太阳光自动跟踪控制器设计 OPA2132

太阳光自动跟踪控制器设计

摘要

近年，能源是人类面临经济发展和环境维护平衡需要解决的最根本最重要的问题。太阳能是一种极为丰富的清洁能源，同时通常最普遍且最方便使用的是电能。随着现代的能源越来越少，有些能源趋于匮乏状态。所以我们就根据实际情况设计了一个“太阳光自动跟踪控制器”。

现在，我们居住的家园以太阳光最为普遍，它给我们带来了光和热，我们就要合理的利用光和热，来为我们服务。我们就通过设计的“太阳光自动跟踪控制器”来实现太阳光跟踪。

我们设计的是根据光转换电来实现功能，首先，我们选光敏传感器来实现光电转换，其次，通过OPA2132PA来实现差分运算放大，再由继电器实现电机的正、反转，去控制翻转板的运动。从而实现太阳光自动跟踪。

光敏传感器分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成，每一组的两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻：一只检测太阳光照，另一只检测环境光照，送至比较器输入端的比较电平始终为两者光照之差。所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳光，调试简单，成本不高，运行可靠。

[关键词]：光敏电阻，OPA2132PA，继电器，直流电机，光电池翻转板。

目录

摘要 (1)

目录..................................................................................................III 引言 (5)

1 毕业设计的基本任务 (5)

2 已有的实验基础和预期结果 (5)

3 毕业设计所完成的主要内容 (5)

第一章自动跟踪控制器概论 (6)

1.1 概述 (6)

1.2 设计原则 (6)

1.2.1 通用性 (6)

1.2.2 实用性 (6)

1.3 系统组成及功能 (6)

1.3.1 太阳光自动跟踪控制器的组成 (6)

1.3.2 功能及工作原理介绍 (7)

第二章设计方案与原理概述 (10)

2.1 设计的要求 (10)

2.1.1 光敏传感器 (10)

2.1.2 OPA2132PA运算放大器 (10)

2.1.3 继电器 (10)

2.2 方案论证 (11)

2.2.1 运算放大器的选择 (11)

2.3 工作原理分析 (11)

2.4 设计中注意的问题 (13)

2.4.1 集成电路的选择和使用 (13)

第三章设计实现 (14)

3.1 PROTEL99SE概述 (14)

3.2 电路原理图设计 (14)

3.2.1 Protel99SE电路原理图常用工具栏 (14)

3.2.2 电路原理图的设计步骤 (14)

3.3 印制电路板设计 (15)

3.3.1 Protel印制电路板设计工具的应用 (15)

3.3.2 PCB布局布线规则 (15)

3.3.3 印制电路板设计注意事项 (16)

3.4 PROTEL99SE的一些小窍门 (17)

3.5 PCB板的安装焊接 (17)

3.5.1 元器件的安装 (18)

3.5.2 PCB板的焊接 (18)

第四章调试 (21)

4.1 电路板元件的安装和焊接 (21)

4.1.1 元器件的安装 (21)

4.1.2 电路板元件的焊接 (21)

4.2 电路板的调试 (22)

4.2.1 装配工艺检查 (22)

4.2.2 通电测试 (22)

总结 (24)

参考文献 (25)

致谢 (26)

附录········································································································ I 附录1：太阳光自动跟踪控制器原理图····································································I 附录2：太阳光自动跟踪控制器PCB板···································································II 附录3：采用LM358作运放的原理图····································································· III 附录4：元器件清单·································································································IV 附录5：太阳光自动跟踪控制器实物图·································································· V

引言

1 毕业设计的基本任务

本毕业设计的基本任务是学习掌握自动跟踪控制器的基本原理和技术的实现，并在此基础上对该控制器进行扩展。在这个任务中还要求学生能独立的设计各个模块，最后还要能独立的焊接和调试。整个过程要经历查阅整理资料、电原理图设计、印制电路板设计、焊接安装、调试、撰写论文，初步掌握工程设计方法和实践的基本技能，逐步熟悉电子产品开发的步骤和方法。通过完成毕业设计的过程，强化综合运用理论知识解决实际问题的能力，在电子电路设计和应用方面的能力，培养严谨的科学作风。

