电子小制作.doc

元件引脚的处理方式 电子元件的焊接一般使用松香作为助焊剂，焊锡膏适合焊接比较大的部件。元件引脚的挂锡以及导线接线端的挂锡使用焊锡膏更加简便一些，效果比较好速度快，但是挂锡后要清理一下残余的焊锡膏，焊锡膏腐蚀性比较强长时间可腐蚀线路板等。大多数书籍介绍以及工厂生产时一般规则是电子元件的焊接不使用焊锡膏，初学者为了练习或提高焊接的速度与质量可少量使用，使用后一定要清洗好。元件引脚的处理方法，可使用橡皮、小刀或镊子处理引脚表面。图示如下： 橡皮处理可光滑美观，站长与大多数计算机爱好者使用过橡皮修理计算机内部的金手指。 刀刮比较简单，要小心使用工具。 站长习惯的方式，使用镊子进行表面处理，速度快效率高。 元件引脚的挂锡可提高焊接质量，减少虚焊的可能。但是温度不能过高，手法要快，并且距离元件引脚根部5mm以外，或为了避免元件损伤可使用镊子夹住引脚的根部区域，起到快速导热降温的作用，这招在焊接三极管等元件时尤为重要。 元件引脚及导线焊在线路板上后过长部分要剪掉。 工业生产为了降低成本，缩小体积，提高成品工作的可靠性，一般采用贴片式元件利用波峰焊机等进行焊接。 焊点的问题 不合格的焊点通常会因为烙铁的温度不合适造成焊料向豆腐渣一样，或烙铁通电时间过长氧化不挂锡，或焊接面没有处理干净，这几种是最常见的现象，也是初学者要注意的。焊料的质量问题也是影响焊接质量的原因。元件引脚与焊盘中间孔直径差超过0.2mm也会容易造成虚焊影响焊接质量。焊接质量的提高是需要不断实践才能达到的，眼高手低是做不好的。下图是各种不合格的焊点 焊料首选是内有松香粉的焊锡丝，0.50.8mm粗细的比较合适进行电子元件的焊接，焊接的点比较小美观，也是小功率电烙铁应该选择的焊料。选择不当可能会因为温度的原因影响焊料的熔化与焊接。山东胶州产的抗氧化焊锡丝物美价廉。电烙铁的选择与使用 烙铁分内热、外热和恒温三类。一般使用内热式的选择2040瓦。恒温烙铁具有其独特的优势是使用者首选，一般使用或只作为工具偶尔使用焊接电子元件一般选择内热式电烙铁，外热的一般功率比较大是焊接比较大的部件使用。20W40W外热或内热式，使用者根据自己的习惯使用，一般情况下内热式的加热比较快，体积小重量轻适合青少年使用。 反握式适合使用比较大的电烙铁焊接热容量比较大（面积比较大）的部件，不容易疲劳。 正握适合弯头的电烙铁或直头电烙铁在机架上焊接导线用。 笔握式适合小工具电烙铁或小部件焊接，长时间工作容易疲劳。 电烙铁焊接部件的五步法： 准备加热焊件熔化焊件移开焊锡移开烙铁（图示如下图） 一般情况下焊接电子元件因焊盘与原件的接触面积小，2-3步合并，4-5步合并。焊接的速度控制在3秒之内为宜，最长焊接时间不超过5秒。焊接前要处理好焊接原件的表面并做好挂锡处理，焊接时烙铁头挂锡量以够一个焊点使用为宜，过多会影响焊点质量甚至形成多点连接。烙铁头挂锡量及焊点状况如下图 晶闸管 晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一晶闸管产品，并于1958年使其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。 晶闸管的种类 晶闸管有多种分类方法。 （一）按关断、导通及控制方式分类 晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。 （二）按引脚和极性分类 晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。 （三）按封装形式分类 晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。 （四）按电流容量分类 晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。 （五）按关断速度分类 晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。晶闸管的工作原理晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。