電子電路裝調與應用賽項任務書(教師組)

18/19貴州省職業(yè)院校技能大賽電子電路裝調與應用賽項(教師組)工作任務書教師組電子電路裝調與應用賽項組工位號：2021年5月工作任務與要求請您在6小時內，根據任務書的相關說明和工作要求，完成賽場提供的精密自恢復穩(wěn)壓電源與脈沖順序控制故障檢修板套件中相關電路的焊接、調試、排故、組合聯(lián)調、數據測量、電路設計等任務，具體工作任務和要求如下：1.職業(yè)素養(yǎng)要求。（10分）2.根據焊接要求，完成賽場提供的精密自恢復穩(wěn)壓電源的裝配、焊接、調試、測量。（20分） 3.根據焊接要求，完成賽場提供的脈沖順序控制故障檢修電路板的裝配、焊接。完成精密自恢復穩(wěn)壓電源與脈沖順序控制故障檢修電路板的組合連接、故障排除，實現應用系統(tǒng)的控制功能，并對電路運行數據進行測量記錄。（50分）4.利用NIMultisim14或AltiumDesigner10，根據任務要求設計電路，完成功能仿真，并進行數據采集和存儲（20分）任務一精密自恢復穩(wěn)壓電源的裝配、焊接與調試（20分）一、裝配焊接（8分）精密自恢復穩(wěn)壓電源原理圖如圖1所示，裝配圖如圖2所示，電路元器件表見表1，正確選取元器件，準確的焊接在賽場提供的精密自恢復穩(wěn)壓電源板上。焊接要求：在印制電路上所焊接的電子元器件的焊點大小適中、光滑、圓潤、干凈，無毛刺；位置正確；無漏、假、虛、連焊。裝配要求：元器件焊接安裝無錯漏；線路板上插件位置正確，接插件、緊固件安裝可靠牢固；元器件安裝及元器件上字符標示方向均符合工藝要求；線路板和元器件無燙傷和劃傷，整機清潔無污物。圖1精密自恢復穩(wěn)壓電源原理圖圖2精密自恢復穩(wěn)壓電源裝配圖表1精密自恢復穩(wěn)壓電源元器件表序號名稱規(guī)格型號編號數量1穩(wěn)壓集成電路TL431U212三極管TIP42Q113集成電路LM358NU114IC座DIP-8IC座U115蜂鳴器5V有源蜂鳴器BELL116接線端子301-2P接線端子JP1,JP227擴展插座XH2.54-4P插座JP318三極管S8050Q2-Q659開關二極管1N4148D6,D7,D9,D10410整流二極管1N4001D1-D5,D8611電解電容1000μF/25VC7112電解電容470μF/16-25VC9113電解電容4.7μF/50VC3,C5214電解電容10μF/50VC10,C11,C13315電解電容100μF/16VC8116瓷片電容0.1μF(104)C2,C12217瓷片電容0.01μF(103)C1118瓷片電容1nF(102)C4,C6219電位器10KΩ密封電位器W11201/4W直插電阻330ΩR8,R272211/4W直插電阻130KΩR11221/4W直插電阻47KΩR12,R14,R263231/4W直插電阻18KΩR5,R7,R233241/4W直插電阻10KΩR2,R15,R17,R254251/4W直插電阻7.5KΩR9,R182261/4W直插電阻4.7KΩR3,R162271/4W直插電阻4.7ΩR101281/4W直插電阻2KΩR20,R222291/4W直插電阻1KΩR11,R19,R21,R24,R135301/2W直插電阻0.22ΩR61311/2W直插電阻100ΩR41323mm紅發(fā)紅LED3mm紅發(fā)紅LEDL11333mm綠發(fā)綠LED3mm綠發(fā)綠LEDL2134散熱器23*16*25散熱器配散熱器135散熱器螺絲3*10螺絲配散熱器136專用PCB板56mm×74mm雙面PCB配套1二、主要集成芯片芯片介紹1．TL431TL431是一款并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路，它的輸出電壓用兩個電阻就可以設置從Vref（2.5V）到36V范圍內的任何值，是較好的可控精密穩(wěn)壓源，該器件在很多應用中可以代替穩(wěn)壓二極管。常用封裝是TO-92封裝，如圖3，電路符號如圖4。圖3TL431封裝及腳位功能圖4TL431電路符號2．LM358LM358內部包括有兩個獨立的高增益雙運算放大器，可以用于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也可以適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流放大等場合。