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1、北京诺博康科技有限公司=数字电路训练机器人使用手册（超级宝贝机器人）注意事项请认真阅读该手册并注意产品功能和用途说明。本手册在CD光盘上以PDF格式提供，如有需要可以进行复制或打印。该手册内容可能因产品升级或其他原因而改变，本公司不另行通知。在动手安装之前请先通篇阅读本页。安装和操作注意危险！组装机器人的时候，需要使用电烙铁和焊锡，要注意安全。当操作机器人的时候要注意安全。如果没有正确组装，机器人将不能正常工作。警告！ 安全第一。尽管该产品看起来像个玩具，但最好在有成人照看的情况下，它可能会对小孩造成伤害。故障发生时，请立即关闭所有相关电源。如果电池被弄破，暴露在液体，火或其他热源面前，可能会
2、导致电击。不要在热，潮湿或寒冷的环境下使用，因为该产品包含精密的元件。如果处在一个极端的条件下，错误可能发生。在组装的时候尤其要细心，因为公司提供的是用户DIY的机器人，所以安全性与组装者有关，公司并不能绝对保证，如果组装错误可能导致损坏或伤害。注意！ 电池处理： 不要在高温和极端的环境下使用。把电池存储在阴凉，干燥的环境中。在运输或存储时，让电池远离其他导体。紧急处理：如果电池造破坏导致电解材料溅到皮肤上或眼睛里，立即用水冲洗皮肤或眼睛。如果电解材料溅到眼睛里面，请尽快就医。电池里的电解材料是有毒物质，能对人和家庭环境、家具等造成污染和危害。请按照垃圾的处理方法或本国家的规则妥善处理。不要通
3、过焚烧来处理报废的电池。前 言随着世界各地的学生在世界各种机器人竟技大赛上不断取得优异成绩，机器人竟赛活动在中国也悄然展开。中央电视台率先成功地举办了首届全国大学生机器人电视大赛，使更多的人开始对机器人的制作产生了浓厚的兴趣。许多学校为了提高学生的动手能力，也先后开设了机器人设计制作课程，为机器人走进我们的生活奠定了基础。但是，中国的竟技机器人制作尚处于起步阶段，还需要大量借鉴国外的成熟经验。而日本在机器人技术的开发和应用方面一直处于世界领先地位。落后就要挨打，科技才能强国。因此，我们特别研制了数字电路机器人，希望能为我国的机器人爱好者参与借鉴。数字电路机器人讲解和制作的机器人与一般的竟技机器
4、人不同，不是已经组装好的机器人，每一个零部件都要靠自己来组装完成。使人们通过整个制作过程来获取创造的乐趣及成功的满足感。采用这种方法制作机器人，还可以进一步加深对机器人工作原理的感性认识。数字电路机器人虽然属于性能较为单纯的能够巡线和遇到障碍报警的机器人，但它也包含了一般机器人的制作机理。无论是宠物机器人还是工业机器人，尽管在科技含量和功能多少上有所差别，但是其基础的部分都是大同小异的。因此，以数字电路机器人讲解的机器人为基础可以开发出很多不同的机器人。为机器人爱好者提供了广阔的创作空间。目录CHAPTER 1 数字电路机器人快速安装简明指南6快速上手步骤 1：认识几种种主要器件8快速上手步骤
5、 2：如何组装10CHAPTER 2 数字电路机器人电子部分焊接132.1 分离控制板和传感器板132.2 电子元器件按照下面的顺序焊接14CHAPTER 3 数字电路机器人机械部分安装22CHAPTER 4 机器人总装及调试26CHAPTER 5 电子元器件基本知识295.1 色环电阻295.2 二极管315.3 光敏电阻325.4 三极管345.5 LED365.6 电容器37CHAPTER 6 电子元器件焊接知识396.1 电烙铁396.2 焊锡和助焊剂406.3 辅助工具406.4 焊前处理406.5 焊接技术416.6 焊接质量不高的原因426.7 易损元器件的焊接43CHAPTER
6、 7 机器人原理图及器件明细43CHAPTER 8 关于机器人的扩展功能46Chapter 1 数字电路机器人快速安装简明指南组装机器人是需要一些专业的科技工具。需要使用以下工具：l 电烙铁及烙铁架l 焊锡l 剪钳l 尖嘴钳l 螺丝刀一般在家里的制作机器人的时候，由于电烙铁的温度很高，经常会不小心烫伤桌子或手，因此一定要注意安全和防火。随着素质教育的越来越被重视，很多学校都把制作智能小车作为首选课题，智能小车生动有趣还牵涉到机械结构、电子基础、传感器原理、自动控制甚至单片机编程等诸多学科知识，学生通过动手实践能大大提高解决实际问题的能力，而且智能小车还是一个很好的硬件平台，只要增加一些控制电路
