电子工艺教材最终版

1、第一节 基础知识电子电路是由电子元器件组成的，常用的是电阻、电容、电感和各种半导体器件（如二极管、三极管、场效应管、集成电路等），想要正确地选择和使用这些电子元器件，就必须对它们的性能、结构与规格有一定的了解。一、电阻1、标称阻值：标称阻值即电阻器表面所标的阻值。为了便于生产，同时考虑能够满足实际使用的需要，国家规定了一系列数值作为产品的标准，这一系列值就是电阻的标称系列值。2、额定功率：电阻可稳定工作的最大功率，有 1/8W、1/4W、1/2W等，一般可由电阻的体积看出。3、电阻的色标法：体积较大的电阻的主要参数一般用文字标印，体积较小的电阻一般用色标法，即用不同颜色的色环标注。色环电阻有三

2、环、四环、五环等，五环电阻的前3环是有效数字，然后是乘数，最后是允许误差。四环电阻的前2环是有效数字，后2环与五环电阻一样。三环电阻实际是四环电阻的特例，最后一环为无色，表示误差是±20%，色环电阻的额定功率一般不标注,但可从其体积判断,用的最多的是1/8W。图1 电阻实物图二、电容1、主要参数（1）标称容量：单位有微法（µF）、纳法（nF）、皮法（pF）。（2）耐压值：超过耐压值，电容器很可能被击穿损坏。2、参数标注（1）直接标注：将主要参数直接标注在电容器表面，如无单位则为pF。单位左边的数字是整数，右边是小数，如5n1表示5.1nF，即5100pF。（2）数码表示：用

3、三位数码表示容量，单位是pF，前两位是有效数字，第三位是零的个数，如473表示47000pF，即0.047µF。3、图2中为几类常用电容器的实物图。图2 常用电容器的实物图三、电感器电感线圈是利用电磁感应的原理进行工作的器件，当有电流流过一根导线时，就会在这根导线的周围产生一定的电磁场，而这个电磁场的导线本身又会对处在这个电磁场范围内的导线发生感应作用。对产生电磁场的导线本身发生的作用，叫做“自感”，即导线自己产生的变化电流产生变化磁场，这个磁场又进一步影响了导线中的电流，对处在这个电磁场范围的其他导线产生的作用，叫做“互感”。电感线圈的电特性和电容器相反，电感线圈阻高频、通低频。高

4、频信号通过电感线圈时会遇到很大的阻力，很难通过，而低频信号通过它时所呈现的阻力则比较小，即低频信号可以较容易的通过它。电感线圈对直流电的电阻几乎为零。电阻、电容和电感，他们对于电路中电信号的流动都会呈现一定的阻力，这种阻力我们称之为阻抗，电感线圈对电流信号所呈现的阻抗利用的是线圈的自感。有时我们把电感线圈简称为“电感”或“线圈”，用字母“L”表示。绕制电感线圈时，线圈的圈数我们一般把它称为线圈的“匝数”。图3 电感线圈的实物图四、 二极管1、简述：晶体二极管有一个PN结，具有单向导电性，正向导通，反向截止。图4 二级管的实物图 图5 LED实物图LED也是二极管的一种，它是一种发光二极管, 这

5、种半导体组件一般是作为指示灯、显示板，它不但能够高效率地将电能转化为光能，而且拥有最长达几万小时10 万小时的使用寿命，同时具备不易碎，并能省电等优点。与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是工作电压很低（有的仅一点几伏），工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光），抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长，通过调制电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示09十个数。五、三级管半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶

6、上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。三极管的基本结构是两个反向连结的PN结面，如图6所示，可有PNP和NPN两种组合。三个接出来的端点依序称为发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。  图6 PNP和NPN三极管的结构及其示意图图7 三级的几种实物图利用数字万用表不仅能判定晶体管的电极、测量管子的共发射极电流放大系数，还可以鉴别硅管与锗管。由于数字万用表电阻档的测试电流很小，所以不适用于检

