工科创实验报告doc.docx
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工科创实验报告doc
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目次
1.概述
1.1编写说明
编写目的:
(1)对正式的科技创新实验报告的写作进行初步的了解,为日后进行专业的论文、报告写作打基础;
(2)本次实验介绍了两种基本电子仪器——无线话筒和数字万用表的主要性能指标,主要功能和工作原理。
(3)通过本次实验,编者对电路连接与装配,基本仪器的使用,基本仪器的操作有了初步了解。
本实验报告真实详尽的记录了本人的此次实验,阐述了实验目的、原理,实验方案、过程,实验中遇到的问题及其解决方法,实验结果及讨论,实验总结及心得体会。
(4)这是科技创创新第一阶段的一份完整总结,给前阶段学习和实践作下了经验等方面的适时回顾,也给下阶段的学习和实践作下坚实基础
适读对象:
所有对制作调频无线话筒和万用表有兴趣,且具有创新和探索精神的人。
由于本人能力和经验有限,本文更适合科技创新实验的爱好者用于业余交流,希望其中部分心得体会可以对读者起到帮助作用,更希望读者能多提宝贵意见,共同进步。
1.2定义
无线话筒:
将接受到的声音转化为无线电波并发射出去的装置。
万用表:
在一定的范围内能够测量直、交流电的电压、电流以及电阻的多功能的仪器。
示波器:
能够显示波形和其它信息在电视那样的阴极射线管上的器件。
耦合:
物理学上指两个或两个以上的体系或两种运动形式间通过相互作用而彼此影响以至联合起来的现象。
匹配:
元器件等的配合。
调制:
使电磁波的振幅、频率或脉冲的有关参数依照所需传递的信号而变化。
1.3缩略语
C:
capacitance电容
D:
diode二极管
K:
脚跳线开关
R:
resistance碳膜电阻
L:
inductance电感
V:
dynatron三极管
MIC:
mike驻极体话筒
AC:
alternatingcurrent交流电
DC:
directcurrent直流电
PCB:
printedcircuitboard印刷电路板
IC:
integratedcircuit集成电路
2.调频无线话筒的制作
2.1实验目的
练习基本工具的使用;掌握电路连接的基本方法;初步掌握简单电路的调试方法。
2.2无线话筒的主要性能指标
工作电压:
3V
工作频率:
88~108MHZ
2.3无线话筒的主要功能和工作原理
主要功能:
发射频率在88~108MHZ之间的振荡波,使收音机可以接受到,实现远程(10米)对话。
工作原理:
图1是调频无线话筒的电路图。
高频三极管V1和电感L、电容C4、C5、C6组成一个电容三点式的振荡器。
作为初学者,它的具体工作原理暂时可以不用深究,我们只要知道这种电路结构就是一个高频振荡器。
工作频率就是调频话筒的发射频率,根据图中元件的参数发射频率可以在88~108MHZ之间,正好覆盖调频收音机的接收频率,通过调整L的数值(拉伸或者压缩线圈L)可以方便地改变发射频率,避开调频电台。
发射信号通过C7耦合到天线上再发射出去。
图1调频无线话筒电原理图[1]
2.4实验过程
2.4.1装配过程
2.4.1.1工作环境
工具:
电烙铁、尖嘴剪刀、镊子等
材料:
焊锡丝
电路元器件列表[2]
标称值
元件标号
简要说明
引脚极性
1uF
C1
电解电容
有
4.7uF
C2
电解电容
有
1000P
C3
瓷片电容
18P
C4
瓷片电容
6.2P
C5
瓷片电容
100P
C6
瓷片电容
47P
C7
瓷片电容
0.01uF
C8
瓷片电容
100uF
C9
电解电容
有
1N4148
D1
二极管
有
1N4148
D2
二极管
有
LED-R
D3
发光二极管,红色
有
K1
3脚跳线开关
6T
L
自绕电感,在圆珠笔芯上绕6-7圈
68K
R1
碳膜电阻,1/4W
2.7K
R2
碳膜电阻,1/4W
10K
R3
碳膜电阻,1/4W
27K
R4
碳膜电阻,1/4W
100
R5
碳膜电阻,1/4W
680
R6
