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第7章電子設(shè)備組裝設(shè)計(jì)技術(shù)7.1元器件的布局7.2典型單元的組裝與布局7.3布線與連線技術(shù)7.4預(yù)加工處理7.5電子設(shè)備的總體布局與組裝7.1.1元器件的布局原則
元器件布局是指電路單元中各元器件的位置安排。電路單元中各元器件的布局,應(yīng)遵循以下原則:
(1)電路單元的元器件布局應(yīng)保證電氣性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
電路單元的電氣性能通常是指頻率特性、信號(hào)失真度、增益、工作穩(wěn)定性、相位、雜音電平、效率等相關(guān)指標(biāo),電路不同指標(biāo)各異,元器件布局對(duì)電性能有較大的影響。如果在元器件布局時(shí),注意電場(chǎng)、磁場(chǎng)的感應(yīng)影響,將電磁感應(yīng)降低到最低限度,就能夠減少干擾的產(chǎn)生,否則應(yīng)采取屏蔽和隔離措施。7.1元器件的布局(2)元器件的位置安排和放置方向以及元器件之間的距離,都直接影響著連線長度和敷設(shè)路徑,導(dǎo)線長度和走線的合理性將影響其分布參數(shù)和電磁感應(yīng),最終影響電路性能,因此,在元器件布局時(shí)應(yīng)考慮到布線。
(3)元器件布局應(yīng)考慮組裝結(jié)構(gòu)緊湊,重量分布均衡,排列有序,有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
隨著電子設(shè)備向小型化、微型化發(fā)展,要求設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,提高組裝密度。在元器件布局時(shí),應(yīng)精心考慮,合理安排,在兼顧各方面要求的同時(shí),力求提高組裝密度,縮小整機(jī)尺寸。在布局時(shí)應(yīng)考慮元器件的重量布置均衡,力求降低重心;應(yīng)使元器件排列有序、層次分明,便于裝配、調(diào)試和維修。(4)元器件布局應(yīng)有利于散熱。高溫對(duì)大多數(shù)元器件,特別是半導(dǎo)體器件影響較大,對(duì)溫度敏感的元件影響更大,在布局時(shí)應(yīng)有利于散熱和抗熱。
(5)元器件布局應(yīng)有利于耐沖擊振動(dòng)。對(duì)于沖擊振動(dòng)能力較差,或工作性能受沖振影響較大的元器件,在布局時(shí)應(yīng)充分注意防振和耐振問題。7.1.2布局方法和要求
元器件布局時(shí)的排列方法和要求,是在按電路圖順序排列的基礎(chǔ)上兼顧各級(jí)電路、元器件和導(dǎo)線之間的相互影響,合理布設(shè)地線。
(1)按電路圖順序成直線排列。
元器件的布局通常按電路圖的順序成直線排列較為理想,各級(jí)電路中的晶體管或集成電路按橫軸向順序排列,電路的元器件盡量集中布設(shè);前級(jí)管子的輸出和后級(jí)管子的輸入之間的元器件布置在兩個(gè)管子之間的區(qū)域,其他元器件則布置在管子兩側(cè)的縱軸區(qū)域。元器件成直線排列的優(yōu)點(diǎn)是:電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)距離較遠(yuǎn),減少了兩級(jí)間的寄生反饋或寄生耦合;各級(jí)電路的地電流主要在本級(jí)范圍內(nèi)流動(dòng),減少了級(jí)間的地電流串?dāng)_;便于各級(jí)電路的屏蔽和隔離。
但應(yīng)注意,元器件在按直線布局時(shí),應(yīng)使各級(jí)電路之間有足夠的距離,并使前后級(jí)電路很好地銜接,應(yīng)注意管腳的方向,使連線最短。對(duì)于集成電路,與之相連的元器件應(yīng)布置在集成電路塊相應(yīng)的引線附近,距離應(yīng)稍近。
當(dāng)電路中既有高電位元器件又有低電位元器件時(shí),高電位元器件應(yīng)布置在橫軸上,低電位元器件應(yīng)布置在縱軸上,這樣可免除地電流竄流,減少高電位元件對(duì)低電位元件的干擾。若電路受到安裝空間限制,不能作直線布置時(shí),可采用L形或兩排平行布置,應(yīng)采用兩塊底板,各底板仍然是直線布置,兩底板彼此隔離,只應(yīng)在一點(diǎn)上進(jìn)行電氣連接。
采用印制電路板的電路單元,雖然地電流影響沒有采用金屬底座的電路單元嚴(yán)重,但布局時(shí)也應(yīng)采取直線布置,使輸入、輸出遠(yuǎn)離,寄生反饋減小,而且各級(jí)電路印制導(dǎo)線最短,可削弱耦合干擾。(2)注意各級(jí)電路、元器件、導(dǎo)線之間的相互影響。
應(yīng)根據(jù)元器件尺寸合理安排各級(jí)電路之間的距離,注意前一級(jí)輸出與后一級(jí)輸入的銜接,盡量將小型元器件直接連接在電路之間,較重、較大的元器件可以從電路中拉出來另行獨(dú)立安裝,并用導(dǎo)線連入電路。
應(yīng)正確放置具有磁場(chǎng)的鐵芯器件、熱敏元件、高壓元件,最好遠(yuǎn)離其他元件,以免元器件之間產(chǎn)生干擾。
對(duì)于高頻電路,為了減小分布參數(shù)的影響,相互靠近的元器件不應(yīng)平行排列,引線應(yīng)作不規(guī)則排列,也可互相交錯(cuò)排列。(3)注意接地方法和接地點(diǎn)。
如果用金屬底座安裝元器件,應(yīng)在底座下表面鋪設(shè)幾根粗銅線作地線,地線應(yīng)浸錫后焊在底座中央。接地元器件接地時(shí),應(yīng)選取最短的路徑就近焊在粗銅地線上。如果大型元器件安裝在其他金屬構(gòu)件上,應(yīng)單獨(dú)鋪設(shè)地線,不能利用金屬構(gòu)件作地線。
如果要在金屬底座和金屬構(gòu)件上安裝元器件,應(yīng)留有足夠的安裝空間,以便裝拆。
如果采用印制電路板安裝元器件,各接地元器件應(yīng)就近布置在地線附近,可根據(jù)情況采用一點(diǎn)接地和就近接地。(4)元器件布局時(shí)應(yīng)滿足電路對(duì)元器件的特殊要求。
對(duì)于熱敏元件和發(fā)熱量大的元器件,在布局時(shí)應(yīng)注意其熱干擾,可采取熱隔離或散熱措施;對(duì)于需要屏蔽的電路和元器件,布局時(shí)應(yīng)留有安裝屏蔽結(jié)構(gòu)的空間;對(duì)推挽電路、橋式電路或其他要求電性能對(duì)稱的電路,其元器件排列時(shí)應(yīng)注意做到結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性,即做到元器件位置對(duì)稱,連線對(duì)稱,使電路的分布參數(shù)盡可能一致。 7.2典型單元的組裝與布局
7.2.1穩(wěn)壓電源的組裝與布局
1.穩(wěn)壓電源的技術(shù)要求
(1)按要求輸送給負(fù)載規(guī)定的直流和電壓,保證在最大負(fù)荷下保持穩(wěn)定輸出。
(2)在輸入電壓波動(dòng)的情況下,能保持輸出電壓穩(wěn)定,并有較高的穩(wěn)壓系數(shù)。
(3)保證輸送給負(fù)載的直流接近于恒定直流,波紋因數(shù)較小。
(4)電源應(yīng)具有較高的效率。對(duì)大、中功率電源,效率是一項(xiàng)重要的指標(biāo),效率高的電源工作時(shí)耗散出的熱量較少。
2.穩(wěn)壓電源組裝布局時(shí)應(yīng)考慮的問題
(1)電源中的主要元器件包括整流管、電源變壓器、濾波扼流圈、濾波電容器、泄放電阻等元器件,其中部分元器件體積較大,重量也較大,安裝布局時(shí)應(yīng)使重量均衡分布。
