2009年重慶中等職業(yè)學(xué)校電子技能競(jìng)賽考題學(xué)生組

1、 2009年重慶市第二屆中等職業(yè)學(xué)校電子技能競(jìng)賽考題（學(xué)生組）考題名稱：自適應(yīng)式烘干系統(tǒng)完成時(shí)間：4小時(shí)一、功能簡介 電路說明部分 二、電路所需器件介紹 三、裝配及調(diào)試說明一、元件篩選與測(cè)試（10分）考題目錄 考題答卷部分 二、電路焊接與組裝（35分） 三、電路調(diào)試（40分） 電路設(shè)計(jì)軟件PROTEL應(yīng)用部分（15分）學(xué) 校： 姓 名： 考 號(hào)： 工 位 號(hào)： 電路相關(guān)說明部分一、功能簡介1、功能說明自適應(yīng)式烘干系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的烘干方式，采用可控硅作為功率驅(qū)動(dòng)器件。該系統(tǒng)通過測(cè)量環(huán)境溫度可以在快速加熱、普通加熱、緩慢保溫加熱和停止加熱狀態(tài)下自動(dòng)切換（這里使用燈泡代替加熱器），它的組成原理圖如

2、圖1所示。2、電路功能簡介烘干系統(tǒng)在我們的生活中應(yīng)用非常廣泛，傳統(tǒng)的烘干系統(tǒng)，一般是采用接觸器或繼電器作為功率驅(qū)動(dòng)器件控制加熱器，它們只能在啟動(dòng)加熱或停止加熱之間切換，由于在加熱過程中會(huì)有熱慣性等因素，所以在高精度的烘干系統(tǒng)中使用傳統(tǒng)的方式顯然無法滿足需求了。為了解決以上問題，這里為大家展現(xiàn)一種簡單的自適應(yīng)式烘干系統(tǒng)，自適應(yīng)式烘干系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是，當(dāng)測(cè)量環(huán)境溫度過低時(shí)輸出的電壓有效值高，加熱器迅速加熱，當(dāng)溫度靠近預(yù)期設(shè)定值時(shí)，輸出電壓有效值降低，從而放慢加熱速度，對(duì)被測(cè)環(huán)境溫度進(jìn)行微調(diào)。這里我們通過延時(shí)觸發(fā)可控硅來調(diào)整輸出電壓的有效值，從而調(diào)整加熱器的發(fā)熱量。烘干系統(tǒng)主要由：溫度檢測(cè)放大電路、

3、溫度比較電路、交流過零檢測(cè)電路、可控硅觸發(fā)延時(shí)電路、可控硅觸發(fā)時(shí)間選擇電路、可控硅觸發(fā)電路、電源電路和加熱器（用燈泡模擬加熱器）所組成。在該電路中我們希望得到一個(gè)設(shè)溫度為40的烘干系統(tǒng)，所以我們?cè)O(shè)定了以下參數(shù)：當(dāng)熱敏電阻測(cè)量溫度低于30時(shí)，此時(shí)輸出電壓最高，加熱速度最快（燈泡亮度最大）。當(dāng)熱敏電阻測(cè)量溫度在3035之間時(shí)，輸出電壓降低，加熱速度放慢使其慢慢地靠近希望值（燈泡亮度降低）。當(dāng)熱敏電阻測(cè)量溫度在3540之間時(shí)，輸出電壓再次降低，加熱速度減慢或?yàn)橄到y(tǒng)保溫（燈泡亮度降低）。當(dāng)溫度高于40時(shí)，輸出電壓為零，燈泡不亮。在對(duì)電路功能進(jìn)行測(cè)試過程中，可以使用燈泡、電烙鐵或熱風(fēng)槍對(duì)熱敏電阻RT1進(jìn)

4、行加熱，可以方便地模擬出溫度變化，使其輸出電壓變化（燈泡亮度變化）。圖 1圖1二、電路所需器件介紹1、 運(yùn)算放大器LM358LM358是二運(yùn)放集成電路，它采用8腳雙列直插塑料封裝，其內(nèi)部包含二組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，二組運(yùn)算放大器相互獨(dú)立，引腳及內(nèi)部方框圖如圖2所示，LM358具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各種電路中。 圖22、電壓比較器LM339LM339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，它采用14腳雙列直插封裝，內(nèi)部包含四組形式完全相同的電壓比較器，內(nèi)部組成圖如圖3；該電壓比較器的具有，失調(diào)電壓小，典型值為2mV；電源電壓

