电子工艺实习指导书.DOC

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1 电子工艺实习 第三版 基本技能训练 单元电路设计与焊接调试 SMT 介绍及实习 PROTEL-99 上机指导 实习产品制作 实习报告 北京工业大学电工电子中心 电子工艺实习基地 2005 年 6 月

2 前 言 注重创新精神和实践能力是高素质人才培养的关键环节 创新精神和实践能力二者之中, 实践能力是基础和根本 这是由于创新基于实践 源于实践, 实践出真知, 实践检验真理 实践活动是创新的源泉, 也是人才成长的必由之路 纵观古今中外, 所有的发明创造无一不是在实践中产生又在实践中得到检验的 抓住实践能力的培养等于抓住了人才培养的龙头和根本 建设好校内实习教学基地, 不断完善和发展工程训练及教学实习, 是符合现阶段我国经济体制和水平 具有中国特色的, 切实可行而又经济高效的教学环节 电子工艺实习是以学生自己动手, 掌握一定操作技能并亲手制作几种实际产品为特色的, 它既不同于培养劳动观念的公益劳动, 又不同于让学生自由发挥的科技创新活动, 而是将基本技能训练 基本工艺知识和创新启蒙有机结合, 为学生的实践能力和创新精神构筑一个基础扎实而又充满活力的基础平台 我校自 1997 年在本科生教学中开设电子工艺实习以来, 经过几年的不断完善和发展, 己初步形成科学规范的教学体系, 在坚持基本要求的同时不断创新, 引进新技术和新工艺, 尽心竭力为培养高素质人才作贡献 目前, 电子工艺实习课程是北京工业大学九个学院学生的基础必修课程, 根据学生的专业分为电类和非专业两部分, 学时分别为 60 和 30 为了规范实习教学, 我们将历年编写的有关的实训指导 基本技能训练 实习产品指导书及实习作业等方面内容, 重新修订并努力完善, 加上新增内容, 汇集为 电子工艺实习 指导书, 同时将实习要求等有关资料收入, 供学生实习参考 由于时间和编者水平, 难免有错误和不妥之处, 望读者批评指正 编者北京工业大学电控学院电工电子中心刘红杨旭东 2005 年 6 月

3 目 录 电子工艺实习学生守则 1 实习成绩评定标准 1 第一部分基本技能训练 1.1 常用元器件识别与测量 电阻器 电位器 电容器 电感器 晶体二极管 晶体三极管 焊接技能训练 焊接工具和焊接材料 焊接机理与条件 手工焊接技术 22 第二部分电路设计与焊接调试 2.1 报警器电路 电路原理 焊接与调试 电路改进与创新 汽车尾灯控制电路 性能要求 基本原理 焊接与调试 18 第三部分 SMT 实习及实习产品的制作 3.1 SMT 工艺 SMT 简介 SMT 元器件及设备 实习产品简介 实习产品安装工艺 42

4 附录 : 材料清单 多用充电器 产品简介 制作工艺 检测调试 51 附录 : 材料清单 55 第四部分 PROTEL99 实习 4.1 印刷电路板的基本知识 印刷电路板布线图的手工设计 印刷电路板的计算机辅助设计 63 附 : 第五部分实习作业 5.1 作业 1 常用元气件识别与测量实习报告格式 作业 2 单元电路故障分析表 76

5 学生实习守则 电子工艺实习是一门实践课程, 是工程训练的环节之一 通过实习应学到有关电子工 艺基础知识, 培养一定的实践动手能力和综合能力, 培养工程意识和严谨 细致 实干的 科学作风 参加实习的学生应认真听讲, 虚心学习, 独立动手实践 ; 严格遵守实习基地安全操作 规程及有关的规章制度 ; 严格遵守课堂纪律, 爱护公共财产 ; 加强团结互助精神, 树立正 确的实习态度和严谨的科学作风 认真 积极 全面地完成实习任务 为了贯彻上述要求, 特作以下规定 1. 必须听从教师指导, 严格遵守安全操作规程 不准违章操作, 未经教师允许不准启动任何非自用设备 仪器 工具等 ; 操作项目和内容必须按实习要求进行 2. 必须严格遵守实习课堂纪律 实习中不得擅离工作岗位, 不得干与实习无关的事情 3. 实习教室内不准吸烟 吃零食, 不准带无关人员到实习教室活动 4. 爱护公共财产 丢失和损坏工具必须照价赔偿 ; 5. 必须严格遵守考勤制度 (1) 实习期间一律不准请事假, 特殊情况需经班主任或有关领导批准, 事前报告实 习负责教师 ; (2) 病假需持医院证明及时请假, 特殊情况亦须尽早补交正式证明 否则以旷课论 (3) 迟到 早退要记名 (4) 凡病事假超过 3 天 ( 每天 7 小时 ), 或迟到早退三次以上, 或旷课一次 ( 半天 ) 以上, 本次实习不能通过 6. 严格遵守值日制度和自查及互查制度, 保证实习环境良好 实习成绩 实习总分 考勤 纪律 学风 值日 焊接考核 实习产品 30 4.PCB 设计图 单元电路设计 调试及焊接 常用元器件识别与测量 实习报告 5 2

6 第一部分 : 基本技能训练 1.1 常用元器件的识别与测量电子元器件一般指电阻器 电容器 线圈 变压器 晶体二极管 晶体三极管 可控 硅 集成电路等 我们将学习这些元器件的用途, 主要性能参数 规格型号以及检查这些 元器件质量好坏的基本知识, 下面分别作说明 电阻器 电荷在物体里运动会受到一定的阻力, 这种阻力叫电阻, 具有一定阻值的元件叫做电 阻器 它是电子产品中一种必不可少 用得最多的电子元器件之一 在电路中的主要作用 是控制电压 电流的大小, 还可以与其它元件配合, 组成耦合 滤波 反馈 补偿等各种 不同功能的电路 所以, 我们有必要对电阻器的分类 主要参数 标志方法等基本知识有 大致的了解 一 电阻器的分类 电阻分类 电阻 按外形结构分类 按材料分类 固定电阻器 可变电阻器 绕线电阻 非绕线电阻 薄膜电阻 实芯电阻 RS 金属氧化膜电阻 RY 合成膜电阻 碳膜电阻 RT 金属膜电阻 RJ 二 电阻器的主要性能参数 1. 标称值和允许误差 : 国家规定出一系列的阻值作为产品的标准, 这就是电阻器的标称阻值 电阻的实际阻值不可能做到与它的标称值完全一样, 两者间总是存在一定的偏差 最大的允许误差除以该电阻的标称值所得的百分数就叫电阻的误差 对于误差, 国家也规定出一个系列 普通电阻的误差可分为 ±5% ±10% ±20% 三种, 在标志上分别以 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 误差等级表示 在电路图中电阻器旁边所标的阻值就是标称阻值 使用者在设计电路时计算得出的电阻器阻值不是标称值时, 可选择和它相接近的标称电阻值 2. 额定功率 : 当电流通过电阻时, 要消耗一定的功率, 这部分功率变成热量使电阻温度升高, 为保证电阻正常使用而不被烧坏, 它所承受的功率不能超过规定的限度, 这个最大的限度就称为电阻的额定功率 一般可分为 1/8 1/4 1/ W 额定功率大的电阻器体积就大, 在一般半导体收音机等电流较小的电路中, 电阻的额定功率一般只需 1/4W 或 1/8W 就可以了 电阻器简称电阻, 阻值所用单位是欧姆, 用希腊文 Ω 表示, 实践中通常还用更大的一些的单位如 KΩ 和 MΩ 等 们之间的换算关系如下 :1KΩ=1000Ω,1MΩ=1000K Ω 三 电阻器的标志方法 3

7 国家有关部门规定了固定电阻器的三种标志方法 : 直标法 文字符号法和色标法 1. 直标法 : 在电阻器表面用数字 单位符号和百分数直接标出电阻器的阻值和允许误差 优点是直观, 一目了然 表示方法见图 1 2. 文字符号法 : 用数字和单位符号两者按照一定的规律组合起来表示阻值, 允许误差也用文字符号表示 具体规定是 : 单位符号 Ω( 或 KΩ MΩ) 前面的数字表示整数阻值, 单位符号 Ω( 或 KΩ MΩ) 后面的数字表示第一位小数阻值, 如 5K1 表示 5.1KΩ,5Ω1 表示 5.1Ω,4M7 表示 4.7MΩ 电阻的误差分别用六个字母表示: 字母 D F G J K M 误差 ±% 例如 表示阻值 5.1KΩ, 误差为 ±5% 优点是用单位符号代替了小数点, 可避免因小数点蹭掉而误识标记 3. 色标法 : 用颜色表示电阻器的阻值和允许误差, 不同颜色代表不同数值 普通精度的电阻用四条色带表示阻值及偏差 其中两条表示阻值, 一条表示有效数字后面 0 的个数, 一条表示偏差 4

8 颜色 第一色环 第二色环 第三色环 第四色环 第一位有效数字 第二位有效数字 倍 率 允许误差 黑 棕 红 橙 黄 绿 篮 紫 灰 白 金 10-1 ±5% 银 10-2 ±10% 无色 ±20% 例如, 若电阻的四个色环颜色依次为 : 黄 紫 棕 银 表示 470Ω ±10% 的电阻棕 绿 绿 银 表示 1.5MΩ ±10% 的电阻精密电阻用五条色带表示阻值及误差例如, 若电阻上的五个色环颜色依次为 : 棕 蓝 绿 黑 棕 表示 165Ω±1% 的电阻器红 蓝 紫 棕 棕 表示 2.67KΩ±1% 的电阻器 5 颜色 第一色环 第二色环 第三色环 第四色环 第五色环 第一位数 第二位数 第三位数 倍 率 允许偏差 黑 棕 ±1% 红 ±2% 橙 黄

9 绿 ±0.5% 蓝 ±0.25% 紫 ±0.1% 灰 白 金 10-1 银 10-2 四 电阻器的测量电阻在使用前要进行检查, 检查其性能好坏就是测量实际阻值与标称值是否相符, 误差是否在允许范围之内 方法就是用万用表的电阻档进行测量 实际误差 = 测量时要注意两点 : 1. 要根据被测电阻值确定量程, 使指针指示在刻度线的中间一段, 这样便于观察 2. 确定电阻档量程后, 要进行调零, 方法是两表笔短路 ( 直接相碰 ), 调节 调零 电位器使指针准确的指在 Ω 刻度线的 0 上, 然后再测电阻的阻值 另外, 还要注意人手不要碰电阻两端或接触表笔的金属部分 否则会引起测试误差 用万用表测出的电阻值接近标称值 就可以认为基本上质量是好的, 如果相差太多或根本不通, 就是坏的 电位器典型电位器基本结构如图 5 所示, 均由电阻体 滑动臂 转轴 外壳和焊片构成 它有三个引出端, 其中 AC 两端电阻值最大,AB BC 之间的电阻值可以通过与转轴相连的簧片位置不同而加以改变 电位器的主要用途是在电路中作分压器或变阻器 用作电压电流的调节 在收音机中作声量 音调控制, 在电视机中用作音量 亮度 对比度控制等 一 电位器的分类 : 电位器的种类繁多 1. 按电阻体所用材料不同可分为碳膜电位器 金属膜电位器 线绕电位器 有机实芯电位器 碳质实芯电位器等 2. 按结构不同可分为单联 双联 多联电位器, 带开关的电位器, 锁紧和非锁紧型电位器等 6

10 3. 按调节方式可分为旋转式和直滑式电位器 二 电位器的主要参数表征电位器性能的主要参数有三项 : 标称阻值 额定功率和阻值变化规律 其中前两项与电阻器相同, 不再重复 这里只介绍其特有的主要参数即阻值变化规律 电位器在旋转时, 其相应阻值依旋转角度而变化, 为了适应各种不同的用途, 电位器阻值变化规律亦不同, 常用的阻值变化规律有三种, 即直线式 (X) 指数式(Z) 对数式 (D) 如图 6 所示 X 型为直线, 阻值按旋转角度均匀变化, 适合于分压 单调等方面调节作用 Z 型为指数式, 阻值按旋转角依指数关系变化, 普遍用在音量控制电路中如收音机 录音机 电视机中的音量控制器 因为人的听觉对声音的强弱, 是依指数关系变化的, 若调制音量随电阻阻值指数变化, 这样人耳听到的声音就感觉平稳舒适 D 型为对数式, 阻值按旋转角度依对数关系变化, 这种型式电位器多用在仪表当中, 也适用于音调控制电路 三 标注方法及性能测量 1. 标注方法 : 电位器一般均采用直标法, 在电位器外壳上用字母和数字标志着它们的型号 标称功率 阻值 阻值与转角间的关系等 例如 WT Ⅱ Ⅰ 1K X 电位器表示为单联碳膜电位器 Ⅱ 型, 功率为 1W, 阻值为 1KΩ, 曲线为直线性 2. 性能测量 : 对电位器的主要要求是, 阻值符合要求, 中心滑动端与电阻体之间接触良好, 对带开关的电位器, 开关部分应动作准确可靠 因此在使用前必须检查电位器性能的好坏 首先测量一下阻值, 即 AC 两端片之间的电阻值, 与标称阻值比较, 看二者是否一致 然后再测量其中心端与电阻体的接触情况, 即 BC 两端之间电阻值 方法是万用表欧姆档在适当量程, 测量过程中, 慢慢旋转转轴, 注意观察万用表指针, 正常情况, 指针应平稳地朝一个方向偏转, 若出现跳动 跌落或不通等现象, 说明滑动触电与电阻体接触不良 对带电开关的电位器, 还应检查开关部分是否良好 当将开关断开或接通时, 应能发出明显而清脆的响声 若将万用表欧姆档置于 R 1 位置, 测量开关 K, 接通或断开时表针应分别指 0 或无穷大 7

