電路板選擇、焊接和調(diào)試技巧詳解

電路板選擇、焊接和調(diào)試技巧詳解一、萬用電路板選擇和焊接萬用電路板俗稱“洞洞板”。相比專業(yè)的PCB制版，洞洞板(萬用電路板)具有以下優(yōu)勢：使用門檻低，成本低廉，使用方便，擴展靈活。比如在大學生電子設(shè)計競賽中，作品通常需要在幾天時間內(nèi)爭分奪秒地完成，所以大多使用洞洞板。洞洞板的選擇目前市場上出售的洞洞板主要有兩種，一種焊盤各自獨立(圖1，以下簡稱單孔板)，另一種是多個焊盤連在一起(圖2，以下簡稱連孔板)，單孔板又分為單面板和雙面板兩種。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，單孔板較適合數(shù)字電路和單片機電路，連孔板則更適合模擬電路和分立電路。因為數(shù)字電路和單片機電路以芯片為主，電路較規(guī)則;而模擬電路和分立電路往往較不規(guī)則。分立元件的引腳常常需要連接多根線，這時如果有多個焊盤連在一起就要方便一些。當然這并不絕對，每個人的喜好不一樣，選擇自己用起來比較順手的就OK了。圖1單孔板圖2連孔板另外，讀者需要區(qū)分兩種不同材質(zhì)的洞洞板：銅板和錫板。銅板的焊盤是裸露的銅，呈現(xiàn)金黃色，平時應(yīng)該用紙包好保存，以防止焊盤氧化，萬一焊盤氧化了(焊盤失去光澤、不好上錫)，可以用棉棒蘸酒精清洗或用橡皮擦拭。焊盤表面鍍了一層錫的是錫板，焊盤呈現(xiàn)銀白色，錫板的基板材質(zhì)要比銅板堅硬，不易變形。他們的價格也有區(qū)別，以大小為100cm2(10cm×10cm)的單面板為例：銅板價格3~4元，錫板7~8元，一般每平方厘米不超過8分錢。焊接前的準備在焊接洞洞板之前需要準備足夠的細導線(圖3)用于走線。細導線分為單股的和多股的(圖4)：單股硬導線可將其彎折成固定形狀，剝皮之后還可以當作跳線使用;多股細導線質(zhì)地柔軟，焊接后顯得較為雜亂。圖3細導線圖4多股和單股細導線洞洞板具有焊盤緊密等特點，這就要求我們的烙鐵頭有較高的精度，建議使用功率30W左右的尖頭電烙鐵。同樣，焊錫絲也不能太粗，建議選擇線徑為0.5~0.6mm的。洞洞板的焊接方法對于元器件在洞洞板上的布局，大多數(shù)人習慣“順藤摸瓜”，就是以芯片等關(guān)鍵器件為中心，其他元器件見縫插針的方法。這種方法是邊焊接邊規(guī)劃，無序中體現(xiàn)著有序，效率較高。但由于初學者缺乏經(jīng)驗，所以不太適合用這種方法，初學者可以先在紙上做好初步的布局，然后用鉛筆畫在洞洞板正面(元件面)上，繼而也可以將走線規(guī)劃出來，方便自己焊接。洞洞板的焊接方法，一般是利用前面提到的細導線進行飛線連接，飛線連接沒有太多的技巧，但應(yīng)盡量做到水平和豎直走線，整潔清晰(圖5)?，F(xiàn)在網(wǎng)上流行一種方法叫錫接走線法，如圖6所示，工藝不錯，性能也穩(wěn)定，但比較浪費錫。純粹的錫接走線難度較高，受到錫絲、個人焊接工藝等各方面的影響。如果先拉一根細銅絲，再隨著細銅絲進行拖焊，則簡單許多。洞洞板的焊接方法是很靈活的，因人而異，找到適合自己的方法即可。圖5常用的飛線連接法洞洞板的焊接技巧很多初學者焊的板子很不穩(wěn)定，容易短路或斷路。除了布局不夠合理和焊工不良等因素外，缺乏技巧是造成這些問題的重要原因之一。掌握一些技巧可以使電路反映到實物硬件的復雜程度大大降低，減少飛線的數(shù)量，讓電路更加穩(wěn)定。