电工电子实习报告.docx
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电工电子实习报告
1实验目的
随着时代的发展,技术的更新换代,电工电子在我们日常生活中的应用占有了相当大的比例。
作为自动化学院的学生,我们对许多电器元件已经不再陌生,而这次为期两周的电工电子实习让我们更好地把理论和实际结合起来。
通过一个电子产品的装配和调试过程,建立起对电子产品的感性认识,同时对基本操作技能进行了必要的培训,为以后整个电类及其他相关学科知识的学习和实践打下了良好的工程基础。
2安全用电知识
(1)学习安全用电常识,提高安全用电意识。
(2)使用电子仪器设备时,应先了解其性能,按操作规程操作,实验前首先检查用电设备,再接通电源,实验结束后,先关仪器设备,再关电源。
(3)若电气设备发生过热现象或出现焦糊味时,应立即关闭电源。
(4)如离开实验室或遇突然断电,应关闭电源,尤其要关闭加热电器的电源开关。
(5)电源或电器设备的保险丝烧断后,应先检查保险丝被烧断的原因,排除故障后再按原负荷更换合适的保险丝,不得随意加大或用其他金属线代替。
(6)实验室内不能有裸露的电线头,如有裸露,应设置安全罩,需接底线的设备要按照规定接地,以防发生漏电,触电事故。
(7)如遇触电时,应立即切断电源,或用绝缘物体将电线与触电者分离,再实施抢救。
(8)电源开关附近不得存放易燃易爆物品或堆放杂物,以免引起火灾事故。
(9)电器设备或电源线路应由专业人员按规定装设,严禁超负荷用电,不准乱拉乱接电线,随时解决电器设备,工具,线路存在隐患。
(10)严格执行学校关于用电方面的规章制度,不准带食物饮料进入实验室。
3常用仪表与工具
3.1万用表
万用表(如图1),又叫多用表、三用表、复用表,万用表分为指针式万用表和数字万用表引。
是一种多功能、多量程的测量仪表,一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等,有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数(如β)。
图1
万用表的使用方法:
⑴熟悉表盘上各符号的意义及各个旋钮和选择开关的主要作用。
⑵进行机械调零。
⑶根据被测量的种类及大小,选择转换开关的档位及量程,找出对应的刻度线。
⑷选择表笔插孔的位置。
⑸测量电压:
测量电压(或电流)时要选择好量程,如果用小量程去测量大电压,则会有烧表的危险;如果用大量程去测量小电压,那么指针偏转太小,无法读数。
量程的选择应尽量使指针偏转到满刻度的2/3左右。
如果事先不清楚被测电压的大小时,应先选择最高量程档,然后逐渐减小到合适的量程。
a交流电压的测量:
将万用表的一个转换开关置于交、直流电压档,另一个转换开关置于交流电压的合适量程上,万用表两表笔和被测电路或负载并联即可。
b直流电压的测量:
将万用表的一个转换开关置于交、直流电压档,另一个转换开关置于直流电压的合适量程上,且“+”表笔(红表笔)接到高电位处,“-”表笔(黑表笔)接到低电位处,即让电流从“+”表笔流入,从“-”表笔流出。
若表笔接反,表头指针会反方向偏转,容易撞弯指针。
⑹测电流:
测量直流电流时,将万用表的一个转换开关置于直流电流档,另一个转换开关置于50uA到500mA的合适量程上,电流的量程选择和读数方法与电压一样。
测量时必须先断开电路,然后按照电流从“+”到“-”的方向,将万用表串联到被测电路中,即电流从红表笔流入,从黑表笔流出。
如果误将万用表与负载并联,则因表头的内阻很小,会造成短路烧毁仪表。
其读数方法如下:
实际值=指示值×量程/满偏
⑺测电阻:
用万用表测量电阻时,应按下列方法操作:
a机械调零。
在使用之前,应该先调节指针定位螺丝使电流示数为零,避免不必要的误差。
b选择合适的倍率档。
万用表欧姆档的刻度线是不均匀的,所以倍率档的选择应使指针停留在刻度线较稀的部分为宜,且指针越接近刻度尺的中间,读数越准确。
一般情况下,应使指针指在刻度尺的1/3~2/3间。
c欧姆调零。
测量电阻之前,应将2个表笔短接,同时调节“欧姆(电气)调零旋钮”,使指针刚好指在欧姆刻度线右边的零位。
如果指针不能调到零位,说明电池电压不足或仪表内部有问题。
并且每换一次倍率档,都要再次进行欧姆调零,以保证测量准确。
d读数:
表头的读数乘以倍率,就是所测电阻的电阻值。
注意事项
(1)在使用万用表之前,应先进行“机械调零”,即在没有被测电量时,使万用表指针指在零电压或零电流的位置上。
(2)在使用万用表过程中,不能用手去接触表笔的金属部分,这样一方面可以保证测量的准确,另一方面也可以保证人身安全。
(3)在测量某一电量时,不能在测量的同时换档,尤其是在测量高电压或大电流时,更应注意。
否则,会使万用表毁坏。
如需换挡,应先断开表笔,换挡后再去测量。
(4)万用表在使用时,必须水平放置,以免造成误差。
同时,还要注意到避免外界磁场对万用表的影响。
(5)万用表使用完毕,应将转换开关置于交流电压的最大挡。
如果长期不使用,还应将万用表内部的电池取出来,以免电池腐蚀表内其它器件。
3.2电烙铁
