北京邮电大学机器猫电子工艺实习报告.docx

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北京邮电大学机器猫电子工艺实习报告

2012

北京邮电大学实习报告

实习名称

电子工艺实习

学院

信息与通信工程学院

学生姓名

XXX

班级

2010XXXXXX

学号

XXXXXXXXXXXXXX

实习时间

2012/6/18~6/27

实习地点

学九301教室

实

习

内

容

一、掌握电烙铁的正确使用方法、基本的焊接技术和万用表等常用电子仪表的使用方法；了解常用电子元器件的性能特点、命名、识别及其安装方法。

了解和掌握表面贴装工艺（SMT）的基本知识、工艺流程以及各种常用的EDA工具。

二、掌握机器猫的工作原理，学会识别电路原理图与印刷图；学会半导体二极管、电解电容等有极性元件正负极性的区分，色环（四色或五色）电阻、电感标称数值的读取等，并进一步熟练焊接技术。

三、了解并初步掌握一般电子产品的生产制作、调试与装配的基本技能与方法。

四、整机调试与验收，写实习总结报告。

学生

实习

总结

（附页，不少于2000字）

见附页

实

习

成

绩

评

定

遵照实习大纲并根据以下三方面按百分制综合评定成绩：

1、思想品德、实习态度、实习纪律等

2、技术业务考核、笔试、口试、实际操作等

3、实习报告、分析问题、解决问题的能力

实习评语:

实习成绩:

指导教师签名：

实习单位公章

年月

日

1.焊接工艺

1.1焊接工艺的基本知识

焊接——是通过加热或加压力（或两者并用），使被焊金属原子之间互相溶解与扩散，使分离的金属材料牢固地连结在一起的工艺方法。

1.1.1电烙铁简介

●外热式电烙铁：

一般由烙铁头、烙铁芯、外壳、手柄、插头等部分所组成。

烙铁头安装在烙铁芯内，用以热传导性好的铜为基体的铜合金材料制成。

烙铁头的长短可以调整（烙铁头越短，烙铁头的温度就越高），且有凿式、尖锥形、圆面形、圆、尖锥形和半圆沟形等不同的形状，以适应不同焊接面的需要。

●内热式电烙铁：

由连接杆、手柄、弹簧夹、烙铁芯、烙铁头（也称铜头）五个部分组成。

烙铁芯安装在烙铁头的里面（发热快，热效率高达85％～％％以上）。

烙铁芯采用镍铬电阻丝绕在瓷管上制成，一般20W电烙铁其电阻为2.4kΩ左右，35W电烙铁其电阻为1.6kΩ左右。

20W电烙铁

1.2焊接工具、焊料、焊剂的类别与作用

1.2.1选用电烙铁一般遵循以下原则

●烙铁头的形状要适应被焊件物面要求和产品装配密度。

●烙铁头的顶端温度要与焊料的熔点相适应，一般要比焊料熔点高30－80℃（不包括在电烙铁头接触焊接点时下降的温度）。

●电烙铁热容量要恰当。

烙铁头的温度恢复时间要与被焊件物面的要求相适应。

温度恢复时间是指在焊接周期内，烙铁头顶端温度因热量散失而降低后，再恢复到最高温度所需时间。

它与电烙铁功率、热容量以及烙铁头的形状、长短有关。

1.2.2选择电烙铁的功率原则如下：

●焊接集成电路，晶体管及其它受热易损件的元器件时，考虑选用20W内热式或25W外热式电烙铁。

●焊接较粗导线及同轴电缆时，考虑选用50W内热式或45－75W外热式电烙铁。

●焊接较大元器件时，如金属底盘接地焊片，应选100W以上的电烙铁。

1.2.2焊料

焊锡丝

是一种易熔金属，它能使元器件引线与印制电路板的连接点连接在一起。

锡（Sn）是一种质地柔软、延展性大的银白色金属，熔点为232℃，在常温下化学性能稳定，不易氧化，不失金属光泽，抗大气腐蚀能力强。

铅（Pb）是一种较软的浅青白色金属，熔点为327℃，高纯度的铅耐大气腐蚀能力强，化学稳定性好，但对人体有害。

锡中加人一定比例的铅和少量其它金属可制成熔点低、流动性好、对元件和导线的附着力强、机械强度高、导电性好、不易氧化、抗腐蚀性好、焊点光亮美观的焊料，一般称焊锡。

焊锡按含锡量的多少可分为15种，按含锡量和杂质的化学成分分为S、A、B三个等级。

手工焊接常用丝状焊锡。

1.2.3焊剂

●助焊剂

助焊剂一般可分为无机助焊剂、有机助焊剂和树脂助焊剂，能溶解去处金属表面的氧化物，并在焊接加热时包围金属的表面，使之和空气隔绝，防止金属在加热时氧化；可降低熔融焊锡的表面张力，有利于焊锡的湿润。

●阻焊剂

限制焊料只在需要的焊点上进行焊接，把不需要焊接的印制电路板的板面部分覆盖起来，保护面板使其在焊接时受到的热冲击小，不易起泡，同时还起到防止桥接、拉尖、短路、虚焊等情况。

使用焊剂时，必须根据被焊件的面积大小和表面状态适量施用，用量过小则影响焊接质量，用量过多，焊剂残渣将会腐蚀元件或使电路板绝缘性能变差。

1.2.4辅助工具

为了方便焊接操作常采用尖嘴钳、偏口钳、镊子和小刀等做为辅助工具。

应学会正确使用这些工具。

焊接方法

1.3.1.电烙铁的握法

电烙铁的握法分为三种：

●反握法是用五指把电烙铁的柄握在掌内。

此法适用于大功率电烙铁，焊接散热量大的被焊件。

●正握法此法适用于较大的电烙铁，弯形烙铁头的一般也用此法。

●握笔法用握笔的方法握电烙铁，此法适用于小功率电烙铁，焊接散热量小的被焊件，如焊接收音机、电视机的印制电路板及其维修等。

1.3.2电烙铁使用前的处理

●在使用前先通电给烙铁头“上锡”。

首先用挫刀把烙铁头按需要挫成一定的形状，然后接上电源，当烙铁头温度升到能熔锡时，将烙铁头在松香上沾涂一下，等松香冒烟后再沾涂一层焊锡，如此反复进行二至三次，使烙铁头的刃面全部挂上一层锡便可使用了。

