指针式万用表的原理与种类

指针式万用表的原理与种类 前 言 自从第三次工业革命以来，人们的生活就与电结下了不解之缘。工业的发展、科技的进步，或多或少都会受到电和电子产品的影响。作为电类专业的一名学生,认识和了解电和电子产品是我们不可缺少的知识。万用表作为电子电工最基本的测量工具，是我们在电子专业学生必须熟练掌握并应用的工具之一。 万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表。一般的万用表可以测量直流电流、交直流电压和电阻，有些万用表还可测量电容、功率、晶体管共射极直流放大系数hFE等。其最基本的工作原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表(微安表)做表头，当微小电流通过表头就会有电流指示，这样我们就可以直观的测量并发掘各种待测物理量。我们所研究的MF-47型万用表是新颖的磁电系整流便携式多量程万用表。它具有26个基本量程和电平、电容、电感、晶体管直流参数等7个附加参考量程，且具有分档细、灵敏度高、体形轻小、性能稳定、过载保护可靠、读数准确、使用方便等优点。因为它的这些优点，使其广泛适用于电子仪器、无线电通信、电气设备、家用电器、工厂和科学等领域。 通过设计、组装、调试MF-47型万用表，熟练掌握万用表的组成结构、原理，明确组成万用表的各种电路的优缺点。能根据给定的技术参数，主要包括:表头灵敏度、内阻、波段开关结构、格挡量程要求等，选择合适的电路设计万用表线路。这样可以提高我们理论与实际相结合的能力，使 我们能够根据所学知识，设计绘制各种万用表电路图，并从中进行优化选择。做到触类旁通，真正的加强自身设计能力，进一步提高我们识图、绘图和计算电路的能力。在对MF-47型万用表进行组装中，我们必不可少的会接触焊接工艺和焊接，焊接作为电子产品生产中不可或缺的工艺流程，它考验的是我们的动手能力和细心程度。因为没有良好的焊接技术，再完美的电路设计也只是空想。掌握良好的焊接技术，对于我们走上工作 1 岗位有很大的帮助。而在对MF-47型万用表的调试过程中，我们会接触到机械部分的调试。这对我们回顾工程制图、机械原理起到很大的帮助。 通过此次万用表的设计与装配，真正的使我们做到对大学四年所学知识的回顾，进一步加强我们认识、设计、选择电路的能力。其次培养我们在工作中耐心细致，一丝不苟的工作作风，为今后走上工作岗位打下良好的基础。 2 1.1指针式万用表的原理 指针式万用表的最基本工作原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表(微安表)做表头。当微小电流通过表头就会有电流指示。但表头不能通过过大的电流，所以必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流与降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。下面对其进行一一的介绍 1.1.1测直流电流原理 如图1-1所示，在表头上并联一个适当的电阻(叫分流电阻)进行分流，就可以扩展电流量程。改变分流电阻的阻值，就能改变电流测量范围。 1.1.2测直流电压原理 如图1-2所示，在表头上串联一个适当的电阻(叫倍增电阻)进行降压，就可以扩展电压量程。改变倍增电阻的阻值，就能改变电压测量范围。 3 1.1.3测交流电压原理 如图1-5所示，因为表头是直流表，所以测量交流时，需加装一个并串式半波整流电路，将交流进行整流变成直流后再通过表头，这样就可以通过直流电的大小来测量交流电压。扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相似，指针式万用表的交流电压档，普遍采用平均值整流电路，可分为半波整流(见图1-3)和全波整流(见图1-4)两种。 4 1.1.4测电阻原理 如图1-6所示，在表头上并联和串联适当的电阻，同时串接一节电池，使电流通过被测电阻。根据电流的大小，就可测量出电阻值。改变分流电阻的阻值，就能改变电阻的量程。 1.2指针式万用表的结构 指针式万用表的形式很多，但基本结构是类似的。指针式万用表的结构主要由表头、转换开关(又称选择开关)、测量线路等三部分组成。 表头采用高灵敏度的磁电式结构，是测量的显示装置，万用表的表头实际上是一个灵敏电流计。表头上的表盘印有多种符号，刻度线和数值。符号A-V-Ω这只电表是可以测量电流、电压和电阻的多用表。表盘上印有多条刻度线，其中右端标有“Ω”的是电阻刻度线，其右端为零，左端为?， 刻度值分布是不均匀的。符号“-”或“DC”表示直流。“~”表示交流和直流公用的刻度线。刻度线下的几行数字是与选择开关的不同档位相对应的刻度值。另外表盘上还有表示表头参数的符号:如DC20KΩ/V 、AC9KΩ/V等。表头上还设有机械零位调整旋钮(螺钉)，用以矫正指针在左端指零位。 转换开关用来选择被测电量的种类和量程或倍率;万用表的选择开关是一个多档位的旋转开关。用来选择测量项目和量程或倍率。 一般万用表 5 的测量项目包括:“mA”、直流电流;“V”、直流电压;“~”、交流电流;“v”交流电压;“Ω”、电阻。每个测量项目又划分为几个不同的量程或倍率供选择。 测量线路则是将不同性质和大小的被测电量转化成表头所能接受的直流电流。 