电路实习报告：简易收音机的焊接

全栈程序员站长

发布于 2022-11-01 15:21:07

1.4K0

发布于 2022-11-01 15:21:07

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

焊接一般分三大类：熔焊、接触焊和钎焊。熔焊是指在焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，在不外加压力的情况下完成焊接的方法。如电弧焊、气焊等。接触焊是在焊接过程中，必须对焊件施加压力(加热或不加热)完成焊接的方法。如超声波焊、脉冲焊、摩擦焊等。钎焊是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。电子产品安装工艺中所谓的“焊接”使用焊料的熔点低于450摄氏度，是软钎焊的一种，主要使用锡、铅等低熔点合金材料作焊料，因此俗称“锡焊”。

焊接是电子产品组装过程中的重要工艺。焊接质量的好坏，直接影响电子电路及电子装置的工作性能。优良的焊接质量，可为电路提供良好的稳定性、可靠性，不良的焊接方法会导致元器件损坏，给测试带来很大困难，有时还会留下隐患，影响电子设备可靠性。

从微观角度分析，焊接包括两个过程：一个是润湿过程，另一个是扩散过程。

润湿又称浸润，是指熔融焊料在金属表面形成均匀、平滑、连续并附着牢固的焊料层。浸润程度主要决定于焊件表面的清洁程度及焊料的表面张力。金属表面看起来是比较光滑的，但在显微镜下面看，有无数的凸凹不平、晶界和伤痕，焊料就是沿着这些表面上的凸凹和伤痕靠毛细作用润湿扩散开去的，因此焊接时应使焊锡流淌。流淌的过程一般是松香在前面清除氧化膜，焊锡紧跟其后，所以说润湿基本上是熔化的焊料沿着物体表面横向流动。

伴随着熔融焊料在被焊面上扩散的润湿现象还出现焊料向固体金属内部扩散的现象。例如，用锡铅焊料焊接铜件，焊接过程中既有表面扩散，又有晶界扩散和晶内扩散。锡铅焊料中的铅只参与表面扩散，而锡和铜原子相互扩散，这是不同金属性质决定的选择扩散。正是由于这种扩散作用，在两者界面形成新的合金，从而使焊料和焊件牢固地结合。

扩散的结果使锡原子和被焊金属铜的交接处形成合金层，从而形成牢固的焊接点。以锡铅焊料焊接铜件为例。在低温(250～300℃)条件下，铜和焊锡的界面就会生成Cu3Sn 和Cu6Sn5。若温度超过300 ℃，除生成这些合金外，还要生成Cu31Sn8 等金属间化合物。焊点界面的厚度因温度和焊接时间不同而异，一般在3~10um 之间。图所示的是锡铅焊料焊接紫铜时的部分断面金属组织的放大说明。

焊点的质量要求主要有以下几点：

①电气性能良好；

②具有一定的机械强度；

③焊点上的焊料要适量；

④焊点表面应光亮且均匀；

⑤焊点不应有毛刺、空隙；

⑥焊点表面必须清洁。

1.2锡焊工具与材料

常见的锡焊工具主要有电烙铁、吸锡器、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、镊子、起子、吸锡器等，焊接材料主要为焊料（焊锡）和助焊剂（松香）等。

