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电子技术应用实习指导书 长沙理工大学电气与信息工程学院电子与信息教研室 范必双 吴一帆 文卉编 二一三年十二月前 言电子技术应用实习是课程教学中的重要环节，不仅是对所学课程的一种实践性总结和应用，而往往是对多门课程的综合性应用。电子技术应用实习是结合电路、数字电路、模拟电路、电子线路CAD等课程的一次综合性应用实习。其目是让学生在理论学习的基础上，通过完成一个涉及多门课程知识应用并具有综合功能的小电路系统设计与调试的实习，使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。本指导书结合实际工程应用要求，从资料收集、方案设计与论证、理论计算、电路图设计和结果分析等方面阐述了电子技术应用实习的一般步骤及过程。本书最后给出了电子技术应用实习的评分细则，量化了评分标准，以保证评分的公平性和公正性。限于作者水平，书中难免存在不妥之处，敬请读者批评指正。 编 者 目 录一、资料收集-1二、应用实习-1三、焊接方法-1四、调试步骤-3五、评分细则表-5附录一 电子技术应用实习题选-6附录二 电子技术应用实习报告书写格式-34附录三 电子实习常用网站-38一、资料收集电子技术应用实习的第一步是资料收集，这主要是锻炼学生根据设计需要查找资料和获取信息的能力。资料收集是一般产品设计的前提，也是电子技术应用实习第二步“应用实习”的前提。这一步骤要求学生面向社会，了解市场信息，以便在实习时能够增加系统的功能和完善系统的设计，这样能够更好地培养学生的创造性和创新意识。资料收集可以从以下两方面入手：1. 根据老师下达的应用实习任务，收集相关信息，看是否已经有人做过相同或类似的应用。2. 分析原有应用系统的优缺点，收集实现该应用系统所需的各种元器件的资料，主要从“性价比”入手，提出更好的系统实现方法或者在原有的基础上增加系统的功能。资料和信息获取可以通过以下几个途径：1. 书本。这是最常用、最直接的资料获取途径，学生可以上图书馆进行查询。2. 网络。这是常常被忽略一个重要途径。网络犹如一个巨型图书馆，在上面几乎可以查到我们应用系统所需的任何元器件的资料。本书提供了一些电子技术应用实习的常用网站，以供大家参考。详见附录四。3. 可以从学习他人的经验中获取所需的资料和信息。这也是一种比较直接和有效的方法。二、应用实习想要很好地完成一个应用系统的实习，合理的方案选择是首要条件。电子技术应用实习要求学生针对一个题目至少提出两个以上的方案。介绍系统设计思路与总体方案的可行性论证，各功能模块的划分与组成，全面介绍系统工作过程或工作原理。实习报告中应提供2-3种方案的分析与比较，方案的选择既要考虑它的先进性，又要考虑它的实现的可能性。三、焊接方法1焊料与焊剂的选择 焊料：一般常用焊锡作焊料。它具有较好的流动性和附着性。在一定是温度、湿度及振动冲击条件下有足够的机械强度。而且具有耐腐性，使用方便的优点。 焊剂：作用是除去油污，防止焊件受热氧化，增强焊锡的流动性。常用的焊剂是松香。但在使用时要注意最好配成松香水。如果电烙铁直接沾松香焊接，虽然焊接的烟量少，附着力强，但沾到焊点上的松香少，不能充分发挥助焊剂的作用。而且电烙铁头经常接触松香也易使松香焦糊变质。所以最好将松香溶于酒精中。以3：1的比例配成松香水点在焊接处。千万注意：绝对不能用酸性焊油。因为它对焊点有腐蚀性，会引起电烙铁漏电，发霉。 注意：焊剂用完后用三氯甲烷/酒精擦板子，便于焊接元器件。 2电烙铁与电烙铁头的选择 常用的电烙铁有外热式、内热式和速热式三种。一般功率不能过大，选用2050W即可。若选用的功率过大，不易掌握火候，很容易使元件过热而损坏。 烙铁头经常加工成各种形状以适应焊接的要求。为了保证一定的温度，烙铁头要有一定的体积。一般焊接较大的元件时，烙铁头与焊接物接触面积要大.焊接密度较大的小焊点时，为了避免伤及周围元件和焊点，应采用锥形的烙铁头。 