2009年重慶中等職業(yè)學校電子技能競賽考題學生組

1、 2009年重慶市第二屆中等職業(yè)學校電子技能競賽考題（學生組）考題名稱：自適應式烘干系統(tǒng)完成時間：4小時一、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)計軟件PROTEL應用部分（15分）學 校： 姓 名： 考 號： 工 位 號： 電路相關(guān)說明部分一、功能簡介1、功能說明自適應式烘干系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的烘干方式，采用可控硅作為功率驅(qū)動器件。該系統(tǒng)通過測量環(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)動器件控制加熱器，它們只能在啟動加熱或停止加熱之間切換，由于在加熱過程中會有熱慣性等因素，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)一種簡單的自適應式烘干系統(tǒng)，自適應式烘干系統(tǒng)的主要特點是，當測量環(huán)境溫度過低時輸出的電壓有效值高，加熱器迅速加熱，當溫度靠近預期設(shè)定值時，輸出電壓有效值降低，從而放慢加熱速度，對被測環(huán)境溫度進行微調(diào)。這里我們通過延時觸發(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：溫度檢測放大電路、

3、溫度比較電路、交流過零檢測電路、可控硅觸發(fā)延時電路、可控硅觸發(fā)時間選擇電路、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設(shè)溫度為40的烘干系統(tǒng)，所以我們設(shè)定了以下參數(shù)：當熱敏電阻測量溫度低于30時，此時輸出電壓最高，加熱速度最快（燈泡亮度最大）。當熱敏電阻測量溫度在3035之間時，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）。當熱敏電阻測量溫度在3540之間時，輸出電壓再次降低，加熱速度減慢或為系統(tǒng)保溫（燈泡亮度降低）。當溫度高于40時，輸出電壓為零，燈泡不亮。在對電路功能進行測試過程中，可以使用燈泡、電烙鐵或熱風槍對熱敏電阻RT1進

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、 運算放大器LM358LM358是二運放集成電路，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算放大器，除電源共用外，二組運算放大器相互獨立，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，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用于各種電路中。 圖22、電壓比較器LM339LM339集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，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；對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬；因此應用相當廣泛。 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個獨立的能控制數(shù)字及模擬信號傳送的模擬開關(guān)，內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)見圖4。每個開關(guān)有一個輸入端和一個輸出端，它們可以互換使用，還有一個選通端CONTROL（控制端），當選通端為高電平時，開關(guān)導通，選通端為低電平時，開關(guān)截止。使用時選通端是不允許懸空的。圖44、14級二進制計數(shù)振蕩器CD4060CD4060 由一振蕩器和14 位二進制計數(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，計數(shù)器清零且振蕩器使用無效，所有的計數(shù)器位均為主從觸發(fā)器。在輸入脈沖1和0的下降沿計數(shù)器以二進制進行計數(shù)，在時鐘脈沖線上使用施密特觸發(fā)器對時鐘上升和下降時間無限制。圖5 圖65、 6反相帶施密特觸發(fā)器CD40106CD40106由6個結(jié)構(gòu)相同的輸入級具有施密特觸發(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為負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，其特點是溫度越高其電阻值越小。MF58外形圖如圖8，電路符號如圖9，溫度-電

7、阻對應值，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：溫度檢測放大電路、溫度比較電路

8、、交流過零檢測電路、可控硅觸發(fā)延時電路、可控硅觸發(fā)時間選擇電路、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：溫度檢測電路：溫度檢測電路主要由RT1（NTC負溫度系數(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RT1測量環(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個比較電路的基準參考電壓，當TP-A點的電壓低于某個比較器的參考電壓時，此比較器輸出低電壓，從而點亮發(fā)光二極管，關(guān)閉電子開關(guān)。交流過零檢測電路，當交

9、流電過零時，光耦初級輸入電壓為零，次級截止，Q4集電極輸出高電平，該信號通過具備反相功能的施密特觸發(fā)器對其整形，輸出高電平，使由U3等元件組成的計時器復位；當過零完成后，Q4集電極輸出低電平，此時計時器開始計時?？煽毓栌|發(fā)延時電路：電路主要由CD4060二進制計數(shù)振蕩器和晶體振蕩器組成，當U3第12腳RESET為高電平時，計時器停止工作，輸出全部為低電平，當12腳出現(xiàn)下降沿時，由Y1和U3組成的振蕩器開始工作，振蕩頻率為32.768kHZ，此信號經(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)時間選擇電路選擇。可控硅觸發(fā)時間選擇電路：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，電子開關(guān)接通，控制端C為低電平時，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?？煽毓栌|發(fā)電路：由電子開關(guān)輸出的信號通過Q3放大后驅(qū)動光耦U7，U7次級導通后，電流經(jīng)過R17和U7觸發(fā)可控硅導通。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)試電路時應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） 溫度檢測放大電路調(diào)試：RT1和R21組成串聯(lián)分壓電路，當環(huán)境溫度改變時RT1兩端的電壓改變，此信號經(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，當溫度為30時TP-A點的電壓約為1.98V，溫度為35時TP-A點電壓約為1.73V，溫度為40時TP-A點電壓約為1.5V。（3） 電壓比較電路：該電路由3個結(jié)構(gòu)相同的電壓比較器組成，不同的是參考電壓不同，當比較器的同相端電壓大于反相端時比較器輸出高電平，反之輸出低電平；調(diào)節(jié)PR2使U2的4腳電壓為1.98V（對應溫度為30），調(diào)節(jié)RP3使U2的6腳電壓為1.73V（對應溫度為35），調(diào)節(jié)RP4使U2第8腳電壓為1.5V（對應溫度為40）；假如：當TP-A點的電壓低于1.98V時，U2A輸出低電平，LED2點亮，U4A

