電路設(shè)計與制作（含活頁式實(shí)訓(xùn)工單） 課件 項目1 任務(wù)1 元件準(zhǔn)備與工具認(rèn)知

項目1電路基礎(chǔ)元件的使用

項目引入電路設(shè)計和制作是從電路中基礎(chǔ)元件的認(rèn)知開始的，本書以隔離控制器的設(shè)計制作為例幫助讀者掌握基礎(chǔ)的電路設(shè)計能力，該電路中包含最多的是大量電容、電阻、二極管等基礎(chǔ)元件。本項目旨在幫助讀者認(rèn)識和掌握部分最常用的基礎(chǔ)元件的使用方式，以此為起點(diǎn)開始隔離控制器電路的設(shè)計。學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)掌握電路基礎(chǔ)元件的種類、特點(diǎn)和使用方法了解電路中各種元件之間的相互作用關(guān)系技能目標(biāo)能夠根據(jù)電路設(shè)計要求，選擇合適的電阻、電容、等二極管、晶體管元件，并計算其參數(shù)，完成簡單電路分析能夠根據(jù)電路設(shè)計要求，選擇合適的集成電路，并進(jìn)行電路設(shè)計和分析素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生對電路基礎(chǔ)元件和電路原理的認(rèn)識和理解，提高科學(xué)思維和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)學(xué)生對電路基礎(chǔ)元件和電路原理的認(rèn)識和理解，提高科學(xué)思維和工程實(shí)踐能力提高學(xué)生對電子產(chǎn)品使用和維護(hù)的技能水平，提高信息化素養(yǎng)和社會適應(yīng)能力項目1電路基礎(chǔ)元件的使用