5、范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；因此應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 圖33、四重雙向開關(guān)CD4066BCD4066是一種雙向模擬開關(guān)，在集成電路內(nèi)有4個(gè)獨(dú)立的能控制數(shù)字及模擬信號(hào)傳送的模擬開關(guān)，內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)見圖4。每個(gè)開關(guān)有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，它們可以互換使用，還有一個(gè)選通端CONTROL（控制端），當(dāng)選通端為高電平時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通，選通端為低電平時(shí)，開關(guān)截止。使用時(shí)選通端是不允許懸空的。圖44、14級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)振蕩器CD4060CD4060 由一振蕩器和14 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器位組成，組成接通圖如圖5，引腳圖如圖6。振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC

6、 或晶振電路。CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無效，所有的計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器。在輸入脈沖1和0的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)，在時(shí)鐘脈沖線上使用施密特觸發(fā)器對(duì)時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無限制。圖5 圖65、 6反相帶施密特觸發(fā)器CD40106CD40106由6個(gè)結(jié)構(gòu)相同的輸入級(jí)具有施密特觸發(fā)功能的反相器組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖管腳圖見圖7，輸入輸出真值表見表1。施密特觸發(fā)器在輸入波形的上升段和下降段，它的閥值電壓不同。InputsOutputHLLH 圖7 表16、 MF58熱敏電阻MF58為負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，其特點(diǎn)是溫度越高其電阻值越小。MF58外形圖如圖8，電路符號(hào)如圖9，溫度-電

7、阻對(duì)應(yīng)值，見表2。 圖8 圖9溫度()電阻(k)溫度()電阻(k)溫度()電阻(k)溫度()電阻(k)027.622510504.16751.933522.3308.152553.552801.6631018.19356.951603.048851.4381514.81405.843652.614901.2492012.25454.916702.227951.064表2三、裝配及調(diào)試說明注意：電路焊接完成后，仔細(xì)檢查無誤后，才可通電調(diào)試。1、 外部接線 通過J1接入AC12V電源，為系統(tǒng)提供工作電源；燈泡經(jīng)過導(dǎo)線連接到J2。2、 電路工作原理烘干系統(tǒng)的電路主要由：溫度檢測(cè)放大電路、溫度比較電路

8、、交流過零檢測(cè)電路、可控硅觸發(fā)延時(shí)電路、可控硅觸發(fā)時(shí)間選擇電路、可控硅觸發(fā)電路、電源電路和加熱器（用燈泡模擬加熱器）所組成。其工作原理如下：溫度檢測(cè)電路：溫度檢測(cè)電路主要由RT1（NTC負(fù)溫度系數(shù)）熱敏電阻、U1A組成的同相放大器和U1B組成的緩沖器所組成。當(dāng)RT1測(cè)量環(huán)境溫度越高，熱敏電阻的電阻值越低，溫度輸出電壓TP-A點(diǎn)的電壓值越低。溫度電壓比較電路：由電壓比較器LM339和外圍電阻構(gòu)成的電壓比較電路，可調(diào)電阻RP2、RP3、RP4分別作為3個(gè)比較電路的基準(zhǔn)參考電壓，當(dāng)TP-A點(diǎn)的電壓低于某個(gè)比較器的參考電壓時(shí)，此比較器輸出低電壓，從而點(diǎn)亮發(fā)光二極管，關(guān)閉電子開關(guān)。交流過零檢測(cè)電路，當(dāng)交

9、流電過零時(shí)，光耦初級(jí)輸入電壓為零，次級(jí)截止，Q4集電極輸出高電平，該信號(hào)通過具備反相功能的施密特觸發(fā)器對(duì)其整形，輸出高電平，使由U3等元件組成的計(jì)時(shí)器復(fù)位；當(dāng)過零完成后，Q4集電極輸出低電平，此時(shí)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)?？煽毓栌|發(fā)延時(shí)電路：電路主要由CD4060二進(jìn)制計(jì)數(shù)振蕩器和晶體振蕩器組成，當(dāng)U3第12腳RESET為高電平時(shí)，計(jì)時(shí)器停止工作，輸出全部為低電平，當(dāng)12腳出現(xiàn)下降沿時(shí)，由Y1和U3組成的振蕩器開始工作，振蕩頻率為32.768kHZ，此信號(hào)經(jīng)過U3分頻后，分別輸出脈寬為：0.97ms、3.9ms和7.81ms的脈沖，供可控硅觸發(fā)時(shí)間選擇電路選擇?？煽毓栌|發(fā)時(shí)間選擇電路：電路由CD4066

