电子产品组装工艺与设备课程设计 精品.docx
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《电子产品组装工艺与设备》
课程介绍
电子产品组装工艺与设备是一门具有专业技能性质的课程，因为所授班级已完成电子工艺和模拟电子技术和数字电子技术等课程的学习，所以现在本课程是以电路的设计与制作为主线，选择数字钟设计与制作、音频功率放大电路的设计与制作、AM收音机制作与调试3个项目，、根据每个项目的工作流程将每个项目分解为电路功能分析、方案设计（原理图设计与掌握和绘装配图）、制作调试、项目评价4个任务，实施课程的教学，同时在每个项目配以工艺文件的制定与整理。
项目一：
数字钟的设计与制作
1.教学安排
1.1项目目标
数字电子钟是一个特别实用的产品，试设计与制作一数字钟，计数器部分采用74LS290或其它的计数器，译码器采用74LS247，显示部分用数码管；秒、分采用60进制，时采用24进制；信号源部分采用555定时器设计的秒脉冲发生电路等脉冲产生电路。
1.2项目任务
Ø电路功能分析
Ø绘装原理图与装配图
Ø电路制作调试
Ø项目评价
1.3学生知识与能力准备
Ø复习数字电子技术中N进制计数器设计，秒脉冲发生器设计。
Ø复习数字集成电路的使用
Ø学会根据故障现象分析与排除电路故障
1.4教学过程
Ø资讯
◆N进制计数器设计，秒脉冲发生器设计。
◆数字集成电路的使用
◆学生课外查找相关资料进行资讯的学习。
Ø计划、决策
◆学生根据项目描述的要求，组内讨论进行方案设计：
◆老师对各组的设计方案进行点评，确定最优方案；
◆根据原理框图，画出详细的原理图；
◆查阅资料，画出数字钟的原理框图，并画出电路装配图；
◆对电路中元器件的参数正确估算。
Ø电路组装与调试
◆根据电路原理图画出装配图；
◆编制工艺文件；
◆进行电路组装；
◆电路通电后，进行相关参数的测试；
老师：
在学生进行项目作品组装时不断地进行巡视，对出现的故障，和学生一道进行故障分析，教会学生分析电路，查找问题。
Ø检查与评估
◆能回答老师提出本项目的问题；
◆独立对电路进行调试及功能验证；
◆会整理文档资料；
◆按格式撰写项目报告。
2.授课过程
2.1任务一:
资讯
2.2任务二:
方案设计
（1）总体框图
图9数字钟设计框图
（2）单元电路设计
①秒脉冲发生器电路设计
图10秒脉冲发生器电路
本电路产生信号的周期T=0.7（R1+2R2）*C（s）
②60进制分、秒部分电路设计
图1160进制计数、译码和显示电路
60进制计数器的设计原理：
当低位片输入CP第十个下降沿到来的时候，该计数器归零，进位端Q3向十位计数器输入一个进位信号。
当第60个脉冲到来时，低位片计数器的状态为1001，高位片的计数器状态为0101。
此时将低位片置0和置9端相连接地，将低位片接成十进制计数器。
连接时注意将所有电源VCC接+5V电源，所有地端即GND连在一起接电源负极。
级联从Q3引出，给高位片CP0。
③24进制电路的设计
图1224进制计数、译码和显示电路
24进制计数器的设计原理：
类似60进制，清零代码设为00100100，将低位片的Q2和高位片的Q1通过一个与门与两片的置0端相连。
（3）总原理电路的设计
总电路的设计原理：
通过555定时器设计秒脉冲电路，也可以通过RC环形振荡器产生一个频率很大的的矩形波，通过14级串行分频器分频将其频率变为1HZ，即周期为1S的矩形波，从而提供给秒计数器的脉冲。
要求将信号源和分频器画上，秒与分，分与时之间的进位应从每个高位片的Q2引出。
图13数字钟总原理图
2.3任务三:
电路组装与调试
2.3.1工艺文件的编制
工艺文件:
是指将组织生产实现工艺过程的程序、方法、手段及标准用文字及图表的形式来表示，用来指导产品制造过程的一切生产活动，使之纳入规范有序的轨道。
企业是否具备先进、科学、合理、齐全的工艺文件是企业能否安全、优质、高产低消耗的制造产品的决定条件。
