电子技能训练教程

第一章电子线路的安装与焊接技术设计好一个电子电路后，需要安装焊接成实际电路，有的还要做成实用电子装置。从设计电子线路图纸到做成实际电路装置要经过十分重要的装接工艺。即使设计的电路十分合理，由于焊接安装不当也会严重地影响电子设备的性能，乃至使其不能正常工作。因此，整机的结构布局、元器件的安排布置及安装焊接等工作，是保证电子设备质量的重要环节。本章简要介绍有关装接工艺方面的知识。第一节电子装置的布局原则一、整机结构布局把已经按设计选取好的元器件装接成实用电路，不仅要考虑便于调整、检修和使用，而且要防止器件之间的相互影响和干扰，以保证电路能正常工作。在设计整机结构时，应从电学、热学、力学性质和使用方便等方面考虑布局问题。电子装置布局的一般原则如下。（1）相互有影响或干扰的器件应尽可能分开或屏蔽如强电（220V）和弱电（直流电源），输出级和输入级之间，要安排得远一些，干扰源（如频率较高的振荡器、电源变压器等）要注意屏蔽。电路走线应尽量短些，避免交杂混放在一起。放大器，特别是前置放大器的输入信号线应当选用屏蔽线，并注意屏蔽线外层一端接地。直流电源引线较长时，应加接滤波电路，防止50Hz交流干扰。（2）要注意发热部件的安置发热部件应当安置在靠近外壳或装置的后部，并在外壳上开凿通风孔以利于散热，必要时需加散热片、仪表风扇等装置，使元器件的温升不超过允许值，保证电路正常工作。晶体管、热敏器件、电解电容等不宜放置在发热部件附近和装置的上方，因为电路长时间工作时，这较高的温度会影响上述器件的性能。大功率管及散热片可直接固定在外壳的外部，如果装在电路板上，要同其他电路元件保持一定距离。（3）元器件的布置还应考虑整个装置的重心平衡和稳定变压器和大电容等较重的器件，宜安装在整机的下部，使装置的重心靠下，容易稳定。另外，安排器件和箱体结构时，要考虑前后左右质量均匀，并使装置的长、宽、高比例恰当，一般高度比例要小一些，这样可提高装置的稳定度，也比较美观。（4）电路板的装接方法和元器件的位置要便于调试、测量和检修一个较复杂的装置通常由多块印刷电路板组成，并通过印刷电路板插座同整机相连。要充分利用每块印刷板的使用面积，又要减少电路板间的连线。最好按电路功能的不同分配印刷电路板。显示器件以及需要调节的旋钮、操作开关等，应装配在面板上。电源插座、保险丝以及不常调整的可调器件，一般安装在后盖上。二、抑制电磁干扰的措施一般电子装置都有电源变压器和整流滤波电路，而变压器和整流滤波电路往往是对电路影响最大的干扰源，必须设法减小其干扰。1电源变压器的选择和安装电源变压器是带铁心的电感元件，其主磁通通过铁心构成闭合磁路，还有很少漏磁通穿过周围空气形成闭路，因此漏磁通在周围空间形成干扰源。变压器漏磁通分布情况如图1-1所示，X方向漏磁通最大，Y方向次之，Z方向最小。变压器体积越大，漏磁越多。所以选择变压器不合理，电路元器件安排不当，电路都会受到干扰，甚至使电路无法正常工作。为了避免电源变压器干扰电路工作，应注意以下4点。(1)电源变压器功率储备不宜过大选择或设计电源变压器时，功率储备不宜过大，在保证电路需要的前提下，适当提高每伏匝数值，尽可能降低变压器的磁通；同时要尽量减小变压器的体积，以减小漏磁。在制作电源变压器时，必须加入静电屏蔽。(2)电源变压器应尽可能远离低频电路的输入级变压器线圈的轴线方向应同印刷电路板平面平行，并使其铁心和金属底板垂直为好；但不要让硅钢片紧贴金属底板，以免变压器铁心的磁力线伸展到底板中，影响电路。为此，安装时应该用绝缘垫片将变压器固定在底板上。(3)将变压器屏蔽为了防止变压器漏磁通的影响，还可以将变压器屏蔽起来。一种方法是在变压器的侧面（垂直X、Y的平面）包上几层带状铁皮，另一种方法是在变压器磁轭上（垂直Z、Y的平面）包上一层铜皮短路环。(4)整流滤波电路和电源变压器的连线要尽可能短这样，可以降低滤波电路的磁阻，减小电源的波纹电压，还可以减小整流电路引线产生的电磁场对放大电路的干扰。