《电工电子实践基础》课件第4章

第4章电路板制作与元器件安装4.1电子制作常用工具4.2印制电路板的设计制作工艺4.3电子元器件的安装与焊接4.4计算机辅助设计印制电路板技术简介4.5电路的调试

4.1电子制作常用工具

4.1.1钳子

1.尖嘴钳

尖嘴钳的前部较尖细，如图4.1.1所示。尖嘴钳操作灵活，用于夹持小型金属零件或元器件引脚成形。在装配电子元器件时适用于其他钳子较难进入的狭小空间。因其强度有限，故不宜过力夹持硬物。图4.1.1尖嘴钳

2.平嘴钳

平嘴钳钳口平，可用于夹弯元器件引脚与导线。因为其钳口无纹路，所以对导线拉直、整形比尖嘴钳适用。但因其钳口较薄，故不宜夹持螺母或需施力较大的部位。

3.斜嘴钳

斜嘴钳如图4.1.2所示，用于剪掉焊后的线头或元器件的引脚，也可与尖嘴钳配合用于剥导线的绝缘皮。图4.1.2斜嘴钳

4.平头钳

平头钳其头部较宽平，如图4.1.3所示，适用于螺母、元器件的装配操作，但不能代替锤子敲打零件。

5.剥线钳

剥线钳专门用于剥去有绝缘包皮的导线,使用时应注意将需剥皮的导线放入适合的槽口，剥皮时不能剪断导线。其钳口的槽并拢后应为圆形。图4.1.3平头钳4.1.2扳手

扳手是利用杠杆原理拧转螺栓、螺钉、螺母和其他螺纹紧固件的手工工具。

常用的扳手有呆扳手、梅花扳手、两用扳手和活扳手等。

1.呆扳手

呆扳手一端或两端制有固定尺寸的开口，如图4.1.4所示，用以拧转一定尺寸的螺母或螺栓。图4.1.4呆扳手

2.梅花扳手

梅花扳手两端具有带六角孔或十二角孔的工作端，如图4.1.5所示，适用于工作空间狭小、不能使用普通扳手的场合。

3.两用扳手

两用扳手一端与单头呆扳手相同，另一端与梅花扳手相同，用于两端拧转相同规格的螺栓或螺母,如图4.1.6所示。

4.活扳手

活扳手开口宽度可在一定尺寸范围内进行调节，如图4.1.7所示，能拧转不同规格的螺栓或螺母。图4.1.5梅花扳手图4.1.6两用扳手图4.1.7活扳手4.1.3镊子

镊子有尖嘴镊子和圆嘴镊子等。尖嘴镊子用于夹持细小的元器件和导线等，以便于装配焊接。圆嘴镊子用于弯曲元器件引线和夹持元器件焊接等。用镊子夹持元器件焊接时还能起到散热的作用。元器件拆焊也需要用到镊子。4.1.4螺丝刀

螺丝刀又称起子或改锥，如图4.1.8所示，有“一”字和“十”字式两类，用于拧螺钉等。根据螺钉大小可选用不同规格的螺丝刀。图4.1.8螺丝刀4.1.5电烙铁

电烙铁是用来焊接元器件的主要工具。选择合适的电烙铁，并用正确的方法进行焊接操作，是保证焊接质量的基础。常用的电烙铁一般为直热式。直热式又分为外热式、内热式

和恒温式三种。加热体称为烙铁心，是由电热丝绕制而成的。加热体包在烙铁头外面的称为外热式，位于烙铁头内部的称为内热式，如图4.1.9所示。图4.1.9内热式电烙铁4.1.6试电笔

试电笔俗称“电笔”，如图4.1.10所示,是一种市电测试工具，用来测试电气线路中是否带电。试电笔中有一氖泡，测试时如果氖泡发光，则说明被测体带电。图4.1.10试电笔

4.2印制电路板的设计制作工艺

4.2.1印制电路板的板材

印制电路板（也称印刷电路板、印制板）的板材通常选用覆铜板，常见的覆铜板有以下两种：

(1)环氧基覆铜箔层压板，主要用于工作环境较好的电子仪器仪表等电子电器产品中，价格较便宜。

(2)环氧玻璃布覆铜箔层压板，耐高温和潮湿性能较好，也具有较好的机械加工性能，常用于计算机、军工电子产品及工业电子产品中。4.2.2印制电路板的设计

1.印制电路板材料、形状及尺寸的确定

(1)板材的选择。

(2)覆铜板厚度的确定。

(3)印制电路板形状的确定。

(4)印制电路板尺寸的确定。

2.印制电路板与板外其他部件或设备连接方式的选择

(1)导线焊接。

(2)排插连接。

(3)直接插接式连接。

3.印制电路板元器件布局的设计

印制电路板的布局设计和工艺对电路的正常工作具有重要意义。在电路板制作实践中发现，有时电路原理设计是正确的，但若印制电路板设计不当，也会造成电路工作不正常或不可靠。因此，在设计印制电路板时，应当遵守印制电路板设计的一些原则，以保证电路的正常工作。首先应根据元器件之间电气连接的相互关系确定各元器件在板上的布局,再根据元器件的大小确定印制电路板的尺寸。在此过程中要注意遵循如下原则：

