青少年电子制作培训教材

竞赛篇
第一讲电子制作锦标赛简介
(一)、全国青少年电子制作锦标赛发展概况
全国青少年电子制作锦标赛是由国家体育总局、教育部、中国科协、全国妇联、共青团中央联合主办的一项全国性赛事，已被国家体育总局正式列入科技竞技体育运动项目。

其目的是为了更好的对青少年进行全面素质教育。

锦标赛从1998年立项至今已成功举办了十余届，全国竞赛每年一次。

现每届都有十多个省市的一百多个代表队参加，参赛选手已达2600多人次。

有小学、初中、高中(含职高、技校)男、女学生，还有不少幼儿园的小朋友也来参加。

为了便于各地区青少年参赛，近年开始举办各地区的锦标赛，获奖的规格与全国锦标赛相同。

为了促进各地青少年电子制作活动的开展和推广，全国锦标赛组委会还经常派专家或辅导老师去各地举办教练员、辅导员、裁判员培训班；协助举办省、市、县的电子制作竞赛活动和各地区的锦标赛工作。

每年定期举办两次全国性的教练员、辅导员、裁判员培训班，以利于竞赛水平和成绩的提高。

全国青少年电子制作锦标赛的发展过程是一个发展中创新、创新中发展的过程，无论是竞赛的程序、规则还是竞赛的容、题型都在不断改进、提高和完善。

最初竞赛是用指定器材BD--Ⅱ型118种电路的“百拼电子世界”来进行电路拼装，后来又开发了“118种电路加强包A型”(简称加强包)，新增了200多个电路，两者合併作为竞赛的指定器材“百拼电子世界”。

用这套器材中列举的电路进行改造、设计、创新就可以完成上千、乃至上万个电路的实验，从而为广大青少年增强创新
意识、发展创新思维、提高创新能力、培养创新精神提供了一个广阔平台。

如果仅仅是电路创新设计竞赛，那么它与青少年电子制作锦标赛还有较大的差距，只评审已完成的电路实验，则难以了解青少年的电子制作水平。

为此，自从2003年开始，锦标赛增设了“现场电子制作工艺竞赛”(现称现场电子制作竞赛)。

参赛选手自带工具，在竞赛现场定时完成指定的电子作品的制作，并当场显示电路的功能。

通过现场电子制作竞赛，进一步考察青少年的动手能力和制作技能。

这就使全国青少年电子制作锦标赛更加名副其实。

并且为培养、提高青少年的实践能力又开劈了一个重要的途径。

2006年，全国电子制作锦标赛的竞赛容又有拓展和创新，基础型机器人竞赛又被国家体育总局航空无线电模型运动管理中心批准列入全国青少年电子制作锦标赛的竞赛项目，并单独设立单项奖，全能奖和团体奬。

2006年8月在举行的第九届全国青少年电子制作锦标赛中，参加新设置的"基础型机器人竞赛"的小学、初中、高中选手达到1200多人。

2007年研制、开发了智能车，经一年多的研讨、试验和改进，并制定了相应的规则和程序，还在多个省市进行试赛。

2008年，经国家体育总局航空无线电模型运动管理中心批准，智能车竞赛正式列入全国电子制作锦标赛项目，并相应设有单项奖、全能奖和团体奖。

2009年改称基础型寻轨器竞赛。

2008年8月初在省委党校举行的笫十一届全国青少年电子制作锦标赛中，参加智能车竞赛的小学、初中、高中学生就达八百人之多。

第12届全国锦标赛是2009年9月在十月军校举行的。

青少年电子制作活动与竞赛是一门综合素质教育活动课程，融中、小学劳动技术教育、科技创新教育和科技竞技体育活动于一体，旨在培养青少年的创新精神和实践能力，也是基础教育新一轮课程改革实施综合实践和通用技术教育的有效途径之一。