碳膜电阻,1/4W
9018
V1
三极管
有
ANTENNA
天线,自制,约0.75米导线
DC3V
BT1
自备5号电池x2,有电池盒
有
MIC
驻极体话筒
有
2.4.1.2工作步骤
认识并准备好焊接所需的元器件,根据不同的色环和标记读出电阻和电容的值。
根据电路板上的图示将元器件插到正确的位置。
对引脚进行360度的全方位刮除锈渍和油腻处理,保持它的清洁,利于接下来的焊接。
右手持电烙铁,左手送焊锡丝,先将少量焊锡放在烙铁尖上,再将烙铁尖移向引脚,左手再送上焊锡丝,观察到焊锡在引脚周围流动,包裹住引脚并填满插孔,2~3秒后,移开电烙铁,用剪刀减去引脚多余的部分,焊接完成。
焊装驻极式话筒的过程中,需先将之前剪下的引脚多余部分焊接在话筒上作为引脚(需要同伴从旁协助用镊子固定引脚),再将话筒焊接到电路板上。
绕制并焊接电感(可将铜丝绕在螺丝刀上,注意圈数适中),焊接前还要将铜丝两端的漆用剪刀刮去,由于插孔较大,此处焊接要十分注意,务必焊死。
焊接步骤可参见下图[3]
(1)
(2)
(3)
(4)
2.4.2调试过程
2.4.2.1工作环境
设备:
TDS-200数字示波器——检测话筒发出的电波信号的频率、波形等数据。
2.4.2.2工作步骤
利用触笔将话筒、电源和示波器连接在一起。
检查指示灯的工作情况。
观察示波器上形成的波形是否正常及频率是否处于正常范围。
改变线圈半径和圈数、检查焊点质量进行调试。
回寝室利用收音机来接受信号,检查实际效果。
2.4.3实验数据和结果讨论
示波器显示频率为106MHz,属于正常范围。
最初的示波器显示波形为相当完美的正弦波,改变线圈后波形有点瑕疵,可能是由于铜丝经重复绕制后弯曲导致。
回到寝室后用收音机调试,经多次努力后,终于在较远的距离听到了说话的声音,也为自己的成果感到高兴。
第一次使用电烙铁,有些新奇。
刚开始的时候使用还不熟练,焊点总是很大,还总是堵住其他小孔。
经过一段时间后,逐渐掌握要领,焊接质量明显提高,也没有出现虚焊现象。
3.DT832型万用电表的制作
3.1实验目的
练习基本工具的使用;掌握电路连接的基本方法;初步掌握简单电路的调试方法;初步了解电子设备的结构知识和相应的装配技巧。
3.2DT832型万用电表的主要性能指标
有关技术参数如下[4]
显示:
31/2位LCD,最大显1999。
极性:
自动负极性显示。
超量程:
仅最高位显“1”。
工作环境:
温度(0~40)℃,相对湿度≤75%。
存储环境(-15~50)℃。
电池:
9V(6F22)。
重量:
约170克。
直流电压:
各量程均优于±(1%+2)。
直流电流:
各量程均优于±(2%+2)。
交流电压:
各量程均优于±(1.3%+10)。
二极管:
测试电压约2.8V,电流约1mA,显示二极管正向压降的近似值。
电路通断测试:
被测电路两端电阻低于约50Ω时蜂鸣器发声。
三极管:
测试时Vcc约2.8V,Ib约10uA。
3.3DT832型万用电表的主要功能和简要工作原理
DT832型万用电表可用于测量交直流电压、交直流电流、电阻、二极管、三极管;有测通断的功能,当被测两点连通时,蜂鸣器鸣叫;可以输出方波信号
DT832仪表的方框图如示意图1。
该仪表的心脏是一片大规模集成电路,该芯片(7106)内部包含双积分A/D转换器,显示锁存器,七段译码器和显示驱动器,它的工作原理框图见示意图2。
输入仪表的电压或电流信号经过一个开关选择器转换成一个0到199.9mV的直流电压。
例如输入信号100VDC,就用1000:
1的分压器获得100.0mVDC;输入信号100VAC,首先整流为100VDC,然后再分压成100.0mVDC。
电流测量则通过选择不同阻值的分流电阻获得。
采用比例法测量电阻,方法是利用一个内部电压源加在一个己知电阻值的系列电阻和串联在一起的被测电阻上。
被测电阻上的电压与己知电阻上的电压之比值,与被测电阻值成正比。
输入7106IC的直流信号被接入一个A/D转换器,转换成数字信号,然后送入译码器转换成驱动LCD的7段码。
A/D转换器的时钟是由一个振荡频率约48KHz的外部振荡器提供的,它经过一个四分之一分频获得计数频率,这个频率获得2.5次/秒的测量速率。