●电烙铁不宜长时间通电而不使用，这样容易使烙铁芯加速氧化而烧断，缩短其寿命，同时也会使烙铁头因长时间加热而氧化，甚至被“烧死”不再“吃锡”。

1.3.3电烙铁使用注意事项

●根据焊接对象合理选用不同类型的电烙铁。

●使用过程中不要任意敲击电烙铁头以免损坏。

内热式电烙铁连接杆钢管壁厚度只有0.2mm，不能用钳子夹以免损坏。

在使用过程中应经常维护，保证烙铁头挂上一层薄锡。

1.3.4对焊接点的基本要求

●焊点要有足够的机械强度，保证被焊件在受振动或冲击时不致脱落、松动。

不能用过多焊料堆积，这样容易造成虚焊、焊点与焊点的短路。

●焊接可靠，具有良好导电性，必须防止虚焊。

虚焊是指焊料与被焊件表面没有形成合金结构。

只是简单地依附在被焊金属表面上。

焊锡过多

蜂窝状虚焊

合格焊点

焊锡过少

焊点有毛刺

●焊点表面要光滑、清洁，焊点表面应有良好光泽，不应有毛刺、空隙，无污垢，尤其是焊剂的有害残留物质，要选择合适的焊料与焊剂。

1.3.5手工焊接的基本操作方法

●焊前准备：

准备好电烙铁以及镊子、剪刀、斜口钳、尖嘴钳、焊料、焊剂等工具，将电烙铁及焊件搪锡，左手握焊料，右手握电烙铁，保持随时可焊状态。

●用烙铁加热备焊件。

●送入焊料，熔化适量焊料。

●移开焊料。

●当焊料流动覆盖焊接点，迅速移开电烙铁。

掌握好焊接的温度和时间。

在焊接时，要有足够的热量和温度。

如温度过低，焊锡流动性差，很容易凝固，形成虚焊；如温度过高，将使焊锡流淌，焊点不易存锡，焊剂分解速度加快，使金属表面加速氧化，并导致印制电路板上的焊盘脱落。

尤其在使用天然松香作助焊剂时，锡焊温度过高，很易氧化脱皮而产生炭化，造成虚焊。

1.3.6印制电路板的焊接过程

●焊前准备：

首先要熟悉所焊印制电路板的装配图，并按图纸配料，检查元器件型号、规格及数量是否符合图纸要求，并做好装配前元器件引线成型等准备工作。

●焊接顺序：

元器件装焊顺序依次为：

电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管，其它元器件为先小后大。

●对元器件焊接要求

▲电阻器焊接：

按图将电阻器准确装人规定位置。

要求标记向上，字向一致。

装完同一种规格后再装另一种规格，尽量使电阻器的高低一致。

焊完后将露在印制电路板表面多余引脚齐根剪去。

▲电容器焊接：

将电容器按图装人规定位置，并注意有极性电容器其“＋”与“－”极不能接错，电容器上的标记方向要易看可见。

先装玻璃釉电容器、有机介质电容器、瓷介电容器，最后装电解电容器。

▲二极管的焊接：

二极管焊接要注意以下几点：

第一，注意阳极阴极的极性，不能装错；第二，型号标记要易看可见；第三，焊接立式二极管时，对最短引线焊接时间不能超过2S。

▲三极管焊接：

注意e、b、c三引线位置插接正确；焊接时间尽可能短，焊接时用镊子夹住引线脚，以利散热。

焊接大功率三极管时，若需加装散热片，应将接触面平整、打磨光滑后再紧固，若要求加垫绝缘薄膜时，切勿忘记加薄膜。

管脚与电路板上

整、打磨光滑后再紧固，若要求加垫绝缘薄膜时，切勿忘记加薄膜。

管脚与电路板上需连接时，要用塑料导线。

▲集成电路焊接：

首先按图纸要求，检查型号、引脚位置是否符合要求。

焊接时先焊边沿的二只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。

对于电容器、二极管、三极管露在印制电路板面上多余引脚均需齐根剪去。

1.3.7拆焊的方法

在调试、维修过程中，或由于焊接错误对元器件进行更换时就需拆焊。

拆焊方法不当，往往会造成元器件的损坏、印制导线的断裂或焊盘的脱落。

良好的拆焊技术，能保证调试、维修工作顺利进行，避免由于更换器件不得法而增加产品故障率。

普通元器件的拆焊：

●选用合适的医用空心针头拆焊

●用铜编织线进行拆焊

●用气囊吸锡器进行拆焊

●用专用拆焊电烙铁拆焊

●用吸锡电烙铁拆焊。

2.原理图设计与仿真

2.1Multisim仿真电路

2.2电路仿真波形

3．印制板设计

3.1电路原理图

3.2机器猫的印制板图

4.机器猫的焊接、安装及调试

4.1机器猫的基本工作原理

4.1.1工作原理

●基本框图

●555构成的单稳态触发电路的工作原理

555定时器的功能主要由两个比较器C1和C2决定，比较器的参考电压由分压器提供，在电源和地之间加VCC电压，并让VM悬空时，上比较器C1的参考电压为2/3VCC，下比较器C2为1/3VCC。