1.3指针式万用表的种类 万用表可以分为指针式万用表、台式数字万用表、便携式数字万用表、笔型数字万用表等。随着技术的发展，人们研制出微机控制的虚拟式万用表，被测物体的物理量通过非电量/电量，将温度等非电量转换成电量，再通过A/D转换，由微机显示或输送给控制中心，控制中心通过信号比较做出判断，发出控制信号或者通过D/A转换来控制被测物体。 6 第二章 MF-47型万用表的原理与结构 2.1 MF-47型万用表的工作原理 它的工作原理见图(2-1)，它的显示表头是一直流 μA表，WH2是电位器用于调节表头回路中的电流的大小。D3、D4 两个二极管反向并联并与电容并联，用于保护限制表头两端的电压起保护表头的作用，使表头不至电压，电流过大而烧坏。电阻档分为1×Ω、10×Ω、100×Ω、1K×Ω、10 K×Ω几个量程，当转换开关打到某一个量程时，与某一个电阻形成回路，使表头偏转，测出阻值的大小。 本图纸中凡电阻阻值未注明者为Ω，功率未注明者为1/4w 7 2.2 MF-47型万用表电阻档的工作原 MF-47型万用表电阻档的工作原理(见图2-2)，电阻档分为1×Ω、10×Ω、100×Ω、1K×Ω、10 K×Ω、5个量程。例如:将档位开关旋钮打到1×Ω时，外接被测电阻通过-COM端与公共显示部分连接;通过“，”经过0.5A熔断器接到电池，再经过电刷旋钮与R18相连，WH1为电阻档公用调零电位器，最后与公共显示部分形成回路，使表头偏转测出阻值的大小。 其电路板线路见图 2-3 8 2.3 MF-47型万用表的结构 万用表由机械部分、显示部分、与电器部分三大部分组成。机械部分包括:外壳、档位开关旋钮及电刷等部分组成;显示部分是表头;电器部分由测量线路板、电位器、电阻、二极管、电容等部分组成。 2.4 MF-47型万用表的特点 MF-47型万用表采用高灵敏度的磁电系整流式表头，造型大方、设计紧凑、结构牢固、携带方便、零部件均选用优良材料及工艺处理，具有良好的电气性能和机械强度。其特点为: (1)测量机构采用高灵敏度表头，性能稳定。 (2)线路部分保证可靠、耐磨、维修方便。 (3)测量机构采用硅二极管保护，保证过载时不损坏表头，并且线路设有0.5A保险丝以防止误用时烧坏电路。 (4)设计上考虑了湿度和频率补偿。 (5)低电阻档选用2号干电池，容量大、寿命长。配合高压线路，可测量电视机内25kV以下高压。 (6)配有晶体管静态直流放大系数检测装置。 (7)表盘标度刻度线与档位开关旋钮指示盘均为红、绿、黑三色，分别按交流红色、晶体管绿色、其余黑色对应制成。共有七条专用刻度线，刻度分开，便于读数;配有反光铝膜，消除视差，提高了读数精度。除交直流2500V和直流5A分别有单独的插座外，其余只须转动一个选择开关，就可进行轻松的测量。 (8)使用方便且装有提把，不仅便于携带，而且可在必要时作倾斜支撑，便于读数。 9 第三章 元器件的识别与选择 3.1 二极管极性的判断 3.1.1 二极管极性的判别方法 判断二极管极性时可用万用表将红表棒插在“，”，黑表棒插在“,”，将二极管搭接在表棒两端(见图3-1)观察万用表指针的偏转情况，如果指针偏向右边，显示阻值很小。表示二极管与黑表棒连接的为正极，与红表棒连接的为负极。与实物相对照，黑色的一头为正极，白色的一头为负极，也就是说阻值很小时，与黑表棒搭接的是二极管的正极。反之，如果显示阻值很大，那么与红表棒搭接的是二极管的正极。 3.1.2 用万用表判断二极管极性的原理 10 用万用表判断二极管极性的原理(见图3-2)，由于电阻档中的电池正极与黑表棒相连，这时黑表棒相当于电池的正极，红表棒与电池的负极相连，相当于电池的负极，因此当二极管正极与黑表棒连通，负极与红表棒连通时，二极管两端被加上了正向电压，二极管导通，显示阻值很小。 3.2 电解电容极性的判断 3.2.1电容的特性 电容器是一种能储存电荷的容器。它是由两片靠得较近的金属片中间再隔以绝缘物质而组成的。按绝缘材料的不同,可制成各种各样的电容器。如:云母、瓷介、纸介、电解电容器等。在构造上,又分为固定电容器和可变电容器。电容器对直流电阻力无穷大,即电容器具有隔直流作用。电容器对交流电的阻力受交流电频率的影响,即相同容量的电容器对不同频率的交流电呈现不同的容抗，因为电容器是依靠它的充放电功能来工作的。当电源开关s未合上时， 电容器的两片金属板和其它普通金属板—样是不 11 带电的。当开关S合上时,电容器正极板上的自由电子便被电源所吸引,并推送到负极板上面。由于电容器两极板之间隔有绝缘材料,所以从正极板跑过来的自由电子便在负极板上面堆积起来。正极板便因电子减少而带上正电,负极板便因电子逐渐增加而带上负电。电容器两个极板之间便有了电位差,当这个电位差与电源电压相等时,电容器的充电就停上了。此时若将电源切断,电容器仍能保持充电电压。对已充电的电容器,如果我们用导线将两个极板连接起来,由于两极板间存在的电位差,电子便会通过导线,回到正极板上,直至两极板间的电位差为零。电容器又恢复到不带电的中性状态,导线中也就没电流了。加在电容器两个极板上的交流电频率高,电容器的充放电次数越多;充放电电流也就越强。也就是说，电容器对于频率高的交流电的阻碍作用就减小,即容抗小。反之电容器对频率低的交流电产生的容抗就大。对于同一频率的交流电，电容器的容量越大,容抗就越小;容量越小,容抗就越大。 