凡是工艺部门编制的工艺计划、工艺标准、工艺方案、质量控制规程也属于工艺文件的范畴。
工艺文件是带强制性的纪律性文件。
不允许用口头的形式来表达，必须采用规范的书面形式，而且任何人不得随意修改，违反工艺文件属违纪行为。
（1）工艺文件的分类
①按用途分类
Ø第一类：
工艺规程的封面
工艺规程的目录
Ø第二类：
各种汇总图表
工装明细表
消耗定额表
配套明细表
工艺流程图
工艺过程表
它们是作为材料供应、工装配置、成本核算、劳动力安排、组织生产的依据；
Ø第三类：
各种作业指导书
装联准备（元器件预成形、导线预加工等）
装配工艺规程（插件、焊接、总装等）
调试工艺规程
检验工艺规程
它们是组装操作的作业指导，一切生产人员必须严格遵照执行。
Ø第四类:
工艺更改单
有临时性更改及永久性更改两种
它们是实施工艺更改的依据。
②按适用性分类
Ø专用工艺是指适用于某一产品的工艺规程，而对其它产品不适用。
Ø通用工艺是指适用于多种产品的工艺规程。
通常，一些电子产品尽管型号、规格不同，但装联时的操作要领及质量要求是基本相同的，可以将它们上升为通用工艺规程。
通用工艺一般只在企业内部通用
Ø典型工艺是指在通用工艺的基础上进一步提炼的产物，有较大的通用性，不受企业具体条件的约束，只要是相同的工种，均可适用。
如热处理典型工艺，氧化典型工艺，整机类电子产品的工艺规程目前尚未典型化。
（2）工艺文件编制的依据
①工艺规程编制的技术依据是全套设计文件、样机及各种工艺标准；
②工艺规程编制的工作量依据是计划日（月）产量及标准工时定额；
③工艺规程编制的适用性依据是现有的生产条件及经过努力可能达到的条件。
（3）工艺文件编制应掌握的原则
①既要具有经济上的合理性和技术上的先进性，又要考虑企业的实际情况，具有适用性。
②必须严格与设计文件的内容相符合，应尽量体现设计的意图，最大限度的保证设计质量的实现。
③要严肃认真，一丝不苟，力求文件内容完整正确，表达简洁明了，条理清楚，用词规范严谨。
并尽量采用视图加以表达。
要做到不用口头解释，根据工艺规程，就可正常的进行一切工艺活动。
④要体现质量第一的思想，对质量的关键部位及薄弱环节应重点加以说明。
技术指标应前紧后松，有定量要求，无法定量要以封样为准。
⑤尽量提高工艺规程的通用性，对一些通用的工艺要求应上升为通用工艺。
⑥表达形式应具有较大的灵活性及适用性，做到当产量发生变化时，文件需要重新编制的比例压缩到最少程度。
（3）工艺汇总表
①配套明细表
②仪器仪表明细表
③工位器具明细表
④材料消耗定额表
⑤工时消耗定额表
（4）工艺顺序图表
①工艺流程图
②工艺过程图
（5）准备工艺规程
①元器件预成型卡片
②导线及线扎加工表
（6）装配工艺文件
①装配工艺卡片：
填写插入元器件的名称、型号及规格；
②工艺说明：
用来详细叙述插件操作的工艺要求
③工艺简图：
表达元器件所插入的区域及位置
编制插件工艺文件是一项细致而繁琐的工作，必须综合考虑合理的次序、难易的搭配、工作量的均衡等诸因素，因为插件工人在流水线作业时，每人每天插入的元器件数量高达8000—10000只，在这样大数量的重复操作中，若插件工艺编排不合理，会引起差错率的明显上升，所以合理的编排插件工艺是非常重要的，要使工人在思想比较放松的状态下，也能正确高效的完成作业内容。
编制插件工艺文件要领
a.各道插件工位的工作量安排要均衡，工位间工作量（按标准工时定额计算）差别3秒。
b.电阻器避免集中在某几个工位安装，应尽量平均分配给各道工位。
c.外型完全相同而型号规格不同的元件器,绝对不能分配给同一工位安装。
d.型号、规格完全相同的元件应尽量安排给同一工位
e.需识别极性的元器件应平均分配给各道工位。
f.安装难度高的元器件，也要平均分配。
g.前道工位插入的元器不能造成后工位安装的困难。
h.插件工位的顺序应掌握先上后下、先左后右，这样可减少前后工位的影响。
