电工测量与实验技术课程教学

<<电工测量与实验技术>>课程教学安排实验内容；实验一.电路元件伏安特性的测试实验二.叠加定理和替代定实验三.戴维南定理实验四.日光灯电路实验五.功率因数的提高实验六.一阶电路实验七.二阶电路实验八.R..L.C元件的特性实验九.RLC串联电路实验十.均均串输线仿真测量实验十一.单管共射放大电路实验十二.阻容耦和负反馈放大器实验十三.差动放大电路实验十四.稳压电源电路实验十五.TTL与非门电路的测试实验十六.集成组合逻辑电路实验十七.JK触发器的实验测试实验十八.计数译码显示电路综合实验实验十九.555集成电路定时器及应用实验二十.环行桭荡器电路评分标准；实验操作50%考核30%实验报告20%本课程的任务和要求通过该门课程的学习,学生在实验技能方面应用技术达到下列要求:正确使用电流表.万用表.功率表及常用的一些电工设备;学会使用示波器.信号发生器.晶体管稳压电源.晶体管毫伏表.掌握基本的测量技术,如测量电压.电流.功率.频率.相位时间及电路的主要技术指标.具有查阅电子器件手册的能力.能按电路图连接实验线路和合理布线初步具体分析.寻找和排除常见故障的能力.具有根据实验任务确定实验方案,选择合适元件设计线路的初步能力,具有选择常用电工仪表.设备进行实验的能力.能独立写出严谨.有理论分析.事实求是..文字通顺的实验报告.一.实验的一般过程1.预习2.基本操作程序熟悉设备连接线路检查调整操作记录核对检查注意事项3.报告的编写实验报告一般应包括以下主要内容;实验目的及任务实验电路及使用的设备,实验原理及方法.实验数据.数据处理.包括整理数据,估计误差,通过计算得到结果,绘制出表示实验结果的实验曲线等.结论与分析讨论.包括通过实验得出结论,对实验中发生的现象.问题.事故等的分析讨论,实验的收获体会,对改进实验的建议等.4．.实验安全注意事项(1).实验中经常要与220V至380V的交流电压打交道,如果忽视安全用电或粗心大意.就很容易触电.为确保自身和他人的安全,实验中应做到以下几点;a.遵守接线基本规则,先把设备.仪表.电路之间的线接好,经自查和互查无误后,再接电源线,经老师检查允许后,再合闸.拆线顺序为先切断电源和先拆电源线,再拆其它线.b.绝对不能把一头已接在电源的导线的另一头空甩着.电路其它部分也不能有空甩线头的现象.线接好后,多余的.暂时不用的导线都要拿开,放在合适地方.C.实验中要多加小心,手和身体绝对不能碰任何金属部分(包括仪器外壳),养成实验时手始终拿绝缘部分的好习惯,同时要绝对克服手习惯性的摸这摸那的坏习惯,杜绝将整个手都放在测试点上的不良测试方法.d.万一遇到触电事故,不要慌乱,应迅速断开电原,拉下闸刀,使触电者尽快脱离电源,然后抓紧时间送医院或请医务人员前来珍治.实验一.电路元件伏安特性的测定实验目的掌握线性电阻元件.非线性电阻元件------半导体二机管以及电压源伏安特性的测试技能.加深对性电阻元件.非线电阻元件以及电源伏安特性的理解,验证殴姆定律.二．实验说明1．线性电阻元件;电阻元件的R值不随电压或电流的大小而变化.见实图２－１其伏安特性满足姆定律.2．非线性电阻元件；非线性电阻元件的伏安特性不满足欧姆定律,见实图２－２电路板电流表电阻箱实图２－１实图２－２３．理想电压源；端电压为恒定值的电压源,见实图２－１４．实际电压源；实际电压源存在内阻，可用一个理想电压源和一个电阻相串联来表示．见实图(２－3)c．实图２－３（a．b．c）三.实验内容与步骤1.测定线性电阻的伏安特性；按实图2－４接好线路.依次调节直流稳压电源的输出电压为实表２－１所列数值,并将相应电流填入实表２－１实表2－１U(v)024681020I(mA)2.测定二极管的正向伏安特性；按实图２－５接好线路.调节R.使电流读数分别为表2－２数值.并测相应电压值记入表２－２中.实表２－２I(mA)02468102030U(V)3.测定晶体管稳压电源的伏安特性；晶体管稳压电源可视为理想电源.按实图2－６接好线路.调节稳压电源电压等于10V,然后调节R.