多數(shù)電源采用水平底座,大的元器件放置在底座上面,小的元器件和走線則在底座下面。對(duì)小功率電源,可將整流、穩(wěn)壓部分的多數(shù)元器件安裝在印制電路板上,變壓器等少數(shù)重量較大的元器件裝在金屬底座或支撐架上,并在電路上和印制電路板相連。
由于電源重量較大,在總體布局時(shí),電源應(yīng)放在設(shè)備最下部,以保證整個(gè)設(shè)備具有很好的穩(wěn)定性。(2)整流管、穩(wěn)壓管、電解電容器、繼電器等易出故障的元器件,應(yīng)安裝在便于更換的部位。元器件布置應(yīng)便于測(cè)試,接線板、控制繼電器應(yīng)布置在側(cè)面外緣,以便維護(hù);電位器、調(diào)壓器等應(yīng)布置在靠近面板處,以便通過控制機(jī)構(gòu)調(diào)整電壓;各種控制旋鈕、指示燈、電壓表、開關(guān)和熔斷器等均應(yīng)布置在面板的適當(dāng)位置,并便于和內(nèi)部元器件相連。(3)布局時(shí)應(yīng)便于散熱,電源中的變壓器、大功率整流管、扼流圈、大容量電解電容器等發(fā)熱量大的元器件,應(yīng)安裝在空氣容易流通的地方。整流管、整流器、硅堆等大功率整流元器件應(yīng)安裝在散熱器上,并布置在機(jī)箱后板外側(cè)等易散熱部位。電解電容器等怕熱元件應(yīng)布置在遠(yuǎn)離發(fā)熱元件的地方。(4)電源內(nèi)通常有高壓,應(yīng)特別注意安全。
為防止電擊事故,各種控制機(jī)構(gòu)應(yīng)和機(jī)殼機(jī)架相連并妥善接地。高壓端子和導(dǎo)線應(yīng)絕緣,并遠(yuǎn)離其他金屬構(gòu)件和導(dǎo)線,以免發(fā)生電暈和擊穿現(xiàn)象;高壓部分和低壓部分應(yīng)保持一定距離;各種饋線宜用硬線,并具有良好的固定結(jié)構(gòu);對(duì)具有高壓的中等以上功率的電源,應(yīng)安裝門開關(guān),以保障工作人員安全。(5)變壓器等鐵芯器件會(huì)有50Hz的泄漏磁場(chǎng),當(dāng)它與低頻放大器的某些部分交連時(shí),將產(chǎn)生交流聲,因此電源必須與低頻電路,特別是放大器隔開,或者將電源的鐵芯器件屏蔽起來。
(6)電源變壓器的重量較大,布局時(shí)應(yīng)放在底座兩端并靠近支撐點(diǎn),以防止沖擊振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生過大撓度,如有可能應(yīng)將變壓器直接裝固在機(jī)架上。如果要求較高,可對(duì)變壓器采取單獨(dú)的減振、緩沖措施,此時(shí),對(duì)較重的器件安裝螺栓必須可靠并采取防松措施。7.2.2放大器的組裝與布局
1.放大器的技術(shù)要求
(1)低頻放大器多用于音頻放大,要求有較好的頻率特性,其頻率范圍必須適應(yīng)所承擔(dān)的工作,同時(shí)非線性失真和雜音電平應(yīng)小一些。
(2)中頻放大器和高頻放大器應(yīng)具有適當(dāng)?shù)脑鲆?,增益直接影響靈敏度及其平穩(wěn)性,應(yīng)適當(dāng)高一些,但增益過高容易引起自激。(3)要求放大器失真程度小,對(duì)中頻、高頻放大器的失真應(yīng)有嚴(yán)格的要求,否則失真的信號(hào)經(jīng)過低頻放大后,失真將更為嚴(yán)重。
(4)要求放大器工作應(yīng)穩(wěn)定,不產(chǎn)生自激振蕩,放大器具有良好的屏蔽并能抑制反饋。
(5)要求功率放大器有較高的效率。
2.放大器組裝布局時(shí)應(yīng)考慮的問題
由于具有一定的增益,放大器工作時(shí)對(duì)外界的干擾很敏感,干擾將被放大,嚴(yán)重時(shí)放大器將無法工作。外界對(duì)放大器的干擾包括雜散電磁場(chǎng)的干擾、電源引起的干擾、接地不當(dāng)引起的干擾等。
為消除或抑制干擾對(duì)放大器的影響,在組裝、布局時(shí)應(yīng)注意以下問題:
(1)放大器的元器件布局必須按電路順序直線布置,各級(jí)元器件不能交錯(cuò)。級(jí)與級(jí)之間有足夠的空間,前一級(jí)的輸出要對(duì)著后一級(jí)的輸入,其接線應(yīng)盡量縮短。前置放大級(jí)與末級(jí)離得越遠(yuǎn)越好。(2)為了減少鐵芯器件的漏磁場(chǎng)影響,輸入、輸出、級(jí)間各種變壓器之間,扼流圈之間以及它們和其他元器件之間應(yīng)相互垂直布置,即鐵芯器件的線包軸線與其他元器件平面或與底座平面垂直。
此外,鐵芯器件與鋼質(zhì)底座之間應(yīng)留有空隙,不能直接貼在底座上。線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),它與其他元器件之間也應(yīng)相互垂直布置,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行屏蔽。
(3)對(duì)多級(jí)放大器,為了抑制因寄生耦合而形成的反饋,應(yīng)做到:輸入導(dǎo)線和輸出導(dǎo)線遠(yuǎn)離;各級(jí)電路應(yīng)加以屏蔽;與放大器無關(guān)的導(dǎo)線不能通過放大器,否則應(yīng)采用屏蔽線并加去耦電路。(4)要抑制電源對(duì)放大器的影響,每級(jí)電路集電極回路與電源之間應(yīng)加去耦電路,消除通過電源內(nèi)阻和饋線產(chǎn)生的級(jí)間耦合。處理好電源引入線的接地點(diǎn),防止交流分量影響放大器工作。
(5)布置元器件時(shí)應(yīng)注意接地點(diǎn)的選擇,低頻放大電路的元器件接地應(yīng)集中連接在一點(diǎn)上,即每一級(jí)只選一個(gè)接地點(diǎn);高頻放大電路應(yīng)根據(jù)情況多點(diǎn)就近接地。地線應(yīng)足夠?qū)?,頻率越高,地線應(yīng)越寬,以減少地阻抗影響,對(duì)印制電路宜采用大面積地線。元器件接地線不宜采用焊片,最好直接焊在地線上,更不允許采用一個(gè)共用焊片接地。
(6)高頻放大器的組裝與布局與一般高頻電路相同,可參閱高頻系統(tǒng)的組裝與布局。7.2.3振蕩回路的組裝與布局
1.振蕩回路的組裝與布局應(yīng)滿足的要求
(1)振蕩回路自身的損耗應(yīng)減到最小。應(yīng)選用介質(zhì)損耗小和介電常數(shù)小的絕緣子作回路元件支架,并要求固定連接、焊接良好。如果活動(dòng)連接時(shí),增大接觸壓強(qiáng),使其接觸可靠。
(2)振蕩回路應(yīng)良好屏蔽。振蕩回路應(yīng)單獨(dú)屏蔽,不允許與其他電路一起整體屏蔽。
(3)振蕩回路的元件應(yīng)足夠堅(jiān)固,元件和導(dǎo)線受沖擊振動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生位移和變形。
(4)應(yīng)采取防護(hù)措施盡量減小振蕩回路中的元器件受溫度、濕度、氣壓的影響,以提高頻率穩(wěn)定度。
(5)安裝和布局振蕩回路的元器件時(shí),應(yīng)便于維修和測(cè)試調(diào)整。
2.頻率固定的單振蕩回路的組裝與布局
頻率固定的單振蕩回路包括調(diào)電感振蕩回路和調(diào)電容振蕩回路。振蕩回路的電感和電容應(yīng)分別固定在底座或絕緣支架上,并用導(dǎo)線接入電路。如果需要將幾個(gè)單振蕩回路布置在一起,則各回路間應(yīng)保持距離,盡量減小互相間的耦合,并遠(yuǎn)離其他元器件。