(1)按电路功能模块的布局，并根据该电路板的特点选择以下几种方案：一是按照电路各功能单元的工作流程，顺序安排各个电路功能模块的位置，以便各模块之间连接；二是以每个电路功能模块的主要元件为中心，其他元件依照连接关系、围绕主要元件进行布局。

(2)高频部分的元器件布局，其连线应尽可能短，以减少分布参数和电磁干扰的影响，电磁元件和敏感元件的相互距离要尽可能拉开。

(3)线路中电位差较大的元器件和引线，应留有足够的安全间距，以免放电带来的损害。

(4)对于大而重的元器件，应另设固定机构，确保安装牢靠。

(5)对电位器、开关等可调元器件的布局，应考虑整机的结构，根据操作需要进行布局。

4.印制电路板的布线设计

布线设计应遵循以下的设计原则：

(1)某根印制导线的宽度要满足该印制导线的载流要求。

(2)印制导线的拐弯处一般应设计成圆角。

(3)印制电路中高频部分宜采用岛形焊盘，地线宜采用大面积布线。

(4)双面电路板两面布线时，顶面和底面的印制导线走向宜相互垂直。

(5)电路系统的输入线与输出线应避免相邻和平行。

5.焊盘和孔的设计

焊盘用来焊接元器件的引线并连接印制导线，对元器件也起到了定位和固定的作用。焊盘设计的重点是其大小和形状。

(1)焊盘的大小设计。设计焊盘的大小时应考虑通孔孔径、最小孔环宽度等因素。为了便于加工和保证焊盘在电路板上的黏附强度，应适当增大焊盘的面积。但是，在整板布线密度比较高时，若焊盘的尺寸过大，盘间间隙就会缩小。表4.2.1中列出了建议使用不同钻孔直径所对应的最小连接盘直径，以供参考。

(2)焊盘的形状设计。

①圆形焊盘：

②岛形焊盘：

③方形焊盘：

④椭圆形焊盘：

⑤泪滴式焊盘：

⑥钳形焊盘：

⑦异形焊盘：图4.2.1焊盘形状(a)圆形;(b)岛形;(c)方形;(d)椭圆形

(3)孔的设计。

①引线孔：

②通孔：

③安装孔：

④定位孔：4.2.3印制电路板的制作工艺

1.绘制照相底图

2.制作底图胶片

3.图形转移

4.蚀刻与钻孔

5.金属化孔

6.金属涂覆

7.涂助焊剂与阻焊剂

8.印制电路板的制作技术要求

9.手工制作印制电路板

4.3电子元器件的安装与焊接

4.3.1元器件的安装方式

1.元器件引线成型

元器件在焊接前要进行引线成型，以便于插装和美观。元器件成型时应注意引线打弯处应距元器件根部2mm以上，并形成圆弧状，圆弧半径应大于引线直径的2倍以上。

2.元器件的安装

(1)卧式安装：是将元器件水平地贴近电路板的安装方式，见图4.3.1。

(2)立式安装：是将元器件垂直于电路板安装的方式，见图4.3.2。当电路板上的元器件比较多时采用这种方式，可以提高安装密度，节约空间。其缺点是安装强度略低。图4.3.1元器件的卧式安装图4.3.2元器件的立式安装4.3.2焊料与焊剂

1.焊料

电子工程中常用的焊接材料是锡铅合金焊料，俗称焊锡。

2.焊剂

焊剂又称为助焊剂，通常是以松香为主要原料的混合剂，焊接中起到清除焊件表面氧化层、保证焊锡浸润良好的作用。4.3.3手工焊接技术

1.焊接的操作方法

(1)绕焊：

(2)钩焊：

(3)搭焊：

(4)插焊：

2.焊接的质量要求

(1)接触性能良好。

(2)具有较好的机械强度。

(3)焊料的用量要适当。

(4)焊点表面要光亮且均匀。

(5)焊点不应有尖刺。

(6)焊点表面必须洁净。4.3.4表面安装技术简介

表面安装技术(SurfaceMountedTechnology，SMT)使用专用的表面贴装元件，具有体积小、组装密度高、高频特性好等特点。表面安装元件是无引脚元件，是片式化的元器件。4.3.5使用TTL电路和CMOS电路应注意的问题

