第12讲 印刷电路板技术.ppt

一 基础 认识电子元器件二 pcb设计软件的使用 第7讲印刷电路板技术 农机自动监测与控制技术 一 认识电子元器件让大家了解最常用的电子元器件的基本资料 名称 外形 大小的判别 正负极的判别 使用的注意事项等 电子元器件 电阻 电阻器 通常简称为电阻 电阻几乎是任何一个电子线路中不可缺少的一种器件 物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻 电阻小的物质称为电导体 简称导体 电阻大的物质称为电绝缘体 简称绝缘体 在电路中主要的作用是 分流 限流 分压 偏置 滤波 与电容器组合使用 阻抗匹配 缓冲 负载 保护等作用 电阻的符号表示 电阻 1 电阻种类2 色环电阻的读数方法3 电阻在电路中的应用举例 碳膜电阻 1 它是采用高温真空镀膜技术将碳紧密附在瓷棒表面形成碳膜 然后加适当接头切割 并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成的 其表面常涂以绿色保护漆 碳膜的厚度决定阻值的大小 通常用控制膜的厚度和刻槽来控制电阻器 2 碳膜电阻器误差率一般分为三个等级 i级的误差率为5 ii二级的误差率为10 iii级的误差率为20 例 外壳上标有rt47ki的字样 就表示这是一只阻值为47k 允许偏差为 5 的碳膜电阻器 3 工作温度范围 55 155 但温漂大 4 碳膜电阻器的阻值范围为1 10m 金属膜电阻 这类电阻器一般采用真空蒸发工艺制得 即在真空中加热合金 合金蒸发 使瓷棒表面形成一层导电金属膜 刻槽和改变金属膜厚度可以控制阻值 优点 体积小 精度高 稳定性好 噪声小 电感量小 缺点 成本高 电阻器的噪声是产生于电阻器中的一种不规则的电压起伏 碳膜电阻 金属膜电阻 区分 从外观上很难区别 如果电阻有字母标记的话 第二位表示材料 t为碳膜电阻 j为金属膜电阻 金属膜电阻的值随电阻温度的升高而增大 碳电阻的值随电阻温度的升高而减小 绕线电阻器 绕线电阻的特点是阻值精度极高 工作时噪声小 稳定可靠 能承受高温 在环境温度170 下仍能正常工作 但它体积大 阻值较低 大多在100k 以下 另外 由于结构上的原因 其分布电容和电感系数都比较大 不能在高频电路中使用 这类电阻通常在大功率电路中作降压或负载等用 水泥电阻 水泥电阻采用工业高频电子陶瓷外壳 用特殊不燃性耐热水泥充填密封而成 具有耐高功率 散热容易 稳定性高等特点 具有优良的绝缘性能 其绝缘电阻可达100m 同时具有优良的阻燃 防爆性 它广泛应用于计算机 电视机 仪器 仪表 音响之中 在负载短路的情况下 可迅速在电阻丝同焊脚引线之间熔断 对电路有保护功能 额定功率一般在1瓦以上 缺点 有电感 体积大 不宜作阻值较大的电阻 排阻 又分并阻和串阻 并阻 rp 计算方法如 471表示470 其內部结构如图1 ji即一个排阻是由n个电阻构成的 那么它就有n 1只引脚 一般来说 最左边的那个是公共引脚 它在排阻上一般用一个带颜色点标出来 串阻 rn 与并阻的区别是串阻的各个电阻彼此分离 如图2 排阻 贴片电阻 smdresistance 电阻值 表示电阻的大小 例如47 220k 4 7m 误差 表示电阻误差范围 例如 1 5 20 工作电压 表示这个元件额定工件电压 例如 16v 25v 35v 50v 100v封装 表示电阻的形状体积的代号 例如 1206 0805 0603 0402 0201 0603表示长 宽是60mil 30mil 1 6x0 8mm mil密耳是英制长度单位 1mil 0 0254mm 最高工作温度范围 temperatureoperatingmax125 最高工作温度125度 精密电阻 0 5 或更高 采用四位数表示 第一 第二 第三位为有效数 第四位为有效数后 0 的个数 精密度为 1 如图电阻标示为 8222 则该电阻为82 2k 其它重要参数 功率 温度系数 电位器 1 电位器的结构与特性组成 电位器是通过旋转轴来调节阻值的可变电阻器 普通电位器由外壳 旋转轴 电阻片和三个引出端子组成 作用 由于电位器阻值具有可调性 因此常用做分压器和变阻器 用途 收音机音量调节 电视机亮度和对比度调节在实际电路中 电位器的连接有变阻式和分压式 电位器除了与电阻器一样有标称值 e6系列 额定功率和误差外 还有阻值的变化规律 所谓变化规律是指轴的旋转角度与电阻值变化关系的规律 图1 1电位器阻值随转角变化曲线 直线型电位器 x 阻值随转轴角度均匀变化的 适用于电阻值均匀调节的电路 如分压器 偏流调节电路 示波器的聚焦电位器 万用表调零电位器 其线性精度为 2 l 0 3 0 05 指数型电位器 z 阻值开始时变化小 以后变化逐渐加快 近似指数规律 适用于音量控制电路 如收音机 电视机音量调节 其特点是 先细调后粗调 对数型电位器 d 阻值变化与转角成对数型变化 适用于音调控制电路 如音调调节电位器和电视机黑白对比度调节 其特点是 先粗调后细调 所有x d z字母符号一般印在电位器上 使用时应注意 精密可调电阻器 线绕电位器结构 将电阻丝绕在基体上并弯成圆形 电刷在电阻丝上滑动 优点 功率大 可达25w 精度高 温度系数小 耐高温 稳定性好 缺点 分辨力低 耐磨性能差 高频性能差 价格较高 用途 高温大功率电路及精密调节电路 常用wxx5 wx8 wxd23 电位器 敏感电阻器 敏感电阻器属于传感器 它在现代信息技术 生产自动化 军事 交通 环保 能源 医疗 家电等领域起着巨大的作用 