因沒有屏蔽,布局時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離其他元器件以防電磁場(chǎng)干擾。如果需要屏蔽,可采用兩種方案,一種方案是只屏蔽線圈,另一種方案是屏蔽整個(gè)振蕩回路,整個(gè)振蕩回路屏蔽時(shí)的抗干擾能力較好。采用屏蔽結(jié)構(gòu)可使布局緊湊,而且振蕩回路的抗干擾能力較強(qiáng)。
3.頻率可調(diào)的振蕩回路的組裝與布局
具有固定頻率的振蕩回路與單振蕩回路的不同之處是附加了頻率轉(zhuǎn)換裝置。振蕩回路中電容和電感線圈具有不同的參數(shù),可以通過切換線圈、切換電容、切換振蕩回路或同時(shí)切換電容和電感、切換串聯(lián)的線圈等方式以改變振蕩頻率。
振蕩回路的振蕩頻率決定于回路的特性阻抗,改變L、C即可改變振蕩頻率。由于增加了轉(zhuǎn)換裝置,在結(jié)構(gòu)上不同于固定頻率振蕩回路,在具體布局時(shí)應(yīng)按照連線最短、相互干擾最小、結(jié)構(gòu)緊湊的原則安排。線圈可安裝在一個(gè)公共骨架上,并放在屏蔽盒內(nèi),為了避免引入損耗而降低回路的品質(zhì)因數(shù),各線圈之間應(yīng)留有3~5mm間距。有磁芯的線圈不能用公共骨架,多個(gè)線圈如裝在一個(gè)屏蔽盒內(nèi),其間距離應(yīng)留大些以免相互影響;多個(gè)振蕩回路在屏蔽時(shí)應(yīng)相互隔開,單獨(dú)屏蔽;微調(diào)電容器可以和振蕩回路的其他元器件安裝在一起,放在一個(gè)屏蔽盒內(nèi),若調(diào)諧困難也可單獨(dú)安裝。
4.調(diào)諧回路的組裝與布局
用調(diào)電容或調(diào)電感的方法調(diào)諧,因回路阻抗的變化不同而有所區(qū)別。從結(jié)構(gòu)角度看,調(diào)電容時(shí)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,頻率覆蓋較大,但調(diào)諧精度較低,通常用于接收系統(tǒng)調(diào)諧和一般的發(fā)射系統(tǒng)調(diào)諧;而調(diào)電感時(shí)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,頻率覆蓋較小,但調(diào)諧精度較高,通常用于要求較高的發(fā)射系統(tǒng)調(diào)諧。
可變電容器或可變電感器等調(diào)諧器件,既要與機(jī)械控制部分和指示裝置相連,又要與高頻回路中其他元器件相連,因此必須考慮機(jī)電整體布局,做到機(jī)電連接配合好,布置緊湊,連接導(dǎo)線最短,調(diào)諧方便。采用可變電容器作調(diào)諧元件時(shí),最好把振蕩回路的線圈組成組件,并單獨(dú)屏蔽,也可對(duì)振蕩回路進(jìn)行整體屏蔽。微調(diào)電容器安裝在可變電容支架上,要求便于微調(diào)。振蕩回路的所有元件應(yīng)盡可能靠近,接線最短,要求結(jié)構(gòu)緊湊,便于調(diào)諧??勺冸姼衅鞯幕窘Y(jié)構(gòu)包括四種形式:第一種為串聯(lián)線圈變感器,在固定大線圈內(nèi)安裝轉(zhuǎn)動(dòng)小線圈,兩線圈串聯(lián),當(dāng)小線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其互感值改變使電感量變化;第二種為變?cè)褦?shù)變感器,利用接觸簧片在空心線圈上滑動(dòng)以改變其匝數(shù);第三種也是變?cè)褦?shù)變壓器,是將銅帶繞在瓷筒上和金屬筒上,繞在瓷筒上的線圈,由于兩筒轉(zhuǎn)動(dòng)而改變其匝數(shù)。變?cè)褦?shù)變壓器的電感量隨其匝數(shù)改變而變化;第四種為可調(diào)磁芯變感器,調(diào)節(jié)裝在線圈中的磁芯(金屬芯)即可改變其電感量,磁芯的軸向移動(dòng)可采用螺旋也可采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)。
采用可變電感器調(diào)諧時(shí)控制機(jī)構(gòu)較復(fù)雜,而且制造可變電感在結(jié)構(gòu)和工藝上難度高于可變電容,故其應(yīng)用受到限制??勺冸姼姓{(diào)諧系統(tǒng)與可變電容調(diào)諧系統(tǒng)的布局要求相同。7.2.4高頻系統(tǒng)的組裝與布局
1.高頻系統(tǒng)的布局
1)電路元器件的布局
(1)同一級(jí)電路的元器件應(yīng)以晶體管或集成電路為中心盡量靠近布置,連線越短越好。應(yīng)注意管腳與電路元件以及與其他管子之間的相對(duì)位置和方向,以減少相互之間的影響。所有高頻元器件都應(yīng)遠(yuǎn)離機(jī)殼和其他金屬板以減小寄生耦合。(2)布局時(shí)應(yīng)注意元器件之間的熱影響、電磁影響,這些影響對(duì)高頻系統(tǒng)尤為嚴(yán)重,應(yīng)采取遠(yuǎn)離或隔離、散熱和屏蔽等措施。布局時(shí)應(yīng)留有足夠的空間來安排防護(hù)結(jié)構(gòu),并防止引入各種寄生耦合。
(3)布局組裝高頻電路時(shí),盡量不要使用接插件和焊片,數(shù)量較少的元器件直接用其引線焊接在電路上,引線越短越好。若必須采用接插件,應(yīng)保證其電接觸可靠。若采用多焊片接線板,雖然結(jié)構(gòu)緊湊便于安裝,但相鄰焊片間存在分布電容和分布電感。
2)結(jié)構(gòu)零件的布局
高頻系統(tǒng)中采用的機(jī)械性支撐、固定等結(jié)構(gòu)件會(huì)影響電路性能,主要表現(xiàn)為會(huì)降低線圈的品質(zhì)因數(shù),增大介質(zhì)損耗,增大電容耦合等,因此,在引入結(jié)構(gòu)零件時(shí)應(yīng)慎重并按以下原則進(jìn)行處理:
(1)機(jī)械性裝固零件應(yīng)選用絕緣性能好、介質(zhì)損耗小的材料制成,如高頻陶瓷、聚四氟乙烯等。
(2)沒有屏蔽的線圈附近不要安裝金屬零件,各種金屬結(jié)構(gòu)件應(yīng)安裝在屏蔽體外面和接地金屬件上,且金屬件應(yīng)遠(yuǎn)離電路元件。
(3)安裝高頻組件和高頻元器件時(shí),最好利用其自身的結(jié)構(gòu)安裝固定,一般情況下不要引入其他機(jī)械性裝固零件,特別是金屬裝固件,以免產(chǎn)生寄生耦合。
2.高頻系統(tǒng)的屏蔽
屏蔽物的形狀、尺寸和材料性能將對(duì)高頻系統(tǒng)中的元器件和電路的參數(shù)產(chǎn)生較大影響,因此在屏蔽高頻電路時(shí),應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題:
(1)通常橫截面積相等的方形、矩形截面屏蔽罩或屏蔽盒對(duì)高頻電路或元器件的影響,比圓形截面屏蔽罩或屏蔽盒要小一些,屏蔽罩的內(nèi)表面與被屏蔽元件的距離越近,其影響越大,因此高頻電路或元器件的屏蔽罩尺寸應(yīng)大一些,截面形狀應(yīng)采用方形或矩形。(2)高頻系統(tǒng)的屏蔽物材料,在頻率很高時(shí)應(yīng)采用鍍銀銅板,通常不宜采用鋁和黃銅作屏蔽材料,如屏蔽要求不高可采用鍍銅黃銅板。
(3)當(dāng)高頻電路與其他電路布置在一個(gè)底座或印制板上時(shí),高頻電路宜作整體屏蔽。較高頻率的導(dǎo)線應(yīng)采用高頻屏蔽線,當(dāng)要求較高時(shí),可用拉緊的鍍銀光銅線,外面套上接地金屬導(dǎo)管,管內(nèi)光導(dǎo)線可用高頻介質(zhì)絕緣環(huán)支架架空。
3.高頻系統(tǒng)的組裝要求