四个译码器将数字转换成7段码的四个数字,小数点由选择开关设定。
具体原理
(1)量程直流数字电压表
采用电阻分压器可以把基本量程为200mV的表扩展成多量程的直流数字电压表,电路图3-3-2(a)所示。
该表共设置五个量程:
200mV、2V、20V、200V和2000V①,由量程选择开关K1控制。
K1可用双刀五掷开关,另外一个刀控制小数点的定位。
各档输入电阻均为10MΩ。
这是考率到单片31/2位A/D转换器的输入电阻rIN=1010Ω=10000MΩ(典型值),在设计多量程数字电压表时,一般选仪表的输入电阻RIN=0.001rIN=10MΩ,使rIN≥RIN,故可完全忽略rIN对信号的分流作用。
由R1-R5构成分压器,总电阻值R1-5=RIN=10MΩ。
各档满量程时的输出电压V0计算如下:
200mV档:
V0=R1-5/R1-5·VM1=10MΩ/10MΩ×200mV=200mV
2V档:
V0=R2-5/R1-5·VM2=1MΩ/10MΩ×2V=200mV
20V档:
V0=R3-5/R1-5·VM3=100KΩ/10MΩ×20V=200mV
200V档:
V0=R4-5/R1-5·VM4=10KΩ/10MΩ×200V=200mV
2000V档:
V0=R5/R1-5·VM5=1KΩ/10MΩ×2000V=200mV
上述五档的分压比(衰减比)依次为1/1、1/10、1/100、1/1000、1/10000。
这意味着只要选取合适的档,即可把0-2000V范围内的任何直流电压V'IN衰减成0-200mV的电压,再利用基本表(量程VM=200mV)进行测量。
2)多量程直流数字电流表
被测输入电流IIN流过分流电阻R1时可产生压降VR1,以此作为基本表的输入电压VIN,就能实现I-V转换,通过数字电压表显示出被测电流的大小。
再利用选择开关扩展成多量程的直流数字电流表。
图3-3-2(b)是四量程(200UF、2mA、20mA、200mA)直流数字电流表。
R6-R10是分流电阻,要求接触电阻必须极小。
串联的分流电阻总值R6-10=1KΩ。
各档满量程时电阻上的压降VIN计算如下:
200μA档:
VIN=IM1·R6-10=200μA×1KΩ=200mV
2mA档:
VIN=IM2·R7-10=2mA×100Ω=200mV
20mA档:
VIN=IM3·R8-10=20mA×10Ω=200mV
200mA档:
VIN=IM4·R9-10=200mA×1Ω=200mV
这表明只要适当选取电流档,即可把0-0.2A范围内的任何直流电流IIN转换成0-200mV的电压,再利用量程VM=200mV的基本表进行测量。
3)交流数字电压表
测交流电压时需增加AC-DC转换器。
利用二极管作整流器,电路简单,但二极管属于非线性元件,尤其在小信号情况下的非线性失真很严重,所以M830B测交流电压时,只选用200V和750V二档。
4)多量程数字欧姆表
一般采用比例法测量电阻,其优点是即便基准电压存在一定偏差或在测量过程中略有波动,也不会增加测量误差,因此可降低对基准电压的要求。
电路如图3-3-2(c)所示。
被测电阻RX与基准电阻R0串联后接在V+与COM之间。
V+与VREF+,VREF-与IN+,IN-与COM两两接通。
利用7106的2.8V基准电压源E0,向R0和RX提供测试电流I。
R0上的压降VR0兼作基准电压,RX上的压降VRX作为输入电压VIN,有关系式
VIN/VRO=VRX/VR0=RX/RO
当RX=R0时显示值为1000,RX=2R0时满量程。
通常:
显示值=VRX/VR0×1000=RX/R0×1000(3.1.3)
以200Ω档为例,取R0=100Ω并代入式(3.1.3),显示值=10RX。
将小数点定在十位即可直读结果。
利用选择开关改变基准电阻R0的数值,就构成多量程数字欧姆表
为节省元件,在数字万用表中常借用多量程直流数字电压表的分压电阻(见图3-3-2(d))作为欧姆表的基准电阻。
图3-3-2(a)多量程直流数字电压表
图3-3-2(b)五量程直流数字电流表
