电工实验指导(实验一~实验四)

电子电工学试验指导(适用专业 化学工程与工艺)10目录试验一电路根本定律及定理的验证 2试验二常用电子仪器使用与测量 5试验三单管放大电路 10试验四模拟信号运算电路 12试验一电路根本定律及定理的验证试验目的⑴学习试验室规章制度和根本的安全用电常识，生疏试验电源、试验设备状况。⑵通过对电路根本定律()的验证，加深对定律的理解和敏捷应用；学会电路中电压、电流的测量方法。⑶明确实际测量中存在的误差，学会分析误差。试验设备和器材⑴直流可调稳压电源。⑵直流电压、电流表。⑶电阻元件、可调电阻。试验原理与说明(1)基尔霍夫定律(KCL、KVL)基尔霍夫定律是电路的根本定律，适用于集总参数电路。KCL：任一时刻，任一节点，全部流出该节点的电流代数和恒为零，即Σi＝0。KVL：任一时刻，任一回路，沿某绕行方向全部元件电压的代数和恒为零，即Σu＝0。(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。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。误差分析①测量值与真实值间的差异称为误差。②误差有两类：确定误差=|测量值-真实值|，相对误差=(确定误差/真实值)×100%。③实际测量中，应利用合理测试手段使误差最小。试验内容及步骤基尔霍夫定律(KCL、KVL)的验证①试验电路如图1-1，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I1～I3时电流表应分别接入。1-1②将两路直流稳压电源〔令U1＝12V，U2＝6V〕分别接入电路。用直流电流表测量各电流1-1中。1-1被测量被测量测量值相对误差I2(mA) 叠加定理的验证1-112V6V1-1U1U2处。②U1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UAD1-2。表1-2测量内容

