《電子產(chǎn)品工藝實訓》課件第2章

第2章電子產(chǎn)品工藝實訓基礎(chǔ)訓練1錫焊技術(shù)

訓練2常用儀表、儀器使用訓練3常用電子元器件

思考題與練習題

訓練1錫焊技術(shù)

一、訓練要求

(1)了解電烙鐵的結(jié)構(gòu)、工作原理與檢測方法,正確使用電烙鐵。

(2)根據(jù)所焊元器件與電路板的結(jié)構(gòu)特點選擇合適的電烙鐵。

(3)了解常用的焊劑、焊料類型,根據(jù)實際選擇合適的焊料與焊劑。

(4)掌握常用電子元器件及各種導線的焊接工藝。

(5)掌握電路板的處理與焊接工藝。

(6)掌握常用電子元器件、

插接件的拆焊方法。

二、主要器材

(1)各式電烙鐵。

(2)各種電子元器件(積累實驗過程中損壞的元器件、廢棄電器上的元器件)。

(3)各種規(guī)格的導線、安裝板(銅鉚釘板、報廢的儀器儀表、廢舊電器的電路板較好)。

(4)焊錫條、錫絲、焊劑(松香)、清洗劑(酒精)、絕緣漆等。

(5)鑷子、

吸錫網(wǎng)、

小硬毛刷等。

三、訓練內(nèi)容

1.電烙鐵的選擇與檢測電烙鐵有內(nèi)熱式和外熱式兩種。

1)外熱式電烙鐵外熱式電烙鐵在鐵管的外側(cè)先用數(shù)層云母片包裹絕緣,在云母片上繞制電熱絲,然后再用數(shù)層云母絕緣后做成烙鐵心,最后將烙鐵紫銅頭插入鐵管。通電后電熱絲發(fā)熱,加熱云母片,云母片將熱傳給鐵管,鐵管再將熱傳給烙鐵紫銅頭。外熱式電烙鐵熱效率較低,溫度上升慢,但堅固耐用且功率比較大,目前仍被使用。市場上外熱式電烙鐵有小功率(15～30W)、

中功率(30～80W)和大功率(80～500W)三種。

2)內(nèi)熱式電烙鐵內(nèi)熱式電烙鐵是在外熱式電烙鐵基礎(chǔ)上改進的,它在瓷管外繞制電熱絲,在電熱絲外再套一層絕緣用瓷管,做成內(nèi)熱式烙鐵心,將烙鐵心插入不銹鋼管中,在不銹鋼管外套上焊接用的電烙鐵紫銅頭。通電后,電熱絲發(fā)熱,加熱瓷管,瓷管將熱傳給不銹鋼管,不銹鋼管再把熱傳給烙鐵紫銅頭。內(nèi)熱式電烙鐵的啟動時間快,體積小,熱效率高,溫度上升快，是目前最普遍使用的錫焊工具;其缺點是電熱心的瓷管較細,容易摔斷。市場上內(nèi)熱式電烙鐵只有小功率和中功率兩種。電烙鐵還可根據(jù)烙鐵頭的形狀(直頭、彎頭、尖頭和扁頭)、功率、使用電壓來分類。高壓電烙鐵使用的電壓為220V,功率有20W、25W、30W、35W、50W等幾種。低壓電烙鐵使用的電壓常有12V和24V兩種,功率有15W、

20W等。

3)電烙鐵功率的選用電烙鐵的功率應視焊點的面積大小而定。焊點大時散熱速度也快,因此選用的電烙鐵功率也應該大些。焊接印刷線路板、無線電元器件一般采用25～45W的小型電烙鐵,使用大烙鐵容易損壞元器件。應根據(jù)所焊接的元器件特點來選擇烙鐵頭的形狀。電烙鐵的電源線一般采用電燈用的花線(塑料線也可以),長度約為1.5m。正常電烙鐵用萬用表歐姆擋測其兩電極間電阻約在1～2kΩ之間。若電阻無窮大或接近零,則表示烙鐵心已損毀,應更換烙鐵心。

2.電烙鐵的正確使用與維護

電烙鐵是焊接電路的主要工具,正確使用電烙鐵是焊接技術(shù)的關(guān)鍵。在使用電烙鐵時要注意下面幾點:

(1)新烙鐵使用之前,先用銼刀將其表面鍍層去凈并露出銅頭,然后將烙鐵通電,等烙鐵頭部微熱時插入松香,在烙鐵頭上均勻地“吃上”焊錫。

(2)使用烙鐵時應嚴禁摔碰,以免電熱絲受振動而斷開,損壞電烙鐵。

(3)不要將烙鐵頭在金屬上刻劃或用力去除粗硬導線的絕緣套,以免使烙鐵頭出現(xiàn)損傷或缺口,減少其使用壽命。

(4)經(jīng)常用測電筆檢查烙鐵是否漏電,電源線的絕緣層是否完好,防止發(fā)生觸電事故。

(5)焊接一些特殊元件時,必須按要求接地線。

(6)電烙鐵經(jīng)過長時間使用后,烙鐵頭部會生成一層氧化物,不容易吃錫。如果烙鐵口呈灰白色,可以用鋼絲刷去。如果烙鐵口呈棕黃色,可用銼刀銼掉氧化層,按照處理新烙鐵頭的方法涂上焊錫即可繼續(xù)使用。當烙鐵頭嚴重磨損時,將影響焊接質(zhì)量，此時必須更換新的烙鐵頭。

(7)在焊接過程中,電烙鐵如果用用停停,則烙鐵上集結(jié)的熱量就不能及時散失,當熱量儲存過多時,容易將烙鐵頭“熱死”(即全部被氧化物覆蓋而“吃”不上錫),從而影響焊接質(zhì)量并縮短電烙鐵的使用壽命。為了避免發(fā)生烙鐵頭“熱死”現(xiàn)象而影響焊接速度,最好在不焊時將烙鐵降溫,使用時又能較快地達到焊接溫度。

(8)電烙鐵不用時,宜放在烙鐵架上。

3.焊料、焊劑的選用與烙鐵溫度的控制

錫焊是利用高溫使錫熔化,用于接合金屬(包含導線、元器件與電路板)的技術(shù)。焊錫是低熔點的鉛錫合金,錫與鉛的比例不同,焊錫的熔點也不相同。焊錫的質(zhì)量直接影響焊接的質(zhì)量,焊錫絲的選擇要視具體焊接對象而定,焊點較大的元器件可用較粗的焊錫絲,引腳較細的元件、焊點較小的焊盤宜用細焊錫絲。一般焊接電子元件應選用低熔點焊錫絲(常用0.8mm、65%的含松香焊錫絲)。焊劑在常溫或焊件溫度升高時能成為薄層分布到焊縫上,形成保護層,防止與空氣中的氧氣起作用,改善焊接性能。

焊接工藝不同,助焊劑也不同。在電路板的焊接中,選用低熔點的焊錫絲和沒有腐蝕性的助焊劑(比如松香、活性松香等)能滿足大部分電子產(chǎn)品的裝配要求,不宜采用工業(yè)焊錫和有腐蝕性的酸性焊油。

如果采用含有松香的焊錫絲,使用起來會非常方便。

在實際焊接中,可以根據(jù)需求自制助焊劑,下面是三種助焊劑配方。

(1)松香酒精焊劑:松香20g,酒精70g,澳化水楊酸15g。

(2)中性焊劑:醫(yī)用凡士林100g,三乙醇胺10g,無水酒精40g,水楊酸10g。

(3)無機焊劑:氧化鋅40g,氯化胺5g,鹽酸5g,水50g。

在電子元器件及PCB(印刷電路板)的焊接中,固體松香就是很好的助焊劑。烙鐵溫度直接影響焊接質(zhì)量。焊接時,應使電烙鐵的溫度高于焊錫的溫度,但也不能太高,過高時焊錫容易流淌,且可能使元件過熱,損壞甚至破壞電路板上的銅皮。溫度過低時,焊錫不能充分熔化,焊點粗糙,會造成虛焊、堆焊現(xiàn)象。一般保持烙鐵頭溫度比焊料熔化溫度高50℃較為適宜。烙鐵產(chǎn)生的溫度與烙鐵的功率和焊接的時間有關(guān),同一功率的烙鐵,焊接點尺寸小,其焊接時間要短一些;反之,則要增加焊接時間。