本设计注重理论与工程实践的结合，在焊接中许多元件都是精密的元件，对我们的焊接技术要求高，需要在工程实践中去体会、总结经验。

2 已有的实验基础和预期结果

该毕业设计任务规定了技术路径为模拟电路实现。在专业基础课程中已经学习过该门课程，并完成了所有的规定实验，对于放大电路和各类继电器的原理和工作过程已有较清楚的认识。

预期的工作结果是实际制作出“试验样机”，能够完成预计的基本功能：直流电机正反转，太阳光自动跟踪控制。

3 毕业设计所完成的主要内容

（1）收集资料学习并了解自动控制器的工作原理、各模块要实现的功能和要求；

（2）根据设计任务，确定功能需求，设计出方案；

（3）按照功能模块进行具体电路设计，确定元器件型号和参数，完成整个电路原理图，据此设计印制电路板；

（4）安装、焊接、调试；

（5）撰写论文。

第一章 自动跟踪控制器概论

1.1 概述

现有的太阳光能自动跟踪控制器主要有二类：一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器所构成的光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转；二是采用两只光敏传感器与两只比较器分别构成两个光控比较器来控制电机的正反转。由于一年四季、早晚与中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大，所以上述两类控制器很难使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。下面电路框图可有效解决上述难题。

输入端的光敏传感器分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成，每一组的两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻：一只检测太阳光照，另一只检测环境光照，送至比较器输入端的比较电平始终为两者光照之差。所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳光，调试简单，成本不高，运行可靠。

1.2 设计原则

1.2.1 通用性

本设计为自动跟踪控制器，就是为了能突出它的功能的强大，能适应较为广泛的应用场合。可靠性高、控制功能强等特点。

1.2.2 实用性

太阳光自动跟踪控制符合实际需求，不能华而不实。实用性是第一原则，同时具有可学性。

1.3 系统组成及功能

1.3.1 太阳光自动跟踪控制器的组成

光敏传感器 OPA2132 运算放大器 驱动电路 电源 光电池翻转板 执行电路

光线

太阳光自动跟踪控制的主要是由以下几个部分组成。主要是由光敏电阻，OPA2132PA（8）双运算放大器，继电器，继电器驱动（放大）电路，直流电机，电源供电部分、光电池翻转板等。

1.3.2 功能及工作原理介绍

现在就主要介绍太阳光自动跟踪控制器的功能和原理：

（1）光敏电阻功能：它的电阻值随光照的变化而变化。图1-1是它的外形和电路中的符号。

图1-2为光敏电阻的连接电路。接通开关，先观察光敏电阻被光照射时发光二极管的发光情况，再观察光敏电阻被不透明物体遮盖时，发光二极管的发光情况。

一般光敏电阻的电阻值，不受光照射时是受光照射时的100～1000倍.例如有一种型号的光敏电阻，光照时的阻值为2千欧，不受光照时的阻值为1000千欧。

（2）如图1-3所示为OPA2132PA（8）双运放的引脚图。其功能：它属于高速FET输入运放。双电源供电。信号是从2、3和5、6脚输入；1、7脚输出。起到电压/电流比较放大。

（3）继电器功能：

如图1-4所示为继电器等效电路图：1、2脚为线圈触头；3、4脚为常闭触头；

3、5脚为常开触头。当1、2脚接通电源时，3、4脚常闭触头断开，3、5脚常开触头闭合。

（4）驱动（放大）电路功能：

三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压Ub有一个微小的变化时，基极电流Ib也会随之有一小的变化，受基极电流Ib的控制，集电极电流Ic 会有一个很大的变化，基极电流Ib越大，集电极电流Ic也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。Ic 的变化量与IB 变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIc/ΔIb, Δ表示变化量。），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。