(1)組裝時(shí)應(yīng)減小各種耦合。
組裝高頻系統(tǒng)時(shí)應(yīng)減小布線、布局所引起的電感耦合和電容耦合,因此必須減小導(dǎo)線的長度和直徑,增大平行導(dǎo)線間的距離,盡可能不引入介質(zhì)常數(shù)大、介質(zhì)損耗大的絕絕材料和金屬構(gòu)件。為了減小導(dǎo)線間的耦合,不宜將高頻導(dǎo)線扎成線扎,各種導(dǎo)線與高頻導(dǎo)線不宜平行,可成90°交叉。(2)組裝時(shí)應(yīng)滿足絕緣性能要求。
高頻系統(tǒng)安裝用的絕緣件應(yīng)采用介質(zhì)常數(shù)小、介質(zhì)損耗小、絕緣電阻高的材料,盡可能不要采用固體介質(zhì)作絕緣層,最好用空氣絕緣層,保持足夠的空氣隙。采用空氣隙作電絕緣時(shí),為防止載流元件產(chǎn)生電暈導(dǎo)致絕緣下降,載流元件在結(jié)構(gòu)上應(yīng)避免出現(xiàn)棱角和尖端。
由于高頻時(shí)空氣的耐電壓強(qiáng)度(即抗電強(qiáng)度)下降,故頻率越高空氣隙應(yīng)越大。用于高空的電子設(shè)備,因氣壓降低,抗電強(qiáng)度下降,必須增大空氣隙。(3)提高導(dǎo)線剛性。
細(xì)而長的導(dǎo)線剛性差,在受沖擊、振動(dòng)時(shí)容易變形、移位,導(dǎo)致電路性能變化。減小導(dǎo)線跨度(長度),增大導(dǎo)線直徑,都可提高導(dǎo)線剛度。 7.3布線與連線技術(shù)
7.3.1導(dǎo)線的選用
在裝配連接電路時(shí)必須使用導(dǎo)線,選用導(dǎo)線時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面內(nèi)容。
1.電氣性能要求
(1)允許的工作電流與壓降要求。應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線要求和允許的工作電流的大小,并結(jié)合使用時(shí)的具體情況來確定芯線截面積。各種導(dǎo)線在不同的使用條件下,允許的電流密度各不相同。一般的絕緣導(dǎo)線允許的電流密度為2~3A/mm2,散熱條件好時(shí)最大可達(dá)5A/mm2,敞開的無絕緣裸銅線和印制導(dǎo)線允許電流密度為20A/mm2。
導(dǎo)線中電流、允許電流密度與導(dǎo)線截面積、導(dǎo)線直徑的關(guān)系如下:(7.1)(7.2)式中:I為工作電流,單位為A;J為允許電流密度,單位為A/mm2;S為芯線截面積,單位為mm2;d為導(dǎo)線直徑,單位為mm。因?yàn)閷?dǎo)線具有電阻,通過電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降,所以當(dāng)選用導(dǎo)線時(shí),其壓降不能超過允許壓降。(2)工作電壓與試驗(yàn)電壓要求。工作電壓的高低對(duì)導(dǎo)線的絕緣性能和結(jié)構(gòu)要求都不同,工作電壓越高,對(duì)導(dǎo)線的絕緣要求也越高。
通常試驗(yàn)電壓或耐壓是工作電壓的2~3倍。在高壓電路中,常取電路電壓的1.5~2倍作為工作電壓;高壓交流導(dǎo)線的工作電壓應(yīng)比高壓直流導(dǎo)線高些,并且安全系數(shù)隨頻率的升高而提高。
2.工作環(huán)境條件
選用導(dǎo)線時(shí)應(yīng)考慮其工作環(huán)境條件,在濕熱條件下,應(yīng)考慮導(dǎo)線的耐熱性、防潮性;在嚴(yán)寒條件下,應(yīng)考慮導(dǎo)線的耐寒性、柔軟性;存在摩擦、沖擊和振動(dòng)的條件下,應(yīng)考慮導(dǎo)線的耐磨性、撓性等。
此外,還應(yīng)根據(jù)使用條件考慮導(dǎo)線的耐燃性和阻燃性等安全性能。
3.工藝性和經(jīng)濟(jì)性
選擇導(dǎo)線時(shí)還應(yīng)考慮其工藝因素和價(jià)格,如導(dǎo)線剝頭、浸錫性能等。為了區(qū)別設(shè)備內(nèi)各種導(dǎo)線的性質(zhì)、用途,便于裝聯(lián)、檢查和維修,通常應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線的性質(zhì)和用途,選用不同的顏色,稱之為配色,可根據(jù)需要自行規(guī)定或按照公眾所接受的習(xí)慣進(jìn)行配色。7.3.2布線應(yīng)考慮的問題
在高頻電路中,連接導(dǎo)線的電阻、電容、電感和互感的分布參數(shù)不可忽視,從抗干擾的角度考慮,合理布線就是要設(shè)法減小電路中的線阻、分布電容、雜散電感,將由此產(chǎn)生的雜散電磁場(chǎng)降低到最小程度,從而使電路的分布電容、漏磁通、電磁互感以及其他由噪聲引起的干擾得到抑制。要使布線所引起的噪聲干擾在很大程度上得到抑制,必須注意以下幾個(gè)方面的問題:(1)避免導(dǎo)線間的相互干擾和寄生耦合。
①不同用途和性質(zhì)的導(dǎo)線不能緊貼在一起,應(yīng)分開走線。
對(duì)于低電平和高電平信號(hào)線、輸入與輸出信號(hào)線、交流和直流饋線、不同回路引出的高頻導(dǎo)線、繼電器內(nèi)的信號(hào)接點(diǎn)連線與線包連線(或功率接點(diǎn)連線)、脈沖輸出線與放大的信號(hào)線等,在布設(shè)時(shí)應(yīng)考慮分開。
②不能緊貼和捆扎在一起的導(dǎo)線,布線時(shí)應(yīng)垂直交叉或隔開一定距離。
如果工作頻率不高、放大增益不大,導(dǎo)線平行長度較短或噪聲功率不高,導(dǎo)線可考慮捆扎在一起,但應(yīng)注意,其影響程度必須在允許范圍內(nèi)。③連接導(dǎo)線應(yīng)較短,特別是對(duì)高頻電路尤為重要。當(dāng)導(dǎo)線長度大于1/4工作波長時(shí),必需采用屏蔽線。
④公用電路向各級(jí)電路的饋線應(yīng)分開,并應(yīng)有各自的去耦電路,以免相互影響。通常情況下應(yīng)避免外電路的導(dǎo)線穿過本級(jí)電路。
(2)處理好接地導(dǎo)線。
①接地線應(yīng)短而粗,以減少地阻抗。
②輸入線、輸出線或電源饋線應(yīng)有各自的接地線,并成對(duì)扭絞后布置,避免采用公共地線。不同性質(zhì)電路的電源地回線應(yīng)分別各自接地到公共電源接地端,不要讓任何一個(gè)電路的電源地線經(jīng)過其他電路的地。
③多級(jí)放大器中各級(jí)的地線,允許由前級(jí)向后級(jí)引一條公共地線,并由最后一級(jí)接到電源地線,但不允許后級(jí)地電流通過前級(jí)地線流向電源。
④除了安全地線、屏蔽地線外,應(yīng)避免用機(jī)架或金屬底板作地線,必須另設(shè)粗鋼線或銅帶作地線。
(3)注意導(dǎo)線的布設(shè)。
①導(dǎo)線布設(shè)應(yīng)整齊、美觀、有條理,布線與元器件布局應(yīng)協(xié)調(diào),在不影響電氣性能的前提下,同向?qū)Ь€應(yīng)捆扎成線扎或膠合成線帶,并整齊地鋪設(shè)。導(dǎo)線布設(shè)應(yīng)便于和元器件連接,并使導(dǎo)線最短。
②導(dǎo)線應(yīng)貼緊底板、面板、框架的內(nèi)側(cè)邊沿或彎角布設(shè),這樣布設(shè)的目的是保證導(dǎo)線既安全又便于固定,也不影響元器件的安裝、調(diào)整和維修。架空的導(dǎo)線應(yīng)采用支柱、支架固定,防止晃動(dòng)。