使电流表分别为表２－３数值,并将对应电压记入实表２－３中.实表２－３I(mA)05101520253035U(v)4.测定实际电压源的伏安特性；按实图2－７接好线路调节输出电压为10V,由大到小调节R,使电流表读数为实表２－４数值.记入相应的电压值.实表２－４I(mA)05101520253035U(V)实验设备(略)实验报告要求根据实验中所得数据,在坐标纸上绘制线性电阻元件.半导体二极管.理想电压源和实际电压原的伏安特性曲线．实验二．叠加定理一．实验目的１．验证叠加定理．２．加深对叠加定理的内容和适用范围的理解．３．验证叠加定理的推广――齐性定理．二．实验说明１．叠加定理；在任一线性网络中，多个激励同时作用时的总响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和．所谓某一激励单独作用，就是除了该激励外，其余激励均为零值．２．齐性定理；线性电路中，当所有激励都増大或减小k倍（k为实常数），响应也同样增大或减小k倍．三．实验內容与步聚１．叠加定理的验证在直流电路实验板上按实图３―１接好线路，图中DLBZ为电流插座，当测量支路电流I1．．I2．.I3时只需将接有电流插头的电流表依次插入三个电流插座中，即可读取三条支路电流I1．.I2．I3的数值．在插头插入插座的同时，应监视电流表的偏转方向，如逆时针偏转,要迅速拔出插头，翻转180°度后重新插入再读取电流值．插座电流表（１）．接通U1＝１０V电源，测量U1单独作用时各支路电流I.1.I2.I3.将测量结果记入实表３－１中（２）．接通U2=6V电源，测量U2单独作用时各支路电流I1.I2.I3,将测量结果记入实表3－１中．（３）．接通U1.U2电源,测量U1.U2共同作用时各支路的电流I1.I2.I3,将测量结果记入实表3－１中．实表３－１Ｉ１（ｍＡ）Ｉ２（ｍＡ）Ｉ３（ｍＡ）测量计算测量计算测量计算U1单独作用U2单独作用U1,U2共同作用2．齐性定理的验证实验电路同前，实验时，令Ｕ１＝２０Ｖ，Ｕ２＝１２Ｖ，分别测出Ｉ１．Ｉ2．I3Ｉ１（mA）I2(mA)I3(mA)测量计算测量计算测量计算共同作用上表中的值误差％四．实验设备（略）五．实验报告要求１．根据实验中所得数据，验证叠加定理，齐性定理．２．计算各支路的电压和电流，并计算各值的相对误差，分析产生误差的原因．六．思考题做P76.1.2.题．实验三戴维南定理一．实验目的１．验证戴维南定理２．掌握线性有源单口网络等效参数的测量方法二．实验任务１．联接电路，测出该单口网络的外特性R(Ω)0200400800160032006400∞I(mA)U(v)２．测出该一端口网络的戴维南等效电路参数A.开路电压的测量a.直接法测开路电压Uocb用补偿法测开路电压Uoc见下图B.短路电流Isc的测量C.等效内阻R0=Uoc/Isc３．等效电路的构成见下图４．测出戴维南等效电路的外特性R(Ω)0200400800160032006400∞I(mA)U(v)三．验报告要求绘出实际网络和等效网络端口处的伏安特性四．思考题１．试述戴维南定理２．在补偿电路中，若电压Us小于被测电压Uoc，能否达到补偿法测电压的目的？为什么？实验四.日光灯电路实验目的1.掌握日光灯电路的接线方法。2.了解日光灯的基本工作原理。3.学习交流电压.交流电流的测量方法。二.实验说明1.日光灯的基本工作原理（略）2.调压器的基本工作原理，调压器的使用方法。三相自耦调压器由三个单调压器组成,通常它的原边三个绕组接成星型,如下图所示.调压器日光灯交流电流表A.B.C.O为输入端,它与电源联接；a.b.c.o为输出端,它们与负载联接.当转动手轮时,能同时调节三相输出电压,并保证输出电压的对称性.三.实验电路图四.实验内容与步骤1.实验线路如图示，接线经教师检查后，方能合上电源开关，将日光灯点亮。2.如有异常情况应断开电源请老师排除故障。3.测量电压.电流记入表中电压U（V）镇流器电压UL（V）日光灯电压Ud（V）电流I（A）220200五.思考题见指导书。实验五功率因数的提高一.