2低频放大器输入级的安装低频放大电路的输入级工作电平较低，容易受外界电磁场的干扰。因此，输入信号连线除需采用屏蔽之外，还应注意以下几点。（1）输入引线越短越好尤其在连接电阻等元器件时，接交流高电位端的引线应尽量短，接交流地电位端的引线可稍长一些。（2）输入端电位器外壳和轴柄应当良好接地如音调控制电路的高、低音调节和音量调节电位器，一般工作电平都较低，容易受空间电磁场的干扰。所以，既要将电位器的外壳接地，又要把轴柄也接地，保证良好的屏蔽，免受外界干扰。（3）正确安装指示灯一般指示灯与电源变压器的灯丝绕组距离较远，所以引线很长，很容易成为交流声干扰源。为此，指示灯要远离输入电路，并且采用双线对地绝缘的指示灯座，最好把灯丝引线的双线绞合起来。（4）抑制干扰除采用上述电源处理和屏蔽方法之外，还可通过整机布线和接地、采取隔离措施、去耦和补偿等实现。三、整机布线与接地正确地布线和合理地接地，是确保电路性能的重要因素之一，电路产生交流声或自激振荡，往往是由于布线不合理所致。1合理布置接地线在电路中有3种不同的接地：一是在强电电路中，把电气设备的外壳接大地以防触电；二是在电子电路中作为电位参考点，称之为“接地”；三是为了抑制干扰而采取的技术措施，抑制干扰的“接地”有4种，分别是“信号地”、“模拟地”、“数字地”和“仪器地”。作为电位参考点的“接地”，其位置如果选择不合理，就会给电路带来危害。图1-2所示的是一种不合理接地。机壳A与B之间由于地电流和杂散电磁场感应形成干扰信号us2输出级高电平电流i由C经B流入电源，因为CB间电阻形成电压降us3。us2和us3两个电压同信号源us1串接在一起，加到输入回路之中形成干扰。尽管这类干扰电压数值很小，但经放大电路放大之后，就可能成为严重的干扰信号。有时在不加us1的情况下，由于us2的存在会产生交流声；加入us1后，如果干扰信号与信号源同相位，还可能引起寄生振荡。可见，接地问题非常讲究。多级放大电路正确的接地方法有两种，如图1-3所示。图1-3a所示为串联接地方式，电路连线比较简单，但因存在地线电阻，容易在地线上形成干扰电压，所以它抑制地电流干扰能力较差。图1-3b所示为并联接地，它比前一种接地法更为合理，只是引线太长，电感效应较强，容易影响高频特性。这两种接地方法，输入回路都没有串任何干扰信号，这是它们的共同优点。接地一般应注意以下几点。(1)电路尽量一点接地，如图1-3b所示。这样可以避免地电流干扰和寄生反馈。(2)输出级和输入级不允许共用一条地线。(3)输入信号和“地”应就近接在输入放大器的地端，不要和其它地方的地线相连。(4)各种高频和低频去耦电容的地端应尽量远离输入级的接地点，可靠近高电平的接地端。2整流滤波电路的布线整流滤波电路中的滤波电容主要是为减小脉动电流、滤除交流成分而设置的。但是，如果布线不合理，即使用大容量电容滤波，也不会收到良好的效果。因为整流二极管多是焊在电路板上，而大电容则常固定在底板上，所以图1-4所示是常用的一种滤波电路连接方法。但是，这种连接方法是不合理的。图1-5所示是该电路的等效电路，因为引线有电阻，它同电容串联，增大了电容支路的等效阻抗，使实际的滤波效果变差，尤其当引线较长时，影响会更加明显。图1-6所示的连接方法是较为合理的，虽然增加了引线的长度，但因电路的直流电压直接从大电容两端取出，清除了整流滤波电路引线电阻的影响，改善了电源的波纹系数。3印刷电路板的布线通常，原因不明而且难以排除的干扰大多是印刷电路板布局过密、过乱而造成的。合理的印刷电路板布局有利于降低和消除各种因素造成的干扰。印刷电路板的布线原则如下。(1)按电路图的走向顺序排列各级电路，尽量缩短接线，以减小分布参数对电路的影响。不允许有交叉电路，对于印刷电路图板中可能交叉的线条，可用“钻”、“绕”等办法解决。排线应尽量减少形成闭合回路，避免由于空间磁场通过此环形成涡流，而产生干扰信号。