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买买提 目 录 1. Protel99SE基础知识简介 ................................................................................................. 1 1.1 、 protel软件介绍 ......................................................................................................... 1 1.1.1 、Protel 99 SE的系统组成 ....................................................................................... 1 1.1.2 Protel 99SE的功能特性 ............................................................................................. 2 1.2 电路板设计步骤 ................................................................................................................ 3 1.3电路原理图设计 ................................................................................................................. 3 1.4 仿真介绍 ............................................................................................................................ 9 1.4.1 仿真(Simulation)菜单项 ........................................................................................ 9 1.4.2、设置 .............................................................................................................................. 9 1.4.3、设置仿真 .................................................................................................................... 11 1.5电路板设计的流程 ........................................................................................................... 14 1.6封装 ................................................................................................................................... 14 1.7创建网络表 ....................................................................................................................... 14 2 电子设计 .............................................................................................................................. 20 2.1 彩灯循换控制器 ............................................................................................................... 20 3 实物设计 .............................................................................................................................. 23 3.1 设计题目——编码译码器示教版 .................................................................................. 23 3.2 元件的焊接 ...................................................................................................................... 27 3.3 作品的组装与调试 .......................................................................................................... 28 3.4 万用表 .............................................................................................................................. 29 3.5万用表的介绍 ................................................................................................................... 29 3.6 数字万用表使用方法 .................................................................................................... 