1.4 电子制图

电路图包括电路原理图、印制电路板电路图。电路原理图是电路设计、电路分析和故障检查常用到的主图。电路原理图可以手工绘制也可用专门工具软件绘制，绘制电路原理图的工具软件有：Multisim、Protel、EWB、ViSIO、Protus、OrCAD等。印制电路板电路图是用来表示电路原理图中各元器件在实际电路板上位置和大小的电路图，常用原理图绘图软件如Protel等。

1.4.1 电路原理图

1.4.1.1 绘制电路原理图的原则

（1）图面整洁、字符清晰、按照国家标准绘制，具有很高的可读性。

（2）预先计划好各种图形符号的位置，概括图形符号的尺寸，使整幅图布置均匀，协调一致。

（3）在图样上，每一个符号左方或上方都要标注该元器件的位置符号。各元器件的位置符号由文字符号（字母）和脚注序号（数字）组成。

（4）为了读图方便，各元器件的代号和基本数据可直接写在图上，或另附一张元器件明细表，详细列出各元器件的位号、代号、名称、型号及数量等。

1.4.1.2 绘制电路原理图的注意事项

（1）电路输入端放置在图的左边，输出端放置在图的右边，使电信号从左到右，从上而下地流动。

（2）将同一功能的元器件尽可能地布局在一起。

（3）半导体管尽可能地布局在引线的中央，使图形保持对称、均匀。

（4）当若干元器件（电阻、电容、线圈等）接到同一根公共线上时，同类元器件图形符号应保持高、平、齐相一致。

（5）元器件间连线应水平或垂直画出，互相平行的导线应保持一定的间距，不要太密。

（6）导线交叉时，若交叉而又连接，应在交叉处画一实心圆点，以示焊接；若交叉而不连接，则无须画出圆点。

（7）尽量减少两线交叉，以免产生干扰。

1.4.2 印制电路板的制作要求

对于电子制作来说，印制电路板设计的合理性与产品质量密切相关，而对于许多初学电子制作的人来说，在这方面缺乏经验。即使已学会了印制电路板设计软件，但设计出的印制电路板常有这样那样的问题，本节介绍印制电路板的制作的基本要求，供电子制作人员参考。

1.4.2.1 元器件放置

（1）放置与结构有紧密配合的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类，这些元器件放置好后将其锁定，使之以后不会误动作。

（2）放置线路上的特殊元器件和大的元器件，如变压器、继电器、发热元件、集成电路模块等。

（3）放置小器件，元器件均放置在离板的边缘3mm以内，至少大于印制电路板的厚度，这是由于在批量生产的流水线插件和波峰焊时，提供给导轨槽使用，也是防止外形加工引起边缘部分的缺损。如果印制电路板上元器件过多，不得已超出 3mm 范围时，可以在板的边缘加上3mm的辅边，辅边开V形槽，在生产时用手掰断即可。

1.4.2.2 高低压电路之间的隔离

在许多印制电路板上同时有高压电路和低压电路，高压电路部分的元器件与低压部分的元器件要隔开放置，隔离距离与要承受的耐压有关，通常情况下，在 2000V 时，板上要距离 2mm，在此之上依比例算还要加大。例如，若要承受 3000V 的耐压测试，则高、低压电路之间的距离应在3.5mm以上。许多情况下为避免爬电，还在印制电路板上的高、低压电路之间开槽。

1.4.2.3 走线

印制导线的布设应尽可能短，印制导线的拐弯应成圆角，直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合。作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，在这些导线之间最好加接地线。印制导线的走线形式如图1-16所示。

1.4.2.4 导线的宽度

导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜，它的最小值随承受的电流大小而定，但最小不宜小于 0.2mm，在高密度、高精度的印制电路中，导线宽度和间距一般可取0.3mm。导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升，单面板实验表明，当铜箔厚度为50μm、导线宽度1～1.5mm，通过电流2A时，温升很小，因此，一般选用1～1.5mm宽度导线就可满足设计要求而不致引起温升。印制导线的公共地线应尽可能地粗，可能的话，使用大于2～3mm的线条，这点在带有微处理器的电路中尤为重要，因为当地线过细时，由于流过的电流的变化，地电位变动，微处理器定时信号的电平不稳，会使噪声容限劣化。

