1.4 電子制圖

電路圖包括電路原理圖、印制電路板電路圖。電路原理圖是電路設計、電路分析和故障檢查常用到的主圖。電路原理圖可以手工繪制也可用專門工具軟件繪制，繪制電路原理圖的工具軟件有：Multisim、Protel、EWB、ViSIO、Protus、OrCAD等。印制電路板電路圖是用來表示電路原理圖中各元器件在實際電路板上位置和大小的電路圖，常用原理圖繪圖軟件如Protel等。

1.4.1 電路原理圖

1.4.1.1 繪制電路原理圖的原則

（1）圖面整潔、字符清晰、按照國家標準繪制，具有很高的可讀性。

（2）預先計劃好各種圖形符號的位置，概括圖形符號的尺寸，使整幅圖布置均勻，協調一致。

（3）在圖樣上，每一個符號左方或上方都要標注該元器件的位置符號。各元器件的位置符號由文字符號（字母）和腳注序號（數字）組成。

（4）為了讀圖方便，各元器件的代號和基本數據可直接寫在圖上，或另附一張元器件明細表，詳細列出各元器件的位號、代號、名稱、型號及數量等。

1.4.1.2 繪制電路原理圖的注意事項

（1）電路輸入端放置在圖的左邊，輸出端放置在圖的右邊，使電信號從左到右，從上而下地流動。

（2）將同一功能的元器件盡可能地布局在一起。

（3）半導體管盡可能地布局在引線的中央，使圖形保持對稱、均勻。

（4）當若干元器件（電阻、電容、線圈等）接到同一根公共線上時，同類元器件圖形符號應保持高、平、齊相一致。

（5）元器件間連線應水平或垂直畫出，互相平行的導線應保持一定的間距，不要太密。

（6）導線交叉時，若交叉而又連接，應在交叉處畫一實心圓點，以示焊接；若交叉而不連接，則無須畫出圓點。

（7）盡量減少兩線交叉，以免產生干擾。

1.4.2 印制電路板的制作要求

對于電子制作來說，印制電路板設計的合理性與產品質量密切相關，而對于許多初學電子制作的人來說，在這方面缺乏經驗。即使已學會了印制電路板設計軟件，但設計出的印制電路板常有這樣那樣的問題，本節介紹印制電路板的制作的基本要求，供電子制作人員參考。

1.4.2.1 元器件放置

（1）放置與結構有緊密配合的固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開關、連接件之類，這些元器件放置好后將其鎖定，使之以后不會誤動作。

（2）放置線路上的特殊元器件和大的元器件，如變壓器、繼電器、發熱元件、集成電路模塊等。

（3）放置小器件，元器件均放置在離板的邊緣3mm以內，至少大于印制電路板的厚度，這是由于在批量生產的流水線插件和波峰焊時，提供給導軌槽使用，也是防止外形加工引起邊緣部分的缺損。如果印制電路板上元器件過多，不得已超出 3mm 范圍時，可以在板的邊緣加上3mm的輔邊，輔邊開V形槽，在生產時用手掰斷即可。

1.4.2.2 高低壓電路之間的隔離

在許多印制電路板上同時有高壓電路和低壓電路，高壓電路部分的元器件與低壓部分的元器件要隔開放置，隔離距離與要承受的耐壓有關，通常情況下，在 2000V 時，板上要距離 2mm，在此之上依比例算還要加大。例如，若要承受 3000V 的耐壓測試，則高、低壓電路之間的距離應在3.5mm以上。許多情況下為避免爬電，還在印制電路板上的高、低壓電路之間開槽。

1.4.2.3 走線

印制導線的布設應盡可能短，印制導線的拐彎應成圓角，直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能。當雙面板布線時，兩面的導線宜相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合。作為電路的輸入及輸出用的印制導線應盡量避免相鄰平行，在這些導線之間最好加接地線。印制導線的走線形式如圖1-16所示。