任務(wù)1元件準(zhǔn)備與工具認(rèn)知任務(wù)描述隔離數(shù)字量模塊是常用的一種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，用于數(shù)字量信號的輸入和輸出，本書幫助讀者學(xué)習(xí)認(rèn)識該設(shè)備的工作電路，并通過實(shí)踐操作，加工制作出實(shí)物設(shè)備。隔離數(shù)字量模塊電路較為簡單，所使用的元件均為電路設(shè)計中常用的部件，對該設(shè)備電路的學(xué)習(xí)要從這些常用電路元件的認(rèn)知開始。掌握基礎(chǔ)元件的工作原理和使用方法，需要一定的實(shí)踐操作，這些操作需要相關(guān)工具器材的配合。本任務(wù)引導(dǎo)讀者學(xué)習(xí)掌握相關(guān)這些器材的使用方法。知識儲備電路設(shè)計調(diào)試中會用到很多設(shè)備，這里只介紹一些較為基礎(chǔ)的實(shí)驗設(shè)備，幫助讀者完成一些基礎(chǔ)元件的認(rèn)知學(xué)習(xí)。這些必要的實(shí)驗設(shè)備有：（1）面包板；（2）供電板；（3）萬用表。一、面包板的使用基礎(chǔ)電路的搭建和測試需要在相關(guān)平臺基礎(chǔ)上完成。這里使用面包板作為測試平臺，在其上可以完成基礎(chǔ)電路的搭建。市場上常見的面包板如圖所示：一、面包板的使用面包板的外觀結(jié)構(gòu)主要分為上、中、下三個部分。上部分和下部分一般為一行或兩行插孔組成的窄條，中間部分由一條隔離凹槽和凹槽上下各5行的插孔寬條所組成。如圖所示，上部分和下部分的窄條，每五組插孔在內(nèi)部是橫向互相連通的，但是小窄條中間并不連通，一般用于供電，使用時可將正負(fù)極分別連接圖中“+”“-”標(biāo)號所對信號孔。中間部分，隔離凹槽上下五行（ABCDE）的插孔在內(nèi)部是縱向連通的，每列窄條之間不連通，并由凹槽隔離上下部分。一、面包板的使用使用面包板連接電路時，將上下部分的窄條的第一行與地連接，第二行連接電源正極。中間部分主要用于連接電路，而由于凹槽不連通的特性，因此集成塊可跨接在凹槽上?！局R補(bǔ)充】Fritzing是一款開源的電子設(shè)計自動化軟件，利用該軟件可以模擬面包板電路搭建，方便規(guī)劃實(shí)驗電路連接。二、供電板的使用面包板在使用時，可以使用3.3V或5V的直流電接入，為了實(shí)驗方便，這里采用成熟的供電板供電，如圖所示。二、供電板的使用供電板各部分功能如圖所示。二、供電板的使用在使用供電板給面包板供電時，將兩邊的插針分別插入面包板的上下部分窄條即可供電，控制開關(guān)可選擇兩路供電電壓為3.3V或5V。供電板提供了三位供電插針，使用杜邦線便可與之相連。為了防止外接電源與正負(fù)極接反導(dǎo)致短路，供電板帶有防接反的二極管和保險絲。當(dāng)電流過大時，保險絲將熔斷，進(jìn)而起到保護(hù)電路的作用。三、萬用表的使用數(shù)字萬用表是電路設(shè)計調(diào)試中最常用的工具，萬用表也稱為萬用計、多用計、多用電表或三用電表，一般萬用表均包含安培計、電壓表、歐姆計等功能，常用于測量電阻、直流與交流電壓、直流與交流電流、二極管和三極管。三、萬用表的使用數(shù)字萬用表在市場上有很多規(guī)格，這里的UT89X是一款價格適中數(shù)字萬用表，其性能穩(wěn)定，可靠性高。該萬用表測量范圍廣泛，可測量電壓（可達(dá)1000V)、電流（最大可達(dá)20A)、電阻、電容、二極管、三極管、LED、溫度以及電路通斷。3.1電阻的測量測量步驟（1）紅表筆插入V/Ω孔黑表筆插入COM孔；（2）選擇量程，將旋鈕打到“Ω”量程的適當(dāng)位置；（3）將紅黑表筆分別接觸電阻兩端的金屬部分；（4）讀取顯示屏上的數(shù)據(jù)。注意事項（1）電路連通問題。確保電路已連接好，若儀表顯示為“1”，則表明存在開路問題；（2）測量準(zhǔn)確性。測量阻抗時，為盡可能保證準(zhǔn)確性，需先檢查電路中是否有電源和儲能元件。若有，則移除所有電源，且電容放電。（3）量程的選擇和轉(zhuǎn)換。當(dāng)顯示屏的數(shù)值將為“1”時，說明量程選小，此時應(yīng)選擇較大的量程；與此相反，當(dāng)顯示屏的數(shù)值將接近“0”時，說明量程選大，此時應(yīng)將旋鈕打至較小的量程。（4）關(guān)于讀數(shù)。所測量的讀數(shù)為顯示屏上的數(shù)字加檔位選擇的單位。旋鈕可以選擇量程3.2電壓的測量測量步驟（1）紅表筆插入VΩ孔，黑表筆插入COM孔；（2）根據(jù)所測量電壓的類型，選擇合適量程，將旋鈕打到V-或V～適當(dāng)位置；（3）讀出顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)。直流電壓的測量3.2電壓的測量注意事項（1）量程選擇。將旋鈕打至估計值的量程檔（直流檔V-，交流檔V～），表筆接觸電源或電池兩端，保持穩(wěn)定。若測量時讀數(shù)為“1”，則表明量程太小，需換用較大量程；（2）讀數(shù)顯示。測量直流電壓時，若顯示屏數(shù)值前有負(fù)號，說明極性與實(shí)際電源極性相反，即紅表筆接的是負(fù)極。交流電壓無正負(fù)極之分；（3）測量時注意人身安全，不可隨意用手觸摸表筆的金屬部分。交流電壓的測量3.3電流的測量測量步驟（1）斷開電路；（2）黑表筆插入com端口，紅表筆插入mA或者20A端口；（3）根據(jù)所測電流類型，估計電流大小，將旋鈕打至合適位置（直流電流A-，交流電流A～），選擇適當(dāng)量程；（4）斷開被測電路，將數(shù)字萬用表串聯(lián)至被測線路中，電流將從一端流入紅表筆，再流出黑表筆，最后流入被測線路中；（5）接通電路；（6）讀出顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)。注意事項（1）測量電流時，應(yīng)保持接觸穩(wěn)定。如果顯示屏數(shù)值一直為“1”，則需換用大量程；（2）測量直流電流時，需對電流的大小進(jìn)行估計。若估計電流大于600mA，紅表筆應(yīng)插入“10A”，反之則插入“600mA”，并將旋鈕打至合適量程。若測量交流電流時，無法預(yù)估電流大小，應(yīng)先選擇最大量程，并逐步減小；（3）測量交流電流完畢后，應(yīng)該將紅表筆插回“VΩ”孔，以免直接測電壓時，損壞萬用表和電源。（4）測量交流電流時，“600mA”量程有保險絲保護(hù)，因此出現(xiàn)電流過大燒壞保險絲的情況時，更換即可；而“20A”量程無保險絲保護(hù)，因此若選擇該量程，測量時間則不得超過15秒。3.4電容的測量測量步驟（1）為保證數(shù)字萬用表的安全，應(yīng)短接電容兩端，對電容放電；（2）將旋鈕打至電容“F”測量檔，選擇合適量程；（3）將電容插入萬用表CX插孔；（4）讀取顯示屏上的數(shù)據(jù)。注意事項為防止萬用表的損壞和保證安全，測量前與測量后都需對電容放電；由于儀器的電容檔存在保護(hù)措施，因此測試過程中無需考慮極性和電容充放電等情況；測量時，電容應(yīng)插入專用的電容測試座中；測量大電容時，需要等一段時間以穩(wěn)定讀數(shù)；電容的單位換算：1μF=106pF，lμF=103nF。3.5二極管的測量測量步驟（1）紅表筆插入VΩ孔，黑表筆插入COM孔；（2）將旋鈕打至二極管檔；（3）二極管的正負(fù)極，紅表筆接正極，黑表筆接負(fù)極；（4）讀取顯示屏上的數(shù)據(jù)；（5）兩只表筆換位，若顯示屏讀數(shù)為“1”，則表明該二極管工作正常，否則此管已被擊穿。注意事項（1）若二極管損壞，兩只表筆顛倒后讀數(shù)則相同，該數(shù)值表示二極管的正向壓降：硅材料為0.6V左右；鍺材料為0.2V左右；（2）若二極管正常，兩只表筆接引腳時，讀數(shù)顯示為“1”，則黑表筆一段為正極，反之為負(fù)極。3.6三極管的測量測量步驟：（1）紅表筆插入VΩ孔，黑表筆插入COM孔；（2）將旋鈕打至二極管檔；（3）判斷三極管的基極b，確定管型，即PNP或NPN類型；（4）將旋鈕打至hFE檔，并確保表筆沒有接觸任何電路；（5）根據(jù)管型將三極管插入PNP或NPN進(jìn)行測量讀取顯示屏上的數(shù)據(jù)。注意事項：（1）三個管腳的確定：紅表筆插入VΩ孔，黑表筆插入COM孔，黑表筆接觸三極管的某一未知管腳，紅表筆分別接觸其他兩個管腳，若兩次讀數(shù)均為0.7V左右，且使用紅表筆接觸同一未知管腳，黑表筆接其他管腳時，數(shù)值