10、電子開關(guān)組成，電子開關(guān)的控制端C為高電平時(shí)，電子開關(guān)接通，控制端C為低電平時(shí)，電子開關(guān)斷開，電子開關(guān)的控制端與溫度比較電路的輸出端相接。可控硅觸發(fā)電路：由電子開關(guān)輸出的信號(hào)通過Q3放大后驅(qū)動(dòng)光耦U7，U7次級(jí)導(dǎo)通后，電流經(jīng)過R17和U7觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。電源電路：電源電路主要由D2、C11組成的整流濾波電路和串聯(lián)式穩(wěn)壓電源組成。3、 調(diào)試方法在調(diào)試電路時(shí)應(yīng)首先使電源電路正常工作，即使+5V正常；（1） 電源電路調(diào)試：接通AC12V交流電源，調(diào)節(jié)RP1使C10兩端的電壓為5V。（2） 溫度檢測(cè)放大電路調(diào)試：RT1和R21組成串聯(lián)分壓電路，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)RT1兩端的電壓改變，此信號(hào)經(jīng)過由U1A組成

11、的放大電路放大，再經(jīng)過由U1B緩沖輸出；不同的溫度U1B輸出不同的電壓，當(dāng)溫度為30時(shí)TP-A點(diǎn)的電壓約為1.98V，溫度為35時(shí)TP-A點(diǎn)電壓約為1.73V，溫度為40時(shí)TP-A點(diǎn)電壓約為1.5V。（3） 電壓比較電路：該電路由3個(gè)結(jié)構(gòu)相同的電壓比較器組成，不同的是參考電壓不同，當(dāng)比較器的同相端電壓大于反相端時(shí)比較器輸出高電平，反之輸出低電平；調(diào)節(jié)PR2使U2的4腳電壓為1.98V（對(duì)應(yīng)溫度為30），調(diào)節(jié)RP3使U2的6腳電壓為1.73V（對(duì)應(yīng)溫度為35），調(diào)節(jié)RP4使U2第8腳電壓為1.5V（對(duì)應(yīng)溫度為40）；假如：當(dāng)TP-A點(diǎn)的電壓低于1.98V時(shí)，U2A輸出低電平，LED2點(diǎn)亮，U4A

12、電子開關(guān)斷開。（4） 可控硅的觸發(fā)信號(hào)來自電子開關(guān)，電子開關(guān)由電壓比較電路控制，電子開關(guān)輸入為經(jīng)過延時(shí)的脈沖信號(hào)。比如：比較器U2A輸出為低電平，此時(shí)U4A電子開關(guān)斷開，經(jīng)過0.97ms延時(shí)的脈沖信號(hào)，無法通過電子開關(guān)觸發(fā)可控硅，此時(shí)如果比較器U2B輸出為高電平，U4B電子開關(guān)接通，經(jīng)過3.9ms延時(shí)的信號(hào)到了時(shí)，可控硅電路被觸發(fā)。4、調(diào)試完成 接通電源后，使用燈泡或電烙鐵對(duì)熱敏電阻加熱，當(dāng)熱敏電阻上的溫度低于30時(shí)，燈泡亮度最高，LED指示燈全部熄滅，溫度每升高5燈泡亮度降低一個(gè)等級(jí)，LED指示燈多點(diǎn)亮1只，當(dāng)溫度高于40時(shí)燈泡熄滅，LED指示燈全部點(diǎn)亮。圖2一、元件篩選與測(cè)試(10分)準(zhǔn)確

13、清點(diǎn)和檢查全套裝配材料數(shù)量和質(zhì)量，進(jìn)行元器件的識(shí)別和檢測(cè)，篩選確定元器件，檢測(cè)過程中填寫下表。（注：質(zhì)量判定填寫“可用”、“斷路”、“短路”、“漏電”）所使用的萬用表型號(hào)為:_元 器 件識(shí)別及檢測(cè)內(nèi)容配分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分電阻器色環(huán)標(biāo)稱值（含誤差）每支1分共計(jì)2分識(shí)別錯(cuò)誤錯(cuò)不得分。棕黑黑紅棕紅紫綠橙金電容器數(shù)碼標(biāo)志容量值（uF）每支1分識(shí)別錯(cuò)誤錯(cuò)不得分。104穩(wěn) 壓二極管正向電阻反向電阻測(cè)量檔位質(zhì)量判定每支1分錯(cuò)1項(xiàng)，該二極管不得分。D1三極管畫外形示意圖標(biāo)出管腳名稱電路符號(hào)質(zhì)量判定每支1分錯(cuò)1項(xiàng)，該三極管不得分。Q1晶 體振蕩器測(cè)量阻值使用檔位每支1分錯(cuò)1項(xiàng)，該晶體振蕩器不得分。Y1光耦畫外形示意