7、就能完成寻线小车、救火机器人、足球机器人、避障机器人、遥控汽车等课题。在白色的场地上有一条16毫米宽的黑色跑道，我们的寻线小车能沿着黑色跑道自动行驶，不管是跑道如何弯曲小车都能自动行驶，真是太神奇了！大家知道当光源射到白色物体和黑色物体上时的反光率是不同的，我们这里用红色的LED作为光源，光线通过地面或障碍物反射到光敏电阻上，通过检测光敏电阻的数值变化，能判断小车是否行驶在白色区域上或遇到障碍物，如果检测到是黑色跑道，说明小车跑偏，这一侧的电机就会减速甚至停转这一侧的绿色的LED熄灭，驱动小车向相反方向行驶，这样小车就能始终沿着跑道行驶了；如果检测到障碍物，小车就会停下来，并发出预警信息，蜂鸣
8、器鸣响的同时，显示避障的LED灯也会发出黄色的灯光。本着从简到繁的原则，我们开发了这款由数字电路来控制的智能寻线小车，在组装过程中我们不但能熟悉机械原理还能逐步学习到：光电传感器、电压比较器、电机驱动电路等相关电子知识。快速上手步骤 1：认识几种种主要器件【光敏电阻器件】这就是光敏电阻，它能够检测外界光线的强弱，外界光线越强光敏电阻的阻值越小，外界光线越弱阻值越大，当红色LED光投射到白色区域和黑色跑道时因为反光率的不同，光敏电阻的阻值会发生明显区别，便于后续电路进行控制。【LM393比较器集成电路】LM393是双路电压比较器集成电路，由两个独立的精密电压比较器构成。它的作用是比较两个输入电压
9、，根据两路输入电压的高低改变输出电压的高低。输出有两种状态：接近开路或者下拉接近低电平，LM393采用集电极开路输出，所以必须加上拉电阻才能输出高电平。【带减速齿轮的直流电机】直流电机驱动小车的话必须要减速，否则转速过高的话小车跑得太快根本也来不及控制，而且未经减速的话转矩太小甚至跑不起来，我们专门定做的这种电机已经集成了减速齿轮大大降低了制作难度非常适合我们使用。首先我们来熟悉一下整机的工作原理图，LM393随时比较着两路光敏电阻的大小，当出现不平衡时（例如一侧压黑色跑道）立即控制一侧电机停转，另一侧电机加速旋转，从而使小车修正方向，恢复到正确的方向上，整个过程是一个闭环控制，因此能快速灵敏
10、地控制。【机器人车体】这是机器人的主要车体结构，材料为铝合金材料，铝合金车体的材料轻便而安全。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。该合金中的主要合金元素为镁及硅，具有中等强度，良好的抗腐蚀性。【机器人控制板和传感器板】控制板是机器人核心部分，它通过连接各种传感器接收各种信息，通过分析处理，发出各种指令，控制机器人的各种运动行为。各种元器件需要你亲自动手焊接到控制板上。控制板上详细标明了各种控制电路，各种元器件的位置和正负极等。它由2部分组成，使用的时候，需要把两块电路板分开，小块的电路板是传感器控制板。组装的时候，两块控制板
11、需要用数据线连接起来。首先我们来熟悉一下整机的工作原理图，LM393随时比较着两路光敏电阻的大小，当出现不平衡时（例如一侧压黑色跑道）立即控制一侧电机停转，另一侧电机加速旋转，从而使小车修正方向，恢复到正确的方向上，整个过程是一个闭环控制，因此能快速灵敏地控制。快速上手步骤 2：如何组装第一步：电路部分基本焊接焊接前务必遵循如下原则：l 低矮元器件先焊；l 电路板焊接处有正负极标注，按图示正负极焊接；l 长脚为正，短为负的器件：发光二极管、电容、蜂鸣器；l 不用区分正负极的器件：普通定值电阻、光敏电阻。l 电路板为两块组成，请先将控制板与传感器控制板分离。电路焊接部分比较简单，焊接顺序按照元件
12、高度从低到高的原则，首先焊接电阻，焊接时务必用确认阻值是否正确，焊接有极性的元件如三极管、绿色指示灯、电解电容务必分清楚极性尽量参考我们图片的元件方向焊接，焊接电容时引脚短的是负极插入PCB丝印上阴影的一侧，焊接绿色LED时注意引脚长的是正极，并且焊接时间不能太长否则容易焊坏，集成电路芯片可以不插，初步焊接完成后请务必细心核对，防止粗心大意。焊接好的控制板如图：正面反面第二步：安装与焊接传感器控制电路 传感器控制电路板上需要焊接3组传感器，每组传感器分别有光敏电阻和发光二极管配成一对。光敏电阻和发光二极管（注意极性）是安装在小块的电路板上的，安装时配合上间隔柱，和地面间距约5毫米左右，光敏电阻