从各种复杂工程系统到人们日常生活的衣食住行 都离不开各种各样的敏感电阻器 如果说计算机相当于人的大脑 通信相当于人的神经 那么传感器就相当于人的感官 从狭义上讲 传感器就是将外界信息转换成电信号的装置 举例来说 光敏电阻 光敏电阻又称光导管 常用的制作材料为硫化镉等 这些制作材料具有在特定波长的光照射下 其阻值迅速减小的特性 压敏电阻 压敏电阻 意思是在一定电流电压范围内电阻值随电压而变 或者是说 电阻值对电压敏感 的阻器压敏电阻有什么用 压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值 un 时 流过它的电流极小 相当于一只关死的阀门 当电压超过un时 流过它的电流激增 相当于阀门打开 利用这一功能 可以抑制电路中经常出现的异常过电压 保护电路免受过电压的损害 例如220v 热敏电阻 热敏电阻是开发早 种类多 发展较成熟的敏感元器件 热敏电阻由半导体陶瓷材料组成 其阻值随温度变化的曲线呈非线性 电阻的作用 r1电阻主要作用是缓冲 防止输入电压 0 0 7v 过高把晶体三极管击穿烧毁 r2电阻主要作用是做负载使用 r3电阻主要作用是作保护使用 防止电源电压升高而烧毁电阻r2 阻值标示方法 直接法 用数字和单位直接标示阻值的方法 通常 可省略 如4 7k 文字符号法 用数字与特殊符号组合 常见符号有m k r 如4k7 1r9 数字表示法 常见于贴片电阻 用3 4位整数表示阻值 单位为 前2 3位表示有效值 末位表示倍率 如102 1000 1001 1000 色环表示法 用不同颜色的色环在电阻表面上标志出电阻主要参数的方法 标称值是指电阻表面所标识的阻值 其表示方法有直标法 文字符号法 色标法 1 直标法 直接用阿拉伯数字和单位符号标出 一般用于功率较大的电阻器 如 rj1w2 7k 5 5 1k 5 2 文字符号法 将文字 符号有规律的组合起来表示出电阻器的阻值和误差 如 欧姆 兆欧m 吉欧g 符号前为整数 符号后面数字第一位小数和第二位小数 如 0 2 可标为 24 7k 可标为4k7 5k1 表示5 1k 7m4 表示7 4m 3 色标法 用不同颜色的色带或色点在电阻器表面标出标称值和允许误差 一般小功率电阻器使用 五色环 四色环 普通电阻采用四环 5 选用电阻常识 1 根据电子设备的技术指标和电路的具体要求选用电阻的型号和误差等级 2 为提高设备的可靠性 延长使用寿命 应选用额定功率大于实际消耗功率的1 5 2倍 3 电阻装接前应进行测量 核对 4 在装配电子仪器时 若所用非色环电阻 则应将电阻标称值标志朝上 且标志顺序一致 以便于观察 5 焊接电阻时 烙铁停留时间不宜过长 6 电路中如需串联或并联电阻来获得所需阻值时 应考虑其额定功率 阻值相同的电阻串联或并联 额定功率等于各个电阻额定功率之和 阻值不同的电阻串联时 额定功率取决于高阻值电阻 并联时 取决于低阻值电阻 且需计算方可应用 电容 电容器是一种储能元件 主要用于电源滤波 信号滤波 信号耦合 谐振 隔直流等电路中 1法拉 f 1000毫法 mf 1000000微法 f 1微法 uf 1000纳法 nf 1000000皮法 pf 多电容器并联计算公式 c c1 c2 c3 cn多电容器串联计算公式 1 c 1 c1 1 c2 1 cn 1 按其结构 可分为以下三种 固定电容器 电容量是固定不可调的 我们称之为固定电容器 图2 l所示为几种固定电容器的外形和电路符号 其中图 a 电容器符号 带 号的为电解电容器 图 b 瓷介电容器 图 c 云母电容器 图 d 涤纶薄膜电容器 图 e 金属化纸介电容器 图 f 电解电容器 图2 1几种固定电容器外形及符号 ii 半可变电容器 微调电容器 电容器容量可在小范围内变化 其可变容量为几至几十皮法 最高达一百皮法 以陶瓷为介质时 适用于整机调整后电容量不需经常改变的场合 常以空气 云母或陶瓷作为介质 其外形和电路符号如图2 2所示 图2 2半可变电容器外形及符号 iii 可变电容器 可变电容器的种类很多 按结构分有单连 双连 三连 四连等 按介质分有空气介质 簿膜介质两类 其外形如图2 3所示 图2 3单 双联可变电容器外形及符号 2 按功能电容可分为以下几种 铝电解电容器 它容量大 体积小 耐压高 但耐压越高 体积也就越大 常用于交流旁路和滤波 缺点是容量误差大 且随频率而变动 绝缘电阻低 使用时必须注意不要接反 若接反 电解作用会反向进行 氧化膜很快变薄 漏电流急剧增加 如果所加的直流电压过大 则电容器很快发热 甚至会引起爆炸 符号 cd 电容量 0 47 10000 f额定电压 6 3 450v一般电解电容的耐压分档为6 3v 10v 16v 25v 50v等应用 电源滤波 低频耦合 去耦 旁路等 铝电解电容 铝电解电容有正 负极之分 外壳为负端 另一接头为正端 一般 电容器外壳上都标有 记号 如无标记则引线长的为 端 引线短的为 端 钽电容 符号 ca 电容量 0 1 1000 额定电压 6 3 125v主要特点 损耗 漏电小于铝电解电容应用 作为电解电容器中的一类 广泛应用于通信 航天和军事工业 海底电缆和高级电子装置 民用电器 电视机等多方面 贴片钽电容有一横线的是正极 另一边是负极 引线钽电容长的腿是正极 短的腿是负极 瓷介电容 用高介电常数的电容器陶瓷 钛酸钡一氧化钛 挤压成圆管 圆片或圆盘作为介质 并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成它又分高频瓷介和低频瓷介两种 高频瓷介电容 