实验指导手册(电路部分).doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 电子技术实验指导手册(适用专业 网络工程) 前言为了与网络工程专业电路与电子技术课程的改革同步，本着培养具有综合素质人才的教育思想，课程小组根据电子与信息工程学院电子技术实验中心编写的电路实验及电子实验重新编写了适用网络工程专业的电子技术实验指导手册。本手册全面改革了电子技术实验的实验方法、实验手段和部分实验内容，在多年实验教学经验的基础上，考虑非电类学生的学习特点，根据专业对电子技术课程教学基本要求所规定的实验项目编写而成。电子技术实验是重要的教学环节。随着时代的发展，对实验教学提出了更高要求，即从注重实验结果向重视实验过程发展。实验的目的不仅仅是验证基本理论知识，更重要的是通过实验加强学生的实验手段和实践技能，培养学生分析问题，解决问题和应用知识的能力。通过完成设计性、综合性实验，充分放手让学生自行设计，独立完成，真正培养学生的实际动手能力，进而养成严谨的科学作风和实事求事的科学态度。一、正确完成实验的三个环节要搞好实验课的教学，必须充分发挥学生的主动性，为此，要求同学做好课前预习，课堂实验以及课后总结三个环节的工作。对三个环节的具体要求分述如下：（一）课前预习认真预习讲义，并复习讲义中所指定的有关理论知识，通过预习应做到，明确实验目的，搞清实验原理和实验内容；熟悉实验步骤并画好记录表格；了解实验设备并记住实验注意事项，最后要求每人写出预习报告，凡未作预习报告者不得进入实验室。（二）课堂实验1、进入实验室首先应对照实物、熟悉仪器、仪表的使用方法，对本次实验中仪器、仪表所应选择的档次、量程做到心中有数；2、接线前要先选择好仪器、设备的位置，使接线、操作和测量都较为方便。接线时要对照线路图进行，接好一个回路再接一个回路。接线要清楚，导线要尽可能短一些。每次实验只能有一个同学单独进行，而后由同组其他成员进行检查。不得多个同学同时接线，最后请教师检查允许后，方能接通电源进行实验。如果实验中需要改接线路，首先要切断电源，接好线经教师检查后，方能继续进行实验。3、为使测取数据尽可能准确，应正确选择仪表量程，但应注意，在对被测量值心中无数时，应先使用大量测量，而后根据读数再改用适当量程准确测量。准确读数是保证实验精度的起码要求，仪器往往是多量程的，必须以示同量程下刻度盘每格所代表的量值清楚无误。4、实验过程中应尽可能地用所学理论知识对测量结果的准确性进行判断。如有怀疑应查清核实，确信读数无误后填入预习的表格中，表格填写应工整、不得涂孜。5、实验过程中，要注意光、热、声音、气味等各种物理现象，如有异常立即断电，检查原因。6、拆线以前应对实验结果进行全面检查，而后向教师汇报，经教师签字后方可拆线。（三）课后总结实验课后对实验结果进行总结，按照讲义中的要求进行数据整理、曲线描绘、有关量的计算、误差分析以及问题的讨论；最后完成实验报告，实验报告必须用规定的实验报告纸书写，实验报告应独立完成。二、实验室规则为了创造良好的学习条件，保证人身和设备安全，顺利的完成实验任务，实验者必须遵守实验规则。1、实验前必须交预习报告，否则不准实验。2、实验通电前必须经教师检查，实验完毕，实验结果必须经教师检查签字。3、注意安全。发生事故应立即断电，保持现场，报告教师，待查明原因、排除故障之后才可继续进行实验。4、实验完毕，全部实验器材要完整还原，严禁私自带出实验室，保持实验台整洁，填写实验记录。在归还实验仪器后，才能离开。5、不准动用与本次实验无关的仪器、设备和室内其它设施。违反实验室规章制度和仪器设备操作规程造成事故、导致仪器设备损坏者，将视情节轻重按实验室设备管理制度处理及赔偿。6、保持安静，注意清洁卫生，遵守实验室的一切规章制度。实验一 电路测量认识实验1.实验目的学习实验室规章制度和基本的安全用电常识，熟悉实验电源、实验设备情况。学习电流表、电压表等常用电路测量仪表的使用方法。学习线性电阻元件、电源元件伏安特性的测量方法。