电子控制技术

【教学目标】

1.         掌握并运用电阻、电容、电感、二极管、三极管、传感器、继电器等电子元器件知识。

2.         掌握逻辑门电路、数字集成电路芯片、触发器等知识，并能分析简单的数字电路。

3.         掌握电路焊接的方法以及用多用电表测量、判定电子元器件状态的方法。

【知识归纳】

1.         电路控制系统：输入部分、控制(处理)部分、输出部分。

信号：模拟信号、数字信号

2.         电子元器件

(1)       电阻(单位：欧姆Ω,千欧kΩ,兆欧MΩ)

参数标识：直标法、色标法(黑棕红橙黄绿蓝紫灰白银金, 一二有效数, 三幂指数四误差, 有效数字之间不加小数点)、标称阻值、额定功率

(2)       电容(单位：法拉F,微法μF,皮法pF)，隔直通交

(3)       电感(单位：亨利H,毫亨mH,微亨μH)，通直隔交

(4)       二极管：一个PN结、两个电极(阴极、阳极)，单向导通

正偏：电流正向流过PN结，二极管导通。反偏：电流反向流过PN结，二极管截止。

(5)       三极管：两个PN结(集电结,发射结)、三个电极：发射极e (Emitter)、基极b (Base)和集电极c (Collector)。三种状态：截止、放大、饱和导通

(6)       传感器：有光敏传感器、湿敏传感器、热敏传感器、磁敏传感器等

(7)       继电器(触点类型：常开触点、常闭触点、转换触点)，以低控高，以小控大。

3.         数字电路

(1)       基本逻辑关系:与、或、非，对应的基本逻辑电路:与门、或门、非门

(2)       复合逻辑关系:与非、或非、同或、异或、与或非等由多个基本逻辑关系构成的逻辑关系称为符合逻辑关系，对应的逻辑电路有与非门、或非门等。

(3)       数字集成电路: TTL(速度快,电流大,功率大)、CMOS(功率低,速度慢,电流小,易损坏)

(4)       电子集成芯片: ①JN6201音乐芯片②CF741电压比较器③555芯片

(5)       基本触发器(SR触发器)：S=1,R=0置1;S=0,R=1置0;S=0,R=0不变;S=1,R=1不稳定(不使用)。

4.         多用电表：①测电流、电压、电阻②判断二极管、三极管好坏

5.         电路焊接

(1)       锡焊条件：被焊件可焊且表面清洁、适当的助焊剂、适当的焊接温度与焊接时间

(2)       锡焊原理：电烙铁发热使锡融化来焊接电子元器件。

(3)       助焊剂作用：帮助和促进焊接过程，同时具有保护作用、阻止氧化反应发生。

(4)       电烙铁的使用：

①     右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡。

②     将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60°角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在2—3秒钟。

③     抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。

(5)       焊接缺陷与故障：焊料过多、焊料过少、松香焊、过热、冷焊、虚焊(断路)、不对称、松动、拉尖(容易发生桥接现象)、桥接(短路)

【知识梳理】

1.         电路控制系统

(1)       输入部分由传感器、按钮、开关组成

(2)       控制(处理)部分由集成电路、微处理器组成

(3)       输出部分由电磁继电器、晶闸管等多种执行机构组成。

(4)       信号：模拟信号(连续)、数字信号(不连续)

数字信号优点：容易处理、处理精度高、便于记录保存等。

2.         电子元器件

(1)       电阻(单位：欧姆Ω,千欧kΩ,兆欧MΩ)

直标法: 将电阻值、误差、功耗等参数直接印在电阻体上

色标法: 用不同的色彩表示不同的数值或功能

一二色环代表阻值有效数，有效数之间不加小数点：黑棕红橙黄绿蓝紫灰白表示0—9

第三色环代表幂指数：银10^-2,金10^-1,黑10^0,棕10^1,红10^2……以此类推

第四色环代表误差：

银±10%,金±5%,棕±1%,红±2%,绿±0.5%,蓝±0.25%,紫±0.1%,灰±0.05%,无色环±20%

标称阻值：电阻的标准件电阻值

额定功率：所允许耗散的最大功率

【典型例题】

如图所示的四色环电阻及色环颜色，其中金色表示允许误差为±5%，色环颜色对应的数字如下表所示，该电阻表示的阻值为（　　）

A．470Ω           B．4.7kΩ                   C．270kΩ                  D．27kΩ

  