下面就筆者的經(jīng)驗談?wù)劧炊窗宓暮附蛹记伞?.初步確定電源、地線的布局電源貫穿電路始終，合理的電源布局對簡化電路起著十分關(guān)鍵的作用。某些洞洞板布置有貫穿整塊板子的銅箔，應(yīng)將其用作電源線和地線;如果無此類銅箔，你也需要對電源線、地線的布局有個初步的規(guī)劃。2.善于利用元器件的引腳洞洞板的焊接需要大量的跨接、跳線等，不要急于剪斷元器件多余的引腳，有時候直接跨接到周圍待連接的元器件引腳上會事半功倍。另外，本著節(jié)約材料的目的，可以把剪斷的元器件引腳收集起來作為跳線用材料。3.善于設(shè)置跳線特別要強調(diào)這一點，多設(shè)置跳線不僅可以簡化連線，而且要美觀得多，見圖7。圖6錫接走線法圖7多使用跳線4.善于利用元器件自身的結(jié)構(gòu)圖8是矩陣鍵盤電路，圖9是筆者焊接的矩陣鍵盤。這是一個利用了元器件自身結(jié)構(gòu)的典型例子：圖9中的輕觸式按鍵有4只腳，其中兩兩相通，我們可以利用這一特點來簡化連線，電氣相通的兩只腳充當了跳線。讀者可以對照圖10好好體會一下。圖8矩陣鍵盤電路圖9矩陣鍵盤5.善于利用排針筆者喜歡使用排針，因為排針有許多靈活的用法。比如兩塊板子相連，就可以用排針和排座。排針既起到了兩塊板子間的機械連接作用，又起到電氣連接的作用。這一點借鑒了電腦的板卡連接方法。6.在需要的時候隔斷銅箔在使用連孔板的時候，為了充分利用空間，必要時可用小刀割斷某處銅箔，這樣就可以在有限的空間放置更多的元器件。7.充分利用雙面板雙面板比較昂貴，既然選擇它就應(yīng)該充分利用它。雙面板的每一個焊盤都可以當作過孔，靈活實現(xiàn)正反面電氣連接。8.充分利用板上的空間芯片座里面隱藏元件，既美觀又能保護元件(圖11)。圖10矩陣鍵盤背面圖11芯片座內(nèi)隱藏元件參考筆者提供的這些小經(jīng)驗、多動手實踐，你將會體會到更好、更適合自己的使用方法和技巧。二、自己印制電路板是不是又在檢修用萬能板搭出的電路?是不是苦于萬能板搭不出自己想要的電路、布局?對于當今廣大電子愛好者來說，萬能板已經(jīng)不能滿足制作的需求，但是找廠家做PCB樣板又不太劃算，幾十元錢一塊板……那就沒有辦法了么?且慢，這時，感光板橫空出世!成本低廉，制作方便，可以輕易搭建出復雜的電路甚至是貼片電路，精度高。方便，實用，是感光電路板的優(yōu)勢所在!而今天我就以最簡單的20顆"草帽"LED并聯(lián)電路來示范一下，教教大家如何充分發(fā)揮感光板的優(yōu)勢--我電路就是比你整潔，方便，好用!1材料和工具○感光電路板x1塊○三氯化鐵x1瓶，或者環(huán)保蝕刻劑x1包○感光板顯影劑x1包○透明膠x1卷○鉛筆x1●臺燈x1●玻璃片(越厚越好)x1●塑料盆或保鮮盒x1(注意一定是塑料的啊!!)●美工刀x1●鋼尺x1●電子稱或天平x1(除非你想一次把所有藥品用完)●秒表，手表，鐘，能計時就行●平頭鑷子x1●電鉆，臺鉆，能打孔的就行了。注意要用細鉆頭!0.8mm左右合適。2繪制并打印你的電路圖!首先當然是繪制電路圖啦，這里我用的是一個叫SprintLayout的PCB設(shè)計軟件，至于你用神馬軟件，我是管不著的啦……不過我還是給諸位菜鳥盆友們推薦SprintLayout!它因為操作簡單，易上手等優(yōu)勢贏得了無數(shù)菜鳥的喜愛!畫出電路圖。