《電子技術基礎技能實訓教程》課件-第7章

第7章穩(wěn)壓電源的制作與電路分析實訓7.1直流集成穩(wěn)壓電源的制作7.1穩(wěn)壓電路工作原理介紹7.2電子線路圖讀圖基本知識介紹7.3焊接技術7.4調試與診斷技術實訓7.2指針式萬用表的制作本章小結

實訓7.1直流集成穩(wěn)壓電源的制作

1.實訓目的(1)了解直流穩(wěn)壓電源的基本結構。(2)訓練查閱手冊、讀圖、組裝、焊接及調試的能力。(3)熟悉和正確使用三端集成穩(wěn)壓器。(4)掌握穩(wěn)壓電源技術指標的測試方法。

2.實訓設備與器件

(1)實訓設備:示波器1臺,萬用表1塊,電烙鐵等常用電工工具1套。

(2)實訓器件:電源變壓器1臺(220V/18V×2,1A),二極管IN40044只,三端集成穩(wěn)壓器W7815和W7915各1塊,萬能焊接板1塊,電阻,電容,導線若干。

3.實訓電路與說明

圖7.1所示為直流集成穩(wěn)壓電源電路,它主要由電源變壓器、單相橋式整流器、電容濾波器、三端集成穩(wěn)壓器等組成。圖7.1雙路輸出直流穩(wěn)壓電源原理圖

4.實訓內容與步驟

1)識別和檢測元器件

對照電路圖認真核對各個元器件的型號、參數(shù),用萬用表等工具對重要元器件進行初步的檢測,以確保元器件性能符合要求。

2)連接線路

(1)裝配圖的布局。元器件在裝配圖上的實際位置與電路原理圖上的位置可能會有所不同,這主要是從元器件的散熱、彼此干擾的減少、便于在設備外部調整等方面考慮所致,

裝配圖的總體布局原則是:

①電路所用元器件要盡量集中放置,使元器件間連線盡量縮短。

②發(fā)熱元件,如變壓器、大功率集成電路等要放在便于通風的位置。

③盡量減少元件間的相互有害干擾,如受溫度影響性能變化比較大的元器件要遠離發(fā)熱元器件等。

④便于操作、調整和檢修。

(2)安裝與焊接。根據(jù)裝配圖總體布局的原則,確定本電路圖中各部分元器件在電路板上的具體位置,將待焊接的元器件預先處理后焊接在電路板上。

3)電路調試

電路的調試過程一般是先分級調試,再聯(lián)級調試,最后進行整機調試與性能指標的測試。

本電路具體調試過程為:通電前,用萬用表測試是否有斷路和短路的情況,共地點是否可靠共地,二極管、電容器、穩(wěn)壓塊在焊接過程中是否有損壞等,在排除了可能存在的問題后,就可進行通電調試了;通電后,觀察各元件是否存在異常,如出現(xiàn)元件發(fā)熱過快、冒煙、打火花等現(xiàn)象,應立即斷電檢查,直至排除故障。用萬用表測試穩(wěn)壓塊各管腳的電壓值是否正常,然后再用示波器觀察各部分的輸出波形是否正常。

在完成了以上調試后,可以通過改變輸入的電壓值和負載值來測量穩(wěn)壓電源輸出的電壓值是否穩(wěn)定在設計要求范圍內,以此來評價這一穩(wěn)壓電源性能的優(yōu)劣,即穩(wěn)壓性能試驗。

5.實訓總結與分析

直流穩(wěn)壓電源的作用是將交流電轉換為平穩(wěn)的直流電,其核心部分就是整流電路和穩(wěn)壓電路。常用的整流電路有半波整流和全波整流兩種,其中橋式整流是最典型的全波整流

方式。整流輸出的脈動直流電經(jīng)濾波電路處理后能得到較為平穩(wěn)的直流電,再經(jīng)過穩(wěn)壓電路的作用可以得到較好的直流電,在電子電路中常采用由W78系列和W79系列三端集成

穩(wěn)壓器構成的穩(wěn)壓電路。

7.1穩(wěn)壓電路工作原理介紹

7.1.1三端集成穩(wěn)壓器的引腳識別與性能檢測1.引腳識別三端集成穩(wěn)壓器的封裝有金屬封和塑封兩種,外形如同一只大功率晶體管,管腳排列如圖7.2所示。圖7.2三端穩(wěn)壓器的引腳排列

