上海交通大学工程实践与科技创新1实验报告材料.docx
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上海交通大学工程实践与科技创新1实验报告材料
1.3缩略语2
2.调频无线话筒的制作3
2.1实验目的3
2.2无线话筒的主要性能指标3
2.3无线话筒的主要功能和工作原理3
2.4实验过程4
2.4.1装配过程4
2.4.2调试过程6
2.4.3实验数据和结果讨论7
3.DT832型万用电表的制作8
3.1实验目的8
3.2DT832型万用电表的主要性能指标8
3.3DT832型万用电表的主要功能和简要工作原理9
3.4实验过程15
3.4.1装配过程15
3.4.2调试过程17
3.4.3实验数据和结果讨论18
4.致谢19
5.参考文献20
6.附录21
6.1心得体会21
6.2其他材料22
1.概述
1.1编写说明
编写目的：
本实验报告旨在记录总结自己第一次电路基本装配调试训练的全过程，总结学习调频无线电话筒和万用电表的焊接、装配经验以及相关的理论知识，同时对自己实验中出现的问题进行反思。
同时作为自己的第一篇实验报告，也是为了熟悉实验报告的格式与写法，锻炼自己科技论文写作的水平及能力。
适读对象：
供想要装配V2型调频无线话筒与DT832万用表的同学阅读。
由于本实验焊接以及装配是科技创新中最基础简单的，适合科技创新的初学者阅读
作为工程实践与科技创新课程的一部分，供评分老师审阅。
1.2定义
基础电路：
电感：
一种由金属导线绕成具有阻抗的元器件，可以通过改变导线的圈数、拉伸或压缩线圈来改变它的阻抗值。
它可以与电阻、电容等元器件构成多种不同功能的电路。
本次实验中的电感是由绕在圆珠笔芯上的漆包线制成的。
电容：
表征导体或导体系由于带电而引起本身电势改变的物理量
极性元件：
有正负极之分的元件
晶体三极管：
半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。
V2型调频无线话筒：
无限调频话筒：
无线电波信号发生器，能传播无线电信息，并能被无线电装置接收。
驻极体话筒：
用驻极体材料做成的一种电容式话筒，其结构是由一个张紧的被敷有金属薄膜的振膜和驻极体作背极组成的平行板电容器。
DT832万用表：
数字万用表：
能够测量诸如电压，电流以及电阻等多种电学数据的仪器。
液晶（LiquidCrystal）：
是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。
液晶在正常情况下，其分子排列很有秩序，显得清澈透明，一旦加上直流电场后，分子的排列被打乱，一部分液晶变得不透明，颜色加深，因而能显示数字和图像。
斑马条：
导电橡胶连接器,由导电硅胶和绝缘硅胶交替分层叠加后硫化成型。
调试仪器：
示波器：
一种能检测并显示电路信号的仪器。
A/D转换器：
一种把交流转化为直流的仪器。
1.3缩略语
AC：
AlternatingCurrent交流电
ACV：
Alternatingcurrentvoltage交流电压档
C：
Capacitance电容
D：
Diode二极管
DC：
DirectCurrent直流电
DCV：
Directcurrentvoltage直流电压档
DCA：
Directcurrentampere直流电流档
Freq：
Frequency频率
FM：
Frequencymodulation调频广播
IC：
IntegratedCircuit集成电路
L：
Inductance电感
LCD：
Liquid-crystaldisplay液晶显示
MIC：
Microphone话筒
PCB：
Printedcircuitboard印刷电路板
R：
Carbonresistance碳膜电阻
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直流电源（两节5号电池）
发射频率：
88MHz-108MHz
有效距离：
5~10米
2.3无线话筒的主要功能和工作原理
主要功能：
在短距离内（5~10米内），从V2型调频无线话筒接受声音信号并通过高频震荡电路发出，可由普通调频收音机在88MHz~108MHz接收到较清楚的相应频率的话筒信号，再还原为声音信号。
