电子设计大赛培训之一：电子电路设计与制作基础

第1讲常用电子元器件基本知识一、固定电阻器固定电阻是在电子电路中是用得最多的一种元件。一般根据其制造材质和工艺的不同进行分类，目前最常用的固定电阻有碳膜电阻、金属膜电阻、保险电阻、水泥电阻、以及线绕电阻等类型。符号固定电阻的阻值标注1、直接标注法(用于2W以上中大功率电阻标注)2、色环标注法(用于2W以下小功率电阻标注)色例颜色黑棕红橙黄绿蓝紫灰白金银数值01234567890.10.01四环与五环电阻的阻值标记实例固定电阻的阻值标称在国际标准中，固定电阻的标称有规定，在选用电阻时，一般应在标称系小列中选用。在一个数量级范围内有如下24个标称值：1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.6.6.26.87.58.29.1如选用的电阻不在此标称值范围，则应到元件工厂定制。固定电阻的额定功率固定电阻的额定功率通常有如下几种：1/32W1/16W1/8W1/4W1/2W1W2W(色环电阻)3W5W7W10W15W20W(水泥电阻)30W50W100W200W300W500W(线绕电阻)固定电阻的质量判断多数情况下利用万用电表的电阻档进行直接测量即可，但在所判断电阻的阻值小于1欧时，万用电表不再适用，必须用电桥进行测量。二、固定电容器电子电路中常用的固定电容器分为有无极性电容和有极性电容两种。其中无极性电容有云母电容、瓷片电容、金属膜纸介电容、涤纶电容和独石电容等10多种，而有极性电容只有2种，就是电解电容和钽电容。－＋＋－图24电解电容极性的判断固定电容的标称电容在5%误差时，一个数量级范围内有如下24个标称值：1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.6.6.26.87.58.29.1这些数值与电阻的标称相同。但对于不同误差要求的电容说，这些数值不一定都有，例如：对于20%误差要求的铝电解电容来说，其在一个数量级范围内只有6个标称值，分别是：1.01.52.23.34.76.8固定电容的耐压电容器在长期可靠工作条件下所能承受的最大直流电压称为额定耐压。注意有些在交流条件下工作的电容器所标的额定电压为交流有效值。电容的标称耐压值有以下几种：1.6V4V6.3V10V25V32V*40V50V63V100V125V*160V250V300V*400V450V*500V630V1000V2000V(有*号的数值只限电解电容用)电容的容量标注1、直接标注法。如100PF、2000PF、0.01μF47μF、3300μF等2、数字倍率表示法。主要用1μF以下小容量电容的标注。如224表示FPF22.022000010224电容器质量的简单判断1、容量的基本判断根据容量的大小用万用电表的电阻档进行判断(有经验成分)。2、漏电的基本判断用万用电表RX10K档进行判断。三、二极管电子电路中常用的二极管类型比较多，如整流二极管、开关二极管、发光二极管、红外发射接收二极管等等。二极管质量的简单判断1、普通整流二极管的质量判断(a)指针式万用电表判断(注意电阻档的极性及不同的档其电阻值相差很大)(b)数字万用电表判断(注意读数的稳定)2、发光二极管的质量判断3、红外发射管与接收管的质量判断4、稳压二极管的质量判断四、半导体三极管在电子制作中，三极管是最常用的放大元件，目前用量最大的是小功率硅NPN管，其次是硅PNP管。三极管的质量判断1、用简单电路进行判断2、用万用电表的电阻档进行判断(注意极性)3、用万用电表的三极管测试功能进行判断第2讲焊接工具及其正确使用一、电烙铁焊接电路板要用到电烙铁。市场上各种型号、规格的电烙铁很多，一般情况下，选用220V35W到40W的比较合适，功率太大、太小均不好用。类型有内热式和外热式两种，内热式效率高、体积小，但价格比外热式高一些。烙铁头的形状有尖形和斜面形，宜选用斜面形较好。二、烙铁架与焊锡盘烙铁架是焊接操作期间放置发热烙铁的支架，通常与烙铁配套卖，可选择的条件不太多。一般要求是底座上的焊锡盘要厚重，这样不太容易倾倒，使用的安全性高一些。有些产品中，底座上的焊锡盘用薄铁皮冲压而成，放上烙铁后形成头重脚轻的状态，容易倾倒。焊锡盘最好不要用薄铁皮，而用铸铁，这样一方面厚重，另一方面不容易粘锡。三、焊锡丝焊锡丝是用焊锡制成的、中空部分填充松香助焊剂的一种丝状焊接材料，很方便于电子电路板的焊接。市场产品中的焊锡丝有不同直径的，方便不同目的使用，电子电路板的焊接一般选用直径0.8或1毫米比较合适。购买焊锡丝时要注意产地和质量，一般来说价格低的，焊接效果也要差一些。四、助焊剂工业上常用的助焊剂有市场产品中的焊锡膏和盐酸等，这些助焊剂不能用于电路板的助焊，因为有很强的腐蚀性，焊接不久电路板和元件引脚即可能被腐蚀断而报废。电路板的助焊只能使用松香，其优点是永远不腐蚀电路板和元件引脚，常用形式有固态松香直接应用和用无水酒精溶解后以液态方式应用。