2.質量鑒別

對于78××和79××系列的三端穩(wěn)壓器,鑒別其質量可使用萬用表的R×100擋,分別檢測其輸入端與輸出端的正、反向電阻值。正常時,阻值相差在數(shù)千歐以上;若阻值相差很小或近似為零,說明其已損壞。

3.性能檢測

最常用的正三端穩(wěn)壓器是W78××系列,具有5~24V不同的穩(wěn)壓值,其值由78后面的兩位數(shù)××示出。

常見三端穩(wěn)壓器的外形圖如圖7.3所示。圖7.3常見三端穩(wěn)壓器的外形圖

7.1.2穩(wěn)壓電源的基本工作原理

直流穩(wěn)壓電源是一種通用的電源設備,它能為各種電子儀器和電路提供穩(wěn)定的直流電源。當電網(wǎng)電壓波動、負載變化和環(huán)境溫度在一定范圍內變化時,其輸出電壓能維持相對

穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流器、濾波器、穩(wěn)壓器四個部分組成,如圖7.4所示。圖7.4直流穩(wěn)壓電源基本組成及穩(wěn)壓過程示意圖

集成三端穩(wěn)壓器內部由“取樣電路”、“基準電壓”、“比較放大環(huán)節(jié)”和“調整環(huán)節(jié)”四個部分組成,如圖7.5及圖7.6所示。圖7.5W78××系列穩(wěn)壓器電路框圖圖7.6LM317系列穩(wěn)壓器電路框圖

7.1.3主要性能指標及其測試方法

衡量直流穩(wěn)壓電源的性能指標有兩種:特性指標和質量指標。

1.特性指標

分別測量穩(wěn)壓電源的交流輸入電壓ui、單相橋式整流電容濾波電路的輸出電壓UF(即集成穩(wěn)壓器的輸入)、穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo以及W7815和W7915的輸入壓差,分析測量結果是否符合原理說明中所敘述的數(shù)量關系。

2.質量指標

(1)穩(wěn)壓系數(shù):

操作時,利用單相自耦調壓器可交流輸入電壓ui分別增減10%,用萬用表監(jiān)測Uo的變化。

(2)輸出電阻:

Ro愈小愈好。

(3)紋波系數(shù):

r愈小愈好。紋波電壓uo是指在穩(wěn)壓電路輸出端疊加在直流輸出電壓Uo上的交流分量的有效值,一般為mV數(shù)量級。操作時,用雙蹤示波器分別觀測和比較W7815的輸入端和輸出端紋波電壓的頻率及其峰峰值。

7.1.4安全使用注意事項

盡管集成穩(wěn)壓器本身具有短路保護的電路裝置,但是,如使用不慎,仍會造成集成穩(wěn)壓器的損壞。如集成穩(wěn)壓器輸入端對地瞬時短路,或者在輸入端的濾波電容開路情況下切斷“全橋”的輸出,都會使得集成穩(wěn)壓器輸出端電壓瞬時值高于輸入端電壓。一旦壓差超過其調整管發(fā)射結所允許的反向擊穿電壓極限值,將導致器件損壞。為了避免上述事故的發(fā)生,可在集成穩(wěn)壓器輸入端和輸出端接入一只二極管VD,并在輸出端接入負載RL或一只泄放電阻R。

7.2電子線路圖讀圖基本知識介紹

7.2.1電子線路圖的分類電子線路圖是用來描述電子設備、電子裝置的電氣原理、結構、安裝和接線方式的圖樣。它是電子技術領域相互交流的共同技術語言,是指導電子產品生產、調試和維修的重要技術資料。電子產品的制造和裝配過程中使用的圖紙有許多種類型,電子線路圖一般可分為示意圖、方框圖、原理圖、印刷電路版圖和裝配圖(安裝圖)等。

1.示意圖

電子線路圖最簡單的一種是示意圖或簡圖,也叫布置圖,它表示元件如何裝置在機殼內。示意圖通常是分解圖,表示元件裝配的次序和各元件間的正確位置,為了便于查閱,各種元件和接頭可以用字母或數(shù)字標注在圖上。

2.方框圖

將組成電子設備的單元電路用正方形或長方形的方框表示,并用線段和箭頭把它們連接起來,表示整個設備各組成部分之間的相互關系。帶箭頭的單線表示電信號的走向,方框圖也起信號流程圖的作用。方框圖對于最后測試和排除故障的技術人員來說是基本的參考圖,測試人員通常使用標有參考值的方框圖。

