【教学课件】第3章综合应用.ppt

第3章综 合 应 用,3.1 简单断线报警的制作 3.2 印制电路板的制作 3.3 照明灯延时开关电路的制作 3.4 大范围调光台灯电路的制作 3.5 集成声光控制开关的制作 3.6 数字电子计时器的制作,3.7 触摸式音量自动调节器的制作 3.8 太阳能热水器水位报警器的制作 3.9 LED花色循环彩灯的制作 3.10 光电式自动水龙头的制作 3.11 电子节能镇流器的制作 3.12 数字抢答器的制作 3.13 OTL功率放大器的制作,3.1 简单断线报警器的制作【学习指导】熟悉电阻器、电容器、晶体管等元器件的识别，提前熟悉自激振荡的概念等。想一想，这个电路可以应用在哪些场合。一、实训目的(1)熟悉部分元器件的识别方法；(2)了解自激振荡的概念；(3)熟悉简单断线报警器的应用。,二、实训仪器与材料,三、电路原理 简单断线报警器电路原理如图所示。(1)V1、V2、Rb、扬声器构成两级放大电路，三极管有倒相作用，也有限幅作用，V1、V2均处于放大状态。(2)C组成正反馈网络。(3)上面电路称为简单振荡电路(又称RC振荡)，接入电源，扬声器中就会有“自激”的尖叫声。如将A、B短接，叫声消失(为什么？)，因此称为断线报警器。(4)自激振荡电路就是不需要外加激励信号就能将直流电能转换为交流电能的电路。(5)应用举例：门推开相当于断路。,图3.1.1 简单断线报警器原理电路,四、实训步骤(1)元器件的选择与检测。(2)元器件的成形与万能板的表面处理。(3)设计电路焊接图(要求均匀、美观)。(4)焊接。(5)检查无误后，接入电源测试其功能。用示波器观察其振荡波形，填入表中。表3.1.1 测 试 结 果,五、实训报告(1)当改变R或C的值时，此电路的报警声音如何变化？(2)思考题：将A、B短接，报警声为何会消失？六、思考题 利用现有断线报警器电路，将该电路设计成门铃电路。,3.2 印制电路板的制作【学习指导】我们日常生活中的电子产品，大都离不开印制电路板，所以有必要了解它的制作方法和它的特点等。这里重点讲解手工制作方法，制作过程中，大家要注意其中的一些细节，否则将事倍功半。一、实训目的(1)了解印制电路板的工艺流程，掌握其手工制作步骤和方法。(2)了解印制板的优缺点及其类型、特点。(3)熟悉元器件布局的一般原则和布线的一般规则，熟悉印制导线的尺寸和图形。,二、实训仪器与设备,三、印制板及制造工艺过程 1.印制板简介(1)定义：具有印制电路的绝缘底板，称为印制电路板，或称印制板。(2)印制板的优点：工作可靠性高，机械强度高，抗振、抗冲击性能好；设备的体积小、重量轻；便于标准化，便于维修；便于成批生产，生产率高，造价低(即用铜量少)等。(3)印制板的缺点：制造工艺复杂，只适合于成批生产，对单件或小批量生产经济性差等。由于印制板的优点所具有的价值远超过其缺点，因而目前得到广泛应用。,2.印制板的类型和特点 印制板按结构可分为四种类型：(1)单面印制板，它是在厚度为12 mm，单面敷有铜箔的绝缘基板上，通过腐蚀的方法，在基板的敷铜面制成的，其导电图形较简单，大多采用丝网漏印法印制在敷铜面上。(2)双面印制板，即在两面敷有铜箔的基板上制成的印制电路板。(3)多层印制板(绝缘基层为三层以上并有多于两个的敷铜面)。(4)软印制板，其基材是软的层状塑料或其它质软的绝缘材料。,3.印制电路板的制造工艺过程 1)制造工艺的分类(1)减成法(也称铜箔蚀刻法)，它在敷铜板上用腐蚀的方法，去除不需要的铜箔，而保留需要的铜箔(即印制导线等)。(2)加成法(也称添加法)，它在绝缘基板上，用化学沉铜的方法形成电路图形。目前广泛应用的是减成法。,2)减成法制造印制电路板的工艺流程(1)照相底图。照相底图是制造印制图形的依据。在印制电路设计完成后，即可绘制照相底图，按一定的比例绘制(有21，41，81等)。绘制时要保证其精确度，采用无光研墨汁绘制，不反光，有利于拍照。有时也采用黑色贴图胶带粘贴。(2)照相制板。用照相的方法对照相底图拍照以得到照相底片，并按一定的比例缩小(用与绘制照相底图相反的比例)，以得到设计时所规定的印制图形尺寸。,(3)图形转移。将电路图形由照相底片转移到印制板上去即为图形转移，有光化学法和丝网漏印法，前者比后者精度高。光化学法：先在板面上浸渍涂覆一层光敏抗蚀剂，把照片放在上面进行曝光，然后进行显影，使抗蚀剂形成线路图形保留下来，其余抗蚀剂都被洗掉。丝网漏印法：把一层稠密的抗化学腐蚀油墨，用丝网漏印的方法印到印制板有铜箔的一面形成印制图形。