电子线路设计安装与调试实训-教案

1、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（

2、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:1.2KQX,l 5.1KQX, 330QX,1 47QX,2 100QX,电位器 100KQX,可控硅 4PA 1 BT33X 1 二极管4007X5,电容0.1UF/63VX 1通用线路板X 1稳压管12VX1。2、工具：万用表1烙铁，烙铁架1摄子，焊锡丝1导

3、线，220V交流电源i 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：5.1KQ五色环（绿棕黑棕棕），用万用表X 100当来测电阻值；1.2KQ四色环（棕红红金），用万用表X 100当来测电阻值；330 Q四色环（橙橙棕金），用万用表X 10（或X 10档来测电阻值；100 Q四色环（棕黑黑棕）用万用表乂1（或乂 10档来测电阻值；47 Q五色环（绿紫黑黄棕）用万用表乂1（或乂 10档来测电阻值。2. 二极管IN4007:用万用表X 1梢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.

4、 晶体管2CP12：参数极限工作电压 Vrwm （V） ： 100,极限工作电流Im （A） : 0.14. 电位器100K Q:用万用表X 10（或X 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

5、开关S,回路中则形成强烈正反馈（Ib2 Ic2 Ib1 Ic1Ib2）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

6、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RX 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。K AG(a)lAPNPN(b)A(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RX 10档，黑笔接阳极 A,红笔接阴极K,表针应指向8（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60200Q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

7、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X 100当，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。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i。的

8、变化而变化；rb2为第二基式中，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点电压为叫亍畑如二（=叭式中，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,切呱时，发射结处于反向偏置，单结晶体管截止，发射极只有很小的漏电流Io-1*r3 H曲业蒂I h i幷号图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

9、，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IVd. 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，io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。单结晶体管的主要

10、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 2-10kQ ,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

11、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RX I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bl和b2的判断方法：将万用表置于 R X 10挡或RX I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bl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。1B2PNE(b)EBi（c）图6单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号断路。二用万用表测有无短路、断路。8.通用线路板：一看有无短路、(23.单拥品闸

12、管调光血孳一脉冲幅度与宽度fjrI * h n3 w iOllFVJ9斛温度补偿Sx 1CZI1D4i2vIL” 252FV2CW64脉冲频率与宽度二、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）

13、、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

14、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

15、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一化学作用过程。（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。图8 握电烙铁的手法示意反握法的动作稳定，长时间操

16、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。(町连续焊接时(断续焊接吋图9焊锡丝的拿法3. 电烙铁使用以后，一定要稳妥地插放在烙铁架上，并注意导线等其他杂物不要碰到烙铁头，以 免烫伤导线，造成漏电等事故。(三) 手工焊接基本方法1.手工焊接步骤(1 )准备施焊(图 10(a)左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态。要求烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物，并在表面镀 有一层

17、焊锡。(2 )加热焊件(图10 (b)烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体，时间大约为12秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同时接触两个被焊接物。例如，图(b)中的导线与接线柱、元器件引线与焊盘要同时均匀受热。(3 )送入焊丝(图10 (c)焊件的焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意：不要把焊锡丝送到烙铁 头上！(4 )移开焊丝(图 10(d)当焊丝熔化一定量后，立即向左上45方向移开焊丝。(5 )移开烙铁(图 10(e)焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向右上 45方向移开烙铁，结束焊接。从第三步开始到第 五步结束，时间大约也是1至2s。(6)检查焊

18、点：看焊点是否圆润、光亮、牢固 ，是否有与周围元器件连焊的现象。手工焊接对焊点 的要求是：a电连接性能良好；b.有一定的机械强度；c光滑圆润。元器件引脚偵)步嗓一(b)步骤二 位)步嗓三步骤四2)步骤五图10手工焊接步骤2. 手工焊接操作的具体手法在保证得到优质焊点的目标下，具体的焊接操作手法可以有所不同，但下面这些前人总结的方法,对初学者的指导作用是不可忽略的。保持烙铁头的清洁焊接时，烙铁头长期处于高温状态，又接触助焊剂等弱酸性物质，其表面很容易氧化腐蚀并沾上 一层黑色杂质。这些杂质形成隔热层，妨碍了烙铁头与焊件之间的热传导。因此，要注意用一块 湿布或湿的木质纤维海绵随时擦拭烙铁头。对于普通

19、烙铁头，在腐蚀污染严重时可以使用锉刀修 去表面氧化层。对于长寿命烙铁头，就绝对不能使用这种方法了。靠增加接触面积来加快传热加热时，应该让焊件上需要焊锡浸润的各部分均匀受热，而不是仅仅加热焊件的一部分，更不要 采用烙铁对焊件增加压力的办法，以免造成损坏或不易觉察的隐患。有些初学者用烙铁头对焊接 面施加压力，企图加快焊接，这是不对的。正确的方法是，要根据焊件的形状选用不同的烙铁头， 或者自己修整烙铁头，让烙铁头与焊件形成面的接触而不是点或线的接触。这样，就能大大提高 传热效率。加热要靠焊锡桥在非流水线作业中，焊接的焊点形状是多种多样的，不大可能不断更换烙铁头。要提高加热的效 率，需要有进行热量传递