7、测晶体管，应使用二极管档或者HFE进行测试。将数字万用表拨至二极管档，红表笔固定任接某个引脚，用黑表笔依次接触另外两个引脚，如果两次显示值均小于1V或都显示溢出符号“OL”或“1” （视不同的数字万用表而定），则红表笔所接的引脚就是基极B。如果在两次测试中，一次显示值小于1V，另外一次显示溢出符号，则表明红表笔接的引脚不是基极B，此时应改换其他引脚重新测量，直到找出基极为止。用红表笔接基极，用黑表笔先后接触其他两个引脚，如果显示屏上的数值都显示为0.6-0.8V，则被测管属于硅NPN型中、小功率三极管；如果显示屏上的数值都显示为0.4-0.6V，则被测管属于硅NPN型大功率三极管。其中，显示数

8、值较大的一次，黑表笔所接的电极为发射极。在上述测量过程中，如果显示屏上的数值都显示都小于0.4V，则被测管属于锗三极管。用红表笔接基极，用黑表笔先后接触其他两个引脚，如果显示屏上的数值都显示溢出符号，此时被测管属于PNP型三极管，此时可对调红黑表笔，参照NPN型管来测量管子是硅管还是锗管。用数字万用表可以方便的测出三极管的HFE，将数字万用表置于HFE档，若被测管是NPN型管，则将管子的各个引脚插入NPN插孔相应的插座中，此时屏幕上就会显示出被测管的HFE值。六、太阳能电池板太阳能电池板是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置，大部分太阳能电池板的主要

9、材料为硅，但因制作成本很大，以致它还不能被广泛地使用。太阳能电池板可分为晶体硅电池板和非晶硅电池板。晶体硅电池板：多晶硅太阳能电池板、单晶硅太阳能电池板。非晶硅电池板：薄膜太阳能电池板、有机太阳能电池板、化学染料电池板、染料敏化太阳能电池板。 图8 太阳能电池板实物图图9 太阳能电池板应用原理图太阳能电池板有很多应用领域，如下所示就是太阳能电池板的应用举例：1、用户太阳能电源：（1）小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等。（2）3-5KW家庭屋顶并网发电系统。（3）光伏水泵，解决无电地区的深水

10、井饮用、灌溉。2、交通领域：如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。3、通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统、农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。4、石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。5、灯具电源：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。6、光伏电站：10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。7、太阳能建

11、筑：将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来一大发展方向。8、其他领域包括：（1）与汽车配套：太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等。（2）太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统。（3）海水淡化设备供电。（4）卫星、航天器、空间太阳能电站等。七、电铬铁焊接技术1、电烙铁（soldering iron)按加热分为外热式、内热式，按温度控制分为恒温式和变温式。内热式的电烙铁发热效率较高，而且更换烙铁头也较方便。其发热芯是装在烙铁头的内部，热损失小。市场上常见的普通内热和无铅长寿命内热电烙铁，功率有20W，25W，35W，50W等，其中35W、50W是最

12、常用的。 外热式如名字所讲，外热就是指在外面发热， 因发热芯在电烙铁的外面而得名。它既适合于焊接大型的元部件，也适用于焊接小型的元器件。由于发热电阻丝在烙铁头的外面，有大部分的热散发到外部空间，所以加热效率低，加热速度较缓慢，一般要预热25分钟才能焊接，其体积较大，焊小型器件时显得不方便。但它有烙铁头使用的时间较长，功率较大的优点，有25W，30W，40W，50W，60W，75W，100W，150W，300W等多种规格，大功率的电烙铁通常是外热式的。电烙铁是用来焊接电器元件的，为方便使用，通常用焊锡丝作为焊剂，焊锡丝内一般都含有助焊的松香，焊锡丝使用约60%的锡和40%的铅合成，熔点较低。松香