单稳态触发器特点：

▲·两个工作状态：

稳态和暂稳态

▲·在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，在自动返回稳态。

▲·暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。

工作波形

单稳态触发电路

机器猫具体工作原理：

原理图：

●该装置主要由声控检测电路、光控检测电路、磁控检测电路、触发电路、单稳态电路、开关组成。

声敏元件麦克风V1与电阻R1、R2，组成声敏取样电路，主要是将声信号转变为电信号，为单稳态电路提供触发信号。

光敏三极管、干簧管可以将光信号、磁场信号转变为电信号，为单稳态电路提供触发信号。

●声控工作原理

平时，声敏元件麦克风V1没有声音激发时，其导电率很低，且呈高阻抗，使得Q1反偏截止，电源通过R10加在Q2的基极上Q2截至，IC1的2脚输入高电平，处于复位状态，3脚输出低电平，M1关断，则电机没有工作，机器猫保持静止状态。

当声敏元件麦克风V1处在一定的声波之中时，其内部会产生一系列电子密度的变化，因而麦克风V1电阻变得很小。

这时，声波检测信号通过C1直接耦合到Q1的基极上而导通，并且反向，再通过C3直接耦合到Q2的基极，与通过R10的电压叠加变成高电平，Q2导通，使得ICI等元件组成的单稳态电路2脚输入从高电平跳变为低电平，IC1被触发翻转，3脚输出高电平，M1开通，电动机开始工作，机器猫便开始行走了，同时行走的时间将延长到单稳态触发器的延时时间。

当IC1的3脚输出高电平可以带动电机工作的同时，D2被导通，将直接加到Q3的基极上，Q3被导通，进而Q2被截止，IC1的2脚输入由低电平跳为高电平。

IC1处于复位状态。

由于声波的延续，使得声敏元件麦克风V1连续不断地受到声波的作用，则IC1的2脚会不断得到触发，3脚持续输出高电平，这时该电路将一直驱动电机M1工作，机器猫会持续行走，直到声波消失。

●光控、磁控工作原理

当光敏三极管或干簧管被激发时，他们可以直接将光信号、磁信号转变为电信号，使得IC1等元件组成的单稳态电路2脚由高电平跳变为低电平，从而IC1被触发翻转，3脚输出高电平，M1开通，电动机开始工作，机器猫便开始行走了，同时行走的时间将延长到单稳态触发器的延时时间。

当IC1的3脚输出高电平可以带动电机工作的同时，D2被导通，将直接加到Q3的基极上，Q3被导通，进而Q2被截止，IC1的2脚输入由低电平跳为高电平。

IC1处于复位状态。

由于光信号、磁信号的延续，使得光敏接收管和干簧管连续不断地受到光信号、磁信号的作用，则IC1的2脚会不断得到触发，且3脚持续输出高电平，这时该电路将一直驱动电机M1工作，机器猫会持续行走，直到光信号或磁信号消失为止。

