代换IC技巧，让PCB电路设计更完美！（附7大PCB布局原则）
（EDA365陆妹整理）
在PCB电路设计中会遇到需要代换IC的时候，下面就来分享一下代换IC时的技巧，帮助设计师在PCB电路设计时能更完美。
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。
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PCB电路时，要注意方向不要搞错，否则，通电时集成PCB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ICLA4507，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、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PCB电路和电参数稍有差异，也可相互直接代换。如：伴音中放ICLA1363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。
一般情况下，前缀字母是表示生产厂家及PCB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。但也少数特例，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；数字是4558的，8脚的是运算放大器NJM4558，14脚的是CD4558数字PCB电路；故二者完全不能代换。所以一定还要看引脚功能。
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，还有为了提高某些参数指标而改进的产品。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。
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PCB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，AFTPCB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ICAN7114、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PCB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、PCB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PCB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PCB电路和应用PCB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PCB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PCB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PCB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。
（1）集成PCB电路引脚的编号顺序，切勿接错；
（2）为适应代换后的IC的特点，与其相连的外围PCB电路的元件要作相应的改变；
（3）电源电压要与代换后的工C相符，如果原PCB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；
（4）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PCB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；
（5）代换后IC的输入、输出阻抗要与原PCB电路相匹配；检查其驱动能力；
（6）在改动时要充分利用原PCB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PCB电路自激，特别是防止高频自激；
（7）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PCB电路总电流的变化是否正常。
6、用分立元件代换IC
有时可用分立元件代换IC中被损坏的部分，使其恢复功能。代换前应了解该IC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PCB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PCB电路的输入端：
