任务二　工程车指示灯

【任务描述】

生活中，有些专业的工程车在车的尾部有安全提示灯闪烁（例如道路维修检测车的左右箭头指示），如图1-51所示。要求学生通过查阅资料，了解电路原理图中各种集成电路管脚功能、电子元器件的应用原理，能够分析原理图的工作原理，掌握电路板焊接技术、电路检测与调试。

【计划与实施】

1.完成任务单，见表1-10。

2.根据任务原理图，遵循焊接工艺完成万能板焊接。

3.万能板焊接完毕后，按照表1-11完成调试。

【任务资讯】

一、工程车指示灯任务实物图及输出波形

如图1-52所示，所有元件安装在万能板（一种用于实验的电路板，有焊盘，一般是独立焊盘，没有连线）上，通过焊锡或导线进行线路连接。电源正极引出一根红线，负极引出一根蓝线，以便外接直流5V电源。

二、工程车指示灯任务原理图

工程车指示灯任务原理图如图1-53所示。

如图1-53所示，集成电路U1的1组施密特触发反相器和电位器RP、电解电容C1构成多谐振荡电路，振荡频率与RP、C1容量的乘积比例相关，调整二者的值可改变输出方波的频率。晶体三极管Q1在本电路起到电子开关的作用，控制LED的亮、灭。当U1-2脚输出的方波为高电平时，Q1饱和导通，LED亮；当U1-2脚输出的方波为低电平时，Q1截止，LED灭。R1、R2为限流电阻。

三、集成电路74LS14

集成电路74LS14是六施密特触发反相器，是数字集成电路，在介绍该芯片前，让我们先了解一下数字电路和门电路。

1.数字电路和模拟电路

模拟信号是关于时间的函数，是一个连续变化的量，比如语音信号、温度信号。在一个信号处理中，信号的采集，信号的恢复都是模拟信号。

数字信号则是离散的量。在一个信号处理中，中间部分信号的处理可以是数字处理。在数字信号中只有两种状态，分别用“0”和“1”表示，代表“通、断”“真、假”及“高电平、低电平”。

2.数字电路的高电平和低电平

数字电路的高、低电平是以模拟信号为基础定义的。但是，数字电路的高电平并不等同于电源电压，低电平也不等同于0V，实际上是有一定的电压范围。

数字电路基本上分TTL和CMOS电路两种，二者的门限电压不同，具体定义见表1-12。

3.数字电路中的门电路

实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑门电路。最基本的逻辑关系是与、或、非，最基本的逻辑门是与门、或门和非门。

实现“与”运算的叫与门，实现“或”运算的叫或门，实现“非”运算的叫非门，也叫作反相器等。

（1）“与”运算　“与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生。

逻辑表达式：Y=A·B

“与”逻辑运算关系原理见图1-54，设：开关断开、灯不亮用逻辑 “0”表示，开关闭合、灯亮用逻辑“1”表示。“与”逻辑关系见表1-13。

（2）“或”运算　“或”逻辑关系是指当决定某事件的条件之一具备时，该事件就发生。

逻辑表达式：Y = A + B

“或”逻辑运算关系原理见图1-55，“或”逻辑关系表见表1-14。

（3）“非”运算　“非”逻辑关系是相反事件。

逻辑表达式：Y=

“非”逻辑运算关系原理见图1-56，“非”逻辑关系表见表1-15。

4.集成电路74LS14的管脚图、内部结构图及逻辑功能表

集成电路74LS14的内部结构管脚图如图1-57 所示，逻辑功能如表1-16所示。

如图1-57所示，集成电路74LS14的14脚VCC为电源正极输入，7脚GND为电源负极输入，包括6个反相器（或者非门）。

集成电路74LS14在电路中的作用：一组反相器同电位器RP和电容C1构成自激振荡回路，假设初始状态U1的1脚为低电平，则2脚输出高电平，这时，2脚通过RP向电容C1充电，C1电压升高，当电压高过“1”的阈值电压时，电平翻转，2脚输出高电平，1脚为低电平，则此时，电容开始对经RP对2脚放电，1脚电压降低，当小于低电平的阈值电压时，电平再次翻转，如此反复循环，形成自激振荡。

四、焊接技术

1.PCB（印制电路板）

PCB（ Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板，如图1-58所示。

PCB分单层板、双层板和多层板。当电路比较复杂，信号信较多，一般采用多层板设计，如计算机主板一般为8～10层。如图1-58（a）所示PCB为双层板，图示为顶层信号层，绝缘基板上面有信号线、丝印、焊盘等，信号线为导电铜箔，外层覆盖绝缘绿油。多层板包含多个信号层，所有信号层压叠在一起，层与层之间通过导电过孔连接信号。