3.電原理圖

電原理圖也叫電路原理圖。它是用來表示電子設備工作原理的,只能用元件符號、代號表示元件實物。不同的符號、代號表示不同的元件實物。大多數(shù)情況下,原理圖都附加有關的電氣參數(shù)和元件值、色標、元件代號等文字和數(shù)字標號。

4.印制線路圖

印制線路圖又稱印刷電路板圖、印制電路板圖。實際上它是一種布線圖,用來制作印制線路板的圖紙。印制線路圖是根據(jù)電路原理圖設計的,該圖只繪制線路(印制線路)和接點(焊盤),不繪出元件的符號和代號,如圖7.7所示。圖7.7-印制線路圖

5.安裝圖

安裝圖是提供較直觀的接線和組裝工藝的圖樣。安裝圖又稱焊接圖、實物圖、布置圖和裝配圖等。圖7.8就是安裝圖的一種。印刷線路板的安裝圖通常叫印制線路布線圖或簡

稱布置圖。圖7.8安裝圖

7.2.2讀圖的一般方法

所謂讀圖是指在認識圖形符號和掌握電子技術基礎理論知識的前提下,利用讀圖的一般方法,對圖形所描述的功能、特點、工作原理等逐一分析與理解,掌握圖中所給出的全部信息。讀圖的一般方法如下:

(1)弄清功能,將圖形劃分成幾個功能模塊。

(2)突出重點,找出核心單元電路和關鍵點。

(3)明確電路的工作狀態(tài),逐級分析。

(4)按信號流程歸納、總結全電路的工作原理和特性。

7.3焊接技術

7.3.1焊接工具1.電烙鐵電烙鐵是手工施焊的主要工具,選擇合適的烙鐵并合理地使用它是保證焊接質量的基礎。由于用途、結構的不同,有各式各樣的烙鐵。按烙鐵的功率分,有20W、30W…300W等。最常用的是單一焊接用的直熱式電烙鐵,它又可分為內熱式和外熱式兩種,圖7.9所示為典型直熱式烙鐵的結構示意圖。圖7.9典型直熱式烙鐵結構示意圖

2.其他常用工具

除了電烙鐵,焊接時常用的工具還有尖嘴鉗、平嘴鉗、斜嘴鉗、剝線鉗、平頭鉗(克絲鉗)、鑷子、螺絲刀和吸錫器等。

7.3.2鍍錫技術

1.鍍錫機理

元器件引線一般都鍍有一層薄的纖料,但時間一長,引線表面會產生一層氧化膜,影響焊接。所以,除少數(shù)有良好銀、金鍍層的引線外,大部分元器件在焊接前都要重新鍍錫。

鍍錫,實際就是錫焊的核心。液態(tài)焊錫對被焊金屬進行表面浸潤,形成一層既不同于被焊金屬又不同于焊錫的結合層。這一結合層將焊錫同待焊金屬這兩種性能、成分都不相

同的材料牢固連接起來,如圖7.10所示。圖7.10鍍錫機理

2.鍍錫要點

(1)待鍍面應清潔。

(2)溫度要足夠。

(3)要使用有效的焊劑。

7.3.3手工烙鐵焊接技術

1.焊接操作姿勢

電烙鐵握法有三種,如圖7.11所示。反握法動作穩(wěn)定,長時間操作不易疲勞,適于大功率烙鐵的操作。正握法適于中等功率烙鐵或帶彎頭電烙鐵的操作。一般在操作臺上焊印制板等焊件時多采用握筆法。圖7.11電烙鐵的基本握法