13、是一种助焊剂，可以帮助焊接，松香可以直接用，也可以配置成松香溶液，就是把松香碾碎，放入小瓶中，再加入酒精搅匀。注意酒精易挥发，用完后记得把瓶盖拧紧，瓶里可以放一小块棉花，用时就用镊子夹出来涂在印刷板上或元器件上。注意市面上有一种焊锡膏（又称焊油），这是一种带有腐蚀性的东西，是用在工业上的，不适合电子制作使用。还有市面上的松香水，并不是我们这里用的松香溶液。被焊件必须具备可焊性，不是所有的材料都可用锡焊，铜及其合金、金、银、锌、镍等具有较好可焊性，而铝、不锈钢、铸铁等不适合用锡焊。2、手工焊接操作的基本步骤正确的手工焊接操作过程可以分成五个步骤，如图9所示。图9   手工焊接

14、步骤 步骤一：准备施焊左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态。要求烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物，并在表面镀有一层焊锡。 步骤二：加热焊件烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体，时间大约为 1 2秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同时接触两个被焊接物。 步骤三：送入焊丝焊件的焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意：不要把焊锡丝送到烙铁头上。 步骤四：移开焊丝当焊丝熔化一定量后，立即向左上 45°方向移开焊丝。 步骤五：移开烙铁焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向右上 45°方向移开烙铁，结束焊接，从第三步开始到第五步结束，时间大约也是1至

15、2s。 图10 典型焊点的外观虚焊主要是由待焊金属表面的氧化物和污垢造成的，它使焊点成为有接触电阻的连接状态，导致电路工作不正常，出现连接时好时坏的不稳定现象，噪声增加而没有规律性，给电路的调试、使用和维护带来重大隐患。此外，也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内，保持接触尚好，因此不容易发现。但在温度、湿度和振动等环境条件的作用下，接触表面逐步被氧化，接触慢慢地变得不完全起来。虚焊点的接触电阻会引起局部发热，局部温度升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化，最终甚至使焊点脱落，电路完全不能正常工作，这一过程有时可长达一、二年。八、PCB板制作过程1、根据电路功能需要设计原理图。原理图

16、的设计主要是依据各元器件的电气性能需要进行合理的搭建，通过该图能够准确的反映出该PCB电路板的重要功能，以及各个部件之间的关系。原理图的设计是PCB制作流程中的第一步，也是十分重要的一步。初学者一般采用的电路原理图软件是PROTEL（本节中以PROTEL为例）。 2、原理图设计完成后，需要更近一步通过PROTEL对各个元器件进行封装，以生成和实现元器件具有相同外观和尺寸的网格。3、正式生成PCB。网络生成以后，就需要根据PCB面板的大小来放置各个元件的位置，在放置时需要确保各个元件的引线不交叉。放置元器件完成后，最后进行DRC检查，以排除各个元器件在布线时的引脚或引线交叉错误，当所有的错误排除

17、后，一个完整的PCB设计过程完成。4、PCB设计完成后便可以自己DIY PCB电路板或是发到工厂进行PCB板生产制作，下面以工厂中PCB板生产制作的流程来说明PCB板生产制作： （1）将大块的覆铜板剪裁成生产加工尺寸，方便生产加工。（2）去除板面的氧化层、手印、板边的粉尘，使板面孔内、清洁、干净。（3）进行内层图形的转移,将底片上的图形转移到干膜上，即利用干膜的特点,先在温度与压力作用下,在板面贴上膜,后采用底片对位,最后在曝光机上利用紫外光的照射,使部分膜发生反应,在板面形成所要的线路图形。（4）对半成品的缺陷进行检查，保证质量，即利用光学原理将板进行扫描，反映给电脑，电脑进行分析，查出开、