晶闸管的工作条件：1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。从晶闸管的内部分析工作过程：晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结图1，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图2当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2）（11）式硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图3所示。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（11）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流IaIc0 晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。从图3，当a1和a2随发射极电流增加而（a1+a2）1时，式（11）中的分母1-（a1+a2）0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。式（11）中，在晶闸管导通后，1-（a1+a2）0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。晶闸管在导通后，门极已失去作用。在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于a1和a1迅速下降，当1-（a1+a2）0时，晶闸管恢复阻断状态。可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称门控晶闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。前已述及，普通晶闸管（SCR）靠门极正信号触发之后，撤掉信号亦能维持通态。欲使之关断，必须切断电源，使正向电流低于维持电流IH，或施以反向电压强近关断。这就需要增加换向电路，不仅使设备的体积重量增大，而且会降低效率，产生波形失真和噪声。可关断晶闸管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管（GTR），只是工作频纺比GTR低。目前，GTO已达到3000A、4500V的容量。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显示出强大的生命力。可关断晶闸管也属于PNPN四层三端器件，其结构及等效电路和普通晶闸管相同，因此图1仅绘出GTO典型产品的外形及符号。大功率GTO大都制成模块形式。尽管GTO与SCR的触发导通原理相同，但二者的关断原理及关断方式截然不同。这是由于普通晶闸管在导通之后即外于深度饱和状态，而GTO在导通后只能达到临界饱和，所以GTO门极上加负向触发信号即可关断。GTO的一个重要参数就是关断增益，off，它等于阳极最大可关断电流IATM与门极最大负向电流IGM之比，有公式off =IATM/IGM off一般为几倍至几十倍。off值愈大，说明门极电流对阳极电流的控制能力愈强。很显然，off与昌盛 的hFE参数颇有相似之处。下面分别介绍利用万用表判定GTO电极、检查GTO的触发能力和关断能力、估测关断增益off的方法。1判定GTO的电极将万用表拨至R1档，测量任意两脚间的电阻，仅当黑表笔接G极，红表笔接K极时，电阻呈低阻值，对其它情况电阻值均为无穷大。由此可迅速判定G、K极，剩下的就是A极。2检查触发能力如图2(a)所示，首先将表的黑表笔接A极，红表笔接K极，电阻为无穷大；然后用黑表笔尖也同时接触G极，加上正向触发信号，表针向右偏转到低阻值即表明GTO已经导通；最后脱开G极，只要GTO维持通态，就说明被测管具有触发能力。3检查关断能力现采用双表法检查GTO的关断能力，如图2(b)所示，表的档位及接法保持不变。将表拨于R10档，红表笔接G极，黑表笔接K极，施以负向触发信号，如果表的指针向左摆到无穷大位置，证明GTO具有关断能力。