现代电子工艺技术9.ppt

,当你已经掌握了怎么样去识别电子元器件，怎样使用焊接工具来手工焊接之后，一定很想去自己动手制作一个属于自己的电子产品。但是真正面对一个实际制作的时候，怎样把它们组合起来使之成为符合自己要求、可以使用的电子产品呢？所以我们安排了实战任务设计制作篇，以期通过此部分内容，让大家能够自己动手来组装一些小型的电子产品。实战任务设计制作篇共有一个项目：电子产品整机组装，下设三个任务，内容安排上由易到难，电子元器件的数目由多到少，制作工艺上由简到繁。其中，变音门铃的设计与制作是本篇的入门之作，电子元器件只有十个左右，但是制作成功之后，会听到“叮咚”的门铃声，对于初学者来说，会是一个很大的鼓励。直流稳压电源的设计和制作则要相对复杂一些，而晶体管收音机的组装更能考验大家的理论知识和动手能力。,项目四电子产品整机装配,任何一款电子产品，它的质量决定着其市场竞争能力，关系到企业的生存和发展。而电子产品整机组装是保证电子产品质量的重要环节之一，它要求以质优、低耗、高效为宗旨，用最合理的组装方式和最简化的装配工艺，实现电子产品的最佳设计指标。,任务9变音门铃的设计与制作,9.1任务描述门铃，是我们日常生活中最为常见电子产品之一。它具有电子元器件少、电路板制作容易、整机装配条理性清晰及便于调试等特点，并且制作完成后会有直接的效果产生声音，可以增加同学们的学习兴趣。鉴于此，在电子产品整机组装中，使用变音门铃来作为一个入门级的电子产品来设计与制作。本任务就是按照电子产品整机组装的要求来设计与制作变音门铃，所有的工艺步骤都可以在实验室进行。,9.2任务资讯,9.2.1门铃的工作原理一、分立式门铃电路的工作原理分立式门铃电路的方框图,工作原理图:,该电路实际是一个音频振荡器，接通电源后，由于电容器的充放电作用产生的触发信号，控制三极管的导通，从而在电路里插上了音频振荡电流。这个电流通过扬声器，使它发出悦耳的声音。音调的高低可以通过调节电阻R1和电容C的大小来控制。本电路的元器件参数如表9.1所示。,二、集成电路门铃的工作原理集成电路门铃的电路结构形式较多，本节以NE555集成电路为例，其电路原理图如图9.2.所示。,本电路实质上是用NE555集成电路接成的一种多谐振荡器实用电路。当按下门铃按钮S时，电源经二极管VD2对电容C1进行充电，当集成电路的脚（NE555复位端）的电压大于1V时，电路开始振荡，扬声器发出“叮”的声音。当松开门铃按扭S，这时C1电容储存的电能经R4电阻放电，但因集成电路NE555的脚继续维持高电平而保持振荡状态。而这时R1电阻也接入了振荡电路，使振荡频率变低，因而扬声器发出“咚”的声音。C1电容器上的电能在经过一定时间的释放后，NE555集成电路的脚电压低于1V，电路将停止振荡。这样门铃就完成了一次“叮咚”的声音。再将门铃按钮S按一次，电路将重复上述过程。,该变音门铃电路采用5号4节电池（6V）供电，发出的“叮”和“咚”声可调。按下按钮S并且调整电阻R2R3和电容C3的数值可改变声音的频率，C2的值越小声音频率越高。断开按钮S，调整R1电阻的阻值，使扬声器发出“咚”声。由于电路中C1R4放电时间的长短决定断开按钮S后余音的长短,所以要改变余音的长短可调整C1R4的数值。余音过长时喇叭声听起来像噪音，所以一般情况下余音不易过长。,9.2.2印制电路板的手工制作工艺一、印制电路板1何为印制电路板（PCB）为了实现良好的电气连接和便于维修，电子元器件都必须安装在印制电路板上。印制电路板的种类和性能关系到电子产品的质量和性能。