电子工艺实习

电子工艺实习（第一版）机电与控制工程学院一、课程介绍•课程性质：工艺性及实践性的课程技能训练与工程实践相结合技术基础课实习的目的：学习电子产品制作的方法和技术建立起工程意识、提高工程实践能力培养严谨细致的工作作风和科学态度为今后从事相关的技术工作典定一定的实践基础内容：•元器件检测、电子工艺品设计及制作、制作电路板、电路焊接、调试及安装安排：•理论教学、工艺操作要求：•1严格遵守纪律及实习的有关规定，注意维护实习室的整洁•2注意安全，按规程操作。•3保管好工具及仪器设备安全用电1触电2防止触电的保护措施3电气防火和防爆4静电防护5安全用电注意事项和触电急救常识1触电1.1电气事故的原因1)违章操作(1)违反“停电检修安全工作制度”，因误合闸造成维修人员触电。(2)违反“带电检修安全操作规程”，使操作人员触及电器的带电部分。(3)带电移动电器设备。(4)用水冲洗或用湿布擦拭电气设备。(5)违章救护他人触电，造成救护者一起触电。(6)对有高压电容的线路检修时未进行放电处理导致触电。2)施工不规范(1)误将电源保护接地与零线相接，且插座火线、零线位置接反使机壳带电。(2)插头接线不合理，造成电源线外露，导致触电。(3)照明电路的中线接触不良或安装保险，造成中线断开，导致家电损坏。(4)照明线路敷射不合规范造成搭接物带电。(5)随意加大保险丝的规格，失去短路保护作用，导致电器损坏。(6)施工中未对电气设备进行接地保护处理。3)产品质量不合格(1)电气设备缺少保护设施造成电器在正常情况下损坏和触电。(2)带电作业时，使用不合理的工具或绝缘设施造成维修人员触电。(3)产品使用劣质材料，使绝缘等级、抗老化能力很低，容易造成触电。(4)生产工艺粗制滥造。(5)电热器具使用塑料电源线。4)偶然条件电力线突然断裂使行人触电；狂风吹断树枝将电线砸断；雨水进入家用电器使机壳漏电等偶然事件均会造成触电事故。2防止触电的保护措施•一.使用安全电压按照人体的最小电阻和工频致命电流可求得人体的危险电压为(800~100欧姆)×(30~50mA)=24~50V•二.绝缘保护1.外壳绝缘2.场地绝缘3.变压器隔离三.保护接地或保护接零为了人身安全和电力系统工作的需要，要求电气设备采取接地措施。按接地目的的不同，主要分为工作接地、保护接地和保护接零。1.工作接地即将中性点接地。目的：(1)降低触电电压(2)迅速切断故障在中性点接地的系统中，一相接地后的电流较大，保护装置迅速动作，断开故障点。(3)降低电气设备对地的绝缘水平R02.保护接地电气设备外壳未装保护接地时R'C'IbIe对地绝缘电阻分布电容当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电,当人触及外壳,接地电流Ie将经过人体入地后,再经其它两相对地绝缘电阻R及分布电容C回到电源。当R值较低、C较大时，Ib将达到或超过危险值。保护接地：将电气设备的金属外壳(正常情况下是不带电的)接地。用于中性点不接地的低压系统R'C'对地绝缘电阻IbIeI0通过人体的电流：b00ebRRRII电气设备外壳有保护接地时Rb与Ro并联，且RbRo通过人体的电流可减小到安全值以内。利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。保护接零（用于380V/220V三相四线制系统）将电气设备的外壳可靠地接到零线上。当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳，该相电源短路，其短路电流使保护设备动作，将故障设备从电源切除，防止人身触电。把电源碰壳，变成单相短路，使保护设备能迅速可靠地动作，切断电源。(a)R0注:中性点接地系统(1)不允许采用保护接地，只能采用保护接零；(2)不准保护接地和保护接零同时使用。保护接地和保护接零同时使用时当A相绝缘损坏碰壳时，接地电流ooPeRRUI式中:R0:保护接地电阻4R0:工作接地电阻4A5.2744220eI此电流不足以使大容量的保护装置动作，而使设备外壳长期带电,其对地电压为110V。