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素养拓展

任务六 万用表检测电压与电流

一、万用表简介

万用表又称多用表、三用表(可测电流、电压、电阻)、复用表、万能表。万用表通常分为指针式万用表和数字式万用表两种,还有一种带示波器功能的示波万用表。万用表是一种多功能、多量程的测量仪表。一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等,有的还可以测交流电流、电容量、电感量、温度及半导体(二极管、三极管)的一些参数。

早期的万用表是指针式[也称机械式,见图1-28(a)]的,它使用高灵敏的磁电式直流电流表作为表头,线圈通电后在磁场中受力并带动指针偏转,在刻度盘上指示相应的读数来实现其功能。指针式万用表灵敏度高、反应速度快,但抗电磁干扰能力、抗震能力弱,准确测量电阻值时需要欧姆调零。后来随着科技的发达,数字式万用表[也称电子式万用表,见图1-28(b)]得到普及,数字式万用表测量精度高,读数方便,抗电磁干扰能力强,便于携带,但测试半导体器件性能、元器件漏电时反应速度较慢。

图1-28

二、万用表的组成

机械式万用表由表头、转换开关和测量电路三个主要部分组成。

机械式万用表的表头是灵敏电流计,它的刻度盘上印有多种符号,其中符号“A、V、Ω”表示这只万用表可以测量电流、电压和电阻的参数。表盘上印有多条刻度线,最外侧刻度线的右端标有“Ω”,这是电阻刻度线,右端为零,左端为∞,刻度值分布不均匀,符号“-”或“DC”表示直流,“~”或“AC”表示交流。刻度线下的几行数字为选择不同挡位开关所对应的刻度值。表头上还设有机械校零旋钮,用以校正指针在左端的零位,如图1-29所示。而数字式万用表的表头一般由A/D(模拟/数字)转换芯片、外围元件、液晶显示器组成。

图1-29

三、万用表测量电压与电流

1.测量电压

指针式万用表测量直流电压时,首先调节转换开关选择合适的量程(转换开关对应的为最大量程),然后红表笔接电源的正极或高电位端,黑表笔接电源的负极或低电位端测量。数字式万用表测量电压时无需考虑表笔的正负极,只需选择合适量程(量程不小于被测量的电压)即可,如图1-30所示。

图1-30

2.测电流

万用表要串联到电路中,其他要求与测电压一致。

3.读数

指针式万用表要根据选择的量程,从中间四排数据中按比例读数(见图1-31),数字式万用表直接读数,如果前面带有负号,表示红表笔接于电路的低电位端或负极。

图1-31

任务七 万用表检测阻容元件

一、万用表测电阻

①选挡:选择合适的量程。

指针式万用表测量电阻时,尽量使指针指到刻度的中部或偏右。数字式万用表测电阻时,选择的量程要略大于被测物的参数,否则读数溢出,不能显示,如图1-32所示。

图1-32

②调零:指针式万用表使用前首先要机械校零。在测量电阻时,更换量程后也需要调零。方法是红、黑表笔短路,调节欧姆电阻挡调零旋钮,使指针指到右侧0刻度线,如图1-33所示。

图1-33

③测量:红、黑表笔与被测元件脚接触良好后进行测量,如图1-34所示。

图1-34

④读数:指针式万用表根据指针所指的刻度和所选用的量程,测量出电阻的阻值,阻值=刻度×量程,如图1-35所示。数字式万用表可直接读出阻值。

图1-35

二、万用表测电容

1.指针式万用表检测电解电容

用指针式万用表的电阻挡通常只能初步估测电容器的好坏,检测电容是否漏电。测电解电容时,测量前一般先短接放电,然后根据容量选择量程(一般几微法数量级的选择“ R × 100”挡,几百微法数量级的选择“ R ×10”挡),接下来把红表笔接电容器的负极,黑表笔接正极,观察指针转动情况,如果万用表指针首先向右摆动,然后又能恢复到左边无穷大刻度线,说明电容器是好的,不漏电;如果指针指向右侧的零刻度线,或长时间不回到左边无穷大刻度线,都说明电容漏电或击穿。其测试过程如图1-36所示。

图1-36

2.指针式万用表检测无极电容

测无极电容时,过程与测量电解电容基本一样,只是不区别红、黑表笔,根据容量选择量程,容量小于几十皮法数量级以下的电容选择“× 10 k”电阻挡进行检测,容量在几千皮法数量级以上的电容选择“× 1 k”电阻挡进行检测。检测时,如果万用表指针首先向右摆动(同一量程,向右偏转角度越大,容量越大),然后又迅速恢复到左边无穷大刻度线,说明电容器是好的,不漏电;如果指针指向右侧的零刻度线,或长时间不回到左边无穷大刻度线,就说明电容漏电或击穿。测试过程如图1-37所示。

图1-37

3.数字万用表检测电容

有的数字式万用表可直接测量出电容的容量,如图1-38所示。

三、万用表检测电感和变压器

电感和变压器的绕组均由线圈构成,电感只有一组线圈,而变压器通常都有初级线圈和次级线圈,只要用万用表电阻挡的“× 1”挡或蜂鸣挡测量电路的通断情况,就能检测其好坏。如果阻值较小(通常几百欧以下)或蜂鸣挡发声,说明电感或绕组正常导通,如果为无穷大或蜂鸣挡不发声,说明绕组开路。

