电子电路装调与应用赛项任务书(教师组)

18/19贵州省职业院校技能大赛电子电路装调与应用赛项(教师组)工作任务书教师组电子电路装调与应用赛项组工位号：2021年5月工作任务与要求请您在6小时内，根据任务书的相关说明和工作要求，完成赛场提供的精密自恢复稳压电源与脉冲顺序控制故障检修板套件中相关电路的焊接、调试、排故、组合联调、数据测量、电路设计等任务，具体工作任务和要求如下：1.职业素养要求。（10分）2.根据焊接要求，完成赛场提供的精密自恢复稳压电源的装配、焊接、调试、测量。（20分） 3.根据焊接要求，完成赛场提供的脉冲顺序控制故障检修电路板的装配、焊接。完成精密自恢复稳压电源与脉冲顺序控制故障检修电路板的组合连接、故障排除，实现应用系统的控制功能，并对电路运行数据进行测量记录。（50分）4.利用NIMultisim14或AltiumDesigner10，根据任务要求设计电路，完成功能仿真，并进行数据采集和存储（20分）任务一精密自恢复稳压电源的装配、焊接与调试（20分）一、装配焊接（8分）精密自恢复稳压电源原理图如图1所示，装配图如图2所示，电路元器件表见表1，正确选取元器件，准确的焊接在赛场提供的精密自恢复稳压电源板上。焊接要求：在印制电路上所焊接的电子元器件的焊点大小适中、光滑、圆润、干净，无毛刺；位置正确；无漏、假、虚、连焊。装配要求：元器件焊接安装无错漏；线路板上插件位置正确，接插件、紧固件安装可靠牢固；元器件安装及元器件上字符标示方向均符合工艺要求；线路板和元器件无烫伤和划伤，整机清洁无污物。图1精密自恢复稳压电源原理图图2精密自恢复稳压电源装配图表1精密自恢复稳压电源元器件表序号名称规格型号编号数量1稳压集成电路TL431U212三极管TIP42Q113集成电路LM358NU114IC座DIP-8IC座U115蜂鸣器5V有源蜂鸣器BELL116接线端子301-2P接线端子JP1,JP227扩展插座XH2.54-4P插座JP318三极管S8050Q2-Q659开关二极管1N4148D6,D7,D9,D10410整流二极管1N4001D1-D5,D8611电解电容1000μF/25VC7112电解电容470μF/16-25VC9113电解电容4.7μF/50VC3,C5214电解电容10μF/50VC10,C11,C13315电解电容100μF/16VC8116瓷片电容0.1μF(104)C2,C12217瓷片电容0.01μF(103)C1118瓷片电容1nF(102)C4,C6219电位器10KΩ密封电位器W11201/4W直插电阻330ΩR8,R272211/4W直插电阻130KΩR11221/4W直插电阻47KΩR12,R14,R263231/4W直插电阻18KΩR5,R7,R233241/4W直插电阻10KΩR2,R15,R17,R254251/4W直插电阻7.5KΩR9,R182261/4W直插电阻4.7KΩR3,R162271/4W直插电阻4.7ΩR101281/4W直插电阻2KΩR20,R222291/4W直插电阻1KΩR11,R19,R21,R24,R135301/2W直插电阻0.22ΩR61311/2W直插电阻100ΩR41323mm红发红LED3mm红发红LEDL11333mm绿发绿LED3mm绿发绿LEDL2134散热器23*16*25散热器配散热器135散热器螺丝3*10螺丝配散热器136专用PCB板56mm×74mm双面PCB配套1二、主要集成芯片芯片介绍1．TL431TL431是一款并联稳压集成电路，它的输出电压用两个电阻就可以设置从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值，是较好的可控精密稳压源，该器件在很多应用中可以代替稳压二极管。常用封装是TO-92封装，如图3，电路符号如图4。图3TL431封装及脚位功能图4TL431电路符号2．LM358LM358内部包括有两个独立的高增益双运算放大器，可以用于电源电压范围很宽的单电源使用，也可以适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流放大等场合。