《电子线路及仪表》教案.docx
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《电子线路及仪表》教案
课题二烙铁钎焊技能训练
一、教学目的与要求
1.熟悉并掌握焊接的基本操作方法;
2.了解烙铁钎焊的焊接要领。
二、教学过程
(一)烙铁钎焊知识
1.焊接准备
用电工刀或砂布先清除接线端氧化层,准备好电烙铁、焊料(焊锡或纯锡)、焊剂(松香或松香酒精溶液)
2.焊接操作
(1)电烙铁的握法
电烙铁有不同的握法,通常情况下功率较小的电烙铁一般采用笔式握法如图a)所示;中功率电烙铁采用正握法如图b)所示;而反握法适用于大功率电烙铁的操作如图c)所示。
a)b)c)
图2.1电烙铁的握法
(2)焊锡丝的握法
焊锡丝有连续和间断送锡拿法,连续送锡拿法如图a)所示适用于批量较大的,流水作业等。
操作时靠拇指和食指捻动,使焊锡丝连续送出,这种拿法一般都是使用整卷焊锡丝,因此可节省焊料。
另一种拿法是间断送锡法,如图b)所示是将焊锡丝按需要截成一段,容易造成焊锡丝的浪费,但比较好控制焊料的使用总量。
手工焊锡时一般是左手拿握焊锡丝,右手拿握电烙铁。
a)b)
图2.2焊锡丝的握法
3.焊接要领
(1)准备焊接前检查电烙铁是否能够通电加热到可焊温度,选择焊锡丝使其直径与被焊件大小相适应。
如图a)所示。
(2)加热加热是指加热被焊件引线及焊盘,接热是要保证元器件引线及焊盘同时受热,同时达到焊接温度。
因此,电烙铁加热时要沿45度方向紧贴元器件引线并与焊盘紧密接触,如图b)所示。
(3)送锡送焊锡丝是控制焊点大小的关键一步,送锡过程要观察焊点的形成过程,控制送量。
需注意,焊锡丝应从烙铁的对侧加入,而不是直接加在烙铁头上。
如图c)所示。
(4)撤锡当焊盘上形成适中的焊点后,要将焊锡丝及时撤离。
撤离时速度要快,且焊锡丝应始终与焊盘呈45度夹角。
如图d)所示。
(5)撤离电烙铁撤离电烙铁时要先慢后快,否则焊点收缩不到位容易形成拉尖,撤离方向要与焊盘呈45度夹角。
如图e)所示。
a)b)c)d)e)
图2.3焊接要领
三、实习内容和巡回辅导
1.烙铁的手工焊接的练习与技能考核。
四、小结
课题三整流滤波电路的安装与调试
一、教学目的与要求
1、了解整流电路与滤波电路的基本知识及组成;
2、掌握整流滤波电路里安全变压器、二极管、电解电容等元件的识别方法;
3、掌握桥式整流滤波电路的安装。
4、掌握桥式整流滤波电路的调试。
二、教学过程
(一)整流电路知识
整流电路的功能是利用二极管的单向导电性将正弦交流电压转换成单向脉动电压。
整流电路有单相整流和三相整流,有半波整流、全波整流、桥式整流等。
这里重点讨论单相桥式整流。
下面分析整流电路时,为简单起见。
把二极管当作理想元件来处理。
即认为它的正向导通电阻为零,而反向电阻为无穷大。
1.单相桥式整流电路
电路如图3.1(a)所示,图中Tr为电源变压器,它的作用是将交流电网电压.u1变成整流电路要求的交流电压u2=
U2sin
,RL是要求直流供电的负载电阻,四只整流二极管D1~D4接成电桥的形式,故有桥式整流电路之称。
图3.1(b)是它的简化画法。
在电源电压u2的正、负半周内(设a端为正,b端为负时是正半周)电流通路分别用图3.1(a)中实线和虚线箭头表示。
负载RL上的电压uo的波形如图3.2所示。
电流
的波形与uo的波形相同。
显然,它们都是单方向的全波脉动波形。
2.桥式整流电路的技术指标
整流电路的技术指标包括整流电路的工作性能指标和整流二极管的性能指标。
整流电路的工作性能指标有输出电压U0和脉动系数S。
二极管的性能指标有流过二极管的平均电流ID和管子所承受的最大反向电压UDRM。
下面来分析桥式整流电路的技术指标。
(1)输出电压的平均值U0