丝网用不锈钢细丝制成，在印制前，丝网上要贴上覆膜盖(由感光材料制成)，膜上有电路的地方油墨通过，而其它部分则阻止通过，这种方法与刻写蜡纸油印类似。,(4)蚀刻。蚀剂即化学腐蚀，用三氯化铁溶液(FeCl3)进行蚀刻，其一般流程为：预蚀刻蚀刻水洗浸酸处理水洗干燥去抗蚀膜热水洗冷水冲洗干燥。(5)表面处理和滚锡。表面处理即涂助焊剂和阻焊剂；滚锡即在印制电路板面上附一层薄锡，可以保护印制导线，提高焊接性能。(6)钻孔和冲孔。(7)孔金属化。(8)修边。,4.印制电路板元器件布局和布线 1)印制电路的特点(1)印制板上的导线都是平面布置的，单面印制板上的导线不能相互交叉；(2)铜箔的抗剥强度较低，接点不宜多次焊接；(3)不宜采用一点接地。2)元器件布局的一般原则(1)在一般情况下，所有元器件均布置在印制板的无铜箔的一面(对单面板而言)，以便加工、安装、维修。(2)板面上的元器件应按电原理图顺序成直线排列，并力求电路安装紧凑、密集，以缩短引线。,(3)元器件安装的位置应避免它们之间相互影响。元器件放置的方向应与相邻的印制导线交叉,特别是电感器件要注意防止电磁干扰,线圈的轴线应垂直于板面,这样安装干扰小。(4)发热元器件应放在有利于散热的位置，必要时可单独放置或装散热器，以降温和减少对临近元器件的影响。(5)大而重的元器件尽可能安置在印制板上靠近固定端的位置，并降低其重心，以提高机械强度和抗振、抗冲击能力，以及减少印制板的负荷和变形。(6)在保证电性能合理的原则下，元件应相互平行或垂直排列，以求整齐、美观。,3)布线的一般原则(1)一般将公共地线布置在印制板的最边缘，便于印制板安装在机架上，也便于与机架相连接。通常把高频元件布置在印制板中间，以减小其分布电容。导线和印制板边缘应留有一定的距离，提高绝缘性能。(2)单面印制板的某些导线有时要绕着走或平行走，这样导线较长，不仅使引线电感增大，且导线间、电路间的寄生耦合也增大，低频时影响较小，但高频时线应短而直。(3)对于连接用插接形式的印制板，为便于安装，尽管往往将输入、输出、地线等均平行安装在板子的一边(输入与输出用地线隔开)。(4)印制板上各级电路的地线一般应自成封闭回路。,5.印制导线的尺寸和图形(1)印制导线的宽度：一般采用0.5 mm、1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm线宽。(2)印制导线的间距：一般导线间距等于导线宽度，但不小于1 mm,否则浸焊有困难。(3)印制导线的图形要求：同一印制板上的导线宽度(除地线外)最好一样。所有印制导线不应有急剧的弯曲和尖角，所有弯曲与过渡部分均用圆弧连接，半径不得小于2 mm。印制板导线应尽可能避免有分支，如必须有，应圆滑。板面上如有大面积的铜箔(电路中的接地部分等)，则整个区域应镂空成栅状，宽度应与导线一样。(4)印制接点的图形尺寸：接点外圆直径与安装孔直径的关系如表所示。,表3.2.1 接点外圆直径与安装孔直径的关系,(mm),四、手工制作印制电路板(1)根据整机总体设计要求，划分电路单元并确定所设计印制板的电路，选定该电路的元器件。(2)确定对元器件的特殊要求，如哪些元器件需屏蔽等。(3)确定印制板与整机的连接形式(是用插座还是用螺钉)。(4)选定印制板的材料、厚度和板面尺寸(一般采用单面敷铜板)。(5)印制电路板底图的设计(一般用坐标纸绘制)：根据布局和布线要求，逐级按从输入到输出的顺序绘制。,选出典型元器件(如电位器、变压器、集成块、晶体管、可控硅等)，按需要排列，然后分布其它一般元器件，并要求元器件外表面之间的距离不得小于1.5 mm。先在图纸上布设元器件和走线，确定穿线孔的位置，再绘制接点和导线图形，最后反复修改。(6)把底图转移到敷铜板上，在底图转移前用不干胶贴在敷铜板上，把底图的反图复写在不干胶上，然后用美工刀把不需要的部分刻下来。(7)用三氯化铁溶液(FeCl3)进行腐蚀。(8)修整腐蚀后的印制板，打孔。,3.3 照明灯延时开关电路的制作【学习指导】这是一个延时开关控制电路，在日常生活中应用广泛，电容器的充放电可以提供延时的功能。预习桥式整流电路的特点，以及单向可控硅的特性等。一、实训目的(1)了解照明灯延时开关电路原理。(2)熟悉电路的调试方法。(3)掌握电路的实际应用。(4)学会分析改变部分元件的参数，从而改变电路的性能指标。,二、实训仪器与设备,三、实训电路及其原理 电路如图所示。