1.4.2.4 導線的寬度

導線寬度應以能滿足電氣性能要求而又便于生產為宜，它的最小值隨承受的電流大小而定，但最小不宜小于 0.2mm，在高密度、高精度的印制電路中，導線寬度和間距一般可取0.3mm。導線寬度在大電流情況下還要考慮其溫升，單面板實驗表明，當銅箔厚度為50μm、導線寬度1～1.5mm，通過電流2A時，溫升很小，因此，一般選用1～1.5mm寬度導線就可滿足設計要求而不致引起溫升。印制導線的公共地線應盡可能地粗，可能的話，使用大于2～3mm的線條，這點在帶有微處理器的電路中尤為重要，因為當地線過細時，由于流過的電流的變化，地電位變動，微處理器定時信號的電平不穩，會使噪聲容限劣化。

在DIP封裝的IC腳間走線原則：當兩腳間通過2根線時，焊盤直徑可設為50mm、線寬與線距都為10mm；當兩腳間只通過1根線時，焊盤直徑可設為64mm、線寬與線距都為12mm。

1.4.2.5 印制導線的間距

相鄰導線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產，間距也應盡量大些。最小間距至少要能適合承受的電壓。這個電壓一般包括工作電壓、附加波動電壓及其他原因引起的峰值電壓。如果有關技術條件允許，導線之間存在某種程度的金屬殘粒，則其間距就會減小。因此設計者在考慮電壓時應把這種因素考慮進去。在布線密度較低時，信號線的間距可適當地加大。對于高、低電平懸殊的信號線，應盡可能短且加大間距。

印制導線的公共地線應盡量布置在印制電路板的邊緣部分。在印制電路板上應盡可能多地保留銅箔做地線，這樣得到的屏蔽效果比一根長條地線要好，傳輸線特性和屏蔽作用將得到改善，另外起到了減小分布電容的作用。印制導線的公共地線最好形成環路或網狀，這是因為當在同一塊板上有許多集成電路，特別是有耗電多的元器件時，由于圖形上的限制，產生了接地電位差，從而引起噪聲容限的降低，當做成回路時，接地電位差減小。另外，接地和電源的圖形盡可能地與數據的流動方向平行，這是抑制噪聲能力增強的秘訣。多層印制電路板可采取其中若干層作為屏蔽層，電源層、地線層均可視為屏蔽層，一般地線層和電源層設計在多層印制電路板的內層，信號線設計在內層和外層。

1.4.2.6 焊盤的直徑和內孔直徑尺寸

焊盤的內孔直徑尺寸應從元器件引線直徑、公差尺寸、搪錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮，焊盤的內孔直徑一般不小于0.6mm，小于0.6mm的孔，開模沖孔時不易加工。一般金屬引腳直徑加上 0.2mm 作為焊盤內孔直徑，如電阻的金屬引腳直徑為0.5mm時，其焊盤內孔直徑對應為0.7mm，焊盤直徑取決于內孔直徑。如表1-1所示（單位：mm）。

（1）當焊盤直徑為 1.5mm 時，為了增加焊盤抗剝強度，可采用長不小于 1.5mm、寬為1.5mm的長圓形焊盤，此種焊盤在集成電路引腳焊盤中最常見。

（2）直徑小于0.4mm的孔：D/d=0.5～1。

（3）直徑大于2mm的孔：D/d=1.5～2（D——焊盤直徑，d——內孔直徑）。

有關焊盤的其他注意事項如下所述。

（1）焊盤內孔邊緣到印制電路板邊緣的距離要大于1mm，這樣可以避免加工時導致焊盤缺損。焊盤的開口：有些元器件是在經過波峰焊后補焊的，但由于經過波峰焊后，焊盤內孔被錫封住，使元器件無法插下去，解決的辦法是在印制電路板加工時將該焊盤開一小口，這樣波峰焊時內孔就不會被封住，而且也不會影響正常的焊接。

（2）焊盤補淚滴：當與焊盤連接的走線較細時，要將焊盤與走線之間的連接設計成水滴狀，這樣做的好處是焊盤不容易起皮，而使走線與焊盤不易斷開。相鄰的焊盤要避免成銳角或大面積的銅箔，成銳角會造成波峰焊困難，而且有橋接的危險，大面積銅箔因散熱過快會導致不易焊接。

