內容簡介
《電子工藝實訓指導/普通高等教育“十二五”創新型規劃教材·電工電子實驗精品係列》是根據高校電氣類、機電類各專業工程實訓的基本要求,結閤編者多年的教學和實踐經驗,針對全麵培養學生動手能力和創新能力的目標而編寫的。全書共分7章,主要內容包括電子工藝概述、安全用電、電子元器件、焊接技術、印製電路闆設計與製作、裝配與調試工藝及典型的電子綜閤實訓項目。
《電子工藝實訓指導/普通高等教育“十二五”創新型規劃教材·電工電子實驗精品係列》係統地介紹瞭電子工藝的基礎理論知識和操作技能。在《電子工藝實訓指導/普通高等教育“十二五”創新型規劃教材·電工電子實驗精品係列》的內容結構設計上,各章節設計瞭總結性的實訓項目,並在第7章重點提齣瞭11個符閤高校實際課程需要的實訓項目。
《電子工藝實訓指導/普通高等教育“十二五”創新型規劃教材·電工電子實驗精品係列》內容豐富,取材實際,直觀易懂,具有很強的實用性,可作為高等院校電子信息、電氣工程、自動化等專業的實驗教材,也可作為機械等非電專業課程設計的指導書。
內頁插圖
目錄
第1章 電子工藝概述
1.1 電子工藝的基本概念
1.2 電子産品設計的工作流程
1.3 電子産品製造工藝技術
1.3.1 電子産品製造工藝的組成
1.3.2 電子産品製造工藝技術的種類
1.4 電子工藝技術及其發展
1.4.1 電子工藝的發展過程
1.4.2 電子工藝的發展趨勢
第2章 安全用電
2.1 人身安全
2.1.1 觸電的定義與分類
2.1.2 常見的觸電方式
2.1.3 常見的觸電原因
2.2 安全用電
2.2.1 基本安全措施
2.2.2 安全操作
2.2.3 保護接地與保護接零
2.3 設備安全
2.3.1 設備接電前檢查
2.3.2 設備使用及異常處理
2.4 電氣火災
2.4.1 電氣火災産生的原因
2.4.2 電氣火災的預防
2.4.3 電氣火災的緊急處理
2.5 觸電急救措施
2.5.1 脫離電源
2.5.2 現場救護
第3章 電子元器件
3.1 電阻器
3.1.1 電阻器的種類、結構、性能及特點
3.1.2 電阻器的型號命名方法
3.1.3 電阻器的主要參數及標識方法
3.1.4 電位器
3.1.5 電阻器與電位器的選用及注意事項
3.1.6 電阻識彆技能實訓
3.2 電容器
3.2.1 電容器的種類、結構、性能及特點
3.2.2 電容器型號的命名方法
3.2.3 電容器的主要參數及標識方法
3.2.4 可變電容器
3.2.5 電容器的選用及注意事項
3.2.6 電容器識彆技能實訓
3.3 電感器與變壓器
3.3.1 電感器的種類、結構、性能及特點
3.3.2 電感器型號的命名方法
3.3.3 電感器的主要參數及標識方法
3.3.4 變壓器
3.3.5 電感器、變壓器的選用原則
3.3.6 電感器識彆技能實訓
3.4 半導體分立器件
3.4.1 半導體分立器件型號的命名方法
3.4.2 二極管
3.4.3 晶體管
3.4.4 半導體器件識彆與判彆技能實訓
3.5 半導體集成電路
3.5.1 集成電路的型號命名方法
3.5.2 集成電路的引腳識彆及性能檢測
3.5.3 集成電路的種類及選用
3.5.4 集成電路識彆技能實訓
3.6 機電元件
3.6.1 開關
3.6.2 繼電器
3.6.3 連接器
3.6.4 機電元件識彆與判彆技能實訓
第4章 焊接技術
4.1 焊接的基礎知識
4.2 焊接工具與材料
4.2.1 電烙鐵
……
第5章 印製電路闆設計與製作
第6章 裝配與調試工藝
第7章 典型電子工藝實訓項目
附錄
參考文獻
精彩書摘
2.2 安全用電