(式1)
直流电流为
(式2)
(2)脉动系数S
图3.2中整流输出电压波形中包含有若干偶次谐波分量称为纹波,它们叠加在直流分量上。
我们把最低次谐波幅值与输出电压平均值之比定义为脉动系数。
全波整流电压的脉动系数约为0.67,故需用滤波电路滤除u0中的纹波电压。
(3)流过二极管的正向平均电压ID
在桥式整流电路中,二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的,所以流经每个二极管的平均电流为
=
=
(式3)
(4)二极管承受的最大反向电压UDRM
二极管在截止时管子承受的最大反向电压可从图3.1(a)看出。
在u2正半周时,D1、D3导通,D2、D4截止。
此时D2、D4所承受到的最大反向电压均为u2的最大值,即
=
(式4)
同理,在u2的负半周D1、D3也承受同样大小的反向电压。
桥式整流电路的优点是输出电压高,纹波电压较小,管子所承受的最大反向电压较低,同时因电源变压器在正负半周内都有电流供给负载,电源变压器得到充分的利用,效率较高。
因此,这种电路在半导体整流电路中得到了广泛的应用。
(二)滤波电路知识
滤波电路的作用是滤除整流电压中的纹波。
常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、复式滤波及有源滤波。
这里仅讨论电容滤波和电感滤波。
1.电容滤波电路
电容滤波电路是最简单的滤波器,它是在整流电路的负载上并联一个电容C。
电容为带有正负极性的大容量电容器,如电解电容、钽电容等,电路形式如图3.3(a)所示。
(1)滤波原理
电容滤波是通过电容器的充电、放电来滤掉交流分量的。
图3.3(b)的波形图中虚线波形为桥式整流的波形。
并入电容C后,在u2>0时,D1、D3导通,D2、D4截止,电源在向RL供电的同时,又向C充电储能,由于充电时间常数τ1很小(绕组电阻和二极管的正向电阻都很小),充电很快,输出电压uo随u2上升,当uC=
后,u2开始下降u2 b点以后,负半周电压u2>uC,D1、D3截止,D2、D4导通,C又被充电至c点,充电过程形成uo=u2的波形为bc实线段。 c点以后,u2 由波形可见,桥式整流接电容滤波后,输出电压的脉动程度大为减小。 (a)电路(b)波形 图3.3桥式整流电容滤波电路及波形 (2)U0的大小与元件的选择 由上讨论可见,输出电压平均值U0的大小与τ1、τ2的大小有关,τ1越小,τ2越大,U0也就越大。 当负载RL开路时,τ2无穷大,电容C无放电回路,U0达到最大,即Uo= ;若RL很小时,输出电压几乎与无滤波时相同。 因此,电容滤波器输出电压在 范围内波动,在工程上一般采用经验公式估算其大小,RL愈小,输出平均电压愈低,因此输出平均电压可按下述工程估算取值 (式5) 为了达到式(7-5)的取值关系,获得比较平直的输出电压,一般要求 RL≥(5~10) ,即RLC≥(3~5) (式6) 式中T电源交流电压的周期。 对于单相桥式整流电路而言,无论有无滤波电容,二极管的最高反向工作电压都是 U2。 关于滤波电容值的选取应视负载电流的大小而定。 一般在几十微法到几千微法,电容器耐压应大于 。 (三)元件(安全变压器、二极管、电解电容)识别 1.变压器 如图3.4所示本课题所使用的安全变压器识别方法。 其原理图如图3.5所示,对照上图a)是用万用表的“×2KΩ”档测量到该变压器原边的直流电阻为137Ω;上图b)是用万用表的“×200Ω”档测量到该变压器副边a、c间的直流电阻Rac为4.2Ω。 该变压器的原边线圈接220V交流电源;副边有两组输出,分别是双6V和双12V输出,即当该变压器的原边接上220V交流电源的时候,Uab=6V、Ubc=6V、Uac=12V、Ude=12V、Uef=12V、Udf=24V。 