1.2.1电烙铁

电烙铁是锡焊的必备工具，用于加热焊料和被焊金属，按机械结构可分为内热式电烙铁和外热式电烙铁，按照温度控制可分为恒温式和调温式。

电烙铁使用注意事项：

①通电前，认真检查电烙铁是否有短路和漏电等情况。如发现问题应及时解决，避免发生人身伤害事件；

②电烙铁在不焊接时，应放置在烙铁架上，且烙铁架周围不能放置其它物品，以免损坏；

③使用过程中，切勿敲击电烙铁，以免损坏烙铁芯及固定电源线和烙铁芯的螺丝松动，造成短路等；

④禁止甩动电烙铁，防止烙铁头脱落或烙铁头上的锡珠飞溅，伤害到别人。

图1-1 典型电烙铁的结构

1.2.2 焊料与助焊剂

凡是用来熔合两种或两种以上的金属面，使之形成一个整体的金属的合金都叫焊料。根据其组成成分，焊料可以分为锡铅焊料、银焊料、及铜焊料。按熔点，焊料又可以分为软焊料（熔点在450 ℃以下）和硬焊料（熔点在450 ℃以上）。在电子装配中常用的是锡铅焊料。锡铅焊料具有锡和铅都不具备的优点：熔点低，各种不同成分的铅锡合金熔点均低于铅和锡的熔点，利于焊接；机械强度高，抗氧化；表面张力小，增大了液态流动性，有利于焊接时形成可靠接头。

助焊剂通常是以松香为主要成分的混合物，是保证焊接过程顺利进行的辅助材料，助焊剂的作用主要有三个：第一，能清除焊料和被焊母材表面的氧化物，使金属表面达到必要的清洁度；第二，助焊剂还可以降低融化焊锡的表面张力，使焊锡能更好地附着在金属表面；第三，加热金属表面及熔化状态的焊锡比在常温下更容易氧化，助焊剂能在受热时气化，并快速地覆盖在金属和焊锡表面，防止氧化。

1.2.3 其他焊接工具

吸锡器：用于吸除焊锡

镊子：主要用于夹持导线和元器件

斜口钳：主要用于剪切导线

剥线钳：主要用于剥导线绝缘层

1.3 焊接操作实践

焊接操作主要包括焊接前的一些准备工作、正式的焊接操作，以及焊接后可能需要的拆焊工作。

1.3.1 预焊准备工作

这一过程主要是对电烙铁进行修整，以及对焊件进行一些处理，还有将焊接工具、材料准备好以待用。

清洁烙铁头

保持烙铁头的清洁，不仅能避免烙铁头被腐蚀，延长使用寿命，还可以确保焊接时烙铁头的导热性良好。

第一次使用电烙铁时，应当在烙铁预热完毕后，在烙铁头经常使用的地方镀上一层薄薄的锡，以避免其直接暴露在空气中迅速氧化。

在后续使用过程中，如果发现电烙铁头表面氧化层严重，则还需要用小刀或砂纸对电烙铁头进行实当打磨。如果烙铁头上的焊锡表面暗淡无光泽，说明焊锡已经被氧化，或是烙铁头上有黑色的松香残留物，需要用高温海绵清洁烙铁头，并重新镀锡。

焊件处理

首先是要检查焊件表面是否清洁，有无油污、锈迹，如果有则需要进行相应的处理，如使用合适的清洗液清洗等，达到焊接所需的清洁程度，以免产生虚焊等情况。

再就是对元器件和导线（剥除绝缘层并将线芯拧成螺旋状后）进行一定的预焊镀锡处理。镀锡方法如下图2所示。

图1-2 元器件和导线的镀锡操作示意图

1.3.2 焊接操作

（1）操作姿势

电烙铁拿法如图1-3所示，一般采用握笔法。

图1-3 电烙铁握持方法

焊锡丝的拿法一般有两种，如图1-4所示。

图1-4 焊锡丝握持方法

使用电烙铁要配置烙铁架，放置在工作台便于拿取的地方，电烙铁用后一定要稳妥放与烙铁架上，并注意导线等物不要碰烙铁头。

（2）五步法焊接

五步法是常用的一种焊接操作方法，如图1-5所示，适用于焊接直插元件，其步骤为：准备施焊、加热焊件、熔化焊料、移开焊锡、移开烙铁。

图1-5 五步法焊接操作示意图

（3）焊接质量判别

焊接质量主要是通过焊点外观来进行判断。理想的焊点表面光洁、顺畅连接，表层形状呈凹面弯月状，焊料量不超过45°锥形界面，以30°为宜。球形焊锡、焊锡毛刺、焊点底部与焊盘分离等都是不合格的焊点。

