



实践是检验真理的唯一标准,当电子原理图设计与仿真完成后,就需要制作对应的实物来对原理图进行实际检验。在实验阶段,通常使用面包板、洞洞板、腐蚀板以及PCB打样的方式制作实物。
面包板的板子上有很多小插孔,是专为电子电路的无焊接实验设计制造的,因此可以快速地搭建测试的硬件平台,面包板实物图如图1-50所示。整板使用热固性酚醛树脂制造,板底有金属条,元器件插入孔中时能够与金属条接触,从而达到导电目的。一般将每5个孔板用一条金属条连接。板子中央一般有一条凹槽,这是针对需要集成电路、芯片试验而设计的。板子两侧有两排竖着的插孔,也是5个一组。这两组插孔是用于给板子上的元件提供电源。
图1-50 面包板实物
下面通过面包板完成第一个实验——点亮一个LED灯,其电路原理图如图1-51所示。
使用面包板实现该原理图的接线如图1-52所示。
图1-51 点亮LED灯原理图
图1-52 面包板接线图
利用面包板虽然可以非常快速地搭建测试硬件,但是依靠插拔来实现电路的连接,整体硬件运行起来并不可靠,容易出现因为连接不牢而出现断路的现象。
万能电路板也叫万用板、实验板,是一种通用设计的电路板,通常其板上布满标准间距(2.54mm)的圆形独立焊盘,看起来整个板子上都是小孔,因此俗称“洞洞板”。万能电路板根据含有焊盘的面数分为单面板和双面板,其实物如图1-53所示。
图1-53 万能电路板实物
通常在实际焊接实物前,选择根据原理图选择大小合适的万能电路板,并对照电路图对元器件进行布局,一般从关键元器件为中心开始布局,其他元器件围绕着中心逐步展开。布局合理与否会直接影响在洞洞板上走线的复杂程度。
固定元器件制作实物需要的工具有烙铁、焊锡、钳子与镊子,对应实物图如图1-54所示。
对于直插式元器件,采用五步操作法,如图1-55所示。
①准备焊接。右手拿烙铁,处于随时可焊接状态。
②加热焊件。加热焊件引脚以及对应电路板的位置。
③送入焊丝。加热焊件达到一定温度后,焊丝从烙铁对面接触焊件。
④移开焊丝。当焊丝适量熔化后,立即移开焊丝。
图1-54 万能电路板焊接需要的工具
图1-55 焊接五步操作法
⑤移开烙铁。焊锡浸润焊盘或焊件的焊接部位后,即可移开烙铁。
对于不同元器件,应掌握不同的焊接速度和节奏,需要通过长时间的焊接经验的积累才能很好地掌握。在实际焊接过程中容易出现 虚焊 的问题,它会导致看上去焊接成功了,但是实际上焊锡与元器件或焊盘接触不好,在实际工作中会出现时好时坏的现象,影响电子电路的正常工作。如图1-56所示为常见焊点形状。
图1-56 常见焊点形状
由于万用电路板由于焊盘之间的间距为2.54mm,因此只能焊接封装较大的贴片式元器件,比如0805封装的电阻、电容等等。焊接此类贴片式元器件,参考步骤如下:
(1)在需要固定位置的一个空焊盘上涂上焊锡。
(2)用镊子夹起元器件,同时加热焊盘上焊锡,迅速将元器件放在加热处。
(3)移开烙铁,并保持元器件固定,等待或吹气完全冷却焊锡,可用镊子轻微拨动试探元器件是否固定在万能电路板上。
(4)将贴片式元器件其他引脚进行焊接。
固定完元器件后需要通过导线完成不同元器件之间的连接,从而完成整个电路图的连接,俗称走线。在固定直插元器件时,需要将较长的引脚剪断,在两个元器件距离较短时,可使用这些引脚来充当导线或跳线。对于两个元器件距离较长,则需使用细铜线芯作为导线。对于单股硬线芯可直接弯折固定后焊接在万能电路板上。对于多股铜芯线由于质地柔软,剥皮后铜线太过散乱,需拧成一束线后涂上焊锡再焊接在电路板上。在走线时需要特别注意以下两个方面:
(1)由于铜线或其他材质的导线都具有电阻,因此要考虑通过电流大小合理选择导线的直径;
(2)由于双面板上下两个焊盘是短接的,在走线时要防止走线短路。
使用万用电路板制作实物时,通常需要根据实际情况对布局与走线进行微调,对于较为复杂的电路,可将整个功能细化为一个个功能块,焊接完一个功能模块后应对此功能模块进行验证,这样可快速定位焊接或原理上的错误,并及时进行修改。
在试验阶段,会出现需要制作相同电路板的情况,如使用洞洞板则会做很多重复的工作,效率也非常低。下面介绍一种腐蚀电路板方法,可快速制作电路板实物。具体步骤如下。
(1)原理图与PCB绘制:在计算机上使用Altium Designer等电路设计软件绘制电路原理图以及印制电路板(PCB)图。
(2)打印PCB图:将热转印纸放入普通打印机,调整合适的打印比例(通常为1:1),打印出黑白的PCB图,如图1-57所示。
图1-57 热转印纸与打印后的PCB图
(3)打磨覆铜板:用砂纸打磨掉覆铜板表面的氧化层,使覆铜板看起来既光滑又光亮。
(4)转印:将第(2)步中打印有PCB图的热转印纸固定在第(3)步打磨的覆铜板上,并送入热转印机中,使得含有PCB图的墨粉经过热压的方式转印在覆铜板上,如图1-58与图1-59所示。
图1-58 热转印
图1-59 转印后的覆铜板
(5)补墨:由于有些走线较细,在第(4)步中,可能导致一些走线的墨水不完整,可通过墨水笔手动补墨。
图1-60 腐蚀后的覆铜板
(6)腐蚀:将腐蚀液(一般为三氯化铁溶液)倒入塑料盒,然后再往腐蚀液中放入第(4)步打印有PCB图案的覆铜板,经过一段时间(不同浓度的腐蚀液所需时间长短不一样)的腐蚀,大概半个小时到一个小时,倒掉腐蚀液,并捞出被腐蚀过的覆铜板,用砂纸轻轻打磨掉覆铜板上PCB图案上的碳粉,就可以得到与PCB图案一模一样的铜板电路走线,如图1-60所示。
(7)打孔与焊接:将第(6)步得到的覆铜板放入钻孔机按照PCB图的所有孔位置逐个打孔,最后就能把元器件对应焊接上去了,整个PCB就制作完成了。
对十分复杂、易受干扰的电路或使用到封装特别小、引脚特别密集的芯片时,前面介绍的3种方法已经不能满足需求,必须使用PCB打样来制作测试电路板,俗称PCB打样。在计算机上绘制好PCB图后发送给打样厂家即可得到PCB空板,之后再焊接元器件即可。如图1-61所示为根据本书后面内容设计完成的PCB设计效果图以及制作完成的PCB。
图1-61 PCB设计效果图与打样的PCB空板