常用低压电器与可编程序控制器第1章

第1章元器件的识别及仪器仪表的使用,1.1元器件的识别1.2仪器仪表的使用,1.1元器件的识别,无论是家用电器、电气仪表还是在各类电工电子应用设备中,都会用到各种不同型号、规格的电阻、电容、电感、二极管和三极管。通过本节的学习,可以了解各元件的分类、性能指标及测试方法。,实训项目1常用元器件的识别及简单测试,一、实训目的(1)学会识别常用的元器件电阻器、电容器、电感器。(2)掌握标称值和实际值的意义及区别。(3)掌握色环电阻、色码电感与电容的读法。(4)熟练掌握用仪表测量电阻、电容、电感的大小。,二、原理说明1.电阻器电阻器对通过它的电流呈现一定的阻碍作用。灯泡就是一个电阻器。电阻器具有消耗能量的性质。电阻器的主要用途是稳定和调节电路中的电流和电压,其次还有限制电路电流、分配电压等功能。电阻主要分为薄膜电阻和线绕电阻两大类。薄膜电阻又可分为碳膜电阻和金属膜电阻两类,其中碳膜电阻应用较为普遍。,1)电阻器的命名例如,一个电阻的型号为20W200RJ,它所代表的含义如下:R:(名称)电阻器;J:(材料)金属膜,当材料为碳膜时符号为T;20W:(额定功率)20W;200:(标称阻值)200。即该电阻为额定功率20W,标称阻值200的金属膜电阻器。,2)线性电阻器的主要性能指标额定功率电阻器的额定功率是指在规定的环境温度和湿度下,假定周围空气不流动,长期连续运行而不损坏或基本不改变性能的情况下,电阻器上允许消耗的最大功率。当超过额定功率时电阻器的阻值将发生变化,甚至发热烧毁。为保证安全使用,一般选用额定功率比它在电路中消耗的功率高12倍。额定功率分9个等级,常用的有120W,18W,14W,12W,1W,2W,4W,5W等，在实际工作中应用较多的有14W,12W,1W,2W。,标称阻值标称阻值是产品标志的“名义”阻值,单位为,k,M。任何固定电阻的阻值都应符合标称阻值系列表,见表1-1。,表1-1标称阻值系列表,允许误差允许误差是指电阻器实际阻值对于标称阻值的最大允许偏差范围,表示产品的精确度。允许误差等级见表1-2。,表1-2允许误差等级表,电阻的阻值和误差一般常用数字标印在电阻上,但对于实芯碳膜电阻和微型电阻,则用画在首部的四道或五道色环来表示。如一电阻,靠近一端有四道色环,它们的意义分别为:第一、二道色环表示阻值的第一、二位数,第三道色环表示第二位数后面零的个数(即10的倍率),第四道色环表示阻值的允许误差。各种颜色代表的意义见表1-3。,表1-3色环对照表,例如,一电阻的四道色环分别为黄、紫、红、金,则该电阻的阻值为4700,即4.7k,误差为5%。如果电阻上有五道色环,常称它为精密电阻。它的第一、二、三道色环表示阻值的第一、二、三位数,第四道色环表示后面零的个数(即10的倍率),第五道色环表示阻值的允许误差。例如,一电阻的五道色环颜色依次为棕、棕、橙、金、棕,它的三位有效数字为113,金代表后面乘以10-1(若是银,则是10-2),最后一个棕代表误差为1%。,最高工作电压最高工作电压是指由电阻器最大电流密度、电阻体击穿及其结构等因素所规定的工作电压限度。当工作电压过高时,虽然功率不超过规定值,但内部会发生电弧火花放电,导致电阻变质、损坏。一般18W碳膜电阻或金属膜电阻最高工作电压不能超过150V或200V。,3)电阻的简单测量电阻的测量方法很多,我们常用的方法是用万用表的欧姆挡测量,也可使用电桥进行精密测量。测量时须注意不能用双手捏电阻两端,以免将人体电阻并联进去,造成测量值不准确。,2.电容器洗衣机、电扇等家用电器中有一个重要的元件电容器。如果电容器失效,洗衣机、电扇就转不起来了。电容器是由两个金属电极中间夹一层绝缘体(又称电介质)所构成的。当在两个金属电极间加上电压时,电极上就会储存电荷。所以,电容器可以储存电场能量。电容器是一种储能元件,它具有“隔直通交”的特点,在电路中常用于调谐、滤波、耦合、旁路、信号调谐和能量转换等方面。