（4）焊接要点

掌握好加热时间：在保证焊料润湿焊件的前提下时间越短越好。焊接质量的好坏主要取决于对焊接加热时间和焊锡量的把控。加热合适的时间才能将加热到最佳焊接温度，温度过高可能损坏印刷线路板和元器件，温度过低焊锡无法很好的浸润，容易造成虚焊，通常普通元件焊接加热时间为2s左右，三极管等过热已损坏的元件加热时间需要适当减少，焊锡浸润时间通常1s左右，实际焊接是根据观察进行把控。

掌握好给锡量：给焊锡量直接影响着焊接质量。

（5）导线的焊接步骤：

①用剥线钳剥去导线绝缘层，给金属导线镀锡；

②导线与导线的连接：导线之间的连接以绕焊为主，操作方法如下。

a.去掉一定长度绝缘皮。

b.端子上锡，穿上合适套管。

c.绞合，施焊。

d.趁热套上套管，冷却后套管固定在接头处。

（6）注意事项

① 印制板的握执要小心，尽量只接触边缘部分，避免手指接触焊盘，以免体表油污、盐分等污染腐蚀焊接表面，降低可焊性。

② 焊接前应先检查元器件的好坏然后再进行焊接操作，焊接元器件时应当先焊接电阻等低矮、耐温的器件，然后再焊接高的、不耐高温的元件如三极管。

③ 使用电烙铁时要小心，用后稳妥放在烙铁架上，时刻注意电烙铁方向，注意不要被电烙铁直接接触到自己以及周边人员；焊接时不要为了看得更清晰而离电烙铁太近，以免被溅落的焊滴及印制板熔化飞溅的塑料滴溅到，而灼伤了皮肤甚至眼睛。

④ 用烙铁对焊点加力加热是错误的，会造成被焊件的损伤，如电位器、开关、接插件的焊接点往往都是固定在塑料构件上，加力的结果容易造成元件失效。

1.4 心得体会

虽然说之前已经接触过焊接，焊过不少板子，也焊过各种封装的贴片元件和芯片，但是还从没有系统地学习过理论知识。

之前只知道助焊剂是个好东西，焊接前在焊盘上涂一些助焊剂，焊锡会迅速均匀地铺开填满整个焊盘，撤出烙铁时不易拉尖，焊点光泽发亮。学完这次课后才知道，原来当熔化的焊锡在焊盘上流动时，助焊剂会走在最外层，清除掉焊盘上的氧化层，紧随其后的焊锡便可以更快更好地浸润焊盘，除此之外，助焊剂还可以减缓焊锡在空气中被氧化，使焊点光洁明亮。

本次课程还让我学习到了许多规范的操作方式。记得之前有一次，需要将细导线焊接到一根粗导线上，我就将很简单地将两根线直接搭在一起焊上，结果过了不到一周，细导线承受不住力量，在焊点末端直接断掉了，险些酿成事故。在本节课的PPT中，就很详细地介绍了如何规范地把两根导线焊接在一起，包括绞合焊接、整形、套热缩管三步，这样不论是强度、可靠度还是美观度，都有很大的提升。除了导线的焊接方法，还有端子、屏蔽线、不同形状焊件的规范处理方法，这些都将为以后的学习实践提供很大的帮助。

二、收音机原理

2.1 超外差收音机电路工作原理

图2-1为电路整体框图，图2-2为详细的收音机电路原理图。电路由输入电路、中放电路、检波电路、前置放大电路和功放电路等部分组成。

图2-1 超外差收音机电路整体框图

图2-2 超外差收音机电路原理图

调谐回路

调谐回路由天线线圈“ab”和可变电容CA组成，如图2-3所示。通过调节可变电容CA，选择不同频率的电台信号。当回路的固有频率等于某电台频率时，回路产生谐振。由线圈“cd”将该信号耦合到下一级变频回路。