三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置，否则会放大失真。

（5）直流电机功能：

图1-6是这种电机的符号和简化等效电路。

工作原理:此电机由定子、转子、换向器(又称整流子)、电刷等组成,定子用作产生磁场。转于是在定子磁场作用下,得到转矩而旋转起来。换向器及时改变了电流方向,使转子能连续旋转下去。也就是说,直流电压加在电刷上,经换向器加到转子线圈,流过电流而产生磁场,这磁场与定子的固定磁场作用,转子被强迫转动起来。当它转动时,由于磁场的相互作用,也将产生反电动势,它的大小正比于转子的速度,方向和所加的直流电压相反。图1-6(B)给出了等效电路。Rw代表转子绕组的总电阻,E代表与速度相关的反电动势。

我们在这次的设计中采用的是慢速直流电机（每分钟15转速的直流电机）。转速也较慢，也比较适合我们这次的设计。

（6）电源保护电路:

如图1-7所示电源保护电路由三只二极管组成电源保护电路。当电源正负极接反时,二极管通过它的特性进行电源及电路保护。由于本电路使用+12V、-12V两种电源供电,两种电源容易反串,导致输出电压为0,从而使电源烧毁。而加入这三只二极管组成的电路就能避免此种现象发生。

第二章设计方案与原理概述

2.1 设计的要求

对自动跟踪控制器的设计，主要是要体现其适应能力和应用范围。为此在设计时，应当遵循这一基本目标，为使我们在本设计中收获到更多的知识，在本设计中使用了一些较新的器件，以及为和现在的需求和设计趋势接轨，在设计中我们遵循小型化这一思路，所使用的原器件都以精密为主。为达到这样的功能，在设计过程中提出的基本方案要求有：光敏传感部分、运算放大部分、驱动部分、继电器、执行机构。光敏传感部分主要是根据光敏电阻的电阻值随光照的变化而变化，以实现其功能。对于本设计主要是考虑对于光敏传感器、OPA2132PA(8)运算放大器、继电器的适应能力和范围，对各个部分的要求如下：

2.1.1 光敏传感器

光照射在物体上可以看成是一连串的具有一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接体是电子。所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。光敏传感器的电阻值随着阳光变化而变化。从而达到光电转换的作用。为了达到两个部分的电平一致，以实现相互的连接，在这里，我们选择了精密光敏电阻实现电平的转换以能准确采集光源

2.1.2 OPA2132PA运算放大器

该OPA132系列场效应管输入运算放大器提供高速和卓越的DC性能。

2.1.3 继电器

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

我们这次采用的是电磁继电器。

其工作原理和特性是电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

2.2 方案论证

为达到设计目的，根据设计要求，我们设计了相应的实现方案。

2.2.1 运算放大器的选择

方案一：采用LM358作为运算放大器，LM358与两个100K的电阻构成电压放大器。光敏电阻RT1、RT2与电位器RP1组成光敏传感器一，光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2组成光敏传感器二，该电路特别之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。安装时应将RT1和RT3安装在翻转板的一侧，RT2和RT4安装在另一侧。当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光线的作用时，RP1和RP2的中心点电压不变。如果只有RT1、RT3受太阳光照射时，RT1的内阻减小，LM358的3脚电位升高，LM358的1脚输出高电平，三极管VT1（9013）饱和导通，继电器K1导通，其转换触点3与1闭合，同时RT3受太阳光照射后内阻也减小，LM358的5脚电位下降，LM358的7脚输出低电平，K2不动作，其转换触点3与2仍然闭合，这时直流电机M正转。

四只光敏电阻这样交叉安排的优点是，当LM358的3脚电位升高时，5脚电位降低，可使直流电机的正反转工作既干脆又可靠。四只光敏电阻组成的光敏传感控制器可安装在太阳能接收器的边缘，既能随着太阳能接收器转动又不受反射光的强烈照射干扰。不必担心第二天早晨太阳能接收器能否自动返回，因为早晨太阳升起时，垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等，这样控制电路就会控制电机使驱动装置自动向东旋转，直至太阳能接收器对准太阳时为止。