它的功能框圖和引腳排列如圖5。其中：8腳是正電源；4腳是負電源（雙電源工作時）或地（單電源工作時）；1、2、3腳是一個運放通道，1腳是輸出端，2腳是反相輸入端，3腳是同相輸入端；5、6、7腳為另一運放通道，7腳是輸出端，6腳是反相輸入端，5腳是同相輸入端。圖5LM358功能框圖和引腳排列3．蜂鳴器蜂鳴器是電子電路中常用的發(fā)聲元件，按發(fā)聲的原理可以分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器。壓電蜂鳴由壓電陶瓷材料制成，利用壓電效應將電能轉化為聲音，電磁式蜂鳴器由電磁線圈與振動鐵片構成，利用電流的磁效應將電能轉化為聲音。單純具有以上發(fā)聲結構的蜂鳴器需要外接交變音頻電信號才能發(fā)聲，類似揚聲器的功能，我們把這種需外接音頻電信號才能發(fā)聲的蜂鳴器叫做無源蜂鳴器。這類蜂鳴器一般無正負區(qū)別，加直流電壓只能發(fā)短暫的“咔咔”聲，萬用表測量無源壓電蜂鳴器的電阻為無窮大，電磁式蜂鳴器的電阻一般為幾十歐。為了方便使用和簡化電路，常常把驅動蜂鳴器發(fā)聲的電路元件和蜂鳴器制作在一起，成為有源蜂鳴器，這種蜂鳴器無需外接音頻電信號，只需加特定的直流電壓即可發(fā)聲，這種蜂鳴器除了有材料上的區(qū)別，還需注意使用電壓上的要求，使用中必須在適當的電壓范圍，同時還需注意正負極性，否則將損壞蜂鳴器內電路。在實際電路應用中，蜂鳴器根據電路形式和發(fā)聲的要求不同，在體積、封裝、電壓、材料、外形等各有不同，可謂種類繁多，但根據以上原理不難區(qū)分。在自恢復精密穩(wěn)壓電源中所用的蜂鳴器為5V電磁式有源蜂鳴器。三、精密自恢復穩(wěn)壓電源電路簡介電路原理如圖1，它是在常用串聯(lián)穩(wěn)壓電路的基礎上改進而成，主要由交流輸入電路、整流濾波電路、取樣電路、基準電壓形成電路、誤差比較放大電路、調整電路、過流保護及自動恢復電路、報警電路、指示燈電路等9部分組成。交流電壓從接線端子JP1輸入，加到整流濾波電路，將交流電壓轉換為非穩(wěn)直流電壓送到穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓為需要的穩(wěn)定直流電壓。其中D1-4組成橋式整流電路，D5為開關二極管，C7為濾波電容，R1-2組成取樣電路，U2、W1為核心的元件組成基準電壓形成電路，調節(jié)W1可以調節(jié)輸出電壓的高低，該電路可以實現0V起調，U1A完成誤差比較放大，Q1-2組成調整電路，R7為調整電路提供驅動電流，R6、D6、Q3-5、U1B、R23、D10、R20為核心的元件組成過流保護電路，R16、C11等組成自動恢復電路，Q6、BELL1等組成報警電路，C9組成輸出濾波電路，L1、L2為指示燈，CN1為輸出接線端子。15-18V的交流電經過D1-4整流后得到脈動直流電，經D5后進入濾波電路得到非穩(wěn)直流電，經Q1穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的直流輸出。輸出電壓經R1、R2分壓取樣后加到運放反相輸入端2腳，與運放的同相輸入端3腳的基準電壓進行比較放大，放大后的誤差信號從1腳輸出，經D7驅動Q2對Q1的基極電流進行精密控制，達到穩(wěn)壓的目的。R17與U2（TL431）組成2.5V的基準電壓形成電路，為穩(wěn)壓電路及過流保護電路提供基準電壓。R4、C5、C2組成降壓濾波電路，為U1供電。L1為電源指示燈，通電后就被點亮，L2為正常工作指示燈，當有正常電壓輸出時被點亮。本電路不容易理解的是過流保護及自動恢復電路，其關鍵元件是R6及U1B相關元件，正常工作時GND與V-的壓差很小，如果選擇V-為參考電位點，則GND為負壓，輸出電流越大，GND的負壓就越低，對于U1B來講，5腳電壓正常時被R20連接到V-，即該腳正常電壓為0V，TL431形成的2.5V基準電壓經R18、R19分壓后加到U1B的反相輸入端，正常工作時約大于0V，使U1B的第7腳輸出低電平，Q3、Q6截止，蜂鳴器失電不響，R11提供的脈動直流經C8濾波后使Q3集電極為高電平，D6截止，不影響調整電路正常輸出電壓，D9導通，使Q4導通，Q5截止，對U1B的5腳不產生影響，電路處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。