符号 cc 电容量 1 6800p额定电压 63 500v主要特点 高频损耗小 稳定性好应用 高频电路 低频瓷介电容 符号 ct 电容量 10p 4 7 额定电压 50v 100v主要特点 体积小 价廉 损耗大 稳定性差应用 要求不高的低频电路 独石电容 独石电容器是多层陶瓷电容器的别称独石电容的特点 温度特性好 频率特性好 一般电容随着频率的上升 电容量呈现下降的规律 独石电容下降比较少 容量比较稳定 耐压 二倍额定电压容量范围 0 5pf 1 f 聚丙烯电容 符号 cbb 电容量 1000p 10 额定电压 63 2000v主要特点无极性 绝缘阻抗很高 频率特性优异 频率响应宽广 而且介质损失很小 应用 代替大部分聚苯或云母电容 用于要求较高的电路 电风扇中的电容 电动机一般都有两个绕组 就是主绕组和辅助绕组 主绕组直接并入电路 辅助绕组经过电容器后串入电路 这样辅助绕组就有一个角度差 电容器起到移相的作用 让相位出现一个偏离 这样相当于获得了2相电 而且相位不同 就可以将转子启动起来 然后主绕组维持磁场让他运转 辅绕组继续推动 使其不因为外力作用而停下来 涤纶电容 聚酯电容 突出优点 薄膜电容的精度 损耗角 绝缘电阻 温度特性 可靠性及适应环境等指标都优于电解电容 瓷片电容两种电容 在国外电容器耐压值的表示方法中 2a表示耐压为1 0 10 2v 100v 例如473表示容量为47000pf j表示容量允许偏差为 5 即2a473j即47000pf 5 耐压100v 符号 cl 云母电容器 以云母片作介质的电容器 其特点是高频性能稳定 损耗小 漏电流小 耐压高 从几百伏到几千伏 但容量小 从几十皮法到几万皮法 电容器的型号命名法电容器的型号命名法见表2 1 示例 cjx 250 0 33 10 电容器的命令含义 表2 1 3 电容器的容值标注方法 1 用2 4位数字和一个字母表示法用2 4位数字和一个字母表示标称容量 其中数字表示有效数值 字母表示数值的量级 字母为m u n p 字母m表示毫法 10 3f u表示微法 10 6f n表示毫微法 10 9f p表示微微法 10 12f 字母有时也表示小数点 如33m表示33000uf 47n表示0 047uf 3u3表示3 3uf 5n9表示5900pf 2p2表示2 pf 另外也有些是在数字前面加r 则表示为零点几微法 即r表示小数点 如r22表示0 22pf 2 不标单位的直接表示法这种方法是用1 4位数字表示 容量单位为pf 如用零点零几或零点几表示 其单位为uf 如3300表示3300pf 680表示680pf 7表示7pf 0 056表示0 056pf 3 电容量的数码表示法一般用三位数表示容量的大小 前面两位数字为电容器标称容量的有效数字 第三位数字表示有效数字后面零的个数 它们的单位是pf 如102表示1000pf 221表示220pf 224表示22x104pf 在这种表示方法中有一个特殊情况 就是当第三位数字用 9 表示时 是用有效数字乘上10 1来表示容量的 如229表示22x10 1pf即2 2pf 4 电容量的色环表示法色环表示法是用不同的颜色表示不同的数字 具体的方法是 沿着电容器引线方向 第一 二种色环代表电容量的有效数字 第三种色环表示有效数字后面零的个数 其单位为pf 如遇到电容器色环的宽度为两个或三个色环的宽度时 就表示这种颜色的两个或三个相同的数字 如沿着引线方向 第一道色环的颜色为棕 第二道色环的颜色为绿 第三道色环的颜色为橙色 则这个电容器的容量为15000pf即0 015uf 又如第一宽色环为橙色 第二色环为红色 则该电容器的容量为3300pf 如图2 4所示 图2 4电容量的色码表示法 4 电容器的检测方法电容器的常见故障有断路 短路 失效等 为保证装入电路后的正常工作 因此在装入电路前对电容器必须进行检测 用万用表的欧姆挡 rx10k或rx1k挡 视电容器的容量而定 当两表笔分别接触电容器的两根引线时 表针首先朝顺时针方向 r为零的方向 摆动 然后又反方向退回到 位置的附近 当表针静止时所指的阻值就是该电容器的漏电电阻 一般除电解电容器以外表外均应回到无穷大 在测量中如表针距无穷大较远 表明电容器漏电严重 不能使用 有的电容器在测漏电电阻时 表外退回到无穷大位置时 又顺时钟摆动 这表明电容器漏电更严重 测量电解电容器时 指针式万用表的红表笔接电容器的负极 黑表笔接电容器的正极 否则漏电加大 电容器的断路测量具体的测量方法是 用万用表的两表笔分别接触电容器的两极引线 测量时 手不能同时碰触两极引线 如表针不动 将表笔对调后再测量 表针仍不动 说明电容器断路 5 电容器的选用常识 1 不同的电路应选用不同种类的电容器在电源滤波 退耦电路中应选用电解电容器 在高频 高压电路中应选用瓷介电容 云母电容 在谐振电路中 可选用云母 陶瓷 有机簿膜等电容器 用作隔直流时可选用纸介 涤纶 云母 电解等电容器 用在调谐回路时 可选用空气介质或小型密封可变电容器 在选用时还应注意电容器的引线形式 可根据实际需要选择焊片引出 接线引出 螺丝引出等 以适应线路的插孔要求 2 电容器耐压的选择电容器的额定电压应高于实际工作电压的工10 20 对工作电压稳定性较差的电路 可留有更大的余量 以确保电容器不被损坏和击穿 3 容量误差的选择对业余的小制作一般不考虑电容器的容量误差 对于振荡 延时电路 电容器容量误差应尽可能小 选择误差值应小于5 对用于低频耦合电路的电容器其误差可以大些 一般选10 20 就能满足要求 电容器在选用时不仅要注意以上几点 