20、的焊锡桥。所谓焊锡桥，就是靠烙铁头上保留少量焊锡，作为加热时烙 铁头与焊件之间传热的桥梁。由于金属熔液的导热效率远远高于空气，使焊件很快就被加热到焊 接温度。应该注意，作为焊锡桥的锡量不可保留过多，不仅因为长时间存留在烙铁头上的焊料处 于过热状态，实际已经降低了质量，还可能造成焊点之间误连短路。烙铁撤离有讲究 烙铁的撤离要及时，而且撤离时的角度和方向与焊点的形成有关。如图所示为烙铁不同的撤离方向对焊点锡量的影响。鮒沿烙铁轴向A亍撤离佝向上方撤离焊锡挂在匚 略铁头上z烙扶头 吸除焊锡孙烙铁头上 纵不挂镐水平方向撤离垂直向下撤离旧垂直向上撒离图11烙铁撤离方向和焊点锡量的关系在焊锡凝固之前不能动切

21、勿使焊件移动或受到振动，特别是用镊子夹住焊件时，一定要等焊锡凝固后再移走镊子，否则 极易造成焊点结构疏松或虚焊。焊锡用量要适中手工焊接常使用的管状焊锡丝，内部已经装有由松香和活化剂制成的助焊剂。焊锡丝的直径有0.5、0.8、1.0、5.0mm等多种规格，要根据焊点的大小选用。一般，应使焊锡丝的直径略小于焊盘的直径。如图12所示，过量的焊锡不但无必要地消耗了焊锡，而且还增加焊接时间，降低工作速度。更为 严重的是，过量的焊锡很容易造成不易觉察的短路故障。焊锡过少也不能形成牢固的结合，同样 是不利的。特别是焊接印制板引出导线时，焊锡用量不足，极容易造成导线脱落。但)焊锡过多少)焊锡过少合适的锡量 合

22、适的焊点图12焊点锡量的掌握 焊剂用量要适中 适量的助焊剂对焊接非常有利。过量使用松香焊剂，焊接以后势必需要擦除多余的焊剂，并且延 长了加热时间，降低了工作效率。当加热时间不足时，又容易形成夹渣”的缺陷。焊接开关、接插件的时候，过量的焊齐熔易流到触点上，会造成接触不良。合适的焊剂量，应该是松香水仅能 浸湿将要形成焊点的部位，不会透过印制板上的通孔流走。对使用松香芯焊丝的焊接来说，基本 上不需要再涂助焊剂。目前，印制板生产厂在电路板出厂前大多进行过松香水喷涂处理，无需再 加助焊剂。不要使用烙铁头作为运送焊锡的工具有人习惯到焊接面上进行焊接，结果造成焊料的氧化。因为烙铁尖的温度一般都在300 C以

23、上,焊锡丝中的助焊剂在高温时容易分解失效，焊锡也处于过热的低质量状态。特别应该指出的是， 在一些陈旧的书刊中还介绍过用烙铁头运送焊锡的方法，请读者注意鉴别。(四) 焊点质量及检查 对焊点的质量要求，应该包括电气接触良好、机械结合牢固和美观三个方面。保证焊点质量最重 要的一点，就是必须避免虚焊。(1) 虚焊产生的原因及其危害虚焊主要是由待焊金属表面的氧化物和污垢造成的，它使焊点成为有接触电阻的连接状态，导致 电路工作不正常，出现连接时好时坏的不稳定现象，噪声增加而没有规律性，给电路的调试、使 用和维护带来重大隐患。此外，也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内，保持接触 尚好，因此不容易发

24、现。但在温度、湿度和振动等环境条件的作用下，接触表面逐步被氧化，接 触慢慢地变得不完全起来。虚焊点的接触电阻会引起局部发热，局部温度升高又促使不完全接触 的焊点情况进一步恶化， 最终甚至使焊点脱落，电路完全不能正常工作。 这一过程有时可长达一、二年，其原理可以用 原电池”的概念来解释：当焊点受潮使水汽渗入间隙后，水分子溶解金属氧 化物和污垢形成电解液，虚焊点两侧的铜和铅锡焊料相当于原电池的两个电极，铅锡焊料失去电 子被氧化，铜材获得电子被还原。在这样的原电池结构中，虚焊点内发生金属损耗性腐蚀，局部 温度升高加剧了化学反应，机械振动让其中的间隙不断扩大，直到恶性循环使虚焊点最终形成断 路。据统计