11 1.1.3 电容器电容器和电阻器一样, 是电阻电路中大量使用的主要元件之一 它的基本结构就是两个金属电极中间隔着绝缘体 ( 即电介质 ), 就构成一个电容器, 是一种贮存电荷的容量 电容器的基本特征是不能通过直流电, 而能 通过 交流电, 且容量越大, 电流频率越高, 它的容抗就越小, 交流电流就越容易 通过 电容器的这些基本特征, 在无线电电路中得到了广泛的应用 例如可以用在调谐 极间耦合 滤波 交流旁路等方面, 并与其它元件如电阻 电感配合使用, 组成各种特殊功能的电路, 所以电容器也是电子设备中不可缺少的基本元件 一 电容器的种类 : 电容器的种类很多, 分类方法有不同 1. 按照电容量是否可调整, 可分为固定电容器 可变电容器及微调电容器 ( 或称半可变电容器 ) 它们在电路图中的符号如图 7 所示, 文字符号均为 C 2. 按照所用介质的不同, 可分为瓷介电容 云母电容 纸介电容 塑料薄膜电容 电解电容等 二 电容器的主要参数 : 表明电容器性能的参数很多, 主要有以下几项 1. 额定直流工作电压 ( 又称耐压 ): 电容器在线路中能长期可靠工作而不致被击穿时所能承受的最大直流工作电压 一般标志在电容器的壳体上, 供选用时参考 因为耐压值选得太低, 电容器容易被击穿, 选得太高, 又会增大电容器的体积, 同时还要增加成本 2. 标称容量和允许误差范围 : 为了生产和选用的方便, 国家规定了各种电容器的一系列标准值, 称为标称容量, 也就是电容器壳上所标出的容量 实际生产的电容器的容量和标称容量之间总是会有误差的 实际电容量与标称电容量的允许最大误差范围称为允许偏差范围 一般分为三个等级, 用 Ⅰ 级 ±5% Ⅱ 级 ±10% Ⅲ 级 ±20% 表示 通常标称容量和误差都标志在电容器的壳体上, 以便识别和选用 3. 绝缘电阻 ( 又称漏电电阻 ): 是指两个电极间绝缘介质的电阻, 它的大小说明了电容器绝缘性能的好坏 电容器在一定的电压作用下, 会有微弱的电流通过介质, 造成电能损耗, 绝缘电阻越小, 漏电流就越大, 电能损耗越多, 就会影响电路的正常工作 所以绝缘电阻小的电容器不能选用 三 电容器的标志方法 : 电容器的规格标志方法同电阻一样也有三种标志方法 8

12 1. 直标法 : 主要技术指标直接标注在电容器的表面上 a. 数字不是带小数点的整数, 则容量单位为 PF 如 2200 表示 2200PF,6800 表 示 6800PF μf 等 b. 若数字带小数点, 则容量单位是 μf 如 表示 0.047μF,0.01 表示 0.01 c. 用数码表示电容量时, 电容量的大小是用三位有效数字后面零的个数 如 103 表示 =10000PF, 或写成 0.01μF 223 表示 =22000PF, 或写成 0.022μF 2. 文字符号法 : 用数字和文字符号有规律的组合起来表示电容器的标称容量 并标 志在电容器的壳体上 a. 数字表示有效数值, 字母表示数量级 字母 μ( 微法 10-6 法 ) n( 纳法 10-9 法 ) p ( 皮法 法 ) 例如 10μ 表示 10μF 或写成 PF 等 b. 字母也表示小数点 如 3μ3 表示 3.3μF,3P3 表示 3.3PF,P33 表示 0.33PF 等 c. 数字前加字母 R, 以 R 表示小数点, 表示为零点几 μf 的电容量 如 R33 表示 0.33 μf,r47 表示 0.47μF 等 2. 色标法 : 与电阻器色标法相同, 不再重复 只说明一点, 色带的顺序是沿电容器 的引线方向. 四 性能测量 为了保证电路的正常工作, 电容器在装入电路之前必须进行性能检查 基本原理是利 用电容器的充放电, 用万用表欧姆档壳检测电容器的性能是否良好 如断路 漏电 短路 及失效等 1. 漏电电阻的测量 根据电容器容量的大小, 适当选择欧姆档量程 ( 如测 1μF 以上的电容器, 万用表选 R 1K 档 ), 两表笔分别接触电容器的两根引线, 表针应顺时针摆动, 然后逆时针慢慢向 R= 处退回 ( 容量越大摆动幅度越大 ), 表针静止时的指标值, 就是被测电容的漏电电阻, 此值越大, 电容器的绝缘性能就越好, 质量好的电容器漏电电阻值很大, 在几百兆欧以上 在测量过程中, 静止时表针据距 处较远或表针退回到 R= 处, 又顺时针摆动, 这都表 明电容器漏电严重 2. 电容器断路的测量 测量时表针不动, 对调表笔再测仍不动, 表针指在 R= 处, 表明该电容器内部已 断路 ( 对于 0.01μF 以下的小容量电容器, 用万用表不能判断其是否断路 ) 3. 电容器短路测量 测量时若表针指示的值很小, 或指向零, 而表针不再退回, 表明电容器已击穿短路, 不能使用 4. 电解电容器极性的判别 电解电容器正负极性无法辨认的情况下, 可依据正向连接漏电阻值大, 反向连接漏 电阻值小的特点 将万用表置 R 1K 档, 先测一次漏电阻值并记录这个阻值的大小, 然 后交换表笔再测一次, 比较两次测得的结果, 其中漏电电阻大的一次, 黑表笔接的是电解 电容器的正极 9

13 1.1.4 电感器电感器一般又称为电感线圈, 在谐振 耦合 滤波 陷波等电路应用十分普遍 与电阻器 电容器不同的是电感线圈没有品种齐全的标准产品, 特别是一些高频小电感, 通常需要根据电路要求自行设计制作, 本书主要介绍常用标准商品电感线圈 一 感器的分类 : 按功能分类 : 振荡线圈 扼流线圈 耦合线圈 校正线圈 偏转线圈 按是否可调分类 : 固定电感 可调电感 微调电感 按结构分类 : 空心线圈 磁心线圈 铁心线圈 按形状分类 : 线绕电感 ( 单层线圈 多层线圈 蜂房线圈 ) 平面电感( 印制板电感 片装电感 ) 二 感器的主要参数 : 1 感量及误差在没有非线性导体物质存在的条件下, 一个载流线圈的磁通与线圈中的电流成正比 其比例常数称自感系数, 用 L 表示, 简称电感 电感量的大小与电感线圈的匝数 截面积以及内部有没有铁芯或磁芯有很大的关系 如果在其它条件相同的情况下, 匝数越多, 电感量就越大 ; 匝数相同, 其它条件不变, 那么线圈的截面积越大, 电感量就越大 ; 同一个线圈, 插入铁芯或磁芯后, 电感量比空心时明显增大, 而且插入的铁芯或磁芯质量越好, 线圈的电感量就增加的越多 电感的基本单位是亨利 (H), 常用的有毫亨 (mh) 微亨(μ H) 毫微亨(nH) 同电阻器 电容器一样, 商品电感器的标称电感量也有一定的误差 常用电感器误差在 5%~20% 之间 2. 固有电容和直流电阻线圈匝与匝之间的导线, 通过空气 绝缘层和骨架而存在着分布电容, 此外, 屏蔽罩之间, 多层绕组的层与层之间, 绕组与底板之间也都存在着分布电容 等效电容就是固有电容, 由于固有电容和直流电阻的存在, 会使线圈的损耗增大, 品质因数降低 3. 品质因数 Q 品质因数是表示线圈质量的一个参数 它是指线圈在某一频率的交流电压下工作时, 线圈所呈现的感抗和线圈的直流电阻的比值, 用公式表示 Q=2πfL/R=ωL/R 式中 Q 线圈的品质因数 ; L 线圈的电感量 ; R 线圈的电阻 ; f 频率 ; ω 角频率 ; 当 L f 一定时, 品质因数 Q 就与线圈的电阻 R 有关, 电阻越大,Q 值就越小 ; 反之 Q 值就越大 在谐振回路中, 线圈的 Q 值越高, 回路的损耗就越小, 因此回路的效率就越高, 滤波性能就好 但 Q 值的提高往往受到一些因素的限制, 如导线的直流电阻, 线圈架的介质损耗, 以及由于屏蔽和铁芯引起的损耗, 还有在高频工作时集肤效应等 因此实际上线圈的 Q 值不可能做得很高, 通常为几十至一百, 最高到四五百 10

14 4. 额定电流线圈中允许通过的最大电流, 主要对高频扼流圈和大功率的谐振线圈而言 5. 稳定性当温度 湿度等因素改变时, 线圈的电感量以及品质因数便随之而变 稳定性则表示线圈参数随外界条件变化而改变的程度 线圈产生几何变形 温度变化引起的固有电容和漏电阻损耗增加, 都会影响电感的稳定性 电感线圈的稳定性, 通常用电感温度系数 αl 和不稳定系数 βl 两个量来衡量, 它们越大, 表示稳定性越差 三 电感器的标注方法 1. 直标法电感量是由数字和单位直接标在外壳上, 具体方法 : 电感上的数字是标称电感量, 其单位是 μh mh 2. 色点标志法用色点作标志, 与电阻色环标志相似, 但顺序相反, 单位为 μh 3. 数码表示法通常用 3 位数码表示, 前两位表示有效数字, 第 3 位数表示有效数后零的个数, 小数点用 R 表示, 最后一位英文字母表示误差范围 单位为 μh 如 220K 表示 22μH,8R2J 表示 8.2μH 四 电感线圈的检测通断检测将万用表选在 R 1 或 R 10 档, 表笔接被测电感的引出线 若表针指示电阻值无穷大, 则说明电感正常 除匝数很少的电感外, 如果电阻值为零, 那么就说明电感线圈已经短路 晶体二极管晶体二极管是一种用途很多的半导体元件 内部结构实际上就是一个 PN 结, 再加上相应的正负极引线, 用玻璃 塑料或者金属管壳封装而成的 其电原理示意图和图形符号见图 8 11

15 它是一种非线性元件, 具有单方向导电性 因此常用它作为整流和检波元件 一 极管的分类 1. 按用途来分有普通二极管, 如 2AP1~2AP9,2CP1~2CP20 等用于检波 鉴频 限幅等 ; 整流二极管, 如 2CZ11~2CZ27 等用于不同功率的整流 ; 开关二极管, 如 2AK1~2AK4 等, 多用于电子计算机 脉冲控制 开关电路中 ; 稳压二极管, 如 2CW1~2CW10 等, 用于各种稳压电路中 ; 发光二极管等 它们在电路中的符号见图 9 2. 根据 PN 结构不同可分为点接触型, 允许通过的电流小, 主要用于小电流整流和高频检波 鉴频 限幅等 ; 面接触型, 允许通过大电流, 多用在低频整流电路中 3. 根据所用材料不同二极管有锗管和硅管两种 锗管由锗半导体材料制成的, 它的起始导通电压小 ( 约 0.2 伏 ), 适合作成点接触型, 因此适用于小信号检波 硅管由硅半导体材料制成, 起始导通电压较大 ( 约 0.6 伏 ), 可作成不同用途的二极管, 适合于信号较强的电路中, 如整流和开关等大信号场合 4. 按封装材料来分, 有玻璃管壳 金属管壳 塑料管壳和环氧树脂管壳等多种 工作电流较大的一般采用金属管壳, 体积较小的检波管一般采用玻璃管壳 由于二极管种类很多, 为方便使用, 往往将符号或标记印在管壳上 二 极管主要技术参数用来表明二极管主要性能的数据, 叫二极管的参数, 是我们选用二极管的主要依据 1. 最大允许电流 : 长期安全工作, 允许通过的最大正向电流值, 如果超过额定值运用, 二极管发热太多, 就会烧坏 PN 结, 二极管很快损坏 2. 最高反向工作电压 : 是指允许加在二极管上的反向电压的最大值 如果超过此值, 管子就有击穿的危险 它反映了二极管反向电压的承受能力 12

16 三 二极管的检易测量通常我们用万用表检查二极管, 一般用欧姆档 R 100 或 R 1K 进行 1. 判断二极管的好坏 : 常用方法是测试二极管的正 反向电阻 然后加以判断 正向电阻越小越好, 反向电阻越大越好, 即二者相差越大越好 一般正向电阻为几百欧或者几千欧, 反向电阻是几十千欧或者几百千欧以上, 这样的二极管是好的 如果正反向电阻都为无穷大, 表示内部断线 正反向电阻都为零表示 PN 结击穿或短路, 则说明二极管是坏的 若正反向电阻一样大, 这样的二极管也是坏的 2. 判断二极管的正极和负极 : 通过测量二极管的正反向电阻, 同时也能判断管子的正负极 测得正向电阻时 ( 阻值为几百欧或几千欧 ), 黑表笔接的是管子正极, 红表笔接的是管子的负极 测得反向电阻时 ( 阻值为几十千欧或几百千欧 ), 红表笔接的是正极, 黑表笔接的是负极 如图 10 由于二极管是非线性元件, 用不同倍率的欧姆档或不同灵敏度的万用表进行测试时, 所得的数据是不同的, 但是正反向电阻相差几百倍这一原则是不变的 3. 发光二极管的检测发光二极管是一种把电能转换成光能的半导体器件, 常用符号 LED 表示 管子上通过合适正向电流便发光, 其发光颜色与管子材料有关, 常用作收音机和电子仪器的电平指示 调谐指示 电源指示等 发光二极管也具有单向导电特性, 使用 R 10K 档可测出正反向电阻 一般正向电阻应小于 50KΩ~80KΩ, 反向电阻应大于 400KΩ, 若正反向电阻均为零, 说明内部击穿短路 若正反向电阻均为无穷大, 说明内部开路 仅仅检查正反向电阻, 还不能说明是否正常发光, 一般发光二极管的正向压降为 1.5V 2.3V, 因此我们可以用双表法检查发光二极管, 假定两块万用表均采用 MF30 型, 并且均拨到 R 1 档, 按图所示串联使用 被测二极管便发光, 管子是正常的, 否则管子坏了 若将发光二极管极性反接, 加反向电压, 管子也不能发光 13