(2)       电容(单位：法拉F,微法μF,皮法pF)，由两个靠得很近的金属片(箔)组成，中间用绝缘材料(电介质)隔开，电容量标示有色标法和直标法两种。功能：隔直流，通交流。

  

(3)       电感(单位：亨利H,毫亨mH,微亨μH)又称电感线圈或线圈，功能：通直流，隔交流。

  

(4)       二极管：有一个PN结、两个电极(阴极、阳极)，极性通常在管壳上用电路符号表示。也可用色环标示，靠近色环一端电极引线是二极管阴极。功能：单向导通。

*正偏：电流正向流过PN结，二极管导通。反偏：电流反向流过PN结，二极管截止。

(5)       三极管：集成电路中的基础元器件，有两个PN结(集电结,发射结)、三个电极：发射极e (Emitter)、基极b (Base)和集电极c (Collector)。三种状态：截止、放大、饱和导通

放大状态：发射极正偏，集电极反偏，Ic=βIb，Ie=Ib+Ic，β为放大倍数

饱和导通状态：发射极正偏，集电极正偏

截止状态：发射极反偏，或Ube小于PN结导通电压(硅:0.7V,锗:0.2V)，Ib=Ic=0

【典型例题】

1.如图所示是小明设计的泥土湿度检测电路。把两探头插入花盆的泥土中，当泥土潮湿时，两探头间的电阻值较小；泥土干燥时，两探头间的电阻值较大，泥土非常潮湿和非常干燥时，V4和V5中只有一个发光。下列分析中不恰当的是

A.泥土非常潮湿时，V4发光，V5 不发光

B.调节Rp1,可以改变V4、V5发光状态变化时的湿度设定值

C.泥土非常干燥时，V1、V2的Ucc都约为3V

D.当V4、V5都发光时，V1工作在放大状态

2.如图所示的两个电路，下列关于流过电阻R1、R2电流方向的判断中正确的是(　　)

  

A.由a到b，由c到d

B.由a到b，由d 到c

C.由b到a，由c到d

D.由b到a，由d 到c

  

 

(6)       传感器：有光敏传感器、湿敏传感器、热敏传感器、磁敏传感器等

【典型例题】

干簧管所属的传感器类型是(　　)

A．热敏传感器

B．磁敏传感器

C．光敏传感器

D．力敏传感器

 

 

(7)       继电器：由电磁铁和一些带触点簧片组成，触点类型：常开触点、常闭触点、转换触点。功能：自动开关，以低控高，以小控大。

优点：工作可靠、体积小、结构简单、制作方便、灵敏度高、工作控制电路隔离、抗干扰能力强。

缺点：寿命短、触点易碳化、接触不良、不宜应用于大功率负载电路。

【典型例题】

 

1.如图所示为一种温度自动报警器原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，当温度升高至什么温度时，何种电器工作(　　)

A．74 ℃时，电灯亮报警

B．72 ℃时，电铃报警

C．66 ℃时，电铃报警

D．74 ℃时，电铃报警

  
 

2.如图所示是一种防汛报警器的原理图。S1是触点开关，b是一个漏斗形的圆筒，里面的一个浮子a。当汛期来临，浮子a上浮将触点开关S1接通时，电路中红、绿灯的工作情况是(　　)

  

A．两灯同时亮

B．两灯都不亮

C．绿灯亮

D．红灯亮

 

3.         数字电路

(1)       实现逻辑关系的电路称为数字电路(或逻辑电路)，在数字电路中，"真"用高电平1表示，"假"用低电平0表示，1和0称为数字电路的真值或逻辑值。

(2)       基本逻辑关系:与、或、非，对应的基本逻辑电路:与门、或门、非门

基本逻辑电路

(3)       复合逻辑关系:与非、或非、同或、异或、与或非等需要由多个基本逻辑关系构成的逻辑关系称为复合逻辑关系，对应的逻辑电路有与非门、或非门等。

复合逻辑电路

【典型例题】

 

