电工与电子技术实验指导书.doc

电工与电子技术实验指导书武汉纺织大学2011年9月13目 录实验一 直流电路1实验二 功率因数的提高3实验三 单管交流放大电路6实验四 集成运算放大器的应用8实验五 组合逻辑电路10实验一 直流电路一、实验目的: 1验证基尔霍夫定律 2研究线性电路的叠加原理 3等效电源参数的测定二、实验原理： 1基尔霍夫定律是电路理论中最重要的定律之一，它阐明了电路整体结构必须遵守的定律，基尔霍夫定律有两条即电流定律和电压定律。 电流定律：在任一时刻，流入电路中任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，换句话来说就是在任一时刻，流入到电路中任一节点的电流的代数和为零，即I=0。 电压定律：在任一时刻，沿任一闭合回路的循行方向，回路中各段电压降的代数和等于零，即U=0。 2叠加原理：n个电源在某线性电路共同作用时，它们在电路中任一支路中产生的电流或在任意两点间所产生的电压降等于这些电源单独作用时，在该部分所产生的电流或电压降的代数和。三、仪器设备及选用组件箱: 1直流稳压电源 GDS-02 GDS-03 2常规负载 GDS-06 3直流电压表和直流电流表 GDS-10四、实验步骤： 1验证基尔霍夫定律 按图1-1接线，（US1、US2分别由GDS-02，GDS-03提供）调节USI=3V，US2=10V，然后分别用电流表测取表1-1中各待测参数，并填入表格中。2研究线性电路的叠加原理 将US2从上述电路中退出，并用导线将c、d间短接，接入US1，仍保持3V，测得各项电流，电压，把所测数据填入表1-2中； 关断US1，并退出电路，用导线将a、f短接，拆除cd间短接线并将US2重新接入原电路，使US2保持10V，测得各项电流、电压，填入表1-2中。表1-1IabIcdIebUabUbeUefUfaIU表1-2 读 数 计 算IabIcdIebUabIabIcdIebUabIabIcbIebUab 3测定等效电源的参数 根据戴维南定理可以将图1-2方框中的元件组合视为一个等效电源，其等效电动势EO 和电阻 RO可按下面方法确定： 测等效电动势EO 将图1-2中的 US2从电路中退出，让cd间开路，US1调至3V，测cd的开路电压，这就是等效电动势EO，填入表1-3中。 测等效内阻RO 将US1退出，用导线将af短接，将US2接入并调至10V，测取Ibc填入表1-3中，此时RO=US2/Ibc。表1-3EOIbcRO=US2/Ibc五、分析与讨论：1 实验结果是否完全符合基尔霍夫定理和叠加与原理？若有误差试说明原因？2 还有什么方法能测量等效电源的内阻？实验二 功率因数的提高一、实验目的： 1研究感性负载并联电容提高功率因数的方法，进一步领会提高功率因数的实际意义； 2学会联接日光灯电路，并了解日光灯电路各部件的作用； 3学会使用功率表。二、仪器与设备：1 电源控制屏 GDS-012 GDS-093 GDS-114 GDS-125 功率因数表三、实验步骤：1 按图31接好线路，K1、K2、K3先断开；2 经检查无误后，送电待日光灯启动完毕，正常运行后读取功率P和支路电流I，记表2-1；3 合上K1，重复2，合上K2重复2，合上K3重复2。 图2-1 表2-1补偿电容PIICILcos=P/UI未并电容1f2f4f6f四、分析与讨论： 1 从表2-1中的数据中，你发现P、I、IC、IL中那些是电容量的变量，那些是常量？2 并联电容器后，功率因数是否提高？是否并入电容越大越好？3 串联电容也能使功率因数提高，但为什么不采用此法？附注：日光灯和它的工作工作原理 日光灯由灯管、镇流器和起辉器三部分组成。灯管：是一根玻璃管，内壁均匀涂有薄薄一层萤光物质，管的两端是灯丝，管内抽成真空有水银蒸气和氩气，接上电源后，灯丝通过起辉器和镇流器构成闭合电路，这时电流使灯丝预热。当起辉器跳开，通过镇流器的电流突然中断，于是它产生一个很高的感应电压（500伏左右，甚至更高），加在管子两端，使管子产生辉光发电，激出萤光。起辉后，管子两端的电压只有80左右，其余电压降在镇流器上，因此，日光灯管不能直接接在220伏电源上，必须与相应的镇流器配套使用。起辉器：是一个自动开关它有两个电极一个是固定片，另一个是用双金属片做成的动片，一起封装在一个玻璃泡内，并充以惰气。玻璃泡外面还有一个小电容器，和泡内两电极并联着，为的是防止电极由通到断开时产生的电火花烧坏电极和对无线电设备的干扰。两电极间未加电压时是断开的，当电源电压加上后，产生辉光放电，双金属片受热膨胀两极接通起到预热灯丝的作用。电极接通后，辉光消失，双金属片冷却，恢复原状，电极断开，使镇流器产生脉冲高压，使日光灯管产生辉光放电而发光。镇流器：是一个带铁芯的电感线圈，在起辉器触头断开时，通过它的电流突然变化到零。由电磁感应定律eL可知，将产生一个高电压加在灯管两端，使灯管起辉。这时电流通过灯管内部和镇流器联成通路，电路进入稳定工作状态后，镇流器起降压和限流的作用。由于镇流器是一个大电感负载，因而日光灯电路的功率因数很低，只有0.5左右。实验三 单管交流放大电路一、实验目的： .学习共射极放大电路静态工作点的调整方法； .测量共射极放大电路的电压放大倍数； .观察静态工作点对电压放大倍数及非线性失真的影响。二、仪器及设备： .单管交流放大电路板 块 .直流稳压电源 台 .示波器 台 .低频信号发生器 台 .晶体管毫伏表 块 .万用表 块三、实验步骤： .检查单管交流放大电路板的线路和元件。 对照单管交流放大电路原理图3-，找出各元件在实验板上的位置，校对各元件的参数是否与图中标明的一致，检查线路的连接是否正确,经教师检查后，即可进行第二步。 .接上直流电源。将静态工作点调到合适的值。 (1).将直流稳压电源的输出电压调到12V，接至单管放大电路的+Ec和地端。 (2).调节RB，使UCE56V（用万用表测量），并测此时的IB和IC。 记录如下： UCE V；IC mA； IB A .输入交流信号，测试空载和负载时的电压放大倍数。 (1).将低频信号发生器的输出端，接到单管交流放大电路的输入端，调节信号频率为1000HZ，用晶体管毫伏表测电压Ui10mV。 (2).用晶体管毫伏表测放大器的输出电压和输入电压（交流值）。记下负载电阻RL接通前后的数据。真入表3-1。 图3-1单管交流放大电路原理图表3-1负载情况输入电压Ui(mV)输出电压U0(mV)电压放倍数空载RL=2.7 .观察电压放大倍数随静态工作点的改变而改变的情况。 继续保持Ui10mV，负载电阻RL断开，调节RB，改变静态工作点，用示波器观察U0的变化情况，可以看到，随着静态工作点的改变,U0也随之改变也就是电压放大倍数随静态工作点的改变而改变。 .用示波器观察静态工作点对输出电压波形的影响。 继续保持Ui10mV，调节RB，使IB逐渐增大，一直到从示波器中看到输出电压出现饱和失真。调节RB，使IB逐渐减小，一直到从示波器中看到电压波形出现截止失真。四、分析与讨论 .解释负载电阻RL接通前后电压放大倍数不同的原因。 .解释电压放大倍数随静态工作点的改变而改变的原因。 .将实验得到的电压放大倍数和按公式计算的结果比较。实验四 集成运算放大器的应用一、实验目的： 掌握运算放大器的使用方法。 学习运算放大器作为比例放大器和电压比较器的应用。二、仪器及设备： 低频信号发生器 1台 示波器 1台 万用表 1块 稳压电源 1台 运算放大器实验板 1块 晶体管毫伏表 1块三、实验步骤：1运算放大器的零点校正 按图4-将运放接成反相比例放大器，输入端Ui按地，电源电压为12V，用万用表直流电压档监测输出电压U0然后调整RP1使U0=0则运算放大器的零点调好。图4-1 2反相比例放大 按图4-1接线，将图中Ui与地断开（不得调动RP1），接入1KHZ、10毫伏的信号，用晶体管毫伏表测量UO，并计算放大倍数。 3电压比较器 保留步骤2的接线，将运放接成过零电压比较器。Ui为1KHZ、10mv的正弦电压,用示波器观测输出端UO的波形并记录。 四、分析与讨论：1.计算比例运算时的放大倍数，并与实验结果比较，说明原因；2. 过零电压比较器观测到的方波信号与理论分析应得到的方波信号有什么不同？为什么？3. 在过零电压比较器实验过程中，是否顺利观测到方波信号？如不顺利，采用了哪些方法？4.如果希望方波信号电压为5V，对图4-1电路应如何改进？实验五 组合逻辑电路一、实验目的： 熟悉TTL与非门外形和引脚引线排列。 了解TTL与非门电路的性能及使用方法。3加深理解组合逻辑电路的分析和设计方法。二、实验原理：用小规模集成电路设计组合逻辑电路。其步骤是： 根据设计任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表。然后写逻辑函数表达式并用逻辑代数化简，选用逻辑门实现逻辑电路。三、实验设备： 数字逻辑实验仪 1台 74LSOO与非门 2块74LS10与非门 1块其它门电路 若干图5-1 74LSOO与非门引脚引线排列图图5-2 74LS10与非门引脚引线排列图四、实验内容：根据与非门的逻辑功能检查与非门是否良好。 （与非门的输入端接电平开关，输出端接发光二极管）、设计一个半加器，用与非门实现或用其他门电路实现。将设计电路画出，并按电路接线。 在输入端输入数据，在输出端读取数据，填表5-。 表5-被加数加数进位数半加和数ABCS设计一个用于三人表决的表决器，(表决器原理见教科书)，用与非门实现。 将设计电路画出，并按电路接线。 在输入端输入数据，在输出端读取