在實際焊接中,常用普通焊錫絲,烙鐵溫度一般控制在320～350℃之間。烙鐵燒到什么程度合適可用烙鐵頭與松香接觸來判斷,烙鐵頭和松香接觸冒出柔順的白煙,松香向烙鐵頭上擴展又不“吱吱”作響,這就是烙鐵最好的焊接狀態(tài)。

4.焊接

1)PCB(印刷電路板)焊接技術(shù)在電子實驗、實習、電子產(chǎn)品制作過程中,焊接工作是必不可少的。焊接不但要將元件固定在電路板上,而且要求焊點必須牢固、圓滑,不能有虛焊、假焊、堆焊現(xiàn)象。焊接的質(zhì)量直接影響到電子實驗、實習及制作的成功與否,因此,焊接技術(shù)是每一位學習電子應用的學生和電子制作愛好者必須掌握的基本功。

錫焊中,錫和焊點結(jié)合緊密,焊點圓滑、光亮是錫焊的基本要求。正確的操作步驟是:烙鐵頭接觸松香→沾錫→烙鐵沾錫的地方接觸焊點2～3秒鐘→移開烙鐵→使錫凝固,焊錫凝固前焊件不能亂動,以免造成假焊。

電子元器件、電路板保存在空氣中,由于氧化作用,元件引腳、電極、焊盤上附有一層氧化膜,同時還有其它污垢,焊接前可用小刀或細砂紙打磨掉氧化膜,并且立即涂上松香或其他焊劑,然后上一層焊錫(俗稱搪錫)。搪錫就是將要錫焊的元器件引線或?qū)щ姷暮附硬课活A先用焊錫潤濕,一般也稱為鍍錫、上錫等。搪錫是否合理是焊接成功的關(guān)鍵,它是靠金屬的擴散形成結(jié)合層后而使焊件表面“鍍”上一層焊錫的。搪錫并非錫焊不可缺少的操作,但對手工烙鐵焊接,特別是維修、調(diào)試、研制工作,幾乎是必不可少的。元器件引線搪錫的方法如圖2-1所示。

圖2-1元器件引線搪錫的方法

(a)元件移動；

(b)烙鐵移動

經(jīng)過搪錫處理后的元件容易焊牢,不容易出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。焊接時，先把被焊元件引腳插到PCB(印刷電路板)的應插位置,調(diào)整到合適的高度,用烙鐵頭沾取適量焊錫,接觸焊點,待焊點上的焊錫全部熔化并浸沒元件引線頭后,電烙鐵頭沿著元器件的引腳輕輕往上一提離開焊點。高質(zhì)量的焊點應呈正弦波波峰狀,表面光亮圓滑,無錫刺,錫量適中。焊接點上的焊錫量太少,焊接不牢,機械強度也差。而過量的焊錫則會增加焊接時間,降低工作速度,毫無必要地消耗較貴的錫,更為嚴重的是,在高密度的電路中,過量的錫很容易造成不易察覺的短路。焊錫應該剛好將焊接點上的元件引腳全部浸沒,輪廓隱約可見為好。

焊接點上焊劑的用量如圖2-2所示。

圖2-2焊劑用量比較(a)焊錫過多，浪費;(b)焊錫過少，焊點強度差;(c)合適的焊錫量，合格的焊點

焊接過程中,焊點的形成與烙鐵撤離時的角度和方向也有一定關(guān)系。圖2-3所示是烙鐵在不同撤離方向時對焊點的影響示意圖。撤烙鐵時輕輕旋轉(zhuǎn)一下,可保持焊點有適當?shù)暮噶?當然,這需要在實際練習焊接操作中去體會。

圖2-3不同撤離方向?qū)更c的影響(a)烙鐵軸向45°撤離；(b)向上撤離;(c)水平方向撤離；(d)垂直向下撤離;(e)垂直向上撤離

助焊劑的用量也應適宜。過多,焊點不美觀,還會腐蝕元件;過少,會造成虛焊。電路焊好后,切記將多余的焊劑用乙醇(無水酒精)或異丙醇清洗掉,以防碳化后的助焊劑影響電路正常工作。焊接結(jié)束后,必須檢查有無漏焊、虛焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路。虛焊較難發(fā)現(xiàn),可用鑷子夾住元件引腳輕輕拉動,如發(fā)現(xiàn)搖動應立即補焊。另外,焊接時流動的焊錫容易掉在板子上,焊接完畢后要仔細檢查，

清理殘錫,防止通電后造成短路。

2)PCB焊接練習

(1)元器件的成形。電子元件在安裝焊接之前一般都必須把元件的引腳整理成合適的形狀,通常把這一步驟叫做“彎腳”或“窩腿”。由于元件與引腳的連接部(或稱根部)比較脆弱,經(jīng)不起太大的機械應力,因而在彎腳時應用鑷子夾住引腳靠根部的部分(起保護根部的作用),而用另一只手把引腳壓彎。彎曲點與根部的距離不得小于3mm;不要彎成直角;引腳彎曲半徑不得小于2mm。

(2)表面處理與搪錫。電子元件表面處理與搪錫時,要特別注意對三極管或集成電路的引腳以及電路板的操作。①三極管或集成電路的引腳外層只有一層很薄的金層或銀層,里面的金屬絲很難上錫,引腳有銹就更不容易上錫,切不能用力刮或打磨,只能用細砂紙輕輕打幾下,即使銹蝕沒有全部去掉,也不要再處理。應當用沾有大錫球的烙鐵去“蹭”引腳,讓引腳“埋”在熔化的錫球里。如果“蹭”后引腳上了錫,那還可以使用。如果引腳上只有少數(shù)地方上錫,這樣的器件就不能再使用了。

②集成電路焊接時,電烙鐵要可靠接地,或斷電后利用余熱焊接。實際做電子電路時,一般最好使用集成電路專用插座,焊好插座后再把集成電路插上去。③印刷板:如果印刷板上有保護臘或保護漆,或者表面太臟,應當用細砂紙或鋼棉輕輕打掉,一直到露出的銅箔或錫很光亮為止,然后用酒精布輕輕擦干凈,再上錫。給通孔上錫時,應保證通孔仍可讓元器件的引腳穿過。如果孔被堵上,則可以用吸錫器吸走通孔里的錫,或用不沾錫的鐵絲或鋁絲捅穿孔。

(3)元器件的插裝。所有元器件在PCB上按工藝文件要求進行裝連。為了方便測試、識別,元器件標志、參數(shù)要朝易看見的方向。元器件插裝過程中,要按先低后高順序進行,注意有極性元器件的方向不能插反?？傊?元器件在PCB上插排既要整齊美觀,又要符合電器特性。

(4)元器件的焊接。在實際焊接中,針對電子元件的特點可采用點焊和拖焊的方法。點焊分為加焊錫絲助焊與不加焊錫絲助焊兩種。加焊錫絲助焊時，左手持焊錫絲,右手握烙鐵對焊接點進行點焊。其焊接過程是:把準備要焊接的元器件引腳插入線路板的焊接孔內(nèi),檢查位置無錯后,調(diào)整元器件的高度(例如變壓器不能將底面貼在主件板上)。先焊好一個腳,然后對其它腳進行點焊。焊接時,讓焊錫絲接觸焊接點,烙鐵熔化焊錫絲,而后鍍在焊接處,左手根據(jù)焊點大小向前進錫。錫上足后,左手立刻回收停止進錫,而右手中的烙鐵仍留在焊點上,停留時間一般在0.8秒左右,完成點焊。另外,電烙鐵撤離焊點的速度要快,沿水平方向抽出。

不加焊錫絲助焊是指在焊點上已上好足夠的焊錫或在烙鐵頭上沾有一定量的焊錫,然后用電烙鐵對焊點進行點焊。例如將一只晶體三極管直接焊接在銅箔線路板上,首先對三極管引腳搪錫,再對焊盤處理并上好足量的焊錫,然后用烙鐵熔化焊錫,接觸焊點,使三極管引腳充分與焊錫接觸后,烙鐵迅速離開焊點。

拖焊是焊接多腳元器件時常采用的焊接方法。操作時先將元器件的位置固定好(可用焊錫固定),然后將焊錫絲靠在焊腳上,用大面積觸頭的C型烙鐵頭熔化焊錫絲,使錫不斷進入焊點。當焊點(指熔化的焊錫)足夠大時,左手的焊錫絲與右手的烙鐵同時同步移動。移動時烙鐵頭不要接觸元器件的引腳,而是讓高溫熔化的焊錫填在引腳與線路板焊接點之間,這是拖焊的特別之處。為保證拖焊的焊接質(zhì)量,在操作時要特別控制好烙鐵移動的速度和進錫的速度。