1.如图所示的电路，下列分析中正确的是(　　)

A.V2始终不发光

B.S断开时，V1不发光，V2发光

C.S断开时，V1发光，V2不发光

D.S闭合时，V1发光，V2发光

  
 

2.如图所示是由三个非门、两个与门和一个或门构成的组合逻辑电路，关于该电路的逻辑功能分析正确的是(　　)

A．两输入端有一个输入为1，输出就为1

B．两输入端有一个输入为0，输出就为1

C．两输入端输入不同，输出为0

D．两输入端输入相同，输出为0

  
  

(4)       电子集成芯片

①     JN6201音乐芯片

输入：I1,I2,I3,I4

输出：O1,O2音乐(扬声器),O3发光二极管,O4继电器

功能：

高电平触发,

若输入端I1,I2,I3,I4有一个高电平,则 O1, O 2, O 3为高电平,O4为低电平

若输入端I1,I2,I3,I4全为低电平,则 O1, O 2, O 3为低电平,O4为高电平

*I1,I2,I3,I4只能有一个是高电平, O 3高电平实际是一个脉冲信号,可以看做高电平处理

  

②     CF741电压比较器

输入：2(U-),3(U+)

输出：6

其他：4负电源(-VCC),7正电源(+VCC)

功能：

U+>U-时,U6为高电平(+VCC)

U+<U-时,U6为低电平(-VCC)

U+=U-时,U6为零电平((+V_CC+(-V_CC))/2=0)

  

③     555芯片

  

输入：2,6

输出：3

其他：1(GND)接地,4(RST)复位(通常接高电平,接低电平输出恒为0), 5(CTRL)控制端(控制芯片阈值电压,接空时阈值为VCC、VCC,

7(DIS)放电(给电容充电),8 VCC(供电)

功能：

U2<VCC,U6<VCC时,U3为高电平

U2>VCC,U6<VCC时,U3保持上一状态

U2>VCC,U6>VCC时, U3为低电平

  

【典型例题】

如图所示是一个用555集成制作的路灯自动控制电路。

根据材料回答以下三题：

1.当外界光线逐渐变亮时，555输入脚2、6脚的电压如何变化(　　)

  

A．逐渐升高

B．逐渐降低

C．不变

D．等于0

  

2.当外界光线较暗时，路灯H还没有亮，应如何调试(　　)

  

A．升高电源Vcc电压

B．路灯灯泡功率换小

C．可调电阻Rp调小

D．可调电阻Rp调大

  

3.不管外界的光线如何变化，路灯H一直不亮，以下最不可能的原因是(　　)

A．可调电阻Rp两端的其中一端跟电路没接上

B．光敏电阻Rg两端的其中一端跟电路没接上

C．继电器线圈的一端跟555集成的3脚没接上

D．555集成4、8脚没跟电源正极连接

(5)       数字集成电路

门电路：用晶体三极管或MOS管构成的电路

场效应晶体三极管： 即MOS管，有三个极：源极S(Source)、栅极G(Gate)和漏极D(Drain)。与晶体三极管对应关系如下：源极相当于发射极,漏极相当于集电极,栅极相当于基极。

常用数字集成电路：

TTL(晶体管—晶体管逻辑)：晶体三极管构成，速度快，负载电流大，功率大。

CMOS(互补MOS电路)： MOS管构成，功率低，速度慢，负载电流小，容易损坏。

(6)       基本触发器：又叫SR触发器，有2输入端(S和R)，2输出端(Q和Q非)，S(set)称为置位端或置1端，R(reset)称为复位端或置0端，Q为输出值，Q非为输出值取反。运行状态如下：S=1,R=0时Q=1；S=0,R=1时Q=0；S=0,R=0时Q不变；S=1,R=1时Q不稳定(不使用)。