明确实际测量中存在的误差，学会分析误差。2.实验设备和器材直流可调稳压电源。直流电压、电流表。电阻元件、可调电阻。3.实验原理与说明测量仪表的连接电路中常用测量仪表有电压表和电流表。测量时电压表应并接在被测对象两端，电流表应串接在被测电路中。直流仪表必须注意仪表正负极与被测物理量的参考方向关系。电路元件的伏安特性 电路元件两端钮上的电压和流过它的电流之间的关系称它的伏安特性。线性电阻元件任何时刻端电压与其电流成正比，其伏安特性是一条过原点的直线。理想电压源是实际电压源不计内阻情况下的电路模型，理想电压源的端电压是恒定的，与流过它的电流无关，其伏安特曲线是一条与电流座标轴平行的直线；实际电压源总是具有一定的内阻，因此它可以用一个理想电压源和一个电阻串联表示，当电压源中有电流流过时，必然会在内阻上产生电压降，因此它的伏安特性曲线是一条略微向下倾斜的直线。4.实验内容及步骤直流稳压电源的使用a、开启 “可调稳压电源开关”，指示灯亮。调节“输出粗调”波段开关及“输出细调”旋钮，在输出端可输出0-30V（分10V、20V、30V 三档）连续可调的直流电压。b、输出电压值的指示：两路直流稳压源共用一个电压指示表，两路电压源之间有显示切换开关。将“显示切换开关”按键弹起，数码表显示左侧可调UA的输出值；将“显示切换开关”按键按下，数码表显示左侧可调UB的输出值。测量线性电阻按图1-1接线，调节稳压电源旋钮，逐渐增加输出电压，在0-30V 之间选取五个测量点，用直流电压表和直流电流表测出相应读数，记在表1-1中，计算电阻值。表1-1测量值电压U(V)电流I(mA)R测量值(U/I) 图1-1测定直流稳压电源的伏安特性实验所用直流稳压电源，在额定负载范围内，其内阻和负载相比可忽略。可输出电压基本维持不变，因此可以把它作为理想电压源，实验线路如图1-2。表1-2I(mA)010203035U (V)计算值测量值 图1-2R1=200W、Rw为1kW电位器，作为可调负载，按图1-2接好线路，启动稳压电源，并调节输出电压US为10V并保证实验中不变，调节Rw使电流表读数分别为表1-2中数据，将相应的电压表读数记入表1-2中。测定实际电压源的伏安特性选取51W电阻作为实际电压源的模拟内阻与稳压电源串联组成一个实际的电压源模型，如图1-3，保证US=10V，实验步骤同上，将测得数据填入表1-3中。表1-3I(mA)010203035U (V)计算值测量值 图1-35.实验注意事项稳压电源的两输出线间不得相碰，以免造成短路事故。用电流表测量支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的、号后，记入数据表格。测量时应注意仪表量程的更换。当实验仪表超量限应及时更换至高位档。所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。 US也需测量，不应取电源本身的显示值。线路改接时，要关闭电源。6.预习思考题预习直流稳压电源、直流电压表、直流电流表的使用方法及注意事项。复习电路元件伏安特性的概念。根据图1-2及图1-3中的电路参数，计算出各待测值，分别记入表1-2及表1-3中；以便实验测量时，可正确地选定电流表和电压表的量程，有助于对操作失误作出及时的判断。用直流电流表测量电流时，若参考方向与实际方向不符会有何显示？ 7.实验报告根据表1-1实验数据，计算电阻R的平均值，并分析产生误差的原因。根据表1-1、1-2、1-3实验数据，分别绘制出各元件的伏安特性曲线，并总结、归纳被测各元件的特性。根据实验数据，对比理想电压源与实际电压源的伏安特性，并解释它们不同的原因。总结测量元件伏安特性的方法。写出实验的心得体会及其它。实验二 电路基本定律及定理的验证1. 实验目的学习实验室规章制度和基本的安全用电常识，熟悉实验电源、实验设备情况。通过对电路基本定律(基尔霍夫、叠加定理、戴维南定理)的验证，加深对定律的理解和灵活应用；学会电路中电压、电流的测量方法。