（2）经外围PCB电路处理后的信号，能否连接到集成PCB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PCB电路和内部PCB电路看，由伴音中放、鉴频以及晋频放大级成，可用信号输入法找出损坏部分，若是音频放大部分损坏，则可用分立元件代替。
附录：7大PCB布局原则
（1）元器件最好单面放置。如果需要双面放置元器件，在底层（BottomLayer）放置插针式元器件，元器件最好单面放置。
就有可能造成电路板不易安放，也不利于焊接，所以在底层（BottomLayer）最好只放置贴片元器件在底层，类似常见的计算机显卡PCB板上的元器件布置方法。单面放置时只需在电路板的一个面上做丝印层，便于降低成本。
（2）合理安排接口元器件的位置和方向。一般来说，作为电路板和外界（电源、信号线）连接的连接器元器件，通常布置在电路板的边缘，如串口和并口。
如果放置在电路板的中央，显然不利于接线，接器元器件，也有可能因为其他元器件的阻碍而无法连接。另外在放置接口时要注意接口的方向，使得连接线可以另外在放置接口时要注意接口的方向顺利地引出，远离电路板。
接口放置完毕后，应当利用接口元器件的String（字符串）清晰地标明接口的种类；对于电源类接口，应当标明电压等级，防止因接线错误导致电路板烧毁。
（3）高压元器件和低压元器件之间最好要有较宽的电气隔离带。
也就是说不要将电压等级相差很大）高压元器件和低压元器件之间最好要有较宽的电气隔离带。不要将电压等级相差很大的元器件摆放在一起，这样既有利于电气绝缘，对信号的隔离和抗干扰也有很大好处。
（4）电气连接关系密切的元器件最好放置在一起。这就是模块化的布局思想。
（5）对于易产生噪声的元器件，例如时钟发生器和晶振等高频器件，在放置的时候应当尽量把它们放置在时钟输入端。
大电流电路和开关电路也容易产生噪声，在布局的时候这些元器件或模块也应该远离逻辑控制电路和存储电路等高速信号电路，如果可能的话，尽量采用控制板结合功率板的方式，利用接口来连接，以提高电路板整体的抗干扰能力和工作可靠性。
（6）在电源和芯片周围尽量放置去耦电容和滤波电容。去耦电容和滤波电容的布置是改善电路板电源质量，提高抗干扰能力的一项重要措施。
在实际应用中，印制电路板的走线、引脚连线和接线都有在实际应用中可能带来较大的寄生电感，导致电源波形和信号波形中出现高频纹波和毛刺，而在电源和地之间放置可能带来较大的寄生电感，导致电源波形和信号波形中出现高频纹波和毛刺，一个0.1F的去耦电容的去耦电容可以有效地滤除这些高频纹波和毛刺。
如果电路板上使用的是贴片电容，应该将贴片电容紧靠元器件的电源引脚。对于电源转换芯片，或者电源输入端，最好是布置一个10F或者更大的电容，以进一步改善电源质量。
（7）元器件的编号应该紧靠元器件的边框布置，大小统一，方向整齐，不与元器件、过孔和焊盘重叠。
元器件或接插件的第1引脚表示方向；正负极的标志应该在PCB上明显标出，不允许被覆盖；电源变换元器件电源变换元器件（如DC/DC变换器，线性变换电源和开关电源）旁应该有足够的散热空间和安装空间，外围留有足够的焊接空间等。
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专业功放的维修方法及步骤
1．打开机壳别通电左右主板看一遍
为了避免故障机通电造成二次损坏，维修时，不要先通电试机。打开机壳详细查看一下左、右声道主功放板，看是否有管子炸裂、电阻烧焦、保险管烧黑等明显损坏。
2．在路测量功率管大管是否有击穿
如果从表面上查看左、右主板无明显损坏，可用指针式万用表Rx1挡在路测量大功率管的集电极与发射极之间是否有短路击穿现象。NPN -侧用黑表笔接集电极，红表笔接发射极，PNP -侧交换表笔测量。正常时应是阻值无限大，表针不摆动。如果机内电容还有存电，表针闪动后会回到原位。如果表针指示阻值为0Ω或阻值很小，说明功率管有击穿现象。一般只要一侧功率管有击穿，另一侧功率管很可能也有击穿。在路测量三极管的三只引脚之间的电阻是检查电路的基本方法，从而不必拆下管子大体判断是否击穿和开路。用MF47型万用表Rx1挡在路测量大中小功率管的脚间电阻，正常管子测量结果如下：正向测量，大功率管Rbe≈12Ω、Rbc ≈12Ω、Rce=∞(不导通）；中功率管Rbe≈15Ω、Rbc≈15Ω,、Rce=∞:小功率管Rbe≈20Ω，Rbc≈20Ω、Rce=∞；反向测量，均不导通。场效应功率管在路测量除漏极与源极反向测量内部二极管导通外，其余各脚之间应均不导通。
3．所有大管无击穿通电用耳听其间
如果经检查没有发现功率管有击穿现象，可通电试机。开机后用心听机内声音，专业功放一般都设置有保护续电器， 而且是每个声道一个，继电器吸合时会发出清脆的“叭嗒”声。有两次响声说明两个继电器都已经吸合，两路主功放电路基本正常，故障可能在外围输入与输出保护 电路。如果听不出是两个还是一个继电器有动作，可用手指按住继电器后开机。继电器吸合手指会有振动感。如果继电器在延迟几十秒后都不吸合，说明主功放电路 有故障。