17 1.1.6 晶体三极管晶体三极管是电子电路中的重要元件 它是由两个做在一起的 PN 结上相应的引出电极引线及封装组成 三极管最基本的特点是具有放大作用, 用它可以组成高频 低频放大电路, 振荡电路, 广泛地应用在收音机 扩音机 录音机 电视机和其它各种半导体电路中 一 分类晶体管的种类很多, 它们的体积有大有小, 外形各不相同 分类方法也很多, 按其材料可分为锗管和硅管 ; 按其工艺 结构可分为点接触型 面接触型和平面型等, 但是最常用的分类方法是从应用角度 1. 依工作频率高低可分为低频三极管如 3AX 3CX 3BX 3DD 系列等 ; 高频三极管为 3AG 3CG 3DG 3AA 系列等 2. 依工作功率大小可分为小功率 中功率和大功率三极管 3. 依封装形式可以分为金属封装 玻璃封装 塑料封装 塑料管是近半年来发展迅速的一种新型晶体管, 广泛得到应用 常见的塑料封装管有 3DG DX204 3DD206 3DX815 等型号 4. 依导电特性 ( 材料极性不同 ) 可分为 PNP 型和 NPN 型 每种分类方法下的三极管又有很多具体型号, 在使用中, 可根据晶体管的具体型号查阅 晶体管特性手册 去了解其相应技术参数 二 要技术参数晶体管的参数是用来表示晶体管性能和适用范围的, 选用的晶体管, 都要以这些数据作为依据 参数很多, 这里只介绍主要参数 1. 电流放大系数 β 和 β 电流放大系数是用来表示晶体三极管放大能力的, 根据工作状态不同, 有直流和交流 14

18 两种, 分别用 β 和 β 表示 i. β: 静态情况下 ( 即外加电压不变化的情况下 ), 晶体管的电流放大系数, 即 β= ii. β 动态情况下 ( 即接有交流信号源的情况下 ), 晶体管的电流放大系数, 即 β= β 值和 β 值数相近, 常用 β 代替 β 晶体管的 β 值在 Ic 很小或很大时都比较小, 但在 Ic 为 1mA 以上相当大的范围内, 小功率管的 β 值都比较大而且基本上数值不变, 一般在 之间 制造厂常用红 黄 绿 兰 白等五中色标打印在管壳上, 依次表示管子由低到高的不同 β 值 2. 三极管的极间反向电流 a. 集电极反向饱和电流 Icbo: 是当发射极开路时集电结加反向电压时的反向电流, 见图 Icbo 的大小标志着晶体管质量的好坏, 是表示热稳定性的主要参数 良好的晶体管 Icbo 应该很小 b. 穿透电流 Iceo: 是指基极开路时, 在 c-e 之间加反向电压时的反向电流, 见图 它与 Icbo 的关系是 Iceo=(1+β)Icbo 当然 Icbo 和 Iceo 都是越小越好 3. 极限参数 : 应用管子还必须了解它能安全工作的界限就是为了保证晶体管正常工作而规定的最大允许数据 a. 集电极最大允许电流 ICM: 当工作电流 Ic 超过 ICM 时, 虽不使管子立即烧坏, 但管子的特性将变坏, 如 β 显著减小 b. 集电极 发射极间最大允许反向电压 ( 击穿电压 )BVceo: 若工作电压 Uce 超过 Bvceo 时,Ic 将急剧增大, 管子由于击穿而毁坏 c. 集电极最大允许耗散功率 Pcm: 晶体管工作时虽然 IC 小于 ICM,Uce 小于 Bvceo 但若造成 IcVce 大于 PCM, 管子仍将烧毁 因此在使用中应根据 PCM 的值控制 Ic 和 Vceo 201 晶体三极管的简易测试方法 201 如果已知管子型号和管子排列的情况下, 可利用万用表初步判断晶体三极管其性能好坏 对于小功率管子一般使用 R100 R1K 这两档进行测试 201 击穿电流 Iceo: 按图所示连接图中所画是测 NPN 型管子的接法, 若测 PNP 型管子, 如图所是 要求测得的电阻阻值越大越好 对于中小功率的锗管, 此值通常应大于数千欧, 硅管应大于数百千欧, 才能使用 如果阻值太小表明 Iceo 很大的管子性能不好 在测量时若表针漂移不定, 表明管子的稳定性很差 如果阻值接近零, 表明管子已经击穿损坏 b. 检查放大性能 β: 可按图所示连接电路 此时表针应向右偏转, 偏转角度越大, 说明放大倍数 β 越大, 若加了电阻 R 之后, 表针变化不大或根本不变, 则说明管子放大作用很差, 或者已经损坏 而只可在 K 之间选用, 也可利用人体电阻, 即用手用力握 c b 两脚 ( 但 c b 不能短路 ) 用来代替电阻 R 2. 如果不知管子型号及管脚排列, 可用万用表测定三极管管脚 a. 先判断基极及管子类型 (PNP 型和 NPN 型 ) 测试时将万用表放在 R1K 档, 用黑表笔 15

19 与任意管脚相连, 红表笔分别与另外两个管脚相接, 测量其阻值, 如果阻值一个很大一个很小, 则应把黑表笔所接的管脚调换一个, 再用以上方法测试 如果测量出阻值均很小, 则黑笔所接就是基极, 而且确定三极管为 NPN 型, 反之, 若用红表笔固定接触某一管脚而用黑表笔分别与两个管脚相接, 当测得两者电阻都很小时, 则为 PNP 型管子 红表笔所接是基极 b. 判断集电极和发射集找到基极并且确定好 NPN 和 PNP 型管子后剩下的两个管脚可先假定一个为集电极, 一个为发射极 按图所示方法测试其放大作用, 并记录表针偏转位置, 即把 c e 位置对调一下, 再测试其放大作用, 比较两次测试结果, 其中偏转角度大的假设是正确地 即对 NPN 型管子, 摆动大的那一次黑表笔所接的管脚就是集电极, 红表笔所接的是发射极 对于 PNP 型管子反之 注意红表笔要插在万用表的正插孔内, 不要插错了 16

20 1.2 焊接技术 焊接工具和焊接材料 一 焊接工具 1. 电烙铁 : 是焊接的基本工具, 它的作用是把电能转换成热能, 用以加热工件, 融化焊 锡, 使元器件和导线牢固的连接在一起 按其加热的方式, 可以分为外热式 内热式和恒 温式三种 小型外热式电烙铁 : 外热式电烙铁的发热元件 ( 指烙铁芯 ) 在传热体的外部, 其能量转换慢, 加热慢, 一般需 要 (15 20 分钟 ) 且功率比较大, 从 45w 到数百瓦, 多用于电工作业 小型内热式电烙铁 : 由烙铁杆, 烙铁柄, 烙铁头箍, 烙铁芯, 烙铁头五个部分组成, 烙铁芯安装在烙铁头里面故称之为内热式 烙铁芯是采用镍铬合金电阻丝绕在瓷管上制成的, 常温下, 电阻为 2420 欧姆, 通电后, 镍铬电阻丝立即产生热量 由于它的发热元件在烙铁头内部, 所以发热快, 热量利用率高达 85~90% 以上, 烙铁温度在 350 左右, 目前, 使用的 20W 内热式电烙铁具有体积小, 重量轻, 升温快, 耗电省和热效率高等优点 缺点是在焊接印制导线细的印制电路板时温度高一些, 容易损坏印制板上的元件 由于镍铬电阻丝较细, 容易烧断 另外烙铁头不易加工, 更换不方便 如果需要更换烙铁头时, 可将烙铁头末端的头箍向后退出, 用镊子在槽内撬松烙铁头, 17

21 然后取出, 换上新的烙铁头套上头箍即可 使用新烙铁 ( 或换新烙铁头 ) 时, 现将烙铁头上的氧化物用锉刀锉去, 然后接通电源, 估计到达焊锡溶化的温度时, 在平滑的使用面上均匀涂以焊锡丝, 如果烙铁头的温度过高, 则烙铁头被氧化, 焊锡呈滴状落下而挂不上锡, 故要在温度不太高时涂锡 烙铁头使用一段时间后, 由于锡的扩散侵蚀及高温氧化, 加上助焊剂中所含的腐蚀性物质使烙铁头产生化学腐蚀, 使铜不断被消耗, 造成烙铁头表面变得凹凸不平, 遇到此情况要对烙铁头整形, 可用砂纸和锉刀将其凹凸修成平滑面, 以适合其要求 现在的新型内热式电烙铁烙铁头结构简单, 拆装方便, 寿命长, 而且不用锉刀修饰不用挂锡 头部是尖的, 适于小焊点的焊接 恒温电烙铁 : 使用前, 检查电烙铁的状态, 它的电源插头间的直流电阻约为 2.2K 左右 由烙铁头, 加热器, 温控元件, 永久磁铁, 加热器控制开关, 强力加热器, 控制加热器的开关组成 其恒温原理是在烙铁头上装有一个强磁性体传感器, 用以吸附磁动的触点, 闭合加热器控制开关, 烙铁就处在迅速的加热状态 当烙铁头的温度上升到控制温度时, 永外磁铁便因强磁性体传感器到达居里点而磁性消灭, 从而使磁芯控制开关的触点断开, 此时, 便停止向烙铁供电加热, 如此不断循环, 达到控制烙铁温度的目的 如果需要控制各种不同温度时, 只需要更换烙铁头就行了, 因不同温度的烙铁头, 装有不同成分的强磁体传感器, 其居里点不同, 失磁温度各异, 以此控制所需的温度 烙铁头的工作温度范围可以在 260~450 内任意选定 2. 其它常用工具 : 尖嘴钳 : 其头部尖细, 适用于夹小型金属零件和元件引脚弯折, 尖嘴钳有铁柄和绝缘柄两种, 绝缘柄的工作电压为 500V, 其规格以全长表示, 有 和 200mm 四种 斜口钳 : 用于剪断导线或其它较小金属, 塑料等物件 也可与尖嘴钳合用于剥导线头 剥线钳 : 用于剥去导线的绝缘层, 它由钳头和手柄组成, 手柄是绝缘的工作电压为 500V, 其规格以全长表示, 有 140 和 180mm 两种, 钳头有直径为 0.5~3mm 的多个切口, 使用时, 选择的切口直径必须稍大于线芯直径, 以免切伤芯线 螺丝刀 : 按其头部形状分为一字形和十字形两种, 专用于拧紧螺钉, 在拧时用力不宜过猛, 以免螺钉滑口 目前市场上还有多用螺钉旋具是一种组合工具, 它的柄部 体部和头部是可以拆卸的 附有多种规格的一字形和十字形刀体部, 它采用塑料柄, 柄部结构与电笔相似, 故可兼作电笔使用 镊子 : 用于夹持导线和元器件 有时焊接某些怕热元器件时, 可用作散热 吸锡器 : 用于电器元件的拆卸, 并保证印制板和元器件的不被损坏 分为两种, 一种可以自行加热, 一种需要电烙铁的配合使用 后者结构简单, 故障率低 使用时, 把活塞推下, 会自动被卡住, 用烙铁加热需要拆卸的焊点, 使焊锡溶化, 把吸锡器接近溶化的焊锡, 按下活塞释放按钮, 活塞由于弹簧作用迅速上升, 产生内抽气流, 把溶化的焊锡抽入吸锡器内 前者区别在于可以独立完成拆卸工作, 在预热后, 吸头可以同时完成加热和抽吸过程 18

22 在多次使用后两者都需要清除一下内部积存的焊锡, 保证下次抽气的通畅 二 焊接材料焊接材料包括焊料 ( 又称焊锡 ) 和焊剂 ( 又称助焊剂 ), 它对焊接质量的保证有决定性的影响 1. 焊料 : 焊料是易熔金属, 熔点应低于被焊金属 焊料溶化时, 在被焊金属表面形成合金而与被焊金属连接到一起, 目前主要使用锡铅焊料, 也称焊锡 锡铅焊料 ( 锡与铅熔合成合金 ), 具有一系列锡与铅不具备的优点 :a. 熔点低, 有利于焊接 锡的熔点在 232, 铅的熔点在 327, 但是作成合金之后, 它开始熔化的温度可以降到 183 b. 提高机械强度, 锡和铅都是质软 强度小的金属, 如果把两者熔为合金, 则机械强度就会得到很大的提高 c. 表面张力小, 粘度下降, 增大了液态流动性, 利于焊接时形成可靠接头 d. 抗氧化性好, 铅具有抗氧化性的优点在合金中继续保持, 使焊料在溶化时减少氧化量 e. 降低价格, 锡是非常贵的金属, 而铅很便宜, 铅的成分越多, 焊锡的价格也越便宜 下表列出几种常用低温焊锡 : 序号 Sn(%) Pb(%) Bi(%) Cd(%) 熔点 ( ) 手工烙铁焊接常用管状焊锡丝, 它是将焊锡制成管状而内部充加助焊剂, 为了提高焊锡的性能, 在优质松香中加入活性剂 焊料成分一般是含锡量 60~65% 的锡铅合金 焊锡丝直径有 mm, 等 2. 焊剂 ( 助焊剂 ): 用于清除氧化膜, 保证焊锡浸润的一种化学剂 (1) 助焊剂的作用 : 除去氧化膜 其实质是助焊剂中的氯化物 酸类同氧化物发生还原反应, 从而除去氧化膜 反应后的生成物变成悬浮的渣, 漂浮在焊料表面 防止再次氧化 液态的焊锡及加热的焊件金属都容易与空气中的氧接触而氧化 助焊剂在熔化后, 漂浮在焊料表面, 形成隔离层, 因而防止焊接面的氧化 减小表面张力 增加焊锡的流动性, 有助于焊锡浸润 使焊点美观 助焊剂具备控制含锡量, 整理焊点形状, 保持焊点表面光泽的作用 (2) 对于助焊剂的要求 : 熔点应低于焊锡, 加热过程中热稳定性好 浸润金属表面能力强 并应有较强的破坏金属表面氧化膜层的能力 它的各组成成分不与焊料或金属反应, 无腐蚀性, 呈中性, 不易吸湿 易于清洗去除 (3) 助焊剂的分类及应用 : 分类 : 19

