《電工電子實踐基礎(chǔ)》課件第4章

第4章電路板制作與元器件安裝4.1電子制作常用工具4.2印制電路板的設(shè)計制作工藝4.3電子元器件的安裝與焊接4.4計算機(jī)輔助設(shè)計印制電路板技術(shù)簡介4.5電路的調(diào)試

4.1電子制作常用工具

4.1.1鉗子

1.尖嘴鉗

尖嘴鉗的前部較尖細(xì)，如圖4.1.1所示。尖嘴鉗操作靈活，用于夾持小型金屬零件或元器件引腳成形。在裝配電子元器件時適用于其他鉗子較難進(jìn)入的狹小空間。因其強(qiáng)度有限，故不宜過力夾持硬物。圖4.1.1尖嘴鉗

2.平嘴鉗

平嘴鉗鉗口平，可用于夾彎元器件引腳與導(dǎo)線。因為其鉗口無紋路，所以對導(dǎo)線拉直、整形比尖嘴鉗適用。但因其鉗口較薄，故不宜夾持螺母或需施力較大的部位。

3.斜嘴鉗

斜嘴鉗如圖4.1.2所示，用于剪掉焊后的線頭或元器件的引腳，也可與尖嘴鉗配合用于剝導(dǎo)線的絕緣皮。圖4.1.2斜嘴鉗

4.平頭鉗

平頭鉗其頭部較寬平，如圖4.1.3所示，適用于螺母、元器件的裝配操作，但不能代替錘子敲打零件。

5.剝線鉗

剝線鉗專門用于剝?nèi)ビ薪^緣包皮的導(dǎo)線,使用時應(yīng)注意將需剝皮的導(dǎo)線放入適合的槽口，剝皮時不能剪斷導(dǎo)線。其鉗口的槽并攏后應(yīng)為圓形。圖4.1.3平頭鉗4.1.2扳手

扳手是利用杠桿原理擰轉(zhuǎn)螺栓、螺釘、螺母和其他螺紋緊固件的手工工具。

常用的扳手有呆扳手、梅花扳手、兩用扳手和活扳手等。

1.呆扳手

呆扳手一端或兩端制有固定尺寸的開口，如圖4.1.4所示，用以擰轉(zhuǎn)一定尺寸的螺母或螺栓。圖4.1.4呆扳手

2.梅花扳手

梅花扳手兩端具有帶六角孔或十二角孔的工作端，如圖4.1.5所示，適用于工作空間狹小、不能使用普通扳手的場合。

3.兩用扳手

兩用扳手一端與單頭呆扳手相同，另一端與梅花扳手相同，用于兩端擰轉(zhuǎn)相同規(guī)格的螺栓或螺母,如圖4.1.6所示。

4.活扳手

活扳手開口寬度可在一定尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖4.1.7所示，能擰轉(zhuǎn)不同規(guī)格的螺栓或螺母。圖4.1.5梅花扳手圖4.1.6兩用扳手圖4.1.7活扳手4.1.3鑷子

鑷子有尖嘴鑷子和圓嘴鑷子等。尖嘴鑷子用于夾持細(xì)小的元器件和導(dǎo)線等，以便于裝配焊接。圓嘴鑷子用于彎曲元器件引線和夾持元器件焊接等。用鑷子夾持元器件焊接時還能起到散熱的作用。元器件拆焊也需要用到鑷子。4.1.4螺絲刀

螺絲刀又稱起子或改錐，如圖4.1.8所示，有“一”字和“十”字式兩類，用于擰螺釘?shù)?。根?jù)螺釘大小可選用不同規(guī)格的螺絲刀。圖4.1.8螺絲刀4.1.5電烙鐵

電烙鐵是用來焊接元器件的主要工具。選擇合適的電烙鐵，并用正確的方法進(jìn)行焊接操作，是保證焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)。常用的電烙鐵一般為直熱式。直熱式又分為外熱式、內(nèi)熱式

和恒溫式三種。加熱體稱為烙鐵心，是由電熱絲繞制而成的。加熱體包在烙鐵頭外面的稱為外熱式，位于烙鐵頭內(nèi)部的稱為內(nèi)熱式，如圖4.1.9所示。圖4.1.9內(nèi)熱式電烙鐵4.1.6試電筆

