【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制線路板。英文名稱是 Printed Circuit Board（也有稱 Printed Wiring Board），縮寫(xiě)是 PCB（ PWB）。印制電路板是電子工業(yè)的重要部件之一。幾乎每種電子設(shè)備，小到電子手表、計(jì)算器，大到計(jì)算機(jī)、通信電子設(shè)備、軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電路等電子元器件，為了電器互聯(lián)，都要使用印制電路板。印制電路板的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量直接影響到整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，甚至影響到商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的成敗。 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引言 4 印制電路板的基板一般是由絕緣、隔熱并 且不容易彎曲的材料 所制作而成。在表面可以看到的細(xì)小線路材料就是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個(gè)板子上的，而在制造過(guò)程中部分銅箔被蝕刻掉，留下來(lái)的銅箔就變成網(wǎng)格狀的細(xì)小線路。這些 線路被做成導(dǎo)線（ Conductor Pattern），用來(lái)提供印制電路板上元器件的電路連接。 為了將元器件固定在印制電路板上面，可將管腳直接焊在焊盤(pán) 上 。焊盤(pán)用于固定元器件引腳或引出連線等，焊盤(pán)有圓形、矩形等多種形狀。在最基本的印制電路板（單面板）上，元器件都集中在其中的一面，導(dǎo)線則集中在另一面。這么一來(lái)就需要在板子上打孔，這樣管腳才能穿過(guò) 板子 到另一面，所以元器件是焊在另一面上的。因此，印制電路板正反面分別被稱為元器件面（ Component side）與焊接面（ Solder Side）。 電子元器件的發(fā)展促進(jìn) 了印制電路的形成與發(fā)展。印制電路的批量生產(chǎn)和大量使用是由于電子工業(yè)發(fā)展到了晶體管時(shí)代，這期間主要是單面印制電路板。當(dāng)發(fā)展到集成電路時(shí)代后，就出現(xiàn)了雙面和多層板。隨著半導(dǎo)體元器件集成度的逐漸提高，引線數(shù)增多以及 SMT 的沖擊，在一塊印制電路板上容納的元器件越來(lái)越多，因此要求印制電路板布線需要高密度化。在電性能方面，為了使傳輸?shù)难舆t時(shí)間最短，要限制布線長(zhǎng)度。為降低雜音、抗電磁干擾及散熱等要提高設(shè)計(jì)水平。在制造工藝方面，從設(shè)計(jì)、各種原材料、設(shè)備到工藝和產(chǎn)品檢查技術(shù)都有了長(zhǎng)足進(jìn)步。對(duì)于專業(yè)的印制板廠，目前趨向于生產(chǎn)上 檔次產(chǎn)品，并向大規(guī)模和自動(dòng)化方向發(fā)展。即依靠科技進(jìn)步和技術(shù)改造，進(jìn)行工藝、設(shè)備的更新和自動(dòng)化來(lái)大量生產(chǎn)表面安裝印制板，參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和獲取更大利潤(rùn)。 在電子整機(jī)設(shè)備中由于采用了印制電路板，避免了人工接線的差錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)插裝、焊接、和檢測(cè)。從而保證了電子整機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，還提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，方便了維修。 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無(wú)線 充電電路 5 2 無(wú)線充電電路 無(wú)線充電的原理 無(wú)線電力傳輸?shù)脑聿⒉粡?fù)雜，從原理上，電能、磁能隨著電場(chǎng)與磁場(chǎng)的周期變化以電磁波的形式向空間傳播，要產(chǎn)生電磁波首先要有電磁振 蕩，電磁波的頻率越高其空間輻射能量強(qiáng)度就越大，電磁振蕩的頻率至少要高于 100kHz，才有足夠的電磁輻射。