1 电路原理 VD1VD4组成桥式整流电路，它一方面为电路工作提供直流电压，另一方面起到“换向”作用，使在电路中使用单向可控硅也可达到交流电压的双向控制作用。静态时S断开，V1截止，V2导通，可控硅截止，灯不亮，它在黑暗中起开关位置指示作用。当S闭合时，电源通过R1给C1充电，使V1导通，V2截止，可控硅导通，灯亮；断开S时，C1通过R2和V1的be结放电仍可使灯维持亮一段时间，此即开关的延时时间。当C1上电压不足维持V1导通时，则V2导通，可控硅截止，灯灭。,图3.3.1 照明灯延时开关电路,2.单向可控硅的判别 单向可控硅的外观形似一个简单的三极管，它也有三个电极，分别为阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)，它是由PNPN四层半导体构成的。图所示为单向可控硅结构示意图和符号，图所示为单向可控硅结构等效电路。1)管脚的判别 将万用表旋钮拨至R1挡，先任测两个极，若正、反测指针均不动，可能是A、K或G、A极。若其中有一次测量指示为几十至几百欧，则红笔所接为K极，黑笔接的为G极，剩下即为A极。,图3.3.2 单向可控硅结构示意图和符号,图3.3.3 单向可控硅结构等效电路,2)性能的判别 将万用表旋钮拨至R1挡，红笔接K极，黑笔同时接通G、A极，指针应指示几十欧至一百欧，在保持黑笔不脱离A极的状态下断开G极，指针应基本保持不变，此时可控硅已被触发，且触发电压低(或触发电流小)。然后瞬时断开A极再接通，指针应退回位置，则表明可控硅良好。若保持接通A极时断开G极，指针立即退回位置，则说明可控硅触发电流太大或已损坏。3)单向可控硅导通和截止的条件 单向可控硅导通和截止的条件如表所示。,表3.3.1 单向可控硅导通和截止条件,四、实训步骤(1)设计印制板图；(2)腐蚀及打孔；(3)元器件的表面处理、成形与插装；(4)焊接；(5)根据原理电路图检查其电路，无误后，接入电源；(6)检验其功能，其结果填入表中；(7)改变电路的部分参数，调节电路的延时时间。,表3.3.2 功 能 测 试,五、实训报告(1)对制作过程中出现的故障进行仔细分析，找出原因，记录下来。(2)写出本次实训课的心得体会。,3.4 大范围调光台灯电路的制作【学习指导】工作、学习离不开调光台灯。调光台灯一旦出了故障，常常是变成不可调的。如果大家熟悉了简单的调光原理，这一难题就会迎刃而解。预习可控硅的判别方法，以及移相电路的工作原理等。一、实训目的(1)了解调光台灯电路原理及其应用。(2)熟悉部分特殊元器件的识别方法。(3)熟悉开关电位器及可控硅在印制电路板上的画法。,二、实训仪器与设备,三、实训电路及其原理 1 电路图 电路如图所示。,图3.4.1 大范围调光台灯控制电路,2 双向触发二极管的特性 双向触发二极管亦称二端交流器件(DIAC)，与双向可控硅同时问世。由于它结构简单、价格低廉，所以常用来触发双向可控硅，构成过压保护电路、定时器等。双向触发二极管的结构、符号及等效电路如图所示。它属于三层构造、具有对称性的二端半导体器件，可等效于基极开路、发射极与集电极对称的NPN晶体管。正、反向伏安特性完全对称，见图。当器件两端的电压u小于正向转折电压uBO1时，呈高阻态；当uuBO1时进入负阻区。同样，当u超过反向转折电压uBO2时，管子也能进入负阻区。转折电压的对称性用uBO表示，uBO=uBO1uBO2，一般要求uBO2 V。双向触发二极管的耐压值uBO大致分三个等级：2060 V，100150 V，200250 V。,图3.4.2 双向触发二极管特性图,图3.4.3 双向触发二极管特性曲线,3 双向可控硅的判别 图所示为双向可控硅的结构符号图。1)极性的判别 方法一：将旋钮拨至R1挡，任测两个极，若正、反向测量阻值均较小，则表笔所接两极分别为控制极G和T1极，再进行复测，其中必有一次阻值稍大，则稍大的一次黑笔接的为T1极，红笔所接为G极，余下即为T2极。方法二：将旋钮拨至R1挡，任测两个极，若正、反向测量阻值均较小，则表笔所接两极分别为控制极G和T1极，余下一极为T2极；假设这两极中其中一极为G极，将万用表的黑表笔接假设的T1极，红表笔同时接假设的G极和T2极，指针应偏转较大，在保证黑笔不脱离T2极的前提下断开G极，若指针基本保持不变，则假设正确。注意：由于控制极G和T1极的正反向电阻阻值非常接近，检测起来有点难度，一般情况下建议使用第二种方法进行判别。