用線夾固定導(dǎo)線時(shí),其間距約在200~300mm,線束越細(xì)間距應(yīng)越小。彎曲的導(dǎo)線或線束其曲率半徑應(yīng)大于直徑的三倍,并在彎曲處兩端用線夾固定。③導(dǎo)線與金屬棱邊相接觸處應(yīng)采用套管保護(hù);穿過金屬孔的導(dǎo)線應(yīng)采用膠皮襯套和套管保護(hù)。
④連接到活動(dòng)部分的導(dǎo)線,其引出端應(yīng)固定,但長度應(yīng)大些以留有活動(dòng)余地。焊接在元器件或接線板上的導(dǎo)線,應(yīng)留有1~2次重焊時(shí)的備用長度,約留20mm。
⑤若有需要從整機(jī)中抽出的分機(jī)和單元,如果有線束相連,其線束應(yīng)足夠長,以便帶電測(cè)試維修。
4.減小布線的環(huán)路面積
從場(chǎng)的角度考慮,設(shè)法減小近場(chǎng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的感應(yīng)耦合,這樣可以明顯抑制干擾場(chǎng)的強(qiáng)度。當(dāng)電路或?qū)Ь€形成環(huán)狀時(shí),則環(huán)內(nèi)所耦合到的磁通便能產(chǎn)生感應(yīng)電壓。因此,引線應(yīng)盡可能避免構(gòu)成環(huán)路,減小環(huán)路所形成的面積是布線的另一原則,即連接線越短越好。7.3.3導(dǎo)線的布線原則
1.強(qiáng)電、弱電信號(hào)分開布線
(1)信號(hào)線與輸電線遠(yuǎn)離。
若強(qiáng)電信號(hào)(包括工頻市電)與弱電信號(hào)線捆扎在一起,或相互平行距離過長,都可能引起強(qiáng)電信號(hào)對(duì)弱電信號(hào)的干擾,且兩導(dǎo)線之間的距離越近,干擾越嚴(yán)重。(2)電源線之間的處理。
電子設(shè)備系統(tǒng)中的供電電源通常由市電交流220V供電,特別是在一些體積較小的測(cè)量?jī)x器、儀表中,供電回路都是將220V交流電源經(jīng)面板的電源開關(guān)又返回變壓器。在這種情況下,應(yīng)特別注意市電噪聲對(duì)信號(hào)回路形成的干擾。實(shí)際布線時(shí),如果強(qiáng)、弱信號(hào)線不得不平行布線時(shí),可采用雙絞線連接,或使用屏蔽線作為電源線,以減小交流干擾。(3)信號(hào)線與干擾源遠(yuǎn)離。
在進(jìn)行機(jī)箱內(nèi)的布線時(shí),應(yīng)使信號(hào)線盡量遠(yuǎn)離變壓器、接觸器、電磁鐵等電磁或開關(guān)器件,避免這些部件產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)和開關(guān)火花;同時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離電動(dòng)機(jī)、可控硅主回路等強(qiáng)電控制電路,避免這些具有大電流快速變化的強(qiáng)電回路。這些器件和電路極易使弱電流、低電平的信號(hào)回路受到強(qiáng)烈的噪聲干擾。(4)輸入和輸出信號(hào)線遠(yuǎn)離。
輸入回路和輸出回路的信號(hào)線必須隔離,避免電路產(chǎn)生自激現(xiàn)象,尤其是當(dāng)輸出功率較大時(shí),輸出電路的大電流波動(dòng)足以影響到輸入回路。因此,輸入回路和輸出回路的引線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離,避免平行走線或捆扎在一起走線。即使不是電路的功率輸出級(jí),只要和輸入信號(hào)回路的電平相差較大,就應(yīng)分開布線,這是布線的一條基本原則。
2.交流、直流線路分開布線
交流電流流經(jīng)導(dǎo)線時(shí)的電流變化,將在空間形成交變磁場(chǎng),這種交變磁場(chǎng)對(duì)電子線路所形成的干擾,通常比恒定磁場(chǎng)形成的干擾大得多,且在技術(shù)處理上也困難得多。
對(duì)于低頻電路(如音頻為20Hz~20kHz),如果受到50Hz或100Hz交流電的干擾,采用濾波器等方法濾波,將同時(shí)將這一頻率范圍內(nèi)的有用信號(hào)濾掉,因此50Hz的工頻干擾是低頻電路中影響最大的干擾。布線時(shí)必須將交流、直流線路分開布設(shè)。對(duì)交流信號(hào)而言,電源線和地線都是零電位,因此在兩個(gè)易發(fā)生干擾的電路之間,可以用電源線或地線將二者隔開,以達(dá)到抑制干擾的目的。
從場(chǎng)的觀點(diǎn)看,離噪聲源越遠(yuǎn),噪聲電磁場(chǎng)的強(qiáng)度(與距離的平方成反比)就越小。因此在可能的條件下,盡可能增大導(dǎo)線與噪聲源的距離,這樣有利于減小耦合。
在設(shè)計(jì)布線時(shí),應(yīng)將導(dǎo)線分類,同類引線放在一起;交流線和直流線應(yīng)盡量分開,并且應(yīng)在不同方向上延伸;反饋檢測(cè)線等小信號(hào)引線應(yīng)遠(yuǎn)離噪聲源,并與流過脈動(dòng)電流的引線離得越遠(yuǎn)越好。結(jié)構(gòu)上的布局對(duì)引線的排列影響也較大,為了減小各電路間的相互耦合,通常的辦法是按主回路元器件的順序,從交流輸入到直流輸出依次排列,交流輸入和直流輸出設(shè)置在同一端面上,也就是從交流輸入到直流輸出經(jīng)過一條環(huán)形路線,以期得到最短的引線。
為了使各種不同類型的引線盡量不交叉,可以充分利用空間進(jìn)行分層。例如,交流引線走機(jī)箱的一側(cè),直流小信號(hào)引線走機(jī)箱的另一側(cè),而脈動(dòng)電流線以及大電流引線則在機(jī)箱的中間布置等。
3.高壓、低壓電路分開走線
在同一電路或同一電子系統(tǒng)的不同電路中,如果既有低電平的信號(hào)邏輯電路,又有高壓電路,必須考慮采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣硪种聘邏弘娐穼?duì)低電平電路的干擾。在布線時(shí),應(yīng)盡量使高壓部分的元器件及連線相對(duì)集中,并遠(yuǎn)離低電平的信號(hào)邏輯回路,必要時(shí)還應(yīng)采取屏蔽或隔離措施。例如,屏蔽或隔離高壓部分的元器件及連接線等;切斷其所產(chǎn)生的高頻高壓電磁輻射向外部的擴(kuò)散;也可以屏蔽低壓部分的電路,以不受外來高壓電磁場(chǎng)的影響。
7.4預(yù)加工處理
7.4.1導(dǎo)線的加工
1.導(dǎo)線剪裁
進(jìn)行導(dǎo)線的剪裁時(shí),應(yīng)按先長后短的順序用斜口鉗、自動(dòng)剪線機(jī)或半自動(dòng)剪線機(jī)進(jìn)行剪切。對(duì)于絕緣導(dǎo)線,應(yīng)防止絕緣層損壞,影響絕緣性能。手工剪裁絕緣導(dǎo)線時(shí)應(yīng)拉直再剪,細(xì)裸導(dǎo)線可用人工拉直,粗裸導(dǎo)線可用調(diào)直機(jī)拉直。銅管一般用鋸剪裁,扁銅帶一般在剪床上剪裁。
剪線應(yīng)按工藝文件中導(dǎo)線加工表的規(guī)定進(jìn)行,長度應(yīng)符合公差要求。在無特殊要求的情況下,可按表7.1所示的公差進(jìn)行處理。表7.1導(dǎo)線長度公差
2.導(dǎo)線剝頭
將絕緣導(dǎo)線的兩端去掉一段絕緣層而露出芯線的操作過程稱為剝頭。
導(dǎo)線剝頭可采用刃剪法和熱剪法。刃剪法操作簡(jiǎn)單,但可能損傷芯線;熱剪法操作雖不傷芯線,但絕緣材料會(huì)產(chǎn)生有害氣體。使用刃剪法之一的剝線鉗剝頭時(shí),應(yīng)選擇與芯線粗細(xì)相配的鉗口,對(duì)準(zhǔn)所需要的剝頭距離,剝頭時(shí)切勿損傷芯線。
