电子电路设计与制作讲义Word下载.docx
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空间尺度在0.1-100nm定义为纳米空间,在纳米空间电子的波动性质将以明显的优势显示出来,于是纳米电子技术应运而生。
可以看到微电子学向纳米电子学发展的必然趋势。
2.汽车电子技术电子技术和传统的汽车的结合——汽车机电一体化被认为是近年来汽车技术发展的重大突破,汽车电子化程度的高低已成为衡量该国汽车现代化水平的重要标志。
例如制动防“抱死”电子控制系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)、自动巡航系统(CCS)等,具有高度安全性及操控性的全时四驱的诞生,以及各式各样的行车电脑,都代表了当代汽车电子技术在发动机、车身及底盘控制等领域的广泛应用。
3.航空电子技术随着飞机性能的提高,机载电子设备愈来愈复杂,航空电子技术领域是大有作为的领域。
据美国飞机造价的不完全统计,航空电子设备在军用飞机价格中所占比例,已上升到30-35%。
预计新型战斗机将上升为45-50%。
这种价格比例也说明了航空电子技术的重要地位。
当前利用卫星、雷达、通信、导航、识别、计算机等综合技术的空中预警航空电子系统,电子干扰与对抗等若干综合航空电子系统已成航空电子技术的开发重点。
4.光电子技术光电子技术是继微电子技术之后,近十几年来迅速发展的新兴高新技术,它集中了固体物理、导波光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就,成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背景的新兴交叉学科。
目前,国内外在纳米光电子学、光通信与光网络、光存储和固态照明技术等技术领域已取得了重大进展,许多研究成果已经进入我们的日常生活。
电子技术领域,知识更新的速率相当快,要求我们知道自己具备了什么知识,更需要及时发现自己还缺少什么知识,并能主动地学习和补充。
有了知识不等于有了智慧,能每天接受新东西,才能称为智慧。
由于社会各学科的交叉,技术与管理的结合,自然科学与社会科学的交叉,生产与经营的交叉,高新技术的广泛性和渗透性等,对复合型人才的需求日益增多。
这要求我们要一专多能,时刻准备着适应新的岗位。
总之,新时期对人才素质的新要求迫在眉睫,从而引起对教育的新挑战,我们必须尽快把知识、技能和创造结合起来,树立工程意识,创新意识,为迎接新的挑战而做好充分的准备。
1.1电子系统设计的目的和意义一直以来,我国高等教育工科专业的实践性环节严重不足,存在着与生产工程实际及社会需求脱节的现象,随着以MIT为代表的国际知名高校所倡导的“科学教育要回归工程”等理念的提出,高等工程教育进一步回到工程实践的根本上来。
在人才的培养方面,全球高等教育界已经达成了共识:
创新能力的培养与工程素质教育及综合素质提升这三方面是相辅相成、协调统一的。
实训体系是培养学生巩固理论知识、强化实际操作技能,培养工程素质及综合素质的有效途径。
由于电工、电子技术课程实践性很强,涉及面非常广泛,涵盖了电子、信息、计算机、材料、化学、环境等理工类学科。
同时,电子技术与其他学科的知识融合也诞生了许多新兴的应用领域,如机械电子、汽车电子、航空电子等。
因此,理工科专业的学生有必要进行早期规范化的电子技能训练,培养学生分析和解决问题的能力,特别强调的是动手能力,并着重在实践过程中培养学生的创新精神和创造能力,使学生在激烈的人才竞争中占据有力的地位。
同时,随着社会进步,生产方式的不断进化,在某些生产实际中文理科的界限也变得相对模糊。
我们认为,非理工科学生进行某种形式的电子系统设计,同样是拓宽其知识层面,提升能力素质的有效方式。
虽然这部分学生的工科专业知识相对薄弱,但他们同样渴望对自然世界有进一步的认识,也希望能获取更多生活中的技能。
1.2电子系统设计的内容及要求电子系统设计是让学生通过将相关知识的理解和运用上升到电子制造工艺的一个学习过程,拉近抽象的理论符号与真实元器件、材料和产品之间的距离,懂得理论的学习是为了产品的制造,对制造业获得真实的感受。