13、和发光二极管之间距离也在5毫米左右。最后可以通电测试，第三步：机械组装 注：详细安装参考第三章Chapter 3l 轮子的中心孔与底盘尾部的中心孔对准在一条水平线上。l 将开口销同时穿过这三个孔（底盘左侧，尾轮，底盘右侧）。l 将开口销一端弯曲使它不会滑出孔。l 拉伸橡皮圈，把它套在每个轮子上。l 每个轮子有一个凹槽用于把它安装到输出轴上。将两个轮子分别压在输出轴上，确保两个轴高度一致，并已装进轮子的凹槽。l 用螺钉将轮子固定在输出轴上。第四步： 组装与调试详细见第四章Chapter 4Chapter 2 数字电路机器人电子部分焊接说明在前，对于一个初学者来说，电子元器件的知识可能是零，但必须
14、要知道，有些电子元器件是有正负极的，而有些不用区分正负极。有正负极的元器件，一般行业内是有行业规定如何区分正负极的。例如有正负极的器件一般为长脚为正，短为负。本说明书中也尽量采用非专业人士能够看得懂的文字来表述。2.1 分离控制板和传感器板首先，取出如下图所示电路板（仔细看，电路板可以分离为两块电路板）。电路板仔细看，电路板由两块电路板组成，可以用手掰开，大块的为控制板，小块的为传感器板，如图： 机器人控制板 传感器板拿出大块的电路板，这是机器人的控制板，现在开始焊接机器人的控制板，把相应的电子元器件焊接到电路板上。焊接完成后的电路板如图：焊接完成后的示意图请先参考光盘上的视频电子元器件焊接方
15、法。掌握焊接的基本技巧。2.2 电子元器件按照下面的顺序焊接【机器人控制板的焊接】l 电阻我们用的电阻为色环电阻，色环电阻的样子，可以参看下图：在电子配件包中，找出上图样子的电阻，按照不同的阻值焊接到电路板相应的标号位置，不同阻值的位置不同，不同阻值及对应的电路板上的标号参考下表。电阻没有正负极。l 肖特基二极管肖特基二极管的样子如图：在电子配件包中，找出图示样子的肖特基二极管，焊接到电路板相应的标号D8、D9位置，对应的电路板上的标号参考下表。肖特基二极管焊接时，一定要注意安装的方向。参考如图：l LM393芯片座芯片座的样子如图：在电子配件包中，找出上图样子的芯片座，焊接到电路板相应的标号
16、LM393位置，芯片座有方向性，凹口的方向要一致。如图：LM393芯片安装时，也要与芯片座凹口的方向一致。l 三极管在电子配件包中，找出图示样子的三极管，焊接到电路板相应的标号位置。要知道，这个三极管是没有什么正负极概念的。焊接时，一定要注意三极管的方向性，具体如图：l 7P白色插座在电子配件包中，找出图示样子的白色插座，焊接到电路板相应的标号J6位置，白色插座的样子及焊接位置参考下图，注意插座的凹口方向与电路板上插座位置的凹口方向要一致。l 蓝白电位器在电子配件包中，找出下图所示样子的电位器，焊接到电路板相应的标号位置，具体电位器的样子参考下图。 在电路板上找出相应的标号位置，将三个电位器焊
17、接到电路板上。具体位置见下表。l 发光二极管这里的发光二极管指的是黄色和绿色的LED灯。LED灯有正负极，一定要注意，这里的LED灯，长脚为正，短脚为负。LED灯的样子如图：在电路板上找出相应的标号位置，将四个LED灯焊接到电路板上。见下表。l 蜂鸣器蜂鸣器为3V的有源蜂鸣器，是发声元器件，样子如图：在电路板上找出相应的标号U2位置，将蜂鸣器接到电路板上。蜂鸣器有正负极，长脚为正，短脚为负。l 接线插座电源接线插座是连接电池盒和两个电机的接线插座，具体的样子如图：在电路板上找出相应的标号位置，将接线插座接线口朝外焊接到电路板上。参考如下：l 电容在元器件包中找出两个电容，电容有正负极，长脚为正
18、，短脚为负。电容的样子如图：在电路板上找出相应的标号位置，将电容按照与电路板对应的正负极焊接到电路板上。参考如下：l 按钮开关在元器件包中找出按钮开关，按钮开关没有正负极。具体的样子如图：在电路板上找出相应的标号J4位置，这按键开关是没有正负极的，只要与电路板上J4位置的安装孔装上就可以了。l 芯片LM393的安装LM393芯片安装时，也要与芯片座凹口的方向一致，这一点，一定要注意。参考下图：【小块的传感器电路板焊接】然后取出小块传感器电路板，把以下的元器件焊接到电路板上。这三种元器件的焊接位置如图：l 7P白色插座7P白色插座焊接方法与控制板上的7P白色插座焊接要求相同，如下图所示。l 避障