,图3.4.4 双向可控硅结构符号图,2)性能的判别 将旋钮拨至R1挡，红笔接T1极，黑笔同时接G极、T2极，在保证黑笔不脱离T2极的前提下断开G极，指针应指示为几十至一百多欧(视可控硅电流大小、厂家不同而异)。然后将两笔对调，重复上述步骤再测一次，指针指示还要比上一次稍大十几至几十欧姆，则表明可控硅良好，且触发电压(或电流)小。若保持接通T2极时断开G极，指针立即退回位置，则说明可控硅触发电流太大或已损坏。,4 电路原理 RP、C2、R1、C1是两个RC相移电路，它们共同组成了一个RC相移网络，它能控制负载电流由额定值的5%变化到95%，其负载可为电阻性的灯泡或电热丝。一般电路只有RP、C2相移环节，RP可变电阻值很大，C2充电电压上升缓慢，当RP数值大于某一值时，可能使C2充电电压在电源半个周期内达不到双向可控硅的触发电压，即只能把灯泡亮度控制到一定程度，欲再低则无法控制。本电路增加R1、C1后，除了增加相移角外，C1的充电电压通过R2可提高C2两端电压，从而扩大了最低亮度的控制范围。若将R1改为可变电阻，则更为理想，RP主要用来调整灯光亮度，R1主要用来控制灯光的最低亮度。图所示为电路各点的波形图。,图3.4.5 各点波形,四、实训内容及步骤(1)根据原理图设计印制电路板；(2)腐蚀及打孔；(3)元器件的选择与处理；(4)焊接；(5)根据原理图检查焊接电路，无误后接入电源；(6)检验电路板的功能。,五、实训报告(1)对制作过程中出现的故障，仔细分析其原因，并记录下来；(2)电路通电后，改变RP值，若灯的亮暗没有变化，试说明原因。相关内容填入表 3.4.1 中。(3)写出本次实训课的心得体会。,表3.4.1 测 试 结 果,3.5 集成声光控制开关的制作【学习指导】这种开关在白天呈关闭状态，只有在晚上且存在声响的情况下才开启，延时约45 s后又自动关闭。此开关适合作楼梯、走廊、公厕的照明灯开关。查资料，了解CD4011的内部结构及引脚的分布等详细内容。一、实训目的(1)熟悉集成声光控延时开关电路的工作原理。(2)掌握部分特殊元器件的识别与测试方法及其在电路中的应用。,二、实训仪器与设备,三、电路与原理 1 电路图 电路如图所示。2 电路中部分元器件的作用与识别 1)电容的作用 C1：对半波电压进行滤波，使A点电压为5 V左右的直流电压。C2：耦合电容。C3：与4011C、R8组成交流放大电路。C4：控制电路的延迟时间。,图3.5.1 集成声光控延时开关电路,2)光敏电阻器 常用的光敏电阻器是硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线(可见光)的强弱变化而变化。本实训使用的是非密封型的MG45光敏电阻器，在黑暗条件下，它的阻值(暗阻)可达12 M左右；在强光条件(100lx)下，它的阻值(亮阻)大概为30 左右。光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性)与人眼对可见光 0.40.76 m 的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。,3)话筒 话筒的功能是将声音信号转换为电信号。电路符号：极性判别：在话筒的反面有两个电极，其中外壳为负极，另一极为正极。检测：用万用表的R100挡，红表笔与话筒的负极相连，黑表笔与话筒的正极相连，此时话筒阻值一般为1 k左右，用嘴吹话筒的正面，话筒的阻值应发生振动。,3.基本原理 白天时，光敏电阻呈低阻态，4011A与非门的输入端为低电平，输出为高电平，二极管VD6导通，使4011D中的13脚为高电平。由于静态时，4011B中的5、6脚为低电平，使输出端4脚为高电平，所以4011D的输出端11脚为低电平，可控硅无触发而截止，灯不亮。由于13脚被钳位在高电平，即使有声音，也不会改变。天黑时，光敏电阻呈高阻态，4011A的1、2脚为高电平，输出端3脚为低电平，二极管VD6截止，这时，如果有声音传入话筒，话筒可把音频信号转为较弱的电信号，然后经过由4011C与非门、电容C3、电阻R8组成的交流放大器进行放大，在13脚就会有低电平产生，使11脚产生高电平，使可控硅导通，灯亮。同时给电容C4充电。当声音停止后，13脚恢复高电平，11脚为低电平，但电容C4放电仍然维持可控硅的导通，使灯亮一段时间后再熄灭。此即延时作用。改变电容C4的大小，可以改变延时时间的长短。光敏电阻的阻值，在这里要求不能大于3 k。,四、实训步骤(1)根据原理图设计印制电路板图；(2)腐蚀及打孔；(3)元器件的选择与表面处理；(4)焊接；(5)检查无误后接入电源；(6)检验其功能。