青少年电子制作活动与竞赛己引起各地教育行政、教研部门的密切关注，也吸引了越来越多的中、小学校参与。

创造是民族的灵魂，创新是人类的永恆。

我们相信，全国青少年电子制作锦标赛一定会在发展
中不断地创新，在创新中不断地发展。

(二)、省青少年电子制作锦标赛发展概况
第一届于2005年市松柏中学举行
2006年师附属小学举办
2007年市实验小学举办
2010年前埔南区小学举办
2011年五缘实验小学举办
（附部分比赛照片）
(三)、省青少年电子制作锦标赛竞赛容
A、电子百拼
B、电子小拼
C、基础型机器人
D、基础型寻轨器
E、基础焊接
F、绿色栽培
现对各项竞赛容作简单介绍：
A、电子百拼
1、指定电路个人赛
2、团体赛（指定电路个人的前四名的总和为团体赛成绩）
3、创新电路个人赛
B、电子小拼
1、指定电路个人赛
2、团体赛（指定电路个人的前四名的总和为团体赛成绩）
3、创新电路个人赛
C、基础型机器人竞赛----两个项目。

1、基础型机器人制作赛；
2、基础型机器人行走定点赛。

3、团体赛
D、基础型寻轨器竞赛----两个项目。

1、基础型寻轨器制作赛；
2、基础型寻轨器行驶赛。

3、团体赛
E、基础焊接
1、基础焊接制作赛
2、基础焊接团体赛
F、绿色栽培
1、成果赛
2、观察赛
中学组、小学组全能团体赛
第二讲常用电子元器件的识别和应用
1、电阻（固定、可变二类）
•电阻器简称电阻，电阻具有阻碍电流并造成能量损耗的作用。

电阻在电路原理图中，常用符号“R”表示，单位是“欧姆”，用希腊字母“Ω”表示。

超过1000Ω的电阻常用KΩ、MΩ表示，电路图标注通常还省略Ω，1000=1K，1000K=1M。

电阻在电路中常用来限制电路中的电流、控制分配电压等作用。

•可以手动调节的电阻又称为电位器，可变电阻有三个引脚，其中两个引脚之间的电阻值固定，
第三个引脚与任两个引脚间的电阻值可以随着轴臂的旋转而改变。

•电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的电阻叫光敏电阻，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。

按材料由碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻、水泥电阻…等。

按功率由1/16W、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W…等。

a-色环电阻（以色环表示阻值）
图17
色环颜色含义对照表：
色环颜色阻值
1、绿棕黑51
色环电阻的辨认： 色环电阻辨认练习； 单位：Ω 色环颜色(例) 阻值 备注
1、棕黑黑 10Ω 末环为黑(几十欧)
2、棕黑棕 100Ω 棕(几百欧)
3、棕黑红 1k Ω 红(几千欧)
4、棕黑橙 10k Ω
橙(几十千欧)
5、棕黑黄 100k Ω 黄(几百千欧)
6、棕黑绿 1M Ω
绿(几兆欧)
b-电阻的图形符号：
图18
c-电阻的单位换算：
2、电容器(固定和可变二类)
2、红黑棕 200
3、绿蓝红 5.6k
4、红黑橙 20k
5、绿黑黄 500k
6、红黑绿
2M
电容的作用：具有储存电荷的能力，在电路中具有“通高频、阻低频”和“通交流、隔直流”
的能力。

表示电容器电荷容量大小的基本单位是“法拉”，用字母“F”表示。

我们通常只使用更小的单位“微法”，常用字母“uF”表示，“微微法”又叫“皮法”，常用“pF”表示。

1F=1000000uF、1uF=1000000pF。

电容值在电路图中的具体表示方法较多，有的电路图直接标出单位，例如，150pF、0.01uF、220uF等。

有的电路图则用数字表示，如103为0.01uF、104为0.1uF，这类电容的表示方法实际上采用“pF”为基本单位，前两位是有效数字，第三位表示有效数字后面“0”的个数，例如，271表示270pF。

a-电容器的分类：
按材料分有瓷、涤伦、聚丙烯、铝电解、钽电解…等电容器。

按耐压分有16V、25V、63V、100V、160V、250V、1000V…等。

按极性分有无极性和有极性二类；电解电容属有极性电容，它的负极在外壳一侧、有明显的浅灰色细条作为标记。

b-电容器的图形符号：
图19
c-电容器单位换算：
d-电容器的识别：
只用数码表示电容器的方法：
凡不带小数点的整数，不标单位，则单位是PF(微微法)。

如300表示300PF。

凡带有小数点的数，不标单位，则单位是μF，如0.22表示0.22μF。

三位有效数字表示电容的方法：
第1、2位表示有效数字，第3位是倍率。

如103表示10000pF=0.01μF。

如104表示100000pF=0.1μF。

3、晶体三极管(NPN、PNP二类)：
晶体管是电子装置中的重要元器件，由半导体材料制成，包括二极管和三极管。

•半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。

•二极管有正负极性，并具有正向导通、反向不导通的特性。

根据不同的用途，分为会发光的发光二极管、检波二极管、整流二极管和稳压二极管等，一般电路图会给出具体型号，实验运用的时候要对号入座，注意极性。

•常用二极管封装为圆柱状，有环形标志的一端是负极。

发光二极管的长脚为正极。

参见符号元器件对照表。

二极管不要直接和电源两端相连接，例如发光二极管一般都要通过限流电阻接到电源两端才能正常工作，否则就会损坏。

基本参数、符号、管脚排列图示如下：详见知识篇第六讲
NPN和PNP主要是电流方向和电压正负不同
NPN 是用B→E 的电流（IB）控制C→E 的电流（IC），E极电位最低，且正常放大时通常C极电位最高，即 VC > VB > VE
PNP 是用E→B 的电流（IB）控制E→C 的电流（IC），E极电位最高，且正常放大时通常C极电位最低，即 VC < VB < VE
总之 VB 一般都是在中间，VC 和 VE 在两边，这跟通常的 BJT 符号中的位置是一致的，你可以利用这个帮助你的形象思维和记忆。

而且BJT的各极之间虽然不是纯电阻，但电压方向和电流方向同样是一致的，不会出现电流从低电位处流行高电位的情况。

工作方式四种：放大，饱和，截止，反置。

放大：Uc>ub>ue通过基极电流控制集电极电流的大小，且两者变化一致，要大都大，要小都小。

发射区向基区发射电子，基区中电子的扩散与复合，集电区收集电子。

ie=ic+ib。

饱和：随着集电极电流增大，集电极外接电阻分压导致集电极uc降低，ub>uc进入饱和。

集电极电流不受基极信号左右，电流基本不变。

且大于放大时电流。

截止：Ub<ue，电子总是跑向高电位，发射区不能向基区发射电子，三极管处于截止状态。

集电极电压等于VCC。

最后一种情况不常见
4、二极管：
图21
图22
（1）、普通二极管：整流或检波用。

（2）、光电二极管：光电二极管在使用时是反向接入电路中的，它的正极和电源负极相通，负极和电源正极相通。

无光照时阻很大，受光照以后阻变得很小。

为此，利用光接收、光电转换应用于控制电路中(如基础型寻轨器)。

（3）、变容二极管：使用时也反接，反向电压变化时，变容二极管的PN结电容随之变化。

此特性可应用在自动频率微调、电调谐等电路中。

（4）、发光二极管：
有红色、绿色、白色、黄色、蓝色、橙色、多变色…等。

工作电压有1.7v、1.85v、2.3v、2.8v…等
详见知识篇第五讲。

4、集成电路：
•随着半导体工艺技术的突飞猛进，人们能够按照需要，在一小片半导体材料上集成，并连接许多晶体管和部分阻容元件，完成某种或多种特定功能，并将其封装留出引脚备用，这就是
集成电路。

•集成电路是一种采用特殊工艺，将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件，英文为Integrate Circuit，缩写为IC，也俗称芯片。

•集成电路的出现大力推动了电子技术的发展，如今的多数家用电器都用上集成电路，特别是家用电脑主要是由集成电路构成。

•集成电路根据不同的功能用途分为模拟和数字两大派别，而具体功能更是数不胜数，其应用遍及人类生活的方方面面。

集成电路根据部的集成度分为大规模中规模小规模三类。

其封装又有许多形式。

“双列直插”和“单列直插”的最为常见。

按封装材料分有瓷和塑料二类
按引脚引出的方式分为扁平和双列直插式二种。

目前我们接触到的有三个集成电路；
(1). CD-4069六反相器(十四脚、塑封、双列直插式)。

(2). 555时基电路(八脚、塑封、双列直插式)。

(3).LM-358双运放(八脚、塑封、双列直插式)。

以上集成电路都配有标准配套插座，现场制作时，应先将
插座焊于线路板上，待全部焊接制作完畢后，经检查无误，方
可插入集成电路，以免静电及无故损坏集成电路。

（1）、集成电路正面引脚排列图示：(反时针方向)—图24
（2）、集成电路插座(八脚、十四脚)：--图25
图24图 25
（3）、集成电路底视引脚排列图示(顺时针方向)： --图26
图
26
图27
（4）、集成电路CD-4069外引线排列图：--图26 27 （5）、集成电路LM358外引线排列图：--图28
图28 图29
（6）、集成电路555正面外引线排列图：---图 29
555时基电路电路功能详见知识篇第十讲。

电感器
电感器是根据电磁感应原理用漆包线绕制而成。

一般都是根据具体需要制成专用电感元件。

在电子制作材料中往往都有具体的绕制说明。

电感器常用“L”表示，基本单位是亨利,字母符号H,常用更小单位毫亨“mH”、微亨“uH”，1H=1000mH、1mH=1000uH。

电感器的特性恰恰与电容的特性相反，它具有阻止交流电通过而让直流电通过的特性。

常和电容器一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。

电路图符号收音机磁棒线圈
感应线圈的缠绕及相关
用一尺寸适合的白纸片中间垫上一条卡纸包裹在磁棒上做骨架，用胶水粘牢，待干后用漆包线在骨架上并密绕75圈，为了防止线圈松动，然后拔掉垫在中间的卡纸条，检查磁棒能否在线圈中自由移动即可。

余出6厘米左右的线头，要记得将线头的绝缘漆刮掉露出铜约1厘米。

调感式收音机省略体积较大的可变电容器，但要注意防止磁棒摔到地上，磁棒材料较脆，容易断裂，不小心损坏看用502水粘合。

第三讲电子百拼和小拼（指定电路、创新电路及有关电
子元器件知识补充）
指定电路：
比赛中的指定电路是由说明书里的电路图中选出来的及拼装出和书本一样的电路图。

创新电路：
创新电路是指在原有的书本上加以修改的简易图形，根据选手理解的方式自行拼装，达到要求即可。

判断百拼图拼装、创新正确与无效的规定：
１、选手在现场宣布的规定时间，逐一独立完成各种指定电路。

２、选手每正确完成一种电路（通过声、光、电等效果判断），由裁判员现场计时（计时精确到秒）。

３、凡不能按题意显示效果的其成绩无效。

虽能显示效果，但有下列情况之一者，该题完成时间为指定完成时间再加5分钟：
（1）未采用指定器材或零配件的参赛者；
（2）拼装不平整（中学组如选用导线太长、而导致不齐除外）或层次混乱；
（3）无底板拼装或连接点超出底板；
（4）非指定零配件在底板上出现或指定的零配件不在底板上；
（5）元器件的极性颠倒或配件不全；
（6）拼装层次超过三层（创新拼装和创新设计除外）；
（7）未用子母扣连接或子母连接不牢固影响电路正常工作；
（8）导线或元器件在相邻层交叉；
（9）合上开关,电路需调整或调试后才能显示功能；
（10）计时生效再次触动、更改或增减拼装板上的零件；
（11）主动或被动给予或接受别人帮助；
（12）不服从裁判或不按申诉程序提出申诉，且严重影响竞赛进行者；
（13）违反竞赛其它相关规定者。

（电子百拼电路图有出现电动机和干簧管，底板上少扇叶和磁铁是为未采用指定零配件）
电子小拼实验插板使用说明
46列实验插板中间有一凹槽，其两边分布23列五个部相连的插孔，列与列之间的插孔相互绝缘。

插板的上下另外分布两条编号为“X”和“Y”、五个一排共四组的插孔，部分别相连。

分布在同一列五孔的元器件管脚连接在一起。

•
电子小拼装图例
•
使用面包板注意事项
在插板上完成电路拼装，要注意将元件引脚垂直顺势插入实验板，避免过分用力折弯引脚，并确保与插孔簧片接触良好。

对于集成电路、三级管和发光二级管等引脚容易折断的元器件，尽量不要将引脚得太大，以免引起器件损坏。

在拼装电路顺序上，先安排这些元器件定位，后拼插其它长脚元器件。

元器件要按指定电路器件参数的要求拼装，注意极性不要颠倒。

其他元器件可以根据实际情况适当剪脚。

每列五孔不够用或者元器件引脚交叉跨接的时候，可以用跳线连接扩展。

判断小拼图拼装、创新正确与无效的规定：（非幼儿园组竞赛项目）工艺评分办法：
1、发光二极管、三极管和集成电路引脚弯曲拱起、跨距在于两格、元路件引脚交等每处加10秒。

收音机磁棒不能自由移动、元器件参数与电路图不符等每处加30秒。

2、规定时间没有按时完成或没有效果的，其完成时间为指定时间再加5分钟。

在规定时间完成的要经过振动电路板来确定效果；振动电路板，失效或效果不稳定的时间加30秒。

3、凡属下列条款之一者，其完成时间为该题指定时间再加5分钟：
（1）未采用指定器材的参赛者，
（2）主动或被动给予或接受别人的帮助；
（3）不服从裁判，又不按申诉程序提交申诉，且严重影响竞赛进行者；
（4）违反竞赛其它相关规定者。

第四讲现场电子制作竞赛(焊接) （针对机器人、寻轨器和基础焊接）
现场电子制作并非只是简单的‘焊接’，而是学习电子电路的另一种形式，它与实际结合更加紧密。

不仅可以亲身体验一下电子制作工艺的方法和技巧，同时可以熟悉、掌握各类电子元器件的特性以及在电路中的应用特点，可以更进一步地熟悉、掌握基本电路的实际应用方法。

通过‘现场电子制作’的实践、锻练，动手动脑，使广大青少年不仅能看懂电路原理图，而且能进一步熟悉、掌握看懂印刷电路板工艺装配图，结合‘电路创新设计’的拼搭图，将三图融为一体。

（一）焊接技术
1、电子制作的常用工具
电烙铁（220V、热式：20-35W）、焊接材料（焊锡丝φ≤1mm、松香）、烙铁架（成品或自制）、斜口钳、螺丝刀（十字和一字）、印制线路板焊接夹具（自制或可用橡皮泥代）、镊子、单面刀片、砂纸、万用表（指针式或数字式）、带开关接线板（电源线长2-3米）等。

2、电烙铁的使用方法
使用前，必须做到：
a、检查电烙铁是否良好，用万用表检查加热阻丝电阻约为1k≤R≤5k，否则电烙铁存在部短路或断路。

用万用表检查220V插头任意一端与外壳之间的绝缘电阻不小于5MΩ。

b、新烙铁在第一次使用前，首先必须进行上锡。

俗话说：‘磨刀不误砍柴工’，新烙铁第一次上锡不好，会影响今后的使用。

烙铁使用一段时间后，应日久氧化腐蚀严重，烙铁头会出现凹坑，需用锉刀将斜面锉平（其形状以实际使用合适为准），然后再进行上锡。

在每次用完电烙铁，烙铁头表面应有一层很薄的锡，其余残渣应用刀片刮干净。

c、最好采用具有三芯电源插头的电烙铁，使用时比较安全。

对于目前市场销售较多的廉价二芯电烙铁，在使用时，必须格外注意安全。

使用前，应仔细地检查，电烙铁电源线是否与烙铁外壳短路，部加热圈是否有短路现象…等。

另外，在焊集成电路（甚至三极管）时，应拨出电源后，再进行焊接，以免因‘静电’而损坏器件。

3、焊接技术
焊接的实质：利用热能加速金属原子间的扩散，由于金属原子间的吸引力使金属之间的
连接处，形成牢固的合金结合在一起。

锡焊的特征：焊锡和元件之间呈浸润状态，请看下面示图。

a、焊接方法：
焊接之前，应根据图文资料中的印刷电路板工艺安装图，将电路所需元器件有序地从无铜箔面
一一插入印刷电路板相应的位置，并将铜箔面向上，采用专用焊接夹具将所有元器件位置固定妥善（采用橡皮泥方法以及其它自制办法均可）。