(2)为了减小公共地线长度，实现一点接地，常从一点总地线分成若干个接地分支，使各部分电路地线分开；但直接耦合或电容耦合弱信号部位的两部分电路的接地不能分开。后级交直流回路的电流应绝对避免流经前级输入回路的地线。采用串联接地方式时，输出级和输入级的地线点不能公用，在插座引线上要分别给出输入和输出接地端。总地线必须严格按高频—中频—低频一级一级地从弱电到强电的顺序排列，切不可随便翻来覆去地乱接，级与级间宁可接线长些。高频电路常采用大面积包围式地线，以保证有良好的屏蔽效果。(3)输入级的输入阻抗和灵敏度都比较高时，为了减小输入端静电感应的影响，可以使输入端的接地面积尽量大一些，或者用地线包围输入端。另外，输入信号和输出信号的引线应尽可能分开一些，它们的插座上的引线端的距离也尽量远些，或者用中间设置地线引出端的方法，减小相互的耦合作用。(4)强电流引线（公共地线、功放电流引线等）应尽量宽些。(5)阻抗高的走线尽量短，阻抗低的走线可长一些。这是因为阻抗高的走线容易发射和吸收信号，引起电路不稳定。电源线、地线、无反馈元器件的基极走线、发射极引线等均属低阻抗走线。射极跟随器的基极走线、放大器集电极走线（如中频变压器）均属于高阻抗走线。要根据通过引线的电流和电压选择导线的粗细和绝缘性。不同功能的引线要有颜色区别。(6)立体声扩音机、收录机、电视机等的两个声道的地线必须分开，各自成一路。一直到功放末端再合起来；否则，两路地线连来连去，极易产生串音，使分离度下降。思考题1)电子装置的整机结构布局一般原则是什么？2)说明抑制电磁干扰的措施。3)整机布线和接地如何才算正确合理？第二节印刷电路板的制作一、印刷电路板1印刷电路板的组成印刷电路板(PrintCircuitBoard缩写PCB)，是指具有一定尺寸和形状的、以绝缘有机材料为基材、其上至少有一个由铜箔构成的导电图形和若干孔的电路板。一块完整的印刷电路板主要由5部分组成。(1)绝缘基材一般由酚醛纸基、环氧纸基或环氧玻璃布制成。(2)铜箔面由裸露的焊盘和被绿油覆盖着的铜箔线路所组成，为电路板的主体。焊盘用于焊接电子元器件。(3)绿油面保护铜线路的助焊面，由耐高温的助焊剂制成。(4)白油面主要用于标注元器件的编号和符号，便于印刷电路板加工时的电路识别。一般用白色油漆制成。(5)孔包括元件孔、工艺孔、机械安装孔及金属化孔等，用于基板加工、元件安装，产品装配及不同层面的铜箔线路之间的连接。2印刷电路板的作用PCB已被广泛应用于几乎所有的电子产品，其主要作用有2种。(1)作为电路中元器件安装的支撑体。(2)通过铜箔线路和焊盘连接电路中的元器件。3印刷电路板类型根据产品的使用要求，PCB通常被分为3种。单面板仅一面有导电图形的印刷电路板，主要用于民品，如一般的小家电产品。双面板两面都有导电图形的印刷电路板，主要用于性能要求较高的通信电子设备、高级仪器仪表及计算机等。多层板由交替的导电图形层和绝缘材料层层压粘合而成的印刷电路板，层间电路通过金属化孔互连，主要用于性能要求较高且体积受限的复杂电子产品。二、PCB设计与protel软件1PCB设计软件2protel软件三、印刷电路板的制作制作印刷电路板的基本程序是，先在敷铜板上画好电路图，再将要留的导电部分涂上抗腐蚀的材料，然后放在腐蚀液中将其余部分腐蚀掉，最后擦去防腐材料即成待用的电路板。电路板的制作方法有多种。目前，生产电子电路的厂家，为了批量生产，单面印刷电路板大多采用丝网漏印法制成，双面印刷电路板一般采用丝网印法（即利用丝网镂孔版和印料，经刮印得到导电图形的方法）或感光法（即利用光敏抗腐蚀经光化反应制作电路板导电图形的方法）制成，多层印刷电路板以感光法为主制作导电图形。但是，对需要数量很少，而且电路形式变化较多，又没有相应的设备、材料条件的，可以采用简易的制作方法。1印刷电路板的简易制作方法1)选择敷铜板，清洁板面根据电路要求，裁好敷铜板的形状和大小。先用水磨砂纸将敷铜板边缘打磨一下，在敷铜面上放少许去污粉，加水用布将板面擦亮，然后再用干布擦干净。2)复印印刷电路将设计好的印