电烙铁(如图2),是电子制作和电器维修必工具,主要用途是焊机元件及导线,按结构可分为内热式电烙铁和外热式电烙铁,按功能可分为焊接用电烙铁和吸锡用电烙铁,根据用途不同又分为大功率电烙铁和小功率电烙铁。
内热式的电烙铁体积较小,而且价格便宜。
一般电子制作都用20W-30W的内热式电烙铁。
当然有一把50W的外热式电烙铁能够有备无患。
内热式的电烙铁发热效率较高,而且更换烙铁头也较方便。
图2
4常用元器件
4.1电阻
电阻(Resistance,通常用“R”表示)(如图3)是所有电路中使用最多的元件之一。
在物理学中,用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。
4.1.1元件性能
导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大。
不同的导体,电阻一般不同,电阻是导体本身的一种特性。
图3
4.1.2测量方法
色环法读电阻大小:
所谓色环法既是用不同颜色的色标来表示电阻参数。
色环电阻有4个色环的,也有5个色环的,各个色环所代表的意义如下。
颜色
数值
倍成数
公差
黑色
0
x1
——
棕色
1
x10
正负1%
红色
2
x100
正负2%
橙色
3
x1000
——
黄色
4
x10000
——
绿色
5
x100000
正负0.5%
蓝色
6
x1000000
正负0.25%
紫色
7
x10000000
正负0.10%
灰色
8
——
正负0.05%
白色
9
——
——
金色
——
x0.1
正负5%
银色
——
x0.01
正负10%
无色环
——
——
正负20%
读取色环电阻的参数,首先要判断读数的方向。
一般来说,表示公差的色环离开其他几个色环较远并且较宽一些。
判断好方向后,就可以从左向右读数。
例如,某4色环电阻的颜色从左到右依次是红
(2),紫(7),黄(x10000),银(正负10%),则此电阻的阻值为27Ωx10000=270000Ω,也就是270KΩ,公差为正负10%。
再如,某5色环电阻的颜色从左到右依次是红
(2),绿(5),蓝(6),红(x100),棕(正负1%),则此电阻的阻值为256Ωx100=25600Ω,也就是25.6KΩ,公差为正负1%。
4.2电容
电容(Capacitance)(如图4)亦称作“电容量”,是指在给定电位差下的电荷储藏量,记为C,国际单位是法拉(F)。
一般来说,电荷在电场中会受力而移动,当导体之间有了介质,则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上,造成电荷的累积储存,储存的电荷量则称为电容。
图4
4.2.1原件性能
电容器在电路中具有隔断直流电、通过交流电的特点,因此,多用于电路级间耦合、滤波、去耦、旁路和信号调谐等方面。
电容的具体作用:
(1)隔直流:
作用是阻止直流通过而让交流通过。
(2)旁路(去耦):
为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。
(3)耦合:
作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路。
(4)滤波:
这个对DIY而言很重要显卡上的电容基本都是这个作用。
(5)温度补偿:
针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响,而进行补偿,改善电路的稳定性。
(6)计时:
电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数。
(7)调谐:
对与频率相关的电路进行系统调谐,比如手机、收音机、电视机。
(8)整流:
在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。
(9)储能:
储存电能,用于必须要的时候释放。
4.2.2测量方法
(1)测量电容的漏电电流。
将万用表置于Rx1kΩ挡,用表笔对电容的两极短接放电后,正反两次对电容进行充电。
此时表针迅速向右摆动,然后慢慢退回。
待指针不动时指示的电阻值越大,表示漏电电流越小。
若指针在0位附近不返回,则说明电容已经击穿;若指针不摆动,则说明该电容已开路,失效。
(2)非电解电容的测量方法。
万用表置于Rx10kΩ挡,正反两次对电容进行充电,第二次摆动幅度比第一次大,而后复原,说明该电容是好的。
电容容量越大指针摆动幅度越大。
4.3555芯片
555定时器(如图5)是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外,还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽,可在4.5V~16V工作,7555可在3~18V工作,输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555引脚图如下所示。
图5555引脚图
555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555.