在DIP封装的IC脚间走线原则：当两脚间通过2根线时，焊盘直径可设为50mm、线宽与线距都为10mm；当两脚间只通过1根线时，焊盘直径可设为64mm、线宽与线距都为12mm。

1.4.2.5 印制导线的间距

相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量大些。最小间距至少要能适合承受的电压。这个电压一般包括工作电压、附加波动电压及其他原因引起的峰值电压。如果有关技术条件允许，导线之间存在某种程度的金属残粒，则其间距就会减小。因此设计者在考虑电压时应把这种因素考虑进去。在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大。对于高、低电平悬殊的信号线，应尽可能短且加大间距。

印制导线的公共地线应尽量布置在印制电路板的边缘部分。在印制电路板上应尽可能多地保留铜箔做地线，这样得到的屏蔽效果比一根长条地线要好，传输线特性和屏蔽作用将得到改善，另外起到了减小分布电容的作用。印制导线的公共地线最好形成环路或网状，这是因为当在同一块板上有许多集成电路，特别是有耗电多的元器件时，由于图形上的限制，产生了接地电位差，从而引起噪声容限的降低，当做成回路时，接地电位差减小。另外，接地和电源的图形尽可能地与数据的流动方向平行，这是抑制噪声能力增强的秘诀。多层印制电路板可采取其中若干层作为屏蔽层，电源层、地线层均可视为屏蔽层，一般地线层和电源层设计在多层印制电路板的内层，信号线设计在内层和外层。

1.4.2.6 焊盘的直径和内孔直径尺寸

焊盘的内孔直径尺寸应从元器件引线直径、公差尺寸、搪锡层厚度、孔径公差、孔金属化电镀层厚度等方面考虑，焊盘的内孔直径一般不小于0.6mm，小于0.6mm的孔，开模冲孔时不易加工。一般金属引脚直径加上 0.2mm 作为焊盘内孔直径，如电阻的金属引脚直径为0.5mm时，其焊盘内孔直径对应为0.7mm，焊盘直径取决于内孔直径。如表1-1所示（单位：mm）。

（1）当焊盘直径为 1.5mm 时，为了增加焊盘抗剥强度，可采用长不小于 1.5mm、宽为1.5mm的长圆形焊盘，此种焊盘在集成电路引脚焊盘中最常见。

（2）直径小于0.4mm的孔：D/d=0.5～1。

（3）直径大于2mm的孔：D/d=1.5～2（D——焊盘直径，d——内孔直径）。

有关焊盘的其他注意事项如下所述。

（1）焊盘内孔边缘到印制电路板边缘的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。焊盘的开口：有些元器件是在经过波峰焊后补焊的，但由于经过波峰焊后，焊盘内孔被锡封住，使元器件无法插下去，解决的办法是在印制电路板加工时将该焊盘开一小口，这样波峰焊时内孔就不会被封住，而且也不会影响正常的焊接。

（2）焊盘补泪滴：当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样做的好处是焊盘不容易起皮，而使走线与焊盘不易断开。相邻的焊盘要避免成锐角或大面积的铜箔，成锐角会造成波峰焊困难，而且有桥接的危险，大面积铜箔因散热过快会导致不易焊接。

（3）大面积敷铜：印制电路板上的大面积敷铜常有两种作用：一种是散热作用，另一种是用于屏蔽来减小干扰。初学者设计印制电路板时常犯的一个错误是，大面积敷铜上没有开窗口，而由于印制电路板板材的基板与铜箔间的黏合剂在浸焊或长时间受热时，会产生挥发性气体，无法排除，热量不易散发，以致产生铜箔膨胀、脱落现象。因此，在使用大面积敷铜时，应将其开窗口设计成网状。