i.在满足上述各项要求的情况下，每个工位的插件区域应相对集中，可有利于插件速度。
编制步骤及方法
a.计算生产节拍时间
每天工作时间:
8小时
上班准备时间：
15分钟
上、下午休息时间：
各15分钟
b.计算印制板插件总工时
将元器件分类列在表内（表4-2），按标准工时定额（P71）查出单件的定额时间，最后累计出印制板插件所需的总工时为173.5秒。
c.计算插件工位数
插件工位的工作量安排一般应考虑适当的余量，当计算值出现小数时一般总是采取进位的方式，所以根据上式得出，日产1000台收音机的插件工位人数应确定为7人。
d.确定工位工作量时间
e.划分插件区域：
按编制要领将元器件分配到各工位。
f.对工作量进行统计分析：
对每个工位的工作量进行统计分析
④整机总装工艺规程
a.装配工艺卡片
b.工艺说明
焊接工艺规范
调试工艺规范
检验工艺规范
2.3.2数字钟电路工艺文件的编制
1.编制本电路的材料消耗定额表
2.工艺过程图
3.工艺简图：
表达元器件所插入的区域及位置（画出装配图）
4.工艺说明
2.3.3数字钟电路的组装与调试
2.4任务四:
检查与评价
1.每位同学能对电路的功能进行测试；
2.每位同学说明所装电路的工作原理；
3.项目答辩；
项目二音频功放电路的设计与调试
1.教学安排
1.1项目目标
音频功率放大器，简称音频功放，音频功率放大器主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放。
设计中主要采用分立元件进行音频放大器的设计，设计中的音频功率放大器主要由直流稳压电源、前置放大电路、功率放大电路组成。
直流稳压电源采用桥式电路进行整流，输出则采用了三端集成稳压器并用两个电阻分压出电路所需要的4.5V驱动电压。
前置放大电路采用了9015型号的三极管，基极采用独立的电源滤波。
功率放大电路采用了OTL电路。
1.2项目任务
Ø电路功能分析
Ø绘装原理图与装配图
Ø电路制作调试
Ø项目评价
1.3学生知识与能力准备
Ø复习模拟电路中的直流稳压电源设计原理；
Ø复习模拟电路中的功放电路的设计原理；
Ø学会根据故障现象分析与排除电路故障
1.4教学过程
Ø资讯
◆直流稳压电源的组成及设计。
◆功率放大电路的工作原理与设计
◆学生课外查找相关资料进行资讯的学习。
Ø计划、决策
◆学生根据项目描述的要求，组内讨论进行方案设计：
◆老师对各组的设计方案进行点评，确定最优方案；
◆根据原理框图，画出详细的原理图；
◆查阅资料，画出功放电路的设计框图，并画出电路装配图；
◆对电路中元器件的参数正确估算。
Ø电路组装与调试
◆根据电路原理图画出装配图；
◆编制工艺文件；
◆进行电路组装；
◆电路通电后，进行相关参数的测试；
老师：
在学生进行项目作品组装时不断地进行巡视，对出现的故障，和学生一道进行故障分析，教会学生分析电路，查找问题。
Ø检查与评估
◆能回答老师提出本项目的问题；
◆独立对电路进行调试及功能验证；
◆会整理文档资料；
◆按格式撰写项目报告。
2.授课过程
2.1任务一:
资讯
①电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变
压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
②降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。
③脉动大的直流电压须经过滤波、稳压电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤波保留其直流成分。
④滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。
2.1.1直流稳压电源原理