14、圖標(biāo)出管腳名稱電路符號(hào)質(zhì)量判定每支1分錯(cuò)1項(xiàng)，該光耦不得分。U6可控硅畫外形示意圖標(biāo)出管腳名稱電路符號(hào)質(zhì)量判斷每支1分錯(cuò)1項(xiàng)，該繼電器不得分。K1橋堆 畫外形示意圖標(biāo)出管腳名稱正負(fù)輸出端電阻，正向?qū)ㄇ闆r下使用檔位每支2分錯(cuò)1項(xiàng)，該橋堆不得分。D2二、焊接與組裝電路（35分）工藝要求：元件安裝整齊、焊點(diǎn)美觀（30分）內(nèi) 容技術(shù)要求配分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 得分元器件引腳1、引腳加工尺寸及成形應(yīng)符合裝配工藝要求61、檢查成品，不符合要求的，每處每件扣0.5分/件。2、根據(jù)監(jiān)考記錄，工具的不正確操作，每次扣0.5分。元器件安裝2、元件高度及字符方向應(yīng)符合工藝要求3、元件安裝橫平豎直4、電路板底層安裝貼片元件5

15、、燈泡通過導(dǎo)線連接到J2,連接到J2端的導(dǎo)線壓接端頭8焊點(diǎn)6、焊點(diǎn)大小適中，無漏、假、虛、連焊，焊點(diǎn)光滑、圓潤、干凈，無毛刺7、焊盤不應(yīng)脫落8、修腳長度適當(dāng)，一致，美觀10安裝質(zhì)量9、集成電路、二三極管等及導(dǎo)線安裝均應(yīng)符合工藝要求10、元器件安裝牢固，排列整齊11、無燙傷和劃傷，整機(jī)清潔無污物6常用工具的使用和維護(hù)12、電烙鐵的正確使用13、鉗口工具的正確使用和維護(hù)14、萬用表正常使用和維護(hù)15、毫伏表正常使用和維護(hù)16、示波器正常使用和維護(hù)5三、電路調(diào)試（40分） 電路的調(diào)試方法，詳見第7頁和第8頁的裝配調(diào)試說明。1、 本電路功能完成（20分）鑒定內(nèi)容技術(shù)要求配分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分實(shí)現(xiàn)功能測(cè)量溫度

16、越高輸出電壓越低，即燈泡的亮度越低；當(dāng)溫度低于30時(shí)，過零后約延時(shí)0.97ms觸發(fā)可控硅，溫度低于35時(shí)，過零后約延時(shí)3.9ms觸發(fā)可控硅，溫度低于40時(shí)，過零后約延時(shí)7.81ms接通可控硅，溫度高于40停止輸出。20分電源部分正常工作（4分）溫度檢測(cè)放大電路正常工作（4分）溫度比較以及指示電路正常工作（6分）過零檢測(cè)電路正常工作（3分）電子開關(guān)及可控硅觸發(fā)電路正常工作（3分）2、 完成檢測(cè)報(bào)告（13分）（1、電路正常工作時(shí)，測(cè)量U3第7腳的頻率_赫茲。（1分）（2、若要使穩(wěn)壓電路的輸出電壓降低，請(qǐng)問應(yīng)該_（增大/減?。㏎1基極與地之間的電阻。（1分）（3、在溫度檢測(cè)放大電路中，U1A（LM3