其中电压比等于线圈匝数比。 a)检测原边线圈电阻137Ωb)检测副边线圈电阻4.2Ω 图3.4变压器的识别方法 图3.5上图变压器原理图 2.二极管 如图3.6所示为二极管的检测方法。 用万用表的“ ”档,当红表笔接二极管的正极端、黑表笔接二极管的负极端(有银色标识带)时测得正向电阻,反之则测得反向电阻。 a)正向电阻为543Ωb)正向电阻为∞c)图形符号 图3.6二极管的检测方法 3.电容 如图3.7所示为电解电容器的的识别方法。 1)极性判别图a)所示电容器的长脚为正极,短脚国负极,或由白色印刷区所标识的“-”号可知该标识对下来的是负极。 2)充放电性能判别如图b)、c)、d)所示先将电容器两脚短路,目的是放掉电容器的存电;然后用万用表的×20KΩ档红表笔接电容器的正极端,黑表笔接电容器的负极端,然后认真观察读数状况,正常的现象将是表笔刚接触瞬间读数是0Ω,然后读数将随充电过程逐渐增加,最后会越来越靠近∞,如果读数将停滞在一个数字上不动,或读数为0,或读数一直保持∞,都说明该电容器已经损坏。 而读数变化的快慢可大概判别电容器容量的大小,变化快则为小容量,变化慢则为大容量。 图3.7电解电容的识别方法 (四)桥式整流滤波电路的安装 桥式整流滤波电路的原理图与安装布局图如图3.8所示。 而安装好后的实物效果如图3.9所示。 该电路由220V/12V的安全变压器一个、IN4007二极管4只、100μF/25V的电解电容器1只组成。 其中安全变压器T的作用是把220V的ui1交流电变成12V的ui2交流电,再利用二极管的单向导电性将12V交流电整流成单向脉冲,最后利用电容器的充放电特性将脉动的单向脉冲变成电压较为稳定的直流电压uo输出。 a)原理图b)安装布局图 图3.8桥式整流滤波电路 图3.9桥式整流滤波电路安装效果图 (五)桥式整流滤波电路的调试 1)静态检测按照上述要求将电路安装好后,请认真对照电路原理图进行检查。 用目测法看看二极管和电解电容器的极性有无接反,用万用表的200Ω电阻档分别测试一下整流滤波电路输入两端和输出两端是否有短路(电阻为0Ω)现象。 2)通电检测经认真检查无误后,将电路通电并检测电路和输入和输出电压是否正常(如图3.10所示)。 如图a)所示用万用表的“AC20V”档测量A、B间的交流电压(图中读数为12.8V);如图b)所示用万用表的“DC20V”档测量C、D间的直流电压(图中读数为12.8V),注意红表笔接C点位置,黑表笔接D点位置。 a)检测交流电压b)检测直流电压 图3.10桥式整流滤波电路通电检测 四、实习内容和巡回辅导 (1)用万用表识别安全变压器、二极管、电解电容等元件; (2)桥式整流滤波电路的安装;对已完成电路的同学进行通电检测。 五、作业 (1)画出桥式整流电容滤波电路图; 六、小结 课题四串联型稳压电路的安装与调试 一、教学目的与要求 1、理解串联型稳压电路的工作原理; 2、掌握串联型稳压电路的三极管、稳压二极管、色环电阻、电位器等元件的识别; 3、掌握串联型稳压电路安装与调试。 二、教学过程 (一)串联型稳压电路工作原理 1.关键控制点 如图6.2.16所示为串联型稳压电路原理分析图: (1)④点的电位(基准电位)U④=6.2V基本不变; (2)⑦点电位(输出取样电位)U⑦可调可变; (3)⑧被控制点电位U⑧。 2.自动稳压原理 当输出电压因某情况升高时,⑦点电位U⑦也跟随升高,因④点的电位U④=6.2V保持不变,因此⑦点相对④点的电压U⑦④将增加,导致比较放大管V7导通程度加深,从而降低了被控制点电位U⑧,致使调整管V6的导通程度减轻而使输出电压降低。 当输出电压因某情况降低时,其控制原理相反。 3.