剝頭長度應(yīng)符合導(dǎo)線加工表要求,無特殊要求時(shí)可按下述要求處理:對(duì)于芯線截面積小于1mm2的導(dǎo)線,剝頭長度應(yīng)在8~10mm之間;對(duì)于芯線截面積為1.1~2.5mm2的導(dǎo)線,剝頭長度應(yīng)在10~14mm之間。
3.多股芯線捻頭
使用多股芯線時(shí),當(dāng)芯線剝?nèi)ソ^緣層后,多股芯線可能會(huì)松散開,此時(shí)應(yīng)進(jìn)行捻緊,以便浸錫和焊接。在采用手工捻線時(shí)用力不宜過大,否則易捻斷細(xì)線。芯線捻過后,其螺旋角一般在30°~45°之間。捻線時(shí)也可使用專用的捻頭機(jī)。
4.清潔處理
絕緣導(dǎo)線的端頭浸錫前應(yīng)進(jìn)行清潔處理,去除導(dǎo)線表面的氧化層,提高端頭的可焊性。7.4.2導(dǎo)線和元器件浸錫
浸錫是為了提高導(dǎo)線和元器件在整機(jī)安裝時(shí)的可焊性,是防止產(chǎn)生虛焊、假焊現(xiàn)象的有效措施之一。
1.芯線浸錫
絕緣導(dǎo)線經(jīng)過剝頭、捻頭和清潔工序后,應(yīng)進(jìn)行浸錫。浸錫前應(yīng)先浸助焊劑,然后再浸錫。浸助焊劑和浸錫時(shí)不應(yīng)將焊劑和焊錫沾到絕緣層上,并且應(yīng)控制浸錫時(shí)間,通常為1~3s,且只能浸到距絕緣層1~2mm處,防止絕緣層因過熱而收縮或者破裂。浸錫后應(yīng)立刻浸入酒精中散熱,最后再按工藝圖要求進(jìn)行檢驗(yàn)、修整。
2.裸導(dǎo)線浸錫
裸導(dǎo)線、銅帶、扁銅帶等在浸錫前,應(yīng)先用刀具、砂紙或?qū)S迷O(shè)備等清除浸錫端面的氧化層,再蘸上助焊劑后進(jìn)行浸錫。若使用鍍銀導(dǎo)線,就不需要進(jìn)行浸錫,但如果銀層已氧化,則仍需清除氧化層并浸錫。
3.元器件引線浸錫
元器件的引線在浸錫前應(yīng)先用刀具或砂紙?jiān)陔x元器件根部2~5mm處開始去除氧化層。浸錫應(yīng)在去除氧化層后盡快完成,以防止引線再度氧化。浸錫時(shí)間應(yīng)根據(jù)引線的粗細(xì)酌情掌握,一般為2~5s。若時(shí)間太短,引線未能充分預(yù)熱,易造成浸錫不良;若時(shí)間過長,大部分熱量傳到器件內(nèi)部,易造成器件變質(zhì)、損壞。
4.焊片的浸錫
焊片浸錫前首先應(yīng)清除氧化層。無孔的焊片浸錫的長度應(yīng)根據(jù)焊點(diǎn)的大小或工藝來確定,有孔的小型焊片浸錫應(yīng)沒過小孔2~5mm,浸錫后不能將小孔堵塞。浸錫時(shí)間應(yīng)根據(jù)焊片酌情掌握。
元器件引線、焊片浸錫后應(yīng)立刻浸入酒精中進(jìn)行散熱。經(jīng)過浸錫后的焊片和元器件的引線,浸錫層應(yīng)牢固均勻,表面應(yīng)光滑,不出現(xiàn)孔狀、錫瘤等現(xiàn)象。7.4.3元器件引線成型
為了方便地將元器件插到印制板上,提高插件效率,應(yīng)預(yù)先將元器件的引線按照臥式安裝或立式安裝的成型要求加工成一定的形狀。
成型時(shí)引線彎折處離根部至少應(yīng)有2mm,彎曲半徑應(yīng)不小于引線直徑的兩倍,以防止引線折斷或拔出。根據(jù)成型后的元件是否直接貼裝到印制板上,或是否用于雙面印制板或有無散熱要求,來確定器件引線的成型,元件安裝時(shí)與印制板應(yīng)保持2~5mm的距離。怕熱的或易破損的玻璃殼體二極管等元器件在焊接時(shí),多采用有繞環(huán)的引線成型而使引線較長,避免元器件變熱損壞。凡有標(biāo)記的元器件,引線成型后其標(biāo)稱值應(yīng)朝外,以便查看。
折彎所用的工具包括自動(dòng)折彎機(jī)、手動(dòng)折彎機(jī)、手動(dòng)繞環(huán)器和圓嘴鉗等,使用圓嘴鉗折彎時(shí)應(yīng)注意防止用力過猛,以免損壞元器件。7.4.4線把扎制及電纜加工
1.線把的捆扎
電子產(chǎn)品中的元件或部件間通過導(dǎo)線相連接,在大、中型產(chǎn)品中連接導(dǎo)線多而復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化裝配,減少空間,便于安裝維修,通常在整機(jī)總裝前用線繩或線扎搭扣將導(dǎo)線分組扎成線把或線扎。線扎可使機(jī)內(nèi)走線整潔有序,保證電路的工作穩(wěn)定性。導(dǎo)線的扎制應(yīng)按照線扎圖進(jìn)行,線扎圖常稱為釘板圖,采用1∶1的比例繪制,以便照?qǐng)D直接排線扎制。扎制時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:導(dǎo)線長度應(yīng)合適,排列應(yīng)整齊;從線扎分支處到焊點(diǎn)間應(yīng)留有一定的裕量,線扎拐彎處的半徑應(yīng)比線束直徑大兩倍以上;扎制時(shí)導(dǎo)線不要拉得過緊,以免因振動(dòng)將導(dǎo)線或焊盤拉斷;導(dǎo)線的路徑應(yīng)盡量短,并避開電場(chǎng)影響;輸入、輸出線不應(yīng)排在一個(gè)線扎內(nèi),并應(yīng)與電源線分開,若必須排在一起時(shí),則必須使用屏蔽導(dǎo)線;傳輸高頻信號(hào)的導(dǎo)線不要排在線扎內(nèi);燈絲線應(yīng)擰成繩狀之后再進(jìn)行排線,以減少交流干擾;線扎內(nèi)應(yīng)留有適量的備用導(dǎo)線,每一線扎內(nèi)至少要有兩根備用導(dǎo)線,備用導(dǎo)線應(yīng)為線扎中長度最長的導(dǎo)線,線徑與最粗的線徑相同,以便于更換。表7.2線束直徑與線扣距離常見的導(dǎo)線的捆扎包括如下幾種方法:
(1)線繩捆扎。該法制作線把較經(jīng)濟(jì),但在大批量生產(chǎn)時(shí)工作量較大,效率不高。
捆扎用線有棉線、尼龍線和亞麻線等,捆扎前可先將其放到石蠟或地蠟中浸一下,以增加線繩的澀性,使其不易滑動(dòng),線扣不易松脫。對(duì)于帶有分支點(diǎn)的導(dǎo)線線束,應(yīng)將線繩在分支拐彎處多繞幾圈,起到加固的作用。(2)線扣捆扎。該法比較簡(jiǎn)單,更換導(dǎo)線方便,但搭扣只能使用一次,且使用時(shí)不能拉得太緊,以免將其損壞。
電子產(chǎn)品生產(chǎn)中常用線扎搭扣捆扎線把,線扎搭扣式樣很多。用線扎搭扣捆扎導(dǎo)線既可用手工拉緊,也可用專用工具緊固,線把捆扎后應(yīng)將搭扣的多余長度剪掉。(3)安裝套管。安裝套管是一種不用捆扎而將導(dǎo)線約束在一起的方法。將多股導(dǎo)線裝在套管中就可形成多股導(dǎo)線束。
常用的套管有三種類型:熱縮套管、可換套管和拉鏈套管,后兩種使用較少。
用熱縮套管扎制線把方法簡(jiǎn)單,但更換導(dǎo)線較不方便。用熱縮套管制作導(dǎo)線束的具體步驟為:①選擇相應(yīng)直徑的套管;②剪切一節(jié)長度符合要求的套管;③將導(dǎo)線一一穿過套管;④整理導(dǎo)線束;⑤用加熱器加熱套管。(4)黏合劑結(jié)扎。用膠黏的方法制作線束,工藝簡(jiǎn)便,只適用于平面型布線。
當(dāng)導(dǎo)線較少時(shí),可用四氫化呋喃將導(dǎo)線黏合成線束。黏線時(shí),用平頭毛筆將四氫化呋喃溶液涂在導(dǎo)線表面上,因溶液易揮發(fā),涂抹要迅速,大約半分鐘即可膠黏住。
(5)塑料線槽排線。用線槽排線較省事,更換導(dǎo)線較方便,但線槽成本較高。
在電子產(chǎn)品中,為了使機(jī)內(nèi)走線整齊,便于查找和維修,常用塑料線槽排線。線槽裝在機(jī)座上,線槽的橫向有很多出線孔,只要將不同走向的導(dǎo)線依次排入槽內(nèi),導(dǎo)線排完后蓋上線槽蓋即可,無須捆扎。(6)移動(dòng)線把的扎制。