I1(mA) I2(mA) I3(mA) U3(V)③U2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1-2。④U1U2共同作用时：将U1、U21-2。(3)戴维南定理验证1-2(a)。②接入稳压电源U1=12VU2=6VADUAD，即戴维南等效UOC1-3。试验电路 (b)等效电路1-2有源二端网络1-3R0电路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AD间外加电压U=6V〔由稳压电源供电〕，串入电流表测量I1、I2，计算电流I，如图1-3所示；则等效电阻R0=U/I，将数据记入表1-3。1-3被测量被测量测量值UOC(V)I1I2IR0④用戴维南定理测量1-4被测量戴维南等效电路测量U3〔V〕I3〔mA〕1-4UsUocRsR0值(电阻箱上猎取)R3(5101-4被测量戴维南等效电路测量U3〔V〕I3〔mA〕1-4试验留意事项⑴稳压电源的两输出线间不得相碰，以免造成短路事故。⑵用电流表测量支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应留意仪表的极性，正确推断测得值的＋、－号后，记入数据表格。⑶测量时应留意仪表量程的更换。当试验仪表超量限应准时更换至高位档。⑷全部需要测量的电压值，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。⑸线路改接时，要关闭电源。预习思考题1-1及图1-2(a)1-1及表1-3中；以便试验测量时，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准时的推断。⑵用直流电流表测量电流时，假设参考方向与实际方向不符会有何显示？如何正确推断所测得的电流方向？U1、U2分别单独作用应如何操作？可否将不作用的电源〔U1U2〕短接置零？试验报告⑴依据试验数据，选定节点A及试验电路中的任一个闭合回路，验证KCL、KVL的正确性。分析误差缘由。⑵依据试验数据经分析、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？试用上述试验数据计算并作结论。1-11-21-4I3、U3计算结果，并分析产生误差的缘由。⑷依据试验数据，画出戴维南等效电路。⑸归纳测有源二端网络开路电压、等效内阻的方法。⑹写出试验的心得体会及其它。试验二常用电子仪器使用与测量1.试验目的学习电子电路试验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器等的主要性能、各旋钮开关的作用及正确使用方法。初步把握用双踪示波器观看正弦信号波形和读取波形参数的方法。2.试验设备与器材双踪示波器 一台函数信号发生器 一台3.试验原理与说明在模拟电子电路试验中，测试和定量分析电路的静态和动态的工作状况时，常常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、沟通毫伏表、指针式〔数字式〕万用表等。它们之间的连接如图2-1所示。接线时应留意，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。示波器、函数信号发生器和沟通毫伏表的接线通常使用专用电缆线。示波器：用来观看电路中各点的波形，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、相位差及观看电路的特性曲线等。函数信号发生器：供给频率和电压都可调整的信号。直流稳压电源：为电路供给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。2-1模拟电子电路中常用电子仪器布局图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〔、不同波形的相位关系等要素。本试验主要承受DF43211〕开机前预置将‘触发方式选择’〔MODE〕开关置于‘AUTO’〔即自动〕键。调整‘亮度掌握’〔INTENSITV〕旋钮于旋转全行程的中间位置。置‘扫描速率’〔TIME/DIV〕0.1mS位置。调整垂直〔↓↑〕和水平〔〕‘移位’〔POSITION〕1/2调整垂直〔↓↑〕和水平〔〕‘移位’〔POSITION〕1/2全行程的位置。将内触发选择〔INTTRI〕开关置于CH1’〔或CH。Y轴‘垂直工作方式选择’〔MODE〕开关置于‘CH1’〔CH2〕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，假设半分钟后屏幕仍无任何显示时，a.可顺〔〕‘移位〔〕‘移位’可能预示着机内扫描电路有故障，须关机送修；如光栅已消灭时，应依据该扫描线的显示状态，反复并交替调整‘亮度掌握’旋钮及‘聚焦掌握’〔FOCUS〕旋钮，使光栅既清楚可辨，又不感到刺眼为止。测量精度的校准及一般使用方法示波器属周密测量仪器，它的精度可以利用每台示波器自我设置的、具有固定频率〔f=1KH、固定电压输出幅度的“机内标准信号源”进展校准〔又称为“自校信号源〔包括Vp与〕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。精度校准ACf=1KHZT〔Tf互为倒数，故此T=1/f=1/1000HZ=1/1000S=1m。CH1CH2输入端口处接入专用‘探头线’，垂直工作方式开关(MODE)置于对应端口；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’，接地鳄鱼夹夹在自校信号源〔此时为本机内共地，故黑夹可悬空扫描微调掌握〔CA〕旋钮到底〔处于校准位；扫描扩展掌握键’〔PULL×10〕须揿入；调整通道选择开关〔VOLTS/DIV〕所处位置，顺时针Y轴‘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〔TIME/DI0.1m位置，此时方波波形每周期应占屏幕水平方向的十格〔即0.1m10格=1m，此时显示为一个周期时间假设“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0.2m5格=1m。测量时应留意的要点当“扫描速率”〔TIME/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〔例如消灭波形向左、右移动，多个叠加或闪耀等不稳定现象时〕应调整‘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，必需先将XY轴的‘微调掌握CAL钮顺时针旋到底〔即处于校准位及幅度占垂直方向的格数愈多，测量愈准确。调整垂直〔↓↑调整垂直〔↓↑〕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穿插点〔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，与“扫描速率”〔TIME/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/DI〕所指之电压值的乘积即是被测波形的电压幅度值VP或VP。留意：示波器只能直接观看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展比对时，可承受从两Y轴〔即CH1、CH2;以下同〕同时输入两个不同信号并显示在屏幕上进展即时比对，方法如下：将示波器的CH1、CH2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。于‘AC’位〔假设测量信号DC位，即Y1及Y2的输入耦合开关置于非接地位⊥。选择Y〔由工作方式选择开关MOD所处的位置确定〕当‘MODE’开关置于‘CH1’CH1输入端的信号可显示在屏幕上；当‘MODE’开关置于‘CH2’CH2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CH1、CH2输入端的信号以交替显示的方式显示在屏幕上；当‘MODE’开关置于‘CHOP’CH1、CH2输入端的信号将同时显示在屏幕上；当‘MODE’开关置于‘ADD’CH1CH2输入端的信号将以代数和的形式显示在屏幕上。函数信号发生器函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波等信号波形。函数信号发生器的输出电压峰峰值最小2mV、最大可达20V，其幅值可以通过幅度键(Amp)进展设置；输出信号频率可以通过频率键(Freq)EE1610C型合成函数信号发生器，操作要点简介如下。接通并开启信号发生器沟通电源。选择或设置所需要的信号波形(正弦波、方波、三角波等)，按键如图2-2(a)、(b)、(c)所示。开机后主函数输出信号为正弦波。正弦波 (b)方波 (c)三角波图2-2设置信号波形选择或设置所需要的信号频率(单位：Hz，kHz、MHz)2-3(a)所示。设置频率 (b)设置幅度图2-3设置频率及幅度设置输出幅度(单位：mV，V)2-3(b)所示。2-4所示。频率幅度输入时的单位频率输入时的单位 (c)复用键2-4常用按键主函数输出口连接专用电缆。以输出正弦波为例说明输出信号的设置。开机后主函数输出信号为正弦波，频率3MHz、幅度1Vpp；屏幕显示如图2-5所示。2-5按“Freq”键使输入焦点转为频率输入，按“数字”键和“频率单位”键输入需要2-6所示。2-6按“Amp”键使输入焦点转为幅度输入，按“数字”键和“幅度单位”键输入需要的幅度；还可以按“shift”+“Amp”键切换幅度的显示，以切换幅度单位为有效值。如图2-7所示。输出为峰峰值 (b)输出为有效值图2-7信号发生器原理和详尽的使用资料请参阅有关《产品说明书4、试验内容及步骤用示波器机内校正信号对示波器进展自检。扫描基线调整X轴位移〔〕将示波器的显示方式开关置于“单踪”显示〔CH1或CH2X轴位移〔〕Y〔↑↓〕旋钮，使扫描线位于屏幕中心，并且能上下左右移动自如。测试“自校信号”波形的幅度、频率将示波器的“自校信号”通过专用电缆线引入选定的Y通道CH1或CH，将Y轴ADCHX〔TIME/DI和YVOLTS/DI，使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形。测试“自校信号”幅度将Y轴的微调掌握CAL钮顺时针旋到底〔即处于校准位，Y轴“通道选择”开关2-1。表2-1标准值标准值实测值幅度Up-p〔V〕周期T〔s〕频率f〔kHz〕0.50.0011计算值(f=1/T)校准“校正信号”频率将“扫速微调”旋钮置“校准”位置2-1。用示波器测量沟通信号的电压幅值调整函数信号发生器，输出信号频率为1kHz、有效值为3V的正弦波信号。适中选择示波器通道灵敏度选择开关“VOLTS/DIV”的位置，使示波器屏幕上能观看到完整、稳定的正弦波，则依据此时屏幕上Y方向上的格数就能读出信号电压值。表2-2沟通信号的电压测量用示波器测量沟通信号的频率TIME/DIV”的刻度值表示屏幕X方向坐标每格所代表的时间值，再乘以信号周期相应的格数，就可算出信号的周期，周期的倒数就是信号的频率。调整信号发生器，输出信号频率为1kHz、有效值为3V2-3所示的信号频率要求调整，用示波器测试其周期计算频率，将所测结果与频率比较。2-3沟通信号频率测量试验留意事项示波器及信号发生器应保持仪器共地。使用示波器时波形应在荧光屏中心且大小适中，波形完整且稳定。预习思考题(1)示波器输入信号耦合开关置“AC”、“DC”、“GND”位置有何不同？(2)什么叫正弦波的有效值？什么叫正弦波的峰值？(3)函数信号发生器有哪几种输出波形？它的输出端能否短接？7.试验报告认真记录试验数据并填写相应表格。分析测量结果与理论值的误差，争论其缘由。答复预习思考题。总结信号发生器是如何转变其输出信号的频率和电压的。试验目的⑴学会放大器静态工作点的测量与调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。⑵把握放大器电压放大倍数的测试方法。⑶生疏常用电子仪器及模拟电路试验设备的使用。试验设备和器材函数信号发生器、双踪示波器、万用电表、Dais系列试验装置各一台。试验原理与说明E1 图3－1为电阻分压式工作点稳定单管放大器试验电路图。它的偏置电路承受RB1和RB2组成的分压电路，并在放射极中接有电阻R、R，以稳定放大器的静态工作点。当uiui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。E1 图3-1 共射极单管放大器试验电路U U B2