焊錫絲一般有兩種拿法,如圖7.12所示。圖7.12焊錫絲的拿法

2.焊接操作的基本步驟

下面介紹的五步操作法有普遍意義,如圖7.13所示。

(1)準備施焊。左手拿焊絲,右手握烙鐵(烙鐵頭應保持干凈并吃上錫),處于隨時可施焊狀態(tài),見圖7.13(a)。

(2)加熱焊件。應注意加熱整個焊件,例如圖中的導線與接線往往要均勻受熱,見圖7.13(b)。

(3)送入焊絲。加熱焊件達到一定溫度后,焊絲從烙鐵對面接觸焊件(而不是烙鐵),見圖7.13(c)。

(4)移開焊絲。當焊絲熔化一定量后,立即移開焊絲,見圖7.13(d)。

(5)移開烙鐵。焊錫浸潤焊盤或焊件的施焊部位后,移開烙鐵,見圖7.13(e)。

圖7.13錫焊五步操作法

3.焊接操作的基本手法

具體操作手法在達到優(yōu)質焊點的目標下可因人而異,但長期實踐經(jīng)驗的總結對于初學者的指導作用亦不可忽略。

(1)保持烙鐵頭的清潔。

(2)采用正確的加熱方法。

還要注意,加熱時應讓焊件上需要焊錫浸潤的各部分均勻受熱,而不是僅加熱焊件的一部分,如圖7.14(a)、(b)、(c)所示。當然,對于熱容量相差較多的兩個部分焊件,熱應偏向需熱較多的部分,這是順理成章的。圖7.14正確的加熱方法

(3)加熱要靠焊錫橋。所謂焊錫橋,就是指靠烙鐵上保留少量焊錫作為加熱時烙鐵頭與焊件之間傳熱的橋梁。由于金屬液的導熱效率遠高于空氣,因此焊件很快被加熱到焊接

溫度。

(4)烙鐵撤離有講究。烙鐵撤離要及時,而且撤離時的角度和方向對焊點形成有一定關系。圖7.15所示為不同撤離方向對焊料的影響。圖7.15烙鐵撤離方向和焊錫量的關系

(5)在焊錫凝固之前不要使焊件移動或振動。在焊錫凝固前,一定要保持焊件靜止,用鑷子夾住焊件時,一定要等焊錫凝固后再移去鑷子。

(6)焊錫量要合適。焊錫量既不要過多,也不能過少,原因如圖7.16所示。圖7.16焊錫量的掌握

(7)不要用過量的焊劑。合適的焊劑量應該是松香水僅能浸濕將要形成的焊點,不要讓松香水透過印刷板流到元件面或插座孔里(如IC插座)。

(8)不要用烙鐵頭作為運載焊料的工具。

7.3.4焊點要求及質量檢查

1.對焊點的要求

(1)可靠的電連接。

(2)足夠的機械強度。

(3)光潔整齊的外觀。

2.典型焊點的外觀及檢查

圖7.17是兩種典型焊點的外觀,其共同要求是:

(1)外形以焊接導線為中心,勻稱、成裙形拉開。

(2)焊料的連接面呈半弓形凹面,焊料與焊件交界處平滑,接觸角盡可能小。

(3)表面有光澤且平滑。

(4)無裂紋、針孔、夾渣。圖7.17-典型焊點外觀

外觀檢查除用目測(或借助放大鏡、顯微鏡觀測)焊點是否合乎上述標準外,還包括檢查以下各點:

①漏焊;

②焊料拉尖;

③焊料引起導線間短路(即所謂“橋接”);

④導線及元器件絕緣的損傷;

⑤布線整形;

⑥焊料飛濺。檢查時,除目測外,還要用指觸、鑷子撥動、拉線等,檢查有無導線斷線、焊盤剝離等缺陷。

檢驗一個焊點是否虛焊最可靠的方法就是重新焊一下:用滿帶松香焊劑、缺少焊錫的烙鐵重新熔融焊點,若有虛焊,其必然暴露無疑。

3.通電檢查

通電檢查必須是在外觀檢查及連線檢查無誤后才可進行的工作,也是檢驗電路性能的關鍵步驟。如果不經(jīng)過嚴格的外觀檢查,通電檢查不僅困難較多,而且有損壞設備儀器、造成安全事故的危險。例如,電源連線虛焊,那么通電時就會發(fā)現(xiàn)設備加不上電,當然無法檢查。通電檢查可以發(fā)現(xiàn)許多微小的缺陷,例如用目測觀察不到的電路橋接、內部虛焊等。

4.常見的焊點缺陷及分析

造成焊接缺陷的原因很多,但主要可從焊料、焊劑、烙鐵、夾具這四要素中去尋找。在材料(焊料與焊劑)與工具(烙鐵、夾具)一定的情況下,采用什么方式方法以及操作者是否

有責任心就是決定性的因素了。表7-1為常見焊點的缺陷與分析。

7.4調試與診斷技術

7.4.1調試技術1.目的和基本原則由于元器件參數(shù)的分散性、裝配工藝的影響和干擾等各種因素的影響,使得安裝完畢的電子裝置不能達到設計要求的性能指標,需要通過調整和實驗來發(fā)現(xiàn)、糾正和彌補,使其達到預期的功能和技術指標,這就是電子電路的調試。