試電筆俗稱“電筆”，如圖4.1.10所示,是一種市電測試工具，用來測試電氣線路中是否帶電。試電筆中有一氖泡，測試時如果氖泡發(fā)光，則說明被測體帶電。圖4.1.10試電筆

4.2印制電路板的設(shè)計制作工藝

4.2.1印制電路板的板材

印制電路板（也稱印刷電路板、印制板）的板材通常選用覆銅板，常見的覆銅板有以下兩種：

(1)環(huán)氧基覆銅箔層壓板，主要用于工作環(huán)境較好的電子儀器儀表等電子電器產(chǎn)品中，價格較便宜。

(2)環(huán)氧玻璃布覆銅箔層壓板，耐高溫和潮濕性能較好，也具有較好的機(jī)械加工性能，常用于計算機(jī)、軍工電子產(chǎn)品及工業(yè)電子產(chǎn)品中。4.2.2印制電路板的設(shè)計

1.印制電路板材料、形狀及尺寸的確定

(1)板材的選擇。

(2)覆銅板厚度的確定。

(3)印制電路板形狀的確定。

(4)印制電路板尺寸的確定。

2.印制電路板與板外其他部件或設(shè)備連接方式的選擇

(1)導(dǎo)線焊接。

(2)排插連接。

(3)直接插接式連接。

3.印制電路板元器件布局的設(shè)計

印制電路板的布局設(shè)計和工藝對電路的正常工作具有重要意義。在電路板制作實踐中發(fā)現(xiàn)，有時電路原理設(shè)計是正確的，但若印制電路板設(shè)計不當(dāng)，也會造成電路工作不正?；虿豢煽俊Ｒ虼?，在設(shè)計印制電路板時，應(yīng)當(dāng)遵守印制電路板設(shè)計的一些原則，以保證電路的正常工作。首先應(yīng)根據(jù)元器件之間電氣連接的相互關(guān)系確定各元器件在板上的布局,再根據(jù)元器件的大小確定印制電路板的尺寸。在此過程中要注意遵循如下原則：

(1)按電路功能模塊的布局，并根據(jù)該電路板的特點選擇以下幾種方案：一是按照電路各功能單元的工作流程，順序安排各個電路功能模塊的位置，以便各模塊之間連接；二是以每個電路功能模塊的主要元件為中心，其他元件依照連接關(guān)系、圍繞主要元件進(jìn)行布局。

(2)高頻部分的元器件布局，其連線應(yīng)盡可能短，以減少分布參數(shù)和電磁干擾的影響，電磁元件和敏感元件的相互距離要盡可能拉開。

(3)線路中電位差較大的元器件和引線，應(yīng)留有足夠的安全間距，以免放電帶來的損害。

(4)對于大而重的元器件，應(yīng)另設(shè)固定機(jī)構(gòu)，確保安裝牢靠。

(5)對電位器、開關(guān)等可調(diào)元器件的布局，應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)操作需要進(jìn)行布局。

4.印制電路板的布線設(shè)計

布線設(shè)計應(yīng)遵循以下的設(shè)計原則：

(1)某根印制導(dǎo)線的寬度要滿足該印制導(dǎo)線的載流要求。

(2)印制導(dǎo)線的拐彎處一般應(yīng)設(shè)計成圓角。

(3)印制電路中高頻部分宜采用島形焊盤，地線宜采用大面積布線。

(4)雙面電路板兩面布線時，頂面和底面的印制導(dǎo)線走向宜相互垂直。

(5)電路系統(tǒng)的輸入線與輸出線應(yīng)避免相鄰和平行。

5.焊盤和孔的設(shè)計

焊盤用來焊接元器件的引線并連接印制導(dǎo)線，對元器件也起到了定位和固定的作用。焊盤設(shè)計的重點是其大小和形狀。

(1)焊盤的大小設(shè)計。設(shè)計焊盤的大小時應(yīng)考慮通孔孔徑、最小孔環(huán)寬度等因素。為了便于加工和保證焊盤在電路板上的黏附強(qiáng)度，應(yīng)適當(dāng)增大焊盤的面積。但是，在整板布線密度比較高時，若焊盤的尺寸過大，盤間間隙就會縮小。表4.2.1中列出了建議使用不同鉆孔直徑所對應(yīng)的最小連接盤直徑，以供參考。