图1调频无线话筒电原理图[1]
工作原理：
图1为调频无线话筒电原理图。
电路工作原理：
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高频振荡器。
工作频率就是调频话筒的发射频率，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，通过改变三极管的基极和发射极之间电容来实现调频的，当声音电压信号加到三极管的基极上时，三极管的基极和发射极之间电容会随着声音电压信号大小发生同步的变化，同时使
三极管的发射频率发生变化，实现频率调制。
具体操作过程是拉伸或者压缩线圈L。
发射信号通过C7耦合到天线上再发射出去。
基本元件及其工作原理：
R4：
V1的基极偏置电阻，给三极管提供一定的基极电流，使V1工作在放大区，R5是直流反馈电阻，起到稳定三极管工作点的作用。
话筒MIC：
可以采集外界的声音信号，这里我们用的是驻极体小话筒，灵敏度非常高，可以采集微弱的声音，同时这种话筒工作时必须要有直流偏压才能工作。
电阻R3：
可以提供一定的直流偏压，R3的阻值越大，话筒采集声音的灵敏度越弱；电阻越小，话筒的灵敏度越高。
话筒采集到的交流声音信号通过C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极，电路中D1和D2两个二极管反向并联，主要起一个双向限幅的功能，二极管的导通电压只有0.7V，如果信号电压超过0.7V就会被二极管导通分流，这样可以确保声音信号的幅度可以限制在正负0.7V之间，过强的声音信号会使三极管过调制，产生声音失真甚至无法正常工作。
CK：
外部信号引入的位置。
在调试时可以使用实验室的函数信号发生器，输出1KHz左右的正弦波信号，代替声音信号，引入调频发射机，该外部信号通过R1衰减和D1、D2限幅后送到三极管基极进行频率调制。
D3：
电路中的发光二极管，用来指示工作状态，当调频话筒得电工作时就会点亮。
R6：
是发光二极管的限流电阻。
C8、C9：
电源滤波电容，因为大电容一般采用卷绕工艺制作的，所以等效电感比较大（换句话讲，在高频时这类电容不能简单地被看做“电容”，它们的“电感”特性会显现出来），并联一个小电容C8可以使电源的高频内阻降低。
2.4实验过程
2.4.1装配过程
2.4.1.1工作环境
1）20W内热式电烙铁：
焊接工具，通过融解焊锡、松香将元器件固定在焊接于电路板上
2）斜口钳：
用来剪去引脚多余的部分以及剪切各类导线、漆包线等。
3）镊子：
焊接时，配合使用，尤其便于一些微小得元件的操作；同时避免直接用手拿而使元件粘上油脂，用于一些微小元件的焊接与组装
4）刀片：
用于除掉管脚上的锈和油腻，保持清洁；焊接电感前刮去引脚上的漆。
5）松香：
清洗电烙铁，助焊接
6）焊锡丝：
焊接材料
7）吸焊枪：
用于假焊、漏焊、焊桥等不好焊点的祛除
8）圆珠笔芯：
用于电感的绕制。
主要元器件列表见附表1
2.4.1.2工作步骤
一、准备工作
1.检查是否缺少元件，元件是否完好无损。
2.将各个元件尽量从低到高的顺序焊接。
3.焊接前检查元件引脚是否清洁，如有锈和油腻，需360度全方位刮引脚。
如果元件引脚已被氧化，需预上焊锡，上焊锡时必须使焊锡布满整个引线，必要时可用松香助焊。
二、实验步骤
焊接的正确方法是：
①右手持电烙铁，使其靠近引脚和焊盘。
②将少量的焊锡放在电烙铁尖上。
用左手在另一面上放焊锡，元件和烙铁的温度就可以熔化焊锡。
使焊锡充满整个焊盘。
③看到焊锡流淌2到3秒后移开电烙铁，冷却后剪去引脚。
注意焊接时焊锡丝、器件引脚、焊盘必须有一个时刻同时加热。
1.首先焊接电阻，再焊接瓷片电容和电解电容。
焊接电解电容时要注意其正负极性。
2.再焊接二极管、发光二极管和三极管。
注意三极管的插法（半圆向上，三个引脚按顺序插入三孔），及二极管、发光二极管的正负极性。
3.再焊接驻极体话筒。
注意话筒没有引脚，需要用从其它元件上剪下的引脚，通过焊接装上引脚；还须注意正负极的识别。
4.以普通圆珠笔芯为工具，将漆包线在其上绕6-7圈制成电感。
因为漆是不导电的，所以将电感焊接到电路板上前，要先把两脚焊接部位漆刮掉。
5.最后焊接跳线开关及电池盒。