555属于cmos工艺制造.
555引脚图介绍如下
1地GND
2触发
3输出
4复位
5控制电压
6门限(阈值)
7放电
8电源电压Vcc
4.4发光二极管
4.4.1元件性能
发光二极管(如图6)简称LED,采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成,其内部结构为一个PN结,具有单向导电性。
当在发光二极管PN结上加正向电压时,PN结势垒降低,载流子的扩散运动大于漂移运动,致使P区的空穴注入到N区,N区的电子注入到P区,这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合,复合时产生的能量大部分以光的形式出现,因此而发光。
图6
4.4.2测量方法
用稳压的3V电源进行检测。
发光二极管的压降一般为1.5~2.0V,其工作电流一般取10~20mA为宜。
发光二极管的反向击穿电压约5伏。
它的正向伏安特性曲线很陡,使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。
限流电阻R可用下式计算:
R=(E-UF)/IF
4.5三极管
4.5.1元件性能
对电流起放大作用的元件。
半导体三极管(如图7)又称“晶体三极管”或“晶体管”。
图7
在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结,组成一个PNP(或NPN)结构(如图8)。
中间的N区(或P区)叫基区,两边的区域叫发射区和集电区,这三部分各有一条电极引线,分别叫基极B、发射极E和集电极C,是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。
图8
NPN三极管放大时管子内部的工作原理:
1、发射区向基区发射电子(形成发射极电流)
2、自由电子在基区和空穴复合,形成集区电流,并继续向集电区扩散
3、集电区收集自由电子,形成集电极电流
4.5.2测量方法
(1)将万用表调到电阻Rx1kΩ挡,调零后分别测量be、bc间的正反向电阻,判别好坏。
注意PN结的导电是非线性的,在不同的电压下有不同的结果,所以规定用电阻Rx1kΩ挡。
(2)直流放大倍数β的测量。
首先调零,再将开关旋转到HFE处,将三极管e、b、c插入对应的晶体管座,读取表盘上HFE刻度线上得读数。
注意一定要分清NPN型和PNP型。
4焊接与装配
学习电于制作技术,必须掌握焊接技术,练好焊接基本功。
在电子制作中,元器件的连接处需要焊接。
焊接的质量对制作的质量影响极大。
一、焊接工具
1、电烙铁
电烙铁是最常用的焊接工具。
我们使用20W内热式电烙铁。
新烙铁使用前,应用细砂纸将烙铁头打光亮,通电烧热,蘸上松香后用烙铁头刃面接触焊锡丝(如图9),使烙铁头上均匀地镀上一层锡。
这样做,可以便于焊接和防止烙铁头表面氧化。
旧的烙铁头如严重氧化而发黑,可用钢挫挫去表层氧化物,使其露出金属光泽后,重新镀锡,才能使用。
电烙铁要用220V交流电源,使用时要特别注意安全。
应认真做到以下几点:
使用前,应认真检查电源插头、电源线有无损坏。
并检查烙铁头是否松动。
电烙铁使用中,不能用力敲击。
要防止跌落。
烙铁头上焊锡过多时,可用布擦掉。
不可乱甩,以防烫伤他人。
焊接过程中,烙铁不能到处乱放。
不焊时,应放在烙铁架上。
使用结束后,应及时切断电源,拔下电源插头。
冷却后,再将电烙铁收回工具箱。
图9
2、焊锡和助焊剂
焊接时,还需要焊锡和助焊剂。
(1)焊锡:
焊接电子元件,一般采用有松香芯的焊锡丝。
这种焊锡丝,熔点较低,而且内含松香助焊剂,使用极为方便。
(2)助焊剂:
常用的助焊剂是松香或松香水(将松香溶于酒精中)。
使用助焊剂,可以帮助清除金属表面的氧化物,利于焊接,又可保护烙铁头。
焊接较大元件或导线时,也可采用焊锡膏。
但它有一定腐蚀性,焊接后应及时清除残留物。
3、辅助工具
为了方便焊接操作常采用尖嘴钳、偏口钳、镊子和小刀等做为辅助工具。
应学会正确使用这些工具(如图10)。
尖嘴钳偏口钳镊子小刀
图10辅助工具
二、焊前处理
焊接前,应对元件引脚或电路板的焊接部位进行焊前处理(见图11)。
1、清除焊接部位的氧化层
可用断锯条制成小刀。
刮去金属引线表面的氧化层,使引脚露出金属光泽。
印刷电路板可用细纱纸将铜箔打光后,涂上一层松香酒精溶液。
2、元件镀锡
在刮净的引线上镀锡。
可将引线蘸一下松香酒精溶液后,将带锡的热烙铁头压在引线上,并转动引线。
即可使引线均匀地镀上一层很薄的锡层。
导线焊接前,应将绝缘外皮剥去,再经过上面两项处理,才能正式焊接。
若是多股金属丝的导线,打光后应先拧在一起,然后再镀锡。