19、传感器焊接避障传感器由高亮发光二极管和光敏电阻配合组成（见下图），焊接时，要注意高亮LED有正负极，长脚为正，短脚为负。光敏电阻不用区分正负极。焊接前，在元器件包中找出间隔柱，即白色的的塑料管。间隔柱有较长和较短的两种。隔离柱说明：隔离柱的两端不同，一端为通孔，一端带有2个很小的孔，安装元器件时，元器件的2只脚从带2个小孔的一端伸出即可。将高亮度的LED和光敏电阻套在白色的隔离柱上后，再焊接。高亮度的LED套在较短的间隔柱上，光敏电阻套在较长的间隔柱上。见下图。 较短隔离柱 较长隔离柱避障传感器为2组，焊接时注意传感器板的焊接位置。参考位置如下表：l 寻线传感器焊接寻线传感器，也是由高亮LED
20、和管敏电阻配对组成。组装的方法与避障传感器的方法相同，只是位置稍有不同，寻线传感器的焊接位置参考下表：Chapter 3 数字电路机器人机械部分安装主要零件包含如下：舵机（2个）车身件（1个）车轮（2个）前车轮（1个）开口销（1个）铜柱（4个）现在开始组装：图1中车身与舵机是通过规格为M3X6螺钉和M3X2螺帽连接（安装孔如下图所示）。图1图2中另一侧舵机的连接方法和图1相同。图2图3中舵机与车轮是通过规格为M2.5X5螺钉连接（安装孔由下图所示）。 图3图4中另一侧车轮的连接方法和图3相同。图4图5中车身与塑料球是通过开口销连接。（安装孔由上图所示） 图5附录 A 机器人车体的尺寸 B 机器
21、人车轮尺寸（机器人车体的尺寸）（车轮的尺寸）Chapter 4 机器人总装及调试首先，将电池盒安装在机器人车体的底部。见下面的示意图。其次，传感器板的安装，将传感器电路板与铜柱连接后，再将传感器板安装到车体上。如图： 电机引线、电池盒引线、数据线与机器人车体的走线方式，见下图：最后，将焊接好的机器人控制板安装在车体的铜柱上。控制系统连接示意图如下：观察焊接好的大块的控制板，找到三个绿色的电源接线座，靠近按钮开关的用来连接电池盒，另外两个用来连接两个电机。连接的时候需要必须看清正负极。红色的必需接正极“ + ”，黑色的用来接负极“ - ”。电子行业标准是，红色线代表“ + ”，黑色代表“ - ”
22、。但需要注意的是，两个电机与控制板想连接时，用左边的电机连接右边的电机接线座，也就是电机接线，交叉接线，一定要注意。最后的机器人效果图，如下：在电池盒内装入2节AA电池，开关按下即打开，小车正确的行驶方向是沿小球轮方向行驶，如果按住左边的光敏电阻，小车的右侧的车轮应该转动，按住右边的光敏电阻，小车的左侧的车轮应该转动，如果小车后退行驶可以同时交换两个电机的接线，如果一侧正常另一侧后退，只要交换后退一侧电机接线即可。在光线明暗度不同的时候，如在晚上或阳光充足的情况下，可以通过调节电路板上的变阻器来调节，名称分别为：避障灵敏度调节（1处）、寻线灵敏度调节（2处）。注意事项：包装盒内附机器人巡线的简
23、易跑道，客户也可以直接用1.52.0厘米黑色的电工胶带直接粘贴在地面上设计成复杂的跑道就更好玩了。Chapter 5 电子元器件基本知识5.1 色环电阻基本信息色环电阻，是在电阻封装上（即电阻表面）涂上一定颜色的色环，来代表这个电阻的阻值。具体读法可参考右图黑，棕，红，橙，黄，绿，蓝，紫，灰，白 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9 倒数第二环，表示零的个数。 最后一位，表示误差。 这个规律有一个巧记的口诀：棕一红二橙是三，四黄五绿六为蓝，七紫八灰九对白，黑是零，金五银十表误差 例如，红，黄，棕，金 表示240欧。 色环电阻分四环和五环，通常用四环。 倒数第二环，可以金色（
24、代表0.1）和银色的（代表0.01），最后一环误差可以无色（20%）。 五环电阻为精密电阻，前三环为数值，最后一环还是误差色环，通常也是金、银和棕三种颜色，金的误差为5%，银的误差为10%，棕色的误差为1%，无色的误差为20%，另外偶尔还有以绿色代表误差的，绿色的误差为0.5%。精密电阻通常用于军事，航天等方面。 色环实际上是早期为了帮助人们分辨不同阻值而设定的标准，事实上，在普及万用表的今天，这种标识已经很少有其存在的意义了。而且色环电阻也比较大，不太适合现代高度集成的性能要求。 现在应用还是很广泛的，如家用电器、电子仪表、电子设备常常可以见到。分类方法色环电阻是电子电路中最常用的电子元件，