(2)焊盤的形狀設(shè)計。

①圓形焊盤：

②島形焊盤：

③方形焊盤：

④橢圓形焊盤：

⑤淚滴式焊盤：

⑥鉗形焊盤：

⑦異形焊盤：圖4.2.1焊盤形狀(a)圓形;(b)島形;(c)方形;(d)橢圓形

(3)孔的設(shè)計。

①引線孔：

②通孔：

③安裝孔：

④定位孔：4.2.3印制電路板的制作工藝

1.繪制照相底圖

2.制作底圖膠片

3.圖形轉(zhuǎn)移

4.蝕刻與鉆孔

5.金屬化孔

6.金屬涂覆

7.涂助焊劑與阻焊劑

8.印制電路板的制作技術(shù)要求

9.手工制作印制電路板

4.3電子元器件的安裝與焊接

4.3.1元器件的安裝方式

1.元器件引線成型

元器件在焊接前要進(jìn)行引線成型，以便于插裝和美觀。元器件成型時應(yīng)注意引線打彎處應(yīng)距元器件根部2mm以上，并形成圓弧狀，圓弧半徑應(yīng)大于引線直徑的2倍以上。

2.元器件的安裝

(1)臥式安裝：是將元器件水平地貼近電路板的安裝方式，見圖4.3.1。

(2)立式安裝：是將元器件垂直于電路板安裝的方式，見圖4.3.2。當(dāng)電路板上的元器件比較多時采用這種方式，可以提高安裝密度，節(jié)約空間。其缺點是安裝強(qiáng)度略低。圖4.3.1元器件的臥式安裝圖4.3.2元器件的立式安裝4.3.2焊料與焊劑

1.焊料

電子工程中常用的焊接材料是錫鉛合金焊料，俗稱焊錫。

2.焊劑

焊劑又稱為助焊劑，通常是以松香為主要原料的混合劑，焊接中起到清除焊件表面氧化層、保證焊錫浸潤良好的作用。4.3.3手工焊接技術(shù)

1.焊接的操作方法

(1)繞焊：

(2)鉤焊：

(3)搭焊：

(4)插焊：

2.焊接的質(zhì)量要求

(1)接觸性能良好。

(2)具有較好的機(jī)械強(qiáng)度。

(3)焊料的用量要適當(dāng)。

(4)焊點表面要光亮且均勻。

(5)焊點不應(yīng)有尖刺。

(6)焊點表面必須潔凈。4.3.4表面安裝技術(shù)簡介

表面安裝技術(shù)(SurfaceMountedTechnology，SMT)使用專用的表面貼裝元件，具有體積小、組裝密度高、高頻特性好等特點。表面安裝元件是無引腳元件，是片式化的元器件。4.3.5使用TTL電路和CMOS電路應(yīng)注意的問題

(1)芯片的供電電源。

(2)CMOS集成電路靜電的防止。

(3)CMOS電路電泳和大電流的預(yù)防。

4.4計算機(jī)輔助設(shè)計印制電路板技術(shù)簡介

4.4.1

Protel電路板設(shè)計流程

Protel是目前設(shè)計印制電路板的常用軟件之一。限于篇幅，本節(jié)通過一個實例簡單介紹用Protel設(shè)計印制電路板的過程。詳細(xì)內(nèi)容可參閱后續(xù)專用教材。用Protel設(shè)計印制電路板

可分為兩個主要階段，即原理圖設(shè)計和PCB電路板設(shè)計。下面先給出這兩個階段的設(shè)計流程，如圖4.4.1和圖4.4.2所示。圖4.4.1電路原理圖設(shè)計流程圖4.4.2

PCB板設(shè)計流程4.4.2電路原理圖設(shè)計

1.建立原理圖設(shè)計文件

下面是一個具體的設(shè)計實例。該例是設(shè)計一個數(shù)字編碼器并顯示其結(jié)果，具體步驟如下：

(1)打開Protel，在菜單欄選擇【File】/【New】命令，出現(xiàn)【NewDesignDatabase】對話框，如圖4.4.3所示。在DtabaseFileName文本框中輸入新建文件名“test1.ddb”，然后單擊Browse按鈕選擇文件存儲路徑，再單擊OK按鈕確認(rèn)，則出現(xiàn)圖4.4.4所示窗口。圖4.4.3建立數(shù)據(jù)庫文件圖4.4.4建立設(shè)計項目