3.2.2判断方法 不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量其极性。我们知道只有电解电容的正极接电源正极(电阻挡时的黑表笔),负端接电源负极(电阻挡时的红表笔)时,电解电容的漏电流减小(漏电阻大)。反之,则电解电容的漏电流增加(漏电阻减小)。 测量时,先假定某极为“ + ”极,让其与万用表的黑表笔相接,另一电极与万用表的红表笔相接,记下表针停止的刻度(表针靠左阻值大),然后将电容器放电(既两根引线碰一下),两只表笔对调,重新进行测量。两次测量中, 表针最后停留的位置靠左(阻值大)的那次,黑表笔接的就是电解电容的正极。测量时最好选用 R*100 或 R*1K 挡。 12 3.3 用色环法判断电阻 色环电阻识别方法:因为电阻上面用了四道色环或者五道色环来表示电阻值。可以从任意角度一次性的读取代表电阻值的颜色信息。 判断技巧如下: 技巧1:先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻误差的颜色是:金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。 技巧2:棕色色环是否是误差标志的判别。棕色色环既常用做误差环，又常作为有效数字环，且常常在第一环和最末一环中同时出现，使人很难识别谁是第一环。在实践中，可以按照色环之间的间隔加以判别:比如对于一个五道色环的电阻而言，第五环和第四环之间的间隔比第一环和第二环之间的间隔要宽一些，据此可判定色环的排列顺序。 技巧3:在紧靠色环间距还无法判定色环顺序的情况下，还可以利用电阻的生产序列值来加以判别。比如有一个电阻的色环读序是:棕、黑、黑、黄、棕，其值为:100×10000=1MΩ误差为1%，属于正常的电阻系列值，若是反顺序读:棕、黄、黑、黑、棕，其值为140×1Ω=140Ω，误差为1%。显然按照后一种排序所读出的电阻值，在电阻的生产系列中是没有的，故后一种色环顺序是不对的。 13 识别四色环电阻大小(如图3-3) 第一色环是十位数，第二色环是个位数，第三色环是应乘颜色次幂颜色次，第四色环是误差率。 【例】 棕 红 红 金 其阻值为12×10^2=1.2K 误差为?5% 误差表示电阻数值，在值1200上下波动(5%×1200)都表示此电阻是可以接受的，即在1140-1260之间都是好的电阻。 识别五色环电阻大小(如图3-3): 第一色环是百位数，第二色环是十位数，第三色环是个位数， 第四色 14 环是应乘颜色次幂颜色次，第五色环是误差率。 首先，从电阻的底端，找出代表公差精度的色环，金色的代表5%，银色的代表10%。再从电阻的另一端，找出第一条、第二条色环，读取其相对应的数字，如下例:前两条色环都为红色，故其对应数字为红2、红2，其有效数是22。再读取第三条倍数色环黑1。所以，我们得到的阻值是22x1=22Ω。如果第三条倍数色环为金色，则将有效数乘以0.1。如果 第三条倍数色环为银色，则乘以0.01。 色环标示主要应用圆柱型的电阻器上，如:碳膜电阻、金属膜电阻、金属氧化膜电阻、保险丝电阻、绕线电阻。在早期，一般当电阻的表面不足以用数字表示法时，就会用色环标示法来表示电阻的阻值、公差、规格。 色环主要分成两部分: 第一部分:靠近电阻前端的一组是用来表示阻值的。 两位有效数的电阻值，用前三个色环来代表其阻值，如:39Ω，39KΩ，39MΩ。 三位有效数的电阻值，用前四个色环来代表其阻值，如:69.8Ω，698Ω，69.8KΩ，一般用于精密电阻的表示。 第二部分:靠近电阻后端的一条色环用来代表公差精度。 第一部分的每一条色环都是等距的且自成一组，容易和第二部分的色环区分。 四个色环电阻的识别:第一、二环分别代表两位有效数的阻值;第三环代表倍率;第四环代表误差。五个色环电阻的识别:第一、二、三环分别代表三位有效数的阻值;第四环代表倍率;第五环代表误差。如果 第五条色环为黑色，一般用来表示为绕线电阻器，第五条色环如为白色，一般用来表示为保险丝电阻器。如果电阻体只有中间一条黑色的色环，则代表此电阻为零欧姆电阻。另外还有中间只有一道黑色色环的电阻 其阻值为零。对照表(见附录表1) 带有四个色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数;第三环代表倍率;第四环代表误差。快速识别的关键在于根据第三环的颜色把阻值 15 确定在某一数量级范围内，例如是几点几K、还是几十几K的，再将前两环读出的数"代"进去，这样就可很快读出数来。 下面介绍掌握此方法的几个要点: (1)熟记第一、二环每种颜色所代表的数。可这样记忆:棕1、红2、 橙3、黄4、绿5、蓝6、紫7、灰8、白9、黑0。这样连起来读，多复诵几遍便可记住。 记准记牢第三环颜色所代表的阻值范围，这一点是快速识别的关键。具体是: 金色:几点几 Ω 黑色:几十几 Ω 棕色:几百几十 Ω 红色:几点几 kΩ 橙色:几十几 kΩ 黄色:几百几十 kΩ 绿色:几点几 MΩ 蓝色:几十几 MΩ 从数量级来看，大体上可把它们划分为三个大的等级，即:金、黑、棕色是欧姆级的;红、橙、黄色是千欧级的;绿、蓝色则是兆欧级的。这样划分一下是为了便于记忆。 (3)当第二环是黑色时，第三环颜色所代表的则是整数，即几十、百 kΩ等，这是读数时的特殊情况要注意。例如第三环是红色，则其阻值即是整数kΩ的。 (4)记住第四环颜色所代表的误差，即:金色为5%;银色为10%;无色为20%。 3.4元器件引脚的弯制与成型 左手用镊子紧靠电阻的本体，夹紧元器件的引脚(见图3-5、图3-6)， 16 使引脚的弯折处，距离元件的本体有两毫米以上的间隙。左手夹紧镊子，右手食指将引脚弯成直角。(注意:不能用左手捏住元件本体)右手紧贴元件本体进行弯制。如果这样，引脚的根部在弯制的过程中容易受力而损坏，元件弯制后的形状(见图3-7)，引脚之间的距离，根据线路板孔距而定，引脚修剪后的长度大约为8mm，如果孔距较小，元件较大，应将引脚往回弯折成形(见图3-7中c、d)。电容的引脚可以弯成直角，将电容水平安装(见图3-7中e)，或弯成梯形，将电容垂直安装(见图3-7中h)。二极管可以水平安装，当孔距很小时应垂直安装(见图3-7中i)，为了将二极管的引脚弯成美观的圆形，应用螺丝刀辅助弯制(见图3-8)。将螺丝刀紧靠二极管引脚的根部，十字交叉，左手捏紧交叉点，右手食指将引脚向下弯，直到两引脚平行。 17 18 有的元件安装孔的距离较大，应根据线路板上对应的孔距弯曲成形(见图3-9) 元器件做好后应按规格型号的标注方法进行读数。将胶带轻轻贴在纸上，把元器件插入、贴牢、写上元器件规格型号值，然后将胶带贴紧，备用(见图3-10)。注意:不要把元器件引脚剪太短。 19 20 第四章 MF-47型万用表的设计与组装 4.1 按照MF-47型万用表原理绘制图纸 根据指针式万用表原理，设计绘制出MF-47型万用表电路图(如图4-1) 本图纸中凡电阻阻值未注明者为Ω，功率未注明者为1/4w 4.2 选择并清点所需元器件 根据电路的基本原理绘制出电路图， 选择适合该电子电路的电子元器 21 件，如:电阻、电容、电导等相关器件。将其进行分类、查数，为后续的安装工作奠定基础。其具体数量及主要元器件为: 1、电阻:数量28，根据识别法，将28只电阻识读后插在对应的元件清单上。 2、可调电阻:数量 2 3、二极管:1N4007 6只 4、保险丝夹:2只 5、电容:2只 6、保险丝: 1只 7、连接线:4根电源线、1根短路线。 附MF-47型万用表元器件明细表(见附录表2) 4.3 MF-47型万用表的组装 4.3.1按电路图安装电阻和二极管 在安装电阻前先用色环法对各个电阻进行读数分类，将相同阻值的电阻放在一起，然后按照电路图，从上向下或者从左向右安装电阻。线路板正面元器件的安装如图(4-2)，背面元器件的安装如图(4-3)。 22 4.3.2 电位器的安装 电位器安装时,应先测量电位器引脚间的阻值,电位器共有五个引脚,其中三个并排的引脚中1、3为固定触点,2为可动触点,1、3之间的阻值应为10kΩ,拧动电位器的黑色小旋钮,测量1 与2 或者 2 与 3 之间的阻值应在0 -10kΩ 间变化。有阻值或者阻值不改变时,说明电位器已经损坏,不能安装。电位器的两个粗的引脚主要用于固定电位器。安装时应捏住电位器的外壳,平稳地插入,不应使某一个引脚受力过大。不能捏住电位器的引脚安装,以免损坏电位器。否则 5个引脚焊接后,要更换电位器就非常困难。 4.3.3 分流器的安装 安装分流器时要注意方向，不能让分流器影 响电路板及其余电阻 23 的安装。(见图4-4) 4.3.4输入插管的安装 输入插管是装在电路板铜箔里面,是用来插红黑表棒以及晶体三极管的,因此一定要焊接牢固,要注意方向垂直。连线的焊接要记住哪根线应与电池正极相连、哪根线应与电池负极相连。保险丝夹安装时，注意夹子带有挡片一端朝上,以免保险管无法装入或者与保险管接触不良。5A分流器焊接在电路板铜箔面,注意安装高度,焊接应牢固。 4.3.5晶体管插座的安装 晶体管插座装在线路板绿面，用于判断晶体管的极性。在绿面的左上 角有6个椭圆的焊盘，中间有两个小孔，用于晶体管插座的定位，将其放入小孔中检查是否合适，如果小孔直径小于定位突起物，应用锥子稍微将孔扩大，使定位突起物能够插入。 将晶体管插片插入晶体插座中，检查是否松动，应将其拔出并将其弯成适当形状，插入晶体管插座中，将其伸出部分折平。 24 4.3.6机械部分的安装与调试 4.3.6.1提把的安装 后盖侧面有两个O小孔，是提把铆钉安装孔。观察其形状，思考如何将其卡入，但注意现在不能卡进去。 提把放在后盖上，将两个黑色的提把橡胶垫圈垫在提拔与后盖中间，然后从外向里将提把铆钉按其方向卡入，听到咔嗒声后说明已经安装到位。如果无法听到咔嗒声，可能是橡胶圈太厚，应更换后重新安装。 大拇指放在后盖内部，四指放在后盖外部，用四指包住提把铆钉，检查铆钉是否已安装牢固，注意一定要用四指包住提把铆钉，否则会使其丢失。 将提把转向朝下，检查其是否能起支撑作用，如果不能支撑，说明橡胶垫圈太薄，应该重新更换安装。 4.3.6.2电刷旋钮的安装 取出弹簧和钢珠，并将其放入凡士林油中，使其粘满凡士林。加油有两个作用:(1)使电刷旋钮润滑，旋转灵活。(2)起粘附作用，将弹簧与钢珠粘附在电刷旋钮上，防止丢失。 将加上润滑的弹簧放在电刷旋钮的小孔上，钢珠粘附在弹簧的上方。 将电刷旋钮平放在面板上，注意电刷放置方向，用起子轻轻顶，使钢珠卡入花瓣槽内，小心滚掉，然后手指均匀用力将电刷旋钮卡入固定卡。 4.3.6.3 档位开关旋钮的安装 电刷旋钮安装正确后，将它转到电刷安装卡向上位置，将档位开关旋 25 钮白线向上套在正面电刷旋钮的小手柄，向下轻压即可。 