明确实际测量中存在的误差，学会分析误差。2. 实验设备和器材直流可调稳压电源。直流电压、电流表。电阻元件、可调电阻。3. 实验原理与说明(1)基尔霍夫定律(KCL、KVL)基尔霍夫定律是电路的基本定律，适用于集总参数电路。KCL：任一时刻，任一节点，所有流出该节点的电流代数和恒为零，即i0。KVL：任一时刻，任一回路，沿某绕行方向所有元件电压的代数和恒为零，即u0。(2)叠加定理在线性电路中，任一支路的电流或电压都是电路中各个独立电源分别单独作用于电路时，在该支路中所产生的电流或电压的代数和。电源单独作用是指：除该电源外，其他独立源取零，即电压源用短路线代替，电流源用开路代替。(3)戴维南定理任一线性含源二端网络，对外电路而言，均可用一个电压源和一个电阻串联的组合来等效-戴维南等效电路。电压源的电压为含源二端网络的开路电压UOC；等效电阻为对应无源二端网络的等效电阻R0。(4)误差分析测量值与真实值间的差异称为误差。误差有两类：绝对误差=|测量值-真实值|，相对误差=(绝对误差/真实值)100%。实际测量中，应利用合理测试手段使误差最小。4. 实验内容及步骤(1)基尔霍夫定律(KCL、KVL)的验证实验电路如图2-1，图中I1、I2、I3的方向为假设的参考方向，为防止电流表内阻影响测量精度，在实测I1I3时电流表应分别接入。 图2-1将两路直流稳压电源（令U112V，U26V）分别接入电路。用直流电流表测量各电流值；用直流电压表分别测量各电压值，将测量结果记录于表2-1中。表2-1被测量I1(mA)I2(mA)I3(mA)U1(V)U2(V)UAB(V)UBD(V)UCB(V)计算值测量值相对误差(2)叠加定理的验证实验电路如图2-1。双路稳压源的输出分别调节为12V和6V接至图2-1中U1和U2处。U1电源单独作用时：电路中接入U1电源；断开U2电源，用导线连接U2断开处；用直流电流表测量各支路电流，用直流电压表测量UBD，数据记入表1-2。表 2-2测量内容I1(mA)I2(mA)I3(mA)UBD(V)U1单独作用时U2单独作用时U1、U2共同作用时U2电源单独作用时：电路中接入U2电源；断开U1电源，用导线连接U1断开处；将数据记入表2-2。U1和U2共同作用时：将U1、U2电源均接入电路，将数据记入表2-2。(3)戴维南定理验证实验电路如图2-2(a)。接入稳压电源U1=12V和U2=6V，不接R3，即BD端开路。用电压表测量BD端的开路电压UBD，即戴维南等效电路的电源电压UOC，数据记入表2-3。(a)实验电路 (b)等效电路图2-2 有源二端网络测戴维南等效电阻R0将有源二端网络中的电压源U1(12V) 和U2(6V)断开，用导线连接U1、U2断开处，不接R3，在BD间外加电压U=6V（由稳压电源供电），串入电流表测量无源二端网络的电流I；则等效电阻R0=U/I，将数据记入表2-3。表2-3被测量UOC(V)R0计算值测量值用戴维南定理测量从电阻元件取得测得的等效电阻R0之值， 然后令其与直流稳压电源（调到所测得的开路电压Uoc之值）相串联，接入电阻R3，如图2-2(b)所示，用直流电流表测量流过R3的电流I3，用电压表测量BD间电压U，数据记录表2-4中。表2-4被测量戴维南等效电路测量U（V）I3（mA）验证戴维南定理1)按图2-3(a)接入RL。改变RL阻值，测量电压U及电流I，数据记录表2-5中，测量有源二端网络的外特性。表2-5RL（W）U（V）I（mA）(a)实验电路 (b)等效电路图2-3 有源二端网络外特性2)从电阻箱上取得上述测得的等效电阻R0之值， 然后令其与直流稳压电源（调到上述所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图2-3(b)所示，仿照上述步骤改变RL阻值(与表2-5中相同)测其外特性，数据记录表2-6中，对戴维南定理进行验证。表2-6RL（W）U（V）I（mA）5. 