浅析电子设备典型单元的组装与布局

1、整流稳压电源的组装与布局

●整流稳压电源的要求

（1）能输送给负载规定的直流电流和电压，并能在最大负荷下保持输出稳定。

（2）在输入电压波动情况下，能保持输出电压稳定，并有较高的稳压系数。

（3）保证输出直流接近于恒定直流，纹波系数较小。

（4）电源应具有较高效率。对大、中功率电源，效率是一项重要指标，具有经济意义。 效率高电源工作时耗散出的热量少，对设备工作有利。

●整流稳压电源组装、布局时应考虑的问题

（1）电源中主要元器件有整流管、电源变压器、滤波扼流圈、滤波电容器、泄放电阻等，这些元器件体积较大，有的重量也较大，安装布局时应使重量分布均衡。多数电源采用水平底座，这时大的元器件放置在底座上面，小的元器件和走线应在底座下面。 对小功率电源可将多数元器件（如整流、稳压部分）装固在印制电路板上，少数重量较大的元器件（如变压器等）可装在金属底座或支撑架上，并在电路上和印制电路板相连。电源底座一般用 １.２ ～１.５ｍｍ 薄钢板制成（特殊场合也可用２ｍｍ 薄钢板）并镀锌钝化或镀隔，也可采用薄铝板。电源底座最好是单独的，不与其他电路公用一个底座，否则应布置在公用底座的一边，并与易干扰电路远离。 电源底座常用做公共地线，如要求较高可在底座下另设粗铜线作公共地线。 由于电源重量较大，在总体布局时，电源宜放在设备最下部，以保证设备稳定。

（2）易出故障的元器件（如整流、稳压二极管、电解电容器、继电器等）应安装在便于更换的部位。在布置元器件时应注意保证便于测试，接线板、控制继电器宜布置在侧面外缘，以便维护。改变输出电压的电位器、调压器应布置在靠近面板处，以便通过控制机构调整电压。各种控制旋钮、指示灯、电压表、开关和熔断器均应布置在面板的适当位置，并便于和内部元器件相连。

（3）电源中的变压器，大功率整流管、扼流圈、大容量电解电容器等发热量大的元器件，在布局时应考虑便于散热，应安装在空气容易流通的地方。对大功率整流元件（如整流管、硒整流器、硅堆等）应装在散热器上并布置在易散热部位（如机箱后板外侧）。对某些怕热元件（如电解电容器）应布置在远离发热元件处。

（4）电源内往往有高压、要特别注意安全。为了防止发生电击事故，各种控制机构要和机壳机架相连并妥善接地。 高压端子和高压导线要绝缘并远离其他金属构件和导线，以免发生电晕和击穿。 高压部分和低压部分要保持一定距离。 各种馈线最好用硬线并有良好的固定结构。对具有高压的中等以上功率的电源，应安装门开关，以保障工作人员安全。

（5）由于变压器等铁心器件会有５０Ｈｚ 泄漏磁场，当它与低频放大器的某部分交连时，会产生交流声。因此电源必须与低频电路（特别是放大器）隔开，或者把电源的铁心器件屏蔽起来。

（6）电源变压器重量较大，在布局时应将其放在底座两端并靠近支撑点，以防止在冲击振动时产生过大挠度。如有可能可将变压器直接装固在机架上。 如果要求较高可对变压器采用单独的减振缓冲措施。此时，对较重的器件安装螺栓必须可靠并采用防松措施。

●整流稳压电源元器件布局举例

【例 3.1】图３.３所示是某稳压电源电原理图。它包括变压器（４ＤＢ１）、桥式整流器、稳压电路等部分。 图３.４ 是其印制电路板图。

因电源变压器较重应单独安装，其他元器件均安装在印制电路板上。 调整管 ＢＶ４ 因发热量较大需用散热器散热，故布置在印制电路板的一端并远离其他元器件。 电解电容（C ５ 、C ６ 、C ７ 、C １０ 、C １１ ）因体积较大并且发热，故远离其他元器件。其他元器件的布局可从图３.４中得到说明。

