精简版电路与模拟电子技术实验指导书

电路与模拟电子技术 实验指导书 精简版 (修改于2013.5.17) 1 实验一直流网络定理 一、实验目的 1、加深对基尔霍夫和叠加原理的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 和适用范围的理解。 2、用实验方法验证戴维宁定理的正确性。 3、学习线性有源二端网络等效电路参数的测量方法。 4、验证功率输出最大条件。 二、实验属性(验证性) 三、实验仪器设备及器材 1、电工实验装置(DG011T、DY031T、DG053T) 2、电阻箱 四、实验要求 1. 所有需要测量的电压值,均以电压表测量的读数为准,不以电源表盘指示值为准。 2. 防止电源两端碰线短路。 3. 若用指针式电流表进行测量时,要识别电流插头所接电流表时的“ +、-”极性。倘若不换接极性,则电表指针可能反偏(电流为负值时),此时必须调换电流表极性,重新测量,此时指针可正偏,但读得的电流值必须冠以负号。 4.用电流插头测量各支路电流时,应注意仪表的极性,及数据表格中“ +、-”号的记录。 五、实验原理 1、基尔霍夫定律是集总电路的基本定律。它包括电流定律和电压定律。 基尔霍夫电流定律:在集总电路中,任何时刻,对任一节点,所有支路电流的代数和恒等于零。即 ∑I = 0 基尔霍夫电压定律:在集总电路中,任何时刻,沿任一回路内所有支路或元件电压的代数和恒等于零。即 ∑U = 0 2、叠加原理是线性电路的一个重要定理。 独立电源称为激励,由它引起的支路电压、电流称为响应,则迭加原理可简述为:在任意线性网络中,多个激励同时作用时,总的响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。 3、戴维宁定理指出,任何一个线性有源二端网络,对外部电路而言,总可以用一 个理想电压源和电阻相串联的有源支路来代替,如图1-1所示,其理想电压源的电压等于原网络端口的开路电压U OC,其电阻等于原网络中所有独立电源为零值时的入端等效电阻R0。 图1-1 4、 对于已知的线性有源二端网络,其入端等效电阻R 0可以从原网络计算得出,也可以通过实验手段测出。下面介绍几种测量方法。 (1) 由戴维宁定理和诺顿定理可知 SC OC I U R = 0 因此,只要测出有源二端网络的开路电压U OC ,和短路电流I SC ,R 0就可得出,这种方法最简便。但是,对于不允许将外部电路直接短路的网络(例如有可能因短路电流过大而损坏网络内部的器件时),不能采用此法。 (2)测出有源二端网络的开路电压U OC 以后,在端口处接一负载电阻R L ,然后再测出负载电阻的端电压U RL ,因 L L OC RL R R R U U += 则入端等效电阻为 L RL OC R U U R )1( 0-= (3)令有源二端网络的所有独立电源置零,然后在端口处加一给定电压U ,测得入口的电流I (如图1-2a 所示),则 I U R = 0 也可以在端口处接入给定电流源I ′,测得端口电压U ′(如图1-2b 所示),则 I U R ' '= 图1-2a 图1-2b 5、一个含有内阻r 0的电源给R L 供电,其功率为 L L L R R R E R I P ?+=?=20 2 )( 为求得从电源中获得最大功率的最佳值,我们可以将功率P 对R L 求导, 并令其导数等于 零,解得: 2 04 0020) ()(2)(E R R R R R R R dR dP L L L L L ?++-+= 0) (2 04 02 20=?+-=E R R R R L L 于是解得R L = R 0 则得最大功率: 0 20 0204)(R E R R R E P L L mas = ?+= 由此可知:负载电阻R L 从电源中获得最大功率条件是负载电阻R L 等于电源内阻R 0。 六、实验步骤 1、验证基尔霍夫定律 按图1-3接线,其中I 1、I 2、I 3是电流插口,K1、K2是双刀双掷开关。 