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1、电子装备设计技术,第七章 电子组装设计技术,组装设计的目的是将各种元器件按照电路和结构要求，组装成实体，以达到电子设备预期的性能要求。组装设计直接影响电子设备的性能和质量，对设备热设计、隔振缓冲、电磁兼容性有较大影响。电子设备的组装包括设备内各分机和电路单元的布局与装连；电路单元内各种元器件、零部件的装配和布局；各电路单元之间的互连，导线、电缆的布线与装固；有关机电调控系统的安装与调试等。电子设备组装设计的任务是：合理选择组装方案和组装结构；妥善布置各种元器件、零部件；合理安排互连与布线，充分体现电路设计预期的电气性能，实现电子设备的技术指标，达到预期的功能和可靠性要求。,7.1 元器件的布局
2、,一、元器件的布局原则(1)电路元器件布局应保证电气性能指标的实现。电气性能通常指频率特性、信号失真度、增益、工作稳定性、相位、杂音电平、效率等相关指标。(2)元器件布局时应考虑到布线。元器件的位置安排和放置方向以及元器件之间的距离，最终将影响电路性能。(3)元器件布局应考虑组装结构紧凑，重量分布均衡，排列有序，有利于结构设计。(4)元器件布局应有利于散热。(5)元器件布局应有利于耐冲击振动。,二、布局方法和要求1.按电路图顺序成直线排列 布局通常按电路图的顺序成直线排列，各级电路中的晶体管或集成电路按横轴向顺序排列；电路的元器件尽量集中布设。2.注意各级电路、元器件、导线间相互影响 根据元器
3、件尺寸合理安排各级电路间的距离，正确放置具有磁场的铁芯器件、热敏和高压元件等。3.注意接地方法和接地点 元器件接地应选取最短路径焊在粗铜地线上。4.元器件布局应满足电路的特殊要求 热敏元件应采取散热措施；需要屏蔽的电路和元器件，布局时应留有安装屏蔽结构的空间。,7.2 典型单元的组装布局,一、稳压电源的组装布局 1.技术要求(1)按要求输送给负载规定的直流和电压，保证在最大负荷下保持稳定输出；(2)在输入电压波动的情况下，保持输出电压稳定，并有较高的稳压系数；(3)保证输送给负载的直流接近于恒定直流，波纹因数较小；(4)电源应具有较高的效率。对于大功率、中功率电源，效率是一项重要的指标，效率高
4、的电源工作时耗散出的热量较少。,2.组装布局应考虑的问题(1)安装布局时应使重量均衡分布。电源中的主要元器件体积较大，重量也较大。(2)元器件布置应便于测试，以便维护。易出故障的元器件，应安装在便于更换的部位。(3)布局时应便于散热，发热量大的元器件，应安装在空气容易流通的地方。(4)电源内通常有高压，应特别注意安全。控制机构应和机壳机架相连并妥善接地，防止电击事故。(5)电源必须与低频电路，特别是放大器隔开。(6)电源变压器的重量较大，布局时应放在底座两端并靠近支撑点，以防止冲击、振动。,二、放大器的组装布局1.技术要求(1)低频放大器多用于音频放大，要求有较好的频率特性，同时非线性失真和杂
5、音电平应小一些。(2)中频和高频放大器应具有适当的增益，增益直接影响灵敏度及平稳性，应适当高一些，但增益过高容易引起自激。(3)要求放大器失真度小，对中频、高频放大器的失真应有严格的要求，否则经过放大后失真更严重。(4)要求放大器工作应稳定，不产生自激振荡，放大器具有良好的屏蔽并能抑制反馈。(5)要求功率放大器有较高的效率。,2.组装布局应考虑的问题(1)放大器的元器件布局必须接电路顺序直线布置，各级元器件不能交错，接线应尽量缩短。前置放大级与末级离得越远越好。(2)为了减少铁芯器件的漏磁场影响，铁芯器件的线包轴线与其它元器件平面或与底座平面垂直。(3)对多级放大器，为了抑制寄生耦合形成的反馈
6、，应使输入和输出导线远离；各级电路应加以屏蔽。(4)抑制电源对放大器的影响，每级电路集电极回路与电源之间应加去耦电路，消除级间耦合。(5)布置元器件时应注意接地点的选择。(6)高频放大器组装与布局和一般高频电路相同。,三、振荡回路的组装布局1.振荡回路的技术要求(1)振荡回路自身的损耗应减到最小。应选用介质损耗小和介电常数小的绝缘子作回路元件支架，并要求固定联接、焊接良好。(2)振荡回路应良好屏蔽。振荡回路应单独屏蔽，不允许与其他电路一起整体屏蔽。(3)振荡回路的元件应足够坚固，元件和导线受冲击振动时不产生位移和变形。(4)应采取防护措施尽量减小振荡回路中的元器件受温度、湿度、气压的影响，以提