29 3.7 数字万用表使用时的注意事项 .................................................................................... 30 3.8 基本电子元件知识介绍 .................................................................................................. 30 3.9 电子元件知识——电容器 .............................................................................................. 31 3.10 电子元件知识——半导体器件 .................................................................................... 32 总 结 ...................................................................................................................................... 35 致 谢 .................................................................................................................................... 36 参考文献 .................................................................................................................................. 37 附录A ....................................................................................................................................... 38 附录B ....................................................................................................................................... 40 电子电路设计与装配实训 1. Protel99SE基础知识简介 1.1 、 protel软件介绍 Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB(印制电路板)设计工具，而是一个系统 设计系统是一套建立在IBM兼容工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。Protel PC环境下的EDA电路集成设计系统，由于其高度的集成性与扩展性，一经推出，立即为广大用户所接受，很快就成为世界PC平台上最流行的电子设计自动化软件。 从Protel 98开始，Protel公司将所有应用程序代码从16位升级为32位，使性能大大提高。1999年初，Protel公司推出了Protel 99，其最大的改变是引入了设计数据库文件和设计团队的概念，而后又推出了Protel 99的改进版--Protel 99 SE。Protel 99 SE(Second Edition)在原理图设计和电路仿真方面增加了许多小的功能，而其最主要的改进体现在电路板设计系统方面。使用Protel 99 SE，你将赞叹其强大的功能和应用的弹性。 1.1.1 、Protel 99 SE的系统组成 按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。 1、电路工程设计部分 (1)电路原理设计部分(Advanced Schematic 99):电路原理图设计部分包括电路图编辑器(简称SCH编辑器)、电路图零件库编辑器(简称Schlib编辑器)和各种文本编辑器。本系统的主要功能是:绘制、修改和编辑电路原理图;更新和修改电路图零件库;查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。 (2)印刷电路板设计系统(Advanced PCB 99):印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器(简称PCB编辑器)、零件封装编辑器(简称PCBLib编辑器)和电路板组件管理器。本系统的主要功能是:绘制、修改和编辑电路板;更新和修改零件封装;管理电路板组件。 (3)自动布线系统(Advanced Route 99):本系统包含一个基于形状(Shape-based)的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。 2、电路仿真与PLD部分 (1)电路模拟仿真系统(Advanced SIM 99):电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真， 1 电子电路设计与装配实训 从而验证其正确性和可行性。 (2)可编程逻辑设计系统(Advanced PLD 99):可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器(Waveform)。本系统的主要功能是;对逻辑电路进行分析、综合;观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。 (3)高级信号完整性分析系统(Advanced Integrity 99):信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。 1.1.2 Protel 99SE的功能特性 现介绍一些Protel99SE的部分最新功能: 1.可生成30多种格式的电气连接网络表; 2.强大的全局编辑功能; 3.在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中; 4.同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络 5.既可以进行正向注释元器件标号(由原理图到PCB)，也可以进行反向注释(由PCB到原理图)，以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性; 6.