23 无机类有机类 分类 助焊剂 腐蚀性 酸 盐酸 正磷酸 氟酸 有 盐 氯化锌 氯化胺 氯化亚锡 有 酸 硬脂酸 油酸 乳酸 邻苯二甲酸 有 卤素 盐酸苯胺 盐酸谷胺 有 胺 尿素 乙二胺 无 松脂 活化松脂 非活化松脂 基本没有 没有 应用 : 无机类的焊剂活性最强, 常温下能除去金属表面的氧化膜, 但这种强腐蚀性作用很容易损伤金属及焊点, 电子焊接中是不用的 这种焊剂用机油乳化后, 制成一种膏状物质, 称焊油 虽然活性很强, 焊后可用溶剂清洗, 但很难清除象导线绝缘皮内, 元器件根部等溶剂难以到达的部位 因此除非特别允许, 一般电子焊接中不使用该焊剂 有机焊剂中酸 卤素胺类虽然有较好的助焊作用, 但是也有一定的腐蚀性, 残渣不易清理, 且挥发物对操作者有害 松脂的主要成分时松香酸和松香脂酸酐 在常温中几乎没有任何化学活力, 呈中性, 而当加热到熔化时, 表现为酸性 可与金属氧化膜发生化学反应, 变成化合物而悬浮在液态焊锡表面, 也起到焊锡表面不被氧化的作用, 同时能降低液态焊锡表面张力, 增加它的流动性 焊接完成恢复常温后, 松香又变成稳定的固体, 无腐蚀, 绝缘性强, 经常使用松香溶于酒精制成的 松香水, 松香同酒精的比例一般以 1:3 为宜 在松香水中加入活化剂, 如三乙醇胺, 可增加它的活性, 只是在浸焊或波峰焊的情况下才使用 应该注意, 松香反复加热后会产生炭化而失效, 因此发黑的松香是不起作用的 现在出现一种新型焊剂 氢化松香, 它由松脂中提炼而成 其特点是在常温下性能比普通松香稳定, 加热后酸价高于普通松香, 因而有更强的助焊作用 2 部分助焊剂的配方及性能: 20

24 品种 配方 ( 质量百分数 ) 可焊性 活性 适用范围 松香酒精焊剂 松香 23 无水乙醇 67 中 中性 印制板 导线焊接 盐酸二乙胺 4 松香酒精焊剂 三乙醇胺 6 手工烙铁焊接电子松香 20 元器件 零部件正丁醇 10 无水乙醇 60 盐酸苯胺 4.5 有轻 三乙醇胺 2.5 度好盐酸苯胺焊剂松香 23 腐同上, 可用于搪锡 无水乙醇 60 溴化水杨酸 10 蚀性 焊剂 溴化水杨酸 7.9 丙烯酸树脂 3.5 松香 20.5 印制板涂覆 无水乙醇 48.1 氯化锌焊剂 ZhCl 饱和水溶液各种金属制品板金件 乙醇 70 氯化胺焊剂 甘油 30 很好 强腐蚀性 焊接各种黄铜零件 NH 4 CL 饱合 锡焊机理与条件 锡焊就是将熔点比焊件 ( 如铜引线, 印制电路板的铜箔 ) 低的焊料 ( 锡铅合金 ), 焊 剂 ( 松香 ) 和焊件共同加热到一定的锡焊温度 ( 约 280~360), 在焊件不熔化的情况下, 焊料熔化并浸润焊件表面, 依靠二者的扩散, 在冷却之后, 形成焊件的连接 一 锡焊机理 锡焊的过程是将焊料 焊件 焊剂在焊接热的作用下所发生的相互间物理 化学作用 的过程 从工艺角度来看焊锡过程有三个阶段 : (1) 预热焊件和焊料的结合面 (2) 熔融焊料并在助焊剂的作用下, 填入焊件缝隙, 与之发生反应, 扩 散而形成界面合金薄层 (3) 焊料冷却, 结晶, 把焊件 粘连 在一起, 形成接头 上述三个阶段没有明显的界限, 而是紧密联系在一起的一个完整过程 其机理就是焊 件通过焊料结合起来的物理 化学过程 1. 浸润 : 锡焊第一个阶段就是熔化的焊料在固体金属表面充分漫流后, 产生润湿, 称浸润 21

25 干净清洁的金属表面看来是光滑的, 实际上用显微镜可以看出表面上有很多的凹凸不平的晶粒界面和伤痕 熔融的焊料沿着凹凸与伤痕就产生了毛细管力, 引起润湿漫流 焊剂的作用是用于溶解氧化物, 或者生成氢气 水蒸气和其它化合物, 清洁并活化固体表面, 减少熔融焊料金属表面张力进一步改善熔融金属对固体金属表面的润湿和亲合性 在锡焊中, 焊件与熔融状态的焊料的接触角度可以表示润湿与否和润湿的好坏 一般把此接触角度称为润湿角, 用 Q 表示, 见下图所示 Q 小于 90, 一般取在 20 左右, 称为润湿良好, 焊接性能好 Q 大于 90 和 Q 等于 90 称为不润湿或润湿不足, 在焊接技术是不允许的, 焊料容易被清除掉而不留痕迹 在焊接前常用焊料金属润湿焊件金属表面, 预涂锡可以使焊件表面获得保护膜, 使焊接时两个相邻焊接面更牢固的结合 2. 扩散作用和合金效应 : 浸润现象同时产生的还有焊料对固体金属的扩散作用, 在固体金属和焊料的边界形成一层金属化合物层, 即合金层 其成分和厚度取决于焊件 焊料之间的金属性质, 焊剂的物理化学性质 焊接的工艺条件, 这里工艺条件指的是焊接温度, 时间, 焊接界面压力等 由于扩散作用形成合金层的物理化学过程, 称为合金效应 如果是锡焊铜, 其界面合金层为 Cu 6 Sn 5 Cu 3 Sn Cu 31 Sn 8, 厚度为 3~10mm 理想的焊锡接头, 在结构上应该有极薄而比较严密的合金层, 否则出现虚焊 假焊现象 二 锡焊的条件 : 1. 焊件必须具有充分的可焊性 并非所有的金属都具有良好的可焊性, 如铬 钼 钨等 可焊性非常差, 即使一些容易焊的金属, 如紫铜 黄铜等, 因为表面容易产生氧化膜, 为了提高可焊性, 须采用表面镀锡 镀银等措施 2. 焊接表面清洁 : 进行焊接前, 焊件表面的任何油污, 杂质和氧化膜必须清除, 否则难以保证焊接质量 3. 采用合适的焊剂 : 焊剂的作用是清除焊件表面的氧化膜并且减小焊料融化后的表面张力, 以利润湿 不同焊件 不同焊接工艺选择不同的焊剂, 如镍铬合金 不锈钢 铝等材料, 没有专用的特殊焊剂是很难实现焊接的 4. 加热到适当的温度 : 加热过程中, 不但将焊锡加热熔化, 而且将焊件加热到熔化焊锡的温度 只有在足够高的温度下 ( 手工烙铁焊接温度 280~360), 焊料才能充分浸润, 并充分扩散形成合金结合层 但过高的温度是有害的 手工焊接技术长期从事电子产品生产的人们总结了焊接的四要素 : 即材料 工具方式方法和操作者, 最主要的是人的技能, 对被学者来讲, 即要掌握焊接理论知识, 又要熟练的操作技能, 才能确保焊接质量 一 握持方法 : 1. 焊锡丝的拿法 : 经常使用烙铁进行锡焊的人, 是把成卷的焊锡拉直, 然后截成一 22

26 尺长左右的一段 焊锡丝有两种拿法 : 连续焊接的时候, 用左手的拇指 小指和食指夹住焊锡丝, 另外两个手指配合, 就能把焊锡丝连续向前送进 断续焊接的时候, 只用拇指和食指拿住焊丝送锡, 不能连续送 2. 电烙铁的握法 : 三种形式 : a. 反握法 : 用整只手握紧烙铁, 虎口靠近导线, 拳眼靠近烙铁头 一般在操作台上焊接印刷板等焊件使用这种握法 b. 正握法 : 四指握住烙铁, 大拇指压在烙铁柄上, 指向烙铁头方向, 拳眼靠近导线 这种握法适于中功率烙铁或带弯头电烙铁的操作 c. 握笔法 : 手形类似握笔 这种方法动作稳定, 长时间操作不易疲劳, 适于大功率烙铁的操作 二 焊接时注意事项 : 1. 焊剂加热挥发出的化学物质是对人体有害的, 一般烙铁离开鼻子的距离至少不要少于 20cm, 通常以 30cm 为宜 2. 电烙铁用后一定要稳妥的放于烙铁架上, 并注意导线等物不要碰烙铁 3. 由于焊锡丝成分中, 含有铅类重金属, 因此操作时戴手套或操作后洗手, 避免食入 三 焊接操作基本步骤 : 下面介绍五步操作如下图所示 : 1 准备: 烙铁头和焊锡丝靠近, 处于随时可以焊接的状态, 同时认准位置 2. 加热焊件 : 烙铁头放在焊件上进行加热 3. 熔化焊锡 : 焊锡丝放在焊件上, 熔化适量的焊锡 4. 移开焊锡 : 熔化适量的焊锡后迅速移开焊锡丝 5. 移开烙铁 : 焊锡浸润焊盘或焊件的施焊部位后, 移开烙铁 注意移开烙铁的速度和方向 上述的五步可以用数数的方法控制时间, 即烙铁接触焊点后数一二 ( 约两秒 ), 送入焊锡丝后数三四, 即移开烙铁 对于热容量较小的焊件, 如 : 印制板与较细导线的连接, 可以用三步法 23

27 如上图所示 : 1. 准备 : 烙铁头和焊锡丝靠近, 处于随时可以焊接的状态, 同时认准位置 2. 加热焊件, 熔化焊锡 : 烙铁头同时加热焊件和焊锡, 熔化适量焊锡 3. 移开焊锡丝, 移开烙铁 上述三个步骤整个过程 2~4 秒内完成, 各步时间的控制, 时序的准备掌握, 动作协调熟练, 这些都是通过实践解决的 1.4 印刷电路板的焊接印刷板在焊接之前要仔细检查, 看其有无断路 短路, 孔金属化不良等, 各元件在板上的排列和安装方法有两种 : 一种立式, 一种卧式, 见下图所示 : 电子信器一般采用卧式, 因为卧式排列元件可以靠拢印刷板, 元件的引线可短些, 减少元件的分布参数的影响 焊接时元件排列要求整齐, 同类型元件要保持高度一致, 焊接时的工序 : 应先焊较低的元件, 后焊较高的和要求比较高的元件等 次序是 : 电阻 二极管 电容 三极管 其它元件等 晶体管装焊一般在其它元件焊好之后进行 要注意 : 在焊接晶体管时, 焊接时间最好不超过 5~10S, 并使用钳子或镊子散热, 防止烫坏管子 在焊接集成电路时, 要掌握焊接时间, 每个焊点最好用 3S 左右的时间焊好, 最多不能超过 5S, 否则会损坏集成块 焊接集成电路插座时, 必须按集成块的引线排列图焊好每个焊点 焊接结束时, 检查有无漏焊, 虚焊现象 检查时, 可用镊子将每个元件脚轻轻一提, 看是否动摇, 若发现动, 应重新焊好 1.5 焊点质量检查一 焊点的技术要求焊点质量的好坏直接影响整个电子产品的可靠工作和寿命长短 一个虚焊可能造成整个一起设备的失灵 因此对每个焊点都要严格的要求 对焊点的要求主要有 : 24

28 可靠的电气连接 : 要求焊点内部焊料和焊件之间润湿良好, 使电流能够可靠的通过 足够的机械强度 : 要求焊点保证一定的抗拉性能, 焊点的结构, 焊接质量, 焊料性能都对焊点的机械强度有很大的影响 光洁整齐的外观 : 良好的焊点应该有标准的外形, 表面光滑, 有光泽 没有毛刺糙渣 二 焊点的质量检查首先可以从外观上检查 看焊点是不是饱满, 润湿良好 有没有漏焊 虚焊 焊料应该润湿整个焊盘, 均匀散开, 以引线为中心成裙形 焊料应该填满整个焊缝, 不应该有空洞 气孔或者松香颗粒留存在焊点上 不应该有拉尖存在, 这是因为烙铁离开的方向和角度不正确 其次用手晃动看看有没有引线活动, 主要看那些看上去比较虚的焊点是不是确实不牢固 对于晃动的焊点要用吸锡器拆除重焊 然后通电检查, 在通电之前必须检查连线是否无误 这样可以发现很多看不见的微笑错误 比如桥接 内部虚焊等 焊接质量的掌握需要在长期的操作实践中总结经验, 练习技巧 上图左是一个标准焊点的照片, 右图是一个虚焊点 下面是一些有问题的焊点 25

29 26

30 2.1 防盗报警器的安装与调试特点与用途 控报警 第二部分 : 电路设计与焊接 调试 具有电路简单 工作可靠 静态功耗低及使用安装简便等特点 : 适用于房间门窗的监 基本原理 : 一 555 时基电路 : 其内部是由分压器 上比较器 1 下比较器 2 R-S 触发器, 输出管 ( 即反相器 F) 和放电管等组成 内部电路原理框图及引脚功能图如下所示 : 二 555 时基电路基本应用电路 : 大体上可分为 555 单稳 555 双稳和 555 无稳三大类, 各种各样的 555 应用电路由这三种模式演变而成 三 电路原理 : 电路是由超低频振荡和音频振荡两部分电路构成, 图中 555 时基电路与 R1 R2 及 C1 27