在電子產(chǎn)品中常有需活動(dòng)的線束,如CD唱機(jī)的光頭線等。為使線束彎曲、移動(dòng)時(shí)各導(dǎo)線受力均勻,在扎制線束前應(yīng)先將線束擰成15°左右的角度。線束扎好后可在它的外面加纏聚氯乙烯帶,以增強(qiáng)其可靠性。
2.屏蔽導(dǎo)線與電纜的加工
1)屏蔽導(dǎo)線端屏蔽層的剝離
屏蔽導(dǎo)線端的屏蔽層剝離時(shí),不能剝得過長,否則將失去屏蔽作用。屏蔽層端到絕緣層端的距離應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線的工作電壓而定,通常工作電壓在600V時(shí),剝頭長度取10~20mm,工作電壓越高,剝頭長度應(yīng)越長。
2)屏蔽導(dǎo)線的地線制作
為使屏蔽導(dǎo)線具有更好的屏蔽效果,剝離后的屏蔽層應(yīng)可靠接地。屏蔽層的接地線制作包括如下幾種不同的方法。
(1)在屏蔽層端繞制鍍銀銅線。
在剝離出的屏蔽層下面纏2~3層黃綢布,然后在屏蔽層端頭上密繞鍍銀銅線,寬度約為2~6mm。繞制后將銅線與屏蔽層焊接牢固,應(yīng)焊一圈,焊接時(shí)應(yīng)注意掌握時(shí)間,以免時(shí)間過長燙壞絕緣層。最后,將鍍銀銅線空繞一圈并留出一定長度用作接地。(2)直接用屏蔽層制作。在屏蔽層的適當(dāng)位置上撥開一個(gè)小孔,抽出絕緣線,然后將屏蔽層線捻緊,并將線頭浸錫。浸錫時(shí)要用尖嘴鉗夾住,防止錫向上滲進(jìn),形成硬結(jié)。
(3)在屏蔽層端焊接絕緣導(dǎo)線。剝離一段屏蔽層后,將絕緣導(dǎo)線焊在屏蔽層端頭的金屬線上,絕緣導(dǎo)線外可套上絕緣套管。
3)低頻電纜與插頭、插座的連接
低頻電纜常作為電子產(chǎn)品中各部件間的連接線,用以傳輸?shù)皖l信號(hào)。
電纜插頭、插座的型號(hào)很多,結(jié)構(gòu)各不相同,加工方法存在差異,但總的要求基本一致,即根據(jù)插頭、插座的引腳數(shù)目選擇相應(yīng)的電纜進(jìn)行剝頭處理,將電纜內(nèi)的各導(dǎo)線焊到引腳上。電纜線束的彎曲半徑不能小于線束直徑的2倍,在插頭根部的彎曲半徑不能小于線束直徑的5倍,以防止電纜折損。對(duì)于非屏蔽電纜與插頭座的連接,將電纜外層的棉織套剝離一段適當(dāng)?shù)拈L度后,用棉線綁扎,并涂上清漆,以增強(qiáng)扎線強(qiáng)度;然后套上橡皮圈,擰下插頭座上的螺釘,拆開插頭座,把插頭座后環(huán)套在線束上,并將絕緣套管套入處理過的導(dǎo)線頭內(nèi),再將導(dǎo)線依次焊到插頭座的引腳上,將絕緣套管推到焊腳根部,以避免引腳間相互短路;最后安裝插頭座外殼,擰緊螺釘,旋好后環(huán)即可。
對(duì)于屏蔽電纜與插頭座的連接,連接方法與非屏蔽電纜插頭座的連接方法基本相同,只是插頭座后環(huán)套入電纜線后,要將一個(gè)金屬圓墊圈套過屏蔽層,并把屏蔽層均勻焊到圓墊圈上。然后再焊線,套上套管,擰緊螺釘,旋上后環(huán)。
3.屏蔽線的接地
屏蔽線使用中,如果屏蔽層不接地,則不能有效地發(fā)揮屏蔽作用,要使屏蔽線具有屏蔽效果,必須將屏蔽層可靠接地。
(1)低頻時(shí)采用一端接地。屏蔽線的屏蔽層應(yīng)采取一點(diǎn)接地的方式。
如果所用屏蔽線的屏蔽層有兩個(gè)以上接地點(diǎn),有可能通過屏蔽層構(gòu)成噪聲地線回路而產(chǎn)生噪聲電流,這種方法對(duì)于雙絞屏蔽線來講,屏蔽層中流動(dòng)的噪聲電流將在芯線上耦合出噪聲電壓;而對(duì)普通屏蔽線或同軸電纜而言,屏蔽層中的噪聲電流將在其本身的阻抗上形成電壓降,噪聲電壓對(duì)包裹芯線必然形成噪聲干擾。(2)高頻時(shí)采用雙端或多點(diǎn)接地。
屏蔽層一端接地的方式通常只適用于工作頻率低于1MHz的電路,這樣可以避免形成地環(huán)路,達(dá)到屏蔽的目的,同時(shí)可以防止工頻交流干擾電流流經(jīng)屏蔽層而使信號(hào)電路受到干擾。但對(duì)于工作頻率高于1MHz的電路,或傳輸電纜長度超過波長的1/20,即通常所說的高頻電路,則不宜采用低頻時(shí)屏蔽層一點(diǎn)接地的方式。
在高頻時(shí),電路雜散電容的影響不可忽視,屏蔽線的雜散電容通過耦合方式,已使電路形成了接地環(huán)路,尤其是傳輸電纜越長,這種分布電容的影響也越顯著。為了能有效地保持屏蔽層的地電位,高頻時(shí)屏蔽層應(yīng)采取多點(diǎn)接地的方式。電纜屏蔽層的兩端接地是高頻電路常用的一種接地方法。對(duì)于用長電纜傳輸信號(hào)的電路,長電纜則應(yīng)在每隔約1/10波長處接地一次,以使兩接地點(diǎn)間的電纜長度不超過信號(hào)波長的1/4,這樣處理可以減小接地阻抗,防止電纜傳輸中的反射干擾。高頻電路中采用的兩點(diǎn)接地方法,雖然可能由于地電位差在屏蔽層中形成噪聲電流(一般為工頻及其諧波信號(hào)),但由于工作信號(hào)頻率與其相差甚遠(yuǎn),所以很容易用濾波的方法將其濾除,一般不會(huì)對(duì)電路的工作構(gòu)成危害。當(dāng)頻率高于1MHz時(shí),由于集膚效應(yīng),屏蔽層中的噪聲電流只在屏蔽層的外表面流動(dòng),信號(hào)電流只在屏蔽層的內(nèi)表面流動(dòng),噪聲電流和信號(hào)電流間的耦合作用將減弱。高頻電路中使用同軸電纜時(shí),屏蔽層多點(diǎn)接地的方法還能夠同時(shí)提供較好的磁屏蔽效果。對(duì)于要求寬頻帶工作的電路,可以采用一個(gè)小電容代替雜散電容,來兼顧高頻電路多點(diǎn)接地和低頻電路一點(diǎn)接地的寬頻帶要求。高頻時(shí),小電容阻抗相當(dāng)小,可視為短路,電路成為多點(diǎn)接地;而在低頻時(shí),小電容的阻抗很大,可視為開路,電路實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地,這種方法在實(shí)際使用時(shí)比較方便。(3)輸入接地與輸出接地。
在低頻電路中為了得到最好的噪聲抑制效果,屏蔽層不應(yīng)成為信號(hào)線;屏蔽線的屏蔽層一定要接地,浮空的屏蔽層往往會(huì)形成更嚴(yán)重的干擾;屏蔽層接地點(diǎn)的選擇以接信號(hào)源的地為最好。
對(duì)于多級(jí)設(shè)備,前級(jí)接地有利于抗外來干擾,后級(jí)接地有利于抑制本機(jī)的干擾,但在實(shí)際實(shí)施過程中往往很難辨清接地類型,如果按設(shè)計(jì)的接地方式接地后效果不佳,則可改接另一端。
由于雙絞屏蔽線和同軸電纜具有較好的屏蔽防護(hù)效果,所以在電子設(shè)備中被廣泛采用,使用中可采用雙絞屏蔽線和同軸電纜的優(yōu)選接地方案。 7.5電子設(shè)備的總體布局與組裝
7.5.1電子設(shè)備組裝的結(jié)構(gòu)形式