(1)芯片的供电电源。

(2)CMOS集成电路静电的防止。

(3)CMOS电路电泳和大电流的预防。

4.4计算机辅助设计印制电路板技术简介

4.4.1

Protel电路板设计流程

Protel是目前设计印制电路板的常用软件之一。限于篇幅，本节通过一个实例简单介绍用Protel设计印制电路板的过程。详细内容可参阅后续专用教材。用Protel设计印制电路板

可分为两个主要阶段，即原理图设计和PCB电路板设计。下面先给出这两个阶段的设计流程，如图4.4.1和图4.4.2所示。图4.4.1电路原理图设计流程图4.4.2

PCB板设计流程4.4.2电路原理图设计

1.建立原理图设计文件

下面是一个具体的设计实例。该例是设计一个数字编码器并显示其结果，具体步骤如下：

(1)打开Protel，在菜单栏选择【File】/【New】命令，出现【NewDesignDatabase】对话框，如图4.4.3所示。在DtabaseFileName文本框中输入新建文件名“test1.ddb”，然后单击Browse按钮选择文件存储路径，再单击OK按钮确认，则出现图4.4.4所示窗口。图4.4.3建立数据库文件图4.4.4建立设计项目

(2)用鼠标双击窗口中的Documents图标，打开数据库文件夹。这时选取【File】/【New】菜单命令，在出现的【NewDocument】对话框中单击Schematicdocument图标，再点击OK按钮，则出现【Documents】窗口，原理图文件图标即显示于其中，其文件名处于编辑状态，在文件名文本框中输入自建文件名，“数字编码器”即可完成原理图文件的创建。

(3)单击该原理图文件图标，即可出现原理图编辑窗口，如图4.4.5所示。图4.4.5原理图编辑窗口

2.设置图纸参数

在原理图编辑窗口中选取菜单栏的【Design】/【Option】，出现图纸属性对话框,如图4.4.6所示。图4.4.6图纸属性对话框在此对话框中将图纸的幅面设为A4,图纸的方向设为水平,标题栏设为标准型等。

再单击图中的Oganization标签，出现图纸设计信息对话框，如图4.4.7所示，填写单位、地址、编号等相关内容。图4.4.7图纸设计信息对话框

3.载入元器件原理图符号库

在设计管理器窗口中单击Browse标签，可打开“更改库文件列表”,如图4.4.8所示，在此界面中将所需的元器件库文件装入系统中。图4.4.8选择库在编辑管理器窗口的Browse下单击

右边的下三角按钮，从列表框中选择Libraries项，再从元器件列表框中找到并双击准备添加到工作区的元件名称，则该元件将随光标移动，在工作窗口的适当处单击鼠标左键，即可将所选元件放置于所需位置，如图4.4.9所示。按照以上方法，可以将设计方案中的各个元件逐一放入。图4.4.9放置元器件

4.画导线及各种电气符号

元件放置好后，可利用原理图编辑窗口的Place下拉菜单中的各工具放置其他各电气符号,并画出电气连接的导线。本例的完整电路图如图4.4.10所示。图4.4.10编码显示电路原理图4.4.3

PCB印制电路图设计

1.新建PCB数据库文件

启动印制电路板编辑器，选择菜单命令【File】/【New】，出现选择文件类型窗，如图4.4.11所示，可以建立PCB文件。

2.设置相关参数

用菜单命令【Design】/【Option】调出【DocumentOption】对话框，再选择Layers标签，可进行工作层设置,如图4.4.12所示。图4.4.11建立PCB文件图4.4.12工作层设置

3.设置电路板的边界

设定当前工作层为Mechl，用菜单命令【Place】/【Track】在该工作层画出电路板的边界,如图4.4.13所示。图4.4.13印制电路板边界

4.装入网络表元器件

首先生成网络表文件。用菜单命令【Design】/【CreateNetlist】创建一个网络表文件，再利用BrowsePCB浏览器中的【Libraries】选项装入元器件库，就可以装入网络表了。执行

【Design】/【Netlist】菜单命令就可以将网络表和元器件装入PCB编辑器中。

5.生成PCB图

在上述操作后，执行元器件自动布局，接着执行【AutoRouting】命令，即可生成所需的印制电路板布线图，如图4.4.14所示。此图经检查、人工修正无误后，即可用于印制电路板的制作。图4.4.14自动生成的印制电路板图

4.5电路的调试

4.5.1调试的方法

(1)检查电路及电源电压。

(2)调试供电电源。

(3)静态调试。

(4)动态调试。

(5)指标测试。

(6)负荷试验。4.5.2调试过程中的