貼片式集成電路的特點是引腳細,焊盤薄,要選用合適的電烙鐵和焊錫絲。焊接時先將集成電路的引腳涂上松香水,然后將集成電路引腳與印制板上的焊盤位置準確定位。將四角焊牢固定,再檢查一遍確認集成電路的每一個引腳都正確與焊盤位置相對應。然后將主板豎起(需別人幫忙),左手拿焊錫絲,右手拿烙鐵,烙鐵與主板成35°角,從集成電路右邊最上一腳焊起,烙鐵與焊錫絲一起向下移動,利用流動的熱錫將引腳與焊盤焊牢。從最上個引腳移到最下個引腳期間,若有兩個引腳或多個引腳焊連在一起,重復以上動作,利用松香的表面張力使相鄰兩腳分開。焊接完一面后,甩掉殘錫,蘸一下松香清潔烙鐵頭,使之保持光潔。轉(zhuǎn)動主板,再重復以上動作,將所有引腳焊完。若有個別引腳還焊在一起,可用吸錫繩吸開,再分別補焊。

初學者在焊接時,一般將電烙鐵在焊接處來回移動或者用力擠壓,這種方法是錯誤的。正確的方法是用電烙鐵的搪錫面去接觸焊接點,這樣傳熱面積大,焊接速度快。隨著電子電路設(shè)計與PCB設(shè)計的自動化、電子元器件小型化,電路板上元件布局密集數(shù)量越來越大,為手工焊接帶來了一定的難度。條件具備時,用波峰焊機和錫流焊機裝配實習電路,以掌握最新焊接技術(shù)。

5.導線焊接練習導線的焊接與元器件的焊接大致相同,都要先進行絕緣層處理、搪錫，然后再焊接。一般去絕緣層露出3mm的金屬導線即可。導線的類型不同,有不同的處理方法:多芯線去絕緣層后,要沿一個方向?qū)⒍嘈揪€擰緊,然后搪錫;漆包線要先輕輕刮去漆層,或用帶有焊錫的烙鐵燙一會兒,在去漆包皮的同時上錫;絲包線在去絕緣層后,還要去掉絲包層才能上錫。導線焊接包括導線與導線的焊接(連接)與導線在印制板或銅鉚釘板上的焊接。導線連接時將搪有焊錫的導線并齊放置,用烙鐵頭的搪錫面焊接導線,沿導線平放方向離開烙鐵;導線在印制板或銅鉚釘板上焊接時,要像元件焊接一樣將導線穿過焊孔,在焊接面焊接。

實際練習焊接時,可用做實驗時的廢棄導線,用前面練習元件焊接的電路板進行導線焊接練習。也可以將硬心導線或銅絲焊接成一定的幾何形狀,以增加焊接練習的趣味性。在短導線的焊接中,注意用鑷子或尖嘴鉗夾住導線,以防燙手。細導線焊接盡量在較短的時間內(nèi)完成,以防焊壞導線。

6.拆焊練習

1)三腳以下元件的拆焊方法拆焊此類元件所用電烙鐵的烙鐵頭應銼得尖一些,使得烙鐵頭碰到焊點時不會接觸到印制板的其它部分。拆焊時,用烙鐵頭接觸印制板背面的焊點,與此同時,要用鑷子夾住印制板正面的元件引腳,當發(fā)現(xiàn)焊錫開始熔化時,用鑷子慢慢把引腳拉出通孔。如果拉出引腳的過程不太順利,應使烙鐵頭暫時撤離焊點,以防過多的熱量傳到元件內(nèi)部。

2)多腳元器件的拆焊方法對如集成電路這樣的多引腳元器件,一般需使用吸錫器。如果沒有吸錫器,可以采取下述變通方法:把印制板斜放起來,背面朝下,用電烙鐵的烙鐵頭接觸背面的焊點,并用一根鋁絲去接觸這個焊點,鋁絲的另一頭朝下。當焊錫熔化時,把鋁絲捅進通孔里,這時熔化的焊錫會順著鋁絲掉下來。電子元件的拆焊要特別注意烙鐵頭與焊點的接觸時間一般不宜超過10秒鐘。過熱會使覆銅層脫離印制板或印制板被燙焦。如果一次拆焊不成功,可等焊點稍冷之后再重新做一次。拆焊時要特別注意不要損壞印制板,必須注意保護好元件。

元器件拆焊后,焊盤上會殘留焊錫。尤其是集成電路拆下后,焊盤上的殘錫更多,會給重焊元器件造成困難,必須清理干凈。用吸錫繩浸上松香,將殘錫吸掉。吸時一定要注意,吸錫繩的移動方向要順著焊盤的走向,不要橫移,否則極易損壞焊盤。殘錫清理完后,用酒精清洗集成電路各引腳上的殘余松香,烘干或自然風干后,整個拆焊工作才算結(jié)束。

3)拆焊操作原則為防止失誤,拆焊過程中還應遵循以下操作原則:第一,最好每次只拆下一個元器件。拆下元器件時應記下每個腳的焊接位置。當引腳數(shù)目較多或者對這種元器件的引腳排列方式不太熟悉時,應在每個引腳上貼上膠布,寫上記號,或者采取其它的標記方法。第二,如果不得已必須拆下較多的元器件,一定要給每個元器件分別做上記號。第三,如果測量結(jié)果表明該元件沒有故障,應及時把它焊到電路板上。第四,應利用元器件拆下來的這個機會,檢查一下印制板有沒有毛病。

四、

焊接技能考核

表2-1手工焊接技術(shù)(電子元器件插裝、焊接)考核評分細則訓練2常用儀器、儀表的使用

一、訓練要求(1)了解常用儀器、儀表的基本結(jié)構(gòu)與功能。(2)理解常用儀器、儀表的工作原理。(3)掌握常用儀器、儀表的使用方法與操作步驟。

二、主要器材

(1)萬用表、直流穩(wěn)壓電源、信號發(fā)生器、雙蹤示波器、晶體管特性圖示儀等。

(2)電阻組件，電容組件，二極管、三極管等若干。

(3)面包板一塊,硬導線若干,常用工具一套。

三、訓練內(nèi)容

(一)指針式萬用表萬用表是一種可以實現(xiàn)多量程、多種電量測量的便攜式電氣測量儀表,一般可以用來測量直流電流、直流電壓、交流電壓、電阻和音頻電平等電參量。除此之外,有的萬用表還可以測量交流電流、晶體管放大倍數(shù)、電感、電容等參數(shù)。萬用表廣泛應用于無線電、通信和電工測量等領(lǐng)域。萬用表的種類和型號很多,量程也各不相同,根據(jù)工作原理的不同,一般可以分為指針式萬用表和數(shù)字式萬用表兩大類。

1.主要技術(shù)指標

MF-47是磁電式便攜多量程萬用表,其外形如圖2-4所示。該萬用表可供測量直流電流、交直流電壓、直流電阻等電參量,具有26個基本量程和電平、電容、電感、晶體管直流參數(shù)等7個附加參考量程。

它的測量范圍和精度等級見表2-2。

圖

2-4MF-47型萬用表外形圖

表

2-2MF-47型萬用表的測量范圍和精度等級

2.各主要旋鈕的作用

MF-47型萬用表面板上半部分是表頭(指示部分),通過指針的位置和與之對應的表盤刻度值可指示被測參數(shù)的數(shù)值。表頭指針調(diào)零器在表頭下方。儀表面板下半部分是供操作的旋鈕和插孔,其中右上角為零歐姆調(diào)節(jié)器,左上角為三極管hFE測量插孔,測試筆插孔在最下方。主要旋鈕和插孔的名稱及作用介紹如下。

(1)機械零點調(diào)節(jié)螺帽:萬用表在使用之前應水平放置并檢查指針是否在標度尺的起始點上。如果不在起始點,則應調(diào)整中間的膠木質(zhì)機械零點調(diào)節(jié)螺帽,使表針回到標度尺的起始點上。