（4）跨接线的使用：在单面的印制电路板设计中，有些线路无法连接时，常会用到跨接线。放置跨接线时，其种类越少越好，通常情况下只设6mm、8mm、10mm三种。

（5）板材与板厚：印制电路板一般用覆箔层压板制成，常用的是覆铜箔层压板。板材选用时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求、经济指标等方面考虑，常用的覆铜箔层压板有覆铜箔酚醛纸质层压板、覆铜箔环氧纸质层压板、覆铜箔环氧玻璃布层压板、覆铜箔环氧酚醛玻璃布层压板、覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板和多层印制电路板用环氧玻璃布层压板等。由于环氧树脂与铜箔有极好的黏合力，因此铜箔的附着强度和工作温度较高，可以在260℃的熔锡中浸焊而无起泡。环氧树脂浸渍的玻璃布层压板受潮湿的影响较小。超高频印制电路最优良的材料是覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。在有阻燃要求的电子设备上，还要使用阻燃性覆铜箔层压板，其原理是由绝缘纸或玻璃布浸渍了不燃或难燃性的树脂，使制得的覆铜箔酚醛纸质层压板、覆铜箔环氧纸质层压板、覆铜箔环氧玻璃布层压板、覆铜箔环氧酚醛玻璃布层压板，除了具有同类覆铜箔层压板的相似性能外，还要有阻燃性。印制电路板的厚度应根据印制电路板的功能及所装元器件的重量、印制电路板插座规格、印制电路板的外形尺寸和所承受的机械负荷来决定。多层印制电路板总厚度及各层间厚度的分配应根据电气和结构性能的需要及覆箔板的标准规格来选取。常见的印制电路板厚度有0.5mm、1mm、1.5mm、2mm等。

1.4.3 自制印制电路板的方法

印制电路板制作分为专业生产和手工制作两种。对于比较复杂的印制电路板，而又要进行批量生产，为了保证质量，应到专业厂家定做，由他们进行设计制作。对于电子产品的设计者、试制者、业余爱好者，由于需要的电路板有限，送专业工厂制作价格很高，不如自制。虽然比较麻烦，但十分经济，而且随用随制。下面介绍自制印制电路板的三种方法，供制作者参考。

方法一：

（l）根据电路原理图及元器件应占的位置设计实际布线图样。

（2）将大小适当的敷铜板用去污粉清擦干净。

（3）将图样用复写纸复印在敷铜板上。用毛笔蘸油漆或油墨在敷铜板上绘出电路。线条要光洁，元器件接点要圆滑，如用圆铁线蘸漆像盖印似的画圆点，可使圆点大小一致。描绘错误可用稀料涂改；不整齐的地方，可等油漆干透后用小刀修整。

（4）印制电路板图画好后可用小钉在接点处敲一个坑，以便腐蚀后钻孔。

（5）印制电路板放入腐蚀液中进行腐蚀。腐蚀液的配方有两种：①三氯化铁 35%，水65%；一般液温在25℃左右。如欲加快腐蚀速度，三氯化铁的百分比可高一些，也可提高液温，但温度超过 50℃时，漆皮容易脱落。②根据敷铜板尺寸，估计腐蚀液用量，以氯酸钾1g、浓度为15%的盐酸40mL的比例配制成腐蚀液。两种腐蚀液比较，后者腐蚀速度较快，且流体透明，便于观察和操作，腐蚀效果也较好。

（6）清洗：将腐蚀好的印制电路板反复用水清洗。用香蕉水擦掉油漆，再清洗几次，务必使印制电路板清洁，不残留腐蚀液。有条件者可用苯溶液溶解聚苯薄膜涂敷在印制电路板表面。这样处理既光亮又可防腐。如果在涂液中加少许颜料，印制电路板将更加美观、明晰。