图3-3-2(c)比例法测电阻
图3-3-2(d)六量程数字万用表
3.4实验过程
3.3.1装配过程
3.3.1.1工作环境
工具:
电烙铁、尖嘴剪刀、螺丝刀、镊子等。
材料:
凡士林、焊锡丝
电路元件列表[6]
电阻器
数量
元件标号
元件规格
色环编码
部件编号
1
R6
3KΩ1%
橙-黑-黑-棕-棕
2
R4、R30
100KΩ5%
棕-黑-黄-金
1
R5
1KΩ5%
棕-黑-红-金
1
R1
150KΩ5%
棕-绿-黄-金
6
R12-R15、R18、R19
220KΩ5%
红-红-黄-金
1
R3
1MΩ5%
棕-黑-绿-金
1
R7
30KΩ5%
橙-黑-橙-金
1
R2
470KΩ5%
黄-紫-黄-金
1
R22
9KΩ0.3%
白-黑-黑-棕-蓝
1
R23
90KΩ0.3%
白-黑-黑-红-蓝
3
R24、R25、R35
117KΩ0.3%
棕-棕-紫-橙-绿
2
R26、R27
274KΩ0.3%
红-紫-黄-橙-绿
1
R21
900Ω0.3%
白-黑-黑-黑-蓝
1
R20
100Ω0.3%
棕-黑-黑-黑-蓝
1
R10
0.99Ω0.3%
黑-白-白-银-蓝
1
R8
9Ω0.3%
白-黑-黑-银-蓝
1
R32
1.8K-2K
热敏电阻
电容器
数量
元件符号
元件规格
元件名称
部件编号
1
C1
100pF
瓷片电容
1
C5
100nF
金属化电容
3
C2、C3、C4
100nF
独石电容
半导体器件
数量
元件符号
元件规格
元件名称
部件编号
1
D3
1N4007
二极管
1
Q1
9013
三极管
其它元器件
机壳部分
袋装部分
数量
名称
部件号
数量
名称
部件号
1
上下外壳
1
保险丝管、座
1
液晶显示器
1
圆形HFE座
1
液晶片支架
6
V型触片
1
旋钮
1
9V叠层电池
1
功能面板
1
电池扣(6.5CM)
1
屏蔽纸(客户需求时配)
1
导电胶条
线路板部分
2
钢珠Φ3mm
数量
名称
部件号
2
齿轮弹簧
1
IC:
7106、358(已邦、贴)
3
自攻螺丝2*6(锁线路板)
3
表笔插孔钢柱(已焊上)
附件
2
2.5*9自攻螺丝(锁后盖)
1
纸卡
1
测试表笔
1
电位器220Ω(VR1)
1
说明书
1
锰铜丝电阻(RCU)1.6*40
1
电路图及插件图各
1
接地弹簧Φ4*13.5(需求时配)
1
蜂鸣器总成(832用)
3.3.1.2工作步骤
结合电路板、各电路元器件标识,依次将电阻、电容、二极管(注意正负极)插到正确的位置。
对引脚进行360度的全方位刮除锈渍和油腻处理,保持它的清洁,利于接下来的焊接。
右手持电烙铁,左手送焊锡丝,先将少量焊锡放在烙铁尖上,再将烙铁尖移向引脚,左手再送上焊锡丝,观察到焊锡在引脚周围流动,包裹住引脚并填满插孔,2~3秒后,移开电烙铁,用剪刀减去引脚多余的部分,焊接完成。
此电路板插孔更多,且更加密集,对焊接技术要求更严,同学要更加细致小心。
焊接保险丝架和晶体管插座,特别注意晶体管插座应焊接在电路板的另一面,另外特别注意它的一块凸起所对应的方向,以便能合适地安装外壳。
焊接蜂鸣器,焊接到镀银层上时不要焊太久,否则镀银层会脱落,与外罩装配时,注意导线的焊接位置。
焊接弹簧时,最好请同伴帮忙用镊子固定弹簧,自己进行焊接更加方便省力。
安装橡胶条,放上液晶屏,用手将外壳对应按准,卡住液晶屏。
转动开关的安装:
在转动开关反面根据大小安装上6个V型触片。
用小弹簧蘸点凡士林,放入开关反面的小孔中,其上各放置一个小钢珠,托起开关,慢慢扣上外壳,用手按住。
扣上电路板,用螺丝固定电路板和外壳,装上保险丝。
安装电池,将另一个外壳扣上,用螺丝固定。
插上触笔,安装完成。
3.3.2调试过程
3.3.2.1工作环境
调试设备:
数字电源及已知电阻若干:
用于检测万用表的测量精度。
调试工具:
电烙铁、镊子、螺丝刀等。
3.3.2.2工作步骤
1、测试液晶显示器如果旋转开关时液晶没有显示,可以尝试用一根导线将IC的C脚与V+直接相连(注意:
连接时间不能超过一分钟,否则会降低LCD使用寿命),若不清楚,可用酒精清洗后用干净的东西将橡胶条擦干净再试。