2、放大器的组装与布局

●对放大器的要求

（1）低频放大器由于多用于音频放大，故要求有较好的频率特性，其频率范围要适应于所担负的工作。非直线性失真和噪声电频应小一些。

（2）中频和高频放大器应具有适当的增益，增益直接影响灵敏度及其平稳性，增益应适当高一些，但过高易引起自激。

（3）放大器失真程度要小，对中频、高频放大器的失真应有严格的要求，否则失真的信号经过低频放大后，失真更为严重。

（4）放大器应工作稳定，不产生自激振荡。 因此要求放大器具有良好的屏蔽，并抑制级间反馈。

（5）对功率放大器要求有较高的效率。

●放大器组装、布局时应考虑的问题

放大器工作时，由于具有一定的增益，对外界干扰很敏感，微小的干扰将被放大，严重时放大器将无法工作。外界对放大器的干扰有：杂散电磁场的干扰；由电源引起的干扰；由接地不当引起的干扰等。 为消除或抑制对放大器的干扰，在组装、布局时应注意以下问题：

（1）放大器的元器件布局必须按电路顺序直线布置，各级元器件不能交错，级与级之间有足够的空间。前一级的输出要对后一级的输入，其接地应尽量缩短。 前置放大级与末级越远离越好。

（2）为了减少铁心器件的漏磁场影响，各种变压器（输入、输出、级间）、扼流圈之间以及它们和其他元器件之间应相互垂直布置。所谓垂直布置是指铁心器件的线圈轴线与其他元器件平面或与底座平面垂直。 此外，铁心器件与钢质底座之间应留有空隙不能直接贴在底座上。线圈产生磁场，它与其他元器件之间也应相互垂直布置，必要时应予屏蔽。

（3）对多级放大器，为了抑制因寄生耦合而形成的反馈，应做到：输入导线和输出导线远离；各级电路应加以屏蔽；与放大器无关的导线不能通过放大器，否则应采用屏蔽线加去耦电路，以减少或消除对放大器的影响。

（4）要抑制电源对放大器的影响，每级电路集电极回路与电源之间应加去耦合电路，消除通过电源内阻和馈线产生的级间耦合。处理好电源引入线的接地点，防止交流分量影响放大器工作。

（5）布置元器件时应注意接地点的选择，低频放大电路的元器件接地应集中连接在一点上，也就是每一级只选一个接地点；高频放大电路应根据情况多点就近接地。地线应足够宽，频率越高应越宽，以减少地阻抗影响，对印制电路板应采用大面积地线。 元器件接地不宜采用焊片，最好直接焊在地线上，更不允许采用一个共用焊片接地。

（6）对高频放大器的组装与布局与一般高频电路相同。 参见高频系统的组装与布局。

●放大器元器件布局举例

【例 3.2】图３.５所示是某型号电视机低频放大器的电路原理图，它包括三只晶体管、输出变压器和有关阻容元件。Ｖ３是功放管，因发热量较大采用叉指型散热器。 放大器的所有元器件均装在印制电路板上，其布局可从图３畅６ 得到说明。

3、高频系统的组装与布局

●高频系统的布局、布线和装配

（１）要减小由于布线和装配时所引起的电感耦合和电容耦合，必须做到：

① 减小导线长度和直径。

② 增大平行导线之间的距离。

③ 尽可能不引入介电常数、介质损耗大的绝缘材料。

在采取上述措施时，有时会遇到各种矛盾。 例如采用小型化元器件，可使装配紧凑，并有利于缩短导线，但与未屏蔽组件间的互相干扰和维修有矛盾；又如减小导线直径与降低损耗（导线细、电阻大，通过高频电流时损耗大）和机械可靠性有矛盾等。这些矛盾必须综合考虑，给予妥善解决。