五、实训报告(1)对制作过程中出现的故障，仔细分析其原因，并记录下来；(2)写出本次实训课的心得体会。,表3.5.1 元 件 清 单,3.6 数字电子计时器的制作【学习指导】数字电子计时器是一种常见的高精度计时仪器。由于它采用了精确、稳定的振荡电路，因而具有走时准确、稳定性好、使用方便等优点。【预习要求】学习计数器的N进制构成法、七段译码器及数码管的工作原理。,一、实训目的(1)熟悉计数器的N进制构成法、七段译码器及数码管的工作原理。(2)自选集成电路组成小的逻辑系统。(3)了解使能端的作用。(4)学习小逻辑系统的调试方法。(5)掌握分析和排除故障的方法。二、实训器件、仪器仪表及设备,三、实训原理 1.设计内容与技术指标 本课题要求设计一个数字电子计时器。设计内容及技术指标如下：(1)具有能显示0023 h、0059 min和0059 s的功能。(2)具有校时功能，要求时、分位的校时信号采用频率为1 Hz的脉冲信号，秒位的校时信号采用频率为2.5 Hz的脉冲信号。(3)具有报时功能，要求整点报时，并且发出四低一高的声响。(4)具有显示日期的功能(注意：不同的月份天数不同)。,2.实训电路工作原理及其设计提示 1)原理概述 各种类型的数字计时器，其内部电路都具有秒脉冲的发生、计数显示、校时控制等单元电路，而且还采用了液晶显示器(LCD)直接显示时、分、秒及日期，具有直观性。2)设计提示 电路原理框图如图所示。,图3.6.1 数字计时器原理框图,下面介绍各单元电路的设计。(1)标准时间源电路。标准时间源电路产生频率为1 Hz的脉冲信号，也称做标准秒信号。该单元电路一般由多谐振荡电路和分频电路组成。多谐振荡电路有很多种，由555定时器组成的多谐振荡电路产生1 kHz的方波信号，然后送入分频电路，经过三级十分频(即十进制计数器)，产生1 Hz的秒信号(在实用时应使用晶体振荡器，以保证精度)。(2)时、分、秒计数单元电路。由于一昼夜24 h为一计时周期，因此时计数电路的模应为24，而分、秒计数器的模应为60。这里举例说明二十四进制计数器构成法，如图所示，六十进制计数器请自行设计。,图3.6.2 二十四进制计数电路原理图,(3)校时电路。这是为了使数字计时器的计时与标准时间相符而设置的快速计数电路。构成校时电路的方法很多，可以用门电路通过控制标准时间信号和校时信号来实现，也可用数据选择器(如2选1数据选择器)通过控制选通端来决定计时器是正常计时还是校时，如图所示。还可以用门电路、时序电路等实现，请同学们自行设计。(4)整点报时电路。该电路模仿电台报时的频率，前四声为低声(如选500 Hz的信号)，而最后一声为高声(如选1000 Hz的信号)，共鸣响5次。显然音响电路是由计数电路控制的，将计数电路相应的输出端送入音响控制电路，以使音响电路在整点前10 s开始发出四低一高的声响(即51、53、55、57 s响低声，59 s响高声)。其原理框图如图所示。,图3.6.3 用数据选择器实现校时框图,图3.6.4 报时电路框图,四、实训内容(1)根据技术指标设计各单元电路，写出设计过程，进行设计方案论证。(2)选择所用元器件的型号，写出元器件的功能表，列出元器件清单。(3)画出整机原理图。(4)画出整机接线图、印刷电路板图(采用EDA设计)，注意元器件的布局。(5)制作并调试电路，自行排除故障。,五、实训报告(1)画出原理图并进行工作原理分析。(2)简要写出设计思路。(3)说明电路板制作、焊接、调试过程。(4)列出元器件明细表。(5)写出本次实训课的体会及建议和意见。,3.7 触摸式音量自动调节器的制作【学习指导】触摸式音量自动调节器功能是当手触及电路的金属触摸片时，音量将从弱到强分十挡周期性地自动调节，当调到满意的音量时，停止触摸，电路便自行锁定。电路工作可靠，有一定的实用价值。【预习要求】了解集成电路CD4017的功能及应用。一、实训目的(1)熟练掌握印制电路板图的设计；(2)掌握555、CD4017的引脚功能及其应用；(3)掌握场效应管的使用。,二、实训器件、仪器仪表及设备,三、实训原理 电路如图所示。VT1VT3等构成触摸开关，555时基电路接成无稳态形式构成脉冲发生器，CD4017是十进制计数/时序译码电路，R21与场效应管VT4的漏源电阻RDS构成音量调节分压器。电路在接通电源的瞬间，有一个经C4、R9微分后的正脉冲加到CD4017的清零端(CR)，迫使它一开机便自动调零。