实验注意事项稳压电源的两输出线间不得相碰，以免造成短路事故。用电流表测量支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的、号后，记入数据表格。测量时应注意仪表量程的更换。当实验仪表超量限应及时更换至高位档。所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。 US也需测量，不应取电源本身的显示值。线路改接时，要关闭电源。6. 预习思考题根据图2-1及图2-2(a)中的电路参数，计算出各待测值，分别记入表2-1及表2-3中；以便实验测量时，可正确地选定电流表和电压表的量程，有助于对操作失误作出及时的判断。用直流电流表测量电流时，若参考方向与实际方向不符会有何显示？如何正确判断所测得的电流方向？令U1、U2分别单独作用应如何操作？可否将不作用的电源（U1或U2）短接置零？ 7. 实验报告根据实验数据，选定节点B及实验电路中的任一个闭合回路，验证KCL、KVL的正确性。分析误差原因。根据实验数据经分析、归纳、总结，验证线性电路叠加性。电阻器的功率消耗能否用叠加定理计算得出？试用上述实验数据计算并作结论。根据表2-1、表2-2及表2-4，对比支路电流I3、UBD计算结果，并分析产生误差的原因。根据实验数据，画出戴维南等效电路。根据表2-5及表2-6，分别绘出外特性曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。归纳测有源二端网络开路电压、等效内阻的方法。写出实验的心得体会及其它。实验三 常用电子仪器使用与测量1.实验目的(1)学习电子电路实验中常用的电子仪器示波器、函数信号发生器、交流毫伏表等的主要性能、各旋钮开关的作用及正确使用方法。(2)初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。2.实验设备与器材双踪示波器 一台函数信号发生器 一台万用表 一台交流毫伏表 一台3.实验原理与说明在模拟电子电路实验中，测试和定量分析电路的静态和动态的工作状况时，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、交流毫伏表、指针式（数字式）万用表等。它们之间的连接如图3-1所示。接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的公共接地端应连接在一起，称共地。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线。 示波器：用来观察电路中各点的波形，以监视电路是否正常工作，同时还用于测量信号波形的周期、幅度、相位差及观察电路的特性曲线等。 函数信号发生器：提供频率和电压都可调节的信号。直流稳压电源：为电路提供所需的直流稳压电源。 毫伏表：用于测量信号的有效值。万用表：用于测量电路的静态工作点和直流电压值。图3-1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图(1)示波器示波器是电子行业广泛应用的重要测量仪器之一，主要用以观测各种周期性或非周期性变化的电信号之波形、电压幅度、周期时间（T）、不同波形的相位关系等要素。本实验主要采用DF4321型双踪示波器，下面介绍其一般使用方法及操作要点，也可供其它型号的示波器作为一般用法的“操作指南”。其原理和详尽的使用资料请参阅有关产品说明书。1）开机前预置揿入扫描方式选择（SWEEP MODE）开关的AUTO（即自动）键。调整亮度控制（INTEN SITV）旋钮于旋转全行程的中间位置。置“扫描速率”（SEC/DIV）开关（t/div）于0.1mS位置。置输入状态Y1（或Y2）于GND（或）位置（键揿入）。调整垂直（）和水平（）移位（POSITION）旋钮均于1/2全行程的位置。将 内触发选择（TRIGGER）Y1键揿入。