满足国际化设计要求(包括国标标题栏输出，GB4728国标库); * 方便易用的数模混合仿真(兼容SPICE 3f5); 7.支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成的JED下载文件; * PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层; 8.强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查; 9.智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺; 10.提供大量的工业化标准电路板做为设计模版; 11.放置汉字功能; 12.可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换; 13.智能封装导航(对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用); 14.方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果; 15.独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果; 16.强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等; 17.经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB 2 电子电路设计与装配实训 启动; 18.反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合; 19.专家导航帮您解决信号完整性问题。 1.2 电路板设计步骤 电路原理图的设计主要是PROTEL099SE的原理图设计系统(Advanced Schematic)来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用PROTEL99SE所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图 一般而言，设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤:电路原理图设计、仿真、 的制作。PCB 1.3电路原理图设计 本报告就我个人学习而言，按照本人在实际的设计流程所学，来谈一谈如何使用Protel99SE软件准确、高效地设计出电路原理图和设计印刷电路板的一些技巧。 具体如下: 先在D盘里新建一个属于自己的文件夹买买提实训 图1.1 然后运行Protel99SE软件，新建买买提082324.ddb文件 3 电子电路设计与装配实训 图1.2 图1.3 图1.4 然后在Documents文件夹下单击右键选择“New”选择Schematic Document。如图 5所示; 4 电子电路设计与装配实训 图1.5 在protel 99SE页面中单击File选择New，新建原理图练习图13。Sch 再进入Schematic Document界面，练习习题册图13的绘制。命名练习图13.sch，如下: 图1.6 打开,点击设计管理器中的Browse Sch选项卡，然后点击Add/Remove按钮，屏幕将出现如图所示的“元件库添加、删除”对话框。 5 电子电路设计与装配实训 图1.7 并在Browse下选择Libraries便可在下面的选框中选择所需的元件。 图1.8 按照上图放置电阻的方法逐一地放置电路图所需的其它的元件，放置元件后要根据电路图对放置后的元件进行合理的布局: 一、布局的原则:布局应该以核心元件为标准，合理的分散，间距的得当，便于连 线。按此布局，便会得到精美的原理图。 二、布局的基本操作:在布局的过程中，将应用到元器件等对象的选定、移动、旋转等操作，要熟练地掌握这些操作的方法和技巧。 6 电子电路设计与装配实训 图1.9 图1.10 三、所有元件放置完毕后，就可以进行电路图中各对象间的连线(Wiring)。连线的主要目的是按照电路设计的要求建立网络的实际连通性。 四、要进行操作，可单击电路绘制工具栏上的按钮或执行菜单Place/Wire将编辑状态切换到连线模式，此时鼠标指针由空心箭头变为大下字。只需将鼠标指针指向欲拉连线的元件端点，单击鼠标左键，就会出现一条随鼠标指针移动的预拉线，当鼠标指针移动到连线的转弯点时，单击鼠标左键就可定位一次转弯。当拖动虚线到元件的引脚上并单击鼠标左键，可在任何时候双击鼠标左键，就会终止该次连线。若想将编辑状态切 7 电子电路设计与装配实训 回到待命模式，可单击鼠标右键可按下Esc键。如下: 图1.11 五、电气规则检查 一、单击菜单-ERC„„,打开“ERC设置”对话框，启动ERC，如图所示。 图1.12 NET附在附录A Protel将按的设置自动进行ERC检查，并生成检查报告。 图1.13 图表明无错误，至此已经基本上完成了原理图设计。 8 电子电路设计与装配实训 1.4 仿真介绍 Protel99SE提供了模拟/数字混合仿真，其仿真引擎使用伯克利分校的SPICE3f5/xspice，它可以精确的仿真由各种元器件构成的电路。对于复杂的数字器件，Protel99SE允许使用一种特殊的描述性语言(Digital SimCode),设 可通过它建立相应的数字器件模型，以供Protel99SE仿真使用。 电路的原理图中放置的元件分为不可仿真元器件和可方真元器件两类。前者在设计中不需要电路仿真而直接用于PCB设计的原理图时，在图纸上放置的元器件一般都来自该路径下的各个元件库，而且这类资源十分丰富;后者主要来自 DesignExplorer99SE/Library/Sim，如果我们设计的原理电路图需要进行仿真，放置的元件就应该来自每个仿真元器件库，该库中的电路图形符号都是“备用仿真”型的也就是说，该库中的元器件图形符号与许多的仿真模型有着对应的关系。即使是仿真电路中放置的元器件，也分为不需要仿真模型和需要仿真模型的元器件。 Simulation)菜单项 1.4.1 仿真( 1(Run 运行仿真命令，同工具条上的按钮，如想终止仿真过程，()按钮。 2(Sources 此子菜单罗列出了较常用的激励源。我们在搭电路时，可以从这里找到常用的直流信号源、正弦信号源、脉冲信号源。除了这些常用的信号源外，Protel99 SE还支持指数源、分段线性源、单频率调频源、多项式源 1.4.2、设置 1、静态工作点分析 静态工作点是在分析放大电路中提出来的，它是放大电路正常工作的重要条件。当把放大器的输入信号短路，则放大器处于无信号输入状态，称为静态。