3焊点质量 焊点的质量直接关系到整块电路板能否正常工作，也是每个操作人员要学会并掌握的基本功。 质量好的焊点称标准焊点，如图1（a）所示，在交界处，焊锡、铜箔、元件三者较好地融合在一起。 图1虚焊点，如图1（b）所示，在交界处，从表面看焊锡把引线给包住了,但焊点内部并未完全融合，焊点内部有气隙或油污等。 产生虚焊点的主要原因是元件脚、印制电路板铜箔表面不清洁，或者电烙铁头温度偏低，元件脚、印制电路板铜箔与烙铁头接触表面太小导致受热太慢，温度不够，也有焊锡用量不当引起的。 要避免出现虚焊，重点是搞好清洁处理。焊接时使电烙铁头与焊接元件及铜箔接触面积要尽可能大些。掌握好焊接时间，一般一个焊点约用23秒。焊后焊点应饱满、光亮、无裂痕、无毛刺且焊剂尚未完全挥发干。若时间长，易损坏焊接部件及元件。铜箔、元件三者较好地融合在一起。若时间短，又不能使焊接达到标准要求，焊点上的焊锡要适当，以饱满引线为宜，呈圆锥形。焊锡过多是浪费，而且容易出现焊点互相桥连现象。 4焊接顺序及方法 先测量，作好记录；再清洁，挂锡焊接；最后再检查测量。杜绝马虎大意。焊接方法如图2所示：图2第一步：右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙 铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡。 第二步：将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60度角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在23秒钟。 第三步：抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。 第四步：用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。 5焊接注意事项 (1) 防止触电，勿要烫伤人、电源线及衣物等。 (2) 电烙铁的温度和焊接的时间要适当，焊锡量要适中。不要过多。 (3) 烙铁头要同时接触元件脚和线路板，使二者在短时间内同时受热达到焊接温度，以防虚焊。 (4) 切不可将烙铁头在焊点上来回移动。也不能用烙铁头向焊接脚上刷锡。 (5) 焊接二极管、三极管等元件时可用镊子夹住管脚，使热量通过镊子散热，不至于损坏元件。 (6) 焊接集成电路时，一定等技术熟练后方可进行，注意时间要短，同时在焊接电路板的时候要断开烙铁电源。四、调试步骤1安全性检查：首先检查印制板各电源和地以及其它的信号线是否有短接，以避免烧坏器件。2对照原理图检查每根信号线是否有短路、断路或与其它线相连。3检查无误后焊接元器件。在产品开发阶段，建议能用插座的元器件尽可能的用IC插座焊接，而不要直接将元器件焊接上去。这样一旦哪个器件出了问题，便于更换。在应用时则应尽可能的不用IC插座，而将芯片直接焊接在印刷电路板上，这样可以减少干扰。因为IC插座会给系统引入不必要的分布电感。比如1个24脚的双列直插IC插座就能引入18nH的分布电感。4元器件焊好之后必须再重复步骤1，以及检查是否有虚焊。5把电源部分先装好，然后就上电检测电源输出电压是否正常。如果在上电时没有太大的把握（即使有很大的把握，也建议加上一个保险丝，以防万一），可考虑使用带限流功能的可调稳压电源。先预设好过流保护电流，然后将稳压电源的电压值慢慢往上调，并监测输入电流、输入电压以及输出电压。如果往上调的过程中，没有出现过流保护等问题，且输出电压也达到了正常，则说明电源部分已正常。反之，则要断开电源，寻找故障点，并重复上述步骤，直到电源正常为止。6电源部分没问题，再逐个安装其它模块，每安装好一个模块，就上电测试一下。通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，以避免因为设计错误或/和安装错误而导致过流而烧坏元件。例如观察元器件有无冒烟等现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等等。