U ，

U U B BEIB R R CCB1 B2

E R R CE1 E2电压放大倍数：

U U I (R R R )CE CC C C E1 E2R RC LA R RC LV rbe

(1)RE1输入电阻 Ri

R R [rB1 B2

(1)R ]E1输出电阻 R0RC由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计供给必要的依据，在完成设计和装配以后，还必需测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与试验调整相结合的产物。因此，除了学习放大器的理论学问和设计方法外，还必需把握必要的测量和调试技术。放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消退干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。试验内容及步骤(1)按图3-1试验原理图连线，检查无误后接通电源。(2)测量静态工作点静态工作点测量条件：输入接地即使Ui=0.W C 在步骤1连线根底上，C1接地〔即Ui=，调整R ，使I=1.5m〔即U 用万用表测量有关各值。记入表3-1W C UUUUUU UBECC测量电压放大倍数C1A1KHz25mV的正弦信号，同时用双踪示波器观看放大器输入电压U〔A处〕和输出电压U〔C2处〕的波形，在i oUo波形不失真的条件下用示波器测量下述三种状况下的Uo值〔C2处UoUi3-2(Uo为有效值)。CR〔KΩ〕CR〔KΩ〕U〔V〕ALoVUU波形oi31.53∞∞2.4留意：示波器观看的都是峰峰值，需换算为有效值填入表中。观看静态工作点对输出波形失真的影响在步骤3的RC=3KΩ，RL=∞(当ui=0，调整RW使URCQ≈4.5V)A1KHz25mV的正弦波，再逐步加大输入信号，使输出电压Uo足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小R

，使波形出W现失真，用示波器观看输出电压波形，并总结。试验留意事项⑴不要带电接线或更换无件。⑵静态测试时，Ui=0；动态测试时，要留意共地。预习思考题⑴假设放大器的输出波形失真，应如何解决?⑵根本共射放大器中沟通负载电阻RL，对放大倍数和输出电压波形有何影响?试验报告⑴依据试验数据估算三极管的电流放大倍数。⑵列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数之值与理论计算值比较〔取一组数据进展比较，分析产生误差缘由。⑶争论负载开路时集电极电阻RCRL对放大倍数的影响。⑷争论静态工作点变化对放大器输出波形失真的影响。⑸分析争论在调试过程中消灭的问题。⑹写出试验的心得体会及其它。试验四模拟信号运算电路1．试验目的(1)争论由集成运算放大器组成的比例、加法和减法等根本运算电路的功能。(2)了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。(3)进一步生疏双踪示波器、信号发生器的使用。2．试验设备与器材双踪示波器、万用表、Dais系列试验仪各一台，集成运算放大器1个，电阻器、电容器假设干。试验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反响电路时，可以敏捷地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。反相比例运算电路电路如图4-1所示。对于抱负运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为RU FU0 R i1图4-1 反相比例运算电路2 1 R=R∥R2 1 反相加法电路图4-2 反相加法运算电路电路如图4-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为U (0

RFUR 1

R FUR 2

) R =3=

R R∥∥1 2 F∥∥同相比例运算电路4-3〔a〕是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为U 0

RF)UR i1R2=R1∥RFi当R1时，U0U，即得到如图4-〔〕所示的电压跟随器。图中i

，用以减FR 小漂移和起保护作用。一般 取10k R F F图4-3 同相比例运算电路差动放大电路(减法器)4-4R1=R2，R3=RF时，有如下关系式：RU F(U0 R i21

U )i1图4-4 减法运算电路试验内容及步骤试验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。反相比例运算电路4-1正确连线，接通直流电源。i i 输入f=100Hz，U=0.5V〔峰峰值〕的正弦沟通信号，用示波器测量Ui i

值〔表格填入都为有效值或都为峰峰值，并用示波器观看0和Ui的相位关系，记入表4-。表表4－1U=0.5〔峰峰值，=100HziUi(V)U(V)0U波形iU波形0实测值Av计算值同相比例运算电路按图4-3(a)4-2。4-3(a)4-3(b)1)。表 表 4－2f=100HziUi(V)U(V)0U波形iU波形0实测值Av计算值反相加法运算电路4-2正确连接试验电路。Ui1i2输入信号承受直流信号源，试验前应使用万用表先行测量并定义输入电压UUi1i2将输出电压U0记入表4-3〔注：当该直流信号源左侧的‘自锁’式开关揿入时，信号源输出幅值为±0.5V间连续可调；当开关弹出时，信号源输出幅值为±5V〕表4－3Ui1(V)131.5-13Ui2(V)U0(V)1-2-1.5-2-3减法运算电路4-4正确连接试验电路。34-4。表4－4Ui1(V)4-22-32Ui2(V)U0(V)2-1-222试验留意连错。在连电路的过程中，应留意运放芯片的引脚，切勿连错。预习思考题复习集成运放线性