當輸出電流過大時，R6上的壓降增加，相當于GND負壓增加，導致U1B的6腳電壓下降，當6腳電壓低于0V時，U1B的7腳輸出高電平，Q3、Q6導通，蜂鳴器得電報警，R11提供的直流被Q3短路到地，使Q3集電極為低電平，D6導通，調整電路無驅動電流而停止工作，輸出電壓為0V，這是L2失電熄滅，D9截止，使Q4截止，Q5由于有C11的存在而暫時截止，U1B的5腳由于有7腳高電平的反饋而處于高電平狀態(tài)，這是6腳電壓依然低于5腳電壓，7腳繼續(xù)處于保護報警狀態(tài)，隨著保護時間的推移，R16對C11的充電電壓不斷提高，當增加到Q5的導通電壓時，Q5導通，使U1的5腳電壓被短路到地，U1B的7腳輸出低電平，電路恢復正常工作狀態(tài)。穩(wěn)壓后的直流電壓從JP2輸出，JP3可以外接電壓表和電流表，作為電路功能擴展使用。四、電路調試與功能驗證（5分）1.檢查電路連接是否正確，確保無誤后在JP1處接上16V直流電源（1分）。2.用萬用表直流電壓檔監(jiān)測JP2的輸出電壓（注意方向不要接反）（1分）。3.旋轉W1，觀察JP2輸出電壓的變化情況（1分）。4.瞬間短路JP2輸出端，觀察電路的保護、報警和自動恢復情況（1分）。5.連接負載進行實用化應用測試（1分）。五、電路參數的測量（7分）在JP1處接上16V直流電源，將輸出電壓調節(jié)到以下指定值，測量電路中各點電壓，并填入下表中（每一個電路點電壓值錯一個該項不得分）。輸出電壓值（V）電路測試點電位（V）D5陽極（1分）D5陰極（1分）Q1基極（1分）Q2基極（1分）U2陰極（1分）U1第1腳（1分）U1第8腳（1分）1.5V5.0V12.0V任務二脈沖順序控制電路板的裝配與故障檢修（50分）一、電路裝配與焊接（10分）脈沖順序控制電路原理圖如圖6所示，裝配圖如圖7，電路元器件表見表3，正確選取元器件，準確的焊接在賽場提供的脈沖順序控制電路板上。焊接要求：在印制電路上所焊接的電子元器件的焊點大小適中、光滑、圓潤、干凈，無毛刺；位置正確；無漏、假、虛、連焊。裝配要求：元器件焊接安裝無錯漏；線路板上插件位置正確，接插件、緊固件安裝可靠牢固；元器件安裝及元器件上字符標示方向均符合工藝要求；線路板和元器件無燙傷和劃傷，整機清潔無污物。圖6脈沖順序控制電路原理圖圖7脈沖順序控制電路裝配圖表3脈沖順序控制電路元器件表序號名稱規(guī)格型號編號數量1無鎖開關8.5*8.5無鎖開關AN12貼片電容0805貼片104C113貼片電容0805貼片103C2-C984貼片IC貼片NE555IC115貼片IC貼片CD4011IC216貼片IC貼片CD4027IC317直插集成電路74LS194IC418IC座16PIC座IC419301接線端子301-2P接線端子J1110貼片發(fā)光二極管0805貼片紅LEDLED0-LED6711貼片電阻0805貼片1KR0-R6712貼片電阻0805貼片2KR7-R12613貼片電阻0805貼片10KR13,R14,R17314貼片電阻0805貼片1MR15115貼片電阻0805貼片5.1MR161165P直插排阻5P排阻10KRP11174位撥碼開關4位撥碼開關S1~4118貼片微動開關貼片6*6*5微動S5119貼片三極管貼片8050VT1-VT6620電路板7.37*4.94雙面板1安裝說明：1、清單中的元件名稱旁有※標記的為貼片元件，請按照貼片元件的焊接工藝要求進行安裝。2、排阻RP1上標有白點的為第1腳，裝在最左邊的方形焊盤中。3、在安裝無鎖開關AN之前，用萬用表測量它的常開和常閉引腳，再根據電路板上的標記，將常閉引腳裝在左側，常開引腳裝在右側。二、電路功能和原理簡介脈沖順序控制電路設計采用了時基電路NE555、與非門CD4011、JK觸發(fā)器CD4027和移位寄存器74LS194，電路元件采用了插件和貼片器件相結合，并設置了5處故障點，需要排除后才能實現功能。具體功能如下：1、把撥碼開關S1~4。撥到非ON狀態(tài)。接上5V電源，電源指示燈發(fā)光二極管LED0點亮。右移：按一下無鎖開關AN，并可見發(fā)光二極管LED：點亮。