印制电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)，是指在绝缘基板上，有选择地加工安装孔、连接导线和装配电子元器件的焊盘，以实现元器件之间的电气连接的组装板。印制电路板是电子产品中的重要组件之一，从家用电器、通信设备、武器装备到航空航天设备，任何一台电子设备都离不开印制电路板。在电子产品的研制过程中，印制板的设计、文件编制和制造都是影响产品是否成功的主要因素。可以说，印制板的设计和制造质量直接影响到整个产品的质量和成本。印制电路工艺技术的发展方向是高密度、高精度、高可靠性、大面积、细线条，有赖于印制技术、化学工艺、精密机械加工、光学技术、CAD技术及新材料等各种技术的不断提高和发展。,2.印制电路板的组成一块合格的印制电路板是由焊盘、过孔、安装孔、定位孔、印制线、元件面、焊接面、阻焊层、和丝印层等组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用。,印制电路板各部分的主要功能如下：（1）焊盘焊盘也叫连接盘，是指印制导线在焊孔周围的金属部分，供外接引线焊接用，一般通过对覆铜板进行处理而得到。有些PCB上的焊盘是覆铜板本身的铜箔经过喷涂一层阻焊剂而形成；也有一些PCB上的焊盘则采用了浸银、浸锡、浸镀铅锡合金等措施。焊盘的大小和形状对焊点的质量、PCB的质量及美观程度有着直接的影响。,（2）过孔过孔是双面PCB上起着将上下两层印制线连接起来的金属小洞，一般内部充满金属或者涂覆有金属层，把过孔内涂金属的过程叫做过孔金属化。过孔可以作为焊盘使用，也可以仅仅作连接孔，具体要视其在电路中的作用来定。（3）安装孔安装孔是用于固定大型元器件和安装PCB的小孔，具体大小视实际需要来定。（4）定位孔定位孔是用于PCB加工和检测定位的小孔，一般采用三孔定位方式，孔径大小据装配工艺来确定。有时也可用安装孔代替。（5）印制线印制线实质上就是PCB上元器件的连接电路，它是将覆铜板上的铜箔按实际电路连接的要求经过一系列的蚀刻处理而留下的网状细小的线路。成品PCB上的印制线一般涂上一层绿色或棕色的阻焊剂，防止氧化和锈蚀。,（6）元件面元件面又称元件装配面，是PCB上用来安装元器件的一面。单面PCB上无印制线（铜箔）的一面就是元件面；双面PCB上印有元器件的图形、字符等标记一面就是元件面。（7）焊接面焊接面又称印制板面，是PCB上用来焊接元器件引脚的一面，一般不做任何标记。（8）阻焊层顾名思义，阻焊层就是阻碍焊接的层，PCB上绿色（或棕色）的层面，是绝缘的保护层。阻焊层可以保护印制铜线不被氧化，也可以防止元器件被焊接到不正确的地方。（9）丝印层丝印层是用来标识各元器件在PCB上位置的层面，大多为白色，是在PCB的阻焊层上印有文字与符号。由于制造工艺上采用的是丝印的方法，故称丝印层。,3.印制板的种类印制电路板的主要材料是覆铜板（或称敷铜板），全称为覆铜层压板，是由基板、铜箔、和粘合剂构成的，经过粘接、热挤压工艺，使一定厚度的铜箔牢牢固附在绝缘基板上的板材。基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板；基板的表面覆盖着一层导电率高、可焊性好的纯铜箔，铜箔覆盖在基板一面的，叫单面覆铜板，覆在基板两面的称为双面覆铜板。由粘合剂来把铜箔牢固地覆到基板上，覆铜板的厚度有1.0mm、1.5mm、2.0mm三种。,印制电路板按照其结构分类可分为以下几类。（1）单面印制电路板单面印制电路板是在厚度为0.2mm0.5mm的绝缘基板的一个表面上敷有铜箔，通过印制或腐蚀的方法，在基板上形成印制电路。