7、高频率稳定度。(5)安装和布局元器件时，应便于维修和测试调整。,2.频率固定的单振荡回路的组装布局 包括调电感振荡回路和调电容振荡回路。布局时应远离其他元器件以防电磁场干扰。3.频率可调的振荡回路的组装与布局 附加了频率转换装置。振荡回路的振荡频率决定于回路的特性阻抗，改变L、C即可改变振荡频率。4.调谐回路的组装与布局 用调电容或调电感的方法调谐，因回路阻抗的变化不同而有所区别。调电容时频率覆盖较大，但调谐精度较低，通常用于接收系统调谐和一般的发射系统调谐；而调电感时频率覆盖较小，但调谐精度较高，通常用于要求较高的发射系统调谐。,四、高频系统的组装布局1.高频系统的组装要求(1)组装时应减小
8、各种耦合。应减小布线、布局引起的电感耦合和电容耦合，因此必须减小导线的长度和直径；增大平行导线间的距离；尽可能不引入绝绝材料和金属构件。(2)组装时应满足绝缘性能要求。绝缘件应采用介质常数小、介质损耗小、绝缘电阻高的材料，尽可能不要采用固体介质作绝缘层，最好用空气绝缘层，保持足够的空气隙。(3)提高导线刚性。减小导线跨度（长度），增大导线直径。,2.高频系统的布局(1)电路元器件的布局 同一级电路的元器件应以晶体管或集成电路为中心尽量靠近布置，连线越短越好，应注意电路元件间的相对位置和方向，应远离机壳和其他金属板；布局时应注意元器件之间的热影响、电磁影响，采取远离或隔离、散热和屏蔽等措施；尽量
9、不要使用接插件和焊片，引线越短越好。(2)结构件的布局 高频系统中采用的机械性支撑、固定等结构件会影响电路性能，主要表现为降低线圈的品质因数；增大介质损耗；增大电容耦合等。,3.高频系统的屏蔽 屏蔽物的形状、尺寸和材料性能将对高频系统中元器件和电路参数产生较大影响，屏蔽时应注意：(1)方形、矩形截面屏蔽罩对高频电路的影响比圆形截面屏蔽罩要小一些，屏蔽罩内表面与被屏蔽元件距离越近，其影响越大。因此高频电路屏蔽罩的尺寸应大一些，截面形状应采用方形或矩形。(2)在频率很高时，屏蔽物材料应采用镀银铜板，通常不宜采用铝和黄铜做屏蔽材料。(3)当高频电路与其他电路布置在一个底座或印制板上时，高频电路宜作整
10、体屏蔽。较高频率的导线应采用高频屏蔽线，当要求较高时，可用拉紧的镀银光铜线，外面套上接地金属导管。,7.3 布线与连线技术,一、导线选用(1)电气性能要求 允许工作电流与压降要求。根据导线要求和允许工作电流的大小，结合具体情况确定芯线截面积。工作电压与试验电压要求。工作电压越高，对导线的绝缘要求也越高。(2)工作环境条件 考虑导线的耐热性、防潮性；耐寒性、柔软性；耐磨性、挠性等。(3)工艺性和经济性 考虑工艺和价格，根据其性质和用途选用颜色。,二、布线应考虑的问题 高频电路中连接导线的电阻、电容、电感和互感的分布参数不可忽视，从抗干扰的考虑，合理布线就是要设法减小电路中的线阻、分布电容、杂散电
11、感，将杂散电磁场降低到最小程度，使电路的分布电容、漏磁通、电磁互感等引起的干扰得到抑制。(1)避免导线间的相互干扰和寄生耦合；(2)处理好接地导线；(3)注意导线的布设；(4)减小布线的环路面积。三、导线的布线原则 强、弱电分开；交、直流分开；高、低压分开。,四、预加工处理(1)导线的加工 导线剪裁；导线剥头；多股线捻头；清洁处理。(2)导线和元器件浸锡 芯线浸锡；裸导线浸锡；元器件引线浸锡；焊片浸锡。(3)元器件引线成型 预先将元器件引线按成型要求加工成一定形状。(4)线把扎制及电缆加工 整机总装前用线绳或线扎搭扣将导线分组扎成线把或线扎,使走线整洁有序，保证电路工作稳定性。,扎线用品,导线
12、加套管,扎线要领,点结法示意图,连续打结法示意图,7.4 电子设备的总体布局与组装,一、电子设备组装的结构形式 电子设备组装结构可采用整机、分机、电路单元，或整件、印制电路板或组件等分级组装结构形式，其组装结构形式和组装工艺相一致，这种分级组装结构不仅在电路上具有一定的独立性，而且在结构上和工艺上也具有相对的独立性。采用分级组装结构便于组织生产、装配和调试，也便于维修和检测。组装结构形式多种多样，根据电子设备的功能、用途而异。通常将各种小元器件先组装成印制板或组件板，并通过插座与底板下的布线相连。与插座相连的印制装配板应采用导轨导向和支承。,二、组装单元的划分(1)根据电原理图或方框图按级划分