为了减小高频系统中导线间的耦合，在布线时应注意导线间尽量不要平行放置，更不允许将高频导线扎成线扎。当来自不同电路的导线必须交叉时，应尽可能成 ９０°交叉。

高频系统中的紧固支撑零件最好不用金属件；采用的绝缘材料应该是介电常数和介质损耗小的，如Ⅳ级、Ⅴ级高频陶瓷或环氧玻璃布层压绝缘板等。

（2）高频系统要求具有较高的绝缘性能，可采用以下措施：

① 采用介质损耗小、绝缘电阻高的材料。在高频时介质损耗的影响特别大，因此在高频系统中应尽可能不采用固体介质做绝缘层，而采用无绝缘层的光导线。 对于安装用于绝缘子的材料也应选用体积电阻率和表面电阻率都很大的高频介质材料，如高频陶瓷。

② 保持足够的空气间隙，即可用空气间隙代替固体介质做绝缘层。这时应当在结构上采取适当的措施，避免载流元器件的某些部分电场集中而导致产生弱电晕，使绝缘性能下降。 例如载流元器件在结构上应以圆弧和光滑曲面代替棱角和尖端。

高频时空气的耐电压强度（抗电强度）比 ５０Ｈｚ 时低，因而高频时可能引起空气的强烈电离，损耗大量能量，甚至击穿。高频电压越高，这种现象越严重，解决的办法是增大空气间隙。

③ 提高导线的刚性。细而长的导线刚性较差，在冲击和振动下，很容易变形和移位置，结果引起电感和电容耦合的变化，使高频电路参数不稳定而影响正常工作。此外，在温度变化较大时，刚性差的导线产生变形，也会引起上述情况。

●高频系统中元器件和零部件的布局

（1） 管子的布局

高频系统中的晶体管与集成电路块如果布局考虑不周，会给电路带来很大影响，必须从电路特点、结构工艺、防护要求、使用维护等方面综合考虑：

① 同一级的管子和它的元器件应尽量靠近，各元件应按照电路图尽量安排在相应引脚的附近，其连接线越短越好，使寄生耦合降到最低限度。此外，管子应远离机壳的壁板和隔板，以减小寄生耦合。

② 要注意引脚和线路元件间以及相邻管子之间的相对位置和排列方向，以减小它们之间的相互影响。前面所述放大器中对管子的布局要求，同样适用于高频系统。

③ 由于功率晶体管工作时会产生大量热量，因此，这些管子不能和高频装置中的热敏元器件靠得太近。特别是一些大的器件，如多联可变电容器等，靠近发热的管子时，由于温度不均匀（最热和最冷处温度差可达十几摄氏度），可能产生较大的内应力和变形，使电参数变化。如果从整体结构上考虑必须将发热的管子靠近热敏元器件时，就应采取有效的散热措施或对热敏元器件作热屏蔽。

④ 高频系统中的管子对电磁干扰很敏感，一般都应作电磁屏蔽。电子管一般采用对电子管单独屏蔽；晶体管、集成电路块一般是和电路一起作整体屏蔽。

（2） 线路元器件布局

高频装置中其他一些耦合、去耦、限流等作用的元器件（如电阻、扼流圈、电容器）的布置主要决定于线路及主要组件的布置。

每一元器件都应可靠地安装在底座或底板上，并按照电路图的要求，与其他元器件、组件有可靠的连接。如果元器件较轻并且引线足够硬，它们的固定可以和电连接一并进行，即把它们装焊在线路相应的地方，而无需另外的机械固定。

在高频装置中使用多焊片接线板时要特别慎重。 用多焊片接线板的好处是结构紧凑、便于装配和维修，但相邻焊片间的电容和电感不容忽视。 根据接线板的结构和材料不同，其分布参数也不同，一对相邻焊片间的电容可达 ０.５～２ｐＦ，电感达 ０.０１μＨ。 对低频电路，这样的数值没有实际意义；而对高频电路来说就是足够大了，特别是对短波和超短波。由于高频电路本身的电容值和电感值就很小，采用接线板和焊片所引入的寄生电容和寄生电感，在数值上可以与电路元器件相比拟，因此在高频系统中采用多焊片接线板必须特别慎重。

