电子线路设计安装与调试实训-教案

电子线路设计、安装与调试实训 [课题]：单相晶闸管调光电路 [电路图]：附1 [课时数]：30 元件认识、测试检查、电路工作原理分析6学时，通用线路板的应用方法、电路布局（排版）6学时，电路焊接调试6学时，电路故障分析及排故6学时，用示波器测试电路中电压波形并绘图6学时。 [教学目标]： 1、知能目标：可控硅调光电路的组成。理解可控硅调光电路的工作原理。了解可控硅调光电路实际应用。 2、情感目标：可控硅调光电路是一个日常生活中的电器产品电路，学习和掌握可控硅调光电路知识是尤其必要，对今后的电路维修有很大帮助。 3、技能目标：能熟练画出可控硅调光电路，能按电路选择和捡查元器件，能根据电路把元器件在通用线路板上正确布局（排版），能正确的对电路进行焊接和调试。 [教学重点]：可控硅调光电路的工作原理，可控硅调光电路的正确布局（排版）、焊接和调试。 [教学难点]：可控硅调光电路的正确布局（排版）、焊接和调试。 [教学策略]： 1、讲解电路工作原理和调光过程。 2、讲解电路布局（排版）原则。 3、让学生布局（排版），指导有困难的学生。 [教学中的元件与工具]： 1、元件： 电阻1/4W:1.2KΩ×1，5.1KΩ×1，330Ω×1，47Ω×2， 100Ω×1，电位器100KΩ×1，可控硅4PA×1，BT33×1，二极管4007×5，电容0.1UF/63V×1,通用线路板×1,稳压管12V×1。 2、工具：万用表，烙铁，烙铁架，摄子，焊锡丝，导线，220V交流电源，220V/36V变压器，60W/36V白炽灯泡。 [教学过程]： 一、元件检测讲述并检测 1.电阻： 5.1KΩ五色环（绿棕黑棕棕），用万用表×100档来测电阻值； 1.2KΩ四色环（棕红红金），用万用表×100档来测电阻值； 330Ω四色环（橙橙棕金），用万用表×100（或×10）档来测电阻值； 100Ω四色环（棕黑黑棕）用万用表×1（或×10）档来测电阻值； 47Ω五色环（绿紫黑黄棕）用万用表×1（或×10）档来测电阻值。 2.二极管IN4007：用万用表×1K档测正向导通反向载止。(最大整流电流:1.0A，最大反向电压:1000V，最大功耗:3W，频率类型:低频) 3．晶体管2CP12：参数极限工作电压Vrwm（V）：100，极限工作电流Im（A）：0.1 4.电位器100KΩ：用万用表×10K（或×1K ）档来测电阻值。 5.单向晶闸管（可控硅）KP1-4： 单向晶闸管结构原理： 单向晶闸管结构如图1所示，由P型和N型半导体四层交替叠合而成。它有三个电极：阳极A(从外层P型半导体引出)、阴极K(从外层N型半导体引出)、门极G(从内层P型半导体引出)。单向晶闸管符号如图2所示。 图1 图2 单向晶闸管可以等效地看成是由一个PNP型三极管(VT1)和一个NPN型三极管(VT2)组成，如图3所示。开关S断开时，VT1、VT2无基极电流，所以不导通；闭合开关S，回路中则形成强烈正反馈（Ib2↑→Ic2↑→Ib1↑→Ic1↑→Ib2↑），使VT1、VT2迅速饱和导通；导通后，开关S即可断开，因为VT2管的基极电流由VT1管的集电极电流提供，继续维持正反馈。所以，门极也称控制极，它的作用仅仅是触发晶闸管的导通，一旦导通，控制极就失去了作用。由此可知，单向晶闸管导通必须具备两个条件：首先阳极和阴极之间要加上正向电压；其次门极与阴极之间必须加上适当的正向触发电压。

图3 晶闸管有导通和关断两种状态，导通后，要使它关断需要满足两个条件：一是将阳极电流减小到无法维持正反馈；二是将阳极电压减小到一定程度。 单向晶闸管检测： 单向晶闸管在正常情况下，AK间、AG间正反向电阻较大(在几百千欧)；GK间正反向电阻小(在几百欧)，并且GK间正反向电阻有差别，正向电阻小，(黑笔接G，红笔接K测出的电阻)，反向电阻大。所以用万用表R×10档测晶闸管极与极之间的正反向电阻，既可判断出它的极性，又可判断出它的好坏。

(a) (b) (c) 图4 晶闸管管脚排列、结构图及电路符号 对于小功率晶闸管也可这样检测：万用表置R×10档，黑笔接阳极A，红笔接阴极K，表针应指向∞(若阻值小，则晶闸管击穿)；将门极G也与黑笔接触(获取正向触发电压)，此时晶闸管应导通，表针约摆动在60～200Ω之间(若表针不摆动，表明可控硅断极)；将门极G与黑笔脱开，指针不返回∞，说明晶闸管良好(有些晶闸管因维持电流较大，万用表的电流不足以维持它的正反馈，当门极G与黑笔脱开后，表针会回到∞，也是正常的)。 6.电容0.1uF：用万用表×100档，应用电容充放电来判别质量。 7.单结晶体管BT33： 单结晶体管的原理： 单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，是一种只有一个PN结和两个电阻接触电极的半导体器件。它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b1和b2.在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e.其结构、符号、等效电路及伏安特性如图5所示。 ①单结晶体管的特性。从图5(a)可以看出，两基极b1与b2之间的电阻被称为基极电阻，即