4估测关断增益off进行到第3步时，先不接入表，记下在GTO导通时表的正向偏转格数n1；再接上表强迫GTO关断，记下表的正向偏转格数n2。最后根据读取电流法按下式估算关断增益：off=IATM/IGMIAT/IGK1n1/ K2n2 式中K1表在R1档的电流比例系数；K2表在R10档的电流比例系数。off10n1/ n2 此式的优点是，不需要具体计算IAT、IG之值，只要读出二者所对应的表针正向偏转格数，即可迅速估测关断增益值。注意事项：（1）在检查大功率GTO器件时，建议在R1档外边串联一节1.5V电池E，以提高测试电压和测试电流，使GTO可靠地导通。（2）要准确测量GTO的关断增益off，必须有专用测试设备。但在业余条件下可用上述方法进行估测。由于测试条件不同，测量结果仅供参考，或作为相对比较的依据。逆导晶闸管RCT(Reverse-Conducting Thyristir)亦称反向导通晶闸管。其特点是在晶闸管的阳极与阴极之间反向并联一只二极管，使阳极与阴极的发射结均呈短路状态。由于这种特殊电路结构，使之具有耐高压、耐高温、关断时间短、通态电压低等优良性能。例如，逆导晶闸管的关断时间仅几微秒，工作频率达几十千赫，优于快速晶闸管（FSCR）。该器件适用于开关电源、UPS不间断电源中，一只RCT即可代替晶闸管和续流二极管各一只，不仅使用方便，而且能简化电路设计。逆导晶闸管的符号、等效电路如图1(a)、(b)所示。其伏安特性见图2。由图显见，逆导晶闸管的伏安特性具有不对称性，正向特性与普通晶闸管SCR相同，而反向特性与硅整流管的正向特性相同（仅坐标位置不同）。逆导晶闸管的典型产品有美国无线电公司（RCA）生产的S3900MF，其外形见图1(c)。它采用TO-220封装，三个引出端分别是门极G、阳极A、阴极K。S3900MF的主要参数如下：断态重复峰值电压VDRM：750V通态平均电流IT（AV）：5A最大通态电压VT：3V（IT=30A）最大反向导通电压VTR：0.8V最大门极触发电压VGT:4V最大门极触发电流IGT:40mA关断时间toff:2.4s通态电压临界上升率du/dt:120V/s通态浪涌电流ITSM:80A利用万用表和兆欧表可以检查逆导晶闸管的好坏。测试内容主要分三项：1检查逆导性选择万用表R1档，黑表笔接K极，红表笔接A极（参见图3(a)），电阻值应为510。若阻值为零，证明内部二极管短路；电阻为无穷大，说明二极管开路。2测量正向直流转折电压V（BO）按照（b）图接好电路，再按额定转速摇兆欧表，使RCT正向击穿，由直流电压表上读出V（BO）值。3检查触发能力实例：使用500型万用表和ZC25-3型兆欧表测量一只S3900MF型逆导晶闸管。依次选择R1k、R100、R10和R1档测量A-K极间反向电阻，同时用读取电压法求出出内部二极管的反向导通电压VTR（实际是二极管正向电压VF）。再用兆欧表和万用表500VDC档测得V（BO）值。全部数据整理成表1。由此证明被测RCT质量良好。注意事项：（1）S3900MF的VTR0.8V，宜选R1档测量。（2）若再用读取电流法求出ITR值，还可以绘制反向伏安特性。 一般小功率晶闸管不需加散热片，但应远离发热元件，如大功率电阻、大功率三极管以及电源变压器等。对于大功率晶闸管，必须按手册申的要求加装散热装置及冷却条件，以保证管子工作时的温度不超过结温。晶闸管在使用中发生超越和短路现象时，会引发过电流将管子烧毁。对于过电流，一般可在交流电源中加装快速保险丝加以保护。快速保险丝的熔断时间极短，一般保险丝的额定电流用晶闸管额定平均电流的1.5倍来选择。交流电源在接通与断开时，有可能在晶闸管的导通或阻断对出现过压现象，将管子击穿。对于过电压，可采用并联RC吸收电路的方法。因为电容两端的电压不能突变，所以只要在晶闸管的阴极及阳极间并取RC电路，就可以削弱电源瞬间出现的过电压，起到保护晶闸管的作用。当然也可以采用压敏电阻过压保护元件进行过压保护。 安全用电常识 （1）接线端或裸导线是否带电的鉴定 任何情况下，均不能用手来鉴定接线端或裸导线是否带电。如需了解线路是否有电，应使用完好的验电笔或电工仪表。 （2）如何更换保险丝 在更换保险丝时，应先切断电源，切勿带电操作 如果确需带电作业，则需采取安全措施，例如：站在橡胶板上或穿好绝缘鞋，戴好绝缘手套，而且操作时要有专人在场监护。 （3）带电接头的处理 拆开的或断裂的暴露在外部的带电接头，必须及时用绝缘胶布包好，并悬挂到人身不会碰到的高度，以防人体触及。 （4）使用36伏以上照明灯要注意 不得把36伏以上的照明灯，作为安全行灯来使用。 （5）数人作业时须知 遇有数人进行电气作业时，应于接通电源前告知全体人员。 （6）确保使用家用电气设备的人身安全 如电风扇的底盘、风罩、电视机的天线、电冰箱的门拉手、洗衣机外壳等，都是随时可能与人体接触的，而且这些家用电器都是使用单相交流电，为了消除不安全因素，应使用三孔形带接地线的插座、插头。或者对它们的外壳采取安全措施，即通常说的接地与接零保护，以保护人体安全。 触电急救 触电事故在极短暂的时间内，就会酿成严重的后果，所以发生触电事故，必须施行抢救。据有关资料记载，触电后1分钟内开始抢救的，90有救活的可能；触电后6分钟才救治的，仅有10的生机；如果在触电后12分钟才救治的，则救活率就很少了。所以对触电者及时抢救非常重要。救治的方法如下。 （1）脱离电源 如果附近有配电箱、闸刀等，应该立即断开电源。如果身边有带绝缘柄的工具（如钢丝钳等），可将电线截断。或带上绝缘手套或用干燥的木棍或竹竿，将触电者身上的电线挑开。千万注意，不可直接用手去拉触电者，也不可用金属或潮湿的东西去挑电线。否则，非但没有使触电者摆脱电源，反而使救护者自己也变成触电者。如果触电者是在高空作业时触电，断电时要防止触电者摔伤。 （2）现场救治 当触电者脱离电源以后，如果神志清醒，呼吸正常，皮肤也未灼伤，只要让他到空气清新的地方休息，令其平躺，不要行走，防止突然惊厥狂奔，体力衰竭而死亡。如果触电者神志不清，呼吸困难或停止，必须立即把他移到附近空气清新的地方，及时进行人工呼吸，并请医务人员前来抢救。如果心脏停止跳动，则需立即进行胸外挤压法抢救，并在送往医院途中不间断抢救。如果触电极严重，心跳呼吸全无，这就需要用人工呼吸法和胸外挤压法同时或交替抢救。 人工呼吸法：使触电者平躺仰卧，头后仰，使其舌根不堵住气流，捏住鼻子吹进一口气，然后松开鼻子，使之慢慢恢复呼吸，每分钟约12次。此法效果很好。 胸外挤压法：救护者双手相叠，掌握放在比心窝稍高一点的地方（即两乳头之间略下一点），掌根向下压34厘米，每分钟压60次左右。挤压后掌根迅速放松，让触电者胸廓自行复原，以利血液充满心脏，恢复心脏正常跳动。 对儿童可用一手轻轻挤压，但次数可快到每分钟100次左右。注意：对触电者实施抢救，有时往往需要较长时间，所以必须耐心，不间断地抢救；急救中严禁用不科学的方法，如用木板压，摇抖身体，掐人中，用水泼，盲目打强心针等错误方法，因为这样只会使奄奄一息或处于假死状态的触电者，呼吸更加困难，体温更加下降，从而加速其死亡。电流对人体的作用及影响 由于人体是导体，所以当人体接触带电部位而构成电流的回路时，就会有电流流过人体。电流对人体会造成不同程度的损害，归结起来为两种伤害：一种是电伤；一种是电击。电伤是指电流对人体外部造成的局部伤害，它是由于电流的热效应、化学效应、机械效应及电流本身的作用，使熔化和蒸发的金属微粒侵入人体，皮肤局部受到灼伤、烙伤和皮肤金属化的损伤，严重的也能致人死命。电击是指电流通过人体，使内部组织受到损伤，这种伤害会造成全身发热、发麻、肌肉抽搐、神经麻痹、会引起室颤、昏迷，以致呼吸窒息，心脏停止跳动而死亡。 （1）触电形式 为预防触电事故的发生，我们分析几种常见的触电形式和人体对电流的反应，从而明确电流对人体的严重危害。触电形式有以下四种。 单相触电。人体的一部分在接触一根带电相线（火线）的同时，另一部分又与大地（或零线）接触，电流从相线流经人体到地（或零线）形成回路，称为单相触电。在触电事故中，发生单相触电的情况很多，如检修带电线路和设备时，不作好防护或接触漏电的电器设备外壳及绝缘损伤的导线都会造成单相触电。 两相触电。两相触电是指人体的不同部位同时接触两根带电相线时的触电。这时不管电网中心是否接地，人体都在电压作用下触电，因线电压高，危险性很大。 跨步电压触电。电器设备发生对地短路或电力线断落接地时都会在导线周围地面形成一个强电场，其电位分布是电位从接地点向扩散，逐步降低，当有人跨入这个区域时，分开的两脚间有电位差，电流从一只脚流进，从另一只脚流出而造成触电，叫跨步电压触电。 