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。7如果电路不能正常工作，首先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常，其次检查各种参考电压是否正常，另外还有各点的工作电压是否正常等。可以用万用表检测电路的各级直流电压、电流值，并与正常理论值(图纸上的标定值或正常产品工作时的实测值)进行比较，从而发现故障。这是检修时最有效可行的一种方法。例如，一般的硅三极管导通时，BE结电压在0.7V左右，而CE结电压则在0.3V左右或者更小。如果一个三极管的BE结电压大于0.7V（特殊三极管除外，例如达林顿管等），可能就是BE结就开路。8还可采用电阻测量法：这种方法是在切断电源后，再用万用表的欧姆档测电路某两点间的电阻，从而检查出电路的通断。如检查开关触点是否接触良好、线圈内部是否断路、电容是否漏电、管子是否击穿等。10进一步采用信号寻迹法：信号寻迹法常用于检查放大级电路。用信号发生器对被检查电路输入一频率、幅度合适的信号，用示波器从前往后逐级观测各级信号波形是否正常或有无波形输出，从而发现故障的部位。11采用替代法：通过以上分析故障的现象，用好的元器件替代被怀疑有问题的元器件来发现并排除故障。若故障消失，则说明被怀疑的元器件的确坏了，同时故障也排除了。12采用电路分割法：有时，一个故障现象牵连电路较多而难以找到故障点。这时，可把有牵连的各部分电路逐步分割，缩小故障的检查范围，逐步逼近故障点。13采用短接旁路法：短路旁路法适用于检查交流信号传输过程中的电路故障，若短接后电路正常了，则说明故障在中间连线或插接环节。主要用于检查自激振荡及各种杂音的故障现象。将一电容(中高频部分用小电容，低频部分用大电容)一端接地，一端由后向前逐级并接到各测试点，使该点对地交流短路。若测到那一点时，故障消失，则说明故障部位就在这一点的前一级电路。五、评分细则表1 评分细则项目内容分数平时表现（10分）学习态度、上机实验情况等10仿真和测试结果（40分）正确性20优良程度10答辩情况10实 习 报 告方案设计与论证（15分）方案比较5正确性5优良程度5理论计算（6分）完成程度3正确性3电路图及设计文件（12分）完整性6正确性6测试方法与数据（6分）方法正确性3数据完整性2测试仪器（型号）1结果分析和心得体会（6分）系统运行结果、误差等6应用实习报告的工整性（5分）文字、图表等格式规范5总分100附录一 电子技术应用实习题选一、可调幅调频信号发生器的设计 （12人）设计可调幅、调频多波形输出信号发生器。系统框图如下所示。 信号发生器系统框图基本要求： (1)设计能够发生方波、三角波、正弦波三种波形的信号发生器 (2)通过波段开关选择当前输出波形(3)三种波形的频率调节范围为100Hz100KHz (4) 在1kW负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在05V范围内可调(5) 输出信号波形无明显失真(6) 自制稳压电源发挥部分：(1)将输出信号频率范围扩展为10Hz1MHz，输出信号频率可分段调节：在10Hz1kHz范围内步进间隔为10Hz；在1kHz1MHz范围内步进间隔为1kHz。输出信号频率值可通过键盘设置；(2)在50W负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在05V范围内可调，调节步进间隔为0.1V，输出信号的电压值可通过键盘进行设置；(3)可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率步进值提示：各种波形的发生可以参考模拟电子技术基础教材关于非正弦波发生部分，对于幅度和频率调节，可以采用旋钮电位器的方法，也可以采用数字方法；设计系统过压过流保护问题可以适当考虑，数字显示可以用16进制数显示。二、数显可调直流电源的设计（12人）设计可以用数码管实时显示当前输出电压的可调直流电压源。