4．大管不会全击穿射极电阻拆一端
如果功率管有击穿现象，而且所有管子测量结果都一样。此时不要一个个都拆，因为一侧的功率管全是并联关系，只要有一个击穿就会形成这样的测量结果。在实际维修中发现，一般都是个别管子击穿。把所有功率管发射极的陶瓷电阻脱开一端，再测量集电极与发射极电阻，击穿的管子就会暴露出来。这样便可只拆除坏管，省去功率管全部拆卸的麻烦和避免对印刷电路板的损坏。
5．查出坏管查周边三脚外围遭牵连
功率管一旦击穿，其三个极间就会完全导通，电源电压直通输出中点时必然要烧断发射极0.25Ω/5W的陶瓷电阻，如果该电阻没被烧断，就一定有别的地方出现开路现象，如保险管烧断或印刷板的铜箔熔断等。与功率管发射极相连的过流保护取样放大管功率管击穿，与基极连接的推动管击穿，上下推动管发射极电阻必然随之烧断。当上下推动管击穿后，恒压偏置管的损坏就很 难避免。在G类放大电路中，输出功率管的击穿多发生在强信号输出状态，这时，高压供电已经启动，作为高压供电开关的功率管或场效应管将会与输出功率管同时损坏。
6．脱开电阻暂不焊安全供电细查验
更换所有坏件后，不要急于恢复功率管发射极的陶瓷电阻脱开那一端。如果有功放维修电源，便可放心通电检查。如果没有类似的安全电源，使用原机正负电源时，可用两只100w灯泡分别串接在功放主板的正、负供电电路上。 100W灯泡的热态电阻是484Ω，正常功放主板的静态电流仅几十毫安，灯泡不会亮。如果电路中仍有严重短路故障，灯泡会发光，灯丝电阻将起到保护作用，防止电路再次损坏。对于具有两组供电电压的G类功放电路，供电要接在低压供电端，供电后对电路的关键点电压进行测量。
7．电压检查两关键大管偏置和中点
专业功放都属于甲乙类功率放大器，功率管偏置电压在0.3V—0.5V之间。通电测试不安装功率管脱开的发射极电阻，是为了防止偏置过高，集电极电流过大而影响测量。如果原电路两只推动管发射极只使用一个电阻，不与输出中点连接，当所有功率管发射极电阻脱开后，输出中点等于悬空，输入端失去直流负反馈，不能 对输出中点电压进行伺服控制。因此，需要在两只推动管的发射极与输出中点之间各接一只30Ω,的电阻或正向各接一只二极管。如果原电路中两只推动管的发射极各有一只电阻与中点连接，则可不再加电阻或二极管。这时，测量功率管基极对输出中点的电压应该是±0.3V~±0.5V。采用场效应功率管的功放，栅极对输出中点的电压应小于1.2V。输出中点对输入地的电压应该是0v，对于像QSc系列功放之类采用集电极接地的电路，其输出中点是电源主电解电容交汇处的悬浮地，功率管偏置电压是测量基极与电源之间的电压。这两个关键点电压正常后，方可把功率管发射极电阻脱开的一端按原位焊好，并拆除外加的电阻或二极管。
8．偏置中点全过关先静后动保安全
在安装好整个电路后，仍然使用维修电源或正负供电串联灯泡的方法给主功放板供电，进行全恢复后的测试检查，检查重点仍然是功率管偏置和中点电压。这时，可直接测量功率管b、e结电压，0.5v以下均为正常。场效应管偏置应不大干正负1.2V。中点电压只要不超过正负0.25V，而且无忽大忽小的波动，便说明静态是正常的。这时，可拆除维修电源或串联的灯泡，接入原机正负电源，接上音箱并输入音乐信号，进行动态试机。由小到大缓慢调整音量，大音量试机后，触摸功率管表面略有温升，说明维修圆满成功。
9．大管偏置不在 限 偏置电路是重点
在进行第7步关键电压测量时，如果功率管基极与输出中点的电压超过0.5v的界限， 说明偏置电压过高。其原因，一是更换的恒压偏置管与原来的管子参数偏差太大，二是偏置管基极的上偏置电阻开路或变大。如果检查偏置管和电阻没问题，可调整与偏置管基极连接的可调电阻，将功率管基极与中点的电压降到0.5v以下。如果电路中没有可调电阻，可先在上偏置电阻两端并联一只相同阻值的电阻，然后根据并联后的测量结果适当调整并联电阻的大小。若测得功率管基极与输出中点的电压是0V，则可通过测量偏置管c、e极间电压判断故障所在。正常时，偏置管的c、e极间电压是2V左右。有此电压说明推动管没导通，故障在推动级；无此电压，一是偏置管击穿，二是偏置管基极下偏置电阻开路，偏置管饱和导通。若偏置管与其偏置电阻无问题，说明故障在前边电路，应查电压放大级和差分输入级。采用运算放大器为输入级的功放，故障在电压放大电路。如果出现反偏现象，NPN 功率管的基极是负压或PNP管基极是正压，说明输出中点严重偏移，待中点电压正常后，再重新测量和调整。
10．中点出现正负电从后向前查一遍