注：此原理图见附录3。

方案二：采用OPA2132PA(8)作运算放大器。OPA2132PA(8)与两个100K电阻构成电压放大器。当太阳光垂直照射时，设RT1、RT2、RT3、RT4同时受光，RP1和RP2中心点电位不变，OPA2132PA（8）双运放不工作，使光电池板不转动，即电机不工作。

四只光敏电阻这样交叉安排的优点是，当太阳光与电池板有一定偏转时，设RT1和RT3同时受光照，RT1的内阻减小，使OPA2132PA（8）的3脚电位下降，1脚电位上升，使VT1（9013）导通，继电器K1得电工作，使K1的1、3脚连通，即继电器的常闭触头断开，常开触头闭合。此时电机上端接+12V。同时RT3受光照后内阻减小，使OPA2132PA（8）的5脚电位下降，7脚电位也降低，VT2截止，继电器K2不得电，此时电机另一端接地，使电机正转。

注：此原理图请见附录1。

2.3 工作原理分析

见图2－1所示，根据设计要求我们对系统进行了合理、科学的设计，其各个

部分的功能在前面已经做过详细的介绍。在此，我们将本系统的工作过程作个简单的介绍，以达到对系统工作过程的概述。

双运放 OPA2132PA与两个100K电阻构成两个电压比较器。光敏电阻RT1、RT2与电位器RP1组成光敏传感器一，光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2组成光敏传感器二，该电路特别之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。安装时应将RT1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧，RT2和RT4安装在另一侧。当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光线的作用时，RP1和RP2的中心点电压不变。如果只有RT1、RT3受太阳光照射时，RT1的内阻减小，OPA2132PA(8)的3脚电位升高，OPA2132PA(8)的1脚输出高电平，三极管VT1（9013）饱和导通，继电器K1导通，其转换触点3与1闭合，同时RT3受太阳光照射后内阻也减小，OPA2132PA(8)的5脚电位下降，OPA2132PA(8)的7脚输出低电平，K2不动作，其转换触点3与2仍然闭合，这时直流电机M正转。

同理，如果只有RT2、RT4受太阳光照射时，继电器K2导通、K1不动作，直流电机M反转。当转到垂直遮阳板两侧的光照度相同时，继电器K1、K2都导通，直流电机失电停转。

在太阳不停地偏移过程中，垂直遮阳板两侧光照度的强弱不断地交替变化，使直流电机不断地重复转→停、转→停，保证了太阳能接收装置始终面朝着太阳接收最强的光照能量。

四只光敏电阻这样交叉安排的优点是，当OPA2132PA(8)的3脚电位升高时，5脚电位降低，可使直流电机的正反转工作既干脆又可靠。四只光敏电阻组成的光

敏传感控制器可安装在太阳能接收器的边缘，既能随着太阳能接收器转动又不受反射光的强烈照射干扰。不必担心第二天早晨太阳能接收器能否自动返回，因为早晨太阳升起时，垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等，这样控制电路就会控制电机使驱动装置自动向东旋转，直至太阳能接收器对准太阳时为止。

2.4 设计中注意的问题

在一个产品的设计过程中，会遇到许多的有关设计或者是集成电路的选择等等一系列的问题。对比各种方法选择好的设计思路，结合产品的使用场合以最优的设计选择最合适的元器件，尽量节省设计成本。

2.4.1 集成电路的选择和使用

集成电路的选择和使用的判断标准是：实用、经济、符合时常对产品的要求以及设计者的设计习惯。在本次设计中，我们选择的元器件多为精密元件。

选择OPA2132PA(8)作为本设计的运算放大器。这样的器件选择和设计使我们能够和现在市场上集成电路设计的步调保持一致，增加我们的见识与设计经验，更多的了解到主流元件的用法和设计思想。