实验目的感性负载功率因数的方法2.掌握功率表的正确使用功率因素的大小。2.工农业生产及日常生活中，大部分负载为感性负载。功率因数负载的功率因数一方面可充分发挥电源的利用效率，另一方面可减少输电线路的功率损失。提高电感性负载的功率因数，可采用在感性负载两端并电容器的方法。如下图所示插座功率表日光灯功率因数IIcILPC=0C=1C=2┆实验报告要求计算不同电容值时电路的功率因数，并画出相量图。 思考题1.怎样根据交流电流表的读数判断电路处于cos？要用并联电容的办法提高功率因数，串联电容行不行？？实验六.一阶电路的响应一．实验目的 １．观察RC串联电路充放电现象，并测量电路的时间常数。 ２．验证RC串联电路中过渡过程的理论分析结论的正确性。 ３．学习用示波器观察和分析电路的响应。二．实验说明 １．理想电容器C经电阻R接到直流电源 uC=U（1-e-t/RC） ic=U/Re-t/RC ２．已充电的电容经电阻放电时 uC=Ue-t/RCic=-U/Re-t/RC３．RC电路的方波响应Us为方波信号 当方波的半周期和时间常数保持5：1左右的关系，可用示波器观察 到 稳定的波形如图 RC电路的时间常数由波形中估算出来三．实验电路图信号发生器示波器毫伏表四．实验内容与步骤 １．取方波信号幅值为3V;f=500Hz;R=1k;C=0.1μ.此时RC=T/10观察并记录uc和ic波形。 ２．信号不变，取R=500Ω.C=0.1μ此时RC＜＜T/2,观察并记录uc和ic波形。 ３．信号不变,取R=10k.C=0.1μ此时RC＞＞T/2观察并记录uc和ic波形。五．验报告要求 见指导书六．思考题 见指导书实验七.二阶电路响应一．实验目的１．通过实验了解R.L.C串联电路的振荡和非振荡，，以及与R.L.C各参数之间的关系。２．学习用示波器观察和分析电路的响应。二．实验说明１．Ｒ,.L.,C串联电路的过渡过程有两种状态：振荡和非振荡过渡过程，它取决于电路本身的参数。２．当时，过渡过程是振荡的。a.充电b.放电３．当时，过渡过程是非振荡的。a.充电.B.放电三.实验电路Us(t)为方波信号，可取f=100┈150Hz四．验内容与步骤１．L=0.1HC=0.1μF时，临界电阻改变R，使电路处于临界状态，确定临界电阻并与理论值比较。２．R=10KΩ.C=0.1μF.L=0.1H，观察ui.i的波形并描绘出来。３．R=500Ω.C=0.1μF.L=0.1H，观察ui.i的波形并描绘出来。注意：①i的波形为uR的波形. ②测量的信号发生和示波器必须共地。五．考题见指导书。实验八.正弦交流电路中R.L.C元件特性一.实验目的1.通过实验了解R.L.C在正弦电路中基本特性以及R.L.C元件的电压和电流之间相位关系。2.学习用示波器观察和测量正弦电路中R.L.C的电压和电流之间相位差。3.学习对基本电量.交流电流.交流电压的测量。二.实验说明1.电阻与频率无关，电阻元件两端的电压和电流同相。2.电容元件两端的电压和电流不仅与电容C的大小有关，而且与频率有关。流过电容的电流超前其端电压900。3.电感元件两端的电压和电流不仅与电感量L的大小有关，而且与频率有关。流过电感的电流落后其端电压900。三.实验电路四.实验内容与步骤1.测量R.L.C在频率为1.5KHz时的电压和电流的波形,分别画出R.L.C三种元件的电压和电流的波形，并叙述其相位关系，读出相位差φ=（ro=51Ω）。2.按下表分别测量R.L.C元件频率特性，并画出频率特性曲线。（ro=1KΩ）f(Hz)200400600800100012001400160018002000URUro(V)I(mA)X(阻抗)注：I=Uro/roX=UR/I电阻元件R=1kf(Hz)200400600800100012001400160018002000Uc(V)Uro(V)I(mA)X(阻抗)注：I=Uro/roX=Uc/I电容元件C=0.1μFf(Hz)200400600800100012001400160018002000UL(V)Uro(V)I(mA)X(阻抗)注：I=Uro/roX=UL/I电感元件L=0.1H五．