（3）大面積敷銅：印制電路板上的大面積敷銅常有兩種作用：一種是散熱作用，另一種是用于屏蔽來減小干擾。初學者設計印制電路板時常犯的一個錯誤是，大面積敷銅上沒有開窗口，而由于印制電路板板材的基板與銅箔間的黏合劑在浸焊或長時間受熱時，會產生揮發性氣體，無法排除，熱量不易散發，以致產生銅箔膨脹、脫落現象。因此，在使用大面積敷銅時，應將其開窗口設計成網狀。

（4）跨接線的使用：在單面的印制電路板設計中，有些線路無法連接時，常會用到跨接線。放置跨接線時，其種類越少越好，通常情況下只設6mm、8mm、10mm三種。

（5）板材與板厚：印制電路板一般用覆箔層壓板制成，常用的是覆銅箔層壓板。板材選用時要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求、經濟指標等方面考慮，常用的覆銅箔層壓板有覆銅箔酚醛紙質層壓板、覆銅箔環氧紙質層壓板、覆銅箔環氧玻璃布層壓板、覆銅箔環氧酚醛玻璃布層壓板、覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印制電路板用環氧玻璃布層壓板等。由于環氧樹脂與銅箔有極好的黏合力，因此銅箔的附著強度和工作溫度較高，可以在260℃的熔錫中浸焊而無起泡。環氧樹脂浸漬的玻璃布層壓板受潮濕的影響較小。超高頻印制電路最優良的材料是覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板。在有阻燃要求的電子設備上，還要使用阻燃性覆銅箔層壓板，其原理是由絕緣紙或玻璃布浸漬了不燃或難燃性的樹脂，使制得的覆銅箔酚醛紙質層壓板、覆銅箔環氧紙質層壓板、覆銅箔環氧玻璃布層壓板、覆銅箔環氧酚醛玻璃布層壓板，除了具有同類覆銅箔層壓板的相似性能外，還要有阻燃性。印制電路板的厚度應根據印制電路板的功能及所裝元器件的重量、印制電路板插座規格、印制電路板的外形尺寸和所承受的機械負荷來決定。多層印制電路板總厚度及各層間厚度的分配應根據電氣和結構性能的需要及覆箔板的標準規格來選取。常見的印制電路板厚度有0.5mm、1mm、1.5mm、2mm等。

1.4.3 自制印制電路板的方法

印制電路板制作分為專業生產和手工制作兩種。對于比較復雜的印制電路板，而又要進行批量生產，為了保證質量，應到專業廠家定做，由他們進行設計制作。對于電子產品的設計者、試制者、業余愛好者，由于需要的電路板有限，送專業工廠制作價格很高，不如自制。雖然比較麻煩，但十分經濟，而且隨用隨制。下面介紹自制印制電路板的三種方法，供制作者參考。

方法一：

（l）根據電路原理圖及元器件應占的位置設計實際布線圖樣。

（2）將大小適當的敷銅板用去污粉清擦干凈。

（3）將圖樣用復寫紙復印在敷銅板上。用毛筆蘸油漆或油墨在敷銅板上繪出電路。線條要光潔，元器件接點要圓滑，如用圓鐵線蘸漆像蓋印似的畫圓點，可使圓點大小一致。描繪錯誤可用稀料涂改；不整齊的地方，可等油漆干透后用小刀修整。

（4）印制電路板圖畫好后可用小釘在接點處敲一個坑，以便腐蝕后鉆孔。

（5）印制電路板放入腐蝕液中進行腐蝕。腐蝕液的配方有兩種：①三氯化鐵 35%，水65%；一般液溫在25℃左右。如欲加快腐蝕速度，三氯化鐵的百分比可高一些，也可提高液溫，但溫度超過 50℃時，漆皮容易脫落。②根據敷銅板尺寸，估計腐蝕液用量，以氯酸鉀1g、濃度為15%的鹽酸40mL的比例配制成腐蝕液。兩種腐蝕液比較，后者腐蝕速度較快，且流體透明，便于觀察和操作，腐蝕效果也較好。

（6）清洗：將腐蝕好的印制電路板反復用水清洗。用香蕉水擦掉油漆，再清洗幾次，務必使印制電路板清潔，不殘留腐蝕液。有條件者可用苯溶液溶解聚苯薄膜涂敷在印制電路板表面。這樣處理既光亮又可防腐。如果在涂液中加少許顏料，印制電路板將更加美觀、明晰。