（3） 结构零件布局

采用机械性的支撑、固定和保护性的结构零件，也会在不同程度上影响高频装置的工作。例如在未屏蔽线圈的附近会降低线圈的电感量和品质因数；绝缘零件装在未屏蔽的回路线圈附近，由于介质损耗增大也会降低其品质因数，频率越高影响越严重；接地零件（与地线接触的金属零件）靠近高频电路的导线和元器件时会增大其电容耦合，严重影响高频级的波段覆盖。

因此，当必须引入任何一种安装零件时（如支柱、固定夹、卡箍），应当仔细地考虑它们与回路元器件及其他高频组件间的布局关系。一般可以按以下原则处理：

① 机械性的安装零件最好选用绝缘性能好、介质损耗小的材料，如高频陶瓷件、聚四氟乙烯等。

② 没有屏蔽的线圈附近最好不要安装金属零件，如必须安装，应保持足够远的距离。

③ 金属安装零件最好安装在屏蔽罩外面和接地金属件上（如底座、隔板、屏蔽线的隔离层等）。

④ 高频组件和高频电路中的元器件，最好利用其本身的结构安装固定，一般情况下不引入其他机械性的加固零件，以免造成不必要的寄生耦合。

●高频系统屏蔽的特点

常用屏蔽方法对高频系统也同样适用。 由于高频系统有它独有的特点，对高频系统进行屏蔽时，还应注意以下问题：

（1） 振荡回路的屏蔽特点

屏蔽罩会引起振荡回路下列参数变化（与不屏蔽时相比较）：

① 减小回路线圈的电感量和品质因数。

② 增大线圈的固有电容量。

③ 增大与接地片电容器的电容量。

④ 增大与地之间的分布电容。

振荡回路参数变化的程度决定于屏蔽罩的形状和尺寸。 一般说来，横截面积相等的正方形屏蔽罩对线圈的电感量和品质因数的影响比圆形屏蔽罩的影响要小一些；屏蔽罩的内表面与产生电磁场的元件（线圈的线包、电容器的极片）距离越近，则屏蔽罩对回路参数的影响越大。

由于屏蔽的影响而使电容增大，在均匀调谐的振荡回路中不仅使工作频率漂移，而且还缩小波段覆盖。屏蔽所引起的附加电容量大小反比于振荡回路元件与屏蔽罩表面间的距离。 因此，屏蔽罩尺寸小，其内表面愈靠近回路的载流元件，屏蔽罩所带来的不良影响就愈大。

（2） 高频系统屏蔽时应注意的问题

① 在选择屏蔽结构形式时，对电路单元最好单独屏蔽。即将待屏蔽的电路单元放入一个独立的屏蔽盒中成为一个独立的部件，这样屏蔽效果好，并且调整也比较容易。 屏蔽罩最好做成密封结构，除了对电磁场起屏蔽作用外，还能起到对气候因素的防护作用。 电路的引线通过屏蔽盒用绝缘子或穿心电容引出、引入。 采用屏蔽板不可能得到好的屏蔽效果，高频系统一般不采用屏蔽板。

② 在某些电子设备中，如高频系统和低频系统共用一个或在一块印制电路板上，应采取措施将高频电路与低频电路隔开，如用大面积金属隔板把高频电路屏蔽起来。此外，高频导线和低频导线也应分开走线。

③ 高频系统屏蔽罩的材料，在频率很高时应采用镀银铜材。在一般情况下高频系统不采用黄铜作屏蔽材料，如果要求不高时，可采用镀银黄铜板。

④ 为了减少介质损耗，高频系统导线较短时，最好采用镀银裸铜线。如果需要绝缘则必须采用介质损耗小的绝缘导线或采用高频屏蔽线。 在要求高的情况下，可以将镀银裸铜线在两个支点上拉紧，外面套上金属管并固牢（金属管要接地），管内裸导线可用高频介质做的绝缘支撑件架住。