31 等元件组成频率为 1HZ 左右的脉冲振荡器, 由 NE555 的第 3 管脚输出矩形波电压 U0, 经 R4 对 C2 进行充放电, 从而在 C2 上形成矩形波电压经 R5 加至 Q1 管的基极上, 以提高 Q1 管的基极偏置电流 由 Q1 Q2 管及 R6 C3 等组成音频振荡器, 其振荡中心频率可由 R6 C3 数值确定, 并随 Q1 管的基极偏置电流的大小而变化, 使音调由低逐渐升高, 然后再由高逐渐降低, 周而复始, 从而形成由低高低高音调变化的报警声, 只要合理的选择 R1 R2 C1 R4 C2 等元件参数, 即可产生警车的报警声效果 焊接安装与调试 : 一 元器件测试 : 所有的元器件分别用万用表测试参数及辨别好坏 二 元件布局及连接走线 : 在网孔板上根据原理图布置好元器件的位置, 插入集成电路时要注意芯片的管脚位置, 要求连接线尽量走垂直线, 尽量减少交叉点, 电源线 喇叭及监控线接端口位置要合理 三 焊接 : 元件焊接时要依旧由低到高的顺序焊接, 导线焊接时要预先镀锡, 焊接时间不要太长, 以免把元件烫坏, 但也不要时间过短, 以免造成虚焊 四 调试 : 在 B D 两点末接入监控线时, 正常情况下, 通电后应发出报警声, 这时可用示波器观测 555 时基电路输出端 (3 脚 ) 输出电压的高低电平的幅值, 再观察扬声器两端的波形 五 进行再创造 : 例如 : 降低静态功耗, 可采用 CMOS 型的时基电路 也可将图中 E C 两点的连线切断, 再用一只 NPN 型的三极管的 E B C 三端分别接至 E B C 三点, 这样可使静态电流降到 0.2 毫安以下 28

32 29

33 2.2 汽车尾灯控制系统汽车尾灯控制电路是数字电路在交通自动控制电路中的典型应用, 此系统是基本上模拟汽车运行中的实际情况设计的汽车尾灯, 一般都有左 右各三个灯 ( 也有一个灯 ) 当人们看到灯的不同形式的亮灭闪烁时, 就知道该驾驶员要进行的操作意图, 即左转弯 右转弯或刹车 性能要求 : 1 汽车左转弯时, 在左转弯开关控制下, 左侧三个尾灯如下图所示, 周期性的亮灭 2 汽车右转弯时, 在右转弯开关控制下, 右侧三个尾灯也如上图所示周期性的亮灭 3 左右两个开关都作用时, 两侧尾灯作同样的周期性亮 灭动作 4 在制动开关作用时, 六个尾灯 4 在制动开关作用时, 六个尾灯同时亮, 若在转弯情况下制动, 则一侧三个尾灯周期性的亮灭, 另一侧三个尾灯则均亮 本系统用六个发光二极管模拟六个尾灯, 汽车每侧三个, 用三个乒乓开关分别模拟左右转弯和制动开关 基本原理 : 此电路系统是利用基本门电路和触发器设计的一个数字系统, 既有组合逻辑, 又有时序逻辑 汽车尾灯控制电路由 (1) 控制电路 ;(2) 时钟发生电路 ;(3) 逻辑电平指示 ;(4) 逻辑开关四部分组成 原理框图由下图所示 : 30

34 1 控制电路 (1) 转弯信号是由三个触发器构成的四状态计数电路, 此电路由中规模集成电路 74LS160 实现 Q4 Q3 Q2 Q 由表可见, 置数端 ABCD=1111, 预置数端函数 LD=Q2Q3 (2) 尾灯控制逻辑 以 A B C 表示三个尾灯, 有两种情况可以使左侧尾灯亮, 一为左转弯时, 另一为刹车时, 故左侧尾灯控制逻辑表达式如下 : 同样右侧尾灯控制表达式为 : 式中 K 左,K 右,K 制分别表示左 右开关和制动开关, 当开关合上时为 1 ; 打开为 0, 表达式 (1) (6) 表明 : 合上左侧开关, 断开右侧开关和制动开关, 即 K 左 =1,K 制 =0,K 右 =0, 则 A1 随计数器 Q1 状态而变化, 也就是说左侧第一个尾灯随 Q1 电平变化而亮灭 依次类推左侧另外两个灯分别随 Q2 Q3 状态而亮灭 这样, 左侧的三个尾灯呈周期性亮灭 而右侧灯不亮 同样, 合上右转弯开关, 断开左转弯开关和制动开关, 右边三个尾灯分别随 Q1 Q2 Q3 状态而亮灭 若合上制动开关, 断开左右开关则两 31

35 侧六个灯都亮, 表示处于刹车状态 若此时合上左侧开关, 则左侧三个尾灯周期性亮灭, 而右侧灯依然全亮 尾灯控制电路如图所示 : 2 时钟发生电路时钟发生电路形式很多, 本设计是用带有 RC 电路的与非门构成的环形振荡器, 它提供约 1HZ 的连续时钟脉冲, 见下图所示 : R11 通常在 100Ω 左右, 在 R10,C 充放电回路和非门 3 输入端起隔离作用 输出脉冲周期 T=2.2R10C, 要得到周期为 1 秒的脉冲可取 R10=2KΩ,C=220Uf. 3 逻辑开关 三个逻辑开关 K 左 K 右 K 制分别可以通过相应的乒乓开关来选择高低电平, 如下图 所示, 为上高下低 4 逻辑电平指示 32

36 用六个发光二级管表示左右三个尾灯, 灯亮逻辑为 1, 灭为 0, 发光二极管可以由控制电路中门电路直接驱动 其电路如下图所示 : 51Ω 为限流电阻, 只要能使回路中的电流小于 10mA 的电阻均可 汽车尾灯控制电路原理图如下图所示 : 33

37 34

38 第三部分 SMT 实习 (FM 收音机 ) 电子系统的微型化和集成化是当代技术革命的重要标志, 也是未来发展的重要方向 日新月异的各种高性能 高可靠 高集成 微型化 轻型化的电子产品, 正在改变我们的世界, 影响人类文明的进程 安装技术是实现电子系统微型化和集成化的关键 20 世纪 70 年代问世,80 年代成熟的表面安装技术 (Surface Mounting Technology 简称 SMT), 从元器件到安装方式, 从 PCB 设计到连接方法都以全新面貌出现, 它使电子产品体积缩小, 重量变轻, 功能增强, 可靠性提高, 推动信息产业高速发展 SMT 已经在很多领域取代了传统的通孔安装 (Through Hole Technology 简称 THT), 并且这种趋势还在发展, 预计未来 90% 以上产品将采用 SMT 通过 SMT 实习, 了解 SMT 的特点, 熟悉他的基本工艺过程, 掌握最起码的操作技艺是跨进电子科技大厦的第一步 SMT 简介一 THT 与 SMT 图 是 THT 与 SMT 的安装尺寸比较, 表 是 THT 与 SMT 的区别 通孔安装 表面安装 表 THT 与 SMT 的区别 年代技术缩写代表元器件安装基板安装方法焊接技术 20 世纪 60~70 年代 70~80 年代 20 世纪 80 年代开始 THT SMT 晶体管, 轴向引线元件 单 双列直插 IC, 轴向引线元器件编带 SMC SMD 片式封装 VSI VLSI 单 双面 PCB 单面及多层 PCB 高质量 SMB 手工 / 半自动插装 自动插装 自动贴片机 手工焊浸焊 波峰焊, 浸焊, 手工焊 波峰焊, 再流焊 THT 元件 SMC 元件焊点 焊点 二 SMT 主要特点 图 THT 印制板 与 SMT 的安装尺寸比较 高密集 SMC SMD 的体积只有传统元器件的 1/3~1/10 左右, 可以装在 PCB 的

39 两面, 有效利用了印制板的面积, 减轻了电路板的重量 一般采用了 SMT 后可使 电子产品的体积缩小 40%~60%, 重量减轻 60%~80% 2. 高可靠 SMC 和 SMD 无引线或引线很短, 重量轻, 因而抗振能力强, 焊点失效率 可比 THT 至少降低一个数量级, 大大提高产品可靠性 3. 高性能 SMT 密集安装减小了电磁干扰和射频干扰, 尤其高频电路中减小了分布参 数的影响, 提高了信号传输速度, 改善了高频特性, 使整个产品性能提高 4. 高效率 SMT 更适合自动化大规模生产 采用计算机集成制造系统 (CIMS) 可使整 个生产过程高度自动化, 将生产效率提高到新的水平 5. 低成本 SMT 使 PCB 面积减小, 成本降低 ; 无引线和短引线使 SMD, SMC 成本降低, 安装中省去引线成型 打弯, 剪线的工序 ; 频率特性提高, 减少调试费用 ; 焊点可靠性提高, 减小调试和维修成本 一般情况下采用 SMT 后可使产品总成本下降 30% 以上 三 SMT 工艺及设备简介 SMT 有两种基本方式, 主要取决于焊接方式 1. 采用波峰焊 : 见图 铜箔 胶 SMB 波峰焊机 1 点胶用手动 / 自动点胶机 2 贴片手动 / 自动贴片机 3 固化用加热使贴片固化 4 焊接用波峰焊机焊接 图 SMT 工艺 (1) 此种方式适合大批量生产 对贴片精度要求高, 生产过程自动化程度要求也很高 36

40 2. 采用再流焊 ( 见图 3.1.3) (a) 印锡膏 (b) 贴片 (c) 焊接 在 PCB 上用印刷机用手动 / 半自动 / 用再流焊机焊接 印制焊锡膏 自动贴片机贴片 图 SMT 工艺 (2) 这种方法较为灵活, 视配置设备的自动化程度, 既可用于中小批量生产, 又可用 于大批量生产 混合安装方法, 则需根据产品实际将上述两种方法交替使用 SMT 元器件及设备 一 表面贴装元器件 SMD(surface mounting devices) SMT 元器件由于安装方式的不同, 与 THT 元器件主要区别在外形封装 另一方面由于 SMT 重点在减小体积, 故 SMT 元器件以小功率元器件为主 又因为大部分 SMT 元器件为片式, 故通常又称片状元器件或表贴元器件, 一般简称 SMD 1. 片状阻容元件表贴元件包括表贴电阻 电位器 电容 电感 开关 连接器等 使用最广泛的是片状电阻和电容 片状电阻电容的类型 尺寸 温度特性 电阻电容值 允差等, 目前还没有统一标准, 各生产厂商表示的方法也不同 目前我国市场上片状电阻电容以公制代码表示外型尺寸 (1) 片状电阻 表 是常用片状电阻尺寸等主要参数表 常用片状电阻主要参数 代码 参数 *0603 *0805 *1206 *1210 *2010 *2512 外型长 宽 功率 (W) 1/16 1/10 1/8 1/4 1/2 1 电压 (V)

41 注 :1. * 英制代号 2. 片状电阻厚度为 mm 3. 最新片状元件为 1005(0402),0603(0201), 目前应用较少 4. 电阻值采用数码法直接标在元件上 ( 参见教材 P60), 阻值小于 10Ω 用 R 代替小数点, 例如 8R2 表示 8.2Ω,0R 为跨接片, 电流容量不超过 2A (2) 片状电容 片状电容主要是陶瓷叠片独石结构, 其外型代码与片状电阻含义相同, 主要有 : 1005/*0402,1608/*0603,2012/*0805,3216/*1206,3225/*1210,4532/ *1812,5664/*2225 等 片状电容元件厚度为 0.9~4.0 片状陶瓷电容依所用陶瓷不同分为三种, 其代号及特性分别为 : NPO:Ⅰ 类陶瓷, 性能稳定, 损耗小, 用于高频高稳定场合 X7R:Ⅱ 类陶瓷, 性能较稳定, 用于要求较高的中低频的场合 Y5V:Ⅲ 类低频陶瓷, 比容大, 稳定性差, 用于容量 损耗要求不高的场合 表 常用表面贴分立器件封装 封 装 S0T-23 SOT-89 TO-252 外 形 引脚功能 发射极 基极 3. 集电极 1. 发射极 2. 基极 3. 集电极 1. 基极 2. 集电极 3. 发射极 功 率 300mW W 2--50W 38

42 片状陶瓷电容的电容值也采用数码法表示, 但不印在元件上 其它参数如偏差 耐压值等表示方法与普通电容相同 2 表贴器件表面贴装器件包括表面贴装分立器件 ( 二极管 三极管 FET/ 晶闸管等 ) 和集成电路两大类 ⑴ 表面贴装分立器件除部分二极管采用无引线圆柱外型, 主要外形封装为小外形封装 SOP(small outline package) 型和 TO 型 表 是几种常用外型封装 此外还有 SC-70( ) SO-8( ) 等封装 ⑵ 表面贴装集成电路常用 SOP 和四列扁平封装 QFP(Quad flat package) 封装 见图 和 2.1.5, 这种封装属于有引线封装 SMD 集成电路一种称为 BGA 的封装应用日益广泛, 主要用于引线多 要求微型化的电路, 图 是一个 BGA 的电路示例 条引线节距 条引线节距 0.65 图 SOP 封装 图 QFP 封装 底面 / 焊球 顶面 图 BGA 封装 侧面 二 印制板 SMB(surface mounting Board) 1.SMB 的特殊要求 : (1) 外观要求光滑平整, 不能有翘曲或高低不平 (2) 热胀系数小, 导热系数高, 耐热性好. (3) 铜箔粘合牢固, 抗弯强度大 39