18、短路、缺口及其它缺陷。（5）利用板边设计好的靶位孔，在CCD作用下，将靶形投影于电脑系统，机器自动完成对位并钻出靶位孔。（6）使内层铜面形成微观的粗糙，增强层间的粘接力，即通过除油、微蚀，在干净的铜面上形成氧化铜与氧化亚铜的棕红色膜层，增强粘接力。（7）使多层板间的各层间粘合在一起，形成一块完整的多层板，多层板内层间通过叠放半固化片，用钉铆合好后,在一定温度与压力作用下，半固化片的树脂流动，填充线路与基材，当温度到一定程度时，发生固化，将层间粘合在一起。（8）将压好的多层板板边的钻孔定位孔钻出用于钻孔定位，利用板边设计好的靶位孔，在CCD作用下，将靶形投影于机器，机器自动完成对正并钻孔。（9）

19、使线路板层间产生通孔，达到连通层间的作用，即根据工程钻孔程序文件,利用数控钻机,钻出所用的孔。（10）去除板面的氧化层、钻孔产生的粉尘、毛刺使板面孔内清洁、干净。（11）对孔进行孔金属化,使原来绝缘的基材表面沉积上铜,达到层间电性相通。（12）对刚沉铜出来的板进行板面、孔内铜加厚到5-8um，保证在后面加工过程中不被咬蚀掉。（13）去除板面的氧化层、孔内的水份、使板面孔内清洁、干净。（14）完成外层图形转移，形成外层线路。（15）通过前处理，使板面清洁，镀铜、镀锡、阳极溶解出铜离子、锡离子，在电场作用下移动到阴极，其得到电子，形成铜层、锡层，使线路、孔内铜厚加厚到客户要求标准。（16）将板面没

20、有用的铜蚀刻掉，形成有用的线路图形（17）利用光学原理将板进行扫描，反映给电脑，电脑进行分析，查出开、短路、缺口。（18）通过腐蚀液，去掉板面的一些铜粉，后在尼龙磨刷的作用下，一定压力作用下，清洁板面。（19）在板面涂上一层阻焊，通过曝光显影，露出要焊接的盘与孔，其它地方盖上阻焊层，起到防止焊接短路，在板面印上字符，起到标识作用，便于装配、维修。（20）加工形成客户的有效尺寸大小。（21）模拟板的状态,通电进行电性能检查,是否有开、短路。（22）对板的外观、尺寸、孔径、板厚、标记等检查。（23）在要焊接的表面铜上沉积一层有机保护膜，保护铜面与提高焊接性能。九、特殊器件力敏电阻：通常电子秤中就有

21、力敏电阻，常用的压力传感器有金属应变片和半导体力敏电阻。力敏电阻一般以桥式连接，受力后就破坏了电桥的平衡，使之输出电信号。 气敏电阻：有一种煤气泄漏报警器，在瓦斯泄漏后会报警，甚至启动脱排油烟机通风。这种报警器内就是装置了一种气敏电阻。这种半导体在表面吸收了某种自身敏感的气体之后会发生反应，而使自身的电阻值改变。它一般有四个电极，两个为加热电极，另两个为测量电极。气敏电阻根据型号对不同的气体敏感，有的是对汽油，有的是对一氧化碳，有的是对酒精敏感。湿敏电阻：湿敏电阻对环境湿度敏感，它吸收环境中的水分，直接把湿度变成电阻值的变化。压敏电阻：压敏电阻用作电路的过压保护。将压敏电阻和电路并联，其两端电

22、压正常时电阻值很大，不起作用。一旦超过保护电压，它的电阻值迅速变小，使电流尽量从自己身上流过（很有牺牲精神！），从而保护了电路。正规的电话机中少不了压敏电阻。霍尔器件：霍尔器件几乎是每台录相机中都用的器件，另外在各种精密的工业设备中也有它的身影。它主要用来检测磁力，而且基本上都是以“集成霍尔传感器”的形式出现。用高灵敏的霍尔器件还可以制作电子罗盘。 数码管：许多电子产品上都有跳动的数码来指示电器的工作状态，其实数码管显示的数码均是由七个发光二极管构成的。每段上加上合适的电压，该段就点亮。为方便连接，数码管分为共阳型和共阴型，共阳型就是七个发光管的正极都连在一起，作为一条引线。干簧管：干簧管是一