悬浮电路上的触电。市电通过有初、次级线圈互相绝缘的变压器后，从次级输出的电压零线不接地，相对于大地处于悬浮状态，若人站在地面上接触其中一根带电线，一般没有触电感觉。但在大量的电子设备中，如收、扩音机等，它是以金属底板或印刷电路板作公共接地端，如果操作者身体的一部分接触底板（接地点），另一部分接触高电位端，就会造成触电。所以在这种情况下，一般都要求单手操作。 （2）人体对电流的反应 人体对电流的反应是非常敏感的。触电时电流对人体的伤害程度与下列因素有关。 人体电阻。人体电阻不是常数，在不同情况下，电阻值差异很大，通常在10100千欧之间。人体电阻愈小，触电时通过的电流愈大，受伤愈严重。人体各部分的电阻也是不同的，其中皮肤角质层的电阻最大，而脂肪、骨骼、神经较小，肌肉电阻最小。一个人如果角质损坏时，他的人体电阻可降至0.81千欧。在这种情况下接触带电体，最容易带来生命危险。人体电阻是变化的，皮肤愈薄、愈潮湿，电阻愈小；皮肤接触带电体面积愈大，靠得愈紧，电阻愈小。若通过人体的电流愈大，电压愈高，使用时间愈长，电阻也愈小。人体电阻还受身体健康状况和精神状态的影响。如体质虚弱、情绪激动、醉酒等，容易出汗，使人体电阻急剧下降，所以在这几种情况下也不宜从事电气操作。 不同强度的电流对人体的伤害。大量的实践告诉我们，人体上通过1毫安工频交流电或5毫安直流电时，就有麻、痛的感觉。但10毫安左右自己尚能摆脱电源。超过50毫安就很危险了。若有工频100毫安的电流通过人体，则会造成呼吸窒息，心脏停止跳动，直至死亡。 不同电压的电流对人体的伤害。人体接触的电压愈高，通过人体电流愈大，对人体伤害愈严重。在触电的实际统计中，有70以上是在220伏或380伏交流电压下触电死亡的。以触电者人体电阻为1千欧计，在220伏电压下通过人体的电流有220毫安，能迅速将人致死。人们通过大量实践发现，36伏以下电压，对人体没有严重威协，所以把36伏以下的电压规定为安全电压。 不同频率的电流对人体的伤害。实验证明，直流电对血液有分解作用；高频电流不仅不危险，还可用于医疗。即触电危险性随频率的增高而减少，4060赫交流电最危险。 电流的作用时间与人体受伤的关系。电流作用于人体的时间愈长，人体电阻愈小，则通过人体的电流愈大，对人体的伤害就愈严重。如工频50毫安交流电，如果作用时间不长，还不至于死亡；若持续数10秒钟，必然引起心脏室颤，心脏停止跳动而致死。 电流通过的不同途径对人体的伤害。电流通过头部使人昏迷；通过脊髓可能导致肢体瘫痪；若通过心脏、呼吸系统和中枢神经，可导致神经失常、心跳停止、血循环中断。可见，电流通过心脏和呼吸系统，最容易导致触电死亡。万用表及其使用 万用表是一种多用途电表，它的特点是量程多，用途广。普通万用表可用来测量直流电压，直流电流，交流电压及电阻；高档万用表还可测量电感、电容和交流电流。万用表的种类很多。小学生学习使用简易型万用表的方法是科技活动应达到的目的，教师则要了解万用表的基本工作原理，和操作方法。 1万用表的工作原理 （1）表头 表头是万用表进行各种不同测量的公共部件，它是一个很灵敏的磁电式毫安表或微安表。它有一个可动的线圈，称为动圈，动圈的电阻称为表头内阻，用Rg表示。当动圈中通以电度与通过它的电流大小成正比。固定在动圈上的指针随它一起偏转，在刻度盘上显示出动圈所偏转的角度。 不论用万用表作何种测量，都是利用一定的电路，使通过表头的电流与被测电量（电压、电流或电阻等）具有一定的关系，根据表头指针的偏转角度，便能测出被测量的值。 （2）直流电压表 将表头G串联一个降压电阻RD，便组成一个最简单的直流电压表，见图1010。测量时，要将电压表并联在被测电压U两端，特别要注意表头的极性与被测电压的极性一致。 此时，通过表头的电流为 IG=U/RgRD 因为Rg、RD为确定之值，所以IG与U成正比关系。只要在刻度盘上按电压刻上标记，便可根据指针偏转的角度来指示被测电压U的值。 万用表中，可用转换开关将不同阻值的降压电阻RDI、RD2，分别与表头串联，这样便可得到多量程的电压表，见图1011。 （3）交流电压表 图1012是万用表作为交流电压表时的基本原理图，D1、D2是二极管，它具有单方向导电性，当被测交流电压U，经降压电阻RD降压,作用在a、c两端。