25、采用色环来代表颜色和误差，可以保证电阻无论按什么方向安装都可以方便、清楚地看见色环。色环电阻的基本单位是：欧姆（）、千欧（K）、兆欧（M）。1000欧（）=1千欧（K），1000千欧（K）=1兆欧（M）。 色环电阻用色环来表示电阻的阻值和误差，普通的为四色环，高精密的用五色环表示，另外还有六色环表示的（此种产品只用于高科技产品且价格十分昂贵）。下表为色环电阻对照关系，其识别方法如下：（1）四色环电阻 四色环电阻 就是指用四条色环表示阻值的电阻，从左向右数，如图所示。第一道色环表示阻值的最大一位数字；第二道色环表示阻值的第二位数字；第三道色环表示阻值倍乘的数；第四道色环表示阻值允许的偏差（精度）
26、。 例如一个电阻的第一环为红色（代表2）、第二环为紫色（代表7）、第三环为棕色（代表1）、第四环为金色（代表5%），那么这个电阻的阻值应该是270，阻值的误差范围为5%。 （2）五色环电阻 五色环电阻 就是指用五色色环表示阻值的电阻，从左向右数，如图所示。第一道色环表示阻值的最大一位数字；第二道色环表示阻值的第二位数字；第三道色环表示阻值的第三位数字；第四道色环表示阻值的倍乘数；第五道色环表示误差范围。 例如以个五色环电阻，第一环为红（代表2）、第二环为红（代表2）、第三环为黑（代表0）、第四环为黑（代表0）、第五环为棕色（代表1%），则其阻值为220，误差范围为1%。 （3）六色环电阻 六色
27、环电阻 就是指用六色环表示阻值的电阻，六色环电阻前五色环与五色环电阻表示方法一样，第六色环表示该电阻的温度系数。5.2 二极管二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode);它只往一个方向传送电流的电子零件。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。二极管的工作原理：晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散
28、电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。p-n结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。5.3 光敏电阻光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长
29、的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。主要参数与特性根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器： 紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。 红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。 可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，
30、如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。 光敏电阻的主要参数是： （1）光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。 （2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。 （3）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的
31、电阻值（亮电阻）的相对变化值。 （4）光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。 （5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。 （6）伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。 （7）温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部