第三章设计实现

使用计算机辅助设计工具进行电子电路设计绘制电路原理图与印制电路板图是现代电子工程技术人员必备的技能。在我国最普及的辅助设计软件是Protel，目前最流行的版本是Protel DXP 。但是基于设计的方便及熟练性（大多高校都采用Protel 99se作为教材），本设计的电原理图和印制电路板图均使用Protel 99se完成。

3.1 PROTEL99SE概述

Protel 设计系统是世界上第一套被引入Windows环境EDA开发工具，一向是以其高度的集成性及扩展性著称于世。它主要应用于电子原理图的设计、电路板的设计和绘制，以及电子逻辑分析和仿真等。它凭借其强大的功能，大大提高了电子线路的设计效率，现已成为电子线路设计工作者的计算机辅助电子线路设计软件，特别适合初级电路设计者。我们需要了解电子线路设计的基本过程以及在设计中主要注意的细节，我们选用Protel99SE来设计电子线路。该软件操作简单，易掌握。同时，工作效率较高。

3.2 电路原理图设计

3.2.1 Protel99SE电路原理图常用工具栏

我们所使用工具条主要有以下几种：

主工具条----执行设计管理器Design Explorer下的View﹨Tool Bars﹨Main Tools。

布线工具条----执行View﹨Tool Bars﹨Wiring Tools。

绘图工具条----执行View﹨Tool Bars﹨Drawing Tools。

电源及接地工具条----执行View﹨Tool Bars﹨Power Objects。

模拟信号源工具条----执行View﹨Tool Bars﹨Simulation Sources。

常用器件工具条----执行View﹨Tool Bars﹨Digital Objects。

3.2.2 电路原理图的设计步骤

（1）进入protel99SE设计界面：点击WINDOWS开始菜单上的protel99SE，进入设计管理器。

（2）新建一个原理图文件：执行FILE/NEW，弹出NEW DOCUMNT对话框，选取SCHEMATIC DOCUMENT图标，然后单击OK按钮。

（3）装载元件库：用鼠标键点击设计管理器中的BROWSE SCH选项卡，然后单击ADD/REMOBE按钮，屏幕将出现一对话框，CHANGE LIBRARY FILE LIST 改变元件库文件一览表，查找并选取你所要添加的库。

注：在设计绘制电路原理图时，首先要在内存中装入所要设计绘制的电路原理图元器件，以备调用，一般只载入常用的元件库，特殊的元件库则当需要时临时载入。这样才不会因装

载过多的文件库占用较多的资源，而降低应用程序的执行速度。

（4）设置电路图大小：用鼠标点击设计管理器DESIGN EXPLORE下菜单的DESIGN/OPTIONS，按图纸要求选STANDARD项的A4，最后按OK钮则设置完毕。

（5）放置元器件：在Filte查找元器件窗口中输入你要的元件名然后按回车键，在下面窗口中就出现了你所要的元件（注意，你必须知道所要的元件放在什么元件库中，并且要选中此元件库才会调出来），双击元件名或者点一下元件然后点Place都能调出元件符号,然后把元件放置在原理图的适当位置。

（6）放置节点和连接线路：在有电气连接的导线交叉点一定放置接点；在连线时注意不要将导线连入器件引脚端点以内。

（7）放置电路输入输出点：设计中若一张图不能完成原理图设计，则可采用多张图通过输入输出口完成。如电路图需要输入输出点可选WIRING TOOLS工具条

的即可。

（8）检查原理图：使用Protel 99 SE的电气规则检查功能检查原理图的连接是否合理与正确，给出检查报告。值得注意的是此功能只是检测电气连接性质，如果绘制的原理图连接错了但没有电气连接性质的错误，它是检查不出来的，所以绘制时要特别仔细、小心。