其Q0输出高电平，由于R10和R20的分压，使VT4的栅极产生3 V的电位。这样，VT4栅源偏压VGS=0 V，其沟道电阻RDS最小，约几十欧姆。此时若未触摸T，VT1导通，VT2截止，IC1的复位端4脚为低电平，使其输出3脚也为低电平，所以开机时音量为最小。当手指触及T时，T上的感应电压经VT1放大、VD1整流、C1滤波后，向VT2基极提供一个直流偏压，使其饱和导通，VT3由导通变成截止。IC1的4脚变为高电平，其输出端3脚开始输出周期约为5 s的时钟脉冲，使CD4017的Q0Q9端顺序输出高电平。我们可以使R10R19与R20的分压在VT4栅极上产生的电位依次减少，那么VT4的RDS就依次增大，所以音量也就依次增大。当音量到达满意时，停止触摸T，IC1复位又变为低电平，3脚被迫复零，CD4017失去时钟脉冲，其状态将维持不变，从而使音量锁定。,电路中的触摸片可用任何金属片制作，VT1和VT4选用3DJ6或3DJ7，VT2、VT3选用3DG201，VD1VD11用任何型号的硅二极管均可。四、实训内容(1)根据触摸式音量自动调节器电路在万能板上设计电路，要求元器件排列整齐、美观，然后焊接电路。(2)仔细检查电路，确认无误后，接入电源(9 V)，按照要求调试其功能。调试时，用100 k电阻串联一只1 M电位器分别代替R10R19，调节1 M电位器，使各挡音量满足要求，同时量出阻值即为R10R19。若将VD2VD11采用发光二极管，则不仅可起到隔离作用，同时也可起到音量档次指示的作用。五、实训报告(1)画出CD4017内部电路框图并讲述其功能；(2)说明电路调试步骤。,3.8 太阳能热水器水位报警器的制作【学习指导】太阳能热水器水位报警器是根据水位高低而产生的光与声音反应的电子控制电路，该电路原理简单，工作可靠，有一定的实用价值。【预习要求】了解市场上常用的报警器的功能；根据功能要求制定一款报警器制作步骤。一、实训目的(1)掌握太阳能热水器水位报警器电路的功能；(2)熟悉太阳能热水器水位报警器电路的设计方法；(3)掌握电路的调试方法。,二、实训器件、仪器仪表及设备,三、实训原理 水位报警器电路如图所示。当水位在电极1、2之间时，正常情况下，电极1悬空，VT1截止，高水位指示灯LED2为熄灭状态。由于电极2、3处在水中，因为水电阻的原因，使VT3导通，VT2截止，低水位指示灯LED3也处于熄灭状态，整个报警器系统处于非报警状态。当热水器水箱中的水位下降低于电极2时，VT3截止，VT2导通，低水位指示灯LED3点亮。由C4及R4组成的微分电路在VT2由截止到导通的跳变过程中产生的正向脉冲，将触发音乐集成电路IC9300(如图所示)工作，扬声器发出30 s的报警声，告知使用者水箱将要缺水了。,图3.8.2 IC9300音乐集成电路外引脚图,同理，当水箱中的水超出电极1时，VT1导通，高水位指示灯LED2点亮，同时C3和R4微分电路产生的正向脉冲触发音乐集成电路IC9300工作，使扬声器发出报警声，告知主人水箱中的水快溢出来了。,四、实训内容(1)根据水位报警器制作原理图设计印制电路板草图(把所有元器件排成两排)；(2)修改后，把标准图画在坐标纸上；(3)把其反图画在不干胶上，然后把不干胶贴在敷铜板有铜箔的一面；(4)用美工刀把不需要的不干胶刻去，然后用橡皮压紧；(5)放入三氯化铁溶液进行腐蚀、清洗、修理等；(6)打孔；(7)焊接电路；(8)仔细检查电路，确认无误后接入电源(6.5 V)，调试其功能。本实训也可在万能板上进行。,五、实训报告(1)整理测试数据，填写下表：,分析三个三极管的工作状态。(2)叙述该水位报警器在万能板上制作的步骤。六、元器件清单 元器件清单见表。,表3.8.1 元 器 件 清 单,3.9 LED花色循环彩灯的制作【学习指导】花色多变循环彩灯电路有一定的趣味性。查资料，了解NE555、CD4017集成电路的引脚功能等详细内容。一、实训目的(1)熟悉LED花色循环彩灯电路的工作原理。(2)掌握集成电路及部分特殊元器件的识别与测试方法。(3)掌握此彩灯电路的实际应用。,二、实训仪器与设备,三、电路与原理 1 电路图 电路如图所示。,图3.9.1 LED花色循环彩灯电路,2 电路工作原理 这是用一块555和一块CD4017 CMOS时序分配器加上众多LED和两、三个阻容元件组成的花色多变循环彩灯电路。供电范围为510 V，耗电为数毫安至30 mA。电路如图所示。555构成10 Hz左右方波振荡器，其第7脚驱动LED1闪烁发光，第3脚输出到CD4017去循环计数。