松香助焊能力较弱，因此，在助焊时要求被焊接件表面要清理干净，不含氧化物和油等。五、焊接操作技巧1、烙铁头的去氧化和吃锡在焊锡盘中放上足够多的碎块松香，然后用烙铁熔化一段焊锡丝在焊锡盘中，再将烙铁尖伸入焊锡盘中点熔焊锡和松香后，在盘中反复蹭磨焊锡盘底数十次，直到烙铁头上的黑色氧化物全部去掉并镀上银白色的焊锡为止，只有这样，才能用烙铁进行焊接，否则焊点粗糙、发黑，达不到要求。2、焊点质量评判合格的焊点具有牢固、大小高低均匀、表面圆滑、光亮、美观等的效果。而不合格的焊点多为大小高低不均、表面粗糙、甚至发黑，俗称“鸡屎堆”！如果这种焊点不影响电路的可靠连接，则无大碍，若形成“虚焊”、“假焊”等情况，则为故障隐患，应及时排除，否则将在电路通电工作时，随时存在出故障的可能。3、阻焊条件的形成目前的电子元器件引脚表面都镀有一层锡，因此无需再处理即可直接焊接，但如果在元器件引脚表面有阻焊物存在，则极易形成虚焊、假焊等现象。经验表明，元器件引脚表面的油或水等阻焊物的形成，多数都与用人手直接弯折元件引脚有关，弯折过程将手上的出的汗和油污染在元件的引脚表面，因此，应尽量用尖嘴钳来弯折元件引脚。4焊接方法（a）元件引脚与焊盘的焊接电路板焊接面朝上平放在桌面，被焊元件的引脚从焊盘的中孔穿出，将元件引脚扳到与焊盘垂直，一手拿稳烙铁，另一只手拿焊锡丝，将烙铁尖靠近元件引脚根部，并将焊锡丝头部与烙铁尖接触，焊锡丝头部熔化后向下流到元件引脚根部的焊盘上，待熔化的焊锡总量达到半粒米大小时，迅速移开焊锡丝，同时将烙铁尖顶向元件引脚的根部，并围绕元件引脚旋转1/3圈左右，然后顺着元件引脚向上抹2到3毫米，再移开烙铁尖即可。整个焊接过程不超过2到3秒时间，越快越好。(b)引线与插头的焊接先将两个焊接端镀锡，然后将两个焊端搭在一起，用烙铁在焊接部位点焊，1秒时间内即完成焊接，越快越好。焊点的形状焊点的正确形状（见图），焊点a一般焊接比较牢固；焊点b为理想状态，一般不易焊出这样的形状；焊点c焊锡较多，当焊盘较小时，可能会出现这种情况，但是往往有虚焊的可能；焊点d、e焊锡太少；焊点f提烙铁时方向不合适，造成焊点形状不规则；焊点g烙铁温度不够，焊点呈碎渣状，这种情况多数为虚焊；焊点h焊盘与焊点之间有缝隙为虚焊或接触不良；焊点I引脚放置歪斜。一般形状不正确的焊点，元件多数没有焊接牢固，一般为虚焊点，应重焊。abcdefghi焊点的剖面第3讲电子制作程序分解一、分解任务并确定指标方案根据设计任务书所要求的功能和目标，按功能分解为多个单元电路，并确定出各单元电路需完成的任务、具体技术指标和参数，并初步确定各单元电路的实施方案。在方案确定过程中，需考虑各单元电路之间的状态匹配是否符合整体设计要求(如驱动功率是否足够？前后级之间波形幅度是否配合？线路阻抗是否匹配等？)，如发现有问题则应通过方案修改进行解决，必须在整体设计方案达到80%以上把握时才能最后进行电路的具体设计，否则失败的风险较大。2、分单元进行电路原理图设计根据确定后的实施方案，分单元进行电路原理图设计。如果在设计过程中，发现有些单元的完成把握性较小时，应围绕功能的完成过程可能出现的问题提出对应的多个解决方案，在条件许可时最好对这些方案进行实验验证。3、完成原理图的整体联结及初稿将各单元电路的原理图进行整体联结，然后进行图纸的整体性检查，看各单元电路之间是否存不能配合工作的问题，发现问题后及时修正。设定输入条件，对全系统的原理图进行工作状态的模拟校验(可用人工经验方式也可用软件仿真方式)，校验无误后确定图纸的初稿。4、实际电路板制作根据完成的整机图纸初稿，用设计软件进行正式原理图的整机设计，完成后直接进行印制电路板排版，并安装上所有元器件。然后进入下一步的调试。5、系统初调试断开负载和输入信号，在输入端接入信号发生器的输出信号，从输入电路开始，按信号的处理路径，以单元电路为单位顺序进行调试，必须保证每个单元电路都能正常工作，如发现电路有设计不合理处，及时对原理图进行修改。在本步骤中，如电路中有系统整体负反馈时可能影响单元电路的调试效果，可先断开负反馈元件，待各单元电路调试好以后再接上负反馈元件。6、系统统调接上系统中的全部负载和输入信号，验证全部功能，同时考核系统的功耗、发热及过流、过压保护等功能，如发现电路仍有设计不合理处，再修改电路。功能全部调试完成后，让电路在满载条件下运行足够的时间，如不出现问题，则对图纸按调试过程的修改参数重画图纸。完成全部的设计制作。7、参赛时的注意事项(a)原理图设计时要发挥集体智慧，每个成员要有协作精神，过于依赖和过于固执均不利于任务的完成。(b)图纸完成后的电路制作阶段要齐心协力，不要去争谁干什么，力争开赛第2天完成实体电路板的制作。(c)调试阶段最好由1人总负责，另一人协调，第3人进行设计报告的初步撰写。(d)有问题尽快找资料或通过网上让老师指导，不要耽误时间。(e)同组成员之间有问题可讨论，但不要争吵，保持心态平和，有利于出成绩。第4讲Protel排板软件的使用