對了，這個SprintLayout需要打印才行……家里有打印機的當我什么也沒講，沒打印機的去百度查查"SmartRrinter虛擬打印機破解版",這是一款很實用的綠色軟件(當然要破解之后)，可以把任何文檔--只要有打印選項的，轉(zhuǎn)換成N多格式的圖片，再把這圖片拿到文印店去打印，這就省去了拿著個。LAY文件去打印，人家又打不開的囧況……好啦，現(xiàn)在你已經(jīng)把電路圖打印出來了!(用普通A4紙即可，越輕越好)按照你設(shè)計的尺寸，裁下來吧!當心手指!需要注意的是，請仔細觀察你打印出來的線路，有的時候會有斷線或者短路的情況……沒錯，任何瑕疵，感光板都會跟著你照做。所以如果是噴墨打印機，請把線距放寬一點，要是斷線了就補上，短路了就調(diào)寬線距再重新打印!如果你有一臺極品激光打印機，請無視這段話……3開始感光!中間是金電子的舊版感光板(已經(jīng)過期了TwT)，左邊是新版的感光板。最右邊是三氯化鐵塊，一瓶裝的。下面是感光板顯像劑。很多人問感光板的價格，在我住的廣州，崗頂新賽格電子城，三樓有一家，10元可以買到100×150mm的巨大板子了，很夠用了。瓶裝三氯化鐵十幾元的樣子，可以腐蝕N多線路板。顯像劑，1元的東西……裁下來的電路圖。注意：以下由于感光板對光敏感的緣故，我關(guān)了臺燈，木有辦法……用美工刀+鋼尺在感光板上劃出你需要的區(qū)域，多劃幾次，多用點力!按圖所示擺放好電路板，然后用另一只手按下去!用力!"啪!"好了，切割完畢!杯具的事情還是發(fā)生了……切口不整齊，歸根還是沒有用夠力切割板子(可以用玻璃刀試試)。好了，重新切割，切好了。注意要把白色的保護膜撕掉!再進行感光作業(yè)!撕掉感光膜之后的效果，應(yīng)該看到墨綠色的感光層。把電路圖圖紙有字跡的那一面朝感光膜用透明膠貼好。感光膜朝上,用玻璃壓好。玻璃是我從別人家裝修時搞來的……越厚越好，厚就重，壓的就緊。控制臺燈與板子之間的距離在5CM左右!好了，開始感光!注意感光過程中不要碰玻璃，不要關(guān)臺燈和移動臺燈的位置。20分鐘左右之后來關(guān)掉臺燈吧!4配置顯影劑，顯影!在感光的間隙里，咱們來配置顯影劑。一包顯影劑有29G,多了，10G左右就夠了……按照顯影劑：水為1:20的比例來配制顯影液(再次強調(diào)一定要用塑料盆!)將顯影劑倒進準備好了的200ML水中，攪拌，晃動容器，直至顯影劑完全溶解，不再有任何顆粒為止。取出感光好了的電路板，撕掉透明膠，此時應(yīng)該是這個樣子的……將板子緩緩放進顯影液中(別扔進去哦親!)，數(shù)秒后可以看見非電路部分的感光膜逐漸變成綠色煙霧狀并漂浮出來，此時輕輕晃動塑料盆，直到如下圖所示的情況。線路部分已經(jīng)清晰明了，非線路部分的墨綠色感光膜也應(yīng)該全部溶解。此時再等個3-5秒。以保證顯像過程100%完成!注意：用過的顯像液嚴禁再次使用。用過的顯像液請稀釋20倍后再排放到城市下水系統(tǒng)中!此時的板子應(yīng)該是很漂亮的了，嘿嘿。5開始蝕刻!稱出適量三氯化鐵塊，再按三氯化鐵塊：水為3:1左右的比例配置蝕刻液。注意：三氯化鐵有腐蝕性，嚴禁直接用手抓取，用來夾取的鑷子用完后也應(yīng)及時清洗。若不慎入眼請立刻用大量清水清洗并以最快速度找醫(yī)生!將三氯化鐵塊扔進水里，過幾分鐘再來看吧，溶解的很慢的……當溶液呈褐色且沒有任何固體在內(nèi)的時候，就表示蝕刻液已經(jīng)配置好了!注意：一定要保證蝕刻液中沒有任何雜質(zhì)!蝕刻液最不能容忍的雜質(zhì)就是油脂!所以你要是剛剛吃完薯片，請洗凈雙手再開工!水中放幾顆鐵釘可以加快蝕刻速度，據(jù)說哈。