（7）钻孔：用202型玩具电动机及车制小型夹具自制专用小电钻或购置市售专用小电钻进行钻孔。一般钻头以1～1.2mm为宜。

方法二：

（1）设计图样与描绘印制电路板与“方法一”相同。

（2）取一张工程晒图纸（使用过的也可以），按设计图用小刀刻版，电路最细的线条不应窄于2mm。

（3）取油漆少许与合适的印料，把刻好的电路图板放在敷铜板上（注意正、反面不要放反），再将油印机纱网放在电路图板上。用一个三角板蘸取印料，均匀地刮到纱网上，反复刮几次，印制电路板即可印上电路。这种刻版可重复使用，适合小批量制作。其余步骤参照“方法一”进行。

方法三：

（1）在纸上描绘印制电路图，图纸应取1∶1比例。可用废照相底片，根据常用元器件大小和形状的实际占空大小做成模版，用模版绘图十分方便。集成电路引脚在制图时，可在图纸下放一块橡皮，直接用集成电路引脚隔纸下压，可在图纸上取得非常准确的引脚位置图。

（2）把描好的布线图样用胶水贴在敷铜板上，在图样元器件接点位置冲痕，取下图样钻孔。

（3）描板：用毛笔描圆点或用磨尖的铜线蘸漆插入孔中画成圆点。再照图连接各个接点，描绘成电路。待漆干透后，用小刀修整。其他步骤与“方法一”相同。

如果急着使用，也可到电子商店购买现成的印制电路板（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，行与行之间不导电，供使用者插接、焊接元器件。

1.4.4 电子电路图识读要领

初学电子制作人员必须要会分析电路或了解电子产品的工作原理，看懂、读懂电子产品的电路图是一项基本功。快速看懂、读懂电子产品电路图和印制电路板图主要有以下要领。

1.4.4.1 识读电路原理图要领

（1）掌握常用电子元器件的基本知识是读懂电路图的必备条件。

要学习并熟练掌握电子产品中常用的电子元器件的基本知识，如电阻器、电容器、电感器、二极管、三极管、晶闸管、场效应管、变压器、开关、继电器、接插件等，并充分了解它们的种类、性能、特征、特性及在电路中的符号、作用和功能等，根据这些元器件在电路中的作用，懂得哪些参数会对电路性能及功能产生影响，产生什么样的影响。

（2）掌握基本单元电子电路知识。

为了便于快捷地读懂所制作产品的电路图，还要掌握一些由常用元器件组成的单元电子电路的知识，如整流电路、滤波电路、稳压电路、放大电路、振荡电路等。因为各种复杂的电子产品电路都是由这些单元电路组合及扩展而成的，掌握这些单元电路的知识，不仅可以深化对电子元器件的认识，而且通过这样的基本训练，能为进一步看懂、读通较复杂的电路打下良好的基础。

（3）理解电路图中有关基本概念。

应多了解、熟悉、理解电路图中的有关基本概念，如关键点的电位、各点电位如何变化、如何互相关联、如何形成回路和通路、哪些构成了直流回路、哪些形成信号通道、哪些属于控制回路等。

（4）对电子作品应有基本了解。

要看懂、读懂制作产品的电路图，还需要对该电子作品有一个大致的了解，如电子产品的主要功能，它可能由哪些电路单元组成等。

（5）画出整机方框图。

对于复杂的电路，应首先将整个电路进行分解，按照功能不同和信号处理顺序划分为多个单元电路，以方框图的形式去分析电路的工作原理，熟悉整个电路的基本结构，明确原理图中各单元电路的功能及主要元器件的作用。

（6）先找熟悉的元器件或电路。

可先在图中寻找自己熟悉的元器件和单元电路，看它们在电路中起什么作用，然后与它们周围的电路联系，分析这些外部电路怎样与这些元器件和单元电路互相配合工作，逐步扩展，直到对全图能理解为止。