图2-3 调谐回路

变频回路

变频电路是超外差式收音机的关键电路，其主要任务是把调谐回路选出来的某一频率的高频信号，转变为固定频率（ 465kHz ）的中频信号，送到中频放大级进行放大。变频回路电路图如图7所示，主要由本机振荡器和混频器组成。由天线接收的高频信号和本机振荡器产生的本振信号同时加至混频器进行混频，然后经过调谐回路选择出所需要的固定中频信号。实际上，一般由一只晶体管来完成本振的混频双重任务。

图2-4 变频回路

图2-4中，VT1为混频管，由它同时完成本机振荡及混频的任务；L4 、Cb组成本机振荡回路，B3 为选频回路，由L1, L2的互感耦合送到VTI管的基极，本振信号经过C2耦合送到VT1发射极，经VT1的混频作用，产生中频信号，由B3 选取送中放电路。

选频电路

如图2-5所示，由中周（中频变压器）T3内部的初级线圈和谐振电容组成并联谐振电路，其固有谐振频率为465kHz。

图2-5 选频电路

因此，VT1集电极输出信号（包含各种频率）中的465kHz的中频信号，将使谐振电路发生谐振，端电压达最大值，故初级线圈上产生最大的电压(频率为465kHz )，并且通过次级线圈耦合到下一极。即只有465kHz的中频信号能够有效地耦合进入下一级电路，实现了选频。

中放电路

中频放大级是超外差式收音的核心部分，其任务是把微弱的中频信号进行放大，以满足检波级要求的放大量。中频放大级对于收音机的灵敏度，选择性的好坏起着决定性的影响。

如图2-6所示，中放回路的负载是中周T4，其固有谐振频率是465KHz，可以使中频信号顺利通过。

图2-6 中放电路

从变频级送来的中频信号，经中周 B3 耦合到中放管VT2的基极，经放大后，由第二中周B4耦合到VT3的基极进行检波。

检波和自动增益控制(AGC)电路

在超外差式收音机中，变频级以把高频信号变成中频信号，而中频信号仍然是调幅信号，因而需要用检波器把它变成低频信号。所谓检波，就是从已调波中取出音频信号的过程。检波电路如图2-7所示

图2-7 检波电路

AGC电路如图2-8所示。电路突入中频信号由T4的次级线圈耦合进入VT3的基极，VT3的be结实现检波，C5滤除（旁路）中频成分，电位器RP上得到低频率的音频信号，并通过C6耦合进入下一级。

图2-8 自动增益控制(AGC)电路

前置放大电路

在超外差式收音机中，一般在检波器之后，功放之前，都有 1-2 级前置放大级，也称为低频放大级。前置放大级的主要任务是把从检波器送来的低频信号放大到功率放大级所需要的数值，以推动功率放大级，使其由足够的功率推动扬声器发声。

图2-9 前置放大电路

在图2-9中，旋转RP可以改变滑动抽头的位置，控制音量的大小，然后送到前置放大管VT4 进行放大。经过放大可将信号电压放大几十到几百倍。

低频信号经过前置放大后已经达到了一至几伏的电压，但是它的带负载能力还很差，不能直接推动扬声器，还需要进行功率放大。

功率放大电路

功率放大级是收音机的最后部分，其主要任务，是把由前置放大级送来的音频信号进一步加以放大，并以足够的功率推动扬声器发声。

图2-10 功率放大电路

在图2-10中，采用变压器T5将音频信号耦合进入由VT5、VT6组成的推挽式功率放大电路，实现音频信号的功率放大。然后，通过C9（滤除直流电压）耦合进入扬声器和耳机。

2.2 遇到的问题及解决方法

在焊接完成并连接上测试点后，发现收音机仍然没有任何声音。在与其他几位同学讨论之后，测试输出均正常，最后发现是这一批次得3.5mm耳机插座与电路设计不匹配。3.5mm耳机插座有一个常闭端，喇叭应该接在这个常闭端上，即默认使用喇叭播放，当耳机插入时，将挤压簧片与常闭端分离，将耳机接入线路，喇叭不发声。大多数同学收到套件中的3.5mm耳机插座常闭端引脚都与PCB设计相反，才导致喇叭根本没有连接到输出端，听不到声音。这个问题有三种解决方案：