式中，rbl为第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流i。的变化而变化；rb2为第二基极与发射结之间的电阻，其数值与￡。无关；发射结是PN结，与二极管等效。 若在两面基极b2,b1之间加上正电压Vbb9则A点电压为

式中，，为分压比，其值一般在0.3—0.85之间，如果发射极电压Ve由零逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性，如图5(d)所示。 a.当V,

图5 单结晶体管的结构、符号、等效电路及伏安特性 b.当为二极管正向压降（约为0.7 V)，PN结正向导通，Ie显著增加，rbl迅速减小，Ve相应下降，这种电压随电流增加反而下降的特性，称为负阻特性。单结晶体管由截止区进人负阻区的临界P称为峰点，与其对应的发射极电压和电流分别称为峰点电压Vp和峰点电流Ip。Ip

是正向漏电流，是使单结晶体管导通所需的最小电流，显然 c.随着发射极电流Ie的不断上升，Ve不断下降，降到v点后，Ve不在下降了，则v点称为谷点，与其对应的发射极电压和电流称为谷点电压v-和谷点电流IV" d.过了v点后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以u }.继续增加时，i。

便缓慢地上升，显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压。如果，则单结晶体管重新截止。 ②单结晶体管的主要参数。 a.基极间电阻Rbb"发射极开路时，基极bl,b2之间的电阻，一般为2-10kΩ，其数值随温度的上升而增大。 b.分压比：由单结晶体管内部结构决定的常数，一般为0.3-0.85。 c．e,bl之间反向电压Vebl : b2开路，在额定反向电压Veb2下，基极b1与发射极e之间的反向耐压。 d.反向电流I:b1开路，在额定反向电压Vb2下，e,b2之间的反向电流。 e.发射极饱和压降Veo：在最大发射极额定电流时，e,bl之间的压降。 f.峰点电流IP:单结晶体管刚开始导通时，发射极电压为峰点电压时的发射极电流。 单结晶体管的测试方法： 图6为单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号。 1）判断单结晶体管发射极e的方法：将万用表置于R X 100挡或R×lk挡，用黑表笔接其中的一个极，红表笔接另外两极，当出现两次低电阻时，则黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。 2）单结晶体管b1和b2的判断方法：将万用表置于R × 100挡或R×lk挡，用黑表笔接发射极，红表笔接另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是b1极。但对于个别单结晶体管的e-bl之间的正向电阻值较小，测量时不一定准确，仅供参考。

(a) (b) (c) 图6 单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号 8.通用线路板：一看有无短路、断路。二用万用表测有无短路、断路。 二、电路工作原理

图7 单相晶闸管调光电路 三、电子元件布局的方法和规则 讲解电子元件布局的规则和方法。学生布局（排版）练习。对有困难的学生及时指导。 1. 按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开。 2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件。 3. 卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路。 4. 元器件的外侧距板边的距离为5mm。 5. 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm。 6. 金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其它元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm。 7. 发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布 8. 电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔。 9. 其它元器件的布置所有IC 元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向出现两个方向时，两个方向互相垂直。 10、板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil(或0.2mm)。 11、贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过。 12、贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致。 13、有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致 四、焊接的方法和规则 讲解焊接的方法和规则学生焊接练习。对有困难的学生及时指导。 （一）线路板焊接机理 采用锡铅焊料进行焊接的称为锡铅焊，简称锡焊，其机理是：在锡焊的过程中将焊料、焊件与铜箔在焊接热的作用下，焊件与铜箔不熔化，焊料熔化并湿润焊接面，依靠焊件、铜箔两者问原子分子的移动，从而引起金属之间的扩散形成在铜箔与焊件之间的金属合金层，并使铜箔与焊件连接在一起，就得到牢固可靠的焊接点，以上过程为相互间的物理—化学作用过程。 . （二）手工焊接注意事项： 1. 手握铬铁的姿势掌握正确的操作姿势，可以保证操作者的身心健康，减轻劳动伤害。为减少焊剂加热时挥发出的化学物质对人的危害，减少有害气体的吸入量，一般情况下，烙铁到鼻子的距离应该不少于 20cm ，通常以 30cm 为宜。 电烙铁有三种握法，如图8所示。

图8 握电烙铁的手法示意 反握法的动作稳定，长时间操作不易疲劳，适于大功率烙铁的操作；正握法适于中功率烙铁或带弯头电烙铁的操作；一般在操作台上焊接印制板等焊件时，多采用握笔法。 2. 焊锡丝一般有两种拿法，如图9所示。由于焊锡丝中含有一定比例的铅，而铅是对人体有害的一种重金属，因此操作时应该戴手套或在操作后洗手，避免食入铅尘。