如果静态工作点选择不合适，则输出波形会失真，因此设置合适的静态工作点是放大电路正常工作的前提。 2、直流扫描分析 直流扫描分析就是直流转移特性，当某输入在一定范围内步进变化时，计算电路直流输出变量的相应变化曲线。例如某个电压源从1V到20V变化，步长可由用户设定，在每一个相应的电压将计算出一套电路参数，并显示。 :在Source Name 域中选择一个欲对其扫描的独立电源;在 Start Value,域中设置扫描的开始值;在Stop Value 域中设置扫描结束值;在 Step Value 域中设置 9 电子电路设计与装配实训 步长。 主独立源(primary source)是必须的，而次独立源(secondary source)是可选的(随需要而定)。若设置了次独立源，需输入其变量名和相应的起始、终止值和步长。通常第一个扫描变量(主独立源)所覆盖的区间是内循环，第二个(次独立源)扫描区间是外循环。 3、交流小信号分析 交流分析是在一定的频率范围内计算电路和响应。如果电路中包含非线性器件或元件，在计算频率响应之前就应该得到此元器件的交流小信号参数。在进行交流分析之前，必须保证电路中至少有一个交流电源，也即在激励源中的AC 属性域中设置一个大于零的值(一般在电路中，设为1V)。 说明:在Start Frequency 域中指定起始频率;在Stop Frequency 域中指定终止频率;在Test Points域中指定扫描的点数;在Sweep Type框中指定扫描类型。扫描类型只能确定Linear、Octave或Decade中的一个。 Linear、Octave和Decade扫描类型特点如下: Linear为线性扫描，是从起始频率开始到终止频率的线性扫描。Linear适用于带宽较窄情况。 Octave为倍频扫描，频率以倍频进行对数扫描。Octave用于带宽较宽的情形。 Decade为十倍频扫描，它进行对数扫描。Decade用于带宽特别宽的情况。 对交流分析，Protel99 SE可以方便地查看单个输出变量的一个或两个交流分析Y轴输出类型，如输出的虚部、实部，幅值(幅度或分贝数)，相位(度或弧度)，缺省Y轴是幅度。X轴比例可以是线性的或对数的。同时Protel99 SE版本还提供了丰富的波形运算函数。 4、瞬态分析 瞬态响应分析是对时域中的输入信号确定时域中的输出。瞬态分析产生的波形像示波器，所有的输出量都是时间的函数，在进行瞬态分析之前会自动进行工作点分析。 说明:在Transient Analysis 组中， Time Step 是时间步长;Stop Time 终止时间(或停止时间);Maximun Step 是时间步长的最大值，一般取两者相等。 瞬态分析总是从时间t=0开始，然而，可以从时间Start Time 开始打印结果。Start Time 是瞬态响应的初始时刻。事实上从t=0到t= Start Time 时间内也分析了电路，只是没有输出或存贮这些结果而已。 5、进行电路仿真的步骤如下。 在原理图编辑库中加载仿真元器件库 “Sim.ddb。 10 电子电路设计与装配实训 在电路图上放置放置仿真元器件，并设置元器件的仿真参数。 连线绘制仿真原理图。 在仿真原理图中添加电源以及激励原。 设置仿真结点及电路的初始状态。 仿真前，先对电路图进行ERC检查。 设置仿真分析的参数。 1.4.3、设置仿真 在我们运行仿真之前，我们需要添加一些物件到我们的电路中:振荡器的电压源;用于仿真的参考地和一些我们希望查看波形的电路点的网络标签。 1、点击窗口顶部的 Multivibrator.SchDoc 使原理图为当前文档。 2、我们必须再放一个有电压源的连接器。要删除连接器，在连接器体上点击一次选取它，然后按键盘上的 DELETE 键。 3、这时没有足够的空间来放置电压源，因此我们要移动导线的自由端点。要移动12V导线的垂直端，点击一次导线选取。当小方块编辑点出现时，点击一次导线的自由端的点，然后向上尽可能移动该点到导线改变方向的地方。再点击放下该点。 4、对GND导线的垂直端重复这个进程，将其移动到图纸的底部。 5、选择 View ? Toolbars ? Simulation Sources 显示仿真源工具栏。 6、点击仿真源工具栏的 +12V source 按钮。一个电源符号将悬浮在光标上。按键盘上的 TAB 键编辑其属性。在出现的对话框中，点击 Attributes 标签使其激活，并设置 Designator 为V1。点击 OK 按钮关闭对话框，然后将这个电源放在12V和GND导线的垂直端点之间。 7、使用你用于移动12V和GND导线部分的垂直端点的相同技巧，再将他们移动到电压源的两个端点。 四、我们在运行仿真之前最后的任务是在电路的合适的点放置网络标签，这样我们可以很容易地认出我们希望查看的信号。在本教程电路中，较好的点是两个晶体管的基极和集电极。 1、从菜单选择 Place ? Net Label ( 快捷键P，N)。按 TAB 键编辑网络标签的属性。在 Net Label 对话框，设置 Net 栏为 Q1B ，然后关闭对话框。 2、将光标放在与Q1基极连接的导线上。参照 Figure 9 的网络标签的放置。左击或按 ENTER 将网络标签放在导线上。 3、按 TAB 键将 Net 栏改为 Q1C 。 4 、 将光标放在与Q2集电极连接的导线上， 左击或按 ENTER 将网络标签放在导 11 电子电路设计与装配实训 线上。 5、同样地，将 Q2B 和 Q2C 网络标签放在Q2的基极和集电极导线上。 6、完成网络标签的放置后，右击或按 ESC 退出放置模式。 7、保存准仿真电路为与原原理图不同的文件名，选择 File ? Save As 在 Save As 对话框键入 Multivibrator simulation.SchDoc 。 五、运行瞬态特性分析 原理图现在已经具备所有必备的条件了，因此让我们设置一个电路瞬态特性分析。在我们的教程电路中，RC时间常数为 100k x 20n = 2 ms 。要查看到振荡的 5 个周期，我们就要设置看到波形的一个 10ms 部分。 1 、选择菜单的 Design ? Simulate ? Mix Sim 显示 Analyses Setup 对话框。所有的仿真选项均在此设置。 图1.14 2、首先我们要设置你希望观察到的电路中的中心点。在 Collect Data For 栏，从列表中选择 Node Voltage and Supply Current 。 这个选项定义了在仿真运行期间你想算的数据类型。 3、在 Available Signals 栏，双击 Q1B 、 Q2B 、 Q1C 和 Q2C 信号名。在你双击每一个名称时，它会移动到 Active Signals 栏。 