43 (4) 基板介电常数小, 绝缘电阻高 2. 焊盘设计片状元器件焊盘形状对焊点强度和可靠性关系重大, 以片状阻容元件为例 A=b 或 b-0.3 B=h+T+0.3 ( 电阻 ) B=h+T-0.3 ( 电容 ) G=L-2T 图 片状元件焊盘 计要求 大部分 SMC 和 SMD 在 CAD 软件中都有对应焊盘图形, 只要正确选择, 可满足一般设 三 小型 SMT 设备 1. 焊膏印制焊膏印刷机见图 操作方式 : 手动 最大印制尺寸 :320*280mm 技术关键 : 1 定位精度 2. 贴片手工贴片 (1) 镊子拾取安放 2 模板制造 (2) 真空吸取图 焊膏印刷机 图 镊子拾取安放 真空笔 3. 再流焊设备 台式自动再流焊机 电源电压 220V 50Hz 额定功率 2.2kW 40

44 有效焊区尺寸 (mm) 图 再流焊机 图 再流焊工艺曲线 加热方式 : 远红外 + 强制热风 工作模式 : 工艺曲线灵活设置, 工作过程自动 标准工艺周期 : 约 4 分钟 四. SMT 焊接质量 1.SMT 典型焊点 SMT 焊接质量要求同 THT 基本相同, 要求焊点的焊料的连接面呈半弓形凹面, 焊料与焊件交界处平滑, 接触角尽可能小, 无裂纹 针孔 夹渣, 表面有光泽且 平滑 由于 SMT 元器件尺寸小, 安装精确度和密度高, 焊接质量要求更高 另外还有 一些特有缺陷, 如立片 ( 又叫曼哈顿 ) 图 和图 分别是两种典型的 焊点 标准形状 SMB 标准形状 料不足焊料润湿超过贴片高度 1/4 焊料不足 焊料润湿超过贴片高度 1/4 不合格合格不合格合格 焊料最大允许程度焊料过多焊料最大允许程度 焊料过多 不合格合格不合格合格 41

45 图 矩形贴片焊点形状 图 IC 贴片焊点形状 2. 常见 SMT 焊接缺陷几种常见 SMT 焊接缺陷见图 , 采用再流焊工艺时, 焊盘设计和焊膏印制对控制焊接质量起关键作用 例如立片主要是两个焊盘上焊膏不均, 一边焊膏太少甚至漏印而造成的 焊料 SMD 铜萡 SMB (a) 焊料过多 (b) 漏焊 ( 未润湿 ) (c) 立片 ( 又称 墓碑现象 曼哈顿 ) (d) 焊球现象 (e) 桥接 图 常见 SMT 焊接缺陷 42

46 3.1 3 实习产品简介 电调谐微型 FM 收音机 一 产品特点 采用电调谐单片 FM 收音机集成电路, 调谐方便准确 接收频率为 87~108MHz 较高接收灵敏度 外形小巧, 便于随身携带 电源范围大 1.8~3.5V, 充电电池 (1.2V) 和一次性电池 (1.5V) 均可工作 内设静噪电路, 抑制调谐过程中的噪声 二 工作原理 电路的核心是单片收音机集成电路 SC1088 它采用特殊的低中频(70KHz) 技术, 外围电路省去了中频变压器和陶瓷滤波器, 使电路简单可靠, 调试方便 SC1088 采用 SOT16 脚封装, 表 是引脚功能, 图 是电原理图 1.FM 信号输入如图所示调频信号由耳机线馈入经 C14 C13 C15 和 L1 的输入电路进入 IC 的 脚混频电路 此处的 FM 信号没有调谐的调频信号, 即所有调频电台信号 均可进入 2. 本振调谐电路本振电路中关键元器件是变容二极管, 它是利用 PN 结的结电容与偏压有关 的特性制成的 可变电容 + Ud Cd (PF) BP910 _ (a) (b) Ud(V) 图 外观图 图 变容二极管 43

47 图 原理图 如图 (a), 变容二极管加反向电压 Ud, 其结电容 Cd 与 Ud 的特性如图 (b) 所示, 是非线性关系 这种电压控制的可变电容广泛用于电调谐 扫频等电路 本电路中, 控制变容二极管 V1 的电压由 IC 第 16 脚给出 当按下扫描开关 S1 时,IC 内部的 RS 触发器打开恒流源, 由 16 脚向电容 C9 充电,C9 两端电压不断上升,V1 电容量不断变化, 由 V1 C8 L4 构成的本振电路的频率不断变化而进行调谐 当收到电台信号后, 信号检测电路使 IC 内的 RS 触发器翻转, 恒流源停止对 C9 充电, 同时在 AFC(automatic freguency control) 电路作用下, 锁住所接收的广播节目频率, 从而可以稳定接收电台广播, 直到再次按下 S1 开始新的搜索 当按下 Reset 开关 S2 时, 电容 C9 放电, 本振频率回到最低端 44

48 表 FM 收音机集成电路 SC1088 引脚功能 引脚功能引脚功能引脚功能引脚功能 1 静噪输出 5 本振调谐回路 2 音频输出 6 IF 反馈 10 3 AF 环路滤波 7 1dB 放大器的低通电容器 4 Vcc 8 IF 输出 12 9 IF 输入 IF 限幅放大器的低通电容器射频信号输入 射频信号输入 14 接地 限幅器失调电压电容 全通滤波电容搜索调谐输入 电调揩 AFC 输出 3. 中频放大 限幅与鉴频电路的中频放大, 限幅及鉴频电路的有源器件及电阻均在 IC 内 FM 广播信号和本振电路信号在 IC 内混频器中混频产生 70KHz 的中频信号, 经内部 1dB 放大器, 中频限幅器, 送到鉴频器检出音频信号, 经内部环路滤波后由 2 脚输出音频信号 电路中 1 脚的 C10 为静噪电容,3 脚的 C11 为 AF( 音频 ) 环路滤波电容,6 脚的 C6 为中频反馈电容,7 脚的 C7 为低通电容,8 脚与 9 脚之间的电容 C17 为中频耦合电容,10 脚的 C4 为限幅器的低通电容,13 脚的 C12 为中限幅器失调电压电容,C13 为滤波电容 4. 耳机放大电路由于用耳机收听, 所需功率很小, 本机采用了简单的晶体管放大电路,2 脚输出的音频信号经电位器 Rp 调节电量后, 由 V3,V4 组成复合管甲类放大 R1 和 C1 组成音频输出负载, 线圈 L1 和 L2 为射频与音频隔离线圈 这种电路耗电大小与有无广播信号以及音量大小关系不大, 不收听时要关断电源 45

49 3.1.4 实习产品安装工艺 一 安装流程 ( 见图 ) 元器件检测 SMB 检测 外壳与结构件检验 丝印焊膏 贴 片 再流焊 检验, 补焊 THT 元件装焊 部件装配 检测, 调试 总装, 交验 图 SMT 实习产品装配工艺流程 二 安装步骤及要求 1. 技术准备 (1) 了解 SMT 基本知识 : SMC 及 SMD 特点及安装要求 SMT 工艺过程 (2) 实习产品简单原理 (3) 实习产品结构及安装要求 SMB 设计及检验 再流焊工艺及设备 46

50 其中 :SMB_ 表面安装印制板,THT_ 通孔安装,SMC_ 表面安装元件,SMD_ 表面安装器件 2. 安装前检查 (1)SMB 检查对照图 检查 : 图形完整, 有无短, 断缺陷 孔位及尺寸 表面涂覆 ( 阻焊层 ) (2) 外壳及结构件 按材料表清查零件品种规格及数量 ( 表贴元器件除外 ) 检查外壳有无缺陷及外观损伤 耳机 (a)smt 贴片图 印制电路板安装 (3)THT 元件检测 电位器阻值调节特性 LED 线圈 电解电容 插座 开关的好坏 判断变容二极管的好坏及极性 (b)tht 安装 47

51 3. 贴片及焊接参见图 (a) (1) 丝印焊膏, 并检查印刷情况 (2) 按工序流程贴片顺序 :C1/R1,C2/R2,C3/V3,C4/V4,C5/R3,C6/SC1088,C7,C8/R4,C9,C10,C11, C12,C13,C14,C15,C16 注意 : 1 SMC 和 SMD 不得用手拿 2 用镊子夹持不可夹到引线上 3 IC1088 标记方向 4 贴片电容表面没有标志, 一定要保证准确及时贴到指定位置 (3) 检查贴片数量及位置 (4) 再流焊机焊接 (5) 检查焊接质量及修补 4. 安装 THT 元器件参见图 (b) (1) 安装并焊接电位器 Rp, 注意电位器与印制板平齐 (2) 耳机插座 XS (3) 轻触开关 S1 S2 跨接线 J1 J2( 可用剪下的元件引线 ) (4) 变容二极管 V1( 注意, 极性方向标记 ),R5,C17,C19 (5) 电感线圈 L1~L4( 磁环 L1, 红色 L2, 8 匝线圈 L3, 5 匝线圈 L4) (6) 电解电容 C18(100μ) 贴板装 (7) 发光二极管 V2, 注意高度, 极性如下图所示 11mm - + (a) 安装 (b) 极性 图 (8) 焊接电源连接线 J3 J4, 注意正负连线颜色 三 调试及总装 1. 调试 (1) 所有元器件焊接完成后目视检查 元器件 : 型号 规格 数量及安装位置, 方向是否与图纸符合 焊点检查, 有无虚 漏 桥接 飞溅等缺陷 48

52 (2) 测总电流 1 检查无误后将电源线焊到电池片上 2 在电位器开关断开的状态下装入电池 3 插入耳机 表笔 图 用万用表 200mA( 数字表 ) 或 50mA 档 ( 指针表 ) 跨接在开关两端测电流 ( 图 ) 用指针表时注意表笔极性 正常电流应为 7~30mA( 与电源电压有关 ) 并且 LED 正常点亮 以下是样机测试结果, 可供参考 工作电压 (V) 工作电流 (ma) 注意 : 如果电流为零或超过 35mA 应检查电路 (3) 搜索电台广播如果电流在正常范围, 可按 S1 搜索电台广播 只要元器件质量完好, 安装正确, 焊接可靠, 不用调任何部分即可收到电台广播 如果收不到广播应仔细检查电路, 特别要检查有无错装 虚焊 漏焊等缺陷 (4) 调接收频段 ( 俗称调覆盖 ) 我国调频广播的频率范围为 87~108MHz, 调试时可找一个当地频率最低的 FM 电台 ( 例如在北京, 北京文艺台为 87.6MHz) 适当改变 L4 的匝间距, 使按过 Reset 键后第一次按 scan 键可收到这个电台 由于 SC1088 集成度高, 如果元器件一致性较好, 一般收到低端电台后均可覆盖 FM 频段, 故可不调高端而仅做检查 ( 可用一个成品 FM 收音机对照检查 ) (5) 调灵敏度本机灵敏度由电路及元器件决定, 一般不用调整, 调好覆盖后即可正常收听 无线电爱好者可在收听频段中间电台 ( 例为 97.4MHz 音乐台 ) 时适当调整 L4 匝距, 使灵敏度最高 ( 耳机监听音量最大 ) 不过实际效果不明显 49

53 2. 总装 (1) 腊封线圈调试完成后将适量泡沫塑料填入线圈 L4( 注意不要改变线圈形状及匝距 ), 滴入适量腊使线圈固定 (2) 固定 SMB/ 装外壳 1 将外壳面板平放到桌面上 ( 注意不要划伤面板 ) 2 将 2 个按键帽放入孔内 ( 图 ) 注意 :SCAN 键帽上有缺口, 放键帽时要对准机壳上的凸起,RESET 键帽上无缺口 3 将 SMB 对准位置放入壳内 a. 注意对准 LED 位置, 若有偏差可轻轻掰动, 偏差过大必须重焊 b. 注意三个孔与外壳螺柱的配合 ( 图 ) c. 注意电源线, 不妨碍机壳装配 印制板 SMB 螺孔 键帽 (2 个, 其中一个有缺口 ) 螺柱 (3 个 ) 外壳前面 前壳 图 图 装上中间螺钉, 注意螺钉旋入手法 ( 图 和图 ) 5 装电位器旋钮, 注意旋钮上凹点位置 ( 参照图 ) 6 装后盖, 上两边的两个螺钉 7 装卡子先安装的螺釘 3. 检查总装完毕, 装入电池, 插入耳机进行检查, 要求 : (1) 电源开关手感良好 (2) 音量正常可调 (3) 收听正常 (4) 表面无损伤 图 螺釘位置 图 紧固手法 50

54 表 FM 收音机材料清单 类 别 代号规格型号 / 封装数量备注 类 别 代号规格型号 / 封装数量备注 电 阻 R L1 1 磁环 R 电 L2 1 红色 (2125) R 感 L3 70nH 1 8 匝 R4 562 RJ 8 W 1 L4 78nH 1 5 匝 R 晶 V1 BB910 1 C V2 LED 1 体 C V SOT-23 1 C 管 V SOT-23 1 C 前盖 1 C 塑后盖 1 电 容 C 电位器钮 ( 内 外 ) 各 1 料 C 开关钮 ( 有缺口,) 1 scan 键 C 件开关钮 ( 无缺口,) 1 reset 键 C9 683 (2125) 1 卡子 1 C 电池片 (3 件 ) 金 正, 负, 连接片各 1 C 属自攻螺钉 3 C 件电位器螺钉 1 C 印制板 1 C 耳机 32Ω 2 1 C Rp( 带开关电位器 51K) 其 1 C S1 S2 ( 轻触开关 ) 各 1 C CC 1 XS ( 耳机插座 ) 1 C18 100μ CD 1 C CT 他 IC A SC

