电子产品与工艺制作报告书文档格式.docx

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1、实验内容

可调直流稳压电源电路板的设计、制作与调试测量。

2、实验目的与要求

实验目的：

（1）熟练掌握电子元器件参数的测试和元器件的选择；

（2）具备熟练查阅模拟电子器件手册、参考资料等技术资料的能力；

（3）熟练掌握正确使用常用模拟电子仪器仪表（万用表、整流电源、信号发生器、示波器等）、设备、工具（电烙铁、镊子、螺丝刀、钳子）的方法；

（4）具备阅读直流稳压电源产品说明书的能力，训练学生分析中等复杂程度模拟电子产品整机电路原理图的能力；

（5）掌握电子产品从设计、制作、调试到出成品的全过程及一般方法；

熟悉直流稳压电源的结构和基本设计方法，掌握其工作原理和使用方法；

（6）具备典型模拟电路（直流稳压电源）的分析、设计、制作、组装、调试及排除一般电路故障的能力；

学习、掌握印制电路板的设计、制作方法，培养设计制作的能力

（7）具备对任务实现（电子设计、装调）过程中出现的各种实际问题的独立分析及解决的能力；

3、实验设备

（1）电子元器件的标记和色码部位应朝上，色环电阻的色环标志顺序方向一致；

（2）电阻、二极管均采用水平安装方式，高度为元件体离板面4mm左右。

（3）电容、晶体管必须次采用垂直安装方式，高度为底部离板面3-7mm。

元器件间的距离不能小于2mm，引线间的距离要大于3mm。

所有焊点均采用直角焊，焊接完成后剪去多余引脚，留头在焊接上0.5-1mm，但不能损伤焊接面。

保证焊接可靠，无漏焊、短路现象。

（4）电源变压器用螺钉固定在电路板的元器件面，一次绕组的引出线向外，二次绕组的引出线向内。

（5）电源线从电路板焊接面穿孔后，要在元器件面打结。

4、实验原理

（1）直流稳压电源设计原理

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。

一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下图所示：

直流稳压电源的方框图

其中：

电源变压器：

是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。

变压器的变比由变压器的出级与次级线圈的匝数比确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。

整流电路：

为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路，如下图所示，图中V1、V2、V3、V4四只整流二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。

设变压器二次电压u2=21/2U2sinωt，波形如下图所示。

在u2的正半周，即a点为正，b点为负时，V1、V3承受正向电压而导通，此时有电流流过RL，电流路径为a→V1→RL→V3→b，此时V2、V4因反偏而截止，负载RL上得到一个半波电压。

若略去二极管的正向压降，则uO≈u2。

电压、电流波形在u2的负半周，即a点为负b点为正时，V1、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而导通，此时有电流流过RL，电流路径为b→V2→RL→V4→a。

这时RL上得到一个与0～π段相同的半波电压，若略去二极管的正向压降，uＯ≈－u2。

由此可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。

可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍，所以桥式整流电路输出电压平均值为uＯ=2×

0.45U2=0.9U2。

桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半，在u2的正半周，V1、V3导通时，可将它们看成短路，这样V2、V4就并联在u2上，其承受的反向峰值电压为URＭ=21/2U2。

同理，V2、V4导通时，V1、V3截止，其承受的反向峰值电压也为URＭ=21/2U2。

二极管承受电压的波形如下图所示。

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半。

滤波电路：

采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分，使电压波形变得平滑。

常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。

在整流电路的输出端，即负载电阻RL两端并联一个电容量较大的电解电容C，则构成了电容滤波电路。

由于滤波电容与负载并联，也称为并联滤波电路。

当u2为正半周时,电源u2通过导通的二极管VD1、VD3向负载RL供电，并同时向电容C充电，输出电压uo＝uc≈u2；

uo达峰值后u2减小；

当uo≥u2时，VD1、VD3提前截止，电容C通过RL放电，输出电压缓慢下降，由于放电时间常数较大，电容放电速度很慢，当uC下降不多时u2已开始下一个上升周期；

当u2＞uo时，电源u2又通过导通的VD2、VD4向负载RL供电，同时再给电容C充电，如此周而复始。

电路进入稳态工作后，负载上得到的输出电压波形，与整流输出的脉动直流相比，滤波后输出的电压平滑多了。

显然，放电时间常数RLC越大、输出电压越平滑。

若负载开路（RL=∞），电容无放电回路，输出电压将保持为u2的峰值不变。

稳压电路：

虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换为较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动；

另一方面，由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生相反的变化，于是输出电压平均值也将随之产生相反的变化。

因此，整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动，随着负载电阻的变化而变化。

为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。

在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。

过电路保护电路：

由取样电阻R6及R7、C3组成延时电路、单向晶闸管及电子开关电路组成截止式过流保护电路。

当稳压管输出的电流增大并超出额定值的20%时，过流取样电阻R6上的电压上升并使晶闸管触发导通，晶闸管的AK电压降至0.8V左右，此电压经电阻R2后，使得V1截止，从而V2截止，因而切断稳压管LM317的供电电压，最终稳压管无电压输出。