（9）保存与打印。

另外，在画原理图时使用网络标号进行电气连接也是常用的方法，这样能让原理图变得简单明了，这种方法常用于较复杂的设计中，本设计就采用此方法。注：按照上章叙述过程，完成了太阳光自动跟踪控制器的原理图设计。全电路图见附录1 。清单请见附录4。

3.3 印制电路板设计

因为设计目标为“试验样机”，同时实验室的生产工艺受到一定限制，制作双面印制板有一定难度，所以印制的设计要求为单面板，对于少量难以布通的导线采用“飞线”解决。实际上，在实际产品中，为了降低成本，也常常采用这种方式，最典型的例子就是电视机和收录机

在此谈谈自己布线布局时吸取的一些经验教训。

3.3.1 Protel印制电路板设计工具的应用

注：在此就不再啰嗦，多操作Protel 99se软件，自然对工具非常熟悉，且能灵活运用。

3.3.2 PCB布局布线规则

3.3.2.1 PCB布局规则

根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：（1）按照电路的流程安排各个功能电路单元位置使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致方向。

（2）以每个功能电路的核心器件为中心，围绕它来进行布局，元件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB板上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

（3）在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数，一般电路应尽可能使元器件平行排列，这样不仅美观，而且装焊容易，易于批量生产。

3.3.2.2 PCB布线规则

双面印制板中在同一层中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决，即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，对于实在无法通过的引线采用过孔在另一层布线（注意：过孔应越少越好），同一级的电路接点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。特别是本级晶体管基极、发射极的接点不能离得太远，否则因两个接地点间的铜箔太长会引起干扰与自激，采用把接地点都连在一起接地，这样工作才稳定，不易自激。

总之，印制板布局和布线应在讲究功能的同时与美观程度相互达到最佳（也就是常说的“横平竖直”）。

3.3.3 印制电路板设计注意事项

（1）元件封装------纯粹的元件封装仅仅是空间的概念，因此不同的零件可以共用封装，同时，同种元件也可以用不同的封装。在实际的设计中，元件的封装图最好根据实际的元件自制，以避免出错。

（2）焊盘大小------无论是在调用封装还是在自制封装的过程中，需要特别注意的是元件焊盘大小的设计。焊盘小了，在钻孔的时候很容易损坏，即使没有在钻空时损坏，且安装元件时不易插进去，但它对焊接技术的要求是比较高的；焊盘太大，可能会造成“路径堵塞”，给走线造成困难。焊盘孔太大，在焊接的时候，高温的锡液就很容易通过通孔流向在面板另一面上的元件引脚，这样就很容易使元件受高温影响而坏掉。

（3）工作层------KeepOut Layer禁止布线层，它限制了走线的范围，一般常用它作为印制板的轮廓界限，但是并不好。实际上，元件布局和走线都应该与印制板边沿保持大约1mm的间隙，所以应该选取一个机械层绘制印制板轮廓，而适当“缩小”，用禁止布线层绘制真实的布线限制范围。另外，在布线时，注意层的正确选择。

（4）走线------电源线和接地的走线应比元件之间的走线要宽得多，本设计

中的电源走线为1.27mm，其他走线0.3mm，当然，在布线时可灵活运用，该宽的线一定要改宽。

总之，设计电路原理图和PCB图时，首先要保证图纸的质量。所有的元件标示要清晰准确，器件的型号也要清楚，然后要求美观。在元件布局和布线时尽量优化网格。除此之外，对于一个产品的开发而言还要考虑实际的成本。

*注意事项:

（1）三氯化铁溶液对人体皮肤不会有不良影响。但三氯化溶液溅到衣服上或地面上，那是难以洗掉的，所以使用时一定要特别小心。待腐蚀液出现沉渣变绿的时候就作为废液，不要倒入下水道。

（2）电气通断检测。如果我们检测到在印制板上导线有断开处，我们可以在断开处的两端以导线或焊锡将它们相连接。如果我们在腐蚀板前，烘板后发现布线图上有走线断开处，我们可以在断开处用防腐蚀油墨连接后再进行腐板。