让学生掌握和熟悉现代电子企业的产品制造设备、生产工艺及技术管理等方面的知识,为学生将来从事电子企业生产技术和生产管理工作打下良好的技术基础。
本书在简要介绍相关理论知识的前提下,更加偏重于实践环节,其内容主要包括以下几方面:
①基本电子技术的简要介绍,主要包含模拟电路、数字电路、微控制器以及EDA设计;
②常用电子元器件的分类、技术参数和特性、识别和选用;
③电子产品生产中的焊接技术,主要介绍手工焊接,以及工业生产中的波峰焊、回流焊技术;
④电子产品生产中的SMT组装技术、生产线和设备;
⑤电子产品生产中的调试及工艺流程、工艺文件和工艺管理工作。
学生在整个实训过程中,通过对某一小型电子产品或系统进行完整与规范的操作训练和生产劳动等,应达到如下两个方面的要求。
基础知识及操作能力方面①初步掌握电工、电子、电路分析(模拟电路、数字电路)及设计的基本理论知识,掌握以单片微计算机为核心的应用系统设计方法;
②通过安全教育和基本技能的训练,掌握安全用电知识、常用电器元器件的识别与测试、操作技能及工艺等知识,熟悉印刷电路板的计算机辅助设计及电子线路的绘制,为进一步学习建立良好的基础;
③掌握主要工具的基本操作技能,规范使用,注意与生产实践相结合,重视工艺规程,为后续实践性教学打下坚实的基础;
④掌握电子线路的安装调试的基本操作技能,并且能正确地使用和调整该工种的常用设备及仪器,能根据工作原理图、接线图和装配图等技术资料作一般性的独立操作。
工程素养与人文素质方面①培养学生的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力;
②树立正确的劳动观,培养学生的动手实践能力的同时,力争在实践中有所改进和创造;
③培养实事求是、严谨而科学的工作态度与作风。
1.3电子系统设计的教学方法与手段电子系统设计的教学应按照“内容现代化,项目层次化,课程系列化,管理规范化”的原则,在充分体现“工程”内涵的前提下,要求学生对实训过程要有一个完整的、科学的认识。
因此,在传统的实践教学模式下,应注意以下几个方面:
1.建设网络教学资源由于课程的教学实践性强,其教学中大部分内容,往往需要通过操作演示才能满足教学的要求,而许多工艺操作难以用语言表达清楚,演示往往需要多组重复,不仅教师的工作量太,而且效率很低。
网络课程能够整合丰富优秀的资源,通过运用数据库、FLASH和流媒体等现代化教学手段实现教学资源的共享、融合与提高,充分体现教师多年教学经验和成果的结晶。
2.改革实训对象不同专业、不同知识结构与层级的学生需要不同的实训对象,传统的收音机、稳压电源的教学对象,虽然能够达到数字与模拟的结合,但仍不能满足现阶段的需求,需要有针对性的引入更能吸引学生兴趣、更加贴近生活实际的实训对象,如基于Mega8单片机的某些小系统,既是软硬结合,且成本不高,能更有利于激发学生学习的兴趣与激情。
3.注重实践过程中的参观实习电子产品的工业化进程不断加快,产品加工制造技术不断革新,大型现代化流水作业生产线除了极少数高校具备这样的资源,大多数高校在教育教学资源紧张的情况下,难以具备这样的条件,但学生毕业后毕竟要走上相关的工作岗位,因此我们不能“闭门造车,封闭自我”。
在条件允许的情况下,有计划有组织地让学生参观现代化生产线,这往往比在课堂里枯燥的讲述相关知识要生动的多,也是实践教学的重要环节,尤其是对于发展迅速电子行业,更显其重要性。
4.注重实训对象的再创造通常情况下,实训后的产品学生也只能把它当作一个固定的产品,我们的目标不能仅仅是一个模仿、操作、测试、装配的过程,怎样在这一过程中能创造出更高的价值,也就是有所创造,这是一个值得我们重视的问题。
例如,采用分组的方法,让学生大胆想象,所完成的这个产品还能够干什么,我们可以举出很多例子告诉学生,通过进行一些简单的变换、组合等方法,收音机可以不仅仅就是一个收音机,稳压电源也可以不再是一个稳压电源;
同样对于单片机构成的小系统,更加容易对其进行更多的扩展,不论是任何专业的学生,只要开阔思路、大胆想象,都能够在他们所学的领域中找到相应的结合点,这样的方式,学生能够受益颇多,更有助于学生自我价值的体现。
1.4电子产品的研制过程和生产过程目前,电子产品已然成为我们生活中不可或缺的东西。
像离不开电一样,可以说,人类已经离不开电子产品了。
那么什么是电子产品呢?