(2)歐姆零點調(diào)節(jié)旋鈕:測量電阻時,無論選擇哪一擋,都要先將指針指在歐姆標度尺的起始零點上,否則會給測量值帶來一定的誤差。

(3)轉(zhuǎn)換開關(guān):通過轉(zhuǎn)換開關(guān)可選擇5個測量項目、26個量程，以及電平、電容、電感、晶體管直流參數(shù)等7個附加參考量程。

(4)負極插孔:在其左邊標有“*”標記。測量任何項目時,黑表筆都應插在該插孔里。

(5)正極插孔:在其右邊標有“+”標記。在測量電阻、直流電流及交直流電壓時,紅表筆應插在該插孔里。

(6)晶體管靜態(tài)直流放大系數(shù)檢測裝置供臨時檢測三極管使用。

(7)交直流2500V和直流5A分別有單獨插座,測試時黑表筆插在“-”極插孔位置,紅表筆插在交直流2500V和直流5A的單獨插座中。

3.表頭刻度標度盤與開關(guān)指示盤印制成紅、綠、黑三色。二盤顏色分別按交流紅色,晶體管綠色,其余黑色對應制成,使用時讀取示數(shù)方便。標度盤共有七條刻度,第一條專供測電阻用;第二條供測交直流電壓和直流電流用;第三條供測交流10V電壓用;第四條供測晶體管放大倍數(shù)用;第五條供測電容用;第六條供測電感用;第七條供測音頻電平時使用。標度盤上裝有反光鋁膜,以消除視差。

4.萬用表的使用方法萬用表的種類和結(jié)構(gòu)是多種多樣的,面板上的旋鈕、開關(guān)的布局也各有差異。因此在使用萬用表之前,應仔細了解和熟悉各部件的作用,同時也要分清表盤上各條標度尺所對應的測量量。使用時,只有掌握正確的方法,才能確保測試結(jié)果的準確性,使測量誤差減小到最低程度,以保證人身和設(shè)備的安全。

1)插孔和轉(zhuǎn)換開關(guān)的使用首先要根據(jù)測試項目選擇插孔或轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置。由于使用過程中測量電壓、電流和電阻等可能會交替進行,因而一定不要忘記換擋或轉(zhuǎn)換表筆插孔。切不可用測電流或測電阻的擋位去測電壓。如果用直流電流或電阻擋去測量交流220V電源,則萬用表會立刻燒毀。

2)測試表筆的使用萬用表有紅、黑兩根表筆,如果位置接反、接錯,將會使測試錯誤或燒壞表頭。一般萬用表的紅表筆為“+”,黑表筆為“-”或“*”。表筆插入萬用表插孔時一定要嚴格按顏色和正負極插入。測直流電壓或直流電流時,一定要注意正負極性。測電流時,表筆與電路串聯(lián);測電壓時,表筆與電路并聯(lián),不能搞錯。

3)如何正確讀數(shù)萬用表使用前應檢查指針是否指在零位上。如不指零位,可調(diào)整表蓋上的機械零點調(diào)節(jié)螺帽。萬用表有多條標度尺,一定要認清所對應的讀數(shù)標尺,不能圖省事而把交流和直流標尺任意混用,更不能看錯。萬用表同一測量項目有多個量程,例如直流電壓量程有1V、2.5V、10V、50V、100V等。量程選擇應使指針移動到滿刻度的2／3以上。測電阻時,應使指針指向該擋中心電阻值附近讀數(shù),這樣才能使測量準確。讀數(shù)時操作者的視線應正視表針,以減少操作者因視線偏左或偏右而引起的使用誤差。

測量讀數(shù)時要注意:萬用表標度盤上的刻度線都是按表的精度刻畫的,因此只要按表的刻度讀數(shù)即可,最多插入半格讀數(shù)。例如用萬用表10V擋測某一直流電壓,表針指在40刻度線偏右一點,10V擋的精度為±2.5%,最大絕對誤差為±0.25V,這時讀數(shù)就不應為8V,也不應為8.02V,而應讀為8.0V。

4)電阻的測量先將紅表筆插在“Ω”專用插孔內(nèi),黑表筆接“*”插孔,將兩表筆短接,同時旋動歐姆零點調(diào)節(jié)旋鈕,使指針指在“Ω”標度尺的零位上。每次換擋之后都必須重新使零歐姆電位器調(diào)零。如果旋動歐姆調(diào)零旋鈕不能使指針指到歐姆零位,則說明電池電壓太低,應更換新電池。在完成上述步驟后,可將表筆接到被測電阻的兩個金屬引出端,根據(jù)所設(shè)定的擋位讀出電阻值。注意兩手不應同時觸及電阻兩端,因為這樣等于在被測電阻兩端并上人體電阻,使測得值變小,在測高電阻時誤差更大。量程選擇應盡量在“Ω”標度尺的中間區(qū)域讀數(shù)。也決不能帶電測量電阻。帶電測量相當于用歐姆擋去測量電阻端電壓,這樣不但測量結(jié)果無效,而且可能損壞電表。在測量電阻之前應切斷電源,電路中有電容時應先放電。

萬用表的內(nèi)附電池正極與表盤上的“-”或“*”插孔相連,負極與表盤上的“Ω”

插孔相連。若用歐姆擋判別晶體二極管、晶體三極管管腳,則由于晶體管所能承受電壓較低和允許通過的電流較小,故應選用低電壓高倍率擋(如R×100或R×1k擋)進行測量。

R×1Ω、R×10Ω、R×100Ω、R×1kΩ、R×10kΩ五個量程合用R14型2號1.5V電池,R×100kΩ量程使用的是專用6F22型15V層疊電池。

5)直流電壓的測量紅表筆接萬用表的“+”插孔,黑表筆接“*”插孔,測量時把萬用表與被測電路以并聯(lián)形式連接,紅表筆觸到被測電路的正端,黑表筆觸到電路的負端,不要接反。若不知道被測對象的正負極,可先將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電壓最大量程擋,然后將一只表筆接到被測對象任何一極上,再將另一表筆在另一極上迅速相碰,立即拿開,觀察指針偏向。若指針向正方向偏轉(zhuǎn),則紅表筆接觸的為正極；若指針反方向偏轉(zhuǎn),則紅表筆接觸的是負極。待極性確定后,估計被測量大概數(shù)值,將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到適宜的量程上,使指針獲得最大可能的偏轉(zhuǎn)。如果電路上的電壓大小估計不出來,就要先用大的量程,粗略測量后再用合適的量程,這樣可以防止由于電壓過大而損壞萬用表。

測量直流電壓時,還應注意萬用表內(nèi)阻所造成的誤差。當被測對象電阻很高時(如電子電路),萬用表的接入可能會改變電路工作狀態(tài)而引起很大的測量誤差,此時建議采用輸入阻抗高的儀表測量。

6)直流電流的測量把轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電流擋位,如無法估計被測電流的大小,可先選擇直流電流量程最大的一擋進行測試,再根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)情況選擇合適的量程。不允許在測量過程中帶電切換擋位,以防止損壞萬用表。測量時應先切斷電源,將被測電路斷開一點,把萬用表串聯(lián)在電路中,把紅表筆接在高電壓端(或“+”端),黑表筆接在低電壓端(或“-”端),否則表針反偏。測量直流電流時要特別注意,不能將萬用表與被測電路并聯(lián),若將萬用表與被測電路并聯(lián),則通過表頭的電流會大大超過滿偏電流,損壞萬用表的表頭。需要注意的是，萬用表電流擋內(nèi)阻會使電流減小引起測量誤差。在測量中,若已知電路中某組件的電阻值,為了避免斷開電路,可用萬用表直流電壓擋測該組件端電壓,再運用歐姆定律求出電路電流。將萬用表串聯(lián)在電路中以后,接通電源,在第三條刻度線讀取直流電流數(shù)據(jù)。

7)交流電壓的測量將萬用表轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交流電壓擋,其余操作與直流電壓的測量相同,只是無須區(qū)分表筆的正負極。另外,交流電壓擋的標度尺是按正弦交流電有效值標度的,如果測量對象不是正弦波,則誤差要增大。還要注意的是,萬用表表盤上都標明了使用頻率范圍(MF-10型萬用表的頻率范圍為45Hz～1.5kHz)。如果交流電頻率超過這個范圍，則誤差就會變大,原因是附加電阻有分布電容存在,當頻率升高時,附加電阻總阻抗降低,會使讀數(shù)不準。