调压原理 ⑦点电位U⑦是通过R3、RP、R4取样于输出端而且在一定范围内可调节的。 ⑦点电位U⑦略大于④点的电位(U⑦④≈0.7V),因U④=6.2V,故⑦点电位U⑦是7V左右。 因此电位器越是往下调节,输出电压越高,相反输出电压越低。 图4.1串联型稳压电路工作原理图 (二)元件识别(三极管、稳压二极管、色环电阻、电位器) 1.三极管 如图4.2所示本课题所使用的二只三极管,其型号分别是9014和C3807,它们都是NPN型管,其引脚如图中所示,分别是c为集电极、b为基极、e为发射极。 三极管的文字符号用V来表示。 图4.2三极管引脚功能和图形符号 可用万用表的“hEF”档来测量三极管的放大倍数(如图4.3所示),同时也可以用此方法来判别三极管的引脚功能。 图中只要将三极管的三只引脚任意的连续三个插孔,当三极管的各引脚对号入座后,即能直接读出该三极管的放大倍数。 如图a)所示因三极管引脚没插对,放大倍数显示为“0”,而图b)所示因三极管引脚插对了,放大倍数显示为“1129”。 当测量到三极管放大倍数的同时,其各引脚的功能和极性就如插孔旁所示。 a)引脚没插对放大倍数为0b)放大倍数为1129倍 图4.3三极管引脚功能和图形符号 2.稳压二极管 如图4.4所示为本课题所用的6.2V稳压二极管的实物外形、图形符号和引脚功能图,其文字符号用V表示。 图4.46.2V稳压二极管引脚功能和图形符号 3.色环电阻 色环电阻是通过色标法规定的各种颜色来代表不同的数值,并通过相关的规定来读取阻值的。 如图4.5所示: 其实物、图形符号和文字符号R如图a)所示;常见的有四环电阻和五环电阻,其读数方法范例分别如图c)和e)所示,其中图c)读数为3KΩ±5%(金色)、图e)读数为510Ω±5%(金色)。 色标法规定如表4-1所示。 b)四环电阻读数方法c)四环电阻读数范例 d)五环电阻读数方法e)五环电阻读数范例 图4.5色环电阻阻值的色标识读法 表4-1色标法 色别 有效位 应乘倍数 误差 银 — 10-2 ±10% 金 — 10-1 ±5% 黑 0 100 ±10% 棕 1 101 ±1% 红 2 102 ±2% 橙 3 103 — 黄 4 104 — 绿 5 105 ±0.5% 蓝 6 106 ±0.25% 紫 7 107 ±0.1% 灰 8 108 — 白 9 109 +5%,-20% 色环电阻阻值还可以直接用数字万用表的电阻量程测量,其方法如图4.6所示,并在测量时合理地选择量程范围,量程选择过大,将影响读数的精确度,量程过小将无法读数。 图4.6色环电阻阻值的色标识读法图图4.7电位器 4.电位器 电位器,是阻值可调的电阻,因常常用来调节电路的电位而得名。 如图4.7所示为电位器的实物图、引脚关系、图形符号和文字符号RP。 调节电位器的旋钮,可改变Rac和Rcb,但总是有Rab=Rac+Rcb的关系,因此当旋钮往一个方向旋转时,假若Rac在增大,必然有Rcb在减小,而Rab是保持不变的。 图4.8用数字万用表测量标称“102”的电位器 (三)串联型稳压电路安装 安装时应根据如图4.9所示的电路原理图,合理地将各元件布置在万能板上(该电路是在原整流滤波电路的基础上加上稳压电路部分的),其布局可参照图4.10所示做法。 在安装时应特别注意三极管、稳压二极管和电解电容的极性,同时也要留意电位器的各引脚的脚位。 图4.9串联型稳压电路原理图 图4.10串联型稳压电路安装布局及接线图 (四)串联型稳压电路调试 1)静态检查用目测的方法认真检查三极管、稳压二极管和电解电容的极性是否接对,同时也要留意电位器的各引脚的脚位。 然后用万用表的电阻档分别检测图4.9和图4.10中③、④、⑤端对⑥端的电阻是否正常(当数字万用表的黑表笔在⑥端,红表笔分别在③、④、⑤端测得的结果是R③⑥=1606Ω、R④⑥=1901Ω、R⑤⑥=916Ω)。 