当交流电压正半周时（b正c负），二极管D2不导通，而D1导通，此时表头上有电流通过；当交流电压为负半周时，D2导通，D1不导通，这时表头上无电流通过。因此，虽然被测电压是交流电，但通过表头的电流却是单方向的，使指针偏转的角度基本上与被测交流电压成一定的关系，从而测出U的数值。 降压电阻RD的阻值，也与量程有关。万用表也是借助转换开关，将交流电压表制成多量程的。由于二极管是非线性元件，即二极管两端电压与电流不成线性关系，所以交流电压表的刻度与直流电压表不同。故有专用的刻度来表示被测的交流电压。 （4）直流电流表 将表头G并联一个分流电阻RS，便成为一个最简单的直流电流表，见图1013。测量时要将电流表与被测电路串联。 根据分流公式，经过表头的电流为IGI?RS/RS+Rg说明在一起的分流电阻Rs下，通过表头的电流与被测电流I成正比关系，所以根据指针偏转，能在刻度盘上指示出被测电流的数值。 万用表用作电流表，也利用转换开关制成多量程，见图1014。 （5）欧姆表 欧姆表的基本原理图，如图1015所示，设a、b两端为表棒，被测电阻Rx0时，表针指至满档，即IGIg，这叫调零，然后就可利用该表测量电阻。根据欧姆定律及分流公式，得 由此可见，当E、R1 、R2、Rg数值一定时，通过表头的电流IG，取决于被测电阻RX之值，也就是说，指针偏转至刻度盘上某一位置可与被测电阻RX相对应。 2万用表的使用 万用表是一个综合测量仪表，表上有很多转换开关，刻度盘上又名目繁多，所以为了充分发挥万用表的作用，必须正确使用万用表。使用时应注意下列几点。 （1）测量的对象 搞清楚测量的是电压还是电流、电阻。然后将开关转换到相应的位置，才可按单一电表用法进行测量。 （2）连接方式 测量电流时，应将电表与被测电路串联；测量电压时，将电表并联在被测电压两端。 （3）极性 测直流电量（电流、电压）时应注意极性。 （4）量程 如果对被测量的大小没有把握时，应由大量程向小量程过渡，达到指针指示恰当时为止。要熟悉刻度盘上的各种标记。 （5）调零 用欧姆档测电阻时，应将被测电路的电源切断；然后把两表棒碰在一起，看指针是否指零，如果不指零，就需调节电位器，有时电池用旧了，调不到零，应更换新电池。此外，手不要碰及表棒的金属头。 3实验 在教师指导下，分组练习使用万用表，测量直流电压、电流和电阻。照明电路的安装 1参观照明电路和安装保险丝 照明电路是取自供电系统的低压配电线路上的一根火线（相线）和一根地线（零线），用进户线穿过进户管引入户内，再接到供电单位的总保险盒上，然后依次经过单相电度表、总开关（总电闸）、用户保险盒上，最后接到电灯和插座上。 参观照明电路时，要让学生去查电度表上的数码，学会怎样拉开总开关，安装和更换保险丝。 单相电度表是计算用户耗电多少的仪表，常用规格（说出是几安培的电度表）。 用户保险盒接在电度表和用电器之间，有的就在总开关里，有的在总开关下。更换保险丝时必须注意：第一，必须先断电，也就是拉开总开关；第二，不能用其他金属丝代替保险丝；第三；保险丝要合乎规格。保险丝有许多种，粗细不同，每种保险丝都有一个规定的最高工作电流，电工常用这个工作电流数来区分保险丝，常用的有2安培、3安培、5安培、7.5安培等多种。电度表后边所接的用户保险丝安培数必须小于或等于电度表规格安培数。例如，5安培电度表，它的总闸保险丝不得大于5安培。 2插座的安装 插座是供活动的用电器（如台灯、收录机、电视机等）插用的出线口。在照明电路上，常用的有双眼插座和三眼插座。安装双眼插座的步骤是：在墙上准备装插座的地方居中塞上木枕，俗话说钉上木楔子；在事先准备好的插座用木台上钻两个穿线孔和一个螺丝孔，钻孔时要按照插座穿线孔的位置划出位置；把火线线头和地线线头穿入木台上的两个孔里，用螺丝把木台连同底板钉在木枕上；上的两个孔里，把两个线头分别穿入插座底座的两个穿线孔里，并用两枚螺丝把底座钉在木台上；把两个线头分别接到接线桩上；装上插座盖子。见图107。 三眼插座的安装方法与双眼插座基本上相同，只是三眼插座中的一个较大的插眼位置应在上方，那是接触地眼、要接地。接地是为了避免用电器损坏时引起触电事故采取的措施。