  

【典型例题】

  

1.如图所示的基本RS触发器处于(　　)

A．置1状态

B．置0状态

C．保持状态

D．停止状态

 

 

2.以下关于触发器与基本逻辑门电路比较，说法正确的是(　　)

  

A．两者都有记忆功能

B．只有触发器有记忆功能

C．只有基本逻辑门有记忆功能

D．都没有记忆功能

  

 

4.         多用电表：常用测试仪器之一，具有用途广、量程宽、使用方便、价格低廉等优点。多用电表有数字式和模拟式两大类，数字式多用电表读数容易，模拟式多用电表能方便快速地观察近似值或被测值变化情况。多用电表功能：

 

  

√ 电阻的测量

         将多用电表的波段开关置于“Ω”挡，并选择×1、×10、×100、×1 k、×10 k几挡的合适挡位，从表面上Ω指示处读出的数值必须乘上波段开关上对应的挡位值才是电阻值表面上的Ω，刻度线右端为零，左端是∞，这与其他各个读数变化方向正好相反。调零时，应将两根表棒短路，调节指针于右端为“0”值刻度线上。

√ 直流电流的测量

         必须将多用电表串联在被测电路中，使被测电流通过多用电表，红表棒接电源正极，黑表棒接电源负极，即保证被测电流由红表棒流入，黑表棒流出。要正确选择档位，若不知被测电流的大小，应先选择最大挡位，然后根据指示情况再逐级调小挡位，为保护多用电表，测量结束后，应将波段开关放在电压挡。

直流电压、交流电压的测量注意事项与上述类似。

√判断二极管好坏

①     数字万用表先调至二极管挡位：用红表笔接假设的P端，黑表笔接另一端，测试

值为几百左右，接着将表笔对调测试值为无穷大，表明现在红表笔接的是N极，黑表笔接的是P极。

②     指针万用表调至电阻1*100或1*1 k挡，用两个表笔分别接二极管两个电极，然后

调换表笔位置再测一次。其中一次表指针会产生偏转，另一次应该不动。产生偏转时黑表笔接的是二极管的正极，红表笔是负极。

         如果两次都发生偏转，说明二极管被击穿了；如果两次都不偏转，二极管内部已经断路了，这两种情况都表明二极管已经损坏不能再用了。

√判断三极管(NPN)好坏

①     数字万用表置于PN结挡

红表笔接B，黑表笔接E，若最高位仍显示1，说明发射结不通，判断坏；

红表笔接B，黑表笔接C，若最高位仍显示1，说明集电结不通，判断坏；

红表笔接C，黑表笔接E，若显示为有限数字甚至滴滴响，说明C—E间击穿，判断坏。

②     指针万用表置于×1 k电阻挡

黑表笔接B，红表笔接E，若表针纹丝不动，说明发射结不通，判断坏；

黑表笔接B，红表笔接C，若表针纹丝不动，说明集电结不通，判断坏；

黑表笔接C，红表笔接E，若表针读数为零，说明C—E间击穿，判断坏。

【典型例题】

  

如图所示可用于测NPN型三极管的好坏，结合图形，下列说法正确的是(　　)

A．如果两次测得的电阻值都较大，说明三极管是好的

B．如果两次测得的电阻值都较小，说明三极管是好的

C．如果两次测得的电阻值都较小，再将红表笔接在基极上，将黑表笔先后接在其余两个极上，若两次测得的电阻值也都很小，则说明三极管是好的

D．如果两次测得的电阻值都较小，再将红表笔接在基极上，将黑表笔先后接在其余两个极上，若两次测得的电阻值都很大，则说明三极管是好的

 

 

5.         电路焊接

(1)       锡焊：锡具有亲和性好、性能稳定、存储量大等优点，因此它是最佳焊锡材料，并一直沿用至今。

(2)       锡焊条件：被焊件可焊且表面清洁、适当的助焊剂、适当的焊接温度与焊接时间

(3)       锡焊原理：电烙铁发热使锡融化来焊接电子元器件。

(4)       助焊剂作用：帮助和促进焊接过程，同时具有保护作用、阻止氧化反应发生。

(5)       电烙铁的使用：

①     右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡。

②     将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60°角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在2～3秒钟。