实验设备六．实验报告要求见指导书实验九.R.L.C串联谐振电路一．实验目的１．测定R.L.C串联电路中XC.XL.X的频率特性及谐振特性曲线。２．了解Q值的物理意义，绘制通用谐振曲线。二．实验说明１．,XL.X的频率特性曲线XL=ωL XC=1/ωC X=XL-XC２．曲线uc=f(f).uL=f(f).谐振曲线图３．谐振曲线。Q=UL/U=UC/U=ω0L谐振时，电感和电容的电压为：UL=Uc=QU三．实验内容与步骤通用谐振曲线图实验线路图２．取Us=1v.Q=1.25,此时R=800ΩL=0.1HC=0.1μ取R0=R-r,调节f 100---10000Hz,粗测f0(理论值f0=1590Hz).fL..fc，然后调节电源频率，测出不同频率的端电压UR.Uc.UL记入表中F(Hz)100300600800fcf0fL30004000UR0ULUc３．保持us=1v.L.C的值不变，选取Q=5即R=200Ω；R0=R-r测量步骤同上。四.实验报告要求，见指导书。思考题，见指导书。实验十.均匀传输线仿真线测量一.实验目的1.学习用链形电路模拟传输线研究分布参数电路。2.研究无损线终端开路和短路状态下，电压有效值沿线分布及各处相位关系。二.实验说明本实验装置采用电感线圈和电容组成π型链型网络模拟均匀传输线。在适当的频率下，线路上的损耗可以忽略不计，故这一均匀传输线可视为无损线。每个π型环节：L=217.5μH，C=0.031μF。每个环节模拟的无损线长度为781m,总共有18个π型环节，模拟无损线全长14km。在正弦稳态情况下：1.无损线终端开路，沿线的电压布为oc=2cos=2cos2.无损线终端短路，沿线的电压分布为sc=j2Zcsin=j2Zcsin三.实验内容与步骤1.测量在某一频率的正弦信号源作用下，传输线终端开路.短路以及接Rz=84Ω状态下的沿线电压有效值，并绘制电压有效值分布曲线，测量数据填入下表。 测量点终端状态12345678910Rz=∞2VRz=02VRz=84Ω2VUsr为f=16KHz的正弦信号2.用双踪示波器观察沿线各点电压与始端电压的相位差，并记录相位差的大小。均匀传输线实验十一.单管共射放大电路一．实验目的1．.测量放大器静态工作点及放大倍数。2．.观察静态工作点对放大器输出波形的影响。3．测量放大器输入.输出电阻。二．实验电路装置照片\单管放大器.JPG装置照片\模拟实验板.JPG装置照片\直流微安表.JPG三.实验内容与步骤１．测量静态工作点：调节RW使Ic=1.5mA.测量并记录.Uce.Ib２．.放大倍数的测量放大器输入.Ui=5mV.1KHz的信号电压，用示波器观察Uo的波形，在Uo不失真的条件下分别测量:当RL=∞;RL=3K时，分别测量电压放大倍数并记录。RLUiU。Av∞5mv3K5mv３．测量放大器的输入电阻Ri在Uo不失真的条件下.测出Us.UiUsUiR1Ri1KRi=UiR1/(Us-Ui)４．测量放大器的输出电阻R。R。=(Uo/UoL-1)RL;RL=3K５．观察工作点对输出波形Uo的影响按下表要求,观察Uo的波形，在给定条件①的情况下，增加Us(频率1KHz信号电压)直到Uo波形的正或负峰值刚要出现削波失真，描下此时Uo的波形，并保持Us的值不变。给定条件Uo的波形Uce①维持实验步骤②的静态工作点RL=∞②Rw不变RL=3k③Rw最大RL=∞④Rw最小RL=∞四．报告要求记录数据及波形，并对数据.波形进行整理。五．思考题，见指导书1.2.3. 实验十二.阻容耦合负反馈放大器一．实验目的 １．了解阻容耦合负反馈放大器的级间联系和前后级的相互影响。 ２．验证负反馈对放大器性能的影响。二．实验电路三．实验内容１．测量静态工作点UBUEUCT1T2２．观察无负反馈时放大器后级对前级的影响 使Ui=1mv;f=1kHzUiU01Av1不带负载1mv带负载1mv３．观察负反馈对输出电压的影响 使Ui=5mv;f=1kHz UiU02L波形开环（Kf开）5mv闭环（Kf合）5mv４．