安全用電的有效措施是“安全用電、以防為主”。相關人員要認真學習安全用電知識,增強安全意識,遵守安全操作規程,消除人為危險因素,落實電氣設備的防範措施,徹底杜絕安全隱患。2.2.1基本安全措施1.閤理選用導綫和熔絲不超負荷用電,不私拉亂接電綫,嚴禁用銅、鋁、鐵絲代替保險絲或選用不適當的保險絲。各種導綫和熔絲的額定電流值可以從手冊中查到。在選用導綫時應使載流能力大於實際輸電電流。熔絲額定電流應與最大實際輸電電流相符,切不可用銅、鋁、鐵絲代替。
2.正確安裝和使用電氣設備
實驗室或其他生活、辦公環境下必須首先遵循防範在先的原則,從使用設備環境的角度防止觸電。
①所有電氣設備及儀器的金屬外殼、電源插座都應該安裝保護接地或保護接零,並確保室內保護部位可靠接地或接零。
②對正常情況下帶電部位,一定要加絕緣防護,並確保帶電部位置於人不容易碰到的地方。
③在所有使用民用電(220V)的場所加裝漏電保護器。
④開關必須接相綫。單相電器的開關應接在相綫上,切不可接在中性綫上,以便在開關斷開狀態下維修和更換電器,從而減少觸電的可能。
⑤在不同的環境下按規定選用安全電壓。工礦企業一般機床照明燈電壓為36V.移動燈具等電源的電壓為24V,特殊環境下照明燈電壓還有12V或6V。
⑥防止跨步觸電。應遠離落在地麵上的高壓綫至少8~10m,不得隨意觸摸高壓電氣設備。
⑦在選用用電設備時,必須先考慮帶有隔離、絕緣、防護接地、安全電壓等防護切斷防範措施的用電設備。
⑧強電綫路(如動力綫等)與弱電綫路要明顯分開。
⑨電烙鐵、燈泡等電熱器具不能靠近易燃物,防止因長時間使用或無人看管而發生意外。
⑩不使用不閤格的燈頭、燈綫、開關、插座等用電設備,用電設備要保持清潔、完整。
3.明確統一的用電安全標識
標識分為顔色標識和圖形標識。顔色標識常用來區分各種不同性質、不同用途的導綫,或用來錶示某處的安全程度。圖形標識一般用來告誡人們不要去接近有危險的場所。為保證安全用電,必須嚴格按有關標準使用顔色標識和圖形標識。
……
前言/序言
《精密電子綫路設計與製作》 一、本書簡介 《精密電子綫路設計與製作》是一本係統闡述現代電子綫路設計理論、工藝方法與實際製作技巧的專業技術書籍。本書旨在為電子工程領域的學生、研究人員、工程師以及對電子製作有濃厚興趣的愛好者提供一套全麵、實用且深入的指導。我們深刻理解,在日新月異的電子技術領域,理論知識與動手實踐的緊密結閤是培養優秀工程人纔的關鍵。因此,本書在理論講解上力求嚴謹,在實踐環節上力求詳實,從基礎元件的特性分析到復雜係統的搭建,都進行瞭細緻入微的剖析。 本書的核心內容涵蓋瞭模擬電子綫路和數字電子綫路兩大分支,並重點關注在現代電子産品中越來越重要的精密測量、控製以及信號處理等應用。我們不僅介紹各種基本電路模塊的工作原理,更深入探討影響電路性能的各種因素,例如元件的參數精度、寄生參數、溫度漂移、電磁乾擾等,並提齣相應的優化設計和製作方法,以確保最終實現的電子綫路能夠達到預期的精密性能。 在內容編排上,本書遵循由淺入深、由簡到繁的原則。首先,我們會迴顧和梳理電子技術的基礎知識,確保讀者在進入更復雜的章節時,能夠有紮實的基礎。隨後,本書將逐步深入到各種精密模擬電路的分析與設計,包括高精度運算放大器應用、濾波器設計、低噪聲放大器、精密穩壓電源、數據采集係統中的前端電路等。緊接著,我們將轉嚮數字電子綫路的設計與實現,重點介紹可編程邏輯器件(FPGA/CPLD)的應用、微控製器(MCU)的嵌入式係統開發、以及數字信號處理(DSP)的基本概念與實現。 本書最大的特色在於其強調“精密”二字。在電子綫路的設計與製作過程中,許多細節的處理對於最終的性能至關重要。例如,元件的選擇原則、PCB布局布綫技巧、焊接工藝、屏蔽與接地技術、以及如何進行有效的電路調試與測試等,都是本書著力強調的內容。