R R 图1-3 先将K1、K2合向短路一边,调节稳压电源,使U S1=10V ,U S2=6V ,再把K1、K2合向电源一边。测得各支路电流、电压,将数据记录于表1-1中。 表1-1 2、 验证叠加原理 实验电路如图1-3。首先把K2掷向短路线一边,K1掷向电源一边,测得各电流、电压记录于表1-2中。 再把K1掷向短路线一边,K2掷向电源一边,测得各电流、电压记录于表1-2中。 两电源共同作用时的数据在实验内容1中取。 表1-2 3、 测定线性有源二端网络的外特性(既伏安特性)U=f (I )。 按图1-4接线,改变电阻R L 值,测量对应的电流和电压值,数据填在表1-3内。根据测量结果,求出对应于戴维宁等效参数U OC 、I SC 。 线性含源一端口网络负载 图1-4 表1-3 4、 利用实验原理介绍的方法求R 0= SC OC I U ,数据在实验内容3中取。 5、 将Uoc 和R 0构成戴维宁等效电路测量其外特性U=f (I )。数据填入表1-4中。 表1-4 图1-5 6、最大功率输出条件的验证 i.根据1-4中数据计算并绘制功率随变化的曲线,既P = f(R L)。 ii.观察P = f(R L)曲线,验证功率输出最大条件是否正确。 七、思考题 1、叠加原理中E1、E2分别单独作用,在实验中应如何操作?可否直接将不作用的电源(E1或E2)置零(短接)? 2、实验电路中,若有一个电阻器改为二极管,试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗?为什么? 八、实验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 1. 根据实验数据,选定实验电路中的任一个节点,验证KCL的正确性。 2. 根据实验数据,选定实验电路中的任一个闭合回路,验证KVL的正确性。 3. 根据实验数据表格,进行分析、比较,归纳。 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 实验结论,即验证线性电路的叠加性与齐次性。 4. 各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出?试用上述实验数据,进行计算并作结论。 5、根据实验内容3和5的测量结果,在同一坐标纸上做它们的外特性曲线。 6、心得体会及其他。 实验二日光灯交流电路的研究 一、实验目的 1、学习功率表的使用。 2、学习通过U、I、P的测量计算交流电路的参数。 3、学习如何提高功率因数。 二、实验属性(验证性) 三、实验仪器设备及器材 电工实验装置:(DG032T,DY02T,DG053T) 四、实验要求 1、本实验用交流市电220V,务必注意用电和人身安全。 2、线路接线正确,日光灯不能启辉时,应检查启辉器及其接触是否良好。 3、各支路电流都要接入电流插座。 五、实验原理 1、日光灯结构如图2-1所示,K闭合时,日光灯管不导电,全部电压加在启动器两触片之间,使启动器中氖气击穿,产生气体放电,此放电的一定热量使金属片受热膨胀与固定片接通,于是有电流通过日光灯管两端的灯丝和镇流器。短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开,电路中电流突然减小;根据电磁感应定律,这时镇流器两端产生一定的感应电动势,使日光灯管两端电压产生400V至500V高压,灯管气体电离,产生放电,日光灯点燃发亮。日光灯点燃后,灯管两端电压降为100V左右,这时由于镇流器的限流作用,灯管中电流不会过大。同时并联在灯管两端的启动器,也因电压降低而不能放电,其触片保持断开状态。 图2-1 日光灯结构图图2-2 日光灯电路模型图 日光灯点燃后,灯管相当于一个电阻R,镇流器可等效为一个小电阻R L和电感的串联,启动器断开,所以整个电路可等效为一R、L串联电路,其电路模型如图2-2所示。 六、实验步骤 1、测量交流参数 如图2-3 接线(先不接电容C)。 注意:功率表为智能型表,接线时可不考虑同名端。 