接著利用功率放大電路提高其振幅以獲得更大的能量，通過(guò)發(fā)射和接收線圈的耦合、對(duì)接收的電能進(jìn)行整流濾波，這樣就可以進(jìn)行電能的無(wú)線傳輸了。 無(wú)線充電系統(tǒng)一般由電源電路，高頻振蕩電路，高頻功率放大電路，發(fā)射、接收線圈和高頻整流濾波電路 5 部分組成。 電路設(shè)計(jì)前的分析 無(wú)線充電系統(tǒng)的電源部分可以用次級(jí)為 12V的 50Hz交流電源變壓器結(jié)合普通的整流濾波二極管組成的整流濾波電路組成。而這部分電路完全可以用太陽(yáng)能充電 電路代替。 高頻振蕩電路的核心是振蕩器，我們可以使用 2M 的石英晶體來(lái)產(chǎn)生振蕩，也可以用比較簡(jiǎn)單的 300kHz 的振蕩電路來(lái)產(chǎn)生振蕩。 放大電路的作用是將高頻信號(hào)的能量提升到足以進(jìn)行無(wú)線輸送電能的程度。由于放大后的振蕩輸出是用于能量功率，而不是信號(hào)，所以波形失真并不重要。輸出信號(hào)不但要有足夠的振幅，放大電路還要簡(jiǎn)單，符合這些條件的器件和電路有許多，在這里，選用功率場(chǎng)效應(yīng)管電路或者達(dá)林頓管兩種電路比較適合。 發(fā)射接收線圈是無(wú)線充電器的重要橋梁，次級(jí)線圈接收到的交流電能信號(hào)后要轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)才能用于鋰電池的充電。 發(fā) 射和接收線圈都可選用直徑 左右的漆包線繞 12 匝，線圈直徑約為 8mm。 也就是說(shuō)如果在手機(jī)內(nèi)部集成一個(gè)接收電路，就可以為用電器內(nèi)的鋰電池進(jìn)行無(wú)線充電而無(wú)需電源線連接。 電路的設(shè)計(jì) 對(duì)于無(wú)線充電電路來(lái)說(shuō)，有三部分最主要的電路：振蕩電路、放大電路和無(wú)線接收電路。這里主要討論利用多諧振蕩器和模擬達(dá)林頓管組成的無(wú)線充電電路。 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無(wú)線 充電電路 6 多諧振蕩器產(chǎn)生振蕩是最簡(jiǎn)單的振蕩電路，構(gòu)成振蕩電路有多種方法，常見(jiàn)的有用 COMS 門(mén)電路構(gòu)成的多諧振蕩器，電路簡(jiǎn)單省電，但在經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)振蕩幅度不夠，高頻段更 是如此。 所以我們選用的是用晶體管組成的多諧振蕩器，用晶體管作多諧振蕩器有兩種電路： 第一種是集電極 — 基極耦合多諧振蕩器，這種多諧振蕩器在低頻段效果還可以，但在高頻段就無(wú)法應(yīng)用。因?yàn)榧姌O — 基極耦合多諧振蕩器的輸出上升沿差，為使輸出幅度穩(wěn)定，兩只晶體三極管工作在飽和狀態(tài)，因而使電路的最高工作頻率受到限制。 第二種是發(fā)射極耦合多諧振蕩器，它可以克服第一種振蕩器的缺點(diǎn)，兩只晶體三極管工作在非飽和狀態(tài)，提高了三極管的開(kāi)關(guān)速度，從而可以得到更高的振蕩頻率。耦合電容接在發(fā)射極上，能改善輸出波形。最后我們選用的晶體管多 諧振蕩器就是發(fā)射極耦合多諧振蕩器，亦稱射極耦合多諧振蕩器。 下面 圖 1 是三種多諧振蕩器的電路圖： RtRs Ct Rc R R RcCC+ 1 2 V (a) CMOS 門(mén)電路構(gòu)成的多諧振蕩器 （ b）集電極 基極耦合多諧振蕩電路 R b 1 R c 1 R c 2R b 2 R e 1 R e 2CCo u t+ 1 2 V (c)發(fā)射極耦合多諧振蕩器 圖 1 多諧振蕩器電路 功率放大電路 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無(wú)線 充電電路 7 由達(dá)林頓管組成的功率放大電路僅一級(jí)功放就有一定的功率輸出，所以非常適合作為放大器件來(lái)用。達(dá)林頓管內(nèi)部電路比較簡(jiǎn)單，主要由兩級(jí)三極管組成，極性只認(rèn)前面的三極管，用法跟三極管一樣，放大倍數(shù)是三極管放大倍數(shù)的乘積。所以我 們可以用兩級(jí)三極管模擬搭建，前級(jí)用中小功率管 S8050，后級(jí)用中大功率管 2SD882，由于中大功率管耗散功率要大一些，所以最好為其加上散熱片。 以下 圖 2 是達(dá)林頓管內(nèi)部電路和模擬達(dá)林頓管的電路圖： + 1 2 VL1C1505kT I P 1 3 2 + 1 2 VL1CR2R14 . 