IeR0R0(b)工作零线与保护零线×(a)(b)(c)NNNLLLEEE接零不正确忽视接零~220VL(相线)N(工作零线)PE(保护零线)接零正确为了确保设备外壳对地电压为零,专设保护零线PE。3电气防火和防爆一.电气火灾和爆炸的原因1.可燃易爆物质2.电气火源二．电气防火防爆的措施1.控制可燃易爆物质2.排除电气火源三.电气火灾的扑灭4静电防护•一.静电的产生•二.静电的危害静电的主要危害是静电放电而引起爆炸和火灾，其次还会发生电击和妨碍生产。•三.静电的保护措施减小摩擦法；自然消除法；导体接地法；静电中和法；静电序列法5安全用电注意事项和触电急救常识一.安全用电注意事项二.触电急救常识1.尽快使触电者脱离电源2.若伤害不严重，应让其躺下安静休息，并严密观察3.若伤害较严重，应立即送医院抢救，同时进行人工呼吸电流对人体的作用人体触电时，电流对人体造成两种伤害：电击和电伤。电击是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。电伤是指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等。调查表明，绝大部分的触电事故都是由电击造成的。电击伤害程度取决于通过人体电流的大小、持续时间、电流的频率以及电流通过人体的途径等。1人体电阻人体电阻因人而异，通常为欧，当角质外层破坏时，则下降到800~1000欧。2电流强度对人体的伤害人体允许的安全工频电流：30mA工频危险电流：50mA3电流频率对人体的伤害电流频率在40Hz~60Hz对人体的伤害最大实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电流不仅没有危害还可以用于医疗保健等。4电流持续时间与路径对人体的伤害电流通过人体的时间越长，则伤害越大。5410~105410~10电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停止、血液循环中断，危险性最大。其中电流的流经从右手到左脚最危险的。5电压对人体的伤害触电电压越高，通过人体的电流越大就越危险。因此，把36V以下的电压定为安全电压。电子元器件•电子元器件的重要性1元器件构成电子产品的基本元素2元器件是推动电子产品发展的主要因素。•电子元器件的基础知识元器件构成电子产品的基本元素元器件构成电子产品的基本元素元器件是推动电子产品发展的主要因素电子元器件的基础知识1分类：电子元器件被用来改变电流方向，它们的形状和尺寸各不相同，用途也多种多样电路中实现的功能分类：电阻、电容、电感器、变压器、半导体分离组件、集成电路当把元器件安装到PCB上时，有2种主要的封装形式：通孔元件和表面安装元件元件的封装•通孔元件，它有引脚穿过PCB，然后焊接。•表面安装元件被直接焊到PCB表面上被称做焊盘的金属上。•电阻•电容•三极管焊接工艺的重要性：焊接是电子制作工艺中非常重要性的环节，焊接的质量直接影响产品的质量。实习过程中若没有掌握好焊接的要领，容易产生以下四类问题：虚焊、桥接（短路）、元器件被高温烧毁、铜膜线上翘。焊接工艺焊接机理•通过对焊件加热，并使焊料（焊锡）熔化后，在焊件与焊料之间产生了原子扩散，待凝固后，在其交界面上将形成一层合金结合层。该合金结合层有良好的导电性和机械强度。焊接要求1良好的可焊性2焊件表面必须清洁3使用合适的助焊剂4焊件要加热到熔锡温度焊料•焊锡用于电子线路焊接其特性为：1）熔点最低；2）熔点与凝固点一致；3）流动性好；4）导电性好，机械强度高焊剂（助焊剂）焊剂（助焊剂）用以清除被焊金属表面的氧化膜，保证焊锡浸润的一种化学剂实习用助焊剂——松香注意：松香反复加热会导致碳化（发黑）失效焊接工具——电烙铁注意事项：1电烙铁金属部分温度高，请注意人身安全，避免烫伤。2检查电烙铁电源线是否有裸露的铜线，若有，请用绝缘胶布胶好。3电烙铁要自然冷却。4长时间不用电烙铁应将其电源关闭。5用完电烙铁后应在烙铁头上挂上一层焊锡，防止烙铁头氧化。