接地线的安装方法比较复杂，小学科技活动的实习中以练习装双眼插座为主。 3电灯的安装 小学科技活动以安装卡口矮脚式电灯为宜，因为这种灯构造简单。如图108所示，卡口矮脚式灯头的安装步骤是：在预定的地方塞上木枕。在木台上钻好孔。把零线线头（也叫地线线头）和灯头与开关连接线的线头对准位置穿入木台上的两个孔里，用螺丝的把连同底板一起钉在木枕上；把两个线头分别接到灯头的两个接线桩头上；用螺丝把灯头底座装在木台上；装上灯罩和灯泡。 由于这种电灯的实际安装往往在屋顶，进行科技活动时，可以先在木板上练习。实际操作时应考虑登高作业有一定要求，低中年级和个子矮小的学生不宜参加。 4开关的安装和更换拉线 拉线式开关和扳动式开关的安装方法如图109，步骤是：塞上木枕；孔对准开关上的穿线孔位置，在木台上钻两个穿线孔和一个螺丝孔；把火线线头和灯头与开关连接线的线头穿入木台上的两个孔里，用螺丝把木台连同底板钉在木枕上；卸下开关的盖子，把开关底座改正。如果是拉线开关，要使拉线口跟拉线时的方向一致，这样线就不易拉断。然后把两个线头分别穿入底座上的两个穿线孔里，并用两枚螺丝把底座钉在木台上；把两个线头分别接到接线桩上；装上开关盖子。 拉线开关的拉线有时会拉断，练习怎样更换拉线是小学电工活动的一项内容。换新拉线时一定先断电（拉开总闸），用钳子把旧线头取出，从孔中穿进新线，打结。 电线的连接练习 安装电线，遇到电线不够长或要分接支路的时候，就要把电线与电线连接起来。接线是电工的基本功，在科技活动中应当让学生反复练习。电线应连接得紧密结实，就像一根整条，不但结实而且电流畅通。 1单芯电线的直线连接 如图105，分五步进行。第一步把两个线头的芯线以相等的长度绞绕起来；第二步互相各绞绕2圈；第三步把绞绕了的两个芯线都扳直，并按顺时针方向先缠绕一个芯线；第四步缠绕610圈后，用钢丝钳切去余下的芯线，并钳平线的末端；第五步用上述第三步和第四步的方法再缠绕另一个芯线。 2单芯电线的分路连接 如图105，分三步。第一步把支路线头的芯线垂直交在干线芯线上；第二步按顺时针方向缠绕支路芯线；第三步缠绕610圈后，用钢丝钳切去余下的芯线，并钳平芯线的末端。 3绝缘带的包缠 电线的绝缘层由于接线被剥去，接好线后一定要包缠绝缘带，绝缘带应包得紧密结实，带与带之间粘合在一起，使电跑不出来，外面的潮气也进不去。在照明电路上，一般是用黄蜡带（或黑蜡带或聚氯乙烯薄膜带）和黑胶布作为绝缘带的。如果没有黄蜡带，在比较干燥而电线又不与建筑物接触的地方，也可以用黑胶布包缠两层。 4电线与接线桩头的连接 在用电器或电气装置上连接电线，要利用接线桩头。常见的接线桩头有针孔式螺丝压接式两种（俗名接线眼和接线螺线）。见图106。 在针孔式接线桩头上接线时，如果芯线较粗，只要把芯线插入针眼，旋紧螺丝即可；如果芯线较细，就要把芯线折成双根或多根再插入针孔；如果是多根细丝的软芯线，还必须先绞紧再插入针孔，切不可有细丝露在针孔外面，以免发生短路事故。 在螺丝压接式接线桩头上接线时，如果是单根芯线，要先用钢丝钳的钳口把芯线弯一个圆圈，套在螺丝上，再拧紧螺丝。如果是多股细丝软线，则要把芯线绞紧后顺着螺丝，剪去余下的芯线。 用户保险盒内保险丝与接线桩头的连接，技法大致与上述相同。 这种连接也是实有电工的基本功，要让小学中高年级学生利用废旧电料亲自动手反复练习，同时也就练习了钢丝钳、改锥的用法，学习了更换保险丝的技巧。 常用电工工具的使用 1电工工具套 电工工具套是一种盛放常用电工工具的袋子，用皮革或帆布制成，它一般佩挂在电工背后右侧的腰带上。 2电工刀是一种切削工具，常用来剖削电线线头，切割木台缺口等。使用时，刀口应向外，用完要把刀身折回刀柄。小学高年级学生方可练习使用电工刀，并且注意安全。活动时首先要学习用电工刀剖削线头（图102）。 3旋凿（改锥、螺丝刀、起子、螺批） 旋凿是一种旋紧或起松螺丝的工具，电工必备的是长50毫米的大改锥，禁用穿心旋凿，必须套有绝缘管，见图103。 4钢丝钳（电工钳） 带有绝缘把的钢丝钳（克丝钳）是常用的电工工具。它有很多用处：钳口可以用来弯铰或钳夹电线线头；齿口可以用来旋紧或起松有角的螺母；刀口可以用业切割电线或拔起铁钉；铡口可以用来铡切钢丝、铅丝等金属丝。 电工常用的钢丝钳有长150毫米、175毫米、200毫米三种。 