反正也不影響使用，試試又何妨?將感光好的板子緩緩放入蝕刻液中(其實應(yīng)該電路朝下飄在液面上的，但是由于板子面積不夠，所以只有沉底了……)注意時刻過程中不要動盆子，也不要用任何東西去碰板子!否則后果自負!過一個小時之后來看吧(嫌時間太長?加大蝕刻液濃度!)，這時可以用塑料袋當手套，把板子小心翼翼的拿出來(注意不要碰到線路部分哦!)，觀察非線路部分是不是已經(jīng)沒有金屬色澤?要是還有的話，繼續(xù)泡半個小時再來看啦~如果不確定的話，可以如下圖所示用萬用表測測非電路部分的電阻，阻值要是無窮大的話就好了!如果你測出來是這個樣子，那么恭喜你，你的第一塊感光電路板已經(jīng)制作成功了!6打孔，安裝元件，焊接，成功了!臺鉆出場，打孔!注意別打偏了哦!密密麻麻的孔……最好清理一下打孔出來的渣渣……好吧，順道秀秀改造后的臺鉆……亮點在于增加了補光系統(tǒng)(6個3MMLED而已嘛)，加強了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。安裝元件，焊接!放好20個"草帽LED".我焊呀焊呀焊呀焊呀……PS:剪下來的元件腿……好啦，至此你的第一塊漂亮的印制電路板就制作成功啦，慶祝一下吧!三、怎樣去調(diào)試一個新設(shè)計的電路板對于一個新設(shè)計的電路板，調(diào)試起來往往會遇到一些困難，特別是當板比較大、元件比較多時，往往無從下手。但如果掌握好一套合理的調(diào)試方法，調(diào)試起來將會事半功倍。對于剛拿回來的新PCB板，我們首先要大概觀察一下，板上是否存在問題，例如是否有明顯的裂痕，有無短路、開路等現(xiàn)象。如果有必要的話，可以檢查一下電源跟地線之間的電阻是否足夠大。然后就是安裝元件了。相互獨立的模塊，如果您沒有把握保證它們工作正常時，最好不要全部都裝上，而是一部分一部分的裝上(對于比較小的電路，可以一次全部裝上)，這樣容易確定故障范圍，免得到時遇到問題時，無從下手。一般來說，可以把電源部分先裝好，然后就上電檢測電源輸出電壓是否正常。如果在上電時您沒有太大的把握(即使有很大的把握，也建議您加上一個保險絲，以防萬一)，可考慮使用帶限流功能的可調(diào)穩(wěn)壓電源。先預設(shè)好過流保護電流，然后將穩(wěn)壓電電源的電壓值慢慢往上調(diào)，并監(jiān)測輸入電流、輸入電壓以及輸出電壓。如果往上調(diào)的過程中，沒有出現(xiàn)過流保護等問題，且輸出電壓也達到了正常，則說明電源部分OK。反之，則要斷開電源，尋找故障點，并重復上述步驟，直到電源正常為止。接下來逐漸安裝其它模塊，每安裝好一個模塊，就上電測試一下，上電時也是按照上面的步驟，以避免因為設(shè)計錯誤或/和安裝錯誤而導致過流而燒壞元件。尋找故障的辦法一般有下面幾種：①測量電壓法。首先要確認的是各芯片電源引腳的電壓是否正常，其次檢查各種參考電壓是否正常，另外還有各點的工作電壓是否正常等。例如，一般的硅三極管導通時，BE結(jié)電壓在0.7V左右，而CE結(jié)電壓則在0.3V左右或者更小。如果一個三極管的BE結(jié)電壓大于0.7V(特殊三極管除外，例如達林頓管等)，可能就是BE結(jié)就開路。②信號注入法。將信號源加至輸入端，然后依次往后測量各點的波形，看是否正常，以找到故障點。有時我們也會用更簡單的辦法，例如用手握一個鑷子，去碰觸各級的輸入端，看輸出端是否有反應(yīng)，這在音頻、視頻等放大電路中常使用(但要注意，熱底板的電路或者電壓高的電路，不能使用此法，否則可能會導致觸電)。