8)音頻電平的測量萬用表的音頻電平測量功能是指對信號傳輸過程中的衰減或增益進行測量。由于音頻電壓為交流參數(shù),因而其測量方法與交流電壓相似,只是在dB刻度上讀數(shù)。另外還要注意,音頻電平是以交流10V刻度的,如使用交流50V及以上量程,要按表2-3修正測量值;如果被測對象含有直流成分,則測試表筆的一端必須串聯(lián)一只0.1pF以上、耐壓為400V以上的電容器,用來隔斷直流電壓。

表2-3萬用表的分貝修正值

5.注意事項

(1)使用萬用表之前,應熟悉各轉(zhuǎn)換開關(guān)、旋鈕或按鍵、專用插口、測量插孔以及相應附件的作用,了解每條刻度線對應的被測電量。第一次拿起表筆準備測量時,務(wù)必核對測量種類及量程選擇開關(guān)是否撥對位置,否則可能損壞萬用表。

(2)萬用表在使用時一般應水平放置,在干燥、無振動、無強磁場及環(huán)境溫度適宜且無腐蝕性氣體的條件下使用。

(3)測量交直流電壓時,應將表筆插入連有導線的絕緣管內(nèi),且不應暴露金屬部分,并應謹慎操作。正在測量較高電壓或較大電流時,不能旋動轉(zhuǎn)換開關(guān),以免使開關(guān)接點間產(chǎn)生電弧,使開關(guān)損壞。

(4)萬用表使用完畢后,應將表筆取下,擋位轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交流電壓最高擋,以防下次測量時不注意看轉(zhuǎn)換開關(guān)位置而燒壞萬用表,并可避免轉(zhuǎn)換開關(guān)在歐姆擋時表筆短接,浪費電池。

(5)萬用表長期不用時應將電池取出,以免日久電池變質(zhì),滲出液體使電表損壞。

(二)數(shù)字式萬用表數(shù)字式萬用表與指針式萬用表相比具有許多優(yōu)點:測量值直接用數(shù)字顯示,使讀數(shù)變得直觀、準確;機內(nèi)采用大規(guī)模集成電路,極大地提高了測量內(nèi)阻,從而減小了測量誤差,提高了測量精度;防磁能力也得到提高,使萬用表在強磁場下也能正常工作;增加了保護裝置,具備了輸入超限顯示功能,提高了可靠性和耐久性。

數(shù)字式萬用表是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上擴展而成的。直流數(shù)字電壓表主要由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)、計數(shù)器、譯碼顯示器和控制器等組成。在此基礎(chǔ)上,利用交流/直流(AC/DC)轉(zhuǎn)換器、電流/電壓變換器(I/U)、電阻/電壓變換器(Ω/U)、電容/電壓變換器(C/U)、頻率/電壓變換器(F/U)等即可把被測量轉(zhuǎn)換成直流電壓信號,這樣就構(gòu)成了一塊數(shù)字式萬用表。

TD-830型萬用表是使用較多的一種袖珍式數(shù)字萬用表,采用9V疊層電池供電,用LCD液晶顯示器顯示數(shù)字,最大可顯示±1999。該表使用旋鈕式量程轉(zhuǎn)換開關(guān),操作簡便,具有多種檢測項目;表內(nèi)裝有蜂鳴器,可提高連續(xù)檢測的速度;使用時電池能量消耗較小,并設(shè)有表內(nèi)電池低電壓指示功能;電路在設(shè)計上采用熔斷管過流保護電路和過壓保護組件,具備全量程保護功能。

1.主要技術(shù)指標

TD-830型數(shù)字式萬用表共有28個基本擋。

(1)直流電壓(DCV)分5擋:200mV,2V,20V,200V,1000V;分辨率分別為0.1mV,1mV,10mV,100mV,1V;測量范圍為0.1mV～1000V。

(2)交流電壓(ACV)分5擋:200mV,2V,20V,200V,750V;分辨率分別為0.1mV,1mV,10mV,100mV,1V;測量范圍為0.1mV～750V。

(3)直流電流(DCA)分5擋:200μA,2mA,20mA,200mA,10A;分辨率分別為0.1μA,1μA,10μA,100μA,1A;測量范圍為0.1μA～10A。

(4)交流電流(ACA)分5擋:200μA,2mA,20mA,200mA,10A;分辨率分別為0.1μA,1μA,10μA,100μA,1A;測量范圍為0.1μA～10A。

(5)電阻(Ω)分6擋:200Ω,2kΩ,20kΩ,200kΩ,2MΩ,20MΩ;分辨率分別為0.1Ω,1Ω,10Ω,100Ω,1kΩ,10kΩ。

(6)測量三極管的hFE擋:NPN型晶體三極管的hFE值,測量范圍為0～1000,測試條件為UCE＝2.8V,IB＝10μA;PNP型晶體三極管的hFE值,測量范圍為0～1000,測試條件為UCE＝2.8V,IB＝10μA。(7)其它技術(shù)指標還包括：線路通斷檢查:被測電路電阻小于20Ω±10Ω時,蜂鳴器發(fā)聲;時鐘脈沖頻率:40kHz;測量周期:0.4s;測量速率:2.5次/s;工作溫度:0~40℃;環(huán)境相對濕度:≤80%;整機功耗:約為17.5~25mW。

2.各主要旋鈕的作用

DT-830型數(shù)字式萬用表的面板結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。上部有一個數(shù)字顯示屏,下部有4個輸入插孔,中間是量程開關(guān)、電源開關(guān)和hFE插孔。各部分的作用介紹如下。

(1)顯示屏:顯示最大值為±1999,具有自動調(diào)零功能,能顯示極性、小數(shù)點、過載、低電壓指示等多種提示符。

(2)電源開關(guān):將開關(guān)置于“ON”位置時,電源接通;不用時,置于“OFF”位置。

若長期不用,則應取出電池。

圖2-5DT-830型數(shù)字式萬用表的面板結(jié)構(gòu)

(3)量程旋轉(zhuǎn)開關(guān):所有測量項目和量程都由此旋轉(zhuǎn)開關(guān)來設(shè)定。應根據(jù)不同被測信號的要求,首先確定該旋轉(zhuǎn)開關(guān)的擋位。為方便操作,開關(guān)周圍用不同顏色和分界線標出各種不同測量種類和量程。

(4)輸入插孔:共有“10A”、“mA”、“COM”、“V·Ω”四個孔。注意,黑表筆始終插在“COM”插孔中,紅表筆則根據(jù)具體測量對象插入不同插孔。當測量交直流電壓時,紅表筆插入“V·Ω”孔;當測量小于200mA的交直流電流時,紅表筆插入“mA”插孔;當測量200mA～10A之間的交直流電流時,紅表筆插入“10A”插孔。在使用各電阻擋、二極管擋、通斷擋時,紅表筆插入“V·Ω”插孔(表筆帶正電),黑表筆插入“COM”插孔。這與指針式萬用表在各電阻擋時的表筆帶電極性恰好相反,使用時應特別注意。

(5)hFE插孔:根據(jù)被測三極管的種類、型號,將三極管的E、B、C三個極分別插入對應的插孔內(nèi)。

3.使用方法

(1)測量直流電壓:將電源開關(guān)撥至“ON”處,量程開關(guān)置于“DCV”的相應擋位。若預先無法估計被測電壓的大小,則應先撥至最高量程擋測量一次,再視情況逐漸把量程減小到合適位置。黑表筆插入“COM”插孔,紅表筆插入“V·Ω”插孔,將表筆接到測量點上,讀數(shù)即現(xiàn)。在顯示電壓讀數(shù)時,同時會指示出紅表筆所接電源的極性。注意,量程不同,測量精度也不同。例如,分別用“2V”、“20V”、“200V”和“1000V”擋測量一節(jié)1.5V的干電池,其測量值分別為1.552V、1.55V、1.6V、2V。因此，不能用高量程擋去測小電壓。

(2)測量交流電壓:將量程開關(guān)置于“ACV”的相應擋位,紅、黑表筆的接法同上。要求被測電壓頻率為45～500Hz(實測范圍約為20Hz～1kHz)。

(3)測量直流電流:將量程開關(guān)置于“DCA”的相應擋位。當被測電流超過200mA時,應將紅表筆接“10A”插孔;當被測電流小于200mA時,紅表筆接“mA”插孔,黑表筆仍插在“COM”孔中;然后將紅、黑表筆串入被測電路中,讀數(shù)即現(xiàn)。