,1)电容器的分类我们常用的电容有固定电容和可变电容,固定电容中我们用得最多的是电解电容和瓷片电容。电解电容的优点是容量大,体积小,耐压高(一般是在500V以下),常用于交流旁路和滤波；缺点是容量误差大,且随频率而变动,绝缘电阻低。电解电容有正、负之分,长脚的一端为正(没有符号),短脚的一端为负(有负号)。使用时必须注意不能接反。若接反,电解作用会反向进行,氧化膜很快变薄,漏电流急剧增加。如果所加的直流电压过大,则电容器很快发热,甚至会引起爆炸。,瓷片电容以高介电常数、低损耗的陶瓷材料为介质,故体积小,损耗小,温度系数小,可工作在超高频范围,但耐压较低(一般为6070V);瓷片电容容量较小,一般为1100pF。为克服容量小的缺点,目前采用了铁电陶瓷和独石电容,它们的容量分别可达到680pF0.047F和0.01F至几F,但其温度系数大,损耗大,容量误差也大。,2)电容器的主要指标电容量电容量是指电容器加上电压后储存电荷的能力。常用单位是法(F)、微法(F)和皮法(pF)。皮法也称作微微法。三者关系为:1F=106F=1012pF。一般电解电容都直接写出其容量和耐压值,瓷片电容则多用数字来标出容量。如电容上标出“332”三位数字,前两位数字给出电容量的第一、二位数字,第三位数字则表示附加零的个数(也是10的倍率),以pF为单位。因此“332”表示电容量为3300pF。我们较常用的如“104”表示100000pF,即0.1F;“103”表示10000pF,即0.01F。,允许误差允许误差是实际电容量对于标称电容量的最大允许偏差范围。固定电容器的允许误差分为8级,见表1-4。,表1-4电容器的允许误差等级,额定工作电压额定工作电压是指电容器在规定的工作温度范围内长期、可靠地工作所能承受的最高电压。常用固定式电容器的直流工作电压系列为6.3V,10V,16V,25V,40V,63V,100V,160V,250V,400V。绝缘电阻绝缘电阻是加在其上的直流电压与通过它的漏电流的比值。绝缘电阻一般应在5000M以上,优质电容器可达T级(1012)。,3)电容器质量优劣的简单测试一般,我们用模拟万用表的欧姆挡就可以简单测量出电解电容器的优劣,粗略地辨别其漏电、容量衰减或失效的情况。具体方法是:选用R1k电阻挡,将黑表笔接电容器的正极,红表笔接电容器的负极,若表针摆动大,且返回慢,返回位置接近,说明该电容器正常,且电容量较大;若表针摆动虽大,但返回时表针显示的欧姆值较小,说明该电容器有较大的漏电电流;若表针摆动很大,接近于0,但不返回,说明该电容器已击穿;若表针不摆动,则说明该电容器已开路,失效。如果电容器的容量较小,应选择万用表R10k挡测量。,3.电感器1)电感器的分类镇流器、电机、变压器的线圈都是电感线圈,可以储存磁场能量。电感线圈(又称电感器)的用途极为广泛,例如LC滤波器,调谐放大电路,去耦电路等。电感器按结构特点可分为单层、多层、蜂房、带磁芯及可变电感线圈。,电感器一般由线圈构成,为增加电感量L,提高品质因素Q,减小体积,通常在线圈中加入软磁性材料的磁芯。根据电感器的结构,电感器可分为铁心线圈和非铁心线圈。铁心线圈为非线性电感。根据电感器的电感量可调与否,电感器可分为固定、可变和微调电感器。可变电感器的电感量可利用磁芯在线圈内移动而在较大范围内调节,它与固定电容器配合,使用于谐振电路中起调谐作用。微调电感器可以满足整机调试的需要和补偿电感器生产中的分散性,一次调好后,一般不再变动。此外,还有一些小型电感器,如色码电感器、平面电感器和集成电感器,可满足电子设备小型化的需要。色码电感的读法与色环电阻的读法相同,单位为H(微亨)。,2)电感器的主要性能指标电感量L电感量是指电感器通过变化电流时产生感应电动势的能力,其大小与磁导率、线圈单位长度中的匝数N以及体积V有关。当线圈的长度远大于直径时,电感量可按式L=N2V计算。电感量的单位有H,mH,H。,品质因素Q品质因素反映电感器传输能量的本领。Q值越大,传输能量的本领越大,即损耗越小,一般要求Q=50300。Q=LR,其中,为工作角频率,L为线圈电感量,R为线圈电阻。额定电流额定电流主要对高频电感器和大功率调谐电感器而言,通过电感器的电流超过额定值时,电感器将发热,严重时会烧毁。,三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)电感电容测量仪一台(3)台式数字万用表、指针万用表各一台(4)不同种类的色环电阻三个(5)不同电容量的电容三个(6)不同电感量的电感三个以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。,四、实训内容和步骤(1)把无源元件电阻器、电容器、电感器与二极管、三极管分拣开。(2)读取色环电阻,再用万用表测量其阻值,比较后把结果填入表1-5中。(3)用指针万用表测量电容器的好坏,然后用数字电容表测量每个电容器的电容量,并把结果填入表1-5中。(4)用数字电感表测量每个电感器的电感量,并把结果填入表1-5中。(5)用指针万用表测量二极管的好坏,并判断其极性。(6)用指针万用表判断三极管的极性,并画图标明各管脚极性。,表1-5电阻、电容、电感数据记录表,五、注意事项(1)用万用表测量电阻时须注意不能用双手捏电阻两端,以免将人体电阻并联进去,造成测量值不准确。(2)用色环或色码法读电阻、电容和电感值的时候,注意它们隐含的单位是什么。(3)测量电解电容时,应注意极性的选择。,六、分析思考经过上述实验请同学们分析:(1)如果我们到电子市场去买四色环电阻,为什么买不到2500或500的电阻,而只能买到2700或510的电阻？标称阻值系列是怎样规定的？(2)我们前面讲到的是四色环电阻。如果我们拿到的是五色环精密电阻,应该怎样读？,实训项目2晶体二极管的简易测试,一、实训目的(1)学会用万用表对晶体二极管做简易测试。(2)掌握万用表的使用方法。(3)掌握二极管的特性。,二、原理说明二极管是电路中常用的元器件之一,它主要起开关、限幅、钳位、检波、整流和稳压的作用。普通二极管一般分为玻璃封装和塑料封装两种,它们的外壳上均印有型号和标记,标记方向为阴极。有的二极管上只有一个色点,有色点的一端为阳极。晶体二极管具有单向导电特性。用万用表的欧姆挡测量二极管的正、反向电阻,可以判断出二极管管脚的极性,还可以粗略地判断二极管的好坏。,将指针万用表置R100或R1k挡位上,两表笔分别接二极管两电极,再将两表笔对调测量,两次测量的电阻值悬殊较大,阻值小的那一次,黑表笔接的是二极管的阳极,红表笔接的是阴极。若两次测量的阻值均为无穷大,表明二极管断路。若两次测量的阻值均为零,表明二极管短路。若两次测量的阻值相差不大,则说明二极管的性能不佳。,用指针式万用表测量电阻时,它的等效电路如图2.1所示。图中R0为表内等效电阻,U0为表内电源电压。当万用表处于R1、R10、R100、R1k挡时,U0=1.5V,此时,黑表笔接在内部电池的正极,红表笔接在内部电池的负极。因此,若将黑表笔接到二极管的阳极,红表笔接到二极管的阴极,则二极管正向偏置,呈现低阻,表头偏转大,如图2.2(a)所示;反之,则二极管处于反偏,呈现高阻,表头偏转小,如图2.2(b)所示。这样根据两次测得的阻值大小,就可判别二极管的极性。必须注意,万用表电阻挡不同,其等效内阻也各不相同。,图2.1二极管等效测量电路,图2.2二极管的极性判别,注意,使用数字式万用表测量二极管时,首先要选择测量二极管的挡位,并且黑表笔接的是内部电池的负极,红表笔接的是内部电池的正极,因此,若将红表笔接到二极管的阳极,黑表笔接到二极管的阴极,则二极管正向偏置,呈现低阻；反之,则二极管处于反偏,呈现高阻。这是使用数字式万用表与指针式万用表测量二极管的不同之处。,三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)指针万用表、数字万用表各一个(3)发光二极管三个(4)稳压二极管三个(5)整流二极管三个以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。,四、实训内容和步骤(1)准备几个不同类型的二极管,如整流二极管、稳压二极管、发光二极管。(2)按表2-1的要求,用万用表测量二极管的正、反向电阻,判断二极管的管脚极性。(3)用指针万用表电阻挡分别测量整流二极管、稳压二极管、发光二极管,测试记录填入表2-1中。,表2-1二极管的正、反向直流电阻测试记录,五、注意事项(1)在实际使用时要注意发光二极管必须选择合适的限流电阻,流过发光二极管的电流不能超过规定值。(2)在用数字万用表测量二极管时,必须将万用表置于有二极管符号的挡位。,六、分析思考(1)如何用数字万用表测量二极管的极性？它与指针式万用表的测量方法有何不同？(2)注意观察各种二极管的极性与二极管的外形标志有什么关系。,实训项目3晶体三极管的简易测试,一、实训目的(1)学会用万用表对晶体三极管做简易测试。(2)掌握万用表的使用方法。(3)掌握三极管的特性。,二、原理说明晶体三极管是电子电路中最常见的控制元件,它主要起放大和开关作用。三极管有NPN型和PNP型两大类。现在市面上销售的三极管多为9012,9013,9014,，9018。我们比较常用的硅NPN低频小功率三极管是9013,PNP管是9012,高频NPN管是9018。三极管的管脚必须正确确认,否则接入电路后不但不能正常工作,还可能烧坏管子。当一个三极管没有任何标记时,我们可以用万用表来初步确定该三极管的好坏、类型(NPN或PNP)以及辨别出基级、发射极、集电极三个电极。,1.管型和基极B的判别晶体三极管的结构可以看做是两个背靠背的PN结。图3.1(a)、(b)分别是PNP型和NPN型三极管的基本结构示意图和图形符号。,图3.1三极管的基本结构示意图和图形符号(a)PNP型;(b)NPN型,一个晶体管的管脚由于B-C,B-E分别是两个PN结,因此它们的正向电阻小,反向电阻大。测试时先任选一管脚假定为基极B。将指针万用表置欧姆挡(通常放在1k挡),用黑表笔接假定“B”,用红表笔分别接其它两管脚测量。若两次测量阻值都很小或都很大,则假定的基极“B”正确。两次测量阻值都小的是NPN型三极管,反之是PNP型三极管。若两次所测阻值一大一小,则假定的“B”不正确,需要重新假定“B”再进行测量,直到两次测量的阻值同大或同小时为止。,注意,使用数字式万用表测量三极管基极B时,首先要选择测量二极管的挡位,并且黑表笔接的是内部电池的负极,红表笔接的是内部电池的正极。因此,若将红表笔接假定“B”,用黑表笔分别接其它两管脚测量。若两次测量阻值都很小或都很大,则假定的基极“B”正确。两次测量阻值都小的是NPN型三极管,反之是PNP型三极管。若两次所测阻值一大一小,则假定的“B”不正确,需要重新假定“B”再进行测量,直到两次测量的阻值同大或同小时为止。,2.发射极E和集电极C的判别如图3.2所示,将已判明的三极管基极B接到N0端,另外两个极任意接到N1、N2两端。以PNP型管为例,若集射间加的是正常放大所需极性的电源电压,即C极为负,E极为正,则集电极电流为,(3-1),反之,若集射间加的是同正常放大相反极性的电源电压,则集电极电流为,(3-2),式中r为三极管集射间加与正常放大相反极性的电源电压时的直流放大倍数,一般,显然ICICr。如图3.2所示,若指针万用表红表笔接N1端,黑表笔接N2端,则测得的电阻小(电流大,即IC大)。若红、黑表笔互换,则测得电阻大(ICr小)。可见,N1端是集电极C,N2端是发射极E。,实际测试时,用两只手分别捏住B、C两极(但不要使B、C两极碰上),以人体电阻代替图3.2中Rb(100k)的作用。对于NPN型三极管,确定基极后,在其余两个未知的电极中任意假定一个为“E”,一个为“C”,将万用表置R1k挡,用万用表的黑表笔接“C”,红表笔接“E”。同时用两手指捏住“C”与“B”两极(但此两极不能直接接触),读出万用表的指示值,然后将“C”、“E”的假定相反进行同样测量,两次测量结果进行比较,如果前一次摆动大(电阻阻值较小),说明假定的“C”和“E”是正确的。,图3.2二极管的极性判别,对于PNP型三极管,在确定基极后,在其余两个未知的电极中任意假定一个为“E”,一个为“C”,将万用表置R1k挡,用万用表的红表笔接“C”,黑表笔接“E”。同时用两手指捏住“C”与“B”两极(但此两极不能直接接触),读出万用表的指示值,然后将“C”、“E”的假定相反进行同样测量,两次测量结果进行比较,如果前一次摆动大(电阻阻值较小),说明假定的“C”和“E”是正确的。,注意,使用数字式万用表判断三极管发射极E和集电极C时,首先要选择测量hFE的挡位,根据是PNP型三极管或NPN型三极管,将三极管的管脚插入对应的管型位置。先将管脚基极B插入对应的B,其它待测量的二管脚插入C、E,然后调换二管脚插入C、E的位置,比较前后两次数字表显示屏上显示的数字,显示数字大的对应的二管脚插入C、E的位置,就对应二管脚集电极C和发射极E。,3.三极管性能的粗略判定三极管C、E极间穿透电流ICEO是表示管子性能好坏的重要参数,ICEO愈小说明管子的性能愈稳定。用万用表欧姆挡(R1k)测C、E极间反向电阻,电阻值越大,说明ICEO越小。一般硅管比锗管的电阻值大;小功率管比大功率管的电阻值大。小功率管的电阻值一般在几十千欧姆以上,如果测得的电阻值接近零,则表明此三极管已被击穿,不能使用。,三极管放大性能的好坏,是利用好三极管的主要依据。对NPN硅管,指针式万用表置R1k挡,黑表笔接集电极,红表笔接发射极。将在基-集间无偏置电阻时测得的C、E间电阻值与有电阻接入后测得的C、E间电阻值进行比较,前后两个读数相差越大,表示管子的放大性能越好。如果上述测量过程中,三极管任意两个电极的正、反向电阻都很小(接近0)或都很大(接近),则说明管子已被击穿或烧坏。,同一型号的晶体管由于分散性其参数差异很大,因此,在使用晶体管前需要用晶体管测试仪来测试它的特性。晶体管的特性曲线有输入特性曲线和输出特性曲线。输入特性曲线是指参变量UCE为常数时,IB=f(UBE)的关系曲线;输出特性曲线是指参变量IB为常数时,IC=f(UCE)的关系曲线。对于不同的参量,可得一簇特性曲线,图3.3就是某个晶体管的特性曲线,从特性曲线上可以求得管子的、ICEO等参数。,图3.3晶体三极管的特性曲线,三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)指针万用表、数字万用表各一个(3)NPN型管、PNP型管各三个(4)晶体管测试仪一台以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。,四、实训内容和步骤(1)准备好两种不同类型的三极管:NPN型管和PNP型管。(2)用指针万用表判别NPN型和PNP型三极管B、C、E三个管脚,将所测数据填入表31中。(3)用晶体管测试仪测试三极管的特性曲线,并绘制出来。,表3-1三极管B、C、E极的判定,五、注意事项(1)在电子线路中,三极管的三个管脚不能接错、不能互换,必须用万用表准确判断三极管的基极B、集电极C和发射极E。(2)在电子线路中,不同类型的三极管不能互换。,六、分析思考(1)如何用指针式万用表判别三极管的管脚？(2)如何用指针式万用表测量三极管放大性能的好坏？,1.2仪器仪表的使用,熟练掌握仪器仪表的使用,是准确采集测量数据、正确观察各种现象、分析解决实际问题的重要前提。本节将介绍电路分析测量中常用的稳压电源、万用表、示波器和信号发生器的具体使用,并比较线性和非线性元件的伏安特性。,一、实训目的(1)学习稳压电源和台式数字万用表的使用方法。(2)学习线性电阻和非线性电阻伏安特性的测试方法。(3)学习测量电源外特性的方法。,实训项目4稳压电源、万用表的使用及电路元件伏安特性的测试,二、原理说明1.台式数字万用表台式数字万用表是数字式多功能仪表,它既可以测量直流电压、电流、电阻,又可以测量交流电压和电流。我们以我国台湾固纬公司生产的GDM-8145型台式数字万用表为例，其面板如图4.1所示。,图4.1台式数字万用表面板图,台式数字万用表的面板分插孔、功能选择、量程选择和电源四个部分。具体使用步骤如下:(1)根据被测对象是交流还是直流,是电阻、电流还是电压,正确选择插孔。(2)打开电源。(3)确定被测量是电阻、电流还是电压,正确选择功能键。(4)选择量程。应选择大于被测量值且最接近被测量值的量程。,例如，我们要测量的电阻阻值分别为100,240,300,470及510,应分别选择什么样的量程？测量100电阻时,我们选择200的量程；测量其它四个电阻时,我们应选择2k的量程。若量程选小了,读不出电阻阻值;若量程选得过大,读出的电阻阻值的有效数值较少,结果不够精确。测量时将黑、红表笔分别触及电阻两端的金属引线(注意:两手不要同时捏住电阻两端的金属引线,以免将人体电阻并联进去)。,2.直流稳压电源直流稳压电源是提供直流电的动力设备。我们以台湾固纬公司生产的GPC-3030DQ型双路直流稳压电源为例，其面板如图4.2所示。稳压电源分电源开关、主电源和辅助电源三个主要部分。其面板图如下:(1)POWER为电源开关。,图4.2直流稳压电源面板图,(2)屏幕上标有MASTER的是主电源的屏幕。在主电源的屏幕下方有主电源的电流CURRENT和电压VOLTAGE两个旋钮,下方的三个接线端是主电源的输出端,红色的为电源正极输出端,黑色的为负极输出端,绿色的为接地端，在CURRENT(电流)和VOLTAGE(电压)两个旋钮中间有两个指示灯:CC为红灯,CV为绿灯。使用时,若将电流CURRENT旋钮逆时针方向旋到底,则电源能够输出的最大电流为零,红灯亮,此时无论如何都调不出电压;顺时针将CURRENT旋钮旋转一定的角度,保持绿灯亮,再旋转电压VOLTAGE旋钮,可调出所需电压。,(3)屏幕上标有SLAVE的是辅助电源的屏幕,其使用方法与主电源的使用方法相同。保持绿灯亮,旋转电压VOLTAGE旋钮,可调出所需电压。(4)在主电源和辅助电源中间有两个黑色按键,当两个按键都抬起时为两电源各自独立(INDEP)使用状态。也可分别独立地调出主、辅电源的电压。当左面按键按下,右面按键抬起时为两电源串联(SERIES)状态,一般用于提升电源输出电压;当两个按键都按下时为两个电源并联(PARALLEL)状态,一般用于提升电源输出电流。当电路处于串联或并联状态时,辅助电源电压显示与主电源电压显示相同。,3.线性电阻及非线性电阻的伏安特性测试任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系I=f(U)来表示,即用I-U平面上的一条曲线来表征,这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。线性电阻的伏安特性服从欧姆定律,R=UI为常数。不但其阻值不随电压或电流的变化而变化,而且与电压或电流的方向无关。因此,线性电阻的伏安特性是一条通过坐标原点的直线(如图4.3(a)所示),该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。,非线性电阻的伏安特性不服从欧姆定律,即UI不等于常数。它与电压和电流的大小和方向有关。因此,非线性电阻的伏安特性是一条通过坐标原点的曲线。一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态,其灯丝电阻随着温度的升高而增大,通过白炽灯的电流越大,其温度越高,阻值也越大,一般灯丝的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍,所以它的伏安特性如图4.3(b)所示。,一般的整流二极管是一个非线性电阻元件,其特性如图4.3(c)所示。正向压降很小(一般锗管为0.20.3V,硅管为0.50.7V),正向电流随正向电压的升高而急剧上升,而反向电压从零一直增加到十几至几十伏时,其反向电流增加很小,粗略地可视为零。可见,二极管具有单向导电性,但反向电压加得过高,超过管子的极限值,反向电流急剧增大,则会导致管子击穿损坏。,稳压二极管是一种特殊的整流二极管,其正向特性与整流二极管类似,但其反向特性较特别,如图4.3(d)所示。在反向电压开始增加时,其反向电流几乎为零。但当电压增加到某一数值时(称为管子的稳压值,有各种不同稳压值的稳压管),电流将突然增加,以后它的端电压将维持恒定,不再随外加的反向电压升高而增大。,图4.3线性电阻、非线性电阻、整流二极管及稳压二极管的伏安特性(a)线性电阻;(b)白炽灯(非线性电阻);(c)整流二极管;(d)稳压二极管,电阻元件的伏安特性可以通过实验的方法来测定。但必须注意仪表的合理连接,否则测量的误差将比较大。因为电流表与被测负载串联,电流表的内阻起了分压的作用；电压表与被测电阻并联,电压表的内阻起了分流的作用。两者都直接影响测量的结果。所以根据被测电阻的大小,合理连接电压表和电流表,尽可能减小测量误差。,三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)直流稳压电源一台(3)台式数字万用表一台(4)200电阻一个(5)12V的汽车灯泡一个(6)整流二极管、稳压二极管各一个以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。,四、实训内容和步骤(1)测定固定电阻(线性电阻)R的伏安特性。按图4.4接线,被测线性电阻R=200。调节直流稳压电源,使输出为1V。根据电源电压及电阻数值估算电压表、电流表量程,并记录此时的电压、电流值。,图4.4线性电阻伏安特性测试原理图,将稳压电源依次调至1V、3V、5V、7V、10V、12V,并对这六个测试点进行测量,记下R两端的各个电压值及对应的各个电流值,填入表4-1中。将电源反向连接,给电阻一个负电压。重复上述步骤,记下电压和电流值,填入表41中。以电压U为横坐标,电流I为纵坐标,按照表4-1中的数据连点,作出线性电阻的伏安特性曲线。,表4-1线性电阻的伏安特性测试数据表,(2)测试非线性白炽灯的伏安特性。将图4.4中的R换成一只12V的汽车灯泡,重复(1)的过程,填入表4-2中,并作出伏安特性曲线。,表4-2白炽灯的伏安特性测试数据表,(3)测试整流二极管的伏安特性。按图4.5接线,R为限流电阻器,用R=200的定值电阻串联整流二极管,并以二极管作为被测非线性电阻。测二极管的正向特性时,其正向电流不得超过25mA,二极管的正向电压可在00.75V之间取值。特别是在0.50.75V之间更应多取几个测量点。做反向特性实验时,只需将图4.5中的二极管VD反接,且其反向电压可加到30V。根据电源电压数值估算电流表电压表量程,然后将测量值填入表4-3中。,图4.5二极管伏安特性测试原理图,以电压U为横坐标,电流I为纵坐标,按照表4-3中的数据连点,作出整流二极管的伏安特性曲线。,表4-3整流二极管(非线性电阻)伏安特性测试数据表,(4)测试稳压二极管的伏安特性。将图4.5中的二极管换成稳压二极管,重复(3)的测量,将数据填入表4-4中,并作出稳压二极管的伏安特性曲线。,表4-4稳压二极管伏安特性测试数据表,五、注意事项(1)稳压电源输出应由小至大逐渐增加,切勿将输出端碰线短路。(2)电流表应串联在电路中,电压表应并联在被测元件上,极性切勿接错。(3)二极管中流过的电流不要超过其最大整流电流值,灯泡电压不要超过其额定电压值。(4)合理选择仪表量程,勿使仪表超过量程测量。(5)在绘制整流二极管和稳压二极管的伏安特性曲线时,每一元件的正、反向特性均要求画在同一张图中,正、反向电压可取为不同的比例尺。,六、分析思考(1)根据仪表的准确度及测量的手段和方法,分析产生误差的原因有哪些。(2)线性电阻和非线性电阻区别何在,结合实验所绘曲线加以说明。(3)稳压二极管与整流二极管有何区别,其用途如何？(4)图4.5中若将毫安表放到伏特表前面,结果会怎样？分析原因。,(5)完成下列填空题:线性电阻的伏安特性服从_定律,它是一条通过坐标原点的_线;非线性电阻的特性不服从_定律,它是一条通过坐标原点的_线。在伏安特性的测试中,只有在电流很小,电阻很小时(只有几个欧姆),将电压表与电阻直接_联,再与电流表_联,而测量较大电阻(R=200)的伏安特性时,要将电流表先直接与被测电阻_联后,再与电压表_联,这是因为_。(6)图4.6中R的存在对电源外特性有何影响？定性作出各图的外特性曲线。,图4.6思考题(6)的电路图,实训项目5示波器和信号发生器的使用,一、实训目的(1)学习示波器和信号发生器的使用方法。(2)掌握用示波器定量测量电压的峰-峰值、周期和相位的方法。,二、原理说明1.信号发生器信号发生器是一种能提供不同类型时变信号的电压源。电路实验中常用的信号发生器是函数信号发生器,它能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等信号。我们以台湾固纬公司生产的GFG-8016G型函数信号发生器(其面板如图5.1所示)为例说明函数信号发生器的使用方法。波形的选择键可提供矩形波、锯齿波、正弦波,通过频率选择键可选择1Hz1MHz的频率范围。使用时先选择好频率挡位,然后通过选频旋钮精确调节到所需频率值。,图5.1函数信号发生器面板图,标有AMPL和-20dB的旋钮可调节输出波形的幅值。拔出该旋钮后，信号可衰减20dB。标有DUTY和INV的旋钮旋转时可调整占空比(DUTY)。逆时针旋到最后CAL位置时,占空比为50%。拔出来为取相位相反的波形,如图5.2所示,DUTY=T1T。,图5.2占空比示意图,最下边一行标有OUTPUT和50的端口为输出端,50为同轴电缆电阻。标有OUTPUT和TTLCMOS的端口为TTLCMOS的输出端。如我们需从信号发生器输出50mV、1kHz的正弦波,操作如下:(1)按下电源开关(绿色PWR键)。(2)选择正弦波键。(3)按下标有1kHz的频率选择键,调节选频旋钮得到准确的频率。(4)调节正弦波的幅值,但幅值大小无法从信号发生器上读出,须通过外接万用表或示波器来测量信号的大小。,2.示波器示波器作为一种时域仪器,可用来观察电信号的波形,并定量测试被测波形的参数,如幅度、频率、相位和脉宽等。用示波器进行电压测量,就是将被测电压信号输入给示波器,通过在荧光屏上的波形显示来进行定量或定性的分析。示波器是测量交流电路波形的,在做电子电路时要测量输入端、输出端或电路中某两点间的电压、电流,或要观察输入端与输出端电压、电流放大倍数及相位差时都要使用示波器。我们以日本岩崎公司SS-7802型示波器(其面板如图5.3所示)为例,对示波器的使用方法加以说明。,图5.3示波器面板图,示波器可分为三个部分:功能键部分、垂直轴部分和水平扫描部分。1)功能键部分(1)电源开关键(POWER)。按下接通交流电源,抬起后断电复位。(2)辉度(INTENSITY)和寻迹(BEAMFIND)功能旋钮。旋转辉度旋钮可调节扫描线的亮度;通过按下寻迹旋钮,压缩垂直偏移和水平偏移到屏幕所示区域内,以此来寻找扫描线偏移的方向。(3)字符显示(READOUT)功能旋钮。旋转此旋钮可调节所呈现的字符的亮度。,(4)聚焦(FOCUS)功能旋钮。旋转此旋钮可调整轨迹和字符的聚焦。(5)轨迹倾斜度纠正(TRACEROTATION)功能