将Y轴工作方式选择（MODE）开关 Y1键揿入2）测量状态的预置当上述步骤完成后，可开启电源待机预热，若半分钟后屏幕仍无任何显示时，a.可顺时针试调节亮度控制旋钮，直至出现一条水平状扫描线（光栅）为止；b.试调节垂直（）和水平（）移位旋钮，令光栅移位至屏幕的正中央为止，若仍无任何光栅显示的迹象时，可能预示着机内扫描电路有故障，须关机送修；如光栅已出现时，应根据该扫描线的显示状态，反复并交替调节亮度控制旋钮及聚焦控制（FOCUS）旋钮，使光栅既清晰可辨，又不感到刺眼为止。3）测量精度的考证及一般使用方法示波器属精密测量仪器，故而它的准确度(又称精度)就显得尤为重要了，这可以利用每台示波器自我设置的、具有固定频率（f=1KHZ）、固定电压输出幅度的“机内标准信号源”进行校准（又称为“自校信号源”）；因型号不同，“自校信号源”的电压输出幅度可能有所不同，应根据信号输出端的标识加以确认；“自校信号源”所产生的波形为标准方波，在检测时若被测量数据（包括Vp与T）与标称数据相吻合，说明该台示波器的准确度合格，否则为不合格。a）精度考证弹（揿）出Y1的“输入状态”（AC、DC）键，弹（揿）出“”键（两键均为自锁式开关，揿入为DC或状态，再揿则会弹出为AC或非接地状态）；按照频率f=1KHZ计算出周期时间T（T与f互为倒数，故此T=1/f=1/1000HZ=1/1000S=1mS）。由Y1输入端口处接入专用探头线，将探头线的热端（用于传输信号的非接地端，通常配以红色标识；否则为冷端，配以黑色标识，意为接地）鳄鱼夹夹在自校信号源的电压输出端口处（此时为本机内 共地，故黑夹可悬空）；顺时针调节扫描微调控制（CAL）旋钮到底（处于校准位）；扫描扩展控制键（PUSH5）须弹出；调整Y1通道选择开关（VOLTS/DIV）所处位置，顺时针调节Y轴 微调控制CAL钮到底，使之处于校准位，令方波波形幅度占据屏幕垂直方向的80%左右；调节“扫描速率”开关（SEC/DIV），令指针指在0.1mS位置，此时方波波形每周期应占屏幕水平方向的十格（即0.1mS10格=1mS，此时显示为一个周期时间），若“扫描速率”开关指针指在0.2mS位置时，方波波形每周期应占屏幕水平方向的五格，全屏显示为两个周期时间（每周期时间各占五格，即0.2mS5格=1mS）。此时均应顺时针调节X轴 微调控制CAL钮到底，使之处于校准位。b）测量时应注意的要点当“扫描速率”（SEC /DIV开关所指示数值）为被测周期时间的整数倍率时，波形在屏幕上能够较稳定地显示，否则（例如出现波形向左、右移动，多个叠加或闪烁等不稳定现象时）应调节触发电平控制LEVEL旋钮，可使波形的显示状态稳定。重要提示：但凡需要读取周期时间或电压幅值之前，必须先将X或Y轴的微调控制CAL钮顺时针旋到底（即处于校准位），否则测量无意义。波形每周期占水平方向的格数及幅度占垂直方向的格数愈多，测量愈精确。c）数据的读取方法调节垂直（）或水平（）移位（POSITION）旋钮，将波形的起始点（线）移位并恰好相交（或重叠）于屏幕左方标尺上的垂直与水平轴线的交叉点（线）处；以标尺的此点（或线）作为波形测量时的基点（线），由基点（线）至波形的终点（线）在X轴上所占的格数，的格数，与“扫描速率”（SEC/DIV即t/DIV）开关所指之时间数值的乘积即是被测波形的周期时间；由基点（线）向上至波形的顶点在Y轴上所占的格数，与通道选择开关（VOLTS/DIV）即V/DIV)所指之电压值的乘积即是被测波形的电压幅度值（VP或VPP）。注意：示波器只能直接观察及读取到被测信号的周期时间与电压幅值VP或VPP。4）示波器的双踪（双通道）显示功能的使用方法当需要对两簇不同的信号波形进行比对时，可采用从两Y轴（即Y1或CH1、Y2或CH2;以下同）同时输入两个不同信号并显示在屏幕上进行即时比对，方法如下：a）将示波器的Y1、Y2轴输入端分别（需要输入两路信号时）接入示波器的探头线，探头线的测试端（红色）及接地端（黑色）分别夹在待测点及共地点端。