（3）钻孔时，手不要抖动，避免孔被钻偏或者钻掉焊盘。如果不细心的话，将会带来很多的麻烦。

3.4 PROTEL99SE的一些小窍门

（1）PCB板布局时先把布线区域缩小，按住右键，看看画板能不能上下左右移动，如果不能，就向不能移动的反方向移直到合适位置，在定原点，这样做，便于你画板时能保证移动自如。

（2）把Tools﹨Preferences﹨Display﹨Transparent Layer选中(透明显示)这样元件层和布线层都是半透明的，这样可以看清元件下的布线情况。

（3）尽量把Tools﹨Preferences﹨Options﹨Other﹨Cursor Type选为Large 90这样可以直观的把光标当十字尺用。

（4）大面积铺地时尽量铺成网格地，这样可以防止连地点焊接不良和变型。

（5）有时候要对板子局部修改，又没有网络表的情况下，可以通过PCB图

反向生成网络表，生成后再调进PCB，再自动布线，成功率几乎100%。

（6）如果怕你的板子做好后定位不准，可以用打印机打出来再粘到硬纸板上，再用剪刀剪下来和安装件比对比对，此法虽然笨，但管用。

3.5 PCB板的安装焊接

在电子线路装配工作中，安装和焊接技术是很重要的，它是电子线路从设计到制造的一个重要过程。安装和焊接技术质量的好坏，直接影响到仪器的性能（如准确度，灵敏度，稳定性，可靠性等），有时因为虚焊，焊点脱落等电路不通或接触不良致使仪器电路不能正常工作。因此，我们有必要较为熟练地掌握电子线路

太阳光自动跟踪控制器第三章设计实现 2006级电信6班汤盛明

的安装和焊接技术。

3.5.1元器件的安装

元件的排列对仪器的性能影响很大，不同的电路元件在排列时，有不同的要求。因此，要先理解电路原理图，根据要求，将元件合理地安放在印制板上（插装），再焊接。

元件排列时，一般就应注意以下几点：

（1）电阻，二极管（发光二极管除外）均采用水平安装，贴紧印刷板。电阻的色环方向应该一致。

（2）集成电路、开关、按键开关应与印制板贴紧。

（3）插件装配美观，均匀，端正，整齐，不能歪斜，高矮有序。

3.5.2 PCB板的焊接

（1）电烙铁

电烙铁是焊接的主要工具，它主要由烙铁头和烙铁芯组成。常用的电烙铁按功率分有：20w、25w、30w、35w、45w、75w等。根据焊接点处的面积大小及散热快慢决定所选用电烙铁的功率。焊接一般晶体管电路可先用25w、35w.焊接集成电路最好先用20w内热式电烙铁，正确使用电烙铁是做好焊接工作的必要条件，使用时应注意：新烙铁在使用前，先用细的金刚砂布轻轻将烙铁头表面的氧化物砂去，然后接通电源，当烙铁头热到开始变成紫色时，先涂上一层松香，再放到焊锡上轻擦，使烙铁头均匀地涂上一层薄薄的锡，这就算上好了锡。对于旧烙铁，如果烙铁头表面上有一层黑色氧化物，或出凹孔，都须用锉刀锉除，然后按新烙铁上锡的方法重新上锡。烙铁经过长时间通电使用以后，因为热过度, 烙铁铜头氧化，氧化部分不再传热，锡就沾不上去，要重新上锡处理后才能使用，这种情况就叫“烧死”为了保护烙铁，在加热一定时间后，需切断电源冷却一会，然后再加热继续使用。使用烙铁时，不要猛力敲打，以免电阻丝或引线震断。

（2）焊料和焊剂

焊接是依靠焊剂的化学作用通过烙铁加热将两种或两种以上的金属良好地熔合起来。因此，焊料和焊剂是焊接中必不可少的材料。

①焊料：焊接电子线路所用的焊料，一般要求是：熔点低，凝结快，附着力强，坚固，导电率高而且表面光洁。通常都是使用熔点在250℃左右的铅锡合金作为焊料，称为焊锡。在焊锡中加入一些锑，可以增强它的坚固性。焊锡通常是做成条状，电子线路尤其是印制电路板的焊接，常用的是松香焊锡丝。