2)通电测量如图4.11所示。 其中图a)测量的是变压器副边送来的交流电压,用数字万用表的交流电压的200V量程测得U①②=12.7V;图b)测量的是整流滤波输出的直流电压,用数字万用表的直流电压的20V量程测得U③⑥=15.20V;图c)测量的是稳压二极管的基准电压,用数字万用表的直流电压的20V量程测得U④⑥=6.16V;图d)和e)测量的是串联型稳压电路的输出电压,用数字万用表的直流电压的20V量程测量U⑤⑥同时用小“一”字起子调节RP,看到输出电压在一定范围内变化,如图d)读数为14.31V,图e)读数为9.57V。 经过上述方法检测正常后,证明本电路安装成功。 图4.11串联型稳压电路的检测 四、实习内容和巡回辅导 (1)先用万用表对串联型稳压电路的三极管、稳压二极管、色环电阻、电位器等元件进行识别。 (2)然后按照稳压电路原理图进行串联型稳压电路的安装与调试; 五、小结 课题五频率信号发生器的使用 一、教学目的与要求 1.熟悉频率信号发生器的操作面板及基本操作方法。 2.掌握频率信号发生器的频率调节方法。 二、教学过程 (一)面板介绍 (1)前面板说明(如下图所示): 频率信号发生器前面板 (1)电源开关[POWER]: 按下此开关,机内220V交流电压接通,电路开始工作。 (2)频率档位指示灯: 表示输出频率所在档位的倍率。 (3)频率档位换档键[RANGE]: 按动此键可将输出频率升高或降低1个倍频程。 (4)频率微调旋钮[FREQ]: 调节电位器可在每个档位内微调频率。 (5)输出波形指示灯: 表示函数输出的基本波形。 (6)波形选择按键[WAVE]: 按动此键可依次选择输出信号的波形,同时与之对应的输出波形指示灯点亮。 (7)衰减量程指示灯: 表示函数输出信号的衰减量。 (8)衰减选择按键[ATT]: 按动此键可使函数输出信号幅度衰减0dB、20dB或40dB。 (9)输出幅度调节旋钮[AMPL]: 调节此电位器可改变函数输出和功率输出的幅度。 (10)对称性(占空比)调节旋钮[DUTY]: 调节此电位器可改变输出波形的对称度。 (11)直流抵补(直流偏置)调节旋钮[DCOFFSET]: 调节此电位器可改变输出信号的直流分量。 (12)TTL输出插座[TTL]: 此端口输出与函数输出同频率的TTL电平的同步方波信号。 (13)函数输出插座[50Ω]: 函数信号的输出口,输出阻抗50Ω,具有过压、回输保护。 (14)功率输出指示灯(仅VC1642E具有): 当频率档位在1~6档有功率输出时,此灯点亮。 (15)功率输出插座[POWOUT](仅VC1642E具有): 功率信号输出口,在200kHz以下输出功率最大可达5W,具有过压、回输保护。 (16)外部测频输入插座[INPUT]: 当仪器进入外测频状态下,该输入端口的信号频率将显示在频率显示窗中。 (17)外测频输入衰减键[ATT]: 外测频信号输入衰减选择开关,对输入信号有20dB的衰减量。 (18)外测频输入衰减指示灯: 指示灯亮起表示外测频输入信号被衰减20dB,灯灭不衰减。 (19)频率显示窗口功能选择按键[FUN]: 按动此键可依次选择内测频、外测频、外测高频功能。 (20)频率显示窗口功能指示灯: 表示频率显示窗口功能所处状态。 “INT”表示内测频,频率显示窗显示当前函数输出的频率;“EXT”表示外测频,频率显示窗显示外测信号的频率,此灯单独亮表示其测量范围为1Hz~10MHz;“1GHz”表示外测高频,这时“EXT”也同时点亮,这时测量范围为10MHz~1000MHz。 (21)幅度单位指示灯: 显示幅度单位Vp-p或mVp-p。 (22)幅度显示窗口: 内置3位LED数码管用于显示输出幅度值。 (23)频率单位指示灯: 显示频率单位Hz、kHz或MHz。 (24)频率显示窗口: 内置5位LED数码管用于显示频率值。 (2)后面板说明(如图下图所示): 频率信号发生器后面板 (25)220V电源插座(盒内带保险丝,其容量为500mA)。 (26)压控频率输入插座[VCF]: 用于外接电压信号控制输出频率的变化,可用于扫频和调频。 (二)使用方法 使用前请先检查电源电压是否为220V,正确后方可将电源线插头插入本仪器后面板电源插座内。 ●开机: 插入220V交流电源线后,按下面板上电源开关,频率显示窗口显示“1642”,整机开始工作。 为了得到更好的使用效果,建议开机预热30分钟后再进行使用。 ●函数信号输出设置: 1.频率设置: 按动频率档位换档键[RANGE](3),选定输出函数信号的频段,调节频率微调旋钮[FREQ](4)至所需频率。 调节时可通过观察频率显示窗口得知输出频率。 2.波形设置: 按动波形选择按键[WAVE](6),可依次选择正弦波、矩形波或三角波。 3.幅度设置: 调节输出幅度调节旋钮[AMPL](9),通过观察幅度显示窗口,调节到所需的信号幅度,若所需信号幅度较小,可按动衰减选择按键[ATT](8)来衰减信号幅度。 4.对称性设置: 调节对称性(占空比)调节旋钮[DUTY](10),可使输出的函数信号对称度发生改变。 通过调节可改善正弦波的失真度,使三角波调频变为锯齿波,改变矩形波的占空比等对称特性。 5.直流偏置设置: 通过调节直流抵补(直流偏置)调节旋钮[DCOFFSET](11),可使输出信号中加入直流分量,通过调节可改变输出信号的电平范围。 6.TTL信号输出: 由TTL输出插座[TTL](12)输出的信号是与函数信号输出频率一致的同步标准TTL电平信号。 7.功率信号输出: 由功率输出插座[POWOUT](15)输出的信号是与函数信号输出完全一致的信号,当频率在0.6Hz~200kHz范围内时可提供5W的输出功率,如频率在第7档时,功率输出信号自动关断。 8.保护说明: 当函数信号输出或功率信号输出接上负载后,出现无输出信号,说明负载上存在有高压信号或负载短路,机器自动保护,当排除故障后仪器自动恢复正常工作。 ●频率测量: 1.内测量: 按动计数器功能选择按键[FUN](19),选择到内测频状态,此时“INT”指示灯(20)亮起,表示计数器进入内测频状态,此时频率显示窗口(24)中显示的为本仪器函数信号输出的频率。 2.外测量: 外测量频率时,分1Hz~10MHz和10MHz~1000MHz两个量程,按动计数器功能选择按键(19),选择到外测频状态,“EXT”指示灯(20)亮起表示外测频,测量范围为1Hz~10MHz;“EXT”与“1GHz”指示灯(20)同时亮起表示外测高频率,测量范围为10MHz~1000MHz。 测量结果显示在频率显示窗口中。 若输入的被测信号幅度大于3V时,应接通输入衰减电路,可用外测频输入衰减键[ATT](17)进行衰减电路的选通,外测频输入衰减指示灯(18)亮起表示外测频输入信号被衰减20dB。 外测频为等精度测量方式,测频闸门自动切换,不用手动更改。 (三)使用中的注意事项: 1.本仪器采用大规模集成电路,调试、维修时应有防静电装置,以免造成仪器受损。 2.请勿在高温、高压、潮湿、强震荡、强磁场、强辐射、易爆环境、防雷电条件差、防尘条件差、温湿度变化大等场所使用和存放。 3.请在相对稳定环境中使用,并提供良好的通风散热条件。 校准测试时,测试仪器或其他设备的外壳应良好接地,以免意外损害。 4.当保险丝熔断后,请先排除成因故障。 注意! 更换保险丝以前,必须将电源线与交流市电电源切断,把仪表和被测线路
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