4.2元器件的识别与测试

元器件名称

测试内容及要求

电阻

阻值是否合格

二极管

正向导通，反向截至。

极性标志是否正确（注：

有色环的一边为负极性）

三极管

判断极性及类型：

8050、9014（D）为NPN型

β值大于200。

电解电容

负

正

极性正确

漏电流小

极性是否正确

是否漏电

光敏三极管

（红外接收管）

由两个PN结组成，它的发射极具有光敏特性。

它的集电极则与普通晶体管一样，可以获得电

流增益，但基极一般没有引线。

光敏三极管有

放大作用，如右图所示。

当遇到光照时，C、E

两极导通。

测量时红表笔接C

干簧管

（舌簧开关）

由一对磁性材料制造的弹性舌簧组成，密封于玻璃管中，舌簧端面互叠留有一条细间隙,触点镀有一层贵金属，使开关具有稳定的特性和延长使用寿命。

当恒磁铁或线圈产生的磁场施加于开关上时,开关两个舌簧磁化，若生成的磁场吸引力克服了舌簧的弹性产生的阻力，舌簧被吸引力作用接触导通，即电路闭合。

一旦磁场力消除，舌簧因弹力作用又重新分开。

麦克风

（声敏传感器）

是将感应到的声音或振动转化为电信号，外围负，用屏蔽线焊接。

4.3机器猫的焊接

印制板焊接

按照PCB板上各元件的位置焊接，注意焊接要求如下：

二极管、电阻

电解电容

三极管

<8mm

4.4机器猫的组装

在连线之前，应将机壳拆开，避免烫伤及其他损害，并保存好机壳和螺钉。

注意：

电机不可拆！

参考下列步骤进行连线：

（J1～J6的长度参考材料单）

●电动机：

打开机壳，电动机（黑色）已固定在机壳底部。

电动机负极与电池负极有一根连线，改装电路，将连在电池负极的一端焊下来，改接至线路板的“电动机－”（M－），由电动机正端引一根线J1到印制板上的“电动机＋”（M＋）。

音乐芯片连接在电池负极的那一端改接至电动机的负极，使其在猫行走的时候才发出叫声。

●电源：

由电池负极引一根线J2到印制板上的“电源－”（V－）。

“电源＋”（V＋）与“电机＋”（M＋）相连，不用单独再接。

●磁控：

由印制板上的“磁控＋、－”（R＋、R－）引两根线J3、J4，分别搭焊在干簧管（磁敏传感器）两腿，放在猫后部，应贴紧机壳，便于控制。

干簧管没有极性。

●红外接收管（白色）：

由印制板上的“光控＋、－”（I＋、I－）引两根线J5、J6搭焊到红外接收管的两个管腿上，其中一条管腿套上热缩管，以免短路，导致打开开关后猫一直走个不停。

红外接收管放在猫眼睛的一侧并固定住。

应注意的是：

红外接收管的长腿应接在“I－”上。

●声控部分：

屏蔽线两头脱线，一端分正负（中间为正，外围为负）焊到印制板上的S＋、S－；另一端分别贴焊在麦克风（声敏传感器）的两个焊点上，但要注意极性，且麦克易损坏，焊接时间不要过长。

焊接完后麦克安在猫前胸。

●通电前检查元器件焊接及连线是否有误，以免造成短路，烧毁电机发生危险。

尤其注

意在装入电池前测量“电源－”（V－）。

“电源＋”间是否短路，并注意电池极性。

●组装：

简单测试完成后再组装机壳，注意螺钉不宜拧得过紧，以免塑料外壳损坏。

装好后，分别进行声控、光控、磁控测试，均有“走——停”过程即算合格。

4.5机器猫的调试

1装入电池，开启开关，猫立即有反应，并且过了一段时间后停止反应；

2通过敲打发出声音，猫有反应，一段时间后停止；

3用电筒照射猫的前胸，猫有反应，一段时间后停止；

4把磁铁在猫的尾部吸引几下，猫有反应，一段时间后停止；

5组装好之后，重复以上过程，经测试，完美运行。

5.实习的总结与心得体会

本次实习的任务是改装一个现成的玩具猫，使其具有运动后能够自动停止，并且在声、光、磁的刺激下能够运动的功能。

过程中，首先，我练习了焊制电路的基本技术，之后学习了如何运用Multisim10.0软件进行电路仿真，以及如何用Protel99se软件进行PCB电路板的制作，最后，就是对机器猫的正式改装了。