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压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图2.1。
图2.1直流稳压电源结构框图
其中：
电源变压器：
是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压确定。
整流电路：
利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。
滤波电路：
将脉动直流变换为平滑直流；
稳压电路：
抑制由于电网波动或负载改变引起的输出电压的变化；
（1）整流电路
整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3.1.2左图所示。
在U2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；U2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。
正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。
电路的输出波形如图2.2右图所示
图2.2单相全波整流电路
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。
电路中的每只二极管承受的最大反向电压约为反向击穿电压的一半或三分之二（U2是变压器副边电压有效值）。
经过变压器变压后的仍然是交流电，需要转换成直流电才能提供给后级电路，这个转换电路就是整流电路。
在直流稳压电源中利用二极管的单向导电特性，将方向变化的交流电整流为直流电。
由于全波整流需要特制的变压器，制作起来比较麻烦，于是出现了一种桥式整流电路。
这种整流电路使用普通的变压器，但是比全波整流多用了俩个整流二极管。
由于四个整流二极管连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。
2.3桥式整流电路
由图3.3可以看出在电源在正半周时，B1次级上端为正下端为负，整流二极管D2和D4导通，电流由变压器B1次级上端经过D4.R1.D2回到变压器B1次级下端：
由图3.4可以看出在电源负半周时，B1上端为负下端为正，整流二极管D1和D3导通，电流由变压器B1次级下端经过D1.R1.D3回到变压器B1次级上端。
R1俩端的电压始终是上正下负，其波形与全波时一致。
（2）滤波电路
图2.4电容滤波电路
（3）稳压电路
图2.5三端集成直流稳压器
2.1.2功率放大电路
（1）变压器耦合乙类推挽功率放大电路
（2）无输出变压器的推挽功率放大器（OTL）
①输入变压器倒相式推挽OTL功放
工作过程
②互补对称式推挽OTL功放
（3）最大输出功率
2.2任务二:
方案设计
（1）总体框图
图9功放电路设计框图
（2）单元电路设计
①直流稳压电路设计
图10秒脉冲发生器电路
本电路产生信号的周期T=0.7（R1+2R2）*C（s）
②功放电路设计
图1160进制计数、译码和显示电路
（3）总原理电路的设计
图13数字钟总原理图
各元件作用
Q1负责整机的开关。
当Q1有基极电流时，三极管就会导通，当Q1没有基极电流时，三极管就会截止。
Q2是Q1的基极电流放大管。
由于R5的电阻很大，基极电流很小，不可能让Q1可靠的导通的，但是，经过Q2放大后，这个电流就可以达到mA级，可以让Q1有较大的开关电流。
R3和R5是Q1、Q2的基极偏置电阻。
R3的作用主要是保证Q1，Q3能有效的截止。
如果没有R3的话，K1、C4以及线路板上有小小的漏电也会让Q1有较大的漏电。
而R1可以将给Q1、Q2的基极漏电流短路，让Q1、Q2可靠的截止；R5有三个作用：
1是让Q2的基极电流不要太大，2是让C1的音频信号不要通过R5损失，3是让Q1、Q2电源端的杂音不要串入到C4。