刮去氧化层 均匀镀上一层锡
图11焊前处理
三、焊接技术
做好焊前处理之后,就可正式进行焊接。
1、焊接方法(参看图12)。
焊接检查剪短
图12焊接
(1)右手持电烙铁。
左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。
焊接前,电烙铁要充分预热。
烙铁头刃面上要吃锡,即带上一定量焊锡。
(2)将烙铁头刃面紧贴在焊点处。
电烙铁与水平面大约成60℃角。
以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。
烙铁头在焊点处停留的时间控制在2~3秒钟。
(3)抬开烙铁头。
左手仍持元件不动。
待焊点处的锡冷却凝固后,才可松开左手。
(4)用镊子转动引线,确认不松动,然后可用偏口钳剪去多余的引线。
2、焊接质量
焊接时,要保证每个焊点焊接牢固、接触良好。
要保证焊接质量。
好的焊点如图13
图13
(A)所示应是锡点光亮,圆滑而无毛刺,锡量适中。
锡和被焊物融合牢固。
不应有虚焊和假焊。
虚焊是焊点处只有少量锡焊住,造成接触不良,时通时断。
假焊是指表面上好像焊住了,但实际上并没有焊上,有时用手一拔,引线就可以从焊点中拔出。
这两种情况将给电子制作的调试和检修带来极大的困难。
只有经过大量的、认真的焊接实践,才能避免这两种情况。
焊接电路板时,一定要控制好时间。
太长,电路板将被烧焦,或造成铜箔脱落。
从电路板上拆卸元件时,可将电烙铁头贴在焊点上,待焊点上的锡熔化后,将元件拔出。
元件装配及布线顺序:
1)电阻
2)555底座
3)C2、C1、开关
4)三极管
5)排座、排阵
6)布线
6555声光报警器的制作
6.1报警器原理图
如图14
图14555声光报警系统原理图
6.2报警器方框图
如图15
图15
6.3报警器元件测量
见附件1
6.4装配及调试
如图16
图16
调试:
万用表档位接到直流电压10V档
1)两表笔接电源两端测量电源电压:
6.22V
2)黑表笔接电源负极,不插芯片测量555芯片座的对地电压,即红表笔接芯片座的1脚(VSS):
0.03-0.06V;4脚(复位)、8脚(VCC):
6.08V;3脚(输出端):
低电平:
0.07V,高电平:
4.70V;
3)三极管基极、集电极、发射极的电压测量:
VT19013:
Vb=0-0.7V;Vc=0-5.6V;Ve=0V
VT28550:
Vb=0-4.7V;Vc=0V;Ve=0.7-4.5V
4)具体现象测量参数:
蜂鸣器响时,VT19013:
Vb=0.7V;Vc=5.2V;Ve=0V
LED1亮时,VT28550:
Vb=0V;Vc=0V;Ve=0。
7V
7流水彩灯音乐盒的制作
7.1音乐盒原理图
见附件六
7.2音乐盒方框图
如图17
图17
7.3音乐盒元件测量
见附件二
7.4音乐盒包装设计
如图18
图18
7.5、装配及调试
如图19
图19
调试:
万用表档位接到直流电压10V档
1)两表笔接电源两端测量电源电压:
6.2V
2)黑表笔接电源负极,不插芯片测量555芯片座的对地电压,即红表笔接芯片座的1脚(VSS):
0V;4脚(复位)、8脚(VCC):
6.0V;
3)关断电源插入555芯片后打开开关后测量
芯片3脚对地电压高地跳动:
0.7-6.0V(若无振荡,先检查C1电容的连接是否正常,再检测2脚和6脚连接是否正常,最后测C2电容连接是否正常)
4)在安装5017芯片前,检测4017座是否正常工作,16脚(VCC)对地5.6-6.0V;8脚(GND)对地0-0.2V,14脚振荡0.7-5.9V;
5)关断电源装入4017芯片,LED与对应的4017输出电平同步,均为0-5.8V
6)关断电源,将LED排座与电路板相连,打开开关,测量LED通断电压:
通2.1V;断0V
7)测量音乐芯片正负两端电压:
2.9V,三极管对地电压Vb=0.7V;Vc=2.2V;Ve=0V
所有测量元件均工作正常。
最终成品如图20、21:
图20
图21
8印制电路板计算机辅助设计
8.1protel软件简介
PROTEL是Altium公司在80年代末推出的EDA软件,在电子行业的CAD软件中,它当之无愧地排在众多EDA软件的前面,是电子设计者的首选软件,它较早就在国内开始使用,在国内的普及率也最高,有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它,几乎所有的电子公司都要用到它,许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。