我們提供瞭大量的實例分析和圖示,幫助讀者直觀地理解設計思路和製作要點。每一個實例都力求貼近實際工程應用,讓讀者在學習過程中能夠感受到理論與實踐的橋梁。 本書還特彆關注現代電子技術的發展趨勢,如低功耗設計、射頻電路基礎、以及簡單的傳感器接口設計等,為讀者打開更廣闊的視野。我們相信,通過學習本書,讀者不僅能夠掌握設計和製作精密電子綫路的核心技能,更能夠培養嚴謹的工程思維,提升解決實際問題的能力,為未來在電子工程領域的深入學習和工作打下堅實的基礎。 二、本書內容要點詳述 第一部分:精密模擬電路基礎與設計 1. 精密元件的特性與選擇: 電阻: 詳細介紹各類電阻(碳膜、金屬膜、繞綫、薄膜、精密可調電阻)的特性、精度等級、溫度係數、噪聲特性以及在精密電路中的應用選擇原則。例如,如何根據電路的阻值範圍、功率需求、精度要求以及穩定性要求來選擇閤適的電阻類型。 電容: 深入分析陶瓷電容(X7R, C0G/NP0)、薄膜電容(聚酯、聚丙烯)、電解電容(鋁電解、鉭電解)、高分子電容等不同類型電容的介質特性、等效串聯電阻(ESR)、等效串聯電感(ESL)、漏電流、溫度穩定性以及在濾波、耦閤、旁路、定時等電路中的選擇考量。特彆強調在精密應用中對電容容值穩定性、低ESR、低ESL的要求。 電感: 介紹空心電感、磁芯電感(鐵氧體、鐵矽鋁、坡莫閤金)的參數(電感量、Q值、自諧頻率、直流電阻)、飽和特性,以及在濾波器、振蕩器、開關電源中的應用。 半導體器件: 二極管: 重點講解普通二極管、穩壓二極管、肖特基二極管、齊納二極管、變容二極管等在精密電路中的應用,如整流、穩壓、檢波、限幅等,並分析其反嚮漏電流、正嚮壓降、結電容等參數對電路精度的影響。 三極管(BJT & MOSFET): 詳細剖析BJT的電流放大係數(β)、穿透電流(ICEO)、飽和壓降(VCE(sat))、結電容等參數,以及MOSFET的閾值電壓(Vth)、導通電阻(RDS(on))、柵源電容(Cgs)、漏源電容(Cds)等對放大電路、開關電路性能的影響。強調如何選擇和偏置晶體管以獲得最佳的綫性度和穩定性。 運算放大器(Op-Amp): 這是精密模擬電路的核心。本書將詳細介紹理想運放模型及其在各種應用中的基礎,並重點講解實際運放的非理想參數,如輸入失調電壓(Vos)、輸入偏置電流(Ib)、輸入失調電流(Ios)、開環增益、帶寬、壓擺率(Slew Rate)、輸齣電壓擺幅、共模抑製比(CMRR)、電源抑製比(PSRR)等,以及這些參數如何影響精密放大、加法、減法、積分、微分、比較等電路的精度。將提供多種高性能運放的選型指南,並針對低噪聲、低失調、高帶寬等需求進行深入分析。 2. 精密放大電路設計: 低噪聲放大器(LNA): 講解熱噪聲、散彈噪聲、閃爍噪聲等噪聲源,並介紹如何通過選擇低噪聲器件、優化電路結構(如使用共源共柵、差分放大)、阻抗匹配等技術來設計低噪聲放大電路,適用於微弱信號的檢測。 低失調電壓放大電路: 針對要求極低直流誤差的場閤,介紹自動零點漂移(Auto-Zero)、Chopper放大器等技術,以及如何通過精密偏置、溫度補償等方法來減小運放的失調電壓影響。 儀錶放大器(Instrumentation Amplifier): 詳細講解儀錶放大器的結構、工作原理,重點分析其高輸入阻抗、高共模抑製比(CMRR)以及如何通過外部電阻精確控製增益,適用於精密測量和差分信號的放大。 跨阻放大器(Transimpedance Amplifier - TIA): 介紹TIA在光電探測器、化學傳感器等應用中的原理,重點分析帶寬、噪聲、穩定性等問題,以及如何選擇閤適的運放和反饋電阻。 3. 精密濾波器設計: 濾波器分類: 介紹低通、高通、帶通、帶阻濾波器。 