（7）鉆孔：用202型玩具電動機及車制小型夾具自制專用小電鉆或購置市售專用小電鉆進行鉆孔。一般鉆頭以1～1.2mm為宜。

方法二：

（1）設計圖樣與描繪印制電路板與“方法一”相同。

（2）取一張工程曬圖紙（使用過的也可以），按設計圖用小刀刻版，電路最細的線條不應窄于2mm。

（3）取油漆少許與合適的印料，把刻好的電路圖板放在敷銅板上（注意正、反面不要放反），再將油印機紗網放在電路圖板上。用一個三角板蘸取印料，均勻地刮到紗網上，反復刮幾次，印制電路板即可印上電路。這種刻版可重復使用，適合小批量制作。其余步驟參照“方法一”進行。

方法三：

（1）在紙上描繪印制電路圖，圖紙應取1∶1比例。可用廢照相底片，根據常用元器件大小和形狀的實際占空大小做成模版，用模版繪圖十分方便。集成電路引腳在制圖時，可在圖紙下放一塊橡皮，直接用集成電路引腳隔紙下壓，可在圖紙上取得非常準確的引腳位置圖。

（2）把描好的布線圖樣用膠水貼在敷銅板上，在圖樣元器件接點位置沖痕，取下圖樣鉆孔。

（3）描板：用毛筆描圓點或用磨尖的銅線蘸漆插入孔中畫成圓點。再照圖連接各個接點，描繪成電路。待漆干透后，用小刀修整。其他步驟與“方法一”相同。

如果急著使用，也可到電子商店購買現成的印制電路板（通用板），它分元件的插接面和焊接面。元器件插孔分行列分布，行與行之間不導電，供使用者插接、焊接元器件。

1.4.4 電子電路圖識讀要領

初學電子制作人員必須要會分析電路或了解電子產品的工作原理，看懂、讀懂電子產品的電路圖是一項基本功。快速看懂、讀懂電子產品電路圖和印制電路板圖主要有以下要領。

1.4.4.1 識讀電路原理圖要領

（1）掌握常用電子元器件的基本知識是讀懂電路圖的必備條件。

要學習并熟練掌握電子產品中常用的電子元器件的基本知識，如電阻器、電容器、電感器、二極管、三極管、晶閘管、場效應管、變壓器、開關、繼電器、接插件等，并充分了解它們的種類、性能、特征、特性及在電路中的符號、作用和功能等，根據這些元器件在電路中的作用，懂得哪些參數會對電路性能及功能產生影響，產生什么樣的影響。

（2）掌握基本單元電子電路知識。

為了便于快捷地讀懂所制作產品的電路圖，還要掌握一些由常用元器件組成的單元電子電路的知識，如整流電路、濾波電路、穩壓電路、放大電路、振蕩電路等。因為各種復雜的電子產品電路都是由這些單元電路組合及擴展而成的，掌握這些單元電路的知識，不僅可以深化對電子元器件的認識，而且通過這樣的基本訓練，能為進一步看懂、讀通較復雜的電路打下良好的基礎。

（3）理解電路圖中有關基本概念。

應多了解、熟悉、理解電路圖中的有關基本概念，如關鍵點的電位、各點電位如何變化、如何互相關聯、如何形成回路和通路、哪些構成了直流回路、哪些形成信號通道、哪些屬于控制回路等。

（4）對電子作品應有基本了解。

要看懂、讀懂制作產品的電路圖，還需要對該電子作品有一個大致的了解，如電子產品的主要功能，它可能由哪些電路單元組成等。

（5）畫出整機方框圖。

對于復雜的電路，應首先將整個電路進行分解，按照功能不同和信號處理順序劃分為多個單元電路，以方框圖的形式去分析電路的工作原理，熟悉整個電路的基本結構，明確原理圖中各單元電路的功能及主要元器件的作用。

（6）先找熟悉的元器件或電路。

可先在圖中尋找自己熟悉的元器件和單元電路，看它們在電路中起什么作用，然后與它們周圍的電路聯系，分析這些外部電路怎樣與這些元器件和單元電路互相配合工作，逐步擴展，直到對全圖能理解為止。