它的功能框图和引脚排列如图5。其中：8脚是正电源；4脚是负电源（双电源工作时）或地（单电源工作时）；1、2、3脚是一个运放通道，1脚是输出端，2脚是反相输入端，3脚是同相输入端；5、6、7脚为另一运放通道，7脚是输出端，6脚是反相输入端，5脚是同相输入端。图5LM358功能框图和引脚排列3．蜂鸣器蜂鸣器是电子电路中常用的发声元件，按发声的原理可以分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器。压电蜂鸣由压电陶瓷材料制成，利用压电效应将电能转化为声音，电磁式蜂鸣器由电磁线圈与振动铁片构成，利用电流的磁效应将电能转化为声音。单纯具有以上发声结构的蜂鸣器需要外接交变音频电信号才能发声，类似扬声器的功能，我们把这种需外接音频电信号才能发声的蜂鸣器叫做无源蜂鸣器。这类蜂鸣器一般无正负区别，加直流电压只能发短暂的“咔咔”声，万用表测量无源压电蜂鸣器的电阻为无穷大，电磁式蜂鸣器的电阻一般为几十欧。为了方便使用和简化电路，常常把驱动蜂鸣器发声的电路元件和蜂鸣器制作在一起，成为有源蜂鸣器，这种蜂鸣器无需外接音频电信号，只需加特定的直流电压即可发声，这种蜂鸣器除了有材料上的区别，还需注意使用电压上的要求，使用中必须在适当的电压范围，同时还需注意正负极性，否则将损坏蜂鸣器内电路。在实际电路应用中，蜂鸣器根据电路形式和发声的要求不同，在体积、封装、电压、材料、外形等各有不同，可谓种类繁多，但根据以上原理不难区分。在自恢复精密稳压电源中所用的蜂鸣器为5V电磁式有源蜂鸣器。三、精密自恢复稳压电源电路简介电路原理如图1，它是在常用串联稳压电路的基础上改进而成，主要由交流输入电路、整流滤波电路、取样电路、基准电压形成电路、误差比较放大电路、调整电路、过流保护及自动恢复电路、报警电路、指示灯电路等9部分组成。交流电压从接线端子JP1输入，加到整流滤波电路，将交流电压转换为非稳直流电压送到稳压电路稳压为需要的稳定直流电压。其中D1-4组成桥式整流电路，D5为开关二极管，C7为滤波电容，R1-2组成取样电路，U2、W1为核心的元件组成基准电压形成电路，调节W1可以调节输出电压的高低，该电路可以实现0V起调，U1A完成误差比较放大，Q1-2组成调整电路，R7为调整电路提供驱动电流，R6、D6、Q3-5、U1B、R23、D10、R20为核心的元件组成过流保护电路，R16、C11等组成自动恢复电路，Q6、BELL1等组成报警电路，C9组成输出滤波电路，L1、L2为指示灯，CN1为输出接线端子。15-18V的交流电经过D1-4整流后得到脉动直流电，经D5后进入滤波电路得到非稳直流电，经Q1稳压后得到稳定的直流输出。输出电压经R1、R2分压取样后加到运放反相输入端2脚，与运放的同相输入端3脚的基准电压进行比较放大，放大后的误差信号从1脚输出，经D7驱动Q2对Q1的基极电流进行精密控制，达到稳压的目的。R17与U2（TL431）组成2.5V的基准电压形成电路，为稳压电路及过流保护电路提供基准电压。R4、C5、C2组成降压滤波电路，为U1供电。L1为电源指示灯，通电后就被点亮，L2为正常工作指示灯，当有正常电压输出时被点亮。本电路不容易理解的是过流保护及自动恢复电路，其关键元件是R6及U1B相关元件，正常工作时GND与V-的压差很小，如果选择V-为参考电位点，则GND为负压，输出电流越大，GND的负压就越低，对于U1B来讲，5脚电压正常时被R20连接到V-，即该脚正常电压为0V，TL431形成的2.5V基准电压经R18、R19分压后加到U1B的反相输入端，正常工作时约大于0V，使U1B的第7脚输出低电平，Q3、Q6截止，蜂鸣器失电不响，R11提供的脉动直流经C8滤波后使Q3集电极为高电平，D6截止，不影响调整电路正常输出电压，D9导通，使Q4导通，Q5截止，对U1B的5脚不产生影响，电路处于稳定工作状态。