如果白线与电刷安装卡方向相反，必须拆下重装。拆除时用平口起子对称的轻轻撬起，依次按左、右、上、下的顺序将其橇下，注意用力轻且对称，否则容易撬坏。 4.4电刷的安装 电刷的方向一定要安装正确,确保三只触脚正常接触到电路板,否则万用表不能正常使用。将档位开关旋钮白线向上,然后按正确的方向将电刷套在档位开关的铁轴上,垫上带齿垫片,拧上螺帽上紧即可。(见图4-5) 4.5线路板的安装 安装线路板前先应检查线路板焊点的质量及高度， 特别是在外侧两全 26 轨道中的焊点，由于电刷要从中通过，安装前一定要检查焊点高度，不能超过2mm，直径不能太大，如果焊点太高会影响电刷的正常转动甚至刮断电刷。 线路板用三个固定卡固定在面板背面，将线路板平放在固定卡上，依次卡入即可，如果要拆下重装，依次轻轻扳动固定卡，注意在安装线路板 前应将表头连接线焊上。 最后是装电池和后盖，装盖时左手拿后盖稍低，将后盖从下向上推入面板，拧上螺丝，注意拧螺丝时用力不可太大或过猛，以免将螺丝拧坏。 27 第五章 焊接技术 5.1 元器件处理 元件经过长期存放，会在元件表面形成氧化层，不但使元件难以焊接，而且影响焊接质量，因此当元件表面存在氧化层时，应首先清除元件表面的氧化层。注意用力不能过猛，以免使元件引脚受伤或折断。 清除元件表面的氧化层的方法是:左手捏住电阻或其它元件的本体，右手用锯条轻刮元件引脚的表面，左手慢慢地转动，直到表面氧化层全部去除。为了使电池夹易于焊接要用尖嘴钳前端的齿口部分将电池夹的焊接点锉毛，去除氧化层。 5.2 焊接方法 5.2.1五步焊接法(见图5-1): (1)准备施焊:准备好焊锡丝和烙铁，此时特别强调的施烙铁头部要保持干净，即可以沾上焊锡(俗称吃锡)。(2)加热焊件:将烙铁接触焊接点，注意首先要保持烙铁加热焊件各部分。例如:印制板上引线和焊盘都使之受热，其次要注意让烙铁头的扁平部分(较大部分)接触热容量较大的焊件，烙铁头的侧面或边缘部分接触热容量较小的焊件，以保持焊件均匀受热。(3)熔化焊料:当焊件加热到能熔化焊料的温度后将焊丝置于焊点，焊料开始熔化并润湿焊点。(4)移开焊锡:当熔化一定量的焊锡 后将焊锡丝移开。(5)移开烙铁:当焊锡完全润湿焊点后移开烙铁，注意移开烙铁的方向应该是大致45?的方向。 上述过程中，对一般焊点而言大约二、三秒钟。对于热容量较小的焊点，例如:印制电路板上的小焊盘，有时用三步法概括操作方法，即将上 28 述步骤2，3合为一步，4，5合为一步。实际上细微区分还是五步，所以五步法有普遍性，是掌握手工烙铁焊接的基本方法。特别是各步骤之间停留的时间，对保证焊接质量至关重要，只有通过实践才能逐步掌握。 5.2.2 焊点的正确形状 焊点的正确形状为近似圆锥而且表面稍微凹陷、呈漫坡状，以焊接导线为中心，对称成裙形展开。虚焊点的表面往往向外凸出，可以鉴别出来。 焊点上，焊料的链接面呈现凹形自然过渡，焊锡和焊件的交界处平滑，接触角尽可能小。焊点表面平滑，有金属光泽，无裂缝、气孔、夹渣。 焊点的正确形状(见图5-2)，焊点a一般焊接比较牢固;焊点b为理想状态，一般不易焊出这样的形状;焊点c焊锡较多，当焊盘较小时，可能会出现这种情况，但是往往有虚焊的可能;焊点d、焊点e焊锡太少;焊点f提烙铁时方向不合适，造成焊点形状不规则;焊点g烙铁温度不够，焊点呈碎渣状，这种情况多数为虚焊;焊点h焊盘与焊点之间有缝隙为虚焊或接触不良;焊点I引脚放置歪斜。一般形状不正确的焊点，元件多数没有焊接牢固，一般为虚焊点，应重焊。 29 焊点的正确形状俯视(见图5-3)，焊点a、b形状圆整，有光泽，焊 接正确;焊点c、d温度不够，或抬烙铁时发生抖动，焊点呈碎渣状;焊点e、f焊锡太多，将不该连接的地方焊成短路。 5.3电路板的焊接技术 5.3.1 电阻器的焊接 按图将电阻器准确装人规定位置。要求标记向上，字向一致。装完同一种规格后再装另一种规格，尽量使电阻器的高低一致。焊完后将露在印制电路板表面多余引脚齐根剪去。 5.3.2 电容器的焊接 30 将电容器按图装人规定位置，并注意有极性电容器其 “ ， ” 与 ” 极不能接错，电容器上的标记方向要方便可见。先装玻璃釉电“ , 容器、有机介质电容器、瓷介电容器，最后装电解电容器。 5.3.3 二极管的焊接 二极管焊接要注意以下几点:第一、注意阳极阴极的极性，不能装错;第二、型号标记要易看可见;第三、焊接立式二极管时，对最短引线焊接时间不能超过2S。 5.3.4 三极管焊接 注意 e 、 b 、 c 三引线位置插接正确;焊接时间尽可能短，焊接时用镊子夹住引线脚，以利散热。焊接大功率三极管时，若需加装散热片，应将接触面平整、打磨光滑后再紧固，若要求加垫绝缘薄膜时，切勿忘记加薄膜。管脚与电路板上需连接时，要用塑料导线。 5.3.5集成电路焊接 首先按图纸要求，检查型号、引脚位置是否符合要求。焊接时先焊边沿的二只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。对于电容器、二极管、三极管露在印制电路板面上多余引脚均需齐根剪去。 元器件的焊顺序依次为:电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管，其它元器件为先小后大。 5.4错焊元器件的拆除 31 5.4.1拆焊方法 5.4.1.1分点拆焊法 对卧式安装的阻容元器件，两个焊接点距离较远，可采用电烙铁分点加热，逐点拔出。