如果碰前一級沒有反應(yīng)，而碰后一級有反應(yīng)，則說明問題出在前一級，應(yīng)重點檢查。③當然，還有很多其它的尋找故障點的方法，例如看、聽、聞、摸等。“看”就是看元件有無明顯的機械損壞，例如破裂、燒黑、變形等;“聽”就是聽工作聲音是否正常，例如一些不該響的東西在響，該響的地方不響或者聲音不正常等;“聞”就是檢查是否有異味，例如燒焦的味道、電容電解液的味道等，對于一個有經(jīng)驗的電子維修人員來說，對這些氣味是很敏感的;“摸”就是用手去試探器件的溫度是否正常，例如太熱，或者太涼。一些功率器件，工作起來時會發(fā)熱，如果摸上去是涼的，則基本上可以判斷它沒有工作起來。但如果不該熱的地方熱了或者該熱的地方太熱了，那也是不行的。一般的功率三極管、穩(wěn)壓芯片等，工作在70度以下是完全沒問題的。70度大概是怎樣的一個概念呢?如果你將手壓上去，可以堅持三秒鐘以上，就說明溫度大概在70度以下(注意要先試探性的去摸，千萬別把手燙傷了)。四、電路板維修中的方法技巧引言控制系統(tǒng)由于價格不菲，因此當其發(fā)生故障時，為了講求經(jīng)濟效益，節(jié)約成本，一般采用維修的方式。但是在發(fā)生以下幾種情況時，需要更換新的電路板：電路板已到報廢年限;電路板被損壞的情況嚴重，無法修理;經(jīng)過多次反復維修，不斷出現(xiàn)問題的，說明電路板存在不穩(wěn)定因素，已經(jīng)不適于在機床中繼續(xù)使用的。本人從事電路板的維修工作多年，在工作中總結(jié)了一些維修的方法及技巧，介紹給大家，與大家共勉之。1觀察法當我們拿到一塊待維修的電路板時，首先對它的外觀進行仔細的觀察。如果電路板被燒過，那么在給電路板通電前，一定要仔細檢查電源電路是否正常，在確保不會引起二次損傷后再通電。觀察法是屬于靜態(tài)檢查法的一種，在運用觀察法時，一般遵循以下幾個步驟。第一步觀察電路板有沒有被人為損壞，這主要從以下幾個方面來看：①看是否電路板被摔過，導致了板角發(fā)生變形，或是板上芯片被摔變形或摔壞的。②觀察芯片的插座，看是否由于沒有專用工具，而被強制撬壞的。③觀察電路板上的芯片，若是帶插座的，首先觀察芯片是否被插錯，這主要是防止操作者自己維修電路板時將芯片的位置或方向插錯。如果沒有及時把錯誤改正，當給電路板通電時，有可能會燒壞芯片，造成不必要的損失。④如果電路板上帶有短接端子的，觀察短接端子是否被插錯。電路板的維修需要的是理論上的扎實功底，工作上的仔細認真，通過維修者的仔細觀察，有時在這一步就能判斷出發(fā)生問題的原因。第二步觀察電路板上的元器件有沒有被燒壞的。比如電阻、電容、二極管有沒有發(fā)黑、變糊的情況。正常情況下，電阻即使被燒糊了，它的阻值也不會有變化，性能不會改變，不影響正常使用，這時需要使用萬用表輔助測量。但是如果是電容、二極管被燒糊了，他們的性能就會發(fā)生改變，在電路中就不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，將會影響整個電路的正常運行，這時必須更換新的元器件。第三步觀察電路板上的集成電路，比如74系列、CPU、協(xié)處理器、AD等等芯片，有沒有鼓包、裂口、燒糊、發(fā)黑的情況。如果有這樣的情況發(fā)生，基本可以確定芯片已經(jīng)被燒壞，必須更換。第四步觀察電路板上的走線有沒有起皮、燒糊斷路的情況。