделируется электросхема (Рис. 2).

Рис. 1.Элементы размещённые на рабочей области платы

Рис. 2. Соединение контактов элементов

По основной схеме усилителя НЧ на основе микросхемы TDA8560Q Строится перечень элементов необходимый для создания модели данной схемы: 1) два конденсатора 470nF; 2) один конденсатор 2200uF; 3) Микросхема TDA8560Q. [1]

Для подбора элементов данной схемы необходимо установить типы корпусов всех элементов необходимых для сбора электросхемы. Выбор типов корпусов, производится в программе «proteus» путем выбора категории «конденсатор электролитический» и поиска по ёмкости. Там же выбираем схему TDA8560Q. (Рис. 3). После того как все элементы расположены на рабочей области, запускается экспорт элементов в программу моделирования «ares».

Рис. 3. Элементы, располагающиеся на рабочей области

После экспорта необходимо подобрать подходящий тип корпуса среди элементов библиотеки для микросхемы TDA8560Q. Размеры, указанные в описании микросхемы: длина 24мм, ширина 10мм. Максимально приближенный тип корпуса для микросхемы TDA8560Q является тип корпуса MULTIWATT13V. Данный тип корпуса полностью отражает внешний вид микросхемы TDA8560Q и основные параметры крепления (Рис. 4). Также в библиотеке имеется несколько типов контактных площадок для подведения питания и выхода сигнала. Максимально приближенный к реальным контактным площадкам TBLOCK–M6 (Рис. 5).

Рис. 4. Тип корпуса MULTIWATT13V

Рис. 5. Тип крепежа контактной площадки TBLOCK–M6

Данный тип контактной площадки используются в схеме для подключения питания и выхода сигнала. Для подключения входа в схемы используются отверстия в монтажной плате, для припоя контактов, впоследствии используемых для входного сигнала. Для добавления отверстия используется инструмент «Via Mode» с параметром «V80».

С точки зрения стандартов и требований, расположение элементов питания должно находиться на расстоянии как минимум 2–4мм от элементов входа и элементов усиления. Так же ёмкостные элементы, по требованиям, должны находиться на расстоянии минимум 3–5мм. Элементы большой ёмкости следует расположить вдалеке от элементов входа\выхода. Следуя требованиям необходимо разместить элементы, таким образом, чтобы рабочие дорожки проходили на минимальном расстоянии 0.5мм друг от друга.

Таким образом, приблизительная схема расположения элементов будет иметь вид:

Рис. 6. Схематическое представление элементов

Схема отражает следующие элементы: 1) Элементы входа (отверстия); 2) Элементы выхода и элементы питания (контактные площадки); 3) Входные конденсаторы 470nF 4) TDA8560Q; 5) Конденсатор питания 2200uF.

Согласно требованиям, относящимся к соединительным дорожкам, соединительные дорожки располагаются приблизительно следующим образом на двустороннем полотне (Рис. 7). Результатом нанесения элементов и дорожек согласно схемам, является модель монтажной платы усилителя НЧ на микросхеме TDA8560Q (Рис. 8).

Рис. 7. Схематическое расположение токопроводящих дорожек

Рис. 8. Модель монтажной платы усилителя НЧ

Этап разработки начинается с вырезания из фольгированного текстолита платы необходимых размеров. Размеры платы соответствуют размеру модели (ширина 63мм ± 3мм; длина 75мм ± 3мм). Торцы платы обрабатываются от острых углов и заусенцев напильником и наждачной бумагой. Тонким керном, лёгкими ударами молотка делаются ямки (разметка) будущих отверстий, в тех местах, которые ранее были размечены на листе. В размеченных местах сверлятся отверстия 0,5 мм под будущие радиодетали. Плата обрабатывается наждачной бумагой. Счищаются все заусенцы, образовавшиеся в результате сверления, и фольга зачищается для дальнейшего нанесения рисунка дорожек и травления. Специализированным маркером наносятся соединительные дорожки и крепёжные площадки для элементов (Рис. 9).

Непокрытые участки платы вытравляют, поместив плату в раствор хлорного железа. При этом, медь дорожек защищённая не травится, а не закрытое медное покрытие платы, вступая в химическую реакцию растворяется в хлорном железе (Рис. 10).

Рис. 9. Нанесение защитного слоя маркером

Рис. 10. Ванна с FeCl3, в процессе вытравки платы

После травления плату промывается водой и с помощью ватного тампона смоченного ацетоном, или другим растворителем с платы снимается лак, после чего ещё раз промывается под проточной водой. После чего плата готова к монтажу элементов (Рис. 11).

Далее идет процесс паяния состоящий из следующих операций: механической или химической очистки, покрытия флюсом, нагревания, предварительного облуживания припоем, скрепления мест для спаивания, введения припоя, его расплавления и удаления излишков припоя, а также остатков флюса (Рис. 12).

Рис. 11. Плата готова к монтажу элементов

Рис. 12. Итоговый внешний вид изделия (схемы)

После изготовления электросхемы необходимо проверить соответствие изделия и модели. Приведение размеров модели (Рис. 13) и приведение размеров готового изделия (Рис. 14).

При изготовлении были использованы инструменты с характеристиками и параметрами, при изготовлении схемы которые, вносят ощутимую долю погрешности. В данной работе нормой можно установить результирующую минимальную погрешность расположения элементов. Разности размеров изделия: длина 79мм — 75мм = 4мм; ширина 65мм — 65мм = 0мм; Разности размеров элементов ёмкостных: 470nF — 5мм — 4мм = 1мм;

2200uF — 25мм — 22мм= 3мм; Разности размеров контактных площадок: 32мм — 30мм = 2мм; Разносить размеров TDA8560Q: 25мм — 21мм = 4мм;

Средняя погрешность отклонения:

Рис. 13. Размеры модели (образец)

Рис. 14. Размеры изделия (сравниваемое)

В итоге смоделирована и изготовлена печатная плата усилителя низких частот на основе TDA8560Q с минимальной погрешностью.

Литература:

1)      А. Д. Артым, В. А. Филин. Эквивалентные частотные характеристики усилителя в режиме D с отрицательной ОС. — Радиотехника — 1981.

2)      Боде Г. Теория цепей и проектирование усилителей с обратной связью. — М.: Иностранная литература — 1948.

3)      Конденсаторы. Справочник. / Под ред. Четверткого И. И. и Дьяконо-ва М. Н. — М.:: Радио и связь, 1993.

4)      Остапенко Г. С. Усилительные устройства. Учебное пособие для ву-зов. — М. Радио и связь — 1989.

5)      Электронный ресурс http://www.datasheetdir.com/TDA8560Q+Audio-Power-Amplifier (дата обращения 1.02.2014).

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle