KiCad 制作 3V 双测点分压板:测出三分之一与三分之二电压

2026-10-29 / 0 评论 / 2 阅读

KiCad 制作 3V 双测点分压板:测出三分之一与三分之二电压 教程示意图

发布日期:2026-10-29。

适用场景

刚开始画电路板时,原理图中的连线往往比实际测量容易理解。本教程制作一块只有三只串联电阻的低压练习板,在两个中间节点设置独立测点。完成后,你可以用同一个接地点依次测量输入、上方节点和下方节点,把纸面上的电压比例对应到实际焊盘。

全程只使用设为 3.0V 的限流直流电源。电路没有单片机,也不连接交流电、市电或其他设备。本板用于学习分压和测量,不作为仪表校准基准。

原理:先确定电压相对于哪里

把 R1、R2、R3 从电源正极到地依次串联,每只都是 1kΩ。R1 与 R2 之间命名为 TP2,R2 与 R3 之间命名为 TP1。负极节点命名为 GND,也就是地。

空载时,总电阻为 3kΩ,输入为 3.0V,因此串联电流约为 1mA。每只电阻分担约 1V,TP1 对地约为 1V,TP2 对地约为 2V。注意,TP2 对 TP1 约为 1V,和 TP2 对地的读数不同。Adafruit 的分压说明介绍了三只相等电阻产生三分之一、三分之二节点电压的关系。

分压节点存在输出电阻。接入负载后,原来的电阻关系会变化,所以节点电压也会变化。Analog Devices 的分压器说明解释了这种输出电阻带来的限制。

准备工作

准备 KiCad 9、三只 1kΩ 的直插电阻,建议精度为 1%、额定功率至少 0.125W;另备一只 3kΩ 电阻用于负载实验。还需要两针电源端子、三个方便夹持的测试端子、数字万用表、焊接工具和具有限流功能的直流电源。

先断电测量三只电阻,确认它们都接近 1kΩ,记录实际值。不要仅凭外观认定阻值。检查实物引脚间距,再选择对应封装,避免板子做好后元件装不下。

分步骤操作

第一步:画出唯一的串联路径

新建工程,放置两针连接器 J1 和三只电阻。J1 的第一针连接 R1 上端,R1 下端连接 R2 上端,R2 下端连接 R3 上端,R3 下端接 J1 第二针。第二针同时连接地符号。

在两个中间节点分别放置 TP2、TP1 测试点符号,再给地增加一个测试点。检查每条导线确实吸附到引脚端点,连接点不能只是在视觉上靠近。为输入标注“仅 3V 直流”,并在原理图上写明 TP1 约为输入的三分之一、TP2 约为输入的三分之二。

第二步:分配封装并布局

为电阻选择与实物尺寸一致的轴向直插封装,为测试点选择可焊接针环或排针的通孔封装。打开 PCB 编辑器,执行“从原理图更新 PCB(Update PCB from Schematic)”。这一操作会传递封装和网络连接关系,具体行为可查阅 KiCad PCB 编辑器官方手册。

把电源接口放在左侧,三只电阻依次排列,TP2、TP1 和地测试点放在右侧,建议相邻测试端子间留出至少 5mm 的操作空间。这是为了降低表笔碰到相邻金属的机会,不是通用制造极限。

第三步:布线并检查交付文件

在板框层(Edge.Cuts)画出闭合板框,例如 35mm×25mm。这个小电流练习板可以使用 0.5mm 线宽和 0.3mm 铜间距作为起点,但仍应满足所选制板厂的制造规则。

沿原理图中的串联顺序布线,避免为了走线方便而交换 TP1、TP2。正面丝印层(F.SilkS)标清输入正负极、两个测点名称和电阻编号,文字避开裸露焊盘。

运行“设计规则检查器(Design Rules Checker)”,逐项处理未连接和间距问题。导出制造文件后重新打开检查,确认板框闭合、钻孔存在、测点名称清楚。软件检查通过仍不能代替元件尺寸和实际接线核对。

第四步:焊接并限流通电

断开所有电源后焊接。清理可见连锡,检查电源正负极之间没有低阻短路。万用表置于电阻档时,整条电阻链应接近 3kΩ;读数明显偏低时先排查,不能直接通电试运气。

关闭电源输出,把电压设为 3.0V、电流上限设为 10mA,再连接板子。确认极性后开启输出。正常空载电流应在约 1mA 的量级;如果电源立即进入限流状态,马上关闭输出并断电检查。

验证方法

万用表使用直流电压档,黑表笔接地测试点。先测输入实际电压,再测 TP1 和 TP2。若输入不是恰好 3.000V,应按实际输入计算预期值,不能把电源误差全部归到电路板上。

记录输入电压、TP1、TP2,再分别计算 TP1 与输入之比、TP2 与输入之比。它们应分别接近三分之一和三分之二,允许存在电阻公差和仪表误差。

接着关闭输出、断电,在 TP1 与地之间连接一只 3kΩ 电阻。它与 R3 并联后等效为 750Ω,整条路径变为 1kΩ、1kΩ、750Ω。在输入仍为 3.0V 的条件下,TP1 理论上约为 0.818V,TP2 约为 1.909V。这组计算是本教程电路参数推导出的预期值,不代表实际测试结果。

常见错误

两个节点都接近零,先测输入是否真正到板;只有一个节点异常,重点检查对应焊点和电阻。两个读数正好交换,通常是丝印、测点名称或电阻排列理解反了。接负载后读数下降是本实验要观察的现象,不能据此判断电源损坏。

不要把电流档表笔跨接在电源两端,也不要带电使用电阻档。测量前应确认表笔插在电压测量插孔。

安全与回退

每次增加负载、移动接线或返修都先关闭输出并断电。保留 10mA 限流设置,不把输入提高到其他电压,也不向分压测点连接电机或开发板供电端。

恢复空载状态时,断电拆下新增的 3kΩ 电阻,检查焊盘后重新测量。工程修改前保存副本;若更新封装或走线后出现问题,可以回到上一版工程,重新检查网络和制造文件。

参考资料与转载说明

本文依据上述公开资料进行中文原创整理,不是逐句翻译,也不替代厂商手册。操作前请核对自己的版本、型号和备份。

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