有时还要考虑其体积 价格 电容器所处的工作环境 温度 湿度 等情况 4 电容器的代用在选购电容器时可能买不到所需的型号或所需容量的电容器 或在维修时手头有的与所需的不相符合时 便要考虑代用 代用的原则是 电容器的容量基本相同 电容器的耐压不低于原电容器的耐压值 对于旁路电容 耦合电容 可选用比原电容量大的电容器代用 在高频电路中的电容 代换时一定要考虑频率特性 应满足电路的频率要求 5 在电路图中电容器容量单位的标注规则当电容器的容量大于100pf而又小平luf时 一般不标注单位 没小数点的其单位是pf 有小数点的其单位是uf 如4700就是4700pf 0 22就是0 22uf 当电容量大于10000pf时 可用uf为单位 当电容量小于10000pf时用pf为单位 运放 运放是运算放大器的简称 在实际电路中 通常结合反馈网络共同组成某种功能模块 由于早期应用于模拟计算机中 用以实现数学运算 故得名 运算放大器 此名称一直延续至今 集成运算放大器的分类1 通用型运算放大器2 高阻型运算放大器3 低温漂型运算放大器4 高速型运算放大器5 低功耗型运算放大器6 高压大功率型运算放大器 电容作用 二极管 二极管又称晶体二极管 是由半导体材料制成的 它有两根引线一根叫正极 一根叫负极 二极管的导电性质很特殊 它只允许用流从它的正极流向负极 这很像自行车的气门芯只允许气流从气筒流向车胎一样 因此具有单向导电特性 只往一个方向传送电流 二极管可以应用为 整流二极管 开关元件 限幅元件 显示元件等 二极管符号 检波 嵌位 三极管 半导体三极管也称为晶体三极管 可以说它是电子电路中最重要的器件 它最主要的功能是电流放大和开关作用 三极管顾名思义具有三个电极 而三极管由两个pn结构成 共用的一个电极成为三极管的基极 用字母b表示 其他的两个电极成为集电极 用字母c表示 和发射极 用字母e表示 由于不同的组合方式 形成了一种是npn型的三极管 另一种是pnp型的三极管 三极管的种类很多 并且不同型号各有不同的用途 三极管大都是塑料封装或金属封装 常见三极管的外观 有一个箭头的电极是发射极 箭头朝外的是npn型三极管 而箭头朝内的是pnp型 实际上箭头所指方向是电流的方向 继电器 继电器是一种根据某种输入信号变化而接通或断开控制电路 从而实现自动控制和保护的自动电器 其输入量可以是电流 电压等电量 也可以是温度 时间 压力 速度等非电量 输出则使触头的动作或电参数变化 继电器的应用范围非常广泛 种类也较繁多 以常用的固态继电器的基本结构及使用特点作简介固态继电器 ssr 的工作原理和特性固态继电器是一种两个接线端为输入端 另两个接线端为输出端的四端器件 中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离 固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型 按开关型式可分为常开型和常闭型 按隔离型式可分为混合型 变压器隔离型和光电隔离型 以光电隔离型为最多 电感 电感器的图形如上面所示 在电子制作中虽然使用得不是很多 但它们在电路中同样重要 电感器和电容器一样 也是一种储能元件 它能把电能转变为磁场能 并在磁场中储存能量 电感器用符号l表示 它的基本单位是亨利 h 常用毫亨 mh 为单位 它经常和电容器一起工作 构成lc滤波器 lc振荡器等 另外 人们还利用电感的特性 制造了扼流圈 变压器 继电器等 电感器的特性恰恰与电容的特性相反 它具有阻止交流电通过而让直流电通过的特性 例如 收音机上就有不少电感线圈 几乎都是用漆包线绕成的空心线圈或在骨架磁芯 铁芯上绕制而成的 有天线线圈 它是用漆包线在磁棒上绕制而成的 中频变压器 俗称中周 输入输出变压器等等 晶振 晶振一般叫做晶体谐振器 是一种机电器件 是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成 这种晶体有一个很重要的特性 如果给它通电 它就会产生机械振荡 反之 如果给它机械力 它又会产生电 这种特性叫机电效应 他们有一个很重要的特点 其振荡频率与他们的形状 材料 切割方向等密切相关 由于石英晶体化学性能非常稳定 热膨胀系数非常小 其振荡频率也非常稳定 数码管 按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管 共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极 com 的数码管 共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极 com 的数码管 开关 顾名思义 是用来控制电路的打开与关闭 从而来控制电路的工作状态 开关分为锁定开关 未加锁定开关 轻触开关 薄膜开关 大功率开关等 下面我们将以图片的形式对开关进行分类介绍 按键开关 微动开关 拨动开关 船型开关 蜂鸣器 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器 采用直流电压供电 广泛应用于计算机 打印机 复印机 报警器 电子玩具 汽车电子设备 电话机 定时器等电子产品中作发声器件 保险管 保险管 即保险丝 是一种安装在电路中 保证电路安全运行的电器元件 也被称为熔断器 iec127标准将它定义为 熔断体 fuse link 保险管 丝 会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候 