总之，要使焊接更方便、更可靠、更有序、更简单。

这就是焊接前最基本的准备工作，接着就可以开始进行焊接了，具体方法步骤如下：
图15 ○1一般焊接时，右手拿电烙铁，左手拿焊锡丝，常称之为送锡焊接法，图1、表示第一步首先将
电烙铁靠近焊件引线底部（与印刷板铜箔交界处），开始对焊件预热。

○2图2、表示电烙铁加热同时，左手焊锡丝开始送锡。

○3图3、电烙铁开始加热、熔锡并浸润于引脚与铜箔之间。

○4图4、撤回焊锡丝后，接着撤回电烙铁，引脚与铜箔之间巳形成一个具有向均匀收缩锥面、左右、前后对称的光亮焊点。

b、焊接质量的鉴别：
图16
上面为焊接质量示意图，图中1、为正确焊点、焊点牢固、光亮、锡量适中。

图中2、焊锡太多。

图中3、加温不足而造成虚焊。

图中4、焊锡太少。

c、防止虚焊的措施：
什么叫虚焊？顾名思义，就是虚假的焊接。

这是初学者最容易犯的毛病。

从焊点表面看好象是焊上了，其实并未焊上。

如果稍用力一拉，焊点也许就脱开了。

‘虚焊’会造成电路时断时通，引起这样的故障就难以查找和及时排除。

为此，在焊接时必须注意如下几点：
○1先刮后焊。

元器件引线表面有氧化物或油渍等，锡不易浸润，即使勉强把焊锡“糊”上去，其结果只能是造成虚焊。

所以对引线表面若有氧化层时，,必须先刮除氧化层后再进行焊接。

对于新的元器件，因引线表面镀层较好，一般情况下就不需要再刮了，可以直接进行焊接。

总之，必须根据实际情况，因地制宜。

○2掌握温度。

如果焊接时温度不够，焊锡流动性差，易凝固；温度过高，焊锡易滴淌，使焊点上存不住锡。

要想温度适当，一要根据元件大小选用功率合适的烙铁。

(若用瓦数小的烙铁去焊接大型元件或在金属底板上焊接地线，最易形成虚焊。

) 二要掌握加热时间。

当焊锡从(焊锡丝)、烙铁头上
自动流散到被焊物上时，说明加热时间己够。

此时先(在与水平线左45度方向)移开焊锡丝，然后(在右45度方向)迅速移开烙铁头，便留下一个光亮、圆滑的焊点。

○3上锡适量。

最好一次成功。

初学者，开始宁少勿多，锡少可以再次补上，但千万不能像燕子筑窝那样一点、一点堆焊。

必须使锡都熔化并已浸润于焊件才移开烙铁。

○4扶稳不晃。

被焊物必须扶稳夹牢，特别是在移开烙铁后的焊锡凝固阶段，不可晃动。

否则也容易形成虚焊。

(焊点表面同样会变成豆腐渣一样)
○5尽量少用焊膏。

焊膏是一种酸性助焊剂，对金属有腐蚀作用。

即使要用，焊后必须将残留焊膏擦干净。

避免严重时造成焊点脱开或印刷电路断路。

4、焊接装配工艺要求：
○1元器件引脚由印刷电路板的无铜箔面插入。

○2电阻可水平安装，若位置受限，也可直立安装。

○3三极管应直立安装，引脚保留高度：5-10mm为宜。

○4发光二极管应直立安装，保留管脚长短应根据实际需要而定，以便于观察、对称、美观为准。

○5电容器应直立安装，对于大容量电解电容可紧贴板面安装，其它电容安装可以控制在离板高度为2-3mm。

○6带外壳的器件，如电位器、插座、开关等应紧贴印刷电路板，应避免外壳与周围其它元器件发生短路现象。

○7一般先将元器件插入印刷电路板(全部或部分)，然后进行焊接，焊接完毕，再剪去过长的引线。

○8无少焊或漏焊，焊接后的元器件，电气接触良好、机械结合牢固，无论摇动整块电路板或个别元器件，都不会影响电路的工作效果。

○9焊点要圆滑、光亮、清洁、无虚焊、无搭焊、无针孔、尖、无残渣、无散锡。

10元器件排列美观、均匀、整齐、.高低有序、便于检查和辨认规格型号。

○
第五讲基础型机器人
基础型机器人顾名思义是一种简单的机器人。

我们说相比于“单片机”机器人，优点在于不。