2、校准参考电压调节微调电阻201,使IC的A脚+Vr与B脚GND间的电压为100mV(用标准数字万用表测)。
3、A/D转化测试将旋转开关转到200mV档,用精密分压器输出一个200mV的直流电压,接入万用表,应显示读数为199.9;如读数不正确,可以略微调节微调电阻201,直到液晶显示器上的读数为199.9。
4、DCV测试准备一个可变直流电源;将待测电压设置在每个DCV档的中间;比较自制仪表和已知精确仪表的读数误差应在允许范围内。
5、ACV档测试准备一个AC电压源(50Hz,10V);档位至200VAC,输入AC电压,跟已知精确表比较读数误差应在允许范围内;档位至750VAC,输入AC电压,跟已知精确表比较读数误差应在允许范围内。
6、DCA测试与已知精确仪表比较读数,看结果是否在规定误差范围内。
7、电阻/二极管测试准备1000kΩ,100kΩ,10kΩ,1000Ω,100Ω的电阻各一个,分别用欧姆档的各档测量,跟已知精确仪表比较读数误差应在允许范围内;用二极管档(兼做2000Ω档)测量一个好的硅二极管的电压降,读数为700mV左右。
8、晶体管档测试转动开关旋到hFE档,将三极管插入相应的NPN或PNP内;读数应该在100-300之间(虽然在较大的范围内有所改变),跟已知精确仪表比较读数误差应在允许范围内。
9、转动开关旋到通断档两表笔短接;听到“嘀”的鸣叫声。
10、测试输出的方波旋转开关到方波档;红黑表笔接到示波器上,可以观察到万用表输出的波形。
频率:
50Hz左右;峰峰值:
3V左右
11、10A电流档分流线调试准备1A的电流源,开关开至10A处,将红色表棒插入10ADC输入插孔,黑色表棒仍插在COM端,接入电流是要注意电流极性。
如果读数超过1A,将10A分流器往下插或在分流器上加焊锡,以减小分流器的电阻;如果分流器高度抬高或用锉刀把分流器锉细以增大分流线的电阻。
3.3.3实验数据和结果讨论
经助教老师检测,制作的万用表精度较高,各档位均比较精确,实际测量电阻也得到比较满意的结果,此外开关转动也很顺畅,比较完美。
4.致谢
感谢上海交通大学电子信息与电气工程学院为我们开办了《工程实践与科技创新》这门课程,给我们提供了自己动手动脑的机会。
感谢《工程实践与科技创新》课程的老师及助教为我们的作品进行重复的调试,对我们的作品进行指导和帮助。
特别感谢班级的技术骨干赵拓文,张志远同学担任我们有问必答的指路人,为我们不厌其烦的指导。
5.参考文献
[1]工程实践与科技创新
(1)课程讲义:
调频无线话筒制作原理教程
[2]工程实践与科技创新
(1)课程讲义:
调频无线话筒制作原理教程
[3]工程实践与科技创新
(1)课程讲义:
调频无线话筒制作原理教程
[4]工程实践与科技创新
(1)课程讲义:
DT832说明书扫描
[5]工程实践与科技创新
(1)课程讲义:
DT832万能表制作(PPT)
830BD—832套件纸卡版教程
[6]工程实践与科技创新
(1)课程讲义:
830BD—832套件纸卡版教程
6.附录
6.
6.1心得体会
首先,这是我第一次亲自动手动脑,比较独立地将一堆零件组装成实体,并经检测证明是有用并且成功的。
除去第一次拿起电烙铁的激动,面对茫茫多的电阻、电容,一次次拿起电烙铁实在是一件累人的事,而愈是重复愈是单调的工作越能看出一个人的专心程度和集中精神的能力,而经过这次实践,我想我得到了提升。
这次的话筒做的是比较成功的,虽说中间焊接是有一些地方做得不太完美,但是总体来说比较顺利。
万用表就复杂多了,失败的也更多了。
刚开始电阻焊错位置,虚焊。
到后来半导体焊反,焊接上就碰到了很多困难。
组装上更难,小钢珠总是不听话的乱跑,铜片总是装上又掉,液晶屏没有示数,或者示数显示不对。
这样装了又拆,拆了再装,反复多次才调试完成。
经历多次失败,我终于明白失败是成功之母,科学实验容不得半点粗心马虎。
有成功、有失败,这就是我的第一次科创经历,希望能与大家分享。
6.2其他材料
我的作品
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