自身熔断切断电流 从而起到保护电路安全运行的作用 变压器 由铁心和绕在绝缘骨架上的线圈构成的 绝缘铜线绕在塑料骨架上 每个骨架需绕制输入和输出两组线圈 线圈中间用绝缘纸隔离 绕好后将许多铁心薄片插在塑料骨架的中间 这样就能够使线圈的电感量显著增大 变压器利用电磁感应原理从它的一个绕组向另几个绕组传输电能量 变压器在电路中具有重要的功能 耦合交流信号而阻隔直流信号 并可以改变输入输出的电压比 利用变压器使电路两端的阻抗得到良好匹配 以最大限度的传送信号功率 电力变压器就是把高压电变成民用市电 而我们的许多电器都是使用低压直流电源工作的 需要用电源变压器把220v交流市电变换成低压交流电 再通过二极管整流 电容器滤波 形成直流电供给电器 电视机显像管需要上万伏的电压来工作 是由 行输出变压器 供给的 红外接收发射头 常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分 发射部分的主要元件为红外发光二极管 它实际上是一只特殊的发光二极管 由于其内部材料不同于普通发光二极管 因而在其两端施加一定电压时 它便发出的是红外线而不是可见光 接收部分的红外接收管是一种光敏二极管 在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压 它才能正常工作 亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用 这样才能获得较高的灵敏度 红外发光二极管一般有圆形和方形两种 光耦 光耦合器 opticalcoupler 英文缩写为oc 亦称光电隔离器或光电耦合器 简称光耦 它是以光为媒介来传输电信号的器件 通常把发光器 红外线发光二极管led 与受光器 光敏半导体管 封装在同一管壳内 当输入端加电信号时发光器发出光线 受光器接受光线之后就产生光电流 从输出端流出 从而实现了 电 光 电 转换 以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器 由于它具有体积小 寿命长 无触点 抗干扰能力强 输出和输入之间绝缘 单向传输信号等优点 在数字电路上获得广泛的应用 光耦 整流桥 整流桥就是将整流管封在一个壳内了 分全桥和半桥 全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起 半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起 用两个半桥可组成一个桥式整流电路 一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路 选择整流桥要考虑整流电路和工作电压 液晶 液晶是一种几乎完全透明的物质 同时呈现固体与液体的某些特征 它从形状和外观看都是一种液体 但它的水晶式分子结构又表现出固体的形态 光线穿透液晶的路径由构成它的分子排列决定 这是固体的一种特征 到20世纪60年代 人们发现给液晶充电会改变它的分子排列 继而造成光线的扭曲或折射 这又属于液体的特征 主要参数 显示性能 工作电压 存储和使用温度 液晶 散热片 散热器是用来传导 释放热量的一系列装置的统称 万能板 pcb板 印刷电路板 printedcircuitboard pcb 几乎会出现在每一种电子设备当中 如果在某样设备中有电子零件 那么它们也都是镶在大小各异的pcb上 除了固定各种小零件外 pcb的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接 随着电子设备越来越复杂 需要的零件越来越多 pcb上头的线路与零件也越来越密集了 万能板 面包板 名称 面包板 也称万用线路板或集成电路实验板 由于板子上有很多小插孔 很像面包中的小孔 因此得名 分类 单面包板 组合面包板 无焊面包板 用途 对集成电路进行试验使用 不用焊接和手动接线 将元件插入孔中就可测试电路及元件 使用方便 使用前应确定哪些元件的引脚应连在一起 再将要连接在一起的引脚插入同一组的5个小孔中 跳线帽 杜邦线 鳄鱼夹 杜邦线可用于实验板的引脚扩展 增加实验项目等 鳄鱼夹用以作暂时性电路连接的 形似鳄鱼嘴的接线端子 亦称 弹簧夹 电夹 数字万用表 数字万用表 一种多用途电子测量仪器 一般包含安培计 电压表 欧姆计等功能 有时也称为万用计 多用计 多用电表 或三用电表 数字万用表有用于基本故障诊断的便携式装置 也有放置在工作台的装置 有的分辨率可以达到七 八位数 这样的设备 在实验室很常见 一般被用作电压或电阻的基准 或用来调校多功能标准器的性能 电流 电压和电阻的测量 一般被视为万用计的基本功能 早期万用表制造厂商avo的品牌 就是该设备能够测量的这三种度量单位的名称的缩写 安培 ampere 伏特 volt 欧姆 ohm 单片机 protel软件使用 元件库 封装库设计 绘制原理图 错误检查 生成pcb 手动 自动布线 送去加工 二 protel软件的使用 1pcb设计基础2pcb的环境3规划电路板4导入网络表和元件5元件布局6元件的自动布线与手工调整7报表输出8创建元件封装9pcb双层板制作实例 印制电路板设计 印制电路板 pcb printedcircuitboard 电路设计的最终目的是为了设计出电子产品 原理图绘制只是从原理上给出了电气连接关系 是进行印制电路板设计的基础 而电子产品的设计是通过印制电路板来实现的 