当输出电流过大时，R6上的压降增加，相当于GND负压增加，导致U1B的6脚电压下降，当6脚电压低于0V时，U1B的7脚输出高电平，Q3、Q6导通，蜂鸣器得电报警，R11提供的直流被Q3短路到地，使Q3集电极为低电平，D6导通，调整电路无驱动电流而停止工作，输出电压为0V，这是L2失电熄灭，D9截止，使Q4截止，Q5由于有C11的存在而暂时截止，U1B的5脚由于有7脚高电平的反馈而处于高电平状态，这是6脚电压依然低于5脚电压，7脚继续处于保护报警状态，随着保护时间的推移，R16对C11的充电电压不断提高，当增加到Q5的导通电压时，Q5导通，使U1的5脚电压被短路到地，U1B的7脚输出低电平，电路恢复正常工作状态。稳压后的直流电压从JP2输出，JP3可以外接电压表和电流表，作为电路功能扩展使用。四、电路调试与功能验证（5分）1.检查电路连接是否正确，确保无误后在JP1处接上16V直流电源（1分）。2.用万用表直流电压档监测JP2的输出电压（注意方向不要接反）（1分）。3.旋转W1，观察JP2输出电压的变化情况（1分）。4.瞬间短路JP2输出端，观察电路的保护、报警和自动恢复情况（1分）。5.连接负载进行实用化应用测试（1分）。五、电路参数的测量（7分）在JP1处接上16V直流电源，将输出电压调节到以下指定值，测量电路中各点电压，并填入下表中（每一个电路点电压值错一个该项不得分）。输出电压值（V）电路测试点电位（V）D5阳极（1分）D5阴极（1分）Q1基极（1分）Q2基极（1分）U2阴极（1分）U1第1脚（1分）U1第8脚（1分）1.5V5.0V12.0V任务二脉冲顺序控制电路板的装配与故障检修（50分）一、电路装配与焊接（10分）脉冲顺序控制电路原理图如图6所示，装配图如图7，电路元器件表见表3，正确选取元器件，准确的焊接在赛场提供的脉冲顺序控制电路板上。焊接要求：在印制电路上所焊接的电子元器件的焊点大小适中、光滑、圆润、干净，无毛刺；位置正确；无漏、假、虚、连焊。装配要求：元器件焊接安装无错漏；线路板上插件位置正确，接插件、紧固件安装可靠牢固；元器件安装及元器件上字符标示方向均符合工艺要求；线路板和元器件无烫伤和划伤，整机清洁无污物。图6脉冲顺序控制电路原理图图7脉冲顺序控制电路装配图表3脉冲顺序控制电路元器件表序号名称规格型号编号数量1无锁开关8.5*8.5无锁开关AN12贴片电容0805贴片104C113贴片电容0805贴片103C2-C984贴片IC贴片NE555IC115贴片IC贴片CD4011IC216贴片IC贴片CD4027IC317直插集成电路74LS194IC418IC座16PIC座IC419301接线端子301-2P接线端子J1110贴片发光二极管0805贴片红LEDLED0-LED6711贴片电阻0805贴片1KR0-R6712贴片电阻0805贴片2KR7-R12613贴片电阻0805贴片10KR13,R14,R17314贴片电阻0805贴片1MR15115贴片电阻0805贴片5.1MR161165P直插排阻5P排阻10KRP11174位拨码开关4位拨码开关S1~4118贴片微动开关贴片6*6*5微动S5119贴片三极管贴片8050VT1-VT6620电路板7.37*4.94双面板1安装说明：1、清单中的元件名称旁有※标记的为贴片元件，请按照贴片元件的焊接工艺要求进行安装。2、排阻RP1上标有白点的为第1脚，装在最左边的方形焊盘中。3、在安装无锁开关AN之前，用万用表测量它的常开和常闭引脚，再根据电路板上的标记，将常闭引脚装在左侧，常开引脚装在右侧。二、电路功能和原理简介脉冲顺序控制电路设计采用了时基电路NE555、与非门CD4011、JK触发器CD4027和移位寄存器74LS194，电路元件采用了插件和贴片器件相结合，并设置了5处故障点，需要排除后才能实现功能。具体功能如下：1、把拨码开关S1~4。拨到非ON状态。接上5V电源，电源指示灯发光二极管LED0点亮。右移：按一下无锁开关AN，并可见发光二极管LED：点亮。