（7）理解交流信号流程和变化。

通过理清信号的流程和变化，可弄清各单元电路间的联系及各单元电路主要元器件的作用。

（8）熟悉直流供电通路。

各单元电路只有在得到正常的直流供电情况下，才能完成其功能，直流供电电路是否正常工作，是判断整机电路故障的重要依据和线索。

（9）化特殊为一般。

不同的电路具有不同的结构与原理。但万变不离其宗，只要与掌握的最基本电路相对比，就能发现它们的基本形式差别并不大。所以，只要在掌握基本（熟悉的）电路的基础上，重点研究特殊（不熟悉）电路，就能正确地快速读懂、读通整个电路图。

（10）多读图、多请教。

要多看、多读、多分析、多理解各种电路图，可以由简单电路到复杂电路，遇到一些难以搞清的问题，除自己反复独立思考外，也可以向内行、专家请教，还可以多阅读这方面的教材与报刊、杂志，从中汲取营养。只要坚持不懈地努力，快速读懂、读通电路图并非难事。

（11）识读的规律与方法。

一般规律：从左到右、从上到下；从整体结构到局部结构；从核心器件到外围电路。

一般方法：先找出单元电路的输入端和输出端，再分析各单元电路之间的连接情况；先看单元电路的类型，再分析各元器件的作用；先看直流供电电路，再分析交流信号流程。

1.4.4.2 识读印制电路板图要领

识读印制电路板图的目的是寻找元器件在实际电路板上的具体位置，为安装、调试和维修做准备。因元器件在电路板上的实际位置与原理图排列的位置有较大出入，故正确识读印制电路板图是对电路原理图识读的深化，是识图的最后一关。

由于印制电路板在设计中要注意前后级干扰、接地位置、元器件的大小、开关与插接件的安排，以及整机配套安装的合理布局等一系列工艺问题。因此，印制电路不一定像原理图那样按信号流程排列，元器件的分布比较杂乱，故会使初学者感到读图困难。实际上，只要掌握一定的方法，正确地识读印制电路板图并不困难。

（1）接地面积大。

在印制电路板中，大面积的铜箔电路多是电路的地线（公共端）。一般情况下，整个电路板上地线是相通的，某些组件的外壳是接地线的，如开关与中周、变压器等，可依据这一特点去识别印制电路板上的接地线，以方便电压的测量。必须注意的是：有些大功率器件的散热片不一定都是接地的。

（2）抓住主要元器件。

电子制作产品电路中主要元器件如晶体管、集成电路、开关、变压器等标志醒目，很容易在杂乱无章的印制电路板上找到，可以此为核心，与其他外围元器件构成具有一定功能的单元电路。对于起放大作用的单元电路，其输入/输出耦合电容器是重要的标志，可以由此判断交流信号的传输路径及其前后电路之间的连接关系。

（3）根据元器件的分布规律去寻找。

虽然印制电路板上的元器件分布不按电路原理图上的排列分布，但是某一级电路中的元器件基本上是集中在一起的。

（4）根据外接引线的功能读图。

印制电路板与其他外部器件（如电源开关、电位器、扬声器、继电器、电动机、交流接触器等）的联系是由导线来沟通的，故这些导线的作用是较容易知道的。通过这些导线所传输的信号，结合电路基本原理，就能识别印制电路板上其他电路的作用，找到与之相连的相关元器件。

（5）根据一些元器件的特征去寻找。

例如，每块集成电路上面都印有型号，根据型号可确定所找的集成电路；体积最大的电解电容器多是电源滤波电容；在电路中起重要作用的三极管的电极、变压器的输入/输出端、电位器的引脚等在印制电路板上的接点，均可以帮助理清信号流程：通过分析电路的结构和原理，帮助找到其他与之关联的元器件等。

（6）识读印制电路板图的规律。

识读印制电路板图的一般方法可以归纳为：先找核心件，外围连一片；转换在开关，耦合通信号；接地面积大，供电两头夹；原理心中记，对照反复查。

正确地识读电路原理图和印制电路板图，是电子制作初学者应掌握的一项基本技能，作为初学者，还应在实践中不断探索和磨炼。