55 图 直接测量法 ( 测量三极管放大倍数并判断管脚 ) 3.2 多用充电器 实习目的 通过制作, 了解电子产品生产试制的全过程, 训练动手能力, 培养工程实践观念 产品简介 本产品可将 220V 市电电压转换成 3~6V 直流稳压电源, 可作为收音机等小型电 器的外接电源, 并可对 1~5 节镍铬或镍氢电池进行恒流充电, 性能优于市售一般直 流电源及充电器, 具有较高的性价比和可靠性, 是一种用途广泛的实用电器 1. 主要性能指标 (1). 输入电压 :AC: ~220V 输出电压 ( 直流稳压 ): 分三挡 ( 即 :3V 4.5V 6V), 各档误差为 ±10% (2). 输出电流 ( 直流 ): 额定值 150mA, 最大 300mA (3). 过载 短路保护, 故障消除后自动恢复 (4). 充电稳定电流 :60mA(±10%) 可对 1~5 节 5 号镍铬电池充电, 充电时间 10~ 12 小时 2. 工作原理产品电原理图如图 所示, 由图可见, 变压器 T 及二极管 V1~V4, 电容 C1 构 成典型全波整流电容滤波电路, 后面电路若去掉 R1 及 LED1, 则是典型的串联稳压电路 ( 参见 模拟电子技术基础 童诗白主编, 及 电工技术与电子技术 王鸿明等编, 高等教育出版社出版 ) 其中 LED2 兼做电源指示及稳压管作用, 当流经该发光二极管 的电流变化不大时其正向压降较为稳定 ( 约为 1.9V 左右, 但也会因发光管规格的不 同而有所不同, 对同一种 LED 则变化不大 ), 因此可作为低电压稳压管来使用 R2 及 LED1 组成简单过载及短路保护电路,LED1 兼作过载指示 输出过载 ( 输出电流增大 ) 时 R2 上压降增大, 当增大到一定数值后 LED1 导通, 使调整管 V5 V6 的基极电流不再 增大, 限制了输出电流的增加, 起到限流保护作用 K1 为输出电压选择开关,K2 为输出电压极性变换开关 V8 V9 V10 及其相应元器件组成三路完全相同的恒流源电路, 以 V8 单元为例, 如前所述,LED3 在该处兼做稳压及充电指示双重作用,V11 可防止电池极性接错 如 图可知, 通过电阻 R8 的电流 ( 即输出整流 ) 可近似地表示为 : I 0 U = U R Z 其中 :I0 输出电流 ; 8 be Ube V8 的基极和发射极间的压降, 一定条件下是常数 ( 约 0.7V); 52

56 UZ LED3 上的正向压降, 取 1.9V 由公式可见 I0 主要取决于 UZ 的稳定性, 而与负载无关, 实现恒流特性 由上式可知, 改变 R8 即可调节输出电流, 因此本产品也可改为大电流快速充电 ( 但大电流充电影响电池寿命 ), 或减小电流即可对 7 号电池充电 当增大输出电流时可在 V8 的 C-E 极之间并接一电阻 ( 电阻值约数十欧 ) 以减小 V8 的功耗 印制板图 A 设计 印制板 B 检验元器件检测外壳及其它检查 图形转移 打 孔 镀锡成型处理 安装电池夹 蚀 刻 清洗涂助焊剂 印制板插装 检 查 焊 接 总 装 检 查 通电检测 整理交检 53

57 3.2.2 制做工艺 ( 见图 2.5.1) 1. 印制板制做本产品有 A B 两块印制电路板 ( 请参见图 2.5.8),B 板为成品板,A 板作为实习 自制板 ( 也有成品板 ) (1). 设计 (2). 制做 图 为参考印制板设计图, 也可根据电原理图自行设计, 设计原则及 方法可参考教材第 4 章及实习教材 3.2 参见实习教材 2.4 印制板制作 2. 印制板的安装 (1). 元器件测试 图 产品制作流程 全部元器件安装前必须进行测试 ( 见下表 2.5.1) 表 元器件名称测试内容及要求 二极管正向电阻 极性标志是否正确 ( 注 : 有色环的一边为负极性 ) 三机管判断极性及类型 : 为 NPN 型,8550 为 PNP 型 β 值大于 50 电解电容 是否漏电 极性是否正确 正 负 漏电流小 极性正确 电阻 阻值是否合格 发光二极管 极性及好坏 用万用表 hfe 功能 负极 正极 开关 通断是否可靠 插头及软线 接线是否可靠 变压器 绕组有无断 短路, 电压是否正确 54

58 (2). 印制电路板 A 的焊接 : 按图 2.5.8(a) 所示位置, 将元器件全部卧式焊接 ( 参见图 2.5.2) 注意二极 管 三级管及电解电容的极性 <8mm (a) 三级管 (b) 电解电容 (c) 二极管 电阻 图 (3). 印制电路板 B 的焊接 : a. 按图 2.5.8(b) 所示位置, 将 K1 K2 从元件面插入, 且必须装到底 b. LED1-LED5 的焊接高度如图 2.5.3a 所示, 要求发光管顶部距离印制板高度为 13.5mm~14mm 让 5 个发光管露出机壳 1.5mm 左右, 且排列整齐 注意颜色和极性 也可先不焊 LED, 待 LED 插入 B 板后装入机壳调好位置再焊接 c. 将 15 线排线 B 端 ( 见图 2.5.3b) 与印制板 1~15 焊盘依次顺序焊接 排线两端必须镀锡处理后方可焊接, 长度如图所示,A 端左右两边各 5 根线 ( 即 :1~5 11~15) 分别依次剪成均匀递减 ( 参照图中所标长度 ) 的形状 再按图将排线中的所有线段分开至两条水平虚线处, 并将 15 根线的两头剥去线皮约 2mm~3mm, 然后把每个线头的多股线芯绞合后镀锡 ( 不能有毛刺 ) 机壳正面 露出面板 1.5mm LED 13.5mm (a) (b) 图 d. 焊接十字插头线 CT2, 注意 : 十字插头有白色标记的线焊在有 标记的焊盘上 e. 焊接开关 K2 旁边的短接线 J9 (4). 以上全部焊接完成后, 按图检查正确无误, 待整机装接 3. 整机装配工艺 55

59 (1). 装接电池夹正极片和负极弹簧 a. 正极片凸面向下如图 2.5.4a 所示 将 J1 J2 J3 J4 J5 五根导线分别焊在正 极片凹面焊接点上 ( 正极片焊点应先镀锡 ) 插入后在弯曲 焊点 插入方向 (a) 插入后再弯曲 (b) 塔簧焊线位置图 b. 安装负极弹簧 ( 即塔簧 ), 在距塔簧第一圈起始点 5mm 处镀锡 ( 见图 2.5.4b) 分别将 J6 J7 J8 三根导线与塔簧焊接, (2). 电源线连接把电源线 CT1 焊接至变压器交流 220V 输入端 ( 参见图 2.5.5) 注意 : 两接点用热缩套管绝缘, 热缩套管套上后须加热两端, 使其收缩固定 电源线 电烙铁 电源线 15mm 套管变压器引线焊丝套管长 20mm 4~6mm (1) 下线 (2) 绞合 (3) 焊接 (4) 套套管图 (3). 焊接 A 板与 B 板以及变压器的所有连线 ⑴ 变压器副边引出线焊至 A 板 B-1 B-2 ⑵ B 板与 A 板用 15 线排线对号按顺序焊接 (4). 焊接印制板 B 与电池片间的连线按图 将 J1 J2 J3 J6 J7 J8 分别焊接在 B 板的相应点上 (5). 装入机壳上述安装完成后, 检查安装的正确性和可靠性, 然后按下述步骤装入机壳 a. 将焊好的正极片先插入机壳的正极片插槽内, 然后将其弯曲 90 ( 见图 2.5.4) 注 : 为防止电池片在使用中掉出, 应注意焊线牢固, 最好一次性插入机壳 b. 安装配图 ( 见图 2.5.9) 所示位置将塔簧插入槽内, 焊点在上面 在插左右两个塔簧前应先将 J4 J5 两根线焊接在塔簧上后再插入相应的槽内 c. 将变压器副边引出线朝上, 放入机壳的固定槽内 56

60 d. 用 M2.5 自攻钉固定 (B) 板两端, 检测调试 1. 目视检验总装完毕, 按原理图及工艺要求检查整机安装情况, 着重检查电源线, 变压 器连线, 输出连线及 (A) 和 (B) 两块印制板的连线是否正确 可靠, 连线与印 制板相邻导线及焊点有无短路及其它缺陷 2. 通电检测 (1). 电压可调 : 在十字头输出端测输出电压 ( 注意电压表极性 ), 所测电压值应与面 板指示相对应 拨动开关 K1, 输出电压相应变化 ( 与面板标称值误差在 ±10% 为 正常 ) 并纪录该值 (2). 极性转换 : 按面板所示开关 K2 位置, 检查电源输出电压极性能否转换, 应与面板 所示位置相吻合 (3). 负载能力 ( 选作 ): 用一个 47Ω/2W 以上的电位器作为负载, 接到直流电压输出 端, 串接万用表 500mA 档 调电位器使输出电流为额定值 150mA; 用连接线替下 万用表, 测此时输出电压 ( 注意换成电压档 ) 将所测电压与 (1) 中所测值比较, 各档电压下降均应小于 0.3V (4). 过载保护 : 将万用表 DC 500mA 串入电源负载回路, 逐渐减小电位器阻值, 面板 指示灯 A( 即原理图中 LED1) 应逐渐变亮, 电流逐渐增大到一定数 (<500mA) 后不再增大 ( 保护电路起作用 ) 当增大阻值后 A 指示灯熄灭, 恢复正常供电 注意 : 过载时间不可过长, 以免电位器烧坏 (5). 充电检测 : 用万用表 DC100mA( 或 500mA) 档作为充电负载代替电池 ( 见图 2.5.6) LED3~LED5 应按面板指示位置相应点亮, 电流值应为 60mA( 误差为 ±10%), 注意 表笔不可接反, 也不得接错位置, 否则没有电流 充电器 电源指示充电指示过载指示 LED2 LED3 LED4 LED5 LED 极性选择 电压选择 万用表 红 黑 1~2 3 4~5 三组 按图示位置分别检测 档位放在 DC 250mA 图 面板功能及充电电源检测示意图 57

61 图 电原理图 (a) (b) 图 印制板装配焊接图 58

62 图 整机装配图 ( 后视图 ) 59

63 3. 故障检测 常见故障现象及分析见表 故障现象 可能原因 / 故障分析 1 LED3~LED5 坏 CH1 CH2 CH3 三个通道电流大大超过标准电流 (60mA) LED3~LED5 装错 电阻 R8 R10 R12 阻值错 ( 偏小 ) 有短路的地方 2 检测 CH1 的电流时,LED3 不亮, 而 LED4 15 根排线有错位之处 或 LED5 亮了 3 拨动极性开关, 电压极性不变 J9 短接线未接 4 电源指示 ( 绿色 ) 发光管与过载指示灯同时亮 R2(1Ω) 的阻值错 输出线或电路版短路 5 CHl 或 CH2 或 CH3 的电流偏小 (<45 ma ) LED3 或 LED4 或 LED5 正向压降小 ( 正常 Vf>1.8V) 电阻 R8 R10 R12 阻值错 6 LED3~LED5 通电后全亮, 但三通道电流很小或无电流 24Ω 电阻错 7 3V 4.5V 6V 电压均为 9V 以上 V5 或 V6 坏 LED2 坏 8 充电器使用一段时间后, 突然 LED1 LED2 同时亮 表 可能 V5(8050) 坏 60

64 附录 : 材料清单 序号 代 号 名 称 规格及型号数量 备 注 检查 1 V 1 ~V 4 V 11 ~V 13 二极管 1N4001(1A/50V) 7 A 2 V 5 三极管 8050(NPN) 1 A 3 V 6,V 7 三极管 9013(NPN) 2 A 4 V 8,V 9,V 10 三极管 8550(PNP) 3 A 5 LED 发光二极管 φ3 红色 4 B 6 LED 2 发光二极管 φ3 绿色 1 B 7 C 1 电解电容 470μ/16V 1 A 8 C 2 电解电容 22μ/10V 1 A 9 C 3 电解电容 100μ/10V 1 A 10 R 1,R 3 电 阻 1 K (1/8W) 2 A 11 R 2 电 阻 1 Ω(1/8W) 1 A 12 R 4 电 阻 33 Ω(1/8W) 1 A 13 R 5 电 阻 150 Ω(1/8W) 1 A 14 R 6 电 阻 270 Ω(1/8W) 1 A 15 R 7 电 阻 220 Ω(1/8W) 1 A 16 R 8, R 10, R 12 电 阻 24 Ω(1/8W) 3 A 17 R 9, R 11, R 13 电 阻 560 Ω(1/8W) 3 A 18 K 1 拨动开关 1D3W 1 B 19 K 2 拨动开关 2D2W 1 B 20 CT 2 十字插头线 1 B 21 CT 1 电源插头线 2A 220A 1 接变压器 AC AC 端 22 T 电源变压器 3W 7.5V 1 JK 23 A 印制线路板 (A) 大板 1 JK 24 B 印制线路板 (B) 小板 1 JK 25 JK 机壳后盖上盖 套 1 26 TH 弹簧 ( 塔簧 ) 5 JK 27 ZJ 正极片 5 JK 28 自攻螺钉 M 固定印制线路板小板 (B) 29 自攻螺钉 M 3 3 固定机壳后盖 30 PX 排线 (15P) 75mm 1 (A) 板与 (B) 板间的连接线 JX 31 接线 J 1 J 2 J 3,J 4,J 5 80 mm 35 mm J 6 J mm mm mm 1 注 :J 9 ( 印制板 B 上面的开关 K 2 旁边的短接线 ) 可采用硬裸线或元器件腿 61

65 J 8 J 9 75 mm 15 mm 热缩套管 30 mm 2 用于电源线与变压器引 出导线间接点处的绝缘 注 : 备注栏中的 A 表示该元件应安装在大板 (A) 上, B 表示该元件应安装在小板 (B) 上, JK 表示该零件应安装到机壳中 检查栏用于同学自检纪录 62