（7）理解交流信號流程和變化。

通過理清信號的流程和變化，可弄清各單元電路間的聯系及各單元電路主要元器件的作用。

（8）熟悉直流供電通路。

各單元電路只有在得到正常的直流供電情況下，才能完成其功能，直流供電電路是否正常工作，是判斷整機電路故障的重要依據和線索。

（9）化特殊為一般。

不同的電路具有不同的結構與原理。但萬變不離其宗，只要與掌握的最基本電路相對比，就能發現它們的基本形式差別并不大。所以，只要在掌握基本（熟悉的）電路的基礎上，重點研究特殊（不熟悉）電路，就能正確地快速讀懂、讀通整個電路圖。

（10）多讀圖、多請教。

要多看、多讀、多分析、多理解各種電路圖，可以由簡單電路到復雜電路，遇到一些難以搞清的問題，除自己反復獨立思考外，也可以向內行、專家請教，還可以多閱讀這方面的教材與報刊、雜志，從中汲取營養。只要堅持不懈地努力，快速讀懂、讀通電路圖并非難事。

（11）識讀的規律與方法。

一般規律：從左到右、從上到下；從整體結構到局部結構；從核心器件到外圍電路。

一般方法：先找出單元電路的輸入端和輸出端，再分析各單元電路之間的連接情況；先看單元電路的類型，再分析各元器件的作用；先看直流供電電路，再分析交流信號流程。

1.4.4.2 識讀印制電路板圖要領

識讀印制電路板圖的目的是尋找元器件在實際電路板上的具體位置，為安裝、調試和維修做準備。因元器件在電路板上的實際位置與原理圖排列的位置有較大出入，故正確識讀印制電路板圖是對電路原理圖識讀的深化，是識圖的最后一關。

由于印制電路板在設計中要注意前后級干擾、接地位置、元器件的大小、開關與插接件的安排，以及整機配套安裝的合理布局等一系列工藝問題。因此，印制電路不一定像原理圖那樣按信號流程排列，元器件的分布比較雜亂，故會使初學者感到讀圖困難。實際上，只要掌握一定的方法，正確地識讀印制電路板圖并不困難。

（1）接地面積大。

在印制電路板中，大面積的銅箔電路多是電路的地線（公共端）。一般情況下，整個電路板上地線是相通的，某些組件的外殼是接地線的，如開關與中周、變壓器等，可依據這一特點去識別印制電路板上的接地線，以方便電壓的測量。必須注意的是：有些大功率器件的散熱片不一定都是接地的。

（2）抓住主要元器件。

電子制作產品電路中主要元器件如晶體管、集成電路、開關、變壓器等標志醒目，很容易在雜亂無章的印制電路板上找到，可以此為核心，與其他外圍元器件構成具有一定功能的單元電路。對于起放大作用的單元電路，其輸入/輸出耦合電容器是重要的標志，可以由此判斷交流信號的傳輸路徑及其前后電路之間的連接關系。

（3）根據元器件的分布規律去尋找。

雖然印制電路板上的元器件分布不按電路原理圖上的排列分布，但是某一級電路中的元器件基本上是集中在一起的。

（4）根據外接引線的功能讀圖。

印制電路板與其他外部器件（如電源開關、電位器、揚聲器、繼電器、電動機、交流接觸器等）的聯系是由導線來溝通的，故這些導線的作用是較容易知道的。通過這些導線所傳輸的信號，結合電路基本原理，就能識別印制電路板上其他電路的作用，找到與之相連的相關元器件。

（5）根據一些元器件的特征去尋找。

例如，每塊集成電路上面都印有型號，根據型號可確定所找的集成電路；體積最大的電解電容器多是電源濾波電容；在電路中起重要作用的三極管的電極、變壓器的輸入/輸出端、電位器的引腳等在印制電路板上的接點，均可以幫助理清信號流程：通過分析電路的結構和原理，幫助找到其他與之關聯的元器件等。

（6）識讀印制電路板圖的規律。

識讀印制電路板圖的一般方法可以歸納為：先找核心件，外圍連一片；轉換在開關，耦合通信號；接地面積大，供電兩頭夾；原理心中記，對照反復查。

正確地識讀電路原理圖和印制電路板圖，是電子制作初學者應掌握的一項基本技能，作為初學者，還應在實踐中不斷探索和磨煉。