•焊接姿势•烙铁与鼻子的水平距离约为30cm•操作（五步法）见指导书P12-P13焊接操作焊点质量及检查1电气接触良好2机械结合牢固3光滑整齐的外观虚焊•主要由待焊金属表面的氧化物和污垢造成•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。造成虚焊的主要原因：•焊锡质量差•助焊剂的还原不良或用量不够•被焊接头表面未预先清洁好，镀锡不牢•烙铁头的温度过高或过低，表面有氧化层•焊接时间掌握不好，太长或太短•焊接中焊锡未凝固时，焊接元件松动印制电路板的制做一、印制电路板的基本概念1印制电路板印制电路板也称做PCB（PrintedCircuitBoard）板，它是在覆铜板上用腐蚀的方法除去多余的铜箔而得到地可焊接电子元件的电路板2覆铜板覆铜板：在绝缘基板上覆盖了铜箔层压板覆铜板的种类：纸质板；半玻板；玻璃布板厚度：1mm;1.5mm;2mm结构：单面板；双面板等3电路板的层（layer）除了常用的单层电路板之外，由于一些较新的电子线路的元件密集，所用的印刷板不仅有上下两面双层走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔，例如计算机主板所用的印板材料多在4层以上。•单面板：一面有敷铜，另一面没有敷铜的电路板，它只可在敷铜的一面布线，另一面放置元件。•双面板：包括顶层（TopLayer）和底层（BottomLayer）两层，两面都有敷，均可布线。•多层板：是包含了多个工作层面的电路板。除了顶层、底层以外、还包括中间层、内部电源/接地层等。多层电路板包括三层或三层以上，如四层板、六层板等。图1单面板与双面板结构图图2四层板结构图印刷电路板的专用名词•信号层（SignalLayers）:主要用于放置连接数字或模拟信号的铜膜走线。•焊盘：焊盘的主要作用是通过引脚来固定元件，每一焊盘对一个引脚，在焊盘部位放置引脚和融化的焊锡，冷却后焊锡凝固从而将元件牢牢固定住。•过孔：过孔在多层电路板设计中，它用于连接不同板层间的导线。铜膜走线（Track）线段（Segment）印刷电路板的软件•制作PCB软件有很多款，如：Protel、Powerpcb、WCG2005。•Protel：易学、制作单面板、双面板•Powerpcb:入门慢，功能较多•WCG2005；制作多层板，自动布线功能强大，布线规则设计专业原理图74LS373（八通道三态锁存器）•D0~D7输入端•OE三态允许控制端（低电平有效）•LE锁存允许端•O0~O7输出端74LS00（四2输入与非门）•引出端符号：•1A-4A1B-4B输入端•1Y-4Y输出端三极管（9013，NPN）•晶体三极管按材料分常见的有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，使用最多的是硅NPN和PNP两种，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，三极管工作在放大区时，三极管发射结处于正偏而集电结处于反偏，集电极电流Ic受基极电流Ib的控制，Ic的变化量与Ib变化量之比称作三极管的交流电流放大倍数β（β=ΔIc/ΔIb,Δ表示变化量。）••对于NPN三极管，当Ube≤0时，三极管发射结处于反偏工作，则Ib≈0，三极管工作在截止区；•当晶体三极管发射结处于正偏而集电结处于反偏工作时，三极管工作在放大区，Ic随Ib近似作线性变化；•当发射结和集电结均处于正偏状态时，三极管工作在饱和区，Ic基本上不随Ib而变化，失去了放大功能。•截止区和饱和区是三极管工作在开关状态的区域。•不同的材料，PN结的势垒电压不一样，锗管约0.3V，硅管约0.7V•三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。1.是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。2.是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只