简言之,就是以电子电路为基本技术,运用电子元器件或各种规模的集成电路经过一定的装配工艺和流程而形成具有某种特定用途的产品。
例如收音机、电视机、手机、MP3、鼠标等都属于电子产品范畴。
如图2-1所示,都是电子产品。
图2-1电子产品实例1.4.1电子产品的制造过程电子产品作为一种特殊的产品,它的研制过程也有一些特殊的环节,如反复的实验和调试,强调产品功能的稳定性、可靠性和低功耗。
在电子产品的生产过程中,不可避免的会涉及到制作产品所需要的材料、工具、方法、工艺和管理等要素。
由于电子产品种类繁多且规格不一,因此前面几个要素或范围也不尽相同。
在本教材中,我们将讲授最基本的电子产品制作知识,主要讨论电子整机(包括配件)产品的制造工艺。
因为对于大多数接触电子产品制造过程的工程技术人员以及广大直接技术操作者来说,主要涉及到的是这类产品从设计开始,在试验、装配、焊接、调整、检验、维修、服务方面的工艺过程,对于各种电子材料及电子元器件,则是从使用的角度讨论它们的外部特性以及其选择和检验。
在本教材中,无特别说明,“电子工艺”均指电子整机产品生产过程方面的内容。
就电子整机产品的生产过程而言,主要涉及两个方面:
一是指制造工艺的技术手段和操作技能,二是指产品在生产过程中电子产品的质量控制和工艺管理。
我们可以把这两个方面分别看作是“硬件”和“软件”。
显然,对于现代电子产品的大批量生产、对于高等院校工科学生今后在制造过程中承担的职责来说,这两方面都是重要的,是不能偏废的。
本书对这两方面的内容都将进行叙述,但重点侧重于前者。
研究电子整机产品的制造过程,材料、设备、方法、操作者这几个要素是电子工艺技术的基本重点。
其中,制作电子产品的材料一般包括电子元器件、导线类、金属或非金属的材料以及用它们制作的零部件和结构件。
电子产品和技术的水平,主要取决于元器件制造工业和材料科学的发展水平;
能否尽快熟悉、掌握、使用世界上最新出现的电子元器件和材料,能否在更大范围内选择性能价格比最佳的电子元器件和材料,把它们用于新产品的开发与制造,往往是评价、衡量一个电子工程技术人员业务水平的主要标准。
电子产品制造过程中必然要使用各种工具、工装、仪器、仪表、机器、设备,熟练掌握并正确使用它们,是对电子产品制造过程中每一个岗位操作者的基本要求;
从一方面说,“三分手艺,七分家伙(工具与设备)”,工具和工装是劳动者双手的延长和增强,仪器和设备是劳动者大脑的扩展与升华;
从另一个角度看,仪器和设备优势劳动者本人的竞争者,不仅低水平、低素质的劳动者会被仪器和设备淘汰
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