以上三个作用都是希望R3能尽可能的取较大的阻值，但是，又要求能保证Q1、Q2可靠导通。
R4和L1是Q2的负载。
防止Q2的放大倍数太大时给Q1提供的基极电流也太大，这个控制电流太大将是一种能源的浪费，本制作中顺便加了一只LED，让这个原本是浪费的控制电流兼职作用电源指示灯，这是一举两得的好事。
W1电位器实际上就等于是两个可以改变阻值的电阻。
输入信号在这两个电阻上进行我们需要大小的分压，然后再送往放大，这样就起到了调节音量的作用。
本电路中电位器比较特殊，音量关到最小时，中心抽头会自动断开，相当于K1断开；而在其他时间跟普通电位器一样都是接通的，相当于K1接通。
本电路利用这个特点实现电子开关控制电源。
C4前置放大器为了得到很好的声音信号，而不使后级功放过载，都加有负反馈电路。
发射极电阻就是负反馈电路，但它同时也阻挡了音频信号，所以要加音频旁路电容，给该电阻上的音频信号提供交流通路。
W2可变电阻，等于是两个可以改变阻值的电阻共用一个引脚。
电源电压在这两个电阻上进行我们需要大小的分压，然后再送给Q3做偏置电压。
我们需要调节这个电压让Q6、Q5发射极电压等于电源电压的一半，即中点电压。
R6是给Q3基极供电的电源隔离电阻。
R6和C5组成滤波电路，R6的阻值越大，C5的容量越大，滤波效果越好，但是要考虑到供电能力和电路稳定工作的响应时间等问题。
本电路中，R6取值100Ω-10K之间都是较好的效果。
C6是负反馈隔直电容。
C6、R7、R9组成反馈电路，对于直流而言，C6表现出无穷大的阻抗，这可以使直流工作点非常稳定。
对交流来说，C6相当于短路，R9和R7的比值决定了放大倍数。
R7为零欧姆时，增益最大，灵敏度极高。
我们一般都不需要这么大的放大倍数，大家一般可以根据实际情况在10-100欧姆中取值。
C6、R7、R9组成负反馈电路。
将R7阻值短路，等于没有交流负反馈，放大倍数最大，甚至达到数十万倍以上，增益最高；当阻值取很大时，等于或大于R9甚至开路，这时，电路的放大倍数小于2，放大倍数最小的情况是输入电压和输出电压相等，这时相当于一个射极跟随器，降低了输出阻抗，增加了负载能力。
R9和R7的比值决定了放大倍数，比值越大，放大倍数越大。
R9同时又是Q3的供电电阻，R9的电流来自于Q5、Q6的发射极输出，而该输出电压应该等于电压的一半，即功放电路的中点电压。
Q3是前级放大。
要降低噪声，就要从前级做起，否则，噪声会经过后级放大，变得很明显，这里最主要是要避免从基极输入端引入噪声，本电路中，Q3是基极采用了独立的电源滤波，因此，本机即便是用电脑USB供电或其他外接电源供电，杂音也小于TDA2822集成电路制作的功放，另外，将输入端对地短路后的噪声（晶体管噪声）也要小于TDA2822，这可能要得益于晶体管用得少的缘故。
R8是Q3的负载。
Q3和Q4是直接耦合，通过C4输入的信号经Q3放大后，直接送到了Q4进行放大。
直流耦合就等于直流耦合，所以，信号传输没有损耗，电路工作效率很高。
R11、R10主要是给Q5、Q6提供基极偏置电流。
当信号正半周时，Q6基极电压会上升，这里由于R10、R11两端的电压变小，将不能给Q6提供足够大的基极电流。
由于C7自举电容的出现，Q6发射极电压升高时会将C7的正极电压也举高，这就可以通过R11给Q6提供较大的基极电流。
因此，R10、R11和C7共同组成自举电路。
C7叫做自举电容。
在信号的正半周，将R11供电电压举高，高于电源电压。
如果R11没有较高的供电电压，就会让Q6在信号正半周峰值时基极电流变小，电源输出能力急剧下降，造成信号顶部失真，这种失真只会在大信号时才会发生。
R12和D1、R10和R11、Q4的C、E极三部分共同组成Q5、Q6的偏置电路。
保证Q5、Q6在无信号时输出中点电压。
R12和D1千万不能开路，否则Q5、Q6会有很大的基极电流，导致Q5、Q6的集电极电流剧增，立即发热烧坏。
但是，R12和D1的分压也不能太低，否则，在小信号时会听出明显的截止失真（和交越失真相同）。