下面，就是我在小学期各个时间段的总结及心得体会。

●焊接电路基本技术的练习：

这一阶段，要做的事是练习基本焊接技术，我们进行模拟元件焊接，即用铜线代替元件管脚，总共要完成300个孔线的焊接。

这对于第一次接触焊接的我来说，既充满了挑战同时又激起了我极大兴趣。

首先，老师讲解了当前电子电路的发展状况，结合现代计算机技术以及先进的机械技术，电路的设计与生产变得越来越高效和智能，电子产业正在蓬勃发展，其发展前景仍然无限。

我认真听着老师的介绍，深受这些电子高新技术的鼓舞，听完老师的基本介绍后我就迫不及待开始了最基本的练习。

正所谓万事开头难，焊第一个孔时，我甚至不知道板子该放什么地方才好，因为铜线不好固定，而且我生怕焊锡熔了而发生不可控的状况。

在手和板子的摇摇晃晃之间，第一个孔完成了，结果是焊锡过多，而且焊锡也因为受热时间过长而变黑了。

一回生二回熟，在焊接完大约有十多个孔后，有了经验的积累，我渐渐掌握了要领，焊出来的焊点也逐渐接近要求。

到了最后，我焊接时的状态就已经可以用得心应手来形容了。

所以，我认为第一阶段的任务还是比较简单地，主要是考验耐心，只要认真对待焊接时的一举一动，就能掌握焊接的基本技术。

●用Multisim10.0软件进行电路仿真：

和焊接一样，这个软件也是我第一次接触的，但是由于之前有很多软件的学习以及操作经验，而且正如老师说的，这一软件和以前用过的软件的界面大体相同，所以使用这一软件并没有给我造成太多困难。

只要仔细放置并设置好元件并且准确连接好导线，这个任务就没问题了。

●用Protel99se软件制作PCB板：

本以为这个过程很简单，因为之前我使用过这个软件进行PCB板的设计，但是结果这却是整个小学期最麻烦的阶段。

由于这一软件年代久远和Win7系统不兼容，所以我先安了老师给的WindowsXP的虚拟机，然后在虚拟机上运行该软件才解决了不兼容问题。

但是这才只是麻烦的开始，在使用过程中，我发现它与之前的Multisim10.0差多了：

导线不会随着元件的移动而做相应移动、图纸不能使用鼠标滚轮移动、元件的PCB封装还得自己输入。

但是，另一方面，由于软件的缺陷，我不得不仔仔细细做好每一步，因为任何一步发生错误再回头去改的话将会遇到难以想象的麻烦。

换言之，我锻炼了我的耐心和细心。

通过使用软件，我也体会了软件生成PCB板的一些工作机制，之前我以为软件是通过直接读取绘制的原理图来连接PCB中的元件的，但是我不久就发现了矛盾：

二极管在原理图中明明是有导线相连的，但是在PCB图中却被孤立出来，即与其他元件毫无关联。

后来经过思考研究我发现原理图与PCB关联的桥梁是网络表，由于网络表中的二极管端点无法在PCB图中反映，所以才造成了二极管被“孤立”。

最后，PCB图的制作也并不简单，因为除了需要手动布局外，还要考虑许多细节问题：

PCB的参数、线宽、注意保持安全距离、布线后不要随便移动元件等等。

过程中，我发现元件的相对位置应该和原理图大致一致，这样得到的布线会比较简洁。

●正式改装机器猫：

我想这会是公认的最简单的部分，因为对于大部分同学来说，原定四天的工作一天就完成了。

但是我想之所以会是这种结果，与之前的练习是联系紧密的。

首先，第一阶段我们练习了焊接技术，所以焊接的速度大大加快；其次，在后来的软件操作中，我们变得更加耐心和细心，所以在正式焊接电路板时我们的错误率大大降低。

就拿我来说吧，最后改装机器猫时，我按照要求焊接好电路板后，一步就通过了测试，我的小猫生龙活虎地顺利完成了各项功能。

总之，这次小学期让我受益颇多，我不仅学会了手工焊接电路板的基本技术，多种软件的使用方法，而且我还锻炼了完成工科工作所需要的心理素质，即耐心加细心，同时还要注意仔细观察工作中的各种现象，因为任何一种现象都有可能给自己带来灵感，另外一定要积极思考，只有不停的思考才是解决问题的最佳手段。