7 k150V T 1S 8 0 5 0V T 22 S D 8 8 2 (a)達(dá)林頓管電路 (b)模擬達(dá)林頓管電路 圖 2 達(dá)林頓管和模擬達(dá)林頓管電路 接收電路 次級(jí)接收線圈接收的電磁波是高頻電磁波，將高頻交變電流整流為直流電流是不能用普通整流二極管的，將普通整流二極管用于高頻電路，不但效率低下而且會(huì)迅速發(fā)熱燒毀。影響高頻整流效率的主要參數(shù)是二極管的反向恢復(fù)時(shí)間（ Reverse Recovery Time）和結(jié)電容（ Junction capacitance）特別是反向恢復(fù)時(shí)間影響最大。 從電容二極管的性能來(lái)看，肖特基二極管（ Scotty Barrier Rectifiers）最顯著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短（小于 10ns），正向?qū)▔航祪H為 伏左右，屬一種低功耗、 超高速半導(dǎo)體器件。但它的反向耐壓值較低，一般不超過(guò) 100 伏，因此適宜在低壓、大電流情況下工作。 但我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)用極為廣泛的硅高速開(kāi)關(guān)二極管 1N4148 的反向恢復(fù)時(shí)間比肖特基二極管還短，非常適合于高頻整流，其主要缺點(diǎn)是整流電流小。若做成橋式整流電路，整流電流可以大于 200mA，在小電流的無(wú)線充電中綽綽有余。 所以次級(jí)接收電路可以設(shè)計(jì)成以下 的 電路： 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無(wú)線 充電電路 8 L21234V D 1 ~ V D 41 N 4 1 4 8 * 4C47u GB3 . 7 V1 16RA150 I50V 圖 3 次級(jí)接收電路 在上面的電路中， L2 為接收線圈，四個(gè)硅二極管 1N4148 組成橋式整流電路，電容 C 作為整流電容，電源信號(hào)通過(guò)整流濾波后成為直流電源通過(guò) RA 為鋰 電池充電， RA 為限流電阻， I 為充電電流。 無(wú)線充電電路的電路圖 綜合以上的分析和設(shè)計(jì)，無(wú)線充電電路可以設(shè)計(jì)成如圖 4 電路。 在圖 4 中我們選用的晶體管發(fā)射極耦合多諧振蕩器和模擬達(dá)林頓管組成無(wú)線充電電路，發(fā)射極耦合多諧振蕩器用兩個(gè)小功率三極管組成，按圖 4 中的元器件數(shù)據(jù)，振蕩頻率約為 350kHz。圖 4 中的元器件中僅最后一級(jí)三極管 VT4 的耗散功率大些，其他的都是比較簡(jiǎn)單并且容易得到的元器件。 12V 的電源由太陽(yáng)能充電電路提供，電源信號(hào)通過(guò)射極耦合多諧振蕩電路變成高頻信號(hào)再通過(guò) C3 和 R7 組成的耦合電路之后被模 擬達(dá)林頓管功放電路放大，L1 和 L2 分別是初級(jí)和次級(jí)耦合線圈，放大后的信號(hào)通過(guò) L1 和 L2 的耦合被無(wú)線傳送到次級(jí)接收電路，高頻交流信號(hào)被整流濾波后變成直流電能給 的鋰電池進(jìn)行充電。 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無(wú)線 充電電路 9 L21234V D 1 ~ V D 41 N 4 1 4 8 * 4C47uGB3 . 7 V1 16RA150 I2V T 42 S D 8 8 2V T 3S 8 0 5 0116R 9 A150116R 8 A4 . 7 KL1C40 . 0 1 u+ 1 2 V I1116R 5 A3 . 3 K116R 3 A3 . 3 K116R 1 A47K116R 6 A680116R 4 A680116R 2 A3 . 3 KC14 7 0 u 3 5 V C3 1uV T 2S 8 0 5 0V T 1S 8 0 5 0C2470p50V射極耦合多諧振蕩器 模達(dá)林頓管功放1 16R 7 A1MS 8 0 5 0E B C2 S D 8 8 21 2 3B C E 圖 4 無(wú)線充電電路 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 太陽(yáng)能充電電路 10 3 太陽(yáng)能充電電路 太陽(yáng)能充電的原理 太陽(yáng)能充電電路由太陽(yáng)能電池、充電電路、蓄電池或可充電電池三部分組成。 簡(jiǎn)單地說(shuō)，太陽(yáng)能發(fā)電的原理主要是由太陽(yáng)能電池板接收太陽(yáng)光，在太陽(yáng)能電池板的基板上發(fā)生光電效應(yīng)，從而將光能轉(zhuǎn)換成電能；然后將電能通