b）置Y1及Y2的输入耦合开关（AC/DC）于AC位（若测量信号中含有直流成份时，应置于DC位），即Y1及Y2的输入耦合开关置于非接地位（）。c）选择Y轴的工作方式：（由工作方式选择开关MODE所处的位置确定）当MODE开关置于Y1位置时，只有进入Y1输入端的信号可显示在屏幕上；当MODE开关置于Y2位置时，只有进入Y2输入端的信号可显示在屏幕上；当MODE开关置于ALT位置时，进入Y1、Y2输入端的信号以交替显示的方式显示在屏幕上，此工作模式通常适用于观察信号频率较高的情况；当MODE开关置于CHOP位置时，进入Y1、Y2输入端的信号受机内产生的250KHZ自激振荡电路所控制，两信号将同时显示在屏幕上，此工作模式通常适用于观察信号频率较低的情况；当MODE开关置于ADD位置时，进入Y1、Y2输入端的信号将以代数和的形式显示在屏幕上。(2)函数信号发生器函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压最大可达20V通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。操作要点简介如下。1) 接通并开启交流电源，电源指示灯被点亮。2) 选择或设置所需要的信号波形(正弦波、方波、三角波)。3) 选择或设置所需要的信号频率(单位：Hz，kHz、MHz)，先“粗调”用以确定频率的大致范围，再综合“细调”的调节使所需频率锁定在较准确的位置上。4) 当选择或设置所需要的信号波形为标准(占空比为1:1)的正弦波、方波、三角波时，“占空比”调节钮置于“校准”位(CAL位)。5) 以“TTL”输出端子作为信号输出端时，得到的是方波(“占空比”调节钮置于“校准”位)或是脉冲信号(“占空比”调节钮移出“校准”位)，此时信号发生器无法改变波形只能改变频率且信号输出幅度固定(约45Vpp)；当以非“TTL”(常规)输出端子作为信号输出端时，其可输出设置范围内的任意一种信号波形，频率、占空比、输出幅度均可调。 6) 当无从获取较小信号或欲获得较小信号但“幅度”调节变化剧烈难以调到预定值时，可键入“衰减”键，使输出信号在被衰减的基础上再行调节即可。(-20 dB时为原输出量的1/10，-40 dB时为原输出量的1/100，-60 dB时为原输出量的1/1000)(3)交流毫伏表交流毫伏表只能在其工作频率范围内，用来测量正弦交流电压的有效值。为了防止过载而损坏，测量前先把量程开关置于量程较大位置处，然后在测量逐挡减少量程。交流毫伏表接通电源后，将输入端短接，进行调零，然后断开短路线，即可进行测量。主要操作如下。1)短接调零：毫仪表的灵敏度较高，外界干扰信号将通过输入线反映到表头，为了减小测量误差，特别是在测量100 mv以下的信号电压时，需将外接线短接调零。每换一次量程都要重新调零。 2)读数：当量程旋钮拨在10mv， 100mv，1v等挡时，指针表示的测量值读表盘上方“0-10”的刻度；当拨在30mv，300mv，3v等挡时，则读表盘下方“0-30”的刻度。4、实验内容及步骤(1) 用示波器机内校正信号对示波器进行自检。1）扫描基线调节将示波器的显示方式开关置于“单踪”显示（Y1或Y2），输入耦合方式开关置“GND”，触发方式开关置于“自动”。开启电源开关后，调节“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”等旋钮，使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基线。然后调节“X轴位移”（ ）和“Y轴位移”（）旋钮，使扫描线位于屏幕中央，并且能上下左右移动自如。2）测试“校正信号”波形的幅度、频率将示波器的“校正信号”通过专用电缆线引入选定的Y通道（Y1或Y2），将Y轴输入耦合方式开关置于“AC”或“DC”，触发源选择开关置“内”，内触发源选择开关置“Y1”或“Y2”。调节X轴“扫描速率”开关（t/div）和Y轴“输入灵敏度”开