同時發(fā)光二極管從LED0開始點亮，接著順序點亮LED4、LED5、LED6，四只發(fā)光二極管齊點亮后開始從LED3熄滅，接著順序熄滅LED4、LED5、LED6，又開始從LED3點亮，如此往復右移循環(huán)。按下微動按鈕S5，發(fā)光二極管LED3-6。全熄滅，放開微動按鈕S5后，按以上方式往復右移循環(huán)。左移：按一下無鎖開關AN，可見發(fā)光二極管LED1點亮。同時發(fā)光二極管從LED6開始點亮，接著順序點亮LED5、LED4、LED3，四只發(fā)光二極管齊點亮后開始從LED6熄滅，接著順序熄滅LED5、LED4、LED3，又開始從LED6點亮，如此往復左移循環(huán)。按下微動按鈕S5，發(fā)光二極管LED6-3。全熄滅，放開微動按鈕S5后，按以上方式往復左移循環(huán)。置數：按一下無鎖開關AN，LED1-6。全亮，按下微動按鈕S5，LED3-6全熄滅，放開微動按鈕S5后，LED1-6又全亮。保持：按一下無鎖開關AN，LED3-6全亮，LED1-2不亮，按下微動按鈕S5，LED3-6全熄滅，放開微動按鈕S5后，LED1-6已不再點亮。以上操作可循環(huán)實現以上順序功能。2、把撥碼開關S1-4全部撥到ON狀態(tài)。發(fā)光二極管LED3-6在置數和保持方式中全熄滅，在右移和左移方式中正常移動。3、把撥碼開關S1-4中任何一開關撥到ON狀態(tài)，可實現對應發(fā)光二極管在靜態(tài)時的熄滅狀態(tài)。三、常用集成電路介紹1.集成電路NE555NE555是一塊時基集成電路，它可以構成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等，是一塊用途廣泛的集成電路。NE555集成電路管腳如圖8，內部等效電路如圖9。圖8圖9NE555引腳功能簡介：1腳：公共地端為負極。2腳：低觸發(fā)端TRIG，低于1／3電源電壓時即導通。3腳：輸出端OUT，電流可達200mA。4腳：強制復位端RESET，不用時可與電源正極相連或懸空。5腳：用來調節(jié)比較器的基準電壓，簡稱控制端CONT，不用時懸空，或通過電容接地。6腳：高觸發(fā)端THRES，也稱閾值端，高于2/3電源電壓時即截止。7腳：放電端DISCH。8腳：電源正極VDD。2.集成電路CD4011芯片為四二輸入與非門電路，引腳功能如下圖圖103.集成電路CD4027CD4027是一款雙JK觸發(fā)器，帶有置位端（SET）和清零端（RESET）以及正反相兩個輸出端。時鐘信號的上升沿觸發(fā)，置位和清零操作都是低電平有效。圖114.集成電路74LS194（74HC194、CD40194）74LS194是一個4位雙向移位寄存器，具有并行輸入，串行左移輸入，串行右移輸入三種功能。引腳見原理圖，其中：D0～D1為并行輸入端；Q0～Q3為并行輸出端；SRI為右移串引輸入端；SLI為左移串引輸入端；SEL1、SEL0為操作模式控制端；CR-為直接無條件清零端；CP為時鐘脈沖輸入端。圖12四、脈沖順序控制電路的故障檢修（25分）脈沖順序控制電路的供電需由任務一完成的精密自恢復穩(wěn)壓電源提供，先用萬用表監(jiān)測輸出電壓，將電源電壓調為5.0±0.1V，再接入脈沖順序控制電路的電源輸入端J1。完成如下內容：要求：在給出的電子產品線路板上，已經設置了5個故障。請根據給出的脈沖順序控制電路原理圖和工作原理及功能說明加以排除，故障排除后電路才能正常工作。并請完成以下的檢修報告。1、故障一電路檢修報告故障現象（1分）故障檢測（2分）故障點（1分）故障排除（1分）2、故障二電路檢修報告故障現象（1分）故障檢測（2分）故障點（1分）故障排除（1分）3、故障三電路檢修報告故障現象（1分）故障檢測（2分）故障點（1分）故障排除（1分）4、故障四電路檢修報告故障現象（1分）故障檢測（2分）故障點（1分）故障排除（1分）5、故障五電路檢修報告故障現象（1分）故障檢測（2分）故障點（1分）故障排除（1分）五、電路功能與調整測量1、電路功能（5分）在已排除故障的《脈沖順序控制電路》線路板上應能實現以下功能：（1）循環(huán)右移（1分）；（2）循環(huán)左移（1分）；（3）可預先置數（1分）；（4）保持原狀態(tài)不變（1分）；（5）全部清零熄滅（1分