66 第四部分 PROTEL-99 上机指导 一般的电子设备大多使用印刷电路来装配, 如果学会制作简单的电路板, 会对今后的学习工作有很大的帮助 \ 4.1 印刷电路板的基本知识 : a. 元器件安放在无铜箔的一面 b. 元器件安放要合理, 避免之间干扰 c. 各元器件之间连接铜箔不得交叉, 若必须交叉则使用元器件本身引线跨越或使用多层线路板 4.2 印刷线路板布线图的手工设计 : 首先要在纸上根据电路原理图设计出印刷电路板图, 各元器件之间的正确连接是重要的, 还要注意元器件的大小 排列位置 干扰等 设计完成后要反复校对原理图, 并找出元器件实物放到各自的位置, 再调整孔距 走线等 1. 确定安装在线路板上的元件 2. 根据元件安装方式定出线路板的尺寸 3. 在印刷线路板上排列元件 4. 在元件位置上画出连接点 5. 绘制印刷线路板, 用线把连接点连上 手工设计中注意的几个问题 : a. 选择合适的焊盘 ( 焊盘是用于连接印刷导线的原环, 元器件插在此处焊接, 分为岛型和圆形两种形状 ) b. 印刷导线公共地线不应闭合, 布在板子边缘处, 避免电磁感应 c. 同一块电路板上的导线粗细应均匀, 地线可略粗 随着计算机技术的发展, 印刷电路板的制造可以依靠计算机辅助设计, 生成 PCB 图, 进行生产制造 目前比较成熟的软件是 PROTEL 软件 4.3 印刷线路板的计算机布图 : 现代电子工艺中, 随着集成电路的发展, 电路板的走线越来越复杂 精密, 手工设计和制作电路板很难满足要求 而计算机的高速发展, 使得人们可以在微机上使用电子 CAD/CAE 软件辅助设计 制造电路板 下面就介绍其中这种功能强大的印刷板 CAD 软件包 PROTEL-99 63

67 上图是 PROTEL99SE( 第二版 ) 的界面 我们通过软件来实现印刷电路板的设计一般分三步 : 电路原理图的设计 生成网络表 生成 PCB 图 电路原理图是表示元件之间的联系和整个电路的工作原理的方式 网络表是各个元件的文字表示, 包括元件的管脚说明 封装说明 以及管脚之间的联系 最后生成的 PCB 图, 是我们所要的结果, 计算机通过读取原理图和网络表自动设计或者辅助人为设计生成正确的印刷电路板图, 而且可以选择用户需要的规格的电路板 我们以设计一个小型数字电路 汽车尾灯控制系统来简单介绍一下 PROTEL 的使用方法 设计步骤及注意事项 下面我们先来熟悉一下 PROTEL 的使用 : 上图是 PROTEL 起动后的设计界面 点击 FILE\NEW, 出现新项目对话框, 如下图 64

68 进入自己的项目文件后, 双击 Documents 图标 双击 Documents 标签中的 Schematic Document 项, 创建原理图 Sheet1 然后双击 Documents 标签中的 Schematic Document 项, 创建原理图 Sheet1 65

69 下面是需要注意几点操作 : 关闭项目中的文件 : 需要选中该文件, 然后选择菜单中 FILE\CLOSE 命令 删除项目中的文件 : 需要选中该文件, 然后关闭该文件, 最后按键盘的 Delete 键 关闭项目 : 选择菜单中 FILE\CLOSE DESIGN 命令 创建新项目 : 选择菜单中 FILE\NEW DESIGN 命令 下面就开始第一步的设计 : 原理图的设计 首先设计图纸的大小, 设置设计环境, 然后开始放置零件, 给原理图布线, 调整布线, 使线路简单清晰合理 最后输出报表, 并且要存盘打印 进入原理图设计状态后, 选择菜单 DESIGN\OPTIONS 命令, 就可以进入上图的对话框 设置好自己需要的环境之后就可以点击 OK, 进入原理图设计, 第一步, 放置元器件 放置元件前要先添加元件库, 点击左侧的 ADD/REMOVE 按钮, 在弹出的对话框中选择 Design explorer\library\sch 路径中的库文件 protel\dos\schematic\libraries 和 Miscellaneous\Devices 两个文件, 双击鼠标左键或单击 add 按钮, 将文件加入到 Select\File 框中 : 66

70 下图是加入库文件后的编辑界面 : 点击菜单 View\Toolbars\Wiring\Tools 命令, 出现 Wiring\Tools\ 工具栏 : 先放大原理图, 用 page\up 键或工具栏的 缩小原理图可使用 page\down 键或工具栏的 67

71 点击 Wiring\Tools 工具栏的在弹出的对话框中填写相关信息 ( 如下图 ) 选择好元件后, 按下 OK 键, 此时鼠标上有元件, 移动到原理图上的正确位置, 单击鼠标左键放置 鼠标移动当中可以用空格键进行元件逆时针 90 翻转 鼠标移动当中可以用 X 键进行元件 X 轴翻转 鼠标移动当中可以用 Y 键进行元件 Y 轴翻转 放置后元件后会弹出对话框进行下一个元件放置工作, 如果放置完毕, 单击对话框中的 Cancel 键退出放置工作 元件放置有错, 可以单击元件, 出现虚线框后按 delete 键进行删除 放置元件后如需在移动, 单击两次 ( 不是双击 ) 左键移动 ; 或者按住鼠标左键不放, 进行拖拽 对于复合式封装的元件 ( 逻辑门 放大器 ), 比如这次用到的 74LS00, 是 4 个与非门构成, 放置元件时每放置一次, 都会自动增加一个与非门, 因此放置 4 次, 会出现 4 个同一芯片 (A1) 不同逻辑门 (A1A~A1D) 的 4 个部分, 这样便于原理图的设计, 但 是 PCB 版图时只会显示 1 个 74LS00 芯片 另一种放置元件方法是直接在左侧元件列表中 选取元件. 68

72 属性框决定了元件的特性, 放置好的元件可以通过双击元件呼出 下面给出此次电路 元件信息 : 名称 Lib Ref footprint Designator Part Sheet Part 74LS00 74LS00 DIP-14 U2~U7 74LS00 * 1~4 74LS160 74LS160 DIP-16 U1 74LS160 * 1 电阻 RES2 AXIAL-0.4 R1~R11 36k 51 2k 110 * 电解电容 CAPACITOR RAD-0.3 C 220μF * 1 发光二极管 LED DIODE-0.4 D1~D6 LED * 1 三向开关 SW SPDT SIP-3 K1~K3 SW SPDT * 1 布完元件后开始连线, 利用 wiring\tools 工具栏中或菜单中 Place\Wire 命令, 将十字光标移动到连线起点, 若有元件引脚, 则出现大黑点单击左键开始, 移动鼠标到达另一端再单击完成本段画线 移动鼠标到另一起点开始新的连线 双击鼠标右键退出画线模式 连线时在 T 字型处自动出现节点, 十字交叉处没有节点, 如果需要, 使用工具栏中的节点符号放置节点 网络标号具有实际的电气连接意义, 可以把不同的导线标志成相同的含义, 这样便于长距离 多层次设计 用工具栏中的可以放置网络标号, 可按 TAB 69

73 调出网络标号属性框 此外, 还有总线 总线是有数条性质相同的导线组成的, 没有电气连接的意义, 由总线接出的各个导线上的网络标号实现电气连接 用工具栏中来画总线 电源和地是电路图中不可少的部分, 在 PROTEL 中, 放置符号是一样的, 只是用网络标号来区分 点击 Wiring\Tools 工具栏放置, 放置前可用 TAB 键设定 70

74 电源 地 然后设定打印 机就可以打印 输出原理图了 完成后原理图 生成原理图网络表完成原理图后, 要生成网络表, 告诉 PCB 版图本电路使用的元件 连 接方法等特性 点击 Design\Creat\Netlist 命令, 弹出对话框, 进行生成工作 71

75 一般直接按 OK 即可生成与原理图同名的.net 文件 印刷线路板 PCB 的制作 : 启动 PCB 编辑器 调入网络表 布置零件位置 布线规则设置 自动布线 手动调整 保存打印 启动 PCB 编辑器这一点同建立原理图时一样, 步骤是 : 在打开数据库文件情况下, 双击进入文件夹 Documents 执行菜单命令 FILE\NEW, 出现对话框开始设置 : 这是 Layers 标签这是 options 标签 其余设置 : 还可以在菜单 Tools\preferences 命令中设置光标 板层颜色 系统默认设置 PCB 设置等 72

76 点击菜单 Design\rules 命令, 可进行规则设置 : 导线 导孔的安全间距 转角方式 布线层设置等 在本次设计工作中, 以上设置均采用默认属性 PCB 版图的规划 : 与原理图一样, 画 PCB 图之前要先调入 PCB 元件库, 其放置位置在 Design explorer\library\pcb 下, 选择 miscellaneous.lib 和 General IC.lib 两个库 还有两个工具栏, 从 view\toolbars 调入 主要是放置各种工具用于手工排列元件使用 首先要画出 PCB 板的区域, 编辑区下方的书签标志出当前区, 点击 Keepoutlayer( 禁止布线区 ), 再点击 placementtools 工具栏的光标变成十字型, 就可以开始画线了 在拐角处要双击鼠标左键, 最后成为封闭的边框 73

77 的边框 边框大小看坐下角的坐标然后还要在 Toplayer( 顶层 ) 和 Bottomlayer( 底层 ) 布同样大小 调入原理图网络表边框画完后就要从原理图网络表中调入元件了, 点击菜单 Design\Load nets, 出现对话框 完成载入网络表 然后按下 Execute 按钮进行元件放置 自动布局一开始元件是重叠在一起的, 需要用 自动布局进行位置调整 点击 Tools\Auto\Placement\Auto\Placer 进行布局 因为元件特性 美观等因素, 自动布局后还要手工布局, 直至满意 自动布线在布完元件后, 点击 Auto\Route\All 开始自动布线 如左图提示, 达到 100%, 大功告成 74

78 几点注意 : 如果自动布线通过率不到 100%, 则说明有的元件摆放不合理或电路板太小, 需要从新更正 实在不行就得手工调整进行手工布线, 实行方法与原理图连接线是一样的, 注意双层板需要加过孔 尽量做到横走的线在一层板, 竖走的线在另一层板 因为太近的连线可能导致电气干扰, 因此若有几条线过于接近, 则也需手工调整 最后在最外侧还要加上电源线以及地线, 把所有的电源线和地线连接上, 并加粗 完成 PCB 版图 设计规则检查 : 进行设计规则检查是考察布线结果是否满足我们的要求 点击菜单 Tools\Design\Rule\Check 命令即可弹出对话框最后将 PCB 版图保存 打印 注意打印机设置时, 可以设置打印区域 其中 Separta\Page\For\Each\Layer 制定在不同的打印纸上打印不同的图层 ;Panels 选项则将所有指定板层尽量打印在一张纸上 75

79 对于多层板, 必须在 Setup\Output\Options 中选择所打印板层 这里简单介绍了 PROTEL 的应用, 如果各位有兴趣, 则可以找一本专门的书来阅读, 相信很快就可以掌握这个威力强大的设计软件 印刷线路板制造工艺最后我们来看看如何制造一块简单的印刷线路板 制作印刷线路板就是在敷铜板铜箔上面涂漆, 把需要的部分盖住, 把不需要的地方腐蚀掉, 剩下的就是我们要的电路了 制作印制板的方法 : 1. 选好一块大小合适的敷铜板, 用细纱纸打磨, 去掉氧化层 2. 是把设计好的 1:1 图纸剪下来, 用透明胶贴在单面敷铜板的铜面上,( 也可以用复写纸将线路复写到铜板上 ) 然后用在需要钻孔的地方敲一下, 形成凹进去的小坑 记住那几个孔是连在一起的, 直接用毛笔蘸油漆描线路 描的时候注意线条之间保持距离, 孔的周围要形成包围, 以利于焊接 3. 漆要好长时间才能干, 等油漆干后就可以投入腐蚀液中, 腐蚀液一般用三氯化铁加水配置而成, 三氯化铁为土黄色固体, 也易于吸收空气中的水份, 所以应密封保存 配置三氯化铁溶液时一般是用 40% 的三氯化铁和 60% 的水, 当然三氯化铁多些, 或者用温水 ( 不是热水, 以防油漆脱落 ) 可使反应速度快些 4. 这时用清水冲洗, 顺便用竹片等物刮去油漆 ( 这时油漆从液体里出来, 比较容易去除 ) 若不易刮, 用热水冲一下就好了 然后擦干, 用砂纸打磨干净, 就露出了闪亮的铜箔, 一张印刷电路板就做好了 5. 然后用 1mm 钻头打孔, 擦去粉末 6. 为了保存成果, 通常会用松香溶液涂一遍打磨好的电路板, 既可以助焊, 又可以防止氧化 由于新技术的不断采用, 目前已经可以不用油漆在敷铜板上描线, 可以利用转印技术直接把 PCB 图直接转印到敷铜板上 这种技术需要转印机和转印纸 具体方法是把 PCB 的图纸通过打印机打印到转印纸上, 然后选择合适大小的敷铜板, 用转印纸上有图的部分贴紧在敷铜板的铜箔面, 注意敷铜板的大小一定要大于整个 PCB 图, 固定好图和板, 可以用胶带等物固定 把固定好的图和板放入已经预热结束的转印机 板在下, 图在上放好, 开动转印机的进给按钮 通过上下滚轮的加热和挤压, 把转印纸上的图转到敷铜板的铜箔上, 这就相当于用油漆在铜箔上描绘电路图的过程由机器完成 这种方法不仅简单快速, 而且制造的电路板美观清晰, 质量较好 76