濾波器類型: 詳細講解巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)、貝塞爾(Bessel)等濾波器類型各自的幅頻響應和相頻響應特性,以及它們在不同應用中的優缺點。 有源濾波器設計: 重點講解基於運放的Sallen-Key、MFB(Multiple Feedback)、狀態變量等濾波器電路,並演示如何根據規格(中心頻率、增益、帶寬、階數、阻尼因子)計算元件值,以及如何處理元件容差對濾波性能的影響。 4. 精密電源設計: 綫性穩壓電源: 詳細分析三端穩壓器(如78xx/79xx係列)、低壓差綫性穩壓器(LDO)的工作原理,重點關注其綫性和負載調整率、紋紋波抑製比(PSRR)、輸齣噪聲特性,以及如何通過外部元件(如濾波電容、反饋電阻)來進一步優化輸齣精度和穩定性。 開關穩壓電源(SMPS): 介紹降壓(Buck)、升壓(Boost)、升降壓(Buck-Boost)等基本拓撲,分析其工作原理、效率、瞬態響應、電磁乾擾(EMI)等問題。重點講解如何選擇閤適的控製器、功率開關管、電感和電容,以及如何進行PCB布局布綫以減小EMI。 5. 數據采集係統(DAS)前端電路: 采樣與保持電路: 介紹采樣保持器(S/H)的工作原理,重點分析其開關時間、漏電、跟蹤誤差、建立時間等參數。 模擬-數字轉換器(ADC): 簡要介紹ADC的基本概念和分類(如逐次逼近型、Σ-Δ型、SAR型),以及分辨率、采樣率、積分非綫性(INL)、微分非綫性(DNL)等關鍵參數。重點講解如何設計ADC的前端放大和濾波電路,以匹配ADC的輸入要求,並避免引入額外的誤差。 第二部分:精密數字電子綫路與嵌入式係統 1. 數字邏輯基礎與集成電路: 邏輯門與組閤邏輯: 迴顧與非門、或非門、異或門等基本邏輯門,以及組閤邏輯電路的設計(如編碼器、譯碼器、多路選擇器、加法器)。 時序邏輯電路: 介紹觸發器(D觸發器、JK觸發器、T觸發器)、寄存器、計數器等時序邏輯電路,及其在狀態機設計中的應用。 標準數字集成電路(TTL/CMOS): 介紹TTL和CMOS邏輯係列的基本特性,如功耗、速度、噪聲容限,以及它們在實際應用中的選擇。 2. 可編程邏輯器件(PLD)應用: CPLD與FPGA: 詳細介紹復雜可編程邏輯器件(CPLD)和現場可編程門陣列(FPGA)的內部結構、工作原理,以及可編程性和靈活性。 硬件描述語言(HDL): 重點講解Verilog或VHDL語言的基礎語法和常用設計模式,如何利用HDL描述數字邏輯功能。 FPGA/CPLD開發流程: 介紹從RTL設計、仿真、綜閤、實現(布局布綫)、下載到硬件驗證的完整流程,並提供一些常見的IP核(如PLL、ADC/DAC接口)使用示例。 3. 微控製器(MCU)嵌入式係統開發: MCU架構與外設: 介紹通用MCU的內部架構(CPU核、存儲器、I/O端口、定時器、中斷控製器、ADC、DAC、通信接口如UART、SPI、I2C等)。 嵌入式C語言編程: 講解如何使用C語言編寫嵌入式固件,包括寄存器操作、中斷服務程序編寫、驅動程序設計等。 實時操作係統(RTOS)基礎: 介紹RTOS的基本概念(任務、調度、同步、通信),以及在嵌入式係統中的作用。 實際項目開發: 提供基於常見MCU(如STM32、AVR係列)的實際項目案例,例如傳感器數據采集與處理、電機控製、人機交互界麵的實現等。 4. 數字信號處理(DSP)基礎: 離散時間信號與係統: 介紹采樣、量化、數字濾波的基本概念。 傅裏葉變換(DFT/FFT): 講解離散傅裏葉變換(DFT)及其快速算法(FFT)在信號頻譜分析中的應用。 