元器件的裝配方式與布局

admin @ 2014-03-17 , reply:0

在設計裝配方式之前,要求將整機的電路基本定型,同時還要根據整機的體積以及機殼的尺寸來安排元器件在印刷電路板上的裝配方式。
  具體做這一步工作時,可以先確定好印刷電路板的尺寸,然後將元器件配齊,根據元器件種類和體積以及技術要求將其布局在印刷電路板上的適當位置。可以先從體積較大的器件開始,如電源變壓器、磁棒、全橋、集成電路、三極體、二極體、電容器、電阻器、各種開關、接插件、電感線圈等。待體積較大的元器件布局好之後,小型及微型的電子元器件就可以根據間隙面積靈活布配。二極體、電感器、阻容元件的裝配方式一般有直立式、俯卧式和混合式三種。
  ①直立式。這種安裝方式見圖1。電阻、電容、二極體等都是豎直安裝在印刷電路板上的。這種方式的特點是:在一定的單位面積內可以容納較多的電子元件,同時元件的排列也比較緊湊。缺點是:元件的引線過長,所佔高度大,且由於元件的體積尺寸不一致,其高度不在一個平面上,欠美觀,元器件引腳彎曲,且密度較大,元器件之間容易引腳碰觸,可靠性欠佳,且不太適合頻率較高的電路採用。

②俯卧式。這種安裝方式見圖2。二極體、電容、電阻等元件均是俯卧式安裝在印刷電路板上的。這樣可以明顯地降低元件的排列高度,可實現薄形化,同時元器件的引線也最短,適合於較高工作頻率的電路採用,也是目前採用得最廣泛的一種安裝方式。

③混合式。為了適應各種不同條件的要求或某些位置受面積所限,在一塊印刷電路板上,有的元器件採用直立式安裝,也有的元器件則採用俯卧式安裝。這受到電路結構各式以及機殼內空間尺寸的制約,同時也與所用元器件本身的尺寸和結構形式有關,可以靈活處理。見圖3。

 

元器件配置布局應考慮的因素
  對於印刷電路板的布局排列並沒有統一固定的模式,每個設計者都可以根據具體情況和習慣方法進行工作,但是一些基本原則是應遵循的。
  ①印刷電路板最經濟的形狀是矩形或正方形。一般應避免設計成異形,以儘可能地降低成本。
  ②如果印刷電路板是矩形,元件排列的長度方向一般應與印刷電路板的長邊平行,這樣不但可以提高元件的裝配密度,而且可使裝配好的印刷電路板更美觀。
  ③元件的配置與安裝必須要考慮到足夠的機械強度,要保證元件和印刷電路板在工作與運輸過程中不會因振動、衝擊而損壞。其重量超過15g以上的元器件應考慮使用支架或卡夾加以固定,一般不宜直接將它們焊接在印刷電路板上。
  ④一些電子元件,特點是放大器的輸入與輸出部分,應儘可能地設計到靠近印刷電路板外部連接的插頭部分。當然,如果存在著寄生耦合,例如相鄰導線間的電信號串擾,就不能使它們的引線靠得太近。
  ⑤對於一些易發熱的元件,如電源變壓器、大功率三極體、可控硅、大功率電阻等應盡量靠近機殼框架。因為金屬框架具有一定的散熱作用。對於濕度敏感的元件,如鍺三極體、電解電容器等,應盡量遠離熱源區。對於一些耐熱性較好的元器件則儘可能設計到印刷電路板最熱的區域內。
  ⑥應儘可能地縮短元件及元件之間的引線。盡量避免印刷電路板上的導線的交叉,設法減小它們的分佈電容和互相之間的電磁干擾,以提高系統工作的可靠性。
  ⑦應以功能電路的核心器件為中心,外圍元件圍繞它進行布局。例如通常是以集成電路基晶體三極體等元件為核心,然後根據各自的引腳功能,正確地排列布置外圍元件的方向與位置。
  ⑧在設計數字邏輯印刷電路板時,要注意各種門電路多餘端的處理,或接電源端或接地端,並按照正確的方法實現不同邏輯門的組合轉換。
  ⑨元器件的配置和布局應有利於設備的裝配、檢查、高度與維修。
  ⑩對於要求防干擾的元器件,可採用金屬外殼或在元件表面噴塗金屬加以屏蔽。
  印刷電路上導線配置應考慮的因素:
  我們通常所用的敷銅板上的銅箔厚度一般為0.05mm左右,在敷銅厚度不變的情況下要通過不同的電流強度,就要對其布線以及導線的寬窄有所要求。利用protel等電路設計CAD軟體繪製好電路原理圖(sch),再在印刷電路圖(pcb)下進行元器件配置布局,確定導線的位置、走向、連接點以及適當的寬度。嚴格地講,應根據電路要求的電流強度、壓降、擊穿電壓、分佈電容等多項指標來進行核算,核算無誤后,應略留餘地,其設計才算初步完成。但在業餘製作情況下,對於一些與安全無關或不緊要的電子裝置,也可以將上述條件放鬆,但應盡量遵循以下原則。
  ①繪製的導線粗細應盡量均勻,在同一導線上不應出現突然由粗變細或由細變粗的現象。
  ②其圖案、線條的寬度大於5mm時,需在線條中間設計出圖形或縫狀空白處,以免在銅箔與絕緣基板之間產生氣泡。
  ③有電耦合或磁耦合的通路,應避免相互平行。當導線的串聯電阻和電感影響處於將要位置,而寄生電容的影響為時,高阻貳的信號線要採用窄導線。
  ④導線間距的確定應考慮到最壞的工作條件下導線之間的絕緣電阻和擊穿電壓。實踐證明:導線的間距在1.5mm時,其絕緣電阻超過20MΩ,允許電壓可達300V;間距在1.0mm時,允許電壓為200V,所以導線的間距通常應採用1.0-1.5mm。
  ⑤在高頻電路系統中,必須採用大面積接地結構,這樣既能起到屏蔽作用,又可使高頻迴路具有較小的電感。
  ⑥印刷電路板上的導線寬度,主要由導線(銅箔)與絕緣板之間粘附強度,渡過它們的電流強度和最大允許溫升確定的。如果在+20℃時,允許有微小溫升,導線寬度和允許電流的對應關係如下:(銅箔厚度為0.05mm時)

導線寬度(mm)
0.5
1.0
1.5
2.0
允許電流(A)
0.8
1.0
1.3
1.9

  ⑦由於印刷電路板上的導線具有一定的電阻,因此在電流通過時必然會產生電壓降。在+20℃時,寬度為1mm,厚度為0.05mm的導線其導線電流與電壓降如下:
 
導線電流(A)
0.25 
0.5 
0.75 
1.0 
1.25 
1.5 
1.75 
2.0 
2.5 
3.0 
4.0 
導線壓降(V/m)
0.1 
0.25 
0.4 
0.55 
0.75 
0.85 
1.0 
1.15 
1.4 
1.7 
2.2 

  ⑧當銅箔的厚度確定之後,兩根印刷導線之間的分佈電容容量的大小與線間距離成反比,與線間的平行長度成正比。在高頻狀態工作時,更要注意分佈電容對電路的不良影響。一般情況下,線間電容和導線間距的分佈電容量關係如下:
 
導線間距(mm) 每米分佈電容量(PF/M)
1
3.5



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