正确使用钢丝钳和改锥，是小学科技活动中的一种技能训练。如图所示，要学会用小改锥捻旋小螺丝、用大改锥捻旋大螺丝，还要学会电工钳的四种用法。 学习使用测电笔 测电笔是一种试测电线、用电器和电气装置带不带电的工具。 它由氖管、电阻、弹簧和笔身组成。常见的测电笔有钢笔式和旋凿式（改锥式）两种。教师在活动前切记检查笔内是否有电阻，并且在正常电源上试一试它能否正常发光。 用测电笔测电，要注意握法，见图101。 必须使笔帽或笔尾的螺丝接触到皮肤，但应特别注意皮肤绝不能触及笔尖的金属体，以防发生触电事故。使用中还要使氖管小窗背光，并朝向自己。笔握妥后，用笔尖去接触试测点，并看氖管是否发光。如果氖管发光明亮，说明试测点带电。如果氖管不发光或有微弱的光，不能马上断定测点没有电：这时也许是测试点不清洁，也许是笔尖接触的是地线，要带领学生分析一下，想一想怎么办？是不是用笔尖划磨几下测试点，是否把笔尖移到同一线路的另外几个点试一试？如果反复测几次，氖管仍旧不发光，然后在已知有电的电源上测试一下，氖管能正常发光，这才能肯定测点不带电。 旋凿式（改锥式）测电笔在使用前应当检查金属部分的绝缘管是否完好，在使用中要保护好套管。 测电笔的使用要测试市电，只宜于在小学高年级开这类活动，活动前应当向学生介绍完全用电知识。 实用电工实验 灯怎样才会亮 活动前应准备干电池、导线、电珠、塑料绳、铁丝、胶布等。 对中高年级的学生，可以把这些材料发下去，让学生自己动手动脑做出有开关的小电灯。 对于低年级学生，教师可以在木板上做一个电路示教板，将干电池、裸导线、开关、灯座及小电珠固定在示教板上，让学生看教师的表演，再让学生用所发的材料动手动脑让电珠亮起来。 这种实验之后，要让学生自己讨论什么是电源，什么是导体、绝缘体，电灯怎样才会亮等等问题。小扬声器 市场上可找到体积比较小的扬声器，只是价格稍贵了点，1.505.00元一只。而普通的0.25W 8欧的小扬声器内磁式0.60元1.00元，外磁式为0.501.00元，在儿童声响玩具中大多使用外磁式0.25W扬声器。光敏三极管 在市场上可以找到的光敏三极管。可进行各种智能电路的制作，站长将后续关于光敏三极管制作的文章。光敏电阻2 光敏电阻，市面上可见到几种质量的，一般选择价格比较低的进行制作。用眼睛可以观察初步判断它的品质，制作比较好的光敏电阻受光面晶莹剔透，上面的材料整齐清晰，质量稍差些的上面的材料看起来有颗粒感。独石小电容 在市场上可以找到的小独石电容0.01uF，在制作中可根据需要选择使用，同样的瓷片电容几个更低廉，是制作中经常会选择的。干簧管2 小干簧管是市场上可找到最小的一种，中间玻璃体长度为7mm，据说是进口的。大多数人比较常用的干簧管中间的玻璃体长度大约是20mm左右，有的使用30mm的，小体积的一般是用在一些小型机器或部件中。小的价格是普通干簧管价格的两倍，一般干簧管价格大约1.20元左右，图片中小的干簧管却2.50元一只，但是灵敏度要高一些。三极管 半导体电子器件，有两个PN结组成，可以对电流起放大作用，有3个引脚，晶体三极管分别为集电极（c)，基极（b)，发射极（e），电子三极管分别为屏极、栅极、阴极。有PNP和NPN型两种，以材料分有硅材料和锗材料两种。温度传感器 温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为“热电偶”。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在540微伏之间。热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。 温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。 温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6300K范围内的温度。非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数：式中为材料表面发射率，为反射镜的反射率。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行修正而得到介质的真实