17、58）作為_（反相放大器/同相放大器/差分放大器/比較器）（1分）（4、當(dāng)RT1阻值不變的情況下，增大R21電阻的阻值，請(qǐng)問U1B第7腳的電壓_（升高/降低）。（1分）（5、當(dāng)RT1的溫度為45時(shí)，RT1的端電壓為_ V。(1分)（6、當(dāng)U5第3腳為高電平時(shí)，U5第2腳的電壓為_（高電平/低電平）。（1分）（7、當(dāng)穩(wěn)壓電路輸出電壓為5V時(shí)，測(cè)量Q1和Q2各引腳的電壓（V）。（3分）三極管Q1Q2引腳CBECBE電位（8、電路正常工作時(shí),且測(cè)量溫度低于30時(shí)，測(cè)量可控硅A與K之間的波形：(4) 記錄波形（1分），其他（0.5分）示 波 器頻率器毫伏表得分時(shí)間檔位：幅度檔位：峰峰值：頻率

18、：周期：測(cè)量交流電壓：3、 電路原理和故障分析（7分）（1）、當(dāng)RT1測(cè)量溫度為50時(shí)，請(qǐng)問U1第7腳的電源為多少？(3分)（2）、若將晶振Y1由32.768kHZ更換為455kHZ，請(qǐng)問U5第5腳的輸出周期是的多少？（4分）四、電路設(shè)計(jì)軟件PROTEL DXP 2004應(yīng)用八路斷線數(shù)顯報(bào)警器（15分）考生須知：考生在D盤根目錄下建立一個(gè)文件夾，文件夾命名為“T+工位號(hào)”，考生所有文件均需保存在該文件夾內(nèi)。各文件的文件名如下：工程文件：工位號(hào)原理圖文件：sch ××原理圖元件庫文件：slib ××PCB文件：PCB ××PCB元件封裝

19、庫文件：plib ××其中××為考生工位號(hào)，如sch24.sch。注：如果保存文件的路徑不對(duì)，則無成績。 1、 制作電路圖元件符號(hào)，新建原理圖元件庫文件，在庫中繪制圖10上的U2（1分）2、 繪制原理圖（1）建立原理圖文件，并設(shè)置原理圖圖紙尺寸為A4。（0.5分）（2）根據(jù)圖10原理圖，必須將自制的元件符號(hào)用于原理圖中；繪制清單詳見表2（4.5分）3、 制作封裝（共2分）建立PCB元件封裝庫文件，并在庫中繪制元件DS1和SPST-1的封裝。（1）元件DS1的封裝外形尺寸如圖11所示，它的焊盤直徑為75mil，焊盤孔徑為35mil，焊盤間距為100mil。

20、（1分）（2）元件SPST-1的封裝外形尺寸如圖12所示，它的焊盤直徑為80mil，焊盤孔徑為40mil，焊盤橫向間距為180mil，焊盤縱向間距為260mil。（1分）4、 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表文件（1分）根據(jù)原理圖創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表文件。5、 PCB設(shè)計(jì)（6）在繪制PCB時(shí)，須使用以上自制的元件封裝，其他元件封裝詳見表2，繪制要求如下：（1） 電路板外形尺寸不大于：3200mil（寬）×2400mil（高）；（2） 元件布局合理，所有元件均放置在TopLayer；（3） 信號(hào)線寬15mil，+5V線寬40mil，地線線寬50mil；（4） 對(duì)晶振電路部分進(jìn)行鋪銅操作，填充格式為90Degree，與

21、GND網(wǎng)絡(luò)相連，放置層為TopLayer；圖10 圖11 圖12表3LibrefPart TypeDesignatorFootprintLibraryCAP0.1uFC1RAD0.2Miscellaneous Devices.LibIN41481N4148D11812Miscellaneous Devices.Lib1N41481N4148D21812Miscellaneous Devices.LibRES21kR3AXIAL0.3Miscellaneous Devices.LibRES21kR7AXIAL0.3Miscellaneous Devices.LibRES21kR8AXIAL0.3

22、Miscellaneous Devices.LibRES21kR4AXIAL0.3Miscellaneous Devices.LibRES21kR5AXIAL0.3Miscellaneous Devices.LibRES21kR6AXIAL0.3Miscellaneous Devices.LibRES21kR9AXIAL0.3Miscellaneous Devices.LibRES21kR11AXIAL0.3Miscellaneous Devices.LibRES21kR10AXIAL0.3Miscellaneous Devices.LibRES25.1kR13AXIAL0.3Miscellaneous Devices.LibRES25.1kR12AXIAL0.3Miscellaneous Devices.LibRES26MHZY1XTAL1Miscellaneous Devices.LibRES210kR2AXIAL0.3Miscellaneous Devices.LibRES210kR1AXIAL0.3Misc