电路设计与制作（含活页式实训工单） 课件 项目1 任务1 元件准备与工具认知

项目1电路基础元件的使用

项目引入电路设计和制作是从电路中基础元件的认知开始的，本书以隔离控制器的设计制作为例帮助读者掌握基础的电路设计能力，该电路中包含最多的是大量电容、电阻、二极管等基础元件。本项目旨在帮助读者认识和掌握部分最常用的基础元件的使用方式，以此为起点开始隔离控制器电路的设计。学习目标知识目标掌握电路基础元件的种类、特点和使用方法了解电路中各种元件之间的相互作用关系技能目标能够根据电路设计要求，选择合适的电阻、电容、等二极管、晶体管元件，并计算其参数，完成简单电路分析能够根据电路设计要求，选择合适的集成电路，并进行电路设计和分析素养目标培养学生对电路基础元件和电路原理的认识和理解，提高科学思维和工程实践能力培养学生对电路基础元件和电路原理的认识和理解，提高科学思维和工程实践能力提高学生对电子产品使用和维护的技能水平，提高信息化素养和社会适应能力项目1电路基础元件的使用

任务1元件准备与工具认知任务描述隔离数字量模块是常用的一种物联网设备，用于数字量信号的输入和输出，本书帮助读者学习认识该设备的工作电路，并通过实践操作，加工制作出实物设备。隔离数字量模块电路较为简单，所使用的元件均为电路设计中常用的部件，对该设备电路的学习要从这些常用电路元件的认知开始。掌握基础元件的工作原理和使用方法，需要一定的实践操作，这些操作需要相关工具器材的配合。本任务引导读者学习掌握相关这些器材的使用方法。知识储备电路设计调试中会用到很多设备，这里只介绍一些较为基础的实验设备，帮助读者完成一些基础元件的认知学习。这些必要的实验设备有：（1）面包板；（2）供电板；（3）万用表。一、面包板的使用基础电路的搭建和测试需要在相关平台基础上完成。这里使用面包板作为测试平台，在其上可以完成基础电路的搭建。市场上常见的面包板如图所示：一、面包板的使用面包板的外观结构主要分为上、中、下三个部分。上部分和下部分一般为一行或两行插孔组成的窄条，中间部分由一条隔离凹槽和凹槽上下各5行的插孔宽条所组成。如图所示，上部分和下部分的窄条，每五组插孔在内部是横向互相连通的，但是小窄条中间并不连通，一般用于供电，使用时可将正负极分别连接图中“+”“-”标号所对信号孔。中间部分，隔离凹槽上下五行（ABCDE）的插孔在内部是纵向连通的，每列窄条之间不连通，并由凹槽隔离上下部分。一、面包板的使用使用面包板连接电路时，将上下部分的窄条的第一行与地连接，第二行连接电源正极。中间部分主要用于连接电路，而由于凹槽不连通的特性，因此集成块可跨接在凹槽上。【知识补充】Fritzing是一款开源的电子设计自动化软件，利用该软件可以模拟面包板电路搭建，方便规划实验电路连接。二、供电板的使用面包板在使用时，可以使用3.3V或5V的直流电接入，为了实验方便，这里采用成熟的供电板供电，如图所示。二、供电板的使用供电板各部分功能如图所示。二、供电板的使用在使用供电板给面包板供电时，将两边的插针分别插入面包板的上下部分窄条即可供电，控制开关可选择两路供电电压为3.3V或5V。供电板提供了三位供电插针，使用杜邦线便可与之相连。为了防止外接电源与正负极接反导致短路，供电板带有防接反的二极管和保险丝。当电流过大时，保险丝将熔断，进而起到保护电路的作用。三、万用表的使用数字万用表是电路设计调试中最常用的工具，万用表也称为万用计、多用计、多用电表或三用电表，一般万用表均包含安培计、电压表、欧姆计等功能，常用于测量电阻、直流与交流电压、直流与交流电流、二极管和三极管。三、万用表的使用数字万用表在市场上有很多规格，这里的UT89X是一款价格适中数字万用表，其性能稳定，可靠性高。该万用表测量范围广泛，可测量电压（可达1000V)、电流（最大可达20A)、电阻、电容、二极管、三极管、LED、温度以及电路通断。3.1电阻的测量测量步骤（1）红表笔插入V/Ω孔黑表笔插入COM孔；（2）选择量程，将旋钮打到“Ω”量程的适当位置；（3）将红黑表笔分别接触电阻两端的金属部分；（4）读取显示屏上的数据。