三、常见的问题及解决方法：
元件焊错：
此时用电烙铁将焊错的元件的焊锡熔化，同时用镊子将其取下。
形成焊桥：
可以用电烙铁打开；还可以把电路板倒转，利用重力作用，让多余焊锡流
电烙铁上；或者可以使用吸焊枪。
虚焊：
应再次焊接，将虚焊点焊牢。
电阻阻值分不清：
即无法辨认电阻上的色环。
可以查表；可以使用欧姆表等仪器测量；也可以请教助教。
2.4.2调试过程
2.4.2.1工作环境
1）TDS200-数字式示波器：
用于观察震荡波形，测试无线话筒的发射频率检测话筒发出电波信号的频率、均方根等数据。
2）普通调频收音机：
用于接收信号。
3）3V直流电源：
提供工作电压。
4）DF1641A函数信号发生器：
输出1KHz左右的正弦波信号，代替声音信号，引入调频发射机进行调试。
5）导线：
用于连接示波器与话筒
2.4.2.2工作步骤
1、调试步骤
1）用稳压电源向话筒供电，观察发光二极管是否亮。
2）用函数信号发生器，输出1KHz左右的正弦波信号，代替声音信号，引入调频发射机，该外部信号通过R1衰减和D1、D2限幅后送到三极管基极进行频率调制。
3）打开示波器，待波形稳定后，将无线小话筒连接到示波器上，观察是否起振，若起振，待示波器上波形稳定后观察其波形，读出其频率等指标。
4）撤除小话筒与示波器的连接，将调频收音机调到从示波器上读出的频率，用收音机收听经由话筒发出的信号，并不断增大话筒和收音机之间的距离，记录能听见声音的最远距离。
2、遇到的问题及解决方法
1）不起振：
可能原因是漆包线虚焊。
解决办法：
仔细检查焊点，把焊接不好的焊点重新焊接。
2）探测距离过小：
可能原因是电池老化、功率偏小。
解决办法：
更换电池，将天线始终对准收音机。
3）频率不在规定范围内：
可能原因是漆包线绕制不好。
解决办法：
调整漆包线的疏密等等。
2.4.3实验数据和结果讨论
1、实验数据：
发射频率：
101.32MHz
工作电压：
直流3V
环境温度：
20℃左右（室内常温）
接收范围：
4~5米左右
时间：
2011.11.4
2、结果讨论：
实验结论：
短距离（3~4米内）内音效较好，能够比较清楚的接收信号。
但是长距离（5米以上）或中间有障碍物时，信号会减弱很多。
改进建议：
可以实验成品话筒上加天线，增强发射能力，可以使接收范围扩大，可以保证声音具有较清晰的音质。
在安装时可以适当预留电感的长度，这样便于调节发射的频率，适用范围可以变大。
总结讨论：
作为自己的第一次焊接实验，整体焊接外观并不美观，但是从实验数据及结果来看，总体比较成功，基本达到了实验预期要求的结果。
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
性能指标
直流电流
显示
31/2位LCD自动极性显示
量程
分辩力
精度
超量程显示
最高位显示“1”其它位空白
200uA
0.1uA
1.0%读数.3字
最大共模电压
500V峰值
2000uA
1uA
1.0%读数.3字
储存环境
-15°C至50°C
20mA
10uA
1.0%读数.3字
温度系数
小于0.1×准确度/°C
200mA
100uA
1.5%读数5字
电源
9V叠层电池
10A
10mA
2.0%读数10字
外形尺寸
128×75×24mm
交流电压
直流电压
量程
分辩力
精度
量程
分辩力
精度
200V
100mV
1.2%读数10字
200mV
0.1mV
0.5%读数2字
750V
1V
1.2%读数10字
2000mV
1mV
0.5%读数3字
电阻
20V
10mV
0.5%读数3字
量程
分辩力
精度
200V
100mV
0.5%读数3字
200Ω
0.1Ω
1.0%读数10字
1000V
1V
0.8%读数3字
2000Ω
1Ω
1.0%读数2字
晶体管检测
20KΩ
10Ω
1.0%读数2字
量程
测试电流
开路电压/测试电压
200KΩ
100Ω
1.0%读数2字
二极管
1.4mA
2.8V
2000KΩ
1KΩ
1.0%读数2字
三极管
Ib=10uA
Vce=3V
表1：
万用电表的主要性能
3.3DT832型万用电表的主要功能和简要工作原理
1、主要功能
DT832型万用电表[2]可用于：
1、测量交直流电压、交直流电流、电阻、二极管、三极管（多量程）