電子設(shè)備的組裝結(jié)構(gòu)通??刹捎谜麢C(jī)、分機(jī)、電路單元,或整件、印制電路板或組件等分級(jí)組裝的結(jié)構(gòu)形式,其組裝結(jié)構(gòu)形式和組裝工藝相一致,這種分級(jí)組裝結(jié)構(gòu)不僅在電路上具有一定的獨(dú)立性,而且在結(jié)構(gòu)和工藝上也具有相對(duì)的獨(dú)立性。采用分級(jí)組裝結(jié)構(gòu)便于組織生產(chǎn)、裝配和調(diào)試,也便于維修和檢測(cè)。組裝結(jié)構(gòu)形式多種多樣,根據(jù)電子設(shè)備的功能、用途而異。通常電路中各種小元器件先組裝成印制電路裝配板或組件板,并通過插座與底板下的布線相連,有時(shí)也可將印制電路裝配板或組件板的引出線與電路直接焊接。與插座相連的印制裝配板應(yīng)采用導(dǎo)軌導(dǎo)向和支承,與電路用導(dǎo)線連接的印制裝配板和組件板則采用螺釘固定。(1)有些電子設(shè)備采用單元盒結(jié)構(gòu)、積木式組裝結(jié)構(gòu),將印制裝配板安裝在單元盒內(nèi)。單元盒內(nèi)的電路是具有特定功能的單元電路,可單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試調(diào)整,單元盒也是屏蔽盒,它通過插頭座與其他電路接通,單元盒通常應(yīng)插入機(jī)架上相應(yīng)導(dǎo)軌中,便于裝拆維修。
(2)電路中尺寸較大、較重的元器件,通常用緊固件緊固在底板上,其導(dǎo)線在底板下面布設(shè)。底板是大型元器件、電路單元、機(jī)械部件的安裝基礎(chǔ),常和面板相連,這樣的結(jié)構(gòu)形式便于將電路、控制與指示部分連接成整體,是目前電子設(shè)備中采用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。(3)為了便于組裝,電子設(shè)備宜采用多塊小面積底板,有利于削弱地電流串?dāng)_。小面積底板是單元電路的安裝基礎(chǔ),分別與機(jī)架裝固,對(duì)整機(jī)裝配也很方便。
(4)對(duì)于微波系統(tǒng)的元器件,如同軸線、波導(dǎo)、諧振腔等,其機(jī)械安裝要求較高,通常多安裝在剛強(qiáng)度高的大型底板上。具有驅(qū)動(dòng)電機(jī)和機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的部件及其相連接的器件,也要求安裝在剛強(qiáng)度高的大型底板上。(5)有些大型電子設(shè)備常采用機(jī)柜、插箱組裝結(jié)構(gòu),插箱是較為獨(dú)立的組裝單元,由底板、面板等零件組成,通過插頭座、導(dǎo)軌與機(jī)柜相連。
在選擇組裝結(jié)構(gòu)形式時(shí),應(yīng)綜合各方面因素分析權(quán)衡,以選取最佳方案。采用何種形式的組裝結(jié)構(gòu)取決于電子設(shè)備的性能、技術(shù)要求,電子設(shè)備的復(fù)雜程度及其組成狀況,組裝工藝性與生產(chǎn)批量,防護(hù)要求與使用要求等指標(biāo)。7.5.2組裝單元的劃分
在電子設(shè)備總體布局中,應(yīng)根據(jù)電子設(shè)備的電原理圖或方框圖按級(jí)劃分組裝單元。如電子設(shè)備可劃分為若干分機(jī)或單元;分機(jī)或單元又可劃分為若干電路單元或整件、功能盒;電路單元或整件、功能盒又可劃分為若干印制電路板或組件等。
劃分組裝單元可根據(jù)電子設(shè)備的具體情況確定,應(yīng)遵循以下原則:
(1)劃分組裝單元的依據(jù)是電原理圖或方框圖,各單元在電路和結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有一定的獨(dú)立性,能夠單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整與測(cè)試。(2)劃分的單元必須與組裝工藝相適應(yīng),便于組織生產(chǎn),組裝時(shí)各單元之間應(yīng)不相互影響、相互制約。
(3)同一級(jí)組裝單元所容納的元器件、零部件的總體積應(yīng)大體相近,以便采用統(tǒng)一尺寸的安裝結(jié)構(gòu),如印制電路板、單元盒、底板、插箱等,如果難以做到,可允許其中某一輪廓尺寸成倍增大,但規(guī)格不宜太多,以便規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化。
(4)在劃分組裝單元時(shí),應(yīng)注意元器件之間、電路之間的相互干擾,凡在電性能上相互產(chǎn)生干擾或影響的元器件、電路單元,都不能安排在同一個(gè)組裝單元內(nèi)。例如,高頻和低頻、高壓和低壓等電路均不宜安排在同一個(gè)組裝單元內(nèi)。(5)控制系統(tǒng)、指示系統(tǒng)及其相聯(lián)系的電路,必須安排在同一個(gè)組裝單元內(nèi);在電路上聯(lián)系較緊密的幾個(gè)小組裝單元,應(yīng)盡可能安排在同一個(gè)高一級(jí)的組裝單元內(nèi)。
(6)各組裝單元之間的電氣連接數(shù)目越少越好,特別是對(duì)分機(jī)、插箱等較大的組裝單元,應(yīng)盡量減少各組裝單元的引入、引出導(dǎo)線數(shù),使電接觸數(shù)減至最低限度。這一原則同樣適用于印制電路板,這是因?yàn)榻M裝單元對(duì)外的導(dǎo)線越多,越易引起寄生耦合和反饋。7.5.3總體布局原則
為了確保電子設(shè)備穩(wěn)定而可靠地工作,并實(shí)現(xiàn)預(yù)定的技術(shù)性能,在總體布局時(shí)應(yīng)遵循以下原則:
(1)總體布局時(shí)應(yīng)力求按照整機(jī)方框圖的順序排列各組成單元,使各組成單元之間的相互干擾最少或沒有干擾;使各組成單元之間的連線走向合理,并有利于布線。
(2)總體布局時(shí)應(yīng)注意重量分布均衡,使設(shè)備重心最低,設(shè)備總體尺寸合理,各組成單元的尺寸協(xié)調(diào)。(3)總體布局時(shí)應(yīng)注意機(jī)電協(xié)調(diào)。設(shè)備內(nèi)的電路系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)必須協(xié)調(diào)配合好,如調(diào)諧、顯示、控制、伺服等系統(tǒng),都是機(jī)電緊密結(jié)合的系統(tǒng),在總體布局時(shí)應(yīng)特別注意。
此外,電路系統(tǒng)中的某些元器件,既是電路元件也是機(jī)械零部件,如可變電容器、可變電感器、繼電器以及微波設(shè)備中的同軸線、波導(dǎo)、諧振腔等,也存在與電路其他元器件相協(xié)調(diào)的問題,因此在總體布局時(shí)應(yīng)將電路元器件和機(jī)械傳動(dòng)部件作為一個(gè)整體來考慮。(4)控制系統(tǒng)必須與相連的電路布局在同一組裝單元,力求簡(jiǎn)化并便于操作。顯示部分應(yīng)與相應(yīng)的機(jī)電部件就近布置,并與面板布置相協(xié)調(diào)。
(5)總體布局應(yīng)有利于抑制和減少干擾,應(yīng)注意使敏感電路不受干擾,注意接地點(diǎn)和接地方式的選擇以及地線系統(tǒng)的布局等。(6)總體布局應(yīng)有利于散熱,應(yīng)注意處理好冷卻介質(zhì)的流動(dòng)途徑,做到以最有利的形式把各單元產(chǎn)生的熱量帶走,同時(shí)應(yīng)不影響熱敏元件正常工作;對(duì)于組裝密度較大、發(fā)熱較集中且換熱條件較差的單元或器件,布局時(shí)應(yīng)使熱傳導(dǎo)通路的熱阻小、熱路短;散熱系統(tǒng)的各組成部分,如風(fēng)道、風(fēng)機(jī)、電機(jī)及其附屬零件的布局,不能對(duì)電路形成干擾;散熱系統(tǒng)布局應(yīng)充分利用設(shè)備的現(xiàn)有空間等。(7)總體布局時(shí)應(yīng)考慮減振、緩沖方面的要求。
較重的單元應(yīng)
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