4、为这个分析勾选 Operating Point Analysis 和 Transient/Fourier 。 如果 Transient/Fourier Analysis Setup 没有自动显示，点击 Transient/Fourier analysis 名称。 5、将 Use Transient Defaults 选项设为无效，这样瞬态特性分析规则可用。 6、要指定一个10ms的仿真窗口，将 Transient Stop Time 栏设为10ms 7、现在设置 Transient Step Time 栏为10u，表示仿真可以每10us显示一个点。 12 电子电路设计与装配实训 8、在仿真其间，实际的时间间隔是自动随机获取的一簇。在 Maximum Step 栏限制时间间隔大小的随机性，设置 Transient Max Step Time 为10u 。 图1.15 六、现在准备运行瞬态特性分析。 1、点击 Analyses Setup 对话框底部的 OK 按钮运行仿真。 2、仿真执行后，你将看见输出波形。 图1.16 利用Protel99SE进行电路设计并可以根据电路的结构和元件参数进行仿真，从而快速、方便、精确的评价电路设计的正确性，节省大量时间和费用，同时还可以进行传统方法难以进行或无法进行的蒙特卡罗分析、噪声分析等，进一步提高电路设计的性能。 13 电子电路设计与装配实训 1.5电路板设计的流程 图1.17 1.6封装 图1.18 1.7创建网络表 当ERC顺利通过后，就可以创建网络表，以方便PCB设计时使用。但先要对元件进行封装，再创建网络表。网络表是连接原理图与PCB的纽带，创建网络表，方法如下: 14 电子电路设计与装配实训 1:点击菜单Design-Greate Netlist„„,打开“网络表属性”对话框如图所示。 图1.19 单击OK，进入下一步。 2:再新建PCB文件 图1.20 将新建PCB板文件打开并导入网络表: DESIGN/LOADE NETS 得到对话框如下 15 电子电路设计与装配实训 图1.21 图1.22 单击“Browse„”选择“图13.NET 图1.23 点击“OK”得到 16 电子电路设计与装配实训 图1.24 点击“EXECUTE”得到 图1.25 摆放好元件，点击“AUTO ROUTE/ALL”得到 17 电子电路设计与装配实训 图1.26 点击按钮 就会得到3D视图 如下 18 电子电路设计与装配实训 图1.27 正面图 图1.28 反面图 19 电子电路设计与装配实训 2 电子设计 2.1 彩灯循换控制器 1.电路组成: 该循环控制电路由555定时器，12位二进制计数器CD4040和三位二进制译码器74LS138组成，如图所示: 图2.1 NET附在附录B 2.CD4040是12位异步二进制计数器，它仅有2个输入端，即时钟输入端CP和清零端CR。输出端为Q -- Q。当清零端CR为高电平时，计数器输出全部清零;当CR011 为低电平时在CP脉冲的下降沿完成计数。 74LS138是3线—8线译码器，具有3个地址输入端A、A、A，和3个选通2 1 0 端ST、ST、ST以及8个译码器输出端 Y ——Y。A B C07 用555定时器组成多谐振荡器，输出频率F=100HZ.由CD4040分频后，高3位Q、11Q、Q，的输出分别接在74LS138译码器的三个输入端A、A、A。每隔st=256/f=2.5s109210 的时间A0 变化一次，每隔5s的时间A变化一次，每隔10s变化一次，从而使其输出1 端Y——Y驱动的发光二极管循序循环点亮与熄灭。 07 3.电路调试 在完成电路的初步设计后，在对电路进行方正调试，目的是为了观察和测量电路的性能指标并调整部分元器件参数，从而达到设计指标的要求。 20 电子电路设计与装配实训 PC面: 图2.2 正面: 图2.3 21 电子电路设计与装配实训 反面: 图2.4 22 电子电路设计与装配实训 3 实物设计 3.1 设计题目——编码译码器试教版: 包装如图: 图3.1 不同方位视图: 图3.2 图3.3 图3.4 图3.5 23 电子电路设计与装配实训 内部视图: 图3.6 图3.7 图3.8 图3.9 24 电子电路设计与装配实训 图3.10 图3.11 图3.12 图3.13 图3.14 图3.15 数码显示管: 图3.16 25 电子电路设计与装配实训 逻辑开关: 图3.17 电源开关: 图3.18 CD4511输入插孔: 图3.19 发光二极管: 26 电子电路设计与装配实训 图3.20 74LS148 编码器: 图3.21 74LS138 译码器: 图3.22 3.2 元件的焊接 如过元件测试完毕，电路图的PCB板也做好，那么就要开是焊接了。要焊接元件就必须用到电烙铁。电烙铁是电子焊接中最常用的工具，作用是将电能转换成热能对焊接点部位进行加热焊接，其是否成功很大一部分是看对它的操控怎么样了，因此某种角度上来说电烙铁的使用依靠的是一种手法感觉。 新的电烙铁不能拿来就用，需要先在烙铁头镀上一层焊锡，方法是:用锉刀把烙铁头锉干净，按上电源，在温度渐渐升高的时候，用松香涂在烙铁头上;待松香冒烟，烙铁头开始能够熔化焊锡的时候，把烙铁头放在有小量松香和焊锡的砂纸上研磨、各个面 27 电子电路设计与装配实训 都要磨到，这样就可使烙铁头镀上一层焊锡。电烙铁的功率越大，热量越大，烙铁头的温度也就越高。一般的晶体管、集成电路电子元器件焊接选用20W的内热式电烙铁足够了，功率过大容易烧坏元件，因为二极管、三极管结点温度超过 200?就会烧坏。但以搭棚焊为主的胆机制作中，电烙铁功率要大些，可在35W-45W中选择，甚至可以更大。 值得注意的是，线路焊接时，时间不能太长也不能太短，时间过长也容易损坏，而时间太短焊锡则不能充分融化，造成焊点不光滑不牢固，还可能产生虚焊，一般来说最恰当的时间必须在1.5s,4s内完成。 焊锡是一种易熔金属，最常用的一般是焊锡丝。焊锡的作用是使元件引脚与印刷电路板的连接点连接在一起，焊锡的选择对焊接质量有很大的影响。现在最常用的一般是含松香焊锡丝,但细分起来也颇有讲究，其中真正不掺水份的含银焊锡丝当然是上等品了。 准备工作完成后就开始了焊接，其步骤如下: (1)右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡。 (2)将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60?角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在2,3秒钟。 (3)抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。 (4)用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。 焊接时，要保证每个焊点焊接牢固、接触良好。要保证焊接质量，其典型特征是锡点光亮，圆滑而无毛刺，锡量适中。锡和被焊物融合牢固,不应有虚焊和假焊。 虚焊是焊点处只有少量锡焊住，造成接触不良，时通时断。假焊是指表面上好像焊住了，但实际上并没有焊上，有时用手一拔，引线就可以从焊点中拔出。因此，这样必须重新焊接。 焊接完成后，要进行测试一下电路是否正常工作。如果电路不能正常工作，就要检查问题的所在，进而解决问题，实现电路的功能特性。 3.3 作品的组装与调试 作品完成后，要将焊接成的电路板进行组装。用螺丝钉通过电路板上的四个孔将电路板固定住，。组装后还要在作品上贴一张标签，在上面标注清楚作品名称、指导老师、小组成员和完成日期，添完这些以后，简单的组装就完成了。 组装完成后还要在进行调试，用来测试其工作情况。测试时，用手旋转滑动变阻器的滑片到合适阻值，并对NEC负温度系数电阻进行加热，观察的BZ的变化情况。常温 28 电子电路设计与装配实训 下BZ不出声，若温度过高时，BZ发出响声，这表明温度监控成功。由此可见，该电路可以正常工作，调试结束。 3.4 万用表 3.5万用表的介绍 目前的万用表分为指针式和数字式，它们各有方便之处，最好是能够备有指针和数字式的各一个。业余电子制作有一个指针式的MF30型万用表也就可以了，这可是一种经典型号。 万用表的三个基本功能是测量电阻、电压、电流，也称三用表。 现在的万用表添加了好多新功能，尤其是数字式万用表，如测量电容值，三极管放大倍数，二极管压降等，更有一种会说话的数字万用表，能把测量结果用语言播报出来。 数字式万用表也有许多经典型号，如DT830C，DT830C，DT890D等，后面的后缀表示功能上的区别。万用表最大的特点是有一个量程转换开关，各中功能就是靠这个开关来切换的。基本上，用A-来表示测直流电流，一般毫安档和安培档各又分几档。V-表示测直流电压，高级点的万用表有毫伏档，电压档也分几档。V~是用来测交流电压的。A~测交流电流。 Ω欧姆档测电阻，对于指针式万用表，每换一次电阻档还要做一次调零。调零就是把万用表的红表笔和黑表笔搭在一起，然后转动调零钮，使指针指向零的位置。hFE是测量三极管的电流放大系数的，只要把三极管的三个管脚插入万用表面板上对应的孔中，就能测出hFE值。注意PNP、NPN是不同的。 3.6 数字万用表使用方法 1.使用数字万用表前，应认真阅读有关的使用说明书，熟悉电源开关、量程开关、插孔、特殊插口的作用. 2.将数字万用表电源开关置于ON位置。 3.交直流电压的测量:根据需要将量程开关拨至DCV(直流)或ACV(交流)的合适量程，红表笔插入V,Ω孔，黑表笔插入COM孔，并将表笔与被测线路并联，读数即显示。 4.交直流电流的测量:将量程开关拨至DCA(直流)或ACA(交流)的合适量程，红表笔插入mA孔(,200mA时)或10A孔(,200mA时),黑表笔插入COM孔，并将万用表串联在被测电路中即可。测量直流量时，数字万用表能自动显示极性。 5.电阻的测量:将量程开关拨至Ω的合适量程，红表笔插入V,Ω孔，黑表笔插 29 电子电路设计与装配实训 入COM孔。如果被测电阻值超出所选择量程的最大值，万用表将显示“1”，这时应选择更高的量程。测量电阻时，红表笔为正极，黑表笔为负极，这与指针式万用表正好相反。因此，测量晶体管、电解电容器等有极性的元器件时，必须注意表笔的极性。 3.7 数字万用表使用时的注意事项 1.如果无法预先估计被测电压或电流的大小，则应先拨至最高量程挡测量一次，再视情况逐渐把量程减小到合适位置。测量完毕，应将量程开关拨到最高电压挡，并关闭电源。 2.满量程时，仪表仅在，其它位均消失，这时应选择更高的最高位显示数字“1” 量程。 3.测量电压时，应将数字万用表与被测电路并联。测电流时应与被测电路串联，测直流量时不必考虑正、负极性。 4.当误用交流电压挡去测量直流电压，或者误用直流电压挡去测量交流电压时，显示屏将显示“000”，或低位上的数字出现跳动。 5.禁止在测量高电压(220V以上)或大电流(0.5A以上)时换量程，以防止产生电弧，烧毁开关触点。 6.当显示“ ”、“BATT”或“LOW BAT” 时，表示电池电压低于工作电压。 数字式万用表的优点:数字式测量仪表已成为主流，有取代模拟式仪表的趋势。与模拟式仪表相比，数字式仪表灵敏度高，准确度高，显示清晰，过载能力强，便于携带，使用更简单. 3.8 基本电子元件知识介绍 电子元件知识——电阻器 电阻:导电体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R表示，单位为欧姆、千欧、兆欧，分别用Ω、KΩ、MΩ表示。 电阻器的分类:?线绕电阻器 ?薄膜电阻器:碳膜电阻器、合成碳膜电阻器、金属膜电阻器、金属氧化膜电阻器、化学沉积膜电阻器、玻璃釉膜电阻器、金属氮化膜电阻器 ?实心电阻器 ?敏感电阻器:压敏电阻器、热敏电阻器、光敏电阻器、力敏电阻器、气敏电阻器、湿敏电阻器。 电阻器阻值标志方法: 色标法:用不同颜色的带或点在电阻器表面标出标称阻值和允许偏差。国外电阻大部分采用色标法。 30 电子电路设计与装配实训 黑-0、棕-1、红-2、橙-3、黄-4、绿-5、蓝-6、紫-7、灰-8、白-9、金-?5%、银-?10%、无色-?20% 当电阻为四环时，最后一环必为金色或银色，前两位为有效数字， 第三位为乘方数，第四位为偏差。 当电阻为五环时，最後一环与前面四环距离较大。前三位为有效数字， 第四位为乘方数，第五位为偏差。 图3.23 3.9 电子元件知识——电容器 电容容:是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。电容的符号是C。电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于隔直，耦合，旁路，滤波，调谐回路， 能量转换，控制电路等方面。用C表示电容，电容单位有法拉(F)、微法拉(uF)、皮法拉(pF),1F=10*6uF=10*12pF 1法拉(F)= 1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF) 电解电容的极性判别方法:用万用表测量就可以了，先把电解电容放电，然后将表笔接到两端，摆动大的那次就对了，但要注意:指针表的正极对的是电容的负极，数字表相反，而且，两次测量之间，电容必须放电。(2)用引脚长短来区别正负极长脚为正，短脚为负;电容上面有标志的黑块为负极。在PCB上电容位置上有两个半圆，涂颜色的半圆对应的引脚为负极。 电容器的分类: 按照其极性分为二大类:有极性电容器(如电解电容)和无极性电容器。 按照结构分三大类:固定电容器、可变电容器和微调电容器。 