注意事项（1）电路连通问题。确保电路已连接好，若仪表显示为“1”，则表明存在开路问题；（2）测量准确性。测量阻抗时，为尽可能保证准确性，需先检查电路中是否有电源和储能元件。若有，则移除所有电源，且电容放电。（3）量程的选择和转换。当显示屏的数值将为“1”时，说明量程选小，此时应选择较大的量程；与此相反，当显示屏的数值将接近“0”时，说明量程选大，此时应将旋钮打至较小的量程。（4）关于读数。所测量的读数为显示屏上的数字加档位选择的单位。旋钮可以选择量程3.2电压的测量测量步骤（1）红表笔插入VΩ孔，黑表笔插入COM孔；（2）根据所测量电压的类型，选择合适量程，将旋钮打到V-或V～适当位置；（3）读出显示屏上显示的数据。直流电压的测量3.2电压的测量注意事项（1）量程选择。将旋钮打至估计值的量程档（直流档V-，交流档V～），表笔接触电源或电池两端，保持稳定。若测量时读数为“1”，则表明量程太小，需换用较大量程；（2）读数显示。测量直流电压时，若显示屏数值前有负号，说明极性与实际电源极性相反，即红表笔接的是负极。交流电压无正负极之分；（3）测量时注意人身安全，不可随意用手触摸表笔的金属部分。交流电压的测量3.3电流的测量测量步骤（1）断开电路；（2）黑表笔插入com端口，红表笔插入mA或者20A端口；（3）根据所测电流类型，估计电流大小，将旋钮打至合适位置（直流电流A-，交流电流A～），选择适当量程；（4）断开被测电路，将数字万用表串联至被测线路中，电流将从一端流入红表笔，再流出黑表笔，最后流入被测线路中；（5）接通电路；（6）读出显示屏上显示的数据。注意事项（1）测量电流时，应保持接触稳定。如果显示屏数值一直为“1”，则需换用大量程；（2）测量直流电流时，需对电流的大小进行估计。若估计电流大于600mA，红表笔应插入“10A”，反之则插入“600mA”，并将旋钮打至合适量程。若测量交流电流时，无法预估电流大小，应先选择最大量程，并逐步减小；（3）测量交流电流完毕后，应该将红表笔插回“VΩ”孔，以免直接测电压时，损坏万用表和电源。（4）测量交流电流时，“600mA”量程有保险丝保护，因此出现电流过大烧坏保险丝的情况时，更换即可；而“20A”量程无保险丝保护，因此若选择该量程，测量时间则不得超过15秒。3.4电容的测量测量步骤（1）为保证数字万用表的安全，应短接电容两端，对电容放电；（2）将旋钮打至电容“F”测量档，选择合适量程；（3）将电容插入万用表CX插孔；（4）读取显示屏上的数据。注意事项为防止万用表的损坏和保证安全，测量前与测量后都需对电容放电；由于仪器的电容档存在保护措施，因此测试过程中无需考虑极性和电容充放电等情况；测量时，电容应插入专用的电容测试座中；测量大电容时，需要等一段时间以稳定读数；电容的单位换算：1μF=106pF，lμF=103nF。3.5二极管的测量测量步骤（1）红表笔插入VΩ孔，黑表笔插入COM孔；（2）将旋钮打至二极管档；（3）二极管的正负极，红表笔接正极，黑表笔接负极；（4）读取显示屏上的数据；（5）两只表笔换位，若显示屏读数为“1”，则表明该二极管工作正常，否则此管已被击穿。注意事项（1）若二极管损坏，两只表笔颠倒后读数则相同，该数值表示二极管的正向压降：硅材料为0.6V左右；锗材料为0.2V左右；（2）若二极管正常，两只表笔接引脚时，读数显示为“1”，则黑表笔一段为正极，反之为负极。3.6三极管的测量测量步骤：（1）红表笔插入VΩ孔，黑表笔插入COM孔；（2）将旋钮打至二极管档；（3）判断三极管的基极b，确定管型，即PNP或NPN类型；（4）将旋钮打至hFE档，并确保表笔没有接触任何电路；（5）根据管型将三极管插入PNP或NPN进行测量读取显示屏上的数据。注意事项：（1）三个管脚的确定：红表笔插入VΩ孔，黑表笔插入COM孔，黑表笔接触三极管的某一未知管脚，红表笔分别接触其他两个管脚，若两次读数均为0.7V左右，且使用红表笔接触同一未知管脚，黑表笔接其他管脚时，数值