CD4017构成时钟下跳变计数方式，其Q0Q9这10个输出端随着555第3脚电平下跳，依次变化为高电平，驱动LED3LED12依次轮流循环发光，形同流水或旋转盘，一秒钟内重复一周。另外，CD4017的进位输出CO驱动LED2每秒钟闪亮一次，形同对LED3LED12循环一周发光的计数或“OK”赞许。,555第7脚吸入电流能力较强，在不加限流电阻器的情况下，电源电压为5 V时可驱动一二个LED，电源电压为10 V时可驱动四个LED(电流达50 mA)，所以电源电压较高时应多串接几个LED。不过，因为是脉冲式的LED发光，脉冲电流为50 mA，也可使用额定电流1020 mA的一般LED产品。CD4017如同许多4000B系列CMOS集成电路一样，电源电压为10 V甚至15 V，它们的输出端也允许短时间(瞬间)短路接地而不致烧毁。原因是它们的输出端内阻大，多数饱和电流仅限于30 mA(电源VDD=15 V时)，电源电压为10 V时仅达20 mA，电源电压为5 V时至多达4 mA。所以，CD4017的各输出可以不加限流电阻器，直接驱动LED闪烁发光。只要电源电压在10 V以内，长期工作直接驱动任何LED都可以。,选用LED1LED12有一个色彩搭配问题。选用多种色彩LED，自然可形成五彩缤纷的现象。目前常用的LED有红(R)、橙(O)、黄(Y)、绿(G)4色，正向电压依次较高，然而最大正向电压约2.3 V。另外，也有其余光色的LED，例如蓝色(B)，但正向电压多在5 V以上，应用时要注意这一点，并且这种LED售价也高。橙红色(OR)则是介于橙色与红色之间的一种“橘黄”色，其电性能也介于橙色与红色之间。,四、实训步骤(1)根据原理图设计印制电路板图；(2)腐蚀及打孔；(3)元器件的选择与表面处理；(4)焊接；(5)检查无误后接入电源；(6)检验其功能；(7)分析制作过程中出现的问题。,3.10 光电式自动水龙头的制作【学习指导】光电自动水龙头可用于餐厅、卫生间等公共场所，通过人手阻止红外光的传播，实现水龙头控制，可防止交叉感染，该电路CX20106A作为红外接收处理，电路工作可靠，有一定的实用价值。【预习要求】了解市场上常用的光电自动水龙头功能；了解光电自动水龙头工作原理。,一、实训目的(1)掌握光电式自动水龙头电路原理。(2)熟悉光电式自动水龙头印制电路板的设计方法。(3)掌握电路的调试方法。二、实训器件、仪器仪表及设备,三、实训原理 电路如图所示，IC1组成振荡频率为40 kHz的脉冲振荡器，驱动红外发光二极管LED1发出调制红外光。IC2是一片专用红外接收放大器，内含前置放大、滤波、积分检波、整形功能并为红外接收二极管提供偏压，其中心频率由R5决定，中心频率为40 kHz。当LED2接收到LED1发射的40 kHz红外调制光时，IC2第7脚变成低电平，三极管V截止，继电器J释放，电磁阀不动作，水龙头关闭，为一般状态。,当有人洗手时，挡住了LED1发往LED2的红外光线，IC2第7脚由低变高，V导通，继电器J动作带动电磁阀动作，水自动流出。洗手完毕，人手离开，LED1再次照射LED2，电路又恢复到一般状态。图中IC2采用CX20106A，LED1、LED2可采用通用的红外对管，四个整流二极管可采用1N4007，T为12 V交流变压器，IC2是高增益放大器，要求用铁皮加以屏蔽。电路调试需调RP使IC1振荡频率为40 kHz。,四、实训步骤(1)准备电路板、认识元器件；(2)装配电路；(3)调试；(4)功能验证；(5)记录实训过程和结果。五、实训报告 说明调试步骤及调试中要注意的事项。六、元器件清单 本实验所用元器件清单见表。,表3.10.1 元 器 件 清 单,3.11 电子节能镇流器的制作【学习指导】电子节能镇流器与老式的电感镇流器相比具有重量轻、节电、易启辉点亮灯管及工作无频闪、功率因数高等特点，因而问世以来便得到了大力的推广和应用。【预习要求】了解市场上电子节能镇流器的种类与电路结构。,一、实训目的(1)熟悉电子节能镇流器的电路及其工作原理。(2)学习电子小产品的制作和调试。(3)学会常用电子元件的识别，掌握其性能和极限参数在电路设计中的应用，掌握元器件优劣的判别方法。二、实训器件、仪器仪表及设备,三、实训原理 电子节能镇流器用于启动普通日光灯管的工作时，即起到镇流器的作用。只要选择和改变电路中部分元器件的规格、参数，电子节能镇流器就可适配于任何规格的日光灯管。电子节能镇流器可用于高效节能荧光灯管的启辉驱动。