(2)用鼠標(biāo)雙擊窗口中的Documents圖標(biāo)，打開數(shù)據(jù)庫文件夾。這時選取【File】/【New】菜單命令，在出現(xiàn)的【NewDocument】對話框中單擊Schematicdocument圖標(biāo)，再點擊OK按鈕，則出現(xiàn)【Documents】窗口，原理圖文件圖標(biāo)即顯示于其中，其文件名處于編輯狀態(tài)，在文件名文本框中輸入自建文件名，“數(shù)字編碼器”即可完成原理圖文件的創(chuàng)建。

(3)單擊該原理圖文件圖標(biāo)，即可出現(xiàn)原理圖編輯窗口，如圖4.4.5所示。圖4.4.5原理圖編輯窗口

2.設(shè)置圖紙參數(shù)

在原理圖編輯窗口中選取菜單欄的【Design】/【Option】，出現(xiàn)圖紙屬性對話框,如圖4.4.6所示。圖4.4.6圖紙屬性對話框在此對話框中將圖紙的幅面設(shè)為A4,圖紙的方向設(shè)為水平,標(biāo)題欄設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)型等。

再單擊圖中的Oganization標(biāo)簽，出現(xiàn)圖紙設(shè)計信息對話框，如圖4.4.7所示，填寫單位、地址、編號等相關(guān)內(nèi)容。圖4.4.7圖紙設(shè)計信息對話框

3.載入元器件原理圖符號庫

在設(shè)計管理器窗口中單擊Browse標(biāo)簽，可打開“更改庫文件列表”,如圖4.4.8所示，在此界面中將所需的元器件庫文件裝入系統(tǒng)中。圖4.4.8選擇庫在編輯管理器窗口的Browse下單擊

右邊的下三角按鈕，從列表框中選擇Libraries項，再從元器件列表框中找到并雙擊準(zhǔn)備添加到工作區(qū)的元件名稱，則該元件將隨光標(biāo)移動，在工作窗口的適當(dāng)處單擊鼠標(biāo)左鍵，即可將所選元件放置于所需位置，如圖4.4.9所示。按照以上方法，可以將設(shè)計方案中的各個元件逐一放入。圖4.4.9放置元器件

4.畫導(dǎo)線及各種電氣符號

元件放置好后，可利用原理圖編輯窗口的Place下拉菜單中的各工具放置其他各電氣符號,并畫出電氣連接的導(dǎo)線。本例的完整電路圖如圖4.4.10所示。圖4.4.10編碼顯示電路原理圖4.4.3

PCB印制電路圖設(shè)計

1.新建PCB數(shù)據(jù)庫文件

啟動印制電路板編輯器，選擇菜單命令【File】/【New】，出現(xiàn)選擇文件類型窗，如圖4.4.11所示，可以建立PCB文件。

2.設(shè)置相關(guān)參數(shù)

用菜單命令【Design】/【Option】調(diào)出【DocumentOption】對話框，再選擇Layers標(biāo)簽，可進(jìn)行工作層設(shè)置,如圖4.4.12所示。圖4.4.11建立PCB文件圖4.4.12工作層設(shè)置

3.設(shè)置電路板的邊界

設(shè)定當(dāng)前工作層為Mechl，用菜單命令【Place】/【Track】在該工作層畫出電路板的邊界,如圖4.4.13所示。圖4.4.13印制電路板邊界

4.裝入網(wǎng)絡(luò)表元器件

首先生成網(wǎng)絡(luò)表文件。用菜單命令【Design】/【CreateNetlist】創(chuàng)建一個網(wǎng)絡(luò)表文件，再利用BrowsePCB瀏覽器中的【Libraries】選項裝入元器件庫，就可以裝入網(wǎng)絡(luò)表了。執(zhí)行

【Design】/【Netlist】菜單命令就可以將網(wǎng)絡(luò)表和元器件裝入PCB編輯器中。

5.生成PCB圖

在上述操作后，執(zhí)行元器件自動布局，接著執(zhí)行【AutoRouting】命令，即可生成所需的印制電路板布線圖，如圖4.4.14所示。此圖經(jīng)檢查、人工修正無誤后，即可用于印制電路板的制作。圖4.4.14自動生成的印制電路板圖

4.5電路的調(diào)試

4.5.1調(diào)試的方法

(1)檢查電路及電源電壓。

(2)調(diào)試供電電源。

(3)靜態(tài)調(diào)試。

(4)動態(tài)調(diào)試。

(5)指標(biāo)測試。

(6)負(fù)荷試驗。4.5.2調(diào)試過程中的