31 电子电路设计与装配实训 按电解质分类有:有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。 按用途分有:高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器。 3.10 电子元件知识——半导体器件 1.半导体:半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。半导体最重要的两种元素是硅和锗。 2.二极管分类: 用于稳压的稳压二极管，用于数字电路的开关二极管，用于调谐的变容二极管，以及光电二极管等，最常看见的是发光二极管、 整流二极管„„二极管在电路中用“D”表示;发光二极管用“LED”表示;稳压二极管用“Z”表示。 3.二极管极性判别: (1)普通二极管:一般把极性标示在二极管的外壳上。大多数用一个不同颜色的环来表示负极，有的直接标上“-”号。(2)发光二极管的极性判别可以从管脚和管子内部结构来判别，如果管脚不是被剪过的，目前普遍认为发光二极管的长管脚是正极，短管脚是负极，和立式电解电容的极性辨别是一致的。从管芯内部结构来看，管芯是由大小瓣两部分组成，大瓣上有一圆锥坑以便聚光提高亮度，中间通过一细金属线将两瓣连在一起，与管芯小瓣部分相接的是长脚正极，与管芯大瓣部分相接是短脚负极。(3)万用表欧姆档来判断,当正向导通时电阻值普通二极管的检测:二极管的极性通常在管壳上注有标记，如无标记，可用万用表电阻档测量其正反向电阻来判断(一般用R×100或×1K档) 4.普通发光二极管的检测:(1)利用具有×10kΩ挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ,反向电阻的值为?。如果正向电阻值为0或为?，反向电阻值很小或为0，则易损坏。这种检测方法，不能实地看到发光管的发光情况，因为×10kΩ挡不能向LED提供较大正向电流。(2) 用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表(指针式或数字式皆可)可以较准确测量发光二极管的光、电特性。为此可按图10所示连接电路即可。如果测得V在1.4,3V之间，F 且发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得VF=0或VF?3V，且不发光，说明发光管已坏。 5.三极管作用:三极管在电路中主要起电流放大和开关作用;也起隔离作用。 6.三极管分类 1)按材料和极性分有硅/锗材料的NPN与PNP三极管。 32 电子电路设计与装配实训 2)按功率分有小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管。 3)按用途分有高、中频放大管、低频放大管、低噪声放大管、光电管、开关管、高反压管、达林顿管、带阻尼的三极管等。 4)按工作频率分有低频三极管、高频三极管和超高频三极管。5)按制作工艺分有平面型三极管、合金型三极管、扩散型三极管。 6)按外形封装的不同可分为金属封装三极管、玻璃封装三极管、陶瓷封装三极管、塑料封装三极管等。 电路焊接技术 在电子制作中,元器件的连接处需要焊接。焊接的质量对制作的质量影响极大。所以,学习电于制作技术,必须掌握焊接技术,练好焊接基本功。 一、焊接工具 (一)电烙铁。电烙铁是最常用的焊接工具。我们使用20W内热式电烙铁。 新烙铁使用前,应用细砂纸将烙铁头打光亮,通电烧热,蘸上松香后用烙铁头刃面接触焊锡丝,使烙铁头上均匀地镀上一层锡。这样做,可以便于焊接和防止烙铁头表面氧化。旧的烙铁头如严重氧化而发黑,可用钢挫挫去表层氧化物,使其露出金属光泽后,重新镀锡,才能使用。 电烙铁要用220V交流电源,使用时要特别注意安全。应认真做到以下几点: 1(电烙铁插头最好使用三极插头。要使外壳妥善接地。 2(使用前,应认真检查电源插头、电源线有无损坏。并检查烙铁头是否松动。 3(电烙铁使用中,不能用力敲击。要防止跌落。烙铁头上焊锡过多时,可用布擦掉。不可乱甩,以防烫伤他人。 4(焊接过程中,烙铁不能到处乱放。不焊时,应放在烙铁架上。注意电源线不可搭在烙铁头上,以防烫坏绝缘层而发生事故。 5.使用结束后,应及时切断电源,拔下电源插头。冷却后,再将电烙铁收回工具箱。 (二)焊锡和助焊剂 焊接时,还需要焊锡和助焊剂。 1(焊锡。焊接电子元件,一般采用有松香芯的焊锡丝。这种焊锡丝,熔点较低,而且内含松香助焊剂,使用极为方便。 2.助焊剂。常用的助焊剂是松香或松香水(将松香溶于酒精中)。使用助焊剂,可以帮助清除金属表面的氧化物,利于焊接,又可保护烙铁头。焊接较大元件或导线时,也可采用焊锡膏。但它有一定腐蚀性,焊接后应及时清除残留物。 (三)辅助工具 33 电子电路设计与装配实训 为了方便焊接操作常采用尖嘴钳、偏口钳、镊子和小刀等做为辅助工具。应学会正确使用这些工具。 尖嘴钳、偏口钳、镊子、小刀 二、焊前处理 焊接前,应对元件引脚或电路板的焊接部位进行焊前处理。 (一)清除焊接部位的氧化层 1(可用断锯条制成小刀。刮去金属引线表面的氧化层,使引脚露出金属光泽。 2(印刷电路板可用细纱纸将铜箔打光后,涂上一层松香酒精溶液。 (二)元件镀锡 在刮净的引线上镀锡。可将引线蘸一下松香酒精溶液后,将带锡的热烙铁头压在引线上,并转动引线。即可使引线均匀地镀上一层很薄的锡层。导线焊接前,应将绝缘外皮剥去,再经过上面两项处理,才能正式焊接。若是多股金属丝的导线,打光后应先拧在一起,然后再镀锡。 三、焊接技术 做好焊前处理之后,就可正式进行焊接。 (一)焊接方法“ 1(右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前,电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡,即带上一定量焊锡。 2(将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60?角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在2~3秒钟 3(抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后,才可松开左手。 4(用镊子转动引线,确认不松动,然后可用偏口钳剪去多余的引线。 (二)焊接质量 焊接时,要保证每个焊点焊接牢固、接触良好。要保证焊接质量。 (A)所示应是锡点光亮,圆滑而无毛刺,锡量适中。锡和被焊物融合牢固。不应有虚焊和假焊。 虚焊是焊点处只有少量锡焊住,造成接触不良,时通时断。假焊是指表面上好像焊住了,但实际上并没有焊上,有时用手一拔,引线就可以从焊点中拔出。