比较开闭环情况下输出电阻R0及输入电阻RiU02U02LR0UiUsRiKf(合)1.5mvKf（开）1.5mv５．测量幅频特性，通频带宽度。UiU02U02/fLfHB=fH-fLKf(合)Kf（开）四．思考题见指导书。 实验十三.差动放大器一.实验目的1.了解差动放大器的性能特点，并掌握提高其性能的方法。2.学会对差动放大器电压放大倍数.CMRR的测量方法。二.实验电路图三.实验内容1.测定静态工作点（先调零）UB1UC1UE1UB2UC2UE2K合到1调零方法：将IN1.IN2两点短接并接地，调整Rw使Uo=Uo1-Uo2=02.测量单端输入差模电压放大倍数将Ui=30mvf=1kz交流信号加在IN1与地之间，同时将IN2接地，测出Uo1.Uo2.Uo值。Uo1Uo2UoAd1Ad2AdK合到1K合到23.测共模电压放大倍数IN1.IN2两点短接,将Ui=100mv.f=1kz交流信号接到IN1（IN2）与地之间，测量Uo1Uo2的值。Uo1Uo2UoAc1Ac2AcK合到1K合到24.求出CMRR实验十四.稳压电源电路一.实验目的1.加深理解串联稳压电源的工作原理。2.学习串联稳压电源技术指标的测量方法。实验电路图装置照片\直流稳压电源.JPG装置照片\三相调压器.JPG三.实验原理该电路由变压器.桥式整流.滤波器.调整管.比较放大.基准电压.保护电路等组成。四.实验内容与步骤1.空载检查：接通电源，调节自耦变压器，使Ui=220V。首先调节Rw，观察输出电压Uo是否随之改变，若Uo不改变，则说明整个系统没有调整作用，应先排除故障。若调节Rw，Uo随之改变则说明整个系统有调整作用。2.测量输出电压调节范围调节Rw，在I0=100mA条件下，测量输出电压U0的最大值和最小值以及稳压电路的输入电压UI和调整管T1的管压降。U0UIUCE1Rw右旋到底Rw左旋到底3.测量稳压器的稳压系数Sr当输出电压U0=7VI=100mA时，调节调压器使交流输入电压变化±10％（即Ui为198V.242V）注意I0不变，测出U0填入表中。UiU0220V7V198V242V4.测量稳压电源的输出内阻r0交流电压Ui=220V调节Rw,U0=7V（空载）在I0=100mA时，测出U0的值。 5.测量纹波电压当直流输出电压U0=7VI0=100mA时，用示波器观察直流输入电压UI及U0的波形，并用交流毫伏表测量U0的纹波电压。五.实验报告列出本实验中稳压电源的技术指标1.输出电压调节范围2.稳压系数。3.输出电阻。4.纹波电压。实验十五TTL与非门参数的测量一.实验目的1.熟悉TTL与非门外型和管脚引线排列。2.通过测试了解与非门的直流参数。3.加深对与非门逻辑功能的认识。4.加深理解与非门的外特性及使用条件。二.实验说明实验测试所用与非门为国为74LS00三.实验内容测试各参数的电路如下图所示1.与非门逻辑功能的测试(用图a.去掉电流表)ABL00011011电压传输特性的测试(实图26—3)调节R2便可获得相应输入电压Ui，读出输出电压U0的值Ui(V)0.50.81.41.52U0(V)3.主要参数的测试．（a）测定空载功耗Pon=UccIcc．(b)测量低电平输入电流Iis(a)图(b)图(c)测量最大负载电流IoL当U0≈0.4V时，此时的负载电流值为允许的最大负载电流IoL切记：确保所测电流值不超过20mA。(c)图四.实验报告要求1.列出直流参数实测数据表格。2.画出传输特性曲线。3.计算空载功耗Pon扇出系数装置照片\面包板.JPG装置照片\逻辑测试板（1）.JPG装置照片\逻辑测试板（2）.JPG实验十六.组合逻辑电路一.实验目的1.加深理解组合逻辑电路的设计方法。2.验证半加器电路的逻辑功能。二.实验原理（略）AnBnSnCn00011011Sn= Cn=三.实验电路图四.实验内容与步骤1.首先验证与非门的好坏，然后按半加器电路进行连线。2.完成半加器的真值表，并写出Sn.Cn的表达式。五.实验报告1.整理实验结果，并