过电流保护电路图

（2）multisim仿真（选做）

创建新电路文件，放置元件搭建滤波整流电路，仿真电路图如图所示：

仿真电路图

进行电路仿真，结果如下：

示波器显示结果图电压显示结果图

（3）焊接工艺

焊接工艺的重要性

焊接是电子制作工艺中非常重要的环节，焊接的质量直接影响产品的质量。

若没有掌握好焊接的要领，容易产生虚焊；

若焊接过程中加入焊锡过多会造成桥接（短路），致使制作出来的产品性能达不到设计要求。

焊接机理

通过对焊件加热，并使焊料熔化后，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

焊接要求示意图

焊接过程

焊接操作过程示意图

5.实验步骤

1）PCB的设计流程

电路原理图

依据原理图建立.Sch文件

电路文件图

先生成网络表，再建立.PCB文件，导入网络表后自动布线，并对其进行手工调整，最终效果图如下图所示。

PCB最终效果图

2）本组最终定型PCB

最终定型PCB电路板图

最终选取本人的PCB电路板

其实，广义上讲，印刷电路板的设计只要符合电气规则就好。

然后是看制作电路板的设备是什么，若是数控一体化机，用元件库默认的PCB封装就行；

若是手工化学腐蚀或CNC机雕刻，焊盘要大些，且焊盘中心距也要大些，这样会方便刻板。

3）CAM文件准备流程

在PCB中，选择文件→输出制造文件，生成CAM制造文件，复制到刻板机所连接的电脑中。

4）PCB刻板操作过程

根据设计的印刷电路板大小，我们切割了5cm*5cm大小的板子。

把它背面贴上双面胶，并在雕刻机操作台上压紧。

在CircuitWorkstation软件中打开工艺文件，加载不同半径的雕刻刀，并设置相关参数，运用“粗调”与“细调”确定原点后试雕。

下图是CircuitWorkstation软件的刻板界面截图。

刻板界面截图

整个刻板过程大约需要20分钟。

5）PCB板底图

雕刻完成后，PCB板底层图片如下图。

PCB板底层图

6）可调直流稳压电源电路安装

严格按照电路图和下面焊接要求进行焊接。

焊接工艺图

最终，安装顶面图为下图：

安装顶面图

底层焊接图如下图：

底层焊接图

7）元器件清单

器件清单图

5、测试数据

经过测量，输入50赫兹正弦信号有效值为12V，改变1K电位器阻值的大小，用万用表测量输出电压变化范围为从0到6.5V。

6、结果分析与实验体会

对我们来说这个protel软件我们是初学者，刚开始用起来还是存在很多的问题，这次的设计也是对我们在该软件的使用方面有了个很好的提升。

首先是在.sch画图的这发面，在自己设计器件的时候由于对软件的不熟悉，没有把文件都收在一个文件库里面，造成了页面较为凌乱。

其次是此次的这个原理图比较复杂，网络标号较多，在放网络标号的时候应该把其放在画出来的线上星号的位置，不能放在器件引脚处或是焦点处，这样有可能是其在生成PCB的时候无法被识别而出错。

再者，在画封装的时候最好将其单位改为mm的形式，mm是我们所熟识的，较方便进行画图。

还有就是在生成网络表的时候先检查下所有器件的名称和封装号是否都有填写，以便在PCB中导入网络表的时候减少错误的产生。

在导入网络表的时候就会发现很多先前没发现的问题，例如找不到管脚器件之类的，最重要的是在导入网络表之前要先讲画好的封装加入PCB的库文件中，不然会产生很多不必要的问题，在每次修改.sch文件后，最好将先前生成的网络表删掉，以免新生成的网络表无法覆盖先前的网络表。

最后最难得无非就是布线了。

布线的关键就是布局，局布的好在布线的时候就能减少很多的麻烦，如若布的不好你会防线到最后，剩下的线没有办法布下去。

布局要先布大的器件，再补布的器件。

在布线的时候我发现，应要有所规律，比如从又到左或是从右到左的顺序来或者是一个模块一个模块的来，最好不要跳着来，看着那个几条容易就先弄哪几条，不然就会做很多的无用功，需要移动的时候就可以一整块的移动，这样一来不合适的地方在改动的时候就会比较方便。

此次的实验，总的来说还是花了较多的时间，对于我们这样的初学者来说，经常会因我经验不够，就要来来回回重复的画，特别是在布局布线这环节。

不过好的经验也总是有错误的经验而来的，失败的次数多了，离成功也就越来越近了。

对protel软件也有了较熟悉的掌握，运用起来也就更得心应手了。

本次实验，从原理图绘制、multisim软件仿真、元器件手工焊接到最后的调试测量数据，我对电子产品的制作过程与工艺又有了进一步更为清楚地认识。

在调试阶段，我总结出了针对不同元器件应采取的不同调试方法，分为静态观察法与动态观察法。

静态观察法所观察的内容有：

对于试验电路或样机要对照原理图检查接线有无错误，元器件是否符合设计要求，有无漏焊、桥接等故障。

动态观察法所观察的内容有：

眼要看机内或电路内有无打火、冒烟等现象；

鼻要闻内有无烧焦、烧糊的异味；

耳要听有无异常声音；

手要触摸一些管子，集成电路等是否发烫；

有时还要摇振电路板、接插件或元器件等发现有无接触不良表现等，发现异常应立即断电。

这就是传说中的赵氏“望”、“闻”、“听”、“摸”、“振”诊断法。

在实践中得到了很好的验证与应用，并得到了良好的效果。

PVB板刻制完成后由于之前选用的元件与实际器件的型号有差别而导致最终安装