(4)測量交流電流:將量程開關(guān)置于“ACA”的相應擋位,其測量方法與測量直流電流的方法相同。

(5)測量電阻:將量程開關(guān)置于“Ω”的相應擋位,黑表筆插入“COM”孔,紅表筆插入“V·Ω”孔,然后將表筆接到電阻兩端,讀數(shù)即現(xiàn)。

200Ω擋的開路電壓約為1.5V,其余電阻擋約為0.75V。電阻擋的最大允許輸入電壓為250V(DC或AC),這里的250V指的是操作人員誤用電阻擋測量電壓時儀表的安全值,決不表示可以帶電測量電阻。

(6)測量二極管:將量程開關(guān)置于標有二極管符號的位置。紅表筆插入“V·Ω”孔,接二極管的正極;黑表筆插入“COM”孔,接二極管的負極。此時為正向測量,若管子正常,應有500～800mV的數(shù)字顯示。進行反向測試時,二極管的接法與上相反,若管子正常,將顯示“1”;若管子損壞,將顯示“000”。

(7)三極管hFE檢測:根據(jù)被測三極管的類型(PNP型或NPN型)不同,將量程開關(guān)置于“PNP”或“NPN”的相應位置,然后將被測三極管的三個極分別插入對應的“E”、“B”、“C”插孔內(nèi)。此時,顯示屏將顯示出hFE值的大小。

(8)檢查線路通斷:將量程開關(guān)置于標有蜂鳴器符號的位置,紅、黑表筆分別插于“V·Ω”和“COM”插孔。若被測線路電阻低于規(guī)定值(20Ω±10Ω),則表內(nèi)蜂鳴器發(fā)出聲音,表示電路是通的;否則,電路不通。

4.注意事項

(1)注意檢查電池。如果電池電壓不足,顯示屏上會有低電壓字符顯示,此時應及時更換電池。還要注意測試表插孔旁邊的符號,這是警告使用者要留意測試電壓和電流不要超出指示數(shù)字。

(2)儀表的使用和存放應避免高溫、寒冷、陽光直射、高濕及強烈振動環(huán)境。

(3)在使用中,特別是測量電流時應注意量程開關(guān)當前的擋位是否合適,紅、黑表筆所插的孔是否正確,否則容易引起萬用表的損壞。

(4)嚴禁在測220V以上高壓或0.5A以上大電流時撥動量程開關(guān),以免產(chǎn)生電弧,燒壞開關(guān)觸點。

(5)嚴禁在被測線路帶電的情況下測量電阻,也不允許測量電池的內(nèi)阻,因為這樣做不僅對測試結(jié)果毫無意義,還容易燒壞萬用表。

(6)測量焊在線路上的組件時,應考慮與之并聯(lián)的其他電阻的影響。必要時可焊下被測組件的一端再進行測量,對晶體三極管則需焊開兩個極才能做全面檢測。

(7)測量三極管hFE值時,由于工作電壓僅為2.8V且未考慮UBE的影響,因而測量值偏高,只能是一個近似值。

(8)測量完畢,應將量程開關(guān)置于最高電壓擋,關(guān)閉電源。若長期不用,則應取出電池,以免電池漏液。

(三)直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源是為各種電子電路、電子設(shè)備提供直流電壓的電子儀器,是電工、電子等實驗室中必備的常用儀器之一。當電網(wǎng)電壓波動或負載變化時,直流穩(wěn)壓電源能使輸出電壓基本保持不變;在向負載提供功率輸出時,可將其近似看成一個理想的電壓源,內(nèi)阻近似于零。直流穩(wěn)壓電源種類很多,但其工作原理基本相同。下面以JWY-30C型直流穩(wěn)壓電源為例來說明穩(wěn)壓電源的主要特性、工作原理及使用方法。圖2-6所示為JWY-30C型直流穩(wěn)壓電源的面板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖

2-6JWY-30C型直流穩(wěn)壓電源面板結(jié)構(gòu)示意圖

JWY-30C型直流穩(wěn)壓電源為串聯(lián)式雙路直流穩(wěn)壓電源,電壓穩(wěn)定度高,內(nèi)阻低;各路輸出獨立,極性可變,互不影響,每路輸出0～30V連續(xù)可調(diào),輸出容量分別為1A和3A,并允許雙路串聯(lián)使用;具有電壓、電流指示,監(jiān)視直觀,使用方便;采用截止型保護電路,使用更安全。

1.主要部分的作用

(1)電壓指示表頭:用于觀察輸出電壓值。由于穩(wěn)壓電源電壓表精度不高,而且長時間使用后電壓表會指示不準確,因而最好在使用前用萬用表測試輸出電壓值,了解電壓表的指示誤差,否則會產(chǎn)生因指示不準而造成的輸出電壓過高或過低的現(xiàn)象。通過指示表頭選擇開關(guān)觀察相應端口的輸出電壓值,每路電壓均可在0~30V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

(2)電流指示表頭:顯示輸出電流,兩路輸出電流分別在0～1A和0～3A范圍內(nèi)連續(xù)變化。

(3)輸出電壓細調(diào)旋鈕:用于調(diào)節(jié)輸出直流電壓的大小。

(4)輸出電壓粗調(diào)旋鈕:用于調(diào)節(jié)輸出直流電壓的范圍大小,共分為0～5V～10V～15V～18V～21V～24V～27V～30V8擋。

(5)電源輸出端口:紅接線柱為“+”輸出端,黑接線柱為“-”輸出端。

(6)電壓指示選擇開關(guān):用于選擇“1A”或“3A”輸出端電壓表頭指示。

2.主要技術(shù)指標

(1)輸入電壓:AC220(1±10%)V，50Hz±2.5Hz。(2)額定輸出電壓及電流:0～30V/0～3A，0～30V/0～1A。(3)保護電流:3.5A±0.3A，1.5A±0.3A。(4)電源效應:≤5×10-4mV+0.5mV。(5)負載效應:≤5×10-4mV+1mV。(6)周期與隨機偏移:≤1mV。(7)漂移:≤1×10-3mV+2mV。(8)開關(guān)機過沖(最大值)≤10%。(9)輸出阻抗:≤60mΩ。

3.組成框圖與工作原理

晶體管串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的典型電路框圖如圖2-7所示。它由整流濾波電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、輔助電源和保護電路等部分組成。

圖

2-7串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的組成框圖

整流濾波電路包括電源變壓器、整流電路和濾波電路。將交流220V的電網(wǎng)電壓先經(jīng)過電源變壓器降壓,然后通過整流電路將交流電變成單相脈動的直流電。整流后的電壓還有較大的交流成分,必須通過濾波電路加以濾除,從而得到比較平滑的直流電。經(jīng)整流濾波電路后得到比較平滑的直流電,由于受電網(wǎng)電壓波動和負載電流變化的影響,其值仍不穩(wěn)定。在濾波電路和負載之間接入穩(wěn)壓電路,可獲得基本上不受外界影響的、穩(wěn)定的直流電。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由調(diào)整環(huán)節(jié)、取樣電路、比較放大電路、基準電壓等部分組成。調(diào)整環(huán)節(jié)中的調(diào)整管串接在濾波電路和負載之間,故稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。調(diào)整管相當于一個可變電阻,如果輸出電壓升高,則其電阻值相應地增大,使輸出電壓下降;反之,如果輸出電壓下降,則其電阻值相應地減小,使輸出電壓有所升高。這樣調(diào)整輸出電壓使其維持不變,就可達到穩(wěn)壓的目的。

取樣電路用電阻分壓的方法將輸出電壓的變化按一定比例取樣下來,稱為取樣信號?；鶞孰妷菏欠€(wěn)定的標準參考電壓。取樣信號與基準電壓同時加至比較放大電路進行比較,將兩者之差進行放大,用放大后的電壓去控制調(diào)整管的基極注入電流,從而改變調(diào)整管的直流內(nèi)阻,使輸出電壓穩(wěn)定不變。輔助電源由整流器、濾波器和穩(wěn)壓器組成,為基準源和保護電路的工作提供電源。

保護電路采用雙穩(wěn)態(tài)電路,為截止式保護電路。在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中,當過載時,特別是在輸出端短路的情況下,輸入直流電壓幾乎全部落在調(diào)整管兩端,這種過載現(xiàn)象即使時間很短,也會使調(diào)整管和整流二極管立即燒毀。因此,必須采用快速動作的過流自動保護電路,當過載或短路時,通過保護電路使調(diào)整管截止,此時輸出電壓和電流基本下降為零,從而起到保護作用。