这两种情况将给电子制作的调试和检修带来极大的困难。只有经过大量的、认真的焊接实践,才能避免这两种情况。 焊接电路板时,一定要控制好时胡间太长,电路板将被烧焦,或造成铜箔脱落。从电路板上拆卸元件时,可将电烙铁头贴在焊点上,待焊点上的锡熔化后,将元件拔出。 34 电子电路设计与装配实训 总 结 1( 实验过程中遇到的问题及解决方法 ? 面包板测试 测试面包板各触点是否接通。 ? 七段显示器与七段译码器的测量 把显示器与CD4511相连，第一次接时，数码管完全没有显示数字，检查后发现是数码管未接地而造成的，接地后发现还是无法正确显示数字，用万用表检测后，发现是因芯片引脚有些接触不良而造成的，所以确认芯片是否接触良好是非常重要的一件事。 ? 时间计数电路的连接与测试 六进制、十进制都没有什么大的问题，只是芯片引脚的老问题，只要重新插过芯片就可以解决了。但在六十进制时，按图接线后发现，显示器上的数字总是100进制的，而不是六十进制，检测后发现无论是线路的连通还是芯片的接触都没有问题。最后，在重对连线时发现是线路接错引脚造成的，改过之后，显示就正常了。 ? 校正电路 因上面程因引脚接错而造成错误，所以校正电路是完全按照仿真图所连的，在测试时，开始进行时校时时，没有出现问题，但当进行到分校时时，发现计数电路的秒电路开始乱跳出错。因此，电路一定是有地方出错了，在反复对照后，发现是因为在接入校正电路时忘了把秒十位和分个位之间的连线拿掉而造成的，因此，在接线时一定要注意把不要的多余的线拿掉。 2( 设计体会 通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。 通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。 3( 对设计的建议 我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状况，完成设计 35 电子电路设计与装配实训 致 谢 在这次电子设计的过程中，我们组遇到了很多的问题，不过在老师的耐心教导下我们把遇到的问题都很好的解决了。指导老师黄卉给予了我们很大的帮助，他一遍遍的给我们讲解我们组遇到的问题，给我们实验的成功起到了关键的作用，在这我们对黄卉老师致以崇高的谢意，感谢他在这次电子设计实验中给我们的帮助。 36 电子电路设计与装配实训 参考文献 1、顾永杰主编，《电工电子技术实训教程》，上海交通大学出版社，2005。 2、范会灵主编，《电子产品工艺》，机械工业出版社，2005。 3、郭勇主编，《Protel99SE印刷电路板设计教程》机械工业出版社2005 37 电子电路设计与装配实训 附录A [ ] C4 [ ] RAD0.4 C12 [ ] ]10u RAD0.4 R13 [ 50p AXIAL0.4 R18 [ 10K AXIAL0.4 V2 10K SIP2 ] VSIN [ ] C7 [ ] RAD0.4 Q1 [ ] 50p TO-92A R14 [ ] 2N2222A AXIAL0.4 R19 [ 10K AXIAL0.4 VCC 5K SIP2 ] 50V [ ] C8 [ ] RAD0.4 Q2 [ ] 10u TO-92A R15 [ ] 2N2222A AXIAL0.4 R20 ( AXIAL0.4 B 15K 10K C4-2 ] Q1-2 [ ] R6-1 C9 [ ] R10-2 RAD0.4 R6 [ ] ) 1u AXIAL0.4 R16 [ ( 10K AXIAL0.4 R21 C 10K AXIAL0.4 C7-1 500 Q1-1 ] R13-2 [ ] ) C11 [ ] ( RAD0.4 R10 [ ] E 1u AXIAL0.4 R17 [ C8-1 10K AXIAL0.4 V1 Q1-3 20K SIP2 R14-1 VSIN ) 38 电子电路设计与装配实训 ( INV ( R21-1 OUT1 GND C4-1 NetR16_2 ) C7-2 C8-2 V1-2 C9-1 ( C12-1 C11-2 ) Q2-1 NetR21_2 R15-1 R6-2 ( R16-2 C11-1 ) R15-2 NetC9_2 ) R19-1 ( R18-2 C9-2 ( R21-2 VCC R19-2 R20-1 NetR17_2 ) R10-1 R20-2 ) R17-2 ( R13-1 V1-1 ( R18-1 NetV2_1 R16-1 V2-2 NetC12_2 ) R14-2 R17-1 VCC-2 ( V2-1 VCC-1 C12-2 ) Q2-2 NetR21_1 ) ) ( ) Q2-3 ( 39 电子电路设计与装配实训 附录B [ ] U2-6 C1 [ ] U2-16 RAD0.4 D4 [ ] U?-4 0.47U DIODE0.4 R1 [ U?-8 LED AXIAL0.4 U? ) 10K DIP-8 ( NE555 NetR2_2 ] R1-1 [ ] R2-2 C2 [ ] U?-7 RAD0.4 D5 [ ] ) 0.1U DIODE0.4 R2 ( ( LED AXIAL0.4 GND NetU1_12 10K C1-2 U1-12 C2-2 U2-1 ] U1-8 ) [ ] U1-11 ( D1 [ ] U2-4 NetU1_14 DIODE0.4 D6 [ U2-5 U1-14 LED DIODE0.4 R3 U2-8 U2-2 LED AXIAL0.4 U?-1 ) 300 ) ( ( NetU1_15 ] NetD2_A U1-15 [ ] D1-A U2-3 D2 [ ] D2-A ) DIODE0.4 D7 [ D3-A ( LED DIODE0.4 U1 D4-A NetU2_7 LED DIP-16 D5-A D8-K 4040 D6-A U2-7 D7-A ) ] D8-A ( [ ] R3-2 NetU2_9 D3 [ ] ) D7-K DIODE0.4 D8 [ ( U2-9 LED DIODE0.4 U2 NetR2_1 ) LED DIP-16 R2-1 ( 74LS138 R3-1 NetU2_10 U1-16 D6-K 40 电子电路设计与装配实训 U2-10 U3-5 ) ) ( ( NetU2_11 NetU?_6 D5-K R1-2 U2-11 U3-6 ) ) ( NetU2_12 D4-K U2-12 ) ( NetU2_13 D3-K U2-13 ) ( NetU2_14 D2-K U2-14 ) ( NetU2_15 D1-K U2-15 ) ( NetU3_2 C1-1 U3-2 ) ( NetU?_3 U1-10 U3-3 ) ( NetU?_5 C2-1 41