13、组装单元。各单元应具有一定的独立性，能单独进行调整与测试。(2)划分的单元必须与组装工艺相适应，便于组织生产，不相互影响、相互制约。(3)同一级组装单元的总体积应大体相近，以便采用统一尺寸的安装结构，以便规格化、标准化。(4)应注意元器件、电路间的相互干扰，相互影响的电路单元，不能安排在同一个组装单元内。(5)控制系统、指示系统及联系较紧密的几个小组装单元，必须安排在同一个组装单元内。(6)各组装单元间的电气连接数越少越好，应尽量减少引入、引出导线数，使电接触数减至最低限度。,三、总体布局原则(1)按照整机方框图的顺序排列各单元，使相互干扰最少；使各单元的连线走向合理，并有利于布线。(2)注意
14、重量分布均衡，使设备重心最低，设备总体尺寸合理，各组成单元的尺寸协调。(3)注意机电协调。设备内的电路系统和机械系统必须协调配合好，在总体布局时应特别注意。(4)控制系统必须与相连的电路布局在同一组装单元，力求简化并便于操作；显示部分应与相应的机电部件就近布置，并与面板布置相协调。(5)应有利于抑制和减少干扰，应注意使敏感电路不受干扰，注意接地方式以及地线系统的布局等。,(6)应有利于散热，注意处理好冷却介质的流动途径，以最有利的形式把各单元产生的热量带走，同时不影响热敏元件正常工作；对于组装密度较大，发热较集中且换热条件较差的单元或器件，布局时应使热传导通路的热阻小、热路短；散热系统的各组成
15、部分，不能对电路形成干扰；散热系统布局应充分利用设备的现有空间等。(7)应考虑减振、缓冲方面的要求。较重的单元应放在设备最下部；力求将承重构件和底板的变形降低到最低限度；布局时应防止设备内的振源对其他部分的机械干扰，考虑主动隔离。(8)应有利于维修、调整、测试和装配，在条件允许的情况下，布局密度不宜过大，保证足够的空间。,7.5 隔振缓冲设计,电子设备在实际工作环境中受到的机械力有各种形式，如振动、冲击、离心力、机械运动产生的摩擦力等，对电子设备危害最大的是振动和冲击。(1)共振损坏 电子设备在某一激振频率下产生共振，超过设备的极限。(2)冲击损坏 冲击产生的冲击力超过设备的强度极限。(3)疲
16、劳损坏 振动或冲击长时间作用，造成设备和元件疲劳而损坏。,一、振动系统的组成及特性1.振动系统的组成 振动系统必须具有振体和弹簧（m-k系统），振体指振动物体，主要特点是具有质量 m；弹簧是产生弹性恢复力的元件，主要特点是具有刚度 k；此外，还有表征系统振动受阻程度的阻尼系数 C和激发与维持系统振动的激振力。2.无阻尼自由振动（单自由度系统）,系统固有频率计算震动系统惯性力和弹性元件弹性力：,由Pm=Pk得固有频率：,系统静止时，弹性力与物体重力平衡,故固有频率：,3.单自由度系统的阻尼振动 振动的阻尼：粘性阻尼：粘性液体阻尼器 滞后阻尼：弹性元件变形时内部分子摩擦引起 摩擦阻尼：侧压弹簧压紧
17、摩擦片摩擦外壳形成 空气阻尼：强迫空气从小孔出入产生 电磁阻尼：由磁铁和线圈组成4.有阻尼的强迫振动 激振力：直接激振力：继电器簧片受电磁铁的吸引力 旋转（或往复）机械的惯性力 振动系统施加的激振力,二、振动的隔离1.主动隔振（积极隔振）：自身是振动干扰源的设备，将其隔离。2.被动隔振（消极隔振）：减小设备由于外来干扰引起的振动，将其隔离。3.隔振设计：选择适当的减震器及其布置。(1)确定被隔振设备受到的激振源的大小（s、v、a、F）、方向和频率（频谱）。(2)根据许可的激振值（位移s、速度v、加速度a、力F）确定隔振系数。(3)根据隔振系数的数值，查找出频率比和相应的阻尼比D值。,(4)求出