同时发光二极管从LED0开始点亮，接着顺序点亮LED4、LED5、LED6，四只发光二极管齐点亮后开始从LED3熄灭，接着顺序熄灭LED4、LED5、LED6，又开始从LED3点亮，如此往复右移循环。按下微动按钮S5，发光二极管LED3-6。全熄灭，放开微动按钮S5后，按以上方式往复右移循环。左移：按一下无锁开关AN，可见发光二极管LED1点亮。同时发光二极管从LED6开始点亮，接着顺序点亮LED5、LED4、LED3，四只发光二极管齐点亮后开始从LED6熄灭，接着顺序熄灭LED5、LED4、LED3，又开始从LED6点亮，如此往复左移循环。按下微动按钮S5，发光二极管LED6-3。全熄灭，放开微动按钮S5后，按以上方式往复左移循环。置数：按一下无锁开关AN，LED1-6。全亮，按下微动按钮S5，LED3-6全熄灭，放开微动按钮S5后，LED1-6又全亮。保持：按一下无锁开关AN，LED3-6全亮，LED1-2不亮，按下微动按钮S5，LED3-6全熄灭，放开微动按钮S5后，LED1-6已不再点亮。以上操作可循环实现以上顺序功能。2、把拨码开关S1-4全部拨到ON状态。发光二极管LED3-6在置数和保持方式中全熄灭，在右移和左移方式中正常移动。3、把拨码开关S1-4中任何一开关拨到ON状态，可实现对应发光二极管在静态时的熄灭状态。三、常用集成电路介绍1.集成电路NE555NE555是一块时基集成电路，它可以构成多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等，是一块用途广泛的集成电路。NE555集成电路管脚如图8，内部等效电路如图9。图8图9NE555引脚功能简介：1脚：公共地端为负极。2脚：低触发端TRIG，低于1／3电源电压时即导通。3脚：输出端OUT，电流可达200mA。4脚：强制复位端RESET，不用时可与电源正极相连或悬空。5脚：用来调节比较器的基准电压，简称控制端CONT，不用时悬空，或通过电容接地。6脚：高触发端THRES，也称阈值端，高于2/3电源电压时即截止。7脚：放电端DISCH。8脚：电源正极VDD。2.集成电路CD4011芯片为四二输入与非门电路，引脚功能如下图图103.集成电路CD4027CD4027是一款双JK触发器，带有置位端（SET）和清零端（RESET）以及正反相两个输出端。时钟信号的上升沿触发，置位和清零操作都是低电平有效。图114.集成电路74LS194（74HC194、CD40194）74LS194是一个4位双向移位寄存器，具有并行输入，串行左移输入，串行右移输入三种功能。引脚见原理图，其中：D0～D1为并行输入端；Q0～Q3为并行输出端；SRI为右移串引输入端；SLI为左移串引输入端；SEL1、SEL0为操作模式控制端；CR-为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。图12四、脉冲顺序控制电路的故障检修（25分）脉冲顺序控制电路的供电需由任务一完成的精密自恢复稳压电源提供，先用万用表监测输出电压，将电源电压调为5.0±0.1V，再接入脉冲顺序控制电路的电源输入端J1。完成如下内容：要求：在给出的电子产品线路板上，已经设置了5个故障。请根据给出的脉冲顺序控制电路原理图和工作原理及功能说明加以排除，故障排除后电路才能正常工作。并请完成以下的检修报告。1、故障一电路检修报告故障现象（1分）故障检测（2分）故障点（1分）故障排除（1分）2、故障二电路检修报告故障现象（1分）故障检测（2分）故障点（1分）故障排除（1分）3、故障三电路检修报告故障现象（1分）故障检测（2分）故障点（1分）故障排除（1分）4、故障四电路检修报告故障现象（1分）故障检测（2分）故障点（1分）故障排除（1分）5、故障五电路检修报告故障现象（1分）故障检测（2分）故障点（1分）故障排除（1分）五、电路功能与调整测量1、电路功能（5分）在已排除故障的《脉冲顺序控制电路》线路板上应能实现以下功能：（1）循环右移（1分）；（2）循环左移（1分）；（3）可预先置数（1分）；（4）保持原状态不变（1分）；（5）全部清零熄灭（1分