图2-3 日光灯电路 表2-1 2、提高功率因数 并联电容C分别为1μf、3.2μf、13.2μf,令U=220V不变,将测试结果填入表2-2中。 表2-2 七、预习思考题 1. 参阅课外资料,了解日光灯的启辉原理 2. 在日常生活中,当日光灯上缺少了启辉器时,人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下,然后迅速断开,使日光灯点亮,或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯,这是为什么? 3. 为了提高电路的功率因数,常在感性负载上并联电容器,此时增加了一条电流支路,试问电路的总电流是增大还是减小,此时感性元件上的电流和功率是否改变? 4. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法,而不用串联法?所并的电容器是否越大越好? 八、实验报告 1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。 2.根据实验数据,分别绘出电压、电流相量图,验证相量形式的基霍夫定律。 3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。 4.装接日光灯的心得体会及其他。 实验三三相负载的星形联结 一、实验目的 l、研究三相负载作星形联结时,在对称和不对称情况下线电压与相电压(或线电流和相电流)的关系。 2、比较三相供电方式中三线制和四线制的特点。 3、掌握三相交流电路功率的测量方法 二、实验属性:验证性实验 三、实验仪器设备及器材 电工实验装置:DG04T、DY012T、DG051T 四、实验要求 实验前先预习报告,凭预习报告参加实验。熟悉三相负载星形联接方法。实验中听从安排,正确使用仪表,记录测量数据,实验后根据要求认真书写实验报告。 五、实验原理 l、图3-1是星形联结三线制供电图。当线路阻抗不计时,负载的线电压等于电源的线电压,若负载对称,则负载中性O′和电源中性点O之间的电压为零。 C 图3-1 其电压相量图如图3-2所示,此时负载的相电压对称,线电压U线和相电压U相满足 U线=3U相的关系。若负载不对称,负载中性点O′和电源中性点O之间的电压不再为零,负载端的各项电压也就不再对称,其数值可由计算得出,或者通过实验测出。 2、位形图是电压相量图的一种特殊形式,其特点是图形上的点与电路图上的点一一对应。图3-2是对应于图3-1星形联接三相电路的位形图。图中,U AB代表电路中从A点到B 点的电压相量,U A'B'代表电路中从A′点到O′点之间的电压相量。在三相负载对称时,位形图中负载中性点O′与电源中性点O重合,负载不对称时,虽然线电压仍对称,但负载的相电压不再对称,负载中性点O′发生位移,如图3-3所示。 C C B A' B' A 图3-2 图3-3 1、 在图3-1中,若把电源中性点和负载中性点间用中线联接起来,就成为三相四线制。在 负载对称时,中线电流等于零,其工作情况与三线制相同;负载不对称时,忽略线路阻抗,则负载端相电压仍然相对称,但这时中线电流不再为零,它可由计算方法或实验方法确定。 2、 图 3-4 4、在三相四线制供电的星形联结负载,可以用一只表测量各相的有功功率,P A 、P B 、 P C .三相负载的总功率P=P A +P B +P C ,既为三相功率之和,。若三相负载为对称负载,那么只须测量其中一相的功率,总有功功率乘3即可。线路如图3-5所示。 在三相三线制供电系统中,不论负载是否对称,也不论负载是星形接法还是三角形接法,均可用二表法测三相负载的总功率线路如图3-6所示。 二表法测量三相负载的总功率,不同性质的负载(电阻、电感、电容)对两功率表的读数有影响,例如当电压表与电流表的相位差角大于60o时,一只表为正,一只表为负,(若指针表反偏,须调整表的极性开关),读数计为负值,应按P=P 1- P 2计算三相功率。 六、实验内容 1、按图3-4接线。