如果引线是弯曲的，用烙铁头撬直后再行拆除。具体方法是将印制板竖起，一边用烙铁加热待拆元件的焊点，一边用镊子或尖嘴钳夹住元器件引线轻轻拉出，然后再拆除另一引脚的焊点，最后将元器件拆下便可。 5.4.1.2集中拆焊法 晶体管及立式安装的阻容元器件之间焊接点距离较近，可用烙铁头同时快速交替加热几个焊接点，待焊锡熔化后一次拔出。对多接点的元器件，如开关、插头座、集成电路等，可用专用烙铁头同时对准各个焊接点，一次加热取下。 5.4.1.3采用铜编织线进行拆焊 将铜编织线蘸上松香助焊剂，然后放在将要拆焊的焊点上，再把电烙铁放在铜编织线上加热焊点，待焊点上的焊锡熔化后，铜编织线就会把焊 锡进行吸附(焊锡被熔到铜编织线上)，如果焊点上的焊料一次没有被吸完，则可进行第二次、第三次，直到全部吸完为止。当铜编织线吸满焊料后，就不能再用，就需要把已经吸满焊料的那部分剪去。如果一时找不到铜编织线，也可采用屏蔽线编织层和多股导线代替，使用方法与使用铜编织线拆焊的方法完全相同。 32 5.4.1.4采用医用空心针头进行拆焊 将医用针头用钢挫把针尖挫平，作为拆焊工具。具体的实施过程是，一边用烙铁熔化焊点，一边把针头套在被焊的元器件引脚焊点上，直至焊点熔化时，将针头迅速插入印制电路板的焊盘插孔内，使元器件的引脚与印制电路板的焊盘脱开。 5.4.1.5采用气囊吸锡器进行拆焊 将被拆的焊点加热，使焊料熔化，然后把吸锡器挤瘪，将吸嘴对准熔化的焊料，并同时放松吸锡器，此时焊料就被吸进吸锡器内。如一次没吸干净，可重复进行2、3次，照此方法逐个吸掉被拆焊点上的焊料便可。 5.5拆焊的注意事项 (1)严格控制加热的温度和时间。用烙铁头加热被拆焊点时，当焊料熔化，应及时沿印制电路板垂直方向拔出元器件的引脚，但要注意不要强拉或扭转元器件，以避免损伤印制电路板的印制导线、焊盘及元器件本身。 (2)拆焊时不要用力过猛。在高温状态下，元器件封装的强度会下降，尤其是塑封器件，拆焊时不要强行用力拉动、摇动、扭转，这样会造成元器件和焊盘的损坏。 (3)吸去拆焊点上的焊料。拆焊前，用吸锡工具吸去焊料，有时可以直接将元器件拔下。即使还有少量焊锡连接，也可以减少拆焊的时间，减少元器件和印制板损坏的可能性。在没有吸锡工具的情况下，则可以将印制电路板或能移动的部件倒过来，用电烙铁加热拆焊点，利用重力原理，让焊锡自动流向电烙铁，也能达到部分去锡的目的。 (4)当拆焊完毕，必须把焊盘插线孔内的焊料清除干净，否则就有可 33 能在从新插装元器件时，将焊盘顶起损坏(因为有时孔内焊锡与焊盘是相连的)。 5.6拆焊后重新焊接时应注意的问 拆焊后一般都要重新焊上元器件或导线，操作时应注意以下几个问题:(1)重新焊接的元器件引线和导线的剪截长度、离底板或印制板的高度、弯折形状和方向，都应尽量保持与原来的一致，使电路的分布参数不致发生大的变化，以免使电路的性能受到影响，特别对于高频电子产品更要重视这一点。(2)印制电路板拆焊后，如果焊盘孔被堵塞，应先用锥子或镊子尖端在加热下，从铜箔面将孔穿通，再插进元器件引线或导线进行重焊。特别是单面板，不能用元器件引线从印制板面穿孔，这样很容易使焊盘铜箔与基板分离，甚至使铜箔断裂。(3)拆焊点重新焊好元器件或导线后，应将因拆焊需要而弯折、移动过的元器件恢复原状。一个熟练的维修人员拆焊过的维修点一般是不容易看出来的。 5.7电池板的焊接 焊接前先要检查电池极板的松紧，如果太紧应将其调整。调整的方法是用尖嘴钳将电池极板侧面的突起物稍微夹平，使它能顺利地插入电池极 板插座，且不松动。(见图5-4) 34 电池极板安装的位置，(见图5-5)平极板与突极板不能对调，否则电路无法接通。 焊接时应将电池极板拨起，否则高温会把电池极板插座的塑料烫坏。为了便于焊接，应先用尖嘴钳的齿口将其焊接部位部分锉毛，去除氧化层。用加热的烙铁沾一些松香放在焊接点上，再加焊锡，为其搪锡。 将连接线线头剥出，如果是多股线应立即将其拧紧，然后沾松香并搪锡(连接线已经搪锡)。用烙铁运载少量焊锡，烫开电池极板上已有的锡，迅速将连接线插入并移开烙铁。如果时间稍长将会使连接线的绝缘层烫化，影响其绝缘。 连接线焊接的方向，连接线焊好后将电池极板压下，安装到位。(见 35 36 图5-6) 第六章 调试工作 6.1机械调零 旋动万用表面板上的机械零位调整螺钉，使指针对准刻度盘左端的“0”位置。 6.2表头的特点 表头的准确度等级为1级(即表头自身的灵敏度误差为?1, )，水平放置，整流式仪表，绝缘强度试验电压为5000V。表头中间下方的小旋钮为机械零位调节旋钮。 表头共有七条刻度线，从上向下分别为电阻(黑色)、直流毫安(黑色)、交流电压(红色)、晶体管共射极直流放大系数hEF(绿色)、电容(红色)、电感红色)、分贝(红色)等。 6.3读数 读数时目光应与表面垂直，使表指针与反光铝膜中的指针重合，确保读数的精度。检测时先选用较高的量程，根据实际情况，调整量程，最后使读数在满刻度的2/3附近。 6.3.1测量直流电压 测量直流电压时，把万用表两表棒插好，红表棒接“，”，黑表棒接“,”，把档位开关旋钮打到直流电压档，并选择合适的量程。当被测电压数值范围不确定时，应先选用较高的量程，把万用表两表棒并接到被测 37 电路上，红表棒接直流电压正极，黑表棒接直流电压负极，不能接反。根据测出电压值，再逐步选用低量程，最后使读数在满刻度的2/3附近。 