因此印制电路板的设计是电子cad设计的最终环节 1pcb设计基础 1 1pcb设计步骤 图7 1pcb设计流步骤 1 2pcb的基本概念 图7 2成品印制电路板 1 印制电路板结构 单层板一面敷铜 另一面没有敷铜的电路板 单层板只能在敷铜的一面放置元件和布线 适用于简单的电路板 双层板包括顶层 toplayer 和底层 bottomlayer 两层 两面敷铜 中间为绝缘层 双面板两面都可以布线 一般需要由过孔或焊盘连通 双面板可用于比较复杂的电路 但设计工作不比单面板困难 因此被广泛采用 是现在最常用的一种印制电路板 多层板包含了多个工作层面 它是在双面板的基础上增加了内部电源层 接地层及多个中间信号层 其缺点是制作成本很高 如图7 3是四层板结构 图7 3电路板的结构 1 印制电路板结构 2 印制电路板工作层的类型 图7 4工作层面种类 2 印制电路板工作层的类型 1 signallayers信号层主要用于放置元件和导线的 protel99se最多能提供32个信号层 包括toplayer 顶层 bottomlayer 底层 和30个 midlayer 中间层 信号层为正性 即放置在这些层上的导线或其它对象代表了电路上的敷铜区 2 internalplanelayers内部电源 接地层主要用于放置电源线和地线 protel99se提供了16个内部电源 接地层 这些层面是负性的 即放置在这些层面上的导线和其它对象代表了电路板上的未敷铜区 内部电源 接地层通常是一块完整的铜箔 单独设置内部电源 接地层可最大限度地减少电源与地之间的连线长度 而且对电路中高频信号的干扰起到屏蔽作用 由于系统默认的是双层板 所以该区域下无设置项 2 印制电路板工作层的类型 3 mechanical机械层主要用于定义整个pcb板的外观 即整个pcb板的外形结构 如电路板的标注尺寸 机械尺寸 定位孔及装配说明等 4 soldermasklayers阻焊层有两个 一个是topsoldermask 顶层阻焊层 一个是bottomsolder 底层阻焊层 它们的作用是设计过程中自动与焊盘匹配 在非焊盘处涂上绝缘漆以防止焊接 2 印制电路板工作层的类型 5 pastemasklayers助焊层又叫防锡膏层 它也有两个 一个是toppastemask 顶层助焊层 一个是bottompastemask 底层助焊层 它与阻焊层是互补的 这一层一般镀金或镀锡的 用来帮助焊接 6 keepoutlayer禁止布线层定义在布电气特性的铜一侧的边界 也就是说先定义了禁止布线层后 在以后的布过程中 所布的具有电气特性的线不可以超出禁止布线层的边界 2 印制电路板工作层的类型 7 silkscreenlayers丝印层主要用于放置元件的轮廓 标称参数 编号及其它文本信息 丝印层也有两层 分别是topoverlay 顶层丝印层 和bottomoverlay 底层丝印层 8 multiplayer多层指pcb板的所有信号层 如焊盘和过孔图件就具有多层属性 9 drilldrawing钻孔层主要是为电路板厂商提供钻孔信息的 2 印制电路板工作层的类型 当建立一个pcb文件后 在pcb编辑区窗口的下方将显示各种工作层面 如图7 5所示 图7 5pcb工作区的板层标签 2 印制电路板工作层的类型 3 印制电路板的基本元素 1 铜膜导线铜膜导线简称导线 是用于连接各个焊盘点的导线 印制电路板的设计都是围绕如何布置导线来进行的 如图7 6所示是pcb顶层的铜膜导线 铜膜导线 图7 6铜膜导线 焊盘 3 印制电路板的基本元素 2 pad 焊盘 焊盘是pcb设计中最常接触也是最重要的概念 焊盘的作用是放置焊锡 连接导线和引脚 焊盘的形状有圆形 方形 八角形等 如图7 7所示 选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状 大小 布置形式 振动和受热情况 受力方向等因素 protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘 但有时这还不够用 需要自己编辑 3 印制电路板的基本元素 图7 7焊盘的形状 3 印制电路板的基本元素 3 via 过孔 过孔是为连通各层之间的线路 在各层需要连通的导线的交警队汇处钻上一个公共孔 这就是过孔 过孔没有编号 但有网络名称 如图7 8所示 过孔的作用是连接不同板层间的导线 工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属 用以连通中间各层需要连通的铜箔 而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状 可直接与上下两面的线路相通 也可不连 3 印制电路板的基本元素 图7 8过孔的形状 3 印制电路板的基本元素 4 飞线飞线是用来表示电路板上元件连接关系的线 它只表示焊盘间有电气连接关系 并不是真正意义上的铜膜导线 如图7 9 a 所示 飞线导入网络表后自动产生的 对于引导手工布线非常有用 一旦布成真正的铜膜导线 则飞线自动消失 当使两个焊盘属于同一个网络 则在两焊盘间自动产生飞线 如图7 9 b 所示 3 印制电路板的基本元素 a b 图7 9飞线的产生 3 印制电路板的基本元素 5 元件封装元件封装实质上是确定元件在电路板上的空间位置 即实际元件的外形尺寸 管脚排列 管脚间距等参数要严格与印制板上保持一致 不同元件可能有相同的封装 相同元件可能有不同的封装 所以在设计印制电路时 不仅要知道元件的名称 型号 还要知道元件的封装 