數字濾波器設計: 介紹FIR(有限衝擊響應)和IIR(無限衝擊響應)數字濾波器的基本原理和設計方法。 DSP處理器介紹: 簡要介紹專門的DSP處理器架構及其在高性能信號處理中的優勢。 第三部分:精密電子綫路的製作與調試 1. PCB設計與製作: PCB設計軟件介紹: 簡要介紹主流PCB設計軟件(如Altium Designer, Eagle, KiCad)的基本操作。 PCB布局布綫技巧: 元件布局: 關注信號流嚮、關鍵元件的擺放位置、散熱考慮。 布綫規則: 重點講解差分信號布綫、高頻信號布綫、電源/地綫處理、長綫處理、阻抗匹配綫的設計。 電源和地平麵: 強調單點接地、多點接地、星型接地、電源平麵和地平麵的設計對信號完整性和EMI的影響。 屏蔽與濾波: 如何在PCB上集成屏蔽措施和濾波電路。 PCB製作工藝: 介紹多層闆、柔性闆、HDI闆等先進工藝。 2. 焊接技術與工藝: 手工焊接: 詳細介紹烙鐵的選擇、焊锡絲的種類、助焊劑的作用,以及SMT(錶麵貼裝技術)和通孔元件的焊接技巧,包括無鉛焊料的使用。 迴流焊與波峰焊: 簡要介紹自動化焊接設備的工作原理和應用。 特殊焊接: 如QFP、BGA等封裝的焊接技巧和注意事項。 焊接質量檢測: 如何目視檢查和識彆焊接缺陷。 3. 電路調試與測試: 常用測試儀器: 萬用錶: 講解電壓、電流、電阻、二極管、導通等檔位的精密測量方法。 示波器: 詳細講解數字示波器、模擬示波器的使用,如何觀察波形、測量參數(幅度、頻率、周期、相位、占空比)、觸發設置、光標測量。特彆強調差分信號測量、眼圖測試等高級應用。 信號發生器: 介紹函數信號發生器、任意波形發生器(AWG)的種類及使用,如何生成各種測試信號。 頻譜分析儀: 介紹其在射頻信號分析、EMI診斷中的作用。 邏輯分析儀: 介紹其在數字電路調試、協議分析中的應用。 LCR電橋: 用於精密測量電感、電容、電阻的參數。 調試方法: 靜態測試: 在上電前檢查電路連接、元件方嚮、焊接質量。 動態測試: 分階段對電路進行測試,從低頻到高頻,從直流到交流。 信號注入與響應分析: 通過信號發生器注入測試信號,用示波器觀察電路的響應,判斷電路功能是否正常。 噪聲與乾擾排查: 如何通過接地、屏蔽、濾波等手段來解決噪聲和乾擾問題。 故障定位: 介紹一些常用的故障定位思路和技巧。 4. 電磁兼容性(EMC)與信號完整性(SI): EMI/EMC基礎: 介紹電磁乾擾(EMI)的産生機理(傳導、輻射),以及電磁兼容性(EMC)的基本原則。 EMC設計考慮: 如何在PCB設計、元件選擇、外殼設計等方麵采取措施,降低EMI,提高EMC性能。 信號完整性(SI): 介紹信號在傳輸綫上傳輸時可能齣現的反射、串擾、損耗等問題,以及如何通過阻抗匹配、端接、優化布綫等方法來保證信號完整性。 四、本書的價值與讀者對象 《精密電子綫路設計與製作》適閤以下讀者群體: 高等院校電子信息類專業本科生和研究生: 作為課程教材、實驗指導或畢業設計參考。 電子工程技術人員和工程師: 提升在模擬電路、數字電路、嵌入式係統、PCB設計和調試等方麵的專業技能。 電子愛好者和創客: 學習電子製作的基本原理和高級技巧,實現自己的創意項目。 需要進行精密儀器、測量設備、通信設備、控製係統等研發的從業人員。 通過本書的學習,讀者將能夠: 深刻理解精密電子綫路的設計原理和關鍵技術。 掌握各類電子元器件的精密選擇和應用。 熟練運用PCB設計工具進行高質量的電路闆設計。 掌握各種調試工具和方法,能夠獨立解決實際電路問題。 培養嚴謹的工程思維和良好的動手實踐能力。 為在復雜電子係統設計與開發領域取得成功奠定堅實基礎。 本書力求內容全麵、講解深入、圖文並茂、實例豐富,是一本不可多得的關於精密電子綫路設計與製作的實用參考書。