测量直流电压步骤是: 1(选择量程。万用表直流电压档标有“V”，有2.5伏、10伏、50伏、250伏和500伏五个量程。根据电路中电源电压大小选择量程。由于电路中电源电压只有3伏，所以选用10伏档。若不清楚电压大小，应先用最高电压档测量，逐渐换用低电压档。 2(测量方法。万用表应与被测电路并联。红笔应接被测电路和电源正极相接处，黑笔应接被测电路和电源负极相接处. 3(正确读数。仔细观查表盘，直流电压档刻度线是第二条刻度线， 用10V档时，可用刻度线下第三行数字直接读出被测电压值。注意读数时，视线应正对指针。 6.3.2 测量交流电压 测量交流电压时将档位开关旋钮打到交流电压档，表棒不分正负极，与测量直流电压相似进行读数，其读数为交流电压的有效值。 6.3.3 测量直流电流 把万用表两表棒插好，红表棒接“，”，黑表棒接“,”，把档位开关旋钮打到直流电流档，并选择合适的量程。当被测电流数值范围不确定时，应先选用较高的量程。把被测电路断开，将万用表两表棒串接到被测电路上，注意直流电流从红表棒流入，黑表棒流出，不能接反。根据测出电流值，再逐步选用低量程，保证读数的精度。 6.3.4 测量电阻 38 插好表棒，打到电阻档，并选择量程。短接两表棒，旋动电阻调零电位器旋钮，进行电阻档调零，使指针打到电阻刻度右边的“0”Ω处，将被测电阻脱离电源，用两表棒接触电阻两端，从表头指针显示的读数乘所选量程的分辩率数即为挥发油电阻的阻值。如选用R×10档测量，指针指示50，则被测电阻的阻值为:50Ω×10,500Ω。如果示值过大或过小要重新调整档位，保证读数的精度。 39 第七章 使用万用表应注意的事项 万用表使用时应注意以下几点 1(测量时不能用手触摸表棒的金属部分，以保证安全和测量准确性。测电阻时如果用手捏住表棒的金属部分，会将人体电阻并接于被测电阻而 引起测量误差。 2.测量直流量时注意被测量的极性，避免反偏打坏表头。不能带电调整档位或量程，避免电刷的触点在切换过程中产生电弧而烧坏线路板或电刷。 3.测量完毕后应将档位开关旋钮打到交流电压最高档或空档。 4.不允许测量带电的电阻，否则会烧坏万用表。 5.表内电池的正极与面板上的“,”插孔相连，负极与面板“，” 插孔相连，如果不用时误将两表棒短接会使电池很快放电并流出电解液，腐蚀万用表，因此不用时应将电池取出。 6.在测量电解电容和晶体管等器件的阻值时要注意极性。 7.电阻档每次换档都要进行调零。 8.不允许用万用表电阻档直接测量高灵敏度的表头内阻，以免烧坏表头。 9.一定不能用电阻档测电压，否则会烧坏熔断器或损坏万用表。 40 第八章 调试时遇到的问题和解决办法 1.首先查看自己组装的万用表的指针是否对准零刻度线，如果没有对准，则用“一”字螺丝刀对其进行机械调零，待表盘零刻线与指针对齐，然后装入一节1.5伏的二号电池和一节9伏的电池。 2.档位开关旋钮打到BUZZ音频档，在万用表的正面插入表笔，然后将 它们短接，听是否有鸣叫声，如果没有，则说明安装的蜂鸣器线路有问题，要拆开检查蜂鸣器线路，可检查其焊点是否有虚焊点，电阻、电容是否安装正确等。 3.档位开关旋钮打到欧姆的各个量程，分别将表笔短接，然后调节电位旋钮，观察指针是否能指到零刻度线。如果不能，则要对其进行调零。 4.档位开关旋钮打到直流电压2.5伏档，用表笔测量一节1.5伏的电池，在表盘上观察指针的偏转是否正确。如果偏转且在1.5伏左右，则说明测直流电压电路良好，否则要对其进行检查。 5.档位开关旋钮打到直流电压10伏档，用表笔测量一节9伏的电池，在表盘上观察指针的偏转是否正确。如果偏转且在9伏左右，则说明测直流电压电路良好，否则要对其进行检查。 6.档位开关旋钮打到交流电压250伏档，用表笔测量插座上的交流电压。 7.档位开关与旋钮打到*10k欧姆档，测量一个6.75M的电阻。 8.然后依次检测其他欧姆档位。 如果有标准万用表 (最好是表头准确度为1以下的),则可以将测量的值进行比较;看各档测量结果是否符合检测要求;如果符合，才可投入使用。 41 总 结 美好的时光总是过得飞快，时至今日，我的已经基本完成。在这3个多月的美好时光中，我的论文慢慢地从拿到题目时的茫然，到现在的 逐渐清晰;从刚开始的不知所措到后来的干劲十足。起初拿到论文题目时，我很茫然，不知道自己是否能够完成这项任务。后来在王老师的帮助下，我开始着手对相关资料的搜集工作;在不断地整理与搜集中，在王老师的悉心教导下，我渐渐地发现其中的奥秒，而且逐渐对其产生了浓厚的兴趣。这次电子电路设计的主要内容为对MF-47型万用表的设计与组装，其主要内容包括:(1)通过对指针式万用表工作原理的了解，设计出MF-47型万用表的相关电路图;(2)了解相关元器件的原理与性能，为MF-47型万用表的设计与组装奠定相关基础;(3)了解焊接的基本原理并能对其进行焊接操作，从而顺利的完成对MF-47型万用表的焊接工作;(4)对组装好的MF-47型万用表进行调试。 在对MF-47型万用表进行设计过程中，要首先明白其由测电压、测电阻、测电流等部分电路组成，然后按照简明与高效的方式，对各个电路进行整合，使其能够在相互转换测量时，互不影响。但是其简洁与高效却并不容易，因为要想使其简洁高效，不仅需要对所需元器件进行计算与选择，同时还要考虑是否能够找到其它功耗低的元器件进行替换。