沉銅孔有沒有脫離焊盤的。第五步：觀察電路板上的保險(包括保險管和熱敏電阻)，看保險絲是否被熔斷。有時由于保險絲太細，看不清楚，可以借助輔助工具-萬用表來判斷保險管是否損壞。以上四種情況的發(fā)生，大都是由于電路中電流過大造成的后果。但是具體是什么原因造成的電流過大，就要具體問題具體分析。但查找問題的總體思路是首先要仔細分析電路板的原理圖，然后根據(jù)所燒毀的元器件所在電路，查找它的上級電路，一步一步向上推導，再憑工作中積累的一些經(jīng)驗，分析最容易發(fā)生問題的地方，找出故障發(fā)生的原因。2靜態(tài)測量法對大部分的電路板來說，通過前面的觀察法，并不能發(fā)現(xiàn)問題。只要少部分的電路板會因為一些特殊的原因發(fā)生物理變形，輕易的找出故障原因，大部分發(fā)生故障的電路板，還是需要借助萬用表，對電路板上的一些主要元器件、關(guān)鍵點進行有序的測量，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。在測量之前，首先要判斷電路是以模擬信號為主，還是以數(shù)字信號為主。對于有原理圖的電路板來說，通過查看原理圖就能判斷。但是對于沒有原理圖的電路板來說，一般通過以下兩種方法判斷：①觀察電路板上的元器件，看電路板上是否有微處理器，不管是早期的80、51系列，還是現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的DSP,只要電路板上出現(xiàn)這樣的芯片，就說明板子上有總線結(jié)構(gòu)，數(shù)字信號必將占有很大的一部分，就可以把它當做數(shù)字板來處理。②對于沒有微處理器的電路板，觀察板上元器件，看應(yīng)用5V電源的芯片多不多。如果5V電源芯片很多，也可以把它當做數(shù)字電路來進行修理。對于數(shù)字電路和模擬電路的維修方式是不同的，一般來說模擬電路維修起來更簡單一些，可以一步一步的向前推導，找出問題。但是對于數(shù)字電路來說，由于電路都掛在總線上，沒有明確的上下級關(guān)系。因此維修起來要更困難一些，下面只著重闡述數(shù)字電路的靜態(tài)測量法，維修主要遵循以下幾個步驟來進行。第一步：使用萬用表檢查電源與地之間是否短路。檢查的方法是：找一個5V電源供電的芯片，測量對角線上的兩點(比如14腳的芯片，則測量7腳與14腳。16腳的芯片，則測量8腳與16腳)。如果兩點之間沒有短路，說明電源工作大致正常。若發(fā)生短路現(xiàn)象，則需要通過排查法找到原因。這些步驟只是電源維修的基本思路，具體到特別復雜的電路板還需要具體問題具體分析。電源是電路的基礎(chǔ)，只有電源工作正常，才能談到后續(xù)電路的應(yīng)用。因此電源的測量是非常重要的，同時也是特別容易被維修者忽略的一步。第二步：使用萬用表測量二極管，觀察其工作是否正常。正常情況下，用電阻檔測正負極，正相測量為幾十到幾百歐，反相為一千到幾千歐。一般來說二極管發(fā)生損壞的情況，都是由于電路中的電流過大導致二極管被擊穿。第三步：使用萬用表電阻檔測量電容，看是否有短路、斷路的情況，如果有，則說明這部分電路有問題。下一步就需要確定是元件本身有問題，還是跟它相連的電路有問題，方法是將可疑元件的一腳焊下來，看元件是否有斷路、斷路情況。這樣就可以一步確定問題所在。第四步：同樣使用萬用表對電路板上的集成電路、三極管、電阻等進行測量，看其是否符合本身的邏輯性能。如果電路板上包