電子電路裝調(diào)與應(yīng)用賽項任務(wù)書(教師組)

18/19貴州省職業(yè)院校技能大賽電子電路裝調(diào)與應(yīng)用賽項(教師組)工作任務(wù)書教師組電子電路裝調(diào)與應(yīng)用賽項組工位號：2021年5月工作任務(wù)與要求請您在6小時內(nèi)，根據(jù)任務(wù)書的相關(guān)說明和工作要求，完成賽場提供的精密自恢復(fù)穩(wěn)壓電源與脈沖順序控制故障檢修板套件中相關(guān)電路的焊接、調(diào)試、排故、組合聯(lián)調(diào)、數(shù)據(jù)測量、電路設(shè)計等任務(wù)，具體工作任務(wù)和要求如下：1.職業(yè)素養(yǎng)要求。（10分）2.根據(jù)焊接要求，完成賽場提供的精密自恢復(fù)穩(wěn)壓電源的裝配、焊接、調(diào)試、測量。（20分） 3.根據(jù)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(fù)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(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的控制功能，并對電路運行數(shù)據(jù)進行測量記錄。（50分）4.利用NIMultisim14或AltiumDesigner10，根據(jù)任務(wù)要求設(shè)計電路，完成功能仿真，并進行數(shù)據(jù)采集和存儲（20分）任務(wù)一精密自恢復(fù)穩(wěn)壓電源的裝配、焊接與調(diào)試（20分）一、裝配焊接（8分）精密自恢復(fù)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(fù)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(fù)穩(wěn)壓電源原理圖圖2精密自恢復(fù)穩(wěn)壓電源裝配圖表1精密自恢復(fù)穩(wěn)壓電源元器件表序號名稱規(guī)格型號編號數(shù)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(guān)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(shè)置從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值，是較好的可控精密穩(wěn)壓源，該器件在很多應(yīng)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(nèi)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(guān)。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(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為聲音，電磁式蜂鳴器由電磁線圈與振動鐵片構(gòu)成，利用電流的磁效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為聲音。單純具有以上發(fā)聲結(jié)構(gòu)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(qū)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?shù)碾妷悍秶?，同時還需注意正負極性，否則將損壞蜂鳴器內(nèi)電路。在實際電路應(yīng)用中，蜂鳴器根據(jù)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(jù)以上原理不難區(qū)分。在自恢復(fù)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(fù)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(chǔ)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(diào)整電路、過流保護及自動恢復(fù)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(zhuǎn)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(guān)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(diào)節(jié)W1可以調(diào)節(jié)輸出電壓的高低，該電路可以實現(xiàn)0V起調(diào)，U1A完成誤差比較放大，Q1-2組成調(diào)整電路，R7為調(diào)整電路提供驅(qū)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(fù)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(jīng)過D1-4整流后得到脈動直流電，經(jīng)D5后進入濾波電路得到非穩(wěn)直流電，經(jīng)Q1穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的直流輸出。輸出電壓經(jīng)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(jīng)D7驅(qū)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(fù)電路，其關(guān)鍵元件是R6及U1B相關(guān)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(jīng)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(jīng)C8濾波后使Q3集電極為高電平，D6截止，不影響調(diào)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(chǎn)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(diào)整電路無驅(qū)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(fù)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(diào)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(zhuǎn)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(fù)情況（1分）。5.連接負載進行實用化應(yīng)用測試（1分）。五、電路參數(shù)的測量（7分）在JP1處接上16V直流電源，將輸出電壓調(diào)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(wù)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(shù)量1無鎖開關(guān)8.5*8.5無鎖開關(guān)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(guān)4位撥碼開關(guān)S1~4118貼片微動開關(guān)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(guān)AN之前，用萬用表測量它的常開和常閉引腳，再根據(jù)電路板上的標記，將常閉引腳裝在左側(cè)，常開引腳裝在右側(cè)。二、電路功能和原理簡介脈沖順序控制電路設(shè)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(jié)合，并設(shè)置了5處故障點，需要排除后才能實現(xiàn)功能。具體功能如下：1、把撥碼開關(guān)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(guān)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(fù)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(fù)右移循環(huán)。左移：按一下無鎖開關(guān)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(fù)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(fù)左移循環(huán)。置數(shù)：按一下無鎖開關(guān)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(guān)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(xiàn)以上順序功能。2、把撥碼開關(guān)S1-4全部撥到ON狀態(tài)。發(fā)光二極管LED3-6在置數(shù)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(guān)S1-4中任何一開關(guān)撥到ON狀態(tài)，可實現(xiàn)對應(yīng)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(gòu)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(nèi)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(fù)位端RESET，不用時可與電源正極相連或懸空。5腳：用來調(diào)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(wù)一完成的精密自恢復(fù)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(diào)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(nèi)容：要求：在給出的電子產(chǎn)品線路板上，已經(jīng)設(shè)置了5個故障。請根據(jù)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(diào)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(yīng)能實現(xiàn)以下功能：（1）循環(huán)右移（1分）；（2）循環(huán)左移（1分）；（3）可預(yù)先置數(shù)（1分）；（4）保持原狀態(tài)不變（1分）；（5）全部清零熄滅（1分