它适用于电子元器件密度不高的电子产品，如收音机、门铃、台灯等一般的电子产品，比较适合于手工制作。,（2）双面印制电路板双面印制电路板是在厚度为0.2mm0.5mm的绝缘基板的两个表面均敷有铜箔，可在其两面上制成印制电路。它适用于电子元器件密度比较高的电子产品，如电视机、示波器、MP4等电路较复杂电子产品。（3）多层印制电路板在绝缘基板上制成三层以上印制电路的印制电路板称为多层印制电路板。它是由几层较薄的单面板或双层板黏合而成，其厚度一般为1.2mm2.5mm。为了把夹在绝缘基板中间的电路引出，多层印制电路板上安装元器件的孔需要金属化，即在小孔内表面涂覆金属层，使之与夹在绝缘基板中间的印制电路连通。,（4）软印制电路板软印制电路板的基材是软的层状塑料或其他质软模性材料，如聚酯或聚亚胺的绝缘材料，其厚度为0.25mm1mm之间。它也有单层、双层及多层之分，它可以端接、排接到任意规定的位置，如在手机的翻盖和机体之间实现电气连接，被广泛用于电子计算机、通信、仪表等电子产品上。（5）平面印制电路板将印制电路板的印制导线嵌入绝缘基板，使导线与基板表面平齐，就构成了平面印制电路板。在平面印制电路板的导线上都镀上一层耐磨金属层，常用于转换开关、计算机键盘等。,4.印制板的主要功能印制板的主要功能一般有如下几种：（1）提供各种电子元器件的固定、装配等机械支撑。（2）实现各种电子元器件之间的布线和电气连接（信号传输）或电绝缘。还提供电路所要求的电器特性，如特性阻抗等。（3）为自动装配提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形等。,二、单面印制电路板的手工制作正规生产印刷电路板自然与印刷有关，通常采用的是丝网印刷工艺，其基本过程如下：设计版图描图晒板（制作印刷底版）印刷化学方法腐蚀清洗及表面处理印刷助焊、标识、阻焊等层切割、打孔等机械加工成品电路板。正规生产的印刷电路板质量高，技术先进，用时少，可以在生产线上完成，适用于批量生产。目前有各种非印刷或亚印刷的制作方法，比如：热转印法、预涂布感光敷铜板制作法、热熔塑膜法等。其中，印制电路板的手工制作便是一个快捷、低成本的制作手段。,常用的手工制板的方法有以下几种。（1）雕刻法这种方法是手工制板中最为直接的一种。先将设计好的印刷图形用复写纸复写到覆铜板铜箔面上，然后使用锋利的雕刻刀具，直接在覆铜板上沿着铜箔图形的边缘用力刻画，尽量切割到深处。刻画好图形后，撕去图形以外不需要的铜箔，再用手电钻打出元件的插孔就可以了。这种方法的关键是：刻画的力度要够大，撕去多余铜箔要从板的边缘开始。一些小电路实验板适合用此法制作。,（2）手工描绘法这种方法是用具有防水功能的例如签字笔、鸭嘴笔、喷漆笔、颜料笔等特定的笔，直接将印刷图形画在覆铜板上，然后再进行化学腐蚀等步骤。这种方法要求电路图形不太复杂，否则实际操作起来很不容易。因为目前的电子元件体积小，引脚间距更小（毫米量级），铜箔走线也同样细小，而且画上去的线条还很难修改，所以要画好这样的板就必须要耐心细致。其方法步骤是：先用细砂纸把覆铜板上的油垢、氧化层等打磨干净、擦亮，然后采用签字笔等进行描绘，要求描绘出的线条光滑、均匀，无边缘锯齿，给人以顺畅、流利的感觉。电路板图绘好后，即可在三氯化铁溶液中腐蚀。电路板腐蚀好后，去漆也很方便，用棉球蘸上无水酒精，就可以将保护漆擦掉，待晾干后，就可随即涂上松香水使用。,（3）贴图法这种方法需要用到“标准的预切符号及胶带”，预切符号常用规格有D373(0D-2.79，ID-0.79)，D266(0D-2.00，ID-0.80)，D237(OD-3.50，ID-1.50)等几种，最好购买纸基材料做的（黑色）,塑基（红色）材料尽量不用。胶带常用规格有0.3mm、0.9mm、1.8mm、2.3mm、3.7mm等几种。可以根据电路设计版图，选用对应的符号及胶带，粘贴到覆铜版的铜箔面上。用软一点的小锤,如光滑的橡胶、塑料等敲打图贴，使之与铜箔充分粘连。重点敲击线条转弯处、搭接处。张贴好后就可以进行腐蚀工序了。,（4）油印法把蜡纸放在钢板上，用笔将电路图按1：1刻在蜡纸上，并把刻在蜡纸上的电路图按电路板尺寸剪下，剪下的蜡纸放在要印制的敷铜板上。取少量油漆与滑石粉调成稀稠合适的印料，用毛刷蘸取印料，均匀地涂到蜡纸上，反复几遍，敷铜板即可印上电路。这种刻板可反复使用，适于小批量制作。,（5）热转印法使用激光打印机，将设计的PCB电路图形打印到热转印纸上，再将热转印纸紧贴在打磨好覆铜板的铜箔面上，以适当的温度加热，转印纸上原先打印上去的图形（其实是碳粉）就会受热融化，继而转移到铜箔面上，从而形成腐蚀保护层。这种方法比常规制板印刷的方法更简单，而且现在大多数的电路都是使用计算机CAD设计，激光打印机也相当普及，所以这个工艺比较容易实现。,三、热转印法手工制作单面PCB热转印法手工制作单面PCB的具体操作步骤如下。1下料（1）把单面覆铜板裁成所需要的大小和形状，裁板机的操作示意图如图所示。裁板完成后并将周边用细砂纸或砂轮打磨光滑。,（2）用少量去污粉去掉覆铜板表面的油垢，再用细砂纸将表面的氧化物打磨干净，擦亮覆铜板。（3）用清水洗净好，将板晾干，备用。2制图、打印（1）用Protel或其他制图软件制作好印制电路板图（若同学们没有学过计算机制图，教师可将制好的印制电路图发给学生）。,（2）将制好的印制电路板图打印到热转印纸上，待用。印制板图打印到热转印纸上的示意图如图9.6所示。,3.热转印（1）将打印好的热转印纸贴在待用的单面覆铜板上（铜箔面），用透明胶带固定好，以免在转印过程中发生移位现象。（2）打开热转印机，调到合适的温度上，预热。（3）待热转印机温度适合时（一般为200左右），将固定好热转印纸的单面覆铜板送入热转印机中，进行转印。（4）等图形上的碳粉完全熔化吸附到覆铜板上时，热转印完成（一般需3次以上）。覆铜板冷却后，揭去热转印纸，待用。,4.腐蚀（1）配蚀刻液。将三氯化铁与水按12配方配制，搅拌至完全熔化。为加快腐蚀的速度，可以加入热水。（2）把上述覆铜板浸入蚀刻液中，进行腐蚀。在腐蚀过程中，要缓缓晃动瓷盘，以加快腐蚀速度。（3）直到被涂料覆盖之外的铜箔全部腐蚀溶解后取出，然后把覆铜板用清水冲洗干净。,5.去模（1）用酒精或丙酮可以去除PCB上的碳粉模，也可以用细砂纸打磨。（2）用清水冲洗干净。6.涂助焊剂（1）晾干覆铜板。（2）涂上松香助焊剂等助焊剂。至此，一块合格的PCB已经完成了。考虑到后续的整机装配问题，所以，还需要用小钻台或手电钻对PCB上焊孔和过孔等的要求进行打孔。,9.2.3电声换能器件的识别与检测电声换能器件是指能将声音信号转换为音频信号，或者能将音频信号转换为声音信号的器件。电声换能器件在影音、音视频产品中的应用十分广泛，尤其对音频设备来说，电声换能器件是非常重要的组成部分。电声换能器件是利用电磁感应、静电感应或压电效应等来完成电声转换的，主要有扬声器、蜂鸣器、压电陶瓷片以及传声器等。,一、扬声器扬声器俗称喇叭，是一种能够将电信号转换为声音的电声器件，是音响系统中的重要器材。1.扬声器的分类扬声器的种类很多，按其换能原理可分为电动式（即动圈式）、静电式（即电容式）、电磁式（即舌簧式）、压电式（即晶体式）等几种，后两种多用于农村有线广播网中；按频率范围可分为低频扬声器、中频扬声器、高频扬声器，这些常在音箱中作为组合扬声器使用。