③     抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。

锡焊的步骤

(6)       焊接缺陷与故障

【典型例题】

  

在电子控制技术实践课上，同学们用电烙铁进行焊接操作(如图所示)，小明发现有下列方法，其中正确的是(　　)

  

A.先用电烙铁加热元件引脚，再加焊锡，

熔化的焊锡沿着引脚流到焊盘上形成焊点

B.先将焊锡移到焊盘上方，再用电烙铁加热焊锡，

让熔化的焊锡滴到焊盘上形成焊点

C.先将焊锡熔化在电烙铁上，再用电烙铁在焊盘上来回涂抹，

把焊锡均匀地涂在引脚四周

D.先用电烙铁同时加热焊盘和元件引脚，

再将焊锡送入使其熔化，在引脚和焊盘间形成焊点

 

【课堂练习】

1.关于如图四种电子元器件的说法中错误的是（　　）

  

                                              

A． 标有棕红黄金4道的电阻表示其阻值为120KΩ

B． 标有104的瓷片电容表示其容量为104PF

C． 标有5.1的稳压二极管表示其稳压值为5.1V

D． 标有9013的三极管表示其型号为9013（即cs9013）

 

2.如图所示是某电动玩具的电路图，电路图中R1应选用的类型是(　　)

3.如图所示是干簧管的外形和内部结构，以下说法不正确的是(　　)

A．电子控制系统中，干簧管是获取外部信息的一种途径

B．干簧管是一种磁敏传感器，当有磁铁靠近时，干簧管的两个簧片相互分离

C．干簧管能把磁场信号转换为电流信号

D．干簧管的两个电极没有正负之分  

 

 

4.下列关于如图所示电路的分析中，正确的是(　　)

A.S断开时V不发光，S闭合时V发光

B.S断开时V发光，S闭合时V不发光

C.不管S闭合还是断开，V都发光

D.因为电路的初始状态未知，所以不能确定V是否发光

  

5.如图所示是小明设计的蔬菜大棚自动报警电路示意图，R1是负温度系数热敏电阻。当光线暗并且温度低于设定值时，蜂鸣器发声报警。图中虚线框处应选用的逻辑门是(　　)

 

6. 如图所示为楼道照明灯的控制电路。用A和B分别表示2个单刀双掷开关的状态，“1”表示开关向上，“0”表示开关向下。用L表示灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯不亮。关于该电路的逻辑关系，下列真值表中正确的是(　　)

 

 

7.如图所示的某电磁继电器接线图，其中是常闭触点的是(　　)

A.①②

B.③④

C.③⑤

D.⑦⑨

 

8.图a所示是光控喇叭试验电路原理图，当光线充足时，喇叭发出声音。R1、R2、R3、V1组成光线信号采集与放大电路，集成店里JN6201为音乐集成电路(引脚见图b)，用于实现逻辑控制和音乐的输出。请完成以下任务：

  

图a光控喇叭试验电路

图bJN6201引脚图

 

(1)当光线充足，喇叭发出声音时，此时三极管V1的工作状态为________(在①饱和；②放大；③截至中选择一项，将序号填写在“________”处)；

(2)现在电路中接入一个发光二极管，当喇叭响起时，发光二极管点亮，喇叭不响时，发光二极管熄灭，以下接入位置中最合理的是________(在①R1与R2之间；②V1的发射极；③V2的基极中选择一项，将序号填写在“________”处)；

(3)发光二极管的电路符号，以下正确的是(　　)

(4)小明同学要将该实验电路改装为楼道灯控制系统，当天暗时，楼道灯自动打开，天亮时自动关闭。楼道灯由220 V交流电源供电，采用直流电磁继电器的触点作为楼道灯的开光，用三极管控制继电器触点的闭合与断开。已知JN6201在第2脚输入高电平时，第9脚才输出高电平。请你根据上述条件和要求在虚线框中帮助小明画全电路。