調試的一般步驟是:

(1)經(jīng)過初步調試,使電子裝置處于正常工作狀態(tài)。

(2)調整元器件參數(shù)以及裝配工藝分布參數(shù),使電子裝置處于最佳工作狀態(tài)。

(3)在設計和元器件參數(shù)允許的條件下,改變內部、外部因素(如過壓、過流、高溫、連續(xù)長時間運行等)以檢驗電子裝置性能的穩(wěn)定性和可靠性。

調試的一般原則是先靜態(tài)調試后動態(tài)調試。調試流程圖如圖7.18所示。圖7.18電子裝置調試流程圖

2.靜態(tài)調試

所謂靜態(tài)調試,是指在電路未加輸入信號的直流工作狀態(tài)下測試和調整其靜態(tài)工作點和靜態(tài)技術指標?？砂慈缦虏襟E進行。

(1)供電電源及總的靜態(tài)電流的檢查。

(2)各級靜態(tài)工作電壓及靜態(tài)電流的測試。

3.動態(tài)調試

在檢查各級靜態(tài)參數(shù)基本正常的情況下,就可進行動態(tài)檢查測試。對于靜態(tài)工作點正常而又不能工作的電子裝置,問題就出在與信號通路有關的電路。如級間耦合電容失效、

振蕩回路中的元件損壞、交流負反饋電路開路、旁路電容器斷開等。

動態(tài)測試是根據(jù)不同的電路,加入不同性質、不同幅度的信號進行測試。其測試方法與單級的動態(tài)測試基本相同。

7.4.2電子裝置的故障排除

1.故障排除的基本方法

(1)問診。所謂問診,是詢問使用者有關裝置情況和發(fā)生故障的經(jīng)過與故障現(xiàn)象。

(2)外觀檢查。每次檢修電子裝置,外觀檢查,包括脫去外殼的外觀檢查,都是必要的。

(3)通電觀察,判斷故障范圍。將待檢修的電子裝置通電,以觀察故障現(xiàn)象,判斷故障的大致范圍。

2.故障排除的具體方法

(1)通路法。通路法就是用萬用表的歐姆擋去測量通路的阻值,與正常值進行比較,來判斷排除故障點。

(2)電阻法。電阻法就是用萬用表的歐姆擋去測量電路中可疑處或被懷疑元器件的直流阻值,與正常值進行比較,來判斷排除故障點。

(3)電壓法。電壓法就是用萬用表的電壓擋去測量電路中某點的電壓值,同正常的電壓值相比較,來判斷排除故障點。

(4)電流法。電流法就是用萬用表的電流擋去測量電路中某點的電流值,同正常的電流值相比較,可確定此處有無短路。

(5)替代法。當懷疑某個元器件或單元出現(xiàn)故障時,可用同類型號的元器件或單元去代換,若故障消失,說明判斷正確。

(6)驗證法。當懷疑某個元器件短路或開路時,可先將其短路或開路,若故障無變化,說明判斷正確。

(7)對比法。在電子設備資料不全或對該設備不熟悉時,可用同一型號的好的設備對比測取對應的參數(shù),從而發(fā)現(xiàn)故障的部位或故障點。

實訓7.2指針式萬用表的制作

1.實訓目的(1)了解萬用表的基本結構、特點、性能、工作原理和用途。(2)訓練查閱手冊、讀圖的能力。(3)學會焊接、組裝和調試技術。(4)掌握各種技術指標的測試方法。

2.實訓設備與器件

(1)實訓設備:直流穩(wěn)壓電源1臺,標準電流表1塊,標準電壓表1塊,電阻箱1個,滑線電阻1個,自耦變壓器1臺,電烙鐵等常用電工工具1套。

(2)實訓器件:萬能焊接板1塊,磁電式微安表1塊,波段開關1個,二極管,電位器,電阻,導線若干。

3.實訓電路與說明

圖7.19所示為簡易型指針式萬用表電路原理及安裝圖,它主要由直流電壓擋、直流電流擋、交流電壓擋、電阻擋等電路部分和磁電式微安表以及波段開關等組成。圖7.19簡易型指針式萬用表電路原理及安裝圖