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第3章 温度测控仪的装配与调试
3.1温度检测控制模块电路原理（电源模块和A/D转换与显示模块电路自己设计） 桥式测温滞回比较器 差动放大驱动 继电器 加热电源 温度检测控制 显示 电源 A/D转换
3-1 温度测控仪原理框图
温度测控仪框图及其电路如图3-1、3-2所示， 它是由负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC元件）Rt 为一桥臂组成测温电桥， 其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号，经三极管放大后控制加热器“加热”与“停止”。改变滞回比较器的比较电压UR即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回比较器的滞回宽度确定。
(1)、测温电桥
由R1、R2、R3、RW1及Rt组成测温电桥，其中Rt是温度传感器。其呈现出的阻值与温度成线性变化关系且具有负温度系数，而温度系数又与流过它的工作电流有关。为了稳定Rt的工作电流，达到稳定其温度系数的目的，设置了稳压管D2。RW1可决定测温电桥的平衡。
图3－2 温度监测及控制电路
（2）、差动放大电路
由A1及外围电路组成的差动放大电路，将测温电桥输出电压△U按比例放大。其输出电压
U01??(R7?RW2R?R7?RW2R6)UA?(4)()UB R4R4R5?R6当R4＝R5，（R7+RW2）=R6时
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图3－3 同相滞回比较
U01?R7?RW2(UB?UA) R4RW3用于差动放大器调零。
可见差动放大电路的输出电压U01仅取决于二个输入电压之差和外部电阻的比值。 （3）、滞回比较器
差动放大器的输出电压U01输入由A2组成的滞回比较器。
滞回比较器的单元电路如图3－3所示，设比较器输出高电平为U0H，输出低电平为UOL，参考电压UR加在反相输入端。
当输出为高电平U0H时，运放同相输入端电位
u?H?RFR2ui?U0H
R2?RFR2?RF当ui减小到使u+H＝UR，即
ui?uTL?R2?RFRUR?2UOH RFRF此后，ui稍有减小，输出就从高电 图3－4 同相滞回特性曲线 平跳变为低电平。
当输出为低电平U0L时，运放同相输入端电位
u?L?RFR2ui?UOL
R2?RFR2?RF
当ui增大到使u+L=UR，即
ui?UTH?R2?RFRUR?2UOL RFRF此后，ui稍有增加，输出又从低电平跳变为高电平。
因此UTL和UTH为输出电平跳变时对应的输入
电平，常称UTL为下门限电平，UTH为上门限电平，而两者的差值 △UT＝UTR－UTL＝R2(UOH?UOL) RF称为门限宽度，它们的大小可通过调节R2/RF的比值来调节。
由上述分析可见差动放器输出电压u01经分压后A2组成的滞回比较器，与反相输入端的参考电压UR
相比较。当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压时，A2输出正饱和电压，三极管T饱和导通。通过发光二极管LED的发光情况，可见负载的工作状态为加热。反之，为同相输入信号小于反相输入端电压时，A2输出负饱和电压，三极管T截止，LED熄灭，负载的工作状态为停止。调节RW4可改变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的。 3.2、 电路板的制作：
一般按以下步骤制作电路板：
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单面敷铜板→下料→表面处理→复印印制电路版图→描图→固化、检查修板→蚀刻铜→去抗蚀印料→刷洗、干燥→钻孔及外形→电气开、短路测试→刷洗、干燥→预涂保护层防氧化。
要求和步骤说明：
（1）确定尺寸：考虑到本电路选用元件器数量较少及元件器体积小，确定电路板的实际尺寸； （2）设计印制电路板图：可选用Protel等计算机辅助设计方法和手工设计方法中的任一种； （3）下料：选用单面敷铜板，如果是大块板可用锯片等切割成合适的大小；
（4）表面处理：用锉等工具修平敷铜板边缘毛刺。另外由于加工、储存等原因，在敷铜板的表面会形成一层氧化层，氧化层会影响电路板图的复印，为此在复印之前应将敷铜板表面清洗干净。具体方法是：用水砂纸蘸水打磨，用去污粉檫亮为止，然后用水冲洗，用布檫干净即可使用。注意切忌用粗砂纸打磨，否则会使铜箔变薄，且表面不光滑，影响描绘电路板图。
（5）复印印制电路版图：如果是手工设计的电路板图可用复写纸，将电路板图的轮廓线复写在敷铜板上。复印时最好把复印纸、印制电路版图用胶布固定在敷铜板上。复印完毕后，要认真复查有错误漏掉的线条，复查后在把印制电路板、复写纸取下。
（6）描图：仔细检查复印后的印制电路板图，无误后用小冲头对准要钻孔的部位冲上一个一个的小凹陷，便于以后打孔时不至于偏移位置，随后便可对复印痕迹描上防腐材料。平放自然晾干即可。 电路板图如果是采用计算机辅助设计的，除采用复印印制电路板图外，还可以用热转印法。热转印完后，需用油漆或油性记号笔对小的瑕疵进行修补。
（7）蚀刻铜、去抗蚀印料：将印制电路板上的抗蚀刻材料固化后放入浓度在28%～42%之间腐蚀液中进行腐蚀。印制电路板制作时描在铜箔上的防腐材料，经过蚀刻后依然留在印制电路板上，所以应该檫掉（具体方法见1.4节）。 （8）钻孔：按描图前所冲的凹痕钻孔，孔径应根据引脚粗细而定。本电路元件引脚较细，安装孔建议取直径为1mm。