②焊剂：焊接电子线路时，常用松香焊剂，因为当松香受热气化时，能将金属表面的氧化膜同时带走，它还具有价廉，无腐蚀性，干后不易沾积灰尘等优点。

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（3）焊接方法

焊接技术是电子线路实践中的基本技能。要保证焊接质量应注意以下几点：

①焊件和焊接点要刮干净。

焊接前焊件的清洁工作是保证焊接质量的关键。一般金属暴露在空气里，时间久后会氧化，而氧化物对焊锡吸附力小，导电性能差。因此，焊接前一定要将焊件和焊接点的金属表面用小刀或砂纸刮除其绝缘漆或氧化层，使其呈现金属光泽，随即进行上锡。然后将焊件放在焊接点处焊接起来。这样既保证质量，又能提高速度和不至于烫坏元件。已经上过锡的金属，如果失去光泽，可再重新上锡。如果不重视这道工序，不仅焊不牢，还容易出现虚焊。

②烙铁头温度和焊接时间要适当。

焊接时，只有当烙铁头的温度高于焊锡的熔点，并掌握好焊接时间和烙铁头与焊件的接触面，才能使焊锡牢固地附着在金属物上。

如果烙铁头的功率太小或焊接时间太短，焊接点处温度底，焊出来的焊点锡面不光滑，结晶粗脆，像一团胶合的砂粒。同时焊剂也未充分挥发，在焊锡和金属面之间就会隔一层焊剂，形成“虚焊”。反之温度过高，焊接时间过长，金属面上的焊锡容易流散，则接头处焊锡不够，反而不牢固。同时也会使电子元件烫坏或变值，还会损失印刷电路板。

③焊接时，点上的焊锡量要合适。焊接点处的焊锡量过少，会焊接不牢，但焊锡过多则内部不一定焊透，有时反而不牢。同时还容易和附近的焊接点发生短路。因此焊锡只需将焊接点处的接线头适当包裹就行了。在焊锡还没有凝固时，切勿移动被焊接的元件或接线，否则焊锡就会凝成砂状，造成虚焊。

④集成电路组件的焊接。集成电路组件的外形有直立式和扁平式两种。直立式组件的焊接方法与焊接晶体管相同。扁平式组件由于引线与引线之间的地间隙很小，焊接不得法就会造成邻近引线短路。因此在焊接前，先将集成电路组件的引线和印刷电路板上与集成电路相连接的接点处。分别上好锡。烙铁头不要沾太多锡，其前端与要上锡的那根引线接触，注意不要和邻近的引线同时接触，然后将集成电路插件放在印刷电路板上，使其引线连接点的位置一一对应进行焊接，焊接时动作要快，最好一次成功。焊接完后应仔细检查，不是同一个网络的两个接点不能连接在一起。

⑤本设计中所有元器件的封装都选用引线式，插入焊盘孔的引脚都应剪脚，留头在焊接面上约1.5mm，焊点要求圆滑、光亮，防止虚焊、搭焊和散锡。

（4）对焊点的要求

①焊点应可靠地连接导线，即焊点应有良好的导电性能。

②焊点应有良好的机械强度，即焊接部位比较牢固。

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③焊料适量，焊点上焊料过少，会影响机械强度和缩短焊点使用寿命；焊料过多，不仅浪费，影响美观，还容易使不同焊点之间发生短路。

④焊点不应有毛刺、空隙和其他缺陷，在高频高压电路中，毛刺易造成尖端放电，一般电路中，严重的毛刺还会导致短路。

⑤焊点表面必须清洁。焊接点表面的污垢，特别是有害物资，会腐蚀焊点、线路及元器件，焊接完成后应及时清除。