这对电路基础的知识要求很高，为解决这一问题;我主要借鉴《电路基础》与《模拟电路基础》，通过它们对每一部分电路进行相关的优化选择并进行能耗估算，从而使其达到设计要求。 在对元器件进行识别与测量过程中，我遇到了元器件识别困难这一问题。因为自己还在学校，社会实践和动手能力都不好，这使我在起初拿到元器件时分辨不出其大小。在了解到色环法后，能够对一些简单的电阻器件进行读数，但是在遇到较复杂电阻时会出现读数读反这一现象。为解决 这一现象，我一般都对其进行前后两遍读数，再根据电阻的精度，进行最 42 后的判别。 焊接是每一个电子产品必然经历的一个流程，也是每一个电子从业者所必需的技能。但是对于我来说却显得有些困难，因为自己的动手能力还是十分脆弱的。虽然知道五步焊接法，但理论与实践还是存在天壤之别。在移去电焊这一步中，我总是不能使焊点尽量的圆滑，凸起的山峰状焊点时有发生。为解决这一问题，我不得不在废弃电路板上做焊接铜线的练习，经过多次练习，我基本能够使焊点圆滑，保证没有虚焊点。 其调试工作更是所有环节中的重中之重，因为没有它就不能保证设计的准确和组装的正确性。只有通过它，才能使MF-47型万用表发挥自己的相关作用，否则就算设计和组装的在好，也不能用于生产实践中。在调试中会遇到调零这一问题，而这一问题的解决与自己的视觉有关系，看高或者看低都将导致一定的误差。而其蜂鸣报警器，也出现了不能报警这一现象。在遇到这一现象时，就需要我把电路进行重新安装、检测，才排除了这一现象。 可以说这次电子电路的设计工作，给了我很大的感触与震撼。在这次论文的完成过程中，我深深地体会到了理论与实践相结合这句话的含义。因为我没有社会经验，所有的东西都来源于书本;许多看似简单的问题在书本中都相对复杂，而实际生产运用中则相对简单与方便。如果我没有把实际与理论相结合，相信这次任务会变得非常的复杂和充满难度。它使我明白了不能一味的只看书面内容，还充分地考虑实际工作情况。这段旅程 看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。在资料的收集过程中，我了解到了万用表的发展史，同时对其原理有了更深的认识。这让我对各种元器件的性能有了深入的了解;让我对所学过的知识有了巩固与提高;增长了自己的见识，拓宽了自己的视野。在进行焊接工作中，我学会了许多书本中没有的东西;这大大的提高了我的动手能力;同时培养了我认真细心的工作态度，也为我以后更好的走向工作岗位奠定了一定的基础。 相信通过这次电子电路的设计工作，能够培养我脚踏实地，认真严谨， 43 实事求是的学习态度，能够培养我不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的工作态度。相信这次意志的磨练，是对我能力的一次提升，也会对我今后更好地走上工作岗位起到很大的帮助。 44 结束语 踉踉跄跄地忙绿了3个月，我的毕业设计课题也终于告一段落。虽然基本上完成了任务，但是我觉得仍有不少不尽人意的地方。虽然我的作品不是很成熟，还有不少不足之处;但是我觉得这里面的每一个部件都是自己汗水的结晶，都是自己对所学知识的回顾与巩固。不积跬步何以至千里，这次设计能够顺利的完成离不开老师的悉心教导，是你们使我掌握了各种专业知识，从而为完成毕业设计奠定了良好的基础。 这次毕业设计对我受益匪浅，它不仅使我对大学四年所学知识有了进一步了解，同时也使我看到了许多自己性格中的缺陷。做事马马马虎虎，没有条理性是我一直以来的诟病。通过这次毕业设计，使我对其有了很大 程度上的改善，也增加了自己的动手能力和细心程度。(在焊接工作中这一点得到充分的体验)相信通过这次毕业设计，能使我的工作与学习有很大的提高，为自己从容的走上工作岗位打下扎实的基础。 45 参考文献 [1] 郭赟.模拟电子[M].北京:机械工业出版社,2007,(8). [2] 俞艳.电工基础[M].北京:人民邮电出版社,2006,(4). [3] 王建,程远,李伟.电子基本技能实训教程[M].北京:机械工业出版社,2007,(9). [4] 蔡秀明. 指针式万用表的快速修理[J]. 上海计量测试, 2007,(03). [5] 童诗白,华成英主编《模拟电子技术基础》.高等教育出版社. 46 致谢词 四年的大学生活在这个缤纷的季节中，即将划上一个圆满的句号;而这一切对于我的人生来说，才只是一个顿号。在这里我非常感谢我的所有任课老师，是您们治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一个良好的精神氛围。没有您们的悉心教导，我相信我的基础知识将会一塌糊涂，没有您们的悉心教导我相信我不会顺利的完成学业，没有您们的悉心教导我相信我将失去信心。感谢所有教育过我的恩师，是您们使我明白了什么是授人与鱼不如授人与渔。 在这里我非常感谢王栋老师在我的最后学习阶段—毕业设计阶段给自己的指导，从最初的选题、开题、到收集资料、设计论文撰写、修改， 到最后的论文定稿，您给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的论文，您放弃了自己的休息时间，您的无私奉献精神令人钦佩，在这里我向您表示我真诚的谢意。同时，我还要感谢我身边的所有同学们，是你们让我知道了什么是亲如兄弟，什么是乐于助人无私奉献。我将永远的铭记你们，感谢你们～ 47 附录 表-1 48 表-2 49 50