12、電子開關(guān)斷開。（4） 可控硅的觸發(fā)信號來自電子開關(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)過延時的脈沖信號。比如：比較器U2A輸出為低電平，此時U4A電子開關(guān)斷開，經(jīng)過0.97ms延時的脈沖信號，無法通過電子開關(guān)觸發(fā)可控硅，此時如果比較器U2B輸出為高電平，U4B電子開關(guān)接通，經(jīng)過3.9ms延時的信號到了時，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熱敏電阻加熱，當熱敏電阻上的溫度低于30時，燈泡亮度最高，LED指示燈全部熄滅，溫度每升高5燈泡亮度降低一個等級，LED指示燈多點亮1只，當溫度高于40時燈泡熄滅，LED指示燈全部點亮。圖2一、元件篩選與測試(10分)準確

13、清點和檢查全套裝配材料數(shù)量和質(zhì)量，進行元器件的識別和檢測，篩選確定元器件，檢測過程中填寫下表。（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為:_元 器 件識別及檢測內(nèi)容配分評分標準得分電阻器色環(huán)標稱值（含誤差）每支1分共計2分識別錯誤錯不得分。棕黑黑紅棕紅紫綠橙金電容器數(shù)碼標志容量值（uF）每支1分識別錯誤錯不得分。104穩(wěn) 壓二極管正向電阻反向電阻測量檔位質(zhì)量判定每支1分錯1項，該二極管不得分。D1三極管畫外形示意圖標出管腳名稱電路符號質(zhì)量判定每支1分錯1項，該三極管不得分。Q1晶 體振蕩器測量阻值使用檔位每支1分錯1項，該晶體振蕩器不得分。Y1光耦畫外形示意

14、圖標出管腳名稱電路符號質(zhì)量判定每支1分錯1項，該光耦不得分。U6可控硅畫外形示意圖標出管腳名稱電路符號質(zhì)量判斷每支1分錯1項，該繼電器不得分。K1橋堆 畫外形示意圖標出管腳名稱正負輸出端電阻，正向?qū)ㄇ闆r下使用檔位每支2分錯1項，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、焊點美觀（30分）內(nèi) 容技術(shù)要求配分評分標準 得分元器件引腳1、引腳加工尺寸及成形應符合裝配工藝要求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、、燈泡通過導線連接到J2,連接到J2端的導線壓接端頭8焊點6、焊點大小適中，無漏、假、虛、連焊，焊點光滑、圓潤、干凈，無毛刺7、焊盤不應脫落8、修腳長度適當，一致，美觀10安裝質(zhì)量9、集成電路、二三極管等及導線安裝均應符合工藝要求10、元器件安裝牢固，排列整齊11、無燙傷和劃傷，整機清潔無污物6常用工具的使用和維護12、電烙鐵的正確使用13、鉗口工具的正確使用和維護14、萬用表正常使用和維護15、毫伏表正常使用和維護16、示波器正常使用和維護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)要求配分評分標準得分實現(xiàn)功能測量溫度

16、越高輸出電壓越低，即燈泡的亮度越低；當溫度低于30時，過零后約延時0.97ms觸發(fā)可控硅，溫度低于35時，過零后約延時3.9ms觸發(fā)可控硅，溫度低于40時，過零后約延時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、 完成檢測報告（13分）（1、電路正常工作時，測量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，請問應該_（增大/減?。㏎1基極與地之間的電阻。（1分）（3、在溫度檢測放大電路中，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RT1阻值不變的情況下，增大R21電阻的阻值，請問U1B第7腳的電壓_（升高/降低）。（1分）（5、當RT1的溫度為45時，RT1的端電壓為_ V。(1分)（6、當U5第3腳為高電平時，U5第2腳的電壓為_（高電平/低電平）。（1分）（7、當穩(wěn)壓電路輸出電壓為5V時，測量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,且測量溫度低于30時，測量可控硅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間檔位：幅度檔位：峰峰值：頻率

18、：周期：測量交流電壓：3、 電路原理和故障分析（7分）（1）、當RT1測量溫度為50時，請問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，請問U5第5腳的輸出周期是的多少？（4分）四、電路設(shè)計軟件PROTEL DXP 2004應用八路斷線數(shù)顯報警器（15分）考生須知：考生在D盤根目錄下建立一個文件夾，文件夾命名為“T+工位號”，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，如sch24.sch。注：如果保存文件的路徑不對，則無成績。 1、 制作電路圖元件符號，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（6）在繪制PCB時，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） 信號線寬15mil，+5V線寬40mil，地線線寬50mil；（4） 對晶振電路部分進行鋪銅操作，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