按振膜形状分，主要有锥形、平板形、球顶形、带状形、薄片形等；按放声频率分，可分为低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器、全频带扬声器等。电动式扬声器应用最广泛，它又分为纸盆式、号筒式和球顶形三种。,扬声器在电路原理图中常用文字符号“B”或“BL”表示，它的电路符号如图9.10所示。2.扬声器的主要性能指标和特征扬声器的主要性能指标有：额定功率、额定阻抗、频率响应、灵敏度、指向性以及失真度等参数。,扬声器的功率有标称功率和最大功率之分。标称功率是指额定功率、不失真功率，它是扬声器在额定不失真范围内容许的最大输入功率，在扬声器的商标、技术说明书上标注的功率即为标称功率值。最大功率是指扬声器在某一瞬间所能承受的峰值功率。为保证扬声器工作的可靠性，要求扬声器的最大功率为标称功率的23倍。扬声器的阻抗一般和频率有关。额定阻抗是指音频为400Hz时，从扬声器输入端测得的阻抗。额定阻抗一般是音圈直流电阻的1.21.5倍。一般动圈式扬声器常见的额定阻抗有4、8、16、32等。,3.扬声器的检测1扬声器的常见故障现象开路故障：两根引脚之间的电阻为无穷大，在电路中表现为无声，扬声器中没有任何响声。纸盆破裂故障：直接检查可以发现这一故障，这种故障的扬声器要更换。音质差故障：这是扬声器的软故障，通常不能发现什么明显的故障特征，只是声音不悦耳，这种故障的扬声器要更换处理。,2扬声器的检测业余条件下对扬声器的检测只能采用试听检查法和万用表检测法。测量直流电阻：用R1挡测量扬声器两引脚之间的直流电阻，正常时应比铭牌扬声器阻抗略小。设扬声器直流电阻为R0,则其阻抗为1.25R0。例如8的扬声器测量的电阻正常为7左右。测量阻值为无穷大，或远大于它的标称阻抗值，说明扬声器已经损坏。,听喀喇喀喇响声：测量直流电阻时，将一只表笔固定，另一只表笔断续接触引脚，应该能听到扬声器发出喀喇喀喇响声，响声越大越好，无此响声说明扬声器音圈被卡死或音圈损坏。直观检查：检查扬声器有无纸盆破裂的现象。检查磁性：用螺丝刀去试磁铁的磁性，磁性越强越好。,二、耳机耳机也是将电信号转换为声音的电声器件，主要应用于收音机、放音机、CD机、MP3/MP4、手机等电子设备中，用来代替扬声器作放声用。1耳机的分类耳机根据其换能方式分类，主要有动圈式、静电式和等磁式；从结构上分，主要有开放式、半开放式和封闭式；从佩带形式上分，则有耳塞式、挂耳式和头戴式等。,耳机和扬声器一样都是把电信号转换成声音的换能元件。在电路原理图中耳机的文字符号是“B”或“BE”，电路符号如图所示。2.耳机的主要参数耳机的主要参数有阻抗、灵敏度、失真、频率响应、扩散场均衡等。耳机的额定阻抗是其交流阻抗的简称，它的大小是线圈直流电阻与线圈的感抗之和。,3耳机的检测1单声道耳机的检测对于单声道耳机，检测时将万用表转换开关置于R10挡或R100挡，两支表笔分别断续接耳机引线插头的地线和芯线，此时，应能听到耳机发出“喀喀”声，表明耳机良好。如果表笔断续触碰耳机输出端引线时，听不到“喀喀”声，表明耳机不能使用。如果对两幅或两幅以上耳机同时进行同种方法的检测时，其声音较大者，灵敏度较高，在检测中如果出现有失真的声音，表明有音圈不正或音膜损坏变形的故障。,2双声道耳机的检测双声道耳机检测时，将万用表转换开关置于R1挡，测量耳机音圈的直流电阻。将万用表的一支表笔接触插头的公共端(地线)，另一支表笔分别接触耳机插头的两个芯线，其阻值均应小于32，因为立体声耳机的交流阻抗为32，而直流电阻总比交流阻抗低，一般双声道耳机的直流阻值为2030。若测得的阻值过小或超过32很多，说明耳机有故障。在测量的同时，应能听到左、右声道耳机发出的“喀喀”声，表明耳机良好；否则，表明左声道或右声道或左右两声道有故障。,三、压电蜂鸣片、蜂鸣器1压电蜂鸣片、蜂鸣器的分类压电蜂鸣片由压电陶瓷片和金属振动片黏合而成，因此又被称为“压电陶瓷片”，主要应用在电话机、手机、定时器及玩具等电子产品中作为发声器件。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，它是将线圈置于由永久磁铁、铁芯、高导磁的小铁片及振动膜组成的磁回路中。通电时，小铁片与振动膜受磁场的吸引会向铁芯靠近，线圈接受振动信号则会生成交替的磁场，继而将电能转化为声能。,蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型；按驱动方式不同，可分为自激式（DC）和他激式（AC）两种。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。,蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。蜂鸣器在电路原理图中的电路符号如图所示。2压电蜂鸣片、蜂鸣器的检测1压电蜂鸣片的检测将压电蜂鸣片平放在桌子上，在压电蜂鸣片的两极引出两根引线，两根引线分别与万用表（数字式、指针式皆可）的两表笔相接，将万用表置于最小电流档，然后用铅笔橡皮头轻按压电蜂鸣片，若万用表指针明显摆动（数字表有显示），说明压电蜂鸣片完好；否则，说明已损坏。,2蜂鸣器的检测用万用表的R1挡检测蜂鸣器的阻值时，正常的蜂鸣器就会发出轻微“咯咯”的声音，并在表头上显示出直流电阻值（通常为16左右）；若无“咯咯”响声且电阻值为无穷大，则表明蜂鸣器开路损坏。自激式（DC）的蜂鸣器可以加直流电来判断其看好坏，加直流电后若蜂鸣，表明蜂鸣器是好的，否则为损坏；他激式（AC）的可以加方波信号进行判断好坏。,四、话筒话筒学名叫传声器，又叫麦克、微音器，是一种能够将声音信号转换为电信号的声电转换器件。在电路原理图中，话筒常用字母“B”或“BM”表示，电路符号如图所示。,1话筒的分类、特点及外形话筒的种类很多，按换能原理可分为动圈式（电动式）、电容式、压电式（晶体式、陶瓷式）、铝带式、碳粒式和半导体式等多种。按声场作用力可分为压强式、压差式、组合式、线列式等。按电信号的传输方式可分为有线式和无线式。按用途可分为测量话筒、人声话筒、乐器话筒、录音话筒等。按指向性可分为心型、锐心型、超心型、双向（8字型）型、无指向（全向型）型。,动圈传声器音质较好，但体积庞大；驻极体传声器体积小巧，成本低廉，在电话、手机等设备中广泛使用。话筒的分类形式较多，常见的电动式话筒外形结构如图所示。,驻极体话筒属于最常用的电容式话筒。它具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低等优点特点，广泛用于电话、手机、盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。缺点是音质较差、噪声大。常见驻极体话筒外形结构如图所示。,2.话筒的检测1动圈式话筒的检测动圈式话筒的检测可根据线圈电阻值的大小来确定话筒的好坏。检测时将万用表置于欧姆档的较小挡位，测量话筒两接线端之间的电阻值。如果话筒正常，测量阻值应在几十到几千欧左右，同时测量过程中话筒有轻微的“嚓嚓”声；如果测量阻值为零，说明话筒线圈短路；如果阻值为无穷大，说明话筒线