直流电源原理框图 可调直流电源原理框图要求：(1)采用220V市电作为所设计电源的能量来源 (2)所设计的可调电源输出电压需要有数码管实时显示(3)可调直流电压输出调整范围为2.5V25V (4)最大输出电流为1A(5)输出纹波系数不超过5%。提示：参考模拟电子技术教材直流稳压电源部分的设计，包括变压、整流、滤波、稳压等组成部分；稳压芯片可以选择集成的稳压芯片，比如LM78XX系列或者LM317等，要多参考相关器件的说明书进行设计。另外，过流和过压保护也可以适当加以考虑，数字显示可以用16进制数来显示。三、温度控制系统（12人）设计并制作一个温度自动控制系统。控制对象为一只25W功率的白炽灯，容器为玻璃器皿，白炽灯作为热源放入其中。温度可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持容器内设定的温度基本不变。 基本要求(1) 容器内环境温度设定范围：3040，最小区分度为1；(2) 当容器内环境温度降低时（例如用电风扇降温），温度控制的静态误差1；(3) 显示容器内环境的实际温度。 发挥部分(1) 采用适当的控制方法，当设定容器内环境温度突变（由30提高到50）时，减小系统的调节时间和超调量，同时自动打印其温度随时间变化的曲线；(2) 温度控制的静态误差0.2；(3) 采用发光二极管光柱形式和数码形式显示白炽灯灯壁上的温度；温度控制仪原理框图提示：对温度的测量可用电阻桥加差分放大器来实现，差分放大后经过二阶低通滤波器后作测温输出。对于温度的控制，可以采用迟滞比较器比较设定温度和测量温度的关系，温度的设定可以采用手调电位器的方法设定实现。有精力的同学可以考虑用数字显示和数字控制等方法来提高设计的水平(可以用16进制数来显示)。四、电阻电容及晶体管测量仪的设计（12人）设计一个能显示被测电阻阻值、被测电容容值和三极管共射电流放大倍数的测试仪，数字显示。电阻电容及晶体管测量仪原理框图 要求：(1)测量仪能够实现对电阻值、电容值、以及三极管值的测量和数码管显示 (2)被测电阻测量范围为1k到100k，电容值为0.01uF10uF，三极管能实现NPN和PNP两种三极管参数的测量。提示：电阻的测量可以采用分压后A/D转换的方法测量；电容可以考虑用555定时器设计成振荡器，测量振荡器的周期的方法实现，或者参考双积分型A/D转换器的工作原理来实现电容的测量；三极管的测量可以参考模拟电子技术基础教材有关章节即课后习题的内容来设计。三种测量功能可以通过开关或者旋钮来选择。五、无线发射与接收装置（12人） 设计并制作一个无线发射与接收装置。要求：(1) 产生一个周期为2秒的周期信号。在一个周期中 其中：U0：10mV1V可调； ： 100ms1s可调； f： 1KHz4KHz可调。(2) 将上述信号用一根导线做成的发射天线发射出去。(3) 设计一个无线接收装置，将上述发射装置所发射的信号，通过一个20米长的导线围成的一匝圆形天线接收，并放大至少60dB；(4) 该接收装置对频率低于100Hz的信号至少有80dB的衰减。在放大器的输出端用示波器可以明显地观察到上述U(t)信号；无线发射与接收装置原理框图六、D类音频功率放大器的设计（12人）要求：(1) 放大器工作带宽为20Hz-20KHz(2) 输出功率8Ohm阻抗时10W(3) 放大器工作效率大于80%，谐波失真及噪声vo时，比较器输出高电平使与门打开，时钟信号进入计数器计数；当viV- 时VO =1，控制采样保持器处于采样状态，同时控制数字锁存控制电路向ADC发出锁存信号。当V+V- 时VO=0，并控制采样保持器处于保持状态，同时控制数字锁存控制电路向ADC发出保持信号，保持输入信号（vi）曾经出现的最大值。最后经译码显示，实现信号峰值检测。信号峰值检测器方案2框图 传感器数字锁存控制电路放大器采样保持器A/D转换译码显示采样保持控制电路vivivoV+V-VO要求：1、基本部分（1）测量结果用4位数字显示，显示范围为00001999Kg。（2）传感器输出在