图1-38

万用表测量电感的过程如图1-39所示。

图1-39

万用表测量变压器绕组的过程如图1-40所示。

图1-40

任务八 万用表检测半导体元件

一、万用表测二极管

1.指针式万用表测二极管

指针式万用表测量二极管时,一般选用万用表电阻挡的“× 1 k”挡进行检测。由于在万用表内部,黑表笔接电池正极,是高电位,当黑表笔接二极管正极,红表笔接二极管负极时,二极管导通,此时阻值较小。当交换表笔,红表笔接二极管正极,黑表笔接二极管负极时,二极管截止,阻值接近无穷大,如图1-41所示。

图1-41

2.数字式万用表测二极管

数字式万用表测量二极管时,直接选用“二极管”挡进行检测。数字式万用表的红表笔接二极管正极,黑表笔接二极管负极时,可以直接测量二极管的导通电压,从导通电压可以知道二极管的构成材料(如果导通电压是0.2~0.3 V,材料是锗;如果导通电压是0.5~0.7 V,材料是硅)。当数字式万用表的红表笔接二极管负极,黑表笔接二极管正极时,二极管截止,数字式万用表显示溢出,如图1-42所示。

图1-42

3.二极管工作电路测试

(1)元件的原理图如图1-43所示。

图1-43

(2)电路中电压的测量,测试过程如图1-44所示。

在检测电路性能的实验中,通常会用到直流稳压电源和面包板。直流稳压电源可提供实验需要的电压和电流,而面包板方便单元电路运行状态的演示或检测。图1-44中的直流稳压电源可提供直流3 V或5 V的两组电源,并且还可配合面板使用,向面包板的左、右两侧各提供一组电源(面包板上有“+”“-”标注)。

图1-44

二、万用表测三极管

1.确定三极管的基极

指针式万用表测量三极管时,一般选用万用表电阻挡的“× 1 k”挡进行检测。如果三极管性能完好,正、反向测量两只管脚的阻值,两次测量值均接近无穷大,那剩下的那只管脚一定是基极,如图1-45所示。

图1-45

2.确定三极管的类型及管脚

当黑表笔接在基极上,红表笔分别测量其余两只脚的阻值时,如果阻值都小,三极管是NPN型,如果阻值都大,三极管是PNP型,如图1-46所示。

图1-46

任务九 电子元器件的焊接

一、面包板简介

面包板(见图1-47)采用酚醛树脂制造,板底有金属条。在板上对应位置打孔使得元件插入孔中时能够与金属条接触,从而达到导电目的。一般将每5个孔板用一条金属条连接。板子中央一般有一条凹槽,这是针对需要进行集成电路、芯片实验而设计的。板子两侧有两排竖着的插孔,主要用于给板子上的元件提供电源,面包板可采用专门设计的直流电源板(见图1-48)供电。

图1-47

图1-48

面包板是专为电子电路无焊接实验设计制造的,各种电子元器件可根据需要随意插入或拔出,免去了焊接,节省了电路的组装时间,而且元件可以重复使用,所以非常适合电子电路的组装、调试和训练。

二、焊接技术

1.手工焊接常用工具和材料

焊接电子元件常用的工具材料有电烙铁、镊子、锡焊丝、助焊剂(松香)等,如图1-49所示。电烙铁有不同功率,可以选择25~60 W的,焊台可选择可调温并带热风枪的,最适合的焊接温度为280℃左右,焊锡丝可以选择免清洗、直径为0.8 mm的。

图1-49

2.元件焊脚的清洁与整形

如果元件脚或焊盘在空气中氧化,首先要用小刀和细砂纸清洁元件脚及焊盘,可以先加助焊剂上锡,然后整形元件脚的外形插入焊盘,如图1-50所示。元件的插装方式如图1-51所示。

图1-50

图1-51

3.电子线路的手工焊接

元件的焊接通常有4个步骤,如图1-52所示。

①同时加热焊盘和元件脚。烙铁头靠在焊盘与元件脚的连接处,加热整个焊接部位,时间大约为2~3秒。

②送入焊丝。焊件的焊接面被加热到一定温度时,焊锡丝从烙铁对面接触焊盘与元件脚,让焊料熔化到焊盘和元件脚上(不要把焊锡丝送到烙铁头上)。

③移走焊丝。当焊丝熔化一定量后,立即从左斜上方向移开焊丝。

④移走烙铁。从右斜上方向移开烙铁,结束焊接。

图1-52

经验分享

(1)焊接时间不宜过久,但要完全熔化,以免造成冷焊。

(2)焊点的表面要平滑、有光泽、无毛刺。

(3)焊点完全冷却前,不可移动。

(4)电烙铁不用时要放置于电烙铁架上,并随时保持烙铁头的清洁。 wG3b4lL5WOE00V15vvFXjnZnwsG/ljWaze7+BlE3Jim/K2VkV8OcLE+U5Pktwdlr

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