如图7 10 7 11所示常用元件的封装 3 印制电路板的基本元素 图7 10电阻的电气符号与其不同封装 3 印制电路板的基本元素 图7 11电解电容 二极管 三极管及双列直插集成块的封装 3 印制电路板的基本元素 6 英制与公制的转换protel99se的pcb编辑器支持英制 mil 与公制 mm 两种长度单位 它们的换算关系是 1mil 0 0254mm或1mm 40mil 其中1000mils 1inches 3 印制电路板的基本元素 2pcb的环境2 1启动pcb 1 在d盘根目录protel文件夹下 新建一个设计数据库 如图7 12所示 图7 12新建设计数据库文件 2 单击浏览器中的文件夹 打开设计文件夹 如图7 13所示 图标 图7 13设计文件夹窗口 2 1启动pcb 3 执行 file文件 new新建文件 命令 弹出如图7 14所示的文件编辑器选择对话框 图7 14pcb编辑器选择对话框 2 1启动pcb 4 双击对话框中的 pcbdocument 图标或单击选中该图标再单击 ok 按钮 系统将创建一个默认名为 pcb1 pcb 的印制电路板文件 5 在管理浏览器中单击 pcb1 pcb 文件图标或在 document 文件夹窗口中双击该文件图标 即打开如图7 16所示的pcb编辑器 2 1启动pcb 图7 16pcb编辑器 7 2 1启动pcb 2 2菜单栏 工具栏和状态栏 图7 17pcb编辑器的菜单栏 图7 18放置工具栏 2 3设置环境参数 在进行pcb设计之前进行环境参数设置是非常重要的 环境参数设置主要包括特殊功能 显示功能 工作层面颜色 图形显示 隐藏模式 默认参数 信号完整性分析共六项 执行 tools工具 preference优选项 命令 系统将弹出如图7 21所示的preference对话框 对话框中有六个选项卡 它包含了pcb编辑环境的各种参数 现对其中常用的几项进行介绍 图7 21preference对话框 1 options选项卡 1 options选项卡 1 editingoptions 编辑选项 onlingdrc 在线设计规则检查 选中此项表示启用在线设计规则检查功能 snaptocenter 此项表示当光标选中的是元件封装 光标自动移到元件封装的参考点处 若选中的是字符串 光标自动移到字符串的左下角处 系统默认选择此项 extendselection 此项表示对图中对象进行连续选取时 若想取消选取时 连同前次选取一起取消 不选择此项表示仅取消当前的选取操作 系统默认选择此项 removeduplicate 此项表示系统自动删除重复的图件 系统默认选择此项 confirmglobaledit 此项表示在进行元件属性编辑时 对具有相同属性的元件进行整体编辑 protectlockedobject 此项表示保护锁定的对象 如果选择此项 在pcb编辑器中的任何操作对锁定的对象不起作用 1 editingoptions 编辑选项 onlingdrc 在线设计规则检查 选中此项表示启用在线设计规则检查功能 snaptocenter 此项表示当光标选中的是元件封装 光标自动移到元件封装的参考点处 若选中的是字符串 光标自动移到字符串的左下角处 系统默认选择此项 extendselection 此项表示对图中对象进行连续选取时 若想取消选取时 连同前次选取一起取消 不选择此项表示仅取消当前的选取操作 系统默认选择此项 removeduplicate 此项表示系统自动删除重复的图件 系统默认选择此项 confirmglobaledit 此项表示在进行元件属性编辑时 对具有相同属性的元件进行整体编辑 protectlockedobject 此项表示保护锁定的对象 如果选择此项 在pcb编辑器中的任何操作对锁定的对象不起作用 1 options选项卡 3 polygonrepour 多边形填充绕行 该区域主要用于设置pcb设计过程中的多边形填充绕行方式 repour 此项设置是否让多边形填充绕过焊盘 它有三个选项 never 覆盖 threshold 根据阈值绕行 always 总是绕行 threshold 绕过阈值 1 options选项卡 1 options选项卡 4 other 其它 rottionstep 设置元件旋转角度的步长 默认角度为900 如需特殊角度时 可在编辑框中输入 undo redo 设置撤消操作与重复操作次数 默认为30次 cursortype 设置显示的类型 它有三个选项 largecursor90 大光标 900方向 smallcursor90 小光标 900方向 smallcursor45 小光标 450方向 1 options选项卡 5 interactiverouting 交互式布线 mode 交互式布线的模式 它有三个选项 ignoreobstacle 忽略障碍 avoidobstacle 避开障碍 pushobstacle 推挤障碍 plowthroughpoly 布线时遇到多边形 可以从多边形中穿过并将多边劈开 automaticallyremoveloops 自动删除多余的布线路径 1 options选项卡 6 componentdrag 元件拖动模式 该区域主要用于设置在pcb设计过程中拖动对象时导线与元件管脚之间是否保持连接 none 不连接 connectedtracks 保持连接 2 display选项卡 图7 22display选项卡 1 displayoption 显示方式 convertspecialstring 