2、有测通断的功能，当被测两点连通时，蜂鸣器鸣叫。
3、可以输出方波信号
二、简要工作原理
1、基本原理及结构
DT832仪表的方框图如图2。
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图3。
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。
图2DT832型万用表的方框图
图3DT832万用电表工作原理框图及ICL7106数字电路图
2、数字电路
数字电路亦称逻辑电路，ICL7106数字电路如图3所示，数字电路主要包括8个单元电路
（1）时钟振荡器，
（2）分频器，（3）计数器，（4）锁存器，（5）译码器，（6）异或门相位驱动器，（7）控制逻辑，（8）31/2位LCD显示器，图中虚线框内表示7106的数字电路，框外是外围电路。
3、双积分A/D转换器的工作原理
A/D转换器的每个测量周期分成三个阶段：
自动调零（AZ），正向积分（INT），反向积分（DE）。
第一阶段，自动调零AZ（AUTO-ZERO）：
在此阶段，SAZ闭合，SINT、SDE断开，完成以下工作：
第一，将IN+，IN-的外部引线断开，并将缓冲器的同相输入端与模拟地短接，使芯片内部的输入电压VIN=0V；第二，反积分器反相输入端与比较器输出端短接，此时反映到比较器的总失调电压对自动调零电容CAZ充电，以补偿缓冲器，积分器和比较器本身的失调电压，可保证输入失调电压小于10uV，第三，基准电压VREF向基准电容CREF充电，使之被充到VREF，为反向积分做准备。
第二阶段，正向积分（亦称信号积分或采样）INT（integral）：
此时SINT闭合，SAZ和SDE断开，切断自动调零电路并去掉短路线，IN+，IN-端分别被接通，积分器和比较器开始工作。
被测电压VIN经缓冲器和积分电阻后送至积分器。
积分器在固定时间T1内，以VIN/（RINT-CINT）的斜率对VIN进行定时积分。
令计数脉冲的频率为FCP，周期为TCP，则T1=1000TCP。
当计数器计满1000个脉冲数时，积分器的输出电压为
（3.3.1）
式中，K是缓冲放大器的电压放大系数，T1也叫采样时间。
在正向积分结束时，VIN的极性即被判定。
第三阶段，反向积分，亦称解积分DE（DecomposeIntegral）：
在此阶段，SAZ，SINT断开，SDE+，SDE-闭合。
控制逻辑在对VIN进行极性判断之后，接通相应极性的模拟开关，将CREF上已充好的基准电压接相反极性代替VIN，进行反向积分，斜率变成VREF/（RINT-CINT）。
经过时间T2，积分器的输出又回到零电平，参见图4，该图分别绘出对负极当反向积分结束时，有关系式
V0-
K
VREFdt=V0-
KVREF
=0（3.3.2）
RINTCINT
RINTCINT
图4双积分输出电压示意图及A/D转换器的时序波形图
将式（3.3.1）代入式（3.3.2）中整理后得到
T2=
T1
·VIN（3.3.3）
VREF
假定在T2时间内计数值（即仪表显示值，不考虑小数点）为N，则T2为NTCP，代入式（2.3.3）中得到
N=
T1
·VIN（3.3.4）
TCPVREF
分析式（3.3.4）可知，因T1，TCP，VREF均是固定不变的，故计数值N仅与被测电压VIN成正比，由此实现了模拟量-数字量转换。
在测量过程中，ICL7106能自动完成下述循环
A/D转换器的时序波形如图4所示，每个阶段的时间分配如下：
自动调零时间：
1000TCP-3000TCP
正向积分时间T1：
3000TCP-4000TCP（T1=1000TCP）
反向积分时间T2：
0-2000TCP
每个A/D转换周期为4000TCP，折合16000T0
需作几点说明：
A）自动调零时间是可变的，必须等上一次反向积分结束后才开始。
举例说明，若在0-1850TCP时间
内完成反向积分（T2-1850Tcp），就从1851TCP-3000TCP的时间内自动调零，此时调零时间为3000TCP-1851TCP=1149TCP
B）T1是固定不变的，T2则随VIN的大小而变化，因为T1/TCP=1000，选基准电=VREF=100.0mV，
所以由式（3.3.4）得到
N=
1000