这种失真只是在小信号时才有明显的反应。
在高档功放电路中，D1和R12会用其他元件代替，同时还会引入温度补偿。
C8是中和电容，高频补偿电容。
该电容主要是为了减小高频的增益，当高频过强时，听起来会感觉声音尖、刺耳，当高频增益太强时，甚至出现高频寄生震荡，严重影响功放电路效率和音质。
该电容一般取值在47-4700PF之间，要求不严时也可以取消。
Q4是推动级放大。
输入信号经过Q3、Q4两级放大后，具备驱动Q5、Q6（输出级）的能力。
本功放电路只有三级，主要由第一二级（Q3、Q4）决定最大放大倍数，第三级（Q5、Q6）决定最大电流的驱动能力，想要电路放大倍数大，Q3、Q4要选放大倍数大的三极管，想要负载能力强，Q5、Q6应该用大功率大电流的三极管，当然，放大倍数也不能太小。
Q5、Q6是末级互补输出对管。
该管主要是为了给喇叭提供足够大的驱动电路，Q5、Q6的放大倍数应尽可能一致，这样才可以保证输出信号的正负半周信号对称，让失真更小。
互补对管的意思是指一个管是NPN型，一个管是PNP型，就好像是一男一女配成一对的意思。
Q5、Q6在工作时会发出较大的热量。
改变R12可以改变Q5、Q6的工作电流，随着温度的升高，Q5、Q6的电流还会自动变大，电流变大就会更加发热，更加发热就会电流更加变大，这是一个恶性循环，所以，要求严格时，R12应该使用负温度系数的热敏电阻，并且紧挨着Q5、Q6感受温度来补偿Q5、Q6的电流变化。
C9是电源低频滤波电容。
主要作用是滤出电源交流声，同时给交流信号提供电流回路，该电容的容量应该取得比较大，这样才有较好的效果。
C10是电源高频滤波电容。
主要作用是滤除高频杂音，同时也可以给高频交流信号提供电流回路，让高音效果改善。
该电容建议选择涤纶电容或者金属膜电容，容量在473-474之间，要求不高时，也可以用陶瓷电容代替。
C11是输出耦合电容。
有音频信号输入时，Q6、Q5的发射极电压会大幅度变化的信号，这个信号中有一个直流分压存在，不能直接加喇叭上，必须经过一个隔直通交流电的电容隔开。
电解电容有极性的，正极接在高电压的那端。
C12是输出高频补偿电容。
喇叭属于电感性负载，对于高频信号来说，喇叭的等效阻抗要比低频高得多，同时高频信号更容易通过分布电容向四处传输，这很可能让电路产生高频信号正反馈，产生高频振荡或者寄生振荡，从而影响音质。
因此，C12可以让电路在高频时的输出阻抗也得以降低，防止信号非正常的反馈，使整个电路进入平衡稳定的工作状态。
实际上应用中，该电容对音质影响较大，特别是在一些高档功放中（含集成电路功放），有的电路中如果没有这个电容，甚至完全无法工作。
R13和C12组成输出高频补偿电路。
R13取值应在1-10之间，不能太小，否则，相当于高频对地短路了；也不能太大，否则，C12就起不到应用的作用。
YSQ—扬声器是将电能转换成声能的元件，也就是喇叭。
它的工作原理是利用电流在磁场中会受到力的作用来完成振动发出声音的。
2.3任务三:
电路组装与调试
2.3.2功放电路工艺文件的编制
1.编制本电路的材料消耗定额表
2.工艺过程图
3.工艺简图：
表达元器件所插入的区域及位置（画出装配图）
4.工艺说明
2.3.3功放的组装与调试
2.4任务四:
检查与评价
1.每位同学能对电路的功能进行测试；
2.每位同学说明所装电路的工作原理；
3.项目答辩；
项目三AM收音机制作
1.教学安排
1.1项目目标
试根据所给的收音机原理图，制作一AM收音机，并识别三极管混频电路、振荡电路、包络检波电路、低频放大电路，掌握各部分的工作原理，并掌握本电路的总原理。
1.2项目任务
Ø电路功能分析
Ø绘装原理图与装配图
Ø电路制作调试
Ø项目评价
1.3学生知识与能力准备
Ø复习高频电子技术中的AM原
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