特殊功能字符串转换显示 见第5章 highlightinfull 此项表示选取对象以高亮显示 勾掉此项 选取对象的轮廓以高亮显示 整个亮度不明显 usenetcolorforhighlight 将所选择的网络高亮显示 redrawlayer 表示进行图层切换时 按照绘制图层的顺序刷新图层 singlelayermode 表示图层以单层模式显示 如图6 23 b c 分别显示的是顶层与底层两个单层情况 a 图为原始显示 transparentlayers 此项表示对图层进行透明显示 2 display选项卡 2 display选项卡 a 原始显示 b 只显示顶层 c 只显示底层 图7 23单层显示情况 2 display选项卡 2 show 信息显示 该区域主要用于设置pcb图上的信息显示 padnets 表示显示焊盘所在的网络 如图7 24 b padnumbers 表示显示焊盘的编号 如图7 24 c vianets 表示显示过孔所在的网络 testpoints 显示测试点 originmarker 显示原点标记 statusinfo 显示状态信息 即当光标移动某一对象时 状态栏会同步显示该对象的状态信息 2 display选项卡 a 网络与编号都不显示 b 只显示网络 c 只显示编号 d 两者都显示图7 24网络与编号的设置显示 3 draftthresholds 草图模式阈值 该区域主要用于设置pcb图在draft草图模式下走线宽度与字符串长度的显示方式 tracks 设置走线宽度阈值 默认值为2mil strings 设置字符串长度阈值 默认值为11pixels 2 display选项卡 3 colors选项卡 colors选项卡用于设置工作层面的颜色 包括图件对象 图层背景等显示颜色设置 如图7 25所示 图7 25colors选项卡 设置颜色时 单击工作层面右边的颜色块 弹出如图7 26所示的颜色选择对话框 从中选择需要的颜色 再单击 ok 按钮即完成设置 在选项卡左下角有两个按钮 其中 defaultcolors 按钮用于设置默认的颜色方案 classiccolors 按钮用于设置经典的颜色方案 3 colors选项卡 3 colors选项卡 图7 26颜色选择对话框 4 show hide选项卡 show hide选项卡主要用于设置图件对象的显示模式 如图7 27所示 图7 27show hide选项卡 它共有10个图件对象区域 每个区域有三种显示模式 final 精细显示模式 系统默认选择此项 draft 草图显示模式 对象以轮廓的形式显示 如图7 28所示 hidden 隐藏模式 相应对象不显示 4 show hide选项卡 4 show hide选项卡 图7 28draft模式显示效果 2 4设置电路板工作层与栅格 1 工作层的设置 执行 design设计 optuon选项 命令系统弹出如图7 29所示的 documentoptions 对话框 图7 29pcb工作层的设置 1 工作层的设置 在 layers 选项卡中 可以进行pcb工作层的设置 用户只需要在工作层前面的复选框单击鼠标左键勾选 表示开启该工作层 再单击一次 表示关闭该工作层 在工作层设置对话框的左下角 有三个按钮 单击 allon 按钮表示开启所有工作层 单击 alloff 按钮表示关闭所有工作层 单击 usedon 按钮表示由用户自定义工作层 当选择双层板时 在顶层和底层都可布线 所以设置如图7 29 若选择单层板时 一般规定信号线在底层 元件布置在顶层 则设置如图7 30所示 1 工作层的设置 图7 30单层板的设置 2 栅格的设置 在 documentoptions 对话框中单击 options 选项卡 弹出如图7 31对话框 用户可以根据需要进行相关设置 图7 31栅格的设置 3规划电路板 所谓规划电路板 就是根据电路的规模 项目的技术要求以及制造商的要求 具体确定电路板的物理外形尺寸和电气边界 电路板形状可以为正方形 矩形 圆形等其它特殊形状 1 首先将当前工作层切换至 keepoutlayer 禁止布线层 如图7 32所示 规划电路板的步骤 图7 32将当前层设置为禁止布线层 2 启动画边界工具 可以通过下列任一方法实现 单击工具栏上的图标按钮 执行 place放置 track线 命令 规划电路板的步骤 3 确定电路板的下边界在执行第 2 步后 光标变为十字形状 当光标在工作区移动时 通过下列任一方法确定电路的下边界 观察状态栏左下角光标的坐标显示信息 达到需要值即可停止移动 如确定边界坐标点为 2000 2000 如图7 33所示 单击j l键 弹出如图7 34所示的光标跳转对话框 在编辑框输入坐标数值 规划电路板的步骤 图7 33状态栏光标位置信息图7 34对话框编辑光标位置信息 规划电路板的步骤 4 绘制电气边界单击鼠标左键确定下边界的起点 然后拖动鼠标向右 拖动过程中要求保证线的平直 到达下边界的终点双击鼠标左键确定 这时光标仍然处于命令状态 可以向上 再向左 最后向下完成矩形电路板的绘制 单击鼠标右键退出命令状态 如图7 35所示 5 坐标精确定位当完成第 4 步后 有时在直线转折处 即直角顶点处的两直角边不能很好重合或出现不规则连接 这时需要调整坐标 方法是先双击一直角边 确定一端坐标 再双击另一直角边 修改其端点坐标与上一边相同 从而完成精确定位 规划电路板的步骤 图7 35电气边界的绘制 4导入网络表和元件 规划完电路板之后 接着就是要导入网络表与元件 网络表与元件是同时导入的 网络表与元件的导入过程实际上