·VIN=
1000
·VIN=10VIN（3.3.5）
VREF
100.0
即VIN=0.1N（3.3.6）
只要将小数点定在十位后边便可直读结果。
满量程时N=2000，VIN=VM，由式（3.3.4）可导出满量程电压VM与基准电压的关系式
VM=2VREF（3.3.7）
显然，当VREF=100.0mV时，VM=200mV，
VERF=1000mV时，VM=2V。
式（3.3.7）对ICL系列31/2位A/D转换器均适用。
31/2位
DVM，DMM的最大显示值为1999，满量程时将显示过载符号“1”。
C）上述定时关系由7106本身特性所决定，外界无法改变。
D）为提高双积分数字仪表抑制工频干扰的能力，所选采样时间T1应为工频周期的整倍数。
利用正
向积分阶段对输入电压取平无均的特点，即可消除外界引入的工频干扰。
我国采50Hz交流电网，其周期为20ms，应选
T1=n·20ms（3.3.8）
式中n=1，2，3…。
N愈大，对串模干扰的抑制能力愈强，但A/D转换时间延长，测量速率降低，例如可取时钟频率f0=40KHz，即T1=1000TCP=100ms，恰是20ms的5倍，欧美国家采用60Hz交注电网，周期是162/3ms。
为抑制60Hz干扰，可选f0=331/3KHz，40KHz，48KHz，60KHz等。
实际上考虑到交流电网的频率也会有一定波动（例如在500.5Hz范围内变化），一般情况下并不要求时钟频率严格等于规定值，允许有一定的偏差。
但时钟频率的稳定性应尽量高，否则在T1，T2两个时间内TCP不等，会影响转换准确度。
4、直流电压测量
图5为简单的直流电压测量示意图，输入电压被分压电阻分压（分压电阻之和为1MΩ），每档分压系数为1/10，分压后的电压必须在-0.199V~+0.199V之间，否则将过载显示，过戴显示为仅在最高位显示“1”其余位数不显示。
图5直流电压测量示意图
5、交流电压测量
图6为简单的交流电压测量示意图，交流电压首先须进行整流并通过一低通滤波器对波形进行整形，然后送入共用的直流电压测量电路，最后将测量出交流电压的有效值（RMS）。
图6交流电压测量示意图
6、直流电流测量
图7为简单的直流电流测量示意图，内部的取样电阻将输入电流转换为-199.9mV~+199.9mV之间的电压后送入7106输入端，当设置在10A档时，输入的电流直接输入10A输入孔而不能通过选择开关。
图7直流电流测量示意图
7、电阻测量
图8为简单的电阻测量示意图，这个电路由电压源，标准电阻（这个电阻为分电压电阻，由选择开关转换得到），被测量电阻（未知）组成，两个电阻的比值等于各自电压降的比值，因此，通过标准电阻及利用标准电阻上的标准电压，就可确定被测电阻的阻值。
测量结果直接由A/D转换器得到。
图8电阻测量示意图
8、hFE测量
图9为简单的hFE测量电路，集成电路7106的内部电路提供2.8V的稳定电压（V+对COM），当PNP晶体管插入晶体管座时，基极到发射极的电流流过电阻R10，由R10上的电压产生集电极电流，在R23上得到的电压送入7106并同时显示晶体管的hFE值。
对NPN晶体管，发射极电流流过R11并同时显示晶体管的hFE值。
图9hFE测量电路图
3.4实验过程
3.4.1装配过程
3.4.1.1工作环境
1）电烙铁：
焊接工具，通过融解焊锡、松香将元器件固定在焊接于电路板上
2）斜口钳：
用来剪去引脚多余的部分以及剪切各类导线、漆包线等。
3）镊子：
焊接时，配合使用，尤其便于一些微小得元件的操作；同时避免直接用手拿而使元件粘上油脂，用于一些微小元件的焊接与组装；在安装时防弄脏导电胶条等
4）凡士林：
润滑,便于小钢珠嵌入盖种；
5）松香：
清洗电烙铁，助焊接
6）焊锡丝：
焊接材料
7）吸焊枪：
用于假焊、漏焊、焊桥等不好焊点的祛除
主要元器件列表见附表2
3.4.1.2工作步骤
1、前期准备
1）整理工具并熟悉元件，利用已知数据或测量仪器标明器件参数，并将元件全部与电路板上的标号建立一一对应关系，检查防止出错。
同时将各元件摆放整齐有序，方便接下来的焊接工作。
2）预热电烙铁
2、焊接
1、焊接步骤
先焊电阻，二极管，电容
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