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实战任务设计制作篇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。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:4-Feb-2010SheetofFile:D:\shu\df\资料11.DdbDrawnBy:TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1U1NE555D1IN4148D2IN4148+C347UF/10VGNDR127KR222KR322KR447K+C110UF/10V+C20.033UFS12vcc12speaker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④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④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④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。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:4-Feb-2010SheetofFile:D:\shu\df\资料11.DdbDrawnBy:TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1U1NE555D1IN4148D2IN4148+C347UF/10VGNDR127KR222KR322KR447K+C110UF/10V+C20.033UFS12vcc12speaker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R2﹑R3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C1﹑R4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C1﹑R4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。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:4-Feb-2010SheetofFile:D:\shu\df\资料11.DdbDrawnBy:TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1U1NE555D1IN4148D2IN4148+C347UF/10VGNDR127KR222KR322KR447K+C110UF/10V+C20.033UFS12vcc12speaker9.2.2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0.2mm～0.5mm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0.2mm～0.5mm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1.2mm～2.5mm。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0.25mm～1mm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