（9）蚀刻后留下的印制导线的铜箔表面，还需涂上一层保护层。涂上保护层的目的一是防止导线铜箔日久受潮锈蚀，另外便于在铜箔上焊接，保证良好的导电性能。常用的保护层有松香层和镀银层。无论镀何种保护层，印制电路板上的铜箔必须先作清洁处理，清洁后晾干，即可涂上保护层。本电路板要求松香层，方法如下：
先配制松香酒精溶液，将2份松香研碎后放入一份纯酒精中（浓度在90%以上），盖紧盖子搁置一天方可使用。用毛刷或排笔蘸上溶液均匀涂在印制电路板上，待溶液中的酒精自然挥发后，印制电路板上就会留下一层黄色透明的松香保护层。 3.3、电路板装配焊接 1、元器件的筛选检测
（1）按材料清单清点全套零件，并负责保管。
（2）用万用表检测元件表的所有元件，有关测量结果填入实习报告中。 2、元件安装焊接
元件的安装焊接质量直接影响整机质量与成功率，请同学务必认真细心。
（1）元器件引脚的清洁
电子元器件的金属引脚常有一层氧化物，氧化物导电性很差，对锡分子的吸附力不强，因此焊接前要把焊接处的金属表面用橡皮擦打磨光洁。有的人常用小刀去刮引脚上的氧化层，这是不合理的，因电
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子元器件的引脚出厂时都经过表面处理，目的是使元器件引脚易于焊接。若小刀刮去元器件引脚的表面露出引脚的基本材料更不易焊接牢固。只有经过清洁后的电子元件的引脚，焊接之后才不会出现“虚焊”。
（2）元件的安装 三极管的安装要注意色标、极性及安装高度；电阻要注意将色环方向保持一致，安装高度适当；电位器可集中安排在电路板的外侧安装，以便于调试；电容要注意它的极性。
（3）助焊剂的选用
可供金属（导电材料）焊接的助焊剂种类很多，常用的有氯化锌、焊锡膏（俗称焊油）。氯化锌虽然不能用于电子元件焊接。焊锡膏用起来最方便，但使用后常有部分残留液在焊点附近，不仅容易沾染尘污，而且因含酸性，对元件仍有一定的腐蚀作用，所以，除一些特殊情况外，也不宜用于焊接电子元件。焊接电子电路元件最合适的助焊剂是松香。焊接时可将松香和焊锡同时加到焊点上去，不要用热的烙铁去蘸松香。市售的一种松香锡丝（焊锡丝是空心的，空心处灌满松香），使用效果不错。
（4） 电烙铁的使用
由于铜箔和绝缘基板之间的结合强度、铜箔的厚度等原因，烙铁的温度最好控制在200～300℃之间，因此焊接一般的电子元器件常用20W的内热式电烙铁（对初学者）。当焊接能力达到一定熟练程度时，为提高焊接效率，也可选用35W内热式电烙铁。新买的电烙铁，使用之前要“上锡”，方法是：用砂纸或锉刀事先把烙铁头打磨干净，接上电源，待烙铁头温度一旦高过焊锡熔点时，再用它去蘸带松香的焊锡丝，烙铁头表面就会附上一层光亮的锡，烙铁就能使用了。没有上过锡的烙铁，焊接时不会吃锡，难以进行焊接。
烙铁使用时间长了或烙铁头温度过高，烙铁头会氧化，造成烙铁“烧死”而蘸不上锡，也难于焊接元件到印刷板上。
烙铁头应保持清洁，不清洁的局部区域也蘸不上锡，还会很快氧化，日久之后常造成烙铁头长时间处于待焊状态，温升过高，也会造成烙铁头“烧死”。所以焊接时一定要作充分准备，尽量缩短铁的工作（加电）的时间，一旦不焊接立刻拔去烙铁电源。
（5）焊接的形式和要求
导线或元件插入印制电路板规定的孔内，露出焊盘部分，形成的形式可分为直脚和弯脚两种。 ①直脚露骨焊： “露骨”即为部分导线或元器件引线露出焊接点锡面，可以避免在焊接时因导线或元器件引线自孔中下落而形成虚焊、假焊甚至漏焊的现象。如果焊点“包头”的话，很可能将这些问题掩盖了。对焊点的要求是光滑、平滑、焊料布满焊盘并形成“裙状”展开。焊接结束后立即箭脚，“露骨”长度在0.5-1mm之间，过长可能产生弯曲，易与相邻焊点发生短路。
直脚焊的特点是焊接及拆装方便、速度快、焊料省。
②弯脚焊： 由于直脚焊存在机械强度较差的缺点，在某些具有特殊要求的高可靠性产品中采用的
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是弯脚焊。弯脚焊可将导线或引线弯成45或90两种。弯成45时,即保持了足够的机械强度，又较容
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易在更换元件时拆装重焊，因此在弯脚焊中常采用45弯曲角度。
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弯成90时应带有一些弧形，这样焊接时不会产生拉尖，这种形式在焊接中机械强度最高，但拆装重焊困难。在采用这种方法时要注意焊盘引线的弯曲方向，不要随意乱弯，防止与相邻的焊盘造成短路。一般应沿着印制导线弯曲，然后剪脚，其断头长度不超过焊盘的半径，以防止弯曲后造成短路。
焊接元件时应选用低熔点的松香焊锡丝。焊接时除烙铁头温度适当外，被焊元件和烙铁的接触时间也要适当，时间短也会造成虚焊，时间太长会烫坏元器件。一般的元件焊接时间约为2～3秒钟即可。焊点处焊锡未冷到凝固前，切勿摇动元件的焊头，否则也会造成虚焊，这无助于焊接工作，还会影响焊点的质量。需要注意，对特殊器件的焊接应按元件要求进行，如有的CMOS器件要求烙铁不带电工作，或烙铁金属外壳加接地线。
降低烙铁温度在烙铁与电源之间串联一只整流二极管（IN4007）或串联大瓦数的灯泡或串联一只
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