23、种磁敏的特殊开关。它的两个触点由特殊材料制成，被封装在真空的玻璃管里。只要用磁铁接近它，干簧管两个节点就会吸合在一起，使电路导通。因此可以作为传感器用，用于计数，限位等等。有一种自行车公里计，就是在轮胎上粘上磁铁，在一旁固定上干簧管构成的。装在门上，可作为开门时的报警、问候等。在“断线报警器”的制作中，也会用到干簧管。第二节 苹果花实际制作一、太阳能苹果花的原理：在太阳光或日光下，太阳能电池板将光能转化为电能，配合相应的电路板将直流电周期性地加到电感线圈，从而在电感线圈上周期性地产生电磁力，电感线圈上的周期性电磁力周期性地吸引右叶上的吸铁石，从而带动太阳能苹果花的右叶摆动，右叶与左叶有连接件相

24、连，因此右叶摆动左叶也会跟着摆动。太阳能苹果花的花瓣插在中板上，中板上要拧一个铁制螺丝，螺丝与吸铁石之间会产生电磁力，因此右叶就通过吸铁石与螺丝之间的磁引力带动中板运动，从而带动花瓣摆动。图11 太阳能苹果花的实物图图12 太阳能苹果花的内部图 图13 太阳能苹果花的电路图二、太阳苹果花的制作过程1、在图14中标记处用斜口钳剪一个缺口。图14太阳苹果花的制作过程（1）2、在图15中标记处用斜口钳剪一个缺口，并按图装配。图15太阳苹果花的制作过程（2）图16太阳苹果花的制作过程（3）3、取出电路板按元件从低到高的顺序焊接电路板（注意电路板的元件面和焊接面，不能放错面，直插元件只能放在元件面并在焊

25、接面焊接，太阳能电池板要先上锡，焊接尽量一次完成，太阳能电池板的正负极要对应好。电感线圈的线都是有绝缘漆的，要将线圈的线头用电铬铁上锡，尽量将线头焊在锡里面，线圈的电阻约500欧）。图17太阳苹果花的制作过程（4）4、焊接好后就可以开始组装了，先将线圈用双面胶固定到图中所示位置。图18太阳苹果花的制作过程（5）5、按图19装配好吸铁石和右叶，然后放到台灯或阳光下便可进行测试，如果右叶可以摆动，才进行其它的装配，如果右叶不能摆动说明上面的步骤中有某一步或几步有问题，在这种情况下全部装配好也不能动，要先排除问题直至右叶顺畅地摆动后才开始接下去的装配。图19太阳苹果花的制作过程（6）6、将连接件按图

26、20所示连接到左叶，螺丝按图20所示拧入中板。图20太阳苹果花的制作过程（7）7、按图21到图24所示顺序组装太阳花图21太阳苹果花的制作过程（8）图22太阳苹果花的制作过程（9）图23太阳苹果花的制作过程（10）图24太阳苹果花的制作过程（11）附录1 太阳能苹果花常见故障及排除方法1、测量线圈电阻（线圈电阻应该在500欧左右，大概是400到650欧之间），如果线圈电阻为零，说明线圈焊接短路了，如果线圈电路为兆欧级别的，说明线圈的绝缘漆还包着线。2、检查线圈的位置。3、检查元件的位置和方向有没有错误，特别是三级管9014和9015的位置和方向。4、检查太阳能电池板正负极与电路板正负极的连接是否正确，太阳能电池板的正极对应电路的正极。5、检查电路上面有没有被连接成短路的现象，比如两个焊点焊到一块了或是被元件引脚连到一块了。6、检查电路板上有没有引脚没有焊接上。7、如果一片叶子动得很大，两片叶子却一动不动，先从侧面看是不是卡住了，然后从底下看