電子設(shè)備是由元器件、組件、連線及零部件等組裝而成,只有通過合理的布局、妥善安排其位置,才能有利于保證技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn),并使其穩(wěn)定可靠地工作。在電子設(shè)備電路單元中,元器件的位置安排稱為元器件布局;電子設(shè)備內(nèi)組件位置的安排及元器件、機(jī)械零部件的位置安排,統(tǒng)稱為布局。各組件、元器件之間的各種導(dǎo)線的連接與走向安排,稱為布線。 布局與布線直接影響電子設(shè)備的性能、組裝工藝。本章主要介紹布局與布線以及電子組裝工藝等內(nèi)容。
元器件的布局原則
1、元器件的布局原則
電子設(shè)備、組件中元器件的布局,應(yīng)遵循以下原則。
元器件布局應(yīng)保證電性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)
電性能一般是指:頻率特性、信號(hào)失真、增益、工作穩(wěn)定性、相位移、噪聲電平、效率等有關(guān)指標(biāo),具體要隨電路不同而異。元器件布局對(duì)電性能有較大影響,如低頻電路在高增益時(shí),布局不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生寄生反饋使輸出信號(hào)失真或工作不穩(wěn)定;又如高頻裝置中布局不當(dāng)會(huì)增大分布參數(shù)(分布電容、接線電感、接地阻抗等),使電路參數(shù)改變,帶來不良后果;而對(duì)數(shù)字電路而言,如布局不當(dāng)會(huì)引起波形畸變,產(chǎn)生不利影響。如果在元器件布局時(shí),注意電場(chǎng)、磁場(chǎng)的感應(yīng)影響、并將電、磁感應(yīng)降低到最低限度,就能夠減少上述不良現(xiàn)象的產(chǎn)生,否則應(yīng)采取屏蔽和隔離措施。
元器件的安裝
元器件的位置安裝和放置方向,以及元器件之間的距離,都直接影響著連線長(zhǎng)度和敷設(shè)路徑,導(dǎo)線長(zhǎng)度和布線的合理性也影響其分布參數(shù)和電磁感應(yīng),最終將影響電路性能。因此元器件布局時(shí)應(yīng)考慮到布線,做到相互照顧。
元器件的布局
元器件布局應(yīng)考慮使安裝結(jié)構(gòu)緊湊,重量分布均衡,排列有序、有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
目前電子設(shè)備向小型化、微型化發(fā)展,要求結(jié)構(gòu)緊湊,提高組裝密度。因此在元器件布局時(shí),應(yīng)精心考慮,巧妙安排,在各方面要求兼顧的條件下,力求提高組裝密度,以縮小整機(jī)尺寸。 此外,在布局時(shí)還應(yīng)考慮元器件的重量均衡,力求降低重心;同時(shí)應(yīng)做到元器件排列有序、層次分明,便于查找和維修。所有這些都應(yīng)有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),便于裝配和調(diào)試。
元器件布局應(yīng)有利于散熱和耐沖擊振動(dòng)
高溫對(duì)大多數(shù)元器件,特別是半導(dǎo)體器件影響較大,對(duì)溫度敏感的元器件影響更大,在布局時(shí)要有利于散熱,嚴(yán)格按照第2 章中有關(guān)熱設(shè)計(jì)的要求布置。有些元器件耐沖擊振動(dòng)能力較差,或沖擊振動(dòng)對(duì)其工作性能有較大影響,在布局時(shí)應(yīng)充分注意防振和耐振問題。
2、元器件布局時(shí)的排列方法和要求
按電路圖順序成直線排列是較好的排列方式
如圖3.1所示,按電路圖中各級(jí)電路的順序,將各級(jí)電路排列成直線是常見也是較好的排列方式。各級(jí)電路以管子(圖中G1、G2、G3表示晶體管或集成電路塊)為中心按橫軸順序排列;各級(jí)電路的元器件盡量靠近管子集中布設(shè)在管子四周。具體是:前級(jí)管子的輸出和后級(jí)管子的輸入之間的元器件布置在兩個(gè)管子之間的區(qū)域(如圖中的1-2區(qū)和2-3區(qū)),而這一級(jí)電路的其他元器件則布置在管子兩側(cè)的縱軸區(qū)域(如圖中的1、2、3 區(qū)域)。
電路元器件成直線排列的優(yōu)點(diǎn)是:
① 電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)距離較遠(yuǎn),減少了輸入與輸出之間的寄生反饋(寄生耦合)。
② 各級(jí)電路的地電流主要在本級(jí)范圍內(nèi)流動(dòng),減少了級(jí)間的地電流竄擾。
③ 便于各級(jí)電路的屏蔽和隔離。必須指出,在按直線布局時(shí),應(yīng)使各級(jí)電路之間有足夠的距離,使前后級(jí)電路能很好地銜接,并應(yīng)注意引腳方向,使連線最短。對(duì)于集成電路塊,與之相連的元器件應(yīng)布置在集成電路塊相應(yīng)的引線附近,其距離應(yīng)稍近。
當(dāng)電路中既有高電位元件又有低電位元件時(shí),高電位元件布置在橫軸上,而低電位元件布置在縱軸上,這樣可以免除地電流竄流,減少高電位元件對(duì)低電位元件的干擾。
當(dāng)電路受到安裝空間限制,不能作直線布置時(shí),可采用角尺形(L形)或兩排平行布置,如圖3暢2所示。這時(shí)應(yīng)采用兩塊底板,各底板仍然是直線布置,兩底板彼此隔離,只在一點(diǎn)上工作連接。如圖3.2(a)中G1、G2為一塊底板,G3、G4為另一塊底板,兩底板在G2和G3間用導(dǎo)線相連;如圖3.2(b)中G1、G2、G3和G4、G5、G6、各用一塊底板,兩底板在G3和G4間用導(dǎo)線相連。圖3.2(c)所示鋸齒形(W形)布局是不可取的,因?yàn)檫@種布局雖然面積占用較小但地電流竄擾大,寄生耦合較大,對(duì)電路工作不利,一般不能采用。
雖然采用印制電路板的電路單元,地電流影響不像采用金屬底座的電路單元那樣嚴(yán)重,但布局時(shí)也應(yīng)采取直線布置,這樣輸入、輸出遠(yuǎn)離,寄生反饋小,而且各級(jí)電路印制導(dǎo)線最短,可削弱耦合干擾。
注意各級(jí)電路、元器件、導(dǎo)線之間的相互影響
各級(jí)電路之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)木嚯x,并根據(jù)元器件尺寸合理安排,要注意前一級(jí)輸出與后一級(jí)輸入的銜接,盡量將小型元器件直接跨接在電路之間,較重較大的元器件可以從電路中拉出來另行安裝,并用導(dǎo)線連入電路。
具有磁場(chǎng)的鐵心器件、熱敏元件,高壓元件,應(yīng)正確放置,最好遠(yuǎn)離其他元件,以免元器件之間產(chǎn)生干擾。
對(duì)高頻電路為了減少分布參數(shù)的影響,相近元器件最好不要平行排列,其引線也不要平行,可互相交錯(cuò)排列(如一個(gè)直立,另一個(gè)臥倒)。
排列元器件時(shí),應(yīng)注意其接地方法和接地點(diǎn)
如果用金屬底座安裝元器件,最好在底下表面敷設(shè)幾根粗銅線作地線,地線應(yīng)熱浸錫后焊在底座中央(注意每根粗銅線必須與底座焊牢)。要接地元器件接地時(shí),應(yīng)選取最短的路徑就近焊在粗銅地線上。 如果大型元器件安裝在其他金屬構(gòu)件上,應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)地線,不能利用金屬構(gòu)件做地線。
在金屬底座和金屬構(gòu)件上安裝元器件時(shí),應(yīng)留有足夠的安裝空間,以便裝拆。
如采用印制電路板安裝元器件,各接地元器件要就近布置在地線附近,可根據(jù)情況采用一點(diǎn)接地和就近接地。
在元器件布局時(shí)應(yīng)滿足電路元器件的特殊要求
對(duì)于熱敏元器件和發(fā)熱量大的元器件,在布局時(shí)應(yīng)注意其熱干擾,可采取熱隔離或散熱措施;對(duì)需要屏蔽的電路和元器件,布局時(shí)應(yīng)留有安裝屏蔽結(jié)構(gòu)的空間。
對(duì)推挽電路、橋式電路或其他要求電性能對(duì)稱的電路,排列元器件時(shí)應(yīng)注意做到結(jié)構(gòu)對(duì)稱,即做到元器件位置對(duì)稱,連線對(duì)稱,使電路的分布參數(shù)盡可能一致。
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原文標(biāo)題:電子元器件的布局與裝配(一)
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