如果中点出现较高的正负电压，则功放维修最困难。因为功放各级电路全是直接耦合，前后又有直流反馈，浑然一体，互相影响。坏件又已全换，维修进入困局。要在功率管发射极电阻仍然脱开时进行中点偏移的检修．是为了排除功率管对中点的影响，缩小故障范围。尽管功率管与中点完全脱开，可推动级发射极电阻的存在（后加电阻或二极管），使中点与反向输入端的直流负反馈仍然起作用。中点出现正负直流电压，说明中点偏移较大，超过负反馈的控制范围。用数字表测量，会发现两只推动管的b-e结电压不对称：当中点有正电压时，正电源一侧的推动管偏置大于另一侧；如果中点有负电压，则负电源一例的推动管偏置高。两只推动管基极之间的电压被偏置管固定在2.2V．如果某一只推动管偏置过高，另一只管子就会处于截止状态，这时，输出中点就变成或正或负的电源电压。如果两只推动管b-e结电压一样，但中点偏移明显，多是两只推动管直流放大倍数相差太大，应拆下配对更换。如果两只管b-e结电压不对称，则是前两级电路故障。而差分电路与电压放大级部分的小管子性能不好是很难用万用表检查 的，可全部拆除，用新管配对更换。换管前，要先拆下电压放大管基极与集电极之间的补偿电容，用指针表Rx10k挡测量一下，因为这两只电容漏电的情况时有发生。采用运算放大器输入的电路，可测量输出脚是否有直流电压。有直流电压时要测量其正反相输入端电压，正常情况下，这三只引脚电压都是0V。如果输入端 有电压，则可能是前边电路故障；如果拔掉音频输入插头，还有直流电压，则是IC本身故障。反馈脚有电压，可将输出中点接地端，如果三只引脚中仍然有直流电压，则是运算放大器故障，应更换此IC。此处NE5532和JRC4.558双运放使用最多，IRC4558没有NE5532名气大，但二者可互换。
小知识：在功放电路中，三极管的b、e结静态电压有四种：大功率输出管的b-e结电压在0.3V-0.5V之间，属于所谓的甲乙类状态；差分输入、恒流源。镜流源、电压放大、恒压偏置、电流放大各级管子b-e结电压均在0.6V以上，处于甲类状态；过流保护、G类电压切换的管予b-e结电压电压是0V，处于截止状态；保护继电器驱动电路的管b-e结电压在0.7V左右，处于饱和状态。
11．没有图纸维修难上下左右对照干
遇到电路相对复杂的功放，如果没有维修资料和图纸，维修很难下手。而专业功放的双声道结构给维修提供了方便之门。一般功放很少有两个声道同时坏的，只要有一个声道出故障，用户就会停止使用，因而另一个声道有幸保持良好状态，这为维修提供了参考依据。因为两个声道电路结构完全一样，电路板布局也大同小异，元件顺序编号也有一定规律可循，有的功放两块电路板甚至完全一样。两块板子比照着维修，就是左右对比法 。很多功放采用全对称OCL电路，除差分电路外，其后边的电路是上下对称关系，管子极性相反，阻容大小一样，这给维修提供了参考依据，这叫上下对比法 。在路电阻对比时，要使用指针式万用表，将表设置在 Rx1k挡，红表笔固定在扬声器输出负端接线柱上，从功率管开始一左一右地测量。相同阻值不要管，不同阻值出现时，离故障点就可能不远了。电压测量对比时，要使用数字表，黑表笔接输出负端，红笔一左一右测量。左右对比电压应一样，上下对比电压一正一负。测量重点是：输出中点、功率管基极、推动管基极（找中功率管）、电压放大级发射极（测靠在散热片上的偏置管集电极和发射极）、差分管基极（在音频输入插座附近找）。因OCL电路是全直流耦合，一点出故障会造成整个电路电压异常。电压对比要与电路分析结合，才能找到故障点；电阻测量对比较直观，适合故障元件查找。
12．特型管子不多见常备管子应急换
在维修一些早期产品或进口机型时，常遇到特殊型号的大、中、小功率三极管，若需要更换时没有该型号的配件，就需要应急代换。在专业功放维修中，主要强调的参数是集电极电流、耗散功率和耐压。常搞功放维修的，应储备几种管子，以便随时代换。在小功率稳压管中．5551 和5401可代换差分放大和电压放大电路中的管子，这对管子耐压高达160V，比其他型号配对管子的耐压高。在近年的功放产品中，几乎全都使用这对管子。其基极在中间脚，代换基极在右脚的管子时，将三只引脚弯曲交叉即可。中功率管中，2SC2073、2SA940和2SD669、2SB649两对管子为首选，耐压150V，集电极电流1.5A．耗散功率25W。这两对管子一对基极在左边，一对基极在右边。有这两对管子作备件，便可代换其他型号的中功率管。大功率管分1 00W、150W、200W三个档次。推荐使用C5198/A1941、C5200/A1943、C3858/A1494三对管子。其中，C5200、 A1943是三对管子中耐压最高的，也是目前专业功放新产品中普遍使用的功率管。早期产品中，使用金封功率管的，也可用上述管子应急代换。三只引脚套上绝缘管，利用原散热片上的安装孔，加云母片固定，用引线连接三只脚。G类功放作电源切换管使用的场效应管，应选择耐压300V，电流30A的。如果原电路使用的是不同极性的管子，P沟道管不好配对时，可用IRF640、9640配对并联代换。
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