Protel99SE共分5个模块,分别是原理图设计、PCB设计(包含信号完整性分析)、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。
以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能:
可生成30多种格式的电气连接网络表;
强大的全局编辑功能;
在原理图中选择一级器件,PCB中同样的器件也将被选中;
同时运行原理图和PCB,在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络
既可以进行正向注释元器件标号(由原理图到PCB),也可以进行反向注释(由PCB到原理图),以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性;
满足国际化设计要求(包括国标标题栏输出,GB4728国标库);方便易用的数模混合仿真(兼容SPICE3f5);
支持用CUPL语言和原理图设计PLD,生成标准的JED下载文件;*PCB可设计32个信号层,16个电源-地层和16个机加工层;
强大的“规则驱动”设计环境,符合在线的和批处理的设计规则检查;
智能覆铜功能,覆铀可以自动重铺;
提供大量的工业化标准电路板做为设计模版;
放置汉字功能;
可以输入和输出DXF、DWG格式文件,实现和AutoCAD等软件的数据交换;
智能封装导航(对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用);
方便的打印预览功能,不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果;
独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果;
强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等;
经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法,信号完整性分析直接从PCB启动;
反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合.
8.2流水彩灯音乐盒sch设计
(1)绘制简单电路图
首先要构思好零件图,设计好图纸大小。
图纸大小是根据电路图的规模和复杂程度而定的,设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。
(2)设置protel99se/Schematic设计环境
包括设置格点大小和类型,光标类型等等,大多数参数也可以使用系统默认值。
(3)放置零件与编辑属性
用户根据电路图的需要,将零件从零件库里取出放置到图纸上,并对放置零件的序号、零件封装进行定义和设定等工作。
编辑元件Schematic中所有的元件对象都各自拥有一套相关的属性。
某些属性只能在元件库编辑中进行定义,而另一些属性则只能在绘图编辑时定义。
在将元件放置到绘图页之前,此时元件符号可随鼠标移动,如果按下〖TAB〗就可打开Part对话框。
(4)放置电源与接地元件
VCC电源元件与GND接地元件有别于一般的电气元件。
它们必须通过菜单Place/PowerPort或电路图绘制工具栏上的按钮不调用,这编辑窗口中会有一个随鼠标指针移动的电源符号,按Tab键,即出现PowerPort对话框。
(5)原理图布线
利用protel99se/Schematic提供的各种工具,将图纸上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来,构成一个完整的原理图。
(6)报表输出
通过protel99se/Schematic提供的各种报表工具生成各种报表,其中最重要的报表是网络表,通过网络表为后续的电路板设计作准备。
(7)文件保存及打印输出最后的步骤是文件保存及打印输出。
8.3、流水彩灯音乐盒pcb设计
(1)创建pcb
同创建sch文件类似,文件名为.ddb,file菜单下新建项,在弹出的对话框中选择PCBDocument,点OK创建PCB文件,双击该图标进入设计主界面。
(2)更改设计规则,提前设定正确的参数。
布线层确定:
顶层禁止使用;
走线宽度要求:
30mil;
定义边框:
设计工作区的半层标签选择keepoutlayer层用工具栏的画边框工具绘制,长3.5格,宽2.5格左右。
(4)载入网络表文件
点击浏览,找到.NET文件,载入(若封装有问题则无法加载的点会显示在右侧区域,需要返回电路原理图
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