綜上所述,串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是通過負反饋調(diào)整過程使輸出電壓穩(wěn)定的,其基本工作過程如下:當電網(wǎng)電壓或負載變化而引起輸出電壓變化時,取樣電路就會取出變化了的電壓信號,并將其與基準電壓相比較,得到誤差電壓。此誤差電壓經(jīng)比較放大電路放大后,送到調(diào)整管的基極。調(diào)整管的管壓降受基極電壓的控制,基極電壓改變,調(diào)整管的管壓降也會有相應改變。

調(diào)整管與輸出電壓是串聯(lián)關(guān)系,其管壓降的變化使輸出電壓保持穩(wěn)定。

4.使用方法與注意事項

WYJ-30C型直流穩(wěn)壓電源的使用與一般直流穩(wěn)壓電源的使用方法相同。

(1)使用前應詳細閱讀說明書,并進行供電電源線的完好性、正確性、接地良好性的檢查及供電電源檢查。

(2)接好安全地線,接通電源,預熱5分鐘后即可使用。如做精密測量需預熱半小時。

(3)根據(jù)所需要的電壓,調(diào)整“粗調(diào)”旋鈕與“細調(diào)”旋鈕,要做到正確配合。例如需要28V電壓時,“粗調(diào)”旋鈕應置在30V擋,再調(diào)整“細調(diào)”旋鈕至28V,而“粗調(diào)”旋鈕不應置在27V擋;如需要27V電壓時,“粗調(diào)”旋鈕應置在27V擋,再調(diào)整“細調(diào)”旋鈕,而不應置在30V擋。

調(diào)整到所需要電壓后,再接入負載。

(4)在使用過程中,如需變換“粗調(diào)”擋,應先斷開負載,待輸出電壓調(diào)到所需值后,再接入負載。

(5)在使用過程中,因負載短路或過載引起保護時,應首先斷開負載,然后重新開啟電源電壓(或按“復原”鍵)即可恢復正常,待排除故障后再接入負載。

(6)將額定電流不等的各路電源串聯(lián)使用時,輸出電流為其中額定值最小一路的額定值。

(7)散熱器周圍應注意通風,遠離熱源。

(8)當減小保護電流值時,可打開機箱調(diào)整印刷電路板電位器。

(四)示波器電子示波器(簡稱示波器)是利用陰極射線管作為顯示器構(gòu)成的一種電子測量儀器。它可以把人眼看不見的電信號的變化過程轉(zhuǎn)換成具體的可見圖像,直接顯示在示波管的熒光屏上,供人們觀察、研究和分析。利用示波器,不僅可以觀測各種不同電信號的幅度隨時間變化的波形,還可以定量測試電信號的一系列參數(shù),如信號的電壓、電流、頻率、周期、相位差,脈沖信號的脈沖寬度、上升及下降時間、重復周期等。若配以傳感器,還可對壓力、溫度、密度、聲、光、沖擊、距離等非電量進行測量。因此,在近代科學實驗中,無論是從應用的廣泛性來看,還是從作用的重要性來看,示波器都占有十分重要的地位。

1.通用示波器波形測試的基本原理

1)示波管示波管(或稱陰極射線管CRT)是示波器的核心部件,用來將電信號變換為光信號并加以顯示。它由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成,被封裝在真空密閉的玻璃殼內(nèi),其結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。

圖

2-8示波管結(jié)構(gòu)示意圖

(1)電子槍的作用是發(fā)射電子并形成強度可控制的很細的電子束。它由燈絲F、陰極K、控制柵極G、第一陽極A1、第二陽極A2和后加速陽極組成。燈絲用于加熱陰極,陰極是一個表面涂有氧化物的金屬圓筒,在燈絲加熱作用下溫度升高,發(fā)射熱電子,熱電子在外電場作用下形成定向運動的電子流。控制柵極是一個端面帶有圓孔(電子可以通過)的無底圓筒,套裝于陰極之外,其電位比陰極電位低。調(diào)整柵極電位的大小,可以控制射向熒光屏的電子流強度,從而控制熒光屏上亮點的輝度。第一陽極為一帶隔板的圓筒,隔板可截獲偏離軸線過遠而不易會聚的電子。加于第一陽極的電壓一般為幾百伏。第二陽極通常是一個與陰極、第一陽極同軸的圓筒。加于第二陽極的電壓較高,一般為幾千伏。陽極的作用是加速電子,使電子向熒光屏方向高速運動,同時還起聚焦作用,使電子流形成一束很細的、具有一定能量的電子束,打到熒光屏上激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光。后加速陽極是錐體內(nèi)壁的石墨涂層,它進一步加速電子以提高亮度,并可吸收從熒光屏打出的二次電子,提高示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度。

(2)在第二陽極與熒光屏之間有兩對互相垂直的偏轉(zhuǎn)板,分別稱為垂直偏轉(zhuǎn)板Y1、Y2和水平偏轉(zhuǎn)板X1、X2,都做成平行板。垂直偏轉(zhuǎn)板用來控制電子束上下移動,水平偏轉(zhuǎn)板控制電子束沿水平方向移動。信號加在偏轉(zhuǎn)板上,電子束受電場力的作用而偏轉(zhuǎn),從而在熒光屏上形成圖形。為了顯示出被測信號的波形,水平偏轉(zhuǎn)板X加掃描電壓,垂直偏轉(zhuǎn)板Y加被測信號電壓。掃描電壓是與時間成正比的鋸齒波，因此，電子束在水平方向上的偏轉(zhuǎn)距離與時間成正比,這是示波器測量時間、周期等參數(shù)的原理依據(jù)。改變掃描電壓的大小,可以調(diào)整顯示波形的寬度。被測信號加在Y偏轉(zhuǎn)板上,使電子束產(chǎn)生與信號電壓成正比的偏移,這是示波器測量電壓等參數(shù)的原理依據(jù)。改變Y偏轉(zhuǎn)板上的信號電壓大小,可以調(diào)整顯示波形的幅度。

(3)熒光屏位于示波管的終端,是示波管的顯示部分。熒光屏內(nèi)壁涂有熒光物質(zhì),外壁則是玻璃管殼。熒光屏在電子槍發(fā)射的高速電子束轟擊下能激發(fā)可見光,故可顯示電子束軌跡的圖形。不同成分的熒光粉發(fā)光顏色不同,普通示波管選用人眼最敏感的黃綠色。熒光粉從激發(fā)停止時的瞬時亮度下降到該亮度的10%所經(jīng)過的時間稱為余輝時間。熒光粉的成分不同,余輝時間也不同，一般可分為長余輝(100ms～1s)、中余輝(1ms～100ms)和短余輝(10μs～1ms)三種。普通示波器采用中余輝示波管,而慢掃描示波器則采用長余輝示波管。在使用示波器時,不允許電子束長時間打在熒光屏的一點或有很強亮點與亮線,因為這樣會使熒光粉發(fā)光失效,在熒光屏上出現(xiàn)斑痕。

為了進行定量測試,一般在熒光屏內(nèi)壁預先沉積一個透明刻度,稱為內(nèi)刻度;或在屏外裝置標有刻度的透明塑料板,稱為外刻度?？潭葏^(qū)域常為矩形,稱測量窗或顯示窗,一般其尺寸為10div×8div(寬×高)。

2)示波器的波形顯示原理

(1)波形顯示與同步。當示波管未加偏轉(zhuǎn)電壓時,電子束打在熒光屏中心位置上而產(chǎn)生亮點。當在示波管偏轉(zhuǎn)板間加上直流電壓時,也可以在熒光屏上得到一個位置產(chǎn)生偏移變化的亮點。被測信號的波形可以看作是由很多亮點構(gòu)成的。由示波管的線性偏轉(zhuǎn)特性可知,每個亮點在X和Y方向上的坐標(即相對于起始點的距離)分別與被測信號波形中該點的時間及瞬時電壓成正比。當被測電壓、掃描電壓分別加至垂直、水平偏轉(zhuǎn)板上時,電子束受到垂直、水平偏轉(zhuǎn)板的共同作用,使電子束每一時刻產(chǎn)生的亮點的垂直位移與被測電壓的瞬時電壓成正比,而在時間上則與掃描電壓一一對應,這樣就在熒光屏上得到一個留存時間很短的亮點軌跡,即波形。只要被測信號是周期性信號,每次得到的波形又能完全重合,并且每次重復的間隔時間又很短,就可得到穩(wěn)定的被測信號波形。重復間隔時間應少于人眼視覺暫留時間,否則波形會閃爍,不便于觀測。下面分析信號波形是怎樣在熒光屏上顯示的。