32、分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。 （8）额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。5.4 三极管晶体三极管的结构和类型 晶体三极管，是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。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种， 从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。 发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，
33、PNP型三极管发射区发射的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区发射的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。 目前，国内各种类型的晶体三极管有许多种，管脚的排列不尽相同，在使用中不确定管脚排列的三极管，必须进行测量确定各管脚正确的位置，或查找晶体管使用手册，明确三极管的特性及相应的技术参数和资料。 晶体三极管的电流放大作用 晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是
34、三极管最基本的和最重要的特性。我们将Ic/Ib的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。 晶体三极管的三种工作状态 截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。 放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，
35、其电流放大倍数Ic/Ib，这时三极管处放大状态。 饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。 根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。 使用多用电表检测三极管 三极管基极的判别：我们知道三极管的基极是三极管中两个P
36、N结的公共极，因此，在判别三极管的基极时，只要找出两个PN结的公共极，即为三极管的基极。具体方法是将多用电表调至电阻挡的R1k挡，先用红表笔放在三极管的一只脚上，用黑表笔去碰三极管的另两只脚，如果两次全通，则红表笔所放的脚就是三极管的基极。如果一次没找到，则红表笔换到三极管的另一个脚，再测两次；如还没找到，则红表笔再换一下，再测两次。如果还没找到，则改用黑表笔放在三极管的一个脚上，用红表笔去测两次看是否全通，若一次没成功再换。这样最多测量12次，总可以找到基极。 三极管类型的判别： 三极管只有两种类型，即PNP型和NPN型。判别时只要知道基极是P型材料还N型材料即可。当用多用电表R1k挡时，黑
37、表笔代表电源正极，如果黑表笔接基极时导通，则说明三极管的基极为P型材料，三极管即为NPN型。如果红表笔接基极导通，则说明三极管基极为N型材料，三极管即为PNP型。5.5 LED基本信息LED(Light-Emitting-Diode中文意思为发光二极管)是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W（2010年）。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm
38、W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lmW，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lmW，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效可以超过150lmW，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片。在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起
39、来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。5.6 电容器电容器通常简称其为电容，用字母C表示。电容器在电路中的作用在直流电路中，电容器是相当于断路的。 电容器是一种能够储藏电荷的元件，也是最常用的电子元件之一。 这得从电容器的结构上说起。最简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质（包括空气）1构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。不过，这样的情况是在
40、没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下。我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。 但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。 在中学阶段，有句话，就叫通交流，阻直流，说的就是电容的这个性质。电容器的基本功能充电
41、和放电充电和放电是电容器的基本功能。 充电使电容器带电（储存电荷和电能）的过程称为充电。这时电容器的两个极板总是一个极板带正电，另一个极板带等量的负电。把电容器的一个极板接电源（如电池组）的正极，另一个极板接电源的负极，两个极板就分别带上了等量的异种电荷。充电后电容器的两极板之间就有了电场，充电过程把从电源获得的电能储存在电容器中。 放电使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的过程称为放电。例如，用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就会放出电荷和电能。放电后电容器的两极板之间的电场消失，电能转化为其它形式的能。 在一般的电子电路中，常用电容器来实现旁路、耦合、滤波、振
42、荡、相移以及波形变换等，这些作用都是其充电和放电功能的演变。Chapter 6 电子元器件焊接知识在电子制作过程中，焊接工作是必不可少的。它不但要求将元件固定在电路板上，而且要求焊点必须牢固、圆滑，所以焊接技术的好坏直接影响到电子制作的成功与否，因此焊接技术是每一个电子制作爱好者必须掌握的基本功。6.1 电烙铁电烙铁的功率应由焊接点的大小决定，焊点的面积大，焊点的散热速度也快，所以选用的电烙铁功率也应该大些。一般电烙铁的功率有20W 25W 30W 35W 50W 等等。在制作过程中选用30W左右的功率比较合适。电烙铁要用220V交流电源，使用时要特别注意安全。（1）电烙铁插头最好使用三极插头
43、。要使外壳妥善接地。 （2）使用前，应认真检查电源插头、电源线有无损坏。并检查烙铁头是否松动。（3）新烙铁使用前，应用细砂纸将烙铁头打光亮，通电烧热，蘸上松香后用烙铁头刃面接触焊锡丝，使烙铁头上均匀地镀上一层锡。这样做，可以便于焊接和防止烙铁头表面氧化。旧的烙铁头如严重氧化而发黑，可用钢挫挫去表层氧化物，使其露出金属光泽后，重新镀锡，才能使用。（4） 电烙铁通电后温度高达250摄氏度以上，不用时应放在烙铁架上，但较长时间不用时应切断电源，防止高温“烧死”烙铁头（被氧化）。要防止电烙铁烫坏其他元器件，尤其是电源线，若其绝缘层被烙铁烧坏而不注意便容易引发安全事故。（5）不要把电烙铁猛力敲打，以免震断电烙铁内部电热丝或引线而产生故障。不可乱甩，以防烫伤他人。（6）使用结束后，应及时切断电源，拔下电源插头。冷却后，再将电烙铁收回工具箱。6.2 焊锡和助焊剂 1、焊锡：焊接电子元件，一般采用有松香芯的焊锡丝。这种焊锡丝，熔点较低，而且内含松香助焊剂，使用极为方便。 2、助焊剂：常用的助焊剂是松香或松香水（将松香溶于酒精中）。使用助焊剂，可以