高效荧光灯管是用三基色荧光粉制造的，其发光效率比日光灯管更高，可达到白炽灯泡的56倍。同时，由于电子节能镇流器结构紧凑、小巧，因而可与节能荧光灯管制作成一体化的高效电子节能灯，使用、安装十分方便。电子节能镇流器电路的工作原理大致相同，其结构如图所示。,图3.11.1 电子节能镇流器电路组成框图,高效电子节能镇流器采用开关电源技术和谐振启辉技术，工作频率设定在 3060 kHz，从而消除了普通日光灯镇流器50 Hz频闪现象及电感镇流器的“嗡嗡”噪声，人眼长时间用光不易疲劳，对视力起到很好的保护作用。谐振启辉技术使灯管无闪烁一次性点亮，很大程度上延长了灯管的使用寿命。高功率因数(0.95以上，比电感镇流器提高了80左右)也是电子节能镇流器的突出优点，对能源的充分利用和减少对电网的影响都起到了积极、良好的作用。图是电子节能镇流器的一个典型应用电路，电路负载功率为740 W。下面以此电路为例来分析说明电子节能镇流器的工作原理。由图可以看出，交流220 V50 Hz市电直接进ACDC变换电路，即VD1VD4 桥式整流、C1电容滤波后，输出约300 V左右的直流电压。,图3.11.2 电子节能镇流器典型应用电路,开关功率管V1、V2和振荡变压器T(L1、L2、L3)等组成自激振荡电路，R6、R4、C3组成振荡启动电路。接通电源的瞬间，300 V直流电压经过R6、R4、C3使开关功率管V2的基极获得电流而导通，同时，300 V直流电压经C2、灯管灯丝1、2端、灯丝电容C5，灯管灯丝3、4端，扼流电感L，变压器T的L2绕组及V2功率管构成的回路，对起谐振作用的灯丝电容C5充电。由于谐振变压器各绕组的耦合作用，V2很快会由导通转为截止，V1则由截止转为导通，此时谐振灯丝电容C5通过灯丝1、2端，C2、V1、L2、L及灯丝3、4端放电。如此往复，Vl、V2交替通断，产生自激振荡。C5的充放电电流对灯管灯丝起预热作用，且C5两端因振荡而产生一个Q倍的振荡高压，加在灯管两端，击穿灯管内的水银气体使灯管启辉发光。Vl、V2振荡的频率决定于L、C5串联谐振回路。灯管点亮时，其内阻剧降，该内阻并联于C5两端，使L、C5串联谐振电路Q值大大下降，从而使C5两端(即灯臂两端)启辉时的高压下降为正常的工作电压，并维持灯管稳定发光。镇流器的功率可以通过改变扼流电感L的匝数(或者说电感量)来进行调节。,四、装配、调试要点(1)由于该电路工作在高压状态，因而对元器件的参数要求较高，尤其要充分考虑所使用的功率开关管Vl和V2的极限参数(400 V)，同时，还要考虑电容的耐压及漏电流参数。选用合适的、高质量的元器件是使电子镇流器正常工作的保证。(2)装配时一定要注意各元器件的极性和接线端所接的位置要正确，稍有疏忽将会导致电路的损坏。此外，还应特别注意振荡变压器各绕组的同名端，若连接错误，电路将不能振荡，灯管将不会发光。绕制变压器T的不同绕组最好选用不同颜色的导线，绕制时切不可将绝缘皮层划破，否则金属导线碰到磁环，镇流器依然不能正常工作。,(3)一般情况下，只要按照电子产品的装配、焊接工艺制作，元器件安装正确，无虚焊、脱焊，电子节能镇流器装配完毕，通电即可正常工作，无需调试。C5谐振灯丝电容要求较高，实际使用时C5电容易损坏，且会导致灯管两端发黑。(4)在制作或维修电子镇流器时，可能出现一些故障现象。故障分析及排除方法如下：接通电源，冒烟或者有爆炸声。C1滤波电解电容极性接反或漏电过大，或耐压不够，或是整流二极管VD1VD4有接反或击穿现象，查找并更换元器件。通电不亮。可能有虚焊，也可能L1或L3的同名端有接错现象。,灯管两端发红，不能正常启辉发光。测C5两端应有6080 V交流电压，若无电压，则C5击穿或C5容量不对，或L2的Q值太低。灯亮，但有“吱吱”声，C5太小，或振荡变压器T的绕阻有虚焊。扼流电感L正常，但灯的亮度明显暗、功率偏小，可能变压器T的磁环破裂。V1和V2两集电极间全通或不通，V1、V2可能击穿或损坏。灯亮正常，但V1发热严重，可能C4容量太大，或V1、V2功率不够。镇流器有时不起振，振荡电路元件参数不合适。,五、实训内容(1)按设计电路制作一电子节能镇流器。(2)完成电路调试，测试其主要参数。(3)元器件清单见表。,表3.11.1 元 器 件 清 单,3.12 数字抢答器的制作【学习指导】抢答器是利用优先编码器优先显示最快抢答者的序号，并保证其他抢答者的序号不能显示的电路器件。在进行抢答、竞赛活动中这种抢答器得到了广泛的应用。【预习