①若兩對偏轉(zhuǎn)板上不加任何信號,則光點出現(xiàn)在熒光屏的中心位置,不產(chǎn)生任何偏轉(zhuǎn)。②若在Y偏轉(zhuǎn)板間加正弦電壓,X偏轉(zhuǎn)板不加電壓,由電子槍產(chǎn)生的電子束經(jīng)過偏轉(zhuǎn)板時,受垂直電場作用而偏轉(zhuǎn),因為不同時刻電場強度的大小和方向不同,所以偏轉(zhuǎn)的程度和方向也就不同,電子束便在垂直方向上來回移動,這時熒光屏上僅出現(xiàn)一條垂直線段,如圖2-9所示,并不出現(xiàn)正弦波。

圖

2-9未展開的正弦信號

③若在X偏轉(zhuǎn)板間加上隨時間線性變化的鋸齒波電壓,Y偏轉(zhuǎn)板不加電壓,則電子束將在水平方向受鋸齒波電壓作用,隨著時間不同作左右移動,在熒光屏上出現(xiàn)一條水平線段,如圖2-10所示。④在X、Y偏轉(zhuǎn)板間都加上正弦電壓,電子束在兩個電壓同時作用下,將在水平和垂直方向同時產(chǎn)生位移,其變化軌跡為一條斜線,如圖2-11所示。

圖

2-10鋸齒波電壓與時基線

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2-11X、Y均為正弦電壓時的顯示波形

⑤若Y偏轉(zhuǎn)板加正弦電壓Uy,X偏轉(zhuǎn)板加理想的鋸齒波電壓Ux,電子束在兩個電壓同時作用下將在水平和垂直方向同時產(chǎn)生位移。設(shè)屏上光點起始位置為水平軸最左端,現(xiàn)用描點法分析,如圖2-12所示。在t0時刻,Y、X偏轉(zhuǎn)板上的電壓均為零,熒光屏上的光點在“0”點;在t1時刻,Y和X偏轉(zhuǎn)板上都加有電壓,Y偏轉(zhuǎn)板的上板為正,X偏轉(zhuǎn)板的右板為正,熒光屏上的光點向右上方移動,位置為“1”;在t2時刻,光點位置為“2”。依此類推,光點移動到“8”,從而畫出一個正弦波。當亮點運動足夠快時,由于余輝作用而顯示連續(xù)波形。當兩電壓周期相同時,即Tx=Ty,光點到達“8”點時Y軸電壓變化一周,X軸電壓也變化一周,鋸齒波很快返回零點,即電子束快速回到零點,則光點立即回到零點,開始第二個周期的移動。圖2-12描點分析顯示波形以后各次畫出的正弦波都與第一次的正弦波重合,從而顯示出一個穩(wěn)定清晰的正弦波形。當Tx=nTy時,熒光屏上將出現(xiàn)n個正弦波。光點在鋸齒波電壓作用下在X軸上移動的作用稱為“掃描”。通常鋸齒波電壓又稱為“掃描電壓”,而鋸齒波電壓又代表時間基線,因此,X軸又稱為“時基”。當鋸齒波電壓上升時,光點自左向右移動,這稱為正掃;接著在極短的時間內(nèi),電壓自最大值降到最小值,對應的光點很快從時基線右端返回到左端,然后開始下一次偏轉(zhuǎn),這一過程稱為回掃?；貟弑M管很快,但也需要一定時間,因此,回掃時也會顯示波形?；貟卟ㄐ斡绊懹^測,應消除,方法為用與回掃同時出現(xiàn)的負脈沖去截止示波管,或用與正掃對應的正脈沖使示波管增輝。

(2)連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描:當掃描電壓為周期性鋸齒波電壓時,即使沒有外加信號,熒光屏上也能顯示一條時基線,這樣的掃描稱為連續(xù)掃描,適于觀測連續(xù)振蕩波形。只有在外加輸入信號(觸發(fā)信號)作用下,掃描發(fā)生器才工作,熒光屏上才有時基線;而無觸發(fā)信號時,熒光屏上沒有時基線,只顯示一個亮點的掃描,這種稱為觸發(fā)掃描。觸發(fā)掃描不僅可用于觀察連續(xù)信號波形,也適用于觀測脈沖信號波形,特別是間歇期遠大于脈沖寬度的脈沖波。連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描所顯示的脈沖波形如圖2-13所示。

圖

2-13連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描所顯示的脈沖波形

2.通用示波器的基本組成通用示波器種類繁多,但其組成部分基本相同,如圖2-14所示,主要由Y輸入系統(tǒng)、X輸入系統(tǒng)和主機系統(tǒng)三部分組成。

圖

2-14示波器的組成框圖

(1)Y輸入系統(tǒng)(垂直系統(tǒng)):由衰減器、放大器及延遲線等組成,其主要作用是放大被測信號電壓,使之達到適當幅度,以驅(qū)動電子束作垂直偏轉(zhuǎn)。

(2)X輸入系統(tǒng)(水平系統(tǒng)或時基掃描系統(tǒng)):由觸發(fā)整形電路、掃描發(fā)生器及X放大器組成，其作用是產(chǎn)生掃描鋸齒波并加以放大,以驅(qū)動電子束進行水平掃描。觸發(fā)整形電路的作用是保證熒光屏上顯示的波形穩(wěn)定。

(3)主機系統(tǒng):主要包括示波管、增輝電路、電源和校準信號發(fā)生器。增輝電路的作用是在掃描正程使光跡加亮,而在掃描回程使光跡消隱。電源電路將交流市電變換成多種高、低壓電源,供示波管及其它電路工作。校準信號發(fā)生器提供幅度、周期都很準確的方波信號,用作校準示波器的有關(guān)性能指標。為了能同時觀測兩個信號波形,需采用由雙槍示波管構(gòu)成的雙線示波器,或由單束示波管組成的、應用電子開關(guān)電路的雙蹤示波器。由于成本等原因,在實際測量中廣泛應用的還是雙蹤示波器。

3.SR8型雙蹤示波器

SR8型雙蹤示波器是一種全晶體管化的小型示波器,具有以下特點:

·

二蹤顯示。SR8型示波器具有控制Y輸入系統(tǒng)工作狀態(tài)的電子開關(guān),能同時顯示兩個電信號YA與YB,也可以實現(xiàn)兩個電信號的相加,便于對兩個相關(guān)信號進行比較、分析與測試。

·

采用觸發(fā)掃描方式，可按照分析需要在熒光屏上顯示出信號中的某一部分。

·

可以對信號作定量分析。SR8型示波器能夠提供被測信號的幅度、周期、相位和脈沖參數(shù)。

1)主要技術(shù)指標

(1)Y輸入系統(tǒng)的主要技術(shù)指標包括：輸入靈敏度:10mV/div～20V/div,按1、2、5順序分11個擋級,微調(diào)比為2.5∶1,因此最低靈敏度可達50V/div。頻帶寬度:AC(交流)耦合為10Hz～15MHz,≤3dB;DC(直流)耦合為0~15MHz,≤3dB。

輸入阻抗:直接輸入電阻Ri=1MΩ,電容Ci≤50pF;經(jīng)探頭輸入電阻Ri=10MΩ,電容Ci≤15pF。

最大輸入電壓:400V(直流+交流峰值)。上升時間:≤24ns。上沖量:≤5%。視在延遲時間:約50ns。

(2)X輸入系統(tǒng)的主要技術(shù)指標包括：掃速范圍:0.2μs/div～1s/div,按1、2、5順序分21個擋級,微調(diào)掃速變化范圍大于2.5倍,最慢掃速可達2.5s/div；當擴展“×10”時,最快掃速可達20ns/div。

X外接:偏轉(zhuǎn)靈敏度≤3V/div。頻帶寬度:100Hz～250kHz。

輸入阻抗:Ri=1MΩ,Ci≤40pF。

(3)其它技術(shù)指標包括：校準信號:頻率1kHz,幅度為1V的矩形波。額定電源:220(1±