2.手工焊接的工具及要求

（1）焊料　焊锡是电子产品焊接采用的主要焊料。焊锡如图1-59（a）所示。焊锡是在易熔金属锡中加入一定比例的铅和少量其他金属制成的，其熔点低、流动性好、对元器件和导线的附着力强、机械强度高、导电性好、不易氧化、抗腐蚀性好，并且焊点光亮美观。

（2）助焊剂　助焊剂可分为无机助焊剂、有机助焊剂和树脂助焊剂，它能溶解去除金属表面的氧化物，并在焊接加热时包围金属的表面，使之和空气隔绝，防止金属在加热时氧化，另外还能降低焊锡的表面张力，有利于焊锡的湿润。松香是焊接时采用的主要助焊剂，松香如图1-59（b）所示。

（3）电烙铁　电烙铁实物如图1-60所示。

烙铁使用注意事项：

① 手工焊接使用的电烙铁需带防静电接地线，焊接时接地线必须可靠接地，防静电恒温电烙铁插头的接地端必须可靠接交流电源保护地。

② 烙铁使用时，温度不应长时间超过400℃，正常370℃以下为宜。烙铁头不能磕碰，手柄中的发热芯，很容易因为敲击而碎裂。

③ 烙铁头不要接触到塑料、润滑油、橡胶等化合物。使用的锡丝也需要一定的纯度，杂质大的锡丝对焊接效果的影响很大。

④ 烙铁头的大小与热容量成正比，在实际的维修中，“刀头”（K型）烙铁较常用。如果焊接CPU针等细小的部分，则多选用“圆锥形”烙铁。总之，烙铁头的尺寸以不影响周边的元器件为标准，以提高焊接效率。

⑤ 应该调整到合适的温度，根据不同的工作要求、特点调整电烙铁的温度；选择尽可能低之温度[如一些塑胶件、薄膜电容等温度敏感元件的温度选在200～250℃；一般元器件可选在（300±50）℃；工艺指引有规定的按工艺要求进行]。

⑥ 打开电源开关时要给电烙铁预热至温度稳定后（发热器指示灯不断闪亮）方可进行焊接；在拆焊过程中，注意保护周边元器件的安全。

⑦ 及时清理烙铁头，防止因为氧化物和碳化物损害烙铁头而导致焊接不良，定时给烙铁上锡。如果烙铁头变形受损或衍生重锈不上锡时，必须替换新的。

⑧ 烙铁不用的时候应当及时关闭电源，防止因长时间的空烧损坏烙铁头。

⑨ 烙铁放入烙铁支架后应能保持稳定、无下垂趋势，护圈能罩住烙铁的全部发热部位。支架上的清洁海绵加适量清水，使海绵湿润不滴水为宜。

（4）烙铁使用步骤及方法

使用步骤：

a.将电源开关切换至ON位置。

b.调整温度调整钮至200℃，待显示屏上所显示的温度稳定后，再调至所需的工作温度，待显示温度基本稳定后可以开始使用。

焊接五步法：焊接五步法如图1-61所示。

① 准备。准备好焊锡丝和烙铁。此时特别强调的是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。

（5）焊点要求　对焊点的质量要求，应该包括电气接触良好、机械接触牢固和外表美观三个方面，保证焊点质量最关键的一点，就是必须避免虚焊。虚焊是指焊料与被焊物表面没有形成合金结构，只是简单地依附在被焊金属的表面上，虚焊会导致电路工作不稳定或不正常。

① 焊点虚焊现象。虚焊现象如图1-62所示。

焊接时预热一定要充分，烙铁头应置于引线和印制板的交接处进行预热。图1-62（a）为元件引线预热不足引起，图1-62（b）为印制板预热不足引起。

② 典型焊点的外观。典型焊点如图1-63所示。

典型焊点的共同特点如下。

a.外形以焊接导线为中心，匀称、成裙形拉开。

b.焊料的连接呈半弓形凹面，焊料与焊件交界处平滑，接触角尽可能小。

c.表面有光泽且平滑。

d.无裂纹、针孔、夹渣。

焊点的外观检查除用目测（或借助放大镜、显微镜观测）焊点是否合乎上述标准以外，还包括以下几个方面焊接质量的检查：漏焊；焊料拉尖；焊料引起导线间短路（即“桥接”）；导线及元器件绝缘的损伤；布线整形；焊料飞溅。检查时，除目测外，还要用指触、镊子点拨动、拉线等办法检查有无导线断线、焊盘剥离等缺陷。

【任务评估】

1.掌握电路原理。

2.掌握焊接步骤。

3.掌握电烙铁的使用方法。

4.掌握数字万用表的电阻、三极管及直流电压测试方法。

5.掌握电路的检测方法。