三相电源接相电压220V ,通过改变电灯数目来调负载,按表3-1的要求测量出各电压和电流值。 (注:UX相开路,负载不对称) 2、星形负载功率的测量 线路如图3-5所示,用三相交流电路的白炽灯做负载,星形联接时用一只瓦特表分别测各项负载的功率。然后相加即得总功率。若负载比较对称,则总功率为一相负载的3倍。不对称负载时,如C相再并入一组白炽灯。测量三相负载的功率。数据填表3-2中。 图3-5 断开中线,即为三相三线制,此时可参考图3-6,用二表法测量三相负载的总功率。数据填表3-3中。 图3-6 七、报告要求 1、按实验数据,总结说明负载星型联结时的特点。 2、根据实验结果,说明三相四线制供电时中线的作用。 3、简述三相功率的测量法。 实验四 一阶电路的过渡过程 一、实验目的 1、研究RC 电路在零输入、阶跃激励和方波激励情况下,响应的基本规律和特点。 2、学习用示波器观察分析电路的响应。 二、实验属性(验证性) 三、实验仪器设备及器材 电工实验装置:DG011T 、DY031T 、DG053T 、DY053T 示波器 四、实验要求 1、预习时仔细阅读实验指导书,复习教材中的有关内容。 2、明确实验目的、任务和了解实验原理。 五、原理及说明 1、一阶RC 电路对阶跃激励的零状态响应就是直流电源经电阻R 向C 充电。对于图4-1所示的一阶电路,当t=0时开关由位置2转到位置1,由方程 c u +RC dt du c S U = t ≥0 初始值 U C (0-)= 0 可以得出电容电压和电流随时间变化的规律: )(t u c =)1(τ t S e U -- t ≥0 τt S e R U t i - =)( t ≥0 上述式子表明,零状态响应是输入的线性函数。其中τ=RC , 具有时间的量纲,称为时间常数,它是反映电路过渡过程快慢程度的物理量。τ越大,暂态响应所持续的时间越长即过渡过程时间越长。反之,τ越小,过渡过程的时间越短。 2、电路在无激励情况下,由储能元件的初始状态引起的响应称为称为零输入响应,即电容器的初始电压经电阻R 放电,在图4-1中,让开关K 于位置1,始初始值U C (0-)=U 0,再将开关K 转到位置3。电容器放电由方程 c u +RC dt du c 0= 可以得出电容上的电压和电流随时间变化的规律: )(t u c =)0(-c u τt e - t ≥0 )(t i -= τ t c e R u --)0( t ≥0 图4-1 3、对于RC 电路的方波响应,在电路的时间常数远小于方波周期时,可以视为零状态响应和零输入响应的多次过程。方波的前沿相当于给电路一个阶跃输入,其响应就是零状态响应,方波的后沿相当于在电容具有初始值U C (0-)时把电源用短路置换,电路响应换成零输入响应。 由于方波是周期信号,可以用普通示波器显示出稳定的图形,以便于定量分析。 本实验采用的方波是信号的频率为1000赫兹。 六、实验步骤: 1、测定RC 电路的电容充电过程。 按图4-2接线,先调节电源电压U=5V 。在开关K 由2置于1时的瞬间开始用秒表计时,实验板上有秒表与5V 电压表,使用时只须外接5V 直流电源即可。当电压表指示的电容电压U C 达到表4-1中所规定的某一数值时,将开关置于2点(中间点),用秒表记下时间填在表4-1中,然后开关K 置于1点,重复上述实验并记下各时间。 其中:U=5V R=100K Ω C=147μF 图4-2 表4-1 2、测定RC 电路的电容放电过程。 将电容充电至表中电压,按图4- 2接线,电容电压为4.5V 。用秒表计时,在t=0时,将开关K 置于3点,方法同上。数据记在表4-2中。 表4-2 1、用示波器观察RC电路的方波响应 首先将方波发生器的电源接通使之产生方波,并将此方波输给示波器,调整示波器,使其能观察到合适的稳定方波形(可选幅值3至5V,频率1KHZ左右)。 按图4-3 接线。取不同的R和C。如: 图4-3 (1)C=1000pF R=10 KΩ (2)C=1000pF R=100 KΩ (3)C=0.01μF R=1 KΩ (4)C=0.01μF R=100KΩ 用示波器观察U C(t)波形的变化情况并将其描绘下来。 七、报告要求 1、用坐标纸描绘出电容充电及放电过程。 2、把用示波器观察出的各种波形画在坐标纸上并做出必要说明。 16 17 实验五 三机联用 一、实验目的 l 、学习示波器的基本使用方法,掌握示波器主要旋钮的使用。 2、学习用示波器观察、测量信号的波形、周期及幅度。 二、实验属性:验证性实验 三、实验仪器设备及器材 1、电工实验装置:DY053T 2、示波器 3、毫伏表 四、实验要求 熟悉示波器、信号发生器和交流毫伏表的使用方法。 五、实验原理及说明 示波器种类很多,根据不同的使用方法与结构有许多种类型,例如:单踪、双踪、四踪示波器,普通示波器,超低频、高频示波器等等。 示波器不仅可以在电测量方面被广泛应用,配上不同的传感器温度等等也广泛使用。 1、正弦信号的测量 正弦波的主要参数为周期或频率,用示波器可以观察其幅值(或峰峰值)。通过示波器扫描时间旋钮(S /CM),也就是扫描时间选择开关的位置,可计算出其周期。通过Y 轴输入电压灵敏度(V /CM)选择开关的位置可以计算出峰峰值或有效值。 2、方波信号的测量 方波脉冲信号的主要波形参数为周期,脉冲宽度以及幅值。同样,根据示波器的扫描时间与输入电压选择开关测量其上述参数。 六、实验步骤 本实验用普通示波器,测量正弦波与方波的信号。 正弦波: 正弦波主要参数如图5-1所示。图中UP-P为峰-峰值,T为周期。 图4-1 图5-1 由函数发生器输出1V(有效值)频率为100Hz、1KHz的正弦波信号分别进行测量,将测量结果按标尺画出,并标明扫描时间与电压灵敏度旋钮的位置。 1、方波: 由函数发生器输出3V的方波信号,频率分别为1KHz、2KHz的信号,主要参数如图5 -2所示。图中P为脉宽、U为幅值、T为周期。 实验内容同上。 图5-2 七、报告要求 1、按示波器的标尺绘出观察的波形。 2、根据两主要旋钮的位置,计算周期与幅值。 18 19 实验六 晶体管单级放大电路 一、实验目的 1、 掌握静态工作点的测试及调整方法。 2、 观察负载对电压放大倍数的影响。 3、学习输入电阻、输出电阻的测量方法。 4、观察静态工作点的改变对非线性失真的影响。 5、进一步熟悉毫伏表、示波器及信号发生器的使用方法。 二、实验属性:验证性实验 三、实验仪器设备及器材 1、实验箱(台) 2、示波器 3、毫伏表 4、数字万用表 三、预习要求 1. 复习放大器的工作原理,估算放大电路的静态工作点,根据微变等效电路计算放大电路的输入电阻、输出电阻,空载和有负载时的电压放大倍数。 2. 预习放大电路的动态和静态测试方法,r i 和r o 的测量方法和原理。 3.了解饱和失真和截止失真的形成原因及改变方法。 4.预习信号发生器及示波器的使用。 五、实验内容及步骤 实验前校准示波器,检查信号源。 1、测量并计算静态工作点 ● 按图6-1接线。 ● Vc=Ecc/2=6V ,测 V 0 +12V V 0 +12V 20 ● 按下式计算I B 、Ic ,并记入表6-1中。 K 20V 100K V V Rb1b b B I - -= Rc Vc -Ecc =C I 2、测量电压放大倍数及观察输入,输出电压相位关系。 在实验步骤1的基础上,把输入与地断开,接入f =1KH Z 、V 1=5mV 的正弦信号,负载电阻分别为R L =2K Ω和R L =∞,用毫伏表测量输出电压的值,用示波器观察输入电压和输出电压波形,并比较输入电压和输出电压的相位,画于表6-2中,在不失真的情况下计算电压放大倍数:A V =V O /V 1,把数据填入表6-3中: 表6-2 表6-3 3、观察负载电阻对放大倍数的影响。 在实验步骤2基础上,把负载电阻2K 换成5.1K ,重新测定放大倍数,将数据填入 表6-4中。 表6-4 4. 观察静态工作点对放大器输出波形的影响,将观察结果分别填入表6-5中。 ● 输入信号不变,用示波器观察正常工作时输出电压V 0的波形井描画下来。 ●逐渐减小R b2的阻值,观察输出电压的变化,在输出电压波形出现明显失真时,把失真 的波形描画下来,并说明是哪种失真。如果R b2=0Ω后,仍不出现失真,可以加大输入信号V i ,或将R bl由100KΩ改为I0KΩ,直到出现明显失真波形。 ●逐渐增大R b2的阻值,观察输出电压的变化,在输出电压波形出现明显失真时,把失真 波形描画下来,并说明是哪种失真。如果R b2=1M后,仍不出现失真,可以加大输入信号V i,直到出现明显失真波形。 六、实验报告 1、整理实验数据,填入表中,并按要求进行计算。 2、总结电路参数变化对静态工作点和电压放大倍数的影响。 3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。 实验七集成运放的线性应用(一) 一、实验目的 1、了解运算放大器的基本使用方法。 2、应用集成运放构成基本的运算电路。 3、学会使用线性组件uA741。 4、掌握加法运算、减法运算电路的基本工作原理及测试方法。 5、学会用运算放大器组成积分电路。 二、实验属性:验证性实验 三、实验仪器设备及器材 1、实验台 2、数字万用表 3、示波器 4、计时表 四、实验内容及步骤 1、调零:按图7—1接线,接通电源后,将V i1 , V i2接地,调节调零电位器R W使输出0V。运放调零后,取消V i1 , V i2的接地,在后面的1—4项实验中均不用调零了。 图7-1 2、反相比例运算: 电路如图7-2所示,根据电路参数计算A V=V o/V i,并按照表7-1给定的V i计算和测量对应的Vo值,并把结果记入表7-1中。 表7-1 3、同相比例运算 电路如图7-3所示,根据电路参数计算A V=V o/V i,并按照表7-2给定的V i计算和测量对应的Vo值,并把结果记入表7-2中。 图7-2 图7-3 4、加法运算 电路如图7-4所示,按照表7-3给定的V i1和V i2计算和测量对应的V o值,并把结果记入表7-3中。 5、减法运算 电路如图7-5所示,重新调零后,按照表7-4给定的V i1和V i2计算和测量对应的V o值,并把结果记入表7-4中。 图7-4 图7-5 五、实验报告 1、整理实验数据,填入表中。 2、分析各运算关系。 实验八直流稳压电源 —、实验目的 1、掌握桥式整流的特点。 2、了解稳压电路的组成和稳压作用。 3、熟悉集成三端可调稳压器的使用。 二、实验属性:验证性实验 三、实验仪器设备及器材 1、实验台 2、示波器 3、数字万用表 四、预习要求 1、二极管全波整流的工作原理及整流输出波形。 2、整流电路分别接电容、稳压管时的工作原理及输出波形。 3、熟悉集成三端可调稳压器的工作原理。 五、实验内容与步骤 首先校准示波器。 1、桥式整流: 按图8-1接线,在输入端接入交流14V电压,调节W2使I0= 50mA时,测出Vo,同时用示波器的DC档观察输出Vo的波形并记入表8-1中。 图8-1 2、加电容滤波 上述实验电路不动,在桥式整流后面加电容滤波,如图8-2接线,测量接电容的情况下输出电压V0及输出电流I0 ,同时用示波器的DC档观察输出V0的波形并记入表8-2中 26 表8-2 图8-2 3、可调三端集成稳压电源(串联稳压电源) 按照图8-3接线 图8-3 1)输入端接通交流14V电源,测出输出电压调节范围,记入表8-3中。 27 表8-3 2) 当输入端接通交流14V电压后,把W1调到适当位置(如使输出V o=10V)。调节W2改变负载,使I0分别为20mA、50mA、100mA时,测出V o的值,记入表8-4中。 表 8-4 3)输入端接通交流16V电压,调节W1使输出V o=10V;再调节W2使I0=100mA时。然后仅改变输入端交流电压为14V及18V(用数字万用表分别测量14V、16V、18V的实际值填在()内,测出V0的值,记入表8-5中。 表8-5 六、实验报告 1、总结桥式整流的特点。 2、说明滤波电容C的作用。 3、总结稳压二极管的稳压作用和可调三端稳压器的稳压作用。 28