18、系统的固有频率。=p/p为激振频率。(5)确定减震器的弹性刚度。k=m2三、冲击及其隔离1.冲击概念 冲击是不规则的瞬间外力作用于物体（设备）上的现象。可定义为：能量传递给一个系统时，发生的时间比这个系统的固有周期短很多，并且传递后系统的振动会自行衰减。2.冲击的隔离(1)主动隔冲（积极隔冲）：隔离设备自身冲击力。,(2)被动隔冲（消极隔冲）：隔离外部冲击的影响。3.隔冲设计：实际上是隔冲减震器的设计。五、减震器的类型橡胶减震器：以橡胶作为减震器的弹性元件，金属作为支撑骨架。有较大的阻尼，能有效吸收频率较高的振动，吸收冲击力，隔冲性能较好。易老化。,JP型,JW型,金属弹簧减震器：用弹簧钢板或
19、钢丝绕制而成。有圆柱型和圆锥型螺旋弹簧。具有经久不变的弹性，有较高的冲击韧性。,JZN型阻尼式减震器,空气弹簧减震器双刚度减震器 标准减震器：部标SJ9378，包括14个系列，102种规格。,六、隔振缓冲设计1.确定已知条件(1)根据电子设备的使用场合，决定隔振为主还是隔冲为主，确定减震器的最大允许位移。(2)根据电子设备使用环境，明确减振器工作条件，确定减震器类型。(3)根据电子设备具体情况，确定支承点的数量和位置，合理布置，安装减震器。(4)根据设备内部元器件耐振和抗冲能力，确定设备允许的最大振幅和加速度。2.设计计算：隔振系数、固有频率、弹性刚度。3.实验：检验所设计的隔振系统的性能。,
20、七、电子元器件的隔振 安装方式、紧贴印制板、固定夹固定、绝缘漆或封蜡、紧固、加衬垫等方法。1.改变元器件的安装方式；2.元器件紧贴印制板，并用环氧树脂粘牢；3.将元器件用固定夹固定；4.用穿心螺丝或固定支架固定功耗大的空心电阻；5.用压板螺钉或特制支架固定元器件或变压器。,改变安装方式,元器件紧贴印制板,元器件用固定夹固定,空心电阻的固定,变压器的固定,6.某些元器件由于排列密度高而无法使用减震器时，可用棉球或泡沫浸渍胶水（如 703 胶）填塞在元件与底板之间；7.调谐元件设法将磁帽锁定，用绝缘漆或蜡封住；8.可迅速拆下的元器件、部件（如接插件）应用专门的固定装置固定，防止振动时自行脱落；9.
21、陶瓷元件及其它脆弱元件与金属零件联接时，最好垫上橡皮、塑料、纤维、毛毡等衬垫。八、印制电路板的隔振1.增加印制电路板的厚度，以提高刚度。当印制板为2001401.5时，固有频率为100Hz，板厚为2mm时，为150Hz。,2.印制板上附加强筋，以提高刚度。3.印制板加橡胶减震器，减小印制板中心的振幅。4.增加印制板与支承界面接触压力防止疲劳损坏。5.两块印制板间加粘滞性阻尼材料，减小印制板弯曲振动时的振幅。九、机架与底座的隔振 机架与底座可设计为框架、板料金属和复杂形状的铸铁件，可用加强筋或弯曲摺边等方式，增加其强度与刚度。,十、隔振缓冲设计计算1.计算公式：(1)频率比：表示外激振动频率f
22、i 与系统固有频率f 0之比。,2.隔振系数：为阻尼比0.020.05,对于主动隔振：隔振系数表示系统激振力对外界的隔离，即隔力；对于被动隔振：隔振系数表示系统对外界振动位移的隔离，即隔幅；,由 公式可推得：,一般有 1得：,故2计算时取正值：,3.隔振效率：,4.固有频率：,5.弹性刚度计算：,6.各减震器承受载荷,7.计算每个减震器刚度,i=1，2，3，4,例1.某设备质量510kg，底部按重心对称安装两个减振器，每个减振器的弹簧刚度为 25000N/m，基础有一干扰源，其运动规律为z=0.12sin63t(mm)，试求该设备的振幅、隔振系数和隔振效率（设阻尼略去不计）。解：系统固有频率为
23、：,1.设备的振幅为：,故频率比为：,2.隔振系数为：,3.隔振效率为：,例2.某电子设备的质量为 200 kg，底部装有 4 个减振器，设备的重心位置如下图所示，设备上有一振动干扰源，其干扰频率为 25 Hz，加速度为6g，设备许可的最大加速度为3g，设备工作时的环境温度为2040。试求减振器的弹簧刚度，选用减振器。,解：1.隔振系数：,2.确定系统固有频率：设0.05，求频率比：,系统固有频率：,3.减振器的弹簧刚度：,4.每个减振器承受载荷：,5.每个减振器的弹簧刚度：,6.选择减振器：根据设备工作时的环境温度，每个减振器承受的载荷和弹簧刚度，选择减振器如下：支点1：JG-100一只，动刚度490000N/m；支点2：JG-50一只，动刚度245000N/m；支点3：JG-70一只，动刚度340000N/m；支点4：JG-33一只，动刚度160000N/m。,