25、数字表明，在电子整机产品的故障中，有将近一半是由于焊接不良引起的。然而，要从一 台有成千上万个焊点的电子设备里，找出引起故障的虚焊点来，实在不是容易的事。所以，虚焊 是电路可靠性的重大隐患，必须严格避免。进行手工焊接操作的时候，尤其要加以注意。一般来说，造成虚焊的主要原因是：焊锡质量差；助焊剂的还原性不良或用量不够；被焊接处表 面未预先清洁好，镀锡不牢；烙铁头的温度过高或过低，表面有氧化层；焊接时间掌握不好，太 长或太短；焊接中焊锡尚未凝固时，焊接元件松动。(2) 对焊点的要求 可靠的电气连接 足够的机械强度 光洁整齐的外观13 (a )图，在单面板上，焊(3) 典型焊点的形成及其外观 在单面

26、和双面(多层)印制电路板上，焊点的形成是有区别的：见点仅形成在焊接面的焊盘上方；但在双面板或多层板上，熔融的焊料不仅浸润焊盘上方，还由于 毛细作用，渗透到金属化孔内，焊点形成的区域包括焊接面的焊盘上方、金属化孔内和元件面上 的部分焊盘，如图13（ b）所示。0）双面板图14典型焊点的外观参见图14,从外表直观看典型焊点，对它的要求是： 形状为近似圆锥而表面稍微凹陷，呈漫坡状，以焊接导线为中心，对称成裙形展开。虚焊点 的表面往往向外凸出，可以鉴别出来。 焊点上，焊料的连接面呈凹形自然过渡，焊锡和焊件的交界处平滑，接触角尽可能小。 表面平滑，有金属光泽。 无裂纹、针孔、夹渣。4. 导线连接方式导线

27、同接线端子、导线同导线之间的连接有三种基本形式：（1）绕焊导线和接线端子的绕焊，是把经过镀锡的导线端头在接线端子上绕一圈，然后用钳子拉紧缠牢后 进行焊接，如图15所示。在缠绕时，导线一定要紧贴端子表面，绝缘层不要接触端子。一般取图15导线和端子的绕焊但）细寻线绕到粗导线上）同样粗细的导线的绕焊16所示。操作步骤如下:图16导线与导线的绕焊导线与导线的连接以绕焊为主，如图 去掉导线端部一定长度的绝缘皮； 导线端头镀锡，并穿上合适的热缩套管； 两条导线绞合，焊接； 趁热把套管推倒接头焊点上，用热风或用电烙铁烘烤热缩套管，套管冷却后应该固定并紧裹 在接头上。这种连接的可靠性最好，在要求可靠性高的地方

28、常常采用。（2）钩焊将导线弯成钩形钩在接线端子上，用钳子夹紧后再焊接，如图17。其端头的处理方法与绕焊相同。这种方法的强度低于绕焊，但操作简便。LJs恶:乔匸不* i但）导线和端子的搭焊图17导线和端子的钩焊图18搭焊（3）搭焊如图18所示为搭焊，这种连接最方便，但强度及可靠性最差。图18（a）是把经过镀锡的导线搭到接线端子上进行焊接，仅用在临时连接或不便于缠、钩的地方以及某些接插件上。对调试或维修中导线的临时连接，也可以采用如图18 （b）所示的搭接办法。这种搭焊连接不能用在正规产品中。（4 ）杯形焊件焊接法这类接点多见于接线柱和接插件，一般尺寸较大，如果焊接时间不足，容易造成冷焊”这种焊件

29、一般是和多股软线连接，焊前要对导线进行处理，先绞紧各股软线，然后镀锡，对杯形件也要 进行处理。操作方法见图 19。焊丝烙铁图19杯形接线柱焊接方法 往杯形孔内滴助焊剂。若孔较大，用脱脂棉蘸助焊剂在孔内均匀擦一层。 用烙铁加热并将锡熔化，靠浸润作用流满内孔。 将导线垂直插入到孔的底部，移开烙铁并保持到凝固。在凝固前，导线切不可移动，以保证 焊点质量。 完全凝固后立即套上套管。 由于这类焊点一般外形较大，散热较快，所以在焊接时应选用功率较大的电烙铁。（五）拆焊与重焊（ 1）拆焊技术1）引脚较少的元件的拆法 一手拿电烙铁加热待拆元件的引脚焊点，熔解原焊点焊锡，一手用镊子夹住元件轻轻往外拉。 2）多焊点元件且元件引脚较硬拆法 采用吸锡器或吸锡烙铁逐个将焊点上焊锡吸掉后，再将元件拉出。 用吸锡材料将焊点上的锡吸掉。 采用专用工具，一次将所有焊点加热熔化，取下焊件。（2）重新焊接1）重焊电路板上元件。首先将元件孔疏通，再根据孔距用镊子弯好元件引脚，然后插入元件进行 焊接。2） 连接线焊接。首先将连线上锡，再将被焊连线的焊端固定（可钩、绞），然后焊接。五、电路